用于激光雷达应用的改进的电子设备的制作方法

用于激光雷达应用的改进的电子设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年7月7日提交的意大利专利申请号102020000016423和于2021年3月31日提交的意大利专利申请号102021000008057的优先权，这些申请在法律允许的最大范围内通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及一种用于激光雷达(lidar)应用的改进的电子设备。特别地，本公开涉及一种包括或能够被耦合到多个激光二极管以用于偏置它们的电子设备。该电子设备呈现出降低的寄生电感。此外，本公开涉及一种包括该电子设备的激光驱动模块、一种包括该驱动模块和该激光二极管的照明模块以及一种包括该激光照明模块的激光雷达装置。


背景技术：

4.由于其3d感测能力以及在黑暗和不利气象条件下运行的能力，激光雷达(光探测和测距或激光成像探测和测距)系统越来越多地与摄像机和雷达系统结合使用以用于环境测绘和其他安全应用，诸如汽车行业的紧急制动、行人检测和防撞。
5.非常短的高电流脉冲(诸如强度在几十安培范围内并且上升和下降时间在(亚)纳秒时间范围内(例如，100ps量级)的电流脉冲)对于具有中短距离值(例如，距离小于约100m，测量分辨率为
±
15cm)的用于使用飞行时间(tof)测量技术测量距离的激光雷达系统的激光二极管来说是理想的。
6.包括顺序或并行激活的激光二极管的激光二极管阵列也用于提高所接收的返回信号中的信噪比(s/n)。多通道驱动器提供了选择要使用高强度短电流脉冲来激活的二极管的可能性。
7.然而，现有激光雷达系统存在不可忽略的寄生电感(例如，高于1nh)，特别是由于激光二极管阵列的使用，这会导致激光二极管阵列的电气性能下降。
8.寄生电感的最小化是激光二极管的驱动器设计中的一项挑战。
9.例如，实现激光雷达系统的最常见解决方案设想将一个或多个激光二极管直接组装在印刷电路板(pcb)上，方法是将其阳极或阴极端子中的一个焊接到pcb并且通过引线键合连接另一阳极或阴极端子。该解决方案的缺点在于，由引线键合进行连接而产生的电感呈现出1nh量级的值，这对于如上所述的其中激光二极管的脉冲持续时间的精确控制很重要的应用来说很高。
10.此外，激光二极管通常与pcb分开销售，并且仅由最终用户/客户组装在pcb上。在这种情况下，激光二极管由制造商提供，例如在塑料条带上；激光二极管键合到上述条带上并且在其上相对于彼此布置成阵列，并且因此设置为彼此相距标准化相对距离，除非使用个性化激光二极管条带，否则无法对其进行修改，然而，目前成本明显高于市场上常见的标准化激光二极管条带。


技术实现要素：

11.在各种实施例中，本公开提供了一种用于激光雷达应用的改进的电子设备、一种激光驱动模块、一种激光照明模块和一种激光雷达装置，它们将克服现有技术的缺陷。
12.在各种实施例中，本公开提供了一种用于激光雷达应用的改进的电子设备、一种激光驱动模块、一种激光照明模块和一种激光雷达装置。
13.在至少一个实施例中，本公开提供了一种能够被耦合到多个激光二极管的电子设备。该电子设备包括具有第一表面的半导体主体。控制开关具有被电耦合到漏极金属化结构的漏极并且具有被电耦合到第一源极金属化结构的源极，该第一源极金属化结构被配置为被电耦合到激光二极管的阴极。多个第一开关中的每个具有被电耦合到漏极金属化结构的相应漏极和被电耦合到相应第二源极金属化结构的相应源极，该第二源极金属化结构被配置为被耦合到多个激光二极管中的相应激光二极管的阳极。漏极金属化结构、第一源极金属化结构和第二源极金属化结构面对半导体主体的第一表面，该第一表面还被配置为面对激光二极管。第二源极金属化结构在对准方向上彼此对准，与对准方向正交地叠加到第一开关的相应源极，并且被配置为与对准方向正交地对准相应激光二极管。第一开关的源极中的至少一个源极被配置为与对准方向正交地对准相应激光二极管。
附图说明
14.为了更好地理解本公开，现在将仅作为非限制性示例参考附图描述优选实施例，在附图中：
15.图1是根据本公开的实施例的用于激光雷达装置的激光照明模块的框图；
16.图2是图1的激光照明模块的一般表示；
17.图3示出了根据本公开的实施例的图1的激光照明模块中包括的激光雷达系统的电子设备，并且还示出了电子设备的细节的放大图；
18.图4a至图4d示出了图3的电子设备的一部分的相应视图，其中部分被移除；以及
19.图5示出了根据本公开实施例的示例的用于汽车领域的激光雷达装置的可能架构。
具体实施方式
20.以下描述的本公开的各种实施例共有的元素由相同的附图标记表示。
21.图1示出了根据本公开的实施例的激光雷达装置1(图5中示出)中包括的激光照明模块100。
22.激光照明模块100由激光驱动模块和多个激光二极管形成。例如，在图1中，存在四个激光二极管，它们被布置成阵列并且由附图标记ld_1、ld_2、
……
、ld_n表示，其中n(n＝2，3
……
)是形成阵列的激光二极管的数目。作为非限制性示例，n＝4。
23.激光二极管ld_1、ld_2、
……
、ld_n被配置为由相应半桥s2_1、s3_1(用于激光二极管ld_1)、
……
、s2_n、s3_n(用于激光二极管ld_n)选择性地(以脉冲方式)激活。
24.半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n包括电子开关(诸如场效应晶体管)以及例如hemt(高电子迁移率晶体管)器件和/或mosfet。详细地，每个半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n包括：被耦合在第一节点或线路12(所有半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n公共的)与相
应第二驱动节点121、
……
、12n之间的第一开关s2_1、
……
、s2_n；并且可选地，包括被耦合在相应第二驱动节点121、
……
、12n与所有半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n公共的参考线路或节点(例如，接地gnd，以下称为参考节点gnd)之间的相应第二开关s3_1、
……
、s3_n。
25.激光二极管ld_1、
……
、ld_n的阴极(在下文中由附图标记ldc_1、
……
、ldc_n指定)被耦合到参考节点gnd，并且激光二极管ld_1、
……
、ld_n的阳极(在下文中由附图标记lda_1、
……
、lda_n指定)被耦合到相应半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n的第二驱动节点121、
……
、12n。因此，激光二极管ld_1、
……
、ld_n被布置成共阴极配置。
26.半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n由被耦合到半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n的开关的控制端子(在此以示例方式考虑的情况下为栅极)的相应驱动电路系统101、
……
、10n驱动。
27.在下文中，为了避免使随后的描述过于复杂，将使用诸如s2_j、s3_j和ld_j、10j、12j等符号(其中j＝1、
……
、n)。
28.在第一节点或线路12与参考节点gnd之间耦合有谐振回路(或电路)lc，谐振回路(或电路)lc包括串联连接的电感器lr和电容器cr。如图所示，电感器lr布置在第一节点或线路12与谐振回路lc的中间节点14之间的中间位置，并且电容器cr布置在中间节点14与参考节点gnd之间的中间位置。
29.中间节点14被耦合到已知类型的充电电路(以下也称为调节器)16，充电电路16接收电源电压vcc。
30.控制开关s1(诸如gan(氮化镓)场效应晶体管(例如，gan hemt))被耦合在第一节点或线路12与参考节点gnd之间的中间位置。
31.控制开关s1和开关s2_j、s3_j通过整体上由18表示并且包括驱动电路10j的控制电路系统根据所提供的使能信号被驱动，如下文所述。仅为了描述和理解的简单，可以认为控制电路系统18包括：驱动电路系统101、
……
、10n；用于半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n的相应控制电路182_1、
……
、182_n(182_j)，其被配置为向半桥s2_1、s3_1、
……
、s2_n、s3_n发送相应使能信号ton_s2_1、
……
、ton_s2_n(ton_s2_j)以使得能够向相应激光二极管ld_1、
……
、ld_n提供能量(并且因此使得能够从其发光)；以及另外两个控制电路201、202，其被配置为通过and逻辑门203控制第一开关s1(例如，通过其控制电极，在场效应晶体管的情况下为栅极)。如已经提到的，控制电路182_j、201、202和203被表示为不同实体，这仅是为了描述和理解的简单。事实上，根据本公开的不同方面，这些控制电路集成在单个控制单元18中。
32.如以下更全面地描述的，控制电路系统18使得控制开关s1的操作能够与第一开关s2_j和第二开关s3_j的操作协调，以便获取(超)短脉冲的生成(在(亚)纳秒时间范围的量级，例如，大约100ps)，具有高di/dt(例如，高于大约80na/ns)，该(超)短脉冲接通激光二极管ld_j以获取光的个体激活和选择性发射。
33.特别地，控制开关s1向谐振回路lc提供能量，从而限定了要激活的激光二极管ldj的脉冲的能量含量和峰值电流。
34.每个第一开关s2_j、相应第二开关s3_j和相应激光二极管ld_j形成可以由相应驱动电路系统10j激活的第j发光通道。因此，第一开关s1与所有发光通道以及谐振回路lc并联并且对于其是公共的。
35.调节器16可以以本身已知的方式实现，以便将谐振回路lc中的电容器cr充电到足以在谐振回路lc中获取等于或高于激光二极管ld_j的期望脉冲电流的峰值电流的电压。
36.根据本公开的一个方面，控制开关s1和第一开关s2_j是被设计成在高功率(例如，高于大约100w)下工作的gan晶体管。这促进了单片解决方案，例如使用现有gan技术。取而代之，第二开关s3_j是常规的硅基晶体管，并且被设计为在低功率下工作(例如，信号hemt或mosfet)。可选地，第二开关s3_j可以集成在相应驱动电路10j中，只要它们吸收非常低的电流，即，在相应第一开关s2_j的输出电容中流动的寄生电流。例如，第二开关s3_j具有在大约2ns到大约3ns之间的传播延迟、在大约300ps到大约500ps之间的上升和下降时间、以及在大约5a到大约7a之间的峰值源电流和宿电流，以便加速控制开关s1和第一开关s2_j的输入电容的充电。
37.更详细地，在设计阶段，控制开关s1的大小是谐振回路lc中的rms电流和峰值电流的函数，而第一开关s2_j的大小是激光二极管ld_j中的rms电流和峰值电流的值的函数，如下文更全面地描述的。
38.现在，描述激光照明模块100的使用方法。
39.特别地，第一开关s2_j和第二开关s3_j由控制电路系统18以半桥配置驱动，使得：当第一开关s2_j接通(即，导通)时，第二开关s3_j关断(断开并且非导通)，并且激光二极管ld_j可以通过经由相应发光通道在激光二极管ld_j中注入电流来激活；并且，当第一开关s2_j关断时，第二开关s3_j接通(闭合并且导通)，从而将相应驱动节点12j耦合到参考节点gnd并且从而抵消流过激光二极管ld_j的不希望的寄生电流。
40.更详细地，当控制开关s1关断时，电容器cr被调节器16充电到一定电压值(例如，在大约10v到大约20v之间)，该电压值足以在谐振回路lc获取期望电流(例如，在大约20a到大约60a之间)。
41.当控制开关s1切换到接通状态(闭合并且变为导通)时，谐振回路lc开始振荡并且电感器lr中的电流增加。
42.响应于谐振回路lc的电流达到阈值的事实，控制开关s1切换到关断状态(断开并且变为非导通)持续与激光二极管ld_j的脉冲长度(脉冲持续时间)(例如，1ns)相对应的时间。此外，响应于由相应控制电路182_j发射的用于启用激光二极管ld_j的启用信号，第一开关s2_j中的一个(与要激活的激光二极管ld_j相对应的一个第一开关)切换到接通状态(闭合或变为导通)持续上述脉冲持续时间。
43.在脉冲持续时间期间，电感器lr的行为基本上类似于电流源，并且电流在激光二极管ld_j中流动，该激光二极管ld_j由进入接通(导通)状态的第一开关s2_j激活。
44.当脉冲持续时间结束时，第一开关s2_j切换到关断状态(即，变为非导通)。
45.另一激光二极管ld_j(或甚至相同的激光二极管ld_j)可以在谐振电路lc产生的相同脉冲期间通过包括以下各项的子序列被激活：将控制开关s2_j切换到接通状态(变为导通)持续脉冲持续时间；将控制开关s1切换到关断状态(非导通)持续脉冲持续时间；以及当脉冲持续时间结束时，将第一开关s2_j切换到关断状态(非导通)。这样的子序列可以在控制开关s1保持接通(导通)的情况下重复一定次数，直到谐振回路lc的谐振时段结束，以与谐振回路lc的逐渐放电兼容。
46.当达到这个时间时，在过零电流下，控制开关s1可以切换到关断状态，电容器cr上
的电压将再次上升到由谐振回路lc的剩余能量定义的值。
47.图2示出了集成设备或电路(ic)，诸如封装上系统，以下称为电子设备1000。
48.电子设备1000是激光照明模块100中包括的集成电路，并且特别地包括控制gan开关s1和第二gan开关s2_j。电子设备1000使得能够以高电流用短脉冲(纳秒范围内)驱动激光二极管ld_j，用于激光雷达应用，如下文更全面讨论的。下面参考图3更详细地描述电子设备1000的结构。
49.根据本公开的实施例(如图2所示)，激光二极管ld_j是与电子设备1000不同的元件(即，未集成在其中)，并且设想它们仅通过最终用户/客户被耦合到电子设备1000。
50.可选地，电子设备1000可以提供本身已知类型的附加功能以用于控制脉冲的电流和定时(整体用c表示)以及用于诊断(用d表示)。应当注意，这种配置本身并不专用于激光阵列的多通道驱动器，也可以使用包括单个激光二极管ld_1的单通道配置。
51.图3以示例的方式示出了用于四通道驱动激光器的电子设备1000，包括集成在其中的上述晶体管(特别地是gan hemt)。
52.特别地，电子设备1000在由x轴、y轴和z轴定义的三轴笛卡尔参考系中在沿着由y轴和z轴定义的平面yz的截面图中示出。
53.根据一个实施例，电子设备1000包括固体主体500，固体主体500具有沿着z轴彼此相对的第一表面500a和第二表面500b。
54.根据本公开的实施例，在下文中举例说明，固体主体500由半导体材料、特别是gan的第一半导体主体形成。
55.腔体502在固体主体500中延伸并且面对第一表面500a。
56.激光二极管ld_j由最终用户/客户容纳在腔体502中。在下文中，为了描述的简单，以激光二极管ld_j已经插入电子设备1000中的情况为例进行说明。详细地，每个激光二极管ld_j的相应阴极ldc_j面对腔体502的底壁502b，如在下文更全面地讨论的。
57.更详细地，腔体502还面对固体主体500的侧面500c，侧面500c将第一表面500a和第二表面500b接合在一起。此外，激光二极管ld_j为边缘发射激光器，并且布置在腔体502中，以使相应辐射发射表面朝向侧面500c并且因此朝向腔体502和电子设备1000外部。换言之，由激光二极管ld_j生成的辐射在与侧面500c基本正交的方向上朝向电子设备1000外部发射。
58.此外，例如，固体主体500集成或电耦合(例如，通过焊接)到控制电路系统18、第二开关s3_j、谐振回路lc和调节器16。
59.电子设备1000还包括第二半导体主体504(由半导体材料制成，诸如gan)。详细地，第二半导体主体504被物理耦合和电耦合(例如，固定，例如通过晶片键合和/或胶合技术)到固体主体500并且具有沿着z轴彼此相对的相应第一表面504a和相应第二表面504b。具体地，固体主体500和第二半导体主体504的第一表面500a和504a彼此面对。如参考图4a和图4b更充分讨论的，第二半导体主体504包括面对第二半导体主体504的第一表面504a的控制开关s1和第一开关s2_j。
60.在图3中，控制开关s1的源极由附图标记ss1表示，并且第一开关s2_j的源极由ss2_j表示。第一开关s2_j的源极ss2_j通过相应第二源极金属化结构534_j(图4a至图4d，如下文更全面地讨论的)和第一导电过孔508(例如，由诸如铜或金等金属制成(其在与第二
半导体主体504的第一表面504a正交的方向上延伸)电连接到相应激光二极管ld_j的阳极lda_j。控制开关s1的源极ss1通过第一源极金属化结构532(图4a至图4d，如下文更全面地讨论的)和第二导电过孔510(例如，由铜或金制成)电连接到参考导电层506(以下称为层gnd 506，并且例如由诸如金或铜等金属材料制成)，参考导电层506在固体主体500中延伸。激光二极管ld_j的阴极ldc_j也例如通过电极或第三导电过孔512(例如，由铜或金制成)电连接到层gnd 506，电极或第三导电过孔512作为激光二极管ld_j(这里由ldcc表示)的公共阴极操作。因此，层gnd 506作为上述参考节点gnd操作。例如，第一导电过孔508的最大长度小于大约500μm并且例如在大约300μm到大约500μm之间，未示出并且沿着z轴测量。
61.根据本公开，第二源极金属化结构(534_j)在第一对准方向520上彼此对准并且在与第一对准方向520正交的方向上覆盖第一开关s2_j的相应源极ss2_j。此外，每个第二源极金属化结构534_j至少部分物理对准(沿着z轴，并且因此在与第一对准方向520正交的方向上)与其电连接的相应激光二极管ld_j。特别地，每个第二源极金属化结构534_j面对腔体502并且更详细地与相应激光二极管ld_j的阳极lda_j垂直对准。
62.此外，根据本公开，第一开关s2_j的源极ss2_j中的至少一个在与对准方向520正交的方向上对准相应激光二极管ld_j(换言之，其沿着z轴被物理设置在相应激光二极管ld_j之上)。特别地，第一开关s2_j的源极ss2_j中的至少一个与相应激光二极管ld_j的阳极lda_j垂直对准。如下文更全面讨论的，图3至图4c示出了其中第一开关s2_j的每个源极ss2_j被物理设置在相应激光二极管ld_j之上(沿着z轴)的实施例，而图4d示出了其中第一开关s2_j的仅一些源极ss2_j被物理设置在相应激光二极管ld_j之上(沿着z轴)的实施例。
63.作为示例考虑图3至图4c的实施例，在平面xy中并且因此在平行于半导体主体504的第一表面504a和/或固体主体500的第一表面500a的方向上计算的每个第一开关s2_j的源极ss2_j的质心(图4a中的520_j)基本上沿着z轴设置在在平面xy中计算的相应激光二极管ld_j的阳极lda_j的质心(在图4d中由附图标记550表示)之上。更详细地，彼此靠近(即，在开关阵列中彼此紧邻)的第一开关s2_j的源极ss2_j的质心520_j彼此之间的最大相对距离d1等于相应激光二极管ld_j的阳极lda_j的质心550(即，连接到所考虑的第一开关s2_j的激光二极管ld_j的，并且因此在激光二极管阵列中也彼此紧邻)之间的最大相对距离d2。作为非限制性示例，最大相对距离d1和d2在大约200μm到大约500μm之间，并且更一般地，小于500μm。可选地，彼此靠近的第一开关s2_j的源极ss2_j相距约10μm。
64.此外，可选地，第一开关s2_j在由x轴和y轴限定的平面xy中具有延伸区域，该延伸区域基于将在相应激光二极管ld_j中流动的rms电流和/或峰值电流而设计。例如，每个第一开关s2_j的延伸区域使得由此生成的rms电流的密度在大约30a/mm2到大约40a/mm2之间(在大约25℃下测量的值)，并且可选地，相应通态电阻r
dson
在大约15mω到大约30mω之间。
65.图4a在平面xy中示出了根据一个实施例的第二半导体主体504(特别是第二半导体主体504的第一表面504a)的布局。例如，半导体主体504的一些部分已经被移除并且将不在下文中讨论(例如，栅极端子和金属化结构、可能的钝化层等)。
66.图4a示出了在第二半导体主体504的第一表面504a处设置在第二半导体主体504中的控制开关s1和第一开关s2_j。详细地，在图4a中，控制开关s1的漏极由附图标记ds1表示，并且第一开关s2_j的漏极标记为ds2_j。
67.控制开关s1和第一开关s2_j被布置为沿着y轴形成阵列。特别地，第一开关s2_j的
源极ss2_j(以及可选地，控制开关s1的源极ss1)在平行于y轴的第一对准方向520上彼此对准，并且第一开关s2_j的漏极ds2_j(以及可选地，控制开关s1的漏极ds1)在平行于y轴的第二对准方向522上彼此对准。例如，第一对准方向520和第二对准的方向522分别接合第一开关s2_j的源极ss2_j和漏极ds2_j在平面xy中的质心(在图4a中分别由附图标记520_j和522_j表示)。在每个第一开关s2_j中，相应漏极ds2_j和相应源极ss2_j在垂直于对准方向520和522并且因此平行于x轴的相应方向(未示出)上彼此对准。此外，在图4a的实施例中，控制开关s1的漏极ds1和源极ss1也在平行于x轴的相应方向(未示出)上彼此对准。
68.此外，漏极金属化结构530(例如，再分布层，其由诸如铜等金属材料制成)在控制开关s1和第一开关s2_j的漏极ds1和ds2_j上延伸，以将这些漏极ds1和ds2_j电接触在一起并且作为第一节点12操作。以未示出的方式，漏极金属化结构530通过另外的导电过孔(未示出)电连接到导电漏极层507(例如，由诸如金或铜等金属材料制成)，该导电漏极层507在固体主体500中延伸，例如，在层gnd 506下方。
69.第一源极金属化结构532在控制开关s1的源极ss1上延伸，以便也通过第二导电过孔510将源极ss1电接触到层gnd 506。
70.此外，每个第二源极金属化结构534_j在与上述源极ss2_j电接触的相应第一开关s2_j的源极ss2_j上延伸，以便也通过相应第一导电过孔508(或与其耦合的导电过孔508)设置与相应激光二极管ld_j的阳极lda_j电接触的相应源极ss2_j。
71.可选地，与导电过孔508、510的接触以及与被电耦合到漏极金属化结构530的导电过孔的接触通过适当的焊盘来获取，焊盘在图4a中由以下附图标记表示：540s1，当它们参考控制开关s1的源极ss1时(在这种情况下，用于为源极ss1提供参考电压，诸如参考节点gnd的电压)；540g1，当它们参考控制开关s1的栅极(这里为简单起见而未示出)时；540d，当它们参考控制开关s1和第一开关s2_j的漏极ds1和ds2_j时；540s2_j，当它们参考第一开关s2_j的源极ss2_j时(在这种情况下，用于为源极ss2_j提供参考电压)；以及540g2_j，当它们参考第一开关s2_j的栅极(这里为简单起见而未示出)时。
72.此外，可选地，源极ss2_j(并且可选地还有源极ss1)位于与第二半导体主体504的侧面504c相对应的位置，该侧面504c将第二半导体主体504的第一表面504a和第二表面504b接合在一起并且位于固体主体500的侧面500c之上。例如，它们在第二半导体主体504的第一表面504a与侧面500c之间延伸的第二半导体主体504的边缘处面对第二半导体主体504的第一表面504a。
73.图4b在平面xy中示出了根据不同实施例的第二半导体主体504的不同布局。
74.上述布局类似于图4a所示的布局。然而，在图4b中，第一开关s2_j的源极ss2_j(详细地，质心520_j)在平行于x轴的第三对准方向540上彼此对准，并且第一开关s2_j的漏极ds2_j(详细地，质心522_j)在平行于x轴的第四对准方向542上彼此对准。此外，控制开关s1的源极ss1和漏极ds1在垂直于对准方向540和542并且因此平行于y轴的相应方向上彼此对准(未示出)。换言之，第一开关ss2_j相对于其在图4a中的位置相对于彼此固定地绕z轴沿逆时针方向旋转90
°
，并且控制开关s1相对于其在图4a中的位置绕z轴沿逆时针方向旋转90
°
。
75.可选地，在图4b中，控制开关s1和第一开关s2_j使相应漏极ds1和ds2_j彼此面对，以便通过漏极金属化结构530简化漏极ds1和ds2_j的相互电耦合。
76.图4c在平面xy中示出了根据另一实施例的第二半导体主体504的不同布局。
77.该布局类似于图4b所示的布局。然而，在图4c中，控制开关s1的漏极ds1横向围绕控制开关s1的源极ss1。例如，考虑控制开关s1的源极ss1的基本矩形形状，控制开关s1的漏极ds1面对源极ss1的三个侧面ss1a、ss1b、ss1c(可选地，它还面对第四侧面ss1d的至少一部分)。
78.可选地，第一源极金属化结构532的一部分沿着z轴覆盖第一开关s2_j，而不与第一开关s2_j直接电接触。特别地，第一源极金属化结构532的这部分在平行于第一对准方向520的方向上延伸并且可以例如通过焊接被电耦合到激光二极管ld_j的阴极ldc_j。更详细地，第一源极金属化结构532的该部分在第一开关s2_j的被包括在相应漏极ds2_j与相应源极ss2_j之间的相应部分处延伸。以这种方式，可以将激光二极管ld_j仅物理耦合和电耦合到第二半导体主体504，而不是物理耦合和电耦合到固体主体500。事实上，激光二极管ld_j的阳极lda_j可以直接焊接到相应第二源极金属化结构534_j，并且激光二极管ld_j的阴极ldc_j可以焊接到第一源极金属化结构532的上述部分：这进一步减少了电流路径并且因此减少了寄生电感。
79.图4d在平面xy中示出了根据另一实施例的第二半导体主体504的不同布局。
80.上述布局类似于图4a所示的布局。然而，在图4d的实施例中，第二开关s2_j的一些(或甚至全部)源极ss2_j相对于激光二极管ld_j横向交错。换言之，第二开关s2_j的源极ss2_j中的至少一个没有垂直地设置在其被电耦合到的相应激光二极管ld_j之上(沿着z轴)。
81.这是因为，为了能够生成更高源电流，图4a的第二开关s2_j被设计成与图4a至图4c所示的相比呈现更大尺寸(具体地，在平面xy中的更大延伸区域)。换言之，与图3至图4c所示的相比，在图4d中，彼此靠近的第一开关s2_j的源极ss2_j的质心520_j之间的最大相对距离d1较大。
82.然而，彼此靠近的激光二极管ld_j的阳极lda_j的质心550的最大相对距离d2具有固定并且恒定的值，只要它通常由激光二极管ld_j的阵列的供应商建立，并且不能由将激光二极管ld_j连接到电子设备1000的最终用户/客户随意调节。
83.因此，在图4d中，源极ss2_j的质心520_j之间的最大相对距离d1大于激光二极管ld_j的阳极lda_j的质心550之间的最大相对距离d2，并且这表示，第二开关s2_j的源极ss2_j中的至少一些相对于激光二极管ld_j横向交错。例如，当每个第一开关s2_j生成的源极电流高于大约10a时，就会发生这种情况。
84.在图4d中，第二源极金属化结构534_j也可以部分地延伸到它们不直接电连接到的第一开关s2_j的源极ss2_j之上。换言之，除了垂直设置在与它们电连接的相应第一开关s2_j的源极ss2_j之上(沿着z轴)，第二源极金属化结构534_j中的一些也可以部分地垂直覆盖(沿着z轴)它们没有电连接到(例如，它们通过氧化层与其电绝缘)的第一开关s2_j的源极ss2_j。以这种方式，即使d1》d2，也可以使第一开关s2_j的每个源极ss2_j与相应激光二极管ld_j的阳极lda_j电接触。
85.与图4a所示的不同，在图4d中，控制开关s1的源极ss1和漏极ds1在平行于y轴的相应方向(未示出)上彼此对准。换言之，相对于其在图4a中的位置，控制开关s1绕z轴逆时针旋转90
°
。
86.此外，可选地，第一开关s2_j中的一个可以以类似于针对控制开关s1所述的方式布置在控制开关s1的侧面(并且因此相对于其他第一开关s2_j的位置绕z轴沿顺时针方向旋转90
°
)。
87.可选地，以类似于先前参考图4c讨论的方式，第一源极金属化结构532的一部分沿着z轴覆盖第一开关s2_j以实现激光二极管ld_j的阴极ldc_j到第一源极金属化结构532的该部分的电连接。
88.图5是激光照明模块100(更具体地，电子设备1000)在激光雷达应用中的可能使用的示例。特别地，图5示出了包括激光雷达装置1的车辆v(例如，汽车)。
89.激光雷达装置1定义了发射器路径ep和接收器路径rp。
90.发射器路径ep包括：激光照明模块100，激光照明模块100又包括激光二极管(这里由ld表示)和作为激光二极管ld的驱动系统操作的电子设备1000，如前所述；以及激光雷达镜模块1002(例如，mems镜模块)，激光雷达镜模块1002从镜驱动器(例如，asic)1003接收致动信号a和向镜驱动器(例如，asic)1003提供感测信号s，例如具有使用垂直激光束照明周围环境并且根据需要在水平方向上进行扫描以便以可靠方式检测几米距离内的行人的能力。
91.接收器路径rp包括：光电二极管模块1004，该光电二极管模块1004对由于发射器路径ep所发射的辐射在被上述辐射照亮的物体上的反射而产生的反射信号敏感；以及接收器电路1005，该接收器电路1005被耦合到光电二极管模块1004。
92.图5中的附图标记1006表示控制器(例如，多核微控制器架构，可能包括专用的fpga/激光雷达硬件加速器1006a)，控制器被配置为：向电子设备1000发射用于触发和设置tps激光器的功率的信号以用于激光照明；与激光雷达镜模块1002的驱动器1003交换驱动信息di；以及从被耦合到光电二极管模块1004的接收器电路1005接收原始数据rd并且向其发送触发和增益设置tgs的信息。
93.可以注意到，除了激光照明模块100，更特别是电子设备1000，图5所示的架构在现有技术中是常规的，这使得对其进行更详细的描述是多余的。例如，这适用于激光雷达装置1的操作与车辆v的操作的协调(例如，鉴于在控制器1006中接收的配置数据和由控制器1006发出的状态点的云信息)。
94.通过对根据本公开提供的公开的特征的检查，它提供的优点是很清楚的。
95.特别地，电子设备1000使得能够快速切换激光二极管ld_j，相应控制信号的上升和下降时间在100ps量级。因此，激光照明模块100使得能够以几十安培范围的电流幅度受控地生成1ns范围内的脉冲、以及促进对脉冲电流幅度的控制。此外，多通道激光二极管ld_j的共阴极配置的使用可以防止无效激光二极管ld_j的虚假激活。
96.此外，由于第一开关s2_j与激光二极管ld_j之间的相对布置，电子设备100中的寄生电感(尤其是杂散电感)减少。特别地，在图3中的第一半导体主体500和第二半导体主体504的布置将离开相应第一开关s2_j并且偏置激光二极管ld_j以使其激活的电流路径减少到最小，并且这减少了感知到的对应寄生电感。更详细地，由于存在单个公共开关(诸如控制开关s1)以及与激光二极管ld_j的非常短的互连，寄生电感降低(例如，低于0.1nh)。相反，常规电路在开关回路中包括附加电容器(存储电容器)，并且由于也相对于上述电容器的连接长度，对应互连可能存在超过1nh的寄生电感。事实上，在传统电路中，激光二极管的
偏置是通过存储电容器的放电发生的，因此电流可能取决于各种参数(电容值、存储电容器的阻抗加上激光二极管加上互连)，这些参数难以控制，在激光照明模块100中，激光二极管ld_j由电流源使用存储在谐振回路lc中的感应能量来驱动。
97.此外，图3中的第一半导体主体500和第二半导体主体504的布置实现了电流从第一开关s2_j到激光二极管ld_j的更大通路。
98.诸如控制开关s1和第一开关s2_j等开关可以采用单片共漏极gan晶体管实现，以便于集成。相反，第二开关s3_j可以集成在标准ic技术中，只要它们是具有对抗激光二极管ld_j的杂散激活功能的低功率器件(在杂散电流的幅度和持续时间受到限制的范围内)并且具有当第一开关s2_j必须被激活以能够通过相应激光二极管ld_j发射辐射时在相应第一开关s2_j的栅极与源极ss2_j之间生成适当电势差(例如，在大约5v到大约6v之间)的功能。
99.此外，控制开关s1上的电压被限制为激光二极管ld_j上的最大电压降，并且这有助于减少由于控制开关s1的寄生电容充电引起的开关延迟。
100.电子设备1000可以使用wlcsp(晶片级芯片级封装)技术获取，从而最小化寄生电感和整体尺寸，并且优化热性能、可靠性和整体成本。
101.对于远程激光雷达应用，使用eel(边缘发射激光器)类型的激光二极管ld_j被证明是最佳选择，这要归功于它们的高电光效率、减小的尺寸和成本、以及在输出峰值水平时产生数百瓦的光功率的能力。光横向发射(即，从激光二极管ld_j的侧壁)的事实简化了激光二极管ld_j在固体主体500中的定位选择，并且保证了与用于准直发射辐射的可能的光学透镜的更好接口。此外，eel在大约905nm的工作波长下，在达到大约125℃的典型汽车应用工作温度下，其稳定性等于或高于vcsel(垂直腔面发射激光器)的稳定性，从而保证了相对于vcsel具有更高的光输出功率。
102.最后，很明显，可以对本文中描述和说明的内容进行修改和变化，而不由此脱离本公开的范围。
103.特别地，可以仅存在一个激光二极管ld_1，并且因此仅存在一个半桥s2_1、s3_1。
104.此外，根据不同实施例，固体主体500由pcb形成，pcb包括在第一表面500a上延伸的一个或多个导电路径(例如，由诸如铜等金属制成)。在这种情况下，激光二极管ld_j在被耦合到固体主体500时在第一表面500a上延伸并且与上述导电路径中的一个电接触，该导电路径也与第二导电通路510电接触并且用作参考节点gnd。此外，上述导电路径之间的另外的导电路径电接触漏极金属化结构530并且作为第一节点或线路12操作。控制电路系统18、第二开关s3_j、谐振回路lc和调节器16也电耦合(例如，焊接在第一表面500a上)到固体主体500。
105.此外，根据不同实施例，激光二极管ld_j仅在其第一表面504a处被耦合到第二半导体主体504，而没有沿着z轴插入在第二半导体主体504与固体主体500之间(因此，其仅用于实现第二半导体主体504与其他电路(诸如控制电路系统18)的电连接)。在这种情况下，激光二极管ld_j的阴极ldc_j例如通过引线键合技术与焊盘540d电接触，焊盘540d连接到控制开关s1和第一开关s2_j的漏极ds1和ds2_j。
106.第一源极金属化结构532的沿着z轴覆盖第一开关s2_j以使得激光二极管ld_j的阴极ldc_j能够电连接到第一源极金属化结构532的上述部分的部分可以用于任何上述实
施例中。
107.类似地，也部分地垂直覆盖(沿着z轴)它们未电连接到的第一开关s2_j的源极ss2_j的第二源极金属化结构534_j的使用可以扩展到先前描述的布局中的每个。
108.一种能够被耦合到多个激光二极管(ld_j)的电子设备(1000)，该电子设备(1000)可以概括为包括具有第一表面(504a)的半导体主体(504)并且包括控制开关(s1)，控制开关(s1)具有被电耦合到漏极金属化结构(530)的漏极(ds1)和具有被电耦合到第一源极金属化结构(532)的源极(ss1)，第一源极金属化结构(532)被配置为被电耦合到激光二极管的阴极(ldc_j)；相应的多个第一开关(s2_j)，每个第一开关(s2_j)具有被电耦合到漏极金属化结构(530)的相应漏极(ds2_j)并且具有被电耦合到相应第二源极金属化结构(534_j)的相应源极(ss2_j)，第二源极金属化结构(534_j)被配置为被耦合到多个激光二极管(ld_j)中的相应激光二极管(ld_j)的阳极(lda_j)，其中漏极金属化结构(530)、第一源极金属化结构(532)和第二源极金属化结构(534_j)面对半导体主体(504)的第一表面(504a)，该第一表面(504a)还被配置为面对激光二极管(ld_j)，其中第二源极金属化结构(534_j)在对准方向(520)上彼此对准，与对准方向(520)正交地叠加到第一开关(s2_j)的相应源极(ss2_j)，并且被配置为与对准方向(520)正交地对准相应激光二极管(ld_j)，并且其中第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)中的至少一个源极被配置为与对准方向(520)正交地对准相应激光二极管(ld_j)。
109.固体主体(500)被物理耦合和电耦合到半导体主体(504)并且可以具有面对半导体主体(504)的第一表面(504a)的相应第一表面(500a)，其中电连接元件(506)在固体主体(500)中或之上延伸，可以被电耦合到第一源极金属化结构(532)，面对第二源极金属化结构(534_j)，并且可以被配置为被电耦合到激光二极管(ld_j)的阴极(ldc_j)。
110.固体主体(500)可以由另外的半导体主体形成并且可以具有在固体主体(500)中延伸并且面对第二源极金属化结构(534_j)的腔体(502)，腔体(502)被配置为容纳激光二极管(ld_j)，其中电连接元件(506)可以由导电层形成。
111.固体主体(500)还可以包括第二表面(500b)和侧面(500c)，第二表面(500b)关于固体主体(500)与固体主体(500)的第一表面(500a)相对，并且侧面(500c)将固体主体(500)的第二表面(500b)和第一表面(500a)接合在一起，其中腔体(502)还面对侧面(500c)。
112.固体主体(500)可以由pcb形成，并且其中电连接元件(506)可以由固体主体(500)的第一表面(500a)上的导电路径形成。
113.每个第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)可以被配置为与对准方向(520)正交地叠加到与第一开关(s2_j)电接触的相应激光二极管(ld_j)的阳极(lda_j)。
114.每个第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)的平行于半导体主体(504)的第一表面(504a)而测量的质心(520_j)可以被配置为与半导体主体(504)的第一表面(504a)正交地叠加到相应激光二极管(ld_j)的阳极(lda_j)的平行于固体主体(500)的第一表面(500a)而测量的质心(550)。
115.第一开关(s2_j)可以布置成阵列，并且第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)可以在对准方向(520)上彼此对准。
116.在上述阵列中彼此紧邻的第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)的质心(520_j)之间的
最大相对距离(d1)可以小于500μm。
117.第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)通过导电过孔(508)能够被物理耦合和电耦合到激光二极管(ld_j)的相应阳极(lda_j)，导电过孔(508)正交地延伸到半导体主体(504)的第一表面(504a)，并且与半导体主体(504)的第一表面(504a)正交地测量的最大长度可以小于500μm。
118.控制开关(s1)和第一开关(s2_j)可以是gan器件。
119.第二源极金属化结构(534_j)中的至少一个可以进一步与对准方向(520)正交地叠加到上述至少一个第二源极金属化结构(s2_j)可以从其电解耦的第一开关(s2_j)的源极(ss2_j)中的一个或多个源极。
120.第一源极金属化结构(532)的一部分平行于对准方向(520)延伸并且可以被配置为通过焊接被电耦合到激光二极管(ld_j)的阴极(ldc_j)。
121.一种激光驱动模块可以概括为包括电子设备(1000)，其中漏极金属化结构(530)形成第一节点(12)，第一源极金属化结构(532)形成参考节点(gnd)，并且每个第二源极金属化结构(534_j)形成相应驱动节点(12j)；谐振电路(lc)，该谐振电路(lc)包括串联连接的电感(lr)和电容(cr)，在它们之间具有中间节点(14)，谐振电路(lc)被耦合在第一节点(12)与参考节点(gnd)之间；被耦合在谐振电路(lc)中的电源节点(vcc)与中间节点(14)之间以用于对谐振电路(lc)中的电容(cr)充电的充电电路系统(16)；以及用于驱动控制开关(s1)和第一开关(s2_j)的驱动电路系统(18、182_j、201、202、203)，驱动电路系统(18、182_j、201、202、203)被配置为重复生成脉冲的循环，包括：闭合控制开关(s1)，谐振电路(lc)因此能够随着在谐振电路(lc)的电感(lr)中流动的电流的增加而振荡；响应于在谐振电路(lc)的电感(lr)中流动的电流达到阈值，断开控制开关(s1)，并且由于第一开关中的一个(s2_j)在相应脉冲持续时间(ton_s2_j)内闭合，朝向第一开关(s2_j)中的一个和所述相应驱动节点(12j)切换在谐振电路(lc)的电感(lr)中流动的电流；并且当上述相应脉冲持续时间(ton_s2_j)过去时，断开第一开关(s2_j)中的一个。
122.每个第一开关(s2_j)可以具有被耦合在相应驱动节点(12j)与参考节点(gnd)之间的与其相关联的相应第二开关(s3_j)，并且其中驱动电路系统(18、182_j、201、202、203)可以被配置为选择性地闭合上述第二开关(s3_j)，以便将相应驱动节点(12j)耦合到参考节点(gnd)。
123.一种激光照明模块(100)可以概括为包括激光驱动模块和上述激光二极管(ld_j)。
124.激光二极管(ld_j)可以是边缘发射激光器。
125.一种激光雷达装置(1)可以概括为包括激光照明模块(100)。
126.可以组合上述各种实施例以提供其他实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应当被解释为包括所有可能的实施例和权利要求有权享有的等效方案的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。