[发明专利]集传感器及发光器为一体的高度集成型生物芯片及方法

说明书

本发明涉及生命科学半导体芯片的技术领域，更具体地，涉及集传感器及发光器为一体的高度集成型生物芯片及方法。本发明集成了传感器、参比电极、发光器，芯片尺寸更小，易植入生物体内，操作方便。本发明具有尺寸小、制作工艺简单、测试精度高、稳定性好、损耗低、重复性好，易植入生物体内等特点，能在对各类生物分子环境进行光照刺激的同时进行生物分子的测量。

技术领域

本发明涉及生命科学半导体芯片的技术领域，更具体地，涉及集传感器及发光器为一体的高度集成型生物芯片及方法。

背景技术

近年来，传感器在生物医学、生命科学等领域深受重视。传感器的概念最先由Clark等人于1962年提出。1967年，Updike和HIcks根据Clark的设想，设计和制作了第一个酶电极(传感器)一一葡萄糖电极。生物体内除了酶以外，还有其他许多其他具有类似识别作用的物质，例如，抗体、抗原、激素等，若把类似的有识别作用的物质固定在膜上也能作传感器的敏感元件。人们把这类用固定化的生物体成分：抗原、抗体、激素等，或生物体本身：细胞、细胞体〔器)、组织作为敏感元件的传感器称为传感器或简称生物传感器。在最初的巧年时间内、传感器主要以研制酶电极等电化学生物传感器为主。进入80年代后，由于生命医学、生命科学等得到人类极大重视，传感器的研究和开发呈现出突飞猛进的局面。

为了检测生物体内分子的浓度，在离子敏场效应晶体管（ISFET）的基础上，将ISFET的传感区域覆盖敏感膜，即进行表面功能划修饰及表征。传感器的工作机理是利用表面处理技术使其敏感膜能够吸附特定的物质。这些物质改变了表面的电压降，从而改变沟道电阻，通过外电路检测沟道电阻的变化从而间接得到溶液中物质的浓度。

另外，随着科学技术的发展，认识和了解LED技术，对我们来说是非常必要的。发光二极管( LED) 作为新型高效固体光源, 具有高效、节能、环保、寿命长、安全、色彩丰富、体积小、响应速度快、耐振动、易维护等显著优点。它的出现被公认为是21 世纪最具发展前景的高技术领域之一 。

目前，传感器工作时需外置玻璃参比电极，这种电极制备工艺复杂，价格高，易碎，体积大且无法集成。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供集传感器及发光器为一体的高度集成型生物芯片及方法，该传感器及发光器可植入生物体内在对各类生物分子进行光照刺激的同时进行生物分子的测量。

本发明的技术方案是：集传感器及发光器为一体的高度集成型生物芯片，其中，通过选区生长得到传感器与发光器的不同外延结构；其中传感器自下而上包括衬底层，以及依次形成在衬底层上的缓冲层、GaN层、AlGaN层；所述GaN层上形成凸台，GaN层和AlGaN层形成在GaN层的凸台上，所述AlGaN层上形成有源电极金属和漏电极金属，所述GaN层上形成参比电极，所述源电极金属和漏电极金属之间形成生物分子膜，所述生物分子膜即为传感区域；其中发光器自下而上包括衬底层，以及依次形成在衬底层上的缓冲层、GaN层、AlGaN层、图形化掩膜层、在传感器的外延结构上进行选择性外延生长的n-GaN层、有源层、p-GaN层以及透明导电薄膜，所述GaN层上形成凸台，GaN层、AlGaN层、图形化掩膜层、在传感器的外延结构上进行选择性外延生长的n-GaN层、有源层、p-GaN层以及透明导电薄膜形成在GaN层的凸台上，所述p电极金属设置在透明导电薄膜上，n电极金属设置在AlGaN层上；GaN层上还设有多个Pad区域，所述源电极金属、漏电极金属、参比电极、p电极金属、n电极金属、皆与对应的Pad区域电连接。

本发明中，一种高度集成型传感器，包括衬底层，以及依次形成在衬底层上的缓冲层、GaN层、AlGaN层，所述GaN层上形成凸台，GaN层和AlGaN层形成在GaN层的凸台上，所述AlGaN层上形成有源电极金属和漏电极金属，两者之间的区域形成生物分子膜，生物分子膜即为传感区域。所述GaN层上形成参比电极。