LASER SEMICONDUCTOR DE POTENCIA CON DIVERGENCIA Y ASTIGMATISMO BAJOS Y SU PROCEDIMIENTO DE FABRICACION.
Procedimiento de realización de un láser semiconductor, que comprende,
en una capa activa (4) de una estructura multicapa (11), una cinta estrecha, de guiado transversal por el índice de la cual una primera parte (7) es del tipo monomodal, con una anchura de algunos micrometros, terminando esta primera parte por una segunda (8) parte que se ensancha desde la primera parte, siendo la estructura multicapa (11) de este láser del tipo de confinamientos separados en un plano perpendicular a los planos de las capas y comprendiendo una capa activa de al menos un pozo cuántico, y que comprende las etapas siguientes: crecimiento epitaxial de un sustrato en las zonas que borden exteriormente los conductos y de las capas de la estructura multicapa (11); depósito de un primer contacto óhmico (12) sobre la capa superior de la indicada estructura; fotolitografía y grabado en las capas superficiales de la indicada estructura (11) de dos conductos (5, 6) que definen entre sí las indicadas primera y segunda partes de la cinta estrecha; depósito de un segundo contacto óhmico (13) sobre la superficie inferior del sustrato; caracterizado por el hecho de que comprende a continuación las etapas siguientes:
- depósito de polímero (14) en los conductos;
- fotolitografía en la superficie superior del primer contacto óhmico con la ayuda de una resina fotosensible, que deja subsistir la resina (15A) por encima de una zona comprendida entre los dos conductos;
- implantación de protones (9) a través de la capa del primer contacto en las zonas que bordean exteriormente los conductos, impidiendo la capa de resina la implantación en la zona que cubre;
- depósito de un electrodo (15) sobre la superficie superior del conjunto
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W05056878EP.
Solicitante: THALES.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: 45 RUE DE VILLIERS,92200 NEUILLY SUR SEINE.
Inventor/es: KRAKOWSKI,MICHEL, CALLIGARO,MICHEL.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 9 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01S5/223B
Clasificación PCT:
- H01S5/22 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EL PROCESO DE AMPLIFICACION DE LUZ MEDIANTE EMISION ESTIMULADA DE RADIACIÓN [LASER] PARA AMPLIFICAR O GENERAR LUZ; DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EMISION ESTIMULADA DE RADIACION ELECTROMAGNETICA EN RANGOS DE ONDA DISTINTOS DEL ÓPTICO. › H01S 5/00 Láseres de semiconductor (diodos superluminiscentes H01L 33/00). › que tiene una estructura de tipo estriado o en forma de bandas.
- H01S5/24 H01S 5/00 […] › que tiene una estructura ranurada, p. ej. con ranuras en V.
Fragmento de la descripción:
Láser semiconductor de potencia con divergencia y astigmatismo bajos y su procedimiento de fabricación.
La presente invención se refiere a un láser semiconductor de potencia con divergencia y astigmatismo bajos, así como a un procedimiento de realización de un láser de este tipo.
Los láseres de semiconductor de potencia superior a 1 vatio son generalmente láseres de tipo cinta ancha y, en función de la potencia de emisión requerida, pueden ser unitarios o dispuestos en paralelo para formar barritas. El principal inconveniente de tales láseres es que la distribución en amplitud de su haz emitido, en un plano perpendicular a su superficie de emisión, es altamente divergente (divergencia del orden de 15º en un plano paralelo a las capas activas) y nada homogéneo, lo cual produce una baja de rendimiento del acoplamiento con una fibra óptica. La causa de ello es la existencia de modos parásitos en la cavidad del láser y la presencia de fenómenos de "filamentación" (la corriente electrónica, en el interior del semi-conductor, pasa no por toda la sección activa del semiconductor, sino de forma no homogénea).
Para mejorar la homogeneidad del campo próximo a la superficie de emisión de tales láseres, se ha integrado en el mismo elemento activo de un circuito un láser de cinta estrecha monomodal (que actúa como un filtro) prolongado por una parte ensanchada que actúa en amplificador. Se pueden entonces emitir potencias claramente superiores a 1 vatio, manteniendo un haz transversal monomodal. Los láseres conocidos han sido realizados según las dos configuraciones siguientes. La primera consiste en grabar en capas activas una cinta estrecha monomodal de guiado transversal por el índice seguido de una parte ensanchada que es igualmente de guiado transversal por el índice, significando "guiado transversal por el índice" que el confinamiento lateral del campo óptico se obtiene por una diferenciación del índice de refracción entre la zona de la cinta estrecha y las zonas que la bordean. La segunda configuración comprende igualmente una cinta estrecha monomodal de guiado transversal por el índice, pero seguida de una parte ensanchada de guiado transversal por la ganancia. Hasta ahora, ninguna otra configuración ha sido propuesta, pues se estimaba que solo las dos anteriormente citadas permitían controlar fácilmente la calidad del haz láser emitido. Sin embargo, estas estructuras conocidas son relativamente complejas de realizar y su disipación térmica no resulta fácil de evacuar. Se conoce por ejemplo por la patente US 2004/125846, o incluso por el documento de Cheong et al "High alignment tolerance coupling scheme for multichannel laser diode/single mode fibre modules using a tapered waveguide array", publicado en ELECTRONICS LETTERS, vol. 30, No. 18, del 1 de Septiembre 1994, páginas 1515-1516, un láser del tipo de cinta estrecha prolongado por una parte ensanchada, pero este láser es complejo de realizar (comprende etapas de grabación y de recrecimiento) y no permite un buen confinamiento de la corriente eléctrica que circula por esta cinta. Se conocen igualmente láseres o guiaondas ópticos de confinamiento óptico y aislamiento eléctrico por los documentos EP 1 312 971 A2 y US 2002/0 110 170 A1.
La presente invención tiene por objeto un láser de semiconductor del cual el haz emitido cuyo campo lejano (de algunos cm de la superficie de emisión) tenga una distribución en amplitud gausiana y tenga una baja divergencia y un bajo astigmatismo y una potencia superior a 1 vatio siendo estable en temperatura, que sea fácil de realizar, que pueda tener una buena disipación térmica y que pueda ser fabricado por grupos de varios elementos sobre el mismo sustrato.
El procedimiento de la invención es un procedimiento de realización de un láser semiconductor, que comprende, en una capa activa de una estructura multicapa, una cinta estrecha, de guiado transversal por el índice, de la cual una primera parte es del tipo monomodal, con una anchura de algunos micrometros, estando esta primera parte terminada por una segunda parte que se ensancha desde la primera parte, siendo la estructura multicapa de este láser del tipo de confinamientos separados en un plano perpendicular a los planos de las capas y comprendiendo una capa activa de al menos un pozo cuántico, y que incluye las etapas siguientes:
crecimiento epitaxial de un sustrato y de las capas de la estructura multicapa;
depósito de un primer contacto óhmico sobre la capa superior de la indicada estructura;
fotolitografía y grabado en las capas superficiales de la indicada estructura de dos conductos que definen entre sí las indicadas primera y segunda partes de la cinta estrecha;
depósito de un segundo contacto óhmico en la superficie inferior del sustrato;
y está caracterizado por el hecho de que comprende a continuación las etapas siguientes:
- - depósito de polímero en los conductos;
- - fotolitografía en la superficie superior del primer contacto óhmico con la ayuda de una resina fotosensible, que deja subsistir resina por encima de una zona comprendida entre los dos conductos;
- - implantación de protones a través de la capa del primer contacto en las zonas que bordean exteriormente los conductos, impidiendo la capa de resina la implantación en la zona que cubre;
- - depósito de un electrodo sobre la superficie superior del conjunto.
Se apreciará que la resina fotosensible es igualmente conocida bajo el nombre de "photorésist", y que este último término se utilizará a continuación.
Según otra característica de la invención, se realizan varios láseres unitarios juntos en un mismo sustrato y después del depósito del electrodo sobre la superficie superior del conjunto, se realizan caminos de corte en este electrodo para delimitar láseres unitarios o grupos adyacentes de láseres unitarios adyacentes, y se separan los láseres unitarios o grupos de láseres unitarios siguiendo los caminos de corte.
Según otra característica de la invención, se forma en un mismo sustrato varias mini-barritas que comprenden cada una varios láseres unitarios, se abren en al menos una parte de las capas formadas sobre el sustrato conductos de delimitación de las mini-barritas, y se llenan estos conductos de polímero.
Según otra característica de la invención, se fijan los láseres unitarios o los conjuntos de láseres unitarios por su superficie superior sobre un radiador térmico.
El láser conforme a la invención es un semiconductor de potencia con divergencia y astigmatismo bajos, de estructura multicapa que comprende, en una capa activa, al menos un pozo cuántico, de la indicada estructura, una cinta estrecha de guiado transversal por el índice, de la cual una primera parte, con una anchura de algunos micrones, es del tipo monomodal, estando esta primera parte terminada por una segunda parte que se ensancha desde la primera parte, realizándose la delimitación de esta cinta por dos conductos grabados en sus capas superficiales de la estructura multicapa, la cual es del tipo de confinamientos separados en un plano perpendicular a los planos de las capas, caracterizado porque la delimitación de la cinta se completa mediante un implante de protones en las zonas que bordean exteriormente los conductos, siendo estos conductos llenados de polímero.
La presente invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción detallada de un modo de realización, tomado a título de ejemplo no limitativo e ilustrado por el dibujo adjunto, en el cual:
la figura 1 es una vista simplificada en perspectiva de un láser conforme a la invención,
la figura 2 es una vista en sección esquemática que muestra las diferentes capas de confinamiento y activas del láser de la figura 1,
la figura 3 es un conjunto de nueve vista en sección muy simplificadas que muestran las diferentes etapas de fabricación del láser unitario de la invención,
la figura 4 es un conjunto de diez vistas en sección muy simplificadas que muestran las diferentes etapas de fabricación de una barrita de varios láseres unitarios de la invención,
la figura 5 es una vista esquemática por encima de un conjunto de barritas similares a las de la figura 4,
la figura 6 es una vista esquemática en perspectiva de una barrita similar a la de la figura 4, con una vista agrandada de un detalle, y
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de realización de un láser semiconductor, que comprende, en una capa activa (4) de una estructura multicapa (11), una cinta estrecha, de guiado transversal por el índice de la cual una primera parte (7) es del tipo monomodal, con una anchura de algunos micrometros, terminando esta primera parte por una segunda (8) parte que se ensancha desde la primera parte, siendo la estructura multicapa (11) de este láser del tipo de confinamientos separados en un plano perpendicular a los planos de las capas y comprendiendo una capa activa de al menos un pozo cuántico, y que comprende las etapas siguientes:
crecimiento epitaxial de un sustrato en las zonas que borden exteriormente los conductos y de las capas de la estructura multicapa (11);
depósito de un primer contacto óhmico (12) sobre la capa superior de la indicada estructura;
fotolitografía y grabado en las capas superficiales de la indicada estructura (11) de dos conductos (5, 6) que definen entre sí las indicadas primera y segunda partes de la cinta estrecha;
depósito de un segundo contacto óhmico (13) sobre la superficie inferior del sustrato;
caracterizado por el hecho de que comprende a continuación las etapas siguientes:
- - depósito de polímero (14) en los conductos;
- - fotolitografía en la superficie superior del primer contacto óhmico con la ayuda de una resina fotosensible, que deja subsistir la resina (15A) por encima de una zona comprendida entre los dos conductos;
- - implantación de protones (9) a través de la capa del primer contacto en las zonas que bordean exteriormente los conductos, impidiendo la capa de resina la implantación en la zona que cubre;
- - depósito de un electrodo (15) sobre la superficie superior del conjunto.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se realizan varios de los indicados láseres unitarios juntos en un mismo sustrato y porque después del depósito del electrodo (15) sobre la superficie superior del conjunto, se realiza caminos de corte (15B) en este electrodo para delimitar láseres unitarios o grupos adyacentes de láseres unitarios adyacentes, y porque se separan los láseres unitarios o grupos de láseres unitarios siguiendo los caminos de corte.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que se forma en el mismo sustrato varias mini-barritas que comprenden cada una varios de los indicados láseres unitarios, porque se abren en al menos una parte de las capas formadas sobre el sustrato conductos (24) de delimitación de mini-barritas, y porque se llenan estos conductos de polímero.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que se fijan los láseres unitarios o los conjuntos de láseres unitarios por su superficie superior en un radiador térmico.
5. Láser semiconductor de potencia con divergencia y astigmatismo bajos con estructura multicapa que comprende, en una capa activa (4), al menos un pozo cuántico de la indicada estructura, una cinta estrecha, de guiado transversal por el índice, de la cual una primera parte (7), con una anchura de algunos micrones, es del tipo monomodal, terminándose esta primera parte por una segunda parte (8) que se ensancha desde la primera parte, realizando la delimitación de esta cinta mediante dos conductos (35, 36) grabados en capas superficiales de la estructura multicapa (32, 33), la cual es del tipo de confinamientos separados en un plano perpendicular a los planos de las capas, caracterizado porque la delimitación de la cinta se completa mediante un implante de protones (9) en las zonas (37) que bordean exteriormente los conductos, siendo estos conductos llenados de polímero.
6. Láser según la reivindicación 5, caracterizado porque las dos partes de la cinta están formadas por la capa activa (4) situada por encima del pozo cuántico (QW).
7. Láser según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque comprende, a nivel de la primera parte de la cinta un deflector de fotones parásitos (9).
8. Láser según la reivindicación 7, caracterizado porque el deflector comprende dos conductos (39, 40) en forma de "V" dispuestos a uno y otro lado de la primera parte de la cinta y porque estos conductos se llenan de polímero.
9. Láser según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque se fija sobre un radiador térmico por su superficie opuesta al sustrato (26).
10. Mini-barrita láser que comprende varios láseres elementales, caracterizada porque los láseres elementales son láseres según una de las reivindicaciones 5 a 9.
11. Ensamblado de mini-barritas que comprenden cada una varios láseres elementales y formadas sobre el mismo sustrato (26), caracterizado porque los láseres elementales son láseres según una de las reivindicaciones 5 a 9 y porque la separación entre mini-barritas adyacentes está asegurada cada vez por un conducto (24) de separación óptica formado en las capas semi-conductoras y llenado de polímero.
12. Ensamblado según la reivindicación 11, caracterizado porque los flancos de cada conducto de separación óptica forman entre si un ángulo de algunos grados.