基于低功耗微米LED的可视化光电标签及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光电子技术领域，具体公开一种基于低功耗微米LED的可视化光电标签及其制备方法。本发明专利技术光电标签主要包括低功耗氮化镓或者砷化镓基可见光微米LED、射频天线、芯片、电压调节器和封装包装。氮化镓微米LED的发光波长在400nm到550nm的范围，砷化镓微米LED的发光波长在550nm到700nm的范围，微米LED的尺寸在1微米和100微米之间，功耗可以低至‑18dBm，并具备较高的发光效率，发出的光强人眼可见；射频天线用来接收标签阅读器发出的射频信号；芯片用来处理接收到的信号；电压调节器将射频信号转换为直流电源，给微米LED和芯片提供驱动电源。本发明专利技术可视化光电标签，可以用人眼识别，适用于物流跟踪、货物识别、和光纤识别等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电子
，具体涉及基于低功耗微米LED的可视化光电标签及其制备方法。
技术介绍
物联网是继计算机和互联网之后的第三次信息革命，在国际上受到了极大的重视，多个国家积极发展物联网战略。其中，物品识别标签为物联网的重要组成部分，常用的电子标签（RFID）对人眼不可见，限制了其在需要人眼识别领域的应用，包括物流跟踪、货物识别、和光纤识别等领域。本专利技术提出一种基于低功耗高效率微米LED的可视化光电标签，可以发出人眼敏感的可见光，解决了RFID标签的人眼不可见问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于低功耗微米LED的可视化光电标签及其制备方法。本专利技术提供的基于低功耗微米LED的可视化光电标签，包括低功耗氮化镓或者砷化镓基可见光微米LED、射频天线、芯片、电压调节器和封装包装；其中：所述氮化镓微米LED的发光波长在400nm到550nm的范围，砷化镓微米LED的发光波长在550nm到700nm的范围，微米LED的尺寸在1微米和100微米之间，功耗可以低至-18dBm，并且具备高效率，发出的可见光人眼可见；所述射频天线用于接收标签阅读器发出的射频信号；所述电压调节器用于将射频信号转换为直流电源，给微米LED和芯片提供驱动电源，调节器的电压根据微米LED的工作电压进行设计；所述芯片用于处理接收到的信号，识别到相应信息后可驱动微米LED发光，实现光电标签的识别功能；所述封装包装用于对上述几个元件进行封装。即在封装包装的衬底上制备射频天线、电压调节器、芯片和微米LED，微米LED的电极通过p型引线和n型引线连接到衬底上，并进一步对上述几个元件进行封装。本专利技术提出的上述基于低功耗微米LED的光电标签的制备方法，具体步骤为：对于氮化镓基LED，用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长GaN基LED外延层，主要包括n型GaN层，GaN/InGaN量子阱结构，和p型GaN层，通过调节量子阱InGaN的In组分可以调节LED的发光波长；然后沉积p型欧姆接触电极，通过反应离子刻蚀分别刻蚀掉电极和一部分GaN外延层，露出n-GaN，形成微米LED台面，退火后形成p型欧姆接触，退火也有助于修复侧壁刻蚀缺陷，用等离子体增强化学气相沉积法PECVD沉积钝化绝缘层，沉积Ti/Au作为p-GaN的控制电极，并作为n-GaN欧姆接触和控制电极；对于砷化镓基LED，用MOCVD方法在GaAs衬底生长GaAs基LED外延层，主要包括n型GaAs层，n-GaAs/AlAs分布式布拉格反射镜结构，量子阱发光层，和p型GaAs层；通过反应离子刻蚀刻蚀外延层到n型GaAs，沉积绝缘层并开孔，沉积p型电极和n型电极；在封装衬底上制备射频天线，集成电压调节器、芯片和微米LED，将LED的电极通过p型引线和n型引线连接到封装衬底上，并进一步对上述几个元件进行封装。可选的，对于氮化镓基微米LED，可以通过激光剥离，剥离掉原始蓝宝石衬底，并转移微米LED到高热导率硅衬底或者铜衬底，并对出光表面粗化，以提高出光效率。可选的，对于氮化镓基微米LED，可以使用氮化镓同质衬底生长LED外延片，并对出光表面粗化，以提高出光效率。可选的，对于氮化镓基微米LED，可以使用硅衬底生长LED外延片。可选的，对于氮化镓基微米LED，可以使用硅衬底生长LED外延片，然后剥离掉原始硅衬底，并转移微米LED到高热导率硅衬底或者铜衬底，并对出光表面粗化，以提高出光效率。可选的，对于砷化镓基微米LED，n型电极也可以沉积到衬底背面，制备为垂直结构LED。可选的，微米LED可以采取打线封装或者倒装焊接封装的形式。附图说明图1为本专利技术提供的基于低功耗微米LED的光电标签示意图。图2为本专利技术提供的正面方向发光的微米LED示意图。其制备流程包括台面刻蚀、p型欧姆接触制备、钝化绝缘层开孔、n型和p型电极制备，并使用引线封装。图3为本专利技术提供的衬底方向发光的微米LED示意图。其制备流程包括台面刻蚀、p型欧姆接触制备、钝化绝缘层开孔、衬底粗化、n型和p型电极制备，并使用共晶焊封装。图中标号：101为标签封装包装，102为射频天线，103为电压调节器，104为芯片，105为微米LED；201为衬底，202为n型无机半导体材料，203为量子阱材料，204为p型无机半导体材料，205为欧姆接触，206为绝缘层,207为p型连接电极，208为n型连接电极，209为正极引线，210为负极引线，其中，标号根据半导体材料GaN或者GaAs的不同，稍有所不同；301为衬底，302为n型半导体材料，303为量子阱材料，304为p型半导体材料，305为欧姆接触，306为绝缘层，307为p型连接电极，308为n型连接电极，309为共晶焊材料，310为共晶焊材料，311为衬底背面粗化结构，其中，标号根据半导体材料GaN或者GaAs的不同，稍有所不同。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。下面结合通过实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1如图1所示，基于低功耗微米LED的光电标签包括低功耗砷化镓基红光微米LED105、射频天线102、芯片104、电压调节器103和封装包装101。发光波长为650nm的红光微米LED制备：如图2所示，用MOCVD方法在GaAs衬底201生长GaAs基LED外延层，主要包括n型GaAs层202，n-GaAs/AlAs分布式布拉格反射镜结构203，量子阱发光层204，和p型GaAs层205；通过反应离子刻蚀刻蚀外延层到n型GaAs202，沉积绝缘层206并开孔，沉积p型电极207和n型电极208。所制备的红光微米LED的直径为10微米，在功耗为-18dBm时，具有高效率，发出的可见光仍然人眼可见。在封装衬底101上制备射频天线102，集成电压调节器103、芯片104和微米LED105，将LED的电极通过p型引线209和n型引线210连接到封装衬底上，并进一步对上述几个元件进行封装。射频天线用来接收标签阅读器发出的射频信号后，电压调节器将射频信号转换为直流电源，给微米LED和芯片提供驱动电压，芯片用来处理接收到的信号，识别到相应信息后可驱动微米LED发光，实现光电标签的识别功能。实施例2如图1所示，基于低功耗微米LED的光电标签包括低功耗氮化镓基绿光微米LED105、射频天线102、芯片104、电压调节器103和封装包装101。发光波长为520nm的绿光微米LED制备：如图2所示，用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长GaN基LED外延层，主要包括n型GaN层202，GaN/InGaN量子阱结构203，和p型GaN层204，通过调节量子阱InGaN的In组分可以调节LED的发光波长为绿光；通过激光剥离，剥离掉原始蓝宝石衬底，并转移微米LED到高热导率硅衬底或者铜衬底201；然后沉积p型欧姆接触电极Ni/Au205，通过反应离子刻蚀分别刻蚀掉Ni/Au和一部分GaN外延层，露出n-GaN202，形成微米LED台面，500摄氏度退火3分钟，形成p型欧姆接触205，退火也有助于修复侧壁刻蚀缺陷，用等离子体增强化学气相沉积法PECVD沉积0.3μm的SiO2钝化绝缘层206，沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于低功耗微米LED的可视化光电标签，其特征在于，包括：低功耗氮化镓或者砷化镓基可见光微米LED、射频天线、芯片、电压调节器和封装包装；其中：所述氮化镓微米LED的发光波长在400nm到550nm的范围，砷化镓微米LED的发光波长在550nm到700nm的范围，微米LED的尺寸在1微米和100微米之间，功耗低至‑18dBm；所述射频天线用于接收标签阅读器发出的射频信号；所述电压调节器用于将射频信号转换为直流电源，给微米LED和芯片提供驱动电源；电压调节器的电压根据微米LED的工作电压进行设计；所述芯片用于处理接收到的信号，识别到相应信息后可驱动微米LED发光，实现光电标签的识别功能；所述封装包装用于对上述几个元件进行封装。

【技术特征摘要】
1.基于低功耗微米LED的可视化光电标签，其特征在于，包括：低功耗氮化镓或者砷化镓基可见光微米LED、射频天线、芯片、电压调节器和封装包装；其中：所述氮化镓微米LED的发光波长在400nm到550nm的范围，砷化镓微米LED的发光波长在550nm到700nm的范围，微米LED的尺寸在1微米和100微米之间，功耗低至-18dBm；所述射频天线用于接收标签阅读器发出的射频信号；所述电压调节器用于将射频信号转换为直流电源，给微米LED和芯片提供驱动电源；电压调节器的电压根据微米LED的工作电压进行设计；所述芯片用于处理接收到的信号，识别到相应信息后可驱动微米LED发光，实现光电标签的识别功能；所述封装包装用于对上述几个元件进行封装。2.如权利要求1所述的基于低功耗微米LED的可视化光电标签的制备方法，其特征在于，具体步骤为:对于氮化镓基LED，用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长GaN基LED外延层，主要包括：n型GaN层，GaN/InGaN量子阱结构，以及p型GaN层，通过调节量子阱InGaN的In组分以调节LED的发光波长；然后沉积p型欧姆接触电极，通过反应离子刻蚀分别刻蚀掉电极和一部分GaN外延层，露出n-GaN，形成微米LED台面，退火后形成p型欧姆接触；用等离子体增强化学气相沉积法PECVD沉积钝化绝缘层，沉积Ti/Au作为p-GaN的控制电极，并作为n-GaN欧姆接触和控制电极；对于砷化镓基LED，用MOCVD方法在GaAs衬底生长GaAs基LED外延层，主要包括：n型GaAs层，n-GaAs/AlAs分...

【专利技术属性】
技术研发人员：田朋飞，刘冉，郑立荣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31