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继第一代Ge、Si为代表的半导体材料、第二代GaAs、InP为代表的化合物半导体材料之后,以GaN与SiC为代表的第三代半导体材料已成为当前的研究热点问题。由于GaN材料具有禁带宽度宽、击穿电压高、电子漂移速度高热导率高和理化性能稳定等优点,使其在微电子以及光电子器件制备等领域获得了广泛的应用。到目前为止,人们多采用有机金属气相沉积技术(MOCVD)在蓝宝石(Al2O3)衬底上外延生长GaN基薄膜。但GaN和蓝宝石衬底之间较高的晶格失配导致GaN基薄膜具有较高的缺陷密度和较大的残余应力,从而影响了 GaN基器件的稳定性和可靠性。因此寻找既能降低GaN基薄膜缺陷密度又能减小其残余应力的简单有效的方法是很有必要的。由于通过湿法刻蚀所制备的纳米多孔GaN薄膜可以较好的解决上述问题,且能提高晶体的质量,因此有关纳米多孔GaN基薄膜的制备和性质的研究受到了人们的密切关注。经过多年努力,金属辅助化学刻蚀、光辅助电化学刻蚀和电化学等刻蚀技术已获得较为广泛的应用。论文采用电化学刻蚀技术和MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上异质外延生长并制备多孔GaN DBR、基于多孔GaNDBR的LED,以及基于GaN材料的光探测器。通过DBR结构设计、工艺开发和优化,制备出具有较高反射率的纳米多孔GaN分布式布拉格反射镜(DBR)、纳米多孔GaN基LED和GaN基光电探测器。论文主要研究内容包括以下部分:1.采用电化学刻蚀技术在草酸、硝酸钠(NaNO3)刻蚀溶液中对轻重掺杂的GaN周期性结构薄膜进行刻蚀,以制备纳米多孔GaNDBR薄膜,通过对刻蚀样品结构和反射特性的测量,系统地研究了高质量GaNDBR形成条件。与草酸刻蚀液相比,由NaNO3刻蚀液所制备的DBR镜具有更高反射率和更大制备窗口等优点。为了研究刻蚀均匀性,我们在NaNO3刻蚀液中制备出2英寸的多孔GaN DBR,通过对其不同点所测得的反射率以及半高宽的差值发现该法所制备的DBR均匀性更好。通过利用传输线模型(TLM)对多孔GaNDBR的反射率进行模拟,可以确定刻蚀后多孔GaN层的折射率变化以及层厚度和层数变化对GaN DBR性能的影响,由模拟结果可知增加层厚度改变层折射率可以增加GaNDBR反射率和阻带宽度。2.采用MOCVD技术在蓝宝石衬底上外延生长具有轻重掺杂GaN周期性结构的GaN LED结构后,采用电化学刻蚀的方法制备出具有高反射率的纳米多孔GaN分布布拉格反射镜(DBR)的LED。在NaNO3刻蚀溶液中通过对同一块2英寸LED样品不同区域进行不同电压的刻蚀,测量并比较刻蚀前后LED样品发光强度和发光功率,结果发现18 V刻蚀电压下所制备的LED样品发光功率达到最高,达到4.7 mW,且晶体质量较稳定。这可能归因于18 V电压刻蚀后DBR对有源层(InGaN/GaN多量子阱)发射光具有较高的反射效应,刻蚀电压相对较低,不会对LED结构造成破坏,且刻蚀后应力松弛导致其内量子效率增加。3.通过MOCVD、退火、电子束蒸发、热蒸发等技术制备GaN金属-半导体-金属(MSM)光电探测器后,采用原子层沉积(ALD)法沉积氧化铪(HfO2)绝缘层。对沉积绝缘层前后GaN探测器的性能参数进行对比,测得沉积HfO2绝缘层后器件暗电流降低了 17倍,其应归于高k介质HfO2绝缘界面层在金属与GaN器件上表面之间形成的高势垒。在405 nm激光照射下对比响应时间,可以发现沉积绝缘层前后探测器均表现出了良好的重复性和随时间变化的稳定性,响应时间较短,沉积绝缘层前后响应度与探测率略有降低,但处于同一数量级变化不大。这些结果表明,沉积HfO2绝缘层后使GaN光电探测器有很大的应用潜力。