Brevet FR2799583A1 — publié le 20010413

La présente invention concerne une diode laser et, plus particu lièrement, elle concerne une diode. On sait que les lasers à cavité verticale demandent un schéma permettant de faire passer par effet tunnel le courant électrique par le centre du résonateur optique. Le diamètre du dispositif, qui est le paramètre conceptuel le plus important pour avoir un seuil bas et des propriétés thermiques améliorées, est donné fondamentalement par le diamètre de l'ouverture de courant. Dans la technique actuelle, pour la plupart des lasers à cavité verticale l'on trouve dans le commerce (ci-après appelés VCL, d'après "vertical cavity laser"), le confinement de courant est obtenu par implantation de protons, où une aire de semiconducteur électriquement conductrice est produite par bombardement isolant au moyen de protons hautement énergétiques. Ce procédé est intéressant point de vue productif, car il maintient la planéité de la plaquette. Bien qu'elle procure des avantages, une implantation de protons au voisinage de la région active du VCL peut créer des concentrations élevées de défauts ponctuels, ce qui conduit à l'existence d'une source potentielle de dégradation rapide. Le procédé de confinement fait appel à une géométrie de lasers à émission en surface à cavité verticale, ci-après appelés VCSEL, gravés, par exemple des structures à fossés ou a montants d'air ("air post"), où le diamètre du dispositif est donné par la partie plane, dite mesa, gravée. L'importante variation de l'indice de réfraction au niveau des parois latérales de la partie mesa aide aussi le guidage l'onde optique (guidage par indice) à l'intérieur du laser et conduit à des caractéristiques plus stables pour le faisceau et à une réponse pouvant être mieux prévue pour la modulation. Par contre, les VCSEL à partie mesa gravée sont plus difficiles à produire et présentent une plus forte tendance à connaître problèmes de fiabilité que les lasers guidés par gain. De plus, il a été établi que le confinement du courant dans des VCL à partie mesa gravée pouvait être amélioré par oxydation 'lective de couches semiconductrices à teneur élevée en aluminium. L'utilisation d'ouvertures d'oxyde enterrées pour le confinement électrique, et même optique, voisinage de la couche active a entraîné de nets progrès pour les performances, comme un courant et une tension de seuil très bas ainsi rendement de conversion de puissance d'une valeur très élevée. Le semiconductreur à indice élevé qui est entouré par la matière diélectrique à indice faible conduit à des pertes de diffusion optique, qui augmentent pour les dispositifs plus petits. Un problème majeur lié à l'oxydation sélective en tant qu'outil de production la difficulté qu'il y a à contrôler la réaction d'oxydation avec une precision et une reproductibilité suffisantes. Un trait commun à tous les schémas de confinement de courant des VCSEL est que l'aire du dispositif actif est fixe et ne peut pas être modifié une fois que les composants ont été traités. Un but d'un mode de réalisation de l'invention est de fournir un procédé améliore pour réaliser le confinement du courant dans lasers à cavité verticale. Un autre but d'un mode de réalisation de l'invention de produire une diode à cavité verticale qui présente un confinement de courant électrostatique, diode comprenant : un contact de métal n un contact de métal p une couche active ; une partie mesa gravée ; et au moins une électrode à ouverture placée autour de la partie mesa afin de confiner porteurs électriques centralement par rapport à la partie mesa. Selon l'invention, pour confiner des porteurs électriques à l'intérieur d'une cavité laser verticale, l'utilisation d'un troisième contact électrique (électrode à ouverture) est employée autour d'une partie mesa gravée. Cette disposition fait appel à un champ électrostatique qui amène les porteurs de type p (les trous) à aller des parois latérales de la partie mesa vers le centre de la partie mesa. Selon un autre but de l'invention, il est proposé un laser à confinement de courant, comprend : un laser à émission en surface à cavité verticale qui possède une première électrode n, une deuxième électrode p, une partie mesa gravée et une région active ; et au moins une troisième électrode sélectivement activable qui est placée autour de la partie mesa afin d'appliquer sélectivement un champ électro statique à proximité de la partie mesa pour diriger les porteurs charge centra- lement par rapport à la partie mesa. Un autre but de l'invention est de fournir un proce de réalisation d'un confinement de courant dans un laser, comprenant les opérations suivantes : prévoir une diode laser possédant une première electrode n, une deuxième électrode p, une partie mesa gravée et une région active ; prévoir "au moins une" troisième électrode ; positionner ladite moins une" troisième électrode autour de la partie mesa ; appliquer un courant polarisation à ladite "au moins une" troisième électrode ; et produire un champ 'lectrostatique à partir de ladite "au moins une" troisième électrode afin de diriger les porteurs de charge centralement par rapport à la partie mesa. La description suivante, conçue à titre d'illustration, vise à donner une meilleure compréhension de caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels : la figure la est en section droite illustrant la géométrie du dispositif à trois bornes pour une première hauteur de partie mesa ; la figure lb est vue en section droite illustrant un VCSEL à montants d'air à émission par le dessus, qui illustre la géométrie du dispositif à trois bornes pour une deuxième hauteur de partie mesa ; la figure 2 est en section droite illustrant le schéma de polarisation ; la figure 3 est en plan de dessus d'une configuration d'électrode à ouverture ; et la figure 4 est en plan de dessus d'une configuration d'électrode à ouverture selon un deuxième mode de réalisation. Les numéros de référence identiques employés dans les dessins désignent des éléments identiques. On se reporte maintenant aux dessins, et, plus particulièrement, à la figure la qui est une vue en section droite d'un exemple de l'invention. La figure 1 présente un laser à émission en surface à cavité verticale (VCSEL), désigné dans son ensemble par le numéro qui comporte des éléments typiques associés à ces composants, à savoir : une aire de fonctionnement ou partie mesa 12, une couche active 14, une couche d'isolation et de passivation 16, un contact inférieur 18, qui est dans cet exemple un contact métal ri, et un contact supérieur, comprenant, dans cet exemple, un contact type p, 20. Comme représenté, le laser 10 est un laser à émission par le dessus. Sur la figure l a, partie mesa 12 du laser n'est pas gravée à travers la couche active 14 afin de réduire pertes non radiatives au niveau des parois latérales de la partie mesa (non représentées). Selon l'invention, une électrode à ouverture est placée autour de la partie mesa 12 et sur le dessus de la région active 14. Selon une deuxième géométrie (figure lb), la partie mesa 12 gravée à travers région active 14 et l'électrode à ouverture 22 est positionnée autour de la couche active 14. Cette dernière structure est avantageuse, puisque l'électrode à ouverture est placée dans le même plan que la jonction p-n de la diode laser, où les porteurs doivent finalement être confinés. Dans les deux cas, les parois latérales de la partie mesa (non représentées) sont passivées par une couche amorphe 16, par exemple en Si3N4, A1203 OU Si02, qui joue aussi le rôle d'une isolation électrique pour l'électrode à ouverture 22. En l'absence de l'électrode à ouverture 22, le trace dispositif est sensiblement identique à celui des VCSEL a montants d'air classiques. se reporte maintenant à la figure 2, qui représente un schéma des contacts électriques, où le courant du laser est injecté via les contacts type n et de type p, et 20, respectivement des deux côtés de la cavité laser 12. L'électrode à ouverture 22 se trouvant autour du miroir supérieur de type p 20 polarisée positivement, ce qui crée un champ électrostatique qui amène les trous à s'écarter des parois latérales de la partie mesa (non représentées). On utilise, pour injecter le courant laser, le contact n dorsal plan 18 et le contact p supérieur 20. Alors que les exemples des figures la, lb et 2 font référence VCSEL à émission par le dessus, les dispositifs à émission par le dessous (non représentés) utilisent un contact de dessus plan et une ouverture de contact côté inférieur (substrat). Une polarisation positive indépendante au niveau de l'électrode à ouverture commande la distribution latérale des porteurs positifs (trous) et détermine le diamètre effectif du dispositif. A titre de variante, l'électrode à ouverture peut être divisée en plusieurs paires d'électrodes pour des formes non circulaires d'ouverture. Une vue de dessus de la configuration d'électrode des figures la, lb et 2 est présentée sur la figure 3 sous la forme d'une électrode annulaire 22. Sur la figure 4, est présenté un autre mode de réalisation, suivant une vue en plan de dessus, où deux paires d'électrodes à ouverture (22 et 22') disposées autour de la partie mesa 12 sont illustrées. En ce qui concerne le mode de réalisation de la figure 4, il faut comprendre qu'il est possible d'employer tout nombre d'électrodes à ouverture. De façon avantageuse, l'utilisation de plusieurs électrodes à ouverture 22, 22' permet de produire des profils de porteurs de forme elliptique par exemple, ce qui donne la possibilité de commander la polarisation de l'émission laser. Les configurations à plusieurs électrodes facilitent également la commutation de l'orientation du profil des porteurs ainsi que toutes les propriétés des lasers qui leurs sont associées, comme par exemple, en autres choses, la polarisation optique. Commodément, en l'absence d'une tension d'ouverture appliquée, le dispositif fonctionne comme un VCSEL à montants d'air normal et, par consequent, tous les avantages pouvant être attribués aux VCSEL à montants 'air, comme le guidage par indice optique ou les modes optiques stables, peuvent être utilises. De cette manière, le montage est, efficacement, celui d'un VCSEL à double but. D'autres avantages de l'invention concernent le fait que le confinement du courant électrostatique est indépendant de la matière semiconductrice et peut être appliqué à des VCSEL utilisant GaAs aussi bien que InP. Peut-être l'un des plus grands atouts de l'invention se trouve dans le diamètre du laser. Le diamètre effectif du laser, défini comme l'aire latérale ou les porteurs électriques se recombinent et créent des photons, est commandé extérieurement. Par conséquent, toutes les propriétés du laser qui sont reliees à l'aire de recombinaison, comme le profil des modes optiques, la puissance de sortie ou le seuil laser, peuvent être modifiées depuis l'extérieur. On a découvert que l'utilisation de plusieurs électrodes à ouverture permettaient de produire des profils de porteurs ayant une forme elliptique par exemple, ce qui est utile pour commander la polarisation de l'émission laser. La configuration à plusieurs électrodes permet également de commuter l'orientation du profil des porteurs en même temps que toutes les propriétés laser qui leurs sont associées, comme par exemple la polarisation optique. Les pertes optiques qui sont liées aux parois latérales de la partie mesa (recombinaison en surface, dommages de radiation résultant de la gravure à sec) sont réduits, puisque le champ électrostatique induit une aire d'appauvrissement en porteurs qui est proche du contact à ouverture. Le confinement du courant est réalisé sans qu'il ait modification de l'indice de réfraction à l'intérieur de la cavité laser, comme par exemple dans le cas d'ouvertures d'oxyde d'aluminium disposées à l'intérieur de VCSEL utilisant GaAs. Les pertes par diffusion optique au niveau du bord ces ouvertures sont complètement évitées. Le principe du confinement électrostatique du courant, que présenté ci-dessus, n'est pas limité aux VCSEL mais peut être appliqué à tous les dispositifs à cavité verticale, comme les diodes émettrices de lumière a cavité résonante (RCLED, d'après "resonant cavity light emitting diodes"). Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Diode à cavité verticale (10) présentant un confinement électro statique du courant, caractérisée en ce qu'elle comprend un contact de métal n (18) un contact de métal p (20) une couche active (14) ; une partie mesa gravée (1 2) ; et au moins une électrode à ouverture (22) disposée autour de ladite partie mesa afin de confiner les porteurs électriques centralement par rapport à ladite partie mesa. 2. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est une diode (10) choisie parmi les lasers à émission en surface ' cavité verticale et les diodes d'émission de lumière à cavité résonante. Diode selon la revendication 2, caractérisée ce que ledit laser à émission en surface à cavité verticale comprend un laser à base de GaAs. Diode selon la revendication 2, caractérisée ce que ledit laser à émission en surface à cavité verticale comprend un laser à base de InP. Diode selon la revendication 1, caractérisée en que la partie mesa (12) est gravée à travers ladite couche active (14). Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite ouverture est placée autour de ladite partie mesa (12) et sur le dessus de ladite couche active (14). Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite électrode à ouverture (22) est sélectivement actionnable. Laser à confinement de courant, caractérisé en ce qu'il comprend un laser à émission en surface à cavité verticale possédant une première électrode n (18), une deuxième électrode p (20) une partie mesa (12) et une région active (14) ; et au moins une troisième électrode sélectivement actionnable (22) qui est placée autour de ladite partie mesa afin d'appliquer sélectivement un champ électrostatique à proximité de ladite partie mesa pour diriger les porteurs de charge centralement par rapport à ladite partie mesa. 9. Diode selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit laser comprend un laser à base de GaAs. 10. Diode selon la revendication 8, caractérisée en ce ledit laser comprend un laser à base de InP. 11. Diode selon la revendication 8, caractérisée en ce la partie mesa (12) est gravée à travers ladite couche active (14). 12. Diode selon la revendication 8, caractérisée en ce ladite ouverture est placée autour de ladite partie mesa (12) et sur le dessus de ladite couche active (14). 13. Procédé permettant de réaliser un confinement de courant dans un laser, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : prévoir une diode laser ayant une première électrode ri, une deuxième électrode p, une partie mesa gravée et une région active prevoir "au moins une" troisième électrode placer ladite "au moins une" troisième électrode autour de ladite partie mesa -, appliquer un courant de polarisation à ladite "au moins troisième électrode ; et produire un champ électrostatique à partir de ladite moins une" troisième électrode afin de diriger les porteurs de charge centralement par rapport à ladite partie mesa. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit courant de polarisation est appliqué sélectivement. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce ledit laser comprend un laser à émission en surface à cavité verticale. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce ledit laser comprend une diode d'émission de lumière à cavité résonante.