在光学通信系统中，实现单光子探测及单光子计数是构建高速、高效率的量子通信网络的关键技术之一。这项技术正日益受到学术界和工业界的重视，在该领域的研究中，III-V族半导体材料InGaAs被广泛应用。InGaAs为直接带隙材料，在近红外波段具有较高的光吸收效率。同时，它还可以与具有良好碰撞电离性能的InP材料实现晶格匹配。针对单光子探测的需求，人们通过在InP和InGaAs外延材料上研制的雪崩光电二极管（APD）器件来实现单光子探测，它在量子通信、光子计算和激光雷达测距等领域具有重要的应用价值。尽管InGaAs/InP单光子探测器具有很多优势，但其性能依然受到材料缺陷的影响。为了减少材料中晶格缺陷对器件性能的影响，提高InGaAs/InP单光子探测器的性能，研究人员一般从改进材料的生长质量和优化器件的制备工艺两个方面来展开工作。针对InGaAs/InP单光子探测器的材料生长，分子束外延（MBE）技术可以精确地控制材料沉积过程中的各种参数，如温度、气体流量、溅射和脱氧条件等。通过对这些参数的精准调节，MBE技术能够实现原子层量级的材料厚度控制，从而精细调控材料的晶体结构和性能。通过控制沉积条件，可以有效地调控材料的晶体结构，改变晶格的缺陷密度和分布，从而提高材料的质量和稳定性。同时，MBE技术还能够通过控制材料晶体中的杂质和缺陷的浓度，提高材料的载流子迁移率，从而有效地调节器件暗电流和光饱和电流等性质，实现光电探测器的高性能，因此引起了广泛的关注。鉴于MBE生长的InGaAs/InP单光子探测器所具有的显著优势、重要的应用价值及发展前景，本论文主要围绕MBE技术生长的InGaAs/InP APD材料和器件性能关联性展开研究，主要研究结果如下：1. 成功实现了基于MBE生长的InGaAs/InP薄膜材料的制备，通过优化MBE生长的参数，如生长温度、V/III比、生长速率等，获得了高质量的InGaAs和InP层。室温下，InP薄膜载流子浓度不均匀性为小于2%，In0.53Ga0.47As/InP材料与衬底失配度小于100ppm，In0.53Ga0.47As薄膜的本底载流子浓度小于5×1014cm-3，电子迁移率大于10,000cm2/V·s。扫描透射电子显微镜（STEM）显示InP和InGaAs层具有良好的结晶质量和很少的缺陷密度。InGaAs/InP APD薄膜不同点位的室温PL谱表明样品具有较好的均匀性和一致性。2. 对平面型SAGCM（吸收渐变电荷控制倍增分离）结构InGaAs/InP雪崩光电二极管进行了数值模拟，详细分析了器件的暗电流机理和产生机制。通过结构设计，对APD的电场进行精细调控，并在实验上利用扫描电容显微镜（SCM）和扫描电子显微镜（SEM）等表征方法分析了不同扩散条件形成的p结分布和载流子浓度变化。3. 制备了不同光敏面尺寸APD，采用了霍尔测试、IV测试、SIMS（二次离子质谱）测试等表征方法，研究了InGaAs/InP雪崩光电二极管的性能与分子束外延脱氧条件之间的关系，分析了As4脱氧和P2脱氧等脱氧气氛条件对InGaAs材料和APD器件性能的影响，实验结果表明，As脱氧相对于P脱氧材料质量方面具有明显优势，有助于降低载流子浓度、提高霍尔迁移率、延长少子寿命，并抑制暗电流。4. 深入分析APD器件中的缺陷与其暗电流之间的关系，确定了暗电流与深能级缺陷相关性，通过暗电流提取的激活能表明，暗电流主要由产生-复合（G-R）过程主导；深低温PL峰显示了Ev+0.42eV深能级缺陷的存在，分析表明其与InGaAs吸收层中存在的点缺陷有关。通过数值模拟，证实了该深能级缺陷是暗电流增加的主要原因。对单元APD器件进行封装测试，验证了器件具备单光子探测的能力。本论文通过研究InGaAs/InP APD外延材料与器件性能之间的关联性，优化了InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件，对提高光电器件性能具有重要意义，有望为基于MBE生长的InGaAs/InP单光子探测器的优化和应用提供关键的理论基础和实验指导，这将对光子学领域和量子通信等应用的进展具有重要的理论和实用意义。