随着新型电力电子行业发展,对新型功率半导体器件的功率密度和可靠性的要求越来越高。绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）具有双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor,BJT）和单极型绝缘栅型场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET）各自的优势特点,具有金属氧化物半导体场效应晶体管输入阻抗高、驱动电路简单、开关时间短、驱动功率低等特点。在650 V及以上直流电压变流系统应用上极为适合,在新能源汽车、物联网、高铁、地铁等战略性产业领域上也被广泛应用。氮化镓（GaN）作为优秀第三代半导体材料,是近些年半导体功率器件研究重点方向之一,但目前针对GaN材料研究中,主要集中在高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor,HEMT）器件中,不能很好地利用GaN材料宽禁带的优势。因此,本研究课题中提出基于GaN材料耐压超过650 V的IGBT器件新结构,主要研究不同物理参数对新结构IGBT器件导通特性、击穿特性、关断特性等关键电学性能影响。针对以上问题,本文依次提出以下三种器件结构。1.研究了一种纵向沟槽栅GaN IGBT结构。本文提出的这种基于GaN材料的纵向IGBT器件新结构,不仅保证了器件正常的导通特性,还使器件在8μm漂移区厚度的前提下尽可能发挥GaN材料宽禁带的优势。器件的击穿电压达到700 V,器件峰值电场可达到88.75 V/μm,输出电流相比于同尺寸MOS器件,提高了726.6%,器件的关断时间为14.5 ns。2.研究了一种以N-GaN材料为衬底材料的纵向GaN IGBT器件新结构。该器件结构特点主要在于:以N型GaN作为器件的衬底,其结构层次从上至下为P/N/P/N的IGBT器件,并采用场板技术对器件耐压时内部电场进行优化,用来提高器件的正向击穿电压。仿真结果表明,与同结构GaN MOS器件相比,提出的GaN IGBT器件新结构输出的最大电流提高了133.5%,比导通电阻降低了45%,Baliga优值（FOM）提高了82.9%。3.研究了一种异质结注入的纵向GaN IGBT器件新结构。该器件结构特点主要在于:以上一种结构为基础,同样以N型GaN作为器件的衬底,用Al GaN材料代替集电极的GaN材料,并在集电极区和漂移区之间增加Al组分x渐变的AlxGa1-xN薄层,以实现更高的空穴注入比,以减少新结构器件导通压降,提高其输出电流。仿真结果表明,与GaN IGBT结构相比,该器件结构的输出最大电流提高了25%,导通压降降低了0.07 V,正向击穿电压提高了100 V;与同尺寸GaN MOS器件相比,该器件结构的输出电流提高了177.8%,比导通电阻降低了50%,正向耐压提高了60 V。