近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系教授王亮課題組設(shè)計并制備的InGaAs（砷化銦鎵）單光子探測器芯片取得重要進(jìn)展。

前述團(tuán)隊通過設(shè)計金屬—分布式布拉格反射器優(yōu)化單光子探測器芯片的光學(xué)性能，完成低本征暗計數(shù)的單光子探測器芯片的全自主化設(shè)計與制備，實現(xiàn)了單光子探測器芯片的全國產(chǎn)化，為解決我國前沿科技問題邁進(jìn)了重要一步。相關(guān)成果在線發(fā)表于電子工程技術(shù)領(lǐng)域期刊Journal of Lightwave Technology。

圖片來自Journal of Lightwave Technology

基于InGaAs材料的半導(dǎo)體單光子雪崩二極管(SPAD)具有單光子級別的高靈敏度、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(yōu)秀特點(diǎn)。

前述優(yōu)點(diǎn)使SPAD在量子信息技術(shù)、主被動的焦平面探測器、城市測繪、激光雷達(dá)等多個領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用，具有民用、商用以及軍用價值。

中科大團(tuán)隊通過調(diào)整MOCVD的溫度、V/III比、摻雜濃度等生長參數(shù)，實現(xiàn)低缺陷密度和高摻雜精度的外延結(jié)構(gòu)生長。其中，MOCVD是在氣相外延生長(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術(shù)。

(a)SPAD的器件結(jié)構(gòu)示意圖，(b)12μm窗口的超低暗計數(shù)SPAD芯片及測試結(jié)果，圖片來自中科大

團(tuán)隊在SPAD器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)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。其制備的12μm（微米）窗口的低暗計數(shù)SPAD，在溫度233K（開氏度）及10%的探測效率下具有127Hz（赫茲）的超低本征暗計數(shù)，比國外同類產(chǎn)品低一個量級，擁有更優(yōu)的器件性能，此芯片可滿足量子通信等應(yīng)用的單光子探測使用需求，并可替代進(jìn)口器件。

論文通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系教授王亮，論文第一作者為博士研究生張博健。此項研究得到國家科技部、國家自然科學(xué)基金委和安徽省科技廳資助，獲得中國科大物理學(xué)院、中國電子科技集團(tuán)第13研究所、中國科大微納研究與制造中心、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實驗室支持。