CN106898947A - 一种激光器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种激光器及其制作方法

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：

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。

本发明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。

本发明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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种激光器芯片结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种硅基激光器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种硅基激光器的结构示意图；

图5为本发明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为本发明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为本发明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为本发明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为本发明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

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明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。

本发明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，从而提升有源层2的光限制因子。而且，由于有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系发生了变化，在无需减小N掺杂层3、P掺杂层4厚度的情况下就可以降低激光器芯片的厚度，N掺杂层3、P掺杂层4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2、N掺杂层3、P掺杂层4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3、P掺杂层4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。

可选的，如图2所示，激光器芯片的发光部件还包括：第一限制层7和第二限制层8，第一限制层7、有源层2、第二限制层8沿朝向衬底1的方向依次层叠设置。

第一限制层7和第二限制层8的作用是：将有源层2产生的光子限制在有源层2中，防止光子向有源层2外扩散。同时，第一限制层7和第二限制层8还可以起到一定的保护有源层2的作用。

本发明实施例提供的激光器的工作原理是：在外部电压注入下，激光器芯片发光部件的P型掺杂层4和N型掺杂层3分别产生空穴和电子，并且在有源层2内发生空穴和电子复合产生光子，光子在谐振腔作用下实现光的谐振，获得特定波长的激光输出。

为了能够筛选出特定波长的激光，本发明实施例提供的激光器芯片还包括：形成在衬底1上的波导层5，以及设置在波导层5上的光栅(图2中未示出)。

其中，波导层5相当于激光器的谐振腔，用于汇聚并传输有源层2产生的光，光栅用来对有源层2产生的光进行波长或波段筛选。

可选的，波导层5与有源层2相对设置，光栅、有源层2在衬底1上的投影全部重叠或部分重叠。

激光器的另一指标是激光器光耦合效率，是指发光部件发出的光耦合进波导层的耦合效率，现有技术中垂直接触结构的激光器光耦合效率较低，这是因为：在一定程度上，波导层的模式等效折射率与发光部件的模式等效折射率之差越高，波导层的耦合效率就越高。模式等效折射率是综合了材料本身折射率和材料厚度、结构等因素的影响之后获得的折射率。发光部件的材料厚度较厚，使得发光部件的模式等效折射率较大，此时，需要衬底上的波导层需具有足够大的模式等效折射率才能获得理想的耦合效率。本发明实施例所提供的激光器，相比于如图1所示的现有技术，发光部件的厚度有所减小，从而降低了发光部件的模式等效折射率，使得波导层的模式等效折射率远与发光部件模式等效折射率之差较大，因此能够提高激光器芯片与波导之间的光耦合效率。

为了进一步提高发光部件与波导层之间的光耦合效率，可选的，有源层2的有源材质的折射率低于波导层5的材质的折射率。

本发明实施例中，在改变激光器有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系，使激光器发光部件与衬底1形成横向接触，提高发光部件产生的光的光场在有源层2的分布比例的基础上，通过设置有源层2的模式等效折射率低于波导层5的模式等效折射率，使激光器发光部件发出的光集中的向波导层5汇聚，使得发光部件与波导层5之间的光耦合效率提升。

基于相同的发明构思，本发明实施例提供一种硅基激光器，参照图3和图4，主要包括：由硅衬底101和埋氧层102构成的SOI衬底，SOI衬底上形成的硅波导光栅，以及III-V发光部件，其中，硅波导光栅通过键合层6与III-V发光部件键合。如图3所示，III-V发光部件包括：有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4、第一限制层7、第二限制层8、第一电极9、第二电极10，第一电极9设置于N掺杂层3上，第二电极10设置于P掺杂层4上。硅波导光栅包括硅波导层501和光栅层502，其中，硅波导光栅被键合层6覆盖，光栅层502与III-V发光部件的有源层2相对设置，并且光栅层502、有源层2在SOI衬底上的投影重叠。

如图3所示，对于III-V发光部件来说，有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系为：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、有源层2和P掺杂层4依次并排设置于衬底表面，并且N掺杂层3、P掺杂层4和有源层2在衬底上的投影互不交叠。

其中，P掺杂层4和N掺杂层3用于构成P-N结。P掺杂层4在外界电场的作用下产生空穴，并将空穴注入有源层2中，其折射率低于有源层2。N掺杂层3在外界电场的作用下产生电子，并将电子注入有源层2中，其折射率低于有源层2。有源层2用于通过电子与空穴的复合产生光子，为直接带隙发光材料。

本发明实施例通过改变硅基激光器有源层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沿垂直于衬底厚度方向依次设置，使激光器的III-V发光部件与SOI衬底形成横向接触，这样能够大幅度的减小III-V发光部件的厚度，从而提高了III-V发光部件的光场在有源层2的分布比例，从而提升有源层2光限制因子。而且，基于有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系，在无需减小N掺杂层3、P掺杂层4厚度的情况下就可以降低硅基激光器的厚度，N掺杂层3、P掺杂层4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，基于有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系，硅基激光器产生的光不会轻易的被N掺杂层3、P掺杂层4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。

第一限制层7、有源层2、第二限制层8之间的相对位置关系为：第一限制层7、有源层2、第二限制层8沿朝向SOI衬底的方向依次层叠设置。其中，第一限制层7和第二限制层8的作用是将有源层2产生的光子限制在有源层2中，防止光子向有源层2外扩散。采用本发明实施例所提供的第一限制层7、有源层2、第二限制层8之间的相对位置关系，可以将有源层2产生的光子限制于有源层2中，同时，还可以利用第一限制层7和第二限制层8保护有源层2不受外界干扰和损坏。

可选的，第一限制层7和第二限制层8为折射率低于有源层2的本征半导体材料。

可选的，有源层2、第一限制层7和第二限制层8的总厚度不超过N掺杂层3和P掺杂层4的厚度。

可选的，第一限制层7、有源层2和第二限制层8的总厚度不超过500nm，以提高有源层2的光限制因子。

硅波导光栅通过键合层6与III-V发光部件键合，具体为：III-V发光部件的第二限制层8、N掺杂层3、P掺杂层4通过键合层6键合在硅波导光栅上，其中，键合层6预先形成在硅波导光栅表面，键合层6覆盖硅波导层501和光栅层502，键合层6的材料可以是BCB有机材料、二氧化硅、氧化铝等不同材料。

为了进一步提高硅基激光器的光耦合效率，键合层6的厚度不宜太厚，可选的，键合层6的厚度不超过150nm。

可选的，为了减少硅基激光器的寄生电容，提高硅基激光器的工作性能，可采用SOI衬底制备的硅波导光栅。采用SOI衬底制备硅波导光栅包括：先将硅衬底101表面氧化，然后再制备一层埋氧层102，得到SOI衬底，再在SOI衬底上制备一层硅膜，并对硅膜进行刻蚀，得到硅波导层，然后在硅波导层上刻蚀形成光栅层。

硅波导层501相当于硅基激光器的谐振腔，可汇聚并传输横向接触的III-V发光部件的有源层2产生的光。光栅层502由对硅波导层刻蚀获得，用来对有源层2产生的光进行波长或波段筛选

基于硅波导光栅和横向接触的III-V发光部件的上述位置关系，本发明实施例所提供的硅基激光器的III-V发光部件与硅波导光栅之间的光耦合效率有所提高。因为III-V发光部件的厚度有所减小，III-V发光部件的模式等效折射率有所减小，可以使得光场模式向硅波导光栅移动，进而使III-V发光部件与硅波导光栅之间的光耦合效率提高。

此外，从硅基激光器的制作工艺上来说，目前，较为成熟的硅光平台都采用顶层硅厚度为220nm的SOI芯片结构，其厚度远远低于III-V发光部件，即使硅材料本身的折射率很高，所制备的硅波导层501的模式等效折射率也小于III-V发光部件的模式等效折射率，这便导致现有技术中硅基激光器III-V发光部件与硅波导光栅之间的光耦合效率较低。本发明实施例所提供的横向接触的硅基激光器，相比图1所示的纵向接触的硅基激光器，III-V发光部件的厚度有所减小，从而降低III-V发光部件的模式等效折射率，即使不改进现有硅波导层501的生长和制作工艺，在制备出硅波导层501的厚度只有220nm时，也能够实现硅波导层501的模式等效折射率与III-V发光部件的模式等效折射率相近或略大，因此能够提高硅基激光器III-V发光部件与硅波导光栅之间的光耦合效率。

为了进一步提高硅基激光器的光耦合效率，可选的，第一限制层7、第二限制层8的折射率低于有源层2的折射率，有源层2、键合层6和硅波导层501的折射率依次递增，使得有源层2的折射率低于硅波导层501的折射率。

本发明实施例中，在改变硅基激光器的III-V发光部件中有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4之间的相对位置关系，使III-V发光部件与硅波导光栅形成横向接触，提高III-V发光部件产生的光的光场在有源层2的分布比例的基础上，降低III-V发光部件中有源层2的模式等效折射率，这样III-V发光部件产生的光能够集中的向硅波导光栅汇聚，进而提升硅基激光器III-V发光部件与硅波导光栅之间的光耦合效率。

本发明实施例中的硅基激光器的产品形态为低阈值横向接触的硅基激光器，硅波导光栅也称作带有光栅结构的SOI芯片，III-V发光部件也称作III-V发光芯片，因此，本发明实施例中的硅基激光器也可以定义为将带有光栅结构的SOI芯片与III-V发光芯片以键合的方式形成的混合芯片。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种激光器的制作方法，该制作方法可用于制作上述激光器，包括：提供一衬底1；在衬底1上依次键合有源层2、P掺杂层4和N掺杂层3；其中，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，有源层2，用于在P掺杂层4和N掺杂层3的作用下产生光。

可选的，在衬底1上依次键合有源层2、P掺杂层4和N掺杂层3，可以是先在衬底1上键合外延材质，再制作有源层2、P掺杂层4和N掺杂层3。

可选的，在衬底1上依次键合有源层2、P掺杂层4和N掺杂层3，也可以先制作有源层2、P掺杂层4和N掺杂层3，再将其键合在衬底1上。

总之，在衬底1上依次键合有源层2、P掺杂层4和N掺杂层3的具体过程可根据不同的设计和器件结构采用不同的制备工艺和工艺步骤，只要能够实现上述激光器即可。例如，键合技术可以是直接键合、苯丙环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)键合、二氧化硅键合等不同的键合工艺。

具体实施过程中，激光器的制作至少存在以下两种方式。

第一种方式，主要包括以下步骤：

步骤S1：在衬底1上依次形成波导层5、光栅和键合层6；步骤S1具体包括：

步骤S1-1：在衬底1上形成波导层5；

可选的，衬底1可以是SOI衬底，波导层5可以是硅波导层。

为了减少硅基激光器的寄生电容，提高硅基激光器的工作性能，可采用SOI衬底制备硅波导层，例如，先将硅表面氧化，然后再制备一层绝缘氧化硅层，得到SOI衬底，再在SOI衬底上制备一层硅膜，并对硅膜进行刻蚀，得到硅波导层。

步骤S1-2：在波导层5上形成光栅；

可选的，在波导层5上按照设计好的光栅图形刻蚀波导层的上表面，形成光栅层。

步骤S1-3：在波导层5和光栅上形成键合层6，形成的键合层6覆盖波导层5和光栅。

键合层6沉积在带有光栅的波导层5上，键合层6的厚度根据产品的实际需求确定。可选的，在硅基激光器中，为了提升硅基激光器的耦合效率，键合层6的厚度应小于或等于150nm。

步骤S1形成的波导层5和键合层6的结构参见图5，波导层5上形成的光栅可参见图4。

步骤S2：在基材100上依次形成第一外延材质700、有源材质200、第二外延材质800；

可选的，采用外延生长技术在基材上依次生长第一外延材质700、有源材质200、第二外延材质800，其中，第一外延材质700用于形成第一限制层7，有源材质200用于形成有源层2，第二外延材质800用于形成第二限制层8。

其中，外延生长技术可以是等离子体增强化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)、分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)等。

通过步骤S2，在基材100上依次形成第一外延材质700、有源材质200、第二外延材质800的结构如图6所示，根据图6，形成的第一外延材质700、有源材质200、第二外延材质800沿远离基材的方向层叠设置。

步骤S3：将第二外延材质800远离基材100的一面键合在键合层6背离衬底1一侧的表面上，并去除基材100；

步骤S4：基于键合在衬底1键合层6上的第一外延材质700、有源材质200和第二外延材质800，形成激光器的发光部件；

其中，如图2所示，形成的发光部件包括第一限制层7、有源层2、第二限制层8、P掺杂层4、N掺杂层3、第一电极9和第二电极10。

具体的，步骤S4包括：

步骤S4-1：对第一外延材质700、有源材质200和第二外延材质800进行刻蚀，形成第一限制层7、有源层2和第二限制层8的叠层结构；

在刻蚀之前，利用薄膜沉积技术在第一外延材质700上方沉积一层二氧化硅用作光掩模层。然后经过光刻、曝光、显影处理后，刻蚀掉显影区域至第二外延材质800，形成由第一限制层7、有源层2和第二限制层8构成的叠层结构。

通过步骤S4-1，依次形成的第一限制层7、有源层2和第二限制层8的结构示意如图7所示，形成的第一限制层7、有源层2和第二限制层8沿远离衬底1的方向层叠设置。图7中，第一限制层7、有源层2和第二限制层8构成的叠层结构的两侧被刻蚀掉的区域用于进一步形成第一沟道区和第二沟道区。

可选的，在光刻过程中保证对准精度，使有源层2位于波导层5(包含光栅)的正上方，即第一限制层7、有源层2和第二限制层8所形成的叠层结构的位置应当位于波导层5(包含光栅)的正上方。

步骤S4-2：形成第一沟道区、第二沟道区，并沿第一沟道区、第二沟道区分别形成N掺杂层3和P掺杂层4；

可选的，第一沟道区、第二沟道区在步骤S4-1对第一外延材质700、有源材质200和第二外延材质800进行刻蚀的过程中形成，第一沟道区和第二沟道区的沟道深度应不低于第二外延材质层与有源材质层的接触面的深度。

可选的，第一沟道区和第二沟道区的沟道深度小于或等于第一限制层、有源层2和第二限制层所形成的叠层结构的厚度。

在形成第一沟道区之后，利用材料外延生长技术在第一沟道区的沟道内外延生长N掺杂层3，以形成激光器P-N结的N端；在形成第二沟道区之后，利用材料外延生长技术在第二沟道区的沟道内外延生长P掺杂层4，以形成激光器P-N结的P端。

需要说明的是，形成第一沟道区和第二沟道区，以及沿第一沟道区、第二沟道区分别沉积N掺杂层3和P掺杂层4的工艺过程并没有严格的先后顺序。

可选的，可以先刻蚀形成第一沟道区，然后在第一沟道区中生长N掺杂层3，之后再刻蚀形成第二沟道沟道区，然后在第二沟道区中生长P掺杂层4。由于N掺杂层3和P掺杂层4的生长材料不同，如果先刻蚀出第一沟道区和第二沟道区再分别生长N掺杂层3和P掺杂层4，在生长N掺杂层3时会对还未生长P掺杂层4的第二沟道区造成污染。

可选的，N掺杂层3、P掺杂层4的厚度小于或等于第一限制层7、有源层2和第二限制层8所形成的叠层结构的厚度。

步骤S4-2形成的N掺杂层3和P掺杂层4的结构参见图8，其中，N掺杂层3、P掺杂层4和有源层2沿垂直于衬底1的厚度方向依次设置。

步骤S4-3：在N掺杂层3上形成第一电极9，在P掺杂层4上形成第二电极10。

可选的，利用光刻和刻蚀工艺在P掺杂层4和N掺杂层3上方制备出电极窗口，再利用电子束蒸发和金属剥离技术分别在窗口中沉积P电极层和N电极层，基于N电极层制作出第一电极9，基于P电极层制作出第二电极10。第一电极为激光器的电源负极，第二电极为激光器的电源正极。

形成的包含第一电极9、第二电极10的激光器结构可参见上述实施例中的图2。

第二种方式，主要包括以下步骤：

步骤H1：在衬底1上依次形成波导层、光栅和键合层6；具体参见上述实施例中步骤S1，此处不再累述。步骤H1形成的波导层、光栅和键合层6的结构参见图5。

步骤H2：在基材100上形成发光部件中包含的第一限制层7、有源层2、第二限制层8、P掺杂层4、N掺杂层3；

在基材100上形成的第一限制层7、有源层2、第二限制层8、P掺杂层4、N掺杂层3，参见图9，其中，第一限制层7、有源层2和第二限制层8沿远离基材100的方向层叠设置；形成的N掺杂层3、P掺杂层4和有源层2沿垂直于基材100的厚度方向依次设置。

具体的，步骤H2包括：

步骤H2-1：在基材100上依次形成第一外延材质700、有源材质200、第二外延材质800；

具体内容参见上述实施例中的步骤S2，此处不再累述。

步骤H2-2：对第一外延材质700、有源材质200和第二外延材质800进行刻蚀，形成第一限制层7、有源层2和第二限制层8的叠层结构；具体内容参见上述实施例中的步骤S2-2，此处不再累述。

步骤H2-3：形成第一沟道区、第二沟道区，并沿第一沟道区、第二沟道区分别形成N掺杂层3和P掺杂层4。

其中，形成第一沟道区、第二沟道区，以及形成N掺杂层3和P掺杂层4的具体内容与上述实施例中的步骤S2-3类似，此处不再累述。

步骤H3：将发光部件的第二限制层8、N掺杂层3和P掺杂层4键合在键合层6背离衬底1的一侧，并去除发光部件的基材100。

步骤H4：在N掺杂层3上形成第一电极9，以及在P掺杂层4上形成第二电极10。最终形成的激光器的结构参见图2。

按照上述方法流程制备出的激光器包括的有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4与衬底呈横向接触，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2的分布比例，从而提升有源层2光限制因子。而且，由于发光部件包括的有源层2、N掺杂层3、P掺杂层4与衬底呈横向接触，在无需减小N掺杂层3、P掺杂层4厚度的情况下就可以降低激光器芯片的厚度，N掺杂层3、P掺杂层4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2、N掺杂层3、P掺杂层4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3、P掺杂层4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。

基于相同的发明构思，本发明实施例提供一种硅基激光器的制作方式包括：

步骤L0：制作或提供一III-V发光芯片；

其中，III-V发光芯片为采用III-V直接带隙半导体材料制作出的III-V发光部件，III-V发光部件包括：第一限制层7、有源层2、第二限制层8、P掺杂层4、N掺杂层3、第一电极9和第二电极10。III-V发光部件的制作方法可参见上述激光器的制作方法流程中基材上的发光部件或者键合层上的发光部件的制作方法，具体内容此处不再累述。

步骤L1：基于SOI衬底，制作SOI芯片；

具体包括：先对SOI衬底上的硅膜进行刻蚀，制作出硅波导层；然后对硅波导层进行刻蚀，制作出硅波导光栅，制作出的硅波导光栅称作SOI芯片。

步骤L2：在SOI芯片上沉积一层键合层；

其中，键合层用于将制作出SOI芯片与横向接触的III-V发光芯片键合在一起。其中，III-V发光芯片为采用III-V直接带隙半导体材料制作出的III-V发光部件。

可选的，为了提高光耦合效率，键合层的厚度小于150nm。

步骤L3：将III-V发光芯片通过键合层键合在SOI芯片上方，并将III-V发光芯片的衬底去除。

按照上述方法流程制备出硅基激光器中，发光部件包括的有源层、N掺杂层、P掺杂层与衬底呈横向接触，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，由于发光部件包括的有源层、N掺杂层、P掺杂层与衬底呈横向接触，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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

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掺杂层之前，包括：

提供一基材；

在所述基材上依次形成第一外延材质、有源材质、第二外延材质；

将所述第二外延材质远离所述基材的一面键合在所述衬底上，并去除所述基材；

在所述衬底上依次键合有源层、P掺杂层和N掺杂层，包括：

对所述第一外延材质、所述有源材质和所述第二外延材质进行刻蚀，形成第一限制层、所述有源层和第二限制层，以及第一沟道区、第二沟道区；其中，所述第一限制层、所述有源层和所述第二限制层沿远离所述基材的方向层叠设置；所述有源层位于所述第一沟道区、所述第二沟道区之间；

沿所述第一沟道区、所述第二沟道区分别形成所述N掺杂层和所述P掺杂层，其中，所述N掺杂层、所述P掺杂层和所述有源层沿垂直于所述衬底的厚度方向依次设置。

9.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，包括：

提供一基材；

在所述基材上依次形成所述有源层、所述N掺杂层和所述P掺杂层；

将所述有源层、所述N掺杂层和所述P掺杂层键合在所述衬底上，并去除所述基材；

其中，在所述基材上依次形成所述有源层、所述N掺杂层和所述P掺杂层，包括：

在所述基材上依次形成第一外延材质、有源材质、第二外延材质；

对所述第一外延材质、所述有源材质和所述第二外延材质进行刻蚀，形成第一限制层、所述有源层和第二限制层，以及第一沟道区、第二沟道区；其中，所述第一限制层、所述有源层和所述第二限制层沿远离所述基材的方向层叠设置；所述有源层位于所述第一沟道区、所述第二沟道区之间；

沿所述第一沟道区、所述第二沟道区分别形成所述N掺杂层和所述P掺杂层，其中，所述N掺杂层、所述P掺杂层和所述有源层沿垂直于所述衬底的厚度方向依次设置。

10.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掺杂层之前，还包括：

在所述衬底上形成波导层，所述波导层与所述有源层相对设置；

在所述波导层上形成光栅，所述光栅、所述有源层在所述衬底上的投影部分重叠或全部重叠；

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。