近年来，4G网络的出现与日益成熟预示着人们对高速大容量移动数据传输的要求将会越来越高，而基于多媒体交互式的无线传输业务对光纤通信网络技术，尤其是对光收发机等光电器件的性能提出了更高要求。随着“光载无线通信”概念的提出，传统的用于数字光通信的光电子器件将无法满足模拟信号通信对器件的线性响应度与高带宽的要求。所以，发展性能优异的光电子器件是目前亟待解决的问题之一。　　数据传输量的快速增长必然导致芯片数量、尺寸、以及功耗的快速增长。在发展性能优异的光电器件的同时，人们也在不断要求通信技术向着集成化、低成本与高可靠性的方向发展。波分复用技术与光子集成技术的出现则给人们提供了一个很好的机会。前者成功地实现了单根光纤中的多信道数据的高速传输，为实现光通信系统传输容量的扩充提供了很好的技术方案，而后者利用先进的半导体技术，将光电器件高效地集成在单一芯片上，提高了芯片的使用效率，降低了芯片制造成本与功耗，提升了整个系统的稳定性，为光纤通信系统的进一步发展提供了有力的技术支持及广阔的空间。　　单载流子光电探测器具有高线性度、宽带宽等优点，是最适合于大功率模拟光通信系统接收机的探测器结构。它有效地缓解了传统探测器结构中的空间电荷效应，具有巨大的发展潜力与实用前景。而将该探测器结构与最适合作为多波长复用/解复用器件的“阵列波导光栅”进行单片集成能够为高集成度、高速模拟信号传输系统提供一种很好的探测解决方案。本论文的工作主要围绕这种性能优异的单载流子探测器结构及其与InP基阵列波导光栅解复用器的单片集成的研究与制备展开，主要内容与创新性研究结果如下:　　(1)对单载流子探测器基本原理进行了详细介绍，说明其缓解空间电荷效应的原因。介绍了器件的基本表征参数，如频率响应以及响应度。总结了几种主要的提高器件性能的方法。　　(2)针对“改进型”单载流子器件结构建立了电学仿真模型，并对探测器的饱和效应进行仿真分析。通过器件的能带结构、电场分布与载流子分布分析了“悬崖层”对器件内部电场强度的调控作用。成功制备出正入射与背入射台面型器件。器件响应度为0.46A/W，与理论值0.49A/W符合甚好。在大功率直流光功率激励下，正入射器件能够保持30mA的直流线性光响应;背入射器件则能够将直流光响应提高到超过50mA;直径为25μm的器件-3dB带宽可达到21.5GHz，并且在30Gbps传输速率下的仍能保持眼图形状饱满与张开清晰。　　(3)针对波导耦合型光电探测器结构，模拟并分析了C波段、InP基、基于稀释波导结构的倏逝波耦合型单载流子探测器中的光学传输特性，研究了稀释波导中InGaAsP层折射率与平板波导参数对光场耦合的作用，重点分析了探测器吸收层厚度与收集层参数对量子效率的影响，优化设计了具有较稳定响应度的器件结构，在22～42μm的耦合波导长度范围内探测器响应度稳定在0.518～0.591A/W范围内。制备了性能均匀良好的6单元探测器阵列，带宽均达到17GHz，接近RC常数限制的带宽上限。在24～46μm的耦合波导长度范围内（无端面增透膜）响应度均匀维持在0.5±0.05(A/W)水平，在20mA的直流光电流下仍然保持线性响应而未见饱和趋势。　　(4)提出了一种基于选区外延技术的端对接技术实现阵列波导光栅与单载流子探测器异质集成的兼容结构和集成方法。通过光学仿真研究了在选区外延界面条件下延伸的光学匹配层对光场从无源波导向有源探测器结构的高效光耦合作用，以及二次外延边界、波导刻蚀边界与异质对接界面的相对位置对耦合区光场传输的影响。优化设计了具有良好工艺兼容性的端对接结构:在10μm耦合区长度及二次外延边界与异质对接界面对准下AWG波导与PD的耦合效率达到80％。　　(5)通过选区外延技术成功制备出适于粗波分复用(CWDM)与局域网波分复用(LANWDM)两种信道间隔的O波段4通道阵列波导光栅与单载流子探测器的集成芯片，并对解复用探测器集成芯片进行性能参数测试。两种芯片的每个信道均实现超过25GHz的带宽，总带宽超过100GHz;探测器量子效率达到76％，与理论优化的预期值一致;CWDM芯片的信道间隔为18±0.5nm，信道串扰低于-22dB;LANWDM芯片的信道间隔为4.3±0.5nm，信道串扰低于-17dB。