得益于GaN材料的宽带隙、高饱和速度和高击穿电压等特性,GaN基高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor,HEMT）在高温高频高功率器件领域具有极大的潜力。器件中二维电子气（two-dimensional electron gas,2DEG）的浓度和迁移率决定GaN基HEMT的输出电流密度,研究2DEG的浓度与迁移率的物理模型对GaN基HEMT器件的设计与优化具有重要意义。本文在研究GaN基HEMT中2DEG与极化光学声子散射的成因的基础上,建立了2DEG浓度和极化光学声子散射因素决定的迁移率的模型。具体研究内容如下:在分析纤锌矿GaN材料极化效应和表面态的基础上,基于表面态在表面能级上为均匀分布,分别建立了表面态密度较低不足以使费米能级钉扎时Al GaN/GaN结构与GaN/Al GaN/GaN结构的GaN基HEMT中2DEG的浓度模型。模型表征了表面态密度、Al GaN势垒层中Al组分、势垒层厚度、GaN帽层厚度等因素对2DEG浓度的影响。进一步结合GaN/Al GaN界面产生二维空穴气（two-dimensional hole gas,2DHG）的临界条件,给出了GaN/Al GaN/GaN HEMT中产生2DHG的GaN帽层临界厚度的表达式。基于散射相关理论与极化光学声子散射的成因,建立了极化光学声子散射因素决定的迁移率的解析模型。计算结果表明,在2DEG浓度为6×1011～1×1013 cm-2,温度为200～400 K范围内,极化光学声子散射因素决定的迁移率随温度的变化近似为μPO=AT-α（α=3.5）。由于GaN中光学声子能量较大,吸收声子对迁移率的影响远大于发射声子的影响。进一步研究了极化光学声子散射因素决定的迁移率随光学声子能量变化的趋势,表明增加极化光学声子能量可提高2DEG的室温迁移率。结合极化光学声子散射模型与2DEG浓度模型,研究了Al GaN势垒层厚度、Al组分以及器件结构对极化光学声子散射因素决定的迁移率的影响。结果表明,Al GaN势垒层厚度增加或Al组分增大均会导致极化光学声子散射因素决定的迁移率减小。此外,Al GaN/GaN HEMT与GaN/Al GaN/GaN HEMT中极化光学声子散射的计算结果表明GaN帽层将增大极化光学声子散射因素决定的迁移率。