FR2502847A1 - Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteurs comportant une structure de canalisation du courant - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE L'OPTO-ELECTRONIQUE. UN DISPOSITIF EMETTEUR DE LUMIERE CONFORME A L'INVENTION, QUI PEUT ETRE UN LASER OU UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE, COMPORTE NOTAMMENT DES MOYENS DE CANALISATION DU COURANT 32.1, 32.2 QUI DEFINISSENT UN CANAL DE CIRCULATION DU COURANT 36 QUI EST RELATIVEMENT ETROIT AU VOISINAGE D'UN CONTACT SUPERIEUR 16 ET QUI S'ELARGIT DU COTE DE LA REGION ACTIVE 14. LES MOYENS DE CANALISATION DU COURANT SONT CONSTITUES PAR DES REGIONS A RESISTIVITE ELEVEE OBTENUES PAR EXEMPLE PAR BOMBARDEMENT PAR DES PROTONS. APPLICATION AUX SOURCES DE LUMIERE POUR LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES.

Description

La présente invention concerne les dispositifs à semiconducteurs qui

émettent de la lumière, comme les lasers

et les diodes électroluminescentes, et elle porte plus par-

ticulièrement sur le confinement de la circulation du cou-

rant dans ces dispositifs.

Il y a près de vingt ans, les dispositifs à semi-

conducteurs émetteurs de lumière, en particulier ceux ayant une jonction p-n plane dans un bloc de semiconducteur monocristallin, utilisaient des contacts électriques d'aire étendue sur des surfaces principales opposées du bloc, de façon à appliquer une tension de polarisation en sens direct

et un courant de pompage à la jonction. Dans une diode élec-

troluminescente, la recombinaison radiative résultante de trous et d'électrons dans la région active, à proximité de

la jonction, générait un rayonnement spontané. La conver-

sion de la diode électroluminescente en un laser s'est effectuée essentiellement par une modification fondamentale

la formation d'un résonateur à cavité sur le bloc de semi-

conducteur par une paire de facettes de cristal clivées,

parallèles entre elles et orthogonales à la jonction.

Lorsque le courant de pompage dépassait le seuil d'effet

laser, le rayonnement spontané qui, dans la diode électro-

luminescente était émis par la région active de façon prati-

quement isotrope, était converti en un rayonnement stimulé, et ce dernier était émis dans le laser sous la forme d'un faisceau collimaté parallèle à la jonction et dirigé selon l'axe du résonateur. Naturellement, d'autres considérations de conception ont joué un rôle dans le progrès faisant passer de la diode électroluminescente au laser, mais on n'envisagera pas ces sujets ici, dans la mesure o, pour

l'instant, on désire simplement mentionner la parenté main-

tenant bien connue entre les lasers à jonction p-n et les

diodes électroluminescentes.

Les contacts à aire étendue (par exemple d'une

largeur de 100 pm) donnaient une densité de courant de pom-

page relativement faible à la jonction p-n, d'o il résul-

tait que des courants relativement élevés (par exemple quel-

ques centaines de milliampères dans les lasers) étaient

nécessaires pour obtenir des niveaux de puissance de rayon-

nement souhaitables. Des courants élevés avaient pour consé-

quence d'échauffer le bloc de semiconducteur et nécessi-

taient de coupler le dispositif à un radiateur thermique approprié et/ou le fonctionnement du dispositif à des tempé- ratures cryogéniques. La solution fondamentale à ce problème a alors été, et demeure aujourd'hui, de réduire l'aire de la jonction p-n qui doit etre pompée, de façon que pour une densité de courant donnée, la valeur du courant de pompage nécessaire soit proportionnellement inférieure. Une façon de mettre en oeuvre cette solution consiste à forcer le courant de pompage à circuler dans un canal relativement étroit (par

exemple de 12 lm de largeur), à partir d'une surface princi-

pale du bloc de semiconducteur, à travers la région active.

L'une des plus anciennes structures destinées à obliger le courant à circuler dans un tel canal a été le contact à géométrie en bande proposé pour la première fois pour les lasers à semiconducteurs par R. A. Furnanage et D. K. Wilson (brevet U. S. 3 363 195). La géométrie en bande réduit le courant de seuil pour l'effet laser (par rapport aux lasers avec des contacts d'aire étendue) et limite la

largeur spatiale du faisceau de sortie. Depuis cette struc-

ture proposée initialement, de nombreuses configurations de lasers ont été imaginées pour mettre en oeuvre le principe de la géométrie en bande: (1) le laser à bande d'oxyde; (2) le laser à bombardement par protons; (3) le laser en bande de type mésa; (4) le laser à isolation par jonction p- n polarisée en inverse; (5) les lasers à guide d'onde nervuré; et (6) les hétérostructures enterrées de divers

types.

La configuration la plus couramment utilisée au cours des onze dernières années a cependant été le laser à double hétérostructure (DH) GaAs-AlGaAs, avec bombardement par protons, qui est décrit par exemple par H. C. Casey, Jr. et M. B. Panish dans Heterostructure Lasers, Part B,

pages 207-210, Academic Press, Inc., N.Y., N.Y. (1978).

Malgré leurs divers inconvénients, les lasers de ce type

ont présenté régulièrement des durées de vie prévues dépas-

2502847;

sant 100 000 heures, et un certain nombre d'entre eux ont

dépassé 1 000 000 d'heures (sur la base de tests de vieillis-

sement accéléré). On a également prévu de longues durées de

vie pour des diodes électroluminescentes à double hétéro-

structure employant des géométries de contact différentes (par exemple en forme de points ou en forme d'anneaux), mais un bombardement par protons similaire pour délimiter le canal

de courant.

Plusieurs des inconvénients des lasers DH bombardés par protons sont envisagés par R. W. Dixon et Col dans The Bell System Technical Journal, Vol. 59, NO 6, pages 975-985 (1980). Ces derniers ont étudié expérimentalement les non linéarités optiques (présence de non linéarités ou "S" dans

les caractéristiques lumière-courant (L-I)) et la distribu-

tion du courant de seuil des lasers DH à géométrie en bande

au AlGaAs, délimités par bombardement par protons, en fonc-

tion de la largeur de bande (5, 8 et 12 pim), dans des cas dans lesquels les protons ont pénétré et n'ont pas pénétré dans la couche active. Ils ont démontré qu'un bombardement

par protons à faible profondeur avec des bandes convenable-

ment étroites (par exemple 5 pm) peut conduire à une linéa-

rité optique satisfaisante (les non linéarités sont dépla-

cées vers des niveaux de courant élevés, qui ne sont pas gênants), sans la pénalité de seuil qui était associé aux lasers à bande étroite dans lesquels les protons pénètrent dans la couche active. D'autre part, les lasers ayant de telles bandes étroites ont manifesté une diminution de durée de vie significative au point de vue statistique, sans qu'il soit cependant possible de démontrer son caractère fondamental. De plus, le fait que les protons ne pénètrent pas dans la couche active augmente la capacité du dispositif et réduit donc la vitesse de réponse et, en outre, augmente l'étalement latéral du courant et augmente donc l'émission spontanée. Dans des systèmes numériques, cette dernière caractéristique implique un courant de modulation plus élevé pour obtenir un rapport d'extinction prédéterminé, ou un

rapport d'extinction plus faible pour un courant de modula-

tion prédéterminé.

2502847;

4 "

On est parvenu à des performances satisfaisantes, à savoir une linéarité optique élevée, une faible capacité et de faibles niveaux d'émission spontanée, dans des lasers DH GaAs-AlGaAs à géométrie en bande avec délimitation par bombardement par protons, en employant une structure de canalisation de courant dans. laquelle le canal de courant est plus étroit au sommet près du contact du côté p et plus large au fond, près de la couche active. Cette structure est applicable à d'autres systèmes de matières, aux diodes électroluminescentes aussi bien qu'aux lasers, et à diverses

configurations autres que la double hétérostructure.

Ainsi, dans un mode de réalisation considéré à titre d'exemple d'un dispositif à semiconducteur émetteur de

lumière qui correspond à l'invention, un bloc de semiconduc-

teur comprend une région active à l'intérieur du bloc, et

des moyens de canalisation que le courant traverse en cir-

culant à partir d'une surface du bloc vers la région active, ce qui produit une recombinaison radiative de trous et

d'électrons dans la région active. Les moyens de canalisa-

tion sont situés à l'intérieur du bloc de semiconducteur et ils forment un canal de circulation du courant qui est plus étroit à son sommet, près de la surface, et plus large à sa

partie inférieure, près de la région active.

Dans un mode de réalisation, les moyens de cana-

lisation forment, en coupe transversale, un canal de forme trapézoïdale. Dans un autre mode de réalisation, les moyens de canalisation forment une paire couplée de canaux axiaux

de largeurs différentes, le canal le plus étroit étant pro-

che de la surface tandis que le canal le plus large est

proche de la région active.

Dans un mode de réalisation de l'invention con-

sidéré à titre d'exemple, les moyens de canalisation du courant comprennent des premiers moyens consistant en un sillon allongé (par exemple un sillon en V) dans la surface principale qui forme un premier canal relativement étroit pénétrant dans le corps jusqu'à une profondeur qui n'atteint pas la région active, et des seconds moyens (par exemple des zones bombardées par protons) qui forment un

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second canal de largeur relativement supérieure, qui s'étend à partir de cette profondeur, au moins, et pénètre dans la région active ou traverse cette dernière. Dans un autre mode de réalisation, les premiers moyens comprennent des régions à résistivité élevée qui sont adjacentes à la surface prin-

cipale et qui limitent au moins une partie des côtés obli-

ques du sillon en V, c'est-à-dire que le sillon en V pénètre dans ces régions. Dans un autre mode de réalisation encore,

le sillon en V est rempli avec de la matière semiconductrice.

Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de bombardement par particules pour la réalisation d'un tel dispositif avec un canal trapézoïdal. Le procédé comprend tout d'abord l'opération consistant à former par croissance épitaxiale, sur la surface principale du bloc, une couche de semiconducteur qu'on enlèvera par la suite, puis à soumettre

la couche à un agent d'attaque qui effectue une attaque pré-

férentielle qui ouvre dans la couche des bandes en forme de

trapèze ayant la grande base au sommet. Les parties restan-

tes de la couche forment (en coupe transversale) un masque

d'atténuation trapézoïdal. Lorsqu'on soumet la surface mas-

quée à un bombardement de particules (par exemple des pro-

tons ou de l'oxygène), des zones à résistivité élevée sont créées dans les parties du bloc qui se trouvent entre les masques, et sous les côtés obliques des trapèzes. Ces zones

limitent le canal de courant et lui donnent la forme trapé-

zoldale désirée: étroite au sommet près de la surface et plus large au fond, près de la région active. On enlève le

masque avant la métallisation du bloc pour former des con-

tacts électriques. Dans ce but, le masque est de préférence constitué par une matière qui est différente de la partie du bloc adjacente à la surface, de façon qu'on puisse employer

pour son enlèvement une procédure d'attaque avec arrêt.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description détaillée qui va suivre de modes de réalisa-

tion et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une représentation isométrique d'un dispositif à semiconducteurs émetteur de lumière ayant un canal de courant de forme trapézoïdale, conformément à

2502847;

un mode de réalisation de l'invention La figure 2 est une représentation en vue par une

extrémité d'un dispositif émetteur de lumière à semiconduc-

teurs qui comporte un canal de courant de forme trapézoIda-

le conformément à un autre mode de réalisation de l'inven- tion; La figure 3 est une représentation en vue par une

extrémité d'un dispositif émetteur de lumière à semiconduc-

teurs du type niveau haut-niveau bas, qui comporte une paire de canaux empilés, conformément à encore un autre mode de réalisation de l'invention; La figure 4 est une représentation en vue par une

extrémité d'une structure de masque destinée à la fabrica-

tion d'un dispositif émetteur de lumière comportant un canal de courant trapézoïdal, conformément à un autre aspect de l'invention; Les figures 5 et 6 représentent des vues par l'extrémité d'autres masques destinés à la fabrication de

dispositifs conformes à l'invention, au moyen d'un bombar-

dement par protons; La figure 7 est une représentation isométrique

d'un laser ou d'une diode électroluminescente à semiconduc-

teurs conforme à un mode de réalisation de l'invention La figure 8 est une coupe d'un laser ou d'une diode électroluminescente conforme à un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel le sillon en V pénètre dans une région à résistivité élevée; et La figure 9 est une coupe d'un laser ou d'une diode électroluminescente conforme à encore un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel le sillon en V

est rempli avec de la matière semiconductrice.

On va maintenant considérer la figure 1 qui

représente un dispositif émetteur de lumière à semiconduc-

teurs (laser ou diode électroluminescente) qui consiste en

un bloc de semiconducteur 11 comprenant une région intermé-

diaire 14. La région 14, qui peut avoir une ou plusieurs couches, comprend une région active qui émet un rayonnement 22 lorsqu'un courant de pompage lui est appliqué. Pour fournir le courant de pompage, il existe une structure d'électrodes, représentée à titre d'exemple par des contacts

16 et 18 sur le bloc 11, ainsi qu'une source de tension 20.

De plus, le bloc 11 comporte des moyens de canalisation 32 qui font en sorte que le courant de pompage circule dans un canal relativement étroit, 36, à partir du contact supérieur 16 et à travers la région active, après quoi le courant peut

s'étaler en se dirigeant vers le contact inférieur 18.

Avant de décrire l'invention en détail, il est intéressant de considérer tout d'abord les caractéristiques générales d'une configuration préférée d'un dispositif émetteur de lumière du type appelé double hétérostructure

(DH). Comme le montrent les figures 1, 2 et 3, une DH com-

prend des première et seconde couches de gaine, portant

respectivement les références 10 et 12, qui sont en semicon-

ducteurs de types de conductivité opposés et à bande inter-

dite relativement large, et une région intermédiaire 14 qui est située entre les couches de gaine, en position contiguë à ces dernières et qui présente un réseau cristallin qui coïncide pratiquement avcc1iM des couches de gaine. La région intermédiaire 14 comprend une couche active à bande interdite plus étroite, qui s'étend sur toute la longueur de la région 14 dans la représentation faite ici, capable d'émettre un rayonnement lorsque les couches de gaine sont polarisées en sens direct. Du point de vue du rendement quantique, il est bien connu que la couche active est de

préférence un semiconducteur à bande interdite directe.

Les couches 10, 12 et 14 peuvent être constituées par des matières choisies parmi un certain nombre de systèmes, par exemple GaAs-AlGaAs ou GaAsSb-AlGaAs pour le fonctionnement à des longueurs d'onde courtes dans la gamme de 0,7-0,9 pim

environ, et InP-InGaAsP ou InP-AlGaInAs pour le fonctionne-

ment à des longueurs d'onde supérieures à environ 1 pm (par

exemple 1,1-1,6 pm).

La source de tension 20 polarise les couches de gaine en sens direct et injecte donc des porteurs dans la couche active. Ces porteurs se recombinent pour générer un

rayonnement spontané dans le cas d'une diode électrolumines-

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cente et, de façon prédominante, un rayonnement stimulé dans le cas d'un laser. Cependant, dans un cas comme dans l'autre, le rayonnement a une longueur d'onde qui correspond à la bande interdite de la matière de la couche active. De plus, dans le cas d'un laser ou d'une diode électrolumines- cente à émission par le bord, comme le montre la figure 1,

le rayonnement 22 est émis sous la forme d'un faisceau diri-

gé selon l'axe 23. Dans le laser, le faisceau est collimaté et l'axe 23 s'étend perpendiculairement à une paire de miroirs de résonateur 24 et 26, formés à titre d'exemple par des facettes clivées du cristal ou par des surfaces définies par une opération d'attaque. Ces miroirs constituent des moyens de réaction optique pour le rayonnement stimulé. Dans d'autres applications, par exemple en optique intégrée,on peut employer des réseaux de diffraction en tant qu'élément

de remplacement pour l'un des miroirs ou pour les deux.

Bien que la structure d'électrodes qui est repré-

sentée pour la diode électroluminescente à émission par le bord ou le laser de la figure 1,comprenne des contacts

d'aire étendue 16 et 18, il est bien connu qu'on peut mode-

ler ces contacts pour leur donner diverses formes géométri-

ques. Ainsi, dans le cas d'une diode électroluminescente à émission transversale, dans lequel la lumière de sortie est prélevée perpendiculairement aux couches, le contact 16 est de façon caractéristique un contact à aire étendue, mais le contact 18 pourrait consister en un anneau (non représenté) à l'intérieur duquel un trou (non représenté) est formé par attaque d'un c8té du bloc 11. Lorsque la partie inférieure (par exemple le substrat) du corps 11 est absorbante, on utilise ce trou formé par attaque pour transmettre le rayonnement vers une fibre optique (non représentée) qui

est positionnée dans le trou.

Le type de conductivité de la couche active n'est pas critique. Elle peut Jetre du type n, de type p, intrinsèque ou compensée, du fait que dans les modes de fonctionnement caractéristiques sous polarisation directe, le nombre de porteurs injectés peut dépasser le niveau de dopage de la couche active. De plus, la région intermédiaire 14 peut comprendre plusieurs couches qui constituent une région active, comme par exemple des couches de type p et de

type n contiguës de même bande interdite, formant une homo-

jonction p-n, ou de bandes interdites différentes, formant une hétérojonction p-n. En outre, l'hétérostructure peut prendre des configurations autres que le cas simple de la double hétérostructure, parmi lesquelles on peut citer, à titre non limitatif, les hétérostructures de confinement

séparées décrites dans le brevet U. S. 3 691 476, les hété-

restructures enterrées en bande du type décrit dans le bre-

vet U. S. 4 190 813 et les hétérostructures "isotype" du

type décrit dans la demande de brevet U. S. 050 637.

Pour le fonctionnement en laser en régime continu à la température ambiante, l'épaisseur de la couche active est de préférence comprise entre environ 2/2 et 1,0 lim, en désignant par 2 la longueur d'onde du rayonnement mesurée dans le semiconducteur. Pour le fonctionnement avec des seuils bas, l'épaisseur est de façon caractéristique de 0,12 à 0,20 pim. Cependant, pour le fonctionnement en diode électroluminescente, une couche active plus épaisse, soit de façon caractéristique 2 à 3 pm, convient. Dans un cas comme dans l'autre, pour le fonctionnement à la température ambiante, le laser ou la diode électroluminescente est de façon caractéristique soudé sur un radiateur thermique

approprié, non représenté.

En pratique, les couches d'une double hétérostruc-

ture sont formées de façon caractéristique par un processus de croissance épitaxiale tel que l'épitaxie en phase liquide, 1'épitaxie par jet moléculaire ou le dépôt chimique en phase vapeur métallo-organique. La croissance épitaxiale a lieu sur un substrat monocristallin 28 qui peut comprendre une couche tampon (non représentée) entre le substrat 28 et la première couche de gaine 10. De plus, comme le montrent les

figures 1 et 3, une couche 30 destinée à faciliter la réali-

sation des contacts est intercalée facultativement entre la seconde couche de gaine 12 et le contact supérieur 16. Le contact opposé 18 est formé à la partie inférieure du

substrat 28.

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Comme on l'a mentionné précédemment, pour con-

traindre le courant de pompage généré par la source 20 à circuler dans un canal 36 relativement étroit, à travers la couche active, il existe à l'intérieur du bloc 11 des moyens de canalisation 32; c'est-à-dire que des zones 32 à résis-

tivité élevée sont formées dans les couches semiconductri-

ces, soit à titre d'exemple dans les couches 10, 12, 14 et , par des moyens bien connus dans la technique. Parmi les techniques utilisables pour former les zones 32 figurent, par exemple, le bombardement par protons, le bombardement par oxygène ou des opérations appropriées d'attaque et de recroissance d'une matière à conductivité élevée. A titre d'exemple, les zones 32 ont une résistivité de l'ordre de 5- 106 J em, tandis que le canal 36 a une résistivité de

O,l-cm seulement, ce qui fait que les rapports de résisti-

vité caractéristiques sont dans la plage de 10 6:1 à 10:1.

Structures de canal trapézoïdal

Conformément à un mode de réalisation de l'inven-

tion représenté à titre d'exemple sur la figure 1, les moyens de canalisation de courant 32 forment un canal de

circulation de courant 36, à conductivité relativement éle-

vée, qui est plus étroit (largeur S1) à son sommet, près de la surface principale 44, et plus large (largeur S2) à sa partie inférieure, près de la région active (c'est-à-dire la couche 14). Les moyens de canalisation 32 comprennent des régions à résistivité élevée 32.1 et 32.2, séparées latéralement, qui limitent le canal 36 le long de ses côtés obliques 36.1. Bien que ces côtés soient représentés par des lignes droites, une relation linéaire n'est pas obligatoire en pratique et, en fait, les techniques de

traitement réelles peuvent ne pas donner une telle rela-

tion. On a trouvé que la forme ci-dessus du canal de courant a des effets importants sur les performances du

dispositif. La plus faible largeur de canal au sommet aug-

mente la densité de courant, et donc la puissance, à laquelle des non linéarités apparaissent. La profondeur des régions à résistivité élevée, qui traversent de préférence i1 la région active 14, affecte la capacité du dispositif et le niveau de l'émission spontanée qui est générée dans des lasers. On envisagera ces sujets de façon plus détaillée par

la suite.

Selon une variante, représentée sur la figure 2, il n'est pas nécessaire que le canal 36 formé par les

régions à résistivité élevée 32.1 et 32.2 atteigne la surfa-

ce principale 44. Cependant, pour que la résistance du dis-

positif ne soit pas trop élevée, on peut diffuser ou intro-

duire de toute autre manière un agent de dopage dans la sur-

face 44, afin de créer un front de diffusion 45, fortement conducteur, qui pénètre dans le canal 36. Dans ce cas, la

largeur S au sommet du canal 35 est définie par l'inter-

section du front 45 et des côtés obliques 36.1.

La réalisation de moyens de canalisation 32 con-

formes à l'invention n'est pas limitée aux configurations dans lesquelles le canal a une forme trapézoïdale. Dans les structures niveau haut-niveau bas qui sont envisagées au paragraphe suivant, les moyens de canalisation 32 peuvent

former une paire couplée de canaux empilés.

En outre, bien que le canal trapézoïdal 36 qui est représenté sur la figure 1 constitue pratiquement un parallélépipède s'étendant parallèlement à l'axe 23, dans

le cas d'une diode électroluminescente à émission transver-

sale, le canal 36 pourrait avoir la forme d'un cône tronqué

dont l'axe est perpendiculaire aux couches.

Structures niveau haut-niveau bas

Conformément à ce mode de réalisation de l'inven-

tion qui est représenté sur la figure 3, les moyens de canalisation du courant, 32, ont une configuration à deux

niveaux ou à épaulements,formant une paire de canaux cou-

plés 36a et 36b. Plus précisément, les moyens 32 compren-

nent des premiers moyens 32.la-32.2a qui définissent un canal supérieur 36a relativement étroit, et des seconds moyens 32.1b-32.2b qui définissent un canal inférieur 36b relativement plus large. A titre d'exemple, les moyens de

canalisation 32 comprennent des régions à résistivité éle-

vée 32.1-32.2 qui limitent les canaux à conductivité rela-

tivement élevée 36a et 36b. Les régions 32 comprennent (1)

des zones supérieures 32.1a et 32.2a et (2) des zones infé-

rieures 32.1b et 32.2b. Les zones supérieures sont séparées par une distance S1 relativement faible et elles s'étendent depuis la surface principale supérieure 44 du bloc 11

jusqu'à une profondeur dl qui n'atteint pas la région acti-

ve, ce qui définit le canal supérieur étroit 36a. Au con-

traire, les zones inférieures sont séparées par une distance relativement plus grande, S2 > Sl, et elles s'étendent à

partir de la profondeur d1 en pénétrant dans la région acti-

ve, ou en traversant cette dernière, ce qui définit le canal

inférieur plus large 36b.

Comme précédemment, les canaux 36a et 36b peuvent avoir la forme approximative de parallélépipèdes s'étendant perpendiculairement au plan du papier, comme dans un laser

ou une diode électroluminescente à émission par les bords.

Dans le cas d'une diode électroluminescente à émission transversale, ces canaux peuvent former des cylindres

s'étendant transversalement par rapport aux couches.

Lorsque les régions à résistivité élevée 32 sont fabriquées par bombardement par protons, comme dans les lasers GaAs-AlGaAs, cette structure niveau haut-niveau -bas

présente plusieurs avantages. Premièrement, le canal supé-

rieur étroit 36a augmente la densité de courant dans la région active, ce qui décale les non linéarités vers des niveaux de courant suffisamment élevés, hors de la plage de fonctionnement caractéristique du laser, par rapport aux

lasers DH à géométrie en bande large (par exemple 12 pm).

Secondement, cette caractéristique conduit également à des lasers dans lesquels les seuils d'effet laser sont plus bas et plus uniformément répartis, ce qui donne des rendements de fabrication plus élevés. Troisièmement, du fait que le canal inférieur plus large, 36b, réduit la diffusion et l'étalement du courant en direction latérale, le niveau de rayonnement spontané qui est émis hors du résonateur du laser est plus faible, ce qui permet d'employer des courants de modulation minimaux plus faibles pour des rapports

d'extinction prédéterminés dans des applications numériques.

Quatrièmement, cette dernière caractéristique conduit à une réduction de la capacité du dispositif, pour les lasers comme pour les diodes électroluminescentes, ce qui permet une vitesse de fonctionnement élevée (c'est-à-dire des cadences de répétition d'impulsions plus élevées dans les applica-

tions numériques).

Pour réduire la capacité du dispositif, le bombar-

dement par protons doit pénétrer dans la jonction p-n qui, dans une DH classique, se trouve à l'une des frontières entre

la couche active 14 et les couches de gaine 10 et 12. Cepen-

dant, pour réduire l'émission spontanée, les protons doivent de préférencepénétrer dans la région active dans laquelle

la recombinaison a lieu.

Fabrication de canaux trapézoïdaux

Comme le montre la figure 4, une façon de fabri-

quer un canal trapézoïdal du type représenté sur la figure 1

consiste à faire croître par épitaxie sur la surface princi-

pale 44 une couche de semiconducteur qu'il est possible d'enlever, et de définir dans cette couche un motif formant des ouvertures 54 en forme de trapèzes renversés, par des techniques bien connues de photolithographie et d'attaque préférentielle, ces ouvertures mettant à nu des parties de la surface 44. Entre les ouvertures, les segments restants 52 de la couche qui peut être enlevée forment des masques

d'atténuation trapézoïdaux. Pour une couche de semiconduc-

teur composé du groupe III-V, les parois latérales obliques

56 des segments restants correspondent à des plans cristal-

lograpi-dques(lliA) qui font un angle d'environ 550 par rapport

à une surface 44 orientée dans la direction (100).

Selon une variante, on peut former les ouvertures

par attaque sous forme de trapèzes renversés, dans la cou-

che qui peut être enlevée, de façon que les segments restants 52 soient des trapèzes. Par conséquent, dans un

cas comme dans l'autre, les trapèzes et les trapèzes renver-

sés sont complémentaires.

Le bombardement de la surface masquée 44 avec des particules 50 (par exemple des protons ou de l'oxygène) donne la pénétration maximale des protons entre les segments, aucune pénétration sous les parties centrales (les plus

épaisses) des segments, et une pénétration qui diminue pro-

gressivement sous les côtés obliques des segments. Naturel-

lement, un segment de masque plus mince permettrait une cer-

taine pénétration des protons sous les parties centrales des segments, et une telle technique serait utile pour réaliser

la configuration de canal de la figure 2.

Une fois que le bombardement est terminé et avant la métallisation destinée à former les contacts électriques, on enlève les masques d'atténuation. Dans ce but, il est préférable que la matière du masque 52 soit différente de la

* partie du bloc 11 adjacente à la surface 44, de façon à pou-

voir avantageusement employer des procédures d'attaque avec

arrgt. Par exemple, la surface 44 est de façon caractéristi-

que en GaAs, auquel cas le masque 52 pourrait être en AlGaAs et on pourrait utiliser un agent d'attaque bien connu du type HF ou un agent d'attaque à l'iode (par exemple 113g de KI, 65g de I2 10Ocm3 de H20) pour effectuer une attaque

avec arrêt pour enlever le masque 52. On peut également uti-

liser l'attaque avec arrêt par plasma en remplacement des procédures chimiques par voie humide. Il faut enfin, noter qu'une solution tamponnée de peroxyde est également un agent d'attaque préférentiel et peut être utiliséepour l'attaque formant les ouvertures qui définissent les segments

de masque 52.

La formation de la couche qui peut être enlevée

procure également un avantage marginal qui est lié à la pro-

preté du processus de croissance épitaxiale. Lorsqu'on uti-

lise l'épitaxie en phase liquide pour fabriquer les couches semiconductrices de ces dispositifs, la dernière couche qu'on a fait croître est de façon caractéristique contaminée par diverses sources, en particulier par des globules du métal en fusion (par exemple Ga) qui est utilisé dans les solutions faisant fonction de sources. Par conséquent, cette

dernière couche, qui est habituellement la couche de recou-

vrement ou la couche destinée à faciliter la formation d'un contact, désignée par la référence 30 (figures 1-3), doit

être nettoyée par attaque, et cette opération doit être con-

duite avec un grand soin, du fait que la couche 30 est de

façon caractéristique très mince (par exemple 0,5 pm).

Cependant, dans le processus décrit ici, la dernière couche qu'on a fait croître est le masque d'atténuation qui peut être beaucoup plus épais (par exemple 3,0 pm) et qui peut être aisément enlevé par les techniques d'attaque avec arrêt,

comme mentionné ci-dessus.

Fabrication de structures niveau haut-niveau bas On peut employer un certain nombre de techniques de fabrication pour fabriquer la structure niveau haut-niveau bas de l'invention. Comme mentionné précédemment, on peut former les régions à résistivité élevée 32 par bombardement

par protons, par bombardement par de l'oxygène ou par atta-

que et recroissance d'une matière à résistivité élevée.

Cependant, pour les besoins de l'explication, on supposera

que ces régions sont formées par bombardement par protons.

Une technique directe ferait appel à deux étapes

de bombardement par protons et à deux masques. Dans la pre-

mière étape, on utiliserait un masque d'atténuation pour protons de largeur S1 et des protons d'énergie E1 (150 keV)

pour délimiter le canal supérieur étroit 36a. Dans la secon-

de étape, on utiliserait un masque d'atténuation pour pro-

tons de largeur S2 et des protons d'énergie E2 > E1 (par exemple E2 300 keV) pour délimiter le canal inférieur plus

large 36b.

Il est également possible de délimiter les canaux

36a et 36b en une seule étape de bombardement par protons.

Pour réaliser ceci, on peut utiliser un masque d'atténuation combiné ayant une plus forte atténuation pour les protons au centre et une plus faible atténuation sur les côtés. Les figures 5 et 6 représentent deux versions de ce type de

masque. Dans chaque cas, un plot de métal épais 40, de lar-

geur Si, est formé au sommet d'un plateau 42 qui est lui-

même formé sur la surface principale 44 la plus proche de la région active 14. Le plot 40 atténue de façon pratiquement totale les protons 50, ce qui fait qu'aucune détérioration par les protons ne se produit dans le canal étroit 36a, et le plateau 42 n'atténue que partiellement les protons 50, ce qui fait que les zones détériorées 32.1a et 32.2a s'étendent

jusqu'à une profondeur d1 qui n'atteint pas la région acti-

ve. A l'extérieur du plateau 42, le masque ne produit prati-

quement aucune atténuation, que ce soit sur la figure 5 (du fait que le masque ne s'étend pas aussi loin) ou sur la figu-

re 6 (du fait que le masque est très mince à cet endroit).

Ainsi, à l'extérieur du plateau 42, les zones détériorées

par les protons, 32.lb et 32.2b, s'étendent jusqu'à une pro-

fondeur d2 et pénètrent dans la région active 14. De préfé-

rence, comme il est représenté, ces zones détériorées

32.lb et 32.2b traversent complètement la région active 14.

A titre d'exemple, sur les figures 5 et 6, le plot 40 con-

siste en un placage d'or. Sur la figure 5, le plateau 42 consiste en couches de Au (42.1), Pd ou Pt (42.2), et Ti (42.3), et sur la figure 6 il consiste en une structure mésa

de SiO2 (42.4) recouverte de couches Ti-Pt (42.5).

Les exemples suivants décrivent de façon plus détaillée comment on utilise des masques de ce type pour fabriquer des dispositifs émetteurs de lumière. Sauf mention contraire, les paramètres numériques et les diverses matières ne sont indiqués que dans un but d'exemple et ne sont pas destinés à limiter le cadre de l'invention. Dans chacun des deux exemples, le bloc de semiconducteur 11 comprend un substrat 28 en GaAs de type n, avec l'orientation (100), sur

lequel on a fait croître, par une technique classique d'épi-

taxie en phase liquide, les couches épitaxiales suivantes une couche tampon de GaAs de type n (non représentée), une couche de gaine 10 en Al 36Ga 64As de type n, d'environ 1,5 pi d'épaisseur; une couche active 14 en Al 0,08Gao,92As

de type p d'environ 0,15 pm d'épaisseur; une couche de gai-

ne 12 en Al 36Ga 64As de type p d'environ 1,5 Mim d'épais-

seur; et une couche de recouvrement 30 en GaAs de type p, fortement dopé, d'environ 0,5 pm d'épaisseur. La tranche

terminée (le bloc 11 plus les couches épitaxiales) es-t trai-

tée de la manière suivante pour fabriquer des dispositifs

émetteurs de lumière, en particulier des lasers.

Exemple I

Pour fabriquer des lasers en utilisant le masque d'atténuation combiné 4042 de la figure 5, on dépose sur la surface 44 une matière de réserve photographique qui peut

être décollée, et on utilise des techniques photolithogra-

phiques classiques pour ouvrir une fenêtre en bande allongée, de 12 pm ou 18 pm de largeur, perpendiculaire aux plans de clivage {1103. On dépose successivement les couches de Ti, Pd, et Au 42.3, 42.2 et 42.1, en utilisant un système à canon électronique sous vide. On commande la vitesse de dép8t au moyen d'un système de conduite de processus du commerce, de façon que les couches de Ti, Pd et Au aient

des épaisseurs respectives de 100 nm, 150 nm et 500 nm.

L'épaisseur totale de 0,75 pm du plateau 40 est choisie de façon à donner une réduction de 50% de la profondeur de pénétration des protons 50, d'une énergie de 300 keV. On forme ensuite le plateau 42 à géométrie en bande par des procédures d'attaque bien connues, pour décoller le masque

de matière de réserve photographique.

On forme ensuite le plot 40 en lui donnant égale-

ment la forme d'une bande d'une largeur de 5 pm, en procé-

dant par électrodéposition de Au avec une épaisseur d'envi-

ron 1-2 pim en utilisant les procédures photolithographiques

classiques. Le plot de Au 40 établit une barrière pratique-

ment totale pour les protons 50 d'énergie élevée (300 keV dose de 3xO1 cm) , ce qui forme le canal supérieur étroit 36a de largeur S1, 5 pim et le canal inférieur plus large 36b de largeur S2 12 pm ou 18 Pim. Entre S1 et S2Y le plateau 42 ne produit qu'une atténuation partielle, ce qui fait que les protons pénètrent jusqu'à une profondeur

d1-,1,5 Pm. A l'extérieur de S2' il n'existe aucune atté-

nuation due au masque, et les protons pénètrent jusqu'à une profondeur d2 = 2,8 pm et traversent donc la couche active 14.

Exemple II

Pour simplifier la procédure de fabrication de l'exemple I, on remplace le plateau Ti-Pd-Au 42, par la structure représentée sur la figure 6, comprenant une bande diélectrique 42.4 (par exemple SiO2 ou Si3N4) recouverte par une couche Ti-Pt, 42.5. On fabrique ce masque combiné en déposant environ 1,0-1,2 pm de SiO2 sur la surface 44 en

utilisant des techniques classiques de dépôt en phase vapeur.

Cette épaisseur est choisie à nouveau pour obtenir une atté-

nuation de 50% des protons 50, d'une énergie de 300 keV.

Ensuite, on délimite la couche de SiO2 par photolithographie, et on l'attaque dans un agent d'attaque classique consistant en une solution tamponnée de HF, pour former des bandes d'une largeur de 12 pm ou 18 Fm perpendiculaires aux plans

de clivage (1103. Après avoir enlevé le masque de photoli-

thographie, on recouvre la bande de SiO2, 42.4 et la surface 44 par 100 nm de Ti, puis ensuite par 150 nm de Pt, en employant des procédures d'évaporation classiques. Enfin, on forme le plot 40 sous la forme d'une bande de 5 pM et d'une épaisseur de 1-2 pm, en utilisant des techniques classiques

de photolithographie et d'électrodéposition. Comme précédem-

ment, on soumet les tranches masquées à des protons de

300 keV avec une dose de 3xlO15 cm 2 pour former simultané-

ment le canal supérieur étroit 36a et le canal inférieur

plus large 36b. Dans ce cas, la couche 42.5 réduit l'éner-

gie des protons, ce qui fait que d2 diminue jusqu'à une

valeur d'environ 2,3 pm.

Dans les deux exemples I et II, une fois que le bombardement par protons est terminé, on enlève les masques

combinés 40-42 de la surface 44 au moyen d'un agent d'atta-

que à base de HF. Cette opération prépare également la sur-

face 44 pour la métallisation qui suit, destinée à former des contacts classiques entre une matière de type p et un métal. Résultats expérimentaux; structures niveau haut-niveau bas Pour établir une référence pour la comparaison, on a fabriqué à partir de la moitié de chaque tranche dans

les exemples I et II des lasers de référence ayant des ban-

des de 5 pm de largeur, avec bombardement par protons à

faible profondeur de pénétration (150 keV). On a traité cha-

que demi-tranche restante de la manière indiquée ci-dessus pour fabriquer des lasers du type niveau haut-niveau bas, en utilisant des masques combinés 40-42 de trois types: Type (1) - plot de Au 40 de 5 pim de largeur, sur un plateau

SiO2/Ti-Pt 42 de 18 pm de largeur (exemple II); Type (2) -

plot de Au 40 de 5 Mim de largeur sur un plateau SiO2/Ti-Pt 42 de 12 pm de largeur (exemple II);_et Type (3) - plot de Au 40 de 5 pm de largeur sur un plateau de Ti-Pd-Au 42 de 18 pm de largeur (exemple I). Les comparaisons présentées dans le tableau ci-dessous sont basées sur un certain nombre de paramètres la puissance d'émission spontanée SL à 50 mA de courant d'attaque; la pente àSL de la partie d'émission spontanée

de la courbe L-I; la capacité C-mesurée à 1 MHz (la capa-

cité indiquée ci-dessous est la capacité moyenne); et le courant de modulation minimal CMM qui est défini comme

étant la différence de courant entre les niveaux de puis-

sance lumineuse supérieur et inférieur, désignés respecti-

vement par P2 et Pl, qui donnent un rapport d'extinction

d'intensité lumineuse ER entre l'état actif et l'état inac-

tif lorsque le laser fonctionne en régime d'impulsions (le CMM médian est indiqué ci-dessous pour ER = 15:1,

P2 ' 2,5 mW, et P1, 0,167 mW).

r. o Ou Ln M'

TYPES DE LASER

o ciJ Paramètre Référence Type (1) Référence Type (2) Référence Type (3) SL (mW) 0,200 0,151 0,142 0,042 0,071 0,041 ASL (mW) 0,29 0,28 0,20 0,07 0,12 0,06 CMM (mA) 59 45 76,5 24 70,5 26 C (pf) 83 21 115 35 i 54 12 ___________________________,__________________________, , ___________________________,____,___,___,___.......__________h_ En plus des données indiquées dans le tableau, on a trouvé que 90% des lasers du Type (2) ont des CMM ne dépassant pas un CMM spécifié de 30 mA, avec une variance statistique 2c - 3 mA. De façon similaire, 75% des lasers du Type (3) ont un CMM ne dépassant pas 30 mA, tandis qu'aucun des lasers de référence correspondants ne présente cette caractéristique. Ces résultats impliquent une augmentation

du rendement de fabrication des dispositifs.

On notera que les lasers du Type (2), qui ont des bandes d'une largeur S2 - 12 pm, présentent la plus grande

diminution de SL et le rendement de fabrication le plus éle-

vé pour un CMM < 30 mA, mais ces avantages seuls n'imposent

pas nécessairement l'utilisation de cette largeur de bande.

Il faut considérer l'influence sur le niveau de sortie de

puissance lumineuse Pk auquel des non linéarités apparais-

sent. En général, on a trouvé que des non linéarités appa-

raissent à un Pk plus élevé dans les lasers de référence

que dans les lasers niveau haut-niveau bas, mais ces der-

niers demeurent toujours bien dans les limites des spécifi-

cations (par exemple Pk a 3 mW). Les lasers du Type (1) présentent peu de variation de Pk* Cependant, les lasers du Type (2), qui utilisent les masques d'atténuation les plus étroits (S2 12 Mm), manifestent une réduction marquée de kP, d'environ 50%, par rapport aux lasers de référence correspondants. Au contraire, les lasers du Type (3), qui ont S2 - 18 pm, ont une plus faible diminution de Pk'

d'environ 35%. Ces données suggèrent qu'il peut être avan-

tageux que la largeur S2 soit comprise entre 12 pm et 18 pim.

Les premiers moyens définissant le canal supé-

rieur étroit 36a peuvent etre constitués par un sillon for-

mé par une opération d'attaque dans la surface supérieure 44. Par conséquent, on prévoit qu'un sillon combiné à un canal inférieur plus large, 36b, ait des caractéristiques et des avantages comparables à ceux décrits ci-dessus. Les détails d'une telle structure sont examinés en relation

avec les figures 7 à 9.

On va maintenant considérer la figure 7 sur laquel-

le on voit un dispositif émetteur de lumière à semiconduc-

teurs (laser ou diode électroluminescente) qui est analogue

à celui des figures 1 à 6 et qui comprend un bloc de semi-

conducteur 111 comportant une région intermédiaire 114. La région 114, qui peut comprendre une ou plusieurs couches, comprend une région active qui émet un rayonnement 122 qui est de façon prédominante un rayonnement stimulé dans le cas d'un laser, ou un rayonnement spontané dans le cas d'une diode électroluminescente, lorsqu'un courant de pompage lui est appliqué. Une structure d'électrodes, représentée à titre d'exemple par des contacts 116 et 118 sur le bloc 111, est établie en compagnie d'une source de tension 120, pour fournir le courant de pompage. De plus, le bloc 111 comporte des moyens de canalisation 132-134 qui font en sorte que le courant de pompage circule dans un canal relativement étroit

136-138, en partant du contact supérieur 116 et en traver-

sant la région active, après quoi le courant peut s'étaler

vers le contact inférieur 118.

Conformément à l'exemple de réalisation de l'in-

vention qui est représenté sur la figure 7, les moyens de canalisation de courant 132-134 comprennent des premiers moyens 134 définissant un canal supérieur 136 relativement

étroit et des seconds moyens 132 définissant un canal infé-

rieur 138 relativement plus large. A titre d'exemple, les moyens de canalisation comprennent des premiers moyens 134 en forme de sillon en V, qui s'étendent depuis la surface principale 144 jusqu'à une profondeur d5 n'atteignant pas

la région active, ce qui définit le canal supérieur rela-

tivement étroit, 136; et ils comprennent en outre des régions à résistivité élevée, 132, séparées en direction latérale, qui limitent le canal inférieur plus large 138, et qui s'étendent approximativement depuis la profondeur d., au moins, jusqu'à la région active (c'est-à-dire qu'elles pénètrent ou traversent la région active). Sur la représentation, les régions séparées 132 s'étendent à

titre d'exemple depuis la surface 144 et traversent de pré-

férence la région active. Le sillon en V 134 se trouve dans l'espace compris entre les régions 132. Cependant, il n'est pas essentiel que les régions à résistivité élevée 132 atteignent effectivement la surface principale 144. En fait, dans le but d'établir des contacts, il peut être avantageux d'interposer une couche à conductivité élevée entre les régions 132 et le contact 116, comme il est décrit dans le brevet U. S. 4 124 826. En considérant la DH de la figure 7, on voit que le sillon en V 134 a une largeur S3 à la surface principale

144 et une profondeur de pénétration d5 dans la seconde cou-

che de gaine 112, ce qui définit un canal supérieur 136 ayant pratiquement la même largeur. Au contraire, les

régions à résistivité élevée 132 sont séparées par une dis-

tance plus grande S4 > S3 et elles s'étendent depuis la sur-

face 144 jusqu'à une profondeur d6 > d5 de façon à pénétrer

et à traverser de préférence la région active, ce qui défi-

nit le canal inférieur plus large 138, ayant la largeur S4.

Selon une variante, représentée sur la figure 8, le canal supérieur 136 peut être limité encore davantage par des régions à résistivité élevée supplémentaires 132.1 qui limitent une partie des côtés obliques 134.1 du sillon

en V 134, définissant ainsi pour le canal supérieur la lar-

geur S'3 de la figure 8 qui est inférieure à la largeur S3 de la figure 7. En pratique, on peut fabriquer les régions 132 et 132.1 (par exemple par bombardement par protons) de façon qu'elles aient des profondeurs respectives d6 et d7 (d6 > d7); puis on peut former le sillon en V 134 par attaque jusqu'à une profondeur d5, de façon qu'il pénètre

dans les régions 132.1 (d7 Z d5 Z d6).

On attend plusieurs avantages de ces configura-

tions de sillon en V. Premièrement, le canal supérieur étroit 136 augmente la densité de courant dans la région active et décale donc les non linéarités dans les lasers vers des niveaux de courant supérieurs, hors de la plage de

fonctionnement caractéristique. Secondement, cette caracté-

ristique doit également conduire à des seuils d'effet laser plus uniformément répartis et à des seuils d'effet laser

plus bas, donnant des rendements de fabrication plus élevés.

Troisièmement, du fait que le canal inférieur plus large 138 réduit la diffusion et l'étalement du courant en direction latérale, un plus faible niveau de rayonnement spontané est émis hors du résonateur du laser, ce qui permet d'employer un courant de modulation plus faible pour un rapport

d'extinction prédéterminé dans les applications numériques.

Quatrièmement, cette dernière caractéristique conduit à une capacité réduite du dispositif aussi bien pour les lasers que pour les diodes électroluminescentes, ce qui permet un fonctionnement à vitesse plus élevée (c'est-à-dire des cadences de répétition d'impulsions plus élevées dans les

applications numériques).

L'homme de l'art peut concevoir d'autres configu-

rations conformes à ces principes, sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on peut remplir le sillon en V 34 de la figure 7 ou de la figure 8 avec de la matière

semiconductrice, donnant ainsi des dispositifs (en particu-

lier des lasers) ayant plusieurs caractéristiques intéres-

santes, comme on l'envisage ci-après. De plus, bien que le sillon ait été décrit comme étant un sillon en V, sa forme géométrique précise n'est pas critique. On obtient un sillon en V lorsqu'on soumet des semiconducteurs III-V à

certains agents d'attaque qui attaquent les plans cris-

tallographiques de façon préférentielle, mais on pourrait obtenir des sillons en V ou des sillons rectangulaires avec

d'autres agents d'attaque ou d'autres traitements (par exem-

ple l'érosion par faisceau ionique ou l'attaque par plasma).

Sur la représentation de la figure 9, le sillon en V a été rempli par une matière semiconductrice 134' et, en

fonction de la procédure utilisée pour effectuer le remplis-

sage, ceci peut conduire ou non à la formation de couches 134.2 qui sont adjacentes au sillon en V et/ou à la surface principale 144. De plus, en fonction de la matière de la couche de gaine 112 et du type des procédures utilisées, la matière 134' peut être ou non épitaxiale (c'est- à-dire monocristalline). On obtient plusieurs modes de réalisation en fonction de la taille relative des bandes interdites E des g couches de la DH par rapport à celle de la matière 134' du sillon en V. Cas I: Eg (134') > Eg (114); c'est-à-dire que la matière 134' du sillon en V a une bande interdite plus

large que la couche active 114. Il en résulte que le rayon-

nement laser qui pénètre dans la matière 134' du sillon en V est soumis à une absorption réduite par rapport au cas de la figure 7. Cas II: Eg (134') > Eg (112) > Eg (114); de plus, les couches de gaine 110 et 112 et la couche active 114 ont toutes le même type de conductivité et la matière 134' du sillon en V et la couche de gaine 112 ont des types de conductivité opposés. Cette configuration est une forme de laser isotype dans laquelle la jonction p-n se trouve le long des surfaces obliques 134. 1. Dans ce

cas, la matière 134' du sillon en V est de préférence mono-

cristalline. Cas III: Eg (112) > Eg (134') > Eg (114); c'est-à-dire que la matière 134' du sillon en V a une bande interdite inférieure à celle de la couche de gaine 112, mais une bande interdite supérieure à celle de la couche active 114. Il en résulte que les indices de réfraction n présentent la relation n (114) > n (134') > n (112), ce qui fait que le rayonnement laser est guidé le long du sillon

en V par les différences d'indice de réfraction.

Il va de soi que de nombreuses autres modifica-

tions peuvent être apportées au dispositif et au procédé

décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'inven-

tion.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Dispositif émetteur de lumière à semiconduc-

teurs comportant un bloc de semiconducteur qui comprend une région active dans laquelle un rayonnement optique est généré lorsqu'un courant traverse cette région, et des moyens situés dans le bloc qui sont destinés à canaliser le courant de façon qu'il circule dans un canal en partant d'une surface principale du bloc et en traversant la région active, caractérisé en ce que le canal est étroit près de la

surface principale et plus large près de la région active.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les moyens de canalisation comprennent des premiers moyens faisant en sorte que le courant circule dans un canal supérieur relativement étroit qui s'étend depuis la surface jusqu'à une profondeur n'atteignant pas la région

active, et des seconds moyens faisant en sorte que le cou-

rant circule dans un canal inférieur relativement plus large qui s'étend à partir de ladite profondeur jusqu'à la

région active.

3. Dispositif selon la revendication 2, caracté-

risé en ce que les seconds moyens comprennent une paire de secondes zones à résistivité élevée qui limitent le canal inférieur.

4. Dispositif selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que les secondes zones traversent la région acti-

ve.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 4, caractérisé en ce que les premiers moyens

comprennent une paire de premières zones à résistivité éle-

vée qui limitent le canal supérieur.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 3 à 5, caractérisé en ce que les zones à résistivité

élevée consistent en zones bombardées par des protons.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 6, comprenant une première couche de gaine, une

seconde couche de gaine plus proche de la surface que la pre-

mière couche, et la région active qui comprend une couche active entre les couches de gaine, caractérisé en ce que le

canal supérieur s'étend depuis la surface jusqu'à une pro-

fondeur correspondant à un emplacement situé dans la seconde couche de gaine, et le canal inférieur s'étend à partir de cette profondeur et traverse la couche active.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 7 caractérisé en ce que le canal supérieur a environ 5 pm de largeur et le canal inférieur a une largeur

comprise entre 12 et 18 pm environ.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 8, comportant un axe de résonateur laser le long duquel le rayonnement se propage, caractérisé en ce que les moyens de canalisation définissent les canaux sous la forme de parallélépipèdes allongés dirigés de façon pratiquement

parallèle à l'axe.

10. Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 8, destiné à 8tre utilisé en diode électrolu-

minescente, caractérisé en ce que les moyens de canalisa-

tion définissent les canaux sous la forme de cylindres

s'étendant transversalement par rapport à la région active.

11. Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de canali-

sation comprennent des premiers moyens sous forme de sillon allongé destinés à faire en sorte que le courant circule dans le canal supérieur relativement étroit, qui s'étend depuis la surface jusqu'à la profondeur n'atteignant pas la région active, et des seconds moyens destinés à faire en

sorte que le courant circule dans le canal inférieur relati-

vement plus large qui s'étend depuis ladite profondeur, au

moins, jusqu'à la région active.

12. Dispositif selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que les premiers moyens comprennent une partie de la surface dans laquelle est formé un sillon en V, et une paire de premières régions à résistivité élevée, séparées en direction latérale, qui limitent au moins une partie des côtés obliques du sillon en V, de façon que le sillon en V

traverse les premières régions.

13. Dispositif selon la revendication 11, considé-

rée comme dépendante de-la revendication 7, caractérisé en ce

que les moyens sous forme de sillon s'étendent depuis la sur-

face jusqu'à ladite profondeur dans la seconde couche de

gaine, et le canal inférieur s'étend à partir de cette pro-

fondeur, au moins, et traverse la couche active.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 11 ou 12, caractérisé en ce que les premiers moyens comprennent une partie de la surface dans laquelle est formé

le sillon, et ils comprennent en outre une matière semicon-

ductrice emplissant le sillon.

15. Dispositif selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que la bande interdite de la matière emplissant le sillon est plus grande que celle des parties adjacentes

du bloc.

16. Dispositif selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que la matière emplissant le sillon a le même

type de conductivité que les parties adjacentes.

17. Dispositif selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que la matière emplissant le sillon a un type de conductivité opposé à celui des parties adjacentes, ce qui forme sur les côtés du sillon une jonction p-n qui a pour

action d'injecter des porteurs dans la région active.

18. Dispositif selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que la matière emplissant le sillon a une bande interdite plus petite que celle des parties adjacentes du bloc et une bande interdite plus grande que celle de la

région active.

19. Procédé de fabrication d'un dispositif con-

forme à la revendication 1, comportant un canal de courant

de forme trapézoïdal dans un bloc de semiconducteur, com-

prenant les opérations suivantes: (a) on fait croître par

épitaxie une couche semiconductrice sur une surface princi-

pale du bloc; caractérisé en ce que: (b) on traite la couche pour y former des ouvertures trapézoïdales, les

segments restants de la couche formant, en coupe, des mas-

ques trapézoïdaux complémentaires qui ont des parois laté-

rales obliques, (c) on soumet le bloc à un bombardement par des particules de façon à former des zones à résistivité

élevée entre les masques et sous les parois latérales obli-

ques, et (d) on enlève les masques de la surface.

20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la couche semiconductrice et la partie du bloc adjacente à la surface consistent en matières semiconductri-

ces différentes et, dans l'opération (d), on enlève les mas-

ques par une procédure d'attaque avec arrêt.

21. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 19 ou 20, caractérisé en ce que la surface a une orierf-

tation cristalline (100), et dans l'opération (b) on forme les ouvertures en exposant la couche à un agent d'attaque

qui attaque de façon préférentielle dans des plans cristal-

lographiques (l1A), de façon que les parois latérales

constituent ces plans.