[发明专利]光源及光源制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光源，且特别是涉及用于产生适合于例如距离成像的定向光束的半导体光源，以及光源制造方法。

发明背景

已发现距离成像目前在手势识别应用中得到越来越多的使用。在距离成像中，脉冲光源照明物体，且使用门控探测器阵列（gated detector array）来获得物体的图像。该探测器阵列配备有电子门或快门，其只在“门”打开时，在窄时间窗期间使探测器阵列对光做出响应。打开“门”的时刻相对于光脉冲被发射的时刻延迟了一个延迟时间。发射光脉冲传播了相应于延迟时间的预定距离，从位于该距离处的物体反射，并传播回来。从位于预定距离之前或之后的物体反射的任何光将被该门控探测器阵列抑制。改变该延迟时间以逐片得到3D图像。

距离成像的另一方法在于以高调制频率调制照射光，并为探测器阵列的每个像素探测在照射光和像素所探测的光之间的调制相位延迟。像素中的调制相位延迟与到物体的距离成比例，或更具体地，与到像素所成像的被照射的风景中的点的距离成比例。对任一类型的距离成像通常需要至少数十兆赫兹调制速率和10mW水平的输出光功率。

由于调制速度和光功率的要求，使得边缘发射激光二极管成为距离成像的优选光源。产生数百毫瓦红外光的直接调制边缘发射激光二极管芯片现在可以以合理低的成本被大量生产，然而，激光二极管芯片在瓦特级光源内的可靠和有效的封装仍然相对昂贵。高功率的激光二极管芯片需要有效移除在正常操作期间产生的热。需要将发射光以低的光损耗收集，将发射光重新成形以便对正在被成像的物体进行最佳照明，并将发射光定向到物体。通常安装在公共扁平热沉上的激光二极管芯片的边缘发射几何结构，经常地需要高质量旋转微镜的复杂和昂贵的组合，以将单独激光芯片所发射的光束定向到成像物体。

为了将距离成像系统合并到手势识别系统中，例如游戏和/或移动电话应用中，需要明显降低制造成本，以制造出大多数消费者可负担得起的距离成像系统。同时，有强大的市场压力，要求使便携式消费设备的元件部分小型化。这需要距离成像光源的小型化，而同时降低这些光源的制造成本。

Scifres等人在美国专利4,633,476中公开了可发射垂直于激光芯片的平面的光的激光二极管，允许来自在公共热沉上的多个激光器的光组合成单个更高功率的光束。参考图1，激光二极管10包括夹在p层12和n层13之间的有源层11。n层13包括两个子层13A和13B。V形凹槽14从p层12侧被蚀刻到p层12和第二n子层13B中。p电极15和n电极16分别接触p层12和n层13。p电极15可被制造得足够厚以用作热沉。间隙17被切割到p层12和n层13中和有源层11中，以起激光腔镜的作用。在操作中，电流被施加在p电极15和n电极16之间，且所产生的光18从凹槽14的表面内部反射，穿过n电极16中的切口19离开。

Scifres等人的激光二极管的优点之一是低型面（高度）和有可能组合来自多个激光二极管芯片的光。然而不利地，Scifres等人的光源相当难以制造。多个凹槽和间隙需要被蚀刻，或越过有源层11切割到半导体芯片中，导致产量减少，可能影响可靠性，并增加了制造成本。

现有技术缺乏适合于距离成像系统的边缘发射激光二极管光源，这样的光源将是廉价的、紧凑的和可靠的，同时允许来自很多单独激光二极管芯片的光容易组合以形成单个高功率的激光束。

发明概述

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供适合于距离成像系统的边缘发射激光二极管光源。

根据本发明，提供了一种光源制造方法，其包括：

（a）提供热沉和具有用于发射光的边缘的第一半导体芯片；

（b）将第一半导体芯片平坦地安装在所述热沉的外周边附近的热沉部分上，所述边缘面向外；

（c）将反射器安装到所述热沉的外周边，所述反射器包括反射表面，所述反射表面用于重新定向从所述边缘发射的光，以大体上垂直于第一半导体芯片传播；以及

（d）将所述反射器光学地耦合到第一半导体芯片的所述边缘。

根据本发明的另一方面，还提供了光源，其包括：

热沉；

第一半导体芯片，其具有用于发射光的边缘，其中第一半导体芯片被平坦地设置在接近热沉的外周边的热沉部分上，所述边缘面向外；以及

反射器，其被固定到所述热沉的外周边，并光学地耦合到第一半导体芯片的所述边缘，所述反射器包括反射表面，所述反射表面用于重新定向从所述边缘发射的光，以大体上垂直于第一半导体芯片传播。