本文通过建立化合物半导体雪崩光电二极管(APD)的模型,深入研究了基于不同半导体材料的APD特性,并对器件进行了仿真与优化。使用Silvaco半导体器件仿真软件,通过对实际器件进行建模仿真,对分离吸收层、渐变层、电荷层、倍增层(SAGCM)结构InGaAs/InA1As异质结APD,分离吸收区与倍增区(SAM)结构GaN材料APD,SAM结构AlGaN材料APD及改进型SAM结构AlGaN材料APD进行了特性分析。首先,通过调整器件模型,将软件建模仿真所得到的器件暗电流、光电流和增益等特性与器件的实验结果进行拟合,确定器件建模的可靠性,同时有助于更好地了解器件的工作原理。然后,对器件结构进行优化,改变器件不同层内的掺杂浓度、厚度与组分等重要参数。最后,通过对比不同情况下器件的I-V特性曲线、增益曲线,及器件内部能带、电场分布情况,结合公式,分析器件的工作原理与特性。具体内容如下:(1)对于InGaAs/InAIAs异质结APD,通过控制器件电荷层的厚度和掺杂浓度,可以达到降低器件的穿通电压,提高雪崩电压,增大器件工作电压范围的目的;同时,由仿真得到,器件倍增层的浓度与厚度也能影响器件的工作电压范围;通过对器件I-V特性与电场分布情况的分析,得到了优化后的器件结构。(2)对于GaN材料APD,通过对器件倍增层与电荷层的仿真,对比了不同参数下器件的I-V特性、电场分布、增益情况,分析了器件的特性。(3)对于SAM结构AlGaN材料APD,首先通过对经典SAM结构的器件进行分析,发现器件材料的Al组分变化对器件性能影响较大;接着将传统SAM结构进行优化,分析了AlO.45Ga0.55N倍增层的厚度对器件特性的影响;在倍增层之中插入一层中间层,并通过改变中间层的掺杂浓度、掺杂类型与厚度,分析了器件的工作特性。