氮极性（N-polar）GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）与传统镓极性（Ga-polar）GaN基HEMT相比,具有欧姆接触电阻低、二维电子气（2DEG）限制能力强等优势,在大功率微波功率晶体管、CMOS逻辑门电路、超高速数字信号集成电路与系统等方面应用潜力巨大。目前,氮极性GaN基HEMT仍处于初期发展阶段,一些关键基础问题亟待解决,如高质量氮极性氮化物材料制备技术、氮极性GaN/AlGaN异质结构中电场分布及电荷的定向累积机制等。探索氮极性GaN/AlGaN基异质结构中电场分布及电荷的定向积累机制问题,需深入研究氮极性GaN基HEMT沟道2DEG与器件结构参数之间的关系、不同器件结构对氮极性GaN基HEMT直流特性的影响以及氮极性GaN基HEMT中累积电荷对器件射频性能影响等基础性问题。为此,本论文开展了氮极性GaN/AlGaN HEMT器件模拟仿真研究。主要研究内容如下:1.氮极性GaN基HEMT直流特性研究。采用计算机辅助设计软件对不同结构HEMT器件进行了模拟,并系统分析了n型渐变AlGaN层掺杂浓度、AlN隔离层厚度等器件结构参数对氮极性HEMT沟道2DEG密度的影响。通过结构参数优化,获得了具有良好直流特性的氮极性HEMT器件。在栅长2μm条件下,该氮极性HEMT器件在零栅压下的饱和输出电流密度为0.85 A/mm。2.氮极性GaN基双异质结电荷模型研究。首先,针对氮极性GaN/AlGaN/GaN异质结构,系统分析了其在理想本征情况下的电场分布和电荷积累规律,并探究了其结构中2DEG与二维空穴气（2DHG）的行为特性和形成机理。根据模拟结果并考虑实际氮极性HEMT器件应用要求,提出了氮极性GaN/AlGaN/AlN双异质结构,并建立了其电荷分布模型。模拟结果表明,该结构能够有效消除负极化电荷界面处的2DHG,并且在非故意掺杂的情况下能够获得更高密度的沟道2DEG。此外,为提高势垒层的电子势垒,增强对沟道2DEG的限制能力,我们对该GaN/AlGaN/AlN异质结结构进行了进一步优化,获得了可用于氮极性HEMT器件应用的新型GaN/AlN/AlGaN/AlN异质结构。3.氮极性GaN基HEMT频率特性研究。模拟结果表明,氮极性HEMT器件中AlGaN/GaN界面处产生的2DHG对于HEMT器件的频率性能存在负面影响。针对该问题,我们基于GaN基异质结电荷调控模型,提出了氮极性GaN/AlN/AlGaN/渐变AlGaN/AlN HEMT新型器件结构,该器件结构可有效消除传统HEMT结构中诱导产生的高密度2DHG,改善器件频率特性。此外,所提出的HEMT结构中AlN势垒层强的极化电场和大的禁带宽度能够诱导5.7×1013cm-2的高密度2DEG,同时可以增强对沟道2DEG的限制。100 nm栅长的氮极性HEMT器件在零栅压下的饱和输出电流密度为11.5 A/mm。在漏压为3V的测试条件下,该器件的跨导峰值gm为1.36 S/mm,对应的电流增益截止频率f T为220 GHz。