FR2639766A1 - Dispositif semiconducteur integre incluant un element optoelectronique de commutation - Google Patents

Abstract

Dispositif semiconducteur intégré incluant au moins un élément opto-électronique de commutation, cet élément comprenant : - deux guides de lumière monomodes rectilignes se croisant sous un angle donné 2theta, composés d'au moins une hétérostructure de matériaux III-V, laquelle comprend un substrat S en un matériau de confinement et une couche guidante CG et un ruban de guidage R, - une jonction p-n réalisée dans la région de croisement de manière dissymétrique par rapport au plan bissecteur longitudinal de l'angle de croisement, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction p-n est active incluant une structure de restriction du courant et des seconds moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction est passive incluant une structure de confinement de la lumière, lesdits premiers et seconds moyens coopérant pour que les sorties de l'élément de commutation soient équilibrées. Application : réalisation de matrices de commutation, en télécommunications.

Description

~DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR INTEGRE INCLUANT UN ELEMENT OPTO
ELECTRONIQUE DE COMMUTATION' Descrintion
L'invention concerne un dispositif semiconducteur intégré incluant au moins un élément opto-électronique de commutation en forme de X, cet élément comprenant
- deux guides de lumière monomodes rectilignes se croisant
sous un angle donné, composés d'au moins une hétérostruc
ture de matériaux III-V laquelle comprend un substrat S en
un matériau de confinement et une couche guidante CG, et
un ruban de guidage R,
- une jonction p-n réalisée dans la région de croisement de
manière dissymétrique par rapport au plan bissecteur longi
tudinal de l'angle de croisement.

L'invention trouve son application dans la réalisation de matrices de commutation optique de N guides dans N guides, pour les systèmes opto-électroniques en télécommunications.

L'invention concerne également une matrice de commutation réalisée au moyen de N de ces éléments et un procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur incluant une telle matrice.

Un tel élément du commutation est connu de la publication intitulée ~Waveguided optical switch in InGaAs/InP using free-carrier plasma dispersion", par O. MIRAI et
M.NAKAGOME, dans 1ELECTRONICS LETTERS, 15th, March 1984, Vu1.20, n 6, pp.228-2291.

Ce document décrit un élément de commutation comprenant deux guides de lumière rectilignes formés au moyen d'une hétérostructure constituée d'une couche dite guidante en
GaInAsP, transparente au rayonnement de longueur d'onde supérieure à 1,2 pm, disposée en surface d'un substrat en InP de type de conductivité n. Le guidage de la lumière est réalisé par la formation d'un ruban de guidage du même matériau
GaInAsP que celui de la couche guidante, érigé en surface de cette dernière. Les rubans de guidage présentent une dimension transversale de 15 pm. Les guides de lumière se croisent sous un petit angle 28 compris entre 20 et 6~.

Dans l'une des deux zones de la région de croisement délimitée par le plan bissecteur longitudinal de l'angle 28, est réalisée une jonction p-n. Cette jonction est formée d'une part du substrat InP de type n couvert sur sa face arrière d'une couche d'alliage AuGeNi pour constituer un contact électrique n, et d'autre part d'une couche d'InP de type p de forme rectangulaire disposée en surface des rubans de guidage dans ladite zone de la région de croisement, réalisant avec les couches sous-jacentes une double hétérostructure.

Cette couche rectangulaire d'InP de type p est en outre couverte d'une couche d'InGaAsP de type p et d'une couche d'AuZnNi pour constituer un contact électrique p.

Le document cité précise que le but visé par le dispositif décrit, à savoir la réflexion interne sur un plan en coïncidence avec le bord de la jonction p-n disposé parallèlement au plan bissecteur de l'angle 28r n'a pas été obtenu. Le document cité suggère que ce but pourrait éventuellement être atteint en changeant la technique de fabrication, par exemple en incluant un bombardement de protons pour éviter la dispersion des porteurs de charges.

En effet, dans le dispositif tel que primitivement réalisé, lorsqu'on injecte un signal ionomode à l'entrée de l'un des guides situé dans la zone opposée à la jonction p-n, et lorsque, simultanément, on applique une densité de courant continûment croissante sur cette jonction, il se produit, dans le prolongement du guide d'entrée, des variations périodiques de l'intensité lumineuse en mêle temps que l'on obtient, dans le guide adjacent, la déflexion d'une certaine quantité de lumière qui varie aussi périodiquement.

Ces variations périodiques de l'intensité lumineuse dans l'un et l'autre guides de sortie après traversée de la région de croisement dans laquelle est disposée la jonction p-n, prouvent que la commutation n'est pas due â la réflexion totale interne, mais plutôt a' une conversion de modes par interférences dans la région de croisement, résultant de la dispersion des porteurs libres injectés dans la jonction p-n.

Pour s'assurer du mode qui sera dominant après commutation, l'électrode supérieure de type p est alors prévue décalée latéralement par rapport au centre de la région d'intersection.

Le document cité enseigne que la commutation par réflexion totale interne pourrait etre une alternative à la commutation par conversion de modes, mais cet enseignement n'est pas suffisant pour parvenir à la réalisation concrète d'un dispositif fonctionnant à l'aide de ce principe.

De plus, ce document n'incite pas à choisir la technique de la réflexion interne totale de préférence à celle de la conversion de mode.

Pourtant, les inconvénients du dispositif mis en oeuvre dans ce document apparaissent nettement
- D'abord, en commutation, l'extinction n'est jamais totale sur la voie qui se trouve dans le prolongement de la voie d'entrée,
- Ensuite, en transmission, la valeur de l'intensité lumineuse se propageant dans le prolongement du guide d'entrée n'est pas égale à la valeur injectée à l'entrée. Il se produit des pertes du fait que le faisceau à tendance à se partager entre les deux guides de sortie.

- De plus, il semble douteux, en considérant les dimensions des guides et celles du ruban de guidage, que ce dispositif soit réellement monomode.

Un premier but de l'invention est donc de fournir un élément de commutation réellement monomode, qui lors de l'application d'une densité de courant sur la jonction p-n, permette d'obtenir par injection de porteurs une diminution abrupte de l'indice de réfraction dans la région de jonction, résultant en la formation d'un plan réflecteur, de manière à parmettre la réflexion interne totale d'un faisceau introduit dans le guide situé dans la zone opposée à la zone occupée par la jonction, dans le prolongement du guide adjacent.

Un autre élément de commutation est connu de la publication intitulée ZInGaAsP/InP Optical Switches using carrier induced refractive index changeZ par K. ISHIDA et alii, dans XAppL. Phys. Lett. 50(3), 19 January 1987, pp. 141-142.

L'élément de commutation décrit dans la seconde publication citée comprend deux guides de lumière intégrés, de structure planaire, qui se croisent sous un angle 28. Le guidage est obtenu par la formation d'un sillon dans un substrat en InP-p+, puis en la réalisation d'une couche planaire de
GaInAsP, transparente au rayonnement de longueur d'onde 1,3 pm, surmontée d'une couche de confinement en InP-n'.

Dans la région de croisement, la dimension transversale des guides est augmentée de manière à délimiter une zone rectangulaire dont les grands côtés sont parallèles au plan de symétrie longitudinal de l'angle 29. Cette zone rectangulaire constitue la région de commutation de la lumière transportée par l'un des guides en entrée dans l'un ou l'autre des guides en sortie. Les dimensions transversales des guides de lumière, et la dimension transversale de la région de commutation sont prévues telles que le signal lumineux transporté est toujours multimode.

La commutation est commandée au moyen d'une jonction p-n. Cette dernière présente, vu du dessus, une forme rectangulaire. Sa longueur est identique à celle de la région de commutation (300 #m) et sa largeur (8 p) est moitié de celle de cette région. De plus, cette jonction p-n admet le même plan de symétrie longitudinal que la région de croisement.

Cet élément de commutation connu du second document cité est ainsi entièrement symétrique par rapport à ce plan de symétrie, et il est loisible d'injecter la lumière dans l'un ou l'autre des guides en entrée, pour obtenir la propagation de la lumière dans l'un ou l'autre des guides en sortie.

Cet élément de commutation fonctionne par injection de porteurs de charges dans l'épaisseur des guides au moyen de la jonction p-n. Mais la dispersion des porteurs de charges est ici évitée, contrairement au dispositif du premier document cité.

Cet effet est obtenu par la structure de ce second dispositif. L'électrode de type p+, comprend la réalisation en surface de la couche de confinement en InP-n- d'une couche de recouvrement en GaInAsP-p+, puis la diffusion dans l'ouverture d'un masque en Sio2, d'ions Zn dans les couches supérieures d'InP et de GaInAsP. Cette diffusion de type p+ est soigneusement contrôlée pour relier la surface externe du dispositif, munie d'un contact métallique, à la surface supérieure de la couche guidante en GaInAsP. De plus, le dispositif comprend une seconde région p+ disposée sous la couche guidante en
GaInAsP et présentant une forme appropriée à constituer une structure de restriction de courant.

L'électrode de type n est constituée comme dans le premier document cité, par le substrat en InP de type n recouvert, sur sa face arrière, d'une métallisation.

De cette manière, il apparaît dans la région élargie des guides, lors de l'application d'une densité de courant sur la jonction p-n, une lame d'indice inférieur à celui des guides, présentant deux plans réflecteurs délimités par les bords de la structure de restriction de courant.

En fonction de la densité de courant appliquée entre les deux électrodes, la lumière injectée dans un guide est soit transmise, soit réfléchie par la première face de la lame rencontrée, et respectivement continue à se propager dans le prolongement du guide, ou bien est envoyée, par réflexion interne, dans le guide adjacent. Le taux de réflexion est linéairement proportionnel à la densité de courant appliquée entre les électrodes. La réflexion est considérée comme totale lorsque le taux d'extinction dans le prolongement du guide d'entrée est de 20,5 dB.

Ce second document cité enseigne que les éléments de commutation fonctionnant par réflexion interne montrent de meilleures performances que ceux qui fonctionnent par interférences modales, aussi bien en monomode qu'en multimodes.

D'autre part, il est connu de l'homme du métier que, par injection de porteurs, on obtient, dans le type de matériau utilisé dans les publications citées, des variations de l'indice de réfraction pouvant atteindre une valeur de 10-2 donc 100 fois supérieure à celle qui est obtenue par effet électro-optique.

La publication citée en second apporte donc des améliorations aux résultats montrés par la première publication, mais il reste à ce second dispositif connu de graves inconvénients. En effet, d'une part, il est toujours multimode ; d'autre part il présente encore trop de pertes pour permettre la réalisation de matrices de commutation entre de nombreux guides de lumière.

Ainsi des calculs montrent que, dans une technologie mettant en oeuvre des guides de lumière réalisés en matériau semiconducteur et délimités par un ruban de guidage, pour qu'un guide soit monomode comme il est imposé pour l'application aux télécommunications, il existe des conditions portant notamment sur la dimension transversale du ruban de guidage. Ces conditions dépendent de la composition de la couche guidante et des couches de confinement, ainsi que des épaisseurs de ces couches et de la hauteur du ruban. En effet, l'existence d'un ruban de guidage fait en sorte que, le long de ce ruban, l'indice dans la couche guidante est plus élevé que dans les régions de cette couche guidante extérieures à la zone délimitée par le ruban.Il en résulte que les régions de la couche guidante situées de part et d'autre du ruban forment des régions de confinement telles que la lumière se propage alors dans la couche guidante en suivant la direction du ruban de guidage.

Pour une couche guidante en GaInAsP, réalisée sur un substrat en InP, ou munie d'une couche de confinement en
InP, les calculs montrent que, pour que les guides soient monomodes, la dimension transversale du ruban de guidage ne doit pas excéder 6 pm. Au-delà de cette dimension, le signal transporté par le guide est multimode, c'est-à-dire qu'il comporte outre le mode fondamental d'ordre zéro, des modes d'ordre supérieur.

D'après ces calculs, il apparaît donc comme tout à fait douteux, comme il a déjà été dit précédemment, que le premier dispositif décrit puisse réellement étre monomode.

Dans le second des documents cités, il est dit que les guides qui présentent une dimension transversale de 8 pm sont multimodes. On comprendra que la partie centrale élargie d'un tel élément de commutation qui présente une dimension transversale de 16 pm admet en transmission l'excitation de modes compliqués. D'où il résulte des pertes dans la situation où le faisceau injecté dans un guide d'entrée poursuit son chemin par transmission dans cette partie centrale jusque dans le prolongement de ce guide d'entrée.

Si l'on désire, dans un premier temps, transposer ce second dispositif connu, à une forme de réalisation monomode où la dimension transversale des guides sera, à cet effet, d'environ 3 à 4 pm, on se heurtera au problème de la réalisation de la partie centrale de l'élément de commutation.

En effet, la dimension transversale de la section rectangulaire de la jonction p-n doit excéder 3pm sinon la réflexion totale ne peut pas être obtenue, car une épaisseur trop faible de la lame réfléchissante qui se forme alors dans la couche guidante laisse passer l'onde évanescente. D'où il résulte des pertes.

De plus, les dimensions de ladite jonction qui est réalisée par photolithographie sont soumises à des limitations dues à cette technologie. Notamment, plus les dimensions sont faibles et plus grande est la dispersion des caractéristiques du dispositif réalisé, ce qui diminue le rendement de fabrication industrielle.

Pour ces deux raisons, il est donc indispensable de prévoir une jonction p-n dont la dimension transversale est au moins égale à 3 pm. Dans ces conditions, pour ménager de part et d'autre de la jonction p-n une région guidante pour le signal réfléchi, comme réalisé dans le second document cité, le problème est alors que la région centrale de l'élément de commutation présentera toujours une dimension transversale trop grande pour que le signal reste monomode dans cette région, c'est-à-dire qu'il reste monomode en transmission.

D'autre part, dans la situation où le faisceau injecté dans un guide, dit guide d'entrée, est réfléchi par l'interface due à la diminution abrupte de l'indice de réfraction, disposée à l'aplomb du bord de la jonction le plus proche de ce guide de sortie, la lumière subit plusieurs réflexions totales internes dans la partie guidante de la région centrale élargie située entre la lame et le bord externe de cette région centrale. D'où il résulte des pertes.

En outre, si l'on expérimente un élément de commu- tation tel que décrit dans la seconde publication citée, c'est-à-dire dont la jonction p-n présente exactement la même longueur que la région centrale rectangulaire, on constate la fuite d'une onde évanescente à chaque extrémité de cette région centrale, entre les deux guides de sortie, et ceci particulièrement en réflexion. Par ailleurs, on montrera que la structure à ruban enterré du second document cité n'est pas optimisée pour le fonctionnement en transmission.

De plus, lorsque l'élément de commutation connu du second document cité est utilisé pour réaliser une matrice de commutation de N guides de lumière dans N guides de lumière, il apparaît que la lumière n'est commutée que d'un guide dans deux guides et qu'il est donc superflu de prévoir une structure apte à réaliser la commutation de deux guides dans deux guides.

Il semblerait donc que certains des inconvénients inhérents au second document cité pourraient être évités au moyen de l'élément du premier document cité si l'on munissait ce dernier d'une structure de restriction de courant pour éviter la dispersion des porteurs de charge.

Cependant, on a vu que, dans le second document cité, pour former la structure de restriction de courant, il est préconisé de réaliser deux régions p+, l'une au-dessus, et l'autre en dessous de la couche guidante. Tout d'abord l'alignement de ces deux régions p+ l'une par rapport à l'autre est extrêmement difficile, surtout en employant la technique de croissance VPL décrite dans le document cité. Ensuite l'implantation de la région p+ inférieure, qui se fait dans une couche n qui forme à la fois l'électrode de type n et le substrat du dispositif, manque notablement d'efficacité en ce qui concerne la restriction de courant attendue. On ne tentera donc pas de transposer la structure de restriction de courant décrite dans le second document pour améliorer les performances du dispositif du premier document cité.

On notera encore que l'adoption d'un substrat de type n préconisé par l'un et l'autre des documents cités est non seulement un inconvénient pour la réalisation d'une structure de restriction de courant mais est aussi un inconvénient pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques en synergie de fabrication avec celle d'autres éléments actifs intégrés, tels que des transistors à effet de champ.

On prendra aussi en compte que, pour les applications aux télécommunications, il faut être en mesure de réaliser des matrices de commutation travaillant aux longueurs d'onde 1,3 ou 1,55 #m, transportant des signaux monomodes, et présentant un grand nombre d'éléments de commutation. Aussi des pertes qui peuvent sembler faibles lorsque l'on considère un seul élément de commutation deviennent-elles rédhibitoires lorsque l'on met en oeuvre une matrice entière.

C'est pourquoi, un des buts de l'invention est de fournir un élément de commutation dont les performances sont améliorées aussi bien en transmission, c'est-à-dire lorsque la jonction est passive, qu'en commutation, c'est-à-dire lorsque la jonction est active, de manière à ce que les pertes soient diminuées, c'est-à-dire que la puissance de sortie soit aussi voisine que possible de la puissance d'entrée, de manière à ce que l'extinction sur la voie de sortie non utilisée soit au moins égale à 30 dB, et de manière à permettre ainsi d'obtenir des sorties équilibrées ce qui est particulièrement important pour l'application à une matrice entière.

Les autres buts de l'invention sont de fournir un élément de commutation dont le procédé de fabrication est en synergie avec celui d'autres circuits intégrés, c'est-à-dire dont le substrat peut être semi-isolant ; qui est réellement monomode ; dont les dimensions sont réduites et conduisent donc à des matrices de commutation de faible surface particulièrement favorable à l'intégration à haute densité ; qui est d'une mise en oeuvre simple et donc d'un coût réduit.

Ces buts sont atteints au moyen d'un élément de commutation tel que décrit dans le préambule et en outre caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction p-n est active incluant une structure de restriction de courant et des seconds moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction est passive incluant une structure de confinement de la lumière, lesdits premiers et seconds moyens coopérant pour que les sorties de l'élément de commutation soient équilibrées.

Dans ces conditions, on pourra obtenir à la fois des guides étroits donc rigoureusement monomodes, un plan réflecteur extrêmement bien localisé, et un coefficient de transmission équivalent sur l'un ou l'autre des guides de sortie, dans les cas où la jonction est respectivement active ou passive.

Dans une mise en oeuvre de l'invention ce dispositif est caractérisé en ce que pour réaliser la structure de restriction de courant, le substrat S est semi-isolant, et la jonction p-n est formée de deux couches respectivement C1 et
C2 de type de conductivité n et p, disposées de part et d'autre de la couche guidante CG et de manière adjacente, présentant chacune un bord BB' en coïncidence avec le plan bissecteur YY' longitudinal de l'angle de croisement 28.

Dans ces conditions, la structure de restriction de courant est plus performante que la structure connue du second document cité. De plus, comme elle est disposée rigoureusement en coïncidence avec le plan de symétrie de l'angle de croisement, le plan réflecteur se trouve dans une position optique idéale pour produire la réflexion totale interne en une seule réflexion. On rappelle que dans le premier document cité, la jonction p-n était décalée latéralement par rapport au plan bissecteur, dans le but de s'assurer du mode dominant.

En outre le dispositif selon l'invention est en synergie de fabrication avec d'autres dispositifs actifs du fait du substrat semi-isolant.

Dans une mise en oeuvre, ce dispositif est caractérisé en ce que la dimension longitudinale de la jonction p-n, excède largement celle de la région de croisement, et en ce que la jonction p-n est disposée de manière à déborder symétriquement de part et d'autre de cette région dans cette direction longitudinale.

Dans ces conditions les pertes par évanescence à chaque extrémité de la région de croisement sont évitées.

Dans une mise en oeuvre, ce dispositif est caractérisé en ce que pour réaliser la structure de confinement de la lumière, le ruban de guidage est érigé au-dessus de l'hétérostructure.

Dans une mise en oeuvre préférentielle, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend une seconde hétérostructure, composée de la couche guidante CG et d'une couche supérieure en un matériau de confinement dans laquelle est formée le ruban de guidage R.

Cette mise en oeuvre permet de minimiser les pertes aussi bien dans l'élément de commutation en transmission lorsque la jonction est passive, que dans chaque tronçon de guide qui relie un élément à un autre pour constituer Une matrice entière.

Dans une mise en oeuvre préférentielle, le substrat et la couche de confinement supérieure sont en InP, la couche guidante est en GaxInl-x Asy P1#y dans la quelle
y 1 0,5
x = 0,435 y
WG 2 4 ijm (épaisseur de la couche guidante)
eG = 0,4 pm (dimension transversale des guides) 2e 2 44' (angle de croisement)
e3 ~ 0,25 à 0,60 pm (épaisseur de la couche de
confinement supérieure en
dehors du ruban) H = h+e# - 1 pm (épaisseur de matériau de
confinement dans la région du
ruban R)
Dans ces conditions, il se trouve que ces valeurs sont optimales aussi bien en actif qu'en passif. Le faisceau n'a pas tendance à se partager entre les deux guides de sortie en passif, comme en actif. L'élément de commutation est véritablement optimisé dans l'un et l'autre de ses modes de fonctionnement.

L'invention sera mieux comprise au moyen de la description suivante, illustrée par les figures annexées dont
- les figures la et 1b qui représentent l'élément selon l'invention vu du dessus
- les figures 2a à 2c qui représentent une coupe de la figure la selon l'axe II-II, dans trois modes de réalisation de la structure de confinement de la lumière
- la figure 3a qui représente une coupe selon l'axe I-I de la figure la, dans le mode de réalisation illustré par la figure 2b
- la figure 3b qui représente une coupe selon l'axe III-III de la figure Sa dans le mode de réalisation illustré par la figure 2b
- la figure 3c qui représente une coupe selon l'axe I-I de la figure la, dans un mode de réalisation où les guides sont enterrés et la structure planaire selon la figure 2e
- la figure 4a qui montre les courbes donnant la valeur du coefficient de transmission, en passif, dans le prolongement du guide d'entrée (courbes A) et dans le guide de sortie adjacent (courbes B) lorsque l'angle de croisement 28 = 20, pour différentes valeurs de la largeur des guides (4 ou 5 pm), le tout en fonction de la variation d'indice entre la région guidée et les régions latérales de confinement
- la figure 4b qui montre les variations des mêmes caractéristiques lorsque 28 = 40
- la figure 4c qui montre la variation de la différence d'indice An en fonction de l'épaisseur es de la couche de confinement supérieure et en fonction de l'épaisseur totale
H de matériau de confinement au-dessus de la région guidée
- la figure 4d qui montre les variations de l'épaisseur de la couche binaire de confinement e3 avec la concentration y de la couche guidante quaternaire pour obtenir une différence d'indice entre les régions latérales de confinement et la région guidée An - 2.10-3 et pour différentes valeurs de l'épaisseur totale H du matériau de confinement audessus de la région guidée.

Les figures la et 1b représentent donc schématiquement, vu du dessus, un élément de commutation selon l'invention. Cet élément comprend deux guides de lumière G1 et G2 intégrés sur un substrat S.

Les guides de lumière G1 et G2 présentent chacun une dimension transversale WG et se croisent sous un angle faible 28. Par angle faible, il entendre un angle dont la valeur est inférieure à 100. Cet angle 28 de croisement admet un plan bissecteur dont la trace est représentée par YY' sur les figures 1. La dimension transversale WG de chacun des guides est choisie identique dans la description suivante pour la simplicité du procédé de réalisation.

L'invention a notamment pour but le traitement des signaux lumineux monomodes, de longeur d'onde 1,3 ou 1,55 pm.

Tel que représenté vu du dessus sur la figure la, cet élément de commutation formé de deux guides rectilignes qui se croisent, comprend d'abord des moyens pour effectuer la commutation.

Les moyens pour effectuer la commutation consistent en la formation d'un plan réflecteur BB' disposé en coïncidence exacte avec le plan bissecteur YY' de l'angle de croisement 28.

Ce plan réflecteur est obtenu par la création, dans l'une des deux régions de la zone de croisement délimitée par le plan bissecteur, d'une variation abrupte de l'indice de réfraction, et plus exactement d'une diminution suffisante de l'indice de réfraction pour provoquer la réflexion totale interne d'une faisceau provenant de la zone opposée et arrivant sur l'interface BB' créée par cette différence d'indice sous
r un angle d'incidence 8).

Cette diminution de l'indice est obtenue par l'injection de porteurs de charges dans la région choisie, au moyen d'une jonction p-n C2/C1 réalisée dans ladite région.

Lorsque la jonction C2lC1 sera active, un signal entrant dans le guide G1, disposé dans la zone opposée à celle de la jonction sera réfléchi par le plan réflecteur et sortira par le prolongement G'2 du guide adjacent G2. Lorsque la jonction sera passive, le signal entrant dans le guide G1 continuera son chemin au-delà de la région de croisement et sortira par le prolongement G'1 dudit guide G1.

Si les dimensions des guides Gt et G2 sont telles que le signal d'entrée est monomode, alors le signal de sortie sera aussi monomode puisqu'il n'existe pas, dans l'élément selon l'invention de régions élargies où des modes d'ordres supérieurs pourraient être activés.

Si le guide G1 a été choisi pour transporter le signal commutable, alors le guide G2 ne pourra transporter qu'un signal non commutable, c'est-à-dire qu'il ne pourra transporter qu'un signal se propageant, au-delà de la région de croisement, dans son propre prolongement G'2.

On verra plus loin que la structure des guides de lumière et la valeur des différents paramètres de cette structure jouent un grand rôle pour parvenir aux buts de l'invention.

Telle que représentée sur la figure 2a, en coupe selon l'axe II-II de la figure la, la structure d'un guide de lumière selon l'invention, comprend un substrat S et une couche guidante CG en un matériau 2 qui forment une hétérostructure. Chaque guide comprend en outre un ruban de guidage
R de section pratiquement rectangulaire, érigé d'une hauteur h au-dessus du dispositif, formé dans le matériau 2 de la couche de guidage, et présentant une dimension transversale WG.

Dans une réalisation préférentielle de l'invention, telle que représentée sur la figure 2b, en coupe selon l'axe II-II de la figure la, la structure d'un guide de lumière selon l'invention comprend un substrat S, une couche guidante CG du matériau 2 et une couche de confinement 3 qui forment une double hétérostructure. Chaque guide comprend en outre comme précédemment un ruban de guidage R qui est ici formé dans le matériau de la couche de confinement 3.

Pour l'application envisagée, il sera favorable de choisir un substrat en un matériau III-V binaire, par exemple le phosphure d'indium InP, et une couche guidante en un matériau III-V quaternaire de composition
GaxIn1-x Asy P1-y dans laquelle les concentrations x et y sont liées par les relations
x = 0,435 y pour chaque valeur de y.

La longueur d'onde associée.à l'énergie de bande interdite est 1,22 pm si y > 0,5.

Les figures 2a et 2b montrent aussi les lignes iso-énergie qui permettent de comprendre comment le faisceau lumineux est guidé dans de telles hétérostructures à ruban de guidage. On constate que la section du faisceau a une forme oblongue, et que le faisceau se propage dans la direction définie par le ruban de guidage en restant essentiellement dans la couche guidante. Comme il est connu de l'homme du métier, cela est dû au fait que le matériau InP constituant le substrat S et éventuellement la couche de confinement 3 présente un indice de réfraction inférieur à celui de la couche
CG en GaInAsP, et que les régions 101 et 102 de la couche guidante CG situées de part et d'autre du ruban de guidage
R, présentent un indice de réfraction irférieur à celui de la région 100 située sous le ruban R, dite région 101, 102, et la région guidée 100. Cette différence d'indice est produite par la différence d'épaisseur des couches dans ces régions, et résulte dans le fait que ces régions 101 et 102 se comportent comme si elles étaient réalisées en un matériau de confinement. Elles sont dites régions de confinement latéral.

On établira plus loin des règles portant sur les conditions de détermination des valeurs de la hauteur h du ruban de guidage R, de sa dimension transversale WG, de l'épaisseur eg de la couche de confinement supérieur, de l'épaisseur eG de la couche guidante, dans le but d'optimiser le dispositif selon l'invention à la fois lorsque la jonction est active et lorsque la jonction est passive.

Comme on l'a vu précédemment une jonction p-n n'est pas suffisante pour obtenir un plan réflecteur parfait lors du fonctionnement actif, il faut adjoindre à cette jonction une structure de restriction de courant. Selon l'invention, cette structure est réalisée de façon simple et performante comme il est montré sur la figure 3a, en coupe selon l'axe I-I de la figure la, et correspondant à une structure de guide à double hétérostructure conforme à la figure 2b. Cette jonction p-n comprend d'une part une couche Cl en un matériau 1 de type de conductivité n disposée dans la partie supérieure du substrat S qui est alors choisi semi-isolant, et d'autre part une couche C2 en un matériau 4 de type de conductivité p disposée dans la partie supérieure de la couche guidante CG ou de manière adjacente à cette couche.

Notamment, il est favorable que la couche C2 de type p soit rectangulaire, comme il est montré vu du dessus sur la figure la et présente une dimension transversale d2 et une dimension longitudinale, c'est-à-dire parallèle au plan bissecteur YY', notée D'.

La couche C1 de type n, présentera une dimension longitudinale sensiblement égale à D', et une dimension transversale d1 > d2.

Mais les couches Ci et C2 seront disposées de part et d'autre de la couche guidante CG, en vis-à-vis, de manière à présenter chacune un bord longitudinal BB' en coïncidence entre elles et en coïncidence avec le plan bissecteur
YY' de l'angle 28.

Ainsi, lors de l'application dans le sens direct d'une densité de courant sur cette jonction p-n, on obtiendra par injection de porteurs de charges, une lame de faible indice entre les couches C1 et C2, dans la couche guidante CG, mais surtout cette lame offrira un véritable plan réflecteur disposé en coïncidence avec ledit plan bissecteur. Donc selon l'invention, on obtient la réflexion totale interne sur un plan bien localisé et de plus la commutation se produit en une seule réflexion. La position du plan réflecteur en coïncidence avec le plan bissecteur est optiquement la plus favorable.

On a vu que pour éviter la fuite de l'onde évanescente à travers la lame, lors de la réflexion, il suffisait de prévoir que la dimension d2 de la couche C2 de type p, qui limite la dimension transversale de la jonction p-n soit au moins telle que
d2 > 3 pm
On choisira de préférence
d2 > 6 pm à 8 pm.

Dans un procédé de réalisation décrit plus loin, on verra qu'il est avantageux de réaliser les couches Ci et C2 par simple implantation ou diffusion d'ions appropriés, d'une part en surface du substrat d'InP pour la couche C1 et d'autre part en surface de la région de croisement pour la couche CI.

Il est évident que le dispositif selon l'invention peut être obtenu de la même façon, si les guides sont formés au moyen d'une simple hétérostructure.

Tel que représenté sur la figure 2c, en coupe selon l'axe II-II de la figure Ib, la structure de guide est une double hétérostructure, avantageusement des mêmes matériaux que celle de la figure 2b, mais le ruban R est réalisé au moyen d'un sillon formé dans le substrat S et empli du matériau 2 de la couche guidante. La surface du dispositif est alors planaire. La couche C1 de type n est formée comme il a été dit précédemment dans la partie supérieure du substrat directement sous le matériau guidant ; et la couche C2 de type p est formée dans la couche 3 de confinement supérieure en veillant bien à ce qu'elle atteigne la surface supérieure de la couche 2 de guidage.Les dimensions des différents éléments peuvent être les mêles que celles qui seront données ultérieurement pour la double hétérostructure de la figure 2b, mais la couche 3 de confinement supérieure aura favorablement dans ce cas une épaisseur 2 2, 5 pm. On notera cependant que ce type de réalisation offre l'avantage de la planarité mais donne des résultats légèrement inférieurs au type dit à ruban externe, et notamment au type dit à ruban externe à couche de confinement supérieure.

Selon l'invention, pour éviter lors du fonctionnement actif de la jonction p-n, c'est-à-dire en commutation, la fuite de l'onde évanescente qui se produisait dans l'art antérieur à chaque extrémité AA' de la région de croisement (voir figure 1b), on choisira la dimension longitudinale D' de la jonction p-n grande devant la dimension D de cette diagonale AA'. De plus, on disposera les extrémités B et B' de la jonction p-n d'une façon symétrique par rapport au centre 0 de la région de croisement le long du plan bissecteur longitudinal YY'.

La dimension longitudinale D' de la jonction p-n sera choisie d'autant plus grande que l'angle de croisement 28 sera choisi petit.

D'une façon générale, on choisira l'angle de croisement
20 < 26 < 60 et dans ces conditions on choisira
D' # 60 m pour 28 # 2
D' # 400 m pour 28 # 4
D' # 300 m pour 28 # 6
Il est évident qu'un angle 28 très petit offre le désavantage d'être difficile à réaliser et de nécessiter une jonction p-n de grande dimension D'.

Avec un angle 28 ~ 40 et une jonction p-n de dimension D' ~ 400 pm, on obtient déjà, dans la situation de commutation, une extinction supérieure à 30 dB dans le prolongement du guide d'entrée ; ceci signifie qu'il ne passe plus que 1/1000 de la lumière dans cette voie, contre 1/100 connu de l'état de la technique correspondant à 20 dB.

De plus, les observations pratiquées sur le dispositif en fonctionnement montrent que les pertes dues à l'onde évanescente aux points A et A' sont totalement évitées.

Des raisons supplémentaires poussent à choisir plutôt un angle 28 au moins équivalent à 40. Des observations montrent en effet que, en transmission, c'est-à-dire dans le cas où aucune densité de courant n'est appliquée sur la jonction p-n, il se produit dans la région de croisement, si l'angle 28 est très petit, une tendance du faisceau à se partager entre les deux guides de sortie. Cet effet désavantageux était notamment obtenu dans la première publication citée.

Or, il est très important, pour la réalisation d'une matrice au moyen de plusieurs éléments de commutation, que les sorties de l'élément de commutation soient équilibrées, c'est-à-dire que les puissances sur les voies de sortie empruntées par le faisceau en actif et en passif soient égales entre elles. Ceci est atteint lorsque d'une part les pertes sont minimisées à la fois en actif et en passif et d'autre part lorsque l'extinction sur la voie non empruntée atteint au moins 30 dB.

L'effet désavantageux de partage du faisceau en passif peut être minimisé en agissant sur plusieurs paramètres dont en particulier l'angle 28 de croisement des guides. Un des buts de l'invention est donc de fournir un élément de commutation, qui en transmission permette d'obtenir un coefficient de transmission T aussi voisin de 1 que possible sur le prolongement du guide d'entrée, et un tel coefficient aussi voisin de 0 que possible sur le guide adjacent.

Les conditions de fonctionnement en transmission sont considérées comme idéales lorsque
PT/ PIN l
PR/ PIN O
PIN étant la puissance injectée dans le guide d'entrée G1,
PT la puissance transmise dans le prolongement G' du même guide au-delà de la région de croisement et PR la puissance réfléchie, en passif, dans le guide G'2 adjacent.

Les observations qui ont conduit au dispositif selon l'invention montrent que les différents paramètres qui entrent en jeu pour atteindre les buts de l'invention, c'està-dire pour optimiser l'élément de commutation autant en passif qu'en actif, sont
- la structure de guide à double hétérostructure conforme à la figure 2b et à sa description
- l'angle de croisement 2e
- l'épaisseur ez de la couche 3 de confinement supérieure,
- la dimension transversale WG du ruban R
- la hauteur h dont le ruban R est érigé au-dessus de la couche 3
- la composition de la couche quaternaire, c'està-dire la concentration y en As.

Les quatre derniers paramètres, à savoir e3, WG, h et y permettent de calculer la variation d'indice an qui apparaît du fait de la différence d'épaisseur entre les régions 101, 102 et la région 100 (voir la figure 2b).

Les courbes de la figure 4 ont été établies dans le cas d'une double hétérostructure conforme à celle de cette figure 2b, pour mettre en évidence les conditions dans lesquelles le fonctionnement en passif est optimal.

Les courbes de la figure 4a représentent les variations de la puissance de sortie sur la puissance d'entrée sur les deux voies de sortie, en passif, lorsque l'angle de croisement 28 = 20, en fonction de An.

- la courbe A1 représente PT/PIN dans G'1 pour WG = 4 m
- la courbe A2 représente " " pour WG = 5 m
- la courbe B1 représente PR/PIN dans G'2 pour WG = 4 m
- la courbe G2 représente " " pour WG = 5 m
Les courbes de la figure 4b représentent les mêmes variables, lorsque l'angle de croisement 28 = 40
A partir de la figure 4a, on constate que pour un angle 28 = 2 , les conditions optimales de fonctionnement en passif ne sont obtenues que dans un domaine très étroit, où 2.10-3, et que les résultats sont un peu meilleurs, c est-à-dire les pertes moins élevées (PT/PIN plus proche de 1 et PR/PIN plus proche de zéro) pour des guides de dimension WG # 4 m (courbes A1 et B1).

Par contre, lorsque WG - 5 m (courbes A2 et B2 de la figure 4a) on n'obtient jamais PT/PIN = 1 ou
PR/PIN = 0, mais le confinement latéral est un peu moins critique.

A partir de la figure 4b, on constate que pour un angle 28 ~ 40, les conditions optimales de fonctionnement en passif (PT/PIN t 1 et PK/PIN t 0) sont obtenues dans un large domaine correspondant à
10-3 < An < 10-2 et que les conditions sur la dimension WG sont moins draconiennes. En fait le fonctionnement optimal en passif est obtenu, avec 28 w 40 pour 3 cim# WG < wu6 iim
Les courbes de la figure 4c montrent l'influence de l'épaisseur es de la couche de confinement 3 sur la valeur de la différence d'indice An entre les régions 101, 102 et 100, pour différentes valeurs de la hauteur
H = h + e3 de-matériau de confinement 3 disposé au-dessus de la région guidée 100.

On constate d'après les courbes de la figure 4c où
C1 correspond à H = 0,5 pm
C2 correspond à H = 1,0 pm
C3 correspond à H = 1,5 pm que la valeur optimale
10-3 < An < 10-2 est obtenue plus favorablement avec
H # 1,0 m
et 0,25 m # e3 # 0,65 m résultant en une hauteur du ruban R 0,35 m # h s 0,75 m ces résultats étant obtenus en fixant les autres paramètres du dispositif tels que la concentration y en arsenic de la couche quaternaire et la longueur d'onde de fonctionnement A aux valeurs
y X 0,5
A 1,55 #m
Cette concentration de la composition de la couche quaternaire joue aussi un rôle dans l'optimisation du dispositif en passif. La figure 4d montre l'influence de la concentration y (x étant choisi tel que x = 0,435 y pour la stoechiométrie) sur la dimension e3 qui doit être choisie pour obtenir
An 2.10-3 à la longueur d'onde de fonctionnement A - 1,55 pm.

La courbe D3 a été tracée pour H = 1,5 pm,
La courbe D2 a été tracée pour H = 1,0 pm
La courbe D1 a été tracée pour H = 0,5 pm
Ces couches sont données pour montrer à l'homme du métier comment agir sur les différents paramètres y, es, H, h pour obtenir les meilleurs résultats possibles en passif, tout en disposant d'une certaine latitude sur la technologie qui permet d'obtenir WG, H et h, et donc sur la façon de mettre en oeuvre le dispositif selon l'invention.

On constate donc que, d'une façon générale, on a intérêt à choisir un angle 28 ~ 40 qui donne les meilleurs résultats aussi bien en actif qu'en passif, et laisse une certaine marge d'erreurs possible sur la dispersion des autres paramètres lors de la mise en oeuvre de ce dispositif.

D'autre part, pour la propagation des signaux lumineux monomodes dans la couche quaternaire, les calculs montrent que l'épaisseur optimale de cette dernière, en tenant compte des valeurs des autres paramètres précédemment choisies, est
eG 0,4 wm
L'expérimentation de dispositifs réalisés conformément aux calculs a montré des résultats parfaitement en conformité avec les résultats prévus en simulation.

Le dispositif selon l'invention offre encore l'avantage d'être réalisé sur un substrat semi-isolant approprié à recevoir aussi des éléments actifs tels que des transistors à effet de champ, des diodes etc... De plus, les contacts électriques peuvent être réalisés sur une seule face du substrat.

Tel que représenté en coupe sur la figure 3a, l'élément de commutation comprend en outre un contact E2 de type p pour l'injection des porteurs dans la couche C2, et tel que représenté en coupe sur la figure 3b, un contact E1 de type n pour l'extraction des porteurs de la couche C1.

Comme il est montré vu du dessus sur la figure Sa, on réalisera le contact E2 de préférence sous la forme d'un plot, ou d'une ligne, disposé selon l'axe de symétrie transversal ZZ' de la région de croisement ; de manière à injecter le maximum de porteurs au centre de la couche C2 dans la région de croisement.

Comme il est montré sur cette même figure Sa, on réalisera le contact E1 de préférence sous la forme de deux plots E'1 et E"1 de grande surface dont l'un des bords se trouve aussi rapproché que possible de la couche C2, par exemple à un distance D1 ~ 10 pm. Les plots E'1 et E"1 sont prévus symétriques par rapport à l'axe transversal ZZ' de la région de croisement pour permettre l'extraction des porteurs symétriquement par rapport à leur injection
La figure 3a montre en coupe que le contact électrique E2 de type p peut être constitué d'une couche 5 en alliage TiPtAu formant avec la couche e2 un contact ohmique, surmontée d'une couche d'épaississement 6 du même alliage, pour réaliser des connexions, cette couche d'épaississement 6 étant alors partiellement réalisée sur une couche isolante 7 pour permettre de former par exemple les lignes d'arrivée du courant.

La figure 3b montre en coupe que les contacts E' et E"1 peuvent être constitués d'une couche 8 de l'alliage
AuGeNi, formant avec la couche C1 un contact ohmique, surmontée d'une couche 9 d'épaississement de l'alliage TiPtAu pour relier par exemple ces plots à la masse. Les couches 8 et 9 constituant les contacts E' et E", peuvent être réalisées dans des ouvertures disposées dans les couches supérieures du dispositif, découvrant la surface supérieure de la couche E1.

Une couche isolante 7 est également prévue pour isoler ces contacts des autres parties du dispositif.

La figure Sa montre aussi vu du dessus un exemple de disposition des différents éléments les uns vis-à-vis des autres pour former deux éléments de commutation. On trouve ainsi deux premiers guides, dont les entrées sont Gii et G12, et dont les sorties sont G'11 et G'12, qui sont linéaires et se croisent sous un angle 28. Puis on trouve deux autres guides, dont les entrées sont G21, G22, dont les sorties sont
G'21, G'22 de même configuration. Deux éléments ainsi groupés, et réalisés dans le cas où l'angle de croisement 28 : 40, occupent une surface de 400 pm x 400 pm en tenant compte de la place prise par les lignes d'alimentations électriques.

L'élément de commutation selon l'invention est spécialement prévu pour permettre la réalisation de matrices de commutation de N guides dans N guides et non pas le multiplexage de signaux comme il a déjà été dit précédemment. Une matrice de commutation de 4 guides I1, Iz, I3, 14 dans 4 guides 01, 02, 03, 04 constituée d'éléments de commutation selon l'invention est représentée vue du dessus très schématiquement sur la figure 5b. Elle comprend 16 éléments SWij.

Elle occupe une surface de 2,8 mm sur 0,8 mm sur un substrat d'environ 3 x 1 mm2.

Procédé de réalisation I
Le procédé suivant est donné à titre d'exemple dans le cas où l'on désire réaliser des éléments de commutation selon l'invention dans une technologie mettant en oeuvre la double hétérostructure montrée sur la figure 2b.

Ce procédé comprend les étapes successives suivantes
a) formation d'un substrat S en phosphure d'indium
InP, semi-isolant, par exemple sous la forme d'une plaquette obtenue par tronçonnage d'un lingot massif d'InP, lui-même obtenu par tirage par la méthode Czochralski par encapsulation liquide
b) réalisation d'un masque, noté XB sur les figures 3 et Sa, délimitant la surface de la future couche Ci et notamment présentant un bord BB' en coïncidence exacte avec le futur plan de symétrie YY' de la région de croisement, puis implantation, dans l'ouverture de ce masque, d'ions tels que
Si appropriés à former une couche Ci de type n dans la partie supérieure du substrat.Pour obtenir une couche implantée uniformément sur une épaisseur de 1 pm environ, on peut pratiquer deux implantations successives avec des énergies différentes, puis effectuer un recuit. On obtient alors une couche uniforme dopée à environ lois ions/cm3 et présentant des flancs verticaux, donc au moins un bord BB' bien en coïncidence avec YY'.

La dimension de la couche Cz parallèlement à l'axe YY' sera de préférence D' = 400 pm et dans le sens perpendiculaire d1 X 100 ijm
c) formation par épitaxie en phase liquide de préférence d'une couche 2 en Ga,Inl-xAsyP1-y dans laquelle y > 0,5
x t 0,435 y
Si l'épitaxie est réalisée par VPE alors dans cette étape on peut réserver les ouvertures pour former ultérieurement les plots de contacts E'1 et E"1. A cet effet, on dépose, dans l'ouverture d'un masque XH, une couche protectrice en diélectrique, par exemple en silice. Par la méthode VPE, le matériau quaternaire ne croît pas sur le matériau diélectrique et la surface de l'ouverture future reste libre. La couche 2 présentera de préférence une épaisseur eG z 0,4 pm.

d) formation en surface de la couche 2, d'une couche 3 d'InP, réalisée de préférence par épitaxie en phase vapeur (VPE). Cette couche présentera de préférence une épaisseur H - 1,0 pm ;
e) gravure de la couche 3, dans l'ouverture d'un masque, des rubans R des guides, sur une profondeur
0,35 pm < h s 0,75 pm pour laisser une largeur de guide WG 4 LII
f) diffusion localisée dans l'ouverture d'un masque XF, d'espèces telles que Zn, destinées à réaliser la couche C2 de type de conductivité p. Ce masque XF présente un de ses bords décalé d'une distance d vers le bord des guides situé vers la jonction.Cette distance d est choisie ici de 1 pm pour que, après la diffusion localisée, le bord de la couche C2 obtenue soit en coïncidence parfaite avec l'axe YY' et le bord BB' de la couche C1. L'homme.du métier sait en effet que la diffusior. s'étend toujours légèrement sous le masque qui la délimite mais que cette extension est contrôlable et reproductible avec l'expérimentation. On cherche ici à obtenir une épaisseur de diffusion égale à l'épaisseur
H = es + h.

Cette couche C2 diffusée présentera de préférence une dimension D' parallèlement à l'axe YY' telle que
D' = 400 pm et une dimension d2 perpendiculaire à cet axe telle que
d2 = 8 zm à 10 pm.

g) réalisation en surface des plots E'a, E"1, après éliminationqde la couche diélectrique qui protège leur emplacement, et dans l'ouverture d'un masque XI (voir figure 3b), d'une couche 8 d'alliage AuGeNi pour former les contacts ohmique de type n.

h) protection de la surface du dispositif par une couche 7 diélectrique par exemple de SiO2, laissant des ouvertures XK
i) dépôt dans l'ouverture d'un masque XG (voir figure 3a) d'une première couche 5 d'alliage TiPtAu pour former les contacts ohmiques E2 de type p, puis dépôt dans l'ouverture d'un masque XL d'une seconde couche de cet alliage pour former, en surface de la couche 7 diélectrique, les lignes d'interconnexions électriques.

Tout au long de ce procédé de réalisation, au moins un bord de chaque masque peut être prévu parallèle à un axe d'un des guides, sauf les masques XB et XF qui doivent obligatoirement présenter un bord parallèle à l'axe de symétrie YY' de l'angle de croisement (voir figures 3a et 5a).

D'autre part, si la croissance VPE est utilisée pour réaliser les couches épitaxiales, des motifs de test et des motifs d'alignement peuvent être prévus sur le substrat, simplement protégés par une couche diélectrique transparente.

Comme la croissance VPE n'a pas lieu sur le diélectrique, ces motifs sont alors préservés et apparents pendant toute la réalisation.

Procédé de réalisation Il
Le procédé suivant est donné à titre d'exemple dans le cas où l'on désire réaliser des éléments de commutation selon l'invention présentant une structure planaire conforme à la figure 3c.

On notera que les étapes a et b sont d'abord identiques à celles du procédé I.

Entre l'étape b) et l'étape c), on inclut une étape b') durant laquelle on forme des sillons de profondeur h et largeur WG, sur l'emplacement voulu pour les guides de lumière. L'épaisseur de la couche 1 pour former Ci doit être prévue supérieure à h.

On reprend ensuite identiquement les étapes c) et d) du procédé I, mais on exclut l'étape e) de formation de rubans érigés, puisque dans ce procédé Il, la structure des guides est inversée, les guides étant alors entièrement enterrés.

On reprend ensuite les étapes normales f), g), h), i) du procédé I.

Claims (16)

Revendications

1. Dispositif semiconducteur intégré incluant au moins un élément opto-électronique de commutation, cet élément comprenant

- deux guides de lumière monomodes rectilignes se croisant

sous un angle donné 28, composés d'au moins une hétéro

structure de matériaux III-V, laquelle comprend un substrat

S en un matériau de confinement et une couche guidante CG

et un ruban de guidage R,

- une jonction p-n réalisée dans la région de croisement de

manière dissymétrique par rapport au plan bissecteur lon

gitudinal de l'angle de croisement, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction p-n est active incluant une structure de restriction du courant et des seconds moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction est passive incluant une structure de confinement de la lumière, lesdits premiers et seconds moyens coopérant pour que les sorties de l'élément de commutation soient équilibrées.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour réaliser la structure de restriction de courant, le substrat S est semi-isolant, et la jonction p-n est formée de deux couches respectivement C1 et C2 de type de conductivité n et p, disposées de part et d'autre de la couche guidante CG et de manière adjacente, présentant chacune un bord BB' en coïncidence avec le plan bissecteur YY' longitudinal de l'angle de croisement 29.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension longitudinale de la jonction p-n excède largement celle de la région de croisement, et en ce que la jonction p-n est disposée de manière à déborder symétriquement de part et d'autre de cette région dans cette direction longitudinale.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour réaliser la structure de confinement de la lumière, le ruban de guidage est érigé au-dessus de 1 'hétérostructure.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde hétérostructure, composée de la couche guidante CG et d'une couche supérieure en un matériau de confinement dans laquelle est formée le ruban de guidage R.

6. Dispositif selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que pour réaliser la structure de confinement de la lumière, le ruban de guidage est constitué par un sillon formé dans le substrat, et en ce qu'il comprend une seconde hétérostructure composée de la couche guidante CG alors planaire et d'une couche de confinement supérieure également planaire.

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que, la dimension transversale WG des guides étant choisie pour permettre la propagation d'ondes mo- nomodes, l'angle de croisement 28 est choisi en fonction de l'épaisseur eG de la couche guidante CG, de 1 epaisseur H de la couche de confinement supérieure lorsqu'elle existe, de la hauteur h du ruban R et de la composition des matériaux formant l' < les) hétérostructure(s), pour obtenir une extinction d'au moins 30 dB sur la voie de sortie non utilisée, aussi bien lorsque la jonction p-n est active que lorsqu'elle est passive.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'(les) hétérostructure(s) comprend (comprennent) une couche quaternaire de composé III-V pour former la couche guidante CG et une (des) couche(s) binaire(s) de composé III-V pour former le substrat S et éventuellement la couche supérieure de confinement.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le composé binaire est l'InP et le composé quaternaire est le Gaxinl~xAsy P1-y, où x et y sont les concentrations liées par la relation x = 0,435 y.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la concentration

y ~ 0,1 à 0,5 la largeur des guides

WG - 3 à 5 pm l'épaisseur de la couche guidante eG t 0,4 m et l'angle de croisement

28 : 2à 60.

11. Dispositif selon la revendication 10, caracérisé en ce que

y 0,5

WG - 4 m

28 40

12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, dans la mesure où elle dépend de la revendication 5, caractérisé en ce que la hauteur totale de cette couche au-dessus de la région guidée est

H = h + e3 # 1,0 m où h est la hauteur dont est érigé le ruban R et où l'épais- seur e3 de la couche de confinement de part et d'autre du ruban est

e3 0,25 et 0,60 pm

13.Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la dimension transversale de la couche supérieure de la jonction p-n est d2 < d1 dimension transversale de la couche inférieure de ladite jonction, et en ce que

3 pm < d2 < 8 pm

14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans la mesure où elle dépend d'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que des couches de contact ohmique sont disposées en surface des couches Ci et C2 de type respectivement n et p, éventuellement au moyen d'ouvertures pratiquées dans les couches supérieures, selon une configuration de plots appropriée à permettre l'injection de porteurs de charges au centre de la couche C1 de type p, et leur extraction de la couche C2 de type n de manière symétrique par rapport à leur injection.

15. Dispositif semiconducteur intégré incluant une matrice de commutation optique de N guides dans N guides, caractérisé en ce qu'il comprend, pour former cette matrice, N élé- mentis de commutation selon l'une des revendications précédentes, placés en quinconce, chaque élément étant disposé vis-à-vis des autres de manière telle que les voies transportant les signaux non commutables sont dans le prolongement les unes des autres, les voies transportant les signaux commutables dans le prolongement les unes des autres et les plans réflecteurs orientés de la même façon.

16. Procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une des revendications 2 à 14, caractérisé en ce que pour réaliser l'alignement des masques définissant les couches n et p, on réalise des motifs d'alignement dans une partie non utilisée du circuit, en ce que l'on couvre ces motifs d'une couche diélectrique, et en ce que l'on utilise comme méthode de croissance la croissance VPE, ce qui résulte dans le fait que ces votifs restent apparents durant tout le procédé mettant en oeuvre la croissance épitaxiale VPE, et en facilite l'exécution.