提出了一種含有AlN 插入層的新型Al 組分漸變的N 極性GaN 基高電子遷移率晶體管( HEMT) 結構，并通過自洽求解一維薛定諤方程和泊松方程，仿真研究了該新型N 極性HEMT 結構的二維電子氣特性。結果表明采用該新型N 極性HEMT 結構其體載流子濃度峰值與普通Al 組分漸變N 極性HEMT 結構相比提高了12%。同時定義了Al 組分從大到小漸變層和從小到大漸變層厚度之比R 及最大值xmax，仿真表明二維電子氣面密度隨R 增大而減小，而xmax超過0.4 后二維電子氣面密度出現飽和趨勢。

　　N 極性(N-polar) GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT) 與傳統的Ga 極性(Ga-polar) GaN 基HEMT相比，在高頻大功率微波晶體管應用中以低接觸電阻及高二維電子氣(2DEG) 限閾性等優(yōu)勢日益受到相關研究者的重視，且在頻率及功率特性方面已逐漸可以和Ga 極性HEMT 器件性能相比擬。

　　在N 極性HEMT 文獻報道中，對GaN/AlGaN異質結中的AlGaN天然背勢壘層除進行Si 摻雜以提高GaN 溝道層中的2DEG 面密度及穩(wěn)定性外，一般還進行Al 組分漸變式處理，其目的是減小HEMT器件的電流崩塌效應。Rajan S 等研究認為在N 極性GaN 基HEMT 中的AlGaN 背勢壘層和GaN 緩沖層所構成的異質結處，靠近價帶頂附近存在一個施主型陷阱能級，由于陷阱能級離費米能級較近，且施主能級釋放和捕獲電子速度較慢，從而引起電流崩塌。通過對AlGaN 背勢壘層進行Al 組分漸變處理后，可以使價帶頂和陷阱能級遠離費米能級，從而使施主型陷阱能級變成深能級，最終減小電流崩塌效應。

　　提高異質結中的2DEG 面密度及遷移率對提高器件電流處理能力至關重要，增大AlxGa1 - xN 中的Al 組分x 及Al 組分漸變范圍可以提高N 極性GaN/AlGaN 異質結中的2DEG 面密度，但這會降低異質結界面材料質量，從而影響2DEG 遷移率。

　　為了在提高N 極性GaN 基HEMT 2DEG 面密度的同時降低對2DEG 遷移率的影響，提出了一種新型的Al 組分漸變結構，通過自洽求解薛定諤方程和泊松方程分析并研究了相關參數對該新型結構中2DEG 行為特性的影響，期望為實際N 極性材料與器件結構設計提供一些有益幫助。

　　結論

　　提出了一種含有AlN 插入層的新型Al 組分漸變的N 極性GaN 基HEMT 結構。通過自洽求解一維薛定諤方程和泊松方程，首先仿真研究了不含AlN 插入層時的無Al 組分漸變、普通Al 組分漸變和新型Al 組分漸變的三種N 極性GaN 基HEMT 結構的2DEG 行為特性。結果表明該新型Al 組分漸變的N 極性HEMT 結構其總2DEG 面密度最大，但GaN/AlGaN 異質結中的2DEG 面密度較低，限閾性也較差。引入1 nm AlN 插入層后，該新型N 極性HEMT 結構的體載流子濃度峰值與普通Al 組分漸變N 極性HEMT 結構相比增加了12%，而2DEG 限閾性也得到了有效提高。同時定義了Al 組分的從大到小漸變層和從小到大漸變層厚度之比R 和最大值xmax，分析表明2DEG 面密度隨R 增大而減小，而xmax超過0.4 后2DEG 面密度逐漸趨于飽和。