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科研进展

2022年05月24日
中国科大在InGaAs单光子探测芯片设计制造领域取得重要进展

中国科学技术大学光学与光学工程系王亮教授课题组设计并制备的InGaAs单光子探测器芯片取得重大进展。该研究团队通过设计金属—分布式布拉格反射器优化单光子探测器芯片的光学性能,完成低本征暗计数的单光子探测器芯片的全自主化设计与制备,实现了单光子探测器芯片的全国产化,为解决国家亟需的前沿科技问题迈进了重要一步。相关研究成果以“High performance InGaAs/InP single-photon avalanche diode using DBR-metal reflector and backside micro-lens”为题,在线发表在电子工程技术领域的知名期刊Journal of Lightwave Technology上。

基于InGaAs材料的半导体单光子雪崩二极管(SPAD)具有单光子级别高灵敏度、短波红外波段的人眼安全、大气窗口波段低损耗、穿透雾霾、低功耗、小尺寸、易于集成等优秀特点。这些优点使 SPAD在量子信息技术、主被动的焦平面探测器、城市测绘、激光雷达等多个领域均发挥着巨大的作用,具有极大的民用、商用以及军用价值。

王亮教授研究团队通过调整MOCVD的温度、V/III比、掺杂浓度等生长参数实现低缺陷密度和高掺杂精度的外延结构生长。在SPAD器件结构的基础上提出并设计了新型的宽谱(全光通信波段)全反射镜,即金属—分布式布拉格反射镜用以提升SPAD芯片的光电吸收效率。研究团队所制备的12μm窗口的低暗计数SPAD,在温度233 K及 10%的探测效率下具有127 Hz的超低本征暗计数,比国外同类产品低一个量级,拥有更优的器件性能,此芯片可满足量子通信等应用的单光子探测的使用需求并可替代进口器件。

图1(a)SPAD的器件结构示意图(b)12μm窗口的超低暗计数SPAD芯片及测试结果

中国科学技术大学光学与光学工程系王亮教授为该论文的通讯作者,博士研究生张博健为该论文的第一作者。本项研究得到国家科技部、国家自然科学基金委和安徽省科技厅的资助,也得到了中国科大物理学院、中国电子科技集团第13研究所、中国科大微纳研究与制造中心、中国科学院量子信息重点实验室的支持。

论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9720212


(物理学院光学与光学工程系、科研部

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