一种激光器参数优化方法、激光器及激光器制备方法

本技术涉及半导体光电子器件领域，特别涉及一种激光器参数优化方法、激光器及激光器制备方法。

背景技术：

1、可见光通信技术是一种基于可见光波段进行数据传输的无线通信技术。可见光通信技术是以可见光作为载体，在光照条件下传输信息。

2、随着互联网时代人们对于通信速率的要求越来越高，现有的无线通信技术在某些领域不能满足人们高速通信速率的需求。可见光通信技术由于其安全可靠、并且具有超宽的频谱资源、并且不需要频段许可，因此被视为新一代通信技术的有力支撑。gan基半导体激光器作为可见光通信技术的重要光源，相较于led具有更高的调制带宽，更好的准直性能以及更高的光转换效率。因此，gan基半导体激光器是新一代通信技术的不可或缺的重要部件。现有的gan基商用蓝光激光器的-3db调制带宽不超过2ghz，无法满足高速可见光通信需求。因此，如何提升激光器调制带宽，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种激光器参数优化方法、激光器及激光器制备方法，从而提升激光器调制带宽。

2、为实现上述目的，本技术提供了一种激光器参数优化方法，包括：

3、构建激光器结构模型；所述激光器结构模型包括外延结构、绝缘介质层、n电极层和p电极层；所述外延结构包括衬底；所述衬底的表面沿厚度方向依次设置有n电极接触层、下包层、下波导层、有源区、上波导层、电子阻挡层、上包层和p电极接触层；所述有源区包括沿厚度方向交替设置的至少一层量子势垒和至少一层量子阱；所述外延结构背离所述衬底的表面包括凹槽区域和脊状波导区域；所述n电极层设置在所述凹槽区域，与所述n电极接触层接触；所述p电极层设置在所述脊状波导区域，与所述p电极接触层接触；所述绝缘介质层设置在未被所述n电极层和所述p电极层覆盖的区域；

4、调整所述下波导层的厚度和所述上波导层的厚度，所述量子阱的厚度和所述量子势垒的厚度，所述量子阱的数量，以及所述电子阻挡层的厚度，使所述激光器结构模型的弛豫共振频率达到目标弛豫共振频率，以确定所述下波导层优化后的厚度和所述上波导层优化后的厚度，所述量子阱优化后的厚度和所述量子势垒优化后的厚度，所述量子阱优化后的数量，以及所述电子阻挡层优化后的厚度。

5、可选的，所述下波导层优化后的厚度为20nm-100nm，且包括两端的值；所述上波导层优化后的厚度为50nm-300nm，且包括两端的值。

6、可选的，所述量子势垒优化后的厚度为3nm-7nm，且包括两端的值；所述量子阱优化后的厚度为2.5nm-3.5nm，且包括两端的值。

7、可选的，优化后所述有源区包括沿厚度方向交替设置的三层所述量子势垒和两层所述量子阱。

8、可选的，所述电子阻挡层优化后的厚度为5nm-20nm，且包括两端的值。

9、可选的，所述下波导层的材料组分为包括n型掺杂元素的inkga1-kn，所述k为0-0.05，且包括两端的值；所述下波导层的掺杂浓度大于2×1018cm-3；

10、所述上波导层的材料组分为inkga1-kn，所述k为0-0.05，且包括两端的值。

11、可选的，所述量子势垒的材料组分为非故意掺杂的gan；

12、所述量子阱的材料组分为inxga1-xn，所述x为0.18-0.25，且包括两端的值。

13、可选的，所述电子阻挡层的材料组分为包括p型掺杂元素的alyga1-yn，所述y为0.1-0.3，且包括两端的值；所述电子阻挡层的掺杂浓度大于5×1018cm-3。

14、为实现上述目的，本技术还提供了一种激光器，包括：外延结构、绝缘介质层、n电极层和p电极层；

15、所述外延结构包括衬底；所述衬底的表面沿厚度方向依次设置有n电极接触层、下包层、下波导层、有源区、上波导层、电子阻挡层、上包层和p电极接触层；所述有源区包括沿厚度方向交替设置的至少一层量子势垒和至少一层量子阱；所述外延结构背离所述衬底的表面包括凹槽和脊状波导；

16、所述n电极层设置在所述凹槽所在区域，与所述n电极接触层接触；所述p电极层设置在所述脊状波导所在区域，与所述p电极接触层接触；

17、所述绝缘介质层设置在未被所述n电极层和所述p电极层覆盖的区域；

18、所述下波导层、所述上波导层、所述量子阱、所述量子势垒和所述电子阻挡层是通过上述任一项所述的激光器参数优化方法优化后的下波导层、上波导层、量子阱、量子势垒和电子阻挡层。

19、为实现上述目的，本技术还提供了一种激光器制备方法，包括：

20、在衬底的表面沿厚度方向依次生长n电极接触层、下包层、下波导层、有源区、上波导层、电子阻挡层、上包层和p电极接触层，得到初始外延片；所述有源区包括沿厚度方向交替设置的至少一层量子势垒和至少一层量子阱；所述下波导层、所述上波导层、所述量子阱、所述量子势垒和所述电子阻挡层是通过上述任一项所述的激光器参数优化方法优化后的下波导层、上波导层、量子阱、量子势垒和电子阻挡层；

21、对所述初始外延片背离衬底的表面进行光刻，确定脊状波导区域；

22、确定所述脊状波导区域后，去掉非脊状波导区域的预设厚度的所述初始外延片，在所述脊状波导区域形成脊状波导；

23、形成所述脊柱波导后，去掉预设凹槽区域的所述初始外延片至n电极接触层暴露，在所述预设凹槽区域形成凹槽，以得到具有外延结构的外延片；

24、在所述具有外延结构的外延片背离所述衬底的表面沉积绝缘介质层；

25、沉积完所述绝缘介质层后，去掉预设p电极层开孔区域和预设n电极层开孔区域的所述绝缘介质层；所述预设p电极层区域设置在所述脊状波导所在区域；所述预设n电极层区域设置在所述凹槽所在区域；

26、去掉所述绝缘介质层后，在所述p电极层开孔区域和所述n电极层开孔区域分别制备p电极层和n电极层，得到目标外延片；

27、对所述目标外延片进行解理得到单个所述激光器。

28、可选的，述去掉非脊状波导区域的预设厚度的所述初始外延片，在所述脊状波导区域形成脊状波导前，还包括：

29、通过磁控溅射或者电子束蒸镀pd在初始外延片背离衬底的表面形成pd层，并通过剥离工艺剥离掉非脊状波导区域的pd层。

30、本技术提供的一种激光器参数优化方法，通过调整下波导层的厚度和上波导层的厚度，量子阱与量子势垒的厚度，量子阱的数量，以及电子阻挡层的厚度，对激光器的外延结构进行优化，以提升激光器的微分增益，降低激光器的传输损耗，实现在降低阈值电流密度的同时，提升其斜率效率，从而提升其弛豫共振频率，进而提升激光器调制带宽。本技术还提供一种激光器，经过激光器参数优化方法优化后，具有高调制带宽，满足高速通信的需求。本技术还提供一种激光器制备方法，在采用激光器参数优化方法对激光器结构进行优化的基础上，进一步对激光器工艺流程进行优化，通过光刻和解理制备得到窄脊宽与短腔长激光器，实现了窄脊宽与短腔长激光器的激射。窄脊宽与短腔长有助于提升激光器的微分增益，进而提升其弛豫共振频率，提升激光器调制带宽。