WO2004079419A1 - Coupleur optique pour circuits integres a guide d'onde optique - Google Patents

Coupleur optique pour circuits integres a guide d'onde optique Download PDF

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WO2004079419A1
WO2004079419A1 PCT/FR2004/050086 FR2004050086W WO2004079419A1 WO 2004079419 A1 WO2004079419 A1 WO 2004079419A1 FR 2004050086 W FR2004050086 W FR 2004050086W WO 2004079419 A1 WO2004079419 A1 WO 2004079419A1
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silicon
integrated circuit
layer
coupler
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PCT/FR2004/050086
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Régis Orobtchouk
Taha Benyattou
Alain Koster
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Centre National De La Recherche Scientifique
Universite De Paris Sud
Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon
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Definitions

  • the present invention relates to the field of integrated circuits. It relates more particularly to the propagation of a light beam in a semiconductor structure and a coupler for introducing light into this semiconductor structure.
  • semiconductors are transparent for certain optical wavelengths.
  • silicon is transparent, that is to say practically does not absorb light, for light beams in the near infrared at wavelengths between substantially 1.3 and 1.55 ⁇ m.
  • a light beam to act on various components of the integrated circuit. Indeed, if for example a distribution to a clock signal is done in an integrated circuit by metallic conductors, these will inevitably have capacitive, inductive and resistive characteristics. At high frequencies, increasingly used in integrated circuits, this causes uneven propagation delays if the lengths of the paths between the origin of the clock and the points where it is distributed are unequal. On the other hand, in the case of an optical distribution, the propagation delays will be negligible and it can be considered that the various clock signals arrive simultaneously.
  • the present invention will be described in the more specific case where the semiconductor of the integrated circuit is silicon, but it will be understood that it applies to other types of semiconductor provided that the conditions are adapted taking account of the indices and transparency ranges of these other semiconductors.
  • integrated circuit in silicon is used to designate integrated circuits capable of comprising germanium or silicon-germanium zones.
  • FIG. 1 represents a portion of a solid silicon wafer into which it is wished to introduce a light beam L. It is clear that this poses many problems, in particular for guiding the light beam inside the silicon.
  • FIG. 2 represents an integrated circuit of SOI type, comprising, on a silicon wafer 1, a thin layer of silicon oxide 2 and a thin layer of monocrystalline silicon 3 in which various electronic components can be formed.
  • thin layers 2 and 3 have thicknesses of the order of only a few tenths of ⁇ m in modern integrated circuits. If one wants to inject a light beam L into the thin layer of silicon, there is an important coupling problem since a light beam, for example a laser beam, can be concentrated only, at best, in a light spot d a diameter of the order of 0.8 times its wavelength, that is to say of the order of 1 ⁇ m in the case of an incident beam with a wavelength of 1, 3 ⁇ m.
  • This minimum diameter of the beam is clearly greater than the thickness of the thin layer of silicon.
  • the coef- The coupling factor is therefore extremely low and does not exceed a value of around one percent. It would therefore be necessary to provide a thin layer of silicon oxide significantly thicker than what is usual and this would make it impossible to manufacture the electronic components.
  • an object of the present invention is to provide an integrated circuit of the SOI type comprising a waveguide part in the thin layer of silicon.
  • a more particular object of the present invention is to provide a coupler for introducing light energy into the thin layer of silicon.
  • the present invention provides an integrated circuit comprising a semiconductor layer formed with an insulating interface above a substrate, comprising an optical waveguide consisting of a strip of the semiconductor layer, comprising a lateral coupler for introducing light, said coupler comprising a strip of insulating material having a thickness greater than the diameter of an incident laser beam, covering the semiconductor strip, a network structure being formed in the semiconductor strip orthogonally to the direction of light propagation, at the interface with the strip of insulating material.
  • the semiconductor is monocrystalline silicon
  • the underlying insulating layer of silicon oxide the substrate of silicon
  • the insulating material is also silicon oxide.
  • the silicon layer has an extra thickness to have a total thickness of the order of 0.3 ⁇ m and the silicon oxide layer greater has a thick- total sor of approximately 1 ⁇ m and an allowance of approximately 1 ⁇ m above the silicon strip, the silicon strip having a width of the order of 3 ⁇ m and the allowance of the silicon oxide strip being greater having a width of 2.4 ⁇ m.
  • the network consists of parallel grooves transverse to the direction of the strip.
  • the silicon strip serving as a waveguide has a width of only a few tenths of ⁇ m and is connected to the wider part of the coupler area by an adiabatic transition.
  • FIG. 1 represents a view in schematic section of a silicon wafer
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of an SOI type structure
  • FIGS. 3A to 3D represent the structure of an embodiment of an optical coupler according to the present invention, and more particularly: - FIG. 3A represents a schematic sectional view in the plane of the incident light;
  • FIG. 3B shows a schematic sectional view in a plane orthogonal to the incident light
  • FIG. 3C shows a top view of a coupler according to the present invention
  • FIG. 3D shows a sectional view along the plane DD of Figure 3C
  • FIG. 4 represents a top view of an embodiment of an optical coupler according to the present invention
  • FIG. 5 represents a top view of an integrated circuit comprising an optical waveguide and a coupler according to the present invention
  • Figure 6 is a schematic view of an optical divider
  • FIGS. 7A and 7B are a sectional view and a top view of an example of an optoelectronic sensor.
  • the present invention proposes to use for the introduction of the optical beam couplers of the anti-resonant reflecting optical waveguide type, commonly designated in the art by the name ARROW guide, from the English AntiResonant Reflecting Optical Waveguides.
  • a thicker silicon oxide layer 4 is deposited above the thin silicon layer 3 of an SOI type structure comprising a silicon substrate 1 , a thin layer of silicon oxide 2 and a thin layer of silicon 3.
  • the layer 4 rests at least on the parts of the thin layer of silicon which must serve as a waveguide.
  • the silicon layer is surrounded by two lower index layers.
  • the structure has in section, perpendicular to the incident beam L, the structure illustrated in FIG. 3B.
  • the thin layer of silicon 3 has an extra thickness strip 5 at the locations where it is desired to guide the light and the upper oxide layer 4 has an extra thickness 6 at the locations where it is desired to guide the light. It will be noted, as shown in the right part of FIG. 3B, that the thin layer of silicon 3 can be interrupted beyond the strip 5 serving as a waveguide. It is the same for the oxide layer 4 beyond either side of the extra thickness region 6.
  • the silicon oxide strip 6 has a sufficient thickness, so that a light beam can be introduced therein without difficulty, for example a laser beam coming from the end d 'an optical fiber (not shown) attached to the edge 10.
  • a network 11 consisting of grooves whose pitch is chosen as a function of the wavelength of the incident light and of the material indices is formed in the silicon strip 5 of as illustrated in top view in Figure 3C and in sectional view in Figure 3D. It can be shown that, if the thickness of the silicon strip 5, taking into account the thickness of the insulation layer 2, is suitably chosen, there is a practically total coupling
  • the light incident on the silicon oxide strip 6 according to the arrow L propagates after the network in the silicon strip 5 as indicated by the reference L ′.
  • FIG. 4 represents a top view of the coupler according to an embodiment of the present invention. This view is similar to that of Figure 3C. We can see there, from the insertion side 10 of the light L, the silicon strip 5 represented here in solid lines, the silicon oxide strip 6 represented here in dotted lines, and the network part 11.
  • a transition known as an adiabatic transition, is shown, corresponding to a gradual tightening 12 between the light introduction strip 5J and a silicon strip 13 (slightly thicker as the strip 5 described above but may have a width 13 on the order of only a few tenths of a ⁇ m, for example 0.3 to 0.5 ⁇ m), which reduces the size of the waveguide in the thin layer of the SOI structure.
  • the strip 13 is etched in silicon, preferably has the same thickness as the strip 5, and is covered with an insulating layer with a low index, such as Si ⁇ 2-
  • the coating layer does not necessarily have the same thickness as the strip 6. It corresponds to a conventional integrated circuit protection / passivation layer.
  • the total distance occupied by the network can have a length L1 of only about 40 ⁇ m while the adiabatic transition zone can have a length L2 of only about 35 ⁇ m. That is to say that the entire coupler, from the light introduction zone to the waveguide portion 13 of small width, has a total length clearly less than 100 ⁇ m for a width not greater than 3 to 5 ⁇ m on the inlet side.
  • the coupler can therefore easily be placed on the periphery of an integrated circuit, in an area not used by elementary components and contact pads.
  • FIG. 5 schematically represents an example of a top view of an integrated circuit of the SOI type including an optical waveguide system and an introduction coupler (as well as an output coupler) according to the present invention.
  • the coupler according to the present invention is designated by the reference 20 and corresponds to what is shown in top view in Figure 4.
  • a groove for example a V-groove 21, formed on the edge of the integrated circuit board and intended to hold in places an optical fiber 22, the heart of which faces the strip 6, substantially as shown in FIG. 3B.
  • a branched waveguide 24 is shown in the integrated circuit.
  • This guide includes various ends 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 and 25-5 intended to act on various elements of the integrated circuit.
  • the end 25-5 is shown as coupled to a block 26, for example a wavelength converter block or a block providing modulation of the optical beam.
  • an important advantage of the use of such optical guides inside an integrated circuit is that the propagation in an optical guide takes place almost instantaneously with a negligible delay and in particular the propagation delay n is not affected for various portions of the waveguide by constants of the capacitive, resistive or inductive type.
  • FIG. 6 very schematically represents a divider 35 comprising an input guide 36 and two output guides 37, 38 etched in the layer of silicon. Those skilled in the art will be able to size the various silicon surfaces to achieve such couplings.
  • Various types of optical couplers can be used, for example couplers with intermediate cavities.
  • FIGS. 7A and 7B respectively represent a sectional view and a top view of a detector usable in an integrated circuit structure with an optical waveguide according to the invention.
  • the silicon optical waveguide is designated by the reference 5 and is coated with the insulating layer 6.
  • a germanium region 40 comprising two portions, respectively P-doped and N 41 and 42, respectively connected to suitable circuits not shown.
  • the PN junction becomes on and this can be detected conventionally.
  • the present invention is susceptible to various variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
  • the dimensions of the various layers can be adapted both in thickness and in width as long as the coupling conditions are satisfied so as to ensure a sufficient coupling efficiency.
  • Various modes of introducing light may be used.
  • a light source block directly attached to the semiconductor chip carrying the integrated circuit.
  • the present invention has been described in the context of a circuit of silicon on insulator type. It would also apply in the case where the thin layer isolated from a substrate is a layer of a semiconductor other than silicon and where the insulator is a material other than silicon oxide. It will then of course be necessary to take into account the range of transparency of the semiconductor layer, and the respective indices of the semiconductor layer, of the underlying insulating layer and of the substrate on which this layer is formed, and to choose the insulating layer accordingly. deposited above the semiconductor waveguide portion.

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Abstract

L'invention concerne un circuit intégré comprenant une couche semiconductrice (3) formée avec une interface isolante (2) au-dessus d'un substrat (1), comprenant un guide d'onde optique constitué d'une bande (5) de la couche semiconductrice, comprenant un coupleur latéral d'introduction de lumière, ledit coupleur comprenant une bande d'un matériau isolant (6) ayant une épaisseur supérieure au diamètre d'un faisceau laser incident, recouvrant la bande semiconductrice, une structure de réseau (11) étant formée dans la bande semiconductrice orthogonalement à la direction de propagation de la lumière, à l'interface avec la bande de matériau isolant.

Description

COUPLEUR OPTIQUE POUR CIRCUITS INTEGRES A GUIDE D'ONDE OPTIQUE
La présente invention concerne le domaine des circuits intégrés . Elle concerne plus particulièrement la propagation d'un faisceau lumineux dans une structure semiconductrice et un coupleur d'introduction de lumière dans cette structure semi- conductrice .
De façon générale, les semiconducteurs sont transparents pour certaines longueurs d'onde optiques. Par exemple, le silicium est transparent, c'est-à-dire n'absorbe pratiquement la lumière, pour des faisceaux lumineux dans le proche infrarouge à des longueurs d'onde comprise entre sensiblement 1,3 et 1,55 μm. Il serait intéressant de pouvoir propager de façon guidée à l'intérieur d'un circuit intégré un faisceau lumineux pour agir sur divers composants du circuit intégré. En effet, si par exemple une distribution à un signal d'horloge se fait dans un circuit intégré par des conducteurs métalliques, ceux-ci présenteront inévitablement des caractéristiques capacitives, inductives et résistives. Aux fréquences élevées, de plus en plus utilisées dans les circuits intégrés, ceci entraîne des retards de propagation inégaux si les longueurs des chemins entre l'origine de l'horloge et les points où elle est distribuée sont inégaux. Par contre, dans le cas d'une distribution par voie optique, les retards de propagation seront négligeables et on pourra considérer que les divers signaux d'horloge arrivent simultanément.
En outre, pour des raisons de commodité, on souhaite pouvoir introduire la lumière dans un circuit intégré par sa tranche de façon à ne pas modifier les procédés classiques d'encapsulation, tout en prévoyant par exemple une ouverture d'insertion d'une fibre optique sur un côté du boîtier.
La présente invention sera décrite dans le cas plus particulier où le semiconducteur du circuit intégré est du sili- cium mais on comprendra qu'elle s'applique à d'autres types de semiconducteur à condition d'adapter les conditions en tenant compte des indices et des plages de transparence de ces autres semiconducteurs . On désigne ici par circuit intégré en silicium, des circuits intégrés susceptibles de comprendre des zones de germanium ou de silicium-germanium.
La figure 1 représente une portion d'une plaquette de silicium massif dans laquelle on veut introduire un faisceau lumineux L. Il est clair que cela pose de nombreux problèmes, notamment pour guider le faisceau lumineux à l'intérieur du silicium.
La figure 2 représente un circuit intégré de type SOI, comprenant, sur une tranche de silicium 1, une couche mince d'oxyde de silicium 2 et une couche mince de silicium monocristallin 3 dans laquelle sont susceptibles d'être formés divers composants électroniques. De façon courante, les couches minces 2 et 3 ont des épaisseurs de l'ordre de seulement quelques dixièmes de μm dans les circuits intégrés modernes. Si on veut injecter un faisceau lumineux L dans la couche mince de silicium, il se pose un problème important de couplage étant donné qu'un faisceau lumineux, par exemple un faisceau laser, peut être concentré seulement, au mieux, en une tache lumineuse d'un diamètre de l'ordre de 0,8 fois sa longueur d'onde, c'est-à-dire de l'ordre de 1 μm dans le cas d'un faisceau incident d'une longueur d'onde de 1,3 μm. Ce diamètre minimum du faisceau est nettement supé- rieur à l'épaisseur de la couche mince de silicium. Le coef- ficient de couplage est donc extrêmement faible et ne dépasse pas une valeur de 1 ' ordre du pourcent . Il faudrait donc prévoir une couche mince d'oxyde de silicium nettement plus épaisse que ce qui est usuel et cela rendrait impossible la fabrication des composants électroniques.
On a donc prévu dans 1 ' art antérieur diverses techniques d'introduction de la lumière orthogonalement à la couche mince mais ces techniques s'avèrent complexes et à faible rendement . Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un circuit intégré de type SOI comprenant une partie de guide d'onde dans la couche mince de silicium. Un objet plus particulier de la présente invention est de prévoir un coupleur pour introduire 1 'énergie lumineuse dans la couche mince de silicium.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un circuit intégré comprenant une couche semiconductrice formée avec une interface isolante au-dessus d'un substrat, comprenant un guide d'onde optique constitué d'une bande de la couche semiconductrice, comprenant un coupleur latéral d'introduction de lumière, ledit coupleur comprenant une bande d'un matériau isolant ayant une épaisseur supérieure au diamètre d'un faisceau laser incident, recouvrant la bande semiconductrice, une structure de réseau étant formée dans la bande semi- conductrice orthogonalement à la direction de propagation de la lumière, à l'interface avec la bande de matériau isolant.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le semiconducteur est du silicium monocristallin, la couche isolante sous-jacente de l'oxyde de silicium, le substrat du silicium, et le matériau isolant est également de l'oxyde de silicium.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à l'emplacement du guide d'onde, la couche de silicium présente une surépaisseur pour avoir une épaisseur totale de l'ordre de 0,3 μm et la couche d'oxyde de silicium supérieure a une épais- seur totale d'environ 1 μm et une surépaisseur d'environ 1 μm au-dessus de la bande de silicium, la bande de silicium ayant une largeur de l'ordre de 3 μm et la surépaisseur de la bande d'oxyde de silicium supérieure ayant une largeur de 2,4 μm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le réseau est constitué de rainures parallèles transverses à la direction de la bande.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, en dehors de la zone d'introduction de lumière, la bande de silicium servant de guide d'onde a une largeur de seulement quelques dixièmes de μm et est reliée à la partie plus large de la zone de coupleur par une transition adiabatique.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d' autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente une vue en coupe schématique d'une plaquette de silicium ; la figure 2 représente une vue en coupe schématique d'une structure de type SOI ; les figures 3A à 3D représentent la structure d'un mode de réalisation de coupleur optique selon la présente invention, et plus particulièrement : - la figure 3A représente une vue en coupe schématique dans le plan de la lumière incidente ;
- la figure 3B représente une vue en coupe schématique dans un plan orthogonal à la lumière incidente ;
- la figure 3C représente une vue de dessus d'un coupleur selon la présente invention ;
- la figure 3D représente une vue en coupe selon le plan D-D de la figure 3C ; la figure 4 représente une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un coupleur optique selon la présente invention ; la figure 5 représente une vue de dessus d'un circuit intégré comprenant un guide d'onde optique et un coupleur selon la présente invention ; la figure 6 est une vue schématique d'un diviseur optique ; et les figures 7A et 7B sont une vue en coupe et une vue de dessus d'un exemple de capteur optoélectronique.
La présente invention propose d'utiliser pour l'introduction du faisceau optique des coupleurs de type guide d'onde optique réfléchissant anti-résonant, couramment désignés dans la technique par l'appellation guide ARROW, de l'anglais AntiResonant Reflecting Optical Waveguides .
Ainsi, selon l'invention, comme l'illustre la figure 3A, une couche d'oxyde de silicium plus épaisse 4 est déposée au-dessus de la couche mince de silicium 3 d'une structure de type SOI comprenant un substrat de silicium 1, une couche mince d'oxyde de silicium 2 et une couche mince de silicium 3. La couche 4 repose au moins sur les parties de la couche mince de silicium devant servir de guide d'onde. Ainsi, la couche de silicium est encadrée de deux couches de plus faible indice.
Plus particulièrement, la structure a en coupe, perpendiculairement au faisceau incident L, la structure illustrée en figure 3B. La couche mince de silicium 3 comporte une bande en surépaisseur 5 aux emplacements où l'on veut effectuer le guidage de lumière et la couche d'oxyde supérieure 4 présente une surépaisseur 6 aux emplacements où l'on veut effectuer le guidage de lumière. On notera, comme le représente la partie droite de la figure 3B, que la couche mince de silicium 3 peut être interrompue au-delà de la bande 5 servant de guide d'onde. II en est de même pour la couche d'oxyde 4 au-delà de part et d'autre de la région en surépaisseur 6.
Comme le représente la vue de dessus de la figure 3C, la bande 5 de silicium délimitée dans la figure par deux traits en pointillés se termine sur un bord 10 de la plaquette de sili- cium et la bande 6 d'oxyde de silicium se termine également sur le bord 10. Comme l'illustre la figure 3B, la bande d'oxyde de silicium 6 a une épaisseur suffisante, pour que l'on puisse y introduire sans difficultés un faisceau lumineux, par exemple un faisceau laser provenant de l'extrémité d'une fibre optique (non représentée) accolée au bord 10. Un réseau 11 constitué de rainures dont le pas est choisi en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente et des indices des matériaux est formé dans la bande de silicium 5 de la façon illustrée en vue de dessus en figure 3C et en vue en coupe dans la figure 3D. On peut montrer que, si l'épaisseur de la bande de silicium 5, en tenant compte de l'épaisseur de la couche d'isolement 2, est convenablement choisie, on a un couplage pratiquement total
(plus de 90 %) de la lumière incidente qui passe de la bande d'oxyde de silicium 6 à la bande de silicium 5 et continue à s'y propager. Ainsi, comme l'illustre la figure 3B, la lumière incidente sur la bande d'oxyde de silicium 6 selon la flèche L se propage après le réseau dans la bande de silicium 5 comme cela est indiqué par la référence L' .
A titre d'exemple de valeurs numériques, et sans que cela constitue une limitation de la présente invention, on pourra choisir, pour un faisceau incident à une longueur d'onde de 1,3 μm, les dimensions approximatives suivantes :
- épaisseur de la couche d'oxyde de silicium 2, el = 0,4 μm,
- épaisseur de la couche de silicium 3, e2 = 0,2 μm, - surépaisseur de la bande 5, hl = 0,11 μm,
- épaisseur totale de la bande 5, e2 + hl = 0,31 μm,
- épaisseur de la couche d'oxyde de silicium 4, e3 = 3 μm,
- surépaisseur de la bande 6 de la couche 4, h2 = 1 μm,
- largeur de la bande 5, 11 = 3 μm, et - largeur de la bande 6, 12 = 2,4 μm.
Avec de telles valeurs, et en utilisant un réseau tel qu'illustré en figures 3C et 3D, on a obtenu un rendement de transfert de l'énergie lumineuse entre le faisceau incident L et le faisceau L' se propageant dans le guide d'onde supérieur à 70%. La figure 4 représente une vue de dessus du coupleur selon un mode de réalisation de la présente invention. Cette vue est similaire à celle de la figure 3C. On peut y voir, à partir du côté d'introduction 10 de la lumière L, la bande de silicium 5 représentée ici en traits pleins, la bande d'oxyde de silicium 6 représentée ici en pointillés, et la partie de réseau 11. En outre, on a représenté une transition, dite transition adiaba- tique, correspondant à un resserrement progressif 12 entre la bande d'introduction de lumière 5J et une bande de silicium 13 (en légère surépaisseur comme la bande 5 décrite précédemment mais pouvant avoir une largeur 13 de l'ordre de seulement quelques dixièmes de μm, par exemple 0,3 à 0,5 μm) , ce qui réduit l'encombrement du guide d'onde dans la couche mince de la structure SOI . La bande 13 est gravée dans le silicium, a de préférence la même épaisseur que la bande 5, et est recouverte d'une couche isolante à faible indice, telle que Siθ2- La couche de revêtement n'a pas nécessairement la même épaisseur que la bande 6. Elle correspond à une couche de protection/passivation classique de circuit intégré. Selon un avantage important de l'invention, la distance totale occupée par le réseau peut avoir une longueur Ll de seulement environ 40 μm tandis que la zone de transition adiabatique peut avoir une longueur L2 de seulement environ 35 μm. C'est-à-dire que l'ensemble du coupleur, depuis la zone d'introduction de lumière jusqu'à la partie de guide d'onde 13 de faible largeur, a une longueur totale nettement inférieure à 100 μm pour une largeur non supérieure à 3 à 5 μm du côté entrée . Le coupleur peut donc facilement être placé à la périphérie d'un circuit intégré, dans une zone non utilisée par des composants élémentaires et des plots de contact. La figure 5 représente de façon schématique un exemple de vue de dessus d'un circuit intégré de type SOI incluant un système de guide d'onde optique et un coupleur d'introduction (ainsi qu'un coupleur de sortie) selon la présente invention. Le coupleur selon la présente invention est désigné par la réfé- rence 20 et correspond à ce qui est représenté en vue de dessus en figure 4. On a en outre représenté à gauche du coupleur, du côté d'un bord 10 du circuit intégré une rainure, par exemple une rainure en V 21, formée sur le bord de la plaquette de circuit intégré et destinée à tenir en place une fibre optique 22 dont le coeur est en regard de la bande 6, sensiblement comme cela est représenté en figure 3B. On a représenté dans le circuit intégré un guide d'onde ramifié 24. Ce guide comprend diverses extrémités 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 et 25-5 destinées à agir sur divers éléments du circuit intégré. L'extrémité 25-5 est représentée comme couplée à un bloc 26, par exemple un bloc convertisseur de longueur d'onde ou un bloc assurant une modulation du faisceau optique. Il ressort de ce bloc 26, par l'intermédiaire d'un coupleur de sortie 30, similaire au cou¬ pleur 20 décrit précédemment, un faisceau lumineux modulé ou modifié d'une autre manière vers une fibre optique de sortie 32. Comme on l'a indiqué précédemment, un avantage important de l'utilisation de tels guides optiques à l'intérieur d'un circuit intégré est que la propagation dans un guide optique se fait de façon quasi instantanée avec un retard négligeable et notamment le délai de propagation n'est pas affecté pour diverses portions du guide d'onde par des constantes de type capacitif, résistif ou inductif. Ainsi, on peut synchroniser par exemple un signal d'horloge vers divers composants et tous ces divers composants recevront des fronts d'horloge au même instant avec une extrême précision.
En figure 5, on a indiqué divers branchements du guide d'onde optique 4. La figure 6 représente très schématiquement un diviseur 35 comprenant un guide d'entrée 36 et deux guides de sortie 37, 38 gravés dans la couche de silicium. L'homme de l'art saura dimensionner les diverses surfaces de silicium pour réaliser de tels couplages . Divers types de coupleurs optiques pourront être utilisés, par exemple des coupleurs à cavités intermédiaires .
Les figures 7A et 7B représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un détecteur utilisable dans une structure de circuit intégré à guide d'onde optique selon l'invention. Le guide d'onde optique de silicium est désigné par la référence 5 et est revêtu de la couche isolante 6. Au-dessus d'une portion du guide de silicium 5 est formée une région en germanium 40 comprenant deux portions, respectivement dopées P et N 41 et 42, respectivement reliées à des circuits appropriés non représentés. Quand de la lumière passe dans le guide d'onde 5, la jonction PN devient passante et ceci peut être détecté de façon classique. La présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à 1 ' homme de 1 ' art . Notamment, les dimensions des diverses couches pourront être adaptées tant en épaisseur qu'en largeur du moment que les conditions de couplage sont satisfaites de façon à assurer un rendement de couplage suffisant.
Divers modes d'introduction de lumière, autres qu'une fibre optique, pourront être utilisés. Par exemple, on pourra utiliser un bloc de source lumineuse directement accolé à la puce semiconductrice portant le circuit intégré. D'autre part, la présente invention a été décrite dans le cadre d'un circuit de type silicium sur isolant. Elle s'appliquerait également dans le cas où la couche mince isolée d'un substrat est une couche d'un semiconducteur autre que du silicium et où l'isolant est un matériau autre que de l'oxyde de silicium. Il faudra alors bien entendu tenir compte de la plage de transparence de la couche semiconductrice, et des indices respectifs de la couche semiconductrice, de la couche isolante sous-jacente et du substrat sur lequel est formée cette couche, et choisir en conséquence la couche isolante déposée au-dessus de la partie de guide d'onde semiconducteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit intégré comprenant une couche semiconductrice (3) formée avec une interface isolante (2) au-dessus d'un substrat (1), comprenant un guide d'onde optique constitué d'une bande (5) de la couche semiconductrice, comprenant un coupleur latéral d'introduction de lumière, ledit coupleur comprenant une bande d'un matériau isolant (6) ayant une épaisseur supérieure au diamètre d'un faisceau laser incident, recouvrant la bande semiconductrice, une structure de réseau (11) étant formée dans la bande semiconductrice orthogonalement à la direction de propagation de la lumière, à l'interface avec la bande de matériau isolant.
2. Circuit intégré selon la revendication 1, de type SOI, dans lequel le semiconducteur est du silicium monocristallin, la couche isolante sous-jacente de l'oxyde de silicium, le substrat du silicium, et dans lequel le matériau isolant est également de l'oxyde de silicium.
3. Circuit intégré selon la revendication 2, dans lequel, à l'emplacement du guide d'onde, la couche de silicium présente une surépaisseur pour avoir une épaisseur totale de l'ordre de 0,3 μm et la couche d'oxyde de silicium supérieure a une épaisseur totale d'environ 1 μm et une surépaisseur d'environ 1 μm au-dessus de la bande de silicium, la bande de silicium ayant une largeur de l'ordre de 3 μm et la surépaisseur de la bande d'oxyde de silicium supérieure ayant une largeur de 2,4 μm.
4. Circuit intégré selon la revendication 2, dans lequel le réseau est constitué de rainures parallèles transverses à la direction de la bande.
5. Circuit intégré selon la revendication 1, dans lequel, en dehors de la zone d'introduction de lumière, la bande de silicium servant de guide d'onde a une largeur de seulement quelques dixièmes de μm et est reliée à la partie plus large de la zone de coupleur par une transition adiabatique (12) .
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