CN110556458A - 一种半导体微米线及其制备方法和光纤应力传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应力传感器技术领域，尤其涉及一种半导体微米线及其制备方法和光纤应力传感器及其制备方法。本发明提供的半导体微米线，在横截面方向上，所述半导体微米线包括依次层叠设置的未掺杂的n型GaN层、多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层；所述多量子阱层为In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层。本发明还提供了一种光纤应力传感器，包括柔性衬底PET和包覆有PMMA的半导体微米线；所述包覆有PMMA的半导体微米线设置于所述柔性衬底PET的上表面。所述光纤应力传感器具有较好的柔性、生物相容性、安全性和较高的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及应力传感器技术领域，尤其涉及一种半导体微米线及其制备方法和光纤应力传感器及其制备方法。
背景技术
可穿戴的传感器设备可以与柔软和有弹性的人体皮肤结合以监控个人的身体活动，这对于个性化健康监测、人体运动监测和人机界面之类的应用是至关重要的。为了满足上述应用的要求，可穿戴式传感器需要具备灵活、可拉伸和生物相容性的特点，以便在长期佩戴时可以像皮肤一样伸展、弯曲和扭曲。
应力传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器，可以在一定程度上满足上述应用的要求。但是传统的电子应力传感器主要是基于金属和半导体材料制备的，由于其存在很多弊端，阻碍了应力传感器的进一步应用。例如：金属电极的使用违反了生物相容性的原则；外部电源的使用，增加了器件成本；同时电子器件也极易受到电磁干扰，还存在漏电等安全性问题。
因此，如何使应力传感器同时满足柔性、生物相容性、安全和较高灵敏度的要求，成为了人们研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使应力传感器的柔性、生物相容性、安全和较高灵敏度的半导体微米线。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种半导体微米线，在横截面方向上，所述半导体微米线包括依次层叠设置的未掺杂的n型GaN层、多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层；
所述多量子阱层为In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层；
所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层包括In0.16Ga0.84N层和GaN层；
所述In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层包括In0.8Ga0.2N层和GaN层。
优选的，所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层的周期为1～100；
所述未掺杂的n型GaN层的厚度为2～3μm。
优选的，所述p型Al0.1Ga0.9N层的厚度为15～20nm；
所述p型GaN层的厚度为150～170nm。
优选的，所述半导体微米线的横截面为矩形；
所述半导体微米线的长度为0.5～5cm，所述矩形的长边的长度为3～10μm，所述矩形的短边长度为2～5μm。
本发明还提供了上述技术方案所述的半导体微米线的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上依次生长未掺杂GaN成核层、重掺杂GaN层、未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层，得到外延结构；
在所述p型GaN层表面涂覆一层光刻胶，得到光刻胶层；
将所述光刻胶层进行图形化处理，得到条纹状图案；
以所述条纹状图案为掩膜，对所述外延结构进行ICP刻蚀至漏出重掺杂GaN层，去胶，得到含有微米线条纹状阵列的中间产品；
将所述含有微米线条纹阵列的中间产品进行激光切割成长方形，所述长方形的长边与微米线的方向平行；
将切割成长方形的含有微米线条纹阵列的中间产品进行电化学腐蚀重掺杂GaN层，得到半导体微米线。
优选的，所述重掺杂GaN层的掺杂元素为Si，所述Si的掺杂浓度为9.0×1018～1.5×1019cm-3；
所述电化学腐蚀的电解液为0.3M的草酸溶液；
所述电化学腐蚀的电压为15～20V，时间为20～30min。
本发明还提供了一种光纤应力传感器，包括柔性衬底PET和包覆有PMMA的半导体微米线；
所述包覆有PMMA的半导体微米线设置于所述柔性衬底PET的上表面；
所述包覆有PMMA的半导体微米线中的半导体微米线为上述技术方案所述的半导体微米线或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的半导体微米线。
优选的，所述包覆有PMMA的半导体微米线的长度为0.5～5cm，所述矩形的长边的长度为3～10μm，所述矩形的短边长度为2～5μm。
本发明还提供了上述技术方案所述的光纤应力传感器的制备方法，包括以下步骤：
将所述半导体微米线表面包覆PMMA，得到包覆有PMMA的半导体微米线；
将所述包覆有PMMA的半导体微米线移至PET衬底表面，得到光纤应力传感器。
优选的，将所述半导体微米线表面包覆PMMA前，对所述半导体微米线进行预处理；
所述预处理为将所述半导体微米线进行抛光。
本发明提供了一种半导体微米线，在横截面方向上，所述半导体微米线包括依次设置的未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层。本发明所述的半导体微米线由于其一维结构，具有可弯曲、尺度小的优势，其可弯曲性能优于传统的应力探测器；利用半导体微米线的光传输特性，进一步解决所述半导体微米线在应用至光纤应力传感器之后光纤应力传感器的生物相容性的问题；In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层的设置，会使应力传感器不仅会对激发光源光进行传输，多量子阱也会发光；在较小的压力应变情况下，激发光发光峰位和强度会有较好的改变，同时也提高了光纤应力传感器的灵敏度。
本发明还提供了一种光纤应力传感器，包括柔性衬底PET和包覆有PMMA的半导体微米线；所述包覆有PMMA的半导体微米线设置于所述柔性衬底PET的上表面。
根据实施例的记载，本发明所述的光纤应力传感器具有较好的柔性、生物相容性、安全和较高的灵敏度。
附图说明
图1为半导体微米线的结构示意图；
图2为光纤应力传感器的结构示意图；
图3为测试例中测试光纤应力传感器压电性能过程中的测试光路示意图；
图4为实施例1制备得到的光纤应力传感器在较小范围的应力作用下，发光强度与应力的关系图；
图5为实施例1制备得到的光纤应力传感器在较小范围的应力作用下，发光峰位与应力的关系图。
具体实施方式
本发明提供了一种半导体微米线，在横截面方向上，所述半导体微米线包括依次层叠设置的未掺杂的n型GaN层、多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层；
所述多量子阱层为In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层；
所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层包括In0.16Ga0.84N层和GaN层；
所述In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层包括In0.8Ga0.2N层和GaN层。
在本发明中，所述未掺杂的n型GaN层的厚度优选为2～3μm，更优选为2μm。在本发明中，所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层统称为多量子阱层；所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层优选为依次层叠设置的In0.16Ga0.84N层和GaN层；所述In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层优选为依次层叠设置的In0.16Ga0.84N层和GaN层；其中一层In0.16Ga0.84N层或一层In0.8Ga0.2N层和一层GaN层构成一个周期；所述多量子阱层的周期优选为1～100，更优选为5～80，最优选为6～20；所述In0.16Ga0.84N层的厚度优选为0.5～50nm，更优选为2.5～40nm，最优选为3.0～10nm；所述GaN层的厚度优选为1.5～150nm，更优选为7.5～120nm，最优选为10～30nm。在本发明中，所述p型Al0.1Ga0.9N层的厚度优选为15～20nm，更优选为18～20nm，最优选为20nm。在本发明中，所述p型GaN层的厚度优选为150～170nm，更优选为160～170nm，最优选为170nm。
在本发明中，将所述未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层的厚度设置在各自的范围内，可以保证LED微米线的具有较好的晶体质量。
在本发明中，所述半导体微米线的横截面的短边的长度优选为所述未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层的厚度之和；具体的优选为2～5μm，更优选为2.2～3.6μm，最优选为2.3μm，所述半导体微米线的横截面的长边的长度优选为3～10μm，更优选为3～5μm，最优选为5μm，所述半导体微米线的长度优选为0.5～5cm，更优选为1～3cm，最优选为1～2cm。
本发明还提供了上述技术方案所述的半导体微米线的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上依次生长未掺杂GaN成核层、重掺杂GaN层、未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层，得到外延结构；
在所述p型GaN层表面涂覆一层光刻胶，得到光刻胶层；
将所述光刻胶层进行图形化处理，得到条纹状图案；
以所述条纹状图案为掩膜，对所述外延结构进行ICP刻蚀至漏出重掺杂GaN层，去胶，得到含有微米线条纹状阵列的中间产品；
将所述含有微米线条纹阵列的中间产品进行激光切割成长方形，所述长方形的长边与微米线的方向平行；
将切割成长方形的含有微米线条纹阵列的中间产品进行电化学腐蚀重掺杂GaN层，得到半导体微米线。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明在衬底上依次生长未掺杂GaN成核层、重掺杂GaN层、未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层，得到外延结构。
在本发明中，所述衬底优选为蓝宝石衬底；所述重掺杂GaN层的掺杂元素优选为Si，所述Si的掺杂浓度优选为9.0×1018～1.5×1019cm-3，更优选为1.0×1019cm-3。
在本发明中，生长未掺杂GaN成核层、重掺杂GaN层、未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层的方法优选为MOCVD法；在本发明中，采用MOCVD法生长未掺杂GaN成核层时，生长温度优选为480℃，气压优选为40Torr；采用MOCVD法生长重掺杂GaN层、未掺杂的n型GaN层、p型Al0.1Ga0.9N层或p型GaN层时，生长温度优选为980℃，气压优选为40Torr；采用MOCVD法生长多量子阱层时，生长温度优选为700℃，气压优选为200Torr。
得到外延结构后，本发明在所述p型GaN层表面涂覆一层光刻胶，得到光刻胶层；在本发明中，所述光刻胶层的厚度优选为2～4μm，更优选为3μm。在本发明中，所述涂覆优选为旋涂，本发明对所述旋涂的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的旋涂条件进行即可；本发明对所述光刻胶的选择也没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的光刻胶的选择原则进行选择即可。
得到光刻胶层后，本发明将所述光刻胶层进行图形化处理，得到条纹状图案；所述图形化处理的过程优选为将条纹掩板对光刻胶层进行紫外曝光处理后，放入显影液中进行浸泡处理和烘干。在本发明中，所述紫外曝光优选为：在9mW的紫外光灯下曝光10s。
在本发明中，所述显影液优选为AZ400K；所述浸泡处理的时间优选为80～100s，更优选为85～95s，最优选为90s；本发明对所述烘干的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的烘干条件进行即可。
得到条纹状图案后，本发明以所述条纹状图案为掩膜，对所述外延结构进行ICP刻蚀至漏出重掺杂GaN层，去胶，得到含有微米线条纹状阵列的中间产品；在本发明中，所述ICP刻蚀过程中使用的气体优选为Cl2、BCl3和N2的混合气，所述Cl2、BCl3和N2的流量之比优选为8:1:2；所述ICP刻蚀的功率优选为650～750W，更优选为680～720W，最优选为700W；所述ICP刻蚀的压强优选为4～6mTorr，更优选为5mTorr。所述ICP刻蚀的时间优选为20～30min，更优选为22～28min，最优选为25min。本发明对所述刻蚀的深度没有任何特殊的限定，保证刻蚀后漏出重掺杂GaN层即可；即所述刻蚀的深度大于所述半导体微米线的横截面的短边长度，所述刻蚀的深度减去所述半导体微米线的横截面的短边长度的值优选为0.2μm或0.7μm。
在本发明中，所述去胶优选为将刻蚀后的产品置于丙酮中进行超声处理；本发明对所述的超声的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的频率进行超声即可，所述超声的时间优选为5～10min，更优选为6～9min，最优选为7～8min。
去胶后，本发明优选对去胶后的产品进行进一步的清洗，本发明对所述清洗没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗过程将剩余的掩膜去除即可。
得到含有微米线条纹状阵列的中间产品后，本发明将所述含有微米线条纹阵列的中间产品进行激光切割成长方形，所述长方形的长边与微米线的方向平行。本发明对所述激光切割的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可(在进行激光切割时，注意从含有微米线条纹阵列的中间产品中衬底的背面进行切割)。在本发明中，所述切割的深度优选为350～400μm，所述长方形的尺寸优选为6×18mm2。
切割完成后，将切割成长方形的含有微米线条纹阵列的中间产品进行电化学腐蚀重掺杂GaN层，得到半导体微米线。
在本发明中，进行电化学腐蚀前，优选在切割后的产品一端溅射一层金属作为电极层；所述金属的材质优选为Ag；所述电极层的电极区域的尺寸优选为6*6mm2。
在本发明中，所述电化学腐蚀的电解液优选为0.3M的草酸溶液；所述电化学腐蚀的电压优选为15～20V，更优选为16～18V，最优选为17V；时间优选为20～30min，更优选为22～28min，最优选为24～26min。
电化学腐蚀完成后，本发明优选将对剥离得到的半导体微米线粗品浸泡在去离子水中，以溶解半导体微米线上残留的草酸溶液。
本发明还提供了一种光纤应力传感器，包括柔性衬底PET和包覆有PMMA的半导体微米线；
所述包覆有PMMA的半导体微米线设置于所述柔性衬底PET的上表面；
所述包覆有PMMA的半导体微米线中的半导体微米线为上述技术方案所述的半导体微米线或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的半导体微米线。
所述光纤应力传感器的具体结构如图2所示，所述包覆有PMMA的半导体微米线优选部分悬空在所述柔性衬底PET上，本发明对所述悬空部分的长度没有任何特殊的限定；所述悬空的目的是更加有利于采集输出光；其中图2中的LED微米线光纤指的是半导体微米线。
在本发明中，包覆有PMMA的半导体微米线的长度优选为0.5～5cm，更优选为1～3cm，最优选为1～2cm，所述矩形的长边的长度优选为3～10μm，更优选为3～5μm，最优选为5μm；所述矩形的短边长度优选为2～5μm，更优选为2.2～3.6μm，最优选为2.3μm；在本发明中，所述包覆有PMMA的半导体微米线中的PMMA层的厚度忽略不计。
本发明还提供了上述技术方案所述的光纤应力传感器的制备方法，包括以下步骤：
将所述半导体微米线表面包覆PMMA，得到包覆有PMMA的半导体微米线；
将所述包覆有PMMA的半导体微米线移至PET衬底表面，得到光纤应力传感器。
本发明将所述半导体微米线表面包覆PMMA，得到包覆有PMMA的半导体微米线。在本发明中，将所述半导体微米线表面包覆PMMA前，对所述半导体微米线进行预处理；所述预处理优选为将所述半导体微米线进行抛光；所述抛光的过程优选为：在显微镜下，使用毛细管挑起单根半导体微米线，转移并固定于玻璃衬底上，然后浸入事先准备好的AZ400K溶液中，进行抛光；所述AZ400K溶液的质量浓度优选为5％，所述抛光的时间优选为15～20min，更优选为16～18min。
在本发明中，所述抛光的目的是为了去除因ICP刻蚀、电化学腐蚀而形成的粗糙表面，得到光滑的表面，所述光滑的表面有助于减小光传输过程中的损耗，减少光学损耗，提高光纤质量。
在本发明中，将所述半导体微米线表面包覆PMMA的过程优选为将所述半导体微米线浸入PMMA溶液中，取出后匀速旋转，得到包覆有PMMA的半导体微米线。
在本发明中，所述PMMA溶液的浓度优选为4％，本发明对所述半导体微米线浸入PMMA溶液中的浸入方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可；本发明对所述匀速旋转的条件也没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。在本发明中，所述匀速旋转的目的是为了确保PMMA均匀包覆在半导体微米线上。
得到包覆有PMMA的半导体微米线后，本发明将所述包覆有PMMA的半导体微米线移至PET衬底表面，得到光纤应力传感器。
在本发明中，进行转移前，优选对PET衬底进行预处理，所述预处理优选为将所述PET衬底用氧气等离子体清洗机清洗5～10min。
本发明对所述转移的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的转移方式进行即可。
在本发明中，所述包覆有PMMA的半导体微米线优选通过透明胶带固定在PET衬底表面。
下面结合实施例对本发明提供的一种半导体微米线及其制备方法和光纤应力传感器及其光纤应力传感器及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用MOCVD法，在蓝宝石衬底上依次生长未掺杂GaN成核层(480℃，40Torr，2μm)、重掺杂GaN层(980℃，40Torr，掺杂Si，掺杂浓度是1.0×1019cm-3，2.5μm)、未掺杂的n型GaN层(980℃，40Torr，2μm)、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层(700℃，200Torr，In0.16Ga0.84N的总厚度为3nm，GaN的总厚度为10nm)、p型Al0.1Ga0.9N层(980℃，40Torr，20nm)和p型GaN层(980℃，40Torr，170nm)，得到外延结构；
在所述p型GaN层的上表面旋涂一层厚度为3μm的光刻胶，得到光刻胶层；
将条纹掩板对光刻胶层进行紫外曝光(功率9mW，曝光10s)处理后，放入显影液(AZ400K)中进行浸泡处理90s和烘干，得到条纹状图案(条纹的宽度为5μm，相邻两条条纹之间的间距为5μm)；
以所述条纹状图案为掩膜，对所述外延结构进行ICP刻蚀(使用的气体为Cl2、BCl3和N2的混合气，所述Cl2、BCl3和N2的流量为40sccm、5sccmh和10sccm，功率为700W，压强为5mTorr，时间为25min)至漏出重掺杂GaN层，将刻蚀后的产品置于丙酮中超声8min去胶，得到含有微米线条纹状阵列的中间产品；
将所述含有微米线条纹阵列的中间产品进行激光切割成长方形(6*18mm)，所述长方形的长边与微米线的方向平行；
将切割成长方形的含有微米线条纹阵列的中间产品的一端溅射一层Ag作为电极层(电极层的电极区域的尺寸为6*6mm2)，在0.3M的草酸溶液中进行电化学腐蚀(电压为17V，时间为30min)重掺杂GaN层，得到半导体微米线粗品，将所述半导体微米线粗品浸泡在去离子水中，以溶解半导体微米线上残留的草酸溶液，得到半导体微米线；
在显微镜下，使用毛细管挑起单根半导体微米线，转移并固定于玻璃衬底上，然后浸入事先准备好的AZ400K溶液(5wt％)中，抛光18min；
将抛光后的半导体微米线浸入PMMA溶液(4wt％)中，取出后匀速旋转，得到包覆有PMMA的半导体微米线；
将所述包覆有PMMA的半导体微米线移至用氧气等离子清洗机清洗5min后的PET衬底表面，并用透明胶带进行固定，得到光纤应力传感器。
实施例2
采用MOCVD法，在蓝宝石衬底上依次生长未掺杂GaN成核层(480℃，40Torr，2μm)、重掺杂GaN层(980℃，40Torr，掺杂Si，掺杂浓度是1.0×1019cm-3，2.5μm)、未掺杂的n型GaN层(980℃，40Torr，2μm)、In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层(700℃，200Torr，In0.8Ga0.2N的总厚度为3nm，GaN的总厚度为10nm)、p型Al0.1Ga0.9N层(980℃，40Torr，20nm)和p型GaN层(980℃，40Torr，170nm)，得到外延结构；
在所述p型GaN层的上表面旋涂一层厚度为3μm的光刻胶，得到光刻胶层；
将条纹掩板对光刻胶层进行紫外曝光(功率9mW，曝光10s)处理后，放入显影液(AZ400K)中进行浸泡处理90s和烘干，得到条纹状图案(条纹的宽度为10μm，相邻两条条纹之间的间距为10μm)；
以所述条纹状图案为掩膜，对所述外延结构进行ICP刻蚀(使用的气体为Cl2、BCl3和N2的混合气，所述Cl2、BCl3和N2的流量为40sccm、5sccm和10sccm，功率为700W，压强为5mTorr，时间为25min)至漏出重掺杂GaN层，将刻蚀后的产品置于丙酮中超声8min去胶，得到含有微米线条纹状阵列的中间产品；
将所述含有微米线条纹阵列的中间产品进行激光切割成长方形(6*18mm)，所述长方形的长边与微米线的方向平行；
将切割成长方形的含有微米线条纹阵列的中间产品的一端溅射一层Ag作为电极层(电极层的电极区域的尺寸为6*6mm2)，在0.3M的草酸溶液中进行电化学腐蚀(电压为17V，时间为30min)重掺杂GaN层，得到半导体微米线粗品，将所述半导体微米线粗品浸泡在去离子水中，以溶解半导体微米线上残留的草酸溶液，得到半导体微米线；
在显微镜下，使用毛细管挑起单根半导体微米线，转移并固定于玻璃衬底上，然后浸入事先准备好的AZ400K溶液(5wt％)中，抛光18min；
将抛光后的半导体微米线浸入PMMA溶液(4wt％)中，取出后匀速旋转，得到包覆有PMMA的半导体微米线；
将所述包覆有PMMA的半导体微米线移至用氧气等离子清洗机清洗5min后的PET衬底表面，并用透明胶带进行固定，得到光纤应力传感器。
测试例
通过3D位移平台给实施例1所述的光纤应力传感器中的PET衬底施加应力(应力范围：-1.5％～1.5％)，然后使用光谱仪测量所述光纤应力传感器在上述应力下的光致发光情况(图3为所述测试过程的测试光路示意图)。
测试结果如图4和图5，根据图4和图5可以看出在压缩应力的情况下，随着压缩应力的不断增加，多量子阱层的能带更加倾斜，电子和空穴波函数重叠部分减小，由量子限制斯塔克效应可以推断出发光波长应发生红移，发光效率降低，即发光强度降低，与图4图5中实际测量的结果相符合；在拉伸应力的情况下，随着拉伸应力的不断增加，多量子阱层的变化分两个阶段，在开始阶段，原本倾斜的多量子阱层能带在拉伸应力的作用下会被拉平，电子空穴波函数重叠部分增加，由量子限制斯塔克效应可以推断，此时发光波长应发生蓝移，发光强度增加，但随着拉伸应力的继续增加，多量子阱层的能带会被再次向相反的方向倾斜，此时电子空穴波函数发生再次分离，由量子限制斯塔克效应可知，发光波长应发生红移，发光强度减弱，与图4图5实际测量的结果保持一致。
对实施例2的光纤应力传感器进行相同条件的测试，其测试结果与实施例1基本一致。
由以上实施例可知，本发明提供的光纤应力传感器具有较好的柔性、生物相容性、安全和较高的灵敏度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种半导体微米线，其特征在于，在横截面方向上，所述半导体微米线包括依次层叠设置的未掺杂的n型GaN层、多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层；
所述多量子阱层为In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层；
所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层包括In0.16Ga0.84N层和GaN层；
所述In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层包括In0.8Ga0.2N层和GaN层。
2.如权利要求1所述的半导体微米线，其特征在于，所述In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层的周期为1～100；
所述未掺杂的n型GaN层的厚度为2～3μm。
3.如权利要求1所述的半导体微米线，其特征在于，所述p型Al0.1Ga0.9N层的厚度为15～20nm；
所述p型GaN层的厚度为150～170nm。
4.如权利要求1～3任一项所述的半导体微米线，其特征在于，所述半导体微米线的横截面为矩形；
所述半导体微米线的长度为0.5～5cm，所述矩形的长边的长度为3～10μm，所述矩形的短边长度为2～5μm。
5.权利要求1～4任一项所述的半导体微米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上依次生长未掺杂GaN成核层、重掺杂GaN层、未掺杂的n型GaN层、In0.16Ga0.84N/GaN多量子阱层或In0.8Ga0.2N/GaN多量子阱层、p型Al0.1Ga0.9N层和p型GaN层，得到外延结构；
在所述p型GaN层表面涂覆一层光刻胶，得到光刻胶层；
将所述光刻胶层进行图形化处理，得到条纹状图案；
以所述条纹状图案为掩膜，对所述外延结构进行ICP刻蚀至漏出重掺杂GaN层，去胶，得到含有微米线条纹状阵列的中间产品；
将所述含有微米线条纹阵列的中间产品激光切割成长方形，所述长方形的长边与微米线平行；
将切割成长方形的含有微米线条纹阵列的中间产品进行电化学腐蚀重掺杂GaN层，得到半导体微米线。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述重掺杂GaN层的掺杂元素为Si，所述Si的掺杂浓度为9.0×1018～1.5×1019cm-3；
所述电化学腐蚀的电解液为0.3M的草酸溶液；
所述电化学腐蚀的电压为15～20V，时间为20～30min。
7.一种光纤应力传感器，其特征在于，包括柔性衬底PET和包覆有PMMA的半导体微米线；
所述包覆有PMMA的半导体微米线设置于所述柔性衬底PET的上表面；
所述包覆有PMMA的半导体微米线中的半导体微米线为权利要求1～4任一项所述的半导体微米线或由权利要求5或6所述的制备方法制备得到的半导体微米线。
8.如权利要求7所述的光纤应力传感器，其特征在于，所述包覆有PMMA的半导体微米线的横截面为矩形；
所述包覆有PMMA的半导体微米线的长度为0.5～5cm，所述矩形的长边的长度为3～10μm，所述矩形的短边长度为2～5μm。
9.权利要求7或8所述的光纤应力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述半导体微米线表面包覆PMMA，得到包覆有PMMA的半导体微米线；
将所述包覆有PMMA的半导体微米线移至PET衬底表面，得到光纤应力传感器。
10.权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将所述半导体微米线表面包覆PMMA前，对所述半导体微米线进行预处理；
所述预处理为将所述半导体微米线进行抛光。
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