一种双悬臂梁波导耦合光电式MEMS触觉传感器及其制作方法与流程

技术特征：

1.一种双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底中设有上下贯穿所述衬底的空腔；

发光二极管，位于所述衬底上，所述发光二极管包括发光区域，所述发光区域悬设于所述空腔上方；

光电检测二极管，位于所述衬底上，所述光电检测二极管包括光电转换区域，所述光电转换区域悬设于所述空腔上方；

第一悬臂梁波导，悬设于所述空腔上方，所述第一悬臂梁波导的固定端与所述发光二极管连接，所述第一悬臂梁波导的自由端往所述光电检测二极管方向延伸；

第二悬臂梁波导，悬设于所述空腔上方，所述第二悬臂梁波导的固定端与所述光电检测二极管连接，所述第二悬臂梁波导的自由端往所述发光二极管方向延伸，并与所述第一悬臂梁波导的自由端间隔预设距离。

2.根据权利要求1所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述发光二极管自下而上依次包括第一缓冲层、第一n型gan层、第一多量子阱层及第一p型gan层，其中，所述第一多量子阱层所在区域作为所述发光区域，所述第一p型gan层上设有第一电极，所述第一n型gan层上设有第二电极，所述第二电极与所述发光区域间隔预设距离；所述光电检测二极管自下而上依次包括第二缓冲层、第二n型gan层、第二多量子阱层及第二p型gan层，其中，所述第二多量子阱层所在区域作为所述光电转换区域，所述第二p型gan层上设有第三电极，所述第二n型gan层上设有第四电极，所述第四电极与所述光电转换区域间隔预设距离；所述第一悬臂梁波导自下而上依次包括第三缓冲层及第三n型gan层；所述第二悬臂梁波导自下而上依次包括第四缓冲层及第四n型gan层。

3.根据权利要求2所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述第一缓冲层、所述第二缓冲层、所述第三缓冲层及第四缓冲层一体化，所述第一n型gan层、所述第二n型gan层、所述第三n型gan层及所述第四n型gan层一体化。

4.根据权利要求2所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述第二电极环绕分布于所述第一多量子阱层的周围，并避开所述空腔所在区域；所述第四电极环绕分布于所述第二多量子阱层的周围，并避开所述空腔所在区域。

5.根据权利要求2所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述第一多量子阱层及所述第一p型gan层的横截面呈矩形或圆形，所述第二多量子阱层及所述第二p型gan层呈矩形或圆形。

6.根据权利要求1所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述mems触觉传感器还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖于所述发光二极管、所述光电检测二极管、所述第一悬臂梁波导及所述第二悬臂梁波导的上表面。

7.根据权利要求6所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述绝缘保护层的材质包括sio2、si3n4及聚酰亚胺中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述第一多量子阱层与所述第二多量子阱层包括ingan/gan叠层，所述第一电极与所述第三电极的材料包括ni/au叠层、pt/au叠层、ni/pt/au叠层及au/mg/au叠层中的任意一种，所述第二电极与所述第四电极的材料包括ti/al叠层、ti/al/ti/au叠层及ti/al/ni/au叠层中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器，其特征在于：所述双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器左右对称，对称轴垂直于所述第一悬臂梁的延伸方向，并位于所述第一悬臂梁与所述第二悬臂梁的中间。

10.一种双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一衬底，所述衬底上表面自下而上依次设有缓冲层、n型gan材料层、多量子阱材料层及p型gan材料层；

图形化所述p型gan材料层及所述多量子阱材料层，得到分立设置的第一多量子阱层与第二多量子阱层，以及分立设置的第一p型gan层与第二p型gan层，所述第一p型gan层位于所述第一多量子阱层上方，所述第二p型gan层位于所述第二多量子阱层上方；

形成上下贯穿所述n型gan材料层及所述缓冲层的h型隔离槽，以在所述n型gan材料层及所述缓冲层中隔离出第一悬臂梁波导及第二悬臂梁波导，所述第一悬臂梁波导与所述第二悬臂梁波导位于所述第一多量子阱层与所述第二多量子阱层之间；

形成第二电极于所述第一n型gan层上，并形成第四电极于所述第二n型gan层上；

形成第一电极于所述第一p型gan层上，并形成第三电极于所述第二p型gan层上；

形成上下贯穿所述衬底的空腔以释放所述第一悬臂梁波导及所述第二悬臂梁波导，所述空腔水平延伸至所述第一多量子阱层及所述第二多量子阱层下方；

其中：

所述第一p型gan层、所述第一多量子阱层、所述第一电极及所述第二电极构成一发光二极管的组成部分，所述第二p型gan层、所述第二多量子阱层、所述第三电极及所述第四电极构成一光电检测二极管的组成部分，所述第一悬臂梁波导的固定端与所述发光二极管连接，所述第一悬臂梁波导的自由端往所述光电检测二极管方向延伸，所述第二悬臂梁波导的固定端与所述光电检测二极管连接，所述第二悬臂梁波导的自由端往所述发光二极管方向延伸，并与所述第一悬臂梁波导的自由端间隔预设距离。

11.根据权利要求10所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于：所述第二电极环绕分布于所述第一多量子阱层的周围，并避开所述空腔所在区域；所述第四电极环绕分布于所述第二多量子阱层的周围，并避开所述空腔所在区域。

12.根据权利要求10所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于：所述第一多量子阱层及所述第一p型gan层的横截面呈矩形或圆形，所述第二多量子阱层及所述第二p型gan层呈矩形或圆形。

13.根据权利要求10所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于：还包括形成绝缘保护层的步骤，所述绝缘保护层覆盖于所述发光二极管、所述光电检测二极管、所述第一悬臂梁波导及所述第二悬臂梁波导的上表面。

14.根据权利要求13所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于：所述绝缘保护层的材质包括sio2、si3n4及聚酰亚胺中的至少一种。

15.根据权利要求10所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于：所述第一多量子阱层与所述第二多量子阱层包括ingan/gan叠层，所述第一电极与所述第三电极的材料包括ni/au叠层、pt/au叠层、ni/pt/au叠层及au/mg/au叠层中的任意一种，所述第二电极与所述第四电极的材料包括ti/al叠层、ti/al/ti/au叠层及ti/al/ni/au叠层中的任意一种。

16.根据权利要求10所述的双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器的制作方法，其特征在于：所述双悬臂梁波导耦合光电式mems触觉传感器左右对称，对称轴垂直于所述第一悬臂梁的延伸方向，并位于所述第一悬臂梁与所述第二悬臂梁的中间。

技术总结
本发明提供一种双悬臂梁波导耦合光电式MEMS触觉传感器及其制作方法，该传感器包括衬底、发光二极管、光电检测二极管、第一悬臂梁波导及第二悬臂梁波导，其中，发光二极管发出的部分光线通过第一悬臂梁波导进行传输，并通过两个悬臂梁波导之间的空气或者介质耦合到第二悬臂梁波导，最后传输到光电检测二极管转换为输出电信号，外加触觉力会改变两个波导之间的光传输耦合比，根据光电检测二极管的输出电流变化可获得触觉力信息。本发明基于力‑位移‑光‑电式检测原理，具有灵敏度高、响应速度快和抗电磁干扰能力强的优势，器件结构紧凑、体积小，构成传感阵列后具有较高分辨率。该器件可利用成熟的MEMS工艺线进行批量化加工，有利于降低生产成本。

技术研发人员：何云;刘桂芝
受保护的技术使用者：上海南麟集成电路有限公司
技术研发日：2020.08.26
技术公布日：2020.10.02