FR2642229A1 - Dispositif semiconducteur integre incluant un element optoelectronique de commutation en forme de y - Google Patents

Abstract

Dispositif semiconducteur intégré incluant au moins un élément opto-électronique de commutation en forme de Y, cet élément comprenant : un guide d'entrée rectiligne, un premier guide de sortie dans le prolongement du guide d'entrée, un second guide de sortie faisant avec le premier un angle faible 28, ces guides étant composés par exemple d'une hétérostructure de matériaux III-V incluant un substrat S et une couche guidante CG , et étant munis d'un ruban de guidage externe R; cet élément comprenant aussi : une jonction p-n disposée par rapport aux guides de manière telle qu'à l'état passif elle permet la transmission du faisceau d'entrée dans ledit premier guide de sortie, et qu'à l'état actif elle permet la réflexion du faisceau d'entrée dans ledit second guide de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction p-n est active incluant l'application d'une densité de courant d'une valeur choisie comme optimale, 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 : matrices de commutation optique en télécommunications.

Description

1DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR INTèGRE INCLUANT UN ELEMENT OPTO
ELECTRONIQUE DE COMMUTATION EN FORME DE Yw
DescriPtion
L'invention concerne un dispositif semiconducteur intégré incluant au moins un élément opto-électronique de commutation en forme de Y, cet élément comprenant
-un guide d'entrée rectiligne,
-un premier guide de sortie dans le prolongement du guide
d'entrée,
-un second guide de sortie faisant avec le premier un angle
faible 26, dit angle de raccordement, ces guides étant composés d'au moins une couche guidante CG, et munis d'un ruban de guidage R externe, cet élément comprenant aussi
- une jonction p-n disposée par rapport aux guides de manière telle qu'à l'état passif elle permet la transmission du faisceau d'entrée dans ledit premier guide de sortie, et à l'état actif elle permet la réflexion du faisceau d'entrée dans ledit second guide de sortie.

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

L'invention concerne aussi une cellule unitaire de commutation de deux guides dans deux guides formée de quatre de ces éléments en forme de Y.

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

Un tel élément de commutation est connu de la pu blication intitulée ZInGaAsP/InP Carrier-Injection type
Y-Branch Optical SwitchesZ publiée dans 'Extended Abstracts, 48th, Autumn Meeting, 1987, The Japan Society of Applied
Physics, N 3, 18 p.ZG-2, pop.7218 dont les auteurs sont H.INOUE, H. NAFAMURA, K.MOROSAWA, Y.SASAKI, T.KATSUYAMA et N.CHINONE. #e document décrit un élément de commutation en forme dé Y, présentant une branche rectiligne formant à une extrémité la voie de sortie, et une branche raccordée à la première sous un angle 26 de 5e à 70 formant la seconde voie de sortie. Les guides présentent une dimension transversale de 5 pm.

Les guides sont formés d'une couche guidante en
InGaAsP disposée sur un substrat en InP de type de conductivité n. La couche guidante présente une région guidée d'épaisseur I pm et deux régions latérales d'épaisseur 0,5 pm. En surface de la région guidée est disposé un ruban d'un matériau de recouvrement en InP.

Une jonction p-n est réalisée en travers du prenier guide de sortie. Cette jonction p-n est formée du substrat en InP-n, et d'autre part d'une couche de type-p obtenue par diffusion localisée d'atome de Zn dans la couche de recouvrement en InP jusqu'à la surface supérieure de la couche guidante. Un bord de la couche supérieure de type p de cette jonction est en coïncidence avec le plan bissecteur de l'angle 28 de raccordement des deux guides de sortie, alors que la couche inférieure de type n n'est pas limitée et s'étend sous tout le dispositif.

Lorsque la jonction est passive, le faisceau injecté dans le guide d'entrée, qui est monomode du fait de ses dimensions, se propage par transmission dans le premier guide de sortie situé dans le prolongement du guide d'entrée.

Lorsque la jonction est active, il se forme, parallèlement au plan bissecteur de l'angle de raccordement, un plan réflecteur dû à l'injection de porteurs de charges dans la couche guidante par l'application d'un courant de 70
MA en direct sur la jonction.

L'épaisseur de la lame de faible indice formée par la jonction active est de 5 à 7 pm. La longueur d'onde d'utilisation est supérieure à la longueur d'onde de bande interdite de GaInAsP qui est de 1,15 pm. La longueur de l'élément de commutation est de 700 pm. L'extinction dans la voie non utilisée est de l'ordre de 10 dB.

Un tel élément de commutation en forme de Y peut éventuellement trouver son application dans la formation d'une cellule unitaire de commutation puis dans la formation d'une matrice de commutation de N guides dans N guides et notamment 4 x 4 guides. Une telle cellule unitaire et la matrice qui en résulte sont décrites dans la publication intitulée XInGaAsP/InP Carrier-injection type 4 x 4 Optical Switches' publiée dans "Extended Abstracts, 48th Autumn Meeting, 1987
The Japan Society of Applied Physics, N03, 18 p.ZG-3, pop 721 dont les auteurs sont H. NAKAMURA, I.INOUE, .K.MOROKAWA, Y.

SASARI, T.KATSUYAKA, N.CRINONE. Ce document montre une cellule unitaire de commutation réalisée au moyen de deux éléments en forme de Y tels que décrit dans la publication précédente, dont l'angle de raccordement des branches en Y est de 5 , l'ensemble de ces deux éléments étant complété par deux guides d'onde qui se croisent en X, sous un angle de 100. Lorsque les jonctions sont passives, le signal lumineux monomode est transmis le long d'une des branches du X. Lorsque les jonctions sont actives, le plan réflecteur qui se forme du fait de l'injection des porteurs de charges dans les jonctions p-n, réfléchit le faisceau incident, qui sort alors par le prolongement de la seconde branche du X. Cette seconde branche du X peut servir aussi à transporter un signal uniquement transmis.

Ce document montre en outre une matrice de commutation réalisée au moyen de telles cellules unitaires. Cette matrice ne sert qu'à la commutation de N guides dans N guides. L'extinction sur une branche non utilisée d'une des cellules unitaires est de l'ordre de 20 dB.

L'élément de commutation connu du premier document cité présente beaucoup de pertes tant en actif qu'en passif.

En actif, la jonction p-n, qui est destinée à former un plan réflecteur pour le faisceau incident dû à la variation brusque de l'indice de réfraction dans le matériau guidant, lors de l'injection des porteurs de charges, ne comprend pas de structure appropriée à prendre en compte l'onde évanescente associée à l'onde guidée car cette jonction est disposée de façon très limitée en travers du guide rectiligne ; l'onde évanescente est donc perdue. Egalement en actif, il se produit une conversion de mode au départ du guide formant la seconde voie de sortie, du fait que la lumière traverse d'abord une région de dimension transversale variable avant d'atteindre la partie du guide de dimension transversale constante et appropriée à la propagation monomode.L'existence de la conversion de mode est due à la variation progressive du confinement latéral luimême fonction de la dimension transversale du guide. Donc, après réflexion sur le miroir actif, la lumière forcée de se propager dans le guide oblique monomode après avoir traversé une région de confinement variable subit inévitablement des pertes par adaptation de mode. En passif, la section de la région guidée devient très large dans la zone de raccordement.

Il apparait alors encore une conversion de mode due à la variation progressive du confinement latéral dans la région de raccordement de la première et de la seconde voies de sortie, la dimension transversale de cette région variant du simple au double. Cette conversion de mode donne alors lieu à de la diaphonie, phénomène résultant dans le fait que le faisceau se partage entre la première et la seconde voies de sortie. C'est pourquoi, il est indiqué que tant en actif qu'en passif environ 1/10 de la lumière est perdue dans cet élément en Y.

Ce niveau de pertes est beaucoup trop important pour permettre la réalisation d'une matrice de N x N#éléments, sachant qu'à la traversée de chaque élément les pertes s'ajoutent.

La cellule unitaire connue du second document cité présente également trop de pertes résultant dans les mêmes inconvénients pour réaliser une matrice entière. En effet, elle mène à une extinction de 20 dB sur les voies non utilisées, ce qui signifie qu'encore 11100 de la lumière passe dans ces voies.

Un des buts de l'invention est de fournir un élélent de commutation dans lequel l'extinction sur la voie non utilisée est d'au moins 30 dB, c'est-à-dire que pas plus de 1/1000 de la puissance injectée ne passe dans cette voie, cet élément comprenant donc des moyens pour éviter les pertes par conversion de mode, en confinant la lumière dans la voie choisie, et pour minimiser ainsi les pertes par diaphonie-en passif, et, en actif, des moyens pour éviter les pertes de l'onde évanescente associée au signal, des moyens pour minimiser aussi les pertes par conversion de mode, et des moyens pour mieux localiser le plan réflecteur.

En effet il est également connu de l'état de la technique, pour localiser au mieux le plan réflecteur créé par injection de porteurs dans une jonction, de réaliser une structure de restriction de courant associée à l'élément de commutation.

Cet autre élément de commutation est connu de la publication intitulée "InGaAsP/InP Optical Switches using carrier induced refractive index change par K.ISHIDA et alii, dans "'Appl.Phys.Lett. 50(3), 19 January 1987, pp.141-142".

L'élément de commutation décrit dans la troisième 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
InP-n+, puis en la réalisation d'une couche planaire de
GaInAsP, transparente au rayonnement de longueur d'onde 1,3tam, 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 28. 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 comnutation 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 zm) est moitié de celle de cette région. De plus, cette jonction p-n admet le ~~me plan de symétrie longitudinal que la région de croisement.

Cet élément de commutation connu du troisième doculent 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 minimisée. Cet effet est obtenu par la structure de ce troisième 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'atomes Zn dans les couches supérieures d'InP et de GaInAsP. Cette diffusion de type p+ est soigneusement contrôlée pour relier la surface externe du dispositf, 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 les premiers documents cités, 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 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 totale 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, c'est-à-dire lorsqu'il passe encore 1/100 de la lumière dans le guide non utilisé.

Cependant, on a vu que, dans ce troisième document cité, pour former la structure de restriction de courant, il est préconisé de réaliser deux région p+, l'une au-dessus, et l'autre en dessous de la couche guidante. Tout d'abord l'alignement de ces deux régions p+ I'une -par rapport à l'autre est extrêmement difficile, surtout en employant la technique de croissance VPE décrite dans le document cité. Ensuite la diffusion 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 troisième document pour améliorer les performances des dispositifs des premier et second documents cités.

On notera encore que l'adoption d'un substrat de type n préconisé par l'ensemble 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 pm, 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.

Un autre but de l'invention est de fournir un élément de commutation permettant la commutation de deux guides dans deux guides afin d'obtenir une matrice dans laquelle l'égalité des chemins optiques entre les différentes entrées et sorties est améliorée par rapport à la matrice connue du second document cité, où il peut y avoir de grandes inégalités entre les différents chemins optiques possibles, fait qui peut être gênant pour certaines applications.

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 de manière à s'affranchir des pertes par conversion de modes ; dont les dimensions sont réduites et conduisent donc à des matrices de commutation de faible surface particulièrement favorable à l'intégration à haute densité ; 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 l'application d'une densité de courant de valeur choisie comme optimale 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 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 réalisation du dispositif selon l'invention, ce dernier est caractérisé en ce que, pour réaliser la structure de confinement de la lumière en passif-, d'une part le ruban de guidage présente une section rectangulaire, et d'autre part un sillon de section rectangulaire est disposé le long du guide d'entrée de manière à présenter un flanc commun avec le ruban de guidage de ce dernier, et en travers du second guide de sortie.

Dans ces conditions, en passif l'onde ignore le second guide de sortie, et notamment il n'y a pas de conversion de mode liée à l'élargissement de la région guidée, dans la zone de raccordement.

Dans une réalisation du dispositif selon l'invention la valeur de la densité de courant appliquée sur la jonction est optimale lorsqu'elle induit une'différence d'indice est d'une profondeur égale à la hauteur des rubans de guidage des guides.

Cette réalisation permet de conserver l'onde évanescente en passif sans risquer de détériorer l'onde principale.

Dans une réalisation, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une hétérostructure formée par le substrat et la couche guidante.

Dans une réalisation 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.

Ainsi l'élément de commutation selon l'invention permet de minimiser les pertes en transmission lorsque la jonction est passive, en réflexion lorsque la jonction est active, et la structure des guides permet en outre de minimiser les pertes dans chaque tronçon de guide, d'un élément à l'autre, lorsque plusieurs éléments sont associés pour constituer une matrice entière. Ainsi on atteint non seulement les faibles pertes prévues mais encore une propagation équilibrée sur chaque voie de la matrice. Le dispositif est bien optimisé. Il est en effet très difficile de passer de pertes de 11100 selon l'art antérieur aux pertes de 1/1000 admises selon la présente invention.

L'invention sera mieux comprise au moyen de la description suivante illustrée par les figures schématiques annexées dont
- la figure la qui représente un élément de commutation en forme de Y, selon l'invention, vu du dessus
- la figure 1b qui représente le trajet des faisceaux dans un élément tel que celui de la figure la
- la figure lc qui représente une cellule unitaire
CL de commutation de deux guides dans deux guides, formée de quatre éléments en forme de Y, vue du dessus dans le matériau guidant de l'ordre de ou supérieure à 1,4.10-2.

Dans ces conditions on obtient en actif que les pertes par la conversion de mode liée au confinement variable dans la région de raccordement sont diminuées.

Dans une réalisation de l'invention, un tel dispositif est caractérisé en ce que en actif, les premiers moyens pour minimiser les pertes incluent aussi une structure de restriction de courant appliquée à la jonction p-n. Dans une réalisation préférentielle, pour constituer une structure de restriction de courant, 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 longitudinal YY' de l'angle de raccordement 26, l'ensemble du dispositif étant réalisé sur un substrat semi-isolant.

Dans ces conditions, la structure de restriction de courant est plus performante que la structure connue du troisième document cité. Le plan réflecteur est mieux localisé que dans le dispositif connu du premier document cité et se trouve alors dans une position optique idéale pour produire la réflexion totale interne en une seule réflexion. En outre, le dispositif est en synergie de fabrication avec d'autres dispositifs actifs du fait du substrat semi-isolant.

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

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

Dans ure réalisation préférentielle, le sillon
- la figure Id qui représente une matrice de commutation de N guides dans N guides composée de telles cellules
- la figure le qui montre un exemple de réalisation d'un groupe de deux éléments avec leurs électrodes, vu du dessus
- la figure 2a qui représente une coupe selon l'axe I-I de la figure la, selon un mode de réalisation
- la figure 2b qui représente une coupe selon l'axe I-I de la figure la, selon un second mode de réalisation
- la figure 3a qui représente une coupe selon l'axe Il-Il de la figure la dans le second mode de réalisation
- la figure 3b qui représente une coupe selon l'axe 111-111 de la figure le dans le second mode de réalisation
- les figures 4a, 4b, 4c, 4d qui montrent des courbes de mesures conduisant à l'optimisation du dispositif
- la figure Sa qui représente le rapport T/R en fonction de la densité de courant appliquée à la jonction, où
T est le coefficient de transmission dans la première voie de sortie et Rle coefficient de réflexion dans la seconde voie de sortie
- la figure 5b qui représente les variations de la différence d'indice An produite dans la jonction par la densité de courant DI.

Tel que représenté sur la figure la, vu du dessus, et schématiquement, l'élément de commutation selon l'invention comprend d'abord un guide d'entrée rectiligne Go, un premier guide de sortie Gto, disposé dans le prolongement du guide d'entrée, et un second guide de sortie Wo faisant avec le premier guide G'o un angle faible 26.

Pour la nécessité d'un fonctionnement en réflexion totale la valeur de l'angle 28 doit être inférieure à 60. Cet angle 26 de raccordement admet un plan bissecteur dont la trace est représentée par YY' sur les figures 1. La dimension transversale de tous les 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 longueurs d'onde 1,3 ou 1,55 pm qui sont les standards actuels en télécommunication.

Tel que représenté vu du dessus sur la figure la, cet élément de commutation en forme de Y, comprend d'abord des moyens pour effectuer la commutation.

Ces moyens consistent en la formation d'un plan réflecteur dont la trace est BB' sur les figures la et lb, et qui est disposé en coïncidence avec le plan bissecteur YY' de l'angle de raccordement 28. Ce plan réflecteur est obtenu par la création, dans l'une des deux régions de l'espace délimitée par le plan bissecteur, d'une variation abrupte de l'indice de réfraction suffisante pour provoquer la réflexion totale interne d'un faisceau provenant de la zone opposée et arrivant sur l'interface symbolisée par BB', créée par cette différence d'indice sous un angle d'incidence égale à w/2-8.

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 10 réalisée dans ladite région.

Lorsque la jonction 10 sera active, un signal entrant dans le guide Go disposé dans la zone opposée à celle de la jonction sera réfléchi par le plan réflecteur symbolisé par BB' et sortira par le guide Wo désorienté d'un angle 28 par rapport à l'axe de Go.

Lorsque la jonction t0 sera passive, le signal entrant par le guide Go continuera son chemin au-delà de la région de raccordement et sortira par le prolongement G'o du guide d'entrée Go.

On verra plus loin que la structure des guides de lumière et la valeur des différents paramètres de cette structure (épaisseur de couches, largeurs etc .) jouent aussi un rôle pour parvenir aux buts de l'invention.

Telle que représentée sur la figure 2a qui est une coupe selon ltaxe I-I de la figure la, la structure d'un guide de lumière particulièrement appropriée à atteindre les buts de l'invention, comprend un substrat S en un matériau de confinement, et une couche guidante CG en un matériau 2. Les matériaux constituant le substrat S et la couche guidante CG sont favorablement choisis pour former une hétérostructure.

Chaque guide comprend en outre un ruban de guidage R de section 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 g. Les flancs du ruban sont donc parallèles entre eux et perpendiculaires au substrat.

Dans une réalisation préférentielle de l'invention, telle que représentée en coupe selon l'axe I-I de la figure la, sur la figure 2b, la structure d'un guide de lumière appropriée à atteindre les buts de l'invention comprend un substrat S en un matériau de confinement, une couche guidante CG du matériau 2, et une couche supérieure 3 de confinement. De préférence, les matériaux constituant le substrat S, la couche guidante CG et la couche de confinement 3 sont choisis pour former une double hétérostructure.

Chaque guide comprend en outre, comme dans le cas de la figure 2a, 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
GaxInl#xAsyP1 #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 lténergie de bande interdite est 1,22 tin 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 le 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 inférieur à celui de la région 100 située sous le ruban R, dite région guidée.La différence d'indice An entre les régions 101, 102 et la région guidée 100, est due à 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 a, de l'épaisseur e3 de la couche de confinement supérieur, de l'épaisseur eG de#la couche guidante, de la composition 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, cete structure est réalisée de façon simple et performante comme il est montré sur la figure 3a, en coupe selon l'axe Il-Il 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
Ci 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 b et une dimension longitudinale, c'est-à-dire parallèle au plan bissecteur YY', notée D' (voir la figure le).

La couche C1 de type n présentera une dimension longitudinale sensiblement égale à D' (voir la figure le), et une dimension transversale b' > b.

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 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 Ci et C2 dans la couche guidante CG, et cette lame offrira un plan réflecteur bien localisé, disposé en coïncidence avec ledit plan bissecteur YY'.

Dans un procédé de réalisation décrit plus loin, on verra qu'il est avantageux de réaliser les couches Ci et C2 par simple implantation localisée ou diffusion localisée 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 C2.

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.

Les courbes isoénergies représentées sur les coupes, figure 2a et figure 2b, montrent que l'onde transportée sous les rubans R de dimension transversale i déborde latéralement de part et d'autre du ruban R d'environ 1 à 2 pm, et que l'onde occupe un espace de dimension latérale WG > g avec WG-a > 2 à 4 pm. En se reportant à la figure lb, on constate que, selon l'invention, on a prévu de réaliser un plan réflecteur dont la trace est BB', qui déborde suffisamment de part et d'autre de AA' ; AA' étant la trace du plan réflecteur strictement indispensable à réfléchir l'onde de dimension transversale WG. La figure 1b montre notamment la trace des rayons lumineux extrêmes séparés par la distance WG.

Avec un angle de raccordement 28 - 4 , il faudra prévoir de réaliser un plan réflecteur, de trace BB' sur la figure lb, tel que les dépassements C'B' et CB de part et d'autre du guide d'entrée Go soient tels que d'o > 40 à 60 pm pour assurer en actif la réflexion de l'ensemble du mode guidé dans l'espace de dimension transversale WG, dans leguide Wo (dlo étant la projection des dépassements C'B' et CB sur la direction de propagation Go-G'o).

Dans le but d'obtenir la réflexion totale interne dans de bonnes conditions, on a choisi d'utiliser des angles de raccordements aussi petits que possible, par exemple de l'ordre de ou inférieurs à 4|. Or, on montrera plus loin que la valeur de 40 est une valeur "charnière" pour le comportement de faisceaux qui rencontrent une branche de raccordement en forme de Y à l'état passif Pour des angles de l'ordre de 20, le faisceau incident se partage entre les deux branches du Y, alors que pour des angles de l'ordre de 80 le faisceau incident continue son parcours dans le prolongement du guide d'entrée pratiquement sans voir le guide adjacent.

Les pertes dans le guide adjacent sont d'autant plus faibles que l'angle est grand. Par exemple, en utilisant un angle de 8. entre deux guides qui se croisent, le guide adjacent montrera une extinction de 40 dB par rapport au guide droit, c'est-à-dire que seulement 1/10000 de la lumière est perdue lors du croisement.

Le choix d'un angle de raccordement aussi petit que 40 impose alors une condition supplémentaire sur la dimension transversale de la jonction. Pour que l'extinction soit aussi poussée que possible dans le prolongement du guide d'entrée lorsque la jonction est active, des calculs montrent que l'épaisseur do de la jonction p-n le long de l'axe optique du guide d'entrée doit être d'au moins 40 pm, sinon l'onde évanescente traversera la lame de faible indice formée en actif.

En tenant compte d'un angle de croisement 28 de 4", donc d'un angle 8 z 20, et d'une dimension do de 60 pm de la jonction le long de l'axe, la dimension b de la jonction doit être de l'ordre de 3 pm à 8 pm.

L'élément de commutation en forme de Y comprend aussi des moyens pour que les conditions de fonctionnement en transmission, c'est-à-dire lorsque la jonction est passive, soient idéales.

On considère ces conditions idéales lorsque T I 1 (Atténuation O dB)
R t O (Atténuation au moins 30 dB).

T étant le coefficient de transmission dans la première voie de sortie,
R étant le coefficient de réflexion dans la seconde voie de sortie.

Les observations qui ont conduit au dispositif selon l'invention montrent que les résultats sont toujours lé gèrent meilleurs lorsque l'on met en oeuvre des guides à double hétérostructure. On choisira donc dans l'exemple de réalisation décrit ci-après, de montrer l'influence des différents paramètres d'une telle double hétérostructure sur le comportement d'un élément selon l'invention. Ces différents paramètres sont donc
- la structure de guide à double hétérostructure conforme à la figure 2b et à sa description
- l'angle de croisement 28
- l'épaisseur e3 de la couche 3 de confinement supérieure
- la dimension transversale a 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, a, h et y permettent de calculer la variation d'indice An qui apparaît du fait de la différence d'épaisseur H-e3 entre les régions 101, 102 et la région 100 (voir la figure 2b).

La différence d'indice maximale que l'on peut obtenir par injection de porteurs de charges dans la jonction étant de l'ordre de an - 8.10-2, cette différence d'indice impose un minimum pour l'angle d'incidence w/2 - 6 et donc un maximum pour l'angle 6 qui de préférence ne doit pas excéder 24. Ainsi,- plus l'angle 8 sera petit, meilleur sera le taux de réflexion sur la lame formée par la jonction p-n.

Mais si l'on voit d'emblée -l'intérêt qu'il y a à réaliser des éléments de commutation dont les guides de sortie font entre eux un petit angle 28 < 40 (correspondant à 6 < 4 pour améliorer le taux de réflexion en actif, on se heurte alors à une difficulté. En effet, lorsque l'angle 28 est inférieur à 4", alors en passif, le faisceau incident au lieu de se propager uniquement dans le prolongement du guide d'entrée se partage entre les deux guides de sortie et la puissance qui se propage dans le second guide de sortie peut atteidndre des proportions importantes de l'ordre de 40 8. Les pertes par diaphonie induites par conversion de mode sont donc très importantes.

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 2 2-, en fonction de an.

- la courbe A1 représente PTIPIN dans G'1 pour a = 4 m
- la courbe A2 représente PT/PIN dans G'1 pour a = 5 m
- la courbe B1 représente PR/PIN dans G'2 pour a = 4 m
- la courbe B2 représente PR/PIN dans G'2 pour a = 5 m
Les courbes de la figure 4b représentent les mêmes variables, lorsque l'angle de raccordement 28 2 4'
A partir de la figure 4a, on constate que pour un angle 28 2 20, les conditions optimales de fonctionnement en passif ne sont obtenues que dans un domaine très étroit, ou 2.10-3, d'n étant la différence d'indice qui apparaît entre la région guidée 100 et les régions de confinement latéral 101 et 102.

A partir de la figure 4b, on constate que dès que l'angle 28 > 4e, les conditions optimales de fonctionnement en passif peuvent être obtenues dans un plus large domaine correspondant à
10-3 ~'n 4 10-2 et que les conditions sur la dimension a sont moins draconiennes.En fait le fonctionnement optimal en passif peut être obtenu, avec 28 2 40 pour
3 m 4 a 4 6 tjm
Il en résulte que, si l'on veut, comme selon l'invention, réaliser des éléments de commutation où 29 2 4 en poussant encore plus loin l'opti- misation, pour obtenir la performance PT/PIN 2 PR/PIN t 0 (avec atténuation au moins 30 dB), alors se pose le problème du confinement dans la région de raccordement en passif.

Selon l'invention ce problème est résolu au moyen d'un sillon 12 à flancs parallèles, disposé en travers du second guide de sortie Wo, présentant un flanc en coïncidence avec le flanc du ruban R du guide d'entrée GQ, présentant une profondeur h égale à la hauteur dont est érigé ce ruban R audessus du dispositif, et présentant une dimension transversale d2 suffisante pour le confinement en passif et cependant pas trop grande pour gêner la propagation du faisceau réfléchi en actif. Cette dimension d2 ttansversale sera de l'ordre de 2 pm à 5 pm et de préférence 4 p. Le sillon 12 est donc de section rectangulaire.Une telle réalisation de sillons avec une extrêmement haute précision dans le positionnement, la dimension transversale, et avec des flancs absolument verticauxest maintenant à la portée de l'homme du métier comme il est montré notamment dans la demande de brevet français enregistré sous le N 88 08 504, déposée le 24 juin 1988.

La faible dimension transversale qui peut être obtenue par le procédé de réalisation connu de la même demande de brevet est également justement appropriée à atteindre le but de l'invention qui consiste à ne pas perturber le faisceau transmis en passif.

Ainsi muni du sillon 12, l'élément de commutation selon l'invention est particulièrement optimisé pour permettre l'utilisation de petits angles de raccordement permettant obtenir un petit angle 8 favorable à l'obtention de la réflexion totale interne.

La figure Sa montre le coefficient de transmission
T dans la première voie de sortie sur le coefficient de réflexion R dans la seconde voie de sortie en fonction de la densité de courant D1 injectée dans la jonction. On constate qu'avec un élément de commutation réalisé selon l'invention et dans les conditions où
a 5 pm
d2a 4 pm
29 , 40 le rapport T/R = + 35dB en passif quand DI = O et le rapport
TIR = -35d2 en actif quand DI = 7,5kA/cm2. Er. fait le dispositif selon l'invention est très satisfaisant en passif, et très satisfaisant en actif dès que DI atteint 7 kA/cm2.

La courbe de la figure 5b donne la différence d'indice An, qui est obtenue au passage du plan réflecteur crée par la jonction en actif en fonction de la densité de courant appliquée sur la jonction. Pour DI = 7 kA/cm2, la différence d'indice engendrée est An t 1,4.10-2.

Cependant le confinement de la lumière dans les guides, même en dehors de la région de commutation n'est pas laissée au hasard, car une matrice entière ne peut être réalisuée, si des pertes apparaissent dans les tronçons de guide de raccordement d'un élément à un autre élément, ces pertes s'ajoutant et augmentant d'autant plus que la matrice contient davantage d'éléments.

C'est pourquoi la structure de guides a été particulièrement étudiée pour minimiser les pertes dans ces tronçon de guides.

Les courbes de la figure 4c montrent l'influence d l'épaisseur e3 de la couche de confinement 3 sur la valeur de la différence d'indice d'n 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
Ci correspond à H = 0,5 m
C2 correspond à H = 1,0 pm
C3 correspond à H = 1,5 m que la valeur optimale
10~3 < ~'n . 10-2 est obtenue plus favorablement avec
H - 1,0 pm
et 0 25 pm < es < 0,65 m résultant en une hauteur du ruban R
0,35 m < h < 0,75 m ces résultats étant obtenus en fixant les autres paramètr#es du dispositif tels que la concentration y en arsenic de la couche quaternaire y ~ 0,5 et la longueur d'onde de fonctionnement :: A = 1,55 m
Cette concentration de la composition de la couche quaternaire joue ainsi un rôle dans l'optimisation du dispositif en passif. La figure 4d montrent l'influence de la concentration y (x étant choisi tel que x = 0,435 y pour la stoechio métrie) sur la dimension e3 qui doit être choisie pour obtenir
2#1O-3 à la longueur d'onde de fonctionnemen 1,55 tam.

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 zm,
Ces courbes sont données pour montrer à l'homme du métier comment agir sur les différents paramètres y, es, Hr h pour obtenir les meilleurs résultats possibles en passif, tout en disposant d'une certaine latitude sur la technologie qui permet d'obtenir a, H et h, et donc sur la façon de mettre en oeuvre le dispositif selon l'invention.

Donc selon l'invention le problème posé par l'adoption d'un angle de raccordement de l'ordre de 40 est résolu aussi bien -en actif qu'en passif, par l'adoption. d'un sillon 12 réalisée comme il est préconisé, coopérant avec le choix d'une valeur optimale de la densité de courant appliquée sur la jonction, en tenant compte de la courbe de la figure Sa.

D'autre part, pour la propagation des signaux lu mineux 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 m
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, selon l'axe Il-Il de la figure la, sur la figure 3a, l'élément de commutation comprend en outre un contact Et de type p pour l'injection des porteurs dans la couche C2, et tel que représenté en coupe, selon l'axe 111-111 de la figure le, 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 le, 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 jonction p-n, de manière à injecter le maximum de porteurs au centre de la couche C2 dans la région de raccordement.

Comme il est montré sur cette même figure le, on réalisera le contact Er de préférence sous la forme de deux plots E'1 et EX1 de grande surface dont l'un des bords se trouve aussi rapproché que possible de la couche C2, par exemple à une distance D1 ~ 10 pm. Les plots E'1 et E-1 sont prévus symétriques par rapport à l'axe transversale 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 EZ de type p peut être constitué d'une couche 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 réaliser par exemple les lignes d'arrivée du courant.

La figure 3b montre en coupe que les contacts E' et E11 peuvent être constitués d'une couche 8 de l'alliage
AuGeNi, formant avec la couche Ci 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 Et, 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 aussi prévue pour isoler ces contacts des autres parties du dispositif.

La figure le montre ainsi, vu du dessus, un exemple de disposition des différents éléments les uns vis-à-vis des autres pour former deux éléments de commutation. Deux éléments ainsi groupés, et réalisés dans le cas où l'angle de croisement 28 t 40 occupent une surface de 400 zm x 400 un en tenant compte de la place prise par les lignes d'alimentations électriques.

L'élément de commutation selon l'invention est essentiellement destiné à être groupé à 3 autres éléments de même nature et structure pour constituer une cellule unitaire, notée CL, de commutation.

Une telle cellule unitaire CL est représentée vue du dessus, schématiquement, sur la figure lc.

Cette cellule CL comprend deux guides rectilignes parallèles formés pour le premier, des tronçons Go, G'o, Guo disposés dans le prolongement les uns des autres, et pour le second des tronçons GI, G'1, G"1 disposés dans le prolongement les uns des autres. Cette cellule comprend également deux tronçons de guide Wo et W1 qui se croisent sous un angle 48 et qui se raccordent avec les deux guides parallèles sous un angle 28.Enfin, la cellule comprend 4 jonctions p-n respectivement iota, 10b, vioc, 10d chacune disposée dans une des 4 régions de raccordement faisant avec les guides rectilignes un angle 8
Des sillons respectivement lia, llb, lic, lid correspondant aux sillons 11 déjà décrits, et des sillons l2a, t2b, 12c, 12d correspondant aux sillons 12 déjà décrits, sont disposés dans les régions de raccordement pour atteindre les buts de l'invention dans chacun des quatre éléments de commutation formant la cellule unitaire.

Lorsqu'un signal #o est injecté dans le guide Go, selon que l'on active ou non la jonction p-n 10a, le faisceau ~o est réfléchi dans le guide Wo, ou bien continue son chemin dans les guides G'o et G"0, respectivement. Si la jonction 10a est activée, alors on active simultanément la jonction 10c pour obtenir que le faisceau qui se propage dans le guide Wo soit réfléchi par le plan réflecteur formé par cette jonction 10c et se propage alors dans le guide G1i. On a donc eu dans ce cas commutation du premier guide rectiligne formé de Go, G'0, G"0 dans le second guide rectiligne formé de Gr, G'l; Gwl.

D'autre part, un signal e1 injecté dans le guide Gl, peut selon que l'on active ou non les jonctions 10d et jOb, soit sortir dans Gwo soit sortir dans le prolongement G11 de G respectivement.

Ce type de cellule unitaire CL de commutation, d'une part permet le multiplexage de signaux, et d'autre part est parfaitement symétrique, ce qui peut être important pour certaine applications en télécommunication, comme on l'a dit précédemment.

Des cellules unitaires CL telles que représentées sur la figure Ic peuvent ensuite être groupées pour former une matrice de commutation de N guides dans N guides.

Pour obtenir la commutation de N guides dans N guides il faudra disposer N(N-1)/2 cellules unitaires CL en quinconce entre des guides de lumière rectilignes parallèles comme il est montré sur la figure Id.

Procédé de réalisation
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 figure 3, 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 un environ, on peut pratiquer deux implantations successives avec des énergies différentes, puis effectuer un recuit. On peut obtenir alors une couche uniforme dopée à environ 1018 ions/cm3 et présentant des flancs verticaux, donc au moins un bord BB' bien en coïncidence avec YY'. La dimension de la couche C2 parallèlement à l'axe YY' sera de préférence D' = 200 un et dans le sens perpendiculaire d1 t 100 un.

c) formation par épitaxie en phase vapeur (VPE) de préférence d'une couche 2 en GaxInl-xAsyPi-y dans laquelle : ~y - 0,5
x E 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 Ewi. A cet effet on dépose, dans ltou- verture 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 e & G t0,4 un.

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 2 1,0 un.

e) Gravure de la couche 3, dans l'ouverture d'un ~asque, des rubans R des guides et du sillon 12, sur une profondeur
0,35 un < h < 0,75 un pour laisser une largeur de ruban a a 4 un ou 5 un par une méthode#telle que RIE décrite dans la demande Ne 88 08 504.

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. Le masque XF présente un de ses bords légèrement décalé vers le bord des guides situé vers la jonction, de manière telle qu'après la diffusion localisée, le bord de la couche CZ obtenue est en coïncidence parfaite avec l'axe YY' et le bord BB' de la couche C1. L'homme du métier sait en effet que la diffusion s'étend toujours sous le masque qui la délimite d'une valeur égale à la profondeur de diffusion. On cherche ici à obtenir une épaisseur de diffusion égale à l'épaisseur
H = e3 + h.

Cette couche C2 diffusée présentera de préférence une dimension D' parallèlement à l'axe YY' telle que
D' = 200 un et une dimension perpendiculaire à cet axe telle que
b 2 3 à 8 pm.

g) Réalisation en surface des plots E'r, E'1, après élimination de la couche diélectrique qui protège leur empla cessent, et dans l'ouverture d'un masque XI (voir figure 3b), d'une couche 8 d'alliage AuGeNi pour former les contacts ohaiques de type n.

h) Protection de la surface du dispositif par une couche 7 diélectrique par exemple de sio2, laissant des ouvertures XK (voir figures 3b et le).

i) Dépôt dans l'ouverture d'un masque d'une première couche 5 d'alliage TiPtAu pour former les contacts ohmiques E2 de type p, puis dépôt dans l'ouverture d'un asque
XL (voir la figureie et 3b) 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 masque
XB et XF (voir figures 3a et le) qui doivent obligatoirement présenter un bord en coïncidence avec l'axe de symétrie YY' de l'angle de raccordement. 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 pendant toute la réalisation, ce qui permet d'obtenir le bord des couches Ci et
CL bien localisé, comme il est voulu selon l'invention.

Claims (24)

Revendications

1. Dispositif semiconducteur intégré incluant au moins un élément opto-électronique de commutation en forme de

Y, cet élément comprenant

-un guide d'entrée rectiligne,

-un premier guide de sortie dans le prolongement du guide d'entrée,

-un second guide de sortie faisant avec le premier un angle faible 28, dit angle de raccordement, ces guides étant composés d'au moins une couche guidante CG, et étant munis d'un ruban de guidage externe R, cet élément comprenant aussi

- une jonction p-n disposée par rapport aux guides de manière telle qu'à l'état passif elle permet la transmission du faisceau d'entrée dans ledit premier guide de sortie, et à l'état actif elle permet la réflexion du faisceau d'entrée dans ledit second guide de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction p-n est active incluant l'application d'une densité de courant d'une valeur choisie comme optimale, et des seconds moyens pour minimiser les pertes lorsque la jonction est passive incluant une structure de confinement de la lumière, lesdits prem#iers et seconds moyens coopérant pour que les sorties de l'élément de commutation soient équilibrées.

2. Dispositif selon la revendication t, caractérisé en ce que pour réaliser la structure de confinement de la lu misère en passif, d'une part le ruban de guidage présente une section rectangulaire, et d'autre part un sillon de section rectangulaire est disposé le long du guide d'entrée de manière à présenter un flanc commun avec le ruban de guidage de ce dernier, et en travers du second guide de sortie.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers moyens pour minimiser les pertes en actif incluent aussi une structure de restriction de courant.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour constituer une structure de restriction de courant, la jonction p-n est formée de deux couches respectivement Ci 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 longitudinal YY' de l'angle de raccordement 29, l'ensemble du dispositif étant réalisé sur un substrat semi-isolant.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premiers moyens pour minimiser les pertes en actif incluent aussi une dimension longitudinale de la jonction p-n excèdant largement celle de la région de raccordement, la jonction p-n étant disposée de manière à déborder symétriquement de part et d'autre de cette région dans la direction longitudinale.

6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le sillon est d'une profondeur égale à la hauteur des rubans de guidage des guides.

7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une hétérostructure formée par un substrat S et la couche guidante CG.

8. Dispositif selon la revendication 7, 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 formé le ruban de guidage R.

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la dimension transversale a des rubans des guides est choisie pour permettre la propagation d'une onde monomode.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la hauteur h dont le ruban de guidage R est érigé au dessus de la surface supérieure du dispositif est choisie en fonction de la valeur de l'angle de raccordement 2@, de l'épaisseur eG de la couche guidante, de l'épaisseur ez de la couche supérieure de confinement de part et d'autre du ruban R et lorsqu'elle existe, de la composition des matériaux des couches formant la ou les hétérostructures, le tout de manière & obtenir une différence an entre l'indice effectif dans la région guidée et l'indice effectif dans les régions adjacentes comprise entre 10-2 et 10

11.Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la dimension transversale d2 dudit sillon est prévue en coopération avec la valeur de l'angle de raccordement 28 et la valeur des paramètres définis dans la revendication 10 pour obtenir une extinction d'au moins 30 dB, sur la voie non utilisée, en passif.

12. Dispositif selon la revendication lt, caractérisé en ce que l'on choisit la valeur de la densité de courant dans la jonction p-n pour obtenir une extinction d'au moins 30 dB sur la voie non utilisée en actif, correspondant à une différence d'indice produite par la jonction de l'ordre de 1,4.10-2.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'hétérostructure (ou les hétérostructures) comprend (comprennent) une couche quaternaire de composé III-V pour former la couche guidante CG et une (ou des) couche(s) binaire(s) pour former le substrat S et éventuellement la couche supérieure de confinement.

14. - Dispositif selon la revendication 13r caractérisé en ce que le composé binaire est le phosphure d'indium (InP) et le composé quaternaire a pour composition GaxInl-xAsyP1-y où x et y sont les concentrations liées par la relation x = 0,435 y.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la concentration

y - 0,1 à 0,5 la largeur du ruban pour le fonctionnement monomode dans l'infrarouge

a 3 à S un et l'angle de reccordement 29 z 2e à 60.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que : y X 0,5,

a = 4 un,

26 > 40

17. Dispositif selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de confinement supérieure lorsqu'elle existe est

e3=0,25 un à 0,60 pm ; en ce que la hauteur totale de cette couche au-dessus de la re- gion guidée est

H = h + e3 2 1,04 un, où h est la hauteur dont est érigé le ruban de guidage R.

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que pour un fonctionnement monomode dans l'infrarouge l'épaisseur de la couche guidante est

eG z 0,4 un

19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que la dimension transversale d2 du sillon est telle que t un s d2 < S un.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche C1 de type n est de l'ordre de 1 un.

21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que la dimension transversale b' de la couche inférieure

Ci de la jonction p-n est supérieure à la dimension transversale b de la couche supérieure de cette jonction et en ce que

b 3 à 8 un.

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que des couches de contact ohmique sont disposées en surface de chacune des couches constituant la jonction p-n, éventuellement au moyen d'ouvertures pratiquées dans les couches supérieures, selon une configuration de plots appropriées à permettre l'injection des porteurs de charges au centre de la couche de type p, et leur extraction de la couche de type n de manière symétrique par rapport à leur injection.

23. Dispositif semiconducteur intégré incluant une cellule unitaire de commutation de deux guides dans deux guides, caractérisé en ce que cette cellule est constituée de quatre éléments de commutation selon l'une des revendications 1 à 22, ces éléments étant disposés de manière telle que lesdits troisième et quatrième éléments sont raccordés tète-bêche respectivement avec lesdits premier et second éléments, lesdits premiers guides de sortie de chaque couple ainsi raccordé étant dans le prolongement l'un de l'autre- et formant un guide rectiligne, les guides rectilignes de deux couples adjacents étant parallèles, et lesdits seconds guides de sortie des quatre éléments étant raccordés entre eux pour former deux guides rectilignes qui se croisent en X sous un angle 48, les jonctions p-n desdits premier et quatrième éléments d'une part, et les jonctions p-n desdits second et troisième éléments d'autre part étant reliées entre elles par des connexions électriques.

24. Dispositif semiconducteur intégré incluant une matrice de commutation de N guides dans N guides, caractérisé en ce que cette matrice est constituée de N(N-1)/2 cellules unitaires selon la revendication 23, disposées en quinconce, de manière former N guides rectilignes reliés par les tronçons de guides rectilignes en X.