FR2525035A1

FR2525035A1 - Laser a semi-conducteur a forte puissance de sortie

Info

Publication number: FR2525035A1
Application number: FR8219411A
Authority: FR
Inventors: John Charles Conolly; Dan Botez
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1982-04-09
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1983-10-14
Also published as: GB2118766B; JPS58178583A; DE3244540A1; US4461008A; GB2118766A

Abstract

CE LASER EST CARACTERISE EN CE QUE SON CORPS 12 COMPREND: UN SUBSTRAT 18 MUNI D'UNE PAIRE DE RAINURES SENSIBLEMENT PARALLELES 24 DANS UNE SURFACE PRINCIPALE 20, SEPAREES PAR UNE STRUCTURE MESA 20A; UNE PREMIERE COUCHE DE CONFINEMENT 30, SURMONTANT LADITE SURFACE DU SUBSTRAT 20, LES SURFACES DES RAINURES 24 ET LA STRUCTURE MESA 20A, CETTE PREMIERE COUCHE DE CONFINEMENT AYANT UNE SURFACE ETAGEE 32; UNE COUCHE ACTIVE 38, AU-DESSUS DE LA SURFACE ETAGEE DE LADITE PREMIERE COUCHE DE CONFINEMENT 30, L'EPAISSEUR DE LADITE COUCHE ACTIVE ETANT DECROISSANTE, A PARTIR D'UNE PARTIE PRESENTANT UNE EPAISSEUR MAXIMALE 42, QUI EST SITUEE AU-DESSUS D'UNE PORTION CONCAVE 32A DE LA PARTIE ETAGEE DE LA SURFACE 32 DE LA PREMIERE COUCHE DE CONFINEMENT 30; UNE SECONDE COUCHE DE CONFINEMENT 44, AU-DESSUS DE LA COUCHE ACTIVE 38 ET DES CONTACTS ELECTRIQUES 52, 54 VERS LE SUBSTRAT 18 ET UNE PARTIE DE LA SECONDE COUCHE DE CONFINEMENT 44, SUR LA PARTIE D'EPAISSEUR MAXIMALE 42 DE LA COUCHE ACTIVE 38, LA PARTIE D'EPAISSEUR MAXIMALE 42 DE LADITE COUCHE ACTIVE 38 CONSTITUANT LA REGION DE RECOMBINAISON DU LASER.

Description

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La présente invention concerne un laser à semi-conducteurs et elle vise plus particulièrement un laser à semi-conducteurs, présentant une puissance de sortie élevée dans un mode optique unique, Le brevet américain N O 4 215 319, auquel le lecteur est prié de se reporter, décrit un laser à semi-conducteurs qui comporte un substrat

présentant une paire de rainures espacées et sensiblement parallèles, ména-

gées dans une surface de ce substrat, une structure mesa étant prévue entre les rainures Une première couche de confinement recouvre la surface du

substrat, la structure du mesa et les surfaces des rainures, une couche ac-

tive est disposée au-dessus de la première couche de confinement et une se-

conde couche de confinement recouvre la couche active La couche active s'amincit, de façon symétrique ou asymétrique, son épaisseur augmentant ou diminuant dans la direction latérale, c'est-à-dire la direction dans le plan des couches perpendiculaire à l'axe des rainures, en fonction de l'orientation cristallographique de la surface du substrat et de la courbure de surface des couches sous-jacentes La couche active sur la partie plate de la première couche de confinement, au-dessus de la structure mesa, constitue la région

de recombinaison du laser.

Le brevet américain N O 4347 486, auquel on pourra se reporter,

décrit un laser à semi-conducteurs qui comporte une couche de guidage inter-

posée entre la première couche de confinement et la couche active du laser décrit ci-dessus La couche active au-dessus de la structure mesa constitue la région de recombinaison du laser et la lumière ainsi engendrée se propage

à la fois dans la couche active et dans la couche de guidage.

Dans la publication américaine "Applied Physics Letters" 32, 261 -

263 ( 1978) Botez et al ont décrit un laser à semi-conducteurs qui comprend un substrat présentant une rainure en forme de queue d'aronde, ménagée dans

une surface dudit substrat, -la première couche de confinement, la couche ac-

tive et la seconde couche de confinement recouvrant la surface du substrat et

la rainure La région active présente une portion d'épaisseur minimale ad-

jacente à un bord de la rainure et dont l'épaisseur augmente dans la direction

latérale, en raison des différences locales de vitesses de croissance au-

dessus de la rainure L'orientation' de la surface du substrat est décalée à partir d'un plan cristallographique fi 003, en produisant une légère asymétrie

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dans l'épaisseur des couches De la lumière est engendrée dans la partie

d'épaisseur minimale, sur le bord de la rainure, Dans chacune de ces struc-

tures de laser, des variations locales de la vitesse de croissance sur des

faces incurvées produisent des couches qui présentent des épaisseurs va-

riables et le laser à semi-conducteurs résultant présente des caractéristiques

améliorées en mode optique latéral.

Le besoin se fait sentir de disposer d'autres structures de laser

qui sont basées sur la variation de vitesses de croissance locale, pour amé-

liorer encore la puissance de sortie, des caractéristiques de mode optique,

ainsi que la stabilité du faisceau laser de sortie.

La Demanderesse a découvert que le dépôt de la couche active d'un laser à semi-conducteurs sur une couche de confinement étagée permettait d'obtenir une couche active qui présente son épaisseur maximale, ainsi que sa région de recombinaison sur la partie concave de la partie étagée et dont

l'épaisseur décroît dans la direction latérale On forme ainsi un guide opti-

que à indice positif asymétrique de faible valeur, qui ne supporte que le

mode optique latéral fondamental Une couche de guidage peut être inter-

posée entre la couche de confinement et la couche active, de manière que la partie la plus épaisse de la couche active soit située sur la partie étagée

de la couche de guidage.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention

ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins

annexés qui en illustrent cet exemple de réalisation dépourvu de tout carac-

tère limitatif Sur les dessins:

La Figure 1 est une vue en perspective d'un laser à semi-con-

ducteurs selon la présente invention

La Figure 2 est une vue en élévation-latérale d'un laser à semi-

conducteurs selon l'invention; La Figure 3 est une vue schématique représentant le décalage d'orientation cristallographique du substrat; La Figure 4 a est une courbe illustrant la variation d'épaisseur latérale de la couche active du laser à semi-conducteurs, en fonction du déplacement latéral;

La Figure 4 b est une courbe illustrant la variation de l'épais-

3 2525035

seur latérale de la couche de guidage du laser à semi-conducteurs, en fonc-

tion du déplacement latéral et,

La Figure 5 est une courbe illustrant le profil de l'indice effi-

cace du laser à semi-conducteurs, en fonction de l'épaisseur latérale.

On se réfère en premier lieu à la Figure 1 sur laquelle on a repré-

senté un laser à semi-conducteurs désigné dans son sensemble par la réfé-

rence 10 Ce laser 10 comprend un corps 12 en un matériau semi-conduc-

teur monocristallin, constitué de façon typique de composés du groupe IIIV, ce corps 12 présentant la forme d'un parallélépipède rectangle Le corps 12 présente des faces d'extrémité 14 parallèles et espacées, l'une de ces faces

14 étant partiellement transparente, afin de permettre l'émission de la lu-

mière Le corps 12 présente également des surfaces latérales 16 parallèles

et espacé-es qui s'étendent entre les faces 14 auxquelles elles sont perpendi-

culaires. Le corps semi-conducteur 12 comporte un substrat 18, présentant des surfaces principales parallèles et espacées 20 et 22 qui s'étendent entre

les deux faces d'extrémité 14 et les surfaces latérales 16, en étant perpen-

diculaires à ces faces 14 et à ces surfaces 16 La surface principale 20 est pourvue d'une paire de rainures espacées et sensiblement parallèles 24 qui s'étendent entre les faces d'extrémité 14 La partie de la surface principale qui est située entre les rainures 24 forme une structure mesa 20 a Une couche tampon 26 recouvre la surface principale 20, la structure mesa 20 a et elle remplit les rainures 24 Cette couche tampon 26 présente une surface

étagée 28 qui comporte une partie concave 28 a Une première couche de con-

finement 30 recouvre la surface 28, cette couche 30 comportant une surface étagée 32 qui présente une partie concave 32 a latéralement espacée de la partie concave 28 a Une couche de guidage 34 recouvre la surface étagée 32 et elles présente une surface 36 comportant une partie concave 36 a qui est latéralement espacée de la partie concave 32 a Une couche active 38 est disposée au-dessus de la surface 36 de la couche de guidage 34, cette couche active 38 comportant un épaulement 40, au-dessus de la partie la plus épaisse de la couche de guidage 34 et une partie d'épaisseur maximale 42 surmontant

la partie concave 36 a de la surface étagée 36 Une seconde couche de confi-

nement 44 recouvre la couche active 38 et une couche de couverture 46 est

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disposée au-dessus de la seconde couche de confinement 44 Une couche électriquement isolante 48 recouvre la couche de couverture 46, cette couche 48 comportant une ouverture 50 qui la traverse de part en part et

qui est réalisée sous la forme d'une bande qui s'étend entre les faces d'ex-

trémité 14, sur la partie présentant l'épaisseur maximale 42 de la couche

active 40 Un premier contact électrique 52 recouvre la couche électrique-

ment isolante 48, ainsi que la partie de la couche de couverture 46, située dans la région de l'ouverture 50 Un second contact électrique 54 (contact

de substrat) recouvre la seconde surface principale 22.

On se réfère maintenant à la Figure 2 qui représente un laser à semiconducteurs 10, comportant un revêtement protecteur 62, déposé sur la face d'extrémité 14, ce revêtement transmettant la lumière de la longueur d'onde émise par le laser 10 Un réflecteur 64, qui réfléchit la lumière de

la longueur d'onde émise par le laser 10 recouvre la face d'extrémité oppo-

sée 14.

Le substrat 18, la couche tampon 26, la première couche de con-

finement 30 et la couche de guidage 34 sont d'un type de conductivité, soit du type p, soit du type n, alors que la seconde couche de confinement 44 et la couche de couverture 46 sont d'un type de conductivité opposé On comprend que les types de conductivité de chacune de ces couches peuvent être inversés,

à condition de maintenir les relations entre les types de conductivité des di-

verses couches.

Les matériaux qui constituent la couche active 38, la couche de

guidage 34 et les première et seconde couches de confinement 30 et 44 res-

pectivement, sont choisis de façon que l'indice brut de réfraction de la cou-

che active 38 soit plus grand que celui de la couche de guidage 34, lequel est supérieur à celui des première et seconde couches de confinement 30

et 44.

Les diverses couches épitaxiales peuvent être déposées en utilisant des techniques bien connues d'épitaxie en phase liquide, comme décrit dans les brevets américains N's 4 215 319 et 3 753 801 auxquels le lecteur est

prié de se reporter Dans l'épitaxie en phase liquide, la vitesse de crois-

sance locale d'une partie d'une couche particulière est fonction de la cour-

bure locale de la surface sur laquelle elle croît Plus la valeur de la cour-

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bure négative locale de la surface (c'est-à-dire la valeur de la concavité de la surface, lorsqu'elle est observée depuis sa partie supérieure) est

élevée, plus la vitesse de croissance locale est importante.

De façon typique, le substrat 18 est composé d'un alliage du groupe III-V, de type n, de préférence Ga As, de type n, qui présente une surface principale 20 dont l'orientation cristallographique est décalée par rapport à un plan principal cristallographique et qui est sensiblement plane à l'exception des rainures De façon typique, la surface est proche d'un

élément de la famille de plans f 100, avec l'axe des rainures orienté para-

llèlement à la direction cristallographique < 110 > L'emploi d'un élément de la famille d'axes cristallographiques < 110 > est préférable, étant donné que les faces d'extrémité 14 du corps semi-conducteur constituent alors des plans de clivage séparés en couches Le décalage d'orientation a été représenté sur la Figure 3 o on voit qu'un substrat comporte une paire de rainures qui sont parallèles à l'axe des x L'axe des y est situé dans le plan de la surface du substrat et il est perpendiculaire à l'axe des rainures, l'axe des z étant perpendiculaire à la surface du substrat Sur cette Figure, on a représenté la surface du substrat avec un décalage d'un angle O dans le plan y-z, à partir du plan cristallographique ( 001), l'axe des x et l'axe de la rainure étant parallèle à la direction cristallographique | ll Ojet l'axe cristallographique l 1103 étant décalé d'un angle 8, par rapport à l'axe des

y, toujours dans le plan y-z De préférence, l'angle de décalage 4 de l'orien-

tation de la surface du substrat est compris entre 0,5 et 3 dans le plan y-z, c'est-à-dire le plan perpendiculaire à l'axe des rainures La surface du substrat diffère alors légèrement d'un plan cristallographique à faible

énergie de surface, ici un élément de la famille de plans 1003 La crois-

sance épitaxiale en phase liquide sur cette surface se produit alors préfé-

rentiellement selon un angle autre que la normale à la surface, afin d'es-

sayer de reconstituer la surface { 100-d'énergie inférieure En l'absence des rainures, on formre une ou plusieurs parties étagées, distribuées de façon aléatoire, sur la surface de la couche déposée Les rainures servent

à initier un arrangement régulier et prévisible de parties étagées, position-

nées de façon utile, dans la surface.

Une partie étagée sur une couche est constituée par la partie de cette couche qui présente une zone de transition depuis une première région

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qui constitue la partie la plus épaisse de la couche, vers une seconde ré-

gion qui constitue la partie la plus mince de cette couche La région de transition entre les première et seconde régions, constitue la surface étagée (surface en terrasse) La partie de la première région qui est adjacente à la surface étagée, constitue l'épaulement de cette partie étagée La jonction

de la face étagée et de la surface de la seconde région forme une partie con-

cave de la surface, pour laquelle là vitesse de croissance d'une couche dé-

posée sur cette jonction, sera la plus importante Par conséquent, une cou-

che déposée sur une surface étagée, présente une vitesse de croissance plus élevée en regard de la surface étagée, ce qui provoque le remplissage de la partie concave et entraîne un espacement latéral de la partie étagée de la couche en cours de croissance, par rapport à la partie étagée de la couche sous-jacente L'emplacement d'une partie étagée d'une couche particulière dépend de l'épaisseur de la couche, ainsi que de l'emplacement de la partie

étagée de la couche sous-jacente.

La Figure 3 illustre le décalage de l'orientation Celui-ci est

parallèle à l'axe des y Cependant, la direction de ce décalage peut être dif-

férente de l'axe des y et être située dans le plan x-y, en faisant un certain

angle par rapport à l'axe des y La Demanderesse a découvert que l'ampli-

tude des parties étagées, formées sur la surface de la couche déposée, dé-

croit lorsqu'augmente l'angle entre la direction du décalage d'orientation et l'axe des y Au-delà d'un angle d'environ plus ou moins Z O , dans le plan x-y, les parties étagées ainsi formées sont petites et leur utilité pour induire

des variations d'épaisseurs des couches déposées est réduite.

Bien que l'on préfère des orientations de surfaces de substrat voi-

sines de la famille de plans l 003, on peut également utiliser d'autres fa-

milles de plans cristallographiques, tels que la famille flll BB.

Dans l'exemple de réalisation illustré par la Figure 1, les rainures 24 présentent une forme en queue d'aronde, l'axe de la rainure étant parallèle à la direction cristallographique l 1101 En variante, les rainures 24 peuvent présenter une forme différente, par exemple une forme en U, en V, ou une forme rectangulaire qui est obtenue lorsqu'on utilise un axe cristallographique différent comme axe de rainure, ou lorsqu'on emploie des agents d'attaque

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chimique différents La largeur des rainures 24, sur la surface 20, est

typiquement comprise entre 4 et 20 micromètres, de préférence 10 micro-

mètres et la profondeur de ces rainures est de l'ordre de 4 micromètres.

L'espacement des rainures est compris typiquement entre 20 et 45 micro-

mètres, de préférence 32 micromètres environ Les rainures sont réalisées

en utilisant des techniques d'attaque chimique et de photolithographie clas-

siques, comme décrites par exemple dans le brevet américain N' 4 215 319.

La hauteur de la surface de la structure mesa 20 a peut être diffé-

rente de la hauteur de la surface principale 20 au-dessus du fond des rainures 24, comme décrit dans la demande de brevet américain N O 333 767 déposée le 23 décembre 1 981 au nom de Botez Cette différence de hauteur augmente la courbure des couches qui sont déposées sur cette surface De façon typique, cette différence de hauteur peut aller jusqu'à 3 micromètres et elle est de

préférence comprise entre 1 et 2 micromètres.

La couche tampon 26 est composée de façon typique du même ma-

tériau que celui constituant le substrat 18 et son épaisseur, au-dessus de la

structure tnesa 20 a est comprise typiquement entre environ 1 et 3 micromè-

tres L'épaisseur de cette couche varie dans la direction latérale, en raison de la présence des rainures sous-jacentes et elle est asymétrique par suite

du décalage d'orientation.

De façon typique, la première couche de confinement 30 est com-

posée d'un alliage Alw Gal w As, de type n, dans lequel la concentration frac-

tionnelle W de l'aluminium est comprise entre 0,25 et 0,4 environ et typique-

ment de 0, 3 environ De façon typique, cette couche présente une épaisseur

au-dessus de la structure mesa de l'ordre de 1 à 4 micromètres, cette épais-

seur variant asymétriquement dans la direction latérale La couche de guida-

ge 34, lorsqu'elle est présente, est constituée de Alx Gal X As, de type n, alliage dans lequel la concentration fractionnelle x d'aluminium est inférieure à celle existant dans la première couche de confinement 30 et supérieure à celle de la couche active 38 De façon typique, cette concentration x est de l'ordre de 0,2 Il demeure bien entendu que, bien que la couche de guidage 34 soit décrite ici comme étant sous-jacente à la couche active 38, elle peut en variante être déposée au-dessus de la couche active 38 Cette couche active 38 est composée d'un alliage Al Ga As, légèrement dopé soit de y 1 -Y

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type p, soit de type n, dans lequel la concentration fractionnelle y de l'alu-

minium est comprise entre environ 0,0 et 0,1 La partie 42 présentant

l'épaisseur maximale est disposée au-dessus de la partie concave de la sur-

face 36 de la couche de guidage 34, adjacente à la face de la partie étagée 36 a de la surface 36 En variante, lorsqu'il n'existe pas de couche de guidage

34, la partie d'épaisseur maximale 42 recouvre la partie concave de la por-

tion étagée 32 a de la surface 32 de la première couche de confinement 30.

De façon typique, la seconde couche de confinement 44 présente une épaisseur comprise entre l et 2 micromètres environ et elle est constituée d'un alliage

AI Ga I As, de type p, dans lequel la concentration fractionnelle z de l'alu-

minium est comprise entre 0,25 et 0,4 et de préférence entre 0,3 et 0,35.

La couche de couverture 46 est constituée typiquement de Ga As de type p, et son épaisseur est comprise entre 0,2 et 1,5 micromètres, de préférence, 0,5 micromètres environ Il convient de noter que d'autres combinaisons

d'alliages du groupe III-V peuvent être utilisées dans le laser selon la pré-

sente invention, à condition de respecter la relation entre les indices bruts

de réfraction des couches individuelles.

On se réfère maintenant aux Figures 4 a et 4 b sur lesquelles on a représenté les courbes de variations latérales de l'épaisseur E de la couche Z O active 38 et E' de la couche de guidage 34, en fonction de la distance (Dl et

D'l) de l'épaulement 40 de la couche de guidage 34 pour un laser à semi-

conducteurs 10 typique Le point d'épaisseur maximale de la couche de gui-

dage 34 se situe sur l'épaulement de la partie étagée 36 a et son épaisseur diminue asymétriquement dans la direction latérale, à partir d'une valeur

maximale de l'ordre de 2,2 micromètres L'épaisseur en ce point de la cou-

che de guidage peut être comprise entre environ 0,5 et 3,5 micromètres La

partie 42 d'épaisseur maximale de la couche active 38 est espacée latérale-

ment de l'épaulement 40, étant donné que la vitesse de croissance maximale de la couche active 38 est située au-dessus de la partie concave de la portion étagée 36 a En ce point, la couche active 38 présente une épaisseur de l'ordre de 0,15 micromètres et cette épaisseur décroît ensuite de façon asymétrique, jusqu'à une valeur de l'ordre de 0,1 micromètres L'épaisseur maximale

de la couche active 38 peut être comprise entre 0,05 et 0,3 micromètres.

La couche d'isolation électrique 48 est constituée de préférence

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de bioxyde de silicium, déposé sur la couche de couverture 46, par décom-

position pyrolithique d'un gaz contenant du silicium, par exemple du silane,

dans de l'oxygène ou de la vapeur d'eau L'ouverture 50 est réalisée en uti-

lisant des techniques de masquage et de photolithographie, ainsi que des pro-

cédés d'attaque chimique connus De façon typique, on diffuse du zinc dans la

couche de couverture laissée à nu par l'ouverture 50, sur une distance com-

prise entre environ 0,1 et 0,2 micromètres Le premier contact électrique est ensuite déposé sur la couche d'isolation électrique 48 et sur la couche de couverture 46, dans la région de l'ouverture 50 et ce contact est constitué

de préférence de titane, de platine et d'or, déposés par une technique d'éva-

poration séquentielle sous vide Le contact électrique de substrat 54 peut être

réalisé par une technique de dépôt sous vide et de frittage d'un alliage eutec-

tique argent-étain, suivie d'un dépôt séquentiel de nickel et d'or.

En variante, la couche d'isolation électrique 48 peut être composée d'une couche du même matériau que celui constituant la couche de couverture 46, et présentant un type de conductivité opposé à celui de cette couche 46,

de manière à constituer une jonction p-n à l'interface entre ces deux couches.

La jonction p-n est polarisée en sens inverse, par application d'une tension de polarisation directe entre les contacts électriques 52 et 54, ce qui entraihe

un blocage de la circulation du courant, sauf au travers de l'ouverture 50.

Le revêtement protecteur 62 est constitué d'oxyde d'aluminium ou d'un matériau transparent similaire et il présente une épaisseur de l'ordre d'une demie onde de la longueur d'onde de la lumière émise, comme décrit dans le brevet américain N' 4 178 564 La face d'extrémité opposée 14 est recouverte d'un réflecteur 64, comme décrit dans le brevet américain

N O 3 701 047 ou dans le brevet américain N' 4 092 659.

Lors de l'application d'une tension de polarisation directe entre les contacts électriques 52 et 54, le courant électrique circule au travers de la région de la jonction p-n Si le courant dépasse la valeur de seuil pour l'effet laser, la lumière engendrée lors de la recombinaison des électrons

et des lacunes injectés dans la couche active, supporte l'effet laser Ce der-

nier se produit dans la partie 42 d'épaisseur maximale de la couche active 38 Etant donné que la différence des indices de réfraction de la couche de guidage 34 et de la couche active 38 est faible, la lumière engendrée dans la couche active se propage à la fois dans cette couche active et dans la

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couche de guidage.

Le confinement du faisceau laser en cours de propagation, dans la direction latérale, est obtenu grâce à la variation d'épaisseur latérale des couches active et de guidage qui peut être transformée en une variation latérale de l'indice de réfraction efficace des couches L'indice de réfraction efficace pour une structure à quatre couches, incluant la couche de guidage est le suivant: Neff nc+Ga(r)(na-nc) + G (r> (n -n)

relation dans laquelle N a, ng et N sont les indices de réfraction bruts res-

pectivement des couches active, de guidage et de confinement et G (r) et G (r) représentent respectivement les parties fractionnelles des amplitudes en mode optique des couches active et de guidage, sous la forme d'une fonction de la distance r, dans la direction latérale, du point central de la partie d'épaisseur maximale 42 de la couche active 38 Pour la partie la plus épaisse de la couche active, l'amplitude est prédominante dans cette couche

active et, la contribution à la variation d'indice de réfraction due à la varia-

tion d'épaisseur de couche active, prédomine A une certaine distance du point central dans la direction latérale, la couche active est plus mince, une fraction plus petite de l'amplitude se propage dans la couche active, une

fraction plus importante se propage dans la couche de guidage et, la contri-

bution à la variation de l'indice de réfraction, due à la variation d'épaisseur de la couche de guidage commence à être prédominante Sur la Figure 5, on a représenté l'indice de réfraction efficace en tant que fonction de la distance dans la direction latérale, pour un laser à semiconducteurs typique

10 L'indice de réfraction efficace est plus grand dans la partie 42 d'épais-

seur maximale de la couche active 38 et son épaisseur diminue asymétrique-

ment, dans la direction latérale, vers une valeur décroissante, afin de cons-

tituer un guide d'indice positif Ce guide d'indice positif supporte uniquement

l'ordre inférieur, c'est-à-dire le mode de propagation fondamental du fais-

ceau laser.

L'invention est illustrée par l'exemple suivant qui ne présente

aucun caractère limitatif.

Exemple

On a réalisé une paire de rainures en forme de queue d'aronde, par attaque chimique dans la direction cristallographique l 1 O l, dans un h 1 2525035 substrat poli, en Ga As de type n, qui a été découpé de façon à présenter un décalage d'orientation cristalline de 1,0 , par rapport au plan ( 001)

vers la direction (liol (c'est-à-dire que la direction du décalage d'orien-

tation cristalline était perpendiculaire à l'axe des rainures obtenues par décapage chimique) On a ensuite réalisé une étape supplémentaire de décapage chimique, en utilisant un masque de silice qui a été exposé uniquement sur la partie supérieure de la structure mesa, ce qui a abaissé la surface

de cette structure d'environ 1 micromètre, par rapport à sa surface originale.

Les couches du dispositif ont été ensuite déposées séquentiellement, par épi-

taxie en phase liquide, tout en refroidissant le substrat et la partie fondue,

à une température comprise entre 850 et 800 'C et à une vitesse de refroidis-

sement de 0,75 'C par minute On a utilisé un super-refroidissenment initial, dans une certaine mesure, afin d'empêcher un reflux de la matière fondue de la rainure Les couches déposées étaient les suivantes: une couche tampon en Ga As de type N, une première couche de confinement Al 31 Ga O 69 As,

de type n, une couche de guidage AI 21 Ga O 79 As, de type n, une couche ac-

tive Al 06 Ga 94 As non dopée, une seconde couche de confinement, de type p, AI O 34 Ga O 66 As et une couche de couverture Ga As, de type p+ Après la fin de la croissance, on a déposé une couche isolante de Si O 2 et on a formé une bande de contact ayant une largeur de 10 micromètres sur la région de formation d'état laser On a enfin formé les contacts électriques de la manière

décrite ci-dessus.

On a découpé des copeaux à partir de cette pastille et ils ont été re-

couverts d'un revêtement protecteur d'alumine, selon une demie onde, sur la facette émettrice et d'un revêtement réfléchissant diélectrique à six couches,

sur la face d'extrémité opposée On a ensuite découpé des pastilles individuel-

les à partir de ces copeaux et ces pastilles ont été montées sur des supports,

afin d'être soumises à des tests. La structure de section droite de ce laser a été analysée par recou-

vrement d'angle d'une valeur de 5 et coloration de la surface ainsi exposée, comme décrit par Olsen et al dans la publication "Journal of Applied Physics" , 5112-5114 ( 1974) On a ensuite mesuré l'épaisseur des couches par micros copie optique La couche de guidage présentait une épaisseur maximale de 2,2 micromètres et elle s'amincissait latéralement jusqu'à une épaisseur de 1,35 micromètres, sur une distance de 10 micromètres sur un côté et,

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jusqu'à une épaisseur de 1,65 micromètres, sur une distance de 13 micro-

mètres sur le côté opposé La couche active présentait une épaisseur maxi-

male de 0,15 micromètres sur la partie concave de la partie étagée et elle s'amincissait ensuite avec une épaisseur allant en décroissant jusqu'à une valeur de l'ordre de 0,1 micromètres sur son épaulement.

On a obtenu une opération laser CW jusqu'à une puissance de l'or-

dre de 60 milliwatts à la température ambiante et une puissance pcuvant aller

jusqu'à 1 5 milliwatts à une température de 1 70 C Le coefficient de tempé-

rature de courant de seuil pulsé TO était de 1 90 C, dans un domaine de tem-

pérature compris entre 30 et 20 C et de 105 C pour un domaine de tempéra-

ture allant de 20 à 50 C Les configurations de champs transversale et laté-

rale du faisceau de sortie du laser étaient stables jusqu'à une puissance de

sortie de 50 milliwatts avec des pleines largeurs à demie puissance de l'or-

dre de 23 et 26 , respectivement à 20 C Environ 70 % des dispositifs en

fonctionnement ont présenté des f onctionnements en mode opératoire longitu-

dinal unique, et également latéral et transversal allant jusqu'à une puissance

de sortie de l'ordre de 50 milliwatts à 20 C.

Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les

variantes.

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Claims

REVENDICATIONS

1 Laser à semi-conducteurs ( 10) comportant un corps ( 12) d'un matériau comportant des faces d'extrémité parallèles et espacées ( 14) dont l'une au moins est partiellement transparente, afin que de la lumière puisse être émise à partir dudit matériau, ce laser étant caractérisé en ce que le corps ( 12) comprend: un substrat ( 18) muni d'une paire de rainures sensible-

ment parallèles ( 24) dans une surface principale ( 20), séparées par une struc-

ture mesa ( 20 a) et s'étendant entre lesdites faces d'extrémité ( 14); une pre-

mière couche de confinement ( 30), surmontant ladite surface du substrat ( 20),

les surfaces des rainures ( 24) et la structure mesa (Z Oa), cette première cou-

che de confinement ayant une surface étagée ( 32); une couche active ( 38) , au-

dessus de la surface étagée de ladite première couche de confinement ( 30) , l'épaisseur de ladite couche active étant décroissante, à partir d'une partie

présentant une épaisseur maximale ( 42), qui est située au-dessus d'une por-

tion concave ( 32 a) de la partie étagée de la surface ( 32) de la première couche de confinement ( 30); une seconde couche de confinement ( 44), au-dessus de la couche active ( 38) et des contacts électriques ( 52, 54) vers le substrat ( 18) et une partie de la seconde couche de confinement ( 44), sur la partie d'épaisseur maximale ( 42) de la couche active ( 38), la partie d'épaisseur maximale ( 42) de

ladite couche active ( 38) constituant la région de recombinaison du laser.

2 Laser à semi-conducteurs ( 10) qui comprend un corps ( 12) d'un matériau comportant des faces d'extrémité parallèles et espacées ( 14) dont l'une au moins est partiellement transparente, afin que de la lumière puisse être émise à partir dudit matériau, ce laser étant caractérisé en ce que le

corps ( 12) comprend un substrat ( 18), muni d'une paire de rainures sensible-

ment parallèles ( 24) dans une surface principale ( 20), ces rainures étant sé-

parées par uns structure mesa ( 20 a) et s'étendant entre les faces d'extrémité ( 14); une première couche de confinement ( 30), disposée audessus de ladite surface du substrat ( 20), des surfaces des rainures ( 24) et de la structure mesa ( 20 a), cette première couche de confinement comportant une surface étagée ( 32); une couche de guidage ( 34), surmontant la surface ( 32) de la première couche de confinement ( 30) et comportant une partie étagée dans la surface ( 30), cette partie étagée étant espacée latéralement de la partie étagée de la première couche de confinement ( 30); une couche active ( 38) au-dessus

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de la surface étagée ( 36) de ladite couche de guidage, l'épaisseur de cette

couche active ( 38) étant décroissante à partir d'une partie d'épaisseur maxi-

male ( 42), qui est située au-dessus d'une partie concave ( 36 a) de la partie étagée de la surface ( 36) de la couche de guidage ( 34); une seconde couche de confinement ( 44) surmontant la couche active ( 38) et des contacts électri- ques ( 52, 54) vers ledit substrat ( 18) et une partie de la seconde couche de confinement ( 44), sur la partie d'épaisseur maximale ( 42) de la couche active

( 38), cette partie d'épaisseur maximale ( 42) constituant la région de recom-

binaison du laser.

3 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que la surface principale ( 20) du substrat ( 18) est sensiblement plane.

4 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que l'orientation de la surface principale ( 20) du substrat ( 18) est décalée par

rapport à un plan cristallographique principal.

5 Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit plan cristallographique principal est un plan appartenant à la famille { 100} et

l'axe des rainures ( 24) du substrat ( 18) est parallèle à la direction cristallo-

graphique( 110 6 Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit plan

cristallographique principal appartient à la famille i 111 BJ et l'axe des rai-

nures ( 24) est parallèle à la direction cristallographique < 110 >.

7 Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déca-

lage de la surface ( 20) du substrat ( 18) par rapport au plan cristallographique

principal est compris entre 0,5 et 3 .

8 Laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que la direc-

tion du décalage de ladite surface ( 20) est de l'ordre de 20 par rapport à une

direction perpendiculaire à l'axe des rainures ( 24).

9 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

qu'une couche tampon ( 26) est interposée entre le substrat ( 18) et la première couche de confinement ( 30), en ce qu'une couche de couverture ( 46) est disposée au-dessus de la seconde couche de confinement ( 44), en ce qu'une couche d'isolation électrique ( 48) recouvre la couche de couverture ( 46), cette couche comportant une ouverture ( 50) sur la partie d'épaisseur maximale ( 42) de la couche active ( 38) et en ce que le premier contact électrique ( 52) recouvre

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ladite couche d'isolation ( 48) et la surface de la couche de couverture ( 46)

dans la région de l'ouverture ( 50) de ladite couche isolante ( 48).

Laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que le substrat ( 18) et la couche tampon ( 26) sont composés d'un alliage Arsénic Gallium de type n, en ce que la première couche de confinement ( 30) est composée d'un alliage Aluminium, gallium, Arsénic (AI, Ga, As) de type n, en ce que la seconde couche de confinement ( 44) est composée d'un alliage Aluminium gallium Arsénic (AI Ga As) de type p et, en ce que la couche de couverture ( 46) est constituée d'un alliage Arsénic Gallium, de type p. 11 Laser selon la revendication 10, caractérisé en ce que la face

d'extrémité partiellement transparente ( 14) comporte un revêtement protec-

teur ( 62) et la face d'extrémité opposée ( 14) du corps semi-conducteur est

recouverte d'un revêtement réfléchissant ( 64).

12 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que la hauteur de la structure mesa ( 20 a) au-dessus du fond des rainures ( 24) diffère de la hauteur du reste de la surface principale ( 20) au-dessus du fond

desdites rainures ( 24).

13 Laser selon la revendication 12, caractérisé en ce que la dif-

férence de hauteur entre la surface de la structure mesa ( 20 a) et la surface

( 20) du substrat environnant est inférieure à 3 p environ.

14 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que les rainures ( 24) sont en forme de queue d'aronde.

Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en

ce que les rainures ( 24) sont en forme de V.

16 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en

ce que les rainures ( 24) sont de forme rectangulaire.

17 Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en

ce que les rainures ( 24) sont en forme de U.