Brevet FR3046705A1 (20170714)
REVENDICATIONS1. Source laser à semi-conducteur apte à émettre à au moins une longueur d'onde cette source laser comportant : - un réflecteur avant (14 ; 194 ;\n<CLM>\1\tet un réflecteur arrière (12 ; 182, 184 ; 192 ; 224), ces réflecteurs avant et arrière formant les extrémités d'une cavité optique de Fabry-Pérot apte à faire résonner un signal optique à plusieurs fréquences de résonance possibles, les longueurs d'onde possibles ÀRj de ces fréquences de résonance possibles étant régulièrement espacées les unes des autres par un intervalle AÀR et toutes comprises à l'intérieur d'une bande réfléchissante des réflecteurs avant et arrière centrée sur une longueur d'onde ÀCR et de largeur AR, - un ensemble de guides d'onde raccordant optiquement les réflecteurs avant et arrière entre eux, cet ensemble comportant : - un guide d'onde (15,\n<CLM>\1\ten silicium, - un filtre passe-bande (22 ; 222 ;\n<CLM>\1\tréalisé dans un guide d'onde (50)et agencé pour être traversé par le signal optique résonant entre les réflecteurs avant et arrière, ce filtre passe-bande étant apte à sélectionner au moins une longueur d'onde ki parmi les longueurs d'onde ÀRJ, le filtre passe-bande comportant à cet effet une bande passante centrée sur chaque longueur d'onde ki à sélectionner, chaque bande passante du filtre étant centrée sur une longueur d'onde centrale Àcf respective et ayant une largeur .8Af de bande inférieure ou égal à l'intervalle BAR, - un guide d'onde (28) en matériau à gain III-V apte à générer du gain optique à chaque longueur d'onde ÀL; sélectionnée par le filtre et agencé pour être traversé par le signal optique résonant entre les réflecteurs avant et arrière, ce guide d'onde étant couplé optiquement au guide d'onde en silicium par un couplage adiabatique (26,\n<CLM>\1\tou évanescent, caractérisé en ce que : - le guide d'onde (50 ;\n<CLM>\1\tdans lequel est réalisé le filtre (22 ; 222 ;\n<CLM>\1\test en matériau moins sensible à la température, c'est-à-dire réalisé dans un matériau dont la variation dnf/dT de son indice de réfraction en fonction de la température est au moins deux fois inférieure à la variation dnsi/dT de l'indice de réfraction du silicium en fonction de la température, et - la source laser comporte aussi : - un dispositif d'accord (16 ; 202 ;\n<CLM>\1\tapte à décaler les longueurs d'onde ÀRj en réponse à un signal électrique de commande, - un capteur (40) apte à mesurer une grandeur physique représentative de l'écart entre la longueur d'onde centrale ÀCf et l'une des longueurs d'onde ÀRj possible, 3046705 27 - un circuit électronique (42) apte à générer, en fonction de la grandeur physique mesurée par le capteur, le signal électrique de commande du dispositif d'accord pour maintenir une longueur d'onde ÀRJ au centre de chaque bande passante du filtre qui sélectionne une longueur d'onde Àu, et 5 - la largeur AR de la bande réfléchissante de chaque réflecteur avant et arrière est : - strictement supérieure à AA, + DT x (dÀcR/dT) si le filtre est agencé pour sélectionner uniquement une seule longueur d'onde Àu, et - strictement supérieure à AÀ, + max { DT x (dÀcR/dT) ; N x Avf + DT x (dÀcf/dT) } si le filtre est agencé pour sélectionner N longueurs d'onde Àu, 10 où DT est la largeur d'une gamme prédéterminée de températures de fonctionnement pour la source laser, dÀcR/dT est la variation de la longueur d'onde centrale ÀcR des réflecteurs en fonction de la température exprimée en nm/°C, dAcf/dT est la variation de la longueur d'onde centrale Àcf du filtre en fonction de la température exprimée en nm/°C, N est un nombre entier 15 supérieur ou égal à deux, Avl est l'intervalle entre deux bandes passantes successives du filtre exprimée en nanomètre et max{...} est la fonction qui retourne le plus grand des éléments situés entre les accolades.\n<CLM>\1\tSource laser selon la revendication 1 émettant uniquement à une seule 20 longueur d'onde Au, dans laquelle le filtre (22 ;\n<CLM>\1\tcomporte un anneau résonant et les bande-passantes de ce filtre sont régulièrement espacées les unes des autres par un intervalle Avf supérieur à la largeur AR.\n<CLM>\1\tSource laser selon la revendication 1 émettant simultanément à plusieurs 25 longueurs d'ondes Àu, dans laquelle le filtre (222) comporte un anneau résonant et les bandes passantes de ce filtre sont régulièrement espacées les unes des autres par un intervalle Av, égal à un multiple entier de l'intervalle AÀR et strictement inférieur à la largeur AR. 30\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, dans laquelle la source laser comporte : - un substrat (60) qui s'étend essentiellement dans un plan appelé « plan du substrat », - le guide d'onde (15,\n<CLM>\1\ten silicium qui s'étend parallèlement au plan du substrat à 35 l'intérieur d'une première couche (66), ce guide d'onde en silicium guidant le signal optique résonant entre les réflecteurs avant et arrière, - le guide d'onde (50 ;\n<CLM>\1\tdans lequel est réalisé l'anneau résonant s'étend entièrement dans une deuxième couche (64) disposée au-dessus ou au-dessous de la première couche (66), le guide d'onde (50 ;\n<CLM>\1\tdans lequel est réalisé l'anneau 40 résonant étant raccordé optiquement au guide d'onde (15,\n<CLM>\1\ten silicium seulement 3046705 28 par couplage évanescent.\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la source laser comporte : 5 - un substrat (60) qui s'étend essentiellement dans un plan appelé « plan du substrat », - le guide d'onde (15,\n<CLM>\1\ten silicium qui s'étend parallèlement au plan du substrat à l'intérieur d'une première couche (66), ce guide d'onde en silicium guidant le signal optique résonant entre les réflecteurs avant et arrière, 10 - le guide d'onde (50 ;\n<CLM>\1\ten matériau moins sensible à la température s'étend parallèlement au plan du substrat à l'intérieur d'une deuxième couche (64) située au-dessus ou au-dessous de la première couche et ce guide d'onde en matériau moins sensible à la température étant raccordé optiquement au guide d'onde en silicium par un couplage évanescent ou adiabatique, 15 - le guide d'onde (28) en matériau à gain III-V s'étend parallèlement au plan du substrat à l'intérieur d'une troisième couche (68) située d'un côté de la première couche opposé au côté où est situé la deuxième couche.\n<CLM>\1\tSource laser selon selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 dans laquelle la source laser comporte : - un substrat (60) qui s'étend essentiellement dans un plan appelé « plan du substrat », - le guide d'onde (28) en matériau à gain III-V comporte une sous-couche (70) en matériau III-V dopée P ou N qui s'étend dans un plan parallèle au plan du substrat, 25 - le dispositif d'accord (16) comporte : - une résistance (80) réalisée dans le même matériau et avec le même dopage que ladite sous-couche (70) en matériau III-V dopée N ou P, cette résistance s'étendant au-dessus ou au-dessous du guide d'onde (15,\n<CLM>\1\ten silicium dans le même plan que la sous-couche (70) en matériau III-V dopée P ou N, et 30 - des prises (82,\n<CLM>\1\tde raccordement électrique aptes à faire circuler un courant électrique à l'intérieur de cette résistance pour chauffer le guide d'onde en silicium situé au-dessus ou au-dessous en réponse au signal électrique de commande. 35\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau moins sensible à la température est du nitrure de silicium ou du nitrure d'aluminium.\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 40 laquelle le dispositif d'accord (236) comporte : 3046705 29 - un bras latéral (244) en silicium qui s'étend, dans une direction latérale perpendiculaire à un axe longitudinal du guide d'onde en silicium, depuis le guide d'onde en silicium jusqu'à une portion distale (246), ce bras latéral ayant une épaisseur, dans une direction verticale perpendiculaire à l'axe longitudinal, inférieure 5 à l'épaisseur du guide d'onde en silicium dans la même direction verticale, - une résistance (240) située en vis-à-vis de la portion distale (246) et en-dehors de la zone où circule le signal optique résonant guidé par le guide d'onde en silicium, et - des prises (242) de contact électrique pour faire circuler le signal électrique de commande à travers la résistance. 10\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les réflecteurs (182, 184 ; 192,\n<CLM>\1\tavant et arrière sont au moins en partie réalisés dans le matériau moins sensible à la température. 15\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les réflecteurs avant et arrière (12, 14 ;182, 184 ; 192,\n<CLM>\1\tsont des réseaux de Bragg.\n<CLM>\1\tSource laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 20 laquelle la largeur DT de la gamme prédéterminée de températures de fonctionnement pour la source laser est supérieure à 30°C.\n<CLM>\1\tProcédé de fabrication d'une source laser conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ce procédé comportant : 25 - la fabrication (110) d'un réflecteur avant et d'un réflecteur arrière, ces réflecteurs avant et arrière formant les extrémités d'une cavité optique de Fabry-Pérot apte à faire résonner un signal optique à plusieurs fréquences de résonance possibles, les longueurs d'onde possibles ÀRJ de ces fréquences de résonance possibles étant régulièrement espacées les unes des autres par un intervalle AÀR et toutes comprises 30 à l'intérieur d'une bande réfléchissante des réflecteurs avant et arrière centrée sur une longueur d'onde ÀCR et de largeur AR, - la fabrication (110, 116, 128 ; 152, 158,\n<CLM>\1\td'un ensemble de guides d'onde raccordant optiquement les réflecteurs avant et arrière entre eux, cet ensemble comportant : 35 - un guide d'onde en silicium, - un filtre passe-bande réalisé dans un guide d'onde et agencé pour être traversé par le signal optique résonant entre les réflecteurs avant et arrière, ce filtre passe-bande étant apte à sélectionner au moins une longueur d'onde ÀL, parmi les longueurs d'onde ÀRJ, le filtre passe-bande comportant à cet effet une 40 bande passante centrée sur chaque longueur d'onde ÀL, à sélectionner, chaque 3046705 30 bande passante du filtre étant centrée sur une longueur d'onde centrale ÀCf respective et ayant une largeur fia, de bande inférieure ou égal à l'intervalle AÀR, - un guide d'onde en matériau à gain III-V apte à générer du gain optique à 5 chaque longueur d'onde ÀL; sélectionnée par le filtre et agencé pour être traversé par le signal optique résonant entre les réflecteurs avant et arrière, ce guide d'onde étant couplé au guide d'onde en silicium par un couplage adiabatique ou évanescent, caractérisé en ce que : 10 - la fabrication de l'ensemble de guides d'onde comporte la fabrication (116,\n<CLM>\1\tdu guide d'onde dans lequel est réalisé le filtre en un matériau moins sensible à la température, c'est-à-dire un matériau dont la variation dnf/dT de son indice de réfraction en fonction de la température est au moins deux fois inférieur à la variation dnsi/dT de l'indice de réfraction du silicium en fonction de la température, et 15 - le procédé comporte aussi : - la fabrication (128) d'un dispositif d'accord apte à décaler les longueurs d'onde AR; en réponse à un signal électrique de commande, - la fabrication (130) d'un capteur apte à mesurer une grandeur physique représentative de l'écart entre la longueur d'onde centrale Àcf et l'une des 20 longueurs d'onde ÀRj possible, - la fabrication (130) d'un circuit électronique apte à générer, en fonction de la grandeur physique mesurée par le capteur, le signal électrique de commande du dispositif d'accord pour maintenir au moins une longueur d'onde ÀR; au centre de chaque bande passante du filtre qui sélectionne une longueur d'onde 25 ÀLi, et - la fabrication (110) du réflecteur avant et du réflecteur arrière comporte également l'agencement de ces réflecteurs pour que la largeur AR de la bande réfléchissante de chaque réflecteur avant et arrière soit : - strictement supérieure à AÀf + DT x (dÀcR/dT) si le filtre est agencé pour 30 sélectionner uniquement une seule longueur d'onde Àu, et - strictement supérieure à AÀ, + max { DT x (dÀcR/dT) ; N x Avf + DT x (dÀcf/dT) } si le filtre est agencé pour sélectionner N longueurs d'onde Àu, où DT est la largeur d'une gamme prédéterminée de températures de fonctionnement pour la source laser, dÀcR/dT est la variation de la longueur d'onde centrale ÀcR des 35 réflecteurs en fonction de la température exprimée en nm/°C, dÀcf/dT est la variation de la longueur d'onde centrale Àcf du filtre en fonction de la température exprimée en nm/°C, N est un nombre entier supérieur où égal à deux, Avf est l'intervalle entre deux bandes passantes successives du filtre exprimée en nanomètre et max{...} est la fonction qui retourne le plus grand des éléments situés entre les accolades. 3046705 31\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 12, dans lequel le procédé comporte : - la fabrication (110) des réflecteurs avant et arrière et des guides d'onde en silicium dans une première couche de silicium en face avant d'un premier substrat SOI 5 (« Silicon on Insulator »), ce premier substrat SOI comportant un premier substrat en silicium séparé de la première couche par une première couche d'oxyde de silicium, puis - avant la fabrication du guide d'onde en matériau à gain, la fabrication du filtre comporte successivement : le dépôt (116) sur une face avant de la première couche 10 d'une couche réalisée dans le matériau moins sensible à la température, puis la gravure de cette couche déposée pour former le guide d'onde dans lequel est réalisé le filtre, puis l'encapsulation du filtre dans une couche d'oxyde de silicium, et enfin le polissage de cette couche d'oxyde de silicium, puis - le collage (120) de la face extérieure de la couche d'oxyde de silicium polie sur un 15 second substrat, puis - le retrait (124) du premier substrat en silicium et d'au moins une partie de la première couche d'oxyde du premier substrat SOI pour obtenir une face de collage située, par rapport à la première couche en silicium, du côté opposé à celui où se trouve le filtre, puis 20 - le collage ou dépôt (128) d'une couche en matériau III-V à gain sur cette face de collage, puis - la fabrication (130) du guide d'onde en matériau à gain dans cette couche en matériau III-V à gain collée.