【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体激光器，尤其涉及一种半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
1、硅基光电子集成技术是在硅基衬底上集成光子组件与电子器件的技术，它通过利用cmos工艺的基础设施，实现了晶圆级的激光器、调制器、探测器、波导、耦合器及其他无源光学组件与电子器件一体化。这项技术起源于1980年代中期，通过汲取电子行业技术获得了快速发展，并且由于其与cmos工艺的兼容性，成为了批量低成本生产光子集成电路的最佳选择，正引领着后摩尔时代的芯片技术发展。随着5g网络、数据中心、人工智能等技术的快速发展，光电子集成技术对高性能激光器的需求日益增长，单片集成硅光子电路的一个主要瓶颈是缺乏兼容cmos的激光器。
2、iii-v族激光器虽然是目前广泛应用于光电集成领域的光源，但其与cmos的不兼容工艺，导致了硅芯片制造链上的复杂集成和高制造成本。iii-v族激光器与无源器件集成的方法，包括晶圆键合、倒装芯片焊接、微转印等，而同时还需要解决存在的问题，比如热失配、对准精度低、集成度较差等，复杂的制造工艺导致了低产量、高成本。gesn作为一种新型的iv族半导体材料，已成功制备出红外波段的电泵浦激光器，但目前还没有gesn激光器与硅波导进行片上耦合的方案。
3、因此，如何提供一种新的半导体激光器及其制备方法，可以降低半导体激光器的制造成本和集成难度，并提高激光输出耦合效率，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
2、为此，本申请的目的在于提出一种半导体激光器及其制备方法，能够降低半导体激光器的制造成本和集成难度，并提高激光输出耦合效率。
3、为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种半导体激光器，包括：
4、衬底；
5、锗波导层，包括位于所述衬底上的第一波导部，以及位于所述第一波导部上的第二波导部和第三波导部，所述第二波导部和所述第三波导部相互连接，所述第二波导部自靠近所述第三波导部的一侧向远离所述第三波导部的一侧的宽度逐渐降低；所述第三波导远离所述衬底的一侧形成有布拉格光栅；
6、锗锡外延结构，位于所述第三波导部上，且覆盖所述布拉格光栅；所述锗锡外延结构包括下包层、上包层和位于两者之间的有源层，所述有源层中sn组分的质量分数介于9％～13％之间。
7、可选地，所述布拉格光栅包括形成于第三波导部远离所述衬底的一侧的多个凹槽，以及填充在每个所述凹槽内的sio2填充层。
8、可选地，所述布拉格光栅的占空比介于45％～60％之间。
9、可选地，所述有源层包括gesn材料层或gesn/sigesn周期性层叠组成的多量子阱结构。
10、可选地，所述布拉格光栅为λ/4相移布拉格光栅。
11、可选地，所述锗锡外延结构还包括n型接触层和p型接触层，所述n型接触层位于所述第三波导部上，并将所述第三波导层远离所述衬底一侧的表面完全覆盖，所述下包层位于所述n型接触层上；所述p型接触层位于所述上包层上，并将所述上包层远离所述有源层一侧的表面完全覆盖。
12、可选地，所述n型接触层包括n型重掺杂的sigesn材料层，所述p型接触层包括p型重掺杂的sigesn材料层；所述下包层和所述上包层包括未掺杂的本征sigesn材料层。
13、可选地，半导体激光器还包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成于所述n型接触层上，并与所述下包层、所述有源层和所述上包层组成的叠层相间隔；所述第二电极形成于所述p型接触层上。
14、可选地，所述锗锡外延结构用于激发输出波长范围介于2μm～3μm之间的红外光。
15、本申请第一方面实施例提出了一种半导体激光器的制备方法，用于制备上述任意一项所述的半导体激光器，所述方法包括：
16、提供衬底；
17、于所述衬底上外延形成锗外延层，所述锗外延层包括位于所述衬底上的第一波导部，以及位于所述第一波导部上的第二波导部和第三波导部；
18、于所述第三波导部上刻蚀形成多个等间距的凹槽，并于所述凹槽内填充sio2，以在所述第三波导部远离所述衬底的一侧形成布拉格光栅；
19、于所述第三波导部上外延形成锗锡外延结构，所述锗锡外延结构包括一侧层叠的n型接触层、下包层、有源层、上包层和p型接触层；
20、于所述锗锡外延结构上形成第一电极和第二电极，所述第一电极形成于所述n型接触层上，并与所述下包层保持间隔，所述第二电极形成于所述p型接触层上。
21、本申请提供的半导体激光器及其制备方法至少包括如下有益效果：
22、本申请提供了一种半导体激光器及其制备方法，包括层叠设置的衬底、锗波导层和锗锡外延结构，锗波导层远离衬底的一侧包括相互连接的第二波导部和第三波导部，第二波导部自靠近第三波导部的一侧向远离第三波导部的一侧的宽度逐渐降低，锗锡外延结构形成于第三波导部上，且第三波导部上设置有布拉格光栅。通过将锗锡外延结构的有源层中sn组分的质量分数控制在9％～13％之间，以使锗锡外延结构在被电激发时能够向外输出预设波长的红外光，而布拉格光栅作为谐振腔对光进行反射振荡后，再耦合进入第二波导部，实现了半导体激光器的单纵模稳定出光，最后在利用宽度渐变的第二波导部对单纵模输出的红外光进行光束整形输出，提高了红外光与外部光纤的耦合效率。
23、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
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1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅包括形成于第三波导部远离所述衬底的一侧的多个凹槽，以及填充在每个所述凹槽内的SiO2填充层。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅的占空比介于45％～60％之间。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅为λ/4相移布拉格光栅。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述有源层包括GeSn材料层或GeSn/SiGeSn周期性层叠组成的多量子阱结构。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述锗锡外延结构还包括N型接触层和P型接触层，所述N型接触层位于所述第三波导部上，并将所述第三波导层远离所述衬底一侧的表面完全覆盖，所述下包层位于所述N型接触层上；所述P型接触层位于所述上包层上，并将所述上包层远离所述有源层一侧的表面完全覆盖。
7.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，所述N型接触层包括N型重掺杂的SiGeSn材料层，所述
8.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，半导体激光器还包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成于所述N型接触层上，并与所述下包层、所述有源层和所述上包层组成的叠层相间隔；所述第二电极形成于所述P型接触层上。
9.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述锗锡外延结构用于激发输出波长范围介于2μm～3μm之间的红外光。
10.一种半导体激光器的制备方法，用于制备权利要求1～9任意一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅包括形成于第三波导部远离所述衬底的一侧的多个凹槽，以及填充在每个所述凹槽内的sio2填充层。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅的占空比介于45％～60％之间。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅为λ/4相移布拉格光栅。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述有源层包括gesn材料层或gesn/sigesn周期性层叠组成的多量子阱结构。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述锗锡外延结构还包括n型接触层和p型接触层，所述n型接触层位于所述第三波导部上，并将所述第三波导层远离所述衬底一侧的表面完全覆盖，所述下包层位于所述n型接触层...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛春来，张斯琦，丛慧，徐驰，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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