FR2804794A1 - METHOD FOR SELECTIVELY CONTROLLING THE OXIDATION OF A LAYER IN A VERTICAL CAVITY SURFACE EMISSION LASER, AND LASER OBTAINED BY MEANS OF THIS METHOD - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé permettant de commander l'oxydation d'une couche (190) contenant une matière oxydable qui s'étend dans un plan transversal d'un laser à émission en surface à cavité verticale noté VCSEL, lequel comprend en outre un substrat (101), des empilements de Bragg (109) et (127), une région active (117) et une région de contact (132). Le procédé effectue une implantation sélective d'ions dans des régions transversalement séparées de la couche (190) afin de modifier la concentration en la matière oxydable dans les régions transversalement séparées. Ensuite, on oxyde la couche, le degré d'oxydation de la couche variant suivant la direction transversale entre les régions implantées (190a) et les régions non implantées (190b) de la couche. L'invention concerne également le laser ainsi réalisé.A method for controlling the oxidation of a layer (190) containing oxidizable material that extends in a transverse plane of a vertical cavity surface emitting laser denoted VCSEL is disclosed, further comprising a substrate (101), Bragg stacks (109) and (127), an active region (117) and a contact region (132). The method performs selective ion implantation in transversely separated regions of the layer (190) to modify the concentration of oxidizable material in the transversely separated regions. Next, the layer is oxidized, the degree of oxidation of the layer varying in the transverse direction between the implanted regions (190a) and the non-implanted regions (190b) of the layer. The invention also relates to the laser thus produced.
Description
La présente invention concerne de façon générale les lasers à émission enThe present invention relates generally to lasers with emission in
surface à cavité verticale, notés VCSEL, et, plus particulièrement, un procédé surface with vertical cavity, noted VCSEL, and, more particularly, a process
permettant de commander l'oxydation sélective des VCSEL. allowing to control the selective oxidation of VCSELs.
Dans un VCSEL, une région active est disposée entre des empilements de couches à indices de réfraction alternant qui forment des miroirs de Bragg suivant un agencement vertical. Typiquement, les couches de Bragg sont faites In a VCSEL, an active region is arranged between stacks of layers with alternating refractive indices which form Bragg mirrors in a vertical arrangement. Typically, Bragg layers are made
d'arséniure de gallium/arséniure de gallium-aluminium (GaAs/AlGaAs). gallium arsenide / gallium aluminum arsenide (GaAs / AlGaAs).
Les VCSEL sont avantageux pour un certain nombre de raisons, comme par exemple leur structure plane, le fait qu'ils émettent de la lumière perpendiculairement à la surface de la puce, et les possibilités qu'ils offrent d'une fabrication par groupes. Ils trouvent par exemple leurs applications comme VCSELs are advantageous for a number of reasons, such as their planar structure, the fact that they emit light perpendicular to the surface of the chip, and the possibilities they offer for group manufacturing. They find for example their applications as
dispositifs d'excitation dans les communications par fibres optiques. excitation devices in fiber optic communications.
Dans un VCSEL complet, des régions de confinement optique sont disposées de part et d'autre de la région active. Des régions de transition sont placées entre les régions de confinement optique et les miroirs de Bragg de façon à autoriser la transition régulière allant de la région de confinement optique aux empilements de Bragg. Des régions de contact sont formées sur le côté extérieur des empilements de Bragg. Les régions de transition sont typiquement formées de couches de AlAs ou de AlGaAs pour assurer l'adaptation avec les couches de In a complete VCSEL, regions of optical confinement are arranged on either side of the active region. Transition regions are placed between the optical confinement regions and the Bragg mirrors so as to allow the smooth transition from the optical confinement region to the Bragg stacks. Contact regions are formed on the outside of the Bragg stacks. The transition regions are typically formed from layers of AlAs or AlGaAs to ensure adaptation with the layers of
Bragg.Bragg.
Un VCSEL typique de ce type est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 5 764 671, auquel on pourra se reporter pour obtenir de plus A typical VCSEL of this type is described in U.S. Patent No. 5,764,671, which may be referred to for further
amples informations.further information.
Il est souhaitable d'oxyder sélectivement des parties des couches de AlAs ou de AlGaAs des miroirs de Bragg ou des régions de transition de façon à obtenir un certain nombre d'avantages comme par exemple un meilleur confinement des porteurs, une résistance série diminuée, etc., ce qui améliore le gain optique et abaisse le courant de seuil du VCSEL. Cette technique est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 5 359 618, auquel on pourra se It is desirable to selectively oxidize parts of the AlAs or AlGaAs layers of Bragg mirrors or transition regions so as to obtain a certain number of advantages such as better confinement of the carriers, reduced series resistance, etc. ., which improves the optical gain and lowers the threshold current of the VCSEL. This technique is described in U.S. Patent No. 5,359,618, which may be
reporter.report.
Dans la technique antérieure, on commande le processus d'oxydation en jouant sur le temps ou le débit de vapeur d'eau, ce qui signifie, en pratique, qu'on retire l'échantillon hors du four ou qu'on coupe simplement l'arrivée de la vapeur d'eau. On sait également dans la technique antérieure que l'on peut modifier le pourcentage de gallium pour renforcer ou réduire l'oxydation de la In the prior art, the oxidation process is controlled by varying the time or the flow of water vapor, which means, in practice, that the sample is removed from the oven or that the cut is simply cut. arrival of water vapor. It is also known in the prior art that the percentage of gallium can be modified to reinforce or reduce the oxidation of the
couche de Al(x) Ga{x) As massif.layer of massive Al (x) Ga {x) As.
Un but de l'invention est d'améliorer l'aptitude à effectuer l'oxydation An object of the invention is to improve the ability to carry out oxidation
sélective de parties des couches de Bragg. selective of parts of the Bragg layers.
Selon l'invention, il est proposé un procédé permettant de commander l'oxydation d'une couche contenant une matière oxydable s'étendant suivant un plan transversal dans un laser à émission en surface à cavité verticale (VCSEL), le procédé comprenant les opérations suivantes: implanter sélectivement des ions dans des régions transversalement séparées de la couche afin de modifier la concentration en la matière oxydable dans les régions transversalement séparées, puis oxyder la couche, de sorte que le degré d'oxydation de la couche dans une direction transversale varie entre les régions implantées et les régions non According to the invention, there is provided a method for controlling the oxidation of a layer containing an oxidizable material extending along a transverse plane in a surface emission laser with vertical cavity (VCSEL), the method comprising the operations following: selectively implanting ions in regions transversely separated from the layer in order to modify the concentration of oxidizable material in the regions transversely separated, then oxidizing the layer, so that the degree of oxidation of the layer in a transverse direction varies between established regions and regions not
implantées de la couche.layer implanted.
Par exemple, l'implantation d'ions de Ga dans AlAs ou AlGaAs abaissera la concentration en AI, ce qui aura alors pour effet de réduire notablement la vitesse d'oxydation. En masquant la couche, on peut sélectivement For example, the implantation of Ga ions in AlAs or AlGaAs will lower the AI concentration, which will then have the effect of significantly reducing the oxidation rate. By masking the layer, we can selectively
commander la vitesse d'oxydation sur sa dimension transversale. control the oxidation speed on its transverse dimension.
D'autres types d'ions peuvent être utilisés pour commander l'oxydation dans une couche particulière. Par exemple, l'implantation d'ions d'oxygène peut être utilisée pour effectuer l'oxydation sélective d'une couche ayant une concentration élevée en Al. Dans ce cas, il faut chauffer la plaquette après Other types of ions can be used to control oxidation in a particular layer. For example, the implantation of oxygen ions can be used to effect the selective oxidation of a layer having a high concentration of Al. In this case, the wafer must be heated after
l'implantation.implantation.
On peut appliquer cette technique à toutes les matières pour VCSEL dans lesquels une modification de la concentration en métal (normalement A1) This technique can be applied to all materials for VCSEL in which a change in the metal concentration (normally A1)
dans une couche particulière est souhaitée. in a particular layer is desired.
Grâce à la fabrication de composants plus reproductibles, on peut augmenter le rendement de production, ce qui donne aux consommateurs un By making more reproducible components, production efficiency can be increased, giving consumers a
produit de meilleur qualité.better quality product.
L'invention propose également un laser à émission en surface à cavité verticale, comprenant au moins une couche d'oxydation qui contient une matière oxydé divisée en une pluralité de régions transversalement séparées o des ions on été implantés, le degré d'oxydation de ladite couche variant suivant la direction transversale entre lesdites régions implantées et lesdites régions non implantées de The invention also provides a surface emission laser with a vertical cavity, comprising at least one oxidation layer which contains an oxidized material divided into a plurality of transversely separated regions where ions have been implanted, the degree of oxidation of said ion. layer varying in the transverse direction between said implanted regions and said non-implanted regions of
ladite couche.said layer.
On va maintenant décrire l'invention de manière un peu détaillée, à simple titre d'exemple, en se reportant à la figure unique, celle-ci étant une section We will now describe the invention in a little detail, by way of example, with reference to the single figure, this being a section
droite faite dans un VCSEL.right made in a VCSEL.
Le VCSEL 10 est formé sur un substrat 101 qui présente une région de The VCSEL 10 is formed on a substrate 101 which has a region of
contact sur son envers. Le VCSEL 10 est constitué d'un empilement de Bragg 109. touch on its reverse side. The VCSEL 10 consists of a stack of Bragg 109.
d'une région active 117, laquelle peut être prise en sandwich entre des couches de confinement optique d'un empilement de Bragg 127 et d'une région de contact 132. Cette structure générale est décrite de manière plus détaillée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 764 671, auquel on pourra se reporter si on le souhaite. Une couche 190 prévue pour l'oxydation et consistant en AlGaAs est placée au-dessus de la couche active 117. La couche d'oxydation 190 est prévue pour l'oxydation et vise à améliorer les propriétés du dispositif tel que of an active region 117, which can be sandwiched between optical confinement layers of a Bragg stack 127 and of a contact region 132. This general structure is described in more detail in the United States patent. United States of America No. 5,764,671, to which reference may be made if desired. A layer 190 intended for oxidation and consisting of AlGaAs is placed above the active layer 117. The oxidation layer 190 is provided for oxidation and aims to improve the properties of the device such as
décrit ci-dessus.described above.
Pendant le processus de fabrication, on masque la couche 190 afin de laisser des régions exposées 190a tandis que l'on couvre des régions 190b au moyen du masque. On implante ensuite des ions de gallium, au moyen d'un processus d'implantation classique, dans les régions exposées 190a afin de réduire During the manufacturing process, layer 190 is masked to leave exposed regions 190a while regions 190b are covered with the mask. Gallium ions are then implanted, using a conventional implantation process, into the exposed regions 190a to reduce
la concentration en Al dans la couche 109. the Al concentration in layer 109.
Après avoir enlevé le masque de la couche d'oxydation 190, on place le dispositif dans un four d'oxydation, d'une manière classique. Le degré d'oxydation varie sur la plaquette suivant la direction indiquée par la flèche X. Là o la concentration en Ai est diminuée, dans la région 190a, on constate une diminution importante de la vitesse d'oxydation, ce qui entraîne que le degré After removing the mask from the oxidation layer 190, the device is placed in an oxidation oven, in a conventional manner. The degree of oxidation varies on the wafer in the direction indicated by the arrow X. Where the concentration of Ai is reduced, in region 190a, there is a significant decrease in the speed of oxidation, which results in the degree
d'oxydation varie sur l'étendue de la plaquette. oxidation varies over the extent of the wafer.
En faisant varier la taille des régions 190a et la dose d'implantation, on By varying the size of the regions 190a and the implantation dose, we
peut sélectivement commander, sur l'étendue de la plaquette, le degré d'oxydation. can selectively control, over the range of the wafer, the degree of oxidation.
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