红外探测器在军事和民用上都有着极其重要的应用，如：夜视、导弹制导、潜艇探潜、医疗诊断、污染监测、矿藏探测等。随着红外探测技术的不断发展，新一代红外探测器要求具备高探测率、高响应速度、多色探测、大规模面阵等特点。基于HgCdTe、InSb、PbS、QWIPs、QDIPs等材料的第一代和第二代红外探测器已经难以满足第三代红外探测系统的要求。近年来，由于InAs/GaSbⅡ类超晶格材料在实现红外探测，尤其是长波、甚长波及多色红外探测方面，显示出诸多优越性能，如带隙可调(0~0.8eV)、电子有效质量大、均匀性好，使其成为第三代红外探测器的优选材料。本文一方面致力于利用分子束外延技术生长高质量的InAs/GaSbⅡ类超晶格材料，研制高量子效率、高器件阻抗的长波与甚长波红外探测器。另一方面，通过设计合适的器件结构，实现光生载流子的偏压调制，研制低光学串扰的多色红外探测器与红外宽带光谱探测器。　　优化了GaSb基InAs/GaSbⅡ类超晶格材料分子束外延生长工艺参数(Ⅴ/Ⅲ束流比、生长速率及生长温度等)。对比分析了采用表面迁移率增强方法与体材料生长法生长双InSb界面对超晶格结构质量的影响。得到超晶格应变平衡生长时所需InSb厚度与InAs厚度之间的经验关系式:nInSb=0.11559nInAs。HRTEM结果显示超晶格界面平整，周期厚度均匀，体内无明显缺陷。DXRD与AFM结果显示，优化后的超晶格材料一级卫星峰半峰宽FWHM小于20arcsec，10×10μm2范围内材料表面均方根粗糙度仅为1.5左右，显示出所制备的超晶格材料具有极高的结构质量和结晶质量。　　在超晶格探测器截止波长设计中，通过控制InAs/GaSb超晶格阱垒层厚度改变超晶格中电子波函数交叠程度，调节了InAs/GaSb超晶格中的能带。当厚度分别为8/8、10/8、12/8、13/7、14/7、15/7、16/7及17/8时，实现了截止波长分别在4.5μm、8μm、10μm、12μm、14μm、15μm、17μm、19μm及21μm波段的探测响应。此外，研究了在不改变InAs/GaSb超晶格阱垒层厚度的情况下，通过在势垒层GaSb中不同位置插入InSb层，实现探测截止波长扩展的方法。实验结果显示，利用此方法制备的15MLInAs/7MLGaSb超晶格探测器的截止波长已由15μm拓展至18μm。　　基于光生载流子在n-i-p器件中输运机制的模拟分析，提出了通过增大I区厚度和对I区掺杂改性以及渐变掺杂提高器件量子效率的方法。理论分析表明：n-i-p结构器件的量子效率要高于p-i-n结构器件，且随器件厚度的增加，该效应更加明显；在n-i-p器件中，I区厚度在一定范围内，器件量子效率随I区厚度增加而线性增加，量子效率理论极限值可达70％。实验研究表明：器件I区掺杂改性后，使光生少数载流子从空穴变为电子，有效提高了器件量子效率。其中，n-M-π-p长波器件(截止波长14μm，I区厚度2μm)I区Be掺杂浓度为1.5×1016cm-3时，量子效率最高值为35%，远高于未掺杂改性器件的量子效率(15%)；n-M-π-p甚长波器件(截止波长21μm，I区厚度3μm)I区Be掺杂浓度为2.3×1016cm-3时，量子效率最大值为55%，远高于未掺杂改性器件量子效率(30%)；进一步地对上述甚长波器件不同区域采用渐变掺杂，使其量子效率从55%提高至66%。　　通过模拟分析n-i-p器件结构中体暗电流与表面漏电流机制，提出了抑制各部分暗电流的方法以提高器件阻抗性能。通过制备不同尺寸大小的器件，分析其I-V特性，揭示了器件在不同工作温区暗电流的主导机制。通过在长波和甚长波n-i-p器件中引入M型超晶格势垒层，有效抑制了器件中的隧穿暗电流、产生-复合暗电流与表面漏电流，且最优化的M结构势垒超晶格为18MLInAs/5MLGaSb/5AlSb/5GaSb。通过研究器件不同钝化工艺下的I-V特性，发现采用SiO2钝化方法能更有效抑制n-M-π-p结构器件中的表面漏电流，从而提高了器件的阻抗。优化后的长波(14μm)器件和甚长波(21μm)器件阻抗最大值分别为75Ωcm2与6Ωcm2，峰值探测率分别为1.9×1011cmHz1/2W-1与3.33×1010cmHz1/2W-1。　　通过设计生长不同的器件结构，成功制备了偏压调制的低串扰中波/长波双色红外探测器和中波/长波/甚长波三色红外探测器以及宽带红外光谱响应探测器。设计制备了基于NIPIN-NIP结构的中波/长波/甚长波超晶格三色红外探测器。通过对三色器件I区进行掺杂改性，在偏压调制下，有效控制了器件中光生载流子输运，实现了低光学串扰的三色光谱响应。77K下，中波5.3μm(0mV)/长波14μm(300mV)/甚长波19μm(-20mV)三色探测器的光学串扰分别为0、0.25及0.6。制备了偏压调制型NIPIN结构的中波5μm(0mV)/长波14μm(300mV)双色探测器，中波通道与长波通道的光学串扰分别为0与0.58。设计制备了p-i-B-i-p结构的宽带光谱响应探测器。通过掺杂控制两个I区中的少子类型，既利用少子电子的响应，同时利用少子空穴的响应，实现了1~7μm的宽光谱探测响应。