腔面光学灾变损伤是导致高功率量子阱半导体激光器阈值输出功率受限制的关键因素。通过量子阱混杂技术调整半导体激光器腔面局部区域处有源区材料的带隙宽度，形成对输出光透明的非吸收窗口，可提高激光器输出功率。本文基于InGaAs/AlGaAs高功率量子阱半导体激光器初级外延片，以外延Si单晶层作为扩散源，结合快速热退火方法开展了杂质诱导量子阱混杂研究。探索了介质层生长温度、介质层厚度、热处理温度、热处理时间等条件对混杂效果的影响。结果表明，50 nm的650 °C低温外延Si介质层并结合875 °C/90 s快速热退火处理可在保证光致发光谱的同时获得约57 nm的波长蓝移量。能谱测试发现，Si杂质扩散到初级外延片上的波导层是导致量子阱混杂效果显著的关键。

系统研究了快速热退火对锌扩散的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布，结果表明退火过程会影响杂质浓度，但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映，未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析，未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流，因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器，快速热退火是不必要的工艺。

对分子束外延（MBE）生长的原位As掺杂HgCdTe外延材料的热退火造成的As扩散控制进行研究。在较低的退火温度下获得了As扩散长度可控的HgCdTe材料，易于形成符合设计参数的PN结轮廓，为后续新型焦平面器件的研发提供基础。研究发现，在热退火过程中，原位As掺杂HgCdTe的As浓度的大小和纵向分布随着不同的Hg分压而发生改变。并通过理论计算获得了不同Hg分压下的As扩散系数。同时，通过数值模拟对不同As扩散长度的P-on-N器件结构进行了暗电流模拟，验证了As掺杂结深推进工艺的重要性。

对不同钝化层结构的分子束外延（MBE）生长的HgCdTe外延材料的Hg空位浓度控制进行研究。获得了更高Hg空位浓度调控范围的外延材料，为后续新型焦平面器件的研发提供基础。研究发现，在热退火过程中，HgCdTe外延材料的Hg空位浓度的变化随着钝化层结构的不同而发生改变。且这种改变是因为HgCdTe表层的钝化层的存在改变了原始热退火的平衡态过程。同时，通过二次离子质谱（SIMS）测试以及相应的理论拟合进行了验证。

采用刻蚀技术形成台面结构的红外探测器光敏元，其表面漏电流和器件热稳定性与半导体蚀刻表面的特性密切相关。对制备的InAs/GaSb II类超晶格中波红外探测器台面蚀刻区域特性进行了研究报道。通过台面结栅控结构和快速热退火相结合的实验研究，发现热退火处理使得样品在温度80 K，偏置电压-0.05 V下的暗电流密度从2.17×10^-7 A/cm²上升至6.96×10^-5 A/cm²，并且有无退火样品的暗电流随偏置电压变化表现出明显的不同。退火导致光敏元台面侧壁电荷密度上升2.76×10¹² cm^-2，引起了表面漏电流的增加，利用X射线光电子能谱（XPS）发现退火后台面蚀刻区域Sb单质含量增加。

对高温热退火前后分子束外延（MBE）生长的多层P-on-N结构HgCdTe外延材料的界面变化进行研究。研究发现，高温热退火将引起HgCdTe外延材料界面层的改变，从而破坏原生结构。这种改变可以一定程度上通过工艺条件进行控制。同时，对热退火前后P-on-N结构变化进行了二维数值模拟，研究了不同变化对其能带结构和光电流的影响。

硼的瞬间增强扩散（transient enhanced diffusion, TED）导致MOS晶体管出现反短沟道效应，阈值电压异常升高，严重影响器件性能和良品率，不同的器件尺寸，阈值电压增量不同，为探究沟道内杂质离子分布情况和器件尺寸对TED效应的影响，在40 nm CMOS工艺平台下，对调阈值注入、低掺杂漏极（LDD）离子注入和碳离子协同注入工艺进行参数调整实验，测量不同工艺参数、不同尺寸的晶体管阈值电压，采用TCAD工具仿真沟道内硼离子和间隙原子的浓度分布。实验结果表明：沟道长度逐渐缩小，阈值电压先上升，在0.55 μm处达到最高后迅速下降，上升速率随着沟道宽度的减小而降低。当沟道长度不变时，阈值电压随沟道宽度一直下降，且下降得越来越快。间隙硅原子由LDD离子注入引入并向沟道扩散，而硼离子聚集在LDD-沟道边界位置，但是在LDD和沟道形成的角落会向浅沟槽隔离（STI）区域泄漏，聚集和泄漏作用共同控制沟道内硼离子的浓度分布。TED效应导致的阈值电压漂移是受器件尺寸调控的，另外，高能量的碳协同注入结合红外快速热退火技术可以有效地抑制TED效应。