超薄半导体因其优异的性能近年来获得了飞速发展,已成为光电探测器的重要研究方向之一。为了扩展摩尔定律,研究人员在追求高性能,高光子吸收效率,快响应时间和低噪声的光电探测器方面做出了大量的努力。其中,以石墨烯,黑磷为代表的二维材料光电探测器由于其厚度超薄、柔韧性高、光电特性优异而引起了广泛的关注。但是,制备难度高、材料本身不稳定等原因限制了这些二维探测器的发展。而作为直接带隙半导体材料的优异代表,GaAs在材料制备与稳定方面优势明显,因此广泛应用于发光器件的研制。另外,GaAs材料所具有的优良的光电特性和负电子亲合势在光电探测器的研制中具有重要的应用。本论文基于外延剥离技术,将传统材料GaAs进行准二维和二维处理,使得二维化的非层状GaAs薄膜探测器在具有GaAs材料固有优势的同时,提高探测器的响应率和响应时间。设计GaAs\Al As\GaAs外延结构,使用分子束外延技术生长高质量的准二维和二维GaAs薄膜外延层,并通过化学剥离技术,将外延层剥离到Si衬底,制备二维化GaAs薄膜探测器。具体研究内容如下:通过建立的模型和已有的生长方面的基础,优化并确定了二维化外延结构;确定生长速率等生长参数并优化。使用分子束外延系统在GaAs衬底外延生长了GaAs缓冲层、Al As牺牲层和二维化GaAs薄膜层。得到了薄膜层厚度为9 nm、18 nm和36nm的GaAs外延层薄膜。为明确薄膜探测性能,确定外延薄膜质量,对剥离前的薄膜样品进行了表征。样品XRD测试表明,衍射峰的半峰宽很窄表明了外延层结晶质量良好;拉曼测试表明,剥离前样品仅含有GaAs和Al As峰,且样品结晶质量高。制备了不同厚度二维非层状GaAs薄膜的光电探测器。探测器响应速度小于1 ms,与目前其他二维非层状材料相比是最快的。响应速度快是因为材料的超薄厚度提供了量子尺寸效应和相对较高的表面体积比,以及优良的结晶质量。其他的电学指标也都很突出,响应率达到293.3A/W,探测率可达1010 cm Hz0.5 w-1量级,相比传统的GaAs探测器响应度有大幅提高。通过化学剥离的方式对二维化外延层进行剥离,并对剥离后的薄膜样品表征。拉曼测试表明,剥离后Al As峰完全消失,且样品结晶质量高。AFM也显示了剥离之后,样品表面表面连续,表面形貌较好。将剥离下来的二维GaAs外延层转移到了Si/Si O2衬底并制备了相应的探测器。36 nm器件的响应率仍很高,达到了135.6 A/W。基于外延剥离技术,本实验首次制备了不同厚度的二维化GaAs探测器。相比于传统结构GaAs探测器和二维非层状探测器,二维化GaAs探测器有效提高了响应率和降低了响应时间,为研究高性能、大面积的光电探测器提供了新思路。