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GaAs材料具备出色的电学和光学性能,其材料制备手段也日臻成熟,在红外领域有着广泛的应用。利用一系列不同掺杂浓度的GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(QWIP),本文系统研究了量子阱中的掺杂浓度对QWIP各性能参数的影响。实验结果都与QWIP的标准模型的理论结果符合很好,验证了模型的有效性。标准模型预言QWIP的背景噪声限制温度Tblip和器件噪声限制探测率Dd *et的最优化条件分别为Ef =2kBT以及Ef =kBTblip,这两个优化条件都得到了很好的验证。随后,我们针对不同的应用场合和工作温度,对QWIP中的掺杂浓度提出了建议。除了多量子阱结构以外,我们也可以利用GaAs材料制成p-i-n探测器,利用其直接带隙实现光探测。但是GaAs带隙较大,为了实现波长1μm以上的近红外探测,必须在GaAs中掺入In或者Sb以降低其带隙。而GaAs衬底和InGaAs之间的晶格失配随In或者Sb含量的增加而迅速加剧。所幸的是,在InGaAs和GaAsSb中掺入一定量的N可以减小其晶格常数,从而减小它和GaAs衬底之间的晶格失配。我们成功制备了探测波长0.75-1.3μm的GaNAsSb/GaAs p-i-n近红外探测器, XRD摇摆曲线测量表明GaNAsSb工作层和GaAs衬底之间的晶格失配极小。红外探测与成像的另外一个方法就是通过光子频率上转换器件将低频率的光子转换为高频率光子,随后再用技术成熟、性能优异的硅电荷耦合器件(Si CCD)进行探测。近红外上转换的一个改进思路是全GaAs方案,即利用成熟的GaAs材料生长技术,将于GaAs晶格匹配的探测器和LED直接串联生长集成为上转换器件。为了证明这一思路,我们将GaNAsSb/GaAs探测器和商用GaAs/AlGaAs LED进行串联集成,实现了光子频率上转换。研究表明在GaNAsSb/GaAs p-i-n结构中存在着中等带隙As反位缺陷,其碰撞电离系数也随之很高,导致了雪崩增益的产生,上转换器件因此有着很高的上转换效率。-7 V偏压时上转换效率为0.048 W/W,高于任何现有的无信号放大结构的近红外上转换器件。本文为高转换效率的全GaAs基近红外上转换器件的进一步发展奠定了良好的基础。