Brevet FR2819893A1 — publié le 20020726

STRUCTURE OPTIQUE INTÉGRÉE À BIRÉFRINGENCE RÉDUITE La présente invention concerne le domaine de la transmission d'ondes optiques ou lumineuses dans des structures de guidage optique à micro-guides optiques intégrés. Les structures optiques intégrées couramment connues comprennent un coeur de transmission de l'onde lumineuse formée entre deux couches, l'indice de réfraction du matériau constituant le coeur étant supérieur à l'indice de réfraction du ou des matériaux constituant ces couches. En général, les couches sont en silice non dopée et les coeurs de transmission sont en silice dopée, en nitrure de silicium ou en oxynitrure de silicium. Il a pu être observé que l'onde optique transmise dans les coeurs de transmission de telles structures subissent une biréfringence, c'est-à-dire une déformation de l'ellipsoïde des indices. Il a pu être observé également que tout ou partie de cette biréfringence est due à l'existence de contraintes dans le coeur de transmission ou dans les couches l'environnant produites lors de la fabrication de la structure, ou bien due à l'apparition de contraintes lors de l'utilisation des structures. Le but de la présente invention est en particulier de proposer une structure optique intégrée dans laquelle l'onde lumineuse transmise n'est pas soumise à une biréfringence ou, pour le moins, n'est soumise qu'à une biréfringence réduite. La structure optique intégrée multi-couches selon la présente invention, qui comprend au moins un micro-guide optique intégré présentant un coeur intégré de transmission d'au moins une onde lumineuse, est telle qu'un espace longe ledit coeur de transmission et entoure au moins une partie de sa périphérie. Selon la présente invention, ledit espace peut avantageusement entourer complètement ledit coeur de transmission. Selon la présente invention, ledit espace est de préférence au moins en partie rempli d'une matière dont l'élasticité ou la capacité de déformation sont supérieures à celles de la couche ou des couches adjacentes audit coeur de transmission. Selon la présente invention, ledit coeur de transmission est de préférence réalisé sur une couche intermédiaire et dans une couche suivante, cette couche intermédiaire présentant une élasticité ou une capacité de déformation supérieures à celles de cette couche suivante et/ou de la couche sur laquelle elle est formée. Selon la présente invention, ledit coeur de transmission est de préférence réalisé entre deux couches et sur l'une de ces couches et qu'une bande présentant une élasticité ou une capacité de déformation supérieures à celles d'au moins l'une de ces couches est interposée entre l'une de ces couches et le coeur de transmission. Selon la présente invention, ledit espace peut avantageusement être ménagé entre au moins une bande intermédiaire et ledit coeur de transmission. Selon la présente invention, ladite bande intermédiaire est de préférence réalisée latéralement audit coeur de transmission. Selon la présente invention, l'épaisseur dudit espace est de préférence inférieur à la longueur d'onde de l'onde lumineuse transmise via ledit coeur de transmission. Selon la présente invention, ledit coeur de transmission est de préférence de section rectangulaire, ledit espace s'étendant de préférence sur au moins l'un de ses côtés. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de différentes structures optiques intégrées, décrites à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe transversale d'une première structure optique intégrée selon la présente invention ; - la figure 2 représente une coupe transversale d'une seconde structure optique intégrée selon la présente invention ; - la figure 3 représente une coupe transversale d'une troisième structure optique intégrée selon la présente invention ; - la figure 4 représente une coupe transversale d'une quatrième structure optique intégrée selon la présente invention. En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté une structure optique intégrée multi-couches 1 qui comprend successivement, sur une plaquette de base 2 par exemple en silicium, une couche inférieure de substrat 3, une couche intermédiaire 4 et une couche supérieure de superstrat 5. Dans la couche supérieure 5 et sur la couche intermédiaire 4 est formé un coeur longitudinal 6 d'un micro-guide optique 7 pour la transmission d'une onde optique, ce coeur de transmission 6 étant de section légèrement rectangulaire et étant par exemple en silice dopée, en nitrure de silicium ou en oxynitrure de silicium. La couche intermédiaire 4 délimite ainsi un espace ou un espaceur 8 entre le côté inférieur 6a du coeur de transmission 6 et la face supérieure 3a de la couche supérieure 3. Cette couche intermédiaire est réalisée en une matière dont l'élasticité ou la capacité de déformation sont supérieures à celles de la couche inférieure 3 et de préférence aussi à celles de la couche supérieure 5. Dans un exemple de réalisation, la couche inférieure 3 et la couche supérieure 5 sont réalisées en silice non dopée et la couche intermédiaire 4 est réalisée en silice de faible densité. Ainsi, les contraintes susceptibles d'apparaître dans la structure 1 lors de sa fabrication ou lors de son utilisation ultérieure, principalement entre d'une part la couche inférieure 3 et d'autre part la couche supérieure 5 et le coeur de transmission 6, sont susceptibles d'être absorbées au moins en partie par la couche intermédiaire 4. Il en résulte que les contraintes et/ou les éventuelles déformations du coeur de transmission 6 peuvent être supprimées ou pour le moins réduites de telle sorte que l'onde lumineuse transmise par le coeur de transmission 6 ne subit pas ou ne subit que peu d'effets de biréfringence. De préférence, l'épaisseur de la couche intermédiaire 4 est nettement inférieure à la longueur d'onde de l'onde lumineuse transmise par le coeur de transmission 6. Dans un exemple de réalisation, dans la mesure où le coeur de transmission 6 présente une largeur environ égale à 6,5 microns et une épaisseur environ égale à 4,5 microns, l'épaisseur de la couche intermédiaire 4 peut être comprise entre 0,1 micron et 0,5 micron. Cette épaisseur est compatible avec la transmission d'une onde optique dans le coeur de transmission dont la longueur d'onde est comprise entre par exemple 1,2 micron et 1,6 micron dans le domaine des télécommunications optiques par fibres optiques. En se reportant à la figure 2, on voit qu'on a représenté une structure optique intégrée 9 qui se différencie de celle décrite en référence à la figure 1 par le fait que la couche intermédiaire 4 est supprimée de part et d'autre du coeur de transmission 6 de façon à ne laisser subsister qu'une bande intermédiaire 10 constituant un espaceur entre la face inférieure 6a du coeur de transmission 6 et la face supérieure 3a de la couche inférieure 3, la couche supérieure 5 étant directement formée sur la face supérieure 3a de la couche inférieure 3, de part et d'autre de la bande longitudinale 9. En se reportant à la figure 3, on voit qu'on a représenté une structure optique intégrée 11 dans laquelle le coeur de transmission 6 est complètement entouré, sur ses quatre côtés, par un espace 12, de préférence d'épaisseur constante. La couche supérieure 5 est directement formée sur la face supérieure 3a de la couche inférieure 3, de part et d'autre de cet espace 12. Cet espace 12 est rempli d'une matière 13 constituant un espaceur périphérique, dont l'élasticité ou la capacité de déformation sont supérieures à celles de la première couche 3 et/ou de la couche supérieure 5. Dans un exemple de réalisation, cette matière 13 peut être formée par un aérogel de silice. L'espace 12 peut présenter une épaisseur comprise entre 0,1 micron et 0,5 micron. En se reportant à la figure 4, on voit qu'on a représenté une structure optique intégrée 14 dans laquelle la face inférieure 6a du coeur de transmission 6 est en contact avec la face supérieure 3a de la couche inférieure 3. De part et d'autre des côtés latéraux 3b et 3c du coeur de transmission 6 sont prévues des bandes verticales intermédiaires 15 et 16 qui sont placées à distance de ces côtés de façon à former des espaces 17 et 18 sans matière. Ces bandes 15 et 16 présentent la même hauteur que le coeur de transmission 6, la couche supérieure 5 étant formée sur la surface 3a de la couche 3, de part et d'autre des bandes 15 et 16, et recouvrant le coeur de de transmission 6, les espaces 17 et 18 et l'extrémité supérieure des bandes 15 et 16. Dans un exemple de réalisation, les bandes intermédiaires 15 et 16 sont en silice et présentent une épaisseur comprise entre 0,25 micron et un micron. Dans un exemple de réalisation, les espaces 15 et 16 peuvent présenter une épaisseur comprise entre 0,1 micron et 0,5 micron. D'une manière générale, les opérations permettant la réalisation des couches, du coeur de transmission et des bandes intermédiaires des structures optiques qui viennent d'être décrites peuvent être effectuées par des procédés de photolithographies, de gravures, de dépôts et de planarisations mécano-chimiques connus et utilisés couramment dans le domaine de la micro-électronique et par les techniques de réalisation d'espaceurs par dépôts de couches conformes suivies de gravures anisotropes. En ce qui concerne la structure optique 1 de la figure 1, on peut procéder de la manière suivante. On dépose la couche inférieure 3 de silice non dopée sur la couche de silicium 2. On dépose la couche intermédiaire 4 de silice de faible densité par une méthode sol-gel. On dépose une couche de silice dopée, de nitrure de silicium ou d'oxynitrure de silicium, que l'on grave sélectivement de façon à réaliser le coeur de transmission 6. On procède enfin au dépôt conforme de la couche supérieure 5 de silice non dopée. En ce qui concerne la structure optique 9 de la figure 2, on rajoute aux étapes ci-dessus de fabrication de la structure optique 1 de la figure 1, une étape de gravure de la couche intermédiaire 4, de part et d'autre du coeur de transmission 6 réalisé, de façon à constituer la bande 10. En ce qui concerne la structure optique 11 de la figure 3, on peut procéder de la manière suivante. On dépose la couche inférieure 3 de silice non dopée sur la couche de silicium 2. On dépose une couche d'aérogel de silice, dont l'épaisseur correspond à l'épaisseur de l'espaceur 12. On dépose une couche de silice dopée, de nitrure de silicium ou d'oxynitrure de silicium, que l'on grave sélectivement de façon à réaliser le coeur de transmission 6. On procède à une attaque de la couche d'aérogel de silice, de part et d'autre du coeur de transmission 6, de façon à constituer la partie 12a de l'espaceur 12 située entre la couche inférieure 3 et le coeur de transmission 6. On dépose une couche conforme d'aérogel de silice, dont l'épaisseur correspond à l'épaisseur de l'espaceur 12. On attaque sélectivement cette couche de façon à ne laisser subsister que les parties latérales 12b et 12c et la partie supérieure 12d de l'espaceur 12, sur les faces latérales et sur la face supérieure du coeur de transmission 6. On procède enfin au dépôt conforme de la couche supérieure 5 de silice non dopée. En ce qui concerne la structure optique 14 de la figure 4, on peut procéder de la manière suivante. On dépose la couche inférieure 3 de silice non dopée sur la couche de silicium 2. On dépose une couche de silice dopée, de nitrure de silicium ou d'oxynitrure de silicium, que l'on grave de façon à réaliser le coeur de transmission 6. On effectue un dépôt conforme intermédiaire par exemple en silicium, dont l'épaisseur est égale à l'épaisseur des espaces 17 et 18 à obtenir. On grave sélectivement cette couche de façon à ne laisser subsister que de la matière correspondant aux espaces 17 et 18. On effectue un dépôt conforme de silice non dopée, dont l'épaisseur correspond à l'épaisseur des bandes intermédiaires 15 et 16 à obtenir. On grave cette couche de façon à ne laisser subsister que les bandes intermédiaires 15 et 16. On procède à une attaque sélective de la matière intermédiaire remplissant les espaces 17 et 18, de façon que ces espaces ne contiennent plus de matière. On procède enfin au dépôt conforme de la couche supérieure 5 de silice non dopée. Compte tenu de la finesse des espaces 17 et 18, la matière constituant la couche supérieure 5 ne pénètre pas ou peu dans ces espaces. La présente invention ne se limite pas aux exemples cidessus décrits. Il est notamment envisageable de combiner les solutions proposées. REVENDICATIONS 1. Structure optique intégrée multi-couches comprenant au moins un micro-guide optique intégré présentant un coeur intégré de transmission d'au moins une onde lumineuse, caractérisée par le fait qu'un espace (8,12, 17) longe ledit coeur de transmission (6) et entoure au moins une partie de sa périphérie. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit espace (12) entoure complètement ledit coeur de transmission. 3. Structure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ledit espace est au moins en partie rempli d'une matière (4,13, 19) dont l'élasticité ou la capacité de déformation sont supérieures à celles de la couche ou des couches adjacentes audit coeur de transmission. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit coeur de transmission est réalisé sur une couche intermédiaire (4,10) et dans une couche suivante (5), cette couche intermédiaire présentant une élasticité ou une capacité de déformation supérieures à celles de cette couche suivante et/ou de la couche sur laquelle elle est formée. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit coeur de transmission est réalisé entre deux couches (3,5) et sur l'une de ces couches et qu'une bande (8) présentant une élasticité ou une capacité de déformation supérieures à celles d'au moins l'une de ces couches est interposée entre l'une de ces couches et le coeur de transmission. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit espace est ménagé entre au moins une bande intermédiaire (15) et ledit coeur de transmission (6). 7. Structure selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ladite bande intermédiaire (15) est réalisée latéralement audit coeur de transmission. 8. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'épaisseur dudit espace (8,12, 17) est inférieur à la longueur d'onde de l'onde lumineuse transmise via ledit coeur de transmission. 9. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit coeur de transmission (6) est de section rectangulaire, ledit espace (8, 12, 17) s'étendant sur au moins l'un de ses côtés.