作为第三代半导体材料,GaN具有临界击穿电场高、禁带宽度大、电子饱和漂移速度快等优良特性。同时由于极化效应,GaN可以与AlGaN等材料形成具有高面密度和高迁移率的二维电子气沟道,从而使得AlGaN/GaN HEMT可以同时获得较高的击穿电压和较低的导通电阻,因此被认为是最具有潜力的功率器件。但是由于GaN与AlGaN晶格不匹配,AlGaN/GaN HEMT器件存在着可靠性问题。并且,AlGaN/GaN HEMT还存在着栅极电场集中效应以及缓冲层泄漏电流等问题,使得器件提前击穿,未能充分发挥GaN材料的高耐压特性。基于以上问题,本论文提出两种具有p型栅极的增强型GaN基功率器件,并对其机理、结构参数及电学特性展开了研究。1.针对传统AlGaN/GaN HEMT器件的可靠性问题,使用In组分为17%的InAlN势垒层代替AlGaN势垒层,由于InAlN/GaN异质结存在着超强的自发极化效应,最终可以实现沟道高浓度的2DEG,大幅度的提高了器件的输出电流密度。为提升InAlN/GaN HEMT器件的击穿电压,对高相对介电常数钝化层技术进行了研究,使用TiO2钝化层代替传统Si3N4钝化层。最终设计出的p-GaN栅InAlN/GaN HEMT器件的导通电阻为2.6 mΩ·cm2,饱和输出电流为1.22 A/mm,击穿电压为1026 V。相较于 p-GaN 栅 AlGaN/GaN HEMT 器件,p-GaN 栅 InAlN/GaN HEMT器件的导通电阻降低了 23%,饱和输出电流增大了 52.5%,击穿电压提升了 31.5%。2.针对传统横向型的AlGaN/GaN HEMT器件具有电流崩塌效应、击穿电压难以提升以及尺寸较大的缺点,对垂直型的GaN基功率器件进行了研究。基于研究人员提出的超结垂直型GaN基功率器件,提出了梯度掺杂超结垂直型GaN基功率器件,可以有效地改善击穿电压和导通电阻之间的折中关系。设计出的新型器件的击穿电压为2610 V,导通电阻为2.81 mΩ·cm2。相较于超结垂直型GaN基功率器件,新型器件的击穿电压提升了 30.5%,同时导通电阻降低了 11.2%。