Processus de fabrication des lasers

Résumé du document

Pour obtenir une émission laser, il faut créer une inversion de population via une excitation électrique. Pour ce faire, nous avons besoin de procéder à la métallisation des faces du laser afin d'obtenir des contacts de type p (face en contact avec les puits quantiques) et de type n (face au niveau du substrat). On obtient alors des jonctions entre métal-semi-conducteur qui vont créer un contact ohmique ou un contact rectifiant (Schottky) selon le travail de sortie du métal et l'affinité électronique du semi-conducteur.
Pour obtenir un contact de bonne qualité ohmique, il faudra choisir des matériaux qui minimiseront les pertes par effet Joule. C'est en ce sens que certaines études ont montré que les matériaux réalisant un bon contact ohmique (de type P) sont découpés en quatre couches Pt/Ti/Pt/Au avec des épaisseurs respectives de 10/40/10/250nm.
L'or est utilisé pour ses qualités de bon conducteur, permettant ainsi de diminuer la résistance série du contact. Le platine est utilisé pour sa très bonne adhérence au substrat InP. Et enfin, le titane est un composé dense et dur qui est utilisé pour créer une barrière de diffusion.
Afin de déterminer exactement le mode opératoire pour la fabrication des contacts de notre laser, je vais faire une description chronologique des étapes mises en jeu puis, quand ce sera nécessaire, je m'attarderai sur des points essentiels du process.

Extraits

[...] Processus de fabrication des lasers Pour obtenir une émission laser, il faut créer une inversion de population via une excitation électrique. Pour ce faire, nous avons besoin de procéder à la métallisation des faces du laser afin d'obtenir des contacts de type p (face en contact avec les puits quantiques) et de type n (face au niveau du substrat). On obtient alors des jonctions entre métal- semi-conducteur qui vont créer un contact ohmique ou un contact rectifiant (Schottky) selon le travail de sortie du métal et l'affinité électronique du semi-conducteur. [...]

[...] Pour cela, nous plaçons l'échantillon entre deux films plastiques bien tendus. Le doigt (qui ressemble à une barrette) va alors être amené pour exercer une pression sur l'échantillon au niveau du plan de l'amorce. Lorsque le doigt entre en contact avec l'amorce de clivage, la tension du film va alors cliver l'échantillon. Par ailleurs, c'est à ce niveau du process de fabrication que nous verrons si le motif des bandes déposé lors de la lithographie a bien été aligné le long d'un axe principal de la structure. [...]

[...] Etape de nettoyage Le nettoyage est une étape très importante lors de la fabrication d'un laser. En effet, une seule poussière d'ordre microscopique peut nuire à ses propriétés physiques. Ces impuretés se présentent souvent sous forme de particules liées à la pollution de l'air ambiant, de l'opérateur ou sous forme de dépôts produits lors des attaques chimiques. Cette contamination empêche une bonne adhésion des différents films déposés lors des étapes de fabrication. Le nettoyage permet donc d'éliminer toutes les impuretés qui se trouvent à la surface de la plaque et notamment l'oxyde qui se forme automatiquement si l'échantillon n'est pas recouvert d'une couche protectrice. [...]

[...] Nous utiliserons pour cela la méthode dite de pulvérisation cathodique par radiofréquence. Une fois le dépôt effectué, il faudra alors dégager les zones du motif qui ne nous seront plus utiles. Choix des matériaux La nature des éléments dépend essentiellement de la nature du substrat sur lequel ils seront déposés. Elle doit également satisfaire à certaines exigences telles que la bonne adhésion mécanique, la faible résistivité et la formation d'une barrière Schottky de hauteur minimale. Des études ont montré que pour notre surface (GaInAs), il fallait utiliser un système de multicouche comprenant Pt/Ti/Pt/Au. [...]

[...] Le collage L'échantillon est collé avec de la paraffine sur une plaque de silicium, qui est elle-même collée sur une rondelle de silice. Aux quatre coins de l'échantillon, on va placer et coller quatre cales d'InP qui vont servir à mesurer la hauteur amincie lors du polissage de la surface. Les cales d'InP proviennent de notre échantillon et ont donc sensiblement la même épaisseur que la plaquette à amincir. On chauffe l'ensemble afin de solidifier la colle, on élimine l'excès de paraffine solide avec du trichlore-éthylène, de l'alcool et en grattant. [...]