光子集成技术是近年来比较热门的工程技术之一,它是在现代集成光学的基础上发展起来的有关光学元器件制造的应用技术。其主要的光学元器件包括激光器、硅基光电探测器、硅基高速光调制器、无源耦合器等。在众多的半导体材料中,应变Si、Si Ge、Ge材料是近些年发展起来的新一代硅基材料。由于Ge材料在其光通信波段具有较高的吸收系数,而且是所有半导体材料中在近红外波段电子空穴迁移率最高的材料,因此基于Ge材料的光电器件受到了广泛关注。同时,相对于Ⅲ-Ⅴ族半导体,Ge材料能与硅基微电子工艺相兼容,成为了硅基片上集成光电探测器的首选材料。光电探测器作为光电集成回路中光电转换的接口和光路中光子的“终结者”对于硅光子集成具有重要意义。高性能的光电探测器在响应波段应具有高量子效率、高响应度、低暗电流等优点,本文的研究为高性能探测器的制备与阵列波导光栅解调系统的集成奠定了良好的基础。在本文中我们主要的研究内容如下:(1)通过对PIN型锗波导光电探测器的理论基础和性能参数的研究,对光吸收和光生载流子的激发进行分析,包括本征吸收、激子吸收、杂质吸收和自由载流子吸收,进而研究光生载流子的运输方式,包括扩散和漂移过程。通过对光子能量、吸收系数与消光系数之间关系、锗材料吸收极限波长等问题的研究,分析并计算Si基Ge光电探测器有源区的厚度、面积等与器件3d B带宽的关系,基于计算情况提出理想的探测器结构,并根据实际实验条件等综合因素提出提高光电探测器性能的方法和手段,设计和优化PIN结构的光电探测器。分析PIN型Si基Ge光电探测器的尺寸、波导结构、掺杂浓度对探测器性能的影响。(2)提出一种横向PIN结构的高量子效率、低暗电流的锗波导光电探测器。基于对探测器中光生载流子收集过程的深入分析以及量子效率、暗电流和电容性能与器件结构的关系,分析载流子收集增强结构。通过研究光电探测器的暗电流、电容、量子效率等性能参数,解决提高光生载流子的收集效率,减小光生载流子的表面复合的问题。通过对暗电流理论与实验数据的分析,找到器件暗电流的根源,并进一步优化PIN光电探测器的结构。在仿真模拟的基础上,加工并制作了PIN型锗波导光电探测器,测试并对其结果进行分析。本文的研究对光纤光栅解调系统的微型化的研究起到推动作用,也对硅基光子学的进一步发展,特别是硅基单片光集成具有重要意义。