專利名稱：檢測元件、檢測裝置及氧濃度測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種例如適合作為氣體檢測元件或氣體檢測器等的檢測元件、檢測裝置及氧濃度測試裝置。
背景技術：
近年來，提出有各種光學化學傳感器(optical chemical sensor)的技術方案。這些傳感器的商業需求較大，例如，在不希望被氧化的食品、化學藥品領域，對光學氧傳感器有較大的需求。而且，在半導體、生物領域等產業領域，氧檢測的需求也較大。目前，作為提案的光學化學傳感器的第1背景技術，有專利文獻1所示的光學氧傳感器。此背景技術是使接收光并發光的有機色素化合物分散在透氧性聚合物 (oxygen-permeable polymer)中的技術。利用發光亮度因氧的存在而減小的現象，根據發光亮度的變化來檢測氧濃度。由于該化學傳感器可反復使用，且定量的靈敏度好，因此供化學研究室所利用。另一方面，作為一直以來廣泛使用的第背景技術：
，有使用顏色因氧的存在而改變的化學物質的氧傳感器。其廉價而且容易制造，被用于食品包裝等。第背景技術：
的氧傳感器由于廉價，因此可封入食品的每個包裝內使用。但是，由于靈敏度的定量性較差，因此僅僅能夠判斷包裝的密封是否被破壞、食品是否有發生氧化的危險。而且，從上述的用途來看，也不能期待再利用，前提是單向的化學變化并僅限1次使用。而且，由于包含有機物，因此無法在高溫環境下使用。關于此點，第1背景技術雖然如上所述可反復使用且定量的靈敏度也較好，但由于包含有機物，因此無法在高溫環境下使用。專利文獻1 日本專利公開公報特開2002-168783號
發明內容
本發明的目的在于提供一種可在高溫環境下使用的檢測元件、檢測裝置及氧濃度測試裝置。本發明所涉及的檢測元件，受激勵光激勵而產生與周圍氣氛相對應的光，以檢測所述周圍氣氛中的預先指定的氣體或液體的參數，包括基板；以及形成在所述基板上、包含具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體，其中，當所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體時，該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)發生能帶的畸變，該畸變躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，利用因該變化而在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化來表示所述氣體或液體的參數。基于此結構的檢測元件，受激勵光激勵而發出與周圍氣氛相對應的光，以檢測所述周圍氣氛中的預先指定的氣體或液體的參數(例如種類、濃度、溫度、濕度)。檢測元件在基板上設置有采用具有異質結構(heterostructure)的阱層(well layer)的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體。所述納米級的結晶結構體形成柱狀或片(壁(wall)) 狀，且最薄部可為納米級。當所述化合物半導體發光元件接收所述激勵光而發光時，如果所述預先指定的氣體或液體(被檢體)的分子或原子吸附于所述納米級的結晶結構體，則在所述阱層中帶隙(bandgap)寬度較小的結構體(材料)會發生能帶的畸變，因此該畸變使躍遷能(transition energy)(表面上的帶隙寬度)產生變化，因該變化而在所述阱層產生的光的強度(亮度)及波長會發生變化。利用該強度和該波長的至少其中之一的變化來檢測所述氣體或液體(被檢體)的指定參數。采用所述化合物半導體發光元件的所述納米級的結晶結構體由于生長溫度較高， 因此可在高溫環境下使用，并且對于多種氣體或液體(被檢體)穩定(腐蝕或變質較少)， 因此可以反復使用。尤其是當利用波長來檢測參數時，由于靈敏度惡化較少，因此定量性優異，而且不需要校正。本發明所涉及的檢測裝置，檢測預先指定的氣體或液體的參數，包括檢測元件， 在基板上設置有采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體；激勵機構，使所述化合物半導體發光元件發光；以及檢測機構，接受從所述化合物半導體發光元件發出的光，檢測該光的強度和波長的至少其中之一，其中，當所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體時，該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)發生能帶的畸變，該畸變使躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，所述檢測機構通過檢測在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化，從而檢測所述氣體或液體的參數。根據此結構，在檢測氣體或液體(被檢體)的指定參數、例如種類、濃度、溫度、濕度等的檢測裝置中，檢測元件在基板上設置有采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體。所述納米級的結晶結構體形成為柱狀或片(壁)狀，且最薄部可為納米級。當所述化合物半導體發光元件受激勵機構激勵而發光時，如果所述預先指定的氣體或液體(被檢體)的分子或原子吸附于所述納米級的結晶結構體，則在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)會發生能帶的畸變，因此該畸變使躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，因該變化而在所述阱層產生的光的強度(亮度)及波長會發生變化。 檢測機構檢測該強度及波長的至少其中之一的變化。并且，將其與預先測定的針對其強度和波長的至少其中之一的所述氣體或液體(被檢體)的指定參數值進行對照，計算實際的參數值。采用所述化合物半導體發光元件的所述納米級的結晶結構體由于生長溫度較高， 因此可在高溫環境下使用，并且對于多種氣體或液體(被檢體)穩定(腐蝕或變質較少)， 因此可以反復使用。尤其當利用波長來檢測參數時，由于靈敏度惡化較少，因此定量性優異，而且不需要校正。本發明所涉及的氧濃度測試裝置包括發光元件，包含采用具有GaN/InGaN異質結構的阱層的化合物半導體的納米級的結晶結構體，發光波長及亮度隨氣氛中的氧濃度而變化；供應部，對所述發光元件供應激勵能量；以及受光部，接收通過從所述供應部供應激勵能量而從所述發光元件發出的光。根據此結構，可在高溫環境下使用氧濃度測試裝置。
圖1是表示本發明的第1實施方式所涉及的檢測元件即氧濃度測試芯片的結構的剖視圖。圖2是表示相對于紫外激勵光的GaN納米柱的發光光譜的圖表。圖3(A)是用于說明圖1所示的氧濃度測試芯片的動作原理的圖(不存在氧氣)。 圖3(B)是用于說明圖1所示的氧濃度測試芯片的動作原理的圖(存在氧氣)。圖4是表示本發明的第2實施方式所涉及的檢測裝置即氧濃度傳感器的結構的圖。圖5是表示本發明的第2實施方式所涉及的檢測元件即氧濃度測試芯片的結構的剖視圖。圖6是表示圖4的氧濃度傳感器的電結構的框圖。圖7㈧是Ni薄膜圖案P的基本單位的俯視圖。圖7(B)是Ni薄膜圖案P的基本單位的立體圖。
具體實施例方式(第1實施方式)圖1是表示本發明的第1實施方式所涉及的檢測元件即氧濃度測試芯片1的結構的剖視圖。當從紫外光源2照射能量hvl的激勵光時，該芯片1發出能量hv2的光，利用該光的波長隨氧濃度不同而如圖2所示那樣發生變化的現象，可大致檢測氧濃度。所述芯片1的結構為，GaN納米柱(GaN nanocolumns) 4呈陣列狀形成在藍寶石基板3上。各GaN納米柱4具備η型GaN層5、GaN/InGaN異質結構的阱層(well layer)(發光層)6及ρ型GaN層7。所述GaN納米柱4例如可如下所示那樣加以制作。首先，通過電子射線蒸鍍在藍寶石基板3上蒸鍍5nm作為催化劑材料層的Ni薄膜。利用通常的光刻技術和Ar離子蝕刻等干式蝕刻技術，使所述M薄膜形成由二維光子晶體構成的衍射柵格圖案(diffraction lattice pattern)狀的Ni薄膜圖案。如圖7所示，該Ni薄膜圖案P以直徑為IOOnm的柱徑、一邊為230nm的三角形作為基本單位。然后，
MOCVD (metal organic chemical vapor deposition ^Ι/Ι^Μ^^^^Κ ) 裝置中，并將溫度設定為900°C，在此狀態下，通過供應GaN結晶生長的生長氣體即三甲基鎵(Ga(CH3)3)及氨(NH3)，使( 和N吸附在Ni薄膜圖案的表面。GaN結晶生長的( 原料為三甲基鎵，N原料為氨。所吸附的( 和N被導入Ni薄膜內，在該Ni薄膜內擴散并到達與基板1的界面，在此處彼此結合而形成GaN單晶。另一方面，直接堆積在藍寶石基板3上的( 與N無法彼此結合，因此，不會在該藍寶石基板3上形成GaN單晶。這樣，GaN單晶只在Ni薄膜與藍寶石基板3之間生長。通過使該狀態維持指定時間，形成長度為約1 μ m左右的GaN的柱狀結晶，即GaN 納米柱4。在該GaN納米柱4的頂部，存在以最初指定的柱徑排列成二維光子晶體圖案的 Ni薄膜。通過適當地保持生長條件，所述GaN納米柱4在已被確定的位置上以相同的直徑生長。在該GaN納米柱4的生長過程中，通過供應硅烷(SiH4)、三甲基銦(In(CH3)3)、二茂鎂(Cp2Mg)等，可在所述GaN納米柱4中形成η型GaN層5、阱層發光層6及ρ型GaN層7。 硅烷為用于形成η型的Si原料，三甲基銦為用于形成量子阱的h原料，二茂鎂為用于形成P型的Mg原料。在第1實施方式中，作為納米柱4的材料例示了 GaN，但并不限定于此，也可以將包含氧化物、氮化物、氮氧化物等的所有化合物半導體作為對象。另外，將有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)裝置用于納米柱4的生長，但使用分子束外延(MBE)裝置、氫化物氣相外延 (HVPE)裝置等也可以使納米柱4生長。圖3(A)及圖3(B)是用于說明如上所述構成的氧濃度測試芯片1的動作原理的圖。圖3(A)是表示沒有作為被檢體的氧氣時GaN納米柱4和其能帶(energy band)的圖。 GaN納米柱4如前所述具備η型GaN層5、GaN/InGaN異質結構的阱層6及ρ型GaN層7。 在此，阱層6的能帶圖由于表面能級(surface level)及內部壓阻(piezo resistance)的緣故，一般具有相對于平帶(flat band)傾斜的結構。如果在此狀態下通過外部激勵光產生載流子(carrier)而將電子8和空穴9供應到阱層6，則經過一定的緩和時間后，兩者結合而產生相當于帶隙能量(bandgap energy)hv2的光。接下來，圖3(B)示出存在作為被檢體的氧氣10時的GaN納米柱4和其能帶。此處的阱層6的能帶圖，除了表面能級及內部壓阻以外，還由于氧氣10吸附于GaN納米柱4 的表面而離子化，從而變成相對于平帶比不存在氧氣10時更加明顯地傾斜的結構。因此， 當通過外部激勵光產生載流子而將電子8和空穴9供應到異質結構的阱層6時，電子8和空穴9結合而產生的能量hv2與未吸附氧氣10時產生的能量hv2不同。因此，在吸附了氧氣10的情況下和未吸附氧氣10的情況下放出不同波長的光。一般而言，吸附了氧氣10時的波長與未吸附氧氣10時相比移動(shift)到長波長側。可根據該波長的移動量檢測氧氣10的濃度。圖2是相對于紫外激勵光(360nm)的GaN納米柱4的發光光譜的圖示。橫軸為波長，縱軸為標準化后的發光強度(亮度)。參照符號α 是沒有氧的真空時的數據，參照符號α 2是填充有氧氣10的環境中的數據。如前所述，可知，在氧環境下，發光光譜移動到長波長側G40 —450nm)。由于這些光譜范圍為藍色的可見光，因此可通過目視充分認識到該光譜之差。如上所述，第1實施方式的氧濃度測試芯片1受到來自紫外光源2的激勵光激勵， 產生與氧濃度相應的波長和亮度的光。該芯片1在藍寶石基板3上具備具有異質結構的阱層6的GaN納米柱4。當氧分子或原子吸附在GaN納米柱4時，在異質結構的阱層6中帶隙寬度較小的結構體(材料)發生能帶的畸變，由于該畸變躍遷能(transition energy)(表面上的帶隙寬度)產生變化，利用因該變化而在阱層6產生的光的強度(亮度)和波長的至少其中之一的變化來表示氧濃度。GaN納米柱4由于生長溫度較高，因此可在高溫環境(至少500°C )下使用，并且， 由于對于氧氣10穩定(腐蝕或變質較少)，因此可反復使用。尤其在利用波長(顏色)來檢測氧濃度時，由于靈敏度惡化較少，因此定量性優異，而且不需要校正。而且，在第1實施方式所涉及的氧濃度測試芯片1中，由阱層6產生的光(能量 hv2)如上所述被設定在可見光的區域，因此人們可通過目視立即知曉有無氧氣10的存在以及其濃度。(第2實施方式)圖4示出本發明的第2實施方式所涉及的檢測裝置即氧濃度傳感器11的結構。該傳感器11為形成筆狀的手持式的檢測裝置。在傳感器11的筆尖部設有氧濃度測試芯片 12。在傳感器11的主體部16內設有顯示測定結果的顯示部13、鍵14及后述的刷新鍵15。 通過將筆帽18套在主體部16上，可保護所述芯片12。主體部16與筆帽18通過電纜17連接。適于該傳感器11的芯片12例如如圖5所示那樣構成。GaN納米柱M呈陣列狀形成在硅基板23上。硅基板23和GaN納米柱M均具有導電性。各GaN納米柱M具備η 型GaN層25、GaN/InGaN異質結構的阱層(發光層)26以及ρ型GaN層27。通過加大ρ型 GaN層27的上部的直徑，使相鄰的ρ型GaN層27電接觸。由此，ρ型GaN層27的形狀從上方來看呈平面狀。為了對阱層26供應載流子，將ρ型電極觀連接在ρ型GaN層27上，將 η型電極四經由硅基板23連接于η型GaN層25，這些電極觀、四與外部的直流電源30連接。通過供應載流子，產生具有相當于異質結構的阱層沈的帶隙能量的能量hv3的光。該光的波長由于吸附在GaN納米柱M表面的氧分子、原子的濃度不同的原因，基于圖3中說明的原理而發生變化。圖4所示的主體部16基于上述波長的變化來計算氧濃度，并將該值顯示在顯示部13上。GaN納米柱M的制作方法與第1實施方式相同。圖6是表示所述傳感器11的電結構的框圖。通過按壓配置在主體部16的測定鍵 14，電流從作為設置在所述主體部16內的激勵機構的上述的直流電源30流到芯片12，該芯片12發光。該光通過光纖31，被主體部16內的濾光器32分光之后，由對應的光電二極管 33進行光電轉換。作為檢測機構的所述濾光器32及光電二極管33，為了對所述GaN納米柱 M的光進行分光而設有至少三種，即紅色用的濾光器32和光電二極管33、綠色用的濾光器 32和光電二極管33、以及藍色用的濾光器32和光電二極管33。作為運算機構的信號處理部34基于所述各光電二極管33的輸出來計算分光分布，并將該分光分布與預先測定并保存的氧濃度的數據進行對照，計算出實際的氧濃度，如圖4所示將其顯示在所述顯示部13。第1實施方式的氧濃度測試芯片1是目視發光的顏色(波長)來判斷氧濃度，因此只能夠大體知曉氧濃度。另一方面，在第2實施方式中由于顯示氧濃度，因此能夠高精度且定量化地知曉氧濃度。第2實施方式的結構也可在高溫環境使用。并且，由于對于氧氣 10穩定(腐蝕或變質較少)，因此可反復使用。尤其是，在如上述那樣利用波長(顏色)來檢測參數時，由于靈敏度惡化較少，因此定量性優異，而且不需要校正。通過設置光纖31及激勵光的電源線35，可使芯片12遠離內置傳感器11的剩余結構的主體部16。由于芯片12的尺寸可以設成一邊為Imm以下，因此可使內包光纖31及電源線35并支撐芯片12的導入部36細如注射針頭。由此，能夠在化學實驗室等中簡單地測定液體內的化學物質。而且，由于芯片12不含對生物有害的物質，因此可將芯片12植入生物體內。另外，應注意的是，在所述芯片12的保護用的筆帽18內，與所述芯片12相對置地設有紫外線燈37。在將筆帽18套在主體部16上的情況下，最好通過在減壓下按壓所述刷新鍵15，使電流從所述直流電源30流到該紫外線燈37從而使該紫外線燈37點亮。通過紫外線的照射，附著在芯片12的GaN納米柱M上的所述氧等的分子或原子蒸發，因此能夠進行刷新。從而能夠始終良好地保持傳感器11的靈敏度，并且可反復使用，因此可實現對環境性優異且性價比較高的傳感器。在上述說明中，主要列舉了氧濃度傳感器的示例，但可通過在GaN納米柱4、對的表面設置例如聚醚酰亞胺(PEI)來檢測CO2，通過設置半透明的鉬層來檢測H2。此外，通過在GaN納米柱4、M的表面設置半透明的金膜，也可以檢測DNA。以上是能夠檢測的物質的示例，本發明的對象被檢體并不限于02、CO2, H2, DNA,當然能夠適用于可應用本發明的原理的所有被檢體。而且，也能夠用于溫度、濕度及液體的檢測。而且，在上述說明中，作為納米級的結晶結構體，以所述GaN納米柱4、24、即柱狀的結構進行了說明，但也可以是片(壁)狀的結構。此時，最薄部可為納米級。然而，即使是相同的芯片面積，也由于納米柱的表面積較寬，因此對被檢體的吸附更為敏感，從而能夠實現高靈敏度的檢測元件。另外，日本專利公開公報特開2004-151093號公開了一種在流路的旁邊設置有微型振蕩器激光二極管的傳感器。該傳感器中，微型振蕩器激光二極管的共振條件隨流體或環境的變化而發生變化，從二極管輸出的光因該變化而發生變化，通過檢測該變化，求出濃度或溫度。但是，該傳感器被用于特殊用途，不具有通用性。在第1實施方式中對氧濃度測試芯片1進行了說明，在第2實施方式中對氧濃度傳感器11進行了說明。但是如圖2所示，將沒有氧的真空時的數據(α )與填充有氧氣10 的環境中的數據(α》進行比較可知，根據氧的有無，在阱層6產生的光的波長及亮度不同。因此，也可以不是氧濃度測試芯片1、氧濃度傳感器11，而是作為檢測是否有氧的氧有無檢測芯片、氧有無檢測傳感器的實施方式。本發明所涉及檢測元件，受激勵光激勵而產生與周圍氣氛相對應的光，以檢測所述周圍氣氛中的預先指定的氣體或液體的參數，該檢測元件包括基板；以及形成在所述基板上、采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體，其中， 當所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體時，該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)發生能帶的畸變，該畸變使躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，利用因該變化而在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化來表示所述氣體或液體的參數。基于此結構的檢測元件受激勵光激勵而發出與周圍氣氛相對應的光，以檢測所述周圍氣氛中的預先指定的氣體或液體的參數(種類、濃度、溫度、濕度)。檢測元件在基板上設置有采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體。所述納米級的結晶結構體形成柱狀或片(壁)狀，且最薄部可為納米級。當所述化合物半導體發光元件接收所述激勵光而發光時，如果所述預先指定的氣體或液體(被檢體)的分子或原子吸附于所述納米級的結晶結構體，則該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)會發生能帶的畸變，因此，該畸變使躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，因該變化而在所述阱層產生的光的強度(亮度)及波長會發生變化。利用該強度和該波長的至少其中之一的變化來檢測所述氣體或液體(被檢體)的指定參數。采用所述化合物半導體發光元件的所述納米級的結晶結構體由于生長溫度較高， 因此可在高溫環境下使用，并且對于多種氣體或液體(被檢體)穩定(腐蝕或變質較少)， 因此可以反復使用。尤其是當利用波長來檢測參數時，由于靈敏度惡化較少，因此定量性優異，而且不需要校正。在本發明所涉及的檢測元件中，在所述阱層產生的光被設定在可見光區域。根據此結構，由于來自檢測元件的光為可見光，因此人們可通過目視立即知曉被檢體(所述預先指定的氣體或液體)是否存在及其濃度。在本發明所涉及的檢測元件中，所述納米級的結晶結構體為具有GaN/InGaN異質結構的所述阱層的GaN納米柱。在本發明所涉及的檢測元件中，所述納米級的結晶結構體以直徑為IOOnm的柱徑、一邊為230nm的三角形為基本單位，所述GaN納米柱的長度為1 μ m。本發明所涉及的檢測裝置，檢測預先指定的氣體或液體的參數，包括檢測元件， 在基板上設置有采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體；激勵機構，使所述化合物半導體發光元件發光；以及檢測機構，接受從所述化合物半導體發光元件發出的光，檢測該光的強度和波長的至少其中之一，其中，當所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體時5，該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)發生能帶的畸變，該畸變使躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，所述檢測機構通過檢測在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化，從而檢測所述氣體或液體的參數。根據此結構，在檢測氣體或液體(被檢體)的指定參數例如種類、濃度、溫度、濕度等的檢測裝置中，檢測元件在基板上設置有采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體。所述納米級的結晶結構體形成柱狀或片(壁)狀，且最薄部可為納米級。當所述化合物半導體發光元件受激勵機構激勵而發光時，如果所述預先指定的氣體或液體(被檢體)的分子或原子吸附于所述納米級的結晶結構體，則該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體(材料)會發生能帶的畸變，因此，該畸變使躍遷能(表面上的帶隙寬度)產生變化，因該變化而在所述阱層產生的光的強度(亮度) 及波長會發生變化。檢測機構檢測該強度及波長的至少其中之一的變化。然后，將其與預先測定的針對其強度和波長的至少其中之一的所述氣體或液體(被檢體)的指定參數值進行對照，計算實際的參數值。采用所述化合物半導體發光元件的所述納米級的結晶結構體由于生長溫度較高， 因此可在高溫環境下使用，并且對于多種氣體或液體(被檢體)穩定(腐蝕或變質較少)， 因此可以反復使用。尤其是當利用波長來檢測參數時，由于靈敏度惡化較少，因此定量性優異，而且不需要校正。在本發明所涉及的檢測裝置中，所述納米級的結晶結構體為具有GaN/InGaN異質結構的阱層的GaN納米柱。在本發明所涉及的檢測裝置中，所述納米級的結晶結構體以直徑為IOOnm的柱徑、一邊為230nm的三角形為基本單位，所述GaN納米柱的長度為1 μ m。在本發明所涉及的檢測裝置中，所述激勵機構為使所述化合物半導體發光元件光激發(使用光致發光(photoluminescenchPL))的發光元件。在本發明所涉及的檢測裝置中，在所述納米級的結晶結構體的兩端安裝有電極， 所述激勵機構為直流電源。在本發明所涉及的檢測裝置中，所述檢測機構包括至少三個光學濾光器，對從所述化合物半導體發光元件發出的光進行分光；光電二極管，對應于所述各光學濾光器而設， 檢測通過對應的光學濾光器的光的強度；以及運算機構，基于所述各光電二極管的輸出來計算分光分布，從而計算所述預先指定的氣體或液體的參數值。
根據此結構，由于以上述分光分布為根據，因此可高精度地求出所期望的氣體或液體的參數值。本發明所涉及的檢測裝置，還包括形成筆狀且具有設置有所述檢測元件的筆尖部的主體部，在所述主體部內，設置有剩余的結構及顯示所述檢測機構的檢測結果的顯示機構。根據此結構，可實現手持式的檢測裝置。本發明所涉及的檢測裝置，還包括設在覆蓋所述筆尖部的筆帽上的紫外線產生機構。根據此結構，通過紫外線的照射使附著在檢測元件上的所述指定氣體或液體的分子或原子蒸發，從而可刷新檢測元件。本發明所涉及的氧濃度測試裝置，包括發光元件，包含采用具有GaN/InGaN異質結構的阱層的化合物半導體的納米級的結晶結構體，發光波長及亮度隨氣氛中的氧濃度而變化；供應部，對所述發光元件供應激勵能量；以及受光部，接受通過從所述供應部供應激勵能量而從所述發光元件發出的光。根據此結構，可在高溫環境下使用氧濃度測試裝置。此處，發光元件相當于實施方式中的氧濃度測試芯片1、12。供應部相當于實施方式中的紫外光源2及直流電源30。受光部相當于實施方式中的光電二極管33。在本發明所涉及的氧濃度測試裝置中，所述發光元件還包括夾著所述阱層的GaN 層，包含所述阱層和所述GaN層的結構體具有垂直形成在基板上的納米柱形狀。根據此結構，由于可擴展包含阱層和GaN層的結構體的表面積，因此可實現高靈敏度的氧濃度測試裝置。在本發明所提供的氧濃度測試裝置中，所述納米級的結晶結構體以直徑為IOOnm 的柱徑、一邊為230nm的三角形為基本單位，所述納米柱的長度為1 μ m。本發明所涉及的氧濃度測試裝置，還包括配置在所述發光元件與所述受光部之間的光路上，將從所述發光元件發出的光分成紅藍綠三色的光學濾光器，其中，所述受光部分為接收由所述光學濾光器分光的紅色光的紅光接收部、接收由所述光學濾光器分光的綠色光的綠光接收部及接收由所述光學濾光器分光的藍色光的藍光接收部，所述氧濃度測試裝置還包括基于根據所述紅光接收部、所述綠光接收部、所述藍光接收部各自的輸出而求出的分光分布來計算氧濃度的運算部。根據此結構，由于以上述分光分布為根據，因此可高精度地求出氧濃度。此處，具備光學濾光器、紅光接收部、綠光接收部及藍光接收部的單元相當于實施方式中的包含紅色用的濾光器32和光電二極管33、綠色用的濾光器32和光電二極管33及藍色用的濾光器 32和光電二極管33的單元。
權利要求
1.一種檢測元件，其特征在于，受激勵光激勵而產生與周圍氣氛相對應的光，以檢測所述周圍氣氛中的預先指定的氣體或液體的參數，所述檢測元件包括基板；以及納米級的結晶結構體，形成在所述基板上，采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件，其中，當所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體時，該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體發生能帶的畸變，該畸變使躍遷能產生變化，利用因該變化而在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化來表示所述氣體或液體的參數。
2.根據權利要求1所述的檢測元件，其特征在于在所述阱層產生的光被設定在可見光區域。
3.根據權利要求1或2所述的檢測元件，其特征在于所述納米級的結晶結構體為具有GaN/InGaN異質結構的所述阱層的GaN納米柱。
4.根據權利要求3所述的檢測元件，其特征在于所述納米級的結晶結構體以直徑為IOOnm的柱徑、一邊為230nm的三角形為基本單位，所述GaN納米柱的長度為1 μ m。
5.一種檢測裝置，其特征在于，檢測預先指定的氣體或液體的參數，所述檢測裝置包括檢測元件，在基板上設置有納米級的結晶結構體，該納米級的結晶結構體采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件；激勵機構，使所述化合物半導體發光元件發光；以及檢測機構，接受從所述化合物半導體發光元件發出的光，檢測該光的強度和波長的至少其中之一，其中，當所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體時，該納米級的結晶結構體在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體發生能帶的畸變，該畸變使躍遷能產生變化，所述檢測機構通過檢測在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化，來檢測所述氣體或液體的參數。
6.根據權利要求5所述的檢測裝置，其特征在于所述納米級的結晶結構體為具有 GaN/InGaN異質結構的阱層的GaN納米柱。
7.根據權利要求6所述的檢測裝置，其特征在于所述納米級的結晶結構體以直徑為IOOnm的柱徑、一邊為230nm的三角形為基本單位，所述GaN納米柱的長度為1 μ m。
8.根據權利要求5至7中任一項所述的檢測裝置，其特征在于所述激勵機構為使所述化合物半導體發光元件光激發的發光元件。
9.根據權利要求5至7中任一項所述的檢測裝置，其特征在于在所述納米級的結晶結構體的兩端安裝有電極，所述激勵機構為直流電源。
10.根據權利要求5至9中任一項所述的檢測裝置，其特征在于所述檢測機構包括至少三個光學濾光器，對從所述化合物半導體發光元件發出的光進行分光； 光電二極管，對應于所述各光學濾光器而設置，檢測通過對應的光學濾光器的光的強度；以及運算機構，基于所述各光電二極管的輸出來計算所述預先指定的氣體或液體的參數值。
11.根據權利要求5至10中任一項所述的檢測裝置，其特征在于還包括 主體部，形成為筆狀，并且具備設置有所述檢測元件的筆尖部，其中，在所述主體部中，設置有剩余的結構及顯示所述檢測機構的檢測結果的顯示機構。
12.根據權利要求11所述的檢測裝置，其特征在于還包括設置在覆蓋所述筆尖部的筆帽上的紫外線產生機構。
13.一種氧濃度測試裝置，其特征在于包括發光元件，包含采用具有GaN/InGaN異質結構的阱層的化合物半導體的納米級的結晶結構體，發光波長及亮度隨氣氛中的氧濃度而變化； 供應部，對所述發光元件供應激勵能量；以及受光部，接受通過從所述供應部供應激勵能量而從所述發光元件發出的光。
14.根據權利要求13所述的氧濃度測試裝置，其特征在于 所述發光元件還包含夾著所述阱層的GaN層，包含所述阱層和所述GaN層的結構體具有垂直形成在基板上的納米柱形狀。
15.根據權利要求14所述的氧濃度測試裝置，其特征在于所述納米級的結晶結構體以直徑為IOOnm的柱徑、一邊為230nm的三角形為基本單位， 所述納米柱的長度為1 μ m。
16.根據權利要求13至15中任一項所述的氧濃度測試裝置，其特征在于還包括光學濾光器，配置在所述發光元件與所述受光部之間的光路上，將從所述發光元件發出的光分成紅藍綠三色，其中，所述受光部分為接收由所述光學濾光器分光的紅色光的紅光接收部；接收由所述光學濾光器分光的綠色光的綠光接收部；以及接收由所述光學濾光器分光的藍色光的藍光接收部，所述氧濃度測試裝置還包括運算部，基于根據所述紅光接收部、所述綠光接收部、所述藍光接收部各自的輸出而求出的分光分布，來計算氧濃度。
全文摘要
本發明提供一種檢測元件，該檢測元件通過受激勵光激勵而產生與周圍氣氛相對應的光，以檢測所述周圍氣氛中的預先指定的氣體或液體的參數，包括基板以及形成在所述基板上、采用具有異質結構的阱層的化合物半導體發光元件的納米級的結晶結構體，通過所述預先指定的氣體或液體的分子或原子吸附在所述納米級的結晶結構體，使在所述阱層中帶隙寬度較小的結構體發生能帶的畸變，該畸變使躍遷能產生變化，利用因該變化而在所述阱層產生的光的強度和波長的至少其中之一的變化來表示所述氣體或液體的參數。
文檔編號G01N21/63GK102197299SQ20098014371
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月27日 優先權日2008年10月29日
發明者羅伯特·大衛·阿米蒂奇 申請人:松下電工株式會社