GaN基材料具有大禁带宽度、强击穿场强、高极化系数、高电子迁移率和高电子饱和漂移速度等系列材料性能优势,是制备新一代高性能电力电子器件的优选材料,具有重要的应用前景。近年来,美国、日本和欧洲等发达国家和地区均将GaN基电力电子器件列入重大战略研究计划,并已取得了重要进展。AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)等横向结构器件研究虽然非常火热,但仍面临着可靠性和集成度等方面的问题。GaN垂直器件最近引起了越来越多的关注,与GaN横向器件相比,垂直器件有几个潜在的优势:1)在不扩大芯片尺寸的情况下具有更高的电流密度;2)由于峰值电场(Epeak)远离表面而具有优异的可靠性;3)优越的热耗散性能。目前报道的高性能GaN垂直器件大都是GaN体材料衬底上外延得到。然而这种体材料衬底价格十分昂贵,并且目前制备的外延片尺寸仍限于2英寸,廉价的GaN晶片是向垂直GaN器件商业化的重要步骤,在异质衬底GaN材料上制备出性能优异的器件是目前的迫切需求。本论文通过在器件模拟、器件结构设计、器件工艺优化、器件表征测试等方面的探索创新,在蓝宝石衬底制备了具有雪崩击穿特性的GaN垂直二极管,并针对器件表现出的边缘场强集聚效应,设计制备了倾斜台面结构器件。对论文中涉及工作的具体总结如下:1.成功制备了具有雪崩击穿特性的蓝宝石上GaN基垂直结构二极管。器件击穿电压为～360V,正向导通压降为3.4V,导通电阻为2.848 mΩ·cm2,器件性能优异,与目前报道的异质外延衬底上制备的GaN二极管相当。UIS测试中,在47mH电感的电路中,器件的雪崩电压为380V,峰值雪崩电流为78mA。在较小电感的电路中,器件能承受100000次雪崩而不失效,随着电感增大,器件能承受的总的雪崩泄能减小,器件表现出一定的雪崩能力退化。为了研究退化的基本机制,我们进行了变温I-V测试,静态重复的雪崩击穿测试,基于Silvaco的数值模拟和脉冲I-V测量。在这些分析下,得出在边缘区域由于局部雪崩倍增而积累的灾难性热效应导致了二极管雪崩耐久性的退化。2.针对较强的边缘场强集聚,具有倾斜台面终端结构的GaN基二极管被成功的设计并制备了出来。对该倾斜台面结构器件的I-V特性、雪崩能力等都进行了细致的测试分析。结果表明倾斜台面结构的GaN基二极管能够很好抑制边缘场强集聚效应,相同外延结构下,倾斜台面结构器件的击穿电压为480V,导通压降为3.5V,导通电阻为9.52 m Ω·cm2。为了更好的理解倾斜台面对边缘场强集聚的抑制作用,我们通过TCAD数值模拟以及雪崩发光测试进行了详细的验证:倾斜台面的雪崩更加均匀。最后在UIS测试中,倾斜台面器件表现出异常优异的性能,在电感为1mH的电路中,雪崩电压为548V,峰值电流达到5.8A。对于器件表现出来的自淬灭过程我们提出了充放电速率的模型。