CN116995535A - 激光芯片、激光模组及激光探测设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种激光芯片、激光模组及激光探测设备。激光芯片包括衬底以及设于所述衬底上的至少两个面发射激光器，至少两个所述面发射激光器沿第一方向依次串联设置，所述第一方向大致垂直于所述面发射激光器的出光方向；所述激光芯片具有第一工作状态，当所述激光芯片处于第一工作状态时，至少一个所述面发射激光器反向驱动，至少一个所述面发射激光器正向驱动。上述激光芯片，设置在衬底上的多个面发射激光器能够同时实现激光发射和激光探测的功能，能够简化激光芯片的制造工艺，降低制造成本。
Description
技术领域
本申请涉及激光器技术领域，特别是涉及一种激光芯片、激光模组及激光探测设备。
背景技术
激光探测设备广泛应用于激光测距、激光雷达、激光成像等激光探测领域，激光探测设备中通常设有激光芯片和光电探测器，激光芯片能够朝被探测物体发射激光，光电探测器接收被探测物体反射的激光，从而获取被探测物体的信息。传统的激光探测设备中，激光芯片和光电探测器通常是两个相互分离的器件，制备工艺复杂，制造成本高，且不易集成。
发明内容
基于此，有必要针对传统的激光探测设备制备工艺复杂，制造成本高的问题，提供一种激光芯片、激光模组及激光探测设备。
一种激光芯片，包括衬底以及设于所述衬底上的至少两个面发射激光器，至少两个所述面发射激光器沿第一方向依次串联设置，所述第一方向大致垂直于所述面发射激光器的出光方向；
所述激光芯片具有第一工作状态，当所述激光芯片处于第一工作状态时，至少一个所述面发射激光器反向驱动，至少一个所述面发射激光器正向驱动。
上述激光芯片，当处于第一工作状态时，至少一个面发射激光器正向驱动，能够朝被探测物体发射激光，而至少一个面发射激光器反向驱动，能够接收从被探测物体反射的激光，从而获取被探测物体的信息。由此，激光芯片通过设置在衬底上的多个面发射激光器即可同时实现激光发射和激光探测的功能，无需额外集成光电探测器，能够简化激光芯片的制造工艺，降低制造成本。
一种激光模组，包括如上述的激光芯片，所述激光模组还包括热沉，所述面发射激光器包括沿所述第一方向串联的第一激光单元和第二激光单元，所述面发射激光器设有远离所述衬底的P导电层，所述热沉具有第一供电位和第二供电位，所述第一供电位电连接于所述第一激光单元的P导电层，所述第二供电位电连接于所述第二激光单元的P导电层，当所述激光芯片处于第一工作状态时，所述第一供电位的电压小于所述第二供电位的电压。热沉上的供电位与面发射激光器的P导电层相配合，能够同时实现反向驱动和正向驱动。
一种激光探测设备，包括壳体以及如上述任一实施例所述的激光模组，所述激光模组设于所述壳体。
附图说明
图1为一些实施例中激光芯片的结构示意图。
图2为一些实施例中激光芯片与被探测物体的剖面示意图。
图3为一些实施例中背面出光时激光芯片与被探测物体的剖面示意图。
图4为一些实施例中激光芯片设置两个面发射激光器的剖面示意图。
图5为一些实施例中激光模组的剖面示意图。
图6为一些实施例中N电极覆盖衬底的剖面示意图。
图7为一些实施例中反射镜层设于N导电层和衬底之间的剖面示意图。
图8为一些实施例中面发射激光器正面出光的剖面示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参见图1和图2，图1为一些实施例中激光芯片10的结构示意图，图2为一些实施例中激光芯片10的剖面示意图。本申请提供的激光芯片10可集成有至少两个面发射激光器11，并可用于激光传感、激光雷达、激光成像等领域。在一些实施例中，激光芯片10包括衬底115以及设于衬底115上的至少两个面发射激光器11，至少两个面发射激光器11沿第一方向123依次串联设置。其中，第一方向123大致垂直于面发射激光器11的出光方向124，衬底115的延伸方向可大致平行于第一方向123，面发射激光器11可以为正面出光类型，则出光方向124由衬底115指向面发射激光器11，面发射激光器11也可以为反面出光类型，则出光方向124由面发射激光器11指向衬底115。
进一步地，在一些实施例中，激光芯片10具有第一工作状态，当激光芯片10处于第一工作状态时，至少一个面发射激光器11反向驱动，至少一个面发射激光器11正向驱动。可以理解的是，当面发射激光器11远离衬底115的一端施加的电压大于面发射激光器11靠近衬底115的一端施加的电压时，面发射激光器11正向驱动，面发射激光器11能够朝被探测物体30发射激光。当面发射激光器11远离衬底115的一端施加的电压小于面发射激光器11靠近衬底115的一端所施加的电压时，面发射激光器11反向驱动，面发射激光器11能够接收从被探测物体30反射到面发射激光器11上的激光，并产生相应的电信号，从而获取被探测物体30的信息，例如获取被探测物体30的距离信息或图像信息等。另外，在本申请中，描述至少两个面发射激光器11依次串联设置，可以理解为流入第一方向123端部的面发射激光器11的电流能够依次流经各个面发射激光器11。
上述激光芯片10，当处于第一工作状态时，至少一个面发射激光器11正向驱动，能够朝被探测物体30发射激光，而至少一个面发射激光器11反向驱动，能够接收从被探测物体30反射的激光，从而获取被探测物体30的信息。由此，激光芯片10通过设置在衬底115上的多个面发射激光器11即可同时实现激光发射和激光探测的功能，无需额外集成光电探测器，能够简化激光芯片10的制造工艺，降低制造成本。另外，多个面发射激光器11依次串联设置，通过改变施加在不同的面发射激光器11上的电压关系，即可使得激光芯片10处于第一工作状态或者其他工作状态，有利于简化激光芯片10的线路设置，降低设计和控制难度。
本申请附图中的实施例以激光芯片10设有两个或三个面发射激光器11为例，但激光芯片10中面发射激光器11的数量不限于两个或三个，具体可根据激光芯片10的尺寸和功率需求进行设计，在本申请中不做限定。例如，当激光芯片10设有三个面发射激光器11时，三个面发射激光器11沿第一方向123依次为第一激光单元111、第二激光单元112和第三激光单元113，第一激光单元111和第三激光单元113为第一方向123上距离最远的两个面发射激光器11，即位于第一方向123端部的两个面发射激光器11。本申请提及的面发射激光器11包括但不限于为水平腔面发射激光器（Horizontal cavity surface-emitting laser，HCSEL）、光子晶体表面发射半导体激光器（Photonic Crystal Surface-emitting Lasers，PCSEL）、垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）等任意适用类型的激光器，只要至少一个面发射激光器11能够正向驱动以发射光线，至少一个面发射激光器11能够反向驱动以接收光线从而实现相应的功能即可。
多个面发射激光器11实现串联设计的方式不限。在一些实施例中，激光芯片10还包括N导电层116，N导电层116设于面发射激光器11和衬底115之间，N导电层116可包括相互电隔离多个N子导电部1161，多个N子导电部1161沿第一方向123依次排列并与多个面发射激光器11一一对应，每个面发射激光器11设于对应的一个N子导电部1161上，并与对应的一个N子导电部1161电连接。
在一些实施例中，激光芯片10还包括多个导电结构117，多个导电结构117分别设于相邻的两个面发射激光器11之间。N子导电部1161和导电结构117的具体数量可根据面发射激光器11的数量进行设置，在本申请中不做限定。例如，当激光芯片10设有三个面发射激光器11时，N子导电部1161可设有三个，导电结构117可设有两个，两个导电结构117分别设于第一激光单元111和第二激光单元112之间，以及第二激光单元112和第三激光单元113之间。
进一步地，与导电结构117相邻的两个面发射激光器11中：其中一个面发射激光器11与导电结构117电隔离，且其中一个面发射激光器11对应的N子导电部1161与导电结构117电连接。另外一个面发射激光器11与导电结构117电连接，且另外一个面发射激光器11对应的N子导电部1161与导电结构117电隔离。例如，参考图2所示，在一些实施例中，第一激光单元111与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117电隔离，第一激光单元111对应的N子导电部1161与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117电连接；第二激光单元112与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117电连接，第二激光单元112对应的N子导电部1161与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117电隔离。第二激光单元112与第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117电隔离，第二激光单元112对应的N子导电部1161与第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117电连接；第三激光单元113与第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117电连接，第三激光单元113对应的N子导电部1161与第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117电隔离。
需要说明的是，在本申请中，描述两个部件电隔离，可以理解为该两个部件不存在直接接触以使得该两个部件电连接的部位，但该两个部件可通过其他中间部件建立电连接，例如，第一激光单元111与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117电隔离，但第一激光单元111通过对应的N子导电部1161与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117间接电连接。
在一些实施例中，激光芯片10还包括设于面发射激光器11远离N导电层116的一侧的P导电层1111，P导电层1111与面发射激光器11的半导体结构电连接。当面发射激光器11正向驱动时，电流能够通过P导电层1111注入到面发射激光器11的半导体结构中，以使得面发射激光器11发光。
参考图2所示，可以理解的是，电流通常由高电压流向低电压，且通常从面发射激光器11的P导电层1111注入到面发射激光器11中，再经过面发射激光器11流向对应的N子导电部1161。当对第一激光单元111的P导电层1111施加第一电压，对第二激光单元112的P导电层1111施加第二电压，且第一电压小于第二电压时，由于第二激光单元112和第三激光单元113串联，第二激光单元112的P导电层1111上施加的电流可以注入第二激光单元112中，并能够依次经过第二激光单元112对应的N子导电部1161以及第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117流至第三激光单元113，进而注入第三激光单元113，使得第二激光单元112和第三激光单元113正向驱动而发光。由于第一电压小于第二电压，即第一激光单元111的P导电层1111的电压小于对应的N子导电层的电压，导致电流无法从P导电层1111注入第一激光单元111中，即使得第一激光单元111反向驱动。由此，参考图2所示，通过对第一激光单元111和第二激光单元112上施加的电压的调节，能够使得在衬底115上串联设置的三个面发射激光器11的其中一个反向驱动，另外两个正向驱动，通过简单的结构同时实现激光的发射和接收，有利于简化激光芯片10的设置工艺，降低制造成本。
在一些实施例中，激光芯片10还包括第二工作状态，当激光芯片10处于第二工作状态时，第一激光单元111的P导电层1111上施加电压，第二激光单元112的P导电层1111上可不施加电压。由于第一激光单元111、第二激光单元112和第三激光单元113沿第一方向123依次串联，第一激光单元111的P导电层1111的电流能够注入第一激光单元111内，并依次经过第一激光单元111对应的N子导电部1161、第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117以及第二激光单元112上的P导电层1111注入第二激光单元112，进而依次经过第二激光单元112对应的N子导电部1161、第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117以及第三激光单元113的P导电层1111注入第三激光单元113中，在第二工作状态下，第一激光单元111、第二激光单元112和第三激光单元113上的电压依次降低。由此，在第二工作状态下，依次串联的多个面发射激光器11均能够发光，多个面发射激光器11相互配合能够增大激光芯片10的出光功率，实现大功率输出。可以看出，本申请提供的激光芯片10，设有多个依次串联的面发射激光器11，通过改变面发射激光器11上施加的电压，能够实现所有的面发射激光器11同时出光，也能够实现至少一个面发射激光器11反向驱动以接收光线的效果，能够丰富激光芯片10的功能，提升激光芯片10的适用范围。
请再参见图2，在一些实施例中，激光芯片10还包括绝缘层1118，绝缘层1118能够配合导电结构117以及N导电层116的设计合理规划激光芯片10中电流的导通路径，从而实现多个面发射激光器11的串联设置。在一些实施例中，绝缘层1118覆盖位于第一方向123的端部的两个面发射激光器11的侧面，例如，绝缘层1118覆盖第一激光单元111的侧面，以将第一激光单元111与相邻的导电结构117电隔离。设于其余的面发射激光器11上的绝缘层1118，例如设于第二激光单元112和第三激光单元113上的绝缘层1118包括第一电隔离部1119和第二电隔离部1121，第一电隔离部1119覆盖面发射激光器11的其中一个侧面，以将面发射激光器11与相邻的其中一个导电结构117电隔离，或者对面发射激光器11提供隔离保护作用。第二电隔离部1121覆盖面发射激光器11的另一个侧面的部分，以在远离N导电层116的一端预留供面发射激光器11与相邻的另外一个导电结构117接触导通的电连接位1122。
例如，设于第二激光单元112上的第一电隔离部1119，设置在第二激光单元112朝向第二激光单元112与第三激光单元113之间的导电结构117的侧面上，以将第二激光单元112与第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117电隔离，设于第二激光单元112上的第二电隔离部1121，设置在第二激光单元112朝向第一激光单元111与第二激光单元112之间的导电结构117的侧面上，且第二电隔离部1121远离N导电层116的一端预留有电连接位1122，第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117部分延伸至电连接位1122以与P导电层1111或导电P焊盘119接触导通。设于第三激光单元113上的第一电隔离部1119对第三激光单元113提供绝缘保护作用，设于第三激光单元113上的第二电隔离部1121，设置在第三激光单元113朝向第二激光单元112与第三激光单元113之间的导电结构117的侧面上，且第二电隔离部1121远离N导电层116的一端预留有电连接位1122，第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117部分延伸至电连接位1122以与P导电层1111电连接。
在一些实施例中，设于第二激光单元112和第三激光单元113上的绝缘层1118还包括连接第二电隔离部1121的第三电隔离部1123，第三电隔离部1123设于面发射激光器11对应的N子导电部1161与相邻的N子导电部1161之间，第二电隔离部1121和第三电隔离部1123共同将相邻的两个N子导电部1161电隔离，并将导电结构117与相邻的其中一个N子导电部1161电隔离。例如，第二激光单元112上的第三电隔离部1123将第二激光单元112与第一激光单元111对应的N子导电部1161电隔离，第二激光单元112上的第三电隔离部1123和第二电隔离部1121相互连接以共同将第二激光单元112对应的N子导电部1161与第一激光单元111和第二激光单元112之间的导电结构117电隔离。第三激光单元113上的第三电隔离部1123将第三激光单元113与第二激光单元112对应的N子导电部1161电隔离，第三激光单元113上的第三电隔离部1123和第二电隔离部1121相互连接以共同将第三激光单元113对应的N子导电部1161与第二激光单元112和第三激光单元113之间的导电结构117电隔离。
结合图1和图2所示，在一些实施例中，激光芯片10还包括N焊盘118和P焊盘119，N焊盘118和P焊盘119分别与第一方向123上距离最远的两个面发射激光器11电连接。例如，当激光芯片10设有三个面发射激光器11时，P焊盘119可与第一激光单元111电连接，N焊盘118可与第三激光单元113电连接。可以理解的是，由于多个面发射激光器11串联设置，激光芯片10通过对P焊盘119和N焊盘118施加电压，即可使得电流依次流经多个面发射激光器11，使得多个面发射激光器11发光，使得激光芯片10处于第二工作状态。在激光芯片10处于第一状态时，也可通过P焊盘119对第一激光单元111的P导电层1111施加电压。
上述激光芯片10，将多个面发射激光器11串联设置，能够叠加多个面发射激光器11的出光功率，以实现大功率输出，满足大功率场景的需求。同时，多个面发射激光器11串联设置，通过对N焊盘118和P焊盘119施加电流即可实现对多个面发射激光器11施加电流，能够简化激光芯片10的供电电路的设计。另外，多个面发射激光器11沿垂直于出光方向124的第一方向123串联设置，多个面发射激光器11之间不会相互挡光，也不会影响彼此的散热效率，有利于提升激光芯片10的出光效率和散热性能。
在一些实施例中，N焊盘118设于在第一方向123端部的两个面发射激光器11的其中一个对应的N子导电部1161上，并与N子导电部1161电连接。例如，当激光芯片10设有三个面发射激光器11时，第三激光单元113对应的N子导电部1161可部分延伸至第三激光单元113外，N焊盘118设于第三激光单元113对应的N子导电部1161上，并与第三激光单元113对应的N子导电部1161接触导通。
上述的激光芯片10，通过对P导电层1111、N导电层116以及导电结构117的合理设计，使得对P焊盘119和N焊盘118施加电压时，电流能够依次流经多个面发射激光器11，从而实现多个面发射激光器11的串联设置，简化激光芯片10的供电电路设计。
当然，激光芯片10上还可设有更多数量的面发射激光器11，当设置更多数量的面发射激光器11时，除图2所示的三个面发射激光器11外，其余的面发射激光器11可沿第一方向123依次串联于第三激光单元113后方，且其余的面发射激光器11与第三激光单元113之间的设置可参考第二激光单元112和第三激光单元113至的设置得到，此处不再赘述。
可以理解的是，在图2所示的实施例中，面发射激光器11的出光方向124可垂直于第一方向123并指向与衬底115相背的方向，P导电层1111可设于面发射激光器11背向衬底115的一侧的周缘，P导电层1111从面发射激光器11的周缘向面发射激光器11注入电流，能够避免P导电层1111遮挡光线的风险，提升面发射激光器11的出光效率。
参考图3所示，在另一些实施例中，面发射激光器11的出光方向124可垂直于第一方向123并指向衬底115，则P导电层1111可覆盖面发射激光器11背向衬底115的一侧，有利于简化P导电层1111的设置工艺，也能够使得激光芯片10适用于正面出光和背面出光等不同类型的面发射激光器11。
可以理解的是，当面发射激光器11为背面出光时，激光芯片10也可具有第一工作状态和第二工作状态，参考图3所示，当第一激光单元111的P导电层1111上施加的第一电压小于第二激光单元112上施加的第二电压时，第一激光单元111反向驱动，能够吸收光线，第二激光单元112和第三激光单元113正向驱动，能够发射光线。在一些实施例中，当第一激光单元111的P导电层1111上施加电压，而第二激光单元112的P导电层1111上不直接施加电压时，第一激光单元111的电流能够依次经过第二激光单元112和第三激光单元113，使得三个面发射激光器11均能够发光。本实施例中的电流流向也可参考图2以及上述记载得到，此处不再赘述。
参考图1和图2所示，在一些实施例中，P焊盘119设于第一方向123端部的两个面发射激光器11的其中一个的周侧，并通过线路与面发射激光器11电连接。例如，P焊盘119可设于第一激光单元111的周侧，并通过线路与第一激光单元111上的P导电层1111电连接。进一步地，在一些实施例中，P焊盘119在垂直于第一方向123上设于第一激光单元111相背的两侧的其中一侧，N焊盘118沿第一方向123设于第三激光单元113背向第一激光单元111的一侧。如此设置，有利于适应N导电层116和面发射激光器11的结构和位置设计，有利于减小激光芯片10在第一方向123上的尺寸，同时简化激光芯片10的供电电路设计。
请再参见图2，在一些实施例中，导电结构117和N导电层116之间以及N焊盘118与N导电层116之间还可通过导电电极建立电连接。例如，激光芯片10还可包括多个第一导电电极121，第一导电电极121一一对应地设置于导电结构117和N子导电部1161之间，第一导电电极121分别与导电结构117和N子导电部1161接触导通，从而使得导电结构117和N子导电部1161建立电连接。激光芯片10还可包括第二导电电极122，第二导电电极122设于所述N导电层116上，第二导电电极122分别与N导电层116和N焊盘118接触导通，从而使得N焊盘118与N导电层116建立电连接。在一些实施例中，第二导电电极122设于N导电层116和N焊盘118之间。在另一些实施例中，第二导电电极122也可设于N焊盘118外并设于N导电层116上，只要能够实现N导电层116与N焊盘118之间的电连接即可。第一导电电极121和第二导电电极122的材质包括但不限于为任意适用的半导体材料。设置导电电极能够提升N导电层116与导电结构117以及N焊盘118之间的导通性能，有利于提升电流传输效率，降低能耗和发热情况。
结合图1和图4所示，在一些实施例中，激光芯片10上也可仅设有两个面发射激光器11，两个面发射激光器11分别为第一激光单元111和第二激光单元112，图4所示的实施例中第一激光单元111和第二激光单元112的设置可参考图2所示的实施例得到，只是省略了第三激光单元113，而N焊盘118设于第二激光单元112对应的N子导电部1161上。可以理解的是，当第一激光单元111的P导电层1111上施加的第一电压小于第二激光单元112的P导电层1111上施加的第二电压时，第一激光单元111反向驱动，能够作为光电探测器接收光线，第二激光单元112正向驱动，能够发射光线。
在一些实施例中，激光芯片10的衬底115为绝缘衬底，激光芯片10还可包括两个N电极125，其中一个N电极125对应第一激光单元111靠近衬底115的一端设置，另外一个N电极125对应第二激光单元112靠近衬底115的一端设置。当激光芯片10处于第一工作状态时，对应第一激光单元111设置的N电极125用于对第一激光单元111靠近衬底115的一端施加第三电压，对应第二激光单元112设置的N电极125用于对第二激光单元112靠近衬底115的一端施加第四电压，且第四电压小于第二电压，第一电压小于第三电压。由此，P导电层1111与N电极125上施加的电压相配合，能够有效实现第一激光单元111的反向驱动以及第二激光单元112的正向驱动。
参考图5所示，在一些实施例中，激光芯片10还可与热沉21组装形成激光模组20，当然，图5仅是对热沉21的示意，实际上，热沉21可以抵接激光芯片10的各个面发射激光器11以对各个面发射激光器11施加电压。在一些实施例中，热沉21上可具有第一供电位211、第二供电位212、第三供电位213和第四供电位214，第一供电位211可用于对第一激光单元111上的P导电层1111施加第一电压，第二供电位212可用于对第二激光单元112的P导电层1111施加第二电压，第三供电位213可用于对与第一激光单元111对应的N电极125施加第三电压，第四供电位214可用于对与第二激光单元112对应的N电极125施加第四电压。第三供电位213和第四供电位214可通过导线215等导电元件与N电极125电连接。
当然，图5仅示意出其中一种实施例的激光芯片10与热沉21组装形成激光模组20的结构示意图，实际上，本申请其他各实施例的激光芯片10也均可与热沉21组装形成激光模组20，热沉21的具体设置可根据激光芯片10的供电需求进行设计，此处不再赘述。
参考图6所示，在一些实施例中，衬底115还可以为N型衬底，则N电极125可覆盖衬底115背向N导电层116的一侧，在本实施例中，第三电压和第四电压可理解为施加于N电极125上的同一电压，第三电压和第四电压相等，且均大于第一电压，小于第二电压。
结合图7和图8所示，图8所示的实施例中面发射激光器11 以水平腔面发射激光器（HCSEL）为例进行说明，当然，面发射激光器11还可以是其他类型，面发射激光器11为其他类型时的剖面示意图在本申请中不做赘述。在一些实施例中，面发射激光器11的半导体结构在P导电层1111指向N导电层116的方向上依次包括P型接触层1112、P型掺杂包层1113、P型掺杂光限制层1114、量子阱或量子点有源层1115、N型掺杂光限制层1116以及N型掺杂包层1117，P型接触层1112可与P导电层1111接触，N型掺杂包层1117可与N导电层116接触。在一些实施例中，面发射激光器11还可设有光栅126 ，以增强面发射激光器11的出射光，光栅126可以设于半导体结构中的其中一层或多层层结构上，例如，在一些实施例中，P型接触层1112、P型掺杂包层1113以及P型掺杂光限制层1114三层层结构共同设置光栅126。可以理解的是，当面发射激光器11设有光栅126时，由于多个面发射激光器11沿第一方向123依次排列，面发射激光器11的出射光不会经过其他面发射激光器11的光栅126，从而能够避免设多个面发射激光器11的光栅126相互遮挡光线而导致出光效率降低的情况，有利于提升激光芯片10的出光效率。
在一些实施例中，光栅126由面发射激光器11中的任意一层或多层层结构刻蚀形成，例如光栅126可以由P型接触层1112至N型掺杂包层1117的任意一层形成，也可以由P型接触层1112、P型掺杂包层1113、P型掺杂光限制层1114三层层结构共同形成，或者由P型掺杂包层1113、P型掺杂光限制层1114两层层结构共同形成，当然也可由其他任意相邻的两层、三层或其他数量的层结构共同形成。在一些实施例中，光栅126可以为二阶或高阶布拉格光栅，光栅126能够在平行于出光方向124的两个相反的方向上有效提供两种衍射光束。在本申请中，高阶可以理解为二阶以上的更高阶。在另一些实施例中，光栅126还可以为二阶或高阶光子晶体，当然，光栅126还可以同时包括布拉格光栅和光子晶体，在本申请中不对光栅126的类型做具体限定，只要光栅126能够沿出光方向124出射两种方向相反的光束即可。
在一些实施例中，面发射激光器11还包括反射镜层114，反射镜层114和光栅126沿出光方向124依次设置，则反射镜层114可视为设于光栅126背向出光方向124的一侧。反射镜层114用于将光栅126出射的至少部分与出光方向124相反的衍射光束朝光栅126反射，以偏折光束的方向，使得光束的方向与出光方向124相同，从而能够形成面发射激光器11的出射光，进而使得光栅126提供的两种方向相反的衍射光束均能够被利用。
上述面发射激光器11，在光栅126背向出光方向124的一侧设置反射镜层114，反射镜层114能够将光栅126出射的至少部分与出光方向124相反的衍射光束朝光栅126反射，使得光束的出射方向与出光方向124一致，从而能够作为面发射激光器11的出射光出射，有利于充分利用光栅126出射的光束，提升光线利用效率，从而提升面发射激光器11的出光效率，有利于提升面发射激光器11的发光功率并降低面发射激光器11的能耗。
进一步地，在一些实施例中，面发射激光器11的出光方向124垂直于第一方向123并背向衬底115，则面发射激光器11为正面出光，光栅126由有源层1115背向衬底115的一侧的一层或多层层结构形成，例如由P型接触层1112、P型掺杂包层1113和P型掺杂光限制层1114共同刻蚀形成。反射镜层114设于有源层1115朝向衬底115的一侧的任意两层层结构之间，例如，反射镜设于N型掺杂包层1117、N型掺杂光限制层1116、N导电层116、衬底115中的任意两者之间。如此设置，当第一激光单元111反向驱动，第二激光单元112和第三激光单元113正向驱动时，第二激光单元112和第三激光单元113对应的反射镜层114能够将光栅126出射的与出光方向124相反的光线反射，提升出光效率，而第一激光单元111对应的反射镜层114能够将被探测物体30反射并射到反射镜的激光反射到第一激光单元111的有源层1115上，提升被探测物体30反射的光线被第一激光单元111吸收的概率，从而提升对被探测物体30检测的准确性。
参考图7和图8所示，在一些实施例中，反射镜层114设于衬底115和N导电层116之间，多个面发射激光器11对应的反射镜层114为生长于衬底115上的一整层结构，在提升出光效率和检测的准确性的同时，也有利于简化反射镜层114的制造工艺。
在一些实施例中，面发射激光器11的出光方向124垂直于第一方向123并指向衬底115，光栅126由P型接触层1112与有源层1115之间的一层或多层层结构形成，例如由P型掺杂包层1113和P型掺杂光限制层1114形成，反射镜层114设于光栅126背向衬底115的一侧，例如设于P型接触层1112和P型掺杂包层1113之间，从而使得反射镜层114的设置不影响P型接触层1112与P导电层1111的接触，P导电层1111能够向有源层1115注入电流。如此设置，当面发射激光器11为背面出光，且第一激光单元111反向驱动，第二激光单元112和第三激光单元113正向驱动时，第二激光单元112和第三激光单元113的反射镜层114同样能够将光栅126产生的与出光方向124相反的光线反射形成出射光而提升面发射激光器11的出光效率，第一激光单元111的反射镜层114同样能够将被探测物体30反射的射到反射镜层114上的光线反射到有源层1115上，提升第一激光单元111对光线的吸收效率，有利于对被探测物体30的检测。
在一些实施例中，反射镜层114可以为分布式布拉格反射镜或具有良好的反射性能的光子晶体结构，反射镜层114可以为半导体材料，反射镜层114能够通过外延生长的方式形成于任意一层层结构上，有利于适应面发射激光器11的制造工艺，并提供良好的反射性能，有效提升出光效率。
在一些实施例中，绝缘层1118的材质包括但不限于为二氧化挂（SiO2）或氮化硅（SiN）等任意适用的绝缘材料。衬底115的材质包括但不限于为砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、磷化铟（InP）、氧化铝（Al2O3）、氮化铝（ALN）、氧化铍（BeO）、氮化硅（Si3N4）或碳化硅（SiC）等任意适用的衬底材料，衬底115能够阻止电流从N导电层116流入衬底115，以使得多个面发射激光器11能够依次串联设置。当然，衬底115的材质不限于此，本申请不对衬底115的材质和设置工艺做限定，只要电流不会从N导电层116流至衬底115，使得多个面发射激光器11之间能够通过N导电层116依次串联即可。N导电层116的材料可以为任意适用的半导体材料，P导电层1111和导电结构117的材质可以为导电金属等任意适用的导电材料，P导电层1111和导电结构117的材质可相同。在一些实施例中，相邻两个面发射激光器11之间的间隔大于或等于1um，以保证相邻两个面发射激光器11的电隔离。
本申请还提供一种激光探测设备（图未示出），包括壳体以及如上述任一实施例所述的激光模组20，激光模组20设于壳体内，壳体可设有出光孔和入光孔，激光芯片10发射的激光能够从出光孔射出，被探测物体30反射的光线能够从入光孔射入，例如在激光芯片10处于第一工作状态时，被探测物体30反射的光线能够从入光孔射到第一激光单元111上。激光探测设备可用于3D传感、激光雷达、TOF等领域，激光探测设备包括但不限于为激光传感器、激光雷达、三维成像装置等任意适用的装置。在激光探测设备中采用上述的激光模组20，在实现发光和接收光线的同时结构简单，制造成本低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (16)
1.一种激光芯片，其特征在于，包括衬底以及设于所述衬底上的至少两个面发射激光器，至少两个所述面发射激光器沿第一方向依次串联设置，所述第一方向垂直于所述面发射激光器的出光方向；
所述激光芯片具有第一工作状态，当所述激光芯片处于第一工作状态时，至少一个所述面发射激光器反向驱动，至少一个所述面发射激光器正向驱动。
2.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片还包括N导电层，所述N导电层设于所述面发射激光器和所述衬底之间，所述N导电层包括相互电隔离的多个N子导电部，所述N子导电部与所述面发射激光器一一对应，每个所述面发射激光器设于对应的一个所述N子导电部上，并与对应的一个所述N子导电部电连接。
3.根据权利要求2所述的激光芯片，其特征在于，所述面发射激光器包括沿所述第一方向串联的第一激光单元和第二激光单元，所述面发射激光器设有远离所述衬底的P导电层，所述激光芯片还设有位于所述第一激光单元和所述第二激光单元之间的导电结构，所述导电结构与所述第一激光单元对应的N子导电部电连接，并与所述第二激光单元的P导电层电连接。
4.根据权利要求3所述的激光芯片，其特征在于，当所述激光芯片处于所述第一工作状态时，所述第一激光单元的P导电层上施加第一电压，所述第二激光单元的P导电层上施加第二电压，所述第一电压小于所述第二电压。
5.根据权利要求4所述的激光芯片，其特征在于，所述第一激光单元靠近所述衬底的一端施加第三电压，所述第二激光单元靠近衬底的一端施加第四电压，所述第四电压小于所述第二电压，所述第一电压小于所述第三电压。
6.根据权利要求3所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片还包括第二工作状态，当所述激光芯片处于所述第二工作状态时，所述第一激光单元的P导电层上施加电压，流入第一激光单元的电流能够依次经过所述第一激光单元对应的N子导电部、所述导电结构以及所述第二激光单元的P导电层流入所述第二激光单元。
7.根据权利要求3所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖所述第一激光单元的侧面，以将所述第一激光单元与所述导电结构电隔离，所述绝缘层还包括设于所述第二激光单元上的第一电隔离部和第二电隔离部，所述第一电隔离部覆盖所述第二激光单元的其中一个侧面，所述第二电隔离部覆盖所述面发射激光器的另一个侧面的部分，以在远离所述N导电层的一端预留供所述第二激光单元与所述导电结构的电连接位。
8.根据权利要求3所述的激光芯片，其特征在于，所述面发射激光器还包括第三激光单元，所述第一激光单元、所述第二激光单元以及所述第三激光单元沿所述第一方向依次串联，所述激光芯片还设有位于所述第二激光单元和所述第三激光单元之间的导电结构，所述第二激光单元和所述第三激光单元之间的导电结构与所述第二激光单元对应的N子导电部电连接，并与所述第三激光单元的P导电层电连接。
9.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片还包括N焊盘和P焊盘，所述N焊盘和所述P焊盘分别与所述第一方向上端部的两个所述面发射激光器电连接，所述激光芯片通过所述P焊盘和所述N焊盘对多个相互串联的所述面发射激光器施加电流。
10.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述面发射激光器设有远离所述衬底的P导电层，所述面发射激光器的出光方向垂直于所述第一方向并背向所述衬底，所述P导电层设于所述面发射激光器背向所述衬底的一侧的周缘；
或者，所述面发射激光器设有远离所述衬底的P导电层，所述面发射激光器的出光方向垂直于所述第一方向并指向所述衬底，所述P导电层覆盖所述面发射激光器背向所述衬底的一侧。
11.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述面发射激光器在沿所述面发射激光器指向所述衬底的方向包括依次设置的P导电层、P型接触层、P型掺杂包层、P型掺杂光限制层、有源层、N型掺杂光限制层以及N型掺杂包层，所述面发射激光器还包括光栅，所述光栅由所述面发射激光器中任意一层或多层相邻的层结构形成。
12.根据权利要求11所述的激光芯片，其特征在于，所述面发射激光器的出光方向垂直于所述第一方向并背向所述衬底，所述光栅由所述有源层背向所述衬底的一侧的一层或多层相邻的层结构形成，所述激光芯片还包括反射镜层，所述反射镜层设于所述有源层朝向所述衬底的一侧的任意两层层结构之间。
13.根据权利要求12所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片还包括N导电层，所述N导电层设于所述面发射激光器和所述衬底之间，所述反射镜层设于所述衬底和所述N导电层之间。
14.根据权利要求11所述的激光芯片，其特征在于，所述面发射激光器的出光方向垂直于所述第一方向并指向所述衬底，所述光栅由所述P型接触层与所述有源层之间的一层或多层层结构形成，所述面发射激光器还包括设于所述光栅背向所述衬底一侧的反射镜层。
15.一种激光模组，其特征在于，包括如权利要求1-14任一项所述的激光芯片，所述激光模组还包括热沉，所述面发射激光器包括沿所述第一方向串联的第一激光单元和第二激光单元，所述面发射激光器设有远离所述衬底的P导电层，所述热沉具有第一供电位和第二供电位，所述第一供电位电连接于所述第一激光单元的P导电层，所述第二供电位电连接于所述第二激光单元的P导电层，当所述激光芯片处于第一工作状态时，所述第一供电位的电压小于所述第二供电位的电压。
16.一种激光探测设备，其特征在于，包括壳体以及如权利要求15所述的激光模组，所述激光模组设于所述壳体。
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2023
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