Brevet FR2675312A1 — publié le 19921016

i PROCEDE DE FABRICATION D'UNE DIODE LASER EN Ga As EMETTANT DE LA LUMIERE VISIBLE La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visi- ble, du type à guide d'ondes à moulure, ayant une structure à double hétérojonction, et elle vise plus particulièrement à éviter une dégradation de la structure à double hété- rojonction sous l'effet de l'échappement de phosphore à partir des parois latérales de la moulure au cours d'une10 étape dans laquelle on enterre la moulure. La figure 3 est une vue en perspective d'une diode laser émettant de la lumière visible, du type à guide d'ondes à moulure, ayant une structure à double hétérojonc- tion conforme à l'art antérieur Sur la figure 3, la réfé-15 rence 1 désigne un substrat en Ga As de type n Une couche de gaine inférieure 2 en Al Ga In P de type N est formée sur le substrat 1 Une couche de guide de lumière 4 en Al Ga In P de type p est formée sur la couche active 3 Une couche d'arrêt d'attaque 5 en Ga In P de type p est formée sur la20 couche de guide de lumière 4 Une couche de gaine supérieure 6 en Al Ga In P de type p est formée sur la couche d'arrêt d'attaque 5 Une couche de recouvrement 7 en Ga As de type p est formée sur la couche de gaine supérieure 6 La couche de gaine supérieure 6 et la couche de recouvrement 7 sont25 formées par une opération d'attaque sélective utilisant la couche d'arrêt d'attaque 5, pour donner une moulure en 2 forme de ruban, 10, qui s'étend entre les facettes de résonateur 13 et 14 Une couche de blocage de courant 8, en Ga As de type n, est formée sur la couche d'arrêt d'attaque 5 de façon à enterrer la moulure 10 Une couche de contact 9 en Ga As de type p est formée sur la couche de blocage de courant 8 et sur la moulure 10 Une électrode du côté n, 11, est formée sur la surface arrière du substrat 1, et une électrode du côté p, 12, est formée sur la couche de contact 9. Les figures 4 (a) à 4 (g) illustrent un procédé pour la fabrication de la diode laser émettant de la lumiè- re visible qui est représentée sur la figure 3 Sur ces figures, on utilise les mêmes références numériques que sur la figure 3 pour désigner les mêmes éléments, et la réfé-15 rence 20 désigne une couche de nitrure de silicium (que l'on appelle ci-après Si Nx) On utilise de l'arsine 21 (que l'on appelle ci-après As H 3) et du triméthylgallium 22 (que l'on appelle ci-après TMG), respectivement à titre de source d'As et de source de Ga.20 Comme le montre la figure 4 (a), on fait croître successivement sur un substrat 1 en Ga As de type N (pre- mière opération de croissance cristalline) une couche de gaine inférieure 2 en Al Ga In P de type p une couche active 3 en Ga In P, une couche de guide de lumière 4 en Al Ga In P de type p, une couche d'arrêt d'attaque 5 en Ga In P de type p, une couche de gaine supérieure 6 en Al Ga In P de type p et une couche de recouvrement 7 en Ga As de type p Ensuite, comme le montre la figure 4 (b), on dépose une couche de Si Nx 20 sur la couche de recouvrement 7 et, comme le montre30 la figure 4 (c), en utilisant une technique de photogravure on forme un motif dans cette couche pour lui donner une configuration en ruban Ensuite, comme le montre la figure 4 (d), en utilisant la couche de Si Nx 20 à titre de masque, on enlève partiellement la couche de gaine supérieure 6 en Al Ga In P de type p et la couche de recouvrement 7 en Ga As de 3 type p par une opération d'attaque sélective utilisant la couche d'arrêt d'attaque 5, ce qui donne une moulure 10. Ensuite, en utilisant la couche de Si Nx 20 sur la moulure 10 à titre de masque pour une opération de croissance sélective, on fait croître sélectivement une couche de blocage de courant 8 en Ga As de type N sur la couche d'arrêt d'attaque 5, pour enterrer la moulure 10 On utilise ici As H 3 à titre de source d'As et le TMG à titre de source de Ga Lorsqu'on utilise le TMG à titre de source de10 Ga, comme représenté sur la figure 4 (e), la couche de Ga As de type N ne se développe pas sur les parois latérales de la moulure 10 consistant en un matériau de la famille Al Ga In P, mais elle se développe avec une configuration plane sur la couche d'arrêt d'attaque 5 en Ga In P, ce qui15 donne la couche de blocage de courant 8 en Ga As de type n qui est représentée sur la figure 4 (f) (seconde opération de croissance cristalline) Ensuite, comme le montre la figure 4 (g), on enlève la couche de Si Nx 20 et on fait croître une couche de contact 9 en Ga As de type p sur la20 couche de blocage de courant 8 et sur la moulure 10 (troi- sième opération de croissance cristalline) Ensuite, on forme une électrode du côté p 14 et une électrode du côté n 11 respectivement sur la couche de contact 9 et sur la surface arrière du substrat 1, par exemple par pulvérisa- tion cathodique dans les deux cas Ensuite, on divise la tranche en puces, ce qui donne la diode laser émettant de la lumière visible qui est représentée sur la figure 3. Dans le procédé de l'art antérieur pour la fabri- cation d'une diode laser émettant de la lumière visible, du fait qu'on utilise le TMG à titre de source de Ga dans la seconde opération de croissance cristalline, pour faire croître la couche de blocage de courant en Ga As de type n, la couche de Ga As ne se développe pas sur les parois laté- rales de la moulure qui consiste en un matériau de la35 famille Al Ga In P Par conséquent, pendant la seconde opéra- 4 tion de croissance épitaxiale, les parois latérales de la moulure sont exposées à une température élevée dans une atmosphère d'As H 3 pendant une longue durée, et du phosphore s'échappe alors des parois latérales de la moulure, ce qui 5 endommage la structure à double hétérojonction et entraîne une dégradation de la caractéristique du composant. En se référant aux figures 5 (a) 5 (b), on note que lorsque la couche de blocage de courant en Ga As est formée en utilisant du triéthylgallium (que l'on appelle10 ci-après TEG) à titre de source de Ga, la couche de Ga As 8 ' se développe sur les parois latérales de la moulure 10, ce qui fait que les parois latérales de la moulure sont complètement recouvertes par la couche de Ga As Cependant, du fait que la croissance de la couche de Ga As 8 ' progresse15 verticalement à partir de la surface de la couche d'arrêt d'attaque et horizontalement à partir des parois latérales de la moulure, comme représenté sur la figure 5 (a), des cavités 30 se forment de façon nuisible dans la couche de blocage de courant 8 ' en Ga As, comme représenté sur la20 figure 5 (b), ce qui a une influence nuisible sur la carac- téristique de blocage de courant. Un but de l'invention est de procurer un procédé pour la fabrication d'une diode laser émettant de la lumiè- re visible ayant une structure à double hétérojonction, qui25 évite une dégradation de la structure à double hétérojonc- tion due au fait que les parois latérales de la moulure consistant en un matériau de la famille Al Ga In P sont expo- sées à une température élevée dans une atmosphère d'As H 3, ce qui fait que du phosphore s'échappe des parois latérales30 pendant l'étape de croissance d'une couche de Ga As de type n qui est destinée à enterrer la moulure, et qui permette d'obtenir une couche de blocage de courant ayant une fiabi- lité élevée. Dans un procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible conforme à la présente invention, une seconde opération de croissance épitaxiale destinée à faire croître une couche de Ga As dans le but d'enterrer une moulure, comprend une étape qui consiste à former une première couche de Ga As en utilisant du TEG à 5 titre de source de Ga, et une étape consistant à former une seconde couche de Ga As sur la première couche de Ga As, en utilisant du TMG à titre de source de Ga Du fait qu'on utilise du TEG à titre de source de Ga dans la première opération de croissance de Ga As, la première couche de Ga As10 se développe sur les deux parois latérales de la moulure de façon à recouvrir les parois latérales, et par conséquent les parois latérales ne sont pas exposées à une température élevée dans une atmosphère d'As H 3 pendant une longue durée, ce qui réduit les dommages occasionnés à la structure à double hétérojonction De plus, du fait que l'on fait croître la seconde couche de Ga As en utilisant du TMG à titre de source de Ga, des cavités qui apparaissent dans la couche de Ga As lorsqu'on utilise du TEG à titre de source de Ga, ne se forment pas.20 D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels:25 Les figures 1 (a) et 1 (b) sont des coupes qui illustrent les principales étapes de processus dans un procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible, conforme à un mode de réalisation de l'in- vention;30 La figure 2 est une vue en perspective montrant la structure d'une diode laser émettant de la lumière visi- ble, qui est fabriquée par les étapes de processus de la figure 1; La figure 3 est une vue en perspective montrant la structure d'une diode laser émettant de la lumière 6 visible, conforme à l'art antérieur; Les figures 4 (a) à 4 (g) sont des coupes qui illustrent les principales étapes de processus dans un procédé de fabrication de la diode laser émettant de la 5 lumière visible qui est représentée sur la figure 3; et Les figures 5 (a) et 5 (b) sont des coupes desti- nées à l'explication d'un problème qui se manifeste lors- qu'on forme une couche de blocage de courant en Ga As en utilisant du TEG à titre de source de Ga.10 La figure 2 est une vue en perspective qui montre la structure d'une diode laser émettant de la lumière visible qui est fabriquée par un procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible conforme à l'invention Sur la figure 2, la référence 1 désigne un15 substrat en Ga As de type n Une couche de gaine inférieure 2 en Al Ga In P de type N est formée sur le substrat 1 Une couche active 3 en Ga In P est formée sur la couche de gaine inférieure 2 Une couche de guide de lumière 4 en Al Ga In P de type p est formée sur la couche active 3 Une couche20 d'arrêt d'attaque 5 en Ga In P de type p est formée sur la couche de guide de lumière 4 Une couche de gaine supérieu- re 6 en Al Ga In P de type p est formée sur la couche d'arrêt d'attaque 5 Une couche de recouvrement 7 en Ga As de type p est formée sur la couche de gaine supérieure 6 La couche25 de gaine supérieure 6 et la couche de recouvrement 7 sont formées par une opération d'attaque sélective utilisant la couche d'arrêt d'attaque 5, ce qui donne une moulure 10 en forme de ruban qui s'étend entre des facettes de résonateur 13 et 14 Une couche de blocage de courant 80, de type n, comprend une première couche de Ga As 81 et une seconde couche de Ga As 82 La première couche de Ga As 81 est formée sur la couche d'arrêt d'attaque 5 et sur les parois latérales de la moulure 10, pour enterrer cette dernière La seconde couche de Ga As 82 est formée sur la première couche35 de Ga As 81 Une couche de contact 9 en Ga As de type p est 7 formée sur la couche de blocage de courant 80 et sur la moulure 10 Une électrode du côté n, 11, est formée sur la surface arrière du substrat 1, et une électrode du côté p, 12, est formée sur la couche de contact 9. Les figures 1 (a) et 1 (b) illustrent un procédé pour la fabrication de la diode laser émettant de la lumiè- re visible qui est représentée sur la figure 2 Dans ces figures, on utilise les mêmes références numériques que sur la figure 2 pour désigner les mêmes éléments La référence10 20 désigne une couche de Si Nx On utilise ici le composé As H 3 21 à titre de source d'As, du TEG 25 à titre de source de Ga au cours de l'étape de croissance d'une première couche de Ga As, et du TMG 22 à titre de source de Ga au cours de l'étape de croissance d'une seconde couche de15 Ga As. En premier lieu, on fait croître successivement sur un substrat 1 en Ga As de type N par dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques, ou MOCVD (première opération de croissance épitaxiale), une couche de gaine20 inférieure 2 en Al Ga In P de type p d'environ 1,0 micron d'épaisseur, une couche active 3 en Ga In P d'environ 0,07 micron d'épaisseur, une couche de guide de lumière 4 en Al Ga In P de type p, de 0,3 à 0,4 micron d'épaisseur, une couche d'arrêt d'attaque 5 en Ga In P de type p, de 5 à 1025 nanomètres d'épaisseur, une couche de gaine supérieure 6 en Al Ga In P de type p d'environ 0,7 micron d'épaisseur et une couche de recouvrement 7 en Ga As de type p de 0,3 à 0,4 micron d'épaisseur Ensuite, on dépose une couche de Si Nx 20 sur la couche de recouvrement 7, et on forme ensuite un motif dans cette couche pour lui donner une configuration en ruban, par une technique de photogravure Ensuite, en utilisant à titre de masque la couche de Si Nx 20 dans laquelle on a formé un motif, on enlève partiellement la couche de gaine supérieure 6 en Al Ga In P de type et la35 couche de recouvrement 7 en Ga As de type p par une opéra- 8 tion d'attaque sélective utilisant la couche d'arrêt d'attaque 5, ce qui forme une moulure 10. On va maintenant décrire en détail une seconde opération de croissance épitaxiale conforme au mode de réalisation de l'invention, c'est-à-dire un processus qui est destiné à former sélectivement une couche de blocage de courant 80 en Ga As de type N sur la couche d'arrêt d'atta- que 5, en utilisant à titre de masque la couche de Si Nx 20 sur la moulure 10, pour une opération de croissance sélec-10 tive visant à enterrer la moulure 10. Dans ce mode de réalisation, la couche de blocage de courant 80 en Ga As de type N comprend la première couche de Ga As 81 et la seconde couche de Ga As 82 On fait croître la première couche de Ga As de type n, 81, en utilisant du15 TEG à titre de source de Ga, et on fait croître la seconde couche de Ga As de type n, 82, en utilisant du TMG pour la source de Ga, en employant dans les deux cas le procédé MOCVD. Lorsqu'on effectue une opération de croissance cristalline en utilisant la couche de Si N 20 à titre de x masque pour la croissance sélective, le composé As H 3 21 à titre de source d'As et du TEG 25 à titre de source de Ga, la couche de Ga As de type n, 81, se développe non seulement sur la couche d'arrêt d'attaque 5, mais également sur les25 deux parois latérales 23 de la moulure 10, qui consiste en un matériau contenant du phosphore, tel que Al Ga In P, comme représenté sur la figure 1 (a) Il en résulte qu'au cours de la phase initiale de la croissance cristalline, les parois latérales 23 de la moulure 10 sont recouvertes par30 la couche de Ga As de type n, 81 Par conséquent, pendant la seconde opération de croissance épitaxiale, les parois latérales de la moulure qui contient du phosphore ne sont pas exposées pendant une longue durée à une température élevée dans une atmosphère d'As, et du phosphore ne s'échappe presque pas des parois latérales. On fait croître la couche de Ga As de type n, 81, jusqu'à une épaisseur suffisante pour éviter les dommages affectant la structure à double hétérojonction, c'est-à- dire environ 0,5 micron, et ensuite on change la source de 5 Ga en passant du TEG 25 au TMG 22, pour former en succes- sion la seconde couche de Ga As 82 Lorsqu'on utilise du TMG 22 à titre de source de Ga, le Ga As de type N ne croît pas sur les parois latérales de la moulure mais croît seulement sur le plan ( 100), comme représenté sur les figures 5 (a),10 5 (b) Par conséquent, comme le montre la figure 1 (b), la moulure 10 peut être enterrée par la couche de Ga As 82 avec une configuration plane, et les cavités 30 qui sont repré- sentées sur la figure 5 (b) ne se forment pas L'épaisseur totale de la couche de blocage de courant 80 est d'environ15 1,0 micron. Après l'achèvement de la croissance de la seconde couche de Ga As 82, on enlève la couche de Si Nx 20, et on forme sur la couche de blocage de courant 80 et sur la moulure 10 une couche de contact en Ga As de type p 9,20 d'environ 3 microns d'épaisseur, en employant le procédé MOCVD (troisième opération de croissance épitaxiale). Ensuite, on forme une électrode du côté p, 12, et une élec- trode du côté n, 11, respectivement sur la couche de contact 9 et sur la surface arrière du substrat 1, par25 pulvérisation cathodique dans les deux cas Ensuite, on divise la tranche en puces, ce qui donne la diode laser émettant de la lumière visible qui est représentée sur la figure 2. Comme décrit ci-dessus, dans un procédé de fabri- cation d'une diode laser émettant de la lumière visible conforme à la présente invention, une seconde opération de croissance épitaxiale pour la croissance d'une couche de Ga As dans le but d'enterrer une moulure, comprend une étape qui consiste à former une première couche de Ga As en uti-35 lisant du TEG à titre de source de Ga, et une étape qui consiste à former une seconde couche de Ga As sur la premiè- re couche de Ga As, en utilisant du TMG à titre de source de Ga Par conséquent, les deux parois latérales de la moulure sont recouvertes par le première couche de Ga As, et les 5 deux parois latérales ne sont pas exposées pendant une longue durée à une température élevée dans une atmosphère d'As H 3, ce qui fait que les dommages occasionnés à la structure à double hétérojonction sont réduits De plus, du fait que l'on fait croître la seconde couche de Ga As en10 utilisant du TMG à titre de source de Ga, on évite la formation des cavités qui se forment dans la couche de Ga As lorsqu'on utilise du TEG à titre de source de Ga. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fait croitre sur un substrat en Ga As ( 1) une structure à double hétérojonction consistant en Al Ga In P/Ga In P/Al Ga In P; on forme une moulure en forme de ruban ( 10) sur la structure à double hétéro- jonction, en utilisant une couche diélectrique ( 20) à titre de masque; on fait croître sélectivement du Ga As de type n10 par le procédé MOCVD, en utilisant la couche diélectrique ( 20) à titre de masque pour la croissance sélective, dans le but de former une couche de blocage de courant ( 80) en Ga As qui enterre la moulure ( 10); on enlève la couche diélectrique ( 20); on fait croître une couche de contact en15 Ga As ( 9) sur la couche de blocage de courant ( 80) et la moulure ( 10); et l'étape de croissance sélective de la couche de blocage de courant ( 80) en Ga As comprend une première étape qui consiste à former une première couche de Ga As ( 81) sur la surface de la structure à double hétéro-20 jonction, de part et d'autre de la moulure ( 10) et sur les parois latérales de la moulure ( 10), en utilisant du triéthylgallium (TEG) à titre de source de Ga, et une seconde étape consistant à former une seconde couche de Ga As ( 82) sur la première couche de Ga As ( 81), en utilisant25 du triméthylgallium (TMG) à titre de source de Ga. 2 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de l'arsine (As H 3) à titre de source d'As au cours de l'étape de croissance sélective30 de la couche de blocage de courant en Ga As ( 80). 3 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique est une couche de Si N ( 20). x 4 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche diélectrique est une couche de Si NX ( 20). 5 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche de Ga As ( 81) mesu- re approximativement 0,5 micron d'épaisseur. 6 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme la moulure ( 10) par gravure sélective en utilisant une couche d'arrêt d'attaque ( 5). 7 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fait croître successi- vement sur un substrat en Ga As de type N ( 1) une couche de gaine inférieure ( 2) en Al Ga In P de type n, une couche active ( 3) en Ga In P, une première couche de gaine supérieu- re ( 4) en Al Ga In P de type p, une couche d'arrêt d'attaque ( 5) en Ga In P de type p une seconde couche de gaine supé- rieure ( 6) en Al Ga In P de type p, et une couche de recouvre- ment ( 7) en Ga As de type p; on forme sur la couche de recouvrement ( 7) une couche diélectrique ( 20) dans laquelle on définit un motif pour donner à cette couche une configu- ration en ruban dans la direction de la longueur du résona-25 teur; on forme une moulure en forme de ruban ( 10) à partir de la couche de recouvrement ( 7) et de la couche de gaine supérieure ( 6), en enlevant partiellement ces couches par attaque sélective en utilisant la couche d'arrêt d'attaque ( 5) et en utilisant la couche diélectrique ( 20) à titre de masque; on fait croître sélectivement une première couche de Ga As de type N ( 81) sur la surface de la couche d'arrêt d'attaque ( 5) et sur les parois latérales de la moulure ( 10), en employant le procédé MOCVD et en utilisant du triéthylgallium (TEG) à titre de source de Ga et la couche diélectrique ( 20) à titre de masque; on fait croître sélec- 13 tivement une seconde couche de Ga As de type N ( 82) sur la première couche de Ga As de type N ( 81), par le procédé MOCVD en utilisant du triméthylgallium (TMG) à titre de source de Ga et en utilisant la couche diélectrique ( 20) à 5 titre de masque, pour enterrer la moulure ( 10); on enlève la couche diélectrique ( 20) et on fait croître une couche de contact ( 9) en Ga As de type p sur la moulure ( 10) et sur la seconde couche de Ga As de type N ( 82); et on forme une électrode du côté N ( 11) sur la surface arrière du substrat ( 1) et une électrode du côté p ( 12) sur la couche de contact ( 9). 8 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise de l'arsine (As H 3) à titre de source de Ga au cours des étapes de croissance sélective des première et seconde couches de Ga As de type N ( 81, 82). 9 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche diélectrique est une couche de Si Nx ( 20). Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche diélectrique est une couche de Si Nx ( 20).25 11 Procédé de fabrication d'une diode laser émettant de la lumière visible selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première couche de Ga As ( 81) mesu- re approximativement 0,5 micron d'épaisseur.