μ m)、掺Si的η型GaN层（2. 5 μ m)、InGaN/GaN多量子阱有 源层（2nm/5nmX 5)、惨 Mg 的 AlGaN 层（200nm)和惨 Mg 的 ρ 型 GaN 层（800nm)等 GaN 基外 延层12,并在外延片生长完成后进行高温退火，以提高空穴浓度。
[0025] 2)如图2,对所述外延片进行光刻，然后采用电子束蒸发或磁控溅射方法生长分 布布拉格反射镜，再利用剥离的方法得到图形化的分布布拉格反射镜21 ;分布布拉格反射 镜由25层了&205/5丨02堆叠而成，每层介质膜厚度为1/4中心波长，反射率在99%以上。
[0026] 3)在分布布拉格反射镜一侧蒸发4 μπι的第一含金属层（Au) 31，在干净的娃片33 上蒸发第二含金属层（Au) 32 ;在真空环境、350°C，4MPa压强下将第一、第二含金层键合在 一起，如图3所示。
[0027] 4)采用激光剥离技术把蓝宝石衬底去掉，将氮化镓基外延结构转移到硅片衬底 上，并用感应耦合等离子体刻蚀方法将氮化镓基外延结构分离，如图4所示。
[0028] 5)采用与步骤2)中相同的方法制作η型金属电极51和图形化分布布拉格反射镜 52,形成完整的谐振腔结构，如图5所不。这里分布布拉格反射镜52的反射率略低于分布 布拉格反射镜21的反射率。
[0029] 6)最后在谐振腔的上反射镜表面沉积聚合物涂层61，完成气体传感器的制备，如 图6所示。
[0030] 氮化镓基谐振腔上反射镜上沉积的聚合物涂层可以是同一种聚合物，也可以是几 种不同的聚合物阵列。
[0031] GaN基外延片可以采用分子束外延、金属有机物化学气相外延、氢化物气相外延或 者磁控溅射等方法制备。
[0032] 本发明通过在氮化镓基谐振腔发光器件的上反射镜表面沉积一层特殊的聚合物 涂层来实现。这种气体传感器主要用于检测环境中有害的挥发性有机物的浓度，如甲醛和 丙酮等。由于氮化镓基材料具有稳定的机械和化学性能，因此这种传感器能够适应各种恶 劣的环境。该传感器通电工作时，在未吸收被探测气体时有一个固定的谐振发光波长λ，当 聚合物涂层吸收被探测有机气体后，聚合物层的厚度和折射率会发生改变，从而使传感器 的谐振发光波长变为λ '。根据吸收气体前后谐振波长的改变量Λ λ = λ ' -λ，就可 以确定环境中被探测有机气体的浓度。这种气体传感器的优势还在于易于实现二维阵列结 构，即通过沉积不同的聚合物涂层实现同时检测多种气体，极大地提高了检测效率并降低 了制作成本。
【主权项】
1. 一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 在蓝宝石衬底GaN基外延片上制作图形化分布布拉格反射镜，然后在表面蒸发或溅 射第一含金属层； 2) 在衬底表面蒸发或溅射第二含金属层； 3) 将第一含金属层和第二含金属层贴合，在真空或氮气氛围下键合，再通过激光剥离 技术去除蓝宝石衬底； 4) 对去除蓝宝石衬底后的GaN基外延片进行器件分离，形成二维阵列结构，接着蒸发 或溅射金属电极、分布布拉格反射镜，最后沉积聚合物涂层，完成器件制作。
2. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 1)中，所述制作图形化分布布拉格反射镜采用光刻、剥离、腐蚀或刻蚀方法。
3. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 1)中，所述分布布拉格反射镜由两种不同折射率的介质膜交错迭加而成，每层介质膜的厚 度为1/4中心波长，介质膜组合采用Ti0 2/Si0^Ta 205/Si02。
4. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 1) 中，所述第一含金属层的组成为Au、In、Sn、Cu、Pb键合金属中的至少一种或至少两种的 合金。
5. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 2) 中，所述衬底采用硅片。
6. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 2)中，所述第二含金属层的组成为Au、In、Sn、Cu、Pb键合金属中的至少一种或至少两种的 合金。
7. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 4)中，所述器件分离采用腐蚀或感应耦合等离子体刻蚀方法。
8. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 4)中，所述金属电极采用Ni/Au、Cr/Au或Ti/Au。
9. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步骤 4)中，所述金属电极、分布布拉格反射镜、聚合物涂层采用光刻、剥离、腐蚀或刻蚀方法。
10. 如权利要求1所述一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，其特征在于在步 骤4)中，所述聚合物涂层的选取取决于被探测气体，该聚合物涂层在吸收被探测气体后必 须能够引起厚度与折射率的变化，若探测丙酮，则选用聚苯乙烯。
【专利摘要】一种氮化镓基谐振腔气体传感器的制备方法，涉及气体传感器。在蓝宝石衬底GaN基外延片上制作图形化分布布拉格反射镜，然后在表面蒸发或溅射第一含金属层；在衬底表面蒸发或溅射第二含金属层；将第一含金属层和第二含金属层贴合，在真空或氮气氛围下键合，再通过激光剥离技术去除蓝宝石衬底；对去除蓝宝石衬底后的GaN基外延片进行器件分离，形成二维阵列结构，接着蒸发或溅射金属电极、分布布拉格反射镜，最后沉积聚合物涂层，完成器件制作。探测灵敏度高，易于制作成二维阵列结构，达到同时检测多种气体的目的，成本低，效率高。基于氮化镓基谐振腔结构，利用器件谐振发光波长的移动确定被检测气体含量，原理简单，制作容易且探测灵敏度高。
【IPC分类】G01N21-63
【公开号】CN104634767
【申请号】CN201510094227
【发明人】张保平, 翁国恩, 梅洋, 张江勇, 应磊莹
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月3日