光纤通信、计算机技术等信息技术正在朝着高速率、大容量、智能集成化和高可靠性方向发展。目前互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺的最小特征尺寸已经达到了22 nm，要想继续保持这种集成电路性能的指数增长需要克服巨大的挑战，集成电路中金属互连便是其中最主要挑战之一。电互联的瓶颈促使光纤通信、光互连等光电子技术飞速发展，半导体光电子器件及其集成技术在高速光纤通信、光互连中占据不可替代的关键性作用，是光电信息技术发展的基础。　　2004年石墨烯的首次室温制备引起了全世界的关注，它是单原子层的石墨晶体，单层石墨烯只有0.335nm的厚度，近年来，石墨烯的材料制备，转移，表征以及在半导体，化学等功能器件上的应用的一系列研究相继展开，进展迅速。由于石墨烯独特的零带隙能带结构，室温下电子的超高迁移率，低于铜和银的电阻率以及高导热性等特点，从晶体管，化学传感器到纳米机电器件，复合材料等领域有着很大的应用潜力;由于其独特的光吸收特性，石墨烯在光电器件上的应用逐渐被研究人员发觉，并被认为是最潜力的应用方向之一。　　在本论文中，以石墨烯的半导体光电器件应用为主线，主要的研究内容和创新点包括:　　(1)提出并发展了一套制备石墨烯器件的衬底处理方法。在实验研究中发现衬底的处理对最终石墨烯器件的性能，比如狄拉克电压等影响非常大，衬底的处理是器件制备工艺中尤为重要的一个环节。为此，通过控制变量方法，系统设计实验，对有机清洗、无机清洗、氧等离子体处理以及光刻胶粘结剂六甲基二硅胺(HMDS)处理等方法做了系统研究，实验结果表明经过氧等离子体及HMDS处理的衬底会对石墨烯引入较高的掺杂，300nm的氧化硅介质层下的狄拉克电压在几十伏，而采用无机清洗与有机清洗相结合的方法处理衬底片可以有效降低衬底对石墨烯的影响，制备的的器件90％以上狄拉克电压在0-5V，并且该工艺具有良好的可重复性。　　(2)提出了一种机械剥离石墨烯的高精度定位转移方法，实现了机械剥离石墨烯的定位转移，转移精度可以控制在1μm。同时改进和发展了CVD生长石墨烯的一种定位转移方法，该方法可以直接将几十微米大小尺寸的石墨烯转移到任意衬底的任意位置，不仅大大提高了转移效率，还可以提高石墨烯的利用率。　　(3)解决了纳米尺度介质膜、金属膜制造方法、高精度电子束套刻等系列关键工艺难题，形成了一套制备石墨烯器件的成熟工艺，成功制备了场效应结构石墨烯光电探测器，器件成品率达到90％以上，石墨烯光电探测器实现了1550nm波长0.2mA/W的响应度。首次发现了自组织结构的石墨烯pn结的存在及其特殊的光电响应，通过研究栅压对于石墨烯费米能级位置、能带弯曲以及石墨烯室温热载流子效应等对光生电流大小和方向的影响、调控，结合石墨烯电学特性，拉曼光谱以及光响应测试分析，论证了其光电流产生机制。　　(4)针对石墨烯波导结构光电探测器与调制器的要求，利用FDTD solutions软件设计了一种适用于石墨烯波导结构光电器件的波导光栅耦合器，该耦合器与设计的波导是集成的，并且可以通过一步刻蚀的工艺制备完成，为后续完整石墨烯波导器件的制备提供了非常重要的基础。　　(5)成功研制出石墨烯波导结构（Graphene-on-Waveguide）光电探测器及调制器。利用FDTD solutions软件对器件结构，石墨烯的吸收效率做了详细模拟，通过将光场引导到波导上部有效增加了波导表面石墨烯对光的吸收;摸索出一套石墨烯波导结构光电探测器制备工艺并成功制备出原型器件，测试得到了1500nm波长下0.34mA/W的响应度;对调制器的重要单项工艺进行了研究并最终实现了整个器件制备工艺流程，成功制备出了石墨烯波导调制器，为之后的器件改进与测试奠定了良好的基础。