[发明专利]一种基于多波导型定向耦合器的集成式芯片及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种基于多波导型定向耦合器的集成式芯片及其制备方法，所述芯片以晶圆为载体，所述晶圆上设置有发光二极管器件，所述发光二极管器件的出光端依次设置有调节组件及光电探测器，所述调节组件由多波导型定向耦合器及与置于所述多波导型定向耦合器上方，且与所述多波导型定向耦合器垂直相交的聚二甲基硅氧烷微流体通道构成。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，产生的有益效果为：可以有效且快速的监测出待测液体的折射率等物理参数。

技术领域

本发明属于信息材料与技术领域，尤其涉及一种基于多波导型定向耦合器的集成式芯片及其制备方法。

背景技术

常用的液体折射率测量方法有：掠面入射法、激光照射法、衍射光栅法、光纤杨氏干涉法、CCD 测量法等。这些方法分别存在待测液体所需量较大、测量参数多、测量时间长、测量精度较低、需在开放或者半开放状态下测量液体和操作要求高等问题。近几年，在医学、生物化学等领域，常常采用光波导作为传感载体，测定液体样品的折射率、浓度等物理参数。光波导具有结构简单、体积小、耐腐蚀和便于集成等特点，波长较短的可见光信号对液体折射率、特定成分浓度等物理参数变化十分敏感。这些变化对波导中传输的可见光信号可以起到调制作用，通过测量波导中可见光信号的强度和相位等参数的变化，可以监测液体折射率。集成式光波导传感器的优势在于，通过灵活选择光波导材料和优化结构设计可获得更高的测试灵敏度；通过与微机械、微电子技术相结合可产生新的传感应用和集成潜力；利用标准半导体加工工艺可以实现规模化生产，降低成本。光波导型液体传感器技术是在微量采样测试领域具有广阔的应用前景的技术方向之一。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于多波导型定向耦合器的集成式芯片及其制备方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种基于多波导型定向耦合器的集成式芯片，所述芯片以晶圆为载体，所述晶圆上设置有发光二极管器件，所述发光二极管器件的出光端依次设置有调节组件及光电探测器，所述调节组件由多波导型定向耦合器及与置于所述多波导型定向耦合器上方，且与所述多波导型定向耦合器垂直相交的聚二甲基硅氧烷微流体通道构成。

优选地，所述多波导型定向耦合器呈对称式梳齿状结构。

优选地，所述晶圆包括硅衬底及所述硅衬底上方由上而下依次设置的P型氮化镓层、InGaN/GaN多量子阱层、N型氮化镓层、非掺杂氮化镓层、AlGaN缓冲层，所述P型氮化镓层上设置有正电极，所述N型氮化镓层上设置有负电极。

优选地，所述硅衬底背面中心内凹形成中空，且所述中空内蒸镀设有布拉格反射镜，所述布拉格反射镜设置于所述多波导型定向耦合器下方。

优选地，所述多波导型定向耦合器与所述聚二甲基硅氧烷微流体通道热压键合。

所述发光二极管为微型发光二极管，所述发光二极管的发光区域面积为10*10μm²至100*100μm²。

优选地，所述正电极与所述负电极均为镍/金复合金属电极。

优选地，以上任意一所述的一种基于多波导型定向耦合器的集成式芯片的制备方法，包括如下步骤：

S1、在硅衬底氮化物晶圆的氮化镓外延层上，利用光学光刻技术定义发光二极管的发光区域、光电探测器的探测区域和多波导型定向耦合器结构的图形；

S2、利用三五族材料反应离子刻蚀技术，在晶圆上暴露出用于制备负电极的氮化物层中的N型氮化物材料区域；

S3、利用光学光刻技术定义出发光二极管器件和光电探测器的正、负电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层作为电极材料；

S4、使用有机试剂在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/金复合金属层进行剥离，获得正负电极；所述有机试剂为丙酮。