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單光子探測器達到了光電探測的極限靈敏度，InP/InGaAs 短波紅外單光子探測器 (SPAD) 是目前制備技術較為成熟且獲得廣泛應用的單光子探測器。通過半導體熱電制冷 (TEC) 即可達到其工作溫度 (?40 ℃ 左右)，具有體積小、成本低，方便安裝和攜帶的應用優(yōu)勢；另外，基于常規(guī)半導體二極管的芯片制造工藝很容易實現(xiàn)大面陣單光子陣列，除了探測微弱信號，還具備三維數(shù)字成像功能。國外包括美國、瑞士、意大利、韓國、日本等對InP/InGaAs SPAD進行了長期持續(xù)的研究，目前已研制出單管的貨架產品，性能還在不斷地優(yōu)化和改進之中。國外研制的單光子探測器陣列獲得了清晰的三維成像效果，并廣泛應用于激光雷達三維成像、遠距離目標探測、激光通信等領域。國內包括重慶光電技術研究所、中國科學院上海技術物理所、西南技術物理研究所、中國科學技術大學、云南大學等對InP/InGaAs SPAD芯片進行了器件設計和器件制備研究，目前單管芯片已經(jīng)達到與國外報道相當?shù)男阅?。國內單光子探測器陣列的研究獲得了一定的進展，但芯片規(guī)模和器件性能有待進一步提升。

近10年國內外研究團隊通過優(yōu)化器件結構、制備工藝以及雪崩信號提取電路顯著提高了 InP/InGaAs SPAD的性能，高探測效率、低暗計數(shù)率、室溫InP/InGaAs短波紅外單光子探測器獲得快速發(fā)展。提高工作溫度到室溫或零度以上，是降低后脈沖的一個有效解決途徑，同時可顯著減小封裝體積、降低成本。具有更小溫度系數(shù)、帶隙更寬且與吸收層 InGaAs晶格匹配InGaAs/In0.52Al0.48As SPAD，其探測效率、暗計數(shù)率目前不如 InP/InGaAs SPAD，需要進一步改進提高。隨著對三維成像的巨大發(fā)展需求，單光子焦平面陣列在規(guī)格和性能方面的提升是目前單光子探測器研究的一個重要工作。利用InAlAsSb合金材料制備的雪崩光電二極管顯示了較高的量子效率和穩(wěn)定的雪崩增益，有望應用于高性能短波紅外單光子探測器制備。

量子器件研究課題組依托于云南省量子信息重點實驗室、云南大學物理與天文學院，團隊主要針對InP/InGaAs單光子探測器的自主優(yōu)化設計、器件研制、性能測試分析和實際應用開展系統(tǒng)的研究工作，同時進行新材料、新結構、新機理紅外單光子探測器的研究。