FR2494049A1 - Laser a semiconducteurs - Google Patents
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Abstract
DANS LE LASER A SEMICONDUCTEURS SELON LA PRESENTE INVENTION, UNE COUCHE-ELECTRODE SEMICONDUCTRICE 3C EST SENSIBLEMENT EN CONTACT AVEC UNE SECONDE COUCHE DE RECOUVREMENT 2C D'UN CORPS 2 A COUCHES STRATIFIEES ET POSSEDE UNE FAIBLE RESISTIVITE SPECIFIQUE; UNE TROISIEME COUCHE DE RECOUVREMENT DU CORPS 2 EST MUNIE D'UNE PREMIERE ELECTRODE 4; LE SUBSTRAT SEMICONDUCTEUR 1 EST MUNI D'UNE SECONDE ELECTRODE 5; LA COUCHE-ELECTRODE SEMICONDUCTRICE 3C EST MUNIE D'UNE TROISIEME ELECTRODE 6; ET UNE PREMIERE SOURCE DE COURANT EST BRANCHEE ENTRE LES PREMIERE ET TROISIEME ELECTRODES, TANDIS QU'UNE SECONDE SOURCE DE COURANT EST BRANCHEE ENTRE LES SECONDE ET TROISIEME ELECTRODES, L'AGENCEMENT ETANT TEL QUE DES PREMIERE ET SECONDE COUCHES ACTIVES 2B, 2D SONT SIMULTANEMENT LE SIEGE D'UNE OSCILLATION LASER ET EMETTENT DEUX FAISCEAUX LASER INDEPENDANTS SUSCEPTIBLES D'ETRE MODULES AVEC UNE VALEUR DE COURANT DE SEUIL FAIBLE.
Description
-Laser à semiconducteurs
La présente invention concerne un laser à semi-
conducteurs comportant une hétérostructure enterrée et elle a trait, plus particulièrement, à un laser à semiconducteurs capable d'émettre deux faisceaux laser indépendants admettant
une modulation.
On connait déjà un dispositif à diode émettrice de lumière dans lequel un élément simple à semiconducteurs permet d'émettre simultanément plusieurs faisceaux de lumière ayant
des longueurs d'onde différentes. Comme c'est le cas, par exem-
ple, dans les " diodes émettrices de lumière multicolore"
décrites dans le brevet U.S. NO 3 611 069. Avec l'élément semi-
conducteur décrit dans ce brevet, deux faisceaux lumineux pro-
ches l'un de l'autre et ayant des couleurs différentes sont émis simultanément de la jonction PN. Toutefois, ce dispositif décrit n'est pas adapté pour être utilisé tel quel avec un
laser à semiconducteurs, car le courant tend à se disperser.
Un autre laser à semiconducteurs connu du type à deux longueurs
d'onde est celui qui est décrit dans la revue "Appl.-Phys. Lett.
(8) 15 d'octobre 1979" page 588 (figure 1). Ce dispositif proposé a aussi pour inconvénient que le courant de seuil d'oscillation tend à s'élever, ce qui soulève des difficultés dans le cas du fonctionnement à la température ambiante, et que les deux faisceaux laser issusd'une couche active sont espacés l'un de l'autre par un intervalle important, de sorte qu'ils ne peuvent être introduits simultanément dans un seul faisceau de fibresoptiquee.Par conséquent, on ne peut pas réaliser avec un seul laser simple à semiconducteurs un émetteur utilisé dans la transmission optique dite à multiplexage de longueursd'onde
destinée à augmenter le volume de la transmission en transmet-
tant simultanément des signaux optiques comportant deux ou plus de deux longueurs d'onde. Il est donc indispensable d'avoir
recours à un collecteur d'ondes. En outre, si l'émetteur men-
tionné ci-dessus doit être formé par des dispositifs laser à semiconducteurs, dont chacun oscille sur un seul faisceau laser, il est alors nécessaire d'utiliser un prisme ou un filtre à interférence pour grouper les faisceaux laser émis par ces divers dispositifs laser à semiconducteurs. Toutefois, n'importe quel type d'émetteur classique a pour inconvénient d'avoir inévitablement de grandes dimensions en raison de la nécessité d'utiliser un collecteur d'ondes. Par ailleurs, cet émetteur muni d'un collecteur d'ondes a pour défaut, d'une part, que lorsque les ondes des faisceaux laser sont captées par le collecteur d'ondes, ces faisceaux laser ont tendance alors à se perdre dans la région dudit collector d'ondes et, d'autre
part, que la distance de transmission doit être plus courte.
Par conséquent, un laser classique à semiconducteurs présente des difficultés dans la construction sous une forme compacte d'un émetteur optique à multiplexage de longueurs d'onde dans lequel on n'utilise pas de collecteur d'ondes et on évite la
perte des faisceaux laser.
En outre, si on utilise comme émetteur optique un laser classique à semiconducteurs émettant un faisceau laser simple,
on rencontre des difficultés en ce sens que si le laser à semi-
conducteurs tombe en panne, il faut installer un nouveau laser à semiconducteurs, et que la réparation du laser à semiconducteurs
défectueux demande beaucoup de temps.
C'est pourquoi un objet de la présente invention est de créer un laser à semiconducteurs capable d'engendrer deux faisceaux laser de longueurs d'onde différentes avec un faible
courant de seuil.
Un autre objet de la présente invention est de créer un laser à semiconducteurs capable d'engendrer simultanément deux faisceaux laser de longueurs d'onde différentes à la
température ambiante.
Un autre objet encore de la présente invention est de
créer un laser à semiconducteurs dont les couches actives peu-
vent engendrer deux faisceaux laser indépendants susceptibles
de modulations et séparés par une distance extrêmement faible.
Un autre objet de la présente invention est de créer un laser à semiconducteurs compact qui n'exige pas de collecteur d'ondes, réduit à un minimum la perte des faisceaux laser et
est adapté pour être utilisé avec un émetteur optique a multi-
plexage de longueurs d'onde. Un autre objet encore de la présente invention est de créer un laser à semiconducteurs qui est pourvu de deux couches actives, et qui permet d'utiliser un faisceau laser issu d'une
des deux couches activées comme faisceau de rechange.
Pour atteindre les objets mentionnés ci-dessus, la présente invention permet de réaliser un laser à semiconducteurs qui comprend: un substrat semiconducteur d'un type de conductivité; un corps à couchesstratifiéesformé d'une première couche de recouvrement d'un premier type de conductivité, une première couche active, une seconde couche de recouvrement présentant un type de conductivité opposé au premier type de conductivité, une seconde couche active et une troisième couche de recouvrement du premier type de conductivité,toutes déposées successivement dans l'ordre mentionné sur une région désignée du substrat semiconducteur à partir de la surface de cette région; et
un corps à couches d'enterrement stratifiées qui en-
toure le corps précité à couches stratifiées en contact avec ce dernier et qui est formé d'une première couche d'enterrement, d'une couche- électrode semiconductrice d'un second type de conductivité et d'une seconde couche d'enterrement, toutes ces couches étant déposées successivement dans l'ordre mentionné sur le substrat semiconducteur à partir de la surface de ce
dernier, et qui est caractérisé par le fait que: la couche-
électrode semiconductrice est disposée sensiblement an contact avec la seconde couche de recouvrement et a une résistivité spécifique faible; la troisième couche de recouvrement est munie d'une première électrode; le substrat semiconducteur
est muni d'une seconde électrode; la couche-électrode semi-
conductrice est pourvue d'une troisième électrode; et ledit laser à semiconducteursest pourvu d'un moyen qui fournit un courant électrique et qui est formé d'une première source de courant branchée entre les première et troisième électrodes et d'une seconde source de courant branchée entre les seconde
et troisième électrodes.
On peut réaliser la première couche d'enterrement en superposant la seconde couche semiconductrice du premier type de conductivité à la première couche semiconductrice du second type de conductivité en formant une jonction PN. Ou bien encore, ladite première couche d'enterrement peut être formée par une couche semiconductrice à résistance élevée. On peut former la
seconde couche d'enterrement en superposant une quatrième cou-
che semiconductrice du second type de conductivité à la troi-
sième couche semiconductrice du premier type de conductivité en formant une jonction PN. Ou bien encore, ladite seconde
couche d'enterrement peut 8tre formée par une couche semi-
conductrice à résistance élevée.
On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:
la figure t est une vue en coupe d'un laser à semi-
conducteursselon la présente invention, cette vue montrant la
connexion des électrodes respectives aux sources d'alimenta-
tion;
la figure 2 est une vue en coupe d'une couche semi-
conductrice conforme à la présente invention et réalisée suivant un agencement particulièrement préféré, cette vue montrant la connexion des électrodes respectives aux sources d'alimentation; la figure 3 montre graphiquement la relation entre un courant continu qui circule entre les électrodes désignées de la figure 1 et une sortie optique; la figure 4 est un diagramme de spectre de la lumière laser émise par les différentes couches actives quand un courant continu déterminé circule entre les électrodes spécifiées de la figure 1; et
la figure 5 est une vue en coupe d'une couche semi-
conductrice selon un autre mode de réalisation de l'invention, cette vue montrant la connexion des électrodes respectives aux sources d'alimentation. On va maintenant décrire un laser à semiconducteurs
selon un des modes de réalisation de la présente invention.
Comme on peut le voir sur la figure 1, un corps 2 à couches stratifiées est formé sur la région désignée de la surface principale d'un substrat semiconducteur 1. Un corps 3 à couches d'enterrement stratifiées est formé dans la région désignée de la surface principale du substrat semiconducteur 1 dans un
état o il entoure la paroi latérale du corps précité 2 à cou-
ches stratifiées.
Le substrat semiconducteur t est formé d'un semi-
conducteur du type P contenant des cristaux des composés des groupes III et V de la classification périodique tel que InP
ou GaAs.
On réalise le corps 2 a couches stratifiées en formant successivement par une croissance en phase liquide ou en phase gazeuse une première couche de recouvrement 2a, une première couche active 2b, une seconde couche-de recouvrement 2c, une seconde couche active 2d et une troisième couche de recouvrement 2c sur la surface principale du substrat semiconducteur 1 dans
l'ordre numérique depuis ladite surface.
La première couche de recouvrement 2a et la troisième couche de recouvrement 2e sont des couches semiconductrices du
type P préparées à partir de la même matière que celle du sub-
strat semiconducteur 1. Si le substrat semiconducteur 1 est formé de cristaux de InP, alors la première couche active 2b
et la seconde couche active 2d sont formées de cristaux quater-
naires de GaInAsP. Si le substrat semiconducteur 1 est formé de
GaAs, alors les première, seconde et troisième couches de recou-
vrement sont formées respectivement de GaA As, et les première et seconde couches actives sont formées respectivement de
GaAs ou de GaAgAs. La seconde couche de recouvrement 2c inter-
calée entre les première et seconde couches actives 2b, 2d sont formées de couches semiconductrices de type N préparées à partir de la même matière que celle du substrat semiconducteur 1. Un masque préparé à partir, par exemple, d'une couche de dioxyde de silicium (SiO2), d'une couche d'oxyde d'aluminium (AE203), ou d'une couche de nitrure de silicium (Si3N4) est formé, par exemple, par pulvérisation ou dépôt d'une vapeur
chimique (CVD) sur la surface de la troisième couche de recou-
vrement 2e constituant la couche supérieure extrême du corps 2 à couches stratifiées. Après l'application d'un dessin au masque par photolitographie, on effectue une attaque à l'acide de
manière que subsistent les première à troisième couches de re-
couvrement 2a, 2c, 2e et les première et seconde couches acti-
ves 2d, 2b se trouvant toutes sous le masque, en obtenant ainsi
un corps 2 (figure 2) à couches stratifiées.
Une première couche semiconductrice 3a, une seconde couche semiconductrice 3b, une couche-électrode semiconductrice 3c, une troisième couche semiconductrice 3d et une quatrième couche semiconductrice 3e sont formées de façon successive par croissance en phase liquide ou en phase gazeuse sur la surface
du corps semiconducteur 1 exposé à une attaque à l'acide effec-
tuée dans la structure du corps 2 à couches stratifiées en
obtenant ainsi un corps 3 à couches d'enterrement stra-
tifiées. La couche-électrode semiconductrice 3c a une épaisseur définie de manière telle que cette couche-électrode 3c soit sensiblement en contact avec la paroi latérale de la seconde couche de recouvrement 2c afin de former un trajet pour le
courant. Ladite couche-électrode semiconductrice 3c a une con-
ductivité du type N opposée au type de conductivité du sub-
strat semiconducteur 1 et est formée, par exemple, par des
cristaux de GaInAsP, de InP, de GaAs ou de GaAEAs. Si l'élec-
trode semiconductrice 3c est formée, par exemple, de GaInAsP, alors l'attaque à l'acide a lieu légèrement sur la surface de la coucheélectrode semiconductrice 3c quand une partie des secondes couches d'enterrement 3d, 3e formées chacune de
InP est attaquée à l'acide afin de former la troisième élec-
trode 6, que l'on décrira par la suite, une grande commodité
étant ainsi offerte dans la formation d'un élément.
La couche-électrode semiconductrice 3c présente une densité de porteurnd'environ 2 x 1018 cmn3 et, en particulier, a une résistivité spécifique aussi faible que 0,003 4.cm et sert de trajet au courant. Les première et seconde couches actives 2b, 2d présentent une faible largeur de bande interdite., tandis que la couche-électrode semiconductrice 3c présente une largeur de bande interdite plus grande. Par conséquent, il est préférable que la couche-électrode semiconductrice précitée 3c
présente un indice de réfraction plus petit que celui des pre-
mière et seconde couches actives 2b, 2d. Si on laise l'élec-
trode semiconductrice 3c présenter une largeur de bande inter-
dite importante et un faible indice de réfraction, on est assuré des avantages suivants, à savoir que si une partie de la couche-électrode semiconductrice 3c doit être en contact avec
les première et seconde couches actives 2b, 2d par suite d'er-
reurs de fabrication d'un élément semiconducteur, alors la
couche-électrode semiconductrice 3c peut effectivement inter-
rompre un trajet de courant et un trajet de lumière et, par conséquent, même si la couche-éléctrode semiconductrice 3c est entièrement en contact avec la seconde couche de recouvrement, il est possible d'enpêcher effectivement la fuite de lumière
depuis les première et seconde couches actives 2b, 2d.
Le corps 3 à couches d'enterrement stratifiées comprend la coucheélectrode semiconductrice 3c, un premier groupe de couches d'enterrement 3a, 3b en contact avec la région désignée
de la surface inférieure de ladite couche-électrode semi-
conductrice 3c et un second groupe de couches d'enterrement 3d, 3e en contact avec la région désignée de la surface supérieure de ladite coucheélectrode semiconductrice 3c. Le premier groupe de couches d'enterrement 3a, 3b est formé d'une première couche semiconductrice 3a du type N et d'une seconde couche semiconductrice 3b du type P constituant conjointement une jonction PN. Le second groupe de couches d'enterrement 3d, 3e est formé d'une troisième couche semiconductrice 3d du type P
et d'une quatrième couche semiconductrice 3e du type N consti-
tuant ensemble une jonction PN. Du point de vue idéal, il est préférable, comme représenté sur la figure 2, que le premier groupe de couches d'enterrement 3a, 3b soit en contact avec la première couche de recouvrement 2a et la première couche active 2b, et que le second groupe de couches d'enterrement 3d, 3e
soit en contact avec la seconde couche active 2d et la troi-
sième couche de recouvrement 2e. S'il arrive que le courant circule à travers la couche-électrode semiconductrice 3c, alors les jonctions PN mentionnées ci-dessus agissent respectivement de manière à réduire le passage du courant à travers les premier et second groupes de couches d'enterrement 3a-3b et 3d-3e grâce à la contre-polarisation debdites jonctions PN. Les premier et second groupes de couches d'enterrement 3a3b et 3d-3e agissent également de manière à confiner le faisceau laser dans les
première et seconde couches actives correspondantes 2b, 2d.
Si la couche-électrode semiconductrice 3c est formée
de cristaux de GaInAsP, alors les deux groupes de couches-
d'enterrement 3a-3b et 3d-3e sont formés de cristaux de InP.
Si la couche-électrode semiconductrice 3c est formée de cris-
taux de GaAs ou de GaAZAs, alors les deux groupes de couches d'enterrement 3a-3b et 3d-3e sont formés respectivement de
cristaux de GaAtAs.
Si l'élément semiconducteur selon la présente invention est formé par un système GaAs/GaAlAs, et si les deux groupes de couches d'enterrement 3a3b et 3d-3e sont formés de cristaux de GaAtAs, il est alors possible d'empêcher le courant de circuler dans les groupes précités de couches d'enterrement 3a-3b et 3d-3e grâce à la couche à résistance élevée formée de GaA As, mnme sans que les deux groupes précités de couches d'enterrement 3a-3b et 3d-3e soient amenés à former conjointement une jonction PN. Si une couche semiconductrice est formée de InP/GaInAsP, alors les deux groupes précités de couches d'enterrement 3a-3b
et 3d-3e peuvent former respectivement une couche semiconduc-
trice de résistance élevée. La quatrième couche semiconductrice 3e et la troisième couche semiconductrice 3d sont éliminées partiellement par
attaque à l'acide de manière à découvrir une partie de la sur-
face de la couche-électrode semiconductrice 3c. Le corps 2 à couches stratifiées et le corps 3 à couches d'enterrement stratifiées étant réalisés comme décrit ci-dessus, il est préférable que la constante de réseau de la couche-électrode semiconductrice 3c soit choisie de manière à coïncider avec
celles des première, seconde et troisième couches de recouvre-
ment 2a, 2c, 2e et des deux groupes de couches d'enterrement
3a-3b et 3d-3e.
Les première et seconde couches actives 2b,2d ont chacune une largeur de bande interdite plus faible que celles des première à troisième couches de recouvrement 2a, 2c, 2e et des premier et second groupes de couches d'enterrement 3a-3b et 3d-3e, et ont en outre un indice de réfraction plus grand que ceux des couches énumérées, ce qui facilite l'oscillation
des faisceaux laser.
La première électrode 4 est montée sur la surface découverte de la troisième couche de recouvrement supérieure extrême 2e du corps 2 à couches stratifiées.La seconde électrode est montée sur le c8té arrière du substrat semiconducteur 1. La troisième électrode 6 est disposée sur la surface découverte
de la couche-électrode semiconductrice 3c.
La première source d'alimentation 7 est branchée entre la première électrode 4 et la troisième électrode 6. Dans ce cas, le côté de la première électrode 4 est pris pour désigner un potentiel positif et le côté de la troisième électrode 6 est
pris pour représenter un potentiel négatif.
Une seconde source d'énergie 8 est branchée entre la seconde électrode 5 et la troisième électrode 6. Dans ce cas, le c8té de la seconde électrode 5 est pris pour représenter un potentiel positif et le côté de la troisième électrode 6 est
pris pour représenter un potentiel négatif. Les côtés à poten-
tiel négatif des première et seconde sources d'énergie 7 et 8
sont reliés à la masse. La description qui précède est relative
au cas o le substrat semiconducteur 1 présente un type de conductivité P. Toutefois, le substrat semiconducteur 1 peut présenter un type de conductivité N. Bien entendu, dans ce cas,
il est recommandé que toutes les couches aient le type de con-
ductivité opposé à celui qui est décrit dans le mode de réali-
sation précédent.
On va maintenant donner une description d'un laser à
semiconducteur.s conforme à la présente invention et réalisé comme mentionné ci-dessus. Si la première source d'alimentation 7 fournit un courant déterminé entre la première électrode 4 et la troisième électrode 6, alors un courant circule de la première électrode 4 jusqu'à la troisième électrode 6 à travers la troisième couche de recouvrement 2e, la seconde couche
active 2d, la seconde couche de recouvrement 2c et la couche-
électrode semiconductrice 3e successivement. Si la seconde source d'alimentation 8 fournit un courant déterminé entre la seconde électrode 5 et la troisième électrode 6, alors le courant circule de la seconde électrode 5 jusqu'à la troisième électrode à travers le substrat semiconducteur 1, la première couche de recouvrement 2a, la première couche active 2b, la
seconde couche de recouvrement 2c et la couche-électrode semi-
conductrice 3c successivement.
Si le courant circule à travers les deux trajets précités, alors la couche semiconductrice 3c non seulement agit comme une électrode commune ayant une résistivité spécifique faible, mais fonctionne aussi parfois de manière à confiner la lumière et le courant. Par contre, les deux groupes de couches d'e nterrem e nt 3a-3b et 3d-3e réduisent le passage du courant
dans les trajets autres que les deux trajets mentionnés ci-
dessus, cela en raison de la contre-polarisation ou de la résistivité élevée de la jonction PN, en permettant ainsi au courant fourni d'être appliqué efficacement à l'oscillation des faisceaux laser. Les première et seconde couches activées 2b, 2d sont entourées par les premier et second groupes de couches d'ensevelissement 3a-3b et 3d-3e présentant un indice de réfraction plus faible que celui desdites couches actives
2b, 2d ou parfois par la couche-électrode semiconductrice 3c.
Par conséquent, dans le trajet à travers lequel le courant
circule de la première électrode 4 jusquà la troisième élec-
trode 6, les faisceaux laser peuvent alors être engendrés facilement à partir de la seconde couche active 2d avec une valeur de courant de seuil faible. De façon similaire, dans le dernier trajet à travers lequel circule le courant de la seconde électrode 5 jusqu'à la troisième électrode 6, des faisceaux laser peuvent être facilement engendrés à partir de la première
couche active 2b avec une valeur de courant de seuil faible.
En outre, un corps à semiconducteur selon la présente invention qui est du type dit à couches enterrées, assure l'oscillation continue des faisceaux laser à la température
ambiante. De plus, si on choisit les première et seconde cou-
ches actives 2b, 2d de manière qu'elles aient une épaisseur déterminée (par exemple,environ 0,3 micron) et une largeur déterminée (par exemple, 4 microns), alors une oscillation en
mode simple des faisceaux laser est possible.
Si les première et seconde couches actives 2b, 2d sont préparées à partir d'une composition déterminée, alors il est possible d'obtenir l'oscillation de faisceaux laser ayant les longueurs d'onde choisies. En d'autres termes, si les première
et seconde couches actives 2b, 2d ont des compositions cristal-
lines différentes, il est alors possible d'obtenir l'oscillation
de deux faisceaux laser ayant des longueurs d'onde différentes.
Par contre, si les première et seconde couches actives 2b, 2d ont la même composition cristalline, alors il est possible d'obtenir l'oscillation de faisceaux laser ayant la même
longueur d'onde. La seconde couche de recouvrement 2c inter-
calée entre les première et seconde couches actives-2b, 2d a
une épaisseur réduite à une valeur faible telle que 2 à 4 mi-
crons. Par conséquent, deux faisceaux laser émis de façon indé-
pendante peuvent être injectés simultanément dans une fibre optique multimode dont le diamètre de l'âme mesure, par exemple,
environ 50 microns.
On va maintenant décrire en se référant aux figures 3 et 4 la propriété d'oscillation de faisceaux laser d'une couche semiconductrice conforme à la présente invention et réalisée avec la conception concrète mentionnée ci-après. Un substrat
semiconducteur 1, représenté sur la figure 1 est conçu concrète-
ment de manière à être formé par des cristaux de InP de type P dopés à l'aide de Zn avec une épaisseur de 80 microns et une
densité de pqrteursde 5 x 10 o18 cm-3. La première couche de re-
couvrement 2a du corps 2 à couches stratifiées est formée de
cristaux de InP de type P dopés à l'aide de Zn avec une épais-
seur d'environ 1,5 microns et une densité de porteursde 7 x 1017 cm-3. La première couche active 2b déposée sur la première couche de recouvrement 2a est formée d'un cristal quaternaire de GaxInl-xASyPl-y (x = 0,26; y = 0,56) avec une épaisseur
d'environ 0,15 micron.
La seconde couche de recouvrement 2c montée sur la première couche active 2b est formée de cristaux de InP de type N dopés à l'aide de Te avec une épaisseur d'environ 3 microns et une densité de porteurtde 5 x 1017 cm-3. La seconde couche active 2d déposée sur la seconde couche de recouvrement 2c est formée de cristaux quaternaires de GaxInl-xAsyPl-y (x = 0,42; y = 0,88) avec uneépaisseur d'environ 0,13 micron. La troisième couche de recouvrement 2c déposée sur la seconde couche active 2d est formée de cristaux de InP de type P dopés à l'aide de Zn
avec une épaisseur d'environ 2,5 microns et une densité de por-
teursde 1 x 1018 cm-3.
Si le corps 2 à couches stratifiées est attaqué sélec-
tivement à l'aide d'une solution corrosive, il est préférable i d'effectuer cette corrosion du type mesa dans une mesure telle que la position de la surface exposée une fois du substrat semiconducteur 1 se trouve à un point situé environ à 0,35
micron en dessous de l'interface entre le substrat semicon-
ducteur 1 et la première couche de recouvrement 2a. La première couche semiconductrice 3a déposée sur la région désignée de la surface du substrat semiconducteur 1 est formée de cristaux de InP de type P dopés à l'aide de Zn avec une épaisseur d'environ 1 micron et une densité de porteursd'environ 7 x 1017 cm-3. La seconde couche semiconductrice 3b formée sur la région désignée
de la surface de la première couche semiconductrice 3a est cons-
tituée par un cristal de InP de type P dopé à l'aide de Zn avec une épaisseur de 1 micron et une densité de porteursde 7 x 1017 cm-3. La couche-électrode semiconductrice 3c déposée sur la seconde couche semiconductrice 3b est formée de cristaux quaternaires de GaxInl-xAsyPl-y (x = 0,17; y = 0,38) ayant une
densité de porteursde 7 x 1018 cm-3. La troisième couche semi-
conductrice 3d formée sur la couche-électrode semiconductrice 3c est formée de cristaux de InP de type P dopés à l'aide de Zn
avec une épaisseur d'environ 1,5 micron et une densité de por-
teursde 4 x 1017 cm-3. La quatrième couche semiconductrice 3e déposée sur la troisième couche semiconductrice 3d est formée de cristaux de InP de type N dopés à l'aide de Te avec une épaisseur d'environ 1 micron par'addition de Te et avec une
densité d" porteursde 3 x 1017 cm-3. Si le substrat semi-
conducteur a été surattaqué d'environ 0,35 micron et si les
couches respectives sont laissées à l'épaisseur mentionnée ci-
dessus, il est alors possible d'obtenir une structure enterrée préférée dans laquelle la première couche de recouvrement 2a et la première couche active 2b sont en contact avec le premier groupe de couches d'enterrement 3a-3b; la troisième couche de recouvrement 2c est en contact avec la couche-électrode semiconductrice 3c; et la seconde couche active 2d et la troisième couche de recouvrement 2e sont en contact avec le second groupe de couches d'enterrement 3a-3b. Les couches mentionnées ci-dessus ont été formées à une température de 5900 - 6050C par une croissance en phase liquide en utilisant une nacelle coulissante. L'attaque mesa du corps 2 àcouches stratifiées comprenant les première et seconde couches actives 2b, 2d a été effectuée dans une solution brome-méthanol en appliquant un masque préparé à partir d'une couche de dioxyde
de silicium de 10 microns de largeur par pulvérisation.
La première électrode 4 déposée sur la troisième couche de recouvrement 2e est un alliage d'or et d'étain mélangé suivant un rapport de 90:10 en poids. La seconde
électrode 5 montée sur le côté arrière du substrat semicon-
ducteur 1 est un alliage d'or et d'étain mélangé suivant un
rapport de 90:10 en poids. Si la quatrième couche semiconduc-
trice 3e et la troisième couche semiconductrice 3d sont par-
tiellement éliminées par attaque à l'acide à l'aide d'une solu-
tion d'acide chlorhydrique, alors la couche de GaInAsP formée sur la couche-électrode semiconductrice 3c est légèrement attaquée par la solution d"acide chlorhydrique. Par conséquent,
la surface de la couche-électrode semiconductrice 3c est décou-
verte. La troisième électrode 6 formée sur la surface découverte
de ladite couche-électrode semiconductrice 3c est préparée à.
partir d'un alliage d'or-germanium-nickel mélangé suivant un rapport de 90:5:5 en poids. Dans le cas d'une attaque mesa, la première couche active 2b est choisie de manière à avoir une largeur de 4 microns et la seconde couche active 2d est choisie de manière à avoir une largeur de 7 microns compte tenu de la caractéristique de ladite attaque mesa. Si on essaie une attaque,
par exemple une attaque par faisceau ionique, au lieu d'appli-
quer une solution brome-méthanol, alors il est conseillé de
former les première et seconde couches actives 2b, 2d sensible-
ment avec la même largeur. Le laser à semiconducteursconstruit comme décrit ci-dessus a été réalisé sous la forme d'un élément dont la cavité mesurait 200 microns de longueur et 400 microns de largeur. Le côté arrière du substrat semiconducteur 1 inclus dans ledit élément a été fixé à la surface d'une plaque de refroidissement en diamant métallisé au moyen d'une soudure or-étain. On va maintenant décrire en se référant aux figures 3 et 4 la propriété d'oscillation laser du laser à semiconducteurs selon la présente invention et réalisé comme décrit ci- dessus, cette propriété ayant été observée quand une quantité déterminée de courant circulait entre les électrodes respectives dudit
laser à semiconducteurs.
La plaque de refroidissement était maintenue à une
température de 260C. La seconde source d'alimentation 8 fonc-
tionnait de manière à faire circuler un courant continu de la
seconde électrode 5 jusqu'à la troisième électrode 6 seule.
Comme indiqué par la courbe a de la figure 3, la première couche active 2b émettait alors des faisceaux laser avec une valeur de
courant de seuil de 43 mA et une longueur d'onde de 1,28 microns.
Si le courant était fourni par la première source d'alimentation 7 seule, alors la seconde couche active 2d émettait des faisceaux laser avec une valeur de courant de seuil de 61 mA et une longueur
d'onde de 1,56 microns.
On va maintenant décrire un exemple concret (bien que non représenté). Si un courant continu de 58 mA circulait de la première électrode 4 jusqu'à la troisième électrode 6 et si un courant continu circulait également de la seconde électrode 5 jusqu'à la troisième électrode b, alors la première couche
active 2b émettait des faisceaux laser avec une valeur de cou-
rant de seuil de 49 mA. Si un courant continu de 40 mA circulait de la seconde électrode 5 jusqu'à la troisième électrode 6 et
si un courant continu circulait également de la première élec-
trode 4 jusqu'à la troisième électrode 6, alors la seconde cou-
che active 2d émettait des faisceaux laser avec une valeur de
courant de seuil de 70 mA.
On va maintenant donner encore une description d'un
autre exemple concret. Si,à une température ambiante de 250C, un courant continu de 55 niA circulait de la seconde électrode 5 à la troisième électrode 6, et si un courant continu de 77 mA circulait de la première électrode 4 jusqu'à la troisième électrode 6, alors la première couche active 2b émettait des faisceaux laser avec une puissance de 1,2 mV et une longueur d'onde comprise approximativement entre 1,27 microns et 1,28 microns comme indiqué par la courbe c sur la figure 4. A ce moment, la seconde couche active 2d émettait des faisceaux laser avec une puissance de 0,9 mW et une longueur d'onde comprise approximativement entre 1,55 microns et 1,57 microns
comme indiqué par la courbe d sur la figure 4.
On va donner maintenant une autre description d'un
autre exemple concret, bien-que non représenté. Si un courant continu de 66 mA circulait de la première électrode 4 jusqu'à la troisième électrode 6, et si un courant continu de 45 mA
circulait également de la seconde électrode 5 jusqu'à la troi-
sième électrode 6 et si, en outre, un courant de modulation de M bit/s (amplitude: 30 mA) était appliqué entre la seconde
électrode 5 et la troisième électrode 6 ainsi qu'entre la pre-
mière électrode 4 et la troisième électrode 3, alors la première couche active 2b et la seconde couche active 2d émettaient respectivement en simultanéité des faisceaux laser modulés à M bit/s. Comme décrit cidessus, la couche semiconductrice de la présente invention permet d'émettre simultanément des faisceaux laser modulés indépendants à partir de deux couches actives. Dans tous les modes de réalisation mentionnés cidessus, des faisceaux laser ayant des longueurs d'onde différentes étaient émis à partir de la première couche active 2b et de la seconde couche active 2d dont les compositions des cristaux étaient différentes. Toutefois, si on avait choisi des première et seconde couches actives 2b, 2d de manière qu'elles présentent une même composition de cristaux, par exemple GaxInj-xAsyPl-y (x = 0,42; y = 0,88), alors des faisceaux laser ayant la même longueur d'onde (1,28 microns dans le cas mentionné cidessus)
seraient émis par les deux couches actives 2b, 2d. Par consé-
quent, l'une ou l'autre des deux couches actives 2b, 2d peut être utilisée comme un dispositif d'émission de faisceau laser de remplacement. Dans tous les exemples'qui précèdent, la première électrode 4 était montée sur la troisième couche de'recouvrement 2e. Toutefois, il est possible de déposer une couche de revêtement 10 sur la troisième couche de recouvrement 2e et de monter la troisième électrode 6 sur ladite couche de revêtement 10, comme représenté sur la figure 5, afin d'assurer
un bon contact ohmique. Si le substrat semiconducteur est pré-
paré à partir de InP, alors la couche de revêtement 10 doit, de
façon souhaitable, être formée de GaInAsP. Si le substrat semi-
conducteur est préparé à partir de GaAs, alors la couche de
revêtement 10 doit, de façon souhaitable, être formée de GaAs.
Les parties de la figure 5 identiques à celles de la figure 1
portent les mêmes références, et leur description ne sera pas
donnée.
Claims (16)
1. Laser à semiconducteurscomprenant: un substrat semiconducteur d'un premier type de conductivité; un corps à couches stratifiées formé d'une première couche de recouvrement, d'une première couche active, d'une seconde couche de recouvre- ment d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, une seconde couche active et une troisième couche de recouvrement du premier type de conductivité, toutes
ces couches étant déposées successivement dans l'ordre mention-
né sur une région désignée de la surface dudit substrat semi-
conducteur à partir de ladite surface; un corps à couchesd'en-
terrement stratifiées qui est monté sur le substrat semi-
conducteur dans un état o il entoure ledit corps à couches stratifiées en étant en contact avec ce dernier, et est réalisé par dép8ts successifs d'une première couche d'enterrement,
d'une couche-électrode semiconductrice du second type de con-
ductivité et une seconde couche d'enterrement dans l'ordre mentionné à partir de la surface du substrat semiconducteur, le laser susvisé étant caractérisé par le fait que:
ladite couche-électrode semiconductrice est sensible-
ment en contact avec la seconde couche de recouvrement et a une résistivité spécifique faible; la troisième couche de recouvrement est munie d'une première électrode; le substrat semiconducteur est pourvu d'une seconde électrode; la couche-électrode semiconductrice est pourvue d'une troisième électrode; et un moyen d'alimentation en courant est prévu, ce moyen étant formé d'une première source d'alimentation branchée entre les première et troisième électrodes, et une seconde source d'alimentation branchée entre les seconde et troisième électrodes. 2. Laser à semiconducteurscomprenant: un substrat semiconducteur d'un premier type de conductivité; un corps à couches stratifiées qui est monté sur une région désignée de la
surface du substrat semiconducteur et qui est formé d'une pre-
mière couche de recouvrement d'un premier type de conductivité,
d'une première couche active, d'une seconde couche de recouvre-
ment d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, d'une seconde couche active et d'une troisième couche de recouvrement du premier type de conductivité, toutes ces couches étant formées successivement dans l'ordre mentionné à partir de la surface du substrat semiconducteur; et un corps
à couches d'enterrement stratifiées qui entoure le corps stra-
tifié en étant en contact avec ce dernier et qui est formé d'une
première couche d'enterrement, d'une couche-électrode semi-
conductrice du second type de conductivité etdune seconde couche d'enterrement, toutes ces couches.étant déposées successivement sur la surface du substrat semiconducteur dans l'ordre mentionné à partir de ladite surface; le laser susvisé étant caractérisé par le fait que: la couche-électrode semiconductrice ést en contact avec la seconde couche de recouvrement; la première couche d'enterrement est en contact avec la première couche de recouvrement et la première couche active la seconde couche d'enterrement est en contact avec
la seconde couche active et avec la troisième couche de recou-
vrement; la troisième couche de recouvrement est pourvue d'une première électrode; le substrat semiconducteur est pourvu d'une seconde électrode; la couche-électrode semiconductrice est pourvue d'une troisième électrode; et un moyen d'alimentation en courant est prévu, ce moyen étant formé par une première source d'alimentation branchée entre les première et troisième électrodes et une seconde source d'alimentation branchée entre les seconde et
troisième électrodes.
3. Laser à semiconducteurssuivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche-électrode semi-
conductrice est choisie de manière à présenter un indice de réfraction plus petit que les première et seconde couches actives. 4. Laser à semiconducteui suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la couche-électrode semiconductrice est choisie de manière à présenter une bande interdite plus
large que celle des première et seconde couches actives. -
5. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que les première et seconde couches actives sont choisies de manière à présenter une bande interdite plus étroite que celle des première et troisième couches de recouvrement et des première et seconde couches d'enterrement; et que les première et seconde couches actives sont choisies de manière à présenter un indice de réfraction
plus grand que celui des première à troisième couches de re-
couvrement et des première'et seconde couches d'enterrement.
6. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fais que la première couche d'en-
terrement est formée de la première couche semiconductrice du
second type de conductivité et de la seconde couche semi-
conductrice du premier type de conductivité formées successi-
vement l'une sur l'autre dans l'ordre mentionné par rapport à
la surface du substrat semiconducteur et de manière à consti-
tuer conjointement une jonction PN; et que la seconde couche d'enterrement est formée de la troisième couche semiconductrice du premier type de conductivité et de la couche semiconductrice du second type de conductivité formées successivement l'une sur l'autre dans l'ordre mentionné par rapport à la surface du substrat semiconducteur de manière à constituer conjointement
une jonction PN.
7. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que les première et seconde couches d'enterrement sont formées d'une couche semiconductrice
de résistivité élevée.
8. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que les première et seconde
couches actives ont des compositions chimiques différentes.
9. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que les première et seconde
couches actives ont la même composition chimique.
10. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que le substrat semiconducteur est un semiconducteur contenant n'importe lesquels des composés
appartenant aux groupes III à V de la classification périodique.
11. Laser à semiconducteurs suivant la revendication , caractérisé par le fait que ledit semiconducteur est formé
de InP.
12. Laser à semiconducteurs suivant la revendication , caractérisé par-le fait que ledit semiconducteur est formé
de GaAs.
13. Laser à semiconducteurssuivant la revendication , caractérisé par le fait que les première à troisième couches de recouvrement et les première et seconde couches d'enterrement sont formées de InP, et que les première et seconde couches
actives sont préparées à partir de GaInAsP.
14. Laser à semiconducteurs suivant la revendication
13, caractérisé par le fait que la couche-électrode semiconduc-
trice est préparée à partir de GaInAsP.
15. Laser à semiconducteurssuivant la revendication
13, caractérisé par le fait que la couche-électrode semiconduc-
trice est préparée à partir de InP.
16. Laser à semiconducteurs suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que les première à troisième couches de recouvrement et les première et seconde couches d'enterrement sont préparées à partir de GaAtAs, et que]les première et
seconde couches actives sont préparées à partir de GaAs.
i7. Laser à semiconducteurs suivant la revendication
16, caractérisé par le fait que la couche-électrode semi-
conductrice est préparée à partir de GaAs.
18. Laser à semiconducteurs suivant la revendication
16, caractérisé par le fait que la couche-électrode semi-
conductrice est préparée à partir de GaAUAs.
19. Laser à semiconducteurs suivant les revendications
1 ou 2, caractérisé par le fait que la prenière électrode est montée sur la troisième couche de recouvrement avec une couche de revêtement interposée entre cette électrode et cette couche
de recouvrement.
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Non-Patent Citations (1)
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| APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 36, no. 6, mars 1980, pages 441-443, New York, US * |
Also Published As
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