硅基光子学是当前半导体光电子学领域的研究热点。硅基近红外光探测器作为硅基光子学中光电转换的核心器件,在高速光通信系统和片上光互联中具有广阔应用前景。Ⅲ-Ⅴ族光探测器是发展最成熟、性能最好的近红外光探测器之一,但Ⅲ-Ⅴ族材料与硅之间存在的晶格失配和热失配等问题限制了硅基Ⅲ-Ⅴ族光探测器的发展。半导体纳米线具有极强的应力释放能力和优异的抗反射特性,在高性能硅基近红外光探测器中具有重要应用潜力。本文在深入研究纳米线光探测器工作机理的基础上,设计出响应波长在1.55μm波段的硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线阵列光探测器,并研究了其主要性能。主要成果如下:(1)设计出硅基InP/In0.53GaAs0.47/InP p-i-n结构薄膜光探测器,并仿真研究了其光电特性。研究表明:薄膜光探测器在1-1.8μm波长范围内均具有较高的光反射率,在厚度为800nm左右时,对入射光吸收率仅为23%,在偏压为-1V、入射光功率为2.5×10-9W下,光响应度为0.43A/W。(2)设计出硅基InP/In0.53GaAs0.47/InP纳米线径向p-i-n结阵列光探测器,并仿真研究了其光谱吸收和光电转换特性。研究结果表明:纳米线阵列的光吸收谱强烈依赖于其D/P 比与直径,通过调整D/P比与直径组合可将吸收峰固定于1.55μm处。在直径为360nm、D/P比为0.5时器件对1.55μm入射光吸收率接近90%,-IV偏压下,响应度为0.9A/W,是相同等效厚度薄膜光探测器的5倍,主要归因于纳米线阵列优异的抗反射特性和陷光效应。(3)设计出硅基InP/In0.53GaAs0.47/InP纳米线轴向p-i-n结阵列光探测器,并仿真研究了其光谱吸收和光电转换特性。与径向p-i-n结构类似,通过调整D/P 比与直径组合可将吸收峰值固定于1.55μm处。-1V偏压下,器件在直径为340nm、D/P 比为0.4时在1.55μm处具有最高响应度为0.92A/W,比相同D/P 比的径向p-i-n结构略高,是相同等效厚度薄膜光探测器的7.7倍。