Brevet FR3047811A1 (20170818)
REVENDICATIONS1. Modulateur (100 ; 562 ;\n<CLM>\1\tdes pertes de propagation et de l'indice de propagation d'un signal optique guidé, ce modulateur comportant : - un substrat (1,2 ; 44 ;\n<CLM>\1\ts'étendant principalement dans un plan appelé « plan du substrat » et une couche (3), comportant du silicium monocristallin, s'étendant directement sur ce substrat et principalement parallèlement au plan du substrat, - une première électrode (120 ; 564 ; 574 ;\n<CLM>\1\ten silicium monocristallin dopé P ou N structurée dans le silicium monocristallin de la couche (3) comportant du silicium monocristallin, cette première électrode s'étendant, dans une direction transversale (X) parallèle au plan du substrat, depuis une extrémité proximale (12 ;\n<CLM>\1\tjusqu'à une extrémité distale (11 ; 566 ; 616), et s'étendant longitudinalement dans la direction (Y) de propagation du signal optique, - une seconde électrode (130) en matériau cristallin III-V dopé présentant un dopage de signe opposé à celui de la première électrode, cette seconde électrode s'étendant, dans la direction transversale (X), depuis une extrémité proximale (32) située en vis-à-vis de l'extrémité proximale (12 ;\n<CLM>\1\tde la première électrode (120 ; 564 ; 574 ;\n<CLM>\1\tjusqu'à une extrémité distale (31) située d'un côté opposé à l'extrémité distale (11 ; 566 ;\n<CLM>\1\tde la première électrode (120 ; 564 ; 574 ;\n<CLM>\1\tpar rapport à un axe 20 perpendiculaire au plan du substrat et traversant les extrémités proximales (12 ; 618 ; 32), cette seconde électrode (130) s'étendant longitudinalement également dans la direction (Y) de propagation du signal optique, - une couche (20) en matériau diélectrique interposée entre les extrémités proximales (12 ; 618,\n<CLM>\1\tdes première et seconde électrodes pour les isoler électriquement l'une 25 de l'autre, - un premier guide d'onde (70) apte à guider le signal optique à moduler dans la direction (Y) de propagation du signal optique, ce premier guide d'onde étant formé par les extrémités proximales (12 ; 618,\n<CLM>\1\tdes électrodes et la portion de la couche (20) en matériau diélectrique interposée entre ces extrémités proximales (12 ; 618, 30 32), - des prises de contact (21,\n<CLM>\1\tdirectement en contact mécanique et électrique avec, respectivement, les extrémités distales (11 ; 566 ; 616,\n<CLM>\1\tdes électrodes (120 ; 564 ; 574 ; 614,\n<CLM>\1\tpour raccorder électriquement les première et seconde électrodes à des potentiels électriques différents de manière à modifier la densité de porteurs de 35 charges à l'intérieur du premier guide d'onde (70), - une zone (34) qui s'étend : - dans la direction perpendiculaire au plan du substrat, depuis l'extrémité distale 3047811 27 (31) de la seconde électrode jusqu'au substrat (1, 2 ; 44 ; 552), et - dans la direction transversale (X) et dans la direction (Y) de propagation du signal optique, sous la totalité de l'extrémité distale (31) de la seconde électrode (130), 5 caractérisé en ce que cette zone (34) est uniquement composée d'un ou plusieurs matériaux diélectriques solides (20, 116).\n<CLM>\1\tModulateur selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur maximale de l'extrémité proximale (12) de la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\test strictement 10 inférieure à l'épaisseur maximale du silicium monocristallin de la couche (3) comportant du silicium monocristallin.\n<CLM>\1\tModulateur selon la revendication 2, dans lequel l'épaisseur maximale de l'extrémité proximale (12) de la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\test comprise 15 entre 0,7e32 et 1,3e32, où e32 est l'épaisseur maximale de l'extrémité proximale (32) de la seconde électrode (130).\n<CLM>\1\tModulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la seconde électrode est réalisée en InP ou en AsGa. 20\n<CLM>\1\tTransmetteur photonique comportant : - un empilement successivement d'un substrat (1, 2 ; 44 ;\n<CLM>\1\ts'étendant principalement dans un plan appelé « plan du substrat », d'une couche (3) comportant du silicium monocristallin encapsulé dans un matériau diélectrique et 25 s'étendant directement sur ce substrat, et d'une couche (20) en matériau diélectrique s'étendant directement sur la couche (3) comportant du silicium monocristallin, ces couches s'étendant principalement parallèlement au plan du substrat, - une source laser (7) à semi-conducteur apte à générer un signal optique, cette source laser comportant un premier guide d'onde (200) en matériau III-V gravé dans 30 une couche en matériau à gain III-V, cette couche en matériau à gain III-V comportant une sous-couche (30) en matériau cristallin III-V dopé s'étendant directement sur la couche (20) en matériau diélectrique, - un modulateur (100 ; 562;\n<CLM>\1\tdes pertes de propagation et de l'indice de propagation d'un signal optique guidé réalisé sur le même substrat (1, 2 ; 44 ;\n<CLM>\1\tet 35 apte à moduler le signal optique généré par la source laser à semi-conducteur, caractérisé en ce que le modulateur est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 3047811 28\n<CLM>\1\tTransmetteur selon la revendication 5, dans lequel la seconde électrode (130) de ce modulateur est gravée dans la sous-couche (30) en matériau cristallin III-V dopé s'étendant directement sur la couche (20) en matériau diélectrique. 5\n<CLM>\1\tTransmetteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, dans lequel : - la source laser à semi-conducteur comporte un deuxième guide d'onde (220 ;\n<CLM>\1\tréalisé dans le silicium monocristallin de la couche (3) comportant du silicium monocristallin et situé sous le premier guide d'onde (200) en matériau III-V, ce 10 deuxième guide d'onde étant raccordé optiquement au premier guide d'onde (200) en matériau III-V par un couplage évanescent ou adiabatique, et - l'épaisseur maximale de l'extrémité proximale (12) de la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\test différente de l'épaisseur maximale du deuxième guide d'onde (220; 610). 15\n<CLM>\1\tTransmetteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le transmetteur comporte également : - un troisième guide d'onde (320) apte à guider le signal optique généré par la source laser et réalisé dans le silicium monocristallin de la couche (3) comportant du silicium 20 monocristallin , - un dispositif d'accord (300) de la phase du signal optique qui se propage dans ce troisième guide d'onde (320), ce dispositif d'accord (300) comportant : - un bras (324 ; 612G, 612D) réalisé dans le silicium monocristallin de la couche (3) comportant du silicium monocristallin et qui s'étend, dans une direction 25 transversale (X) parallèle au plan du substrat et perpendiculaire à la direction (Y) de propagation du signal optique dans le troisième guide d'onde (320), depuis une extrémité proximale (56) directement en contact mécanique avec le troisième guide d'onde (320), jusqu'à une extrémité distale (58) dopée N ou P, l'épaisseur minimale de l'extrémité proximale de ce bras dans une direction 30 perpendiculaire au plan du substrat étant strictement inférieure à l'épaisseur maximale du troisième guide d'onde dans la même direction, ce bras s'étendant également dans la direction de propagation du signal optique dans le troisième guide d'onde (320) - des prises de contact (51G, 52G, 51D, 52D) directement en contact 35 mécanique et électrique avec l'extrémité distale (58) pour faire circuler un courant dans cette extrémité distale apte à chauffer le guide d'onde par conduction thermique à travers le bras (324 ; 612G, 612D). 3047811 29\n<CLM>\1\tProcédé de fabrication d'un transmetteur photonique à semi-conducteur, ce procédé comportant : - la réalisation (522), d'un empilement successivement d'un substrat (1, 2 ; 44 ;\n<CLM>\1\t5 s'étendant principalement dans un plan appelé « plan du substrat », d'une couche (3) comportant du silicium monocristallin et s'étendant directement sur ce substrat, et d'une couche (20) en matériau diélectrique s'étendant directement sur la couche (3) comportant du silicium monocristallin, ces couches s'étendant principalement parallèlement au plan du substrat, 10 - la réalisation d'une source laser à semi-conducteur apte à générer un signal optique, cette source laser comportant un guide d'onde (200) en matériau III-V gravé dans une couche en matériau à gain III-V, cette couche en matériau à gain III-V comportant une sous-couche (30) en matériau cristallin III-V dopé s'étendant directement sur la couche (20) en matériau diélectrique, 15 - la réalisation d'un modulateur (100 ; 562;\n<CLM>\1\tdes pertes de propagation et de l'indice de propagation d'un signal optique guidé réalisé sur le même substrat (1, 2 ; 44 ;\n<CLM>\1\tet apte à moduler le signal optique généré par la source laser à semiconducteur, caractérisé en ce que le modulateur réalisé est conforme à l'une quelconque des 20 revendications 1 à\n<CLM>\1\t10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le procédé comporte une étape de gravure de la sous-couche (30) en matériau cristallin III-V dopé pour réaliser simultanément la seconde électrode (130) du modulateur et une bande (33) du guide 25 d'onde (200) en matériau III-V dans cette sous-couche (30) en matériau cristallin III-V.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 10, dans lequel les étapes de réalisation de l'empilement, de la source laser et du modulateur comportent : 30 - la fourniture (500) d'un premier empilement comportant successivement un premier support (1), une couche (2) enterrée en matériau diélectrique et une couche (43) en silicium monocristallin, puis - le dopage localisé (502) de la couche (43) en silicium monocristallin de manière à obtenir une première région de la couche en silicium monocristallin dopée, 35 - une première gravure localisée partielle (514) de l'épaisseur de la couche (43) en silicium monocristallin de manière à amincir l'épaisseur de la couche (43) en silicium monocristallin au moins dans la première région dopée et ainsi obtenir une première 3047811 30 région dopée amincie, tout en laissant l'épaisseur de la couche (43) en silicium monocristallin inchangée dans d'autres régions dites « non-amincies », - une deuxième gravure totale localisée (516) de la couche (43) en silicium monocristallin qui élimine totalement l'épaisseur de la couche (43) en silicium 5 monocristallin dans les régions gravées lors de cette deuxième gravure et laisse l'épaisseur de la couche (43) en silicium monocristallin inchangée dans des régions masquées où cette deuxième gravure n'est pas appliquée, les régions gravées et masquées lors de cette deuxième gravure étant agencées les unes par rapport aux autres pour structurer simultanément : 10 - un deuxième guide d'onde (220) en silicium monocristallin dans une région non-amincie de la couche (43) en silicium monocristallin, - la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\tdu modulateur, l'extrémité proximale (12) de la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\tétant réalisée dans la première région dopée amincie, l'extrémité proximale (12) de la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\tayant 15 alors une épaisseur strictement inférieure à l'épaisseur du deuxième guide d'onde, puis - l'encapsulation (518) de la couche (43) en silicium monocristallin structurée, dans un matériau diélectrique (116) pour obtenir une couche (3) de silicium monocristallin encapsulé dans un matériau diélectrique, puis - le collage (520) d'un second substrat (44 ;\n<CLM>\1\tsur la couche (3) de silicium monocristallin encapsulé, puis - le retrait (522) du premier support (1) et de tout ou partie de la couche (2) enterrée et la réalisation de la couche (20) en matériau diélectrique sur la couche (3) en silicium monocristallin encapsulé du côté où le premier support (1) a été retiré, puis - la réalisation (524) de la couche (36) en matériau à gain III-V directement sur la couche (20) en matériau diélectrique.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 11, dans lequel : - lors du dopage localisé (502) de la couche (43) en silicium monocristallin, une 30 seconde région, adjacente à la première région, est dopée moins fortement que la première région, et - lors de la deuxième gravure (516), les régions gravées et masquées sont agencées les unes par rapport aux autres pour réaliser l'extrémité distale (11 ;\n<CLM>\1\tde la première électrode (120 ; 564 ;\n<CLM>\1\tdans la seconde région dopée. 35\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, dans lequel : - le dopage localisé (502) de la première couche (43) en silicium monocristallin est 3047811 31 réalisé de manière à obtenir, en plus de la première région dopée, une région dopée supplémentaire dans la couche (43) en silicium monocristallin, - la première gravure localisée partielle (514) est réalisée de manière à obtenir, en plus de la première région dopée amincie, au moins une région amincie 5 supplémentaire dans la couche (43) en silicium monocristallin, - lors de la deuxième gravure totale localisée (516), les régions gravées et masquées sont agencées pour structurer simultanément, en plus du deuxième guide d'onde (220) et de la première électrode (120 ; 564 ; 574 ;\n<CLM>\1\t: - un troisième guide d'onde (320) en silicium monocristallin dans une région 10 non-amincie de la couche (43) en silicium monocristallin, et - un bras (324) qui s'étend, dans une direction transversale parallèle au plan du substrat et perpendiculaire à la direction de propagation du signal optique dans le troisième guide d'onde (320), depuis une extrémité proximale (56) directement en contact mécanique avec le troisième guide d'onde (320), jusqu'à 15 une extrémité distale (58), l'extrémité distale (58) étant réalisée dans la région dopée supplémentaire de la couche (43) en silicium monocristallin et l'extrémité proximale (56) étant réalisée dans la région amincie supplémentaire de la couche (43) en silicium monocristallin de sorte que l'épaisseur minimale de l'extrémité proximale (56) de ce bras dans une direction perpendiculaire au plan 20 du substrat est strictement inférieure à l'épaisseur maximale du troisième guide d'onde (320) dans la même direction, ce bras s'étendant également dans la direction de propagation du signal optique dans le troisième guide d'onde (320), puis - la réalisation (532) de prises de contact (51G, 52G, 51D, 52D) directement en 25 contact mécanique et électrique avec l'extrémité distale (58) du bras (324) pour faire circuler un courant dans cette extrémité distale et ainsi chauffer le bras.