Brevet FR2672398A1 — publié le 19920807

-1- Dispositif électro-optique à guide d'onde Un dispositif électro- optique comporte généralement des électrodes métalliques pour appliquer un champ ou injecter un courant à travers un guide d'onde optique L'une d'elles est située à proximité immédiate de ce guide et peut alors affecter la propagation des modes optiques qui y sont guidés Cela se traduit par une déformation et/ou une atténuation de ces modes et peut donc nuire au fonctionnement de ce dispositif. On comprendra mieux le problème sans vouloir en restreindre la généralité en considérant le cas d'un modulateur de polarisation. La fonction d'un tel modulateur est de provoquer un transfert d'énergie par effet électro-optique entre les modes fondamentaux TE et TM-d'un guide optique On utilise pour cela un champ électrique créé dans une jonction de type "pin" à partir d'électrodes15 constituées par des couches métalliques La présence d'une telle couche métallique à proximité de ce guide peut alors perturber gravement l'interaction prévue théoriquement entre les modes optiques TE et TM et le champ électrique appliqué, ceci parce que cette couche déforme et/ou atténue, de manière éventuellement20 différente, les deux modes optiques. La présente invention a notamment pour but de réaliser de manière simple un dispositif électro-optique à guide d'onde qui, tout en étant efficace, évite, au moins partiellement, certaines interactions nuisibles Ces dernières sont celles qui peuvent25 apparaître entre, d'une part une onde parcourant un guide d'onde formé dans une plaquette, d'autre part le matériau conducteur d'une électrode de localisation qui est formée sur cette plaquette pour localiser dans ce guide un phénomène électrique utile tel qu'un champ ou un courant. Selon cette invention une électrode de localisation comporte deux plages juxtaposées qui sont: une plage de localisation qui est relativement proche de ce guide d'onde et qui présente un coefficient de résistance électrique relativement grand,35 et une plage de connexion qui est relativement éloignée de ce -2- guide et qui présente un coefficient de résistance électrique relativement petit. Le coefficient de résistivité électrique mentionné ci-dessus peut être la résistivité électrique d'un matériau présent en couche épaisse Il peut aussi être la résistivité surfacique (résistance au carré) d'une couche mince. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut 8 tre mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un modulateur de polarisation connu. Les figures 2 et 3 représentent des graphes de variation de - l'absorption d'une onde optique en fonction àe l'épaisseur d'une -couche semiconductrice surmontant un guide parcouru par cette onde et inclus dans le modulateur de la figure 1, ceci en présence et en l'absence d'une couche métallique surmontant cette couche semiconductrice, respectivement. Les figures 4 et 5 représentent des vues d'un modulateur de polarisation constituant un dispositif selon la présente invention, ce modulateur étant vu en coupe transversale et de dessus, respectivement. La Figure 6 représente une vue de dessus d'une variante du modulateur des figures 4 et 5, la figure 4 constituant une vue de cette variante en coupe transversale selon une ligne IV-I de la Figure 6. La Figure 7 représente une vue en coupe transversale d'un dispositif électro-optique à électrodes latérales connu. La Figure 8 représente une vue en coupe transversale d'un dispositif électro-optique à électrodes latérales selon la présente invention. La Figure 9 représente une vue en coupe transversale d'un laser semiconducteur connu. -3- La Figure 10 représente une vue en coupe transversale d'un laser semiconducteur constituant un dispositif électro-optique selon la présente invention. On va tout d'abord décrire, de manière générale, en se référant aux figures 4 et 5, les dispositions communes à un dispositif connu tel que celui de la Figure 1 et à un dispositif selon la présente invention Selon ces dispositions communes le dispositif comporte: une plaquette 2 présentant une face principale 3, un guide d'onde 10 proche de cette face principale pour guider une onde optique avec laquelle une interaction utile de nature électro- optique doit être réalisée, et une électrode de localisation 14, 8 s'étendant selon cette face principale et présentant une surface de localisation 9 en regard de ce guide pour localiser, au moins partiellement, un phénomène électrique dans ce guide Ce phénomène apparait lorsque cette électrode et une électrode de base 12 sont connectées à une source d'alimentation électrique convenable 18, et il réalise alors ladite interaction utile avec cette onde Cette électrode de 20 localisation comporte une couche bonne conductrice électrique 14 pour limiter la résistance électrique de la connexion entre cette surface de localisation et cette source d'alimentation. Toujours de manière générale on peut adopter, selon la présente invention, les dispositions avantageuses suivantes L'électrode de localisation comportent deux plages qui sont juxtaposées dans la face principale 3 de la plaquette 2 et qui sont les suivantes: Une plage de connexion 20 comporte ladite couche bonne conductrice 14 Un intervalle de séparation 22 est laissé sur la face principale entre cette plage et le guide d'onde 10 Il présente une largeur suffisante pour éviter, au moins partiellement, une interaction nuisible entre cette couche bonne conductrice et ladite onde optique. Une plage de localisation 24 pénétre dans l'intervalle de séparation 22 et comporte la surface de localisation 9 Elle est -4- constituée d'une couche de localisation 8 qui est électriquement moins conductrice que la couche bonne conductrice, ceci parce qu'un coefficient de résistance électrique de cette couche de localisation est choisi suffisamment grand pour éviter, au moins5 partiellement une interaction nuisible entre cette couche de localisation et ladite onde optique. La plaquette 2 est typiquement constituée d'un matériau semiconducteur et le guide d'onde est intégré à cette plaquette La couche de localisation 8 est alors intégrée aussi à cette plaquette1 o et est constituée d'un matériau semiconducteur présentant un dopage relativement fort par rapport à cette plaquette, la couche bonne conductrice 14 étant déposée sur la face principale 3 et étant constituée d'un matériau métallique. On va maintenant décrire de manière plus particulière les dispositifs représentés sur les figures. Le modulateur de polarisation connu de la Figure 1 est décrit dans un article ELECTRO-OPTIC POLARISATION CONVERTOR ON ( 110) In P (ELECTRONICSLETTERS 13th September 1990 Vol 26 Ko 19 pp.1560-1561) Il comporte une plaquette semiconductrice 102 comportant: une couche de base 104 de type "n", une couche intermédiaire 106 de type "i", et une couche de contact 108 de type "p" à fort dopage, et d'étendue limitée. Dans la couche 106 est formé un guide d'onde 110. Un champ électrique vertical est appliqué à ce guide entre une électrode de base 112 et une électrode de localisation constituée partiellement par une couche métallique 114 présentant un contact sur la couche 108 et séparée par ailleurs de la plaquette par une-30 couche isolante 116 L'action de localisation de champ électrique de la couche 114 est complétée par la couche de contact 108. Pour des ondes parcourant ce guide, la couche métallique 114 constitue une couche perturbatrice. La figure 2 représente la variation des absorptions optiques 3 (en d B/cm) pour les modes TE et TM en fonction de l'épaisseur de la -5- couche 108 (en micromètres) Cette épaisseur constitue la partie variable de la distance de la couche perturbatrice au guide optique d'onde. Dans la partie gauche du graphe, on observe de fortes variations d'atténuation des modes guidés Ces variations sont dues à l'effet de la couche 114 Elles sont notablement dissemblables pour les modes TE (ligne 202) et TM (ligne 204) Sur la figure 3 relative à la même structure que dans le cas de la figure 2 mais sans la couche 114, on observe au contraire une variation comparable des absorptions des modes TE (ligne 302) et TM (ligne 304) en fonction de l'épaisseur de la couche 108 Ces absorptions sont, en outre, bien inférieures à celles représentées figure 2 pour de faibles épaisseurs de la couche 108. Le dispositif des figures 4 et 5 est analogue au précédent, les numéros de référence des éléments correspondants étant diminués de 100 Il comporte, de bas en haut, l'électrode de base 12, une couche de base 4 de type "n", une couche intermédiaire 6 de type "i", incluant le guide d'onde 10, un couche de contact 8 à fort dopage "p", une couche métallique 14 constituant ladite couche bonne conductrice, et une couche d'isolation 16. La présente invention a pour effet d'éliminer les perturbations induites par la couche métallique en l'éloignant latéralement du guide optique et en la remplaçant en lieu et place par la couche semiconductrice 8 Le fort dopage de celle-ci permet d'assurer une conduction électrique suffisante pour l'application du champ dans la zone du guide optique 10 L'épaisseur et le dopage de cette couche 8 sont choisis de manière à réaliser un compromis entre son absorption optique et sa résistance électrique Cette nouvelle structure d'électrode peut être dite du type à Métallisation Absorbante Déportée et sera désignée par la suite par ses initiales M A D. Les figures 5 et 6 représentent deux structures longitudinales de ce type Lorsque deux éléments se correspondent sur ces deux figures, le numéro de référence de celui de la Figure 6 est augmenté de 600 Sur la figure 5 la couche métallique 14 court le -6- long du guide optique 10, ceci dans le cas o le matériau de la couche 8 dopé p n'est pas d'une conductivité suffisante pour assurer la distribution longitudinale du potentiel sans chute de potentiel gênante Sur la figure 6, la couche métallique 614 est5 limitée, ceci dans le cas o le matériau de la couche 608 est suffisamment dopé pour assurer la distribution longitudinale d'un potentiel constant Cette dernière disposition a pour intérêt de diminuer la capacité électrique du dispositif. L'invention illustrée sur l'exemple d'un modulateur de polarisation peut s'appliquer à d'autres dispositifs o le champ électrique est appliqué verticalement dans une structure par exemple de type "pin" Elle peut aussi être utilisée dans des dispositifs o le champ est appliqué horizontalement par des électrodes latérales Les figures 7 et 8 représentent deux tels is dispositifs qui sont mutuellement analogues et dans lesquels deux éléments correspondants portent le même numéro de référence sauf en ce qui concerne le chiffre des centaines qui est 7 sur la figure 7 et 8 sur la figure 8. Une plaquette semiconductrice 702 ou 802 comporte un guide d'onde 710 ou 810 entre deux bandes latérales semiconductrices 730 et 732 ou 830 et 832 constituées d'une couche de localisation semiconductrice à fort dopage. Ces bandes sont surmontées de bandes bonne conductrices 734 et 736 ou 834 et 836 constituées d'une couche métallique bonne conductrice pour former deux électrodes latérales telles que 730, 734 ou 830, 834 qui constituent des électrodes de localisation de part et d'autre du guide 710 ou 810 Conformément à l'invention et à la figure 8, les bandes bonnes conductrices 834 et 836 ont été notablement éloignées du guide 810, et le dopage des bandes semiconductrice a été choisi pour donner une résistance électrique totale suffisamment petite à chacune des électrodes latérales telles que 830, 834. Dans les lasers des figures 9 et 10 le phénomène électrique réalisé est l'injection d'un courant électrique vertical. Ces deux lasers sont mutuellement analogues Leurs éléments -7correspondants portent les mêmes numéros de référence sauf que le nombre des centaines est 9 pour la Figure 9 et 10 pour la Figure 10. Un guide d'onde 910 ou 1010 est formé dans un une plaquette semiconductrice 902 ou 1002 entre deux bandes de confinement électriques telles que 940 ou 1040 Il reçoit un courant vertical à partir d'une couche métallique 914 ou 1014. Conformément à la présente invention et à la figure 10, la couche métallique 1014 a été décalée latéralement par rapport au 1 o guide 1010 et l'électrode de localisation partiellement constituée par cette couche a été complétée par une couche de localisation semiconductrice à fort dopage 1040. Il apparaît de ce qui précède que la structure d'électrode M.A D peut s'appliquer à toutes structures en matériaux semiconducteurs nécessitant l'établissement d'un champ (dispositif dit "en inverse" tels les modulateurs de phase, de polarisation ou les coupleurs) ou l'injection d'un courant (dispositif dit "en direct" tels les lasers, les amplificateurs optiques) Elle s'applique identiquement pour une structure "pin" et une structure "nip I. -8- REVENDICATIONS 1) Dispositif électro-optique à guide d'onde, ce dispositif comportant une électrode de localisation formée sur une plaquette ( 2) pour localiser un phénomène électrique dans un guide d'onde ( 10) porté par cette plaquette, ce dispositif étant caractérisé par le fait que cette électrode ( 14, 8) comporte deux plages juxtaposées qui sont: une plage de localisation ( 24) qui est relativement proche de ce guide d'onde ( 10) et qui présente un coefficient de résistance électrique relativement grand, et une plage de connexion ( 20) qui est relativement éloignée de ce guide et qui présente un coefficient de résistance électrique relativement petit. 2) Dispositif selon la revendication 1 comportant: une plaquette ( 2) présentant une face principale ( 3), un guide d'onde ( 10) proche de cette face principale pour guider une onde optique avec laquelle une interaction utile de nature électro- optique doit être réalisée, et une électrode de localisation ( 14, 8) s'étendant selon cette face principale et présentant une surface de localisation ( 9) en regard de ce guide pour localiser, au moins partiellement, un phénomène électrique dans ce guide, ce phénomène apparaissant lorsque cette électrode et une électrode de base ( 12) sont connectées à une source d'alimentation électrique convenable ( 18)25 et réalisant alors ladite interaction utile avec cette onde, cet- te électrode de, localisation comportant une couche bonne conductrice électrique pour limiter la résistance électrique de la connexion entre cette surface de localisation et cette source d'alimentation, ce dispositif étant caractérisé par le fait que ladite électrode de localisation comportent deux plages juxtaposées dans ladite face principale ( 3) de la plaquette, ces deux plages étant une plage de connexion ( 20) comportant ladite couche bonne conductrice ( 14), un intervalle de séparation ( 22) étant laissé sur cette face principale entre cette plage et ledit guide d'onde ( 10),35 cet intervalle présentant une largeur suffisante pour éviter, au -9- moins partiellement, une interaction nuisible entre cette couche bonne conductrice et ladite onde optique, et une plage de localisation ( 24) pénétrant dans ledit intervalle de séparation ( 22) et comportant ladite surface de localisation ( 9), cette plage étant constituée d'une couche de localisation ( 8) électriquement moins conductrice que ladite couche bonne conductrice, un coefficient de résistance électrique de cette couche de localisation étant choisi suffisamment grand pour éviter, au moins partiellement une dite interaction nuisible entre cette10 couche de localisation et ladite onde optique. 3) Dispositif selon la revendication 2, ledit phénomène électrique étant uin champ électrique. 4) Dispositif selon la revendication 2, ledit phénomène électrique étant un courant électrique. 5) Dispositif selon la revendication 2, ladite plaquette ( 2) étant une plaquette semiconductrice, ledit guide d'onde ( 10) étant intégré à cette plaquette. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que ladite couche de localisation ( 8) est intégrée à ladite plaquette ( 2) et est constituée d'un matériau semiconducteur présentant un dopage relativement fort par rapport à cette plaquette, ladite couche bonne conductrice ( 14) étant déposée sur ladite face principale ( 3) et étant constituée d'un matériau métallique. 7)- Dispositif selon la revendication 6, ce dispositif étant un modulateur de polarisation. 8) Dispositif selon la revendication 6, ce dispositif étant un coupleur optique. 9) Dispositif selon la revendication 6, ce dispositif étant un dispositif à électrode latérales. 10) Dispositif selon la revendication 6, ce dispositif étant un laser