Brevet FR2534079A1 — publié le 19840406

Dispositif laser à semi-conducteur ". La présente invention concerne de façon générale un dispositif laser à semi-conducteur et notamment un dis- positif laser à semi-conducteur destiné à constitué une source lumineuse pour l'enregistrement ou la lecture dans un appareil d'enregistrement et/ou de reproduction (ou lecture) d'un disque optique vidéo, d'un disque numérique, audio ou autre. Suivant une classification très schématique, les dispositifs-lasers à semi-conducteur classiques peu- vent se répartir suivant que leur mécanique optique et de retenue des porteurs estde type à guidage par indice de réfraction ou à guidage par le gain. Les figures 1 et 2 montrent à titre d'exemple un dispositif-laser à semi-conducteur à guidage par- l'indice de réfraction Selon les figures 1 et 2, on a un support 1 en Ga As par exemple de type N Sur une sur- face principale de ce support, on a réalisé une partie concave 2 en forme de bande (figure 1) ou une partie con- vexe 3 (figure 2) s'étendant dans une direction Sur le support 1 qui comprend la partie concave 2 ou la partie convexe 3, on a développé successivement suivant une crois- sance épitaxiale, une première couche de revêtement 4 de type N constituée par Ag, x Ga 1 x As, une couche active 5 de type P ou N par exemple en Ga As, une seconde couche de revêtement 6 de type P par exemple en A 2 X Ga x As et une couche de recouvrement 7 de type P qui est utile pour assurer le contact ohmique avec une électrode Comme l'in- tervalle de la bande interdite de la première et de la seconde couches de revêtement 4 et 6 est choisi important, on a une jonction hétérogène entre la couche active Set respectivement la première et la seconde couches de revê- tement 4 et 6; en plus de la partie concave 2 ou de la partie convexe 3 réalisées dans le support 1, on a une région photo-émissive 8 en forme de bande réalisée dans la couche active 5, dans une direction, entre les parties courbées de la première et de la seconde couches de revê- tement 4 et 6 En effet, le regroupement optique est réalisé par la différence d'indice de réfraction due aux parties courbes ci-dessus. La figure 3 montre un dispositif-laser à semi- conducteur de type à guidage par le gain Ainsi sur le support 1 qui présente une surface plane, on développe par croissance épitaxiale la première couche de revêtement 4, la couche active 5, la seconde couche de revêtement 6 et la couche de recouvrement 7 comme ci-dessus On forme par injection sélective par exemple par injection de protons à partir dudessus de la couche de recouvrement 7, des couches très résistantes 9 Puis, on réalise un chemin de courant 10 en forme de bande par des couches à forte résistance 9 pour assurer la concentration du cou- rant Cette concentration du courant permet de limiter la région photoémissive en forme de bande dans la couche active 5. Bien que les dispositifs-lasers à semi-conduc- teur à guidage par indice de réfraction et à guidage par le gain présentent des avantages respectifs, ils ont éga- lement des inconvénients De façon plus particulière, comme le mode longitudinal d'un dispositif-laser à semi- conducteur à guidage par indice de réfraction et le mode simple, lorsque ce dispositif-laser à semi-conducteur est utilisé comme source de lumière pour l'inscription ou la lecture dans un appareil d'enregistrement et/ou de lec- ture de disques optiques vidéo ou autres, le dispositif- laser est facilement influencé par le bruit engendré par la lumière de retour Par ailleurs, comme il existe une position dite de resserrement du faisceau au voisinage de la surface correspondant à l'extrémité lumineuse de - la région photo-émissive, ce laser à semi-conducteur à indice de réfraction présente l'avantage qu'en pratique on puisse facilement déterminer la position du foyer En outre, ce type de laser a l'avantage qu'une image lon- gue distance c'est-à-dire à un-schéma de champ éloigné concernant la section transversale parallèle au plan de jonction et symétrique par rapport au côté gauche et au côté droit et qu'il permet d'obtenir un point de fais- ceau ayant une déformation moindre, et cela facilement comme source lumineuse de lecture ou d'inscription des- tinée à une application pratique Dans le dispositif- laser à semi-conducteur à-guidage par le gain, ci-dessus, il y a des inconvénients car la position de pincement du faisceau se trouve à l'intérieur de la surface d'extré- mité de la région photo-émissive à une distance d'envi- ron 20 microns et de plus-le schéma de champ éloigné ris- que de devenir asymétrique par rapport au côté gauche et au côté droit Etant donné les inconvénients ci-dessus, le phénomène d'astigmatisme est important et la déforma- tion du point du faisceau devient relativement grande. Toutefois dans ce dispositif-laser à semi-conducteur à guidage par le gain, le mode longitudinalest le mode mul- tiple, si bien que ce dispositif-laser est moins influencé par les bruits engendrés par la lumière en retour. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions ci-dessus et se propose de créer un dispositif-laser à semi-conducteur combinant. les avantages des dispositifs-lasers à semi-conducteur à guidage par l'indice de réfraction et à guidage par le gain, et qui présente une combinaison particulièrement avantageuse des caractéristiques de ce-type de laser. L'invention a également pour but de créer un dispositif-laser à semiconducteur convenant comme source lumineuse pour l'inscription et/ou la lecture dans un appareil d'inscription et/ou de lecture de disque optique vidéo, de disque audio numérique etc. L'invention se propose également de créer un dispositif-laser à semi-conducteur donnant un point de faisceau de meilleure forme lorsqu'il est utilisé comme source lumineuse, et permettant de faciliter la conception d'un système à lentille optique ou autre pour utiliser la source lumineuse ci-dessus. A cet effet, l'invention concerne un dispositif laser à semi-conducteur comportant une région photo-émis- sive en forme de bande réalisée dans une couche active, une partie courbe formée dans la couche active sur la partie de l'extrémité lumineuse de la région photo-émis- sive, dans une plage correspondant approximativement à la largeur de la région photo-émissive et la partie plate formée dans la couche active, dont la largeur est supé- rieure à celle de la région photo-émissive à l'intérieur de la partie d'extrémité de la région photo-émissive. Dans ces conditions, le dispositif-laser à semi-conduc- teur selon la présente invention est du type à indice de réfraction au niveau des extrémités de sortie de lumière dans les deux parties d'extrémité de la région photo- émissive et comme laser à guidage par le gain dans au moins une partie entre les extrémités de sortie de lumière. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: les figures 1 à 3 sont des vues en coupe transversale respectives de différents exemples de dispo- sitifs-laser à semi-conducteur, connus. la figure 4 est une vue à échelle agrandie et en plan d'un dispositiflaser à semi-conducteur selon la présente invention. les figures 5 et 6 sont des vues en coupe transversale respectives, agrandies, prises selon les lignes A-A et B-B de la figure 4. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL DE L'INVENTION: Un mode de réalisation d'un dispositif-laser à semi-conducteur selon l'invention se décrit en référence aux figures 4 et 6 La figure 4 est une vue en plan à échelle agrandie alors que les figures 5 et 6 sont res- pectivement des vues en coupe à échelle agrandie selon les lignes A-A et B-B de la figure 4. Selon la présente invention, il est prévu un support monocristallin par exemple un support 11 Ga As de type N Sur ce support 11, on développe par croissance épitaxiale, une première couche de revêtement 12 faite en Ax Gal x As de même type de conductivité que le support 11 par exemple de type N; puis, on réalise une couche active 13 de type N ou P constituée par exemple par Ga As une seconde couche de revêtement 14, conductrice, de type P réalisée en A Jx Ga 1 x As et une couche de recouvre- ment 15 de type P réalisée en Ga As ou analogue et qui est à forte concentration de type P Ces couches semi- conductrices 12 à 15 peuvent être réalisées par une série d'opérations selon le procédé MBE (croissance épitaxiale par faisceau moléculaire) ou par décomposition thermique d'organo-métaux c'est-à-dire le procédé de croissance épitaxiale en phase vapeur utilisant la décomposition thermique par exemple du triméthyl aluminium, du triméthyl gallium et de I'arsénure etc On injecte sélectivement des protons dans la partie autre que la partie 16 du chemin de courant en forme de bande, à partir de la sur- face par exemple de la couche semi-conductrice 15 pour former une région limiteë de courant 17 de forte résistance. La profondeur de cette région limite de courant 17 ou la * 5 profondeur de l'injection des protons est choisie de façon à atteindre la seconde couche de revêtement 14 mais non * la couche active 13 Comme décrit ci- dessus, la région photo-émissive en forme de bande qui s'étend dans une direction et qui est appelée "structure de type guidage par le gain" décrite *en relation avec la figure 3 est ainsi formée dans la couche active 13. De façon détaillée selon la présente invention, aux deux extrémités de la bande c'est-à-dire aux deux P extrémités de sortie de lumière de la région photo-émis- sive, on a des parties concaves 18 respectives sur le support Il et ces parties concaves 18 sont formées dans l'ordre de la première couche de revêtement 12, de la couche active 13 et de la seconde couche de revêtement 14 Ainsi sur les deux extrémités de sortie de lumière de la région photo-émissive, l'existence des parties concaves 18 permet de réaliser les parties courbes en pinçant la région photo-émissive de la couche active 13 pour obtenir une structure à guidage par indice de réfrac- tion. Dans le mode de réalisation ci-dessus de la présente invention, la partie concave 18 est réalisée sur le support 11 pour former ainsi la partie de guidage par indice de réfraction Toutefois dans certains cas, une telle version est possible Cela signifie qu'à la place de la partie concave 18 comme décrit ci-dessus en référence à la figure 2, on forme des parties convexes sur le support 11; les parties convexes sont limitées aux deux extrémités c'est-à-dire aux extrémités de sortie de la lumière dans la région photo-émissive dans la direc- tion de la bande, puis on forme la première couche de revêtement 12, la couche active 13, la seconde couche de revêtement 14 etc sur les parties convexes pour que les parties courbes soient réalisées des deux côtés de la région photo-émissive dans la couche active 13 donnant ainsi une structure à guidage par réfraction. Comme mentionné ci-dessus dans le mode de réalisation de l'invention, les parties concaves ou convexes sont réalisées sur le substrat 11 Les deux côtés de la région photo-émissive aux deu-x extrémités sont pincés par la partie courbe de la partie concave ou convexe, en formant ainsi une structure de guidage par indice de réfraction Dans ces conditions, si la lar- geur des parties concaves ou convexes est choisie de façon adéquate et que l'épaisseur de la seconde couche de revêtement 14 est également choisie correctement, les parties convexes ou concaves du support Il sont noyées et la surface de la couche de revêtement 14 est une sur- face pratiquement plane, ce qui permet de réaliser une couche derecouvrement 15 pratiquement plane Pour former en sécurité les parties courbes sur la couche active 13 suivant les parties concaves 18 ou les parties convexes sur le support 11, il est souhaitable que les couches semi-conductrices respectives 12 à 14 soient réalisées selon le procédé MBE ci-dessus ou suivant le procédé de croissance épitaxiale avec décomposition thermique Bien que non représentée, une électrode est déposée sur la couche de recouvrement 15 en contact ohmique avec celle- ci sur la partie de passage de courant 16 et les régions de limitation de courant 17, isolées alors que l'autre électrode est déposée sur la surface inférieure du support 11 en contact ohmique avec celle-ci. Selon ce mode de réalisation, comme le courant est concentré dans la région en forme de bande pincée entre les régions 17 qui ont une résistance élevée obte- nue par injection par exemple de-protons, on obtient la région photoémissive en forme de bande dans la couche active 13 Dans ces conditions, les parties courbes sont réalisées des deux côtés des extrémités respectives de sortie de lumière de la région photo-émissive en forme de bande, ce qui donne une structure à guidage par indice de réfraction alors que dans les parties intérieures, il y a une couche active plate ne comportant pas de par- ties courbes, qui est plus large que la largeur de la région photoémissive en forme de bande, ce qui donne une structure à guidage par le gain, dans laquelle les limites de courant et les limites optiques sont assurées par la distribution de la concentration des porteurs par suite de l'effet dit de concentration du courant. Dans l'exemple ci-dessus, les parties à-guidage par indice de réfraction sont formées seulement aux deux extrémités de la région photo-émissive Il est possible de réaliser une partie travaillant avec un guidage par le gain, sur une fraction de la partie intérieure des deux extrémités de la région photo-émissive et en outre la partie fonctionnant avec guidage par indice de réfrac- tion est réalisée-sur l'autre partie En d'autres termes, les parties concaves et convexes peuvent être réalisées sur le support 1 l ci-dessus non seulement aux deux extré- mités de la structure en forme de bande mais également à l'intérieur de celle-ci et de façon discontinue De plus, il est possible de ne prévoir la partie à guidage par indice de réfraction, seulement au voisinage de l'ex- trémité o doit se trouver la position de pincement du faisceau et la partie à guidage par le gain peut se pré- voir à l'autre extrémité, là o la position de pincement du faisceau n'est pas nécessaire. Comme indiqué ci-dessus, dans le dispositif- laser à semi-conducteur de 1 'invention, comme la partie à guidage par indice de réfraction est prévue à au moins une extrémité de la région photo-émissive et que la partie à guidage par le gain est prévue sur au moins une partie intérieure, on a les caractéristiques avantageuses des deux types de dispositifs-lasers à semi-conducteur En d'autres termes selon la présente invention, comme on peut placer la position de pincement du faisceau à l'ex- trémité de la région photo-émissive et que la symétrie- du modèle de champ éloigné est meilleure, on peut réali- ser un dispositif-laser à semi-conducteur qui détermine facilement le foyer avec moins de déformation du point, ce qui facilite la conception du système optique corres- pondant. En outre comme le dispositif-laser à semi- conducteur selon l'invention est moins influencé par les bruits engendrés par la lumière de retour, lorsque le dispositif-laser à semi-conducteur est utilisé comme source lumineuse d'enregistrement et/ou de lecture d'un disque vidéo optique ou autre, cela donne un enregistre- ment et une lecture plus précis. R E V E N D I C A T I O N Dispositif-laser à semi-conducteur composé d'un support semi-conducteur ( 11) avec une première couche de revêtement ( 12), une couche active ( 13), une seconde couche de revêtement ( 14), une couche de recouvrement ( 15) et une seconde électrode étant réaliséessur l'autre sur- face principale de ce support semi-conducteur ( 11), avec formation d'une Jonction hérétogène entre la couche active ( 13) et la première et la seconde couches de revê- tement ( 12, 14) respectives, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une région photo-émissive en forme de bande réalisée dans la couche active ( 13), une partie courbe ( 18) formée sur la couche active ( 13), à au moins une extrémité de sortie de lumière de la région photo- émissive dans une plage correspondant approximativement à la largeur de la région photo-émissive, et une partie plate formée sur la couche active ( 13), au moins sur le côté intérieur de la partie courbe de la région photo- émissive, et dont la largeur est suffisamment plus grande que celle-de la région photo-émissive.