氮化镓（GaN）是近十几年来迅速发展起来的第三代宽禁带半导体材料之一,其化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝光、绿光和紫外光电子器件。所有这些优良的性质,很好的弥补了前两代Si和GaAs等半导体材料本身固有的缺点,从而成为飞速发展的研究前沿。AlGaN/GaN异质结场效应晶体管（HFETs）,是以AlGaN/GaN异质结材料为基础而制造的GaN基器件。与传统的MESFET器件相比,AlGaN/GaN HFETs具有高跨导、高饱和电流以及高截止频率的优良特性。另外,实验证明,GaN基HFET在1000K的高温下仍然保持着良好的直流特性。因此可取消为器件所设置的诸多散热环境和散热装置,从而使整机系统的体积和重量降低,效率提高。由于GaN材料的热导率高、热容量大,特别是它有着较高的击穿电压,极大地提高了GaN器件的耐压容量和电流密度,使GaN功率器件可工作在大功率负荷的条件下。本文首先概括了AlGaN/GaN HFET的国内外发展历史及其研究现状,提出了本课题的研究意义和研究价值;讨论了GaN材料的特征及特性并对AlGaN/GaN HFET器件的基本结构和工作原理进行了简单的介绍。然后,文章重点表述了AlxGa_1-xN/GaN异质结构中的极化效应和二维电子气并较为深入地研究了其存在的原理。笔者认为:所有这些,乃是异质结与同质结的核心区别所在。本课题的诸多深入研究都是建立在基于异质结特性的模型探讨前提之上的。本工作实现AlGaN/GaN HFET器件的计算机模拟所采用的是新一代TCAD工具（包括:Sentaurus-Process工艺仿真工具、Sentaurus-Structure Editor器件结构编辑工具、Sentaurus-Device物理特性仿真工具、集成化的虚拟设计平台SentaurusWorkBench等半导体器件可制造性设计工具）。研究工作的核心阶段是对Sentaurus Device中的物理模型进行了选择及参数修正以用于AlGaN/GaN HFET器件的模拟;笔者使用Sentaurus系列TCAD工具对于样本器件所得的实验数据进行模拟拟合,与实验结果进行对比发现:对所使用的核心模型参数进行必要的修正之后,即可以用来对AlGaN/GaN HFET器件进行仿真,并仿真得到AlGaN/GaN HFET器件的诸多参数信息。最后,对Al组分、AlGaN势垒层厚度、应变弛豫度和栅长对于AlGaN/GaN HFET器件特性的影响之间的复杂关系进行了计算机仿真,得到了一系列AlGaN/GaN HFET器件的特性与这些器件参数变化间的关系曲线。并对结果进行了较为深入的分析和讨论。本研究工作是基于对AlGaN/GaN HFET器件的工作原理和AlGaN/GaN HFET器件物理模型进行深入的探讨为基础来进行的,在相关基础理论层次上进行了有建设性意义的工作。结果表明,在一定条件下增大AlGaN势垒层的Al组分、提高势垒层厚度可以提高器件的性能,但是Al组分过大,势垒层过厚会引起势垒层的应变弛豫,而应变弛豫的发生会降低器件的性能。另外,栅长作为AlGaN/GaN HFET器件的一个重要的结构参数,缩短栅长可以提高器件的最大漏源饱和电流密度和非本征饱和跨导,而且可以提高器件的特征频率。据初步了解,国内尚没有使用半导体器件可制造性设计工具对AlGaN/GaNHFET器件进行计算机模拟与分析研究的前期工作。故该项研究为国内AlGaN/GaNHFET器件及相关集成电路的可制造性设计与优化研究开创了一定的工作基础,本项研究的水平位于国内同类研究的前沿。