近年来,随着社会的发展,半导体器件在各行各业都起到了重要的作用,然而,传统的Si基器件受其材料性能极限限制已逐渐不能满足人们的需求,目前越来越多的研究在于开发替代材料来进一步提高器件的性能。其中,Ga N材料由于其具有高电子迁移率、高击穿场强、高工作温度等方面优越的材料性能,成为了研究热点之一。Ga N基器件在许多发达国家都被列入了重要的战略研究计划,其市场占有量增长迅猛,未来发展无可估量。相对于横向结构器件,垂直结构器件能够在不增大芯片尺寸的情况下实现高击穿电压（BV）、高电流水平、降低峰值电场以及发热控制等方面的提升,因此得到了广泛的研究。具有p-i-n垂直结构的功率二极管在包括整流、电源和瞬态电压抑制电路等方面具有重要地位,其中二极管的高强度雪崩能力在抗电路瞬态浪涌等安全方面起到了重要作用。本文工作重点就在于设计研究具有高性能、具有雪崩特性的Ga N基p-i-n功率二极管,首先我们成功设计制备了具有雪崩特性的Ga N基p-i-n准垂直功率二极管,但是由于边缘电场集聚效应,器件仍然存在击穿电压低、器件退化严重等很多方面的问题,于是我们通过总结分析又设计出了一款具有倾斜台面终端结构的Ga N基p-i-n功率二极管,实验表明终端结构对于器件的各方面性能都有显著提升。另外本文还就Si O₂和Si N_x两种常用的钝化层对器件电学性能的影响进行简单对比分析。具体的研究工作总结如下:1.成功设计制备并测试表征了具有雪崩特性的Ga N基p-i-n功率二极管。器件的I-V测试击穿电压为～355V,正向导通电阻为2.848 mΩ·cm²,开启电压为3.4V,达到了目前国际报道的较高水平。另外我们还利用雪崩击穿耐量测试来表征器件在实际电路中的雪崩特性,结果在较低雪崩能量下器件可以通过超过100000次的雪崩过程,随着雪崩能量的增加,器件可承受的雪崩次数明显减少,发生明显的退化。我们针对雪崩过程的退化进行系统分析,包括雪崩过程的电致发光测试分析,Silvaco模拟分析、脉冲测试和SEM电镜分析,发现器件的退化主要是因为器件在雪崩过程中场强分布不均匀导致的永久性热损伤。2.通过对Ga N基p-i-n准垂直功率二极管退化机理的研究总结,我们设计并制备了一个具有倾斜台面终端结构的Ga N基p-i-n准垂直功率二极管,与无终端结构器件进行了各方面的对比测试表征。结果表明,器件的击穿电压由无终端结构的355V提升至480V,并且重复测试无明显退化,正向导通电阻为1.0mΩ·cm²。相比于无终端结构器件电致发光测试结果的点发光,倾斜台面终端结构器件电致发光测试表现出均匀的全台面发光,另外雪崩击穿耐量测试的雪崩击穿电压高达714V,击穿电流高达5.68A,并且在更高脉冲能量时表现出自淬灭式的多峰现象。最后得出结论:倾斜台面终端结构可以很好的缓解器件边缘的电场集聚效应,从而提升器件的性能。3.初步对比研究了Si O₂钝化层和Si N_x钝化层对具有高雪崩能力的倾斜台面终端结构Ga N p-i-n准垂直二极管的影响。结果表明,Si O₂钝化二极管的反向I-V特性达到～480V,与Si N_x钝化（～352V）相比具有明显的优势,并且稳定性优于Si N_x钝化二极管。雪崩过程的电致发光测试结果表明,Si O₂钝化的二极管比Si N_x钝化二极管表现出更加均匀的全台面发光。Si N_x钝化二极管这些较差的性能归因于Si N_x薄膜带有净固定正电荷,净固定正电荷导致Si N_x钝化二极管的边缘峰值电场明显增强和雪崩过程局域性。