[发明专利]量子光子成像器及其制造方法

权利要求书

1.一种发射多色数字图像形成(成像器)器件，包括：

多色激光发射像素的二维阵列，由此每个多色激光发射像素包括：

垂直堆叠的多个激光二极管半导体结构，每个用于发射不同的颜色，其中在多色像素阵列内具有将每个多色像素与相邻多色像素电和光分离的垂直侧壁的网格；以及

多个垂直波导，其光学耦合于所述激光二极管半导体结构以从所述激光二极管半导体结构的堆叠的第一表面垂直发射由所述激光二极管半导体结构产生的激光；

所述激光二极管半导体结构的堆叠通过与所述激光二极管半导体结构的堆叠的第一表面相对的第二表面堆叠到数字半导体结构上；以及

在所述数字半导体结构中的多个数字半导体电路，每个数字半导体电路电耦合成从所述数字半导体结构的外围接收控制信号并且通过嵌入所述垂直侧壁内的垂直互连电耦合于所述多色激光二极管半导体结构以单独控制每个所述多色激光二极管半导体结构的开关状态。

2.如权利要求1所述的器件，其中每个激光二极管半导体结构具有在其的顶部和底部上的金属层，相邻激光二极管半导体结构上的金属层由相应金属层之间的绝缘层分离。

3.如权利要求2所述的器件，其中所述金属层提供与每个堆叠的激光二极管半导体结构的正和负接触。

4.如权利要求3所述的器件，还包括图案化的金属互连层，其用图案化的绝缘层与所述金属层隔离并且连接到所述垂直互连以提供用于将所述数字半导体结构与所述多色激光发射像素的二维阵列中的每个激光二极管半导体结构互连的接触盘。

5.如权利要求4所述的器件，其中每个激光二极管半导体结构通过所述接触盘是单独可寻址的。

6.如权利要求1所述的器件，其中在其中具有垂直互连的所述垂直侧壁包括围绕每个像素的绝缘和金属交替层，由此在每个像素周围由所述金属层提供的光学分离是不间断的。

7.如权利要求1所述的器件，其中每个激光二极管半导体结构包括有源区和光学限制区域，每个激光二极管半导体结构的有源区由Al_xIn_1-xP、Ga_xIn_1-xP或In_xGa_1-xN的多个半导体层构成并且形成多个量子阱、多个量子线或多个量子点。

8.如权利要求7所述的器件，其中所述半导体层的组成使每个所述激光二极管半导体结构能够产生具有在包括430nm至650nm的可见光范围内的波长的激光。

9.如权利要求7所述的器件，其中所述半导体层的组成使每个多色激光发射像素能够发射包括红色、黄色、绿色、青色和蓝色波长的固有色域的多个基色。

10.如权利要求7所述的器件，其中所述垂直波导光学耦合于所述激光二极管半导体结构的光学限制区域中的每个。

11.如权利要求1所述的器件，其中所述垂直波导由芯和多层包层构成，所述芯用介电材料填充或被空气填充。

12.如权利要求11所述的器件，其中每个激光二极管半导体结构包括有源区和光学限制区域，所述多层包层由介电材料的外包层和反射金属材料的内薄包层构成，所述内薄包层材料的厚度选择成允许由所述激光二极管半导体结构的有源区所产生的并且限制在所述限制区域内的光的一部分被消散场耦合到所述垂直波导的芯中并且从所述二维阵列的表面垂直发射。

13.如权利要求11所述的器件，其中每个激光二极管半导体结构包括有源区和光学限制区域，所述多层包层由介电材料的多个薄层构成，所述芯和所述多个薄包层的折射率和所述多个包层的厚度选择成允许由所述有源区产生的并且限制在所述限制区域内的光的一部分被耦合到所述垂直波导的芯中并且被折射率引导以及从所述二维阵列的表面垂直发射。

14.如权利要求11所述的器件，其中每个激光二极管半导体结构包括有源区和光学限制区域，所述多层包层包括非线性光学材料的薄层，其使它的厚度和线性及非线性折射率选择成当所述薄非线性包层的折射率响应于限制在所述限制区域内的光的强度上的变化而变化时引起由所述有源区产生的并且限制在所述限制区域内的所述光的耦合被抑制或被允许，由此引起耦合进入所述垂直波导并且由所述垂直波导折射率引导并且从所述二维阵列的表面垂直发射的所述光以短间隔分离的短脉冲来发生。