现今电力电子器件发展迅猛且应用广泛,提高其器件性能的相关研究已成为大势所趋。基于这一研究现状,本工作确立了极化场效应对PIN二极管性能影响这一课题方向,并对以GaN基PIN二极管为代表的电力电子器件的背景、发展现状、应用及研究内容等进行了详细阐述,旨在优化PIN二极管性能。具体研究主要通过设计创新型GaN基PIN二极管结构以及在漂移层中插入薄的AlGaN层来调制电场分布,利用极化效应降低漂移层中的电场,以达到提高击穿电压的效果。本课题的研究方法和主要设计思路源于极化效应以及击穿电压所涉及的基本原理,以上理论研究贯穿整个GaN基PIN二极管的设计,为课题取得创新性成果奠定基石。课题的创新点主要包括:1、运用GaN/AlGaN间的极化电场调控漂移区中的电场强度;2、调控器件的极化电场方向,使之和外加电场方向相反,从而提高击穿电压,因此提出两种GaN基PIN二极管,即:[0001]方向的p侧向下PIN二极管和[000-1]方向的n侧向下PIN二极管;3、从外延制备角度出发,生长高Al组分的AlGaN插入层的技术难度较大,因此本文提出Al组分渐变的stair-cased-AlGaN-PIN二极管,该结构中的极化电场可以屏蔽外加电压引起的电场,实现击穿电压的提高。基于以上创新点,本文在了解电力电子器件的物理特性和研究基础的同时,对相关器件进行了理论分析和数据处理,深入探究了极化效应对改进GaN基PIN的击穿电压等工作特性方面的影响。研究过程中,本工作首先设计了两种沿[0001]方向的GaN基PIN二极管结构,即p侧向下和n侧向下的PIN二极管,并对其漂移层的厚度,插入层的位置和Al组分,极化方向及器件结构等因素对击穿电压的影响进行研究。其次,结合二极管的实际生长环境进行调整,提出[000-1]方向的n侧向下的GaN基PIN二极管stair-cased-AlGaN-PIN二极管,其中,对AlGaN插入层的Al N成分设置了组分渐变。研究最后得出结论:1、漂移层厚度不可过薄（不可小于4μm）,以防穿通击穿;2、利用AlGaN层的极化电场与外加电场相反的特性,提高PIN二极管的击穿电压;3、AlGaN薄层插入在电场最强的n--GaN/p+-GaN界面处时,可最大程度地提高击穿电压;4、增加AlGaN插入层中Al组分可以提高极化场强度,进一步提高击穿电压;5、stair-cased-AlGaN-PIN二极管更易在实际生产中得到应用,该设计可大幅削弱电场峰值,提高击穿电压。同时,本文也对器件的正向性能进行了研究分析,发现stair-cased-AlGaN层的加入会导致界面势垒高度增加,使正向导通电压小幅增加,所以未来的研究工作将致力于同时优化器件的正向和反向工作性能,使GaN基PIN二极管整体性能得到进一步提升,研究中的有益尝试也可为优化电力电子器件性能提供新思路。