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由于GaN优异的材料特性使GaN基HEMT走向实用化阶段。然而要将此技术推向更高耐压的的应用领域,以及更为恶劣的高温工作环境,器件的热可靠性及如何缓和击穿电压与导通电阻的矛盾关系成为亟待解决的关键问题。针对以上问题,首先本文介绍了极化效应、二维电子气等产生机理以及GaN HEMT器件的工作原理。并分别对单栅及均匀多栅指AlGaN/GaN HEMT的各项结构参数与器件沟道温度的关系进行了仿真分析。研究表明,栅长对饱和电流和沟道温度都有很大的影响,而栅漏间距只影响沟道温度。对于均匀多栅指AlGaN/GaN HEMT器件而言,沟道温度随功耗线性增加,栅指数越多,温度上升越快。器件沟道温度随着栅指间距变小而加速上升,尤其是大栅宽器件,175μm栅宽的器件,栅指间距为10μm时的沟道温度比栅指间距为40μm的升高了17%。其次,分别对AlGaN/GaN HEMT和InAlN/GaN HEMT进行变温测试,并研究了两种不同器件的性能退化机理。结果显示,对于AlGaN/GaN HEMT,温度大于100℃时,饱和电流随温度的升高线性下降,器件膝电压随着温度增加而右移。200℃时的饱和电流和跨导相比于室温时分别降低了21%和23%。栅极肖特基反向泄漏电流随着温度的升高而增大。对于InAlN/GaN HEMT,200℃时的饱和电流相比于室温下降低了76%,跨导相比于室温下降低了71%。而肖特基反向泄漏电流则由于高温致使肖特基电流输运机制的改变出现了两种情况,当温度小于100℃时,栅极肖特基反向泄漏电流随温度升高而增加;当温度大于100℃时,栅极肖特基反向泄漏电流具有负温度系数。最后,针对GaN基HFET热可靠性及击穿电压与导通电阻的矛盾关系,首次提出了一种超结垂直氮化镓基异质结场效应晶体管(super junction vertical GaN based heterostructure field effect transistor,GaN SJ-VHFET)。使用Sentaurus对GaN SJ-VHFET器件孔径宽度,p/n-GaN缓冲层浓度电学参数进行仿真优化。经优化当孔径宽度为6μm,p/n-GaN缓冲层浓度分别为4×1015cm-3、2×1015cm-3时,得到击穿电压达1539V,比导通电阻为3.38m??cm2的SJ-VHFET。在相同参数条件下,SJ-VHFET的比导通电阻比传统已有垂直高电子迁移率晶体管降低了34%,然而击穿电压却提高了5.2%。此外本结构还具有沟道温度低、缓冲层泄漏电流小、芯片面积占用小、便于封装等多方面优点。