具有基于非线性频率转换的集成光学器件的单片光源制造技术

一种半导体光源，其包括平面光学部件，该平面光学部件将在谐振腔中发射的长波长(例如红外)光聚焦到非线性晶体中，该非线性晶体然后通过倍频将长波长的光转换为具有较短波长的光(例如可见光)。非线性晶体上的波长选择性反射层将长波长的光反射回谐振腔中以形成外腔，并将具有较短波长的光从外腔透射出去。谐振腔包括以高效率发射长波长的光的有源区域。平面光学部件包括形成在半导体层中的微透镜或形成在非线性晶体中的梯度折射率透镜。或形成在非线性晶体中的梯度折射率透镜。或形成在非线性晶体中的梯度折射率透镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有基于非线性频率转换的集成光学器件的单片光源
[0001]背景
[0002]半导体发光设备(例如发光二极管(LED)、微LED(micro
‑
LED)、谐振腔LED(RCLED)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和垂直外腔面发射激光器(VECSEL))将电能转换为光能，并提供比其他光源更多的益处，例如减小尺寸、改进耐用性和提高效率。半导体发光设备可以用作许多显示系统(例如电视、计算机显示器、膝上型计算机、平板计算机、智能手机、投影系统和可穿戴电子设备)中的光源。例如，可以使用发射不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的光的微LED或VCSEL来形成显示系统(例如近眼显示系统)的子像素。发射红外光的微LED可以用来照亮眼睛以进行眼睛跟踪。微LED、VCSEL和其他半导体发光设备还可以部署在各种传感器系统(例如用于深度感测、三维感测、对象跟踪(例如，手部跟踪或面部跟踪)等的系统)中。
[0003]概述
[0004]本公开总体上涉及半导体发光设备。更具体地且没有限制地，本公开涉及一种半导体发光设备，该半导体发光设备包括以高效率发射较长波长(例如，近红外波段或红外波段)的光的有源区域以及平面光学部件，该平面光学部件将较长波长的光聚焦到二次谐波产生(SHG)晶体中，该二次谐波产生晶体然后可以将较长波长的光转换成具有较短波长的光(例如，可见光)。平面光学部件可以包括例如形成在半导体层中的微透镜或形成在SHG晶体中的梯度折射率(GRIN)透镜。可以使用半导体处理技术(例如外延生长和横向氧化或湿法蚀刻)来制造平面光学部件。本文描述了各种创新的实施例，包括设备、系统、方法、材料、工艺等。
[0005]在本专利技术的一个方面，提供了一种半导体光源，该半导体光源包括谐振腔，该谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜各自包括相应的一组半导体层；半导体发光区域，该半导体发光区域位于谐振腔中，并被配置为发射红外光；平面透镜，该平面透镜包括多个半导体层，并被配置为聚焦从半导体发光区域发射的红外光；非线性晶体，该非线性晶体被配置为通过二次谐波产生将由平面透镜聚焦的红外光转换为可见光；以及选择性反射层，该选择性反射层位于非线性晶体上，并被配置为：将红外光反射回谐振腔中以形成外腔；以及将可见光从半导体光源透射出去。
[0006]在半导体光源的一些实施例中，平面透镜可以在谐振腔中。在一些实施例中，平面透镜可以在谐振腔和非线性晶体之间，或者在非线性晶体中。在一些实施例中，谐振腔和谐振腔中的半导体发光区域可以形成锁模激光器，该锁模激光器可以发射短脉冲光。
[0007]在一些实施例中，多个半导体层中的每个半导体层可以包括第一横向区域和第二横向区域，其中第一横向区域和第二横向区域可以由不同的相应折射率来表征；并且多个半导体层中的每个半导体层中的第一横向区域可以由不同的横向尺寸来表征。在一些实施例中，第二横向区域可以包括氧化物区域、气隙或填充材料，而第一横向区域可以包括未氧化半导体区域。
[0008]在一些实施例中，多个半导体层中的每个半导体层中的第一横向区域可以包括具有不同的相应组成的第一半导体材料。多个半导体层中的每个半导体层中具有不同的相应
组成的第一半导体材料可以由不同的相应横向氧化速率或横向蚀刻速率来表征。在一些实施例中，多个半导体层中的每个半导体层中的第一横向区域可以包括Al
x
Ga1‑
x
As并且可以由大于0.7的不同的相应x值来表征。在一些实施例中，多个半导体层中的每个半导体层中的第一横向区域可以包括(Al
x
Ga1‑
x
)
0.5
In
0.5
P并且可以由不同的相应x值来表征。
[0009]在一些实施例中，多个半导体层可以在相邻的外延层中。在一些实施例中，多个半导体层可以与包括第二半导体材料的多个中间层交错。在一些实施例中，多个半导体层和多个中间层可以形成抗反射结构。
[0010]在一些实施例中，第一反射镜可以包括由第一反射率表征的第一分布式布拉格(Bragg)反射器，而第二反射镜可以包括由低于第一反射率的第二反射率表征的第二分布式布拉格反射器。在一些实施例中，非线性晶体可以包括LiNbO3、KNbO3、KTP、BBO、KDP、LBO、KTO或BTO。在一些实施例中，半导体光源可以包括在选择性反射层上的微透镜。
[0011]在一些实施例中，半导体发光区域可以包括第一包覆层、第二包覆层以及在第一包覆层和第二包覆层之间的发光层。发光层可以包括量子点结构、量子阱结构或多量子阱结构。
[0012]在本专利技术的一个方面，提供了一种可见光源，该可见光源包括半导体光源阵列，半导体光源阵列中的每个半导体光源包括：形成第一反射镜的第一组半导体层；以及形成第二反射镜的第二组半导体层，第二反射镜和第一反射镜形成谐振腔；发光区域，该发光区域位于第一组半导体层和第二组半导体层之间，并被配置为发射第一波长的光；平面透镜，该平面透镜包括多个半导体层，并被配置为聚焦由发光区域发射的第一波长的光；非线性晶体，该非线性晶体被配置为将第一波长的且由平面透镜聚焦的光转换为第二波长的光，第二波长是第一波长的一半；以及选择性反射层，该选择性反射层位于非线性晶体上，并被配置为：将所述第一波长的光反射回谐振腔中以形成外腔；以及将第二波长的光从半导体光源透射出去。
[0013]在本专利技术的一个方面，提供了一种方法，该方法包括：在基底上沉积半导体层的堆叠，半导体层的堆叠包括：形成第一反射镜的第一组半导体层；形成第二反射镜的第二组半导体层，第二反射镜和第一反射镜形成谐振腔；发光区域，该发光区域位于第一组半导体层和第二组半导体层之间，并被配置为发射红外光；以及第三组半导体层，其中第三组半导体层中的每个半导体层包括第一半导体材料，该第一半导体材料具有不同的相应组成并由不同的相应横向氧化或蚀刻速率来表征；垂直蚀刻半导体层的堆叠以暴露第三组半导体层的侧壁；横向从侧壁横向氧化或蚀刻第三组半导体层一段时间；将非线性二次谐波产生晶体耦合到半导体层的堆叠；以及在非线性二次谐波产生晶体上涂覆波长选择性反射层，波长选择性反射层被配置为：将红外光反射回谐振腔中以形成外腔；并将可见光从外腔透射出去。
[0014]本概述既不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当参照本公开内容的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。下面将在以下说明书、权利要求书和附图中更详细地描述前述内容以及其他特征和示例。
[0015]附图简述
[0016]下面参照以下附图详细地描述说明性的实施例。
[0017]图1是根据某些实施例的包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。
[0018]图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的头戴式显示器(HMD)设备形式的近眼显示器的示例的透视图。
[0019]图3是用于实现本文公开的示例中的一些示例的一副眼镜形式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体光源，包括：谐振腔，所述谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜各自包括相应的一组半导体层；半导体发光区域，所述半导体发光区域位于所述谐振腔中，并被配置为发射红外光；平面透镜，所述平面透镜包括多个半导体层，并被配置为聚焦从所述半导体发光区域发射的所述红外光；非线性晶体，所述非线性晶体被配置为通过二次谐波产生将由所述平面透镜聚焦的所述红外光转换为可见光；和选择性反射层，所述选择性反射层在所述非线性晶体上，并且被配置为：将所述红外光反射回所述谐振腔中以形成外腔；和将所述可见光从所述半导体光源透射出去。2.根据权利要求1所述的半导体光源，其中，所述平面透镜在所述谐振腔中；或所述平面透镜在所述谐振腔和所述非线性晶体之间或在所述非线性晶体中。3.根据权利要求1所述的半导体光源，其中：所述多个半导体层中的每个半导体层包括第一横向区域和第二横向区域，所述第一横向区域和所述第二横向区域由不同的相应折射率来表征；所述多个半导体层中的每个半导体层中的所述第一横向区域由不同的横向尺寸来表征；并且，可选地，其中，所述多个半导体层中的每个半导体层中的所述第一横向区域包括具有不同的相应组成的第一半导体材料。4.根据权利要求3所述的半导体光源，其中，所述多个半导体层中的每个半导体层中具有所述不同的相应组成的所述第一半导体材料由不同的相应横向氧化速率或横向蚀刻速率来表征。5.根据权利要求3所述的半导体光源，其中，所述多个半导体层中的每个半导体层中的所述第一横向区域包括：Al
x
Ga1‑
x
As并且由大于0.7的不同的相应x值来表征；或者(Al
x
Ga1‑
x
)
0.5
In
0.5
P并且由不同的相应x值来表征。6.根据权利要求3所述的半导体光源，其中：所述第二横向区域包括氧化物区域、气隙或填充材料；和所述第一横向区域包括未氧化半导体区域。7.根据权利要求3所述的半导体光源，其中，所述多个半导体层在相邻的外延层中。8.根据权利要求3所述的半导体光源，其中，所述多个半导体层与多个中间层交错，所述多个中间层包括第二半导体材料；并且，可选地，其中，所述多个半导体层和所述多个中间层形成抗反射结构。9.根据权利要求1所述的半导体光源，其中：所述第一反射镜包括由第一反射率表征的第一分布式布拉格反...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿努拉格，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：