GaN作为第三代宽禁带半导体材料的代表,由于其禁带宽度大、临界击穿电场高、导热率高等优势,使其在功率半导体领域表现出巨大的潜力。一方面,GaN-on-Si的发展使得GaN器件的成本显著下降,这对于GaN材料的应用和发展是具有里程碑意义的。另一方面,由于GaN HEMT器件属于平面器件,与现有的Si基半导体制造工艺兼容性较强,这使其更容易与其他半导体器件集成。正因如此,对于GaN器件的研究也越来越受到人们的关注。然而GaN器件发展30几年来,对于横向AlGaN/GaN HEMT器件的研究相对比较成熟,因此横向器件的缺点也越来越被大家熟知。1)传统横向GaN HEMT器件会导致电流崩塌等一系列稳定性问题。2)横向GaN HEMT器件由于沟道电场分布集中而导致击穿现象。针对横向器件存在的缺陷,本论文从纵向JFET器件的角度出发分别研究了具有逆导特性的GaN VJFET器件和GaN VJFET器件的耐压机理与结构优化设计。1.提出一种集成了反向恢复肖特基势垒二极管(SBD)的增强型纵向GaN JFET功率器件新结构。通过嵌入反向恢复二极管,利用正向导通与反向续流路径相分离的方法,实现了GaN纵向JFET的逆导特性。基于Sentaurus TCAD仿真软件对提出的新型GaN VJFET的正向特性和反向特性进行仿真分析,结果显示器件的阈值电压为2.0 V,击穿电压为1720 V,比导通电阻为2.79 mΩ·cm~2,反向SBD的开启电压为0.7 V。该新型纵向GaN功率器件在功率半导体领域具有很大潜力。2.深入研究了传统GaN VJFET器件的耐压机制,并基于此提出了PI-VJFET(P-GaN Island-Vertical Junction Field Effect Transisitor)新结构。PI-VJFET器件的特点有:(1)在JFET区域引入P岛结构,有效降低了器件的导通电阻,从仿真结果可知,PI-VJFET结构的导通电阻大约是传统GaN VJFET的50%;(2)将P岛结构从JFET沟道区一直延伸到器件的漂移区,使得器件体内电场分布更加均匀,从而有效的提高了器件的击穿电压。从仿真结果可知,提出的PI-VJFET的击穿电压为1400 V较传统结构提高了约500 V。此外,本文还对P岛的结构参数进行了优化分析,提出的PI-VJFET结构对于GaN纵向JFET击穿电压的提升具有指导意义。