Brevet FR2788172A1 — publié le 20000707

PROCEDE DE REALISATION DE STRUCTURES LASER DE PUISSANCE A MIROIRS NON ABSORBANTS ET STRUCTURES AINSI OBTENUES La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation de structures laser de puissance à miroirs non absorbants, ainsi qu'à des structures ainsi obtenues. Une diode laser état solide comporte généralement une double hétérostructure (substrat n - cavité optique - puits quantique(s) - cavité optique - substrat p) insérée entre deux miroirs réalisés par clivage et constituant un genre d'interféromètre de Fabry-Perot. Dans une diode ainsi réalisée, les faces cristallines obtenues par clivage et faisant office de miroirs, ne sont pas complètement transparentes au rayonnement laser émis ic par la double hétérostructure, ce qui entraîne un échauffement des faces formant miroir par absorption du rayonnement laser, provoquant un emballement thermique et la destruction de la diode. On est donc amené à réduire la puissance de la diode si on veut éviter sa destruction. La présente invention a pour objet un procédé de réalisation de structures laser état solide dans lesquelles les faces faisant office de miroirs ne soient pas absorbantes vis-a-vis du rayonnement laser émis, et qui permette ainsi d'obtenir des structures pouvant supporter des puissances les plus élevées possible pour un volume donné, procédé réalisable simplement, par des techniques bien connues en soi. La présente invention a également pour objet une structure à émission laser comportant latéralement des miroirs non absorbants. Le procédé conforme à l'invention consiste à réaliser, sur un substrat d'un premier type dans un réacteur de croissance, une première couche de cavité optique, une ou plusieurs couches de puits quantique, le cas échéant séparées à chaque fois par une couche de cavité optique, puis une couche supérieure de cavité optique, et il est caractérisé en ce que l'on effectue, dans le réacteur de croissance, une gravure de cavités dans la couche supérieure de cavité optique, cette gravure laissant subsister, au- dessus d'au moins une zone de puits quantique au moins une partie de I'épaisseur de la couche supérieure de la cavité optique, et attaquant entièrement la (les) couche(s) de puits quantique(s) de chaque côté de chacune desdites zones, et en ce que l'on termine de former la structure dans le réacteur, par dépôt de la cavité optique et dépôt du deuxième substrat. La structure conforme à l'invention comporte, dans le sens longitudinal, une zone à double hétérostructure, une zone à hétérostructure à confinement séparé et une zone à double hétérostructure. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de deux modes de mise en oeuvre, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: À les figures 1 à 4 sont un ensemble de vues en coupe montrant les différentes étapes essentielles de la fabrication d'une structure conforme à l'invention, selon le procédé de l'invention; les figures 5 à 8 sont un ensemble de vues en coupe, similaires à celles des figures 1 à 4, relatives à une variante du procédé de l'invention. La présente invention est décrite ci-dessous en référence à la fabrication d'une diode laser, mais il est bien entendu que le procédé de l'invention permet de réaliser une structure dans laquelle peuvent être découpées plusieurs diodes, ou bien des diodes associées à d'autres composants réalisables par croissance épitaxiale et/ou gravure. On a représenté en figures 1 à 4, quatre étapes principales du procédé de l'invention. Selon la figure 1, on fabrique dans une chambre de réacteur de croissance épitaxiale, une structure partielle 1 de diode laser. Le réacteur est par exemple du type GSMBE (Gas Source Molecular Beam Epitaxy) et/ou CBE (Chemical Beam Epitaxy). Cette structure partielle comporte un substrat 2 (" Cladding " en anglais), dopé n dans le présent exemple, sur lequel sont formées successivement une première couche 3 faisant partie de la " cavité " optique de la diode laser, un premier puits quantique 4, une couche intermédiaire 5, de même composition et nature que la couche 3, et faisant partie comme cette dernière de la cavité optique, un deuxième puits quantique 6 et une couche 7 de même nature et composition que les couches 3 et 5. Cette couche 7 est plane et est moins épaisse que la couche 3, car elle est destinée à être gravée ultérieurement, tout en protégeant de toute attaque ou oxydation les parties " utiles " des puits quantiques. A l'étape suivante (figure 2), sans sortir la structure du réacteur, on pose sur la structure partielle 1 un masque mécanique 8. Ce masque 8 comporte des ouvertures transversales 9, 10 de chaque côté d'une zone 11 délimitant la partie " utile " ou " active " de la future diode, c'est-à-dire celle o est généré le rayonnement laser. Les ouvertures 9, 10 en forme de fentes rectangulaires (en vue de dessus) ont leurs grands axes perpendiculaires à l'axe longitudinal de la structure (ce dernier étant parallèle au plan de la lo figure). A l'étape suivante (figure 3), toujours dans le réacteur de croissance, on procède à la gravure chimique de la structure partielle 1 munie de son masque 8. Si les couches 3 à 7 sont, par exemple, en GaAs ou en InP ou GainAs, on utilise pour la gravure des molécules chlorées telles que AsCI3 et/ou PCI3, qui permettent de graver monocouche atomique par monocouche atomique (de façon très précise). En principe, toutes les molécules compatibles avec les procédés MBE et CBE peuvent être utilisées, à condition de permettre une gravure très précise. On arrête cette gravure lorsqu'elle entame la couche 3, c'est-à-dire lorsque toutes les couches de puits quantiques ont été éliminées au droit des ouvertures 9 et 10. On obtient alors les cavités 12 et 13 dont le fond est constitué par la couche 3. Ensuite, on enlève le masque mécanique 8, et on reprend, toujours dans le même réacteur, le second processus de croissance épitaxiale du reste de la structure laser (figure 4). Ce second processus consiste d'abord à déposer une couche 14 de cavité optique, qui commence par remplir les cavités 12 et 13 (appendices 14A, 14B) et continue pour compléter la cavité optique (de façon que les couches de puits quantiques soient centrées par rapport au plan médian de la cavité finie). Ensuite, on dépose le substrat 15 (" Cladding ") de type p, et enfin, on enlève, par clivage, les extrémités inutiles 16, 17, les plans de clivage 18, 19 étant perpendiculaires aux plans des couches et passant sensiblement aux centres respectifs des cavités 12, 13. Pour achever la fabrication des diodes, on dépose, de façon connue en soi, des électrodes sur les substrats 2et15. Selon la variante schématisée en figures 5 à 8, on réalise, par croissance épitaxiale, de la même façon que précédemment, une structure partielle 20 comprenant respectivement un substrat 21, de type n par exemple, une première couche 22 de cavité optique, un premier puits quantique 23, une couche intermédiaire 24 de cavité optique, une seconde couche 25 de puits quantique et une deuxième couche 26, incomplète, de cavité optique. La structure 21 peut être identique à la structure 1, à la seule différence que la couche 26 a une épaisseur supérieure à celle de la couche 7. Ceci, afin de pouvoir graver en-dehors du réacteur, lors de l'étape l0 suivante, des amorces de cavités similaires aux cavités 12 et 13, sans entamer à cette étape et au cours des étapes ultérieures les couches de puits quantique dans leur partie " utile ". L'étape suivante (figure 6), est effectuée en-dehors du réacteur dans lequel a été formée la structure partielle 21, c'est-à-dire dans un environnement pouvant " polluer " cette structure partielle (oxydation, apport accidentel d'impuretés...). Au cours de cette étape de gravure préliminaire, on grave, par RIE (Reactive Ion Etching) ou par voie chimique des amorces de cavités 27, 28 disposées aux mêmes emplacements que les cavités 12 et 13 et également de forme rectangulaire allongée (en vue de dessus). Ces amorces de cavités 27, 28 sont gravées dans la couche 26 uniquement, de façon à laisser subsister une faible épaisseur de cette couche 26 entre le fond des amorces de cavités et la couche 25 de puits quantique. Ainsi, cette couche 25 ne peut être polluée au cours de cette étape. A l'étape suivante (figure 7), on replace, après l'avoir désoxydée, la structure 21 ainsi gravée dans le même réacteur pour y pratiquer une gravure chimique. Cette gravure attaque aussi bien la face supérieure de la couche 26 que le fond des cavités 27, 28, puis, au droit des cavités, les couches 25, 24, 23 et 22. On arrête la gravure lorsque la couche 22 commence à être attaquée. Les amorces de cavités 27, 28 deviennent les cavités 29, 30 respectivement. A ce moment, il doit encore subsister une certaine épaisseur de la couche 26 (par exemple, une épaisseur au moins égale à celle de la couche intermédiaire 24). On procède ensuite à la formation du reste de la structure (figure 8) en formant par épitaxie la couche supérieure 31 de la cavité optique (cette couche 31 remplit les cavités 29, 30 en formant des appendices 31A, 31B) et la couche 32 de substrat de type p. Comme précédemment, on enlève par clivage les parties latérales inutiles 33, 34 selon les plans de clivage 35, 36, et on forme les électrodes de la diode. Bien entendu, on peut former une structure partielle de départ plus grande que celle nécessaire pour une diode unique, et y former ensuite côte à côte plusieurs structures telles que celles de la figure 4 ou de la figure 8 à l'aide d'un masque correspondant ou en gravant plusieurs groupes d'amorces de cavités (telles que 27, 28) puis en réalisant les étapes de gravure en réacteur et croissance du reste de la structure de la même façon que celle décrite ci-dessus. A titre d'exemple non limitatif, les substrats peuvent être en GalnP (dopé n ou p, respectivement), la cavité optique en GaAs et les puits quantiques en GainAs, et leurs épaisseurs respectives d'environ 1,5 pm, 1800 A (totalité de la cavité optique) et 90 A. Ainsi, grâce au procédé de l'invention, on simplifie le processus de fabrication d'une diode laser avec miroir absorbant (il n'y a plus besoin d'agrandir la cavité optique à ses extrémités), et la surface gravée, même en-dehors du réacteur, n'est plus contaminée, ce qui permet d'obtenir des interfaces chimiquement propres et d'éviter toute dégradation des performances du composant obtenu. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de structures laser de puissance à miroirs non absorbants, selon lequel on réalise, sur un substrat d'un premier type (2, 21), dans un réacteur de croissance, une première couche de cavité optique (3, 22), une ou plusieurs couches de puits quantique (4, 6 - 23, 25), le cas échéant séparées à chaque fois par une couche de cavité optique (5, 24), puis une couche supérieure de cavité optique (7, 26), caractérisé en ce que l'on effectue, dans le réacteur de croissance, une gravure de cavités (12, 13 - 29, 30) dans la couche supérieure de cavité optique, cette gravure laissant subsister, au-dessus d'au moins une zone de puits quantique au moins une partie de l'épaisseur de la couche supérieure de la cavité optique, et attaquant entièrement la (les) couche(s) de puits quantique(s) de chaque côté de chacune desdites zones (12, 13 - 29, 30) et en ce que l'on termine de former la structure dans le réacteur, par dépôt de la cavité optique (14-31) et dépôt du deuxième substrat (15-32). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de gravure est entièrement réalisée dans le réacteur, à l'aide d'un masque mécanique (8). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de gravure en réacteur est précédée d'une étape de gravure préliminaire hors réacteur d'amorces de cavités (27, 28) n'attaquant que la couche supérieure de cavité optique (26). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la gravure préliminaire est réalisée par gravure RIE. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la gravure préliminaire est réalisée par gravure chimique. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étape de gravure est réalisée dans une chambre de croissance GSMBE et/ou CBE. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on enlève les parties inutiles de la structure (16, 17 ou 33, 34) par clivage selon des plans de clivage (18, 19 ou 35, 36) passant sensiblement par les centres des cavités (12, 13 29, 30) ayant été gravées en réacteur. 8. Structure laser de puissance à miroirs non absorbants, caractérisée par le fait qu'elle comporte, dans le sens longitudinal, une zone à double hétérostructure (2-3-14A-14-15 ou 21-22-31A-31-32), une zone à hétérostructure à confinement séparé (2-3-4-5-6-14-15 ou 21-22-23-24-25- 31-32) et une zone à double hétérostructure (2-3-14B-14-15).