【摘 要】
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氮化镓（Gallium Nitride,GaN）作为一种具有高热导率、高强度、高抗辐射和高稳定性特点的半导体材料,被广泛应用于发光二极管（Light-Emitting Diode,LED）上。同时,GaN及其合金具有吸收和辐射高能光子的能力,也适用于光探测器（Photodetector,PD）。蓝宝石衬底具有透明、折射率大的特点,适用于光的传导。基于此,本文提出一种基于蓝宝石衬底的单片倒装GaN
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氮化镓（Gallium Nitride,GaN）作为一种具有高热导率、高强度、高抗辐射和高稳定性特点的半导体材料,被广泛应用于发光二极管（Light-Emitting Diode,LED）上。同时,GaN及其合金具有吸收和辐射高能光子的能力,也适用于光探测器（Photodetector,PD）。蓝宝石衬底具有透明、折射率大的特点,适用于光的传导。基于此,本文提出一种基于蓝宝石衬底的单片倒装GaN LED-PD集成器件,克服光探测器与光源无法单片集成的问题,从而开发其在水压传感的应用。本文的主要研究内容包括:（1）提出一种回字形单片倒装GaN LED-PD器件的结构设计。在同一蓝宝石衬底上外延GaN晶圆,在同质GaN晶圆上制备LED和PD,形成结构紧凑的单片倒装GaN LED-PD集成器件。（2）优化单片倒装GaN LED-PD器件的封装设计,引入铝基板和陶瓷基板等倒装芯片封装方案,实现单片倒装GaN LED-PD器件的小型化和多场景应用。（3）研究单片倒装GaN LED-PD器件的结构与性能,分析其光耦合机制和光探测性能。证明PD能够高选择性地响应片上LED光源。研究表明PD在LED中心的器件感应光电流比在LED顶点的器件提升了33%,光电转换效应达到0.2%,且与外置Si基PD有相当的响应时间和响应度。（4）通过将单片倒装GaN LED-PD器件与砂纸制备的图案化聚二甲基硅氧烷薄膜集成,得到一种高灵敏度、高稳定性、低成本的光电水压传感器。该水压传感器的可测范围为0～300 k Pa,灵敏度最高可达0.485μA/k Pa,响应时间大约为0.68 s,恢复时间为1.17 s。
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