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随着集成电路中单个晶体管尺寸的不断减小、集成度的不断提高，如何进一步提高处理器的计算速度、降低芯片的功耗已经成为一个亟待解决的问题。利用“光互连技术”取代现有的“电互连技术”是近几年来呼声最高的解决方法之一。其中，能够完全兼容现有CMOS工艺的“硅基光电子学”成为了人们寄予厚望的发展方向。 本文主要针对“硅基光电子学”中片上光互连这一领域展开研究，重点研究Si基GeSn合金的外延制备、材料的发光特性、发光器件的制备以及短波红外探测器的制备。本文主要研究成果如下: 1、采用循环退火的方法来提高Si衬底上外延Ge缓冲层的晶体质量，该方法可以在缓冲层中引入0.2％的张应变。分别在Ge衬底和Si衬底上外延高组分的GeSn合金，用XRD、AFM、TEM等方法表征材料质量，并测得Sn组分为10％的薄膜样品室温光荧光发光峰。研究了不同GeSn/Ge量子阱的能带结构变化情况，并在Si衬底上外延制备出室温发光峰位在1740nm的Ge0.9Sn0.1/Ge量子阱结构。研究了量子阱结构的热稳定性，发现对Si衬底上外延的Ge0.9Sn0.1/Ge进行400℃以下的快速退火，不会破坏量子阱的周期性结构。 2、首次提出利用多层石墨烯作为透明电极的电注入GeSn合金发光器件，该结构有望实现电注入GeSn激光器的制备。成功制备了有源层为Ge0.9Sn0.1/Ge量子阱结构的发光二极管，并测得室温下发光信号。 3、研究了GeSn合金在短波红外成像领域的应用。先后成功在Ge衬底和Si衬底上制备了垂直入射的PIN结构光电探测器。其中，Si衬底上制备的探测器在室温下测得的响应截止波长为2300nm，能够覆盖全部的通讯波段和部分短波红外波段。直径为90μm的器件在-1V偏压下的暗电流为171μA，该器件实现了较高的探测灵敏度。