二维Ge基半导体材料具有环境友好、元素丰富、载流子迁移率高及吸光性能好等优点,在电子和光电子器件等领域展现出很大的应用前景,近年来迅速成为大家的研究热点。但目前二维Ge基半导体还存在着可控制备困难的问题,进而限制了其光电性能的研究和发展。本文第一章讲述二维Ge基半导体材料中的代表:GeSe2、GeSe和Ge的研究现状,然后从其化学气相合成及光电性能进行了系统的研究。正文部分首先介绍了采用低熔点的GeI4为前躯体和Se反应,以适合二维材料外延生长的云母为收集衬底,实现了化学气相沉积法制备超薄GeSe2菱形纳米片。通过AFM、Raman、XPS和TEM等表征手段,证实了菱形纳米片是高质量的单晶GeSe2,最薄可达7 nm。随后,构筑了基于超薄GeSe2纳米片的光电器件,对器件的电输运和光电性能进行了研究。器件对450 nm光的响应度为2.5 AW-1,响应速度为0.2 s。其次,通过辅助盐与H2的协同作用,以云母作为外延生长衬底,实现CVD法制备高质量超薄GeSe纳米片。通过机械剥离的方法构筑基于二维GeSe纳米片的高性能光电器件,光电晶体管的响应度在栅压调控下可达1.6×105 AW-1。根据GeSe纳米片面内晶轴方向与偏振拉曼强度的对应关系,确定了GeSe纳米片的晶轴方向,并基于此构筑各向异性器件,研究了其面内电学各向异性。GeSe纳米片呈现出明显的面内光电各向异性:基于GeSe纳米片的偏振光探测器对偏振光偏振方向的改变非常敏感,光电流的峰值是谷值的1.3倍;GeSe纳米片Armchair方向的载流子迁移率是Zigzag方向的1.85倍。第三,采用卤素盐构筑自限制生长的方法合成了二维非层状Ge纳米片,并通过对比实验和理论计算对Ge纳米片的生长机理进行了分析讨论。随后又构筑了基于超薄Ge纳米片的光电晶体管,对其光电性能进行了一系列研究。Ge纳米片呈现p型半导体性质,空穴迁移率达到263 cm2V-1s-1,光响应度超过200 AW-1,响应时间为70 ms,恢复时间为6 ms。第四,通过F元素作为电子给体,对CVD合成的Ge纳米片的导电类型进行调节,实现了Ge纳米片从p型半导体到n型半导体的转变,并构筑了基于Ge纳米片的p-n结器件,器件展现出优异的光伏性能:开路电压达到150 m V,光电转换效率达到8.1%。最后,对全文工作进行了总结,并对未来的研究进行了展望。