Brevet FR2650399A1 — publié le 19910201

ODISPOSITIF SEMICONDUCTEUR INCLUANT UN COUPLEUR DIRECTIONNEL POUR LES COMPOSANTES TE, TM' L'invention concerne un dispositif semiconducteur intégré incluant un coupleur directionnel optoélectronique, ce coupleur comprenant deux guides de lumière rectilignes monomodes parallèles sur une longueur totale D, séparés par une petite distance d dite de couplage, guides dont au moins un reçoit & son extrémité dite entrée un signal lumineux, ce coupreur comprenant aussi quatre électrodes de même type de conductivité disposées à raison de deux sur chaque guide et au moins une autre électrode de type de conductivité opposé, pour permettre la création d'un champ électrique dans les guides, et selon la valeur de ce champ électrique le passage de la lumière dans le guide opposé au guide d'entrée, correspondant à l'état dit croisé du coupleur, ou sa propagation dans le prolongement de la direction d'entrée, correspondant à l'état dit direct du coupleur. L'invention trouve son application dans la réali- sation de matrices 'de commutation utilisées dans le domaine des télécommunications. Un coupleur directionnel formé de deux guides parallèles à rubans, est connu de la publication intitulée "Swiched Directional Couplers with Alternating air par H. KOGELNIK et al. dans *IEE Journal of Quantum Electronics, VOL-QE-12, N'7, July 1976". Ce document enseigne qu'un tel coupleur est caractérisé par sa longueur d'interaction et son coefficient de couplage. La longueur du couplage qui est dans un rapport inverse du coefficient de couplage indique la lon- gueur minimal pour obtenir que la lumière passe entfèrement d'un guide dans l'autre. La commutation est totale orsque les constantes de propagation des guides sont égales, et lorsque la longueur d'interaction est un multiple impair de la longueur de couplage. Pour minimiser les exigences sur les dimensions du dispositif, la publication citée propose de disposer quatre électrodes sur les guides à raison de deux sur chaque guide, pour faire varier la constante de propagation dans chacun des guides, de manière, d'une part à commander la commutation par l'application de tension sur les électrodes et d'autre part à obtenir la commutation dans une large gamme de longueurs d'interaction du dispositif en agissant simplement sur les tensions appliquées aux électrodes. Le défaut majeur et rédhibitoire du dispositif connu est qu'il est strictement limité à l'utilisation de faisceaux ne présentant qu'une seule des deux polarisations TE ou TM, TE étant la composante dite transverse électrique, c'est-à-dire dont la représentation schématique est un vecteur parallèle au plan du substrat sur lequel les guides sont inté- grés et en même temps perpendiculaire à la direction de propa- gation, et TM étant la composante dite transverse magnétique dont la représentation schématique est un vecteur à la fois perpendiculaire au plan du substrat et à la direction de pro- pagation de la lumière. Le défaut inhérent au dispositif connu vient d'une part du fait que la longueur de couplage est différente pour chacune des polarisations TE et TM, et, d'autre part, que le déphasage induit par le changement d'indice dans les guides sous l'action d'un champ électrique dépend dans une très gran- de proportion de l'état de polarisation initial du faisceau qui se propage dans les guides, et en outre de l'orientation des guides sur le substrat, du moins lorsque les guides sont réalisés en matériau III-V. Or il est connu que les fibres optiques habituel- lement utilisées dans les télécommunications ne maintiennent jamais un état de polarisation initial donné, sur une très grande longueur. Donc le faisceau qui arrive habituellement sur un dispositif optoélectronique intégré se trouve dans un état de polarisation aléatoire. Dans ces conditions, le dispositif connu ne peut pas être utilisé. D'autre part, les matériaux III-V constituent actuellement des matériaux d'avenir pour réaliser des guides os05 de lumière, dans le domaine des télécommunications, du fait qu'ils sont semi-conducteurs, contrairement au niobate de lithium par exemple, et qu'ils permettent donc la réalisation de composants optoélectriques, ou bien de composants purement électroniques, en synergie de fabrication, intégrés sur le mème substrat. C'est pourquoi un objet de la présente invention est de fournir un coupleur directionnel qui est indépendant de l'état de polarisation initial du faisceau d'entrée. Le résul- tat dfi à l'invention est obtenu lorsque, par l'application d'une première grandeur de champ électrique, les deux compo- santes TE et TM sortent conjointement par le guide opposé au guide d'entrée (état croisé) ou sortent conjointement par le prolongement du guide d'entrée (état direct), avec le minimum de pertes. Un autre objet de l'invention est de fournir un coupleur réalisé en un matériau semiconducteur III-V. Un autre objet de l'invention est de fournir un commutateur optoélectronique doté des mêmes performances que le coupleur. Un autre objet de l'invention est de fournir une matrice réalisée au moyen du commutateur précédent. Selon l'invention, ces problèmes sont résolus et ces buts sont atteints au moyen d'un dispositif tel que décrit dans le préambule de la revendication 1 et en outre caractéri- sé en ce que le coupleur présente un fonctionnement indépen- dant des composantes lumineuses transverses électriques et transverses magnétiques, respectivement TE et TM, contenues dans des proportions aléatoires dans le signal d'entrée, dans les conditions o les paramètres structurels du coupleur permettent de vérifier les trois relations: a) la composante TE. LCTE et LCTM sont les longueurs nécessaires pour que la composante de polarisation donnée, respectivement TE ou TM, introduite dans un guide passe dans l'autre guide, encore dites longueur de couplage pour TE et longueur de cou- plage pour TM. m, n, p sont des entiers quelconques L'invention sera mieux comprise au moyen de la description suiv nte illustrée par les figures annexées. La figure 1 représente schématiquement, vu du des- sus, un coupleur directionnel selon l'invention dans un exem- ple de réalisation. La figure 2a représente schématiquement en coupe selon l'axe I-I de la figure 1, un guide de lumière muni d'une électrode, dans un exemple de réalisation; et la figure 2b, le même guide en coupe selon l'axe II-II. La figure 3a représente schématiquement, vu du dessus, un autre exemple de disposition des guides de lumière pour réaliser un coupleur selon l'invention; La figure 3b représente schématiquement, vu du dessus, un exemple de disposition des électrodes pour réaliser un coupleur au moyen des guides de la figure 3a. La figure 4a montre schématiquement le trajet d'un faisceau d'entrée Fi lorsque le coupleur est dans l'état croi- sé vu du dessus; La figure 4b montre schématiquement, vu du dessus, le trajet d'un faisceau Fi lorsque le coupleur est dans l'état direct; La figure 5a montre schématiquement, vu du dessus, les trajets de deux faisceaux Fi et F2 dans un commutateur fonctionnant selon le principe du coupleur précédent, dans l'état croisé; La figure 5b montre schématiquement, vu du dessus, les trajets de deux faisceaux F1 et F2 dans un commutateur fonctionnant selon le principe du coupleur des figures 4, dans l'état direct. - La figure 6a représente en ordonnée'soit le rap- port P1/P2 soit le rapport P2/P1 en dB, P1 étant la puissance * de sortie du premier guide du coupleur, et P2 étant la puis- sance de sortie du second guide du coupleur, pour une puissan- ce d'entrée Po = 1 dans le premier guide, en fonction du pour- centage de la composante TE à l'entrée. Parmi les courbes de la figure 6a, la courbe A représente le rapport P2/Pl lorsque le coupleur est dans l'état direct, et les courbes B, C, D représentent le rapport P1/P2 lorsque le coupleur est dans l'état croisé pour des valeurs respectives de D/LCTE = 4,4 (courbe B), D/LCTE = 4,0 (courbe C) et D/LCTE = 4,8 (courbe D) dans les conditions des exemples I et II. La figure 6b représente, toujours dans les condi- tions des exemples I et II, en fonction de la tension V appli- quée entre les électrodes de type n et les électrodes de type p, représentée en abscisse, la puissance de sortie Pl du guide d'entrée. La courbe E en trait plein montre la puissance de sortie de la composante TE, et la courbe F en pointillé montre la puissance de sortie du même guide, de la composante TM. La figure 1 montre, réalisé sur un substrat 10, un dispositif semiconducteur intégré comprenant au moins un premier guide d'entrée G'1, et éventuellement un second guide d'entrée G'2, deux guides de sortie dont undit premier guide de sortie Gel et undit second guide de sortie G*2, et un cou- pleur directionnel optoélectronique 11. Le coupleur optoélectronique 11 comprend deux par- ties G1 et G2 de guide de lumière rectilignes, parallèles et de longueurs identiques D, dont la première est disposée de manière à raccorder le premier guide d'entrée G'i au premier guide de sortie G'I et dont la seconde G2 est raccordée d'une part au second guide de sortie G"2, et d'autre part au second guide d'entrée G'2 quand il existe. En surface de la première partie de guide rectili- gne G1, sont disposées deux électrodes identiques E'1 et E"1. En regard de ces électrodes, sur la seconde partie de guide. rectiligne G2, sont disposées deux autres électrodes identi- ques E'2 et E"2. Les électrodes ont pour longueur Z. Les quatre électrodes E'l, E"I, E'2, E"2 sont du même type de con- ductivité, par exemple p. Le dispositif comprend en outre une ou plusieurs électrodes de type de conductivité opposé n, pour permettre la création d'un champ électrique dans les guides, par l'applica- tion de tension entre les électrodes p et n. Notamment pour le fonctionnement du coupleur représenté sur la figure 1, on appliquera une première tension entre les électrodes n et p pour obtenir l'état dit direct ou parallèle, et une seconde tension pour obtenir l'état dit croisé. Seules deux électrodes parmi celles qui sont réa- lisées en surface des guides seront utilisées, les deux autres n'étant présentes que pour la symétrie. On utilisera une seule électrode par guide, chaque électrode étant choisie pour n'être pas en vis-à-vis avec l'autre électrode utilisée. Ces deux électrodes du même type de conductivité doivent être reliées entre elles électriquement, pour l'application du potentiel entre elles et les électrodes du second type de con- ductivité. Pour le fonctionnement du dispositif, aucun choix n'est imposé entre le couple E'l, E'2 et le couple E'I, E'2. Le- électrodes du second type de conductivité sont disposées au mieux dans le dispositif pour produire le champ électrique recherché. Des exemples de réalisation seront donnés ulté- rieurement. Le but de l'invention est donc de permettre l'uti- lisation d'un tel coupleur, non pas comme il est connu de l'état de la technique, en injectant un signal comprenant une seule composante TE ou TM, mais en injectant un signal qui comprend les deux composantes TE et TM dans des proportions aléatoires. Selon l'invention, la puissance totale injectée doit pouvoir être récupérée à la sortie du coupleur dans l'un ou l'autre guide selon que l'état est direct ou croisé. Les buts de l'invention sont atteints si et seulement si les paramètres qui définissent la structure du coupleur permettent de vérifier des relations qui vont être établies ci-après. On considéra comme connu de l'homme du métier de l'optoélectronique que. pour une puissance Pa injectée par exemple à l'entrée du guide G1 au moyen du tronçon d'entrée Pa= (1-2B2)2 (1) avec B2 = [K2/(K2 + 62)] sin2{rK2 + 62.Z} (2) et K = /2Lc (3) Lc étant la longueur de couplage d'une composante quelconque et encore 6 = (fl/2)(q/Z) (4) p étant le déphasage total le long-de la longueur D. Z étant la longueur d'une électrode disposée Sur un des guides du coupleur. Pour que les deux composantes TE et TM restent conjointement dans un seul guide, il faut que: - Dans l'état croisé, la puissance Pa de TE égale la puissance Pa de TM et égale 0, ce qui s'écrit: PaTE = PaTM = 0 (5) - Dans l'état parallèle, la puissance Pa de TE égale la puissance Pa de TM et égale 1, ce qui s't:rit: PaTE = PaTM 1 (6) Le déphasage est proportionnel à la longueur par- courue dans un guide, ce qui peut s'exprimer par: = ED (7) o E est un coefficient de proportionnalité. Dans ce qui suit, on choisira pour la simplicité de la réalisation du dispositif, que la longueur Z des élec- trodes égale la moitié de la longueur totale D du coupleur Z = D/2 (8) Pour l'établissement des relations nécessaires au fonctionnement du dispositif, on posera: k1 = LCTM/LCTE (9) k2 = WTE/WTM (10) WTM et WTE sont les déphasages provoqués par les changements d'indices dans les guides sous l'action d'un champ électrique respectivement pour la composante TM et pour la composante TE. LCTE et LCTM sont les longueurs nécessaires pour que la composante de polarisation donnée respectivement TE ou TM introduite dans un guide passe dans l'autre guide, encore dite longueur de couplage pour TE et longueur de cou- plage pour TM. On peut alors écrire à partir de la relation (2) pour la composante TE B2 = (a2/a2 + 4W2) sin2{(w/4)lF + 4422} (11) et pour la composante TM: B2={(a/kl)2/[(a/ki)2+4(o/k2)2]} sin2{(w/4)f(a/kl)2+4(w/k2)2} (12) On a déjà exposé qu'il fallait que ces quantités soient égales pour TE et TM, dans les cas o le coupleur est dans l'état direct (ou parallèle) c'est-à-dire o Pa = 1, et dans le cas o le coupleur est dans l'état croisé c'est-à-dire Pa = O. Cela impose que soient résolues les équations suivantes: D'abord dans-l'état direct (ou parallèle) Pa= 1 B=O pour la composante TE: îz + 412 = 16 m2 o mo est un entier (13) et pour la composante TM: (a/kO)2 + 4(wl/kl)2 = 16 no o no est un entier (14) Ensuite dans l'état croisé: Pa= 0 B = 1/2 pour la composante TE: [2z/(Q2 + 4*2)] sin2((w/4)/a + 4m) = 1/2 (15) 2 2 et pour la composante TM: (U/kl)2/[((/kl)2+4(p2/k2)2] sin2((w/4)-(-/kl)2+ 4(W2/k)2))=1/2 (16) Dans les équations précédentes, oi et m2 sont respectivement les déphasages nécessaires pour placer le coupleur dans l'état direct (ou parallèle) et dans l'état croisé pour la composante TE. Il existe toute une famille de paramètres kl, k2 et a pour lesquels les équations (13) et (14) ont des solu- tions en Wl et o2. La détermination de cette famille de para- mètres peut être faite numériquement par tout homme du métier d'une façon simple.. On décrit ci-après analytiquement, un cas particu- lier préféré selon lequel: k1 = kz = k (17) c'est-à-dire: |TE - LCTE = eTM LCTM (18) J (18) Ces conditions s'interprètent physiquement de la façon suivante: le déphasage cumulé sur une longueur égale à la longueur dite de couplage est indépendant de la polarisa- tion. Pour simplifier les calculs, on introduit de nou- velles relations. On pose: - C = 6/K = Lr/Z D'après l'hypothèse de départ OC est indépendant de la pola- risation, c'est-à-dire que: OCTE = OCTM = OC (19) On exprime alors de nouveau les relations (11) et (12): BZTE = (1/(1+02) sin2{f1+oC (D/LCTE)(Y/4)} (20) C C B2TM = (1/(1+02) sin2{(r/4)(D/LCTM)/'+0c} (21) c c Il en résulte que la condition PaTE = PaTM est remplie si: (w/4)(D/LCTM)fl+q- = t(w/4)(D/LCTE) 'f+2+m1l (22) C c ou mi est un entier et e = 1 On peut mettre la relation (22) sous la forme: (e/4)(1-ekl)(D/LcTM)l1+Z = mnw (23) C Cette condition dépend évidemment de OC. Dans le cas de l'invention, on cherche seulement à avoir BTE = BTM dans les états direct- et croisés. Etude de l'état direct (ou parallèle) L'état direct (ou parallèle) est défini par une certaine valeur de OC que l'on notera OC1 et qui est telle que: B2TE = B2TM = ce qui entraine à partir des relations (20) et (21) que: 1/(1+X2) sin2{(T/4)(D/LCTM)JTc1 = 0 (24) ou encore: (w/4)(D/LcTM)fI+O = nu (25) C1 o n est un entier. La relation (23) entraine, pour avoir BTE = BTM (n/4) (D/LCTM)1- + - C= mu o m est un entier (26) Le rapport de la relation (26) à la relation (25) entraîne que: (1- ek) = m/n (27) o m et n sont des entiers. On en tire la condition nécessaire à l'invention que: Fk =(1-/n)/Y1 avec m et n entiers (28) et c = 1. La condition (28) montre que si kl a la forme in- diquée, alors il est possible d'observer simultanément les états directs (ou parallèles) pour les deux composantes TE et TM, et ce, quelle que soit la valeur des autres paramètres. Etude de l'état croisé L'état croisé est défini par une certaine valeur de Ot que l'on notera *c2 et qui est telle que: B2 = B2Z = 1/2 TE TM Ce qui entraîne à partir des relations (20) et (21) que: 11/(1+02) Sin2{(e/4) D/LCTM) r+} = 1/2 (29) C2 C La relation (23) entraîne: (1- ck) (D/LCTM)Z [1/(m2.16)] Sin2 {m2.1/(1ek)} =1/2 ou m2 est un entier (30) d.'o il résulte que: (D/LCTM)2 = 8 m2/(1- ek) [1/Sin2 {m (U/1- ek)} o m2 est un entier (31) ete = 1 D'o l'on tire la troisième condition nécessaire à l'inven- tion: D/LCTM = p.18/(1-ek) {1/jSin [p.T/(1- ók)][} (32) o p est un entier et C = 1 On a donc un ensemble de valeurs permises données par la relation 32, pour le rapport D/LCTM. On remarquera qu'il n'y a de solution que si (m21r)/(1 - ck) n'est pas multiple de À, c'est-à-dire si m2 n'est pas un multiple de 1 - ók. Conclusion de cette étude préliminaire On peut construire un coupleur indépendant de la polarisation dans les deux états extrêmes directs et croisés toutes les fois que les conditions suivantes seront remplies a) WTE- LCTE = QTM.LCTM (18) b) LCTM/LCTE = (1-m/n)/E = k (28) c) D/LCTM = p 18/(1- ck).{1/1sin [p 1/(1- ek)lj} (32) avec m, n entiers quelconques, p entier E = +1 Exemple de réalisation I On réalisera de préférence l'invention en choisissant b) k 2 (33) d'o il résulte LCTM = 2 LCTE (34) Dans ce cas: m = 3, n = 1, E = -1 (35) Il en résulte que c) D/LCTM p.;8/3 {1/ ISinj p,/311} D/LCTM = 1,089 p, o p entier (36) On choisira de préférence p = 2 d'o il vient (37) d/LCTM = 2,177 (38) On ne traitera pas les autres cas (k = 3 etc) que l'homme du métier peut mettre en oeuvre aisément sur le modèle de l'exemple 1 décrit ici. De a), b) et c) il résulte que TE = 2 oTM (39) et que D/LCTE -.4,354 (40) La longueur totale D du coupleur 11, la distance d qui sépare les parties rectilignes de guide Gl et G2 dans le coupleur, le choix des matériaux, leur dopage et la structure même des guides de lumière (guides à rubans externes ou autres) sont autant de facteurs sur lesquels l'homme du métier peut agir pour remplir les conditions de mise en oeuvre de cet exemple de réalisation qui sont maintenant posées par les re- lations (34), (38), (39) et (40) à savoir: a') LCTM = 2 LCTE b') WTE = 2 WTM c') D/LCTE À 4,354 Dans cet exemple de réalisation I, le coupleur di- rectionnel est schématiquement conforme à la figure 1 en ce qui concerne la vue du dessus. Il est schématiquement conforme à la figure 2a en ce qui concerne la vue en coupe transversale selon l'axe I-I, et schématiquement conforme à la figure 2b en ce qui concerne la vue en coupe longitudinale selon l'axe II-II. Pour résoudre a') c'est-à-dire la proportionnalité voulu entre LCTE et LCTM l'homme du métier pourra agir sur la distance d de couplage qui sépare les parties rectilignes de guide G1 et G2, ainsi que sur la dimension transversale W des guides et la hauteur h du ruban, si la structure choisie inclut des guides à rubans. Pour résoudre b'), c'est-à-dire la proportionalité voulue entre (TE et 9TM, l'homme du métier pourra agir sur le choix des dopages des couches et la structure des guides formant le coupleur 11, ainsi que sur la direction des guides par rapport au substrat. Notamment les dopages de la couche guidante et des couches formant la structure p-n déterminant le changement d'indice par rapport à la tension appliquée entre les électrodes p-n et permet d'ajuster le rapport entre WTE et MTM Dans cet exemple I de réalisation, pour réaliser les conditions a'), b'), c') et tel que représenté en coupe transversale sur la figure 2a, chaque guide de lumière G1, G2 rectiligne du coupleur 11 comprend successivement: A/ un substrat 10, qui peut être en un matériau III-V semi-isolant tel que GaAs ou InP, ou qui peut être en un matériau III-V de type de conductivité n+, par exemple InP dopé à au moins 1017 at./cm3, par exemple 1018 at./cm3. Le substrat peut être aussi en silicium muni par exemple de couches d'adaptation de paramètres de maille aux matériaux III-V. B/ une première couche épitaxiale 51 en phosphure 20. d'indium InP, de type de conductivité-n+, obtenue par dopage à 1017 at/cm3. Si le substrat 10 est d'une structure différente, alors la couche 51 est indispensable et aura de préférence une épaisseur el 1 pm C/ une seconde couche épitaxiale 52, dite couche guidante, en un matériau III-V de composition GaxInj-xAsyPl-y Dans cette composition, les concentrations x et y sont liées par la relation connue de l'homme du métier x = 0,23 y On choisit de préférence la concentration y = 0,6 L- couche guidante 52 en GaInAsP est dopée également à 1017 at./cm3 pour obtenir le type de conductivité n+ . La longueur d'onde associée à l'énergie de bande interdite est alors Agap = 1,3 pm, et la longueur d'onde de fonctionnement des guides est dans la bande choisie pour l'application aux télécommunications Ao = 1,52 Pm La couche guidante 52 aura de préférence une épaisseur e2 = 0,4 pm D/ une troisième couche 53, en phosphure d'indium InP, de type de conductivité n-, obtenue par dopage à 1016 at./cm3 au maximum. Cette 'couche 53 aura au moment de sa réalisation une épaisseur totale e3 = 0,5 pm. E/ une quatrième couche 54, en phosphure d'indium InP, de type de conductivité p+,. obtenue par dopage à 3.1017 at/cm3, destinée à former une jonction p-n avec la couche pré- cédente 53. Cette quatrième couche 54 de type p+ aura de pré- férence une épaisseur e4 = 1,05 Pm Tel que représenté en coupe sur cette même figure 2, chaque guide comprend en outre une structure dite à ruban R, destinée à délimiter la région de guidage. Le ruban R est généralement réalisé par la gravure des couches supérieures 54 et 53, par toute méthode de gravure de matériau III-V connue de l'homme du métier, mais de préfé- rence par gravure sèche telle la méthode RIE qui permet d'ob- tenir des flancs plans et perpendiculaires aux couches. La hauteur de gravure, pour le guidage dans la couche 52, sera favorablement h = 1,2 pm Il est important qu'il reste au-dessus de la couche guidante 52, une épaisseur de matériau 53 e'3.0,35 um La dimension transversale w des rubans des guides sera favorablement de l'ordre de w % 3 Pum à 5 pm pour transporter une onde monomode Ce sont les différences d'indices de réfraction, provoquées par les différences d'épaisseur dans la région munie du ruban et dans les régions de part et d'a ire du ruban, qui font que la lumière reste dans la couche guidante 52 et sous le ruban R, et est donc "guidée. Du fait des différences d'indices induites par les différences d'épaisseur, tout se passe comme si la partie 'guidée" était entourée de deux zones de plus bas indice servant au confinement. La figure 2 montre en coupe des lignes isoénergie qui en résultent pour des flux lumineux guidés F. OS Enfin, les parties de guide rectilignes G1 et G2 sont munies d'une couche métallique 55, par exemple en or (Au), choisi du fait qu'il présente de faibles pertes optiques, d'épaisseur e5 0,3 pm pour réaliser les contacts de type p sur la couche supérieure 54 de type p. Ces contacts sont disposés pour former les électrodes E'1, E'2, E"i, E'2 comme montré sur la figure 1 vu du dessus, en prenant la pré- caution de prévoir un espacement d'environ 5 pm, dans la four- chette 2 à 20 pm, entre les électrodes E'l, E"l et E'I, E"2 pour éviter les courts-circuits. En fait une méthode favorable pour réaliser cette structure est de réaliser d'abord les électrodes en surface de la couche 54 puis de graver la couche 54 de type p et la par- tie supérieure d. la couche 53 de type n- en se servant du métal des électrodes comme masque de gravure. La figure 2b, qui est une couche selon l'axe II-IIl montre le dispositif obtenu au moyen de ce procédé de réalisa- tion. Pour pouvoir créer le champ électrique nécessaire au fonctionnement du dispositif il faut en outre disposer de contacts de type n. Si le substrat est de type n, ces contacts peuvent être réalisés soit sur une face, soit sur l'autre du substrat. Si le substrat est d'un autre type, on pratiquera une ouverture dans les couches jusqu'à la première couche 51 de type n et on réalisera un contact E0 de type n sur cette couche dans cette ouverture par toute méthode connue de l'homme du métier par exemple au moyen d'un plot métallique pîr exemple d'Or-Nickel (Au/Ni). Les matériaux semiconducteurs III-V préconisés pour réaliser ce dispositif sont particulièrement favorables pour plusieurs raisons. D'abord ils permettent la synergie de fabrication de différents dispositifs sur un même substrat. Ensuite, il permettent les substrats en silicium os05 (Si) peu onéreux, pour peu que l'homme du métier applique entre le substrat silicium et le dispositif III-V une méthode d'adaptation de maille dont un certain nombre est déjà à ce jour bien connu. En outre, ils sont appropriés au domaine de lon- gueur d'onde adapté aux télécommunications. Dans cet exemple de réalisation, ces conditions a') b') c') sont vérifiées, avec la structure décrite précé- demment pour La distance de couplage entre guide d = 4,5 pm La dimension transverse dés guides W 3 uPm à 5 Pm LCTE X 1,8 Pm LCTM 3,6 um D = 8 mm 4,4 LCTE WTE ' 15 /Vmm 'TM ' 7,5 /Vmmn Ces dernières données dépendent du dopage des couches d'une façon très importante. En effet, lorsque l'on augmente le champ élec- trique dans la couche guidante 52, on déserte cette couche, ce qui diminue le dopage et augmente l'indice de réfraction dans ladite couche guidante. Cet effet est indépendant de la pola- risation du faisceau lumineux. Deux autres effets jouent aussi sur le changement d'indice dans les guides: l'effet Pockels qui est dépendant de la polarisation et n'agit que sur la composante TE; et l'effet Kerr qui est indépendant de la polarisation; C'est pourquoi, dans le cas de l'invention, l'effet dû au champ électrique sur la couche quaternaire est particulièrementintéressant. Il permet de changer l'indice de réfraction et le déphasage. C'est pourquoi le rapport WTMI/TE dépend fortement du dopage de la couche quater- naire. Ce rapport dépend aussi de l'épaisseur des couches car, pour une même tension appliquée entre les électrodes, le champ électrique créé varie si la distance entre les couches p et n sur lesquelles sont disposées les électrodes, varie. La situa- tion la plus avantageuse est celle o WTM est le plus grand. Dans ces conditions le coupleur se trouve dans ' l'ETAT CROISE par l'application d'une tension entre les élec- trodes n et p de V1 = -4,5 Volts Dans4cet état croisé, tel qu'illustré par la figure 4a, un flux F1 de polarisation aléatoire étant injecté dans le guide d'entrée G'l, les deux polarisations TE et TM sortent conjoin- tement par le second guide de sortie G"2. On notera que l'on peut favorablement raccorder - l'électrode de type n à la masse, et appliquer la tension V1 à l'un des couples d'électrodes de type p E'1, E"2 ou E'1, E'2. Avec les conditions pré-citées, le coupleur se trouve dans l'ETAT DIRECT (ou PARALLELE) par l'application d'une tension entre les électrodes n et p de V1 = -10,1 Volts Dans cet état direct, tel qu'illustré par la figure 4b, un flux F1 de polarisation aléatoire étant injecté dans le guide d'entrée G'i, les deux polarisations TE et TM sortent conjoin- tement par le premier guide de sortie G'l. La tension V1 peut être appliquée de la même façon que la tension V1. * La figure 5a illustre le cas o le coupleur est muni d'un second guide d'entrée G'l. Il peut alors fonctionner en commutateur. Par l'application de la tension V1:-4,5 Volts e.tre les électrodes, un flux F1 entrant dans le guide d'entrée G'l sort par le guide opposé G"2 et un flux F2 entrant dans le guide d'entrée G"l sort par l'autre guide Gn2. Le commutateur est dans l'ETAT CROISE. La figure 5b illustre le cas o ce commutateur est dans 1'ETAT DIRECT par l'application de la tension V2 = -10,1 Volts entre les électrodes. Le flux F1 entrant dans le guide d'en- trée G'l continue son chemin dans la partie rectiligne G1 et sort par le guide de sbrtie Gal. De même le flux F2 entrant dans le guide d'entrée G'2, continue son chemin dans la partie rectiligne G2 et sort par le guide de sortie G'2. Le coupleur fonctionne en commutateur en appli- quant les tensions V1 et V2 exactement dans les mêmes condi- tions que décrites précédemment, c'est-à-dire entre un couple d'électrodes de type p par exemple E'I, E'2 ou bien E'2, E'i et une électrode de type n éventuellement portée à la masse. On notera qu'une seule électrode-de type n suffit pour le fonctionnement du dispositif. En pratique, de préfé- rence, pour diminuer la résistance et rendre le dispositif sy- métrique, on disposera quatre électrodes de type n le plus près possible des électrodes de type p, comme montré sur les figures 4 et 5. Les figures 6a et 6b illustrent les résultats que l'on peut attendre du coupleur ou commutateur décrit dans cet exemple I. La figure 6a.représente en ordonnée les rapports P2/P1 ou P1/P2 en dB, P1 la puissance de sortie du premier guide du coupleur ou commutateur 11 en G'l, et P2 étant la puissance de sortie du second guide du coupleur ou commutateur 11 en G"2, pour une puissance d'entrée Po = 1 dans le premier guide d'entrée G'l, en fonction du pourcentage de la compo- sante TE à cette entrée, dans les conditions o PTMI/TE = 0,5 et LCTM/LCTE = 2 Parmi les courbes de la figure 6a, la courbe A re- présente le rapport P2/Pl lorsque le coupleur est dans l'état direct (ou parallèle). Il faut comprendre que la représenta- tion de la composante TE en abscisse indique que si dans le signal d'entrée de puissance Po, la composante TE représente %, alors la composante TM représente O % et vice-versa. La' courbe A montre que le rapport est de l'ordre de -60 dB et qu'il dépend à la fois très peu de l'état de polarisation initiale et très peu du rapport D/LcTE. La courbe B, en pointillés courts, montre le rapport Pl/P2 dans le cas o le coupleur ou commutateur est dans l'état croisé. Cette courbe B montre que le rapport est de l'ordre de -35 dB lorsque le rapport D/LCTE = 4,4. Cette courbe montre donc la conformité des résultats obtenus avec les résultats escomptés. Les courbes C et D en pointillés plus longs, montrent le rapport P1/P2 dans le cas o le coupleur ou commu- tateur est dans l'état croisé et dans les cas respectifs o les rapport D/LCTE égalent 4,0 et 4,8. Le rapport Pl/P2 est alors de -15 dB, ce qui est encore tout à fait acceptable et même très bon pour bien des applications. On conclura donc que le dispositif donne des ré- sultats tout à fait satisfaisants dans la fourchette 4,0 4 D/LCTE En s'éloignant de ces valeurs, il faut s'attendre à de moins bons résultats. Ces courbes enseignent à l'homme du métier à choisir les meilleures conditions pour une application particulière envisagée. Les courbes de la figure 6b représentent en ordonnée la puissance Pl en sortie du premier guide en G"I lorsque la puissance d'entrée Pu est injectée en G'I, en fonction de la tension V (volt) appliquée entre les électrodes de type n et p, et dans les conditions o D/LCTE = 4,4 D = 8 mm WTM/WTE = 0,5 LCTM/LCTE = 2 WTE = 150/V.mm La courbe E en trait plein représente les varia- tions de la composante TE et la courbe F en pointillé les va- riations de la composante TM. Ces courbes montrent que dans les conditions ci- dessus, et pour la tension Vl = 4,5 V, il n'y a plus aucune lumière dans le prolongement du premier guide de sortie G'i, toute la lumière se trouvant dans le second guide de sortie G"2, aussi bien pour la polarisation TE que pour la polarisa- tion TM, et que pour cette valeur V1 on est dans l'état croisé. Ces courbes enseignent d'autre part que pour une valeur V1 = 10,1 Volts, les deux composantes TE et TM sortent conjointement par le premier guide de sortie G"'I et que l'on se trouve dans l'état direct (ou parallèle). Ces courbes montrent enfin qu'en l'absence de toute tension appliquée entre les électrodes n et p, c'est-à- dire pour V = 0 volt, seulement une partie des composantes TE et TM est guidée par le premier guide G'l, G1, G"'1. Le reste du signal est perdu ou passe dans G"2. Exemyle de réalisation II Les courbes des figures 6a et 6b montrent que les dimensions du dispositif 11 ne sont pas critiques au point de rendre sa mise en oeuvre malaisée. Bien au contraire. Aussi dans l'exemple de réalisation II on profite du fait que le dispositif donne de bons résultats dans une gamme de dimen- sions assez large pour présenter un dispositif de forme parti- culièrement ingénieuse rendant la mise en oeuvre encore plus aisée. Cet exemple est illustré par les figures 3a et 3b. Comme la longueur du dispositif 11 est D = 8 mm, on peut se permettre sur la longueur Z = 4mm'des e.ectrodes un petit décalage de quelques pm. Le dispositif 11 est réalisé selon le procédé de réalisation décrit précédemment dans l'exemple I. Les métalli- sations d'électrodes E'l, E'2, E'i, E"2 servent de masques pour graver les rubans des guides jusque dans la couche n-53 afin d'éviter les courtscircuits par la couche p. Grâce à ce procédé, on réalise une coupure G12 dans le ruban du guide G1 pour obtenir deux parties Go10 et Gil seulement séparée par environ 5 pm comme il a été dit dans l'exemple I, coupure qui ne peut dans ces conditions perturber le faisceau. On fait de même dans le ruban du guide G2 une coupure G22, laissant entre les deux coupures le passage pour un tronçon de ruban G32 couvert d'une couche métallique 55 qui raccorde les deux électrodes E'l et E'2 d'une façon simple. Le signal n'est pas non plus perturbé par le tronçon G32 et il suffit alors d'un seul plot électrique pour appliquer la ten- sion sur le couple d'électrode E'i, E"2. La dimension transversale de la connexion G32, E32 sera favorablement de l'ordre de 3 à ? Jm. Evidemment le raccordement entre les électrodes peut être réalisé auchoix entre E'l, E"2, ou bien entre E"l, E'2, le couple non raccordé ne servant pas. Les tronçons de. guide d'entrée G'l, G'2 et de sor- tie G"1, G"2 ont été dessinés quelconque sur les diverses fi- gures. En effet pour obtenir les résultats attendus du cou- pleur ou commutateur, il suffit que ces guides soient distants d'une grandeur très supérieure à la distance de couplage d après une distance petite devant la longueur de couplage. Les commutateurs selon l'invention sont tout par- ticulièrement destinés à réaliser des matrices de commutation à N entrées et N sorties, comme il est connu par exemple de la publication 'Photonic switches and switch areas on LiNbO3* dans "Optical and quantum electronics, 21, 1989 par A. SELVARAJAN et J.E. MIDWINTER édité par CHAPMAN et alii, pages 1 a 15, avec l'avantage qu'il n'est pas nécessaire de sélec- tionner une composante TE ou TM avant l'entrée dans la matrice, pour obtenir le fonctionnement de cette dernière. Revendications 1. Dispositif semiconducteur intégré incluant un cou- pleur directionnel optoélectronique, ce coupleur comprenant deux guides de lumière rectilignes monomodes parallèles sur une longueur totale'D séparés par une petite distance d dite de couplage, guides dont au moins un reçoit à son extrémité dite entrée un-signal lumineux, ce coupleur comprenant aussi quatre électrodes de même type de conductivité disposées à raison de deux sur chaque guide et au moins une autre électrode de type de conductivité opposé, pour permettre la création d'un champ électrique dans les guides, et selon la valeur de ce champ électrique le passage de la lumière dans le guide opposé au guide d'entrée, correspondant à l'état dit croisé du coupleur, ou sa propagation dans le prolongement de la direction d'entrée, correspondant à l'état dit direct du coupleur, caractérisé en ce que le coupleur présente un fonctionnement indépendant des composantes lumineuses transverses électriques-et transverse magnétiques, respectivement TE et TM, contenues dans des proportions aléatoires dans le signal d'entrée, dans les conditions o les paramètres structurels du coupleur permettent de vérifier les trois relations a) eTE. LCTE = TM LCTM b) LCTM/LCTE = (1 - m/n) / = k c) D/LCTM = [p/8/(1-ck)] {1/ sin[p.w/(1-ck)]I} relations dans lesquelles *W et TE sont les déphasages provoqués par les changements d'indices dans les guides sous l'action d'un champ électrique respectivement pour la composante TM et pour la composante TE. LCTE et LCTM sont les longueurs nécessaires pour que la composante de polarisation donnée, re -aectivement TE et TM, introduite dans un guide, passe dans l'autre guide, encore dites longueur de couplage pour TE et longueur de cou- plage pour TM. m, n, p sont des entiers quelconques ú = 1 et la dimension des électrodes sur les guides Z = D/2 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit les différents paramètres structurels du coupleur pour que: k = 2 d'o a') LCTM = 2 LCTE b') WTE = 2 WTM c') D/LCTE 4,354 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ee que parmi les paramètres structurels du coupleur on choisit: - la distance de couplage entre guides d = 4,5 pm - la dimension transverse des guides W - 3 à 5 wm - la dimension totale longitudinale du coupleur D = 8 mm avec 4,0 LCTE D 4,8 LCTE LCTE 1,8 vm LCTM 3,6 pm - la dimension des électrodes Z = D/2 = 4 mm 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les guides sont formés d'une couche guidante quater- naire de formule GaxInjxAsyPly dans laquelle x et y sont des concentrations liées par la relation x = 0,23y, couche quaternaire disposée entre deux couches de phosphure d'indium (InP) sur un substrat de maille adaptée, le dopage de la couche quaternaire étant de type n+ de l'ordre de 1017 at/cm3, le dopage de la couche inférieure d'InP étant de type n de l'ordre de 1017 at/cm3, le dopage de la couche supérieure d'nP étant de type n de l'ordre de 1016 at/cm3, la couche su- pé-ieure d'InP étant surmontée d'une couche d'InP dopée p à 3.1017 at/cm3, en ce que des rubans de guidage sont formés dans la couche supérieure de type p jusqu'à la couche d'InP de type n, et en ce que les électrodes sont réalisées d'une part en surface des rubans de type p et d'autre part en surface de parties de la couche d'InP inférieure de type n. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé OS en ce que l'épaisseur.de la couche guidante quaternaire est de l'ordre de e2, 0,4 vm, l'épaisseur de la couche d'InP de type n' supérieure est de l'ordre de e3 2 0,5 pm dans la région du ruban et e'3 2 0,35 pum à l'extérieur du ruban, l'épaisseur de la couche supérieure de type p du ruban est de l'ordre de es % 1,05 pm, la hauteur du ruban sous les électrodes de type p est de l'ordre de h 2 1,2 pm, le ruban étant interrompu entrd deux électrodes consécutives réalisées sur le même guide pour éviter les courts-circuits par la couche de type p. 6. Dispositif. selon la revendication 5, caractérisé en ce que _TM = 7,5 /V mm BTE = 15 /V mm en ce que pour appliquer le potentiel nécessaire à la création du champ électrique, on utilise, outre les électrodes de type n, seulement un couple formé de deux électrodes de type p, ayant une situation diamétralement opposée sur les guides à raison d'une par guide, et en ce que l'application entre les électrodes n et p d'un potentiel V1 = -4,5 V met le coupleur dans l'état croisé et V2 = -10,1 V met le coupleur dans l'état direct (parallèle). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans la composition de la couche quaternaire la con- centration y = 0,6. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que dans l'intervalle dépourvu de ruban qui sépare deux électrodes consécutives de type p sur un même guide rectiligne du coupleur, est disposé un tronçcor de guide à ruban muni de la couche métallique d'électrode de type p, pour raccorder électriquement les deux électrodes utiles du couple de type p. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est choisi parmi les matériaux semiconducteurs du groupe III-V et le silicium par exemple muni de couches d'adaptation de maille. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux guides du coupleur reçoivent à leur entrée un signal lumineux pour assurer la fonction de commutateur optoélectronique. 11. Procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la couche mé- tallique formant les électrodes de type p sert de masque pour délimiter les rubans de guidage dans la région du coupleur ou commutateur.