FR2458908A1 - Dispositif commutateur semi-conducteur pour guider et intensifier un rayonnement - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF COMMUTATEUR SEMI-CONDUCTEUR POUR GUIDER ET INTENSIFIER UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE. SUR UNE STRUCTURE STRATIFIEE QUI EST IDENTIQUE A CELLE UTILISEE POUR UN LASER SEMI-CONDUCTEUR, ON A ELABORE UNE CONFIGURATION D'ELECTRODES DEFINISSANT PLUSIEURS GUIDES DE RAYONNEMENT 9, 10, 11, 12 EN FORME DE BANDE. CONFORMEMENT A L'INVENTION, CES GUIDES DE RAYONNEMENT SE TERMINENT PLUS OU MOINS PAR UNE POINTE ET SONT ETROITEMENT JUXTAPOSES DANS UNE REGION DE TRANSITION L. DANS CETTE REGION L, LES GUIDES VOISINS SE TROUVENT DANS LE PROFIL D'INTENSIFICATION L'UN DE L'AUTRE. DE PREFERENCE, LES GUIDES DE RAYONNEMENT SONT SEPARES LES UNS DES AUTRES PAR DES REGIONS ISOLANTES QUI NE S'ETENDENT EN PROFONDEUR PAS JUSQU'A LA COUCHE ACTIVE QUI EST COMMUNE A TOUS LES GUIDES. APPLICATION : COMMUTATION DE SIGNAUX DE RAYONNEMENT ENTRE AU MOINS DEUX VOIES EN COMMUNICATION OPTIQUE.
Description
Dispositif commutateur semiconducteur pour guider et
intensifier un rayonnement.
L'invention concerne un dispositif commutateur semi-
conducteur servant à guider et à intensifier un rayonnement électromagnétique et comportant un corps semiconducteur avec une surface sensiblement plane comportant une région de substrat munie d'un conducteur de connexion, plusieurs guides de rayonnement en forme de bande qui comportent
une structure stratifiée avec une couche active dans la-
quelle le rayonnement se propage, ainsi qu*uno Jonction-
pn, alors que pour intensifier le rayonnement, chaque guide
de rayonnement est muni, à la surface, d'au moins une élec-
trode pour faire passer un courant dans le sens passant à travers la jonction-pn, tandis qu'au moins un premier guide de rayonnement se raccorde à au moins deux autres guides
de rayonnement qui sur la plus grande partie de leur lon-
gueur ont un profil d9intenslficton. à l'antérieur l'un
de l'autre.
Un dispositif commutateur semiconducteur du genre décrit ci-dessus est connu du brevet américain NI 3.465.i59 Dans le dispositif connu dudit document américain les guides de rayonnement comportent des structures stratifiées qui, avec la couche active dans laquelle le rayonnement se propage, sont limitées suivant la direction de la largeur
des guides de rayonnement. Dans le dispositif connu en ques-
tion, le guidage du rayonnement dans la direction de la lar-
geur est déterminé principalement par suite d'une variation de l'indice de réfraction réel à l'égard du rayonnement dans la couche active suivant la direction de la largeur du guide de rayonnement. Cette variation trouve sa cause
dans les variations de concentration de dopage de la struc-
ture stratifiée dans la direction de la largeur du guide de rayonnement, et cela, soit dans la couche active, soit
dans les couches avoisinantes.
L'un des inconvénients du dispositif décrit ci-dessus est qu'en conséquence de la séparation quasi compléte des profils d'intensification des guides de rayonnement, dans
le cas d'emploi d'au moins deux premiers guides dont cha-
cun se raccorde à un autre, le rayonnement passant dans un"premier" guide qui se raccorde a un "autre" guide non activé, est perdu pour le guidage de rayonnement. Dans ce cas, dans le (ou les'hutres" (s' de rayonnement activé (s),
ce n'est au maximun qu'une partie de l&nergie de rayonne-
ment transportée par les "premiers" guides qui arrive A destination. Ceci peut constituer un inconvénient important dmns les dispositifs commutateurs semiconducteurs optiques réalis&s sous forme intégrée, dispositifs dans lesquels
g'eràle.mnt l'intensité de signal est relativement faible.
Par ailleurs, dans le dispositif commutateur semi-
conducteur connu, les dimensions transversales, c'sst-à-
dire la largeur et l'épaisseur des guides de rayonnement sont taIlement grandes que le guidage de plusieurs modes d'oscillatton transversale et possible. Dans bon nombre
de cas, cela est indésirable. Par l'expression "modes d'os-
- cillati*o transversale", il y a lieu d'entendre ici des modes d'oscillation aussi bien suivant la direction de la largeur que suivant la direction de l'épaisseur du guide
de rayonnement.
Un des buts de l'invention est d'éliminer ou tout du mcins de réduire dans une mesure notable les inconvénients
inhérents au dispositif connu décrit précedemment.
L'invention repose, entre autres, sur l'idée que le but précisé ci-dessus peut Atre atteint par l'emploi de guides de rayonnement dans lesquelsdns la diectinde la rgeur il nY ap nfment pas de guidgepar variation dadie de rfiacioai mais qo
ecch.eantiun guidage d'intensification.
Comformément & l'invention, un dispositif commutateur semiconducteur du genre spécifié dans le préambule,st
remarquable en ce que la région de substrat porte une struc-
ture stratifiée qui est commune A tous les guides de rayon-
nement et qui comporte une couche active dont l'épaisseur est constante et dans laquelle la concentration de dopage
est la m#me partout, alors que dans la région de transi-
tion entre un premier guide de rayonnement et un autre guide de rayonnement la largeur des extrémités adjacentes
des électrodes de ces guides de rayonnement diminue & me-
sure que l'on s'approche de la fin desdites extrémités, en ce que dans la région de transition et observée suivant la direction de la largeur des guides de rayonnement, d'une part la variation d'indice effectif de réfraction de la couche active à l'égard du rayonnement, et, d'autre
part, la distance entre deux guides de rayonnement voi-
sins,sont tellement petites que lesdits guides de rayon-
nement se trouvent l'un dans le profil d'intensification de l'autre, et on ce que les dimensions transversales de tous les guides de rayonnement sont tellement petites qu'il n'en résulte que le guidage et l'intensification
d'un seul mode d'oscillation transversale.
Il est A remarquer que le rayonnement peut Stre for-
mi aussi bien par de la lumi&re visible que par des rayons infrarouges ou ultraviolets. En outre, dans la présente demande, la largeur d'un guide de rayonnement est définie comme étant la largeur de l'&lectrode élaborée sur ce
guide, tandis que, come déjà précisé, l'expression "di-
mensions transversales" couvre aussi bien les dimensions suivant la largeur que celles suivant l'épaisseur. En outre, en utilisant l'expression "indice de réfraction",
on vise dans la présente demande la partie réelle de l'in-
dice de réfraction à l'égard du rayonnement afférent.
Contrairement au cas des dispositifs connus, il ne produit pratiquement pas de guidage d'indice de réfraction
suivant la direction de la largeur dans le dispositif com-
mutateur semiconducteur conforme à l'invention, mais uni-
quement un guidage d'intensification ("gain guiding"), ce qui à partir les premiers guides de rayonnement, permet un couplage plus efficace de l'énergie de rayonnement vers les guides couplés auxdits premiers guides. C'est ainsi que notamment, lors du découplage du signal de rayonnement passant par deux premiers guides de rayonnement lrsqu'on
désire faire passer le rayonnement d'un seul desdits pre-
miers guides de rayonnement dans un autre guide de rayon-
nement, l'électrode dudit autre premier guide de rayon-
nement parall&èle est polarisée de façon qu'il nten résulte aucune absorption sous l'électrode en question. De ce fait,
pratiquement la totalité de l'énergie de rayonnement trans-
portée par les deux guides de rayonnement peut Otre diri-
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8068SYZ
régions à résistivité très élevée, obtenues par un bom-
bardement de protons, selon une technique connue lors de
la limitation de régions de laser en forme de bande.
Dans des circuits intégrés qui par exemple, en plus des guides de rayonnement, comportent encore d'autre composants, il se peut en principe que le couplage et le
d4couplage du rayonnement aient lieu de façon quelconque.
Toutefois, suivant un mode de réalisation préféré, ces
couplages et découplage ont 1.eu de façon que le rayon-
nement frappe le corps semiconducteur à travers une pre-
mière face, latérale, de celui-ci, ladite face latérale étant pratiquement perpendiculaire à la surface plane, coupant au moins un des guides de rayonnement et étant
revêtue d'une couche anti-réfléchissante, et que le rayon-
ne nent sort à travers une deuxième face latérale qui elle-
aussi est pratiquement perpendiculaire à la surface plane,
coupe au moins un des guides de rayonnement et est revf-
tue d'une couche antir6fl6chissante.
Avantageusement, l'emploi du dispositif commutateur semiconducteur conforme à l'invention ost possible pour découpler, au choix à travers différentes fibres de verre
sortantes, un silnal de rayonnement antérieurement in-
troduit dans le dispositif à travers une fibre de verre
entrante. A cet égard, un autre mode de réalisation pré-
féré du dispositif conforme à l'invention est remarquable
en ce qu'à travers la première face latérale, le rayonne-
ment frappe deux premiers guides très rapprochés, prati-
quement parallèles, qui se raccordent à deux autres guides
qui coupent la deuxième face latérale et qui près de celle-
ci sont séparés par une distance qui est notablement su-
périeur à la distance entre les premiers guides de rayon-
nement près-de la première face latérale.
La description suivante, en regard des dessins an-
nexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien com-
prendre comment l'invention peut Stre réalisée.
La figure 1 est une vue en plan d'un premier dispo-
sitif conforme à l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale suivant le
plan II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan d'un autre dispo-
sitif conforme A l'invention.
La figure 4 est une coupe transversale suivant le
plan IV-IV de la figure 3.
La figure 5 est une vue en plan d'un troisième dispo-
sitif conforme A l'invention.
La figure 6 montre plus en détail une partie de la
vue en plan de la figure 5.
La figure 7 représente un dispositif réalisé en va-
1O
riante de celui des figures 1 et 2.
Toutes les figures sont sch&matiques et leurs dimen-
sions n'ont pas ét& reproduites A la mime échelle. Sur les figures, les parties qui correspondent ont ét& indiquées
par les mimes référence.
La figure 1 illustre en vue en plan et la figure 2 en coupe transversale suivant le plan II-II de la figure
1 un premier exemple de r&alisation du dispositif commu-
tateur semiconducteur conforme à l'invention. Le dispo-
sitif en question comporte un corps semiconducteur 1 avec
une surface 2, sensiblement plane. Le corps semiconduc-
teur comporte une r&gion de substrat,3 qui est munie d'un conducteur de connexion sous forme d'une couche métallique 8 élaborée sur la région de substrat 3 qui, dans cet exemple, est en arséniure de gallium. Le dispositif com- porte également plusieurs guides de rayonnement en forme de bande 9, 10, il et 12 dont les limites fictives sont indiquées en pointillé dans la coupe transversale selon
la figure 2.
Les guides de rayonnement comportent une structure stratifi&e avec une couche active 5, dans cet exemple en arséniure de gallium, dans laquelle le rayonnement se propage, et avec une Jonction-pn 13. Pour intensifier le rayonnement, chacun des guides est muni, A la surface 2,
d'une électrode (14, 15, 16, 17) en forme de couche métal-
lique. Lorsqu'à travers les bornes de connexion 16, 19, 20 21 et 22, une des électrodes 14 à 17 ou plusieurs de ces op *oTpu1Tp UO.TIv$VA VI '6jd *unp 'Zt 1 TT '0ot '6 sepTn seop xn.svT UT ep uoTfl4OTp vT 4uvATne qeA. esqo o q uo$4ruuI; Op ouoz eT Suup 'uoT$.uo.UT Y;uomM -wJouoO> *q uoT89e *TPet wuep 9seuoeUrpe Wu9e? T$-9TTso o?%;xe mo.;pu ep uS; eX *p aqUooPdda uoT enb *.n -aW V onuTMTp JnOSUT UT %uop e oWuToOd uo SuTom no anTd ueuTm. z. as Tnb $mv9:Twrxe gop '&T 4oe T mopTnS seone sel 1. 0T 1o 6 =opTnS smo':,Mnod SeO oau* (l *nSt$ VI iJnu q aud eonbTpuT) uoTsuuJ4 Op uoTe9J T uuvp '&ulu1Odmoo 4uesuoUuoei; op SoepTn sep Lt %0 9T 'T 'yt SpOPOJ4O* O9 got 'Z onSi T UjW o *UUO eT O *Mmoo uo1AuTl. T V I Um.o,
-uoo us 'nTd OU - *unumaoo oAT$oO *oqoUo *VFPPT en4T os-
oTTonbTr y.znMpuo$oJd UT onb opuvS Bu$om.inepuojo.d *un s 4uepUzolP g So E oJnST; gT.xmTB mua xnop e oT muup *99J -nuovq Cz seeuUTo0T uo$,9J xne ooV song *ep g9P v sop 4uemenbT.ooTO seTos$T luos tu mou'uoLvJ op pOn2S SeT sunoI OnTd OU *-OmJosTu9.!uo0 *2udop Op uoT1uJ1uoouo0 T C e Àmzn.og d9&T %uop o&T!oev OonOD *un 1ga ononoo wT *oTT*nb -meT pL'ud 'Z 1o 9 '9 '5 UooTúZnpUopo'G8mo sSq4no0 BT Jvd 9U.ioj %SOe Tnb oe;umouuoueJ Op mopTnS met mno; v *unm -moO 0eo inb *oT3$1ei..Zn':Un1m Sun C;ecu.qun op uoTS -? eT.nB 9ZoqCT9 e uo 'Uolu.uo$T y t$.ToJuoo uZ
-*a.n*aT Op unit fneTaexaT V U oToTJFS1.
-uT$p t$poJd un;uo 'xnOnuoT.znmOt Op oT.ed Opu.x2 anTd T nmg '$Tnb ZT So i 1uomomeuuoei ep *epTn2 aoesnv xnop Y uepiooeou es O;.O 6 ouemeuuovxO Op lepTnr gauTmaid xnop e1o0dmoo z e T g o.ZnTI 2 9T uoToeB JTlTO$dg'P oq *uoT1uoAuBMTo! ?oote J-TTOoduTp np oeo oT mu p oTqTgmod *ud;meou JOBeT OT ej;s un ''netevuosgz un ruvp sud;uoAno. es au;uemeua -uoXax op *opTn2 gOT enb quuop luev?9 *&o0JSonoJ,& TlTSvp ue unTd TOT ?1TU-J4 o;g seud vau *mmpue'o9m o ud-uoT% -ouo n msmveT sot muep;uv"Tnpô.d oe TnTOO T enbTIuepT uoT;usoTJ;Ssuo1UTp omsTunoom un îud;uameuuoXej up uo4veo Go T$mueo.uTT Iouenboguoo ommoo e;ui;jezu;uomouuouez op epTn2 aT guvp Tnb oe 'C ud-uoT ouo eT so.Aejq. e 4u*emvd mues aT muep 4uTino0 un ieSTarp Sp eoqTmsod;me T1 'emmem uT oTdmeoxo vd '9 nbTTe;Tm eq*onoo uT y 1. zodde9z Jud oAT4TUod uoTsuo. eun U (a).eqOuevq (<uos) ase gopoioeT? L
80685SZ
réfraction de la couche active 5 à l'égard du rayonnement transporté, et d'autre part la distance entre deux guides
de rayonnement voisins (11-91 9- 10; 10-12) sont telle-
ment petites qu'un guide de rayonnement et un guide de rayonnement situé immédiatement A côté se trouvent dans le profil d'intensification l'un de l'autre. Enfin, et toujours en conformité à l'invention, le0 dimensions transversales (largeur et épaisseur) de tous les guides de rayonnement sont tellement petites que le guidage et
l'intensification n'ont lieu que pour un seul mode d'os-
cillation transversal.
Par l'expression "profil d'intensification"d'un
guide de rayonnement, il y a lieu d'entendre ici la ré-
gion sur laquelle, suivant la direction de la largeur du guide, le coefficient d'intensification est positif
pour le rayonnement envisagé.
Pour le dispositif décrit dans le présent exposé, on a utilisé comme structure stratifiée une structure
utilisée couramment lors de la fabrication de lasers semi-
conducteur. -
La figure 2 n'illustre que schématiquement la con-
nexion électrique aux couches-électrodes 14 A 17; étant donné la faible largeur de ces couches, celles-ci, dans la pratique, sont raccordées A des plages métalliques de contact plus étendues qui sont isolées par rapport à la surface semiconductrices par une couche isolante et qui n'ont pas été représentées sur les figures. De manière comme dans la- technique des semiconducteurs, il est alors possible d'élaborer des fils de connexion sur lesdites
plages de contact.
Dans l'exemple envisagé, on a utilisé un substrat 3 en arséniure de gallium (GaAs) monocristallin de type de conduction n, la face supérieure de ce substrat étant orientée suivant la direction cristallographique (001O la concentration de dopage de cet arséniure de gallium étant égale & environ 1018 atomes donneurs par cm3 et
sont épaisseur égale & environ 80 microns. Sur ce sub-
strat 3, on a élaboré une premiere couche épi-
taxiale passive i en arséniure mixte de gallium et d'a-
luminium (AIX Gal X As) de type de conduction n et dans lequel x = 0,3, la concentration de dopage de cette couche étant de l'ordre de 3 x 1017 atomes d'étain par cm3 et l'épaisseur égale à environ 2 microns. Sur ladite couche 4, on a fait croître la couche active 5, dans cet
exemple une ouche en arséniure de gallium de type de con-
duction p, l'épaisseur de cette couche 5 gale A 0, 3 micron et sa concentration de dopage égale à environ 3x 1017 atomes de germanium par cm3. Sur la couche 5, on a
élaboré une deuxième couche passive 6 répondant à la com-
position AIO,3 Ga 0,7As, c'est-à-dire une couche dont l'é-
nergie de bande interdite est plus grande que celle de la couche 5, ladite couche 6 étant de type de conduction-p, sa concentration de dopage dtenviron 5 x 1017 atomes de germanium par cm3 et son épaisseur égale à environ 1,5 micron. Sur ladite couche passive 6 enfin se trouve une couche de contact 7 en arséniure de gallium de type de conduction p, l'épaisseur de la couche 7éta&égaeaussi à environ 1,5 micron et sa concentration de dopage égale à environ 1018 atomes de germanium par cm. L'interface entre les couches 5 et 6 forment la Jonction-pn 13. Les régions isolantes hachurées 23 dont la résistivité est très &levée sont formées à l'aide d'un bombardement de protons. Les couches métalliques 14 et 15 sont par exemple en or, la couche métallique 8 étant réalisée en un alliage or-germanium-nickel. La largeur des couches métalliques
14 et 15 qui définissent la largeur des guides de rayon-
nement est par exemple égale à 5 microns.
Comme le montre schématiquement la vue en plan de la
figure 1, on voit que dans l'exemple envisagé, un rayon-
nement de préférence un rayonnement provenant d'un laser,
frappe, depuis une fibre de verre 24 à noyau 25 et à gai-
ne 26, le corps semiconducteur à travers une première
face latérale 27 de ce corps, face latérale qui est pra-
tiquement perpendiculaire A la surface plane 2 et qui
coupe les guides de rayonnement 9 et 10 et qui est revi-
tue d'une couche anti-réfléchissante diélectrique 28. Le rayonnement sort à travers une deuxième face latérale 29 qui elle - aussi est pratiquement perpendiculaire à la surface 2 et qui dans cet exemjle est parallèle à la première face latérale, coupe les guides de rayonnement
Il et 12 et est rev4tue aussi d'une couche anti-réflé-
a5 chissante 30. Le rayonnement sortant peut &tre capté dans des fibres en verre 31 et 32 et guidi plus loin par celles-ci. Le diamètre de toutes les fibres en verre est égal à environ 100 microns. Les guides de rayonnement 9 et 10 sont séparés par une distance égale à environ 4 microns, de sorte que le rayonnement entrant par la fibre 24 peut être transféré par les deux guides 9 et 10; la distance entre les autres guides de rayonnement Il et
12 est égale à environ 104 microns près de la face laté-
rale 29, c'est-à-dire beaucoup plus grande que la dis-
tance entre les guides 9 et 10 près de la face latérale 27, de sorte que le rayonnement sortant des guides Il et 12 peut être capté facilement dans les fibres en verre
adjacentes 31 et 32. La longueur L de la région de tran-
sition entre les premiers guides 9 et 10 et les deuxièmes guides 11 et 12 (voir figure 1) est égale à environ 80 microns; près des faces terminales 27 et 29 a l'extérieure de la région L, la longueur des tronçons rectiligne des guides est égale à environ 50 microns. Dans la région de transition L, la distance entre les guides 10 et 12 et
entre les guides 9 et li est égale à environ 4 microns.
La longueur totale entre les faces latérales 27 et 29 est égale à 500 microns; le rayon de courbure des parties courbées des guides d'onde il et 12 est égal a environ
1000 microns, la longueur d'arc couvrant environ 10.
:3O Pour un guidage de rayonnement convenable sans trop grandes pertes, le rayon de courbure n'est pas choisi inférieur a 200 microns de préférence. Lorsque le rayon de courbure est supérieur a environ 1500 microns, la longueur que doit avoir le dispositif pour réaliser une distance suffisamment grande entre les guides Il et 12 près de la face latérale 29 est trop grande pour bon nombre d'applications. Le rayon de courbure aux "pointes" des électrodes 14, 15, 16 et 17 qui se terminent plus ou
moins en "pointe, mesure environ 2 microns.
1i Lors du fonctionnement, la jonction-pn 13 reçoit du courant dans le sens passant de cette jonction aussi bien à travers lt1électrode 14 qu'à travers l'électrode;5. Si du courant est fourni également à l'électrode i7 du guide de rayonnement 12, on obtient que le rayonnement qui a travers la fibre 24 frappe les guides de rayonnement 9 et est transporté quasi complètement vers le guide de rayonnement 12 et, A partir de celui- ci, dans la fibre on verre 32. Du fait qu'également le guide de rayonnement 9
1 et excitét le champ électrique peut passer progressive-
ment du guide 9 vers le guide 10 et du guide 10 vers le guide 12 étant donné que les guides voisins se trouvent dans le profil d'intensification l'un de ltautre, et cela sans que du rayonnement parvienne, pros de la jonctlon, dans une région absorbante. Inversement, lorsque non pas la guide 12 mais le guide Il est excité, l'énergie que transportent les guides 9 et 10 passera progressivement
dans le guide 11.
Bien que, pour simplifier le circuit, l'on applique de préférence la mdme tension aux électrodes 14 et 15,
cela n'est pas indispensable. Lors du passage de rayon-
nement den's guides 9 et 10 vers 1- guide 12, l'intensifi-
cation ne doit avoir lieu que dans les guides 10 et 12; quant au guide 9, il suffit que celui-ci ne soit pas le siège dtabsorption do rayonnement, de sorte que dans le guide 9, on peut e çontenter d'une densité de courant plus faible. Le cas inverse se produit lors du passage de rayonnement des guides 9 et 10 vers le guide 11. A remarquer qu'il est possible aussi d'inverser le sons de passage du rayonnement; depuis la fibre de verre 31 ou depuis la fibre de verre 32, un rayonnement peut &tre
guidé, par l'intermédiaire du guide de rayonnement res-
pectif 11, 12, vers les guides 9 et 10 et depuis ceux-ci
vers la fibre de verre 24.
La fabrication du dispositif commutateur semiconduc-
tour tel que décrit ci-dessus peut avoir lieu par la mise en oeuvre de la technologie développée pour la fabrication de lasers semiconducteurs. La structure stratifiée (3, 4, , 6, 7) peut 8tre par exemple réalisée avantageusement par d&p8t &pitaxial des couches 4, 5, 6 et 7 a partir de la phase liquide, la réalisation de ladite structure stratifiée étant toutefois possible aussi & partir de la phase gazeuse. A ce sujet, il n'est pas nécessaire de donner de plus amples explications au sujet des détails qui sont sans importance pour la pr&sente invention; on renvoie par exemple au livre de D. Elvwell et H.J. Scheel "Crystal Growdth from High Température Solutions", pages
433 A 467, édit& en 1975 par Académie Press.
Le plus simple est de réaliser les ragions isolantes 23 a l'aide d'un bombardement de protons. A cet effet on élabore par exemple sur la surface 2 une couche en or à l'endroit des guides de rayonnement 9, 10, Il et 12, couche en or qui ensuite est utilisée comae masque de
protection contre le bombardement de protons. Cette cou-
che est obtenue en utilisaat des techniques de d6p8t
par évaporation, de masquage et de décapage photolitho-
graphiques bien connues. Les conditions dans lesquelles on réalise ce bombardement de protons sont par cxemples
2
&nergie 200 keY, dose de 101 protons par cm; on obtient ainsi pour les régions 33 une épaisseur égale A environ
2 microns. Sur les couches en or, il est ensuite possi-
ble d'flaborer des contacts en alliage soit directement
soit A travers au moins une couche métallique intermé-
diaire. Sur la surface opposée de la plaquette semicon-
ductlice, il est possible d'élaborer la couche métallique
8 par dépôt par évaporation ou toute autre manière connue.
Le dispositif peut, par exemple par sa couche métal-
lique 8, tre fixé A une plaque refroidissante en cuivre.
Le refroidissement devient plus efficace lorsque la pla-
quette semiconductrice en contact est par son autre sur-
face 2 avec u. corps refroidisseur qui toutefois dans ce
cas doit tre électriquement isolant afin de ne pas court-
circuiter les électrodes 16, 17, 18 et 19. A cet effet,
il est possible par exemple d'utiliser de l'oxyde de b&-
ryllium, alors que certaines parties des électrodes 16, 17, 18 et 19 doivent faire saillie hors du cristal en vue
de la prise de contact.
La figure 3 illustre par une vue en plan et la fi-
gure 4 par une coupe transversale suivant le plan IV-IV
de ladite figure 3 un autre mode de réalisation du dis-
positif commutateur semiconducteur conforme à l'invention.
Dans ce cas, on utilise une configuration d'électrodes
permettant la réalisation d'un circuit entre quatre gui-
des de rayonnement 41, 42, 43 et 44. La structure stra-
tifiée peut être la môme que celle du dispositif des fi-
gures 1 et 2; également les régions isolantes 23 peuvent être obtenues de la même façon. La figure 4 est une coupe transversale passant par les guides de rayonnement 41,
et 42 avec leurs électrodes 50, 51 et 52 et leurs bor-
nes de connexion 53, 54 et 55.
Suivant le mode de réalisation en question, un pre-
mier guide de rayonnement 45 se raccorde par une de ses extrémités à deux autres guides de rayonnement 41 et 42 tout en passant par une région de transition L1, tandis que par son autre extrémité, ledit guide 45 se raccorde à deux autres guides 43 et 44 tout en passant par une deuxième région de transition L2* Dans lesdites régions L et L2, la distance d (voir la figure 1) entre des guides de rayonnement voisins est égale à 4 microns (et
est partout la mime dans cet exemple); comme précédem-
ment, les guides de rayonnement adjacents se trouvent
dans le profil d'intensification l'un de l'autre.
Lorsqu'aux électrodes des guides 42, 45 et 43 est appliquée une tension qui, dans cet exemple, est positive par rapport à celle de la borne de connexion 22, il est possible d'introduire dans la fibre de verre 48 du rayon-
nement en provenance de la fibre de verre 47, ou inver-
sement. Lorsque par contre une tension est appliquée aux électrodes des guides 42, 45 et 44, du rayonnement en provenance de la fibre 47 parvient dans la fibre 49, ou inversement. De la même façon, le rayonnement en prove* nance de la fibre 46 peut être couplé au choix dans la fibre 48 ou dans la fibre 49, ou inversement. Le guide
de rayonnement 45 est toujours excité et assure le pas-
sage convenable du champ électrique. La fabrication du dispositif en question peut avoir lieu de la mime façon
que celle du dispositif correspondant aux figures 1 et 2.
Les figures 5 et 6 enfin illustrent à& l'égare de l'invention une application pour laquelle le dispositif comporte un ensemble matriciel de premiers guides de rayonnement 61 qui croisent des deuxièmes guides de
rayonnement 62, comme le montre de façon très schémati-
que la vue en plan de la figure. Dans ce cas, à l'en-
droit d'un point de croisement, un premier guide de rayonnement rectiligne 61 se raccorde A une extrémité d'un autre guide de rayonnement 63 qui est incurvé et qui par son autre extrémité se raccorde à un deuxiame
guide de rayonnement rectiligne 62 qui est perpendicu-
lire au premier guide 61. La figure 6 illustre en détail et en vue enplan le point de croisement qui
sur la figure 5 est entouré d'un rectangle en pointillé.
* La figure 6 permet de se rendre compte qué tant le gui-
de 61 que le guide 62 comportent plusieurs tronçons
rectilignes (61A, B,C; 62A, B,C), les tronçons apparte-
nant à un mame guide rectiligne ne se trouvant pas exac-
tement les uns dans le prolongement des autres. Les dis-
tances entre les tronçons d'un mame guide de rayonnement rectiligne, distances de l'ordre de quatre microns ou moins, et la position que lesdits tronçons occupent les uns par rapport aux autres sont toutefois telles qu'elles permettent le transport de rayonnement dans une msme direction à l'occasion de l'application d'une tension à leurs électrodes. Pour le cas en question, on n'a pas
dessiné une coupe transversale passant par le corps se-
miconducteur, étant donné qu'une telle coupe est iden-
tique A celle des figures 2 et 4; c'est uniquement la configuration d'électrodes qui diffère de celle des
exemples précédents.
Lorsque (voir la figure 6) du courant est fourni aux tronçons 62A, 61C ainsi qu'au guide de rayonnement 63, on obtient que dans le cas o le rayon de courbure du guide 63 n'est pas trop petit (de préférence pas
inférieur à 200 microns), la voie suivie par le rayon-
nement passe du tronçon 62A au tronçon 61C tout en pas-
sant par le guide 63, ou inversement. Lorsque le guide
de rayonnement 63 n'est pas excité,un guidage de ZaWn-.
o Wuva *.ueeuuoviJ op oep'n sOp i TOJpuO.T y so.zn2 -.eAno *Op TO-eTTOO suwp el TnOUo;uedwop ue o o1uVT -oUT oqonoo eun z oJ.xmnu UT sng pioqe&p ugioqwuT ue ouuUwqo 1uesweTvSe *4 4nud uOT7e4ude d s.n.a s,TaOp *oTdm.xe sOT "uep o TTe Op uOTao * p o OzJJWP oJptum ep seieoqWl? ex4q 4uoAnod gepo2 t-OOTSe noeOo sS1 ' *on$TF UT Op PnTUT T e JTtTPTS eVo un Jnod L oFmlTJ VT oaiuom UT *eMuo *CZ SUOT29 sel 1uomow.jeua *.;.-.oap *TqT*uod "Toj$ed emej eoe TT '9uuoTIugo vr9P ownoo enb sTpuu4 'd uoTlonpuoo ep odc4q ep Z 1. 9.eqono SOeT.uup oC *.nouuop eemo4wp BuoTp UOTqeauvTdmu aud no uoTn;jjpp ud ge9,iwo$ E uoTiDonpuoo op.adú op suo$Sg sOp jeu -TTT4nsP *Tq$sgod T$gne - 4 TT 'ouo4oid op 4ueoopjeqmoq ud s-nue*qo o9 quo 'uoTisenb ua eoTdmoxo sex suep Tnb Cr venbpTqo iuom**oj nuoT?'g sep noTI ny 5z * onbTqdo opTnS op eo;Jo TvJ; weo *o guep Tub 9 oeluuu;TuOAV s&Aeued.qonoo wT.nsg %ou OA$oW *qonoo UT juns luemouoezip FTon 4uomouuouzJ Op tXuSTU eT oQTnpoGJUTp oJoA ue ejqçJ ue sgeoS f*TTPSTt WuebWTd uS *' T-.T'TO ep *ePJn 1T SuVP A P oZ em.oj ue sejoS sep 4uvnbT4eJd uo edTdCOXs Jed "TqTesod TeUne feI TT SUTM 'C;o T mo.2,n2; loT JnS UV aT 4Bso oMMOo 'TIvfTJO np ffS*Txs t s.OOU; *ep JOSAU.I v nest aToAv *ned sonbT$do xneu2gT *ep *oUTdnoo9p *T *o o3eTd -noo oq *aododxo lu9su9d OT suup UgUUOp uoTImgTtM op Gt l.TdmOxO xne 0oTmTl 4u0eoT1nu geu UOTIoUoAUTe * guoàuo.z gol o3u* "opTA seT Jed futS/nOd quo senbT4do xneuTe sOp slPTn' *T Bopo.e0T sT "DOS 4ugtTIOO O *p UoTugsigp T Op TFg naO -BuTow no guoX.Om S V *ToS? 5OuoS9JJd Op *sa.noS2Je O0 1490 *30J qo 40 YuO$V.TTTu Op P opoSm TBnS unrp onb eagssed UT 4e.zad eu eTTonb OTTO: aO5I9 4ToP 9epo4 -ocT9 tep JnOSJVT w' *quou'WuoigCw ep xneu2;s Op uOT10; audoi eI no uoTiTppel nod eldmexs jed 'onbId0o o$oA Xwd uo;4*o;unmwoo VI Jnod s9sTT$%1 s09.ZS9uT wq nDo.o BOP 50 Suwp *ITTn oi qnod TOTOTaJIm eTqmewub Ta* un *s;enbepe vuoSuoaq xnQ ognbsTddu Ime sF$uw -P099u X D1O$ZToxe UOTBUe W1 oOnb,:OT SUTOt np *Z9 no t9 Twueo eT goAUJ V uoWmoATgntox TqTsgod w9 queom.u Gi
8068S Z
cas, la largeur de la couche métallique qui forme l'é-
lectrode peut étre plus grande que l'ouverture décapée,
et s*étendre à c8t& de celle-ci sur la couche isolante.
Par "largeur" des électrodes, on entend alors dans les
considérations données ci-doessus la largeur des ouver-
tures pratiquées dans la couche isolante.
A noter finalement que la configuration des élec-
trodes peut être variée de nombreuses autres façons qui diffèrent de cellas précisées dans les exemples. C'est ainsi que par exemple dans le mode de réalisation selon les figures 1 et 2, il peut exister, A c8té desdits *utres guides 1i et 12, encore un troisième autrc guide
dont l'extrémité se trouve dans la zone de transition en-
tre les guides 9 et 10. Tout en restant dans le cadre 17 de l'invention, le technicien- est A même de modifier suivant les besoins les matériaux semiconducteurs et les types de conduction utilisés. Par ailleurs, il n'est pas strictement nécessaire que le rayonnement utilisé soit cohérent, bien que l'emploi dtun autre rayonnement donne
lieu a certains inconvénients.
-17-
Claims (13)
1. Dispositif commutateur semiconducteur servant à guider et à intensifier un rayonnement électromagnétique et comportant un corps semiconducteur (1) avec une surface (2) sensiblement plane comportant une région de substrat (3) munie d'un conducteur de connexion (8), plusieurs gui- des de rayonnement (9, 10, 11, 12) en forme de bande qui comportent une structure stratifiée avec une couche active (5) dans laquelle le rayonnement se propage, ainsi qu'une jonction-pn (13), alors que pour intensifier le rayonnement, chaque guide de rayonnement est muni à la surface (2) d'au moins une électrode (14, 15, 16, 17) pour faire passer un courant dans le sens passant à travers la jonction-pn (13) tandis qu'au moins un premier guide de rayonnement (9, 10)ge raccorde à au moins deux autres guides de rayonnement (11,12)
qui, sur la-plus grande partie de leur longueur, ont un pro-
fil d'intensification à l'extérieur l'un de l'autre, carac-
térisé en ce que la région de substrat (3) porte une struc-
ture stratifiée (4, 5, 6, 7) qui est commune à tous les guides de rayonnement et qui comporte une couche active (5)
dont l'épaisseur est constante et dans laquelle la concen-
tration de dopage est la même partout alors que dans la ré-
gion de transition (L) entre un premier guide de rayonne-
ment (9, 10) et un autre guide de rayonnement (11, 12), la largeur des extrémités adjacentes des électrodes de ces guides de rayonnement diminue à mesure que l'on s'approche de la fin desdites extrémités, en ce que dans la région de
transition (L), et observée suivant la direction de la lar-
geur des guides de rayonnement (9, 10, 11, 12>, d'une part la variation d'indice effectif de réfraction de la couche active (5) à l'égard du rayonnement et, d'autre part, les distances entre deux guides de rayonnement voisins (11-9; 9-10; 10-12) sont tellement petites que lesdits guides de
rayonnement se trouvent l'un dans le profil d'intensifica-
tion de l'autre, et en ce que les dimensions transversales -18- de tous les guides de rayonnement sont tellement petites qu'il n'en résulte que le guidage et l'intensification d'un
seul mode d'oscillation transversale.
2. Dispositif commutateur semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les guides de rayonnement sont isolés électriquement les uns des autres
par des régions isolantes (23) qui s'étendent sur une pro-
fondeur moins grande que celle à laquelle se situe la cou-
che active (5) commune.
3. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans la
région de transition (L), la distance entre deux guides de
rayonnement voisins est au maximum de 4 microns.
4. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
la longueur de la région de transition (L) est au moins
égale à 50 microns.
5. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
la structure stratifiée comporte une couche active (5) limi-
tée par deux couches passives (4, 6) à énergie de bande in-
terdite plus grande que celle de la couche active (5) qui, en coopération avec une (6) des couches passives, forme une
jonction-pn (13).
6. Dispositif commutateur semiconducteur selon la
revendication 5, caractérisé en ce que la largeur des élec-
trodes (14 à 17, 50 à 52) est au maximum égale à 5 microns.
7. Dispositif commutateur semiconducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la
couche active (5) est au maximum égale à 0,3 micron.
8. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
les régions isolantes (23) sont formées par des régions à résistivité très élevée, obtenues par bombardement de
protons.
9. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
qiuelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que
-19- le rayonnement frappe le corps semiconducteur (1) à travers une première face latérale (27) de celui-ci, ladite face latérale étant pratiquement perpendiculaire à la surface plane (2), coupant au moins un des guides de rayonnement (9, 10, 41, 42, 61) et étant revêtue d'une couche anti- réfléchissante (28), et en ce que le rayonnement sort à travers une deuxième face latérale (29) qui, elle aussi, est pratiquement perpendiculaire à la surface plane (2), coupe au moins un des guides de rayonnement (11, 12, 43,
44, 62) et est revêtue d'une couche anti-réfléchissante (30).
10. Dispositif commutateur semiconducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'à travers la première face latérale (27), le rayonnement frappe deux premiers guides (9, 10) très rapprochés, pratiquement parallèles, qui se raccordent à deux autres guides (11, 12) qui coupent la deuxième face latérale (29) et qui, près de celle-ci, sont séparés par une distance qui est notablement supérieure à la distance entre les premiers guides de rayonnement (9,
) près de la première face latérale (27).
11. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que,
par chacune de ses extrémités, le premier guide de rayonne-
ment (45) se;raccorde à deux autres guides de rayonnement
(41, 42; 43, 44).
12. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que
ce dispositif comporte un ensemble matriciel de premiers guides de rayonnement (61) qui croisent des deuxièmes guides
de rayonnement (62) alors qu'à l'endroit d'un point de croi-
sement, un premier guide de rayonnement rectiligne (61 C) se raccorde à une extrémité d'un autre guide de rayonnement (63) qui est incurvé et qui, par son autre extrémité, se raccorde à un deuxième guide de rayonnement rectiligne (62 A) qui est
perpendiculaire au premier guide (61 c).
13. Dispositif commutateur semiconducteur selon l'une
quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que
le rayonnement intensifié transporté est cohérent.
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