中國科學技術大學光學與光學工程系王亮教授課題組設計并制備的InGaAs單光子探測器芯片取得重大進展。該研究團隊通過設計金屬—分布式布拉格反射器優化單光子探測器芯片的光學性能，完成低本征暗計數的單光子探測器芯片的全自主化設計與制備，實現了單光子探測器芯片的全國產化，為解決國家亟需的前沿科技問題邁進了重要一步。相關研究成果以“High performance InGaAs/InP single-photon avalanche diode using DBR-metal reflector and backside micro-lens”為題，在線發表在電子工程技術領域的知名期刊Journal of Lightwave Technology上。

 

基于InGaAs材料的半導體單光子雪崩二極管（SPAD）具有單光子級別高靈敏度、短波紅外波段的人眼安全、大氣窗口波段低損耗、穿透霧霾、低功耗、小尺寸、易于集成等優秀特點。這些優點使 SPAD在量子信息技術、主被動的焦平面探測器、城市測繪、激光雷達等多個領域均發揮著巨大的作用，具有極大的民用、商用以及軍用價值。

 

王亮教授研究團隊通過調整MOCVD的溫度、V/III比、摻雜濃度等生長參數實現低缺陷密度和高摻雜精度的外延結構生長。在SPAD器件結構的基礎上提出并設計了新型的寬譜（全光通信波段）全反射鏡，即金屬—分布式布拉格反射鏡用以提升SPAD芯片的光電吸收效率。研究團隊所制備的12μm窗口的低暗計數SPAD，在溫度233 K及 10%的探測效率下具有127 Hz的超低本征暗計數，比國外同類產品低一個量級，擁有更優的器件性能，此芯片可滿足量子通信等應用的單光子探測的使用需求并可替代進口器件。

圖1（a）SPAD的器件結構示意圖（b）12μm窗口的超低暗計數SPAD芯片及測試結果

 

中國科學技術大學光學與光學工程系王亮教授為該論文的通訊作者，博士研究生張博健為該論文的第一作者。本項研究得到國家科技部、國家自然科學基金委和安徽省科技廳的資助，也得到了中國科大物理學院、中國電子科技集團第13研究所、中國科大微納研究與制造中心、中國科學院量子信息重點實驗室的支持。

 

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9720212