CN116774190A - 发射模组、激光发射模块和激光雷达设备 - Google Patents
发射模组、激光发射模块和激光雷达设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116774190A CN116774190A CN202311036331.6A CN202311036331A CN116774190A CN 116774190 A CN116774190 A CN 116774190A CN 202311036331 A CN202311036331 A CN 202311036331A CN 116774190 A CN116774190 A CN 116774190A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light emitting
- layer
- light
- substrate
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 156
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 16
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 7
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001795 light effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
- G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本申请提出一种发射模组、激光发射模块和激光雷达设备，其中，发射模组包括第一VCSEL芯片，第一VCSEL芯片包括多个第一发光单元，每一第一发光单元包括衬底和发光衬垫，发光衬垫的表面有出光孔，发光衬垫受电发光并通过出光孔出射若干条光线，在发光衬垫除出光孔以外的表面位置依次设置金属层和抗反射涂层，降低激光雷达设备中因界面反射回第一VCSEL芯片表面导致的杂散光效应，达到消除杂散光，降低光学串扰，提升信噪比的目的。
Description
技术领域
本申请属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种发射模组、激光发射模块和激光雷达设备。
背景技术
发射模组在硬件电路的驱动下，按照系统设定的方式进行发光，最后出射方向和出射光束质量主要由光学系统来决定。经由VCSEL芯片和光学系统的透镜或其他光学元器件的光路中，不可避免的会出现光线的反射，折射，透射等物理过程，进而出现光路偏离设定角度或方向的分量，入射到其他如结构件或再次反射到镜头的表面后，在系统里出现杂乱无章的分布，我们一般称为杂散光分布，进而产生光学串扰。
常见的VCSEL芯片，器件表面除了出光孔外，均被电镀的金属所覆盖。一般覆盖的金属为金，厚度依据器件的工艺和设计，大概在2um到5um不等。金（Au）在现在常用的激光雷达所使用的波长范围内（905-1550nm），反射率超过95%。这意味着，光路上因界面反射回器件表面的光，有95%以上概率会再次出射并多次反射，形成杂散光，产生光学串扰，降低了系统信噪比。
发明内容
本申请的目的在于提供一种发射模组，旨在解决传统的VCSEL芯片存在光路反射，产生光学串扰的问题。
本申请实施例的第一方面提出了一种发射模组，包括第一VCSEL芯片，所述第一VCSEL芯片包括阵列排布的多个第一发光单元；
每一所述第一发光单元包括：
衬底；
层叠于所述衬底上的发光衬垫，所述发光衬垫的表面设有出光孔，所述发光衬垫受电发光并通过所述出光孔出射若干条光线；
层叠于所述发光衬垫上的金属层，所述金属层露出所述出光孔；
层叠于所述金属层上的抗反射涂层，所述抗反射涂层露出所述出光孔。
可选地，所述发射模组还包括第二VCSEL芯片，所述第二VCSEL芯片包括阵列排布的多个第二发光单元；
每一所述第二发光单元包括：
衬底，所述衬底的表面设有出光孔；
层叠于所述衬底下方的发光衬垫，所述发光衬垫受电发光并通过所述衬底的出光孔出射若干条光线；
层叠于所述衬底上方的抗反射涂层，所述抗反射涂层露出所述出光孔。
可选地，所述发射模组还包括发射镜头，所述发射镜头下拼接有多块VCSEL芯片，多块VCSEL芯片由所述第一VCSEL芯片和所述第二VCSEL芯片组成。
可选地，所述第一VCSEL芯片位于所述发射模组的探测视场的边缘视场；
所述发光衬垫包括：
自上而下依次设置的上DBR层、氧化层、有源层和下DBR层，所述氧化层上氧化形成发光区，所述上DBR层的上表面相对所述发光区形成出光孔，一所述发光区与一所述出光孔相对设置；
所述金属层层叠于所述上DBR层的上表面且露出所述出光孔，所述抗反射涂层层叠于所述金属层上；
每一所述第一VCSEL芯片还包括沿所述衬底的第一侧边并排设置的多个正电极和沿所述衬底的第二侧边并排设置的多个负电极，所述第一侧边和所述第二侧边为相邻侧边；
每一所述第一发光单元的上DBR层与对应所述正电极连接，每一所述第一发光单元的下DBR层与对应所述负电极连接。
可选地，所述第二VCSEL芯片位于所述发射模组的探测视场的中心视场和/或边缘视场；
所述发光衬垫包括垂直于衬底间隔设置的正极衬垫和负极衬垫，所述正极衬垫和所述负极衬垫受电发光，并透过所述衬底的出光孔出射若干条光线；
所述正极衬垫包括自上而下依次层叠设置的上DBR层、有源层、氧化层、下DBR层和正电极层；
所述负极衬垫包括自上而下依次设置的导电层和负电极层，所述正电极层和所述负电极层与基板对应贴装。
可选地，所述抗反射涂层为单层的抗反射膜，单层的所述抗反射膜的光学厚度为所述VCSEL芯片的发射波长的四分之一。
可选地，所述抗反射涂层包括多层抗反射膜，每层所述抗反射膜的材料不同。
可选地，每层所述抗反射膜的材料分别为Al2O3、Si3N4、SiO2中的对应一者。
本申请实施例的第二方面提出了一种激光发射模块，包括激光驱动电路和如上所述的发射模组；
所述激光驱动电路对应与所述发射模组连接。
本申请实施例的第三方面提出了一种激光雷达设备，包括控制模块、激光接收模块和如上所述的激光发射模块，所述控制模块分别与所述激光接收模块和所述激光发射模块连接。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的发射模组包括第一VCSEL芯片，第一VCSEL芯片包括多个第一发光单元，每一第一发光单元包括衬底和发光衬垫，发光衬垫的表面具有出光孔，发光衬垫受电发光并通过出光孔出射若干条光线，在发光衬垫除出光孔以外的表面位置依次设置金属层和抗反射涂层，降低激光雷达设备中因界面反射回第一VCSEL芯片表面导致的杂散光效应，达到消除杂散光，降低光学串扰，提升信噪比的目的。
附图说明
图1为本申请实施例提供的发射模组的第一种结构示意图；
图2为本申请实施例提供的发光单元的第一种结构示意图；
图3为本申请实施例提供的发射模组的第二种结构示意图；
图4为本申请实施例提供的发光单元的第二种结构示意图；
图5为本申请实施例提供的第一VCSEL芯片的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的发光单元的第三种结构示意图；
图7为本申请实施例提供的发射模组的第三种结构示意图；
图8为本申请实施例提供的第二VCSEL芯片的发光单元的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的激光发射模块的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的激光雷达设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一
本申请实施例的第一方面提出了一种发射模组1，如图1所示，包括第一VCSEL芯片100，第一VCSEL芯片100的数量与探测视场对应的视场角度范围正相关，每一VCSEL芯片100包括阵列排布的多个第一发光单元130。
如图2所示，每一第一发光单元130包括：
衬底11；
层叠于衬底上的发光衬垫10，发光衬垫10的表面设有出光孔111，发光衬垫10受电发光并通过出光孔111出射若干条光线；
层叠于发光衬垫上的金属层20，金属层20露出出光孔111；
层叠于金属层上的抗反射涂层21，抗反射涂层露出出光孔111。
本实施例中，在制备第一VCSEL芯片100时，先将各第一发光单元130按照对应排布方式设置于第一VCSEL芯片100的基板上，第一发光单元130的发光衬垫10与基板贴装通电，电流信号流经基板输入至发光衬垫10，发光衬垫10发光，光线通过发光衬垫10的出光孔111出射光线至对应视场，各出光孔111对应呈阵列排布，形成多个阵列排布的发光点。
第一VCSEL芯片100采用正发射模式，可选择为一维、二维可寻址VCSEL（垂直腔面发射VCSEL芯片）芯片，以及其他种类VCSEL芯片。
其中，衬底11可选择砷化镓衬底11，如图2所示，发光衬垫10设置于衬底11上，发光衬垫10的上表面设置有多个出光孔111，在发光衬垫10除出光孔111的其他表面位置依次设置有金属层20和抗反射涂层21，光线通过发光衬垫10的出光孔111直接出射。
如图6和图7所示，发光衬垫10在制备过程中，通过氧化其中的氧化层14形成至少一个发光区16，第一VCSEL芯片100安装工作时，发光衬垫10与基板连接，并输入对应的电流信号，发光区16发光，并直接通过出光孔111出射，发光衬垫10包括对应的上DBR层12、下DBR层15，以及正负欧姆接触层等结构，具体根据第一VCSEL芯片100的类型具体选择和分布。
同时，为了加固第一VCSEL芯片100以及方便打线连接，在发光区16的发光方向的发光衬垫10的表面通过种子金属沉积、电镀加厚等方式设置了金属层20，金属层20的材料常规采用为金，厚度依据器件的工艺和设计具体选择，由于金材料的金属层20应用于激光雷达设备中，反射率超过95%，为了减少发射镜头300与金属层20之间的光学串扰，提升信噪比，在金属层20表面同步通过沉积、刻蚀、电子束蒸发等方式设置抗反射涂层21，其中，抗反射涂层21了降低激光雷达设备中因界面反射回发射器表面导致的杂散光效应，达到消除杂散光，降低光学串扰，提升信噪比的目的。
其中，抗反射涂层21的厚度和层数依据激光激射的波长进行对应设计，比如针对波长905nm或者波长940nm，抗反射涂层21采用电子束蒸发等方式来实现。
可选地，抗反射涂层21为单层的抗反射膜，单层的抗反射膜的光学厚度为VCSEL芯片的发射波长的四分之一，当采用单层膜时，光学厚度为1/4波长时一般可以取得较好的效果。
在另一可选实施例中，为最大限度降低反射率，也可采用双层或多层膜，即抗反射涂层21包括多层抗反射膜，每层抗反射膜的材料不同，各光学厚度依据选择材料和工艺条件进行设计。
可选地，每层抗反射膜的材料可以选用Al2O3、Si3N4、SiO2等其中一者材料。
发光衬垫10可采用对应的氧化层14、电极层等结构，具体不做限制。
实施例二
如图3和图4所示，可选地，发射模组1包括第二VCSEL芯片200，第二VCSEL芯片200包括阵列排布的多个第二发光单元210；
每一第二发光单元210包括：
衬底11，衬底11的表面设有出光孔111；
层叠于衬底11下方的发光衬垫10，发光衬垫10受电发光并通过衬底11的出光孔111出射若干条光线；
层叠于衬底上方的抗反射涂层21，抗反射涂层21露出出光孔111。
本实施例中，第二VCSEL芯片200采用背发射模式，如图4所示，发光衬垫10设置于衬底11的下方，衬底11的上表面设置有多个出光孔111，在衬底11除出光孔111的其他表面位置设置有抗反射涂层21，光线通过衬底11的出光孔111出射。
如图8所示，发光衬垫10在制备过程中，通过氧化其中的氧化层14形成至少一个发光区16，第二VCSEL芯片200安装工作时，发光衬垫10与基板连接，并输入对应的电流信号，发光区16发光，并通过衬底11的出光孔111出射，发光衬垫10包括对应的上DBR层12、下DBR层15，以及正负欧姆接触层等结构，具体根据第二VCSEL芯片200的类型具体选择和分布。
同时，为了减少发射镜头300与衬底11表面之间的光学串扰，提升信噪比，在衬底11表面同步通过沉积、刻蚀、电子束蒸发等方式设置抗反射涂层21，其中，抗反射涂层21了降低激光雷达设备中因界面反射回发射器表面导致的杂散光效应，达到消除杂散光，降低光学串扰，提升信噪比的目的。
其中，抗反射涂层21的厚度和层数依据激光激射的波长进行对应设计，比如针对波长905nm或者波长940nm，抗反射涂层21采用电子束蒸发等方式来实现。
可选地，抗反射涂层21为单层的抗反射膜，单层的抗反射膜的光学厚度为VCSEL芯片的发射波长的四分之一，当采用单层膜时，光学厚度为1/4波长时一般可以取得较好的效果。
在另一可选实施例中，为最大限度降低反射率，也可采用双层或多层膜，即抗反射涂层21包括多层抗反射膜，每层抗反射膜的材料不同，各光学厚度依据选择材料和工艺条件进行设计，可选地，每层抗反射膜的材料分别为Al2O3、Si3N4、SiO2中的对应一者材料。
发光衬垫10可采用对应的氧化层14、电极层等结构，具体不做限制。
实施例三
可选地，发射模组1还包括发射镜头300，发射镜头300下拼接有多块VCSEL芯片，多块VCSEL芯片由第一VCSEL芯片100和第二VCSEL芯片200组成。
本实施例中，通过对雷达的整个探测视场进行合理拆分，可以实现探测需求的情况下，提升单块VCSEL芯片的良率，从而提升整个产品的良率。例如雷达的系统的视场角为120*90，作为一种可选地实施方式，可以先将探测视场角将发射视场分为60*90 FOV，其中，可以理解的是，作为一种可选方式，两个发射视场可以分别位于接收视场的左右两侧。
作为一种可选的实施方式，为了进一步提升产品的良率，可以在将左右两侧的发射视场进一步拆分成两块即60*90 FOV(Field of View，视场角)进行设置，VCSEL芯片在单个发射镜头下进行拼接，通过光学系统后形成60*90 FOV，再经两发一收系统实现120*90FOV的大视场需求，此时，单块VCSEL芯片所需的面积可缩小至整体的一半，提高了产品的良率。
其中，可以理解的是，具体的VCSEL芯片拆分的个数及每块芯片的大小跟视场大小及良率需求相关。良率需求高，且对应的发射视场大，则芯片需要拆分成的块数则多；良率需求低，且对应的发射视场小，则芯片需要拆分的块数则少。
其中，可以理解的是，当多块VCSEL芯片拼接于同一镜头下时，且VCSEL芯片为正发光模式的第一VCSEL芯片100时，为了尽可能的减小第一VCSEL芯片100之间的缝隙造成的视场间隔，还需要合理考虑正负电极的布置方式。可以理解的是，若VCSEL芯片为正发光模式的第一VCSEL芯片100时，正负电极均处在VCSEL芯片的正面，且正负极需要分开，正负极本身的尺寸按照工艺和打线加载电流的需求，窄边最小需要90-100um，因此，细分成更小视场角进行拼接时需要克服这个打线区带来的物理空间的限制，否则将出现映射在空间上的图案出现不连续的现象。
如图5和图6所示，在一可选实施例中，第一VCSEL芯片100位于发射模组1的探测视场的边缘视场；
发光衬垫10包括：
自上而下依次设置的上DBR层12、氧化层14、有源层13和下DBR层15，氧化层14上氧化形成发光区16，上DBR层12的上表面相对发光区16形成出光孔111，一发光区16与一出光孔111相对设置；
金属层20层叠于上DBR层12的上表面且露出出光孔111，抗反射涂层层叠21于金属层20上；
每一第一VCSEL芯片100还包括沿衬底11的第一侧边并排设置的多个正电极41和沿衬底11的第二侧边并排设置的多个负电极42，第一侧边和第二侧边为相邻侧边；
每一第一发光单元130的上DBR层12与对应正电极41连接，每一第一发光单元130的下DBR层15与对应负电极42连接。
本实施例中，位于边缘视场的第一VCSEL芯片100采用正发光模式，正负电极接收对应电流信号，并输入至各第一发光单元130的上DBR层12和下DBR层15，发光衬垫10的氧化层14氧化形成的发光区16发光，并直接通过上DBR层12上的出光孔111出射对应光线。
金属层20设置于上DBR层12上，抗反射涂层21设置金属层20上，为了保证光线正常出射，对应发光区16的发光路径未设置金属层20和抗反射涂层21。
通过在金属层20上设置抗反射涂层21，发射镜头300反射至抗反射涂层21的光线将会被吸收或者减小，金属层20与发射镜头300之间的反射光减少，降低激光雷达设备中因界面反射回发射器表面导致的杂散光效应，达到消除杂散光，降低光学串扰，提升信噪比的目的。
其中，下DBR层15依据器件的波长选择，一般为高低折射率的材料交替生长，如Al0.12GaAs/Al0.9GaAs，有源层13可为单有源区或多有源区内部串联，氧化层14可选择高Al组分的AlGaA，如Al0.98GaAs，上DBR层12，一般为高低折射率的材料交替生长，如Al0.12GaAs/Al0.9GaAs。
其中，在另一可选实施例中，如图7所示，发光衬垫10还包括在上DBR层15设置的P型欧姆金属18，以及在上DBR层15上设置的钝化隔离层19，钝化隔离层19露出P型欧姆金属18，发光衬垫10还包括在衬底11背向下DBR层12的一侧设置的N型欧姆金属22，以及N型缓冲层17，N型缓冲层设置于衬底11和下DBR层12之间。
通过光刻、金属沉积等方式设置形成P型欧姆金属18，还通过刻蚀等方式去除有源层13、上DBR层15的两端，露出有源层13，为了减少串扰，增强对单个第一VCSEL芯片100的保护，在上DBR层15上设置钝化隔离层19，实现对有源层13、氧化层14、上DBR层12和P型欧姆金属18进行钝化保护，钝化隔离层19可选择Si3N4材料，保护第一VCSEL芯片100的侧壁及器件。
以及为了实现P型欧姆接触，通过过孔刻蚀等方式，打开金属连接通道，露出P型欧姆金属18，方便P型欧姆金属18与正负极连接。
如图7所示，金属层20设置于钝化隔离层19上，抗反射涂层21设置金属层20上，为了保证光线正常出射，对应发光区16的发光路径未设置金属层20和抗反射涂层21。
为了减小第一VCSEL芯片100的整体阻抗，制备第一VCSEL芯片100时，尽量将衬底11减薄，例如100um。
以及为了保证器件的引线，正电极41和负电极42的打线区可依照打线的工艺能力进行尺寸的预留与抗反射涂层21的覆盖，最大限度减小光学的串扰造成的影响，预留的打线尺寸以打线工艺能力进行设计，针对常见的1mil的引线，每根引线留出的打线区域一般在75um-100um，工艺能力改进时，打线区域可相应减少，最大限度减小光的反射。
其中，当第一VCSEL芯片100位于探测视场的边缘视场时，其打线区域可设置于发射模组1的边缘区域，打线区域的打线不经过发射模组1的上表面，中心区域的VCSEL芯片形成的发光区16和出光孔111可设置的更为紧密，克服VCSEL芯片拼接时打线区域带来的物理空间的限制，避免映射在空间上的图案出现不连续的现象。同时，将打线区域设置与边缘视场还可以减少打线区域表面由于没有抗反射涂层对中心视场造成光学串扰，提高探测精度。
由于背发射模式时，打线区域位于背面，无需在VCSEL芯片的两侧设置打线区域，打线区域的打线不经过发射模组1的上表面，中心区域的第二VCSEL芯片200形成的发光区16和出光孔111可设置的更为紧密，第二VCSEL芯片200可设置于探测视场的中心区域和边缘视场的任一视场位置，均可克服VCSEL芯片拼接时打线区带来的物理空间的限制，避免映射在空间上的图案出现不连续的现象，也可以避免在打线区域表面由于没有抗反射涂层造成的光学串扰。
对应于背发射模式，如图8所示，发光衬垫10包括垂直于衬底间隔设置的正极衬垫110和负极衬垫120，正极衬垫110和负极衬垫120受电发光，并透过衬底11的出光孔111出射若干条光线；
正极衬垫110包括自上而下依次层叠设置的上DBR层12、有源层13、氧化层14、下DBR层15和正电极层23，其中正电极层23与基板对应贴装；
负极衬垫120包括自上而下依次设置的导电层121和负电极层122，负电极层122与基板对应贴装。
本实施例中，衬底11位于发光衬垫10的上部，发光衬垫10发出的光线通过衬底11发射至发射镜头300，衬底11朝向发射镜头300的表面层叠设置有抗反射涂层21，抗反射涂层21预留出发光区16对应的表面位置，通过先制备衬底11，然后陆续设置发光衬垫10、金属层20和抗反射涂层21，并最终将发光衬垫10朝向基板并与基板电性连接，通以对应大小的电流信号，抗反射涂层21以及衬底11朝向发射镜头300设置，发光衬垫10发出的光线通过衬底11发射至发射镜头300。
在衬底11朝向基板的侧面设置正极衬垫110和120，正极衬垫110和120间隔并排设置，在制备正极衬垫110时，在衬底11上依次层叠设置上DBR层12、有源层13、氧化层14、下DBR层15和正电极层23，制备负极衬垫120时，依次制备导电层121和负电极层122，然后，通过湿法氧化，高纯N2带着水汽进入炉管，在高温下进行反应，对氧化层14进行氧化处理，在氧化层14上形成至少一个发光区16，形成电流限制路径，然后在下DBR层15上设置正电极层23，形成背发射电流的第二VCSEL芯片200，电流信号经正电极层23、下DBR层15、氧化层14、有源层13、上DBR层12、衬底11再到导电层121和负电极层122，发光区16受电发出光线并通过衬底11的出光孔111出射，其中，同一第二VCSEL芯片200的正电极层23共面连接，并且可在每个第二VCSEL芯片200的周围布线，引出负电极42，减少电流集聚效应，同时，当采用背发射矩阵可寻址的方式，主要的热源集中在有源层13和下DBR层15，有源层13和下DBR层15相邻设置，并且靠近基板，可通过基板直接进行散热，提高了第二VCSEL芯片200的散热性能。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的发射模组1包括第一VCSEL芯片100，第一VCSEL芯片100包括多个第一发光单元130，每一第一发光单元130包括衬底11和发光衬垫10，发光衬垫10的表面具有出光孔111，发光衬垫10受电发光并通过出光孔111出射若干条光线，在发光衬垫10除出光孔111以外的表面位置依次设置金属层20和抗反射涂层21，降低激光雷达设备中因界面反射回第一VCSEL芯片100表面导致的杂散光效应，达到消除杂散光，降低光学串扰，提升信噪比的目的。
如图9所示，本发明还提出一种激光发射模块101，该激光发射模块101包括激光驱动电路2和发射模组1，该发射模组1的具体结构参照上述实施例，由于本激光发射模块101采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，激光驱动电路2对应与发射模组1连接。
本实施例中，激光驱动电路2可对应驱动一路或者多路发射模组1，激光驱动电路2通过分时输出电流信号对发射模组1进行分时控制，同时匹配光学设计，以一定的功率照亮特定视场。
其中，激光驱动电路2可采用对应的开关电源电路、电源电路等，具体结构不限。
如图10所示，本发明还提出一种激光雷达设备，该激光雷达设备包括控制模块103、激光接收模块102和激光发射模块101，该激光发射模块101的具体结构参照上述实施例，由于本激光雷达设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，控制模块103分别与激光接收模块102和激光发射模块101连接。
本实施例中，激光接收模块102中包括阵列排布的光电接收组件，例如光电传感器，阵列排布的光电接收组件与发射模组1的VCSEL芯片以多发一收或者一发一收架构设置，激光发射模块101采用VCSEL芯片的面光源，短时间发射出一大片覆盖探测区域的面阵激光，激光接收模块102以高度灵敏的光电接收组件，来完成对环境周围图像的绘制，确定待测物的距离信息，实现测距的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发射模组，其特征在于，包括第一VCSEL芯片，所述第一VCSEL芯片包括阵列排布的多个第一发光单元；
每一所述第一发光单元包括：
衬底；
层叠于所述衬底上的发光衬垫，所述发光衬垫的表面设有出光孔，所述发光衬垫受电发光并通过所述出光孔出射若干条光线；
层叠于所述发光衬垫上的金属层，所述金属层露出所述出光孔；
层叠于所述金属层上的抗反射涂层，所述抗反射涂层露出所述出光孔。
2.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述发射模组还包括第二VCSEL芯片，所述第二VCSEL芯片包括阵列排布的多个第二发光单元；
每一所述第二发光单元包括：
衬底，所述衬底的表面设有出光孔；
层叠于所述衬底下方的发光衬垫，所述发光衬垫受电发光并通过所述衬底的出光孔出射若干条光线；
层叠于所述衬底上方的抗反射涂层，所述抗反射涂层露出所述出光孔。
3.如权利要求2所述的发射模组，其特征在于，所述发射模组还包括发射镜头，所述发射镜头下拼接有多块VCSEL芯片，多块VCSEL芯片由所述第一VCSEL芯片和所述第二VCSEL芯片组成。
4.如权利要求3所述的发射模组，其特征在于，所述第一VCSEL芯片位于所述发射模组的探测视场的边缘视场；
所述发光衬垫包括：
自上而下依次设置的上DBR层、氧化层、有源层和下DBR层，所述氧化层上氧化形成发光区，所述上DBR层的上表面相对所述发光区形成出光孔，一所述发光区与一所述出光孔相对设置；
所述金属层层叠于所述上DBR层的上表面且露出所述出光孔，所述抗反射涂层层叠于所述金属层上；
每一所述第一VCSEL芯片还包括沿所述衬底的第一侧边并排设置的多个正电极和沿所述衬底的第二侧边并排设置的多个负电极，所述第一侧边和所述第二侧边为相邻侧边；
每一所述第一发光单元的上DBR层与对应所述正电极连接，每一所述第一发光单元的下DBR层与对应所述负电极连接。
5.如权利要求3所述的发射模组，其特征在于，所述第二VCSEL芯片位于所述发射模组的探测视场的中心视场和/或边缘视场；
所述发光衬垫包括垂直于衬底间隔设置的正极衬垫和负极衬垫，所述正极衬垫和所述负极衬垫受电发光，并透过所述衬底的出光孔出射若干条光线；
所述正极衬垫包括自上而下依次层叠设置的上DBR层、有源层、氧化层、下DBR层和正电极层；
所述负极衬垫包括自上而下依次设置的导电层和负电极层，所述正电极层和所述负电极层与基板对应贴装。
6.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述抗反射涂层为单层的抗反射膜，单层的所述抗反射膜的光学厚度为所述VCSEL芯片的发射波长的四分之一。
7.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述抗反射涂层包括多层抗反射膜，每层所述抗反射膜的材料不同。
8.如权利要求6或7所述的发射模组，其特征在于，每层所述抗反射膜的材料分别为Al2O3、Si3N4、SiO2中的对应一者。
9.一种激光发射模块，其特征在于，包括激光驱动电路和如权利要求1~8任一项所述的发射模组；
所述激光驱动电路对应与所述发射模组连接。
10.一种激光雷达设备，其特征在于，包括控制模块、激光接收模块和如权利要求9所述的激光发射模块，所述控制模块分别与所述激光接收模块和所述激光发射模块连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311036331.6A CN116774190A (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 发射模组、激光发射模块和激光雷达设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311036331.6A CN116774190A (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 发射模组、激光发射模块和激光雷达设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116774190A true CN116774190A (zh) | 2023-09-19 |
Family
ID=88011847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311036331.6A Pending CN116774190A (zh) | 2023-08-17 | 2023-08-17 | 发射模组、激光发射模块和激光雷达设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116774190A (zh) |
Citations (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030227952A1 (en) * | 2002-06-07 | 2003-12-11 | Su-Wei Chiu | VCSEL device with single-mode output |
| US20060029118A1 (en) * | 2004-08-03 | 2006-02-09 | Chih-Cheng Chen | High-power single-mode vertical cavity-surface emitting laser |
| JP2007199212A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Seiko Epson Corp | マイクロレンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
| CN101331622A (zh) * | 2005-12-19 | 2008-12-24 | 昭和电工株式会社 | 倒装芯片型半导体发光器件、用于制造倒装芯片型半导体发光器件的方法、用于倒装芯片型半导体发光器件的印刷电路板、用于倒装芯片型半导体发光器件的安装结构、以及发光二极管灯 |
| CN101604819A (zh) * | 2008-06-11 | 2009-12-16 | 株式会社理光 | 表面发射激光器元件、阵列、光学扫描装置和成像设备 |
| CN204167352U (zh) * | 2013-09-27 | 2015-02-18 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光二极管芯片及具有此的发光器件 |
| CN106450019A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-02-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 有机发光二极管阵列基板及制备方法、显示装置 |
| CN108361567A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-03 | 深圳市光盟电子有限公司 | 多色可调式led结构 |
| CN109560455A (zh) * | 2017-09-26 | 2019-04-02 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 一种激光器阵列 |
| US20190273905A1 (en) * | 2017-05-15 | 2019-09-05 | Shenzhen Orbbec Co., Ltd. | Vcsel array light source |
| CN110880676A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-13 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 一种半导体激光器的制备方法 |
| CN111261652A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-06-09 | 神盾股份有限公司 | 集成光学传感器及其制造方法 |
| CN212659827U (zh) * | 2020-07-10 | 2021-03-05 | 欧菲微电子技术有限公司 | 垂直腔面发射激光器以及具有其的摄像模组 |
| CN112688159A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-04-20 | 武汉仟目激光有限公司 | 基于双波长的半导体激光器芯片封装 |
| CN113346351A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-03 | 深圳博升光电科技有限公司 | 一种光学芯片 |
| US20220013419A1 (en) * | 2020-07-08 | 2022-01-13 | SK Hynix Inc. | Semiconductor package |
| CN114649744A (zh) * | 2020-12-18 | 2022-06-21 | 上海禾赛科技有限公司 | 谐振腔、激光单元、激光器以及激光雷达 |
| CN115117735A (zh) * | 2021-03-17 | 2022-09-27 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光器、光源模组及激光雷达 |
| CN115360585A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-18 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种基于多波长vcsel激光器的激光雷达系统 |
| CN115642473A (zh) * | 2021-07-19 | 2023-01-24 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光器阵列及其形成方法、光源模组、激光雷达 |
| CN116299326A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-06-23 | 森思泰克河北科技有限公司 | 激光雷达 |
| CN116413730A (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 测距方法、装置、存储介质及激光雷达 |
-
2023
- 2023-08-17 CN CN202311036331.6A patent/CN116774190A/zh active Pending
Patent Citations (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030227952A1 (en) * | 2002-06-07 | 2003-12-11 | Su-Wei Chiu | VCSEL device with single-mode output |
| US20060029118A1 (en) * | 2004-08-03 | 2006-02-09 | Chih-Cheng Chen | High-power single-mode vertical cavity-surface emitting laser |
| CN101331622A (zh) * | 2005-12-19 | 2008-12-24 | 昭和电工株式会社 | 倒装芯片型半导体发光器件、用于制造倒装芯片型半导体发光器件的方法、用于倒装芯片型半导体发光器件的印刷电路板、用于倒装芯片型半导体发光器件的安装结构、以及发光二极管灯 |
| JP2007199212A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Seiko Epson Corp | マイクロレンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
| CN101604819A (zh) * | 2008-06-11 | 2009-12-16 | 株式会社理光 | 表面发射激光器元件、阵列、光学扫描装置和成像设备 |
| CN204167352U (zh) * | 2013-09-27 | 2015-02-18 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光二极管芯片及具有此的发光器件 |
| CN106450019A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-02-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 有机发光二极管阵列基板及制备方法、显示装置 |
| US20190273905A1 (en) * | 2017-05-15 | 2019-09-05 | Shenzhen Orbbec Co., Ltd. | Vcsel array light source |
| CN109560455A (zh) * | 2017-09-26 | 2019-04-02 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 一种激光器阵列 |
| CN108361567A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-03 | 深圳市光盟电子有限公司 | 多色可调式led结构 |
| CN111261652A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-06-09 | 神盾股份有限公司 | 集成光学传感器及其制造方法 |
| CN110880676A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-03-13 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 一种半导体激光器的制备方法 |
| US20220013419A1 (en) * | 2020-07-08 | 2022-01-13 | SK Hynix Inc. | Semiconductor package |
| CN212659827U (zh) * | 2020-07-10 | 2021-03-05 | 欧菲微电子技术有限公司 | 垂直腔面发射激光器以及具有其的摄像模组 |
| CN114649744A (zh) * | 2020-12-18 | 2022-06-21 | 上海禾赛科技有限公司 | 谐振腔、激光单元、激光器以及激光雷达 |
| CN115117735A (zh) * | 2021-03-17 | 2022-09-27 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光器、光源模组及激光雷达 |
| CN112688159A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-04-20 | 武汉仟目激光有限公司 | 基于双波长的半导体激光器芯片封装 |
| CN113346351A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-03 | 深圳博升光电科技有限公司 | 一种光学芯片 |
| CN115642473A (zh) * | 2021-07-19 | 2023-01-24 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光器阵列及其形成方法、光源模组、激光雷达 |
| CN116413730A (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 测距方法、装置、存储介质及激光雷达 |
| CN115360585A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-18 | 福建慧芯激光科技有限公司 | 一种基于多波长vcsel激光器的激光雷达系统 |
| CN116299326A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-06-23 | 森思泰克河北科技有限公司 | 激光雷达 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109075184B (zh) | 发光二极管 | |
| CN103988322B (zh) | 半导体发光器件 | |
| US6369506B1 (en) | Light emitting apparatus and method for mounting light emitting device | |
| US12015112B2 (en) | Light emitting diode | |
| KR101974576B1 (ko) | 대면적을 갖는 투과형 광 이미지 변조기 및 그 제조 방법과 투과형 광 이미지 변조기를 포함하는 광학장치 | |
| US9385258B2 (en) | Optoelectronic semiconductor device with protective and reflective sheaths | |
| CN214795207U (zh) | 固态激光雷达 | |
| KR20170007117A (ko) | 발광 다이오드, 그것을 제조하는 방법 및 그것을 갖는 발광 소자 모듈 | |
| WO2022193756A1 (zh) | 激光器、光源模组及激光雷达 | |
| JP2003031840A (ja) | 発光ダイオードアレイ | |
| CN116774190A (zh) | 发射模组、激光发射模块和激光雷达设备 | |
| CN115201844A (zh) | 固态激光雷达及使用其进行探测的方法 | |
| CN116230733B (zh) | 一种Micro LED芯片及其制备方法 | |
| US20240128725A1 (en) | Surface-emitting laser array, light source module, and distance-measuring apparatus | |
| WO2021187891A1 (ko) | 표면발광 레이저소자 및 이를 구비한 거리측정장치 | |
| JP7082666B2 (ja) | 発光半導体デバイス | |
| CN112582507B (zh) | Led芯片及显示面板 | |
| CN115642473A (zh) | 激光器阵列及其形成方法、光源模组、激光雷达 | |
| CN117878216A (zh) | 倒装发光二极管和半导体发光装置 | |
| CN113903845A (zh) | 微型发光二极管芯片及其制备方法 | |
| US20230014850A1 (en) | Flip-chip light-emitting diode and semiconductor light-emitting device | |
| CN113763828B (zh) | 显示结构及电子器件 | |
| CN118380866B (zh) | 激光器模组及其制作方法 | |
| CN114724470B (zh) | 微型led芯片阵列片及微型led显示模组 | |
| CN118299488B (zh) | 微型发光二极管显示器件及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |