FR2701574A1 - Modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière utilisant l'effet d'absorption de champ électrique. Le modulateur est caractérisé en ce qu'il comprend: une couche d'absorption de lumière (2) absorbant la lumière en une quantité selon un champ électrique appliqué à celle-ci; une couche semi-conductrice de correction de phase (9) ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que celle de la couche d'absorption de lumière (2) à laquelle un champ électrique est appliqué, indépendamment de l'application à la couche d'absorption de lumière (2); et ladite couche semi-conductrice de correction de phase (9) étant disposée dans le chemin de guide d'onde de lumière au voisinage de celui-ci du modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière. L'invention est utilisable pour des modulateurs semi-conducteur d'intensité de lumière.
Description
La présente invention concerne un modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière et un procédé de fabrication de celui-ci et, plus particulièrement, des modulateurs ne produisant pas de modulation de phase de la lumière. La figure 9 (a) est une vue en perspective illustrant un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière de l'état de la technique et la figure 9 (b) est une vue en section transversale de celui-ci selon la ligne D-D' de la figure 9 (a) Sur la figure, ce modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière comprend un substrat 1 en In P du type n ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière d'une longueur d'onde Xg = 0,9 pm Une couche d'absorption de lumière comprenant du In Ga As P ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde Xg = 1,4 pm est obtenue par croissance sur le substrat 1 de In P du type n Une couche 3 en In P du type p ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la longueur d'onde de Xg = 0,9 pm est obtenue par croissance sur la couche d'absorption de lumière 2 Une électrode 4 du côté p est produite sur la couche 3 de In P du type n Une électrode 5 du côté N est produite sur le substrat 1 de In P du type n L'électrode du côté N 5 est mise à la masse 6 Un signal de modulation 7 est destiné à être appliqué à
l'électrode côté p 4.
Un procédé de fabrication en ce modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière de l'état de la technique
sera décrit ci-après.
Tout d'abord, une couche de In Ga As P non dopée d'une épaisseur de 0, 13 Mm ayant un intervalle de bande d'énergie absorbant la lumière de la longueur d'onde Xg = 1,4 pm est obtenue par croissance épitaxiale sur le substrat 1 de In P du type N ayant la concentration de dopants de 5 x 1018 cmn 3 et une épaisseur de 100 Mm, et un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde de Xg = 0,9 pm. Ensuite, un premier masque photorésiste ayant une largeur de 1,3 pm et s'étendant dans la direction longitudinale est produit sur la plaquette au centre de l'élément, et la couche 2 en In Ga As P non dopée est attaquée en utilisant un réactif d'attaque du type H 205 04, en produisant ainsi une couche d'absorption de lumière 2 d'une largeur de 1,3 pm, d'une hauteur de 0,13 pm et d'une longueur de 300 pm Après enlèvement du premier masque photorésiste, une couche 3 de In P du type p ayant une concentration de dopants de 1 x 1018 cm-3, une épaisseur de 2,13 Mm et ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde de Xg = 0,9 pm est réalisée par
croissance épitaxialesur celui-ci.
Puis, du Ti d'une épaisseur de 500 À et du Au d'une épaisseur de 2500 A sont déposés par faisceau électronique sur la couche 3 de In P du type N de façon à réaliser une électrode de Ti/Au qui fonctionne comme électrode côté p 4 pour appliquer un signal de modulation 7 à la couche d'absorption de lumière 2 D'autre part, du Au Ge d'une épaisseur de BOQA et du Au d'une épaisseur de 2500 À sont déposés par faisceau électronique sur le substrat 1 de In P du type N de façon à réaliser une électrode de Au Ge/Au qui
fonctionne comme électrode côté N 5.
On donnera une description du fonctionnement.
La figure 10 est un schéma illustrant le spectre d'absorption obtenu lorsqu'un champ électrique est appliqué entre l'électrode côté p 4 et l'électrode côté N 5 dans le modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière de la figure 9 Sur la figure, le numéro de référence ( 3) représente une relation entre la longueur d'onde X et la quantité d'absorption de lumière (a) lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué entre l'électrode côté N 4 et l'électrode côté N 5, le numéro de référence ( 4) représente une relation entre la longueur d'onde X et la quantité d'absorption de lumière (a) lorsqu'un champ électrique négatif est appliqué à l'électrode côté p 4 par rapport à l'électrode côté N 5 Lorsque la lumière de la longueur d'onde 1,55 pm est incidente, le degré d'absorption de lumière (a) de la courbe ( 3) lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué à l'électrode côté p 4 est zéro, tandis que la largeur de la région d'absorption du spectre de la courbe ( 4) lorsqu'un champ électrique négatif est appliqué à l'électrode côté p 4 par rapport à l'électrode côté N 5 est élargi vers le côté d'une longueur d'onde plus grande, ce qui signifie que la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm est absorbée
à une quantité de Aa.
Par exemple, lorsque la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm est incidente sur la facette du modulateur étant dans un état ou aucune tension n'est appliquée à la couche d'absorption de lumière 2, la couche d'absorption de lumière 2 n'absorbe pas de lumière et de ce fait la lumière sort de la facette de côté opposé à travers la couche d'absorption de lumière 2 sans avoir été absorbée Entre temps, lorsqu'une tension de polarisation inversée de -2 V est appliquée entre la couche de In du type p 3 et le substrat In P du type N 1, en appliquant de ce fait un champ électrique à la couche d'absorption de lumière 2, la couche d'absorption de lumière 2 est ainsi en état d'absorber la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pu qui est plus longue que la lumière d'onde Xg = 1,4 pm correspondant à l'intervalle de bande d'énergie de la couche d'absorption de lumière, en raison de l'effet
d'absorption de champ électrique.
L'effet d'absorption de champ électrique sera décrit ci-après L'effet d'absorption de champ électrique est appelé effet "Franz-Keldysh" L'effet Franz-Keldysh est un phénomène
qui change le spectre d'absorption fondamental d'un semi-
conducteur ou d'un isolateur en fonction du champ électrique, et ce phénomène a été annoncé indépendamment par W Franz et L V Keldysh en 1958 Cet effet Franz-Keldysh est un effet selon lequel, en raison de l'existence du gradient de champ électrique, des électrons qui occupent la bande de valence absorbent de la lumière et transitent à la bande de conduction en raison de l'effet tunnel, ce qui assure l'absorption de la lumière d'une énergie inférieure à l'intervalle de bande d'énergie du matériau, ce qui a pour résultat que l'absorption de la lumière, lorsqu'un champ électrique est appliqué, devient plus faible vers le côté d'énergie faible de l'extrémité d'absorption De plus, des composantes vibrantes apparaissent dans le spectre d'absorption en raison d'un champ électrique au côté d'énergie élevé de l'extrémité d'absorption (ceci est appelé une vibration du type d'effet Franz-Keldysh), et ces phénomènes peuvent être observés dans un champ électrique
d'environ 104 V/cm pour un grand nombre de semi-conducteurs.
Comme il est montré à la figure 10, et comme il a été déjà été décrit, cette couche d'absorption de lumière 2 n'absorbe pas de lumière d'une longueur d'onde plus grande que Xg = 1,4 pm correspondant à l'intervalle de bande d'énergie de cette couche lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué, et elle absorbe même de la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm qui est plus grande que Xg = 1,4 pm lorsqu'un champ électrique est appliqué De plus, comme cela est montré sur la figure 10, ( 3) lorsque E = 0, la quantité d'absorption de lumière de la lumière de la longueur d'onde de 1,4 pm est de 4000/cm et il n'y a aucune absorption de la lumière de longueur d'onde de 1,55 pm, et ( 4) lorsque E < 0, la quantité d'absorption de lumière de la longueur d'onde de 1,4 pm est inférieure à 3000/cm, mais la quantité d'absorption de lumière Aa de la longueur d'onde de 1,55 pm est de 1000/cm, o la quantité d'absorption de lumière totale lorsque E = O et la quantité d'absorption
de lumière totale lorsque E < O sont égales l'une à l'autre.
Comme il a été écrit plus haut, le modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière utilise l'effet Franz-
Keldysh et il fonctionne de façon que, lorsqu'un signal de modulation 7 est appliqué de façon numérique au modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière, la lumière d'une longueur d'onde particulière parmi la lumière passante à travers la couche d'absorption de lumière 2 soit absorbée en fonction de la tension de polarisation en inverse appliquée à celle-ci, si bien que la quantité de lumière passant à travers le modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière varie. Le modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon l'état de la technique est réalisé de la manière décrite plus haut, et lorsqu'un champ électrique est appliqué au semi-conducteur, la quantité d'absorption de lumière varie comme varie l'indice de réfraction du semi- conducteur si bien que la variation de phase de lumière transmise change ce qui détériore la monochromaticité de la lumière Par conséquent, lorsque cela est utilisé dans un système de communication optique, la distance sur laquelle la transmission est possible est raccourcie dans la mesure o la modulation de phase survient en raison de la variation de l'indice de réfraction accompagnant le changement de la quantité
d'absorption de lumière.
Un objectif de la présente invention est de proposer un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière qui
n'occasionne aucune modulation de phase de la lumière.
Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de fabrication du modulateur semi-conducteur
d'intensité de lumière décrit ci-avant.
Selon un premier aspect de la présente invention, une couche semiconductrice ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que la couche d'absorption de lumière et qui n'occasionne aucune absorption de lumière même dans le cas o un champ électrique est appliqué est placée dans la voie guidante de lumière ou au voisinage de celle-ci, du modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière, et un champ électrique est appliqué à la couche semi-conductrice de correction de phase indépendamment de la couche d'absorption
de lumière.
Selon un second aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière implique, de faire croître épitaxialement une couche en In Ga As P non dopée sur la surface entière du substrat en In P d'un premier type de conductivité et de réaliser une attaque chimique en utilisant un masque résiste de façon à produire une couche de formation de couche d'absorption de lumière d'une longueur prédéterminée dans la direction de propagation de la lumière; de faire croître épitaxialement une couche en In Ga As P non dopée ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que la couche de formation de couche d'absorption de lumière en utilisant un masque résiste de façon à produire une couche semi- conductrice de correction de phase d'une longueur prédéterminée sur une ligne étendue de la couche de formation de couche d'absorption de lumière, la couche de formation de couche d'absorption de lumière et la couche de formation de couche semi-conductrice de correction de phase étant disposées en parallèle l'une à l'autre dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière; d'attaquer par voie chimique la couche de formation de couche d'absorption de lumière et la couche semi-conductrice de correction de phase pour réaliser une couche d'absorption de lumière et une couche semi-conductrice de correction de phase, en utilisant un masque résiste en une configuration de bandes, de façon à produire une structure dans laquelle la lumière émise par la facette d'émission de la couche d'absorption de lumière est successivement incidente sur la couche semi-conductrice de correction de phase; d'enlever le masque résiste et de réaliser une couche en In P d'un second type de conductivité, par croissance épitaxiale; d'attaquer par voie chimique une portion de la couche en In P du second type de conductivité à une frontière entre
la couche d'absorption de lumière et la couche semi-
conductrice de correction de phase de façon à produire une rainure de séparation ayant une largeur prédéterminée dans la direction de propagation de lumière et s'étendant dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière sur la portion de frontière entre la couche d'absorption de lumière et la couche semi-conductrice de correction de phase; de déposer une mince couche ou un film isolant remplissant la rainure de séparation, par pulvérisation cathodique, en utilisant un masque résiste; de réaliser des électrodes respectives pour la couche d'absorption de lumière et pour la couche semi-conductrice de correction de phase, séparément; et de réaliser une électrode sur le substrat en In P du
premier type de conductivité.
Dans cette structure, en ajustant l'indice de réfraction de la couche semi-conductrice de correction de phase et la longueur de la voie guidante de lumière, la variation de l'indice de réfraction survenant dans la couche d'absorption de lumière peut être éliminée, ce qui permet d'obtenir un modulateur semi-conducteur d'intensité de
lumière n'occasionnant aucune modulation de phase.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement dans la description explicative
qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 (a) et une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la présente invention; la figure 1 (b) est une vue en coupe le long de la ligne A-A de la figure 1; les figures 2 (a) à 2 (h) sont des vues en coupe
illustrant le procédé de fabrication du modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière selon le premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est un schéma illustrant le spectre d'absorption de la couche d'absorption de lumière et de la couche de correction de phase lorsqu'un champ électrique est appliqué au modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière du premier mode de réalisation; la figure 4 est une représentation schématique d'une fonction du temps, lorsqu'un champ électrique est appliqué à la couche d'absorption de lumière et la couche de correction de phase dans le modulateur semi-conducteur d'intensité et de lumière selon le premier mode de réalisation; la figure 5 est une vue en perspective illustrant un deuxième mode de réalisation d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la présente invention; les figures 6 (a) à 6 (h) sont des vue en coupe illustrant un procédé de fabrication du second mode de réalisation d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon l'invention; la figure 7 est une vue en perspective illustrant un troisième mode de réalisation d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la présente invention; les figures 8 (a) à 8 (h) sont des vues en coupe illustrant un procédé de fabrication du troisième mode de réalisation d'un modulateur semi- conducteur d'intensité de lumière selon la présente invention; la figures 9 (a) et 9 (b) sont des vues respectivement en perspective et en coupe d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon l'état de la technique; et la figure 10 est un schéma pour expliquer l'effet Franz-Keldysh.
Mode de réalisation 1.
La figure 1 (a) est une vue en perspective illustrant un modulateur semiconducteur d'intensité de lumière selon un premier mode de réalisation de la présente invention et la figure 1 (b) est une vue en coupe selon la ligne A-A de la
figure 1 (a).
Sur la figure, les mêmes numéros de référence sont utilisés pour désigner les mêmes éléments que ceux figurant sur la figure 6 ou des éléments correspondants Sur la
figure, le numéro de référence 9 désigne une couche semi-
conductrice de correction de phase disposée en un arrangement avec la couche d'absorption de lumière 2, dont la facette d'incidence de lumière est opposée à la facette de sortie de la couche d'absorption de lumière 2 de façon que la lumière sortie de la face de sortie de la couche d'absorption de lumière 2 soit immédiatement incidente sur la couche de correction de phase 9 Cette couche de correction de phase 9 comprend du In Ga As P non dopé ayant un intervalle de bande d'énergie de 0,95 e V Comme cet intervalle de bande d'énergie de 0,95 e V est plus large que l'intervalle de bande d'énergie de la couche d'absorption de lumière 2, tandis que la lumière de la longueur d'onde Xg = 1,3 pm est absorbée par cette couche de correction de phase 9, la lumière de la longueur d'onde de 1,55 Mm ne peut pas être absorbée même si un champ électrique est appliqué Une couche en In P 3 a du type p est disposée sur la couche en In P 1 du type N et la couche d'absorption de lumière 2 Une couche en In P 3 b du type p est disposée sur la couche en In P 1 du type N et la couche de correction de phase 9 Une électrode du côté p 4 a comprenant du Ti/Au est produite sur la couche en In P 3 a du type p pour appliquer un champ électrique à la couche d'absorption de lumière 2 Un signal de modulation 7, en forme d'un signal numérique, est appliqué à l'électrode 4 a du côté p Une électrode 4 b du côté p comprenant du Ti/Au est produite sur la couche In P 3 b du type p pour appliquer un champ électrique à la couche de correction de phase 9 Un signal inversé du signal de modulation 7 est appliqué à cette électrode 4 b du côté p Un film ou une mince couche isolante 10 comprenant du Si O 2 est prévu entre la couche en In P 3 a du type p produite sur la couche d'absorption de lumière 2 et la couche en In P 3 b du type p produite sur la couche de correction de phase 9, de façon à séparer électriquement ces couches en In P 3 du type p à la frontière o la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 s'opposant l'une à l'autre Les numéros de référence 21 et 22 désignent des
masques résiste.
Un procédé pour fabriquer le modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière du premier mode de réalisation sera
décrit en se référant à la figure 2.
Tout d'abord, une couche d'absorption de lumière 2 comprenant du In Ga As P ayant une largeur de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde de Xg = 1,4 Mm est amenée à croître épitaxialement sur le substrat en In P 1 du type N à une épaisseur de 0,13 pm, lequel substrat 1 a un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de Xg = 0,9 Mm, une épaisseur de 100 pm, et une concentration
en dopants de 5 x 1018 cm-3 (figure 2 (a)).
Après la formation d'un premier masque résiste 21, la couche d'absorption de lumière 2 est réalisée par attaque en
utilisant un réactif d'attaque du type H 2 SO 4 (figure 2 (b)).
En utilisant le premier masque résiste 21 utilisé dans le processus d'attaque précédent, une couche de correction de phase 9 comprenant du In Ga As P non dopé ayant un intervalle de largeur de bande de 0,95 e V qui absorbe la lumière de la longueur d'onde de Xg = 1,3 pm mais n'absorpe pas de la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm est réalisée sur le substrat en In P 1 du type N par croissance épitaxiale (figure
2 (c)).
Ensuite, après l'enlèvement du premier masque résiste 21 qui est laminé sur la couche d'absorption de lumière 2, un second masque résiste (non représenté) est produit dans la direction A-A' de la figure (la) au centre de l'élément sur une largeur de 1,4 pm sur la couche d'absorption de lumière 2 et une largeur de 1,3 pm sur la couche de correction de phase 9, et en utilisant ceci comme un masque, les couches en In Ga As P 2, 9 non dopées sont attaquées chimiquement par un réactif d'attaque standard H 2 SO 4, de façon à produire une couche d'absorption de lumière 2 d'une largeur de 1,4 pm, d'une épaisseur de 0,13 pm et d'une longueur de 200 pi et une couche de correction de phase 9 d'une largeur de 1,3 pm, d'une épaisseur de 0,13 pm et d'une longueur de 400 pm sur le substrat en In P 1 du type N de telle façon que la ligne centrale dans la direction de largeur de la couche d'absorption de lumière 2 et la ligne centrale dans la direction de la largeur de la couche de correction de phase 9 coïncident l'une avec l'autre De ce fait, la face de sortie de la couche d'absorption de lumière 2 et la face d'entrée de la couche de correction de phase 9 sont en contact l'une avec l'autre, de façon à permettre à la lumière d'être incidente sur la couche d'absorption de lumière 2 et en plus permettre la sortie de la lumière de la couche d'absorption de lumière
2 pour être incidente sur la couche de correction de phase 9.
Après l'enlèvement du second masque photorésiste, une couche en In P 3 du type p ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde Xg = 0,9 Mm, d'une épaisseur de 2,13 pm et d'une concentration en dopants de 1 x 1018 cm-3 est réalisée par croissance épitaxiale sur le substrat en In P 1 du type n, la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase
9 (figure 2 (d)).
Après la réalisation du troisième masque résiste 22, une opération d'attaque chimique est effectuée sur la couche en In P 3 du type p jusqu'à une position directe au-dessus de la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 en utilisant un agent d'attaque standard H Cl, de façon à produire ainsi une rainure de séparation d'une largeur de 5 pm et d'une profondeur de 2 pm dans la direction de largeur d'élément sur la frontière entre la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 pour que la couche In P 3 du type p soit électriquement séparée en une portion 3 a réalisée sur la couche d'absorption de lumière 2 et une portion 3 b réalisée
sur la couche de correction de phase 9 (figure 2 (e)).
Ensuite, une opération de pulvérisation cathodique est effectuée en utilisant le troisième masque photorésiste 22 utilisé dans le processus d'attaque décrit ci-dessus, et une mince couche ou un film isolant 10 comprenant du Si O 2 est
déposée dans la rainure de séparation (figure 2 (f)).
Dans la prochaine étape, le troisième masque résiste 22 déposé sur les couches In P 3 a et 3 b du type p respectivement il réalisées sur la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 est enlevée (figure 2 (g)), puis, une déposition par faisceau d'électron de Ti d'une épaisseur de 50 nm et de Au d'une épaisseur de 250 nm sont réalisés sur la couche en In P 3 a, 3 b du type p, en produisant ainsi des électrodes en Ti/Au, et l'électrode sur la couche en In P 3 a du type p fonctionne comme électrode 4 a du côté p qui permet au signal de modulation 7 d'être appliqué à la couche d'absorption de lumière 2 et l'électrode sur la couche en In P 3 b du type p fonctionne comme électrode 4 b du côté p qui permet au signal inversé 8 du signal de modulation 7 d'être appliqué à la couche de correction de phase 9 tandis que du Au Ge d'une épaisseur de 80 nm et du Au d'une épaisseur de 250 nm sont déposés par faisceau électronique sur le substrat en In P 1 du type N de façon à réaliser une électrode de Au Ge/Au qui fonctionne comme électrode 5 du côté N (figure
2 (h)).
On donnera une description du fonctionnement de ce
premier mode de réalisation.
La figure 3 montre le spectre d'absorption de lumière de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 lorsqu'un champ électrique est appliqué, et la figure 4 est un diagramme sur le temps montrant la relation entre la tension et le temps lorsqu'un signal de modulation 7 est appliqué à la couche d'absorption de lumière 2 et un signal inversé 8 est appliqué à la couche de correction de phase 9 Le tableau 1 montre l'existence de l'absorption de lumière dans la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 lorsqu'un champ électrique est appliqué ou lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué, et les indices de réfraction de ces couches dans ce cas Sur le tableau 1, les indices de réfraction de lumière dans la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 lorsqu'aucun champ électrique nrest appliqué sont respectivement n Ol et n O 2, et les indices de réfraction lorsqu'un champ électrique est
appliqué sont respectivement n Ol + Anl et n O 2 + An 2.
Ainsi un champ électrique négatif est appliqué alternativement à l'électrode 4 a et l'électrode 4 b de façon discontinue de façon qu'une tension soit appliquée à l'électrode a lorsqu'aucune tension n'est appliquée à l'électrode 4 b et qu'aucune tension ne soit appliquée à l'électrode 4 a lorsqu'une tension est appliquée à l'électrode 4 b, comme cela est représenté sur le schéma de temporisation de la figure 4 montrant le signal de modulation 7 et un signal inversé 8 du signal de modulation, une tension de polarisation inverse étant appliqué alternativement à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction
de phase 9, de façon discontinue.
Tableau 1
couche d'absorption de couche de correction de lumière (Xg = 1,4 pm) phase (Xg = 1,4 pm) absorption indice de absorption indice de réfraction réfraction pas de champ pas pas électrique d'absorption n Ol d'absorption n O 2 champ électrique pas appliqué Aa n Ol + Anl d'absorption n O 2 + An 2 Lorsqu'une tension de polarisation inverse est appliquée, la couche d'absorption de lumière 2 absorbe la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm o la quantité d'absorption de lumière est Aa, tandis que la couche de correction de phase 9 n'absorbe pas de lumière de la longueur
d'onde 1,55 Mm, comme cela est montré sur la figure 3.
Comme montré sur la figure 1, lorsque l'indice de réfraction de la couche d'absorption de lumière 2 augmente de Anl lors de l'application de tension, la phase de la lumière guidée varie et la quantité de variation de phase A 41 de la couche d'absorption de lumière 2 est représentée par A+ 1 = (Anl x L 1/X) x 2 n, o LI est la longueur de guide d'onde de la couche d'absorption de lumière 2 et X est la longueur d'onde de la
lumière guidée ( 1 = 1,55 pm).
Lorsque l'indice de réfraction de la couche de correction de phase 9 augmente de An 2 lors de l'application de la tension, la phase de la lumière guidée change et la quantité de changement de phase A+ 2 de la couche de correction de phase 9 devient A+ 2 = (An 2 x L 2/X) x 2 n, o L 2 est la longueur de guide d'onde de la couche de
correction de phase 9.
Si aucun champ électrique n'est appliqué à la couche de correction de phase 9 lorsqutun champ électrique négatif est appliqué à la couche d'absorption de lumière 2, et un champ électrique négatif est appliqué à la couche de correction de phase 9 en absence de l'application d'un champ électrique à la couche d'absorption de lumière 2, alors la quantité de
variation de phase dans son ensemble du modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière devient
lA+l A 421.
De ce fait, lorsqu'il est établi comme dans la formule ( 1)
IA+î A 421 = 0, ( 1)
la phase de la lumière ne change pas Par conséquent, à partir de la formule suivante, A 4 l A 42 = (Anl x Ll An 2 x L 2) x 2 X/X = 0, il devient Anl x L 1 An 2 x L 2 = O L 2 = (Anl/An 2) X Li, ( 2) en faisant en sorte que la longueur de guide d'onde Li, L 2 de la couche d'absorption de lumière 2 la couche de correction de phase 9 satisfasse la formule ( 2),la formule ( 1) est satisfaite et un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière n'ayant aucune variation de phase est obtenu Dans ce mode de réalisation, du fait que la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 ayant des indices de réfraction de Anl = 2 An 2, ( 3) sont utilisés, il y a une relation entre la longueur de guide d'onde Ll et L 2 de la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 comme suit
L 2 = 2 L 1 ( 4)
Comme décrit plus haut, en faisant en sorte que la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 qui ont des longueurs de guide d'onde qui remplissent la formule 2 et sont arrangées successivement de façon que la face de sortie de la couche d'absorption de lumière soit en regard de la face d'entrée de la couche de correction de phase 9 de manière que la lumière soit incidente sur la couche d'absorption de lumière 2 et sorte de la couche de correction de phase 9, et que le signal de modulation 7 soit appliqué à la couche d'absorption de lumière 2 à travers l'électrode 4 a du côté p et le signal inversé 8 du signal de modulation 7 soit appliqué à la couche de correction de phase 9 à travers l'électrode 4 b du côté p, une lumière modulée en intensité sans modulation de phase est réalisée. Lorsqu'une tension O est appliquée à l'électrode 4 a du côté p de la couche d'absorption de lumière 2, au temps initial de t O à tl et une tension de polarisation inverse -VO est appliquée à l'électrode 4 b du côté p de la couche de correction de phase 9 au même instant de temps que celui représenté à la figure 4, la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm n'est pas absorbée par la couche d'absorption de lumière 2 parce qu'aucun champ électrique n'est appliqué à celle-ci et que l'indice de référence de celle-ci est n Ol, tandis que l'indice de réfraction de celle-ci est n O 2 + An 2 lorsqu'une tension de polarisation inverse de - VO est appliquée à la couche de correction de phase 9 Dans le délai de temps prochain de tl à t 2, une tension de polarisation inverse -VO est appliquée à la couche d'absorption de lumière, et la lumière de la longueur d'onde de 1,55 Mm est absorbée par celle-ci, et l'indice de réfraction de celle-ci est n Ol + Anl, tandis que la couche de correction de phase 9 présente l'indice de réfraction n O 2 lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué à celle-ci Des opérations similaires suivent. Par exemple, un signal de modulation 7, étant de -2 V à l'état MARCHE et de O V à l'état HORS fonctionnement, comme tension de polarisation en inverse, et un signal inversé 8 du signal de modulation 7 sont appliqués respectivement à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 de façon à créer un état o la tension de polarisation en inverse de -2 V est appliquée à la couche d'absorption de lumière 2 et aucune tension n'est appliquée à la couche de correction de phase 9, et un autre état o aucune tension n'est appliquée à la couche d'absorption de lumière 2 et une tension de polarisation en inverse de -2 V est appliquée à la couche de correction de phase 9 est prévu lorsque le signal de modulation 7 est HORS service et le signal inverse 8 est EN service, et ces deux états apparaissent alternativement l'un par rapport à l'autre, pour
réaliser une commutation répétée de ces états.
Dans le mode de réalisation illustré ci-dessus, la lumière de la longueur d'onde de 1,55 Mm est utilisée pour des communications optiques, et du In Ga As P non dopé ayant un intervalle de bande d'énergie qui n'absorbe pas la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué et absorbe celle-ci lorsqu'un champ électrique est appliqué, est utilisé pour la couche d'absorption de lumière 2 et un In Ga As P non dopé ayant un intervalle de bande d'énergie suffisamment large qui n'absorbe pas la lumière de la longueur 1,55 Mm lors de l'application d'un champ électrique est utilisé pour la couche de correction de phase 9 avec cette couche 9 prévue sur une ligne étendue de la voie guide d'onde de la couche d'absorption de luière 2, et cette couche d'absorption de lumière et la couche de correction de phase 9 sont produites de façon à avoir des longueurs de guide d'onde Ll et L 2 qui satisfont à la formule ( 2) Dans un cas aussi o la lumière d'une autre longueur d'onde est utilisée pour la communication, du In Ga As P non dopé ayant un intervalle de bande d'énergie approprié pour la lumière de cette longueur d'onde peut être utilisé, en considérant les indices de réfraction et les longueurs de guide onde de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de
correction de phase 9.
Dans le modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière de ce premier mode de réalisation, une couche de correction de phase 9 ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde de Xg = 1,3 pm qui est plus large que l'intervalle de bande d'énergie de la couche d'absorption de lumière 2 et n'absorbe pas la lumière même lorsqu'une tension est appliquée, est prévue en un arrangement avec la couche d'absorption de lumière 2 dans la même direction que la direction de la propagation de la lumière, et des tensions de polarisation en inverse répétant les états EN/HORS service et ayant des phases inversées l'un par à l'autre sont appliquées respectivement à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase, de façon que l'indice de réfraction de la couche de correction de phase 9 varie de manière à supprimer la variation de l'indice de réfraction de la couche d'absorption de lumière 2 dans le but d'obtenir une lumière modulée en
intensité sans modulation de phase.
Mode de réalisation 2.
La figure 5 est une vue en perspective, illustrant un modulateur semiconducteur d'intensité de lumière selon un second mode de réalisation de la présente invention et la
figure 6 est une vue en coupe transversale selon la ligne B-
B' de la figure 5 pour expliquer le procédé de fabrication du modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière Le numéro de référence 11 désigne une couche isolante Le numéro de référence 12 désigne une couche en In P du type n Le numéro 13 désigne une électrode côté n, les numéros de référence 14 et 15 désignent des fils conducteurs et les numéros de référence 23, 24 et 25 désignent des masques résiste
comprenant du Si O 2.
La couche de correction de phase 9 du modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière de ce second mode de réalisation est prévue approximativement au centre de la surface supérieure du substrat en In P 1 du type N et une couche en In P 3 du type p ayant la même longueur et une largeur supérieure est prévue là dessus, une couche d'absorption de lumière 2 ayant la même configuration que la couche de correction de phase déposée sur celle-ci et une couche en In P 12 du type N sont placées sur celle-ci en étant laminée De plus, une électrode 4 côté p est prévue sur la surface supérieure de la couche en In P 3 du type p disposée sur la couche de correction de phase 9, et une couche isolante llb est disposée sur la couche inférieure de la couche en In P 3 du type p en dessous de l'électrode 4 du côté p en contact avec la face dans la direction longitudinale de la couche de correction de phase 9 De plus, une électrode 13 du côté N ayant la même longueur d'onde et une largeur plus grande que la couche 12 en In P du type N est placée sur la couche en In P 12 du type n, et une autre couche isolante lla est placée en dessous de l'électrode côté N 13 en parallèle avec la couche en In P 12 du type n, en contact avec la face dans la direction longitudinale de la couche d'absorption de lumière 2, la couche en In P 3 du type p et la couche de
correction de phase 9.
Une description est donnée maintenant du procédé de
fabrication d'un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière de ce deuxième mode de réalisation, en se référant à
la figure 6.
Sur un substrat en In P 1 du type N ayant une épaisseur de 100 pm, une largeur de 300 pm, une longueur de 200 Mm et une concentration de dopants ou d'atomes dopants de x 1018 cm-3, et présentant un intervalle de bande d'énergie absorbant la lumière de la longueur d'onde Xg = 0,9 pm, une couche en In Ga As P non dopée de 0,26 pm d'épaisseur ayant une largeur de bande d'énergie de 0,95 e V, qui absorbe la lumière de la longueur d'onde Xg = 1,3 Mm mais n'absorbe pas la lumière de la longueur d'onde de 1,55 pm est amenée à croître épitaxialement, de façon à réaliser une couche de correction
de phase 9 (figure 6 (a)).
Après la réalisation d'un premier masque résiste 23 comprenant du Si O 2, la couche de correction de phase 9 est attaquée en utilisant un réactif d'attaque du type de H 25 04, et en outre le substrat en In P 1 du type N est attaqué jusqu'à une profondeur de 1 pm en utilisant un réactif
d'attaque du type ou de la série H Cl (figure 6 (b)>.
En utilisant un premier masque résiste 23 utilisé dans le processus d'attaque ci-dessus, une couche en In P dopée de Fe, ayant une épaisseur de 1 pm et une concentration d'atomes dopants Fe de 5 x 1018 cm-3 et amenée à croître sur le substrat en In P 1 du type n, de façon à réaliser des couches
isolantes lla et llb (figure 6 (c)).
Après l'enlèvement du premier masque résiste 23 laminé sur la couche de correction de phase 9, une couche en In P du type p ayant une épaisseur de 2,0 pm et une concentration d'atomes dopants de 1 x 1018 cm-3, et présentant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde Ig = 0,9 pm est réalisée par croissance épitaxiale sur la couche de correction de phase 9 et les couches isolantes lia et llb, et une couche d'absorption de lumière 2 comprenant une couche en In Ga As P non dopée d'une épaisseur de 0,13 Mm et ayant un intervalle de bande d'énergie absorbant la lumière de la longueur d'onde Xg = 1,4 pm est réalisée par croissance épitaxiale sur la couche en In P 3 du type n, et une couche en In P 12 du type N ayant une épaisseur de 0,2 pm et une concentration d'atomes dopants de x 1018 cm-3 et ayant un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de longueur d'onde Xg = 0,9 pm est amenée à croître épitaxialement sur la couche d'aborption de
lumière 2 (figure 6 (d)).
Après la réalisation d'un second masque résiste 24, la couche en In P 12 du type n, la couche d'absorption de lumière 2 et la couche en In P 3 du type p laminée sur la couche isolante lla sont enlevées par attaque chimique en utilisant un réactif d'attaque du type H Cl, du type H 2 SO 4 et du type
H Cl respectivement (figure 6 (e)).
En utilisant un second masque résiste 24 utilisé dans le processus d'attaque chimique décrit plus haut, une couche en In P dopée de Fe ayant une concentration d'atomes dopants de Fe de 5 x 1018 cmr 3 est réalisée par croissance épitaxiale sur la couche isolante lla, une couche isolante lla de 3,33 Mm d'épaisseur est produite sur celle-ci et le second masque résiste 24 laminé sur la couche en In P 12 du type n
est enlevé (figure 6 f)).
Après la réalisation du troisième masque résiste 25, la couche en In P 12 du type N et la couche d'absorption de lumière 2 disposées au-dessus de la couche isolante llb sont respectivement enlevées par attaque chimique en utilisant des réactifs d'attaque du type H Cl et du type H 25 04
respectivement (figure 6 (g)).
Après l'enlèvement du troisième masque résiste 25 laminé sur la couche isolante lla et la couche en In P 12 du type n, du Au Ge d'une épaisseur de 80 nm ( 800 A) et du Au d'une épaisseur de 250 nm sont successivement déposés par faisceau électronique, de façon à réaliser une électrode 13 en Au Ge/Au, et en outre du Ti de 50 nm d'épaisseur et du Au de 250 nm d'épaisseur sont successivement déposés par faisceau électronique sur la couche en In P 3 du type p pour produire une électrode 4 du côté p, comprenant du Ti/Au, et ensuite du Au Ge de 80 nm d'épaisseur et du Au de 250 nm d'épaisseur sont successivement déposés sur le substrat en In P 1 du type N de façon à réaliser une électrode côté N 5
comprenant une électrode en Au Ge/Au (figure 6 (h)).
On donne maintenant une description du fonctionnement.
La lumière transmise dans chaque modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière est distribuée à la fois à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9, cette lumière captant les deux changements d'indice de réfraction de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 de façon que la modulation de phase de la lumière engendrée dans la couche d'absorption de lumière 2 soit corrigée quant à sa phase dans la couche de correction de phase 9 pour éliminer la modulation de phase En supposant que les longueurs de guide d'onde de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 sont Lt et L 2, respectivement, les quantités de variation des indices de réfraction en raison de la tension appliquée sont Anl et An 2, respectivement, lorsque la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 ont la longueur de guide d'onde Ll et L 2 respectivement, ce qui satisafait à la formule 2 présentée dans le cadre du premier mode de réalisation, un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière sans variation de phase est réalisé Comme les longueurs de guide d'onde Ll et L 2 de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 ont les mêmes valeurs dans ce second mode de réalisation, lorsque la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 présentent des épaisseurs proportionnelles aux longueurs de guide d'onde Ll et L 2 respectivement, les mêmes
effets que dans le premier mode de réalisation sont obtenus.
Etant donné que la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 ont les mêmes structures que dans le premier mode de réalisation, les quantités de variation des indices de réfraction de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 ont la même relation que dans le premier mode de réalisation, présentées ci-dessus Anl = 2 An 2, ( 3) et les longueurs de guide d'onde Ll et L 2 de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de la phase 9 présentent la relation de
L 2 = 2 L 1 ( 4)
Par conséquent, l'épaisseur de couche de la couche de correction de phase 9 devient deux fois celle de la couche d'absorption de lumière 2 comme cela est montré dans ce deuxième mode de réalisation, et les épaisseurs de couche de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 peuvent être de 0,13 Mm et de 0,26 pm, respectivement. Comme processus pour appliquer des champs électriques à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9, une tension répétant Vo et OV est appliquée à la couche d'absorption de lumière 2 comme tension de polarisation en inverse, et une tension répétée de OV et V O V est appliquée à la couche de correction de phase 9 comme tension de polarisation avant De ce fait, les mêmes effets que dans le premier mode de réalisation sont réalisés o un signal de modulation 7 comprenant -V O V et OV et son signal
inversé 8 sont appliqués en entrée.
Par exemple, lorsqu'un signal inversé 15 qui est de 2 V à l'état EN service et de O V à l'état HORS service est appliqué à l'électrode côté p 4, une tension de polarisation en inverse 2 V est appliquée à la couche d'absorption de lumière 2 et O V est appliqué à la couche de correction de phase 9 lorsque le signal inversé 15 est HORS service et OV est appliqué à la couche d'absorption de lumière 2 et une tension de polarisation en direct est appliquée à la couche de correction de phase 9 lorsque le signal inversé 15 est présent, de façon que les tensions de la même direction soient alternativement appliquées à la couche d'absorption de
lumière 2 et la couche de correction de phase 9.
Dans le modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière de ce second mode de réalisation, la couche de correction de phase 9 est disposée en dessous de la couche d'absorption de lumière 2 en parallèle avec la couche d'absorption de lumière 2 en plaçant entre celles-ci la couche en In P 3 du type n, et une tension est alternativement appliquée à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 de façon que de la lumière modulée en intensité sans modulation de phase soit obtenue avec les
mêmes effets que dans le premier mode de réalisation.
Mode de réalisation 3.
La figure 7 est une vue en perspective montrant un modulateur semiconducteur d'intensité de lumière selon un troisième mode de réalisation de la présente invention La figure 8 montre des vues en coupe selon la ligne C-C' de la figure 7 pour illustrer le procédé de fabrication de celui- ci Sur les mêmes figures, les mêmes numéros de référence que ceux figurant sur la figure 1 désignent les mêmes portions ou les portions correspondantes Le numéro de référence 16 désigne un couche isolante et les numéros de référence 26 et
27 désignent des masques résiste.
La couche de correction de phase 9 de ce troisième mode de réalisation est placée approximativement au centre du substrat en In P 1 du type n, à proximité de la couche d'absorption de lumière 2 avec les deux faces orientées dans
la direction longitudinale et en contact l'une avec l'autre.
De plus, des couches en In P 3 a et 3 b du type p sont disposées avec leurs faces en contact l'une avec l'autre dans la direction longitudinale de la couche d'absorption de lumière 2, et la couche de correction de phase 9 avec une symétrie à droite et à gauche, les électrodes côté p 4 a et 4 b sont respectivement disposées sur la surface supérieure de la couche en In P 3 a et 3 b du type p respectivement, une électrode 5 du côté N est disposée sur le substrat en In P 1 du type N et une couche isolante 16 est disposée sur la surface supérieure de la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 Un signal de modulation 7 devant être appliqué à la couche d'absorption de lumière 2 est appliqué de façon numérique à l'électrode côté p 4 a et un signal inversé 8 du signal de modulation 7 devant être appliqué à la couche de correction de phase 9 est appliqué de façon numérique à l'électrode 4 b du côté p, et l'électrode 5
du côté N est mise à la masse 6.
Une description est maintenant donné du procédé de
fabrication du modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon ce troisième mode de réalisation, en se
référant à la figure 8.
Sur le substrat 1 en In P du type N ayant une épaisseur de 100 pm, une largeur de 300 Mm, une longueur de 200 pm et une concentration d'atomes dopants de 5 x 1018 cm-3 et un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde Xg = 0,9 Mm, une couche en In Ga As P non dopéé de 0,13 Mm d'épaisseur ayant un intervalle de bande d'énergie de 0,95 e V correspondant à la lumière de la longueur d'onde Xg = 1,3 pm qui a un intervalle de bande d'énergie plus large que celle de la couche d'absorption de lumière 2 et n'absorbe pas de lumière de la longueur d'onde de 1,55 Mm lorsqu'une tension est appliquée est réalisée par croissance épitaxiale de façon à réaliser la couche de
correction de phase 9 (figure 8 (a)).
Après la formation d'un premier masque résiste 26 comprenant du Si O 2, la couche de correction de phase 9 sur le substrat 1 en In P du type N est attaquée par voie chimique en utilisant un réactif d'attaque de la série H 2 SO 4 (figure 8 (b)) En employant le premier masque résiste 26 utilisé dans le processus d'attaque décrit plus haut, une couche d'absorption de lumière 2 comprenant une couche en In Ga As P non dopée de 0,13 pm d'épaisseur ayant un intervalle de bande d'énergie absorbant la lumière de la longueur d'onde Ig = 1,4 pm est réalisée par croissance épitaxiale sur le substrat
1 en In P du type N (figure 8 (c)).
Après l'enlèvement du premier masque résiste 26 laminé sur la couche de correction de phase 9, une couche en In P et dopée de Fe de 3 pm d'épaisseur et ayant une concentration d'atomes dopants de Fe de 5 x 1018 cm-3 est réalisée par croissance épitaxiale sur la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 de façon à réaliser une
couche isolante 16 (figure 8 (d)).
Après la formation d'un second masque résiste 27, la couche isolante 16 laminée sur le substrat 1 en In P du type n et des portions de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 sont enlevées par attaque en utilisant un réactif d'attaque du type bromothanol de façon que la largeur de la couche d'absorption de lumière restante 2 soit de 0,5 pm et la largeur de la couche de
correction de phase restante 9 soit de 1,0 pm (figure 8 (e)).
En employant le second masque résiste 27 utilisé dans le processus d'attaque décrit ci-dessus, les couches 3 a et 3 b en In P du type p, d'une épaisseur de 4,0 Mm et ayant une concentration d'atomes dopants de 1 x 1018 cm-3 et un intervalle de bande d'énergie correspondant à la lumière de la longueur d'onde Xg = 0,9 pm sont réalisés par croissance
épitaxiale (figure 8 (f)).
Le second masque résiste 27 laminé sur la couche
isolante 16 est enlevé (figure 8 (g)).
Du Ti de 50 nm d'épaisseur et du Au de 250 nm d'épaisseur sont successivement déposés par faisceau électronique sur la couche 3 a et 3 b en In P du type p de façon à produire une électrode de Ti/Au pour que l'électrode sur la couche 3 a en In P du type p serve d'électrode 4 a du côté p pour la couche d'absorption de lumière 2 et l'électrode sur la couche 3 b en In P du type p serve d'électrode 4 b du côté p pour la couche de correction de phase 9, et ensuite du Au Ge d'une épaisseur de 80 nm et du Au d'une épaisseur de 250 nm sont déposés par faisceau électronique sur le susbstrat 1 en In P du type n, de façon à réaliser une électrode en Au Ge/Au
servant d'électrode côté N 5 (figure 8 (h)>.
On donnera une description du fonctionnement.
La lumière transmise dans un tel modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière est distribuée à la fois à la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9, de façon similaire au second mode de réalisation, et cette lumière capte les variations des indices de réfraction à la fois de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9, de façon que la modulation de phase de la lumière engendrée dans la couche d'absorption de lumière 2 soit corrigée en phase dans la couche de correction de phase 9 pour éliminer la
modulation de phase.
En supposant que la longueur de guide d'onde dans la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 soit respectivement Ll et L 2, et la quantité de variation de l'indice de réfraction en raison de l'application d'une tension soit Anl et An 2 respectivement, en prévoyant des longueurs de guide d'onde Ll et L 2 de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 pour satisfaire à la formule ( 2) comme présentée dans le premier mode de réalisation, un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière sans variation de phase est réalisé Comme les longueurs de guide d'onde Ll et L 2 et les épaisseurs de couche de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 sont égales l'une à l'autre dans le troisième mode de réalisation, en prévoyant les largeurs des couches 2 et 9 proportionnellement aux valeurs des longueurs de guide d'onde Ll et L 2 respectivement, les mêmes effets que dans le premier
mode de réalisation sont obtenus.
Par exemple, en raison du fait que la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 ont les mêmes structures que celles du premier mode de réalisation, les quantités de variation des indices de réfraction de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 présentent la relation de Anl = 2 An 2, ( 3) les longueurs de guide d'onde Ll et L 2 de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 étant comme suit
L 2 = 2 L 1 ( 4)
Par conséquent, la largeur de la couche de correction.
de phase 9 devient deux fois celle de la couche d'absorption de phase 2, et comme cela est illustré au troisième mode de réalisation, la largeur des couches de la couche d'absorption de lumière 2 et de la couche de correction de phase 9 peuvent
être respectivement de 0,5 Hm et de 1,0 pm.
Puis, comme pour le procédé d'application de champ électrique à la couche d'absorption de lumière 2 et à la couche de correction de phase 9, un signal de modulation 7 comprenant -VOV et OV et un signal inversé 8 du signal de modulation 7 sont appliqués respectivement à celles-ci, de
façon similaire au premier mode de réalisation.
Selon ce troisième mode de réalisation de la présente invention, la couche d'absorption de lumière 2 et la couche de correction de phase 9 sont arrangées en parallèle l'une à l'autre dans la direction de propagation de lumière, et le signal de modulation 7 est appliqué à la couche d'absorption de lumière 2 via l'électrode 4 a du côté p et le signal inversé 8 est appliqué à la couche de correction de phase 9 via l'électrode 4 b du côté p Ainsi la même opération que celle présentée sur le diagramme de temps de la figure 3 pour le premier mode de réalisation est effectuée pour qu'une lumière modulée en intensité sans modulation de phase soit obtenue, avec les mêmes effets que dans le cas du premier
mode de réalisation.
La demande de brevet japonais publiée Sho 63-13017 décrit un modulateur de phase d'amplitude de lumière dans lequel l'intensité de lumière est modulée sans prévoir un changement dans la phase de lumière Cependant cette publication n'effectue pas une modulation d'intensité de lumière, qui utilise l'effet Franz-Keldysh dans la couche d'absorption de lumière comme dans le cas de la présente invention, et un effet de fonctionnement à une tension plus
faible n'est pas obtenu.
La demande de brevet japonais publiée Hei 2-168227 décrit un modulateur de phase de lumière dans laquelle une pluralité d'électrodes sont prévues, qui sont divisées pour des guides d'ondes de lumière respectifs ayant une structure MQW Cependant cette publication ne décrit pas un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière ayant une couche d'absorption de lumière et une couche de correction de phase sur le guide d'onde de lumière comme dans la présente invention, et un effet de réaliser une modulation d'intensité
de lumière sans modulation de phase n'est pas obtenu.
La demande de brevet japonais publiée Hei 2-22630 décrit un élément de commande de distribution de phase de lumière dans lequel la distribution de densité de porteuse engendrée dans le guide d'onde de lumière est commandée pour faire converger ou diverger la lumière Cependant, cette publication ne décrit pas un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière ayant une couche d'absorption de lumière et une couche de correction de phase sur le guide onde de lumière, et un effet d'accomplissement d'une modulation d'intensité de lumière sans modulation de phase
n'est pas obtenu.
Il découle de façon évidente de la description précédente, selon la présente invention, une couche de correction de phase
qui présente un intervalle de bande d'énergie plus large que la couche d'absorption de lumière et n'absorbe pas de la lumière même lorsqu'une tension est appliquée, est prévue au voisinage de la couche d'absorption de lumière, de façon à supprimer le changement de phase dans la couche d'absorption de lumière De ce fait, une lumière modulée en intensité sans modulation de phase est obtenue et un modulateur semi- conducteur d'intensité de phase de haute
performance et d'une haute fiabilité est réalisé.
Selon un procédé de fabrication d'un modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière selon la présente invention, le procédé de fabrication implique un processus de formation d'une couche d'absorption de lumière qui absorbe la lumière en raison de l'effet Franz-Keldysh sur un substrat en In P du type n, un processus de formation d'une couche de correction de phase ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que la couche d'absorption de lumière avec sa face d'incidence en regard de la face de sortie de la couche d'absorption de lumière de façon que la lumière sortant de la couche d'absorption de phase soit directement incidente sur la couche de correction de phase, un processus de réalisation d'une rainure de séparation sur la frontière entre la couche d'absorption de lumière et la couche de correction de phase et de réalisation d'une couche isolante dans celle-ci, un processus de formation d'une électrode du côté p pour la couche d'absorption de lumière et d'une électrode du côté p pour la couche de correction de phase sur la couche en In P du
29 2701574
type p, et un processus de formation d'une électrode du côté
n sur le substrat en In P du type n De ce fait, un modulateur semiconducteur d'intensité de lumière sans modulation de phase et d'une haute performance et d'une fiabilité élevée5 peut être réalisé.
Claims (7)
1 Modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière utilisant l'effet d'absorption de champ électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche d'absorption de lumière ( 2) absorbant la lumière en une quantité selon un champ électrique appliqué à celle-ci; une couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que celle de la couche d'absorption de lumière ( 2) à laquelle un champ électrique est appliqué, indépendamment de l'application à la couche d'absorption de lumière ( 2); et ladite couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) étant disposée dans le chemin de guide d'onde de lumière au voisinage de celui- ci du modulateur semi-conducteur
d'intensité de lumière.
2 Modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) est prévue à l'extrémité frontale ou à l'extrémité arrière de la couche d'absorption de lumière ( 2) dans la direction de propagation de lumière, en étant reliée à la couche d'absorption de
lumière ( 2).
3 Modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) est disposée en
parallèle avec la couche d'absorption de lumière ( 2).
4 Modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) est disposée en
amont ou en aval de la couche d'absorption de lumière ( 2).
Modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) est prévue à
droite ou à gauche de la couche d'absorption de lumière ( 2).
6 Procédé de fabrication d'un modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière utilisant l'effet d'absorption de champ électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: la réalisation par croissance épitaxiale d'une couche ( 2) en In Ga As P non dopée sur la surface entière d'un substrat ( 1) en In P d'un premier type de conductivité et la réalisation d'une attaque chimique en utilisant un masque résiste ( 21) de façon à produire une couche de formation de couche d'absorption de lumière ( 2) d'une longueur prédéterminée dans la direction de propagation de lumière; la réalisation par croissance épitaxiale d'une couche ( 9) en In Ga As P non dopée ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que celle de la couche de formation de couche d'absorption de lumière ( 2), en utilisant un masque résiste ( 21) de façon à produire une couche de formation semi-conductrice de correction de phase ( 9) d'une longueur prédéterminée sur une ligne étendue de la couche de formation de couche d'absorption de lumière ( 2), la couche de formation de couche d'absorption de lumière ( 2) et la couche de formation de couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) étant arrangées en parallèle l'une à l'autre dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière; la réalisation d'une attaque chimique sur la couche de formation de couche d'absorption de lumière ( 2) et la couche de formation semi-conductrice de correction de phase ( 9) pour réaliser une couche d'absorption de lumière ( 2) et une couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) en utilisant un masque résiste en des configurations de bande, de façon à produire une structure dans laquelle la lumière émise par la face d'émission de la couche d'absorption de lumière ( 2) soit successivement incidente sur la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9); l'enlèvement du masque résiste et la réalisation d'une couche ( 3) en In P d'un second type de conductivité, par croissance épitaxiale; la réalisation d'une opération d'attaque sur une portion de la couche ( 3) en In P d'un second type de conductivité à une frontière entre la couche d'absorption de lumière ( 2) et la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) pour réaliser une rainure de séparation ayant une largeur prédéterminée dans la direction de propagation de lumière et s'étendant dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation de lumière sur la portion de frontière entre la couche d'absorption de lumère ( 2) et la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9); le dépôt d'un film isolant ( 10) remplissant la rainure de séparation par pulvérisation cathodique, en utilisant un masque résiste ( 22); la réalisation d'électrode respective ( 4 a, 4 b) pour la couche d'absorption de lumière et la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9), séparément; et la réalisation d'une électrode ( 5) sur le substrat ( 1)
en In P du premier type de conductivité.
7 Procédé pour fabriquer un modulateur semi-conducteur d'intensité de lumière utilisant l'effet d'absorption de champ électrique, caractérisé en ce qu'il implique: la croissance épitaxiale d'une couche ( 9) en In Ga As P non dopée ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que celle d'une couche d'absorption de lumière ( 2) sur la surface entière d'un substrat ( 1) en In P d'un premier type de conductivité et la réalisation d'une attaque chimique sur la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) et en outre sur le substrat ( 1) en In P du premier type de conductivité jusqu'à une profondeur prédéterminée; la réalisation d'une couche isolante (lia, llb) sur le substrat ( 1) en In P du premier type de conductivité avec recouvrement de la couche In P ( 9) par un masque résiste ( 23);
croissance cristalline épitaxiale sur la couche semi-
conductrice de correction de phase ( 9) et la couche isolante (lia, llb) de façon à réaliser une couche ( 3) en In P d'un second type de conductivité; la croissance épitaxiale d'une couche ( 2) en In Ga As P non dopée comme une couche de formation de couche d'absorption de lumière absorbant de la lumière en raison de l'effet Franz-Keldysh en parallèle avec et en amont de la couche semi- conductrice de correction de phase ( 9); la réalisation d'une couche ( 12) en In P d'un premier type de conductivité par croissance épitaxiale; enlèvement de la couche ( 12) en In P d'un premier type de conductivité, de la couche d'absorption de lumière ( 2) et de la couche ( 3) en In P du second type de conductivité, qui sont laminés sur la couche isolante (lia) de façon qu'une extrémité dans la direction de propagation de lumière de la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) chevauche une extrémité du même côté dans la direction de propagation de lumière de la couche d'absorption de lumière ( 2), disposée sur la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9), en utilisant un masque résiste ( 24); l'enlèvement des portions de la couche ( 12) en In P du premier type de conductivité et de la couche d'absorption de lumière ( 2) en utilisant un masque résiste ( 25) de façon que l'autre extrémité dans la direction de propagation de lumière de la couche semi- conductrice de correction de phase ( 9) chevauche l'autre extrémité dans la direction de propagation de lumière de la couche de formation de couche d'absorption de lumière ( 2) placée au-dessus de la couche semi- conductrice de correction de phase ( 9) par l'intermédiaire de la couche ( 3) en In P du second type de conductivité; la réalisation d'une électrode ( 13) sur la couche ( 12) en In P dudit premier type de conductivité; la réalisation d'une électrode ( 4) sur la couche ( 3) en In P du second type de conductivité; et la réalisation d'une électrode ( 5) sur le susbtrat ( 1)
en In P du premier type de conductivité.
8 Procédé de fabrication d'un modulateur semi-
conducteur d'intensité de lumière utilisant l'effet d'absorption de champ électrique, comprenant les opérations: de réaliser par croissance épitaxiale une couche ( 9) en In Ga As P non dopée, fonctionnant comme couche semi-conductrice de correction de phase ayant un intervalle de bande d'énergie plus large que celle d'une couche d'absorption de lumière ( 2) sur la surface entière du substrat ( 1) en In P du premier type de conductivité et de réaliser une attaque chimique pour produire une couche semi-conductrice ( 9) de correction de phase, en employant un masque résiste ( 26); de réaliser par croissance épitaxiale une couche ( 3) en In Ga As P non dopée, fonctionnant comme couche d'absorption de
lumière absorbant de la lumière en raison de l'effet Franz-
Keldysh sur le substrat ( 1) en In P du premier type de conductivité, en employant un masque résiste ( 26); de réaliser une couche isolant ( 16) sur la couche d'absorption de lumière ( 2) et la couche semi- conductrice de correction de phase ( 9); réaliser une attaque chimique sur la couche isolante ( 16) sur la couche d'absorption de lumière ( 2) et la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9); de réaliser une attaque chimique sur la couche isolante ( 16),, la couche de formation de couche d'absorption de
lumière ( 2) et la couche de formation de couche semi-
conductrice de correction de phase ( 9), qui sont réalisées sur le substrat ( 1) en In P du premier type de conductivité, pour réaliser une couche d'absorption de lumière ( 2) et une couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) de largeurs prédéterminées respectives, la couche d'absorption de lumière et la couche semi-conductrice de correction de phase ( 9) étant prévues en parallèle à ou à gauche ou à droite de la couche semi-conductrice de correction de phase ( 2); de réaliser par croissance épitaxiale une couche en In P ( 3 a, 3 b) d'un second type de conductivité, en utilisant un masque résiste ( 27); de réaliser des électrodes ( 4 a, 4 b) pour la couche d'absorption de lumière ( 2) et la couche semi-conductrice de
2701574
correction de phase ( 9) sur la couche ( 3 a, 3 b) en In P du second type de conductivité; et de réaliser une électrode ( 5) sur le substrat ( 1) du
premier type de conductivité.
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