FR2731302A1 - Laser a semi-conducteur et procede de fabrication de celui-ci - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un laser à semiconducteur. Le laser à semi-conducteur est caractérisé en ce qu'il comprend notamment une couche de blocage de courant (6) d'un premier type de conductivité ayant un intervalle de bande d'énergie supérieur à celui de la seconde couche de placage supérieure (10) disposée sur la première couche de placage supérieure (4) pour enfouir la structure à nervures (22) et une seconde couche de contact (7) d'un second type de conductivité disposée sur la couche de blocage de courant (6) et la structure à nervures (22). L'invention trouve application dans le domaine des lasers.
Description
A
La présente invention concerne des lasers à semi-
conducteurs et,plus particulièrement, un laser à semi-conducteur ayant une structure de fenêtre à facettes et produisant une sortie de lumière de puissance élevée. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer un tel laser à semi- conducteur. Les figures 4(a) et 4(c) sont des schémas illustrant une structure d'un laser à semi-conducteur de l'art antérieur proposée par l'inventeur de la présente invention dans la Demande de Brevet Japonais Publiée N Hei. 5-84738. La figure 4(a) est une vue en perspective représentant la totalité du dispositif à semi- conducteur, la figure 4(b) est une vue en coupe effectuée le long d'une ligne 4b-4b en figure 4(a), c'est-à-dire, une vue en coupe dans la direction de longueur de résonateur du laser à semi-conducteur, et la figure 4(c) est une vue en coupe effectuée le long d'une ligne 4c-4c en figure 4(a), c'est-à-dire, une vue en coupe dans la direction perpendiculaire à la direction de longueur du résonateur (ci-après, référée comme la direction de largeur du résonateur) comprenant une région à structure à nervures. Dans les figures, la référence 1 désigne un substrat à semi-conducteur en GaAs du type n, la référence 2 désigne une couche de placage inférieure en Al,5Ga As du type n de 1.5 - 2,um d'épaisseur, la 0,,5 référence 3 désigne une structure de puits quantique fonctionnant comme une couche active et comprenant des couches de puits en Alo,5Ga 95As (non représentées) et des couches de barrière en Al Ga As (non représentées) ayant une composition en Al z z 1 -z de 0,3 - 0,35. Cette structure de puits quantique comprenant des couches de guidage de lumière qui ont la même composition que celle de la couche de barrière et qui sont respectivement de 0,2 - 0,3 pm d'épaisseur aux deux côtés de celle-ci et deux couches de puits d'environ 80 A d'épaisseur et une couche de barrière de 50 - 80 A d'épaisseur, alternativement laminées, entre les couches de guidage optique. La référence 4 désigne une première couche de placage supérieure en A10o.5Gao,5As du type p de 0,2 - 0,3 um d'épaisseur, la référence 5 désigne une couche d'arrêt d'attaque en Al Ga As du type p d'environ
0,7 0,3
A d'épaisseur, la référence 6 désigne une couche de blocage de courant en Al 7Ga 3As du type n de 1,5-2 um d'épaisseur, la référence 7 désigne une seconde couche de contact en GaAs du type p de 2 - 3 um d'épaisseur. La référence 8 désigne une électrode latérale p, la référence 9 désigne une électrode latérale n, la référence 10 désigne une seconde couche de placage supérieure en Alo Ga 5As du type p de 0, 8 - 1,3 um d'épaisseur, 0pd,50,5 mddaser la référence 11 désigne une première couche de contact en GaAs du type p d'environ 0,7 um d'épaisseur. La référence 12 désigne une structure à nervures. Cette structure à nervures 12 a une configuration trapézoïdale inverse telle que la largeur dans la direction de largeur du résonateur sur le côté de l'électrode latérale n 9 est d'environ 4)um et la largeur dans la direction de largeur du résonateur sur le côté de l'électrode latérale p 8 est d'environ 5 - 6 um. De plus, elle a une longueur dans la direction de longueur de résonateur telle que 'extrémité de la structure en nervures 12 n'atteint pas la facette du résonateur laser. La référence 14 désigne une couche de structure de puits quantique qui est désordonnée par implantation ionique de Si, la référence 30 désigne une région d'émission de lumière du laser à semi- conducteur, et la référence 31 désigne une région de structure de fenêtre du laser à semi-conducteur. Le caractère de référence d représente la distance entre la facette du résonateur laser et la structure à nervures 12 dans la direction de longueur du résonateur laser, c'est-à-dire l'astigmatisme. De plus, la longueur de l'élément laser dans la direction de longueur de résonateur est de 300 - 600 um, et la largeur de celui-ci est
d'environ 300 um.
Les figures 5(a)-5(d) sont des vues en perspective illustrant des étapes de procédé dans un procédé de fabrication d'un laser à semi-conducteur de l'art antérieur pour une pastille laser. Dans ces figures, les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments que ceux en figure 4. La référence 20a désigne un film isolant. La référence 25 désigne une implantation d'ions
de Si.
Un procédé de fabrication sera décrit en référence aux figures 5(a)-5(d). Sur le substrat semi-conducteur 1 en GaAs du type n, la couche de placage inférieure 2, la couche de structure de puits quantique 3, la première couche de placage supérieure 4, la couche d'arrêt d'attaque 5, la seconde couche de placage
supérieure 10, et la première couche de contact 11 sont succes-
sivement déposées par croissance épitaxiale, produisant de la sorte une structure de couches laminées à semi-conducteur. Une vue en perspective de la structure de couches laminées à semi-conducteur après la croissance est représentée en figure 5(a). Ensuite, un film isolant 20a est formé sur la surface totale de la structure de couche laminée à semi-conducteur. Comme matériau du film isolant, Si3N4 ou SiO2 est utilisé. Ce film isolant est réalisé par motif dans une forme en bande telle qu'une longueur dans la direction de largeur du résonateur devient d'environ 5 - 6 pm, avec des intervalles d'environ 20 pm des facettes du résonateur
du laser à semi-conducteur comme représenté en figure 5(b).
Ce film isolant 20a fonctionne comme un masque pour attaque de nervure et, comme représentée en figure 5(c), l'attaque est accomplie pour former une structure à nervures 12 utilisant le film isolant 20a comme masque. Cette attaque est accomplie en utilisant un produit d'attaque sélectif qui attaque la première couche de contact 11 en GaAs du type p et la seconde couche de placage supérieure 10 en Al 5Ga As du type p mais 0,,5 n'attaque pas la couche d'arrêt d'attaque 5 en Al,7Ga As du type p, de la sorte la structure à nervures 12 peut être produite avec une reproductibilité élevée. Comme exemple du produit d'attaque, une solution mélangée d'acide tartarique et de peroxyde d'hydrogène est donnée. Après formation de la structure à nervures 12, l'implantation ionique de Si 25 est accomplie à la couche de structure de puits quantique 3 de la surface exposée par l'attaque. Bien que cette implantation ionique soit simultanément accomplie à la surface supérieure de la structure de couches laminées à semi-conducteur, puisque le film isolant 20a est formé à la portion supérieure de la structure à nervures 12, et la surface supérieure de la première couche de contact 11 de la structure à nervureS12 et la surface supérieure du film isolant 20a sont séparées l'une de l'autre par la hauteur du film isolant 20a, les ions n'atteignent pas la structure à nervures 12 et aucune implantion ionique n'est accomplie à la structure à nervures 12. Cependant, une région o des ions Si sont injectés est formée dans la couche de structure de puits quantique 3 dans une région autre que la région inférieure de la structure à nervures12. Un désordre n'est pas produit en accomplisant seulement une implantion ionique et il se produit pour la première fois que les atomes de Si sont diffusés dans le cristal par un certain procédé de recuit. Aussi, la structure de couches laminées à semi-conducteur est recuite après que l'implantion ionique ou la structure de couches laminées à semi-conducteur soit chauffée par la chaleur produite pendant la croissance du cristal après ce procédé, de la sorte des atomes de Si sont diffusés, résultant dans la couche de structure de puits quantique désordonnée 14. Des portions de la couche de structure de puits quantique désordonnée 14 à proximité des facettes du résonateur laser deviennent la région de structure à fenêtre 31 qui fonctionne en une structure à fenêtre. Ici, avant tout, la couche de structure de puits quantique désordonnée 14 est formée par recuit. Ensuite, la couche de blocage de courant 6 en Al 7Ga 3As du type n est sélectivement réalisée par croissance pour
0,7 0.3
enfouir la structure à nervures 12 comme représntéen figure 5(d). A côté de cela, la croissance cristalline ne se produit pas sur la portion à nervures 12 car le film isolant 20 sert également comme masque pendant la croissance cristalline. Après que le film isolant 20 est retiré par attache à l'acide ou par attache à sec la seconde couche de contact 7 en GaAs du type p est réalisée par croissance cristalline. Après cela, l'électrode latérale n 9 est formée sur le substrat semi- conducteur 1 en GaAs du type n et l'électrode latérale p 8 est formée sur la seconde couche de contact 7 en GaAs du tyvpep, résultant en un laser semi-conducteur
ayant une structure a fenêtre représentée en figure 4(a).
Une description est donnée du fonctionnement. Dans le
laser à semi-conducteur 15 ayant une structure à nervures représentée en figure 4(a). dans la région enfouie avec la couche de blocage de courant 6 en Alo Ga 3As du type n. des jonctions pnp sont formées entre la première couche de placage supérieure 4 en AlGaAs du type p et la couche de blocage de courant 6 du type n et entre la couche de blocage de courant 6 du type n et la seconde couche de contact 7 en GaAs du type p, respectivement, et même lorsqu'une tension est appliquée de sorte que l'électrode latérale p 8 devienne plus latérale, l'une ou l'autre des jonctions pnp est polarisée en inverse, de sorte qu'aucun courant ne circule dans la région comprenant la couche de blocage 6. En d'autres termes, la couche de blocage de courant 6 du type n accomplit littéralement une fonction de blocage de courant. De ce fait, lorsqu'une tension est appliquée de sorte que l'électrode latérale p 8 devienne"plu ' et l'électrode latérale n 9 devienne 'lnoinsg, des trous sont injectés dans la couche de structure de puits quantique 3 en dessous de la structure à nervures 12 à travers la première couche de contact 11 du type p, la seconde couche de placage supérieure du type p et la première couche de placage supérieure 6 en AlGaAs du type p et des électrons sont injectés concentriquement dans la couche de structure de puits quantique 3 à travers le substrat à semi-conducteur 1 en GaAs du type n et la couche de placage 2 en AlGaAs du type n, de la sorte une recombinaison d'électrons et de trous se produit dans la couche de structure de puits quantique 3, produisant une lumière de rayonnement induite. Lorsque la quantité d'injection de porteurs est suffisamment augmentée de sorte que de la lumière excédant la perte du guide d'onde est produite, une oscillation laser se produit.
Une description est donnée de la lumière guidée à la
région o la structure à nervures 12 est formée, c'est-à-dire la région de production de lumière 30 o la lumière laser est
produite. Dans la direction verticale d'un laser à semi-
conducteur, c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire à la surface de croissance du substrat 1, la couche de structure de puits quantique 3 servant comme couche active est prise en sandwich entre la seconde couche de placage supérieure 10 et la couche de placage inférieure 2 qui ont un intervalle de bande d'énergie plus grand que celui de la couche de structure de puits quantique 3, de sorte qu'une distribution d'indices de réfraction est produite dans la direction verticale du laser à semiconducteur et la lumière est confinée à proximité de la couche de structure de puits quantique 3 et guidée le long de la couche de structure de puits quantique 3. De plus,puisque dans la direction transversale d'un laser à semi-conducteur, c'est-à- dire, dans la direction de largeur du résonateur, la couche de blocage de courant 6 en Al 0,7Ga 0,3As du type n ayant un intervalle de bande d'énergie plus grand que celui de la seconde couche de placage supérieure 10 en Al0 5Ga As du type p consistant en la structure à nervures 12 est formée aux deux côtés de la structure à nervures 12 prenant en sandwich la structure à nervures 12, une distribution d'indices de réfraction est produite dans la direction transversale du laser à semi-conducteur et la lumière laser est confinée dans la direction transversale par la différence d'indices de réfraction entre la seconde couche de placage supérieure 10 et la couche de blocage de courant 6, et
elle est guidée le long de la structure à nervures 12.
Une description est donnée de la structure à fenêtre.
Généralement, dans le laser à semi-conducteur en série en AlGaAs qui émet une lumière laser ayant une longueur d'onde de 0,8 um et est utilisé comme source de lumière pour des dispositifs à disque optique, tels que les disques compacts (CD), la puissance maximum est déterminée par une sortie optique à laquelle la destruction de facette du résonateur laser se produit. La destruction de facette se produit par le fait que le cristal lui-même constituant la couche de structure de puits quantique du laser semi-conducteur est fondu par la chaleur produite due à l'absorption de lumière laser qui est produite lorsque l'intervalle de bande d'énergie à proximité de la facette est effectivemnt augmenté par les influences des niveaux de surface dans la région de facette. Lorsque cette destruction de facette se produit. la fonction du résonateur n'est pas effectuée. De ce fait, afin de réaliser un fonctionnement de sortie de puissance élevée, on exige de produire aucune destruction des facettes même à une puissance élevée. Dans ce but, il est pratiquement efficace de réaliser une structure qui rend difficile à la lumière laser d'être absorbée dans la région de facettes, i.e., une structure à fenêtre qui devient "transparente" à la lumière laser. Cette structure à fenêtre est formée de sorte que l'intervalle de bande d'énergie de la région à proximité de la facette devienne plus grand que celui de la structure de puits
quantique qui émet la lumière laser. Dans le laser à semi-
conducteur 15 de l'art antérieur représenté en figure 15(a), la couche active est formée par une couche de structure de puits quantique 3 et la région de proximité de cette couche de structure de puits quantique 3 au voisinage de la facette de résonateur laser est désordonnée par l'implantation ionique de Si. Ce désordre rend les éléments constituants des couches respectives pratiquement fines inclus dans la couche de structure de puits quantique mélangée les unes avec les autres pour former une couche de composition uniforme, et la couche de structure de puits quantique 14 dans la région désordonnée a un intervalle de bande d'énergie effectif plus grand que ceux dans d'autres régions de la couche de structure de puits quantique 3. De ce fait, dans le laser à semi-conducteur de l'art antérieur, l'intervalle de bande d'énergie est plus grand dans la couche de structure de puits quantique 14 à proximité de la facette du résonateur laser que dans la couche de structure de puits quantique 3 en dessous de la structure à nervures 12 servant comme guide d'onde de la lumière laser, de la sorte la région de proximité de la facette du résonateur fonctionne comme une
structure à fenêtre.
Le laser à semi-conducteur de l'art antérieur comprenant la structure en nervures avec la structure à fenêtre est construit comme décrit cidessus, et il est très utile pour empêcher la destruction de la facette du résonateur laser. Cependant, il a les problèmes suivants. C'est-à-dire, puisque la structure de puits quantique 3 qui sert comme couche active est prise en sandwich par la couche de placage inférieure 2 en Alo,5Gao 5As du type n et la seconde couche de placage 10 en Al, Ga 5 As du type p, lesquelles couches ont une énergie d'intervalle de bande supérieure à celle de la structure de puits quantique 3, ou par la couche de placage supérieure 2 et la couche de blocage du courant 6 en Al 7Ga As du type n à la fois dans la région 0? ao,3 d'émission de lumière 30 et la région de structure à fenêtre 31 dans la direction de longueur du résonateur, une distribution d'indices de réfraction dans la direction verticale du laser à semi-conducteur existe, de la sorte la lumière laser se déplace le long de la structure quantique 3 sans s'élargir jusqu'à ce qu'elle atteigne la facette du laser à semi- conducteur, et elle
est émise, avec élargissement, de la facette laser.
Dans la région d'émission de lumière 30, la couche de blocage de courant 6 en Al 7Ga,3As du type n ayant une énergie d'intervalle de bande plus grande que celle de la seconde couche de placage supérieure 10 est prévue aux deux côtés de la seconde couche de placage supérieure 10 en Alo,5Ga,5As du type p constituant la structure à nervures 12, de sorte que la distribution d'indices de réfraction existe dans la direction transversale du laser à semi-conducteur 15. de la sorte la lumière est confinée dans la région en dessous de la seconde couche de placage supérieure 10, et la lumière produite dans la structure de puits quantique 3 en dessous de la structure à nervures12 est guidée le
long de la structure à nervures 12.
Cependant, la même couche de blocage de courant 6 comme dans la région autre que la région de guide d'onde est formée dans la région étendue de la structure à nervures,dans laquelle la lumière est guidée, et la lumière laser qui est guidée sans élargissement devant être confinée dans la direction transversale dans la région d'émission laser 30 o la distribution d'indices de réfraction dans la direction transversale existe, est guidée avec élargissement dans la direction transversale dans la région de structure à fenêtre 31, puisque la distribution d'indices de réfraction n'existe pas dans la direction transversale dans la région de structure à fenêtre 31. De ce fait, les points auxquels la lumière laser commence à s'élargir sont différents entre la direction verticale et la direction transversale, de sorte que l'astigmatisme d de la distance entre le bord de nervure et la facette laser est produit. Dans un dispositif conventionnel utilisant un laser semi-conducteur, la lumière émise du laser à semi-conducteur est concentrée en utilisant une lentille pour produire habituellement une lumière ayant un point de petite dimension pour utilisation et, dans ce cas, un point de toute petite dimension souhaité. Cependant, lorsque l'astigmatisme d est produit, la focalisation de la lentille pour concentrer la lumière laser émise se décale par l'astigmatisme entre la direction verticale et la direction transversale, de sorte qu'il est impossible de régler simultanément la focalisation dans la direction verticale et la direction transversale. En conséquence, seulement la lumière laser à dimension de point grande est
obtenue.
C'est un objet de la présente invention de réaliser un laser à semiconducteur comprenant une structure à fenêtre et produisant une lumière laser avec un point de petite dimension et
un procédé de fabrication de celui-ci.
D'autres objets et avantages de la présente invention
deviendront apparents à partir de la description détaillée donnée
ci-après; on doit comprendre, cependant, que la description
détaillée et le mode de réalisation spécifique sont donnés à titre d'illustration seulement, puisque divers changements et modifications dans la portée de l'invention deviendront apparents
à ceux de l'art à partir de cette description détaillée.
Selon un premier aspect de la présente invention, un laser à semiconducteur comprend un substrat semi-conducteur d'un premier type de conductivité, une couche de placage inférieure d'un premier type de conductivité disposée sur le substrat semi-conducteur du premier type de conductivité, une couche active de structure de puits quantique comprenant des couches de barrière et des couches de puits alternativement laminées, disposées sur la couche de placage inférieure, une région désordonnée formée dans la couche active de structure de puits quantique à proximité de facettes du résonateur laser par introduction d'impuretés, une première couche de placage supérieure d'un second type de conductivité disposée sur la couche active de structure de puits quantique, une structure à nervure disposée sur la première couche de placage et étendue dans la direction de longueur du résonateur avec une longueur atteignant les facettes du résonateur. ladite structure à nervure ayant une première région. autre que la proximité des facettes du résonateur laser. comprenant une seconde couche de placage supérieure d'un second type de conductivité et une première couche de contact d'un second type de conductivité qui sont disposées sur la seconde couche de placage supérieure, et une seconde région, à proximité des facettes du résonateur laser, comprenant la première couche semi-conductrice du premier type de conductivité ayant les mêmes matière et hauteur que la
seconde couche de placage supérieure et la seconde couche semi-
conductrice du premier type de conductivité ayant le même matériau que la première couche de contact qui sont disposées sur la première couche semi-conductrice, une couche de blocage de courant d'un premier type de conductivité ayant un intervalle de bande d'énergie plus grand que celui de la seconde couche de placage supérieure disposée sur la première couche de placage supérieure pour enfouir la structure à nervures et une seconde couche de contact d'un second type de conductivité disposée sur la couche de blocage de courant et la structure à nervures. De ce fait, l'énergie d'intervalle de bande au voisinage de la facette du résonateur laser de la couche active de structure de puits quantique est plus grande que celle dans d'autres régions, qui sert comme structure à fenêtre, et la région o la structure à fenêtre est formée, une distribution d'indices de réfraction dans la direction transversale est également obtenue, et la lumière laser est confinée dans la direction transversale en dessous de toute la structure à nervures entre les facettes du résonateur laser, et il n'y a aucun astigmatisme du à la présence et l'absence de la distribution d'indices de réfraction
dans les directions verticale et transversale du laser.
Selon un second aspect de la présente invention, dans
le laser à semi-conducteur décrit ci-dessus, le substrat semi-
conducteur comprend du GaAs du type n, la couche de placage inférieure comprend du Al Ga As (0 <x) du type n, la couche X 1-x active de structure de puits quantique comprend des couches de barrière en Al Ga As (0< y) et des couches de puits en y i-y Al GaI zAs (Oz 4y), et a un intervalle de bande d'énergie effectif plus petit que celui de la couche de placage inférieure, les première et seconde couches de placage supérieures comprennent du Al wGa As du type p ayant un intervalle de bande W -W d'énergie effectif plus grand que celui de la couche active de structure de puits quantique, les première et seconde couches de contact comprennent du GaAs du type p, la première couche semi- conductrice comprend du Al wGa As du type n, la seconde couche semi- conductrice comprend du GaAs du type n, et la couche
de blocage de courant comprend du As Ga As (v> w) du type n.
De ce fait, une structure à fenêtre est formée au voisinage de la facette du résonateur laser et une distribution d'indicesde réfraction dans la direction transversale est formée dans la région o la structure à fenêtre est formée, et la lumière laser est confinée dans la direction transversale en dessous de toute la structure à nervures entre la facette du résonateur, et il n'y a aucun astigmatisme du à la présence et l'absence de la distribution d'indices de réfraction dans les directions
verticale et transversale.
Selon un troisième aspect de la présente invention, un procédé pour fabriquer un laser à semi-conducteur comprend successivement croître épitaxialement sur un substrat d'un premier type de conductivité une couche de placage inférieure d'un premier type de conductivité, une couche active de structure de puits quantique comprenant des couches de barrière et des couches de puits laminées alternativement, une première couche de placage supérieure d'un second type de conductivité. une seconde couche de placage supérieure d'un second type de conductivité et une première couche de contact d'un second type de conductivité, former un premier film isolant sur une région comprenant une région devant être une région d'émission de lumière laser autre qu'une région à proximité des facettes du résonateur sur la première couche de contact, accomplir un premier processus de retrait pour retirer les portions de la première couche de contact et la seconde couche de placage supérieure sur la région à proximité des facettes du résonateur laser en utilisant le premier film isolant comme masque, accomplir une implantation ionique d'un dopant d'impuretés à une concentration qui n'inverse pas le type de conductivité de la seconde couche de placage supérieure, à partir de la surface de la seconde couche de placage supérieure à la couche active de structure de puits quantique en dessous de la région exposée par le premier processus de retrait, désordonner, par recuit, la couche active de structure de puits quantique dans la région o l'implantation ionique est accomplie, recroitre une première couche semi-conductrice d'un premier type de conductivité comprenant le même matériau que la seconde couche de placage supérieure à la même hauteur que la seconde couche de placage supérieure en utilisant le premier film isolant comme masque, de sorte que la région exposée par le premier processus de
retrait est enfouie, recroître une seconde couche semi-
conductrice d'un premier type de conductivité comprenant le même matériau que la première couche de contact à la même hauteur que la première couche de contact en utilisant le premier film isolant comme masque, retirer après le premier film isolant, former un second film isolant en forme de bande ayant une longueur atteignant les facettes du résonateur laser sur la
première couche de contact et sur la seconde couche semi-
conductrice, inclure une région sur la région de la première couche de contact pour être une région d'émission laser, accomplir un second processus de retrait pour retirer la première couche de contact, la seconde couche semi-conductrice, la seconde couche de placage supérieure et la première couche semi-conductrice, formant de la sorte une structure à nervures, former une couche de blocage de courant d'un premier type de conductivité ayant un intervalle de bande d'énergie supérieur à celui de la seconde couche de placage supérieure sur la première couche de placage supérieure exposée par le second processus de retrait de sorte que la structure à nervures est enfouie, et retirer après le second film isolant. former une seconde couche de contact d'un second type de conductivité sur la structure à nervureset sur la couche de blocage de courant. De ce fait, l'énergie d'intervalle de bande au voisinage de la facette du résonateur laser de la couche active de structure de puits quantique est supérieure à celles dans d'autres régions, qui sert comme structure à fenêtre, et dans la région o la structure à fenêtre est formée, une distribution d'lndices de réfraction dans la direction transversale est également obtenue, la lumière laser est confinée dans la direction transversale en dessous de toute la structure à nervures entre les facettes du résonateur laser, et il n'y a aucun astigmatisme dû à la présence et l'absence de la distribution d'indice de réfraction dans les
directions verticale et transversale. Selon un quatrième aspect de la présente invention, dans le laser semi-
conducteur décrit ci-dessus, le substrat semi-conducteur comprend du GaAs du type n, la couche de placage inférieure comprend du Al xGa1 As (0 < x) du type n, la couche active de structure de puits quantique comprend des couches de barrière en Al Ga As (0 <y) et des couches de puits en y 1-y AlzGa zAs (0 <z <y) et avait une énergie d'intervalle de bande effective plus petite que celle de la couche de placage inférieure, les première et seconde couches de placage comprennent du Al Ga As du type p ayant une énergie d'intervalle de bande Aw 1 -w effective plus grande que celle de la couche active de structure de puits quantique, les première et seconde couches de contact comprennent du GaAs du typ p. la première couche semi-conductrice
comprend du Al Ga As du type n. la seconde couche semi-
w 1-w conductrice comprend du GaAs du type n et la couche de blocage de courant comprend du Al Ga As (v> w) du type n. De ce fait, v 1-v la structure à fenêtre est formée au voisinage de la facette du résonateur laser. et dans la région o la structure à fenêtre est formée, une distribution d'indices de réfraction dans la direction transversale est également obtenue, et la lumière laser est confinée dans la direction transversale en dessous de toute la structure à nervures entre les facettes du résonateur laser et il n'y a aucun astigmatisme dû à la présence et l'absence de la distribution d'indices de réfraction dans les
directions verticale et transversale.
Selon un cinquième aspect de la présente invention.
le procédé de fabrication décrit ci-dessus d'un laser à semi-
conducteur comprend croître épitaxialement une couche d'arrêt d'attaque d'un second type de conductivité entre la première couche de placage supérieure du second type de conductivité et la seconde couche de placage supérieure du second type de conductivité, accomplir le premier processus de retrait en attaquant sélectivement la première couche de contact et la seconde couche de placage supérieure jusqu'à ce que la couche d'arrêt d'attaque soit exposée en utilisant le premier film isolant comme masque et accomplir le second processus de retrait en attaquant sélectivement la première couche de contact, la seconde couche semi-conductrice, la seconde couche de placage supérieure et la première couche semi-conductrice jusqu'à ce que la couche d'arrêt d'attaque soit exposée. De ce fait, l'attaque est accomplie avec une contrôlabilité et facilité élevées. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront
plus clairement au cours de la description explicative qui va
suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - Les figures 1(a)-1(c) sont des schémas illustrant une structure d'un laser à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention: - Les figures 2(a)-2(g) sont des schémas de processus illustrant un procédé de fabrication d'un laser à semi-conducteur selon le premier mode de réalisation de la présente invention: - La figure 3 est un schéma illustrant un processus
principal d'un procédé de fabrication d'un laser à semi-
conducteur selon un second mode de réalisation de la présente invention; Les figures 4(a)-(4(c) sont des schémas illustrant une structure d'un laser à semi-conducteur selon l'art antérieur; et - Les figures 5(a)- 5(d) sont des schémas de processus illustrant un procédé pour fabriquer le laser à semi-conducteur
selon l'art antérieur.
Mode de réalisation 1 Les figures 1(a)-1(c) sont des schémas illustrant une structure d'un laser à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention. La figure 1(a) est une vue en perspective illustrant un laser à semi-conducteur complet, la figure 1(b) est une vue en coupe effectuée le long d'une ligne lb-lb en figure 1(a), c'est-à-dire, une vue en coupe du laser à semi-conducteur dans la direction de longueur du résonateur, la figure 1(c) est une vue en coupe effectuée le long de la ligne lc-lc en figure 1(a), c'est-à-dire, une vue en coupe dans la direction de largeur du résonateur comprenant une région à structure de nervures. Dans la figure, le chiffre de référence 1 désigne un substrat à semi-conducteur en GaAs du type n, la référence 2 désigne une couche de placage inférieure en Alo 5Ga 5As du type n de 1,5-2,um d'épaisseur, et la
0,5 0,5
référence 3 désigne une couche de structure de puits quantique servant comme couche active et comprenant une couche de puits en Al,5Ga,95As (non représentée) et deux couches de barrière en0,05z0,9 en Al Ga1 As (non représentées) avec un rapport de composition d'aluminium z de 0, 3-0,35. Cette couche de structure de puits quantique 3 comprend des couches de guidage de lumière de 0,2-0,3 um d'épaisseur ayant la même composition que celledelacch-e de barrière aux deux extrémités de celle- ci, et une couche de puits d'environ 80 um d'épaisseur et une couche de barrière de -80 jum d'épaisseur sont alternativement laminées, ce qui constitue trois couches. c'est-à-dire, deux couches de puits et une couche de barrière sont laminées, entre les couches de guidage de lumière. La référence 4 désigne une première couche de placage supérieure en Al CGa As du type p de 0.05-0,5.um d'paisseur, la rfrence 5 dsigne une couche d'arrt d'attaque5 d'épaisseur, la référence 5 désigne une couche d'arrêt d'attaque o0 en Alo 7Ga As du type p d'environ 200A d'épaisseur, la référence 6 désigne une couche de blocage de courant en Al 7Ga As du type n de 1,5-2 um d'épaisseur, la référence 7
0, 7 0,3
désigne une seconde couche de contact en GaAs du type p de 2-3 pm d'épaisseur. La référence 8 désigne une électrode latérale p, la référence 9 désigne une électrode latérale n, la référence 10 désigne une seconde couche de placage supérieure en Al Ga As du type p de 0, 8-1,3,um d'épaisseur, la
0,5 0,5
référence 11 désigne une première couche de contact en GaAs du type p d'environ 0,7 pm d'épaisseur. La référence 22 désigne une structure à nervures. Cette structure à nervures 22 a une configuration trapézoïdale inverse de sorte que la longueur dans la direction de largeur du résonateur sur le côté de l'électrode latérale n 9 est d'environ 4 um et la largeur dans la direction de largeur du résonateur sur le côté de l'électrode latérale p 8 est d'environ 5-6 um. Le bord de la structure à nervures22, dans la direction de longueur du résonateur, atteint la facette du résonateur laser, et la région autre que le voisinage de la facette du résonateur laser comprend une seconde couche de placage supérieure 10 en Alo 5Ga,5As du type p et une couche de contact 11 en GaAs du type p formée sur la seconde couche de placage supérieure 10, le voisinage de la facette du résonateur laser comprend une première couche enfouie 10a en Alo 5Gao 5As du type n ayant la même comoosition que la seconde
couche de placage supérieure 10 du type P et d'un type de conduc-
tivité opposé à celle-cl et une seconde couche d'enfouissement lia en GaAs du type n ayant la même composition que la première couche de contact 11 du type p et d'un type de conductivité opposé à celle-ci formée sur la couche d'enfouissement 10a. La référence 14 désigne des portions de la couche de structure de puits quantique 3 désordonnée par l'implation ionique de silicium (Si). Le laser à semi-conducteur dans ce mode de réalisation a la longueur dans la direction du résonateur de 300- 600 um et la
largeur d'environ 300 um.
Les figures 2(a)-2(d) sont des schémas de processus illustrant le procédé de fabrication du laser à semi-conducteur pour une pastille laser. Dans la figure, les mêmes chiffres de référence qu'en figure 1 désignent les mêmes parties ou des parties correspondantes. Le chiffre de référence 20 désigne un premier film isolant, la référence 21 désigne un second film isolant, la référence 25 désigne une implantation ionique de Si, la référence 32 désigne une structure trapézoïdale, dont la longueur dans la direction de largeur du résonateur est supérieure à celle de la structure à nervures ci-dessus décrite, et dont la longueur dans la direction de longueur du résonateur est la même que celle de la seconde couche de placage supérieure 10 et la première couche de contact 11 ci-dessus décrites. Les distances entre une extrémité de la structure trapézoïdale 32 sur le côté des facettes d'émission laser et
la facette d'émission laser est d'environ 20 um aux deux côtés.
Une description est donnée du procédé de fabrication.
Initialement, une couche de placage 2 en Al0 5Gao 5As du type n, une couche de structure de puits quantique 3, une première couche de placage supérieure 4 en Al,5Ga As du
0,5 0,
type p, une couche d'arrêt d'attaque 5 en Al 7Ga 3As du type p, une seconde couche de placage supérieure 10 en Al,5Ga,5As du type p, et une première couche de contact 11 en GaAs du type p sont successivement déposées par croissance épitaxiale sur un substrat à semi-conducteur 1 en GaAs du
type n, de la sorte une structure à couches laminées à semi-
conducteur est obtenue. La vue en perspective de la structure à couches laminées à semi-conducteur après la croissance est
représentée en figure 2(a).
Ensuite, un film isolant 20, telque Si3N4 ou SiO2, est formé sur la structure à couches laminées à semi-conducteur, et le film isolant 20 est réalisé par motif dans une forme en bande qui est intermittente dans la région de structure à fenêtre 31. La largeur du film isolant conformé en bande 20 est réalisée pour être plus large que celle de la structure à nervures 22 qui est formée dans le processus subséquent. Le film isolant 20 fonctionne comme masque d'attaque. Une vue en perspective du film isolant 20 après avoir été réalisé par
motif est représentée en figure 2(b").
Ensuite, une attaque est accomplie en utilisant le film isolant comme masque. Dans ce processus d'attaque, seulement la première couche de contact 11 en GaAs du type p et la seconde couche de placage supérieure 10 en Al,5Ga,5As du type p sont attaquées, c'est-à-dire, l'attaque est arrêtée à la couche d'arrêt d'attaque 5 en Al,7Ga,3As du type p, de la sorte la structure trapézoïdale 32 est formée. La couche d'arrêt
d'attaque 5 a une fonction telle que l'attaque est arrêtée.
Afin d'accomplir l'attaque sélective, un produit d'attaque qui attaque la première couche de contact 7 en GaAs du type p et la seconde couche de placage supérieure 6 en Al 5Ga 5As du
0,5 O,5
type p mais qui n'attaque pas la couche d'arrêt d'attaque 5 en AlO 7Ga 3As du type p est utilisé. Par exemple, un mélange
d'acide tartarique et de peroxyde d'hydrogène est utilisé.
Après l'attaque, une implantation ionique 25 est accomplie à la couche de structure de puits quantique 3 à travers la région retirée par attaque comme représentée en figure 2(c). Afin de réaliser le désordre, Si est convenable pour l'implantation ionique. En conséquence, une région dans laquelle un ion Si est implanté est formée dans la couche de puits quantique 3 autre
qu'une région en dessous de la première structure à nervures 32.
Bien que l'implantation ionique soit accomplie à la surface entière de la structure de couches laminées à semi-conducteur, elle n'est pas accomplie à la structure trapézoïdale 32 parce que la structure trapézoïdale comporte le film isolant sur celle-ci, de la sorte un espace correspondant d'épaisseur du film 20 est produit entre la première couche de contact 11 à la surface de la structure trapézoïdale 32 et la surface du film isolant 20. Le désordre de la couche de structure de puits quantique 3 ne se produit pas en accomplissant seulement l'implantation ionique, et il se produit pour la première fois lorsque des atomes de Si sont diffusés dans le cristal par un certain traitement de chaleur. Pour le traitement thermique, un recuit accompli à au-dessus de 700 C, tout en appliquant une pression d' As à la pastille, est général. Dans le traitement thermique, Si se diffuse dans la couche de structure de puits quantique 3, et le désordre de la couche de puits se produit, de la sorte la région injectée d'ions Si devient une région de couche de structure de puits quantique désordonnée 14. Puisque l'énergie d'intervalle de bande effective de la région désordonnée 14 est plus grande que celle de la couche de structure de puits quantique non désordonnée 3 positionnée en dessous de la structure trapézoïdale 32, le voisinage de la facette du résonateur laser de la région de couche de structure de puits quantique désordonnée 14 devient la région de structure à fenêtre 31 qui fonctionne comme la structure à fenêtre pour la lumière laser. Dans ce mode de réalisation, puisque la
distance de la surface de la structure à couches laminées à semi-
conducteur à la couche à structure de puits quantique 3 dans la région autre que la structure trapézoïdale 32, en d'autres termes, l'épaisseur de la première couche de placage supérieure 4 en Al 5Ga As du type p 4, est de 0,05-0,5,um comme décrit ci-dessus, la tension d'accélération pendant l'implantation ionique est de 60-600 keV. La condition pour l'implantation ionique est établie telle que le type de conductivité de la première couche de placage supérieure 4 n'est pas inversé par
l'implantation ionique.
Après cela, en utilisant le film isolant 20 comme masque de croissance sélective, une première couche d'enfouissement 10a en Al 5Ga As du type n et une seconde couche d'enfouissement enAl,5 0,5A 11a en GaAs du type n sont composées par croissance aux mêmes hauteurs que la seconde couche de placage supérieure 10 du type p et la première couche de contact 11 du type p, respectivement. La figure 2(d) est une vue en perspective après la croissance d'enfouissement. Après la croissance sélective, le premier film isolant 20 est retiré. Comme procédé de retrait, une attaque à l'acide utilisant un produit d'attaque à base d'acide hydrofluorique ou une attaque à sec utilisant un gaz CF4 est utilisée. Un second film isolant 21 est formé de nouveau à toute la structure de couches laminées à semi-conducteur et réalisé
par motif dans une forme en bande ayant une largeur de 5-6 um.
Comme matériau du film isolant 21, Si3N4 ou SiO est utilisé.
La bande du second film isolant 21 s'étend à la facette du résonateur laser à travers la première couche de contact 11. Ce film isolant 21 fonctionne comme masque pour attaque de nervure subséquente. La figure 2(e) représente une vue en perspective après la réalisation par motif du film isolant 21. Une seconde structure à nervures 22 est formée en accomplissant de nouveau une attaque sélective en utilisant le film isolant 21 comme masque. Dans cette attaque, comme l'attaque pour former la structure trapézoïdale ci-dessus décrite 32, la première couche de contact 10, la seconde couche de placage supérieure 11, la première couche d'enfouissement a en Al 5Ga,5As du type n et la seconde couche d'enfouissement lOb en GaAs du type n sont attaquées, et l'attaque est arrêtée à la couche d'arrêt d'attaque 5 en Al,7Ga,3As du type p. Ainsi, la couche d'arrêt d'attaque 5 fonctionne comme une couche d'arrêt d'attaque double. La figure
2(f) représente une vue en perspective après l'attaque.
La croissance sélective est accomplie de nouveau en utilisant le second film isolant 21 comme masque, et une couche de blocage de courant 6 en Al,7Ga As du type n est formée pour enfouir la structure à nervures 22 comme représentée en figure 2(g). La croissance cristalline n'est pas accomplie sur la structure à nervures 22 parce que le second film isolant 21
fonctionne comme masque pendant la croissance cristalline.
Finalement, après retrait du second film isolant 21 par attaque à l'acide ou à sec une seconde couche de contact 11 en GaAs du type p est formée par croissance cristalline et une
électrode latérale n 13 est formée sur le substrat semi-
conducteur 1 en Gaas du type n et une électrode latérale p 12 est formée sur la seconde couche de contact 11 en GaAs du type p, de la sorte le laser à semi-conducteur ayant une structure à
fenêtre comme représentée en figure 1(a) est obtenu.
Une description est donnée du fonctionnement. Dans le
laser semi-conducteur 16 ayant la structure à nervures représentée en figure 1(a), dans la région o la couche de blocage de courant 6 en Al CGa As du type n est présente, c'est-à-dire
0,7 70,3
une région autre que la région o la structure à nervures conformée en bande 22 est formée. les jonctions pnp sont formées entre la première couche de placage supérieure 4 en Al 5Ga 5As
0,5 0,5
du type p, la couche de blocage de courant 6 du type n et la seconde couche de contact 7 en GaAs du type p. De ce fait, même lorsqu'une tension est appliquée de sorte que l'électrode latérale p devient"plus!', l'une ou l'autre des jonctions pnp ci-dessus décrites est réalisée en inverse. de sorte qu'aucun courant ne circule. En d'autres termes, la couche de blocage de courant 6 du type n accomplit littéralement une fonction de courant de blocage. Au voisinage de la facette du résonateur laser de la structure à nervures 22,des jonctions pnp sont formées entre la première couche de placage supérieure 4 en Al oGa As du type p, la seconde couche d'enfouissement 11a en GaAs du typ n et la première couche d'enfouissement 10a en Al,5Ga As du type n et la seconde couche de contact 7 en GaAs 0,,5 du type p. De ce fait, lorsqu'une tension est appliquée de sorte que l'électrode latérale p 8 devient"plus, et que l'électrode latérale n 9 devient"moins" des trous sont injectés de l'électrode latérale p 8 dans la couche de structure de puits quantique 3 formée en dessous de la structure à nervures 22 à travers la première couche de contact 11 du type p, la seconde couche de placage supérieure 10 du type p et la première couche de placage supérieure 6 du type p, qui sont la région autre que le voisinage de la facette du résonateur de la structure à nervures 22, et des électrons sont injectés de l'électrode latérale n 9 dans la couche de structure de puits quantique 3 formée en dessous de la structure à nervures 22 à travers le substrat semi-conducteur 1 en GaAs du type n et la couche de placage inférieure 2 en AlGaAs du type n, de la sorte la recombinaison des électrons et des trous se produit dans la couche de structure de puits quantique 3 en dessous de la seconde couche de placage supérieure 10 du type p dans la structure à nervures 22, produisant une lumière d'émission induite. Lorsqu'une quantité d'injection de porteurs est suffisamment augmentée de sorte que de la lumière excédant la perte de guide d'onde est produite, une oscillation laser se produit. Ainsi, la région en dessous de la seconde couche de placage supérieure 10 du type p sert comme région d'émission de t
lumière 30 du laser à semi-conducteur.
Dans le laser à semi-conducteur selon ce premier mode de réalisation, puisque la couche de structure de puits quantique désordonnée 14 au voisinage de la facette du résonateur laser a une énergie d'intervalle de bande plus grande que celle de la structure de puits quantique 3 dans la région d'émission de lumière, la lumière laser n'est pas absorbée dans la région de la couche de strucutre de puits quantique désordonnée 14 au voisinage de la facette du résonateur laser,
de la sorte cette région fonctionne comme structure à fenêtre.
De la sorte, une destruction de la facette due à absorption de lumière laser est évitée, résultant en un laser à semi-conducteur hautement fiable qui est suffisamment supportable pour utilisation pratique, même si la puissance lumineuse est 2-3 fois celle d'un laser à semi- conducteur conventionnel n'ayant
aucune structure à fenêtre.
Dans ce laser à semi-conducteur, dans la direction verticale, c'est-àdire, la direction perpendiculaire à la surface de croissance du substrat semi-conducteur 1, la couche de structure du puits quantique 3 positionnée en dessous de la structure à nervures 22 comprend la région d'émission de lumière prise en sandwich par la seconde couche de placage supérieure 10 en Al 5Ga, As du type p et la couche de placage inférieure
0,5 0,
2 en Al,5Ga As du type n, et la région de structure à fenêtre 0,,5 31 prise en sandwich par la première couche d'enfouissement 10a en Al,5Ga, 5As du type n et la couche de placage inférieure 2 en Al oGa As du type n, et les deux régions sont prises en
0,5 0,5
sandwich par les couches semi-conductrices ayant un intervalle de bande d'énergie grand aux côtés supérieurset inférieurs de celles-ci. De ce fait, la distribution d'indices de réfraction est produite dans la direction verticale du laser à semi-conducteur 16 et la lumière laser dans la direction verticale est confinée au voisinage de la couche de structure de puits quantique 3 et guidée sans élargissement le long de la couche de structure de puits
quantique 3 et émise par la facette du résonateur laser.
Dans la direction transversale, c'est-à-dire, la direction de largeur de résonateur du laser à semi-conducteur 16, dans la région d'émission de lumière 30 ci-dessus décrite, la couche de blocage de courant 6 en Al 7GaO 3As du type n ayant une énergie d'intervalle de bande plus grande que celle de la seconde couche de placage supérieure 10 en Al 0o 5Gao,5 As du type p constituant la structure à nervures 22 est formée dans les régions sur les deux côtés de la structure à nervures 22 dans la direction de largeur du résonateur, de sorte qu'une distribution d'indices de réfraction est produite sur la couche de structure de puits quantique 3 en dessous et aux deux côtés de la structure à nervures 22. De ce fait, la lumière laser produite dans la couche de structure de puits quantique 3 en dessous de la structure à nervures 22 est confinée dans une région en dessous de la structure à nervures 22 à cause de la différence d'indice de réfraction entre la seconde couche de placage supérieure 10 et la couche de blocage de courant 6, et la lumière laser est
guidée sans élargissement le long de la structure à nervures 22.
Par ailleurs, dans la région construite par la première couche d'enfouissement 10a en Al Ga As du type n de la structure à
0,5 0,5
nervures 22, c'est-à-dire, la région de structure à fenêtre 31, la couche de blocage de courant 6 en Al,7Ga,3As du type n ayant une énergie d'intervalle de bande plus grande que celle de la première couche d'enfouissement en Al,5Ga As du type n 0,,5 constituant la structure à nervures 22 est formée dans les régions sur les deux côtés de la direction de largeur du résonateur de la structure à nervures 22, de sorte qu'une distribution d'indices de réfraction est produite sur la couche de structure de puits quantique 3 en dessous et aux deux côtés de la structure à nervures 22.De ce fait, la lumière produite dans la région d'émission de lumière 30 est confinée dans la région en dessous de la structure à nervures22 également dans la région de structure à fenêtre 31, et la lumière est guidée sans élargissement le long de la structure à nervures 22 et émise de la facette du résonateur laser. Dans le laser à semi-conducteur de l'art antérieur, puisque l'astigmatisme existe à la fois dans la direction verticale et la direction transversale, la lumière laser est émise sans être plus large que la facette du résonateur laser dans la direction verticale, et la lumière est guidée et émise sans être plus large que la région de structure à fenêtre dans la direction transversale, de sorte qu'il est impossible de réaliser le point de petite dimension. Cependant, dans ce mode de réalisation, puisqu'un tel astigmatisme n'existe pas, la lumière laser est guidée sans élargissement à la fois dans la direction verticale et la direction transversale à l'intérieur du laser à semi- conducteur, et émise de la facette du résonateur laser, de sorte que la focalisation de la lumière laser peut être réglée à la fois dans la direction verticale et la direction transversale et la dimension du point peut être
rendue petite.
De plus, puisque les structures à nervures 22 sur la région d'émission de lumière 30 et la région de structure à fenêtre 31 peuvent comporter des matériaux ayant le même intervalle de bande d'énergie, les structures à nervures
n'affectent pas défavorablement les caractéristiques du laser.
Selon le premier mode de réalisation de la présente invention, la couche de structure de puits quantique 3 qui sert comme couche active et disposée au voisinage de la facette du résonateur laser est désordonnée, et la structure à nervures 22 comprenant la première couche d'enfouissement 10a en Al,5Gao 5As du type n et la seconde couche d'enfouissement 11a en GaAs du type n au voisinage de la facette du résonateur laser et comprenant la seconde couche de placage supérieure 10 en Al,5Ga,5As du type p et la première couche de contact 11 GaAs du type p dans les autres régions, est prévue, et la structure à nervures 22 est enfouie avec la couche de blocage du courant 6 en Alo, 7Ga0 3As du type n ayant une énergie d'intervalle de bande plus grande que celles de la première couche d'enfouissement 10a en Al oGa As du type n et la seconde couche de placage supérieure 10 en Alo 5Ga0, 5As du type p. De ce fait, l'énergie d'intervalle de bande de la structure de puits quantique au voisinage de la facette du résonateur laser est plus grande que celle dans la région d'émission de lumière, de la sorte une structure à fenêtre est formée. De plus, il n'y a aucun astigmatisme dû à la présence et l'absence de la distribution d'indices de réfraction dans les directions verticale et transversale du laser. En conséquence, un laser à semi-conducteur ayant une structure à fenêtre et produisant un
point de petite dimension est réalisé.
Mode de réalisation 2 Figure 3 est une vue en perspective illustrant une étape de processus principale dans un procédé de fabrication d'un laser à semi-conducteur selon un second mode de réalisation de la présente invention. Dans la figure, les mêmes chiffres de référence qu'en figure 2 désignent les mêmes parties ou des parties correspondantes. Le chiffre de référence 42 désigne un
film isolant.
Dans ce second mode de réalisation, comme représenté en figure 3, au lieu de former la structure trapézoidale 32 dans le procédé de fabrication d'un laser à semi-conducteur décrit dans le premier mode de réalisation, une structure de couches laminées à semi-conducteur est sélectivement attaquée jusqu'à ce que la couche d'arrêt d'attaque 5 soit exposée en utilisant un film isolant 42 ayant une ouverture au voisinage de la facette du résonateur laser comme masque, et une implantation ionique de Si 25 est accomplie à une région exposée par l'attaque, désordonnant de la sorte la couche de structure de puits quantique. De ce fait, la première couche d'enfouissement 10a en Al,5Ga As du type n et la seconde couche d'enfouissement 0,,5 11a en GaAs du type n sont formées sur la région exposée par l'attaque, et subséquemment, les mêmes étapes de processus que représentées en figures 2(e)-2(g) sont accomplies. Egalement dans ce second mode de réalisation, le même effet que dans le
premier mode de réalisation est obtenu.
Bien qu'un substrat du type n soit utilisé comme substrat semi- conducteurdans les premier et second modes de réalisation, un substrat du type p peut également être utilisé dans la présente invention avec les mêmes effets que dans les
modes de réalisation ci-dessus décrits.
Bien qu'une couche de structure de puits quantique comprenant une structure à trois couches soit utilisée comme couche de structure de puits quantique qui sert comme couche active dans les premier et second modes de réalisation, d'autres couches de puits quantique, telles qu'une couche à structure de puits quantiques multiples, peuvent également être utilisées dans la présente invention avec les mêmes effets que dans les
modes de réalisation ci-dessus décrits.
Bien que des matériaux en série en AlGaAs soient utilisés pour le laser à semi-conducteur dans les premier et second modes de réalisation, des matériaux de série en InP ou analogues peuvent également être utilisés pour le laser à semi-conducteur dans la présente invention avec les mêmes effets que dans les
modes de réalisation ci-dessus décrits.
Claims (4)
1 - Laser à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat à semi-conducteur (1) d'un premier type de conductivité; une couche de placage inférieure (2) d'un premier type de conductivité disposée sur ledit substrat à semi-conducteur (1) du premier type de conductivité; une couche active de structure de puits quantique (3) comprenant des couches de barrière et des couches de puits laminées alternativement, disposée sur ladite couche de placage inférieure (2); une région désordonnée formée dans ladite couche active de structure de puits quantique (3) à proximité de facettes du résonateur laser par introduction d'impuretés; une première couche de placage supérieure d'un second type de conductivité (4) disposée sur ladite couche active de structure de puits quantique (3); une structure à nervures (22) disposée sur ladite première couche de placage (4) et étendue dans la direction de longueur du résonateur avec une longueur atteignant les facettes du résonateur, ladite structure à nervures ayant une première région, autre que la proximité des facettes du résonateur laser, comprenant une seconde couche de placage supérieure (10) d'un second type de conductivité et une première couche de contact (11) d'un second type de conductivité qui sont disposées sur ladite seconde couche de placage supérieure (10), et une seconde région, à proximité des facettes du résonateur laser, comprenant la première couche semi-conductrice du premier type de conductivité ayant le même matériau et la même hauteur que ladite seconde couche de placage supérieure (10) et la seconde couche semi-conductrice du premier type de conductivité ayant la même matière que celle de la première couche de contact (11) qui sont disposées sur la première couche semi-conductrice: une couche de blocage de courant (6) d'un premier type de conductivité ayant un intervalle de bande d'énergie plus grand que celui de la seconde couche de placage supérieure (10), disposée sur ladite première couche de placage supérieure (4) pour enfouir la structure à nervures (22); et une seconde couche de contact (7) d'un second type de conductivité disposée sur ladite couche de blocage de courant
(6) et ladite structure à nervures (22).
2 - Laser à semi-conducteur de la revendication 1, caractérisé en ce que: le substrat semi-conducteur (1) précité comprend du GaAs du type n; la couche de placage inférieure précitée (2) comprend du Alx Ga1 As (0 <x) du type n; i5 la couche active de structure de puits quantique précitée (3) comprend des couches de barrière en A1 Ga As y 1-y (0 <y) et des couches de puits en AlzGa1 As (0: z <y), et a un intervalle de bande d'énergie effectif plus petit que celui de la couche de placage inférieure (2); lesdites première et seconde couches de placage supérieures (4,10) comprennent du Alw GawAs du type p ayant un intervalle de bande d'énergie effectif plus grand que celui de ladite couche active de structure de puits quantique (3); lesdites première et seconde couches de contact (11,7) comprennent du GaAs du type p; ladite première couche semi-conductrice comprend du AlwGai wAs du type n; ladite seconde couche semi-conductrice comprend du GaAs du type n; et ladite couche de blocage de courant (6) comprend du
Al Ga1v As (v >w) du type n.
3 - Procédé pour fabriquer un laser à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend: successivement croître épitaxialement sur un substrat (1) d'un premier type de conductivité, une couche de placage inférieure (2) d'un premier type de conductivité. une couche active de structure de puits quantique (3) comprenant des
couches de barrière et des couches de puits laminées alterna-
tivement, une première couche de placage supérieure (4) d'un second type de conductivité, une seconde couche de placage supérieure (10) d'un second type de conductivité, et une première couche de contact (11) d'un second type de conductivité; former un premier film isolant (20) sur une région comprenant une région pour être une région d'émission de lumière laser autre qu'une région dans la proximité des facettes du résonateur sur ladite première couche de contact (11); accomplir un premier processus de retrait pour retirer des portions de ladite première couche de contact (11) et ladite seconde couche de placage supérieure (10) sur ladite région à proximité desdites facettes du résonateur laser en utilisant ledit premier film isolant (20) comme masque; accomplir une implantion ionique (25) de dopant d'impuretés à une concentration qui n'inverse pas le type de conductivité de ladite seconde couche de placage supérieure (10), de la surface de ladite seconde couche de placage supérieure (10) à ladite couche active de structure de puits quantique (3) en dessous de la région exposée par ledit premier processus de retrait; désordonner, par recuit, ladite couche active de structure de puits quantique (3) dans la région o ladite implantation ionique (25) est accomplie; recroître une première couche semi-conductrice d'un premier type de conductivité comprenant le même matériau que ladite seconde couche de placage supérieure (10) à la même hauteur que ladite seconde couche de placage supérieure (10) en utilisant ledit premier film isolant (20) comme masque, de sorte que la région exposée par le premier processus de retrait est enfouie; recroître une seconde couche semi-conductrice d'un premier type de conductivité comprenant le même matériau que la première couche de contact (11) à la même hauteur que la première couche de contact (11) en utilisant ledit premier film isolant (20) comme masque; après retrait dudit premier film isolant (20), former un second film isolant (21) conformé en bande ayant une longueur atteignant les facettes du résonateur laser sur ladite première
couche de contact (11) et sur ladite seconde couche semi-
conductrice, comprenant une région sur la région de la première couche de contact (11) pour être une région d'émission laser; accomplir un second processus de retrait pour retirer ladite première couche de contact (11), ladite seconde couche semi-conductrice, ladite seconde couche de placage supérieure (10) et ladite première couche semi- conductrice, formant de la sorte une structure à nervures (22); former une couche de blocage de courant (6) d'un premier type de conductivité ayant un intervalle de bande d'énergie plus grand que celui de la seconde couche de placage supérieure (10) sur ladite première couche de placage supérieure (4) exposée par le second processus de retrait, de sorte que ladite structure à nervures(22) est enfouie; et après retrait dudit second film isolant (21), former une seconde couche de contact (7) d'un second type de conductivité sur ladite structure à nervures (22) et sur ladite
couche de blocage de courant (6).
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce le substrat semi-conducteur précité (1) comprend du GaAs du type n; la couche de placage inférieure précitée (2) comprend du Al xGa As (0 <x) du type n; x 1-x la couche active de structure de puits quantique précitée (3) comprend des couches de barrière en Al yGa as (0 <y) et des couches de puits en Al Ga As (Oz <-y), et a une énergie d'intervalle de bande effective plus petite que celle de la couche de placage inférieure précitée (2); lesdites première et seconde couches de placage (4,10) comprennent du Al wGa As ayant une énergie d'intervalle de bande effective plus grande que celle de ladite couche active de structure de puits quantique (3); lesdites première et seconde couches de contact (11, 7) comprennent du GaAs du type p; ladite première couche semi- conductrice comprend du AlwGa wAs du type n; ladite seconde couche semi-conductrice comprend du GaAs du type n; et ladite couche de placage de courant (6) comprend du
Al VGa VAs (v > w) du type n.
- Procédé selon la revendication 3. caractérisé en ce qu'il comprend de plus: croître épitaxialement une couche d'arrêt d'attaque (5) d'un second type de conductivité entre la première couche de placage supérieure précitée (4) du second type de conductivité et la seconde couche de placage supérieure (10) du second type de conductivité; accomplir le premier processus de retrait précité en attaquant sélectivement la première couche de contact précitée (11) et la seconde couche de placage supérieure (10) précitée jusqu'à ce que ladite couche d'arrêt d'attaque (5) soit exposée en utilisant le premier film isolant précité (20) comme masque; et accomplir le second processus de retrait précité en attaquant sélectivement ladite première couche de contact (11), ladite seconde couche semi-conductrice, ladite seconde couche
de placage supérieure (10). et ladite première couche semi-
conductrice jusqu'à ce que ladite couche d'arrêt d'attaque (5)
soit exposée.
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Effective date: 20121031 |