FR2733636A1 - Laser semiconducteur a heterojonction double assurant un confinement de lumiere ameliore - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un laser semiconducteur à hétérojonction double. Le laser est caractérisé en ce qu'il comprend un substrat semiconducteur (1) ayant un premier type de conductivité; disposées successivement sur celui-ci, une première couche de placage (2) du premier type de conductivité, une couche active (3), une seconde couche de placage (14) d'un second type de conductivité comprenant une nervure centrale (8), une couche d'arrêt de courant (9) du premier type de conductivité sur la seconde couche de placage (14) en contact avec les surfaces latérales de la nervure (8); une couche de contact (10) d'un second type de conductivité, déposée sur la face de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant; des première et seconde électrodes (11, 12) en contact avec le substrat semiconducteur (1) et la couche de contact (10), respectivement. Au moins une des couches de placage est une couche de super-réseau comprenant une pluralité de couches alternantes de différentes compositions, le réseau de couches de super-réseau étant adapté au premier matériau semiconducteur. L'invention est utilisable par les lasers semiconducteurs.
Description
La présente invention concerne un laser semiconducteur à hétérojonction double et, plus particulièrement, un laser semiconducteur dans lequel le confinement de lumière est amélioré pour réduire la divergence du faisceau de lumière laser produit par le laser.
La figure 9A est une vue en perspective partielle d'un laser semi-conducteur à hétérojonction double selon l'état de la technique. Le laser semi-conducteur comprend un substrat 1 en GaAs du type n sur lequel sont successivement déposées une couche de placage 2 en A10,5Ga015As du type n, une couche active 3 et une couche de placage 4 en A10,5Ga0,5As du type p. La couche active 3 comprend une structure de puits quantique multiple (MQW), montrée en détail sur la figure 9B.
La couche de MQW 3 comprend, stratifiées de façon alternante, des couches de puits 6 en InGaAs et des couches d'arrêt 7 en A10,2Ga0,8As. Les couches extérieures de la couche active 3 sont des coucbes d'arrêt en InGaAs. Ces couches stratifiées 6 et 7 sont, en revanche, placées en sandwich entre une paire de couches de guidage 5 en AlGaAs.
Au cours de la fabrication du laser semiconducteur selon la figure 9A, après l'établissement par croissance des couches de placage et de la couche active, de préférence par dépôt chimique en phase vapeur d'un métal organique (MOCVD), la couche de placage 4 est masqué et attaquée pour former une nervure 8 s'étendant dans la direction de longueur du résonateur du laser semiconducteur et ayant une surface supérieure d'une largeur d'environ 2 microns et des surfaces latérales obliques. Subséquemment, dans une autre opération de MOCVD, une couche 9 en A10 7Ga0,3As du type n est établi par croissance sur la couche de placage 4 proche à et sur les deux côtés de la nervure 8, en venant en contact avec les surfaces latérales de la nervure, comme couche d'arrêt de courant.Une couche de contact 10 en GaAs du type p est subséquemment établi par croissance sur la face de sommet de la nervure 8 et sur la couche d'arrêt de courant 9. Le laser est complété en formant des électrodes 11 et 12 sur la couche de contact 10 et le substrat 1, respectivement. Etant donné que la jonction pn formée entre la couche de placage 4 et la couche d'arrêt de courant 9, le courant s'écoulant entre les électrodes 11 et 12 est concentré dans la nervure 8. La concentration de courant assure l'oscillation du laser semiconducteur par une tension relativement faible en produisant une intensité de courant qui dépasse la densité de courant de seuil nécessaire pour l'oscillation du laser.
La moitié inférieure de la figure 10 est un diagramme de l'indice de réfraction de la structure de laser semiconducteur selon la figure 9A, faite le long d'une ligne imaginaire passant à travers le centre du laser de la figure 9A perpendiculaire aux électrodes 11 et 12. La distance relative le long de cette ligne est représentée sur l'abscisse de la figure 10. Comme cela est montré sur ce diagramme, l'indice de réfraction des couches de placage 2 et 4 est inférieur à celui de la couche active 3 de façon que la lumière est, de façon générale, confinée vers la couche active 3 par les couches de placage. Les couches de placage 2 et 4 séparent la couche active 3 du GaAs, c'est-à-dire, le substrat 1 et la couche de contact 10.Bien que les couches de placage 2 et 4 confinent, de façon significative, la lumière vers la couche active 3, il y a encore quelques fuites de lumière en direction du substrat et de la couche de contact.
La lumière engendrée à l'intérieur du laser se propage à travers les couches du laser en produisant une distribution de lumière le long de la même direction de la courbe de l'indice de réfraction, comme cela est indiqué sur la moitié supérieure de la figure 10. Là, l'intensité de lumière relative est représentée comme fonction de la position. Bien que la plupart de la lumière est confinée dans la couche active 3, une certaine quantité de lumière atteint le substrat 1 et la couche de contact 10. Les variations d'amplitude relativement faibles de l'intensité de lumière montrées dans le substrat 1 et la couche de contact 10 résultent des fuites de lumière vers et de la résonance dans ces éléments en GaAs.La fuite de lumière augmente la divergence du faisceau laser produit par le laser dans le motif de champs éloigné dans un plan transversal au plan de la couche active 3 du laser semiconducteur. De ce fait, il est souhaitable d'empêcher la fuite de lumière et/ou la résonance dans le laser semiconducteur perpendiculaire aux couches de façon à empêcher une divergence non souhaitée du faisceau de lumière produit par le laser.
Pour réduire la fuite de lumière dans le substrat et les couches de contact, l'épaisseur de la nervure 8, des autres portions de la couche de placage 4, et de la couche de placage 2 peut être augmentée. Bien que les épaisseurs augmentées des couches augmentent l'atténuation de lumière en réduisant la fuite de lumière, quelques problèmes résultent de l'augmentation des épaisseurs des couches de placage. Par exemple, si la hauteur de la nervure 8 en A10,5Ga0,5As est trop importante, le réseau crystallin est désadapté entre la couche de placage 4 et la couche d'arrêt de courant 9 en Al0,7Ga0,3As et entre la couche d'arrêt de courant et la couche de contact 10 affecte négativement la crystallinité de ces couches.La désadaptation de réseau peut être arrangée si les dimensions des couches désadaptées sont limitées, mais non pas si les dimensions sont trop importantes. La même limitation s'applique à l'épaisseur de la couche de placage 2 qui a une constante de réseau différente de celle du substrat 1 en GaAs. Une faible crystallinité résultant des désadaptations des constantes de réseau, qui ne sont pas accomodées par les matériaux semiconducteurs affecte négativement les caractéristiques électriques et optiques du laser semiconducteur.
Un objectif de la présente invention est de proposer un laser semiconducteur à double hétérojonction ayant une fuite de lumière réduite à travers les couches de placage dans un substrat et une couche de contact.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un laser semiconducteur à double hétérojonction qui empêche la résonance de lumière qui fuit à travers les couches de placage perpendiculaires à ces couches.
Selon un aspect de l'invention, un laser semiconducteur à hétérojonction double comprend un substrat semiconducteur en un premier matériau semiconducteur ayant un premier type de conductivité ; successivement déposées sur le substrat semiconducteur, une première couche de placage d'un premier type de conductivité, une couche active et une seconde couche de placage d'un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, la seconde couche de plaquage ayant une nervure centrale comprenant des surfaces latérales et une surface de sommet ; une couche d'arrêt de courant du premier type de conductivité déposée sur la seconde couche de placage et venant en contact avec les surfaces latérales de la nervure ; une couche de contact d'un second type de conductivité du premier matériau semiconducteur déposée sur la surface de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant ; et des première et seconde électrodes contactant le substrat semiconducteur et la couche de contact, respectivement, où au moins une des première et seconde couche de placage est une couche de super-réseau comprenant une pluralité de couches alternantes de différentes compositions, le réseau de couche de super-réseau étant adapté au premier matériau semiconducteur. Dans ce laser semiconducteur, l'épaisseur des couches de placage est augmentée pour activer la lumière sans affecter négativement la crystallinité en utilisant une structure de super-réseau à au moins une des couches de placage dans le but d'obtenir une adaptation constante de réseau entre les différents matériaux semiconducteurs.
Selon un second aspect de l'invention, un laser semiconducteur à hétérojonction double comprend un substrat sermiconducteur ayant un premier type de conductivité successivement déposées sur le substrat semiconducteur, une première couche de placage d'un premier type de conductivité, une couche active, et une seconde couche de placage d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, la seconde couche de placage comprenant une nervure centrale comprenant des surfaces latérales et une surface de sommet ; une couche d'arrêt de courant d'un premier type de conductivité, déposée sur la seconde couche de placage et en contact avec les surfaces latérales de la nervure ; une couche de contact d'un second type de conductivité déposée sur la face de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant ; et des première et seconde électrodes en contact avec le substrat semiconducteur et la couche de contact, respectivement, dans lequel la couche de contact comprend un creux central opposé à la nervure. Le creux, seul ou en combinaison avec la seconde électrode permet à la lumière de s'échapper pour éviter les effets de résonance de lumière dans la couche de contact.
Selon un troisième aspect de l'invention, un laser semiconducteur à hétérojonction double comprend un substrat semiconducteur ayant un premier type de conductivité disposées successivement sur le substrat semiconducteur, une première couche de placage d'un premier type de conductivité, une couche active et une seconde couche de placage d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, la seconde couche de placage comprenant une nervure centrale ayant des surfaces latérales et une face de sommet ; une couche d'arrêt de courant d'un premier type de conductivité disposéee sur la seconde couche de placage et en contact avec les surfaces latérales de la nervure ; une couche de contact d'un second type de conductivité, déposée sur la face de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant ; et des première et seconde électrodes en contact avec le substrat semiconducteur et la couche de contact, respectivement, dans lequel le substrat comprent un creux central opposé à la nervure, exposant la première couche de placage, et comprenant un métal remplissant le creux central dans le substrat et s'étendant à partir de la première couche de placage à la première électrode. Le métal remplissant l'ouverture dans le substrat empêche la fuite de lumière et améliore la dissipation de la chaleur du laser semiconducteur.
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 plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels
- La figure 1A est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention
- La figure 1B est une vue de détail montrant la structure de la couche de placage supérieure du laser semiconducteur selon la figure 1A ;;
- Les figures 2A-2E illustrent des opérations d'un procédé de fabrication d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention
- La figure 3 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 4 est une vue en perspective partielle d'un laser semiconducteur selon encore un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 5 est une vue en perpective partielle d'un laser semi-conducteur selon encore un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 6 est une vue de dessus montrant une structure de fenêtre d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention
- La figure 7 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 8 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 9A est une vue en perspective partielle d'un laser semiconducteur conventionnel
- La figure 9B montre, de façon détaillée, la structure d'une couche active du laser semi-conducteur selon la figure 9A
- La figure 10 est un diagramme illustrant la distribution de l'indice de réfraction et des fuites de lumière à l'intérieur du laser semiconducteur selon la figure 9A.
- La figure 1A est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention
- La figure 1B est une vue de détail montrant la structure de la couche de placage supérieure du laser semiconducteur selon la figure 1A ;;
- Les figures 2A-2E illustrent des opérations d'un procédé de fabrication d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention
- La figure 3 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 4 est une vue en perspective partielle d'un laser semiconducteur selon encore un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 5 est une vue en perpective partielle d'un laser semi-conducteur selon encore un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 6 est une vue de dessus montrant une structure de fenêtre d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention
- La figure 7 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 8 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention
- La figure 9A est une vue en perspective partielle d'un laser semiconducteur conventionnel
- La figure 9B montre, de façon détaillée, la structure d'une couche active du laser semi-conducteur selon la figure 9A
- La figure 10 est un diagramme illustrant la distribution de l'indice de réfraction et des fuites de lumière à l'intérieur du laser semiconducteur selon la figure 9A.
Sur toutes les figures, des éléments similaires portent les mêmes numéros de référence.
La figure 1A est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention.
Ce laser semi-conducteur comprend un substrat 1 en GaAs, une couche de placage 2 en Al0,5Ga0,5As du type n, une couche active 3, et une couche de placage 14, ces couches étant toutes déposées séquentiellement sur le substrat 1 en GaAs.
La couche active 3 peut avoir une structure de MQW. La couche de placage 14, comme illustré sur la figure 1B, comprend une structure de super-réseau comprenant une pluralité de couches alternantes 15 en AlGaAs du type p, dont chacune a un réseau constant, plus large que la constante de réseau du GaAs, et une couche 16 en InGaAsP du type n, chaque couche en InGaAsP ayant une constante de réseau inférieure à la constante de réseau du GaAs. Les couches alternantes appliquent des contraintes l'une à l'autre dans des directions alternantes et, comme cela est bien connu dans la technique, produisent une constante de réseau effective différente de la constante de réseau de chaque matériau. La constante de réseau effective procure une adaptation de constante de réseau amélioré, à un autre matériau.Dans cet exemple, l'adaptation de réseau au GaAs est améliorée, le GaAs ayant une constante de réseau intermédiaire entre les constantes de réseau du
AlGaAs et du InGaAsP.
AlGaAs et du InGaAsP.
Si la composition de Al de la couche 15 en AlGaAs de la couche de placage 14 est de 0,48, pour obtenir un degré souhaité de contrainte interne, il est souhaitable que la composition des couches 16 en Inl-xGaxAsyPl-y ait x= 0,54 et y = 0,03. Dans cet exemple, la couche 15 est soumise à une distorsion de compression d'environ 0,07 pourcent par rapport au GaAs et la couche 16 en InGaAsP du type p est soumise à une distorsion de traction d'environ 0,007 pourcents par rapport au GaAs. On suppose que les couches 15 et 16 présentent des épaisseurs respectives d'environ 10 nanomètres (nm), une structure de super réseau comprenant cent paires de couches 15 et 16 produit une couche de placage 14 ayant une épaisseur d'environ 2 micromètres. Cette épaisseur est suffisante pour atténuer la lumière de laser, de façon significative, et empêche une fuite de lumière dans la couche de contact 10.Cependant, en raison de l'effet de l'adaptation de structure au GaAs, la crystallinité de la couche d'arrêt de courant 9 et de la couche de contact 10 est bonne et n'affecte pas défavorablement les caractéristiques optiques et électriques du laser semiconducteur.
Les figures 2A-2E illustrent des opérations d'un procédé de fabrication du laser semiconducteur de la figure 1A. Initialement, après la croissance par MOCVD de la première couche de placage 2 et de la couche active 3, comme dans le cas du laser semiconducteur conventionnel, la couche de placage de super-réseau structure 14 comprenant des couches alternantes du type p en AL0,48Ga0,52As et du type p en 1n0,46Ga0,54As0,03P0,97, est réalisé par croissance. La nervure est produite par masquage et attaque chimique.Ces opérations sont indiquées séquentiellement sur les figures 2B et 2C, sur lesquelles le masque d'attaque pour produire la nervure est clairement montré. La couche d'arrêt de courant 9 de type n en Al0,7Ga0,3As est établi par croissance de façon à être en contact avec les surfaces latérales de la nervure et même avec la face de sommet de la nervure, comme cela est montré sur la figure 2D, par exemple, par MOCVD sans précédemment enlever le masque d'attaque utilisé pour former la nervure. La couche de contact 10 est établi par croissance et les électrodes 11 et 12 sont réalisés pour produire la structure selon les figures 2E et 1A.En contrôlant la composition des couches de super-réseau dans la couche de placage 14, une adaptation de constantes de réseau ou une presque adaptation de constantes de réseau peut être obtenu entre la couche de contact 10 en GaAs et la couche de placage 14, en évitant ainsi des dislocations et d'autres effets défavorables d'une désadaptation de réseau sur la cristallinité des couches.
Supplémentairement la structure de super-réseau de la couche de placage 14, la couche de placage 2 peut également avoir une structure de super-réseau de couches alternantes de
AlGaAs n et de InGaAsP, du type n, qui ont des compositions différentes mais qui, ensemble, établissent une adaptation de réseau avec le substrat 1 en GaAs. Dans ce mode de réalisation de l'invention, étant donné que les couches de placage sont toutes les deux adaptées quant au réseau au
GaAs, des couches de placage d'épaisseurs beaucoup plus importantes peuvent être utilisées dans le laser semiconducteur que dans le laser semiconducteur conventionnel selon la figure 9A. Les épaisseurs augmentées des couches de placage empêchent la fuite de lumière dans le substrat 1 et la couche de contact 10.Supplémentairement, étant donné qu'il n'y a pas des désadaptations de réseau significatives, des endommagements crystallines des matériaux sont minimisés et de bonnes caractéristiques optiques et électriques du laser semiconducteur sont obtenues. De plus, du fait de l'évitement de la fuite de lumière dans l'une ou les deux couches de contact et le substrat, la divergence du motif de champs éloigné du faisceau de lumière produit par le laser est réduit.
AlGaAs n et de InGaAsP, du type n, qui ont des compositions différentes mais qui, ensemble, établissent une adaptation de réseau avec le substrat 1 en GaAs. Dans ce mode de réalisation de l'invention, étant donné que les couches de placage sont toutes les deux adaptées quant au réseau au
GaAs, des couches de placage d'épaisseurs beaucoup plus importantes peuvent être utilisées dans le laser semiconducteur que dans le laser semiconducteur conventionnel selon la figure 9A. Les épaisseurs augmentées des couches de placage empêchent la fuite de lumière dans le substrat 1 et la couche de contact 10.Supplémentairement, étant donné qu'il n'y a pas des désadaptations de réseau significatives, des endommagements crystallines des matériaux sont minimisés et de bonnes caractéristiques optiques et électriques du laser semiconducteur sont obtenues. De plus, du fait de l'évitement de la fuite de lumière dans l'une ou les deux couches de contact et le substrat, la divergence du motif de champs éloigné du faisceau de lumière produit par le laser est réduit.
Bien que que dans ce mode de réalisation, l'adaptation de réseau crystalline est obtenue avec au moins une structure de super-reseau comprenant des couches alternantes en AlGaAs et InGaAsP, d'autres combinaisons de matériaux semiconducteurs composites peuvent être utilisés dans les couches des super-réseaux pour obtenir l'adaptation des constantes de réseau. De façon similaire, les types de conductivité des couches respectives peuvent être inversés dans ce et les autres modes de réalisations décrits du laser semiconducteur.
La figure 3 est une vue d'extrémité d'un laser semiconducteur selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation de laser semiconducteur, la couche de contact 10 est présente sur et directement en contact seulement avec la couche d'arrêt de courant 9. Il n'y a pas de contact direct entre cette couche de contact 10 et la face de sommet de la nervure 8. Au lieu de cela, une électrode 17 remplaçant l'électrode 11 de la structure conventionnelle selon la figure 9A vient directement en contact non seulement avec la couche de contact 10 mais également avec la nervure 8 à l'interface entre la couche d'arrêt de courant 9 et la couche de contact 10.
Etant donné que dans ce mode de réalisation, une partie de la couche de contact 10 du mode de réalisation sur la figure 1A est omis, la fuite de lumière dans la couche de contact est minimisée ou éliminée. Cependant, si la portion enlevée de la couche de contact est trop étroite, le mode d'oscillation du laser semiconducteur peut devenir instable.
Pour éviter cette instabilité, la largeur de la partie enlevée de la couche de contact 10 devrait être de l'ordre de 2 micromètres approximativement de la largeur de la nervure 8 à l'interface avec la couche de contact 10. De toute façon, l'enlèvement d'une portion de la couche de contact 10 et le contact direct de l'électrode 17 avec la nervure 8 limite ou empêche la fuite de lumière et de ce fait réduit la divergence du faisceau de lumière produit par le laser semiconducteur.
La figure 4 est une vue en perspective d'encore un autre laser semiconducteur selon l'invention. Le laser semiconducteur sur la figure 4 comprend un substrat 18 en
GaAs du type p, une couche de placage 19 en AlGaAs du type p, une couche de placage 20 en AlGaAs du type n, une couche d'arrêt de courant 21 en A1013Gag,7As du type p, et une couche de contact 22 en GaAs du type n. Dans le mode de laser semiconducteur de la figure 4, la partie de la couche de contact 22 qui vient directement en contact avec la face de sommet de la nervure 23 de la couche de plaquage 20 est enlevée pour former une fenêtre 24. Cependant, des régions étroites de la couche de contact 22 restent en contact avec la surface de sommet de la nervure 3 de la couche de placage 20 le long des bords de cette nervure.Dans ce mode de réalisation un substrat en GaAs du type p, de préférence, est utilisé parce que l'aire de contact entre la couche de contact 22 et la couche de placage 20 est relativement faible, en augmentant la difficulté d'obtenir une densité de courant dans la partie centrale de la couche active 3, qui dépasse la densité de courant de seuil d'oscillation du laser. Pour vaincre ces difficultés, il est souhaitable que la nervure soit réalisée en un matériau du type n, tel que du
AlGaAs, qui a une résistivité plus faible que la couche de placage 4 en AlGaAs du type p du laser semiconducteur conventionnel de la figure 9A.
GaAs du type p, une couche de placage 19 en AlGaAs du type p, une couche de placage 20 en AlGaAs du type n, une couche d'arrêt de courant 21 en A1013Gag,7As du type p, et une couche de contact 22 en GaAs du type n. Dans le mode de laser semiconducteur de la figure 4, la partie de la couche de contact 22 qui vient directement en contact avec la face de sommet de la nervure 23 de la couche de plaquage 20 est enlevée pour former une fenêtre 24. Cependant, des régions étroites de la couche de contact 22 restent en contact avec la surface de sommet de la nervure 3 de la couche de placage 20 le long des bords de cette nervure.Dans ce mode de réalisation un substrat en GaAs du type p, de préférence, est utilisé parce que l'aire de contact entre la couche de contact 22 et la couche de placage 20 est relativement faible, en augmentant la difficulté d'obtenir une densité de courant dans la partie centrale de la couche active 3, qui dépasse la densité de courant de seuil d'oscillation du laser. Pour vaincre ces difficultés, il est souhaitable que la nervure soit réalisée en un matériau du type n, tel que du
AlGaAs, qui a une résistivité plus faible que la couche de placage 4 en AlGaAs du type p du laser semiconducteur conventionnel de la figure 9A.
Le laser semiconducteur selon la figure 4 est réalisé en établissant par croissance successivement sur le substrat 18, de préférence par MOCVD, la couche de placage 19, la couche active 3 et la couche de placage 20. Après masquage et attaque chimique pour former la nervure 23, la couche d'arrêt de courant 21 et la couche de contact 22 sont successivement établies par croissance comme dans les procédés précédemment décrits. Ensuite, une partie de la couche de contact 22 est enlevée par attaque chimique sélective pour produire la fenêtre 24. La fenêtre 24 a une largeur d'environ 1,5 micromètres lorsque la nervure 23 a une surface de sommet d'une largeur d'environ 2 micromètres. Comme cela est montré sur la figure 4, l'électrode 11 est présente seulement sur la couche de contact 22 et ne s'étend pas dans la fenêtre 24 et ne vient pas non plus en contact avec la nervure 23.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, toute fuite de lumière de la couche de plaquage 22 est rayonnée à travers la fenêtre 24. Ainsi au lieu d'obtenir une petite lumière réduite vers une couche en GaAs pour éviter l'élargissement du faisceau de lumière laser, dans ce mode de réalisation la lumière peut intentionnellement échapper pour éviter la résonance de la lumière dans la couche de contact comme cela est montré aux deux extrémités de la distribution de lumière dans la partie supérieure de la figure 10.
Dans les modes de réalisation selon les figures 3 et 4, les parties des couches de contact 10 et 22 sont enlevées pour produire des fenêtres s 'étendant le long de la longueur totale du résonateur optique semiconducteur, c'est-à-dire, de facette à facette. Un mode de réalisation différent est illustré sur la figure 5 dans lequel la fenêtre dans la couche de contact 22 ne s'étend pas sans interruption entre les deux facettes du laser semiconducteur. Au lieu de cela, une portion de la couche de contact transversale à la direction de résonateur du laser semiconducteur est laissé en place. Ainsi dans la vue de dessus, la couche de contact 22 et l'électrode 11 présentent la forme de la lettre H. Cet agencement produit un contact ohmique amélioré entre la couche de contact 22 et la couche de placage adjacente comprenant la nervure.
Encore un autre mode de réalisation de l'invention, une autre variation du mode de réalisation selon la figure 5, est montré dans une vue de dessus sur la figure 6. Dans ce mode de réalisation de la figure 6, au lieu de comprendre deux fenêtres séparées par une partie de la couche de contact 22, comme dans le mode de réalisation selon la figure 5, le laser semiconducteur comprend une pluralité de fenêtre 25 s'étendant à travers la couche de contact 22 pour exposer des parties de la couche de placage comprenant la nervure. Les fenêtres 25 sont périodiquement arrangées avec une période A.
La période A montrée sur la figure 6 est, de préférence, égale à k/2n où k est la longueur d'onde de la lumière produite par le laser semiconducteur et n est l'indice de réfraction du guide d'ondes du laser semiconducteur. Cet arrangement périodique particulier produit une diffraction de la lumière, produite par le laser semiconducteur, contribuant à la stabilisation du mode longitudinal.
Dans certains laser semiconducteurs conventionnels, une couche guide est établi par croissance sur la couche active 3 et attaqué selon un motif particulier pour produire une structure périodique. Après, une couche de placage est établie par croissance sur la couche guide attaquée ayant une structure périodique. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, le réseau de diffraction, c'est-à-dire, la structure périodique a une électrode déposée directement sur celle-ci de façon que le mode longitudinal de l'oscillation du laser semi-conducteur soit stable et le réseau de diffraction soit aisément produit.
La figure 7 est une vue d'extrémité d'encore un autre mode de réalisation du laser semi-conducteur selon l'invention qui est similaire au laser semi-conducteur sur la figure 3. Dans le mode de réalisation de la figure 7, la couche de contact 10 entre l'électrode 17 et la nervure 8 n'est pas entièrement enlevée de façon que l'électrode 17 ne vienne pas directement en contact avec la face de sommet de la nervure 8. Au lieu de cela, une mince couche 26 de la couche de contact 10 en GaAs est interposée entre la nervure 8 et l'électrode 17 et présente une épaisseur d'environ 10 nanomètres. L'épaisseur devrait être essentiellement inférieure à une longueur d'onde de la lumière produite par le laser pour éviter une résonance.Ce mode de réalisation n'est non seulement efficace en supprimant la divergence du faisceau de lumière laser mais également un bon contact ohmique vers la nervure 8 de la couche de plaquage 4 est obtenue en raison de la présence de la mince portion 26 de la couche de contact 10 en GaAs entre l'électrode et la nervure.
La figure 8 est une vue d'extrémité d'encore un autre laser semiconducteur selon un mode de réalisation de l'invention.
Dans ce mode de réalisation, une portion du substrat 1 en
GaAs opposée à la nervure 8 est enlevée de façon qu'une partie de la couche de plaquage 2 soit exposée à l'opposée à la nervure. Un métal 27 est déposé sur la partie exposée de la couche de placage, remplissant une ouverture dans le substrat 1, comme puits de chaleur métallisé (PHS). Le métal de placage peut s'étendre aux portions du substrat 1 qui ne font pas partie de l'ouverture et s'étend transversalement comme électrode 28, comme cela est montré sur la figure 8.
GaAs opposée à la nervure 8 est enlevée de façon qu'une partie de la couche de plaquage 2 soit exposée à l'opposée à la nervure. Un métal 27 est déposé sur la partie exposée de la couche de placage, remplissant une ouverture dans le substrat 1, comme puits de chaleur métallisé (PHS). Le métal de placage peut s'étendre aux portions du substrat 1 qui ne font pas partie de l'ouverture et s'étend transversalement comme électrode 28, comme cela est montré sur la figure 8.
Etant donné que le métal, typiquement de l'or, du PHS ne supporte pas la propagation de lumière comme le fait le substrat 1 en GaAs, le PHS est efficace en éliminant la fuite de lumière dans le substrat et réduit ainsi la divergence de champs éloigné du faisceau de lumière laser. Bien que le PHS soit montré comme partie d'une structure laser semiconducteur particulière sur la figure 8, ce PHS peut être utilisé dans n importe lequel des autres modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus pour procurer un contrôle supplémentaire de la divergence du faisceau de lumière laser, en mettant en oeuvre la limitation de divergence produite par les autres caractéristiques de ces autres modes de réalisation, ainsi qu'une dissipation de chaleur améliorée.
Claims (14)
1. Laser semiconducteur à hétérojonction double, caractérisé en ce qu'il comprend
un substrat semiconducteur en un premier matériau semiconducteur ayant un premier type de conductivité
disposées successivement sur le substrat semiconducteur, une première couche de placage du premier type de conductivité, une couche active, une seconde couche de placage d'un second type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, la seconde couche de placage ayant une nervure centrale comprenant les surfaces latérales et une face de sommet
une couche d'arrêt de courant du premier type de conductivité déposée sur la seconde couche de placage et en contact avec les surfaces latérales de la nervure
une couche de contact d'un second type de conductivité en le premier matériau semiconducteur, déposé sur la face de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant ; et
des première et seconde électrodes venant en contact avec le substrat semiconducteur et la couche de contact, respectivement, dans lequel au moins une des première et seconde couche de placage est une couche de super réseau comprenant une pluralité de couches alternantes de différentes compositions, le réseau de couches de superréseau étant adapté au premier matériau semiconducteur.
2. Laser semiconducteur à double hétérojonction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier matériau semiconducteur est du GaAs et la couche de super-réseau comprend des couches alternantes de AlGaAs et InGaAsP.
3. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche active comprend des structures de puits quantique multiple comprenant des couches alternantes de InGaAs et de AlGaAs.
4. Laser semiconducteur à hétérojonction double, caractérisé en ce qu'il comprend
un substrat semiconducteur ayant un premier type de conductivité
successivement déposées sur le substrat semiconducteur, une première couche de placage du premier type de conductivité, une couche active et une seconde couche de placage d'un second type de condcutivité, opposé au premier type de conductivité, la seconde couche de placage ayant une nervure centrale comprenant des surfaces latérales et une surface de sommet
une couche d'arrêt de courant du premier type de conductivité déposé sur la seconde couche de placage et venant en contact avec les surfaces latérales de la nervure
une couche de contact du second type de conductivité, déposée sur la surface de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant ; et
des premier et second électrodes contactant le substrat semiconducteur et la couche de contact, respectivement, dans lequel la couche de contact comprend un creux central opposé à la nervure.
5. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 4, caractérisé en ce que le creux s'étend vers et expose la face de sommet de la nervure.
6. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde électrode vient en contact avec la face de sommet de la nervure dans le creux.
7. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 6, caractérisé en ce que le creux est plus large que la face de sommet de la nervure de façon que la couche de contact ne vienne pas en contact avec la surface de sommet de la nervure.
8. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde électrode n'est pas disposée à l'intérieur du creux.
9. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 8, caractérisé en ce que le creux est plus étroit que la face de sommet de la nervure de façon que la couche de contact vienne en contact avec une partie de la face de sommet de la nervure.
10. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 5, caractérisé en ce que le creux comprend des portions séparées par au moins une portion de la couche de contact, transversale au creux.
11. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 10, caractérisé en ce que le creux comprend une pluralité de portions exposant respectivement des parties de la couche de contact, les parties de creux étant essentiellement uniformes quant à leur aire et arrangées sous forme d'une matrice périodique le long d'une direction de longueur de la face de sommet de la nervure.
12. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matrice périodique a une période égale à la longueur d'onde de la lumière laser produite par le laser semi-conducteur divisé par deux fois l'indice de réfraction du guide d'ondes du laser semiconducteur.
13. Laser semiconducteur à hétérojonction double selon la revendication 4, caractérisé en ce que le creux ne s'étend pas jusqu'à la face de sommet de la nervure, la seconde électrode est disposée dans le creux, et la portion de la couche de contact plus mince d'une longueur d'onde de la lumière produite par le laser semiconducteur est disposé entre la surface de sommet de la nervure et la seconde électrode.
14. Laser semiconducteur à hétérojonction double caractérisé en ce qu'il comprend
un substrat semiconducteur ayant un premier type de conductivité
successivement déposées sur le substrat semiconducteur, une première couche de placage du premier type de conductivité, une couche active, et une seconde couche de placage d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, la seconde couche de placage ayant une nervure centrale comprenant des faces latérales et une face de sommet
une couche d'arrêt de courant du premier type de conductivité disposée sur la seconde couche de placage et en contact avec les surfaces latérales de la nervure
une couche de contact du second type de conductivité disposée sur la face de sommet de la nervure et sur la couche d'arrêt de courant ; et
des première et seconde électrodes venant en contact avec le substrat semiconducteur et la couche de contact respectivement,
dans lequel le substrat comprend un creux central opposé à la nervure, exposant la première couche de placage et comprenant un métal remplissant le creux central dans le substrat et s'étendant de la première couche de placage à la première électrode.
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