[发明专利]一种激光器及其制作方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种激光器及其制作方法。

背景技术

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(Complementary Metal Oxide Semiconductor，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(Buried Oxide Layer，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。

发明内容

本发明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。

本发明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：