石墨烯以其独特的光学和电学性质,在光电子和微电子器件中有着广泛的应用前景。在石墨烯众多制备方法中,化学气相外延(chemical vapor deposition,CVD)因其成本适中、所制备石墨烯质量好、层数可控等优点,成为石墨烯目前非常重要的制备方法。虽然各国科学家投入了巨大的精力研究石墨烯的相关技术,但无论石墨烯在制备上还是在器件应用上仍有许多问题需要解决。本论文采用冷壁垂直CVD方法制备石墨烯,该方法可快速升温降温,垂直供气,可以急剧缩短石墨烯的生长时间,而保持较高的质量。针对如何提高石墨烯的导电性和稳定性,石墨烯的转移工艺易造成破损和沾污,以及与半导体材料欧姆接触等关键问题,开展液态铜上的石墨烯CVD生长、免转移石墨烯直接CVD生长、改善石墨烯与pGaN的欧姆接触等研究,并探究将石墨烯应用于GaN LED和GaN紫外探测器。获得了高质量的石墨烯,扩展了其在光电子器件中的应用。本论文主要工作如下:1)研究在铜箔和铂箔上制备单层石墨烯的技术,并且利用改进鼓泡法,将铂箔上所生长的石墨烯转移到SiO2/Si衬底上。因为硅镀铜的表面比常规铜箔更平整,易获得高质量的石墨烯,研究了在硅镀铜上石墨烯生长技术,得到了拉曼光谱无D峰,2D/G强度比值为4.1的高质量单层石墨烯。为了解决硅镀铜上石墨烯转移的问题,研究了一种极其方便的硅镀铜上“自分离”石墨烯的转移方法,这一方法使大面积转移硅镀铜上石墨烯成为可能。由于固态铜箔的表面粗糙度较大,铜在熔融状态下可以消除固态铜表面的晶界,利于大单晶生长。因此研究了在液态铜上石墨烯生长技术,获得了上百微米的大单晶,得到了拉曼光谱2D/G强度比值为3.1的高质量单层石墨烯。2)石墨烯作为透明导电层在GaN LED应用中,以金属箔片作为催化剂生长的石墨烯转移会带来一些问题,影响器件性能的提高。我们进行石墨烯免转移直接在目标衬底上CVD生长的研究。发现在GaN外延片表面预先溅射淀积3-5nm的镍,在800℃时就可以在GaN外延片表面直接沉积石墨烯。这样既避免了石墨烯转移,也保证了较好的欧姆接触。同时,相对低的生长温度也可保证外延片的性能不受影响,有较好的应用前景。利用铜作为催化剂,尝试了二次催化实验,发现在已经完成生长的石墨烯之上溅射一层铜,高温加热之后可以改善已直接生长的石墨烯的质量。3)为拓展石墨烯在GaN LED中的应用,进行改善石墨烯与pGaN的欧姆接触及提高石墨烯稳定性的研究。使用纳米ITO薄层作为插入层,极大的改善了石墨烯与pGaN的接触,几乎不影响透光率。在文献报道中,发现石墨烯-GaN LED有失效的问题,但是对于这一问题并没有做出深入的研究。本文通过石墨烯的热稳定性研究来探索了石墨烯-GaN LED的失效机理,制备出了可以长时间稳定工作的器件。4)表面微结构是提高LED出光效率的有力措施。研究了纳米柱GaN LED。使用石墨烯作为透明导电层可以简化纳米柱LED制作工艺,充分发挥悬浮石墨烯超高电导率的优势,改善GaN LED电流扩展。因此研究了石墨烯在纳米柱GaN LED中的应用,成功的制备了石墨烯-纳米柱GaN LED,并且获得了32%的输出功率的提高。研究了石墨烯在光子晶体GaN LED中的应用,成功了制备了可以均匀发光的石墨烯-光子晶体GaN LED。5)传统GaN肖特基紫外探测器,使用半透明金属作为阳极,透光率低,影响光吸收。石墨烯在紫外波段透光率高并且功函数可调,因此制备了石墨烯-nGaN肖特基结紫外探测器,制备出了-8V时漏电流密度为1e-8 A/cm2的肖特基光电二极管,响应时间为几毫秒。通过AuCl3掺杂提高了器件的性能,通过热电子发射理论计算出了AuCl3掺杂前后石墨烯-nGaN肖特基结的势垒变化。对这一类型器件的性能提高进行了进一步探索,通过纳米柱和表面刻蚀两种方法,获得了-6V时的响应度为1.98 A/W和357 A/W的两种器件,并且分析了器件出现如此大响应度的成因。利用一半电调制一半化学掺杂,制备了石墨烯光电探测器,并且观测了光响应。