得益于氮化镓（GaN）基半导体优越的材料特性,在过去20年间,GaN基高电子迁移率晶体管（HEMTs）在高频功率放大器、高效电源开关及耐高温的集成电路等应用方面得到了快速发展。由于增强型（常关）HEMTs在电路设计上可以简化电路结构,减少设计复杂度及固有的失效保护优势,其制备方法受到了广泛关注。通过CF₄等离子体处理技术实现氟离子注入AlGaN势垒层,并利用注入氟正离子的强电负性完全耗尽AlGaN/GaN异质结界面的二维电子气（2DEG）,达到关闭沟道的作用,有效调控器件阈值电压往正向偏移,可将传统耗尽型AlGaN/GaN HEMTs转变为增强型器件。但值得指出的是,在此类研究中并没有观察到p型掺杂效果,这主要是因为AlGaN势垒层的禁带宽度太大,氟正离子获得电子后对价带的调节作用有限,无法形成空穴量子阱。此外,由于氟的质量和尺寸都很小,扩散能力强,其在势垒层内的热稳定性尚不明确。因此,系统地研究氟离子注入对GaN基器件电学和光电特性的影响,对于方便有效地利用该技术制备不同的器件,具有很好的科学价值和应用前景。和结构相对复杂的GaN基HEMTs相比,金半接触二极管结构不存在压电极化效应,且拥有更直观清晰的物理图像,非常适合分析氟离子注入对GaN基器件产生的影响。本论文的主要研究内容归纳如下。1、利用标准光刻和lift-off技术在自支撑GaN外延片上制备了氟离子注入Ni/Au/n-GaN肖特基结,用电子束蒸发沉积Ti/Al/Ni/Au制作了欧姆接触电极,同时采用相同工艺和结构制备了未注入器件供对比分析。阴极荧光（CL）谱表征结果表明,相比于图形化蓝宝石及硅衬底异质生长GaN,自支撑GaN外延片位错密度较低(¹0⁶ cm^-2),有利于制备理想的肖特基接触。在制备器件之前,通过SRIM软件对离子注入的工艺参数进行了模拟,并结合二次离子质谱（SIMS）表征进行验证,研究了氟离子在GaN中的浓度分布及注入损伤。随后,测试了两种器件在室温下的电流-电压（I-V）及电容-电压（C-V）特性。结果表明,氟离子注入器件的漏电流比未注入器件减小7个数量级,证明氟离子注入能有效抑制反向漏电流;内建电势由1.30 V升至3.22 V,表明在平衡状态下费米能级与价带顶最大值仅存在几个kT的能量差,意味着高浓度的自由空穴已被诱导出来。2、研究了氟离子注入GaN肖特基结的电学特性。测试了器件在300-480 K的变温I-V特性,由经典热发射模型提取理想因子n初步判断电流输运机制,并基于不同输运机制对特性曲线进行拟合。结果表明,在较低偏压下,正向变温电流主要由缺陷辅助隧穿（TAT）机制占主导;在较高偏压下,随温度升高,复合机制向热发射（TE）机制转变;反向变温电流表现出强的温度依赖特性,拟合结果表明隧穿几率与温度呈正相关线性依赖关系。随着频率由低频（<1 MHz）逐渐升到高频（4 MHz）,耗尽区电容随频率增加快速增大,呈现明显的电容强散射现象。不同频率下,氟离子注入GaN肖特基结的1/C²-V关系再次表明,平衡态时GaN的价带最高位置已经超过费米能级,形成了空穴量子阱结构。3、研究了氟离子注入GaN肖特基结的光电特性和低频噪声特性。对比研究发现,器件具有紫外光响应特性及持续光电导效应。当偏置电压为-5 V时,器件的峰值响应度为⁰.045 A/W,对应的最大外量子效率为¹5.5%,紫外/可见光抑制比为¹0³,在294-340 K的温度内平均衰减时间常数τ约为35 ms。正向电流注入条件下,器件在黑暗环境中可观察到明显的电致发光（EL）现象。除可见光外,EL光谱在紫外波段的375 nm处还存在显著的发光峰,也验证了表面费米能级低于最高价带的位置处产生了高浓度的自由空穴。此外,离子注入后的快速热退火修复了大量的晶格损伤,有效抑制了内部缺陷和表面态的增加,因此1 kHz频率以内的噪声电流密度并未有显著增加,氟离子注入对半导体材料的影响在可控范围。特别是当器件工作在-2 V偏置下,氟离子注入器件表现出良好的低频噪声特性,噪声等效功率为9.72×10^-1111 W,探测率为1.42×10¹⁰ cm·Hz^1/2,呈现出潜在的紫外探测能力。