GaN高电子迁移率晶体管HEMT)器件已表现出了出色的微波功率性能，但大量基础性的机理问题仍没有研究清楚。本文正是在此背景下对GaN基异质结中量子化二维电子气(2DEG)的载流子分布和迁移率、体电子的性质、电子体系的温度特性等问题进行了广泛而深入的研究，对GaN基HEMT器件的二维仿真以及DC电流不稳定性的表征和仿真等问题进行了探索。主要的研究工作和成果如下： 1.实现了对GaN基异质结能带和载流子分布的一维自洽模拟。 实现了一个数值求解自洽薛定谔——泊松方程模型的一维模拟器并应用于GaN基异质结。在迭代求解算法中纳入了在相关数值物理模型和数学求解策略方面已有的研究成果，形成新的求解策略；在对电子体系的考量方面，同时考虑了2DEG和体电子，与实际情形更接近；在选取边界条件方面，对相关的一些基本的物理问题如GaN基异质结中极化效应的屏蔽情形，泊松方程可能的边界条件及各种边界条件之间的等效性等作了深入的分析，同时对GaN基异质结中表面态与2DEG电子来源的关系提出了新的看法。 2.研究了GaN基异质结的极化效应在各种结构中的作用。 研究并说明了AlGaN/GaN单异质结中极化效应加深量子阱、提高2DEG面电子密度的作用，对于利用极化效应提高有效势垒高度的GaNlAlGaN/GaN异质结、能够形成两层2DEG的AIGaN/GaN/A1GaN/GaN结构、以及具有更强压电极化效应的A1GaN/InGaN/GaN结构得到了结构参数对载流子和能带分布的影响。对GaN基异质结的极化工程作了深入的分析和研究，具有新意。 3.结合实验研究了GaN基异质结霍尔电子浓度的温度特性和AlN阻挡层插入AIGaN/GaN异质界面的影响。 充分利用薛定谔——泊松模型能同时考虑电子体系中二维电子和体电子的特点，研究了GaN基异质结中体电子的作用和整个电子体系的温度特性，显示了温度升高时电子从2DEG向体电子的转变。在计算霍尔电子浓度的温度特性时，发现了2DEG在温度升高时的退化，通过变温C-V实验测得的载流子密度剖面图，证明了这种退化现象确实存在。发现了具有较高密度2DEG的AIGaN/A1N/GaN异质结在势垒层掺杂浓度和温度升高时也具有较纯粹且稳定的二维电导，这个结果是2DEG的量子性质和极化效应结合表现出的更高层次的效应。这部分结果是本文的创新。 4.研究了GaN基异质结中2DEG迁移率和电导随结构参数的变化规律，揭示了其中各种机制的作用，以及应变弛豫的影响。 当AIGaN/GaN异质结的势垒层Al组分增大时，2DEG密度近线性上升，迁移率总体上是下降的。要在较小的Al组分(相应的2DEG密度也较小)下使迁移率计算曲线呈现与测量数据一致的趋势，必须考虑位错密度随着Al组分的变化，以减小位错相关散射在较低2DEG密度下的影响。当A1GaN/GaN异质结的势垒层厚度增大时，2DEG密度上升随后趋于饱和，迁移率总体上是下降的。2DEG电导随Al组分以及势垒层厚度变化的规律在低温和室温下不同，低温下有峰值，而室温时总体呈上升趋势。势垒层Al组分或厚度增大时出现的应变弛豫对电导的作用是不利的，它对2DEG迁移率的影响主要是通过迁移率和密度的关系实现的。这部分结果及所反映的物理机理也是本文的创新。 5.成功实现了对GaN基HEMT的器件仿真。对GaN基HEMT器件的DC电流不稳定性作了一些测量、观察和分析，利用不同偏置下的漏极电流恢复瞬态和崩塌瞬态的时间常数变化说明了造成所观察的瞬态的陷阱性质为电子陷阱。以测得的漏极电流慢瞬态为仿真目标，利用ATLAS作了单纯基于陷阱模型的仿真尝试，成功之处在于复现了虚栅行为的变化趋势，不足之处在于未能仿真出强场对虚栅效应的显著增强作用，仍需进一步建模。其中主要是对漏极电流慢瞬态的仿真和分析具有创新。 综上所述，本文成功建立了GaN基异质结能带和载流子分布的一维自洽模拟平台，研究和对比了不同结构GaN基HEMT器件的特性。在GaN基异质结的极化工程和2DEG迁移率与结构参数的关系、异质结中体电子的性质、电子体系的温度特性以及应变弛豫对2DEG电导的作用以及GaN基HEMT器件的漏极电流慢瞬态等大量基础性问题上以数值仿真和建模等手段作了定量和深入的理论分析，得到了很多有意义的结果。