FR2647276A1 - Laser a semiconducteurs - Google Patents
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Abstract
Un laser à semiconducteurs comprend un substrat semiconducteur 1, une couche de réseau de diffraction 2a formée par croissance sur le substrat et consistant en un matériau ayant une bande d'énergie interdite inférieure à celle du substrat, des sillons à bandes parallèles de période prédéterminée qui atteignent le substrat et sont formés sur la totalité de la surface de la couche de réseau de diffraction 2a, une couche de barrière 4 ayant la même composition que le substrat, une couche active 5 ayant une bande d'énergie interdite inférieure à celle de la couche de réseau de diffraction, et un réseau de diffraction qui est constitué par la partie restante de la couche de réseau de diffraction.
Description
LASER A SEMICONDUCTEURS
La présente invention concerne un dispositif con-
sistant en un laser à semiconducteurs, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif qui comporte un réseau de diffraction dont le coefficient de couplage de la lumiè- re est fixé à une valeur définie, avec une reproductibilité élevée. La figurel 0montre une représentation en coupe d'un laser à semiconducteurs du type à réaction répartie
(ou laser "DFB") qui est décrit dans le document Electron.
Lett., Vol. 18, n 23, page 1006(1982) par Y. Itaya et col.
Sur la figure 10, la référence 1 désigne un substrat en InP
de type n. Une couche de gaine 11 en InP de type n est pla-
cée sur le substrat 1. Une couche active 5 en InGaAsP de type n est placée sur la couche de gaine 11. Une couche de réseau de diffraction 2' en InGaAsP de type p est placée sur la couche active 5. Une couche de gaine 6 en InP de type p est placée sur la couche de réseau de diffraction
2'. Une couche de contact 7 en InGaAsP de type p est pla-
cée sur la couche de gaine 6. Une électrode 8 du côté p est placée sur la couche de contact 7, et une électrode 9 du côté n est placée sur la surface arrière du substrat 1. La référence 3 désigne un réseau-de diffraction et ce dernier est formé en faisant varier l'épaisseur de couche de la
couche de réseau de diffraction 2', en produisant une struc-
ture concave-convexe sur cette couche 2', du côté de la
couche de gaine 6.
Le dispositif fonctionne de la façon suivante.
Lorsqu'une polarisation de sens direct est ap-
pliquée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du côté n 9, des trous sont injectés à partir de l'électrode du côté p 8 et des électrons sont injectés à partir de
l'électrode du côté n 9, et ils se recombinent dans la cou-
che active 5, pour produire ainsi de la lumière. Ce dispo-
sitif a une structure de guide d'ondes dans laquelle la couche active 5 et la couche de réseau de diffraction 2', ayant des indices de réfraction élevés, sont placées entre
la couche de gaine 11 en InP de type n et la couche de gai-
ne 6 en InP de type p. ayant des indices de réfraction fai-
bles, et par conséquent la lumière émise est transmise dans la couche active 5, la couche de réseau de diffraction 2' et au voisinage de cellesci, dans la direction parallèle aux couches. En outre, du fait que le réseau de diffraction 3 est formé sur la couche de réseau de diffraction 2', une variation périodique de l'indice de réfraction effectif se manifeste dans la direction du réseau de diffraction 3. Si la période du réseau de diffraction 3 est fixée égale à la période à laquelle la lumière produite subit une réflexion de Bragg, seule la lumière ayant une longueur d'onde qui satisfait la condition de réflexion de Bragg est réfléchie de façon répétée dans la structure de guide d'ondes, pour
produire ainsi une oscillation.
La figure 11 montre une coupe d'un dispositif
consistant en un laser à semiconducteurs du type DFB à dé-
phasage, qui est décrit dans Electrc.Iett.,Vol. 20, no 24, pages 10161018(1984) par H. Soda et col., et la figure 12
montre une représentation en perspective de ce dispositif.
Dans cette figure, la référence 5' désigne une couche acti-
ve en InGaAsP, la référence 10 désigne une couche antire-
flet, la référence 12 désigne une couche de guidage en InGaAsP de type n, et les références 13 et 14 désignent respectivement des couches enterrées en InP de type p et de
type n.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Lorsqu'une polarisation de sens direct est appli-
quée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du côté n 9, des trous sont injectés à partir de l'électrode du côté p 8 et des électrons sont injectés à partir de l'électrode du côté n 9, et ils se recombinent dans la couche active ', pour produire ainsi de la lumière. Ce dispositif a une structure de guidage d'ondes dans laquelle la couche active ' et la couche de guidage 12 ayant des indices de réfrac- tion élevés sont placées, dans la direction de l'épaisseur des couches, entre le substrat 1 en InP de type n et la
couche de gaine 6 en InP de type p. ayant tous deux des in-
dices de réfraction faibles, et la couche active 5' est placée entre les couches de gaine 13 en InP de type p ou les couches de gaine 14 en InP de type p. dans la direction transversale, et par conséquent la lumière qui est émise se propage dans la couche active 5, la couche de guidage 2 et leur voisinage dans la région du ruban. En outre, du fait que le réseau de diffraction 3 est formé sur le substrat 1, il se produit une variation périodique de l'épaisseur de la
couche de gaine 12. Il apparait donc une variation périodi-
que de l'indice de réfraction équivalent. Si la période du réseau de diffraction 3 est fixée de façon & correspondre à la période à laquelle la lumière produite est soumise à une réflexion de Bragg, seule la lumière ayant une longueur d'onde qui satisfait la condition de réflexion de Bragg est réfléchie de façon répétée dans la structure de guidage d'ondes, pour produire ainsi une oscillation. Cependant, le dispositif à laser à semiconducteurs ayant un tel réseau de diffraction à période constante ne présente pas un mode d'oscillation à la longueur d'onde de Bragg, et il oscille
avec les mêmes gains à deux longueurs d'onde qui sont légè-
rement décalées respectivement vers le côté des grandes et des petites longueurs d'onde, par rapport à la longueur d'onde de Bragg. Pour obtenir l'oscillation à une seule longueur d'onde, il suffit de déphaser de W/2 la lumière qui retourne vers la partie centrale de l'élément après avoir été réfléchie. Dans cet exemple de l'art antérieur,
comme le montre la figure 12, la largeur de la partie cen-
trale du ruban de longueur 1 est augmentée. En augmentant la largeur du ruban, on augmente l'indice de réfraction équivalent de cette partie, et on donne donc à la constante de propagation une valeur différente de celle de l'autre
partie. Lorsque la variation F de la constante de propa-
gation est fixée de façon & avoir A(il =T/2, la lumière est déphasée de T' /2 pendant la transmission dans la partie de ruban de grande largeur, ce qui donne une oscillation
sur une seule longueur d'onde.
Les figures 14(a) - 14(c) montrent des représen-
tations en coupe d'un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs du type DFB avec déphasage de 2/4 qui est décrit dans le document "Electron. Lett., vol. 20, n 24, pages 1008 à 1010" par K. Utaka et col. Les figures 14(a) et 14(b) montrent un processus de fabrication et la figure
14(c) montre un dispositif terminé. Sur ces figures, la ré-
férence 1 désigne un substrat en InP de type n. Une qua-
trième couche de résine photosensible de type négatif, 16, est placée sur le substrat 1. La référence 28 désigne une
position de déphasage de A/4. Une première couche de rési-
ne photosensible de type positif 25 est placée sur la qua-
trième couche de résine photosensible de type négatif 16.
Les références 17 et 18 désignent respectivement une partie sensibilisée par la lumière et une partie non sensibilisée
par la lumière. La référence 2' désigne une couche de ré-
seau de diffraction en InGaAsP de type n et la référence 5'
désigne une couche active en InGaAsP. La référence 12 dési-
gne une couche de guidage en InGaAsP de type p et la réfé-
rence 6 désigne une couche de gaine en InP de type p. La référence 20 désigne une première couche enterrée en InP de type p, la référence 21 désigne une seconde couche enterrée en InP de type n, et la référence 22 désigne une troisième couche enterré en InP de type -p. La référence 7 désigne une couche de contact en InGaAsP de type p, la référence 24 désigne une couche de dioxyde de silicium et la référence désigne une région de diffusion de zinc. Les références 8 et 9 désignent respectivement une électrode du côté p et
une électrode du côté n.
On va maintenant décrire le processus de fabrica-
tion. En premier lieu, on dépose une couche de résine photosensible de. type négatif, 16, sur le substrat en InP
de type n, 1, et on enlève la couche de résine photosensi-
ble 16 qui se trouve du côté gauche par rapport à la posi-
tion de déphasage de 9/4 28. On dépose une couche de rési-
ne photosensible de type positif 25 sur la totalité de la surface, et on met en oeuvre un procédé d'interférences à deux flux lumineux pour produire alternativement une partie
sensibilisée par la lumière 17 et une partie non sensibili-
sée par la lumière 18. On développe tout d'abord la résine photosensible de type positif 25, et on utilise ensuite à titre de masque de gravure la résine photosensible de type
positif 25 qui est obtenue après le développement, pour ac-
complir une opération de gravure du substrat en InP de type-
n. Ensuite, on décolle la résine photosensible de type po-
sitif 25 et on développe la résine photosensible de type négatif 16, on recouvre par une autre résine photosensible le côté gauche par rapport à la position de déphasage de A/4, 28, et on grave le substrat 1 en InP de type n, du côté droit par rapport à la position de déphasage /4, 28,
en utilisant à titre de masque de gravure la résine photo-
sensible de type négatif 16. Dans ces conditions, du fait que la résine photosensible de type positif et la résine photosensible de type négatif ont des caractéristiques de
photosensibilité inversées, on obtient un réseau de dif-
fraction présentant des phases inversées à gauche et à
droite de la position de déphasage de A/4, 28.
On fait ensuite croître sur cette structure une couche de réseau de diffraction 2' en InGaAsP de type n, une couche active 5' en InGaAsP, une couche de guidage 12 en InGaAsP de type p, et une couche de gaine 6 en InP de type p, et on enterre le voisinage des deux facettes au moyen de la première couche enterrée en InP de type p. 20,
la seconde couche enterrée en InP de type n 21, et la troi-
sième couche enterrée en InP de type p 22, et on fait en outre croitre sur la totalité de la surface la couche de contact 7 en InGaAsP de type p. Enfin, on forme une couche de SiO2 24 pour confiner le courant, et on effectue une
opération de diffusion de zinc 30 pour réduire la résistan-
ce de contact, et on dépose en outre en phase vapeur une électrode du côté p 8 et une électrode du côté n 9, pour
achever la fabrication d'un élément.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Lorsqu'une polarisation de sens direct est appli-
quée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du côté n 9, des trous sont injectés à partir de l'électrode du côté p 8 et des électrons sont injectés à partir de l'électrode du côté n 9, et ils se recombinent dans la couche active
5', pour produire ainsi de la lumière. Du fait que ce dis-
positif a une structure de guide d'ondes dans laquelle la couche active 5', la couche de réseau de diffraction 2' et
la couche de guidage 12 ayant toutes des indices de réfrac-
tion élevés sont placées entre le substrat i en InP de type n et la couche de gaine 6 en InP de type p, ayant tous deux
des indices de réfraction faibles, la lumière émise. se pro-
page dans la couche active 51, la couche de réseau de dif-
fraction 2' et la couche de guidage 12, et au voisinage de celles-ci dans la direction du ruban. En outre, du fait que l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction 2' varie de façon périodique, il apparaît également une variation
périodique de l'indice de réfraction équivalent. Si la pé-
riode du réseau de diffraction 3 est fixée égale à la pé-
riode à laquelle la lumière qui est produite subit la ré-
flexion de Bragg, seule la longueur d'onde qui satisfait la
condition de réflexion de Bragg est réfléchie de façon ré-
pétée dans la structure de guide d'ondes. En outre, la pha-
se du réseau de diffraction 3 est inversée au centre du ré-
sonateur, et il apparaît donc une oscillation à une seule longueur d'onde. La couche enterrée au niveau de la facette
du laser est destinée ici à empêcher la réflexion.
Dans le dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs DFB de l'art antérieur qui-est représenté sur la figure 10, le réseau de diffraction est habituellement formé par une opération de gravure après la croissance cristalline d'une couche de gaine 6, d'une couche active 5 et d'une couche de réseau de diffraction 2' sur le substrat semiconducteur 1. Dans ces conditions, la distance entre le
réseau de diffraction et la couche active dépend de la pro-
fondeur de gravure, et en outre, lorsqu'une couche de gaine est formée par une nouvelle opération de croissance sur le
réseau de diffraction, ce dernier est partiellement refon-
du, ce qui réduit l'amplitude du réseau de diffraction, et ceci crée des difficultés dans la maîtrise du coefficient
de couplage représentant l'intensité avec laquelle la lu-
mière est soumise à la réaction répartie.
Dans le dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs DFB à déphasage des figures 11 et 12, la lar-
geur de ruban de la couche active doit être définie avec
une précision élevée pour obtenir des caractéristiques dé-
sirées, et la difficulté qu'on rencontre pour définir cette largeur a conduit défavorablement à un mauvais rendement de fabrication.
En outre, dans le dispositif consistant en un la-
ser à semiconducteurs DFB de l'art antérieur qui est repré-
senté sur la figure 10, le coefficient de couplage repré-
sentant l'intensité avec laquelle la lumière est soumise à
la réaction répartie est uniforme dans la direction du ré-
sonateur, et la distribution d'intensité lumineuse dans le résonateur prend alors une forme dans laquelle l'intensité lumineuse est augmentée au voisinage du centre, comme le montre la courbe A sur la figure 13, ce qui entraîne un phénomène dit de brûlure conduisant à la formation d'un trou dans la direction axiale dans le fonctionnement avec
une puissance de sortie élevée, provoquant ainsi une insta-
bilité de mode et l'incapacité à obtenir des caractéristi-
ques correspondant à des raies spectrales étroites.
En outre, dans le dispositif consistant en un laser DFB à déphasage de "/4 de l'art antérieur ayant la
structure décrite ci-dessus, dans le but de produire un ré-
seau de diffraction ayant une phase inversée, on doit ef-
fectuer une exposition à une figure d'interférences en uti-
lisant deux types de résines photosensibles, de type néga-
tif et de type positif, et en outre, on doit effectuer une
opération de gravure pour produire des réseaux de diffrac-
tion dans les parties situées à gauche et à droite de la position correspondant à un déphasage de A /4. Dans ces
conditions, il a été difficile de rendre constantes la pro-
fondeur et la configuration de la gravure, et la configura-
tion de gravure a défavorablement influencé de façon impor-
tante les caractéristiques de l'élément.
Un but de l'invention est de produire un disposi-
tif consistant en un laser à semiconducteurs du type à réaction répartie, dans lequel il soit possible de fixer le
coefficient de couplage à la valeur nominale avec une re-
productibilité élevée.
Un autre but de l'invention est de procurer un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs DFB à
déphasage dans lequel on puisse définir la valeur de dépha-
sage de façon précise.
Un autre but de l'invention est de procurer un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs DFB ayant une faible largeur de raie spectrale, dans lequel le mode soit stable même dans le fonctionnement à puissance de sortie élevée. Un autre but de l'invention est de procurer un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs DFB à
déphasage de A/4, dans lequel on puisse former une confi-
guration de réseau de diffraction à phase inversée, par exposition à une figure d'interférences, en utilisant une seule sorte de résine photosensible, et permettant en outre
d'éviter des influences que la profondeur de gravure du ré-
seau de diffraction est susceptible d'exercer sur les ca-
ractéristiques des éléments.
Selon un aspect de l'invention, on fait croître sur un substrat une couche de réseau de diffraction ayant une bande d'énergie interdite plus petite que celle du substrat, on forme sur la totalité de la surface de cette
couche des sillons en bandes parallèles d'une période pré-
déterminée qui atteignent le substrat, et on fait ensuite croître successivement une couche de barrière ayant la même composition que le substrat et une couche active ayant une
bande d'énergie interdite plus petite que celle de la cou-
che de réseau de diffraction, et le reste de la couche de
réseau de diffraction produit un réseau de diffraction.
Le coefficient de couplage avec la lumière est essentiellement déterminé par la distance entre la couche
active et le réseau de diffraction, ainsi que par l'ampli-
tude du réseau de diffraction, mais la distance entre la couche active et le réseau de diffraction est déterminée seulement par l'épaisseur d'une couche qui est formée entre la couche active et le réseau de diffraction, tandis que l'amplitude du réseau de diffraction est déterminée par
l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction. Le coef-
ficient de couplage peut donc être fixé à une valeur nomi-
nale avec une précision élevée et une reproductibilité éle-
vée. Selon un autre aspect de l'invention, dans un
dispositif consistant en un laser DFB à déphasage, dans le-
quel une couche de barrière ayant la même composition que la couche de gaine est formée entre la couche active et la couche de réseau de diffraction, on forme des sillons à
bandes parallèles d'une période prédéterminée qui attei-
gnent la couche de barrière, et ensuite on effectue une nouvelle opération de croissance de la couche de gaine, on
formeun réseau de diffEraction à partir du rest de la couche de ré-
seau de diffraction, et on établit une région, dans la di-
rection du réseau de diffraction, dans laquelle la couche de réseau de diffraction est enlevée, ou bien une région dans laquelle les sillons à bandes parallèles ne sont pas formés. Du fait que le coefficient de propagation de la lumière dans la région dans laquelle la couche de réseau de diffraction est supprimée ou dans laquelle les sillons à
bandes parallèles ne sont pas formés, est différent de ce-
lui qui existe dans l'autre région, on peut définir de fa-
çon précise la valeur du déphasage qui se manifeste lorsque
la lumière se propage dans cette région.
Selon un autre aspect de l'invention, on fait croître successivement sur la couche active une couche de barrière ayant une bande d'énergie interdite plus grande que celle de la couche active, et une couche de réseau de diffraction ayant une bande d'énergie interdite plus grande
que celle de la couche active et une bande d'énergie inter-
dite plus petite que celle de la couche de barrière, après quoi on forme sur la totalité de la surface de la couche de réseau des sillons à bandes parallèles ayant une période
prédéterminée qui atteignent la couche de barrière, et en-
suite on forme par une nouvelle opération de croissance, sur la couche de barrière, une couche de gaine ayant la il même composition que la couche de barrière, tandis que le reste de la couche de réseau de diffraction forme un réseau de diffraction. On fait varier l'épaisseur de la couche de
barrière ou de la couche de réseau de diffraction en fonc-
tion de la position dans la direction de la longueur du ré-
sonateur laser.
On peut faire varier le coefficient de couplage
avec la lumière en fonction de la position dans la direc-
tion de la longueur du résonateur, et on peut donc éviter la brûlure formant un trou dans la direction axiale, et le mode est stabilisé même dans le fonctionnement à puissance
de sortie élevée, et on obtient des caractéristiques cor-
respondant & des raies spectrales étroites.
Selon un autre aspect de l'invention, on fait croître sur la couche active une couche de barrière ayant la même composition que la couche de gaine, on fait croître
une couche de réseau de diffraction sur la couche de bar-
rière, on forme un motif de réseau de diffraction qui pré-
sente un déphasage, on effectue une opération de gravure de façon & atteindre la couche de barrière, en utilisant comme masque de gravure le motif de réseau de diffraction, et on forme une couche de gaine sur la structure obtenue, par une nouvelle opération de croissance, pour produire ainsi un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs. La
profondeur de gravure pour la formation du réseau de dif-
fraction n'affecte donc pas le coefficient de couplage et l'indice de réfraction équivalent de l'élément, grâce à quoi on peut former avec une excellente reproductibilité un
élément ayant un rendement élevé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-
vention seront mieux compris à la lecture de la description
qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre
d'exemples non limitatifs. La suite de la description se
réfère aux dessins annexés dans lesquels: Les figures l(a) - 1(c) sont des schémas destinés
à l'explication de la structure et du procédé de fabrica-
tion d'un dispositif consistant en un laser à semiconduc-
teurs conforme à un premier mode de réalisation de l'inven-
tion; Les figures 2(a) - 2(d) sont des schémas destinés à expliquer la structure et le procédé de fabrication d'un
dispositif consistant en un laser à semiconducteurs confor-
me à un second mode de réalisation de l'invention;
Les figures 3(a) - 3(d) sont des schémas qui mon-
trent une variante du second mode de réalisation; Les figures 4(a) - 4(e) sont des schémas destinés
à l'explication de la structure et du procédé de fabrica-
tion d'un dispositif consistant en un laser à semiconduc-
teurs DFB à déphasage, conforme à un troisième mode de réa-
lisation de l'invention; Les figures 5(a) - 5(e) sont des schémas montrant une variante du troisième mode de réalisation; Les figures 6(a) - 6(e) sont des schémas destinés à expliquer la structure et le procédé de fabrication d'un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs DFB à déphasage conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention; Les figures 7(a) - 7(f) sont des schémas montrant une variante du quatrième mode de réalisation; Les figures 8(a) - 8(h) sont des schémas destinés
à l'explication de la structure et du procédé de fabrica-
tion d'un dispositif consistant en un laser à semiconduc-
teurs conforme à un cinquième mode de réalisation de l'in-
vention;
Les figures 9(a) et 9(b) sont des schémas mon-
trant une variante du cinquième mode de réalisation; Les figures 10 à 12 sont des schémas montrant des lasers à semiconducteurs de l'art antérieur;
La figure 13 est un graphique montrant la distri-
bution d'intensité lumineuse dans le résonateur à cavité laser; et
Les figures 14(a) - 14(c) sont des schémas mon-
trant la structure et le procédé de fabrication d'un dispo-
sitif consistant en un laser à semiconducteurs de l'art an-
térieur. Les figures l(a) et l(b) montrent un procédé de
fabrication d'un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 1(c) est une coupe du dispositif consistant en un laser à semiconducteurs du premier mode de réalisation qui est fabriqué par le procédé des figures 1(a) et l(b). Sur les figures l(a) - l(b), les références identiques à celles de la figure 10 désignent les mêmes éléments. La référence 40 désigne une couche en InP et la référence 50 désigne une couche en InP de type p qui est
destinée à empêcher une déformation.
On va maintenant décrire le procédé de fabrica-
tion; En premier lieu, on forme successivement par
croissance cristalline sur le substrat 1 en InP de type n.
une couche de gaine 11 en InP de type n, une couche active en InGaAsP de type n, une couche de gaine 40 en InP de type p, une couche de réseau de diffraction 2 en InGaAsP de
type p, et une couche 50, destinée à empêcher la déforma-
tion, qui consiste en InP de type p. On désigne ici par s l'épaisseur de la couche de gaine 40 en InP de type p, par h l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction 2 en InGaAsP de type p, et par t l'épaisseur de la couche 50 en
InP de type p qui est destinée à empêcher la déformation.
La figure l(a) montre une tranche dans cet état.
On forme ensuite un motif, par exemple par un
procédé utilisant des interférences entre deux flux lumi-
neux, et on effectue ensuite une opération de gravure, par exemple par attaque chimique, de façon que la profondeur de gravure devienne supérieure à (t + h) et inférieure à (t + h + s), pour produire ainsi un réseau de diffraction de réaction répartie 3. On peut donner ici à la profondeur de gravure une valeur égale à (t + h), par l'opération d'attaque sélective. La figure l(b) montre une tranche dans cet état. On forme ensuite par croissance cristalline une
couche de gaine 6' en InP de type p, et une couche de con-
+ tact 7 en InGaAsP de type p, ce qui achève la fabrication
d'un élément qui est représenté sur la figure l(c).
Dans le laser à semiconducteurs DFB ayant une telle structure, lorsqu'une polarisation de sens direct est appliquée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du
côté n, comme dans l'exemple de l'art antérieur, des por-
teurs sont injectés dans la couche active 5, ce qui provo-
que des recombinaisons et une émission de lumière. Le laser à semiconducteurs de ce mode de réalisation a également une structure de guide d'ondes, de façon similaire à l'exemple de l'art antérieur, et par conséquent la lumière qui est produite se propage dans la direction parallèle à la couche
active 5. En outre, si on donne à l'épaisseur s de la cou-
che 4 en InP de type p une valeur telle que cette couche
soit mince, provoquant ainsi une fuite de lumière suffisan-
* te vers la couche de réseau de diffraction 2, la lumière subit des variations de l'indice de réfraction effectif qui sont dues à l'existence périodique de la couche de réseau de diffraction 2, et il se produit une réflexion de Bragg,
ce qui donne lieu à une oscillation laser. Dans ces condi-
tions, le coefficient de couplage représentant le rapport
dans lequel la lumière est soumise à l'action de la réac- tion répartie, est déterminé principalement par la distance entre la
couche active 5 et le réseau de diffraction, ainsi
que par l'amplitude du réseau de diffraction, mais la dis-
tance entre la couche active 5 et le réseau de diffraction dans le dispositif de ce mode de réalisation est déterminée par l'épaisseur s de la couche 40 en InP de type p, et elle ne dépend pas de la profondeur de gravure au moment de la fabrication du réseau de diffraction, comme dans l'exemple
de l'art antérieur. En outre, la couche 50 empêchant la dé-
formation, qui est formée sur la couche de réseau de dif-
fraction 2, a la même composition que la couche de gaine 6' qui sera formée par la suite par une nouvelle opération de croissance, et il en résulte que le réseau de diffraction 3
qui est formé par l'opération de gravure est maintenu in-
changé, sans refusion. Il en résulte que l'amplitude du ré-
seau de diffraction dans le dispositif de ce mode de réali-
sation devient l'épaisseur h de la couche de réseau de dif-
fraction 2. Ainsi, en définissant l'épaisseur de la couche
en InP de type p et de la couche de réseau de diffrac-
tion 2, il est possible de fixer le coefficient de couplage
à une valeur nominale, avec une reproductibilité élevée.
Les figures 2(a) à 2(c) montrent un procédé de
fabrication d'un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs conforme à un second mode de réalisation de
l'invention, et la figure 2(d) montre une coupe du disposi-
tif consistant en un laser à semiconducteurs du second mode de réalisation qui est fabriqué par le procédé des figures 2(a) à 2(c). Sur les figures 2(a) - 2(d), les éléments identiques à ceux qui sont représentés sur la figure 10
sont désignés par les mêmes références numériques. La réfé-
rence 2(a) désigne une couche de réseau de diffraction en InGaAsP de type n, et la référence 4 désigne une couche de
barrière en InP de type n.
On va maintenant décrire le procédé de fabrica-
tion. En premier lieu, comme le montre la figure 2(a), on forme une couche de réseau de- diffraction 2a en InGaAsP de type n, par croissance cristalline sur le substrat 1 en
InP de type n. On désigne ici par t l'épaisseur de la cou-
che de réseau de diffraction 2a. Ensuite, comme le montre la figure 2(b), on forme un motif de réseau de diffraction par un procédé d'interférences avec deux flux lumineux, et on effectue ensuite une opération de gravure pour obtenir
une profondeur supérieure à t, par exemple par attaque chi-
mique, et on forme un réseau de diffraction 3 du type à réaction répartie. On peut donner ici au réseau une profon-
deur égale à t par exemple par une opération d'attaque sé-
lective. Ensuite, comme le montre la figure 2(c), on forme par croissance cristalline une couche de barrière 4 en InP de type n, une couche active 5 en InGaAsP, une couche de gaine 6 en InP de type p. et une couche de contact 7 en + InGaAsP de type p. Enfin, on forme une électrode du côté p
8 et une électrode du côté n 9, ce qui achève la fabrica-
tion du dispositif qui est représenté sur la figure 2(d).
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Dans le laser à semiconducteurs DFB ayant une
telle structure, comme dans le dispositif de l'art anté-
rieur, lorsqu'une polarisation directe est appliquée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du côté n 9, des
porteurs sont injectés dans la couche active 5, ce qui pro-
voque des recombinaisons de porteurs qui donnent lieu à une émission lumineuse. Du fait que le laser de ce second mode de réalisation comporte également une structure de guide d'ondes, comme le dispositif de l'art antérieur, la lumière qui est produite se propage dans la direction parallèle à la couche active 5. En outre, si on donne à l'épaisseur de
la couche de barrière 4 en InP de type n une valeur suffi-
samment faible pour qu'il y ait une fuite de lumière suffi-
sante vers la couche de réseau de diffraction 2a, du fait
que la couche de réseau de diffraction 2a existe périodi-
quement, la lumière est soumise à une réflexion de Bragg sous l'influence de la variation périodique de l'indice de
réfraction équivalent, et une oscillation se produit rapi-
dement. Dans ce cas, le coefficient de couplage qui indique le rapport dans lequel la lumière est soumise à la réaction
répartie, et qui exerce une grande influence sur les carac-
téristiques d'oscillation, est déterminé essentiellement par la distance entre la couche active 5 et le réseau de
diffraction 3, et par l'amplitude du réseau de diffraction.
Dans ce second mode de réalisation, la distance entre la couche active 5 et le réseau de diffraction 3 est déterminée par l'épaisseur de la couche de barrière 4 en InP de type n, et elle ne dépend pas de la profondeur de
gravure au moment de la fabrication du réseau de diffrac-
tion, comme dans l'art antérieur. En outre, l'amplitude du réseau de diffraction est déterminée par l'épaisseur t de la couche de réseau de diffraction en InGaAsP de type n, et elle ne dépend pas de la profondeur de gravure au moment de la fabrication du réseau de diffraction. Un autre paramètre important dans le laser à semiconducteurs DFB réside dans la possibilité de maîtrise de la longueur d'onde pour faire
osciller le laser à une seule longueur d'onde. Cette lon-
gueur d'onde d'oscillation est déterminée par la période du
réseau de diffraction et par des épaisseurs de couches tel-
les que celles de la couche active 5, la couche de réseau
de diffraction 2a et la couche de barrière 4. Dans l'exem-
ple de l'art antérieur, l'épaisseur de couche moyenne de la couche de réseau de diffraction 2b dépend dans une large mesure de la profondeur de gravure, et la maîtrise de la longueur d'onde était difficile. Cependant, dans ce mode de réalisation, l'épaisseur moyenne de la couche de réseau de
diffraction 2a ne dépend pas aussi fortement de la profon-
deur de gravure, et la-maîtrise de la longueur d'onde est améliorée. En effet, dans l'exemple de l'art antérieur, les
caractéristiques d'oscillation sont influencées par les va-
riations de l'épaisseur de couche dans la croissance cris-
talline et par les variations de la profondeur de gravure au moment de la fabrication du réseau de diffraction, mais
dans ce mode de réalisation les caractéristiques d'oscilla-
tion sont affectées seulement par des variations de l'épais-
seur de couche dans la croissance cristalline, ce qui fait 2i47276 que les variations des caractéristiques d'oscillation sont
réduites. En outre, du fait qu'on peut maîtriser des varia-
tions de l'épaisseur de couche dans la croissance cristal-
line avec une précision de quelques angstrôms, en utilisant par exemple l'épitaxie en phase vapeur organo-métallique, ou l'épitaxie par jets moléculaires, il est possible de
maîtriser les caractéristiques d'oscillation avec une ex-
cellente précision en utilisant ce procédé de croissance
dans ce mode de réalisation.
Dans le second mode de réalisation qui est illus-
tré ci-dessus, il est possible que la couche de réseau de diffraction en InGaAsP de type n se déforme pendant qu'on fait croître une couche de barrière en InP de type n sur le réseau de diffraction. Cependant, dans une variante qui est représentée sur la figure 3(a), si on exécute la gravure du réseau de diffraction jusqu'à une profondeur supérieure à (s + t), comme représenté sur la figure 3(b), après la
croissance d'une couche 100 en InP de type n qui est desti-
née à empêcher la déformation, avec une épaisseur de couche s sur la couche de réseau de diffraction 2a, et si on forme
ensuite par croissance cristalline, comme le montre la fi-
gure 3(c), la couche de barrière 4 en InP de type n, la couche active 5 en InGaAsP, la couche de gaine 6 en InP de type p, et la couche de contact 7 en InGaAsP de type p, il
est possible d'empêcher la déformation du réseau de dif-
fraction, du fait que la couche de réseau de diffraction 2a
est protégée par la couche 100 destinée à empêcher la dé-
formation. La figure 3(d) montre une représentation en cou-
pe d'un dispositif consistant en un laser à semiconducteurs
terminé, qui a été fabriqué par le procédé décrit ci-dessus.
Les figures 4(a) à 4(d) montrent un procédé de
fabrication d'un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs DFB à déphasage conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, et la figure 4(e) montre une coupe du laser à semiconducteurs DFB à déphasage terminé, 2i47276
qui a été fabriqué par le procédé des figures 4(a) à 4(d).
Sur ces figures, les références numériques dési-
gnent des éléments identiques ou correspondant à ceux qui sont représentés sur la figure 11. La référence 23 désigne une couche de barrière en InP de type p, et la référence 2b désigne une couche de réseau de diffraction en InGaAsP de type p.
On va maintenant décrire le procédé de fabrica-
tion. En premier lieu, comme le montre la figure 4(a), on forme successivement par croissance cristalline sur le substrat 1 en InP de type n, une couche active 5 en InGaAsP, une couche de barrière 23 en InP de type p, et une couche
de réseau de diffraction 2b en InGaAsP de type p. On dési-
gne ici par s l'épaisseur de la couche de barrière 23 en InP de type p, et par t l'épaisseur de la couche de réseau
de diffraction 2b en InGaAsP de type p. On a ici s > t.
Ensuite, comme le montre la figure 4(b), on en-
lève une région de longueur 15 dans la partie centrale de la couche de réseau de diffraction 2b. On appelle ci-après cette région une "région de déphasage". On forme ensuite un réseau de diffraction uniforme, par exemple par un procédé d'interférences avec deux flux lumineux, et on accomplit
une opération de gravure de façon que la profondeur devien-
ne supérieure à t et inférieure à s, par exemple par atta-
que chimique et, comme le montre la figure 4(c) on forme un réseau de diffraction du type à réaction répartie, 3. On
forme ensuite par croissance cristalline une couche de gai-
ne 6 en InP de type p et une couche de contact 7 en InGaAsP + de type p. Du fait que la couche de barrière 3 en InP de type p et la couche de gaine 6 en InP de type p ont la même composition, il n'y a pas de bande parallèle du réseau de diffraction 3 dans la région de déphasage, comme le montre la figure 4(d). Enfin, on forme une électrode du côté p 8
et une électrode du côté n 9, et on forme des couches anti-
reflets 10 sur les deux facettes latérales, pour achever
ainsi un élément qui est représenté sur la figure 4(e).
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Lorsqu'une polarisation directe est appliquée en-
tre l'électrode du côté p 8 et-l'électrode du côté n 9, comme dans l'exemple de l'art antérieur, des porteurs sont
injectés dans la couche active 5, ce qui produit des recom-
binaisons et une émission de lumière. Du fait que le laser DFB à déphasage de ce mode de réalisation comporte une structure de guide d'ondes, de façon similaire à l'exemple de l'art antérieur, la lumière qui est produite se propage dans la direction parallèle à la couche active 5. En outre, si on donne à l'épaisseur s de la couche de barrière 23une valeur suffisamment faible pour qu'il se produise une fuite de lumière vers la couche de réseau de diffraction 2b, de
part et d'autre de la région de déphasage, l'indice de ré-
fraction équivalent varie également périodiquement à cause
de la couche de réseau de diffraction 2b qui existe pério-
diquement, et la lumière dont la longueur d'onde satisfait
la condition de réflexion de Bragg est soumise à une réac-
tion répartie. D'autre part, du fait que l'indice de ré-
fraction de la couche de réseau de diffraction 2b est supé-
rieur à celui de la couche de gaine 6 des deux côtés de la région de déphasage, l'indice de réfraction équivalent moyen est supérieur à l'indice de réfraction équivalent de la région de déphasage, et la constante de propagation de
la lumière est inférieure à celle qui existe dans la ré-
gion de déphasage. Si on fixe s de façon à satisfaire la relation APs =1r/2, dans laquelle AR est une différence de constante de propagation, les phases de la lumière qui a subi la réaction répartie des deux côtés de la région de déphasage diffèrent mutuellement de 'r/2, et la lumière oscille à une seule longueur d'onde. L'indice de réfraction équivalent est déterminé ici par la composition et par l'épaisseur des couches respectives. Alors que la maîtrise de l'épaisseur de couche dans la croissance cristalline sur
un plan peut être obtenue dans une large mesure, la maitri-
se de la profondeur de gravure est très difficile et elle est en particulier impossible à obtenir dans la gravure d'une structure de motif fin t-elle qu'un motif de réseau de diffraction. Contrairement à l'exemple de l'art antérieur
dans lequel l'épaisseur de la couche de guidage 12 est con-
sidérablement affectée par la configuration du réseau de
diffraction, dans le mode de réalisation présent l'épais-
seur moyenne de la couche de réseau de diffraction 2b a peu de chances d'être affectée par la configuration du réseau
de diffraction, et par conséquent il est possible de défi-
nir de façon précise l'indice de réfraction équivalent des
régions respectives. On peut donc fixer la valeur de dépha-
sage à une valeur nominale, avec une reproductibilité éle-
vée.
On va maintenant décrire une variante de ce troi-
sième mode de réalisation;
Les figures 5(a) - 5(e) représentent un disposi-
tif consistant en un laser à semiconducteurs du type DFB à déphasage, et un procédé de fabrication de ce dispositif,
conformes à une variante du troisième mode de réalisation.
Sur les figures 5(a) - 5(e), les références numériques
identiques désignent les éléments identiques ou correspon-
dant à ceux qui sont représentés sur les figures 4(a) -
4(e).
On va maintenant décrire le procédé de fabrica-
tion. Comme le montre la figure 5(a), on utilise le même procédé que pour la figure 4(a) et ensuite, comme le montre la figure 5(b), on forme une couche de dioxyde de silicium 110 dans la région de déphasage, pour éviter ainsi qu'une opération de gravure du réseau de diffraction soit effectuée dans cette région, et on met en oeuvre un procédé
d'interférences avec deux flux lumineux et d'attaque chimi-
que, ou un procédé similaire, pour former ainsi un réseau de diffraction à réaction répartie 3, comme le montre la figure 5(c). Ensuite, comme le montre la figure 5(d), on met en oeuvre un procédé identique à celui de la figure 4(d), pour achever ainsi la formation d'un élément'qui est
représenté sur la figure 5(e).
A l'inverse du dispositif des figures 4(a) -
4(e), dans ce dispositif modifié l'indice de réfraction
équivalent de la région de déphasage est supérieur à l'in-
dice de réfraction équivalent moyen des régions qui se trouvent de part et d'autre de la région de déphasage, mais
le déphasage se produit à cause de la différence de cons-
tante de propagation, et on obtient les mêmes effets que
dans le mode de réalisation des figures 3(a) - 3(d).
Les figures 6(a) à 6(d) montrent un procédé de
fabrication d'un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs DFB conforme à un quatrième mode de réalisation
de l'invention, et la figure 6(e) montre une coupe d'un la-
ser à semiconducteurs DFB terminé, qui a été fabriqué par
le procédé des figures 6(a) à 6(d).
Sur les figures 6(a) à 6(e), les références numé-
riques identiques désignent des éléments identiques ou cor-
respondant à ceux de la figure 10, et la référence 23dési-
gne une couche de barrière consistant en InP de type p.
On va maintenant décrire le procédé de fabrica-
tion. En premier lieu, comme le montre la figure 6(a), on forme successivement par croissance cristalline sur le substrat 1 en InP de type n une couche active 5 en InGaAsP, une couche de barrière 23 en InP de type p, et une couche
de réseau de diffraction 2b en InGaAsP de type p. On dési-
gne ici par s l'épaisseur de La couche de barrière 23 en InP de type p, et on désigne par t l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction 2b en inGaAsP de type p. Ensuite, comme le montre la figure 6(b), on forme un motif, par
2ó47276
exemple par une technique de photolithographie classique, et on accomplit une opération de gravure de façon à donner
une épaisseur de couche de h à une partie située au voisi-
nage de la partie centrale de la couche de réseau de dif-
fraction 2b en InGaAsP de type p. On désigne ici par I la
région dans laquelle l'opération de gravure n'est pas ac-
complie et par II la région dans laquelle l'opération de
gravure est accomplie.
Comme le montre la figure 6(c), on forme un motif
de réseau de diffraction par exemple par un procédé d'in-
terférences avec deux flux lumineux, et on effectue ensuite une opération de gravure, par exemple par attaque chimique, pour obtenir une profondeur supérieure à t et inférieure à (h + s), pour produire ainsi un réseau de diffraction à
réaction répartie 3. En utilisant ici une opération d'atta-
que sélective, on peut faire en sorte que la profondeur
soit égale à t dans la région I et à h dans la région II.
Ensuite, on forme par croissance-cristalline une couche de gaine 6 en InP de type n et une couche de contact 7 en InGaAsP de. type p. Dans ces conditions, du fait que la couche de barrière 23 en InP de type p et la couche de
gaine 6 en InP de type p ont la même composition, on ob-
tient la configuration qui est représentée sur la figure 6(d), dans laquelle des bandes parallèles de la couche de réseau de diffraction 2b sont formées dans la couche en InP
de type p. et dans laquelle la hauteur de la couche de ré-
seau de diffraction 2b est égale à t dans la région I, et
la hauteur de la couche de réseau de diffraction2b est éga-
le à h dans la région II.
Enfin, on forme une électrode du côté p 8 et une électrode du côté n 9, ce qui achève la fabrication d'un
dispositif qui est représenté sur la figure 6(e).
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Lorsqu'une polarisation de sens direct est appli-
quée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du côté n 9, comme dans l'exemple de l'art antérieur, des porteurs sont injectés dans la couche active 5, ce qui donne lieu à des recombinaisons et produit de la lumière. Du fait que le laser DFB de ce mode de réalisation a une structure de guide d'ondes, de façon similaire à l'exemple de l'art an-
térieur, la lumière qui est produite se propage dans la di-
rection parallèle à la couche active 5. En outre, si on
donne à l'épaisseur s de la couche de barrière 23 une épais-
seur suffisamment faible pour qu'il y ait une fuite de lu-
mière vers la couche de réseau de diffraction 2b, la lumiè-
re est affectée par la variation périodique de l'indice de réfractianéquivalent, du fait de l'existence périodique de la couche de réseau de diffraction 3, et elle est réfléchie par réflexion de Bragg, ce qui fait qu'une oscillation se produit rapidement. Le coefficient de couplage indiquant le rapport dans lequel la lumière est soumise à la réaction répartie est déterminé essentiellement ici par la distance entre la couche active 5 et le réseau de diffraction 3, ainsi que par l'amplitude du réseau de diffraction. Dans ce mode de réalisation, la distance entre la couche active 5 et le réseau de diffraction est déterminée par l'épaisseur de la couche de barrière 23, et cette épaisseur est égale à s dans les deux régions I et II. En outre, l'amplitude du réseau de diffraction est déterminée par l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction 2b, et elle est égale à t
dans la région I et à h dans la région II, et par consé-
quent on peut faire varier l'amplitude du réseau de dif-
fraction en fonction de la position, même lorsque la pro-
fondeur de gravure est uniforme, contrairement à la situa-
tion que l'on rencontre dans l'exemple de l'art antérieur,
dans laquelle on obtient un réseau de diffraction d'.ampli-
tude uniforme si- la profondeur de gravure au moment de la fabrication du réseau de diffraction est uniforme. Dans l'élément de ce mode de réalisation, on a t > h et, par conséquent, le coefficient de couplage dans la région I est
plus élevé que dans la région II. Autrement dit, le coeffi-
cient de couplage au voisinage du centre du résonateur est faible et le coefficient de couplage au voisinage de la
facette est élevé. Dans une telle structure, la distribu-
tion d'intensité lumineuse dans la cavité devient celle qui
est représentée en B sur la figure 13. Comme on l'a égale-
ment décrit ci-dessus, dans l'exemple de l'art antérieur,
l'intensité lumineuse est augmentée assez fortement au voi-
sinage du centre du résonateur, comme l'indique la courbe A sur la figure 13, et il apparaît une instabilité de mode due & une brûlure formant un trou dans la direction axiale,
dans le cas du fonctionnement à puissance de sortie élevée.
Dans le but d'éviter ceci, on a envisagé un procédé consis-
tant à diminuer le coefficient de couplage. Cependant, si
le coefficient de couplage est diminué, la fraction de lu-
mière qui est soumise à la réaction répartie est diminuée et le gain correspondantauseuils'élève défavorablement,
c'est-à-dire que le courant de seuil augmente. Dans le dis-
positif de ce mode de réalisation, du fait que le coeffi-
cient de couplage est augmenté au voisinage de la facette, à l'endroit o l'intensité lumineuse est faible, tandis que le coefficient de couplage est diminué au voisinage du centre de l'élément, o l'intensité lumineuse est élevée, on peut empêcher l'augmentation de l'intensité lumineuse au voisinage du centre de l'élément, sans réduire inutilement
la quantité de lumière qui est soumise à la réaction répar-
tie, et l'intensité lumineuse peut être uniformisée dans le résonateur à cavité. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l'instabilité de mode qui est due à la brûlure formant un trou en direction axiale peut être effectivement atténuée, même dans le fonctionnement à puissance de sortie élevée,
et les caractéristiques correspondant à des raies spectra-
les étroites peuvent être améliorées.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on fait varier le coefficient de couplage en faisant varier l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction 2b en
InGaAsP de type p, mais comme il est représenté dans l'au-
tre mode de réalisation de l'invention que l'on voit sur les figures7(a)7(f),ilestaussipossible de faire varier le coefficient de couplage par la variation de l'épaisseur de la couche de barrière 23 en InP de type p. On peut en outre faire varier le coefficient de couplage en faisant varier à la fois l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction
2b et celle de la couche de barrière 23.
Dans le mode de réalisation qui est décrit ci-
dessus, on fait varier le coefficient de couplage par échelons en deux échelons, mais on peut également le faire varier par échelons avec un nombre d'échelons au moins égal à trois, et on peut en outre le faire varier non pas en
échelons mais progressivement.
Dans le mode de réalisation qui est décrit ci-
dessus, relatif à un laser DFB utilisant un réseau de dif-
fraction uniforme qui ne présente pas de déphasage, on peut appliquer l'invention à un laser DFB avec déphasage de â/4 ayant un réseau de diffraction dans lequel la phase est
changée d'un quart de longueur d'onde au voisinage du cen-
tre du résonateur, et on obtient alors une structure très efficace, du fait que dans le laser DFB à déphasage de /4, l'intensité lumineuse est davantage concentrée au voisinage
du centre du résonateur que dans le laser DFB habituel.
En outre, si le coefficient de couplage est aug-
menté non pas au voisinage des deux facettes, mais seule-
ment au voisinage d'une facette, on peut réaliser un laser
qui est capable de fournir une puissance lumineuse de sor-
* tie élevée à partir de l'autre facette. De cette manière, on peut commander dans une large mesure le coefficient de couplage dans le résonateur, et la liberté de conception du
laser DFB est accrue.
Les figures 8(a) à (g) montrent un procédé de fa-
brication d'un laser à semiconducteurs conforme à un cin-
quième mode de réalisation de l'invention, et la figure 8(h) montre une coupe d'un laser à semiconducteurs terminé, fabriqué par le procédé des figures 8(a) à 8(g). Sur les
figures 8(a) à 8(h), les mêmes références numériques- dési-
gnent les éléments identiques ou correspondant à ceux qui
sont représentés sur les figures 14(a) et 14(b), et la ré-
férence 23 désigne une couche de barrière en InP de type p, la référence 2b désigne une couche de réseau de diffraction en InGaAsP de type p, et la référence 26 désigne une couche
de nitrure de silicium (SiNx) qui est fabriquée par le pro-
x
cédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma avec ré-
sonance cyclotron d'électrons (qu'on désigne ci-après par "ECR-PCVD"). La référence 27 désigne une seconde couche de résine photosensible, la référence 29 désigne une troisième couche de résine photosensible et la référence 10 désigne
une couche antireflet.
On va maintenant décrire le procédé de fabrica-
tion. En premier lieu, comme le montre la figure 8(a),
on. forme successivement par croissance cristalline le subs-
trat 1 en InP de type n, la couche active 5 en InGaAsP, la
couche de barrière 23 en InP de type p et la couche de ré-
seau de diffraction 2b en InGaAsP de type p. On désigne ici
par s l'épaisseur de la couche de barrière 23 en InP de ty-
pe p. et par t l'épaisseur de la couche de réseau de dif-
fraction 2b en InGaAsP de type p. On dépose ensuite une première couche de résine
photosensible de type positif sur la totalité de la surfa-
ce, et on forme un motif de réseau de diffraction primaire
par le procédé habituel d'interférences avec deux flux lu-
mineux, comme le montre la figure 8(b).
On forme ensuite une couche 26 en SiNx, par ECR-
CVD, à titre de couche de revêtement. Dans ces conditions, du fait que le procédé ECR-CVD permet de former une couche 26 en SiN à basse température, il est possible de former x
264/276
la couche de revêtement sans endommager la résine photosen- sible 25. On forme une seconde couche de résine photosensi-
ble 27 du côté droit de la position de déphasage de A/4 28, par la technique habituelle de photolithographie, on applique une opération de gravure à la couche de SIN 26 du x
côté gauche de la position de déphasage de "/4 28, en uti-
lisantcomme masque de gravure la seconde couche de résine
photosensible 27, comme le montre la figure 8(c).
Ensuite, en utilisant comme masque de gravure la première couche de résine photosensible 25 et la seconde
couche de résine photosensible 27, on effectue une opéra-
tion de gravure de la couche de semiconducteur de façon à atteindre la couche de barrière 23 en InP de type p, sur une profondeur supérieure à t et inférieure à (t + s),
après quoi on enlève la première couche de résine photosen-
sible 25 et la seconde couche de résine photosensible 27
(figure 8(d)).
On applique ensuite une opération d'attaque à la couche 26 en SiNX, en employant une solution tamponnée d'acide fluorhydrique. Dans ce cas, la couche 26 en SiN x
qui est formée par le procédé ECR-CVD a une vitesse d'atta-
que différente lorsqu'elle est formée sur la couche de ré-
sine photosensible 25 et lorsqu'elle est formée sur le
substrat 1, et la couche qui est formée sur la résine pho-
tosensible 25 est attaquée plus rapidement que celle qui est formée sur le substrat 1. En utilisant cette propriété, on attaque la couche 26 en SiN sur la résine photosensible x jusqu'à sa disparition complète, tandis qu'il reste une partie de la couche 26 en SiN formée sur le substrat 1, x
après quoi on enlève la résine photosensible 25 pour obte-
nir la configuration qui est représentée sur la figure 8(e).
On revêt avec une troisième couche de résine pho-
tosensible 29 le côté qui se trouve à gauche de la position
de déphasage de /4 28, et on utilise comme masque de gra-
vure la couche de SiN 26 décrite ci-dessus ainsi que la x
2647276 -
résine photosensible 29, pour accomplir une opération de
gravure de la couche de semiconducteurs de façon à attein-
dre la couche de barrière 23 en InP de type p, jusqu'à une profondeur supérieure à t et inférieure à (t + s) (figure 8(f)). Ensuite, on enlève la troisième couche de résine photosensible 29 et la couche de SiN 26, pour donner la x configuration qui est représentée sur la figure 8(g), et on
obtient une configuration de réseau de diffraction dans la-
quelle la phase est inversée entre le côté gauche et le
côté droit de la position de déphasage de A/4 28.
En outre, on fait croître à nouveau la couche de gaine 6 en InP de type p et la couche de contact 7 en + InGaAsP de type p, et on forme une électrode du côté p 8 et une électrode du côté n 9, après quoi on forme une couche
antireflet 10, ce qui achève la fabrication d'un dispositif.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Comme dans le dispositif de l'art antérieur, lors-
qu'une polarisation de sens direct est appliquée entre l'électrode du côté p 8 et l'électrode du côté n 9, des
porteurs sont injectés dans la couche active 5, ce qui don-
ne lieu à des recombinaisons et une émission de lumière. Du
fait que le laser à semiconducteurs de ce mode de réalisa-
tion a une structure de guide d'ondes comme dans l'exemple de l'art antérieur, la lumière qui est produite se propage dans la direction parallèle à la couche active 5. En outre, si l'épaisseur s de la couche de barrière 23 en InP de type
p est suffisamment faible pour qu'il y ait une fuite de lu-
mière suffisante vers la couche de réseau de diffraction 2b, la lumière est soumise à des variations de l'indice de réfraction équivalent, à cause de l'existence périodique du réseau de diffraction 2b, et la lumière est soumise à une réflexion de Bragg. Dans ces conditions, du fait que les
phases de la lumière subissant la réflexion de Bragg diffè-
rent mutuellement de Wr/2 à gauche et à droite de la posi-
tion de déphasage de A/4 28, la lumière oscille à une seu-
le longueur d'onde.
Le coefficient de couplage qui indique le rapport dans lequel la lumière est soumise à la réaction répartie est ici déterminé essentiellement par la distance entre la
couche active 5 et le réseau de diffraction, et par l'am-
plitude du réseau de diffraction, et dans le dispositif de ce mode de réalisation, la distance entre la couche active et le réseau de diffraction est déterminée par l'épais- seur s de la couche de barrière 23, tandis que l'amplitude du réseau de diffraction est déterminée par l'épaisseur t de la couche de réseau de diffraction 2b, et ces valeurs ne
dépendent pas de la profondeur de gravure et de la configu-
ration de gravure au moment de la fabrication du réseau de diffraction, comme dans l'exemple de l'art antérieur. Par conséquent, même si la gravure du réseau de diffraction est
accomplie en étant divisée en deux périodes pour les par-
ties situées à gauche et à droite de la position de dépha-
sage de /4 28, on peut faire en sorte que le coefficient
de couplage soit le même à gauche et à droite de la posi-
tion de déphasage de A/4. En outre, en maîtrisant l'épais-
seur de la couche de barrière 23 en InP de type p et de la couche de réseau de diffraction 2b en InGaAsP de type p. on
améliore la reproductibilité des caractéristiques de l'élé-
ment.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus,
oon utilise pour la couche de revêtement une couche 26 con-
sistant en SiNx qui est formée par le procédé ECR-CVD, mais on peut également employer un procédé de fabrication de la couche de SiN qui n'endommage pas la résine photosensible x 25. On peut ainsi employer une couche de revêtement.qui ne soit pas dissoute par le solvant qu'on utilise pour enlever
la résine photosensible 25.
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on utilise une solution tamponnée d'acide fluorhydrique pour
attaquer la couche de SiNx 26, mais on peut également uti-
liser dans ce but une opération d'attaque par voie sèche.
Les figures 9(a) et 9(b) montrent un procédé de
fabrication d'un dispositif consistant en un-laser à semi-
conducteurs correspondant à une variante de ce cinquième
mode de réalisation. Sur les figures 9(a) et 9(b), la réfé-
rence 150 désigne une couche destinée à empêcher la défor-
mation, consistant en InP de type p, et cette couche est
formée par croissance sur la couche de réseau de diffrac-
tion 2b avec une épaisseur u, comme le montre la figure 9(a). Dans le procédé de fabrication de cette variante, en utilisant ensuite un procédé identique à celui des figures 8(b) à 8(g) (avec cependant la différence qui consiste en
ce qu'on donne à la profondeur de gravure du réseau de dif-
fraction une valeur supérieure à (u + t) et inférieure à (u + t + s)), on obtient une structure similaire à celle de la figure 8(h). Dans cette variante, en incorporant une couche 150 destinée à empêcher la déformation, consistant en InP de type p, on parvient au résultat qui consiste en ce que la surgravure latérale au moment de la fabrication du réseau de diffraction et la déformation du réseau de diffraction au moment de l'opération de recroissance qui est accomplie par la suite, n'ont pas d'influence sur le
coefficient de couplage.
Le mode de réalisation qui est décrit ci-dessus
porte sur un dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs, mais on peut appliquer le principe de l'invention à un élément utilisant un réseau de diffraction, tel qu'un filtre de longueur d'onde DFB variable, avec des effets
identiques à ceux décrits ci-dessus.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus,
on considère un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs DFB utilisant un substrat conducteur en InP de type n. mais on peut également appliquer l'invention à un dispositif utilisant un substrat en InP semi-isolant ou un
substrat en InP de type p. On peut en outre appliquer l'in-
vention à un dispositif utilisant un matériau autre qu'un
matériau de la famille GaAs.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus por-
tent sur un laser à semiconducteurs, mais on peut appliquer
l'invention à un autre élément utilisant un réseau de dif-
fraction, tel qu'un laser à semiconducteurs utilisant une réflexion de Bragg répartie, un laser à semiconducteurs du
type à réflexion répartie, un filtre à réseau de diffrac-
tion du type guide d'ondes, ou un élément de déflexion à
réseau du type réflexion.
Comme il ressort de façon évidente de la descrip-
tion précédente, et conformément à un aspect de l'invention, on fait croître sur le substrat une couche de réseau de diffraction ayant une bande d'énergie interdite plus petite que celle du substrat, on forme sur toute la surface de cette couche des sillons à bandes parallèles d'une période prédéterminée, atteignant le substrat, et on fait ensuite croître successivement une couche de barrière ayant la même composition que le substrat et une couche active ayant une
bande d'énergie interdite plus petite que celle de la cou-
che de réseau de diffraction, et la partie restante de la
couche de réseau de diffraction forme un réseau de diffrac-
tion. Le coefficient de couplage avec la lumière est déterminé essentiellement par la distance entre la couche active et le réseau de diffraction et par l'amplitude du
réseau de diffraction, mais la distance entre la couche ac-
tive et le réseau de diffraction est déterminée par l'épais-
seur de la couche de barrière ayant la même composition que le substrat semiconducteur, qui se trouve entre la couche de réseau de diffraction et la couche active, tandis que l'amplitude du réseau de diffraction est déterminée par
l'épaisseur de la couche de réseau de diffraction. Le coef-
ficient de couplage peut donc être fixé à une valeur nomi-
nale avec une précision élevée.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits
et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (18)
1. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat semiconducteur (1) ; une couche de réseau de diffraction (2a) qui est formée par croissance sur le substrat semicon- ducteur et qui consiste en un matériau ayant une bande
d'énergie interdite inférieure à celle du substrat semicon-
ducteur (1); 'des sillons à bandes parallèles de période prédéterminée qui atteignent le substrat (1) et qui sont formés sur la totalité de la surface de la couche de réseau de diffraction (2a); une couche de barrière (4) ayant la même composition que le substrat semiconducteur (1) et une
couche active (5) ayant une bande d'énergie interdite infé-
rieure à celle de la couche de réseau de diffraction (2a), formées successivement par croissance sur cette dernière; et un réseau de diffraction (3) constitué par le reste de
la couche de réseau de diffraction (2a).
2..Un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche de gaine (6) qui est
formée sur la couche active (5) et qui a une bande d'éner-
gie supérieure à celle de la couche active (5).
3. Un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (1) et la couche de barrière (4) consistent en
InP d'un premier type de conductivité,]acouche active(5) con-
siste en InGaAsP, la couche de gaine (6) consiste en InP d'un second type de conductivité, et la couche de réseau de
diffraction (2) consiste en InGaAsP du second type de con-
ductivité.
4. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sillons à bandes parallèles de période prédéterminée
sont formés par gravure en utilisant un masque qui est for-
mé par photolithographie en utilisant un procédé d'exposi-
tion à des interférences.
5. Un dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche (50) destinée à empêcher une déformation, ayant la même composition que le substrat semiconducteur (1) est formée après la croissance de la couche de réseau
de diffraction (2a), après quoi des sillons à bandes paral-
lèles de période prédéterminée atteignant le substrat (1)
sont formés sur la totalité de la surface des couches pré-
citées.
6. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que les sillons à bandes parallèles de période prédéterminée
sont formés par gravure en utilisant un masque qui est for-
mé par photolithographie en utilisant un procédé d'exposi-
tion à des interférences.
7. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche active (5); une couche de barrière (23) ayant une bande d'énergie interdite supérieure à celle de la couche active, et une couche de réseau de diffraction (2b) ayant une bande d'énergie supérieure à celle de la couche active (5) et une bande d'énergie interdite inférieure à celle de la couche de barrière (23), formées successivement par croissance sur la couche active (5); des sillons à bandes parallèles de période prédéterminée atteignant la couche de barrière
(23), qui sontformés sur la totalité de la surface des cou-
ches précitées; une couche de gaine (6) ayant la même com-
position que la couche de barrière (5), et formée par une
nouvelle opération de croissance sur la tranche; et un ré-
seau de diffraction (3) constitué par le reste de la cou-
che de réseau de diffraction (2b); et l'épaisseur de la
couche de barrière (23) ou de la couche de réseau de dif-
fraction (2b) variant en fonction de la position dans la
direction de la longueur de la cavité de résonateur.
8. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche active (5) est formée sur un substrat semiconducteur (1) ayant une bande d'énergie interdite supérieure à celle de la couche active (5) et ayant un type de conductivité
inverse de celui de la couche de barrière (23).
9. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 8, caractérisé en ce que le
substrat (1) consiste en InP d'un premier type de conducti-
vité, la couche active (5) consiste en InGaAsP, la couche de barrière (23) et la couche de gaine (6) consistent en
InP d'un second type de conductivité, et la couche de ré-
seau de diffraction (2b) consiste en InGaAsP du second type
de conductivité.
10. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 7, caractérisé en ce que les sillons à bandes parallèles de période prédéterminée
sont formés par gravure en utilisant un masque qui est for-
mé par photolithographie en utilisant un procédé d'exposi-
tion à des interférences.
11. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une région dans laquelle la couche de réseau de diffraction (2b) est enlevée, ou une région dans laquelle les sillons à bandes parallèles ne sont pas formés, est établie dans une
partie du réseau de diffraction (3).
12. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que
la couche active (5) est formée sur un substrat semiconduc-
teur (1) ayant une bande d'énergie interdite supérieure à
celle de la couche active (5) et ayant un type de conducti-
vité inverse de celui de la couche de barrière (23).
13. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 12, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur () consiste en InP d'un premier type de conductivité, la couche active (5) consiste en InGaAsp, la couche de barrière (23) et la couche de gaine (6) consistent en InP d'un second type de conductivité, et la couche de réseau de diffraction (2b) consiste en InGaAsP du second type de conductivité.
14. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 11, caractérisé en ce que les sillons à bandes parallèles de période prédéterminée
sont formés par gravure en utilisant un masque qui est for-
mé par photolithographie en utilisant un procédé d'exposi-
tion à des interférences.
15. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche active (5); une première couche de semiconducteur (23) ayant une bande d'énergie interdite supérieure à celle de la couche active (5), une seconde couche de semiconducteur (2b) ayant une bande d'énergie interdite supérieure à celle de la couche active (5) et une bande d'énergie interdite inférieure à celle de la première couche de semiconducteur (23), formées successivement par croissance sur la couche
active (5); des sillons à bandes parallèles de période pré-
déterminée qui atteignent la première couche de semiconduc-
teur (23) et qui sont formés sur la totalité de la surface des couches précitées; une couche de gaine (6) ayant la même composition que la première couche de semiconducteur (23), et qui est formée par une nouvelle opération de
croissance sur les couches précitées; un réseau de diffrac-
tion (3) constitué par le reste de la seconde couche de se-
miconducteur (2b); ce réseau de:diffraction étant formé par les opérations suivantes: on forme une couche de résine de réseau de diffraction (25) consistant en bandes parallèles de période constante, qui est constituée par un dépôt de
résine sur la seconde couche de semiconducteur (2b); on ap-
plique une opération de gravure à une première région de la seconde couche de semiconducteur (2b), de façon à atteindre la première couche de semiconducteur (23), en utilisant comme masque de gravure la couche de résine de réseau de diffraction (25); on forme une couche de revêtement (26) qui n'est pas dissoute par un solvant qui dissout la couche de résine de réseau de diffraction (25), sur une seconde région qui est une région autre que la première région de la seconde couche de semiconducteur, par un procédé qui
n'endommage pas la couche de résine de réseau de diffrac-
tion (25); on enlève seulement une partie de la couche de
revêtement (26) sur la couche de résine de réseau de dif-
fraction (25) par une opération de gravure, et on enlève la
couche de résine de réseau de diffraction (25), pour pro-
duire ainsi un réseau de diffraction constitué par la par-
tie restante de la couche de revêtement (26) et ayant une phase inverse de celle du réseau de diffraction qui est formé par la couche de résine de réseau de diffraction
(25); on applique une opération de gravure à la seconde ré-
gion de la seconde couche de semiconducteur (2b), de façon à atteindre la première couche de semiconducteur (23), en utilisant comme masque de gravure le réseau de diffraction
qui est formé par la couche de revêtement (26); et la pre-
mière région et la seconde région ont des phases inversées.
16. Dispositif consistant en un laser à semi-
conducteurs selon la revendication 15, caractérisé en ce qu 'après avoir formé la seconde couche de semiconducteur
(2b), on forme sur celle-ci une couche (150) destinée à em-
pêcher une déformation, ayant la même composition que le substrat semiconducteur (1), après quoi on forme sur la seconde couche de semiconducteur (2b) une couche de résine
de réseau de diffraction (25) comprenant des bandes paral-
lèles de période constante définies par la résine.
17. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 15, caractérisé en ce que
la couche active (5) est formée sur un substrat semiconduc-
teur (1) ayant une bande d'énergie interdite supérieure à
celle de la couche active (5) et ayant un type de conducti-
vité inverse de celui de la première couche de semiconduc-
teur (23).
18. Dispositif consistant en un laser à semicon-
ducteurs selon la revendication 17, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur (1) consiste en InP d'un premier type de conductivité, la couche active (5) consiste en InGaAsP, la première couche de semiconducteur (23) et la couche de gaine (6) consistent en InP d'un second type de conductivité, et la seconde couche de semiconducteur (23)
consiste en InGaAsP du second type de conductivité.
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