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中红外波段光电子器件在国防事业和民用领域应用广泛。锑化物半导体材料是目前中红外波段光电子器件的首选材料。利用锑基的In As/Ga Sb II类超晶格为有源区材料的锑化物带间级联激光器在红外对抗、战场气体探测、战场医疗、战场空间通讯以及环境污染检测和医疗卫生事业有着广泛的应用前景,成为本领域的热点研究内容。本论文针对锑化物带间级联激光器的核心,即有源区材料（In As/Ga Sb）发光效率低的关键科学问题,探索基于新的Ga Sb材料体系的高发光性能的破隙结构II型超晶格有源区的设计理念与实现方式。提出新的单分子层分布外延生长策略,有效解决InxGa1-xAsySb1-y四元合金所面临的不互熔隙问题;设计多种新型II类超晶格材料,采用更有效的材料表征方式与手段,分析材料物理性能,最终讨论此类新型有源区材料在红外波段半导体激光器中应用前景,为高性能红外波段半导体光电子器件研制提供新的材料技术与技术方案。具体开展如下研究内容。单分子层分布外延策略下的多元合金外延生长:针对其中InxGa1-xAsySb1-y多元合金互不熔隙问题,提出新的分子束外延生长方式,即单分子层分布外延策略,在确保合金晶体质量前提下,在一个分子层外延过程中,将多元合金的随机外延生长,划分为精细的二元或三元化合物的分布式生长,合金组分的控制将由单分子层中化合物的分布配比决定,由此彻底解决合金组分控制难题（如高In组分诱发的偏析）。并首次得到具有垂直分布的In As/Ga Sb超晶格的新型InxGa1-xAsySb1-y四元合金,此类合金具有超晶格材料特有的能带结构,光谱覆盖范围达到中红外波段;In As（Sb）/InxGa1-xAsySb1-y破隙结构II类超晶格:首次设计并构建全新体系的In As（Sb）/InxGa1-xAsySb1-y破隙结构II类超晶格。可从三个维度上,即超晶格各层材料厚度、超晶格材料组分和超晶格层间周期规律等三方面,获取对中红外光谱覆盖范围和发光强度的调控。kp模型结构表明,相比传统In As/Ga Sb破隙结构II类超晶格,其具有更好的发光强度（相比传统In As/Ga Sb超晶格,发光强度提高7倍）,同时将在延长少子寿命方面体现更大优势。因此可以成为中红外波段（5～9微米）激光器和探测器的有源区和吸收区材料。