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红外焦平面探测器是第三代红外探测器，广泛应用于预警、制导和成像等军事领域。与传统的HgCdTe探测器相比，基于子带间跃迁(Imersubband Transition，ISBT)的多量子阱红外探测器（Quantum Well Infrared Photodetector，QWIP）具有均匀性好、成本低、高速度、高集成度、探测范围大、以及谱峰线宽窄等优点。随着晶体外延和器件加工工艺的不断进步，子带跃迁探测器已经率先在Ⅲ-Ⅴ族半导体体系中取得了飞速的发展。随着信息技术的不断发展对器件的速度、扩展能力和体积的要求越来越高，人们有兴趣寻找更新的材料体系来制备高速度、高集成度和微型化的QWIP器件。与Ⅲ-Ⅴ族半导体相比，GaN基多量子阱结构具有大的导带偏移，超快的载流子弛豫时间，便于实现红外、紫外双色探测等特点，有利于实现更快速和更大范围的探测。目前其ISBT结构在1.3μm及1.55μm的光通信波段和3-5μm的大气窗口波段已经取得了很大进展，然而，由于晶体质量的限制以及极化电场的影响，器件光电流响应的探测仍很难实现，目前研究大多集中子带跃迁性质的研究以及光压响应探测等方面。 本学位论文以实现GaN基多量子阱ISBT结构的光电流探测为目标，利用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)生长技术实现了高质量的GaN基多量子阱ISBT结构的外延生长，在此基础上系统研究了不同势垒结构的子带间跃迁性质，成功实现了GaN基多量子阱的子带间跃迁吸收和光电流响应。主要工作进展和研究成果总结如下: 1.设计制备出对应于3-5μm红外大气窗口和紫外日盲区波段的单片集成窄势垒GaN基ISBT结构。通过光吸收测试实现了紫外日盲波段和红外3-5μm大气窗口的双色吸收探测，系统研究了极化电场对子带跃迁性质的影响，发现极化场会造成等效势阱宽度的减小和等效势垒高度的抬高，造成子带跃迁吸收峰的蓝移。分析并解释了AlGaN/GaN ISBT结构独特的非对称暗电流特性。研究表明，氮化物半导体中很强的极化电场造成的能带非对称性是导致暗电流I-V特性不对称的主要原因。通过分析暗电流的通道，发现加厚势垒宽度是抑制暗电流的重要途径。 2.设计并生长制备出宽势垒多波段探测Al0.33Ga2.67N/GaN多量子阱ISBT结构。利用超薄AlN低温插入层释放量子阱中的张应变，解决了其表面开裂的问题。暗电流测试证明，通过加宽势垒厚度，暗电流密度降低了两个数量级以上，利用光电流谱测试到多波段子带跃迁光电导响应。 3.利用MBE边界温度外延方法，制备出高质量的GaN/In2.15Ga2.85N多量子阱ISBT结构，在3-5μm的测试范围实现子带跃迁光吸收。通过变化势阱宽度，峰值吸收波长位于4.96μm和6.42μm之间有效地调节。随阱宽增大，第二子带能级位置会从势阱口逐渐落入势阱内，峰值吸收波长会先蓝移后红移，与理论模拟分析一致。 4.设计生长出量子级联型复合势垒AlyGa1-yN/GaN/AlyGa1-yN/AlxGa1-xN(y＞x)量子结构，利用窄薄势垒量子结构AlyGa1-yN/GaN/AlyGa1-yN调节探测波段，利用厚宽势垒AlxGa1-xN抑制基态隧穿暗电流，解决了宽势垒量子阱中极化场对光电流增益的限制效应。同时，由于在宽势垒顶部AlyGa1-yN/AlxGa1-xN/AlyGa1-yN(y＞x)结构中局域着许多电子能带，为光激发电子通过量子级联进行倍增放大提供了能带阶梯。子带跃迁吸收谱测试证明，随着阱宽从1.7nm增大到3.5 nm，子带跃迁峰值吸收波长从2.54μm红移至3.48μm，与理论预计变化趋势一致，为接下来光电流探测奠定了基础。 5.设计生长出极化补偿复合势垒Al2.5Ga2.5N/GaN/Al2.25Ga2.75N台阶量子阱结构，通过精确的结构设计和应力调控，利用Al0.5Ga2.5N超薄极化插入层有效地补偿并抵销了Al2.25Ga2.75N宽势垒中的极化场效应。光吸收实验证明，势垒中极化电场被完全补偿，光吸收响应来源于束缚带-连续带的子带跃迁。