随着人类进入以互联网和多媒体标志的信息社会,视频、多媒体、流媒体、网格计算、文件备份等数据业务的迅猛发展,对通信的传输速度、传输容量要求也越来越高。由于光纤具有约30THz的巨大带宽、极低的传输损耗、较强的抗电磁干扰的能力,以及价格低廉等优点而成为承载信息的主体,光纤通信技术得以脱颖而出成为信息时代支柱性的传输技术。1550nm是光纤传输损耗最低的波长,广泛用于各种光纤通信系统中。本文针对1550nm波段的高速光纤通信系统的应用,研究光接收芯片的材料和结构对接收速率和性能的影响规律,研制出具有高速性能的探测芯片。本文的研究成果如下:1、设计并研制了Ge/Si高速探测器,器件的台面直径分别为15、20、25、40、80、100μm,器件的暗电流密度为25.5mA/cm²,其中与表面积相关的系数为21.73mA/cm²,与周长相关系数仅为8.23μA/cm,器件暗电流主源于体结构。此外器件的响应度为0.249A/W@1550nm,20μm直径的器件带宽为20.9GHz@-0.5V。2、在100K²80K工作温度下,对器件的暗电流进行测试。数值拟合发现器件工作温度高于240K时,理想因子的值近似为1,且与Shockley-Read-Hall复合电流曲线吻合,此时器件暗电流主要是载流子扩散电流以及SRH复合电流;而工作温度低于220 K时,器件暗电流由陷阱辅助隧道效应增强型产生-复合电流决定。提取器件的激活能Ea≤0.16eV,低于₂¹E_g-Ge,器件暗电流主要是陷阱辅助隧穿电流。对比850nm,1310nm和1550nm下响应度发现界面附近的应变材料的光吸收系数低于体材料吸收系数,而高频下界面对器件带宽的影响很小。3、设计并研制了InP基InGaAs高速探测器。通过等效电路和渡越时间模型,得到直径在75μm附近器件,本征层厚度为2.1μm时器件带宽接近峰值。基于传输矩阵,得到器件增透膜276nm,顶部InP层100nm时,理论吸收效率为90.07%。基于能带理论,为削弱异质结界面处的势垒,插入InGaAsP能带过渡层,将器件3dB带宽提高了9.4%。基于MOCVD外延和微纳加工工艺,制备的器件直径为75μm时3dB带宽为4.93GHz,1550nm处的响应度为0.676A/W,暗电流密度为58.97mA/cm²。