InGaAs近紅外激光雷達(dá)光電探測(cè)器研究進(jìn)展

激光雷達(dá)是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它可以發(fā)射定位激光束，通過(guò)測(cè)定傳感器、發(fā)射器與目標(biāo)物體之間的傳播距離來(lái)定位目標(biāo)物體的位置，并呈現(xiàn)目標(biāo)物體的三維結(jié)構(gòu)信息。InGaAs是一種典型的III-V族半導(dǎo)體材料，它在（0.35～1.42） eV范圍內(nèi)可調(diào)的禁帶寬度使其在（0.9～1.7） μm波段具有廣泛的應(yīng)用，被認(rèn)為是1550 nm激光雷達(dá)探測(cè)器的理想材料。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近期，合肥工業(yè)大學(xué)微電子學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)在《安慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》期刊上發(fā)表了以“InGaAs近紅外激光雷達(dá)光電探測(cè)器研究進(jìn)展”為主題的文章。該文章第一作者為邢悅，主要從事InGaAs光電探測(cè)器與FPGA相關(guān)應(yīng)用的研究工作；通訊作者為羅林保教授，主要從事新型高性能半導(dǎo)體光電子器件和光電集成方面的研究工作。

本文綜述基于InGaAs的激光雷達(dá)光電探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)、光電特性及InGaAs焦平面光電探測(cè)器在激光雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并探討后續(xù)激光雷達(dá)的發(fā)展方向，這對(duì)InGaAs在激光雷達(dá)方面的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

InGaAs帶隙調(diào)控研究

InGaAs屬于直接帶隙半導(dǎo)體，是一種GaAs和InAs形成的III-V族混合固溶體，其晶格結(jié)構(gòu)為閃鋅礦立方晶格結(jié)構(gòu)，禁帶寬度可調(diào)，如圖1所示。通過(guò)調(diào)節(jié)兩種物質(zhì)的比例，使其禁帶寬度可從InAs的0.35 eV變到GaAs的1.42 eV，晶格常數(shù)從InAs的6.0583 ?變化至GaAs的5.6533 ?，目前已經(jīng)在（0.9～1.7） μm波段得到廣泛的應(yīng)用。InGaAs具有很多優(yōu)異的物理化學(xué)性能，例如電子遷移率高、穩(wěn)定性?xún)?yōu)異等，這使其在電力電子器件和近紅外激光雷達(dá)探測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖1 In???Ga?As禁帶寬度及晶格常數(shù)與組分x關(guān)系圖

制備高性能光電器件的基礎(chǔ)保障是高質(zhì)量的材料，表1給出了InP、In?.??Ga?.??As、In???Ga?As在300 K的基本材料參數(shù)。為了解決晶格失配問(wèn)題，一般以InP材料作為襯底，在InP襯底上長(zhǎng)出高質(zhì)量的外延層。這時(shí)禁帶寬度約為0.75 eV，對(duì)應(yīng)截止波長(zhǎng)是1.7 μm，因此可以在1.5 μm波段發(fā)揮重要作用。在InGaAs光電探測(cè)器的制備過(guò)程中，采用技術(shù)有分子束外延技術(shù)（MBE）、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）、液相外延技術(shù)（LPE）、氣相外延技術(shù)（VPE）等，其中比較常用的是MBE和MOCVD，成熟的InGaAs外延技術(shù)為InGaAs光電探測(cè)器的商業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表1 InP、In?.??Ga?.??As、In???Ga?As的基本參數(shù)（300 K）

InGaAs光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外研究者們紛紛研究InGaAs光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，總結(jié)起來(lái)，主要分為3種，分別為InGaAs金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器（MSM-PD）、InGaAs PIN光電探測(cè)器（PIN-PD）和InGaAs雪崩光電探測(cè)器（APD-PD）。不同結(jié)構(gòu)的InGaAs光電探測(cè)器制作流程及制作成本有顯著的區(qū)別，器件性能也存在較大差異。

InGaAs金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2（a）所示，是基于肖特基結(jié)的一種特殊結(jié)構(gòu)。1992年，Shi等采用低壓金屬有機(jī)氣相外延技術(shù)（LP-MOVPE）生長(zhǎng)外延層并制備了InGaAs MSM光電探測(cè)器，該器件在1.3 μm波長(zhǎng)下具有高響應(yīng)度0.42 A/W，在1.5 V下暗電流低于5.6 pA/ μm2。1996年，zhang等采用氣相分子束外延（GSMBE）生長(zhǎng)InAlAs-InGaAs-InP外延層，InAlAs層顯示出高電阻率特性，通過(guò)X射線衍射法測(cè)量，優(yōu)化了生長(zhǎng)條件，使得InGaAs和InAlAs層的晶格失配在1×10?3范圍內(nèi)。從而優(yōu)化了器件性能，在10 V下暗電流低于0.75 pA/μm2，在5 V下快速瞬態(tài)響應(yīng)達(dá)16 ps。從整體來(lái)說(shuō)，MSM結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成，表現(xiàn)出較低的暗電流（pA量級(jí)），但是金屬電極會(huì)減小器件的有效光吸收面積，所以響應(yīng)度相對(duì)其他結(jié)構(gòu)較低。

InGaAs PIN光電探測(cè)器在P型接觸層與N型接觸層之間插入一層本征層，結(jié)構(gòu)如圖2（b）所示，使得耗盡區(qū)的寬度增大，從而輻射出更多電子-空穴對(duì)，形成更大光電流，因此具有優(yōu)良的電子傳導(dǎo)性能。2007年，A.Poloczek等采用MBE生長(zhǎng)低溫緩沖層，改善了表面粗糙度，克服了Si和InP之間的晶格失配，使用MOCVD在InP襯底集成InGaAs PIN結(jié)構(gòu)，該器件的響應(yīng)度約為0.57 A/W。2011年，陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ALR）使用PIN光電探測(cè)器，研究了一種用于小型無(wú)人地面車(chē)輛的導(dǎo)航、障礙物/碰撞避免和目標(biāo)檢測(cè)/識(shí)別短程的激光雷達(dá)成像儀，與低成本微波放大器芯片集成，顯著改善了InGaAs PIN光電探測(cè)器的信噪比。在此基礎(chǔ)上，2012年，ALR將這一激光雷達(dá)成像儀用于機(jī)器人，探測(cè)距離達(dá)50 m以上，分辨率提高到256 × 128。

InGaAs雪崩光電探測(cè)器是一種帶有增益的光電探測(cè)器，結(jié)構(gòu)如圖2（c）所示，電子-空穴對(duì)在倍增區(qū)內(nèi)部電場(chǎng)的作用下獲得足夠多的能量，從而與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，形成雪崩效應(yīng)，使材料中的非平衡載流子成倍增加。2013年，George M使用MBE在InP襯底上生長(zhǎng)晶格匹配的InGaAs和InAlAs合金，利用合金成分、外延層厚度和摻雜的變化來(lái)調(diào)制載流子能量，最大限度地實(shí)現(xiàn)電致沖擊電離，同時(shí)最小化空穴電離。在等效輸出信號(hào)增益下，APD顯示出低噪聲和更低的暗電流。2016年，孫劍峰等在InGaAs雪崩光電探測(cè)器的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套1570 nm激光主動(dòng)成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由APD光電探測(cè)器內(nèi)部電路接收回波并直接輸出數(shù)字信號(hào)，使得整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2（d）、（e）所示。圖2（d）是成像目標(biāo)的實(shí)物照片，圖2（e）是三維距離像，可以明顯看出c區(qū)的窗戶(hù)區(qū)，和a、b區(qū)有一定的縱深距離。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了脈寬小于10 ns、單脈沖能量（1～3） mJ可調(diào)，收發(fā)鏡頭視場(chǎng)角為2°，重復(fù)頻率為1 kHz，探測(cè)器占空比約60%。得益于APD的內(nèi)部光電流增益、快速響應(yīng)、緊湊尺寸、耐久性和低成本，APD光電探測(cè)器在探測(cè)率上可以比PIN光電探測(cè)器高一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以目前主流激光雷達(dá)主要以雪崩光電探測(cè)器為主。

圖2 （a）InGaAs MSM光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)；（b）InGaAs PIN光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)；（c）InGaAs雪崩光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)；（d）目標(biāo)圖片；（e）32×32像元APD圖像

整體來(lái)看，隨著國(guó)內(nèi)外InGaAs制備技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)可以熟練地使用MBE、MOCVD、LPE等技術(shù)在InP襯底制備大面積高質(zhì)量的InGaAs外延層。InGaAs光電探測(cè)器表現(xiàn)出較低的暗電流和較高的響應(yīng)度，最低暗電流已低于0.75 pA/μm2，響應(yīng)度最大可達(dá)0.57 A/W，且具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)（ps量級(jí)）。未來(lái)InGaAs光電探測(cè)器發(fā)展會(huì)集中在以下兩個(gè)方面：（1）在Si襯底上直接生長(zhǎng)InGaAs外延層，目前市場(chǎng)微電子器件大部分都是Si基，后續(xù)InGaAs與Si基的集成發(fā)展是大勢(shì)所趨，解決晶格失配、熱膨脹系數(shù)差異等問(wèn)題，對(duì)于研究InGaAs/Si至關(guān)重要；（2）1550 nm波長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟，延伸波長(zhǎng)（2.0～2.5） μm是未來(lái)的研究方向，隨著In 組分的增加，InP襯底與InGaAs外延層之間的晶格失配會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的位錯(cuò)和缺陷，因此需要優(yōu)化器件工藝參數(shù)，減小晶格缺陷，降低器件暗電流。

單光子InGaAs光電探測(cè)器

隨著激光雷達(dá)的飛速發(fā)展，用于自動(dòng)車(chē)輛跟蹤成像技術(shù)的光探測(cè)技術(shù)和測(cè)距技術(shù)也有了更高的要求，傳統(tǒng)的弱光檢測(cè)技術(shù)中所用到的探測(cè)器的靈敏度和時(shí)間分辨率不能滿(mǎn)足實(shí)際需求。單光子是光不可分割的最小能量單元，具有單光子探測(cè)能力的探測(cè)器是弱光探測(cè)的最終工具。與InGaAs APD相比，基于InGaAs APD的單光子探測(cè)器具有更高的響應(yīng)速度、靈敏度和效率。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于In‐GaAs APD單光子探測(cè)器展開(kāi)了一系列的研究。

意大利米蘭大學(xué)的研究人員首先在1997年開(kāi)發(fā)了一個(gè)二維模型模擬單光子雪崩光電探測(cè)器的瞬態(tài)行為，給出了單光子雪崩光電探測(cè)器的瞬態(tài)特性數(shù)值模擬結(jié)果。隨后在2006年，研究人員使用MOCVD制備了平面幾何結(jié)構(gòu)的InGaAs APD單光子探測(cè)器，通過(guò)減小反射層，增強(qiáng)異質(zhì)界面處電場(chǎng)，將單光子探測(cè)效率提高到10%。2014年，進(jìn)一步通過(guò)改善鋅擴(kuò)散條件和優(yōu)化垂直結(jié)構(gòu)，使得單光子探測(cè)器具有更高的探測(cè)效率，可達(dá)30%，實(shí)現(xiàn)約87 ps的定時(shí)抖動(dòng)。2016年，SANZARO M等將InGaAs APD單光子探測(cè)器與單片集成電阻器集成，設(shè)計(jì)了一種基于該探測(cè)器的緊湊型單光子計(jì)數(shù)模塊，并提出混合猝滅方法，顯著降低了雪崩電荷，從而降低了后脈沖和光串?dāng)_，將定時(shí)抖動(dòng)降低至70 ps。與此同時(shí)，其他研究小組也相繼對(duì)InGaAs APD單光子探測(cè)器進(jìn)行了研究，如Princeton Lightwave公司采用平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了InGaAs/InPAPD單光子探測(cè)器并投入商用；上海技術(shù)物理研究所使用去除鋅堆積層，并利用電容平衡門(mén)脈沖模式測(cè)試了APD的單光子性能，當(dāng)脈沖頻率為1.5 MHz時(shí)，暗計(jì)數(shù)為3.6 × 10 ??/ns pulse。Joseph P等設(shè)計(jì)了帶隙更寬的臺(tái)面結(jié)構(gòu)InGaAs APD單光子探測(cè)器，使用InGaAsP作為吸收層材料，在不影響探測(cè)效率的前提下，獲得了更低的暗計(jì)數(shù)。

InGaAs APD單光子探測(cè)器工作模式是自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式，即APD在發(fā)生雪崩后需要外圍電路猝滅，并在猝滅一段時(shí)間后恢復(fù)。為了減小猝滅延遲時(shí)間帶來(lái)的影響，大概分為兩種類(lèi)型：一種是采用被動(dòng)猝滅或主動(dòng)猝滅電路實(shí)現(xiàn)猝滅，例如R T Thew等采用有源猝滅電路，圖3（a）、（b）是電子控制和主動(dòng)淬火電路及其與APD連接的簡(jiǎn)化示意圖，該電路已開(kāi)發(fā)為在選通或自由運(yùn)行模式下工作，顯著減少了先前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的后脈沖問(wèn)題，而且在1550 nm的探測(cè)效率為10%，后脈沖概率降低到小于1%；第二種是依靠控制偏置電壓的高低實(shí)現(xiàn)快速猝滅和恢復(fù)，由于不依賴(lài)雪崩脈沖的反饋控制，所以明顯減小了猝滅的延遲時(shí)間，提高了探測(cè)器的探測(cè)效率，例如L. C. Comandar等使用門(mén)控模式，制備了一種基于InGaAs/InPAPD的選通單光子探測(cè)器，單光子探測(cè)效率在1550 nm處超過(guò)55%，并且實(shí)現(xiàn)了7%的后脈沖概率。在此基礎(chǔ)上，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)使用多模光纖同時(shí)耦合自由模式的InGaAs APD單光子探測(cè)器，搭建了激光雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3（c）、（d）所示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高度為12 km的多層云的探測(cè)，時(shí)間分辨率為1 s，空間分辨率為15 m。

圖3 （a）APD的電壓電流圖；（b）電子控制和主動(dòng)淬火電路及其與APD連接的簡(jiǎn)化示意圖；（c）自由運(yùn)行InGaAs/InP激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)裝置；（d）InGaAs/InP激光雷達(dá)實(shí)物照片

InGaAs焦平面光電探測(cè)器

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在短波紅外InGaAs焦平面探測(cè)領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究。國(guó)外對(duì)于InGaAs紅外焦平面器件的研究起步比較早，許多廠商都已經(jīng)擁有成熟的系列產(chǎn)品。例如作為行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，美國(guó)SUI公司于2003年首次推出了高性能的焦平面探測(cè)器，2009年該公司在DARPA項(xiàng)目支持下做到640 × 512面陣，光敏元間距為20 μm，并且通過(guò)移除InP襯底，響應(yīng)波長(zhǎng)范圍拓寬到（0.4～1.7）μm，暗電流降低到2 nA/cm2。美國(guó)FLIR公司最大面陣現(xiàn)已達(dá)到1920 × 1280，主線產(chǎn)品覆蓋320 × 256、640 × 512和1280 × 1024等多種規(guī)格。美國(guó)Raytheon、Teledyne公司也掌握了中心距15 μm的1280 × 1024像元近紅外InGaAs焦平面技術(shù)，并開(kāi)展10 μm光敏元的焦平面技術(shù)以及4英寸InGaAs晶圓制備技術(shù)的研究?，F(xiàn)階段，除了美國(guó)在這方面的高速發(fā)展，其他國(guó)家也先后跟進(jìn)此技術(shù)的研究以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，比利時(shí)的XenICs公司已經(jīng)成功完成了中心距17 μm像元1280 × 1024規(guī)格的研究，德國(guó)IAF、加拿大Banpil公司、英國(guó)Photonic Science Limited、法國(guó)Sofradir、NIT公司、以色列SCD公司等也長(zhǎng)期致力于In‐GaAs焦平面探測(cè)器的研制和應(yīng)用。圖4（a）為美國(guó)FLIR公司FLIR A6260 短波紅外熱像儀，配備InGaAs 640 × 512像元焦平面探測(cè)器，圖4（b）為美國(guó)Teledyne公司線掃相機(jī)Linea SWIR 1 k，1024 × 1像元線列焦平面，圖4（c）是比利時(shí)的XenICs公司W(wǎng)ildcat 640，分辨率為640 × 512像素，最高幀頻可達(dá)220 Hz。

圖4 （a）美國(guó)FLIR A6260；（b）美國(guó)Teledyne Linea SWIR 1k；（c）比利時(shí)XenICsWildcat 640

國(guó)內(nèi)研究InGaAs焦平面探測(cè)器的機(jī)構(gòu)主要包括中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)電子科技集團(tuán)44所、昆明物理研究所等。其中，中科院上海技術(shù)物理研究所在高靈敏度常規(guī)波長(zhǎng)（0.9～1.7） μm InGaAs焦平面、延伸波長(zhǎng)（1.0～2.5） μm InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探測(cè)器取得了良好進(jìn)展。2006年，常規(guī)波長(zhǎng)InGaAs焦平面從256 × 1、512 × 1、800 × 2等小線列開(kāi)始，到2012年，研制了成像用30 μm中心距的320 × 256面陣，2017年研制出25 μm中心距的640 × 512面陣，到2018年已研制出15 μm中心距的1280 × 1024元焦平面探測(cè)器，研制的1280 × 1024元組件的平均峰值探測(cè)率達(dá)5.3× 1012 cm·Hz1/2/W，盲元率小于1%，非均勻性為6.4%，如圖5（a）所示。目前，中科院上海技物所已實(shí)現(xiàn)了800 × 2、320 × 256、640 × 512、1024 × 128、4000 × 128等多個(gè)規(guī)格的近紅外InGaAs探測(cè)器組件，并且已經(jīng)通過(guò)了相關(guān)可靠性試驗(yàn)。2006 年，中國(guó)電子科技集團(tuán)44 所首次發(fā)布了規(guī)格為128 × 128InGaAs焦平面光電探測(cè)器，40 μm中心距，2009 年，研制出320 × 256元，中心距30 μm的InGaAs焦平面，典型平均峰值探測(cè)率達(dá)5.0 × 1012 Jones水平，隨后在2015年、2016年，發(fā)布了規(guī)格為640 × 512焦平面探測(cè)器，并將中心距從25 μm減小到15 μm，如圖5（b）所示，中電44所已實(shí)現(xiàn)多種規(guī)格的產(chǎn)品供應(yīng)。

圖5 （a）中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所近紅外InGaAs焦平面探測(cè)器技術(shù)發(fā)展歷程；（b）中電44所InGaAs焦平面探測(cè)器技術(shù)發(fā)展歷程

InGaAs焦平面探測(cè)器技術(shù)優(yōu)越、性能優(yōu)良，已在激光雷達(dá)、軍用夜視等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，如高識(shí)別度、強(qiáng)天氣適應(yīng)度，而且因?yàn)橐归g大氣輝光輻亮度主要分布在（1.0～1.8） μm的波段范圍內(nèi)，所以InGaAs焦平面探測(cè)器在微光夜視中擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)InGaAs焦平面探測(cè)器的發(fā)展將會(huì)集中在以下幾個(gè)方面：首先，很多公司都擁有1280 × 1024規(guī)模的面陣，像元間距也減小到15 μm，未來(lái)會(huì)向著更大面陣和更長(zhǎng)線陣的大方向發(fā)展；其次，隨著紅外成像系統(tǒng)與功耗等要求的提高，非制冷型探測(cè)器已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，這要求器件在室溫下的暗電流噪聲越來(lái)越低；最后，對(duì)于InGaAs陣列來(lái)說(shuō)，為了獲取更豐富、更精準(zhǔn)、更可靠的目標(biāo)信息，多波段工作將是未來(lái)趨勢(shì)。

商用InGaAs激光雷達(dá)光電探測(cè)器

目前InGaAs激光雷達(dá)行業(yè)內(nèi)主要的公司包括美國(guó)的Velodyne、Luminar、Aeva、Ouster，以色列的Innoviz、德國(guó)的Ibeo以及國(guó)內(nèi)的速騰聚創(chuàng)，其中大部分品牌的激光雷達(dá)都采用了905 nm半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光脈沖，Velodyne和Innoviz使用的就是905 nm。但是905 nm太接近人眼可見(jiàn)光譜，以至于限制了激光強(qiáng)度和激光功率，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，使用InGaAs的1550 nm激光雷達(dá)更具有優(yōu)勢(shì)，1550 nm屬于人眼安全波長(zhǎng)，可以增大功率，增加探測(cè)距離和點(diǎn)云分辨率，在空曠的區(qū)域可以看得更遠(yuǎn)，在復(fù)雜的區(qū)域可以看得更寬，更適用于未來(lái)的無(wú)人駕駛或汽車(chē)輔助駕駛系統(tǒng)。在1550 nm激光雷達(dá)方面，Luminar是領(lǐng)軍人物，與此同時(shí)，鐳神智能、華為和昂納科技也緊隨其后，并各自發(fā)布了自主研發(fā)的1550 nm激光雷達(dá)。

Luminar一直專(zhuān)注于研究高性能InGaAs接收器，可用于探測(cè)Luminar激光雷達(dá)系統(tǒng)所特有的波長(zhǎng)為1550 nm激光，并在2018年收購(gòu)了美國(guó)芯片設(shè)計(jì)商Black Forest Engineering。2020年，Luminar正式發(fā)布1550 nm激光雷達(dá)Iris，如圖6（a）所示，獲得了高于905 nm激光器40倍的激光脈沖強(qiáng)度。超強(qiáng)的功率使其激光雷達(dá)的探測(cè)范圍擴(kuò)大了10倍，最遠(yuǎn)可達(dá)600 m，分辨率提高了50倍。沃爾沃汽車(chē)宣布將搭載Luminar激光雷達(dá)，改進(jìn)無(wú)人駕駛輔助系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)鐳神智能同樣開(kāi)始自主研發(fā)核心驅(qū)動(dòng)集成和接收端集成激光雷達(dá)專(zhuān)用芯片，人眼安全的混合固態(tài)激光雷達(dá)（λ = 1550 nm），目前，鐳神智能已針對(duì)汽車(chē)前裝市場(chǎng)開(kāi)發(fā)了LS21G混合固態(tài)激光雷達(dá)，如圖6（b）所示，采用1550 nm光源，250 m處可探測(cè)到5%反射率的目標(biāo)，視場(chǎng)角120° × 25°，擁有更好的測(cè)距性能和點(diǎn)云密度表現(xiàn)。

2020年7月，華為發(fā)布96線中長(zhǎng)距激光雷達(dá)產(chǎn)品，如圖6（c）所示。和Luminar類(lèi)似，96線中長(zhǎng)距激光雷達(dá)采用1550 nm激光，探測(cè)距離是150 m，大視野120° × 25°，可以實(shí)現(xiàn)城區(qū)行人車(chē)輛檢測(cè)覆蓋，更符合中國(guó)復(fù)雜路況下的場(chǎng)景。而且96線中長(zhǎng)距激光雷達(dá)采用多個(gè)發(fā)射和接收組件，成功地提高了有效距離和視場(chǎng)角，在目標(biāo)輪廓測(cè)量、角度測(cè)量、光照穩(wěn)定性、通用障礙物檢出等方面都具有極佳的能力。

2021年12月，昂納科技也發(fā)布了一款1550 nm激光雷達(dá)Dolphin。Dolphin是采用DTOF模式的混合固態(tài)激光雷達(dá)，添加了實(shí)時(shí)自動(dòng)光學(xué)變焦功能，探測(cè)距離250 m，視野擴(kuò)大到120° × 30°，最高分辨率0.05°，各項(xiàng)性能均有所提高。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文就InGaAs光電探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)、InGaAs焦平面探測(cè)器、商用激光雷達(dá)的基本發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。從結(jié)構(gòu)看，單光子光電探測(cè)器具有更高的響應(yīng)速度、更高的靈敏度和更高的效率，已經(jīng)成為激光雷達(dá)的首選。為了獲得豐富準(zhǔn)確的信息，焦平面陣列向著更大面陣和更長(zhǎng)線陣的方向飛速發(fā)展。目前，InGaAs 1550 nm激光雷達(dá)主要應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)無(wú)人駕駛和服務(wù)行業(yè)智能機(jī)器人，智能化已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)，但是技術(shù)上還需要進(jìn)一步優(yōu)化，高成本也是限制激光雷達(dá)發(fā)展的一大障礙。從短期看，需要盡快提高激光雷達(dá)產(chǎn)品性能，在穩(wěn)定、安全等方面提出了更高要求；從長(zhǎng)期看，降低成本和增加量產(chǎn)規(guī)模，是激光雷達(dá)商業(yè)化不得不解決的問(wèn)題?？傊す饫走_(dá)應(yīng)用價(jià)值顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景，在無(wú)人化、智能化方面發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。

審核編輯：劉清