用于机械波探测的通感一体光子芯片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于机械波探测的通感一体光子芯片及其制造方法，用于自由空间机械波探测，实现载体为带有多量子阱结构的硅衬底氮化物晶圆和附有高反射金属层的SU

【技术实现步骤摘要】
用于机械波探测的通感一体光子芯片及其制造方法


[0001]本专利技术属于信息材料与
，涉及一种硅衬底氮化物与SU
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8光刻胶微腔集成的光子芯片，具体地说，是一种用于机械波探测的通感一体光子芯片及其制造方法。

技术介绍

[0002]机械波受到环境影响而产生，模态特性会增强固定模态的振动，可能会对结构造成破坏。同时，机械波的低频振动可能干扰测量设备的传感器，影响准确性和精度。因此，针对这种物理特性非常复杂的波动，需要建立有效的监测预警体系，及时探测机械波的位置，优化机械波探测方法。传统机械波探测方法通常适用于特定频段的机械波探测，不能够响应不同波长的可见光信号，且传统机械波探测方式通常需要接触或者近距离接近被探测的物体进行探测，存在灵敏度不高的问题。
[0003]有鉴于此，确有必要提出一种用于机械波探测的通感一体光子芯片及其制造方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于机械波探测的通感一体光子芯片及其制造方法，用于自由空间机械波探测。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了一种用于机械波探测的通感一体光子芯片，该芯片以硅衬底氮化物晶圆和附有高反射金属层的SU
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8光刻胶微腔为载体，用于自由空间机械波探测，所述用于机械波探测的通感一体光子芯片包括硅衬底层和氮化物外延层，所述氮化物外延层上设置有作为机械波探测光源的微型LED器件、光电探测器和作为可见光通信发射端的LED器件，所述氮化物外延层上表面设置有正电极和负电极，所述SU
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8光刻胶微腔由SU
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8光刻胶和金属银组成，所述硅衬底氮化物晶圆与所述SU
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8光刻胶微腔键合为一体化光子芯片，所述硅衬底氮化物晶圆与电路板进行引线键合。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，所述一体化光子芯片使用镍/铝/钛/金电极。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种上述用于机械波探测的通感一体光子芯片的制造方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于机械波探测的通感一体光子芯片的制造方法，包括如下步骤：
[0009]步骤(1)在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，利用光学光刻技术在光刻胶层上定义作为机械波探测光源的微型LED器件、光电探测器和作为可见光通信发射端的LED器件的有源区图形结构；
[0010]步骤(2)利用三五族材料感应耦合等离子体刻蚀技术，以光刻胶层的图形结构为模板，刻蚀掉p型GaN层和多量子阱结构，暴露出n型GaN层；
[0011]步骤(3)在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，利用光学光刻技术在光刻胶层上定义隔离槽的图形结构；
[0012]步骤(4)采用三五族材料感应耦合等离子体刻蚀技术，刻蚀穿透全部氮化物外延层至硅衬底上表面，实现微型LED器件和光电探测器之间的电学隔离；
[0013]步骤(5)在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面进行光刻定义微型LED器件和光电探测器的正负接触电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/铝/钛/金复合金属层；
[0014]步骤(6)使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/铝/钛/金复合金属层进行剥离，获得各个微型LED器件和光电探测器的正负接触电极；
[0015]步骤(7)采用PECVD技术在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面沉积一层二氧化硅以保护正负接触电极；
[0016]步骤(8)在二氧化硅层上进行光刻定义微型LED器件和光电探测器的正负接触电极和正负引线电极进行连接的区域，并利用RIE刻蚀技术刻蚀掉该区域的二氧化硅层，以在后续引线电极制备工艺中实现引线电极与接触电极的电连接；
[0017]步骤(9)在二氧化硅层上表面进行光刻定义微型LED器件和光电探测器的正负引线电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/铝/钛/金复合金属层；使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/铝/钛/金复合金属层进行剥离，获得各个微型LED器件和光电探测器的正负引线电极；
[0018]步骤(10)在制备好的硅衬底氮化物光子芯片上表面旋涂一层SU
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8光刻胶，并利用光学光刻形成微腔结构的支架；
[0019]步骤(11)另准备一块洁净的玻璃衬底，经过预处理后，在处理过的玻璃衬底上旋涂一层SU
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8光刻胶并在烘台上进行加热，这层SU
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8光刻胶作为微腔结构的顶部；
[0020]步骤(12)将金属银溅射在旋涂于玻璃衬底表面的SU
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8光刻胶的上表面，作为高反射金属层；
[0021]步骤(13)用黏贴了UV胶带的PDMS转移块粘附在金属银上，用滚筒以同一方向多次滚压PDMS转移块，并放置一重物，在烘台上加热；
[0022]步骤(14)根据表面粘附能的不同，利用PDMS转移块可以将附有金属银的SU
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8光刻胶层与玻璃衬底剥离；
[0023]步骤(15)将附有金属银的SU
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8光刻胶层与作为支架的SU
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8光刻胶层在烘台上进行65℃下1分钟和95℃下4分钟的后烘烘焙，使SU
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8光刻胶充分固化交联，完成SU
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8光刻胶顶部和支架的键合，形成具有键合强度的SU
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8光刻胶微腔结构；
[0024]步骤(16)透过PDMS转移块以紫外光光源照射UV胶带，进行曝光，以去除SU
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8光刻胶微腔结构顶部的UV胶带和PDMS转移块；
[0025]步骤(17)将硅衬底底部与电路板进行粘结键合，使之成为一个整体，并将微型LED器件和光电探测器的正负电极与电路板进行引线连接，制成用于自由空间机械波探测的通感一体光子芯片。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，步骤(10)中，支架层SU
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8光刻胶的厚度为100微米。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，步骤(11)中，旋涂一层SU
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8光刻胶的厚度为10微米，并在烘台上进行加热90℃前烘5分钟。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，步骤(12)具体为：将厚度为200纳米的金属银溅射在旋涂于玻璃衬底表面的10微米SU
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8光刻胶的上表面，作为高反射金属层。
[0029]作为本专利技术的进一步改进，步骤(13)中，放置的重物为0.15kg，并在烘台上以65℃加热1分钟。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，步骤(16)中的曝光时间为4分钟。
[0031]作为本专利技术的进一步改进，带有高反射金属层的SU
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8光刻胶微腔用于将自由空间机械波转化为微腔结构的变形。
[0032]作为本专利技术的进一步改进，所述微型LED器件发射的可见光信号发射至带有高反射金属层的SU
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8光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机械波探测的通感一体光子芯片，以硅衬底氮化物晶圆和附有高反射金属层的SU
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8光刻胶微腔为载体，用于自由空间机械波探测，其特征在于：所述用于机械波探测的通感一体光子芯片包括硅衬底层和氮化物外延层，所述氮化物外延层上设置有作为机械波探测光源的微型LED器件、光电探测器和作为可见光通信发射端的LED器件，所述氮化物外延层的上表面设置有正电极和负电极，所述SU
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8光刻胶微腔由SU
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8光刻胶和金属银组成，所述硅衬底氮化物晶圆与所述SU
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8光刻胶微腔键合为一体化光子芯片，所述硅衬底氮化物晶圆与电路板进行引线键合。2.根据权利要求1所述的用于机械波探测的通感一体光子芯片，其特征在于：所述一体化光子芯片使用镍/铝/钛/金电极。3.一种用于机械波探测的通感一体光子芯片的制造方法，应用于权利要求1所述的用于机械波探测的通感一体光子芯片，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，利用光学光刻技术在光刻胶层上定义作为机械波探测光源的微型LED器件、光电探测器和作为可见光通信发射端的LED器件的有源区图形结构；步骤(2)利用三五族材料感应耦合等离子体刻蚀技术，以光刻胶层的图形结构为模板，刻蚀掉p型GaN层和多量子阱结构，暴露出n型GaN层；步骤(3)在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，利用光学光刻技术在光刻胶层上定义隔离槽的图形结构；步骤(4)采用三五族材料感应耦合等离子体刻蚀技术，刻蚀穿透全部氮化物外延层至硅衬底上表面，实现微型LED器件和光电探测器之间的电学隔离；步骤(5)在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面进行光刻定义微型LED器件和光电探测器的正负接触电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/铝/钛/金复合金属层；步骤(6)使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/铝/钛/金复合金属层进行剥离，获得各个微型LED器件和光电探测器的正负接触电极；步骤(7)采用PECVD技术在硅衬底氮化物晶圆的顶层氮化物上表面沉积一层二氧化硅以保护正负接触电极；步骤(8)在二氧化硅层上进行光刻定义微型LED器件和光电探测器的正负接触电极和正负引线电极进行连接的区域，并利用RIE刻蚀技术刻蚀掉该区域的二氧化硅层，以在后续引线电极制备工艺中实现引线电极与接触电极的电连接；步骤(9)在二氧化硅层上表面进行光刻定义微型LED器件和光电探测器的正负引线电极的图形结构，并采用电子束蒸镀技术沉积镍/铝/钛/金复合金属层；使用有机试剂丙酮在超声清洗环境中对蒸镀在光刻胶表面的镍/铝/钛/金复合金属层进行剥离，获得各个微型LED器件和光电探测器的正负引线电极；步骤(10)在制备好的硅衬底氮化物光子芯片上表面旋涂一层SU
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8光刻胶，并利用光学光刻形成微腔结构的支架；步骤(11)另准备一块洁净的玻璃衬底，经过预处理后，在处理过的玻璃衬底上旋涂一层SU

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，方倩，冯萧萧，尹慧萍，王永进，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：