澎湃新聞?dòng)浾?王蕙蓉
近日，中國(guó)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(jì)并制備的InGaAs（砷化銦鎵）單光子探測(cè)器芯片取得重要進(jìn)展。
前述團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)金屬—分布式布拉格反射器優(yōu)化單光子探測(cè)器芯片的光學(xué)性能，完成低本征暗計(jì)數(shù)的單光子探測(cè)器芯片的全自主化設(shè)計(jì)與制備，實(shí)現(xiàn)了單光子探測(cè)器芯片的全國(guó)產(chǎn)化，為解決我國(guó)前沿科技問(wèn)題邁進(jìn)了重要一步。相關(guān)成果在線(xiàn)發(fā)表于電子工程技術(shù)領(lǐng)域期刊Journal of Lightwave Technology。
圖片來(lái)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(jí)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(dòng)的焦平面探測(cè)器、城市測(cè)繪、激光雷達(dá)等多個(gè)領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用，具有民用、商用以及軍用價(jià)值。
中科大團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整MOCVD的溫度、V/III比、摻雜濃度等生長(zhǎng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低缺陷密度和高摻雜精度的外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)。其中，MOCVD是在氣相外延生長(zhǎng)(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型氣相外延生長(zhǎng)技術(shù)。
(a)SPAD的器件結(jié)構(gòu)示意圖，(b)12μm窗口的超低暗計(jì)數(shù)SPAD芯片及測(cè)試結(jié)果，圖片來(lái)自中科大
團(tuán)隊(duì)在SPAD器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)SPAD，在溫度233K（開(kāi)氏度）及10%的探測(cè)效率下具有127Hz（赫茲）的超低本征暗計(jì)數(shù)，比國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品低一個(gè)量級(jí)，擁有更優(yōu)的器件性能，此芯片可滿(mǎn)足量子通信等應(yīng)用的單光子探測(cè)使用需求，并可替代進(jìn)口器件。
論文通訊作者為中國(guó)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(xiàng)研究得到國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和安徽省科技廳資助，獲得中國(guó)科大物理學(xué)院、中國(guó)電子科技集團(tuán)第13研究所、中國(guó)科大微納研究與制造中心、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室支持。
責(zé)任編輯：李躍群
