La présente invention a pour objet les dispositifs laser à diodes laser semi-conductrices et, en particu- lier, de tels dispositifs à matrice de diodes laser. Elle concerne également un procédé de réalisation de tels dis¬ positifs laser.

Par exemple par le brevet américain US-A-5 128 951, on connaît déjà un dispositif laser à diodes comportant : - une pluralité de parois parallèles et espacées, en une matière bonne conductrice de la chaleur, qui ont des chants longitudinaux libres au moins approximativement coplanaires et portant des films d'une matière électri¬ quement conductrice qui se prolongent de part et d'au- tre desdits chants sur les deux faces desdites parois ; - une pluralité de barrettes semi-conductrices incorpo¬ rant lesdites diodes laser et comprenant chacune une face émettrice par laquelle émettent les diodes laser de la barrette correspondante, lesdites barrettes semi- conductrices étant logées longitudinalement dans les espaces entre lesdites parois et chacune desdites bar¬ rettes semi-conductrices étant solidarisée des faces en regard des deux parois entre lesquelles elle est logée, de façon que lesdites barrettes semi-conductrices soient électriquement montées en série par lesdits films de matière électriquement conductrice et que les faces émettrices desdites barrettes semi-conductrices soient au moins approximativement coplanaires avec les¬ dits chants longitudinaux libres desdites parois ; et - des moyens de refroidissement à circulation de fluide destinés à refroidir lesdites barrettes de diodes.

Les dispositifs laser connus de ce type comportent un bloc de matière bonne conductrice de la chaleur qui est porté par lesdits moyens de refroidissement à circu-

lation de fluide. Dans ledit bloc sont pratiquées, méca¬ niquement ou chimiquement, des rainures parallèles, for¬ mant les logements desdites barrettes de diodes et déli¬ mitant entre elles des nervures dont chacune d'elles forme une desdites parois sur lesquelles sont soudées lesdites barrettes de diode. Du côté opposé aux chants longitudinaux libres des nervures, celles-ci sont réunies par une semelle, qui correspond à la partie dudit bloc non entamée par lesdites rainures et par laquelle ledit bloc est relié auxdits moyens de refroidissement.

De tels dispositifs laser connus présentent de nom¬ breux inconvénients .

Tout d'abord, l'évacuation de la chaleur engendrée par lesdites diodes n'est pas bonne. En effet, entre les barrettes de diodes et le fluide de refroidissement, la chaleur doit parcourir un long trajet qui passe à travers les soudures des barrettes sur les nervures, le long de la hauteur desdites nervures, à travers ladite semelle et, enfin, à travers la paroi desdits moyens de refroi- dissement qui porte ladite semelle. Par ailleurs, pour pouvoir loger aisément lesdites barrettes dans lesdites rainures, il est indispensable de prévoir des jeux com ^¬ pensés par la soudure. Par suite, les soudures entre les barrettes de diodes et les rainures sont plus épaisses que cela serait suffisant pour assurer le contact élec ^¬ trique, de sorte que la transmission de chaleur est frei ^¬ née au niveau desdites soudures. Cet effet de frein de transmission de chaleur est amplifié du fait que la pla- néité et la rugosité des flancs des nervures ne peuvent être optimisées lors du creusage desdites rainures. Ces dispositifs laser connus ne peuvent donc assurer une grande densité de rayonnement, du fait de la trop faible évacuation de chaleur. Si on recherche une densité de rayonnement élevée, les diodes laser sont donc surchauf- fées et rapidement détruites.

Par ailleurs, du fait de l'existence obligatoire de jeux entre les barrettes de diodes et les nervures et de l'impossibilité d'appliquer une pression satisfaisante entre lesdites barrettes et lesdites nervures au moment du soudage, la continuité du contact électrique entre lesdites barrettes de diode peut être défectueuse, malgré --ou à cause de-- l'épaisseur relativement importante desdites soudures.

En outre, l'usinage desdites rainures, la mise en place et le soudage desdites barrettes dans celles-ci exigent une précision très élevée, peu compatible avec une fabrication industrielle et des coûts de fabrication raisonnables.

La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif laser du type rappelé ci-dessus, dans lequel l'évacuation de cha¬ leur est améliorée, de sorte que l'homogénéité et la den¬ sité de rayonnement, ainsi que la durée de vie dudit dis¬ positif laser, peuvent être élevées, la structure dudit dispositif laser perfectionné conformément à la présente invention permettant de plus de garantir une excellente continuité électrique entre les barrettes de diodes et de permettre une fabrication industrielle à faibles coûts.

A ces fins, selon l'invention, le dispositif laser à diodes du type mentionné ci-dessus est remarquable :

- en ce que lesdites parois parallèles et espacées sont formées par des plaquettes individuelles assemblées les unes aux autres avec interposition desdites barrettes semi-conductrices comme entretoises ; - en ce que lesdites barrettes semi-conductrices n'occu¬ pent qu'une partie longitudinale des espaces entre pla¬ quettes dans lesquels elles sont logées ; et

- en ce que les parties longitudinales desdits espaces entre plaquettes, non occupées par lesdites barrettes

semi-conductrices, servent de canaux de circulation pour ledit fluide de refroidissement.

Ainsi, puisque le fluide de refroidissement est au contact direct desdites plaquettes, l'évacuation de la chaleur engendrée par les barrettes semi-conductrices est optimale. Par ailleurs, puisque lesdites plaquettes peu¬ vent être préparées individuellement, il est possible de leur conférer une bonne planéité et une bonne rugosité (inférieure à 20 Angstrδms), de sorte que l'épaisseur des soudures avec les barrettes peut être minimale et que la transmission de chaleur au niveau de ces soudures peut être maximale. Les diodes desdites barrettes sont donc refroidies efficacement, de sorte qu'elles peuvent engen¬ drer une densité de rayonnement élevée, sans surchauffer ni être détruites.

De préférence, pour réaliser le dispositif laser à diodes conforme à la présente invention, on opère de la façon suivante :

- on prépare une pluralité de plaquettes individuelles rectangulaires identiques en une matière bonne conduc¬ trice de la chaleur, on polit au moins leurs deux gran¬ des faces et un de leurs chants longitudinaux et on re¬ couvre lesdits chants longitudinaux polis et les zones latérales contiguës desdites grandes faces polies par des films d'une matière bonne conductrice de l'électri¬ cité ;

- on prépare une pluralité de barrettes de diodes semi- conductrices rectangulaires identiques, dont un chant longitudinal sert de face émettrice auxdites diodes et dont les deux grandes faces sont recouvertes de films de contact conducteurs de l'électricité ;

- on applique les films de contact desdites barrettes contre les zones latérales des films de matière élec¬ triquement conductrice desdites plaquettes, avec inter-

position de films de solidarisation électriquement con¬ ducteurs ; et

- on solidarise entre elles lesdites plaquettes et lesdi¬ tes barrettes par action desdits films de solidarisa- tion, avec application de pression.

Grâce à un tel procédé de réalisation, notamment à l'application d'une pression pendant la solidarisation des barrettes de diodes et des plaquettes thermiquement conductrices, on obtient des contacts électriques excel- lents entre les diodes. Par ailleurs, ce procédé élimine toutes les difficultés liées aux jeux précités et permet une fabrication industrielle à des coûts de fabrication relativement bas .

Les films de solidarisation pourraient être réali- ses en une colle électriquement conductrice. Toutefois, dans un mode préféré de réalisation, ces films de solida¬ risation sont constitués par une soudure électriquement conductrice. De préférence, de tels films de soudure sont alors portés par lesdites zones latérales des films de matière électriquement conductrice desdites plaquettes.

Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé conforme à 1 ' invention :

- on réalise un empilage de toutes lesdites plaquettes et de toutes lesdites barrettes, de façon que : chaque barrette soit interposée entre deux plaquet¬ tes ; les chants longitudinaux desdites plaquettes, recou¬ verts d'un film de matière électriquement conductrice soient au moins approximativement coplanaires ; les faces émettrices desdites barrettes de diodes soient au moins approximativement coplanaires avec lesdits chants longitudinaux desdites plaquettes ;

. chaque film de contact d'une grande face d'une bar¬ rette soit superposé à un film de soudure d'une grande face d'une plaquette ; et

- on porte la totalité dudit empilage à une température correspondant à la température de fusion desdits films de soudure, tout en soumettant ledit empilage à une pression transversale auxdites plaquettes et barrettes, après quoi on laisse refroidir ledit empilage.

On réalise ainsi l'ensemble desdites plaquettes et desdites barrettes en une seule opération. Toutefois, l'outillage alors utilisé pour superposer et maintenir lesdites plaquettes et barrettes avec précision, doit être relativement compliqué.

Aussi, pour permettre de simplifier cet outillage, selon un second mode de mise en oeuvre du procédé con¬ forme à la présente invention, on opère de la façon sui¬ vante :

- lors de la préparation desdites plaquettes, on recouvre l'un desdits films latéraux de matière conductrice de chaque plaquette, d'un film d'une première soudure électriquement conductrice ;

- on forme une pluralité de sous-ensembles, dont chacun d'eux comporte une plaquette et une barrette, en super¬ posant à chaque fois une plaquette et une barrette de façon que le film de soudure de la plaquette soit su¬ perposé à un film de contact de la barrette et que le chant longitudinal de ladite plaquette soit au moins approximativement coplanaire avec la face émettrice de la barrette, puis en portant chaque sous-ensemble à une température correspondant à la température de fusion de ladite première soudure, tout en le soumettant à une pression transversale à ladite plaquette et à ladite barrette, après quoi on laisse refroidir ledit sous- ensemble ;

- dans chaque sous-ensemble, on recouvre l'autre desdits films latéraux de matière conductrice de la plaquette correspondante, d'un film d'une seconde soudure élec¬ triquement conductrice, ayant une température de fusion inférieure à celle de ladite première soudure ;

- on forme un empilage desdits sous-ensembles, en les su¬ perposant, à chaque fois, de façon que l'autre film de contact de la barrette d'un sous-ensemble soit appliqué contre le film de ladite seconde soudure de la pla- quette d'un autre sous-ensemble et que les chants lon¬ gitudinaux de toutes les plaquettes soient au moins ap¬ proximativement coplanaires entre eux et avec les faces émettrices desdites barrettes ; et

- on porte ledit empilage de sous-ensembles à une tempé- rature correspondant à la température de fusion de la¬ dite seconde soudure, tout en soumettant ledit empilage à une pression transversale auxdites plaquettes et bar¬ rettes, après quoi on laisse refroidir ledit empilage de sous-ensembles. On remarquera que ce second mode de mise en oeuvre du procédé conforme à 1 ' invention permet de contrôler tous lesdits sous-ensembles avant leur assemblage.

De préférence, le dispositif à diodes laser semi- conductrices conforme à la présente invention comporte, dans les espaces entre plaquettes, des moyens d'étanchéi- té isolant lesdites barrettes dudit fluide de refroidis¬ sement.

Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif conforme à la présente invention comporte un boîtier pourvu :

- d'un logement pour ledit agencement monopièce des pla¬ quettes individuelles et des barrettes semi- conductrices ;

- des moyens d'amenée dudit fluide de refroidissement dans ledit logement ; et

- des moyens d'évacuation dudit fluide hors dudit loge¬ ment. Dans ce mode de réalisation, ledit fluide de re¬ froidissement circule dans les parties longitudinales desdits espaces entre plaquettes, non occupés par lesdi¬ tes barrettes, en traversant ledit logement du boîtier.

Avantageusement, afin d'assurer une circulation ré- gulière de fluide de refroidissement entre lesdites pla¬ quettes, ledit boîtier comporte un réservoir d'accumula¬ tion dudit fluide, d'une part entre lesdits moyens d'ame¬ née et ledit logement et, d'autre part, entre ledit loge¬ ment et lesdits moyens d'évacuation. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sembla¬ bles .

La figure 1 est une coupe horizontale, selon la li- gne I-I de la figure 2, d'un exemple de réalisation du dispositif à diodes laser conforme à la présente inven¬ tion.

La figure 2 est une coupe longitudinale dudit dis¬ positif, selon la ligne brisée II-II de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale dudit dispo¬ sitif, selon la ligne III-III de la figure 1.

La figure 4 est une vue de dessus du boîtier du dispositif des figures 1 à 3.

La figure 5 est une coupe longitudinale dudit boî- tier, selon la ligne brisée V-V de la figure 4.

La figure 6 est une coupe transversale dudit boî¬ tier, selon la ligne VI-VI de la figure 4.

La figure 7 est une vue en coupe transversale agrandie de l'agencement monopièce des plaquettes indivi-

duelles et des barrettes semi-conductrices du dispositif conforme à la présente invention.

Les figures 8A et 8B illustrent schématiquement la préparation desdites barrettes semi-conductrice en vue de la réalisation dudit agencement monopièce.

Les figures 8C et 8D illustrent schématiquement la préparation desdites plaquettes individuelles en vue de la réalisation dudit agencement monopièce.

La figure 8E illustre schématiquement la solidari- sation desdites plaquettes et desdites barrettes.

Le dispositif laser à diodes, conforme à la pré¬ sente invention et représenté sur les figures 1 à 3, com¬ porte un boîtier 1 et un agencement monopièce 2 de pla¬ quettes en une matière bonne conductrice de la chaleur et de barrettes semi-conductrices à diodes laser.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur ces figures et sur les figures 4 à 6, le boîtier 1 est cons¬ titué de plusieurs pièces, par exemple en un métal comme l'aluminium ou le cuivre, assemblées les unes aux autres de manière étanche. Le boîtier 1 comporte un logement 3 dans lequel l'agencement 2 peut être introduit et fixé de façon étanche, par exemple par collage. De part et d'au¬ tre du logement 3, sont prévus des réservoirs 4 et 5, en communication avec celui-ci sur toute sa largeur. Dans les réservoirs 4 et 5 débouchent, respectivement, une conduite 6 d'amenée de fluide et une conduite 7 d'évacua¬ tion de fluide, lesdites conduites 6 et 7 étant disposées en diagonale l'une de l'autre par rapport au logement 3.

Comme le montre à plus grande échelle la figure 7, l'agencement 2 comporte une pluralité de plaquettes indi¬ viduelles parallèles 8, assemblées les unes aux autres avec interposition, à chaque fois entre deux plaquettes consécutives, d'une barrette semi-conductrice 9 servant d'entretoise.

Les plaquettes individuelles 8 sont réalisées en un matériau à haute conductibilité thermique, comme par exemple l'oxyde de béryllium BeO, le carbure de silicium SiC, le diamant, etc ... Ce matériau pourrait également être un métal, mais il est avantageux qu'il ne soit pas conducteur de l'électricité, car alors, comme on le verra par la suite, on peut utiliser de l'eau comme fluide de refroidissement. Dans un exemple de réalisation particu¬ lier, les plaquettes individuelles 8 étaient toutes iden- tiques et présentaient une forme parallélépipédique rec¬ tangulaire avec une longueur de 1 cm, une largeur de 0,3 cm et une épaisseur de 0,02 cm. Les chants longitudinaux libres (supérieurs) 10 des plaquettes individuelles 8 sont coplanaires, comme cela est illustré schématiquement sur la figure 7 par la trace d'un plan P-P. Au moins les parties des grandes faces 8A et 8B desdites plaquettes 8, voisines desdits chants longitudinaux 10, sont polies pour être rigoureusement planes et présenter une rugosité inférieure à 20 Angstrôms. Par ailleurs, comme cela est illustré sur la figure 8D, chaque plaquette individuelle 8 est revêtue, avant son incorporation dans l'agencement 2, d'un film 11 de matière électriquement conductrice comportant une partie 11C recouvrant son chant longitudi¬ nal 10 et des parties latérales 11A et 11B recouvrant partiellement en hauteur lesdites grandes faces 8A et 8B. Un tel film électriquement conducteur 11 peut par exemple être en molybdène ou en nickel, ou en un alliage de tels métaux et son épaisseur peut être comprise entre 50 et 200 microns. Comme cela est illustré sur la figure 8D, les parties latérales 11A et 11B dudit film 11 sont res ^¬ pectivement recouvertes d'un film 22A ou 22B de soudure électriquement conductrice, par exemple en un alliage de molybdène, de nickel et d'indium. Un tel film de soudure peut avoir une épaisseur au plus égale à 10 microns.

De façon connue, les barrettes semi-conductrices parallélépipédiques rectangulaires 9 peuvent être obte¬ nues par découpage en bandes de substrats semi¬ conducteurs dans lesquels lesdites diodes laser sont ob- tenues par epitaxie. Les barrettes 9 peuvent avoir une longueur de 1 cm, une largeur de 0,15 cm et une épaisseur de 0,02 cm.

Au moins les grandes faces 9A et 9B des barrettes semi-conductrices 9 sont polies pour être rigoureusement planes et présentent une rugosité inférieure à 20 Angstrôms. Comme cela est illustré par la figure 8B, cha¬ que barrette semi-conductrice 9 est revêtue, avant son incorporation dans l'agencement 2, d'un film de contact électriquement conducteur, par exemple en or, comportant une partie 13A recouvrant la face 9A et une partie 13B recouvrant la face 9B.

Afin de concentrer l'émission laser à travers les chants 12, les chants opposés 14 desdites barrettes semi- conductrices peuvent être recouverts d'un revêtement ré- fléchissant 15.

Pour obtenir l'agencement 2, on peut réaliser un empilement alterné de plaquettes 8 et de barrettes 9, de façon que les chants longitudinaux 12 des barrettes semi- conductrices 9, qui forment les faces émettrices des dio- des laser, soient coplanaires avec les chants longitudi¬ naux 10 des plaquettes 8 (voir la figure 7) et que chaque barrette 9 ait son film de contact 13A en appui contre le film de soudure 22B d'une plaquette 8 et son film de con¬ tact 13B en appui contre le film de soudure 22A d'une au- tre plaquette 8, puis exercer une pression transversale audit empilement pour presser lesdits films de soudure et lesdits films de contact les uns contre les autres, tout en chauffant l'ensemble (par exemple dans un four à hy¬ drogène) à une température au moins égale à la tempéra- ture de fusion desdits films de soudure. Après refroidis-

sèment, les plaquettes 8 et les barrettes 9 sont solida¬ risées les unes des autres par les films de soudure, qui, par ailleurs, assurent la connexion électrique en série desdites barrettes semi-conductrices 9, en coopération avec lesdits films 11 de matière électriquement conduc¬ trice et lesdits films de contact 13A, 13B.

En variante, on peut utiliser, pour la réalisation des films de soudure 22B, un alliage métallique ayant une température de fusion supérieure à celle de l'alliage mé- tallique utilisé pour la réalisation des films de soudure 22A. De la sorte, il est possible, dans un premier temps, de réaliser des sous-ensembles 16 (voir la figure 8E) comportant chacun une barrette 9 et une plaquette 8 sans le film 22A, dont les chants 10 et 12 sont alignés et qui sont solidarisées par le film 22B, puis, dans un deuxième temps, après réalisation du film de soudure 22A sur les¬ dits sous-ensembles 16, d'empiler lesdits sous-ensembles 16 pour les solidariser par leurs films de soudure 22A. Bien entendu, aussi bien lors de la réalisation des sous- ensembles 16 que lors de leur assemblage, une pression transversale auxdites plaquettes 8 et barrettes 9 est ap¬ pliquée pendant la fusion des films de colle.

Quel que soit le mode de réalisation mis en oeuvre pour obtenir l'agencement 2, on constate que celui-ci comporte, entre chaque paire de plaques 8 consécutives, un canal longitudinal libre 17, non occupé par la bar¬ rette semi-conductrice 9 correspondante.

Comme le montre la figure 7, chaque canal longitu¬ dinal 17 est isolé de la barrette semi-conductrice cor- respondante par un joint 18, par exemple réalisé par in ^¬ jection de silicone ou de résine époxyde. Eventuellement, une plaque de rigidification 19 est fixée sur les chants longitudinaux des plaquettes 8, opposés aux chants longi¬ tudinaux 10.

Après réalisation dudit agencement 2, celui-ci est placé et fixé de façon étanche (par exemple par collage) dans le logement 3 du boîtier 1, de manière que ses ca¬ naux longitudinaux 17 soient en communication, d'un côté avec le réservoir 4 et, de l'autre, avec le réservoir 5.

Ainsi, quand un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, est amené à circuler dans le boîtier 1 entre la conduite d'amenée 6 et la conduite d'évacuation 7, lesdits canaux longitudinaux 17 sont parcourus en pa- rallèle par ledit fluide qui évacue efficacement la cha¬ leur engendrée par les diodes laser des barrettes semi- conductrices 9 (voir les flèches sur les figures 1 et 2).

Des électrodes 20 et 21 sont reliées électriquement aux films métalliques 11 des plaquettes d'extrémité de l'agencement 2 et permettent de brancher les barrettes de diodes électriquement en série aux bornes d'une alimenta¬ tion continue ou impulsionnelle. Dans un mode de réalisa¬ tion du dispositif selon l'invention, on a utilisé des impulsions de courant ayant une intensité de 100 ampères et des durées de l'ordre de 200 à 400 microsecondes.

On voit ainsi que, avec le dispositif de la pré¬ sente invention, on peut obtenir :

- une grande densité et une bonne homogénéité du rayonne¬ ment laser, du fait de la compacité de l'agencement des barrettes de diodes laser 9 ;

- une durée de vie élevée pour ledit dispositif, du fait de l'évacuation efficace de chaleur hors de la zone ac¬ tive des diodes laser ; et

- une automatisation de la fabrication dudit dispositif, permettant d'en réduire les coûts de fabrication.

Les applications du dispositif laser à diodes de la présente invention sont nombreuses et concernent, par exemple, le pompage des lasers à solides, les liaisons pour fibres optiques, le traitement laser des matériaux, la médecine, etc ...