Brevet FR2724050A1 — publié le 19960301

Procédé d'alignement d'un ruban enterré et d'un ruban externe dans un composant optique semiconducteur. La présente invention concerne de manière générale le domaine des circuits photoniques intégrés. Elle concerne plus spécifiquement l'intégration d'un ruban enterré avec un ruban externe au sein d'un même composant semiconducteur. Les rubans enterré et externe constituent typiquement les guides de lumière d'un laser et d'un modulateur intégrés au sein d'un même composant, ce dernier étant constitué par10 exemple à base de phosphure d'indium. Ils sont respectivement désignés internationalement par les termes anglais "Buried Heterostructure" ou "BH" pour "heterostructure enterrée" et "ridge" pour "arête". Leurs caractéristiques respectives seront rappelées dans la description ci-après. Un procédé connu pour réaliser une telle intégration est celui du couplage bout à bout appelé internationalement "butt coupling". Il est notamment décrit dans les articles suivants: M. Suzuki, Y. Noda, H. Tanaka, S. Akiba, Y. Kushiro, and H. Issiki, "Monolithic integration of InGaAsP/InP distributed feedback laser and electroabsorption modulator by vapor phase epitaxy," J. Lightwave technolo., vol. LT-5, pp. 1277-1285, 1987.25 Yuichi TOHMORI and Mauronu OISHI, Japaneses Journal of Applied Physics, vol. 27, n 4, April 1988 pp L693 - L695 Les performances des composants obtenus par les procédés connus apparaissent insuffisantes notamment quant à l'intensité des faisceaux lumineux modulés susceptibles30 d'être obtenus. La présente invention a notamment pour but d'améliorer les performances d'un composant intégrant un ruban enterré tel que celui d'un laser et un ruban externe tel que celui d'un modulateur lorsque ces deux rubans doivent être couplés optiquement en série.35 Dans ce but elle a pour objet un procédé d'alignement d'un ruban enterré et d'un ruban externe dans un composant optique semiconducteur, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on forme d'abord par gravure une bande de délimitation délimitant en alignement le ruban enterré et le ruban externe et apte à résister à des attaques, puis une première attaque dégage le ruban externe et une amorce de ruban enterré, puis une deuxième attaque dégage le corps du ruban enterré après protection du ruban externe, enfin un dépôt sélectif réalise le confinement latéral du ruban enterré. Selon la présente invention il est apparu qu'une cause importante de la limitation des performances des composants connus intégrant deux tels rubans résultait de pertes de couplage liées à un alignement imparfait des deux rubans. C'est pourquoi le procédé selon l'invention vise à réaliser avec une précision accrue l'alignement mutuel des deux rubans d'un composant. Une telle précision est obtenue, comme connu en soi pour l'alignement d'autre types de guides, par le fait qu'il s'agit d'un autoalignement, c'est- a-dire que les positions et les orientations des deux rubans20 sont définies par un même masque au cours de l'étape de gravure qui forme la bande de délimitation. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise25 en oeuvre. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une plaquette semiconductrice dans laquelle un ruban enterré et un ruban externe doivent être formes. La figure 2 représente une vue de cette plaquette en coupe longitudinale après dépôt d'une couche de délimitation. La figure 3 représente une vue de dessus de cette plaquette après gravure de la couche de délimitation et une première attaque de la plaquette. 3 2724050 Les figures 4 et 5 représentent deux vues de cette plaquette en coupe selon deux plans transversaux IV-IV et V- V de la figure 3 après cette première attaque. Les figures 6 et 7 représentent deux vues de cette plaquette en coupe selon les deux mêmes plans transversaux après une deuxième attaque. La figure 8 représente une vue de cette plaquette en coupe par le plan transversal IV-IV après remplissage d'évidements latéraux. Les figures 9 et 10 représentent deux vues de cette plaquette en coupe par les deux mêmes plans transversaux après la formation d'électrodes. Conformément à ces figures, un composant à fabriquer comporte une plaquette semiconductrice 2 formée de couches s'étendant selon une direction longitudinale DL et une direction transversale DT et superposées selon une direction verticale DV. Ces directions sont définies par rapport à cette plaquette. Cette plaquette comporte un segment à ruban enterré SL et un segment à ruban externe SM s'étendant et se20 succédant selon la direction longitudinale et comportant respectivement un ruban enterré RL et un ruban externe RM. Ces rubans sont représentés aux figures 9 et 10. Ils sont mutuellement alignés selon la direction DL. Chacun d'eux comporte une couche à indice accru GL ou GM située entre deux couches de confinement l'une inférieure CB et l'autre supérieure CH. L'indice accru considéré ici est un indice de réfraction et il est accru par rapport à celui des couches de confinement de manière à limiter l'extension verticale d'un mode guidé selon lequel une onde30 optique doit se propager longitudinalement dans ce ruban. La couche à indice accru GL et la couche de confinement supérieure CH du ruban enterré RL sont limitées transversalement entre deux blocs de confinement latéral 4 faisant parties de la plaquette 2. Ces blocs ont un indice35 de réfraction inférieur audit indice accru de manière que cette limitation transversale de la couche à indice accru limite l'extension transversale du mode guidé par ce ruban. Ils sont par ailleurs réalisés de manière à confiner dans le ruban enterré un courant d'alimentation circulant verticalement dans lia plaquette. Ceci peut être obtenu de manière connue par un accroissement de la résistivité électrique d'un matériau constitutif de ces blocs, et/ou par la formation d'une jonction semiconductrice bloquante dans ces blocs. La couche de confinement supérieure CH du ruban externe RM a un indice de réfraction supérieur à celui d'un espace, par exemple gazeux, extérieur à la plaquette. Elle est limitée transversalement entre deux évidements 14 et 16 de la plaquette appartenant à cet espace extérieur et laissant subsister la couche à indice accru GM et la couche de confinement inférieure CB. Cette limitation transversale de la couche de confinement supérieure limite l'extension transversale du mode guidé par ce ruban. Toutes ces couches ont été formées par des dépôts épitaxiaux sur un substrat non représenté. Ce substrat et la couche de confinement inférieure sont par exemple du type n. La couche de confinement supérieure CH est par exemple du type p de même qu'une couche de contact fortement dopée 6 qui a été déposée sur cette couche de confinement. Le composant à fabriquer comporte aussi des électrodes EL, EM et EG formées au-dessus et au-dessous de la plaquette dans chacun des segments. Plus précisément les électrodes EL et EM sont respectivement formées sur le ruban enterré RL et sur le ruban externe RL et l'électrode inférieure EG est commune aux deux segments. 30 Le procédé de fabrication de ce composant comporte les opérations suivantes connues en elles-mêmes pour former le ruban externe RM: - dépôt de la couche de confinement inférieure CB, de la couche à indice accru GL, GM, de la couche de confinement supérieure CH et d'une couche de délimitation 8 représentée 2724050 à la figure 2 et surmontant la couche de confinement supérieure dans les deux segments, - gravure de cette couche de délimitation pour former dans le segment à ruban externe SM une bande de délimitation 10 coïncidant transversalement avec le ruban externe RM à former, - et attaque de la plaquette par un milieu d'attaque épargnant la bande de délimitation 10. Cette attaque est limitée en profondeur en déçà de la couche à indice accru GL, GM. Elle fait apparaître deux évidements latéraux initiaux 14 et 16 représentés à la figure 5 et situés de part et d'autre du ruban externe RM. Elle sera désignée ci- après comme étant une première attaque. Le procédé comporte bien entendu aussi les opérations nécessaires à la formation du ruban enterré et des électrodes. Dans le procédé connu de couplage bout à bout, on forme d'abord le ruban de l'un des segments, puis on attaque la plaquette dans l'autre segment jusqu'à la couche de20 confinement inférieure, puis on reforme une structure semiconductrice dans cet autre segment par des dépôts épitaxiaux sélectifs successifs, puis on forme le ruban de cet autre segment par une attaque convenable. Conformément à la présente invention l'opération de gravure de la couche de délimitation est effectuée pour former aussi la bande de délimitation 10 dans le segment à ruban enterré SL en faisant coïncider transversalement cette bande avec le ruban enterré RL à former. Il en résulte que la première attaque dégage ensuite dans ce premier segment30 une amorce de ruban enterré 12. Cette amorce est représentés à la figure 4. Elle fait saillie entre les deux évidements latéraux initiaux 14 et 16 qui sont limités en profondeur en deçà de la couche à indice accru GL. Le procédé selon cette invention comporte ensuite les opérations suivantes pour former le ruban enterré: - Dépôt d'une couche de protection 18 dans les deux segments SL et SM. - Gravure de cette couche de protection 18 pour ne la laisser subsister que dans le segment à ruban externe SM. - Attaque de la plaquette par un milieu d'attaque épargnant la couche de protection. Cette deuxième attaque est poursuivie en profondeur au-delà de la couche à indice accru GL de manière à dégager dans le segment à ruban enterré SL un corps de ruban enterré 20. Ce corps est représenté à la figure 6. Il fait saillie entre deux évidements latéraux approfondis 22 et 24. - Enfin dépôt sélectif d'au moins un matériau 4 par une méthode de dépôt sélective qui est inefficace sur les parties subsistantes des couches de délimitation 10 et de15 protection 18. Ce dépôt constitue les blocs de confinement latéral 4 en remplissant lesdits évidements latéraux approfondis. Bien entendu, selon le type de laser à ruban enterré à réaliser, on peut constituer les blocs de confinement latéral par dépôt d'une succession de matériaux différents les uns des autres. Les couches de délimitation 10 et de protection 18 sont typiquement constituées de matériaux diélectriques. Le procédé comporte alors en outre une opération d'élimination25 au moins partielle des parties subsistantes des couches de délimitation et de protection après le dépôt du matériau de confinement latéral 4 et avant la formation des électrodes supérieures EL et EM. Les couches de confinement CB et CS sont par exemple constituées de phosphure d'indium Inp, la couche à indice accru GL, GM d'alliages ternaires ou quaternaires tels que Ga In AS, Ga In As P, la couche de délimitation 10 de nitrure de silicium Si3N4 et la couche de protection 18 de silice SiO2, au moins un matériau de confinement latéral 435 étant constitué par exemple de phosphure d'indium semiisolant. 7 2724050 Typiquement la couche à indice accru GL, GM présente deux longueurs d'onde caractéristiques différentes respectivement dans les deux dits segments de manière que le segment à ruban enterré SL constitue un laser pour émettre 5 une lumière infrarouge et que le segment à ruban externe SM constitue un modulateur pour moduler cette lumière. REVENDICATIONS 1) Procédé d'alignement d'un ruban enterré et d'un ruban externe dans un composant optique semiconducteur, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on forme d'abord par gravure une bande de délimitation (10) délimitant en alignement le ruban enterré (RL) et le ruban externe (RM) et apte à résister à des attaques, puis une première attaque dégage le ruban externe et une amorce de ruban enterré (12), puis une deuxième attaque dégage le corps du ruban enterré (20) après protection du ruban externe, enfin un dépôt sélectif réalise le confinement latéral du ruban enterré. 2) Procédé selon la revendication 1, un composant à fabriquer devant comporter une plaquette semiconductrice (2) formée de couches s'étendant selon une direction longitudinale (DL) et une direction transversale (DT) de20 cette plaquette et superposées selon une direction verticale (DV) de cette plaquette, cette plaquette comportant un segment à ruban enterré (SL) et un segment à ruban externe (SM) s'étendant et se succédant selon la direction longitudinale et comportant respectivement un ruban enterré (RL) et un ruban externe (RM) et mutuellement alignés selon cette direction, ces deux rubans comportant chacun une couche à indice accru (GL, GM) située entre deux couches de confinement l'une inférieure (CB) et l'autre supérieure (CH) et ayant un indice de réfraction accru par rapport à ceux de30 ces couches de confinement de manière à limiter l'extension verticale d'un mode guidé selon lequel une onde optique doit se propager longitudinalement dans ce ruban, la couche à indice accru (GL) et la couche de confinement supérieure (CH) du ruban enterré (RL) étant limitées transversalement entre deux parties de la plaquette constituant deux blocs de confinement latéral (4) ayant un indice de réfraction 9 2724050 inférieur audit indice accru de manière que cette limitation transversale de la couche à indice accru limite l'extension transversale du mode guidé par ce ruban, ces blocs étant par ailleurs réalisés de manière à confiner dans le ruban 5 enterré un courant d'alimentation circulant verticalement dans la plaquette, la couche de confinement supérieure (CH) du ruban externe (RM) ayant un indice de réfraction supérieur à celui d'un espace extérieur à la plaquette et étant limitée transversalement entre deux évidements (14, 16) de la plaquette appartenant à cet espace extérieur et laissant subsister la couche à indice accru (GM) et la couche de confinement inférieure (CB) de manière que cette limitation transversale de la couche de confinement supérieure limite l'extension transversale du mode guidé par15 ce ruban, le composant à fabriquer comportant aussi des électrodes (EL, EM, EG) formées au-dessus et au-dessous de la plaquette dans chacun dans desdits segments, ce procédé comportant les opérations suivantes pour former le ruban externe (RM):20 - dépôt de la couche de confinement inférieure (CB), de la couche à indice accru (GL, GM), de la couche de confinement supérieure (CH) et d'une couche de délimitation (8) surmontant la couche de confinement supérieure dans les deux segments, gravure de cette couche de délimitation pour former dans le segment à ruban externe (SM) une bande de délimitation (10) coïncidant transversalement avec le ruban externe (RM) à former, - et attaque de la plaquette par un milieu d'attaque épargnant la bande de délimitation (10), cette attaque étant limitée en profondeur en déçà de la couche à indice accru (GL, GM) et faisant apparaître deux évidements latéraux initiaux (14, 16) de part et d'autre du ruban externe (RM), cette attaque constituant une première attaque, ce procédé35 comportant aussi la formation du ruban enterré et des électrodes, 2724050 ce procédé étant caractérisé par le fait que l'opération de gravure de la couche de délimitation est effectuée pour former aussi la bande de délimitation (10) dans le segment à ruban enterré (SL) en faisant coincider transversalement cette bande avec le ruban enterré (RL) à former, grâce à quoi ladite première attaque dégage ensuite dans ce premier segment une amorce de ruban enterré (12) faisant saillie entre les deux évidements latéraux initiaux (14, 16) qui sont limités en profondeur en deçà de la couche à indice accru (GL), ce procédé comportant ensuite les opérations suivantes pour former le ruban enterré: - dépôt d'une couche de protection (18) dans les deux segments (SL, SM), - gravure de cette couche de protection (18) pour ne la laisser subsister que dans le segment à ruban externe (SM), - attaque de la plaquette par un milieu d'attaque épargnant la couche de protection, cette attaque étant poursuivie en profondeur au-delà de la couche à indice accru (GL) de manière à dégager dans le segment à ruban enterré (SL) un corps de ruban enterré (20) faisant saillie entre deux évidements latéraux approfondis (22, 24) de la plaquette, cette attaque constituant une deuxième attaque, - et dépôt sélectif d'au moins un matériau (4) par une méthode de dépôt sélective inefficace sur les parties subsistantes des couches de délimitation (10) et de protection (18) pour constituer les blocs de confinement latéral (4) en remplissant lesdits évidements latéraux30 approfondis. 3) Procédé selon la revendication 2 dans lequel les couches de délimitation (10) et de protection (18) sont constituées de matériaux diélectriques, ce procédé comportant en outre une opération d'élimination au moins35 partielle des parties subsistantes des couches de délimitation et de protection après le dépôt du matériau de confinement latéral (4) et avant la formation des électrodes supérieures (EL, EM). 4) Procédé selon la revendication 3 dans lequel les couches de confinement (CB, CS) sont constituées de phosphure d'indium InP, la couche à indice accru (GL, GM) d'alliages au moins ternaires, la couche de délimitation (10) de nitrure de silicium Si3N4 et la couche de protection (18) de silice SiO2. ) Procédé selon la revendication 3 dans lequel la couche à indice accru (GL, GM) présente deux longueurs d'onde caractéristiques différentes respectivement dans les deux dits segments de manière que le segment à ruban enterré (SL) constitue un laser pour émettre une lumière infrarouge et que le segment à ruban externe (SM) constitue un modulateur pour moduler cette lumière.