CN111146684A - 多线半导体激光器光源及制备方法 - Google Patents

多线半导体激光器光源及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于光电技术领域，提供了一种多线半导体激光器光源及制备方法，该多线半导体激光器光源及包括：包含多个光源的一体化光源芯片以及驱动电路；通过将一体化光源芯片的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片的多个阳极连接所述驱动电路后接入电源正极，所述驱动电路用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光，从而可以实现激光器光源分别控制。由于一体化光源芯片在制作时一次制作完成，制作工艺简单，空间探测精度较高。

Description

多线半导体激光器光源及制备方法
技术领域
本发明属于光电装置技术领域，尤其涉及一种多线半导体激光器光源及制备方法。
背景技术
多线脉冲半导体激光器光源在激光测距、激光雷达、多目标探测追踪等领域开始大范围应用，因此随着对多目标探测的提升，对激光引信及激光雷达的探测距离和探测精度提出了越来越高的要求，进而对激光器光源提出了更高的要求。因此急需探测精度更高及抗干扰能力更强的多线半导体激光器光源。目前，将多个激光器光源按照一定的排列顺序构成一个激光器光源组，但是制作激光器光源时需要分多次安装激光器光源，工艺较复杂且空间探测精度较低。另外激光器光源组同时控制，以实现同时发光，使得无法实现单独控制光源。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种多线半导体激光器光源及制备方法，以解决现有技术中激光器光源制作工艺复杂、空间探测精度较低且无法实现独立控制的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种多线半导体激光器光源，包括：包含多个光源的一体化光源芯片以及驱动电路；
所述一体化光源芯片的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片的多个阳极连接所述驱动电路后接入电源正极，所述驱动电路用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光。
在一实施例中，所述一体化光源芯片的多个阳极通过键合方式连接所述驱动电路后接入电源正极。
在一实施例中，所述驱动电路包括与所述一体化光源芯片中光源数量相同的多个氮化镓功率驱动器件；
所述多个氮化镓功率驱动器件分别与所述一体化光源芯片的对应的阳极连接。
在一实施例中，每个氮化镓功率驱动器件包括氮化镓功率器件和氮化镓功率器件驱动器；
所述氮化镓功率器件中的源极与所述一体化光源芯片的对应的阳极连接，所述氮化镓功率器件中的漏级接入电源正极，所述氮化镓功率器件中的栅级连接对应的氮化镓功率器件驱动器，所述氮化镓功率器件驱动器用于输入电压信号，驱动所述氮化镓功率器件的导通与关断。
在一实施例中，所述驱动电路还包括电容C1和电容C2；
所述电容C1和所述电容C2分别并联在所述一体化光源芯片与所述多个氮化镓功率器件构成的电路上。
在一实施例中，还包括：陶瓷片；
所述陶瓷片上设置有图形化金属层，所述一体化光源芯片以及所述驱动电路根据所述图形化金属层分别焊接在所述陶瓷片的对应位置上。
在一实施例中，还包括：金属管壳；
承载所述一体化光源芯片以及所述驱动电路的所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上进行封装。
本发明实施例的第二方面提供了一种多线半导体激光器光源制备方法，包括：
将包含多个光源的一体化光源芯片以及驱动电路分别设置在陶瓷片的预设位置上；
将所述一体化光源芯片以及所述驱动电路连接；
将承载所述一体化光源芯片以及所述驱动电路的所述陶瓷片设置在金属管壳上进行封装。
在一实施例中采用金锡焊料将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上；
采用锡银铜焊料将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上；
采用铅锡焊料将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上。
在一实施例中将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第一温度；
将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第二温度；
将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上时，焊料焊接温度为第三温度；
所述第一温度、所述第二温度与所述第三温度呈现梯度变化。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过将一体化光源芯片的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片的多个阳极连接所述驱动电路后接入电源正极，所述驱动电路用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光，从而可以实现激光器光源分别控制。由于一体化光源芯片在制作时一次制作完成，制作工艺简单，空间探测精度较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的多线半导体激光器光源的示意图；
图2是本发明实施例提供的多线半导体激光器光源的电路示意图；
图3是本发明实施例提供的多线半导体激光器光源装配图示意图；
图4是本发明实施例提供的多线半导体激光器光源制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的多线半导体激光器光源的示意图，详述如下。
所述多线半导体激光器光源可以包括：包含多个光源的一体化光源芯片1以及驱动电路2。
所述一体化光源芯片1的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片1的多个阳极连接所述驱动电路2后接入电源正极，所述驱动电路2用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光。
可选的，一体化光源芯片可以包含6个光源，需要说明的是，本申请中并不限定光源的数量，一体化光源芯片也可以包含4个光源或者8个光源等等，根据需求设置即可。
可选的，现有技术中采用多个芯片组装构成一个光源芯片组，多个芯片依次贴装，位置精度大约在±10um左右，导致每只芯片的出光方向及位置精度也大约为±10um，这样整体的光源芯片组的出光方向及位置精度更低。本实施例中包含多个光源的一体化光源芯片1在芯片制作过程中一次成型，每个光源的出光方向及位置精度由光刻机光刻精度决定，精度小于1um，因此每个光源的出光方向及位置精度将大大提高，进而提高雷达系统的空间探测精度。
可选的，所述一体化光源芯片1的多个阳极通过键合方式连接所述驱动电路2后接入电源正极。例如可以采用金丝键合。
可选的，如图2所示的驱动电路结构示意图，所述驱动电路2包括与所述一体化光源芯片1中光源数量相同的多个氮化镓功率驱动器件21；
所述多个氮化镓功率驱动器件21分别与所述一体化光源芯片1的对应的阳极连接。
可选的，在驱动电路设计方面，针对一体化光源芯片的共阴极排列，采用氮化镓功率驱动器件，由于其小体积、更小的结间电容和更小的开关损耗，更适合应用与窄脉冲电路中，且设计共阴极驱动电路，避免多线之间串扰，从而可以实现各个光源独立控制。
可选的，如图2所示，每个氮化镓功率驱动器件21包括氮化镓功率器件211和氮化镓功率器件驱动器212，图2中未画出氮化镓功率器件驱动器212。
所述氮化镓功率器件211中的源极与所述一体化光源芯片的对应的阳极连接，所述氮化镓功率器件中的漏级接入电源正极，所述氮化镓功率器件211中的栅级连接对应的氮化镓功率器件驱动器，所述氮化镓功率器件驱动器212用于输入电压信号，驱动所述氮化镓功率器件211的导通与关断。如图2所示，多个氮化镓功率器件211为图示中的Q1-Q6，图示中T1、T2、T3、T4、T5以及T6分别连接对应的氮化镓功率器件驱动器212。
可选的，以Q1为例说明，当氮化镓功率器件驱动器212输入电压使Q1的栅极电压较源极电压大2V时，则Q1导通，对应的LED1亮，当氮化镓功率器件驱动器212输入电压使Q1的栅极电压较源极电压小2V时，则Q1关断，对应的LED1灭。这样每个氮化镓功率器件驱动器212可以独立控制对应的一体化光源芯片的一个光源。
可选的，如图2所示的，所述驱动电路还包括电容C1和电容C2；
所述电容C1和所述电容C2分别并联在所述一体化光源芯片1与所述多个氮化镓功率器件2构成的电路上。所述电容C1和所述电容C2，用于在氮化镓功率器件关断时，进行储能。
可选的，多线半导体激光器光源，还可以包括：陶瓷片3。
所述陶瓷片3上设置有图形化金属层，为图形化陶瓷载体，用于实现驱动电路版图。所述一体化光源芯片1以及所述驱动电路2根据所述图形化金属层分别焊接在所述陶瓷片3的对应位置上。
如图3所示的多线半导体激光器光源装配图示意图，最上端为一体化光源芯片1，中间为驱动电路2，驱动电路2包括6个相同的氮化镓功率驱动器件，每个氮化镓功率驱动器件包括一个氮化镓功率器件和一个氮化镓功率器件驱动器。
可选的，多线半导体激光器光源，还可以包括：金属管壳4。
承载所述一体化光源芯片1以及所述驱动电路2的所述陶瓷片3焊接到所述金属管壳4上进行封装，从而减小分布电感及外部干扰，通过外部引脚实现独立控制出光，即将每个氮化镓功率器件驱动器与对应的金属管壳4上的引脚连接。如图3所示的多线半导体激光器光源装配图示意图，最下端为金属管壳4。金属管壳4为带引脚的金属管座。
可选的，采用金锡焊料将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上；采用锡银铜焊料将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上；采用铅锡焊料将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上。
可选的，将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第一温度；例如第一温度可以为320℃左右。
将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第二温度；例如第一温度可以为22℃左右。
将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上时，焊料焊接温度为第三温度；例如第一温度可以为183℃左右。
所述第一温度、所述第二温度与所述第三温度呈现梯度变化。
上述多线半导体激光器光源，通过将一体化光源芯片的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片的多个阳极连接所述驱动电路后接入电源正极，所述驱动电路用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光，从而可以实现激光器光源分别控制。由于一体化光源芯片在制作时一次制作完成，制作工艺简单，空间探测精度较高，并且采用金属管壳进行封装，抗干扰能力更强。
如图4所示，本发明实施例提供一种多线半导体激光器光源制备方法，包括以下步骤。
步骤401，将包含多个光源的一体化光源芯片以及驱动电路分别设置在陶瓷片的预设位置上。
可选的，一体化光源芯片以及驱动电路与上述任一实施例中所述的一体化光源芯片以及驱动电路相同，且具有相同的有益效果，在此不再一一赘述。
可选的，陶瓷片上设置有图形化金属层，为图形化陶瓷载体，用于实现驱动电路版图。如图3所示，所述一体化光源芯片1以及所述驱动电路2根据所述图形化金属层分别焊接在所述陶瓷片3的对应位置上。
可选的，采用金锡焊料将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上；采用锡银铜焊料将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上。
步骤402，将所述一体化光源芯片以及所述驱动电路连接。
可选的，一体化光源芯片以及驱动电路通过键合方式连接，键合时可以采用金丝键合。
步骤403，将承载所述一体化光源芯片以及所述驱动电路的所述陶瓷片设置在金属管壳上进行封装。
可选的，如图3所示的多线半导体激光器光源装配图示意图，承载所述一体化光源芯片1以及所述驱动电路2的所述陶瓷片3焊接到所述金属管壳4上进行封装，从而减小分布电感及外部干扰，通过外部引脚实现独立控制出光，即将每个氮化镓功率器件驱动器与对应的金属管壳4上的引脚连接。图3中最下端为金属管壳4。金属管壳4为带引脚的金属管座。
可选的，采用铅锡焊料将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上。
可选的，将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第一温度；例如第一温度可以为320℃左右。
将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第二温度；例如第一温度可以为22℃左右。
将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上时，焊料焊接温度为第三温度；例如第一温度可以为183℃左右。
所述第一温度、所述第二温度与所述第三温度呈现梯度变化，以便于焊接工艺控制和实施。
上述多线半导体激光器光源，通过将一体化光源芯片的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片的多个阳极连接所述驱动电路后接入电源正极，所述驱动电路用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光，从而可以实现激光器光源分别控制。由于一体化光源芯片在制作时一次制作完成，制作工艺简单，空间探测精度较高，并且采用金属管壳进行封装，抗干扰能力更强。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多线半导体激光器光源，其特征在于，包括：包含多个光源的一体化光源芯片以及驱动电路；
所述一体化光源芯片的多个阴极连接参考地，所述一体化光源芯片的多个阳极连接所述驱动电路后接入电源正极，所述驱动电路用于分别驱动所述一体化光源芯片中的各个光源发光。
2.如权利要求1所述的多线半导体激光器光源，其特征在于，所述一体化光源芯片的多个阳极通过键合方式连接所述驱动电路后接入电源正极。
3.如权利要求1所述的多线半导体激光器光源，其特征在于，所述驱动电路包括与所述一体化光源芯片中光源数量相同的多个氮化镓功率驱动器件；
所述多个氮化镓功率驱动器件分别与所述一体化光源芯片的对应的阳极连接。
4.如权利要求3所述的多线半导体激光器光源，其特征在于，每个氮化镓功率驱动器件包括氮化镓功率器件和氮化镓功率器件驱动器；
所述氮化镓功率器件中的源极与所述一体化光源芯片的对应的阳极连接，所述氮化镓功率器件中的漏级接入电源正极，所述氮化镓功率器件中的栅级连接对应的氮化镓功率器件驱动器，所述氮化镓功率器件驱动器用于输入电压信号，驱动所述氮化镓功率器件的导通与关断。
5.如权利要求3所述的多线半导体激光器光源，其特征在于，所述驱动电路还包括电容C1和电容C2；
所述电容C1和所述电容C2分别并联在所述一体化光源芯片与所述多个氮化镓功率器件构成的电路上。
6.如权利要求1-5中任一项所述的多线半导体激光器光源，其特征在于，还包括：陶瓷片；
所述陶瓷片上设置有图形化金属层，所述一体化光源芯片以及所述驱动电路根据所述图形化金属层分别焊接在所述陶瓷片的对应位置上。
7.如权利要求6所述的多线半导体激光器光源，其特征在于，还包括：金属管壳；
承载所述一体化光源芯片以及所述驱动电路的所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上进行封装。
8.一种多线半导体激光器光源制备方法，其特征在于，包括：
将包含多个光源的一体化光源芯片以及驱动电路分别设置在陶瓷片的预设位置上；
将所述一体化光源芯片以及所述驱动电路连接；
将承载所述一体化光源芯片以及所述驱动电路的所述陶瓷片设置在金属管壳上进行封装。
9.如权利要求8所述的多线半导体激光器光源制备方法，其特征在于，
采用金锡焊料将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上；
采用锡银铜焊料将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上；
采用铅锡焊料将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上。
10.如权利要求9所述的多线半导体激光器光源制备方法，其特征在于，
将所述一体化光源芯片焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第一温度；
将所述驱动电路焊接在所述陶瓷片上时，焊料焊接温度为第二温度；
将所述陶瓷片焊接到所述金属管壳上时，焊料焊接温度为第三温度；
所述第一温度、所述第二温度与所述第三温度呈现梯度变化。
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