Brevet FR2511810A1 — publié le 19830225

La présente invention concerne une diode laser ou diode à effet laser. Dans la technique, on connaît, parmi les dio- des à effet laser, une diode de ce type possédant une double structure hétérogène comme cela est représenté sur la figure 1 annexée à la présente demande Cette dio- de à effet laser est constituée, comme cela est repré: senté sur la figure, par une couche active 2 de Ga As, qui est disposée sur un substrat semiconducteur 1 pour la pro- duction d'oscillations laser, et par une électrode 3 qui est disposée sur la surface du substrat et à laquelle est relié par soudage un fil 4 en Au. Il est usuel que la couche active mentionnée ci-dessus 2 soit constituée sous la forme d'une bande, avec une profondeur d'environ 2 microns au centre du sub- strat 1, de manière qu'elle soit entourée par une couche ensevelie du enterrée 5 de Ga At As sur la surfacé du sub- strat, comme cela est représenté sur la figure 1, Ici, afin de faciliter le processus de soudage du fil, confor- mément à la technique antérieure, la liaison par soudage du fil 4 en Au est réalisée dans la partie centrale de la surface du substrat, comme représenté sur la figure 1 Ce- pendant, étant donné qu'une partie de la couche active 2 est disposée juste au-dessous de la surface de liaison par son-dage, il se présente un problème consistant en ce qu'un endommagement mécanique est provoqué par la contrainte de fixation par soudage au niveau de la couche active 2 de Ga As ou des couches 6 en Ga 1 x A Zx As (x désignant une frac- tion molaire) juste au-dessous de la surface de soudage ou au niveau de l'interface entre les couches, ce qui ré- duit la durée de vie de la diode à effet laser. Selon l'une des méthodes destinées à empê- cher l 'endommagement mécanique mentionné p Drécédem- ment, _l a été proposé une réalisation dans laauel- le la diode à effet laser est fixée sur un support 7 de telle manière que la surface la plus rapprochée de la sur- face active 2 en Ga As soit tournée -vers le bas comme cela est représenté sur la figure 2 annexée à la présente de- mande, le fil 4 en Au étant soudé à la face arrière du substrat et ce à distance (égale à environ 98 microns) de la couche active 2 en Ga As Cependant, conformément à la méthode ainsi proposée, bien que cette disposition limi- te légèrement la réduction de la durée de vie de la dio- de à effet laser, en améliorant dans une certaine mesure la résistance thermique, ceci ne change rien au fait que le fil 4 en Au est soudé à la couche active 2 de telle sorte que la réduction de la durée de vie résultant de l' endommagement mécanique devant être appliqué à cette cou- che active 2 ne peut être évitée. La présente invention a été conçue de manière à éliminer le problème mentionné précédemment et a pour but de réduire ou limiter la diminution de la durée de vie d'une diode à effet laser et de réaliser une diode à effet laser qui soit nettement plus précise et efficace. Afin d'atteindre le but mentionné précédemment la présente invention est caractérisée par un agencement dans lequel la position d'une couche active et une posi- tion de fixation ou liaison par soudure sont décalées 1 ' une de l'autre, c'est-à-dire dans lequel il n'existe au- cune couche active juste au-dessous d'un plot de fixation d'un conducteur. Grâce à l'agencement ainsi décrit, il est pos- sible d'obtenir une diode à effet laser possédant une cou- che active présentant un endommagement mécanique moins im- portant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: Les figures 1 et 2, dont il a déjà été fait mention, sont des vues en coupe montrant des exemples d' une diode à effet laser conforme à la technique antérieure; la figure 3 A est une vue en coupe montrant la réalisation de la diode à effet laser selon une première forme de réalisation de la présente invention; la figure 3 B est une vue en plan montrant la mime diode à effet laser; la figure 4 A est une vue en coupe montrant 1 ' état dans laquelle la diode à effet laser est rmontée de façon protégée; la figure 4 B est une vue en plan de la diode à effet laser de la figure 4 A; la figure 5 est une vue en coupe montrant la structure d'une diode à effet laser selon une seconde for- me de réalisation de la présente invention; les figures 6 A à 6 C sont des vues montrant di- verses phases opératoires de l'élaboration de parties d' une pastille, lors du processus de fabrication de la dio- de à effet laser selon la présente invention; la figure 7 est un diagramme caractéristique montrant la variation de la puissance de sortie photo- émissive de la diode à effet laser lors d'un essai de durée de vie; et la figure 8 est une vue en coupe montrant une autre foi-me de réalisation de la présente invention. La figure 3 A est une vue en coupe schématique montrant une première forme de réalisation de la diode à effet laser selon la présente invention, dans laquelle la position de fixation par soudage du fil sur une élec- trode de surface 20 est décalée par rapport à la posi- tion d'une couche active 13 disposée dans une position centrée sur le substrat Sur la figure 3 A, les chiffres de référence 10, 11 et 12 désignent un substrat en Ga As du type N constituant une partie principale de la micro- plaquette, une couche enterrée ou ensevelie en Ga AúAs du type N et une couche enterrée ou ensevelie en Ga Ak As de type p La région, qui est séparée des autres régions par ces couches ensevelies 11 et 12, est formée par la couche active 13 en Ga As qui possède une largeur comprise entre 2 et 3 microns pour la production d'oscillations laser, une couche 14 en Ga Ak As de type p servant de couche for- mant guide optique, une couche 15 en Ga AúAs de type n, une couche 16 en Ga AZ As de type N et une couche diffusée 17 en Zn Les références 18, 19 et 20 désignent respec- tivement une électrode arrière réalisée par une pellicu- le complexe formée par un métal du groupe de l'Au, une pellicule isolante et l'électrode de surface constituée par une pellicule complexe constituée en un métal du grou- pe de l'Au En outre la microplaquette 21 de la diode à effet laser possédant la constitution que l'on vient de décrire est fixée à un support 23 au moyen d'une soudure 22, l'électrode arrière 18 étant tournée vers le bas. D'autre part un fil 26 en Au possédant un diamètre de microns est soudé par thermocompression à l'électro- de de surface 20, tout en évitant la couche active 13 s' étendant suivant la forme d'une bande à travers la par- tie centrale de la microplaquette Etant donné que la partie ou la surface de soudure possède une largeur W 3 d'environ 90 microns, alors que la microplaquette 21 et la couche active 13 possèdent des largeurs respectives W 1 et W 2 ayant pour valeurs 400 microns et 2 à 3 microns, l'opération de fixation par soudage peut être réalisée d'une manière suffisamment efficace tout en étant mise en oeuvre à l'écart de la couche active 13 située au ni- veau de la partie centrale de la microplaquette La fi- gure 3 B est une vue en plan montrant la structure que 1 ' on vient de décrire. Alors, dans le cas o là position de soudage est décalée par rapport au centre de la microplaquette, il est nécessaire d'utiliser une soudure relativement'. dure telle qu'une soudure en Pb Sn pour former la soudu- re 22 servant à relier l'électrode arrière 18 du substrat et le support 23 Cette nécessité est renforcée par le fait qu'il faut empêcher une variation de la précision de position et de la résistance thermique sous l'effet de 1 ' inclinaison de la rmià,,roplaquette 21 par suite de i'appli- catiai d'une pression irrégulière à la microplaquet'te pein- dant l'opération de soudage, Ainsi il est possible de réa- liser une diode à effet laser ou diode laser qu possède une grande précision et un rendement 31 evé. Les tigures 4 A et JI sont respect_-Me-ïwnt un-e vue en coupe schémnatique et une vue îEn plan di'3 sitif à di-ode à effet laser l fixté tégée Sur ces figures, la 21 l" srcs l croplaquette de la diodze à effet 21-r le support soutenant la Cieril ug fet laser, la réf 6 rerce 2 _; le ln I -n la -2,5 u.n cadre cylindrique crtuéer eanc la référence 27 un coiduce U a C z 211 'anek cz Q-1 ï 2 la référence 29 une fiber ' j) coï 1 tr'cie l lzA férence 24 un bottier conduc-beur, e _fe cathode et la référence 28 2 ' te par une pellicule afin de polariser la diode e ffet' _as E 5 z 1 éelo sant, une tension né-gativ,,e e 17 f a P' diaire du support '23 et de la scmwieres 52 arrière 18 de la u I'1 'GD 1 quete a ? ïd _ tion du boîtier conduct-eur 27 A en tanit ques DI autre part la borne de 3)anode cnduetrice r le conducteur) 427 est -fixée aur baîteer 24 par: diaire de l 'isolant 25, tmen étant ecl n lée du boîtier 24, et une -e-nsi on positive est applcruée à l'électrode de surface 20 de lairlaut 21 L partir de cette anode 27, piar l:neréir du e-orduc- teur 26. Conformément à la structure Je la -Préàsen-te in- vention, étant donné qu, la pozi tion de soudae du feil 26 en Au est maintenue écartée 1 c la co-ache actve,& 3, a' est-à dire étant donné q Iue la ce 5 uche active 13 D-lest pas juste au-dessous du plot de fixation du conducteur 26, la contrainte intervenant pendant l'opération de soudage n'est pas appliquée directement à la couche active 13 Il en résulte que la couche active 13, les couches formant guides optiques 14 et 15 ou leurs interfaces ne peuvent subir aucun endommagement mécanique sous l'effet de la contrainte intervenant pendant l'opération de soudage, de sorte que ceci permet de limiter notablement la réduc- tion de la durée de vie de la diode. En outre, étant donné que l'on utilise une sou- dure relativement dure pour constituer la soudure 22, il est possible d'empocher que la précision de positionne- ment et la résistance thermique deviennent faibles comme résultant du fait que la microplaquette 21 est inclinée par suite du déséquilibre de 'application de la pression, qui est dû au fait que la position de soudage ne se trou- ve pas dans la partie centrale de la microplaquette 21. Ci-après on va décrire en référence aux figu- res 5 à 6 C, une seconde forme de réalisation du disposi- tif à diodelaser selon la présente invention Dans cette forme de réalisation, on a supprimé de la description l'1 état de fixation protégée étant donné que c'est le même que celui de la première forme de réalisation représen- tée sur les figures 4 A et 4 B. La figure 5 est une vue en coupe schématique montrant la diode à effet laser et correspond à la fi- gure 3 montrant la première forme de réalisation Sur la figure 5, on a désigné les mêmes éléments que ceux représentés sur la figure I par des chiffres de référen- ce identiques et on n'a pas donné d'explications à leur sujet. Cette seconde forme de réalisation est carac- térisée par le fait que la couche active 13 est disposée dans une position distante de la partie centrale de la microplaquette 21 et que la position de soudage du fil 26 en Au est écartée de la couche active 13 mentionnée précédemment, c'est-à-dire de la partie centrale de la mi- croplaquette 21 Selon cette forme de réalisation, la con- trainte intervenant pendant l'opération de soudage du fil, est appliquée à la partie centrale de la microplaquette 21. Par conséquent, étant donné que la couche active 13 est dans une position distante de ladite partie centrale, 1 ' endommagement mécanique mentionné ci-dessus et dû à la contrainte mentionnée précédemment ne se produit pas, de sorte que la détérioration de la durée de vie de la diode à effet laser peut être réduite de façon notable Confor- mément à la présente forme de réalisation, étant donné que la position de soudage est située au centre, la micro- plaquette 21 ne peut pas être inclinée même si l'on uti- lise, pour constituer la soudure 22, une soudure relative- ment tendre, telle que de l'indium. Par exemple la microplaquette possède une lar- geur W 1 égale à 400 microns, une épaisseur égale à 300 mi- crons et une hauteur égale à 100 microns, tandis que la couche active possède une largeur W 2 d'environ 2 microns au maximum, de sorte que les caractéristiques de la dio- de à effet laser ne sont pas modifiées même dans le cas o la couche active 13 est décalée jusqu'à une valeur d' environ 100 microns par rapport à la partie centrale de la microplaquette, à laquelle le fil 26 en Au doit être soudé. Les figures 6 A à 6 C illustrent une partie du processus de fabrication de la diode à effet laser se- lon la seconde forme de réalisation. Tout d'abord, sans modifier le processus de fabrication de la diode à effet laser possédant la struc- ture hétérogène enterrée selon la première forme de réa- lisation de la présenté invention, par exemple, comme re- présenté sur la figure 5: ( 1) on forme successivement les quatre couches épitaxiales 16,15,13 et 14 sur le substrat (ou la pastille) en Ga As du type n; ( 2) on élimine de fa- çon sélective au moyen d'un traitement d'attaque ou de corrosion chimique les régions devant être équipées des couches ensevelies 11 et 12; ( 3) on forme par croissance épitaxiale les couches ensevelies 11 et 12; ( 4) on réa- lise la diffusion d'une ampoule de Zn; et ( 5) on forme ensuite l'électrode de surface et l'électrode arrière, ce qui achève la réalisation de la diode à effet laser. Les parties hachurées 31 sur la figure 6 A désignent les positions des couches actives 13 A ce stade, on fixe par adhérence une pastille 33 à une feuille tendre 32 et on soumet la face de la pastille à un clivage de manière à former des facettes de clivage 37 qui croisent à angle droit la direction longitudinale des surfaces actives. La figure 6 A montre l'état dans lequel la pastille équi- pée des diodes à effet laser mentionnées précédemment est clivée. Ensuite on effectue des opérations d'incision suivant les directions longitudinales des couches actives 31, comme cela est indiqué par des lignes en trait mixte sur la figure 6 B A ce moment là, on voit bien que les couches actives 31 sont situées dans des positions distan- tes des parties médianes situées entre les lignes d'inci- sion 35 La figure 6 C est une vue schématique montrant une coupe prise suivant la ligne A-A de la figure 6 B. Uoefois ceci effectué, on retire les micropla- quettes 33 en les séparant de la feuille 32 et on soumet les facettes de clivage mentionnées précédemment des mi- croplaquettes 33 à une passivation avec du Si O 2 ou analo- gue, en utilisant un procédé de pulvérisation, ce qui achè- ve la réalisation des éléments formant les diodes à effet laser. Ainsi, conformément à la présente invention, il est possible de réaliser une microplaquette à diodes à ef- fet laser, telle que représentée sur la figure 5, simple- ment en décalant les positions des opérations d'incision, sans aucune modification des procédés de fabrication de la diode à effet laser de l'art antérieur. Conformément à la forme de réalisation décrite ci-dessus, on peut réduire de façon notable la diminution de la durée de vie de la diode à effet laser. La figure 7 illustre les résultats d'un essai de durée de vie du dispositif à diode à effet laser selon la présente invention Dans le cas o des essais de sélec- tion par tri (par exemple les essais de fonctionnement continu à une température élevée pendant 20 heures) des dispositifs respectifs à diodes à effet laser sont effec- tués après les opérations de soudage, l'on constate que 2 ou 3 % des dispositifs de l'art antérieur présen- tent une diminution abrupte de leurs puissances de sor- tie par photoémission sous l'effet dlendommagementsméca- niques, comme cela est indiqué par une courbe B sur la figure 7; Au contraire, la plupart des dispositifs à dio- des à effet laser selon la présente invention présentent des puissances de sortie de photoémission telles que re- t présentées par une couche A sur la figure 7; et peu d' entre eux présentent une chute abrupte de leur puissan- ce de sortie Ceci est dû au fait qu'il est possible de décaler la position de la couche active et la position de soudage du fil de manière à empêcher la couche ou la li- gne active de subir un endommagement mécanique sous I' effet de la contrainte de soudage. En outre, étant donné que la position de souda- ge est situéeau centre de la microplaquette pendant l'opé- ration de soudage, la force est appliquée en moyenne à toute la structure de la microplaquette Par conséquent ceci empêche la microplaquette 21 d'être inclinée, ce qui supprime toute altération de la résistance thermique et de la précision de position Eventuellement on peut obtenir des effets similaires même si l'on utilise comme matériau de soudure, du In, Au, Sn et analogues dans la présente forme de réalisation. En outre, étant donné qu'il ne se produit au- cun endommagement mécanique ni aucune inclinaison de la microplaquette, il est possible d'accroître la charge pen- dant l'opération de soudage Par conséquent on peut être assuré que la connexion du conducteur en Au améliore la fiabilité D'autre part il est possible de réduire l'in- tervalle de temps nécessaire pour l'opération de soudage, de manière à améliorer la capacité de traitement. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation que l'on vient de décrire, mais peut être modifiée de différentes manières. La figure 8 montre une variante de la diode à effet laser possédant la structure hétérogène enseve- lie, et selon laquelle la seconde forme de réalisation est modifiée de telle manière que la microplaquette de la diode à effet laser est fixée par sa face supérieure re- tournée vers le bas sur le support Dans cette variante, la position de la couche active 13 est également décalée de la partie centrale de la microplaquette 21, d'une dis- tance autorisée par les caractéristiques, et le conducteur 26 en Au est soudé à la partie centrale de la microplaquet- te 21 Par conséquent cette variante peut également pré- senter les mêmes effets que ceux de la seconde forme de réalisation indiquée précédemment. 1 1 REVENDICATIONS 1 Diode à effet laser, du type comportant une couche active ( 13) formée dans une partie d'un substrat semiconducteur ( 10) pour le développement d'oscillations laser, et un fil de liaison ( 26) soudé à une électrode ( 20) formée sur ledit substrat, caractériséeen ce que la position soudée du conducteur de liaison ( 26) est mainte- nue à distance de la couche active ( 13). 2 Diode à effet laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche active ( 13) est dis- posée à l'écart du centre dudit substrat ( 10) et que la position (W 3) de soudage du conducteur est située sur le côté à l'écart de là couche active ( 13). 3 Diode à effet laser selon la revendication 2, caractérisée en ce que la position (W 3) de soudage du conducteur est située au centre du substrat ( 10) au voi- sinage de cette position. 4 Diode à effet laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que le soudage du conducteur ( 26) est réalisé en utilisant une méthode de soudage à thermo- compression.