FR2525034A1 - Semiconductor laser with lateral light output - has light guide parallel to resonant cavity to extract light with curved portion changing output direction - Google Patents

Abstract

The semiconductor laser includes a crystal (10) doped in layers containing an active band (12) in which light amplification takes place. The laser resonator is defined by two cut surfaces (14, 16) at right angles to the direction of the axis of the band. The two faces produced are covered with dielectric material forming reflectors. A passive light guide having a straight section (22) lies parallel with the resonator. It is effectively coupled to the resonator allowing some of the light energy to escape via the guide. The guide has a curved section (24) extending around a right angle leading to a further straight portion (26) which takes light out at right angles to the resonator.

Description

La présente invention a pour objet un laser semiconducteur à coupleur directif et à sortie latérale. Elle trouve une application en optique intégrée. The present invention relates to a semiconductor laser with directional coupler and lateral output. It finds an application in integrated optics.

Un laser à semiconducteur est constitué d'un empilement de couches semiconductrices convenablement dopées et apte à créer, sous l'action d'un courant, une zone optiquement active, c'est-à-dire amplifiant la lumière. Cette zone présente en général la forme d'un étroit ruban. Dans un tel laser le résonateur optique, ou cavité Pérot-Fabry, est formé par les deux faces clivées du cristal semiconducteur, le ruban étant perpendiculaire à ces faces. A semiconductor laser consists of a stack of suitably doped semiconductor layers and capable of creating, under the action of a current, an optically active zone, that is to say amplifying light. This area generally has the shape of a narrow ribbon. In such a laser, the optical resonator, or Perot-Fabry cavity, is formed by the two cleaved faces of the semiconductor crystal, the ribbon being perpendicular to these faces.

L'inconvénient de ce type de laser, en optique intégrée, tient à la réalisation de ces faces clivées qui oblige le faisceau lumineux à sortir de la cavité par l'une de ces faces, ce qui peut conduire à des difficultés d'injection dans les dispositifs optiques intégrés au dispositif. The drawback of this type of laser, in integrated optics, lies in the production of these cleaved faces which forces the light beam to exit the cavity by one of these faces, which can lead to injection difficulties in the optical devices integrated into the device.

Des solutions ont été proposées pour résoudre ces problèmes. Deux voies principales ont été explorées pour éviter l'emploi de faces clivées comme miroirs
(a) l'usinage ionique ou chimique du substrat
semiconducteur pour constituer les faces de la cavi
té,
(b) l'utilisation de réseaux de contre-réaction.Solutions have been proposed to solve these problems. Two main ways have been explored to avoid the use of cleaved faces as mirrors
(a) ionic or chemical machining of the substrate
semiconductor to form the cavi faces
you,
(b) the use of feedback networks.

Chaque solution présente des avantages et des inconvénients : la première est relativement simple, mais il s'avère difficile d'obtenir des faces usinées d'aussi bonne qualité qu'avec le clivage ; la seconde permet une très bonne stabilisation du spectre du laser, mais elle met en jeu une technologie difficile. Each solution has advantages and disadvantages: the first is relatively simple, but it turns out to be difficult to obtain machined faces of as good quality as with cleavage; the second allows very good stabilization of the laser spectrum, but it involves difficult technology.

L'invention propose de revenir à l'utilisation, comme miroirs, des faces clivées du cristal, mais d'associer au ruban constituant la zone active du laser un guide passif qui lui est optiquement couplé et qui permet d'extraire la lumière du laser dans une direction autre que celle du ruban. Le faisceau de sortie ainsi guidé peut alors être utilisé aisément dans un autre composant optique intégré au même substrat. The invention proposes to return to the use, as mirrors, of the cleaved faces of the crystal, but to associate with the ribbon constituting the active area of the laser a passive guide which is optically coupled to it and which makes it possible to extract the light from the laser. in a direction other than that of the ribbon. The output beam thus guided can then be easily used in another optical component integrated into the same substrate.

De façon plus précise, l'invention a pour objet un laser à semiconducteur comprenant un cristal composé de couches semiconductrices convenablement dopées et aptes à former un ruban optiquement actif, le cristal ayant deux faces clivées perpendiculaires au ruban, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un guide de lumière passif ayant une partie optiquement couplée au ruban actif, le ruban ou le guide ayant une partie courbée dans le plan des couches, la sortie du laser s'effectuant par le guide. More specifically, the subject of the invention is a semiconductor laser comprising a crystal composed of suitably doped semiconductor layers and capable of forming an optically active ribbon, the crystal having two cleaved faces perpendicular to the ribbon, characterized in that it comprises furthermore a passive light guide having a part optically coupled to the active ribbon, the ribbon or the guide having a part curved in the plane of the layers, the exit of the laser being effected by the guide.

Les caractéristiques de l'invention apparat- tront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus du laser de l'in-
vention, - la figure 2 est une coupe transversale de ce laser, - la figure 3 est une vue de dessus d'une variante con
forme à l'invention.The characteristics of the invention will appear better after the description which follows, of an exemplary embodiment given by way of explanation and in no way limiting. This description refers to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a top view of the laser of the
vention, - Figure 2 is a cross section of this laser, - Figure 3 is a top view of a variant con
form to the invention.

Le laser représenté sur la figure 1 comprend, de manière classique, un cristal 10 formé de couches semiconductrices dont la nature apparaîtra mieux sur la figure 2, et un ruban actif 12 dans lequel a lieu l'amplification de lumière. Le résonateur du laser est constitué par deux faces clivées 14 et 16. Ces deux faces peuvent être recouvertes de couches réfléchissantes (diélectriques et métalliques). Selon l'invention, ces couches sont toutes deux à très fort coefficient de réflexion, alors que, dans l'art antérieur, l'une de ces couches doit avoir un coefficient de transmission appréciable, pour permettre l'extraction du rayonnement lumineux. Selon l'invention, cette extraction s'effectue par un guide passif comportant une partie rectiligne 22 située sous le ruban actif 12 et optiquement couplée à celui-ci, une partie coudée 24 et une sortie 26.Le ruban 12 et la partie rectiligne 22 du guide forment ainsi un coupleur directif que peut emprunter une partie de la lumière se propageant dans le résonateur, pour s'en échapper. The laser shown in FIG. 1 conventionally comprises a crystal 10 formed of semiconductor layers, the nature of which will appear better in FIG. 2, and an active ribbon 12 in which the amplification of light takes place. The laser resonator consists of two cleaved faces 14 and 16. These two faces can be covered with reflective layers (dielectric and metallic). According to the invention, these layers are both with a very high reflection coefficient, whereas, in the prior art, one of these layers must have an appreciable transmission coefficient, to allow the extraction of light radiation. According to the invention, this extraction is carried out by a passive guide comprising a rectilinear part 22 located under the active strip 12 and optically coupled to it, a bent part 24 and an outlet 26. The ribbon 12 and the rectilinear part 22 of the guide thus form a directional coupler which can borrow part of the light propagating in the resonator, to escape therefrom.

La figure 2 représente une coupe transversale du laser et précise la nature des diverses couches dans ce qui n'est naturellement qu'un exemple de réalisation. La laser comprend une électrode de contact 30 en
In sous un substrat 32 en GaAs, une couche 34 de Ga0,65A10,35As recouverte d'une couche 36 de Ga0,95A10,05As formant le guide passif 22. Au-dessus de cette structure on trouve une couche 38, dopée n, de Ga0,8A10,2As surmontée d'une couche 40 en GaAs où se trouve localisé le ruban actif 12 du laser. Classiquement, la structure se complète par une couche 42 de type p en Ga0,65A10,35As, par une couche de GaAs 44, une couche isolante 46 en Si3N4, le tout recouvert d'une électrode 48 en AuGe.FIG. 2 represents a cross section of the laser and specifies the nature of the various layers in what is naturally only an exemplary embodiment. The laser includes a contact electrode 30 in
In under a GaAs substrate 32, a layer 34 of Ga0.65A10.35As covered with a layer 36 of Ga0.95A10.05As forming the passive guide 22. Above this structure there is a layer 38, doped n, Ga0,8A10,2As surmounted by a layer 40 in GaAs where the active ribbon 12 of the laser is located. Conventionally, the structure is completed by a p-type layer 42 of Ga0.65A10.35As, by a layer of GaAs 44, an insulating layer 46 of Si3N4, all covered with an electrode 48 of AuGe.

En général, les dimensions du canal actif 12 et du guide passif 22 sont choisies pour qu'ils soient tous deux monomodes. In general, the dimensions of the active channel 12 and of the passive guide 22 are chosen so that they are both single-mode.

Un réseau de diffraction peut éventuellement être intercalé dans la couche transparente intermédiaire 38 pour provoquer un couplage sélectif et pour stabiliser le spectre de la lumière émise par le laser. A diffraction grating can optionally be interposed in the intermediate transparent layer 38 to cause selective coupling and to stabilize the spectrum of the light emitted by the laser.

Suivant un principe analogue, il est également possible de réaliser une structure de laser, présentant les mêmes possibilités d'intégration monolithique, dans lequel la géométrie du canal actif et cel le du guide passif sont permutées par rapport à la description précédente. La figure 3 illustre ce type de laser, vu de dessus. According to a similar principle, it is also possible to produce a laser structure, having the same possibilities of monolithic integration, in which the geometry of the active channel and that of the passive guide are permuted with respect to the preceding description. Figure 3 illustrates this type of laser, seen from above.

Le ruban actif 12 est constitué de deux parties rectiligne 51, 52 reliées entre elles par une partie courbée 53 dans le plan des couches. Le résonateur du laser est formé par deux faces clivées 54, 56 respectivement perpendiculaires aux parties rectilignes 51, 52 du guide actif. L'extraction de lumière se fait alors par un guide passif rectiligne 58 couplé au guide actif dans la région où ils sont parallèles, suivant le principe du coupleur directif décrit précédemment.  The active ribbon 12 consists of two rectilinear parts 51, 52 connected together by a curved part 53 in the plane of the layers. The laser resonator is formed by two cleaved faces 54, 56 respectively perpendicular to the rectilinear parts 51, 52 of the active guide. The light extraction is then carried out by a rectilinear passive guide 58 coupled to the active guide in the region where they are parallel, according to the principle of the directional coupler described above.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Laser à semiconducteur comprenant un cristal (10) composé de couches semiconductrices convenablement dopées et aptes à former un ruban optiquement actif (12), le cristal ayant deux faces clivées (14, 16) perpendiculaires au ruban, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, un guide passif ayant une partie (22) optiquement couplée au ruban actif, le ruban ou le guide présentant une partie courbée dans le plan des couches, la sortie du laser s'effectuant par le guide. 1. Semiconductor laser comprising a crystal (10) composed of suitably doped semiconductor layers and capable of forming an optically active ribbon (12), the crystal having two cleaved faces (14, 16) perpendicular to the ribbon, characterized in that it further comprises a passive guide having a part (22) optically coupled to the active ribbon, the ribbon or the guide having a part curved in the plane of the layers, the exit of the laser being effected by the guide. 2. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban optiquement actif (12) est rectiligne et limité par deux faces clivées parallèles (14, 16), le guide passif présentant une partie courbée (24) et une sortie (26) orientée dans une direction non perpendiculaire auxdites faces clivées. 2. Laser according to claim 1, characterized in that the optically active strip (12) is rectilinear and limited by two parallel cleaved faces (14, 16), the passive guide having a curved part (24) and an outlet (26) oriented in a direction not perpendicular to said cleaved faces. 3. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban actif présente deux parties rectilignes (51, 52) réunies par une partie coudée (53), les deux parties rectilignes étant limitées par deux faces clivées (54, 56), le guide passif (58) étant rectiligne.  3. Laser according to claim 1, characterized in that the active ribbon has two straight parts (51, 52) joined by a bent part (53), the two straight parts being limited by two cleaved faces (54, 56), the passive guide (58) being rectilinear.