中科大在InGaAs单光子探测芯片取得重要进展

近日，中国科学技术大学光学与光学工程系教授王亮课题组设计并制备的InGaAs（砷化铟镓）单光子探测器芯片取得重要进展。

前述团队通过设计金属—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，为解决我国前沿科技问题迈进了重要一步。相关成果在线发表于电子工程技术领域期刊Journal of Lightwave Technology。

图片来自Journal of Lightwave Technology

基于InGaAs材料的半导体单光子雪崩二极管(SPAD)具有单光子级别的高灵敏度、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。

前述优点使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重要作用，具有民用、商用以及军用价值。

中科大团队通过调整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。其中，MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。

(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，图片来自中科大

团队在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。其制备的12μm（微米）窗口的低暗计数SPAD，在温度233K（开氏度）及10%的探测效率下具有127Hz（赫兹）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使用需求，并可替代进口器件。

论文通讯作者为中国科学技术大学光学与光学工程系教授王亮，论文第一作者为博士研究生张博健。此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资助，获得中国科大物理学院、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支持。