WO2003043148A2 - Composant monolithique electro-optique multisections - Google Patents

Composant monolithique electro-optique multisections Download PDF

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WO2003043148A2
WO2003043148A2 PCT/FR2002/003927 FR0203927W WO03043148A2 WO 2003043148 A2 WO2003043148 A2 WO 2003043148A2 FR 0203927 W FR0203927 W FR 0203927W WO 03043148 A2 WO03043148 A2 WO 03043148A2
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active layer
light
section
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Inventor
Franck Mallecot
Christine Chaumont
Joël JACQUET
Arnaud Leroy
Antonina Plais
Joe Harari
Didier Decoster
Original Assignee
Alcatel
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Filing date
Publication date
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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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices

Definitions

  • the present invention relates to a monolithic electro-optical semiconductor component comprising at least three sections each having a waveguide etched in the form of a ribbon and buried in a sheath layer.
  • the invention relates more particularly to any electro-optical component, comprising at least one integrated transmitter and receiver element, capable of operating simultaneously in transmission-reception, without generating annoying interactions between the transmitter and the receiver.
  • FIG. 1 An example of such a component is shown diagrammatically in FIG. 1: it is an online transceiver obtained by monolithic integration of a laser
  • the laser 30 emits a signal to an optical fiber 50 by example, while the detector 20 receives a signal from this same optical fiber.
  • the laser 30 also emits in the direction of the detector 20. However, when the emission wavelength of the laser 30 is located in the absorption spectrum of the detector 20, and the laser 30 is located near the detector 20 , the detector 20 also detects the light coming from the laser 30.
  • the emission wavelength is close to 1.3 ⁇ m while the reception wavelength is close to 1.55 ⁇ m.
  • the laser can then cause optical disturbances on the detector. Indeed, the laser also emits, in the direction of the detector, light at about 1.3 ⁇ m which dazzles the latter.
  • the component has a third section, disposed between the laser 30 and the detector 20, forming an optical insulator 40. This optical insulator allows the light emitted to be absorbed at about 1.3 ⁇ m in the direction of the detector. , so that the latter can detect the optical signal at approximately 1.55 ⁇ m from the optical fiber without being disturbed by the laser.
  • the substrate 10 or lower layer may for example be n-doped InP.
  • the waveguides 21 of the detector 20 and 31 of the laser 30 and of the optical insulator 40 are etched in the form of ribbons and buried in an upper sheath layer 11 highly doped.
  • the sheath material 11 is p + doped when the substrate is n doped or vice versa.
  • Metal electrodes 23, 33, 43 and 13 are formed on the different sections and on the underside of the component so as to allow its operation.
  • the dimensions of this component are very small: the length of the laser 30 is typically of the order of 300 ⁇ m, that of the optical absorbent 40 typically of 300 ⁇ m and that of the detector 20 typically of 100 ⁇ m.
  • the spontaneous light emitted by the laser 30 and not guided by the waveguide 31 is emitted throughout the volume of the component.
  • part of the stimulated light is diffracted in the component due to the presence of optical discontinuities in the waveguide 31.
  • All these parasitic light waves emitted at about 1.3 ⁇ m by the laser 30, in all directions disturb and dazzle the detector 20 which can no longer correctly detect the wavelength at around 1.55 ⁇ m. These disturbances are simply represented by the arrow P.O
  • the transceiver described in the above-mentioned patent application comprises, according to a particular embodiment, an absorbent layer 70n preferably n-doped, placed in the lower n-doped layer 10 of the component and an absorbent layer 70p preferably p-doped, placed in the upper p-doped layer 11 of the component.
  • the stray light whose path 71 is schematically represented is absorbed as it propagates, so that it becomes very weak before reaching the detector 20.
  • this unguided stray light is not sufficiently eliminated, in particular in the case where the power of the laser increases.
  • Curve A represents a reference in reception when the laser is switched off, that is to say in the case for example of the component installed at the subscriber, when the subscriber receives but emits nothing
  • curve B represents a reference in reception when the laser is continuously switched on, that is to say in the case of the previous example, when the subscriber receives but does not send information
  • curves C and D represent the simultaneous modulation of the laser and the detector, that is to say in the case of the preceding example, when the subscriber receives and sends information
  • in the case of curve C the laser emits with a power of 1 mW
  • curve D the laser emits with a power of 2 mW, the general tendency being to increase the emission power of the laser .
  • the object of the invention therefore consists in producing an inexpensive electro-optical monolithic component comprising a detector and an element capable of disturbing the detector, such as a laser, the emission wavelength of the laser being located in the absorption spectrum of the detector, in which the 3 dB disturbance of the detector (according to the example in Figure 2), which occurs during their simultaneous modulation, is considerably reduced.
  • the subject of the invention is a monolithic electro-optical semiconductor component successively comprising a first section capable of emitting light at a first wavelength and comprising a first active layer, a second section capable of absorbing light at said first wavelength and comprising a second active layer, and a third section capable of detecting light at a second wavelength and comprising a third active layer, mainly characterized in that the second active layer is designed to ensuring in said second section an absorption greater than that which an active layer identical to said first layer would allow, and in that the first active layer of the first section extends partially in said second section According to an embodiment of the invention , said second active layer is a solid layer, preferably made of material quaternary.
  • the second active layer is a quantum well layer.
  • the component advantageously comprises, under one face of the second active layer called the lower face, at least one layer called the "anti-reflection" layer capable of reducing the reflection of light on said lower face and / or on one face of the second active layer called the upper face, at least one so-called “anti-reflection” layer capable of reducing the reflection of light on said upper face.
  • the second active layer extends in the third section and said third section further comprises a fourth absorbent active layer placed above said layer which extends in the third section, and able to detect the light propagated by the second active layer.
  • the fourth absorbent active layer is preferably made of ternary material.
  • the component comprises a first so-called absorbent layer placed in said lower layer and suitable for absorb all or part of the light and possibly, on the upper face of the first absorbent layer, at least one layer capable of reducing the reflection of light on said first absorbent layer.
  • the component may, symmetrically, comprise a second so-called absorbent layer placed in said upper layer and capable of absorbing all or part of the light and optionally, on the underside of the second absorbent layer, at least one layer capable of reducing reflection. of light on said second absorbent layer.
  • the component can constitute an online transceiver whose emission wavelength is less than the reception wavelength.
  • FIG. 1 already described, represents a diagram in longitudinal section of a conventional online transceiver component
  • FIG. 2 already described, represents curves making it possible to highlight the operating penalties during a modulation of the transmitter simultaneous to a reception modulated by the receiver of the component of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows schematically an embodiment of a transceiver according to the invention
  • Figures 4a) and 4b) respectively represent a diagram of another embodiment of the absorbing section of a transceiver according the invention and the corresponding curves which demonstrate the absorption of guided and unguided light emitted at approximately 1.3 ⁇ m
  • - Figure 5 shows schematically an embodiment of the invention in the case of an absorbent with double vertical structure and an evanescent wave detector.
  • Figure 3 shows schematically an embodiment of a component according to the invention. It schematizes more especially an online transceiver.
  • the invention is not limited only to online transceivers, it applies to any integrated opto-electronic component for which there is optical crosstalk, that is to say to any component comprising a detector and an element capable of disturb the detector; this is the case of a laser transmitter when the emission wavelength of the laser is located in the absorption spectrum of the detector.
  • the same references are used to designate the same elements as in the conventional transceiver shown diagrammatically in FIG. 1.
  • the laser 30 transmits at a wavelength less than the reception wavelength of the detector 20
  • the emission wavelength is for example close to 1.3 ⁇ m while the reception wavelength is close to 1.55 ⁇ m.
  • the second section 40 of the component according to the invention in this case the section capable of absorbing this light, comprises an active layer 41 allowing strong optical confinement in the latter, that is to say ensuring greater confinement and therefore greater absorption than if a layer identical to layer 31 were used, so as to increase the overlap between the non-guided light and this second active layer in which the guided light propagates.
  • the intensity of the guided light emitted at around 1.3 ⁇ m is much greater at the output of the laser than that of the unguided light.
  • the active layer 31 of the laser extends in the second section 40, as for the component of FIG. 1, the guided light emitted at approximately 1.3 ⁇ m is rapidly absorbed on the first 50 ⁇ m.
  • the absorbent 40 of the component schematically represented in FIG. 4a comprises two vertical structures.
  • the first 40a as an extension of the structure of the laser, is such that the structure of the active layer 31 of the laser partially extends in section 40;
  • the second 40b as an extension of the previous one, is the one which reinforces the optical confinement of the unguided light in the active layer, as described above.
  • the reference 41 then designates the active layer of the second structure 40b.
  • the first and second active layers of an online transceiver as described above are typically quantum well layers.
  • the active layer of the laser 30 there are 6 quantum wells of about 8 n each, separated by 10 nm barriers; similarly for the second active layer of the absorbent which, for reasons of simplicity and manufacturing cost, is generally obtained at the end of the same epitaxy step as the first active layer and the structure is then identical to this one.
  • An active layer with a thickness of approximately 0.1 ⁇ m is thus obtained.
  • the strong optical confinement in the second layer can be obtained by choosing as second active layer 41, a massive active layer to replace the quantum well layer.
  • This massive layer is for example made of quaternary material having a photoluminescence wavelength close to 1.4 ⁇ m. This wavelength being greater than that of 1.3 ⁇ m of the laser, the light emitted by the laser is absorbed, while this massive layer is transparent for the wavelength close to 1.55 ⁇ m which is desired. detect, because it is greater than 1.4 ⁇ m.
  • the optical confinement in the second active layer 41 by increasing its thickness, whether the layer is with quantum wells or massive.
  • the layer is with quantum wells, the number of quantum wells is increased, for example.
  • the thickness can be increased up to approximately 0.5 ⁇ m.
  • the structure of the absorbent 40 can be improved.
  • These "anti-reflection" layers 42a and 42b are placed on the faces of the active layer 41 of the second structure 40b.
  • the following values are obtained for the refractive indices, calculated at the wavelength of 1.55 ⁇ m by the Broberg method: for the layer 11 which may be InP, a value of 3.1693, for layer 41 which can be made of quaternary material having a photoluminescence wavelength of 1.4 ⁇ m, a value of 3.4373 and for the "anti-reflection" layer which can be made of quaternary material having a wavelength of photoluminescence of 1.17 ⁇ m, an intermediate value of 3.3317.
  • the curve of Figure 4b) highlights the absorption of guided and unguided light, emitted at about 1.3 ⁇ m as it propagates along the absorbent 40 whose vertical structure is schematically represented Figure 4a). Over the length corresponding to the first structure 40a, there is a first portion of the curve from 0 to approximately 50 ⁇ m corresponding mainly to the absorption of guided light, and a second portion of the curve from approximately 50 ⁇ m to approximately 100 ⁇ m mainly corresponding to moderate absorption of unguided light.
  • the unguided light is absorbed between approximately 100 ⁇ m to approximately 200 ⁇ m, until no longer significantly disturb the detector 20.
  • the active layers 41 and 21 of the absorbent and of the detector are placed end to end and the active layer 21 detects light by direct coupling.
  • the active layer 41 of the second structure 40b of the absorbent extends in section 20 of the detector for manufacturing reasons.
  • the section 20 of the detector comprises a fourth active layer 22 comprising absorbent ternary layers, deposited on this active layer 41 which extends into the detector, so that the light guided at approximately 1.55 ⁇ m which propagates the along the active layer 41 of the absorbent, is coupled evanescently with the layer 22 to be detected: an evanescent wave detector is then obtained.
  • an absorbent layer 7On is placed in the bottom layer 10 and / or an absorbent layer over the length of the component, as shown in FIG. 3. 70p in said upper layer 11, these layers being able to absorb all or part of said non-guided light.
  • one or more layers 72p can be added to the lower face of the layer 70p capable of reducing the reflection of the unguided light on this upper face.
  • These layers 70n and 72n are for example doped with carriers n and the layers 70p and 72p, with carriers p, that is to say like the corresponding lower layers 10 and 11.

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Abstract

L'invention à pour objet un composant monolithique électro-optique en semi-conducteur comprenant successivement une première section (30) apte à émettre de la lumière à une première longueur d'onde et comportant une première couche active (31), une deuxième section (40) apte à absorber de la lumière à ladite première longueur d'onde et comportant une deuxième couche active (41), et une troisième section (20) apte à détecter de la lumière à une deuxième longueur d'onde et comportant une troisième couche active (21). Il est caractérisé en ce que la deuxième couche active (41) est conçue pour assurer dans ladite deuxième section (40) une absorption supérieure à celle que permettrait une couche active identique à ladite première couche (31).

Description

COMPOSANT MONOLITHIQUE ELECTRO-OPTIQUE MULTISECTIONS
La présente invention se rapporte à un composant monolithique électro-optique en semi-conducteur comprenant au moins trois sections ayant chacune un guide d'onde gravé sous la forme d'un ruban et enterré dans une couche de gaine.
L'invention se rapporte plus particulièrement à tout composant électro-optique, comprenant au moins un élément émetteur et un élément récepteur intégrés, pouvant fonctionner simultanément en émission- réception, sans générer d'interactions gênantes entre l'émetteur et le récepteur.
De plus, on souhaite fabriquer ce type de composant à grande échelle afin de réduire au maximum son prix de revient . En outre certains de ces composants, du type émetteur-récepteur en ligne, sont destinés à être installés dans les réseaux de distribution à fibres optiques, notamment chez les abonnés et doivent alors pouvoir fonctionner entre environ 0 et 70 °C sans aucune régulation en température.
Un composant répondant à ces critères est présenté dans la demande de brevet EP 0 992 825.
Un exemple d'un tel composant est schématiquement représenté figure 1 : il s'agit d'un émetteur-récepteur en ligne obtenu par intégration monolithique d'un laser
30 et d'un détecteur 20 sur un même substrat 10. Le laser 30 émet un signal vers une fibre optique 50 par exemple, tandis que le détecteur 20 reçoit un signal en provenance de cette même fibre optique.
Mais le laser 30 émet aussi en direction du détecteur 20. Or, lorsque la longueur d'onde d'émission du laser 30 est située dans le spectre d'absorption du détecteur 20, et que le laser 30 est situé à proximité du détecteur 20, le détecteur 20 détecte aussi la lumière provenant du laser 30.
Dans le cas où par exemple le composant est installé chez l'abonné, la longueur d'onde d'émission est voisine de 1,3 μm tandis que la longueur d'onde de réception est voisine de 1,55 μm. Le laser peut alors amener des perturbations optiques sur le détecteur. En effet, le laser émet aussi, en direction du détecteur, de la lumière à environ 1,3 μm qui vient éblouir ce dernier. Pour éviter cet éblouissement du détecteur, le composant comporte une troisième section, disposée entre le laser 30 et le détecteur 20, formant un isolant optique 40. Cet isolant optique permet d'absorber la lumière émise à environ 1,3 μm en direction du détecteur, de manière à ce que ce dernier puisse détecter le signal optique à environ 1,55 μm en provenance de la fibre optique sans être perturbé par le laser. Le substrat 10 ou couche inférieure peut par exemple être de l'InP dopé n. Les guides d'onde 21 du détecteur 20 et 31 du laser 30 et de l'isolant optique 40 sont gravés sous forme de rubans et enterrés dans une couche de gaine supérieure 11 fortement dopée. Le matériau de gaine 11 est dopé p+ lorsque le substrat est dopé n ou l'inverse. Des électrodes métalliques 23, 33, 43 et 13 sont formées sur les différentes sections et sur le dessous du composant de manière à permettre son fonctionnement. Les dimensions de ce composant sont très petites : la longueur du laser 30 est typiquement de l'ordre de 300 μm, celle de l'absorbant optique 40 typiquement de 300 μm et celle du détecteur 20 typiquement de 100 μm.
Plus précisément, la lumière spontanée émise par le laser 30 et non guidée par le guide d'onde 31 est émise dans tout le volume du composant. De plus, une partie de la lumière stimulée est diffractée dans le composant du fait de la présence de discontinuités optiques dans le guide d'onde 31. Toutes ces ondes lumineuses parasites émises à environ l,3μm par le laser 30, dans toutes les directions, viennent perturber et éblouir le détecteur 20 qui ne peut plus détecter correctement la longueur d'onde à environ 1,55 μm. Ces perturbations sont schématisées simplement par la flèche P.O
(Perturbations Optiques) sur la figure 1. Afin d'éliminer cette lumière parasite non guidée émise à environ 1,3 μm, l'émetteur-récepteur décrit dans la demande de brevet précitée comprend selon un mode particulier de réalisation, une couche absorbante 70n de préférence dopée n, placée dans la couche inférieure 10 dopée n du composant et une couche absorbante 70p de préférence dopée p, placée dans la couche supérieure 11 dopée p du composant.
Ainsi, la lumière parasite dont le trajet 71 est schématiquement représenté, est absorbée au fur et à mesure de sa propagation, de telle sorte qu'elle devient très faible avant d'atteindre le détecteur 20. Cependant, cette lumière parasite non guidée n'est pas suffisamment éliminée, notamment dans le cas où la puissance du laser augmente.
Les courbes de la figure 2 mettent en évidence les pénalités constatées sur la sensibilité du détecteur, en dB, pour différents indices de fonctionnement. La courbe A représente une référence en réception lorsque le laser est éteint, c'est-à-dire dans le cas par exemple du composant installé chez l'abonné, lorsque l'abonné reçoit mais n'émet rien ; la courbe B représente une référence en réception lorsque le laser est allumé en continu, c'est-à-dire dans le cas de l'exemple précédent, lorsque l'abonné reçoit mais n'envoie pas d'informations ; les courbes C et D représentent la modulation simultanée du laser et du détecteur, c'est-à-dire dans le cas de l'exemple précédent, lorsque l'abonné reçoit et envoie de l'information ; dans le cas de la courbe C, le laser émet avec une puissance d'1 mW, dans celui de la courbe D, le laser émet avec une puissance de 2 mW, la tendance générale étant d'augmenter la puissance d'émission du laser. On constate ainsi une pénalité de 3 dB entre la courbe B et la courbe D, lorsque simultanément l'on module le laser et que le détecteur reçoit un signal modulé.
Le but de l'invention en objet consiste donc à réaliser un composant monolithique électro-optique peu coûteux comportant un détecteur et un élément susceptible de perturber le détecteur, tel qu'un laser, la longueur d'onde d'émission du laser étant située dans le spectre d'absorption du détecteur, dans lequel la perturbation de 3 dB du détecteur (selon l'exemple de la figure 2), qui se produit lors de leur modulation simultanée, est considérablement réduite.
L'invention a pour objet un composant monolithique électro-optique en semi-conducteur comprenant successivement une première section apte à émettre de la lumière à une première longueur d'onde et comportant une première couche active, une deuxième section apte à absorber de la lumière à ladite première longueur d'onde et comportant une deuxième couche active, et une troisième section apte à détecter de la lumière à une deuxième longueur d'onde et comportant une troisième couche active, principalement caractérisée en ce que la deuxième couche active est conçue pour assurer dans ladite deuxième section une absorption supérieure à celle que permettrait une couche active identique à ladite première couche, et en ce que la première couche active de la première section s'étend partiellement dans ladite deuxième section Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite deuxième couche active est une couche massive, réalisée de préférence en matériau quaternaire.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la deuxième couche active est une couche à puits quantiques.
Le composant comprend avantageusement sous une face de la deuxième couche active dite face inférieure, au moins une couche dite "anti-reflet" apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite face inférieure et/ou sur une face de la deuxième couche active dite face supérieure, au moins une couche dite "anti-reflet" apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite face supérieure . Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la deuxième couche active s'étend dans la troisième section et ladite troisième section comporte en outre une quatrième couche active absorbante placée au-dessus de ladite couche qui s'étend dans la troisième section, et apte à détecter la lumière propagée par la deuxième couche active.
La quatrième couche active absorbante est de préférence réalisée en matériau ternaire.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les première, deuxième et troisième couches actives étant confinées entre une couche de gaine supérieure et une couche de gaine inférieure, le composant comprend une première couche dite absorbante placée dans ladite couche inférieure et apte à absorber tout ou partie de la lumière et éventuellement, sur la face supérieure de la première couche absorbante, au moins une couche apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite première couche absorbante.
Le composant peut de manière symétrique, comprendre une deuxième couche dite absorbante placée dans ladite couche supérieure et apte à absorber tout ou partie de la lumière et éventuellement, sur la face inférieure de la deuxième couche absorbante, au moins une couche apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite deuxième couche absorbante. Le composant peut constituer un émetteur-récepteur en ligne dont la longueur d'onde d'émission est inférieure à la longueur d'onde de réception.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description faite à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 déjà décrite, représente un schéma en coupe longitudinale d'un composant émetteur-récepteur en ligne classique,
- la figure 2 déjà décrite, représente des courbes permettant de mettre en évidence les pénalités de fonctionnement lors d'une modulation de l'émetteur simultanée à une réception modulée par le récepteur du composant de la figure 1,
- la figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d'un émetteur-récepteur selon l'invention, les figures 4a) et 4b) représentent respectivement un schéma d'un autre mode de réalisation de la section absorbant d'un émetteur-récepteur selon l'invention et les courbes correspondantes qui mettent en évidence l'absorption de la lumière guidée et non guidée émise à environ 1,3 μm. - la figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un absorbant à double structure verticale et d'un détecteur à ondes évanescentes .
La figure 3 schématise un mode de réalisation d'un composant selon l'invention. Il schématise plus particulièrement un émetteur-récepteur en ligne. Mais l'invention ne se limite pas seulement aux émetteurs- récepteurs en ligne, elle s'applique à tout composant opto-électronique intégré pour lequel il existe une diaphonie optique, c'est à dire à tout composant comprenant un détecteur et un élément susceptible de perturber le détecteur ; c'est le cas d'un émetteur laser lorsque la longueur d'onde d'émission du laser est située dans le spectre d'absorption du détecteur. Dans cet exemple, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments que dans l'émetteur-récepteur classique schématisé sur la figure 1. Le laser 30 émet à une longueur d'onde inférieure à la longueur d'onde de réception du détecteur 20. La longueur d'onde d'émission est par exemple voisine de 1,3 μm alors que la longueur d'onde de réception est voisine de 1,55 μm.
Afin d'éliminer la lumière parasite non guidée émise à environ 1,3 μm, la deuxième section 40 du composant selon l'invention, en 1 ' occurence la section apte à absorber cette lumière, comprend une couche active 41 permettant un fort confinement optique dans celle-ci c'est-à-dire assurant un plus fort confinement donc une plus forte absorption que si on utilisait une couche identique à la couche 31, de façon à augmenter le recouvrement entre la lumière non guidée et cette deuxième couche active dans laquelle la lumière guidée se propage.
Un perfectionnement complémentaire peut encore être apporté au composant, plus spécifiquement à la section 40 de l'absorbant. En effet, l'intensité de la lumière guidée émise à environ 1,3 μm est beaucoup plus importante en sortie du laser que celle de la lumière non guidée. Or, lorsque la couche active 31 du laser s'étend dans la deuxième section 40, comme pour le composant de la figure 1, la lumière guidée émise à environ 1,3 μm est rapidement absorbée sur les premiers 50 μm. Alors, il est intéressant de n'introduire la couche 41 telle que décrite précédemment et qui vise surtout à absorber la lumière non guidée, que lorsque la lumière guidée a déjà été majoritairement absorbée.
C'est pourquoi, l'absorbant 40 du composant schématiquement représenté figure 4a) , comprend deux structures verticales. La première 40a, en prolongement de la structure du laser, est telle que la structure de la couche active 31 du laser s'étend partiellement dans la section 40 ; la seconde 40b, en prolongement de la précédente, est celle qui renforce le confinement optique de la lumière non guidée dans la couche active, telle que décrite précédemment. La référence 41 désigne alors la couche active de la deuxième structure 40b.
Les première et deuxième couches actives d'un émetteur-récepteur en ligne tel que décrit précédemment sont typiquement des couches à puits quantiques. On compte par exemple pour la couche active du laser 30, 6 puits quantiques d'environ 8 n chacun, séparées par des barrières de 10 nm ; de même pour la deuxième couche active de l'absorbant qui, pour des raisons de simplicité et de coût de fabrication, est généralement obtenue au terme de la même étape d'épitaxie que la première couche active et dont la structure est alors identique à celle-ci. On obtient ainsi une couche active d'une épaisseur d'environ 0,1 μm.
Le fort confinement optique dans la deuxième couche peut être obtenu en choisissant comme deuxième couche active 41, une couche active massive en remplacement de la couche à puits quantiques.
Cette couche massive est par exemple réalisée en matériau quaternaire ayant une longueur d'onde de photoluminescence voisine de 1,4 μm. Cette longueur d'onde étant supérieure à celle de 1,3 μm du laser, la lumière émise par le laser est absorbée, alors que cette couche massive est transparente pour la longueur d'onde voisine de 1,55 μm que l'on souhaite détecter, car elle est supérieure à 1,4 μm.
On peut aussi augmenter le confinement optique dans la deuxième couche active 41 en augmentant son épaisseur, que la couche soit à puits quantiques ou massive. Lorsque la couche est à puits quantiques, on augmente par exemple le nombre de puits quantiques, L'épaisseur peut être augmentée jusqu'à environ 0,5 μm.
La structure de l'absorbant 40 peut être perfectionnée .
En effet, on a généralement un fort contraste entre les indices de réfraction des différents matériaux constitutifs du composant et notamment ceux de l'absorbant 40. Ce fort contraste augmente en particulier la réflexion des rayons lumineux (ou des modes non guidés) provenant par exemple de la couche 11 qui peut être de l'InP, et arrivant vers la deuxième couche active 41 dont l'indice est supérieur à celui de l'InP. Alors, pour augmenter encore l'absorption du mode non guidé dans la couche guidante c'est-à-dire la deuxième couche active 41, on ajoute sur les faces inférieure et/ou supérieure de cette couche, une couche 42a et une couche 42b "anti-reflet", c'est-à-dire une couche d'indice intermédiaire entre celui de l'absorbant et celui de l'InP. Ces couches 42a et 42b "anti-reflet" sont placées sur les faces de la couche active 41 de la deuxième structure 40b. On a par exemple pour les indices de réfraction les valeurs suivantes, calculées à la longueur d'onde de 1,55 μm par la méthode de Broberg : pour la couche 11 qui peut être de l'InP, une valeur de 3,1693, pour la couche 41 qui peut être en matériau quaternaire ayant une longueur d'onde de photoluminescence de 1,4 μm, une valeur de 3,4373 et pour la couche "antireflet" qui peut être en matériau quaternaire ayant une longueur d'onde de photoluminescence de 1,17 μm, une valeur intermédiaire de 3,3317. La courbe de la figure 4b) met en évidence l'absorption de la lumière guidée et non guidée, émise à environ 1,3 μm au fur et à mesure de sa propagation le long de l'absorbant 40 dont la structure verticale est schématiquement représentée figure 4a) . Sur la longueur correspondant à la première structure 40a, on distingue une première portion de courbe de 0 à environ 50 μm correspondant principalement à l'absorption de la lumière guidée, et une deuxième portion de courbe d'environ 50 μm à environ 100 μm correspondant principalement à une absorption modérée de la lumière non guidée.
Sur la distance correspondant à la deuxième structure 40b, la lumière non guidée est absorbée entre environ 100 μm à environ 200 μm, jusqu'à ne plus perturber de façon significative le détecteur 20.
On peut alors diminuer la longueur de l'absorbant 40 de 300 μm à environ 220 μm, diminuer d'autant celle du composant et réduire ainsi le coût de revient du composant.
En général, les couches actives 41 et 21 de l'absorbant et du détecteur sont placées bout à bout et la couche active 21 détecte la lumière par couplage direct . Mais dans le cas représenté figure 5 où l'absorbant 40 comporte une double structure verticale, la couche active 41 de la deuxième structure 40b de l'absorbant s'étend dans la section 20 du détecteur pour des raisons de fabrication. C'est pourquoi, la section 20 du détecteur comprend une quatrième couche active 22 comportant des couches ternaires absorbantes, déposée sur cette couche active 41 qui se prolonge dans le détecteur, afin que la lumière guidée à environ 1,55 μm qui se propage le long de la couche active 41 de l'absorbant, soit couplée de manière évanescente avec la couche 22 pour être détectée : on obtient alors un détecteur à ondes évanescentes .
Selon un mode de réalisation particulier du composant, on place sur la longueur du composant, comme représenté figure 3, une couche absorbante 7On dans ladite couche inférieure 10 et/ou une couche absorbante 70p dans ladite couche supérieure 11, ces couches étant aptes à absorber tout ou partie de ladite lumière non guidée.
On peut avantageusement ajouter sur la face supérieure de la couche 70n, une ou plusieurs couches 72n apte (s) à diminuer la réflexion de la lumière non guidée sur cette face supérieure. De même, on peut ajouter sur la face inférieure de la couche 70p, une ou plusieurs couches 72p apte (s) à diminuer la réflexion de la lumière non guidée sur cette face supérieure.
Ces couches 70n et 72n sont par exemple dopées en porteurs n et les couches 70p et 72p, en porteurs p, c'est-à-dire comme les couches inférieure 10 et supérieure 11 correspondantes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant monolithique électro-optique en semiconducteur comprenant successivement une première section (30) apte à émettre de la lumière à une première longueur d'onde et comportant une première couche active (31), une deuxième section (40) apte à absorber de la lumière à ladite première longueur d'onde et comportant une deuxième couche active (41), et une troisième section (20) apte à détecter de la lumière à une deuxième longueur d'onde et comportant une troisième couche active (21) , caractérisé en ce que la deuxième couche active (41) est conçue pour assurer dans ladite deuxième section (40) une absorption supérieure à celle que permettrait une couche active identique à ladite première couche (31), et en ce que ladite première couche active (31) de la première section (30), s'étend partiellement dans ladite deuxième section (40) .
2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième couche active (41) est une couche massive.
3. Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche massive est réalisée en matériau quaternaire.
4. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième couche active (41) est une couche à puits quantiques.
5. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend sous une face de la deuxième couche active (41) dite face inférieure, au moins une couche (42a) dite "anti-reflet" apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite face inférieure.
6. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend sur une face de la deuxième couche active (41) dite face supérieure, au moins une couche (42b) dite "anti-reflet" apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite face supérieure.
7. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche active (41) s'étend dans la troisième section (20) et en ce que ladite troisième section (20) comporte en outre une quatrième couche active absorbante (22) placée au-dessus de ladite couche active qui s'étend dans la troisième section (20), et apte à détecter la lumière propagée par la deuxième couche active (41).
8. Composant selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite quatrième couche active absorbante
(22) est réalisée en matériau ternaire.
9. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel les première, deuxième et troisième couches actives (31, 41 et 21) sont confinées entre une couche de gaine (11) supérieure et une couche de gaine inférieure (10), caractérisé en ce qu'il comprend une première couche (70n) dite absorbante placée dans ladite couche inférieure (10) et apte à absorber tout ou partie de la lumière.
10. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend sur la face supérieure de la première couche absorbante (70n) , au moins une couche (72n) apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite première couche absorbante (7 On) .
11. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel les première, deuxième et troisième couches actives (31, 41 et 21) sont confinées entre une couche de gaine (11) supérieure et une couche de gaine inférieure (10), caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième couche (70p) dite absorbante placée dans ladite couche supérieure (11) et apte à absorber tout ou partie de la lumière .
12. Composant selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend sur la face inférieure de la deuxième couche absorbante (70p) , au moins une couche (72p) apte à diminuer la réflexion de lumière sur ladite deuxième couche absorbante (70p) .
13. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un émetteur-récepteur en ligne dont la longueur d'onde d'émission est inférieure à la longueur d'onde de réception.
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