单光子探测器在生物医学、红外成像和未来的量子通信领域有广泛应用。本论文的主要目标是单光子探测器的研究。不同于传统的基于雪崩光电二极管和光电倍增管的单光子探测器，本论文所研制的单光子探测器是基于量子点共振隧穿二极管的单光子探测器。本论文分为两部分，分别从实验和理论模拟的角度阐述单光子器件的制备和电学、光电特性结果。　　 首先是从实验角度阐述单光子探测器的制备，其中主要介绍了空气桥器件结构的制备。此为单光子器件制程的最大难点所在。因为要确保对单光子或少量光子的探测，器件有源区必须小至接近亚微米量级，更兼考虑到通光和电极引线的需要，在此选择空气桥而不是台面结构就成为必要。　　 本论文的工作从单纯的共振隧穿二极管空气桥结构的制备开始，然后将之推广到带有量子点的单光子探测器。因为走通了共振隧穿二极管的空气桥结构意味着单光子探测器的制程工艺的走通。在本论文具体工艺实验中，应用了选择性和非选择性化学腐蚀，再结合一定的半导体工艺步骤，成功制得了空气桥结构器件，并将之推广到了带量子点的共振隧穿二极管结构。在器件制备完成基础上，也进行了相应的电光学测量。在对共振隧穿二极管的测量中，通过外加串并联电阻，阐明了串并联电阻对于器件电流电压曲线的影响。具体为：串联电阻使共振隧穿二极管的负阻区电流峰值所对应的电压值移向更高电压，而且使电压来回扫描所形成的双稳态回线的跨度更大。同时，外加并联电阻使得负阻区峰谷电流的峰谷比降低。　　 完成了共振隧穿二极管的器件制备和电学测量实验后，我们在原有材料基础上生长了InAs量子点层和GaAs光吸收层，即形成了一个单光子探测器。不同于上次对于共振隧穿二极管的电学测量，此次为了更好的比对量子点的充放电特性，在进行传统电流电压曲线测量前，对器件有短时充电，并且变换充电电压。从测量后的电流电压曲线上可以看到在原来负阻区电流峰的靠近低电压一侧还出现了另一个小的电流峰，且该电流峰对充电电压条件的变化敏感。　　 理论部分从理论模拟的角度对上述共振隧穿二极管和量子点共振隧穿二极管的实验电学测量结果进行了模拟。对共振隧穿二极管应用了一维平面波的模拟方法，具体为联立薛定谔方程与泊松方程自洽求解，并利用有限元方法求解，即利用波函数及其一阶导数在子层边界的连续性条件用转移矩阵的方法求之。模拟所得的结果曲线证实实验结果，即本征的共振隧穿二极管的电流电压曲线的负阻区电流峰值对应的电压值要远远小于实验的量测值。这种差别正是来自串联电阻的贡献，当然串联电阻也促使了电压来回扫描所形成的双稳态回线的跨度更大。对并联电阻的分析也证实了实验所示的使得负阻区峰谷电流的峰谷比降低的效应。接着应用三维波包模式，本论文工作继续模拟了载流子在量子点共振隧穿二极管中的传输情况。对于此器件的模拟显示，光生空穴被嵌入GaAs层中的InAs量子点俘获后产生的三维长程库仑势对周围势能的分布产生了强影响，它使原来在一定外加偏压下处于准共振态的共振隧穿二极管达到了共振态，引发共振隧穿电流，说明了此器件单光子探测的基本原理。　　 木论文完成后的后续工作是继续从实验和理论的角度进行光响应的研究。希望在不同充电和光照条件下得到不同的光响应曲线。同时也希望优化器件的材料及工艺参数，得到阶梯状的时间光响应曲线，实现单光子探测。未来的另一项工作是，希望能够在单光子单元器件基础上，制备一维至两维的阵列级单光子探测器，并希望它能在生物技术和弱光探测方面有初步应用。