Brevet FR2591818A1 — publié le 19870619

La présente invention concerne de façon générale un laser à semiconducteu, s à renvoi réparti. Plus spécialement, l'invention s'applique à un laser à semiconducteurs à renvoi réparti qui peut osciller suivant un unique mode longitudinal. Dans un laser à semiconducteurs à renvoi réparti, il est souhaitable d'obtenir une oscillation suivant un unique mode longitudinal. Les lasers à semiconducteurs à renvoi réparti- classiques ont utilisé des réseaux qui sont disposés suivant un un pas régulier pour renvoyer de manière répartie la lumière par réflexion de Bragg. Toutefois, il est difficile de produire un unique mode longitudinal dans des lasers à semiconducteurs à renvoi réparti classiques, car, souvent, sont produits deux modes lumineux longitudinaux, ce qui donne un sautitlement entre modes. Pour éliminer l'inconvénient ci-dessus mentionné et obtenir un unique mode longitudinal, on a proposé des lasers à semiconducteurs à renvoi réparti qui peuvent modifier le pas au voisinage du centre de réseaux afin de produire un déphasage de a, c'est-à-dire un déphasage de À/4 (A est la longueur d'onde d'oscillation). Il est toutefois difficile de fabriquer avec précision un réseau qui peut modifier son pas au voisinage de son centre, de sorte qu'il existe une possibilité de fabrication de produits inférieurs en grande quantité, ceci abaissant le rendement des lasers produits. C'est donc un but principal de l'invention d'éliminer l'inconvénient ci-dessus indiqué et de produire un laser à semi- conducteursà renvoi réparti qui peut osciller suivant un unique mode longitudinal. Un autre but de l'invention est de produire un laser à semiconducteurs à renvoi réparti qui peut osciller suivant un unique mode longitudinal sans qu'il soit besoin de fabriquer un réseau précis qui peut modifier la régularité de son pas et sans abaisser le rendement de fabrication des lasers. Pour atteindre les buts ci-dessus mentionnés, ainsi que d'autres buts particuliers, on produit un laser à semiconducteurs à renvoi séparé qui est doté d'un guide d'ondes optique possédant une première et une deuxième partie en forme de barres rectilignes et une partie fléchie. Pour Le cas de la lumière passant par la partie f'échie, le pas du réseau est un peu plus Long que celui du cas de la lumière passant dans Les première et deuxième parties en barres rectilignes, ce qui a pour effet de déphaser la lumière transmise le long du guide d'ondes optique de X/4 (\ étant la longueur d'ondes d'oscillation), si bien qu'il est produit un unique mode longitudinal. Selon un aspect de l'invention, un laser à semiconducteurs à renvoi réparti comprend: une première couche de revêtement, une couche active disposée sur la face supérieure de la première couche de revêtement, une couche de guidage disposée sur la face supérieure de la couche active, ladite couche de guidage possédant un réseau, une deuxième couche de revêtement disposée sur la face supérieure de la couche de guidage, la deuxième couche de revêtement possédant un guide d'ondes optique,et un moyen permettant de déphaser de X/4 (A étant la longueur d'ondes d'oscillation) la lumière trans- mise suivant ledit guide d'ondes optique. Le réseau est de préférence conçu suivant un pas régulier présentant une section droite trian- gulaire. Le moyen peut faire osciller la lumière laser à mode longitudinal unique à l'aide d'un guide optique comprenant: une première partie en barre rectiligne s'étendant perpendiculairement à la direction dans laquelle s'étendent le bord supérieur et le fond dudit réseau, une partie fléchie s'étendant suivant un certain angle par rapport à la première partie en barre rectiligne, et une deuxième partie en barre rectiligne s'étendant parallèlement à ladite première partie en barre rectiligne. La relation entre la longueur X de la partie fléchie et l'angle 9 de la partie fléchie par rapport à la première et à la deuxième partie en barre recti- ligne obéit à la formule suivante: ( + m)() - cos 2 n 1 -cos a o 9 n'est pas nul, A0 étant le pas lorsque 6 = O, n correspondant au degré du réseaitet m étant un entier. La longueur, de la partie fléchie est de préférence inférieure à environ un dixième de la longueur totale de la couche. L'angle e est de préférence inférieur à 10 . Le réseau peut être disposé sur la face supérieure de la couche active. Le guide d'ondes optique peut être disposé sur la face supérieure de la deuxième de revêtement. Le guide d'ondes optique possède une section rectangulaire. Le guide d'ondes optique peut être un guide d'ondes à saillie intérieure. Le guide d'ondes optique peut être un guide d'ondes à indice comme par exemple un guide du type planar ayant un substrat nervuré et rainuré, ou bien une hétérostructure enterrée. La partie fléchie peut également comprendre une barre régulièrement incurvée. La description suivante, conçue à titre d'ittllustration, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi Lesquels: - la figure 1 est une vue en perpective d'un mode de réalisation préféré d'un laser à semiconducteurs à renvoi réparti selon l'invention; - la figure 2 est une vue en plan d'un laser à semi- conducteurs à renvoi réparti tel que présenté sur la figure I; - la figure 3 est un schéma montrant le principe du déphasage de X/4; et - la figure 4 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation préféré d'un laser à semiconducteurs à renvoi réparti selon l'invention. On se reporte à la figure 1. Le mode de réalisation préféré d'un laser à semiconducteurs à renvoi réparti selon l'invention comporte: un substrat 1 de GaAs de type n; une première couche de revêtement 2, par exemple une couche Alx Ga xAs de type n, disposée sur la face supérieure du substrat I de GaAs de type n; une couche active 3, par exemple une couche de ALyGa1lyAs (y de la couche de guidage 4. Un réseau 7 est disposé sur la face supérieure de la couche de guidage 4. Le réseau 7 est conçu avec un pas régulier et présentant une section droite triangulaire. Le bord supérieur et le fond du réseau s'étendent suivant la direction parallèle aux faces terminales 6a et 6b. En outre, comme représenté sur les figures 1 et 2, la deuxième couche de revêtement 5 est dotée d'un guide d'ondes à saillie intérieure 8 faisant saillie vers le haut. Le guide d'ondes à saillie intérieure 8 possède une section droite rectangulaire et s'étend de la face terminale 6a à la face termi- nale 6b opposée. Le guide d'ondes à saillie intérieure 8 comprend une première partie en forme de barre rectiligne 8a, une partie fléchie 8b et une deuxième partie en barre rectiligne 8c. La première partie en barre rectiligne 8a s'étend de la face termi- nale 6a en direction du centre de la surface supérieure de la deuxième couche de revêtement 5 suivant la direction perpendicu- laire à la face terminale 6a. La partie fléchie 8b s'étend suivant un angle 0 par rapport à la première partie en barre rectiligne 8a, zo la longueur de Ladite partie fléchie étant ú. La deuxième partie en barre rectiligne 8c s'étend de L'extrémité de La partie fléchie 8b jusqu'à la face terminale 6b opposée suivant la direction paraLlèLe à la première partie en barre rectiligne 8a. On décrit ci-dessous comment déterminer la longueur de La partie fléchie 8b du guide d'ondes à saillie intérieure 8 et son angle par rapport à La première partie en barre rectiLigne 8a et à La deuxième partie en barre rectiligne 8c. Dans le cas o Le bord supérieur et le fond du réseau 7 s'étendent suivant la direc- tion parallèle aux faces terminales 6a et 6b comme ci-dessus indiqué, le pas du réseau A. (figure 3) dans la partie fléchie 8b peut être exprimé par La formule suivante, si L'on désigne par A0 le pas lorsque O = O: A' = A0 cos (1) Comme on peut le voir sur La formule (1), le pas du réseau, o la lumière traverse, dans la région correspondant à la partie fléchie 8b au voisinage du centre du guide d'ondes à saillie inté- rieure 8 est un peu plus long que celui des parties en barres rectilignes 8a et 8c, comme indiqué sur La partie (B) de la figure 3. De plus, le pas du réseau, dans le cas du guide d'ondes à saillie intérieure ne possédant pas de partie terminale, est représenté sur la partie (A) de la figure 3. Pour déterminer les phases du réseau,1 Q2 et Q3 telles qu'indiquées sur la figure 3, on peut appliquer les formules suivantes: =2 + 1....(2) 2 A0 1 2nf, n9 % = A 1..... (3) o n est le degré du réseau. A l'aide des formules (2) et (3), on peut exprimer le déphasage AQ entre Q2 et Q à L'aide de la formule suivante: Ag = 2irnQ A _ (4) Ao A La formule (4) ne dépend pas de QI' Si La valeur de AQ est égale à r + 2wn (m étant un entier), on peut produire un déphasage de À/4. Ainsi, à l'aide de la formule AQ = iT + 2 m, on peut appliquer la formule suivante: né - = 2 + m..... (5) La formule suivante peut s'obtenir à partir des formules (5) et (1): (1 ^ o 1 9, = (-'m)( '%) 1 cos. (6) 2 n 1 - cos 0... 25918 18 o 0 É O. Par conséquent, si La longueur Z et l'angle O de la partie fLéchie 8b obéissent à La formule (6), un déphasage de >/4, correspondant à un déphasage de ir, se produit sensiblement dans la Lumière émise Le Long du guide d'ondes à saillie inté- rieure 8. Par exemple, si m = O et Ao/n=0,125 pm, 0=5 et ú=16,4 pm, si bien qu'il est facile d'obtenir le déphasage voulu. Comme ci-dessus mentionné, selon le mode de réalisation préféré de l'invention, on peut obtenir un déphasage de %/4 à l'aide de la partie fléchie 8b du guide d'ondes à saillie intérieure 8, si bien qu'on peut facilement obtenir un mode d'oscillation longi- tudinal unique. En outre, on peut obtenir un déphasage de A/4 sans devoir réaliser un travail particulier, c'est-à-dire sans devoir pratiquer un déphasage du réseau au voisinage du centre du guide d'ondes à saillie intérieure 8. Ainsi, il n'est pas difficile de fabriquer un laser à semiconducteurs à renvoi réparti selon l'invention, de sorte que l'on peut augmenter le rendement de fabrication des lasers. On peut connecter la première partie en barre rectiligne 8a à la deuxième partie en barre rectiligne 8c en utilisant la forme de la partie fléchie 8b lorsque celle-ci comprend une barre régu- lièrement incurvée. Dans ce cas, il existe un avantage, car les pertes de lumière sont petites pendant le passage de la lumière. La longueur ú de la partie fléchie 8b est de préférence inférieure à environ un dixième de la longueur totale du laser, c'est-à-dire inférieure à environ un dixième de la distance entre la face termi- nale 6a et la face terminale opposée 6b. L'angle O de la partie fléchie 8b est de préférence inférieur à 10 de manière à abaisser les pertes de lumière dues à la diffusion. Alors qu'un guide d'ondes à saillie intérieure est utilisé comme guide d'ondes optique selon le mode de réalisation préféré ci-dessus mentionné de l'invention, si cela est nécessaire, on peut aussi utiliser pour le laser à semiconducteurs à renvoi réparti selon l'invention divers guides d'ondes à indice par exemple un type planar ayant un substrat rainuré et nervuré (CSP) ou une hétérostructure enterrée (BH). De plus, alors que l'on a utilisé comme couches de revêtement une couche 2 de n-AlxGa 1_xAs et une couche 5 de p-AlxGa1_x As, une couche 3 de ALyGa1_yAs étant utilisée comme couche active et une couche 4 de p-AlzGalzAs étant utilisée comme couche de guidage, on peut, si cela est nécessaire, employer aussi diverses couches semiconductrices. La figure 4 présente un autre mode de réalisation de l'invention, suivant lequel les parties en barres rectilignes 8a et 8c sont disposées parallèlement l'uneà l'autre, maissousun certain angle par rapport aux faces terminales 6a et 6b. Par conséquent, il y aura un déphasage dans la partie fléchie 8b par rapport aux parties en barres rectilignes 8a et 8c, de la même manière que pour la disposition des figures 1 et 2. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du laser dont la description vient d'être donnée à titre 1' simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Laser à semiconducteurs à renvoi réparti, caractérisé en ce qu'il comprend: - une première couche de revêtement (2); - une couche active (3) disposée sur la face supérieure de la première couche de revêtement; - une couche de guidage (4) disposée sur la face supé- rieure de la couche active et qui possède un réseau (7); - une deuxième couche de revêtement (5) disposée sur la face supérieure de La couche de guidage; - un guide d'ondes optique (8) transmettant la lumière laser; et - un moyen permettant de déphaser de X/4 (A étant la longueur d'onde de la lumière) la phase de la Lumière transmise le long du guide d'ondes optique. 2. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique est disposé sur la deuxième couche de revêtement. 3. Laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réseau est conçu de manière à présenter un pas régulier. 4. Laser selon la revendication 3, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique comprend: - une première partie en barre rectiligne (8a) - - une deuxième partie en barre rectiligne (8c) paral- Lèle, mais non colinéaire à la première partie en barre rectiligne; et une partie intermédiaire reliant lesdites première et deuxième parties en barres rectilignes. 5. Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première partie enbarre rectiligne s'étend perpendi- culairement à la direction dans laquelle les bords supérieur et inférieur du réseau s'étendent, et La partie intermédiaire s'étend suivant un angle B par rapport à ladite première partie en barre rectiligne. 6. Laser selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyen de déphasage, de A/4, de la lumière transmise le long du guide d'ondes optique comprend Ladite partie intermédiaire (8b). 7. Laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie intermédiaire est conçue de façon que Le pas effectif du réseau le long de la partie intermédiaire soit un peu plus long que celui des première et deuxième parties en barres rectilignes. 8. Réseau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la relation qui lie la longueur ú de la partie intermédiaire et l'angle 0 de la partie intermédiaire avec les première et deuxième parties en barres rectilignes obéit à la formule suivante: A0 (+ m)(_l1 2 + O(-n X1 - cos 0 o 0 n'est pas nul, A0 est le pas réel du réseau, n est le degré du réseau et m est un entier. 9. Laser selon la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur Z de la partie intermédiaire est inférieure à environ un dixième de la longueur totale du laser. 10. Laser selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle O est inférieur à 10 . 11. Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie intermédiaire est régulièrement incurvée entre les première et deuxième parties. 12. Laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réseau est disposé sur la face supérieure de la couche active et le guide d'ondes optique est disposé sur la face supérieure de la deuxième couche de revêtement. 13. Laser selon la revendication 12, caractérisé en ce que le réseau a une section droite sensiblement triangulaire. 14. Laser selon la revendication 13, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique a une section droite sensiblement rectan- gulaire. 15. Laser selon la revendication 14, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique est un guide d'ondes à saillie intérieure. 16. Laser selon la revendication 12, caractérisé en ce que le guide d'ondes optique est un guide d'ondes à indice, par exemple du type planar possédant un substrat nervuré et rainuré, ou bien une hétérostructure enterrée. 17. Laser selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première couche de revêtement comprend une couche de AlxGa xAs de type n. 18. Laser selon la revendication 17, caractérisé en ce que La couche active comprend une couche de AlyGa yAs (y