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为了适应电力电子和电源管理等电路系统日益增长的功率密度、工作频率、高温适应能力、开关速度和电压应用范围需求,具有高耐压、高电流、高导热性能和高开关速度的功率电子器件逐渐成为功率半导体领域的研究热点。氮化镓（GaN）基功率器件充分利用了GaN材料的高禁带宽度、高导热系数、高临界击穿电场强度等优势,以铝镓氮和氮化镓异质结（AlGaN/GaN）为核心结构的GaN基功率器件逐渐成为功率器件的主流并具有广泛而光明的应用前景。本文研究的主体对象为GaN基功率器件,并针对目前GaN基功率器件存在的耐压较低、开关速度较低等问题展开研究。本文的主要研究内容分为以下六个部分:1.阐述和分析了GaN的材料及GaN基功率器件的优势。通过国内外研究进展对比阐述了GaN基功率器件研究取得的成果和目前仍存在的问题。结合极化效应阐述了GaN基功率器件中二维电子气的形成机理和其浓度的计算方法,并建立了GaN基功率器件的阈值电压模型、迁移率模型、IV模型。基于这些理论和模型提出了一种器件-电路混合仿真系统,分析和讨论了器件的开关速度与器件结构和参数的关系,表征了器件在高频和高温下开关速度的退化。2.提出了一种带有垂直超结的GaN垂直HEMT器件新结构（SJ-VHEMT）,以提高垂直GaN HEMT器件的击穿电压和改善击穿电压和导通电阻的折中关系。通过在缓冲层中加入pnp超结结构,利用p型掺杂区和n型掺杂区的电荷平衡使器件的电场分布更加均匀,从而有效地提高器件的击穿电压。随后对n型区宽度、n型区掺杂浓度、p型区掺杂浓度、缓冲层厚度等参数进行了优化。经过优化,器件的击穿电压达到了2604V,平均击穿电场强度达到了2.6MV/cm。3.提出了一种具有复合AlGaN缓冲层的GaN基功率器件新结构（HB-HEMT）,从缓冲层材料的角度解决横向GaN HEMT器件击穿时电场拥挤的问题和提高器件的Baliga优值。分析和讨论了常规GaN缓冲层和AlGaN缓冲层对GaN基功率器件的阈值电压和导通电阻的影响,通过优化沟道层厚度等参数有效地提高了器件的阈值电压。分析和讨论了AlGaN缓冲层中Al组分不同时器件电场分布和击穿电压的差异。根据上述研究,利用具有低Al组分和高Al组分的AlGaN缓冲层对器件电场调制的不同作用,提出了一种具有复合AlGaN缓冲层的GaN基功率器件新结构（HB-HEMT）。经过对关键参数的优化,栅漏距为6μm时HB-HEMT同时具有高击穿电压（1450V）、低导通电阻（0.47mΩ·cm2）、和高Baliga优值（4.47GW/cm2）,平均击穿电场强度达到了2.42MV/cm。此外CV和开关特性仿真结果表明HB-HEMT器件同时还具有较低的电容值和较高的开关速度,1MHz频率时器件的上升时间tr和下降时间tf分别为0.49ns和0.67ns,开启速度和关断速度分别为653V/ns和477 V/ns。4.提出了一种具有AlGaN缓冲层和高k/低k复合介质层的GaN基功率器件新结构（H-HEMT）,从介质层的角度解决横向GaN HEMT器件击穿时电场拥挤的问题和提高器件的Baliga优值。根据高斯定理和介电常数的差异,阐述了该新结构的电场调制机理。经过对该器件的关键参数的优化,该器件在栅漏距为6μm时,BV、Ron,sp和FOM分别达到了1490V、0.4 m?·cm2和5.3GW/cm2,平均击穿电场强度高达2.48MV/cm。此外CV和开关特性仿真结果表明该器件同时还具有较低的电容值和较高的开关速度,1MHz频率时器件的上升时间tr和下降时间tf分别为0.51ns和3.66ns,开启速度和关断速度分别为627V/ns和87V/ns。5.提出了一种具有复合AlGaN背势垒层的GaN基功率器件新结构（HBB-HEMT）,从背势垒层的角度解决横向GaN HEMT器件击穿时电场拥挤的问题和提高器件的Baliga优值。通过不同Al组分的单一AlGaN背势垒对器件电场调制的差异的分析,阐述了复合AlGaN背势垒层对器件电场调制和击穿电压的提升的作用。经过对关键参数的优化,栅漏距为7μm时该新结构器件同时具有高击穿电压（1920V）、低导通电阻（0.45mΩ·cm2）、高优值8.19GW/cm2和高平均击穿电场强度（2.74MV/cm）。6.突破了高耐压GaN基功率器件制备的关键技术,制备出了具有1000V以上耐压的GaN基功率器件,为提出的GaN新结构器件的制备积累了工艺经验。阐述了GaN基功率器件制备的主要工艺流程,并对工艺流程中的关键工艺（隔离技术、栅介质工艺、表面钝化工艺）进行优化。经过工艺优化制备出了Si衬底和蓝宝石衬底的高耐压GaN基功率器件。经测试和分析,Si衬底器件在栅漏距为15μm时最高击穿电压达到了1000V,比导通电阻为1.79mΩ·cm2,Baliga优值为0.57GW/cm2,平均击穿电场强度达到了0.67MV/cm。蓝宝石衬底器件在栅漏距为15μm时最高击穿电压达到了1156V,比导通电阻为2.38mΩ·cm2,Baliga优值为0.56GW/cm2,平均击穿电场强度达到了0.77MV/cm。此外基于上述工艺还制备了多栅指大功率的Si衬底GaN基功率器件,开关特性测试结果（漏压为20V）表明该器件的上升时间和下降时间分别为3.8ns和2ns。