21世纪以来,为了满足更快和更大容量的信息传输,光通信技术得到迅猛发展。因而,研制能够完全覆盖850、1310和1550nm三个通信窗口的宽谱光电探测器就显得尤为重要。Ⅳ族半导体材料包括Si、SiGe、Ge和GeSn等,可满足从可见到红外谱段的光探测,并且与Si基工艺兼容,适合集成化、规模化生产。但是,单一Ⅳ族材料制备的器件很难满足高性能、宽谱探测的需求,因此将多种材料进行组合,在理论上设计出性能优异的器件结构并在实验上摸索器件的制备工艺是当下极具应用前景的工作。本文以全Ⅳ族宽平谱响应的PIN光电探测器的理论设计和实验制备为目标展开研究工作,主要的研究内容和结论包括以下三个方面:1、模拟仿真了有源区分别为Si、graded-SiGe、Ge和GeSn材料的PIN光电探测器的光谱响应和暗电流密度,分析了吸收峰位随有源区厚度增加而产生的不同程度的红移。我们结合Si基外延生长的特点和这四种材料的吸收特性,设计了一个覆盖全通信波段的宽谱光电探测器,并通过优化器件结构、调整有源区的层厚,在700到1800 nm范围内获得了平坦的光响应谱,响应度维持在0.57 A/W,暗电流密度降低到0.17mA/cm2。2、使用低温Ge缓冲层法在超高真空气相沉积系统上制备了 Ge薄膜,并利用高温退火让Si、Ge材料进行互扩散,成功获得了 Ge组分从0到1渐变的SiGe材料,位错密度为7×107cm-2。依照实验数据和扩散动力学进行理论计算,拟合出高温下Si、Ge元素的扩散分布曲线,为后续的实验工艺提供指导。结合臭氧处理在SiGe虚衬底上进行二次外延,获得了高质量的Ge薄膜,半高宽仅为248 arcsec,并通过机械抛光优化了外延层的表面形貌,RMS低至0.36 nm。3、选取符合设计需求的SiGe材料制备了 SiGe PIN光电探测器,并对探测器的Ⅰ-Ⅴ特性和光、暗电流进行测试。探测器的归一化净光电流在800 nm附近达到峰值,同时在600到900 nm的波长范围内具有较高的净光电流,与模拟仿真的结果有良好的一致性。