TW201018031A - Diode-pumped light source - Google Patents

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TW201018031A
TW201018031A TW098129274A TW98129274A TW201018031A TW 201018031 A TW201018031 A TW 201018031A TW 098129274 A TW098129274 A TW 098129274A TW 98129274 A TW98129274 A TW 98129274A TW 201018031 A TW201018031 A TW 201018031A
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Taiwan
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light
light source
wavelength
mirror
multilayer stack
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TW098129274A
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Inventor
Michael Albert Haase
Thomas James Miller
Xiao-Guang Sun
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Description

201018031 六、發明說明： 【發明所屬之技#ί領域】 本發明一般而言係關於半導體光源。本發明尤其適用於 包括一個或多個II-VI半導體化合物之半導體光源。 、 【先前技術】 雷射二極體用於眾多不同應用中，諸如雷射指針、投影 顯示器及感測器。在光譜之接近XJV、紫色、接近紅外或 紅外區中發射之雷射二極體可係緊凑且價廉的。然而，在 ® 光譜之其他區中，諸如雙倍頻率雷射二極體等已知雷射二 極體係複雜、笨重、低效且昂貴的。極其需要能夠以其他 期望波長（諸如在光譜之青色、綠色、黃綠色、黃色及琥 珀色區中）發光之一緊湊、高效且價廉之雷射二極體系 統0 【發明内容】 一般而言，本發明係關於半導體光源。在一個實施例 中，一光源包括以III-V為主之一幫浦光源，其包括氮氣且 以一第一波長發射光。該光源進一步包括一垂直腔表面發 射雷射器（VCSEL)，其將由該幫浦光源發射之第一波長之 光之至少一部分轉換為一第二波長之至少一部分相干光。 該VCSEL包括形成針對第二波長之光之一光學腔之第一反 射鏡及第二反射鏡。該第一反射鏡在該第二波長下係大致 反射性且包括一第一多層堆疊。該第二反射鏡在第一波長 下係大致透射性且在第二波長下係部分反射性及部分透射 性。該第二反射鏡包括—第二多層堆疊。該VCSEL進一步 142728.doc •5. 201018031 包括一半導體多層堆疊，其安置於該第一反射鏡與該第二 反射鏡之間且將該第一波長之光之至少一部分轉換為該第 二波長之光。該半導體多層堆疊包括一量子井，該量子井 包括一 Cd(Mg)ZnSe合金。 在另一實施例中，一光源包括以Ιπ ν為主之一幫浦光 源，其包括氮氣N且以第一波長發射光。該光源進一步包 括一光學總成，其將由該幫浦光源發射之第一波長之光之 至少一部分轉換為一第二波長之至少一部分相干光。該光 學總成包括形成針對第二波長之光之一光學腔之第一反射 鏡及第二反射鏡。該第一反射鏡在該第二波長下係大致反 射性且包括一第一多層堆疊。該第二反射鏡在該第二波長 下係部分反射性。該光學總成進一步包括一半導體多層堆 疊，其女置於該第一反射鏡與該第二反射鏡之間且將該第 一波長之光之至少一部分轉換為該第二波長之光。該半導 體多層堆疊包括一量子井，該量子井包括一 Cd(Mg)ZnSe 合金。 在另一實施例中，一發光系統包括以一第一波長發射光 之一電致發光裝置。該發光系統進一步包括一光學腔，其 增強光自該發光系統之一頂表面之發射且抑制光自該發光 系統之一個或多個側之發射。該光學腔包括一半導體多層 堆疊，其接收該所發射之第一波長之光且將該所接收之光 之至J/ 一部分轉換為一第二波長之光。該半導體多層堆疊 包括-n-VI電位#。離開該|光系、统之第二波長之所有光 之經整合發射強度係至少1〇倍於離開該發光系統之第一波 142728.doc 201018031 長之所有光之經整合發射強度。在某些情形中，該π_VI電 位井包括Cd(Mg)ZnSe或ZnSeTe。在某些情形中，該電致 發光裝置經設計以使得由半導體多層堆疊接收之第一波長 之光之一相當大部分經由該電致發光裝置之一頂表面離開 該電致發光裝置。在某些情形中，由該發光系統沿一第一 方向發射之光具有一第一組色坐標，且由該發光系統沿不 同於該第一方向之一第二方向發射之光具有一第二組色坐 標，其中該第二組色坐標係與該第一組色坐標大致相同。 在某些情形中，該第一組色坐標係Ui，與Vi •且該第二組色坐 標係U2’與V2,，且4’與U2,之間的差及Vi，與V2，之間的差中之 每一者之絕對值不大於0.003。在某些情形中，重新發射 之第二波長之光之一主要部分係自該發光系統之一頂表面 離開該發光系統。該頂表面具有一最小橫向尺寸。該 重新發射之第二波長之光之剩餘部分之一相當大分率係自 具有最大邊緣厚度Tmax之光學腔之一個或多個側離開該 發光系統。比率Wmin/Tma?^^、至少約30。所發射之第一波長 之光之一主要部分係自該電致發光裝置之一頂表面離開該 電致發光裝置。該頂表面具有一最小橫向尺寸^所 發射之第一波長之光之剩餘部分係自具有一最大邊緣厚度 Tlmax之電致發光裝置之一個或多個側離開該電致發光裝 置。比率Wlmin/Tlmax係至少約30。在某些情形中，比率 Wmin/Tma?^ Wlmin/Tlmax 中之每一者係至少約 。 【實施方式】 本申4案揭示半導體光源，其包括一個或多個幫浦光源 I42728.doc 201018031 及用於將由—幫浦光源發射之光轉換為一不同波長之光之 一個或多個半導體光學腔。在某些情形中，一所揭示半導 體光學腔係能夠轉換（諸如向下轉換）一入射光之一諧振 腔在某些情形中，一所揭示半導體諧振腔波長轉換器係
垂直腔表面發射雷射器（VCSEL)。該等所揭示光源係高 效緊湊的，且在某些情形中廉價地將一光轉換vcSEL·與 來自兩個或多於兩個不同半導體族群之一幫浦光源整合在 起舉例而s，本申請案揭示一光源，其將一v幫浦 光源諸如包括Ν之一幫浦光源（諸如一 AlGalnN幫浦LED 或一雷射二極體）與包括—„_VI半導體波長轉換器（諸如 Cd(Mg)ZnSe波長轉換器）之一 „_VI VCSEL整合在一起。 在某二障形中，该幫浦光源（諸如一雷射二極體（LD)光 源）係至少一部分相干光源，此意指其發射至少部分相干 在某二清屯中，該幫浦光源（諸如一發光二極體（led) 光源）係一非相干光源，此意指該光源發射非相干光。 在某些情形中，半導體則紅及幫浦光源係來自相同半 導體族群，諸如m-v族。在此等情形中，直接將（舉例而 言卜m_v VCSEL單體生長及製作於一m 浦光源（諸 如-III-V幫浦）上可係可行的。然而，在某些情形中，以 一所期望波長發射光且具有高轉換效率及/或其他期望性 質之- VCSEL係來自不同於幫浦LD或LED所歸屬之族群之 一半導體族群。舉例而言，—VCSEL可來自⑴观且諸如 一 LD或LED之一光源可來自m_v族。在此等情形中將 -個組件生長至具有高品質之其他組件上可係不可能或不 142728.doc 201018031 可行的。在此等情形巾，可將VCSEL附接至幫浦光源以形 成混〇光源此等混合光源可以在（舉例而言）光譜之可 見區中之不同波長以⑥的總效率發射光。於年⑺月8 日提出中請之美國專利中請案第6G/9783G4號中闡述附接 兩個構造之實例性方法，該申請案以全文引用之方式併入 本文中。 在某些情形中，所揭示之光源可輸出（舉例而言）一個或
多個主色，諸如在RGB主色系統中之藍色綠色或紅色或 在CMYK主色系統中之青色、品紅色及黃色。在某些情形 中’所揭示之光源可輸出具有諸如琥轴色或白色等其他色 彩之光°所揭示光源之發射效率及緊湊性可導致具有減小 :重量、大小及功率消耗之新型及改良之光學系統諸如 兩效投影系統。 在某些情形中，該VCSEL可包括可將光轉換為一較長波 長之光之電位井或量子井，諸如一半導體電位井或量子 • 彳。在某些情形中，所揭示之光源有效地將來自—半導體 族群（諸如H-VI族）之一個或多個VCSEL與來自-不同半導 趙族群（諸如m-v族）之一個或多個幫浦光源（諸如幫浦LD 或LED)整合在一起。 揭示包括一幫浦光源陣列及一對應vcSel陣列之一光源 此-光源陣列可形成單色(舉例而言，綠色或綠色、 :’、、)或衫色影像。該等所揭示之光源陣列可組合習用 光源與影像形成裝置之主要功能，從而產生減小之:率消 耗、大小及成本。舉例而言’在一顯示器系統中，所揭示 142728.doc 201018031 之-光源陣列可用作光源及影像形成裝置兩者因此消除 或降低對一單獨背光或一空間光調變器之需要。作為另: 實例’在一投影系統中併入所揭示之光源陣列消除或降低 對影像形成裝置及中繼光學器件之需要。 揭示可形成（舉例而言）一顯示器系統中之一像素陣列之 光源陣列。該等光源中之至少某些光源包括能夠回應於一 電信號而發射光之一幫浦電致發光裝置，諸如一幫浦 或LED。該等光源中之至少某些光源可包括_個或多個 VCSEL ’該（等）VCSEL包括用於向下轉換由幫浦電致發光 裝置發射之光之一個或多個光轉換元件，諸如一個或多個 電位井及/或量子彳。如本文所使用，向下轉換意指被轉 換之光之光子能量小於幫浦光之光子能量，或該被轉換之 光之波長長於未被轉換之光或入射光之波長。 所揭示之光源陣列可用於（舉例而言）照明系統，諸如用 於（舉例而s )投影系統或其他光學系統中之適應照明系 統。 圖1係一光源100之一示意性側視圖，光源10〇包括以m_ V為主之一幫浦光源170，其包括氮氣Ν且以第一波長、發 射光172。在某些情形中’光源17〇具有一發射光譜，該發 射光譜具有一個或多個峰值，其中波長、係一峰值發射之 波長。在某些情形中，光源170實質上以一單個波長人丨發 射光，此意指所發射之光譜具有一窄λι峰值及一小半峰全 光譜寬度值（FWHM)。在此等情形中，該FWHM可小於約 50 nm ’或小於約1 〇 nm，或小於約5 nm，或小於約1 nm。 142728.doc -10- 201018031 在某些清形中，該幫浦光源係一 ΙΙΙ-V雷射二極體。在某些 情形中’該幫浦波長人!係介於約350 nm與約500 nm之間。 舉例而言，在此等情形中，在此等情形中，λι可係約4〇5 nm ° 光源1〇〇亦包括一垂直腔表面發射雷射器（VcSEL)19〇， 其將由幫浦光源170發射之第一波長之光172之至少一部分 轉換.為第二波長λ2之至少一部分相干輸出光丨78。 VCSEL 190包括形成針對第二波長之光之一光學腔之第 反射鏡120及第一反射鏡160。在某些情形中，該光學腔 之光學厚度可係該第二波長h之一半之一奇數倍（亦即， (2ιη+1)(λ2/2)，其中m係一整數）。在此等情形中，該光學 腔内波長λ2下之一光學駐波之一節點係位於該光學腔之中 心處或接近該光學腔之中心。在某些情形中，該光學腔之 光學厚度可係該第二波長λ2之一整數倍（亦即，mx2，其中 m係一整數在此等情形中，該光學腔内之波長λ2處之一 光學駐波之一反節點係位於該光學腔之中心處或接近該光 學腔之中心。 在某些情形中，第一反射鏡120在第二波長下係大致反 射性。舉例而吕’在此等情形中’第一反射鏡120在第二 波長λ?下之反射係數係至少80%，或至少9〇%，或至少 95%，或至少99% ’或至少99.5% ’或至少99.9%。在某些 情形中，第一反射鏡120在第一波長λι下係大致透射性。 舉例而言，在此等情形中’第一反射鏡12〇在、下之光學 透射率係數係至少50%，或至少60%，或至少7〇%，或至 142728.doc -11 - 201018031 少80%，或至少90°/〇。 在某些情形中，諸如在圖1所示之實例性光源丨〇()中，第 一反射鏡120係一第一布拉格反射器12〇或包括一第一布拉 格反射器120。該布拉格反射器包括具有一較低折射指數 之低指數層122與具有一較高折射指數之高指數層124交替 之一多層堆疊。在實例性光源1 〇〇中，第一布拉格反射器 120包括4個低指數層122及4個高指數層124。一般而言， 第一布拉格反射器120可包括一個或多個低指數層122及一 個或多個尚指數層124。舉例而言’在某些情形中，第一 布拉格反射器120可具有至少5個低指數層及5個高指數 層，或至少10個低指數層及10個高指數層，或至少15個低 指數層及15個高指數層。 在某些情形中，第一布拉格反射器12〇中之至少某些低 指數層及/或高指數層之光學厚度係彼層中第二波長之四 刀之。在此等情形中，對於一四分之一波長厚之層而 3，該實體厚度係MMn，其中n係該層在波長、下之折射 指數。 第一布拉格反射器120可包括具有適當之較低折射指數 及較高折射指數之任何材料。實例性材料包括Si〇2、 Si3N4 ' Ti〇2、Ta2〇5、MgF2、。匕及励2。在某些情形 中’第一布拉格反射器120可包括一 II-VI材料，諸如
ZnSe、ZnS、Cd(Mg)ZnSe或 Mg(Zn)Se，或其任何組合或合 金。 在某些情形中’第二反射鏡16〇在第二波長Μ下係部分 142728.doc 201018031 反射性。在此等情形中，第二反射鏡16〇在第二波長〜下 之反射係數係至少80%，或至少9〇%，或至少95%，或至 ：>' 99/〇，或至少99.5%，或至少99.90/〇。在某些情形中，第 一反射鏡160在第二波長μ下係部分透射性。在此等情形 中，該第二反射鏡在第二波長下之光學透射率不大於 5/。，或不大於3%，或不大於2%，或不大於，或不大於 0.5% 〇 在某些情形中，諸如在圖1所示之實例性光源中，第二 反射鏡160係一第二布拉格反射器或包括一第二布拉格反 射器，該布拉格反射器包括具有一較低折射指數之低指數 層162與具有一較高折射指數之高指數層164交替之一多層 堆疊。在實例性光源100中，第二布拉格反射器16〇包括三 個低指數層162及三個高指數層164。一般而言，第二布拉 格反射器160可包括一個或多個低指數層162及一個或多個 高指數層164。舉例而言，在某些情形中，第二布拉格反 φ 射器160可具有至少5個低指數層及5個高指數層，或至少 1〇個低指數層及1〇個高指數層，或至少15個低指數層及15 個南指數層。 在某些情形中，第二布拉格反射器16〇中之至少某些低 指數層及/或高指數層之光學厚度係彼層中第二波長之四 分之一。在此等情形中，該實體厚度係h/4n，其中η係該 層在\2下之折射指數。 光源100進一步包括一半導體多層堆疊130，其相應地安 置於第一反射鏡120與第二反射鏡16〇之間。多層堆疊13〇 142728.doc -13- 201018031 將第一波長之光174之至少一部分轉換為第二波長之光 170。在某些情形中，當半導體多堆疊層ι3〇吸收光174之 至少一部分且將該所吸收之光之至少一部分重新發射為第 二波長之光176時可實現光自第一波長至第二波長之轉 換。在某些情形中，幫浦光源170可發射UV光或紫光且半 導體多層堆疊130可重新發射藍色光、綠色光、黃色光、 青綠色光及紅色光。在某些情形中，幫浦光源17〇可發射 藍色光且該重新發光半導體多層堆疊13〇可重新發射綠色 光、黃色光、青綠色光或紅色光。 半導體多層堆疊130包括：相應的第一窗口 132及第二窗 口 134;及包括複數個交替電位井與吸光層之一電位井堆 疊。特定而言，實例性半導體多層堆疊13〇包括：相應的 第一吸收層M0、第二吸收層142及第三吸收層144;及相 應的第一電位井152及第二電位井154。 半導體多層堆疊130中之吸光層吸收第一波長之光174之 至·少一部分且所得回廒伤姦洛土 Α油士 7 . a ,.
且以第二波長λ2發射光。 在某些情形中（諸如當半導體多層堆叠13〇中之光生電 子-雷、:回料+命ώ .、^ ^、 130中之光生電
142728.doc 201018031 情形中’若反射鏡120及反射鏡160在λ2下係充分反射性， 則該等反射鏡可有效地增加光1 76穿過電位井之次數。結 果，VCSEL可以λ2產生相干光或至少部分相干光。 一般而言，重新發射多層堆疊130包括能夠將一光（諸如 一藍色光或UV光）之至少一部分轉換為一較長波長之光之 至少一個II-VI化合物層。在某些情形中，該H_VI波長轉 換器包括一 Π-VI電位井或量子井。 如本文所使用’電位井意指經設計以僅在一個維度上侷 限一載流子之一多層半導體結構中之半導體層，其中該 (等）半導體層具有比周圍層低之一導帶能量及/或比周圍層 高之一價帶能量。量子井通常意指充分薄以使量子化效應 增大用於井中電子-電洞對再結合之能量之一電位井。一 量子井通常具有約100 nm或更小或約1 〇 nm或更小之一厚 度。 在某些情形中’電位井或量子井152及/或154係具有小 於幫浦光源1 70發射之一光子之能量之一帶隙能量之一 I】· VI半導體電位井或量子井。一般而言，電位井或量子井 152及/或154之躍遷能大致等於由該電位井或量子井重新 發射之一光子之能量。 在某些情形中，電位井152及154可包括將化合*ZnSe、 CdSe及MgSe作為合金之三種成分之cdMgZnSe合金。在某 些情形中’合金中可不存在Cd、Mg及Zn中的一或多者， 尤其係Mg。舉例而言，電位井152及154可包括能夠以紅 色重新發射之一 Cd〇.7〇Zn〇.3〇Se量子井，或能夠以綠色重 142728.doc -15· 201018031 新發射之一Cd0.33Zn0.67Se量子井。作為另一實例，電位 井152及154可包括Cd、Zn、Se及視情況Mg之一合金，在 此情形中，該合金系統可由Cd(Mg)ZnSe表示。作為另一 實例，電位井152及154可包括Cd、Mg、Se及視情況Zn之 一合金。在某些情形中，電位井可包括ZnSeTe。在某些情 开> 中，一量子井152或154具有在自約1 nm至約1〇〇 nm之一 I已圍中之一厚度或在自約2 nm至約35 nm之一範圍中之一 厚度。在某些情形中，電位井152及154可包括Be、Hg、 O、S或Te或其一合金。 在某些情形中，電位井152及154能夠將由幫浦光源170 發射之光之至少一部分轉換為一較長波長之光。在某些情 形中，電位井152及154可包括一^_¥1電位井。一般而言， 電位井152及154可具有任一導帶曲線及/或價帶曲線。舉 例而言，實例性曲線闡述於美國專利申請案第6〇/8938〇4 號中，該申請案以全文引用之方式併入本文中。 相鄰電位井（諸如電位井1 52與電位井1 54)之間的間隔可 係在一應用中可係實用及/或期望之任一距離。舉例而 言’在某些情形中，第一電位井或量子井及第二電位井或 量子井可在分離該兩個電位井之媒介中間隔第二波長心之 約一半之一距離。舉例而言，在此等情形中，電位井152 與電位井154之間的間隔可係λ2/2η，其中η係層142在第二 波長λ2下之折射指數。 在某些情形中’半導體多層堆疊130之至少一部分係掺 雜有一摻雜劑。舉例而言’在某些情形中，電位井152及 142728.doc -16- 201018031 ⑸可係n摻雜或p摻雜，其中該摻雜可藉由ι適當之方 法及藉由包括諸如a、Br、I、乂、⑸仙等任—適當之摻 雜劑實現。 在某些情形中，幫浦光源！70及半導體多層堆疊13〇可來 自兩個不同之半導趙族群。舉例而言，在某些情財，幫 浦光源170可係- ΠΙ_ν半導體農置且半導體多層堆疊13〇可 係-ii-vi半導體裝置。在某些情形中，幫浦光源17〇可包 括AlGaInN半導體合金且半導體多層堆疊13〇可包括 β Cd(Mg)ZnSe半導體合金。 圖1中之實例性半導體多層堆疊130包括兩個電位井152 及154。一般而言，半導體多層堆疊13〇可具有一個或多個 電位井或量子井。在某些情形中，半導體多層堆疊13〇可 具有一單個電位井或量子井。在某些情形中，半導體多層 堆疊130可具有2個或多於2個電位井，或具有5個或多於5 個電位井，或具有1〇個或多於1〇個電位井。在某些情形 _ 中，多層堆疊130中之至少某些或所有電位井在第二或發 射波長λ2下可位於光學腔模式之反節點處或附近。 吸光層140、142及144辅助光174之吸收及載流子之產 生。將吸光層置於接近半導體多層堆疊13〇中之電位井， 以使得光生載流子可有效地擴散至電位井以用於以輻射方 式再結合載流子及以第二波長12發射光。 在某些情形中’半導體多層堆疊130中之一吸光層可緊 緊批鄰一個或多個對應電位井，此意指無介入層安置於該 吸收層與電位井之間。舉例而言，第一吸光層14〇緊緊毗 142728.doc d 201018031 鄰對應之第一電位井152 ^作為另一實例，第二吸光層142 緊緊毗鄰對應之電位井152及154。在某些情形中，半導體 多層堆疊130中之一吸光層可緊密毗鄰一對應電位井，此 意指一個或幾個介入層可安置於吸光層與電位井之間。舉 例而言’在某些情形中’一個或多個介入層可安置於第一 吸光層140與對應之第一電位井152之間。在此等情形中， 該等介入層並不實質阻擋或干擾載流子自吸收層u〇向電 位井152之擴散。舉例而言，該等介入層可充分薄及/或具 有充分低之帶隙能量以允許載流子自吸收層向電位井擴 散。 在某些情形中，一吸光層可包括一半導體，諸如一無機 半導體（諸如一 II-VI半導體）。舉例而言，吸收層14〇、142 及144中之一或多者可包括一 Cd(Mg)ZnSe半導體合金。在 某些情形中，吸收層14〇、142及144中之一或多者可包括 Be、Hg、〇、s或Te或其一合金。 在某些情形中’一吸光層可具有小於由幫浦光源17〇發 射之一光子之能量之一帶隙能量。在此等情形中，該吸光 層可強烈地吸收由幫浦光源發射之光。在某些情形中，一 吸光層可具有大於電位井140之躍遷能之一帶隙能量。在 此等情形中’吸光層對於由電位井重新發射之光係大致光 學透明的。 在某些情形中’半導體多層堆疊13〇中之至少一個吸光 層摻雜有摻雜劑。在某些情形中，換雜劑可包括氣或块。 在某些情形中，一吸光層可係„摻雜或P摻雜，其中該摻雜 142728.doc 18- 201018031 可藉由任一適當之方法及藉由包括任一適當之摻雜劑來實 現。在某些情形中，摻雜劑之數量密度係在自約1017cnT3 至約l〇18cm 3之一範圍中。其他實例性摻雜劑包括A1、 Ga、In、F、Br及N。 實例性半導體多層堆疊130包括三個吸光層140、142及 144。一般而言’半導體多層堆疊可不具有吸光層具有 一個、兩個或多於兩個吸光層。一般而言，一吸光層充分
=近一個或多個對應電位井，以使得吸光層中之一光生載 μ子具有擴散至該電位井之一合理機會。在其中半導體多 層堆疊不包括吸光層之情形中，電位井可在第—波長^下 係大致光吸收性的。 第由口 132及第二窗口 134經設計以主要提供載流子， 、使知光生於-吸收層中之諸如電子·電洞對等載流子不 具有遷移至（舉例而言）半導體多層堆叠13〇之一自由或外部 表面之機會或具有遷移至（舉例而言）半導體多層堆疊13〇之 一自由或外部表面之-小機會，其中該等載流子可以非輕 =式再結合。在某些情形令，窗口 132及134具有大於由 源17G發射之—光子之能量之帶隙能量。在此等情 :中广132及134對於由幫浦光請以第-波“發 射之光及由（舉例而言）第一雷 射之光係大致光學透明^井⑽以第二波糾重新發 具有實:二光源1〇°包括兩個窗口。-般…-光源可不 或可具有任-數量之窗口。舉例而言，在某些情 ^光源100可具有安置於幫浦光源170與第—電位井 142728.doc -19· 201018031 152之間或安置於幫浦光源170與第-吸光層140之間的- 單個由口。在某些情形中，諸如在實例性半導體多層堆疊 U〇中，至少一個窗口（諸如窗口 13 2及134)係半導體多層堆 疊之一最外層。 在某些情形中’光源1〇〇中兩個毗鄰層之間的一介面之 位置可係良好界定或明顯介面。在某些情形中，諸如當 層内之材料組合物相依於沿厚度方向之距離而改變時， 兩個此鄰層之間的介面可未經良好界定且可係（舉例而 言）-梯度介面。舉例而言，在某些情形中，第一吸光層 140及第囪口 I32可具有相同的材料組分但具有不同的材 料濃度I此等情形中，吸光層之材料組成可逐漸變化為 窗口層之材料組成，從而在該兩個層之間產生一梯度介 面。舉例而言，在其中兩個層皆包括吨之情形中，當自 吸收層逐漸過渡至窗口時，可增加濃度。 在某些情形中，所發射之光174之一部分可由半導體多 層堆疊⑽透射為第—波^之光l74A，其又可由第二反 射鏡160至少部分地透射為第一波長之光174B。在此等情 形中，光源100之輸出光178可包括第一波長及第二波長之 光。舉例而言，在此等情形中，所發射之光174可係藍色 且所重新發射之光176可係黃色，從而產生-白色輸出光 178 » 光源1〇〇進一步包括用於管理由幫浦光源17〇發射之& m之可選光管理光學器件18〇。舉例而言光管理光學器 件⑽可包括用於聚焦光172之_個或多個光學透鏡。其他 142728.doc -20- 201018031 實例性光管理光學器件包括濾光器、偏光器、分光鏡、分 色鏡及光纖。 在實例性光源100中，VCSEL 190係安置於一散熱片1〇5 上。該散熱片藉由將產生於VCSEL中之熱量轉移或傳導至 一不同位置（諸如環境）來冷卻VCSEL 190。在某些情形 中’散熱片105可係一水冷卻散熱片。在某些情形中，散 熱片105在第一波長λ,Τ可係大致光學透射性。舉例而 言，在此等情形中，散熱片105在第一波長λι下之光學透 ® 射係至少50% ’或至少60%，或至少70%，或至少8〇%，或 至少90%。 一般而言，散熱片105可包括適於將熱量自vc：SEIj 19〇 傳導離開之任一材料。實例性散熱片材料包括矽。實例性 透明散熱片材料包括碳化矽、藍寶石及金剛石。在某些情 形中，該散熱片可包括一不透明材料，諸如一金屬。在此 等情形中，該散熱片可包括一個或多個小透明開口或通光 0 開口以允許幫浦光ly4透過。 一般而言，幫浦光源170可係能夠以一所期望波長或在 一所期望波長範圍内發射光之任一光源。舉例而言，在某 二If形中’幫浦光源J 7〇可係發射非相干、紫色或藍色 光之一LED。在某些情形中，幫浦光源170可係一ΠΙ·Μ 導體光源，諸如一 Τ , a -Γ a 1 出V LED，且可包括AlGalnN半導體合 金。舉例而言，幫浦光源17〇可係以GaN為主之-LED。 在某些情形中，幫浦光源17〇可包括一個或多個p型及/ 或η型半導體層、可包括一個或多個電位井及/或量子井之 142728.doc •21 · 201018031 一個或多個主動展、、士； 動層波導層、覆蓋層、緩衝層、基板層及 超級基板層。 在某iff形中，幫浦光源17()可附接至或接合至散熱片 105，或若（舉例而言）散熱片105不存在或位於其他位置則 附接至第一反射鏡120。該附接或接合可藉由任一適當之 方法達成，諸如藉助諸如一熱炫融黏合劑之一黏合劑、焊 接壓力、加熱或此等方法之任何組合或在一應用中可係 八他方法適當之熱溶融黏合劑之實例包括半晶質 聚烯烴、熱塑聚酯及丙烯酸樹脂。 、 其他實例性接合材料包括光學透明之聚合材/料，諸如光 子透明之聚合黏合劑，其包括諸如N〇rIand 83H(由NwL Products，Cranbury NJ供應）等以丙烯酸鹽為主之光學黏合 劑；諸如sc〇tCh-we〗d瞬間黏合劑（由3M c〇mpany，st paui， MN供應）等氰基丙烯酸鹽；諸如Cyc][〇teneT、由化學公 司，Midiand，供應）等苯并環丁烯；諸如CrysuiB〇nd rredPellaInc.，ReddingCA)等透明蠟；液體、水或以矽酸 納為主之可溶玻璃；及旋塗玻璃（s〇G)。 在某些情形中，可藉由（舉例而言）在接合工藝期間在幫 浦光源170與散熱片1〇5或第一反射鏡12〇之間安置一個或 多個接合層來將幫浦光源170附接至或接合至散熱片ι〇5或 第一反射鏡12〇。一接合層可（舉例而言）包括—個或多個薄 金屬層或極薄金屬層、一個或多個薄金屬氧化物層或一個 或多個其他材料層，諸如黏合劑、密封劑、高指數玻璃或 諸如低溫溶膠-凝膠材料等溶膠-凝膠材料或其任何組合。 142728.doc -22- 201018031 一般而言，幫浦光源17〇可係一非相+ F相十光源、部分相干
光源或相干光源。舉例而言，在某些情形中，幫浦光源 170可係發射相干光172之一相干幫浦光源，諸如一幫浦雷' 射器（諸如一幫浦雷射器二極體在某些情形中，幫浦光 源170可係一非相干幫浦光源，諸如發射非相干光172之一 幫浦發光二極體（LED)。在某些情形中，諸如當反射鏡12〇 及160在λ2下係高反射性且電位井152及^在、下提供充分 增益時，光源100可係發射相干輸出光178之—雷射器或一 相干光源。在某些情形中，輸出光178可係非相干或部分 相干。 在某些情形中，幫浦光源170可發射包括一影像或顯示 影像之光17 2。舉例而言，幫浦光源1 7 0可包括可經個別 調變以形成一影像之--維離散光源陣列或二維離散光源 陣列。舉例而言’圖2顯示包括一離散光源陣列2〇〇_ i之一 光源2 0 0之一示意性側視圖，其中至少一個離散光源包括 一離散幫浦光源及一離散VCSEL。特定而言，實例性光源 200包括發射一對應所發射之光陣列272之一離散幫浦光源 陣列270及重新發射一對應重新發射之光陣列276之一對應 離散VCSEL陣列290。在實例性光源200中，陣列270包括 發射相應幫浦光272-1至272-5之離散幫浦光源270-1至270-
5 ’且陣列290包括重新發射相應光276-1至276-5之VCSEL 290-1至290-5。舉例而言，VCSEL 290-1吸收所發射幫浦 光272-1之至少一部分且將該所吸收之光之至少一部分重 新發射為一較長波長之光276-1。 142728.doc -23· 201018031 在某些情形中，兮望 # ^ 散幫浦光源中之至少某些光源在 27^-1可rL色&區中發射光。舉例而言，所發射之幫浦光 B糸UV光且所發射之幫浦光272_3可係-藍色光。 /、些情形中，所有離散幫浦光源可在光譜之相同色彩區 光舉例而s，所有離散幫浦光源可發射藍色光^ 在某些If形中’在相同色彩區中發射之幫浦光之波長係大 致相等♦例而言’在此等情形中，所發射波長之間的差 係不大於約50 nm ’或約4〇 nm，或約3〇⑽，或約⑽， 或約lOnm’或約7nm，或約5nm。 在某些情形中，所重新發射之光276-1至276-5中之至少 某些光具有不同波長。舉例而言，所重新發射之光276-1 可係一藍色光，所重新發射之光276_3可係一綠色光，且 所重新發射之光276-5可係一紅色光。 在某些情形中’光源2〇〇可包括一離散光源而不包括一 對應VCSEL。舉例而言，光源200可包括離散幫浦光源 270-1，但該光源可不存在vcSEL 290-1。在此等情形中， 由幫浦光源270-1所發射之光可係由光源200所發射之所有 光之部分。為另一實例，幫浦光源270-1可發射藍色光且 不具有一對應VCSEL，幫浦光源270-2可藉助重新發射綠 色光之對應VCSEL 290-2發射藍色光，且幫浦光源270-3可 藉助重新發射紅色光之對應VCSEL 290-3發射藍色光。在 此等情形中，所發射之藍色光272-1、所重新發射之綠色 光276-2及所重新發射之紅色光276-3可組合以產生白色 光。在此等情形中，幫浦光源270-1、270-2及270-3可係光 142728.doc •24- 201018031 源200中一同一像素之一部分，其中每一個別幫浦光源係 一子像素之一部分。 返回參照圖1，一顯示器中可包括光源100。舉例而言， 能夠顯示一像素化影像之一像素化顯示器中之一像素4包 括光源100。在某些情形中，—像素化顯示器中之每—像 素可包括類似於光源100之一光源，其中在某些像素中， 可不存在半導體多層堆疊。
在某些情形中，可單獨地調變陣列270中之離散幫浦光 源以形成一所發射之（舉例而言）藍色影像。VCSEL陣列 中之離散VCSEL可在光源2〇〇之一表面（諸如表面295) 處將該所發射之影像轉換為一所重新發射之像素化影像。 在某些情形中，該所重新發射之像素化影像可係一單色 (舉例而言，綠色或綠色及黑色）影像。在某些情形中，該 所重新發射之像素化影像可係一彩色影像。在一顯示器= 統之背景下，《源200中之一離散光源可係（舉例而言）一像 素或一子像素。 一般而言，光源200中之離散光源陣列可係在一應用中 期望之任一類型之陣列。在某些情形中，該陣列可係一列 或一行，諸如1Xn陣列，其巾或更在某些情形 中該睁列可係一方形陣列諸如一 陣列，或可係— 矩形陣列’諸如一 _陣列，其中η及m兩者皆係2或更大 且m不同於”在某些情形中，該陣列可係-梯形陣列、一 任—其他類型之陣列，諸如任—規則或不規 則類型之陣列。 142728.doc -25- 201018031 ^某些情形中，陣列中之離散光源（或—顯示器系統之 之陣列中之像素）可係相等大小或具有不同大小（舉 例而言)以計及不同色彩之轉換效率中之差異。 ，離散光源陣列中之一離散光源可具有諸如方形、擴圓 形开夕或更複雜之形狀等任-形狀以適應（舉例而言）併 有k陣歹] < 裝置之光學及電功能。可以在一應用中期 望之任#置來放置一陣列中之離散光源。舉例而言，可 在（舉例而s) —矩形或六邊形佈置中均勻間隔開該等元 件。在某些情形中’可非均勻地放置該等元件（舉例而言） 以藉由（諸如）降低或校正諸如枕形或桶形畸變等光學像差 來改良裝置效能。 可使用通常用於（舉例而言）製作微電子及半導體裝置及 其他以晶圓為主之裝置之方法來製作在本申請案中揭示之 光源。已知方法包括分子束壘晶（MBE)、金屬有機氣相壘 晶（MOVPE)、物理氣相沈積（pvD)、化學氣體沈積 (CVD)、金屬有機化學氣體沈積（M〇cVD)、液相壘晶 (LPE)、氣相壘晶（VPE)、光微影、晶圓接合、沈積方法及 餘刻方法。參照圖3 A至圖3 E示意性地概述用於製作類似 於光源1〇〇之一光源之一實例性過程。 首先’如圖3A中示意性地顯示在一基板31〇上製作半導 體多層堆疊130，其中為易於觀看，堆疊130之細節（某些 細節顯示於圖1中）並未顯示於圖3A中。基板310可係在一 應用中適當及/或期望之任一基板。舉例而言，基板310可 係一藍寶石基板、一Sic基板、一GaN基板或一 inp基板。 142728.doc -26· 201018031 在某些情形中’在InP上以假晶方式生長半導體多層堆 疊130，此意指堆疊130中之至少一個層（諸如，緊緊础鄰 基板310之一層）之晶格常數係充分類似於一結晶基板 之晶格常數’以使得當在該基板上製作或生長半導體多層 堆疊時，該多層堆疊可採用不具有錯位缺陷或具有低密度 錯位缺陷之基板之晶格間距。在此等情形中，可將半導體 多層堆疊130中之至少某些層之晶格常數限制為該基板之 晶格常數。 在某些情形中’半導體多層堆疊130係晶格匹配於基板 310之一層或包括晶格匹配於基板31〇之該層，此意指一結 晶半導體多層堆疊130之晶格常數係大致等於一結晶基板 3 10之晶格常數，其中大致等於意指兩個晶格常數彼此相 差不大於約0.2°/。、或不大於約0.1%或不大於約〇 〇1%。在 某些情形中’諸如當基板310包括InP時，半導體多層堆疊 130可晶格匹配於InP。 接下來，如圖3B中示意性地顯示在半導體多層堆疊ι3〇 上製作第一反射鏡120 ’其中為易於觀看，第一反射鏡12〇 之細節（某些細節顯示於圖1中）並未顯示於圖3B中。可使 用（舉例而言）化學及/或物理氣相沈積方法將第一反射鏡 120中之不同層製作於半導體多層堆疊13〇上。在某些情形 中，第一反射鏡120中可包括一高反射性金屬層。 接下來’如圖3C中示意性地顯示將散熱片ι〇5附接至第 一反射鏡120。散熱片1〇5包括具有一高導熱性之一材料， 諸如一金屬。可使用諸如銲錫接合、直接晶圓接合或黏合 142728.doc •27· 201018031 接合等任一適當之方法進行該附接。 接下來，自圖3C中所顯示之構造移除基板31〇，從而產 生圖3D中不意性地顯示之構造。可使用諸如濕式蝕刻方法 或幹式蝕刻方法等適當之移除方法來移除基板31〇。舉例 而言’可藉由在室溫或一升高之溫度下以（舉例而言）一 HC1溶液來蝕刻一 InP基板31〇以移除該基板。作為另一實 例，可藉由以如闡述於（舉例而言）R Venkatasubramanian 等人之「Selective Piasma Etching 〇f Ge Substrates ⑹
Thin Freestanding GaAs-AlGaAs Heterostructures j . Appl. Phys. Lett. Vol. 59, p. 2153 (1991)中之（舉例而言）一 civ〇2 電漿來蝕刻一 Ge基板以移除該基板。作為另一實例可藉 由在室溫或一升高之溫度下且（舉例而言）藉助攻擊性攪拌 以（舉例而3 ) 一 NH4〇H溶液及充分濃縮之H2〇2來姓刻一 GaAs基板以移除該基板。 接下來’在半導體多層堆疊130上製作第二反射鏡16〇， 從而產生圖3E中示意性地顯示之構造，其中為易於觀看， 第二反射鏡160之細節（某些細節顯示於圖i中）並未顯示於 圖3E中。可使用（舉例而言）化學及/或物理氣相沈積方法將 第二反射鏡160中之不同層製作於半導體多層堆疊13〇上。 應瞭解，闡述於圖3A至圖3E中之製作過程係一實例性 過程且可應用其他方法來製作本申請案中所揭示之構造。 此外’應瞭解’闡述於圖3A至圖3E中之製作步驟可包括 額外步驟。舉例而言，該製作過程可包括在任何兩個所揭 示之連續步驟之間的一個或多個中間步驟。 142728.doc -28- 201018031 在圖1之實例性光源100中，幫浦光源170、VCSEL 190 及光管理光學器件180係共線性且中心位於同一軸195(平 行於y軸）上。幫浦光係入射於VCSEL之一輸入表面上，諸 如輸入表面128。所轉換之光178自VCSEL之一輸出或離開 表面（諸如輸出表面129)發射或離開，其中輸出表面129係 與輸入表面128相對且不同於該輸入表面128。一般而言， 光源10 0之不同組件或部分中心可位於不同轴上.。舉例而 言，圖4係一光源400之一示意性侧視圖，光源400具有類 參 似於幫浦光源170之一幫浦光源470，類似於光管理光學器 件180之一光管理光學器件480、類似於VCSEL 190之一 VCSEL 490及類似於散熱片105之一散熱片405，其中光源 400之一部分係位於第一軸401上且光源400之另一部分係 位於第二轴402上。 幫浦光源470及光管理光學器件480中心係位於軸401 上。幫浦光源470以第一波長發射光472，光472中心通 常位於轴401上且沿軸401傳播。光管理光學器件480將光 W 472聚焦為中心通常位於軸401上且沿軸401傳播之光474。 VCSEL 490中心係位於第二軸402上，其中轴402與軸 401成一角度Θ。VCSEL 490將第一波長入丨之入射光474之至 少一部分轉換為中心通常位於軸402上且沿軸402傳播之較 長波長λ2之一經轉換輸出光478。 VCSEL· 490係安置於類似於散熱片105之一散熱片405上 且包括一第一反射鏡420、類似於半導體多層堆疊130之一 半導體多層堆疊430及類似於第二反射鏡160之一第二反射 142728.doc -29- 201018031 鏡460。 入射光或幫浦光474自VCSEL之一輸入表面429進入 VCSEL ’且經轉換、經重新發射或出射光478自同一表面 離開VCSEL。在實例性光源400中，VCSEL之輸入表面與 該VCSEL之輸出表面相同。在實例性光源400中，第一反 射鏡420對於入射光474不需要係光學透射性的，此乃因入 射光474係主要由第一反射鏡42〇反射而不是透射。第一反 射鏡420包括安置於一可選高反射性金屬層41〇上之一反射 性多層堆疊415，其類似於第一反射鏡12〇 ^在某些情形 中’反射性金屬層410在第一波長λ!下可係光學不透明 的。 在某些情形中’光學金屬反射器410可增加第一反射鏡 420之反射率。在某些情形中，金屬反射器41〇可包括（舉 例而言）Α卜Ag、Au或其任一組合。在某些情形中，金屬 反射器410在第二波長Μ下之光學反射係數係至少5〇%，或 至少60%，或至70%，或至少8〇%或至少9〇%。 在某些情形中，金屬反射器410層可減少達成反射鏡42〇 之一所期望總反射率所需要之層（諸如電介質層）之數量。 在此等情形中，由於半導體多層堆疊43〇與散熱片4〇5之間 的間隔減小’因此可改良該兩個組件之間的熱傳導。在某 些情形中，由第一反射鏡420反射之第一波長之入射光之 一部分可由半導體多層堆疊43〇反射回去作為光475。在此 等情形中，金屬反射器410可藉由朝向半導體多層堆疊將 光475之至少一部分反射回去來再循環光475，以使得該光 142728.doc -30· 201018031 可由該半導體多層堆疊吸收，從而增加VCSEL之總轉換效 率〇 半導體多層堆疊430吸收第一波長之光474之至少一部分 且將該所吸收之光之至少-部分重新發射為第二波長^之 光476，其中光476中心係通常位於轴4〇2上且沿軸4〇2傳 播。經轉換之光476係至少部分地由第二反射鏡46〇透射為 輸出光478。在某些情形中，光源4〇〇之輸出光478可包括 第波長及第一波長兩者下之光。在某些情形中_，半導醴 參 多層堆疊430之吸收及/或第二反射鏡46〇在第一波長下之 反射係數可充分商，使得輸出光478不具有第一波長之光 或具有很少第一波長之光。 在圖1之實例性光源100中，VCSEL 190包括直接安置於 半導體多層堆疊130之相對側上之相應第一端反射鏡120及 第二端反射鏡160，其中該兩個端反射鏡形成針對第二波 長Μ之光之一光學腔。在某些情形中，可如圖5中所示將 Φ — VCSEL中之一端反射鏡與半導體多層堆疊分離或間隔 開。 圖5係一光源500之一示意性側視圖，光源500包括發射 . 第一波長人!之光172之幫浦光源170、散熱片1〇5及包括第 一端反射鏡120之一 VCSEL 590、安置於該第一端反射鏡 上之半導體多層堆疊130、一光學旋轉反射鏡550及一第二 端反射鏡560，其中該兩個端反射鏡形成針對λ2之光之一 光學腔。在某些情形中，旋轉反射鏡550可係一分色旋轉 反射鏡^第二端反射鏡560藉由一間隙505與半導體多層堆 142728.doc • 31- 201018031 疊130分離或間隔開。在某些情形中，端反射鏡12〇與56〇 之間的間隙505可包括一氣隙。光源5〇〇之一優點係該光學 腔内部可包括諸如旋轉反射鏡55〇等一個或多個額外可選 光學組件。其他實例性可選光學組件包括光學濾光器、偏 光器、透鏡、分色鏡及類似組件。 半導體多層堆疊130吸收光172之至少一部分且將該所吸 收之光之至少一部分重新發射為第二波長之光576。第 二波長之光576由分色旋轉反射鏡55〇朝向第二端反射鏡 560重新引導。第二端反射鏡56〇係至少功能性地類似於第 一反射鏡160且在第二波長&下係部分透射性及部分反射 性。第二波長之光之一部分由第二端反射鏡透射為由光源 500所發射之輸出光52〇。 在某些情形中’半導體多層堆疊13〇包括一量子井，該 量子井包括一 Cd(Mg)ZnSe合金。在某些情形中，第二端 反射鏡560可具有一额外光學功能，諸如用於（舉例而言）聚 焦光576或520之一光功率。 圖6係一發光系統600之一示意性側視圖，其包括類似於 VCSEL 190之一光學腔690且接合至類似於幫浦光源17〇之 一電致發光裝置670。在某些情形中，電致發光裝置670可 係一相干雷射二極體（LD)或一非相干發光二極體（LeD)。 電致發光裝置670以第一波長λ!發射光672。光學腔690包 括第一反射鏡120、半導體多層堆疊13〇及第二反射鏡 160。半導體多層堆疊130接收第一波長之光672之至少一 部分，且轉換第二波長Μ之所接收光674之至少一部分。 142728.doc •32· 201018031 重新發射或轉換為光674之光之至少一部分由第二反射鏡 160透射為輸出光678。 在某些情形中，離開發光系統6〇〇之光678係大致單色， 此意指該出射光係大致第二波長光且包括很少或不包 括&之第-波長之光。在此等情形中離開發光系統帽 之所m經整合發射強度钱發射強度係 至少4倍’或至少10倍，或至少20倍或至少5〇倍於離開發 %系統6〇〇之第一波長λι之所有光之經整合發射強度或總 發射強度。發光系統600之經整合發射強度可藉由整合該 系統在所有發光角度及方向上（在某些情形中其可係如 平方弧度或4π立體弧度）在一個或多個波長下之輸出強度 來確定。 在某些情形中，第一波長λι之任一未經轉換之光之一部 分可離開發光系統600且變為輸出光之一部分。在此等情 形中，輸出光67 8可包括波長μ及、兩者下之光。在此等情 • 形中，沿不同方向離開發光系統6〇〇之光可具有不同光譜 (諸如色彩）性質。舉例而言，沿不同方向行進之光可具有 第一波長之光及第二波長之光之不同比例。舉例而言，輸 出光6：78可大致沿一第一方向63〇(y轴）傳播且輸出光679可 大致沿一第二方向640傳播。在某些情形中，光678及679 可具有不同光譜性質。舉例而言，光678可具有比光679大 之一第二波長内容。在某些情形中，光學腔690增強光自 發光系統之一主動頂表面650之發射且抑制光自該發光系 統之一個或多個側（諸如光學腔之侧652及654)之發射。在 142728.doc -33- 201018031 此等情形中，輸出光678及679可具有大致相同之光譜特 性。舉例而言’在此等情形中，光678可具有一第一色彩 Ci ’其具有CIE色坐標Ul，與Vl，及色坐標x#yi，且光679具 有一第二色彩’其具有色坐標u2’與v2'及色坐標χ2與 y2 ’其中色彩匚〗與c2大致相同。在此等情形中，Ul'與u2,之 間的差及乂丨'與V2'之間的差中之每一者之絕對值係不大於 0.01，或不大於0.005，或不大於0.004，或不大於0.003， 或不大於0.002，或不大於o.ooi或不大於〇〇〇〇5 ;且色彩 (^與C2之間的差Δ(ιι’,ν')係不大於〇.〇1，或不大於〇.〇〇5，或 不大於0.004，或不大於0.003，或不大於0.002，或不大於 0.001或不大於0.0005。在某些情形中，方向630與640之間 之角度α係不小於約1 〇度，或不小於約〗5度，或不小於約 20度，或不小於約25度，或不小於約30度，或不小於約35 度’或不小於約40度，或不小於約45度，或不小於約50 度，或不小於約55度’或不小於約60度，或不小於約65度 或不小於約70度。 如本文所使用，一主動頂表面650意指藉以發射光之發 光系統之頂表面之部分。主動頂表面650具有一最小橫向 尺寸Wmin。在某些情形中，评—可在自約50 μιη至約1000 μηι ’或自約100 μηι至約600 μιη，或自約200 μιη至約500 μηι之一範圍中。在某些情形中，Wmin可係約250 μιη，或 約 300 μιη，或約 350 μιη，或約 4000 μηι，或約 4500 μιη。在 某些情形中’該最小寬度Wmin可在自約1 μηι至約50 μπι， 或自約1 μιη至約40 μηι，或自約1 μηι至約30 μιη之一範圍 142728.doc -34- 201018031 中ο 光學腔690之側（諸如侧652及654)界定具有一最大高度 Tmax之一出射孔徑’其中在某些情形中，Tmax可係光學腔 之最大邊緣厚度。該光學腔之該等側（包括（舉例而言）側 652及654)界定第一波長λ!之光可藉以離開該光學腔之具有 一最大高度Tmax之一最大出射孔徑或通光孔徑。一般而 S ’ Tmax對應於該光學腔中至少在χ〗下係大致光學透明之 各種層之厚度之總和。在某些情形中’ Tmax對應於該光學 ^ 腔中所有半導體層之厚度之總和。在某些情形中，Tmax對 應於該光學腔之不包括在人〗下係不透明之邊緣部分在内之 最大邊緣厚度。在某些情形中’ Tmax係在自約1 μιη至約 1000 μιη，或自約2 μιη至約500 μπι，或自約3 μπι至約400 μιη之一範圍中。在某些情形中，Τπ_係約* μιη，或約1〇 μπι，或約 20 μιη，或約 50 μηι，或約 100 μιη，或約 200 μηι，或約 300 μιη。 φ 在某些情形中’比率Wmin/Tmax係足夠大，以使得光學腔 690增強光自發光系統600之主動頂表面650之發射且抑制 光自光學腔之側652及654之發射。舉例而言，在此等情形 • 中’比率Wmin/Tmax係至少約30，或至少約40，或至少約 50，或至少約70，或至少約1 〇〇，或至少約2〇〇，或至少約 500 ° 在某些情形中，可藉由沿側652放置一光阻擋構造61〇且 Ά侧654放置一光阻擋構造6丨2來抑制經由光學腔690之側 之發射。光阻擋構造610及612可藉助在一應用中期望及/ 142728.doc •35- 201018031 或可用之任一方式來阻擋在光學腔中向側面傳播之光。舉 例而言，在某些情形中，光阻擋構造61〇及612可主要藉由 吸收光來阻擋光《在某些其他情形中，光阻擋構造61〇及 612可主要藉由反射光來阻擋光。在某些情形中該等構 造部分藉由吸收且部分藉由反射來阻擋光。 在某些情形中，可藉由沿電致發光裝置67〇之側622放置 一光阻擋構造620且沿該電致發光裝置之側626放置一光阻 擋構造624來進一步抑制經由發光系統之側（諸如電致發光 裝置670之側622及626)之發射。在此等情形中，離開電致 發光裝置670且由光學腔690接收之第一波長之光之一相當 大部分經由該電致發光裝置之一主動頂表面629離開該電 致發光裝置。舉例而言’在此等情形中，離開電致發光裝 置670且由光學腔690接收之第一波長之光672之至少 50% ’或至少60% ’或至少70%，或至少80%，或至少 90%，或至少95%，或至少98%經由該電致發光裝置之主 動頂表面629離開該電致發光裝置。 電致發光裝置670之側622及626界定具有一最大高度 Tlmax之一出射孔徑，其中在某些情形中，丁“以可係該電 致發光裝置之最大邊緣厚度。該電致發光裝置之該等侧 (包括（舉例而言）側622及626)界定第一波長人丨之光可藉以 離開該電致發光裝置之具有一最大高度Tmax之一最大出射 孔徑或通光孔徑。一般而言，Tmax對應於該電致發光裝置 中至少在人丨下係大致光學透明之各種層之厚度之總和。在 某些情形中，Τ„^χ對應於該電致發光裝置中所有半導體層 142728.doc -36· 201018031 之厚度之總和。在某些情形中’ Tmax對應於該電致發光裝 置之不包括在λ!下係不透明之邊緣部分在内之最大邊緣厚 度。在某些情形中，Τ1 max 係在自約1 μιη至約1000 μπι，或 自約2 μιη至約500 μιη ’或自約3 μηι至約400 pm之一範圍 中。在某些情形中，Tlmax係約4 μηι，或約1 〇 ，或約20 μιη，或約 50 μιη，或約 1〇〇 μιη，或約 mo μιη，或約 3〇〇 μιη 〇 主動頂表面629具有一最小橫向尺寸wimin。在某些情形 中’ 11„^可在自約50 μιη至約1〇〇〇 μπι，或自約1〇〇 μιη至 約600 μιη，或自約2〇〇 μιη至約5〇〇 μιη之一範圍中。在某些 情形中’ Wlmin可係約250 μιη，或約300 μηι，或約350 μιη，或約4000 pm，或約4500 μπι。在某些情形中，該最 小寬度Wlmin可在自約1 μπχ至約5〇 pm，或自約1 μπι至約40 μπι ’或自約1 至約30 μιη之一範圍中。 在某些情形中，比率Wlmin/Tlmax係足夠大，以使得電致 發光裝置670增強光自發光系統600之主動頂表面650之發 射且抑制光自該發光系統之側（諸如該電致發光裝置之側 622及62 6)之發射。舉例而言，在此等情形中，比率 Wlmin/Tlmax係至少約3〇，或至少約40，或至少約50，或至 少約70’或至少約1〇〇，或至少約2〇〇，或至少約500。 用於增強光自發光系統600之主動頂表面650之發射且抑 制光自該發光系統之侧之發射之其他實例性方法係闡述於 於2008年9月4曰提出申請之代理人案號為63518US002之美 國專利申請案第61/0941 80號中，該申請案以全文引用之 142728.doc -37· 201018031 方式併入本文中。 圖7係一示意性光指針700，其包括容納一電池71〇以用 於透過一電連接715致能一光源72〇之一外殼73〇。一旦受 致能，光源720發射可指向一期望位置或表示一期望點之 輸出光740。光源720可係任一所揭示之光源，諸如光源 1〇〇或4〇〇。在某些情形中，光源72〇可係一雷射二極體。 在此等情形中，光指針700可係一雷射指針7〇〇。 在某些情形令，光指針700可係手持式，此意指其可相 對容易及方便地握持於一使用者之手中。在此等情形中，❹ 使用者可藉由（舉例而言）運作（諸如按壓）一按鈕75〇來致能 光指針70(^某些情形中，光指針7〇〇可係筆式，此意指其 可（舉例而言）看上去像一書寫工具，諸如一鋼筆或鉛筆。 如本文所用，諸如「垂直」、「水平」、「上方」、「下 方」、左」、「右」、「上部」及「不部」、「頂部」及「底 部」等術語及其他類似術語係指如圖中所示之相對位置。 一般而言，一實體實施例可具有一不同定向，且在彼情形 中，該等術語意欲指對該裝置之實際定向之相對位置修 參 整。舉例而言，即使與圖1中之構造相比較該圖中之定向 係垂直翻轉，但第二反射鏡160仍被視為一頂部端反射鏡 且第一反射鏡120仍被視為一底部端反射鏡。 儘管為便於解釋本發明之各種態樣而在上文中詳細闡述 了本發明之具體實例，但應理解，本文並非意欲將本發明 限於該等實例之細節。相反，本發明意欲涵蓋歸屬於由隨 附申請專利範圍界定之本發明精神及範疇内之所有修改、 142728.doc *38· 201018031 實施例及替代方案。 【圖式簡單說明】 結合隨附圖式考量本發明之各種實施例之以上詳細說 明，可更全面地理解及瞭解本發明圖式中： 圖1係一光源之一示意性側視圖； 圖2係包括一離散光源陣列之一光源之一示意性侧視 圖， 圖3A至圖3E係裝置在用於製作一光源之一過程中之中 間階段或步驟時之示意性表示； 圖4係另一光源之一示意性侧視圖； 圖5係另一光源之一示意性侧視圖； 圖6係一發光系統之一示意性側視圖；及 圖7係一光指針之一示意圖。 多個圖中所使用之相同參考編號係指具有相同或類似性 質及功能性之相同或類似元件》 【主要元件符號說明】 100 光源 105 散熱片 120 第一反射鏡 122 低指數層 124 向指數層 128 輸入表面 129 輸出表面 130 半導體多層堆疊 142728.doc · 39 _ 201018031 132 窗口 134 窗口 140 吸收層 142 吸收層 144 吸收層 152 電位井 154 電位井 160 第二反射鏡 162 低指數層 164 高指數層 170 光源 172 光 174 光 174A 光 174B 光 176 光 178 輸出光 180 光管理光學器件 190 垂直腔表面發射雷射器 195 軸 200 光源 200-1 離散光源陣列 270 離散幫浦光源陣列 270-1 離散幫浦光源 -40- 142728.doc 201018031 270-2 離散幫浦光源 270-3 離散幫浦光源 270-4 離散幫浦光源 270-5 離散幫浦光源 272 所發射之光陣列 272-1 幫浦光 272-2 幫浦光 272-3 幫浦光 ® 272-4 幫浦光 272-5 幫浦光 276 重新發射之光陣列 276-1 光 276-2 光 276-3 光 276-4 光 276-5 光 290 離散垂直腔表面發射雷射器陣列 290-1 垂直腔表面發射雷射器 290-2 垂直腔表面發射雷射器 290-3 垂直腔表面發射雷射器 290-4 垂直腔表面發射雷射器 290-5 垂直腔表面發射雷射器 295 表面 310 基板 142728.doc •41 - 201018031 400 光源 401 轴 402 袖 405 散熱片 410 金屬反射器 415 反射性多層堆疊 420 第一反射鏡 429 輸入表面 430 半導體多層堆疊 460 第二反射鏡 470 幫浦光源 472 光 474 光 475 光 476 光 478 輸出光/出射光 480 光管理光學器件 490 垂直腔表面發射雷射器 500 光源 505 間隙 520 輸出光 550 旋轉反射鏡 560 第二端反射鏡 576 光 142728.doc 201018031 ❹ 590 垂直腔表面發 600 發光系統 610 光阻擋構造 612 光阻擋構造 620 光阻擋構造 622 側 624 光阻擋構造 626 側 629 主動頂表面 630 第一方向 640 第二方向 650 主動頂表面 652 側 654 側 670 電致發光裝置 672 光 674 光 678 輸出光 679 輸出光 690 光學腔 700 光指針 710 電池 715 電連接 720 光源 142728.doc • 43· 201018031 730 740 750 外殼 輸出光 按紐 142728.doc

Claims (1)

  1. 201018031 七、申請專利範圍： 1. 一種光源，其包含： 以III-V半導體為主之一幫浦光源，其包含N且以一第 一波長發射光； 一垂直腔表面發射雷射器（VCSEL)，其將由該幫浦光 源發射之該第一波長之光之至少一部分轉換為一第二波 長之至少一部分相干光，該VCSEL包含： 形成針對該第二波長之光之一光學腔之第一反射鏡 ® 及第二反射鏡，該第一反射鏡在該第二波長下係大致反 射性且包含一第一多層堆疊，該第二反射鏡在該第一波 長下係大致透射性且在該第二波長下係部分反射性及部 分透射性，該第二反射鏡包含一第二多層堆疊；及 一 II-VI半導體多層堆疊’其安置於該第一反射鏡與 β亥第一反射鏡之間且將該第一波長之光之至少一部分轉 換為該第二波長之光，該半導體多層堆疊包含一電位 井，該電位井包含Cd(Mg)ZnSe。 參 2. 如請求項1之光源，其中該VCSEL係安置於一散熱片 上。 3. 如請求項2之光源，其中該散熱片包含以。 4. 如請求項2之光源，其中該散熱片在該第一波長下係大 致透射性。 5. 如請求項1之光源，其中該VCSEL進一步包含在該第二 波長下係大致反射性且直接安置於一散熱片上之一光反 射金屬層。 142728.doc 201018031 6. 如4求項丨之光源，其中該第一多層堆疊係安置於一光 反射金屬層上。 7. 如請求項丨之光源，其中該第一多層堆疊及該第二多層 中之至少者係包含Si〇2、Si3N4、Ti〇2、Ta2〇5、 Mgh'CaF2及Hf〇2中之至少一者之一布拉格反射器。 8. 如請求項丨之光源，其中該第一多層堆疊及該第二多層 堆疊中之至少一者係包含一 11-¥1化合物之一布拉格反射 器。 9. 如凊求項1之光源，其中該第一多層堆疊及該第二多層 堆疊中之至少一者包含Cd(Mg)ZnSe及Mg(Zn)Se。 1〇.如凊求項1之光源，其中該第一波長之光包含一影像。 Π·如凊求項1之光源’其包含複數個VcSEL，該第二波長 之光在該光源之一表面處形成一像素化影像。 12· —種顯示一像素化影像之像素化顯示器該顯示器中之 一像素包含如請求項丨之光源。 13. 如請求項丨之光源，其中該第一反射鏡在該第二波長下 係大致反射性。 14. 如請求項i之光源’其中該半導體多層堆疊之至少—部 分係摻雜有一摻雜劑。 15. 如請求項1之光源，其中該半導體多層堆疊包含具有複 數個交替量子井與光吸收層之一量子井堆疊。 16. 如請求項15之光源’其中至少一個光吸收層係摻雜有一 推雜劑。 1 7·如請求項16之光源，其中該摻雜劑包含氣。 142728.doc -2- 201018031 18. 如請求項16之光源，其中該摻雜劑之一數量密度係在自 約l〇17cm·3至約1018cm·3之一範圍中。 19. 如請求項丨之光源，其中該半導體多層堆疊進一步包含 具有大於該第一波長之一光子之一能量之—帶隙能量之 . 一第一窗口構造。 20. 如請求項19之光源，其中該第一窗口構造係該半導體多 層堆叠之一最外層。 21_如請求項1之光源，其中該半導體多層堆疊係以假晶方 式在InP上生長。 22.如請求項丨之光源，其中該半導體多層堆疊係晶格匹配 至 InP。 23·如請求項丨之光源，其中該半導體多層堆疊包含第一量 子井及第二量子井，該第一量子井與該第二量子井在分 離該兩個量子井之一媒介中間隔該第二波長之約一半之 一距離。 ❿24.如请求項！之光源，其中以ιπ_μ主之該幫浦光源包含 一雷射二極體，該雷射二極體包含GaN。 25. —種光源，其包含： • ""ΠΙ·ν半導體為主之—幫浦光源 ，其包含Ν且以一第 一波長發射光； 一光學、t«成，其將由該幫浦光源發射之該第一波長之 光之至少—部分轉換為一第二波長之至少一部分相干 光，該光學總成包含· 〈成針對該第：波長之光之—光學腔之第—反射鏡 142728.doc 201018031 及第二反射鏡，該第一反射鏡在該第二波長下係大致反 射性且包含一第一多層堆疊，該第二反射鏡在該第二波 長下係部分反射性；及 一 II-VI半導體多層堆疊，其安置於該第一反射鏡與 該第二反射鏡之間且將該第一波長之光之至少一部分轉 換為該第二波長之光，該半導體多層堆疊包含一量子 井，該量子井包含Cd(Mg)ZnSe。 26.如請求項25之光源，其中該光學總成在該第一反射鏡與 該第二反射鏡之間包含一氣隙。 27·如請求項25之光源，其中該第一鏡及該第二鏡中之至少 一者係與該半導體多層堆疊間隔開。 28. 如請求項25之光源，其中該第二反射鏡聚焦該第二波長 之光。 29. 如請求項25之光源’其中該第一多層堆疊係安置於在該 第二波長下係大致反射性之一光反射金屬層上。 30. 如請求項25之光源’其中該第二反射鏡在該第二波長下 係部分透射性。 31. 如請求項25之光源，其中以III-V半導體為主之該幫浦光 源係至少一部分相干幫浦光源。 32. 如請求項25之光源’其中以III-V丰遵·椴氐* a ^ 千導體為主之該幫浦光 源包含一雷射二極體。 33. 如請求項32之光源’其中該雷射二極體包含GaN。 34· —種包含如請求項25之光源之光指針。 3 5 ·如凊求項3 4之光指針’其係一雷射指針。 142728.doc -4- 201018031 36.如請求項34之光指針，其係一手持式光指針。 3 7.如請求項34之光指針，其進一步包含用於運作該光指針 之一電池。
    142728.doc
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