高性能InP/InGaAs短波红外单光子探测器

单光子探测技术引领着量子保密通信、量子雷达、激光雷达、生物医学影像设备、军用夜视仪、超视际成像等极微弱信号检测领域的发展。InP/InGaAs短波红外单光子探测器芯片涉及35项“卡脖子”技术的3项——芯片、激光雷达和医学影像设备元器件，属于美西方国家对中国禁运的高端芯片之一。

云南大学史衍丽团队对单光子吸收下的雪崩倍增机理进行了深入分析和模拟，发现了保持雪崩电场均匀性的新方法，并创新性地使用高电荷层浓度、厚倍增层设计和一次性扩散等工艺手段在芯片制备上实现了这一方法，最终实现了室温（293 K，下同）下工作的高性能InP/InGaAs短波红外单光子探测器。研制的探测器光敏面直径25 um，在室温下单光子探测效率20%时，暗计数率（相当于噪声）为6.82 kHz，比目前国际上报道的最好水平（韩国Worrier公司同等条件参数下的暗计数率为60 kHz）低一个数量级。这一成果不仅打破了美西方国家的技术封锁，而且将通常InP/InGaAs短波红外单光子探测器的工作温度从-40 °C提高到了20 °C，提升了我国单光子探测器的研究水平和制造水平。

本项目研制的芯片，制备工艺简化、成品率高、成本低，将促进单光子探测器在移动电话、无人机、量子通信、武器装备等轻量化、低功耗领域的应用。芯片已经提供给清华大学、山东大学等五家高校和公司进行应用开发，开发的低功率远距离激光测距仪今年参加了深圳光博会，先后有两家公司与项目组进行了成果转化谈判，有望通过成果转化实现批量生产。

图一：雪崩倍增原理示意图

图二：研制的单光子探测器芯片实物图