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雪崩光电二极管（avalanche photodiode，简记为APD）由于其固有的倍增机制，能够探测微弱的光信号并且器件结构简单、成本低、体积小，使得它用作光接收器具有更大的优势。APD要实现高速、高灵敏度、低噪声，要求用作倍增层材料的电子离化率α和空穴离化率β的差异尽可能大。多量子阱（超晶格）结构中异质材料能带带边的不连续性能够使电子离化几率相对于空穴离化几率显著增大。本论文基于碰撞离化理论研究了异质材料超晶格结构对载流子离化率的作用，根据用于长波长（1.3～1.65μm）的InP基光电探测器的性能要求结合超晶格的能带结构和材料性质设计了具有In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As超晶格结构的雪崩光电二极管（superlattice avalanche photodiode，简记为SAPD）。本文以实现高信噪比的长波长SAPD为目的，研究工作主要包括以下几个方面: (1)在碰撞离化理论中讨论了离化阈值的重要作用，为了进行碰撞过程的宏观描述，引入了雪崩增益的离化系数;对超晶格结构对载流子离化率的作用机理进行了详细的公式推导和理论分析。 (2)利用半导体仿真工具对器件结构进行优化，分析不同结构参数对器件性能的影响，得到了低隧道电流、高倍增因子的超晶格结构雪崩层;根据电场分布方程模拟了器件二维电场分布对电荷层厚度及掺杂的依赖关系;基于量子效率和器件响应速度优化了吸收层的结构参数。 (3)进行材料的生长条件优化实验，得到高质量的外延材料;解决In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As超晶格材料外延生长的经验问题;进行关键掺杂技术的调试;完成具有超晶格结构的雪崩光电二极管器件的外延生长。 (4)进行器件的光电特性测试，与吸收层、渐变层、电荷层、倍增层分离的雪崩光电二极管做比较，验证超晶格结构对于提升雪崩光电二极管性能的作用。