近年来,伴随着量子通信系统的迅速发展,量子通信器件的研制受到广泛关注。基于单光子雪崩光电二极管(SPAD)的单光子探测器作为量子通信接收端核心器件受到重视。但到目前为止,SPAD的研制仍面临诸多挑战。本文在SPAD电路模型、SPAD测试系统以及SPAD工艺三个方面做了进一步研究,具体内容如下:(1)在SPAD电路模型建立方面,本文在已报导SPAD电路模型的基础上,提出了一种基于PSpice的新型SPAD电路模型。本模型采用连续可微分的函数描述SPAD的I-V特性,解决了已报导PSpice电路模型不收敛的问题;相比于基于硬件描述语言(HDL)的模型,本工作在结构简易度和使用便捷度上有优势。仿真结果表明本模型能很好模拟SPAD的自淬灭、自持续和自恢复过程,对相关电路系统的设计具有指导意义。(2)在SPAD单光子测试系统搭建方面,本文优化了一种250 MHz单光子测试系统,并使其具有芯片测试能力。通过设计噪声抑制为52 d B的滤波器和两级低噪声放大器,得到信噪比达20 d B的单光子雪崩脉冲信号,且当系统光探测效率达到23%时,暗计数率为每门3.5×10-5(即8750 cps)。(3)在SPAD工艺优化方面,为了降低SPAD的暗计数及暗电流,本文对SPAD钝化工艺进行了优化。对比分析了不同钝化材料对器件暗电流性能的影响。根据钝化工艺研究结果,本文基于实验室自主设计的In Ga As/In Al As外延片,制备了低暗电流探测器芯片,室温下其在90%击穿电压点的暗电流为60 n A,增益为3.5。本工作研制的In Ga As/In Al As探测器的增益还有待于进一步提高。综上所述,本文从电路模型构建、测试系统优化及工艺三个方面对SPAD做了深入研究,本工作对SPAD自主化研制具有指导意义。