用于显示设备的拓宽光谱激光二极管的制作方法

用于显示设备的拓宽光谱激光二极管


背景技术：

1.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。


技术实现要素：

2.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。
3.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。
4.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。
5.提供本发明内容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。本发明内容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
6.图1示出了用于近眼显示系统的示例性实现环境的方面。
7.图2示意性地示出了图1的近眼显示系统的示例性配置。
8.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。
9.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。
10.图5a-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)。
11.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。
12.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。
13.图8a-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。
14.图9a-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-图11b描述的变化的铟掺入技术。
15.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。
16.图11a-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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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。
22.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。
23.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)。
24.图19a-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。
25.图20a-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。
26.图21示出了根据本公开的一个实施例的方法的流程图。
27.图22示出了根据本公开的另一实施例的方法的流程图。
28.图23示出了根据本公开的又一实施例的方法的流程图。
29.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
30.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。
31.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)的图像光束的多次相互作用产生的。照此，具有不同光程长度(opl)的光束之间存在无数可能的相互作用。应当理解，激光器是相干光源，其中与激光器的光学腔长度成比例的某些opl形成时间相干峰值。如果波导的opl与激光器的任何相干opl匹配，则可能会形成干涉条纹。干涉条纹可能在由基于波导的激光扫描显示器呈现的图像中创建伪影。这样的伪影可能会降低基于波导的激光扫描显示器的感知图像质量。
32.由于激光的较窄光谱而可能出现的另一潜在图像伪影是颜色不均匀性。由于激光器的通常较小的带宽和表面起伏光栅(srg)的色散特性，入射光仅在小的角度范围内在波导内耦合(衍射对波长的依赖性：θ(λ))。考虑到srg的耦合效率与角度相关，来自srg的输出耦合光束具有不同耦合效率，从而导致视场(fov)中的幅度调制伪影。另一方面，由于输入耦合角度的范围较小，来自这些角度中的每个角度的输出光束可能没有完全的(complete)空间重叠。这些伪影可能会降低由基于激光的显示应用产生的感知图像质量。
33.为了解决这些问题并且减轻诸如干涉条纹和颜色不均匀等图像伪影，图1示出了实现具有比典型激光设备更大的波长范围的激光光源的示例近眼显示系统100。如将在下面更详细讨论的，较大范围的波长可能潜在地导致较大的衍射角范围，从而使光栅效率的空间变化更平滑以及输出耦合光的空间重叠改进。
34.如本文所示，近眼显示系统100是由用户104佩戴和操作的头戴式电子设备102的组件。近眼显示系统100被配置为在用户的视场中呈现虚拟图像。在一些实施方式中，可穿戴电子设备104的用户输入组件可以使得用户能够与虚拟图像交互。在图1的示例中，可穿戴电子设备102采用眼镜的形式。在其他示例中，可穿戴电子设备102可以采取护目镜、头盔或面罩的形式。在另外其他示例中，近眼显示系统100可以是非可穿戴电子设备的组件，诸如平视显示器。然而，应当理解，本文中讨论的示例性激光光源实施方式的宽发射光谱也可以有益于其他应用，诸如例如光纤陀螺仪(fog)和光学相干断层扫描(oct)。
35.近眼显示系统100可以被配置为覆盖用户104的一只或两只眼睛，并且可以适用于单眼或双眼图像显示。在近眼显示系统100仅覆盖一只眼睛但需要双眼图像显示的示例中，可以在另一只眼睛之上布置互补近眼显示系统。在近眼显示系统覆盖双眼并且需要双眼图像显示的示例中，由近眼显示系统100呈现的虚拟图像可以被划分成分别指向右眼和左眼的右部分和左部分。在需要立体图像显示的场景中，来自左部分和右部分、或互补近眼显示系统的虚拟图像可以被配置有适当的立体视差以呈现三维主体或场景。
36.图2示出了可以被结合到图1的近眼显示系统100或其他近眼显示系统中的示例性微机电系统(mems)激光扫描显示设备200。mems激光扫描显示设备200使用激光组件201作为激光光源。激光组件201包括多个个体激光光源201l，多个个体激光光源201l可以各自发
射相关联的颜色的光。激光光源201l可以各自由一个或多个激光二极管发射器202组成。例如，红色激光光源201lr发射红色光，绿色激光光源201lg发射绿色光，并且蓝色激光光源202lb发射蓝色光。尽管仅示出了三个激光光源201l，但是应当理解，激光组件201可以包括任何合适数目的激光光源201l。例如，激光组件201可以包括0、1、2、3或多于3个红色激光光源201lr；0、1、2、3或多于3个绿色激光光源201lg；0、1、2、3或多于3个蓝色激光光源201lb；以及0、1、2、3或多于3个其他颜色的激光二极管发射器。激光二极管发射器的任何数目的组合或修改也是可用的(例如，2个红色、2个绿色、2个蓝色、或者1个红色、1个绿色、2个蓝色等)。因此，可以使用任何合适数目的激光光源来照射/照亮像素以生成图像内容。此外，每个激光光源可以具有合适数目的激光二极管发射器202，例如，激光二极管发射器202是单个的或被布置成阵列。
37.在一些(尽管不是全部的)配置中，激光器组件201还包括准直透镜组件204(或其他衍射光学元件)，准直透镜组件204被构造为将光引导到另一位置或以某种方式对光进行操作。在该示例中，激光光源201lr、201lg和201lb中的每一者具有对应的准直透镜204，分别被标记为204r、204g、204b。然而，在一些实施方式中，单个准直透镜可以用于多于一个激光光源。
38.mems激光扫描显示设备200包括组合光学器件205，组合光学器件205被配置为将从多个激光光源201lr、201lg和201lb发射的光束空间地组合成单个光束。
39.mems激光扫描显示设备200包括mems反射镜系统206，尽管本文中公开的原理适用于任何类型的基于激光的显示单元，而不仅适用于具有mems反射镜系统206的架构。mems反射镜系统206光学元件205被配置为收集来自组合光学器件205的激光，组合光学器件205将来自三个不同源(即，激光光源201lr、201lg和201lb)的激光组合成单个光束。此外，mems反射镜系统206被配置为将激光208a(其在该示例中包括红色激光、绿色激光和蓝色激光)引导至波导210。此外，mems反射镜系统206被配置为重定向其多个反射镜/反射镜阵列使得激光208a瞄准波导210处的不同位置处。如图所示，激光208b和208c瞄准波导210上的不同位置处。以这种方式，mems反射镜系统206能够通过调节其对应反射镜阵列的目标来将光线路由到不同位置。应当理解，激光208a-c可以被调制以包括不同程度或强度的红色、绿色、蓝色或其他颜色的激光(或者甚至不存在其中的任何一种或多种)。
40.波导210被配置为将激光208a-c重定向或传播到用户的眼睛212可查看的期望位置。应当理解，波导210可以是任何类型的波导显示器(例如，表面起伏光栅波导)。
41.激光208a-c经由入口光栅214进入波导210。激光208a-c然后传播(例如，经由全内反射)通过波导210，直到它到达出口光栅216。可以理解，当激光208a-c传播通过波导210时，激光208a-c进入波导210的角度被保持。这种情况由相应的激光208a-c中的每个激光传播通过波导210的不同角度示出。通过配置入口光栅214和出口光栅216以满足某些设计参数，mems反射镜系统206能够使用波导210向用户的眼睛212传播光。
42.激光组件201和mems反射镜系统206可以由控制器220控制。控制器220可以被配置为控制mems反射镜系统206连同激光组件201渐进地将一组像素218扫描到目标显示区域以供用户的眼睛212查看(例如，通过调节反射镜阵列使得组合的rgb激光束或光瞄准不同位置)，使得用户的眼睛212以这样快速的方式查看该图像的个体像素，即整个图像出现在用户的眼睛212之前，而用户不会意识到图像是逐像素和逐行渐进地扫描的。以这种方式，
mems激光扫描显示设备200可以投影或渲染图像内容以供用户查看。
43.mems反射镜系统206可以能够以任何图像分辨率或图像分辨率的范围(例如，在使用中心点渲染的情况下)扫描图像(即，该图像的像素)。例如，在一些实施方式中，mems反射镜系统206被配置为以2,000像素
×
1,200像素的分辨率或任何其他分辨率扫描来自激光组件201的rgb光。
44.存在多种情况，其中由于激光的波动特性，可能会发生条纹干涉。从波导输出的激光是具有不同光程长度(opl)的多个单独波形的复合物。作为组合多个波形中的每个的结果，这样的复合波形可以具有多个峰值(peak)(即，不同光束的opl具有时间相干性的相干峰值)和谷值(valley)。图3示出了从激光二极管发射器输出的激光的示例性复合波形的曲线图300。复合波形具有由谷值间隔开的多个相干峰值。相干峰值之间的距离与激光二极管发射器的光学腔的有效长度成比例。相干峰值的形状由激光二极管发射器的激光增益谱定义。在该示例中，有源增益区段占据整个光学腔，并且具有300μm的长度。
45.另外，图3示出了波导的干涉条纹的曲线图302。在干涉条纹不与激光的相干峰值重叠的情况下，干涉条纹不会在从波导输出的图像中创建伪影。在所描绘的示例中，干涉条纹304、306和308不与激光的相干峰值重叠，因此不会在图像中产生伪影。然而，干涉条纹310与相干峰值312重叠，并且干涉条纹314与相干峰值316重叠。这些重叠的干涉条纹在从波导输出的图像中产生伪影。例如，这些干涉条纹可能是由于输入到波导中的激光来回反弹几次并且然后与自身结合离开波导而造成的。由于这些干涉条纹，会创建各种不同的亮的和暗的环/斑点。图4示出了包括由这样的干涉条纹引起的伪影402和404的示例性图像400。伪影402、404包括亮度方面的不规则性。图像中这样的伪影的存在会降低图像的感知质量，并且从而对用户体验产生负面影响。在所描绘的示例中，伪影402使图像400中的龙的外观失真。此外，伪影404使由巫师向龙射击的火球的外观失真。
46.如上所述，由于激光器的较窄光谱而可能出现的另一潜在图像伪影是颜色不均匀性。该伪影的原因总体上在图5a和图5c中示出。图5c示出了激光的典型窄带宽，而图5a示出了srg的色散性质。由于衍射对波长的依赖性：θ(λ)，诸如图5c所示的窄带宽的入射光仅在小角度范围内在波导内部耦合。考虑到srg的耦合效率与角度相关，来自srg的输出耦合光束具有不同耦合效率(参见图5e中的e1-e3)，从而导致视场(fov)中的幅度调制伪影。因此，在通过srg(图5a)时，由于小的输入耦合角度的范围导致的窄激光光谱(图5c)可以形成来自分量光路的输出光束(图5a和图5e的e1-e3)，这些输出光路已经由srg以不同耦合效率耦合，从而对颜色均匀性产生负面影响。
47.另一方面，图5b示出了接收来自光谱宽激光二极管发射器的光的波导的示例性配置，该发射器可以用于本文中描述的近眼显示系统100中。如图所示，由于光谱宽光源(其带宽在图5d中示出)，波导内部的光经由srg耦合进来并且与图5a所示的示例相比以更大的角度范围传播通过波导。更大的角度范围可以提供若干潜在好处。例如，如图5b所示，较大的角度范围可以提供输出耦合光束的对应较大空间覆盖，这可以产生更均匀的图像。作为另一示例，与图5a的窄光谱光源示例中的突变效率点(abrupt efficiency point)相比，宽光谱光源可以提供相对更平滑的、从e1到e3的srg输出耦合效率的变化，如图5b所示。图5e是示出srg光栅的效率依赖于入射光角度的曲线图。应当理解，与表示来自图5c的光谱较窄光源的输出耦合光的白点相比，表示来自5d的光谱宽光源的输出耦合光束的实心点沿效率/
角度线密集且均匀地间隔开。由于波导内光路的空间分布更均匀，因此通过使用光谱宽光源可以实现更高的颜色均匀性。
48.现在将描述包括激光二极管发射器202的激光光源201l的若干配置，激光二极管发射器202实现光谱宽光的发射。图6示出了激光二极管发射器202a的一个实施例，激光二极管发射器202a发射光谱拓宽的光并且可以被并入作为任何颜色的激光光源的激光二极管发射器202，该激光光源包括上述的近眼显示系统100中的201lr、201lg和201lb。激光二极管发射器202a因此可以采用用于在包括激光腔的mems激光扫描显示设备中使用的激光二极管发射器的形式，该激光腔包括增益区段600和可调谐吸收器区段602。图6示出了沿激光二极管发射器的y-z平面的竖直截面的示意图。如图所示，激光二极管发射器202a可以包括衬底612，衬底612跨图6所示的x-y平面延伸。激光二极管发射器202a的各个层可以以一系列层的形式直接或间接沉积在衬底612的顶部上。增益区段600和可调谐吸收器区段602是激光二极管发射器202的激光腔的从衬底612沿z轴竖直延伸的区段。分界线614被示出以示意性地示出增益区段600与可调谐吸收器区段602之间的边界。然而，应当理解，激光二极管发射器202a的各个层可以延伸穿过增益区段600和可调谐吸收器区段602两者。例如，至少量子阱层616可以延伸穿过激光二极管发射器202a的激光腔内的增益区段600和可调谐吸收器区段602中的每一者。
49.如图6所示，增益区段600与第一电流或电压源604耦合，并且可调谐吸收器区段602与第二电流或电压源606耦合。第一电流或电压源604经由第一电极608耦合到增益区段600，并且第二电流或电压源606经由第二电极610与可调谐吸收器区段602耦合。在一个示例中，增益区段600的至少一部分与可调谐吸收器区段602的至少一部分电隔离。例如，将增益区段600耦合到第一电流或电压源604的第一电极608与将可调谐吸收器区段602耦合到第二电流或电压源606的第二电极610可以被分开。由于第一电极608和第二电极610是分开的，由第一电流或电压源和第二电流或电压源提供的驱动电流将被注入到增益区段600和可调谐吸收器区段602的位于第一电极和第二电极下方的相应部分。
50.在图6所示的示例中，位于第一电极608下方的增益区段的一部分614将被提供有来自第一电压或电流源604的电压或电流，而位于第二电极610下方的可调谐吸收器区段616将被提供有来自第二电压或电流源606的电压或电流。由于第一电极608和第二电极610是电分离的，所以单独的驱动电压或电流可以被提供给增益区段的部分614和可调谐吸收器区段的部分616。在一个示例中，增益区段的部分614和可调谐吸收器区段602的部分616经由凹口618进一步彼此电隔离，凹口618从第一电极和第二电极向下延伸到激光二极管发射器202a的顶层中。在图示的示例中，凹口618将分别用于接收用于增益区段600和可调谐吸收器区段602中的每一者的驱动电流ia和ip的两个端子、以及激光二极管发射器二极管的前几层(例如，部分614和616)电隔离。
51.在图6所示的示例性激光二极管发射器202a中，增益区段600的增益可以由第一电压或电流源604提供的增益驱动电流可控地改变。可调谐吸收器区段602可以由第二电压或电流源606驱动以调节发射的激光的带宽。被输送到可调谐吸收器区段602的电流量与可调谐吸收器区段602吸收某些波长的光子的能力成反比。因此，随着更多的驱动电流被提供给可调谐吸收器区段602，吸收器吸收某些波长的光子的能力降低。未被可调谐吸收器区段602吸收的光的波长可用于由增益区段600放大。因此，通过改变施加到可调谐吸收器区段
602的电流，也可以改变激光的光谱。通过施加处于调制电流水平的脉冲吸收器驱动电流(在本文中也称为对可调谐吸收器区段602进行“啁啾处理(chirping)”)，可以实现目标增益谱。例如，使用所描述的集成增益区段和啁啾的可调谐吸收器区段的组合，以这种方式对半导体激光二极管发射器202a进行调谐的效果可以使用对激光增益谱的hakki-paoli测量(其指示在负值处的损耗)来测量。
52.应当理解，激光器由腔内的增益材料构成，并且一旦增益等于腔内的损耗，激光发射就开始了。因此，激光光谱带宽由增益谱(γg-αi)超过反射器损耗αm(λ)的波长范围决定。通过使腔内部的损耗最小或具有最大总增益的波长偏移，激光波长将偏移。然而，对于激射波长的较大偏移，增益谱也可以在更大的波长范围内被平坦化，以减轻由于激射波长可能受增益谱峰值限制而引起的潜在问题。通过足够快地对可调谐吸收器区段602进行啁啾处理(比一个像素的时间快、并且比激光器在达到稳态响应之前对驱动增益和吸收器区段的输入电流的总响应时间快)，激光二极管发射器202a的激光光谱可以被拓宽。
53.因此，第二电压或电流源606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值范围，以引起激光二极管发射器202a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202a发射光谱拓宽的光。如本文中使用的，术语“光谱拓宽的光”用于描述与由发射具有单个增益峰值和窄带宽的光的常规激光二极管发射器发射的激光光谱相比已经被拓宽的激光光谱。
54.如图7所示，在由第二电流或电压源606提供的值范围内，可调谐吸收器区段602内部的吸收光谱边缘偏移了1到20纳米。更具体地，当在0.25ma至11.5ma范围内改变到可调谐吸收器区段602中的注入电流时，吸收光谱边缘偏移了18纳米。在一个示例中，第二电流或电压源606可以被配置为在2纳秒到20纳秒之间的时间段内扫过值范围(例如，0.25ma至11.5ma)。更具体地，第二电流或电压源606可以被配置为在由通常为4纳秒的单像素显示时间定义的时间段内扫过值范围。作为另一示例，第二电流或电压源606可以被配置为在其他时间段(例如，典型地为16纳秒的四像素显示时间)内扫过值范围。应当理解，这些时间段仅是示例的，并且可以选择任何合适的时间段来扫过值范围。
55.然而，如上所述，激光光谱也由增益谱形状确定。因此，发射的激光的总带宽可能无法达到图7所示的全部18nm偏移。相反，如图8a-图8b所示，对于提供给可调谐吸收器区段602的、以脉冲方式被驱动以在0.25ma到11.5ma之间变化的吸收器驱动电流，总增益处于最大偏移的波长、以及因此总光谱从如图8a所示的约为1nm的带宽改变为如图8b所示的约为3nm的更宽带宽范围。
56.为了在该示例中利用18nm的整个吸收调谐带宽，在等于或大于18nm的带宽之上对增益谱进行平坦化可以提供有利的益处。因此，在一个示例中，激光二极管发射器202a的增益区段600可以被配置为具有平坦化的增益谱。如本文中使用的，术语“平坦化的增益谱”可以用于描述具有基本平坦化的峰值(诸如通过包括不同波长的多个峰值)的增益谱。与具有更尖锐的峰值的常规激光二极管发射器的典型增益谱相比，平坦化的增益谱可以具有平坦化的峰值。
57.到目前为止所讨论的一种提出的方法是使用图6所示的结构来增加激光带宽。为了进一步增加来自该实施例的发射光的带宽，增益谱可以通过用于使单个发射器的增益谱平坦化的各种方法来被平坦化，诸如为激光二极管发射器生长非均匀的多量子阱以实现具
有平坦且宽的增益谱的单个发射器，该平坦且宽的增益谱跨晶圆和沿激光二极管发射器的波导是均匀的，如图17所示。这种方法实现了这样的发射器结构，在该发射器结构中多个量子阱层的量子阱区段各自在量子阱层中具有不同成分、厚度和/或应变，这导致它们发出处于不同峰值波长的激光。可以与图6的实施例一起使用的、用于平坦化单个发射器的增益谱的另一种方法在图18中示出，并且包括发射器结构，该发射器结构的特征在于在沿单个激光二极管发射器的波导外延生长之前的空间地不同的衬底表面邻角(substrate surface vicinal angle)，以实现沿激光二极管发射器的波导具有不同邻角的结构，这导致激光二极管发射器具有平坦化的增益谱。在图18中，沿激光二极管波导，衬底邻角发生变化。图18描绘了一个特定示例，在该示例中变化是抛物线变化；然而，应当理解，沿波导的邻角的其他变化也是可以考虑的。对于沿波导的每个角度，铟掺入以及激光波长都是不同的。在这个具体示例中，衬底角度沿波导从0到θ逐渐变化，因此激光波长从λ1到λ2逐渐变化，覆盖这两者之间的范围。通常，θ是小于2
°
的小角度(尽管其他值范围也是可能的)，并且因此应当理解，图18不是按比例绘制的，并且为了说明的目的而夸大了θ的变化。
58.如图19a-图19c所示，另一种方法可以包括在外延生长之后沿波导在量子阱层中的量子阱混合，以实现具有平坦化的增益谱的单个激光二极管发射器。如图19a所示，沿波导和在激光二极管堆叠体结构上形成的量子阱混合掩模层的厚度是变化的。具有掩模层的激光二极管堆叠体在高的退火温度下进行退火，从而导致沿波导的量子阱混合，然后被去除。由于沿波导的掩模层的厚度差异、沿波导的铟掺入(由于量子阱混合而导致)，并且因此如图19b所示沿波导的增益材料带隙将逐渐改变，从而如图19c所示产生激光光谱的更平坦的增益和更宽的范围。
59.如图20a-图20c所示，另一种方法可以包括在沿激光二极管发射器的波导的外延生长之前使用图案化的衬底。如图20a所示，对衬底进行图案化可以通过沿激光波导方向根据距被蚀刻图案化区域的距离改变诸如生长速率的生长因子(以及因此量子阱厚度)来实现。如图20b所示，这导致沿波导的激光波长从λ1到λ4发生变化。如图20c所示，以这种方式生长外延层和处理波导产生了在发射的激光光谱中以更宽的波长范围发出激光的激光，。应当注意，在外延层生长之前，衬底上的其他形式的图案也可以用来实现类似的结果。
60.现在转向图9a-图9c，示出了通过上述方法中的一种方法的可实现的示例性平坦化光谱(在沿激光二极管发射器的波导的外延生长之前的空间地不同的衬底表面邻角)，其中以不同波长为中心的光谱组合将产生整个更宽的光谱，该光谱在更大的波长范围内基本是平坦的。图9a示出了具有单个发射器的激光器的增益谱，其中在大约515nm处有最大值。图9b示出了图9a的光谱以及另外三个类似形状的光谱的叠加，但在大约520nm、525和530nm处具有局部最大值。当从左到右观察时，这些个体光谱中的每个光谱可以被描述为具有前沿、局部最大值和后沿的凹波形。随着波长偏离局部最大值，这些个体光谱中的增益会降低。然而，在图9c中，四个光谱的叠加表明，与任何个体光谱相比，在大约515nm处的最大值与530nm处的最大值之间，叠加保持相对平坦。因此，如图9c所示，与图9a所示的常规激光器的典型增益谱相比，平坦化的增益谱具有基本更平坦的顶部。
61.作为使用可调谐吸收器的图6所示方法的替代方案，并且作为图17的具有多个量子阱的单个激光二极管发射器的替代方案，图10-图16示出了激光发射器阵列的实施方式，该激光发射器阵列被配置用于通过空间地分布已经通过各种过程被调谐以发射峰值波长
略有不同的光的个体发射器来进行宽光谱输出。通过将图10-图16的发射器阵列合并到图1的mems激光扫描显示设备200的激光二极管发射器202中，诸如图4的条纹伪影和颜色均匀伪影等图像伪影可以被抑制。应当理解，图10-图16的实施例仅是示例的，并且用于光谱带宽的空间分布的其他技术也可以在mems激光扫描显示设备200内采用。
62.图10示出了宽光谱激光光源201l的另一实施例，包括多个激光二极管发射器202b1-202b4的光发射器阵列202b。激光二极管阵列202b可以采用发光器件的形式，该发光器件具有氮化镓(gan)(在绿色或蓝色激光二极管发射器的情况下)或砷化镓(gaas)(在红色激光二极管发射器的情况下)衬底层1000和通过沉积诸如氮化铟镓(ingan)等含铟薄层而形成的多个激光二极管发射器202b1-202b4。gan或gaas衬底1000具有多个衬底角度，它们可以相同或不同，以影响激光二极管发射器中的铟含量，该铟含量进而影响发射光的波长。因此，各自具有不同发射光谱的多个激光二极管发射器的效果是整体拓宽的发射光谱。虽然在所描绘的实施例中，每个激光二极管发射器202b1-202b4的衬底角度与其他的不同，但是应当理解，在其他实施例中，一些激光二极管发射器可以共享相同的衬底角度，只要至少两个、并且通常是至少多个激光二极管发射器在阵列中具有不同的衬底角度。
63.图10的示例性宽光谱激光光源201l可以被并入到图2所示的mems激光扫描显示设备200中。如上所述，mems激光扫描显示设备可以包括mems扫描镜206，mems扫描镜206被配置为经由具有输入耦合光栅214和输出耦合光栅216的波导210引导光束，以跨显示器实现扫描图案并且从而形成显示图像。如上面关于图5a-图5e所讨论的，与发射的光束发射光谱具有单个峰值的激光光源相比，宽带光束通过在激光光源中具有更大的波长范围来增加显示图像中的颜色均匀性，这导致在输入耦合光栅和输出耦合光栅处的更大范围的衍射角，这进而又导致光栅效率的更平滑的空间变化、以及输出增大的耦合光的空间重叠。
64.为了实现上述宽带光束，mems激光扫描显示设备200还可以包括多个激光光源201l，并且这些激光光源中的每个激光光源可以采用具有不同衬底角度的示例性宽光谱激光光源的形式201l，如图10所示。如图所示，宽光谱激光光源201l包括发射器阵列202b，发射器阵列202b包括多个激光二极管发射器202b1-202b4。每个激光二极管发射器202b1-202b4被配置为发射相应的不同波长的光，从而形成具有宽带发射光谱的宽带光束。也就是说，图10的示例性宽光谱激光二极管发射器通过使用多个激光二极管发射器202b1-202b4，空间地分布更大范围的波长。
65.例如，如图11a所示，在绿色波长处的典型激光二极管发射器在使激光脉冲之后具有约2.5nm的最大半峰全宽(fwhm)带宽。如果带宽约为10nm的光源可能减轻诸如上述伪影等伪影，则可以使用四个激光二极管发射器来实现本文中描述的潜在优势，其中四个激光二极管发射器均具有约为2.5nm的fwhm带宽并且中心波长偏移为2.5nm。
66.作为对比，图11b示出了图10的多个激光二极管发射器202b1-202b4的偏移光谱的叠合(superposition)。也就是说，图10的示例性宽光谱激光光源可以被配置为发射如图11b所示的宽带光束，该宽带光束具有包括多个峰值的发射光谱。激光二极管发射器的数目和波长偏移可以基于所需要的总发射带宽以及具有多个激光二极管发射器的mems扫描仪的系统级考虑和限制来选择。
67.返回图10，激光光源可以包括衬底1000，衬底1000在其顶表面1008上具有多个沉积区1006。每个沉积区1006具有相对于沉积区1006的表面正交地形成的不同表面法线
1010。每个表面法线1010也相对于衬底1000的平坦底表面1012以一定角度形成。每个激光二极管发射器202b1-202b4可以包括沉积在每个沉积区1006上的半导体材料1014，表面法线1010在半导体区1006中具有不同角度。
68.每个激光二极管发射器202b1-202b4的半导体区可以被配置为发射相应的不同波长的光，从而形成宽带发射光谱具有多个峰值的光束。在一个示例中，半导体材料可以是ingan，并且在每个沉积区中的铟掺入可以由于每个沉积区中的不同邻角而变化。每个沉积区中的不同邻角也可以改变多量子阱(mqw)的厚度和/或mqw中的应变，这将导致不同峰值波长。此外，每个沉积区中铟的掺入的变化也可以使每个激光二极管发射器的波长变化。以这种方式，衬底角度可以影响mqw中的铟含量、厚度和/或应变，这决定了激光波长。衬底角度可以基于所需要的波长偏移来挑选。激光二极管发射器之间的物理距离可以基于以下考虑来选择：(1)激光二极管发射器之间的最大电气、光学和热隔离，(2)扫描线的最小可见度的mems系统级要求，以及(3)最大图像伪影缓解。也就是说，每个激光二极管发射器在srg中支持一定范围的衍射角(θ)，并且激光二极管发射器的附近将导致颜色均匀性和其他带宽相关伪影的平滑性。
69.示例性激光二极管发射器的作用类似于用于以两种方式减轻上述图像伪影的光谱拓宽的激光二极管发射器。通过在每帧中使扫描线的竖直位置偏移，在几帧内，每个像素或线将被所有激光二极管发射器渲染。因此，类似于宽带激光二极管发射器的情况，用户感知组合帧，以获取足够快的帧速率。此外，具有波长偏移的激光二极管发射器的空间附近(其中每个激光二极管发射器激发不同范围的衍射角)可以有助于局部降低伪影可见度。
70.图12示出了用于发射光谱拓宽的激光的另一示例性激光光源201l。示例性激光光源201l可以包括激光二极管发射器阵列202c，激光二极管发射器阵列202c包括多个激光二极管发射器202c1-202c4。该配置中的多个激光二极管发射器202c1-202c4中的每个激光二极管发射器被配置为具有相同增益材料(并且因此在其发射光谱中具有相同增益峰值)，但具有不同反射或损耗分布(reflection or loss profile)，以使激光二极管发射器发射在不同峰值波长处的光。如图所示，一种调谐反射轮廓的方法可以通过具有不同设计的布拉格光栅(bragging grating)来实现。
71.如图12所示，示例性激光光源201l包括用于每个激光二极管发射器202c1-202c4的、被填充有增益材料的多个腔。腔是谐振的，并且在一端由高反射性分布式布拉格反射(distributed bragg reflection,dbr)镜限定，并且在另一端由用于多个激光二极管发射器202c1-202c4中的每个激光二极管发射器的不同的低反射率出射光栅1200限定。当电流被注入腔时，每个激光二极管发射器202c1-202c4从出射光栅发射不同的、相应的波长λ
1-λ4的光。在一个示例性配置中，这可能导致激光波长或有效增益峰值偏移 /-5nm。应当理解，也可以根据需要实施其他大小的偏移。
72.宽光谱激光二极管发射器的另一种配置在图13中的202d处示出，并且在下面进行描述。如图所示，激光二极管发射器202d包括衬底1300。衬底1300通常包括直接或间接形成在衬底1300的下侧上的第一接触层1308a，用于电耦合驱动或电压源的电极可以被设置到第一接触层1308a。激光二极管发射器202d还可以包括直接或间接沉积到衬底1300上的第一包覆层1304a、直接或间接沉积到第一包覆层1304a上的第一波导层1306a、以及形成在量子阱层中的多个量子阱1302。多个量子阱被描绘为包括四个量子阱1302；然而，应当理解，
可以包括其他合适数目的量子阱层。
73.每个量子阱1302具有相应材料成分以在通电时在发射光中实现相应峰值波长。每个量子阱1302的相应材料成分不同。由于量子阱1302的材料成分、以及诸如厚度和应变等因素决定了发射光的峰值波长，因此每个相应峰值波长是不同的。因此，当激光二极管发射器202d被通电时，多个量子阱1302共同发出具有比由多个量子阱1302中的任何个体量子阱1302发射的光更宽的发射光，并且发射光跨发射光光谱包括多个相应峰值波长。如本文中使用的，“共同发出”是指作为一个组来发出激光以作为一个组一起发射一定光谱的光。因此，虽然激光二极管发射器202d内的个体量子阱1302可以各自具有相应的窄的(例如，2nm)峰值带宽的发射光，但激光二极管发射器的发射光的峰值带宽作为整体将大于(例如，10nm或更大)其中的任何个体量子阱1302。具有较宽带宽的发射光是来自每个个体量子阱1302的发射光的波的叠合的结果。换言之，激光二极管发射器202d的每个个体量子阱1302发射具有相应峰值波长和相关发射光频谱的光，并且激光二极管发射器202d的发射光谱是个体量子阱1302的发射光谱的总和。个体量子阱1302的示例性光谱共同发出激光在图14中提供并且在下面详细描述。
74.激光二极管发射器202d还包括：直接或间接沉积到量子阱层1302上的第二波导层1306b，该量子阱层1302被直接或间接沉积到最顶部量子阱1302上；直接或间接沉积到第二波导层1306b上的第二包覆层1304b；以及直接或间接沉积到第二包覆层1304b上的第二接触层1308。第二接触层1308包括用于耦合到驱动电压或电流源的电极，类似于第一接触层。所描绘的层(可能除了衬底之外)是通过半导体材料的外延生长形成的，并且可以被统称为外延层。半导体材料的示例包括gaas、inalgap、gan、algan和ingan。然而，应当理解，可以使用其他半导体材料。
75.如上所述，量子阱1302的材料成分决定了发射光的峰值波长。在一个示例中，激光二极管发射器202d可以被配置为发射红光，并且材料成分可以遵循公式：in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p，其中0.4《x《0.6并且0《y《0.55。应当理解，在其他方面，材料成分可以遵循用于发射红光的激光二极管发射器的任何合适的公式。
[0076]
在另一示例中，激光二极管发射器202d可以被配置为发射绿光，并且量子阱1302的材料成分可以遵循公式：in
x
ga
1-x
n，其中0.26《x《0.4。应当理解，在其他方面，材料成分可以遵循用于发射绿光的激光二极管发射器的任何合适的公式。
[0077]
在另一示例中，激光二极管发射器202d可以被配置为发射蓝光，并且量子阱1302的材料成分可以遵循公式：in
x
ga
1-x
n，其中0.15《x《0.25。应当理解，在其他方面，材料成分可以遵循用于发射蓝光的激光二极管发射器的任何合适的公式。
[0078]
现在转向图14，图14示出了包括具有均匀成分的四个量子阱的常规激光二极管发射器的模拟增益谱、以及常规激光二极管发射器的四个组成量子阱的模拟增益谱。均匀的量子阱可以用于提供可以适用于激光应用的窄带宽的潜在益处。在这种配置中，获取了窄的(约2nm)峰值带宽。
[0079]
图14还示出了上述激光二极管发射器202d和常规激光二极管中的每一者的波长对增益的曲线图。已经绘制的激光二极管发射器202d的配置包括具有第一材料成分的两个量子阱和具有与第一材料成分不同的第二材料成分的两个量子阱。对于常规激光二极管和激光二极管发射器202d中的每一者，已经绘制了个体量子阱光谱的输出和来自所有量子阱
的发出激光的组合光谱。可以观察到，常规激光器的组合光谱的峰值较窄(约2nm)，而激光二极管发射器202d的组合光谱的峰值具有宽的(约10nm)峰值带宽。
[0080]
现在转向图15和图16，图15和图16示出了根据本公开的另一配置的制造激光二极管发射器阵列202d1的方法。示出了包括衬底1500和多个外延层1501的晶圆。外延层1501包括以多个量子阱层区段1502(即，沿图15中的水平轴布置的量子阱层区段)被组织的多个量子阱。在该配置中，多个量子阱层区段1502中的每个量子阱层区段1502的材料成分包括外延结构，每个成分的外延结构在沉积时跨晶圆是基本均匀的，并且形成在其中的量子阱通过与相邻半导体层的热相互扩散(thermal interdiffusion)而混合，从而在每个量子阱层区段1502的对应增益谱中实现不同峰值。如图所示，外延层1501均匀地沉积到衬底1500上(图15的左上)并且所得到的量子阱层区段1502(图15的左下角)是均匀的，并且因此将发射相同能量和峰值波长的光，而无需进一步处理，但是量子阱层区段1502被进一步处理以具有不同峰值波长，如下所述。
[0081]
可以使用以下技术来实现进一步处理，其目的是产生各自发射不同峰值波长的量子阱层区段1502。继续图15的左侧，每个量子阱层区段的发射光谱可以通过以下方式来修改：施加应变诱导薄膜层1504，然后首先进行退火工艺，并且然后去除应变诱导薄膜层，这两者都在下面更详细地描述。图15的右侧示出了在退火之后但在去除应变诱导膜层1504之前的堆叠体。
[0082]
尽管在本文中将应变诱导薄膜层1504的使用描述为产生具有量子阱层区段1502的晶圆的方式，每个量子阱层区段1502由于不同外延结构而发射不同峰值波长，但也可以使用其他合适的技术。例如，一种替代技术是在晶圆的不同区段处(在原生衬底1500上或在衬底1500的蚀刻区段上)使修改后的外延结构再生长。另一种替代技术涉及在通过外延生长沉积附加层之前对量子阱层区段1502中的每个进行蚀刻。
[0083]
继续图15，选择用于应变诱导薄膜层1504的材料，使得应变诱导薄膜层1504的晶格常数与在其上沉积应变诱导薄膜层1504的材料的晶格常数不匹配。在该配置中，应变诱导薄膜层1504不覆盖在其上沉积应变诱导薄膜层1504的整个表面，而是具有不同厚度的多个段。在该配置中，多个段被3μm的间隙隔开，并且每个段具有相应预定均匀厚度。在另一种配置中，这些段可以彼此相邻而没有间隙，或者可以提供另一尺寸的间隙。例如，在其他配置中，间隙可以是1、2、4或5μm。在其他配置中，间隙甚至可以是100、200、300、400或500μm。通常，提供相同数目的量子阱层区段1502和薄膜层1504的段。在预定温度下进行退火用于触发每个量子阱层区段1502和半导体层的与量子阱层区段1502相邻的区域之间的扩散和混合，如图15(右下)和图16所示。每个量子阱层区段1502的不同相应峰值波长，是由于量子阱层中的量子阱层区段1502中的每个量子阱层区段和第一半导体层和/或第二半导体层的、竖直地与对应的量子阱层区段相邻的相应区域之间的组成原子的相互扩散引起的量子阱混合。应当理解，应变诱导层1504的多个段中的每个段在退火之前和在去除之前被定位多个量子阱层区段1502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相互扩散。应变诱导薄膜层1504的去除导致多个量子阱层区段1502空间地水平分布并且平行于由衬底1500限定的水平平面，每个区段1502在其内具有不同扩散，并且每个区段1502通过这种不同扩散被配置为以不同的对应峰值波长发出激光。
[0084]
在图15底部的理想化量子阱结构区段1502的能量图1506中描绘了退火前量子阱和退火后混合量子阱层区段1502的能量状态。如图所示，在能量图1506的左侧，能量函数被描绘为具有尖角并且对于每个量子阱层区段1502都是相同的。如右侧所示，能量函数被示出为从左到右逐渐不那么尖锐，其具有在图15中从左到右以逐渐更明显的方式使发射能量分布偏移的效果。
[0085]
图16提供了激光二极管发射器阵列202d1的制造过程的连续图示，现在将对其进行描述。将用于制造激光二极管发射器阵列202d1的晶圆的俯视图(图16的左上)和侧视图(图16的右上)包括衬底1500、外延层1501和量子阱层1502、以及应变诱导薄膜层1504的多个段。晶圆在这样的温度和持续时间处经历退火，该温度和持续时间足以触发量子阱层区段1502和与量子阱层区段1502相邻的层的扩散和混合。退火期间的扩散和混合可以是应变诱导薄膜层1504和在其上沉积的层的不同热膨胀系数的结果。在退火期间，不同的热膨胀导致应变增加，从而导致量子阱层和与量子阱层相邻的层之间的缺陷。在退火温度下，缺陷允许原子在量子阱层和与量子阱层相邻的半导体层之间扩散。在该示例中，退火温度在800℃到1000℃之间，例如大约950度，并且退火持续时间是30到150秒，但是可以使用其他退火温度和退火持续时间。
[0086]
应变诱导薄膜层段1504的段的厚度与由相应量子阱层区段1502发射的峰值波长的变化成比例(图16的右上和左下)。虽然在图16中，使用应变诱导薄膜的三个段，导致发射光的四个峰值波长，但是应当理解，可以使用任何合适数目的应变诱导薄膜段。例如，可以使用两个、四个或五个应变诱导薄膜段，分别产生三个、五个或六个峰值波长的发射光。图16中描绘的应变诱导薄膜的三个段各自具有不同厚度，并且可以分别为200nm、400nm和600nm，尽管可以使用在退火温度下在量子阱混合期间在下面的量子阱区段中能够诱导原子变化扩散的任何厚度。在其他示例中，应变诱导薄膜层1504的两个或更多个段可以具有相同厚度。应变诱导薄膜层1504可以是介电材料并且在该示例中是sio2，然而也可以使用si3n4、sio
x
、srf2、mo/sio2或任何其他合适的材料或材料组合。
[0087]
宽光谱激光二极管发射器的另一实施例在图17中在202d2处示出并且在下面描述。如图所示，激光二极管发射器202d2可以具有衬底1700和多个量子阱1702。量子阱1702是不均匀的，各自具有以不同的相应波长为中心的窄增益带宽，总体效果是激光二极管发射器202d2具有更宽的峰值增益带宽。
[0088]
与上述实施例类似，激光二极管发射器202d2也提供用于形成在可见光区工作并且具有宽发射光谱的半导体激光二极管发射器的方法和设备配置。如上所述，与srg波导耦合的这些激光二极管发射器可以通过减轻诸如mems激光扫描显示设备200中的潜在图像伪影(诸如边缘伪影和颜色均匀伪影)来提供改进的图像质量。下文详述的方法修改了多个发射层的发射波长并且生成了宽增益谱。
[0089]
如上面其他地方所讨论的，激光二极管发射器202f由在衬底材料上外延生长的多个薄膜组成，诸如用于红色激光二极管发射器的gaas或用于绿色或蓝色激光二极管发射器的gan，如图17中示意性所示。这些设备依赖于工程设计的正“p型”和负“n型”材料区，这些材料区相互接触以允许相反的电荷碰撞并且生成光。光生成最有效地发生在被称为量子阱1702的能量受限区内，这也决定了光子的波长。通常，激光二极管发射器由多个量子阱1702组成，并且期望发射波长通过工程设计多个量子阱1702的成分、厚度和应变条件来选择。也
就是说，通过改变用于红色发射激光二极管发射器的in
x
ga
1-x
p合金中或用于蓝色或绿色发射激光二极管发射器的in
x
ga
1-x
n合金中的铟含量。注意，量子阱的合金通常由用于红色激光的(inalga)p合金或用于蓝色和绿色激光的(inalga)n合金组成。作为示例，典型的蓝色发射量子阱1702可以具有in
0.18
ga
0.82
n合金，绿色发射qw可以具有in
0.3
ga
0.7
n合金，并且红色发射qw可以具有in
0.55
ga
0.45
p合金。
[0090]
在常规激光二极管发射器中，窄光谱宽度已经适合于很多激光应用，可能需要均匀的mqw设计。这些设计生成围绕中心波长的光，如图14所示，图14示出了包含四个均匀in
0.57
ga
0.43
p mqw的ld的模拟增益谱。结果是约2nm的峰值增益带宽。
[0091]
用于图17的示例性激光二极管发射器的方法包括生长非均匀多量子阱1702以拓宽激光二极管发射器202f的发射光谱。图17中的激光二极管发射器202d2的示例性配置的增益对波长的曲线图在前面讨论过的图14中示出。在图14中。激光二极管发射器202d2被绘制成具有如下配置，即，在约658nm处具有峰值增益的铟成分为in
0.6
ga
0.4
p的两个量子阱，在约642nm处具有峰值增益的铟成分为in
0.55
ga
0.45
p的另外两个量子阱，从而产生约10nm的峰值增益带宽。其他替代实施方式可以包括改变量子阱的总数、在每个波长处发射的量子阱的数目、量子阱的厚度或量子阱的应变条件。例如，另一种实施方式是一种具有在一个波长处发射的三个量子阱和在不同波长处发射的另外量子阱的激光二极管发射器等。
[0092]
由于改变这些激光二极管发射器的发射波长的一个参数是多量子阱中的铟成分，因此上述方法可以扩展到整个可见光范围。可以通过改变量子阱外延生长过程中in
x
ga
1-x
n或in
x
ga
1-x
p合金的生长温度或铟流动速率来改变成分。
[0093]
返回图17，激光二极管发射器202包括衬底1700和形成在直接或间接形成在衬底1700上的量子阱层中的多个量子阱1702。衬底1700限定水平平面，其中多个量子阱1702中的每个量子阱相对于衬底1702以不同相应竖直位移定位。相对位移的大小可以基于量子阱1702的厚度和激光二极管发射器202d2中的其他层的厚度而变化。在沿穿过多个量子阱1702中的每个量子阱的竖直轴(v轴)从上方观察时，多个量子阱1702彼此重叠。每个量子阱1702具有不同成分以在通电时在发射光中实现不同峰值波长。当激光二极管发射器202d2通电时，多个量子阱1702共同发出具有比由单个量子阱发射的光更宽的带宽的发射光。发射光在发射光谱中具有多个不同峰值波长，如图14所示。
[0094]
在多个量子阱1702中，可以包括两个或更多个阱1702。如图所示，包括四个量子阱1702。在其他实施例中，可以包括两个、三个或其他更多数目的阱。
[0095]
在所描绘的实施例中，如图14所示，量子阱3和4发射与量子阱1和2不同的相似光谱。应当理解，在其他实施例中，至少四个量子阱中的每个量子阱可以发射不同峰值波长的光。
[0096]
返回图17，量子阱1702可以由诸如氮化铟镓或磷化铟铝镓的材料形成。在一个示例中，量子阱的材料遵循以下公式中的一个：in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p和in
x
ga
1-x
n。衬底1702可以由诸如砷化镓和氮化镓的材料形成。例如，发射光谱可以是蓝色，衬底可以是氮化镓，量子阱的材料可以是氮化铟镓。在一个具体示例中，氮化铟镓是in
x
ga
1-x
n，其中0.15《x《0.25。在另一示例性配置中，发射光谱可以是绿色，衬底可以是氮化镓，并且量子阱的材料可以是氮化铟镓。更具体地，氮化铟镓可以是in
x
ga
1-x
n，其中0.26《x《0.4。在另一示例中，发射光谱可以是红色，衬底1700可以是砷化镓，并且量子阱1702的材料可以是磷化铟铝镓。在该示例中，
具体地，铟铝镓磷化物可以是in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p，其中0.4《x《0.6并且0《y《0.55。
[0097]
在一种特定配置中，多个量子阱1702可以包括至少三个量子阱1702，并且多个量子阱1702中的至少两个量子阱1702可以被配置为发射处于相同峰值波长的光，并且多个量子阱1702中的至少一个可以被配置为发射处于与该相同峰值波长不同的峰值波长的光。
[0098]
应当理解，量子阱1702可以通过in
x
ga
1-x
n或in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p合金的外延生长来形成，并且量子阱1702的成分可以通过改变外延生长过程中in
x
ga
1-x
n或in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p合金的生长温度或铟流动速率来改变。
[0099]
现在转向图21，现在将描述根据本公开的一个实施例的用于产生用于在激光二极管发射器202中使用的激光二极管堆叠体的方法2100。提供了一种用于产生用于在激光二极管发射器中使用的激光二极管堆叠体的方法2100。如2102所示，在一个实施例中，该方法包括在激光二极管堆叠体中形成第一类型的半导体材料的第一半导体层。在2104，该方法还包括在激光二极管堆叠体中，通过外延生长在第一半导体层上直接或间接沉积一个或多个量子阱层，该一个或多个量子阱层至少包括第一量子阱层区段和第二量子阱层区段。在2106，该方法还包括在激光二极管堆叠体中，在一个或多个量子阱层上直接或间接形成第二类型的半导体材料的第二半导体层。在2108，该方法还包括在激光二极管堆叠体的第二半导体层上，沿晶圆的水平方向，直接或间接沉积具有变化的厚度的应变诱导薄膜层。在2110，该方法还包括在预定退火温度处对激光二极管堆叠体和应变诱导薄膜层进行退火，从而在退火期间实现量子阱层中的每个相应量子阱层区段1502与第一半导体层和/或第二半导体层之间的组成原子的不同的相互扩散，每个量子阱层区段1502的相互扩散部分地基于被定位在量子阱层区段1502上方的薄膜层的厚度而变化。在2112，该方法还包括去除应变诱导薄膜层以留下具有不同的相互扩散的变化的薄膜厚度下方的部分，其中变化的薄膜厚度下方的每个量子阱层区段的不同的相互扩散导致变化的薄膜厚度下方的每个量子阱层区段在通电时以不同峰值能量发出激光。
[0100]
在一个方面，该方法还包括通过外延生长，在第一半导体层与量子阱层之间沉积一个或多个包覆层和/或波导层。
[0101]
在另一方面，该方法还包括通过外延生长，在量子阱层与第二半导体层之间沉积一个或多个包覆层和/或波导层。
[0102]
在又一方面，第一类型的半导体材料是n型材料，并且第二类型的半导体材料是p型材料。
[0103]
在再一方面，第一类型的半导体材料是p型材料，并且第二类型的半导体材料是n型材料。
[0104]
现在转向图19，现在将描述根据本公开的一个实施例的用于产生用于在激光二极管发射器中使用的激光二极管堆叠体的方法2200。
[0105]
提供了一种用于产生用于在激光二极管发射器中使用的激光二极管堆叠体的方法2200。如2202所示，在一个实施例中，该方法包括在激光二极管堆叠体中形成第一类型的半导体材料的第一半导体层。在2204，该方法还包括在第一外延生长条件下，在激光二极管堆叠体中，通过外延生长在第一半导体层上直接或间接沉积第一量子阱层，以在第一量子阱层中实现第一外延结构。在2206，该方法还包括在激光二极管堆叠体中，通过外延生长在第一量子阱层上直接或间接沉积第一中间层。在2208，该方法还包括在第二外延生长条件
下，在激光二极管堆叠体中，通过外延生长在第一分离层上直接或间接沉积第二量子阱层，以在第二量子阱层中实现第二外延结构。在2210，该方法还包括在激光二极管堆叠体中形成第二类型的半导体材料的第二半导体层。对于蓝色或绿色激光发射器，第一量子阱层和第二量子阱层两者都包括in
x
ga
1-x
n。对于红色激光发射器，第一量子阱层和第二量子阱层两者都包括in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p。
[0106]
在一个方面，第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者的生长通过以下方式来改变：改变相应第一量子阱层和第二量子阱层的外延生长条件，从而导致第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者在通电时以不同峰值能量发出激光。
[0107]
在另一方面，第一外延结构和第二外延结构通过改变生长第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者的in
x
ga
1-x
n的生长温度来改变。
[0108]
在又一方面，第一外延结构和第二外延结构通过改变生长第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者的in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p的生长温度来改变。
[0109]
在再一方面，在第一量子阱层和第二量子阱层的外延生长期间，第一外延结构和第二外延结构通过改变铟流动速率来改变。
[0110]
现在转向图23，现在将描述根据本公开的一个实施例的用于调制可调谐吸收器区段的驱动电流以扫过值范围的方法2300。
[0111]
如2302所示，在一个实施例中，该方法包括经由第一电流或电压源将第一驱动电流或电压提供给与第一电流或电压源耦合的增益区段。在2304，该方法还包括经由第二电流或电压源将第二驱动电流或电压提供给与第二电流或电压源耦合的可调谐吸收器区段，其中增益区段和可调谐吸收器区段被包括在激光二极管发射器中，该激光二极管发射器用于在微机电系统(mems)激光扫描显示设备中使用，其也可以用于需要宽带宽激光二极管的基于mems的显示器以外的其他应用。在2306，该方法还包括对第二驱动电流或电压进行调制以在一段时间内扫过值范围，以引起激光二极管发射器的波长的偏移，在该波长处总增益最大，从而引起激光二极管发射器发射光谱拓宽的光。
[0112]
在一个方面，增益区段的至少一部分与可调谐吸收器区段的至少一部分电隔离。
[0113]
在另一方面，使将增益区段耦合到第一电流或电压源的第一电极与将可调谐吸收器区段耦合到第二电流或电压源的第二电极分开。
[0114]
在又一方面，第二电流或电压源被配置为在2纳秒到20纳秒之间的时间段内扫过值范围。
[0115]
在在一方面，在由第二电流或电压源提供的值范围内，可调谐吸收器区段内部的吸收边缘被偏移高达20纳米。
[0116]
在另一方面，至少量子阱层延伸穿过增益区段和可调谐吸收器区段中的每一者。
[0117]
在又一方面，增益区段被配置为具有平坦化的增益谱。
[0118]
作为方法2300的替代方案，应当理解，第一驱动电流或电压和第二驱动电流或电压可以用相同的源类似地进行驱动，而不是用不同的电流或电压源进行驱动。在这种情况下，诸如图6所示的结构的作用类似于没有啁啾器(chirper)的激光二极管发射器。然而，利用例如由本文中描述的各种激光二极管发射器结构提供的宽且平坦化的增益谱，其一些示例在图17-图20c中示出，即使当第一驱动电流或电压和第二驱动电流或电压用相同的源类似地驱动时，也可以获取拓宽的激光光谱。
[0119]
应当理解，上述系统和方法可以用于实现具有拓宽的发射光光谱的激光二极管发射器，该激光二极管发射器可以被并入到近眼显示系统100的激光扫描显示设备200中，具有减少伪影和改善向这样的设备的用户显示的图像的颜色均匀性的有益效果。
[0120]
在一些实施例中，本文中描述的方法和过程可以绑定到一个或多个计算设备的计算系统。特别地，这样的方法和过程可以被实现为计算机应用程序或服务、应用程序编程接口(api)、库、和/或其他计算机程序产品。
[0121]
图24示意性地示出了计算系统2400的非限制性实施例，计算系统2400可以实施上述方法和过程中的一者或多者。计算系统2400以简化形式示出。计算系统2400可以体现图1的近眼显示系统和图2的激光扫描显示设备200，如上所述。计算系统2400可以采取以下形式：一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)、和/或其他计算设备、以及可穿戴计算设备，诸如智能手表和头戴式增强现实设备。
[0122]
计算系统2400包括逻辑处理器2402、易失性存储器2404和非易失性存储设备2406。计算系统2400可以可选地包括显示子系统2408、输入子系统2410、通信子系统2412、和/或图24中未示出的其他组件。
[0123]
逻辑处理器2402包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑处理器可以被配置为执行作为一个或多个应用、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其他逻辑构造的一部分的指令。这样的指令可以被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个组件的状态、实现技术效果或以其他方式达到期望结果。
[0124]
逻辑处理器可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个物理处理器(硬件)。另外地或替代地，逻辑处理器可以包括被配置为执行硬件实现的逻辑或固件指令的一个或多个硬件逻辑电路或固件设备。逻辑处理器2402的处理器可以是单核或多核的，并且在其上执行的指令可以被配置用于顺序、并行和/或分布式处理。逻辑处理器的个体组件可选地可以分布在两个或更多个单独的设备之间，这些设备可以远程定位和/或被配置用于协调处理。逻辑处理器的各方面可以由以云计算配置进行配置的远程可访问的联网计算设备来虚拟化和执行。在这种情况下，应当理解，这些虚拟化方面在各种不同机器的不同物理逻辑处理器上运行。
[0125]
非易失性存储设备2406包括被配置为保存可以由逻辑处理器执行以实现本文中描述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。当这样的方法和过程被实现时，非易失性存储设备2406的状态可以变换——例如，以保存不同数据。
[0126]
非易失性存储设备2406可以包括可移动和/或内置的物理设备。非易失性存储设备2406可以包括光学存储器(例如，cd、dvd、hd-dvd、蓝光光盘等)、半导体存储器(例如，rom、eprom、eeprom、闪存等)、和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、mram等)、或其他大容量存储设备技术。非易失性存储设备2406可以包括非易失性、动态、静态、读/写、只读、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址、和/或内容可寻址设备。应当理解，非易失性存储设备2406被配置为即使在非易失性存储设备2406断电时也保存指令。
[0127]
易失性存储器2404可以包括物理设备，该物理设备包括随机存取存储器。易失性存储器2404通常被逻辑处理器2402用于在软件指令处理期间临时存储信息。应当理解，当易失性存储器2404被断电时，易失性存储器2404通常不会继续存储指令。
[0128]
逻辑处理器2402、易失性存储器2404和非易失性存储设备2406的各方面可以一起被集成到一个或多个硬件逻辑组件中。例如，这样的硬件逻辑组件可以包括现场可编程门阵列(fpga)、程序和应用专用集成电路(pasic/asic)、程序和应用专用标准产品(pssp/assp)、系统级芯片(soc)和复杂可编程逻辑器件(cpld)。
[0129]
术语“模块”、“程序”和“引擎”可以用于描述计算系统2400的一个方面，计算系统2400通常由处理器以软件形式实现以使用易失性存储器的部分执行特定功能，该功能涉及将处理器专门配置为执行该功能的转换处理。因此，模块、程序或引擎可以经由逻辑处理器2402执行由非易失性存储设备2406保存的指令使用易失性存储器2404的部分来实例化。应当理解，不同的模块、程序和/或引擎可以是从相同的应用、服务、代码块、对象、库、例程、api、函数等而实例化的。同样，相同的模块、程序和/或引擎可以由不同的应用、服务、代码块、对象、例程、api、函数等实例化。术语“模块”、“程序”和“引擎”可以包含个体或成组的可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等。
[0130]
当被包括时，显示子系统2408可以用于呈现由非易失性存储设备2406保存的数据的视觉表示。视觉表示可以采用图形用户界面(gui)的形式。由于本文中描述的方法和过程改变了由非易失性存储设备保存的数据并且因此变换了非易失性存储设备的状态，所以显示子系统2408的状态同样可以被变换以在视觉上表示底层数据的变化。显示子系统2408可以包括使用几乎任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与共享外壳中的逻辑处理器2402、易失性存储器2404和/或非易失性存储设备2406组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。
[0131]
当被包括时，输入子系统2410可以包括一个或多个用户输入设备或与其接口连接，该用户输入设备诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器。在一些实施例中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(nui)组件或与其接口连接。这样的组件可以是集成的或外围的，并且输入动作的转换和/或处理可以在板上或板外被处理。示例性nui组件可以包括用于语音和/或声音识别的麦克风；用于机器视觉和/或手势识别的红外、彩色、立体和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼部跟踪器、加速度计和/或陀螺仪；以及用于评估大脑活动的电场感测组件；和/或任何其他合适的传感器。
[0132]
当被包括时，通信子系统2412可以被配置为将本文中描述的各种计算设备彼此通信耦合并且与其他设备通信耦合。通信子系统2412可以包括与一种或多种不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置用于经由无线电话网络、或有线或无线局域网或广域网进行通信(诸如通过wi-fi连接的hdmi)。在一些实施例中，通信子系统可以允许计算系统2400通过诸如互联网的网络向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。
[0133]
以下段落提供了对本公开的主题的附加描述。根据一个方面，提供了一种用于在微机电系统(mems)激光扫描显示设备中使用的激光二极管发射器，该激光二极管发射器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，其中第二电流或电压源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值范围，以引起激光二极管发射器的波长的偏移，在该波长处总增益最大，从而引起激光二极管发射器发射光谱拓宽的光。
[0134]
在这个方面，增益区段的至少一部分可以与可调谐吸收器区段的至少一部分电隔
离。
[0135]
在这个方面，将增益区段耦合到第一电流或电压源的第一电极与将可调谐吸收器区段耦合到第二电流或电压源的第二电极可以被分开。
[0136]
在这个方面，第二电流或电压源可以被配置为在2纳秒到20纳秒之间的时间段内扫过值范围。
[0137]
在这个方面，可调谐吸收器区段内的吸收边缘可以在由第二电流或电压源提供的值范围内偏移1纳米到20纳米。
[0138]
在这个方面，至少量子阱层可以延伸穿过增益区段和可调谐吸收器区段中的每一者。
[0139]
在这个方面，增益区段可以被配置为具有平坦化的增益谱。
[0140]
根据另一方面，提供了一种方法，该方法包括经由第一电流或电压源将第一驱动电流或电压提供给与第一电流或电压源耦合的增益区段，经由第二电流或电压源将第二驱动电流或电压提供给与第二电流或电压源耦合的可调谐吸收器区段。增益区段和可调谐吸收器区段可以被包括在用于在微机电系统(mems)激光扫描显示设备中使用的激光二极管发射器中。
[0141]
在这个方面，增益区段的至少一部分可以与可调谐吸收器区段的至少一部分电隔离。
[0142]
在这个方面，可以使将增益区段耦合到第一电流或电压源的第一电极与将可调谐吸收器区段耦合到第二电流或电压源的第二电极分开。
[0143]
在这个方面，第二电流或电压源可以被配置为在2纳秒到20纳秒之间的时间段内扫过值范围。
[0144]
在这个方面，可调谐吸收器区段内的吸收边缘可以在由第二电流或电压源提供的值范围内偏移高达20纳米。
[0145]
在这个方面，至少量子阱层可以延伸穿过增益区段和可调谐吸收器区段中的每一者。
[0146]
在这个方面，增益区段可以被配置为具有平坦化的增益谱，该平坦化的增益谱是通过从包括以下各项的组选择的结构来实现的：沿激光二极管发射器的波导的不同的邻角、沿波导在量子阱层中的量子阱混合、具有不同成分的量子阱区段、量子阱层的厚度和/或应变、以及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。
[0147]
根据另一方面，提供了一种包括显示器的微机电系统(mems)激光扫描显示设备。mems激光扫描显示设备还可以包括激光光源，该激光光源包括发射器阵列，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，其中宽带光束具有包括多个峰值的发射光谱。mems激光扫描显示设备还可以包括mems扫描镜，该mems扫描镜被配置为经由具有输入耦合光栅和输出耦合光栅的波导来引导光束，以跨显示器实现扫描图案，并且从而形成显示图像。
[0148]
在这个方面，与发射具有单个峰值的发射光谱的光束的激光光源相比，宽带光束可以通过在激光光源中具有更大的波长范围来增加显示图像中的颜色均匀性，这导致输入耦合光栅和输出耦合光栅处的衍射角范围更大，这进而引起更平滑的光栅效率的空间变化以及增大的输出耦合光的空间重叠。
[0149]
在这个方面，激光光源可以包括衬底，该衬底在其顶表面上具有多个沉积区，每个沉积区具有不同的表面法线，该表面法线相对于沉积区的表面正交地并且相对于衬底的平坦底表面成一定角度地形成，每个激光二极管发射器可以包括沉积在每个沉积区上的半导体材料，表面法线在半导体区中具有不同角度，每个发射器的半导体区被配置为发射相应不同波长的光，从而形成宽带发射光谱的光束，该宽带发射光谱具有多个峰值。
[0150]
在这个方面，半导体材料可以是ingan，并且在每个沉积区中的铟掺入、量子阱厚度和/或应变可以由于每个沉积区中的不同的邻角而变化，并且每个沉积区中的不同的铟的掺入引起每个二极管发射器的波长变化。
[0151]
在这个方面，激光光源还可以包括用于每个激光二极管发射器的被填充有增益材料的多个腔，腔是谐振的，并且在一端由分布式布拉格反射镜限定，并且在另一端由用于多个激光二极管发射器中的每个激光二极管发射器的出口光栅限定，使得当电流被注入腔时，每个激光二极管发射器发射不同的相应的波长的光。
[0152]
在这个方面，每个光栅上的入射光可以具有相同波长光谱。
[0153]
根据另一方面，提供了一种激光二极管发射器阵列，该激光二极管发射器阵列包括衬底以及直接或间接沉积在衬底上的第一半导体层。激光二极管发射器阵列还可以包括直接或间接沉积在第一半导体层上、并且具有基本均匀的外延结构的在量子阱层中的多个量子阱层区段，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。激光二极管发射器阵列还可以包括直接或间接沉积在量子阱层上的第二半导体层，其中当激光二极管发射器阵列通电时，多个量子阱层区段共同发出发射光，该发射光具有比由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，并且发射光在整个发射光频谱上包括多个相应峰值波长。
[0154]
在这个方面，每个量子阱层区段的不同相应峰值波长可以是由于通过量子阱层中的每个量子阱层区段与第一半导体层和/或第二半导体层之间的组成原子的相互扩散进行的量子阱混合。
[0155]
在这个方面，相互扩散可以是至少部分通过具有不同厚度的多个段的应变诱导薄膜层的施加、在预定温度下的退火、以及应变诱导薄膜层的去除而实现的热相互扩散。
[0156]
在这个方面，衬底可以限定水平平面，并且多个量子阱层区段可以空间地水平分布并且平行于该平面。
[0157]
在这个方面，应变诱导层的多个段中的每个段可以在退火之前和在去除之前已经被定位在多个量子阱层区段中的对应量子阱层区段上方，从而基于被定位在每个量子阱层区段上方的对应段的相应厚度，改变每个量子阱层区段内的相互扩散。
[0158]
在另一方面，提供了一种激光二极管发射器，该激光二极管发射器包括衬底、直接或间接沉积在衬底上的第一半导体层。激光二极管发射器还可以包括多个量子阱层，每个量子阱层具有相应材料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。激光二极管发射器还可以包括直接或间接沉积在量子阱层中的最顶部量子阱层上的第二半导体层，并且当激光二极管发射器通电时，多个量子阱层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，并且发射光在整个发射光频谱上包括多个相应峰值波长。
[0159]
在这个方面，量子阱层的每个相应材料成分可以遵循公式：in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p，其中
0.4《x《0.6和0《y《0.55。
[0160]
在这个方面，量子阱层的每个相应材料成分可以遵循公式：in
x
ga
1-x
n，其中0.26《x《0.4。
[0161]
在这个方面，量子阱层的每个相应材料成分可以遵循公式：in
x
ga
1-x
n，其中0.15《x《0.25。
[0162]
在这个方面，衬底可以限定水平平面，并且多个量子阱中的每个量子阱可以相对于衬底以不同的相应竖直位移定位，并且在沿穿过多个量子阱中的每个量子阱的竖直轴从上方观察时，多个量子阱可以彼此重叠，其中多个量子阱层中的每个量子阱层的生长通过以下方式来改变：改变相应多个量子阱层的外延生长条件，从而导致多个量子阱层中的每个量子阱层在通电时以不同峰值能量发出激光。
[0163]
在另一方面，提供了一种用于在制造激光二极管发射器时使用的方法，包括形成衬底，在衬底上直接或间接形成第一类型的半导体材料的第一半导体层，通过外延生长直接或间接在第一半导体层上沉积量子阱层，该量子阱层至少包括第一量子阱层区段和第二量子阱层区段，直接或间接在量子阱层上形成第二类型的半导体材料的第二半导体层，在第二半导体层上直接或间接沉积具有变化的厚度的应变诱导薄膜层。该方法还可以包括在预定退火温度处对衬底、第一半导体层、第二半导体层、量子阱层和应变诱导薄膜层进行退火，从而在退火期间在量子阱层中的每个相应量子阱层区段与第一半导体层和/或第二半导体层之间实现组成原子的不同的相互扩散，每个量子层阱区段的相互扩散基于被定位在量子层阱区段上方的薄膜层的厚度而变化。该方法还可以包括去除应变诱导薄膜层以留下具有不同的相互扩散的量子阱层区段，其中量子阱层区段中的每个量子阱层区段中的不同的相互扩散导致量子阱层区段中的每个量子阱层区段在通电时以不同峰值能量发出激光。
[0164]
在这个方面，量子阱层可以具有基本均匀的外延结构。
[0165]
在这个方面，该方法还可以包括通过外延生长在第一半导体层与量子阱层之间沉积包覆层和/或波导层中的一者或多者。
[0166]
在这个方面，该方法还可以包括通过外延生长在量子阱层与第二半导体层之间沉积包覆层和/或波导层中的一者或多者。
[0167]
在这个方面，第一类型的半导体材料可以是n型材料，并且第二类型的半导体材料可以是p型材料，或者第一类型的半导体材料可以是p型材料，并且第二类型的半导体材料可以是n型材料。
[0168]
在另一方面，提供了一种用于在制造激光二极管发射器时使用的方法，包括形成衬底，在衬底上直接或间接形成第一类型的半导体材料的第一半导体层，在第一外延生长条件下，通过外延生长在第一半导体层上直接或间接沉积第一量子阱层，以在第一量子阱层中实现第一外延结构。该方法还可以包括通过外延生长在第一量子阱层上直接或间接沉积第一中间层，以在第二外延生长条件下，通过外延生长在第一隔离层上直接或间接沉积第二量子阱层以在第二量子阱层中实现第二外延结构。该方法还可以包括在第二量子阱层上直接或间接形成第二类型的半导体材料的第二半导体层，其中第一量子阱层和第二量子阱层两者都包括in
x
ga
1-x
n或者第一量子阱层和第二量子阱层两者都包括in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p。
[0169]
在这个方面，第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者的生长可以以下方式来改变：改变相应第一量子阱层和第二量子阱层的外延生长条件，从而导致第一量子阱层和第
二量子阱中的每一者在通电时以不同峰值能量发出激光。
[0170]
在这个方面，第一外延结构和第二外延结构可以通过改变第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者的生长的in
x
ga
1-x
n的生长温度来改变。
[0171]
在这个方面，第一外延结构和第二外延结构可以通过改变第一量子阱层和第二量子阱层中的每一者的生长的in
x
[alyga
1-y
]
1-x
p的生长温度来改变。
[0172]
在这个方面，第一外延结构和第二外延结构可以通过在第一量子阱层和第二量子阱层的外延生长期间改变铟流动速率来改变。
[0173]
应当理解，本文中描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定实施例或示例不应当被认为具有限制意义，因为很多变化是可能的。本文中描述的特定例程或方法可以表示任何数目的处理策略中的一个或多个。这样，所示出和/或描述的各种动作可以以所示出和/或描述的顺序执行、以其他顺序执行、并行执行或者省略。同样，可以改变上述处理的顺序。
[0174]
本公开的主题包括各种过程、系统和配置、以及本文中公开的其他特征、功能、动作和/或特性的所有新颖和非明显的组合和子组合、以及其任何和所有等价物。