GaN电力电子器件具有高效率、小尺寸、低损耗的优势,近年来华为、小米等企业推出了100多款手机快充,并在电动汽车、激光雷达、包络跟踪方面实现了初步验证,展现了广泛的应用前景。高温、高压下GaN电力电子器件缓冲层漏电过大,限制了GaN材料在高铁动车和智能电网等中高压应用领域的应用。在此背景下,本文利用25%Al组分背势垒结构更好的2DEG限域性和垂直方向耐压能力,有效抑制了常温和高温下的缓冲层漏电。基于低导通电阻,低关态漏电和高击穿GaN横向电力电子器件研制的需要,围绕25%Al组分背势垒结构进行仿真分析,对利用先进工艺制备的高性能GaN高迁移率晶体管（HEMT）与肖特基二极管（SBD）,进行了系统研究,在650～1200 V中高压应用领域具有重要应用前景。具体取得的主要成果如下:1.系统研究了25%Al组分背势垒结构HEMT的常温和高温特性以及电应力可靠性,利用垂直击穿测试说明25%Al组分背势垒结构材料具有出色的垂直耐压能力。通过一维泊松仿真模拟分析背势垒结构中背势垒层Al组分、势垒层Al组分、势垒层厚度和沟道层厚度对异质结能带和载流子浓度分布的影响,得到具有高2DEG限域性和2DEG面密度的25%Al组分背势垒结构。利用25%Al组分背势垒结构外延片,制备了栅压为2 V时电流密度571 m A/mm,导通电阻6.4Ω·mm,开关比6×109,栅压-15 V时关态栅漏电4×10-9 A/mm,且击穿电压达到1900 V的HEMT器件。对比10%Al组分背势垒和无背势垒材料制备的HEMT器件特性,25%Al组分背势垒结构具有高输出电流密度、低导通电阻的同时,关态漏电明显降低,CV平台区域更平缓,DIBL漏致势垒降低效应被抑制,击穿电压明显提高。25%Al组分背势垒结构的直流特性在150℃下的退化量明显小于其它结构,且在300℃下仍能保持较优的特性。通过分析开态漏压应力和关态栅应力下不同背势垒结构HEMT的特性变化,相比其他结构,25%Al组分背势垒结构特性退化最小,可靠性最高。研究得到25%Al组分背势垒结构的高2DEG限域性,优化了器件特性,提高了击穿电压和可靠性。2.对25%Al组分背势垒结构SBD的常温和高温特性以及电应力可靠性进行了系统分析。相比无背势垒结构的SBD,25%Al组分背势垒结构SBD具有低的反向饱和电流3.0×10-5 m A/mm和低的导通电阻9.1Ω·mm。研究了凹槽深度对25%Al组分背势垒结构SBD特性的影响,完全凹槽阳极结构将器件开启电压降低至0.6 V,电流密度提升5倍。研究高温对器件特性影响,25%Al组分背势垒结构SBD开启电压、导通电阻、反向饱和电流、理想因子和正向电流密度的变化量都小于无背势垒结构。通过分析正向电流应力和反向电压应力下25%Al组分背势垒结构和无背势垒SBD的特性变化,25%Al组分背势垒结构SBD特性退化更小,可靠性更高。3.利用变频CV法对四种材料常温和高温下的界面态陷阱进行表征分析。25%Al组分背势垒结构常温和高温下的慢态陷阱能级分别为0.388～0.441 e V和0.626～0.730 e V,对应的最大陷阱态密度分别为1.46×1013 cm-2e V-1和1.11×1013 cm-2e V-1。相较其他结构,陷阱能级更深、陷阱态密度更低,是25%Al组分背势垒结构栅漏电小于其他结构的原因之一。