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2-5μm中红外探测器在军事、科学、工业等领域有着重要的用途。随着红外光电探测技术的不断发展，下一代探测器的发展趋势是必须具有高速响应、高探测率、大规模面阵、高工作温度和低噪声的性能，其核心在于提高信噪比，即提高信号响应度和降低噪声。锑化物半导体具有窄带隙能带特性，其结构设计灵活，近年来外延生长技术获得突破，是中红外波段光电器件的理想选择。本论文深入研究了2-3μm波段的InGaAsSb/AlGaAsSb雪崩增益结构的高响应探测器，以及3-5μm波段的InAs/GaSb超晶格结合单势垒结构的低噪音探测器。通过优化InGaAsSb/AlGaAsSb和InAs/GaSb超晶格单势垒结构、外延生长参数、器件工艺条件等，分别实现了雪崩增益探测器和高工作温度超晶格探测器。本论文的主要研究内容和成果如下: (1)研究了InGaAsSb/AlGaAsSb异质结材料的分子束外延生长条件，以及InAs衬底脱氧、同质外延Ⅴ-Ⅲ比、生长温度等关键生长条件。在此基础上，生长出了高质量的同质外延层，设计制备的InAs衬底上InAs带间共振遂穿二极管的电流峰谷比达到国际高水平。研究了InGaAsSb/AlGaAsSb器件的台面刻蚀和钝化工艺，发现采用化学等离子体刻蚀方法得到的器件侧壁比湿法腐蚀更为平整。 (2)采用上述材料和工艺制备了2μm的雪崩光电二极管。通过器件电场分布的计算，设计了电荷截止层的厚度和掺杂量。通过实验调节电荷截止层的掺杂量，提高器件吸收区耗尽电压，进而提高整个器件的工作电压，得到了一定的倍增。之后提出了PN结构为倍增区的器件，在低电压下也能实现倍增。同时还研究了Al0.04Ga0.96Sb材料的特性。 (3)将APD器件结构简化，得到了2-3μm零偏压下工作的高性能InGaAsSb探测器。由于其与GaSb晶格匹配，材料质量好，使得其在室温下RA高达80Ω·cm2。 (4)在中波InAs/GaSb超晶格探测器PIN器件的基础上，增加了M型势垒结构，降低了器件的产生复合电流，提高了器件的工作温度至150 K。同时研究了不同刻蚀工艺对器件性能影响，发现采用SiO2硬掩膜方案得到的器件RA最两，185K时RA达到了1884Ω·cm2，进一步提高了器件背景限制工作温度至195K。采用中波高温材料制备的320×256像素焦平面工作温度达到150K。