Brevet FR3135358A1 — publié le 20231110

L’invention concerne un laser à rétroaction distribuée (1000), DFB, hybride formé à partir de matériaux III-V (1010) et de silicium (1005), qui peut comporter un réseau (1020) dans le matériau III-V pour fournir une rétroaction optique pour une sélection de mode. Le réseau (1020) peut comporter un élément de décalage (1015) au milieu ou dans d’autres parties du réseau pour modifier une lumière délivrée en sortie la région de gain. Le réseau (1020) peut être un réseau de surface supérieure ou une remise en croissance peut être appliquée à la structure III-V, qui peut ensuite être liée à une structure en silicium (1005) pour coupler une lumière du laser DFB provenant de la structure III-V (1010) vers un ou plusieurs guides d’ondes en silicium (1025), dans la structure en silicium. Figure pour l’abrégé : Figure 10A LASER À RÉTROACTION DISTRIBUÉE HYBRIDE PHOTONIQUE AU SILICIUM À RÉSEAU INTÉGRÉ La présente divulgation concerne de manière générale les dispositifs optiques et plus particulièrement les sources optiques. CONTEXTE Un laser accordable est un laser dans lequel la longueur d’onde de fonctionnement peut être altérée d’une manière commandée à l’aide de filtres pour délivrer en sortie la longueur d’onde cible. Les valeurs d’accord varient selon la température et peuvent requérir des systèmes de commande complexes pour maintenir le laser accordable aligné au cours du fonctionnement. Un laser fixe est plus simple à commander ; cependant, il est difficile de mettre en œuvre des lasers fixes dans des circuits intégrés photoniques (PIC) en raison de problèmes d’étalonnage, de problèmes de puissance et de problèmes de commande de processus, tels qu’une variation de processus se manifestant dans les techniques modernes de fabrication de PIC. RÉSUMÉ Selon un premier aspect, la présente divulgation concerne un laser à rétroaction distribuée comprenant : une structure en semi-conducteurs III-V comprenant une région active et un réseau gravé sur une surface de liaison de la structure en semi-conducteurs III-V pour fournir une rétroaction optique à la région active pour générer une lumière de sortie qui est délivrée en sortie de la région active ; et une structure en silicium comprenant un guide d’ondes en silicium pour recevoir la lumière de sortie provenant d’un premier côté et d’un deuxième côté de la région active de la structure en semi-conducteurs III-V, la structure en semi-conducteurs III-V étant liée à la structure en silicium de sorte que la surface de liaison soit liée à une surface de la structure en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le laser à rétroaction distribuée est un laser à rétroaction distribuée asymétrique configuré pour délivrer en sortie la lumière de sortie par un seul côté de la région active. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, la lumière de sortie est délivrée en sortie par le premier côté de la région active et dans lequel la lumière de sortie est en outre délivrée en sortie par le deuxième côté de la région active qui est opposé au premier côté. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le premier côté et le deuxième côté de la région active sont séparés par le réseau qui est gravé sur la surface de liaison. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, la lumière de sortie est une lumière monomode. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le réseau fournit une rétroaction optique pour générer la lumière monomode. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le réseau est configuré pour appliquer un décalage quart d’onde à la région active pour former la lumière de sortie. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le décalage quart d’onde du réseau génère une lumière monomode en tant que lumière de sortie. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le réseau est configuré pour appliquer le décalage quart d’onde dans une partie médiane du réseau. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le réseau est un réseau non uniforme qui décale une distribution optique vers l’un parmi : le premier côté de la région active, ou le deuxième côté de la région active. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, la structure en semi-conducteurs III-V comprend un premier amplificateur optique à semi-conducteurs pour amplifier une lumière provenant du premier côté de la région active vers le guide d’ondes en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le laser à rétroaction distribuée comprend en outre un ou plusieurs coupleurs adiabatiques, dans lequel la lumière de sortie est couplée en provenance d’au moins l’un ou plusieurs parmi le premier côté ou le deuxième côté à l’aide des un ou plusieurs coupleurs adiabatiques pour coupler la lumière vers le guide d’ondes en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le coupleur adiabatique comprend un guide d’ondes III-V, le guide d’ondes III-V étant disposé au-dessus du guide d’ondes en silicium, et dans lequel le guide d’ondes III-V et la couche de silicium sont séparés par une couche d’oxyde. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, la structure en semi-conducteurs III-V comprend un deuxième amplificateur optique à semi-conducteurs pour coupler la lumière provenant du deuxième côté de la région active vers le guide d’ondes en silicium de la structure en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le guide d’ondes en silicium comprend une section de largeur étroite qui est à proximité de la région active de la structure en semi-conducteurs III-V qui est liée à la structure en silicium, la section de largeur étroite minimisant un couplage de la région active à la section de largeur étroite du guide d’ondes en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le guide d’ondes en silicium comprend une ou plusieurs sections élargies qui sont plus larges que la section de largeur étroite pour coupler la lumière de sortie provenant de la structure en semi-conducteurs III-V vers le guide d’ondes en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, la lumière de sortie est couplée de la structure en semi-conducteurs III-V à la structure en silicium sans facette revêtant la structure en semi-conducteurs III-V. Selon un deuxième aspect, la présente divulgation concerne un procédé pour la fabrication d’un laser à rétroaction distribuée comprenant : la gravure d’un réseau sur une structure en semi-conducteurs III-V, la structure en semi-conducteurs III-V comprenant une région active pour générer une lumière, le réseau étant gravé sur une surface de liaison de la structure en semi-conducteurs III-V pour fournir une rétroaction optique à la région active pour générer une lumière de sortie qui est délivrée en sortie par un premier côté et un deuxième côté de la région active ; et la liaison de la structure en semi-conducteurs III-V à une structure en silicium, la structure en silicium comprenant un guide d’ondes en silicium pour recevoir la lumière de sortie provenant de la structure en semi-conducteurs III-V, la structure en semi-conducteurs III-V étant liée à la structure en silicium de sorte que la surface de liaison ayant le réseau soit liée à une surface de la structure en silicium pour coupler de manière optique la région active au guide d’onde en silicium. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le premier côté et le deuxième côté de la région active sont séparés par le réseau qui est gravé sur la surface de liaison. Selon un mode de réalisation particulier de la divulgation, le réseau est gravé de telle sorte qu’un décalage quart d’onde soit appliqué à la région active pour former la lumière de sortie. La description qui suit comporte une discussion sur les figures ayant des illustrations données à titre d’exemple de mises en œuvre de modes de réalisation de la divulgation. Les dessins doivent être compris à titre d’exemple, et non à titre de limitation. Telles qu’utilisées dans la présente, les références à un ou plusieurs « modes de réalisation » doivent être comprises comme décrivant un élément particulier, une structure particulière ou une caractéristique particulière compris ou comprise dans au moins une mise en œuvre de l’objet de l’invention. Ainsi, les expressions telles que « dans un mode de réalisation » ou « dans un mode de réalisation en variante » apparaissant dans la présente décrivent divers modes de réalisation et diverses mises en œuvre de l’objet de l’invention, et ne font pas nécessairement toutes référence au même mode de réalisation. Cependant, elles ne sont pas non plus nécessairement mutuellement exclusives. Pour identifier facilement la discussion d’un quelconque élément ou fait particulier, le chiffre le plus significatif ou les chiffres les plus significatifs dans un numéro de référence fait ou font référence au numéro de la figure (« FIG. ») dans laquelle cet élément ou ce fait est introduit en premier. représente une architecture de laser à rétroaction distribuée (DFB) à base de silicium, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente une architecture de laser à DFB à faible perte fabriqué en silicium à voies multiples à titre d’exemple, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un exemple d’une architecture à DFB à faible perte fabriquée en silicium à voies multiples dans laquelle chaque laser à DFB symétrique excite deux voies d’une architecture à voies multiples, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente des architectures de laser à DFB à titre d’exemple qui mettent en œuvre un modulateur de Mach-Zehnder (MZM) pour une combinaison de puissance, conformément à certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un procédé à titre d’exemple pour la mise en œuvre d’un dispositif à DFB symétrique, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un organigramme d’un procédé pour l’étalonnage d’un dispositif optique à DFB symétrique, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un émetteur-récepteur optique à titre d’exemple, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. est un schéma représentant une vue latérale d’un dispositif optique-électrique, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. [Fig. 9A-9B] représentent une approche pour la fabrication d’un ou de plusieurs lasers à DFB symétriques ayant des réseaux III-V, selon certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un laser à DFB à titre d’exemple doté de réseaux III-V intégrés, conformément à certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente le laser à DFB à titre d’exemple doté de réseaux III-V intégrés, conformément à certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un laser à DFB asymétrique à titre d’exemple, conformément à certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un organigramme d’un procédé pour la mise en œuvre d’un laser à DFB doté de réseaux III-V intégrés, conformément à certains modes de réalisation à titre d’exemple. représente un organigramme d’un procédé 1200 pour la formation d’un laser à DFB doté de réseaux III-V intégrés, conformément à certains modes de réalisation à titre d’exemple. Les descriptions de certains détails et mises en œuvre vont suivre, dont une description des figures, lesquelles peuvent illustrer certains ou tous les modes de réalisation décrits ci-dessous, ainsi que la discussion d’autres modes de réalisation potentiels ou mises en œuvre potentielles des concepts de l’invention présentés dans la présente. Un aperçu des modes de réalisation de la divulgation est fourni ci-dessous, suivi d’une description plus détaillée en référence aux dessins. Laser à rétroaction distribuée (1000) comprenant : une structure en semi-conducteurs III-V (1010) comprenant une région active (1033) et un réseau (1020) gravé sur une surface de liaison de la structure en semi-conducteurs III-V pour fournir une rétroaction optique à la région active pour générer une lumière de sortie qui est délivrée en sortie de la région active ; et une structure en silicium (1005) comprenant un guide d’ondes en silicium (1025) pour recevoir la lumière de sortie provenant d’un premier côté et d’un deuxième côté de la région active de la structure en semi-conducteurs III-V, la structure en semi-conducteurs III-V étant liée à la structure en silicium de sorte que la surface de liaison soit liée à une surface de la structure en silicium. Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 1, dans lequel le laser à rétroaction distribuée (1000) est un laser à rétroaction distribuée asymétrique configuré pour délivrer en sortie la lumière de sortie par un seul côté de la région active (1033). Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 1, dans lequel la lumière de sortie est délivrée en sortie par le premier côté de la région active (1033) et dans lequel la lumière de sortie est en outre délivrée en sortie par le deuxième côté de la région active qui est opposé au premier côté. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le premier côté et le deuxième côté de la région active (1033) sont séparés par le réseau qui est gravé sur la surface de liaison. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la lumière de sortie est une lumière monomode. Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 5, dans lequel le réseau fournit une rétroaction optique pour générer la lumière monomode. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le réseau (1020) est configuré pour appliquer un décalage quart d’onde à la région active (1033) pour former la lumière de sortie. Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 7, dans lequel le décalage quart d’onde du réseau (1020) génère une lumière monomode en tant que lumière de sortie. Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le réseau (1020) est configuré pour appliquer le décalage quart d’onde dans une partie médiane du réseau. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le réseau est un réseau non uniforme qui décale une distribution optique vers l’un parmi : le premier côté de la région active, ou le deuxième côté de la région active. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la structure en semi-conducteurs III-V (1010) comprend un premier amplificateur optique à semi-conducteurs pour amplifier une lumière provenant du premier côté de la région active vers le guide d’ondes en silicium (1025). Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant en outre un ou plusieurs coupleurs adiabatiques, dans lequel la lumière de sortie est couplée en provenance d’au moins l’un ou plusieurs parmi le premier côté ou le deuxième côté à l’aide des un ou plusieurs coupleurs adiabatiques pour coupler la lumière vers le guide d’ondes en silicium. Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 12, dans lequel le coupleur adiabatique comprend un guide d’ondes III-V, le guide d’ondes III-V étant disposé au-dessus du guide d’ondes en silicium (1025), et dans lequel le guide d’ondes III-V et la couche de silicium sont séparés par une couche d’oxyde. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la structure en semi-conducteurs III-V (1010) comprend un deuxième amplificateur optique à semi-conducteurs pour coupler la lumière provenant du deuxième côté de la région active vers le guide d’ondes en silicium de la structure en silicium. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le guide d’ondes en silicium (1025) comprend une section de largeur étroite qui est à proximité de la région active (1033) de la structure en semi-conducteurs III-V (1010) qui est liée à la structure en silicium (1005), la section de largeur étroite minimisant un couplage de la région active à la section de largeur étroite du guide d’ondes en silicium. Laser à rétroaction distribuée selon la revendication 15, dans lequel le guide d’ondes en silicium (1025) comprend une ou plusieurs sections élargies qui sont plus larges que la section de largeur étroite pour coupler la lumière de sortie provenant de la structure en semi-conducteurs III-V vers le guide d’ondes en silicium. Laser à rétroaction distribuée selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel la lumière de sortie est couplée de la structure en semi-conducteurs III-V (1010) à la structure en silicium (1005) sans facette revêtant la structure en semi-conducteurs III-V. Procédé pour la fabrication d’un laser à rétroaction distribuée (1000) comprenant : la gravure (1210) d’un réseau (1020) sur une structure en semi-conducteurs III-V (1010), la structure en semi-conducteurs III-V comprenant une région active (1033) pour générer une lumière, le réseau étant gravé sur une surface de liaison de la structure en semi-conducteurs III-V pour fournir une rétroaction optique à la région active pour générer une lumière de sortie qui est délivrée en sortie par un premier côté et un deuxième côté de la région active ; et la liaison (1225) de la structure en semi-conducteurs III-V (1010) à une structure en silicium (1005), la structure en silicium comprenant un guide d’ondes en silicium (1025) pour recevoir la lumière de sortie provenant de la structure en semi-conducteurs III-V, la structure en semi-conducteurs III-V étant liée à la structure en silicium de sorte que la surface de liaison ayant le réseau soit liée à une surface de la structure en silicium pour coupler de manière optique la région active au guide d’onde en silicium. Procédé selon la revendication 18, dans lequel le premier côté et le deuxième côté de la région active (1033) sont séparés par le réseau (1020) qui est gravé sur la surface de liaison. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel le réseau (1020) est gravé de telle sorte qu’un décalage quart d’onde soit appliqué à la région active (1033) pour former la lumière de sortie.