THz波是指频率在(0.1-10)THz(波长为3000—30微米)范围内的电磁波。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。在应用于低THz频段的半导体器件领域中,大家更多关注负阻微分器件,如耿氏二极管、IMPATT、RTD、FET。GaN基耿氏二极管具有优秀的高频特性,在高电场下有大输出功率密度。与传统的竖直耿氏二极管相比,平面耿氏二极管有很多优势。首先,平面耿氏二极管阴阳极间距由光刻控制,有更高的振荡频率,且平面结构与其他平面电路有很好的兼容性。而GaN基类HEMT平面耿氏二极管表现出更加优秀的性能。GaN异质结中高浓度的2DEG不仅允许更窄的畴形成,大大降低了器件可能的沟道长度,同时,高电子浓度的沟道允许更加复杂的电子畴现象,为耿氏二极管提供了更多工作模式。GaN类HEMT平面耿氏二极管是太赫兹固态源器件最有潜力的候选者之一,是目前国际上最新的研究领域。本文主要研究了如何利用GaN基类HEMT平面耿氏平面二极管产生大功率、稳定的太赫兹波段信号,研究了类HEMT平面耿氏二极管及其材料的建模、沟道内部特殊的电子畴现象及原理、提出多个器件结构的创新性设计,提高了器件的工作性能。主要结论如下1,我们首先分析了AlGaN/GaN HEMT中的耿氏现象,首次报道了关于微米尺寸的AlGaN/GaN类HEMT平面耿氏的基于ATLAS仿真软件的研究。我们拟合获得了更适合GaN 2DEG沟道的速场关系。我们发现了2DEG沟道中的多畴现象,并且通过对阴极区掺杂浓度的控制,使得畴的个数及振荡模式都得以控制。多畴的发现及控制延伸了耿氏二极管工作的频率范围,利用谐波成分,提高了器件的振荡频率。2,基于仿真我们首次研究了超短沟道的AlGaN/GaN类HEMT平面耿氏二极管(HBEAN二极管)。对2DEG的速场模型进行了修正,将短沟道的速场过冲效应考虑在内。我们同时提出了肖特基-欧姆接触的复合电极结构。将复合电极代替传统的欧姆接触阳极,则阳极端的碰撞电离效应大大抑制。我们首次将复合电极代替传统的欧姆接触阴极,降低了死区的长度,提高了器件的输出功率。同时我们深入研究了不同能级的表面类施主陷阱对复合电极影响。3,我们首次提出了在长沟道中应用多个凹槽的方法来同时提高振荡频率和射频输出功率。凹槽结构使二维电子气浓度的局部降低,起到了类似于耿氏二极管中掺杂薄层的作用。当凹槽用于阴极端时,凹槽下靠近阳极端的电场大大增加,这促进了电子从低能谷跃迁到高能谷,降低了死区的长度。我们在长沟道中同时使用N个等间距的凹槽。外加一定偏压,沟道中同时独立形成N个偶极畴,输出的振荡电流波形包含N个电流峰值,所有偶极畴的叠加作用大大增强了最高谐波成分。我们的仿真证明多凹槽结构大大提高了长沟道耿氏二极管的射频输出功率和工作频率。4,为了提高短沟道器件的射频输出功率,我们提出了多沟道AlGaN/GaN平面耿氏二极管以及Al In N/GaN平面耿氏二极管。多个AlGaN/GaN异质结结构形成了多了平行2DEG沟道。在多沟道类HEMT平面耿氏二极管中,偶极畴在各个沟道中同时形成,并以一致的步调向阳极运动。由于各个沟道中偶极畴的叠加作用,基频的输出功率大大增加,即使在短沟道器件中依然有很高的射频输出功率和转化效率。我们同时证明,Al InN/GaN单沟道平面耿氏二极管的射频输出功率和转化效率较之AlGaN/GaN单沟道平面耿氏二极管都明显提高。而AlGaN/GaN多沟道耿氏二极管的性能均优于Al InN/GaN单沟道平面耿氏二极管。这证明通过增加沟道个数来提高2DEG的总电子浓度比通过直接提高单个沟道2DEG的电子浓度更能改善器件的输出特性。