随着高频通信、电动汽车以及新能源技术等领域的兴起和高速发展,各行各业对半导体材料和器件的性能提出了越来越高的要求。以Si和GaAs为代表的第一、二代半导体材料,由于自身材料性能的限制,已逐渐无法满足现代信息技术发展的需要。近些年,随着半导体技术的发展,以氮化镓（gallium nitride,GaN）为代表的第三代宽禁带半导体材料和器件的研发和生产逐渐开始走向成熟,其优良的物理和化学特性赋予了GaN基器件更好的高频高压特性和稳定性。纤锌矿结构的GaN自身具有较强的极性,由于自发极化和压电极化的不同,在AlGaN/GaN异质结界面处会产生高密度的极化电荷,进而导致异质结界面处具有很高浓度的二维电子气（two-dimensional electron gas,2DEG）。由于没有掺杂,GaN高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistors,HEMTs）中的2DEG具有较高的迁移率,这使GaN HEMTs器件具有很好的高频特性和较短的响应时间。为了进一步提高GaN HEMTs器件的性能,必须通过先进的器件工艺和器件结构设计来降低器件内部2DEG受到的散射,进而提高载流子的迁移率。因此,对于GaN HEMTs器件中的2DEG输运性质的研究就显得尤为重要。本文主要的研究内容如下:1.研究了引入GaN中间层提高InAlN/AlN/GaN/InGaN/GaN HEMTs中2DEG迁移率的物理机制。结果表明GaN中间层的引入显著改变了2DEG在前两个子带上的分布以及迁移率。随着GaN中间层的厚度从1 nm增加到6 nm,第一子带上的电子所受到的合金无序散射显著降低。然而,第二子带上仍有较多的电子分布在InGaN沟道区域,因此,第二子带上的2DEG迁移率仍主要由合金无序散射决定。此外,随着GaN中间层厚度的增加,两个子带上的极性光学声子散射也在逐渐减弱。2.研究了质子辐照致使AlGaN/AlN/GaN HEMTs性能退化的机制,结果表明质子辐照在器件内部产生的Ga空位会造成2DEG浓度和迁移率的下降。Ga空位是一种类受主缺陷,分布在AlGaN势垒层中的电离的Ga空位会使器件的能带结构发生改变,其结果是造成2DEG的浓度降低。此外,分布在GaN沟道内的Ga空位会俘获电子,这会使2DEG的浓度进一步降低。GaN沟道内的Ga空位类似于电离杂质,这会显著增强2DEG受到的散射,致使2DEG的迁移率显著下降。3.研究了AlGaN背势垒的引入对AlGaN/AlN/GaN HEMTs的抗辐照性能的影响。计算结果表明,AlGaN背势垒的引入使器件的抗辐照性能下降。在相同剂量和能量的质子辐照下,相较于AlGaN/AlN/GaN HEMTs,AlGaN/AlN/GaN/AlGaN HEMTs中2DEG迁移率的下降更为明显。