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随着科技的进步,氮化镓(GaN)以优异的特性在全世界范围内引起大量的关注和研究。本文介绍了GaN材料的特性,阐述了AlGaN/GaN异质结器件的工作原理,并对影响垂直器件耐压的关键参数进行了简要的分析。此外,本文对比分析了目前垂直器件主流制作工艺存在的优势和缺点。在此基础上,分别创新性提出了三种新型GaN垂直器件耐压结构:P型埋层结构、复合绝缘介质电流阻挡层结构、电荷补偿耐压结构,均可明显提高器件击穿电压同时兼具有低导通电阻。首先,为了提高器件的击穿电压,缓和击穿电压和导通电阻之间的矛盾,提出了一种带P型埋层的GaN VFET新结构。该P型埋层能调节器件缓冲层内部的电场分布,使得电场均匀性得到极大改善,从而能获得更高的击穿电压。通过对PBL的掺杂浓度NPBL、厚度TPBL、长度LPBL、PBL层数等各关键技术参数的全面仿真优化研究,该新结构器件性能大幅提升。研究结果表明,PBL埋层结构可提高器件的耐压50%以上,器件优值FOM进一步接近GaN材料极限。其次,为解决电流阻挡层的面临的难题,提出了一种具有复合绝缘介质电流阻挡层的GaN垂直结构器件。由于不同材料之间的介电常数的差异,使得两者间的电场不连续,利用该特性实现了对缓冲层中电场的调制作用,器件的击穿电压显著增大。研究表明,在缓冲层为6μm时,常规GaN VFET器件的击穿电压仅为900 V,而采用复合绝缘介质电流阻挡层的器件击穿电压可高达1744 V,且避免了器件p-GaN相关的制作难题。最后,为进一步提升器件的性能,提出了一种具有电荷补偿耐压结构的新型GaN垂直器件。该结构利用界面负电荷使n-GaN层产生反型,产生高浓度的空穴并横向扩展了耗尽区的宽度,进而大幅提高器件的击穿电压。本文对该新结构的耐压机制进行了深入的分析,并采用Sentaurus对器件结构优化设计和仿真验证;结果表明,在Tbuf=20μm时该结构可实现击穿电压4631 V、导通电阻1.83 mΩ?cm2的优异器件性能,甚至超越了GaN材料的一维极限。