CN105874662B - 用于高频率操作的光电器件的多光束阵列的微透镜 - Google Patents
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Abstract
一种由电触头上的凸起的VCSEL的单片阵列和连接至电触头的凸起的非活动区形成的VCSEL阵列器件。VCSEL可以以提高功率或速度的方式对称地或不对称地间隔开或者同相位地且平行地间隔开。凸起的VCSEL和凸起的非活动区被设置在电触头与电波导之间。VCSEL可以被分成子阵列，并且每个VCSEL可以被覆盖有用于对光进行定向的集成或接合的微透镜而没有外部透镜。可以偏移微透镜以收集光或者对光进行准直，并且可以使微透镜成形为形成各种透镜轮廓。
Description
相关申请的交叉引用
本国际申请要求2013年5月24日提交的美国专利申请No.13/902,555的权益；并且涉及2011年3月31日提交的题为“Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices forHigh Frequency Operation(用于高频率操作的光电器件的多光束阵列)”的美国专利申请No.13/077,769；2010年2月17日提交的题为“Multibeam Arrays of OptoelectronicDevices for High Frequency Operation(用于高频率操作的光电器件的多光束阵列)”的美国专利申请No.12/707,657，现在为美国专利No.7,949,024；以及2009年2月17日提交的题为“Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices for High Frequency Operation用于高频率操作的光电器件的多光束阵列)”的美国专利申请No.61/153,190。
本国际申请还要求2013年4月22日提交的题为“Addressable Illuminator withEye-Safety Circuitry(利用对眼睛安全的电路的可寻址照明器)”的美国专利申请No.13/868,034的权益，该美国专利申请要求2012年4月20日提交的题为“AddressableIlluminator with Eye-Safety Circuitry(利用对眼睛安全的电路的可寻址照明器)”的临时美国专利申请No.61/636,570的权益，以上内容通过引用整体并入本文中。
技术领域
本申请涉及半导体器件，并且更具体地涉及用于高功率和高频率应用的光子器件的多光束阵列的微透镜结构以及制造和使用该微透镜结构的方法。
背景技术
半导体激光器由于其较高的效率、在尺寸、重量和功率(SWAP)上优于其他形式的高功率激光器的优点以及其较低的成本在高功率激光器应用方面已经产生了影响。许多激光器应用需要高功率和高频率响应，例如工业切割和焊接、激光探测和测距(LADAR)、医学工程、航空防御、光学泵浦掺稀土元素光纤激光器、二极管泵浦固态激光器(DPSS)中的光学泵浦固态晶体、光纤通信以及融合研究等。由于它们的高功率阵列输出，所以在这样的应用中广泛使用边缘发射半导体激光器。然而，这些边缘发射激光器的降级是常见的，这主要是因为由于暴露的发射端面处的高光功率密度而引起灾难性光学损伤(COD)的发生。
相比而言，垂直腔面发射激光器(VCSEL)不经受灾难性光学损伤，因为增益区域被嵌入在外延结构中并因此不暴露于外部环境。另外，与边缘发射器结相关联的光波导具有相对较小的区域，从而导致与VCSEL相比显著更高的功率密度。实际结果是，与典型的边缘发射激光器相比，VCSEL可以具有较低的故障率。
迄今为止，VCSEL已被更常见地用于需要较高频率调制但不需要较多功率的数据和电信应用。VCSEL在此类型的应用中提供了优于边缘发射激光器的优点，所述优点包括易于制造、可靠性更高以及高频调制特性更好。VCSEL阵列还可以以比边缘发射激光器阵列高得多的成本有效地制造。然而，关于现有的VCSEL设计，由于阵列的面积增大，所以频率响应受由多元件设计、寄生阻抗以及由高电流所需的焊线或引线的频率响应而产生的热复杂性所影响。因而，阵列的调制频率减小。
VCSEL和用于制造VCSEL的方法是已知的。参见例如美国专利No.5,359,618和No.5,164,949，所述专利通过引用被并入本文中。将VCSEL形成为二维阵列以用于数据显示也是已知的。参见美国专利No.5,325,386和No.5,073,041，所述专利通过引用被并入本文中。尤其是在美国专利No.5,812,571中，已经提到了用于较高输出功率的倒装芯片多光束VCSEL阵列，其通过被引用并入本文中。
然而，提供高频率调制和高功率二者的VCSEL阵列尚未被充分开发。此外，将这样的设备排列到一起增加了热量产生，从而增加了对高频率操作的负面影响。
此外，用于短程移动设备通信的自由空间光链路一般被设计有用于(使用准直光学元件)高效传输低发散光束的光学元件和用于(使用聚光透镜)有效接收入射光的光学元件。因为高速检测器非常小，在5-10Gb/s的速度下直径为约60μm，所以收集光学元件使光向下聚焦成小光斑，以获得良好的信噪比。因此，这样的系统对对准非常敏感，因为如果某物移动或扰动对准，则小光斑可能轻易地错过小探测器。这使得难以在移动设备之间进行自由空间光通信。例外是IrDA(红外数据协会)标准，其将基于LED的传输使用到非常宽的传输光束和半球形收集光学器件中。尽管自由空间光学链路以相对较低的速度流行一时，但是随着移动设备构思已经发展，需要开发在实际上可以彼此接触的或隔开仅数毫米的两个设备之间的高带宽通信。尽管存在有将在这些近场范围内工作的射频方法，但这些射频方法具有包括是安全问题的全向发送以及由于RF干扰问题而引起的监管问题在内的缺点。
发明内容
实施方式涉及：被称为VCSEL阵列器件的具有高功率和高频率响应的多光束光电器件、可以在该多光束光电器件上形成的各种微透镜结构以及使用各种微透镜结构的各种方法。VCSEL阵列器件是由两个或更多个VCSEL和短路台面器件阵列构成的VCSEL的单片阵列。VCSEL阵列的VCSEL可以对称或不对称地间隔开、根据用于改进功率或速度特性的数学函数而间隔开或以彼此相邻的相位关系设置在电并联电路中。VCSEL阵列的VCSEL电连接到在散热基底(substrate)或载体上形成的第一金属接触焊盘。短路台面阵列器件形成在VCSEL阵列旁边，并且设备被接合到散热基底或载体上的第二金属接触焊盘。这些台面器件形成从基底接地到第二金属接触焊盘的短路。VCSEL阵列的每个VCSEL包括：金属散热片结构，其增加了每个VCSEL台面的高度；散热片结构；以及焊料。散热片结构、VCSEL阵列和台面器件阵列之间的关系降低了VCSEL阵列器件的寄生阻抗特性，由此增加其输出功率以及提高其高频响应。VCSEL阵列和短路台面器件阵列还可以被设置成在接合的光电子器件中以接地-信号-接地配置形成共面波导引线。该配置提供了优良的信号调制特性。可以使用多种技术在阵列的各个VCSEL器件上形成微透镜。微透镜可以被构造成和/或图案化为利用输出激光实现多个效果而不是利用外部透镜来实现。
附图说明
提供了附图来图示本文所描述的示例性实施方式，并非意在限制本公开内容的范围。
图1是示出VCSEL器件和短路台面器件二者的台面结构的简化的截面图，包括根据实施方式的电介质沉积、金属沉积和氧化结构以及其他特征；
图2是示出VCSEL器件和短路台面器件的另一简化的截面图，还示出了根据实施方式的散热片、粘合层以及其他特征；
图3A是图案化的散热基底的俯视图，示出了由包围接地平面、到接地平面间隙分离的信号引线以及根据实施方式的信号引线形成的共面波导；
图3B是图3A的共面波导的实施方式，其中接地平面延伸到散热片的边缘并且在VCSEL器件的接触焊盘周围形成回路；
图4是在接合之前的图2的VCSEL阵列器件和图3A的散热基底的截面图；
图5是在镀覆之后的VCSEL阵列器件的实施方式的示意图；
图6是示出VCSEL阵列器件的实施方式的L-I-V特性的曲线图；
图7是示出VCSEL阵列器件的实施方式的调制频率的曲线图；
图8是示出VCSEL阵列器件的实施方式的在450mA偏置电流下的不同阵列位置的激光调制频率的示图。
图9是示出来自VCSEL阵列器件的实施方式的脉冲宽度的曲线图；
图10是设置在根据实施方式的VCSEL阵列器件上的多个透镜的局部断开(partially-broken)的截面图；
图11是在VCSEL阵列器件的每个VCSEL器件上方将多个透镜中的每个透镜放置在偏移位置中的方式的示意图；
图12是具有位于VCSEL阵列器件后面的聚焦光斑(focus spot)的微透镜的实施方式的示意图；
图13是VCSEL阵列器件利用倒装芯片来接合到基板(submount)的实施方式的示意图；
图14是VCSEL阵列器件利用子阵列倒装芯片来接合到基板的实施方式的示意图；
图15是图14的基板的电触头和传输线路的示意图；
图16是VCSEL阵列器件的两个子阵列在探测器上形成圆的实施方式的示意图；
图17是针对检测器对形成较大圆的子阵列进行分组的实施方式的示意图；
图18是基板上的收发器的实施方式的示意图；
图19是子阵列的线性阵列和外部微距透镜(macro lens)的实施方式的示意图；
图20是图17的开关应用的线性阵列的实施方式的示意图；
图21是将非线性激光器阵列和微距透镜操作为数字开关设备的实施方式的示意图；
图22是连接至数字开关激光器阵列的计算或通信设备的实施方式的示意图；
图23是线性收发器的实施方式的示意图；
图24是4×4光开关的实施方式的示意图；
图25是12×12光开关的实施方式的示意图；以及
图26是在空间中聚焦于不同点的激光器器件阵列的实施方式的示意图。
具体实施方式
VCSEL阵列器件(例如在美国专利No.5,812,571中所描述的VCSEL阵列器件)为采用金属接触层的倒装芯片VCSEL阵列器件，该金属接触层还用作顶部反射镜的反射器并且形成在每个台面上方。通常利用例如电子束(e-beam)蒸发或溅射以创建高度均匀或反射表面的技术来沉积该单一金属层。尽管这些沉积技术对于所述应用是正常的，但是他们在寻求实现包围台面的厚金属层时是不恰当的，在这样的设备中这对改进的热减少是至关重要的。为了使用现有技术来沉积足够厚的层，必须使用大量的金属，如金(Au)，这显著提高了这种设备的成本。该类型的设计以及其他现有VCSEL阵列器件的设计还使系统的总阻抗升高并且使热管理复杂，从而限制了由这样的阵列可获得的功率和速度。
在本文所述的实施方式中，通过将公共p接触区域减小到最小尺寸并且增加共同接触焊盘与基底地之间的距离来实现来自光学半导体器件阵列的热耗散，以及寄生电容和电感二者的减小(在此统称为“寄生阻抗的减小”)，同时围绕在从共面波导的属性导出的距离处具有接地平面的公共接触焊盘，以及形成与阵列中的每个有源台面元件和接地台面靠近的凸起的散热片。实施方式的最小化的公共p接触区域显著地背离于需要扩展的公共p接触区域的现有设计，以便与焊线(wire bond)进行接触。实施方式消除了对焊线的需要。引线的消除使电感降低，同时在从基底地到散热基底上的接触焊盘的电偏压下所得到的台面和散热片结构的凸起高度使负电位与正电位之间的距离增加，从而降低了系统的整体寄生电容。这通过使用晶种层(seed layer)形成厚镀覆金属散热片来实现，该厚镀覆金属散热片使得能够通过每个VCSEL的边缘减少大量的热，以及改善频率响应。
此外，地(或负的)电连接通过短路台面器件使电流流动通过共面引线并且到达散热器或减热基底来接触，而无需使用焊线。焊线在现有设计中用于将基底的顶部连接到封装件的地，而焊线是不期望的，因为焊线引入寄生电感，这对VCSEL阵列器件的频率响应具有负面影响。此外，现有设计所要求的大量引线引入了显著的制造复杂性、较大的缺陷可能性以及增加的成本。
图1示出了根据实施方式的VCSEL阵列器件100的简化的示意性截面。应当理解的是，本实施方式中的VCSEL阵列器件的示意图示出了半导体器件阵列以及制造和接合半导体器件阵列的方法。然而，应当理解的是，其中所公开的方法可以用于制造其他半导体器件的阵列，例如发光二极管、光电检测器、边缘发射激光器、调制器、高电子迁移率晶体管、谐振隧穿二极管、异质结双极晶体管、量子点激光器等。此外，应当理解的是，实施方式中的VCSEL阵列器件100的示意图仅出于说明的目的，而不以任何方式意在限制本发明的范围。
在本实施方式中，VCSEL阵列器件100包括含有砷化镓(GaAs)的基底102，但是其他材料如磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、硅(Si)、外延生长材料等也可以用于形成基底102。还应当理解的是，基底102通常包括晶格常数，晶格常数被选择来使在基底102上随后生长的材料层中的缺陷最小化。还应当理解的是，对随后生长的材料层的组合物和厚度中的至少一个的选择将提供期望的操作波长。通过使用分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等的外延生长来在基底102上沉积随后的层。
在本实施方式中，在基底102上外延地沉积有晶格匹配的下部分布布拉格反射器(DBR)104，以形成VCSEL台面103和短路/短接/接地台面105的第一凸起层。下部DBR 104由交替的材料的多个层形成，通过改变(高的和低的)折射率或通过介质波导的一些特性(如高度)的周期性变化，从而引起波导中有效折射率的周期性变化。每个层边界引起光波的部分反射，其中所得到的层的组合用作在期望的操作波长下的高品质反射镜。因此，尽管下部DBR 104(和如下面进一步描述的上部DBR 108)包括多于一个材料层，但是本文中为了简单和便于讨论，在图1中示出为下部DBR 104包括单个层。还可以使下部DBR 104的一部分具有导电性，以允许与VCSEL阵列器件进行电接触(未示出)。
在实施方式中，在下部DBR 104上外延地沉积了活性区106。尽管被示为单个层(同样是为了简单和便于讨论)，但是活性区106包括覆层(和/或波导)层、阻挡层以及能够以期望的操作波长发射大量光的活性材料。在实施方式中，操作的波长是在从约620nm到约1600nm的大致给定范围内的波长(对于GaAs基底)。然而，应当理解的是，其他波长范围可以是合乎期望的，并且这将取决于具体应用。
如本领域技术人员理解的，根据对用于创建下部DBR 104和上部DBR 108的材料以及活性区106的组合物的选择来基本上确定发射的波长。此外，应当理解的是，活性区106可以包括各种发光结构，例如量子点、量子阱等。在实施方式中，上部DBR 108被设置在活性区106上，并且类似的下部DBR 104是导电的以使得能够形成欧姆电连接(未示出)。在一些实施方式中，下部DBR 104为n掺杂并且上部DBR 108为p掺杂，但是这可以反过来，其中，下部DBR 104为p掺杂并且上部DBR 108为n掺杂。在其他实施方式中，可以采用电绝缘的DBR(未示出)，其利用比较靠近活性区的腔内触头和层。
在一些实施方式中，上部反射镜接触层109被设置在上DBR 108上。接触层109一般为重掺杂，以便于与沉积在接触层109上的金属进行欧姆电连接并且因此与电路(未示出)进行欧姆电连接。在一些实施方式中，接触层109可以形成为上部DBR 108的一部分。
可以使用光刻和蚀刻来限定以上所述的台面103和台面105中的每一个以及它们的结构。这可以通过共同的光刻步骤对外延生长的层进行图案化(例如对正厚抗蚀剂进行涂布、曝光以及显影)来实现。抗蚀剂的厚度可以如本领域已知的那样根据抗蚀剂与外延层之间的蚀刻选择性以及所需台面几何形状进行变化。
对于GaAs基材料，通常使用氯(Cl)基干式蚀刻等离子体(如Cl2:BCl3)来完成蚀刻，但可以使用任何数目的气体或混合物。还可以通过许多湿式蚀刻剂来完成蚀刻。还可以使用其他形式的蚀刻如离子研磨或反应性离子束蚀刻等。蚀刻的深度被选择为足够深以隔离阵列中的台面的活性区。在N个反射镜(下部DBR 104)上、在N个反射镜(下部DBR104)中所形成的蚀刻停止/接触层上或者通过N个反射镜(下部DBR 104)到基底102中，蚀刻终止。在蚀刻以形成台面之后，去除剩余的光刻胶。这可以使用湿溶剂清洁或干燥氧气(O2)蚀刻或两者的组合来实现。
还可以在每个台面内形成约束区110。在VCSEL台面103内，约束区110限定设备的孔112。约束区110可以被形成为索引引导区、电流导向区等，并且向孔112提供光学约束和/或载流子约束。可以通过氧化、离子注入和蚀刻来形成约束区110。
例如，铝(Al)含量高的层(或多层)的氧化可以通过对晶片或样品在通过水(H2O)产生鼓泡并被注入到通常超过400℃的炉中的加热的氮(N2)的环境中的放置进行定时来实现。还可以使用针对电流约束用于限定离子注入区的光刻步骤以及这些技术与本领域中已知的其他技术的组合。
应当理解的是，约束区110、限定孔112可以包括多于一个的材料层，但是为了简单和便于讨论，在本实施方式中示出为包括一个层。还应当理解的是，可以使用多于一个的约束区。
在附图中所示的实施方式中，台面尺寸以及产生VCSEL的光的孔是相同的并且具有均匀的间距。然而，在一些实施方式中，阵列中的设备的各个VCSEL台面尺寸可以不同。此外，阵列中的VCSEL台面间隔可以不同。在一些实施方式中，阵列100中的产生VCSEL台面的光的间隔在约20μm与200μm之间。然而，更大和更小的间隔也是可行的。
可以使用或处理电介质沉积，以限定接触表面的开口。第一，通常由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来实现电介质材料114在器件100的整个表面上的沉积，但是还可以使用其他的技术，例如原子层沉积(ALD)。在实施方式中，电介质覆层114是在上表面(包括台面侧壁)上方的保形覆层(conformal coating)，并且电介质覆层114足够厚以防止漏电流从其后的金属层通过针孔。
当选择该膜的厚度时所要考虑的其他的性质是在(下面参照图2进一步描述的)镀覆金属散热片124与基底102接之间产生的电容，其中电介质层114越厚越有利，并且需要在VCSEL 103的侧壁上的电介质层114将热从活性区传递到散热片124，其中较薄的层将是有益的。在一些实施方式中，使用不同的沉积技术的多次沉积可以用于实现具有这两种性质的层。这种技术的示例是在PECVD氮化硅(Si3N4)的沉积与Si3N4的电子束沉积之后，或可以以较高的定向沉积速率来沉积另一电介质，从而在入射表面上设置更厚的电介质材料。一旦电介质层114已经形成，然后使用光刻处理来限定每个VCSEL台面上方的电介质中的开口，其中要进行与顶部反射镜接触层109的接触。在每个VCSEL台面103之间的基底102上方、在接地台面105周围的基底102上方、在每个接地台面105的顶部和侧面上方还去除了电介质层114。
现在转到图2，下一个处理步骤是用于限定在顶部反射镜108上方的接触的光刻处理，其中，在上述步骤中使电介质形成开口，使得在随后的步骤中能够在其中形成P金属层。在实施方式中，光刻胶的开口区域通常为约几微米宽，略微大于电介质的开口。在其他实施方式中，光刻胶开口的直径可以小于电介质开口的直径或者与在后面的步骤镀覆的短路台面上方的散热片材料的直径一样大。除非电介质覆层是共形的并且覆盖台面基底处的N个反射镜部分，否则该开口不可能大于在有源光产生台面中的台面直径或者随后的金属将使p电位和n电位短路。
一旦限定了光刻胶中的开口区域，则可以在开口区域上方通常利用P型金属进行金属化。p金属接触层120通常是通过电子束、阻性蒸发、溅射或任何其他的金属沉积技术所沉积的多层沉积。首先沉积薄的钛(Ti)层以供下一层的粘合。此粘合层的厚度可以显著地变化，但一般被选择为介于约与约之间，由于Ti膜是应力的并且阻性大于后续层的阻性。在实施方式中，粘合层为约厚。可以用其他粘合剂金属层(如铬(Cr)、钯(Pd)、镍(Ni)等)来替代该层。此外，该层可以用作反射器层，以增加接触反射镜的反射率。
在沉积期间不破坏真空的情况下，在粘合层的顶部上直接沉积下一层。在许多情况下，该层用作保护以防止金(Au)或其他顶部金属由于在接合阶段的过度加热而扩散得太远进入触头中(扩散阻挡)。所选择的金属通常是钯、铂(Pt)、镍、钨(W)或其他金属或者为了此目的所选择的这些金属的组合。所选择的厚度应当取决于在倒装芯片处理中所需的特定粘合温度。该层的厚度一般介于约至约之间。在使用低温接合处理的实施方式中，例如在铟接合处理中，扩散阻挡层可以是可选的并且不被沉积为金属接触堆叠(stack)的一部分。
下一层通常为Au，但也可以是钯或铂或者混合物，例如金铍(AuBe)或金锌(AuZn)。在下面描述的实施方式中，该层的厚度为约然而，该层一般可以具有宽范围的厚度，这取决于照片抗蚀属性和沉积的加热特性。在一些实施方式中，此时还可以沉积另一种金属，以增加金属厚度并在此阶段形成金属散热片，从而减少了处理步骤的数目，但是该技术并不是必要的并且在如下所述的示范设备中没有利用该技术。
针对此光刻处理通常选择常见的剥离技术，以使沉积在表面上的金属可以容易地与覆有光刻胶的表面区域分离，使得光刻胶上的任何金属被去除而不会粘附到半导体或不会影响金属与半导体的粘合。如上所述，然后使用光刻处理限定基底102的各个部分和短路的n接触台面105上方的开口，其中电介质是在前一步骤中被形成开口。在实施方式中，在与n金属沉积相对应的光刻胶的开口区域应当略微大于关于n金属的电介质开口中的开口。然后沉积N金属层122，并且可以通过下部DBR 104(如果n反射镜)、在下部DBR 104内或者到基底102本身的通常重掺杂的蚀刻终止和接触层来与基底102形成电路。形成n金属层122的处理类似于p金属层120的处理。金属层可以被选择为包括Ni/Ge/Au、Ge/Au/Ni/Au或许多这样的组合。在一些实施方式中，第一层或多个层被选择成通过扩散到基底102的n掺杂外延材料来减小接触电阻。在其他实施方式中，由于材料的各种扩散性能，多层金属堆叠的第一层还可以被选择作为扩散限制层，如Ni，使得在退火处理中金属不“结块”并且是独立的。对这些金属的均匀分配扩散是合乎期望的并且可以用于降低接触电阻，这也会减少热。这种多层金属堆叠的厚度可以显著地变化。在将要描述的本实施方式中，分别使用厚度为的Ni/Ge/Au金属堆叠。
然后，在晶片上进行快速热退火(RTA)步骤以降低接触电阻。对于所述的实施方式，处理温度迅速上升到～400℃、保持约30秒并且降至室温。RTA步骤的温度和时间条件取决于金属化，并且可以如本领域的普通技术人员已知的那样使用实验的设计(DOE)来确定。
在其他实施方式中，该步骤可以在处理流程的较早阶段或较晚阶段进行，但是一般在沉积焊料之前完成，从而减少焊料或粘合性金属的氧化。使用并开发光刻处理(使用光刻胶薄层，通常约1μm至3μm)来限定基底102上方的接触开口和短路的N接触台面105上方的接触开口以及有源台面103上方的接触开口，其中将镀覆或建立散热片结构。下一步骤是金属晶种层的沉积，并且通常是多层沉积以及通过电子束、阻性蒸发、溅射或任何其他金属沉积技术来沉积。可以选择金属层如Ti/Au、或许多这样的组合，其中，第一层或多个层被沉积用于粘合并易于蚀刻掉并且第二层被沉积用于导电并易于蚀刻掉。如果该技术用于建立散热片，则晶种层在允许镀覆的电连接的表面上是连续的。
在实施方式中，然后通过镀覆来沉积厚的金属，以形成散热片124。然而，还可以使用其中不需要金属晶种层的其他沉积方法。对于镀覆，使用光刻处理来限定利用前一晶种层抗蚀剂所限定的开口上方的开口。在将发生沉积的区域中去除光刻胶。光刻胶的厚度必须被选择为使得其在限定了厚金属之后容易脱落，并且通常在约4μm至约12μm的厚度范围内。使用O2或水与氢氧化铵(NH4OH)组合进行等离子清洁，以清除在金晶种层上留下的任何抗蚀剂。接下来借助于标准镀覆程序来镀覆散热片124金属。在所描述的实施方式中，铜(Cu)由于其热传导属性而被选择为用于镀覆的金属，但是能够提供良好导热性并提供不会降低器件可靠性的界面的非氧化金属如Au、Pd、Pt等可能更合适。镀覆厚度可以变化。在所描述的实施方式中，使用约3μm厚度。
接下来，将晶片或样品放置在焊料镀覆剂(如铟(In)镀覆)中以形成接合层126。在该步骤，针对它们的接合特性可以选择其他金属。厚度可以显著地变化。在所描述的实施方式中，在散热片上沉积了约2μm的镀覆In。然而，还可以使用其他焊料，如金锡(AuSn)合金，并且还可以使用可替换的沉积技术，例如溅射。在金属沉积完成之后，然后如前所述的那样使用溶剂、等离子体清洗或二者的组合来去除光刻胶，并且利用蚀刻Au的干式蚀刻或湿式蚀刻来蚀刻晶种层，然后以蚀刻Ti和/或去除TiO2的干式蚀刻或湿式蚀刻来蚀刻晶种层。然后利用标准抗蚀剂清洁方法来清除掉晶种层光刻胶。此时，VCSEL阵列基底完成并且准备接合。
具有厚散热材料的台面的完整包装是实施方式的重要方面。由于台面的活性区最靠近于其中形成有厚散热材料的边缘，所以具有良好的导热性，从而使得实施方式的设计能够高效率地且有效地去除由这些活性区产生的热。如前所述，这与将散热材料放置在台面的顶部上的现有VCSEL阵列器件减热技术显著地不同。这些现有或以前的设计需要热移动通过一系列较高导热性材料(反射镜)或电介质，由此导致较低效率且不太有效的减热。
尽管一些现有设计包括具有用于减热的目的的散热材料薄层的台面，但是这些设计没有考虑到所得到的散热片的高度。通过使用厚的散热层并添加至散热基底上的n基底接地电位与p接触面之间的距离，本实施方式随着散热层的高度增加来降低系统的寄生电容。此外，除了减热，附加材料的积聚(build-up)使频率响应增大。在另一实施方式中，电介质层114覆盖整个n反射镜或台面周围的基底并且不形成开口，使得散热材料可以完全涵盖全部台面并且形成一个大的散热片结构，而不是散热片的各个台面。在此情况下，仅需要将n触头从短路的台面延伸到基底。实施方式的散热片还通过减少由相邻台面产生的热量来改进VCSEL阵列的操作。在大多数电气设备内，耐热性的降低将增大每个器件的频率响应。通过改进本设备的VCSEL阵列器件的散热性能，VCSEL阵列器件的高速性能的显著增加成为可能。另外，在本实施方式中还明显的是，由于与现有阵列电路相比加厚的散热积聚，给定额外高度的台面通过增加基底接地平面与连接平行的所有有源台面的正接触板之间的距离来减少电容。所得效果是电路的寄生阻抗的降低，寄生阻抗的降低还增加了整个阵列的频率响应。
另外，形成围绕活性区的子阵列的短路台面设计使得电流能够从制造的VCSEL基底直接流到散热器上的接地平面，而无需使用形成多个焊线的操作。实施方式的该方面降低了制造的复杂性，并且还使来自现有阵列中显示的多条引线的寄生电感减少。短路的台面设计在被倒装芯片式接合到散热器基底时形成共面波导，这有益于阵列的频率响应。该设计特征还使得包装设计更简单而不需要凸起的焊线，这还会影响可靠性和定位。
现在参照图3A，描述了用于制备以不导电的方式附接到阵列100的散热基底或减热基底200的处理。首先，在基底的表面上方沉积并限定光刻胶。然后针对下一个光刻处理选择一般常见的剥离技术，使得金属被沉积在表面上并且可以易于从覆有光刻胶的表面区域去除。然后利用任何方法来沉积金属层。通过任何标准抗蚀剂清洁技术将光刻胶清除掉。一旦这已经完成，则散热器或减热基底准备倒装芯片式接合。然后创建两个接触焊盘：第一接触焊盘202，用于与VCSEL器件103进行连接；以及第二接触焊盘204，用于与短路的台面器件105进行连接。
在另一实施方式中，可以将金属沉积在电介质材料的整个表面上并且然后利用光刻处理来限定金属，同时将暴露的区域蚀刻掉，从而留下两个非连接的金属焊盘202和204。在实施方式中，第一接触焊盘(或信号焊盘)202为大致圆形并且第二接触焊盘(或接地焊盘)204形成围绕第一接触焊盘202的环路，从而以接地-信号-接地配置形成共面波导引线。该配置就优良的信号特性来说是公知的，并且允许灵活的设备测试和封装。在其他实施方式中，接触焊盘202可以为正方形或另一形状，其中接地焊盘204形成如图3B所示的围绕接触焊盘202的回路。接地平面或回路必须具有从接触焊盘202起的一致间隙206宽度，以保持最佳的操作特性，然而，接地金属的其余部分可以延伸超出图3A所示的环，甚至到如图3B所示的基底的边缘，以便于接地连接。
共面波导可以被设计成：基于给定的金属和非导电基底厚度和材料特性，通过简单地调整间隙宽度206和/或信号引线宽度来匹配驱动器电路的阻抗。用于对具有有限厚度的电介质基底的共面波导的阻抗进行计算的公式是公知的，并且过长而在这里不再重复。然而，通过示例，对于电介质常数为5.5、金属层厚度为20μm、信号引线的宽度为1mm和驱动器的期望阻抗为50欧姆的金刚石的基底，所计算出的(在信号焊盘与地面之间的)间隙的宽度应当为200μm或0.2mm。还可以进行更精确的计算，这需要许多较高阶的考虑，如电流限制、迟滞、温度、表面特征和背景考虑。
如图3A和图3B所示的，VCSEL阵列和短路台面阵列被示为虚线，以表示VCSEL阵列和短路台面阵列将在何处被接合到散热器基底，并且因而表示在接合之后两个阵列的位置。可选地，还可以在散热器基底200上的这些位置处形成用于接合沉积的In镀覆等。然后将激光发射定向为通过反射镜104以及通过基底102从而形成多光束阵列。在实施方式中，减小基底厚度，以减少由基底传输特性所引起的光功率损耗。
在底部具有散热基底的两个基底上进行倒装芯片式接合。图4示出了在接合之前的VCSEL阵列100和基底200对准。由下述机器来完成接合处理：该机器将两个基底对准到一起；然后将两个基底放置成彼此接触；以及在接触所述基底之前或之后对基底中的一个或二者进行加热。在所描述的实施方式中，将底部基底加热至约285℃，并且在该温度下保持约10分钟。在向下基底位置上使用20克的重量。使接合的晶片冷却至室温，从而结束处理。
在另一实施方式中，在倒装芯片式接合之后，可以通过添加具有高铝(Al)含量等的选择性地蚀刻层(例如铝砷化镓(AlGaAs)(～98％，Al)层)或者由磷化铟镓(InGaP)或其他这样的将以与砷化镓(GaAs)基底显著不同的速率进行蚀刻的选择性材料构成的层来从反射镜104去除基底102。该层生长在基底102与反射镜104的第一外延沉积之间的外延生长中。在添加蚀刻之前，使用底部填充材料(如抗蚀剂或环氧树脂)来保护器件制造特征。
由于蚀刻将不会侵蚀它或蚀刻速率急剧减慢，可以使用主要包含过氧化氢(H2O2)与少量氢氧化铵(NH4OH)的蚀刻来快速地蚀刻掉基底，从而留下蚀刻选择性层。在去除基底材料之后，可以在不破坏其下的材料表面的情况下通过在盐酸(Hcl)溶剂中蚀刻层来选择性地去除蚀刻层。如果基底去除完成，则通常低电阻接触层也生长为第一层，以用于形成n接触层，作为反射镜104的一部分。在基底和选择性蚀刻层被去除之后，可以在表面104上形成触头并且还可以利用上述常见的光刻步骤来形成电路。
如果将台面蚀刻到基底上，则该处理可以使VCSEL元件和短路台面中的每一个彼此分隔，通过去除与基底相关联的热膨胀系数(CTE)，这将有利于VCSEL阵列。CTE是材料的物理属性，其被表示为材料的每摄氏度的膨胀量。许多次，当使用多种材料来构建设备并且这些材料的CTE不紧密匹配时，随着任何温度变化在设备内可能产生应力。对于蚀刻到基底的台面器件，除了在形成与散热基底的接触的小得多区域的上方之外，这些设备将以与散热基底相同的速率膨胀。在另一个实施方式中，用于去除基底的蚀刻处理可以使用基于等离子体化学过程代替上述的化学湿式蚀刻技术。
仅以示例的方式给出了上述的处理流程。应当理解的是，可以交换所描述的一些步骤的顺序，例如金属沉积的顺序或在氧化步骤之前沉积n金属或p金属中的一个或二者的顺序。另外，可以用电介质DBR堆叠来代替顶部反射镜结构108，或者通过在台面的顶部表面上蚀刻光栅来完全地或部分地代替反射镜堆叠。通常由电子束平版印刷代替光刻来限定光栅，然后将光栅干式蚀刻至特定深度。这反映了较高效率的光返回(light back)，并且可能比它所替换的外延生长的反射镜或反射镜的一部分成本更低。
上述阵列已经被制造并且被测试。已经制造出了980nm的高功率底部发射VCSEL的高速阵列。已经在24μm直径台面中创建了具有18μm的活性区直径的器件，以形成具有70μm器件间距的圆形VCSEL阵列。图5示出了以类似的方式和形状所形成的阵列的示例。在VCSEL阵列中的单个VCSEL器件中的每一个(在图5中由实线圆表示)以电气方式并联连接，以形成单一的高功率高速光源。关于信号路径和接地路径二者的并联配置减小了串联电阻和倒装芯片阵列的电感。在被制造和被测试的另一阵列中，所述阵列使用均匀地间隔开的28个有源光产生台面。它们被形成为圆形图案并且活性区(接触焊盘)的整个面积小于0.2mm2。在围绕VCSEL器件的圆形图案的接地环中存在有18个短路台面(其类似于较大阵列器件的由图5的虚线圆表示的短路台面)。
所测试器件的激光器(和阵列)由使用在n型GaAs基底上沉积的分子束外延(MBE)所生长的层来制成。图1的器件中的活性区域106的光产生部分包含三个铟砷化镓(In0.18Ga0.82As)量子阱。该VCSEL设计采用增益模式偏移，其中当在室温下活性区的波长设计与反射镜的波长设计不同时发生增益模式偏移。当器件升温时，来自活性区的发射波长将转变为每摄氏度特定量。增益模式偏移将此转变考虑在内，因此当设计反射镜时它们与发射波长在升高的温度下匹配。增益模式偏移设计很适合于在高偏置电流下阵列的高温操作。然而，较小的偏移将增强在低温下的调制响应并且较低反射率底部反射镜104将增大输出功率。利用以上所提到的处理的对该器件的制造针对与该阵列中的用作元件的台面相同的单个台面将热阻力降低到425℃/W。
使用Keithley 2400源表和硅光电二极管以及光衰减器来提取示例性阵列的DC特性。图6示出了示例性阵列的光电流(I)-电压(L-I-V)特性。阈值电流和电压分别为40mA和1.7V。在两条线(表示电压vs.电流以及功率vs.电流)上方的虚线圆表示图表的边，每条线代表这样的单元可以被正确读取。在500mA偏置电流和室温下，阵列的连续波(CW)输出功率大于120mW。
为了测量所测试阵列的调制响应，在固定电流处偏置最大达到用于测量的Cascade Microtech高频探头的最大500mA电流额定值。将输出光耦合到多模裸的芯直径为62.5μm的光纤。然后通过Miteq射频低噪声放大器在不同偏置电流处对发现半导体(Discovery Semiconductor)DS30S p-i-n光电二极管的输出信号进行放大。图7示出了所选择的偏置电流在20℃下的调制响应。阵列在500mA的偏置电流处表现出7.5GHz的3dB频率。这里所采用的高电流皮秒脉冲实验室偏置器(bias tee)的切断频率呈现1GHz以下的精确测量。可以通过增加偏置电流来将带宽扩展到更高的频率。对于标称与构成测试阵列的激光器相同的单个18μm有源直径激光器的频率响应测量示出了可以实现多达10GHz并且高于10GHz的3dB调制频率。
采用裸多模光纤来扫描整个阵列区域并且测量在不同位置处的阵列元件的频率响应。图8示出了在从阵列的中心测量的不同半径处阵列的元件的频率响应几乎与位置无关。阵列中的每个点表示单个器件的频率响应。该结果表明，在整个阵列上方，各激光性能和电流分布二者是相对均匀的。因此，根据本实施方式的VCSEL阵列可以扩展到数百个元件或数千个元件以实现瓦级CW功率，其中调制频率接近10GHz。该类型的VCSEL阵列被预计用于中等距离、高分辨率激光雷达(LIDAR)和自由空间通信以及许多其他应用。
图9示出了在FWHM(半幅最大值)处具有50ps脉冲的示例性阵列的脉冲响应，其中FWHM表明了在其最大功率的一半处的脉冲宽度。图表的线代表40ps间隔。
通过金属镀覆和利用倒装芯片式接合的器件的有效散热允许被测试的阵列在室温下的CW操作。因此，所制造和测试的该类型的单片多光束VCSEL阵列可以具有高于其他多光束半导体阵列的良好频率响应，使得VCSEL光束质量、可靠性、调制灵活性和成本效率的益处能够与需要高功率的应用的边缘发射半导体激光器阵列竞争。
如在图10和图11中进一步示出的，不依赖于对由VCSEL阵列发射的光进行准直或聚焦的单独透镜结构和担负这种透镜的物理限制，可以通过在基底102的表面的背侧上使用许多不同的处理来制造微透镜。一种用于形成这样的微透镜的技术包括如下光刻处理：利用光刻胶来限定透镜，例如呈圆筒或其他形状，然后在通过蚀刻将这些透镜形状转印到基底上之前将光刻胶熔化到基底上。蚀刻可以是基于氯(Cl)的干式蚀刻，该基于氯(Cl)的干式蚀刻被调整用于或接近在基底材料与光刻胶之间的均匀蚀刻选择性，以便以接近速率或相同速率来蚀刻这两种材料。使用在工业中常用的背侧晶片对准系统来完成用于创建透镜的光刻步骤。在VCSEL晶片的制造结束时或更早时但一般在上述倒装芯片处理之前进行该步骤。
可用于形成透镜的其他处理包括灰度平版印刷，其中可以使用部分透射光掩模来在光刻胶中产生浮雕轮廓。例如，所得的透镜可以使得能够逐渐改变通过透镜的不同部分的光量，例如使得较多的光通过边缘周围并且较少的光通过中心处，或者使得较少的光通过边缘周围并且较多的光通过中心处。还可以使用各种直接写入平版印刷处理来限定表面轮廓以用于聚合物抗蚀剂涂覆。还可以在每个激光器器件上方的基底的表面上沉积少量的聚合物材料，少量的聚合物材料在聚合物固化时形成透镜，如来自墨(inkjet)的常用沉积环氧树脂。代替直接在激光器阵列基底上制造微透镜，可以在被附接到并对准到激光器阵列的单独透明基底上制造微透镜。所使用的基底材料可以是透射激光波长的任何材料。其可以通过注射成型、浇铸、热压或直接机械加工处理来形成。可以将微透镜与每个发射器的光轴偏移的相同策略与单独的微透镜阵列一起使用。
如本文所述的所制造的微透镜的轮廓可以是简单的，如图10和图11中所示的半球形透镜；或者可以是较复杂的，例如可以用于场应用的扩展深度的非球面轮廓。在半球形透镜的情况下，其还可以控制非球面轮廓。可以被形成的其他复杂光学器件包括：全息光学器件，其将光束定向到各个方向上；或者衍射光学器件，其将由激光器器件产生的光束分成子光束，每个子光束可能指向略微不同的方向。除了光学器件的形状之外，光学器件可以具有形成在表面上的各种图案，所述各种图案可以用于形成高度像散光束轮廓。同样地，光学器件可以被形成或图案化来改变或控制偏振。
如为便于示范而不是按比例绘制的图10中所示，每个所得透镜的孔径(直径)和曲率将在以期望的方式对由每个VCSEL器件发射的光进行聚焦。为了对来自在VCSEL阵列中的每个VCSEL器件的光进行聚焦，每个透镜可以偏移期望量以使得将由VCSEL阵列发射的平行光束的传播聚焦成(例如在紧密聚焦的光斑上)所选择的图案(如前面所指出的，从透镜到图10的电子束会聚点的距离未按比例绘制)。图10和图11还说明了如何将(由虚线圆表示的)居中VCSEL器件1102的(用实线圆表示的)透镜1100居中于该VCSEL器件1102上，但是居中的VCSEL器件1102以外的其他VCSEL器件1106的透镜1104被设置在与居中的VCSEL器件1102特定的偏移距离处，使得穿过这些透镜1104的光被定向到中央点。在图11还说明了其中一组透镜可能被偏移设置在VCSEL阵列器件上的方式。
以上所述的集成微透镜使得VCSEL器件能够用于短程自由空间光链路中，而不需要外部准直或收集光学器件。这又使得能够实现极其紧凑的系统设计，该系统设计可以使用薄型移动电子系统代替近场RF技术。利用本文所描述的集成微透镜，VCSEL阵列可以如上所述的那样产生光束会聚阵列。对于短距离，至多数毫米，会聚光束可以有效地填充高速检测器而无需外部收集光学器件。该方案非常适合用于两个设备之间的自由空间光通信，所述两个设备接触或几乎接触(至多数毫米)并且其中提供了红外透射壳体或窗口。可以通过设备的运动学特征来促使机械对准。如下面进一步描述的，还可以通过主动选择具有将光定向到相邻区域中的相关联的微透镜的子阵列(在VCSEL阵列内)来进行进一步对准。例如，当建立了光学链路时，可以使用发射器的最有效耦合子阵列，同时另一子阵列可以处于休眠状态。初始链路可以首先使用所有的子阵列直到建立了来自链路的反馈为止，此时可以关闭一些子阵列，这可以节省电力并且延长移动设备的电池寿命。
在图10中所示的设计中，检测器不需要收集光学器件将光束向下聚集为小光斑，因为这由微透镜来提供。可以通过包括透镜曲率、透镜与激光发射器轴的偏移程度、透镜材料的折射率、激光器的模态特性在内的许多因素来确定从透镜表面会聚的光束的光斑尺寸和距离。如果微透镜与激光发射器轴向对准(如图11所示)，则光束可以被聚焦、准直或更发散，这取决于透镜的曲率半径和与源之间的距离(由基底厚度来限定)。如果这些透镜从轴横向偏移，则光束将会被定向为与轴成一定角度。这在光学上等同于在给定场高度处的对象被成像在像平面上的偏离轴位置。与透镜的聚焦作用相结合，这在转换阵列的每个元件的光束属性方面给予了设计人员各种选择。再次，简单示例是创建在从透镜的表面起的特定距离处重叠的光束的会聚集合。如果阵列中的每个透镜依赖于激光器阵列元件距轴的距离从轴偏移一定偏移量，则光束可以被会聚于单个点(如图10中所示)或排成一行的一系列轴向点。在没有大的聚焦透镜的情况下创建聚焦的光束光斑的该方法可以具有除了短程自由空间光通信之外的其他应用。其可以用于：使光束会聚以供材料改性、将光射入光纤和波导中、固态和光纤激光器的光泵浦、皮肤或其他身体表面或膜上的特定体积的组织或位置的医学治疗。
通过移动透镜偏离激光器中心，如图11中所示，每个激光器的光束可以被偏离一定角度并且如图10中所示的那样被聚焦或散焦，这取决于微透镜设计和与发射器之间的间隔。这允许设计者使用不同偏移的微透镜的图案使光束会聚。对光束方向的和聚焦的控制使得能够将激光定向成单个光斑(图10)，其中设置有检测器来接收信号，但其他聚焦布置也是可能的，如图12中所示，其中聚焦光斑是位于VCSEL器件1203的阵列1202后面的虚焦点(其还可以作为其他光学系统的虚拟源)1200。在图12中，还示出了附加的外部透镜1204，以表明可以将微透镜阵列与其他光学系统相结合以实现其他效果，例如来自阵列1202的准直的光束1206。
为了均匀地驱动VCSEL阵列，本文所述的实施方式可以使用基板(通过倒装芯片式接合)来进行与激光器阵列的电接触，并且阵列的元件可以利用锡球或其他导电接合来与基板接触，该基板提供机械支撑、电接触和热传导。这示于图13中，图13描绘了被倒装芯片式接合到基板1302的激光器阵列1300。如图所示，激光器(未示出)位于阵列1300的底部表面上并且将其光束投射通过激光器阵列1300的基底层以及通过焊盘1304。激光器阵列1300的激光器被电接合到在位于激光器阵列1300下方的阻抗匹配传输线1306的端部处的电触头(未示出)。传输线1306提供高数据率光学信号到激光器阵列1300的传输。微透镜1308是通过在激光器阵列1300的基底的焊盘1304上的各个圆来示出。基板1302可以由包括硅、陶瓷、印刷电路板和扁平柔性线缆在内的许多可能材料形成。
本文中所描述的微透镜结构当在自由空间光学应用中使用时被称为“无透镜(lensless)”自由空间光链路，因为组合的激光器阵列和微透镜结构不需要另外的典型大型准直和收集透镜。无透镜链路还提供了可能利用更传统的技术无法实现的独特的对准技术。当将激光器器件例如本文所描述的激光器器件用于自由空间光链路时，发射激光束与接收检测器的对准是在这两者之间的链路是否将会成功的关键参数。对于移动设备应用，这是尤其大的问题。没有主动扫描和校准调整的固定链路将甚至在很短的距离上很难排成一行(line up)。尽管可以通过使束光斑变大来减少对准公差，但是该技术受限于所引起的增加的功率消耗。此外，收发器的主动机械扫描或跟踪实施起来变得太笨重而昂贵。
如图14中所示，本文中所述的实施方式可以使用多元件激光器阵列1400和激光发射器(未示出，但如图所示位于阵列1400的底部)被细分成基底的焊盘1404内所示的多个子阵列1402。子阵列1402的使用将主动对准元件增加到任何机械对准解决方案。与微透镜1406相结合，每个子阵列1402可以被配置成对由组合的机械公差所限定的体积的特定区域进行照射。通过向传输线1409、1410、1411和/或1412的每个电触头或接触焊盘1413施加电流，相应的子阵列1402可以被激活，并且由与这些阵列元件排成一行的微透镜1406定向的所得的激光束将限定阵列的输出。例如，如图14和图15中所示，基板1408可以包括独立的传输线1409、1410、1411和1412，所述传输线被连接至每个子阵列1402的独立接触焊盘1413。可替选地，各个激光器可以连接至独立的电触头和传输线，所述独立的电触头和传输线将使得每个单独的激光器分别被驱动。
当每个不同子阵列具有其自己的电触头时，可以通过与阵列的驱动器电子器件相关联的控制电路类似地接通每个子阵列。子阵列和各个VCSEL器件还可以通过除了驱动器之外的控制器进行控制，使得驱动器处于控制器的控制下。使用控制的任一方式，可以在寻址和驱动器电子器件的能力之内单独地或组合地接通子阵列的任何组合。可以针对线性扫描或2D扫描能力来对阵列1400进行配置，并且如下面进一步讨论的那样，如果期望则阵列1400可以将输出定向到不同的检测器。这允许非机械光束扫描能力。扫描可以是由光束进行的离散点对点寻址，或者可能看起来更像由更大量子阵列进行的连续扫描，其中微透镜被布置成使得利用从一个子阵列切换到另一子阵列来使得发生光束位置的小增量变化。尽管子阵列方法增加了阵列元件，但是封装密度较高并且增大的管芯(die)大小对于增加的系统功能而言花费适中。阵列的大小和子阵列的数目可以主要由待涵盖的公差来确定。公差不仅包括两个系统壳体彼此的对准，而且还包括在组装模块内的电路板位置的内部变化。如果发送器和接收器位于不同的模块组件内，则可能存在围绕这些组件的公差并且在任何运动学约束中这些组件的装配被制成部件。
图16是示出具有两个子阵列或子组1602和1604的VCSEL阵列1600的实施方式的横截面图。子组1602和1604包括许多相应的微透镜1606，所述微透镜1606以特定方式被偏移以便将对其光束1608进行定向并且会聚这些光束1608以形成围绕检测器1612的圆或弥散圆1610。圆1610被称为“弥散圆”，这是因为它们形成于偏移子组1602和1604的焦点1614后面。弥散圆1610是光束1608延伸的区域并且关联到光束1608的功率密度足以使得能够满足特定带宽的地方。随着光束1608延伸，在弥散圆1610中的功率密度降低并且将达到无法支持更高带宽的点。在实施方式中，光学元件1616，例如全息光学元件，可以被设置在光束1608的路径中的某处以使光束1608均匀，这用于减少亮斑并且更均匀地传播光束1608中的功率。在实施方式中，各子组1602和1604可以被形成为使得光束1608被特别定向到检测器或检测器组以形成光学路由器的基础。
图17是阵列1702的多个子组1700的分组的实施方式，其中子组1700绕中心区域排列，其中外部子组1700具有光束1704的单独会聚点，并且其中，所有的外部点环绕中央子组会聚点1706。该实施方式示出了可以形成与光束1704的重叠使得光束来覆盖更大的区域1706的配置，这可以利用VCSEL光束或VCSEL器件的单个子组。可以通过顺序地接通每个子组直到来自接收器的返回被聚集为止，来利用图17中所示的配置，接收器则识别哪个子组与检测器最佳对准。一旦最佳对准的子组被确定，则所有其他子组阵列可以断电以节省能量并且减少热量积聚。可以同样地采用许多其他方案来识别具有最佳对准的子阵列1700，例如接通所有子阵列1700，然后在某一时刻关闭子阵列1700。本实施方式可以用于低功率应用以及增加角度对准公差。
返回参照图14和图15，在启动链接时自由空间光学链路的主动对准处理可以包括：最初顺序地对电子阵列1402通电；以及确定哪个子阵列1402能够最好维持链路。可以由主系统来提供对该处理的控制。如果链路的顺序地执行的延迟过长，则阵列可以最初一起通电，然后顺序地断电，同时链路运行以优化链路效率。
如果在对准中可能存在位移同时链路被连接时，控制系统则可以定期重新优化链路。假定子阵列1402必须运行于多倍的阈值电流，对于划分子阵列之间的功率这可能不是最佳的，所以可能需要在子阵列1402之间仔细划分公差区(tolerance box)的子体积(sub-volume)。
同样的策略可以用于优化与对准策略独立的链路的发送器部件的功率。用于寻址公差区内的给定区域的子阵列可以具有在公差框内的分别接触的元件，其中所述元件可以通电或断电以调整发送功率。这对于控制电子器件可以是有利的，因为子阵列的选择是数字开关功能，而不是对到激光器的驱动电流的模拟控制。这具有简化驱动器电子器件的一些优点。其还使得能够在最佳电流电平处驱动阵列以保持高数据速率和调制效率。如果电流太接近阈值，则VCSEL难以高速调制。
当在自由空间光通信中使用时，用于激光器阵列的驱动器，例如图18的驱动器1804，可以包括眼睛安全电路例如在共同待审申请13/868,034中所描述的眼睛安全电路，其中所述申请的内容通过引用被全部并入本文并且本申请是所述申请的部分继续申请案。如其中所述，在实施方式中，可以结合电路来使用具有多个光源(如各个激光器器件或这些器件的子阵列)的可寻址激光器阵列，使得在不超过眼睛安全限值的情况下并且在无需监测或反馈回路来控制观察者的距离的情况下，可以对光源的不同组合通电。多个光源的操作可以是接近的，这是对眼睛安全的，而不管多少个光源或哪个光源被通电并且不管观察者的位置如何。如其中所述，具有多个光源的激光器阵列还可以当在驱动器电路中存在单点电故障(如短路)时保持眼睛安全。
除了短程自由空间光通信应用之外，本文中所述的激光器阵列的扫描能力可以被用于跟踪正相对于发送器移动或振动的接收器，其中来自接收器的反馈可以通过光学链路或通过单独的信道被发送，该信道可以是光学的或可以不是光学的。其可以被用于对检测器阵列或光纤阵列的各个单元进行寻址，所述各个单元用作检测器的接收器或者被耦合到光纤的另一端的其他功能。
收发器实施可以被组装为混合电路，其中发送器和接收器元件通过标准混合封装技术被接合到基底。图18示出了建立在电路1802上的收发器1800的实施方式。可以通过板载芯片技术或通过传统的混合式装配方法将所示出的部件接合到表面。图18示出了在单独的基板1806上的激光器阵列1808。激光器阵列还可以直接被倒装芯片式接合到印刷电路的表面。小激光器阵列可以被配置成通过偏移微透镜对光束的缓慢会聚集合进行定向以使光束重叠在与收发器1800相距数毫米的光斑处。这是足够链接在边缘或表面处被触摸的两个移动设备的距离。还可以将某些电子功能(例如激光驱动器1804)集成到硅基板1806中。图18示出了具有发送器1808和接收器1810的单个收发器。两个收发器1800——彼此面对而它们的端彼此相反使得激光器阵列发送器1808面对检测器1810——有助于完整的双向链接。收发器可以通过接触或靠近的红外透射塑料窗来桥接它们之间的短距离。可以使用各种方法来确保表面与由运动学特征或其他约束限制的一些未对准公差相关联。
如前所述，可以在数字开关实施方式中使用如下一个或更多个激光器阵列，所述一个或更多个激光器阵列被配置成利用或不利用子阵列并且利用或不利用微透镜将来自阵列/子阵列的光束定向到检测器。如图19所示，激光器器件1902的子阵列的线性阵列产生来自由外部微距透镜1906(其被示出为柱状透镜，但也可以是任何数目的其他光学元件，例如球面透镜)定向的子阵列的光束1904。出于说明实施方式的目的，光束的角度被示出为可能是不现实的角度，给出了激光器器件1902和光学元件1906的物理布置。在图20中描绘了同一阵列1900和微距透镜1906(其同样可以是不同的光学元件)以说明线性阵列1900可以如何用于开关应用中，其中对于布置在安装结构1912中的光纤线缆1910，激光器器件1902的选择性操作和光学器件/微距透镜1906的布置用于将光束1904定向到检测器1908。
图21示出了另外的实施方式，其中较大的非线性激光器阵列2100(其可以具有各种配置或激光器器件或子阵列)和光学器件或微距透镜2102(由未示出的驱动器设备和/或控制器驱动)被描绘成作为数字开关设备操作，以针对结构2108的光纤线缆2106用于与一组检测器2104一起使用。尽管图19至图21中示出了将光束定向到位置的微距透镜，但是可以使用其他光学元件(例如偏移微透镜)来实现相同的效果，并且还可以将微透镜与光学元件结合使用。
图22示出了其中计算或通信设备的三个或更多个机架2200被连接至数字开关的激光器阵列2202(收发器类型配置)的另一实施方式，该数字开关的激光器阵列2202向设备发送数据并且接收来自设备的数据。在每个机架内是在各种部件上的配备有激光器阵列的多个微透镜，所述多个微透镜将数据携载光束定向到各种检测器，所述各种检测器收集数据并且还发送数据离开机架2200，所述检测器同样地接收被发送给机架2200的数据。
在图23至图25中示出了收发器的另一实施方式。在图23中，示出了其中收发器开关2300的每个开关元件2302由四个探测器2304和四个发送器2306构成的配置。如图24中所示，由四个开关元件2302构成的收发器开关2402可以被配置成与同样地由四个收发器开关元件2302构成的相对的收发器开关2404进行通信。发送器的每个子组的光束2406被引导朝向另一组收发器的特定检测器。图25示出了该光开关的多个配置中的一种，在此情况下为12×12的光开关2500。
还可以形成简单的开关，该简单的开关由被引导朝向12组收发器的12个发送器构成，每个都具有其自己的单独的检测器和发射器，该发射器被定向回朝向12个探测器中的在开关的单个路由器侧的一个探测器，从而允许所有12个收发器传送返回到开关的路由侧。
存在有将光束导向探测器的阵列子组的许多其他可能配置以及相反情况，从而使得能够进行板、电路、处理器、交换机之间的通信等。还存在有可以用于除了自由空间通信之外的其他目的的成阵列的VCSEL器件和子组或子阵列的其他可能的配置。此外，通过利用微透镜结构，VCSEL阵列的单个VCSEL器件或子阵列并不都必须被聚焦在同一聚焦光斑上。例如，如图26中所示，可以通过利用微透镜2602将VCSEL器件的线性阵列2600聚焦在多于一个的聚焦光斑上。如图26所示，设备组可以被聚焦于不同的公共聚焦光斑上，如两个外设备2604被聚焦于光斑2606上，接下来两个设备2608被聚焦于光斑2610上，以及三个内部设备2612被聚焦于光斑2614上。聚焦光斑2606、2610和2614将有效地在空间中形成一条线，这可以用于将激光器器件用作切削工具，例如外科手术刀。VCSEL器件/子阵列和微透镜结构还可以被成形和聚焦，以创建除了线之外的其他形状，如圆形聚焦光斑和用于其他目的的其他几何图案。例如，图26的阵列2600可以用于所指出的医疗器械，但是还可以通过使用已知的技术(例如XY绘图仪型控制器)来用于标记材料，以标记金属、玻璃、木材等。
尽管本文中已经依据若干可替换方案来图示并描述了本发明，但是应当理解的是，本文中所描述的技术可以具有许多其他用途和应用。因此，本发明不应仅限于本说明书中所包含的具体描述、实施方式和各种附图，这些具体描述、实施方式和各种附图仅示出了本发明的原理的优选实施方式、可替换方案和应用。
Claims (63)
1.一种光学设备，包括：
单片激光器阵列，所述激光器阵列包括多个垂直腔面发射激光器VCSEL器件和电触头上的多个凸起的非活动区，所述多个VCSEL器件以一图案布置在所述激光器阵列的基底上，所述多个VCSEL器件中的每一个均产生具有轴的光束；
在所述基底内形成的多个折射型微透镜，所述多个折射型微透镜中的每个折射型微透镜位于相应VCSEL器件上方，每个折射型微透镜将由所述相应VCSEL器件发射的光束定向到目标或者用于扫描，而不需要所述激光器阵列外部的光学元件对用于照射所述目标的光进行准直或聚集，其中，所述多个折射型微透镜中的两个或更多个折射型微透镜从所述相应VCSEL器件的轴偏移使所述光束针对所述目标会聚或发散或者用于扫描所必需的距离，以及其中，所述距离基于所述光束的期望角偏差；以及
用于向所述激光器阵列供电的驱动器电路，其中，所述驱动器电路可操作来调制所述VCSEL以用于数据通信，其中，所述图案包括VCSEL器件的两个或更多个子阵列，其中所述两个或更多个子阵列中的每个子阵列由所述驱动器电路独立地供电和调制以用于操作，并且其中，每个子阵列的所述相应VCSEL器件的所述折射型微透镜被设置为一组，以用于将来自每个子阵列的子阵列光束定向到所述目标或者用于扫描。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器。
3.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述两个或更多个子阵列形成在所述基底上。
4.根据权利要求3所述的光学设备，还包括基板，所述基板包括两个或更多个电触头，每个电触头接合至子阵列并且通过内置于所述基板中的阻抗匹配传输线将所述子阵列连接至所述驱动器电路以用于提供从所述驱动器电路到所述子阵列的高数据率光信号传输。
5.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，每个子阵列光束被定向到所述接收器的不同区域，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束主动地扫描所述接收器以识别在所述接收器处提供最佳链路性能的子阵列或子阵列的组合。
6.根据权利要求5所述的光学设备，其中，由所述驱动器电路顺序地对每个子阵列或子阵列的组合进行操作。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中，每个子阵列光束被定向到空间中的线状区域的不同部分，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束以离散间隔扫描空间的所述线状区域。
8.根据权利要求1所述的光学设备，其中，每个子阵列光束被定向到空间中的二维图案的不同部分，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束以离散间隔扫描空间中的所述二维图案。
9.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述多个折射型微透镜中的一个或更多个折射型微透镜具有与所述多个折射型微透镜中的其他折射型微透镜不同的曲率半径，其中，每个子阵列光束被定向到空间中的三维体积的不同部分，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束以离散间隔扫描空间中的所述三维体积。
10.根据权利要求1所述的光学设备，其中，每个子阵列光束被定向到公共点，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作在所述公共点处产生强度变化的组合的子阵列光束。
11.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，并且其中，所述组合的子阵列光束的强度根据需要进行变化以保持与所述接收器的高品质链接。
12.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，每个子阵列光束被定向在共同方向上，但每个子阵列光束被聚焦在不同距离处以保持与所述接收器的高品质链接。
13.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，并且其中，由所述驱动器电路对不同组合的所述两个或更多个子阵列进行的操作使得能够在所述发送器或接收器的运动期间保持高品质链接。
14.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，所述发送器朝向第二接收器，其中，第二发送器朝向所述接收器，并且其中，所述发送器和所述接收器被定位成以固定距离间隔开并且作为收发器进行操作。
15.根据权利要求14所述的光学设备，还包括所述发送器与所述接收器之间的低带宽链路，所述低带宽链路提供关于在所述发送器与所述第二接收器之间的光链路以及在所述第二发送器与所述接收器之间的光链路的性能的反馈。
16.根据权利要求15所述的光学设备，其中，用于所述发送器的所述驱动器电路基于所述性能并且为了提高所述性能，单独地或组合地操作一个或更多个子阵列。
17.根据权利要求16所述的光学设备，其中，用于所述发送器的所述驱动器电路基于所述固定距离以及在所述发送器与所述第二接收器之间的几何结构和在所述第二发送器与所述接收器之间的几何结构来单独地或组合地操作一个或更多个子阵列。
18.根据权利要求17所述的光学设备，其中，所述收发器与另外的收发器耦接以形成光学开关或光学路由器。
19.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，所述多个折射型微透镜中的一个或更多个折射型微透镜包括如下运动学特征：透射红外波长的光束以及将所述发送器与所述接收器进行对准。
20.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述多个折射型微透镜中的一个或更多个折射型微透镜被形成或图案化来创建轮廓。
21.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述轮廓为半球状。
22.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述轮廓为非球面。
23.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述轮廓为全息的。
24.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述轮廓为衍射的。
25.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述轮廓为像散的。
26.根据权利要求20所述的光学设备，其中，所述轮廓为偏振控制光学的。
27.根据权利要求1所述的光学设备，其中，由所述相应VCSEL器件发射的光束的焦点是位于所述激光器阵列后面的虚焦点。
28.根据权利要求27所述的光学设备，其中，所述虚焦点用作另一光学系统的源。
29.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：
电流源，所述电流源被配置成向所述多个VCSEL器件输送总电流；以及
电子电路，所述电子电路包括用于向所述多个VCSEL器件中的零个或更多个VCSEL器件分配总电流的一个或更多个开关，所述电子电路被配置成：当所述总电流仅被分配给光源中的单个VCSEL器件时，从所述单个VCSEL器件中产生对眼睛安全的输出功率；并且当所述总电流被分配给两个或更多个VCSEL器件时，从两个或更多个VCSEL器件中产生对眼睛安全的组合的光功率。
30.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述目标包括两个或更多个目标，其中，由一个或更多个VCSEL器件中的第一组发射的光束被聚焦在第一目标上，并且至少由一个或更多个VCSEL器件中的第二组发射的光束被聚焦在第二目标上。
31.根据权利要求30所述的光学设备，其中，所述第一目标和所述第二目标形成线。
32.根据权利要求30所述的光学设备，其中，所述两个或更多个目标形成几何图案。
33.一种光学设备，包括：
单片激光器阵列，所述激光器阵列包括多个垂直腔面发射激光器VCSEL器件和电触头上的多个凸起的非活动区，所述多个VCSEL器件以一图案布置在所述激光器阵列的第一基底上，所述多个VCSEL器件中的每一个均产生具有轴的光束；
在与所述第一基底接合的第二基底内形成的多个折射型微透镜，所述多个折射型微透镜中的每个折射型微透镜位于相应VCSEL器件上方，每个折射型微透镜将由所述相应VCSEL器件发射的光束定向到目标或者用于扫描，而不需要所述激光器阵列外部的光学元件对用于照射所述目标的光进行准直或聚集，其中，每个折射型微透镜从所述相应VCSEL器件的轴偏移使所述光束针对所述目标会聚或发散或者用于扫描所必需的距离，以及其中，所述距离基于所述光束的期望角偏差；以及
用于向所述激光器阵列供电的驱动器电路，其中，所述驱动器电路可操作来调制所述VCSEL以用于数据通信，其中，所述图案包括VCSEL器件的两个或更多个子阵列，其中所述两个或更多个子阵列中的每个子阵列由所述驱动器电路独立地供电和调制以用于操作，并且其中，每个子阵列的所述相应VCSEL器件的所述折射型微透镜被设置为一组，以用于将来自每个子阵列的子阵列光束定向到所述目标或者用于扫描。
34.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器。
35.根据权利要求33所述的光学设备，还包括基板，所述基板包括两个或更多个电触头，每个电触头接合至子阵列并且通过内置于所述基板中的阻抗匹配传输线将所述子阵列连接至所述驱动器电路以用于提供从所述驱动器电路到所述子阵列的高数据率光信号的传输。
36.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，每个子阵列光束被定向到所述接收器的不同区域，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束主动地扫描所述接收器以识别在所述接收器处提供最佳链路性能的子阵列或子阵列的组合。
37.根据权利要求36所述的光学设备，其中，由所述驱动器电路顺序地对每个子阵列或子阵列的组合进行操作。
38.根据权利要求33所述的光学设备，其中，每个子阵列光束被定向到空间中的线状区域的不同部分，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束以离散间隔扫描空间的所述线状区域。
39.根据权利要求33所述的光学设备，其中，每个子阵列光束被定向到空间中的二维图案的不同部分，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束以离散间隔扫描空间中的所述二维图案。
40.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述多个折射型微透镜中的一个或更多个折射型微透镜具有与所述多个折射型微透镜中的其他折射型微透镜不同的曲率半径，其中，每个子阵列光束被定向到空间中的三维体积的不同部分，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作使得每个子阵列光束以离散间隔扫描空间中的所述三维体积。
41.根据权利要求33所述的光学设备，其中，每个子阵列光束被定向到公共点，并且其中，由所述驱动器电路对所述两个或更多个子阵列进行的操作在所述公共点处产生强度变化的组合的子阵列光束。
42.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，并且其中，所述组合的子阵列光束的强度根据需要进行变化以保持与所述接收器的高品质链接。
43.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，每个子阵列光束被定向在共同方向上，但每个子阵列光束被聚焦在不同距离处以保持与所述接收器的高品质链接。
44.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，并且其中，由所述驱动器电路对不同组合的所述两个或更多个子阵列进行的操作使得能够在所述发送器或接收器的运动期间保持高品质链接。
45.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，所述发送器朝向第二接收器，其中，第二发送器朝向所述接收器，并且其中，所述发送器和所述接收器被定位成以固定距离间隔开并且作为收发器进行操作。
46.根据权利要求45所述的光学设备，还包括所述发送器与所述接收器之间的低带宽链路，所述低带宽链路提供关于在所述发送器与所述第二接收器之间的光链路以及在所述第二发送器与所述接收器之间的光链路的性能的反馈。
47.根据权利要求46所述的光学设备，其中，用于所述发送器的所述驱动器电路基于所述性能并且为了提高所述性能，单独地或组合地操作一个或更多个子阵列。
48.根据权利要求47所述的光学设备，其中，用于所述发送器的所述驱动器电路基于所述固定距离以及在所述发送器与所述第二接收器之间的几何结构和在所述第二发送器与所述接收器之间的几何结构来单独地或组合地操作一个或更多个子阵列。
49.根据权利要求45所述的光学设备，其中，所述收发器与另外的收发器耦接以形成光学开关或光学路由器。
50.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述光学设备是用于自由空间光学数据链路的发送器，所述自由空间光学数据链路包括接收器，其中，所述多个折射型微透镜中的一个或更多个折射型微透镜包括如下运动学特征：透射红外波长的光束以及将所述发送器与所述接收器进行对准。
51.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述多个折射型微透镜中的一个或更多个折射型微透镜被形成或图案化来创建轮廓。
52.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述轮廓为半球状。
53.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述轮廓为非球面。
54.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述轮廓为全息的。
55.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述轮廓为衍射的。
56.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述轮廓为像散的。
57.根据权利要求51所述的光学设备，其中，所述轮廓为偏振控制光学的。
58.根据权利要求33所述的光学设备，其中，由所述相应VCSEL器件发射的光束的焦点是位于所述激光器阵列后面的虚焦点。
59.根据权利要求58所述的光学设备，其中，所述虚焦点用作另一光学系统的源。
60.根据权利要求33所述的光学设备，还包括：
电流源，所述电流源被配置成向所述多个VCSEL器件输送总电流；以及
电子电路，所述电子电路包括用于向所述多个VCSEL器件中的零个或更多个VCSEL器件分配总电流的一个或更多个开关，所述电子电路被配置成：当所述总电流仅被分配给光源中的单个VCSEL器件时，从所述单个VCSEL器件中产生对眼睛安全的输出功率；并且当所述总电流被分配给两个或更多个VCSEL器件时，从两个或更多个VCSEL器件中产生对眼睛安全的组合的光功率。
61.根据权利要求33所述的光学设备，其中，所述目标包括两个或更多个目标，其中，由一个或更多个VCSEL器件中的第一组发射的光束聚焦在第一目标上，并且至少由一个或更多个VCSEL器件中的第二组发射的光束聚焦在第二目标上。
62.根据权利要求61所述的光学设备，其中，所述第一目标和所述第二目标形成线。
63.根据权利要求62所述的光学设备，其中，所述两个或更多个目标形成几何图案。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1228112 Country of ref document: HK |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20201228 Address after: California, USA Patentee after: Lumentum Operations LLC Address before: The American state of New Mexico Patentee before: TRILUMINA Corp. |
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| TR01 | Transfer of patent right |