CN111948625A - 一种垂直腔面发射激光的集成芯片及激光发射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达探测技术，尤其涉及一种垂直腔面发射激光的集成芯片，以及一种激光发射器。上述集成芯片包括集成的激光发射单元、电容单元、固态开关单元和驱动单元。激光发射单元的发光面设于集成芯片的顶部，用于发射垂直于激光发射单元的电极的激光；电容单元的第一端连接固态开关单元的第一功率端，电容单元的第二端连接激光发射单元的第二电极；固态开关单元的第二功率端连接激光发射单元的第一电极，用于导通或断开第一功率端和第二功率端；驱动单元连接固态开关单元的控制端，用于产生驱动信号。本发明能够产生窄脉宽、高重频以及大功率的激光脉冲，并实现激光器与驱动器的大规模集成化和模块化，从而提升激光器的通用性。

Description

一种垂直腔面发射激光的集成芯片及激光发射器

技术领域

本发明涉及激光雷达探测技术，尤其涉及一种垂直腔面发射激光（Verticalcavity surface emitting laser，VCSEL）的集成芯片，以及一种激光发射器。

背景技术

在激光雷达探测领域，现有的激光雷达主要采用边发射半导体激光器（Edgeemitting laser，EEL）来产生用于探测的激光脉冲。激光脉冲的功率和脉冲宽度会直接影响激光雷达的探测范围和探测精度。

现有的边发射半导体激光器与其驱动电路都具有单独的设计和封装，需要通过二次集成来构成完整的激光器封装。因此，现有的激光雷达需要为每个激光器配备单独的驱动电路。这种传统的驱动电路设计存在电路板布线复杂，以及工作量庞大的缺陷。受限于激光器内部驱动电路回路杂散参数的影响，这种由二次集成构成的激光器封装及其驱动电路回路还会导致激光器驱动速度较慢的问题，从而无法产生窄脉宽、高重频以及大功率的激光脉冲。

另一方面，由于边发射激光器的发光面位于芯片晶元的侧面（即边发射激光器的解理面，Cleavage plane），需要通过二次切割才能暴露其发光面。然而，二次切割不但加工工艺复杂，而且会导致边发射激光器的光学一致性普遍较差的问题。因此，受限于边发射激光器的上述结构缺陷，现有的激光雷达难以在满足光学一致性的条件下，大规模地集成激光发射器的二维或三维阵列结构来增强激光雷达的激光脉冲功率。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种激光发射技术，用于产生窄脉宽、高重频以及大功率的激光脉冲，并实现激光发射器与驱动器的大规模集成化和模块化，从而提升激光器的通用性。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种垂直腔面发射激光的集成芯片，以及一种激光发射器，用于产生窄脉宽、高重频以及大功率的激光脉冲，并实现激光器与驱动器的大规模集成化和模块化，从而提升激光器的通用性。

本发明提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片，包括集成于所述集成芯片的激光发射单元、电容单元、固态开关单元和驱动单元，其中，

所述激光发射单元的发光面设于所述集成芯片的顶部，用于发射垂直于所述激光发射单元的电极的激光；

所述电容单元的第一端连接所述固态开关单元的第一功率端，所述电容单元的第二端连接所述激光发射单元的第二电极；

所述固态开关单元的第二功率端连接所述激光发射单元的第一电极，用于根据所述驱动单元发出的驱动信号以导通或断开所述第一功率端和所述第二功率端；

所述驱动单元连接所述固态开关单元的控制端，用于根据外部触发信号以产生所述驱动信号。

优选地，在本发明提供的上述集成芯片中，还可以包括设于所述集成芯片底部的高压直流端口、高压地端口、外部触发信号端口、信号地端口、低压直流端口，以及低压地端口，其中，

所述高压直流端口和所述高压地端口，可以用于为所述电容单元充电；

所述外部触发信号端口和所述信号地端口，可以用于向所述驱动单元输入所述外部触发信号；

所述低压直流端口和所述低压地端口，可以用于为所述驱动单元供电。

可选地，在本发明提供的上述集成芯片中，所述激光发射单元的发光面可以垂直于所述激光发射单元的第一电极和第二电极，以便于上述集成芯片的大规模集成。

可选地，在本发明提供的上述集成芯片中，还可以包括设于所述发光面之上的微透镜，所述微透镜可以用于光学准直。

可选地，在本发明提供的上述集成芯片中，可以包括集成于所述集成芯片的多路驱动组件，其中，

每路所述驱动组件可以包括一个所述电容单元、一个所述固态开关单元和一个所述驱动单元，

所述多路驱动组件可以辐射状地设于所述激光发射单元的周围，用以提供更大的驱动电流。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种激光发射器。

本发明提供的上述激光发射器，包括：

多个所述垂直腔面发射激光的集成芯片，所述集成芯片可以是上述任意一种垂直腔面发射激光的集成芯片；以及

用于支撑并连接多个所述集成芯片的电路板。

优选地，在本发明提供的上述激光发射器中，所述电路板还可以包括多个焊盘，所述多个焊盘可以用于固定连接多个所述集成芯片底部的端口，可以用于向所述集成芯片供电，还可以用于向所述集成芯片传输所述外部触发信号。

可选地，在本发明提供的上述激光发射器中，所述电路板还可以包括串联于每个所述集成芯片的高压直流端口的限流单元，和/或

就近设于每个所述集成芯片的低压直流端口和低压地端口之间的旁路电容单元。

可选地，在本发明提供的上述激光发射器中，所述电路板还可以包括多条独立的外部触发电路，所述多条独立的外部触发电路可以分别连接每个所述集成芯片的外部触发信号端口，用于向每个所述集成芯片传输所述外部触发信号。

可选地，在本发明提供的上述激光发射器中，所述电路板可以包括平面电路板、曲面电路板，以及多面体电路板。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一方面提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的内部连接示意图。

图2A示出了根据本发明的一个实施例提供的边发射半导体激光器的发光示意图。

图2B示出了根据本发明的一个实施例提供的VCSEL激光发射单元的发光示意图。

图3A示出了根据本发明的一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的底部结构示意图。

图3B示出了根据本发明的一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的侧面结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的内部连接示意图。

图5示出了根据本发明的另一方面提供的激光发射器的结构示意图。

附图标记

10 集成芯片；

11 VCSEL激光发射单元；

12 放电电容单元；

13 GaN晶体管单元；

14 晶体管驱动单元；

15 引脚锡球；

151 高压直流端口；

152 高压地端口；

153 外部触发信号端口；

154 信号地端口；

155 低压直流端口；

156 低压地端口；

16 微透镜；

17 驱动组件；

172 放电电容单元；

173 GaN晶体管单元；

174 晶体管驱动单元；

18 封装外壳；

21 电路板；

22 限流单元；

23 旁路电容单元。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种垂直腔面发射激光的集成芯片的实施例，以及一种激光发射器的实施例。上述垂直腔面发射激光的集成芯片和上述激光发射器，可以用于产生纳秒量级的窄脉宽、百千到兆赫兹的高重频以及大功率的激光脉冲，并实现激光器与驱动器的大规模集成化和模块化，从而提升激光器的通用性。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一方面提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的内部连接示意图。

如图1所示，在本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10中，可以包括一体集成于集成芯片10的激光发射单元11、电容单元12、固态开关单元13和驱动单元14。

在一个实施例中，上述激光发射单元11可以是一体集成于集成芯片10的垂直腔面发射激光（Vertical cavity surface emitting laser，VCSEL）单元。激光发射单元11的发光面可以设于集成芯片10的顶部，用于发射垂直于激光发射单元11的共振腔表面的激光脉冲。为了提高激光雷达的探测范围和探测精度，该VCSEL激光发射单元11可以发出功率为几十瓦（例如：10-100瓦）的激光脉冲。

请进一步参考图2A和图2B，图2A示出了根据本发明的一个实施例提供的边发射半导体激光器（Edge emitting laser，EEL）的发光示意图。图2B示出了根据本发明的一个实施例提供的VCSEL激光发射单元的发光示意图。

如图2A所示，现有的边发射激光器的发光面位于芯片晶元的侧面（即边发射激光器的解理面，Cleavage plane）。在边发射激光器的实际使用过程中，需要通过二次切割来暴露其发光面。然而，二次切割不但加工工艺复杂，而且会导致边发射激光器的光学一致性普遍较差的问题。

如图2B所示，相比于现有激光雷达所采用的边发射半导体激光器，本实施例采用的VCSEL激光发射单元11的发光面与其衬底表面平行，并且该发光面的面积远大于边发射激光器的发光面。因此, VCSEL激光发射单元11可以大面积地发出垂直于其共振腔表面的激光，从而激光脉冲的输出功率提高到几十瓦的量级。

在一个实施例中，上述VCSEL激光发射单元11的第一电极可以连接固态开关单元13的第二功率端。上述VCSEL激光发射单元11的第二电极可以连接电容单元12的第二端。

上述VCSEL激光发射单元11的发光面垂直于其第一电极和第二电极，也就是说VCSEL激光发射单元11的电极结构与其发光面不在同一平面。因此，生产人员可以在VCSEL激光发射单元11的流片阶段直接形成光学特性一致的激光发射单元11的阵列结构，以便进行集成芯片10的二维阵列或三维阵列的集成。上述流片阶段可以指示在电路板上集成VCSEL激光发射单元11的过程。

本领域的技术人员可以理解，本实施例提供的上述一体集成的集成芯片10具有很好的光学一致性，因此更易于集成二维阵列或三维阵列，也便于更紧凑地设计固态开关单元13的脉冲驱动电路，从而实现窄脉冲激光输出的效果。

如图1所示，在本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10中，上述电容单元12可以一体集成于集成芯片10。电容单元12的第一端可以连接固态开关单元13的第一功率端，电容单元12的第二端可以连接激光发射单元11的第二电极。电容单元12可以用于存储外部电源提供的电能，并响应于固态开关单元13的导通来对VCSEL激光发射单元11进行放电，以产生激光雷达所需的激光脉冲。

在本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10中，上述固态开关单元13可以优选为一体集成在集成芯片10内的氮化镓（GaN）场效应晶体管（Field effecttransistor，FET）。GaN晶体管单元13的第一功率端可以连接电容单元12的第一端，GaN晶体管单元13的第二功率端可以连接激光发射单元11的第一电极。GaN晶体管单元13可以用于根据驱动单元14发出的驱动信号以导通或断开其第一功率端和第二功率端，以控制电容单元12对VCSEL激光发射单元11进行放电，从而产生激光雷达所需的激光脉冲。

本领域的技术人员可以理解，第三代半导体材料GaN作为时下新兴的半导体工艺技术，可以提供超越硅的多种优势。与传统的硅器件相比，GaN在电源转换效率和功率密度上实现了性能的飞跃。

表一

。

如表一所示，GaN具备出色的击穿能力、更高的电子密度及速度，以及更高的工作温度。GaN提供高电子迁移率，意味着GaN场效应晶体管13开关过程的反向恢复时间可以忽略不计，因而可以表现出低损耗的特性，并提供更高开关频率。GaN低损耗和宽带宽器件的高结温特性，可以有效地降低散热量，并在高开关频率时减少对滤波器和无源器件（例如：变压器、电容、电感等）的使用需求，从而减小集成芯片10的尺寸和重量以提升功率密度，有助于进一步实现集成芯片10的紧凑涉及方案。此外，GaN比同为宽带宽器件的SiC的成本更低，具备广泛采用的潜力，因而更易于商业化应用。

如图1所示，在本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10中，上述驱动单元14可以为一体集成于集成芯片10的FET驱动电路。在一个实施例中，FET驱动单元14可以进一步包括FET驱动芯片。该FET驱动芯片的信号输出端可以连接固态开关单元13的栅极（即：控制端），而其信号地端可以连接固态开关单元13的源极，从而根据外部触发信号产生控制电容单元12对VCSEL激光发射单元11进行放电的驱动信号。通过将上述FET驱动电路一体集成于集成芯片10可以大幅地减少驱动电路中需要使用的线路，从而显著地减小集成芯片10的体积，并降低减小电流回路的杂散参数。

本领域的技术人员可以理解，上述激光发射单元11、电容单元12、固态开关单元13和驱动单元14可以一体集成于本实施例提供的上述集成芯片10。相比于现有技术将具有单独设计和封装的边发射半导体激光器与其驱动电路通过二次集成来构成完整的激光器封装，本实施例提供的上述集成芯片10可以有效地减小垂直腔面发射激光模块的体积，并同时减小电流回路的杂散参数，从而实现窄脉冲、大功率的激光输出。

在一个优选方案中，为了进一步减少集成芯片10中的杂散参数，并便于集成芯片10的二维阵列或三维阵列的集成，本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10的输入端口和/或输出端口可以优选地设于集成芯片10的封装外壳的底部。

请结合参考图1、图3A和图3B，图3A示出了根据本发明的一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的底部结构示意图。图3B示出了根据本发明的一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的侧面结构示意图。

如图3A所示，在本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10中，还可以包括设于集成芯片10的封装外壳18底部的高压直流端口151、高压地端口152、外部触发信号端口53、信号地端口154、低压直流端口155，以及低压地端口156。集成芯片10采用的封装包括但不限于球栅阵列（Ball grid array，BGA）结构封装。

在一个实施例中，上述高压直流端口151可以连接电容单元12的第一端和GaN晶体管单元13的第一功率端。上述高压地端口152可以连接电容单元12的第二端和VCSEL激光发射单元11的第二电极。在集成芯片10工作时，外接的直流电源可以通过激光雷达的电路板，从高压直流端口151和高压地端口152为电容单元12充电。

在一个实施例中，上述外部触发信号端口153可以连接FET驱动单元14的信号输入端。上述信号地端口154可以连接集成芯片10的信号地端。外接的控制模块可以通过激光雷达的电路板，从外部触发信号端口153和信号地端口154向FET驱动单元14输入外部触发信号，从而导通GaN晶体管单元13以控制电容单元12对VCSEL激光发射单元11进行放电的。

在一个实施例中，上述低压直流端口155可以连接FET驱动单元14的功率输入端。上述低压地端口156可以连接集成芯片10的信号地端。外接的低压供电模块可以通过激光雷达的电路板，从低压直流端口155和低压地端口156为FET驱动单元14的FET驱动芯片供电。

本领域的技术人员可以理解，本实施例提供的上述高压直流端口151、高压地端口152、外部触发信号端口53、信号地端口154、低压直流端口155，以及低压地端口156中的任意一者或多者，可以以引脚的形式一体集成于集成芯片10的底部，并可以通过激光雷达电路板上的焊盘来固定连接激光雷达的电路板。通过将集成芯片10的引脚一体集成于芯片的底部，可以有效地缩短电路板与芯片内部各单元的连接距离，从而进一步减少由封装引脚带来的杂散参数影响，因此更有利于实现窄脉宽的激光输出。

如图3B所示，在本实施例提供的上述垂直腔面发射激光的集成芯片10中，上述高压直流端口151、高压地端口152、外部触发信号端口53、信号地端口154、低压直流端口155，以及低压地端口156的引脚焊盘处还可以进一步设有引脚锡球15。

在集成上述集成芯片10的二维阵列或三维阵列时，引脚锡球15可以受热熔化，从而将集成芯片10的输入端口和/或输出端口紧固连接于激光雷达电路板上的焊盘，并且不会产生额外的高度。

本领域的技术人员可以理解，本实施例提供的上述将集成芯片10的输入端口和/或输出端口设于集成芯片10底部的优选方案，不但可以有效地减小集成芯片10所占的二维面积，而且不会产生额外的高度。因此，该优选方案可以有利于集成芯片10的二维阵列或三维阵列的大规模集成，从而增强激光雷达的激光脉冲功率。

在一个实施例中，上述集成芯片10中还可以包括微透镜16。该微透镜16可以覆盖在VCSEL激光发射单元11的发光面的上方，用于对VCSEL激光发射单元11发出的发散的激光脉冲进行光学准直，从而获得接近平行光的激光脉冲，以便于集成芯片10在激光雷达中的应用。

本领域的技术人员可以理解，本实施例提供的上述用于光学准直的微透镜16，只是一种对应于激光雷达的实际使用需求而提供的具体案例，主要用于更清晰地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以根据其他的实际使用需求，而采用相应结构的微透镜以实现相应的光学效果。

在一个优选方案中，为了进一步提高对VCSEL激光发射单元11的驱动电流以增强集成芯片10产生的激光脉冲功率，同时为了降低集成芯片10内部的回路电感，本实施例提供的上述集成芯片10还可以优选地包括一体集成于集成芯片10的多路驱动组件17。

请参考图4，图4示出了根据本发明的一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片的内部连接示意图。

如图4所示，在本实施例提供的上述集成芯片10中，每路驱动组件17可以包括一个放电电容单元172、一个GaN晶体管单元173和一个晶体管驱动单元174。多路驱动组件17可以呈辐射状地设于VCSEL激光发射单元11的周围，用于同步驱动该VCSEL激光发射单元11，从而通过提高对VCSEL激光发射单元11的驱动电流来增强集成芯片10产生的激光脉冲的功率。

本领域的技术人员可以理解，通过将多路驱动组件17呈辐射状地设于VCSEL激光发射单元11的周围，可以有效地减少集成芯片10中的杂散参数，从而有利于实现窄脉宽的激光输出。而在一个更优的实施例中，还可以进一步地将多路驱动组件17中心对称地设于VCSEL激光发射单元11的周围，从而进一步减少集成芯片10中的杂散参数，更有利于实现窄脉宽的激光输出。

本领域的技术人员还可以理解，本实施例提供的上述包括四路驱动组件17的集成芯片10只是一种具体案例，主要用于更清晰地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以根据集成芯片10的实际使用需求，而采用其他数量的驱动组件17来驱动激光发射单元11；或根据集成芯片10的实际使用需求，而采用其他结构的驱动组件来驱动激光发射单元11。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种激光发射器的实施例。该激光发射器可以应用于激光雷达。

请参考图5，图5示出了根据本发明的另一方面提供的激光发射器的结构示意图。

如图5所示，本实施例提供的上述激光发射器可以包括多个垂直腔面发射激光的集成芯片10，以及用于支撑并连接多个集成芯片10的电路板21。激光发射器中采用的集成芯片10可以是上述任意一个实施例提供的垂直腔面发射激光的集成芯片10。该多个垂直腔面发射激光的集成芯片10可以由电路板21支撑并连接，以构成集成芯片10的二维或三维阵列结构。

本领域的技术人员可以理解，由于上述实施例提供的集成芯片10一体集成了激光发射单元11、电容单元12、固态开关单元13和驱动单元14，其体积远小于由现有的边发射半导体激光器与其驱动电路通过二次集成所构成的激光器封装。

在上述实施例提供的集成芯片10中，VCSEL激光发射单元11的发光面垂直于其第一电极和第二电极，也就是说VCSEL激光发射单元11的电极结构与其发光面不在同一平面。因此，生产人员可以在VCSEL激光发射单元11的流片阶段直接形成光学特性一致的激光发射单元11的阵列结构，以便进行集成芯片10的二维阵列或三维阵列的集成。

本领域的技术人员可以理解，相比于现有技术采用的边发射激光器，上述实施例提供的集成芯片10更易于集成二维阵列或三维阵列，以便于激光器与驱动器的大规模集成化和模块化，从而提升垂直腔面发射激光器（VCSEL）的通用性。

本领域的技术人员还可以理解，相比于现有技术采用的边发射激光器，上述实施例提供的集成芯片10也更便于紧凑地设计固态开关单元13的脉冲驱动电路，从而实现窄脉冲激光输出的效果。

在一个实施例中，为了构成集成芯片10的二维阵列结构，上述电路板21可以是平面电路板。而在其他实施例中，为了构成集成芯片10的三维阵列结构，上述电路板21也可以是曲面电路板或多面体电路板。

上述曲面电路板可以指电路板21的形状为曲面。由于单颗集成芯片10的体积很小，多个垂直腔面发射激光的集成芯片10可以贴装在曲面电路板的一面或两面，从而发出多角度、多方位的激光脉冲，以实现激光雷达多角度、多方位的扫描功能。

上述多面体电路板可以指由多块平面电路板和/或曲面电路板拼接而成的电路板。多个垂直腔面发射激光的集成芯片10可以贴装在多面体电路板的一面或两面，从而发出多角度、多方位的激光脉冲，以实现激光雷达多角度、多方位的扫描功能。

本领域的技术人员可以理解，上述由多块平面电路板和/或曲面电路板拼接而成的多面体电路板只是一种具体案例，主要用于清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。在其他实施例中，上述多面体电路板也可以是一体成型的。该一体成型的多面体电路板也可以和拼接而成的多面体电路板具有相同的作用和效果。

在一个实施例中，集成芯片10表面的微透镜16可以根据实际应用需求而进行特殊的光学设计。通过结合激光发射器外部的整体光学系统设计，以及相应的曲面电路板或多面体电路板，本实施例提供的上述激光发射器还可以进一步构成多种大功率、窄脉宽的激光光源。

在一个实施例中，激光发射器中的电路板21可以为印制电路板（Printed circuitboard，PCB）。如上所述，PCB电路板21上可以设有多个焊盘（未绘示）。这些焊盘可以用于固定地电性连接设于集成芯片10的封装外壳底部的输入端口和/或输出端口，从而起到支撑并连接多个集成芯片10的作用。这些焊盘可以进而实现向集成芯片10供电，以及向集成芯片10传输外部触发信号的效果。

本领域的技术人员可以理解，通过在PCB电路板21上设置焊盘来连接集成芯片10的封装外壳底部的输入端口和/或输出端口，可以在不产生额外高度的前提下，有效地减小集成芯片10所占的二维面积。因此，该方案可以有利于集成芯片10的二维阵列或三维阵列的大规模集成，从而增强激光雷达的激光脉冲功率。

在一个实施例中，PCB电路板21上还可以设有印制电路（未绘示）。这些印制电路可以连接上述多个焊盘，从而可以起到从集成芯片10的高压直流端口151和高压地端口152为电容单元12充电的作用；也可以起到从集成芯片10的外部触发信号端口153和信号地端口154向FET驱动单元14输入外部触发信号的作用；还可以起到从集成芯片10的低压直流端口155和低压地端口156为FET驱动单元14的FET驱动芯片供电的作用。

本领域的技术人员可以理解，上述设有印制电路的PCB电路板21只是本实施例提供的一种优选方案，主要用于降低激光发射器中的杂散参数，并便于集成芯片10的二维阵列或三维阵列的集成，从而更好地产生窄脉宽、高重频以及大功率的激光脉冲，并实现激光器与驱动器的大规模集成化和模块化。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以基于本发明的构思，使用其他的电路板来连接并驱动集成芯片10以发出激光脉冲。

本领域的技术人员还可以理解，由于上述实施例提供的集成芯片10一体集成了激光发射单元11、电容单元12、固态开关单元13和驱动单元14，PCB电路板21上设置的印制电路可以非常简单、紧凑。因此，采用上述实施例提供的集成芯片10可以有助于集成芯片10的大规模二维阵列或三维阵列的集成，从而实现激光器与驱动器的大规模集成化和模块化，并提升激光器的通用性。

在一个优选方案中，上述印制电路中还可以进一步包括多条独立的外部触发电路（未绘示）。这些独立的外部触发电路可以分别连接每个集成芯片10的外部触发信号端口，主要用于向每个集成芯片10传输独立的外部触发信号。

在一个实施例中，通过设置这些独立的外部触发电路，操作人员可以使用独立的外部触发信号来单独地控制激光发射器中的每一个集成芯片10，从而实现阵列扫描功能以适用于激光雷达探测及相关领域的应用。

在另一个实施例中，通过设置这些独立的外部触发电路，操作人员也可以使用同一个或同步的外部触发信号来同步地控制激光发射器中的多个集成芯片10，从而将多个集成芯片10发出的激光叠加以实现增强激光雷达的激光脉冲功率的效果。

如图5所示，在本实施例提供的上述激光发射器中，还可以包括串联于每个集成芯片10的高压直流端口的限流单元22，以及就近设于每个集成芯片10的低压直流端口和低压地端口之间的旁路电容单元23。

上述限流单元22可以是限流电阻，也可以是限流电感。限流单元221主要用于限制电容单元12充电回路中的电流，从而防止在GaN晶体管单元13导通时，外部高压直流电源直接加电压在VCSEL激光发射单元11上会导致VCSEL激光发射单元11器损坏的隐患。

上述旁路电容单元23可以就近地设置在靠近对应的集成芯片10的位置，从而起到为FET驱动芯片的输入电压滤波的作用，从而防止集成芯片10因干扰信号而产生误触发的问题。

本领域的技术人员可以理解，上述限流单元22和上述旁路电容单元23只是两种用于提升激光发射器性能的优选结构。在一个实施例中，本领域的技术人员可以同时使用这两种优选结构，以获得叠加的有益效果。而在其他实施例中，本领域的技术人员也可以单独地使用其中任意一种优选结构，从而获得相应的有益效果。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种垂直腔面发射激光的集成芯片，其特征在于，包括集成于所述集成芯片的激光发射单元、电容单元、固态开关单元和驱动单元，其中，

所述激光发射单元的发光面设于所述集成芯片的顶部，用于发射垂直于所述激光发射单元的电极的激光；

所述电容单元的第一端连接所述固态开关单元的第一功率端，所述电容单元的第二端连接所述激光发射单元的第二电极；

所述固态开关单元的第二功率端连接所述激光发射单元的第一电极，用于根据所述驱动单元发出的驱动信号以导通或断开所述第一功率端和所述第二功率端；

所述驱动单元连接所述固态开关单元的控制端，用于根据外部触发信号以产生所述驱动信号。

2.如权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，还包括设于所述集成芯片底部的高压直流端口、高压地端口、外部触发信号端口、信号地端口、低压直流端口，以及低压地端口，其中，

所述高压直流端口和所述高压地端口用于为所述电容单元充电；

所述外部触发信号端口和所述信号地端口用于向所述驱动单元输入所述外部触发信号；

所述低压直流端口和所述低压地端口用于为所述驱动单元供电。

3.如权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述激光发射单元的发光面垂直于所述激光发射单元的第一电极和第二电极。

4.如权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，还包括设于所述发光面之上的微透镜，所述微透镜用于光学准直。

5.如权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，包括集成于所述集成芯片的多路驱动组件，其中，

每路所述驱动组件包括一个所述电容单元、一个所述固态开关单元和一个所述驱动单元，

所述多路驱动组件辐射状地设于所述激光发射单元的周围。

6. 一种激光发射器，其特征在于，包括：

多个如权利要求1-5中任一项所述的垂直腔面发射激光的集成芯片；以及

用于支撑并连接多个所述集成芯片的电路板。

7. 如权利要求6所述的激光发射器，其特征在于，所述电路板还包括多个焊盘，所述多个焊盘用于固定连接多个所述集成芯片底部的端口，用于向所述集成芯片供电，以及用于向所述集成芯片传输所述外部触发信号。

8.如权利要求6所述的激光发射器，其特征在于，所述电路板还包括串联于每个所述集成芯片的高压直流端口的限流单元，和/或

就近设于每个所述集成芯片的低压直流端口和低压地端口之间的旁路电容单元。

9.如权利要求6所述的激光发射器，其特征在于，所述电路板还包括多条独立的外部触发电路，所述多条独立的外部触发电路分别连接每个所述集成芯片的外部触发信号端口，用于向每个所述集成芯片传输所述外部触发信号。

10.如权利要求6所述的激光发射器，其特征在于，所述电路板包括平面电路板、曲面电路板，以及多面体电路板。

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