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第三代半导体材料GaN具有禁带宽度大,抗辐射能力强和耐高温等优越特性,其制备的紫外探测器具有体积小、灵敏度高和适用于极端环境的特点,可应用于导弹预警、紫外通讯和火焰探测等领域。目前,GaN一般采用异质外延的方法获得,这主要是由于缺乏同质外延衬底。在GaN外延衬底中,Si衬底具有成本低、导热和导电性能良好等优点,成为了很有前景的衬底材料。因此,在Si衬底上外延生长GaN薄膜得到了广泛的研究。然而由于GaN和Si之间存在较高的晶格失配(17%)和热失配(-115%),使得外延的GaN薄膜存在高密度位错,这严重影响了Si衬底上GaN基紫外探测器的进一步发展。针对上述问题,本论文提出了分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)结合脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)的方法,在Si衬底上外延生长GaN薄膜。先用MBE外延生长与Si衬底晶格失配小(0.9%)的Al缓冲层,再采用PLD外延生长GaN薄膜;在此基础上,设计并制备出GaN基MSM紫外探测器。首先,在Si衬底上,采用MBE外延生长低位错密度的Al缓冲层。针对不同厚度Al缓冲层的晶体质量和表面形貌等表征,研究了Al缓冲层的形核机理。在此基础上,通过生长温度的优化,提高Al原子迁移速率,促进Al缓冲层的二维生长,促使位错发生了湮灭,提高晶体质量,在Si(111)衬底上实现了低位错密度Al缓冲层外延生长,其晶体质量X射线摇摆曲线(X-ray Rocking Curve,XRC)半峰宽为0.25°。其次,在低位错密度Al缓冲层上,采用PLD外延生长高质量的GaN薄膜。通过深入研究Al缓冲层对GaN薄膜外延生长的影响,揭示GaN薄膜外延生长的应力及位错控制机制。一方面,由于PLD的高能效应,使得GaN粒子拥有充足的能量与Al缓冲层反应生成一层AlGaN,释放了失配应力;另一方面,通过控制Al缓冲层厚度使Al滴均匀分布,Al滴可以充当形核中心,不断地吸收GaN粒子来促进GaN薄膜的外延生长。二者共同作用,获得了高质量GaN外延薄膜,其(0002)和(10-12)XRC半峰宽分别为0.46°和0.67°。最后,针对MSM紫外探测器特点,设计了叉指电极并制备出了GaN基紫外探测器。通过研究电极的宽度和间距等因素对器件性能的影响,设计了长度为260μm,宽为5μm的叉指电极,并采用功函数高的Ni/Au作为电极材料,通过优化器件的加工工艺,实现了MSM型紫外探测器的制备。制备的探测器在5 V偏压下,暗电流为3.57 nA,响应时间为2 ms@20 Hz,在波长358 nm处响应度达到峰值0.24 A/W,随后开始迅速下降,具有陡峭的截止边,具有良好的“可见光盲”特性。这证明了制备的MSM型紫外探测器具有低暗电流、响应速度快和高紫外/可见抑制比的优点。此外,本文探讨了MSM型探测器中光电流的增益机制,表明主要是金属/半导体界面陷阱捕获空穴效应,引起肖特基势垒高度降低,产生了额外的电流,从而实现光电流的增益。综上,本文在Si衬底上外延高质量的GaN薄膜并制备MSM型紫外探测器,为紫外探测器性能的提升提供了新方法。