[发明专利]用于环境感知的硅衬底氮化镓光子集成芯片及其制造方法

权利要求书

1.一种用于环境感知的硅衬底氮化镓光子集成芯片，其特征在于，以硅衬底氮化物晶圆为载体，包括硅衬底层和氮化物外沿层，所述氮化物外延层的顶层设有发射器和接收器，所述发射器和接收器交替排列并且以阵列形式分布，所述发射器为带有亚波长超构表面的微型光源，所述接收器为带有亚波长超构表面的光电探测器，所述氮化物外延层带有连接发射器的正电极和负电极，所述氮化物外延层带有连接接受器的正电极和负电极，所述硅衬底层与电路板进行引线连接并结合构成芯片整体。

2.根据权利要求1所述的用于环境感知的硅衬底氮化镓光子集成芯片，其特征在于，所述发射器为带有亚波长超构表面的可见光波段的微型光源，所述接收器为带有亚波长超构表面的可见光波段的光电探测器。

3.根据权利要求1或2所述的用于环境感知的硅衬底氮化镓光子集成芯片，其特征在于，所述正电极和负电极均为镍电极。

4.根据权利要求1或2所述的用于环境感知的硅衬底氮化镓光子集成芯片，其特征在于，所述正电极和负电极均为金电极。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述用于环境感知的硅衬底氮化镓光子集成芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）选取外延生长氮化物层的硅衬底晶圆，其结构从下至上依次包含硅衬底、缓冲层、氮化物外延层，所述氮化物外延层包括n型GaN层、进行电光/光电转换的多量子阱层、p型GaN层；

步骤（2）在顶层氮化物上表面蒸镀一层金属铬，作为步骤（4）刻蚀亚波长超构表面的硬质掩模层；

步骤（3）在步骤（2）蒸镀的金属铬表面旋涂一层电子束光刻胶，并进行电子束光刻，定义亚波长超构表面的图形结构，并使用硝酸铈铵和硝酸成分的铬腐蚀液将电子束光刻胶层的亚波长超构表面的图形结构转移至金属铬层上，并用有机试剂丙酮清洗去除电子束光刻胶层；

步骤（4）以图形化的金属铬作为硬质掩模，采用三五族材料反应离子刻蚀技术刻蚀p型GaN层和多量子阱层，实现亚波长超构表面；

步骤（5）顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，进行光学光刻，定义微型光源和光电探测器的有源区的图形结构，并采用三五族材料反应离子刻蚀技术，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，确定微型光源和光电探测器的有源区的图形结构；

步骤（6）在顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，进行光学光刻，定义隔离槽的图形结构，并采用三五族材料反应离子刻蚀技术，刻蚀全部氮化物外延层至硅衬底上表面，实现各个微型光源和光电探测器之间的电学隔离；

步骤（7）在顶层氮化物上表面旋涂光刻胶，进行光学光刻，定义微型光源和光电探测器的正负电极的图形结构，并利用电子束蒸镀技术沉积镍/金复合金属层；

步骤（8）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/金复合金属层进行剥离，获得阵列式微型光源和光电探测器的正负电极；

步骤（9）在硅衬底层底面与电路板进行键合，并将微型光源和光电探测器的正负电极与电路板的引脚进行引线连接，使之成为一个整体。