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雪崩光电二极管（APD）被广泛地应用于高速光通信系统，主要是由于APD具有内部增益。但是伴随增益的随机涨落同时产生的还有过剩噪声,噪声是APD器件研究的重点。半导体材料在通信领域是具有广泛应用前景的材料之一，研究载流子输运特性可以帮助揭示半导体材料微观过程的实质，以及深入了解影响材料性能的各种因素。蒙特卡罗方法被广泛地用于半导体器件的模拟，是一种利用概率统计理论解决物理问题的数值方法，是模拟半导体材料载流子输运特性和小尺寸器件特性的有效方法。本论文的研究内容包括：1.对薄倍增层APD的增益噪声特性进行研究。传统的McIntyre的APD增益噪声理论计算结果与实际薄倍增层APD的实验结果有出入，这是因为没有考虑弛豫空间效应。本章中引入了DSMT迭代积分方程并提供了求解方程组的数值迭代方法，同时完整地给出了模拟增益噪声特性的过程。实现了一种搜索方法，用来提取与厚度无关的有效载流子的碰撞离化系数，接着对一系列半导体材料的有效碰撞离化系数进行了提取，并验证了弛豫空间效应能够改善APD的噪声特性。同时有研究表明，注入载流子具有一定初始能量也能够明显改善APD的噪声特性。这是因为载流子第一次发生碰撞离化的弛豫空间长度大大缩短，使得第一次发生碰撞离化的位置局限在非常小的范围内变得更加确定，在靠近倍增区边缘附近就快速地发生碰撞离化。接着引入了初始能量效应理论，给出了模拟结果并结合实验进行验证，进一步对薄倍增层APD噪声特性改善的原因进行了讨论。2.搭建半导体载流子输运特性的蒙特卡罗模拟平台，并利用该模拟平台对InP、GaN材料的载流子输运特性进行研究。首先介绍了蒙特卡罗方法，引入了解析能带结构的蒙特卡罗模型，考虑了非抛物性常数来近似处理能谷的复杂性，讨论了各种散射机制，然后利用MATLAB搭建了半导体材料载流子输运特性的蒙特卡罗模拟平台，最后利用该平台对InP、GaN的电子和空穴的输运特性进行了模拟，计算结果更深入地解释了Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的输运现象，有助于半导体器件的设计。