近年来,厚度在单原子层级别的二维半导体纳米材料因其独特的电学与光学特性引起了研究者们的广泛关注。其中,纳米级厚度的二硫化钼（MoS₂）材料与光子具有比其他二维纳米材料更强的相互作用,因此被广泛应用于光电子领域的相关研究。目前,以MoS₂场效应晶体管和MoS₂同/异质结构为基础的纳米光电器件在光控电子器件和光探测领域已经取得了突破性的研究成果。然而,此类器件仍存在光电响应率低和外量子效率低的问题。本论文通过对MoS₂材料进行表面修饰,分别提出了一种提高光电响应率的光控电子器件结构和一种提高外量子效率的垂直异质结构光电二极管。主要工作内容如下:1.金纳米层修饰的MoS₂晶体管。在紫外光照射下,该器件产生了显著的光致掺杂效应,掺杂浓度可达到简并级别(10¹⁴ cm^-2)。文中对该器件进行了系统的电学和光学表征与测试,确定了其作用机理和实验结果的可靠性。同时,本文还验证了金纳米层修饰诱导光致掺杂的方法也适用于其他几种过渡金属硫族化物纳米材料。在此基础上,本文利用这种光致掺杂效应进行了两个基础应用研究,其一是改善MoS₂材料与电极接触电阻的研究,结果表明经掺杂后的器件接触电阻减小了两个数量级;其二是设计并制备了一种同质隧穿二极管,该器件表现出独特的负微分电阻特性,电流峰谷比高达3.1。2.氧化钼纳米层修饰的MoS₂垂直结构的异质结器件。该器件结构有效增加了光敏面积,表现出较高的光开关比（10³）、高光电响应度（1.34 A/W）、高外光电效率（300%）等特点。最后,探究了这种垂直器件的栅极调控光电流特性,实现了栅极可调的光电响应。