Brevet FR3077652A1 — publié le 20190809

PUCE PHOTONIQUE À STRUCTURE DE COLLIMATION INTÉGRÉE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui de la photonique intégrée sur puce. L'invention concerne une puce photonique qui dispose d'entrée(s)/sortie(s), vers/depuis la puce, de faisceaux lumineux pour couplage avec un dispositif extérieur, par exemple avec une autre puce photonique, une fibre optique ou un ensemble de fibres optiques, ou pour réception/émission d'un faisceau de lumière en propagation libre. Selon l'invention, les entrée(s)/sortie(s), vers/depuis la puce, autorisent le couplage de faisceaux lumineux collimatés avec une taille de mode potentiellement élargie par rapport à la taille de mode d'une fibre monomode, un axe potentiellement perpendiculaire à la surface de la puce (et donc un désalignement angulaire axial potentiellement nul avec l'axe d'un faisceau issu d'un ensemble 'lentille + fibre' perpendiculaire à la surface de la puce), et une bande spectrale potentiellement élargie. La puce selon l'invention peut intégrer des composants tels que des composants passifs (guides d'onde, multiplexeurs en longueurs d'onde, etc.) et des composants actifs (modulateurs, photodétecteurs, etc.). La puce photonique selon l'invention peut également intégrer un ou plusieurs lasers hybrides, tel que des lasers présentant un milieu à gain réalisé en matériaux semi-conducteurs III-V sur un substrat silicium. Une telle puce peut par exemple être destinée à fournir un peigne de longueurs d'onde émis par une pluralité de lasers hybrides à une autre puce photonique, ou à constituer un circuit photonique intégré de type émetteur-récepteur couplé à un réseau de fibres optiques, ou à émettre un ou plusieurs faisceaux de lumière en propagation libre. 2 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les puces photoniques comprenant un circuit photonique intégré (« Photonic Integrated Circuit ») sont généralement fabriquées sur des substrats SOI (« Silicon On Insulator » pour silicium sur isolant) pour la technologie photonique intégrée 5 sur silicium ou sur substrats en phosphure d'indium (InP) ou en arséniure de gallium (GaAs) pour la technologie photonique intégrée dite III-V. En photonique intégrée sur silicium, une source de lumière hybride III-V / Silicium est formée par l'empilement sur un substrat SOI de couches III-V constituant le matériau à gain d'un laser. La lumière émise dans le matériau à gain est couplée avec une 10 structure de guidage de la lumière formée dans la couche de silicium superficielle du substrat SOI, sous-jacente aux couches III-V. La structure de guidage de la lumière accommode les composants photoniques silicium, tels que des composants passifs (par exemple des guides d'onde, des multiplexeurs/démultiplexeurs optiques, des anneaux résonants) et des composants 15 actifs (par exemple des modulateurs formés par des dopages P et N de la couche de silicium superficielle, ou/et des photodétecteurs par exemple formés par épitaxie de germanium sur silicium). Afin de pouvoir extraire la lumière de la puce photonique en direction d'un dispositif extérieur tel qu'une fibre optique, le composant le plus couramment utilisé 20 en photonique silicium est le réseau de couplage surfacique. Un tel réseau permet, d'une part, d'adapter la taille du mode optique se propageant dans les guides d'onde de la puce photonique à la taille du mode optique se propageant dans les fibres monomodes standards, c'est-à-dire un diamètre de 9.2um, et, d'autre part, de passer d'une propagation guidée dans le plan de la puce photonique à une propagation en espace libre 25 quasi-verticale au plan de la puce et du côté opposé au substrat de la puce. Ceci est obtenu en gravant un réseau dans la couche superficielle de silicium. Un tel composant est par exemple décrit dans : « Apodized Waveguide Grating Couplers for Efficient Coupling to Optical Fibers », IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 22, NO. 15, AUGUST 1, 2010, de Xia Chen et alter. Le réseau de couplage surfacique constitue un premier type de coupleur vertical. 3 En technologie silicium, ce composant permet ainsi de coupler la lumière d'un guide d'onde dans le plan de la puce photonique à une fibre monomode clivée faisant un angle avec la verticale, couramment d'environ 8° dans un matériau en verre (soit environ 11° dans l'air). Ses pertes sont de 1 à 4 dB optiques lorsque 5 l'alignement géométrique entre le réseau de couplage surfacique et la fibre monomode est optimal. La tolérance d'alignement réseau-fibre, caractérisée comme le désalignement radial par rapport à l'alignement optimal qui engendre 1 dB de pertes supplémentaires, est d'environ 2 um. Il est également à noter que la bande passante spectrale d'un réseau de 10 couplage surfacique (caractérisée comme la bande pour laquelle les pertes sont limitées, par exemple inférieures à 1 dB) est étroite, généralement inférieure à 30nm. Ceci est un point très limitant par exemple dans les applications de multiplexage en longueurs d'onde de type grossier (CWDM pour « Coarse Wavelength Division Multiplexing ») pour lesquelles plusieurs longueurs d'onde (par exemple quatre longueurs d'ondes) espacées 15 de 20nm doivent être multiplexées et transmises dans une unique fibre. Le signal lumineux présente dans cet exemple une bande spectrale de 4 x 20nm et les pertes aux extrémités de la bande sont alors augmentées de plusieurs dB par rapport aux pertes au centre de la bande. A titre d'exemple, les pertes de transmission d'un réseau de couplage surfacique sont de 2,7 dB à la longueur d'onde centrale 1290nm, alors qu'elles sont de 5,5 20 dB à la longueur d'onde 1330nm espacée de 2*20nm de la longueur d'onde centrale 1290nm. Pour résoudre ce problème, des réseaux de couplage surfaciques relativement complexes ont été proposés qui nécessitent une couche additionnelle en nitrure de silicium structurée au-dessus de la couche de silicium structurée. On pourra se 25 rapporter à l'article de Sacher, Wesley D., et al. intitulé "Wide bandwidth and high coupling efficiency Si3N4-on-S01 dual-level grating coupler", Optics express 22.9 (2014): 10938-10947. Par ailleurs ce type de solution ne fonctionne que pour une lumière polarisée (par exemple TE), mais aucune solution n'a été proposée permettant de coupler dans la puce photonique une lumière de polarisation quelconque. 4 Seules les solutions de couplage dites par la tranche de la puce (« butt coupling ») permettent d'augmenter la bande spectrale du couplage optique tout en fonctionnant pour une lumière de polarisation quelconque. Un tel coupleur par la tranche est par exemple décrit par B. Ben Bakir et al. dans « Low loss ( D/2, alors le motif le plus grand est celui qui est le plus proche de l'abscisse X. Prenant le cas X>0 où le motif le plus grand est celui d'indice N (pour X D/2. 15 2) On en déduit alors, avec l'épaisseur h trouvée précédemment, le profil exact de la structure de collimation selon les équations (3) ou (4), selon que X D/2. Du calcul développé précédemment, le calcul de plots parallélépipédiques (et non plus cylindriques) est évident. Dans une variante de réalisation, la structure de collimation ne forme 20 pas l'équivalent d'une lentille simple mais l'équivalent d'une lentille de Fresnel. Selon cette approche, on impose une épaisseur h plus faible, et on autorise de plus grands gradients d'indice pour compenser cette faible épaisseur, ces gradients se répétant par des modulos 27c de phase pour couvrir toute la largeur de la structure de collimation. Selon cette approche : 27r 27r 27r 27r + À -noe À 2 + (x - X)2 + y2 = - » - «X + noF[27r] À À 25 Soit 28 fsi(x, Y) = - 2 [f5( x) * (i fs,(X)) * n102 - -nh° [F2 + (x - X)2 + y2 - F] + m1411 - n102 Soit : Wsi(n,p) = 2P. (5) n-(nl-nlo 2) 5 Le terme m permet d'ajouter un incrément à la largeur pour éviter qu'elle n'aille en dessous de cd_min. Cependant, cet incrément ne doit pas faire passer la largeur au-delà de P-cd_min pour avoir le modulo 27c de phase, ou en-dessous de cd_min respectivement. Cela impose des contraintes sur l'épaisseur minimale de la lentille de Fresnel hmin, pour qu'elle soit techniquement réalisable. Supposons que l'un des motifs 10 ait une largeur de cd_min (limite inférieure). Ce motif a un indice (n', p') qui vérifie: cd_min2n-(n1 - nl02) + 4P2. nlo2 4P2 2 [ PF2+(nP-X)2+(pP)2-F] 4P2 2 no h +m 1 n2. h SUD 2 irr(P-cd_min)2,711+(4P2-z(P-cd_min)2),nLo_ = - cd_min) ns2i + (4P2 - 71-(P - cd min)2) * n2 sio2 4P2 - no h klF2 + (WP - X)2 + (03)2 - Fil 2 Il faut qu'un ajout de X/h dans le carré du terme de droite génère une largeur inférieure à P-cd_min dans l'équation (5), soit : cd_min2 Tr(n2s, ns2,02 4F,2. ns2,02 À2 Tr(ns2, - n0) 4P2. ns2 ,02 41,2 ,2 +2h+ 2 hmi 41,2 P - cdmin > 2P. 71-(n2 n-2 ) Si S/02 On en déduit donc qu'il y a une contrainte entre la longueur d'onde et 15 l'épaisseur, pour une technologie donnée (P, cdmin), pour que la lentille de Fresnel soit réalisable. [ cd_min2z(nL-nL02)+4P2.nLo [Pn- (P - 2c dmin)(n1 - n102) - 4P2 n102]. h2 - 8P2 4 2 h 4P2 À.2 0 4P2 29 hmin correspond donc à la 2' racine de l'équation afférente de 2'd degré, soit : hmin icd_min2n(nL-nL02)+4P2.nLo2t\in(nL-nL02)(P-cdmin) =2) (6) n(P-2cdmin)(nL-nL02)-4PnL02 La période P ne peut pas excéder X/2 pour que la structuration se 5 comporte comme un milieu d'indice moyen. En imposant cette contrainte, on peut simplifier l'expression (6), et aboutir à : hmin = 2À, ,\I2 cd_min2z(n1- n102) + À2 .n102 + 71-(n1 - n102)(À - 2cdinin) ff(À - 4cdinin)(ns2, - ns2,02) - 4Àns2,02 On a représenté sur la figure 8 le couplage d'une puce photonique 1 conforme à la figure 2 à une autre puce photonique 3 conforme à la figure 3. Dans cet 10 exemple, les coupleurs verticaux des puces 1, 3 sont des réseaux de couplage surfacique 122, 122'. L'autre puce photonique 3 est formée sur un substrat SOI et comprend une couche de guidage de la lumière 120 recouverte d'une couche d'encapsulation 140 (comportant ici des niveaux de métal d'interconnexion) et séparée d'un substrat support 100 par une couche d'oxyde enterré en Si02 110. Elle présente une face avant F10 du côté 15 de la couche d'encapsulation 140 et une face arrière F20 du côté du substrat 100. Une lentille réfléchissante 15', 16' est intégrée au niveau de la face arrière F20. Cette lentille réfléchissante 15', 16' présente les mêmes caractéristiques que la lentille 15 intégrée au niveau de la puce 1 conforme à l'invention, hormis le fait que la hauteur des motifs est divisée par 2. La couche de guidage de la lumière 120 comprend un guide d'onde 121' et 20 un réseau de couplage surfacique 122' qui est configuré pour émettre/recevoir la lumière vers/depuis le guide d'onde 121', mais en direction de la face de la puce opposée à la face vers laquelle sont orientées les dents du réseau (un tel réseau peut par exemple être conçu dans une couche de silicium d'épaisseur 160nm dans laquelle les dents de gravure du réseau sont gravées sur une profondeur de 90nm, ou bien une couche de silicium 25 d'épaisseur 300nm dans laquelle les dents de gravure sont gravées sur toute l'épaisseur). Un exemple de dimensionnement de la structure de collimation de la puce 1 de la figure 8 est le suivant. On utilise un réseau de couplage surfacique en guise 30 de coupleur vertical (Do=9.2urn), réalisé en technologie photonique silicium, dans un substrat SOI. On utilise un substrat en silicium d'épaisseur Th = 775um et d'indice nSi. Avec un angle de sortie du réseau de couplage surfacique 01 dans le Si02 égal à 8°, 02 dans le silicium est égal à 3.3° (ns, x sin (02) = nsio2 x sin (01) avec ns, = 3.5 et nsio2 = 1.45). 5 Le faisceau incident sur la lentille 15 a donc une taille de mode Th x 2)t /( n. wo x cos02. nSi) = Di -40u.m. Le centre de la structure de collimation est décalé du centre du coupleur vertical de X = Th x tan (02) - 44.8 um On cherche une épaisseur des motifs, cylindriques, dans un réseau bidimensionnel à maille constante P, la plus faible possible. On fixe le diamètre minimal d'un motif à 80nm, et on considère une pseudo-période des structures 10 gravées P = 500nm. Avec les équations précédentes, on calcule l'épaisseur minimale des motifs de la structure de collimation dans le cas où elle du type lentille simple ou du type lentille de Fresnel. Dans l'application numérique retenue, l'épaisseur minimale est d'environ 1.5 um pour le cas d'une lentille de Fresnel et de plusieurs um pour le cas 15 lentille simple. Puis on calcule les diamètres des motifs à graver pour former la structure de collimation en considérant Ws,',,,=0,08 um. Dans le cas de la puce 3 où la structure de collimation 15 est couplée à un miroir 16, l'épaisseur h des plots est divisée par 2. Toujours en référence à la figure 8, et sans que cela ne soit exclusif de cet exemple de réalisation, la puce selon l'invention peut présenter en face arrière F2 des 20 motifs d'alignement 17 avec l'autre puce 3, et notamment des motifs d'alignement 17 destinés à coopérer avec des motifs complémentaires 17' en face avant F10 de l'autre puce par exemple pour assurer un alignement mécanique des lentilles 15 et 15', 16' sur les faces arrière F2, F20 des deux puces 1, 3. Avec l'application numérique précédemment décrite, Di = 4011m pour un réseau de couplage surfacique de l'état de l'art 122, 122' et 25 une lentille 15, 15' réalisée dans un substrat d'épaisseur 77511m. L'alignement entre les deux puces doit se faire à environ +1811m (à comparer à +/-211m lorsque l'on aligne deux coupleurs surfaciques de l'état de l'art). On a par ailleurs représenté sur cette figure 8, une puce électronique PE solidarisée sur la face avant F10 de la puce photonique 3, par exemple au moyen de micro 30 piliers de cuivre 20. La puce électronique PE, destinée à piloter ou lire les composants 31 photoniques actifs de la puce 3, est donc raccordée, au moyen des micro piliers de cuivre 20 et de niveaux de métal 124 traversant la couche 140, aux composants photoniques actifs (comprenant par exemple un modulateur 123) formés dans la couche de guidage de la lumière 120. 5 On a représenté sur la figure 9 une variante de réalisation d'une puce photonique conforme à la figure 3. Le substrat 10 est en matériau semiconducteur, typiquement en silicium, et séparé de la couche 11 par une couche antireflet 21. Le substrat 10 est recouvert côté face arrière d'une couche métallique 16 permettant de rendre la lentille 15 réfléchissante. On a par ailleurs représenté sur cette figure 9 une 10 puce électronique PE solidarisée sur la face arrière F2 de la puce photonique, par exemple au moyen de micro piliers de cuivre 20. Cette puce PE, destinée à piloter ou lire les composants photoniques actifs, est raccordée, notamment au moyen de vias d'interconnexion électrique 125 traversant le substrat 10, à ces composants photoniques actifs (comprenant par exemple un modulateur 123) formés dans la couche de guidage de 15 la lumière 12. Comme représenté sur la figure 10c, la puce électronique PE peut alternativement être agencée en face avant F1 de la puce photonique. Dans ce cas, les couches d'interconnections électriques 124 entre les composants actifs 123 et la puce électronique PE sont logées dans la couche 14 (et éventuellement la ou les couches 13 et 12) de la puce photonique. 20 On a représenté sur les figures 10a et 10b différents modes de réalisation d'une puce photonique conforme à la figure 2 comprenant une couche antireflet 21 agencée entre la couche 11 et le substrat 10. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 10a, la lentille 15 est configurée pour extraire la lumière la traversant depuis le coupleur vertical 122 selon 25 la normale à la face arrière F2 de la puce. On a vu précédemment que le coupleur vertical 122 permet de passer d'une propagation guidée dans le plan de la puce à une propagation quasi-verticale formant un angle avec la normale à la face arrière de la puce (lors de sa traversée du substrat 10, le faisceau issu du réseau de couplage surfacique fait effectivement un angle 02 non nul avec la verticale, par exemple de 4°). Il n'est en effet 30 pas possible d'avoir un angle nul sans augmenter les pertes de couplage du réseau de 32 couplage surfacique. Avec la lentille numérique, il est possible de redresser le faisceau pour qu'il soit perpendiculaire au plan de la puce en sortie de la lentille (=00). Le faisceau en sortie de la face arrière de la puce photonique est ainsi redressé et perpendiculaire aux faces avant et arrière de la puce. 5 Le fait d'extraire grâce à l'invention un faisceau collimaté de taille élargie permet d'augmenter la tolérance d'alignement de la puce avec une pièce d'interface opto-mécanique posée sur une face de la puce. Mais la tolérance angulaire de réception est réduite. En venant redresser le faisceau pour qu'il présente un angle de 900 avec la face arrière de la puce, le couplage avec la pièce d'interface est facilité. Ainsi la 10 pièce peut être posée sur la surface plane de la puce, de façon rigoureusement perpendiculaire à elle. La problématique de sensibilité angulaire de l'alignement est ainsi complètement résolue, puisque la pièce opto-mécanique, en contact avec la face arrière F2 de la puce, est rigoureusement perpendiculaire à la puce, sans possible écartement angulaire. 15 Sur la figure 10a, on a représenté des électrodes pour des prises de contact électrique avec le laser LA et un modulateur 123 en face avant F1 de la puce photonique, avec des interconnections 124 logées dans les couches 14, 13 et 12. La puce de la figure 10a pourrait également utiliser une lentille 15 avec un miroir 16, de telle sorte que le faisceau soit extrait de la puce photonique par sa face avant F1 (cf. figure 10c). Sur 20 la figure 10b, ces prises de contact sont toutes deux réalisées en face arrière par l'intermédiaire de vias d'interconnexion électrique 125. Cette configuration permet de placer un dissipateur thermique en face avant. Cette configuration permet également de disposer des interconnexions électriques et optiques en face arrière de la puce, ces interconnexions pouvant être reliées à un circuit intégré spécialisé par l'intermédiaire 25 d'un substrat agencé du côté de la face arrière de la puce. Un dimensionnement possible de la lentille 15 et du coupleur vertical 122 de la figure 10a est le suivant. On propose d'utiliser pour le coupleur vertical 122 un réseau de couplage surfacique conçu pour avoir une taille de mode Do/2 = wo= 1.8um ce qui, comme démontré précédemment, permet d'élargir sa bande spectrale par rapport à 30 un réseau connu de taille de mode wo = 4.6um (bande spectrale élargie à 60nm contre 33 30nm). Un tel réseau de couplage donne lieu à un faisceau très divergent, qui ne permettrait pas de coupler efficacement la lumière dans une fibre monomode. L'invention, par l'utilisation de la lentille numérique permet de collimater le faisceau en sortie de la lentille, après la traversée du substrat 10. Avec une épaisseur de substrat Th = 5 775um, on peut obtenir un faisceau collimaté avec une taille de mode élargie à environ Di = 103u.m. En regard du système constitué par le réseau 122 et la lentille 15), un système 'expanded beam' (tel que décrit précédemment) permet de coupler efficacement la lumière dans la fibre. Le système intégré à la puce {réseau de couplage surfacique à taille de 10 mode réduite, hautement divergent, et lentille numérique en face arrière} permet ainsi de fournir un faisceau à taille de mode élargi par rapport à l'état de l'art d'un facteur 10, collimaté, redressé et de bande spectrale élargie. Ce système passe ainsi outre les inconvénients de l'état de l'art liés aux réseaux de couplages surfaciques (angle non nul avec la verticale, faible tolérance d'alignement avec une fibre, bande spectrale réduite). 15 Dans une variante de réalisation de la structure de collimation associée à la figure 10a (Th = 775um, Di = 103um), la lentille numérique ne forme pas l'équivalent d'une lentille simple mais l'équivalent d'une lentille de Fresnel. Selon cette approche, on impose une épaisseur plus faible des tranchées, et on autorise de plus grands gradients d'indice pour compenser cette faible épaisseur, ces gradients se répétant par des 20 modulos 27c de phase pour couvrir toute la largeur de la structure de collimation. Dans ce cadre, nous prenons l'hypothèse de motifs cylindriques en silicium répétés à une période P = 0.5u.m. Les motifs ont un diamètre minium de cd min = 0.12um et maximum de P - cd min = 0.5 -0.12um = 0.380um. L'épaisseur minimale à graver est calculée à environ 1.3um, lorsque les motifs sont encapsulés dans l'air. La figure 12a donne le diamètre Dp 25 de chacun des motifs en fonction de leur position X/P, Y/P dans le réseau de motifs formant une lentille qui ne redresse pas le faisceau. Le centre C15 de la lentille est décalé d'environ tan (02) x Th = 54.4um par rapport à la projection orthogonale du centre C122 du réseau de couplage surfacique 122 sur le plan x,y de la lentille. La lentille 15 présente un axe de symétrie circulaire confondu avec son axe médian Am. Le centre du faisceau 30 sur le plan de la lentille x,y est confondu avec le centre de la lentille C15. Cette lentille de 34 la figure 12a dont le centre de symétrie circulaire coïncide avec son axe médian, n'assure pas le redressement du faisceau à sa sortie. La figure 12b rapporte une lentille réalisée suivant les mêmes contraintes de fabrication que la lentille de la figure 12a (cd min = 0.12um, P - cd min max = 0.5 -0.12um = 0.380um, épaisseur des motifs 1.3um), et de 5 même taille Di, mais assurant le redressement du faisceau (=00). La figure 12b donne ainsi le diamètre Dp de chacun des motifs en fonction de sa position X/P, Y/P dans un réseau de motifs formant une lentille qui redresse le faisceau. Le centre C15 de la lentille est décalé de X = 54.4um par rapport à la projection orthogonale, Opy, du centre C122 du réseau de couplage surfacique sur le plan x,y de la lentille. La lentille 15 présente un 10 axe de symétrie circulaire décalé de son axe médian. L'axe de symétrie circulaire est perpendiculaire au plan x,y et passe par Opy. Le centre du faisceau sur le plan de la lentille x,y est confondu avec le centre de la lentille C15. Un dimensionnement possible de la lentille 15 et du réseau de couplage surfacique 122 de la figure 10b est le suivant. Le réseau de couplage surfacique 122 est 15 conçu pour avoir une taille de mode wo= 0,9um afin d'élargir sa bande spectrale par rapport à un réseau connu de taille de mode wo = 4.6um (bande spectrale élargie à plus de 80nm contre 30nm). Un tel réseau de couplage donne lieu à un faisceau très divergent. L'invention, par l'utilisation de la lentille permet de collimater le faisceau en sortie de la puce, après traversée du substrat 10. Avec une épaisseur de substrat Th = 20 200um, compatible à la fabrication des vias d'interconnexion électrique 125, il est possible d'obtenir un faisceau collimaté présentant une taille de mode élargie à environ 53u.m. En sortie du réseau de couplage le faisceau divergent fait également un angle 02 non nul avec la verticale (dans cet exemple, égal à 4° dans le substrat 10 en 25 silicium). Le centre de la lentille C15 doit être décalé par rapport à la projection orthogonale Opy du centre du réseau de couplage surfacique 122 d'environ tan (02) x Th = 14 um. Avec la lentille numérique, il est possible de redresser le faisceau pour qu'il soit perpendiculaire au plan de la puce en sortie de la lentille. Dans ce cadre, nous prenons toujours l'hypothèse de motifs cylindriques 30 en silicium répétés à une période P = 0.511m. Les motifs ont un diamètre minium de cd min = 0.12um et maximum de P - cd min = 0.5 -0.12um = 0.380um, et sont encapsulés dans l'air. L'épaisseur minimale à graver est calculée à environ 1.3u.m. La figure 12c donne le diamètre Dp de chacun des motifs en fonction de leur position X/P, Y/P dans le réseau de motifs formant une lentille qui redresse le faisceau. Le centre C15 de la lentille est 5 décalé d'environ tan (02) x Th = 14 um) par rapport à la projection orthogonale, Opy, du centre C122 du réseau de couplage surfacique sur le plan x,y de la lentille. La lentille a une symétrie circulaire autour de l'axe Ad, orthogonal au plan x,y de la lentille et passant par Opy. On décrit dans ce qui suit un exemple d'un procédé de réalisation d'une 10 puce photonique conforme à l'invention et plus particulièrement d'une puce selon le second mode de réalisation représenté sur la figure 2. Le procédé débute (figure 11a) par la fourniture d'un substrat SOI présentant une couche d'oxyde enterré 13 intercalée entre une couche de silicium superficielle et un substrat de silicium 30 et par la fabrication des composants photoniques (guide d'onde 121, réseau de couplage surfacique 122, 15 modulateur PN 123, etc.) par gravure localisée, partielle ou totale, de la couche de silicium superficielle et, implantation dans le cas du modulateur. Sur cette figure la lumière se propage perpendiculairement au plan de la figure pour le modulateur, et dans le plan de la figure pour le guide d'onde et le réseau de couplage surfacique. On procède ensuite (figure 11b) à la formation d'une couche 20 d'encapsulation BEOL 11 en matériaux diélectriques, cette couche comprenant des niveaux de métal d'interconnexion électrique 124 avec les composants photoniques actifs (ici le modulateur 123) de la couche de guidage de la lumière 12. On reporte et on colle ensuite (figure 11c) un substrat 10 en silicium (qui peut être recouvert d'une couche antireflet, laquelle vient s'interposer après collage 25 entre le substrat et la couche d'encapsulation 11), sur la couche d'encapsulation 11. Cette étape ne nécessite pas un alignement précis lors du collage (puisque les structures de collimation ne sont pas encore réalisées). Un amincissement du substrat 10 peut être réalisé si nécessaire pour atteindre une épaisseur typiquement comprise entre 50um et 775 um. 36 On procède ensuite (figure 11d) à la formation d'une lentille numérique 15 sur le substrat 10. La formation de la lentille 15 se fait par gravure de tranchées délimitant des motifs d'épaisseur invariable. Les tranchées sont ensuite remplies d'un matériau à faible indice, par exemple Si02 affleurant la surface de la puce. On procède 5 ensuite (figure 11e) au dépôt d'une couche métallique 16 sur la lentille 15 de manière à former une lentille réfléchissante. On procède ensuite à la formation de vias à travers le substrat 10, par exemple par gravure laser, et au remplissage de ces vias avec un métal pour former les vias d'interconnexion électrique 125 qui, reliés à ceux 124 présents dans la couche 11, 10 permettent de relier les composants photoniques actifs (tels que le modulateur 123) à une puce électronique. On procède ensuite au retournement de la plaque et au retrait du substrat de silicium 30 (figure 11f). Le laser LA est ensuite fabriqué en venant réaliser un empilement S de couches III-V sur la couche 13, en structurant cet empilement pour former le milieu à gain du laser, en fabricant les électrodes E, et en formant la seconde 15 couche d'encapsulation 14 (figure 11g). L'invention n'est pas limitée à la puce photonique, mais s'étend également à son procédé de fabrication, et notamment à un procédé de fabrication de plusieurs puces collectivement sur une même plaque. Ce procédé comprend la formation de la structure de collimation au niveau de la face arrière de la puce et du coupleur 20 vertical configuré pour recevoir de la lumière depuis la structure de guidage de la lumière et former un faisceau de lumière dirigé vers la structure de collimation. L'invention s'étend également à un système comprenant la puce photonique selon l'invention et un dispositif extérieur doté d'une structure de collimation dont la taille de mode est adaptée à celle du faisceau lumineux en entrée/sortie de la 25 puce photonique et qui est destinée à reconverger le faisceau sur une fibre monomode par exemple. L'invention concerne également une telle puce photonique pouvant intégrer un ou des lasers hybrides, tel que des lasers présentant un milieu à gain réalisé en matériaux semi-conducteurs III-V sur un substrat silicium. Cette puce photonique est 30 destinée à fournir un peigne de longueurs d'onde émis par la pluralité de lasers à une 37 autre puce photonique ne comprenant pas de lasers (cf. figure 8 par exemple), REVENDICATIONS1. Puce photonique (1, 2) comprenant une couche de guidage de la lumière (12) supportée par un substrat (10), une face avant (F1) du côté de la couche de guidage de la lumière (12), une face arrière (F2) du côté du substrat (10), une lentille (15) intégrée au niveau de la face arrière (F2) et, dans la couche de guidage de la lumière, une structure de guidage de la lumière (121) optiquement couplée à un coupleur vertical (122) configuré pour recevoir/transférer une lumière depuis/vers la structure de guidage de la lumière (121) et former/recevoir un faisceau de lumière en direction de/depuis la lentille (15), caractérisée en ce que la lentille (15) comprend une pluralité de tranchées (Ti, T2, T3) pratiquées en face arrière, les tranchées délimitant un ensemble de motifs (M1, M2) et chaque motif présentant, dans une direction orthogonale aux faces avant et arrière, une épaisseur invariable. 2. Puce photonique selon la revendication 1, dans laquelle le substrat présente une épaisseur Th, le faisceau de lumière fait un angle 02 avec un axe perpendiculaire aux faces avant et arrière et la lentille présente un centre (C15) et un axe médian (Am) orthogonal aux face avant et arrière passant par son centre, l'axe médian (Am) de la lentille et un axe orthogonal aux face avant at arrière passant par le centre (C122) du coupleur vertical étant décalés d'une distance Th*tan 02. 3. Puce photonique selon la revendication 2, dans laquelle le substrat présente un indice effectif n10, la lumière présente une lumière de longueur d'onde X, le faisceau de lumière formé/reçu par le coupleur vertical présente une taille de mode Do=2.wo et les motifs forment un réseau bidimensionnel de dimension caractéristique supérieure ou égale à Th x 2X /( rc. wo x cos 82. n10). 4. Puce photonique selon la revendication 3, dans laquelle le réseau bidimensionnel comprend des cellules élémentaires se répétant périodiquement, chaque cellule élémentaire comprenant un motif et les dimensions des motifs étant modulées d'une cellule élémentaire à l'autre. 39 5. Puce photonique selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle la lentille présente une symétrie circulaire autour de son axe médian (Am), les motifs équidistants 5 de l'axe médian étant de taille identique. 6. Puce photonique selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle la lentille présente une symétrie circulaire autour de l'axe orthogonal aux faces avant at arrière passant par le centre (C122) du coupleur vertical, les motifs équidistants dudit axe 10 orthogonal étant de taille identique. 7. Puce photonique _selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle la lentille présente une symétrie circulaire autour d'un axe de symétrie orthogonal aux faces avant at arrière, l'axe de symétrie passant dans le plan de la lentille en un point situé entre le 15 centre de la lentille et la projection du centre du coupleur vertical, les motifs équidistants de l'axe de symétrie étant de taille identique. 8. Puce photonique selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle les motifs sont parallélépipédiques ou cylindriques. 20 9. Puce photonique selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la lentille est une lentille de Fresnel. 10. Puce photonique (2) selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre 25 un miroir (16) agencée en face arrière pour réfléchir la lumière depuis/vers la lentille (15). 11. Puce photonklue selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle le coupleur vertical est un guide d'ondes à facette inclinée ou un réseau de couplage surfacique. 30 12. Puce photonique selon la revendication 11, dans laquelle le réseau de couplage surfacique est conformé pour recevoir/transférer de la lumière depuis/vers la structure 40 de guidage de la lumière et former/recevoir un faisceau de lumière de taille de mode inférieure à 12pm, de préférence inférieure à 6 'lm, en direction de/depuis la lentille. 13. Procédé de fabrication d'une puce photonique (1,2) comprenant une couche de 5 guidage de la lumière (12) supportée par un substrat (10), la puce photonique présentant une face avant (F1) et une face arrière (F2) du côté du substrat (10), le procédé comprenant la formation d'une lentille (15) sur la face arrière et la formation d'un coupleur vertical configuré pour recevoir de la lumière depuis la structure de guidage de la lumière et former un faisceau de lumière dirigé vers la lentille, caractérisé en ce que la 10 formation de la lentille comprend la gravure d'une pluralité de tranchées (Ti, T2, T3), les tranchées délimitant un ensemble de motifs (M1, M2) et chaque -motif présentant, dans une direction orthogonale aux faces avant et arrière, une épaisseur invariable.