随着器件工艺尺寸的缩小,应变技术在硅基器件性能提升方面成为了重要手段之一。信息通信技术迅猛发展,推动半导体器件向高功率高频段发展,以氮化镓（GaN）为代表的Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料被应用于高性能半导体器件,而应变GaN与应变硅类似,在张应变情况下,显著提升沟道电子迁移率。但是由于应变GaN的发展受限于当前的工艺及应变测量技术,GaN高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor,HEMT）器件中的应变效应物理机制及数学模型还需要进一步的研究。本文的研究将分为以下几个部分:一、为了对GaN沟道施加拉伸应变,进一步改善AlGaN/GaN HEMT的电流特性,根据应变理论和极化理论,结合已有的GaN应变效应理论结果,建立了应变GaN沟道模型,并进行了综合论证。理论计算结果表明:在InxGa1-xN弛豫层In组分x=0.02、0.04、0.06的影响下,沟道应变分别增加了0.225%、0.450%和0.675%,AlGaN/GaN沟道电子气体浓度略微增加,GaN/In GaN沟道电子气体浓度增加明显。这是由AlGaN和应变GaN极化抵消,以及压电极化因子差别所导致的。基于应变沟道模型,提出了应变GaN沟道HEMT（SGC-HEMT）器件结构。仿真结果表明:随着沟道应变的增加,理想SGC-HEMT器件阈值电压线性负漂,InxGa1-xN弛豫层In组分x每增加0.02时,阈值电压负漂0.67 V,漏极饱和电流增加0.3 A/mm。基于应变沟道模型,对仿真结果的合理性进行了数学解析。二、为了改进SGC-HEMT阈值电压负漂问题,同时兼顾器件的电流特性,本文提出了非栅下应变沟道GaN HEMT（SNGC-HEMT）器件结构。仿真结果表明,由于SNGC-HEMT栅下沟道未施加应变,阈值电压（-3.96 V）基本不随x而变化。在InxGa1-xN弛豫层In组分x=0.02、0.04、0.06的影响下,SNGC-HEMT器件漏极饱和电流分别为0.914 A/mm、1.095 A/mm和1.219 A/mm,与传统器件的饱和电流0.701 A/mm相比,分别增加了30.63%、56.47%和74.17%;另外,通过对器件应变沟道厚度的仿真分析,确立SNGC-HEMT器件最优应变沟道厚度:TSGC=4 nm。优化的SNGC-HEMT器件结构有效迁移率峰值分别为259.61 cm~2/V·s、281.34 cm~2/V·s、289.56 cm~2/V·s,与传统AlGaN/GaN HEMT器件的有效迁移率峰值187.82 cm~2/V·s相比,分别增加了38.23%、49.80%和54.17%。与传统AlGaN/GaN HEMT器件相比,SNGC-HEMT器件在漏极饱和电流、有效迁移率方面表现出明显的优势。但随沟道应变的增加,沟道应变对器件的提升作用逐渐退化,主要包含两方面的原因,一是非栅下沟道应变改变了栅下沟道的电场分布,二是沟道应变引入的缺陷加剧了载流子的散射。