FR2765734A1 - Composant auto-oscillant pour la generation de signaux optiques modules dans le domaine millimetrique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un composant auto-oscillant pour la génération de signaux optiques modulés et pour la synchronisation, notamment dans le domaine millimétrique, constituant une structure laser à semiconducteur à émission par la surface ou à émission par la tranche, et caractérisé par le fait qu'il intègre verticalement : une première zone de contact (20) d'un premier type élargie incluant une ou des couches actives pour la génération d'oscillations électriques selon un principe de conductance différentielle négative (CDN) de type diode Gunn ou à super réseau, une seconde zone de contact de type opposé (40), une zone active (30) pour l'émission optique insérée entre les deux zones de contact et incluant une ou des couches actives pour l'émission de lumière, dans la zone CDN de sorte que l'émission optique laser soit modulée à la fréquence produite par les couches actives pour la génération d'oscillations électriques, ou à une fréquence harmonique de celle-ci.

Description

La présente invention concerne le domaine des composants destinés à la génération ou la régénération d'un signal lumineux modulé en amplitude à une fréquence bien déterminée.

L'invention peut notamment trouver application dans les réseaux de communication optiques. Elle n'est cependant pas limitée à cette application et peut s'appliquer dans tout autre domaine où serait requise la même fonction.

Les champs d'application privilégiés de l'invention sont d'une part les réseaux mixtes optique-radio, dans lesquels une porteuse radio centimétrique ou millimétrique peut être transportée optiquement jusqu'à la station d'émission par voie radio, et d'autre part les transmissions sur fibres optiques à haut débit, dans lesquelles l'information est portée par des impulsions (qui peuvent être des solitons) à des débits compris entre 10 et 100 Gbits/s.

Dans les réseaux de distribution optique, l'utilisation de techniques radio permet de réaliser des liaisons de façon très souple, en limitant l'installation d'infrastructures nouvelles et en préservant l'autonomie et la mobilité des abonnés. Une des motivations principales du développement des réseaux de distribution est l'élargissement et l'enrichissement de l'offre de services nécessitant des débits de données de plus en plus importants. Pour être compatibles avec ces services large bande, les techniques radio doivent faire appel à des fréquences élevées, qu'il faut mettre en oeuvre au moindre coût. Dans les démonstrations effectuées jusqu'à présent, il est fait appel à des composants optoélectronique s génériques classiques : lasers, modulateurs et photodétecteurs, pour les fonctions de génération, modulation et réception du signal optique-radio. Dans ce domaine, l'invention propose un composant destiné à la génération d'un signal optique-radio, en particulier d'une porteuse radio imprimée sur l'onde lumineuse transportée par une fibre.

Dans le domaine des transmissions sur fibres optiques à haut débit, la fonction de synchronisation est essentielle à de nombreuses opérations de traitement du signal optique : insertion/extraction, routage, commutation, multiplexage/démultiplexage. Dans ce contexte, le composant conforme à la présente invention offre l'avantage de permettre la réalisation de cette fonction en tout optique : une sortie optique périodique (horloge) de ce composant est synchronisée par une entrée optique, de sorte que la transparence optique du réseau peut être maintenue en évitant des conversions optoélectroniques souvent très coûteuses.

De nombreux documents ont été publiés dans le domaine concerné par l'invention.

Dans l'une des architectures de système de distribution à l'étude, un signal radio est préparé dans une station centrale et transporté sous forme optique par un réseau de distribution vers des stations du réseau d'accès, dans lesquelles s'effectue une simple conversion optiqueradio pour assurer la liaison vers des abonnés.

De façon générale, deux méthodes peuvent être mises en oeuvre pour la génération de la porteuse radio à une fréquence f: l'une utilise une modulation d'amplitude, l'autre utilise un battement de fréquences.

En modulation d'amplitude, l'intensité du faisceau lumineux est modulée à la fréquence f en attaquant un composant opto-électronique à une fréquence f', égale à f ou à l'une de ses sous-harmoniques. Il a été proposé pour celà soit d'utiliser un laser semiconducteur DFB fonctionnant en continu et suivi d'un modulateur d'amplitude piloté à la fréquence f' [1-4], soit de moduler directement un laser semiconducteur à la fréquence f,. Dans ce dernier cas, il peut s'agir d'un laser DFB de grande bande passante dont le courant est modulé [5-6], ou d'un laser DBR multisections fonctionnant dans un régime de blocage de modes à la fréquence f : la modulation est alors amenée électriquement sur l'une des sections [7-8] ou optiquement [9], et sert à réduire le bruit de phase.

Dans toutes ces situations, le spectre optique comprend une raie centrale (celle du laser) et au moins deux raies latérales décalées d'une fréquence égale à f. Un tel spectre présente un inconvénient l'annulation périodique de la modulation à la fréquence f au cours de la propagation de l'onde lumineuse dans la fibre optique, du fait de la dispersion (lorsque les raies à +f et à -f se retrouvent en opposition de phase).

En battement de fréquences, ce problème disparaît car le spectre optique est sensiblement différent : une raie latérale est éliminée.

Il ne reste que deux raies séparées d'une fréquence égale à f, qui génèrent la porteuse radio en interférant dans un photodétecteur. Un tel spectre peut être obtenu à l'aide d'un laser bi-mode [10-11] ou de deux lasers asservis en fréquence [12-14], ou bien avec un laser continu suivi d'un modulateur utilisé de manière non-conventionnelle (soit il est polarisé au voisinage de l'extinction et piloté dans un régime grand signal à la fréquence f'=f/2 [15-16], soit il présente entre deux bras un déphasage approprié pour obtenir une bande latérale unique [17]), ou encore à partir d'une source émettant au moins deux raies séparées de la fréquence f et que l'on isole au moyen de filtres [18-19].

Les mêmes types de sources sont utilisés pour les transmissions sur fibre optique à haut débit. Pour la synchronisation dans le réseau optique, la génération de trains d'impulsions avec un taux de répétition du domaine millimétrique et au-delà est réalisée également avec des lasers multisections du même type que ceux décrits en liaison avec les documents [7-9], dans un régime d'auto-oscillation où la puissance optique varie périodiquement [2G22].

Les moyens connus de la technique antérieure ne donnent cependant pas totalement satisfaction.

Toutes les techniques de génération classiques requièrent en effet d'utiliser des générateurs de puissance micro-onde externes pour fixer de façon précise la fréquence de la modulation imprimée sur l'onde optique. Seules les techniques du blocage de modes et d'auto-oscillation permettent de disposer d'un composant qui génère de lui-même la fréquence désirée, mais avec un bruit de phase qui nécessite un verrouillage sur une modulation externe, et, pour en tirer le meilleur parti, on s'oriente vers des structures assez complexes nécessitant des technologies lourdes et couteuses.

La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau composant laser évitant d'avoir recours à une modulation externe ce qui améliore la technique de génération optique en termes de complexité, d'encombrement et de coût. En particulier, qu'elle soit utilisée en générateur autonome ou pilotée optiquement à des fins de synchronisation, la source optique conforme à la présente invention peut être rendue quasiment transparente aux conversions entre optique et micro-ondes pour le système de communication optique une fois que la fréquence centrale de fonctionnement est définie.

Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un composant à émission optique laser par la tranche ou par la surface, qui intègre verticalement dans la même structure laser: - une zone de contact de type n élargie incluant une ou des couches actives pour la génération d'oscillations électriques selon un principe de conductance différentielle négative (CDN) de type diode Gunn ou à superréseau - une zone de contact de type p classique - une zone active pour l'émission optique insérée entre les zones n et p et incluant une ou des couches actives pour l'émission de lumière, de sorte que l'émission optique laser soit modulée à la fréquence de l'oscillation électrique générée dans la zone à CDN.

Le composant intégré proposé selon l'invention permet de réaliser un dispositif émetteur de lumière générant de lui-même une modulation à une fréquence f', structurellement accordé dans une bande centrée sur f', éventuellement verrouillé autour de cette fréquence par un signal électrique ou optique externe pour réaliser par exemple une fonction de régénération, et lui-même capable de verrouiller une modulation de l'onde optique à la fréquence f.

Les oscillateurs à conductance différentielle négative de type diode Gunn ou diode à super réseau sont bien connus en eux-mêmes - voir documents [23-24]. La structure des diodes à CDN est habituellement unipolaire, construite à partir de couches de contact injectantes ayant un dopage de même type que la couche active, alors que les structures pour émission laser sont de nature bipolaire et reposent sur des jonctions pn polarisées en direct.

Les deux fonctions d'oscillation et d'émission laser qui sont réunies dans la structure qui fait l'objet de l'invention appartiennent en réalité à deux contextes de conception radicalement différents - celui des structures unipolaires (mettant en oeuvre un seul type de porteurs), en général de type n±n-n+ avec des couches de contact n+, dans lesquelles circulent de forts courants de dérive (J=en > E) et où les zones de charge d'espace sont quasi-inexistantes. Les principaux membres de cette catégorie sur les diodes Gunn et les diodes à effet tunnel résonnant.

- celui des structures bipolaires (mettant en oeuvre les deux types de porteurs, électrons et trous), du type de la jonction p-n avec une couche de contact n+ et une p+, dans lesquelles les contributions respectives de dérive (J=enyE) et de diffusion (J=eDVn) s'équilibrent presque dans des zones de charge d'espace bien développées et où la recombinaison joue un rôle important. Les principaux membres de cette catégorie sont les diodes et les composants qui en dérivent : lasers, modulateurs, photodiodes.

Leur réunion en série dans une même structure n'est possible que lorsque la structure bipolaire est en régime de forte injection, au voisinage et au-delà du régime de bandes plates. La structure proposée ne résulte cependant pas de la simple juxtaposition d'un oscillateur et d'une diode laser en direct par empilement vertical : on retrouverait dans ce cas un arrangement semblable, quoique intégré, à l'association d'une diode laser et d'un générateur externe. La structure proposée dans le cadre de la présente invention est réalisée au contraire en remplaçant la couche de contact de type n dans la jonction p-n par la diode à CDN, pour obtenir une structure p-n-n+. L'étude du diagramme de bandes montre qu'en augmentant progressivement la polarisation en direct sur cet ensemble de couches, la jonction p-n commence par être polarisée en direct, jusqu'à ce que l'injection dans les couches de type n soit suffisante pour que le champ interne s'établisse sur la couche n-. Lorsque ce champ dépasse le champ critique à partir duquel la région de vitesse différentielle négative est atteinte dans les couches actives électriques, la conductance devient négative et des oscillations électriques entretenues à la fréquence f' sont susceptibles de se produire si le circuit extérieur est convenablement conçu. Ces oscillations du courant dans le dispositif se traduisent par une modulation à la même fréquence f=f, de l'émission optique qui se produit dans les couches actives pour l'émission de lumière, ou par le verrouillage de l'émission à la fréquence f=mf' (m entier) si le laser fonctionne déjà au voisinage de la fréquence f (cas du blocage de modes par exemple). Avec ce principe de fonctionnement, la structure se comporte comme un laser auto-oscillant.

Des structures apparentées à base de diodes à effet tunnel résonnant ont été proposées et réalisées [25-26]. Des caractéristiques bistables à la fois optiques et électriques ont été obtenues (à 77 K [25] ou dans une structure plus complexe de type phototransistor [26]), qui ne sont susceptibles d'induire des régimes d'oscillations pures que lorsque le composant est inséré dans un circuit micro-onde adéquat. Si ces composants semblent intéressants pour des applications de commutation, ils souffrent des limitations des diodes à effet tunnel résonnant pour leurs applications aux oscillateurs (en termes de puissance notamment, à cause de la difficulté à satisfaire simultanément des critères de stabilité et de puissance ou de rendement), contrairement aux dispositifs entrant dans le cadre de la présente invention qui font appel à des matériaux aux propriétés électroniques tridimensionnelles, éventuellement anisotropes comme les super-réseaux, et capables d'entrer spontanément dans un régime d'oscillations pures de fréquence structurellement définie.

L'invention proposée est sensiblement différente de la structure de la référence [25] en ce que la CDN est produite dans une couche (ou multicouche, super-réseau par exemple) épaisse dopée située avant la couche active pour l'émission laser, et non à travers une mince barrière tunnel. Aucun effet d'injection résonnante n'est recherché à priori, même si, au cas où il existerait, il serait susceptible d'améliorer la rapidité du laser. De plus, si la région active pour l'émission laser fonctionne encore au voisinage du régime des bandes plates, la polarisation totale amène la structure au-delà de ce régime, avec une fraction importante de la chute de potentiel présente sur la couche de contact de type n, en fait concentrée sur la région active pour la CDN. Il s'ensuit que la puissance électrique générée peut être sensiblement plus importante que dans la structure de la référence [25]. Le dispositif de la référence [26] se distingue encore plus clairement de l'invention car il est obtenu par l'intégration latérale d'un laser et d'un phototransistor.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente le schéma en coupe verticale d'une structure de laser auto-oscillant intégrant les couches actives optiques et électriques, conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 représente une vue similaire d'une structure conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 illustre les réponses temporelles électriques et optiques du dispositif représenté sur la figure 1 polarisé à -2V, consécutivement à une excitation par un échelon de tension de -0,1V, - la figure 4 illustre une partie de l'évolution temporelle du diagramme de bande de conduction de la structure illustrée sur la figure 1 dont les réponses temporelles sont données figure 3, - la figure 5 illustre la densité d'électrons en excès pour cette structure, - la figure 6 représente une variante de structure conforme à la présente invention à deux sections, et - la figure 7 représente une vue schématique en coupe d'une autre variante de dispositif conforme à la présente invention constituant un laser à émission par la surface.

On a illustré sur les figures 1 et 2 annexées les empilements de couches correspondant à deux structures de base comportant des superréseaux GaInAsP/InP comme matériaux actifs pour la génération d'oscillations, sur un substrat 10 InP soit de type n (oscillateur au-dessous pour la figure 1), soit de type p (oscillateur au-dessus pour la figure 2) conformes à la présente invention. Cependant, les mêmes principes de réalisation peuvent être appliqués avec n'importe quel système de matériaux qui permette de réaliser des hétérojonctions, des lasers à hétérojonction en particulier (par exemple GaInAs/AlInAs sur InP).

Le dispositif, illustré sur la figure 1 comprend, déposés successivement sur le substrat 10 en InP de type n, la zone 20 incluant des couches actives à super-réseau, la zone 30 incluant les couches actives à puits quantique(s) pour l'émission laser et la zone de contact de type p 40.

La zone 20 est constituée, dans l'ordre de la croissance, des couches suivantes - une couche tampon 22 en InP de type n (typiquement 2x1018 cm-3), suivie - d'une couche 24 graduelle en composition, de dopage voisin, qui assure la continuité de la bande de conduction avec le matériau d'une couche active 26 superposée, - la couche active 26 pour la génération d'oscillations électriques, ici un super-réseau dopé n, par exemple en GaInAsP/InP.

Les épaisseurs de puits et barrières, leurs compositions et l'épaisseur totale du super-réseau 26 déterminent la vitesse des électrons dans ce matériau et la fréquence de l'oscillation.

Les caractéristiques de la loi de vitesse des électrons (vitesse maximale, champ critique) peuvent être estimées en faisant appel aux modèles classiques de calcul des propriétés électroniques des superréseaux (de type Kronig Penney) et de leurs propriétés de transport (à partir de l'équation de Boltzmann) conformément aux démarches suivies dans la littérature [23]. Une modélisation du transport dans les structures multicouches (de type équation de dérive-diffusion), dont des exemples de résultats sont donnés dans la suite, est nécessaire pour évaluer ensuite la fréquence d'oscillation. Une estimation peut être donnée par l'inverse du temps de transit des électrons dans le super-réseau, mais il s'agit d'une évaluation assez grossière du fait de la complexité de l'évolution temporelle du champ.

Le super-réseau 26 a de préférence une bande interdite supérieure à l'énergie des photons émis dans la zone active pour l'émission optique 30, de façon à éviter un déconfinement et une absorption trop importants du mode optique émis. Cependant, une absorption dans le super-réseau 26 non nulle peut être intéressante pour synchroniser l'oscillation sur un signal optique de verrouillage.

Le super-réseau 26 est suivi d'une couche 28 graduelle en composition, dont la fonction est identique à celle de la couche 24 qui le précède.

On trouve ensuite les couches active et de confinement d'une double hétérostructure laser dans la zone active pour l'émission optique 30 - une couche 32 de confinement en matériau de grande bande interdite, par exemple InP non dopé.

- un ou plusieurs puits quantiques 34 en GaInAsP/InP non dopé qui constituent le milieu actif du laser. La composition exacte du ou des puits dépend de la longueur d'onde d'émission souhaitée.

- une seconde couche 36 de confinement en matériau de grande bande interdite, par exemple InP non dopé.

On trouve enfin la zone de contact de type p 40 constituée par exemple d'une couche graduelle en GaInAsP dopée 2x1018 cm-3 42a suivie d'une mince couche 42b en GaInAs très fortement dopée.

Deux électrodes en métal 50, 52 sont par ailleurs déposées respectivement de part et d'autre de la structure : l'une 50 sur le coté du substrat 10 opposé à la couche 22, l'autre 52 sur la couche supérieure 42b.

On notera que comme indiqué précédemment pour le composant conforme à la présente invention, la couche de contact d'une structure laser est ici constituée d'un ensemble de couches 20 incluant des couches actives pour la génération d'oscillations électriques. I1 n'y a pas de couche de contact ni d'électrode intermédiaire entre les couches actives pour l'émission optique et celles pour la génération d'oscillations électriques.

Sur la figure 2, pour le cas d'un substrat de type p, l'ordre des couches est pratiquement inverse.

On retrouve en effet sur la figure 2, déposées sur un substrat 10 en InP de type p, successivement une couche de contact de type p également couche tampon 40, des couches composant une zone active pour émission optique 30 à puits quantiques et des couches composant une zone de contact de type n 20 incluant des couches actives à super-réseau pour la génération d'oscillations électriques.

La zone de contact de type p 40 est déposée sur le substrat 10 et consiste en une couche tampon 42 en InP de type p (typiquement 2xlOl8cm-3).

La zone active pour émission optique est constituée dans l'ordre de la croissance des couches suivantes - une couche 36 de confinement en matériau de grande bande interdite, par exemple InP non dopé, - un ou plusieurs puits quantiques 34 en GalnAsP/InP non dopé qui constitue le milieu actif du laser. La composition exacte du ou des puits 34 dépend de la longueur d'onde d'émission souhaitée.

- une seconde couche 32 de confinement en matériau de grande bande interdite, par exemple InP non dopé.

La zone de contact de type n 20 à super-réseau est composée: - d'une couche 28 graduelle en composition, - de la couche active 26 pour la génération d'oscillations électriques formée par exemple d'un super-réseau dopé n, en InGaAsP/lnP, - une couche 24 graduelle en composition.

- une ou plusieurs couches de contact de type n, par exemple une couche 22a en InP de type n suivie d'une mince couche 22b en InGaAs très fortement dopée pour améliorer la qualité du contact.

Deux électrodes en métal 50, 52 sont par ailleurs déposées respectivement de part et d'autre de la structure : l'une 50 sur le côté du substrat 10 opposée à la couche 42, l'autre 52 sur la couche supérieure 22b.

Dans ces structures, la zone pour émission optique 30 opère en propagation guidée dans le plan des couches.

Le signal optique généré par ces structures peut donc être récupéré par une fibre optique placée en regard de la tranche de la couche active 34.

Une modélisation du fonctionnement de la structure décrite sur la figure 1 est représentée sur les figures 3, 4 et 5.

La figure 3 montre les réponses temporelles électrique et optique du dispositif polarisé à -2V, consécutivement à une excitation par un échelon de tension de -0.1V. Le circuit électrique comporte une inductance (et une résistance) en série avec le composant, de sorte qu'il entre dans un régime d'oscillations entretenues, à une fréquence de l'ordre de 40 GHz. Cette oscillation a pour effet de moduler la puissance optique émise par le laser avec une amplitude de l'ordre de 0.5%, comparable à ce qui est obtenu en modulation directe par des sous harmoniques [5].

La figure 4 montre une partie de l'évolution temporelle du diagramme de bande de conduction de la structure. L'épaisseur du superréseau est de 0.8Fm, son dopage de 2X1016 cm-3, l'épaisseur des couches de confinement de 0.2 clam, celle des couches graduelles de 0.1pm. L'oscillation produit dans le super-réseau des domaines de champ qui se propagent et apparaissent comme des ondulations du diagramme de bande. Comme on le voit sur la figure 5, ces domaines transportent des paquets de porteurs qui sont directement injectés dans la zone active pour l'émission optique et modulent la densité de porteurs (et le gain) dans les puits quantiques lorsqu'ils y parviennent. Ces simulations montrent qu'il est possible d'obtenir de la conductance différentielle négative dans des structures bipolaires de type pn en direct dans les conditions de forte injection.

Le composant conforme à la présente invention délivre une oscillation à une fréquence fondamentale fixe sous une polarisation continue appliquée entre les métallisations 50 et 52. Cette polarisation peut être modulée si l'on souhaite que le signal optique contiennent des données utiles en plus de cette fondamentale.

Le dispositif conforme à la présente invention est compatible avec un fonctionnement en blocage de modes. La figure 6 présente une réalisation possible à deux sections dans l'esprit des références 7 et 27, dans laquelle des sections de type miroir DBR et contrôle de phase peuvent éventuellement être rajoutées. Le temps d'aller retour des photons dans la cavité totale définit la fréquence de recurrence des impulsions qui sont produites, l'auto-oscillation de la section de gain fournissant une fréquence de référence stabilisée qui améliore le bruit de phase.

On retrouve sur la figure 6 une structure comprenant le même empilement de couches que la structure illustrée sur la figure 1.

Cependant, les deux dernières couches 42a et 42b sont scindées en deux sections 42a et 42b d'une part, et 44a, 44b d'autre part séparées par une rainure 60. La couche de contact en métal 52 est superposée aux couches 42a, 42b. Une couche de contact en métal similaire 54 est déposée sur la couche 44b de sorte que les couches 44a, 44b isolées par la rainure 60 forment une section absorbant saturable.

La figure 7 propose un empilement de couches type pour le cas d'un laser à émission par la surface, dont un des principaux avantages est une plus grande facilité de couplage optique et de réalisation de matrices que les structures en propagation guidée. Dans ce cas, la fibre optique de récupération n'est pas placée sur la tranche de la couche active, mais transversalement aux couches de composant. Les épaisseurs des couches des miroirs de Bragg, ainsi que celles des couches internes doivent être ajustées dans leur ensemble pour optimiser l'efficacité du laser à la longueur d'onde visée.

On a illustré sur la figure 7 une structure où la zone de contact de type n incluant un super réseau est adjacente à un substrat et surmontée par la zone active pour émission optique par la surface. Bien entendu, en variante on pourrait prévoir la zone active pour émission optique par la surface adjacente au substrat, laquelle zone serait alors surmontée de la zone de contact de type n incluant un super-réseau.

On a ainsi illustré sur la figure 7 une structure intégrée qui comprend déposées successivement sur un substrat 10 en InP de type n, des couches composant une zone de contact de type n 20 incluant un super-réseau et des couches composant la zone active pour émission optique 30 à puits quantiques.

La zone 20 est constituée dans l'ordre de la croissance, des couches suivantes - des couches 21 de contact de type n formant un miroir de Bragg, - une couche 24 graduelle en composition, - la couche active 26 pour la génération d'oscillations électriques, formée par exemple d'un super-réseau InGaAsP/InP dopé n, et - une couche 28 graduelle en composition.

La zone 30 est quant à elle constituée dans l'ordre de la croissance des couches suivantes - une couche 32 de confinement en matériau de grande bande interdite, par exemple InP non dopé, - un ou plusieurs puits quantiques 34 en GalnAsP/lnP non dopé qui constitue le milieu actif du laser, - une seconde couche 36 de confinement en matériau de grande bande interdite, par exemple InP non dopé.

La couche de contact de type p est constitué d'une ou plusieurs couches 41 de type p formant un miroir de Bragg.

Par ailleurs, là encore, des électrodes de contact en métal 50, 52 sont déposées respectivement de part et d'autre de la structure : l'une 50 sur le côté du substrat 10 opposé à la couche 21, l'autre 52 sur la couche supérieure 41 ; on notera cependant que cette seconde électrode de contact en métal 52 ne recouvre que partiellement la couche supérieure 41 pour autoriser l'émission par la surface.

Pour cette raison, cette seconde électrode 52 est illustrée sous forme de zones discrètes correspondant à l'image en coupe d'une électrode annulaire.

Dans les principes de fonctionnement qui viennent d'être définis, le composant conforme à la présente invention peut opérer comme générateur autonome d'un signal optique modulé (et d'un signal électrique à la même fréquence ou celle de l'une de ses sousharmoniques), mais aussi comme générateur asservi soit électriquement sur son électrode de polarisation, soit optiquement par injection optique dans la structure guidante.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.

On pourrait notamment envisager l'utilisation d'un superréseau pour l'injection de trous au lieu d'un super-réseau pour l'injection d'électrons qui est considéré ici. La zone de contact de type n retrouverait une structure classique et c'est la zone de contact de type p qui serait élargie pour inclure des couches actives à super-réseau de trous pour la génération d'oscillations électriques. Les empilements de couches pour les structures décrites ici seraient à modifier mutatis mutandis.

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[21] U. Feiste, D. As, A. Ehrhardt, "18 GHz all-optical frequency locking and dock recovery using a self-pulsating two-section DFB-laser", IEEE Phot.

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[22] M. Möhrle, B. Sartorius, R. Steingrüber, P. Wolfram, "Electrically swtichable self-pulsations in integrable multisection DFB-lasers", IEEE
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[23] J.F. Palmier, C. Minot, H. Le Person, J.C. Harmand, N. Bouadma, J.C.

Esnault, D. Arquey, F. Heliot, J.P. Medus, "Reflections gain up to 6 dB at 65
GHz in GalnAs/AllnAs superlattice oscillators", Electron. Lett., 32, 1506, (1996).

[24] J.F. Cadiou, J. Guena, E. Penard, P. Legaud, C. Minot, J.F. Palmier, H. Le
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[25] C. Lutz, F. Agahi, K. May Lau, "Resonant tunneling injection quantumwell lasers", IEEE Products Technol. Lett., 7, 596, (1995).

[26] Y. Kawamura, H. Asai, H. Iwamura, "Fabrication of resonanttunnelling optical bistable laser diodes", Electron. Lett., 30, 225, (1994).

[27] S. Arahira, Y. Matsui, T. Kunii, S. Oshiba, Y. Ogawa, "Transform-limited optical short-pulse generation at high repetition rate over 40 GHz from a monolithic passive mode-locked DBR laser diode", 5, 1362(1993).

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Composant auto-oscillant pour la génération de signaux optiques modulés, notamment dans le domaine millimétrique, en émission soit par la tranche soit par la surface, caractérisé par le fait qu'il intègre verticalement - une première zone de contact (20) d'un premier type élargie incluant une ou des couches actives pour la génération d'oscillations électriques selon un principe de conductance différentielle négative (CDN) de type diode Gunn ou à super réseau - une seconde zone de contact de type opposé (40) - une zone active (30) pour l'émission optique insérée entre les deux zones de contact et incluant une ou des couches actives pour l'émission de lumière, de sorte que l'émission optique laser soit modulée à la fréquence de l'oscillation électrique générée dans la zone à CDN.

2. Composant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone de contact élargie est de type n.

3. Composant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone de contact élargie est de type p.

4. Composant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la zone active pour l'émission optique (30) est réalisée au dessus de la première zone de contact (20).

5. Composant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la première zone de contact (20) est réalisée au dessus de la zone active pour l'émission optique (30).

6. Composant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la première zone de contact (20) inclut des couches actives à base d'un super-réseau de type GaInAsP.

7. Composant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est réalisé sur un substrat en InP.

8. Composant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la première zone de contact (20) comprend une couche dopée (22), une couche (24) graduelle en composition, une couche active (26) formant super-réseau et une couche graduelle (28).

9. Composant selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le super-réseau possède une bande interdite supérieure à l'énergie des photons émis par la zone active pour l'émission optique (30).

10. Composant selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la zone active pour l'émission optique (30) comprend une couche (32) de confinement à grand intervalle de bande interdite, une couche (34) à puits quantiques et une couche (36) de confinement présentant un grand intervalle de bande interdite.

11. Composant selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la couche active à puits quantiques est réalisée en GaInAsP/lnP.

12. Composant selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des couches de contact (40).

13. Composant selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les couches de contact (40) comprennent une couche graduelle (42) et une couche de contact proprement dite (42b).

14. Composant selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comprend des couches de métal (50, 52) déposées respectivement de part et d'autre de la structure.

15. Composant selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que la zone active pour l'émission optique (30) présente plusieurs sections pour former un laser à émission par la tranche à plusieurs sections.

16. Composant selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'il comprend une section formant absorbant saturable.

17. Composant selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux sections séparées par une gravure (60) formée dans les couches supérieures (42a, 42b).

18. Composant selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend des couches de contact formant miroir de Bragg (21, 41) disposées respectivement de part et d'autre de la structure pour former un laser à émission par la surface.

19. Composant selon la revendication 18, caractérisé par le fait qu'il comprend une couche de métal supérieure (52) ne recouvrant que partiellement la couche de contact supérieure (41).

20. Composant selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'application d'une polarisation électrique continue pour la génération d'une oscillation optique à une fréquence fixe fondamentale.

21. Composant selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'application d'un signal de verrouillage électrique.

22. Composant selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'application d'une polarisation électrique modulée pour la superposition de données utiles à une fréquence fondamentale optique.

23. Composant selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'application d'un signal pour le verrouillage optique de l'oscillation générée.

24. Système de communication optique caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, comme source optique modulée en millimètrique.

25. Système de communication optique caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, comme composant de récupération d'horloge ou de synchronisation tout optique.