随着量子通信技术的发展,适用于近红外通信波段的(超)微弱光探测器的制备成为了研究热点。以半导体材料为基础的雪崩光电二极管(APD:Avalanche Photodiode),因其具有高内增益以及适用工作领域多样等特性,在弱光探测领域受到广泛关注。硅材料具有非常低的碰撞离化比(<0.1),因此具有良好的倍增特性,并且相关工艺成熟,适合大规模生产,但是由于其禁带宽度(1.12eV)不适用于近红外波段的吸收探测,因此需要结合其他半导体材料如Ge、InGaAs等制备异质结APD。本论文主要围绕如何实现Si基APD在近红外波段的吸收探测进行了模拟研究与实验尝试,主要取得了以下成果:1.模拟仿真了纵向结构Ge/SiAPD的各结构参数对性能的影响,并研究分析了其物理机理,发现降低Ge吸收层厚度可以有效的降低载流子输运时间,但同时会提升器件整体的电场强度,导致Ge吸收层场强过高发生雪崩,致使器件提前击穿。为了解决这一问题,本论文设计了一种新的横向收集结构Ge/Si APD,模拟仿真表明该器件可以在较低的工作电压下得到20GHz左右的高带宽,并且通过键合方法,有效的降低Ge/Si器件因为材料缺陷带来的高暗电流。2.由于锗材料相比于Ⅲ-Ⅴ族材料,在通信波段1550nm处的吸收系数较低,同时又具有过剩噪声过大的问题,因此本论文还将材料体系向Ⅲ-Ⅴ族半导体材料拓展,模拟了以InGaAs材料为吸收层,Si材料作为倍增层的SACM结构APD,分析研究了其探测特性。以InGaAs/Si直接键合得到的APD器件可以实现103的高增益以及10-10A数量级的暗电流,通过模拟计算发现了由于InGaAs/Si异质结特殊的导带势阱结构带来的高开关比特性,这一特性有助于实现高光电流输出、高增益Si基红外APD器件的制备。3.利用a-Ge作为中间层材料,探索尝试了 GaAs/Si异质结材料的键合,实验过程中研究了不同中间层厚度以及退火温度对键合质量的影响,发现了在最低成膜厚度4nm的中间层情况下依然可以实现70%以上面积的晶片键合,得到了较为良好的GaAs/Si异质pn结特性曲线。