石墨烯、宽禁带半导体和新型二维半导体材料都具有各自的优异的结构性质和光电特性以及广阔的应用前景,当然它们也存在各自的局限性。近年来针对石墨烯和宽禁带半导体或二维材料的异质结构的制备和器件应用已经成为了研究热点。这种异质结构可以性质互补,更好的发挥出材料的优势,实现应用性能的卓越提升。虽然目前各研究小组已在相关领域取得了较多进展,但是还有很多方面值得更深入的研究,例如异质结构制备的新方法以及异质结光电器件的性能优化等。本论文以石墨烯和GaN、SiC、金刚石及黑磷等材料的异质结制备为主要基础,以光电探测器应用领域为主要研究方向,深入探索了上述材料的结合性质和器件光电性能优化。主要开展了如下研究工作:（1）CVD偏析法制备高质量石墨烯薄膜以及石墨烯和GaN异质结构的制备研究。提出了一种在Ni膜上结合H2刻蚀石墨烯实现偏析法合成石墨烯的方法,对此方法的实验设计和合成过程进行了简单阐述,并通过合成后石墨烯薄膜的均匀性分析,层数可控及堆垛特性研究,氢气刻蚀作用及偏析温度效应等验证研究,论证了我们所提出的这种在Ni膜上生长石墨烯的方法具有可控性。并通过霍尔器件的制作和测试进一步证明了所合成石墨烯的高质量和优异的电学特性。接着通过采用新颖的MMA转移技术,将所合成的石墨烯转移到GaN衬底上形成异质结构,并进行了相关表征测试,验证了异质结构的基本性能。（2）对石墨烯、SiC及金刚石之间的异质结构的外延生长进行了深入的研究。基于高温CVD设备进行了外延SiC的生长研究,以及利用一炉两步法先外延SiC衬底后直接在此衬底上原位外延生长石墨烯,获得了高质量的外延碳化硅-石墨烯异质结构。接着我们实现了首次实现利用MPCVD设备在SiC上外延生长出高质量的石墨烯。并基于MPCVD设备进行了生长拓展,实现SiC上金刚石、SiC-石墨烯上金刚石以及在目标衬底上直接生长石墨烯等异质结构的制备。（3）以石墨烯-GaN为代表性异质结构,深入研究其肖特基紫外探测器件的制备、表征以及在紫外波段的探测性能研究。实现了GaN慢速低损伤刻蚀并研究了GaN慢速刻蚀对肖特基结构的影响。基于偏析法合成的石墨烯和GaN慢速刻蚀表面处理,制作出石墨烯-GaN垂直型肖特基紫外探测器,并测试其紫外探测性能。然后进一步制作出石墨烯-GaN纳米柱结构的肖特基紫外探测器,实现了紫外探测性能的优化。（4）为了实现本论文在可见光和红外领域的光电探测器拓展,我们采用范德华力堆垛的方法制备了石墨烯和黑磷的异质结构,并采用上层电极法和下层电极法两种方法制作成了光电探测器件。经过在可见光波段的光电探测性能对比,验证了我们提出的采用Mo作为下层电极的器件优越性。进一步的对该器件进行了红外波段光电探测性能研究,实现了石墨烯-黑磷光电探测器件从可见光到中红外波段的宽范围高灵敏光探测。