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由于存在较强的自发和压电极化效应,即使在未掺杂时,AlGaN/GaN异质结构也可获得高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG),使其适合于制作高电子迁移率晶体管(HEMT).因材料本身具有高熔点、高电子迁移率、高饱和电子速率和高击穿场强等优点,AlGaN/GaN异质结HEMT可适用于高温、高频和高功率的工作条件,在雷达预警设备、无线通讯设备、卫星通讯设备和高频微波器件中都有很大应用潜力.但其典型的高栅漏电流和电流崩塌现象却始终伴随在器件发展中,一度成为限制其拓宽应用的主要因素.目前,解决此问题的主要手段之一是在AlGaN材料表面生长绝缘栅层,即构成金属-氧化物(绝缘体)-半导体高电子迁移率晶体管(MOS(MIS)HEMT).已有的研究表明,此类结构既能有效地抑制电流崩塌现象,又可在一定程度上降低栅漏电流.近年来,使用Al2O3、SiO2、HfO2等氧化物作为绝缘栅的MOSHEMT的研究已经取得了很大进展.在此基础上,本文主要研究AlGaN/GaN MOS(MIS)HEMT器件中2DEG的电子态、光学声子,探讨电子-光学声子相互作用下的2DEG迁移率,进而分析此类器件的Ⅰ-Ⅴ输出特性.具体研究内容、研究方法及所得主要结论概括如下:(1)Al2O3/AlGaN/GaN MOSHEMT中光学声子散射下2DEG的迁移率似.考虑导带带阶及极化引起的内建电场,利用有限元差分法数值求解单电子的薛定谔方程,获得电子各能级能量和相应的波函数.计入AlGaN体横光学声子的双模性,运用MREI模型、权重法和连续介电模型讨论光学声子结构和静电势.根据Lei-Ting平衡方程理论,获得各支光学声子对μ的定量影响.同时,分析三元混晶及尺寸效应、温度、远程界面电荷对电子态和光学声子乃至μ的影响.结果表明,AlxGa1-xN三元混晶中A1组分x的增加会加深势阱深度,增强对2DEG的束缚;界面(IF)光学声子势随之增加,而半空间(HS)光学声子势随之减小;μ先减后增.AlGaN垒层厚度及在一定范围内远程固定电荷浓度的增加可以提高迁移率,而温度及Al2O3绝缘栅厚度的增加则使其降低.(2)各类绝缘栅AlGaN/GaN MOS(MIS)HEMT中2DEG迁移率.比较绝缘栅分别为 Al2O3、HfO2、SiO2和 Si3N4 时,MOS(MIS)HEMT 中 2DEG 的电子态、电子面密度和迁移率,分析不同结构的固定电荷、三元混晶和尺寸效应.结果显示,以HfO2为绝缘栅时,势阱最深,对2DEG的束缚作用最强.增加AlxGa1-xN的A1组分x或其厚度,MOSHEMT中2DEG面密度ns及迁移率μ随之减小.而以其它三种材料为绝缘栅时,ns和μ则随之增加.当x较小时,HfO2为绝缘栅时的μ值最高;当x较大时,Al2O3为绝缘栅的器件则可获得最大μ值.对于不同的绝缘栅,ns和μ随绝缘栅厚度和固定电荷的变化趋势基本相同.(3)AlN插入层对Al2O3/AlGaN/GaN MOSHEMT中2DEG迁移率的影响.利用转移矩阵法分析引入AlN插入层后各支光学声子的色散关系和声子势.在内容(1)的基础上,讨论AlN插入层对光学声子、2DEG电子态乃至迁移率等的影响.结果表明,插入层可削弱界面光学声子对电子的散射作用而提高μ值.但μ却随着插入层厚度的增加而下降.可见,较薄的插入层可优化器件的特性.(4)Al2O3/AlGaN/GaN MOSHEMT的Ⅰ-Ⅴ输出特性.在全耗尽假设下,运用电荷控制模型计算获得MOSHEMT的输出电流.结果表明,Al组分和材料尺寸的改变将使器件阈值电压产生负向漂移.输出电流则随Al组分和栅介质厚度增加而增大,随AlGaN垒层厚度增加而减小.三元混晶和尺寸效应对器件阈值电压和Ⅰ-Ⅴ输出特性也有很大影响.以上对MOS(MIS)HEMT器件中2DEG迁移率及输出特性的研究结果可为相关器件的制作及其性能改进提供理论依据.