在过去五十年中,雪崩光电探测器(Avalanchephotodetector,APD)已被广泛用于商业、军事和科研领域。从1970年代中期到现在,光通信、成像和单光子探测是研究和发展APD的主要推动力。在通信领域,APD由于具有内部增益、高灵敏度的特性,能够减少中继站和放大器的数量,从而降低系统成本,因此在半导体光电探测器中脱颖而出。近几年,随着高速、长距离光纤通信系统的不断发展,人们对器件的噪声、频率特性等方面的要求也越来越高,但传统InP/InGaAs APD的应用和发展受到增益带宽积的限制,这与材料的过剩噪声和倍增区的厚度密切相关。研究发现:一方面,用In0.52Al0.48As材料替换InP作为倍增区可以降低器件的过剩噪声;另一方面,减小器件倍增区的厚度,可以减少载流子在倍增区的雪崩倍增时间,提高器件的带宽。但是,这种薄倍增层的边缘电场过高,会增加器件边缘击穿的可能性。为了提高带宽同时解决器件边缘电场和暗电流较高的问题,本文提出了一种三级台面部分耗尽吸收层结构的APD,对该结构进行了深入的理论分析和优化设计,有望实现APD的高速和高稳定性。本论文主要研究成果和创新点如下:1、设计了一种基于三台面结构的分离吸收层、渐变层、电荷层、倍增层(Separated Absorption,Grading,Charge,and Multiplication,SAGCM)的APD,并优化了其边缘电场。研究发现三台面结构可以有效地将电场限制在倍增层的中心,而不需要使用选择性掺杂技术或复杂的保护环结构。当台面2的边缘间距为5 μm时,倍增层边缘电场从870kV/cm大幅降低到440kV/cm,在0.9 Vbr时的暗电流降低至0.33nA,仅为传统两级台面器件的1/3,提高了器件的可靠性和稳定性。2、设计了一种基于部分耗尽吸收层结构的APD。部分耗尽吸收层是P型吸收层和耗尽吸收层组成的混合吸收层,有利于提高器件的频率响应特性。通过仿真计算不同总吸收层厚度和不同增益下P型吸收层的比率对带宽的影响发现:当APD在增益M=3,总吸收层厚度为0.8 μm,P型吸收层的比率为0.35时,P型吸收层的加入对APD的带宽提升最佳。此时APD的带宽为19.4 GHz,比采用传统耗尽吸收层的雪崩光电探测器提高21.25%。3、提出了一种三级台面部分耗尽吸收层结构的APD,该结构结合了三级台面结构与部分耗尽吸收层的优点。设计出的APD倍增层边缘电场比传统两级台面APD低358kV/cm,有效避免了薄倍增层时的边缘击穿;且在M=3时,能保持19.4 GHz的高带宽和1.56 A/W的倍增响应度,同时满足了高速和高稳定性。此外,分析了入射光强对APD带宽的影响,对于本文的APD,入射光强应小于2.2x104 W/cm2。