随着5G时代的到来,毫米波/亚毫米波在无线通信领域得到了广泛的应用,作为频率更高的THz波肩负着未来通信发展的重任。THz辐射源是现阶段研究的重点,而共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode,缩写为RTD)作为其中具有代表性的两端负阻器件具有极大的应用价值和发展前景。RTD基于量子的共振隧穿效应,产生负微分电阻现象(Negative Differential Resistance,缩写为NDR),在交流电路中产生高频率的振荡。早期的研究人员制作了基于GaAs的RTD器件,但由于GaAs材料的局限性,其输出功率仅有几微瓦,无法用在高速电路中。随着近年来第三代半导体的发展,GaN作为其中的优秀代表脱颖而出,因其大的禁带宽度、高迁移率、高热导率等特点,成为制作大功率RTD器件的重要选择。本文以GaN基RTD器件为研究对象,制备出完整的器件并表征、测试,根据深层次微观机理进行仿真模拟,与实验结果对比,解释非理想效应的原因,并提出改进措施,验证其可行性,以上这些构成了本文的核心。本论文主要包括工艺制备和理论分析两方面:在工艺制备方面,本文采用金属有机气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,缩写为MOCVD)外延技术,在同质GaN自支撑衬底上生长了AlGaN/GaN和AlN/GaN异质结,并通过高分辨率X射线衍射、拉曼光谱测量、透射电子显微镜以及场发射电子扫描显微镜等方法对外延实验片进行表征,根据测试结果判断外延质量,并不断改进MOCVD的工作条件和外延厚度。其后,采用四种不同的工艺流程分别流片制造完整的GaN基RTD器件,根据实验结果分析每种工艺的优劣,从中选择最合适的工艺流程。对欧姆接触电极采用模型测试欧姆接触的质量,并对器件的I-V直流特性测试。测试结果显示RTD在正向电压扫描上呈现出清晰的NDR现象,但出现不可重复的NDR效应,同时在对器件进行正反向偏置电压扫描时,I-V特性呈现出非对称性。并且扫描电压从0-5V增长后,再从5-0V回扫,NDR现象消失,出现滞回现象。从微观机理方面分析不可重复性、滞回性以及非对称性,通过计算得到III族氮化物材料参数,拟合出嵌入于商用Silvaco-Altas数值模拟仿真器中的迁移率、速场、电离、复合等模型的相关系数参数,得到用于仿真的III族氮化物相关材料模型,在此基础上,通过平面非平衡格林函数电子输运模型对GaN基RTD器件成功建模。利用数值模型对实验结果进行了分析,分析结果揭示出正是极性导致强的内建电场改变了RTD有效区的势垒结构、能带以及电子分布,从而影响了透射系数和缺陷的电离率,最终导致器件NDR可重复次数下降以及正反偏置电流的不对称性、滞回性。提出沿着非极性方向生长GaN材料,从而制备非极性的RTD器件,仿真得到器件结构以及较为理想、性能更高的GaN基RTD器件,从理论模拟层面验证这一方法的可行性。