FR2493616A1 - Laser a injection a heterostructure - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES LASERS A SEMICONDUCTEURS. UN LASER A HETEROSTRUCTURE COMPORTE NOTAMMENT UNE BANDE TRANSPARENTE OU PASSIVE 36 FAISANT FONCTION DE GUIDE D'ONDE QUI CONFINE LE RAYONNEMENT DANS LES DEUX DIMENSIONS TRANSVERSALES PAR RAPPORT A SA DIRECTION DE PROPAGATION, A PROXIMITE DES FACETTES 54 DU LASER. CETTE BANDE PASSIVE EST COUPLEE A UNE REGION ACTIVE 38 DU LASER QUI CONFINE EGALEMENT LE RAYONNEMENT DANS LES DEUX DIMENSIONS TRANSVERSALES PAR RAPPORT A LA DIRECTION DE PROPAGATION. LA REGION ACTIVE NE S'ETEND PAS JUSQU'AUX FACETTES D'EXTREMITE DU LASER. CETTE CONFIGURATION PERMET, ENTRE AUTRES, D'ELIMINER PRATIQUEMENT L'ASTIGMATISME QUE MANIFESTENT LES LASERS DE CE TYPE GENERAL. APPLICATION AUX LASERS POUR L'ENREGISTREMENT ET LA REPRODUCTION SUR DISQUE VIDEO.

Description

La présente invention concerne les lasers à injection

à hétérostructure.

Depuis l'introduction du laser à hétérostructure, cette structure a été très employée avec de nombreuses variantes concernant la configuration géométrique. L'une des variantes les plus importantes a été constituée par le laser à hétérostructure enterrée dans lequel la couche ou la région active est partiellement ou complètement entourée par une matière ayant une bande interdite plus large et un indice de réfraction plus faibleo Au cours des dernières années, beaucoup d'efforts ont été consacrés à la maîtrise du mode transverse fondamental et à l'obtention d'une faible divergence du faisceau dans les lasers à hétérostructure enterrée. Une idée initiale consistait à disposer à l'extrémité d'un laser à injection une région transparente non pompée ayant un coeur de guide d'onde passif couplé à la région active, comme le montre le brevet

US 3 790 902.

Plus récemment, il a été suggéré d'employer une région ou une bande active, par exemple en GaAs, complètement entourée par une matière ayant un indice de réfraction supérieur, comme par exemple GaAlAS. On trouve des exemples de telles hétérostructures dans les brevets US 4 121 177,

4 176 325 et 4 190 813, ainsi que dans l'article de W.F.

Tsang et col. intitulé "GaAs-AlxGa1 XAs Buried Heterostructure Lasers Grown by Molecular Beam Epitaxy..." Applied Physics Letters, vol. 36, n0 9 pages 730-735 1er mai 1980. Les lasers correspondants ont été appelés lasers à hétérostructure enterrée en bande, du fait que la configuration géométrique de la couche active se présente sous la forme d'une bande et d'un guide d'onde tridimensionnels. Une telle bande est souhaitable à cause de ses possibilités avantageuses de

sélection de mode et de guidage optique.

Il a été suggéré encore plus récemment d'utiliser une région non pompée et optiquement transparente au niveau des facettes de miroir d'extrémité pour réduire la dégradation du miroir. Ce principe est décrit dans l'article de H.O Yonezu et colo intitulé "An AlGaAs Window Structure Laser", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-15, ne 8, pages 775- 781, août 1979. Il a été suggéré d'employer ce principe

pour le laser à hétérostructure enterrée en bande (RoL.

Hartman et colo "The CW Electro-Optical Properties of (A1,Ga)As ModifiedStrip Buried Heterostructure Lasers", Journal of

Applied Physics, vol.51, N 4, pages 1909-1918, avril 1980.

Un aspect fondamental de ces structures de laser est le suivant: alors qu'il existe un confinement optique et un guidage d'onde dans les structures d'extrémité transparentes ou de fenêtre dans la dimension perpendiculaire au plan de la jonction p-n, il n'y a aucun confinement optique dans le plan de la jonction p-n. Ceci conduit à un astigmatisme du laser, qui est un problème fondamental dans ces structures de laser de l'art antérieur. Du fait qu'il n'y a aucun guidage d'onde dans la dimension parallèle au plan de la jonction p-n, le rayonnement qui se propage émerge de deux ouvertures séparées dans l'espace, à savoir l'une située de façon interne aux extrémités de la région active enterrée et l'autre située au niveau des facettes du laser. Ce phénomène conduit à l'astigmatisme du laser, c'est-à-dire l'impossibilité de focaliser le faisceau de façon nette en un seul plan sans optique de correction. De ce fait, plusieurs lentilles sont nécessaires pour focaliser le rayonnement émis par une facette. Ceci nécessite un dispositif coûteux qui rend ces types de lasers relativement peu pratiquespour les applications nécessitant une focalisation du faisceau, comme l'enregistrement et la reproduction sur

disque optique.

En outre, la fabrication de ces lasers à hétérostructure enterrée est difficile. Une seconde phase de croissance est nécessaire. On forme la région active en bande par un traitement d'attaque préférentielle après achèvement de la croissance de la structure laser pour former la couche active bidimensionnelleo Après formation de la région active en bande, on commence la seconde phase de croissance. On rencontre des difficultés qui résultent d'un mouillage non uniforme du GaAlAsdelaseconde phase. Il en résulte qu'il se produit une croissance non uniforme sur la couche de GaAlAs de la première

phase qu'on a fait croitre précédemment.

Avant la seconde phase de croissance, on doit attaquer une partie de la couche de GaAlAs de la première phase, qu'on a fait croitre précédemment, pour obtenir une certaine uniformité du mouillage au cours de la croissance du GaAlAs de la seconde phase. Cependant, il n'y a aucun mcyen de déterminer si l'attaque effectuée après coup est uniforme

sur toute la surface attaquée.

L'invention apporte deux perfectionnements principaux aux lasers à hétérostructure enterrée en bande de l'art antérieur. Un premier et important perfectionnement consiste dans l'utilisation d'une bande de guide d'onde transparente ou passive à proximité des facettes- du laser qui assure un confinement optique du rayonnement dans la bande, dans les deux dimensions transversales par rapport à la direction de propagation. La bande passive est couplée à une région active du laser qui assure également un confinement optique du rayonnement qui se prcpage et qui ne s'étend pas jusqu'aux facettes d'extrémité du laser à injection. Cette combinaison d'une bande de guide d'onde passive assurant un confinement optique et-d'une région active assurant un confinement optique permet d'obtenir des puissances de sortie plus élevées, une faible divergence du faisceau, la maîtrise du mode transverse fondamental et de plus faibles seuils de courant de fonctionnement, atteignant 20 % à 30 %, et elle élimine pratiquement

l'astigmatisme du laser.

Un second perfectionnement consiste dans la formation d'une bande combinée active et passive, assurant le confinement optique et le couplage optique, obtenue par une attaque ramenant jusqu'au substrat, afin d'améliorer la qualité du mouillage et d'obtenir une croissance uniforme partant du

substrat du laser au cours de la seconde phase de croissance.

Le laser à hétérostructure correspondant à un mode de réalisation de l'invention comprend plusieurs couches semiconductrices contiguës formées par dépôt épitaxial sur un substrat semiconducteur0 L'une de ces couches est une couche active et elle a une bande interdite plus étroite et un indice de réfraction plus élevé que les couches de gaine qui lui sont imn, édiatement adjacentes, au moins, pour permettre la recombinaison des porteurs ainsi que la propagation du rayonnement entre des facettes d'extrémité transversales du laser, dans des conditions donnant lieu

à un effet laser.

La propriété de confinement optique de la bande

active et passive peut être obtenue de différentes manières.

Elle peut être obtenue par des différences de composition des matières, de dopage ou d'épaisseur dans les régions dans lesquelles le rayonnement se propage ou dans des positions adjacentes à ces régions. On peut par exemple réaliser ceci en formant des régions diffusées de façon préférentielle ou en formant une combinaison de régions diffusées de façon préférentielle et de régions non planes. Selon une variante, on peut obtenir ces variations de composition, de dopage et/ou d'épaisseur par diffusion, par attaque chimique, par croissance cristalline préférentielle, par érosion ionique

ou par implantation ionique.

Dans le cas de différences de composition, la bande active peut être environnée par de la matière ayant un indice de réfraction inférieur et une bande interdite plus large. La bande de guide d'onde passive peut consister en un prolongement formé avec un couplage bout à bout entre la bande active et la facette d'extrémité, ou en une bande contiguë adjacente s'étendant entre des facettes d'extrémité et couplée en biseau avec la bande active. Dans un cas comme dans l'autre, la bande active est confinée au point de vue optique, c'est-à-dire qu'elle est environnée par de la matière ayant un indice de réfraction inférieur et une bande interdite plus large produisant un confinement optique, sauf par rapport à la matière de la bande active. Dans le cas de prolongementsen couplage bout à bout, les prolongements peuvent être formés, au cours de la croissance épitaxiale, avec des différences de composition de matière par rapport à la bande active, ou bien ils peuvent avoir les mêmes différences de composition mais un dopage et un type de conductivité différents, par rapport à la bande active. La

24936 16

bande active formée au moyen de différences de dopage est

créée par des techniques de diffusion préférentielle.

La bande de guide d'onde passive peut également comprendre une couche de guide d'onde non plane avec une région d'épaisseur accrue qui est un composant de guide d'onde de la cavité optique du laser. La cavité est alors optiquement équivalente à une cavité optique formée par des différences de composition de matière, du type mentionné

au paragraphe précédent.

Une partie au moins du rayonnement qui se propage et qui est généré dans la bande active pénètre dans la bande de guide d'onde passive et est confinée optiquement dans la bande passive, entre la bande active et les facettes d'extrémité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisatione OEise

référant aux dessins annexés sur lesquels les coupes ne sont pas hachurées, pour faciliter la compréhension par l'image des structures lasers décrites, et sur lesquels: La figure 1 est une représentation isométrique éclatée et schématique d'un laser à hétérostructure enterrée de l'art antérieur comportant une couche de guide d'onde passive; La figure 2 est une représentation isométrique éclatée et schématique du laser à hétérostructure enterrée conforme à un mode de réalisation de l'invention; La figure 3 est une vue en plan du laser représenté sur la figure 2; La figure 4 est une vue en élévation du laser représenté sur la figure 2; La figure 5 est une coupe longitudinale du laser représenté sur la figure 2, selon la ligne 5-5 de la figure 3 La figure 6 est une coupe du laser représenté sur la figure 2, selon la ligne 6-6 de la figure 5; La figure 7 est une coupe longitudinale d'un laser à hétérostructure enterrée conforme à un autre mode de réalisation de l'invention et comportant une bande très mince ayant une bande interdite large, entre les bandes active et passive du laser; La figure 8 est une coupe du laser représenté sur la figure 7, selon la ligne 8-8 de cette figure; La figure 9 est une coupe longitudinale d'un laser à hétérostructure enterrée conforme à un autre mode de réalisation de l'invention et comportant une bande de guide d'onde passive supplémentaire, de façon que le rayonnement qui est généré dans la bande active scit couplé vers les deux bandes de guide d'onde passives La figure 10 est une coupe du laser représenté sur la figure 9, selon la ligne 10-10 de cette figure; La figure 11 est une coupe lorgitudinale d'un laser à hétérostructure conforme à un autre mode de réalisation de l'invention qui comporte une région diffusée et une région de guide d'onde supplémentaire qui fait fonction de bande de guide d'onde; La figure 12 est une coupe du laser représenté sur la figure 11, selon la ligne 12-12 de cette figure; La figure 13 est une coupe longitudinale d'un laser à hétérostructure conforme à un autre mode de réalisation de l'invention et comprenait une bande active formée par croissance différentielle; La figure 14 est une coupe du laser représenté sur la figure 13, selon la ligne 14-14 de cette figure; La figure 15 est une vue en plan du laser représenté sur la figure 13; La figure-16 est une coupe longitudinale d'un laser à hétérostructure conforme à un autre mode de réalisation de l'invention et comprenant une région diffusée centrale; La figure 17 est une coupe du laser représenté sur la figure 16, selon la ligne 17-17 de cette figure; et La figure 18 est une vue en plan du laser représenté

sur la figure 16.

Le laser à hétérostructure enterrée 10 qui est représenté sur la figure 1 est similaire aux hétérostructures enterrées en bande récentesde l'art antérieur, à l'exception du fait que la bande ou région active étroite 18 ne s'étend pas jusqu'aux facettes de miroir clivées 28 et 30. Le laser 10 I est formé par plusieurs couches semiconductrices, par exemple en GaAs et GaAlAs ayant des niveaux de dopage, des épaisseurs et des compositions variables. Le substrat 12 peut être en GaAs de type n. Les couches 14 et 20 peuvent être respectivement en Ga0 Ai 3As de type n et en Ga0 Ai 3As de type p. La région ou bande active enterrée 18 peut être en GaAs de type n ou de type p, ou elle peut contenir une faible quantité d'aluminium, correspondant par exemple à la composition Ga Ai95 A 5As. La couche de guide d'onde passive 16 peut

être en Ga O8Al 2As de type n.

La couche de contact 22 peut être en GaAs de type p avec une implantation de protons dans la région 23 pour former une région à résistivité élevée et pour créer des moyens de confinement de courant se présentant sous la forme d'une

bande 26 comme il est connu.

Un contact métallique 24 est déposé sur la face inférieure du laser 100 La bande active 18 peut avoir environ 5 à 10 jum de largeur et s'étendre jusqu'à 50 à 100, des facettes clivées 28 et 30. La bande active 18 est couplée 'optiquement à la couche de guide d'onde passive 16 par des coupleurs

biseautés 19.

La bande active 18 avec ses coupleurs d'extrémité biseautés 19 peut être être formée après une première phase de croissance employant l'épitaxie en phase liquide, le dépôt chimique en phase vapeur organo-métallique ou l'épitaxie par jet moléculaire. Le processus de croissance est poursuivi jusqu'à la formation d'une couche active. A ce point on effectue une attaque sélective de la couche active, par masquage préférentiel, pour créer la bande active 18. La seconde phase de croissance de couches, correspondant aux couches 20 et 22, peut alors être effectuée par épitaxie

en phase liquide, par dépôt chimique en phase vapeur organo-

métallique ou par épitaxie par jet moléculaire. Si on effectue la seconde phase de croissance par épitaxie en phase liquide, on doit modifier la teneur en aluminium de la couche 16 afin de faciliter la croissance,et la région active 18 ne doit pas contenir d'aluminium. Parexemple, la couche de guide d'onde 16 peut être en Ga. gAl- As de type n (faible teneur en aluminium) et la bande active 18 peut être en GaAs de type n ou p. Ceci résulte du fait que le GaAlAs résiste au mouillage pendant la croissance par épitaxie en phase liquide. Le brevet US 4 190 813 propose une autre solution à ce problème du mouillage et de la croissance ultérieure par épitaxie en phase liquide sur des composés des groupes III-V contenant de l'aluminium, consistant à laisser une couche active très mince de GaAs de type p, d'une épaisseur de 20 nm, pendant l'attaque préférentielle, de façon que la couche 20 contenant de l'aluminium mouille et croisse uniformément pendant la seconde phase de croissance par épitaxie en phase liquide. Il est cependant di:Ucile de maîtriser l'opération d'attaque pour laisser une couche uniforme de GaAs ayant une section d'aussi

faible épaisseur.

L)éemploi de la fabrication à deux phases conforme à l'invention permet d'éliminer à tout point de vue ces

difficultés d'attaque et de mouillage.

Une caractéristique souhaitable dans le laser 10 consiste en ce que le couplage vers la couche de guide d'onde 16 du rayonnement qui se propage ne produit qu'une faible dégradation du miroir au niveau des facettes 28 et 30, du fait que ces régions ne sont pas pompées de façon active et ne sont pas le siège d'une recombinaison de porteurs. Du fait qu'aucune recombinaison n'a lieu dans ces régions, il n'y a aucune nécessité d'employer des revêtements de protection

de facettes et la durée de vie du laser est fortement améliorée.

Le laser 10 comportant la bande active 18 assure un bon guidage d'onde latéral, de même que les hétérostructures enterrées en bande de l'art antérieur. Cependant, le guidage d'onde latéral est perdu dans les régions d'extrémité 29 du fait que l'onde qui se propage peut s'étaler dans la couche de guide d'onde transparente bidimensionnelle 16. En outre,

cette structure conduit à un astigmatisme du faisceau laser.

Cette configuration géométrique de la structure forme deux ouvertures de rayonnement séparées dans l'espace dans le guide d'onde 16, au niveau de la région d'extrémité 29, et l'une d'elles est à la position des coupleurs 19 tandis que l'autre est aux facettes d'extrémité 28 et 30. En outre, la fabrication permet difficilement de définir avec précision la longueur de la région 29 entre le coupleur biseauté 19 et les facettes d'extrémité 28 et 30o Le degré d'astigmatisme du laser est difficile à maltriser. L'invention permet cependant d'éliminer ces difficultés. Le laser 30 représenté sur les figures 2 à 6 fait disparaître les difficultés mentionnées. On fabrique le laser 30 par une procédure de croissance en deux phases. La partie de la structure du laser qui est prcduite au cours de la première phase de croissance est désignéepar la référence -1 et la partie de la structure qui est produite au cours de la seconde phase de croissance est désignée par la référence

30-2.

La structure 30-1 comprend plusieurs couches

semiconductrices déposées par épitaxie sur le substrat 32.

Le substrat 32 peut être par exemple en GaAs de type n. Les couches de gaine 34, la bande de guide d'onde passive ou transparente 36, la bande active 38, la bande de gaine 40 et la bande de contact 42 (qui sont toutes des couches déposées initialement par épitaxie soumises ensuite à une attaque préférentielle pour donner la structure mesa 33) peuvent avoir respectivement les compositions suivantes: Ga1 AdAldAs de type n, Gal cAlcAs de type n, Ga _bAlbAs de type p,

Ga aAlAs de type p et GaAs de type p+, avec a,d> c> b.

1-a a La structure 30-2 comprend plusieurs couches serniconductrices 44, 46 et 48 déposées par épitaxie sur le substrat 32 tandis que la structure nimsa 33, alors terwiinée,est masquée. Les couches 44, 46 et 48 peuvent avoir les compositions respectives suivantes: Ga AlxAs 1-x x de type p, Ga1_yAlyAs de type n et GaAs de type n, avec x, y>a, d. Ces couches de confinement peuvent également

être dopées avec Ge ou O pour avoir une résistance élevée.

Ce dopage de ces couches assure le confinement du courant dans la structure mésa 33o On peut employer d'autres moyens de confinement du courant, comme par exemple des bandes

d'oxyde ou l'implantation de protons.

Le tableau 1 donne des exemples de plages d'épaisseur et de composition pour les couches du laser 30

TABLEAU I

Couche Comuosition Eaisseur lm) 34 d = 0,2 - 0,5 1 - 3 36 c = 0,1 - 0,2 t = 0,2 - 2 38 b = 0,0 - 0,2 0,05 - 1 a = 0,2 - 0,5 1 - 3 44 x = 0,2 - o0, 4* ** 46 y = 0,2 - 0,4* ** * peut aller jusqu'à 0,65 avec dopage par Ge ou O ** non critique sauf en ce qui concerne la hauteur relative

le long de la structure mésa 33.

La largeur W de la structure mésa 33 peut être dans

la plage d'environ 2 à 20m1.

Une autre technique pour fabriquer la structure -2 consisterait à faire croître par épitaxie une seule couche 44 en Ga xAlxAs de type p, d'une épaisseur égale à celle des couches combinées 44, 46 et 48 Cette couche pourrait être dopée par Ge ou O pour avoir une résistance élevée.e On termine le laser 30 avec un contact métallique déposé sur la bande 42 et une métallisation 52 déposée sur la surface inférieure du substrat 32. Lorsque le laser est polarisé en.sens direct par l'intermédiaire des contacts 50 et 52, une recombinaison de porteurs se produit dans le plan de la jonction p-n au niveau de la bande active 38. Le rayonnement qui se propage est couplé par les régions de couplage 39 de la bande active 38 vers la bande de guide d'onde 36, avec réaction optique et sortie sur les facettes d'extrémité 54 et 56 et avec émission laser dans la région 58 On peut rendre le faisceau de sortie pratiquement symétrique en donnant aux dimensions W et t des valeurs presque égales. Du fait que le rayonnement est guidé à la fois dans les plans latéraux et verticaux du laser, la région rétrécie du faisceau ne se trouve que sur la facette d'extrémité, ce qui fait qu'il n'y a aucun astigmatisme

notable.

Un avantage supplémentaire de la structure du laser 30 consiste dans la réduction du seuil laser, à cause du guidage d'onde dans la dimension transversale, par confinement optique, dans la direction de propagation du rayonnement vers les facettes dl extrémité du laser. Aucune recombinaison de porteurs n'a lieu au niveau des facettes 54 et 56 et il y a un bon guidage d'onde latéral le long de la bande active 38. La propagation du rayonnement est confinée aux bandes passive et active 36 et 38 et le courant est pratiquement confiné à la structure mèsa 33. La propagation du mode transverse fondamental peut être optimisée du fait que les modes d'ordre supérieur ont un plus grand étalement du faisceau et sont incapables, au point de vue géométrique, de se propager dans les limites des bandes active et passive 36 et 38 et ils rayonnent vers la matière adjacente ayant un

indice inférieur et une bande interdite plus large.

Le laser 60 représenté sur les figures 7 et 8 est identique au laser 30, avec l'adjonction d'une bande mince 37, consistant par exemple en Ga1e AIeAs de type n, avec

e> c. Cette bande est très mince, par exemple 100 nm ou moins.

La fraction molaire e peut être d'environ 0,2 à 0,6. Cette fraction molaire peut être supérieure à la fraction molaire a ou d. Ceci n'est cependant pas nécessaire pour le bon

fonctionnement de la bande 37.

La bande 37 fait fonction de barrière pour les porteurs de charge, ce qui fait qu'il n'y a pas de fuite de charges vers le guide d'onde optique 36. Cependant, la bande 37 permet au rayonnement qui se propage de s'étaler vers le bas dans le guide d'onde 36, comme il est indiqué en 35. Ainsi, la bande active 38 et la bande passive 36

forment un guide double pour le rayonnement qui se propage.

Le laser 70 représenté sur les figures 9 et 10 est identique au laser 30 avec l'adjonction d'une couche de guide d'onde passive 41, contiguë à la bande active 38 et à la couche de gaine 40. La bande 41 peut par exemple consister en Ga1 AlfAs de type p, avec f égal ou presque

Z4936166

égal à c.

La procédure de croissance épitaxiale pour le laser est un peu différente de la procédure pour les lasers et 60 On poursuit la croissance épitaxiale jusqu'à la formation de la couche active. On forme ensuite la bande active 38 par attaque sélective de la couche active. On commence ensuite une seconde phase de croissance au cours de laquelle on dépose par épitaxie les couches initiales desinées à la formation des bandes 41, 40 et 42 On emploie ensuite un masquage destiné à la formation de la structure mésa centrale 72, avec une attaque préférentielle des c8tés de la structure,et l'attaque atteint le substrat, comme le montre le plus clairement la figure 10o On notera que la structure mésa 72 diffère de la structure mésa 33 du laser 30 dans la mesure o les bandes 41, 40 ou 42 s'étendent jusqu'aux facettes d'extrémité 54 et 56 du laser 70, On effectue ensuite une troisième phase de croissance épitaxiale (par épitaxie en phase liquide, épitaxie par jet moléculaire ou dépôt chimique en phase vapeur organo-métallique), avec masquage de la surface supérieure de la structure mésa 72 et croissance de couches 44, 46 et 48, ce'qui remplit ainsi les cStés de la structure. Ici encore, ces trois couches peuvent 9tre formées par une seule couche de GaAlAs ayant une résistivité

élevée grâce à un dopage par Ge ou 0.

On peut employer une couche de confinement, comme la couche 37 dans le laser 60 de la figure 7, de chaque côté de la bande active 38 du laser 70, On peut procéder de la manière suivante pour la fabrication des lasers 30, 60 et 70. On forme la structure mésa par la procédure classique pour une hétérostructure enterrée, décrite par exemple dans l'article de To Tsukada, Journal of Applied Physics, Vol. 45, page 4899 et suivantes (1974)o On peut tout d'abord faire croître les couches 34, 36, 38, 40 et 42 par épitaxie en phase liquide, dépSt chimique en phase vapeur organométallique ou épitaxie par jet moléculaire, En utilisant la photogravure classique, on délimite la région à attaquer par masquage et exposition sélectifs, en effectuant une attaque préférentielle qui descend jusqu'à la couche 36. Un masquage approprié permet de former une structure mésa centrale comprenant seulement les bandes 38, 40, 42. On forme les régions de couplage biseautées 39 au cours de l'attaque, à cause du type d'agent d'attaque employé. On peut également former cette structure mésa centrale par erosion ionique ou par attaque ionique réactive. Cette première procédure d'attaque est ensuite suivie d'une seconde procédure d'attaque. Cette seconde procédure consiste à appliquer une résine photosensible sur la structure mésa allongée et partiellement formée, pour protéger la structure mésa et ses extrémités formées. On applique cette seconde attaque à la structure latérale adjacente à la structure mésa partiellement formée. L'attaque se poursuit en descendant jusque dans le substrat 32, comme l'indique la figure 2. A ce moment, la structure mésa 33

et la structure 30-1 sont complètement formées.

Si on utilise pour la seconde phase de croissance des techniques de croissance telles par exemple que le dépôt chimique en phase vapeur organo-métallique ou l'épitaxie par jet moléculaire, plutôt que l'épitaxie en phase liquide, une attaque allant au-delà de la région active sans se poursuivre jusqu'au substrat ou à l'intérieur de celui-ci

peut être suffisante.

On termine ensuite le dispositif laser par la seconde phase de croissance, en employant ltépitaxie en

phase liquide, le depôt chimique en phase vapeur organo-

métallique ou l'épitaxie par jet moléculaire. Cette croissance forme les couches 44, 46 et 48.(structure 30-2), Une autre procédure possible consisterait à éliminer la première phase d'attaque et à faire crottre les couches 34 à 42, avec formation sur place de la bande active 36, par des techniques de masquage qu'on peut employer avec le dépôt chimique en phase vapeur organo-métallique ou avec l'épitaxie par jet moléculaire. La seule attaque

est celle de la seconde phase d'attaque expliquée précédemment.

Cette phase d'attaque préférentielle se poursuit en descendant jusque dans le substrat et elle est suivie par la seconde 1 4 phase de croissance, expliquée précédemment, portant sur les

couches 44, 46 et 48.

La fabrication du laser 70 de la figure 9 s'effectue conformément à cette autre procédure, du fait que la bande active 38 est formée sur la couche déposée comprenant la bande 36, et que les couches 41, 40 et 42 déposées par la

suite, s'étendent jusqu'aux facettes d'extrémité 54 et 56.

On peut concevoir d'autres structures d'extrémité optiquement transparentes de façon qu'elles constituent un équivalent optique des bandes de guide d'onde passives des figures précédentes. Ces autres structures possibles sont

représentées sur les figures 11 à 18. Sur les figures 11 et 12, le laser 80 consiste en un laser à substrat en

forme de canal qui comprend un substrat 82, une couche de gaine 84 (Ga xAlxAs de type n), une couche de guide d'onde passive non plane 86 (. Ga1 Al As de type n), une couche active 88 (Ga1 Al As de type n), une couche de gaine 90 (Ga1 zAlzAs de type n), une seconde couche de gaine 92 (Ga zAl As de type p) et une couche de contact 94 (GaAs de

type p).

On forme par diffusion préférentielle une région de type p 96 dans la région centrale du laser 80,jusqu'à la frontière entre les couches 86 et 88, ce qui forme des régions de corps 92' et 94' de conductivité légèrement supérieure dans les couches de type p 92 et 94, et des régions de corps de type p 88' et 90' dans les couches 88 et 90. Une jonction

p-n est ainsi formée.dans la couche active 88.

Le contact et le confinement du courant sont assurés par la région de diffusion 96 et par la bande contact 1000 La bande 100 comporte les bandes d'oxyde 102 et la métallisation 1o4, comme il est bien connu. Le contact inférieur pour le

laser 80 est assuré par la métallisation 106.

La diffusion forme une jonction p-n 98 qui correspond à une largeur de bande interdite plus faible que celle de la jonction p-n à bande interdite plus large qui est formée entre-les couches 90 et 92. La recombinaison des porteurs se produit dans la jonction 98 pour des seuils de courant très inférieurs à tout seuil de conduction des jonctions p-n à bande interdite plus large qui demeurent entre les couches 90 et 92. Ainsi, ces dernières jonctions bloquent effectivement le passage du courant à travers ces régions d'extrémité, ce qui empêche pratiquement la circulation du courant près des facettes d'extrémité 93 et 95. La recombinaison des porteurs se produit dans la jonction p-n 98, dans la région de bande 88t, lorsque le laser 80 est polarisé en sens direct et lorsqu'un rayonnement se propage entre les facettes d'extrémité 108 et 110 dans les couches 86 et 88. Aucune recombinaison de porteurs ne se produit dans les régions 88' de la couche 88. Une partie du rayonnement se propage dans la région de bande active 88' et est couplée vers la région agrandie 112 de la couche de guide d'onde 86. La variation d'épaisseur de la couche 86, sa partie agrandie 112 et les fLgions actives 88' ont pour action conjointe de faire propager le rayonnement dans une "bande invisible" entre les facettes d'extrémité 93 et 95. Du fait de la région plus épaisse non plane 112 dans la couche 86, le rayonnement qui se propage favorise cette région en ce qui concerne la propagation dans les couches 86 et 88. Cette région fonctionne de la même manière que la bande 36 dansle laser 30, c'est-à-dire que la région 112 est optiquement équivalente à la bande 360 Ainsi, le laser 80 comporte une région non absorbante au niveau des facettes et il élimine l'astigmatisme du laser de la même manière que le laser 30

de la figure 2.

Sur les figures 13 à 15, le laser 120 comprend un substrat 122, une bande de gaine 124, une bande active 126,

une bande de gaine 128 et une bande de contact 130.

La bande active 126 est constituée par une bande active 126' en Ga YAlyAs de type p ou n et par des bandes de guide d'onde passives 126" juxtaposées, en Ga zAlzAs, avec z légèrement supérieur à y mais de préférence moins grand que m ou x. Le laser 120 convient particulièrement à la fabrication par épitaxie par jet moléculaire du fait de la nature composite de la bande 126. On dépose tout d'abord sur un substrat 122 en GaAs de type n une couche, comprenant la bande 124, en Ga XAl XAs de type n. On forme ensuite une i6 couche comprenant la bande 126, en employant une structure de masque fixe et/ou tournante entre les sources d'éléments Ga, AI, As et l'élément de dopage dans la chambre à vide d'épitaxie par jet moléculaire. La structure de masque positionnée correctement empêche le dépôt de l'agent de dopage dans les régions 126", tout en permettant un plus grand dépôt épitaxial de-Al que de Ga dans ces mêmes régions. Ces

techniques de masquage sont connues.

On achève le dépôt épitaxial par le dépôt de couches de Ga MAlMAs de type p et de GaAs de type p. Une fois que ces couches ont été formées par épitaxie, on accomplit une attaque préférentielle latérale dans le substrat 122, comme la figure 14 le montre le mieux. Ceci forme d'une facette à l'autre la structure mésa centrale 132 comprenant les bandes 124-130. Une seconde phase de croissance épitaxiale, avec masquage de la surface supérieure de la structure mésa, forme des régions 133 en GaAlAs dopé au Ge, pour assurer le confinement du courant dans la structure mésa 132. La connexion de courant avec la structure mésa 132 est formée d'une manière classique par la bande de contact 134 qui comprend les bandes d'oxyde 136 et la métallisation 138. Le

contact inférieur est assuré par une métallisation 140.

Le laser 120 diffère des structures de laser précédentes dans la mesure ou il ne comporte pas de bande de guide d'onde transparente ou passive couplée par un biseau à la bande active enterrée. A la place, les bandes 126" sont couplées bout à bout à la bande active 126', Le résultat final obtenu est le même, dans la mesure o le rayonnement qui est créé dans la bande active se propage et est couplé vers une bande de guide d'onde passive qui permet la propagation jusqu'aux facettes d'extrémité 142 et 144, pour la réaction et l'émission à partir des facettes, Dans un cas comme dans l'autre, la région rétrécie du faisceau n'apparaît qu'au niveau des facettes 142 et 144, ce qui assure la maîtrise du mode fondamental, élimine pratiquement l'astigmatisme du laser et autorise des seuils de fonctionnement inférieurs, Sur les figures 16 à 18, le laser 150 comprend un substrat 152, une bande de gaine 154, une bande active 156, une bande de gaine 158, une seconde bande de gaine 160 et une bande de contact 162o On forme initialement les bandes 154-162 sous la forme de couches épitaxiales par l'une quelconque des techniques d'épitaxie en phase liquide, d'épitaxie par jet

moléculaire ou de dépôt chimique en phase vapeur organo-

métallique. On dépose par exemple une couche de Gal xAlxAs de type n, comprenant la bande 154, sur un substrat.152 en GaAs de type n. Ceci est suivi par le dépôt de la couche Ga YAl As de type n, comprenant la bande 156, et de la couche

de Ga mAlmAs de type n, comprenant la bande 158.

On procède ensuite au dépôt épitaxial sur les couches n déposées précédemment de couches de type p en Ga mAlmAs et en GaAs, qui comprennent respectivement les bandes 160 et 162o Après ces dépôts de couches, on effectue une diffusion préférentielle de type p sur la structure, comme l'indiquent les lignes en pointillés 164, en descendant dans la couche active de Ga yAlyAs de type p. Cette diffusion convertit les régions 156' et 158' en régions diffusées de type p et elle forme une jonction p-n en 166o Ainsi, la jonction p-n formée à l'origine entre les couches comprenant les bandes 158' et 160' est déplacée vers le bas dans la couche active

ou à travers cette dernière, pour former une jonction p-n 166.

La jonction 166 a une bande interdite moins large que la bande interdite de la jonction p-n d'origine formée entre ces deux couches de Ga mAlmAso On accomplit ensuite dans le substrat 152 une attaque latérale préférentielle, comme la figure 17 le montre le plus clairemento Ceci forme d'une facette à l'autre la structure m6sa centrale 168 qui comprend les bandes 154-162o Une seconde phase de croissance épitaxiUe, avec la surface supérieure de la structure m6sa masquée, forme des régions 169 en GaAlAs dopé au Ge, pour assurer le confinement du courant dans la structure mêsa 168. Le confinement du courant dans la structure mésa 168 est obtenu d'une manière classique par la bande de contact 170 qui comprend les bandes d'oxyde 172 et la métallisation 174o Le contact inférieur est constitué par une métallisation 176o La structure mésa 168, comportant les bandes 154-162, comprend également la région centrale de corps 178, qui est une région diffusée de type p constituée par les régions de bandes 156' - 162'. A ce titre, la région de corps 178 du laser 150 diffère de la région diffusée 96 du laser 80 dans la mesure o la région 178 forme la structure mésa 168 tandis que la région 96 est une région formée dans plusieurs

couches déposées.

Les jonctions p-n à bande interdite plus large qui demeurent entre les bandes 158" et 160' des bandes 158 et bloquent le passage du courant a travers ces régions et, par conséquent, elles suppriment pratiquement la circulation

de tout courant près des facettes d'extrémité 180 et 182.

La recombinaison des porteurs a lieu dans la jonction 166 avec des seuils de courant très inférieurs à tout seuil de conduction possible des jonctions à bande interdite plus

large qui sont formées entre les bandes 158'" et 160".

Le laser 150 présente les caractéristiques du laser dans la mesure o il comporte des régions de bande d'extrémité 156", dans la bande active 156, ayant un type de conductivité opposé à celui de la région de bande active 156'. Lorsque le laser 150 est polarise en sens direct, une recombinaison de porteurs a lieu dans la région 156', tandis que les régions de type n 156" ne sont pas pompées. Ces régions de bande 156" constituent des bandes de guide d'onde passives qui permettent la propagation du rayonnement jusqu'aux facettes d'extrémité 180 et 182, pour la réaction et l'émission à partir des facettes. Ici encore, la partie rétrécie du faisceau n'apparaît qu'au niveau des facettes 180 et 182, ce qui offre les caractéristiques de maîtrise du mode fondamental, d'élimination pratique de l'astigmatisme et de seuils de fonctionnement inférieurso On peut employer d'autres matières cristallines semiconductrices, comme celles contenant les éléments In, Ga, A1, As, P, Sb, Sn et Te ou d'autres matières photoémettries, à la place de GaAs/GaAlAs. On peut également

2 4936 16

employer d'autres moyens de confinement de courant connusà

la place de ceux indiqués.

En outre, les épaisseurs et les compositions indiquées ne sont destinées qu'à fournir une indication des valeurs réelles. En pratique, il se peut que ces épaisseurs et ces compositions s'écartent des exemples et des plages suggérés, dans le but d'optimiser un type particulier de comportement du laser. Il faut calculer les compositions et les épaisseurs nécessaires pour optimiser certains paramètres de performances

pour chaque laser qu'on conçoit.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent 4tre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir

du cadre de l'invention.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   1o Laser à hétérostructure caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs couches semiconductrices contiguës déposées par épitaxie sur un substrat (32), l'une de ces couches (38) étant une couche active et ayant une bande interdite moins large et un indice de réfraction plus élevé que des couches de gaine (34, 40), au moins, immédiatement adjacentes à la région active, pour permettre la recombinaison des porteurs et la propagation du rayonnement entre des facettes d'extrémité transversales (54, 56) du laser en présence de conditions donnant lieu à un effet laser; des moyens (44, 46, 48) formés sur le laser et/ou dans celui-ci dans le but de confiner le courant à une partie de la région active; des moyens dans la région active qui sont destinés à confiner optiquement le rayonnement qui se propage dans cette région, dans les deux dimensions transversales par rapport à la direction de propagation, les extrémités (39) de cette région active se trouvant en retrait par rapport aux facettes d'extrémité; et des moyens de guidaged'onde passifs (46) s'étendant à partir des facettes d'extrémité, en couplage optique avec la région active, de façon à-recevoir une partie au moins du rayonnement qui se propage, ces moyens de guidage d'onde passifs assurant un confinement optique du rayonnement qui se propage à l'intérieur, dans deux dimensions transversales par rapport à la direction de propagation.
2. 2. Laser à hétérostructure selon la revendication 1,

   caractérisé en ce que les moyens de guidage d'onde passifs-

   (36) consistent en une bande allongée contiguë à une surface de la région active (38), et cette bande de guide d'onde passive s'étend sur toute la longueur entre les facettes d'extrémité (54, 56) et les extrémités (39) de la région active sont couplées en biseau à la bande de guide d'onde passive.
3. 3. Laser à hétérostructure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une bande barrière (37) ayant une section de très faible épaisseur qui est formée entre la région active (38)et la bande de guide d'onde passive (36), et l'épaisseur minimale de cette bande barrière est suffisante pour confiner les porteurs injectés dans la région active mais permet l'extension du rayonnement qui se propage dans

   la bande de guide d'onde passive.
4. 4. Laser à hétérostructure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde bande de guide d'onde passive (41) contiguë à la surface de la région active (38) du c8té de cette dernière éloigné de la première bande

   de guide d'onde passive (36).
5. 5. Laser à hétérostructure selon larevendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage d'onde passifs sont constitués par deux bandes de guide d'onde passives (126") ayant un indice de réfraction et une bande interdite plus large que la région active (126t), chacune de ces bandes étant couplée bout à bout à une extrémité de la région active et s'étendant depuis cette extrémité jusqu'à une facette

   d'extrémité (142, 144) du laser.
6. 6. Laser à hétérostructure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage d'onde passifs sont formés par une diffusion préférentielle (164) située en position centrale et d'un type de conductivité opposé, qui

   est réalisée dans la région active (156).
7. 7. Laser à hétérostructure selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de guidage d'onde passifs sont constitués par deux bandes de guide d'onde passives (156") formant une partie intégrante de la région active (156) et s'étendant entre les extrémités de cette région active et les facettes d'extrémité, ces bandes de guide d'onde passives étant d'un type de conductivité opposé à celui de la région

   active.
8. 8. Laser à hétérostructure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de confinement optique comprennent une région centrale (96) formée par diffusion préférentielle dans la région active (88) pour former une jonction dans la région active, cette région diffusée s'arrêtant en retrait par rapport aux facettes d'extrémité (108, 110); et une couche de guide d'onde passive (86), non plane et contiguë à la région active au niveau de la surface de cette dernière éloignée de la région diffusée; et en ce que la couche de guide d'onde comprend une. région épaisse allongée (112) alignée avec la région diffusée et s'étendant entre les facettes d'extrémité, et les moyens de guidage d'onde passifs sont formés par la combinaison de la région épaisse (112) de la couche de guide d'onde passive

   et des'régions non diffusées (88") de la région active (88).