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本学位论文针对空间遥感用InGaAs探测器的性能要求，根据探测器物理模型的理论分析，结合探测器工艺的优化研究，设计并研制了一系列具有高灵敏、低噪声特性的晶格匹配或波长扩展的InGaAs探测器结构，并对这些探测器的相关性能参数进行了严格的表征分析。本论文主要结果总结如下: 1.建立了PIN型InxGa1-xAs探测器的暗电流和光响应理论模型，对影响探测器暗电流和光响应性能的各项材料参数进行分析。另外使用理论模型估算了高In组分In0.83Ga0.17As材料的吸收系数。 2.对台面型InGaAs探测器钝化工艺进行研究，分析了采用ICP-CVD方法钝化SiOx或SiNx膜以及旋涂法钝化BCB膜的工艺方法，测量了采用不同钝化工艺后探测器的暗电流大小，其中ICP-CVD钝化SiNx使探测器获得最小暗电流。 3.在晶格匹配InP基In0.53Ga0.47As探测器的暗电流优化研究基础上，根据“波长裁剪”概念，研制了截止波长为1.4μm的InP基晶格匹配四元系InAlGaAs探测器，获得了较好的材料与器件性能。因InAlGaAs材料具有更高的禁带宽度，其探测器暗电流较同结构的In0.53Ga0.47As探测器获得极大改善，室温下-10mV偏压下暗电流密度为7.87×10-7 A/cm2，R0A为1.3×104Ω·cm2。 4.对于截止波长为2.5μm的波长扩展InP基In0.83Ga0.17As探测器，制备了具有不同缓冲层结构以及吸收层插入超晶格结构的探测器，采用液氮杜瓦I-V测试系统测量了不同温度下的暗电流数据。结果表明在吸收层中插入超晶格能有效降低暗电流，该器件300K下暗电流密度为4.85×10-4 A/cm2，77K下暗电流小于30fA。另外，室温下N onP结构探测器普遍能获得较小的暗电流结果。 5.在价格更低、wafer尺寸更大、工艺更成熟的GaAs衬底上研制了In0.83Ga0.17As探测器，虽然GaAs基In0.83Ga0.17As探测器的材料性能因更大的晶格失配如不InP基器件，但在室温下GaAs基探测器性能仍与InP基探测器处相近水平量级。分析了采用不同缓冲层结构对GaAs基探测器暗电流的影响。 6.对高In组分InGaAs材料的吸收系数进行实验测量，在300K和77K下分别测量了In0.53Ga0.47As材料与In0.83Ga0.17As材料的透射吸收谱，通过理论计算校准得到了两种材料在300K和77K的吸收系数曲线，填补了材料参数的空白。 7.在InP基In0.83Ga0.17As探测器的变温光响应特性研究中，发现探测器响应率随温度降低而减小，原因与In0.83Ga0.17As材料的吸收系数、空穴少子扩散长度与扩散系数以及器件耗尽区宽度随温度变化有关。经分析，少子扩散长度随温度降低而减小是导致探测器响应降低的主要因素。 8.研制了SACGM型低倍增电压In0.53Ga0.47As APD探测器，前期采用n-型InAlAs倍增层和P+ InGaAs吸收层的电子倍增型APD获得了15V倍增电压下大于3的增益性能;后期改进设计采用p型倍增层获得了20V倍增电压下增益大于50的结果。 9.研制了不同结构的发光波长为2-3μn InP基无锑InAs/InGaAs QWLD，在异变衬底QWLD中生长了八InAs/In0.60Ga0.40As量子阱有源区，实现了InP基无锑量子阱激光器的最长发光波长，在230K脉冲模式下获得了2.91μm的激射波长。另外，在有源区引入隧道结提高发光功率、将异变衬底引入2.5μm QWLD提高工作温度等方法也被研究。