Brevet FR2734064A1 — publié le 19961115

La présente invention se rapporte à un dispositif semiconducteur optique typiquement utilisé pour des communications optiques. Traditionnellement, dans l'amplificateur optique à semi-conducteurs, qui est un exemple du dispositif semiconducteur optique, une légère contrainte de traction (-0,2%) est impartie à la couche de puits quantiques pour obtenir une caractéristique de gain insensible à la polarisation (voir Technical Report de IEICE, OQE91-93, pages 31-35). Par suite, contrairement au cas où aucune contrainte n'est impartie, les gains pour la lumière en polarisation TE et la lumière en polarisation TM sont à peu près égaux l'un à l'autre. Cependant, le gain pour la lumière en polarisation TM de cette structure est plus faible que celui d'une structure dans laquelle est impartie une plus grande contrainte de traction (-0,4%) et le gain pour la lumière en polarisation TE de cette structure est plus faible que celui d'une structure sans contrainte (0%). En effet, traditionnellement, dans l'amplificateur optique qui est un exemple du dispositif semi-conducteur optique, on ne peut obtenir un gain suffisamment élevé si l'on souhaite atteindre une caractéristique de gain insensible à la polarisation. La présente invention a été faite pour résoudre le problème ci-dessus, et par conséquent, elle a pour objet de procurer un dispositif semi-conducteur optique pouvant produire un gain élevé d'une manière insensible à la polarisation. Selon l'invention, on prevoit un dispositif semiconducteur optique comprenant, dans une région active, au moins deux couches de puits quantiques ayant à peu près la même longueur d'onde de luminescence et différentes contraintes. Les couches de puits quantiques peuvent être formées de manière que la différence entre les longueurs d'onde de luminescence de deux couches de puits quantiques ne dépassent pas environ 100 nm. Les couches de puits quantiques peuvent être agencées dans la direction du laminage. Les couches de puits quantiques peuvent être agencées dans la direction de propagation de la lumière. Les couches de puits quantiques peuvent être formées de façon qu'au moins une couche de puits quantiques reçoivent une contrainte de traction alors qu'au moins l'une des autres couches de puits quantiques soit sans contrainte ou reçoive une contrainte de compression. Les couches de puits quantiques peuvent être formées de façon à produire une caractéristique insensible à la polarisation. Comme on l'a décrit ci-dessus, selon cette invention, le dispositif semi-conducteur optique a les au moins deux couches de puits quantiques ayant différentes contraintes dans la région active. En ajustant bien la contrainte, l'épaisseur de couche, la composition, le nombre de couches et d'autres facteurs de chaque couche de puits quantiques, le rapport entre les gains qui sont donnés aux composantes de polarisation TE et de polarisation TM par les couches des puits quantiques, au total, peut être rendu à peu près égal à 1. En effet, on peut obtenir une caractéristique du gain insensible à la polarisation. Par ailleurs, comme les couches des puits quantiques ont à peu près la même longueur d'onde de luminescence, le dispositif semi-conducteur optique peut fonctionner sans qu'il y ait luminescence non souhaitée ou réduction du gain. Au moins une couche de puits quantiques reçoit une contrainte de traction tandis qu'au moins une autre des couches de puits quantiques est sans contrainte ou reçoit une contrainte de compression. La couche quantique à contrainte de traction produit un plus grand gain pour la lumière en polarisation TM tandis que la couche quantique sans contrainte ou à contrainte de compression produit un plus grand gain pour la lumière en polarisation TE. Un dispositif semi-conducteur optique à gain élevé peut être obtenu d'une manière insensible à la polarisation en rendant à peu près égaux les gains ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective montrant un amplificateur optique à semi-conducteurs selon un mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe de l'amplificateur optique à semi-conducteurs de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe d'un amplificateur optique à semi-conducteurs selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est une vue en coupe d'un amplificateur optique à semi-conducteurs selon un autre mode de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 2 montrent la structure d'un amplificateur optique à semi-conducteurs selon un mode de réalisation de la présente invention. Sur les figures 1 et 2, le chiffre de référence 1 désigne une électrode côté p ; 2, un substrat en p-InP ; 3, une couche de placage en p-InP 4, une région active ; 5, une couche de placage en n-InP ; 6, une couche de contact en n-InP ; 7, une électrode côté n ; 8, une couche de blocage en InP dopé de fer ; 9, une couche piégeant les trous en n-InP ; 10, une couche de confinement de la lumière en InGaAsP ; 11, un puits quantique à contrainte de traction ; 12, un puits quantique à contrainte de compression; et 13, une couche de confinement de la lumière en InGaAsP. Les puits quantiques 11 et 12 sont faits en InGaAsP, InGaAs ou InAsP.Par ailleurs, les chiffres de référence 14 et 15 désignent une distribution d'intensité de la lumière et une direction de propagation de la lumière, respectivement. Le fonctionnement de l'amplificateur optique ci-dessus sera décrit ci-dessous. En se référant à la figure 1, quand du courant est forcé à s'écouler de l'électrode 1 côté p à l'électrode 7 côté n, des porteurs sont injectés dans la région active 4 et un gain est obtenu. Dans cette opération, la couche de blocage 8 en InP dopé de fer et la couche 9 piégeant les trous en n-InP rétrécissent le courant. Pour illustrer la région active 4 et son voisinage en plus de détail, la figure 2 montre une section transversale de la structure de la figure 1 faite suivant un plan A-B-C-D. Comme on peut le voir à la figure 2, la région active 4 comprend les puits quantiques à contrainte de traction 11 et les puits quantiques à contrainte de compression 12. Des porteurs sont injectés dans les puits quantiques 11 et 12 pour produire un gain.Les puits quantiques à contrainte de traction 11 produisent un gain pour la lumière en polarisation TE et la lumière en polarisation TM quand la lumière se déplace dans la direction 15. Cependant, si la contrainte de traction est plus grande qu'un certain niveau, le gain pour la lumière en polarisation TM est plus élevé que celui pour la lumière en polarisation TE. Dans les puits quantiques 12 à contrainte de compression, le gain pour la lumière en polarisation TE est plus élevé que celui pour la lumière en polarisation TM. Par conséquent, en ajustant bien la contrainte de traction ou la contrainte de compression ainsi que l'épaisseur de couche, le nombre des couches et d'autres facteurs de chacun des puits quantiques 11 à contrainte de traction et des puits quantiques 12 à contrainte de compression, le rapport entre les gains qui sont donnés aux composantes de polarisation TE et de polarisation TM de la propagation de la lumière par les puits quantiques au total 11 et 12 peut être rendu à peu près égal à 1. En effet, une caractéristique du gain insensible à la polarisation peut être obtenue. La contrainte a1, l'épaisseur de couche t1 et la composition b1 (représentée par la longueur d'onde de photoluminescence) des puits quantiques à contrainte de traction 11 et la contrainte a2, l'épaisseur de couche t2, la composition b2 des puits quantiques 12 à contrainte de compression sont telles que -3% Tandis que, dans le mode de réalisation ci-dessus, les puits quantiques à contrainte de traction 11 et les puits quantiques à contrainte de compression 12 sont formés de façon alternée, les mêmes effets peuvent être obtenus même avec une structure de la figure 3 où les puits quantiques 11 et 12 sont séparément formés dans la direction du laminage. Par ailleurs, comme le montre la figure 4, une région active 4a à puits quantiques à contrainte de traction et une région active 4b à puits quantiques à contrainte de compression peuvent être juxtaposées dans la direction de propagation de la lumière. Le chiffre de référence 16 désigne une surface de connexion de guide d'onde. Dans cette structure, le rapport entre les gains pour la lumière en polarisation TE et la lumière en polarisation TM peut être changé arbitrairement en changeant le rapport entre les courants injectés à travers une première électrode 7a côté n et une seconde électrode 7b côté n qui sont séparées par une gorge de séparation d'électrodes 17 côté n. Cependant, s'il est suffisant d'égaliser les gains pour la lumière en polarisation TE et la lumière en polarisation TM, il n'est pas toujours nécessaire de diviser l'électrode 17 côté n. Dans certains buts, on dépose Si02, Al03, SiNx ou analogue sur les faces latérales (face d'incidence et de sortie de la lumière) de l'amplificateur optique, par exemple par évaporation d'un faisceau d'électrons, pour ajuster les réflectances de ces faces à des valeurs prédéterminées. Dans ce cas, la réflectance peut être différente pour la lumière en polarisation TE et la lumière en polarisation TM. Il est nécessaire que les puits quantiques 11 et 12 soient conçus afin de produire une caractéristiques du gain insensible à la polarisation en considérant ce facteur. Bien que les figures 2-4 ne montrent qu'une direction de propagation de la lumière, l'invention est également applicable au cas où la lumière a un mouvement de va-etvient. Si la structure de chacun des modes de réalisation cidessus est utilisée, on peut réaliser un filtre de longueur d'onde à semi-conducteurs qui donne les mêmes composantes à gain élevé pour la polarisation TE et la polarisation TM. Si la structure de chacun des modes de réalisation cidessus est utilisée, on peut réaliser un photo-détecteur à semi-conducteurs qui donne la même sensibilité pour les composantes en polarisation TE et en polarisation TM. Si la structure de chacun des modes de réalisation cidessus est utilisée, on peut réaliser un modulateur optique à semi-conducteurs qui produit le même rapport d'extinction pour les composantes en polarisation TE et en polarisation TM. Si la structure de chacun des modes de réalisation cidessus est utilisée, on peut réaliser un guide d'onde de la lumière à semi-conducteurs qui produit le même indice de réfraction équivalent pour les composants en polarisation TE et en polarisation TM. Si la structure de chacun des modes de réalisation cidessus est utilisée, on peut réaliser un élément photoémetteur à semi-conducteurs qui produit des composantes de polarisation TE et les polarisations TM ayant les mêmes fortes intensités. Comme on l'a décrit ci-dessus, selon l'invention, au moins deux couches de puits quantiques ayant à peu près la même longueur d'onde de luminescence et différentes contraintes sont formées dans une région active. Par conséquent, un dispositif semi-conducteur optique peut facilement être obtenu qui donne un gain élevé d'une manière insensible à la polarisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur optique caractérisé en ce qu'il comprend, dans une région active, au moins deux couches de puits quantiques (11, 12) ayant à peu près la même longueur d'onde de luminescence et différentes contraintes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une différence entre les longueurs d'onde de luminescence de deux desdites au moins deux couches de puits quantiques (11, 12) ne dépasse pas environ 100 nm. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les au moins deux couches de puits quantiques (11, 12) sont agencées dans la direction du laminage. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les au moins deux couches de puits quantiques (11, 12) sont agencées dans la direction de la propagation de la lumière. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des au moins deux couches de puits quantiques (11, 12) reçoit une contrainte de traction tandis qu'au moins une des autres couches de puits quantiques n'a pas de contrainte ou bien reçoit une contrainte de compression. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les au moins deux couches de puits quantiques (11, 12) sont formees afin de donner une caractéristique insensible à la polarisation.