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新型Al组分渐变构造的N极性GaN基HEMT中二维电子气分析提出了一种含有AlN插入层的新型Al组分渐变的N极性GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)构造，并通过自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程，仿真研究了该新型N极性HEMT构造的二维电子气特性。结果说明采用该新型N极性HEMT构造其体载流子浓度峰值与普通Al组分渐变N极性HEMT构造相比提高了12%。同时定义了Al组分从大到小渐变层和从小到大渐变层厚度之比R及最大值xmax，仿真说明二维电子气面密度随R增大而减小，而xmax超过0.4后二维电子气面密度出现饱和趋势。

N极性(N-polar)GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)与传统的Ga极性(Ga-polar)GaN基HEMT相比，在高频大功率微波晶体管应用中以低接触电阻及高二维电子气(2DEG)限阈性等优势日益受到相关研究者的重视，且在频率及功率特性方面已逐渐可以和Ga极性HEMT器件性能相比较。

在N极性HEMT文献报道中，对GaN/AlGaN异质结中的AlGaN天然背势垒层除开展Si掺杂以提高GaN沟道层中的2DEG面密度及稳定性外，一般还开展Al组分渐变式处理，其目的是减小HEMT器件的电流崩塌效应。RajanS等研究认为在N极性GaN基HEMT中的AlGaN背势垒层和GaN缓冲层所构成的异质结处，靠近价带顶附近存在一个施主型陷阱能级，由于陷阱能级离费米能级较近，且施主能级释放和捕获电子速度较慢，从而引起电流崩塌。通过对AlGaN背势垒层开展Al组分渐变处理后，可以使价带顶和陷阱能级远离费米能级，从而使施主型陷阱能级变成深能级，最终减小电流崩塌效应。

提高异质结中的2DEG面密度及迁移率对提高器件电流处理能力至关重要，增大AlxGa1-xN中的Al组分x及Al组分渐变范围可以提高N极性GaN/AlGaN异质结中的2DEG面密度，但这会降低异质结界面材料质量，从而影响2DEG迁移率。

为了在提高N极性GaN基HEMT2DEG面密度的同时降低对2DEG迁移率的影响，提出了一种新型的Al组分渐变构造，通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程分析并研究了相关参数对该新型构造中2DEG行为特性的影响，期望为实际N极性材料与器件构造设计提供一些有益帮助。

结论

提出了一种含有AlN插入层的新型Al组分渐变的N极性GaN基HEMT构造。通过自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程，首先仿真研究了不含AlN插入层时的无Al组分渐变、普通Al组分渐变和新型Al组分渐变的三种N极性GaN基HEMT构造的2DEG行为特性。结果说明该新型Al组分渐变的N极性HEMT构造其总2DEG面密度最大，但GaN/AlGaN异质结中的2DEG面密度较低，限阈性也较差。引入1nmAlN插入层后，该新型N极性HEMT构造的体载流子浓度峰值与普通Al组分渐变N极性HEMT构造相比增加了12%，而2DEG限阈性也得到了有效提高。同时定义了Al组分的从大到小渐变层和从小

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