留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

石柱 代千 宋海智 谢和平 覃文治 邓杰 柯尊贵 孔繁林

石柱, 代千, 宋海智, 谢和平, 覃文治, 邓杰, 柯尊贵, 孔繁林. 低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1220001-1220001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1220001
引用本文: 石柱, 代千, 宋海智, 谢和平, 覃文治, 邓杰, 柯尊贵, 孔繁林. 低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1220001-1220001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1220001
Shi Zhu, Dai Qian, Song Haizhi, Xie Heping, Qin Wenzhi, Deng Jie, Ke Zungui, Kong Fanlin. Low dark count rate InGaAsP/InP SPAD[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(12): 1220001-1220001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1220001
Citation: Shi Zhu, Dai Qian, Song Haizhi, Xie Heping, Qin Wenzhi, Deng Jie, Ke Zungui, Kong Fanlin. Low dark count rate InGaAsP/InP SPAD[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(12): 1220001-1220001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1220001

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

doi: 10.3788/IRLA201746.1220001
基金项目: 

装备发展预研项目

详细信息
    作者简介:

    石柱(1960-),男,高级工程师,硕士,主要从事近红外光电探测器方面的研究。Email:hx333666@163.com

  • 中图分类号: TN36

Low dark count rate InGaAsP/InP SPAD

  • 摘要: 通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD)的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGaAs (x=0.53)材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y(x=0.78,y=0.47)材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与InP材料晶格匹配良好,可在InP衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 eV,截止波长为1.2 m,可满足1.06 m单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06 m InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 kHz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。
  • [1] William E Clifton, Mark Itzler, Jiang Xudong, et al. Medium altitude airborne geiger-mode mapping lidar system[C]//SPIE, 2015, 9465:946506.
    [2] Dutton N A W, Gyongy I, Parmesan L, et al. A SPAD-based QVGA image sensor for single-photon counting and quanta imaging[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2016, 63(1):189-196.
    [3] Brian Piccione, Jiang Xudong, Mark A Itzler. Spatial modeling of optical crosstalk in InGaAsP Geiger mode APD focal plane arrays[J]. Optics Express, 2016, 24(10):10635-10648.
    [4] Keith Forsyth, Noah Clay. Geiger-mode InGaAsP/InP APDs optimized for single photon counting at 1.06m[C]//SPIE, 2006, 6372:63720L.
    [5] Mcintosh K A, Donnelly J P, Oakley D C, et al. InGaAsP/InP avalanche photodiodes for photon counting at 1.06m[J]. Applied Physics Letters, 2002, 81(14):2505-2507.
    [6] Becker W W. Advanced Time-Correlated Single Photon Counting Techniques[M]. 3rd ed. Qu Junle, translated. Beijing:Science Press, 2009:1-402. (in Chinese) Becker W. 高级时间相关单光子计数技术[M]. 第3版. 屈军乐, 译. 北京:科学出版社, 2009:1-402.
    [7] Donnelly J P, Duerr E K, Mcintosh K A, et al. Design considerations for 1.06-m InGaAsP-InP Geiger-mode avalanche photodiodes[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2006, 42(8):797-809.
    [8] Tsang W T. Semiconductor Photodetector[M]. Du Baoxun, translated. Beijing:Tsinghua University Press, 1992. (in Chinese) Tsang W T. 半导体光电检测器[M]. 杜宝勋, 译. 清华大学出版社, 1992.
    [9] Ji Yingjun, Shi Zhu, Qin Wenzhi, et al. Design and characterization of InGaAs/InP single-photon avalanche diodes for photon counting[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(3):934-940. (in Chinese)纪应军, 石柱, 覃文治, 等. 用于光子计数的InGaAs/InP SPAD设计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(3):934-940.
    [10] He Weiji, Sima Boyu, Cheng Yaojin, et al. Photon counting imaging based on GM-APD[J]. Optics and Precision Engineering, 2012, 20(8):1831-1837. (in Chinese)何伟基, 司马博羽, 程耀进, 等. 基于盖格-雪崩光电二极管的光子计数成像[J]. 光学精密工程, 2012, 20(8):1831-1837.
    [11] Du Keming, Jiang Yuanda, Chen Ying, et al. Photon-counting imaging system based on compressive sensing[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(2):363-368. (in Chinese)杜克铭, 蒋远大, 陈颖, 等. 基于压缩传感的光子计数成像系统[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(2):363-368.
  • [1] 蒋连军, 方余强, 余超, 徐起, 王雪峰, 马睿, 杜先常, 刘酩, 韦塔, 黄传成, 赵于康, 梁君生, 尚祥, 申屠国樑, 于林, 唐世彪, 张军.  微型化自由运行InGaAs/InP单光子探测器(特邀) . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20230017-1-20230017-8. doi: 10.3788/IRLA20230017
    [2] 董亚魁, 刘俊良, 孙林山, 李永富, 范书振, 高亮, 刘兆军, 赵显.  基于InGaAs NFAD的集成型低噪声近红外单光子探测器(特邀) . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220907-1-20220907-8. doi: 10.3788/IRLA20220907
    [3] 张琳, 谢港, 刘宇霄, 张慧霞, 梁琨, 杨茹, 韩德俊.  外延电阻淬灭型硅光电倍增器的最新研究进展 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210587-1-20210587-7. doi: 10.3788/IRLA20210587
    [4] Wang Shuai, Han Qin, Ye Han, Geng Liyan, Lu Ziqing, Xiao Feng, Xiao Fan.  Temperature dependency of InGaAs/InP single photon avalanche diode for 1 550 nm photons . 红外与激光工程, 2021, 50(11): 20210453-1-20210453-7. doi: 10.3788/IRLA20210453
    [5] 史衍丽, 朱泓遐, 杨雪艳, 曾辉, 李再波, 刘辰, 王建, 王伟.  InP基自由运行模式单光子APD . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0103005-0103005(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0103005
    [6] 袁辉, 郝明磊, 李凡显, 史倩义.  水雾中1.06 μm激光辐射的衰减特性 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1006003-1006003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1006003
    [7] 丘文夫, 林中晞, 苏辉.  单片集成的低暗电流1.3 μm激光二极管和探测器芯片 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1220003-1220003(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1220003
    [8] 魏佳童, 陈立伟, 胡海帆, 刘志远.  基于硅与锗材料的改进集成雪崩光电二极管(英文) . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 188-193. doi: 10.3788/IRLA201645.S120002
    [9] 李慧梅, 胡晓斌, 白霖, 李晓敏, 于海龙, 徐云, 宋国峰.  In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管的数值模拟研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 520005-0520005(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0520005
    [10] 廖雅香, 张均营, 余凯, 薛春来, 李传波, 成步文.  SiGe/Si单光子雪崩光电二极管仿真 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 520004-0520004(3). doi: 10.3788/IRLA201645.0520004
    [11] 纪应军, 石柱, 覃文治, 代千, 冯万鹏, 胡俊杰.  用于光子计数的InGaAs/InP SPAD设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 934-940.
    [12] 蒋均, 张健, 邓贤进, 缪丽, 康小克, 张香波, 黄维.  340 GHz基于肖特基二极管未匹配电路倍频源 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4028-4034.
    [13] 郭杰, 张小雷, 段剑金, 郝瑞亭, 许林.  InAs/GaSb 超晶格中波红外二极管的IV 特性研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2116-2119.
    [14] 刘福浩, 许金通, 王玲, 王荣阳, 李向阳.  GaN基雪崩光电二极管及其研究进展 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1215-1221.
    [15] 韦成华, 王立君, 刘卫平, 赵国民, 刘晶儒, 赵伊君.  1.06 μm 连续激光辐照过程中45 号钢反射率变化机理 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2896-2900.
    [16] 左娅妮, 李政勇, 杨峥, 刘未华, 陈长权, 吴家盛.  基于硅雪崩光电二极管的双光子吸收实验 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3928-3931.
    [17] 祖秋艳, 王玮冰, 黄卓磊, 何鑫, 陈大鹏.  二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1680-1684.
    [18] 周彦平, 郝娜, 杨瑞, 车驰, 靳浩, 徐静.  发光二极管电子辐照效应的研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 454-458.
    [19] 黄朝军, 吴振森, 刘亚锋.  1.06 μm激光气溶胶凝聚粒子散射特性 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2353-2357.
    [20] 刘志明, 陈坤峰, 高业胜, 史学舜, 简水生.  阵列波导光栅中自由传播区模式的有效折射率 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2146-2149.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  634
  • HTML全文浏览量:  133
  • PDF下载量:  96
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-05
  • 修回日期:  2017-05-03
  • 刊出日期:  2017-12-25

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

doi: 10.3788/IRLA201746.1220001
    作者简介:

    石柱(1960-),男,高级工程师,硕士,主要从事近红外光电探测器方面的研究。Email:hx333666@163.com

基金项目:

装备发展预研项目

  • 中图分类号: TN36

摘要: 通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD)的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGaAs (x=0.53)材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y(x=0.78,y=0.47)材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与InP材料晶格匹配良好,可在InP衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 eV,截止波长为1.2 m,可满足1.06 m单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06 m InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 kHz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。

English Abstract

参考文献 (11)

目录

    /

    返回文章
    返回