一種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器的制備方法，包括：在襯底上依次生長n型層、多量子阱有源區(qū)、p型層，并在所述p型層的上表面自組裝一層納米小球陣列；利用納米小球陣列作為掩模版，刻蝕出LED結(jié)構(gòu)，刻蝕深度接觸到n型層，形成納米柱LED陣列；在納米柱LED陣列之間，填充透明材料；納米柱LED陣列的表面沉積一層金屬導(dǎo)電層；刻蝕露出一部分n型層，在露出的n型層上表面和金屬導(dǎo)電層上表面通過金屬蒸鍍的方法制備n型電極和p型電極；在金屬導(dǎo)電層表面未制作p型電極部分壓一個(gè)透明剛性基板；連通n型電極和p型電極，完成應(yīng)力傳感器的制備。
【專利說明】—種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]異質(zhì)外延的納米柱半導(dǎo)體二級(jí)管陣列中，因?yàn)閴弘娦?yīng)存在大的壓電場(chǎng)，會(huì)使得二極管能帶發(fā)生傾斜，有效帶寬變窄，發(fā)光波長發(fā)生紅移。而壓電電場(chǎng)是隨著外界壓力變化的。也就是說，在外界壓力變化下會(huì)使得有源區(qū)的量子阱有效帶寬，從而二級(jí)管出射光波長、顏色也會(huì)跟著外界壓力發(fā)生變化，這樣可以很直觀的觀測(cè)到外界應(yīng)力的大小，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。比如應(yīng)用于大橋通過車輛的限重報(bào)警等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器的制備方法，其包括:
[0004]步驟1:在襯底上依次生長η型層、多量子阱有源區(qū)、P型層，并在所述P型層的上表面自組裝一層納米小球陣列；
[0005]步驟2:利用納米小球陣列作為掩模版，刻蝕出LED結(jié)構(gòu)，刻蝕深度接觸到η型層，形成納米柱LED陣列；
[0006]步驟3:在納米柱LED陣列之間,填充透明材料；
[0007]步驟4:納米柱LED陣列的表面沉積一層金屬導(dǎo)電層；
[0008]步驟5:刻蝕露出一部分η型層,在露出的η型層上表面和金屬導(dǎo)電層上表面通過金屬蒸鍍的方法制備η型電極和P型電極；
[0009]步驟6:在金屬導(dǎo)電層表面未制作P型電極部分壓一個(gè)透明剛性基板；
[0010]步驟7:連通η型電極和P型電極，完成應(yīng)力傳感器的制備。
[0011]本發(fā)明提出的上述方案利用異質(zhì)外延的納米柱半導(dǎo)體二級(jí)管陣列中的壓電場(chǎng)制備應(yīng)力傳感器，是隨著外界壓力變化的。會(huì)使得有源區(qū)的量子阱有效帶寬發(fā)生變化，從而二級(jí)管陣列的出色波長，也就是出射光的顏色會(huì)發(fā)生變化，這樣可以很直觀的觀測(cè)到外界應(yīng)力的大小，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中制備納米小球陣列后的示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中形成納米柱LED陣列后的示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中填充透明樹脂后的示意圖；[0015]圖4為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中沉積金屬導(dǎo)電層后的不意圖；
[0016]圖5為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中得到金屬電極后的不意圖；
[0017]圖6為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中壓了透明玻璃板后的示意圖；
[0018]圖7為本發(fā)明基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法中在透明玻璃板上施加一定的壓力后的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0020]請(qǐng)參閱圖1至圖7，本發(fā)明提供了一種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器制備方法，包括以下步驟:
[0021]步驟1:取一襯底10，在襯底10上生長一層薄膜η型GaNl I，接著生長一層多量子阱有源區(qū)，即MQWsl2和P型GaN，即p_GaN13 ;最后在p_GaN13，形成了一個(gè)完整的LED結(jié)構(gòu)，最后在p_GaN13表面自組裝一層緊密排列的納米小球陣列14 ;其中，襯底10為藍(lán)寶石襯底，也可以是玻璃、3丨、2110、41隊(duì)5丨(:、6&隊(duì)6&48、1^4102等其它III/V族，IV/VI族二元、三元及四元化合物半導(dǎo)體合金襯底材料，也包括Cu等金屬材料和石英等非金屬材料等，n-GaNll的厚度在I到10微米，其也可以是n-AlGaN、n-ZnO、n-1nP、n_GaAs等其他III/V族，IV/VI族二元、三元及四元化合物半導(dǎo)體合金材料；MQWsl2優(yōu)選為m個(gè)氮化銦鎵(InyGapyN)量子阱與m+1個(gè)氮化鎵(GaN)量子勢(shì)壘，每個(gè)氮化銦鎵(InyGai_yN)量子阱上下兩側(cè)都有一個(gè)氮化鎵(GaN)量子勢(shì)壘，其中m≥1,0 ≤ y ≤I ;多量子阱MQWsl2最后可以包含一個(gè)電子阻擋層，選自于AlzGa1=N材料,其中O < z < I ;p_GaN13厚度為IOnm-1 μ m之間，過厚的P-GaN會(huì)對(duì)出射光有吸收，也可以是p-AlGaN、p-ZnO、p-1nP、p-GaAs等其他III/V族，IV/VI族二元、三元及四元化合物半導(dǎo)體合金材料；氮化物外延生長時(shí)采用的生長方法為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD、HVPE或分子束外延MBE中任意一種，或任意兩種或三種的組合；n型和P型摻雜源分別為硅和鎂；納米小球陣列14，可以是聚苯乙烯球、二氧化硅球、PDMS球、氧化鋁球、氯化銫球等能通過自組裝技術(shù)排列球，直徑為0.1-lum。或者是通過金屬自組裝形成的N1、Ag等其它金屬和非金屬小球；見圖1。
[0022]步驟2:利用納米小球陣列14作為掩模版，刻蝕LED結(jié)構(gòu)，刻蝕深度接觸到n-GaNll，形成納米柱LED陣列20 ;其中，采用ICP刻蝕，刻蝕氣體為Cl基氣體，當(dāng)然也可以結(jié)合化學(xué)腐蝕，放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中(或KOH溶液中)腐蝕，在200-400度的高溫下腐蝕,從而消除刻蝕損傷；見圖2。
[0023]步驟3:在納米柱LED陣列20之間，填充透明樹脂30 ;其中，填充材料30可以為玻璃、塑料、樹脂、硅膠、氧化硅、陶瓷等其他無機(jī)和有機(jī)透明材料，填充方法可是旋涂法和濺射的方法；見圖3。
[0024]步驟4:納米柱LED陣列20的表面沉積一層金屬導(dǎo)電層40 ;其中，金屬導(dǎo)電層40可以選自于包括鎳(Ni)/金(Au)、鎳(Ni)/銀(Ag)/金(Au)、鎳(Ni)/銀(Ag)/鎳(Ni)/金(Au)、鎳(Ni) / 銀(Ag) / 鉬(Pt) / 金(Au)、鈦(Ti) / 金(Au)、鈦(Ti) / 銀(Ag) / 金(Au)、鈦(Ti)/鋁(Al)/鈦(Ti)/金(Au)、鈦(Ti)/銀(Ag)/鈦(Ti)/金(Au)、鋁(Al)/鈦(Ti)/金(Au)、鉻(Cr)/鉬(Pt)/金(Au)、鉻(Cr)/銀(Ag)/金(Au)等金屬材料群組中的一種材料，還包括石墨烯、碳納米管、ITO, GZ0、ΑΖ0、金屬納米線陣列等作為導(dǎo)電膜的導(dǎo)電材料；見圖4。
[0025]步驟5:通過刻蝕工藝，露出一部分n-GaNll，在露出的n-GaNll表面和金屬導(dǎo)電層40表面通過金屬蒸鍍的方法分別得到金屬電極50，即η型電極和P型電極；其中，經(jīng)過光亥IJ、電子束蒸發(fā)等工藝制備η和P型金屬，金屬導(dǎo)電層40可以選自于包括鎳(Ni) /金(Au)、鎳(Ni) / 銀(Ag) / 金(Au)、鎳(Ni) / 銀(Ag) / 鎳(Ni) / 金(Au)、鎳(Ni) / 銀(Ag) / 鉬(Pt) /金(Au)、鈦(Ti) / 金(Au)、鈦(Ti) / 銀(Ag) / 金(Au)、鈦(Ti) / 鋁(Al) / 鈦(Ti) / 金(Au)、鈦(Ti) / 銀(Ag) / 鈦(Ti) / 金(Au)、鋁(Al) / 鈦(Ti) / 金(Au)、鉻(Cr) / 鉬(Pt) / 金(Au)、鉻(Cr)/銀(Ag)/金(Au)等金屬材料群組中的一種材料；見圖5。
[0026]步驟6:在金屬導(dǎo)電層40表面未制作金屬電極部分壓一個(gè)透明玻璃板60,便于施加壓力，且保證了光的出射；其中，透明玻璃板60，可以是透明塑料、金屬、陶瓷板等無機(jī)和有機(jī)透明硬質(zhì)材料，其厚度可以是任意厚度；見圖6。
[0027]步驟7:接通電源70，即利用電線連通η型電極和ρ型電極，且在透明玻璃板60上施加一定的壓力71 ;此時(shí)，因?yàn)橥獠繅毫?1的變化，會(huì)使得納米柱LED陣列14內(nèi)的壓電場(chǎng)發(fā)生變化，會(huì)使得納米柱LED陣列14中的多量子阱結(jié)構(gòu)MQWsl2的有效帶寬隨著外部壓力而發(fā)生變化，其結(jié)果納米柱LED陣列14的出射光60的波長會(huì)發(fā)生變化，故我們能從出射光60的顏色變化，直觀感知到外部壓力的變化，而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；其中，接通電源70之后，在外加壓力71的作用下，通過出射光72的顏色變化可以直觀感知到外界壓力的變化，而實(shí)現(xiàn)警報(bào)功能，其原理是利用納米柱LED陣列20中壓電場(chǎng)的變化，見圖7。
[0028]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于納米柱二極管壓電效應(yīng)的應(yīng)力傳感器的制備方法，包括以下步驟: 步驟1:在襯底上依次生長η型層、多量子阱有源區(qū)、P型層，并在所述P型層的上表面自組裝一層納米小球陣列； 步驟2:利用納米小球陣列作為掩模版，刻蝕出LED結(jié)構(gòu)，刻蝕深度接觸到η型層，形成納米柱LED陣列； 步驟3:在納米柱LED陣列之間,填充透明材料； 步驟4:納米柱LED陣列的表面沉積一層金屬導(dǎo)電層； 步驟5:刻蝕露出一部分η型層，在露出的η型層上表面和金屬導(dǎo)電層上表面通過金屬蒸鍍的方法制備η型電極和P型電極； 步驟6:在金屬導(dǎo)電層表面未制作P型電極部分壓一個(gè)透明剛性基板； 步驟7:連通η型電極和P型電極，完成應(yīng)力傳感器的制備。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述η型層和P型層均為III/V族、IV/VI族二元、三元及四元半導(dǎo)體化為物半導(dǎo)體合金材料，所述P型層的厚度在IOnm-1 μ m之間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，多量子阱包括m個(gè)氮化銦鎵量子阱與m+1個(gè)氮化鎵量子勢(shì)壘，且每個(gè)氮化銦鎵量子阱上下兩側(cè)都有一個(gè)氮化鎵量子勢(shì)壘，其中m > 1，O ^ y ^ I。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述納米小球陣列可以是聚苯乙烯球、二氧化硅球、PDMS球、氧化鋁球、氯化銫球、Ni球或Ag球。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟2中采用ICP刻蝕，刻蝕氣體為Cl基氣體，并將刻蝕后的納米柱LED陣列放于高溫濃硫酸和磷酸混合溶液中腐蝕，腐蝕溫度為200-400。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟3中填充的透明材料為玻璃、塑料、樹脂、硅膠、氧化硅或陶瓷。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬導(dǎo)電層為金屬材料或以石墨烯、碳納米管、11'0、620320、金屬納米線陣列作為導(dǎo)電膜的導(dǎo)電材料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟6中所述透明剛性基板可以是透明塑料、金屬或陶瓷板。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)外部壓力施加在所述剛性基板上時(shí)，通過從剛性基板出射的光顏色變化判斷外界壓力的變化。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述η型層和P型層由氮化鎵材料制成。
【文檔編號(hào)】H01L41/22GK103794714SQ201410044167
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月30日
【發(fā)明者】魏同波, 吳奎, 王軍喜, 曾一平, 李晉閩 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所