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硅(Si)基器件与集成电路在微电子领域占据了绝对的主导地位，而随着技术的进步以及人们对设备性能的不断追求，硅基纳米电子器件以及硅基光电子材料与器件已经成为人们的研究热点。作为Si衬底上自组织生长得到的三维岛状结构，Ge/Si纳米岛材料由于具有与硅基工艺兼容的巨大优势以及低维纳米结构带来的新颖光学、电学特性，很可能成为未来纳电子、光电子器件的基础材料，应用前景广阔：小尺寸的Ge纳米岛具有库仑阻塞效应，可用于制作Si基单电子器件；Ge/Si间价带的偏移有利于制作空穴型共振随穿二极管(RTD)；利用岛内子带间跃迁，可实现中、远红外探测;大尺寸、高组分的Ge纳米岛有利于对近红外光的吸收，可用于制作Si基近红外探测器。
本论文的工作主要围绕Ge纳米岛材料与器件，包括材料的生长与性质表征，小尺寸、高密度Ge纳米岛的生长，以及Ge纳米岛异质结光敏晶体管(HPT)的制作。主要得到如下结论：
◆基于双晶X射线衍射(DCXRD)的运动学理论，分析了应变超晶格或多量子阱材料中应变层起伏对衍射零级峰宽度的影响：在忽略其它卫星峰展宽机制时，零级卫星峰的宽度W0与应变层的起伏σtα/(tα)0成正比：σtα/(tα)0≈W0/△θB×0.6。这一结论完全适用于Ge/Si纳米岛材料，也可用于其它类似材料的分析。
◆通过DCXRD、光荧光谱测量等手段，分析了多层Ge/Si纳米岛材料的快速热退火特性。我们用DCXRD测试证实了在退火过程中，在高组分的Ge纳米岛区域，Si/Ge原子互扩散作用比浸润层区强烈；而随着退火时间增大，Si/Ge原子互扩散作用增强，与纳米岛相关的荧光峰将会大幅衰减；同时我们发现，在800℃退火12s，材料保持了较小的Ge/Si原子互扩散水平和较高的晶体质量，对器件的制作具有指导意义。
◆采用简单的方法，基于DCXRD和透射电镜(TEM)，分析了多层Ge/Si纳米岛材料中纳米岛区与浸润层区的Ge平均组分。对于我们在620℃采
用UHV-CVD生长得到的材料(10周期8ML Ge/50nm Si)，其值分别为0.67和0.51。
◆生长小尺寸、高密度Ge纳米岛方面。首次在Ge浸润层上引入硼(B)，生长了“Ge/B/Ge”结构材料，并系统分析了浸润层上的B对Ge成岛的影响：顶层Ge较薄时，处于Ge浸润层与顶层界面的替位B原子周围存在应力场，升高了该界面的界面能，从而降低了三维Ge纳米岛形成的势垒，促使形成小型、高密度的Ge纳米岛；顶层Ge较厚时，B原子表现出应变补偿作用，使临界厚度增大，从而推迟了Ge纳米岛的演化。
◆提出了在Ge浸润层上引入B，诱导生长小型、高密度Ge纳米岛的方法，并申请了专利。实验中得到Ge岛底宽32nm，高1.2nm，密度达到4.6×1010cm-2。与常规方法得到的Ge岛相比，发光有很大增强。
◆设计并制作了Ge/Si纳米岛1.55μm HPT探测器，在1.55μm处的的光响应度为0.009 mA/W，与具有相同吸收区的PIN结构探测器相比，其光电流增益超过17。暗电流仅为0.71 pA/μm2(5V)，击穿电压在20V以上，与之前报道的同类器件相比，该器件的暗电流密度至少小一个数量级。