小型激光顯示器用的激光器芯片圖解

添加時間：2023/04/26

    激光電視、激光投影儀等激光顯示器是極具吸引力的產品，有望擴大激光二極管(ld)的應用領域。尤其是小型激光投影機，成為創(chuàng)新產品的潛力很大。最近，手機內嵌的小型激光投影儀和汽車儀表板上的投影儀備受關注。還提出了許多其他有趣的應用。組裝那些小型激光投影儀，非常緊湊型激光器是實現(xiàn)紅、綠、藍三原色光的必要光源。

    對于紅色和藍色，利用激光二極管是一種非常簡單和緊湊的方法。對于綠色，通常使用紅外激光輸出的二次諧波。二極管泵浦固體激光器或波長穩(wěn)定激光器是紅外發(fā)射器的備選方案。這些緊湊型激光器的亮度遠遠高于傳統(tǒng)光源、塊狀光源或發(fā)光二極管。這種高亮度使投影機光學元件的尺寸最小化，而不需要花費大量的投影機光通量和投影圖像的亮度。此外，該激光器的壁插效率(WPE)遠高于傳統(tǒng)光源。電池壽命是移動產品最重要的指標之一。高亮度和高WPE不僅是激光器的優(yōu)勢，也是對激光器的重要要求。

    在可見紅光的波長范圍內，人們希望波長越短，亮度越高，因為隨著光源波長越短，人眼的靈敏度越高。一個660nm激光二極管是很好的開發(fā)和商業(yè)化的DVD光盤拾取應用。然而，對于顯示應用來說，更短的波長(~ 640 nm)是必要的，因為640 nm的眼睛靈敏度幾乎是660 nm的三倍。640nm LD的輸出功率要求至少大于50mw。但這取決于投影儀的實現(xiàn)方法。

    對于~ 640 nm的激光波長，一般采用AlGaInP材料體系。由于有源層與包層之間的導帶偏移較小，因此限制AlGaInP LD WPE的主要因素是由有源層載流子泄漏引起的熱飽和。此外，較小的偏移是由于較短的波長導致的，因為在有源層中有較高的準費米能級。因此，對泄漏的抑制是迫切需要實現(xiàn)高WPE的短波AlGaInP LD。窄條紋AlGaInP LD最大輸出的主要限制是小面鏡的災難性光學損傷(COD)。為了在光面處實現(xiàn)高亮度的高密度光功率，光面鈍化是克服COD退化的重要手段。

    幾種已知的方法來實現(xiàn)一個小型激光顯示器。其中一種我們稱之為鏡面掃描法。該方法利用MEMS反射鏡對準直激光束進行掃描。屏幕上的激光束光斑被快速移動掃描鏡像并形成鏡像。在掃描過程中，每種顏色的激光功率被調整為用a表示一個像素正確的顏色。這種方法需要在屏幕上有一個小光束點。因此，單側模和衍射受限激光輸出優(yōu)先。在這項工作中，我們采用窄脊條紋結構的紅色LD來控制橫向模式。

    窄脊LD的示意圖如圖1所示。在n型錯位GaAs上生長外延層以防止AlGaInP自發(fā)有序。采用低折射率的AlInP包層對導光波進行了強約束。有源層較大的光約束系數(shù)降低了閾值載流子密度。LD芯片寬度為200 μm，腔長度為1500 μm。將芯片組裝成5.6φTO封裝，采用結面朝下配置，采用AuSn焊料并安裝。Zn做非吸收窗口工藝，用Zn做離子摻雜源、通過高溫退火，提高端面的能隙。電極完成后，解離鍍AR和HR膜。