Brevet FR2816768A1 — publié le 20020517

La présente invention concerne un module d'élé- ment optique comprenant au moins un élément optique et un substrat de montage constitué d'un matériau semiconducteur ou diélectrique, dans lequel ledit élément optique est monté sur une surface supérieure de ce substrat. Des modules d'éléments optiques, dans lesquels un laser à semiconducteurs et une fibre optique sont montés sur un substrat en silicium moyennant l'utilisation d'une technique d'alignement passif, ont été proposés de façon classique. La technique d'alignement passif, dans laquelle la fibre optique est insérée dans une rainure en forme de V formée sur la surface du substrat en silicium et le laser à semiconducteurs est monté dans une position prédéterminée, permet de fixer la fibre optique et le laser à semiconducteurs dans des positions respectives prédéterminées sans ajustement des axes optiques. Dans un module d'élément optique ainsi agencé, une électrode du laser à semiconducteurs est connectée électriquement à une couche formant électrode formée sur le substrat en sili- cium, de sorte qu'un signal électrique est envoyé au laser à semiconducteurs par l'intermédiaire de cette couche for- mant électrode. Mais une telle configuration présente un inconvénient consistant en ce que la caractéristique en haute fréquence d'un signal devant être envoyé au laser à semiconducteurs est réduite en raison de la perte diélec- trique élevée du substrat en silicium. Un module d'élément optique selon un aspect de la présente invention a pour but d'améliorer la caracté- ristique de haute fréquence d'un signal devant être intro- duit dans un élément optique et comporte un élément opti- que, un substrat de montage composé d'un matériau semicon- ducteur ou d'un matériau diélectrique et supportant sur sa surface supérieure ledit élément optique, et un élément formant ligne de transmission monté au moins en partie sur la surface supérieure dudit substrat de montage et connecté électriquement audit élément optique. Le module d'élément optique mentionné précédem- ment, dans lequel une connexion électrique avec l'élément optique est établie par l'intermédiaire de l'élément for- mant ligne de transmission, permet d'améliorer la caracté- ristique à haute fréquence même lorsque le substrat de montage est constitué d'un matériau semiconducteur ou d'un matériau diélectrique. Dans le module d'élément optique indiqué précé- demment, ladite structure de montage possède une rainure formée dans sa face supérieure, et au moins une partie dudit élément formant ligne de transmission est montée sur une surface de fond de ladite rainure. Dans ce module d'élément optique, ladite rainure peut être réalisée sous la forme d'une partie découpée qui est retirée d'une sur- face latérale dudit substrat de montage. De même ladite rainure peut être formée de telle sorte que la hauteur dudit élément optique au niveau d'une surface supérieure est sensiblement égale à la hauteur dudit élément formant ligne de transmission sur une surface supérieure. Le module d'élément optique conformément à l'aspect indiqué précédemment peut en outre comporter un élément de connexion pour le raccordement électrique et physique dudit élément optique et dudit élément formant ligne de transmission sur le côté de la surface supérieure dudit élément optique. Par conséquent les composants induc- tifs de l'élément de connexion peuvent être réduites, ce qui permet d'améliorer plus encore la caractéristique à haute fréquence du module d'élément optique. Dans le module d'élément optique indiqué précé- demment et comportant une rainure formée sur la surface supérieure, ladite rainure peut être formée de telle sorte que sa surface inférieure et ledit élément formant ligne de transmission possèdent essentiellement la même largeur. Ceci facilite le positionnement de l'élément formant ligne de transmission par rapport à la surface inférieure de la rainure. En outre ledit substrat de montage peut posséder une électrode inférieure formée au niveau de la surface de fond de ladite rainure. Dans le module d'élément optique indiqué précé- demment, ledit élément formant ligne de transmission com- prend une couche conductrice formée essentiellement sur l'ensemble de la surface arrière dudit élément formant ligne de transmission pour appliquer un potentiel de masse audit élément optique par l'intermédiaire de ladite élec- trode inférieure, et une ligne conductrice formée sur la surface supérieure dudit élément formant ligne de trans- mission pour transmettre le signal audit élément optique. Etant donné qu'un potentiel de masse est ainsi appliqué à la couche conductrice et à l'électrode inférieure, la variation du potentiel de masse est faible même lorsque le signal à haute fréquence est appliqué à l'élément optique. Ceci conduit à une amélioration supplémentaire de la caractéristique à haute fréquence du module d'élément opti- que. Dans le module d'élément optique décrit précé- demment, qui possède une rainure formée dans sa surface supérieure, ledit substrat de montage peut être pourvu d'une électrode inférieure qui traverse la surface arrière et une surface latérale du substrat jusqu'au fond de ladite rainure. En raison de la surface ainsi accrue de l'électrode inférieure, la caractéristique à haute fré- quence peut être améliorée de façon supplémentaire. En outre ledit substrat de montage peut être également pourvu d'une électrode inférieure qui traverse la surface arrière et une surface latérale du substrat possédant un coin biseauté jusqu'au fond de ladite rainure. Etant donné que le coin de la surface latérale du substrat est biseauté, un détachement de l'électrode inférieure par rapport au fond de la rainure peut être empêché. Le module d'élément optique mentionné précédem- ment peut comporter un élément d'étanchéité en résine ser- vant à renfermer de façon étanche ledit élément optique, ledit substrat de montage et ledit élément formant ligne de transmission. Ceci conduit à une amélioration supplé- mentaire de la caractéristique à haute fréquence. Dans le module d'élément optique décrit précé- demment, qui possède une rainure formée dans sa surface supérieure, ledit substrat de montage peut être pourvu d'une électrode inférieure qui s'étend à travers la surface arrière et une surface latérale du substrat jusqu'au fond de ladite rainure. En raison de la surface ainsi accrue de l'électrode inférieure, la caractéristique haute fréquence peut être améliorée de façon supplémentaire. En outre ledit substrat de montage peut être également pourvu d'une électrode inférieure qui traverse la surface inférieure et la surface latérale du substrat et possède un coin biseauté s'étendant jusqu'au fond de ladite rainure. Etant donné que le coin de la surface du substrat est biseauté, un détachement de l'électrode inférieure à partir du fond de la rainure peut être empêché. Le module d'élément optique indiqué précédemment peut comporter un élément de scellement en résine servant à étanchéifier ledit élément optique, ledit substrat de montage et ledit élément formant ligne de transmission. Cela conduit à une amélioration supplémentaire de la carac- téristique à haute fréquence. En outre dans le module d'élément optique indiqué précédemment, ledit élément optique peut être un laser à semiconducteurs ou un laser à semiconducteurs comprenant un modulateur. De même ledit substrat de montage peut être formé de silicium. En outre, le module d'élément optique indiqué précédemment peut comporter une fibre optique recevant une lumière émise par ledit module d'élément opti- que, ou une fibre optique qui est placée dans une gorge en forme de V formée dans la surface supérieure dudit substrat de montage et qui reçoit la lumière émise par ledit élément optique. Un module d'élément optique selon un second aspect de la présente invention comporte un élément opti- que, un substrat de montage constitué par un matériau semiconducteur ou diélectrique et supportant, sur sa sur- face supérieure, ledit élément optique, ledit substrat de montage possédant une pluralité de rainures formées dans ladite surface supérieure; et une pluralité d'éléments formant lignes de transmission au moins partiellement mon- tés sur une surface de fond de n'importe laquelle de ladite pluralité de rainures et connectés électriquement audit élément optique. Avec le module d'élément optique décrit précé- demment, la caractéristique à haute fréquence peut être améliorée lorsqu'une pluralité d'éléments formant lignes de transmission sont nécessaires. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 est une vue en plan représentant schématiquement une structure d'un module d'élément optique 1; - la figure 2 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne A-A sur la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective repré- sentant schématiquement une configuration d'un substrat en silicium du module d'élément optique représenté sur les figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un module d'élément optique, dont une partie de l'inté- rieur est remplie par une charge de résine servant à enfermer d'une manière hermétique les éléments; - la figure 5 est une vue en plan représentant schématiquement une structure d'un module d'élément optique comprenant deux éléments formant lignes de transmission; et - la figure 6 est une vue en perspective repré- sentant schématiquement une configuration d'un substrat en silicium du module d'élément optique de la figure 5. On va décrire de façon plus détaillée une forme de réalisation préférée de la présente invention, en réfé- rence aux dessins annexes. La figure 1 représente une vue en plan montrant verticalement une structure d'un module d'élément optique 1, et la figure 2 représente une vue en coupe transversale prise suivant la ligne A-A sur la figure 1. Le module d'élément optique 1 comprend un laser à semiconducteurs (élément optique) 2, une fibre optique 3 servant à propager avec une faible perte une lumière laser, qui pénètre en provenance du laser à semiconducteurs 2; un élément formant ligne de transmission 4 qui est connecté électriquement au laser à semiconducteurs 2; un substrat en silicium (subs- trat de montage) 5 pour le montage de la fibre optique 3 et de l'élément formant ligne de transmission 4; et un boîtier (élément de scellement) 6 servant à renfermer le laser à semiconducteurs 2, la fibre optique 3, l'élément formant ligne de transmission 4 et le substrat en silicium 5 lorsqu'une ouverture supérieure est fermée de façon étanche par le couvercle (non représenté). Le laser à semiconducteurs 2 comprend une élec- trode 7 formée sur le côté de la surface de montage du substrat en silicium 1 et une électrode 8 formée sur le côté opposé, et oscille lorsqu'un signal à haute fréquence est envoyé à l'électrode 8, en émettant de ce fait une lumière laser. L'élément formant ligne de transmission 4 est monté partiellement sur le substrat en silicium 5 et est également monté partiellement sur une partie convexe 9 prévue sur la partie de bord de la partie inférieure du boîtier 6. L'élément formant ligne de transmission 4 est constitué sous la forme d'une ligne à microbande (ligne de transmission) comprenant une couche conductrice 10 formée de manière à recouvrir sensiblement l'ensemble de la sur- face et montée sur le substrat en silicium 5, une ligne conductrice 11 formée sur la surface opposée et une couche diélectrique 12 enserrée entre la couche conductrice 10 et la ligne conductrice 11. La couche conductrice 10 est connectée à une électrode 13 prévue sur la partie convexe 9 du module 10 de manière à produire un potentiel de masse appliqué de l'extérieur. La ligne conductrice 11 est connectée à l'électrode 14 disposée sur le module 6 par l'intermédiaire d'un fil de liaison 15 et est également connectée à l'électrode 8 du laser à semiconducteurs 2 par l'intermédiaire d'un fil de liaison (élément de liaison) 16 de sorte qu'un signal à haute fréquence appliqué de l'extérieur peut être introduit dans l'électrode 8 du laser à semiconducteurs 2. La figure 3 est une vue en perspective représen- tant schématiquement la structure du substrat en silicium 5. Le substrat en silicium 5 comprend une rainure en forme de V 17, dans laquelle est insérée la fibre optique 3, une rainure 18 aménagée en tant que découpe, qui est découpée à partir d'un côté du substrat en silicium 5 de manière à posséder une section transversale de forme trapézoïdale et sur la base de laquelle l'élément formant ligne de transmission 4 est monté, une électrode de base 19 qui s'étend depuis une partie de surface du substrat qui supporte le laser à semiconducteurs 2 de manière à couvrir la surface inférieure de la rainure 18, une partie de la surface latérale de la rainure 18 et l'ensemble de la surface arrière du substrat 5. La rainure 18 est formée sur la surface du substrat en silicium 5 comportant la rainure en forme de V 17, au moyen d'un procédé d'attaque chimique. La partie de coin latérale 20 de la rainure 18 est attaquée chimiquement (biseautée) de manière à posséder un angle inférieur à 90 , ce qui empêche que l'électrode inférieure 19 se détache du coin latéral 20. En outre, étant donné que la rainure 18 est agencée de telle sorte que la largeur B de la partie inférieure est essentiellement égale à la largeur C de l'élément formant ligne de transmission 4, l'élément formant ligne de transmission 4 peut être aisément positionné. La rainure 18 est également formée de telle sorte que la distance entre le fond de la rainure et la surface supérieure du laser à semiconducteurs 2 (la distance D sur la figure 2) est essentiellement égale à la distance entre le fond de la rainure et la surface supérieure de l'élément formant ligne de transmission 4 (la distance E sur la figure 2) de sorte que le fil de liaison 16 est plus court que celui utilisé lorsque ces distances diffèrent les unes des autres. Cela conduit à un avantage consistant en ce que les composantes inductives du fil de liaison 16 peuvent être réduites. L'électrode inférieure 19 est connectée électriquement à l'électrode 7 du laser à semiconducteurs 2 et est également connectée à la couche conductrice 10 de l'élément formant ligne de transmission 4 et à une électrode 21 formée sur la surface inférieure du module 6, de manière à appliquer un potentiel de masse à l'électrode 7 du laser à semiconducteurs 2. On va décrire la transmission d'un signal à haute fréquence au laser à semiconducteurs 2 dans le module d'élément optique 1. Un signal à haute fréquence envoyé à l'électrode 14 du module 6 est transmis par l'intermédiaire du fil de liaison 15 de l'élément formant ligne de transmission 4 et du fil de liaison 16, à l'électrode 8 du laser à semiconducteurs 2. D'autre part, un potentiel de masse est appliqué depuis l'électrode 13 à l'électrode 7 du laser à semiconducteurs 2 par l'intermédiaire de la couche conductrice 10 et de l'électrode inférieure 19. Etant donné que l'élément formant ligne de transmission 4 est agencé sous la forme d'une ligne à microbande, la perte diélectrique peut être réduite au-delà du cas o une élec- trode formée directement sur le substrat en silicium 5 est utilisée en tant que ligne de transmission de signaux. Il en résulte qu'un signal à haute fréquence peut être transmis avec une faible perte, de sorte que la caractéristique de fréquence élevée d'un signal devant être envoyé au laser à semiconducteurs 2 peut être améliorée. En outre, sur le substrat en silicium 5, l'électrode inférieure 19 est formée de manière à s'étendre depuis une partie de surface du substrat 5 pour le montage du laser à semiconducteurs 2 de manière qu'il recouvre la surface inférieure du fond de la rainure 18, une partie de la surface latérale de la rainure 18 et l'ensemble de la surface arrière du substrat en silicium 5, et également un potentiel de masse est appliqué à l'électrode inférieure 19. Ceci réduit une variation du potentiel de masse, en améliorant de façon supplémentaire les caractéristiques à haute fréquence du signal d'entrée. Dans l'exemple précédent, le laser à semiconduc- teurs 2 est monté sur le substrat en silicium 5. Cependant, il est également possible de monter d'autres types d'éléments optiques, comme par exemple le mode à émission de lumière, sur le substrat en silicium 5. En outre, comme cela a été décrit précédemment la rainure 18 est formée de manière à posséder une section trapézoidale, la section pouvant avoir n'importe laquelle de différentes formes incluant une forme rectangulaire, dans la mesure o l'élément formant ligne de transmission peut être monté sur sa surface inférieure. De même, bien que le laser à semiconducteurs 2 ou analogue soit monté sur le substrat en silicium 5 dans le module d'élément optique 1 de l'exemple précédent, le subs- trat n'est pas limité à un substrat en silicium et peut être un substrat semiconducteur ou un substrat diélectrique dans la mesure o il est hautement isolant. En outre, bien que dans l'exemple indiqué précé- demment, l'élément formant ligne de transmission 4 soit constitué par une ligne à microbande dans le module d'élément optique 1, l'élément formant ligne de transmis- sion peut être agencé sous la forme d'un autre type de ligne de transmission comme par exemple un élément copla- naire, une fente ou une ligne coaxiale. La position de chaque électrode du laser à semiconducteurs 2 et de chaque électrode du module 6 peut être modifiée de façon appro- priée de telle sorte que ces électrodes peuvent être connectées électriquement à l'élément formant ligne de transmission. La figure 4 est une vue en coupe transversale représentant un module d'élément optique obtenu en chargeant une partie de l'intérieur du module d'élément optique 1 de la première forme de réalisation avec une charge de résine servant à renfermer hermétiquement les éléments. Sur la figure 4, des éléments possédant la même fonction ou une fonction similaire que ceux représentés sur les figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes chiffres de référence et ne seront pas décrits plus loin. L'intérieur du module d'élément optique 23 est par conséquent fermé hermétiquement de sorte que la caractéristique à haute fréquence d'un signal devant être introduit dans la laser à semiconducteurs 2 peut être améliorée de façon supplémentaire. La figure 5 est une vue en plan représentant schématiquement la structure d'un module d'élément optique 24 comprenant deux éléments formant lignes de transmission, et la figure 6 représente une vue en perspective montrant schématiquement la structure d'un substrat en silicium 25 du module d'élément optique 24. Sur les figures 5 et 6, les il éléments possédant la même fonction ou des fonctions similaires à ceux représentés sur les figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes chiffres de référence et ne seront pas à nouveau décrits. Le module d'élément optique 24 comporte un laser à semiconducteurs 26 comprenant un modulateur et dans lequel un module et un dispositif laser sont intégrés, et un élément formant ligne de transmission 28 possédant une structure similaire à celle de l'élément formant ligne de transmission 4. L'élément formant ligne de transmission 28 est connecté au laser à semiconducteurs 26 par l'intermédiaire d'un fil de liaison 27 et réalise la terminaison d'une entrée du modulateur à 50 Q. Le substrat en silicium 25 possède une rainure 29, qui possède une forme similaire à celle de la rainure 18 et est pourvu d'une électrode inférieure qui est similaire à celle de la rainure 18. L'élément formant ligne de transmission 28 est monté sur la surface inférieure de la rainure 29. Dans le module d'élément optique 24, il est également possible d'améliorer la caractéristique à haute fréquence d'un signal devant être envoyé au laser à semiconducteurs 26, comprenant un modulateur. Bien que la forme de réalisation préférée de la présente invention ait été décrite en utilisant des termes spécifiques, une telle description est indiquée uniquement à titre d'illustration et on comprendra que des changements et modifications apportés à l'invention entrent dans le cadre de cette dernière. REVENDICATIONS 1. Module d'élément optique, caractérisé en ce qu'il comporte: un élément optique (12); un substrat de montage (5) composé d'un matériau semiconducteur ou d'un matériau diélectrique et supportant sur sa surface supérieure ledit élément optique, et un élément formant ligne de transmission (4) monté au moins en partie sur la surface supérieure dudit substrat de montage et connecté électriquement audit élément optique. 2. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit substrat de montage (5) possède une rainure (18) formée dans sa face supérieure, et au moins une partie dudit élément formant ligne de transmission (4) est montée sur une surface de fond de ladite rainure. 3. Module d'élément optique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite rainure (18) est agencée sous la forme d'un trou formé dans un côté dudit substrat de montage. 4. Module d'élément optique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite rainure (18) est formée de telle sorte que la hauteur dudit élément optique (2) sur une surface supérieure est essentiellement identique à la hauteur dudit élément formant ligne de transmission (4), sur une surface supérieure. 5. Module d'élément optique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élé- ment de raccordement (16) pour le raccordement électrique et physique dudit élément optique (2) et dudit élément formant ligne de transmission (4) sur le côté de la surface supérieure dudit élément optique. 6. Module d'élément optique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite rainure (18) est formée de telle sorte que sa surface de fond et ledit élément formant ligne de transmission (4) possède essentiellement la même largeur. 7. Module d'élément optique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ledit substrat de montage (5) est pourvu d'une électrode inférieure (13) formée sur la surface de fond de ladite rainure. 8. Module d'élément optique selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que ledit élément formant ligne de transmission (4) comprend: une couche conductrice formée essentiellement sur l'ensemble de la surface arrière dudit élément formant ligne de transmission pour appliquer un potentiel de masse audit élément optique par l'intermédiaire de ladite élec- trode inférieure (13), et une ligne conductrice (11) formée sur la surface supérieure dudit élément formant ligne de transmission (4) pour transmettre le signal audit élément optique. 9. Module d'élément optique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ledit substrat de montage (5) est pourvu d'une électrode inférieure (19) qui s'étend en travers de la surface arrière et d'une surface latérale dudit substrat de montage jusqu'à la surface de fond de ladite rainure. 10. Module d'élément optique selon la revendica- tion 9, dans lequel une partie latérale d'angle (20) de ladite rainure est biseautée par attaque chimique. 11. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élé- ment de scellement en résine (6) servant à sceller ledit élément optique, ledit substrat de montage et ledit élément formant ligne de transmission. 12. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit élément optique (2) est un laser à semiconducteurs. 13. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit élément optique (2) est un laser à semiconducteurs comprenant un modulateur. 14. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit substrat de montage (5) est formé de silicium. 15. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte une fibre optique recevant une lumière émise par ledit élément optique. 16. Module d'élément optique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte une fibre optique qui est placée dans une rainure en V formée dans la surface supérieure dudit substrat de montage et reçoit une lumière émise par ledit élément optique. 17. Module d'élément optique, caractérisé en ce qu'il comporte: un élément optique (26), un substrat de montage (25) constitué par un matériau semiconducteur ou diélectrique et supportant, sur une surface supérieure, ledit élément optique, ledit subs- trat de montage possédant une pluralité de rainures formées dans ladite surface supérieure; et une pluralité d'éléments (4) formant lignes de transmission au moins partiellement montés sur une surface de fond de n'importe laquelle de ladite pluralité de rai- nures et connectés électriquement audit élément optique.