由于GaN能和AlGaN等多元合金形成异质结并在异质结界面形成高迁移率的二维电子气(2DEG)且具有高禁带宽度,所以第三代半导体GaN异质结器件在高功率、高频应用中具有极大优势而受到了广泛研究。为了更好地兼容传统硅器件工艺平台而降低成本,硅基氮化镓(GaN-on-Si)增强型AlGaN/GaN功率金属绝缘层半导体场效应晶体管(MISFET)是目前研究的重点。为了解决传统增强型器件过度依赖精确度不高的干法刻蚀工艺这一问题,本文围绕设计结构、构造模型、仿真优化三个方面对硅基GaN功率MISFET新结构进行了研究,主要内容如下:(1)分析传统增强型AlGaN/GaN功率MISFET实现方法,对利用凹槽栅、p帽层、F离子处理等实现增强型性能的手段进行讨论,针对一种解决了批量生产阈值稳定性差、亚阈区斜率过高等问题且避免了使用难以激活的p型材料的新型栅调制金属-二维电子气隧穿器件进行了细致分析。(2)为了解决传统异质结器件的缺陷,以及进一步地优化栅调制隧穿器件性能,首先,本文提出并详细研究了侧槽栅隧穿场效应管(SG-TFET)新结构,其次,沿着SG-TFET的思路提出了浅场板集成栅(SFG)技术与一种配套的高温快速刻蚀制备工艺,并在此基础上提出了浅场板集成栅场效应管(SFG-FET)、半槽型阳极整流器(SHA-FER)等新结构,另外,通过SFG技术也提出了一种新型伽马型阳极肖特基阳极二极管(GA-SBD),实现了超低开启电压与高阻断特性的结合。本文通过数学物理方法深入分析并细致仿真了这几种全新的增强型器件结构,对其电流输运机理进行了细致探讨,建立了SG-TFET、SFG-FET与GA-SBD的电流电压模型,证明了这几类器件中的三极管具有低亚阈区摆幅,而所有新器件均具有凹槽工艺的高度容错性(或完全避免了凹槽刻蚀),且具有高电流输运能力、有功能集成等特点。