氮化镓（GaN）是第三代半导体材料的典型代表,具有宽带隙、高临界击穿电场及高饱和电子漂移速率等优异特性,特别是AlGaN/GaN异质结具有高浓度的二维电子气（2DEG）,使得GaN功率器件在高压、大功率、低功耗及小型化方面独具优势,在电动汽车、激光雷达、通用电源设备及数据中心等领域有巨大的应用潜力。但是在高性能GaN器件的新结构、物理特性、制备工艺以及可靠性等方面仍存在诸多挑战:首先在耐压方面,由于栅边缘处存在电场集中,高场下热电子引起栅极失效或泄漏电流剧增,击穿电压远低于理论极限,未充分发挥高临界击穿电场的优势;其次,部分功率变换器拓扑要求GaN器件具有反向续流的能力,高电子迁移率晶体管（High electron mobility transistor,HEMT）自身有续流能力,但其反向开启电压由阈值电压及栅压决定,存在较大的功率损耗;再次,由于异质结界面存在高密度的2DEG,器件难以实现增强型和高阈值电压;此外,高密度的界面态或缺陷在高场下会引起电流崩塌及阈值电压漂移等可靠性问题。针对上述问题,研究极化结电场调制机理和新型集成技术,提出新型高压低功耗GaN器件和集成鳍形无结二极管的垂直GaN晶体管,其主要创新点如下:1.提出并研制极化结高压肖特基二极管为了缓解阳极处的电场集中现象,优化漂移区电场分布,本文构建了GaN-top/AlGaN/GaN双异质结平台,据此提出并研制极化结肖特基二极管。在阻断状态下,2DHG及2DEG被耗尽留下正负电荷构成极化结,极化结优化漂移区二维电场分布,以实现高压。针对特殊的双异质结外延,开发了低损伤ICP刻蚀技术和低阻N/P型欧姆技术。实验结果表明,新结构的开启电压为0.68 V,势垒高度为0.76 e V。当漂移区长度为11μm时,击穿电压达到了1109 V,比导通电阻为1.17 mΩ·cm~2,开关电流比为～1010,Baliga优值达到了1.051 GW/cm~2。上述研究验证了极化结耐压机制,获得了高压肖特基二极管,为下面极化结HEMT器件的研究奠定了良好基础。2.提出并研制极化结增强型RC-HEMT为了解决HEMT逆导时开启电压及导通压降大的问题,研究新型集成技术,提出并研制具有极化结的增强型RC-HEMT（Reverse Conducting）。通过内部集成肖特基二极管实现低的反向开启电压,减少续流时的损耗。集成的肖特基二极管与HEMT共用漂移区,节省器件面积。同时,新结构利用极化结缓解电场集中现象,优化漂移区表面电场分布,实现高压。此外,优化了栅介质淀积技术以减小界面态,并对栅介质进行表征。实验结果表明,新结构的反向开启电压为0.68 V,相比常规结构降低了69.1%,且与阈值电压及所加栅压无关。同时,在7.5μm的漂移区上实现了723 V的耐压。Al2O3栅介质的漏电为～10-10 A/mm,界面陷阱浓度下降到了～1012 cm-2·e V-1。在300 V的应力电压下,器件的动态电阻仅增大了25%。3.提出集成鳍形无结二极管的垂直晶体管针对GaN纵向器件集成续流二极管的方式及性能优化问题,提出集成鳍形无结二极管的垂直MOS管（FD-MOS）。鳍形无结二极管利用金属与GaN的功函数差进行沟道控制,可获得低的开启电压,利用其实现反向续流,可显著降低反向导通损耗。在耐压时,鳍形无结二极管泄漏电流小,整个器件呈现硬雪崩击穿特性。集成鳍形无结二极管不存在少子,反向恢复时间相比体二极管下降了47.5%。FD-MOS的反向开启电压相比常规结构下降了78.9%,同时具有低的栅漏电荷,开启时间及关断时间相比常规结构分别降低了58.2%及62.4%。针对P型掺杂及二次外延困难的问题,提出一种集成鳍形无结二极管的Fin FET,将上述FD-MOS中的平面栅MOS部分替换为Fin FET,新结构无需P型掺杂,阈值电压为1.11 V,反向开启电压为0.49 V。