本文设计了GaAs基1 060 nm高性能激光二极管的有源区结构, 通过在有源区中引入锑化物的应变补偿结构GaAsP/InGaAs/GaAsSb/InGaAsSb/GaAsP, 改变了有源区的能带结构, 解决了禁带宽度对发光波长的限制, 将弱Ⅱ型的量子阱能带结构变为Ⅰ型, 增大了电子空穴的波函数重叠, 提高了激光二极管跃迁概率和辐射复合概率及内量子效率, 降低了非辐射复合, 有效增强了器件输出功率和电光转换效率。同时, 设计了非对称异质双窄波导结构, p侧采用导带差大、价带差小的AlGaAs作为内、外波导层, 有利于价带空穴注入有源区且对导带中的电子形成良好的限制。n侧采用导带差小、价带差大的GaInAsP作为内、外波导层, 有利于导带电子的注入且对价带中的空穴形成更高的势垒。电子注入势垒和空穴注入势垒分别由原先的218、172 meV降低到148、155 meV, 提高了激光二极管的载流子注入效率; 电子泄漏势垒和空穴泄漏势垒分别由252、287 meV上升到289、310 meV, 增强了载流子限制能力。最后获得的激光二极管的输出功率和电光转换效率分别达到了6.27 W和85.39%, 为制备高性能GaAs基1 060 nm激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

锑化物半导体激光器是目前能够覆盖中红外波段的主要手段。锑化物半导体激光器经过多年的研究和发展, 已经逐渐的走向成熟。由于在这个波段具有很多气体分子的吸收峰以及具有较高透过率的大气窗口, 使得中红外锑化物半导体激光器在气体检测、材料加工以及自由空间光通信等领域具有重要的作用。

面对第三代红外探测器对多波段探测的需求，中 /中波双色同时获取两个波段的目标信息，对复杂的背景进行抑制，可以有效排除干扰源的影响，提高了探测的准确性，增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力，因此中 /中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测，锑化物 Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展，与传统 InSb双色探测器相比，中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势，但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究，以提高探测性能，满足工程化应用需求。

半导体光电阴极具有量子效率高、暗电流小的优点，被广泛应用于光电倍增管、像增强器等各类真空光电探测和成像器件，促进了极弱光的超快探测和成像技术的发展。另外作为能够产生高品质电子束的真空电子源，用于加速器光注入器、电子显微镜等科学装置。本文首先介绍了目前常用半导体光电阴极的分类以及在真空光电探测成像、真空电子源领域的具体应用。然后对碱金属碲化物光电阴极、碱金属锑化物光电阴极、GaAs光电阴极三类典型半导体光电阴极的制备技术进行了总结，并介绍了微纳结构、低维材料、单晶外延等新技术在半导体光电阴极研制中的应用。最后对半导体光电阴极的技术发展进行了展望。

新型材料结构的设计是提高红外探测器性能的有效途径。锑基II类超晶格InAs/InAsSb作为红外光敏材料时结构稳定，且具有低暗电流、高温工作特性以及优越的光电转化效率，是研制高温工作红外探测器的理想材料。综述了基于锑化物II类超晶格InAs/InAsSb的研究进展，介绍了现阶段应用在典型单极势垒结构中的两种红外探测器性能，并对锑化物II类超晶格InAs/InAsSb探测器的发展进行展望。

近年来, 锑化物Ⅱ类超晶格材料在外延生长和发光性质等方面的研究取得了巨大的进步, 为获得高性能中红外波段光电子器件奠定了重要的基础。然而, 由于传统的InAs/GaSb体系超晶格材料中内部本征Ga原子缺陷的存在, 使得InAs/GaSb材料的少子寿命过短, 严重影响了光电子器件性能的提升, 因此设计并生长具有长少子寿命的新材料体系超晶格材料具有重要的研究意义。本文对现阶段锑化物Ⅱ类超晶格材料的各类材料体系进行了总结和分析, 着重强调了各类材料体系的外延生长条件、结构及光学特性等方面的研究进展, 并对锑化物Ⅱ类超晶格材料今后的发展进行了展望。

基于锑化物Ⅱ类超晶格结构的中远红外探测器, 由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了锑化物Ⅱ类超晶格中远红外探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的应用情况, 介绍了其在中远红外雪崩光电探测器领域的研究现状。锑化物Ⅱ类超晶格探测器的部分性能指标已接近、甚至超过了碲镉汞探测器, 并在部分红外装备上得到了应用。而基于锑化物Ⅱ类超晶格的雪崩光电探测器件在中远红外弱光探测领域尚处于起步阶段, 与碲镉汞探测器相比还有很大差距, 但同时也呈现出了巨大的发展潜力。

设计制备了GaSb基I型InGaAsSb量子阱激光器,其激射波长为2。75 μm。五元势垒材料AlGaInAsSb有效降低了势垒的价带能级并提高了价带带阶,使量子阱发光波长红移至2。75 μm波段。通过优化分子束外延生长参数,得到了高发光效率的量子阱激光器外延材料,在此基础上设计并制备了腔长为1。5 mm、脊宽为50 μm、中心波长为2。75 μm的法布里-珀罗腔结构的激光器;所设计激光器可以实现室温连续激射,其最大输出功率为60 mW,阈值电流密度为533 A·cm -2。