[發明專利]一種基于多波導型定向耦合器的集成式芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 202110354218.7
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113066891B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 李欣;李蕓;王徐;蔣成偉;沙源清;王永進
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L31/173
• 分類號: H01L31/173;H01L31/0232;H01L31/18;G01N21/41
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 蔣慧妮

本發明揭示了一種基于多波導型定向耦合器的集成式芯片及其制備方法，所述芯片以晶圓為載體，所述晶圓上設置有發光二極管器件，所述發光二極管器件的出光端依次設置有調節組件及光電探測器，所述調節組件由多波導型定向耦合器及與置于所述多波導型定向耦合器上方，且與所述多波導型定向耦合器垂直相交的聚二甲基硅氧烷微流體通道構成。本發明采用以上技術方案與現有技術相比，產生的有益效果為：可以有效且快速的監測出待測液體的折射率等物理參數。

技術領域

本發明屬于信息材料與技術領域，尤其涉及一種基于多波導型定向耦合器的集成式芯片及其制備方法。

背景技術

常用的液體折射率測量方法有：掠面入射法、激光照射法、衍射光柵法、光纖楊氏干涉法、CCD 測量法等。這些方法分別存在待測液體所需量較大、測量參數多、測量時間長、測量精度較低、需在開放或者半開放狀態下測量液體和操作要求高等問題。近幾年，在醫學、生物化學等領域，常常采用光波導作為傳感載體，測定液體樣品的折射率、濃度等物理參數。光波導具有結構簡單、體積小、耐腐蝕和便于集成等特點，波長較短的可見光信號對液體折射率、特定成分濃度等物理參數變化十分敏感。這些變化對波導中傳輸的可見光信號可以起到調制作用，通過測量波導中可見光信號的強度和相位等參數的變化，可以監測液體折射率。集成式光波導傳感器的優勢在于，通過靈活選擇光波導材料和優化結構設計可獲得更高的測試靈敏度；通過與微機械、微電子技術相結合可產生新的傳感應用和集成潛力；利用標準半導體加工工藝可以實現規模化生產，降低成本。光波導型液體傳感器技術是在微量采樣測試領域具有廣闊的應用前景的技術方向之一。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提出一種基于多波導型定向耦合器的集成式芯片及其制備方法。

本發明的目的將通過以下技術方案得以實現：

一種基于多波導型定向耦合器的集成式芯片，所述芯片以晶圓為載體，所述晶圓上設置有發光二極管器件，所述發光二極管器件的出光端依次設置有調節組件及光電探測器，所述調節組件由多波導型定向耦合器及與置于所述多波導型定向耦合器上方，且與所述多波導型定向耦合器垂直相交的聚二甲基硅氧烷微流體通道構成。

優選地，所述多波導型定向耦合器呈對稱式梳齒狀結構。

優選地，所述晶圓包括硅襯底及所述硅襯底上方由上而下依次設置的P型氮化鎵層、InGaN/GaN多量子阱層、N型氮化鎵層、非摻雜氮化鎵層、AlGaN緩沖層，所述P型氮化鎵層上設置有正電極，所述N型氮化鎵層上設置有負電極。

優選地，所述硅襯底背面中心內凹形成中空，且所述中空內蒸鍍設有布拉格反射鏡，所述布拉格反射鏡設置于所述多波導型定向耦合器下方。

優選地，所述多波導型定向耦合器與所述聚二甲基硅氧烷微流體通道熱壓鍵合。

所述發光二極管為微型發光二極管，所述發光二極管的發光區域面積為10*10μm²至100*100μm²。

優選地，所述正電極與所述負電極均為鎳/金復合金屬電極。

優選地，以上任意一所述的一種基于多波導型定向耦合器的集成式芯片的制備方法，包括如下步驟：

S1、在硅襯底氮化物晶圓的氮化鎵外延層上，利用光學光刻技術定義發光二極管的發光區域、光電探測器的探測區域和多波導型定向耦合器結構的圖形；

S2、利用三五族材料反應離子刻蝕技術，在晶圓上暴露出用于制備負電極的氮化物層中的N型氮化物材料區域；

S3、利用光學光刻技術定義出發光二極管器件和光電探測器的正、負電極的圖形結構，并采用電子束蒸鍍技術沉積鎳/金復合金屬層作為電極材料；

S4、使用有機試劑在超聲清洗環境中對蒸鍍在光刻膠表面的鎳/金復合金屬層進行剝離，獲得正負電極；所述有機試劑為丙酮。