Brevet FR2621401A1 — publié le 19890407

ELEMENT DE COMMUTATION OPTIOUE INCLUANT DEUX GUIDES DE LUMIERE PARALLELES ET MATRICE DE COMMUTATION CONSTITUEE DE TELS ELE- MENTS L'invention concerne un élément de commutation op- tique incluant deux guides de lumière, dont les parois en re- gard sont séparées par une faible distance d dite distance de couplage et sont parallèles sur une longueur D dite longueur de couplage, ces guides de lumière étant constitués chacun d'un ruban linéaire respectivement Gii et Hii en un maté- riau semiconducteur d'un premier indice de réfraction n1 réa- lisé sur un substrat semiconducteur en un matériau d'un second indice de réfraction inférieur no, les dimensions de ces guides étant telles qu'ils transportent chacun une onde mono- mode, et la commutation de la lumière d'un guide à l'autre étant déclenchée par l'effet de potentiels ou de courants auxquels sont portés des systèmes d'électrodes Eii et M, ap- pliqués sur les guides. L'invention concerne en outre une matrice de com- mutation optique formée d'un nombre n x m de ces éléments de commutation. L'invention concerne enfin un procédé de réalisa- tion de l'élément de commutation et de la matrice. L'invention trouve son application dans la commu- tation de signaux optiques transportés par fibres optiques, par exemple dans le domaine des télécommunications, domaine dans lequel la commutation entre de nombreuses fibres optiques doit être rendue possible pour éviter de devoir convertir les signaux optiques transportés par les fibres en signaux élec- triques lors de la commutation entre les différents abonnés. Un élément optique apte à former une matrice de commutation, tel que défini dans le préambule, est connu de la publication intitulée: Double heterostructure GaAs-AlxGalxAs Rib Waveguide Directional Coupler Switchn 262 1401 2- par J. Brandon, A. Carenco and alii dans 'Second European Conference on Integrated Optics", 17-18 octobre 1983 à Florence, Italie. Ce document décrit un élément de commutation formé de deux guides de lumière constitués chacun par un ruban d'ar- séniure de gallium (GaAs). Ces rubans sont parallèles et réa- lisés côte à côte en surface d'une couche d'arséniure de gallium et d'aluminium (GaAlAs) qui sert de couche de confi- nement de la lumière dans les guides vis-à-vis du substrat plan en arséniure de gallium (GaAs). Une autre couche d'arsé- niure de gallium et d'aluminium (GaAlAs) couvre chacun des ru- bans formant les guides. Ceux-ci sont d'autre part réalisés en relief sur le substrat par gravure d'une couche de départ. Des électrodes de type Schottky sont enfin réalisées en surface de chacun des guides, tandis que la face opposée du substrat est munie d'une couche formant un contact ohmique. Les guides transportent chacune une onde monomode et, du fait de la petite distance qui les sépare latéralement, une polarisation appliquée sur l'un ou l'autre des guides per- met de changer le couplage des deux guides monomodes, assurant ainsi la commutation souhaitée. Mais la longueur de couplage, c'est-à-dire la lon- gueur nécessaire pour que la lumière passe d'un guide dans l'autre, dépend d'une part de la distance de couplage, c'est- à-dire la distance qui sépare latéralement les guides et d'au- tre part de la structure des guides. La structure des guides connue du document cité est du type "ruban externe". Or le couplage entre deux tels guides est faible et donc la longueur de couplage est grande, typiquement 5 à 8 mm. De telles distances sont beaucoup trop importantes pour s'appliquer à la réalisation de matrices de commutation intégrées. En effet, une matrice va comporter un nombre n de tels éléments de couplage disposés en cascade dans la direc- tion longitudinale des guides, ce qui va conduire à des sur- faces rédhibitoires pour l'intégration. - 3 - D'autre part, pour réaliser une telle matrice de commutation, il est nécessaire de dévier périodiquement le chemin optique d'une des ondes. Ceci peut être obtenu en réu- nissant l'un des guides d'un élément à l'un des guides d'un autre élément au moyen d'un tronçon de guide courbe, comme il est montré dans la publication intitulée 'New directional cou- pler for integrated optics' par F. Auracher et H.H. Witte dans Journal of applied physics", Vol.45, n 11l, novembre 1974, pp.4997 à 4999. Mais pour présenter de faibles pertes, le guide courbe doit avoir un grand rayon de courbure, typique- ment une dizaine de mm pour maintenir les pertes en deçà de 1db, lors d'un changement de direction de 90 . La surface occupée par la matrice est d'autant plus importante et moins appropriée à l'intégration. Ce dernier document cité propose de pallier cer- tains inconvénients d'un tel élément de commutation en réali- sation les guides au moyen de couches superposées. Mais il ap- paraît à l'usage que les masques nécessaires pour l'alignement d'un guide sur l'autre doivent être réalisés avec une préci- sion tellement grande que le rendement de fabrication devient trop faible pour une application rentable aux circuits inté- grés. Ce document propose aussi une structure dans laquelle deux guides de lumière sont disposés côte à côte, séparés d'une distance suffisamment grande pour éviter un couplage spontané, et sont couverts d'une couche pour réaliser un troi- sième guide de lumière formé à cheval sur les deux premiers, séparé de ceux-ci par une couche diélectrique. Ce document enseigne que dans ces conditions le couplage est amélioré. Mais outre l'inconvénient dû à l'alignement des guides super- posés cité plus haut, le problème est encore compliqué du fait que cette structure fait intervenir trois guides de lumière. De plus, il n'est pas montré d'autres dispositifs qu'un élé- ment discret, ni enseigné comment réaliser une matrice de com- mutation complète. Or, le concepteur de circuits sait combien il est difficile de passer de la réalisation d'un élément dis- cret à la réalisation d'un circuit complexe. 26 2 140 1 -4- Enfin, il est connu de la demande de brevet euro- péen EP-A-0209190 d'appliquer un miroir à l'un des guides pour dévier le faisceau lumineux. Mais la structure décrite est formée de deux guides superposés, structure qu'il est essen- tiel d'éviter pour les raisons décrites plus haut, et d'autre part la réalisation d'un miroir sur le guide supérieur par le moyen d'une gravure comporte des étapes de masquage très déli- cates, dans le but d'éviter la gravure du guide inférieur, qui rendent la réalisation de cet ensemble relativement diffi- cile. Par conséquent le rendement de fabrication d'un tel dis- positif serait faible. Or dans le domaine envisagé de l'application aux télécommunications, la demande est pour des circuits électro- optiques toujours plus performants, toujours plus miniaturi- sés, et toujours moins coûteux, c'est-à-dire d'une réalisation aisée avec un bon rendement de fabrication. La présente invention permet de résoudre ces pro- blèmes à l'aide d'un élément de commutation tel que défini dans le préambule, caractérisé en ce que: - le premier guide Gii, dit guide principal, est relié par une de ses extrémités à l'entrée de l'élément de commutation, et par son autre extrémité à une sortie directe de l'élément de commutation, - le second guide Hii, dit guide secondaire, est muni dans une région située au-delà de la zone des élec- trodes Eii, d'un miroir Mii constitué par une face laté- rale plane formée à 45" de l'axe optique de ce guide, - le guide secondaire Hii est relié à un tronçon de guide dit guide secondaire H'ii placé à 90" de l'axe optique de Hii, pour recevoir la lumière réfléchie par le miroir Mii, - le guide secondaire H'ii est couplé par une distance d à un guide principal transverse G'ii paral- lèle à Hii, croisant le guide principal Gii, et relié par son extrémité opposée à Gii à une sortie transverse de l'élément de commutation, 262140 1 -5- - le guide secondaire H'ii et le guide prin- cipal transverse G'ii sont munis de systèmes d'électrodes E'ii pour l'application de potentiels ou de courants, permettant la commutation de la lumière de l'un à l'autre de ces guides; - les guides et le substrat sont couverts d'une couche planaire de matériau semiconducteur d'un troi- sième indice de réfraction n2 inférieur à celui des guides, sur la face supérieure plane de laquelle sont mis en oeuvre les systèmes d'électrodes Eii et E'ii, et qui comporte une ouverture Qii dégageant les structures des guides jusqu'au substrat autour du miroir Mii. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description suivante illustrée par les figures annexées dont: - la figure 1 qui montre schématiquement l'élément de commutation selon l'invention en perspective; - la figure 2 qui montre schématiquement vue du dessus une matrice de commutation formée de 4 x 4 éléments de commutation selon l'invention; - l'ensemble des figures 3a à 32 qui illustre un procédé de réalisation d'un élément de commutation selon l'in- vention; - l'ensemble des figures 4a à 4f qui illustre un procédé de réalisation d'une variante de l'élément de commuta- tion selon l'invention; - l'ensemble des figures 5a et 5b qui illustre un procédé de réalisation de photodétecteurs appliqués aux sor- ties des guides de la matrice de commutation selon l'inven- tion; - les figures 6a et 6b qui montrent le trajet des faisceaux dans un élément de commutation selon l'invention. Tel que représenté sur la figure 1, l'élément de commutation selon l'invention comprend, formés sur un substrat monocristallin orienté 1, de faible indice de réfraction no, deux rubans de matériaux semiconducteurs G21 et H21 d'indice de réfraction supérieur nl > no. -6- Ces rubans présentent, sur la figure 1, une sec- tion rectangulaire. Ils sont linéaires, et séparés par une distance d dite distance de couplage. Ils sont parallèles sur une distance D parallèle à leur axe optique, dite longueur de couplage. Ces rubans sont noyés dans une couche 2 de faible indice n2 Le guide G21 se poursuit sur toute la dimension de l'élément représenté sur la figure 1, et débouche dans le guide G22. Il croise à angle droit au point 21, un guide G'21 de structure identique aux guides G21 et H21. Le guide H21 au contraire est muni d'un miroir M21 dont la surface est perpendiculaire au plan du substrat 1, et placée à 45 de l'axe optique de ce guide H21. Ce miroir ren- voie l'onde venant du guide H21 vers un guide H'21 de même structure et perpendiculaire à ce dernier. Les guides H'21 et G'21 sont disposés parallè- lement l'un à l'autre, séparés par la distance d de couplage et sur une longueur D définie précédemment. La couche 2 de planarisation montre une fenêtre Q21 découvrant la zone 21 d'intersection des guides G21, G'21, et la région du miroir M21.appliquée au guide H21. Les dimensions de la fenêtre Q21 sont petites de- vant la longueur de couplage D, ce qui n'apparaît pas sur la figure 1, laquelle est une représentation schématique de la structure selon l'invention et non pas une représentation se- lon une échelle donnée. L'élément de commutation selon l'invention com- porte encore un premier système de quatre électrodes dont les positions en surplomb des guides G21 et H21 sont repérées par E21. Ce système est formé de deux plots disposés en surplomb du guide G21 parallèlement à son axe, séparés l'un de l'autre d'une petite distance pour éviter les courtscircuits, et de deux plots identiques disposés en surplomb du guide H21. Ces électrodes sont formées en surface de la couche planaire 2 et -7- un procédé pour leur réalisation sera décrit en détail ulté- rieurement. On notera que le fonctionnement de ces électrodes peut être obtenu par l'application de potentiels ou bien de courants. On peut ainsi moduler le signal soit par la création d'un champ électrique résultant en un effet électrooptique ou en une désertion de porteurs, soit par l'injection de por- teurs. L'élément de commutation selon l'invention comporte enfin un second système de quatre électrodes, identique au premier système, formé en surplomb des guides G'21 et H'21, et dont la position est repérée par E'21. Une matrice de commutation formée de 4 x 4 de ces éléments est représentée schématiquement vue du dessus sur la figure 2. Cette matrice est obtenue en plaçant en cascade, sur un substrat 1, 4x4 structures telles que représentées sur la figure 1. Cette matrice peut fonctionner de la façon sui- vante: un signal lumineux 0 est par exemple injecté à l'en- trée IN1 de la matrice dans le guide G11. Par l'action d'un potentiel ou d'un courant approprié appliqué sur le système d'électrodes Ell, le faisceau lumineux peut: - soit être maintenu dans Gll sans passer dans Hl par couplage spontané dû à la distance de couplage d (voir figure 6a); soit passer entièrement dans H1 (voir figure 6b). Dans ce dernier cas, le faisceau est réfléchi dans le guide H'11 au moyen du miroir M11 et un potentiel ou un courant approprié est appliqué sur le système d'électrodes E'11 pour faire passer le faisceau du guide H'11 dans le guide G'11. Les guides Gii et G'ii sont dits 'guides princi- paux'. Le guide principal G'11 qui se prolonge par les guides G'21,..., G'41, conduit le faisceau qui peut être recueilli sur la sortie O1 (voir figure 2). - 8 - Au contraire, si le faisceau a été maintenu dans le guide principal G11, il peut ensuite être conduit soit sur la sortie directe I'1, soit sur l'une des sorties transverses 02,... 04 en jouant sur les potentiels appliqués aux électrodes E12,... E14. Une matrice de commutation peut être formée de nxn éléments selon l'invention. Elle comprend alors n entrées IN1,... IN4,....INn telles, qu'un signal lumineux injecté sur l'une d'elles, par exemple INi, peut être soit commuté vers l'une des sorties des guides principaux transverses 01,...04,...0n, soit dirigé vers la sortie du guide princi- pal direct I'i. Une telle matrice peut aussi comporter lxn éléments selon l'invention, ou bien encore nxm de ces élé- ments, selon l'application envisagée. La structure de l'élément de commutation selon l'invention permet la mise en oeuvre d'un procédé de réalisa- tion particulièrement avantageux. Selon l'invention, ce procédé comprend au moins les étapes suivantes illustrées par les différentes figures 3: a/ formation d'un substrat 1 monocristallin, pré- sentant une face plane orientée selon un plan cristallogra- phique, ce substrat étant réalisé en un matériau binaire AIII BV choisi pour présenter un faible indice de réfrac- tion no pour une longueur d'onde donnée À d'utilisation du dispositif, et de type de conductivité n+ pour permettre l'ac- tivation électrique du dispositif (voir figure 3a). b/ Formation pour constituer les guides, en sur- face du substrat 1, d'une couche épitaxiale 3 plane en un ma- tériau par exemple quaternaire (AIIIXIII, BVYV) choi- sis pour présenter un indice de réfraction nl > no à la lon- gueur d'onde A, et de type de conductivité n- (voir figure 3b). c/ Gravure, par exemple par la méthode de gravure ionique réactive (RIE), de la couche quaternaire 3, jusqu'à 26214 0 1 -9- produire une gravure du substrat 1 sur une profondeur e' n'excédant pas 0,5 pm, par exemple sur une profondeur de 0,1 à 0,5 pm (voir figure 3c). Cette gravure est effectuée selon un masque MK1, représenté vu du dessus sur la figure 3d, qui per- met de conserver après gravure en relief sur le substrat: - les rubans qui forment les guides principaux di- rects Gii et transverses G'ii; - les rubans qui forment les guides secondaires Hii et H'ii, et qui permet de former les miroirs Mii. La gravure RIE présente l'avantage d'obtenir des flancs de gravure perpendiculaires au plan des surfaces à gra- ver (voir figure 3c), ce qui est important pour la réalisation des miroirs Mii. Par le procédé selon l'invention les guides de lu- mière et les miroirs sont formés en une seule étape et avec un seul masque, par une technologie dite autoalignée. Les indices relatifs du substrat et des guides sont choisis pour obtenir le confinement de la lumière dans les guides. Mais surtout la composition des couches respecti- vement quaternaires et binaires permet d'obtenir le guidage; d/ Réalisation, par croissance épitaxiale d'une couche 2, d'un matériau binaire (AIii, BV) d'indice faible n2, tel que n2 gure 3e). Le but de cette étape est d'obtenir un dispositif planaire. La croissance épitaxiale sera donc réalisée à cet effet soit en phase vapeur, soit en phase liquide, mais dans des conditions de croissance telles qu'en surface des guides la couche soit planaire. l'épaisseur de couche de planarisa- tion 2 au-dessus des guides est e'. On a vu précédemment que le dispositif conforme à la publication de A. Carenco, étant du type à rubans externes, présentait un faible coefficient de couplage et donc nécessi- tait une grande longueur de couplage. - 10 - Selon l'invention, au contraire, les guides sont noyés dans la couche 2 de planarisation d'indice légèrement' différent. Dans ces conditions le coefficient de couplage est alors environ 4 fois supérieur au coefficient de couplage ob- tenu dans le dispositif connu de l'état de la technique. La longueur de couplage D est donc fortement diminuée. Le dispo- sitif selon l'invention est miniaturisé et ses dimensions sont appropriées à former un dispositif intégré. De plus, les matériaux AIii, Bv employés, et les techniques de croissance épitaxiale et de gravure RIE uti- lisées sont en parfaite synergie avec la réalisation de cir- cuits intégrés annexes au dispositif électro-optique selon l'invention. Il est en outre important de noter que, durant la croissance épitaxiale de la couche de planarisation 2, des ré- gions Qii approximativement carrées et correspondant aux ré- gions d'intersection des guides principaux Gii, G'ii, et aux régions des miroirs Mii, sont masquées par un masque MK2 afin d'être préservé de la couche 2. En effet, les miroirs Mii ne peuvent être à ré- flexion totale que si le milieu externe au guide, à l'emplace- ment de ces miroirs, est l'air, ce qui est obtenu par le moyen des ouverture Qii de la couche 2 (la figure 3e montre les guides en coupe et la figure 3f montre le masque MK2 vu du dessus). On choisira de façon avantageuse de réaliser les guides d'épaisseur e = lum et de largeur w À 2pm (voir figure 3e) séparés par une distance d t 1, 5pm et de réaliser la couche de planarisation 2 d'épaisseur e' au-dessus des guides de environ 1pm. On notera que la couche de planarisation 2 apporte un autre avantage qui est de réduire les pertes dans les guides. En effet, du fait que les parois longitudinales et su- périeures des guides sont obtenues par gravure, elles peuvent présenter un aspect rugueux qui entraînerait, si l'air était le milieu extérieur, des pertes importantes par diffusion. - 11 - Du fait que les guides sont enterrés dans un mi- lieu d'indice n2 relativement proche de celui nl des guides, ces pertes sont d'autant plus petites que la différence nl-n2 est petite. Cet effet est différent de celui du confinement qui provoque le guidage dans le milieu d'indice nl, selon le- quel une faible différence d'indice nl-n2 suffit à assurer ce guidage. D'autre part, une faible différence d'indice est également nécessaire pour assurer le fonctionnement monomode. Il y aura certes cependant des pertes dans les guides au niveau des ouvertures Qii dans la couche 2. Mais ces ouvertures sont prévues de faibles dimensions, favorable- ment D' x D' = 10pm x 10pm au maximum, afin de limiter ces pertes. D'autre part, afin de limiter les pertes, il peut être prévu d'agrandir la largeur w des guides Hii et H'ii dans la région des ouvertures Qii par des décrochements 14 et 15, comme il est montré par exemple sur la figure 4f. En effet, l'onde A qui se propage dans le guide enterré a la forme qui est montrée sur la figure 3j alors que l'onde A qui se propage dans le guide surmonté d'air a la forme montrée sur la figure 3k. C'est pourquoi l'élargissement du guide par les décroche- ments 14 et 15 permet de diminuer les pertes, comme montré en coupe sur la figure 32. Enfin la couche 2 de planarisation présente encore l'avantage d'offrir une surface supérieure particulièrement appropriée à la réalisation des électrodes en surplomb des guides. e) Réalisation, pour former les systèmes d'électrodes Eii et E'ii, de zones 4 de type de conducti- vité p+, dans la couche de planarisation 2 en surplomb des guides, par exemple par implantation ionique (voir figure 3h). On formera ainsi 2 régions F1 et F2 en surplomb des guides Gii, et 2 régions F3 et F% en surplomb des guides Hii. L'implantation ionique est faite en une seule opération à travers les ouvertures d'un masque MK3 tel que représenté par exemple sur la figure 3g. Les régions de type P+ peuvent 26 2 1401 - 12 - aussi être réalisées par diffusion d'ions. La longueur de cou- plage D est seulement légèrement inférieure au mm, alors que la dimension D' de l'ouverture Qii est de l'ordre de 10pm comme on l'a dit précédemment; f) Réalisation, pour continuer la formation des systèmes d'électrodes Eii et E'ii de couches métalliques 5 en surface des zones (4) de conductivité p+ par tout moyen connu de l'état de la technique pour réaliser un contact * ohmique, par exemple au moyen d'une multicouche de titane-pla- tine-or (Ti-Pt-Au) (voir figure 3i). La mise en place du masque MK3 ne pose pas de pro- blème de définition pour deux raisons. La première raison est que la structure est planaire. Les procédés photolithographi- ques sont donc d'une mise en oeuvre facile. La seconde raison est que, bien que les guides ne soient plus visibles au moment de la mise en place du masque MK3, ce dernier sera centré, et les ouvertures seront alignées, en se servant des positions des ouvertures Qii comme repères. Ceci constitue un avantage supplémentaire dû à la structure du dispositif selon l'inven- tion. Il faut encore noter que la gravure RIE réalisée lors de l'étape c/ et qui s'effectue jusque dans le substrat résultant en un petit creusement de ce substrat sur une pro- fondeur e", apporte des avantages au dispositif selon l'inven- tion. Tout d'abord, il est plus aisé de graver légèrement le substrat que d'arrêter la gravure réellement exactement au ni- veau de la surface supérieure du substrat. Cette façon de pro- céder constitue donc une facilité technologique. Mais de plus, ce petit creusement du substrat permet d'augmenter l'interac- tion entre le champ électrique et le champ optique pour maxi- miser l'effet électrooptique dans le dispositif selon l'inven- tion. Les guides de lumière se trouvent ainsi mieux isolés, comme le montre la figure 3h en coupe o sont représentés les lignes de champ électrique H. - 13 - Dans une variante du dispositif selon l'invention, le substrat n'est plus de type de conductivité n+. Il est semi-isolant. Cette variante est avantageuse dans le cas o l'on désire associer à la matrice de commutation, et réaliser sur le même substrat, des circuits électroniques intégrés, tels que des détecteurs, amplificateurs, etc, incluant des diodes ou des transistors à effet de champ. Dans ce cas, les étapes a/, b/, c/ du procédé de réalisation décrit précédemment sont remplacées par la suite d'étapes illustrées par les figures 4: a'/ Formation d'un substrat 10 monocristallin, présentant une face plane orientée selon un plan cristallo- graphique, réalisé en un matériau binaire AI,, Bv choisi pour présenter un faible indice de réfraction n'O pour une longueur d'onde A, et semi-isolant (voir figure 4a). b'1/ Formation en surface du substrat 10 d'une couche épitaxiale 1' plane du matériau AIII BV du type de conductivité n+. L'épaisseur de cette couche sera favorable- ment 0,5 pm. L'indice de réfraction de cette couche sera choisi faible n'o no pour la longueur d'onde À (voir figure 4b). b'2/ Formation en surface de la couche 1' d'une couche épitaxiale 3 plane d'épaisseur environ 0,5 à 1 pm en un matériau par exemple quaternaire (AIIIXIII, BV, Yv) choisi pour présenter un indice de réfraction nl > no ou n'a à la longueur d'onde A, et de type de conductivité n- (voir figure 4c). c') Gravure par exemple par la méthode de gravure ionique réactive RIE, des couches 3 et 1' jusqu'à attaquer le substrat inférieur 10 sur une profondeur en n'excédant pas 0,5 Vm (voir la figure 4d). Cette gravure est faite selon un masque MK'1. Le masque NK'l délimite les guides de lumière comme il est représenté sur la figure 3c, et est utilisé pour une gravure de la couche 3 et d'une partie de la couche sous-jacente 1', mais il permet de conserver des 26 2 1401 - 14 - parties des couches 1' et 3 pour former des "ponts*, c'est-à- dire des connexions dans la couche 1' de conductivité n+ afin de relier électriquement tous les guides entre eux. En effet, c'est sur cette couche n+ que seront établis le ou les contacts de masse M, et, si l'on veut éviter de réaliser de trop nombreux contacts de masse il est avantageux que les parties de couche n+ sous les guides soient simplement reliées entre elles (voir la figure 4e en coupe selon l'axe I-I de la figure 4f, laquelle est une représentation du dispositif vu du dessus). La réalisation des ponts de connexion électrique d'un guide à l'autre n'est pas critique, et ces ponts peuvent être mis en place n'importe o dans le dispositif pourvu qu'aucun guide ou tronçon de guide ne se trouve isolé. D'autre part on sait que la présence de ces ponts ne perturbe pas la propaga- tion de l'onde dans les guides pourvu qu'ils soient de petite dimension transversale, par exemple équivalente à la largeur w d'un guide. L'un ou l'autre de ces procédés de réalisation conduisant à l'une ou l'autre des variantes du dispositif se- lon l'invention se poursuit par les étapes suivantes: g/ Réalisation d'électrodes M de contacts de masse 6 en surface de la couche 1 ou 1', de type de conducti- vité n+ (voir la figure 3i). A cet effet, il est prévu, à des endroits dépourvus de dispositifs, de graver les couches supé- rieures jusqu'à découvrir une portion de la couche 1,1' et d'y déposer une couche métallique du type contact ohmique, par exemple une multicouche or-germanium-nickel (Au-Ge-Ni). Selon les cas, ces électrodes de contact de masse peuvent être réa- lisées sur l'une ou l'autre des faces du dispositif. En effet si le substrat est de type n+, le contact de masse peut être pris ou bien sur la face arrière du dispositif, ou bien sur la face avant en gravant les couches supérieures. Si le substrat est semi-isolant, le contact de masse sera pris sur la face avant en gravant les couches 2 et 3. L'utilisation du dispositif selon l'invention est prévue entre autres pour les télécommunications. A cet effet, 262140 1 - 15 - les longueurs d'onde du signal lumineux transporté par les guides peuvent être: Ao =1,3 pum, ou ÀA1 1,55 Pm Dans ces conditions, dans la formulation du com- posé binaire AIII BV constituant le substrat, AIII peut être avantageusement l'élément indium (In) et Bv l'élément phosphore (P), formant le phosphure d'indium (InP). Ce substrat peut être rendu semi-isolant par un dopage au moyen de l'ion Fe introduit à une concentration de: 1016 cm-3. Le composé InP peut aussi être de type de conduc- tivité n+ s'il est dopé à l'aide de l'ion S à une concentra- tion de l'ordre de 2.1018 impuretés au cm3. L'indice est alors no 2 3,1994 à A 1,32pm. Le composé quaternaire formant la couche 3, appro- prié à constituer les guides peut présenter la formulation AIII XIII, BV YV dans laquelle A est l'indium (In), X est le gallium (Ga), B est le phosphore (P) et Y est l'arsenic (As). Sa composition est alors (Gax Inlx, Asy Pl-y) dans laquelle la concentration est y u 0,1 et la concentration x 0,46y = 0,046. Ce composé est d'indice ni > no tel que ni: 3,2049 à À = 1,32pm. La longueur d'onde de gap de GaInAsP est 0,97vm. Ce composé quaternaire (Ga In, AsP) pourra montrer une conductivité n- s'il est simplement dépourvu de dopage in- tentionnel. La couche de planarisation 2 pourra, comme on l'a dit précédemment être faite d'un composé binaire AI,, BV de type de conductivité n-, c'est-à-dire par exemple de phos- phure d'indium InP non dopé intentionnellement, d'indice: n2 t 3,2049 à A: 1,32pm. Dans une variante de l'invention, la couche de planarisation 2 pourra être aussi d'un composé quaternaire 26214 0 1 - 16 - (AIII XIII, BV YV) tel que (Gax In1-x Asy P1_y) de type de conductivité n- c'est-à-dire non dopé intentionnel- lement dans lequel la concentration x est équivalente à 0,46y avec y = 0,03 à 0,05. Les caissons de type de conductivité p+ pourront être obtenus en implantant ou en diffusant selon une technique en soi connue, des ions par exemple Zn ou Be ou Cd à une con- centration de 1018 à 1019 cm-3. Ainsi réalisée une matrice de 4 x 4 éléments de commutation aura pour dimensions: 4 x 4 mM2, la dimension d'un élément étant de l'ordre de 1 x 1 mm2 imposée principa- lement par la longueur de couplage D. Comme on l'a dit plus haut, la technologie de réa- lisation de la matrice selon l'invention est en synergie avec la réalisation de dispositifs intégrés tels que des détecteurs D. Ces détecteurs pourront être par exemple des diodes Dii formées en surface des guides de sortie princi- paux i'ii ou Oii (voir fig.5b qui est une vue du dessus d'un tel dispositif et figure 5a qui est une vue en coupe se- lon l'axe II-II). Dans la région des détecteurs Dii on no- tera que la largeur W des guides H'ii est augmentée. Dans les exemples de réalisation cités précé- demment o le substrat est un semiconducteur binaire AIII, BV tel que InP, ces diodes pourront comprendre une couche absorbante 30 formée en surface de la couche 3 des guides. Cette couche absorbante 30 sera favorablement une couche d'un matériau ternaire (AIII XIII, YIII) tel que GaIn As de type de conductivité nd'épaisseur environ lpm.Cette couche absorbante 30 sera réalisée dans l'ouverture d'un masque MK5 qui couvre l'ensemble du dispositif à l'exception des sorties des guides principaux directs et transverses. L'élaboration de cette couche est faite par exemple par croissance épi- taxiale en phase vapeur ou liquide. Puis le masque MNK5 est éliminé pour permettre la réalisation de l'étape c). - 17 - L'étape c) de gravure des couches, ici 30, 3 et 1', se fait comme déjà décrite. Puis entre l'étape c) et l'étape d) on intercale une étape durant laquelle on dépose sur la zone de détection une couche diélectrique de protection qui peut être NK2 pour préserver la zone de détection du dépôt de la couche de planarisation 2. Cette couche de protection MK2 est conservée jusqu'à la fin de l'étape d) de planarisa- tion, puis elle est retirée. Le masque MK3 qui délimite les zones d'implantation p+ sera alors pourvu d'ouvertures en sur- face des régions de détection, et les étapes e/ et f/ se pour- suivront comme il a été dit précédemment. Dans ces conditions, on formera une région 40 de type de conductivité p+ dans chaque zone de détection 30 puis un contact d'électrode 50 (voir fig. 5a). D'autres matériaux pourront être envisagés pour mettre en oeuvre l'invention, et utilisés dans d'autres dimen- sions. Dans ces conditions, l'onde transportée aura une lon- gueur d'onde différente et les applications envisagées pourront être autres que les télécommunications. Le procédé de réalisation pourra aussi être mis en oeuvre avec d'autres techniques de gravure, ou de dépôt. - 18 - REVENDICATIONS: 1. Elément de commutation optique incluant deux guides de lumière dont les parois en regard sont séparées par une faible distance d dite distance de couplage et sont pa- rallèles sur une longueur D dite longueur de couplage, ces guides de lumière étant constitués chacun d'un ruban linéaire respectivement Gii et Hii en un matériau semiconducteur d'un premier indice de réfraction ni, réalisé sur un substrat semiconducteur en un matériau d'un second indice de réfraction inférieur no, les dimensions de ces guides étant telles qu'ils transportent chacun une onde monomode, et la commutation de la lumière d'un guide à l'autre étant déclenchée par l'effet de potentiels ou de courants auxquels sont portés des systèmes d'électrodes Eii et M, appliqués sur les guides,caractérisé en ce que: - le premier guide Gii, dit guide principal, est relié par une de ses extrémités à l'entrée de l'élément de commutation, et par son autre extrémité à une sortie directe de l'élément de commutation, - le second guide Hii, dit guide secondaire, est muni dans une région située au-delà de la zone des élec- trodes Eii, d'un miroir Mii constitué par une face laté- rale plane formée à 45" de l'axe optique de ce guide, - le guide secondaire Hii est relié à un tronçon de guide dit guide secondaire H'ii placé à 90 de l'axe optique de Hii, pour recevoir la lumière réfléchie par le miroir Mii, - le guide secondaire H'ii est couplé par une distance A à un guide principal transverse G'ii paral- lèle à Hii, croisant le guide principal Gii,et relié par son extrémité opposée à Gii à une sortie transverse de l'élément de commutation, - le guide secondaire H'ii et le guide prin- cipal transverse G'ii sont munis de systèmes d'électrodes E'ii pour l'application de potentiels ou de courants - 19 - permettant la commutation de la lumière de l'un à l'autre de ces guides; les guides et le substrat sont couverts d'une couche planaire (2) de matériau semiconducteur d'un troisième indice de réfraction n2 inférieur à celui des guides, sur la face supérieure plane de laquelle sont mis en oeuvre les moyens de polarisation Eii et E'ii, et qui com- porte une ouverture Qii dégageant les structures des guides jusqu'au substrat autour du miroir Mii. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section des guides est rectangulaire. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (1) est en un matériau binaire AIIIBV de type de conductivité n+, en ce que les rubans (3) formant les guides sont en un matériau quaternaire (AIIIXIII, Bv Yv) de type de conductivité n-, en ce que la couche planaire (2) est en un matériau choisi parmi un matériau binaire (AII, BV) et un matériau quaternaire (AIII XIII, BV Yv) de type de conductivité n-. 4. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (10) est en un matériau binaire (AIII, BV) semi-isolant, en ce que les rubans formant les guides sont constitués par la superposition d'une couche (1') du ma- tériau binaire (AIII, Bv) de type de conductivité n+ et d'une couche (3) d'un matériau quaternaire (AIII XIII, BV YV) de type de conductivité n-, en ce que la couche planaire (2) est en un matériau choisi parmi un matériau bi- naire (AIii, Bv) et un matériau quaternaire (AIII XIII, BV Yv) de type de conductivité n- et en ce que les portions de couche (1') n+ formant les couches inférieures des guides sont électriquement reliées les unes aux autres. 5. Elément selon l'une des revendications 3 ou 4, ca- ractérisé en ce que le systeme d'électrodes est constitué d'une part par une électrode M (6) de type ohmique, reliée à la masse, formée par une couche métallique réalisée en contact - 20 - avec le matériau de type de conductivité n+ (1 ou 1'), et d'autre part par des systèmes Eii et E'ii de respective- ment quatre électrodes F1, F2, F3, F4 et F'i, F'2, F'3, F'4 groupées de façon symétrique, deux électrodes F1, F2 ou F'l, F'2 dans l'alignement l'une de l'autre sur le guide principal et deux électrodes F3, F4 ou F'3, F'4 dans l'alignement l'une de l'autre en vis-à-vis sur le guide secondaire, formées cha- cune par la superposition d'un caisson (4) de type de conduc- tivité p+ en surplomb des guides formé dans la couche planaire (2) et d'une couche métallique (5) formant un contact ohmique sur cette couche planaire (2). 6. Elément selon l'une des revendications 3 à 5,ca- ractérisé en ce que l'élément A est l'indium (In), l'élément B le phosphore (P), l'élément X le gallium (Ga), l'élément Y l'arsenic (As). 7. Elément selon l'une des revendications 3 à 6,ca- ractérisé en ce que les contacts ohmiques sur la couche (1,1') n+ sont formés du multicouche Au-Ge-Ni, et en ce que les con- tacts ohmiques (5) sur la couche (4) p+ sont formés du multi- couche Ti-Pt-Au. 8. Matrice de commutation optique, comportant un nom- bre n d'entrées IN1, IN2,... INn, un nombre n de sorties di- rectes I'1, I'2,...., I'n, et un nombre m de sorties trans- verses 01, 02,..., 0m entre lesquelles s'opère la commuta- tion, caractérisée en ce qu'elle est formée de n x m éléments de commutation selon l'une des revendications 1 à 7 juxtaposés de façon bidirectionnelle de telle manière que les guides principaux et les guides secondaires de chaque éléments sont respectivement dans le prolongement les uns des autres. 9. Matrice selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque guide principal de sortie directe ou transverse est directement muni en sa surface supérieure d'un détecteur D de signal lumineux constitué d'une couche absorbante (30) pour la longueur d'onde A, d'indice de réfraction n3 supérieur à celui des guides, couche absorbante (30) dans laquelle est - 21 - formé un caisson (40) de type p+ en surface duquel est réalisé un contact de type ohmique (50). 10. Matrice selon la revendication 9, dans la mesure ou elle est constituée d'éléments conformes à l'une des reven- dications 3 à 7, caractérisée en ce que la couche absorbante (30) est un matériau (AIIIXIII, BV). 11. Matrice selon la revendication 9, caractérisée en ce que les contacts ohmiques (50) des détecteurs sont formés des multicouches Ti-Pt-Au. 12. Procédé de réalisation d'un élément de commutation selon la revendication 1 comprenant au moins les étapes de a/ Formation d'un substrat (1) monocristallin présentant une face plane orientée selon un plan cristallogra- phique, ce substrat étant réalisé en un matériau binaire AIII BV, de faible indice de réfraction no pour une lon- gueur d'onde donnée A d'utilisation du dispositif et de type de conductivité n+, b/ Formation en surface du substrat (1) d'une couche épitaxiale (3) plane en un matériau quaternaire AI,, XIII, BV YV d'indice de réfraction ni > no à la lon- gueur d'onde A et de type de conductivité n-, c/ gravure, par la méthode de gravure ionique réactive (RIE), de la couche quaternaire (3) jusqu'à produire une gravure du substrat (1) sur une faible profondeur, cette gravure étant effectuée à l'aide d'un masque MK1 qui permet de conserver après cette gravure en relief sur le substrat: - les rubans qui forment les guides principaux directs Gii et transverses G'ii, - les rubans qui forment les guides secondaires Hii et H'ii, et qui permet de former les miroirs Mii, à 45 des axes des guides Hii et H'ii, perpendiculaires au plan du substrat. 13. Procédé de réalisation d'un élément de commutation selon l'une des revendications 1, 2 ou 4 comprenant les étapes de: - 22 - a') Formation d'un substrat (10) monocristallin, présentant une face plane orientée selon un plan cristallogra- phique, réalisé en un matériau binaire AIII BV choisi pour présenter un faible indice de réfraction n'O pour une lon- gueur d'onde A et semi-isolant, b'i) Formation en surface du substrat 10 d'une couche épitaxiale (1') plane du matériau AI,, BV de type de conductivité n+ et d'indice de réfraction faible no n'0 pour la longueur d'onde A, b'2) Formation en surface de la couche n+ (1') d'une couche épitaxiale (3) plane d'indice de réfraction nj > no ou n'o à la longueur d'onde A et de type de conducti- vité n-, c') Gravure par exemple par la méthode de gravure ionique réactive RIE des couches (3) et (1') jusqu'à attaquer le substrat inférieur (10) sur une petite profondeur, cette gravure étant faite au moyen d'un masque MK'l délimitant les guides de lumière et les miroirs Mii à 45 de l'axe optique des guides et perpendiculaire au plan du substrat, et permet- tant de conserver des portions de couche (1') pour former des connexions dans cette couche de conductivité n+ entre les dif- férentes parties des guides, 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'entre les étapes b'2) et c') est incluse une étape co: co) Réalisation d'un masque MK5 couvrant l'en- semble du dispositif à l'exception des extrémités de sortie des guides Gii et/ou G'ii, réalisation en surface de l'extrémité de ces guides d'une couche absorbante (30) pour la longueur d'onde de fonctionnement suivie de l'élimination du masque MK5. 15. Procédé de réalisation selon l'une des revendica- tions 12, 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes: - 23 - d) Réalisation par croissance épitaxiale d'une couche (2) d'un matériau binaire AIII BV, d'indice faible n2, tel que n2 des miroirs Mii et les régions de détection (30) lors- qu'elles existent étant masquées durant cette croissance épi- taxiale par un masque MK2, e) Réalisation de zones respectivement (40 et 4) de type de conductivité p+ d'une part en surface des régions absorbantes 30 lorsqu'elles existent et d'autre part dans la couche de planarisation (2), en surplomb des guides pour for- mer deux régions F1 et F2 en surplomb des guides Gii et deux régions F3 et F4 en surplomb des guides Hii, ainsi que deux régions F'l et F'2 en surplomb des guides G'ii et deux ré- gions F'3 et F'4 en surplomb des guides H'ii, par une mé- thode choisie entre l'implantation ionique et la diffusion d'ions à travers les ouvertures d'un masque MK3, f) Réalisation de contacts métalliques respective- ment (5 et 50) en surface des zones (4 et 40) de conductivité p+ pour réaliser des contacts ohmiques, g) Réalisation de couches métalliques (6) en sur- face de la couche (1) ou (1') pour former des contacts de masse M.