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AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）由于其高击穿电压和高频性能成为下一代无线基站及军事应用中功率放大器具有潜力的器件。从第一只AlGaN/GaN HEMT问世至今, AlGaN/GaN HEMT在DC和RF性能上都有了很大改善,器件应用方面也取得了很大进展,这与材料品质与器件加工工艺的巨大发展是分不开的。但是现在仍有很多问题亟需解决:如在理论方面,我们对GaN的了解远不如Si、GaAs等材料的了解程度,而且为了更好地开发AlGaN/GaN HEMT作为高频和大功率器件,常规AlGaN/GaN HEMT的局限性逐渐暴露,如器件的线性度。为了更好地改善性能,需要研究更好的器件结构,因此,器件在性能上仍有很大的提升空间;另一方面,由于AlGaN/GaN HEMT器件的发展历史较短,关于该器件大小信号等效电路模型的研究成果不多,缺少精确的大信号小信号模型。最近几年,对AlGaN/GaN HEMT器件外延层进行优化,尤其是沟道区的优化引起了我们的注意。目前已进行的工作有,在AlGaN/GaN HEMT器件中插入一个低Al组分的AlGaN层,即AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN复合沟道HEMT （CC-HEMT）,能有效地改善器件的线性度,本论文在这个研究成果的基础上,进行新型器件的设计,并开展参数提取和大信号模型建立。本文的主要内容包括以下几点:首先文章设计了能满足线性功率器件应用的亚微米复合沟道GaN HEMT结构,从AlGaN/GaN HEMT的能带理论和载流子输运的工作原理出发,自洽求解泊松方程和费米分布,得到异质结构导带结构和异质结界面处的二维电子气浓度分布和电场分布等特性,分析HEMT器件纵向结构中各外延层的设计特点,然后结合Silvaco TCAD软件仿真器件I-V特性,最终确定的最佳外延结构为Al0.27Ga0.73N/AlN/Al0.04Ga0.96N/GaN HEMT,其中势垒层Al0.27Ga0.73N层的厚度为22nm,复合沟道层Al0.04Ga0.96N的厚度为8nm。对栅长0.3μm栅宽100μm的器件仿真结果表明,在栅极电压-4V到-2.5V的宽范围内跨导变化很小,对亚微米结构的HEMT器件来说,表现了良好的线性度。并且在这个器件结构的基础上仿真了器件的热效应。然后,从建模的角度考虑,设计了不同尺寸的系列器件并进行了流片和测试分析。通过比较复合沟道器件Al0.27Ga0.73N/AlN/Al0.04Ga0.96N/GaN HEMT与相同工艺条件下常规器件Al0.27Ga0.73N/AlN/GaN HEMT的DC特性、小信号特性和大信号特性,表明设计的新型器件比常规器件确实表现出更好的线性度。通过比较测试结果与仿真结果,证明理论分析和仿真结果具有明确的指导意义,可以避免盲目地进行结构设计以节约时间和成本。测试结果表明设计的复合沟道GaN HEMT在亚微米尺寸下也具有较高的线性度。最后从小信号入手,讨论了用于微波电路设计的HEMT等效电路模型,分析模型的参数提取方法,给出了S参数法提取寄生元件和本征元件的详细过程。利用EEHEMT1模型建立该器件的大信号模型。通过验证,这种模型可以满足精度要求。