随着现代科学技术的发展,半导体已经成为军事、科技和社会生活中不可缺少的重要部分,以半导体技术为基础制造出的产品支撑着整个信息产业。半导体技术也从最初的以硅、锗为基本材料,延伸到砷化镓、氮化硅、碳化硅、氮化镓等多种不同类型的材料,并利用其各自特性制造出适用于不同领域的器件和产品。其中氮化镓（GaN）以其独特的材料特点吸引了各国科研机构和公司的广泛关注。GaN拥有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、耐高温、抗辐照能力强、抗腐蚀效果好、热稳定性优秀等优点,因此,以GaN材料为基础制作的器件具有工作频率高、功率容量大、耐压高、寄生效应小等特点,这就非常适合制作航天、航空以及军用设备等对器件频率、性能和稳定性要求高的场合。目前,氮化镓器件的工作频率已经达到太赫兹（THz）,以氮化镓为基础制造的太赫兹功率器件被广泛应用于毫米波雷达等军事领域。其中氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-HEMT）是太赫兹功率器件的核心,直接决定了电路的性能。氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-HEMT）研究已经成为太赫兹发展的主要方向之一,国外在这方面起步较早,已经有相关实验和成果的报道,我国也正在开展相关研究工作。基于上述研究背景,并在国家科技重大专项和国家自然科学基金的支持下,本文对GaN基HEMT器件进行了深入的理论分析和研究。从GaN-HEMT的尺寸、结构、速场关系特性等多方面进行了理论分析和软件仿真,同时研究了GaN-HEMT作为振荡源的可能性和栅电压对振荡频率的调控特性,最终提出并得到了一种能够产生太赫兹信号的新型GaN-HEMT器件结构。本文在查阅了国内外大量文献、并进行了理论分析的基础上,主要进行了以下工作的研究并取得相应成果。首先介绍了太赫兹技术的基本概念,其中包括了太赫兹波的频段范围、太赫兹技术涉及的领域。随后,对太赫兹辐射源这一构成了太赫兹技术基础的领域进行了简单的介绍,并在介绍中进一步指出了太赫兹辐射源的发展现状以及存在的问题。GaN材料作为第三代半导体材料,以其独特的材料特性在高频高功率领域应用具有独特的优势。最后,通过对GaN基HEMT器件中存在的负微分迁移率进行介绍,提出了GaN基HEMT器件作为宽带太赫兹辐射源的可能性。其次阐述了GaN基HEMT器件的结构、工作原理、本文中所运用的仿真平台、基于的仿真原理,以及仿真的具体步骤和过程,为之后的研究奠定了理论基础。然后通过主流半导体仿真软件Silvaco仿真分析了GaN基HEMT器件结构对高频特性的影响。在直流仿真中系统的研究了栅电极长度、栅电极位置、以及一种新型的凹槽势垒层结构对器件两种工作模式的可能性影响,对GaN基HEMT器件的设计做出了理论指导。紧接着研究了凹槽势垒层结构对GaN基HEMT器件非线性特性的增强作用。提出了通过合理设计RBL的参数,微米级的GaN-HEMT器件便可以产生很高的振荡频率,甚至可以达到THz范围。同时,利用栅电极区域作为沟道中的热电子注入区,还可以减小并固定“死区”的长度,从而稳定了电子畴的产生位置,提高了器件的性能。从整体和细节上对这种GaN的负微分迁移率效应造成的器件工作性能的增强做出了理论解释。之后研究了栅电极对GaN基HEMT器件的频率调节特性。相比于在平面耿氏二极管中只能通过光刻技术改变阴阳电极间的间距实现对器件振荡频率的工艺调控来说,栅电极的存在可以通过改变栅端偏置对器件的振荡频率进行调控,这种单器件可控振荡源在器件设计和应用中是非常有利且有价值的。最后对本文的工作进行了总结,并就GaN基HEMT器件要解决的问题方面做出了展望,提出了未来要研究的方向。