FR2744846A1 - Module laser a semi-conducteur - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un module laser à semi-conducteur. Le module est caractérisé en ce que la pastille laser à semi-conducteur (3) comprend un certain nombre de couches semi-conductrices disposées sur un substrat (1) comprenant une région d'émission de lumière (5) et en ce que la fibre optique (6) comprend un noyau (62) s'étendant dans la direction de guide d'onde optique et une partie formant gaine (61) entourant le noyau (62), la fibre (6) étant positionnée dans la direction d'axe optique en appliquant une portion de la partie (61) à la facette de fibre à la portion faisant saillie (4) du substrat (1). L'invention trouve application dans des systèmes de communication optique.
Description
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La présente invention concerne un module laser à semi-
conducteur dans lequel un laser à semi-conducteur et une
fibre optique sont positionnés avec une précision élevée.
Avec l'extension du système de communication optique, une réduction en dimension et coût d'un dispositif clé,
c'est-à-dire, un module transcepteur optique, a été demandée.
Afin de satisfaire cette demande, divers modules lasers à semiconducteurs dans lesquels des lasers à semi-conducteurs et des fibres optiques sont assemblés, sans la nécessité de réglage, sur des substrats en Si traités précisément ont été proposés. La figure 8 est une vue en coupe illustrant un module laser à semi-conducteur décrit dans la demande de brevet japonais publiée No. Sho. 62-57277. Dans ce module laser à semi-conducteur, une pastille laser 200 est disposée sur un ajusteur 111 ayant une rainure 140 en forme de V. Une fibre de verre 210 est placée dans la rainure 140 en forme de V de l'ajusteur 111 et une facette d'extrémité de la fibre de verre 210 est appliquée à une facette laser de la pastille laser 200 de sorte qu'un noyau 230 de la fibre 210 contacte
une région active 700 de la pastille laser 200.
L'ajusteur 111 comprend un matériau semi-conducteur, tel que Si et GaAs, et la rainure 140 en forme de V est formée par attaque chimique. L'angle et la profondeur de la rainure 140 en forme de V sont sélectionnés de sorte que la position du noyau 230 de la fibre de verre 210 est précisément ajustée dans la direction horizontale et la direction verticale. Une portion plane sur laquelle la pastille laser 200 est disposée est formée dans la rainure 140 en forme de V. De plus, la pastille laser 200 a un mésa en forme de bande (non représenté) et l'angle d'inclinaison aux deux côtés du mésa en forme de bande est choisi de sorte que les surfaces latérales du mésa contactent précisément les surfaces latérales de la rainure 140 en forme de V lorsque la
pastille laser 200 est montée sur l'ajusteur 111.
Puisque le module laser à semi-conducteur est conçu de sorte que les surfaces latérales du mésa en forme de bande de
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la pastille laser 200 contactent précisément les surfaces latérales de la rainure 140 en forme de V de l'ajusteur 111, le positionnement de la pastille laser 200 dans le module dans la direction horizontale et la direction verticale est automatiquement accompli avec précision lorsque le module est assemblé. De plus, puisque l'angle et la profondeur de la rainure 140 en forme de V sont ajustés au diamètre externe de la fibre de verre 210 à l'avance, le positionnement de la fibre de verre 210 dans le module dans la direction horizontale et la direction verticale est automatiquement accompli avec précision. De plus, dans la direction parallèle à l'axe optique (ci-après référée comme direction d'axe optique), l'alignement de la fibre de verre 210 avec la pastille laser 200 est accompli en appliquant la facette de fibre à la facette du laser. De ce fait, lorsque le module laser à semi-conducteur est assemblé, le noyau 230 de la fibre de verre 210 est automatiquement aligné avec la région active 700 de la pastille laser 200 sans la nécessité d'alignement de la fibre de verre 210 et de la pastille de laser 200 dans la direction horizontale et la direction verticale. Dans le module laser à semi-conducteur de l'art antérieur représenté en figure 8, cependant, lorsque la fibre de verre 210 est placée dans la rainure 140 en forme de V de l'ajusteur 111 pour appliquer la facette de fibre et la facette du laser, ces facettes sont défavorablement endommagées ou fissurées, de la sorte l'efficacité de couplage entre le laser à semi-conducteur et la fibre de
verre est réduite.
La figure 9 est une vue en perspective éclatée illustrant un module laser à semi-conducteur décrit dans "Optical Device Passive Alignment Technology for Surface Mount Module" dans THE JOURNAL OF JAPAN INSTITUTE FOR INTERCONNECTING AND PACKAGING ELECTRONIC CIRCUITS, Vol. 10, No. 5, pages 302-324. Dans ce module laser à semi-conducteur, un laser à semi-conducteur 103 et une fibre optique 106 sont disposés sur un substrat 101 en Si sans relier une facette du
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laser à une facette de fibre 106a. Comme représenté par les flèches à la figure, le laser à semi-conducteur 103 est disposé sur une région 103b du substrat 101 en Si o une rainure 102 en forme de V est absente et la fibre optique 106 est placée dans la rainure 102 en forme de V de sorte que la facette de fibre 106a contacte une surface latérale d'une
rainure rectangulaire 104.
La rainure 102 en forme de V est formée par attaque chimique anisotropique avec un fort réactif d'attaque de base, tel que KOH (hydroxyde de potassium) et la rainure rectangulaire 104 est formée par découpe ou analogue à une extrémité de la rainure 102 en forme de V dans la direction perpendiculaire à la rainure 102 en forme de V. Lorsque le module laser à semi-conducteur est assemblé, le positionnement du laser à semi-conducteur 103 est accompli en utilisant des marqueurs (non représentés) sur le laser à semi-conducteur 103 et sur le substrat 101 en Si et le positionnement de la fibre optique 106 dans la direction horizontale et la direction verticale est accompli en fixant la fibre optique 106 dans la rainure 102 en forme de V. De plus, l'alignement de la facette du laser à la facette de fibre 106a dans la direction d'axe optique est accompli en appliquant la facette de fibre 106a à la surface latérale de la rainure rectangulaire 104. De ce fait, lorsque le module laser à semi-conducteur est assemblé, il est possible d'aligner automatiquement le noyau de la fibre optique 106 au point d'émission de lumière du laser à semi-conducteur 103 sans la nécessité d'alignement du laser à semi-conducteur 103 et de la fibre optique 106 dans la direction horizontale et
la direction verticale.
Dans ce module laser à semi-conducteur de l'art antérieur représenté en figure 9, bien que la facette du laser ne contacte pas la facette de fibre, lorsque la fibre optique 106 est placée dans la rainure 102 en forme de V pour positionner la fibre 106 dans la direction d'axe optique, la facette de fibre 106a est pressée contre la surface latérale de la rainure rectangulaire 104 plusieurs fois pour régler la
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position de la fibre 106, de la sorte la facette de fibre 106a est endommagée ou fissurée, résultant en une réduction
dans l'efficacité de couplage entre le laser à semi-
conducteur 103 et la fibre optique 106.
Par ailleurs, bien que la fibre optique 106 soit positionnée précisément en appliquant la facette de fibre 106a à la surface latérale de la rainure rectangulaire 104, puisque le positionnement du laser à semi-conducteur 103 utilise les marqueurs sur le laser à semi-conducteur 103 et sur le substrat 101 en Si, la précision de positionnement du laser 103 dépend de la précision de positionnement des marqueurs de l'ordre de microns. Avec une telle mauvaise précision, un positionnement suffisamment précis n'est pas
réalisé dans la direction d'axe optique.
Cependant, un autre module laser à semi-conducteur est décrit dans "Packaging Architecture in Lightwave Communication" dans THE JOURNAL OF JAPAN INSTITUTE FOR INTERCONNECTING AND PACKAGING ELECTRONIC CIRCUITS, Vol. 10, No. 5, pages 325-329. Dans ce module laser à semi- conducteur, à la place de la rainure rectangulaire 104 du module laser représenté en figure 9, un moyen d'arrêt de fibre est disposé sur une région o une diode laser est montée et une facette d'extrémité d'une fibre optique est appliquée au moyen d'arrêt de fibre, de la sorte l'alignement de la fibre optique et de la diode laser dans la direction d'axe optique
est accompli.
Cependant, dans ce module laser à semi-conducteur, puisque l'alignement dans la direction d'axe optique est accompli en appliquant la facette de fibre au moyen d'arrêt de fibre, la facette de fibre est endommagée ou fissurée, de
la sorte l'efficacité de couplage entre le laser à semi-
conducteur et la fibre optique est réduite.
C'est un objet de la présente invention de réaliser un
module laser à semi-conducteur dans lequel un laser à semi-
conducteur et une fibre optique sont aisément et précisément alignés dans la direction d'axe optique sans aucun défaut sur
une facette du laser et une facette de la fibre.
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C'est un autre objet de la présente invention de réaliser un module laser à semi-conducteur dans lequel l'alignement dans la direction d'axe optique est accompli de
façon auto-alignée avec une précision plus élevée.
D'autres objets et avantages de la présente invention
deviendront apparents à partir de la description détaillée
qui suit. La description détaillée et des modes de
réalisation spécifiques décrits sont prévus seulement à titre d'illustration puisque divers ajouts et modifications dans l'esprit et la portée de l'invention seront apparents à ceux
de l'art à partir de la description détaillée.
Selon un premier aspect de la présente invention, dans un module laser à semi-conducteur dans lequel une pastille laser à semi-conducteur ayant une facette d'émission de lumière et une fibre optique ayant une facette de fibre sont montées sur un substrat du module de sorte que la facette d'émission de lumière fait face à la facette de fibre, la pastille laser à semi-conducteur comprend un certain nombre
de couches semi-conductrices disposées sur un substrat semi-
conducteur et comprenant une région d'émission de lumière et le substrat semi-conducteur comporte une portion faisant saillie sur la facette d'émission de lumière. La fibre optique comprend un noyau s'étendant dans la direction de guide d'onde optique et une partie formant gaîne entourant le noyau. Dans ce module, le positionnement de la fibre optique dans la direction d'axe optique est accompli en appliquant une portion de la partie formant gaine à la facette de fibre à la portion en saillie du substrat de la pastille laser à semi-conducteur. De ce fait, l'alignement de la fibre optique avec la pastille laser dans la direction d'axe optique est accompli facilement et précisément avec un espace souhaité entre eux, sans contacter la facette d'émission de lumière de la pastille laser à la facette de fibre, de la sorte l'efficacité de couplage entre la pastille laser et la fibre
optique est significativement améliorée.
Selon un second aspect de la présente invention, dans le module laser à semi-conducteur ci-dessus décrit, le
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substrat semi-conducteur de la pastille laser a des portions faisant saillie sur la facette d'émission de lumière aux deux côtés de la région d'émission de lumière dans la direction parallèle à la facette d'émission de lumière. Dans ce cas, puisque la lumière laser émise par la facette d'émission de lumière de la pastille laser n'est pas réfléchie par la portion en saillie de la pastille laser, le degré de liberté en décidant d'un espace entre la pastille laser et la fibre
optique est significativement augmenté.
Selon un troisième aspect de la présente invention, dans un module laser à semi-conducteur dans lequel une pastille laser à semi-conducteur ayant une facette d'émission de lumière et une fibre optique ayant une facette de fibre sont montées sur un substrat du module de sorte que la facette d'émission de lumière fait face à la facette de fibre, la pastille laser à semi-conducteur comprend un certain nombre de couches semi- conductrices disposées sur un substrat semi-conducteur et comprenant une région d'émission de lumière et la fibre optique comprend un noyau s'étendant dans la direction de guide d'onde optique et une partie formant gaine entourant le noyau et ayant une portion faisant saillie sur la facette de fibre. Dans ce module, le positionnement de la fibre optique dans la direction d'axe optique est accompli en appliquant la portion en saillie de la partie formant gaine au substrat semi- conducteur de la pastille laser à semi-conducteur. De ce fait, l'alignement de la fibre optique avec la pastille laser dans la direction d'axe optique est accompli facilement et précisément avec un espace souhaité entre eux, sans contacter la facette d'émission de lumière de la pastille laser à la facette de fibre, de la sorte l'efficacité de couplage entre la pastille
laser et la fibre optique est significativement améliorée.
Selon un quatrième aspect de la présente invention, dans un module laser à semi-conducteur dans lequel une pastille laser à semi-conducteur ayant une facette d'émission de lumière et une fibre optique ayant une facette de fibre sont montées sur un substrat du module de sorte que la
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facette d'émission de lumière fait face à la facette de fibre, la fibre optique a un moyen de guidage sur une portion périphérique de celle-ci, le substrat du module a une rainure avec un moyen de guidage qui s'adapte avec le moyen de guidage de la fibre optique et la fibre optique est placée dans la rainure du substrat du module de sorte que le moyen de guidage de la fibre optique s'adapte avec le moyen de guidage du substrat du module, de la sorte le positionnement de la fibre optique dans la direction d'axe optique est accompli. Dans ce module, la facette d'émission de lumière de la pastille laser n'est pas en contact avec la facette de fibre et la fibre optique est fixe, sans la nécessité d'un réglage, à une position décidée à l'avance. De ce fait, la facette d'émission de lumière et la facette de fibre ne sont pas défectueuses, de la sorte l'efficacité de couplage entre la pastille laser et la fibre optique est significativement améliorée. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement dans la description explicative
qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté illustrant un module laser à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - les figures 2(a)-2(f) sont des vues en perspective illustrant des étapes dans un procédé de fabrication d'un
laser à semi-conducteur utilisé dans le module laser à semi-
conducteur représenté en figure 1; - les figures 3(a)-3(c) sont des vues en perspective illustrant des étapes dans un procédé d'assemblage du module laser à semi-conducteur représenté en figure 1; - la figure 4 est une vue en plan illustrant un module laser à semi- conducteur selon un second mode de réalisation de la présente invention;
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- les figures 5(a) et 5(b) sont des vues en perspective illustrant des étapes dans un procédé de fabrication d'un
laser à semi-conducteur utilisé dans le module laser à semi-
conducteur représenté en figure 4; - la figure 6(a) est une vue de côté illustrant un module laser à semi-conducteur selon un troisième mode de réalisation de la présente invention et la figure 6(b) est une vue en perspective illustrant un bout d'une fibre optique utilisée dans le module laser à semi-conducteur représenté en figure 6(a); - la figure 7(a) est une vue en plan illustrant un module laser à semi- conducteur selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention et les figures 7(b) et 7(c) sont des vues en perspective, chacune illustrant un bout
d'une fibre optique utilisée dans le module laser à semi-
conducteur représenté en figure 7(a); - la figure 8 est une vue en coupe illustrant un module laser à semi-conducteur selon l'art antérieur; et la figure 9 est une vue en perspective éclatée illustrant un module laser à semi-conducteur selon l'art antérieur. Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue de côté illustrant un module laser à semi-conducteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Dans cette figure, le chiffre de référence 1 désigne un substrat en Si (substrat du module) ayant une rainure 2 en forme de V, le chiffre 3 désigne une pastille laser à semi-conducteur ayant une couche active 5 et une partie en surplomb 4, le chiffre 6 désigne une fibre optique comprenant un noyau 62 et une partie formant gaine 61 et le chiffre 9 désigne une lumière laser émise par la
pastille laser à semi-conducteur 3.
Un module laser à semi-conducteur selon le premier mode de réalisation comprend un substrat 1 en Si ayant une rainure 2 en forme de V, une pastille laser à semi-conducteur 3 disposée sur une région du substrat 1 en Si o la rainure 2 est absente avec un substrat semi-conducteur faisant face
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vers le haut et une fibre optique 6 disposée dans la rainure 2 en forme de V du substrat 1 en Si avec une facette d'extrémité faisant face à une facette d'émission de lumière de la pastille laser 3. La pastille laser 3 comporte une partie en surplomb 4 qui fait saillie du substrat semiconducteur sur la facette d'émission de lumière. La fibre optique 6 est disposée de sorte que la partie formant gaine 61 à la facette de fibre contacte la partie en surplomb 4 de
la pastille laser 3.
Une description est donnée de la structure de la
pastille laser à semi-conducteur 3. Les figures 2(a)-2(f) sont des vues en perspective illustrant des étapes de processus dans un procédé de fabrication de la pastille laser à semi-conducteur 3 et la figure 2(f) illustre une structure
complète de la pastille laser 3.
Comme représenté en figure 2(f), la pastille laser comprend un substrat 7 en InP du type p et une portion du substrat 7 en InP du type p fait saillie d'une longueur prescrite de la facette d'émission de lumière laser. Sur une portion centrale du substrat 7 en InP du type p sont successivement disposées une première couche de placage 8 en InGaAsP du type p d'environ 1,5 pm d'épaisseur, une couche active 5 en InP/InGaAsP d'environ 0,1 pm d'épaisseur, une seconde couche de placage 10 en InGaAsP du type n d'environ 1,5 pm d'épaisseur et une première couche de contact 11 en InP du type n d'environ 2-3 pm d'épaisseur. Ces couches forment une nervure en forme de bande et des structures de blocage de courant 13, chacune comprenant une couche 13a en InP du type n et des couches supérieure et inférieure 13b en InP du type p, sont disposées sur des côtés opposés de la nervure de sorte que la nervure est enfouie dans les structures de blocage de courant 13. Une seconde couche de contact 14 en InP du type n est disposée sur la nervure et sur les structures de blocage de courant 13. De plus, la pastille laser 3 comprend des rainures 31 pour réduire la capacité aux côtés opposés de la nervure en forme de bande et espacées de celle-ci. Un film de protection de surface 15
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comprenant du SiO2 est disposé dans les rainures 31 et sur la seconde couche de contact 14 à l'excepté une région sur la rainure en forme de bande qui sert comme guide d'onde optique. Une électrode latérale 16 n est disposée sur la seconde couche de contact 14 et une électrode latérale 18 p
est disposée sur la surface arrière du substrat 1.
Une description est donnée du fonctionnement du laser à
semi-conducteur. Lorsqu'une tension de polarisation directe est appliquée à travers l'électrode latérale p 18 et l'électrode latérale n 16, des électrons sont injectés dans la couche active 5 à travers le substrat 1 en InP du type p et la première couche de placage 8 et des trous sont injectés dans la couche active 5 à travers la seconde couche de contact 14, la première couche de contact 11 et la seconde couche de placage 10. Dans la couche active 5, des électrodes et des trous se recombinent pour produire une émission de lumière induite. Lorsque la quantité des porteurs injectés, c'est-à-dire des électrons et des trous, est suffisante pour produire de la lumière excédant une perte dans le guide
d'onde, une oscillation laser se produit.
Les étapes du processus pour fabriquer la pastille
laser à semi-conducteur sont représentées aux figures 2(a)-
2(f). Initiallement, la première couche de placage 8 en InGaAsP du type p, la couche active 5 en InP/InGaAsP, la seconde couche de placage 10 en InGaAsP du type n et la couche de contact 11 en InP du type n sont successivement réalisées par croissance sur le substrat 7 en InP du type p (figure 2(a)). De préférence, ces couches sont réalisées par croissance par MOCVD (dépôt sous vapeur chimique métal organique) ou MBE (épitaxie par faisceaux moléculaires) à une
température de croissance dans une gamme de 600 C à 700 C.
Ensuite, un film isolant, tel que SiO2, est déposé à une épaisseur d'environ 100 nm par pulvérisation ou CVD en un motif pour former une bande 12 ayant une largeur d'environ Mm (figure 2(b)).
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Dans l'étape de la figure 2(c), en utilisant le film
isolant 12 en forme de bande comme masque, les couches semi-
conductrices sur le substrat 7 en InP sont attaquées par un réactif d'attaque contenant du bromure d'hydrogène ou du brome pour former une rainure en forme de bande qui constitue un guide d'onde optique. Ensuite, la structure de blocage de courant 13 comprenant une couche 13a en InP du type n et des couches supérieure et inférieure 13b en InP du type p est produite sur les deux côtés de la rainure. Après retrait du film isolant 12, la seconde couche de contact 14 en InP du
type n est réalisée par croissance sur toute la surface.
Dans l'étape dé la figure (2), afin de réduire la capacité de la pastille laser à semi-conducteur, des portions de la structure de blocage de courant 13 aux deux côtés de la nervure en forme de bande et espacées à part de celle-ci sont attaquées à une profondeur excédant la jonction pn entre la couche 13a en InP du type n et la couche inférieure 13b en InP du type p. Ensuite, du SiO2 ou analogue est déposé sur toute la surface pour former le film de protection de surface 15 et une portion du film de protection de surface 15 en haut de la rainure en forme de bande est retirée. Ensuite, l'électrode latérale n 16 est formée sur le film de protection de surface 15 et en haut de la nervure en forme de bande. Dans l'étape de la figure 2(e), un motif du résist 17 est formé sur une région prescrite de la structre et les couches semi-conductrices sur le susbtrat 7 sont attaquées à sec par un gaz contenant du méthane et de l'hydrogène, en utilisant le motif du résist 17 comme masque, produisant de
la sorte une facette d'émission de lumière laser 32.
Ensuite, le substrat 7 en InP du type p est mis à la masse à la surface arrière à une épaisseur de 100 Mm et un métal est déposé sur la surface arrière du substrat 7 et
réalisé en motif pour produire l'électrode latérale p 18.
Simultanément avec la formation de l'électrode latérale p 18, des marqueurs pour positionner la pastille laser lorsque la pastille laser est liée au substrat 1 en Si et des marqueurs
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représentant une position de clivage sont formés sur la surface arrière du substrat 7 par motif du métal de l'électrode 18. Finalement, le substrat 7 en InP du type p est clivé selon les marqueurs de clivage, résultant en une pastille laser à semi-conducteur (figure 2(f)). Dans ce procédé, puisque le substrat 7 en InP du type p est clivé en utilisant les marqueurs de clivage, la longueur de la partie en surplomb 4 peut être décidée avec une précision élevée. Puisqu'un laser de série ordinaire en InP avec une structure de nervure enfouie émet une lumière laser à un angle d'environ 30 , la longueur de la partie en surplomb 4 doit être choisie de sorte que la lumière laser émise ne frappe pas la partie en surplomb 4. Par exemple, lorsque la profondeur de l'attaque à sec pour former la facette d'émission de lumière 32 est de 5 pm à partir de la couche active 5, la longueur de la partie en surplomb 4 doit être plus courte qu'environ 20 pm. Lorsque l'efficacité de couplage entre la pastille laser 3 et la fibre optique 6 est considérée, la longueur de la partie en surplomb 4 est
souhaitée pour être aussi courte que possible.
Par ailleurs, comme représenté en figure 1, la fibre optique 6 comprend un noyau 62 recevant de la lumière laser 4 émise par la pastille laser à semi-conducteur 3 et une partie formant gaîne 61 entourant le noyau 62 et ayant un indice de réfraction plus petit que celui du noyau 62. La lumière laser 4 émise par la pastille laser 3 est transmise à travers le noyau 62 de la fibre optique 6. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, une fibre optique conventionnelle
est utilisée comme la fibre optique 6.
Les figures 3(a)-3(c) sont des vues en perspective
illustrant un procédé d'assemblage d'un module laser à semi-
conducteur selon le premier mode de réalisation de l'invention. Initialement, comme illustré en figure 3(a), le positionnement de la pastille laser à semi-conducteur 3 sur le substrat 1 en Si est accompli en utilisant des marqueurs 19 sur le substrat et sur la pastille laser 3, avec
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l'électrode latérale n 16 de la pastille laser 3 faisant face
au susbtrat 1 en Si et, ensuite, la pastille laser à semi-
conducteur 3 est liée au substrat 1 en Si (figure 3(a)).
Ensuite, la fibre optique 6 est placée dans la rainure 2 en forme de V du substrat 1 en Si (figure 3(b)) et la partie formant gaine 61 à la facette d'extrémité de la fibre optique 6 est appliquée à la partie en surplomb 4 de la pastille laser 3 (figure 3(c)). Finalement, la fibre optique 6 est fixée au substrat 1 en Si par un adhésif. De cette manière, un module laser à semi-conducteur représenté en figure 1 est réalisé. Dans le module laser à semi-conducteur selon le premier mode de réalisation, la position de la fibre optique 6 dans la direction horizontale et la direction verticale est décidée par la configuration de la rainure 2 en V et la position de la fibre optique 6 dans la direction d'axe optique est décidée de façon auto-alignée par la longueur de la partie en surplomb 4 de la pastille laser 3 qui est formée à l'avance tandis qu'elle est décidée par une rainure rectangulaire ou un moyen d'arrêt de fibre dans le module laser à semi- conducteur de l'art antérieur. De ce fait, l'espace entre la couche active 5 de la pastille laser 3 et la facette d'extrémité de la fibre optique 6 dépend de la précision des techniques photolithographiques pour former la partie en surplomb 4, de sorte qu'il est arrêté avec une précision de l'ordre du nanomètre. En consequence, la fibre optique 6 est précisément alignée avec la pastille laser à semi-conducteur 3 dans la direction d'axe optique tout en maintenant un espace souhaité entre la couche optique 5 de la pastille laser 3 et la facette d'extrémité de la fibre optique 6. De plus, puisque l'alignement dans la direction d'axe optique est accompli juste en appliquant la facette d'extrémité de la fibre optique 6 à la partie en surplomb 4 de la partie laser 3 et qu'aucun ajustement n'est nécessaire, la facette d'émission laser de la pastille laser 3 n'est pas endommagée par la fibre optique 6, résultant en un module
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laser à semi-conducteur ayant une efficacité de couplage
élevée entre un laser à semi-conducteur et une fibre optique.
Deuxième mode de réalisation La figure 4 est une vue en plan illustrant un module laser à semi-conducteur selon un second mode de réalisation de la présente invention. Les figures 5(a) et 5(b) sont des vues en perspectiveillustrant des étapes dans un procédé de fabrication d'une pastille laser à semi-conducteur selon le
second mode de réalisation de la présente invention.
Dans le module laser à semi-conducteur selon ce second mode de réalisation, comme représenté en figure 5(b), une partie en surplomb 4 de la pastille laser à semi-conducteur comporte une ouverture 41 dans le centre opposé à la nervure en forme de bande, en d'autres termes, deux parties en surplomb 4 font saillie de la facette d'émission de lumière
laser aux deux côtés de la nervure en forme de bande.
Une description est donnée du processus de fabrication.
Comme illustré en figure 5(a), une facette d'émission de lumière laser est produite par attaque à sec de la structure à une profondeur excédant la couche active 5, comme déjà décrit par rapport à la figure 2(e). Ensuite, comme illustré en figure 5(b), une portion de la partie en surplomb 4 au voisinage de la couche active 5 est attaquée et retirée par un réactif d'attaque contenant de l'acide hydrochlorique
pour former une ouverture 41.
Un module laser à semi-conducteur selon ce second mode de réalisation est assemblé comme suit. Apres que la pastille laser à semi-conducteur 3 est liée au substrat 1 en Si, la fibre optique 6 est mise dans la rainure 2 en forme de V de sorte qu'une facette d'extrémité de celle-ci contacte la partie en surplomb 4 de la pastille laser 3 et la fibre optique 6 est fixée au substrat 1 en Si. Le procédé de liaison de la pastille laser 3 sur le substrat 1 en Si est identique au procédé décrit dans le premier mode de
réalisation de l'invention.
Dans le module laser à semi-conducteur selon le second mode de réalisation de l'invention, la position de la fibre
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optique 6 dans la direction horizontale et la direction verticale est arrêtée par la configuration de la rainure 2 en V et la position de la fibre optique 6 dans la direction d'axe optique est arrêtée de façon auto-alignée par la longueur de la partie en surplomb 4 de la pastille laser 3 qui est formée à l'avance tandis qu'elle est arrêtée par une rainure rectangulaire ou un moyen d'arrêt de fibre dans le module laser à semi-conducteur de l'art antérieur. De ce fait, la fibre optique 6 est précisément alignée avec la pastille laser à semi-conducteur 3 tout en maintenant un espace souhaité entre la couche active 5 de la pastille laser
3 et la facette d'extrémité de la fibre optique 6.
Dans le module laser à semi-conducteur selon le premier mode de réalisation représenté en figure 1, lorsque la longueur de la partie en surplomb 4 est augmentée, un lumière laser 9 émise par la couche active 5 de la pastille laser 3 est irrégulièrement réfléchie par la partie en surplomb 4, résultant en une réduction dans l'efficacité de couplage entre la pastille laser 3 et la fibre optique 6 et en une production de bruit. Dans le module laser à semi-conducteur selon ce second mode de réalisation, cependant, puisque la partie en surplomb 4 de la pastille laser à semi-conducteur 3 comporte l'ouverture 41, une réflexion non voulue de lumière laser 9 à la partie en surplomb 4 est évitée avec une fiabilité élevée. De ce fait, le degré de liberté dans la
conception de l'espace entre la pastille laser à semi-
conducteur 3 et la fibre optique 6 est augmenté.
Troisième mode de réalisation La figure 6(a) est une vue de côté illustrant un module laser à semi-conducteur selon un troisième mode de réalisation de la présente invention et la figure 6(b) est une vue en perspective illustrant une extrémité d'une fibre optique utilisée dans le module laser à semi-conducteur représenté en figure 6(a). Dans ces figures, le nombre de référence 20 désigne une partie en surplomb de la fibre optique.
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Le module laser à semi-conducteur selon ce troisième mode de réalisation comprend un substrat 1 en Si ayant une rainure 2 en forme de V, une pastille laser à semi-conducteur
3 disposée sur le substrat 1 en Si avec un substrat semi-
conducteur faisant face vers le haut et une fibre optique 6 placée dans la rainure 2 en forme de V du substrat 1 en Si avec une facette d'extrémité faisant face à une facette d'émission de lumière de la pastille laser 3. La fibre optique 6 comporte une partie en surplomb 20, c'est-à-dire une portion de la partie formant gaîne 61 faisant saillie sur la facette de fibre et le positionnement de la fibre optique 6 dans la direction d'axe optique est accompli en appliquant la partie en surplomb 20 au substrat semi-conducteur de la
pastille laser 3.
La partie en surplomb 20 de la fibre optique 6 est produite en coupant mécaniquement l'extrémité de la fibre optique 6, laissant une portion d'une longueur souhaitée faisant saillie sur la facette de fibre. La longueur de la partie en surplomb 20 doit être choisie de sorte que la lumière laser 9 émise par la pastille laser 3 ne frappe pas
la partie en surplomb 20.
Un module laser à semi-conducteur selon ce troisième mode de réalisation est assemblé comme suit. Après que la pastille laser à semi-conducteur 3 est liée au substrat 1 en Si, la fibre optique 6 est mise dans la rainure 2 en forme de V de sorte que la partie en surplomb 20 de la fibre optique 6 contacte le substrat 7 en InP du type p de la pastille laser 3 et la fibre optique 6 est fixée au substrat 1 en Si par un adhésif. Le procédé de liaison de la pastille laser 3 sur le substrat 1 en Si est identique au procédé décrit dans le
premier mode de réalisation de l'invention.
Dans le module laser à semi-conducteur selon ce troisième mode de réalisation, puisque l'espace entre la pastille laser à semi- conducteur 3 et la fibre optique 6 dans la direction d'axe optique est arrêté par la longueur de la partie en saillie 7 de la fibre optique 6, l'alignement de la
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fibre optique 6 avec la pastille laser 3 dans la direction
d'axe optique est accompli de façon auto-alignée.
La forme de la partie en surplomb 20 de la fibre optique 6 n'est pas restreinte à celle représentée en figure 6(b). Par exemple, la partie en surplomb peut être rectangulaire ou une ouverture peut être formée au centre de
la partie en surplomb.
Quatrième mode de réalisation La figure 7(a) est une vue en plan illustrant un module laser à semi-conducteur selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention et les figures 7(b) et 7(c) sont des vues en perspective illustrant des extrémités
des fibres optiques utilisées dans le module laser à semi-
conducteur représenté en figure 7(a). Dans ces figures, le nombre de référence 22 désigne une rainure de guidage de la fibre optique 6 et le nombre 23 désigne une rainure de
guidage du substrat 1 en Si.
Comme représenté en figure 7(a), un module laser à semi-conducteur selon ce quatrième mode de réalisation comprend un substrat 1 en Si ayant une rainure (2) en forme de V, une pastille laser à semi-conducteur 3 disposée sur le substrat 1 en Si avec un substrat en InP du type p faisant face vers le haut et une fibre optique 6 placée dans la rainure en forme de V du substrat 1 en Si avec une facette d'extrémité faisant face à une facette d'émission de lumière de la pastille laser 3. La fibre optique 6 comporte une rainure de guidage 22 à la périphérie et le substrat 1 en Si comporte une rainure de guidage 23 qui s'adapte avec la
rainure de guidage 22 de la fibre optique 6.
La rainure de guidage 22 de la fibre optique 6 est formée en découpant mécaniquement une portion périphérique de
la fibre optique 6 comme représenté en figure 7(b).
Alternativement, elle peut être formée en réduisant partiellement le diamètre de la fibre optique 6 comme représenté en figure 7(c). La rainure de guidage 23 du substrat 1 en Si est formée par des techniques
photolithographiques conventionnelles.
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Un module laser à semi-conducteur selon ce quatrième mode de réalisation est assemblé comme suit. C'est-à-dire, après que la pastille laser à semi-conducteur est liée au substrat 1 en Si, la fibre optique 6 est placée dans la rainure 2 en forme de V du substrat 1 en Si de sorte que la rainure de guidage 22 de la fibre optique 6 s'adapte avec la rainure de guidage 23 dans la rainure 2 en forme de V du substrat 1 en Si. Le procédé de liaison de la pastille laser 3 sur le substrat 1 en Si est identique au procédé déjà
décrit dans le premier mode de réalisation de l'invention.
Puisque le module laser à semi-conducteur selon ce quatrième mode de réalisation est assemblé sans contacter la facette de fibre à la facette d'émission laser de la pastille laser, la facette d'émission de lumière et la facette de fibre ne sont pas endommagées. De plus, la rainure de guidage 23 est formée dans le substrat 1 en Si par des techniques photolithographiques conventionnelles avec une précision de l'ordre du nanomètre et des marqueurs de liaison pour la pastille laser à semiconducteur 3 sont formés sur le substrat 1 en Si simultanément avec la rainure de guidage 23, de sorte que la pastille laser à semi-conducteur 3 est alignée avec la rainure de guidage 23 du substrat 1 en Si avec une précision de l'ordre du micron. Dans ce module laser à semi-conducteur, la fibre optique 6 est fixée sans la nécessité d'ajustement, à une position décidée à l'avance et la pastille laser à semi-conducteur 3 est positionnée en utilisant les marqueurs sur le substrat 1 en Si. De ce fait, l'alignement de la fibre optique 6 avec la pastille laser à semiconducteur 3 dans la direction d'axe optique est facilement accompli avec une précision élevée, de la sorte
l'efficacité de couplage entre la pastille laser à semi-
conducteur 3 et la fibre 6 est augmentée.
Cependant, la demande de brevet japonais publiée No. Sho. 63-125908 décrit un connecteur optique dans lequel le couplage d'une bague du connecteur optique est réalisé en utilisant un axe de guidage. Dans ce connecteur optique, au moins une partie au centre de l'axe de guidage est rétrécie,
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c'est-à-dire a un diamètre plus petit que le diamètre de l'axe de guidage et au moins une portion de la partie rétrécie de l'axe de guidage est positionnée à une partie de couplage de la bague du connecteur optique. Cependant, l'objet de ce connecteur optique est de réaliser un couplage stable et de faible perte en réalisant un espace dû au couplage de l'axe de guidage et à un trou de l'axe de guidage nul ou en réduisant significativement le jeu, en utilisant une région d'absorption de déformation produite dans la direction d'axe. De ce fait, le connecteur optique décrit dans cette publication n'a aucun rapport avec le module laser à semi-conducteur selon le quatrième mode de réalisation de l'invention. Bien que dans les premier à quatrième modes de réalisation de la présente invention la pastille laser à semi- conducteur 3 comprenne un substrat en InP du type p, un substrat en InP du type n peut être utilisé à la place du substrat en InP du type p. De plus, une structure laser similaire peut être fabriquée en utilisant un substrat en
GaAs.
De plus, bien qu'un mélange de gaz contenant du méthane et de l'hydrogène soit utilisé dans le processus d'attaque à sec pour former la facette d'émission laser de la pastille laser 3, d'autres gaz, par exemple, de l'éthane ou du propane, peuvent être utilisés à la place du méthane aussi
longtemps qu'une forme similaire de la facette est obtenue.
De plus, bien que les marqueurs 19 sur la pastille laser à semiconducteur 3 soient formés en formant par motif un métal, des marqueurs peuvent être formés en attaquant le susbtrat 7 en InP du type p. De plus, dans les premier à troisième modes de réalisation de l'invention, puisque la longueur de la partie en surplomb 4 de la pastille laser 3 dépend de l'angle d'émission de lumière laser, la longueur de la partie en surplomb 4 peut être augmentée lorsqu'une pastille laser avec
un angle d'émission de lumière laser petit est utilisé.
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Claims (4)
1. Module laser à semi-conducteur dans lequel une pastille laser à semiconducteur (3) ayant une facette d'émission laser et une fibre optique (6) ayant une facette de fibre sont montées sur un substrat du module (1) de sorte que la facette d'émission de lumière fait face à la facette de fibre, caractérisé en ce que: la pastille laser à semi- conducteur (3) comprend un certain nombre de couches semi-conductrices sur un substrat semi-conducteur et comprenant une région d'émission de lumière (5), le substrat semi-conducteur ayant une portion (4) faisant saillie sur la facette d'émission de lumière; et la fibre optique (6) comprend un noyau (62) s'étendant dans la direction de guide d'onde optique et une partie formant gaine (61) entourant le noyau (62), la fibre optique (6) étant positionnée dans la direction d'axe optique en appliquant une portion de la partie formant gaine (61) à la facette de fibre à la portion en saillie (4) du substrat de
la pastille laser à semi-conducteur (3).
2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur de la pastille laser (3) comporte des portions (4) faisant saillie sur la facette d'émission de lumière aux deux côtés de la région d'émission de lumière (5) dans la direction parallèle à la facette
d'émission de lumière.
3. Module laser à semi-conducteur dans lequel une pastille laser à semi-conducteur (3) ayant une facette d'émission de lumière et une fibre optique (6) ayant une facette de fibre sont montées sur un substrat du module (1) de sorte que la facette d'émission de lumière fait face à la facette de fibre, caractérisé en ce que: la pastille laser à semi-conducteur (3) comprend un certain nombre de couches semiconductrices disposées sur un substrat semi-conducteur et comprenant une région d'émission de lumière (5); et
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la fibre optique (6) comprend un noyau (62) s'étendant dans la direction de guide d'onde optique et une partie formant gaîne (61) entourant le noyau (62), la partie formant gaîne (61) ayant une portion (20) faisant saillie au-dessus de la facette de fibre, la fibre optique (6) étant positionnée dans la direction d'axe optique en appliquant la portion faisant saillie (20) de la partie formant gaine (61)
au substrat semi-conducteur de la pastille laser à semi-
conducteur (3).
4. Module laser à semi-conducteur dans lequel une pastille à semi-conducteur (3) ayant une facette d'émission de lumière et une fibre optique (6) ayant une facette de fibre sont montées sur un substrat du module (1) de sorte que la facette d'émission de lumière fait face à la facette de fibre, caractérisé en ce que: la fibre optique (6) comporte un moyen de guidage (22) sur une portion périphérique de celle-ci; le substrat du module (1) comporte une rainure (2) avec un moyen de guidage (23) qui s'adapte aux moyens de guidage (22) de la fibre optique (6); et la fibre optique (6) est placée dans la rainure (2) du substrat du module (1) de sorte que le moyen de guidage (22) de la fibre optique (6) s'adapte au moyen de guidage (23) du substrat du module (1), de la sorte la fibre optique (6) est
positionnée dans la direction d'axe optique.
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