[发明专利]一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用。所述GaN基光传感生物传感芯片包括LED阵列和PD阵列，所述LED阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述PD阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述LED阵列外接电源；所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构按顺序依次包括紫外光敏树脂层、GaN LED外延层和液晶聚合物基板；所述GaN LED外延层按顺序依次包括p‑GaN层、In_xGa_1‑xN/GaN多维量子阱、n‑GaN层。本发明首次提供了一种以液晶聚合物基板为基板的GaN光传感生物传感芯片，具有优异的防水性能，具有生物相容性，具有优异的机械性能和光学性能，光学稳定性优异，可以应用于化学、生物传感器领域。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用。

背景技术

与传统的白炽灯相比，发光二极管(LED)具有出色的特性，例如长期稳定性，高效率和强亮度。凭借这些优势，不仅针对照明应用，在消费电子领域也应用广泛，例如LCD背光单元(BLU)及大尺寸室内外RGB直接显示模组。此外，由于LED可以发出不同波长的光，其光效高、体积小，尤其适合医疗应用，包括人体成分检测器(例如，血红蛋白，人体脂肪，前列腺特异性抗原(PSA) 和胆固醇)和治疗设备(例如消毒，皮肤稳态和手术灯)。尤其是，可以柔性可弯的柔性LED吸引了研究人员的关注，可用于生物传感器和微型手术机器人领域中，用于无出血诊断和治疗。

Kim等人介绍了首批基于III–V材料的柔性LED，使用微结构GaAs (ms-GaAs)。将他们的ms-GaAs LED印刷在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 基板上，以根据透射光强度的变化检测葡萄糖浓度。但是，仅发射红外和红光的基于GaAs的LED由于波长范围狭窄，最终限制了可能的应用。最近在2011 年，Kim等人通过微结构转移工艺建立了柔性GaN ILED。但是该柔性GaN ILED 的防水性能差，弯曲后发光性能下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种GaN光传感生物传感芯片及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种GaN光传感生物传感芯片，包括LED阵列和PD阵列，所述LED阵列包括若干个串联的微型柱状LED 结构，所述PD阵列包括若干个串联的微型柱状LED结构，所述LED阵列外接电源；所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构按顺序依次包括紫外光敏树脂层、GaN LED外延层和液晶聚合物(LCP)基板；所述GaN LED外延层按顺序依次包括p-GaN层、In_xGa_1-xN/GaN多维量子阱、n-GaN层，所述p-GaN层与所述紫外光敏树脂层接触连接，所述n-GaN层与所述液晶聚合物基板接触连接，所述GaN LED外延层中的部分n-GaN层暴露，暴露的n-GaN层上接触连接有n欧姆接触垫，所述GaNLED外延层中的部分p-GaN层暴露，暴露的 p-GaN层上接触连接有p欧姆接触垫，所述LED阵列的微型柱状LED结构通过 n欧姆接触垫和p欧姆接触垫串联，所述PD阵列的微型柱状LED结构通过n 欧姆接触垫和p欧姆接触垫串联。

上述的GaN光传感生物传感芯片首次以液晶聚合物基板为基板，具有优异的防水性能，具有生物相容性，具有优异的机械性能和光学性能，光学稳定性优异，可以应用于化学、生物传感器领域。上述的GaN光传感生物传感芯片将相同结构的微型柱状LED结构经过分别串联后，形成LED阵列和PD阵列，LED 阵列外接电源发射光谱，PD阵列在LED阵列的光谱辐射下产生光电信号，可以应用与生化传感、生化检测，而且防水性能和、生物相容性优异。

优选地，所述LED阵列和PD阵列的各个微型柱状LED结构为正六棱柱状 LED结构，所述正六棱柱状LED结构的上底面与所述液晶聚合物基板所在平面平行。