微型LED中表面重组损失的减少的制作方法
正在开发用于显示技术中的各种应用的微型led。微型led具有非常小的芯片尺寸。例如，芯片的线性尺寸可以小于50μm或小于10μm。线性尺寸可以小至2μm或4μm。然而，微型led的效率通常低于大功率led。
效率较低的一个原因是电子的横向扩散。当电流注入led时，电子在许多方向上扩散。由于微型led的尺寸小，大多数电子在称为表面重组的过程中在微型led的界面处损失。这些损失的电子无助于微型led产生光。当电子的扩散长度接近微型led芯片的线性尺寸时，这种效果变得尤其明显。
技术实现要素：
本公开总体上涉及减少微型led中的表面重组损失。在一些实施方案中，一种方法包括通过在半导体层的外部区域中植入离子并且随后对所述半导体层的所述外部区域进行退火以使所述离子与原子在所述半导体层的所述外部区域内混合来增大所述半导体层的所述外部区域中的带隙。所述半导体层包括有源发光层。所述半导体层的光输出耦合表面的直径小于10μm。所述半导体层的所述外部区域从所述半导体层的外表面延伸到所述半导体层的中心区域，所述中心区域在植入所述离子期间被掩模遮蔽。
所述半导体层还可以包括与所述光输出耦合表面相邻的n侧半导体层和与所述有源发光层相对的p侧半导体层。所述离子可以从所述p侧半导体层的顶部表面植入到所述半导体层内的大约460nm的深度。可选地或另外，所述离子可以从所述p侧半导体层的顶部表面植入到所述有源发光层内的深度。
所述离子可以包括al离子。所述半导体层的所述外部区域中的al浓度可以在0.3至0.5之间。所述离子可以具有大约400kev的植入能量。所述离子可以相对于垂直于所述掩模平面的轴以在0°至7°之间的角度植入。
所述掩模可以包括金属、抗蚀剂和/或硬掩模。所述金属的厚度可以小于1000nm，所述抗蚀剂的厚度可以小于2500nm，而所述硬掩模的厚度可以小于800nm。所述半导体层的所述外部区域可以具有横截面环形形状。
在一些实施方案中，发光二极管可以包括半导体层，所述半导体层具有有源发光层。所述半导体层的光输出耦合表面的直径小于10μm。所述半导体层的外部区域中的带隙大于所述半导体层的中心区域中的带隙。所述半导体层的所述外部区域包括植入所述半导体层的所述外部区域中并与原子在所述半导体层的所述外部区域内混合的离子。可以通过上面讨论的方法形成所述发光二极管。
本发明内容既非意图识别所要求保护的主题的关键或本质特征，也非意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。应通过参考本公开的完整说明书的适当部分、任何或全部附图以及每条权利要求来理解主题。以下将在以下说明书、权利要求和附图中更详细地描述前述以及其他特征和示例。
附图说明
下文参考以下附图详细地描述说明性实施方案：
图1是根据某些实施方案的包括近眼显示器(near-eyedisplay)的示例性人工现实系统环境的简化框图；
图2是包括各种传感器的简化的示例性近眼显示器的透视图；
图3是用于实施本文公开的一些示例的头戴式显示器(hmd)装置的形式的示例性近眼显示器的透视图；
图4是用于实施本文公开的一些示例的示例性近眼显示器的示例性电子系统的简化框图；
图5a、图5b、图6a和图6b示出了通过钝化微型led的半导体层的表面来减少表面重组的方法；
图7示出了已根据本文公开的一些示例钝化的微型led阵列；
图8示出了通过使用离子植入来破坏微型led的中心部分外部的半导体晶格来减少横向载流子迁移率和表面重组的方法；
图9a和图9b示出了不同微型led的各种离子植入深度；
图10示出了图9a中所示的示例性微型led的附加细节；
图11a和图11b示出了图9b中所示的示例性微型led的各种离子分布的模拟；
图12a至图12c示出了图9b中所示的示例性微型led的附加离子分布的模拟；
图13a和图13b示出了图9b中所示的示例性微型led905的离子植入的结果的表格；
图14a至图14h示出了实现不同离子植入深度所需的掩模厚度的模拟；
图15a和图15b示出了通过使用量子阱混合改变微型led的中心部分外部的半导体层的区域的组成来减少横向载流子迁移率和表面重组的方法；以及
图16a至图16c示出了图15b中所示的示例性微型led的各种离子分布的模拟。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开的示例的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种示例。例如，装置、系统、结构、组件、方法和其他部件可以通过框图形式示为部件以免以不必要的细节混淆示例。在其他情况下，可以在没有不必要的细节的情况下示出公知装置、过程、系统、结构和技术以免混淆示例。附图和描述不意图是限制性的。本公开中已经采用的术语和表达用作描述性而不是限制性术语，并且没有意图在使用此类术语和表达时排除所示和所描述的特征的任何等同物或其部分。
诸如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)系统等人工现实系统可以包括被配置为经由电子或光学显示器向用户呈现内容的近眼显示器(例如，头戴式耳机或一副眼镜)，并且在一些情况下，还可以包括控制台，所述控制台被配置为生成用于呈现给用户的内容并将所生成的内容提供给近眼显示器以供呈现。为了改善用户与所呈现内容的交互，控制台可以基于用户正在观看的位置来修改或生成内容，所述位置可以通过跟踪用户眼睛来确定。跟踪眼睛可以包括跟踪眼睛的瞳孔的位置和/或形状，和/或眼睛的旋转位置(注视方向)。为了跟踪眼睛，根据至少一个实施方案，近眼显示器可以使用安装在近眼显示器上或内部的光源来照亮用户眼睛的表面。然后，包括在近眼显示器附近的成像装置(例如，相机)可以捕获由用户眼睛的各个表面反射的光。从用户眼睛的角膜镜面反射的光可能导致所捕获图像中出现“闪光”。照亮眼睛以观察瞳孔以及闪光的一种方式是使用发光二极管(led)的二维(2d)阵列。诸如质心算法等技术可以用于准确地确定眼睛上的闪光在所捕获图像中的位置，然后可以基于闪光相对于所捕获图像内眼睛的已知特征(例如，瞳孔的中心)的位置来确定眼睛的旋转位置(例如，注视方向)。
图1是根据某些实施方案的包括近眼显示器120的示例性人工现实系统环境100的简化框图。图1中所示的人工现实系统环境100可以包括各自都联接到控制台110的近眼显示器120、外部成像装置150和输入/输出接口140。虽然图1示出了包括一个近眼显示器120、一个外部成像装置150和一个输入/输出接口140的示例性人工现实系统环境100，但是在人工现实系统环境100中也可以包括任何数量的这些部件或者可以省略任何部件。例如，可以存在由与控制台110通信的一个或多个外部成像装置150监控的多个近眼显示器120。在可选配置中，可以在人工现实系统环境100中包括不同的或附加的部件。
近眼显示器120可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。由近眼显示器120呈现的内容的示例包括图像、视频、音频或它们的某个组合中的一者或多者。在一些实施方案中，可以经由外部装置(例如，扬声器和/或耳机)呈现音频，所述外部装置从近眼显示器120、控制台110或两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据。近眼显示器120可以包括一个或多个刚体，所述刚体可以刚性地或非刚性地彼此联接。刚体之间的刚性联接可以使所联接的刚体充当单个刚性实体。刚体之间的非刚性联接可以允许刚体相对于彼此移动。在各种实施方案中，近眼显示器120可以实施为任何合适的形状因子，包括一副眼镜。另外，在各种实施方案中，本文描述的功能性可以用在头戴式耳机中，所述头戴式耳机组合近眼显示器120外部的环境的图像和从控制台110或从生成内容并向用户提供内容的任何其他控制台接收的内容。因此，本文所述的近眼显示器120和用于眼睛跟踪的方法可以利用所生成内容(例如，图像、视频、声音等)来增强近眼显示器120外部的物理真实世界环境的图像以向用户呈现增强现实。
在各种实施方案中，近眼显示器120可以包括显示电子装置122、显示光学器件124、一个或多个定位器126、一个或多个位置传感器128、眼睛跟踪单元130和惯性测量单元(imu)132中的一者或多者。在各种实施方案中，近眼显示器120可以省略这些元件中的任一者或包括附加元件。另外，在一些实施方案中，近眼显示器120可以包括组合结合图1描述的各种元件的功能的元件。
显示电子装置122可以根据从控制台110接收的数据来向用户显示图像。在各种实施方案中，显示电子装置122可以包括一个或多个显示面板，诸如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、微型led显示器、有源矩阵oled显示器(amoled)、透明oled显示屏(toled)或某个其他显示器。例如，在近眼显示器120的一个实施方式中，显示电子装置122可以包括前toled面板、后显示面板以及前显示板与后显示板之间的光学部件(例如，衰减器、偏振器或者衍射或光谱膜)。显示电子装置122可以包括子像素以发射主要颜色(诸如红色、绿色、蓝色、白色或黄色)的光。在一些实施方式中，显示电子装置122可以通过由二维面板产生以产生对图像深度的主观感知的立体效果来显示3d图像。例如，显示电子装置122可以包括分别位于用户的左眼和右眼前方的左显示器和右显示器。左显示器和右显示器可以呈现相对于彼此水平移位的图像的副本以产生立体效果(即，观看图像的用户对图像深度的感知)。
在某些实施方案中，显示光学器件124可以光学地(例如，使用光学波导和耦合器)显示图像内容，或放大从显示电子装置122接收的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给近眼显示器120的用户。在各种实施方案中，显示光学器件124可以包括一个或多个光学元件。示例性光学元件可以包括基板、光学波导、光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或可以影响从显示电子装置122发射的图像光的任何其他合适的光学元件。显示光学器件124可以包括不同光学元件的组合以及机械联接器，以保持所述组合中的光学元件的相对间隔和定向。显示光学器件124中的一个或多个光学元件可以具有光学涂层，诸如抗反射涂层、反射涂层、过滤涂层或不同光学涂层的组合。
显示光学器件124对图像光的放大可以允许显示电子装置122在物理上更小，重量更轻并且比更大的显示器消耗更少的功率。另外，放大可以增大所显示内容的视野。在一些实施方案中，显示光学器件124可以具有大于显示光学器件124与显示电子器件122之间的间隔的有效焦距，以放大由显示电子装置122投影的图像光。可以通过从显示光学器件124添加或移除光学元件来调整显示光学器件124对图像光的放大量。
显示光学器件124可以被设计为校正一种或多种类型的光学误差，诸如二维光学误差、三维光学误差或它们的组合。二维误差可以包括在二维中发生的光学像差。二维误差的示例性类型可以包括桶形失真(barreldistortion)、枕形失真(pincushiondistortion)、纵向色差和横向色差。三维误差可以包括三维中发生的光学误差。三维误差的示例性类型可以包括球面像差、彗形像差、像场弯曲(fieldcurvature)和像散。在一些实施方案中，被提供给显示电子装置122以供显示的内容可以是预失真的，并且显示光学器件124可以在它从显示电子装置122接收基于预失真内容生成的图像光时校正失真。
定位器126可以是位于近眼显示器120上相对于彼此并相对于近眼显示器120上的参考点的特定位置的物体。控制台110可以识别由外部成像装置150捕获的图像中的定位器126以确定人工现实头戴式耳机的位置、定向或两者。定位器126可以是发光二极管(led)、角隅棱镜反射器、反射标记、与近眼显示器120的操作环境形成对比的一种光源或它们的一些组合。在定位器126是有源部件(例如，led或其他类型的发光装置)的实施方案中，定位器126可以在可见光带(例如，约380nm至750nm)、在红外(ir)光带(例如，约750nm至1mm)、在紫外光带(例如，约10nm至约380nm)、在电磁波谱的另一部分中、或在电磁波谱的部分的任何组合中发光。
在一些实施方案中，定位器126可以位于近眼显示器120的外表面下方。近眼显示器120的在定位器126与近眼显示器120外部的实体(例如，外部成像装置150、观看近眼显示器120的外表面的用户)之间的一部分对于由定位器126发射或反射的光的波长可以是透明的，或者足够薄而基本上不衰减由定位器126发射或反射的光。在一些实施方案中，近眼显示器120的外表面或其他部分在可见光带中可以是不透明的，但是在ir光带中是透明的，并且定位器126可以在外表面下方并且可以在ir光带中发光。
外部成像装置150可以基于从控制台110接收的校准参数来生成慢速校准数据。慢速校准数据可以包括示出可由外部成像装置150检测到的定位器126的观察到的位置的一个或多个图像。外部成像装置150可以包括一个或多个相机、一个或多个摄像机、能够捕获包括一个或多个定位器126的图像的任何其他装置，或它们的一些组合。另外，外部成像装置150可以包括一个或多个滤光器(例如，以增加信噪比)。外部成像装置150可以被配置为检测在外部成像装置150的视野中从定位器126发射或反射的光。在定位器126包括无源元件(例如，回归反射器)的实施方案中，外部成像装置150可以包括照亮一些或所有定位器126的光源，所述无源元件可以将光回归反射到外部成像装置150中的光源。慢速校准数据可以从外部成像装置150传送到控制台110，并且外部成像装置150可以从控制台110接收一个或多个校准参数以调整一个或多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧率、传感器温度、快门速度、光圈等)。
位置传感器128可以响应于近眼显示器120的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器128的示例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、其他运动检测或误差校正传感器，或它们的一些组合。例如，在一些实施方案中，位置传感器128可以包括多个加速度计以测量平移运动(例如，前/后、上/下或左/右)并包括多个陀螺仪以测量旋转运动(例如，俯仰、横摆或滚动)。在一些实施方案中，各种位置传感器可以彼此正交定向。
imu132可以是基于从一个或多个位置传感器128接收的测量信号而生成快速校准数据的电子装置。位置传感器128可以位于imu132外部、imu132内部，或它们的某个组合。基于来自一个或多个位置传感器128的一个或多个测量信号，imu132可以生成快速校准数据，所述快速校准数据指示相对于近眼显示器120的初始位置的近眼显示器120的估计位置。例如，imu132可以将从加速度计接收的测量信号随时间积分以估计速度矢量并将速度矢量随时间积分以确定近眼显示器120上的参考点的估计位置。可选地，imu132可以将采样的测量信号提供给控制台110，所述控制台可以确定快速校准数据。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但是在各种实施方案中，参考点也可以被定义为近眼显示器120内的点(例如，imu132的中心)。
眼睛跟踪单元130可以包括被配置为捕获眼睛跟踪数据的一个或多个成像装置，控制台110中的眼睛跟踪模块118可以使用所述眼睛跟踪数据来跟踪用户眼睛。眼睛跟踪数据可以指代由眼睛跟踪单元130输出的数据。示例性眼睛跟踪数据可以包括由眼睛跟踪单元130捕获的图像或从由眼睛跟踪单元130捕获的图像导出的信息。眼睛跟踪可以指代确定眼睛相对于近眼显示器120的位置，包括眼睛的定向和位置。例如，眼睛跟踪模块118可以基于由眼睛跟踪单元130捕获的眼睛的图像来输出眼睛的俯仰和横摆。在各种实施方案中，眼睛跟踪单元130可以测量由眼睛反射的电磁能量并将测量的电磁能量传送到眼睛跟踪模块118，所述眼睛跟踪模块然后可以基于测量的电磁能量来确定眼睛的位置。例如，眼睛跟踪单元130可以测量由用户的眼睛反射的电磁波，诸如可见光、红外光、无线电波、微波、电磁频谱的任何其他部分中的波，或它们的组合。
眼睛跟踪单元130可以包括一个或多个眼睛跟踪系统。眼睛跟踪系统可以包括成像系统以对一只或多只眼睛成像，并且可以可选地包括光发射器，所述光发射器可以生成光，所述光被引导到眼睛使得由眼睛反射的光可以被成像系统捕获。例如，眼睛跟踪单元130可以包括发射可见光谱或红外光谱中的光的相干光源(例如，vcsel)，和捕获由用户的眼睛反射的光的相机。作为另一个示例，眼睛跟踪单元130可以捕获由微型雷达单元发射的反射无线电波。眼睛跟踪单元130可以使用低功率光发射器，所述低功率光发射器以不会伤害眼睛或不会引起身体不适的频率和强度发光。眼睛跟踪单元130可以被布置为增大由眼睛跟踪单元130捕获的眼睛的图像中的对比度，同时减少由眼睛跟踪单元130消耗的总功率(例如，减少由包括在眼睛跟踪单元130中的光发射器和成像系统消耗的功率)。例如，在一些实施方式中，眼睛跟踪单元130可以消耗少于100毫瓦的功率。
在一些实施方案中，眼睛跟踪单元130可以包括一个光发射器和一个相机以跟踪用户的每只眼睛。在其他实施方案中，眼睛跟踪单元130可以包括多个光发射器和一个相机以跟踪用户的每只眼睛。眼睛跟踪单元130还可以包括不同的眼睛跟踪系统，所述系统一起操作以提供改善的眼睛跟踪准确度和响应性。例如，眼睛跟踪单元130可以包括具有快速响应时间的快速眼睛跟踪系统和具有较慢响应时间的慢速眼睛跟踪系统。快速眼睛跟踪系统可以频繁地测量眼睛以捕获由眼睛跟踪模块118使用的数据以确定眼睛相对于参考眼睛位置的位置。慢速眼睛跟踪系统可以独立地测量眼睛以捕获由眼睛跟踪模块118使用的数据以在不参考先前确定的眼睛位置的情况下确定参考眼睛位置。由慢速眼睛跟踪系统捕获的数据可以允许眼睛跟踪模块118以比从由快速眼睛跟踪系统捕获的数据确定的眼睛位置更精确地确定参考眼睛位置。在各种实施方案中，慢速眼睛跟踪系统可以比快速眼睛跟踪系统更低的频率向眼睛跟踪模块118提供眼睛跟踪数据。例如，慢速眼睛跟踪系统可以较不频繁地操作或具有较慢响应时间以节省电力。
眼睛跟踪单元130可以被配置为估计用户眼睛的定向。眼睛的定向可以对应于用户在近眼显示器120内注视的方向。用户眼睛的定向可以被定义为中央凹轴的方向，所述中央凹轴是中央凹(眼睛的视网膜上具有最高光感受器集中度的区域)与眼睛瞳孔中心之间的轴。通常，当用户的眼睛固定在一个点上时，用户眼睛的中央凹轴与该点相交。眼睛的瞳孔轴可以被定义为穿过瞳孔中心并垂直于角膜表面的轴。通常，即使瞳孔轴和中央凹轴在瞳孔中心处相交，瞳孔轴也可能不与中央凹轴直接对准。例如，中央凹轴的定向可以从瞳孔轴横向偏移约-1°至8°并垂直偏移约±4°。因为中央凹轴是根据位于眼睛后部的中央凹来定义的，所以在一些眼睛跟踪实施方案中可能难以或不可能直接测量中央凹轴。因此，在一些实施方案中，可以检测瞳孔轴的定向，并且可以基于检测到的瞳孔轴来估计中央凹轴。
通常，眼睛的移动不仅对应于眼睛的角度旋转，而且还对应于眼睛的平移、眼睛的扭转的变化和/或眼睛的形状的变化。眼睛跟踪单元130还可以被配置为检测眼睛的平移，所述平移可以是眼睛相对于眼窝的位置的变化。在一些实施方案中，可以不直接检测眼睛的平移，而是可以基于来自检测到的角度定向的映射来粗略估计平移。还可以检测与眼睛相对于眼睛跟踪单元的位置的变化相对应的眼睛平移。例如，由于近眼显示器120在用户头部上的位置的移位，所以可能发生这种类型的平移。眼睛跟踪单元130还可以检测眼睛的扭转和眼睛围绕瞳孔轴的旋转。眼睛跟踪单元130可以使用检测到的眼睛扭转来估计中央凹轴距瞳孔轴的定向。眼睛跟踪单元130还可以跟踪眼睛形状的变化，其可以被粗略估计为偏斜或缩放线性变换或扭曲失真(例如，由于扭转变形)。眼睛跟踪单元130可以基于瞳孔轴的角度定向、眼睛的平移、眼睛的扭转和眼睛的当前形状的一些组合来估计中央凹轴。
在一些实施方案中，眼睛跟踪单元130可以包括多个发射器或至少一个发射器，所述发射器可以在眼睛的所有部分或一部分上投影结构化光图案。当从偏移角度观察时，结构化光图案可能由于眼睛的形状而失真。眼睛跟踪单元130还可以包括至少一个相机，所述相机可以检测投影到眼睛上的结构化光图案的失真(如果有的话)。相机可以定向在与发射器不同的眼睛轴上。通过检测眼睛表面上的结构化光图案的变形，眼睛跟踪单元130可以确定被结构化光图案照亮的眼睛部分的形状。因此，所捕获的失真光图案可以指示眼睛的被照亮部分的3d形状。因此，眼睛的定向可以从眼睛的被照亮部分的3d形状导出。眼睛跟踪单元130还可以基于由相机捕获的失真结构化光图案的图像来估计瞳孔轴、眼睛的平移、眼睛的扭转和眼睛的当前形状。
近眼显示器120可以使用眼睛的定向来例如确定用户的瞳孔间距离(ipd)，确定注视方向，引入深度提示(例如，在用户的主视线之外的模糊图像)，收集关于vr媒介中的用户交互的启发法(例如，作为所暴露刺激的函数的花费在任何特定主体、物体或帧上的时间)，部分地基于用户的至少一只眼睛的定向的一些其他功能，或它们的某个组合。因为可以确定用户双眼的定向，所以眼睛跟踪单元130可能能够确定用户正在观看的位置。例如，确定用户注视的方向可以包括基于所确定的用户左眼和右眼的定向来确定会聚点。会聚点可以是用户眼睛的两个中央凹轴相交的点(或两个轴之间的最近点)。用户注视的方向可以是穿过会聚点和用户眼睛的瞳孔之间的中点的线的方向。
输入/输出接口140可以是允许用户向控制台110发送动作请求的装置。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用程序或在应用程序内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或多个输入装置。示例性输入装置可以包括键盘、鼠标、游戏控制器、手套、按钮、触摸屏，或用于接收动作请求并将所接收的动作请求传送到控制台110的任何其他合适的装置。由输入/输出接口140接收的动作请求可以被传送到控制台110，所述控制台可以执行与所请求动作相对应的动作。在一些实施方案中，输入/输出接口140可以根据从控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，输入/输出接口140可以在接收到动作请求时或者在控制台110已经执行了所请求动作并将指令传送到输入/输出接口140时提供触觉反馈。
控制台110可以根据从外部成像装置150、近眼显示器120和输入/输出接口140中的一者或多者接收的信息向近眼显示器120提供内容以呈现给用户。在图1中所示的示例中，控制台110可以包括应用商店112、头戴式耳机跟踪模块114、虚拟现实引擎116和眼睛跟踪模块118。控制台110的一些实施方案可以包括与结合图1描述的模块不同或附加的模块。下面进一步描述的功能可以通过与这里描述的方式不同的方式分布在控制台110的部件之间。
在一些实施方案中，控制台110可以包括处理器和存储可由处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质。处理器可以包括并行执行指令的多个处理单元。计算机可读存储介质可以是任何存储器，诸如硬盘驱动器、可移动存储器或固态驱动器(例如，闪存或动态随机存取存储器(dram))。在各种实施方案中，结合图1描述的控制台110的模块可以作为指令被编码在非暂时性计算机可读存储介质中，所述指令在由处理器执行时使处理器执行下面进一步描述的功能。
应用商店112可以存储一个或多个应用程序以供控制台110执行。应用程序可以包括一组指令，所述指令在由处理器执行时生成内容以呈现给用户。由应用程序生成的内容可以响应于经由用户眼睛的移动从用户接收的输入或从输入/输出接口140接收的输入。应用程序的示例可以包括游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或其他合适的应用程序。
头戴式耳机跟踪模块114可以使用来自外部成像装置150的慢速校准信息来跟踪近眼显示器120的移动。例如，头戴式耳机跟踪模块114可以使用从慢速校准信息观察到的定位器和近眼显示器120的模型来确定近眼显示器120的参考点的位置。头戴式耳机跟踪模块114还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器120的参考点的位置。另外，在一些实施方案中，头戴式耳机跟踪模块114可以使用快速校准信息、慢速校准信息或它们的某个组合的部分来预测近眼显示器120的未来位置。头戴式耳机跟踪模块114可以将近眼显示器120的估计或预测的未来位置提供给vr引擎116。
头戴式耳机跟踪模块114可以使用一个或多个校准参数来校准人工现实系统环境100，并且可以调整一个或多个校准参数以减少确定近眼显示器120的位置的误差。例如，头戴式耳机跟踪模块114可以调整外部成像装置150的焦点以获得观察到的定位器在近眼显示器120上的更准确位置。此外，由头戴式耳机跟踪模块114执行的校准还可以考虑从imu132接收的信息。另外，如果丢失了对近眼显示器120的跟踪(例如，外部成像装置150丢失了至少阈值数量的定位器126的视线)，则头戴式耳机跟踪模块114可以重新校准一些或所有校准参数。
vr引擎116可以执行人工现实系统环境100内的应用程序并从头戴式耳机跟踪模块114接收近眼显示器120的位置信息、近眼显示器120的加速度信息、近眼显示器120的速度信息、近眼显示器120的预测的未来位置，或它们的某个组合。vr引擎116还可以从眼睛跟踪模块118接收估计的眼睛位置和定向信息。基于所接收的信息，vr引擎116可以确定要提供给近眼显示器120以呈现给用户的内容。例如，如果所接收的信息指示用户已向左看，则vr引擎116可以生成用于近眼显示器120的内容，所述内容对用户在虚拟环境中的眼睛移动进行镜像。另外，vr引擎116可以响应于从输入/输出接口140接收的动作请求而执行在控制台110上执行的应用程序内的动作，并向用户提供指示已经执行动作的反馈。所述反馈可以是经由近眼显示器120得到的视觉或听觉反馈或经由输入/输出接口140得到的触觉反馈。
眼睛跟踪模块118可以从眼睛跟踪单元130接收眼睛跟踪数据，并基于眼睛跟踪数据来确定用户眼睛的位置。眼睛的位置可以包括相对于近眼显示器120或其任何元件的眼睛定向、位置或两者。因为眼睛的旋转轴根据眼睛在其眼窝中的位置而改变，所以确定眼睛在其眼窝中的位置可以允许眼睛跟踪模块118更准确地确定眼睛的定向。
在一些实施方案中，眼睛跟踪单元130可以输出包括眼睛的图像的眼睛跟踪数据，并且眼睛跟踪模块118可以基于图像来确定眼睛的位置。例如，眼睛跟踪模块118可以存储由眼睛跟踪单元130捕获的图像与眼睛位置之间的映射以从由眼睛跟踪单元130捕获的图像来确定参考眼睛位置。可选地或另外，眼睛跟踪模块118可以通过将从其中确定参考眼睛位置的图像与从其中确定更新的眼睛位置的图像进行比较来确定相对于参考眼睛位置的更新眼睛位置。眼睛跟踪模块118可以使用来自不同成像装置或其他传感器的测量值来确定眼睛位置。例如，如上所述，眼睛跟踪模块118可以使用来自慢速眼睛跟踪系统的测量值来确定参考眼睛位置，然后从快速眼睛跟踪系统确定相对于参考眼睛位置的更新位置直到基于来自慢速眼睛跟踪系统的测量值来确定下一个参考眼睛位置。
眼睛跟踪模块118还可以确定眼睛校准参数以提高眼睛跟踪的精度和准确度。眼睛校准参数可以包括每当用户戴上或调整近眼显示器120时可以改变的参数。示例性眼睛校准参数可以包括眼睛跟踪单元130的部件与眼睛的一个或多个部位(诸如眼睛的中心、瞳孔、角膜边界或眼睛表面上的点)之间的估计距离。其他示例性眼睛校准参数可以特定于特定用户，并且可以包括估计的平均眼睛半径、平均角膜半径、平均巩膜半径、眼睛表面上的特征图以及估计的眼睛表面轮廓。在来自近眼显示器120外部的光可以到达眼睛的实施方案中(如在一些增强现实应用中)，校准参数可以包括由于来自近眼显示器120外部的光的变化引起的强度和颜色平衡的校正因子。眼睛跟踪模块118可以使用眼睛校准参数来确定由眼睛跟踪单元130捕获的测量值是否允许眼睛跟踪模块118确定准确的眼睛位置(在本文也称为“有效测量值”)。眼睛跟踪模块118可能无法从其中确定准确眼睛位置的无效测量值可能由用户眨眼、调整头戴式耳机或移除头戴式耳机引起，和/或可能由近眼显示器120由于外部光而经历大于阈值的照明变化引起。
图2是包括各种传感器的简化的示例性近眼显示器200的透视图。近眼显示器200可以是图1的近眼显示器120的特定实施方式，并且可以被配置为充当虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器。近眼显示器200可以包括框架205和显示器210。显示器210可以被配置为向用户呈现内容。在一些实施方案中，显示器210可以包括显示电子装置和/或显示光学器件。例如，如上面关于图1的近眼显示器120所描述，显示器210可以包括lcd显示面板、led显示面板或光学显示面板(例如，波导显示组件)。
近眼显示器200还可以包括在框架205上或框架205内的各种传感器250a、250b、250c、250d和250e。在一些实施方案中，传感器250a至250e可以包括一个或多个深度传感器、运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施方案中，传感器250a至250e可以包括一个或多个图像传感器，所述一个或多个图像传感器被配置为生成表示不同方向上的不同视野的图像数据。在一些实施方案中，传感器250a至250e可以用作输入装置以控制或影响近眼显示器200的所显示内容，和/或向近眼显示器200的用户提供交互式vr/ar/mr体验。在一些实施方案中，传感器250a至250e还可以用于立体成像。
在一些实施方案中，近眼显示器200还可以包括一个或多个照明器230以将光投影到物理环境中。投影光可以与不同的频带(例如，可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以用于各种目的。例如，一个或多个照明器230可以在黑暗环境中(或者在具有低强度的红外光、紫外光等的环境中)投影光，以帮助传感器250a至250e在黑暗环境内捕获不同物体的图像。在一些实施方案中，一个或多个照明器230可以用于将某些光图案投影到所述环境内的物体上。在一些实施方案中，一个或多个照明器230可以用作定位器，诸如上面关于图1描述的定位器126。
在一些实施方案中，近眼显示器200还可以包括高分辨率相机240。相机240可以捕获视野中的物理环境的图像。所捕获的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的虚拟现实引擎116)处理以将虚拟物体添加到所捕获的图像或修改所捕获的图像中的实际物体，并且处理后的图像可以由用于ar或mr应用的显示器210显示给用户。
本发明的实施方案可以包括人工现实系统或者与人工现实系统结合实施。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)、混合现实(mixedreality)(mr)、混合现实(hybridreality)，或它们的某个组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成内容或与所捕获的(例如，真实世界)内容组合的生成内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某个组合，并且其中的任一者可以在单个频道或多个频道中呈现(诸如向观看者产生三维效果的立体视频)。另外，在一些实施方案中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用在人工现实中(例如，执行人工现实中的活动)的应用程序、产品、附件、服务或它们的某个组合相关联。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实施，所述平台包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(hmd)、独立hmd、移动装置或计算系统，或能够向一个或多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。
图3是用于实施本文公开的一些示例性近眼显示器(例如，近眼显示器120)的头戴式显示器(hmd)装置300的形式的示例性近眼显示器的透视图。hmd装置300可以是例如虚拟现实(vr)系统、增强现实(ar)系统、混合现实(mr)系统或它们的一些组合的一部分。hmd装置300可以包括主体320和头部绑带330。图3以透视图示出了主体320的顶侧323、前侧325和右侧327。头部绑带330可以具有可调或可伸长的长度。在hmd装置300的主体320与头部绑带330之间可以有足够的空间以允许用户将hmd装置300安装到用户头部。在各种实施方案中，hmd装置300可以包括附加的、更少的或不同的部件。例如，在一些实施方案中，hmd装置300可以包括眼镜镜腿和镜腿尖端，而不包括头部绑带330。
hmd装置300可以利用计算机生成的元素向用户呈现包括物理真实世界环境的虚拟和/或增强视图的媒体。由hmd装置300呈现的媒体的示例可以包括图像(例如，二维(2d)或三维(3d)图像)、视频(例如，2d或3d视频)、音频，或它们的一些组合。可以通过包封在hmd装置300的主体320中的一个或多个显示组件(图3中未示出)将图像和视频呈现给用户的每只眼睛。在各种实施方案中，一个或多个显示组件可以包括单个电子显示面板或多个电子显示面板(例如，用户的每只眼睛使用一个显示面板)。一个或多个电子显示面板的示例可以包括例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、无机发光二极管(iled)显示器、微型led显示器、有源矩阵有机发光二极管(amoled)显示器、透明有机发光二极管(toled)显示器、某个其他显示器，或它们的一些组合。hmd装置300可以包括两个眼动范围(eyebox)区域。
在一些实施方式中，hmd装置300可以包括各种传感器(未示出)，诸如深度传感器、运动传感器、位置传感器和眼睛跟踪传感器。这些传感器中的一些传感器可以使用结构化光图案来进行感测。在一些实施方式中，hmd装置300可以包括用于与控制台通信的输入/输出接口。在一些实施方式中，hmd装置300可以包括虚拟现实引擎(未示出)，所述虚拟现实引擎可以在hmd装置300内执行应用程序并从各种传感器接收hmd装置300的深度信息、位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置，或它们的某个组合。在一些实施方式中，由虚拟现实引擎接收的信息可以用于向一个或多个显示组件产生信号(例如，显示指令)。在一些实施方式中，hmd装置300可以包括定位器(未示出，诸如定位器126)，所述定位器位于主体320上的相对于彼此并相对于参考点的固定位置中。每个定位器都可以发射可由外部成像装置检测的光。
图4是用于实施本文公开的一些示例的示例性近眼显示器(例如，hmd装置)的示例性电子系统400的简化框图。电子系统400可以用作hmd装置1000的电子系统或上述其他近眼显示器。在该示例中，电子系统400可以包括一个或多个处理器410和存储器420。一个或多个处理器410可以被配置为执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如适合于在便携式电子装置内实施的通用处理器或微处理器。一个或多个处理器410可以与电子系统400内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，一个或多个处理器410可以通过总线440与其他示出的部件通信。总线440可以是适于在电子系统400内传输数据的任何子系统。总线440可以包括多个计算机总线和用于传输数据的附加电路。
存储器420可以耦合到一个或多个处理器410。在一些实施方案中，存储器420可以提供短期和长期存储两者，并且可以被分成几个单元。存储器420可以是易失性的，诸如静态随机存取存储器(sram)和/或动态随机存取存储器(dram)，和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(rom)、闪存等。此外，存储器420可以包括可移动存储装置，诸如安全数字(sd)卡。存储器420可以为电子系统400提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施方案中，存储器420可以分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以存储在存储器420中。所述指令可以采用可以由电子系统400执行的可执行代码的形式，和/或可以采用源代码和/或可安装代码的形式，所述指令(例如，使用各种通用编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任一者)在编译和/或安装在电子系统400上时可以采用可执行代码的形式。
在一些实施方案中，存储器420可以存储多个应用程序模块422至424，所述应用程序模块可以包括任何数量的应用程序。应用程序的示例可以包括游戏应用程序、会议应用程序、视频播放应用程序或其他合适的应用程序。应用程序可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用程序模块422至424可以包括将由一个或多个处理器410执行的特定指令。在一些实施方案中，应用程序模块422至424的某些应用程序或部分可以由其他硬件模块480执行。在某些实施方案中，存储器420可以另外包括安全存储器，所述安全存储器可以包括附加的安全控制以防止对安全信息的复制或其他未授权访问。
在一些实施方案中，存储器420可以包括加载在其中的操作系统425。操作系统425可以操作以发起对由应用程序模块422至424提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块480以及与可以包括一个或多个无线收发器的无线通信子系统430对接。操作系统425可以适于通过电子系统400的部件执行其他操作，包括线程处理、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。
无线通信子系统430可以包括例如红外通信装置、无线通信装置和/或芯片组(诸如
电子系统400的实施方案还可以包括一个或多个传感器490。一个或多个传感器490可以包括例如图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近传感器、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器，或可操作以提供感官输出和/或接收感官输入的任何其他类似模块，诸如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，一个或多个传感器490可以包括一个或多个惯性测量单元(imu)和/或一个或多个位置传感器。imu可以基于从一个或多个位置传感器接收的测量信号来生成指示相对于hmd装置的初始位置的hmd装置的估计位置的校准数据。位置传感器可以响应于hmd装置的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于imu的误差校正的传感器的类型，或它们的某个组合。位置传感器可以位于imu外部、imu内部，或它们的某个组合。至少一些传感器可以使用结构化光图案进行感测。
电子系统400可以包括显示模块460。显示模块460可以是近眼显示器，并且可以以图形向用户呈现来自电子系统400的信息，诸如图像、视频和各种指令。此类信息可以从一个或多个应用程序模块422至424、虚拟现实引擎426、一个或多个其他硬件模块480、它们的组合或用于(例如，通过操作系统425)为用户解析图形内容的任何其他合适的装置导出。显示模块460可以使用液晶显示器(lcd)技术、发光二极管(led)技术(包括例如oled、iled、mled、amoled、toled等)、发光聚合物显示器(lpd)技术，或某种其他显示技术。
电子系统400可以包括用户输入/输出模块470。用户输入/输出模块470可以允许用户向电子系统400发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用程序或在应用程序内执行特定动作。用户输入/输出模块470可以包括一个或多个输入装置。示例性输入装置可以包括触摸屏、触摸板、一个或多个传声器、一个或多个按钮、一个或多个拨号盘、一个或多个开关、键盘、鼠标、游戏控制器，或用于接收动作请求并将所接收的动作请求传送给电子系统400的任何其他合适的装置。在一些实施方案中，用户输入/输出模块470可以根据从电子系统400接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到或已经执行动作请求时提供触觉反馈。
电子系统400可以包括相机450，所述相机可以用于拍摄用户的照片或视频，例如以用于跟踪用户的眼睛位置。相机450还可以用于拍摄环境的照片或视频，例如以用于vr、ar或mr应用。相机450可以包括例如具有几百万或数千万像素的互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。在一些实施方式中，相机450可以包括可以用于捕获3d图像的两个或更多个相机。
在一些实施方案中，电子系统400可以包括多个其他硬件模块480。每个其他硬件模块480都可以是电子系统400内的物理模块。虽然每个其他硬件模块480都可以永久地被配置为结构，但是一些其他硬件模块480可以临时被配置为执行特定功能或被临时激活。其他硬件模块480的示例可以包括例如音频输出和/或输入模块(例如，传声器或扬声器)、近场通信(nfc)模块、可再充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施方案中，其他硬件模块480的一个或多个功能可以用软件实施。
在一些实施方案中，电子系统400的存储器420还可以存储虚拟现实引擎426。虚拟现实引擎426可以执行电子系统400内的应用程序并从各种传感器接收hmd装置的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置，或它们的某个组合。在一些实施方案中，由虚拟现实引擎426接收的信息可以用于向显示模块460产生信号(例如，显示指令)。例如，如果所接收的信息指示用户向左看，则虚拟现实引擎426可以生成用于hmd装置的内容，所述内容对用户在虚拟环境中的移动进行镜像。另外，虚拟现实引擎426可以响应于从用户输入/输出模块470接收的动作请求而在应用程序内执行动作并向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉、听觉或触觉反馈。在一些实施方式中，一个或多个处理器410可以包括可以执行虚拟现实引擎426的一个或多个gpu。
在各种实施方式中，上述硬件和模块可以在单个装置上或在可以使用有线或无线连接彼此通信的多个装置上实施。例如，在一些实施方式中，诸如gpu、虚拟现实引擎426和应用程序(例如，跟踪应用程序)等一些部件或模块可以在与头戴式显示装置分开的控制台上实施。在一些实施方式中，一个控制台可以连接到一个以上的hmd或支持一个以上的hmd。
在可选配置中，不同的和/或附加的部件可以包括在电子系统400中。类似地，一个或多个部件的功能性可以通过与上述方式不同的方式分布在部件之间。例如，在一些实施方案中，电子系统400可以被修改为包括其他系统环境，诸如ar系统环境和/或mr环境。
如上面所讨论的，led可以用作人工现实系统的各个部分(诸如显示电子装置122、定位器126和眼睛跟踪单元130)中的光源。此外，led可以用在各种显示技术中，诸如抬头显示器、电视显示器、智能手机显示器、手表显示器、可穿戴显示器和柔性显示器。led可以在诸如物联网(iot)等许多应用中与多个传感器结合使用。本文描述的led可以被配置为发射具有任何期望波长的光，诸如紫外光、可见光或红外光。而且，本文描述的led可以被配置为具有任何合适的台面形状，诸如平面形、垂直形、圆锥形、半抛物线形、抛物线形，或它们的组合。本文描述的led可以是具有有源发光区域的微型led，所述有源发光区域的线性尺寸小于50μm、小于20μm或小于10μm。例如，线性尺寸可以小至2μm或4μm。
本发明的示例性实施方案包括减少微型led中的表面重组损失的方法。例如，可以通过钝化微型led的半导体层的表面来减少表面重组。可选地或另外，可以通过降低横向载流子迁移率来减少表面重组。例如，通过使用离子植入破坏微型led的中心部分外部的半导体晶格，可以降低横向载流子迁移率。可选地或另外，可以通过使用量子阱混合改变微型led的中心部分外部的半导体层的区域的组成来降低横向载流子迁移率。
图5a、图5b、图6a和图6b示出了通过钝化微型led的半导体层的表面来减少表面重组的方法。图5a示出了经历干法蚀刻540的微型led500。微型led500包括n侧半导体层510、p侧半导体层515和有源发光层520。n侧半导体层510、p侧半导体层515和有源发光层520一起形成半导体层590。半导体层590可以包括任何合适的材料，诸如iii族磷化物或iii族砷化物。半导体层590可以具有台面形状，并且台面形状可以是平面形、垂直形、圆锥形、半抛物线形和/或抛物线形。n侧半导体层510可以形成在基板525上，并且可以具有光输出耦合表面530。在图5a中所示的示例中，半导体层590具有抛物线台面形状，并且光输出耦合表面530的直径小于10μm。
如图5a中所示，微型led500的半导体层590的表面被干法蚀刻540损坏。干法蚀刻540引起表面缺陷，诸如悬空键，所述表面缺陷增加捕获电子的电子态的数量，从而导致电子重组并在表面处损失。如上面所讨论的，该问题对于微型led尤其严重，因为它们的尺寸小会导致绝大多数电子扩散到半导体层590的表面，电子会在所述表面处损失。因为通常用在红色微型led中的iii族磷化物材料中的扩散长度为微米量级，所以该问题在红色微型led中最为明显。相反，通常用在绿色和蓝色微型led中的iii族氮化物材料中的扩散长度为数百纳米量级。
如图5b中所示，可以将湿法蚀刻和/或清洁550应用到半导体层590的表面以形成微型led505。湿法蚀刻和/或清洁550可以移除在干法蚀刻540之后留下的氧化物层和/或残留原子。可以使用各种材料，诸如酸或碱。例如，可以使用盐酸、氢氧化铵和/或食人鱼溶液。
如图6a中所示，可以执行化学处理660以从半导体层590的表面移除剩余材料以形成微型led600，并使半导体层590的表面平滑。例如，化学处理660可以在多种环境状况下将硫化铵施加到半导体层590的表面，或者可以使用分子束外延(mbe)在真空中或在压力小于10毫巴的大气中施加znse。所述化学物质可以通过诸如mbe、金属有机化学气相沉积(mocvd)或金属有机气相外延(movpe)等任何合适的方法施加。
如图6b中所示，随后可以在半导体层590的表面上沉积钝化层670以形成微型led605。可以通过诸如原子层沉积(ald)、电感耦合等离子体(icp)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)或电感耦合等离子体化学气相沉积(icpcvd)等各种技术来沉积介电材料。所述介电材料可以在真空中或在压力小于10毫巴的大气中进行沉积。可选地，可以通过溅镀或蒸镀来沉积介电材料。所述介电材料可以包括氧化物和/或氮化物。例如，介电材料可以包括sinx、siox、hfox、alnx和/或alox。作为更具体示例，所述介电材料可以包括sin、sio2、hfo2、aln和/或al2o3。所述介电材料可以是结晶的或无定形的。
钝化层670可以终止半导体层590的表面上的打开化学键，由此降低界面状态的密度，所述界面状态可以是重组有效的。钝化层670还可以用作保护层和/或增强微型led605的反射性质。钝化层670可以减少微型led605的表面重组。例如，表面重组速度(srv)可以降低至小于10,000cm/sec。此外，钝化层670可以通过感应电荷、弯折带结构和/或产生反转层(例如，通过内部电荷或偏振)来对半导体层590的表面改性，使得从界面排斥少数载流子并防止少数载流子重组。
钝化层670可以形成在半导体层590的整个外表面(包括有源发光层520的外表面)上。可以在半导体层590的顶部处的钝化层670中留下间隙以供p接触件形成。因为有源发光层520是电子和空穴结合以发射辐射的位置，所以在有源发光层520的外表面上形成钝化层670有利于减少表面重组。
半导体层590的光输出耦合表面530的直径可以小于半导体层590的材料的电子扩散长度的两倍。电子扩散长度l可以被定义为
图7示出了根据上述方法钝化的微型led700的阵列。微型led700的阵列包括具有有源发光层720的半导体层，所述有源发光层被布置在p侧半导体层715与n侧半导体层710之间。n侧半导体层710包括光输出耦合表面730，所述光输出耦合表面的直径小于每个台面的半导体层材料的电子扩散长度l的两倍。钝化层770形成在半导体层的表面上并覆盖有源发光层720。上述方法对于其中有源发光层720暴露于外部的微型led结构是有利的，使得钝化层770覆盖有源发光层720的暴露部分。
图8示出了通过使用离子植入来破坏微型led的中心部分外部的半导体晶格来减少横向载流子迁移率和表面重组的方法。离子植入减少了到达微型led外表面的电子数量，因此减少了表面重组的量。用高能离子轰击半导体材料具有两种效果。首先，半导体材料的晶格变得不太导电，因此电流不会在所有方向上散布通过整个结构，而是通过中心区域垂直漏出。其次，扩散率在轰击区域中降低使得电子不会横向移动太远。通过离子植入降低扩散率d和电子扩散长度l两者。
图8示出了在由半导体层形成台面结构之前经历离子植入880的微型led500。如图8中所示，微型led800包括n侧半导体层810、p侧半导体层815和有源发光层820。n侧半导体层810、p侧半导体层815和有源发光层820一起形成半导体层890。半导体层890可以包括任何合适的材料，诸如iii族磷化物或iii族砷化物。n侧半导体层810可以形成在基板825上，并且可以具有光输出耦合表面830。光输出耦合表面530的直径可以小于10μm。p接触件840可以形成在p侧半导体层815的顶部表面上，并且抗蚀剂850可以形成在p接触件840的顶部表面上。p接触件840可以由金属(诸如钛或金)制成。
p接触件和抗蚀剂850可以用作掩模以限定半导体层890的被植入有离子的外部区域。外部区域将包括半导体层的在离子植入期间未被掩模遮蔽的部分。如果离子相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角入射(即，掩模的平面沿图8中的水平方向)，则外部区域将包括半导体层890不位于掩模正下方的部分。另一方面，如果离子相对于垂直于掩模的平面的轴以大于0°的角度入射，则外部区域将包括半导体层的未被掩模遮蔽的部分，由此形成具有以植入角度倾斜的内部边缘的外部区域。例如，离子可以相对于垂直于掩模的平面的轴以0°至7°之间的角度植入。
如图8中所示，可以在半导体层890形成为台面形状之前执行离子植入880。台面形状可以为平面形、垂直形、圆锥形、半抛物线形和/或抛物线形。可选地，可以在半导体层890形成为台面形状之后执行离子植入。在该示例中，离子的能量将会减少。
可以使用各种离子，诸如h或he离子。可以通过调整植入角度、离子能量、离子类型和/或对植入区域的掩蔽来控制植入模式。例如，可以通过改变离子的能量来改变离子植入的深度。可以以20kev至140kev之间的能量植入h和he离子。例如，20kev的植入能量可以导致200nm的植入深度，80kev的植入能量可以导致600nm的植入深度，并且140kev的植入能量可以导致1000nm的植入深度。离子的植入剂量可以在1×1014cm-2至1x1016cm-2之间。半导体层890的外部区域中的横向载流子扩散可以通过执行离子植入减小到小于1cm2/s。
图9a和图9b示出了微型led的各种离子植入深度。图10示出了图9a中所示的微型led的附加细节。图9a示出了发射940nm的光的红外微型led900，而图9b示出了发射630nm的光的红色微型led905。在图9a和图9b中所示的示例中，第一植入深度990是200nm，第二植入深度992是600nm，并且第三植入深度994是1000nm。
如图9a和图10中所示，微型led900的半导体层包括p侧半导体层915，所述p侧半导体层具有50nm厚的gaas层、50nm厚的al0.09ga0.91as层和500nm厚的al0.3ga0.7as层。微型led900的半导体层还包括作为有源发光层的300nm厚的ingaas/gaasp多量子阱(mqw)层920和具有500nm厚的al0.17ga0.83as层的n侧半导体层910。半导体层形成在gaas基板925上。第一植入深度990从p侧半导体层915的顶部延伸穿过500nm厚的al0.3ga0.7as层内的深度。第二植入深度992从p侧半导体层915的顶部延伸穿过p侧半导体层915与有源发光层920之间的界面。第三植入深度994从p侧半导体层915的顶部延伸穿过n侧半导体层910内的深度。微型led900包括在离子植入980期间用作掩模的p接触件940和抗蚀剂950。
如图9b中所示，微型led905的半导体层包括p侧半导体层，所述p侧半导体层具有200nm厚的gap层、90nm厚的in0.49al0.51p层和10nm厚的in0.5al0.25ga0.25p层。微型led905的半导体层还包括作为有源发光层的180nm厚的ingap/inalgapmqw层和具有4500nm厚的al0.6ga0.4as层的n侧半导体层。半导体层形成在gaas基板上。第一植入深度990从p侧半导体层的顶部延伸到p侧半导体层与有源发光层之间的界面。第二植入深度992和第三植入深度994从p侧半导体层的顶部延伸穿过n侧半导体层内的不同深度。
如图9a和图9b中所示，可以将离子植入到微型led内的各种深度。例如，可以将离子从p侧半导体层的顶部表面植入到p侧半导体层内的深度。可选地，可以将离子从p侧半导体层的顶部表面植入到有源发光层内的深度。作为另一种选择，可以将离子从p侧半导体层的顶部表面植入到n侧半导体层内的深度。
图11a和图11b示出了图9b中所示的示例性微型led905的各种离子分布的模拟。图11a示出了以140kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以7°角植入的氢离子的离子分布1100，而图11b示出了以140kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角植入的氢离子的离子分布1105。图11a示出了7°植入角度导致120nm的位移。
图12a至图12c示出了图9b中所示的示例性微型led905的附加离子分布的模拟。图12a示出了以20kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角植入的氢离子的离子分布1200，图12b示出了以80kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角植入的氢离子的离子分布1205，并且图12c示出了以140kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角植入的氢离子的离子分布1210。图12a至图12c示出了随着植入能量和植入深度增加，离子分布仅有从60nm到108nm的少量增加。
图13a和图13b示出了图9b中所示的示例性微型led905的离子植入的结果的表格。所述表格指示三种离子植入深度(200nm、600nm和1000nm)的各种参数。所述参数包括离子植入能量(能量h或能量e)、投影射程(rp)、深度散乱、径向和径向散乱。离子植入能量是离子加速朝向样品的能量(以kev为单位)。投影射程(rp)是最大数量的离子在样品中行进(或者换句话说，最高浓度的离子在投影射程内)的深度(以nm为单位)。这与植入方向有着相同的方向。深度散乱(也可以称为投影散乱)是离子分布的量度，并且是该分布的一个标准偏差。这与投影射程(rp)的方向相同。径向是离子在与植入方向垂直的方向上扩散的量度。径向散乱(也可以称为横向散乱)是径向分布的标准偏差并且与径向分布的方向相同。
图13a示出了氢离子的离子植入的结果的表格1300，而图13b示出了氦离子的离子植入的结果的表格1305。如图13a和图13b中所示，随着植入能量和植入深度增加，垂直离子分布仅有从60nm到160nm的少量增加。然而，随着植入能量和植入深度增加，横向离子分布有从140nm到600nm的更大幅度的增加。
图13a中所示的参数仅仅是示例，并且可以具有其它值。例如，200nm的离子植入深度的离子植入能量可以在15kev至25kev的范围内，600nm的离子植入深度的离子植入能量可以在60kev至100kev的范围内，并且1000nm的离子植入深度的离子植入能量可以在105kev至175kev的范围内。此外，200nm的离子植入深度的投影射程(rp)可以在147nm至245nm的范围内，600nm的离子植入深度的投影射程(rp)可以在454nm至756nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的投影射程(rp)可以在795nm至1325nm的范围内。另外，200nm的离子植入深度的深度散乱可以在48nm至80nm的范围内，600nm的离子植入深度的深度散乱可以在84nm至140nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的深度散乱可以在100nm至167nm的范围内。另外，200nm的离子植入深度的半径可以在105nm至175nm的范围内，600nm的离子植入深度的半径可以在225nm至437nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的半径可以在450nm至750nm的范围内。此外，200nm的离子植入深度的径向散乱可以在45nm至75nm的范围内，600nm的离子植入深度的径向散乱可以在113nm至187nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的径向散乱可以在300nm至500nm的范围内。
类似地，图13b中所示的参数仅仅是示例，并且可以具有其它值。例如，200nm的离子植入深度的离子植入能量可以在22kev至37kev的范围内，600nm的离子植入深度的离子植入能量可以在90kev至150kev的范围内，并且1000nm的离子植入深度的离子植入能量可以在225kev至375kev的范围内。此外，200nm的离子植入深度的投影射程(rp)可以在148nm至247nm的范围内，600nm的离子植入深度的投影射程(rp)可以在438nm至731nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的投影射程(rp)可以在780nm至1300nm的范围内。另外，200nm的离子植入深度的深度散乱可以在61nm至101nm的范围内，600nm的离子植入深度的深度散乱可以在105nm至175nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的深度散乱可以在124nm至206nm的范围内。另外，200nm的离子植入深度的半径可以在120nm至200nm的范围内，600nm的离子植入深度的半径可以在262nm至437nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的半径可以在375nm至625nm的范围内。此外，200nm的离子植入深度的径向散乱可以在45nm至75nm的范围内，600nm的离子植入深度的径向散乱可以在90nm至150nm的范围内，并且1000nm的离子植入深度的径向散乱可以在187nm至312nm的范围内。
图14a至图14h示出了实现不同离子植入深度所需的掩模厚度的模拟。图14a示出了作为al掩模的氢离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1400，图14b示出了作为az111光致抗蚀剂掩模的氢离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1405，图14c示出了作为si3n4掩模的氢离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1410，图14d示出了作为金掩模的氦离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1415，图14e示出了作为镍掩模的氦离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1420，图14f示出了作为铝掩模的氦离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1425，图14g示出了作为az111光致抗蚀剂掩模的氦离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1430，而图14h示出了作为si3n4掩模的氦离子的植入能量的函数的掩模厚度的曲线图1435。基于图14a至图14h中所示的数据，金或镍掩模的厚度可以小于500nm，铝掩模的厚度可以小于1000nm，az111光致抗蚀剂掩模的厚度可以小于2500nm，并且si3n4硬掩模的厚度可以小于800nm。
图15a和图15b示出了通过使用量子阱混合改变微型led的中心部分外部的半导体层的区域的组成来减少横向载流子迁移率和表面重组的方法。量子阱混合减少到达微型led外表面的电子数量，因此减少表面重组的量。
图15a示出了用于半导体材料(诸如alingap)的能带图1500。能带图1500绘制了作为位置函数的能量。图15b示出了相应的微型led1505，其包括n侧半导体层1510、p侧半导体层1515和有源发光层1520。n侧半导体层1510、p侧半导体层1515和有源发光层1520一起形成半导体层1590。半导体层1590可以包括任何合适的材料，诸如iii族磷化物或iii族砷化物。半导体层1590可以具有台面形状，并且台面形状可以是平面形、垂直形、圆锥形、半抛物线形和/或抛物线形。n侧半导体层1510可以形成在基板1525上，并且可以具有光输出耦合表面1530。在图15b中所示的示例中，半导体层1590具有抛物线台面形状，并且光输出耦合表面1530的直径小于10μm。
如图15a中所示，量子阱混合可以用于通过在半导体层1590的外部区域中植入离子并且随后对半导体层1590的外部区域进行退火以使离子与原子在半导体层1590的外部区域内混合来增加半导体层1590的外部区域中的带隙。可以根据上面关于图8讨论的方法来植入离子。对于量子阱混合，可以使用各种离子，诸如al离子。可以大约400kev的能量植入al离子，这可能导致大约460nm的植入深度。植入深度可以在有源发光层1520内。半导体层1590的外部区域在图15a中被示为混合区域1550。
例如，如果半导体层1590由alingap制成，则可以在混合区域1550中的量子阱的边缘处添加额外的al。如图15a中所示，这增加了量子阱的边缘处的带隙，使得带结构在中心处是平坦的，导带在边缘处向上弯折，和/或价带在边缘处向下弯折(未示出)。因此，当从p侧半导体层1515的顶部注入电子时，所述电子可以在横向方向上自由地扩散，但是被边缘处的较高能带结构排斥，这防止它们从结构的侧面逸出。例如，al的浓度在混合区域1550的边缘处可以从0.3增加到0.5。混合区域1550可以形成横截面环形形状。
图16a至图16c示出了图15b中所示的示例性微型led1505的各种离子分布的模拟。图16a示出了以140kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角植入的al离子的离子分布1600，图16b示出了以400kev的能量和相对于垂直于掩模的平面的轴以0°角植入的al离子的离子分布1605，并且图16c示出了与图16b中所示的离子分布1605相对应的二维绘制图1610。图16a至16c指示可以以400kev植入能量实现460nm植入深度。
上面讨论的技术还可以用于减少具有更大尺寸的led(诸如具有25μm或50μm至60μm的线性尺寸的芯片)中的表面重组损失。更一般地，这些较大的led可以具有在10μm至100μm之间的线性尺寸。例如，如上面所讨论的植入氢离子可能导致led在较低电流下具有较高的光输出功率。因此，上面讨论的技术可以用于减少具有在0.1μm至100μm之间的各种尺寸的led中的表面重组损失。led也可以具有在0.1μm至100μm之间的间距。
通过执行上述方法中的一种或多种，可以将微型led的表面重组损失降低到小于99％、80％、60％、30％或10％。减少的量可以基于微型led的颜色和/或半导体层的材料。例如，可以将红色或ir微型led的表面重组损失降低到小于60％-80％，并且可以将蓝色或绿色微型led的表面重组损失降低到小于60％。可选地或附加地，可以通过执行上述方法中的一个或多个来增加微型led的亮度。例如，当电流降低10倍时，红色微型led的亮度可以增加10倍。
此外，红色微型led的表面重组速度可以从3×104cm/s降低到1-2×104cm/s，并且红色微型led的横向载流子扩散可以从20cm2/s降低到0.07cm2/s。当电流降低10倍时，红色微型led的外部量子效率可以提高6倍。红色微型led的内部量子效率可以高达80％。
上面讨论的方法、系统和装置是示例。各种实施方案可以适当地省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在可选配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行所述方法，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。而且，关于某些实施方案描述的特征可以在各种其他实施方案中组合。可以通过类似方式组合实施方案的不同方面和元件。而且，技术不断在发展，因此许多元件是不将本公开的范围限制于那些具体示例的示例。
在描述中给出具体细节以提供对实施方案的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方案。例如，已经在没有不必要的细节的情况下示出了公知电路、过程、系统、结构和技术以避免混淆所述实施方案。该描述仅提供示例性实施方案，而不意图限制本发明的范围、适用性或配置。相反，对实施方案的前述描述将为所属领域技术人员提供用于实施各种实施方案的可行描述。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
而且，一些实施方案被描述为过程，所述过程被描绘为流程图或框图。虽然各自可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作顺序。过程可以具有图中未包括的附加步骤。此外，所述方法的实施方案可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或它们的任何组合来实施。当在软件、固件、中间件或微代码中实施时，用于执行相关任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质等计算机可读介质中。处理器可以执行相关任务。
对于所属领域技术人员显而易见的是，可以根据具体要求做出实质性改变。例如，还可以使用自定义或专用硬件，和/或特定元件可以在硬件、软件(包括便携式软件，诸如小应用程序)或这两者中实施。此外，可以采用到诸如网络输入/输出装置的其他计算装置的连接。
参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。如本文使用的术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施方案中，各种机器可读介质可能涉及向处理单元和/或一个或多个其他装置提供指令/代码以供执行。另外或可选地，机器可读介质可以用于存储和/或携带此类指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。此类介质可以呈许多形式，包括(但不限于)非易失性介质、易失性介质及传输介质。计算机可读介质的常见形式包括例如磁性和/或光学介质，诸如光盘(cd)或数字通用盘(dvd)、穿孔卡、纸带、带孔图案的任何其他物理介质、ram、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、flash-eprom、任何其他存储器芯片或盒式磁带、如下所述的载波，或计算机可以从其中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，它们可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、应用程序(app)、子例程、模块、软件包、类别，或者指令、数据结构或程序语句的任何组合。
所属领域技术人员将明白，可以使用各种不同科技和技术中的任一种来表示用于传送本文描述的消息的信息和信号。例如，可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或它们的任何组合来表示可能在整个上述描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。
如本文使用的术语“和”以及“或”可以包括也被预期至少部分地取决于使用此类术语的上下文的各种含义。通常，“或”在用于关联列表(诸如a、b或c)时意图表示a、b和c(这里以包括性意义使用)以及a、b或c(这里以排他性意义使用)。另外，如本文使用的术语“一个或多个”可以用于以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用于描述特征、结构或特性的某个组合。然而，应注意，这仅仅是说明性示例，并且所要求保护的主题不限于该示例。此外，术语“至少一个”在用于关联列表(诸如a、b或c)时可以被解释为表示a、b和/或c的任何组合，诸如a、ab、ac、bc、aa、abc、aab、aabbccc等。
此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施方案，但是应认识到硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施方案可以仅以硬件实施，或者仅以软件实施，或者使用它们的组合来实施。在一个示例中，软件可以用计算机程序产品来实施，所述计算机程序产品包含可由一个或多个处理器执行以便执行本公开中描述的任何或所有步骤、操作或过程的计算机程序代码或指令，其中计算机程序可以存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以以任何组合在同一处理器或不同处理器上实施。
在装置、系统、部件或模块被描述为被配置为执行某些操作或功能的情况下，此类配置可以通过例如设计电子电路来执行操作、通过编程可编程电子电路(诸如微处理器)来诸如通过执行计算机指令或代码执行操作、或者通过编程被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核心、或者它们的任何组合来完成。过程可以使用各种技术进行通信，所述技术包括但不限于用于过程间通信的传统技术，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同时间使用不同技术。
因此，应以说明性意义而不是限制性意义来理解本说明书和附图。然而，显而易见的是，在不脱离如权利要求所述的更广泛精神和范围的情况下，可以进行各种添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了特定实施方案，但是这些实施方案不意图为限制性的。各种修改和等同物在以下权利要求的范围内。
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