一种激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种激光器及其制作方法，用于解决无法兼顾提升激光器光限制因子和保持激光器低阈值的问题，包括：激光器芯片，激光器芯片至少包括：衬底以及位于衬底之上的有源层、N掺杂层和P掺杂层；有源层位于N掺杂层和P掺杂层之间，并与N掺杂层和P掺杂层相互连接，N掺杂层、P掺杂层和有源层在衬底上的投影互不交叠；其中，有源层，用于在P掺杂层和N掺杂层的作用下产生光。N掺杂层、有源层和P掺杂层沿垂直于衬底厚度方向依次设置，能够大幅度的减小激光器芯片的厚度，从而提升有源层光限制因子。无需减小N掺杂层、P掺杂层厚度，不会增加对光场的吸收损耗。因此，本发明专利技术实施例提供的激光器可以兼顾提升光限制因子和低阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种激光器及其制作方法
本专利技术涉及光电子
，尤其涉及一种激光器及其制作方法。
技术介绍
激光器是电子设备中的常见元器件，被广泛用于通信、探测、传感、工业生产等众多领域，尤其是近几年的研究热点—硅光子集成技术，有望在互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)工艺的基础上实现硅基发光，以光子代替电子作为信息载体，从而大幅度提高信息传输速度，提高集成度以及降低通信功耗。硅光子集成技术具有高带宽、低功耗、高集成度和与CMOS工艺兼容的优势，在光通信、探测和传感领域具有广阔的应用。然而硅是一种间接带隙材料，发光效率极低，不适合作为发光部件，这严重制约了硅光技术的应用。为了提高发光效率，可采用新型的硅光集成芯片提供光源，新型的硅光集成芯片由III-V发光部件和SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底硅)硅波导光栅的集成芯片。III-V发光部件为III-V直接带隙半导体材料，可提供光增益，SOI硅波导光栅可以与III-V发光部件结合，实现光子的特定波长的选择，因此，可以作为高效率光源。如图1所示的垂直接触结构的硅基激光器，包括形成在衬底101上的SOI硅波导光栅和III-V发光部件，其中，III-V发光部件与SOI硅波导光栅通过键合层6键合在一起。III-V发光部件包括：沿硅基激光器厚度方向依次分布的P掺杂层4、第一限制层7、有源层2、第二限制层8、N掺杂层3；P掺杂层4、N掺杂层3上分别制作有第二电极10和第一电极9。SOI硅波导光栅包括形成在BOX(BuriedOxideLayer，埋氧层)102上的硅波导层501和硅波导光栅层502。但是对于垂直接触结构的硅基激光器来说，缺点是III-V发光部件的厚度较大，为2μm左右，导致III-V发光部件产生的光的光场在材料厚度方向上分布较宽，降低了光场在有源层的分布比例，从而降低了有源层光限制因子，不利于硅基激光器的低阈值工作。参照图1，III-V发光部件的厚度主要取决于P掺杂层4、有源层2、N掺杂层3的厚度。针对此问题，一般是通过降低III-V发光部件的厚度来提高光限制因子，然而对于垂直接触结构的硅基激光器来说，III-V发光部件的厚度能够减小的范围有限，导致光限制因子的提升范围有限。这是因为：III-V发光部件的金属电极和高掺杂欧姆接触层(图1中未示出)，P掺杂层4与第二电极10之间的高掺杂欧姆接触层，以及N掺杂层3与第一电极9之间的高掺杂欧姆接触层)对光子的吸收能力很强，当III-V发光部件的厚度降低时，III-V发光部件产生的光的光场会延伸进高掺杂欧姆接触层和金属电极层，因此会产生很大的光吸收损耗，使得激光器的阈值升高。综上所述，现有激光器存在着发光部件的厚度能够减小的范围有限，无法兼顾提升激光器光限制因子和保持激光器低阈值的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种激光器及制作方法，用以解决现有技术中存在的发光部件的厚度能够减小的范围有限，无法兼顾提升激光器光限制因子和保持激光器低阈值的问题。本专利技术实施例提供一种激光器，包括：激光器芯片，激光器芯片至少包括：衬底以及位于衬底之上的有源层、N掺杂层和P掺杂层；有源层位于N掺杂层和P掺杂层之间，并与N掺杂层和P掺杂层相互连接，N掺杂层、P掺杂层和有源层在衬底上的投影互不交叠；其中，有源层，用于在P掺杂层和N掺杂层的作用下产生光。本专利技术实施例一种激光器制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上依次键合有源层、P掺杂层和N掺杂层；其中，所述有源层位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间，并与所述N掺杂层和P掺杂层相互连接，所述N掺杂层、所述P掺杂层和所述有源层在所述衬底上的投影互不交叠，所述有源层，用于在所述P掺杂层和所述N掺杂层的作用下产生光。本专利技术实施例通过改变激光器有源层、N掺杂层、P掺杂层之间的相对位置关系，使N掺杂层、P掺杂层和有源层在衬底上的投影互不交叠，即N掺杂层、有源层和P掺杂层沿垂直于衬底厚度方向依次设置，使激光器的发光部件与衬底1形成横向接触，这样能够大幅度的减小激光器芯片的厚度，从而提高了激光器芯片产生的光的光场在有源层的分布比例，从而提升有源层光限制因子。而且，由于有源层、N掺杂层、P掺杂层之间的相对位置关系发生了变化，在无需减小N掺杂层、P掺杂层厚度的情况下就可以降低激光器芯片的厚度，N掺杂层、P掺杂层厚度无需减小，便不会增加欧姆接触层、金属电极层对光场的吸收损耗，此外，有源层、N掺杂层、P掺杂层之间的相对位置关系发生了变化，使得激光器芯片产生的光不会轻易的被N掺杂层、P掺杂层上的欧姆接触层、金属电极层吸收，有利于减少激光器的光吸收损耗，保持激光器低阈值的特性。因此，本专利技术实施例提供的激光器可以兼顾提升光限制因子和低阈值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一种现有的硅基激光器的结构图；图2为本专利技术实施例提供的一种激光器芯片结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种硅基激光器的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种硅基激光器的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种激光器的制作方法中所形成的激光器的局部结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种激光器的制作方法中所形成的激光器的局部结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种激光器的制作方法中所形成的激光器的局部结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种激光器的制作方法中所形成的激光器的局部结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种激光器的制作方法中所形成的激光器的局部结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种激光器，激光器可独立封装，也可集成于电路系统之中。激光器中至少包括一个激光器芯片，如图2所示，激光器芯片至少包括一个发光部件，其中，发光部件包括：键合在衬底1上的有源层2、N掺杂层3和P掺杂层4，以及N掺杂层3上的金属制第一电极9和P掺杂层4上的金属制第二电极10，有源层2在P掺杂层4和N掺杂层3的作用下产生光。其中，如图2所示，有源层2、N掺杂层3和P掺杂层4与衬底1横向接触，有源层2、N掺杂层3和P掺杂层4的位置关系是：有源层2位于N掺杂层3和P掺杂层4之间，并与N掺杂层3和P掺杂层4相互连接，N掺杂层3、P掺杂层4和有源层2在衬底1上的投影互不交叠。本专利技术实施例通过改变激光器有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系，使N掺杂层3、P掺杂层4和有源层2在衬底1上的投影互不交叠，即N掺杂层3、有源层2和P掺杂层4沿垂直于衬底1厚度方向依次设置，使激光器的发光部件与衬底1形成横向接触，这样能够大幅度的减小发光部件的厚度，从而提高了发光部件产生的光的光场在有源层2的分布比例，从而提升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器，其特征在于，包括：激光器芯片，所述激光器芯片至少包括：衬底以及位于所述衬底之上的有源层、N掺杂层和P掺杂层；所述有源层位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间，并与所述N掺杂层和P掺杂层相互连接，所述N掺杂层、所述P掺杂层和所述有源层在所述衬底上的投影互不交叠；其中，所述有源层，用于在所述P掺杂层和所述N掺杂层的作用下产生光。

【技术特征摘要】
1.一种激光器，其特征在于，包括：激光器芯片，所述激光器芯片至少包括：衬底以及位于所述衬底之上的有源层、N掺杂层和P掺杂层；所述有源层位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间，并与所述N掺杂层和P掺杂层相互连接，所述N掺杂层、所述P掺杂层和所述有源层在所述衬底上的投影互不交叠；其中，所述有源层，用于在所述P掺杂层和所述N掺杂层的作用下产生光。2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括：形成在所述衬底上的波导层，以及设置在所述波导层上的光栅，其中，所述波导层与所述有源层相对设置，所述光栅、所述有源层在所述衬底上的投影全部重叠或部分重叠；其中，所述波导层用于汇聚并传输所述有源层产生的光，所述光栅用于对所述有源层产生的光进行波段筛选。3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述有源层的材质为III-V族直接带隙材料，所述波导层的材质为硅。4.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器芯片还包括：第一限制层和第二限制层；其中，所述第一限制层、所述有源层、所述第二限制层沿朝向所述衬底的方向依次层叠设置。5.如权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述激光器芯片还包括：沿所述衬底靠近所述有源层的一侧表面设置的键合层；其中，所述第二限制层、所述N掺杂层和所述P掺杂层设置在所述键合层远离所述衬底一侧的表面上，且所述波导层位于所述键合层和所述衬底之间。6.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器芯片还包括：设置于所述N掺杂层上的第一电极，以及设置于所述P掺杂层上的第二电极。7.一种如权利要求1至6中任一项所述的激光器的制作方法，其特征在于，包括：提供一衬底；在所述衬底上依次键合有源层、P掺杂层和N掺杂层；其中，所述有源层位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间，并与所述N掺杂层和P掺杂层相互连接，所述N掺杂层、所述P掺杂层和所述有源层在所述衬底上的投影互不交叠，所述有源层，用于在所述P掺杂层和所述N掺杂层的作用下产生光。8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述衬底上依次键合有源层、P掺杂层和N掺杂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋少帅，
申请(专利权)人：青岛海信宽带多媒体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37