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Ge1-xSnx合金的晶格常数和禁带宽度分别在5.6579-6.4892A和0-0.66eV(直接带为0-0.8eV)连续可调，并且当x大于～7％时将成为直接带隙半导体，因此有望应用于硅光子学和红外光电子学等领域中，具有非常重要的研究意义。此外，Ge1-xSnx合金还可能具有较大的载流子迁移率，能够应用于高速场效应晶体管中。然而，Ge1-xSnx合金的外延生长存在诸多难点。首先，Sn在Ge中或者Ge在Sn中的平衡固溶度都小于1％，并且Sn的表面自由能比Ge的小，这导致Sn容易发生偏析和表面分凝。其次，当温度高于13.2℃时，Sn将发生相变，从金刚石结构的α-Sn转变成体心四方结构的β-Sn。再次，α-Sn与Si、Ge的晶格失配都比较大(分别为19.5％和14.7％)，不利于Ge1-xSnx合金在Si衬底或者Ge衬底上的外延生长。 使用低温分子束外延(LT-MBE)法在Si衬底和Ge衬底上都外延生长出高质量的Ge1-xSnx合金，并对Ge1-xSnx合金的一些基本性质进行了研究，成功研制出Si基Ge1-xSnx光电探测器。本论文的主要研究结果如下： 1.使用LT-MBE法，在Si衬底和Ge衬底上都成功生长出单晶Ge1-xSnx合金，最高Sn组分x=15.5％。在Ge衬底上生长的Ge1-xSnx合金晶体质量优良，HR-XRD衍射峰的半高宽(FWHM)仅100”左右，RBS沟道/随机产额比xmin仅5％左右。但是在Si衬底上直接生长的Ge1-xSnx合金质量相对较差(xmin>11％)。为此，采用高质量Ge薄膜作为缓冲层，在Si衬底上也外延生长出质量较好的Ge1-xSnx合金。例如x=5.2％时，FWHM～221”，xmin.～8.6％。 2.利用RBS和HR-XRD精确测量了Ge1-xSnx合金的组分和晶格常数，发现Ge1-xSnx合金的晶格常数正偏离Vegard定律，得到弯曲系数b=0.211A。该实验结果与理论计算结果一致。 3.通过应变和弛豫的Ge1-xSnx合金的拉曼光谱，研究组分和应变对拉曼峰位移动的影响。实验得到的应变和弛豫的Ge1-xSnx合金中Ge-GeLO声子的频移系数△ω分别为-30.3cm-1和-83.1cm-1，与理论计算的结果(-31.1cm-1和-95.1cm-1)比较吻合。 4.实验发现，低Sn组分的Ge1-xSnx合金具有较好的热稳定性：x～3％时，可以在500℃下稳定；x～6％时，可以在400℃下稳定。因此，低Sn组分的Ge1-xSnx合金(x≤6％)有望应用于微电子学和光电子学器件中。 5.利用Si基Ge缓冲层上生长的Ge0.97Sn0.03薄膜，使用与硅CMOS兼容的工艺，成功制作出覆盖全通信波段的高响应p-i-n型光电探测器。该探测器的暗电流密度～1.8A/cm2，响应范围800-1800nm，在1310nm、1550nm和1640nm的响应度分别为0.52A/W、0.20A/W和0.12A/W。 6.利用在Ge衬底上生长的高质量Ge1-xSnx合金，与新加坡国立大学合作，成功研制出世界上第一例Ge1-xSnx沟道p-MOSFET和第一例Ge1-xSnx沟道n-MOSFET。