一种氮化镓基激光器和相关设备的制作方法

本申请实施例涉及激光器领域，尤其涉及一种氮化镓基激光器和相关设备。

背景技术：

1、半导体材料在通信、照明、医疗、能源等领域有着广泛的应用。随着半导体材料的发展，氮化镓gan基激光器越来越多地被作为通信光源使用。

2、在工艺上，gan基激光器通常是在gan材料的两侧分别进行p型掺杂和n型掺杂制备而成。因此在gan基激光器中，包括p型层、n型层和位于两个掺杂区中间的耗尽区。

3、gan基激光器中产生激光的部分称为有源区。在gan基激光器中，由于p型掺杂与n星掺杂的不对称，导致有源区与耗尽区出现错位。从而造成电子空穴注入不对称，注入效率降低，进而造成gan基激光器的调制带宽受限。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种激光器和相关设备，用于提升氮化镓基激光器的调制带宽。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种氮化镓基激光器。该氮化镓基激光器包括有源区、n型层和p型层。其中，n型层用于向有源区提供电子，p型层用于向有源区提供空穴。有源区用于实现空穴和电子的复合，发出激光。该激光器还包括电势平衡层，该电势平衡层为p型掺杂结构。电势平衡层位于有源区的p侧，且与有源区之间的距离小于或等于70nm。电势平衡层用于调节激光器的耗尽区位置，使得激光器的耗尽区与有源区重合。

3、在本申请实施例中，通过位于有源区p侧且为p型掺杂的电势平衡层，来消耗有源区内的负电荷，使得耗尽区相对于原来的位置更靠近n侧，从而降低耗尽区与有源区之间的错位程度，使得激光器的耗尽区与有源区重合。电势平衡层使得激光器的电势更平衡，费米能级基本处于禁带(即导带与价带之间的区域)中央，电子与空穴向有源区的注入更对称，从而使得电子与空穴之间的微分增益差距缩小，提升激光器的调制带宽。

4、在一种可选的实现方式中，电势平衡层的p型掺杂浓度大于或等于8e17cm-3。

5、在一种可选的实现方式中，p型层包括p侧波导层，电势平衡层位于p侧波导层与有源区之间。该结构完全兼容现有的外延技术和工艺，因此不会引入额外的制备难度，制备较简单。

6、在一种可选的实现方式中，p型层包括p侧波导层，电势平衡层为p侧波导层中靠近有源区的分层。

7、在本申请实施例中，通过在p侧波导层的某一分层上进行p型掺杂得到电势平衡层，可以沿用已成熟的外延生长工艺，制备过程简单。

8、在一种可选的实现方式中，p型层包括p侧波导层，电势平衡层为p侧波导层。

9、在本申请实施例中，通过在p侧波导层上进行p型掺杂得到电势平衡层，可以沿用已成熟的外延生长工艺，制备过程简单。

10、在一种可选的实现方式中，p侧波导层为非故意掺杂区uid。

11、在一种可选的实现方式中，有源区包括量子垒层，量子垒层为有源区中靠近p型层的分层。电势平衡层为量子垒层。

12、在本申请实施例中，通过在有源区上进行p型掺杂得到电势平衡层，可以沿用已成熟的外延生长工艺，制备过程简单。

13、在一种可选的实现方式中，p型层包括电子阻挡层，电子阻挡层位于有源区的p侧，且与有源区相邻。电势平衡层为所述电子阻挡层。

14、在本申请实施例中，通过在电子阻挡层上进行p型掺杂得到电势平衡层，可以沿用已成熟的外延生长工艺，制备过程简单。

15、在一种可选的实现方式中，激光器还包括空穴存储层，空穴存储层位于有源区的p侧。空穴存储层用于作为空穴发射器，为有源区提供更多空穴，并改善空穴从p型层向有源区的注入效率。

16、在本申请实施例中，通过对空穴存储区，在空穴存储区上形成空穴势阱，聚集空穴，使得耗尽区的位置进一步向n侧移动，从而进一步推动耗尽区与有源区的重叠。使得电势更平衡，电子与空穴向有源区的注入更对称，从而使得电子与空穴之间的微分增益差距缩小，提升激光器的调制带宽。

17、在一种可选的实现方式中，空穴存储层所用材质为p型掺杂的inxga1-xn，其中0≤x≤0.04。

18、在一种可选的实现方式中，激光器包括非故意掺杂区uid，则uid表现为n型。

19、在一种可选的实现方式中，n侧波导层的厚度大于p侧波导层的厚度。

20、第二方面，本申请实施例提供了一种激光器。该激光器包括有源区、n型层和p型层。n型层用于向有源区提供电子，p型层用于向有源区提供空穴。有源区用于实现电子和空穴的复合，发出激光。激光器还包括电势平衡层，电势平衡层为n型掺杂结构，电势平衡层位于有源区的n侧，且与有源区之间的距离小于或等于70nm。电势平衡层用于调节激光器的耗尽区位置，使得激光器的耗尽区与有源区重合。

21、在本申请实施例中，通过位于有源区n侧且为n型掺杂的电势平衡层，来消耗有源区内的正电荷，使得耗尽区相对于原来的位置更靠近p侧，从而降低耗尽区与有源区之间的错位程度，使得激光器的耗尽区与有源区重合。电势平衡层使得激光器的电势更平衡，费米能级基本处于禁带(即导带与价带之间的区域)中央，电子与空穴向有源区的注入更对称，从而使得电子与空穴之间的微分增益差距缩小，提升激光器的调制带宽。

22、在一种可选的实现方式中，电势平衡层的n型掺杂浓度大于或等于8e17cm-3。

23、在一种可选的实现方式中，激光器还包括位于有源区的n侧电子存储层。电子存储层用于作为电子发射器，为有源区提供更多电子，并改善电子从n型层向有源区的注入效率。

24、在一种可选的实现方式中，电子存储层所用材质可以为n型掺杂的inxga1-xn，其中0≤x≤0.04。

25、第三方面，本申请实施例提供了一种光通信装置。该光通信装置包括第一方面或第二方面所述的氮化镓基激光器。

26、第四方面，本申请实施例提供了一种光通信网络。该光通信网络包括第三方面所述的光通信装置。

27、第三方面至第四方面的有益效果参见第一方面或第二方面，此处不再赘述。

技术特征：

1.一种氮化镓基激光器，其特征在于，包括有源区、n型层和p型层；

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述电势平衡层的p型掺杂浓度大于或等于8e17cm-3。

3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述p型层包括p侧波导层；

4.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述p侧波导层为非故意掺杂区uid。

5.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述有源区包括量子垒层，所述量子垒层为所述有源区中靠近所述p型层的分层；

6.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述p型层包括电子阻挡层，所述电子阻挡层位于所述有源区的p侧，且与所述有源区相邻；

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括空穴存储层，所述空穴存储层位于所述有源区的p侧；

8.根据权利要求7所述的激光器，其特征在于，所述空穴存储层所用材质为p型掺杂的inxga1-xn，其中0≤x≤0.04。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光器，其特征在于，若所述激光器包括非故意掺杂区uid，则所述uid表现为n型。

10.一种氮化镓基激光器，其特征在于，包括：有源区、n型层和p型层；

11.根据权利要求10所述的激光器，其特征在于，所述电势平衡层的n型掺杂浓度大于或等于8e17cm-3。

12.根据权利要求10或11所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括电子存储层，所述电子存储层位于所述有源区的n侧；

13.根据权利要求12所述的激光器，其特征在于，所述电子存储层所用材质为n型掺杂的inxga1-xn，其中0≤x≤0.04。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的激光器，其特征在于，若所述激光器包括非故意掺杂区uid，则所述uid表现为p型。

15.一种光通信装置，其特征在于，包括权利要求1至9或10至14中任一项所述的氮化镓基激光器。

16.一种光通信网络，其特征在于，包括权利要求15所述的光通信装置。

技术总结
本申请实施例公开了一种氮化镓基激光器和相关设备，用于提升氮化镓基激光器的调制带宽。本申请实施例提供的氮化镓基激光器包括有源区、N型层和P型层。N型层用于向有源区提供电子。P型层用于向有源区提供空穴。有源区用于实现空穴和电子的复合，发出激光。激光器还包括电势平衡层，电势平衡层为P型掺杂结构，电势平衡层位于有源区的P侧，且与有源区之间的距离小于或等于70nm。电势平衡层用于调节激光器的耗尽区位置，使得激光器的耗尽区与有源区重合。

技术研发人员：本钰豪,陈平,彭莉媛
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2