垂直氮化镓功率器件具有革新功率器件产业的潜力，尤其在对电压有较高要求方面的应用，如600 V以上的垂直氮化镓器件。根据材料的物理特性，相较于传统的硅基功率器件和新出现的纯碳化硅功率器件，在特定的击穿电压下，氮化镓器件的导通电阻更低。水平氮化镓功率器件，即硅基氮化镓高迁移率晶体管（HEMTs）与硅器件在低电压市场竞争，氮化镓更胜一筹，这也证明了氮化镓材料的优越性。

垂直氮化镓功率器件将有望与纯碳化硅功率器件角逐高电压市场。在前两年，碳化硅器件在高电压应用市场获得了一定的市场份额，一些公司已扩产了6英寸和8英寸的碳化硅。相比之下，垂直氮化镓器件还未进行商业化销售，且仅有极少的供应商能生长出直径为4英寸的氮化镓晶圆片。增加高质量的氮化镓晶圆片的供应对于垂直氮化镓器件的发展至关重要。

氮化镓制成的高电压功率器件具有三大潜在优点：

一、在既定的击穿电压下，理论上导通电阻要小一个数量级。因此，在正向偏置中功率损耗的较少，能效更高。

二、在既定的击穿电压和导通电阻下，制成的器件尺寸更小。器件尺寸越小，说明一片晶圆可制成的器件更多，从而降低成本。此外，大多数的应用都更需要尺寸较小的芯片。

三、氮化镓在器件最大工作频率上具有优势，而频率是由材料性能和器件设计共同决定的。通常碳化硅的最高频率大约在1MHz或以下，而氮化镓制成的功率器件可在更高的频率下工作，如几十MHz。在较高频率下工作，这有利于减小无源元件的尺寸，从而缩小功率转换系统的尺寸、减少重量并降低成本。

垂直氮化镓器件依然还处于研发阶段，而关于最优氮化镓垂直功率器件的结构，业内还未达成共识。三大主流器件结构包括电流孔径垂直电子晶体管（CAVET）、海沟场效应晶体管（Trench FET）和鳍式场效应晶体管（Fin FET）。所有的器件结构都含有一个作为漂移层的低掺N层，该层十分重要，因为漂移层的厚度决定了器件的击穿电压，此外，电子浓度在达到理论上最低的导通电阻方面起着重要作用。

镓特半导体科技（上海）有限公司（以下简称“镓特半导体”）已能生产并销售4英寸自支撑氮化镓晶圆片， 可提供导电N型和半绝缘型晶圆片。此外，该公司还能在氮化镓晶圆片上用MOCVD生长氮化镓外延结构。那些研究垂直氮化镓功率器件的客户们对器件结构也有相似的要求，尤其看重漂移层的厚度和掺杂。首先，漂移层的厚度应在10um以上，这样才能保证击穿电压达到器件设计标准。其次，漂移层的表面必须足够平滑，以便为后续的器件层创造良好的平界面。最后，漂移层的电子浓度应较低，通常在1E16 至 5E16 /cm³之间。

镓特半导体已进行了10um至20um厚的氮化镓基氮化镓外延相关实验，表1和图1显示的是，2英寸氮化镓晶圆片上由MOCVD生长的20um厚的氮化镓XRD数据以及晶圆片图片。

用XRD对晶圆片上9个坐标点进行002和102摇摆曲线半峰宽的测量，在长外延之前，002和102摇摆曲线半峰宽平均值分别是49arcsec和69arcsec，生长20um厚的外延后，相同峰的摇摆曲线半峰宽分别为50arcsec和69arcsec，该数据基本与长外延前的半峰宽平均值一致。生长外延后，晶圆片的弯曲度稍好，长外延之前的弯曲度是-5.0 um，而长完外延之后的弯曲度为-1.3 um。

选择适当的晶向偏角可获得相对平滑的表面，镓特半导体选择了c-面偏m-面 0.4°的晶向。用Bruker白光干涉仪对 0.4°晶向偏角氮化镓晶圆片上生长的10um薄膜进行粗糙度测量，239 um x 318 um区域测出的平均表面粗糙度是8-16nm。图2显示了一个无特征表面的DIC光学显微镜图像，图3显示的是白光干涉仪图像。

在常规LED的MOCVD生长条件下，漂移层的低电子浓度是不容易达到的。漂移层的生长速率必须足够高，以便在合理的时间内获得较厚的MOCVD外延层。镓特半导体已在研究如何获取低电子浓度的漂移层。C-V所测出的最低电子浓度是2E15 /cm³，此外还可对MOCVD生长加入硅掺杂来获得较高的电子浓度。

镓特半导体目前已能提供适用于垂直氮化镓功率器件的氮化镓基氮化镓MOCVD外延层。氮化镓同质外延漂移层可生长至10um厚，其表面平滑，电子浓度在10¹⁵ 至 10¹⁶ /cm³之间。可进行多层器件结构生长，如氮化镓铟、氮化镓铝 、n型掺杂和p型掺杂。其他潜在器件结构包括LED和在n型氮化镓晶圆片上生长的激光二极管，以及半绝缘型氮化镓晶圆片上生长的高迁移率晶体管（HEMTs）。