Brevet FR2582455A1 — publié le 19861128

Procédé de fabrication d'un laser à semiconducteur à géométrie à ruban et laser obtenu par ce procédé. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un laser à semiconducteur à géométrie à ruban et un laser obtenu par ce procédé. Elle trouve une application en télécommunications optiques. Le domaine technique de l'invention est celui des lasers à semiconducteurs dits à double hétérostruc- ture. Une telle structure est constituée d'un emplile- ment de couches semiconductrices déposées par épitaxie sur un substrat monocristallin. On trouve en général, en partant du substrat, une première couche de confine- ment, une couche active, (qui est responsable de l'émission de lumière), une seconde couche de confine- ment, une couche de contact et enfin une couche métal- Lique. Le caractère de double hétérostructure vient de ce que la couche active est encadrée par deux couches dont La composition est différente de cette de la cou- che active. Pour les lasers émettant entre 0,8 et 0,9 pm, les couches de confinement sont en alliage Ga lxAlxAs, la couche active et le substrat étant en GaAs; pour les lasers émettant entre 1,3 et 1,65 pm, les couches de confinement sont en Ga1_xInxAs 1Y P, la couche acti- x -yy ve et le-substrat étant en InP. Avec de telles structures, la densité de cou- rant de seuil est de l'ordre de 1 kA/cm2. Pour diminuer le courant de seuil proprement dit, on utilise diffé- rentes techniques permettant de délimiter un ruban actif de faible largeur. Ce ruban permet de confiner les porteurs de charges et de les diriger vers la zone active. On connaît essentiellement trois techniques pour former ce ruban: 1 ) par implantation de protons de part et d'autre d'une fenêtre, ce qui permet de créer deux ré- gions fortement résistives, Le courant ne passant que dans la fenêtre non implantée. Cette technique est dé- crite par exemple dans L'article de L.A. D'ASARO publié dans la revue "Journal of Luminescence" 7,310 (1973) et dans l'article de H.KAN, H. NAMIZAKI, M.ISHII and A.ITO publié dans La revue AppL. Phys. Lett. 27,138 (1975). ) par diffusion de zinc jusqu'à La zone ac- tive, à travers une fenêtre de silice. La zone diffusée présente une conduction plus grande que Les régions qui la bordent. Cette technique est décrite par exemple dans L'articLe de HYONEZU, I.SAKUMA, K.KOBAYASHI, T.KAMEJIMA, M.UENO et Y.NANNICHI, publié dans la revue Jpn. J. Appl. Phys. 12, 1585 (1973) et dans l'article de H.YONEZU, Y.MATSUMOTO, T.SHINOHARA, I.SAKUMA, T.SUZUDI, K.KOBAYASHI, R.LANG, Y.NANNICHI et I.HAYASHI publié dans la revue Jpn J. Appl. Phys. 16 209 C1977). 3 ) par La réaLisation d'un ruban enterré comme décrit dans L'articLe de T. TSUKADA publié dans "Jour. Appl. Phys." 45, 4899 (1974). Bien que satisfaisantes à certains égards ces trois techniques présentent des inconvénients: - la première, qui a recours à une implanta- tion latéraLe de protons, n'améliore pas la conduction dans la zone d'injection des porteurs, - La deuxième, qui procède par diffusion cen- trale, ne diminue pas La conduction des zones latéra- Les, - La troisième, enfin, met en oeuvre une technologie très compLexe, avec notamment une reprise d'épitaxie. Le but de L'invention est de remédier à ces inconvénients. A cette fin, elle préconise un procédé qui combine les techniques d'implantation et de diffu- sion. Selon L'invention, on implante toute La surface de la structure laser avec une impureté dopante de type P (du béryllium par exemple) à une profondeur voulue. Ainsi, la couche superficielle devient électriquement isolante du fait de l'amorphisation totale ou quasi- totale induite par la dose élevée d'impuretés introdui- tes "à force" dans le semiconducteur. Puis, on recuit localement la zone implantée par focaifsation d'une source d'énergie appropriée, ce qui restitue au maté- riau une structure cristalline propre à une bonne con- duction électrique. Par déplacement de la source de rayonnement ou de la plaque support de la structure semiconductrice on donne à la zone recuite La forme d'un ruban aux dimensions voulues. Ainsi, sont combinés les avantages de l'im- plantation (qui conduit à un isolement dans les zones latérales) et de la diffusion, (qui conduit à une aug- mentation de la conduction dans la zone définissant le ruban). La présente invention a également pour objet un laser obtenu par ce procédé. Ce laser est caractéri- sé par la présence d'un ruban cristallin dopé P entouré de zones latérales amorphes. De toute façon, l'invention sera mieux com- prise à la lecture de la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nul- lement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 représente, en coupe, une double hétéro- structure après la première opération d'implanta- tion, - la figure 2 représente, selon La même coupe, la structure après recuit. Sur la figure 1, est représentée une double hétérostructure comprenant un substrat 1 de type N, une première couche de confinement 2, une couche active 3, une seconde couche de confinement 4 et une couche de contact 5. Conformément à L'invention, une implantation ionique, schématisée par les fLèches 10, est effectuée à L'aide d'un dopant de type P, ce qui a pour effet de rendre amorphe une zone 12 (représentée en pointillé). Cette zone présente donc une forte résistivité électri- que. Pour cette implantation, on peut utiliser par exempLe du bérylLium, implanté avec une énergie compri- se entre 250 et 350 keV avec une dose comprise entre 5.1014 et 5.1015 cm2. L'impLantation doit être telle que la zone active 3 ne soit pas atteinte mais seulement approchée. La seconde étape du procédé de l'invention est illustrée sur La figure 2. Au moyen d'une source 20, comme un laser ou un canon à électrons, on irradie La double hétérostructure obtenue après implantation par un faisceau énergétique convenablement focalisé par un moyen 24, pour échauffer les couches superficielles 4 et 5 sur une surface 26 de faible étendue. L'échauffement produit une recristallisation du matériau dans un volume représenté par la zone 30, situé sous la surface 26. La profondeur de ce volume dépend de l'énergie fournie. Celle-ci est réglée pour que la recristallisation atteigne le bas de La zone implantée. Cette recristallisation redonne au matériau sa conductivité, celle-ci étant en outre augmentée du fait de la présence du dopant P préalablement implanté. En déplaçant rectilignement soit la source 20, soit la double hétérostructure, on forme un ruban le long du- quel la conductivité est excellente, ce ruban étant bordé par deux zones amorphes 28a, 28b o la résistivi- té est grande. On a donc ainsi obtenu un confinement des porteurs doublement efficace. L'utilisation d'un laser comme source 20 sem- ble particulièrement avantageuse. On peut utiliser un - laser du type YAG, Nd3+ pulsé délivrant une densité d'énergie moyenne de l'ordre de 0,1 Joule par cm2. La vitesse de déplacement du point d'impact peut être de 0,01 cm/s. On peut utiliser aussi un masque percé d'une ouverture rectiligne et éclairer le tout par une lampe. Lorsque les opérations d'implantation et de recristallisation sont achevées, une couche métallique (non représentée sur les figures) est déposée sur l'en- semble pour être reliée à une source de courant. Dans le cas d'une hétérostructure GaAs/GaAlAs, on peut avoir les compositions et les épaisseurs suivantes, pour les différentes couches, sans que l'invention soit limitée à ce cas: Couche 1: GaAs, épaisseur 100 ljm, Couche 2: Gao,7Alo 3As dopé n (1018 cm-3), épaisseur I pm, Couche 3: GaAs non dopé, épaisseur 0,15 pm, Couche 4: Gao,7Alo,3As dopé p (1018cm-3) , épaisseur 1 pim, + (.0 18cm-3 pisr Couche 5: Gao 9Alo,1As dopé p (5. 1018cm), épaisseur 0,2 pm REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un Laser à semi- conducteur dans lequel on forme une double hétérostruc- ture sur un substrat (1) avec une première couche de confinement (2), une couche active (3), une seconde couche de confinement (4), une couche de contact (5), procédé dans lequel on constitue en outre un ruban o La conduction des porteurs de charges est favorisée par rapport aux zones qui L'entourent, ce procédé étant ca- ractérisé par Le fait que, pour constituer ce ruban: a) on implante dans La couche de contact (5) et dans une partie de la seconde couche de confinement (4) une impureté dopante de type P, avec une énergie et une dose telles que la zone implantée se trouve rendue amorphe, b) on irradie la structure implantée par un faisceau énergétique focalisé apte à recristaLLiser la zone amorphe Le Long d'un ruban. 2. Procédé selon La revendication 1, caracté- risé en ce que le faisceau énergétique est un rayonne- ment optique focalisé (22), La double hétérostructure et Le rayonnement étant déplacés rectiLignement L'un par rapport à l'autre pour obtenir un ruban. 3. Laser obtenu par Le procédé de la revendi- cation 1, ce laser comprenant une double hétérostructu- re sur un substrat (1) avec une première couche de con- finement (2), une couche active (3), une seconde couche de confinement (4) et une couche de contact (5), ce laser possédant un ruban o La conduction des porteurs de charges est favorisée par rapport aux zones qui L'entourent, ce laser étant caractérisé par le fait que ce ruban est constitué par une zone cristalline (26) implantée par une impureté de type P, ce ruban étant entouré de zones implantées par la même impureté mais rendues amorphes par L'implantation.