CN110692172B - 超小型垂直腔表面发射激光器(vcsel)阵列的光束整形 - Google Patents

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Abstract

一种激光器阵列包括多个激光二极管，所述多个激光二极管布置在非本征衬底的表面上并彼此电连接。所述多个激光二极管的相应激光二极管在所述非本征衬底的所述表面上相对于彼此具有不同取向。所述相应激光二极管被配置为提供不同方向上的相干光发射，并且所述激光器阵列被配置为发射包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的非相干输出光束。所述输出光束可以包括在所述激光器阵列的视场上具有不均匀强度分布的非相干光。还讨论了相关的器件和制造方法。

Description

超小型垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列的光束整形
优先权要求
本申请要求于2017年4月12日向美国专利商标局提交的题为“LIGHT DETECTIONAND RANGING(LIDAR)DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME”的美国临时专利申请No.62/484,701以及于2018年1月5日向美国专利商标局提交的题为“ULTRA-SMALLVERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER (VCSEL)AND ARRAYS INCORPORATING THESAME”的美国临时专利申请No.62/613,985的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及基于半导体的激光器以及相关器件和操作方法。
背景技术
诸如物联网(IoT)和自主导航的许多新兴技术可以涉及在三维(3D)空间中检测和测量到物体的距离。例如，能够自动驾驶的汽车可能需要3D检测和识别以进行基本操作，并满足安全要求。室内导航也可能需要3D检测和识别，例如通过工业或家用机器人或玩具。
在一些情况下，基于光的3D测量可以优于雷达(角度精度低、笨重)或超声波(精度非常低)。例如，基于光的3D传感器系统可以包括检测器(比如，光电二极管或相机)和发光器件(比如，发光二极管(LED)或激光二极管)作为通常发射可见波长范围以外的光的光源。垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是可以在基于光的传感器中用于在3D空间中测量距离和速度的发光器件的一种类型。VCSEL阵列可以允许功率缩放，并且可以以较高功率密度来提供非常短的脉冲。
发明内容
本文中描述的一些实施例针对激光二极管和包括激光二极管的阵列，激光二极管比如是VCSEL或其他表面发射激光二极管或边缘发射激光二极管或其他半导体激光器。
在一些实施例中，激光二极管可以是表面发射激光二极管。激光二极管包括半导体结构，该半导体结构包括n型层、有源区(其可以包括至少一个量子阱层)和p型层。n型层和p型层中的一个层在其上包括激光孔，该激光孔定义了被定向为垂直于n型层与p型层之间的有源区的表面的光轴。激光二极管还包括分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。第一接触和/或第二接触在至少一个维度上小于激光孔。
在一些实施例中，激光二极管可以是边缘发射激光二极管。激光二极管包括n型层、有源区、p型层、以及分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。激光孔定义了被定向为平行于n型层与p型层之间的有源区的表面的光轴。激光二极管还包括分别电连接到n型层和p型层的第一接触和第二接触。第一接触和/或第二接触可以在至少一个维度上小于激光孔。
在一些实施例中，提供了一种制造诸如VCSEL或其他表面发射激光二极管或边缘发射激光二极管的激光二极管的方法。该方法可以包括：使用例如微转印、静电粘合/或其他质量转移技术来制造离散激光二极管的阵列。
在一些实施例中，设置了离散激光二极管的阵列(在本文中也被称为激光二极管阵列或激光器阵列)。激光二极管阵列可以包括表面发射激光二极管和/或边缘发射激光二极管，它们在非本征的刚性衬底和/或柔性衬底上通过薄膜互连电学并联和/或电学串联。激光二极管的阵列还可以包括集成在该阵列中的一个或多个驱动晶体管和/或其他类型/材料的器件(例如，功率电容器等)。
根据一些实施例，一种激光器阵列包括多个激光二极管，该多个激光二极管布置在非本征衬底的表面上并彼此电连接。多个激光二极管中的相应激光二极管相对于彼此具有不同取向。该相应激光二极管被配置为提供不同方向上的相干光发射，并且该激光器阵列被配置为发射包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的输出光束。
在一些实施例中，输出光束可以包括在激光器阵列的视场上具有不均匀强度分布的非相干光。例如，视场在一些实施例中可以是约80度至约180度，或者在一些实施例中可以是大于约150度。在一些实施例中，激光器阵列可以是LIDAR阵列。
在一些实施例中，非本征衬底可以具有提供相应激光二极管的不同取向的曲率。
在一些实施例中，非本征衬底可以包括折弯以定义曲率的柔性衬底。
在一些实施例中，非均匀强度分布是响应于用于改变所述柔性衬底的曲率的控制信号和/或响应于例如通过对相应激光二极管的选择性寻址而提供给所述相应激光二极管的功率而可控的。
在一些实施例中，柔性衬底可以由至少一个中心轴元件支撑，所述中心轴元件被配置用于响应于所述控制信号而在一个或多个方向上移动，其中所述至少一个中心轴元件的所述移动改变所述柔性衬底的所述曲率。
在一些实施例中，该表面可以是该非本征衬底的背面，其中相应激光二极管可以被布置为提供穿过所述非本征衬底的所述相干光发射，并且非本征衬底可以由对所述相干光发射透明且被配置为至少部分地对所述相干光发射进行准直的材料来形成。
在一些实施例中，非本征衬底的所述表面上的相应特征提供了该相应激光二极管中的至少一个激光二极管的不同取向。在一些实施例中，相应特征可以包括不等高特征和/或凹入，该不等高特征和/或凹入的尺寸和间隔被设置为提供该相应激光二极管的不同取向。在一些实施例中，相应特征可以包括非本征衬底的相应图案化表面。
在一些实施例中，激光器阵列可以被配置为发射所述输出光束而在所述多个激光二极管上没有折射光学元件。
在一些实施例中，透镜阵列可以被附接到非本征衬底。透镜阵列可以被配置为在至少一个维度上增加输出光束的发散。
在一些实施例中，非本征衬底的与激光二极管相对的表面可以限定透镜阵列。
在一些实施例中，透镜阵列可以由柔性材料形成，该柔性材料具有与非本征衬底相对应的和/或与相应激光二极管的不同取向相对应的曲率。
在一些实施例中，透镜阵列可以包括：主透镜阵列，被配置为在第一方向上增加输出光束的发散；以及辅透镜阵列，被布置为从主透镜阵列接收输出光束并在第二方向上增加输出光束的发散。例如，第一方向可以对应于输出光束的方位角，并且第二方向可以对应于输出光束的仰角。
在一些实施例中，透镜阵列可以包括以下项中的至少一个：菲涅耳透镜、多个整形小透镜或多个球透镜。
在一些实施例中，多个球透镜中的相应球透镜可以悬挂在多个激光二极管的相应子集上方。相应球透镜的光轴可以相对于由多个激光二极管的相应子集的相应激光孔限定的光轴偏移。
在一些实施例中，多个激光二极管的子集可以限定激光器阵列的列，并且透镜阵列可以包括与该列对准的柱状透镜。
在一些实施例中，相应激光二极管可以在其外围包括残留的系线部和/或离隙特征。
在一些实施例中，多个激光二极管中的紧邻激光二极管之间的间隔可以小于约500微米、小于约200微米、小于约150微米、小于约100微米、或者小于约50微米，但是大于约30微米、大于约20微米、或大于约10微米。
在一些实施例中，多个激光二极管的相应子集可以在非本征衬底上串联(或者，阳极到阴极，即使得多个激光二极管的子集的至少一个激光二极管的阳极连接到该子集的相邻激光二极管的阴极，反之亦然)电连接。
在一些实施例中，相应激光二极管可以是表面发射激光器，并且表面发射激光器的相应激光孔可以定义分别在不同方向上定向的光轴。与表面发射激光器的相应电接触可以在与光轴正交的至少一个维度上小于其相应的激光孔。
根据一些实施例，一种制造激光器阵列的方法包括设置多个激光二极管，该多个激光二极管布置在非本征衬底的表面上并彼此电连接。多个激光二极管中的相应激光二极管相对于彼此具有不同取向。该相应激光二极管被配置为提供不同方向上的相干光发射，并且该激光器阵列被配置为发射包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的输出光束。在一些实施例中，可以使用微转印工艺将相应的激光二极管设置在非本征衬底的表面上。
在查看以下附图和具体实施方式之后，根据一些实施例的其他器件、装置和/或方法将对于本领域技术人员而言变得显而易见。除了以上实施例的任何组合和所有组合之外，预期所有这样的附加实施例被包括在本说明书中，被包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求的保护。
附图说明
图1是示出了根据本文中描述的一些实施例的示例性的基于光的3D传感器系统的图。
图2A是示出了根据本文中描述的一些实施例的具有减小的阳极接触尺寸和阴极接触尺寸的示例激光二极管的平面图。
图2B是图2A的激光二极管的横截面图。
图2C是示出了相比于常规VCSEL芯片的根据本文中描述的一些实施例的示例激光二极管的透视图。
图3A是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括激光二极管的分布式发射器阵列的透视图。
图3B是示出了根据本文中描述的一些实施例的在弯曲衬底上包括激光二极管的分布式发射器阵列的透视图。
图4A至图4F是示出了根据本文中描述的一些实施例的激光二极管的示例制造工艺的透视图。
图4A′至图4G′是示出了根据本文中描述的一些实施例的激光二极管的示例制造工艺的横截面图。
图5A至图5C是根据本文中描述的一些实施例组装的VCSEL阵列的图像。
图5D至图5E是示出了根据本文中描述的一些实施例的VCSEL的残留的系线部和离隙特征的放大图像。
图6A是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括分布式激光二极管与分布式驱动晶体管的异构集成的示例发射器阵列的透视图。
图6B是示出了图6A的分布式发射器阵列的等效电路图的示意图。
图6C是沿图6A的线6C-6C’截取的分布式发射器阵列的横截面图。
图6D是示出了图6A的分布式发射器阵列的备选等效电路图的示意图。
图7A是示出了根据本文中描述的一些实施例的示例LIDAR器件的透视图。
图7B是示出了图7A的LIDAR器件的示例组件的分解图。
图7C是示出了根据本文中描述的一些实施例的另一示例LIDAR器件的透视图。
图8是示出了根据本文中描述的一些实施例的LIDAR器件的示例系统架构的框图。
图9是示出了根据本文中描述的其他实施例的示例激光二极管阵列的横截面图。
图10A是示出了根据本文中描述的一些实施例的在弯曲衬底上包括激光二极管的分布式发射器阵列的透视图。
图10B是示出了根据本文中描述的一些实施例的来自分布式发射器阵列的示例角度功率分布输出的图形，其中所述分布式发射器阵列在弯曲衬底上包括激光二极管。
图10C是示出了根据本文中描述的一些实施例的提供图10B的角度功率分布输出的图10A的分布式发射器阵列的衬底的示例曲率的图形。
图10D是示出了根据本文中描述的其他实施例的来自分布式发射器阵列的示例角度功率分布输出的图形，其中所述分布式发射器阵列在弯曲衬底上包括激光二极管。
图11A、图11B和图11C是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括整形小透镜阵列的示例分布式发射器阵列的横截面图，所述整形小透镜阵列被配置用于高纵横比光束整形。
图12A和图12B是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括自对准球透镜阵列的示例分布式发射器阵列的横截面图，其中所述自对准球透镜阵列被配置用于宽视场光束整形。
图13A和图13B是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括用于光束整形的偏移球透镜阵列的示例分布式发射器阵列的横截面图，图13C是示出了该示例分布式发射器阵列的透视图。
图14A、图14B和图14C是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括透镜阵列的示例分布式发光器阵列的横截面图，其中透镜阵列具有被配置用于多方向光束整形的主透镜元件和辅透镜元件。
图14D和图14E是示出了根据本文中描述的一些实施例的光学漫射膜对分布式发射器阵列的光束整形的影响的图形。
图15A、图15B、图15C、图15E和图15F是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括用于无透镜光束整形的倾斜激光二极管的示例分布式发射器阵列的横截面图，且图15D是示出了该示例分布式发射器阵列的平面图。
具体实施方式
本文中描述的实施例可以源自以下认识：在新兴技术中，更紧凑的光发射器阵列可能是有利的。例如，如图1中所示，以脉冲发光器件阵列120作为光源，基于光的3D传感器系统100(比如，光检测和测距(LIDAR)系统)可以基于从光学检测器电路130和相关联的光学器件140接收的信号来使用基于飞行时间(TOF)的测量电路110和3D图像重建电路150。飞行时间测量电路110可以通过测量由目标T反射的激光脉冲109的往返(“飞行时间”；ToF)来确定到目标T的距离d(其中d＝((光速(c)/2)xToF)，3D图像重建电路150可以使用距离d来创建周围环境的准确3D地图。LIDAR系统的一些优势可以包括远距离；高精度；出色的物体检测和识别；较高的分辨率；较高采样密度的3D点云；以及在各种光照和/或天气条件下的有效性。LIDAR系统的应用可以包括ADAS(高级驾驶员辅助系统)、自动驾驶汽车、UAV(无人机)、工业自动化、机器人技术、生物识别技术、建模、增强现实和虚拟现实、3D映射和安全。图1的示例示出了闪光LIDAR系统，其中与一些传统的扫描LIDAR技术(通过光栅扫描来生成图像帧)相比，脉冲发光器件阵列120在相对较大的区域上短时间发光以获取图像。然而，应当理解的是本文中描述的发光器件阵列120也可以用于扫描LIDAR的实施方式。
仍然参考图1，发光器件阵列120可以包括多个电连接的表面发射激光二极管，例如，VCSEL，并且可以使用低占空比的强单个脉冲或使用脉冲串(该脉冲或脉冲串通常具有可见光谱之外的波长)来进行操作。因为对背景光的敏感性以及信号随距离的减弱，所以可以使用几瓦的激光功率来检测距离d处的目标T，其中距离d高达约100米或更长。
然而，一些常规的VCSEL可以具有由约150微米(μm)至约200μm的尺寸(例如，长度、宽度和/或直径)定义的大小，这可能会对包括离散VCSEL阵列的传感器系统施加大小和/或密度限制。这种相对较大的VCSEL大小可能需要与常规取放机器配合使用，且需要用于引线接合焊盘的足够的接触表面区域以提供与VCSEL的电连接。例如，一些常规的焊球或引线接合技术可能仅对于接合焊盘就需要超过约30μm的长度，而用于拉动引线接合的尖端可能具有几十微米的数量级的精度。
本文中描述的一些实施例提供了诸如表面发射激光二极管(例如，VCSEL)的发光器件，其具有减小的尺寸(例如，长度和/或宽度为约30微米(μm)或更小)而不影响器件性能(例如，功率输出)。例如，VCSEL管芯的孔(发生激射的有源区)的直径可以为约10μm至约20μm。通过减小或消除浪费的(非有源)区域，且通过为阳极接触和阴极接触保留几微米(例如，约4μm至约6μm或更小)的组合芯片长度，管芯长度可以减小到孔直径加上几微米。这可以使尺寸(例如，长度和/或宽度)减小约10倍或更多(例如，与具有约150微米(μm)至约200μm的管芯长度的一些常规的VCEL相比，约15μm至约20μm的管芯长度)。在一些实施例中，这些减小的管芯尺寸可以允许制造包括更大密度(例如，数千个)的VCSEL或其他激光二极管的发射器阵列。
图2A和图2B是示出了本文中描述的根据一些实施例的示例表面发射发光器件(被示为垂直腔表面发射激光二极管(VCSEL)芯片或管芯200，在本文中也被称为VCSEL 200)的平面图和横截面图，VSCEL 200包括在至少一个维度上小于激光孔210的阳极接触211和阴极接触212。如图2A和图2B中所示，VCSEL 200包括具有一个或多个量子阱203的有源区205，以产生和发射相干光209。VCSEL 200的光学腔轴208被定向为沿着电流方向(而不是如一些常规激光二极管那样，垂直于电流)，从而限定了具有沿着电流方向的长度的垂直腔。有源区205的腔长度与有源区205的横向尺寸相比可以是短的，使得辐射209从腔的表面而不是从其边缘射出。
有源区205可以被夹在分布式布拉格反射器(DBR)镜层(在本文中也被称为布拉格反射器层或布拉格镜)201和202之间，分布式布拉格反射器镜层设置在横向传导层(LCL)206上。在一些实施例中，LCL 206可以允许改善的电学特性和/或光学特性(与直接接触反射器层401相比)。在一些实施例中，LCL层206的表面可以设置印刷接口215，印刷接口215包括粘合层、该粘合层改善了与下层或衬底的粘合性。粘合层对于一个或多个波长范围可以是光学透明的和/或可以是折射率匹配的以提供期望的光学性能。腔端部处的反射器层201和202可以由交替的高折射率层和低折射率层制成。例如，反射器层201和202可以包括厚度为d1和d2且折射率为n1和n2的交替的层，使得n1d1+n2d2＝λ/2，以提供发射波长λ下的波长选择性反射率。这种垂直构造可以增加与半导体制造设备的兼容性。例如，由于VCSEL发射垂直于有源区205的光209，可以同时加工成千上万个VCSEL，例如通过使用标准半导体晶片加工步骤来限定单个晶片的相应VCSEL的发射区域和电学端子。
尽管本文中主要参考VCSEL结构来进行描述，但是应当理解，本文中描述的实施例不限于VCSEL，并且激光二极管200可以包括被配置为沿着光轴208发射光209的其他类型的激光二极管，其中光轴208被定向为垂直于衬底或其上设置了器件200的其他表面。还应当理解，尽管本文中主要参照表面发射激光器结构来进行描述，但是本文中描述的激光二极管和激光二极管阵列不限于此，并且可以如图9中所示包括边缘发射激光结构，其被配置为沿着平行于衬底或其上同样设置有器件的其他表面定向的光轴来发射光。
VCSEL 200可以由被选择为提供期望的波长范围或在期望的波长范围内的光发射的材料形成，期望的波长范围可以在人眼可见的光谱之外。例如，在一些实施例中，VCSEL200可以是基于砷化镓(GaAs)的结构。在具体实施例中，有源区205可以包括一个或多个基于GaAs的层(例如，交替的InGaAs/GaAs量子阱和阻挡层)，并且布拉格镜201和202可以包括GaAs和砷化铝镓(AlxGa(1-x)As)。例如，下布拉格镜201可以是包括n-AlAs/GaAs的交替层的n型结构，而上布拉格镜202可以是包括p-AlGaAs/GaAs的交替层的p型结构。尽管参考基于GaAs的VCSEL以示例的方式进行了描述，但是应当理解，可以调整和/或以其他方式选择层201、202和/或205的材料和/或材料成分以提供期望波长的光发射，例如使用较短波长(例如，基于GaN的)和/或较长波长(例如，基于InP的)的发射材料。
在图2A和图2B的示例中，VCSEL 200包括尺寸约12μm的(被示为直径D)的激光孔210，以及第一导电接触端子和第二导电接触端子(被示为阳极接触211和阴极接触212，在本文中也被称为第一接触和第二接触)。第一导电膜互连213设置在第一接触211上，并且第二导电膜互连213设置在第二接触212上，以提供与VCSEL 200的电连接。图2B更清楚地示出了其上具有导电膜互连213的阳极接触211和阴极接触212的横截面。第一接触211和第二接触212可以向相反导电类型(分别为P型和N型)的半导体区提供接触。因此，本文中描述的实施例被配置用于通过薄膜互连213而不是结合引线接合、带、电缆或导引头将电能传输到VCSEL接触211和212，其中薄膜互连213可以通过图案化导电膜来形成。互连213可以在将VCSEL 200设置在目标衬底(例如，不同于在其上形成VCSEL 200的源衬底的非本征衬底)上之后形成，例如使用常规光刻技术，并且可以被构造为具有低电阻。这样，用于导电膜互连213的材料可以包括被形成为厚度约200nm至约500nm的铝或铝合金、金、铜、或者其他金属。
如图2A中所示，第一导电接触211和第二导电接触212在一个或多个尺寸上小于孔210。在一些实施例中，允许接触211、212中的每个接触的尺寸为约2μm至约3μm，可以显著减小VCSEL管芯200的整体尺寸。例如，对于各自长度为2μm的阳极接触和阴极接触，尺寸L可以减小到约16μm(2μm的阳极长度+12μm的孔+2μm的阴极长度；全部沿着尺寸L进行测量)，从而提供16x16μm2的管芯。作为另一示例，对于各自长度为3μm的阳极接触和阴极接触，尺寸L可以减小到约18μm(3μm的阳极+12的μm孔+3μm的阴极)，从而提供18x18μm2的管芯。对于较小的孔尺寸D(例如10μm)或较大的孔尺寸D(例如20μm)，管芯尺寸L还可以减小或轻微增大。更一般地，根据本文中的实施例的VCSEL管芯200可以实现约0.05至30、约0.1至20、约1至10、或者约1至3的接触面积与孔面积之比，其中接触面积是指位于表面S上的孔210上或与其相邻的电接触211和/或212的表面面积。而且，尽管接触211、212和互连213示出在相对于孔210的特定位置，但是应当理解，本文中描述的实施例不限于此，接触211、212和互连213可以设置在VCSEL管芯200的其他区域(例如，在角部等)。
根据本文中描述的一些实施例的VCSEL 200可以被配置为在约1-10纳秒(ns)的宽脉冲宽度内以大于约100毫瓦(mW)的功率来发射光，这对于LIDAR应用可能是有用的。在一些实施例中，例如由于与一些传统的VCSEL相比减小的电容(以及RLC时间常数的相应减小)，因此可以从单个VCSEL元件200获得在10000：1占空比下具有1ns脉冲宽度的大于1瓦的峰值功率输出。结合大于约200米(m)的范围(基于极高功率的发射器和增大的检测器灵敏度)，本文中描述的VCSEL 200因此可以允许较长的激光寿命(基于高脉冲功率下低激光器工作温度)。
图2C是示出了与常规VCSEL芯片10相比的根据本文中描述的一些实施例的VCSEL芯片200的平面图。如图2C中所示，常规VCSEL芯片10可以具有约200μm的长度L，从而为有源区5和可以用作n型接触或p型接触的顶部导线接合焊盘11提供足够的区域。相反，本文中描述的根据一些实施例的VCSEL芯片200可以具有约20μm或更小的长度L。由于通过薄膜金属化互连213设置了与更小的接触211、212的电连接，因此本文中描述的根据一些实施例的VCSEL芯片200不需要接合焊盘，使得光学孔210占据了发光表面S的整个表面区域中的大部分。
因此，根据本发明的一些实施例的VCSEL芯片200的尺寸可以是一些常规的VCSEL芯片10的尺寸的1/100，从而允许发射表面S的每单位区域功率增加多达一百倍，并且减小了电容，这可以显著减少与这些设备中的驱动快速脉冲相关联的RLC时间常数。这种大小的指数减小可以允许制造包括数千个紧密间隔的VCSEL 200的VCSEL阵列，其中一些VCSEL200在刚性或柔性衬底上电学串联(或者，阳极到阴极)，这对于在共享电衬底上制造的一些常规的紧密间隔的VCSEL是不可能的。例如，如下面更详细描述的，本文中描述的根据一些实施例的多个管芯200可以组装并电连接在常规VCSEL芯片10的占用空间(footprint)内。在某些应用中，与一些常规的VCSEL阵列相比，这种大小的减小和接合焊盘的消除可以允许降低成本、器件电容和/或器件热输出(高达一百倍)。
图3A是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括激光二极管(示出为VCSEL200)的分布式发射器阵列300a的透视图。阵列300a(在本文中也被称为分布式VCSEL阵列(DVA))可以例如通过微转印、静电粘合或其他质量转移技术组装在非本征衬底307a上。如本文中所使用的，非本征衬底(在本文中也被称为目标衬底)可以指在其上布置或放置激光二极管200的衬底，其不同于在其上生长或以其他方式形成激光二极管200的本征衬底(在本文中也被称为源衬底)。衬底307a在一些实施例中可以是刚性的，或者在其他实施例中可以是柔性的，和/或可以被选择为与源衬底相比提供改善的热特性。例如，在一些实施例中，非本征衬底307a可以是导热的，并且还可以是电绝缘的(或涂覆有诸如氧化物、氮化物、聚合物等的绝缘材料)。导电薄膜互连313可以被形成为以串联和/或并联配置电连接激光二极管200的相应接触，并且可以类似于上述互连213。通过控制由导电薄膜互连313电连接的激光二极管200的子集的操作，这可以允许动态可调的配置。在一些实施例中，阵列300a可以包括非并联(例如，没有共享或公共的阴极/阳极的连接)连接的VCSEL 200之间的布线313。也就是说，导电薄膜互连313可以提供串联/并联互连的许多变体，以及赋予较好良率的附加电路元件(例如，旁路、熔断器等)。
可以在衬底307a上设置激光二极管200的平行工艺中、在此之前和/或在此之后，形成导电薄膜互连313。例如，可以通过使用常规光刻技术在衬底307a上图案化导电膜来形成导电薄膜互连313，使得阵列300的激光二极管200没有穿过衬底307a的电连接。
由于较小尺寸的激光二极管200和通过导电薄膜互连313设置的连接，两个紧邻的激光二极管200之间的间隔或间距小于约500微米(μm)，或者在一些实施例中，小于约200μm，或者小于约150μm，或者小于约100μm，或者小于约50μm，而没有到共享或公共的阴极/阳极的连接。尽管一些单片阵列可以设置小于约100μm的激光二极管间距，但是为了实现这样的紧密间隔，这种阵列的激光二极管可以电学上共享一个阴极/阳极并可以机械上共享一个刚性衬底。相比之下，在一些实施例中，如本文中所述的激光二极管阵列(比如，阵列300a)可以在非本征衬底(例如，刚性衬底或柔性衬底)、紧邻的串联连接的激光二极管200(不具有公共阳极或阴极连接)之间实现小于约150μm的间隔。另外，如下面参考图6A至图6C的示例所描述的，本公开的一些实施例可以集成在本文中描述的具有小于500μm的间隔的激光二极管200之间的其他类型器件和/或由不同材料(例如，功率电容器，FET等)形成的器件。
而且，在一些实施例中，阵列300a的每个区域的激光二极管200的集中度可以在阵列300a的不同部分处是不同的。例如，一些LIDAR传感器应用可能受益于阵列的中心部分(与行进的前向方向相对应)中具有较高的分辨率，但是可能不需要在阵列的外围区域具有高分辨率。这样，在一些实施例中，阵列300a的外围部分的VCSEL 200的集中度可以小于阵列300a的中心部分的VCSEL 200的集中度。如图3B中所示，该配置可以用于衬底是柔性的并可以弯曲或折弯成期望的形状的应用中。
图3B是示出了本文中描述的根据一些实施例的在曲面的非本征衬底307b上包括激光二极管200的分布式发射器阵列300b的透视图。在一些实施例中，衬底307b由可以折弯以设置弯曲的发射表面的柔性材料形成，使得安装在衬底307b的中心部分317上的VCSEL200面向前方，而安装在衬底307b的外围部分317′上的VCSEL 200面向倾斜方向。由于VCSEL200分别在垂直于它们的有源区的方向上发射光，因此安装在衬底307b的中心部分317上的VCSEL 200在前向方向上发射光309，而安装在衬底307b的外围部分317′上的VCSEL 200在倾斜方向上发射光309′，从而提供宽视场。在一些实施例中，每个VCSEL可以提供窄场照明(例如，覆盖小于约1度)，并且阵列300a、300b可以包括数百或数千个VCSEL 200(例如，1500个VCSEL的阵列，每个VCSEL覆盖约0.1度的视场，从而可以提供150度的视场)。
通过改变衬底307b的曲率，视场可以在从0度至约180度的范围内根据期望来调节或改变。衬底307b的曲率可以是也可以不是恒定半径，并且因此可以被设计或以其他方式选择为提供期望的功率分布。例如，衬底307b可以限定法向表面提供相对功率量的期望分布的柱状、非柱状、球形或非球形曲线。在一些实施例中，衬底307b的曲率可以通过机械或机电致动而动态地改变。例如，中心轴(mandrel)可用于形成柱状或非柱状形状的柔性非本征衬底307b。在一些实施例中，中心轴也可以用作热沉。此外，如上所述，在一些实施例中，阵列300b的外围部分的VCSEL 200的空间密度或集中度可以小于阵列300b的中心部分的VCSEL 200的空间密度或集中度。例如，可以使用例如微转印和/或其他微组装技术以不同和/或非均匀的间距将VCSEL 200的阵列300b的行或列布置在非本征衬底307b上，以提供期望的远场输出光图案。
图3A和图3B中所示的阵列300a和300b可以基于激光二极管200的期望数量或分辨率而可缩放，从而允许长距离和高脉冲功率输出(千瓦(kW)量级)。可以选择衬底307a和307b的表面上的激光二极管200的空间密度或分布以减小光学功率密度，从而在期望的操作波长(例如，对于GaAs VCSEL约为905nm；对于InP VCSEL约为1500nm)下提供长距离和人眼安全性。通过控制施加到VCSEL的信号的占空比和/或通过改变衬底的曲率，可以进一步实现期望的光功率密度。而且，可以依据衬底材料来选择阵列300a和300b内的相邻激光二极管200之间的分隔或间隔，来在操作期间提供热管理并改善散热。例如，两个紧邻的激光二极管200之间的大于约100微米(μm)的间隔可以提供热学优点，特别是对于有限导热率的衬底而言。因此，本文中描述的阵列300a和300b可以通过消除引线接合、提供容错架构和/或提供较低的工作温度来提供更高的可靠性。在其他实施例中，可以将自对准、低成本的光束整形微光学器件(例如，球透镜阵列)集成在阵列300a和300b的表面上或表面内。
在一些实施例中，图3A和图3B中所示的紧凑阵列300a和300b可以使用微转印(MTP)、静电粘合和/或其他大规模并行芯片处理技术来制造，其允许通过外延剥离在非本征衬底上同时组装和异构集成数千个微型器件。例如，可以使用类似于例如在Rogers等人的题为“Optical Systems Fabricated By Printing-Based Assembly”的美国专利No.7,972,875中所描述的微转印工艺来制造VCSEL 200的阵列，其公开内容通过整体引用并入本文中。备选地，可以使用类似于例如在Bibl等人的题为“Micro device transfer headheater assembly and method of transferring a micro device”的美国专利No.8,789,573中所描述的静电粘合或夹持转印(gripping transfer)技术来制造VCSEL 200的阵列，其公开内容通过整体引用并入本文中。在一些实施例中，MTP、静电粘合/或其他传质技术可以允许制造本文中描述的具有较小器件间间隔的VCSEL或其他激光二极管的阵列。
图4A至图4F以及图4A′至图4G′是示出了根据本文中描述的一些实施例的激光二极管(被示为VCSEL 400)的示例制造工艺的透视图以及横截面图。在一些实施例中，本文中描述的VCSEL 200还可以使用图4A至图4F中所示的一个或多个处理操作来制造。如图4A至图4F以及图4A′至图4G′中所示，本文中描述的根据实施例的超小型VCSEL 400可以生长在源衬底上并可以使用微转印技术在非本征目标衬底上进行组装。具体地，在图4A和图4A′中，牺牲层408、横向传导层406、第一n型分布式布拉格反射器(DBR)层401、有源区405和第二p型DBR层402依次形成在源晶片或衬底404上。尽管参考单个VCSEL 400进行了说明以示出了制造，但是应当理解，可以在源晶片404上同时制造多个VCSEL 400，减小或最小化相邻VCSEL 400之间的间隔以增加或最大化可以在晶片404上同时制造的VCSEL的数量。而且，应当理解，可以在从用于印刷的衬底404释放的单个管芯或小芯片上制造多个VCSEL器件。而且，下面更详细地描述的转印技术可以允许重用源晶片404，以便随后制造额外的VCSEL。
在一些实施例中，可以选择层406、401、405和402的材料成分以提供期望的发射波长和发射方向(光轴)。例如，在一些实施例中，层406、401、405和402可以是基于砷化镓(GaAs)或基于磷化铟(InP)的。如所示的，在源晶片404上顺序地形成横向传导层406、AlGaAsn型高反射率分布式布拉格反射器(DBR)和有源区405。有源区405可以被形成为包括InAlGaAs应变量子阱，其被设计为提供期望波长上的光发射，并且随后形成p型DBR输出镜402。执行顶部接触金属化工艺，以在p型DBR层402上形成p接触(例如，阳极接触)411。例如，可以沉积不同尺寸的Ti/Pt/Au环形接触以形成阳极或p接触411。孔410可以限定在p接触411的周边。在一些实施例中，可以在有源区405与p型DBR层402之间设置氧化物层以限定孔410的边界。可以选择孔410的布局和设计以最小化光学损耗和电流扩散。
在图4B和图4B′中，执行顶部台面蚀刻工艺以暴露有源区405和n型DBR层401的顶表面，并且执行氧化工艺以氧化暴露的表面(包括有源区405的暴露的侧壁)，特别是光学孔410的横向限定边界。在图4C和图4C′中，执行底部接触金属化工艺以在横向传导层406的表面上暴露并形成n型(例如，阴极)接触412。应当理解，在一些实施例中，n型接触412可以备选地形成在n型DBR层401上以提供顶侧接触。在图4D和图4D′中，执行隔离工艺以限定相应的横向传导层406，并且沉积并蚀刻锚固(anchor)材料(例如，光刻胶层)以限定光刻胶锚固499和用于暴露牺牲释放层408的入口来进行外延剥离。
在图4E和图4E′中，执行底切蚀刻工艺以去除牺牲释放层408的一部分，使得锚固499将VCSEL管芯400悬挂在源晶片404上方。在一些实施例中，图4E和图4E′的操作之后可以是微转印工艺，如图4F和图4F′中所示，微转印工艺可以利用弹性体和/或其他压模490来破坏锚固499，将VCSEL管芯400(连同源晶片404上的多个其他的VCSEL管芯400)粘合到压模490的表面，并且如图4G′所示，通过使在其上包括管芯400的压模的表面接触非本征目标衬底407的表面，同时将多个VCSEL管芯400(已经粘合到压模的表面)转印到非本征目标衬底407的表面。在其他实施例中，图4F的操作之后可以是基于静电夹持器的转印工艺，该工艺可以通过使用相反电荷的吸引力来利用静电转印头将VCSEL管芯400(连同源晶片404上的多个其他的VCSEL管芯400)粘合到该转印头的表面，并且同时将VCSEL管芯400转印到非本征目标衬底。作为破坏锚固499的结果，每个VCSEL管芯400可以包括从管芯400的边缘或侧表面(和/或管芯400的外围处的对应离隙特征)突出或凹入其内的断裂或破裂的系线部499t(例如，锚固结构499的残留部分)，系线部499t可以在将VCSEL管芯400转印到非本征衬底407时保留。
非本征目标衬底可以是用于VCSEL阵列的刚性或柔性目的地衬底，或者可以是较小的夹层或“小芯片”衬底。在目标衬底是针对阵列的目的地衬底的情况下，互连工艺可以在在其上包括有组装的VCSEL管芯400的目标衬底上形成导电薄膜层，并且可以图案化导电薄膜层以限定在VCSEL管芯400之间提供期望电连接的薄膜金属互连。可以在将VCSEL管芯400组装在目的地衬底上之后执行互连工艺，或者可以在组装VCSEL管芯400之前在目的地衬底上执行预图案化工艺，使得在组装时实现VCSEL管芯之间的电连接(在将管芯400转印到衬底上之后不需要互连处理)。在目标衬底是小芯片的情况下，VCSEL管芯400可以通过小芯片并联连接。然后可以将其上包括VCSEL管芯400的小芯片组装(通过转印、静电吸附或其他转印工艺)到针对阵列的目的地衬底上，其中可以对目的地衬底进行预图案化或后图案化以在小芯片之间设置电连接。在一些实施例中，薄膜金属互连可以限定在从管芯400的边缘突出的断裂的系线部上和/或在其周围。
因为VCSEL 400是通过外延剥离完成的，因此与衬底是分离的，并且因为使用了薄膜互连，所以VCSEL 400也可以比保持连接到其本征衬底的一些常规的VCSEL更薄，比如图2C的VCSEL 10。例如，VCSEL 400可以具有约1微米(μm)至约20μm的厚度t(例如，包括层406、401、405和402的半导体堆叠的组合厚度)。
图5A至图5C是根据本文中描述的一些实施例的VCSEL阵列500的图像，其是使用微转印工艺组装的。具体地，图5A示出了约11000个激光器的VCSEL阵列500，其在非本征衬底507上组装之后，相邻的VCSEL200之间的VCSEL间间隔为约200微米(μm)或更小，图5B的插入图像和图5C的图像示出了本文中描述的根据一些实施例的分别包括约350个激光器和9个激光器的阵列500的一部分的放大视图。由于本文中描述的VCSEL的尺寸减小了，在一些实施例中，紧邻的VCSEL 200之间的VCSEL间间隔在源衬底上可以小于约150μm，或者小于约100μm，或者小于约50μm。在一些实施例中，阵列500可以在5平方毫米(mm2)或更小的占用空间或区域内包括100个VCSEL或更多。
图5D至图5E是示出了本文中描述的根据一些实施例的VCSEL结构的断裂系线部和离隙特征的放大图像。如图5D和图5E中所示，转印的VCSEL 510(比如，VCSEL 200中的一个VCSEL 200)或如本文中描述的其他激光二极管可以在其外围包括一个或多个断裂的系线部499t和/或离隙特征599。可以沿着VCSEL 510的外围图案化或以其他方式设置离隙特征599以部分限定系线499和用于使系线499优先破裂(preferential fracture)的区域。在图5D至图5E的实施例中，断裂的系线部499和离隙特征599被示为沿横向传导层(LCL)506的外围存在；然而，应当理解，断裂的系线部499t和/或relilef特征599可以存在于通过本文中描述的转印工艺设置在非本征衬底上的任何层的外围中或沿着所述外围存在，所述层例如是在图4A至图4F和图4A′至图4G′的示例中，在在源晶片或衬底404上制造有源区405中形成的外延生长层406、405、401、402。这样，在一些实施例中，断裂的系线部499t的材料和厚度可以与LCL层506(或者，与有源区相关联的其他层)的材料和厚度相对应。在其他实施例中，为了缩短蚀刻程序，可以部分蚀刻LCL 506的外围或边缘部分，因此系线特征499t的离隙图案599可以比LCL 506(或者，与有源区相关联的其他层)更薄。在“拾取”操作期间(比如，图4G′所示)，系线499的破裂可以发生在抗蚀剂层4991本身中，并且断裂的系线部499t的材料和厚度可以与抗蚀剂层4991的材料和厚度相对应。断裂的系线部499t可以与印刷粘合剂或环氧树脂相互作用，并且即使在抗蚀剂显影和/或抗蚀剂去除工艺之后也仍保留在完全处理的器件上。更一般地，本文中描述的根据实施例的一些激光二极管结构可以包括沿着激光二极管结构的外围或边缘处于系线499附近区域处的断裂的系线部499t或离隙图案或特征599中的至少一个。
因此，本文中描述的一些实施例可以使用MTP来将数百或数千个VCSEL或其他表面发射激光二极管印刷或集成到占用空间较小的发光阵列中。通过允许对数千个激光二极管器件进行同时操控和晶圆级组装，MTP可能是有利的。在一些实施例中，每个激光二极管可以具有小至约1-10μm的孔尺寸，从而将结合了这种VCSEL阵列的激光器的大小(和成本)减小高达100倍。为了实现不同性能，诸如修改的近场图案和远场图案，其他实施例可以包括具有甚至小于1μm的孔尺寸的衬底。为了实现每个VCSEL器件更高的功率输出，另外的其他实施例可以使用更大的孔，例如约10至100μm。而且，MTP允许在转印工艺之后重用源晶片(例如，GaAs或InP)来生长新器件，从而进一步降低了制造成本(在一些情况下，降低了多达50％)。MTP还可以允许将不同材料系统(例如，GaAs或InP激光器)的激光二极管和/或驱动晶体管(如下面讨论的)直接异构集成和互连在硅集成电路(IC)上。而且，可以以成本高效的方式使用和重用源晶片，以制造可以提供大功率并具有人眼安全性性以及减小的环境噪声的激光二极管(例如，基于InP的VCSEL)。这样，MTP可以在一些实施例中用于减少发射器成本，并且允许制造包括数百或数千个VCSEL的大功率、高分辨率的分布式VCSEL阵列(DVA)。
而且，当设置在柔性或弯曲的衬底上时，本文中描述的实施例可以提供具有高达180度水平的宽视场(FoV)的DVA。在一些实施例中，可以针对人眼安全性和有效散热配置通过DVA分散的光学功率。在一些实施例中，可以在弯曲的DVA内集成低成本、自对准、光束整形微光学器件。
图6A是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括分布式表面发射激光二极管(被示为VCSEL 200)与分布式驱动晶体管610的异构集成的示例发射器阵列600的透视图。如本文中所使用的，分布式电路元件可以指激光二极管、驱动晶体管和/或在整个激光二极管阵列的各种期望位置中组装的其他电路元件，并且分布式电路元件的这种阵列在本文中被称为分布式阵列。例如，将分布式大功率驱动晶体管集成在分布式VCSEL阵列中对于LIDAR应用可能是有利的。图6B是示出了图6A的分布式发射器阵列600的等效电路图的示意图，且图6C是沿着图6A的线6C-6C′截取的分布式发射器阵列600的横截面图。
如图6A至图6C所示，阵列600(在本文中也被称为DVA)可以例如通过微转印或其他技术组装在非本征衬底607上。衬底607在一些实施例中可以是刚性的，或者在其他实施例中可以是柔性的。阵列600还包括集成驱动晶体管610，集成驱动晶体管610与一个或多个VCSEL 200相邻地组装在衬底607上。在一些实施例中，驱动器610和激光二极管200可以包括具有不兼容的制造工艺的不同的半导体材料和/或技术。例如，可以使用微转印(MTP)工艺将驱动晶体管610组装在衬底607上。在一些实施例中，可以提供包括数百或数千个驱动晶体管610的阵列。导电薄膜互连613可以被形成为以串联和/或并联配置来电连接驱动晶体管610与激光二极管200的相应接触。驱动晶体管610与紧邻激光二极管200之间的间隔可以小于约2毫米、小于约1毫米、小于约500微米、小于约150微米(μm)，或者在一些实施例中，小于约100μm、或小于约50μm，这可以在它们之间提供减小的寄生阻抗(例如，比驱动晶体管610位于芯片外或衬底外的情况小多达100倍)。
在一些实施例中，阵列600可以包括未并联连接(例如，没有公共阴极/阳极)的VCSEL 200之间的布线613。并非简单地将阵列的所有元件并联(例如，没有公共的阳极连接或阴极连接)的互连设计可以提供降低阵列的电流需求的优点，这可以减少电感损耗并增加开关速度。各种互连设计还提供了嵌入或集成在电互连阵列内的其他器件(例如，开关、门、FET、电容器等)以及在阵列制造中实现容错的结构(例如，熔断器、旁路电路等)，从而赋予良率优势。例如，如图6B中所示，阵列600包括以串联(或者，阳极到阴极)电连接以限定阵列600的列(或者，其他子集或子阵列)的多个VCSEL串200。阵列600还包括驱动晶体管610的阵列，其中每个驱动晶体管610与串联连接(或阳极到阴极连接)的VCSEL 200的相应串以串联方式电连接。
可以通过例如使用常规光刻技术图案化导电膜，来在衬底607上设置激光二极管200和驱动晶体管610之后以并行工艺形成导电薄膜互连613。这样，阵列600的驱动晶体管610和激光二极管200没有引线接合和/或穿过衬底607的电连接。由于激光二极管200和驱动晶体管610的尺寸较小以及本文中描述的组装技术的精确度，紧邻的激光二极管200和/或驱动晶体管610之间的间隔可以小于约150微米(μm)，或者在一些实施例中，小于约100μm或小于约50μm。因此，将驱动晶体管610紧靠VCSEL 200地集成在衬底607上(例如，距最近的VCSEL 200距离小于约2毫米、小于约1毫米、小于约500微米、小于约150微米(μm)，或者在一些实施例中，小于约100μm、或者小于约50μm)可以缩短元件之间的电连接613，从而减小寄生电阻、电感和电容，并且允许更快的开关响应。
在图6A至图6C的示例中，驱动晶体管610以阵列布置，使得每个驱动晶体管610与一列(或者，其他子集)串联连接(或者，以阳极到阴极连接)的VCSEL 200串联连接，从而允许分别控制VCSEL 200的各列/串。然而，应当理解本文中描述的实施例不限于这种连接配置。相反，将驱动晶体管610紧靠VCSEL 200地集成还可以允许更灵活的布线配置(例如，串联和/或并联)，这可以用于控制电流和/或提升性能或使性能最大化。例如，可以设置更少或更多的驱动晶体管610(例如，用于控制串联连接的VCSEL 200的行以及列的驱动器)，以更好地控制相应VCSEL或VCSEL组和/或输出功率。与一些常规设计(可以是约1至10纳秒(ns)的数量级或更长)相比，另一示例是为了更快的脉冲产生(例如，亚纳秒(ns)的数量级)而在阵列的元件附近添加电容器或类似的电存储器件。同样，尽管被示为平面阵列600，但是衬底607可以在一些实施例中是柔性的；因此，类似于图3B的阵列300b，可以折弯阵列600以提供期望的曲率。
如上面参考阵列300a和300b的类似讨论，阵列600可以基于激光二极管200的期望数量或分辨率缩放，从而允许长距离和高脉冲功率输出(千瓦(kW)量级)。可以选择激光二极管200在衬底607的表面上的分布和/或可以动态调整或以其他方式控制(通过晶体管610)激光二极管的操作以减小光功率密度，从而提供长距离和期望的工作波长下的人眼安全性(例如，对于GaAs VCSEL约905nm，对于InP VCSEL约1500nm)。而且，元件200和/或610之间的间隔可以被选择为提供热管理并改善操作期间的散热。因此，本文中描述的阵列600可以通过消除引线接合，提供容错架构和/或提供较低的操作温度来提供改善的可靠性。在其他实施例中，如下面参考图12A至图12B所讨论的，可以将自对准、低成本的光束整形微光学器件(例如，球透镜阵列)集成在阵列607的表面上或表面内。
图6D是示出了图6A的分布式发射器阵列600的等效电路图的示意图，其中发射器200是可单独寻址的。如图6D中所示，阵列600包括以串联(或者，阳极到阴极)电连接以限定阵列600的列或其他子集或子阵列的多个VCSEL串200。阵列600还包括驱动晶体管610的阵列，其中每个驱动晶体管610与串联连接的VCSEL 200的相应串以串联方式电连接。驱动晶体管610可以是通过列信号COLUMN单独可寻址的。在一些实施例中，驱动晶体管610可以单独激活(例如，被偏置以导通)，从而改变提供给串联连接的VCSEL 200的相应串的功率。在一些实施例中，驱动晶体管610可以以线性模式操作，以便改变驱动晶体管610的电阻并相应地改变施加到串联连接的(或以阳极到阴极连接的)VCSEL 200的串的电流。
阵列600的行也可以是单独可寻址的。例如，阵列600可以利用旁路电路来单独选择串联连接的VCSEL 200的串的多行中的一行。在一些实施例中，可以利用相应旁路晶体管628来选择VCSEL 200中的相应VCSEL。例如，为了选择在特定行和列处的特定VCSEL 200，可以激活用于包含特定VCSEL 200的串的驱动晶体管610以提供流过该串的电流，并且与特定VCSEL 200相关联的旁路晶体管628可以关断(例如，偏置从而为非通导)，使得流过该串的电流可以流过该VCSEL 200。在一些实施例中，旁路晶体管628可以以线性模式操作以沿着旁路路径提供可变电阻。可变电阻可以允许控制流过VCSEL 200的电流量。
图6D的电路实施例只是如何将发射器阵列600配置为可行寻址和可列寻址的示例。然而，本文中描述的实施例不限于该特定布置。本领域技术人员将认识到，其他可能的电路布置也有可能实现可以通过行或列进行选择性寻址的器件的有源矩阵，例如将较大比例的脉冲能量引导到VCSEL的一些子集以修改发射的输出光束的远场图案，使得只有某些方向接收较大量的功率。可以使用这样的电路布置代替图6D的电路布置而不背离本文中描述的实施例的范围。
图7A是示出了根据本文中描述的实施例的包括表面发射激光二极管(比如，VCSEL200)的LIDAR器件700a的透视图，图7A是相对于铅笔按比例示出的。图7C是示出了根据本文中描述的实施例的备选LIDAR器件700c的透视图。具体地，图7A和图7C示出了基于分布式垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列的固态闪光LIDAR器件700a、700c。参考弯曲阵列720(比如，图3B的弯曲阵列300b)示出了LIDAR器件700a、700c，但是应当理解，LIDAR器件700a、700c不是限制性的，并且可以备选地实现图3A的阵列300a、图6A至图6C的阵列600、和/或提供本文中描述的特征的激光二极管200的其他阵列。器件700a、700c的此类特征可以包括但不限于宽视场(在特定实施例中，约水平方向上θ＝120°且垂直方向上φ＝10°，或更宽)；远距离(在一些情况下，大于约200m)；由减小的尺寸(在特定实施例中，约110x40x40mm)限定的高分辨率(在特定实施例中，约0.1°水平和垂直)的紧凑大小；大功率(在特定实施例中，峰值约10000w、脉冲型的)；以及人眼安全性(在特定实施例中，分散的光学功率可以支持人眼安全、大功率，905nm(例如，GaAs)和/或约1500nm(例如，InP)发射器)。
图7B是示出了图7A的LIDAR器件700a的组件的分解图700b。如图7B中所示，器件壳体或外壳701包括用于电连接到电源和/或其他外部器件的连接器702。外壳701被设定为容纳光发射器阵列720、光检测器阵列730、电子电路760、检测器光学器件740(可以包括一个或多个透镜和/或光学滤光器)和透镜架770的大小。设置透明盖780以保护发射器阵列720和检测器光学器件740，并且在一些实施例中可以包括光束整形和/或滤波光学器件。
光发射器阵列720可以是脉冲激光器阵列，比如本文中描述的VCSEL阵列300a、300b、600中的任何VCSEL阵列。这样，光发射器阵列720可以包括大量(例如，数百或甚至数千个)分布式的超小型激光二极管200，它们被共同配置为提供极高水平的功率(通过利用大量超小型器件的益处)。使用大量小型器件而不是少量大型器件允许将速度极快、功耗低且在低温度下运行的器件集成到最优配置中(与其他设备一起，比如晶体管、电容器等)以提供少量大型激光器件不易获得的性能。如本文所述，激光二极管200可以同时转印到非本征的弯曲或柔性衬底上。被配置为将来自光发射器阵列720的高纵横比照明投射到目标平面上的光束整形光学器件也可以设置在光发射器阵列720上或附近。
光检测器阵列730可以包括一个或多个光学检测器器件，比如pin、pinFET、线性雪崩光电二极管(APD)、硅光电倍增管(SPM)、和/或单光子雪崩二极管(SPAD)器件，其由材料形成或以其他方式被配置为检测由光发射器阵列720发射的光。光检测器阵列730可以包括足以实现期望的灵敏度、填充因子和分辨率的一定数量的光学检测器器件。在一些实施例中，可以使用如本文中描述的微转印工艺来制造光检测器阵列730。检测器光学器件740可以被配置为收集高纵横比的回波并将目标图像聚焦到光检测器阵列730的焦平面上，并且可以由透镜保持器770保持在光检测器阵列730上或其附近。
电子电路760集成以上组件和其他组件以将多个返回的LIDAR点云数据提供给数据分析。更具体地，电子电路760被配置为控制光发射器阵列720和光检测器阵列730的操作，以通过连接器702向一个或多个外部器件输出滤波后的高质量数据，比如3D点云数据。外部器件可以被配置为利用专有和/或开源的3D点云生态系统和物体分类库来分析由LIDAR器件700a、700c提供的数据。例如，这样的外部器件可以包括被配置用于包括但不限于自动驾驶汽车、ADAS、UAV、工业自动化、机器人技术、生物识别技术、建模、增强现实和虚拟现实、3D映射和/或安全性的应用。
图8是示出了本文中描述的根据一些实施例的用于诸如图7A至图7C的LIDAR器件700a、700b、700c的LIDAR器件的示例系统800的框图。如图8中所示，系统800集成了多个电耦合的集成电路元件，以提供本文中描述的LIDAR器件功能。具体地，系统800包括耦合到存储器件810、照明电路820和检测电路830的处理器805。存储器器件810在其中存储计算机可读程序代码，当由处理器执行时，计算机可读程序代码操作照明电路820和检测电路830以收集、处理和输出对运行环境中的一个或多个目标加以指示的数据，比如3D点云数据。系统800还可以包括热敏电阻器842和相关的温度补偿电路843，以及被配置为调节到系统800的电压或功率的功率管理电路841。
照明电路820包括离散表面发射激光二极管200的阵列、驱动晶体管610以及相关的电路元件611，其以各种配置中的任何配置电连接。在一些实施例中，照明电路820可以是包括多行和/或多列的VCSEL 200的激光器阵列，比如本文中描述的VCSEL阵列300a、300b、600中的任何VCSEL阵列。处理器805可以通过调制和定时电路815来控制照明电路820发射光脉冲809的操作，以产生脉冲光输出809。光束整形和/或聚焦光学器件(比如，图11A至图14C中示出的透镜阵列)也可以包括在激光二极管200的阵列中或其附近，以整形和/或引导光脉冲809。
检测电路830可以包括耦合到飞行时间(ToF)控制器852的飞行时间(ToF)检测器851。ToF检测器851可以包括一个或多个光学检测器器件，比如离散pin、pinFET、线性雪崩光电二极管(APD)、硅光电倍增管(SPM)和/或单光子雪崩二极管(SPAD)器件的阵列。ToF控制器852可以通过测量由目标反射并在ToF检测器851接收的激光脉冲809′的往返(“飞行时间”)来确定到目标的距离。在一些实施例中，在由ToF检测器851检测之前，反射的激光脉冲809′可以由诸如带通滤波器的光学滤波器840滤波。可以对检测块830的输出进行处理以抑制环境光，然后将其提供给处理器805，处理器805可以执行进一步的处理和/或滤波(通过信号处理器鉴别滤波器817，并且可以提供滤波后的输出数据(例如，3D点云数据))以进行数据分析。数据分析可以包括帧滤波和/或图像处理。在一些实施例中，数据分析可以由外部器件(例如，自主车辆智能系统)来执行。
图9是示出了根据本文中描述的其他实施例的包括边缘发射激光二极管910的示例激光二极管阵列900的横截面图。如图9中所示，激光二极管910包括有源区905(有源区905可以包括一个或多个量子阱)以产生并发射相干光909。有源区905设置在p型层901和n型层902之间，并且在其上分别具有接触912和911。可以包括衍射光栅层以提供用于激射的反馈。激光二极管910的光腔轴垂直于电流的方向定向，从而限定了边缘发射器件，使得辐射909从器件910的边缘而不是从其顶部表面射出。可以通过例如微转印、静电粘合或其他质量转印技术将装置910组装在非本征衬底907上。相应镜元件(被示为微转向镜913)也可以(例如，通过微转印、静电粘合或其他质量转印技术)组装在衬底907上，并且相对于与其相邻设置的激光二极管910的光腔轴定向，使得来自激光二极管910的辐射909反射并最终在垂直于衬底907的方向上发射。
衬底907在一些实施例中可以是刚性的，或者在其他实施例中可以是柔性的，并且导电薄膜互连可以形成为以串联和/或并联配置电连接到激光二极管910的相应接触，其间隔类似于参考本文的阵列300a、300b和/或600所述的间隔。同样地，如上面参考图6A至图6C的示例所描述的，阵列900可以包括其他类型的器件和/或由不同材料(例如，功率电容器、FET、微透镜阵列等)形成的器件，其与激光二极管910以本文中描述的间隔集成在衬底907上。
本文中描述的其他实施例针对包括光束整形结构的发射器阵列，该光束整形结构可以被配置为使用来自阵列的多个离散激光二极管的光来输出光强度的任意分布作为视场角的函数。在一些实施例中，阵列的相应激光二极管以不同的相对取向布置在非本征衬底的表面上，使得来自相应激光二极管的相干光发射基于不同的取向在不同的方向上(例如，与方位角或仰角相对应)输出。根据本文中描述的实施例的光束整形结构可以产生不相干的输出光。也就是说，虽然来自相应激光二极管的相应光发射是相干的，但是来自阵列的光输出光束包括可以是非相干的相应发射的组合或叠加，因为来自激光二极管中的一个激光二极管的光发射的相位可以独立于来自另一激光二极管的光发射的相位。例如，本文中描述的实施例可以包括加宽水平和/或垂直视场，和/或可以在特定方向上提供强度的局部最大值或最小值。在一些实施例中，可以使用微转印工艺(或其他微组装工艺)将相应激光二极管以不同的相对取向布置在非本地衬底上。相反，本征衬底上的激光二极管可以相对于彼此以固定或统一的取向来限定。
如本文中所描述的，相应激光二极管发射的不相干叠加的一些优点可以包括不存在或缺少可以是由来自阵列的相应激光二极管的单色光发射的干涉引起的散斑图案。一些LIDAR应用检测方案可以包括非相干/直接能量检测(可以测量反射光的幅度变化)或相干检测(可以测量多普勒频移或反射光的相位变化)。尽管主要参考其中激光二极管被实现为表面发射激光二极管(比如，图2A至图2C的VCSEL 200)的实施例进行了描述，但是应当理解，如例如图10A至图15E中所示，除了具有根据本文中描述的实施例的光束整形结构的分布式VCSEL阵列300中示出的VCSEL 200之外或代替所示的VCSEL 200，还可以使用边缘发射激光二极管(比如，图9的边缘发射激光二极管910和镜结构913)。
图10A是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括在弯曲衬底1007上的激光二极管(示出为VCSEL 200)的分布式发射器阵列1000的透视图。衬底1007的曲率为阵列1000的相应VCSEL 200提供相对于彼此的不同取向，使得它们的相应激光孔、光轴(图2B中的210、208)和相干光发射在不同方向上定向以提供不相干输出光束1009。可以使用诸如图3B的衬底307b的柔性衬底来实现曲率。用于衬底1007的一些示例材料可以包括(但不限于)柳玻璃(willow glass)、薄氧化锆(ZrO2)陶瓷、薄氧化铝(Al2O3)陶瓷、硅(Si)、金属(铝、铜等)和/或塑料/丙烯酸酯，其中所述衬底1007具有足以满足参考图10A至图10D描述的曲率或其他变形的特性。
如图10A中所示，可以根据本文中描述的实施例来控制衬底1007的曲率，使得输出光束1009提供期望的均匀或非均匀角度功率分布，在本文中也被称为强度分布(每单位区域的能量)或光子通量分布(每单位区域的光子)。衬底1007的曲率可以是也可以不是恒定半径，并且因此可以被设计或以其他方式选择为提供期望的角度功率分布。例如，衬底1007可以限定法向表面提供输出光束1009的相对功率量分布的柱状、非柱状、球形或非球形曲线。在图10B中示出了可以从阵列1000输出的光束1009的示例非均匀角度功率分布1003。尽管参考方位角θ在图10B中进行了说明，但是应当理解，取决于衬底1007的曲率轴，非均匀角度功率分布1003可以对应于方位角或仰角。
为了确定与期望的光子通量分布(比如，图10B中所示的角度功率分布1003)相对应的曲率，可以在控制点之间定义线段。线段可以在与该线段正交的角度处具有与相对功率量成正比的长度。样条可以通过控制点拟合来确定或以其他方式定义轮廓1004，例如如图10C中的图形所示。所确定的轮廓1004可以定义非球面或非柱状曲线，例如如图10B中所示，其法向表面提供期望的相对功率量分布1003。从而，柔性衬底1007可以基于所确定的轮廓1004而弯折或变形，例如如图10A中所示。另外，VCSEL 200可以以不同和/或非均匀的间距布置在非本征衬底1007上，以帮助提供期望的远场输出光图案1009。
在一些实施例中，衬底1007b的曲率可以通过机械或机电致动而动态地改变。例如，如图10A中所示，一个或多个可控中心轴1050可以被配置为响应于来自控制电路的控制信号而沿衬底1007在一个或多个运动平面内移动，使得中心轴1050的放置被配置为使衬底1007变形以提供期望的曲率。在一些实施例中，中心轴1050可以用于基于
图10C的轮廓1004动态地折弯柔性衬底1007以增加或减小其曲率，从而定义期望的孔形状和图10B的非均匀角度功率分布1003(例如，前向输出的光子比在边缘处的输出光子多)。可以响应于变化的环境条件而动态地执行衬底1007的变形，使得可以改变由来自阵列1000的光发射覆盖的视场。在一些实施例中，中心轴1050也可以用作热沉。此外，如上所述，在一些实施例中，阵列1000的外围部分处的VCSEL 200的空间密度或集中度可以小于阵列1000的中心部分处的VCSEL 200的空间密度或集中度。
参考图10A至图10C示出和描述的阵列衬底1007的曲率可以根据期望操作的距离和/或方向来基于提供在特定方向或角度上具有较大功率分布的输出光束1009，使得较大强度可以提供较大操作距离。在一些实施例中，可以希望更大的工作距离是笔直向前的(例如，与行进的前向方向相对应)，并且阵列1000可以变形，使得更多的激光二极管定向在前向方向上，以与前向行进方向周围的方向相比，在前向方向上提供具有更大的光子通量分布的输出光束1009。
然而，在本文中描述的其他实施例中，例如如图10D的图形中所示，可能期望向阵列1000的外围(例如，朝阵列1000的左侧或右侧而不是中心)提供具有更大强度的输出光束1009。例如，在一些应用中，一个或多个专用传感器/传感器阵列可以用于前向行进方向(例如，用于沿道路进行长距离感测，其中道路可以对应于轮廓1006)，并且阵列1000可以是附加传感器阵列，其被配置为在前向行进方向周围的一个或多个方向上提供更高的分辨率。这样，阵列1000可以根据图10D中所示的轮廓1008a或1008b而折弯，这向输出光束1009在阵列1000的笔直向前/前向方向外围的方向上提供更大的角度功率分布。已经参考控制衬底1007在单个维度(被示为“水平”方向)上的曲率以提供在高达180度或更大的视场上改变的角度功率分布，描述了图10A至图10D的实施例。然而，应当理解，本文中描述的实施例中的曲率控制不限于单个尺寸，因此一些实施例可以包括机械和/或机电致动器，其被配置为使衬底1007在多个维度上变形(例如，在水平或垂直方向上)，从而影响输出光束1009的方位角(水平发散)和仰角(垂直发散)。此外，在一些实施例中，驱动晶体管的阵列(比如，图6A至图6C的驱动晶体管610)可以组装在衬底1007上，并且用于动态地调节或以其他方式控制在阵列1000的不同区域中的相应VCSEL 200或VCSEL 200的子集的操作和/或发射功率，以单独地或与对衬底1007的曲率的控制结合地控制角度功率分布。驱动器晶体管610还可以用于顺序地激活VCSEL 200的列和/或行，以提供在由衬底1007的曲率限定的角度功率分布上的电子束扫描。此外，可以接合本文中参考图11A至图14C描述的透镜阵列1103a至1103c、1203、1303e、1403a至1403c中的任一透镜阵列以及图15A至图15F的倾斜激光二级管布置来使用对衬底1107的曲率的控制。
图11A、图11B和图11C是示出了根据本文中描述的一些实施例的具有包括整形小透镜阵列的集成光学元件1100a、1100b和1100c的示例分布式发射器阵列的横截面图，所述整形小透镜阵列被配置用于高纵横比光束整形。如图11A至图11C中所示，阵列1100a、1100b和1100c包括小透镜阵列1103a、1103b和1103c形式的光学元件、以串的形式组装并电连接以限定VCSEL阵列300的相应行和/或列的多个激光二极管(被示为VCSEL 200)、以及限定VCSEL 200之间的电连接的导电互联1113。可以通过微转印、静电粘合或其他质量转移技术将VCSEL 200组装在非本征衬底1107上(在图11A和图11C中)或在小透镜阵列1103b的表面上(在图11B中)。例如，微转印可以实现小于约150微米(μm)的VCSEL间间距，或者在一些实施例中，小于约100μm或小于约50μm，从而与一些常规的VCSEL阵列相比增加了有源区域填充因子。
衬底1107可以是刚性的或柔性的。用于衬底1107的一些示例材料可以包括(但不限于)柳玻璃(willow glass)、薄氧化锆(ZrO2)陶瓷、薄氧化铝(Al2O3)陶瓷、硅(Si)、金属(铝、铜等)和/或塑料/丙烯酸酯，其中所述衬底1007具有足以满足参考本文描述的曲率或其他变形的特性。
小透镜阵列1103a、1103c在相应的透镜元件1103e(在本文中也称为小透镜)与VCSEL 200中的对应VCSEL之间的相应发射路径1190中包括间隙或界面1180，其中VCSEL200中的对应VCSEL是与相应的透镜元件1103e对准的。界面1180可以由一个或多个间隔结构1106限定，间隔结构1106将小透镜阵列1103a、1103c附接或以其他方式集成到衬底1107的表面上，并且基于小透镜1103e的焦距将小透镜阵列1103a与衬底1107的表面分开。在一些实施例中，间隔结构1106可以由诸如有机硅的透明材料形成，并且可以被实现为限定它们之间的相应气隙的间隔开的间隔结构1106，或者被实现为填充VCSEL 200与小透镜阵列1103a、1103c之间的空间的连续透明材料层。在一些实施例中，小透镜阵列1103a、1103c可以由玻璃透镜元件或玻璃上有机硅透镜元件来形成。
从相应VCSEL 200输出的光1109可以由小透镜阵列1103a、1103c的小透镜1103e收集，从而导致产生多个准直光束。可以用与VCSEL阵列300具有相同间距的微透镜阵列1103a、1103b(即，每个VCSEL 200一个小透镜1103e)来实现准直。衬底1107和/或小透镜阵列1103a、1103c的曲率可以如上面参考图10A至图10D所讨论的那样被确定和使用，以在各种角度提供来自阵列的输出光，用于非准直光束的发射(例如，用于水平和/或垂直发散)。在一些实施例中，透镜元件1103e可以通过模制、铸造、压花和/或蚀刻工艺而限定在小透镜阵列1103a、1103b、1103c的表面中。
图11B示出了根据本文中描述的其他实施例的示例分布式发射器阵列1100b，其中VCSEL 200直接集成在小透镜阵列1103b的表面上，使得相应透镜元件1103e之间的相应发射路径1190没有间隙或空气界面，从而提供单片小透镜/发射器阵列结构。小透镜阵列1103b的厚度可以被选择为有效地用作整个小透镜阵列1103b的间隔结构，以将VCSEL 200定位在各个小透镜1103e的焦距处或其附近。这样，小透镜阵列1103b的表面用作非本征衬底。在一些实施例中，小透镜阵列1103b可以由有机硅层上的玻璃透镜元件形成，或者可以仅由有机硅(例如，模制有机硅)形成，或者由梯度指数材料的层(通过改变高折射率纳米粒子的负载比例来提供不同的折射率)形成。也就是说，小透镜阵列1103b可以为VCSEL 200提供非本征衬底。
图11A和图11B示出了示例小透镜阵列1103a、1103b，它们包括与小透镜元件1103e类似的平凸(PCX)透镜，其可以提供准直的光输出。然而，在如图11C所示的一些实施例中，小透镜1103e的形状可以在一个或多个方向上彼此独立变化，使得来自透镜阵列1103c的输出光束1l09是非准直的。例如，参考由衬底1107的表面定义的X-Y平面，在阵列1103c的末端处的小透镜1103e的形状可以在X方向上不同于它们之间的小透镜1103e，以提供沿x方向具有不同形状的远场图案的输出光1109(可以对应于水平发散)。图11C中所示的小透镜1103e的平移对称设计可以用于在一个方向(例如，X方向)上传播输出光1109，但是不影响在另一个方向上的传播(例如，Y方向)。然而，应该理解，为了提供沿X轴和/或Y轴具有不同形状的远场图案的输出光1109，小透镜1103e的形状可以同样在Y方向上变化。更一般地，为了实现期望的远场图案，透镜规格(prescription)可以在阵列1103c上根据小透镜1103e而变化。小透镜阵列1103a、1103b、1103c可以由柔性透镜材料形成，使得小透镜阵列1103a、1103b、1103c也可以折弯或变形以提供期望的曲率轮廓，如上面参考图10A至图10D所讨论的，使得来自阵列1100a、1100b的输出光1109可以提供期望的角度功率分布。
尽管以单级设计在图11A至图11C中进行了说明，但是在一些实施例中，阵列1100a、1100b、1100c可以包括多级光学器件，其中所示的光学器件1103a、1103b、1103c的阵列与主光学器件的阵列(诸如图12A至图12B中所示的球透镜)对准并被配置为接收来自主光学器件的阵列的光1109。这样的多级设计可以提供更高的灵活性和性能，例如通过使用多级光学器件中的一级光学器件来提供输出光发射的水平发散，并使用下一级光学器件来提供输出光发射的垂直发散，或者反之亦然。
图12A和图12B是示出了根据本文中描述的一些实施例的具有包括自对准球透镜阵列1203的集成光学器件1200a和1200b的示例分布式发射器阵列的横截面图，其中所述自对准球透镜阵列被配置用于宽视场光束整形。球透镜与VCSEL的光学对准通常可以利用主动对准，由此球透镜可以在x、y和z空间中移动，同时监视远场图形以实现最佳耦合。这种对准过程可能是缓慢且昂贵的，特别是对于较大的VCSEL阵列，其可能需要数十/数百/数千个球透镜来准直由该阵列发射的每个激光束。
本文描述的一些实施例可以使用自对准方法来实现球透镜与VCSEL的光学对准，例如使用对准特征(比如，光刻方式限定的特征)以允许相应球透镜元件1203e在x、y和z空间中自对准。例如，如图12A和图12B中所示，阵列1200a和1200b包括以下形式的光学元件：球透镜阵列1203、以串的形式组装并电连接以限定相应多个激光二极管(被示为VCSEL200)的行和/或列的多个激光二极管(示出为VCSEL 200)、以及限定VCSEL 200之间的电连接的导电互联1213。可以通过微转印、静电粘合或其他质量转移技术将VCSEL 200组装在非本征衬底1207a和1207b上。衬底1207a、1207b可以是刚性的或柔性的，且可以由柳玻璃(willow glass)、薄氧化锆(ZrO2)陶瓷、薄氧化铝(Al2O3)陶瓷、硅(Si)、金属(铝、铜等)和/或塑料/丙烯酸酯来形成。
在图12B的实施例中，VCSEL 200形成在衬底1207b的背面上，其由对VCSEL 200发射的光1209的波长范围透明的材料形成。衬底1207b可以具有影响从VCSEL 200输出的光的光路的厚度和/或折射特性，使得在期望的焦距处设置透镜阵列1203。该配置1200b的优点(本文中也被称为背部照明或底部照明)可以包括保护VCSEL 200不受在制造光学器件1203中使用的加工条件(例如，温度、化学品等)的影响或使VCSEL 200与之隔离。衬底1207b的厚度也可以有助于光输出1209的准直，例如由于穿过衬底1207b的相对表面的光路可以在进入透镜元件1203e之前提供额外的折射。在其他实施例中，衬底1207b可以具有足以在不需要其他透镜元件1203e(即，透镜阵列1203不需要存在)的情况下提供对光输出1209的准直的厚度和/或折射特性。
在图12A和图12B中，非本征衬底1207a和1207b在其表面上还包括对准特征1206a和1206b。对准特征对1206a、1206b之间的间隔可以调整大小并被配置为在相应的VCSEL200上方悬挂相应的球透镜元件1203e，使得每个球透镜元件1202e的相应光轴与由下面的VCSEL 200的激光孔限定的光轴对准。
在一些实施例中，球透镜元件1203e可以各自具有约250μm或更小的相应直径，以与本文中描述的基于VCSEL的VCSEL阵列300的尺寸兼容。为了实现这种小球透镜元件1203与本文中描述的VCSEL 200的光轴之间的精确对准，在一些实施例中，对准特征1206a和1206b可以是光刻方式限定的。例如，对准特征1206a和1206b可以由干膜抗蚀剂层形成，该干膜抗蚀剂层被光刻图案化以在其中限定孔洞，其中该孔洞被调整大小并被定形为使预定半径的球透镜元件1203e的光轴与由VCSEL 200的相应孔定义的光轴对准。然而，应当理解，一些应用(例如，闪光LIDAR)可以容忍缺少阵列1200a、1200b中的数百个或数千个透镜1203e/VCSEL 200中的各透镜1203e/VCSEL 200光轴对准的或光轴对准不完美，并且可以使用其他材料来限定对准特征1206a和1206b。
可以调整对准特征1206a和1206b的大小以在每个球透镜元件1203e与下面的VCSEL 200之间限定足够的间隙，来提供对从下面的VCSEL 200输出的光1209的期望准直。可以单独地或与用于支撑球透镜的附加特征结合，基于期望间隙的大小(以及对准特征1206a和1206b的相应高度)为对准特征1206a和1206b选择不同的材料。在一些实施例中，透明材料可以填充透镜元件1203e与下面的VCSEL 200之间的间隙(或同样地，透镜阵列1103a、1103c与VCSEL 200之间的间隙)。例如，间隙可以是空气、有机硅、或者对VCSEL 200发射的光1209的波长范围透明的其他材料。
本文中描述的一些实施例在包括超小型管芯上的超大阵列1200a、1200b的应用中可能具有更大的益处，其中球透镜1203e具有小于约250μm的直径，例如在LIDAR应用中。在一些实施例中，微转印(MTP)可以用于将预对准的球透镜1203e的阵列1203印刷到VCSEL阵列300上。在其他实施例中，BGA技术可以用于预对准，其中可以通过将球透镜1203e浇注在已经光刻方式生成的用以限定球透镜阵列1203的栅格上来对球透镜1203e进行预对准，并且MTP压模可以从预对准的栅格中拾取球透镜阵列1203并将球透镜阵列1203沉积在VCSEL阵列300的顶部，使得球透镜1203e通过对准特征1206a、1206b对准。在一些实施例中，为了进一步修改视场(例如，光输出1209的垂直发散)，图12A和图12B的球透镜阵列1203可以与上面的透镜阵列(比如，图14A至图14C的菲涅耳透镜1403)结合使用。
图13A和图13B是示出了根据本文中描述的一些实施例的具有包括用于光束整形的偏移球透镜阵列的集成光学器件1300a、1300b和1300c的示例分布式发射器阵列的横截面图，图13C是示出了该示例分布式发射器阵列的透视图。如图13A至图13C中所示，阵列1300a、1300b和1300c包括球透镜阵列形式的光学元件、以串的形式组装并电连接以限定VCSEL阵列300的相应行和/或列的多个激光二极管(被示为VCSEL 200)、以及限定VCSEL200之间的电连接的导电互联1313。可以通过微转印、静电粘合或其他质量转移技术将VCSEL 200组装在非本征衬底1307a、1307b、1307c上。衬底1307a、1307b、1307c在一些实施例中可以是刚性的，或者在其他实施例中是柔性的。
如图13A至图13C中所示，透镜阵列的每个透镜元件1303e悬挂在多个VCSEL 200上方，使得来自每个VCSEL 200的光发射方向相对于相应透镜元件1303e的光轴偏移。例如，如在图13A和图13B的放大横截面图中所示，非本征衬底1307a和1307b在其表面上包括对准特征1306a和1306b，其中对准特征对1306a、1306b之间的间隔被大小调整为并被配置为在VCSEL 200的2x2子阵列上方悬挂相应的球透镜元件1303e，使得每个球透镜元件1303e的光轴与由下面的VCSEL 200的激光孔定义的相应光轴不对准，并且透镜元件1303e将来自下面的VCSEL 200的光发射衍射到非准直光束1309中。
与图12A至图12B的对准的透镜元件相比，参考具有增加的水平发散和垂直发散的光束1309对图13A至图13C的示例进行了说明。在一些实施例中，衬底1307a、1307b、1307c可以弯折以提供进一步的水平发散和/或垂直发散。例如，衬底1307a、1307b、1307c可以(但不限于此)由柳玻璃(willow glass)、薄氧化锆(ZrO2)陶瓷、薄氧化铝(Al2O3)陶瓷、硅(Si)、金属(铝、铜等)和/或塑料/丙烯酸酯来形成。在图13B的实施例中，衬底由对VCSEL 200发射的光1309的波长范围透明的材料形成。衬底1307b可以具有影响从VCSEL 200输出的光的光路的厚度和/或折射特性，使得在期望的焦距处设置透镜元件1303e。
在图13C的示例中，阵列1300c还包括集成驱动晶体管1310，其中使用微转印(MTP)工艺将集成驱动晶体管1310与一个或多个VCSEL 200相邻地组装在衬底1307c上。例如，阵列1300c包括多个2x2子阵列的单片VCSEL 200，其串联(或者，阳极到阴极)电连接以限定阵列1300c的列或其他子集。阵列1300c还包括驱动晶体管1310的阵列，其中每个驱动晶体管1310与VCSEL 200的2x2子阵列的相应列(或者，其他子集)串联电连接。驱动器晶体管1310还可以用于顺序地激活VCSEL 200的列和/或行，以提供电子束扫描。另外，驱动晶体管1310的阵列与VCSEL 200的子阵列的集成也可以类似于图6A至图6C的阵列600，因此将不再提供进一步的描述。
在一些实施例中，为了进一步修改视场(例如，光输出1309的垂直发散)，图13A至图13C的球透镜阵列可以与上面的透镜阵列(比如，图14A至图14C的菲涅耳透镜1403)结合使用。
图14A、图14B和图14C是示出了根据本文中描述的一些实施例的具有包括透镜阵列的集成光学元件1400a、1400b和1400c的示例分布式发光器阵列的横截面图，其中透镜阵列具有被配置用于多方向光束整形的主透镜元件和/或辅透镜元件。图14A的阵列1400a包括以串的形式组装并电连接以限定VCSEL阵列300的相应行和/或列的多个激光二极管(被示为VCSEL 200)和限定VCSEL 200之间的电连接的导电互联1413。可以通过微转印、静电粘合或其他质量转移技术将VCSEL 200组装在非本征衬底1407上。衬底1407可以是刚性的或柔性的，且可以(但不限于)由柳玻璃(willow glass)、薄氧化锆(ZrO2)陶瓷、薄氧化铝(Al2O3)陶瓷、硅(Si)、金属(铝、铜等)和/或塑料/丙烯酸酯来形成。
图14A的实施例包括主透镜阵列1403a，主透镜阵列1403a包括由对准特征1406悬挂在相应VCSEL 200上方的相应透镜元件1403e，对准特征1406的大小和间隔被调整为并被配置为将每个透镜元件1403e的相应光轴与由下面的VCSEL 200的激光孔定义的光轴对准。在一些实施例中，透镜元件1403e可以是球透镜(比如，球形透镜)，或者在一些实施例中可以是柱状透镜。主透镜阵列1403a的透镜元件1403e可以被配置为增加来自阵列1400a的输出光束1409的方位角(水平发散)。
仍然参考图14A，阵列1400a还包括辅阵列1404a(被示为菲涅耳透镜)。辅透镜阵列1404a被配置为增加输出光束1409的仰角(垂直发散)，同时基本保持水平光束发散(例如，每列＜1度以内)。在图14A的示例中，辅透镜阵列1404a被实现为薄的柔性线性菲涅耳透镜盖(包括相应的菲涅耳小透镜1404e)，以便使来自每个VCSEL 200的发射光垂直地发散约15度至约26度，其中薄的柔性线性菲涅耳透镜盖被设置在VCSEL阵列300和其上的主透镜阵列1403a上方。在衬底1407由柔性材料形成的实施例中，也可以折弯阵列1400a以实现高达约150度或更大的整体水平视场(FoV)。然而，辅透镜元件1404a不限于菲涅耳透镜；例如，辅透镜元件1404a在一些实施例中可以由柔性漫射膜实现。
这样，在一些实施例中，可以使用相应的球透镜1403e将来自每个VCSEL 200的光水平地准直为每列约0.1度。在其他实施例中，可以使用柱状透镜元件1403e来准直来自阵列300的VCSEL 200的每列的光，以提供约0.1度的水平准直。也就是说，图14A的阵列1400a利用主透镜元件(例如，球状或柱状透镜1403e)与辅透镜元件(例如，菲涅耳透镜1404a)的结合来控制来自相应VCSEL 200的输出激光光束1409的水平发散和垂直发散。
用于使透镜元件1403e(无论是球状还是柱状)自对准的对准特征1406可以是光刻方式限定的，例如从被图案化以在其中限定孔洞(对于球透镜1403e)或沟槽(对于柱状透镜1403e)的干膜抗蚀剂层。然而，在其他实施例中，可以省略主透镜阵列1403a；例如，辅透镜阵列1404a可以提供输出光束1409的垂直发散，而由衬底1407的曲率提供水平发散。
在图14A的实施例中，辅透镜阵列1404a包括相应的菲涅耳小透镜1404e，每个菲涅耳小透镜1404e具有与下面的主透镜元件1403e和VCSEL 200的光轴对准的光轴。图14B示出了具有集成光学器件1400b的分布式发射器阵列的备选配置，其包括在VCSEL 200的整个阵列300上覆的大面积菲涅耳透镜阵列1404b。也就是说，每个VCSEL 200位于单个菲涅耳孔1404b的不同区域的下方。在图14B的示例中，省略了透镜元件1403e。这样，大面积菲涅耳透镜阵列1404b可以提供输出光束1409的垂直发散，而由衬底1407的曲率提供水平发散。透镜1404b在一些实施例中可以是柔性的(例如，塑料)菲涅耳透镜。而且，如上所述，透镜阵列1404b不限于菲涅耳透镜阵列，并且在一些实施例中可以由柔性漫射膜实现。
具有集成光学器件1400c的分布式发射器阵列的另一实施例在图14C中示出，其中为了实现输出光束1409的期望远场图案，依次使用了多层透镜阵列1403c、1404c(被示为相应的大面积菲涅耳透镜)。在图14C的示例中，透镜阵列1403c用于影响激光发射在一个尺寸维度上的角度(例如，沿着衬底1407的表面在X方向上的水平发散)，而透镜阵列1404c用于影响激光发射在另一维度上的角度(例如，沿着衬底1407的表面在Y方向上的垂直发散)，反之亦然。也就是说，阵列1400a、1400c包括堆叠的透镜阵列结构，由此第一透镜元件1403a、1403c在第一维度上改变输出光束1409的远场图案，而第二透镜元件1404a、1404c在第一维度上改变输出光束1409的远场图案。
虽然参考透镜阵列1403c、1404a至1404c以及VCSEL 200堆叠在衬底1407的表面上的实施例在图14A至图14C中进行了说明，但是应当理解，衬底1407在一些实施例中对从VCSEL 200输出的光的波长范围是透明的，并且VCSEL 200可以布置使光透射穿过透明衬底(如图12B和图13B中所示)到达透镜阵列1403c、1404a至1404c。
也主要参考了菲涅耳透镜1404a、1404b、1403c、1404c的阵列对图14A和图14C进行了初步说明，菲涅耳透镜1404a、1404b、1403c、1404c可以由具有足够物理柔性以与柔性衬底1407的实施方式进行集成的材料形成，从而允许以类似于上面参考图10A至图10D所述的方式调节阵列1400a、1400b、1400c的曲率。然而，应当理解，本文中描述的实施例不限于这种菲涅耳透镜阵列，并且其他柔性光学元件和/或微结构小透镜可以用于通过散射来自激光二极管200的光来影响输出光束1409的远场图案。例如，透镜阵列1404a、1404b、1403c、1404c中的一个或多个透镜阵列可以通过诸如由Brightview技术和Luminit制作的非相干微光学散射漫射器来实现。本文中描述的实施例可以利用这些和/或其他光学元件来修改VCSEL阵列的远场图案，例如在LIDAR应用中。
与图14E中缺失这种光学漫射器相比，在图14D中示出了说明VCSEL阵列上的柔性光学漫射器提供输出光束以修改FOV的结果。这些光学漫射器的布置可以类似于图14A至图14C的布置，其中光学漫射器替代了示出的菲涅耳透镜阵列1404a、1404b、1403c、1404c。如图14D中所示，光学漫射器可以显著加宽仰角覆盖，与图14E中所示的仰角光束轮廓1409e相比，示出为输出光束1409的仰角光束轮廓1409e’的半高宽(FWHM)的增加。也如图14D中所示，输出光束1409的方位角光束轮廓1409a’的FWHM由于光学漫射器而相对不变，如图14E中的方位角光束轮廓1409a的类似FWHM所示。
也就是说，尽管相对于提供垂直发散的菲涅耳型透镜元件在图14A至图14C中进行了说明，但是应当理解，其他类型的透镜元件可以集成在发射器阵列300的表面上方，以与被配置为提供水平光束发散的透镜阵列结合地或单独地提供垂直光束发散(例如，其中衬底1407的曲率提供水平光束发散)。更一般地，图14A至图14C的实施例可以使用衬底1407的曲率、主透镜元件1403a、1403c、以及辅透镜元件1404a、1404b、1404c的任何组合，以提供输出光束1409的水平发散和/或垂直发散。
图15A、图15B、图15C、图15E和图15F是示出了根据本文中描述的一些实施例的包括用于无透镜光束整形的倾斜激光二极管的示例分布发射器阵列1500a、1500b、1500c、1500e和1500f的部分的横截面图。图15D是示出了图15C的阵列1500c的一部分的平面图。
如图15A至图15E中所示，通过微转印、静电粘合或其他质量转移技术将激光二极管(被示为VCSEL小芯片200)组装在刚性或柔性的非本征目标衬底1507上。VCSEL小芯片200可以以串的形式电连接以通过到阳极接触211和阴极接触212的导电互连限定发射器阵列的相应行和/或列，如图2A和图2B中所示，其中阳极接触211和阴极接触212在至少一个维度上小于它们对应的激光孔。导电互联可以在将VCSEL小芯片200设置在衬底1507上之后通过图案化导电膜来形成，例如使用常规光刻技术而不是结合引线接合、带、电缆或导引头。在一些实施例中，具有平面或锯齿状表面的压模可以用于从源衬底或晶片拾取VCSEL小芯片200(例如，以类似于图4A至图4F以及图4A’至图4G’的方式)；以及将VCSEL芯片200印刷在目标衬底1507上。
仍然参考图15A至图15E，VCSEL小芯片200可以通过衬底1507上的一个或多个物理特征1506a至1506e不同地定向，使得由他们相应的激光孔210定义的光轴相对于与衬底1507的表面正交的方向具有相应的倾斜角θ。如图15E中所示，在一些实施例中，衬底1507可以包括图案化的或结构化的表面1506e，使得VCSEL小芯片200成一定角度以提供沉积在表面1506e上的相应倾斜角θ。如图15A至图15D中所示，不同高度HA和HB的轨形或条形特征对1506a和1506b可以沉积在衬底1507上，并且以一距离间隔开，所述距离足以使VCSEL小芯片200成角度从而在被沉积在衬底上时提供相应的倾斜角θ。底部填充材料(比如，粘合层)可以设置在每个VCSCEL 200与下面的衬底特征1506a至1506e之间以改善粘合性、电接触，和/或在一些实施例中将VCSEL 200拉向非本征衬底1507的表面。
可以印刷VCSEL小芯片200，使得它们相应的激光孔210指向远离衬底1507的方向，如图15A以及图15C至图15E中所示，从而将输出光束1509引向远离衬底1507的方向。备选地，如图15B中所示，衬底1507可以是透明的，并且VCSEL小芯片200可以倒置印刷，使得它们的激光孔210指向衬底1507，并且使得激光孔210在条形特征1506a、1506b之间引导光以提供穿过衬底1509的输出光束1509，在本文中也被称为底部照明。在一些底部照明的实施例中，VCSEL小芯片200与衬底1507之间的空间可以用例如有机硅的透明材料来底部填充，以提供折射率匹配。
在图15A至图15D中，将VCSEL小芯片200沉积到具有不同高度HA和HB的轨形或条形特征对1506a和1506b上，以限定相对于衬底1507的表面的相应倾斜角(θ)。可以通过选择条形特征1506a和1506b的间距(P)和/或高度(HA和HB)的相对差，来针对每个VCSEL小芯片200改变倾斜角θ。也就是说，与相同目标衬底1507上的其他条形特征对1506a和1506b相比，一个或多个条形特征对1506a和1506b可以具有不同的相对高度和/或间距。例如，如图15C和图15D中所示，平台特征1506c可以设置在条形特征1506a和1506b中的至少一个与衬底1507的表面之间，以增加它们之间的相对高度差。在一些实施例中，条形特征1506a、1506b可以是相等高度的元件，其中高度差由平台特征1506c上堆叠的条形特征1506b提供。目标衬底1507的表面可以被图案化或以其他方式限定为包括凹入特征1506d，凹入特征1506d可以被大小调整为并被定向为容纳倾斜的VCSEL 200的下角部。可以使用半导体工艺用导电材料和/或非导电材料来形成特征1506a至1506c。例如，条形特征1506a和1506b可以是以不同厚度的金属或光刻胶进行图案化的线形特征。在一些实施例中，可以使用多层材料来构建条形特征1506a和1506b的厚度。在一些实施例中，特征1506a、1506b、1506c可以微转印在衬底1507的表面上。因此，印刷或以其他方式沉积在这些变化高度/间距的条形特征对1506a和1506b上的VCSEL 200可以限定具有变化的取向和发射角的离散VCSEL 200的阵列，从而提供更宽的视野/照明。
尽管主要参考倾斜取向来提供一个维度上的发散(例如，仰角/垂直发散，而方位角/水平发散由柔性衬底1507的曲率提供)进行了讨论，但是应当理解，特征1506a至1506e可以以不同的相应角度(而不是在栅格中)被定向，使得每个倾斜的VCSEL 200都具有水平发散分量和垂直发散分量，这两个分量均可通过衬底1507沿对应维度的曲率进一步增大。
另外，尽管参考VCSEL小芯片200在图15A至图15E中进行了说明，但是应当理解，根据本文中描述的一些实施例的倾斜的发射器结构可以使用边缘发射激光二极管910来实现，如图15F的示例分布式发射器阵列1500f所示。在图15F中，将边缘发射激光二极管910印刷或以其他方式沉积在衬底1507的表面的平坦部分上，并且将微转向镜结构913以一定角度印刷或以其他方式沉积在条形特征1506a和1506b上，使得输出光束1509被反射以提供相应的倾斜角θ；然而，应当理解，可以将激光二极管910和镜结构913中的一个或其二者沉积在衬底1507上的物理特征1506a至1506e的任何组合上，以提供期望的相应倾斜角θ。
上面已经参考示出了本发明的实施例的附图描述了本发明。然而，本发明不应当被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，提供的这些实施例使得本公开将是透彻和完整的，并且向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，放大了各层和各区域的厚度。贯穿全文，类似的附图标记指代类似的元件。
应当理解，当提及元件“在”另一元件“上”、“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到该另一元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当提及元件”“直接在”另一元件“上”、“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在介于中间的元件。
还应当理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语的限制。这些术语仅用来将元件彼此区分。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件。
此外，在本文中可以使用诸如“下”或“底”和“上”或“顶”的相对术语来描述图中所示的一个元件与另一元件的关系。应当理解，除了附图中描绘的朝向之外，相对术语旨在涵盖装置的不同朝向。例如，如果一幅图中的器件翻转，则被描述为位于其它元件的“下”侧的元件将定向在其它元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以涵盖“下”和“上”的朝向，这取决于图的特定朝向。类似地，如果一幅图中的器件翻转，则被描述为位于其它元件的“下方”或“下侧”的元件将定向在其它元件的“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下侧”可以涵盖上方和下方的两个朝向。
本文中用于描述本发明的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不是为了限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本发明的描述和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式。也应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并且涵盖一个或多个相关所列项目的任何和所有可能的组合。还应当理解，术语“具有”、“含有”、“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是并没有排除存在或另外添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
本文中参考图示描述本发明的实施例，所述图示是本发明的理想实施例(以及，中间结构)的示意图。因此，例如由于制造技术和/或公差造成的所图示的形状的变化是预期的。因此，图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状并不意在示出设备的区域的实际形状，也不意在限制本发明的范围。
除非另有限定，否则用于公开本发明的实施例的所有术语，包括技术术语和科学术语，均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，并且不必限于描述本发明时已知的特定定义。因此，这些术语可以包括在该时间之后创建的等同术语。还应当理解，诸如在常用词典中定义的术语等的术语应当被解释为其含义与在本说明书和相关技术的上下文中的含义相一致，而不应当将其解释为理想的或过于正式的含义，除非本文明确如此定义。本文中提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过整体引用并入本文中。
结合以上描述和附图，这里公开了许多不同实施例。应当理解，逐字地描述和说明这些实施例的每个组合和子组合将会过分冗余和混淆。因此，包括附图的本说明书将被解释以构建本文描述的本发明的实施例的所有组合和子组合以及制造和使用它们的方式和过程的完整书面说明，并且将支持要求任意这种组合或子组合的权益。
尽管本文中已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，可以在本发明原理的范围和精神内做出进一步的变化和修改。尽管采用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是出于约束的目的，本发明的实施例的范围在所附权利要求中阐明。

Claims (20)

1.一种激光器阵列，包括：
多个激光二极管，布置在非本征衬底的表面上并彼此电连接，其中所述激光器阵列的多个激光二极管中的相应激光二极管相对于彼此具有不同取向，
其中所述相应激光二极管被配置为提供不同方向上的相干光发射，并且其中所述激光器阵列被配置为发射包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的输出光束，
其中所述多个激光二极管的相应子集在所述非本征衬底上阳极到阴极地电连接，
其中来自所述相应激光二极管的相干光发射的相应相位彼此独立，且其中所述输出光束包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的叠加，所述叠加限定了在所述激光器阵列的视场上具有不均匀强度分布的非相干光。
2.根据权利要求1所述的激光器阵列，其中所述非本征衬底包括提供所述相应激光二极管的所述不同取向的曲率。
3.根据权利要求2所述的激光器阵列，其中所述非本征衬底是折弯以定义所述非本征衬底的曲率的柔性衬底。
4.根据权利要求3所述的激光器阵列，其中所述不均匀强度分布是响应于用于改变所述柔性衬底的曲率的控制信号和/或响应于通过选择性寻址而提供给所述相应激光二极管的功率而可控的。
5.根据权利要求4所述的激光器阵列，其中所述柔性衬底由至少一个中心轴元件支撑，所述中心轴元件被配置用于响应于所述控制信号而在一个或多个方向上移动，并且其中所述至少一个中心轴元件的所述移动改变所述柔性衬底的所述曲率。
6.根据权利要求1所述的激光器阵列，其中所述表面包括所述非本征衬底的背面，其中所述相应激光二极管被布置为提供穿过所述非本征衬底的所述相干光发射，并且其中所述非本征衬底包括对所述相干光发射透明且被配置为至少部分地对所述相干光发射进行准直的材料。
7.根据权利要求1所述的激光器阵列，其中所述非本征衬底的所述表面上的相应特征提供了所述相应激光二极管的所述不同取向。
8.根据权利要求7所述的激光器阵列，其中所述相应特征包括不等高特征和/或凹入，所述不等高特征和/或凹入的尺寸和间隔被设置为提供所述相应激光二极管的所述不同取向。
9.根据权利要求7所述的激光器阵列，其中所述相应特征包括所述非本征衬底的相应图案化表面。
10.根据权利要求1所述的激光器阵列，其中所述激光器阵列被配置为发射所述输出光束而在所述多个激光二极管上没有折射光学元件。
11.根据权利要求1所述的激光器阵列，还包括透镜，所述透镜附接到所述非本征衬底并被配置为在至少一个维度上改变所述输出光束的发散。
12.根据权利要求11所述的激光器阵列，其中所述透镜包括柔性材料，所述柔性材料具有与所述非本征衬底的曲率相对应的和/或与所述相应激光二极管的所述不同取向相对应的曲率。
13.根据权利要求11所述的激光器阵列，其中所述透镜包括：主透镜，所述主透镜被配置为在第一方向上改变所述输出光束的所述发散；以及辅透镜，所述辅透镜被布置为从所述主透镜接收输出光束并在第二方向上改变所述输出光束的所述发散。
14.根据权利要求11所述的激光器阵列，其中所述透镜包括以下项中的至少一个：菲涅耳透镜、多个整形小透镜、光学漫射器或多个球透镜。
15.根据权利要求14所述的激光器阵列，其中所述多个球透镜中的相应球透镜悬挂在所述多个激光二极管的相应子集上方，并且其中所述相应球透镜的光轴相对于由所述多个激光二极管的所述相应子集的相应激光孔限定的光轴偏移。
16.根据权利要求11所述的激光器阵列，其中所述透镜包括限定了多个微光学通道的微透镜阵列，每个微光学通道包括与所述多个激光二极管中的相应激光二极管间隔开的相应微光学透镜。
17.根据权利要求11所述的激光器阵列，其中所述多个激光二极管的子集限定所述激光器阵列的列，并且其中所述透镜包括相对于所述列具有特定取向的相应柱状透镜。
18.根据权利要求1所述的激光器阵列，其中所述相应激光二极管在其外围包括残留的非导电系线部和/或离隙特征，其中所述多个激光二极管中的紧邻激光二极管之间的间隔小于约500微米。
19.根据权利要求1所述的激光器阵列，其中所述相应激光二极管是表面发射激光器，其中所述表面发射激光器的相应激光孔分别限定沿着不同方向定向的光轴，其中到所述表面发射激光器的相应电接触在至少一个维度上小于所述表面发射激光器的所述相应激光孔，且其中所述表面发射激光器没有电连接到相应电接触的引线接合焊盘。
20.一种制造激光器阵列的方法，所述方法包括：
设置多个激光二极管，所述多个激光二极管布置在非本征衬底的表面上并彼此电连接，其中激光二极管的相应子集在所述非本征衬底上阳极到阴极地彼此电连接，其中所述多个激光二极管的相应激光二极管相对于彼此具有不同取向，
其中所述相应激光二极管被配置为提供不同方向上的相干光发射，并且其中所述激光器阵列被配置为发射包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的非相干输出光束，
其中来自所述相应激光二极管的相干光发射的相应相位彼此独立，且其中所述非相干输出光束包括来自所述相应激光二极管的相干光发射的叠加，所述叠加限定了在所述激光器阵列的视场上具有不均匀强度分布的非相干光。
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