Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，不仅仅是Ⅲ-Ⅴ族的经典薄膜体系，包括近十年来逐渐崭露头角的准一维结构（纳米线），因其高载流子迁移率、窄带隙等诸多优异的内禀属性而在电子和光电子学等领域，特别是在红外光电探测方面具有极其重要的研究和应用价值。为了充分挖掘材料本身及其新结构的潜力，除了宏观的电学表征手段外，更加迫切地需要显微（光）电子学表征方法的应用，因其在提供丰富实验信息的同时也为我们提供了一种独特的研究视角。与此同时，逐步地建立起基于实际微观电子学信息的数值模型，从光电响应过程中的载流子动力学角度来探究制约器件或新结构性能提升的关键因素及其作用机理，同样将有助于其光电探测性能的优化改善，进而逼近其极限值。　　 本论文着眼于对经典的InP/InGaAs pin探测器结构以及分子束外延方法(MBE)生长的半导体准一维结构（Ⅲ-Ⅴ族纳米线）的表征和分析。对常规的短波红外探测器件而言，着重于提取其性能相关的微观电子学信息;对半导体纳米线则致力于探究当前限制其实际应用的机理性难题。实验方面主要是基于扫描探针显微镜的空间分辨光电子学表征手段，注重实验方法的拓展和实验能力的提升。理论上侧重于数值模型的建立以及与微观光电子学表征方法的结合，为微纳尺度上对功能结构和器件的机理乃至性能的讨论和分析创造条件。　　 本论文的主要内容可以概括为以下两个方面:　　 1.高空间分辨光电子学表征方法的应用已经成为器件研发的必要辅助手段。国际上主要是应用SCM方法Si基探测结构的载流子分布特征。本课题组前期已经将SCM方法推广至红外响应的Ⅲ-Ⅴ族半导体探测功能结构，并且获得吸收层光生载流子的分布信息。本论文的研究聚焦存对近红外探测器暗电流、探测率等核心性能有重要影响的结区的分析中。一方面实验上在提升SCM方法对自由载流子空间分辨率(≤15nm)的前提下，实现了对探测器结区（范围300-500nm）内的清晰分辨，并且观察到了因光激发带来的微观电子学状态的变化。另一方面，建立了SCM方法应用于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的数值模型，存考虑表面电荷等实际电子学环境后，模型再现了结区微分电容分布的精细结构，从而使得对探测器PN结区载流子分布状态的定量分析成为可能。这样的实验和理论复合分析手段已经应用于短波红外探测器件，已获得的结区光电子学响应呈现出与材料批次的相关性并且和器件的暗电流特性有直接的关联。同时针对部分器件的漏电问题，实现了漏电区域的精确定位、漏电机理的澄清和漏电特性的定量复现。　　 2.实验上通过旋涂工艺的应用实现了对Ⅲ-Ⅴ族纳米线的无损包裹、支撑。在包裹后的结构中得益于纳米线与周围包裹介质的介电常数差异以及由此引发的陷光效应，纳米线表现出了高于文献中2个数量级的光电响应率。该实验包裹方案不仅适合于对单根纳米线的光电子学表征，同样的也适合于制备基于阵列式纳米线结构的光电转换器件。在此基础上针对当前半导体纳米线掺杂光电特性的机理性研究难点展开了攻关。研究显示:区别于非掺杂纳米线，n型掺杂纳米线（掺杂浓度＞2×1017cm-3）表现出了奇异的线性光电流特性。理论模型的建立澄清了n型掺杂纳米线中少子寿命的急剧缩短（至亚皮秒量级）是导致光电行为转变的原因。在这样的背景下，提出了一种通过光电特性定量拟合来提取半导体纳米线少子寿命的方案。进一步的通过表面钝化纳米线与裸露纳米线的对比揭示了GaAs纳米线n型掺杂后表面态对电子的大量捕获以及随后对光生载流子复合过程的强烈调制是导致少子寿命急剧缩短以及光电行为改变的源动力。