InP/InGaAsP光晶体管探测器集光探测和电放大于一身，类似于雪崩光电二极管，但没有倍增噪声，也无需在高压下工作，并且光晶体管和异质结双极电晶体管在材料和工艺上几乎完全兼容，这些特点使其成为极具潜力的下一代光电探测器，在光纤通信以及微波光纤分布系统(ROF)中具有巨大应用潜能。而双模激光器作为优异的双模光源在高频微波(如毫米波和THz波)和ROF领域具有重要应用，因为对于这样高的频率，电技术无论在传输还是在源的产生方面都困难重重，国内对这两个重要器件的研究还非常少。本论文围绕这两个重要器件的设计和制作开展了以下几方面的工作：　　 1.国内首次设计并制作了InP/InGaAsP单载流子传输的光渐变耦合的双异质结光晶体管探测器，包括：　　 1)分析了影响光晶体管的各种因素，包括外延层的能带结构，外延层的参杂浓度和厚度，异质结的构建情况和光波导结构等等，并借助SilvacoTCAD半导体器件仿真软件和BeamProp光波导仿真软件给予图示说明。在此基础上设计了两电极结构的单载流子传输的双异质结光晶体管。　　 2)为了消除空穴的低迁移率对光晶体管响应速度的限制，设计了双异质结结构，仅用重掺杂的很薄的基区作为光吸收层，光生空穴作为多数载流子可以快速弛豫到发射区-基区异质结界面，起到电晶体管基极电流的作用。这样整个器件只有电子在传输，从而消除了空穴的低迁移率带来的不利影响。由于基区很薄，仅用基区做光吸收层会使光处理能力下降。为了克服这个缺陷，利用InGaAsP材料的带隙和折射率灵活可调的特点，把光晶体管设计为脊形波导结构，增加光吸收层的体积。器件中的集电区同时作为光渐变耦合层，使入射光逐渐耦合到基区光吸收层，用Rsoft/BPM对各材料层的厚度和折射率/带隙进行了优化。　　 3)为了降低传统三电极光晶体管中大的集电极电容对响应速度的限制，设计了两电极结构的光晶体管，基极的偏置采用光偏置，这样消除了制作基极电极带来的额外的集电极电容。　　 4)用上述设计思路，成功制作了两电极结构、单载流子传输、光渐变耦合的双异质结光晶体管。其中关键器件参数为：发射区为InP，厚度50nm，n掺杂到le17 cm-3；基区为1.55Q，厚度100nm，p掺杂到le18 cm-3；集电区为1.3Q，厚度度400nm，n掺杂到le16cm-3。器件发射极面积为3×100μm时，光电响应的3dB带宽达到8GHz。在器件端面未镀增透膜的情况下，入射光功率为1.3mW时，获得光电流13.6mA，外量子效率达到10.46A/W。在室温和1V反向偏压下，暗电流为70nA。　　 5)为了提高光探测效率和降低暗电流，对上述结构做了进一步改进，原来1e18 cm-3均匀掺杂的100nm基区改为10nm(2e18 cm-3)+80nm(1e17 cm-3)+10nm(2e18 cm-3)+10nm1.4Q(不掺杂)，集电区改用1.1Q。在工艺上增加了一步硫化铵对脊形波导的钝化。经过改进，暗电流在室温和1V偏压下显著降低，达到6nA；入射光功率为1.1mW时获得32mA的电流，外量子效率显著增加，达到30A/W；3dB带宽没有明显变化，仍为8GHz。左右。　　 2.国内首次设计和制作了模式相干的双模半导体激光器　　 1)详细分析了双模光源产生微波信号的过程，在此基础上提出了对双模光源性能的要求，一是良好的相干性，以便获得纯的微波频率；二是双模的强度应当尽可能相同，以便获得最大的光-微波转换效率。　　 2)在分析双模光源性能的基础上，借鉴前人利用可饱和吸收体实现被动锁模的经验，创新性地设计了被动锁模的双模半导体激光器，并成功制作了实物器件，实现了良好的双模激射，双模间距0.82nm，双模强度几乎完全相同，可以获得最大的光-微波转换效率。　　 3)在双模间距比较大，难以测试拍频线宽的情况下，灵活改变器件偏置，把器件变为基于外腔的复合腔双模半导体激光器，降低双模间距，成功测试了其拍频频谱。测试结果为：光谱的双模间距为0.21nm，拍频频率为26.2GHz，频谱3dB线宽达到0.4374MHz，6dB线宽达到0.724MHz。这些数据说明双模激光器具有良好的模式相干性。