Brevet FR2258724A1 — publié le 19750818

Ta présente invention concerne un dispositif d'émission optique et plus particulièrement, un dispositif fonctionnant dans le spectre des fréquences optiques et-susceptible d'être réalisé sur une petite pastille semi-conductrice. Pour la transmission de grandes quatités d'information, il est avantageux d'utiliser une fréquence porteuse aussi élevée que possible pour obtenir la plus grande largeur de bande possible et par conséquent, le débit de transmission le plus élevé possible. Par conséquent, la transmission des données à grand débit s'effectue le mieux avec des fréquences porteuses situées dans le spectre optique.Des applications importantes comprnnent les liaisons entre calculateurs, -entre un calculateur et des terminaux d'affichage associés installés chez des utilisateurs et par l'intermédiaire de lignes longues, les liaisons de transmission d'informations du type en boucle reliant des terminaux associés avec la possibilité de plusieurs canaux de télévision, la surveillance en temps réel d'une ligne de production sur place ou à distance, les conférences par transmission video et la gestion d'informations dans des ensembles aéronautiques intégrés, les boucles de transmission à bord des navires et les camions de commande militaires. Des informations d'image, par exemple d'images en rayons x et en infra-rouge ainsi que de télévision en temps réel se transmettent facilement.Le besoin croissant d'une meilleure technologie de transmission associée au développement urbain, ctest- à-dire au développement des villes be nouvelles dans lesquelles il y a lieu d'envisager l'équivalent de 30 canaux de télévision dans les deux sens avec chaque logement, peut être satisfait au moyen d'une seule liaison de transmission optique. Les objets et les avantages de l'invention qui sera décrite sont la simplicité aussi bien dans son fonctionnement que dans sa conception et sa fabrication, la compatibilité avec les circuits électroniques intégrés, l'efficacité compte tenu du prix comparé aux systèmes à fréquence porteuse plus basse, le facilité de multiplexage en divisions temporelles, la possibilité de multiplexage en divisions de fréquence, le faible poids, l'utilisation de matériaux peu fragiles, l'insensibilité aux interférences en haute fréquence, à la diaphonie et aux problèmes de mise à la masse et enfin, la grande largeur de bande. I1 est apparu qu un émetteur optique miniaturisé couplé à une ligne de transmission à fibres optiques serait nécessaire. Récemment, des lignes de transmission à fibres optiques offrant le faible niveau de pertes nécessaire de 20 dB/km ont été-développées. ta présente description est consacrée à un émetteur à circuit optique intégré fabriqué sur une pastille de substrat dont les dimensions sont celles d'une petite pièce de monnaie.Les fonctions qui doivent être remplies sont celles-d'une source d'impulsions optiques de longueurs d'ondes différentes à une fréquence de répétition prédéterminée, de circuits de transmission uides d'ondes optique il'un dispositif destiné à moduler par impulsions codées le train d'impulsions optiques, d'un procédé de couplage de plusieurs trains d'impulsions optiques sur un seul guide d'ondes optiques et d'un procédé de couplage entre le guide d'onde superficielle de la pastille et la ligne de transmission à fibres optiques. Des dispositions sont prises pour remplir chacune de ces fonctions. Dans le but de miniaturiser la source de rayonnement cohérent, il est nécessaire de disposer d'un laser superficiel dont la sortie peut être couplée facilement à un guide d'ondes optiques superficiel. A défaut de cette possibilité, il est nécessaire de coupler dans le guide de l'énergie provenant d'une source extérieure. Ce résultat était obtenu antérieurement en utilisant des coupleurs du type à prismes ou à réseaux. Dans le présent dispositif, ces techniques sont mises en oeuvre pour coupler le rayonnement pulsé d'un laser au YAG, au Nd ou d'un autre type, de manière à ppmper optiquement le laser superficiel. Selon l'invention, le laser superficiel constitue plusieurs sources de rayonnement à des longueurs d'ondes différentes ce qui autorise le multiplexage par division de fréquences. Plusieurs types de lasers ont déjà été développés, par exemple au PrC1 et autres, mais aucun d'entre eux ne permet de produire plusieurs fréquences à des longueurs d'ondes désirables. Le laser du type superficiel peut facilement être accordé sur différentes longueurs d'ondes, mais il ne peut ni fonctionner dans la région de 1' infra-rouge qui est la région souhaitable, ni offrir une grande longitivité.Le laser superficiel de l'inventiòn consiste en un laser à semi-conducteurs à pompage optique et/ou électrique, par exemple à l'arséniure de gallium ou autres composés des groupes III-V, ou des mélanges ternaires de substance des groupes III-V. L'intervalle entre la bande de valence et la bande de conduction est réglé par la composition du matériau et un dopage approprié pour obtenir un rayonnement dans la région des longueurs d'ondes de C,) à 1,3 mi- crons.La durée de vie des porteurs de charge est suffisamment courte pour que le laser réagisse en produisant un rayonnement laser à superradiance avec une réaction minimale en réponse au pompage, à partir d'un laser du type YAG:Nd à mode synchronisé ou à cavité amortie. Des régions obtenues par croissance épitaxiale du milieu semi-conducteur laser sont formées sur le substrat~selon des techniques de croissance épitaxiale sélective. Des régions différentes sont constituées de substances de composition et de dopage différents pour produire une variété de laser superficiel avec une émission de plusieurs longueurs d'ondes différentes. Un faisceau optique est guidé dans une structure diélectrique transparente obtenue par dépôt, croissance ou implantation sur une surface plane. La région guide consiste en une bande d'une matière dont l'indice de réfraction est légèrement supérieur, noyée dans un milieu d'indice de réfraction plus bas. Il est souhaitable que l'onde optique se propage dans le mode fondamental d'ordre le plus bas du guide.Il résulte de l'examen des conditions de propagation dans le mode fondamental, des pertes introduites par des courbures du guide d'onde, c'est-à-dire dans les lasers à rayonnement et en couplage de mode, et de la rossibilité de fabriquer les structures selon les prseédfs photo-lithographique sur une pastille de petite dimension, que la région de longueurs d'ondes souhaitables se situe entre 0,5 et f,j microns. Cela impose que la largeur du guide soit de l'ordre de 10 microns et son épaisseur de 0,3 microns et que 1' indice de réfraction ae la substance qui le constitue soit environ 4 0 supérieure à celle de la substance dans laquelle il est noyé. Le rayon de courbure minimal possible est alors de l'ordre de 4 cm avec une condition de définition de bord de l'ordre de G,1 micron. Selon l'invention, ces guides optiques peuvent etre fabriqués en verres au chalcogénure. La fabrication de ces structures reste dans le domaine de le technologie photo-lithographique actuelle. L'utilisé sation d'un verre au chalcogénure est compatible avec les lasers semi-conducteurs superficiels mentionnés ci-dessus et fonctionnant dans la gamme de 0,5 à 1,3 microns. Des analogies optiques peuvent être faitesavec pratiquement tous les procédés de réalisation de coupleurs, de filtres, et autres éléments passtfs à hvper-fréquences. En outre, une structure ae guide d'ondes avec gain peut etre réalisée de lp manière décrite. Le substrat sur une région semi-conductrice déposée épitaxialement avec l'intervalle ae bande correct est formé juste au-dessous du guide d'onde ontique. Cette substance active est ensuite pompée optiquement au moyen a'une source extérieure de manière à produire une inversion de population dans la matière adjacente aU guide d'onde-s optiques. Grâce au champ évanescent développe à partir du guide d'onde optique dans cette matière, 11 onde guidée optiquement est amplifiée. Des atténuateurs peuvent être réalisés selon la même technique. Des modulateurs compatibles avec cette technologie de fabrication sont produits par l'effet acoustico-optique. Au-dessus de la matière dans laquelle la structure de guide d'onde optique est noyée, et dans une région sélective, une substance pizo-électrique telle que ZnO est déposée, et elle est à son tour recouverte d'un réseau de métallisation imbriqué qui convient pour l'injection d'une onde acoustique dans la matière piéso-électrique. i la réalisation est telle que les couches puissent être comparées à une longueur d'onde de l'onde acoustique, l'onde optique est diffractée par l'onde acoustique superficielle.A cet effet, le guide d'onde optique est réalisé de manière que sa largeur soit plusieurs fois supérieure à celle nécessaire pour la propagation en mode simple, avec éventuellement plusieurs orifices de sortie sous des angles corrects pour intercepter l'onde optique diffractée. La réalisation de ces dispositifs sur une pastille de la dimension d'une petite pièce de monnaie permet d'obtenir un émetteur optique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatifs la rig. 1 représente un laser superficiel intégré avec un guide d'onde optique; la Fig. 2 représente une structure de laser superficiel du type mesa; la Fig. 3 montre une orientation de masque çour la croissance de lasers superficiels; la Fig. 4 représente des courbes de dispersion pour nO = 2,8, n1 = 3,6 et n2 = 3'57; la Fig. 5 représente une structure de guide d'onde diélectrique à trois couches; la Fig. 6 représente des courbes de-dispersion pour nO = 1, n1 = 2,61 et n2 = 2,57;; la Fig. 7 représente les courbes d'sEsorption optique des verres au chalcogénure des types TIC 20 et TI it 1173; la Fig. 8a représente l'émission d'un laser émettant à son extrémité; la Fig. 8breprésente l'émission d'un laser à couplage par réseau; la Fig. 9 représente schématiquement un émetteur à circuit optique intégré monolithique; la Fig. 10 représente un laser à injection mesa suivant l'in Invention, avec sa structure de guide d'onde; la Fig. 11 représente des courbes de dispersion dans les modes TE du guide d'ondes n - n de la Fig. 10; la Fig. 12 représente un réacteur à phase vapeur pour la croissance de (Ga, In) sous forme d'alliages épitaxiaux;; la Fig. 13 illustre l'effet de la composition (Ga, As) sur la vitesse de croissance relative selon les plans 111 A et, 111 B; la Fig. 14 est une projection stéréographique 110 de la géométrie mésa en losange; les Fig. 15a, 15b et 15c représentent des géométries possibles de guides d'ondes optiques limités à trois dimensions, à savoir à canaux noyés, à canaux surélevés, et à bandes superposées, le guidage optique s'effectuant dans les régions ombrées; la Fig. 16a représente des balayages- du champ proche, montrant le guidage d'onde optique 91,15 micron dans une couche épitaxiale Ga, In) de sept microns sur un substrat d'arséniure de gallium; la Fig. 16b est un appareil destiné à effectuer les balayages. Un mode de réalisation selon l'invention d'une source optique intégrée monolithique avec un guide d'onde sera d'abord décrit en regard des Fig. t à 8b. Il s'agit de réaliser un laser superficiel à pompage optique et à croissance-épitasiale dont le rayonnement est couplé par une structure périodique intégrée dans un guide d'onde optique plan. La Fig. 1 représente schématiquement un tel dispositif qui comprend un disnositif de ommeqe à laser 10 et un dispositif laser il cco,orenant un suds-- trat 12, un masque d'oxyde 15, un mésa au Ga, As 14 et une couche laser active 15, tandis que le guide d'onde optique 16 comprend un substrat 17, un réseau 18 et des couches en verre au chalcogénure de types TI N 20 et TI N 1173, respectivement. Le rayonnement laser peut être produit dans la couche active 15 de InxGa1 xAs développée par croissance au-dessus d'un mésa 14 d'arséniure de gallium.Cette solution assure une réaction avec le milieu d'émission laser-par les bords à facettes du mésa, le guidage d'ondes dans le milieu actif 15 par l'indice de réfraction plus élevé de InxGa1 xAs et un pompage approprié par la transparence de l'arséniure de gallium au rayonnement dans l'intervalle de bande due InxGa1-xAs. te guide d'onde plan 16 peut être fabriqué à partir des couches pulvérisées 20 et 21 à haute fréquence de verres au chalcogénure. Ces substances possèdent des indices de réfraction appropriés qui sont compatibles avec les semi-conducteurs des groupes III-V, introduisent des pertes faibles dans les gammes des longueurs d'ondes proposées et sont facilement pulvérisées pour former des pellicules de haute qualité.Le couplage entre le laser superficiel 11 et le guide d'onde 16 peut être effectué au moyen d'une structure de réseau 18 réalisée dans la surface de la couche active 18. La technique de réalisation de cette structure de réseau à savoir une exposition interférométrique- sur une couche de réserve photographique permet de modifier la périodicité du réseau et par conséquent ses paramètres de couplage de manière à obtenir des résultats optimaux. En raison de la solution à deux substrats adoptée dans ce cas, le travail expérimental nécessaire pour réaliser le dispositif de la Fig. 1 peut-être séparé composant par composant. Initialement, les paramètres d'absorption, les seuils d'émission laser, la structure de mode laser, la longueur d'onde, etc.. du laser épitaxial superficiel peuvent être étudiés en détail au moyen d'un laser macroscopique extérieur comme source de pompage optique. Les longueurs d'ondes d'émission laser et la structure de mode en particulier peuvent être caractérisées dans le contexte des théories existantes de ces structures laser par comparaison avec les modes du guide d'onde plan pôur son adaptation. Lorsque des structures d'émission laser optimales ont été déterminées, des lasers à injection appropriés peuvent être substitués comme source de pompage.Les guides d'onde optique plans peuvent également être etudiés initialement comme des structures séparées. La structure de mode, les caractéristiques de dispersion, les constantes de propagation, etc.. peuvent être mesurées en utilisant. des sources laser extérieuresy des prismes, des réseaux et autres techniques appropriées. D'une manière similaire, des structures optimales en ce qui concerne la composition du verre et l'épaisseur des pellicules peuvent être déterminées de manière que 1' adaptation de mode aux lasers superficiels soit maximale. Des coupleurs à réseau peuvent être réalisés tant sur les structures de laser que sur le guide d'onde, non seulement pour l'étude des réseaux eux-mêmes, mais pour faciliter les mesures sur le laser et le guide. Le laser superficiel doit remplir plusieurs fonctions en plus de l'émission laser: (1) il doit absorber avec un bon rendement le rayonnement de pompage; t2) il doit constituer une cavité optique pour confiner le rayonnement laser produit; et (3) il doit transmettre le rayonnement laser vers le guide d'onde. Le laser superficiel représenté sur la Fig. I est du type mésa développé par croissance à travers le masque d'oxyde 13 sur le substrat 12 d'arséniure de gallium La région active 15 sur le dessus est en alliage de gallium, d'indium et d'arsenic. Une petite quantité seulement d'indium (quelque pour cents) est nécessaire pqur décaler l'intervalle de bande au-dessous de celui de l'arséniure de gallium afin. de confiner le rayonnement laser produit et d'absorber le rayonnement de pompage. La composition de cet alliage est voisine de Ga0,95In0,05As. Un certain nombre de procédés épitaxiaux à phases vapeur et liquide peuvent être choisis pour la-croissance du mésa hétéroépitaxial. Les procédés en phase liquide ne conviennent généralement pas à ce type de croissance car deux substances différentes sont nécessaires et les dimensions proposées du msa ne peuvent pas être -facilement déterminées.Le meilleur procédé de préparation du mésa est un procédé en phase vapeur qui utilise du gallium, un alliage de gallium et d'inium, de acide chlorhydrique et de de l'arsine, dans un excès d'hydrogène. Seron ce procédé arséniure de gallium pleut etre obtenu par croissance, suivi pae une croissance d'alliages ternaires indium dans l'arsénieure de gallium. Les tau de croissance sont sulfisamment faibles pour que ces pellicelles minces puissent être prépardes d'une manière déterminée et reproductible. Ainsi que cela était mentionné précédemment, ces pellicules hétéro-épitaxiales peuvent être développées à travers des masques d'oxyde. Cette technique permet la formation unique d'une cavité optique avec des faces opposées parallèles sans qu'il soit nécessaire de cliver ces surfaces La géométrie exacte des trous dans le masque est critique dans cette application car les cotés du dépôt doivent être parallèles entre eux et perpendiculaire au substrat. Pour obtenir cette géométrie, un masque en forme de losange est utilisé (voir Fig. 3). L'orientation du masque par rapport au substrat apparaît sur la Fig. 3. Une photographie au microscope électronique à balayage du bord du mésa montre que la face t 11î croît perpendi- culairement au substrat d'arséniure de gallium {110} . D'autres orientations qui donnent cette configuration à facettes, peuvent également être considérées. La croissance à facettes n'a pas encore été démontrée pour des alliages GaInAs, mais une petite quantité seulement d'indium est nécessaire pour ces alliages, de sorte que l'on peut s'attendre à ne rencontrer aucune difficulté majeure. Les autres défauts de structure dus à la différence de composition devraient également être réduits au minimum a cause de la petite quantité d'indium nécessaire. Ainsi que cela est souhaité pour des performances effectives, une émission laser dans un seul mode optique ou quelques modes seulement d'ordre inférieur peuvent être obtenus dans le laser superficiel. La Fig. 4 représente des courbes de dispersion du milieu passif pour les modes de propagation utilisés dans le laser superficiel. te laser épitaxial superficiel est en contact avec une pellicule de verre au chalcogénure; par conséquent, les courbes ont été calculées pour une couche multi-diélectrique n1, n2, n7 où n1 = indice du verre au chalcogénure, n2 = indice de GaInAs et n3 = indice de GaAs. Comme le montre la Fig. 4, une propagation à un seul mode peut être obtenu avec A /d c 1,5. te dopage de la couche de GaInAs est réglé pour un seuil minimal d'émission laser. Deux points sont importants pour obtenir ce résultat: le procédé de recombinaison radiative employé, et la perte optique la plus faible dépendant de la qualité de la pellicule et également, la longueur d'onde d'émission radiative par rapport au bord de la bande. Enfin, bien que cela ne semble pas nécessaire, la pellicule épitaxiale peut être regrattée jusqu'à l'arséniure de gal lium pour former une mince couche de GaAs, en produisant une couche d'émission laser enterrée qui élimine les effets de recombinaison superficielle. Il y a lieu de coupler le rayonnement laser dans un guide d'onde optique plan. te problème de la fabrication plus complexe d'une structure monolithique complète est evité et le rayonnement est couplé à un guide d'onde optique fabriqué sur un substrat séparé. Cette solution permet une caractérisation plus complète des performances en fonction de paramètres réglables et autorise l'optimisation séparée de l'unité. Par conséquent, il y a lieu d'examiner la nature des solutions des équations de Maxwell pour-la structure trois couches de la Fig. 5. Les couches ont des dimensions infinies dans les directions Y et Z et les constantes diélectriques sont nO, n1 et n2. Les ehamps sont supposés ne pas varier dans la direction Y et sont supposés varier en fonction du.temps et de la distance le long de l'axe Z comme l'exponentielle i ( w t -4z). les équations de Maxwell conduisent à deux types de solutions: l'une dans laquelle les composantes non nulles du champ seulement sont Ey, H et H non nuls (ondes TE) et i z une autre avec seulement Hy, Ex et E z non nuls, (ondes TM). Il existe deux types de solutions: (1) des ondes guidées confinées à la première. couche et décroissant de façon exponentielle avec la distance à partir de la première couche, avec des constantes de décroissance # et &alpha; , et (2) des ondes non guidées ne présentant pas ce confinement. Les ondes non guidées sont importantes pour la considsseration des coupleurs et des mécanismes de pertes, mais les ondes guidées présentent plus d'intérêt dans le cas présent. Les ondes guidées TE dansles trois régions possèdent des champs avec une dépendance de x. EyO&alpha; exp - 8(x-d), x > d/2 Ey1&alpha; cos(hx+#), -d/2 Ey2&alpha; exp&alpha;(x+d/2,x # sont les constantes de structure de mode. Les autres composantes de champ sont obtenues par différenciation de E par rapport à z et x.L'équation d'onde et les conditions de limite aux deux interfaces permettent d'obtenir les relations ci-après #-#+n0k0 =0 -k-#+n1k0 =0 x-#+n2k0 =0 #/k = tg (kd/2 + -&alpha;/k = = tg (kd/2 + où k0 = 2 #/#0 Des équations similaires sont valables pour des ondes TN. Pour des ondes guidées, avec n1 > nO, n2 .# A 0 est la longueur d'onde dans le vide. Un moyen commode de présenter les solutions discrétes de ces équations consiste en une courbe de k0/# = v/c en fonction de d/;\0. Guette courbe est représentée sur la Fig. 7 pour le cas de nO = 1, n1 = 2,61 et n2 = 2,57.Ceci correspond à une pellicule de verre au chalcogénure TI N 1173 sur un substrat de verre TI N 20 dans l'air. tes modes guidés existent dans la région limitée en haut de la figure par v/c = (2,57)-1 et en bas par v/c = (2,61) 1. Quand l'épaisseur de la pellicule augmente, le nombre des modes guidés que la pellicule peut supporter augmente également. Les modes apparaissent par paires. Dans l'ordre croissant de d/ 0, les modes sont TE0 et TM0, TE1 et TM1, etc.. De nombreux verres-conviennent comme guides-d'ondes dans le proche infra-rouge. Il y a lieu d'utiliser des verres au chalcogénure d'indice élevé. La Fig. 7 montre les courbes d'absorption de ces verres dans la région spectrale considérée. Ces courbes ont été mesurées avec un spectromètre d'absorption, et normalisées pour passer par les points à 1,064 #m, 1,12 #m et 1,36 pm où des données calorimétriques précises ont été obtenues avec une source laser YAG : Nd. Ces données sont représentées sur le Tableau I. Un verre à As S 23 convient également avec un indice légèrement inférieur et une meilleure transmission aux longueurs d'ondes plus courtes. Ces verres possèdent d'excellentes propriétés acoustico-optiques qui sont importantes ensuite pour les fonctions de modulation, de déflexion et de commutation. TABLEAU I Indice de réfraction et pertes par absorption (dB/cm) des verres TI N 20 et TI N 1173 X(ym) 1,064 1,12 1,358 n (20) 2,583 2,574 2,551 n (1173) 2,707 2,688 2,662 &alpha;(20) Q,4 0,4 0,3 &alpha;(1173) 0,3 0,2 0,07 Il s'est avéré que ces verres peuvent être appliqués facilement en couches minces selon le procédé de pulvérisation à haute fréquance. Les propriétés optiques de la pellicule ne diffèrent que légèrement de celles de la matière en masse. Par exemple, l'indice du verre TI NO 1173 en masse est 2,69 et en couche mince il est égal à 2,61 à 1,15 microns. Les structures de laser et de guide selon l'invention autorisent un procédé simple de couplage à émission par l'extrémité ou par section conique. te laser est surélevé par rapport à son substrat sur un support ou mésa; pour le couplage d'extrémité, le guide doit être élevé à la hauteur correcte. Dans le cas d'un dispositif monolithique complet, la structure du laser est masquée pendant la pulvérisation à haute fréquence de la matière du substrat du guide et pendant la pulvérisation suivante de la matière du guide. Mais l'interface entre le bord du laser et le guide d'onde est difficile à définir. Autrement dit, un joint serré entre le mésa et le substrat du guide sans aucun intervalle ou chevauchement entre le substrat sur le mésa et le laser est très difficile à obtenir selon les procédés de pulvérisation à haute fréquence. Par conséquent, un autre procédé de couplage par champ évanescent entre le laser et le guide d'onde a été recherché. Pour que ce couplage se fasse, la vitesse de phase du guide et celle du rayonnement laser doivent être adaptées. Du fait que le laser lui-même consiste en une structure diélectrique composée de couches, il assure une propagation guidée de son propre rayonnement. Un autre élément de structure entre le laser et le-guide est nécessaire pour transformer la vitesse de phase du laser en celle du guide. Une structure de réseau intercalée entre la face du laser et celle du guide peut effectuer cette translation de vitesse. La Fig. 2 montre la structure proposée utilisant un réseau.Ce réseau peut être produit de différentes manières, dont la plus simple consiste à former un réseau dans une couche de réserve photographique sur le laser et de transférer ensuite par bombardement ionique la structure du réseau dans la structure du laser. Gela permet une détermination préci se des dimensions, de la position et de la forme des rainures du réseau. Après l'usinage, la couche deréserve photographique est enlevée de la surface du laser. La structure du laser est ensuite retournée, et la facette supérieure plane du cristal unique est collée sur le guide d'ondes. Ce collage peut s'effectuer de différentes ma nières. Puisque les deux surfaces sont planes à mieux qu'une longueur d'onde de la lumière, une mise en contact optique est possible.D'autres possibilités sont le collage sous pression; un recuit dans le voisinage de la basse température de fusion du verre TI NO 1173 pendant l'application de la pression; ou l'utilisation d'une colle optique de faible viscosité, c'est-à-dire d'une couche de colle dont l'épaisseur est petite comparée à l'épaisseur du guide et à celle du laser. Ce dernier procédé de collage permet de séparer à nouveau le laser du guide en dissolvant la colle. En résumé, la structure de laser et de guide d'onde selon l'in- vention offre une souplesse très grande et présente un grand nombre d'avantages sur le plane la réalisation et des recherches, en plus de son fonctionnement à la température ambiante. Le laser et le guide d'onde sont réalisés séparément; par conséquent, leurs propriétés peuvent être déterminées avant leur assemblage. Ceci constitue un avantage d'abord par le fait que des matières très différentes peuvent être utilisées pour le laser et le guide d'onde, de sorte que le laser peut être adapté à la source de pompage ou fonctionner à la longueur d'onde voulue tandis que les matières du guide d'onde peuvent être choisies pour leurs faibles pertes ou autres propriétés souhaitables telles oue la compatibilité avec un modulateur. Ensuite, plusieurs lasers identiques peuvent être réalisés simultanément, de manière qu'une erreur initiale dans l'adaptation des vitesses de phase puissent être corrigée sur les dispositifs suivants fabriqués à partir du même lot. Enfin, pendant les phases initiales de l'étude, le pompage par laser à injection peut être remplacé par des lasers lu puissant et un pompage par injection du laser superficiel peut être étudié en parallèle avec d'autres travaux, tels que l'optimisa- tion de la longueur et de ia structure du réseau. Les conditions du pas du réseau sont déterminées à partir de la formule du réseau qui est dérivée d'arguments d'optique géométrique. En particulier, la formule usuelle ci-après s'applique entre deux milieux dont les index sont n1 et n2 nt sin #1- n2 sin O2 = s Àd (1) où #1, 2 sont les angles d'incidence et de diffraction mesurés par rapport à la perpendiculaire, A est la longueur d'onde dans le vide, d est le pas du réseau et s = ±1, +2 ... est l'ordre de diffraction. t'inverse de la vitesse de phase d'un guide d'onde dans une structure en couches est = v masse sin # (2) où c est la vitesse de la lumière dans le vide; (c/v)masse = n est l'indice de réfraction dans la masse de la pellicule de guidage; et Q est l'angle pour lequel les ondes planes se propagent après réfle xion interne totale pour former le mode guidé. La combinaison de ces deux formules donne la relation simple ci-après entre les vitesses de phase et le réseau c, =c +s# peul. - v laser La formule du réseau (1) est réversible, encre que les rayons incidents et diffractés peuvent être intervertis sans que cela ne nécessite de changement des paramètres de l'adaptation. Par conséquent, non seulement un réseau permet de coupler le rayonnement dans le guide mais couple également un rayonnement sortant du guide. Pour obtenir un couplage net dans le guide, le réseau doit se terminer brusquement et doit avoir la longueur correcte. Des conditions courantes du pas du réseau sont de l'ordre de d = 1 micron et sont faciles à respecter. Cette condition de d est obtenue à partir de l'équation (3). Un exemple d'une structure complète est donné ci-après. Dans le cas d'un pompage laser à l'injection à 9000 #, il faut déterminer les paramètres du reste de la structure. Les paramètres du laser superficiel Ga1 -x In As sont calculés d' abord. Peu de choses sont connues sur l'indice et le coefficient d' absorption de ce composé ternaire; mais il est connu nue la matière sur un substrat peut être pompée optiquement et produire une emis- sion~laser à la température ambiante. Les indices de GaAs et InAs sont très voisins l'-un de l'autre et pour la faible concentration en indium, le composé ternaire sera traité comme si son indice et son absorption se comportaient comme dans l'arséniure de gallium près de l'intervalle de bande.Pour obtenir une longueur d'absorption de 5 microns, le bord de la bande de Ga1-x Inx As doit être-décalé de 200 A par rapport au rayonnement de pompage, selon les tables du coefficient d'absorption de l'arséniure de gallium. D'après la courbe de l'énergie dans l'intervalle de bande en fonction de la composition de Ga1x InxAs cela se produit pour une concentration de 4,5 % en indium. L'indice de réfraction du composé ternaire au bord de sa bande est 3,603, c'est-à-dire le même que GaAs au bord de sa bande. O L'indice de GaAs à 3200 A est 3,569. La troisième couche de la structure-de laser à trois couches qui assure le guidage est en verre TI N 1173, comme le montre la Fig. 1. Son indice est 2,8. Les vitesses de phase inverses du laser (c/v)laser se situent entre 3,603 et 3,569, soit une plage de 1% autour de c/v =3,6. Les courbes de dispersion pour les différents modes sont représentées sur la Fig.4. La guide d'onde réalisé en verre TI 1ss 1173 délimité par de-l'air et par du verre TI N 20 présente une valeur (c/v)pell. dans la plage de 2,65 à 2,7 et les courbes de dispersion de mode sont similaires à celles de la Fig. 6. L'équation (3) est alors satisfaite avec une valeur de SeVd "' -0,8 de sorte qu'avec s = -1, on obtient d = 1,15 microns. Une diffraction du premier ordre avec un pas de réseau facile à obtenir est nécessaire. Un réseau d'amplitude sinusoîdale ou un réseau de phase peut être utilisé. Du fait que le guide en pellicules comporte de l'air comme troisième couche, le réseau doit se trouver au bord du laser à couches minces; sinon, la troisième couche du guide est formée de GaInAs. Une certaine erreur de dérive est prévue, en ce que la longueur 0 d'ande à l'émission se produit dans une bande de 100 A; c'est-à-dire que la valeur de > /d est étalée d'environ t %. Un élargissement supplémentaire pourrait être obtenu avec un pas variable ou un pas multiple des éléments de réseau, au prix du rendement ae la diffraction. Le réseau utilisé dans le cas présent est un hologramme d'une surface plane d'une certaine orientation. Une variation de 1 % de d peut êtreobtenue en réalisant un hologramme sur une surface cylindrique ou une surface plane vibrante.L'annulation de la configuration de reseau dans la pellicule de réserve photographique se produit pour des réseaux plus longs que 50 microns, ce qui est beaucoup plus long que nécessaire. Des conditions optimales sont déterminées pour produire des coupleurs à réseau sur des surfaces de verre au chalcogénure, de verre aux oxydes, de silicium et d'arséniure de gallium. Un revêtement d'une substance de rÉserve photographique positive Shipley AZ 1350 diluée dans une quantité égale de diluant Shipley est étalée sur la surface en rotation à 3000 tours par minu- O te. Cela produit une couche de réserve d'une épaisseur de 1500 A. Cette substance est expose à deux faisceaux lumineux collimatés concourant produit par le même laser aux ions d'argon. Des mesures photo-électriques faites sur chaque faisceau facilitent l'alignement optique et assurent que les intensités des faisceaux sont adaptées. Seule une petite partie centrale de chaque faisceau gaussien est utilisée pour exposer la couche de réserve photographique. Les faisceaux concourants faisant avec la surface revêtue de la réserve photographique des angles 1 et Q2 qui sont généralement égaux, produisent des franges d'interférences séparées par i cos Qî + cos 92 1 Ravaleur de À est 4880 A. Le temps d'exposition dépend du substrat utilisé et varie de 3 à 10 minutes. Une légère surexposition produit un réseau constitué par des raies de substance de réserve photographique de section transversale rectangulaire séparées par des bandes de substrat mis à nu après le développement de la réserve. Il s'est avéré que les temps d'exposition et de développement sont très critiques pour produire de bons réseaux. Un nettoyage soigneux du substrat avant l'application de la réserve photographique est également essentiel. Des configurations de réseau ont été taillées dans le substrat à l'aide d'une machine d'usinage à bombardement ionique dans laquelle un flux d'ions argon frappe le surface à usiner. ta réserve photographique est attaquée plus lentement que le substrat. Par exemple, les vitesses d'usinage pour ls réserve photogrnphique et l'arséniure de gallium ont été mesurées respectivement à C,06 microns par mine et 0,12 microns par minute dans les conditions décrites. La périodicité du réseau dans ce cos est C,64 microns. Pour résumer, le dispositif final représenté sur la Fig. 1 sera examiné à nouveau Le rayonnement de pompage d'une longueur d'onde o d'environ 9000 A provient d'un laser standard à injection 10 à l'arséniure de gallium, traverse le substrat 12 et il est absorbé par la couche 15 de GaInAs d'une épaisseur de quelques microns qui forme la structure active d'émission laser à couche mince. Cette couche est donc excitée optiquement et assure une réaction par réflexion sur les surfaces à facettes devenues parallèles par croissance de la structure mésa et elle émet un rayonnement cohérent dans la région o de 9100 à 12000 A de manière à établir la caractéristique depuis- sance en circulation d'un résonateur laser à pellicule guidé.Nais le confinement transversal de cette puissance en circulation ne se produit pas selon le comportement en mode normal classique des cavités optiques, mais plutôt par des propriétés de guidage d'onde diélectrique apportées par l'indice de réfraction plus élevé de la couche d'émission laser à GaInAs. Le prélèvement de cette émission laser en circulation s'effectue par le coupleur à réseau qui est fabriqué directement dans la couche d'émission laser selon des procédés de réserve photographique et de bombardement d'ions. te rayonnement qui est couplé par le réseau se trouve ensuite de lui-même confiné par la structure de guide d'onde diélectrique à trois couches de manière à se propager dans la couche de verre au chalcogénure à indice plus élevé et à mode unique.Ainsi, une structure intégrée en couches minces d'un laser-coupleur-guide d'ondes est obtenue. tes émissions laser des structures de laser mésa superficielles peuvent être observées et mises en corrélation par deux procédés expérimentaux différents. Tout d'abord, et comme le montre la Fig. 8a, les lasers superficiels qui viennent d'être fabriqués peuvent être pompés optiquement et émettre un rayonnement laser avant la fabrication du réseau. A ce moment, la simple sortie "par l'extrémité" par les extrémités en facettes peut être observée et mesurée en ce qui concerne la longueur d'onde, la distrlbution en intensité en fonction de l'angle et autres paramètres associés. Ensuite, après la fabrication du réseau, la sortie du laser peut être couple par ce réseau dans des plaques de verre au chalcogénure comme le montre la Fig 8b.Les mesures de la sortie par l r extrémité" avec les bases théoriques qui seront décrites par la suite, et la simple application de la loi de Snell permettent à ces observations de conduire à une compréhension rainble des caractéristiques de structure de mode et de dispersion de la structure de laser. En outre, ces mesures conduisent à optimiser la longueur du réseau et sa périodicité. Un mode de réalisation d'un laser-guide d'onde à injection électrique intégré selon l'invention sera maintenant décrit en regard des Fig. 9 à 16b. tes possibilités offertes par les télécommunications optiques résident dans le traitement rapide de grandes quantités d'informations avec des circuitsoptiques intégrés qui émettent des informations par des fibres optiques. Pour obtenir ces -possibilités, il est nécessaire de développer une technologie sure et économique pour produire les fibres ainsi que les émetteurs et les récepteurs en circuit optique intégré. Des fibres optiques dont les pertes de transmission sont très faibles (2dB/km) ont été décrites récemment et des photo-détecteurs efficaces qui peuvent très bien être couplés à des fibres optiques sont disponibles dans le commerce. En outre, la détection non cohérente semble convenir aux futurs circuits optiques intégrés et il n'y a pas lieu de compter sur de grandes différences par rapport aux techniques aetuelles de réalisation des détecteurs. Ainsi, les technologies de base des fibres optiques et des photo-détecteurs semblent bien connues. La situation est tout à fait différente en ce qui concerne les dispositifs émetteurs. tes diodes électroluminescentes se couplent mal avec les fibres optiques et leurs temps de réponse sont trop longs pour permettre une transmission de données à des vitesses élevées ( . 100 PEIz). Des lasers à semi-conducteurs discrets peuvent être modulés directement et plus rapidement, et ils peuvent être réalisés de manière que leur couplage à des fibres optiques soit plus efficace; mais cette technique en pastille unique interdit 1' introduction des fonctions de traitement nécessaires, par exemple le multiplexage, la modulation et la commutation, sur la même pastille. Ainsi, les problèmes techniques les plus critiques se rencontrent dans le domaine du développem,ent des émetteurs.Pour développer des émetteurs en circuits optiques intégrés sûrs et peu coûteux qui répondent à toutes les conditions de fonctions des circuits, une technologie de fabrication monolithique similaire à celle déjà mise en oeuv-re pour réaliser des circuits intégrés au silicium doit être utilisée. la Fig. 9 représente un circuit optique intégré 30 qui comprend notamment un substrat en arséniure de gallium 31, un laser d'injection sunerficiel 32,un guide d'onde 33, un modulateur electro-ontique 34 ,un circuit opticue,, 35 présentant des branches 36 et 37, une portion de quide d'onde distincte 40 et un commutateur acoustico-optique 41. Ce circuit qui remplit les fonctions de base nécessaires pour un émetteur de données à débit -élévé. Le laser à injection superficiel fournit un rayonnement à un guide d'onde limité dans les trois dimensions.La modulation et la commutation du rayonnement ont lieu dans les structures de guide d'ondes et sont commandées séparément. L'ensemble de l'émetteur constitue un bloc fonctionnel en une seule pastille, dont chaque composant est compatible avec la fabrication peu coûteuse. des circuits intégrés. Les matériaux choisispour le développement d'un tel émetteur sont les alliages semi-conducteurs des groupes III-V (Ga, In)As et (GaAl) As. Les propriétés de ces semi-conducteurspermettent en principe de remplir chacune des fonctions de base comprises dans le dispositif de la Fig. 9: l'émission optique cohérente, le couplage -optique passif, le guidage d'onde optique, la modulation électrooptique et la modulation acoustico-optique. La longeur d'onde d' émission du laser superficiel peut être adaptée pour correspondre aux régions de faibles pertes des fibres optiques, en modifiant la composition des alliages. L'invention a pour objet de développer un laser à injection électrique à semi-conducteur localisé sur la surface d'une pastille. Ce laser consiste en un composant à jonction PN avec un pouvoir réflecteur de "miroir" offert par les facettes cristallines d'un mésa produit par croissance en phase vapeur sur un substrat épitaxial à travers un masque d'oxyde. L'émetteur optique intégré décrit ci-dessus comporte trois élé- ments essentiels: une ou plusieurs sources laser à injection, des guides d'ondes limités et des modulateurs/commutateurs. Chaque composant doit êtr développé à son tour. Il est clair que la source à laser superficiel est le plus critique des trois éléments et-demande le plus d'attention. ta seconde priorité revient au développement de guides d'onde limitée convenables auxquels la sortie du laser peut être couplée. Du fait qu'un laser à injection superficiel peut être modulé directement, le dévelop-pement d'un modulateur à guide d'ondes séparé présente une moindre importance. Il s'agit particulièrement d'un laser superficiel (Ga,In)As GnAs pompé optiquement. Ce composant consiste en une structure mésa obtenue par croissance en phase vapeur avec des couches composites de guidage d'onde et un réseau de phase qui couple la sortie du laser à un guide d'onde en verre au chalcogénure déposé sur un substrat séparé. te concept de base de la structure laser mésa à semiconducteur est étendu au dispositif pompé optiquement qui impose un pompage laser extérieur à un composant à jonction PN pompé optiquement, excité par son propre courant d'injection interne. Le laser à injection est réalisé de manière que sa sortie soit couplée à un guide d'onde épitaxial sous-jacent sur le même substrat. Ainsi, cela permet d'obtenir une simple source cohérente réellement intégrée, couplée à un guide d'onde limité intégré dans le substrat. ta nouvelle structure de l'intégration du laser à injection à semi-conducteur est décrite en détail ci-après. La structure 50 selon l'invention, illustrée schématiquement par la Fig. 50, fonctionne de la manière suivante. ta jonction PN formée sur le mésa d'alliage 52 (Ga,In)As est réalisée de manière à émettre un rayonnement laser par injection de porteurs de charge minoritaires (électrons) à travers la jonction. Une réaction optique est assurée par les faces à facettes parallèles et opposées du mésa. La sortie du laser est couplée à un guide d'onde au GaAs sous-jacent 57 par couplage à champ évanescent, le guide d'onde étant monté sur un substrat 56.Puisque l'arséniure de gallium présente un plus grand intervalle de bande d' énergié que le mésa (Ga, Incas, le guide d'onde sous-jacent offre une transparence nominale (perte de l'ordre de 1 dB/cm) à l'émission du laser mésa. Le confinement en trois dimensions du rayonnement dans le guide d'onde est obtenu au moyen d'une structure de reeouvre- ment décrite ci-après. Le composant de la Fig. 1Q peut être caractérisé optiquement de la manière suivante. En dehors du mésa, la couche épitaxiale au GaAs 57 (n#1016 cm-3) forme de guidage d'onde au-dessus 18 -3 du substrat fortement dopé 56 (n 1016 cm3). Le confinement opti- que a lieu par le fait que l'indice de réfraction de la couche épitaxiale est dans un rapport rJ 10 avec indice du substrat.Ainsi que le montrent les courbes de dispersion du mode TE de la Fig. 11, le confinement a lieu pour des épaisseurs de guide d'onde d ; 1,6 # Du fait que À St micron, un seul mode de propagation TEo a lieu pour 1 > 6 microns 4 d 4 4,8 microns. Près du mésa, ls situation est plus compliquée. Il existe deux guides d'onde optiques (dont l'un est la région de jonction optiquement active du mésa) couplés par une couche tampon d'indice inférieur, comme l'indique le profil d' indice à la partie droite de la Fig. 10.Le couplage évanescent entre ces deux guides d'onde (regions d'indices élevés) se produit par le champ de fuite à travers la couche tampon (n 1017 cm-3) à la base du mésa. Watts a calculé le couplage pour une structure similaire impliquant un laser à injection à circuit optique intégré avec une discontinuité d'indice de l'ordre de 1O2 Un couplage raisonnablement efficace est obtenu avec une couche tampon d'une épaisseur de l'ordre de 1 micron Pour le laser à simple jonction PN de la Fig. 10, le profil d'indice près de la jonction ne représente pas la fonction à gradins idéale et le rayonnement optique n' est pas aussi bien confiné.Il est donc avantageux afin d'obtenir un couplage plus efficace de prévoir des couches tampon plus épaisses (plusieurs microns). Ces dimensions sont faciles à obtenir selon la technologie de croissance épitaxiale en phase vapeur. Sur la Fig. 10 on voit que le mésa est composé d'une couche N 54 et d'une couche P 55. On voit également un masque de croissance en SiC2 53 et un masque de diffusion en Si N 60 et des contacts en xy alliage d'or 61 et 62. te dispositif de la Fig. 10 est fabriqué selon les techniques de croissance épitaxiale en phase vapeur, du type à conversion par diffusion et/ou par implantation d'ions et masquage photo-lithographique. Tout d'abord, une couche épitaxiale uniforme (guide d'onde) d'arséniure de gallium est formée sur un substrat fortement dopé La plaquette semi-conductrice est ensuite recouverte d'une couche de SiO2 dans laquelle des trous sont gravés pour la croissance du mésa. Un mésa du type N est alors formé à travers les trous du masque. Un masque de diffusion de Si N est ensuite déposé sur le mésa formé. xy la diffusion ou l'implantation de Zn à travers les trous sur les sommets du mésa convertit la couche superficielle en type P et forme la jonction PN. Après la formation de la jonction, un contact métallique est formé par alliage sur le sommet du mésa et sur le substrat. Le soudage sur un support et la fixation des conducteurs terminent le dispositif. L'exécutation correcte- de ces phases de fabrication imp-ose plusieurs développements spécifiques qui doivent être étudiés individuellement, puis combinés pour obtenir le résultat final. Ces développements comprennent - la croissance de l'arséniure de gallium, puis des mésas en alliage (Ga,In)As, avec des bonnes facettes pour la réaction optique; - - le développement de techniques de diffusion ou d'implantation pour la formation de jonctions dans l'arséniure de gallium du type N et dans les mésas du type (Ga,In)As; - la préparation d'un guide d'onde en GaAs du type N à faible densité de porteurs de charge sur un substrat du type N fortement dopé (procédé déjà appliqué par la Demanderesse), la croissance de mésas (Ga,In)As sur des substrats GaAs épitaxiaux;; - le contrôle de la profondeur de diffusion et/ou de l'épais- seur de la couche tampon pour un couplage correct entre le mésa et le guide-d'onde; - le développement de procédés d'établissement de contacts ohmiques avec les petites structures mésa. Un nouveau réacteur à double source a été réalisé dans le cadre de l'invention (Fig. 12). Dans ce réacteur, des sources séparées de gallium et d'indium métalliques sont exposées à des mélanges HCl/H2. Les chlorures volatils formés par la réaction de HCi avec In et Ga sont mélangés avec de la vapeur d'arsénic formée par la décomposition de AsHf constituant un gaz d'entrée séparé. Les chlorures volatils et la vapeur d'arsénic passent ensuite sur un substrat d' arsé- niure de gallium tes conditions de circulation et de température sont réglées de manière que des couches épitaxiales se déposent sur le substrat d'arséniure de gallium. Ce réacteur à circulation à tube ouvert a été utilisé pour former par croissance des alliages brusques (Ga,In)As hétéro-épitaxiaux avec des contenus en InAs pouvant aller jusqu'à 20 %. Les couches d'alliage sont du type N avec une densité en porteurs de charge de l'ordre de 1016 cm-3. Ce réacteur comporte un four 70 à trois zones de chauffage 70a,70b et 70c, colportant un tube de réaction allongé 71. Dans la Première zone 70a débouchent deux canalisationS 74 et 75 véhiculant un mélange HCL.Hçou H2 seuls.Cette zone 70a cam- porte une source de gallium 72 et une source d'indium 73. Une canalisation 77 véhiculqnt le même gaz que les canalisations 74 et 75 débouche dans la zone intermédiaire 70b dans laquelle aboutit égale ment une canalisation 78 véhiculant tSH3 mélangé à H2 ou He seuls. La troisième zone comporte le substrat 76. Le réacteur comporte éga- lement une sortie 80 et une entrée 79 de 112 ou de Be pres de cette sortie. En plus de sa souplesse, ce réacteur présente deux caractéristiques supplémentaires. Tout d'abord, une alimentation supplémentaire en ISCl/H2 empêche le dépôt à des températures supérieures à celle du substrat. Cette caractéristique assure un meilleur contrôle de la composition pendant -le dépôt. Ensuite, il est possible de commander indépendamment le-rapport In/Ga dans la phase gazeuse. Cette caractéristique permet de régler la composition descouehes de manière à réduire au minimum les effets de désadaptation des réseaux cristallins du substrat d'arséniure de gallium et des alliages (Ga,InJAs. En outre, l'utilisation de sources séparées du groupe III simplifie les changements de compositions pendant la croissance hétéro-épitaxiale. Mais une caractéristique probablement plus importante que celles mentionnées ci-dessus est la facilité de déterminer la composition de la phase gazeuse pour le contrôle de la croissance mésa à facettes de GaAs et (Ga,In),As. La détermination du rapport des groupes III/V dans la phase gazeuse permet d'égaliser les vitesses de croissance des plans (111) de polarités opposées. Cet effet est illustré sur la Fig. 13 pour la couche épitaxiale GaAs. La combinaison de cet effet avec des -orientations appropriées du substrat conduit à la croissance de facettes mésa planes et parallèles. La relation exacte entre les plans {111} sur un substrat {110} est illustrée par la projection stéréographique de la Fig. 14. La projection est circonscrite par un losange dont les côtés sont les plans {111}.Cette structure en losange ou des variantes de cette dernière, gravées dans une couche de bioxyde de silicium sur un substrat de GaAs {110} sert de base pour la croissance du mésa de GaAS et (Ga,In)As. -Un changement dans un rapport de-deux dans la composition détruit l'axe de rotation double des mésas formés. Cet effet a également été observé dans les alliages (Ga,In)As, mais non de façon aussi importante que dans la croissane des mésas au GaAs. Le point le plus important est le réalisation d'un laser mésa semi-conducteur à Injection. A cet effet, les procédas de diffusion de Zn et/ou d'implantation d'ions, sont appliqués aux mésas GaAs. Ces procédés comprennent le masquage et la photo-lithogravure pour dcfinir une zone diffuse au-dessus du mésa. Le nitrure de silicium (déposé par plasma à haute fréquence) constitue un bon masque imperméable au zinc pour les diffusions en vase clos. Presque par définition, un circuit optique integre doit incorporer des guides d'onde optiques à trois dimensions qui peuvent être disposés selon une configuration limitée pour la modulation, la commutation et le multiplexage. Mais la plupart des études antérieures de guides d'onde optiques ont eonduit rades guides d'onde en couches minces à deux dimensions qui ne permettent pas le guidage du rayonnement imposé par les différentes fonctions du circuit.Trois types de guides d'onde limités sont proposés Pour la définition du circuit dans des couches épitaxialès semi-conductrices, comme le montre la Fig. 15 : (a) le canal noyé formé par bombardement de protons, par implantation d'ions ou par diffusion; (b) le guide d'onde én nervure ou à canal surélevé formé par attaque chimique ou attaque par usinage par bombardement ionique; et (c) le guide d'onde à recouvrement diélectrique. Des rapports préliminaires concernant les guides d'onde noyés et à canal surélevé dans des couches épitaxiales des groupes III-V sont apparus dans la littérature. Bien qu'ils semblent convenirà des circuits optiques intégrés; ils imposent des bords réguliers et bien définis pour une propagation à faible pertes. En ce qulLconcer- ne le guide d'onde à recouvrement diélectriques, la propagation et le confinement sont assurés dans la couche à deux dimensions et les restrictions sur la définition des bords sont plus souples.De plus, les impératifs sur la qualité optique et la limitation de la bande (recouverte) sont réduits au minimum. le guidage d'onde dans des structures de recouvrement épitaxial semi-conductrice n'a pas été observé. Les recherches faites dans le cadre de l'invention ont établi que le guidage d'onde à faible perte (environ 1dB/cm) se produit dans des couches épitaxiales simples et multiples de haute qualité de GaAs et (Ga,In)As, et qu'un guidage limité à faible perte ( & dB/cm) se produit dans des couches pulvérisées de verre TI N 1173 de qualité optique recouvertes d'une configuration d'une réserve photographique.L'évidence du confinement optique à 1,15 microns dans une couche épitaxiale de (GaIn)As d'une épaisseur de 7 microns formée en phase vapeur sur un substrat de GaAs apparaît sur la Fig. 16a. Une augmentation brusque et considérable de l'intensité émise est observée lorsque le faisceau laser 92 (Fig. 16b) du laser d'entrée est concentré sur. la couche épitaxiale 91 formée sur un substrat 90. L'appareil de balayage de guide d'onde utilisé pour ces mesures est représenté sur la Fig. 16b. Un miroir vibrant 99 balaie une image agrandie de la sortie du guide d'onde à travers une fente étroite 94, en produisant le profil d'intensité visualisé sur un écran d'oscilloscope 95, par l'intermédiaire d'un phototube 96. Les mesures d'intensité ont montré que l'affaiblissement introduit par le guide d'onde limité n'est pratiquement pas supérieur à celui de la couche à deux dimensions. Dans cette mesure, on utilise également un moniteur TV et un tube vidicon 97 à infra-rouge. la description qui précède concerne deux éléments de base de l'émetteur optique intégré, à savoir la source de laser à injection et le guide d'onde optique limité. Un troisième élément qui est nécessaire dans l'émetteur est un modulateur. Bien que la source laser puisse être modulée directement par des variations du courant d'injection, des dispositifs de la seconde génération imposent des possibilités de modulation sépare pour augmenter au maximum la largeur de bande et la souplesse (par exemple pour le multiplexage). les effets electro-optiques et acoustico-optiques peuvent convenir pour la modulation de faisceaux optiques dans des guides d'onde optiques limités des groupes III-V. Revendications 1 - Laser superficiel, comprenant un substrat semi-conducteur et une région laser superficielle active de matière-semi-conductrice disposée au-dessus dudit substrat et dans laquelle un rayonnement laser est produit en réponse à l'émission d'un rayonnement laser à travers ledit substrat, laser caractérisé en ce que ledit substrat consiste en une matière semi-conductrice du groupe comprenant les composés semi-conducteurs des groupes III-V et des compositions semi-conductrices ternaires des groupes III-V mélangées, une couche isolante disposée sur une surface dudit substrat et comportant une ouverture alignée avec un trajet de rayonnement laser qui doit traverser ledit substrat, un mésa de matière semi-conductrice du groupe comprenant les c-omposés semi-conducteurs des groupes III-V et des compositions semi-conductrices ternaires des groupes III-V mélangées, formé sur ledit substrat dans l'ouverture de ladite couche isolante, ladite région laser superficielle active s'étendant sur le sommet dudit mésa où le rayonnement laser est produit en réponse à l'émis- sion du rayonnement laser à travers ledit substrat et ledit mésa dans une direction orientée vers cette région. 2 - Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est en arséniure de gallium et ledit mésa est en arsénière de gallium formé par croissance épitaxiale. 3 - Laser selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite région de laser superficielle active qui s'étend sur le sommet dudit mésa consiste en une couche épitaxiale de composition sèmi-conductrice ternaire des groupes III-V mélangée recouvrant le sommet dudit mésa. 4 - Laser selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche de laser superficielle active est en InxGal As formé par croissance épitaxiale. 5 - Laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche laser superficielle active épitaxiale est en Go, 95 In0,05As. 6 - Laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit mésa consiste en une structure hétéroépitaxiale comprenant des surfaces latérales planes à facettes, perpen diculaires à la surface dudit substrat sur laquelle ledit mésa est formé et qui sont disposées en deux paires de surfaces latérales parallèles améliorant le confinement du rayonnement laser qui s'y propage, à l'intérieur des limites dudit mésa. 7 - Structure semi-conductrice monolithique comprenant un laser superficiel destiné à recevoir un rayonnement laser d'une source appropriée, ledit laser comprenant un substrat semi-conducteur et une région de laser superficielle active de matière semi-conductrice disposée au-dessus dudit substrat et dans lequelle-un rayonnement laser est produit en réponse à l'émission d'un rayonnement laser à travers ledit substrat, structure caractérisée en ce que ledit substrat est fait d'une matière semi-conductrice du groupe comprenant les composés semi-conducteurs ces groupes III-V et des compositions semi-conductrices ternaires des groupes III-V mélangées, une couche isolante disposée sur une surface dudit substrat et comportant une ouverture alignée avec un trajet de rayonnement laser qui-doit traverser ledit substrat, un mésa de matière semi-conductrice du groupe comprenant lea composés semi-conducteurs des groupes III-V et des compositions semi-conductrices ternaires des groupes III-V mélangées formé sur ledit substrat dans l'ouverture de ladite couche isolante, ladite région de laser superficielle active s'étendant sur le dessus dudit mésa tandis qu'un rayonnement laser y est produit en réponse à l'émission d'un rayonnement laser à travers ledit substrat et-ledit mésa, dans une direction orientée vers ladite région, la structure comportant en outre un guide d'onde optique juxtaposé sur ladite région de laser superficielle active et un dispositif de couplage optique entre ladite région de laser superficielle active et ledit guide d'onde optique pour former un couplage par champ évanescent entre eux, et pour adapter la vitesse de phase du rayonnement laser produit dans ladite région de laser superficielle active à celle dudit guide d'onde optique de manière-à transmettre le rayonnement laser dans ledit guide d'onde optique. 8 - Structure semi-conductrice monolithique selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit dispositif de couplage optique entre ladite région de laser superficielle active et ledit guide d' onde optique consiste en une structure de réseau formée dans la surface de ladite région de laser superficielle active, juxtaposée sur ledit guide d'onde optique. 9 - Structure semi-conductrice monolithique selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite région de laser superficielle active consiste en une couche d'une composition semi-conductrice ternaire des groupes III-V mélangée disposée au-dessus dudit mésa et s'étendant sur toute sa surface, ladite structure de réseau comprenant plusieurs rainures formées dans la surface supérieure de ladite couche de laser superficielle active qui est reliée audit guide d' onde optique par ladite structure de réseau, en contact optique avec elle. 10 - Structure semi-conductrice monolithique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite couche de laser superficielle active est collée sur ledit guide d'onde optique. Il - Structure semi-conductrice monolithique selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que ledit mésa consiste en une structure hétéro-épitaxiale comportant des surfaces latérales planes à facettes, perpendiculaires à la surface dudit substrat sur lequel ledit mésa est formé et qui sont disposées en deux paires de surfaces latérales parallèles améliorant le confinement du rayonnement laser qui se propage dans les limites dudit mésa. 12 - Structure semi-conductrice monolithique comprenant un substrat semi-conducteur, un mésa de matière semi-conductrice formé sur ledit substrat semi-conducteur, ledit mésa comprenant une première région inférieure de matière semi-conductrice d'un premier type de conductibilité et une seconde région supérieure de matière semiconductrice d'un second type de conductibilité disposée au-dessus de ladite première région de matière semi-conductrice de manière à former avec elle une jonction Pm, structure caractérisée en ce que redit substrat est fait d'une matière semi-conductrice du groupe comprenant les composés semi-conducteurs des groupes III-V et des compositions semi-conductrices ternaires des groupes 111-V mélangées, une couche épitaxiale de matière semi-conductrice déposée sur ledit substrat et ayant ledit premier type de conductibilité, une couche isolante disposée sur ladite couche épitaxiale et comportant une ouverture qui communique avec ladite couche épitaxiale, ledit mésa étant fait d'une matière semi-conductrice du groupe comprenant les composés semi-conducteurs des groupes Il I-V et des compositions semiconductrices ternaires des groupes 111-V mélangées, et étant formé sur ladite couche épitaxiale dudit substrat et s'étendant dans l'ou- verture de ladite couche isolsnte, ladite première région inférieure de matière semi-conduc.trice dudit premier type de conductibilité dudit mésa étant en contact avec ladite couche épitaxiale, des contacts électriques étant prévus respectivement au-dessus dudit mésa, contre ladite seconde région de matière semi-conductrice du second type de conductibilité et contre la surface dudit substrat à distance de ladite couche épitaxiale, ledit contact au-dessus dudit mésa pouvant être connécté à une source d'alimentation électrique et ladite jonction Pm formée dans ledit mésa réagissant l'injection de porteurs de charge minoritaires produits par l'excitation de la sodr- ce d'alimentation électrique en produisant une émission de rayonnement laser. 13 - Guide d'onde optique comprenant un substrat, une première couche transmettant la lumière disposée sur une surface dudit substrat, une seconde couche transmettant la lumière disposée sur ladite première couche transmettant la lumière, l'indice de réfraction de ladite seconde couche transmettant la lumière étant supérieur à l'indice de réfraction de ladite première couche transmettant la lumière, guide d'onde optique caractérisé en ce que lesdites première et se conde couches transmettant la lumière sont faites de matières dont les indices de réfraction sont compatibles avec une matière semiconductrice du groupe comprenant les composés semi-conducteurs des groupes V et des compositions semi-conductrices ternaires des groupes III-V mélangées. 14 - Guide d'onde optique selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdites première et seconde couches transmettant la lumière sont faites de verre au chalcogénure.