单光子雪崩二极管（Single Photon Avalanche Diode,SPAD）及其阵列因其卓越的单光子分辨能力、较小的增益起伏、不受磁场干扰等优点,在核医学成像、激光测距、量子通讯等领域有着非常好的应用前景。本文首先对SPAD进行了性能研究,以905nm波长光子为目标,设计了一款应用于其探测的硅基SPAD。此外,对SPAD从单元到阵列扩展时的间接串扰现象进行了分析,提出了消除间接串扰发生的方法,并利用仿真工具验证了该方法的效果。首先,本文给出了设计硅基近红外探测SPAD的基本要求,包括目标波长以及探测效率等,并分析了相应的设计难点。在此基础上,本文提出了硅基近红外探测SPAD的基本结构,并借助仿真工具,对基本结构进行了中心探测区电场形貌以及探测效率的优化。成功将中心电场区分为倍增区与漂移区,并将探测效率由基础结构的0.34%提升至6.96%,成功实现了探测效率大于5%的设计目标。其次,本文对优化好的SPAD结构进行了工艺步骤的设计,整个SPAD的工艺步骤共分为8步,包括了从衬底选择到最终制作电极的全过程。在此基础上,本文利用仿真工具进行了工艺步骤的仿真,并对比了工艺仿真得到的器件与理想器件在结构和电学特性上的差异。最后,本文分析了从单个SPAD设计到SPAD阵列设计时的间接串扰现象。给出了间接串扰概率的定义及计算方法,并提出了如何在仿真工具中建立模型来仿真间接串扰概率。在此基础上,本文分析了不同SPAD阵列布局时的间接串扰概率大小,仿真结果显示,单个光子引发间接串扰概率大小与SPAD阵列布局相关性很大,而一次雪崩引发间接串扰概率大小与SPAD阵列布局相关性不大。又提出了生长锗层和形成高掺杂层两种降低间接串扰概率的方法,并利用仿真工具验证了该方法的有效性,结果显示生长锗层和形成高掺杂层两种方法分别将间接串扰概率由原来的10.83%降低至6.09%和5.29%,取得了不错的降低间接串扰概率的效果。最后分析了不同材料作为衬底的SPAD阵列的间接串扰概率,试图从材料角度减少间接串扰的发生,从仿真结果看,磷化镓SPAD阵列的间接串扰概率为6.99%,砷化镓SPAD阵列的间接串扰概率为0,两者都比硅SPAD阵列10.83%的间接串扰概率要低。