近年来,高效和节能成为电力电子技术发展的主要目标,为此,研究者们致力于开发性能更为优异的电力电子器件。由于具有良好的输运特性以及较大的BFOM值,β-Ga2O3材料及其功率器件被广泛关注,并且逐渐成为研究的热点。本论文针对β-Ga2O3导热性能差和难以实现高效p型掺杂的问题,通过构建新的β-Ga2O3背栅场效应晶体管（FET）栅介质结构,利用Silvaco TCAD半导体仿真平台,优化背栅结构参数,对背栅FET自热效应机制进行研究;同时,通过构建多种栅结构,设计了Al N/β-Ga2O3增强型HEMT器件,并对器件性能进行了系统的研究。取得的主要结论如下:对于β-Ga2O3 MOSFET器件,本文设计了背栅FET器件并对其自热效应展开详细研究。分别选取Hf O2、Al2O3和Si O2作为背栅的电介质层,对器件基本电学性能的研究结果表明,背栅电介质层材料的介电常数越大,器件的输出特性越高。为了减轻自热效应对器件的影响,选取导热性能更加优异的金刚石（Diamond）和氮化硼（h-BN）作为背栅的电介质层,研究结果表明,简单的更换导热性能更加优异的材料作为器件的电介质层无法有效地抑制自热效应对器件的影响,自热效应所导致的电流衰减与器件纵向电场调控的漏极电流密度有着紧密的关系。由此,本文设计了垂直和水平两种复合型Al2O3/h-BN背栅电介质层,通过调控器件的纵向电场分布有效降低了自热效应对器件的影响。两种结构将自热效应所导致的电流衰减率从80.15%分别降低为68.10%和69.63%,使器件在高压环境下获得更优秀的性能。进一步的研究表明,水平复合结构拥有比垂直复合结构更好的效果。对于Al N/β-Ga2O3 HEMT器件,本文设计并仿真实现了高性能的Al N/β-Ga2O3耗尽型HEMT器件,该器件中Al N/β-Ga2O3异质结界面处的界面电荷密度达1.537×1013 cm-2;随着Al N势垒层厚度增加,器件的阈值电压负向漂移,跨导减小,饱和漏电流降低。同时,通过凹槽栅、p-Ga N以及极化中和层结构,实现了增强型的Al N/β-Ga2O3HEMT器件。其中,极化中和层利用含In三元合金（In Ga N和In Al N）与Al N的极化作用,在极化中和层和Al N层的界面处产生负极化电荷,形成浮栅,将2DEG沟道耗尽,实现增强型器件的功能。除此以外,本文在凹槽栅结构中引入双栅结构,有效提高了器件的输出特性,并通过背栅电压实现了器件在耗尽型和增强型之间的动态调控功能。最后,提出在p-Ga N结构中引入栅介质层的设计思路,有效提高了器件的阈值电压,并且通过改变栅介质层的材料与厚度实现了对器件性能的调控。本论文针对β-Ga2O3当前存在主要两个问题,通过半导体器件建模和仿真,提出了一种改善β-Ga2O3器件抗自热效应能较差的方法,为进一步提高β-Ga2O3 MOSFET器件的性能提供了新的思路;对于Al N/β-Ga2O3 HEMT器件的结构设计和性能方面的研究则为将来实现高性能的增强型β-Ga2O3基HEMT器件打下理论设计基础。