用于顯示設備的拓寬光譜激光二極管制造技術

提供了一種用于在MEMS激光掃描顯示設備中使用的寬光譜激光器。在一個示例中，寬光譜激光器包括具有多個量子阱的激光二極管發射器，每個量子阱具有不同光譜峰值。在另一示例中，寬光譜激光器包括具有可調諧吸收器的激光二極管發射器以實現拓寬的發射光譜。在另一示例中，寬光譜激光器包括激光二極管發射器陣列，該激光二極管發射器陣列包括具有不同光譜峰值的多個個體發射器。峰值的多個個體發射器。峰值的多個個體發射器。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于顯示設備的拓寬光譜激光二極管

技術介紹

[0001]基于激光掃描微機電系統(MEMS)的顯示器具有優于液晶顯示器(LCD)和硅基液晶(LCOS)顯示器的若干優點。這樣的優點包括更小的尺寸、更輕的重量、更低的功耗以及更高的亮度和對比度。在基于波導的激光掃描顯示器中，從激光器發射的圖像光束被耦合到一個或多個波導中。這些光束傳播通過(一個或多個)波導，同時被復制，并且然后從(一個或多個)波導出去耦合到用戶的眼睛中。

技術實現思路

[0002]提供了一種用于在MEMS激光掃描顯示設備中使用的激光二極管發射器。激光二極管發射器可以包括與第一電流或電壓源耦合的增益區段、以及與第二電流或電壓源耦合的可調諧吸收器區段。第二電流或電壓源可以被配置為提供驅動電流或電壓，該驅動電流或電壓在一段時間內掃過(sweep through)值范圍(range of values)，以引起激光二極管發射器的在其處總增益最大的波長的偏移，從而引起激光二極管發射器發射光譜拓寬的光。
[0003]另外，還提供了一種MEMS激光掃描顯示設備。MEMS激光掃描顯示器可以包括顯示器、激光光源和MEMS掃描鏡。激光光源可以包括發射器陣列，該發射器陣列包括多個激光二極管發射器。每個激光二極管發射器可以被配置為發射相應不同波長的光，從而形成具有寬帶發射光譜的寬帶光束。寬帶光束可以具有包括多個峰值的發射光譜。MEMS掃描鏡可以被配置為經由具有輸入耦合光柵和輸出耦合光柵的波導引導光束，以跨(across)顯示器實現掃描圖案，并且從而形成顯示圖像。
[0004]另外，提供了一種激光二極管發射器。激光二極管發射器可以包括襯底和形成在襯底上的多個量子阱。每個量子阱可以具有相應成分以在通電時在發射光中實現相應峰值波長，每個相應峰值波長是不同的。當激光二極管發射器被通電時，多個量子阱可以共同發出具有比由多個量子阱中的任何個體量子阱發射的光更寬的帶寬的發射光。發射光可以在整個發射光頻譜上具有多個相應峰值波長。
[0005]提供本
技術實現思路
以便以簡化的形式介紹在下面的具體實施方式中進一步描述的概念的選擇。本
技術實現思路
不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或至關重要特征，也不旨在用于限制所要求保護的主題的范圍。此外，所要求保護的主題不限于解決在本公開的任何部分中指出的任何或所有缺點的實施方式。
附圖說明
[0006]圖1示出了用于近眼顯示系統的示例性實現環境的方面。
[0007]圖2示意性地示出了圖1的近眼顯示系統的示例性配置。
[0008]圖3示出了曲線圖，該曲線圖指示來自諸如圖2的激光二極管發射器等激光二極管發射器的光輸出具有與波導的干涉條紋重疊的相干峰值。
[0009]圖4示出了由于圖3的相干峰值重疊而具有干涉條紋偽影的示例性圖像。
[0010]圖5A
?
圖5E示出了入射光譜的寬度與通過波導的輸入耦合光柵和輸出耦合光柵的
光傳輸效率和角度之間的關系，該效率和角度進而會影響諸如圖2的配置的發射光的顏色均勻性和空間重疊(spatial overlap)。
[0011]圖6是可以在圖1的系統中使用的激光二極管發射器的截面圖，該激光二極管發射器的特征在于可調諧吸收器區段和增益區段。
[0012]圖7是圖6的激光二極管發射器的發射光譜圖，示出了若干可調諧吸收器驅動電流中的每一者的增益與波長之間的關系。
[0013]圖8A
?
圖8B示出了來自常規激光器的發射光譜和來自圖6所示的激光二極管發射器的發射光譜，圖6所示的激光二極管發射器具有可調諧吸收器區段，而沒有平坦化的增益曲線。
[0014]圖9A
?
圖9C示出了諸如圖6的激光二極管發射器等激光二極管發射器的增益譜的平坦化，該激光二極管發射器使用下文關于圖11A
?
圖11B描述的變化的銦摻入技術。
[0015]圖10是可以在圖1的系統中使用的激光二極管陣列的透視圖，該激光二極管陣列將由半導體材料形成的激光二極管發射器并入在具有變化的表面法線角的表面上，從而改變半導體材料的成分，這進而導致來自每個發射器的發射光譜發生變化。
[0016]圖11A
?
圖11B示出了例如圖10或圖12所示的配置的激光二極管陣列的發射光譜的拓寬。
[0017]圖12示出了可以在圖1的系統中使用的激光二極管陣列，該激光二極管陣列包括多個激光二極管發射器，該激光二極管發射器被配置為具有相同增益材料但具有不同反射或損耗分布，以使發射器以不同波長發出激光(lasing)。
[0018]圖13是可以在圖1的系統中使用的激光二極管發射器的示例性配置的截面側視圖，該激光二極管發射器具有沉積在襯底上的多個層。
[0019]圖14示出了常規激光二極管發射器的發射光譜和圖13所示的配置的激光二極管發射器的發射光譜。
[0020]圖15是示出通過退火來修改激光二極管堆疊體并且在其上沉積應變誘導層以制造圖13的激光二極管發射器的示意圖。
[0021]圖16示出了用于制造圖13的激光二極管發射器的示例性配置的工藝流程。
[0022]圖17示出了圖13的激光二極管發射器的示例性配置的透視圖和側視圖。
[0023]圖18示出了圖6的激光二極管發射器的示例性配置，該激光二極管發射器的特征在于在沿波導的外延生長之前的空間地不同的襯底表面鄰角(vicinal angle)。
[0024]圖19A
?
圖19C示出了圖6的激光二極管發射器的配置，該激光二極管發射器的特征在于沿波導的量子阱混合，以改變沿波導的增益材料帶隙，并且從而實現具有光譜拓寬的增益的激光二極管發射器。
[0025]圖20A
?
圖20C示出了圖6的激光二極管發射器的示例性配置，該激光二極管發射器的特征在于在沿激光二極管發射器的波導的外延生長之前的圖案化的襯底。
[0026]圖21示出了根據本公開的一個實施例的方法的流程圖。
[0027]圖22示出了根據本公開的另一實施例的方法的流程圖。
[0028]圖23示出了根據本公開的又一實施例的方法的流程圖。
[0029]圖24示出了圖1的近眼顯示系統可以根據其來實現的示例性計算環境的示意圖。
具體實施方式
[0030]與基于諸如自發發射的光發射過程來工作的諸如發光二極管(LED)的其他類型的光源相比，激光器通過受激發射產生光。通常，激光的受激發射在激光設備的腔中創建具有相同相位、頻率和行進方向的光子，光子處于增益接近最大值的波長。因此，與諸如LED的其他類型的光源相比，受激發射過程通常會導致激光的光譜帶寬更窄。
[0031]激光中較窄的光譜可能在顯示應用中潛在地引起若干挑戰。例如，較窄的光譜可能會在基于波導的顯示器中導致高對比度條紋偽影。在基于波導的激光掃描顯示器中，存在無數(例如，數百萬條)光路，這些光路是由傳播通過波導和光柵結構(例如，表面起伏光柵SRG)的圖像光束本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種激光二極管發射器陣列，包括：襯底；第一半導體層，直接或間接沉積在所述襯底上；量子阱層中的多個量子阱層區段，直接或間接沉積在所述第一半導體層上并且具有基本均勻的外延結構，所述量子阱層區段中的每個量子阱層區段在通電時在發射光中具有相應峰值波長，每個相應峰值波長是不同的；以及第二半導體層，直接或間接沉積在所述量子阱層上，其中當所述激光二極管發射器陣列通電時，所述多個量子阱層區段共同發出發射光，所述發射光具有比由所述多個量子阱層區段中的任何個體量子阱層區段發射的光更寬的帶寬，并且所述發射光在整個發射光頻譜上包括多個相應峰值波長。2.根據權利要求1所述的激光二極管發射器陣列，其中每個量子阱層區段的不同的相應峰值波長是由于量子阱混合，所述量子阱混合通過所述量子阱層中的每個量子阱層區段與所述第一半導體層和/或所述第二半導體層之間的組成原子的相互擴散進行。3.根據權利要求2所述的激光二極管發射器陣列，其中所述相互擴散是至少部分通過具有厚度不同的多個段的應變誘導薄膜層的施加、在預定溫度處的退火、以及所述應變誘導薄膜層的去除而實現的熱相互擴散。4.根據權利要求3所述的激光二極管發射器陣列，其中所述襯底限定水平平面，并且所述多個量子阱層區段空間地水平分布并且平行于所述平面。5.根據權利要求4所述的激光二極管發射器陣列，其中所述應變誘導層的所述多個段中的每個段在退火之前和在去除之前被定位在所述多個量子阱層區段中的對應量子阱層區段上方，從而基于位于每個量子阱層區段上方的對應段的相應厚度來改變每個量子阱層區段內的所述相互擴散。6.根據權利要求1所述的激光二極管發射器陣列，其中所述量子阱層具有基本均勻的外延結構。7.根據權利要求1所述的激光二極管發射器陣列，還包括：在所述第一半導體層與所述量子阱層之間的外延沉積的包覆層和/或波導層中的一者或多者。8.根據權利要求1所述的激光二極管發射器陣列，還包括：在所述量子阱層與所述第二半導體層之間的外延沉積的包覆層和/或波導層中的一者或多者。9.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S，
申請(專利權)人：微軟技術許可有限責任公司，
類型：發明
國別省市：