红外探测器是红外探测成像系统中最重要的核心部件之一。从二战期间第一个PbS可实用红外探测器的出现到如今正蓬勃发展的第三代大面阵、小像元、低成本、双色与多色红外光电探测器,已走过近80年的历史。量子阱红外探测器（QWIP）是第三代红外探测器,它的工作原理是基于导带中的子带间跃迁,子带间跃迁的能量刚好位于红外波段,因此在红外探测领域表现出巨大的前景。Ⅲ-Ⅴ族化合物的吸收峰在中远红外波段可调,可用于焦平面,双色和多色探测。相比于HgCdTe探测器,以GaAs/AlGaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族量子阱探测器拥有大面积材料均匀性好、成品率高、重复性好、材料生长和器件制备工艺成熟以及探测器响应时间短的优点,而成为近30年红外检测领域的研究热点,在军事国防和天际探测领域得到广泛应用。但量子阱探测器存在着无法直接吸收正向入射光以及探测器件量子效率低的问题。作为第三代红外探测器的重要材料体系,如何提高其性能是量子阱红外探测领域最重要的研究方向。本论文的工作围绕QWIP的性能优化进行展开。作为光电探测器的其中一种,其性能的优化可以从电子态和光子态两个方面来进行。电子态调控是对器件的工作模式优化,基于此,我们优化了InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式,对材料的电子输运特性和量子阱探测器的性能进行了大幅度的提高。光子态调控主要是通过集成各式各样的光耦合结构,对器件进行光场调控来提高光耦合效率。基于光子态调控,我们优化了当前广泛应用于焦平面成像的金属-介质-金属（MIM）的微腔结构,设计并成功生长和制备得到一种新型的三维自卷曲光耦合结构,从光吸收方面对探测器性能进行了优化。主要工作有:1对InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式进行了优化,得到了一种高增益的甚长波红外探测器。分别采用连续低温和变温模式生长得到响应波长为15μm的InGaAs/GaAs甚长波QWIP材料。研究了不同MBE生长条件对QWIP材料和器件性能的影响。研究发现采用连续低温生长方法得到的InGaAs/GaAsQWIP具有更好的材料性能,表现为更高的晶体质量以及更高的荧光强度。器件的光电性能测量显示连续低温生长法获得的器件表现出更好的探测性能,具有更低的暗电流、更高的背景极限温度、更大的光响应率以及更高的量子效率。在20K温度下,峰值响应率提高38倍,达到5.67A/W,外量子效率高达47%。分析了器件的高响应率得益于器件的B-B跃迁模式带来的高光电导增益。此外,对于工作在B-B跃迁模式下的InGaAs/GaAsQWIP,其光电导增益的值还可以通过改变器件的偏置电压来进行灵活的调控。2从提高光耦合的角度优化了器件性能,设计了一种新型长波卷曲量子阱红外探测器结构,利用分子束外延技术成功生长包含InAlGaAs（InGaAs）应变层的GaAs/AlGaAs量子阱红外探测材料。发现卷曲后的量子阱的荧光峰强度增强了4倍。悬空的中空微管可以形成Fabry-Perot腔,使～820nm的量子阱发光峰在腔内产生Fabry-Perot共振模式。测试了器件的黑体响应和光电流响应谱,这种自卷曲的三维管状QWIP的探测峰位在8.6μm,它实现了对垂直入射的红外光的直接吸收。入射光照射到微管表面后透射进入中空区,在内壁表面发生3次反射使器件对红外光进行了3次吸收,实现了光响应和荧光强度的增强。在30K温度下,其峰值响应率和量子效率比标准器件都增强了2.7倍,分别达到48.2mA/W和1.9%。3对MIM结构中因金属的存在而带来的不可避免的光耗散以及集成器件中的散热问题和器件制备工艺的复杂性进行了优化。设计了一种新型介质微腔耦合的THz-QWIP,用重掺杂半导体介质层取代MIM结构中的金属,将量子阱吸收层夹在周期性重掺杂的顶部GaAs介质光栅和重掺杂GaAs电极层之间。通过时域有限差分法理论上计算了DMC-THzQWIP的子带吸收谱和电场分布,优化了介质光栅的参数,使表面等离激元的频率被调谐到与量子阱发生共振。研究结果表明DMC-THzQWIP微腔结构可以有效地增强子带间吸收,其增强原理与MIM微腔类似。当GaAs电极层的掺杂浓度超过1019cm-3时,DMC-THzQWIP在响应波长下的子带间吸收率比标准45°器件高1个数量级,继续增大掺杂浓度到3.2×1019cm-3,可使吸收率增强20倍。