PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF OPTIQUE SEMI-CONDUCTEUR COMPORTANT UNE REGION MUNIE D'UNE COUCHEACTIVE A EPAISSEUR VARIABLE
La présente invention concerne le domaine des semi-conducteurs et plus précisément porte sur un procédé de fabrication d'un dispositif optique en semi-conducteur comportant une région de déconfinement de mode optique et une région active munies d'une couche active à épaisseur variable.
Il existe déjà des dispositifs optiques en semi-conducteur comportant une région active prolongée par une région conçue pour déconfiner le mode optique en vue d'un meilleur couplage avec une fibre optique.
Le document EP0641049 décrit ainsi un procédé de fabrication d'un laser en semi-conducteur d'axe longitudinal donné et muni d'une couche active dont l'épaisseur varie progressivement suivant cet axe dans la région adaptée pour le déconfinement du mode optique.
La couche active est une structure à puits quantique en InGaAsP intercalée entre une couche de gaine inférieure et une couche de gaine supérieure en InP.
Comme la couche de gaine supérieure, la couche active est formée par une technique de croissance à sélectivité de zone (Sélective Area Growth en anglais), en utilisant un masque en matériau diélectrique de type silice et de géométrie adapté pour réaliser le profil d'épaisseur souhaité.
L'emploi de la technique de croissance à sélectivité de zone pour former la couche active introduit un changement dans la composition de cette couche qui induit des contraintes mécaniques en tension, une biréfringence (dépendance à la polarisation) voire des formations de dislocations.
Cette technique est notamment déconseillé pour la fabrication d'un amplificateur optique en semi-conducteur en particulier lorsque le matériau de la couche active est massif.
L'objet de l'invention de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un dispositif optique en semi-conducteur dont la couche active est de qualité optimisée et dont le profil en épaisseur est maîtrisé et modulable en fonction des besoins.
L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'un dispositif optique en semi-conducteur, d'axe longitudinal donné, comportant une région active et au moins une région de déconfinement de mode optique adjacente à la région active et réalisée de manière intégrée, les régions comprenant une couche active, de composition donnée, disposée sur une couche de gaine inférieure et ayant un profil d'épaisseur comprenant dans la région de déconfinement de mode optique une variation progressive suivant l'axe longitudinal, le procédé comprenant une étape de formation de la couche de gaine inférieure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes ultérieures suivantes:- une étape de croissance uniforme d'une première couche audessus de la couche de gaine inférieure, en ladite composition de la couche active, - une étape de formation d'une deuxième couche semi-conductrice, au-dessus de ladite première couche, à partir d'une technique de croissance à sélectivité de zone telle que ladite deuxième couche présente un profil d'épaisseur comprenant dans au moins une zone une variation progressive suivant l'axe longitudinal, - une étape de gravure définie par une profondeur de gravure sensiblement uniforme et de façon à reproduire sensiblement au niveau de la première couche ledit profil d'épaisseur de la deuxième couche et former ladite couche active.
Avant gravure, la première couche est une couche précurseur de la couche active. Cette première couche est obtenue par une croissance classique, par exemple épitaxiale. La couche active est ainsi de qualité supérieure à une couche active obtenue par une technique à sélectivité de zone comme dans l'art antérieur.
Lors de la gravure la deuxième couche est supprimée au moins dans la région de déconfinement de mode optique.
Le procédé selon l'invention est simple de réalisation et permet outre d'obtenir une lente variation d'épaisseur et même de réduire à zéro l'épaisseur de couche active, pour éviter les réflexions parasites notamment.
En outre, l'invention s'applique directement à toute couche active quelle que soit sa composition, contrairement à l'art antérieur qui nécessite de concevoir un masque bien adapté au choix des matériaux semiconducteurs.
De préférence, le procédé selon l'invention peut comprendre, antérieurement à l'étape de gravure, une étape de croissance uniforme d'une troisième couche directement sur la première couche et en un matériau tel que la vitesse de gravure de ladite troisième couche est sensiblement identique à la vitesse de gravure de la deuxième couche, ceci pour préserver l'uniformité de la gravure.
Cette troisième couche sert de couche de protection afin de ne pas endommager la première couche par un contact du masque isolant utilisé pour la croissance à sélectivité de zone. Cette dernière est supprimée au moins dans la région de déconfinement de mode optique.
Les deuxième et troisième couches peuvent être à base de semiconducteurs identiques.
De préférence, la gravure peut être réalisée par voie sèche, par exemple par gravure ionique (RIE pour reactive ion etching en anglais).
Selon une caractéristique, la couche active peut être choisie parmi une structure à puits quantique et une couche en matériau massif.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la composition de la couche active est à base d'InGaAsP, les deuxième et troisième couches et la couche de gaine inférieure sont à base d'InP.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la composition de la couche active est soit à base d'AIGaAs soit à base d'InGaAs, les deuxième et troisième couches et la couche de gaine inférieure sont à base d'AsGa.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une étape de formation d'un ruban longitudinal et sensiblement central, incluant sur une certaine longueur, la couche de gaine inférieure et la couche active et de section longitudinale sensiblement rectangulaire sur ladite longueur.
La réalisation d'un profil d'épaisseur variable pour la couche active dispense de la formation d'un ruban de largeur variable dans la partie incluant la couche active.
Selon une caractéristique, le dispositif peut comprendre un amplificateur optique en semi-conducteur et le procédé peut comprendre une étape de dépôt d'une couche de guidage passif apte à fournir un couplage évanescent entre la couche active et ladite couche de guidage, disposée en dessous de la couche de gaine inférieure.
La structure ruban peut être enterré ou non. Le procédé permet ainsi de fabriquer un amplificateur à ruban enterré (BRS pour Buried Ridge Structure) et par exemple une hétérostructure dite pnBH (BH en anglais pour Buried Hétérostructure).
Un tel amplificateur optique en semi-conducteur peut comprendre une autre région de déconfinement de mode optique adjacente à la région active et réalisée de manière intégrée, aussi la technique de croissance à sélectivité de zone est telle que ladite deuxième couche présente un profil d'épaisseur comprenant une variation progressive suivant l'axe longitudinal dans une deuxième zone.
Le dispositif souhaité peut comprendre un amplificateur optique en semi-conducteur, aussi le procédé peut comprendre une étape de dépôt d'une couche de guidage passif apte à fournir un couplage évanescent entre la couche active et ladite couche de guidage, disposée en-dessous de la couche de gaine inférieure.
Le dispositif optique en semi-conducteur dans cette dernière configuration est par exemple un convertisseur en longueur d'onde à structure de type Mach Zehnder ou un moyen de sélection en longueur d'onde.
Le dispositif optique en semi-conducteur est choisi par exemple parmi les lasers en semi-conducteur, les modulateurs optiques en semiconducteur, les amplificateurs optiques en semi-conducteur, les diodes électroluminescentes du type à émission de lumière par la face d'extrémité et les photodiodes.
Les caractéristiques et objets de la présente invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après en regard des figures annexées, présentées à titre illustratif et nullement limitatif.
Dans ces figures :
les figures 1 à 7 montrent les étapes successives d'un procédé de fabrication selon l'invention d'un amplificateur optique en semiconducteur.
Dans toutes ces figures les éléments communs, c'est-à-dire remplissant la même fonction, sont désignés par les mêmes numéros de référence. Les figures ne sont pas à l'échelle.
La figure 1 présente une vue schématique en coupe longitudinale d'un amplificateur optique en semi-conducteur 10 en cours de fabrication. La figure 1 illustre le résultat d'une série de dépôts successifs de semiconduteurs. La croissance est uniforme et de type épitaxiale, par exemple par MOVPE (Métal Organic Vapor Phase Epitaxy en anglais) ou par MBE (Molecular Beam Epitaxy en anglais) sur une même face dite supérieure d'un substrat 1.
A ce stade de la fabrication, l'amplificateur 10 comprend verticalement dans cet ordre : - le substrat 1 à base d'InP et dopé n, - optionnellement une couche de guidage passif 2 dopée n et en matériau à faible indice de réfraction, de préférence un alliage quaternaire InGaAsP dont la stoechiométrie est ajustée pour avoir une longueur d'onde de photoluminescence à 1,18 Microm, d'épaisseur entre 100 et 150 nm, - une couche classique de gaine inférieure 3 en InP et dopée n, d'épaisseur égale à 300 nm, - une couche précurseur d'une couche active 4 en un matériau à fort indice de réfraction, par exemple massif, de préférence un alliage quaternaire InGaAsP dont la stoechiométrie est ajustée pour avoir une longueur d'onde de photoluminescence à 1,55 ,um, d'épaisseur choisie entre 50 et 600 nm et par exemple 100 nm,- optionnellement une couche 5 dite de protection de préférence en InP et dopée p, d'épaisseur choisie entre 10 à 100 nm et par exemple 50 nm. La figure 2 présente une vue schématique de dessus de l'amplificateur optique en semi-conducteur 10 d'axe central longitudinal Z au stade d'une étape suivante préparatoire d'une croissance à sélectivité de zone.
Est formé sur la couche de protection 5 un masque 6 en un matériau diélectrique tel que la silice et en deux parties 61, 62 disposées symétriquement par rapport à l'axe Z. Un motif a été défini dans ce masque 6 pour laisser apparente des première, deuxième et troisième zones R1, R2, R3 respectivement de la couche de protection 5 qui évite la détérioration de la couche précurseur 4.
La deuxième zone R2 est allongée et sensiblement rectangulaire, les première et troisième zones R1, R3 ont une largeur qui augmente progressivement depuis l'extrémité adjacente à la deuxième zone R2 jusqu'à l'extrémité E1, E2 respectivement de l'amplificateur 10.
De façon classique, la vitesse de dépôt d'un matériau semiconducteur est alors plus rapide dans la deuxième zone R2 que dans les première et troisième zones R1, R3.
Ainsi, la figure 3 présente une vue schématique et partielle en coupe longitudinale de l'amplificateur optique en semi-conducteur 10 et montre le résultat d'une étape suivante de formation d'une couche semi-conductrice 7 par croissance à sélectivité de zone.
La couche semi-conductrice 7, dite à épaisseur variable, est de préférence en un matériau sensiblement identique à la couche de protection 5 et de préférence en InP. Cela assure une simplicité de réalisation, un bonne accrochage, garantit une même vitesse d'attaque par gravure et cela laisse la liberté de conserver une partie de cette couche.
Cette couche à épaisseur variable 7 présente le profil d'épaisseur suivant : - dans la deuxième zone R2 une épaisseur constante choisie entre 100 à 200 nm et par exemple 160 nm environ, - dans la première zone R1 et la troisième zone (non représentée) une épaisseur diminuant en continu suivant l'axe longitudinal Z entre l'extrémité adjacente à la deuxième zone R2 et l'extrémité E1 de l'amplificateur 10, par exemple jusqu'à 10 nm environ. La figure 4 présente une vue schématique et partielle en coupe longitudinale de l'amplificateur optique en semi-conducteur 10 et montre le résultat d'une étape suivante de gravure réalisée de préférence par voie sèche par exemple par bombardement ionique.
L'étape de gravure est définie par une profondeur de gravure P (symbolisée en pointillés) sensiblement uniforme et suffisante pour transposer sensiblement au niveau de la couche précurseur 4 le profil d'épaisseur de la couche à épaisseur variable 7. La couche active est ainsi formée.
Suivant l'épaisseur choisie pour la couche de protection 5, le profil d'épaisseur de la couche à épaisseur variable 7 et le profil d'épaisseur souhaité pour la couche active 4, ces couches 5 et 7 sont partiellement supprimées ou totalement supprimées.
La profondeur de gravure P est naturellement toujours supérieure à la somme de l'épaisseur de la couche de protection 5 et de l'épaisseur de la couche à épaisseur variable 7 au niveau de l'extrémité E1 de l'amplificateur 10.
Dans l'exemple présenté, la profondeur de gravure est supérieure à l'épaisseur maximale de la couche à épaisseur variable 7, par exemple de l'ordre de 200 nm environ de sorte que cette dernière couche 7 est totalement supprimée et la couche de protection 5 est partiellement supprimée.
Dans l'exemple la couche de gaine inférieure 3 est légèrement attaquée à proximité des extrémités E1 sans incidence sur les performances du composant 10.
Dans une première région Ra destinée à former une région de déconfinement de mode optique et aboutissant à l'une des extrémités E1 de l'amplificateur 10, la couche active 4 est partiellement présente : son épaisseur variant progressivement de 100 nm à jusqu'à 0 sur une longueur choisie entre 10 à 200 Microm, par exemple 20 Microm. L'absence de couche active peut être obtenue sur une longueur entre 5 /vm et 150 Microm.
Dans une autre région (non représentée) destinée à former une région de déconfinement de mode optique et aboutissant à l'autre des extrémités de l'amplificateur 10, la couche active 4 est partiellement présente : son épaisseur variant progressivement de 100 nm à 0 sur une même longueur de décroissance.
Dans une région Rb (partiellement représentée) intercalée entre les régions de déconfinement de mode optique Ra et destinée à former la région active, la couche active 4 est d'épaisseur constante égale à 100 nm sur une longueur par exemple de l'ordre de 1 mm.
La longueur totale du composant 10 est choisie entre 0,5 mm et 1,5 mm.
La couche active 4 est de bonne qualité : la composition est uniforme et il n'y a pas formation de dislocations ou ni de contraintes en tension élevées.
La figure 5 présente une vue schématique latérale au niveau de l'extrémité E1 de l'amplificateur optique en semi-conducteur 10 après une étape de formation d'un ruban central longitudinal WG. Ce ruban WG est réalisé par masquage et gravure sèche jusqu'au substrat 1 et comprend trois parties : - une première partie médiane WG1 incluant la couche de guidage passif 2, la couche de gaine inférieure 3 et la couche active 4, de largeur égale à 4 Microm environ, - une deuxième partie WG2 et une troisième partie (non visible) situées de part et d'autre de la partie médiane WG1 et débouchant chacune sur une extrémité distincte E1 du composant 10, chaque partie WG2 incluant la couche de guidage passif 2 et la couche de gaine inférieure 3 et étant de largeur augmentant progressivement de 4 //m à 5 //m environ.La figure 6 présente une vue schématique latérale au niveau de l'extrémité E1 de l'amplificateur optique en semi-conducteur 10 après une série de dépôts.
Un dépôt par épitaxie d'InP dopé p vient enterrer le ruban central WG et former une couche de gaine supérieure 8 au-dessus du ruban WG.
Une couche de contact 9, en AsGaln et dopée p est ensuite déposée et recouvre la couche de gaine supérieure 8.
La figure 7 présente une vue schématique et partielle de dessus de l'amplificateur optique en semi-conducteur 10 après l'étape de dépôt de la couche de contact 9.
La partie médiane WG1 du ruban WG (non visible, représentée en pointillés) est de section longitudinale rectangulaire.
La deuxième partie WG2 du ruban WG (non visible, représentée en pointillés) est de section longitudinale trapézoïdale.
La couche de guidage passif 2 est apte à fournir un couplage évanescent entre la couche active 4 et cette couche de guidage 2 dans les régions à déconfinement du mode optique Ra.
Ensuite, pour une injection de courant, une électrode métallique (non représentée) est formée au-dessus de la couche de contact 9 dans la région active Rb .
L'amplificateur obtenu 10 par le procédé décrit précédemment présente les avantages suivants en termes de performances: - une modification continue et lente de l'indice effectif le long de l'axe Z assurant une conversion de mode adiabatique, - un couplage optimisé avec une fibre optique en entrée comme en sortie, - une réflectivité résiduelle limitée en particulier par une couche active d'épaisseur décroissant lentement jusqu'à zéro, - une indépendance à la polarisation, - une résistance série et un courant de fuite limité minimisée de par la largeur constante du ruban.
Dans une variante de réalisation (non représentée), la couche active 4 est une structure à multi puits quantique, chaque puits quantique étant d'épaisseur par exemple de l'ordre de 6 nm et intercalé entre des couches barrières classiques de 10 à 20 nm d'épaisseur.
Dans une autre variante (non représentée), des couches bloquantes sont disposées de part et d'autre du ruban WG, pour une structure de type pnBH . De même, la section transversale du ruban peut être trapézoïdale.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre purement illustratif. On pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent.
Le procédé selon l'invention s'applique aussi bien pour la fabrication des lasers en semi-conducteur par exemple un laser de pompe pour amplificateur à fibre dopée erbium fonctionnant à 1,48,um, un laser à rétroaction distribuée (DFB pour distributed feedback laser en anglais) fonctionnant à 1,3 Microm ou une source laser fonctionnant à 1,55 Microm. Dans ces applications, une seule région de déconfinement de mode optique est nécessaire.
La couche active peut aussi bien être à base d'AIGaAs ou d'InGaAs. Les couches de gaine, la couche à épaisseur variable ainsi que la couche de protection sont alors à base de GaAs, par exemple pour fabriquer un laser de pompe fonctionnant à 980 nm.METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR OPTICAL DEVICE COMPRISING A REGION PROVIDED WITH A VARIABLE THICKNESS LAYER
The present invention relates to the field of semiconductors and more specifically relates to a method of manufacturing an optical device in semiconductor comprising an optical mode deconfinement region and an active region provided with an active layer with variable thickness.
Semiconductor optical devices already exist comprising an active region extended by a region designed to deconfigure the optical mode with a view to better coupling with an optical fiber.
The document EP0641049 thus describes a method of manufacturing a semiconductor laser of given longitudinal axis and provided with an active layer whose thickness varies progressively along this axis in the region suitable for deconfining the optical mode.
The active layer is a quantum well structure in InGaAsP interposed between a lower cladding layer and an upper cladding layer in InP.
Like the upper sheath layer, the active layer is formed by a selective area growth technique (Selective Area Growth in English), using a mask of dielectric material of silica type and of geometry suitable for producing the thickness profile. wish.
The use of the zone selectivity growth technique to form the active layer introduces a change in the composition of this layer which induces mechanical stresses in tension, birefringence (dependence on polarization) or even dislocation formations.
This technique is particularly not recommended for the manufacture of an optical amplifier in semiconductor, in particular when the material of the active layer is solid.
The object of the invention of the invention is to provide a method of manufacturing an optical device in semiconductor whose active layer is of optimized quality and whose thickness profile is controlled and modular as required.
To this end, the invention provides a method of manufacturing an optical semiconductor device, of given longitudinal axis, comprising an active region and at least one optical mode deconfinement region adjacent to the active region and produced so integrated, the regions comprising an active layer, of given composition, disposed on a lower sheath layer and having a thickness profile comprising in the optical deconfinement region a progressive variation along the longitudinal axis, the method comprising a step for forming the lower sheath layer, characterized in that it comprises the following subsequent steps: - a step of uniform growth of a first layer above the lower sheath layer, in said composition of the active layer, - a step of forming a second semiconductor layer, above said first layer, using a selective growth technique ectivity of the zone such that said second layer has a thickness profile comprising in at least one zone a progressive variation along the longitudinal axis, - an etching step defined by a substantially uniform etching depth and so as to reproduce substantially at the level of the first layer, said thickness profile of the second layer and forming said active layer.
Before etching, the first layer is a precursor layer of the active layer. This first layer is obtained by conventional growth, for example epitaxial growth. The active layer is thus of higher quality than an active layer obtained by a zone selectivity technique as in the prior art.
During the etching, the second layer is removed at least in the optical mode deconfinement region.
The method according to the invention is simple to carry out and also makes it possible to obtain a slow variation in thickness and even to reduce the thickness of active layer to zero, in particular to avoid parasitic reflections.
In addition, the invention is directly applicable to any active layer whatever its composition, unlike the prior art which requires designing a mask well suited to the choice of semiconductor materials.
Preferably, the method according to the invention may comprise, prior to the etching step, a step of uniform growth of a third layer directly on the first layer and in a material such that the etching speed of said third layer is substantially identical to the etching speed of the second layer, this to preserve the uniformity of the etching.
This third layer serves as a protective layer so as not to damage the first layer by contact with the insulating mask used for growth with zone selectivity. The latter is suppressed at least in the optical mode deconfinement region.
The second and third layers can be based on identical semiconductors.
Preferably, the etching can be carried out dry, for example by ion etching (RIE for reactive ion etching in English).
According to one characteristic, the active layer can be chosen from a quantum well structure and a layer of solid material.
In a preferred embodiment of the invention, the composition of the active layer is based on InGaAsP, the second and third layers and the lower sheath layer are based on InP.
In another preferred embodiment of the invention, the composition of the active layer is either based on AIGaAs or based on InGaAs, the second and third layers and the lower sheath layer are based on AsGa.
The method according to the invention may include a step of forming a longitudinal and substantially central strip, including over a certain length, the lower sheath layer and the active layer and of substantially rectangular longitudinal section over said length.
The production of a profile of variable thickness for the active layer dispenses with the formation of a ribbon of variable width in the part including the active layer.
According to one characteristic, the device can comprise an optical semiconductor amplifier and the method can comprise a step of depositing a passive guide layer capable of providing an evanescent coupling between the active layer and said guide layer, disposed below. of the lower sheath layer.
The ribbon structure can be buried or not. The method thus makes it possible to manufacture a buried ribbon amplifier (BRS for Buried Ridge Structure) and for example a heterostructure called pnBH (BH in English for Buried Heterostructure).
Such an optical semiconductor amplifier may comprise another region of optical mode deconfinement adjacent to the active region and produced in an integrated manner, so the zone-selective growth technique is such that said second layer has a thickness profile. comprising a progressive variation along the longitudinal axis in a second zone.
The desired device may comprise an optical semiconductor amplifier, also the method may comprise a step of depositing a passive guide layer capable of providing an evanescent coupling between the active layer and said guide layer, arranged below the lower sheath layer.
The semiconductor optical device in this latter configuration is for example a wavelength converter with a structure of the Mach Zehnder type or a wavelength selection means.
The semiconductor optical device is chosen, for example, from semiconductor lasers, semiconductor optical modulators, semiconductor optical amplifiers, light emitting diodes of the type emitting light from the end face and the photodiodes.
The characteristics and objects of the present invention will emerge from the detailed description given below with reference to the appended figures, presented by way of illustration and in no way limitative.
In these figures:
Figures 1 to 7 show the successive stages of a manufacturing method according to the invention of an optical amplifier in semiconductor.
In all these figures the common elements, that is to say fulfilling the same function, are designated by the same reference numbers. The figures are not to scale.
FIG. 1 presents a schematic view in longitudinal section of a semiconductor optical amplifier 10 during manufacture. Figure 1 illustrates the result of a series of successive semiconductor deposits. The growth is uniform and of the epitaxial type, for example by MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy in English) or by MBE (Molecular Beam Epitaxy in English) on the same so-called upper face of a substrate 1.
At this stage of production, the amplifier 10 comprises vertically in this order: - the substrate 1 based on InP and n-doped, - optionally a passive guide layer 2 doped n and made of material with a low refractive index, preferably an InGaAsP quaternary alloy whose stoichiometry is adjusted to have a photoluminescence wavelength at 1.18 Microm, of thickness between 100 and 150 nm, - a conventional lower sheath layer 3 in InP and n-doped, thickness equal to 300 nm, - a precursor layer of an active layer 4 made of a material with a high refractive index, for example solid, preferably a quaternary alloy InGaAsP whose stoichiometry is adjusted to have a photoluminescence wavelength at 1.55 μm, of thickness chosen between 50 and 600 nm and for example 100 nm, - optionally a so-called protective layer 5 preferably made of InP and p-doped, of thickness chosen between 10 to 100 nm and for example 50 nm. FIG. 2 presents a schematic top view of the optical semiconductor amplifier 10 with a longitudinal central axis Z at the stage of a next step preparatory to a growth with zone selectivity.
Is formed on the protective layer 5 a mask 6 of a dielectric material such as silica and in two parts 61, 62 arranged symmetrically with respect to the axis Z. A pattern has been defined in this mask 6 to leave apparent first , second and third zones R1, R2, R3 respectively of the protective layer 5 which prevents deterioration of the precursor layer 4.
The second zone R2 is elongated and substantially rectangular, the first and third zones R1, R3 have a width which increases progressively from the end adjacent to the second zone R2 to the end E1, E2 respectively of the amplifier 10.
Conventionally, the deposition rate of a semiconductor material is then faster in the second zone R2 than in the first and third zones R1, R3.
Thus, FIG. 3 presents a schematic and partial view in longitudinal section of the semiconductor optical amplifier 10 and shows the result of a following step of forming a semiconductor layer 7 by growth with zone selectivity.
The semiconductor layer 7, called variable thickness, is preferably made of a material substantially identical to the protective layer 5 and preferably made of InP. This ensures simplicity of construction, good adhesion, guarantees the same etching attack speed and this leaves the freedom to keep part of this layer.
This variable thickness layer 7 has the following thickness profile: - in the second zone R2 a constant thickness chosen between 100 to 200 nm and for example approximately 160 nm, - in the first zone R1 and the third zone (not shown) a thickness decreasing continuously along the longitudinal axis Z between the end adjacent to the second zone R2 and the end E1 of the amplifier 10, for example up to approximately 10 nm. FIG. 4 presents a schematic and partial view in longitudinal section of the optical amplifier in semiconductor 10 and shows the result of a following etching step preferably carried out by dry process, for example by ion bombardment.
The etching step is defined by an etching depth P (symbolized in dotted lines) substantially uniform and sufficient to transpose substantially at the level of the precursor layer 4 the thickness profile of the layer with variable thickness 7. The active layer is thus formed.
Depending on the thickness chosen for the protective layer 5, the thickness profile of the variable thickness layer 7 and the desired thickness profile for the active layer 4, these layers 5 and 7 are partially removed or completely removed.
The etching depth P is naturally always greater than the sum of the thickness of the protective layer 5 and the thickness of the variable thickness layer 7 at the end E1 of the amplifier 10.
In the example presented, the etching depth is greater than the maximum thickness of the variable thickness layer 7, for example of the order of approximately 200 nm so that the latter layer 7 is completely eliminated and the protective layer 5 is partially deleted.
In the example, the lower sheath layer 3 is slightly etched near the ends E1 without affecting the performance of the component 10.
In a first region Ra intended to form an optical mode deconfinement region and ending at one of the ends E1 of the amplifier 10, the active layer 4 is partially present: its thickness varying progressively from 100 nm to up to 0 over a length chosen between 10 to 200 Microm, for example 20 Microm. The absence of an active layer can be obtained over a length between 5 µm and 150 Microm.
In another region (not shown) intended to form an optical mode deconfinement region and ending at the other end of the amplifier 10, the active layer 4 is partially present: its thickness varying progressively from 100 nm to 0 over the same length of decay.
In an Rb region (partially shown) interposed between the optical mode deconfinement regions Ra and intended to form the active region, the active layer 4 is of constant thickness equal to 100 nm over a length for example of the order of 1 mm.
The total length of the component 10 is chosen between 0.5 mm and 1.5 mm.
The active layer 4 is of good quality: the composition is uniform and there is no formation of dislocations or of high tension stresses.
FIG. 5 presents a schematic side view at the level of the end E1 of the optical semiconductor amplifier 10 after a step of forming a longitudinal central ribbon WG. This WG tape is produced by masking and dry etching to the substrate 1 and comprises three parts: a first middle part WG1 including the passive guide layer 2, the lower sheath layer 3 and the active layer 4, of width equal to 4 Microm approximately, - a second part WG2 and a third part (not visible) located on either side of the middle part WG1 and each emerging on a separate end E1 of the component 10, each part WG2 including the passive guide layer 2 and the lower sheath layer 3 and being of width progressively increasing from 4 μm to approximately 5 μm. FIG. 6 presents a schematic side view at the level of the end E1 of the optical amplifier in semiconductor 10 after a series of deposits.
A p-doped InP epitaxy deposition buries the central ribbon WG and forms an upper sheath layer 8 above the ribbon WG.
A contact layer 9, made of AsGaln and doped p is then deposited and covers the upper sheath layer 8.
FIG. 7 presents a schematic and partial top view of the optical semiconductor amplifier 10 after the step of depositing the contact layer 9.
The middle part WG1 of the ribbon WG (not visible, shown in dotted lines) is of rectangular longitudinal section.
The second part WG2 of the ribbon WG (not visible, shown in dotted lines) is of trapezoidal longitudinal section.
The passive guide layer 2 is capable of providing an evanescent coupling between the active layer 4 and this guide layer 2 in the regions with deconfinement of the optical mode Ra.
Then, for current injection, a metal electrode (not shown) is formed above the contact layer 9 in the active region Rb.
The amplifier obtained by the method described above has the following performance advantages: - a continuous and slow modification of the effective index along the Z axis ensuring an adiabatic mode conversion, - an optimized coupling with a optical fiber at the input and at the output, - a residual reflectivity limited in particular by an active layer of thickness slowly decreasing to zero, - independence from polarization, - a series resistance and a limited leakage current minimized by the constant width of the ribbon.
In an alternative embodiment (not shown), the active layer 4 is a multi-quantum well structure, each quantum well having a thickness for example of the order of 6 nm and interposed between conventional barrier layers of 10 to 20 nm thick.
In another variant (not shown), blocking layers are arranged on either side of the tape WG, for a structure of the pnBH type. Likewise, the cross section of the ribbon can be trapezoidal.
Of course, the above description has been given purely by way of illustration. Without departing from the scope of the invention, any means can be replaced by equivalent means.
The method according to the invention is equally applicable for the manufacture of semiconductor lasers, for example a pump laser for an erbium doped fiber amplifier operating at 1.48 μm, a distributed feedback laser (DFB for distributed feedback) laser in English) operating at 1.3 Microm or a laser source operating at 1.55 Microm. In these applications, only one optical mode deconfinement region is required.
The active layer can also be based on AIGaAs or InGaAs. The sheath layers, the variable thickness layer as well as the protective layer are then based on GaAs, for example for manufacturing a pump laser operating at 980 nm.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un dispositif optique en semi-conducteur (10), d'axe longitudinal (Z) donné, comportant une région active (Rb) et au moins une région de déconfinement de mode optique adjacente (Ra) à la région active et réalisée de manière intégrée, les régions (Ra, Rb) comprenant une couche active (4), de composition donnée, disposée sur une couche de gaine inférieure (3) et ayant un profil d'épaisseur comprenant dans la région de déconfinement de mode optique une variation progressive suivant l'axe longitudinal, le procédé comprenant une étape de formation de la couche de gaine inférieure, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes ultérieures suivantes:- une étape de croissance uniforme d'une première couche (4) audessus de la couche de gaine inférieure (3), en ladite composition de la couche active, - une étape de formation d'une deuxième couche semi-conductrice (7), au-dessus de ladite première couche, à partir d'une technique de croissance à sélectivité de zone telle que ladite deuxième couche présente un profil d'épaisseur comprenant dans au moins une zone (R1) une variation progressive suivant l'axe longitudinal, - une étape de gravure définie par une profondeur de gravure (P) sensiblement uniforme et de façon à reproduire sensiblement au niveau de la première couche ledit profil d'épaisseur de la deuxième couche et former ladite couche active.
2. Procédé de fabrication d'un dispositif optique en semi-conducteur (10) 1. Method for manufacturing an optical semiconductor device (10), of given longitudinal axis (Z), comprising an active region (Rb) and at least one optical mode deconfinement region adjacent (Ra) to the active region and produced in an integrated manner, the regions (Ra, Rb) comprising an active layer (4), of given composition, disposed on a lower sheath layer (3) and having a thickness profile comprising in the deconfinement region optically a progressive variation along the longitudinal axis, the method comprising a step of forming the lower sheath layer, characterized in that it comprises the following subsequent steps: - a step of uniform growth of a first layer ( 4) above the lower sheath layer (3), in said composition of the active layer, - a step of forming a second semiconductor layer (7), above said first layer, from a cro technique issance with zone selectivity such that said second layer has a thickness profile comprising in at least one zone (R1) a progressive variation along the longitudinal axis, - an etching step defined by a substantially uniform etching depth (P) and so as to substantially reproduce at the level of the first layer said thickness profile of the second layer and form said active layer.
2. Method for manufacturing an optical semiconductor device (10)