FR3107998A1 - procede de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser hybride - Google Patents
procede de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser hybride Download PDFInfo
- Publication number
- FR3107998A1 FR3107998A1 FR2002327A FR2002327A FR3107998A1 FR 3107998 A1 FR3107998 A1 FR 3107998A1 FR 2002327 A FR2002327 A FR 2002327A FR 2002327 A FR2002327 A FR 2002327A FR 3107998 A1 FR3107998 A1 FR 3107998A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- layer
- sub
- doped
- laser source
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000010397 one-hybrid screening Methods 0.000 title description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 204
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 19
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 6
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 InP Chemical class 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010070 molecular adhesion Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/136—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/021—Silicon based substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geometry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
L’invention porte sur un procédé de fabrication d’une puce photonique comportant : un report d’un empilement semiconducteur (20) sur un substrat support (10), comportant : une couche inférieure dopée (21), formée d’une première sous-couche (21a), d’une surface d’arrêt de gravure (21as ; 21cs), et d’une deuxième sous-couche (21b) ; un empilement central ; une couche supérieure dopée (22) ; une structuration de l’empilement semiconducteur (20), comportant : une gravure sèche localisée de l’empilement central sur toute son épaisseur, avec arrêt de gravure dans la deuxième sous-couche (21b), de manière à former une zone active (36) ; une gravure humide localisée de la deuxième sous-couche (21b), sélectivement vis-à-vis de la surface d’arrêt de gravure (21as ; 21cs), de manière à réaliser une deuxième sous-portion (31b) de la source laser. Figure pour l’abrégé : Fig.3F
Description
Le domaine de l’invention est celui des procédés de fabrication des puces photoniques comportant une source laser hybride, et éventuellement au moins un modulateur capacitif.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
D’une manière générale, une puce photonique comporte au moins un composant optoélectronique, par exemple une source laser, qui repose sur un substrat support contenant un circuit photonique intégré. Un tel circuit photonique intégré comporte un guide d’onde couplé optiquement à la source laser, qui assure la propagation d’un signal optique émis par celle-ci en direction par exemple de composants optiques actifs (modulateurs…) et/ou passifs (multiplexeurs…). Dans le cas des technologies de photonique sur silicium, le ou les composants optoélectroniques peuvent être réalisés à base d’un composé semiconducteur III-V tel que de l’InP, et le substrat support peut être de type silicium sur isolant (SOI, pourSilicon On Insulator, en anglais).
La source laser est dite hybride lorsque sa cavité optique est délimitée par des réflecteurs définis dans le guide d’onde intégré du substrat support. Plus précisément, la source laser est formée d’un empilement semiconducteur dans lequel est situé le milieu à gain. Cet empilement semiconducteur a été structuré pour former un guide d’onde actif comportant le milieu à gain. De manière connue, la source laser peut être de type à réflecteur de Bragg réparti (DBR, pourDistributed Bragg Reflector, en anglais) ou de type à rétroaction répartie (DFB, pourDistributed Feedback, en anglais) selon que les réflecteurs sont formés par deux miroirs de Bragg situés de part et d’autre de la cavité optique, ou qu’ils sont formés par un même miroir de Bragg qui s’étend le long de cette cavité optique.
Le document EP3206079A1 décrit un exemple de puce photonique comportant, entre autres, une source laser hybride et un modulateur capacitif. Les figures 1A et 1B sont des vues en coupe, schématiques et partielles, d’une source laser hybride 30 et d’un modulateur capacitif 40 similaires à ceux décrits dans ce document.
La puce photonique 1 comporte un substrat support 10 contenant au moins un guide d’onde intégré 13 réalisé en silicium monocristallin. Par ailleurs, la source laser 30 est formée d’un empilement semiconducteur de portions de couches minces réalisées à base d’un composé III-V parmi lesquelles: une portion inférieure 31 dopée N, une zone active 36 contenant des puits quantiques, et une portion supérieure 35 dopée P. Dans cet exemple, la zone active 36 est formée de deux couches de confinement 32, 34 entre lesquelles est située une couche active 33 faite de couches barrières et de puits quantiques. La surface supérieure de la portion supérieure 35 dopée P est une surface de contact P, et la surface supérieure libre de la portion inférieure 31 dopée N est une surface de contact N.
Le modulateur capacitif 40 est formé d’une portion inférieure 41 dopée P réalisée ici en silicium monocristallin, intégrée dans le substrat support 10 et coplanaire avec au moins une partie du guide d’onde intégré 13, et d’une portion supérieure 42 dopée N coplanaire avec la portion inférieure 31 dopée N de la source laser 30. La portion supérieure 42 dopée N recouvre partiellement la portion inférieure 41 dopée P et en est espacée par une couche diélectrique 16 de collage.
Cependant, il apparaît qu’à la suite du procédé de fabrication, la source laser et le cas échéant le modulateur capacitif peuvent ne pas présenter les dimensions souhaitées, ce qui peut conduire à une dégradation de leurs performances optiques et/ou électroniques. De plus, il existe un besoin de simplifier les étapes de réalisation de la zone active.
L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus précisément de proposer un procédé de fabrication d’une puce photonique permettant d’obtenir une source laser et le cas échéant un modulateur capacitif ayant les dimensions souhaitées, ce qui contribue ainsi à préserver les performances optiques et/ou électroniques de ces composants optoélectroniques. De plus, le procédé de fabrication selon l’invention simplifie la phase de structuration de la zone active.
Pour cela, l’objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser disposée sur un substrat support et couplée optiquement à un guide d’onde intégré situé dans le substrat support, le procédé comportant les étapes suivantes:
- report d’un empilement semiconducteur sur le substrat support, comportant, suivant une direction opposée au substrat support:
- une couche inférieure dopée selon un premier type de conductivité;
- un empilement central formé d’une couche inférieure de confinement, d’une couche active comportant au moins un puits quantique, et d’une couche supérieure de confinement;
- une couche supérieure dopée selon un deuxième type de conductivité opposé au premier type;
- structuration de l’empilement semiconducteur, de manière à former la source laser.
Selon l’invention, la couche inférieure dopée est formée d’un empilement comportant, suivant une direction opposée au substrat support: une première sous-couche, une surface d’arrêt de gravure, et une deuxième sous-couche.
De plus, l’étape de structuration comporte: une étape de gravure sèche localisée de l’empilement central sur toute son épaisseur, avec arrêt de gravure dans la deuxième sous-couche, formant ainsi une zone active de la source laser; et une étape de gravure humide localisée de la deuxième sous-couche, sélectivement vis-à-vis de la surface d’arrêt de gravure, réalisant ainsi une deuxième sous-portion de la source laser.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé de fabrication sont les suivants.
La couche inférieure dopée peut comporter en outre une sous-couche intercalaire dont une face au contact de la deuxième sous-couche définit la surface d’arrêt de gravure, l’étape de structuration comportant une étape de gravure humide localisée de la sous-couche intercalaire, sélectivement vis-à-vis de la première sous-couche, de manière à réaliser une sous-portion intercalaire de la source laser.
Les première et deuxième sous-couches peuvent être réalisées en un même matériau.
La surface d’arrêt de gravure peut être définie par une face de la première sous-couche au contact de la deuxième sous-couche.
Les première et deuxième sous-couches peuvent être réalisées en des matériaux distincts.
A la suite de l’étape de gravure sèche de l’empilement central, la zone active peut présenter une bordure latérale orthogonale à un plan du substrat support suivant toute son épaisseur.
La première sous-couche peut reposer au contact d’une couche diélectrique du substrat support, l’étape de structuration comportant une étape de gravure humide localisée de la première sous-couche, sélectivement vis-à-vis de la couche diélectrique, de manière à réaliser une première sous-portion de la source laser.
La puce photonique peut comporter un modulateur capacitif formé d’une portion inférieure dopée selon le deuxième type de conductivité et intégrée dans le substrat support, une portion supérieure dopée selon le premier type de conductivité et recouvrant au moins partiellement la portion inférieure dopée, lesquelles sont espacées l’une de l’autre par ladite couche diélectrique, la portion supérieure dopée étant réalisée simultanément à la première sous-portion lors de l’étape de gravure humide localisée de la première sous-couche.
La source laser peut être réalisée à base d’un composé semiconducteur III-V. Le substrat support peut être un substrat SOI.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
les figures 1A et 1B, déjà décrites, sont des vues en coupe, schématiques et partielles, d’une source laser hybride (fig.1A) et d’un modulateur capacitif (fig.1B) d’une puce photonique;
les figures 2A à 2F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique comportant une source laser hybride et un modulateur capacitif, dans le cas où l’empilement semiconducteur est réalisé selon un exemple de l’art antérieur, mettant en évidence le fait que la zone active ne présente pas,in fine, les dimensions souhaitées ;
les figures 3A à 3F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique selon un premier mode de réalisation, dans lequel la puce photonique comportant une source laser hybride et un modulateur capacitif, dans le cas où la couche inférieure dopée de l’empilement semiconducteur est formée d’au moins des première et deuxième sous-couches et d’une sous-couche intercalaire d’arrêt de gravure;
les figures 4A à 4F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel la puce photonique comportant une source laser hybride et un modulateur capacitif, dans le cas où la couche inférieure dopée de l’empilement semiconducteur est formée d’au moins les première et deuxième sous-couches sans la sous-couche intercalaire d’arrêt de gravure;
la figure 5A est une vue schématique et partielle, en coupe, d’une source laser et d’un modulateur capacitif selon une variante du mode de réalisation illustré sur la fig.3F; et la figure 5B est une vue schématique et partielle, en coupe, d’une source laser et d’un modulateur capacitif selon une variante du mode de réalisation illustré sur la fig.4F.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
les figures 1A et 1B, déjà décrites, sont des vues en coupe, schématiques et partielles, d’une source laser hybride (fig.1A) et d’un modulateur capacitif (fig.1B) d’une puce photonique;
les figures 2A à 2F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique comportant une source laser hybride et un modulateur capacitif, dans le cas où l’empilement semiconducteur est réalisé selon un exemple de l’art antérieur, mettant en évidence le fait que la zone active ne présente pas,in fine, les dimensions souhaitées ;
les figures 3A à 3F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique selon un premier mode de réalisation, dans lequel la puce photonique comportant une source laser hybride et un modulateur capacitif, dans le cas où la couche inférieure dopée de l’empilement semiconducteur est formée d’au moins des première et deuxième sous-couches et d’une sous-couche intercalaire d’arrêt de gravure;
les figures 4A à 4F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel la puce photonique comportant une source laser hybride et un modulateur capacitif, dans le cas où la couche inférieure dopée de l’empilement semiconducteur est formée d’au moins les première et deuxième sous-couches sans la sous-couche intercalaire d’arrêt de gravure;
la figure 5A est une vue schématique et partielle, en coupe, d’une source laser et d’un modulateur capacitif selon une variante du mode de réalisation illustré sur la fig.3F; et la figure 5B est une vue schématique et partielle, en coupe, d’une source laser et d’un modulateur capacitif selon une variante du mode de réalisation illustré sur la fig.4F.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes «sensiblement», «environ», «de l’ordre de» signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes «compris entre … et …» et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
L’invention porte sur un procédé de fabrication d’une puce photonique comportant une source laser hybride et, de préférence, un modulateur capacitif. Pour cela, une vignette est reportée sur un substrat support fonctionnalisé, et la source laser et le cas échéant le modulateur capacitif sont réalisés à partir de cette vignette.
Comme mentionné précédemment, une puce photonique est un dispositif optoélectronique comportant au moins une source laser hybride reposant sur le substrat support et couplé optiquement à un guide d’onde intégré situé dans le substrat support. Ce guide d’onde intégré forme une partie d’un circuit photonique intégré. La vignette (die, en anglais) comporte un empilement semiconducteur destiné à permettre la réalisation de la source laser et le cas échéant du modulateur capacitif, cet empilement semiconducteur étant obtenu par épitaxie à partir d’un substrat de croissance. La vignette peut présenter une forme initiale polygonale, par exemple carrée ou rectangulaire, ou une forme circulaire ou ovale.
La source laser, et le cas échéant le modulateur capacitif, sont réalisés à base d’un composé semiconducteur, c’est-à-dire qu’il comporte majoritairement le composé semiconducteur en question. Il peut ainsi comporter un empilement de couches minces réalisées en différents matériaux contenant le composé semiconducteur en question. De préférence, la source laser et le modulateur capacitif sont réalisés à base d’un composé semiconducteur III-V, par exemple de l’InP ou du GaAs. La vignette est alors appelée vignette III-V. La source laser peut comporter une hétérostructure formée d’une couche dopée N, d’une couche dopée P, et d’une couche active intercalaire contenant des puits quantiques.
Le substrat support est dit fonctionnalisé dans le sens où il comporte au moins un guide d’onde intégré dans le substrat, c’est-à-dire réalisé au niveau de ou sous la face supérieure du substrat support. Il peut également comporter d’autres composants optiques passifs (multiplexeurs ou démultiplexeurs, coupleurs à fibre optique…) et/ou des composants optiques actifs (modulateurs…), optiquement couplés les uns aux autres de manière à former le circuit photonique intégré. Le substrat support peut être de type SOI, c’est-à-dire qu’il peut comporter une couche mince de silicium et une couche support 11 en silicium, entre lesquelles est intercalée une couche d’oxyde dite BOX (buried oxide, en anglais). La couche mince de silicium peut être recouverte d’une couche mince diélectrique permettant le collage de la vignette sur la face supérieure du substrat support, par exemple une couche d’oxyde dans le cas d’un collage par adhésion moléculaire.
La puce photonique peut avantageusement comporter un modulateur capacitif réalisé à partir de la vignette. Ce modulateur capacitif est formé d’un empilement d’une portion inférieure dopée et intégrée dans le substrat support, de la couche diélectrique de collage, et d’une portion dopée supérieure. La portion inférieure dopée est coplanaire avec au moins une partie du guide d’onde intégré et est réalisée en le même matériau que celui-ci, par exemple en silicium monocristallin. Comme détaillé plus loin, la portion supérieure dopée est coplanaire avec au moins une partie d’une portion inférieure dopée de la source laser et est réalisée en le même matériau que celle-ci.
Le procédé de fabrication met en œuvre des étapes de structuration de l’empilement semiconducteur de la vignette par gravure sèche et gravure humide. Une gravure sèche (dry etching, en anglais) est une gravure essentiellement physique qui présente un caractère fortement anisotrope. Elle peut consister en un bombardement par des ions de la surface libre d’un matériau, c’est-à-dire une surface non protégée par un masque de gravure (appelé masque dur). Il peut s’agir d’une gravure ionique réactive (RIE, pourReactive Ion Etching, en anglais), éventuellement de type à plasma à couplage inductif (ICP, pourInductively Coupled Plasma, en anglais). Par ailleurs, une gravure humide (wet etching, en anglais) est une gravure chimique par laquelle un composant (en partie protégé) est introduit dans une solution qui va attaquer chimiquement la surface libre (non protégée) du composant. Ce type de gravure est fortement isotrope et présente une bonne sélectivité des matériaux. Les étapes de gravure dont il est question ici porte sur la gravure partielle ou totale de la surface libre d’une couche mince semiconductrice suivant son épaisseur. La gravure humide peut induire une sur-gravure latérale de la couche mince, cette sur-gravure latérale étant généralement non souhaitée.
Les figures 2A à 2F illustrent différentes étapes d’un exemple de procédé de fabrication d’une puce photonique 1 comportant une source laser 30 et un modulateur capacitif 40, mettant en évidence le fait que la source laser 30 peut présenter une zone active 36 dont la bordure latérale n’est pas droite, et mettant également en évidence le fait que la portion supérieure dopée du modulateur capacitif 40 peut ne pas présenter l’épaisseur souhaitée. Par ailleurs, la source laser 30 est ici, à titre illustratif, un laser à ruban.
Dans cet exemple, la source laser 30 et le modulateur capacitif 40 sont réalisés à partir d’une vignette de type III-V. La source laser 30 est réalisée à base d’InP, et le modulateur capacitif 40 est en partie réalisé à base d’InP. Le substrat support 10 est de type SOI. Chaque figure montre la zone de la source laser 30 dans sa partie gauche, et la zone du modulateur capacitif 40 dans sa partie droite.
On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel orthogonal XYZ, où le plan XZ est un plan parallèle au plan du substrat support 10, l’axe Z étant orienté suivant l’axe longitudinal du guide d’onde intégré 13, l’axe X étant orienté suivant la largeur du guide d’onde intégré 13, et où l’axe Y est orienté du substrat support 10 vers l’empilement semiconducteur 20 de la vignette. Par ailleurs, les termes «inférieur» et «supérieur» s’entendent comme étant relatifs à un positionnement croissant lorsqu’on s’éloigne du substrat support 10 suivant la direction +Y.
En référence à la fig.2A, on reporte une vignette sur le substrat support 10. Le substrat support 10 est ici de type SOI. Il comporte une couche support 11 réalisée par exemple en silicium et présentant une épaisseur de l’ordre de plusieurs centaines de microns, une couche 12 d’oxyde enterré (BOX) qui recouvre la couche support 11, et un guide d’onde intégré 13. Le guide d’onde 13 est formé ici d’un cœur en silicium monocristallin, et est entouré par un oxyde. Dans cet exemple, il est revêtu d’une couche diélectrique 16 de collage, ici réalisée en un oxyde de silicium, qui définit la face supérieure du substrat support 10. Elle présente une épaisseur de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, par exemple une épaisseur comprise entre 20nm et 100nm environ. Dans cet exemple, le guide d’onde intégré 13 est formé d’une base 14 (slab) qui recouvre une arête 15 (rib). En variante, l’agencement de la base 14 et de l’arête 15 peut être inversé. En variante encore, le guide d’onde 13 peut être un guide d’onde droit.
La vignette comporte un empilement semiconducteur 20 à partir duquel sont réalisés la source laser 30 et ici le modulateur capacitif 40, et d’un substrat de croissance réalisé ici en InP (non représenté). L’empilement semiconducteur 20 est formé ici d’une couche inférieure 21 dopée selon un premier type de conductivité, ici de l’InP dopé N d’une épaisseur de 110nm environ, d’une couche inférieure de confinement 22 en InGaAsP d’une épaisseur de 90nm environ, d’une couche active 23 comportant des puits quantiques en InGaAsP/InAsP d’une épaisseur de 90nm environ, d’une couche supérieure de confinement 24 en InGaAsP d’une épaisseur de 90nm environ, et enfin d’une couche supérieure 25 dopée selon un deuxième type de conductivité opposé au premier type, ici de l’InP dopé N, d’une épaisseur de 2µm environ. Les couches de confinement 22, 24 présentent un indice de réfraction choisi pour améliorer le confinement du mode optique guidé dans la couche active 23 (milieu à gain).
La vignette est ainsi reportée sur le substrat support 10, et est fixée à celui-ci par collage direct par exemple de type oxyde/oxyde. Ensuite, on supprime le substrat de croissance, par exemple par gravure humide à l’acide chlorhydrique éventuellement précédée par un amincissement mécanique, de manière à rendre libre la face supérieure de la couche supérieure 25 dopée P.
En référence à la fig.2B, on structure la couche supérieure 25 dopée P, ici par gravure humide, de manière à former une portion supérieure 35 dopée P (ruban de la source laser 30). Pour cela, on dépose un masque de gravure 51 sur la surface de la couche supérieure 25 dopée P destinée à former le ruban de la source laser 30. Ensuite, on réalise une gravure humide localisée, de manière à graver localement la couche supérieure 25 dopée P dans les zones non protégées, de manière sélective vis-à-vis de la couche supérieure de confinement 24. La couche supérieure 25 dopée P est ainsi supprimée, hormis la partie recouverte par le masque de gravure 51 qui forme la portion supérieure 35 dopée P (ruban). Le masque de gravure 51 peut être supprimé à cette étape, ou ultérieurement.
En référence à la fig.2C, on structure l’empilement central formé des couches de confinement 22, 24 et de la couche active 23, ici par gravure sèche, de manière à former la zone active 36. Pour cela, on recouvre d’un masque dur 52 la portion supérieure 35 dopée P ainsi qu’une surface adjacente de la couche supérieure de confinement 24, puis on effectue une gravure sèche localisée de la couche supérieure de confinement 24, de la couche active 23, et d’une partie 32b de la couche inférieure de confinement 22. Il importe en effet de s’arrêter dans la couche inférieure de confinement 22 pour ne pas dégrader la couche inférieure 21 dopée N. Le masque dur 52 restant peut être supprimé à cette étape ou ultérieurement. On obtient ainsi une partie basse 22a (non gravée) de la couche inférieure de confinement 22 reliée à une partie haute 32b (structurée) d’une portion inférieure de confinement 32.
Cependant, du fait d’une variabilité dans le plan XZ de la hauteur effective d’arrêt de gravure sèche, il est possible que, à distance de la source laser 30 et donc dans la zone du modulateur capacitif 40, la couche inférieure de confinement 22 soit entièrement gravée ainsi qu’une partie en épaisseur de la couche inférieure 21 dopée N. Cette gravure partielle non souhaitée d’une zone de la couche inférieure 21 dopée N conduit ici à ce que la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40 ne présente pas les dimensions souhaitées (ici en épaisseur), se traduisant éventuellement par une dégradation de ses performances optiques et/ou électroniques.
En référence aux fig.2D et 2E, on structure la partie basse 22a de la couche inférieure de confinement 22 pour obtenir la zone active 36. Pour cela, on dépose un masque de gravure 53 de manière à recouvrir les portions 35, 34, 33, 32b de la source laser 30. On effectue ensuite une gravure humide localisée et sélective vis-à-vis de la couche inférieure 21 dopée N, de manière à rendre libre une surface supérieure de celle-ci.
Cependant, comme l’illustre la fig.2E, une sur-gravure latérale peut avoir lieu qui se traduit ici par une échancrure vis-à-vis de la bordure latérale de la partie haute 32b de la portion inférieure de confinement 32. La bordure latérale est la surface s’étendant suivant l’axe Y et reliant les faces inférieure et supérieure. Alternativement, la sur-gravure latérale peut ne pas être aussi profonde dans le plan XZ que représenté sur la fig.2E, de sorte que la bordure latérale de la partie basse 32a de la portion inférieure de confinement 32 se situe, dans le plan XZ, entre celle de la partie haute 32b et celle du masque de gravure 53. Ainsi, du fait de cette sur-gravure latérale, on obtient une zone active 36 qui ne présente pas les dimensions souhaitées, c’est-à-dire ici qui ne présente pas une bordure latérale droite (i.e. sensiblement parallèle à l’axe Y) sur toute son épaisseur (i.e. allant de la face inférieure de la portion inférieure 32 de confinement à la face supérieure de la portion supérieure 34 de confinement), se traduisant éventuellement par une dégradation des performances optiques et/ou électroniques de la source laser 30. De plus, la réalisation de la zone active 36 est réalisée par deux étapes de gravure, à savoir une gravure sèche suivie d’une gravure humide.
En référence à la fig.2F, on finalise la réalisation de la source laser 30 et ici du modulateur capacitif 40, d’une manière connue de l’homme du métier. Ainsi, à titre d’exemple, on réalise des métallisations 37 au contact de la surface supérieure de la portion supérieure 35 dopée P de la source laser 30 ainsi qu’au contact de la surface supérieure libre de la portion inférieure 31 dopée N. Et on réalise des métallisations 43 au contact de la portion inférieure 41 dopée P du modulateur capacitif 40 (au travers de la couche diélectrique 16 de collage), et au contact de la portion supérieure 42 dopée N. La source laser 30 et le modulateur capacitif 40 peuvent ensuite être recouverts d’une couche diélectrique d’encapsulation (non représentée), et des métallisations traversantes sont réalisées pour venir contacter les métallisations et ainsi polariser la source laser 30 et le modulateur capacitif 40. D’autres agencements des métallisations 37, 43 sont possibles.
Ainsi, comme mentionné précédemment, il en résulte que la source laser 30 et ici le modulateur capacitif 40 peuvent ne pas présenter les dimensions souhaitées, conduisant ainsi à une dégradation potentielle de leurs performances optiques et/ou électroniques. La zone active 36 ne présente pas une bordure latérale droite sur toute son épaisseur du fait de la sur-gravure latérale lors de la gravure humide, et la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40 présente une épaisseur réduite du fait d'une sur-gravure verticale liée à la variabilité de la hauteur effective d’arrêt de gravure sèche. Par ailleurs, la zone active 36 est réalisée au moyen de deux étapes de gravure différentes, à savoir une gravure sèche suivie d’une gravure humide. Enfin, il apparaît que la gravure sèche peut être plus rapide dans la couche inférieure 21 en InP dopé N que dans l’InGaAsP de la couche de confinement 22. Il importe donc d’éviter que la gravure sèche n’accède à la couche inférieure 21 dopée N puisqu’elle risque d’endommager fortement cette dernière. En parallèle, on souhaite éviter d’augmenter l’épaisseur de cette couche inférieure 21 dopée N lorsqu’elle est destinée à former la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40 dans la mesure où les performances de ce dernier peuvent être optimales lorsque cette portion 42 présente une épaisseur comprise entre 100nm et 150nm environ.
Les figures 3A à 3F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique 1 selon un premier mode de réalisation comportant une source laser 30 et avantageusement un modulateur capacitif 40. Comme précédemment, chaque figure présente la zone de la source laser 30 dans sa partie gauche, et la zone du modulateur capacitif 40 dans sa partie droite.
Ce procédé de fabrication permet d’obtenir une zone active 36 ayant les dimensions souhaitées, et ici une bordure latérale droite sur toute son épaisseur, en une seule étape de gravure et non plus en deux étapes de gravure. De plus, on écarte les risques de dégradation de la couche mince 21a destinée à la réalisation de la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40.
Pour cela, l’empilement semiconducteur 20 se distingue essentiellement de celui décrit sur la fig.2A en ce que la couche inférieure 21 dopée N comporte:
- une première sous-couche 21a dopée selon le premier type de conductivité (ici de type N), et destinée à former la première sous-portion 31a dopée N de la source laser 30 ainsi que la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40;
- une deuxième sous-couche 21b dopée également selon le premier type de conductivité, et destinée à former une couche de protection qui sera partiellement gravée lors de l’étape de structuration de la zone active 36 par gravure sèche; et ici
- une sous-couche intercalaire 21c d’arrêt de gravure également dopée selon le premier type de conductivité, dont la face supérieure au contact de la deuxième sous-couche 21b forme une surface d’arrêt de gravure 21cs.
Une surface supérieure libre de la première sous-couche 21a dopée N est destinée à former la surface de contact N du modulateur capacitif 40, et dans cet exemple, la surface de contact N de la source laser 30.
En référence à la fig.3A, on reporte une vignette sur le substrat support 10. Le substrat support 10 est ici identique à celui décrit précédemment sur la fig.2A, et n’est pas décrit en détail à nouveau. L’empilement semiconducteur 20 de la vignette est formé ici, suivant la direction +Y:
- la couche inférieure dopée selon un premier type de conductivité, par exemple de l’InP dopé N, celle-ci étant formée de la première sous-couche 21a dopée N, réalisée ici en InP, la sous-couche intercalaire 21c d’arrêt de gravure, réalisée ici en InGaAsP dopé N, dont la face supérieure forme une surface d’arrêt de gravure, la deuxième sous-couche 21b dopée N, réalisée ici en InP;
- une couche inférieure de confinement 22;
- une couche active 23 comportant au moins un puits quantique;
- une couche supérieure de confinement 24;
- une couche supérieure 25 dopée selon un deuxième type de conductivité opposé au premier type, ici de l’InP dopé P.
L’empilement semiconducteur 20 peut également comporter des couches supplémentaires (non représentées), par exemple un super-réseau situé entre la couche diélectrique 16 et la couche inférieure 21 dopée N, et par exemple une couche buffer situé entre la couche supérieure 25 dopée P et le substrat de croissance. Il s’étend de manière continue dans la zone de la source laser 30 et dans la zone du modulateur capacitif 40. Les couches 22, 23, 24 et 25 peuvent être similaires ou identiques à celles décrites en référence à la fig.2A.
La couche inférieure dopée N est donc réalisée ici en un empilement d’au moins trois sous-couches 21a, 21b, 21c dopées N. La première sous-couche 21a dopée N est ici destinée à former la première sous-portion 31a dopée N de la source laser 30 et la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40. Elle peut présenter une épaisseur par exemple de 110nm environ. La deuxième sous-couche 21b dopée N est destinée à former une couche de protection qui sera partiellement gravée lors de l’étape de structuration de la zone active 36 par gravure sèche. Elle peut présenter une épaisseur par exemple de 250nm environ. Les deux sous-couches 21a, 21b dopées N sont ici réalisées en le même composé III-V, par exemple de l’InP, mais peuvent être réalisées en des composés III-V différents. La sous-couche intercalaire 21c permet de former la première sous-portion 31a dopée N de la source laser 30 et la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40 de sorte qu’elles présentent une même épaisseur, notamment dans le cas où les deux sous-couches 21a, 21b dopées N sont réalisées en le même composé III-V. Elle est donc réalisée en un composé III-V différent de celui des deux sous-couches 21a, 21b de sorte que les gravures humides décrites plus loin soient effectivement sélectives.
En référence à la fig.3B, on structure la couche supérieure 25 dopée P, ici par gravure humide, de manière à former une portion supérieure 35 dopée P (ruban de la source laser 30). Pour cela, on dépose un masque de gravure 51 sur la surface de la couche supérieure 25 dopée P destinée à former le ruban de la source laser 30. Ensuite, on réalise une gravure humide localisée, de manière à graver localement la couche supérieure 25 dopée P dans les zones non protégées, de manière sélective vis-à-vis de la couche supérieure de confinement 24. La couche supérieure 25 dopée P est ainsi supprimée, hormis la partie recouverte par le masque de gravure 51, qui forme la portion supérieure 35 dopée P (ruban). Le masque de gravure 51 peut être supprimé à cette étape, ou ultérieurement.
En référence à la fig.3C, on structure l’empilement central formé des deux couches de confinement 22, 24 et de la couche active 23, ici par gravure sèche, de manière à former la zone active 36. Pour cela, on dépose tout d’abord un masque dur 52 (par ex. un nitrure de silicium) de manière à recouvrir la portion supérieure 35 dopée P et à recouvrir une surface adjacente de la couche supérieure de confinement 24. Une gravure sèche localisée est ensuite effectuée, de manière à graver localement la couche supérieure de confinement 24, puis la couche active 23, puis la couche inférieure de confinement 22, sur toute l’épaisseur de ces couches, dans les zones non protégées. A la différence de l’étape illustrée sur la fig.2C, la gravure sèche se termine ici en gravant partiellement la deuxième sous-couche 21b dopée N, et ne se termine donc pas dans la couche inférieure de confinement 22. On obtient donc une portion supérieure de confinement 34, une portion active 33, une portion inférieure de confinement 32, ainsi qu’une partie basse 21ba (non gravée) de la deuxième sous-couche 21b reliée à une partie haute 31bb (structurée) d’une deuxième sous-portion 31b (cf. fig.3E). Le masque dur 52 peut être supprimé à cette étape, ou ultérieurement.
Ainsi, la zone active 36 est structurée en une seule étape, ici par gravure sèche, et non pas en deux étapes de gravure (gravure sèche puis gravure humide) comme décrit précédemment en référence aux figures 2C à 2E. On simplifie ainsi le procédé de fabrication pour la réalisation de la zone active 36. De plus, celle-ci présente des flancs droits sur toute son épaisseur, et ne présente pas de décrochement (comme dans l’exemple de la fig.2E) ou de saillie. Outre la simplification du procédé, on réduit les risques de pertes optiques liées à la présence de ce décrochement/saillie au niveau de la zone active 36. De plus, l’épaisseur de la deuxième sous-couche 21b dopée N peut être choisie de manière à écarter les risques de sur-gravure verticale liée à la variabilité de la hauteur effective d’arrêt de gravure dans le plan XZ.
En référence à la fig.3D, on structure la sous-deuxième couche 21b dopée N, ici par gravure humide, de manière à former une deuxième sous-portion 31b (cf. fig.3E) dopée N de la source laser 30, et à supprimer ailleurs le reste de la deuxième sous-couche 21b dopée N. Pour cela, on dépose un masque de gravure 53 de manière à recouvrir la portion supérieure 35 dopée P ainsi que la zone active 36 (et la partie haute 31bb de la deuxième sous-portion 31b). Le masque de gravure 53 repose sur une surface adjacente de la partie basse 21ba de la deuxième sous-couche 21b dopée N. Ensuite, on réalise une gravure humide localisée, de manière à graver localement la deuxième sous-couche 21b dopée N dans les zones non protégées, sélectivement vis-à-vis de la sous-couche intercalaire 21c d’arrêt de gravure. Ainsi, la deuxième sous-couche 21b dopée N est supprimée dans la zone du modulateur capacitif 40. Dans la zone de la source laser 30, une sur-gravure latérale peut avoir lieu conduisant par exemple à ce que la bordure latérale de la partie basse 31ba de la deuxième sous-portion 31b dopée N soit située, dans le plan XZ, entre la bordure latérale de la zone active 36 et la bordure latérale du masque de gravure 53. Cependant, cette sur-gravure latérale ne perturbe pas le champ optique qui reste localisé essentiellement dans la zone active 36 à flancs droits.
En référence à la fig.3E, on structure la sous-couche intercalaire 21c, ici par gravure humide, de manière à former une sous-portion intercalaire 31c de la source laser 30, et à supprimer ailleurs le reste de la sous-couche intercalaire 21c. Pour cela, on effectue une gravure humide localisée de la sous-couche intercalaire 21c, sélectivement vis-à-vis de la première sous-couche 21a dopée N. Dans la zone de la source laser 30, une sur-gravure latérale de la sous-couche intercalaire 21c peut avoir lieu conduisant par exemple à une bordure latérale de la sous-portion intercalaire 31c située, dans le plan XZ, entre la bordure latérale de la zone active 36 et la bordure latérale du masque de gravure. Cependant, cette sur-gravure latérale ne perturbe pas non plus le champ optique qui reste localisé essentiellement dans la zone active 36 à flancs droits.
En référence à la fig.3F, on finalise la réalisation de la source laser 30 et ici du modulateur capacitif 40, d’une manière connue de l’homme du métier. On structure ainsi la première sous-couche 21a dopée N, ici par gravure humide localisée sélectivement vis-à-vis de la couche diélectrique 16, de manière à former la première sous-portion 31a dopée N de la source laser 30, ainsi que la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40. Les métallisations de contact 37, 43 sont ensuite réalisées, de manière identique ou similaire à ce qui est décrit précédemment. La sous-portion 31b présente des dimensions dans le plan XY sensiblement égale à celles de la zone active 36.
Ainsi, il apparaît que le procédé de fabrication selon ce mode de réalisation permet de réaliser une source laser 30, et avantageusement un modulateur capacitif 40, qui présentent les dimensions voulues, à partir d’une même vignette. Plus précisément, la zone active 36 est réalisée en une seule étape de gravure sèche, et non pas en deux étapes de gravure sèche puis humide, de sorte qu’elle présente ainsi des flancs sensiblement droits. On évite la présence de la sur-gravure latérale associée à la gravure humide décrite en référence à la fig.2E, et donc on écarte le risque de dégradation de la qualité du confinement du champ optique dans la zone active 36. De plus, on écarte les risques de dégradation de la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40 du fait de l’éventuelle sur-gravure verticale décrite précédemment en référence à la fig.2C. Aussi, par le fait que la source laser 30 et le modulateur capacitif 40 présentent effectivement les dimensions voulues, on préserve leurs performances optiques et/ou électroniques, tout en simplifiant le procédé lors de la structuration de la zone active 36. Par ailleurs, la couche inférieure 21 dopée N (formée ici des sous-couches) peut présenter une épaisseur plus importante que dans l’exemple des fig.2A à 2F, permettant ainsi de réduire sa résistivité.
Les figures 4A à 4F illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une puce photonique 1 selon un deuxième mode de réalisation comportant une source laser 30 et avantageusement un modulateur capacitif 40. Comme indiqué précédemment, chaque figure présente la zone de la source laser 30 dans sa partie gauche, et la zone du modulateur capacitif 40 dans sa partie droite.
Ce procédé de fabrication se distingue de celui décrit précédemment en référence aux fig.3A à 3F essentiellement en ce que, dans l’empilement semiconducteur 20 reporté sur le substrat support 10, la couche inférieure 21 dopée N comporte les deux sous-couches 21a, 21b dopées N sans présence de la sous-couche intercalaire 21c d’arrêt de gravure. La première sous-couche 21a est alors réalisée en un composé III-V différent de celui de la deuxième sous-couche 21b, et sa face supérieure forme la surface d’arrêt de gravure 21as pour une gravure humide sélective décrite plus loin.
En référence à la fig.4A, on reporte une vignette sur le substrat support 10. Le substrat support 10 est ici identique à celui décrit précédemment sur la fig.3A, et n’est pas décrit en détail à nouveau. L’empilement semiconducteur 20 de la vignette est formé ici, suivant la direction +Y:
- la couche inférieure dopée selon un premier type de conductivité, par exemple de l’InP dopé N, celle-ci étant formée de la première sous-couche 21a dopée N, réalisée ici en InGaAsP, dont la face supérieure forme la surface d’arrêt de gravure 21as, et de la deuxième sous-couche 21b dopée N, réalisée ici en InP;
- une couche inférieure de confinement 22;
- une couche active 23 comportant au moins un puits quantique;
- une couche supérieure de confinement 24;
- une couche supérieure 25 dopée selon un deuxième type de conductivité opposé au premier type, ici de l’InP dopé P.
Comme indiqué précédemment, l’empilement semiconducteur 20 peut comporter des couches supplémentaires, par exemple un super-réseau et une couche buffer. Il s’étend de manière continue dans la zone de la source laser 30 et dans la zone du modulateur capacitif 40. Les couches 22, 23, 24, 25 peuvent être similaires ou identiques à celles décrites en référence à la fig.3A.
La couche inférieure 21 dopée N est donc réalisée ici en un empilement d’au moins deux sous-couches 21a, 21b dopées N, sans sous-couche intercalaire 21c spécifique située entre les deux sous-couches 21a, 21b dopées N. La première sous-couche 21a dopée N est ici destinée à former la première sous-portion 31a dopée N de la source laser 30 et la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40. Elle peut présenter une épaisseur par exemple de 110nm environ. Elle est également destinée à former une couche d’arrêt de gravure vis-à-vis d’une gravure humide sélective mise en œuvre pour structurer la deuxième sous-couche 21b dopée N, et est donc réalisée en un matériau différent de celui de la deuxième sous-couche 21b dopée N. Cette dernière est destinée à former une couche de protection qui sera partiellement gravée lors de l’étape de structuration de la zone active 36 par gravure sèche. Elle peut présenter une épaisseur par exemple de 250nm environ.
Les étapes de structuration de la couche supérieure 25 dopée P (fig.4B), de structuration de l’empilement central (fig.4C), et de réalisation du masque de gravure (fig.4D) sont identiques à celles décrites précédemment en référence aux fig.3B, 3C et 3D, et ne sont donc pas détaillées à nouveau ici.
En référence à la fig.4E, on structure la deuxième sous-couche 21b dopée N, ici par gravure humide, de manière à former une deuxième sous-portion 31b dopée N de la source laser 30, et à supprimer ailleurs le reste de la deuxième sous-couche 21b dopée N. Pour cela, on effectue une gravure humide localisée, de manière à graver localement le reste non gravé de la deuxième sous-couche 21b dopée N dans les zones non protégées, sélectivement vis-à-vis de la première sous-couche 21a dopée N. Ainsi, la deuxième sous-couche 21b dopée N est supprimée dans la zone du modulateur capacitif 40. Dans la zone de la source laser 30, une sur-gravure latérale peut avoir lieu conduisant par exemple à ce que la bordure latérale de la partie basse de la deuxième sous-portion 31b dopée N soit située, dans le plan XZ, entre la bordure latérale de la zone active 36 et la bordure latérale du masque de gravure. Cependant, cette sur-gravure latérale ne perturbe pas le champ optique qui reste localisé essentiellement dans la zone active 36 à flancs droits. A la différence de l’étape décrite précédemment en référence à la fig.3D, cette étape de gravure humide rend libre la surface supérieure 21as de la première sous-couche 21a dopée N (et non pas une éventuelle sous-couche intercalaire 21c).
En référence à la fig.4F, on finalise la réalisation de la source laser 30 et ici du modulateur capacitif 40, d’une manière connue de l’homme du métier. On structure ainsi la première sous-couche 21a dopée N, ici par gravure humide localisée, de manière à former la première sous-portion 31a dopée N de la source laser 30, ainsi que la portion supérieure 42 dopée N du modulateur capacitif 40, sélectivement vis-à-vis de la couche diélectrique 16. Les métallisations de contact 37, 43 sont ensuite réalisées, de manière identique ou similaire à ce qui est décrit précédemment.
Ainsi, ce mode de réalisation présente les mêmes avantages que ceux du mode de réalisation décrit précédemment en référence aux fig.3A à 3F, alors que la couche inférieure 21 dopée N ne présente pas de sous-couche intercalaire 21c d’arrêt de gravure.
Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.
Ainsi, dans les exemples des fig.3F et 4F, la surface libre de la première sous-couche 21a dopée N est une surface de contact N destinée à recevoir les métallisations de contact 37. Cependant, ces métallisations de contact 37 peuvent en variante être situées sur et au contact de la surface libre de la deuxième sous-portion 31b dopée N, comme illustré sur la fig.5A dans le cas où la couche inférieure 21 dopée N comporte les trois sous-couches 21a, 21b, 21c (fig.3A à 3F), et comme illustré sur la fig.5B dans le cas où la couche inférieure 21 dopée N comporte les deux sous-couches 21a, 21b sans la sous-couche intercalaire 21c (fig.4A à 4F).
Claims (10)
- Procédé de fabrication d’une puce photonique (1), comportant au moins une source laser (30) disposée sur un substrat support (10) et couplée optiquement à un guide d’onde intégré (13) situé dans le substrat support (10), le procédé comportant les étapes suivantes:
- report d’un empilement semiconducteur (20) sur le substrat support (10), comportant, suivant une direction opposée au substrat support (10):
- une couche inférieure (21) dopée selon un premier type de conductivité;
- un empilement central formé d’une couche inférieure de confinement (22), d’une couche active (23) comportant au moins un puits quantique, et d’une couche supérieure de confinement (24);
- une couche supérieure (25) dopée selon un deuxième type de conductivité opposé au premier type;
- structuration de l’empilement semiconducteur (20), de manière à former la source laser (30);
- caractérisé en ce que la couche inférieure dopée (21) est formée d’un empilement comportant, suivant une direction opposée au substrat support (10):
- une première sous-couche (21a);
- une surface d’arrêt de gravure (21as; 21cs);
- une deuxième sous-couche (21b);
- et en ce que l’étape de structuration comporte:
- une étape de gravure sèche localisée de l’empilement central sur toute son épaisseur, avec arrêt de gravure dans la deuxième sous-couche (21b), formant ainsi une zone active (36) de la source laser (30);
- une étape de gravure humide localisée de la deuxième sous-couche (21b), sélectivement vis-à-vis de la surface d’arrêt de gravure (21as; 21cs), réalisant ainsi une deuxième sous-portion (31b) de la source laser (30).
- report d’un empilement semiconducteur (20) sur le substrat support (10), comportant, suivant une direction opposée au substrat support (10):
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la couche inférieure dopée (21) comporte en outre une sous-couche intercalaire (21c) dont une face au contact de la deuxième sous-couche (21b) définit la surface d’arrêt de gravure (21cs), l’étape de structuration comportant une étape de gravure humide localisée de la sous-couche intercalaire (21c), sélectivement vis-à-vis de la première sous-couche (21a), de manière à réaliser une sous-portion intercalaire (31c) de la source laser (30).
- Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel les première et deuxième sous-couches (21a, 21b) sont réalisées en un même matériau.
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la surface d’arrêt de gravure (21as) est définie par une face de la première sous-couche (21a) au contact de la deuxième sous-couche (21b).
- Procédé de fabrication selon la revendication 4, dans lequel les première et deuxième sous-couches (21a, 21b) sont réalisées en des matériaux distincts.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, à la suite de l’étape de gravure sèche de l’empilement central, la zone active (36) présente une bordure latérale orthogonale à un plan du substrat support (10) suivant toute son épaisseur.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première sous-couche (21a) repose au contact d’une couche diélectrique (16) du substrat support (10), l’étape de structuration comportant une étape de gravure humide localisée de la première sous-couche (21a), sélectivement vis-à-vis de la couche diélectrique (16), de manière à réaliser une première sous-portion (31a) de la source laser (30).
- Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel la puce photonique (1) comporte un modulateur capacitif (40) formé d’une portion inférieure (41) dopée selon le deuxième type de conductivité et intégrée dans le substrat support (10), une portion supérieure (42) dopée selon le premier type de conductivité et recouvrant au moins partiellement la portion inférieure dopée (41), lesquelles sont espacées l’une de l’autre par ladite couche diélectrique (16), la portion supérieure dopée (42) étant réalisée simultanément à la première sous-portion (31a) lors de l’étape de gravure humide localisée de la première sous-couche (21a).
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la source laser (30) est réalisée à base d’un composé semiconducteur III-V.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le substrat support (10) est un substrat SOI.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2002327A FR3107998A1 (fr) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | procede de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser hybride |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2002327A FR3107998A1 (fr) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | procede de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser hybride |
| FR2002327 | 2020-03-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3107998A1 true FR3107998A1 (fr) | 2021-09-10 |
Family
ID=70978143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2002327A Withdrawn FR3107998A1 (fr) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | procede de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser hybride |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3107998A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4148919A1 (fr) | 2021-09-14 | 2023-03-15 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Procede de fabrication d'une diode semiconductrice par gravures seche et humide |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6395573B1 (en) * | 1997-08-20 | 2002-05-28 | Lg Electronics Inc. | Laser diode and method for fabricating the same |
| EP1763117A1 (fr) * | 2005-09-12 | 2007-03-14 | Agilent Technologies, Inc. | Méthode de fabrication reproductible de composants à semi-conducteur à hétérostructure enterrée |
| EP3206079A1 (fr) | 2016-02-12 | 2017-08-16 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Transmetteur photonique |
-
2020
- 2020-03-09 FR FR2002327A patent/FR3107998A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6395573B1 (en) * | 1997-08-20 | 2002-05-28 | Lg Electronics Inc. | Laser diode and method for fabricating the same |
| EP1763117A1 (fr) * | 2005-09-12 | 2007-03-14 | Agilent Technologies, Inc. | Méthode de fabrication reproductible de composants à semi-conducteur à hétérostructure enterrée |
| EP3206079A1 (fr) | 2016-02-12 | 2017-08-16 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Transmetteur photonique |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4148919A1 (fr) | 2021-09-14 | 2023-03-15 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Procede de fabrication d'une diode semiconductrice par gravures seche et humide |
| FR3127072A1 (fr) | 2021-09-14 | 2023-03-17 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procédé de fabrication d’une diode semiconductrice par gravures sèche et humide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3540878B1 (fr) | Dispositif photonique comportant un laser optiquement connecté à un guide d onde silicium et procédé de fabrication d'un tel dispositif photonique | |
| EP3352312B1 (fr) | Dispositif photonique comportant un laser optiquement connecté à un guide d'onde silicium et procédé de fabrication d'un tel dispositif photonique | |
| EP2988378B1 (fr) | Dispositif laser et procédé de fabrication d'un tel dispositif laser | |
| EP2641304B1 (fr) | Laser hétérogène à efficacité élevée et procédé de fabrication du laser | |
| EP0471066B1 (fr) | Procedes de connexion entre une fibre optique et un microguide optique | |
| EP3521879A1 (fr) | Puce photonique à structure de collimation intégrée | |
| EP3716345B1 (fr) | Procédé de fabrication d'une puce photonique comprenant une photodiode sacm-apd couplée optiquement à un guide d'ondes intégré | |
| EP0637764A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une structure de couplage optique intégrante un guide optique clivé à un support de fibre optique | |
| FR3043852A1 (fr) | Dispositif laser et procede de fabrication d’un tel dispositif laser | |
| FR3024910A1 (fr) | Procede de fabrication d'un circuit integre photonique couple optiquement a un laser en un materian iii-v | |
| EP3538937B1 (fr) | Procédé de réalisation collective d'une pluralité de puces optoélectroniques | |
| FR2933502A1 (fr) | Structure de guide d'onde optique micronanostructure pour le controle de la birefringence | |
| FR3107998A1 (fr) | procede de fabrication d’une puce photonique comportant au moins une source laser hybride | |
| WO2021004930A1 (fr) | Assemblage d'un composant semi-conducteur actif et d'un composant optique passif à base de silicium | |
| EP3772145B1 (fr) | Source laser hybride comportant un guide d'onde integre a reseau de bragg intercalaire | |
| EP4148470A1 (fr) | Procede de fabrication d'un systeme optoelectronique en photonique sur silicium comportant un dispositif optique couple a un circuit photonique integre | |
| EP4009456B1 (fr) | Procédé de réalisation d'un miroir de bragg distribué | |
| EP3812811B1 (fr) | Procédé de fabrication d'une puce photonique par report d'une vignette sur un substrat de réception | |
| EP4148919B1 (fr) | Procede de fabrication d'une diode semiconductrice par gravures seche et humide | |
| EP3339924A1 (fr) | Circuit photonique integre optimise | |
| FR3108777A1 (fr) | procede de fabrication d’une structure semiconductrice par report de vignettes sur un substrat support | |
| EP3767376A1 (fr) | Modulateur optique capacitif | |
| EP4254687B1 (fr) | Dispositif optoelectronique comportant une source laser a membrane semiconductrice iii-v formant une jonction p-i-n laterale | |
| EP1233494A1 (fr) | Laser semi conducteur a ruban enterré et procédé de fabrication | |
| EP1314231A1 (fr) | Amplificateur optique en semi-conducteur |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20210910 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20231105 |