Brevet FR3085549A1 — publié le 20200306

B17285FR - 18-GR3-0206 1 Description Guide d'onde [0001] Domaine [0002] La présente demande concerne le domaine des guides d'onde, et plus particulièrement les guides d'onde de circuits intégrés photoniques (optoélectroniques optiques). et/ou [0003] Exposé de l'art antérieur [0004] Dans un circuit intégré photonique, un signal lumineux peut être transmis à l'aide d'un guide d'onde. Les dimensions du guide d'onde sont couramment choisies de telle sorte qu'un mode optique donné du signal, généralement le mode fondamental transverse électrique (TE0) et/ou transverse magnétique (TMO), soit le seul mode guidé se propageant dans le guide d'onde. Toutefois, des inhomogénéités dans le matériau du guide d'onde et/ou des variations de la géométrie du guide d'onde peuvent entraîner l'apparition de modes optiques parasites dans le guide d'onde, c'est-à-dire de modes optiques d'ordre supérieur quand le seul mode guidé est le mode fondamental. Ces modes parasites sont gênants, notamment du fait que des interférences destructives peuvent se produire entre le mode guidé et les modes parasites. [0005] Résumé [0006] Il serait souhaitable de disposer d'un guide d'onde comprenant un dispositif de filtrage de modes parasites qui pallie au moins certains inconvénients des dispositifs de filtrage de modes parasites connus. [0007] Un mode de réalisation prévoit un guide d'onde comprenant un dispositif de filtrage des modes parasites, dans lequel le filtrage des modes parasites a un impact 2 B17285FR - 18-GR3-0206 relativement limité, voire nul, sur la transmission du mode guidé. [0008] Ainsi, un mode de réalisation prévoit un guide d'onde comprenant un premier ruban et deux bandes latérales de part et d'autre du premier ruban, les deux bandes étant moins épaisses ou interrompues le long d'une portion intermédiaire du ruban. [0009] Selon un mode de réalisation, la portion intermédiaire est une partie de la longueur du premier ruban. [0010] Selon un mode de réalisation, chaque bande est en contact avec le premier ruban. [0011] Selon un mode de réalisation, pour chaque bande, un deuxième ruban et le premier ruban sont disposés de part et d'autre de la bande. [0012] Selon un mode de réalisation, chaque deuxième ruban est allongé parallèlement au premier ruban. [0013] Selon un mode de réalisation, chaque deuxième ruban est, le long de la portion intermédiaire, au moins partiellement en un matériau choisi pour absorber les longueurs d'onde d'un signal destiné à être propagé dans le guide d'onde. [0014] Selon un mode de réalisation, le matériau est choisi dans le groupe comprenant le siliciure, le germanium, le carbure de silicium, le germanium-silicium, l'étain, le titane, le nitrure de titane, le tantale, le nitrure de tantale, le tungstène, le cuivre et les alliages ou les mélanges de ces matériaux. [0015] Selon un mode de réalisation, la portion intermédiaire est intercalée entre deux portions du premier ruban. [0016] Selon un mode de réalisation, le long de chacune des deux portions du premier ruban, les bandes sont configurées 3 B17285FR - 18-GR3-0206 pour que l'indice optique effectif d'un mode optique guidé destiné à être propagé dans le guide d'onde varie progressivement jusqu'à la portion intermédiaire. [0017] Selon un mode de réalisation, chaque bande est interrompue le long de la portion intermédiaire et, le long de chacune des deux portions du premier ruban, la largeur de la bande diminue progressivement jusqu'à portion intermédiaire. [0018] Selon un mode de réalisation, chaque bande est moins épaisse le long de la portion intermédiaire, et, le long de chacune des deux portions du premier ruban, chaque bande comprend une portion supérieure dont la largeur diminue jusqu'à la portion intermédiaire. [0019] Selon un mode de réalisation, la portion intermédiaire est courbe dans le sens de sa longueur. [0020] Selon un mode de réalisation, le ruban et les bandes reposent sur une couche isolante d'une structure de type semiconducteur sur isolant. [0021] Un autre mode de réalisation prévoit un circuit photonique intégré comprenant au moins un guide d'onde tel que défini ci-dessus. [0022] Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de filtrage des modes parasites d'un signal optique se propageant dans un guide d'onde tel que défini ci-dessus. [0023] Bref exposé des dessins [0024] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0025] [Fig. 1] la figure 1 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un guide d'onde ; 4 B17285FR - 18-GR3-0206 [0026] [Fig. 2] la figure 2 représente des vues A, B et C, schématiques et en coupe, du guide d'onde de la figure 1, selon des plans respectifs AA, BB et CC de la figure 1 ; et [0027] [Fig. 3] la figure 3 est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une variante de réalisation du guide d'onde des figures 1 et 2. [0028] Exposé détaillé [0029] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. [0030] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits intégrés photoniques dans lesquels peuvent être prévus des guides d'onde n'ont pas été détaillés, les guides d'onde décrits par la suite étant compatibles avec les circuits photoniques usuels. [0031] Dans référence à les termes la description qui des qualificatifs de "avant", "arrière", suit, lorsque l'on fait position absolue, tels que "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. [0032] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 3 près, de préférence à 5 3 près. B17285FR - 18-GR3-0206 [0033] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à une section transversale d'un élément d'un guide d'onde, cette section transversale est orthogonale à la direction longitudinale du guide d'onde. [0034] Dans la description qui suit, on considère un guide d'onde configuré pour guider un signal lumineux dont la ou les longueurs d'onde sont comprises dans le domaine du proche infra-rouge, par exemple entre 1 et 2 um, de préférence égales à environ 1,3 um ou environ 1,55 pm, par exemple égales à 1,3 pm ou 1,55 um. Les dimensions et les matériaux du guide d'onde indiqués ci-après à titre d'exemple sont choisis pour ces longueurs d'onde, étant entendu que l'homme du métier est en mesure, à la lumière de la description qui suit, d'adapter ces dimensions et ces matériaux à d'autres longueurs d'onde. [0035] La figure 1 est une vue de dessus, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un guide d'onde 1. La figure 2 représente des vues A, B et C schématiques et en coupe du guide d'onde de la figure 1, selon des plans respectifs AA, BB et CC de la figure 1. [0036] Le guide d'onde 1 comprend un ruban 101 et deux bandes latérales 103 et 105 de part et d'autre du ruban 101. Le ruban 101 et les bandes 103 et 105 sont de préférence en le même matériau, par exemple du silicium. Les bandes 103 et 105 sont au contact des faces latérales respectives 107 et 109 du ruban 101. Le ruban 101 et les bandes 103 et 105 ont des directions principales (longitudinales) identiques. Le ruban 101 a par exemple une section transversale rectangulaire dont les dimensions, à savoir la largeur (entre les faces 107 et 109) et l'épaisseur (entre les faces supérieure et inférieure du ruban), sont par exemple sensiblement constantes, de préférence constantes. L'épaisseur des bandes 103 et 105, mesurée dans le sens de 6 B17285FR - 18-GR3-0206 l'épaisseur du ruban 101, est inférieure à l'épaisseur du ruban 101. [0037] Le ruban 101 comprend une portion intermédiaire 101A correspondant à une partie de la longueur du ruban 101. Dans ce mode de réalisation, la portion 101A est rectiligne (figure 1). Le ruban 101 comprend successivement, dans sa longueur (de gauche à droite en figure 1), une portion 101B, une portion optionnelle 1010, la portion intermédiaire 101A, une portion optionnelle 101D et une portion 101E. Les portions 101B, 101C, 101A, 101D et 101E, délimitées par des traits pointillés verticaux en figure 1, sont bout à bout. La portion intermédiaire 101A est donc intercalée entre les deux portions optionnelles 1010 et 101D, ou entre les portions 101B et 101E lorsque le guide d'onde ne comprend pas les portions optionnelles 101C et 101D. [0038] Les bandes 103 et 105 sont moins épaisses (épaisseur el, figure 2, vue A) le long de la portion 101A que (épaisseur e2, figure 2, vue B) le long des portions 101B et 101E. L'épaisseur e2 est par exemple inférieure ou égale à environ la moitié de l'épaisseur du ruban 101, par exemple environ égale, de préférence égale, à la moitié de cette épaisseur. L'épaisseur el est par exemple inférieure ou égale à la moitié de l'épaisseur e2, par exemple inférieure ou égale au tiers de l'épaisseur e2, de préférence égale au tiers de l'épaisseur e2. [0039] Les bandes 103 et 105 sont configurées pour que, le long des portions 101C et 101D, l'indice optique effectif du mode optique guidé se propageant dans le guide d'onde 1 varie progressivement depuis ou jusqu'à la portion 101A. L'indice effectif d'un mode optique est défini comme étant le rapport de la constante de propagation de ce mode optique sur le vecteur d'onde dans le vide à la longueur d'onde considérée. Cette variation progressive de l'indice effectif permet de 7 B17285FR - 18-GR3-0206 limiter, voire d'empêcher, des réflexions parasites du mode optique guidé lors de sa propagation dans les portions successives 101B, 101C, 101A, 101D et 101E. La variation progressive de l'indice effectif est par exemple obtenue grâce à des variations progressives de la largeur des bandes 103 et 105, le long des portions 101C et 101D, sur au moins une partie de leur épaisseur. [0040] Dans ce mode de réalisation, chacune des bandes 103 et 105 est constituée, le long des portions 101C et 101D (figure 2, vue C), d'une portion inférieure, respectivement 1031 et 1051, et d'une portion supérieure, respectivement 1032 et 1052. Les portions 1031 et 1051 ont une épaisseur el, l'épaisseur totale d'un ensemble d'une portion inférieure et d'une portion supérieure étant égale à l'épaisseur e2. Comme cela est illustré en figure 1, la largeur des portions supérieures 1032 et 1052 diminue progressivement vers la portion 101A, ou augmente progressivement depuis la portion 101A, d'où il résulte une variation progressive de l'indice effectif du mode guidé considéré. [0041] Le guide d'onde 1 comprend en outre deux rubans 111 et 113 optionnels. Les rubans 111 et 113 sont disposés le long des bandes respectives 103 et 105, au moins le long de la portion 101A. Les rubans 101, 111 et 113 ont des directions principales (longitudinales) identiques. Ainsi, le ruban 111, respectivement 113, et le ruban 101 sont disposés de part et d'autre de la bande 103, respectivement 105. Les rubans 111 et 113 sont de préférence en contact avec les bandes respectives 103 et 105. L'épaisseur des rubans 111 et 113 est par exemple sensiblement égale, de préférence égale, à l'épaisseur du ruban 101. De préférence, les rubans 111 et 113 sont disposés de manière à ne pas perturber le mode optique guidé se propageant dans le ruban 8 B17285FR - 18-GR3-0206 101, par exemple en prévoyant que, de la portion 101B à la portion 101E ou de la portion 101E à la portion 101B, la diminution de la puissance du mode optique guidé soit inférieure à 10E-3 5. A titre d'exemple, la distance minimale entre le ruban 101 et chaque ruban 111 et 113 est supérieure ou égale à 800 nm. [0042] Les rubans 111 et 113 sont, au moins le long de la portion intermédiaire 101A, en tout ou partie en un matériau 117. Le matériau 117 est choisi pour être absorbant aux longueurs d'onde du signal destiné à être propagé dans le guide d'onde 1. A titre d'exemple, pour ces longueurs d'onde, la partie imaginaire de l'indice de réfraction du matériau 117 est compris entre 10E-2 et 10. Le matériau 117 est par exemple choisi dans le groupe comprenant le siliciure, le germanium, le carbure de silicium, le germanium-silicium, l'étain, le titane, le nitrure de titane, le tantale, le nitrure de tantale, le tungstène, le cuivre et les alliages ou les mélanges de ces matériaux. [0043] Selon un mode de réalisation préféré, les rubans 101, 111 et 113 et les bandes 103 et 105 sont en silicium, les rubans 111 et 113 étant, au moins le long de la portion 101A, en silicium dopé 117, par exemple avec des atomes de bore, de phosphore et/ou d'arsenic, pour être plus absorbant que le silicium intrinsèque dans le proche infra-rouge. Selon un autre mode de réalisation préféré dans lequel les rubans 111 et 113 sont en silicium, de préférence dopé, le matériau 117 est du siliciure, obtenu par dépôt de métal au niveau de la face supérieur de chaque ruban 111 et 113, qui va inter-diffuser dans le silicium des rubans 111 et 113 créant un matériau absorbant. Par ailleurs, dans ces modes de réalisations préférés, les rubans 111 et 113 sont de préférence en contact des bandes respectives 103 et 105. 9 B17285FR - 18-GR3-0206 [0044] Le guide d'onde 1 est noyé dans un matériau, par exemple de l'oxyde de silicium, d'indice optique différent de celui du ruban 101. Dans l'exemple représenté, le guide d'onde 1 repose sur et en contact avec une couche 115 (figure 2), par exemple une couche d'oxyde de silicium. De préférence, la couche 115 constitue la couche isolante d'une structure de type semiconducteur sur isolant (SOI - Semiconductor On Insulator), le guide d'onde 1 pouvant alors être défini dans la couche semiconductrice de la structure SOI, par exemple lors d'étapes de gravure. Une couche non représentée, de préférence en le même matériau que la couche 115, recouvre le guide d'onde 1. [0045] Un mode optique transverse électrique est tel que son champ électrique oscille dans un plan parallèle à la face supérieure de la couche 115, et de manière perpendiculaire à la direction de propagation du signal dans le guide d'onde. Un mode optique transverse magnétique est tel que son champ électrique oscille dans un plan perpendiculaire à la face supérieure de la couche 115, et de manière perpendiculaire à la direction de propagation du signal dans le guide d'onde. [0046] Lorsqu'un signal optique se propage dans le guide d'onde 1, par exemple de la portion 101B vers la portion 101E, le mode guidé est confiné dans le ruban 101 et des modes parasites peuvent être présents et au moins en partie confinés dans les portions des bandes 103 et 105 disposées le long de la portion 101B. Le long de la portion 101A, du fait que les bandes 103 et 105 sont moins épaisses, les modes parasites ne restent pas confinés et rayonnent hors des bandes. Il en résulte un filtrage de ces modes parasites. Les modes parasites rayonnant hors des bandes 103 et 105 sont au moins en partie absorbés par le matériau 117, ce qui évite que ces modes parasites rayonnés ne perturbent d'éventuels composants photoniques disposés à proximité du B17285FR - 18-GR3-0206 guide d'onde 1. En sortant de la portion 101A du ruban 101, le signal propagé dans le guide d'onde 1 ne comprend plus ou presque plus de modes parasites. A titre d'exemple, la distance des rubans 111 et 113 aux bandes respectives 103 et 105 et/ou la longueur de la portion 101A sont choisies de sorte que, de la portion 101B à la portion 101E ou de la portion 101E à la portion 101B, la puissance des modes parasites soit réduite de plus de 95 5, de préférence de plus 99 3. En outre, du fait que le mode guidé reste confiné dans le ruban 101 et n'est pas couplé aux rubans 111 et 113, celui-ci n'est pas perturbé lors de sa propagation de la portion 101B vers la portion 101E. [0047] On aurait pu penser supprimer les bandes 103 et 105 ou prévoir qu'elles aient l'épaisseur el sur toute la longueur du guide d'onde 1 afin d'éviter que des modes parasites ne s'y propagent. Toutefois, cela conduirait à une augmentation des pertes de transmission du mode guidé. En outre, dans le cas de bande 103 et 105 d'épaisseur non nulle, quand le guide d'onde 1 est défini par gravure dans une couche semiconductrice d'une structure SOI, d'autres composants photoniques peuvent être définis dans cette même couche lors des mêmes étapes de gravure. Ces autres composants, en particulier des réseaux de couplage pouvant être prévus aux extrémités du guide d'onde 1, peuvent imposer une profondeur de gravure de la couche semiconductrice, donc l'épaisseur e2. [0048] On aurait aussi pu penser disposer le matériau 117 plus proche du ruban 101, par exemple en réduisant la largeur des bandes 103 et 105, mais cela résulterait en un couplage du mode optique guidé avec le matériau 117 entraînant des perturbations du mode optique guidé. [0049] La figure 3 est une vue de dessus partielle d'une variante de réalisation du guide d'onde 1 de la figure 1. 11 B17285FR - 18-GR3-0206 [0050] Le guide d'onde 1 de la figure 3 diffère de celui des figures 1 et 2 en ce que la portion 101A du ruban 101 n'est pas rectiligne. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la portion 101A est courbe dans le sens de sa longueur. [0051] Par rapport au cas où la portion 101A est rectiligne, la prévision d'une portion 101A courbe dans le sens de sa longueur permet d'augmenter, le long de la portion 101A, pour les modes parasites, la puissance optique rayonnée hors des bandes 103 et 105. [0052] Dans une autre variante de réalisation non représentée, les bandes 103 et 105 sont interrompues le long de la portion 101A du ruban 101. Cela revient à considérer que l'épaisseur el est nulle. Dans cette variante, la variation progressive de l'indice optique effectif du mode guidé résulte par exemple du fait que, le long des portions optionnelles 101C et 101D, la largeur des bandes 103 et 105 diminue jusqu'à la portion intermédiaire 101A. [0053] A titre d'exemple particulier de réalisation, on prévoit un guide d'onde 1 avec les dimensions suivantes : - largeur du ruban 101 comprise entre 200 et 420 nm, de préférence égale à environ 320 nm, par exemple égale à 320 nm ; - épaisseur du ruban 101 comprise entre 220 et 500 nm, de préférence égale à environ 300 nm, par exemple égale à 300 nm ; - largeur des bandes 103 et 105 comprise entre 800 et 1790 nm, de préférence égale à environ 1000 nm, par exemple égale à 1000 nm ; - longueur de la portion 101A comprise entre 1 et 100 pm, de préférence égale à environ 60 pm, par exemple égale à 60 pm ; et - longueur de chaque portions 101C et 101D comprise entre 1 12 B17285FR - 18-GR3-0206 et 100 um, de préférence égale à environ 20 um, par exemple égale à 20 um. [0054] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaitront à l'homme de l'art. En particulier, on peut prévoir que les bandes 103 et 105 soient interrompues le long d'une portion intermédiaire 101A non rectiligne. [0055] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, les dimensions et les matériaux indiqués ci-dessus à titre d'exemple, peuvent être déterminés par l'homme du métier à partir d'outils de simulation, par exemple des outils de simulation exploitant des calculs de différences finies dans le domaine temporel (FDTD - "Finite Difference Time Domaine"). Un exemple d'un tel outil de simulation est commercialisé par la société "Lumerical". 13 B17285FR - 18-GR3-0206 REVENDICATIONS[Revendication 1] 1. Guide d'onde (1) comprenant : un premier ruban (101) ; et deux bandes latérales (103, 105) de part et d'autre du premier ruban, les deux bandes étant moins épaisses ou interrompues le long d'une portion intermédiaire (101A) du ruban. [Revendication 2] 2. Guide d'onde selon la revendication 1, dans lequel la portion intermédiaire (101A) est une partie de la longueur du premier ruban (101). [Revendication 3] 3. Guide d'onde selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque bande (103, 105) est en contact avec le premier ruban (101). [Revendication 4] 4. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, pour chaque bande (103, 105), un deuxième ruban (111, 113) et le premier ruban (101) sont disposés de part et d'autre de la bande (103, 105). [Revendication 5] 5. Guide d'onde selon la revendication 4, dans lequel chaque deuxième ruban (111, 113) est allongé parallèlement au premier ruban (101). [Revendication 6] 6. Guide d'onde selon la revendication 4 ou 5, dans lequel chaque deuxième ruban est, le long de la portion intermédiaire (101A), au moins partiellement en un matériau (117) choisi pour absorber les longueurs d'onde d'un signal destiné à être propagé dans le guide d'onde. [Revendication 7] 7. Guide d'onde selon la revendication 6, dans lequel le matériau (117) est choisi dans le groupe comprenant le 14 B17285FR - 18-GR3-0206 siliciure, le germanium, le carbure de silicium, le germanium-silicium, l'étain, le titane, le nitrure de titane, le tantale, le nitrure de tantale, le tungstène, le cuivre et les alliages ou les mélanges de ces matériaux. [Revendication 8] 8. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la portion intermédiaire (101A) est intercalée entre deux portions (101C, 101D) du premier ruban (101). [Revendication 9] 9. Guide d'onde selon la revendication 8, dans lequel, le long de chacune des deux portions (101C, 101D) du premier ruban (101), les bandes (103, 105) sont configurées pour que l'indice optique effectif d'un mode optique guidé destiné à être propagé dans le guide d'onde (1) varie progressivement jusqu'à la portion intermédiaire (101A). [Revendication 10] 10. Guide d'onde selon la revendication 8 ou 9, dans lequel chaque bande (103, 105) est interrompue le long de la portion intermédiaire (101A) et, le long de chacune des deux portions (101C, 101D) du premier ruban (101), la largeur de la bande diminue progressivement jusqu'à portion intermédiaire (101A). [Revendication 11] 11. Guide d'onde selon la revendication 8 ou 9, dans lequel chaque bande est moins épaisse le long de la portion intermédiaire (101A), et, le long de chacune des deux portions (1010, 101D) du premier ruban (101), chaque bande (103, 105) comprend une portion supérieure (1032, 1052) dont la largeur diminue jusqu'à la portion intermédiaire (101A). [Revendication 12] 12. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 15 B17285FR - 18-GR3-0206 1 à 11, dans lequel la portion intermédiaire (101A) est courbe dans le sens de sa longueur. [Revendication 13] 13. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le ruban (101) et les bandes (103, 105) reposent sur une couche isolante (115) d'une structure de type semiconducteur sur isolant. [Revendication 14] 14. Circuit photonique intégré comprenant au moins un guide d'onde (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13. [Revendication 15] 15. Procédé de filtrage des modes parasites d'un signal optique se propageant dans un guide d'onde selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.