InGaAs近紅外激光雷達(dá)光電探測器研究進(jìn)展

邢 悅，宛 芳，羅盛慧，沈 夢，羅林保

（合肥工業(yè)大學(xué) 微電子學(xué)院，安徽 合肥 230009）

激光雷達(dá)是通過發(fā)射探測激光，并接收探測物體反射的回波信號分析探測物體的距離、位置、角度的雷達(dá)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)測距[1-2]、三維成像[3-4]、大氣檢測[5]等等。目前，各種快速、小型、固態(tài)、低功耗的激光二極管和探測器發(fā)展迅速，在商業(yè)市場上得到了廣泛的應(yīng)用。由于這些設(shè)備大多易于通過光纖耦合連接，因此它們在光處理和設(shè)計激光雷達(dá)接收器方面非常實用。激光雷達(dá)主要由4個部分組成，發(fā)射激光模塊、掃描系統(tǒng)、接收模塊、信息處理模塊，其中接收模塊主要是光電探測器，用以接收回波信號，是激光雷達(dá)的關(guān)鍵部件。

目前商用激光雷達(dá)大部分是硅基光電探測器[6]，探測波段是905 nm，但是它的抗天氣干擾能力偏弱，對雨霧的穿透力不足，而且905 nm位于人眼危險波段，必須限制功率以減小其對人眼的傷害。研究表明，人眼最大允許曝光功率與波長有關(guān)，其安全波長區(qū)域大于1.4μm[7]。InGaAs光電探測器的工作波長是1 550 nm，屬于人眼安全波段[8]，所以在陽光背景噪聲和測量距離方面具有明顯的優(yōu)勢，對于低反射率的物體的靈敏度更高。

InGaAs作為一種典型的III-V族半導(dǎo)體材料，具有高量子效率和高電子遷移率等特性，且?guī)犊烧{(diào)，響應(yīng)波長范圍廣。InGaAs優(yōu)異的物理特性使其在短波紅外光電探測器方面具有廣泛的應(yīng)用前景。成熟的分子外延技術(shù)（MBE）、金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）等技術(shù)的發(fā)展極大地推動了InGaAs外延層的生長和InGaAs光電探測器的研究。近些年有關(guān)InGaAs光電探測器的研究主要集中在單光子光電探測器和焦平面探測器，單光子探測器具有更高的響應(yīng)速度，更低的暗電流，其中單光子二極管和淬滅電路是必不可少的兩個核心組成部分，前者決定探測器的探測效率、暗計數(shù)等等，后者決定探測器是主動淬滅模式還是被動猝滅模式，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和計數(shù)。但由于InGaAs/InP材料制備水平限制，材料內(nèi)部缺陷相對較多，因此暗計數(shù)明顯偏高，后續(xù)增加電解質(zhì)-金屬反射層或使用InGaAsP作為吸收層材料，可有效降低暗計數(shù)。InGaAs焦平面探測器具有高靈敏度、高效率等優(yōu)點，可以擴展視野、提高觀察精度、收集更多信息，目前1 280×1 024規(guī)模面陣，像元間距15μm的焦平面探測器技術(shù)已經(jīng)成熟，但是目前面陣規(guī)模還不能滿足市場需求，下一步向著更大規(guī)模面陣（如2 560×2 048）發(fā)展，像元中心距也不能滿足光電探測器的高度集成，必須進(jìn)一步減小像元中心距，提高陣列規(guī)模和探測精度。在1 550 nm激光雷達(dá)方面，InGaAs激光雷達(dá)探測器是新型產(chǎn)業(yè)，行業(yè)內(nèi)Luminar是領(lǐng)軍人物，與此同時，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1 550 nm激光雷達(dá)。

為了將來更有針對性地研究InGaAs光電探測器，本文對其相關(guān)的關(guān)鍵研究領(lǐng)域做一綜述。首先介紹InGaAs材料的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步綜述InGaAs光電探測器的結(jié)構(gòu)、焦平面、以及激光雷達(dá)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。

1 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6.058 3?變化至GaAs的5.653 3?[9]，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)定性優(yōu)異等，這使其在電力電子器件和近紅外激光雷達(dá)探測方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖1[9]In1-x Gax 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、In0.53Ga0.47As、In1-xGaxAs在300 K的基本材料參數(shù)[10]，由晶格常數(shù)與組分關(guān)系圖可以看出，InxGa1-xAs的晶格常數(shù)與組分服從Vegard關(guān)系[11]：

當(dāng)InxGa1-xAs中x的比例為0.53時，In0.53Ga0.47As外延材料和InP襯底具有相同的晶格常數(shù)5.868 7?，晶格完全匹配。所以為了解決晶格失配問題，一般以InP材料作為襯底，在InP襯底上長出高質(zhì)量的外延層。這時禁帶寬度約為0.75 eV，對應(yīng)截止波長是1.7μm，因此可以在1.5μm波段發(fā)揮重要作用。在InGaAs光電探測器的制備過程中，采用技術(shù)有分子束外延技術(shù)（MBE）、金屬有機化合物化學(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光電探測器的商業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。

表1[10] InP、In0.53Ga0.47As、In1-x Gax As的基本參數(shù)（300 K）

2 InGaAs光電探測器的結(jié)構(gòu)

從20世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)外研究者們紛紛研究InGaAs光電探測器的結(jié)構(gòu)，總結(jié)起來，主要分為3種，分別為InGaAs金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器（MSM-PD）[12]、InGaAs PIN光電探測器（PIN-PD）[10]和InGaAs雪崩光電探測器（APD-PD）[13]。不同結(jié)構(gòu)的InGaAs光電探測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-金屬光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖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[14]采用低壓金屬有機氣相外延技術(shù)（LP-MOVPE）生長外延層并制備了InGaAs MSM光電探測器，該器件在1.3μm波長下具有高響應(yīng)度0.42 A/W，在1.5 V下暗電流低于5.6 pA/μm2。1996年，zhang等[15]采用氣相分子束外延（GSMBE）生長InAlAs-InGaAs-InP外延層，InAlAs層顯示出高電阻率特性，通過X射線衍射法測量，優(yōu)化了生長條件，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。從整體來說，MSM結(jié)構(gòu)光電探測器結(jié)構(gòu)簡單、易于集成，表現(xiàn)出較低的暗電流（pA量級），但是金屬電極會減小器件的有效光吸收面積，所以響應(yīng)度相對其他結(jié)構(gòu)較低。

InGaAs PIN光電探測器在P型接觸層與N型接觸層之間插入一層本征層，結(jié)構(gòu)如下頁圖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，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[15]等采用MBE生長低溫緩沖層，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，陸軍研究實驗室（ALR）[16]使用PIN光電探測器，研究了一種用于小型無人地面車輛的導(dǎo)航、障礙物/碰撞避免和目標(biāo)檢測/識別短程的激光雷達(dá)成像儀，與低成本微波放大器芯片集成，顯著改善了InGaAs PIN光電探測器的信噪比。在此基礎(chǔ)上，2012年，ALR[17]將這一激光雷達(dá)成像儀用于機器人，探測距離達(dá)50 m以上，分辨率提高到256×128。

InGaAs雪崩光電探測器是一種帶有增益的光電探測器，結(jié)構(gòu)如圖2（c）所示，電子-空穴對在倍增區(qū)內(nèi)部電場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，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[18]使用MBE在InP襯底上生長晶格匹配的InGaAs和InAlAs合金，利用合金成分、外延層厚度和摻雜的變化來調(diào)制載流子能量，最大限度地實現(xiàn)電致沖擊電離，同時最小化空穴電離。在等效輸出信號增益下，APD顯示出低噪聲和更低的暗電流。2016年，孫劍峰等[13]在InGaAs雪崩光電探測器的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套1 570 nm激光主動成像實驗平臺，由APD光電探測器內(nèi)部電路接收回波并直接輸出數(shù)字信號，使得整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊，實驗結(jié)果如圖2（d）、（e）所示。圖2（d）是成像目標(biāo)的實物照片，圖2（e）是三維距離像，可以明顯看出c區(qū)的窗戶區(qū)，和a、b區(qū)有一定的縱深距離。該平臺實現(xiàn)了脈寬小于10 ns、單脈沖能量（1～3）mJ可調(diào)，收發(fā)鏡頭視場角為2°，重復(fù)頻率為1 kHz，探測器占空比約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光電探測器在探測率上可以比PIN光電探測器高一個數(shù)量級，所以目前主流激光雷達(dá)主要以雪崩光電探測器為主。

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

整體來看，隨著國內(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）。未來InGaAs光電探測器發(fā)展會集中在以下兩個方面：（1）在Si襯底上直接生長InGaAs外延層，目前市場微電子器件大部分都是Si基，后續(xù)InGaAs與Si基的集成發(fā)展是大勢所趨，解決晶格失配、熱膨脹系數(shù)差異等問題，對于研究InGaAs/Si至關(guān)重要；（2）1 550 nm波長技術(shù)已經(jīng)成熟，延伸波長（2.0～2.5）μm是未來的研究方向，隨著In組分的增加，InP襯底與InGaAs外延層之間的晶格失配會導(dǎo)致更嚴(yán)重的位錯和缺陷，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。

3 單光子InGaAs光電探測器

隨著激光雷達(dá)的飛速發(fā)展，用于自動車輛跟蹤成像技術(shù)的光探測技術(shù)和測距技術(shù)[19]也有了更高的要求，傳統(tǒng)的弱光檢測技術(shù)中所用到的探測器的靈敏度和時間分辨率不能滿足實際需求。單光子是光不可分割的最小能量單元，具有單光子探測能力的探測器是弱光探測的最終工具。與InGaAs APD相比，基于InGaAs APD的單光子探測器具有更高的響應(yīng)速度、靈敏度和效率[20-21]。因此，國內(nèi)外對于In-GaAs APD單光子探測器展開了一系列的研究。

意大利米蘭大學(xué)的研究人員首先在1997年[22]開發(fā)了一個二維模型模擬單光子雪崩光電探測器的瞬態(tài)行為，給出了單光子雪崩光電探測器的瞬態(tài)特性數(shù)值模擬結(jié)果。隨后在2006年[23]，研究人員使用MOCVD制備了平面幾何結(jié)構(gòu)的InGaAs APD單光子探測器，通過減小反射層，增強異質(zhì)界面處電場，將單光子探測效率提高到10%。2014年[24]，進(jìn)一步通過改善鋅擴散條件和優(yōu)化垂直結(jié)構(gòu)，使得單光子探測器具有更高的探測效率，可達(dá)30%，實現(xiàn)約87 ps的定時抖動。2016年[25]，SANZARO M等將InGaAs APD單光子探測器與單片集成電阻器集成，設(shè)計了一種基于該探測器的緊湊型單光子計數(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)_，將定時抖動降低至70 ps。與此同時，其他研究小組也相繼對InGaAs APD單光子探測器進(jìn)行了研究，如Princeton Lightwave公司[26]采用平面結(jié)構(gòu)設(shè)計了InGaAs/InP APD單光子探測器并投入商用；上海技術(shù)物理研究所[27]使用去除鋅堆積層，并利用電容平衡門脈沖模式測試了APD的單光子性能，當(dāng)脈沖頻率為1.5 MHz時，暗計數(shù)為3.6×10-4/ns pulse。Joseph P等設(shè)計了帶隙更寬的臺面結(jié)構(gòu)InGaAs APD單光子探測器，使用InGaAsP作為吸收層材料，在不影響探測效率的前提下，獲得了更低的暗計數(shù)。

InGaAs APD單光子探測器工作模式是自由運轉(zhuǎn)模式，即APD在發(fā)生雪崩后需要外圍電路猝滅，并在猝滅一段時間后恢復(fù)。為了減小猝滅延遲時間帶來的影響，大概分為兩種類型：一種是采用被動猝滅或主動猝滅電路實現(xiàn)猝滅[28-29]，例如R T Thew等[29]采用有源猝滅電路，圖3（a）、（b）是電子控制和主動淬火電路及其與APD連接的簡化示意圖，該電路已開發(fā)為在選通或自由運行模式下工作，顯著減少了先前無法實現(xiàn)的后脈沖問題，而且在1 550 nm的探測效率為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現(xiàn)快速猝滅和恢復(fù)，由于不依賴雪崩脈沖的反饋控制，所以明顯減小了猝滅的延遲時間，提高了探測器的探測效率，例如L.C.Comandar等[30]使用門控模式，制備了一種基于InGaAs/InP APD的選通單光子探測器，單光子探測效率在1 550 nm處超過55%，并且實現(xiàn)了7%的后脈沖概率。在此基礎(chǔ)上，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)[31]使用多模光纖同時耦合自由模式的InGaAs APD單光子探測器，搭建了激光雷達(dá)系統(tǒng)，實驗裝置如圖3（c）、（d）所示，實現(xiàn)了對高度為12 km的多層云的探測，時間分辨率為1 s，空間分辨率為15 m。

圖3（a）APD的電壓電流圖；（b）電子控制和主動淬火電路及其與APD連接的簡化示意圖；（c）自由運行InGaAs/InP激光雷達(dá)實驗裝置；（d）InGaAs/InP激光雷達(dá)實物照片

4 InGaAs焦平面光電探測器

近年來，國內(nèi)外研究機構(gòu)在短波紅外InGaAs焦平面探測領(lǐng)域開展了大量研究。國外對于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SUI公司于2003年首次推出了高性能的焦平面探測器，2009年該公司在DARPA項目[32]支持下做到640×512面陣，光敏元間距為20μm，并且通過移除InP襯底，響應(yīng)波長范圍拓寬到（0.4～1.7）μm，暗電流降低到2 nA/cm2。美國FLIR公司[33]最大面陣現(xiàn)已達(dá)到1 920×1280，主線產(chǎn)品覆蓋320×256、640×512和1280×1 024等多種規(guī)格。美國Raytheon[32]、Teledyne公司[34]也掌握了中心距15μm的1 280×1 024像元近紅外InGaAs焦平面技術(shù)，并開展10μm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，除了美國在這方面的高速發(fā)展，其他國家也先后跟進(jìn)此技術(shù)的研究以及產(chǎn)品開發(fā)，比利時的XenICs公司[35]已經(jīng)成功完成了中心距17μm像元1 280×1 024規(guī)格的研究，德國IAF[36]、加拿大Banpil公司[37]、英國Photonic Science Limited、法國Sofradir[38]、NIT公司[39]、以色列SCD公司等也長期致力于In-GaAs焦平面探測器的研制和應(yīng)用。圖4（a）為美國FLIR公司FLIR A6260短波紅外熱像儀，配備InGaAs 640×512像元焦平面探測器，圖4（b）為美國Teledyne公司線掃相機Linea SWIR 1k，1 024×1像元線列焦平面，圖4（c）是比利時的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FLIRA6260；（b）美國Teledyne Linea SWIR 1k；（c）比利時XenICs Wildcat 640

國內(nèi)研究InGaAs焦平面探測器的機構(gòu)主要包括中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國電子科技集團44所[40]、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（0.9～1.7）μm InGaAs焦平面、延伸波長（1.0～2.5）μm InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探測器取得了良好進(jìn)展。2006年，常規(guī)波長InGaAs焦平面從256×1[41]、512×1、800×2等小線列開始，到2012年，研制了成像用30μm中心距的320×256面陣[42]，2017年研制出25μm中心距的640×512面陣[43]，到2018年已研制出15μm中心距的1 280×1024元焦平面探測器[44]，研制的1280×1 024元組件的平均峰值探測率達(dá)5.3×1012cm·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現(xiàn)了800×2、320×256、640×512、1 024×128、4 000×128等多個規(guī)格的近紅外InGaAs探測器組件[45]，并且已經(jīng)通過了相關(guān)可靠性試驗。2006年，中國電子科技集團44所首次發(fā)布了規(guī)格為128×128InGaAs焦平面光電探測器，40μm中心距，2009年，研制出320×256元，中心距30μm的InGaAs焦平面，典型平均峰值探測率達(dá)5.0×1012Jones水平，隨后在2015年、2016年，發(fā)布了規(guī)格為640×512焦平面探測器，并將中心距從25μm減小到15μm[46]，如圖5（b）所示，中電44所已實現(xiàn)多種規(guī)格的產(chǎn)品供應(yīng)。

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

InGaAs焦平面探測器技術(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)用價值，如高識別度、強天氣適應(yīng)度，而且因為夜間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焦平面探測器在微光夜視中擁有獨特的優(yōu)勢。未來InGaAs焦平面探測器的發(fā)展將會集中在以下幾個方面：首先，很多公司都擁有1 280×1024規(guī)模的面陣，像元間距也減小到15μm，未來會向著更大面陣和更長線陣的大方向發(fā)展；其次，隨著紅外成像系統(tǒng)與功耗等要求的提高，非制冷型探測器已經(jīng)成為一個發(fā)展趨勢，這要求器件在室溫下的暗電流噪聲越來越低；最后，對于InGaAs陣列來說，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趨勢。

5 商用InGaAs激光雷達(dá)光電探測器

目前InGaAs激光雷達(dá)行業(yè)內(nèi)主要的公司包括美國的Velodyne[47]、Luminar、Aeva、Ouster，以色列的Innoviz、德國的Ibeo以及國內(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太接近人眼可見光譜，以至于限制了激光強度和激光功率，從長遠(yuǎn)看，使用InGaAs的1 550 nm激光雷達(dá)更具有優(yōu)勢，1 550 nm屬于人眼安全波長，可以增大功率，增加探測距離和點云分辨率，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，更適用于未來的無人駕駛或汽車輔助駕駛系統(tǒng)。在1 550 nm激光雷達(dá)方面，Luminar是領(lǐng)軍人物，與此同時，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1 550 nm激光雷達(dá)。

Luminar一直專注于研究高性能InGaAs接收器，可用于探測Luminar激光雷達(dá)系統(tǒng)所特有的波長為1 550 nm激光，并在2018年收購了美國芯片設(shè)計商Black Forest Engineering。2020年，Luminar正式發(fā)布1 550 nm激光雷達(dá)Iris，如圖6（a）所示，獲得了高于905 nm激光器40倍的激光脈沖強度。超強的功率使其激光雷達(dá)的探測范圍擴大了10倍，最遠(yuǎn)可達(dá)600 m，分辨率提高了50倍。沃爾沃汽車宣布將搭載Luminar激光雷達(dá)，改進(jìn)無人駕駛輔助系統(tǒng)[48]。

國內(nèi)鐳神智能同樣開始自主研發(fā)核心驅(qū)動集成和接收端集成激光雷達(dá)專用芯片，人眼安全的混合固態(tài)激光雷達(dá)（λ=1550 nm），目前，鐳神智能已針對汽車前裝市場開發(fā)了LS21G混合固態(tài)激光雷達(dá)，如圖6（b）所示，采用1 550 nm光源，250 m處可探測到5%反射率的目標(biāo)，視場角120°×25°，擁有更好的測距性能和點云密度表現(xiàn)。

2020年7月，華為發(fā)布96線中長距激光雷達(dá)產(chǎn)品[49]，如圖6（c）所示。和Luminar類似，96線中長距激光雷達(dá)采用1 550 nm激光，探測距離是150 m，大視野120°×25°，可以實現(xiàn)城區(qū)行人車輛檢測覆蓋，更符合中國復(fù)雜路況下的場景。而且96線中長距激光雷達(dá)采用多個發(fā)射和接收組件，成功地提高了有效距離和視場角，在目標(biāo)輪廓測量、角度測量、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1 550 nm激光雷達(dá)Dolphin，如圖6（d）。Dolphin是采用DTOF模式的混合固態(tài)激光雷達(dá)，添加了實時自動光學(xué)變焦功能，探測距離250 m，視野擴大到120°×30°，最高分辨率0.05°，各項性能均有所提高。

圖6（a）Luminar激光雷達(dá)Iris；（b）鐳神智能LS21G；（c）華為96線中長距激光雷達(dá)；（d）昂納科技Dolphin 1 550 nm激光雷達(dá)

6 結(jié)束語

綜上所述，本文就InGaAs光電探測器器件結(jié)構(gòu)、InGaAs焦平面探測器、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線陣的方向飛速發(fā)展。目前，InGaAs 1 550 nm激光雷達(dá)主要應(yīng)用于汽車行業(yè)無人駕駛和服務(wù)行業(yè)智能機器人，智能化已經(jīng)成為汽車行業(yè)的重要發(fā)展趨勢，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)化不得不解決的問題?？傊?，激光雷達(dá)應(yīng)用價值顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景，在無人化、智能化方面發(fā)揮著無可替代的作用。