用于显示设备的拓宽光谱激光二极管制造技术

提供了一种用于在MEMS激光扫描显示设备中使用的宽光谱激光器。在一个示例中，宽光谱激光器包括具有多个量子阱的激光二极管发射器，每个量子阱具有不同光谱峰值。在另一示例中，宽光谱激光器包括具有可调谐吸收器的激光二极管发射器以实现拓宽的发射光谱。在另一示例中，宽光谱激光器包括激光二极管发射器阵列，该激光二极管发射器阵列包括具有不同光谱峰值的多个个体发射器。峰值的多个个体发射器。峰值的多个个体发射器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于显示设备的拓宽光谱激光二极管

技术介绍

[0001]基于激光扫描微机电系统(MEMS)的显示器具有优于液晶显示器(LCD)和硅基液晶(LCOS)显示器的若干优点。这样的优点包括更小的尺寸、更轻的重量、更低的功耗以及更高的亮度和对比度。在基于波导的激光扫描显示器中，从激光器发射的图像光束被耦合到一个或多个波导中。这些光束传播通过(一个或多个)波导，同时被复制，并且然后从(一个或多个)波导出去耦合到用户的眼睛中。

技术实现思路

[0002]提供了一种用于在MEMS激光扫描显示设备中使用的激光二极管发射器。激光二极管发射器可以包括与第一电流或电压源耦合的增益区段、以及与第二电流或电压源耦合的可调谐吸收器区段。第二电流或电压源可以被配置为提供驱动电流或电压，该驱动电流或电压在一段时间内扫过(sweep through)值范围(range of values)，以引起激光二极管发射器的在其处总增益最大的波长的偏移，从而引起激光二极管发射器发射光谱拓宽的光。
[0003]另外，还提供了一种MEMS激光扫描显示设备。MEMS激光扫描显示器可以包括显示器、激光光源和MEMS扫描镜。激光光源可以包括发射器阵列，该发射器阵列包括多个激光二极管发射器。每个激光二极管发射器可以被配置为发射相应不同波长的光，从而形成具有宽带发射光谱的宽带光束。宽带光束可以具有包括多个峰值的发射光谱。MEMS扫描镜可以被配置为经由具有输入耦合光栅和输出耦合光栅的波导引导光束，以跨(across)显示器实现扫描图案，并且从而形成显示图像。
[0004]另外，提供了一种激光二极管发射器。激光二极管发射器可以包括衬底和形成在衬底上的多个量子阱。每个量子阱可以具有相应成分以在通电时在发射光中实现相应峰值波长，每个相应峰值波长是不同的。当激光二极管发射器被通电时，多个量子阱可以共同发出具有比由多个量子阱中的任何个体量子阱发射的光更宽的带宽的发射光。发射光可以在整个发射光频谱上具有多个相应峰值波长。
[0005]提供本
技术实现思路
以便以简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或至关重要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
[0006]图1示出了用于近眼显示系统的示例性实现环境的方面。
[0007]图2示意性地示出了图1的近眼显示系统的示例性配置。
[0008]图3示出了曲线图，该曲线图指示来自诸如图2的激光二极管发射器等激光二极管发射器的光输出具有与波导的干涉条纹重叠的相干峰值。
[0009]图4示出了由于图3的相干峰值重叠而具有干涉条纹伪影的示例性图像。
[0010]图5A
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图5E示出了入射光谱的宽度与通过波导的输入耦合光栅和输出耦合光栅的
光传输效率和角度之间的关系，该效率和角度进而会影响诸如图2的配置的发射光的颜色均匀性和空间重叠(spatial overlap)。
[0011]图6是可以在图1的系统中使用的激光二极管发射器的截面图，该激光二极管发射器的特征在于可调谐吸收器区段和增益区段。
[0012]图7是图6的激光二极管发射器的发射光谱图，示出了若干可调谐吸收器驱动电流中的每一者的增益与波长之间的关系。
[0013]图8A
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图8B示出了来自常规激光器的发射光谱和来自图6所示的激光二极管发射器的发射光谱，图6所示的激光二极管发射器具有可调谐吸收器区段，而没有平坦化的增益曲线。
[0014]图9A
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图9C示出了诸如图6的激光二极管发射器等激光二极管发射器的增益谱的平坦化，该激光二极管发射器使用下文关于图11A
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图11B描述的变化的铟掺入技术。
[0015]图10是可以在图1的系统中使用的激光二极管阵列的透视图，该激光二极管阵列将由半导体材料形成的激光二极管发射器并入在具有变化的表面法线角的表面上，从而改变半导体材料的成分，这进而导致来自每个发射器的发射光谱发生变化。
[0016]图11A
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图11B示出了例如图10或图12所示的配置的激光二极管阵列的发射光谱的拓宽。
[0017]图12示出了可以在图1的系统中使用的激光二极管阵列，该激光二极管阵列包括多个激光二极管发射器，该激光二极管发射器被配置为具有相同增益材料但具有不同反射或损耗分布，以使发射器以不同波长发出激光(lasing)。
[0018]图13是可以在图1的系统中使用的激光二极管发射器的示例性配置的截面侧视图，该激光二极管发射器具有沉积在衬底上的多个层。
[0019]图14示出了常规激光二极管发射器的发射光谱和图13所示的配置的激光二极管发射器的发射光谱。
[0020]图15是示出通过退火来修改激光二极管堆叠体并且在其上沉积应变诱导层以制造图13的激光二极管发射器的示意图。
[0021]图16示出了用于制造图13的激光二极管发射器的示例性配置的工艺流程。
[0022]图17示出了图13的激光二极管发射器的示例性配置的透视图和侧视图。
[0023]图18示出了图6的激光二极管发射器的示例性配置，该激光二极管发射器的特征在于在沿波导的外延生长之前的空间地不同的衬底表面邻角(vicinal angle)。
[0024]图19A
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图19C示出了图6的激光二极管发射器的配置，该激光二极管发射器的特征在于沿波导的量子阱混合，以改变沿波导的增益材料带隙，并且从而实现具有光谱拓宽的增益的激光二极管发射器。
[0025]图20A
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图20C示出了图6的激光二极管发射器的示例性配置，该激光二极管发射器的特征在于在沿激光二极管发射器的波导的外延生长之前的图案化的衬底。
[0026]图21示出了根据本公开的一个实施例的方法的流程图。
[0027]图22示出了根据本公开的另一实施例的方法的流程图。
[0028]图23示出了根据本公开的又一实施例的方法的流程图。
[0029]图24示出了图1的近眼显示系统可以根据其来实现的示例性计算环境的示意图。
具体实施方式
[0030]与基于诸如自发发射的光发射过程来工作的诸如发光二极管(LED)的其他类型的光源相比，激光器通过受激发射产生光。通常，激光的受激发射在激光设备的腔中创建具有相同相位、频率和行进方向的光子，光子处于增益接近最大值的波长。因此，与诸如LED的其他类型的光源相比，受激发射过程通常会导致激光的光谱带宽更窄。
[0031]激光中较窄的光谱可能在显示应用中潜在地引起若干挑战。例如，较窄的光谱可能会在基于波导的显示器中导致高对比度条纹伪影。在基于波导的激光扫描显示器中，存在无数(例如，数百万条)光路，这些光路是由传播通过波导和光栅结构(例如，表面起伏光栅SRG)的图像光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光二极管发射器阵列，包括：衬底；第一半导体层，直接或间接沉积在所述衬底上；量子阱层中的多个量子阱层区段，直接或间接沉积在所述第一半导体层上并且具有基本均匀的外延结构，所述量子阱层区段中的每个量子阱层区段在通电时在发射光中具有相应峰值波长，每个相应峰值波长是不同的；以及第二半导体层，直接或间接沉积在所述量子阱层上，其中当所述激光二极管发射器阵列通电时，所述多个量子阱层区段共同发出发射光，所述发射光具有比由所述多个量子阱层区段中的任何个体量子阱层区段发射的光更宽的带宽，并且所述发射光在整个发射光频谱上包括多个相应峰值波长。2.根据权利要求1所述的激光二极管发射器阵列，其中每个量子阱层区段的不同的相应峰值波长是由于量子阱混合，所述量子阱混合通过所述量子阱层中的每个量子阱层区段与所述第一半导体层和/或所述第二半导体层之间的组成原子的相互扩散进行。3.根据权利要求2所述的激光二极管发射器阵列，其中所述相互扩散是至少部分通过具有厚度不同的多个段的应变诱导薄膜层的施加、在预定温度处的退火、以及所述应变诱导薄膜层的去除而实现的热相互扩散。4.根据权利要求3所述的激光二极管发射器阵列，其中所述衬底限定水平平面，并且所述多个量子阱层区段空间地水平分布并且平行于所述平面。5.根据权利要求4所述的激光二极管发射器阵列，其中所述应变诱导层的所述多个段中的每个段在退火之前和在去除之前被定位在所述多个量子阱层区段中的对应量子阱层区段上方，从而基于位于每个量子阱层区段上方的对应段的相应厚度来改变每个量子阱层区段内的所述相互扩散。6.根据权利要求1所述的激光二极管发射器阵列，其中所述量子阱层具有基本均匀的外延结构。7.根据权利要求1所述的激光二极管发射器阵列，还包括：在所述第一半导体层与所述量子阱层之间的外延沉积的包覆层和/或波导层中的一者或多者。8.根据权利要求1所述的激光二极管发射器阵列，还包括：在所述量子阱层与所述第二半导体层之间的外延沉积的包覆层和/或波导层中的一者或多者。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：