[发明专利]在二维均匀栅格VCSEL阵列上创建任意图案

说明书

本发明题为“在二维均匀栅格VCSEL阵列上创建任意图案”。本发明公开了一种光电设备，所述光电设备包括半导体基板和在半导体基板上形成的光电池阵列。光电池阵列包括第一外延层，所述第一外延层限定下分布式布拉格反射器(DBR)叠层；第二外延层，所述第二外延层在所述下DBR叠层上形成并限定量子阱结构；第三外延层，所述第三外延层在所述量子阱结构上形成并限定上DBR叠层；以及在上DBR叠层上形成的电极，所述电极可被配置为将激发电流注入到每个光电池的量子阱结构中。第一组光电池被配置为响应于激发电流而发射激光辐射。在与第一组交织的第二组光电池中，光电池的选自外延层和电极的至少一个元件被配置为使得第二组中的光电池不发射激光辐射。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月31日提交的美国临时专利申请62/552,406的权益，其公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及光电设备，并且具体涉及可配置为发射图案化照明的设备。

背景技术

现有和新兴的消费者应用已经对实时三维(3D)成像器件带来了日益增长的需求。同时，这些成像设备通常也称为深度传感器或深度映射器，通过使用一个或多个光学光束照射目标场景并且分析反射的光信号，使得能够远程测量目标场景上每个点的距离(通常为强度)，所谓的目标场景深度。

在本领域，人们都知道基于单片半导体基板上光辐射的多个发光元件阵列生成光源的各种方法。

美国专利申请公布2014/0211215(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种光学设备，其中包括被配置为生成具有在其中施加的图案的光束的光束源。在一个实施方案中，光电设备包括半导体管芯，在该半导体管芯上以二维图案(不是规则晶格)形成垂直腔面发射激光器(VCSEL)二极管的单片阵列。术语“规则晶格”是指图案中相邻元件之间的间距(例如，VCSEL阵列中相邻发射极之间)固定并且与周期性晶格同义的二维图案。该图案可以是不相关的，因为对于任何大于二极管尺寸的偏移，作为横向偏移函数的激光二极管位置的自动相关性来说并不重要。随机、伪随机和准周期性图案就是此类不相关图案的示例。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了多种改进方法，用于构造可通过此类方法产生的图案化光源和光源。

因此，根据本发明的实施方案，提供了一种光电设备，其中包括半导体基板以及在半导体基板上形成的光电池阵列。光电池阵列包括第一外延层，所述第一外延层限定下分布式布拉格反射器(DBR)叠层；第二外延层，所述第二外延层在所述下DBR叠层上形成并限定量子阱结构；第三外延层，所述第三外延层在所述量子阱结构上形成并限定上DBR叠层；以及在上DBR叠层上形成的电极，所述电极可被配置为将激发电流注入到每个光电池的量子阱结构中。所述光电池阵列包括第一组光电池和与所述第一组光电池交织的第二组光电池，所述第一组光电池被配置为响应于所述激发电流而发射激光辐射，其中所述光电池的选自外延层和所述电极的至少一个元件被配置使得所述第二组中的光电池不发射激光辐射。

在所公开的实施方案中，阵列为规则阵列，而第一组光电池以不相关的图案布置在阵列内。

在一个实施方案中，第二组光电池包括上DBR叠层中的注入离子，其通过足以将注入到量子阱结构中的激发电流降低至低于发射激光辐射所需的阈值的量，来增大上DBR叠层的电阻。

在其他实施方案中，第二组光电池的电极被配置以便不将激发电流注入到量子阱结构中。在一个此类实施方案中，光电池包括外延层和电极之间的隔离层，以及隔离层的一部分在第一组光电池中被蚀刻掉并且在第二组光电池中不被蚀刻，使得激发电流不被注入到第二组光电池的量子阱结构中。在另一个实施方案中，光电设备包括隔离层和被配置为将电流馈送到光电池的导体，所述隔离层将第二组光电池的电极与导体隔离，使得电流不被馈送到第二组光电池的电极。