TW202401850A - 用於抑制表面損失的微發光二極體作用區域共同摻雜 - Google Patents

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Abstract

一種光源包括p型半導體層、n型半導體層及在該p型半導體層與該n型半導體層之間且經配置以發射光的作用區域。該作用區域包括複數個障壁層及一或多個量子井層。該一或多個量子井層包括至少一個摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑兩者之量子井層。該至少一個量子井層之淨載子濃度在約1×10 17/cm 3至約10×10 17/cm 3之間。這些n型摻雜劑包括例如Si、Ge、S、Se或Te。這些p型摻雜劑包括例如C、Mg、Be或Zn。該作用區域以等於或小於約10 μm之橫向線性尺寸為特徵。

Description

用於抑制表面損失的微發光二極體作用區域共同摻雜
本發明涉及用於抑制表面損失的微發光二極體作用區域共同摻雜。 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2022年5月13日申請之名稱為「用於抑制表面損失的微發光二極體作用區域共同摻雜（MICRO-LED ACTIVE REGION CO-DOPING FOR SURFACE LOSSES SUPPRESSION）」的美國臨時申請案第63/341,612號的權益及優先權，該申請案讓與給本受讓人且出於所有目的以全文引用之方式併入本文中。
發光二極體（light emitting diode；LED）將電能轉換成光能，且提供優於其他光源之許多益處，諸如減小之大小、改善之耐久性及增加之效率。LED可用作許多顯示系統中之光源，這些顯示系統諸如電視、電腦監視器、膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、投影系統及可穿戴電子裝置。基於III-V半導體（諸如AlN、GaN、InN、AlGaInP、其他三元及四元氮化物、磷化物及砷化物組成物之合金）之微LED（「Micro-LED；μLED」）歸因於其較小大小（例如，其中線性尺寸小於100 µm、小於50 µm、小於10 µm或小於5 µm）、高裝填密度（及因此較高解析度）及高亮度已開始被開發用於各種顯示器應用。舉例而言，發射不同色彩（例如，紅色、綠色及藍色）之光的微LED可用於形成諸如電視或近眼顯示器系統之顯示系統的子像素。
本發明一般係關於微發光二極體（微LED）。更特定而言，本發明係關於改良小型微LED（諸如基於小型AlGaInP之紅光微LED）之量子效率。根據某些具體實例，一種光源可包括一p型半導體層、一n型半導體層及在該p型半導體層與該n型半導體層之間且經配置以發射光的一作用區域。該作用區域可包括複數個障壁層及一或多個量子井層。該作用區域之該一或多個量子井層可包括至少一個摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑兩者之量子井層。
在一些具體實例中，該一或多個量子井層包括GaInP。這些n型摻雜劑可包括例如Si、Ge、S、Se或Te。這些p型摻雜劑可包括例如C、Mg、Be或Zn。在一些具體實例中，該至少一個量子井層之一電子濃度可在約1×10 17/cm 3至約5×10 18/cm 3之間。在一些具體實例中，該至少一個量子井層之一電洞濃度可在約1×10 17/cm 3至5×10 18/cm 3之間。該作用區域之一寬度可等於或低於10 μm。該複數個障壁層可未摻雜或無意摻雜。可在該至少一個量子井層之磊晶生長期間將這些n型摻雜劑及這些p型摻雜劑引入至該至少一個量子井層中。該至少一個量子井層之一載子遷移率可小於約50 cm 2/(V s)，諸如等於或小於約30 cm 2/(V s)。
根據某些具體實例，一種顯示裝置可包括一二維微LED陣列。該二維微LED陣列中之每一微LED可包括一p型半導體層、一n型半導體層，及在該p型半導體層與該n型半導體層之間且經配置以發射可見光之一作用區域。該作用區域可包括複數個障壁層及一或多個量子井層。該作用區域之該一或多個量子井層可包括至少一個摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑兩者之量子井層。
此發明內容既不意欲識別所主張主題之關鍵或基本特徵，亦不意欲限制該所主張主題之範疇。應參考本發明之整篇說明書之適當部分、任何或所有圖式及每一申請專利範圍來理解該主題。下文將在以下說明書、申請專利範圍及隨附圖式中更詳細地描述前述內容連同其他特徵及範例。
本揭示一般係關於微發光二極體（微LED）。更特定言之，且非限制性地，本文中揭示用於改良小型微LED（諸如基於AlGaAs或AlGaInP之紅光微LED）之效率的技術。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、系統、方法、材料、過程及其類似物。
在半導體發光二極體（LED）中，光子通常經由電子及電洞在作用區域（例如，包括一或多個量子井層）內之重組而以特定內部量子效率（internal quantum efficiency；IQE）產生。內部量子效率可為作用區域中發射光子的輻射電子-電洞重組之比例。可接著在特定方向上或在特定立體角內從LED提取所產生光。從LED提取的所發射光子之數目與注入至LED中的電子之數目之間的比率通常稱為外部量子效率（external quantum efficiency；EQE），其描述LED將所注入電子轉化為從LED提取的光子之效率。對於LED，且詳言之，對於具有減小的實體尺寸之微LED，內部及外部量子效率可能非常低，且改良LED之量子效率可具挑戰性。
LED之量子效率可取決於在LED之主動區中發生的競爭性輻射（光產生）複合與非輻射（有損）複合之相對速率。作用區域中的非輻射重組過程包括在缺陷位點處的肖克力-瑞德-霍爾（Shockley-Read-Hall；SRH）重組及電子-電子-電洞（electron-electron-hole；eeh）及/或電子-電洞-電洞（electron-hole-hole；ehh）歐傑（Auger）重組，其為涉及三個載子之非輻射過程。在微LED中，因為微LED之大小可與少數載子擴散長度相當，因此總作用區域之較大比例距缺陷密度及非輻射重組速率可能高的台面側壁表面可在小於少數載子擴散長度之距離內。舉例而言，側壁附近之非輻射重組速率可比主體作用區域中之輻射重組的速率高若干數量級。因此，較多注入載子可能擴散至台面側壁表面附近的區域，且可能經受較高SRH重組速率。此可引起LED之峰值效率減小或引起峰值效率操作電流增大。增加電流注入可能由於較高電流密度下之較高eeh或ehh歐傑重組速率而使得微LED之效率降低。隨著像素大小減小至例如約1 μm至5 μm，此效應可變得甚至更明顯。隨著LED之實體大小進一步減小，由於包括表面瑕疵的經蝕刻側壁琢面（facet）附近的表面重組而造成的效率損失可變得顯著得多。
與III-氮化物類材料系統相比，AlGaAs、InGaAlAsP及AlGaInP材料可具有高表面重組速度及少數載子擴散長度。因此，基於InGaAlAsP、AlGaAs及AlGaInP的紅色或近紅外發光裝置（例如，LED/VCSEL）可能遭受高表面損失，對於作用區域的橫向大小小於約50 μm、小於約20 μm或小於約10 μm的裝置尤其如此。舉例而言，AlGaInP材料中的載子可具有高擴散率（遷移率），且AlGaInP材料可具有比III氮化物材料高出一數量級的表面重組速度。在一個範例中，未摻雜或無意摻雜之GaInP中之典型電子濃度可為約10 15至10 16cm -3，且電子遷移率可為約1~2×10 3cm 2/(V s)。因此，紅色LED之內部及外部量子效率可能歸因於增強的表面損失而隨著裝置大小降低下降得甚至更為顯著。
根據某些具體實例，為了減少微LED之台面結構之側壁處的非輻射重組，微LED之量子井可同時摻雜有p型及n型摻雜劑兩者，以實質上降低量子井中之載子遷移率同時維持相對低的濃度。舉例而言，量子井可以約1.5×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑（例如，Si、Ge、S、Se或Te），且亦可以約1.0×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有p型摻雜劑（例如，C、Mg、Be或Zn），以達成約5×10 17cm -3之有效（淨）n摻雜劑濃度。在另一範例中，量子井可以約1.0×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑，且亦可以約1.5×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有p型摻雜劑，以達成約5×10 17cm -3之有效（淨）p摻雜劑濃度。在約5×10 17cm -3之有效（淨）摻雜劑濃度下，載子遷移率可顯著減小至約10~30 cm 2/(V s)。減小載子遷移率可顯著地減小載子至側壁區域之擴散，在這些側壁區域中載子可經受高的非輻射重組速率。1230
本文中所描述之微LED可結合諸如人工實境系統之各種技術來使用。諸如頭戴式顯示器（HMD）或抬頭顯示器（heads-up display；HUD）系統之人工實境系統通常包括經配置以呈現描繪虛擬環境中之物件之人工影像的顯示器。顯示器可呈現虛擬物件或將真實物件之影像與虛擬物件組合，如在虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）或混合實境（MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由例如透視透明顯示眼鏡或透鏡（通常被稱為光學透視）或觀看由攝影機擷取之周圍環境之所顯示影像（通常被稱為視訊透視）來觀看虛擬物件之所顯示影像（例如，電腦產生之影像（computer-generated image；CGI））及周圍環境之所顯示影像兩者。在一些AR系統中，可使用基於LED之顯示子系統將人工影像呈現給使用者。
如本文中所使用，術語「發光二極體（LED）」係指至少包括n型半導體層、p型半導體層及n型半導體層與p型半導體層之間的發光區（亦即，作用區域）之光源。發光區域可包括形成諸如量子井之一或多個異質結構之一或多個半導體層。在一些具體實例中，發光區域可包括形成一或多個多重量子井（MQW）之多個半導體層，該一或多個多重量子井各自包括多個（例如，約2至6個）量子井。
如本文中所使用，術語「微LED」或「μLED」係指具有晶片的LED，其中該晶片之作用區域的橫向線性尺寸（例如，直徑或側邊）小於約200 μm，諸如小於100 μm、小於50 μm、小於20 μm、小於10 μm或更小。舉例而言，微LED之線性尺寸可小至6 µm、5 µm、4 µm、2 µm或更小。一些微LED可具有與少數載子擴散長度相當的線性尺寸（例如，長度或直徑）的作用區域（例如，台面）。然而，本文中之揭示內容不限於微LED，且亦可應用於微型LED。如本文中所使用，微LED之橫向線性大小可指微LED之作用區域或台面結構的橫向線性尺寸，諸如台面結構或作用區域之直徑或側邊。
如本文中所使用，術語「接合」可指用於實體及/或電連接兩個或更多個裝置及/或晶圓之各種方法，諸如黏著接合、金屬間接合、金屬氧化物接合、晶圓間接合、晶粒至晶圓接合、混合接合、焊接、凸塊下金屬化及其類似者。舉例而言，黏著性接合可使用可固化黏著劑（例如，環氧樹脂）以經由黏著力實體地接合兩個或更多個裝置及/或晶圓。金屬間接合可包括例如在金屬之間使用焊接界面（例如，墊或球）、導電黏著劑或熔接接頭之線接合或覆晶接合。金屬氧化物接合可在每一表面上形成金屬及氧化物圖案，將氧化物區段接合在一起，且接著將金屬區段接合在一起以產生導電路徑。晶圓至晶圓接合可接合兩個晶圓（例如，矽晶圓或其他半導體晶圓）而無任何中間層，且基於兩個晶圓之表面之間的化學鍵。晶圓間接合可包括在室溫下之晶圓清潔及其他預處理、對準及預接合，及在諸如約250℃或更高之高溫下的退火。晶粒至晶圓接合可使用一個晶圓上之凸塊來將預成型晶片之特徵與晶圓之驅動器對準。混合接合可包括例如晶圓清潔、一個晶圓之接點與另一晶圓之接點的高精確度對準、晶圓內之介電材料在室溫下的介電接合，及藉由在例如250℃至300℃或更高溫度下退火而進行的接點之金屬接合。如本文中所使用，術語「凸塊」通常可指在接合期間使用或形成之金屬互連件。
在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本揭示之範例的透徹理解。然而，顯然是各種範例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，裝置、系統、結構、組裝件、方法及其他組件可以方塊圖形式展示為組件，以免以不必要之細節混淆範例。在其他情況下，可在無必要細節之情況下展示熟知的裝置、程序、系統、結構及技術，以免混淆範例。圖式及描述不意欲為限定性的。已用於本揭示中之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此等術語及表述時不欲排除所展示及描述之特徵的任何等效者或其部分。詞｢範例｣在本文中用以意謂｢充當範例、例項或說明｣。不必將本文中描述為「範例」之任何具體實例或設計解釋為比其他具體實例或設計較佳或優於其他具體實例或設計。
圖 1係根據某些具體實例之包括近眼顯示器120之人工實境系統環境100之範例的簡化方塊圖。圖1中所展示之人工實境系統環境100可包括近眼顯示器120、視情況選用之外部成像裝置150及視情況選用之輸入/輸出介面140，其中之每一者可耦接至視情況選用之控制台110。雖然圖1展示包括一個近眼顯示器120、一個外部成像裝置150及一個輸入/輸出介面140之人工實境系統環境100的範例，但可在人工實境系統環境100中包括任何數目個此等組件，或可省略這些組件中之任一者。舉例而言，可能存在由與控制台110通信之一或多個外部成像裝置150監測的多個近眼顯示器120。在一些配置中，人工實境系統環境100可不包括外部成像裝置150、可選輸入/輸出介面140及可選控制台110。在替代配置中，不同組件或額外組件可包括於人工實境系統環境100中。
近眼顯示器120可為將內容呈現給使用者之頭戴式顯示器。由近眼顯示器120呈現之內容的範例包括影像、視訊、音訊或其任何組合中之一或多者。在一些具體實例中，音訊可經由外部裝置（例如，揚聲器及/或頭戴式耳機）呈現，該外部裝置從近眼顯示器120、控制台110或兩者接收音訊資訊，且基於該音訊資訊呈現音訊資料。近眼顯示器120可包括一或多個剛性主體，其可剛性地或非剛性地彼此耦接。剛性主體之間的剛性耦接可使得經耦接剛性主體充當單一剛性實體。剛性主體之間的非剛性耦接可允許剛性主體相對於彼此移動。在各種具體實例中，近眼顯示器120可以任何合適之外觀尺寸實施，包括一副眼鏡。下文關於圖2及圖3進一步描述近眼顯示器120之一些具體實例。另外，在各種具體實例中，本文中所描述之功能性可用於組合近眼顯示器120外部之環境之影像與人工實境內容（例如，電腦產生之影像）的耳機。因此，近眼顯示器120可藉由所產生內容（例如，影像、視訊、聲音等）來擴增在近眼顯示器120外部的實體真實世界環境之影像，以向使用者呈現擴增實境。
在各種具體實例中，近眼顯示器120可包括顯示電子件122、顯示光學件124及眼動追蹤單元130。在一些具體實例中，近眼顯示器120亦可包括一或多個定位器126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。在各種具體實例中，近眼顯示器120可省略眼動追蹤單元130、定位器126、位置感測器128及IMU 132中之任一者，或包括額外元件。另外，在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括合併結合圖1所描述之各種元件之功能的元件。
顯示電子件122可根據從例如控制台110接收到之資料而向使用者顯示影像或促進向使用者顯示影像。在各種具體實例中，顯示電子件122可包括一或多個顯示面板，諸如液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、有機發光二極體（organic light emitting diode；OLED）顯示器、無機發光二極體（inorganic light emitting diode；ILED）顯示器、微型發光二極體（micro light emitting diode；μLED）顯示器、主動矩陣OLED顯示器（active-matrix OLED display；AMOLED）、透明OLED顯示器（transparent OLED display；TOLED）或某一其他顯示器。舉例而言，在近眼顯示器120之一個實施中，顯示電子件122可包括前TOLED面板、後顯示面板，及在前顯示面板與後顯示面板之間的光學組件（例如，衰減器、偏光器，或繞射或光譜膜）。顯示電子件122可包括子像素以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主要色彩的光。在一些實施方式中，顯示電子件122可經由由二維面板產生之立體效果來顯示三維（3D）影像以產生影像深度之主觀感知。舉例而言，顯示電子件122可包括分別定位於使用者之左眼及右眼前方的左方顯示器及右方顯示器。左顯示器及右顯示器可呈現相對於彼此水平地移位之影像的複本，以產生立體效果（亦即，檢視影像之使用者對影像深度之感知）。
在某些具體實例中，顯示光學件124可以光學方式（例如，使用光波導及耦接器）顯示影像內容，或放大從顯示電子件122接收到之影像光，校正與影像光相關聯之光學誤差，且向近眼顯示器120之使用者呈現經校正之影像光。在各種具體實例中，顯示光學件124可包括一或多個光學元件，諸如基板、光波導、孔徑、菲涅爾透鏡、凸透鏡、凹透鏡、濾光片、輸入/輸出耦合器，或可能影響從顯示電子件122發射之影像光的任何其他合適的光學元件。顯示光學件124可包括不同光學元件之組合，以及用以維持組合中之光學元件之相對間隔及位向的機械耦合件。顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有光學塗層，諸如抗反射塗層、反射塗層、濾光塗層或不同光學塗層之組合。
藉由顯示光學件124對影像光進行之放大可允許相比於較大顯示器，顯示電子件122在實體上較小，重量較輕且消耗較少功率。另外，放大可增加所顯示之內容的視場。顯示光學件124對影像光之放大的量可藉由調整、添加光學元件或從顯示光學件124移除光學元件來改變。在一些具體實例中，顯示光學件124可將經顯示影像投影至可比近眼顯示器120更遠離使用者眼睛之一或多個影像平面。
顯示光學件124亦可經設計以校正一或多種類型之光學誤差，諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合。二維誤差可包括以二維發生之光學像差。二維誤差之範例類型可包括桶形失真、枕形失真、縱向色像差及橫向色像差。三維誤差可包括以三維形式發生之光學誤差。三維誤差之範例類型可包括球面像差、慧形像差、場曲率及像散。
定位器126可為相對於彼此且相對於近眼顯示器120上之參考點而位於近眼顯示器120上之特定位置中的物件。在一些實施中，控制台110可在由外部成像裝置150擷取之影像中識別定位器126，以判定人工實境頭戴裝置之位置、位向或兩者。定位器126可為LED、直角反射器、反射標記、與近眼顯示器120進行操作所處之環境形成對比的一種類型之光源，或其任何組合。在定位器126為主動組件（例如，LED或其他類型之發光裝置）之具體實例中，定位器126可發射在可見光頻帶（例如，約380 nm至750 nm）中、紅外線（infrared；IR）頻帶（例如，約750 nm至1 mm）中、紫外線頻帶（例如，約10 nm至約380 nm）中、電磁波譜之另一部分中或電磁波譜之部分之任何組合中的光。
外部成像裝置150可包括一或多個攝影機、一或多個視訊攝影機、能夠捕獲包括定位器126中之一或多者之影像的任何其他裝置，或其任何組合。另外，外部成像裝置150可包括一或多個濾波器（例如，以增大信雜比）。外部成像裝置150可經配置以在外部成像裝置150之視野中偵測從定位器126發射或反射之光。在定位器126包括被動元件（例如，復歸反射器）之具體實例中，外部成像裝置150可包括照明定位器126中之一些或全部的光源，這些定位器可將光逆向反射至外部成像裝置150中之光源。慢速校準資料可從外部成像裝置150傳達至控制台110，且外部成像裝置150可從控制台110接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數（例如，焦距、焦點、幀率、感測器溫度、快門速度、孔徑等）。
位置感測器128可回應於近眼顯示器120之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器128之範例可包括加速度計、陀螺儀、磁力計、其他運動偵測或誤差校正感測器，或其任何組合。舉例而言，在一些具體實例中，位置感測器128可包括用以量測平移運動（例如，向前/向後、向上/向下或向左/向右）之多個加速計及用以量測旋轉運動（例如，俯仰、搖擺或橫搖）之多個陀螺儀。在一些具體實例中，各種位置感測器可彼此正交地定向。
IMU 132可為基於從位置感測器128中之一或多者接收到之量測信號而產生快速校準資料的電子裝置。位置感測器128可位於IMU 132外部、IMU 132內部或其任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測信號，IMU 132可生成快速校準資料，該快速校準資料指示相對於近眼顯示器120之初始位置的近眼顯示器120之估計位置。例如，IMU 132可隨時間推移對從加速計接收到之量測信號進行積分以估計速度向量，且隨時間推移對該速度向量進行積分以判定近眼顯示器120上之參考點的估計位置。替代地，IMU 132可將經取樣之量測信號提供至控制台110，該控制台可判定快速校準資料。雖然參考點通常可定義為空間中之點，但在各種具體實例中，參考點亦可定義為近眼顯示器120內之點（例如，IMU 132之中心）。
眼動追蹤單元130可包括一或多個眼動追蹤系統。眼動追蹤可指判定眼球相對於近眼顯示器120之位置，包括眼球之位向及方位。眼動追蹤系統可包括成像系統以對一或多個眼睛進行成像，且可視情況包括光發射器，該光發射器可產生經導向至眼睛之光，使得由眼睛反射之光可由成像系統捕獲。舉例而言，眼動追蹤單元130可包括發射在可見光譜或紅外線光譜中之光的非相干或相干光源（例如，雷射二極體），及捕獲由使用者眼睛反射之光的攝影機。作為另一範例，眼動追蹤單元130可捕獲由微型雷達單元發射之經反射無線電波。眼動追蹤單元130可使用低功率光發射器，這些低功率光發射器以不會損傷眼睛或引起身體不適之頻率及強度發射光。眼動追蹤單元130可經排列以增加由眼動追蹤單元130擷取之眼睛影像的對比度，同時減小由眼動追蹤單元130消耗之總功率（例如，減小由包括於眼動追蹤單元130中之光發射器及成像系統消耗的功率）。舉例而言，在一些實施中，眼動追蹤單元130可消耗小於100毫瓦之功率。
近眼顯示器120可使用眼睛之位向以例如判定使用者之瞳孔間距離（inter-pupillary distance；IPD），判定凝視方向，引入深度提示（例如，在使用者之主視線外的模糊影像），收集關於VR媒體中之使用者互動的啟發資訊（例如，花費在任何特定個體、物件或圖框上之時間，其依據所曝露刺激而變化），進行部分地基於使用者眼睛中之至少一者之位向的一些其他功能，或其任何組合。因為可判定使用者之兩隻眼睛的位向，所以眼動追蹤單元130可能夠判定使用者看向何處。舉例而言，判定使用者之凝視方向可包括基於使用者左眼及右眼之經判定位向來判定會聚點。會聚點可為使用者眼睛之兩個視窩軸線（foveal axis）相交的點。使用者之凝視方向可為穿過會聚點及在使用者眼睛之瞳孔之間的中點之線之方向。
輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至控制台110之裝置。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行該應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包括一或多個輸入裝置。範例性輸入裝置可包括鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕，或用於接收動作請求且將所接收動作請求傳達至控制台110的任何其他合適裝置。可將由輸入/輸出介面140接收之動作請求傳達至可執行對應於所請求動作之動作的控制台110。在一些具體實例中，輸入/輸出介面140可根據從控制台110接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，輸入/輸出介面140可在接收到動作請求時或在控制台110已執行所請求動作且將指令傳達至輸入/輸出介面140時提供觸覺回饋。在一些具體實例中，外部成像裝置150可用以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器（其可包括例如IR光源）或使用者之手部之方位或位置以判定使用者之運動。在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括一或多個成像裝置以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器或使用者之手部的方位或位置以判定使用者之運動。
控制台110可根據從外部成像裝置150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140中之一或多者接收到之資訊而將內容提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者。在圖1中所展示之範例中，控制台110可包括應用程式商店112、頭戴裝置追蹤模組114、人工實境引擎116及眼動追蹤模組118。控制台110之一些具體實例可包括與結合圖1所描述之模組不同的模組或額外模組。下文進一步所描述之功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈在控制台110之組件當中。
在一些具體實例中，控制台110可包括處理器及儲存可由處理器執行之指令的非暫時性電腦可讀取儲存媒體。處理器可包括多個同時執行指令之處理單元。非暫時性電腦可讀取儲存媒體可為諸如硬碟機、抽取式記憶體或固態硬碟（例如，快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM））之任何記憶體。在各種具體實例中，結合圖1描述之控制台110的模組可編碼為非暫時性電腦可讀取儲存媒體中之指令，這些指令在由處理器執行時使得處理器執行下文進一步描述之功能。
應用程式商店112可儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。應用程式可包括在由處理器執行時生成內容以呈現給使用者之一組指令。由應用程式產生之內容可回應於經由使用者眼睛之移動而從使用者接收到之輸入，或從輸入/輸出介面140接收到之輸入。應用程式之範例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適的應用程式。
頭戴裝置追蹤模組114可使用來自外部成像裝置150之慢速校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，頭戴裝置追蹤模組114可使用來自慢速校準資訊之觀測到之定位器及近眼顯示器120之模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。頭戴裝置追蹤模組114亦可使用來自快速校準資訊之位置資訊來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些具體實例中，頭戴裝置追蹤模組114可使用快速校準資訊、慢速校準資訊或其任何組合之部分來預測近眼顯示器120之未來方位。頭戴裝置追蹤模組114可將近眼顯示器120之所估計或經預測未來位置提供至人工實境引擎116。
人工實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且從頭戴裝置追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速度資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之經預測未來位置，或其任何組合。人工實境引擎116亦可從眼動追蹤模組118接收所估計眼睛位置及位向資訊。基於所接收資訊，人工實境引擎116可判定用以提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者的內容。舉例而言，若所接收資訊指示使用者已向左看，則人工實境引擎116可產生用於近眼顯示器120之內容，該內容反映使用者眼球在虛擬環境中之移動。另外，人工實境引擎116可回應於從輸入/輸出介面140接收到之動作請求而執行在控制台110上執行之應用程式內的動作，且將指示該動作已執行之回饋提供至使用者。回饋可為經由近眼顯示器120之視覺或聽覺回饋，或經由輸入/輸出介面140之觸覺回饋。
眼動追蹤模組118可從眼動追蹤單元130接收眼動追蹤資料，且基於眼動追蹤資料判定使用者眼睛之位置。眼睛之位置可包括眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之位向、方位或兩者。由於眼睛之旋轉軸線隨眼睛在其眼窩中之方位而變化，故判定眼睛在其眼窩中之方位可允許眼動追蹤模組118更準確地判定眼睛之位向。
圖 2為呈用於實施本文中所揭示之一些範例的HMD裝置200之形式的近眼顯示器之範例之透視圖。HMD裝置200可為例如VR系統、AR系統、MR系統或其任何組合之一部分。HMD裝置200可包括主體220及頭部綁帶230。圖2在透視圖中展示主體220之底側223、前側225及左側227。頭部綁帶230可具有可調整或可延伸的長度。在HMD裝置200之主體220與頭部綁帶230之間可存在足夠空間以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者頭部上。在各種具體實例中，HMD裝置200可包括額外組件、較少組件或不同組件。舉例而言，在一些具體實例中，HMD裝置200可包括如例如以下圖3中所展示之眼鏡鏡腿及鏡腿尖端，而非頭部綁帶230。
HMD裝置200可將包括具有電腦產生元素之實體真實世界環境之虛擬及/或擴增視圖的媒體呈現給使用者。由HMD裝置200呈現之媒體的範例可包括影像（例如，二維（2D）或三維（3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊或其任何組合。這些影像及視訊可由圍封於HMD裝置200之主體220中的一或多個顯示器組裝件（圖2中未展示）呈現給使用者之每隻眼睛。在各種具體實例中，該一或多個顯示器組裝件可包括單個電子顯示面板或多個電子顯示面板（例如，使用者之每隻眼睛一個顯示面板）。電子顯示面板之範例可包括例如LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、某一其他顯示器，或其任何組合。HMD裝置200可包括兩個眼動區域（eye box region）。
在一些實施中，HMD裝置200可包括各種感測器（圖中未示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及眼動追蹤感測器。此等感測器中之一些可使用結構化光圖案以進行感測。在一些實施中，HMD裝置200可包括用於與控制台通信之輸入/輸出介面。在一些實施中，HMD裝置200可包括虛擬實境引擎（圖中未示），該虛擬實境引擎可執行HMD裝置200內之應用程式，且從各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、預測未來位置或其任何組合。在一些實施中，由虛擬實境引擎接收之資訊可用於為一或多個顯示器組裝件產生信號（例如，顯示指令）。在一些實施中，HMD裝置200可包括相對於彼此且相對於參考點位於主體220上之固定位置中的定位器（圖中未示，諸如定位器126）。定位器中之各者可發射可由外部成像裝置偵測之光。
圖 3為呈用於實施本文中所揭示之一些範例的一副眼鏡之形式的近眼顯示器300之範例之透視圖。近眼顯示器300可為圖1之近眼顯示器120的特定實施，且可經配置以作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器及/或混合實境顯示器來操作。近眼顯示器300可包括框架305及顯示器310。顯示器310可經配置以向使用者呈現內容。在一些具體實例中，顯示器310可包括顯示電子件及/或顯示光學件。舉例而言，如上文關於圖1之近眼顯示器120所描述，顯示器310可包括LCD顯示面板、LED顯示面板或光學顯示面板（例如，波導顯示組裝件）。
近眼顯示器300可進一步包括在框架305上或內之各種感測器350a、350b、350c、350d及350e。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器或環境光感測器。在一些具體實例中，感測器350a-350e可包括一或多個影像感測器，其經配置以產生表示不同方向上之不同視野的影像資料。在一些具體實例中，感測器350a至350e可用作輸入裝置以控制或影響近眼顯示器300之所顯示內容，及/或向近眼顯示器300之使用者提供互動式VR/AR/MR體驗。在一些具體實例中，感測器350a至350e亦可用於立體成像。
在一些具體實例中，近眼顯示器300可進一步包括一或多個照明器130以將光投射至實體環境中。所投影光可與不同頻帶（例如，可見光、紅外光、紫外光等）相關聯，且可用於各種目的。舉例而言，照明器330可將光投影於黑暗環境中（或具有低強度之紅外光、紫外光等的環境中），以輔助感測器350a至350e擷取黑暗環境內之不同物件的影像。在一些具體實例中，照明器330可用於將某些光圖案投影至環境內之物件上。在一些具體實例中，照明器330可用作定位器，諸如上文關於圖1所描述之定位器126。
在一些具體實例中，近眼顯示器300亦可包括高解析度攝影機340。攝影機340可擷取視野中之實體環境之影像。所擷取影像可例如由虛擬實境引擎（例如，圖1之人工實境引擎116）處理，以將虛擬物件添加至所擷取影像或修改所擷取影像中之實體物件，且經處理影像可由顯示器310顯示給使用者以用於AR或MR應用。
圖 4繪示根據某些具體實例的包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統400之範例。擴增實境系統400可包括投影器410及組合器415。投影器410可包括光源或影像源412及投影器光學件414。在一些具體實例中，光源或影像源412可包括上文所描述的一或多個微LED裝置。在一些具體實例中，影像源412可包括顯示虛擬物件之複數個像素，諸如LCD顯示面板或LED顯示面板。在一些具體實例中，影像源412可包括生成相干或部分相干光之光源。舉例而言，影像源412可包括雷射二極體、垂直共振腔面射型雷射、LED及/或上文所描述之微LED。在一些具體實例中，影像源412可包括各自發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之單色影像光的複數個光源（例如，上文所描述之微LED陣列）。在一些具體實例中，影像源412可包括微LED之三個二維陣列，其中微LED之每一二維陣列可包括經配置以發射具有原色（例如，紅色、綠色或藍色）之光的微LED。在一些具體實例中，影像源412可包括光學圖案產生器，諸如空間光調變器。投影器光學件414可包括可調節來自影像源412之光，諸如擴展、準直、掃描或將光從影像源412投射至組合器415的一或多個光學組件。該一或多個光學組件可包括例如一或多個透鏡、液體透鏡、鏡面、孔徑及/或光柵。舉例而言，在一些具體實例中，影像源412可包括一或多個一維微LED陣列或細長二維微LED陣列，且投影器光學件414可包括經配置以掃描一維微LED陣列或細長二維微LED陣列以產生影像框之一或多個一維掃描器（例如，微鏡或稜鏡）。在一些具體實例中，投影器光學件414可包括具有複數個電極之液體透鏡（例如，液晶透鏡），該液體透鏡允許掃描來自影像源412之光。
組合器415可包括用於將來自投影器410之光耦接至組合器415之基板420中的輸入耦合器430。輸入耦合器430可包括體積全像光柵、繞射光學元件（DOE）（例如，表面起伏光柵）、基板420之傾斜表面或折射耦合器（例如，楔狀物或稜鏡）。舉例而言，輸入耦合器430可包括反射式體積布拉格光柵或透射式體積布拉格光柵。對於可見光，輸入耦合器430可具有大於30%、50%、75%、90%或更高之耦合效率。耦合至基板420中之光可經由例如全內反射（TIR）在基板420內傳播。基板420可呈一副眼鏡之透鏡的形式。基板420可具有平坦或彎曲表面，且可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、晶體或陶瓷。基板之厚度可在例如小於約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。基板420對於可見光可為透明的。
基板420可包括或可耦合至複數個輸出耦合器440，該複數個輸出耦合器各自經配置以從基板420提取由基板420導引且在其內傳播的光之至少一部分，且將所提取光460引導至擴增實境系統400之使用者的眼睛490在擴增實境系統400在使用中時可位於的眼眶495。複數個輸出耦合器440可複製出射瞳孔以增大眼眶495之大小，使得經顯示影像在較大區域中可見。如輸入耦合器430，輸出耦合器440可包括光柵耦合器（例如，立體全像光柵或表面起伏光柵）、其他繞射光學元件（DOE）、稜鏡等。舉例而言，輸出耦合器440可包括反射體積布拉格光柵或透射體積布拉格光柵。輸出耦合器440可在不同方位處具有不同的耦合（例如，繞射）效率。基板420亦可允許來自組合器415前方之環境的光450在損失極少或無損失之情況下穿過。輸出耦合器440亦可允許光450在損耗極少之情況下穿過。舉例而言，在一些實施中，輸出耦合器440可對於光450具有低繞射效率，使得光450可在損耗極少之情況下折射或以其他方式穿過輸出耦合器440，且因此可具有高於所提取光460之強度。在一些實施方式中，輸出耦合器440可對於光450有高繞射效率，且可在損失極少之情況下在某些所要方向（亦即，繞射角）上繞射光450。因此，使用者可能夠檢視組合器415前方之環境之合併影像及由投影器410投影之虛擬物件之影像。
圖 5A繪示根據某些具體實例的包括波導顯示器530之近眼顯示器(near-eye display；NED)裝置500之範例。NED裝置500可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示器裝置的範例。NED裝置500可包括光源510、投影光學件520及波導顯示器530。光源510可包括用於不同顏色之光發射器之多個面板，諸如紅光發射器512之面板、綠光發射器514之面板及藍光發射器516之面板。紅光發射器512經組織成陣列；綠光發射器514經組織成陣列；且藍光發射器516經組織成陣列。光源510中之光發射器之尺寸及間距可能較小。舉例而言，各光發射器可具有小於2 μm（例如，約1.2 μm）之直徑，且間距可小於2 μm（例如，約1.5 μm）。因此，各紅色光發射器512、綠光發射器514及藍光發射器516中之光發射器的數目可等於或大於顯示影像中之像素的數目，諸如960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080或2560×1080個像素。因此，顯示影像可由光源510同時產生。掃描元件可不用於NED裝置500中。
在到達波導顯示器530之前，由光源510發射之光可由可包括透鏡陣列之投影光學件520進行調節。投影光學件520可準直由光源510發射之光或將該光聚焦至波導顯示器530，該波導顯示器可包括用於將由光源510發射之光耦合至波導顯示器530中的耦合器532。耦合至波導顯示器530中之光可經由例如如上文關於圖4所描述之全內反射在波導顯示器530內傳播。耦合器532亦可將在波導顯示器530內傳播之光的部分耦合出波導顯示器530且朝向使用者之眼睛590。
圖 5B繪示根據某些具體實例之包括波導顯示器580的近眼顯示器（NED）裝置550之範例。在一些具體實例中，NED裝置550可使用掃描鏡面570將光從光源540投影至使用者之眼睛590可位於其中的影像場。NED裝置550可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示裝置的範例。光源540可包括不同色彩之一或多列或一或多行光發射器，諸如多列紅光發射器542、多列綠光發射器544及多列藍光發射器546。舉例而言，紅光發射器542、綠光發射器544及藍光發射器546可各自包括N個列，每一列包括例如2560個光發射器（像素）。紅光發射器542組織成陣列；綠光發射器544組織成陣列；且藍光發射器546組織成陣列。在一些具體實例中，光源540可針對每一色彩包括單行光發射器。在一些具體實例中，光源540可包括用於紅色、綠色及藍色中之各者的多行光發射器，其中各行可包括例如1080個光發射器。在一些具體實例中，光源540中之光發射器之尺寸及/或間距可相對較大（例如，約3~5 μm），且因此光源540可不包括用於同時產生完整顯示影像之足夠光發射器。舉例而言，用於單種色彩之光發射器之數目可小於顯示影像中之像素之數目（例如，2560×1080個像素）。由光源540發射之光可為經準直或發散光束之集合。
在到達掃描鏡面570之前，由光源540發射之光可由諸如準直透鏡或自由形式光學元件560之各種光學裝置來調節。自由形式光學元件560可包括例如多琢面稜鏡或另一光摺疊元件，該多琢面稜鏡或另一光摺疊元件可將由光源540發射之光導向掃描鏡面570，諸如使由光源540發射之光之傳播方向改變例如約90°或更大。在一些具體實例中，自由形式光學元件560可為可旋轉的以使光進行掃描。掃描鏡面570及/或自由光學元件560可將由光源540發射之光反射且投影至波導顯示器580，該波導顯示器可包括用於將由光源540發射之光耦合至波導顯示器580中之耦合器582。耦接至波導顯示器580中之光可通過例如如上文關於圖4所描述之全內反射在波導顯示器580內傳播。耦合器582亦可將在波導顯示器580內傳播之光的部分耦合出波導顯示器580且朝向使用者之眼睛590。
掃描鏡面570可包括微機電系統（MEMS）鏡面或任何其他合適鏡面。掃描鏡面570可旋轉以在一個或兩個維度上進行掃描。在掃描鏡面570旋轉時，由光源540發射之光可經引導至波導顯示器580之不同區域，使得完整顯示影像可在每一掃描循環中投影至波導顯示器580上且由波導顯示器580引導至使用者之眼睛590。舉例而言，在光源540包括一或多個列或行中之所有像素之光發射器的具體實例中，掃描鏡面570可在行或列方向（例如，x或y方向）上旋轉以掃描影像。在光源540包括一或多個列或行中之一些但非所有像素之光發射器的具體實例中，掃描鏡面570可在列及行方向兩者（例如，x及y方向兩者）上旋轉以投影顯示影像（例如，使用光柵型掃描圖案）。
NED裝置550可在預定義顯示週期中操作。顯示週期（例如，顯示循環）可指掃描或投影全影像之持續時間。舉例而言，顯示週期可為所要幀率之倒數。在包括掃描鏡面570之NED裝置550中，顯示週期亦可稱為掃描週期或掃描循環。由光源540進行之光產生可與掃描鏡面570之旋轉同步。舉例而言，各掃描循環可包括多個掃描步驟，其中光源540可在各個別掃描步驟中產生不同光圖案。
在各掃描循環中，在掃描鏡面570旋轉時，顯示影像可經投影至波導顯示器580及使用者之眼睛590上。顯示影像之給定像素方位之實際色值及光強度（例如，亮度）可為在掃描週期期間照明該像素方位之三個顏色（例如，紅色、綠色及藍色）之光束的平均值。在完成掃描週期之後，掃描鏡面570可回復至初始位置以投影下一顯示影像之前幾列的光，或可在反方向上或以掃描圖案旋轉以投影下一顯示影像之光，其中新的一組驅動信號可被饋送至光源540。隨著掃描鏡面570在每一掃描循環中旋轉，可重複相同過程。因而，可在不同掃描循環中將不同影像投影至使用者之眼睛590。
圖 6繪示根據某些具體實例的近眼顯示器系統600中之影像源組裝件610之範例。影像源組裝件610可包括例如可產生將投影至使用者之眼睛之顯示影像的顯示面板640，及可將由顯示面板640產生之顯示影像投影至如上文關於圖4至5B所描述之波導顯示器的投影器650。顯示面板640可包括光源642及用於光源642之驅動電路644。光源642可包括例如光源510或540。投影器650可包括例如上文所描述之自由形式光學元件560、掃描鏡面570及/或投影光學件520。近眼顯示器系統600亦可包括同步地控制光源642及投影器650（例如掃描鏡面570）之控制器620。影像源組裝件610可產生影像光並將其輸出至波導顯示器（圖6中未示），諸如波導顯示器530或580。如上文所描述，波導顯示器可在一或多個輸入耦合元件處接收影像光，且將接收到之影像光導引至一或多個輸出耦合元件。輸入及輸出耦合元件可包括例如繞射光柵、全像光柵、稜鏡或其任何組合。輸入耦合元件可經選擇以使得利用波導顯示器發生全內反射。輸出耦合元件可將經全內反射之影像光之部分耦合出波導顯示器。
如上文所描述，光源642可包括以陣列或矩陣排列之複數個光發射器。各光發射器可發射單色光，諸如紅光、藍光、綠光、紅外光及其類似者。儘管在本發明中常常論述RGB顏色，但本文中所描述之具體實例不限於將紅色、綠色及藍色用作原色。其他色彩亦可用作近眼顯示系統600之原色。在一些具體實例中，根據具體實例之顯示面板可使用多於三原色。光源642中之各像素可包括三個子像素，該三個子像素包括紅色微LED、綠色微LED及藍色微LED。半導體LED大致包括多個半導體材料層內之主動發光層。多個半導體材料層可包括不同化合物材料或具有不同摻雜劑及/或不同摻雜密度之相同基底材料。舉例而言，多個半導體材料層可包括n型材料層、可包括異質結構（例如，一或多個量子井）之作用區域，及p型材料層。多個半導體材料層可生長於具有某一位向之基板之表面上。在一些具體實例中，為了提高光提取效率，可形成包括這些半導體材料層中之至少一些的台面。
控制器620可控制影像源組裝件610之影像顯現操作，諸如光源642及/或投影器650之操作。舉例而言，控制器620可判定用於影像源組裝件610以顯現一或多個顯示影像之指令。這些指令可包括顯示指令及掃描指令。在一些具體實例中，顯示指令可包括影像檔案（例如，位元映像檔案）。可從例如控制台接收顯示指令，該控制台諸如上文關於圖1所描述之控制台110。掃描指令可由影像源組裝件610使用以產生影像光。掃描指令可指定例如影像光源之類型（例如，單色或多色）、掃描速率、掃描設備之位向、一或多個照明參數，或其任何組合。控制器620可包括此處未展示以免混淆本揭示之其他態樣的硬體、軟體及/或韌體之組合。
在一些具體實例中，控制器620可為顯示裝置之圖形處理單元（graphics processing unit；GPU）。在其他具體實例中，控制器620可為其他類型之處理器。由控制器620進行之操作可包括獲取用於顯示之內容及將內容劃分成離散區段。控制器620可將掃描指令提供至光源642，這些掃描指令包括對應於光源642之個別源元件的位址及/或經施加至個別源元件之電偏置。控制器620可指示光源642使用對應於最終顯示給使用者的影像中之一或多列像素之光發射器來依序呈現離散區段。控制器620亦可指示投影器650執行對光之不同調整。舉例而言，控制器620可控制投影器650掃描離散區段至波導顯示器（例如，波導顯示器580）之耦合元件之不同區域，如上文關於圖5B所描述。因而，在波導顯示器之出射光瞳處，各離散部分呈現於不同各別方位中。雖然各離散區段呈現於不同各別時間，但離散區段之呈現及掃描足夠快速地發生，使得使用者之眼睛可將不同區段整合成單一影像或一系列影像。
影像處理器630可為專用於執行本文中所描述之特徵的通用處理器及/或一或多個特定應用電路。在一個具體實例中，通用處理器可耦接至記憶體以執行使得處理器進行本文中所描述之某些程序的軟體指令。在另一具體實例中，影像處理器630可為專用於進行某些特徵之一或多個電路。雖然圖6中之影像處理器630被展示為與控制器620及驅動電路644分離的獨立單元，但在其他具體實例中，影像處理器630可為控制器620或驅動電路644之子單元。換言之，在彼等具體實例中，控制器620或驅動電路644可執行影像處理器630之各種影像處理功能。影像處理器630亦可稱作影像處理電路。
在圖6中所展示之範例中，可由驅動電路644基於從控制器620或影像處理器630發送之資料或指令（例如，顯示及掃描指令）來驅動光源642。在一個具體實例中，驅動電路644可包括連接至光源642之各種光發射器且機械地固持這些光發射器之電路面板。光源642可根據由控制器620設定且由影像處理器630及驅動電路644潛在地調整之一或多個照明參數來發射光。照明參數可由光源642使用以產生光。照明參數可包括例如源波長、脈衝速率、脈衝振幅、光束類型（連續或脈衝式）、可影響所發射光之其他參數或其任何組合。在一些具體實例中，由光源642產生之光源光可包括多個紅光、綠光及藍光光束，或其任何組合。
投影器650可執行一組光學功能，諸如聚焦、組合、調節由光源642產生之影像光或使其進行掃描。在一些具體實例中，投影器650可包括組合組裝件、光調節組裝件或掃描鏡面組裝件。投影器650可包括以光學方式調整且潛在地重新引導來自光源642之光的一或多個光學組件。光調整之一個範例可包括調節光，諸如擴展、準直、校正一或多個光學誤差（例如，場曲、色像差等）、一些其他光調整，或其任何組合。投影器650之光學組件可包括例如透鏡、鏡面、孔徑、光柵，或其任何組合。
投影器650可經由其一或多個反射及/或折射部分重新導向影像光，使得影像光以特定位向朝向波導顯示器投影。影像光經重導向波導顯示器之方位可取決於一或多個反射及/或折射部分之特定位向。在一些具體實例中，投影器650包括在至少兩個維度上掃描之單個掃描鏡面。在其他具體實例中，投影器650可包括各自在彼此正交之方向上掃描之複數個掃描鏡面。投影器650可執行光柵掃描（水平地或垂直地）、雙諧振掃描，或其任何組合。在一些具體實例中，投影器650可以特定振盪頻率沿水平及/或垂直方向執行受控振動，以沿兩個維度掃描且產生向使用者眼睛呈現的媒體之二維經投影影像。在其他具體實例中，投影器650可包括可用於與一或多個掃描鏡面類似或相同之功能的透鏡或稜鏡。在一些具體實例中，影像源組裝件610可不包括投影器，其中由光源642發射之光可直接入射於波導顯示器上。
（例如，擴增實境系統400或NED裝置500或550中的）光子積體電路或基於波導的顯示器之總效率可為個別組件之效率的乘積，且亦可取決於組件連接方式。舉例而言，擴增實境系統400中的基於波導的顯示器之總效率 可取決於影像源412之發光效率、藉由投影器光學件414及輸入耦合器430從影像源412至組合器415的光耦合效率及輸出耦合器440之輸出耦合效率，且因此可判定為：
, (1)
其中 為影像源412之外部量子效率， 為光從影像源412至波導（例如，基板420）中之內耦合效率，且 為光藉由輸出耦合器440從波導朝向使用者之眼睛的出耦合效率。因此，基於波導之顯示器之總效率 可藉由改良 、 及 中之一或多者來改良。
將經發射光從光源耦合至波導的光學耦合器（例如，輸入耦合器430或耦合器532）可包括例如光柵、透鏡、微透鏡、稜鏡。在一些具體實例中，來自小光源（例如，微LED）之光可從光源直接（例如，端對端）耦合至波導，而無需使用光學耦合器。在一些具體實例中，光學耦合器（例如，透鏡或拋物線形反射器）可製造於光源上。
上文所描述的光源、影像源或其他顯示器可包括一或多個LED。舉例而言，顯示器中之每一像素可包括三個子像素，這些子像素包括紅色微LED、綠色微LED及藍色微LED。半導體發光二極體通常包括在多個半導體材料層內的主動發光層。多個半導體材料層可包括不同化合物材料或具有不同摻雜劑及/或不同摻雜密度之相同基底材料。舉例而言，該多個半導體材料層可通常包括n型材料層、可包括異質結構（例如，一或多個量子井）的主動層及p型材料層。多個半導體材料層可生長於具有某一位向之基板之表面上。
光子可經由電子及電洞在主動層（例如，包括一或多個半導體層）內之重組而以特定內部量子效率在半導體LED（例如，微型LED）中產生。可接著在特定方向上或在特定立體角內從LED提取所產生光。從LED提取的所發射光子之數目與穿過LED的電子之數目之間的比率被稱為外部量子效率，其描述LED將經注入電子轉化為從裝置提取的光子之效率。外部量子效率可與注入效率、內部量子效率及提取效率成比例。注入效率是指穿過裝置之經注入至作用區域中的電子之比例。提取效率為在作用區域中產生之從裝置逸出的光子之比例。對於LED，且詳言之，對於具有縮減之實體尺寸之微LED，改良內部及外部量子效率可具有挑戰性。在一些具體實例中，為了提高光提取效率，可形成包括這些半導體材料層中之至少一些的台面。
圖 7A繪示具有垂直台面式結構之LED 700的範例。LED 700可為光源510、540或642中之光發射器。LED 700可為由諸如多個半導體材料層之無機材料製成之微LED。經分層半導體發光裝置可包括多個III-V半導體材料層。III-V族半導體材料可包括一或多種III族元素，諸如鋁（Al）、鎵（Ga）或銦（In），以及V族元素，諸如氮（N）、磷（P）、砷（As）或銻（Sb）。當III-V半導體材料之V族元素包括氮時，III-V半導體材料被稱為III氮化物材料。分層半導體發光裝置可藉由使用諸如汽相磊晶（vapor-phase epitaxy；VPE）、液相磊晶（liquid-phase epitaxy；LPE）、分子束磊晶法（molecular beam epitaxy；MBE）或金屬有機化學氣相沈積（metalorganic chemical vapor deposition；MOCVD）之技術使多個磊晶層在基板上生長來製造。舉例而言，半導體材料層可以某一晶格位向（例如，極性、非極性或半極性位向）在基板上逐層生長，該基板諸如為GaN、GaAs或GaP基板，或包括但不限於以下之基板：藍寶石、碳化矽、矽、氧化鋅、氮化硼、鋁酸鋰、鈮酸鋰、鍺、氮化鋁、鎵酸鋰、部分取代之尖晶石或共用β-LiAlO 2結構之四元四方氧化物，其中該基板可在特定方向上經切割以暴露特定平面作為生長表面。
在圖7A中所展示之範例中，LED 700可包括基板710，該基板710可包括例如藍寶石基板或GaN基板。半導體層720可生長於基板710上。半導體層720可包括III-V材料，諸如GaN，且可經p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或經n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。一或多個主動層730可生長於半導體層720上以形成作用區域。主動層730可包括III-V材料，諸如一或多個InGaN層、一或多個AlGaInP層及/或一或多個GaN層，這些層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。半導體層740可生長於主動層730上。半導體層740可包括諸如GaN之III-V材料，且可經p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。半導體層720及半導體層740中之一者可為p型層，且另一者可為n型層。半導體層720及半導體層740包夾主動層730以形成發光區域。舉例而言，LED 700可包括InGaN層，其位於摻雜有鎂之p型GaN層與摻雜有矽或氧之n型GaN層之間。在一些具體實例中，LED 700可包括AlGaInP層，其位於摻雜有鋅或鎂之p型AlGaInP層與摻雜有硒、矽或碲之n型AlGaInP層之間。
在一些具體實例中，電子阻擋層（EBL）（圖7A中未示）可經生長以在主動層730與半導體層720或半導體層740中之至少一者之間形成層。EBL可減少電子漏電流，且改良LED之效率。在一些具體實例中，諸如P +或P ++半導體層之重摻雜半導體層750可形成於半導體層740上，且充當用於形成歐姆接觸且減少裝置之接觸阻抗的接觸層。在一些具體實例中，導電層760可形成於重摻雜半導體層750上。導電層760可包括例如氧化銦錫（indium tin oxide；ITO）或Al/Ni/Au膜。在一個範例中，導電層760可包括透明ITO層。
為了與半導體層720（例如，n-GaN層）接觸且為了更高效地從LED 700提取由主動層730發射之光，半導體材料層（包括重摻雜半導體層750、半導體層740、主動層730及半導體層720）可經蝕刻以暴露半導體層720且形成包括層720至760之台面結構。台面結構可將載子限於裝置內。蝕刻台面結構可導致可正交於生長平面之台面側壁732之形成。鈍化層770可形成於台面結構之台面側壁732上。鈍化層770可包括氧化物層，諸如SiO 2層，且可充當反射器以將所發射光反射出LED 700。可包括金屬層，諸如Al、Au、Ni、Ti或其任何組合之接觸層780可形成於半導體層720上且可充當LED 700之電極。另外，諸如Al/Ni/Au金屬層之另一接觸層790可形成於導電層760上且可充當LED 700之另一電極。
當將電壓信號施加至接觸層780及790時，電子及電洞可在主動層730中重組，其中電子及電洞之重組可造成光子發射。所發射光子之波長及能量可取決於主動層730中之價帶與傳導帶之間的能帶間隙。舉例而言，InGaN主動層可發射綠光或藍光，AlGaN主動層可發射藍光至紫外光，而AlGaInP有主動層可發射紅光、橙光、黃光或綠光。所發射光子可由鈍化層770反射且可使LED 700從頂部（例如，導電層760及接觸層790）或底部（例如，基板710）出射。
在一些具體實例中，LED 700可包括一或多個其他組件，諸如光發射表面上之透鏡，諸如基板710，以聚集或準直所發射光或將所發射光耦合至波導中。在一些具體實例中，LED可包括另一形狀之台面，諸如平面、圓錐形、半拋物線形或拋物線形，且台面之基底區域可為圓形、矩形、六邊形或三角形。例如，LED可包括彎曲形狀（例如，抛物面形狀）及/或非彎曲形狀（例如，錐形形狀）之台面。台面可經截斷或未經截斷。
圖 7B為具有拋物線形台面結構之LED 705之範例的橫截面視圖。類似於LED 700，LED 705可包括多個半導體材料層，諸如多個III-V族半導體材料層。半導體材料層可磊晶生長於基板715上，諸如GaN基板或藍寶石基板。舉例而言，半導體層725可生長於基板715上。半導體層725可包括諸如GaN之III-V材料，且可經p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或經n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。一或多個主動層735可生長於半導體層725上。有源層735可包括III-V材料，諸如一或多個InGaN層、一或多個AlGaInP層及/或一或多個GaN層，這些層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井。半導體層745可生長於主動層735上。半導體層745可包括諸如GaN之III-V材料，且可經p型摻雜（例如，用Mg、Ca、Zn或Be摻雜）或n型摻雜（例如，用Si或Ge摻雜）。半導體層725及半導體層745中之一者可為p型層，且另一者可為n型層。
為了與半導體層725（例如，n型GaN層）接觸且為了更高效地從LED 705提取由主動層735發射之光，半導體層可經蝕刻以曝露半導體層725且形成包括層725至745之台面結構。台面結構可將載子限制在裝置之注入區域內。蝕刻台面結構可導致台面側壁（在本文中亦稱為琢面）之形成，這些台面側壁可能不平行於或在一些情況下正交於與層725至745之結晶生長相關聯的生長平面。
如圖7B中所展示，LED 705可具有包括平坦頂部之台面結構。介電層775（例如，SiO 2或SiNx）可形成於台面結構之琢面上。在一些具體實例中，介電層775可包括多個介電材料層。在一些具體實例中，金屬層795可形成於介電層775上。金屬層795可包括一或多種金屬或金屬合金材料，諸如鋁（Al）、銀（Ag）、金（Au）、鉑（Pt）、鈦（Ti）、銅（Cu），或其任何組合。介電層775及金屬層795可形成可朝向基板715反射由主動層735發射之光的台面反射器。在一些具體實例中，台面反射鏡可為拋物線形以充當可至少部分地使所發射光準直之拋物線形反射鏡。
電接點765及電接點785可分別形成於半導體層745及半導體層725上以充當電極。電接點765及電接點785可各自包括導電材料，諸如Al、Au、Pt、Ag、Ni、Ti、Cu或其任何組合（例如，Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au），且可充當LED 705之電極。在圖7B中所示之範例中，電接點785可為n接點，且電接點765可為p接點。電接點765及半導體層745（例如，p型半導體層）可形成背向反射器以用於將由主動層735發射之光朝向基板715反射回。在一些具體實例中，電接點765及金屬層795包括相同材料，且可使用相同處理程序形成。在一些具體實例中，可包括額外導電層（圖中未示）作為電接點765及785與半導體層之間的中間導電層。
當跨越電接點765及785施加電壓信號時，電子及電洞可在主動層735中重組。電子及電洞之重組可引起光子發射，由此產生光。所發射光子之波長及能量可取決於主動層735中之價帶與傳導帶之間的能帶間隙。舉例而言，InGaN主動層可發射綠光或藍光，而AlGaInP主動層可發射紅光、橙光、黃光或綠光。所發射光子可在許多不同方向上傳播，且可由台面反射器及/或背向反射器反射，且可使LED 705例如從圖7B中所展示之底側（例如，基板715）出射。諸如透鏡或光柵之一或多個其他次級光學組件可形成於諸如基板715之光發射表面上，以使所發射光聚焦或準直及/或將所發射光耦合至波導中。
在形成（例如，蝕刻）台面結構時，台面結構之琢面（諸如台面側壁732）可能包括一些瑕疵，諸如不飽和鍵、化學污染及結構損害（例如，在經乾式蝕刻時），其可能減小LED之內部量子效率。舉例而言，在琢面處，半導體層之原子晶格結構可能突然結束，其中半導體材料之一些原子可能缺乏鍵可附接至的相鄰者。此導致可由未配對價電子表徵的「懸鍵」。此等懸鍵產生原本不會存在於半導體材料之帶隙內的能級，從而在台面結構之琢面處或附近造成非輻射性電子-電洞重組。因此，此等瑕疵可能成為重組中心，其中電子與電洞可經約束於此處，直至其非輻射地組合為止。
如上文所描述，內部量子效率為作用區域中發射光子的輻射電子-電洞重組之比例。LED之量子效率取決於在LED之作用區域中發生的競爭性輻射（光產生）重組與非輻射（有損）重組之相對速率。作用區域中的非輻射重組製程可包括在缺陷位點處的肖克力-瑞德-霍爾（SRH）重組及eeh/ehh歐傑重組，其為涉及三個載子的非輻射製程。LED之內部量子效率可藉由下式判定：
, (2)
其中A、B及C分別為SRH重組、雙分子（輻射）重組及歐傑重組之速率，且N為作用區域中之電荷載子密度（即，電荷載子濃度）。
圖 8繪示發光二極體之光學發射功率與電流密度之間的關係。如由圖8中的曲線810所繪示，微LED裝置之光學發射功率在電流密度（且因此電荷載子密度N）較低時可能較低，其中較低外部量子效率可能係根據方程式（2）由當電荷載子密度N較低時的相對較高非輻射性SRH重組造成。隨著電流密度（且因此電荷載子密度N）增大，光學發射功率可能增大，如圖8中的曲線820所展示，此係因為根據方程式（2），較高速率（ N 2）下的輻射重組較之於電荷載子密度N高時的非輻射SRH重組（ N）可能增大。隨著電流密度進一步增大，光學發射功率可能以較慢速率增大，如圖8中的曲線830所示，且因此外部量子效率可能亦下降，此係因為（例如）根據等式（2），較高速率（ N 3）下的非輻射歐傑重組較之於電荷載子密度N充分地高時的輻射重組（ N 2）可能增大。
歐傑重組為涉及三個載子的非輻射製程。歐傑重組可為效率下降之主要原因，且可為直接或間接的。舉例而言，直接歐傑重組在電子與電洞重組時發生，但並非產生光，而是電子升高地較高至導帶中或電洞推動地較深至價帶中。可藉由對於給定注入電流密度 J降低作用區域中的電荷載子密度N來減少歐傑重組以緩解效率下降，其可寫為：
, (3)
其中 d eff 為作用區域之有效厚度。因此，根據等式（3），歐傑重組之影響可減小，且因此可藉由針對給定注入電流密度減小電荷載子密度N來改良LED之IQE，其可藉由增大作用區域之有效厚度 d eff 來達成。可藉由例如生長多個量子井（MQW）來增大作用區域之有效厚度。或者，包括單一厚雙異質結構（double heterostructure；DH）的作用區域可用以增大作用區域之有效厚度。
影響作用區域之有效厚度的一個因素為量子井中存在內部場 E qw （例如，應變誘發的內部場）。內部場 E qw 可使電荷載子局域化，且減小載波函數之間的重疊積分，此可降低LED之輻射性效率。包括異質結構（例如，量子井）之一些LED可能具有在載子輸送方向上的強內部應變誘發壓電場。應變誘發內部場可能引起電子及電洞能級移位（因此改變帶隙），且引起電子及電洞移位至量子井之相對側，藉此減小空間電子-電洞重疊且降低輻射重組效率且因此降低LED之內部量子效率。
儘管歸因於大電流密度（及高電荷載子密度）之歐傑重組可為取決於材料特性之本徵過程，但非輻射SRH重組取決於材料之特性及品質，諸如作用區域中的缺陷密度。如上文關於圖7A及圖7B所描述，可藉由將台面結構蝕刻至主動發射層中以將載子約束於裝置之注入區域內且曝露主動發射層下方之n型材料以進行電接觸來製造LED。蝕刻台面結構可能導致正交於生長平面之台面側壁的形成。如上文所描述，歸因於蝕刻，接近於曝露側壁之作用區域可能具有較高缺陷密度，諸如位錯、孔、晶界、空位、包括沈澱物，等等。缺陷可能在帶隙中引入具有深或淺能級之能態。載子可能由於此等能態而被截留，直至其非輻射地組合。因此，接近於曝露側壁之作用區域可能具有比遠離側壁之主體區域高的SRH重組速率。
可能影響非輻射表面重組對LED效率之影響的參數可包括例如表面重組速度（surface recombination velocity；SRV） S、載子擴散係數（擴散率） D及載子壽命τ。歸因於高缺陷密度的在側壁表面附近的高重組速率可能取決於該區域中多餘載子（詳言之，少數載子）之數目。高重組速率可能耗盡該區域中之載子。該區域中的載子之耗儘可能引起載子從具有較高載子濃度之周圍區域擴散至該區域。因此，表面重組之量可受載子移動至側壁表面附近的區域之表面重組速度S的限制。載子壽命τ為載子在電子-電洞產生之後在其與另一載子重組之前在激發態中可花費的平均時間。載子壽命τ通常取決於作用區域中的載子濃度及重組速率。材料之載子擴散係數（擴散率） D及載子壽命τ可判定載子擴散長度 L= ，其為載子可從產生點直至其重組所行進的平均距離。載子擴散長度 L表徵鄰近於作用區域之側壁表面的區域的寬度，且其中表面重組對載子損失之貢獻顯著。注入或擴散至距側壁表面在少數載子擴散長度內的區域中之電荷載子可能經受較高SRH重組速率。
較高電流密度（例如，以安培/平方厘米為單位）可能與較低表面重組速度相關聯，此係因為表面缺陷在較高載子密度下可能愈加飽和。因此，可藉由增大電流密度來減小表面重組速度。此外，給定材料之擴散長度可能隨裝置操作之電流密度而變化。然而，LED通常可能不在高電流密度下操作。增大電流注入亦可能歸因於由較高電流密度下的自熱造成的較高溫度下的較高歐傑重組速率及較低轉化效率而引起微LED之效率下降。
對於用於照明及背光應用中的傳統寬區LED（例如，具有約0.1 mm 2至約1 mm 2橫向裝置面積），側壁表面在裝置遠端處。裝置可經設計以使得極少或沒有電流注入台面側壁之少數載子擴散長度內的區域中，且因此側壁表面積與體積比及總體SRH重組速率可較低。然而，在微LED中，在LED之大小減小至與少數載子擴散長度相當或具有相同數量級的值時，增大的表面積與體積比可能導致高載子表面重組速率，此係因為總作用區域之較大比例可能落在距LED側壁表面之少數載子擴散長度內。因此，更多注入載子經受較高SRH重組速率。此可使得隨著LED之大小減小，LED之洩漏電流增大且LED之效率降低，及/或使得峰值效率操作電流隨著LED之大小減小而增大。例如，對於具有100 μm×100 μm×2 μm台面之第一LED，側壁表面積與體積比可為約0.04。然而，對於具有5 μm ×5 μm ×2 μm台面之第二LED，側壁表面積與體積比率可為約0.8，其比第一LED高出約20倍。因此，在表面缺陷密度類似的情況下，第二LED之SRH重組係數可能亦高出約20倍。因此，第二LED之效率可能顯著降低。
AlGaInP材料可能比諸如III族氮化物材料之一些其他發光材料具有高表面重組速度及少數載子擴散長度。舉例而言，紅色AlGaInP LED可通常以減小的載子濃度（例如，約10 17~10 18cm -3）操作，且因此可能具有相對較長載子壽命τ。紅色AlGaInP LED之未摻雜量子井中的作用區域中之載子擴散率D亦可能相當大。結果，載子擴散長 L= 在一些裝置中可能為例如約10~25 μm或更長。此外，AlGaInP材料之表面重組速度可比III氮化物材料之表面重組速度高出一數量級。因此，與由III氮化物材料製成的LED（例如，由GaN製成的藍色及綠色LED）相比，基於AlGaInP的紅色LED之內部及外部量子效率隨著裝置大小減小可能下降得甚至更為顯著。
圖 9繪示各種III-V半導體之表面重組速度。圖9中之條910展示III-V族半導體材料之所報告SRV值之範圍，而條910上之符號920指示常見或平均SRV。框930展示表面重組速度隨著材料帶隙之改變而變化的一般趨勢。如圖9中所繪示，與在InP（例如，約10 5cm/s）或GaN（例如，小於約0.5×10 5cm/s）中相比，SRV在GaAs中高（例如，約10 6cm/s）。AlGaInP材料之表面重組速度（例如，約10 6cm/s）可比III氮化物材料之表面重組速度（例如，＜ 10 5cm/s）高出至少一數量級。另外，在諸如AlGaInP之含Al合金中，SRV可能明顯地隨Al分率而縮放。例如，SRV可從(Al 0.1Ga 0.9) 0.5In 0.5P之約10 5cm/s增加至Al 0.51In 0.49P之約10 6cm/s。
此外，氮化物LED可在比磷化物LED高得多的非平衡載子濃度下操作，其導致氮化物LED中的顯著較短的載子壽命。因此，III氮化物LED之作用區域中的載子擴散長度顯著短於磷化物LED中的載子擴散長度。由此，諸如基於AlGaInP的紅光微LED之磷化物LED可能具有較高SRV及較長載子擴散長度兩者，且因此可能具有比III氮化物LED高得多的表面重組及效率減小。
因為紅光微LED裝置之活性材料中的少數載子（橫向）擴散長度比例如基於GaN的材料系統中的少數載子（橫向）擴散長度高得多，因此基於AlGaInP、AlGaAs或其他材料系統之紅色/NIR發光裝置（例如，LED/VCSEL）可能遭受高表面損失，對於橫向大小小於約50 μm，諸如小於約20 μm或小於約10 μm的裝置尤其如此，從而歸因於增強的表面損失而導致低得多的效率（例如，EQE）。
圖 10A包括繪示不同大小的AlGaInP紅光微LED之範例的隨驅動電流密度而變的內部量子效率之圖1000。圖1000中之曲線1010展示橫向線性大小（例如，作用區域或台面結構之直徑或側邊）為約200 μm的AlGaInP紅光微LED隨電流密度而變的IQE。曲線1020展示橫向線性大小（例如，作用區域或台面結構之直徑或側邊）為約2 μm的AlGaInP紅光微LED之隨電流密度而變的IQE。圖10展示在相同電流密度下，較大微LED展現比較小微LED高得多的IQE。圖10中的曲線1010及1020亦展示，對於具有較小線性大小的微LED，達成峰值效率之電流密度可能需要高得多。
圖 10B包括繪示不同大小的AlGaInP紅光微LED之範例在不同偏壓電壓下的電流密度的圖1050。圖1050中的曲線1060展示橫向線性大小為約200 μm的AlGaInP紅光微LED之隨正向偏電壓而變的電流密度。曲線1070展示橫向線性大小為約2 μm的AlGaInP紅光微LED之隨正向偏電壓而變的電流密度。圖10B展示當微LED在相同電壓下偏壓時，較小AlGaInP紅光微LED之電流密度（且因此載子密度）可比較大AlGaInP紅光微LED之電流密度（且因此載子密度）高得多。
可藉由例如用諸如SiO 2、SiNx或Al 2O 3之合適介電材料鈍化台面表面來減少上文所描述的非輻射表面重組。可藉由使用化學處理蝕刻掉高度有缺陷的表面材料來減小SRV。替代地或另外，可藉由減小橫向載子遷移率來減小表面重組。舉例而言，可藉由使用離子植入破壞微LED之中心部分外部的半導體晶格來減小橫向載子遷移率。替代地或另外，可藉由使用量子井互混改變微LED之中心部分外部的半導體層區域之組合物來減小橫向載子遷移率。儘管存在減小表面重組之此等努力，但在微LED台面大小減小時，微LED之效率可能大幅度減小且峰值效率操作電流密度可能增大，此主要歸因於由台面側壁處的非輻射表面重組造成的損失。
如上文所描述，與III氮化物類（例如，GaN類）材料系統相比，AlGaAs、InGaAlAsP及AlGaInP材料可具有高表面重組速度及少數載子擴散長度。因此，基於InGaAlAsP、AlGaAs及AlGaInP的紅色或近紅外發光裝置（例如，LED/VCSEL）可能遭受高表面損失，對於作用區域的橫向大小小於約50 μm、小於約20 μm或小於約10 μm的裝置尤其如此。舉例而言，AlGaInP材料中的載子可具有高擴散率（遷移率），且AlGaInP材料可具有比III氮化物材料高出一數量級的表面重組速度。因此，紅色LED之內部及外部量子效率可能歸因於增強的表面損失而隨著裝置大小降低下降得甚至更為顯著。
載子擴散係數（擴散率） D及遷移率且因此載子擴散長度可為載子密度之函數。一般而言，載子密度愈高，載子遷移率愈低。
圖 11A繪示隨GaInP中之電子濃度而變的電子遷移率。在未摻雜或無意摻雜之GaInP中，典型電子濃度可為約10 15~10 16cm -3。圖11A展示在約10 15~10 16cm -3 之電子濃度下，電子遷移率可極高，諸如約1~2×10 3cm 2/(V s)或更高。 圖 11B繪示隨GaInP中之電洞濃度而變的電洞遷移率，其可比同一載子濃度下之電子遷移率慢得多。
根據某些具體實例，為了減少微LED之台面結構之側壁處的非輻射重組，微LED之量子井可同時摻雜有p型及n型摻雜劑兩者，以實質上降低量子井中之載子遷移率同時維持相對低的濃度。舉例而言，量子井可以約1.5×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑（例如，Si、Ge、S、Se或Te），且亦可以約1.0×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有p型摻雜劑（例如，C、Mg、Be或Zn），以達成約5×10 17cm -3之有效n摻雜劑濃度。在另一範例中，量子井可以約1.0×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑，且亦可以約1.5×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有p型摻雜劑，以達成約5×10 17cm -3之有效p摻雜劑濃度。在約5×10 17cm -3之有效摻雜劑濃度下，載子遷移率可顯著減小至約10~30 cm 2/(V s)。如圖11A及圖11B中所展示，當載子濃度高於未摻雜或無意摻雜（例如，具有約10 15~10 16cm -3之載子濃度）時，載子遷移率可顯著減小。舉例而言，載子遷移率可在約5×10 17cm -3之有效載子濃度下減小至約10~30 cm 2/(V s)。減小載子遷移率可減小載子至側壁區域之擴散，在這些側壁區域中載子可經受高的非輻射重組速率，由此減小非輻射重組且改良量子效率。
圖 12繪示根據某些具體實例之具有共同摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑之主動層（例如，量子井層）的發射紅光之微LED磊晶層堆疊1200的範例。在所繪示範例中，發射紅光之微LED磊晶層堆疊1200可生長於n型GaAs基板1210上。磊晶層可包括緩衝層1212，該緩衝層可包括n摻雜GaAs。視情況，蝕刻終止層1214可生長於緩衝層1212上且可包括例如n摻雜GaInP。n接點層1216可生長於蝕刻終止層1214上，且可包括n摻雜GaAs。n型包覆層1218（例如，包括n摻雜AlGaInP）、第一間隔物層1220（例如，包括未摻雜或無意摻雜AlGaInP之量子障壁層）、主動層1222（例如，包括n/p共同摻雜GaInP之量子井層）、第二間隔物層1224（例如，包括未摻雜或無意摻雜AlGaInP之量子障壁層）、p型包覆層1226（例如，包括p摻雜AlGaInP）及p接點層1228（例如，包括p摻雜GaP）可依序生長於蝕刻終止層1214上。主動層1222（例如，量子井層）可摻雜有諸如C、Mg、Be或Zn之p型摻雜劑，且亦可摻雜有諸如Si、Ge、S、Se或Te之n型摻雜劑。p摻雜密度可不同於n摻雜密度，且有效載子濃度及導電性類型可藉由p型摻雜劑濃度與n型摻雜劑濃度的差來判定。可在磊晶生長期間進行摻雜。在一些具體實例中，可生長多個主動層（量子井層）及間隔物層（量子障壁層）以形成多個量子井，如上文所描述。量子井層中之一或多者可共同摻雜有p型摻雜劑及n型摻雜劑。
圖12中之曲線1230展示發射紅光之微LED磊晶層堆疊1200中之不同半導體層的能量帶隙。主動層1222之組合物可經選擇使得主動層1222之能量帶隙可為低的，使得紅光可在主動層1222中發射。
圖 13繪示根據某些具體實例之具有共同摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑之主動層的發射紅光之微LED磊晶層堆疊1300的範例。發射紅光之微LED磊晶層堆疊1300可為發射紅光之微LED磊晶層堆疊1200的範例。在所繪示範例中，發射紅光之微LED磊晶層堆疊1300的層0可包括具有約4~12''之直徑及約10至15度之截止角的砷化鎵基板1310，且可以例如約1~20×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有Si。層1可為具有約100~3000 nm之厚度的n型GaAs緩衝層1312，且可以例如約1~20×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有以下摻雜劑中之一者：Si、Ge、S、Se及Te。層2可為具有約0~1000 nm之厚度及約0.45至0.55之x值的n型Ga xIn 1-xP蝕刻終止層1314，且可以例如約1~20×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有以下摻雜劑中之一者：Si、Ge、S、Se及Te。層3可為具有約10至500 nm之厚度的n型GaAs接觸層1316，且可以例如約1~20×10 19cm -3之摻雜密度摻雜有以下摻雜劑中之一者：Si、Ge、S、Se及Te。層4可為具有約50~2500 nm之厚度及約0.5至1.0之x值的n型Al xGa 1-xIn 0.5P包覆層1318，且可以例如約5~50×10 17cm -3之摻雜密度摻雜有以下摻雜劑中之一者：Si、Ge、S、Se及Te。層5可為具有約0~500 nm之厚度及約0.2至0.5之x值的Al xGa 1-xIn 0.5P間隔物層1320，且可未摻雜或以例如約1~50×10 16cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑（例如，Si、Ge、S、Se或Te）及/或p型摻雜劑（例如，C、Mg、Zn或Be）。層6可為具有約2~10 nm之厚度及約0.4至0.6之x值的Ga xIn 1-xP主動層1322，且可以約5~50×10 17cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑（例如，Si、Ge、S、Se或Te）及p型摻雜劑（例如，C、Mg、Zn或Be）兩者，以達成例如約1~10×10 17cm -3，諸如約5×10 17cm -3之有效摻雜密度。所得濃度及導電性類型可藉由p型摻雜劑濃度與n型摻雜劑濃度之間的差來判定。層7可為具有約0~500 nm之厚度及約0.2至0.5之x值的Al xGa 1-xIn 0.5P間隔物層1324，且可未摻雜或以例如約1~50×10 16cm -3之摻雜密度摻雜有n型摻雜劑（例如，Si、Ge、S、Se或Te）及/或p型摻雜劑（例如，C、Mg、Zn或Be）。可重複層6及層7例如高達10次以形成包括量子井層（例如，層6）及量子障壁層（例如，層7）之一或多個量子井。層8可為具有約50~2000 nm之厚度及約0.5至1.0之x值的p型Al xGa 1-xIn 0.5P包覆層1326，且可以例如約5~50×10 17cm -3之摻雜密度摻雜有以下摻雜劑中之一者：Be、C、Mg及Zn。層9可為具有約10~300 nm之厚度的p型GaP接觸層1328，且可以例如約5~500×10 18cm -3之摻雜密度摻雜有以下摻雜劑中之一者：Be、C、Mg及Zn。
圖13中之曲線1330展示發射紅光之微LED磊晶層堆疊1300中之不同半導體層的能量帶隙。Ga xIn 1-xP主動層1322之組合物可經選擇使得Ga xIn 1-xP主動層1322之能量帶隙可為低的（例如，約1.9 eV），使得紅光可在Ga xIn 1-xP主動層1322中發射。舉例而言，Ga xIn 1-xP中之x可在約0.4至0.6之間。
圖 14A繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶粒至晶圓接合之方法的範例。在圖14A中所展示之範例中，LED陣列1401可包括載體基板1405上之複數個LED 1407。載體基板1405可包括各種材料，諸如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或其類似者。LED 1407可藉由例如在進行接合之前生長各種磊晶層、形成台面結構及形成電接點或電極來製造。磊晶層可包括各種材料，諸如GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N或類似物，且可包括n型層、p型層及主動層，該主動層包括一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。電接點可包括各種導電材料，諸如金屬或金屬合金。
晶圓1403可包括基礎層1409，其上製造有被動或主動積體電路（例如，驅動器電路1411）。基礎層1409可包括例如矽晶圓。驅動器電路1411可用於控制LED 1407之操作。舉例而言，用於各LED 1407之驅動器電路可包括具有兩個電晶體及一個電容器之2T1C像素結構。晶圓1403亦可包括接合層1413。接合層1413可包括各種材料，諸如金屬、氧化物、介電質、CuSn、AuTi及其類似者。在一些具體實例中，圖案化層1415可形成於接合層1413之表面上，其中圖案化層1415可包括由諸如Cu、Ag、Au、Al或其類似者之導電材料製成的金屬柵格。
LED陣列1401可經由接合層1413或圖案化層1415接合至晶圓1403。舉例而言，圖案化層1415可包括由諸如CuSn、AuSn或奈米多孔Au之各種材料製成的金屬襯墊或凸塊，這些金屬襯墊或凸塊可用以將LED陣列1401中之LED 1407與晶圓1403上之對應驅動器電路1411對準。在一個範例中，可使LED陣列1401朝向晶圓1403，直至LED 1407與對應於驅動器電路1411之各別金屬襯墊或凸塊接觸。LED 1407中之一些或所有可與驅動器電路1411對準，且可接著藉由各種接合技術（諸如金屬間接合）經由圖案化層1415接合至晶圓1403。在LED 1407已經接合至晶圓1403之後，載體基板1405可從LED 1407移除。
圖 14B繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶圓間接合之方法的範例。如圖14B中所展示，第一晶圓1402可包括基板1404、第一半導體層1406、主動層1408及第二半導體層1410。基板1404可包括各種材料，諸如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或其類似者。第一半導體層1406、主動層1408及第二半導體層1410可包括各種半導體材料，諸如GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N或其類似者。在一些具體實例中，第一半導體層1406可為n型層，且第二半導體層1410可為p型層。舉例而言，第一半導體層1406可為n摻雜GaN層（例如，摻雜有Si或Ge），且第二半導體層1410可為p摻雜GaN層（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）。主動層1408可包括例如一或多個GaN層、一或多個InGaN層、一或多個AlGaInP層及其類似者，這些層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。
在一些具體實例中，第一晶圓1402亦可包括接合層。接合層1412可包括各種材料，諸如金屬、氧化物、介電質、CuSn、AuTi或其類似者。在一個範例中，接合層1412可包括p接點及/或n接點（圖中未示）。在一些具體實例中，其他層亦可包括於第一晶圓1402上，諸如基板1404與第一半導體層1406之間的緩衝層。緩衝層可包括各種材料，諸如多晶GaN或AlN。在一些具體實例中，接觸層可在第二半導體層1410與接合層1412之間。接觸層可包括用於將電接點提供至第二半導體層1410及/或第一半導體層1406之任何合適材料。
第一晶圓1402可經由接合層1413及/或接合層1412接合至晶圓1403，其包括如上文所描述之驅動器電路1411及接合層1413。接合層1412與接合層1413可由相同材料或不同材料製成。接合層1413及接合層1412可為實質上平坦的。第一晶圓1402可藉由各種方法接合至晶圓1403，這些方法諸如為金屬間接合、共晶接合、金屬氧化物接合、陽極接合、熱壓縮接合、紫外線（UV）接合及/或熔融接合。
如圖14B中所示，第一晶圓1402可藉由第一晶圓1402之面向下（亦即，朝向晶圓1403）之p側（例如，第二半導體層1410）接合至晶圓1403。在接合之後，可從第一晶圓1402移除基板1404，且可接著從n側處理第一晶圓1402。舉例而言，該處理可包括形成用於個別LED之某些台面形狀，以及形成對應於個別LED之光學組件。
圖 15A 至圖 15D繪示根據某些具體實例的用於LED陣列之混合接合之方法的範例。混合接合通常可包括晶圓清潔及活化、一個晶圓之接點與另一晶圓之接點的高精度對準、介電材料在室溫下在晶圓之表面處的介電接合，及藉由在高溫下退火而進行的接點之金屬接合。 圖 15A展示上面製造有被動或主動電路1520之基板1510。如上文關於圖14A至圖14B所描述，基板1510可包括例如矽晶圓。電路1520可包括用於LED陣列之驅動器電路。接合層可包括經由電氣互連件1522連接至電路1520之介電區域1540及接觸襯墊1530。接觸襯墊1530可包括例如Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd或其類似者。介電區域1540中之介電材料可包括SiCN、SiO 2、SiN、Al 2O 3、HfO 2、ZrO 2、Ta 2O 5或其類似者。接合層可使用例如化學機械拋光來進行平坦化及拋光，其中平坦化或拋光可能造成接觸襯墊中之凹陷（碗狀輪廓）。接合層之表面可藉由例如離子（例如，電漿）或快速原子（例如，Ar）光束1505來清潔及活化。經活化表面可經原子級清潔且可在晶圓例如在室溫下接觸時為反應性的以用於在晶圓之間形成直接接合。
圖 15B繪示包括其上製造之微LED 1570之陣列的晶圓1550，如上文關於例如圖7A、圖7B、圖14A及圖14B所描述。晶圓1550可為載體晶圓，且可包括例如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或其類似者。微LED 1570可包括磊晶生長於晶圓1550上之n型層、作用區域及p型層。磊晶層可包括上文所描述之各種III-V半導體材料，且可從p型層側處理以蝕刻磊晶層中之台面結構，諸如實質上垂直結構、拋物線形結構、圓錐形結構或其類似者。鈍化層及/或反射層可形成於台面結構之側壁上。p接點1580及n接點1582可形成於沈積於台面式結構上之介電材料層1560中，且可分別與p型層及n型層進行電接觸。介電材料層1560中之介電材料可包括例如SiCN、SiO 2、SiN、Al 2O 3、HfO 2、ZrO 2、Ta 2O 5或其類似者。p接點1580及n接點1582可包括例如Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd或其類似者。p接點1580、n接點1582及介電材料層1560之頂部表面可形成接合層。接合層可使用例如化學機械拋光來平坦化及拋光，其中拋光可能造成p接點1580及n接點1582中之凹陷。接合層可接著藉由例如離子（例如，電漿）或快速原子（例如，Ar）光束1515來清潔及活化。經活化表面可為原子級清潔且可在晶圓例如在室溫下接觸時為反應性的以用於在晶圓之間形成直接接合。
圖 15C繪示用於接合接合層中之介電材料之室溫接合製程。舉例而言，在包括介電區域1540及接觸襯墊1530之接合層及包括p接點1580、n接點1582及介電材料層1560之接合層經表面活化之後，晶圓1550及微LED 1570可倒置且與基板1510及其上形成之電路接觸。在一些具體實例中，可將壓縮壓力1525施加至基板1510及晶圓1550，使得接合層彼此壓靠。歸因於表面活化及接點中之凹陷，介電區域1540及介電材料層1560可由於表面吸引力而直接接觸，且可進行反應且在其間形成化學鍵，此係因為表面原子可具有懸鍵且在活化之後可處於不穩定能態。因此，可在具有或不具有熱處理或壓力之情況下將介電區域1540及介電材料層1560中之介電材料接合在一起。
圖 15D繪示用於在接合這些接合層中之介電材料之後接合這些接合層中之接點的退火製程。舉例而言，接觸襯墊1530及p接點1580或n接點1582可藉由在例如約200℃至400℃或更高之溫度下進行退火而接合在一起。在退火製程期間，熱1535可使接點比介電材料膨脹更多（由於不同熱膨脹係數），且因此可閉合接點之間的凹陷間隙，使得接觸襯墊1530及p接點1580或n接點1582可進行接觸且可在經活化表面處形成直接金屬接合。
在兩個經接合晶圓包括具有不同熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion；CTE）之材料的一些具體實例中，在室溫下接合之介電材料可幫助減少或防止由不同熱膨脹造成的接觸襯墊之未對準。在一些具體實例中，為了進一步減少或避免接觸襯墊在退火期間在高溫下之未對準，可在接合之前在微LED之間、在微LED之群組之間、穿過基板中之部分或全部或在類似處形成溝槽。
在微LED接合至驅動器電路之後，其上製造有微LED之基板可經薄化或移除，且各種次級光學組件可經製造於微LED之發光表面上，以例如提取、準直及重新導向從微LED之作用區域發射的光。在一個範例中，微透鏡可形成於微LED上，其中每一微透鏡可對應於各別微LED，且可幫助改良光提取效率且準直由微LED發射之光。在一些具體實例中，次級光學組件可經製造於基板或微LED之n型層中。在一些具體實例中，次級光學組件可製造於沈積於微LED之n型側上的介電層中。次級光學組件之範例可包括透鏡、光柵、抗反射（antireflection；AR）塗層、稜鏡、光子晶體或其類似者。
圖 16繪示根據某些具體實例的上面製造有次級光學組件之LED陣列1600的範例。可藉由將LED晶片或晶圓與包括其上製造之電路的矽晶圓接合，使用上文關於例如圖14A至圖15D所描述之任何合適接合技術來製造LED陣列1600。在圖16中所展示之範例中，可使用如上文關於圖15A至圖15D所描述之晶圓間混合接合技術來接合LED陣列1600。LED陣列1600可包括基板1610，該基板可為例如矽晶圓。積體電路1620，諸如LED驅動器電路，可製造於基板1610上。積體電路1620可通過互連件1622及接觸襯墊1630連接至微LED 1670之p接點1674及n接點1672，其中接觸襯墊1630可與p接點1674及n接點1672形成金屬接合。基板1610上之介電層1640可經由熔融接合接合至介電層1660。
LED晶片或晶圓之基板（圖中未示）可經薄化或可被移除以曝露微LED 1670之n型層1650。各種次級光學組件，諸如球面微透鏡1682、光柵1684、微透鏡1686、抗反射層1688及其類似者可形成於n型層1650之頂部中或上。舉例而言，可使用灰度遮罩及對曝露光具有線性回應之光阻，或使用藉由經圖案化光阻層之熱回焊形成的蝕刻遮罩來在微LED 1670之半導體材料中蝕刻球面微透鏡陣列。亦可使用類似光微影技術或其他技術在沈積於n型層1650上之介電層中蝕刻次級光學組件。舉例而言，微透鏡陣列可經由使用二元遮罩圖案化之聚合物層的熱回焊而形成於聚合物層中。聚合物層中之微透鏡陣列可用作次級光學組件或可用作蝕刻遮罩以用於將微透鏡陣列之分佈轉移至介電層或半導體層中。介電層可包括例如SiCN、SiO 2、SiN、Al 2O 3、HfO 2、ZrO 2、Ta 2O 5或類似者。在一些具體實例中，微LED 1670可具有多個對應次級光學組件，諸如微透鏡及抗反射塗層、在半導體材料中蝕刻之微透鏡及在介電材料層中蝕刻之微透鏡、微透鏡及光柵、球面透鏡及非球面透鏡，以及其類似者。圖16中繪示三個不同次級光學組件以展示可形成於微LED 1670上之次級光學組件之一些範例，此未必暗示針對每一LED陣列同時使用不同次級光學組件。
本文中所揭示之具體實例可用以實施人工實境系統之組件或可結合人工實境系統實施。人工實境係在呈現給使用者之前已以某一方式調整之實境形式，其可包括例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全產生之內容或與所捕獲之（例如，真實世界）內容組合之所產生內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，且其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現（諸如對觀看者產生三維效應之立體聲視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中形成內容及/或以其他方式用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括連接至主機電腦系統之HMD、獨立式HMD、行動裝置或計算系統或能夠將人工實境內容提供至一或多個觀看者之任何其他硬體平台。
圖 17為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的範例性近眼顯示器（例如HMD裝置）之範例性電子系統1700的簡化方塊圖。電子系統1700可用作HMD裝置或上文所描述之其他近眼顯示器的電子系統。在此範例中，電子系統1700可包括一或多個處理器1710及記憶體1720。處理器1710可經配置以執行用於在數個組件處執行操作之指令，且可為例如適合於攜帶型電子裝置內之實施的通用處理器或微處理器。處理器1710可與電子系統1700內之複數個組件通信耦合。為了實現此通信耦合，處理器1710可跨越匯流排1740與其他所說明之組件通信。匯流排1740可為適於在電子系統1700內傳送資料之任何子系統。匯流排1740可包括複數個電腦匯流排及額外電路系統以傳送資料。
記憶體1720可耦接至處理器1710。在一些具體實例中，記憶體1720可提供短期儲存及長期儲存兩者，且可分成若干單元。記憶體1720可為揮發性的，諸如靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）及/或動態隨機存取記憶體（DRAM），及/或為非揮發性的，諸如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體及類似者。此外，記憶體1720可包括抽取式儲存裝置，諸如安全數位（secure digital；SD）卡。記憶體1720可提供電腦可讀取指令、資料結構、程式模組及用於電子系統1700之其他資料的儲存。在一些具體實例中，記憶體1720可分佈至不同硬體模組中。指令集及/或程式碼可儲存於記憶體1720上。這些指令可呈可由電子系統1700執行之可執行程式碼之形式，及/或可呈原始程式碼及/或可安裝程式碼之形式，該原始程式碼及/或可安裝程式碼在電子系統1700上編譯及/或安裝於該電子系統1700上（例如，使用多種常用的編譯器、安裝程式、壓縮/解壓縮公用程式等中之任一者）後，可呈可執行程式碼之形式。
在一些具體實例中，記憶體1720可儲存複數個應用程式模組1722至1724，該複數個應用程式模組可包括任何數目個應用程式。應用程式之範例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適之應用程式。應用程式可包括深度感測功能或眼動追蹤功能。應用程式模組1722至1724可包括待由處理器1710執行之特定指令。在一些具體實例中，某些應用程式或應用程式模組1722至1724之部分可由其他硬體模組1780執行。在某些具體實例中，記憶體1720可另外包括安全記憶體，其可包括額外安全控制以防止對安全資訊之複製或其他未授權存取。
在一些具體實例中，記憶體1720可包括其中裝載之作業系統1725。作業系統1725可操作以起始執行由應用程式模組1722至1724提供之指令及/或管理其他硬體模組1780，以及與可包括一或多個無線收發器之無線通信子系統1730介接。作業系統1725可適於跨越電子系統1700之組件執行其他操作，包括執行緒處理、資源管理、資料儲存控制及其他類似功能性。
無線通信子系統1730可包括例如紅外線通信裝置、無線通信裝置及/或晶片組（諸如，Bluetooth®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通信設施等）及/或類似通信介面。電子系統1700可包括用於無線通信之一或多個天線1734，作為無線通信子系統1730之部分或作為耦接至該系統之任何部分的單獨組件。取決於所要功能性，無線通信子系統1730可包括單獨收發器以與基地收發器台及其他無線裝置及存取點通信，其可包括與諸如無線廣域網路（wireless wide-area network；WWAN）、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）或無線個域網路（wireless personal area network；WPAN）之不同資料網路及/或網路類型通信。WWAN可為例如WiMax（IEEE 802.16）網路。WLAN可為例如IEEE 802.11x網路。WPAN可為例如藍牙網路、IEEE 802.15x或一些其他類型之網路。本文中所描述之技術亦可用於WWAN、WLAN及/或WPAN之任何組合。無線通信子系統1730可准許與網路、其他電腦系統及/或本文中所描述之任何其他裝置交換資料。無線通信子系統1730可包括用於使用天線1734及無線鏈路1732傳輸或接收資料（諸如HMD裝置之識別符、位置資料、地理圖、熱度圖、相片或視訊）之構件。無線通信子系統1730、處理器1710及記憶體1720可一起包含用於執行本文中所揭示之一些功能的構件中之一或多者的至少一部分。
電子系統1700之具體實例亦可包括一或多個感測器1790。感測器1790可包括例如影像感測器、加速計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力計、陀螺儀、慣性感測器（例如，組合加速計與陀螺儀之模組）、環境光感測器或可操作以提供感測輸出及/或接收感測輸入之任何其他類似模組，諸如深度感測器或位置感測器。舉例而言，在一些實施中，感測器1790可包括一或多個慣性量測單元（IMU）及/或一或多個位置感測器。IMU可基於從位置感測器中之一或多者接收到之量測信號而產生校準資料，該校準資料指示相對於HMD裝置之初始位置的HMD裝置之估計位置。位置感測器可回應於HMD裝置之運動生成一或多個量測信號。位置感測器之範例可包括但不限於一或多個加速計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的一種類型之感測器或其任何組合。這些位置感測器可位於IMU外部、IMU內部或其任何組合。至少一些感測器可使用結構化光圖案以用於感測。
電子系統1700可包括顯示模組1760。顯示模組1760可為近眼顯示器，且可以圖形方式將來自電子系統1700之資訊（諸如影像、視訊及各種指令）呈現給使用者。此資訊可源自一或多個應用程式模組1722至1724、虛擬實境引擎1726、一或多個其他硬體模組1780、其組合或用於為使用者解析圖形內容（例如，藉由作業系統1725）之任何其他合適構件。顯示模組1760可使用LCD技術、LED技術（包括例如OLED、ILED、μ-LED、AMOLED、TOLED等）、發光聚合物顯示器（light-emitting polymer display；LPD）技術，或某一其他顯示技術。
電子系統1700可包括使用者輸入/輸出模組1770。使用者輸入/輸出模組1770可允許使用者將動作請求發送至電子系統1700。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行應用程式內之特定動作。使用者輸入/輸出模組1770可包括一或多個輸入裝置。範例性輸入裝置可包括觸控式螢幕、觸控板、麥克風、按鈕、撥號盤、開關、鍵盤、滑鼠、遊戲控制器，或用於接收動作請求及將所接收動作請求傳達至電子系統1700之任何其他合適裝置。在一些具體實例中，使用者輸入/輸出模組1770可根據從電子系統1700接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，可在接收到動作請求或已執行動作請求時提供觸覺回饋。
電子系統1700可包括攝影機1750，該攝影機1750可用於拍攝使用者之相片或視訊，例如用於追蹤使用者眼睛之位置。攝影機1750亦可用以拍攝環境之相片或視訊，例如用於VR、AR或MR應用。攝影機1750可包括例如具有數百萬或數千萬個像素之互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS）影像感測器。在一些實施中，攝影機1750可包括可用於擷取3D影像之兩個或更多個攝影機。
在一些具體實例中，電子系統1700可包括複數個其他硬體模組1780。其他硬體模組1780中之每一者可為電子系統1700內之實體模組。儘管其他硬體模組1780中之每一者可永久地經配置為結構，但其他硬體模組1780中之一些可臨時經配置以執行特定功能或臨時被啟動。其他硬體模組1780之範例可包括例如音訊輸出及/或輸入模組（例如，麥克風或揚聲器）、近場通信（near field communication；NFC）模組、可再充電電池、電池管理系統、有線/無線電池充電系統等。在一些具體實例中，可用軟體實施其他硬體模組1780之一或多個功能。
在一些具體實例中，電子系統1700之記憶體1720亦可儲存虛擬實境引擎1726。虛擬實境引擎1726可執行電子系統1700內之應用程式，且從各種感測器接收HMD裝置之位置資訊、加速度資訊、速度資訊、所預測未來位置或其任何組合。在一些具體實例中，由虛擬實境引擎1726接收之資訊可用於為顯示模組1760產生信號（例如，顯示指令）。舉例而言，若所接收之資訊指示使用者已向左看，則虛擬實境引擎1726可產生用於HMD裝置之內容，該內容反映使用者在虛擬環境中之移動。另外，虛擬實境引擎1726可回應於從使用者輸入/輸出模組1770接收到之動作請求而執行應用程式內之動作，並將回饋提供至使用者。所提供回饋可為視覺、聽覺或觸覺回饋。在一些實施中，處理器1710可包括可執行虛擬實境引擎1726之一或多個GPU。
在各種實施方式中，上文所描述之硬體及模組可實施於可使用有線或無線連接彼此通信之單個裝置或多個裝置上。舉例而言，在一些實施中，諸如GPU、虛擬實境引擎1726及應用程式（例如追蹤應用程式）之一些組件或模組可在控制台上實施，該控制台與頭戴式顯示器裝置分離。在一些實施中，一個控制台可連接至或支援超過一個HMD。
在替代配置中，不同及/或額外組件可包括於電子系統1700中。類似地，這些組件中之一或多者的功能性可以不同於上文所描述之方式的方式分佈於這些組件當中。舉例而言，在一些具體實例中，電子系統1700可經修改以包括其他系統環境，諸如AR系統環境及/或MR環境。
上文所論述之方法、系統及裝置為範例。在適當時各種具體實例可省略、取代或添加各種程序或組件。舉例而言，在替代配置中，可按不同於所描述之次序的次序來執行所描述之方法，及/或可添加、省略及/或組合各種階段。此外，可在各種其他具體實例中組合關於某些具體實例所描述之特徵。可以相似方式組合具體實例之不同態樣及元件。此外，技術發展，且因此許多元件為不將本揭示之範圍限於彼等特定範例之範例。
在本說明中給出特定細節以提供對具體實例之透徹理解。然而，具體實例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，已展示熟知之電路、過程、系統、結構及技術，而無不必要細節以免混淆具體實例。本說明書僅提供例示性具體實例，且並不意欲限制本發明之範圍、可應用性或配置。實際上，具體實例之前述描述將為所屬領域中具通常知識者提供能夠實施各種具體實例之描述。可在不脫離本揭示之精神及範疇之情況下對元件之功能及排列作出各種改變。
並且，將一些具體實例描述為描繪為流程圖或方塊圖之程序。儘管各者可將操作描述為依序程序，但許多操作可並行地或同時執行。另外，可重新排列操作之次序。程序可具有未包括於圖式中之額外步驟。此外，可由硬體、軟體、韌體、中間軟體、微碼、硬體描述語言或其任何組合實施方法之具體實例。當實施於軟體、韌體、中間軟體或微碼中時，用以進行相關聯任務之程式碼或碼段可儲存於諸如儲存媒體之電腦可讀取媒體中。處理器可執行相關聯任務。
所屬領域中具有通常知識者將顯而易見，可根據特定要求作出實質變化。舉例而言，亦可使用自訂或專用硬體，及/或可用硬體、軟體（包括攜帶型軟體，諸如小程式等）或兩者來實施特定元件。此外，可採用至其他計算裝置（諸如，網路輸入/輸出裝置）之連接。
參考附圖，可包括記憶體之組件可包括非暫時性機器可讀取媒體。術語「機器可讀取媒體」及「電腦可讀取媒體」可指代參與提供使得機器以特定方式操作之資料的任何儲存媒體。在上文所提供之具體實例中，各種機器可讀取媒體可涉及將指令/程式碼提供至處理單元及/或其他裝置以供執行。另外或替代地，機器可讀取媒體可用於儲存及/或攜載此類指令/程式碼。在許多實施中，電腦可讀取媒體係實體及/或有形儲存媒體。此媒體可呈許多形式，包括但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。電腦可讀取媒體之常見形式包括例如磁性及/或光學媒體，諸如光碟（compact disk；CD）或數位化通用光碟（digital versatile disk；DVD）；打孔卡；紙帶；具有孔圖案之任何其他實體媒體；RAM；可程式化唯讀記憶體（PROM）；可抹除可程式化唯讀記憶體（EPROM）；FLASH-EPROM；任何其他記憶體晶片或卡匣；如下文中所描述之載波；可供讀取指令及/或程式碼之任何其他媒體。電腦程式產品可包括程式碼及/或機器可執行指令，這些程式碼及/或機器可執行指令可表示程序、函式、子程式、程式、常式、應用程式（App）、次常式、模組、軟體套件、類別，或指令、資料結構或程式陳述式之任何組合。
所屬領域中具有通常知識者應瞭解，可使用多種不同技藝及技術中之任一者來表示用於傳達本文所描述之訊息的資訊及信號。舉例而言，可藉由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示貫穿以上描述可能提及之資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及晶片。
如本文中所使用，術語「及」及「或」可包括多種含義，這些含義亦預期至少部分地取決於使用此類術語之上下文。典型地，「或」若用以關聯清單，諸如A、B或C，則意欲意謂A、B及C（此處以包括性意義使用），以及A、B或C（此處以排他性意義使用）。另外，如本文中所使用，術語「一或多個」可用於以單數形式描述任何特徵、結構或特性，或可用以描述特徵、結構或特性之某一組合。然而，應注意，此僅為說明性範例且所主張之主題不限於此範例。此外，術語「中之至少一者」若用於關聯清單，諸如A、B或C，則可解譯為意謂A、B及/或C之任何組合，諸如A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等。
另外，雖然已使用硬體與軟體之特定組合描述了某些具體實例，但應認識到，硬體與軟體之其他組合亦係可能的。可僅在硬體中或僅在軟體中或使用其組合來實施某些具體實例。在一個範例中，可藉由含有電腦程式碼或指令之電腦程式產品來實施軟體，這些電腦程式碼或指令可由一或多個處理器執行以用於執行本揭示內容中所描述之步驟、操作或處理程序中之任一者或全部，其中電腦程式可儲存於非暫時性電腦可讀取媒體上。本文中所描述之各種程序可以任何組合實施於同一處理器或不同處理器上。
在裝置、系統、組件或模組經描述為經配置以執行某些操作或功能之情況下，可例如藉由設計電子電路以執行操作、藉由程式化可程式化電子電路（諸如，微處理器）以執行操作（諸如，藉由執行電腦指令或程式碼，或經程式化以執行儲存於非暫時性記憶體媒體上之程式碼或指令的處理器或核心）或其任何組合而實現此配置。程序可使用多種技術來通信，包括但不限於用於程序間通信之習知技術，且不同對程序可使用不同技術，或同一對程序可在不同時間使用不同技術。
因此，應在說明性意義上而非限制性意義上看待說明書及圖式。然而，將顯而易見，可在不脫離如申請專利範圍中所闡述的更廣泛精神及範疇之情況下對說明書及圖式進行添加、減去、刪除及其他修改及改變。因此，儘管已描述了特定具體實例，但此等具體實例並不意欲為限制性的。各種修改及等效者在以下申請專利範圍之範疇內。
100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:頭戴裝置追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼動追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:定位器 128:位置感測器 130:眼動追蹤單元 132:慣性量測單元 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 200:HMD裝置 220:主體 223:底側 225:前側 227:左側 230:頭部綁帶 300:近眼顯示器 305:框架 310:顯示器 330:照明器 340:高解析度攝影機 350a:感測器 350b:感測器 350c:感測器 350d:感測器 350e:感測器 400:光學透視擴增實境系統 410:投影器 412:影像源 414:投影器光學件 415:組合器 420:基板 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:光 460:所提取光 490:眼睛 495:眼眶 500:近眼顯示器裝置 510:光源 512:紅光發射器 514:綠光發射器 516:藍光發射器 520:投影光學件 530:波導顯示器 532:耦合器 540:光源 542:多列紅光發射器 544:多列綠光發射器 546:多列藍光發射器 550:近眼顯示器裝置 560:自由形式光學元件 570:掃描鏡面 580:波導顯示器 582:耦合器 590:眼睛 600:近眼顯示器系統 610:影像源組裝件 620:控制器 630:影像處理器 640:顯示面板 642:光源 644:驅動電路 650:投影器 700:LED 705:LED 710:基板 715:基板 720:半導體層 725:半導體層 730:主動層 732:台面側壁 735:主動層 740:半導體層 745:半導體層 750:重摻雜半導體層 760:導電層 765:電接點 770:鈍化層 775:介電層 780:接觸層 785:電接點 790:接觸層 795:金屬層 810:曲線 820:曲線 830:曲線 910:條 920:符號 930:框 1000:圖 1010:曲線 1020:曲線 1050:圖 1060:曲線 1070:曲線 1200:發射紅光之微LED磊晶層堆疊 1210:n型GaAs基板 1212:緩衝層 1214:蝕刻終止層 1216:n接點層 1218:n型包覆層 1220:第一間隔物層 1222:主動層 1224:第二間隔物層 1226:p型包覆層 1228:p接點層 1230:曲線 1300:發射紅光之微LED磊晶層堆疊 1310:砷化鎵基板 1312:緩衝層 1314:蝕刻終止層 1316:接觸層 1318:包覆層 1320:間隔物層 1322:主動層 1324:間隔物層 1326:包覆層 1328:接觸層 1330:曲線 1401:LED陣列 1402:第一晶圓 1403:晶圓 1404:基板 1405:載體基板 1406:第一半導體層 1407:LED 1408:主動層 1409:基礎層 1410:第二半導體層 1411:驅動器電路 1412:接合層 1413:接合層 1415:圖案化層 1505:光束 1510:基板 1515:光束 1520:電路 1522:電氣互連件 1525:壓縮壓力 1530:接觸襯墊 1535:熱 1540:介電區域 1550:晶圓 1560:介電材料層 1570:微LED 1580:p接點 1582:n接點 1600:LED陣列 1610:基板 1620:積體電路 1622:互連件 1630:接觸襯墊 1640:介電層 1650:n型層 1660:介電層 1670:微LED 1672:n接點 1674:p接點 1682:球面微透鏡 1684:光柵 1686:微透鏡 1688:抗反射層 1700:電子系統 1710:處理器 1720:記憶體 1722:應用程式模組 1724:應用程式模組 1725:作業系統 1726:虛擬實境引擎 1730:無線通信子系統 1732:無線鏈路 1734:天線 1740:匯流排 1750:攝影機 1760:顯示模組 1770:使用者輸入/輸出模組 1780:其他硬體模組 1790:感測器
專利或申請案文件含有至少一個彩製圖式。在申請且支付必要費用後，專利局將提供具有彩色圖式之本專利或專利申請公開案之複本。 參考以下諸圖詳細描述說明性具體實例。 [圖1]為根據某些具體實例之包括近眼顯示器之人工實境系統環境之範例的簡化方塊圖。 [圖2]為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的呈頭戴式顯示器（HMD）裝置形式之近眼顯示器之範例的立體圖。 [圖3]為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的呈一副眼鏡形式之近眼顯示器之範例的透視圖。 [圖4]示出根據某些具體實例之包括波導顯示器的光學透視擴增實境系統之範例。 [圖5A]繪示根據某些具體實例的包括波導顯示器之近眼顯示器裝置的範例。 [圖5B]繪示根據某些具體實例的包括波導顯示器之近眼顯示器裝置的範例。 [圖6]繪示根據某些具體實例的在擴增實境系統中之影像源組裝件之範例。 [圖7A]繪示根據某些具體實例的具有垂直台面結構之發光二極體（light emitting diode；LED）之範例。 [圖7B]為根據某些具體實例之具有拋物線形台面結構之LED之範例的橫截面圖。 [圖8]繪示發光二極體之光學發射功率與電流密度之間的關係。 [圖9]繪示各種III-V半導體之表面重組速度。 [圖10A]繪示不同大小的AlGaInP紅光微LED之範例的隨注入的電流密度而變的外部量子效率。 [圖10B]繪示不同大小的AlGaInP紅光微LED之範例在不同偏壓電壓下的電流密度。 [圖11A]繪示隨GaInP中之電子濃度而變的電子遷移率。 [圖11B]繪示隨GaInP中之電洞濃度而變的電洞遷移率。 [圖12]繪示根據某些具體實例之具有共同摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑之主動層的發射紅光之微LED磊晶層堆疊的範例。 [圖13]繪示根據某些具體實例之具有共同摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑之主動層的發射紅光之微LED磊晶層堆疊的範例。 [圖14A]繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶粒至晶圓接合之方法的範例。 [圖14B]繪示根據某些具體實例之用於LED陣列之晶圓間接合之方法的範例。 [圖15A]至[圖15D]繪示根據某些具體實例的用於LED陣列之混合接合之方法的範例。 [圖16]繪示根據某些具體實例的上面製造有次級光學組件之LED陣列的範例。 [圖17]為根據某些具體實例之近眼顯示器之範例之電子系統的簡化方塊圖。 諸圖僅出於說明之目的描繪本揭示之範例。所屬領域中具有通常知識者將易於從以下描述認識到，在不脫離本揭示之原理或所主張之權益的情況下，可使用所說明之結構及方法的替代性具體實例。 在附圖中，類似組件及/或特徵可具有相同參考標記。另外，可藉由在參考標記之後使用短劃線及在類似組件當中進行區分之第二標記來區分相同類型之各種組件。若在說明書中僅使用第一參考標註，則描述適用於具有相同第一參考標註而與第二參考標註無關的類似組件中之任一者。
1600:LED陣列
1610:基板
1620:積體電路
1622:互連件
1630:接觸襯墊
1640:介電層
1650:n型層
1660:介電層
1670:微LED
1672:n接點
1674:p接點
1682:球面微透鏡
1684:光柵
1686:微透鏡
1688:抗反射層

Claims (20)

  1. 一種光源，其包含： p型半導體層； n型半導體層；以及 作用區域，其在該p型半導體層與該n型半導體層之間且經配置以發射光，該作用區域包括複數個障壁層及一或多個量子井層，其中該作用區域之該一或多個量子井層包括摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑兩者的至少一個量子井層。
  2. 如請求項1之光源，其中該一或多個量子井層包括Ga xIn 1-xP，其中x在0.4至0.6之間。
  3. 如請求項1之光源，其中這些n型摻雜劑包括Si、Ge、S、Se或Te。
  4. 如請求項1之光源，其中這些p型摻雜劑包括C、Mg、Be或Zn。
  5. 如請求項1之光源，其中： 該至少一個量子井層之電子濃度在1×10 17/cm 3至5×10 18/cm 3之間； 該至少一個量子井層之電洞濃度在1×10 17/cm 3至5×10 18/cm 3之間；且 該至少一個量子井層之淨載子濃度在1×10 17/cm 3至10×10 17/cm 3內。
  6. 如請求項1之光源，其中該作用區域之寬度等於或小於10 μm。
  7. 如請求項1之光源，其中該作用區域經配置以發射以等於或大於590 nm之波長為特徵的光。
  8. 如請求項1之光源，其中該複數個障壁層未摻雜或無意摻雜。
  9. 如請求項1之光源，其中該複數個障壁層包括Al xGa 1-xIn 0.5P，其中x在0.2至0.5之間。
  10. 如請求項1之光源，其中這些n型摻雜劑及這些p型摻雜劑在該至少一個量子井層之磊晶生長期間引入至該至少一個量子井層中。
  11. 如請求項1之光源，其中該至少一個量子井層之載子遷移率小於50 cm 2/(V s)。
  12. 如請求項1之光源，其中該至少一個量子井層之載子遷移率等於或小於30 cm 2/(V s)。
  13. 如請求項1之光源，其中該作用區域之該一或多個量子井層包括單一量子井層。
  14. 一種顯示裝置，其包含二維微LED陣列，該二維微LED陣列中之每一微LED包含：  p型半導體層； n型半導體層；以及 作用區域，其在該p型半導體層與該n型半導體層之間且經配置以發射可見光，該作用區域包括複數個障壁層及一或多個量子井層，其中該作用區域之該一或多個量子井層包括摻雜有n型摻雜劑及p型摻雜劑兩者之至少一個量子井層。
  15. 如請求項14之顯示裝置，其中該至少一個量子井層之淨載子濃度在1×10 17/cm 3至10×10 17/cm 3之間。
  16. 如請求項14之顯示裝置，其中該一或多個量子井層包括Ga xIn 1-xP，其中x在0.4至0.6之間。
  17. 如請求項14之顯示裝置，其中： 這些n型摻雜劑包括Si、Ge、S、Se或Te；且 這些p型摻雜劑包括C、Mg、Be或Zn。
  18. 如請求項14之顯示裝置，其中： 該至少一個量子井層之電子濃度在1×10 17/cm 3至5×10 18/cm 3之間；且 該至少一個量子井層之電洞濃度在1×10 17/cm 3至5×10 18/cm 3之間。
  19. 如請求項14之顯示裝置，其中該作用區域之寬度等於或小於10 μm。
  20. 如請求項14之顯示裝置，其中該至少一個量子井層之載子遷移率小於50 cm 2/(V s)。
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