FR 3074587 A1 20190607 FR 1761723 A 20171206 PUCE PHOTONIQUE A REPLIEMENT DE TRAJET OPTIQUE ET STRUCTURE DE COLLIMATION INTEGREE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de ('invention est celui de la photonique integree sur puce ou circuit integre. L'invention concerne une puce photonique qui dispose d'entree(s)/sortie(s), vers/depuis la puce, de faisceaux lumineux presentant une taille de mode elargie pour couplage avec un dispositif exterieur, par exemple avec une autre puce photonique, une fibre optique ou un ensemble de fibres optiques, ou pour reception/emission d'un faisceau de lumiere en propagation libre. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un circuit photonique integre (« Photonic Integrated Circuit ») comporte plusieurs composants interconnectes entre eux par des guides d'onde de lumiere. Le circuit photonique devant en general communiquer avec le monde exterieur, it est necessaire de pouvoir injecter/extraire la lumiere dans/depuis le circuit sous la forme d'un faisceau lumineux non guide. Afin de pouvoir injecter/extraire la lumiere vers/depuis un circuit photonique integre perpendiculairement au plan de la puce, deux types de coupleurs verticaux sont couramment utilises : les reseaux de couplage surfacique et les solutions par renvoi d'angle en sortie de la puce. Reseaux de couplage surfacique Un reseau de couplage surfacique permet, d'une part, d'adapter la taille du mode optique se propageant dans les guides d'onde de la puce photonique a la taille du mode optique se propageant dans les fibres monomodes standards, c'est-a-dire un diametre de 9.2p.m, et, d'autre part, de passer d'une propagation guidee dans le plan de la puce photonique a une propagation en espace libre quasi-verticale au plan de la puce. Ceci est obtenu en gravant un reseau dans la couche comprenant les guides d'onde. Un 2 tel composant est par exemple decrit 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. En technologie silicium, ce composant permet ainsi de coupler la 5 lumiere d'un guide d'onde dans le plan de la puce photonique a une fibre monomode clivee faisant un angle avec la verticale, couramment d'environ 8°. Les pertes de ce composant sont de 1 a 4 dB optiques lorsque l'alignement geornetrique entre le reseau de couplage surfacique et la fibre monomode est optimal. La tolerance d'alignement reseau-fibre, caracterisee comme le desalignement radial par rapport a l'alignement 10 optimal qui engendre 1 dB de pertes supplementaires, est d'environ 2 p.m. Afin d'augmenter la tolerance d'alignement entre un reseau de couplage surfacique et une fibre optique et rendre ainsi les operations d'alignement moins complexes et notamment realisables selon des techniques d'alignement passif moins couteuses, il a ete propose dans !'article de S. Bernabe et al., "On-Board Silicon 15 Photonics-Based Transceivers With 1-Tb/s Capacity", in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 6, n°7, Juillet 2016, d'avoir recours a un systerne de deux lentilles compose d'une premiere lentille solidaire de la puce photonique (qui permet d'elargir et collimater le faisceau en entree/sortie de la puce) et d'une deuxierne lentille solidaire de la fibre optique. La premiere lentille doit etre 20 alignee avec la puce photonique de maniere tres precise, puis doit etre solidarisee avec elle. La tolerance d'alignement entre l'ensemble puce + premiere lentille et l'ensemble deuxierne lentille + fibre est alors augmentee a +/- 10 a 20 p.m. Afin d'elargir et de collimater un faisceau lumineux de longueur d'onde X et de taille de mode Do=2*wo = 9.2p.m en sortie du reseau de couplage surfacique, la premiere lentille doit avoir une 25 longueur de focale dans !'air egale a Fair= Di. ( n. wo/(2X)), Di etant la taille du faisceau elargi en sortie de la premiere lentille. Visant une taille de mode Di de 100p.m, une lentille en verre de silice doit presenter une epaisseur d'environ 860 p.m. Si ce systerne permet d'assouplir les contraintes d'alignement entre l'ensemble puce + premiere lentille et l'ensemble fibre + deuxierne lentille, il presente !Inconvenient de reporter les contraintes d'alignement entre la premiere lentille et la puce photonique a une precision inferieure a 3 1pm. Par ailleurs, si le fait d'extraire un faisceau collimate de taille elargie permet d'augmenter la tolerance d'alignement de la puce avec une piece d'interface optomecanique en regard de la face de la puce, la tolerance angulaire de reception est reduite. 5 Solutions par renvoi dangle en sortie de la puce Dans JLT 2016, VOL. 34, NO. 2, JANUARY 15, 2016, Suzuki et al. ont propose d'utiliser un facettage du guide d'onde a 45° recouvert d'un miroir total pour permettre un renvoi d'un faisceau lumineux perpendiculairement vers la face arriere de la 10 puce photonique. Ce coupleur vertical est denomme par la suite coupleur par « facettage du guide d'onde ». Au niveau de la face arriere, le faisceau etant tres divergent ou inadapte a la taille de mode de la fibre, it est propose d'integrer une lentille sur la face arriere de la puce. Dans cette implementation, l'epaisseur traversee par le faisceau, entre le guide facette et la lentille en face arriere, est d'environ 100p.m ce qui represente la 15 focale potentielle de la lentille. Cette lentille presente une surface dont l'epaisseur varie continument. Le profil de cette surface est ainsi qualifie d'analogique. La fabrication d'un tel profil analogique par gravure exploite une technique de lithographie par fluage de resine ou par lithographie dite « Gray tone » qui presente ('inconvenient d'être difficile a calibrer pour obtenir les formes analogiques souhaitees. De teller lentilles doivent par 20 ailleurs etre recouvertes de couches antireflet, du fait des reflexions de Fresnel a ('interface entre la lentille (indice = 3.5) et lair (indice = 1). Or les traitements antireflet sont notamment fragiles en milieu chaud / humide (85°C/ 85% d'humidite), ce qui necessite d'avoir recours a un conditionnement hermetique. Un autre exemple d'integration d'une lentille a une puce photonique sur 25 le chemin du faisceau depuis/vers un coupleur vertical est donne dans le brevet US 8,515,217 B2. Dans une premiere variante de ce brevet, la lentille est positionnee en face avant de la puce, en regard d'un reseau de couplage surfacique qui emet en direction de la face avant. En etant integree en face avant, la lentille a ainsi une focale 30 potentiellement egale a la distance entre la lentille et le reseau de couplage surfacique. 4 Pour que cette lentille soit integree a la puce photonique et qu'elle ne soit pas rapportee avec la contrainte d'alignement precedemment decrite, la lentille dolt etre realisee dans la couche d'encapsulation traversee par le faisceau sur le chemin coupleur/lentille, laquelle n'est generalement que de quelques microns. Or une epaisseur de plus de 400 5 p.m de Si02 serait necessaire pour passer d'une taille de mode en sortie du coupleur de 9.2 p.m a une taille de mode en sortie de la lentille de 55p.m. Cette variante ne permet donc pas de fournir un faisceau de taille de mode elargie. Par ailleurs, la fabrication de la lentille en face avant presente ('inconvenient de necessiter des etapes de fabrication supplementaires apres fabrication de la puce photonique, au-dessus de la puce 10 photonique alors que le dessus de la puce photonique contient generalement des lignes de metal d'interconnexion des composants photoniques avec des circuits electroniques externes. Dans une deuxierne variante de ce brevet, la lentille est positionnee en face arriere, en regard d'un guide d'onde se terminant par une facette inclinee recouverte 15 d'un miroir (denomme « guide d'onde facette » par la suite), et orientant le faisceau vers la face arriere de la puce. Cette implementation et ses limitations ont ete decrites plus haut. Dans une troisierne variante de ce brevet, la lentille est positionnee dans la couche comprenant les guides d'onde. Aucune implementation pratique de cette 20 variante n'est neanmoins decrite, et notamment aucune implementation permettant d'elargir la taille de mode du faisceau en sortie d'un coupleur vertical. Les lentilles utilisees dans le brevet US 8,515,217 B2 sont des lentilles analogiques dites de Fresnel. Une lentille de Fresnel remplace la surface courbee d'une lentille conventionnelle par une serie d'anneaux concentriques de sections prismatiques 25 differentes d'un anneau a l'autre. L'epaisseur d'une lentille de Fresnel est donc diminuee par rapport a une lentille conventionnelle, mail sa fabrication reste difficile. Elle necessite une structuration analogique en dents de scie, permettant de definir des cretes d'inclinaisons variables, generalement realisee par le technique de lithographie « Gray tone ». Une telle lentille de Fresnel reste par ailleurs sensible aux reflexions de Fresnel. 30 Enfin, une telle lentille est sensible a la polarisation de la lumiere du fait des anneaux. En 5 effet, le champ electrique de l'onde optique peut prendre n'importe quelle orientation dans le plan de la puce et les indices vus par l'onde, a l'echelle de la longueur d'onde, different suivant ('orientation du champ electrique. EXPOSE DE L'INVENTION 5 L'invention a pour objectif de doter une puce photonique de moyens aptes a collimater et elargir un faisceau optique en sortie de la puce photonique (et reciproquement a focaliser et adapter un faisceau optique en entrée de la puce photonique a une structure de couplage vertical de la puce photonique). Et ('invention cherche a simplifier la fabrication d'une telle puce, pour notamment passer outre les 10 inconvenients de fabrication mentionnes precedemment (profil analogique, traitement anti reflet). L'invention a egalement pour objectif de resoudre la problematique de sensibilite de l'alignement angulaire entre la puce de laquelle est extrait un faisceau collimate de taille elargie et la piece d'interface opto-mecanique en regard de la face de 15 la puce. L'invention propose a cet effet une puce photonique comprenant une couche de guidage de la lumiere supportee par un substrat et recouverte par une couche d'encapsulation, la puce photonique presentant une face avant du cote de la couche d'encapsulation et une face arriere du cote du substrat. La couche de guidage de la 20 lumiere inclue une structure de guidage de la lumiere optiquement couplee a un coupleur vertical configure pour recevoir de la lumiere depuis le guide d'onde et former un faisceau de lumiere dirige vers l'une des faces avant et arriere. La puce photonique comportant en outre une structure de collimation formee au moins en partie dans la couche de guidage de la lumiere, ainsi qu'un 25 agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes chacune sur l'une des faces avant et arriere, ledit agencement etant realise de maniere a assurer la propagation de la lumiere entre le coupleur vertical et la structure de collimation selon un trajet optique presentant au moins un repliement. 6 Le repliement du trajet optique rallonge la focale de la structure de collimation de telle maniere qu'elle peut elargir de maniere satisfaisante le diametre du faisceau optique. Par ailleurs, la structure de collimation integree au moins en partie dans la couche de guidage de la lumiere peut presenter un profil numerique qui peut etre 5 obtenu au moyen de procedes de fabrication standards utilises pour la structuration des composants de la couche de guidage de la lumiere. Certains aspects preferes mail non limitatifs de cette puce photonique sont les suivants : - la structure de collimation comprend une pluralite de tranchees pratiquees dans la 10 couche de guidage de la lumiere, les tranchees delimitant un ensemble de motifs et chaque motif presentant, dans une direction orthogonale aux faces avant et arriere, une epaisseur invariable ; - les motifs ont tour la merne epaisseur ; - l'epaisseur d'un motif est au moins egale a l'epaisseur de la couche de guidage de 15 la lumiere ; - les motifs forment un reseau bidimensionnel periodique et dans laquelle les dimensions des motifs sont modulees d'une periode a l'autre ; - la couche de guidage de la lumiere est formee dans un materiau cceur d'indice de refraction nc, et les tranchees sont laissees a l'air ou remplies d'un materiau de 20 remplissage d'indice de refaction nr inferieur a l'indice de refraction nc du materiau cceur ; - la structure de collimation est configuree pour extraire la lumiere la traversant depuis le coupleur vertical selon la normale a la face avant ou arriere de la puce ; - le coupleur vertical est un reseau de couplage surfacique ou un coupleur de type 25 guide d'onde facette ; - le substrat est en silicium, la couche de guidage de la lumiere repose sur une couche en materiau dielectrique, et une couche antireflet est interposee entre le substrat et la couche en materiau dielectrique. L'invention s'etend a un procede de fabrication d'une telle puce 30 photonique. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caracteristiques de l'invention apparaitront mieux a la lecture de la description detainee suivante de formes de realisation preferees de celle-ci, donnee a titre d'exemple non limitatif, et faite en 5 reference aux dessins annexes sur lesquels : - les figures 1 a 4 sont des couches schernatiques de puces photoniques conformer a differentes variantes de realisation de l'invention ; - les figures 5a, 5b et 5c sont des schernas de lentilles realisees par gravure selon des modes de gravure appeles respectivement numerique (figure 5a) et analogique 10 (figures 5b et 5c) dans ('expose de l'invention ; - les figures 6a et 6b illustrent differentes variantes de realisation d'une structure de collimation pouvant etre integree dans une puce selon l'invention ; - les figures 7a et 7b illustrent le dimensionnement d'une structure de collimation symetrique pouvant etre integree dans une puce selon l'invention ; 15 - les figures 8a et 8b illustrent le dimensionnement d'une structure de collimation asymetrique pouvant etre integree dans une puce selon l'invention ; - les figures 9a et 9b fournissent des exemples de dimensionnement d'une structure de collimation de type Fresnel, la structure de la figure 9a ne redressant pas le faisceau lumineux en sortie de puce et la structure de la figure 9b redressant 20 le faisceau lumineux en sortie de puce. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS En reference aux figures 1-4, l'invention porte sur une puce photonique 1 qui comprend une couche de guidage de la lumiere 12 supportee par un substrat 10 et 25 recouverte par une couche d'encapsulation 13. La couche de guidage de la lumiere presente une epaisseur generalement comprise entre 100nm et 3p.m. La couche de guidage de la lumiere peut etre en silicium, en InP, en GaAs, en Ge, ou en un ou plusieurs materiaux semiconducteurs de type III-V ou IV. 7 8 Une couche d'oxyde enterre 11 peut etre intercalee entre la couche de guidage de la lumiere 12 et le substrat 10. Le substrat peut etre en silicium, en phosphure d'indium ou en arseniure de gallium. La couche d'encapsulation 13 peut etre une couche en materiau dielectrique, par exemple en oxyde de silicium, en nitrure de silicium, en 5 polymere a base de BCB (benzocyclobutene). La puce photonique 1 presente une face avant F1 du cote de la couche d'encapsulation 13 et une face arriere F2 du cote du substrat 10. La couche de guidage de la lumiere comprend une structure de guidage de la lumiere 121 couplee a un coupleur vertical 122 configure pour recevoir la lumiere depuis la structure de guidage de la 10 lumiere et former a partir de celle-ci un faisceau de lumiere dirige vers l'une des faces avant et arriere. Par coupleur vertical, on entend un coupleur permettant de passer d'une propagation guidee dans le plan de la puce (plan (xy) sur la figure 1) a une propagation verticale ou quasi-verticale, formant typiquement un angle inferieur a 90°, et 15 de preference compris entre 0 et 45°, avec la normale aux faces avant et arriere de la puce (cette normale s'etendant selon la direction z sur la figure 1), par exemple un angle 01 de 8° dans une couche d'encapsulation 13 en Si02. Le coupleur vertical peut etre un reseau de couplage surfacique (« grating coupler »). Le coupleur vertical peut egalement etre un coupleur de type guide d'onde facette. 20 La structure de guidage de la lumiere 121 comprend les differents composants photoniques, passifs ou actifs, jusqu'au coupleur vertical 122. Elle comprend notamment un guide d'onde, ici represents avec le coupleur vertical 122 selon une coupe longitudinale, la lumiere se propageant sur la figure 1 suivant la direction x. La couche d'encapsulation 13 comprend generalement des niveaux de 25 metal d'interconnexion electrique de la puce photonique. Cette couche est ainsi constituee de materiaux dielectriques et de lignes gravees de metal. Une puce electronique destinee a piloter ou lire les composants photoniques actifs de la puce photonique (modulateurs, photo-detecteurs) est generalement reportee sur la face avant de la puce photonique. 9 Dans le reste du document, les exemples de calcul sont donnes pour une structure de guidage de la lumiere 121 en silicium, une couche d'oxyde enterre 11 en Si02, et un substrat 10 en silicium. Pour obtenir en sortie de la puce, a partir d'un reseau de couplage 5 surfacique 122 de taille de mode Do = 9.2p.m, un faisceau collimate et elargi de diametre 80 p.m, une lentille en verre de silice doit presenter une epaisseur d'environ 660 p.m. II en decoule que la lentille ne peut pas etre integree sur la face avant Fl de la puce photonique car le chemin optique entre le reseau de couplage surfacique 122 et la face avant Fl de la puce n'est que de quelques microns de silice (il correspond globalement a 10 l'epaisseur de la couche d'encapsulation 13, par exemple 3 pm). Une integration de la lentille sur la face arriere F2 de la puce, avec un coupleur vertical 122 configure pour diriger le faisceau de lumiere recu du guide d'onde en direction de la face arriere, n'est pas non plus possible. Dans un tel cas de figure, la longueur du chemin optique entre le coupleur vertical 122 et la face arriere F2 de la puce 15 peut etre approximee comme etant l'epaisseur du substrat 10. Pour des substrata de Si, d'InP ou de GaAs, l'indice optique a la longueur d'onde 1.31 p.m est d'environ 3.5, et l'epaisseur necessaire de materiau pour obtenir un faisceau elargi collimate de diametre 80 p.m est de l'ordre de 1550 p.m. Or l'epaisseur du substrat est typiquement de 775p.m+/-25p.m pour un substrat en silicium de 300 mm de diametre, de 625p.m+/-25p.m 20 pour un substrat en InP de 75mm de diametre, et de 450p.m pour un substrat de substrat en GaAs de 75mm de diametre. L'epaisseur du substrat 10 est donc generalement insuffisante pour permettre d'elargir le diametre du faisceau de maniere satisfaisante. Pour pallier ces difficultes d'integration de la lentille en face avant ou arriere de la puce photonique, et toujours en reference aux figures 1 a 4, l'invention 25 propose une puce photonique qui est dotee d'un agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes 151, 152 chacune sur l'une des faces avant et arriere. Cet agencement est realise de maniere a assurer la propagation de la lumiere entre le coupleur vertical 122 et une structure de collimation de la lumiere 14 formee au moins en partie dans la couche de guidage de la lumiere 12, cette propagation s'effectuant selon 30 un trajet optique presentant au moins un repliement dans le substrat. 10 Plus particulierement, cet agencement comprend une structure reflechissante 152 en face arriere. De telle maniere, que ('extraction de lumiere s'opere a travers la face avant (figures 1, 2 et 3) ou a travers la face arriere (figure 4), le trajet optique comprend au moins un double passage par le substrat 10. En rallongeant ainsi la 5 focale, la structure de collimation 14 permet d'elargir de maniere satisfaisante le diametre du faisceau optique. Dans un mode de realisation, une structure reflechissante dudit agencement est une couche metallique deposee sur l'une des faces avant et arriere, par exemple une couche d'or, d'argent ou d'aluminium. Dans une variante de realisation, une 10 structure reflechissante dudit agencement est un reflecteur de Bragg distribue (DBR pour « Distributed Bragg Reflector ») forme d'un empilement de couches deposees sur l'une des faces avant et arriere. Une structure reflechissante est formee de maniere localisee sur l'une des faces avant et arriere de la puce photonique. Alternativement, une structure 15 reflechissante peut etre formee sur la totalite de l'une des faces avant et arriere de la puce photonique, par exemple sur l'integralite de la face arriere comme represents dans l'exemple de realisation de la figure 2. La description qui suit prend plus particulierement l'exemple de la transmission de lumiere de la structure de guidage de la puce photonique en direction du 20 dispositif exterieur (extraction de lumiere), la structure de collimation formant un port de sortie de la lumiere. Les principes presentes sont toutefois parfaitement identiques pour une transmission de lumiere depuis le dispositif exterieur en direction de la structure de guidage de la puce photonique (injection de lumiere), la structure de collimation formant un port d'entree de lumiere. Ainsi, le coupleur vertical 122 est non seulement configure 25 pour recevoir la lumiere depuis la structure de guidage de la lumiere et former a partir de celle-ci un faisceau de lumiere dirige vers la face avant F1 ou la face arriere F2 et reflechi par la ou les structures reflechissantes jusqu'a atteindre et traverser la structure de collimation 14, mail egalement configure pour recevoir depuis la face avant ou la face arriere un faisceau de lumiere ayant traverse la structure de collimation et s'etant reflechi 11 sur la ou les structures reflechissantes et transferer ce faisceau vers la structure de guidage de la lumiere 121. On a represents sur les figures 1, 2 et 3 differents exemples d'un premier mode de realisation dans lequel la lumiere est extraite/injectee depuis/vers la 5 puce photonique a travers la face avant F1. Dans ('exemple de la figure 1, le coupleur vertical 122 est configure pour recevoir la lumiere depuis la structure de guidage de la lumiere 121 et former a partir de celle-ci un faisceau de lumiere dirige vers la face avant F1 avec un angle 01 par rapport a la verticale. Dans cet exemple, l'agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes 10 comporte une premiere structure reflechissante 151 sur la face avant F1 et une deuxierne structure reflechissante 152 sur la face arriere F2. Le faisceau en sortie du coupleur vertical 122 est reflechi par la premiere structure reflechissante 151 en direction de la deuxierne structure reflechissante 152 puis de la deuxierne structure reflechissante 152 en direction de la structure de collimation 14. Dans cet exemple, le chemin optique du 15 coupleur vertical a la structure de collimation peut etre approxime a 2 x T10, ou T10 represente l'epaisseur du substrat 10. Dans les exemples des figures 2 et 3, le coupleur vertical 122 est configure pour recevoir la lumiere depuis la structure de guidage de la lumiere 121 et former a partir de celle-ci un faisceau de lumiere dirige vers la face arriere F1 avec un 20 angle 01 par rapport a la verticale. Dans cet exemple, l'agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes comporte une unique structure reflechissante 152 sur la face arriere F2 (une structure pleine plaque dans le cadre de la figure 2, une structure localisee dans le cadre de la figure 3). Le faisceau en sortie du coupleur vertical 122 est reflechi par cette unique structure reflechissante 152 en direction de la structure de collimation 14. 25 Dans la couche d'oxyde enterre 11 en SiO2, l'angle 01 est par exemple de 8°. Dans le substrat 10 en silicium, l'angle 02 est alors d'environ de 3°. Le chemin optique, CO, du coupleur vertical a la structure de collimation s'ecrit rigoureusement comme CO= 2 x T11 / cos (01) + 2 x T10 / cos (02), avec T10 l'epaisseur du substrat et T11 l'epaisseur de la couche d'oxyde enterre 11. Ce chemin optique peut etre approxime comme 2 x T10 avec 30 moins de 0,5% d'erreur. En utilisant un coupleur vertical 122 de type reseau de couplage 12 surfacique, et avec un substrat de silicium 10 d'epaisseur T10 = 775 p.m parcouru 2 fois, le diametre du faisceau en sortie de la structure de collimation peut etre elargi jusqu'a environ 80 p.m. On a represents sur la figure 4 un exemple d'un second mode de 5 realisation dans lequel la lumiere est extraite/injectee depuis/vers la puce photonique a travers la face arriere F2. Dans cet exemple, le coupleur vertical 122 est configure pour recevoir la lumiere depuis la structure de guidage de la lumiere 121 et former a partir de celle-ci un faisceau de lumiere dirige vers la face arriere F1 avec un angle 01 dans le SiO2 par rapport a la verticale. L'agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes 10 comporte une premiere structure reflechissante 152 sur la face arriere F2 et une deuxierne structure reflechissante 151 sur la face avant F1. Le faisceau en sortie du coupleur vertical 122 est reflechi par la premiere structure reflechissante 152 en direction de la deuxierne structure reflechissante 151 puis de la deuxierne structure reflechissante 151 en direction de la structure de collimation 14. 15 Dans un mode de realisation possible, la couche de guidage de la lumiere repose sur une couche en materiau dielectrique, et une couche antireflet est interposee entre le substrat et la couche en materiau dielectrique. On observe effectivement des pertes de Fresnel lors de la traversee de ('interface entre la couche dielectrique 11 et le substrat 10 : elles sont de 0,8 dB avec une couche 11 en Si02 et un 20 substrat 10 en silicium. Une couche antireflet agencee entre la couche dielectrique 11 et le substrat 10 permet de limiter ces pertes. La couche antireflet est par exemple une couche de nitrure de silicium, d'epaisseur X/4 ou X correspond a la longueur d'onde du faisceau lumineux. II est egalement possible d'adopter pour materiau de la couche 11 non pas du Si02 mail un nitrure de silicium ou un empilement d'une sous-couche de SiO2 et 25 d'une sous-couche de nitrure de silicium. Les pertes lors de la traversee de ('interface entre la couche 11 et le substrat 10 sont ainsi inferieures a 0.5dB a la longueur d'onde 1.31pm Dans le cadre de ('invention, la structure de collimation 14 est formee, au moins en partie, dans la couche de guidage de la lumiere 12. L'invention n'a ainsi pas 30 recours a une structure de collimation reportee ou integree au niveau de la face avant ou 13 de la face a rriere de la puce photonique, ce qui permet de passer outre les contraintes et limitations de fabrication mentionnees precedemment. Notamment, la structure de collimation 14 peut etre formee lors des etapes de fabrication 'front end' des composants photoniques (guide d'onde, reseau de 5 couplage surfacique, modulateur PN, etc.) par gravure de la couche superficielle 12 d'un substrat SOL En reference notamment a la figure 5a, la structure de collimation 14 peut ainsi comprendre une pluralite de tranchees T1, T2, T3 pratiquees dans la couche de guidage de la lumiere 12, les tranchees delimitant un ensemble de motifs M1, M2 et chaque motif presentant, dans une direction orthogonale aux faces avant et arriere, une 10 epaisseur invariable. Dans un mode de realisation privilegie, les motifs ont tour Ia merne epaisseur et les tranchees traversent l'epaisseur de Ia couche de guidage de Ia lumiere 12. L'invention s'etend toutefois a des motifs presentant des epaisseurs differentes, et plus particulierement a des motifs se repartissant en un premier ensemble de motifs presentant une premiere epaisseur et un deuxierne ensemble de motifs presentant une 15 deuxierne epaisseur. La premiere epaisseur peut etre superieure a Ia deuxierne epaisseur, et les motifs du premier ensemble peuvent etre des motifs plus larges que les motifs du second ensemble. L'epaisseur des motifs est typiquement definie par une profondeur de gravure des tranchees. L'epaisseur d'un motif peut etre inferieure, egale voire superieure 20 a l'epaisseur du guide d'onde 121 de Ia couche de guidage de Ia lumiere (egale a l'epaisseur du guide d'onde sur les figures 1 et 2, superieure a l'epaisseur du guide d'onde sur les figures 3 et 4). Sur Ia figure 4, l'epaisseur h des motifs correspond a l'epaisseur de Ia couche de guidage de Ia lumiere 12 (le guide d'onde presentant une epaisseur plus faible que celle de Ia couche de guidage de Ia lumiere 12) tandis que sur Ia figure 3, 25 l'epaisseur h des motifs est superieure a l'epaisseur de Ia couche de guidage de Ia lumiere 12. Dans Ia variante de realisation de Ia figure 3, les motifs sont constitues du materiau de Ia couche de guidage de Ia lumiere et du materiau d'une couche supplementaire rajoutee a Ia couche de guidage de Ia lumiere. Cette couche supplementaire est par exemple en silicium amorphe depose ou en silicium cristallin, ou en tout autre materiau a fort indice 30 par contraste avec celui de l'air ou du materiau venant remplir les tranchees. 14 La structure de collimation peut ainsi etre fabriquee au moyen d'etapes de fabrication (lithographie/gravure) standards, c'est-a-dire donnant lieu a des structurations « numeriques » (figure 5a, ou un 1 numerique correspond a une gravure d'une tranchee et un 0 numerique correspond a une absence de gravure venant definir 5 un motif d'epaisseur invariable) par opposition a des structures de collimation de l'etat de l'art qui necessitent une structuration « analogique » permettant de definir des motifs d'epaisseur variable, par exemple un dioptre spherique (figure 5b) ou des cretes d'inclinaisons variables (figure 5c). Une telle structuration analogique est generalement obtenue par une technique de lithographie par fluage de la resine ou par lithographie dite 10 « Gray tone » qui presente ('inconvenient d'être difficile a calibrer pour obtenir les formes analogiques souhaitees. L'invention permet ainsi de beneficier d'une longueur de focale importante du fait du repliement du trajet optique entre le coupleur vertical et la structure de collimation (cette focale est au maximum d'environ deux foil l'epaisseur du 15 substrat 10). Elle permet egalement de realiser la structure de collimation avant la formation des couches de metal de la puce photonique, cette structure etant realisee au niveau de la couche de guidage de la lumiere, c"est a dire au niveau des composants de la puce photonique. Reprenant le repere (xyz) de la figure 1 et en reference a la figure 6a, 20 chaque tranchee presente une profondeur selon la direction orthogonale aux faces avant et arriere (direction z). Les tranchees separent des motifs d'epaisseur invariable qui peuvent former un reseau bidimensionnel. Comme represents en figures 6b, 7b et 8b, les motifs peuvent former un reseau matriciel de plots de section (dans le plan (xy)) carree ou rectangulaire (figure 6c), ou circulaire (figures 7b et 8b). Ces dernieres formes, 25 contrairement a des anneaux, permettent une insensibilite a la polarisation. En effet le champ electrique de l'onde optique peut prendre n'importe quelle orientation dans le plan (xy) et les indices vus par l'onde, a l'echelle de la longueur d'onde, sont identiques quelle que soit ('orientation du champ electrique.. La structuration de la couche cceur 1 consiste a y former une pluralite de 30 tranchees T1-T4 d'indice de refraction inferieur a l'indice de refraction des motifs. De telle 15 maniere, la structure de collimation forme une structure a pseudo-gradient d'indice de refraction a merne de collimater vers l'exterieur un front d'onde courbe incident depuis le coupleur vertical (et vice-versa de generer un dephasage courbe d'un front d'onde plan incident depuis l'exterieur). Plus particulierement, la couche de guidage de la lumiere est 5 formee dans un materiau cceur d'indice de refraction nc dans lequel sont formes les motifs, et les tranchees sont laissees a l'air ou remplies d'un materiau de remplissage d'indice de refaction nr inferieur a l'indice de refraction nc du materiau cceur, par exemple en Si02. La difference entre les indices de refraction du cceur et des tranchees est de preference au moins egal a 0,2. 10 Par pseudo-gradient d'indice, on entend dans le cadre de l'invention que la structure de collimation ne comporte pas un veritable profil de variation d'indice de refraction du materiau cceur comme c'est le cas des structures dite « graded-index », mail qu'elle en presente les memes proprietes. Ainsi lors de son passage dans la structure de collimation, la lumiere rencontre ('equivalent d'une lentille. 15 Les tranchees peuvent etre agencees periodiquement, la largeur des tranchees separant deux motifs contigus etant modulee d'une tranchee a l'autre. De telle maniere, le facteur de remplissage en materiau de la couche cceur (qui definit l'indice de refraction local) evolue le long de la structure de collimation. Prenant l'exemple d'un reseau matriciel de plots cylindriques, ce reseau 20 comprend un ensemble de cellules elementaires carrees de merne taille, on retrouve un plot par cellule et la surface des plots est modulee d'une cellule a l'autre. Le facteur de remplissage peut alors s'exprimer comme le rapport entre la surface d'un plot et la surface de la cellule elementaire. Avec une cellule elementaire carree de cote 500nm, le diametre de plots peut evoluer entre 20nm et 480nm. 25 On relevera que par rapport a une lentille analogique (classique ou de Fresnel), la structure proposee presente des reflexions inferieures. En effet, l'indice moyen est largement diminue. Dans un mode de realisation possible de l'invention, la structure de collimation est configuree pour extraire la lumiere la traversant depuis le coupleur 30 vertical selon la normale a la face avant ou arriere de la puce. On a vu precedemment que 16 dans certaines configurations le coupleur vertical permet de passer d'une propagation guidee dans le plan de la puce a une propagation quasi-verticale formant un angle avec la normale aux faces avant et arriere de la puce. Dans le cadre de ce mode de realisation, la structure de collimation permet de redresser le faisceau de sorte que le faisceau en sortie 5 de la face avant ou arriere de la puce photonique est perpendiculaire aux faces avant et arriere de la puce (figures 8a et 8b discutees ci-apres). Le fait d'extraire grace a l'invention un faisceau collimate de taille elargie permet d'augmenter la tolerance d'alignement suivant les axes x,y de la puce avec une piece d'interface opto-mecanique posse sur une face de la puce. Mais la tolerance 10 angulaire de reception est reduite. En venant redresser le faisceau pour qu'il presente un angle de 90° avec la face de la puce, le couplage avec la piece d'interface est facilite. Ainsi la piece peut etre posse sur la surface plane de la puce, de facon rigoureusement perpendiculaire a elle. La problematique de sensibilite angulaire de l'alignement est ainsi completement resolue, puisque la piece opto-mecanique, en contact avec la face F1 de la 15 puce, est rigoureusement perpendiculaire a la puce, sans possible ecartement angulaire par rapport a l'axe z. Les figures 7a-7b illustrent le dimensionnement d'une structure de collimation symetrique et disposee a la verticale du coupleur vertical 122 represents par le point Cv sur l'axe z (cas ou 01 = 02 = 0). Les figures 8a-8b illustrent le 20 dimensionnement d'une structure de collimation asymetrique et decalee de X = Th x tan 02 par rapport au coupleur vertical 122 et permettant de redresser le faisceau collimate extrait du coupleur 122. Non represents ici, it est bien sear possible d'extraire un faisceau collimate non vertical (02 # 0) sans le redresser : une structure de collimation symetrique est alors utilisee, son centre etant decals de X = Th x tan 02 par rapport au coupleur 25 vertical 122. Ces structures de collimation peuvent etre integrees dans une puce selon l'invention, conforme au mode de realisation d'un reseau bidimensionnel de plots cylindriques insensible a la polarisation. La structure de collimation est configuree pour generer un dephasage courbe d'un front d'onde plan incident depuis l'exterieur de la puce, dephasage tel que 30 les rayons sont, apres traversee de la structure de collimation, tour en phase au point 17 focal de la structure de la collimation, le point focal etant le coupleur vertical (assimile a un point au regard de la distance focale Th qui correspond globalement a deux fois l'epaisseur du substrat 10). Reciproquement, la structure de collimation vient generer un front d'onde plan a partir d'un faisceau divergent issu du coupleur vertical. Les figures 7a 5 et 8a sont des vues des motifs selon une coupe parallele au plan (xz) tandis que les figures 7b et 8b sont des vues des motifs selon une coupe parallele au plan (xy). Le diametre des plots est calcule suivant la methodologie presentee ci- dessous. Dans l'exemple des figures 7a et 7b ob le point focal est sur l'axe median 10 z de la structure de collimation, et d'un remplissage des tranchees par du Si02, cette configuration traduit par : 27r 27r 27r 27r y)h + TnoVF2 + x2 + y2 = in(0)h + TnoF no VF2 +x2 +y2 -noF , ,',hSoit = , ou represente l'indice moyen de Ia lentille a Ia position (x,y), liee au facteur de remplissage de silicium, h l'epaisseur des motifs de silicium, Th correspond a 2 fois l'epaisseur du substrat(par 15 exemple 2 x 775p.m pour un substrat SOI de 300mm de diametre), X Ia longueur d'onde centrale du faisceau lumineux et no l'indice du materiau composant le substrat 10. L'indice moyen 71(x) est lie au facteur de remplissage de silicium fs, (x), par : 71(x) = I fsi(x) * nl + (1 - fsi (x)) * nl02, avec nsi et nsio2les indices 20 respectifs du Silicium et du SiO2. On en deduit revolution du facteur de remplissage de silicium : fsi(x) = 2 - n2 (noVF2 + x2 + y2 - noF ,\I 1..9,0) * ril + (1 - fs,(0)) * n..102 h 5102 (n2. - n2. V St SIO2J Si on considere que la structure de collimation s'apparente a un reseau pseudoperiodique, de pseudoperiode P (position des centres des plots) et dont le 18 diametre variable des plots Ws (x, y), les motifs presentent un diametre defini selon une serie Ws(n, p), verifiant, pour n e [-N ;N] et pe [-N ;N] : 1rwsi(0)2*iii+ (4p2 _Trwsi(0)2)*Tilio2 \IF2 + (np)2 + (pp)2 _ no n. 4P2 sto2 wsi(n, p) = 2P. (1) ir(qi-nL02) 5 Dans l'exemple des figures 8a et 8b le point focal de la structure de collimation est decale de l'axe median z d'une distance X = Th x tan 02. La structure de collimation est calculee comme suit: 27r 27r 27r y)h + inoVF2 + (x - X)2 + y2 = -71(0)h + 27r -noVF2 + X2 A A F2+(x-X)2+y2-VF2+X2 Soit, 11(X) = 71(0) no,I 10 Sachant que :71(x) = I fsi(x) * nl + (1 - fsi(x)) * nlo2 On en deduit : fsi(x) fs,(0) * psi + (1 - fs,(0)) * nl02 no VF2 (x X)2 + y2 VF2 + )(2) (psi nlo2) Si on considere que la structure de collimation s'apparente a un reseau pseudoperiodique, de pseudoperiode P (position des centres des plots) et dont le 15 diametre variable des plots Ws (x, y), les motifs presentent un diametre defini selon une serie Ws(n, p), verifiant, pour n e [-N ;N] et pe [-N ;N] : 2 (4p2 _,wsi(0)2 3, \IF2 + (np_x)2 + (pp)2 _ VF2 +x2 4P2 no 1/2 nL02 Wsi(n,p) = 2P. (2) ir(qi-nL02) 2 -n2 St02 Pour une structure de collimation sans redressement, c'est le motif central qui possede la plus grande largeur, donc l'on peut fixer Ws,(0) = P - cd _min, 19 avec cd _min la largeur minimale d'une tranchee techniquement realisable par gravure. Une telle structure de collimation est symetrique. Pour une structure de collimation assurant le redressement du faisceau, (cas de la figure 8b), on peut trouver la position du motif le plus grand en derivant 5 ('equation (2) par rapport a n : c'est le motif d'abscisse X qui est le plus grand (celui a ('aplomb du point focal). Cette structure de collimation est donc asymetrique. Pour cette structure de collimation asymetrique, on peut reecrire les equations, non pas en fonction de Ws,(0), mail en fonction de Ws,(X) : 27r 27r 27r 27r y)h + 1 noVF2 + (x - X)2 + y2 = -ii(X' 0)h + noF Soit : y) = 0) + 7-1/1 [F - '/F2 (x - X)2 + y2] fsi(x) ns,02 ho _n [F - F2 + (x - X)2 + y21 - 402 2 SiO2 \1 fs,(X) * + (1 - fs,(X) 2 (n2 Si n2 10 Soit : wsi(n, p) = 2P. 2 TrWSi(02"ii+(4P2-7rWSi(02)*Iii02 [ LF2+(nP-X)2+(pP)2 -F1 no n2. 4P2 h SE0 2 ir(n2 -n2 SE SE02 Lorsque X D/2, alors le motif le plus grand est celui qui est le plus proche de l'abscisse X. Prenant le cas X>0 ob le motif le plus grand est celui d'indice N (pour X D/2. 2) On en deduit alors, avec ('epaisseur h trouvee precedemment, le profil exact de la 10 structure de collimation selon les equations (3) ou (3bis), selon que X D/2. Dans une variante de realisation, la structure de collimation ne forme pas ('equivalent d'une lentille simple mail ('equivalent d'une lentille de Fresnel. Selon cette approche, on impose une epaisseur h plus faible, et on autorise de plus Brands 15 gradients d'indice pour compenser cette faible epaisseur, ces gradients se repetant par des modulos 27c de phase pour couvrir toute la largeur de la structure de collimation. Selon cette approche : 27r 27r 27r 27r - A 71(x, y)h + A - noVF2 + (x - X)2 + y2 = A - ii(X)h + A - noF [2n] Soit 71(x, y) = n(X) - -nh° k/F2 + X)2 + y2 - + m h, M EZ+ So it [\In(P - cd_min)2 * q, + (41,22- n(P - cd_min)2) * nlio, no [VF2 + (NP + )02 + (NP)2 - V F2 + (NP - )021 74,0,h 2 = 2P. 2P LIF2 + (NP+X)2 +(Np)2 Th\IF2+(Np_x)21 fsi(x,Y) = - nlo,) II fsi (X) * 4 + (1 - fsi (X)) * 402 - -nh° RIF 2 + (x - X)2 + y2 - F] 112 - nlo2 20 Soit : Wsi(n,p) = [ 2 ir r (P- cd_min)2 *iii+ (4P2 -yr(P- cd_min)2)*nlio 2 [\IF2 + (nP - X)2 + (pP)2 - F1 A no +1111 n2 4P2 h h SE0 2 ir(n2.-n2 SE SE02 2P. (5) 22 Le terme m permet d'ajouter un increment a la largeur pour eviter qu'elle n'aille en dessous de cd_min. Cependant, cet increment ne doit pas faire passer la largeur au-dela de P-cd_min pour avoir le modulo 27c de phase, ou en-dessous de cd_min respectivement. Cela impose des contraintes sur l'epaisseur minimale de la lentille de 5 Fresnel hmin, pour qu'elle soit techniquement realisable. Supposons que l'un des motifs ait une largeur de cd_min (limite inferieure). Ce motif a un indice (n', p') qui verifie: cd_min2m(nL - nL02) + 4P2. nL02 4P2 - cd_min)2 ns2i (4P2 - 71-(P - cd_min)2) * ns2i02 =[ 4P - no [ 02 + (nP - X)2 + (pP)2 - Fll 2 II faut qu'un ajout de X/h dans le carre du terme de droite genere une largeur inferieure a P-cd_min dans ('equation (5), soit : P - cdmin > 2P. cd_rnm2Tr(ns2, - ns,02) + 4P2. ns2 ,02 22 d_rnm2Tr(ns2, - ns,02) + 4P2. ns,02 4P2 hmin +2 hmin 4P2 2 nS2i02) 10 On en deduit donc qu'il y a une contrainte entre la longueur d'onde et l'epaisseur, pour une technologie donnee (P, cdmin), pour que la lentille de Fresnel soit realisable. [ ,\Icd_min27(nl-n102)+4P2.nlo [P71-(P - 2C dmin)(11L - nlo) - 4P2nloi.h2 - 8P22 21h 4P222 > 0 4P2 hmin correspond donc a la 2eme racine de ('equation afferente de 2nd 15 degre, soit : lcd_min2n(nI-nIO2)+4P2.n62+ \In(nI-nIO2)(P-cdmin) hmin = 22. (6) n(P-2cdmin)(nl-n102)-4Pn102 La periode P ne peut pas exceder X/2 pour que la structuration se comporte comme un milieu d'indice moyen. En imposant cette contrainte, on peut simplifier ('expression (6), et aboutir a : 23 hint?, = 22, 2 I cd_min2n- (nl - nl02) + 2.2.nlo2 + 71-(nl - nl02)(2, - 2cdmin) ff(A. - 4cdmin)(ns2, - ns2,02) - 4Ans2,02 Un exemple de dimensionnement de la structure de collimation est le suivant. On utilise un reseau de couplage surfacique en guise de coupleur vertical (Do=9.2p.m), realise en technologie photonique silicium, dans un substrat SOL On fixe 5 egalement une taille de mode wi = Di/2 (Di = D) en sortie de la structure de collimation, par exemple Di = 80p.m. On cherche une epaisseur des motifs, cylindriques, dans un reseau bidimensionnel a maille constante P, la plus faible possible. On fixe le diametre minimal d'un motif a 80nm, et on considere une pseudo-periode des structures gravees P = 500nm. On utilise un substrat SOI d'epaisseur 775p.m, donc Th = 1550p.m. Avec un angle 10 de sortie du reseau de couplage surfacique 01 dans le SiO2 egal a 8°, 02 dans le silicium est egal a 3.3° (ns, x sin (02) = nsio2 x sin (01) avec ns, = 3.5 et nsio2 = 1.45). II en decoule une longueur de focale dans le substrat d'environ 750p.m. Le centre de la structure de collimation est decals du centre du coupleur vertical de X = 2 x Th x tan (02) -90p.m qui doit etre superieure a Di/2, ce qui est le cas 15 Avec les equations precedentes, on calcule l'epaisseur minimale des motifs de la structure de collimation dans le cas ou elle du type lentille simple ou du type lentille de de Fresnel. Dans l'application numerique retenue, l'epaisseur minimale est de 1.1 p.m pour le cas lentille de Fresnel et de plusieurs p.m pour le cas lentille simple. Puis on calcule les diametres des motifs a graver pour former la structure de collimation en 20 considerant Wsi_min=0,08 p.m. On a represents sur la figure 9a un exemple de dimensionnement d'une structure de collimation bidimensionnelle ne redressant pas le faisceau lumineux en sortie de puce, et sur la figure 9b un exemple de dimensionnement d'une structure de collimation redressant le faisceau lumineux en sortie de puce. Ces figures representent 25 plus particulierement le diametre Dp des plots cylindriques dans l'application numerique exposee ci-dessus. L'epaisseur des motifs est de 1.1 p.m. Ces figures 9a et 9b sont relatives a des structures de type lentille de Fresnel. Le diametre des plots definit l'indice moyen local et ces figures illustrent donc 24 egalement le pseudo-gradient d'indice de la structure de collimation. On peut egalement rapprocher le profil de variation du diametre des plots de la structure de collimation de ('invention du profil geornetrique de lentilles analogiques. L'invention nest pas limitee a la puce photonique precedemment 5 decrite, mail s'etend egalement a son procede de fabrication, et notamment a un procede de fabrication de plusieurs puces collectivement sur une merne plaque. Ce procede comprend la formation d'une structure de collimation 14 au moins en partie dans la couche de guidage de la lumiere 12, et la formation d'un agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes 151, 152 chacune sur l'une des faces avant et arriere, 10 ledit agencement etant realise de maniere a assurer la propagation de la lumiere entre le coupleur vertical et la structure de collimation selon un trajet optique presentant au moins un repliement. Un exemple de realisation de ce procede est le suivant. Le procede debute par la fourniture d'un substrat SOI presentant une couche d'oxyde enterre 11 15 intercalee entre une couche de silicium superficielle 12 et un substrat de silicium 10. Le procede se poursuit par la fabrication des composants photoniques (guide d'onde 121, coupleur vertical 122, modulateur PN, etc.) et des motifs de la structure de collimation 14 par gravure localisee, partielle ou totale, de la couche de silicium superficielle 12 On procede ensuite a la fabrication de la couche d'encapsulation 13. 20 Cette couche peut comprendre les niveaux de metal d'interconnexions electriques de la puce photonique. Elle peut, ou pas, venir combler les tranchees de la structure de collimation. On procede ensuite a la formation de la structure reflechissante 152 en face arriere, par exemple par depot d'une couche metallique. Cette operation peut toutefois etre realisee a un autre moment, REVENDICATIONS1. Puce photonique (1) comprenant une couche de guidage de la lumiere (12) supportee par un substrat (10) et recouverte par une couche d'encapsulation (13), la puce photonique presentant une face avant (F1) du cote de la couche d'encapsulation (13) et une face arriere (F2) du cote du substrat (10), la couche de guidage de la lumiere incluant une structure de guidage de la lumiere (121) optiquement couplee a un coupleur vertical (122) configure pour recevoir de la lumiere depuis le guide d'onde et former un faisceau de lumiere dirige vers l'une des faces avant et arriere, la puce photonique comportant en outre une structure de collimation (14) formee au moins en partie dans la couche de guidage de la lumiere (12), la puce photonique etant caracterisee en ce qu'elle comporte un agencement d'une ou plusieurs structures reflechissantes (151, 152) chacune sur l'une des faces avant et arriere, ledit agencement etant realise de maniere a assurer la propagation de la lumiere entre le coupleur vertical et la structure de collimation selon un trajet optique presentant au moins un repliement. 2. Puce photonique selon la revendication 1, dans laquelle la structure de collimation (14) comprend une pluralite de tranchees (T1, T2, T3) pratiquees dans la couche de guidage de la lumiere, les tranchees delimitant un ensemble de motifs (M1, M2, M3) et chaque motif presentant, dans une direction orthogonale aux faces avant et arriere, une epaisseur invariable. 3. Puce photonique selon la revendication 2, dans laquelle les motifs ont tour la merne epaisseur. 4. Puce photonique selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle l'epaisseur d'un motif est au moins egale a l'epaisseur de la couche de guidage de la lumiere. 26 5. Puce photonique selon l'une des revendications 2 a 4, dans laquelle les motifs forment un reseau bidimensionnel periodique et dans laquelle les dimensions des motifs sont modulees d'une periode a l'autre. 5 6. Puce photonique selon l'une des revendications 2 a 5, dans laquelle la couche de guidage de la lumiere est formee dans un materiau cceur d'indice de refraction nc, et les tranchees sont laissees a l'air ou remplies d'un materiau de remplissage d'indice de refaction nr inferieur a l'indice de refraction nc du materiau cceur. 10 7. Puce photonique selon l'une des revendications 1 a 6, dans laquelle la structure de collimation (14) est configuree pour extraire la lumiere la traversant depuis le coupleur vertical selon la normale a la face avant ou arriere de la puce. 8. Puce photonique selon l'une des revendications 1 a 7, dans laquelle le coupleur 15 vertical (122) est un reseau de couplage surfacique ou un coupleur de type guide d'onde facette. 9. Puce photonique selon l'une des revendications 1 a 8, dans laquelle le substrat (10) est en silicium, la couche de guidage de la lumiere (12) repose sur une couche en 20 materiau dielectrique (11), et une couche antireflet est interposee entre le substrat (10) et la couche en materiau dielectrique (11). 10. Procede de fabrication d'une puce photonique (1) comprenant une couche de guidage de la lumiere (12) supportee par un substrat (10) et recouverte par une couche 25 d'encapsulation (13), la puce photonique presentant une face avant (F1) du cote de la couche d'encapsulation (13) et une face arriere (F2) du cote du substrat (10), la couche de guidage de la lumiere incluant une structure de guidage de la lumiere (121) optiquement couplee a un coupleur vertical (122) configure pour recevoir de la lumiere depuis le guide d'onde et former un faisceau de lumiere dirige vers l'une des faces avant et arriere, le procede comprenant la formation d'une structure de collimation (14) au moins en partie dans la couche de guidage de la lumiere (12), et la formation d'un agencement 27 d'une ou plusieurs structures reflechissantes (151, 152) chacune sur l'une des faces avant et arriere, ledit agencement etant realise de maniere a assurer la propagation de la lumiere entre le coupleur vertical et la structure de collimation selon un trajet optique presentant au moins un repliement. 5