用于低功耗显示设备的光量子环激光器制造技术

一种用于低功耗显示器的三维（３Ｄ）光量子环（ＰＱＲ）激光器，其中该ＰＱＲ激光器具有足够小的半径，以调整在ＰＱＲ激光器的给定半导体材料的增益轮廓线内的包络波长范围中离散地进行多波长振荡的振荡模式的模式问间距（ＩＭＳ），从而使得ＩＭＳ具有最大值，振荡模式的数量具有最小值。该ＰＱＲ激光器显示出依据３Ｄ环状腔结构的多波长振荡特性，并且设计为显示出比ＬＥＤ低的阈值电流且在几ｎｍ到几十ｎｍ的包络波长范围中具有多波长模式。通过调整该ＰＱＲ激光器的多波长振荡特性和ＩＭＳ，该ＰＱＲ激光器消耗的能量降低，同时保证了与ＬＥＤ相同的令人满意的颜色和高亮度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体激光器，尤其涉及一种适用于低功耗显示器的具有多波长振荡特性的光量子环(PQR)激光器。
技术介绍
在显示器领域最为突出的发光二极管(LED)主要具有诸如卓越的抗振动性、高稳定性和低功耗等优良的特性。这种LED已经得到很好的发展，从而使其具有改善的性能，例如，亮度和发射波长能在宽范围内变化以及能够进行大规模生产。由此，这种LED的应用已经扩展到整个工业领域，例如移动式显示器的背光源、高速公路上的路标、股票报价板、地铁路标板、安装在车辆内的发光器等。尤其是，为了降低能耗甚至将这种LED应用于交通信号灯。虽然LED由于其发射波长范围可按照LED所使用的增益材料，例如GaInN、GaAsP和InGaAsP而扩展，从而发射三原色的光，但是这些LED具有一个缺点，这个缺点在于，其随波长变化的半最大值全宽(FWHM)通常具有几十nm到100nm的宽波长分布，如LED的强度分布图中所示。 已经进行的研究提供了一种谐振腔二极管(RCLED)，这种谐振腔二极管通过将具有低反射率的谐振器加入到具有基本结构的LED中而制成，以便实现光的直线度和强度以及温度稳定性的改进，或者实现将FWHM降低到几nm，从而在保证亮度的同时实现功耗的降低。 本专利技术的公开 技术问题 然而，RCLED具有的缺陷在于由于谐振器具有低的品质因数(Q)，因此它与激光器相比具有极高的FWHM。 因此，需要提供一种新的低功耗显示设备，其能在保证与LED相同的令人满意的色彩和高亮度的同时表现出低功耗。 技术解决方案 因此，本专利技术的一个目的是提供一种适用于低功耗显示器的PQR激光器，该激光器与LED相比表现出低的阈值电流，同时保证了与LED相同的令人满意的色彩和高亮度。 根据本专利技术的优选实施例，提供了一种用于低功耗显示器的三维(3D)光量子环(PQR)激光器，其中该PQR激光器具有足够小的半径，以调整在PQR激光器的给定半导体材料的增益轮廓线内的包络波长范围中离散地进行多波长振荡的振荡模式的模式间间距(IMS)，从而使得IMS具有最大值。 根据本专利技术的另一个优选实施例，提供一种用于低功耗显示器的三维(3D)光量子环(PQR)激光器，其中该PQR激光器具有足够小的半径，以将在PQR激光器的给定半导体材料的增益轮廓线内的包络波长范围中离散地进行多波长振荡的振荡模式的数量调整为1。 有益效果 因此，可以用本专利技术的显示器代替用于显示设备的具有几十nm到100nm发射波长FWHM的常规LED。 附图简述 根据下面结合附图对优选实施例进行的详细描述，本专利技术的上述和其它目的以及特征将变得显而易见，在附图中， 附图说明图1和2分别示出使用环状垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等结构的三维回音壁型(WG)光量子环(PQR)激光器的横截面和部分放大视图； 图3、4和5分别示出PQR激光器的3D环状腔结构和PQR激光器中的振荡模式的CCD图像照片的示意图； 图6是描绘PQR激光器的多波长振荡光谱和通过计算得到的波长分布分析的曲线图； 图7是使用柱状坐标系示意性地描绘3D环状腔的视图； 图8是描绘GaInN/GaN蓝色LED、GaInN/GaN绿色LED和AlGaInP/GaAs红色LED的常见发射波长分布曲线图； 图9和10是描绘PQR激光器和高质量RCLED型器件的光谱的曲线图；以及 图11是描绘根据本专利技术的红色PQR激光器的振荡光谱的曲线图。 最佳实施方式 在下文中，将参照附图详细描述根据本专利技术优选实施例的适用于低功耗显示器光量子环(PQR)激光器。 参照图1和图2，其分别示出了根据本专利技术适用于低功耗显示器、使用环状垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等结构的三维回音壁型(whispering gallelry)(WG)光量子环(PQR)激光器的横截面图和部分放大视图。在图1和图2中示出的3D PQR激光器在2003年2月11日授权的美国专利No.6,519,271中充分公开了，其公开内容将以引用方式并入此处。 3D PQR激光器类似于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，但是表现出如下特性即，激光器开始振荡的阈值电流在μA到nA的范围内，显著低于LED和VCSEL的阈值电流。根据振荡光谱的属性可以将这种3D PQR激光器分类为瑞利一法布里一波罗(RFP)WG模式激光器。如图1和2中所示，3D PQR激光器是通过采用如下的工艺来制备的将具有多个量子阱例如四个量子阱的有源区18外延沉积在衬底12上，使其夹在n型分布式布拉格反射器(DBR)16和p型DBR 20之间；使用干蚀刻形成圆柱形台面；通过聚酰亚胺的平面化包围该圆柱形台面；以及将条带状的或有多个部分的p电极26加到圆柱形台面的顶部，将一个n电极10加到衬底12的下部。具体而言，衬底12由任何合适的材料制成，例如砷化镓(GaAs)、镓铟氮化物(GaInN)等，并且通常是n+掺杂的以便于随后多个层的外延生长。通常，使用任何合适的外延沉积方法，例如分子束外延(MBE)、金属有机化学汽相沉积(MOCVD)等来产生所需要的多层。这些方法使得可以进行材料层，例如砷化铝、砷化镓、铝镓砷化物等的外延沉积。应该理解，外延沉积被广泛地用来产生多层。在具有0.3μm厚度的n+GaAs缓冲层14沉积在例如可以由n+GaAs制成的衬底12上之后，具有两个不同折射率的许多层相互堆叠，即一层在另一层之上，从而形成n型DBR 16。也就是说，如图2中所示，将41个AlxGa1-xAs的低层16-L和40个AlyGa1-yAs的高层16-H交替沉积以形成n型DBR 16，其中0≤x，y≤1，x和y分别优选0.9和0.3。AlxGa1-xAs优选具有相对低的折射率，AlyGa1-yAs优选具有相对高的折射率，从而使得具有相对低的折射率的低层16-L可以邻近有源区18。n型DBR16的每一层是四分之一波长λn/4厚，其中波长λn(＝λ/n)是VCSEL模式下发射的激光辐射在该层中的波长，λ是激光辐射的自由空间波长，n是AlxGa1-xAs或AlyGa1-yAs的折射率。如图2中所示，夹在低和高AlGaAs隔离层17和19之间的有源区18沉积在n型DBR 16上，该低和高AlGaAs隔离层17和19中的每一个厚为850，其中有源区18由四组包括具有小带隙能的AlzGa1-zAs 18-L和具有大带隙能的AlxGa1-xAs 18-H的交替层制成，其中z和x分别优选是0.11和0.3，从而在有源区18中形成由AlzGa1-zAs 18-L形成的4个量子阱。AlzGa1-zAs 18-L和AlxGa1-xAs 18-H中的每一层优选为80厚。应该注意的是，两个AlGaAs隔离层17和19以及有源区18的总垂直尺寸是VCSEL模式辐射的一个波长的厚度，两个AlGaAs隔离层17和19以及有源区18之中每一个的垂直尺寸取决于它的折射率。在上隔离层19上，具有两个不同折射率的许多层相互堆叠，从而形成了具有高得多的折射率的p型DBR 20。也就是说，如图2中所示，30个AlxGa1-xAs或AlyGa1-yAs低层20-L和30个AlyGa1-yAs高层20-H交替沉积以形成p型D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低功耗显示器的三维（３Ｄ）光量子环（ＰＱＲ）激光器，其中该ＰＱＲ激光器具有足够小的半径，以调整在该ＰＱＲ激光器的给定半导体材料的增益轮廓线内的包络波长范围中离散地进行多波长振荡的振荡模式的模式间间距（ＩＭＳ），从而使得所述ＩＭＳ具有最大值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：权五大，裴重佑，安成宰，金东权，
申请(专利权)人：学校法人浦项工科大学校，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]