FR2598263A1 - Semiconductor laser with high level of non-linearity and method of differential passivation of the cleaved faces of this laser - Google Patents
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Abstract
Description
LASER SEMICONDUCTEUR A HAUT NIVEAU DE NON-LINEARITE
ET PROCEDE DE PASSIVATION DIFFERENTIELLE DES FACES CLIVEES
DE CE LASER
La présente invention concerne un dispositif semiconducteur
de type laser, dont les caractéristiques émissives sont améliorées
par une passivation différentielle des faces clivées de son ruban
émetteur de lumière, de façon que l'une de ces faces est moins
réflective que l'autre, et émet d'avantage de puissance. L'invention
concerne également le procédé de passivation différentielle des
deux faces clivées d'un laser.HIGH-LEVEL SEMICONDUCTOR LASER OF NON-LINEARITY
METHOD AND METHOD FOR DIFFERENTIAL PASSIVATION OF CLIVE FACES
FROM THIS LASER
The present invention relates to a semiconductor device
laser type, whose emissive characteristics are improved
by a differential passivation of the cleaved faces of its ribbon
light emitter, so that one of these faces is less
reflective than the other, and emits more power. The invention
also relates to the differential passivation process of
two cleaved faces of a laser.
Un laser semiconducteur est, comme représenté schémati
quement en figure 1, formé par un ruban émetteur 1, délimité dans
le sens de l'épaisseur du laser par deux couches de confinement 2 et
3. L'ensemble est supporté par un substrat 4 et recouvert par une
couche 5 qui sert d'une part à établir un contact électrique et
d'autre part à délimiter latéralement le ruban émetteur, c'est-à-dire
en avant et en arrière du plan de la figure 1, sur laquelle le ruban
émetteur 1 est vu en coupe longitudinale. Le laser émet de la
lumière par les deux extrémités 6 et 7 du ruban émetteur, ces
extrémités étant dites les faces clivées.Pour protéger les maté
riaux, qui sont des groupes III-V ou Il-Vi, les faces clivées sont
généralement passivées par deux couches 8 et 9 d'un matériau
transparent, les couches ayant même épaisseur.A semiconductor laser is, as shown schemati
only in FIG. 1, formed by a transmitter ribbon 1, delimited in
the direction of the thickness of the laser by two confinement layers 2 and
3. The assembly is supported by a substrate 4 and covered by a
layer 5 which serves on the one hand to establish an electrical contact and
on the other hand to laterally delimit the transmitter ribbon, that is to say
forward and backward of the plane of Figure 1, on which the ribbon
transmitter 1 is seen in longitudinal section. The laser emits
light by the two ends 6 and 7 of the transmitter ribbon, these
ends being called the cleaved faces.To protect the mate
are groups III-V or II-Vi, the cleaved faces are
generally passivated by two layers 8 and 9 of a material
transparent, the layers having the same thickness.
La cavité résonante de Fabry-Perrot d'un laser semiconducteur
est formée par ce ruban, délimité par les deux faces clivées 6 et 7
du cristal. Par le coefficient de réflexion des extrémités 6 et 7, ces
faces clivées permettent en réfléchissant une partie des photons h >
à l'intérieur de la cavité, d'atteindre le niveau de densité permettant
l'inversion de population, et le passage à Peffet laser. A partir d'un
certain niveau de courant injecté, cette inversion se produit et
l'émission spontannée émise par les faces clivées se transforme en émission stimulée: ce niveau de courant d'injection particulier est appelé courant de seuil 1th du laser.The resonant cavity of Fabry-Perrot of a semiconductor laser
is formed by this ribbon, delimited by the two cleaved faces 6 and 7
crystal. By the reflection coefficient of the ends 6 and 7, these
cleaved faces allow by reflecting some of the photons h>
inside the cavity, to reach the density level allowing
population inversion, and the transition to laser effect. From a
certain level of current injected, this inversion occurs and
the spontaneous emission emitted by the cleaved faces transforms into stimulated emission: this particular level of injection current is called the threshold current 1th of the laser.
Les caractéristiques principales d'un laser sont données par sa courbe de puissance émise P en fonction de l'intensité de courant injecté I, en figure 2. Ce sont:
- son courant de seuil Ith: en dessous de ce courant de seuil, le dispositif optoélectronique émet comme une diode électroluminescente une lumière non-cohérente,
- son rendement quantique externe par face 7 t. Ce rendement est donné par la pente de la partie linéaire 10 de la courbe, au-dessus du courant de seuil Ith,
- le niveau de non-linéarité, en 11, de la courbe de puissance émise. Ce niveau, appelé le "kink", correspond à un changement de processus d'excitation, et donc à un changement de mode fondamental transverse de rémission laser. La plage d'utilisation d'un laser est limitée inférieurement par le courant de seuil et supérieurement par le kink,
- son spectre d'émission en fréquence.Ce spectre est plus riche en longueurs d'ondes émises à proximité du courant de seuil, et devient de plus en plus monochromatique,à plus forte intensité I de courant injecté.The main characteristics of a laser are given by its power curve emitted P as a function of the injected current intensity I, in FIG. 2. These are:
its threshold current Ith: below this threshold current, the optoelectronic device emits a non-coherent light like a light-emitting diode,
- its external quantum yield per side 7 t. This yield is given by the slope of the linear part of the curve, above the Ith threshold current,
the level of non-linearity, at 11, of the emitted power curve. This level, called the "kink", corresponds to a change of excitation process, and therefore to a change of fundamental transverse mode of laser remission. The range of use of a laser is limited below by the threshold current and higher by the kink,
- Its frequency emission spectrum. This spectrum is richer in wavelengths emitted near the threshold current, and becomes more and more monochromatic, with higher intensity I of injected current.
I1 y a donc opposition entre la richesse du spectre émis et la puissance émise. There is therefore opposition between the richness of the spectrum emitted and the power emitted.
La courbe de la figure 2 est la même pour les deux faces clivées d'un laser, la face frontale "f" et la face arrière "r", la détermination "frontale" ou "arrière" étant prise arbitrairement, pour un laser symétrique selon l'art connu. The curve of FIG. 2 is the same for the two cleaved faces of a laser, the front face "f" and the rear face "r", the "front" or "rear" determination being taken arbitrarily, for a symmetrical laser according to the known art.
Par ailleurs, les lasers semiconducteurs sont classés en deux familles selon leur spectre émissif et selon leur utilisation: les lasers à spectre de fréquence monoraie et les lasers à spectre multiraies. In addition, semiconductor lasers are classified into two families according to their emission spectrum and according to their use: lasers with monaural frequency spectrum and multi-spectral lasers.
Les lasers monoraie sont surtout utilisés dans les systèmes de transmission sur fibre optique monomode, à longue distance et à fort débit. Dans ce cas, les lasers émettent dans des fenêtres de longueurs d'ondes centrées sur 1,3 um et 1,55 llm pour lesquelles les fibres optiques présentent peu d'atténuation et une dispersion chromatique très faible. Monaural lasers are mainly used in single-mode, long-distance and high-speed optical fiber transmission systems. In this case, the lasers emit in wavelength windows centered on 1.3 μm and 1.55 μm for which the optical fibers have little attenuation and a very low chromatic dispersion.
Les lasers multiraies sont utilisés dans les systèmes de transmission de type analogique, sur fibre optique à moyenne distance et moyen débit. Dans ce cas, il est nécessaire que le spectre d'émission soit le plus riche possible, multiraies, afin de limiter au maximum le bruit modal de transmission. Les lasers concernés par cette utilisation sont ceux qui émettent dans une fenêtre centrée sur û,8 ,um (structure de laser GaAs - AlGaAs) et ceux qui émettent dans une fenêtre centrée sur 1,3 llm (structure de laser InP - GaInAsP). Multi-laser lasers are used in analogue transmission systems, medium-distance and medium-speed optical fiber. In this case, it is necessary that the emission spectrum be as rich as possible, multi-channel, in order to limit the transmission modal noise as much as possible. The lasers concerned by this use are those that emit in a window centered on û, 8 μm (GaAs laser structure - AlGaAs) and those that emit in a window centered on 1.3 μm (InP - GaInAsP laser structure).
Un premier objet de l'invention est de proposer un laser dont les caractéristiques sont améliorées par:
- l'augmentation de son niveau de non-linéarité ou niveau de kink, ce qui correspond à une augmentation de la plage de puissance utilisable,
- l'augmentation de nombre de raies émises dans son spectre optique.A first object of the invention is to propose a laser whose characteristics are improved by:
the increase of its level of non-linearity or level of kink, which corresponds to an increase of the usable power range,
the increase in the number of lines emitted in its optical spectrum.
La première caractéristique concerne les lasers des deux familles, monoraie et multiraies. The first feature concerns the lasers of the two families, monaural and multiraies.
Un autre objet de l'invention est de proposer une méthode de passivation différentielle des faces clivées d'un laser, de façon à modifier ses caractéristiques dans le sens de l'augmentation du niveau de kink et du nombre de raies émises. Another object of the invention is to propose a method of differential passivation of the cleaved faces of a laser, so as to modify its characteristics in the sense of increasing the level of kink and the number of lines emitted.
Pour atteindre ces résultats, l'invention prévoit que les faces clivées d'un laser sont recouvertes par une couche de protection transparente aux longueurs d'ondes émises, mais la couche de protection d'une première face est moins épaisse que la couche de protection d'une deuxième face, de sorte que le coefficient de réflectivité de la première face est inférieur au coefficient de réflectivité de la seconde face. La lumière émise par le laser sort donc de la cavité résonante avec une puisance accrue par la première face, et avec une puissance diminuée par la deuxième face. To achieve these results, the invention provides that the cleaved faces of a laser are covered by a protective layer transparent to the wavelengths emitted, but the protective layer of a first face is less thick than the protective layer. a second face, so that the reflectivity coefficient of the first face is smaller than the reflectivity coefficient of the second face. The light emitted by the laser therefore leaves the resonant cavity with increased power by the first face, and with a power reduced by the second face.
Cette passivation différentielle est obtenue en évaporant un diélectrique, tel que l'alumine ou le nitrure de silicium par exemple, à 450 par rapport à l'une des faces clivées, de sorte que cette première passivation ne concerne que la face clivée "vue" par le flux gazeux. Une deuxième passivation concerne l'autre face clivée: sans arrêter le dispositif d'évaporation sous vide, il suffit de faire pivoter le laser d'un angle de 1800 pour que le flux gazeux atteigne cette autre face. La durée des évaporations permet, toutes choses étant égales par ailleurs, de régler les épaisseurs de passivations différentielles. This differential passivation is obtained by evaporating a dielectric, such as alumina or silicon nitride for example, at 450 with respect to one of the cleaved faces, so that this first passivation only concerns the cleaved face "view" by the gas flow. A second passivation concerns the other cleaved face: without stopping the evaporation device under vacuum, it suffices to rotate the laser by an angle of 1800 so that the gas flow reaches this other face. The duration of the evaporations allows, all things being equal, to adjust the thicknesses of differential passivations.
De façon plus précise, I'invention concerne un laser semiconducteur à haut niveau de non-linéarité comprenant au moins une couche active, comprise entre deux couches de confinement, une cavité résonante de Fabry-Perrot en forme de ruban étant définie dans la couche active par les couches de confinement et par deux faces clivées de la structure du laser qui comprend en outre un substrat et une couche de prise de contact, ce laser étant caractérisé en ce que la réflectivité d'une première face clivée, dite face frontale, est diminuée par rapport à la réflectivité d'une deuxième face clivée, dite face arrière, la modification de réflectivité étant obtenue par passivation différentielle des deux faces clivées au moyen de deux couches de diélectrique déposées sur lesdites faces, la couche de diélectrique déposée sur la face à faible réflectivité étant d'épaisseur inférieure à celle de la couche de diélectrique déposée sur la face à réflectivité normale. More specifically, the invention relates to a semiconductor laser with a high level of non-linearity comprising at least one active layer, between two confinement layers, a ribbon-shaped Fabry-Perrot resonant cavity being defined in the active layer. by the confinement layers and by two cleaved faces of the laser structure which further comprises a substrate and a contact layer, this laser being characterized in that the reflectivity of a first cleaved face, referred to as the front face, is decreased relative to the reflectivity of a second cleaved face, said rear face, the reflectivity modification being obtained by differential passivation of the two cleaved faces by means of two dielectric layers deposited on said faces, the dielectric layer deposited on the face with low reflectivity being of a thickness less than that of the dielectric layer deposited on the reflectivity surface é normal.
L'invention sera mieux comprise par la description d'un exemple d'application, et son intérêt ressortira mieux au moyen des figures jointes en annexe, qui représentent:
- figure 1: coupe schématique longitudinale d'un laser semiconducteur selon l'art connu,
- figure 2 : courbe de la puissance émise P en fonction de l'intensité I de courant injecté,pour un laser selon l'art connu,
- figure 3 : courbe de rendemant quantique externe d'une face clivée de laser, en fonction du coefficient de réflectivité des deux faces clivées,
- figure 4 : coupe schématique longitudinale d'un laser semiconducteur selon l'invention,
- figure 5 : courbe de la puissance émise P, pour chacune des faces clivées d'un laser selon l'invention,
- figure 6 et 7 : schémas du procédé de passivation différentielle des faces clivées d'un laser selon l'invention.The invention will be better understood by the description of an example of an application, and its interest will emerge more clearly by means of the appended figures, which represent:
FIG. 1: longitudinal schematic section of a semiconductor laser according to the prior art,
FIG. 2: curve of the power emitted P as a function of the intensity I of injected current, for a laser according to the known art,
FIG. 3: external quantum yield curve of a cleaved laser face, as a function of the reflectivity coefficient of the two cleaved faces,
FIG. 4: longitudinal schematic section of a semiconductor laser according to the invention,
FIG. 5: curve of the power emitted P, for each of the cleaved faces of a laser according to the invention,
FIGS. 6 and 7 are diagrams of the method of differential passivation of the cleaved faces of a laser according to the invention.
I1 a été dit précédemment, au sujet de la figure 1, qu'afin de limiter la dégradation des faces d'émission d'un laser et d'isoler le matériau qui les constitue des agents extérieurs agressifs, une couche de diélectrique est déposée sur chaque face émissive après découpe du laser. Ce diélectrique peut être de l'alumine ou du nitrure de silicium par exemple. Les résines organiques sont possibles. De manière générale, afin de ne pas modifier les propriétés de réflectivité des faces, la couche déposée est ajustée en épaisseur à B/2, soit 2500 A pour une lumière émise à une longueur d'onde X = 0,8w. Le coefficient de réflectivité d'une face clivée est de l'ordre de 0,3 pour un laser classique. It has been said previously, with regard to FIG. 1, that in order to limit the degradation of the emission faces of a laser and to isolate the material constituting them from aggressive external agents, a dielectric layer is deposited on each emissive face after laser cutting. This dielectric may be alumina or silicon nitride, for example. Organic resins are possible. In general, in order not to modify the reflectivity properties of the faces, the deposited layer is adjusted in thickness to B / 2, ie 2500 A for a light emitted at a wavelength λ = 0.8 w. The reflectivity coefficient of a cleaved face is of the order of 0.3 for a conventional laser.
L'objet de l'invention consiste précisément à modifier cette épaisseur de couche protectrice sur une seule des deux faces clivées, de façon à tirer parti des modifications de caractéristiques qui en résultent. The object of the invention is precisely to modify this protective layer thickness on only one of the two cleaved faces, so as to take advantage of the resulting changes in characteristics.
Si on appelle:
-? ext.f(ou r)le rendement externe de la face frontale (f) ou arrière (r),
- ? int. le rendement quantique interne du laser,
- L la longueur de la cavité,
- ales pertes internes dans la cavité,
- R f et R r les coefficients de réflectivité des faces "f" et "r", les relations connues du fonctionnement d'un laser semiconducteur permettent de calculer le rendement externe 7 ext.f de la face frontale.A partir de
et de:
on tire :
- ext.f (or r) the external yield of the front (f) or rear (r) face,
-? int. the internal quantum efficiency of the laser,
- L the length of the cavity,
- internal losses in the cavity,
- R f and R r the reflectivity coefficients of the faces "f" and "r", the known relations of the operation of a semiconductor laser make it possible to calculate the external yield 7 ext.f of the front face.
and of:
we shoot :
De même, le courant de seuil du laser est donné par:
dans lequel:
- d est l'épaisseur de la couche active ou ruban,
est 7 Sp est le rendement quantique interne en émission spontanée,
-13 et Jo sont des constantes dépendant de la température,
- r est le facteur de confinement transverse.Similarly, the threshold current of the laser is given by:
in which:
d is the thickness of the active layer or ribbon,
is 7 Sp is the internal quantum efficiency in spontaneous emission,
-13 and Jo are constants depending on the temperature,
- r is the transverse confinement factor.
De ces deux dernières équations, on tire que, pour une valeur fixée de la réflectivité R de la face arrière, la diminution de la
r réflectivité Rf de la face frontale entraine une augmentation du rendement quantique externe 7 ext.f et une augmentation de courant de seuil Ith. From these last two equations, we draw that for a fixed value of the reflectivity R of the rear face, the decrease of the
r reflectivity Rf of the front face causes an increase in the external quantum yield 7 ext.f and an increase in threshold current Ith.
La courbe de la figure 3 met bien en évidence ce phénomène. The curve of Figure 3 highlights this phenomenon.
Elle donne le rendement externe 7 ext.f de la face frontale en fonction de la réflectivité R r de la face arrière, pour différentes valeurs de réflectivité Rf de la face frontale. On voit que le rendement externe '?ext.f de la face frontale augmente avec la réflectivité R de la face arrière, et que, pour une réflectivité R
r r donnée, 7 ext.f augmente lorsque Rf diminue. Le rendement externe de la face frontale d'un laser est donc d'autant meilleur que la réflectivité R f est faible et que la réflectivité R est élevée.It gives the external yield 7 ext.f of the front face as a function of the reflectivity R r of the rear face, for different reflectivity values Rf of the front face. It can be seen that the outer yield of the front face increases with the reflectivity R of the rear face, and that for a reflectivity R
rr given, 7 ext.f increases as Rf decreases. The external efficiency of the front face of a laser is therefore even better than the reflectivity R f is low and the reflectivity R is high.
Ceci est obtenu avec une structure de laser conforme à celle de la figure 4. La structure "active" d'un laser selon l'invention est identique à celle d'un laser selon l'art connu. I1 est même possible de partir d'un laser classique, à condition que ses faces clivées ne soient pas passivées, et de le modifier pour en faire un laser selon l'invention. Dans cette structure, le ruban émissif 1, ou cavité de
Fabry-Perrot, est défini dans une première direction par deux couches de confinement 2 et 3, dans une deuxième direction par les deux faces clivées 6 et 7, et dans une troisième direction par la couche 5 de prise de contact. L'ensemble est supporté par un substrat 4. Diverses configurations sont possibles: elles n'entrent pas dans le domaine de l'invention.This is obtained with a laser structure according to that of FIG. 4. The "active" structure of a laser according to the invention is identical to that of a laser according to the known art. It is even possible to start from a conventional laser, provided that its cleaved faces are not passivated, and to modify it to make a laser according to the invention. In this structure, the emissive ribbon 1, or cavity of
Fabry-Perrot, is defined in a first direction by two confinement layers 2 and 3, in a second direction by the two cleaved faces 6 and 7, and in a third direction by the contact layer 5. The assembly is supported by a substrate 4. Various configurations are possible: they do not fall within the scope of the invention.
La particularité du laser selon l'invention est que les deux faces clivées 6 et 7 sont protégées par deux couches de passivation 12 et 13 d'épaisseurs différentes. La face 6 est protégée par une couche 12 d'alumine ou autre matériau minéral ou organique transparent d'épaisseur "normale", c'est-à-dire d'épaisseur A/2, soit 2500
A pour une émission lumineuse à 0,8/v avec l'alumine, et pour un indice ne,1,7. La réflectivité de cette face est de l'ordre de 0,3. La face 7 est protégée par une couche 13, du même matériau que celui de la couche 12, mais sous une épaisseur telle que la réflectivité de la face clivée 7 soit diminuée, à 0,1 par exemple, ou plus généralement entre 0,05 et 0,3, ce qui correspond à une épaisseur de 1600 A environ pour l'alumine.The particularity of the laser according to the invention is that the two cleaved faces 6 and 7 are protected by two passivation layers 12 and 13 of different thicknesses. The face 6 is protected by a layer 12 of alumina or other transparent organic or inorganic material of "normal" thickness, that is to say of thickness A / 2, ie 2500
A for a light emission at 0.8 / v with alumina, and for a subscript, 1.7. The reflectivity of this face is of the order of 0.3. The face 7 is protected by a layer 13, of the same material as that of the layer 12, but in a thickness such that the reflectivity of the cleaved face 7 is decreased, to 0.1 for example, or more generally between 0.05 and 0.3, which corresponds to a thickness of about 1600 A for alumina.
La face 6, dont la réflectivité est normale, est donc la face arrière "r" (réflectivité Rr), et la face 7, dont la réflectivité est faible, est donc la face frontale "f" (réflectivité Rf). Dans un tel laser, la majeure partie de la lumière sort par la face frontale, et une faible partie sort par la face arrière, tel que symbolisé sur la figure 4 par les rayons lumineux hi. The face 6, whose reflectivity is normal, is therefore the rear face "r" (reflectivity Rr), and the face 7, whose reflectivity is low, is therefore the front face "f" (reflectivity Rf). In such a laser, most of the light exits through the front face, and a small portion exits through the rear face, as symbolized in Figure 4 by the light rays hi.
La figure 5 met en évidence les modifications introduites par les deux couches 12 et 13 de passivation différentielle, d'épaisseurs différentes. La puissance émise P du laser est portée en ordonnées. FIG. 5 shows the modifications introduced by the two layers 12 and 13 of differential passivation, of different thicknesses. The emitted power P of the laser is plotted on the ordinate.
Pour faciliter la comparaison, on a rapporté en pointillé la courbe 10 d'un laser classique, avec son niveau de kink en 11. C'est une courbe unique "f+r" pour les deux faces "f" et "r".For ease of comparison, the curve 10 of a conventional laser has been dotted with its kink level at 11. This is a single curve "f + r" for both faces "f" and "r".
Au contraire, les deux faces clivées d'un laser conforme à l'invention émettent de façon différente. La face frontale "f", ou 7, émet avec un rendement quantique externe 7 ext.f plus élevé, c'està-dire une pente de courbe 14 plus grande, puisque son coefficient de réflectivité Rf est abaissé, à 0,1 par exemple, Et, bien entendu, la face arrière "r", ou 6, émet avec un rendement quantique diminué, donc une pente de courbe 15 aplatie, puisque la lumière sort préférentiellement par la face frontale moins réflective. On the contrary, the two cleaved faces of a laser according to the invention emit differently. The front face "f", or 7, emits with an external quantum yield 7 ext.f higher, that is to say a slope of curve 14 greater, since its reflectivity coefficient Rf is lowered, to 0.1 by For example, and of course, the rear face "r", or 6, emits with a decreased quantum efficiency, therefore a flattened slope of curve 15, since the light preferentially leaves the front less reflective.
Les trois niveaux de kink, pour l'art connu et selon l'invention, sont alignés, puisque le kink est fonction du courant injecté i. Il s'ensuit que, pour la face frontale "f" qui a une pente élevée, la plage linéaire de la courbe 14 est importante, avant d'atteindre en 16 son niveau de kink, pour une puissance importante. Et réciproquement, la face arrière "r" n'a quasiment pas de plage linéaire sur sa courbe 15 et atteint rapidement en 17 son niveau de kink, à faible puissance. The three kink levels, for the known art and according to the invention, are aligned, since the kink is a function of the injected current i. It follows that, for the frontal face "f" which has a high slope, the linear range of the curve 14 is important, before reaching its kink level at 16, for a significant power. And reciprocally, the rear face "r" has almost no linear range on its curve 15 and quickly reaches 17 level kink, low power.
Dans un laser selon l'art connu, il y a opposition entre la notion de puissance, qui suppose de travailler près de niveau de kink, avec peu de raies émises, et la notion de multiraies qui suppose de travailler près du courant de seuil, à faible puissance. In a laser according to the known art, there is opposition between the notion of power, which supposes to work close to kink level, with few lines emitted, and the notion of multiraies which supposes to work near the threshold current, at low power.
La passivation différentielle supprime cette opposition. En effet, considérons un point quelconque 18 situé sur la partie linéaire de la courbe 10 d'un laser classique: pour une intensité 11, ce laser classique émet une puissance P1. Mais avec un laser selon l'invention, la même intensité 11 fournit sur la courbe 14 de la face frontale "f" une puissance P2représentée par le point 19, supérieure à la puissance P1.Ou réciproquement, pour une même puissance P1, le point 20 sur la courbe 14 ne nécessite qu'une intensité inférieure à li. Ce qui signifie qu'avec un laser selon l'invention, il est possible d'émettre la même puissance lumineuse P, sous une intensité moindre de courant injecté I, c'est-à-dire en se rapprochant du courant de seuil I'th et donc dans une région où les raies lumineuses émises sont plus nombreuses. Differential passivation removes this opposition. Indeed, consider any point 18 located on the linear part of the curve 10 of a conventional laser: for an intensity 11, this conventional laser emits a power P1. But with a laser according to the invention, the same intensity 11 provides on the curve 14 of the front face "f" a power P2représented by the point 19, greater than the power P1.Ou reciprocally, for the same power P1, the point 20 on the curve 14 requires only an intensity lower than li. This means that with a laser according to the invention, it is possible to emit the same luminous power P at a lower current intensity I injected, that is to say, approaching the threshold current I ' th and therefore in a region where the light lines emitted are more numerous.
La diminution de R f par rapport à R a donc permis
r d'augmenter le niveau de kink et d'augmenter le nombre de raies émises par le laser selon l'invention.
The reduction of R f with respect to R has therefore allowed
r to increase the level of kink and to increase the number of lines emitted by the laser according to the invention.
La passivation différentielle des faces clivées d'un laser entraine une légère augmentation du courant de seuil I'th faible en valeur relative: +10 % si la réflectivité R f de la face frontale baisse de 0,3 à 0,1. The differential passivation of the cleaved faces of a laser causes a slight increase in the threshold current I'th in relative value: +10% if the reflectivity R f of the front face decreases from 0.3 to 0.1.
La réalisation de la passivation différentielle des faces clivées se fait aisément, et est illustrée par les figures 6 et 7. Performing the differential passivation of the cleaved faces is easy, and is illustrated in Figures 6 and 7.
Les lasers sont fabriqués de façon collective, sur une rondelle de matériau semiconducteur, et ils reçoivent leurs métallisations de prise de contact, selon l'art connu. The lasers are collectively manufactured on a semiconductor material washer and receive their contact metallizations according to the known art.
A ce point de la fabrication, la rondelle est collée sur une feuille de matière plastique, et rayée au diamant pour tracer des barrettes, comportant chacune une série de lasers. Les traits de diamant correspondent aux futures faces clivées 6 et 7 des lasers. At this point of manufacture, the washer is glued on a sheet of plastic material, and scratched with diamond to draw bars, each comprising a series of lasers. The diamond lines correspond to the future cleaved faces 6 and 7 of the lasers.
Les métallisations des lasers sont alors protégées selon la technologie de la double couche de photorésist, ce qui permettra ultérieurement de plus facilement dissoudre ce masque de polymère. Les barrettes de lasers sont alors clivées, en passant un rouleau sur la rondelle rayée au diamant, et elles sont séparées les unes des autres, en distendant la feuille de matière plastique sur laquelle elles sont collées.The metallizations of the lasers are then protected according to the technology of the double photoresist layer, which will later make it easier to dissolve this polymer mask. The laser strips are then cleaved, passing a roll on the diamond-striped washer, and they are separated from each other, by distending the plastic sheet on which they are glued.
La figure 6 schématise la première étape du procédé de passivation différentielle. Une pluralité de barrettes 21 de lasers, collées sur une feuille 22, sont introduites dans un appareil d'évaporation sous vide -non représenté- Ces barrettes sont vues par leur extrémité, c'est-à-dire qu'elles ont une face clivée 6 à droite sur la figure, et une face clivée 7 à gauche. Les faces clivées sont nues, à ce point des opérations. Les métallisations des lasers sont protégées par deux couches 23 et 24 de résine. Le vide étant fait dans l'appareil, un diélectrique tel que l'alumine est vaporisé de façon anisotropique, perpendiculairement aux barrettes, mais sous un angle de 45 environ par rapport à une face clivée 6. La vaporisation est symbolisée par des flèches. L'alumine se dépose en 12 sur les faces clivées 6, ainsi qu'en 25 sur le masque de résine.La durée et les conditions d'évaporation sont ajustées pour que la réflectivité R
r de la face clivée 6 soit d'environ 0,3, soit 2500 A d'alumine. Le dépôt d'alumine sur la face clivée 7 est insignifiant.Figure 6 schematizes the first step of the differential passivation method. A plurality of laser strips 21, glued on a sheet 22, are introduced into a vacuum evaporation apparatus-not shown. These bars are seen at their ends, that is to say they have a cleaved face. 6 on the right in the figure, and a cleaved face 7 on the left. The cleaved faces are bare at this point of operations. The metallizations of the lasers are protected by two layers 23 and 24 of resin. The vacuum being made in the apparatus, a dielectric such as alumina is vaporized anisotropically, perpendicular to the bars, but at an angle of about 45 relative to a cleaved face 6. The vaporization is symbolized by arrows. The alumina is deposited at 12 on the cleaved faces 6, and 25 on the resin mask. The duration and evaporation conditions are adjusted so that the reflectivity R
r of the cleaved face 6 is about 0.3 or 2500 A of alumina. The deposition of alumina on the cleaved face 7 is insignificant.
Puis le jeu de barrettes 21 subit une rotation de 180 , dans le plan de son support 22, sans interrompre ni modifier l'évaporation d'alumine. Ce sont donc les faces clivées 7, qui sont à nu jusqu'à présent, qui sont exposées au flux d'alumine: c'est ce qui est représenté en figure 7 sur laquelle-les faces clivées 7 sont à droite de la figure, et les faces clivées 6, qui ont déjà reçu une couche d'alumine 12, sont à gauche. Le dépôt d'alumine se poursuit donc jusqu'à ce que l'épaisseur de la couche 13, déposée sur la face 7, communique à la face clivée 7 une réflectivité Rf de l'ordre de 0,05 à 0,1, ce qui correspond à environ 1600 A d'alumine pour un rayonnement à 0,. Une seconde couche 26 d'alumine se dépose simultanément sur le masque de résine. Then the set of bars 21 undergoes a rotation of 180, in the plane of its support 22, without interrupting or modifying the evaporation of alumina. It is thus the cleaved faces 7, which are bare until now, which are exposed to the flow of alumina: this is what is represented in FIG. 7 in which the cleaved faces 7 are on the right of the figure, and the cleaved faces 6, which have already received a layer of alumina 12, are on the left. The deposition of alumina then continues until the thickness of the layer 13, deposited on the face 7, communicates to the cleaved face 7 a reflectivity Rf of the order of 0.05 to 0.1, this which corresponds to about 1600 A of alumina for a radiation at 0 ,. A second layer 26 of alumina is deposited simultaneously on the resin mask.
La passivation différentielle des faces clivées étant terminée, le masque de résine 23+24 et les deux couches d'alumine 25+26 déposées sur le masque sont retirés par dissolution de la résine, par une technique connue sous le nom de lift-off. Les barrettes sont alors découpées en puces de lasers, qui sont achevés après montage des puces dans des boitiers adéquats. Since the differential passivation of the cleaved faces is complete, the resin mask 23 + 24 and the two layers of alumina 25 + 26 deposited on the mask are removed by dissolution of the resin, by a technique known as lift-off. The bars are then cut into laser chips, which are completed after mounting the chips in suitable boxes.
Selon l'invention, la diminution de la réflectivité R f d'une face frontale, par rapport à la réflectivité R d'une face arrière d'un
r laser, par passivation différentielle, entraine :
- une légère augmentation du courant de seuil 1,th
- I'augmentation du rendement quantique externe r ext.f de la face frontale,
- la diminution du rendement quantique externe 7 ext.r de la face arrière,
- l'augmentation, pour une puissance optique émise, du nombre de raies de spectre d'émission,
- l'augmentation du niveau de kink, qui permet d'augmenter la puissance optique émise, dans un plus grand domaine de linéarité que si les deux faces clivées ont même réflectivité.According to the invention, the reduction of the reflectivity R f of a front face, with respect to the reflectivity R of a rear face of a
r laser, differential passivation, leads:
- a slight increase in threshold current 1, th
The increase of the external quantum yield r ext.f of the front face,
the reduction of the external quantum yield 7 ext.r of the rear face,
the increase, for an emitted optical power, of the number of emission spectrum lines,
the increase in the kink level, which makes it possible to increase the transmitted optical power, in a greater linearity range than if the two cleaved faces have the same reflectivity.
Enfin, pour une puissance optique émise sur la face frontale, la face arrière n'émet plus qu'une partie (moins de 50%) de la puissance émise avant passivation différentielle. De ce fait, la vitesse de dégradation ou d'évolution du matériau de cette face clivée est diminuée, et la durée de vie du laser est augmentée. Finally, for an optical power emitted on the front face, the rear face emits more than a part (less than 50%) of the power emitted before differential passivation. As a result, the rate of degradation or evolution of the material of this cleaved face is decreased, and the life of the laser is increased.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8606330A FR2598263B1 (en) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | SEMICONDUCTOR LASER WITH HIGH LEVEL OF NON-LINEARITY AND METHOD FOR DIFFERENTIAL PASSIVATION OF THE CLAVED FACES OF THIS LASER. |
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| FR8606330A FR2598263B1 (en) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | SEMICONDUCTOR LASER WITH HIGH LEVEL OF NON-LINEARITY AND METHOD FOR DIFFERENTIAL PASSIVATION OF THE CLAVED FACES OF THIS LASER. |
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ID=9334822
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