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雪崩光电二极管(APD)由于其具有内部增益，可以提供比PIN探测器（PD）高5~10dB的灵敏度，被广泛应用于光通信系统中。近年来，面向100Gbit/s、甚至400Gbit/s高速通信系统应用的高响应速率、高灵敏度的APD已经成为相关领域关注的焦点。传统观点认为InAlAs材料碰撞离化特性优于InP，在25Gbit/s高速率系统中受到了研究者的青睐。10Gbit/s及以下InP/InGaAs APDs已被广泛应用于光通信系统中，而对25Gbit/s及更高速率的InP/InGaAs APDs的研究还很少。本文主要研究了适合25Gbit/s的InP/InGaAs APDs，其带宽特性略优于InAlAs/InGaAs APDs，但前者制作工艺更成熟。 本文首先建立了包含弛豫空间效应在内的APD频率响应模型。系统研究了垂直结构的InP/InGaAs APD和InAlAs/InGaAs APD以及Si/Ge APD的增益带宽特性。通过改变吸收层厚度、光敏面面积、倍增层厚度研究载流子渡越时间、RC时间常数以及雪崩建立时间对带宽的影响。研究了InAlAs/InGaAs波导结构APD的带宽特性，且理论计算了本课题组研制的InP/InGaAs APD击穿电压的温度特性，理论结果和实验结果相吻合。说明该模型对APD器件性能的研究是适用的。 为了设计高速率高灵敏度的InP/InGaAs APD，倍增层厚度的选择非常重要。本文采用随机路径长度（RPL）模型来优化器件的厚度和接收机的灵敏度。分别优化了直径为30μm或50μm的InP、InAlAs和Si APD在10 Gbit/s系统传输速率下的灵敏度，分析了系统传输速率、倍增层厚度、温度、材料等对接收机灵敏度的影响。接着，优化了25Gbit/s的InP/InGaAs APD的增益层厚度，其值为0.15μm，有源区面积为5μm×20μm。采用频率响应模型对该波导APD进行模拟，得到增益为11.13时，带宽为19.45GHz，可以用于25Gbit/s的系统。并与相同倍增层厚度的InAlAs波导APD进行比较，得到InAlAs的增益带宽积比InP低很多，其源于不离化层中载流子的漂移速率对直流增益的影响。最后，通过建立包含吸收层的离化在内的频率响应模型对InP APD和InAlAs APD进行了模拟。吸收层的离化较小的提高了InAlAs APD的增益带宽积，而显著降低了InP APD的增益带宽积。在InP APD的制作中，电荷层的参数需要更严格的控制。