單光子探測(cè)技術(shù)引領(lǐng)著量子保密通信、量子雷達(dá)、激光雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備、軍用夜視儀、超視際成像等極微弱信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。InP/InGaAs短波紅外單光子探測(cè)器芯片涉及35項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)的3項(xiàng)——芯片、激光雷達(dá)和醫(yī)學(xué)影像設(shè)備元器件，屬于美西方國(guó)家對(duì)中國(guó)禁運(yùn)的高端芯片之一。

云南大學(xué)史衍麗團(tuán)隊(duì)對(duì)單光子吸收下的雪崩倍增機(jī)理進(jìn)行了深入分析和模擬，發(fā)現(xiàn)了保持雪崩電場(chǎng)均勻性的新方法，并創(chuàng)新性地使用高電荷層濃度、厚倍增層設(shè)計(jì)和一次性擴(kuò)散等工藝手段在芯片制備上實(shí)現(xiàn)了這一方法，最終實(shí)現(xiàn)了室溫（293 K，下同）下工作的高性能InP/InGaAs短波紅外單光子探測(cè)器。研制的探測(cè)器光敏面直徑25 um，在室溫下單光子探測(cè)效率20%時(shí)，暗計(jì)數(shù)率（相當(dāng)于噪聲）為6.82 kHz，比目前國(guó)際上報(bào)道的最好水平（韓國(guó)Worrier公司同等條件參數(shù)下的暗計(jì)數(shù)率為60 kHz）低一個(gè)數(shù)量級(jí)。這一成果不僅打破了美西方國(guó)家的技術(shù)封鎖，而且將通常InP/InGaAs短波紅外單光子探測(cè)器的工作溫度從-40 °C提高到了20 °C，提升了我國(guó)單光子探測(cè)器的研究水平和制造水平。

本項(xiàng)目研制的芯片，制備工藝簡(jiǎn)化、成品率高、成本低，將促進(jìn)單光子探測(cè)器在移動(dòng)電話、無(wú)人機(jī)、量子通信、武器裝備等輕量化、低功耗領(lǐng)域的應(yīng)用。芯片已經(jīng)提供給清華大學(xué)、山東大學(xué)等五家高校和公司進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，開發(fā)的低功率遠(yuǎn)距離激光測(cè)距儀今年參加了深圳光博會(huì)，先后有兩家公司與項(xiàng)目組進(jìn)行了成果轉(zhuǎn)化談判，有望通過(guò)成果轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

圖一：雪崩倍增原理示意圖

圖二：研制的單光子探測(cè)器芯片實(shí)物圖