FR 2482386 A1 19811113 FR 8026356 A 19801212 24,82386 i La présente invention a pour objet un contacteur opto-électronique qui assure le contact d'un signal électri- que en utilisant la lumière comme milieu ou support, et plus particulièrement un contacteur opto-électronique qui utilise une photodiode. Comparé avec des éléments de contactage d'autres types, le contacteur opto-électronique qui utilise la lumière comme support se caractérise par une isolation élevée cor- respondant à un grand pouvoir de coupures de mise en et hors circuit (Q%8OdB), à une large bande de transmission ( a la possibilité d'assurer le contactage de signaux analo- giques et numériques, et à des interférences réduites lorsque les contacteurs sont montés dans des réseaux de commutation. Quoiqu'on ait déjà construit des contacteurs opto-élec- troniques de diverses formes, ces contacteurs n'ont pas été jusqu'à présent développés jusqu'à un point o des signaux électriques allant du courant continu au courant alternatif dans une bande de fréquence de micro-ondes peuvent être commutés à des vitesses élevées. Pour pouvoir utiliser des contacteurs o-nto-électroni- ques pour la commutation de lignes téléphonique., ou la distri- bution de signaux de télévision ou encore pour la commutation de lignes de micro-ondes et de lignes de signaux numériques, les caractéristiques suivantes sont requises: 1. La perte du signal dans l'état de mise en circuit (ON) doit être aussi faible que possible; 2. La fuite du signal dans l'état de mise hors circuit (OFF) doit être aussi faible que possible; 3. Une vitesse élevée de commutation doit être possible; 4. La puissance consommée aussi bien dans les états de mise en circuit (ON) que de mise hors circuit (OFF), doit être faible; 5. Les interférences (fuite du signal) entre les lignes de transmission du signal doivent être faibles. Les contacteurs opto-électroniques connus peuvent satisfaire certaines de ces exigences, mais ne peuvent les satisfaire toutes. Un contacteur type opto-électronique a été décrit par E. H. Hara, l'un des inventeurs de la présente demande, et R. I. MacDonald dans un article intitulé "Réseau de contactage opto-électronique à large. bande" publié dans la publication "Electronic Letters, Vol. 14, pages 502 et 503 Août 1978. Le contacteur opto-électronique décrit dans cet arti- cle comprend une combinaison d'un élément convertisseur électriqueoptique, tel qu'une diode émettrice de lumière etun élément convertisseur optique-électrique tel qu'une photo-diode p-i-n Comme il est bien connu dans la technique, avec ce type de contacteur opto-électronique, le degré d'efficacité de la conversion optique-électrique et l'impédance dépendent de la grandeur et de la polarité de la tension de polarisa- tion appliquée à la photodiode. Plus particulièrement, avec une polarisation directe, le rendement de conversion et l'impédance de la diode sont -faibles, tandis qu'avec une tension de polarisation inverse, le rendement de conversion est augmenté. Habituellement, une borne de l'élémeht convertisseur optique-électrique est mise à la masse à travers une résis- tance, et l'autre borne est sélectivement connectée à deux sources de polarisation de polarités opposées à travers un contacteur de transfert qui peut être d'un type mécanique ou d'un type à semi-conducteur. Pour la mise en circuit du contacteur opto-électronique, le contacteur de transfert est soumis à une tension de polarisation qui applique une tension de polarisation inverse à l'élément convertisseur optiqueélectrique, tandis que, de façon à mettre hors circuit le contacteur, le contacteur de transfert est soumis à une tension de polarisation qui applique une tension di- recte à l'élément convertisseur. En agissant sur le contac- teur de transfert de la manière décrite, on produit en répon- se un signal de sortie correspondant au signal lumineux incident émis par l'élément convertisseur électrique-optique- à la jonction formée entre l'élément convertisseur et la résistance. On a découvert que le contactage du signal par contac- tage de la polarité de la tension de polarisation appliquée à l'élément convertisseur optique-électrique engendrait les problèmes suivants. 1. De façon à mettre hors circuit le contacteur opto-électronique par application d'une tension de polari- sation directe à l'élément convertisseur optique-électrique, il est nécessaire de faire passer un courant de l'ordre de quelques milliampères à quelques dizaines de milliampères. Pour cette raison, la consommation de courant électrique de l'élément convertisseur et de la résistance s'élève de quelques milliwatts à quelques dizaines de milliwatts, de sorte que une source de puissance électrique de capacité relativement grande est requise pour faire fonctionner un tel élément convertisseur optique-électrique. En outre, lorsque plusieurs contacteurs opto-électroniques sont utili- sés, ou lorsqu'ils sont assemblés sous forme d'un circuit intégré, une quantité de chaleur relativement grande est engendrée, et ceci est indésirable au niveau des éléments convertisseurs et des circuits électroniques associés, du fait - que l'élévation de temperature résultant de l'émission de chaleur diminue leurs performances et réduit leur durée de vie utile. 2. Etant donné qu'il est nécessaire de commuter la, polarité de la source de polarisation, le dessin du circuit devient non seulement compliqué, mais il est en outre néces- saire d'utiliser des sources de polarisation séparées ayant des polarités différentes, et ceci est un inconvénient du point de vue dessin, dimensions finales du produit et économie de fabrication. 3. Etant donné que l'impédance de l'élément converti-s- seur varie grandement selonla polarité de la tension-de pola- risation (c'est-à-dire qu'elle est faible dans la condition de polarisation directe et qu'elle est élevée dans la condi- tion de polarisation inverse) on ne peut maintenir l'adapta- tion d'impédance à la sortie du contacteur lorsqu'il est dans son état hors circuit (OFF). 4. Etant donné que l'état de mise hors circuit (OFF) du contacteur optoélectroniqueest réalisé en partie en shuntant ou court-circuitant la résistance de charge *par la capacitance de jonction de la photodiode en polarisation directe, le rapport d'isolation dépend de la fréquence et il diminue aux basses fréquences. 5. Lorsqu'on utilise une photodiode du type à jonction p-n ou p-i-n comme élément convertisseur optique- électrique, et comme il est bien connu dans la technique, lorsque la tension de polarisation est modifiée de direct en inverse, la vitesse de commutation est limitée par l'effet de sto- ckage de charge à la jonction. Dans de telles-photodiodes, les vitesses de commutation vont de quelques centaines de nano secondes à quelques micro secondes, ce qui signifie que de telles photodiodes ne peuvent être utilisées pour des applications nécessitant de hautes vitesses de commutation. Comme solution, en vue de diminuer l'effet de stockage de charge, on a proposé de diffuser de-l'or dans une photodiode au silicium. Ce,procédé cependant non seulement rend diffi- cile la fabrication de la photodiode, mais diminue également son rendement de conversion optique-électrique. En outre, ce procédé ne peut obvier aux inconvénients ci-dessus mention- nés sous 1., 2., et 3. A cause de ces inconvénients, le champ d'applica- tion des contacts opto-électroniques de l'art antérieur a été limité à-la commutation de circuit dans lesquels la vitesse de commutation n'entre pas en jeu. En conséquence, un des objets principaux de l'inven- tion est de prévoir un contacteur opto-électronique amélioré. Un autre objet de l'invention est de prévoir un contacteur optoélectronique présentant une consommation de puissance inférieure aux contacteurs de l'art antérieur. Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un contacteur opto-électronique pouvant fonctionner à des vi- tesses élevées de commutation. Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un nouveau contacteur opto-électronique pouvant simplifier le circuit électronique périphérique et qui puisse être assemblé facilement sous forme de circuit intégré. Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un contacteur opto-électronique amélioré susceptible de fonc- tionner de façon stable pendant une longue période de temps. Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un contacteur optoélectronique permettant de régler facilement l'impédance avec un dispositif-devant être connecté au contacteur. Conformément à l'invention, ces objets et d'autres encore peuvent être atteints en prévoyant un contacteur opto-électronique qui comprend des moyens convertisseurs électriques-optiques produisant un signal lumineux modulé par un signal électrique devant être commuté, un moyen con- vertisseur optique-électrique disposé de façon à recevoir le signal lumineux émis par les moyens convertisseurs électri- ques-optiques et une source de polarisation permettant d'ap- pliquer une polarisation inverse au moyen-convertisseur optiqueélectrique de façon à faire passer ces derniers dans l'état de mise en circuit (ON) et dans l'état de mise hors circuit (OFF). Les moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode comportant un premier semiconducteur contenant une jonction p-n et un second semiconducteur présentant un intervalle de bande d'énergie plus étroit que celui du premier semiconducteur de façon à former une hétérojonction entre les deux semiconducteurs. La photodiode peut être une diode avalanche. Le pre- mier semiconducteur est constitué de composés semiconduc- teurs du groupe III à V ou par Si, tandis que le second semiconducteur est constitué par un composé semiconducteur du groupe III à V ou par Ge.- L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, est une vue en coupe montrant un exem- ple d'une photodiode utilisée comme contacteur opto-électro- nique conformément à l'invention; - les figures 2A et 2B sont des graphiques illustrant une structure de bande d'énergie utile pour expliquer le- fonctionnement de la photodiode illustrée à la figure 1. - La figure 3 montre les caractéristiques courant-ten-- sion de la photodiode illustrée à la figure 1, et dans la- quelle lé courant en ampères est porté en ordonnées en fonc- tion de la tension portée en volts en abscisses - La figure 4 est un graphique montrant la relation entre la concentration portée en abscisses des impuretés n-InP et la largeur portée en ordonnées en microns de la couche de déplétion de la photodiode illustrée à la figure 1; - La figure 5 est un graphique illustrant la relation entre la barrière d'énergie AE portée en abscisses et le rapport d'isolation porté en ordonnées en dB La figure 6 est un diagramme de connexion montrant un mode de mise en oeuvre d'un contacteur opto-électronique conformément à l'invention utilisant le contacteur illustré à la figure 1 - - La figure 7 est un diagramme de connexion montrant une variante de réalisation d'un contacteur opto-électronique conforme à l'invention; Les figures 8 et 9 sont des diagrammes de connexion illustrant d'autres variantes de réalisation de contacteurs opto-électroniques; - -,Les figures 10 à 12 sont des-graphiques montrant les données de résultats expérimentaux obtenus avec des contac- teurs opto-électroniques conformes à l'invention; et - Les figures 13A à 13D illustrent un exemple des étapes de fabrication de la photodiode utilisée dans le contacteur opto-électronique conforme à l'invention. On se reportera tout d'abord à la figure 1 dans laquel- le on aperçoit un semiconducteur 7 d'une conductivité donnée et un autre semiconducteur 8 de même type ou de type diffé- rent de conductivité opposée recouvrant le semiconducteur 7 de façon à former entre les deux une jonction 9 p-n. Ces semiconducteurs constituent le premier semiconducteur.' Sur le semiconducteur 8, est prévu un second semiconducteur 10 de même conductivité que le semiconducteur 8 mais présentant un intervalle de bande d'énergie plus étroit que celui du semiconducteur 8. L'interface entre les semiconducteurs 8 et 10 forment une hétérojonction 11. Des électrodes 12 et 13 sont disposées sur les surfaces des semiconducteurs 10 et 7 respectivement de façon à permettre une connexion électri- que. La lumière incidente est irradiée sur l'une ou sur les deux surfaces des semiconducteurs 10 et 7 comme illustré schématiquement en 2 et 2' à la figure i. Quelle que soit la direction de la lumière incidente, on peut obtenir sensible- ment le même effet. De façon à utiliser la photodiode dans un contacteur opto-électronique, une tension A variant entre VI et V2 est appliquée à une borne 14 connectée à l'électrode 12. Dans ce- cas, la tension Vi est choisie de façon à être nulle ou à agir comme une tension de polarisation inverse inférieure à une valeur prédéterminée en référence avec la photodiode 16, tandis que la tension V2 est choisie de telle sorte qu'elle agisse comme une tension de polarisation inverse supérieure à une valeur prédéterminée en référence avec la photodiode 16. La longueur d'ondes de la lumière incidente 2 ou 2' est choisie de telle sorte que l'énergie lumineuse ne soit pas absorbée par le semiconducteur 8 présentant un large in- tervalle de bande d'énergie mais soit absorbée par le semi- conducteur 10 ayant un intervalle de bande d'énergie étroit. Comme il est bien connu dans la technique, dans une diode polarisée en inverse,une couche de déplétion s'étend à partir de la jonction p-n sur une largeur correspondant à la tension de polarisation. La tension Vi est réglée à une tension suffisamment basse, comme décrit ci-dessus et pouvant- être égale à zéro volt, de façon à empêcher la couche de déplétion d'atteindre l'hétérojonction 11, tandis que la - tension V2 est maintenue à une tension suffisamment élevée de façon à permettre à la couche de-déplétion d'atteindre l'hétérojonction ou de s'étendre jusqu'à l'intérieuridu semiconducteur 10. Lorsque les tensions Vi et V2 sont choisies comme décrit ci-dessus, aucun signal de sortie B n'apparaît à la borne de sortie 15 lorsqu'une tension Vi est appliquée. Le signal de sortie B peut être obtenu seulement lorsque la tension V2 est appliquée. En d'autres termes, il est possible. de faire passer ou d'interrompre le-,signal de sortie B corres- pondant à un signal optique incident, selon la grandeur de la tension de polarisation appliquée. - Le principe de fonctionnement de la photodiode - 16 décrite ci-dessus va maintenant être décrit en détail. La structure de la bande d'énergie de la photodiode 16 montrée à la figure 1 est illustrée à la figure 2A dans la- quelle la référence numérique 17 désigne le front de la bande de conduction, la référence 18 désigne le front de la bande de valence, et la référence 19 le niveau de Fermi. La jonc- tion p-n 9 est formée entre les semiconducteurs 7 et 8, tandis que l'hétérojonction 11 est formée entre les semi- conducteurs 8 et 10. La structure de la bande d'énergie montrée à la figure 2A est dessinée en supposant que le semiconducteur 7 est du type p, tandis que les semiconduc- teurs 8 et 10 sont du type n. De la description qui suit, on doit noter que les types de conductivité p et n peuvent être inversés, et dans ce cas, les termes "trous" et "électrons" devront être interchanges. Lorsque de la lumière ayant une longueur d'onde telle que l'énergie lumineuse n'est pas absorbée par le semiconducteur 8 mais est absorbé par le semiconducteur 10 est irradiée au-dessus de la photodiode 16, l'énergie lumi- neuse est absorbée seulement par le semiconducteur 10 créant ainsi des trous 20. Lorsque la tension Vl de polarisation appliquée est suffisamment basse, la couche de déplétion dans le semiconducteur 8 n'atteint pas l'hétérojonction 11, de. sorte que les trous 20 ne peuvent pénétrer à travers la barrière d'énergie 21 formée à l'hétérojonction 11, ce qui signifie que la lumière incidente ne provoque aucune circula- tion de courant de l'électrode 12. vers l'électrode 13. En d'autres termes, même lorsque de la lumière est irradie-sur la photodiode 16, le contacteur est dans son état hors cir- cuit (OFF). Lorsque la tension de polarisation est accrue de manière que la couche de déplétion s'étende et atteigne l'hétérojonction 11, la structure de la bande d'énergie se déforme comme montré à la figure 2B de sorte que les trous 20 peuvent passer au-dessus de la barrière d'énergie 21 à l'intérieur du semiconducteur 8. En conséquence, il est possible d'obtenir un courant de sortie ayant une gran- deur qui correspond au signal lumineux incident, de sorte que le contacteur est commuté dans sa position de fonctionnement (ON). On décrira ci-après un exemple spécifique de mise en oeuvre de l'invention. Le premier semiconducteur contenant une jonction 9 p-n (c'est-à-dire comprenant les semiconducteurs 7 eta8) peut être un composé semiconducteur InP et le second semicon- ducteur 10 peut être un composé semiconducteur des groupes III à V, tel que InxGal xAsl yPy dans lequel x = 0,53 et y = O (c'est--dire Ino 0.53Ga. 47As, ci-après écrit en abrégé InGaAs). Les résultats des mesures effectuées à partir d'une photodiode 16 fabriquée expérimentalement sont illustrés par le graphique de la figure 3 dans laquelle on a porté en abs- cisses la tension de polarisation inverse Vi et en ordonnées l'intensité du courant de lumière ou photocourant Ip et du courant de noir ID. Dans ce cas, la lumière incidente a une longueur d'onde > = 1,15 microns. Cette photodiode a été préparée par la technique de croissance continue épitaxiale en phase liquide. L'épaisseur de InP de type p+ qui corres- pond au semiconducteur 7 est de 200 microns, la concentration du porteur est d'environ 1018cm-3. L'épaisseur de InP de type n (semiconducteur 8) est de InGaAs de type n (semiconducteur ) sont l'un et l'autre de deux microns et les concentrations du porteur pour les deux sont de 1016cm-3. Comme montré à la figure 3, lorsqu'une tension de polarisation Vi = V1 allant de zéro volt à environ 15 volts est appliquée, il ne s'écoule aucun photocourant Ip, et le courant qui traverse la photo- diode comprend seulement le courant de noir Ip. Plus précisé- ment, la photodiode est dans un état o elle est hors circuit (OFF) ne répondant pas à la lumière incidente. D'autre part, lorsque la tension de polarisation Vi = V2 s'établit entre 20 et 80 volts, un photocourant Ip s'écoule comme montré à la figure 3, de sorte que la photodiode est dans son état de mise en circuit ou de conduction (ON) répondant à la lumière inci- dente. Quoique la description qui précède concerne seulement l'opération de commutation, le contacteur opto-électronique peut également être utilisé comme atténuateur variable pré- sentant une directivité de signal, étant donné que lorsque la tension de polarisation inverse varie de façon continue, la grandeur du signal de sortie varie également de façon continue comme montré à la figure 3. On comprend clairement de ce qui précède que les états de mise en circuit et de mise hors circuit de la photodiode dépendent du fait que la couche de.déplétion atteint ou n'atteint pas l'hétérojonction 11. En d'autres termes, les états de mise en circuit et de mise hors circuit, autrement dit de commutation sont obtenus selon que les trous 20 créés par la lumière vainquent ou non la barrière d'énergie 21. Ainsi, la tension de polarisation Vl nécessaire à amener le contacteur en position hors circuit est une basse tension inverse, comprenant la tension zéro volt, qui ne permet pas à la couche de déplétion d'atteindre l'hétérojonction 11. D'autre part, la tension de polarisa- tion V2 nécessaire à amener le contacteur dans la position de mise en circuit ou de marche (ON) est une tension inverse suffisante permettant à la couche de déplétion d'atteindre l'hétérojonction 11. En d'autres termes, l'opération de com- mutation peut être contrôlée par une tension comprenant la tension zéro volt qui place la photodiode dans un état de polarisation inverse ou dans un état de polarisation zéro. Contrairement aux contacteurs opto-électroniques de l'art antérieur, aucune polarisation directe n'est requise pour le fonctionnement du contacteur. De façon à fournir une base physique pour la détermi- nation du dessin de la structure de la photodiode, la rela- tion entre la composition des semiconducteurs et les tensions de polarisation Vl et V2 est expliquée ci-après. La figure 4 est un graphique montrant la relation entre la concentration d'impuretés dans le semiconducteur InP de type n et la largeur de la couche de déplétion lorsque la photodiode est polarisée au voisinage de la tension de déclenchement d'avalanches. La quantité E représente la il force du champ électrique à l'hétérojonction. Par exemple, si le champ électrique est égal à zéro et la concentration d'impuretés de n-InP montrée en abscisses est de 1x1016d- 3, les ordonnées à gauche montrent que la largeur de la couche de déplétion est égale à 3,3 microns. De façon à permettre à la couche de déplétion de tra- verser l'hétérojonction et d'amener le contacteur à lÉétat de marche (ON), il est souhaitable d'avoir une grandeur de E approximativement égale à 1 x 105V/cm. Cette valeur est choisie en tenant compte d'une augmentation du courant de noir si l'on choisissait des valeurs plus grandes pour E. Ain- si, pour la concentration donnée d'impuretées de 1 x 10 16cm 3, l'épaisseur de la couche de déplétion est de 2,5 microns. L'ordonnée à droite sur -la figure 4 montre une valeur minimale de la tension de polarisation V2 nécessaire pour amener le contacteur à la position de marche ou "en circuit" (ON). Si une couche InP de type n de 2, 5 microns d'épaisseur est ainsi choisie, la tension minimale de V2 pour amener le contacteur à la position de marche (ON) est de 47 volts selon le diagram- me de la figure 4. Par suite, en ajustant les tensions de pola- risation V1 et V2 comme suit, il est possible de faire passer la photodiode en position OFF (hors circuit) et en position ON (enccircuit); il suffit de satisfaire aux relations O Vli Le rapport d'isolation (rapport de puissance mise en circuit et hors circuit (ON-OFF) Ir est déterminé par la gran- deur A E de la barrière d'énergie (voir les figures 2A et 2B) formées à l'hétérojonction 11. Sa valeur est donnée appro- ximativement par l'expression: Ir = exp (-àE/kT) dans laquelle k représente la constante de Boltmann et T la température absolue. La barrière-d'énergie E correspond à la différence en première approximation entre l'intervalle de la bande d'énergie des deux semiconducteurs qui forment l'hétérojonction. Lorsque InP et Ino53Ga 0.47As sont utilisés- comme semiconducteurs, on a: A E = 0,53eV. Comme il est bien connu dans la technique, dans le cas de InxGa- xAs, YPY l'intervalle de bande d'énergie peut varier en faisant varier les valeurs de x et de y, ce- qui permet de faire varier la barrière d'énergie AE. La figure 5 est un graphique montrant la relation entre la barrière d'énergieLAE et le rapport d'isolation Ir. A partir de cette figure, il est possible de déterminer la composition requise de InGaAsP pour une valeur désirée du rapport d'isolation. Un mode de réalisation préféré d'un contacteur opto-électronique conforme à l'invention utilisant la photodiode 16 décrite ci-dessus et montrée dans la figure 6 et comprend une diode émettrice de lumière ou un laser à semiconducteur 22 alimenté par une tension de polarisation 23 à travers un circuit de polarisation 24 et un signal S devant être commuté de façon à émettre un signal lumineux modulé 2. Ces. éléments constituent une source lumineuse 30. Le signal lumineux 2 produit par la source lumineuse 30 est reçue par la photodiode 16 à laquelle est sélectivement ap- pliquée la tension inverse V2-ou Vi à partir des sources 4 et 4' à travers le contacteur de transfert 5 actionné par un signal de commande extérieur. Comme mentionné précédemment, Vl comprend la condition zéro volt également. L'électrode formant cathode de la photodiode 16 est mise à la masse à travers une résistance 6 et un signal de sortie est extrait à partir de la jonction entre la photodiode 16 et la résis- tance 6 et est envoyé vers un circuit 25 de mise en oeuvre ou traitement du signal. Le circuit de tension de polarisa- tion montré dans cette réalisation et comprenant les sources de tension de polarisation 4 et 4' et le commutateur de transfert 5 peuvent être des contacteurs mécaniques, électro- mécaniques ou des circuits électroniques comprenant des cir- cuits à semiconducteur, aussi bien que de tout autre type classique. Dans ce cas, l'autre électrode de la photodiode 16 est reliée au circuit électronique. les circuits électro- niques mentionnés ci-dessus comprennent des circuits du type à impulsions qui appliquent les tensions Vl et V2 pour une durée de temps spécifique. Une variante de réalisation du contacteur opto-élec- tronique conforme à l'invention utilisant la photodiode 16 décrite cidessus est montrée à la figure 7. Comme décrit ci-dessus, la grandeur de la tension de polarisation appli- quée à la photodiode 16 pour amener le contacteur opto-électro- nique à la position OFF (hors circuit) peut être zéro. Pour cette raison, pour mettre le contacteur hors circuit, la ten- sion de polarisation appliquée peut être coupée par ouverture du contacteur de transfert 5 comme montré à la figure 7. Ainsi, ce circuit est équivalent à celui de la figure 6, sauf en ce qui concerne le fonctionnement du contacteur de transfert 5. Il y a lieu de noter que la connexion de la photodiode 16 peut être inversée dans les figures 6 et 7 de sorte que l'anode peut être reliée à la résistance 6. Dans une telle configuration, les polarités des sources de tension de pola- risation 4 et 4' doivent également être inversées de façon à- maintenir l'alimentation d'une tension inverse comprenant une tension nulle pour la photodiode 16. La figure 8 montre le détail du contacteur opto-électro- nique comprenant le circuit 5 de commutation de transfert. Dans ce cas, pour amener la photodiode à l'état OFF (hors circuit), la tension de polarisation est coupée par un tran- sistor 28, et de façon à amener la photodiode dans la position ON (en circuit), le transistor 28 est rendu conducteur par une impulsion de déclenchement 29 de façon que soit appliquée une tension' de polarisation inverse à la photodiode 16. La figure 9 correspond à la figure 7 dans laquelle pour amener la photodiode 16 dans la position ON (en circuit), un transistor 28' est rendu conducteur par une impulsion de déclenchement 29' de-façon à augmenter la tension de pola- risation et appliquer ainsi une tension de -polarisation in- * verse à la photodiode 16. Afin d'amener la photodiode dans la position OFF (hors circuit), il suffit d'amener le transistor 28' dans la position OFF de non conduction. - Comme décrit ci-dessus, avec les contacteurs opto-élec- troniques montrés aux figures 6 à 9, il n'est pas nécessaire d'appliquer une tension de polarisation directe à la photodio- de, et par suite la consommation de puissance de la photo- diode durant l'état de mise hors circuit de la photodiode 16 est extrêmement faible et négligeable. Pour cette raison, étant donné qu'il est possible d'utiliser une source de pola- risation d'une seule polarité, la construction du circuit est simplifiée. En outre, il n'est pas nécessaire de trans- férer la tension de polarisation pour la photodiode d'une direction directe à la direction inverse, et il est possible d'obtenir une haute vitesse de c mmutation étant donné que l'effet de stockage de charge en polarisation directe n'entre plus en ligne de compte. Le temps de commutation est déter- miné essentiellement par la capacitance de jonction de la photodiode 16 laquelle est approximativement de 4 pF sous une tension de polarisation zéro, et l'on peut atteindre des durées de commutation inférieures à 10 nano secondes. De manière à réduire la capacitance de la jonction et diminuer par suite la durée de commutation, la tension VI de polarisation inverse de l'état de mise hors circuit (OFF) peut être augmentée éventuellement jusqu'à une grandeur juste inférieure à celle pour laquelle la couche de déplé- tion pénètre l'hétérojonction il de la photodiode 16. En pro- cedant de cette façon, l'état hors circuit (OFF) est encore maintenu, mais le rapport d'isolation est quelque peu réduit étant donné que la barrière d'énergie 21 dans la photodiode 16 est réduite et permet à quelques trous 20 de s'écouler par dessus la barrière. La grandeur de Vi est par suite choisie de façon à maintenir un niveau minimum désiré de rapport d'isolation tout en raccourcissant la durée de com- mutation autant que possible. La grandeur de VI peut être ré- glée en ajustant les valeurs des composants des circuits et la configuration de circuit du circuit de polarisation 5 par tout moyen bien connu de l'Homme de l'Art électronicien. Les figures 10 à 12 montrent des résultats expérimen-. taux obtenus à partir de quelques photodiodes. La figure 10 montre la relation entre le rapport d'isolation et la fréquen- ce du signal S mesurés, cela en référence au mode de réali- sation illustré à la figure 6. Un analyseur de spectres qui correspond au circuit 25 de traitement du signal était utilisé pour la mesure. La photodiode utilisée était faite de phosphure d'indium InP et d'arséniure de gallium et d'indium In 53Ga,47 As. Les résultats montrés dans la figure 10 illustrent qu'un rapport d'isolation aussi élevé que 80dB a été obtenu pour des fréquences allant jusqu'à 250 MHz et au-delà. La figure 11 montre le résultat d'une mesure concer- nant la variation avec le temps de l'opération de commuta- tion lorsque la tension de polarisation appliquée à la photodiode est modifiée de zéro volt à V2 et qu'aucune modu- lation n'est appliquée à la lumière incidente. La forme d'onde supérieure montre le signal de déclenchement de pola- risation qui était appliqué tandis que la forme d'onde infé- rieure montre le signal de sortie. Ces résultats illustrent que les phénomènes transitoires de commutation provoqués par le signal de déclenchement s'établissent dans un espace de temps d'environ 50 nano secondes. On se reportera maintenant à la figure 12 qui montre le résultat du déclenchement obtenu en utilisant un signal d'impulsions numérique de 18M bit/s agissant comme signal électrique S. Les résultats montrés aux figures 11 et 12 ont été obtenusen utilisant un oscilloscope qui correspond au circuit 25 de traitement du signal. Pour l'Homme de l'Art familier d'électronique, il est clair qu'une vitesse de commutation supérieure à 10 nano secondes peut être obtenue. Un procédé de fabrication d'une photodiode conforme à l'invention va maintenant être décrit en faisant référence aux figures 13A à 13D. La figure 13A montre une vue en coupe d'un semiconducteur qui a été obtenu par croissance séquentielle d'une couche 8 de nInP et une couche 10 de InGaAs sur un substrat 7 de p±InP par la technique épitaxiale en phase liquide bien connue. Les épaisseurs des couches n-InP etn-InGaAs sont de 2,5 microns et 2 microns respecti- vement et les concentrations en impuretés de type n de ces couches sont de lxlO16cm-3.-Comme il a été déjà indiqué, la relation entre l'épaisseur choisie et la concentration d'im- puretés pour la couche n-InP peut être déduite de la figure 4. Ensuite, un film résistant photosensible est appliqué sur la surface de la couche 10 de n-InGaAas par tout procédé classique connu dans la-technique. Ensuite, le film résistant photosensible est exposé à un rayonnement ultraviolet à travers un masque approprié puis le film est développé de façon à laisser en partie le film résistant photosensible 26 comme montré à la figure 13B. Un produit d'attaque compre- nant un mélange bien connu de H20, H2S04 et H202 est utilisé de façon à éliminer la partie de la couche 10 formée-de n-InGaAs, tandis qu'un produit d'attaque comprenant un mélange bien connu de brome et d'alcool méthylique est uti- lisé pour éliminer la partie de la couche 8 constituée de n-InP et le substrat 7 constitué de p±InP.-Ainsi, le film résistant déposé sur la couche 10 de n-InGaAs est éliminé - et l'on obtient une construction en Mesa ayant une configura- tion en coupe comme illustré à la figure 13C. La construction en Mesa a un diamètre d'environ 140 microns. Finalement, on dépose à la vapeur un alliage Au-Zn -sur le substrat 7 de p±InP et un alliage de Au-Ge-Ni déposé à la vapeur sur la couche-10 de n-InGaAs. Après quoi, l'ensem- ble est soumis à un traitement d'alliages-à une température d'environ 4000C pendant environ 5 minutes de façon à cons- tituer les électrodes 12 et 13. La figure 13D montre une coupe transversale de la photodiode terminée. - Quoiqu'on ait décrit une photodiode de type Mesa, il est aisé de fabriquer une structure plane, comme il est bien connu dans la technique. Une telle structure peut com- prendre une couche dite chapeau permettant d'augmenter le rendement de conversion optique-électrique, c'est-à-dire une couche semiconductrice présentant un large intervalle de bande d'énergie. Il doit être également compris que le pro- cédé de croissance cristalline n'est pas limité au procédé de croissance hépitaxiale en phase liquide, et que l'on peut utiliser tout aussi bien un procédé hépitaxial en phase vapeur ou un procédé hépitaxial à faisceau moléculaire. Il est seulement nécessaire que le premier et le second semi- conducteurs soient formés avec leur grandeur relative d'in- tervalles de bande d'énergie devant satisfaire aux conditions illustrées aux figures 2A et 2B. Pour des raisons de simplification, on a décrit un contacteur opto-électronique utilisant une photodiode cons- tituée de InP et InGaAs, mais il est clair que d'autres combinaisons de semiconducteurs autres que celles mentionnées peuvent être utilisées. On peut notamment envisager les modifications suivan- tes. A. Le premier semiconducteur formant une jonction p-n est constitué de Si et le second semiconducteur ayant un intervalle de bande d'énergie plus faible que le premier semiconducteur et qui-forme une hétérojonction avec ledit semiconducteur est choisi parmile groupe suivant de semi- conducteurs comprenant: Ge, InxGal xAsl yPy, Al Ga XAs -X -Y y x i-xl-y Sby, InxGalxAslySby, et (AlxGalx)yInl-ySb, dans lesquelles formules on a O x 1 et O B. Le premier semiconducteur formant une jonction p-n est constitué de l'un des composés suivants: AlxGalx As Sby, Inx GalxAsly Sby, InxGa xAsl Py et (Al Ga)- In 1ySb, dans lesquelles formules le second semiconducteur ayant un intervalle d'énergie plus faible que le premier semiconducteur et formant une hétérojonction avec ledit semiconducteur est constitué de l'un des composés suivants: AlxGalxAslySby,, Inx,Galx,Asl ySby, InxGal,Asy, Py, et (AlxGa lx,)y,In ySb, dans lesquelles formules on a 0\x C. De façon semblable, le premier semiconducteur est constitué de AlP ou GaP et le second semiconducteur est constitué de Si, étant donné qu'une correspondance des réseaux peut être obtenue aisément et que la fabrication de l'élément en est facilitée. Quand on utilise une telle photodiode pour un contacteur opto-électronique, on peut obtenir un grand rapport d'isolation compte tenu de la grande différence des intervalles des bandes d'énergie. D. De façon semblable, le premier semiconducteur est constitué de AlAs ou de GaAs et le second semiconducteur est constitué de Ge, ce qui donne une bonne correspondance des réseaux avec le matériau du premier semiconducteur - 2482386 et facilite par suite la fabrication de la photodiode. E. De façon analogue, le premier semiconducteur est constitué de Al Ga As Sb, et le second semiconducteur x 1-x 1-y y est constitué de AlGal,As1 y Sb, ayant sensiblement la même constante de réseau que le premier semiconducteur mais un intervalle de bande d'énergie plus faible. Par- ticulièrement, lorsque le second semiconducteur est cons- titué de AlX Ga 1_x,Sb-(c'est-à-dire lorsque y'=l) ou de GaZt (c'est-àdire lorsque x' = O et y' = 1) ou de InAs, la croissance cristalline est facilitée. Lorsque la photodiode a une caractéristique de multi- plication d'avalanche, le rapport d'isolation et le rapport du signal au bruit peuvent être améliorés, ce qui permet d'obtenir les caractéristiques de commutation préférables à celles de l'art antérieur. Comme décrit ci-dessus avec un contacteur opto-électro- nique conforme à l'invention il est possible de commuter un signal lectrique à vitesse élvée et à grand rapport d'isola- tion en faisant varier la grandeur de la tension de polarisa- tion inverse appliquée à la photodiode. Comme décrit ci-dessus, le résultat des essais préliminaires montre qu'il est possi- ble de commuter un signal à haute fréquence à fréquence supérieure à 500 MHz avec un intervalle de commutation de nano secondes et tout en obtenant un rapport d'isolation du signal entreles états OFF et ON (hors circuit et en circuit) supérieurs à 80 dB. Si l'on considère la caractéristique de modulation de la source lumineuse et la caractéristique de fréquence élevée de la photodiode, il est possible de commu- ter des signaux électriques allant d'un signal en courant continu à des signaux à fréquence élevée supérieure à 1GHz. En outre, étant donné que la vitesse de commutation est déterminée essentiellement par la capacitance de la jonction de la photodiode, on voit aisément que la durée de commutation peut être réduite à moins de 10 nano secondes. Il est également possible de commuter des signaux numériques à vitesse élevée, étant donné la large bande de transmission de la bande de base ( > à 500 MHz). Comme décrit ci-dessus, conformément à l'invention, on prévoit une photodiode à faible consommation de puis- sance et simple configuration de circuit associé dans laquelle on peut obtenir des vitesses de commutation éle- vées et opérant toujours comme un élément de circuit à impé- dance élevée étant donné qu'on est toujours en présence d'une tension de polarisation inverse ou d'une polarisation nulle. Ainsi, il est possible de construire un commutateur opto-électronique susceptible d'avoir aisément une impêdan- ce convenable et présentant un rapport d'isolation élevé du signal comparable ou meilleur à celui obtenu selon l'art antérieur. En conséquence, le commutateur opto-électronique de l'invention peut être utilisé pour diverses applications qui ne pouvaient être envisagées avec les commutateurs opto-électroniques de l'art antérieur. Plus précisément, la faible consommation de puissance rend possible l'utilisa- tion'du commutateur opto-électronique et la-fabrication d'un réseau de commutation tel que proposé par E.H. Hara et R. I.,MacDonald o l'on constitue un circuit intégré de haute densité avec pour résultat que même dans le cas d'une construction d'un commutateur compliqué, sa dimension peut être réduite assurant économie et fiabilité. - On notera également qu'étant donné la possibilité de fonctionnement à vitesse élevée de l'ordre de la nano secon- de, le contacteur opto-électronique peut être utilisé pour les commutations à vitesse élevée des lignes de micro-ondes, pour la commutation des signaux IF d'ondes millimétriques, pour la commutation de lignes numériques, pour la téléphonie, pour la commutation de signaux d'accès multiplex à temps divisé (TDMA) utilisés dans les circuits de communication par satellite, et pour la commutation de signaux microondes à phases décalées utilisées dans les radars à réseaux de phases. 2482 386 REVENDICATIONS 1. Contacteur opto-électronique du type comprenant: - une source lumineuse susceptible de produire un signal lumineux modulé par un signal électrique à commuter; - des moyens convertisseurs optiques-électriques disposés de façon à recevoir le signal lumineux émis par la- dite source lumineuse; et - une source de polarisation permettant d'appliquer une polarisation inverse auxdits moyens convertisseurs optiques- électriques de façon à mettre lesdits moyens en circuit (ON) et hors circuit (OFF); - lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques étant caractérisés en ce qu'ils sont constitués par une pho- todiode 16 formée par un premier semiconducteur 7, 8 comportant une jonction p-n 9 et un semiconducteur 10 présentant un inter- valle de bande d'énergie plus faible que celui du premier se- miconducteur, et combiné avec lui de façon à constituer une hétérojonction 11. 2. Contacteur opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de polarisation com- prend 4u moins une source de polarisation 4 et des moyens de commande 5 interposés entre ladite source et ledit moyen convertisseur optiqueélectrique 16 pour appliquer une tension de polarisation inverse ou nulle audit moyen convertis- seur optique-électrique de façon à amener ledit contacteur en position ON (en circuit) ou en position OFF (hors circuit). 3. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite source de tension est constituée de deux sources ayant des tensions différentes 4, 41 et lesdits moyens de commande 5 assurent une première et une seconde opérations de commande, ladite première opé- ration de commande reliant l'une des sources qui applique une tension de polarisation inverse peu élevée V1 audit moyen convertisseur optiqueélectrique 16, de façon à-placer en- état OFF (hors circuit) ledit contacteur, ettladite seconde -opération de commande reliant l'autre source qui applique une tension inverse plus élevée V2 audit moyen convertisseur optique-électrique pour placer ledit contacteur dans son état ON (en circuit). 4. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que ladite source appliquant ladite tension de polarisation inverse peu élevée Vl produit une tension nulle. 5. Contacteur opto-électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite source de polarisation com- prend une source de tension donnant une seule tension de polarisation, et lesdits moyens de commande assurent une première et une seconde opérations de commande, ladite première opération de commande reliant ladite source de tension audit moyen convertisseur optique-électrique pour placer ces moyens en état de fonctionnement (ON) et ladite seconde opération de commande assure la déconnexion de ladite source de tension d'avec lesdits moyens convertisseurs optique-électriques pour les placer en état de non-fonction- nement (OFF). 6. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion i ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant choisi parmi la famille des composés semiconducteurs des groupes III à V ou étant Si, et un semiconducteur 10 cons- titué d'un semiconducteur choisi parmi la famille comprenant les composés semiconducteurs des groupes III à V ou étant Ge ayant un réseau constant coïncidant sensiblement avec celui dudit premier semiconducteur et un intervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semi- conducteur. 7. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9 et qui est constitué de InP, et un second semiconducteur 10 constitué de In XGa 1XAs 1-yPyi dans laquelle on a 0 x 1 et O0 y l, ledit second semi- conducteur ayant un réseau constant coincidant sensiblement avec celui dudit premier semiconducteur et présentant un in- tervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit pre- mier semiconducteur. 8. Contacteur opto-électronique selbn la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel lesdits moyens convertis- seurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur7,Scomportant une jonc- tion p-n 9, ledit semiconducteur étant constitué de GaAs, et un second semiconducteur 10 constitué de AlxGa xAs ySby, dans laquelle on a 04 x 1 et 0oy teur ayant un réseau constant coincidant sensiblementavec ce- lui dudit premier semiconducteur et un intervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semiconducteur. 9. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, dans lequel lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 compor- tant une jonction p-n 9, ledit semiconducteur étant constitué de. A1l Ga As Sb dans laquelle on a 0O x l et Oy;l 1Ux x y 1-y et un second semiconducteur 10 constitué de All x,Gax,AsyP y, 1-X, xy' 1-y, dans laquelle on a 0 x' 1 et 0oy' 1, ayant un réseau constant coincidant sensiblement avec celui dudit premier semiconducteur et un intervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semiconducteur. 10. Contacteur opto-éliectronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits mo- yens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant cons- titué de In. XGa As Sb dans laquelle on a 0. x 41 et - x y 1-y O4y,1, et un semiconducteur 6 constitué de All x,Gax,Asy, Sbly,, dans laquelle 0 x' plus faible que celui dudit premier semiconducteur. 11. Contacteur opto-électronique selon la revendication - 4A2386 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant constitué de Inl xGaxAs.Sbly dans laquelle on a Ox 41 et 0Oy Y, et un semiconducteur 10 constitué de Al x,GaxAsy,Ply,, dans laquelle on a e d'énergie plus faible que celui dudit premier semiconducteur. 12. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant constitué de In xGaxAsyPl y, dans laquelle on a 0o x bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semi- conducteur. 13. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant constitué de Inl xGaxAsyP y dans laquelle on a 0 14. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 248 286 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant constitué de (AlxGa x)yIn ySb dans laquelle on a 04x 41 et 0O titué de (Alx Gal -x,)y Inl -ySb, dans laquelle onaO.x' l1 et 0 y't 1 ayant un réseau constant coincidant sensiblement avec celui dudit premier semiconducteur et un intervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semi- conducteur. 15. Contacteur opto-électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 et une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant constitué de In GaxAsySbly dans laquelleona 0 x 41 et 1-x x y 1-y 0. y 1, et un second semiconducteur 10 constitué de (Al,Gal x,) yIn 1ySb, dans laquelle on a 0 x'. bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semicon- ducteur. . 16. Contacteur opto-électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits mNyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, 8 ayant une jonction p-n 9, cedit semiconducteur étant cons- titué de Inl xGaxAsyPly dans laquelle on a 0Ox ayant un réseau constant coincidant sensiblement avec celui du- dit premier semiconducteur et un intervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semiconducteur. 17. Contacteur opto-électronique selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, dans laquelle lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7, comportant une jonction p-n 9 composé d'un semiconducteur choisi parmi GaAs ou AlAs, et un semiconducteur 10 constitué de Ge. 18. Contacteur opto-électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques sont constitués par une photodiode 16 comprenant un premier semiconducteur 7 ayant une jonction p-n 9 ledit semiconducteur étant constitué de Si, et un second semiconducteur 10 constitué d'un semiconducteur choisi parmi le groupe comprenant In axGaxAsyPly, AllxGaxAsy Sbly, Inl xGaxAsySbly et (Al Galx y In ySb presentant i-y I1-x x y 1-y x 1-x y 1-y un réseau constant coïncidant sensiblement avec celui dudit premier semiconducteur et un intervalle de bande d'énergie plus faible que celui dudit premier semiconducteur. 19. Contacteur opto-électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens convertisseurs optiques-électriques comprennent une photodiode 16 présentant une fonction de multiplication d'avalanche. 20. Contacteur opto-électronique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'une source 4 de tension de polarisation continuellement variable est uti- lisée pour appliquer une tension de polarisation inverse auxdits moyens convertisseurs optiques-électriques. -d