WO2007065876A2 - Systeme d'emission de lumiere, comportant un photodetecteur de controle integre, et procede de fabrication de ce systeme - Google Patents

Systeme d'emission de lumiere, comportant un photodetecteur de controle integre, et procede de fabrication de ce systeme Download PDF

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    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Definitions

  • the present invention relates to the field of optoelectronics and more specifically the manufacture of a light emitter and of means for controlling the light power supplied by this emitter.
  • the invention relates to a light emitting system including a light emitting electronic component (English, light- emitting electronic component), provided with a photograph ⁇ integrated control detector and a method of manufacturing of this system.
  • a light emitting electronic component English, light- emitting electronic component
  • the invention applies more particularly to components of the VCSEL type, that is to say lasers with emission by the vertical cavity surface (in English, vertical cavity surface emitting lasers), and to light emitting diodes with resonant cavity ( in English, resonant cavity light-emitting diodes).
  • the invention applies, for example, to high speed optical links, to intra-chip optical connections (in English, intra-chips optical connections), to intra-card optical links and to optical links in free space.
  • CMOS chip hybridization
  • optical bus optical bus
  • the emission component for example a ribbon laser (in English, laser stripe) or a VCSEL, and
  • photodetection components are placed near the VCSEL (see for example document [3]).
  • the two mirrors of very high reflectivity of the VCSEL are not necessarily accessible and the lateral light leakage is extremely low.
  • the object of the present invention is to remedy the above drawbacks.
  • control photodetector preferably a photodiode
  • the control photodetector preferably a photodiode
  • the chip in English, chip
  • the RCLED more generally of the electronic component emitting light
  • this part is the least useful of the bundle.
  • the light emitted by the VCSEL is injected into a light guide, generally an optical fiber.
  • a light guide generally an optical fiber.
  • the subject of the present invention is a light emission system comprising:
  • this light guide which is designed to receive the light emitted by the component, this light guide comprising a light entry face which is arranged facing the component and which reflects part of the light which it receives, and
  • a photodetector which is integrated into the component and intended to detect part of the light emitted by this component, this photodetector being placed near the component and capable of receiving a part of the light which is reflected by the light entry face,
  • the active layer of the light emitting electronic component is made of the same material as the active layer of the photodetector.
  • the active layer (light emitting layer) of the light emitting component and the active layer (layer light detector) of the photodetector are made of the same material. However, this has been clarified above.
  • the photodetector is an annular photodiode which surrounds the component.
  • the component is a surface emission laser with a vertical cavity, this laser comprising first and second mirrors which delimit the cavity, the first mirror resting on a substrate and the second mirror being placed opposite the light entry face.
  • the system which is the subject of the invention further comprises a support to which the light guide is fixed and this support is fixed to the assembly formed by the component and the photodetector so that the light entry face is placed next to the component.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing the light emission system which is the subject of the invention, in which
  • the component and the photodetector are formed on a substrate, the component having first and second faces, resting on the substrate by its first face and emitting light by its second face, and the light guide is placed on the substrate so that the light entry face is opposite the second face of the component.
  • the component is a surface emission laser, with vertical cavity
  • the photodetector is a cavity photodiode, this laser and the photodiode each comprising first and second mirrors, which delimit the corresponding cavity, and an active layer placed in this cavity,
  • a stack of layers is formed on the substrate, allowing the formation of the first and second mirrors, of the cavity and of the active layer of the laser and of the photodiode, the first mirror of each of these then being in contact with the substrate, and
  • the laser and the photodiode are formed from the stack.
  • the reflectivity of the second mirror of the photodiode is further reduced.
  • the first and second mirrors of the laser and of the photodiode are Bragg mirrors and the second mirror of the photodiode is etched to reduce the reflectivity.
  • the light guide is fixed to a support and this support is fixed to the substrate so that the light entry face is opposite the second face of the component.
  • the support is preferably fixed to the substrate by means of solder balls (in English, solder balls), by the technique of the inverted chip (in English, flip-chip technique), with which the manufacturing process, object of the invention is advantageously compatible.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of the light emission system, object of the invention.
  • FIGS. 2 to 5 schematically illustrate steps of a method of manufacturing this device.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an example of the light emission system object of the invention.
  • the system of FIG. 1 comprises an electronic light-emitting component 2 and a light guide 4 which is designed to receive the light 6 emitted by the component.
  • This light guide comprises a light entry face 8 which is arranged opposite the component or, more precisely, the face 10 of this component (front face), through which light 6 is emitted (the other face of the component, or rear face, having the reference 11 in FIG. 1).
  • the input face 8 reflects part 12 of the light it receives from the component.
  • the system also includes a control photodetector 14 which is integrated into component 2 and intended to detect part of the light emitted by this component. This photodetector 14 is placed near the component 2 and able to receive a part of the light 12 which is reflected by the light entry face 8.
  • the component is a VCSEL
  • the light guide 4 is an optical fiber
  • the photodetector 14 is a cavity photodiode; in addition, this photodiode 14 surrounds the VCSEL 2 and the example formed by this VCSEL and the photodiode has a symmetry of revolution about an axis X.
  • This axis X also constitutes the axis of the optical fiber 4 whose core (in English, core) 16 and the optical cladding (in English, optical cladding) 18 can be seen.
  • the VCSEL and the annular cavity photodiode are formed on a substrate 20 which is for example made of GaAs.
  • a substrate 20 which is for example made of GaAs.
  • the VCSEL 2 and the photodiode 14 are formed by epitaxy, from the same stack of suitable layers.
  • the lower mirror 22 of the VCSEL which rests on the substrate 20
  • the upper mirror 24 of the VCSEL which is arranged opposite the light entry face 8
  • the cavity 26 of the VCSEL which is delimited by the mirrors 22 and 24.
  • the cavity 28 of the photodiode is likewise seen, delimited by a lower mirror 30, in contact with the substrate 20, and by an upper mirror 32 which is on the side of the light entry face 8.
  • the VCSEL has an active layer 34 which is located in the cavity 26 and is used to generate the light 6.
  • an active layer 36 which corresponds to the layer 34, and which is made of the same material as the latter, but which serves as a detection layer, for detecting the part of the light 12 that the photodiode receives.
  • the mirrors 22 and 30 are doped N while the mirrors 24 and 32 are doped P.
  • electrodes 38 which are in contact with the mirrors 24 and 32 doped P and an electrode 40 which is in contact with the mirrors 22 and 30 N-doped.
  • the layers 42 which can be seen in FIG. 1, are passivation layers.
  • the electrodes 38 and 40 it is possible to control the VCSEL by an injection current and to collect the current generated by the photodiode when the latter receives part of the light 12.
  • the injection current of the VCSEL can be controlled by the current which is generated by the photodiode. It is therefore possible to regulate the excitation current of the VCSEL and therefore the power of the light beam 6 generated by this VCSEL.
  • the electronic means allowing the regulation of this power include the photodiode 14. The rest of these means is not shown.
  • the end of the optical fiber 4, which receives the light emitted by the VCSEL, is fixed to a support 44 which is itself fixed to the substrate 20 so that the axis of optical fiber, to which the input face of light 8 is perpendicular, coincides with the axis
  • the support 44 is a plate, for example made of silicon, which has a hole. The end of the optical fiber is inserted and fixed in this hole, for example by means of glue.
  • the plate 44 is fixed to the substrate 20 by a hybridization of the inverted chip type (in English, flip-chip) by means of solder balls (in English, solder balls) 46 which are for example made of indium.
  • solder balls in English, solder balls 46 which are for example made of indium.
  • these beads have a diameter of 30 ⁇ m.
  • the light beam 12 to be detected which results from the reflection of the light beam 6 on the face 8 of the optical fiber, first passes through the upper mirror 32 of the photodiode.
  • the manufacture of the VCSEL requires mirrors of very high reflectivity, greater than 99%, with a very fine peak of cavity.
  • the amount of light which arrives at the level of the detection layer 36 would be limited by this high reflectivity. To increase this quantity, it is therefore preferable to increase the spectral width of the peak of the photodiode cavity (Fabry-Perrot cavity).
  • the reflectivity of the input mirror of the light to be detected is reduced (mirror 32). This reduction is possible, in this case, by a dry or wet etching operation performed during a system manufacturing step.
  • the mirrors 22, 24, 30 and 32 are, in known manner, Bragg mirrors in which alternate layers of different optical indices.
  • the half-angle at the apex ⁇ of the light beam 10 (substantially conical beam) is 10 °
  • the outside diameter of the optical sheath 18 of the fiber is 125 ⁇ m
  • the difference d between the outside and inside rays of the photodiode is 15 ⁇ m, and the average diameter ⁇ m of the photodiode (half sum of the inside and outside diameters of the latter) is 70 ⁇ m.
  • a method of manufacturing the system of FIG. 1 is described below with reference to FIGS. 2 to 5.
  • a first stack 48 of layers (alternations of N-doped semiconductor layers and of different optical indices), from which the mirrors 22 and 30 will be formed,
  • a second stack 56 of layers (alternations of P-doped semiconductor layers and of different optical indices), from which the mirrors 24 and 32 will be formed.
  • FIG. 3 the necessary mesas are etched from the previously formed stack, the electrode 40 and the passivation layers 42 are formed.
  • the end of the optical fiber is inserted into the plate 42 and then the fiber is immobilized in the position where its axis coincides with the axis X.

Abstract

Système d'émission de lumière, comportant un photodétecteur de contrôle intégré, et procédé de fabrication de ce système. Ce système s'applique notamment aux liaisons optiques et comprend un composant électronique émetteur de lumière (2), un guide de lumière (4) qui reçoit la lumière émise par le composant, ce guide comportant une face d'entrée de lumière (8) disposée en regard du composant et réfléchissant une partie de la lumière qu'elle reçoit, et un photodétecteur (14) intégré au composant et détectant une partie de la lumière émise par ce composant, ce photodétecteur étant placé à proximité du composant et apte à recevoir une partie de la lumière réfléchie par la face d'entrée de lumière. La couche active du composant électronique émetteur de lumière est faite du même matériau que la couche active du photodétecteur.

Description

SYSTEME D'EMISSION DE LUMIERE, COMPORTANT UN
PHOTODETECTEUR DE CONTROLE INTEGRE, ET PROCEDE DE
FABRICATION DE CE SYSTEME
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine de l' opto-électronique et plus spécifiquement la fabrication d'un émetteur de lumière et de moyens de contrôle de la puissance lumineuse fournie par cet émetteur .
Plus précisément, l'invention concerne un système d'émission de lumière comprenant un composant électronique émetteur de lumière (en anglais, light- emitting electronic component) , pourvu d'un photo¬ détecteur de contrôle intégré, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce système.
L'invention s'applique plus particulièrement aux composants de type VCSEL, c'est-à- dire les lasers à émission par la surface à cavité verticale (en anglais, vertical cavity surface emitting lasers) , et aux diodes électroluminescentes à cavité résonante (en anglais, résonant cavity light-emitting diodes) .
Elle trouve des applications notamment dans tous les systèmes qui utilisent des liens optiques et, plus généralement, dans tous les systèmes qui comportent des émetteurs de lumière et nécessitent de commander la puissance lumineuse de ces émetteurs, ces derniers étant, par exemple, des VCSEL ou des RCLED. Rappelons qu'une RCLED est une structure qui est quasiment identique à un VCSEL mais dont les miroirs ont une réflectivité plus faible.
L'invention s'applique, par exemple, aux liaisons optiques à grande vitesse, aux liaisons optiques intra-puces (en anglais, intra-chips optical connections) , aux liaisons optiques intra-cartes et aux liaisons optiques en espace libre.
Toutes ces liaisons ont besoin d'une puissance lumineuse parfaitement stabilisée, commandée automatiquement par un système de type APC (pour « Automatic Power Control ») .
En outre, l'émission-réception à partir d'une puce CMOS (hybridation) est une application qui est parfaitement adaptée à l'invention (en prévoyant, par exemple, un bus optique) .
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le niveau de compacité des composants opto- électroniques doit répondre à la miniaturisation croissante des modules d'émission-réception.
De plus, on demande à ces modules d'être de plus en plus performants tout en étant de moins en moins coûteux.
En conséquence, on recherche en permanence des techniques permettant d'augmenter la densité d'intégration des composants sur les puces (en anglais, chips) .
A ce sujet, on se reportera aux documents suivants : [1] Vertical-Cavity Lasers with an Intracavity Résonant Detector, Sui F. Lim et al., IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol. 3, n°2, 1997, pages 416 à 421
[2] Power Control of VCSEL Arrays Using
Monolithically Integrated Focal Plane Detectors, Mohammad Azadeh et al., Journal of Lightwave Technology, vol. 20, n°8, 2002, pages 1478 à 1484
[3] Demande Internationale WO 03/000019, publiée le 3 janvier 2003, Integrated photodetector for VCSEL feedback control.
Dans un système classique d'émission de lumière, deux composants distincts sont généralement implantés :
- le composant d'émission, par exemple un laser ruban (en anglais, stripe laser) ou un VCSEL, et
- un composant de détection permettant de commander la puissance lumineuse émise, à partir du prélèvement d'une fraction de celle-ci, comme cela se fait dans les systèmes de type APC.
Dans le cas d'un laser de type Fabry-Pérot, il est facile d'utiliser une photodiode pour le prélèvement. En effet, les deux faces du laser étant accessibles et de la lumière étant émise même par la face opposée à la face d'émission proprement dite, il est aisé de disposer une photodiode en regard de cette face opposée.
Par contre, dans le cas d'un VCSEL, les moyens associés à ce dernier pour le prélèvement d'une partie de la puissance lumineuse sont généralement externes : on place des composants de photodétection à proximité du VCSEL (voir par exemple le document [3]) .
En effet, les deux miroirs de très haute réflectivité du VCSEL ne sont pas nécessairement accessibles et la fuite latérale de lumière est extrêmement faible.
Toutefois, on a déjà proposé de fabriquer une structure monolithique comprenant un VCSEL et une cavité résonante supplémentaire pour la détection, cette cavité étant intégrée à l'empilement de couches du VCSEL. Il convient toutefois de noter que l'intégration d'une telle cavité augmente le temps de production (du fait des étapes d' épitaxie supplémentaires) et fait baisser le rendement de fabrication.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.
Elle propose d'intégrer le photodétecteur de contrôle, de préférence une photodiode, le plus près possible de la puce (en anglais, chip) du VCSEL ou de la RCLED, plus généralement du composant électronique émetteur de lumière, et d'exploiter la partie externe, ou partie périphérique, du faisceau lumineux émis par ce composant. Notamment dans le cas d'un VCSEL, cette partie est la moins utile du faisceau.
Or, dans de nombreux cas, la lumière émise par le VCSEL est injectée dans un guide de lumière, généralement une fibre optique. Dans la présente invention, on propose alors de mesurer la lumière injectée dans cette fibre optique pour contrôler cette lumière. Et, pour ce faire, on propose d'utiliser la lumière qui est réfléchie à la surface de la fibre et qui est donc redirigée vers le VCSEL.
De façon précise, la présente invention a pour objet un système d'émission de lumière comprenant :
- un composant électronique émetteur de lumière,
- un guide de lumière qui est prévu pour recevoir la lumière émise par le composant, ce guide de lumière comportant une face d'entrée de lumière qui est disposée en regard du composant et qui réfléchit une partie de la lumière qu'elle reçoit, et
un photodétecteur qui est intégré au composant et prévu pour détecter une partie de la lumière émise par ce composant, ce photodétecteur étant placé à proximité du composant et apte à recevoir une partie de la lumière qui est réfléchie par la face d'entrée de lumière,
dans lequel la couche active du composant électronique émetteur de lumière est faite du même matériau que la couche active du photodétecteur.
Par l'expression « photodétecteur qui est intégré au composant », il faut comprendre que, selon une caractéristique essentielle du système objet de l'invention, la couche active (couche émettrice de lumière) du composant émetteur de lumière et la couche active (couche détectrice de lumière) du photodétecteur sont faites du même matériau. Cela a néanmoins été précisé ci-dessus.
L'avantage qui résulte de cette caractéristique essentielle est triple : on facilite l'intégration sur le système, on facilite la fabrication de ce système et l'on facilite la détection de lumière puisque cette détection se fait à la même longueur d'onde que l'émission.
De préférence, le photodétecteur est une photodiode annulaire qui entoure le composant.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le composant est un laser à émission par la surface, à cavité verticale, ce laser comprenant des premier et deuxième miroirs qui délimitent la cavité, le premier miroir reposant sur un substrat et le deuxième miroir étant placé en regard de la face d'entrée de lumière.
De préférence, le système objet de l'invention comprend en outre un support auquel est fixé le guide de lumière et ce support est fixé à l'ensemble formé par le composant et le photodétecteur de façon que la face d'entrée de lumière soit placée en regard du composant.
La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication du système d'émission de lumière objet de l'invention, dans lequel
- on forme le composant et le photodétecteur sur un substrat, le composant ayant des première et deuxième faces, reposant sur le substrat par sa première face et émettant la lumière par sa deuxième face, et on dispose le guide de lumière au substrat de façon que la face d'entrée de lumière soit en regard de la deuxième face du composant.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé objet de l'invention,
- le composant est un laser à émission par la surface, à cavité verticale, et le photodétecteur est une photodiode à cavité, ce laser et la photodiode comprenant chacun des premier et deuxième miroirs, qui délimitent la cavité correspondante, et une couche active placée dans cette cavité ,
- on forme, sur le substrat, un empilement de couches, permettant la formation des premier et deuxième miroirs, de la cavité et de la couche active du laser et de la photodiode, le premier miroir de chacun de ceux-ci étant alors en contact avec le substrat, et
on forme le laser et la photodiode à partir de l'empilement.
Selon un mode de réalisation préféré de ce procédé, on diminue en outre la réflectivité du deuxième miroir de la photodiode.
De préférence, les premier et deuxième miroirs du laser et de la photodiode sont des miroirs de Bragg et l'on grave le deuxième miroir de la photodiode pour en diminuer la réflectivité.
De préférence, on fixe le guide de lumière à un support et l'on fixe ce support au substrat de façon que la face d'entrée de lumière soit en regard de la deuxième face du composant. Le support est de préférence fixé au substrat par l'intermédiaire de billes de brasure (en anglais, solder balls) , par la technique de la puce retournée (en anglais, flip-chip technique) , avec laquelle le procédé de fabrication, objet de l'invention, est avantageusement compatible.
La présente invention présente aussi d' autres avantages :
- elle permet de fabriquer simultanément le composant émetteur de lumière et le photodétecteur, au lieu de fabriquer ce photodétecteur indépendamment du composant et de l'intégrer à ce dernier puisque l'invention permet, notamment dans le cas d'un VCSEL, d'utiliser la couche active qui engendre la lumière fournie par le VCSEL en tant que couche de détection de lumière,
- elle permet d'utiliser des barrettes ou des matrices de composants électroniques émetteurs de lumière, notamment des VCSEL, en intégrant éventuellement des fonctions de contrôle intelligentes formant des pixels, à proximité immédiate des ensembles VCSEL-détecteur sur un circuit de commande, par hybridation de ces ensembles sur un circuit de commande qui est par exemple de type CMOS,
- elle permet de diminuer sensiblement les coûts de fabrication de VCSEL dont l'émission lumineuse est contrôlée par un système de type APC, et
elle autorise la fabrication de composants matriciels ayant un faible pas (en anglais, pitch) , avec un contrôle individuel de la puissance émise par chaque VCSEL. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un exemple du système d'émission de lumière, objet de l'invention, et
les figures 2 à 5 illustrent schématiquement des étapes d'un procédé de fabrication de ce dispositif. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un exemple du système d'émission de lumière, objet de l'invention.
Le système de la figure 1 comprend un composant électronique émetteur de lumière 2 et un guide de lumière 4 qui est prévu pour recevoir la lumière 6 émise par le composant. Ce guide de lumière comporte une face d'entrée de lumière 8 qui est disposée en regard du composant ou, plus précisément, de la face 10 de ce composant (face avant) , par laquelle la lumière 6 est émise (l'autre face du composant, ou face arrière, ayant la référence 11 sur la figure 1) . La face d'entrée 8 réfléchit une partie 12 de la lumière qu'elle reçoit du composant. Le système comprend aussi un photodétecteur de contrôle 14 qui est intégré au composant 2 et prévu pour détecter une partie de la lumière émise par ce composant. Ce photodétecteur 14 est placé à proximité du composant 2 et apte à recevoir une partie de la lumière 12 qui est réfléchie par la face d'entrée de lumière 8.
Dans l'exemple, le composant est un VCSEL, le guide de lumière 4 est une fibre optique et le photodétecteur 14 est une photodiode à cavité ; en outre, cette photodiode 14 entoure le VCSEL 2 et l'exemple formé par ce VCSEL et la photodiode présente une symétrie de révolution autour d'un axe X.
Cet axe X constitue également l'axe de la fibre optique 4 dont on voit le cœur (en anglais, core) 16 et la gaine optique (en anglais, optical cladding) 18.
Le VCSEL et la photodiode annulaire à cavité sont formés sur un substrat 20 qui est par exemple en GaAs. Sur ce substrat 20, le VCSEL 2 et la photodiode 14 sont formés par épitaxie, à partir d'un même empilement de couches appropriées.
On voit le miroir inférieur 22 du VCSEL, qui repose sur le substrat 20, le miroir supérieur 24 du VCSEL, qui est disposé en regard de la face d'entrée de lumière 8, et la cavité 26 du VCSEL, qui est délimitée par les miroirs 22 et 24.
On voit de même la cavité 28 de la photodiode, délimitée par un miroir inférieur 30, en contact avec le substrat 20, et par un miroir supérieur 32 qui est du côté de la face d'entrée de lumière 8. Le VCSEL comporte une couche active 34 qui est située dans la cavité 26 et sert à engendrer la lumière 6. Dans la cavité 28 de la photodiode, on trouve également une couche active 36 qui correspond à la couche 34, et qui est faite du même matériau que cette dernière, mais qui sert de couche de détection, pour détecter la partie de la lumière 12 que reçoit la photodiode .
Les miroirs 22 et 30 sont dopés N tandis que les miroirs 24 et 32 sont dopés P. On voit des électrodes 38 qui sont en contact avec les miroirs 24 et 32 dopés P et une électrode 40 qui est en contact avec les miroirs 22 et 30 dopés N. Les couches 42, que l'on voit sur la figure 1, sont des couches de passivation.
Grâce aux électrodes 38 et 40, on peut commander le VCSEL par un courant d' injection et recueillir le courant engendré par la photodiode lorsque celle-ci reçoit une partie de la lumière 12.
Le courant d'injection du VCSEL peut être asservi au courant qui est engendré par la photodiode. On peut donc réguler le courant d'excitation du VCSEL et donc la puissance du faisceau lumineux 6 engendré par ce VCSEL. Les moyens électroniques permettant la régulation de cette puissance comprennent la photodiode 14. Le reste de ces moyens n'est pas représenté.
Comme on le voit sur la figure 1, l'extrémité de la fibre optique 4, qui reçoit la lumière émise par le VCSEL, est fixée à un support 44 qui est lui-même fixé au substrat 20 de telle manière que l'axe de la fibre optique, auquel la face d'entrée de lumière 8 est perpendiculaire, coïncide avec l'axe
X.
Dans l'exemple, le support 44 est une plaque, par exemple en silicium, qui comporte un perçage. L'extrémité de la fibre optique est insérée et fixée dans ce perçage, par exemple au moyen de colle.
De plus, la plaque 44 est fixée au substrat 20 par une hybridation de type puce retournée (en anglais, flip- chip) au moyen de billes de brasure (en anglais, solder balls) 46 qui sont par exemple en indium. A titre purement indicatif et nullement limitatif, ces billes ont un diamètre de 30 μm.
Le faisceau lumineux 12 à détecter, qui est issu de la réflexion du faisceau lumineux 6 sur la face 8 de la fibre optique, traverse d'abord le miroir supérieur 32 de la photodiode.
Or, la fabrication du VCSEL nécessite des miroirs de très forte réflectivité, supérieure à 99%, avec un pic de cavité très fin. Les miroirs 30 et 32, de même nature que les miroirs 22 et 24 du VCSEL, ont donc également cette forte réflectivité.
Sans précaution particulière, la quantité de lumière qui arriverait au niveau de la couche de détection 36 serait limitée par cette forte réflectivité. Pour augmenter cette quantité, il est donc préférable d' augmenter la largeur spectrale du pic de la cavité de la photodiode (cavité de Fabry-Perrot ) .
Pour ce faire, on diminue la réflectivité du miroir d'entrée de la lumière à détecter (miroir 32) . Cette diminution est possible, dans le cas présent, par une opération de gravure sèche ou humide réalisée lors d'une étape de fabrication du système.
Il convient de noter que cette opération est possible car la lumière 12 arrive par la face supérieure de la photodiode, face qui est accessible.
Or, les miroirs 22, 24, 30 et 32 sont, de façon connue, des miroirs de Bragg dans lesquels alternent des couches d'indices optiques différents.
Une gravure du miroir de Bragg supérieur de la photodiode (miroir 32), permettant de supprimer la moitié des alternances, permet une forte augmentation de la quantité de lumière transmise par le miroir 32 ainsi modifié.
A titre purement indicatif et nullement limitatif
- le diamètre Φv de la zone de la face 10 du VCSEL, par où sort le faisceau lumineux 10, vaut 30 μm,
- la distance Df entre cette face 10 et la face de réception de lumière 8 vaut lOOμm,
- le demi-angle au sommet α du faisceau lumineux 10 (faisceau sensiblement conique) vaut 10°,
- le diamètre extérieur de la gaine optique 18 de la fibre vaut 125μm,
- la différence d entre les rayons extérieur et intérieur de la photodiode, vaut 15μm, et le diamètre moyen Φm de la photodiode (demi-somme des diamètres intérieur et extérieur de celle-ci) vaut 70μm. On décrit ci-après un procédé de fabrication du système de la figure 1 en faisant référence aux figures 2 à 5.
Sur Le substrat 20 (figure 2), on forme successivement :
- un premier empilement 48 de couches (alternances de couches semiconductrices dopées N et d'indices optiques différents), à partir duquel on formera les miroirs 22 et 30,
- une couche 50 à partir de laquelle on formera la partie inférieure des cavités 26 et 28,
- une couche 52 à partir de laquelle on formera les couches actives 34 et 36,
- une couche 54 à à partir de laquelle on formera le reste des cavités 26 et 28, et
un deuxième empilement 56 de couches (alternances de couches semiconductrices dopées P et d'indices optiques différents), à partir duquel on formera les miroirs 24 et 32.
On commence un processus standard permettant de fabriquer le VCSEL 2 et la photodiode 14
(figure 3) : on grave les mésas nécessaires à partir de l'empilement précédement formé, on forme l'électrode 40 et les couches de passivation 42.
On achève le processus standard (figure
4) : on diminue la réflectivité du miroir 32 qui a été précédemment formé par gravure des mésas. Pour diminuer cette réflectivité, on retire la moitié de ce miroir 32 de sorte que son épaisseur diminue de moitié. Puis on forme les électrodes 38. Ensuite, on effectue un recuit des électrodes 38 et 40. On met ensuite en place les billes 46 (figure 5) puis on hybride la plaque 42, percée de part en part, par la technique de puce retournée, au moyen de ces billes.
Après cette hubridation, on insère l'extrémité de la fibre optique dans la plaque 42 puis on immobilise la fibre dans la position où son axe coïncide avec l'axe X.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'émission de lumière comprenant :
un composant électronique émetteur de lumière (2) ,
- un guide de lumière (4) qui est prévu pour recevoir la lumière émise par le composant, ce guide de lumière comportant une face d'entrée de lumière (8) qui est disposée en regard du composant et qui réfléchit une partie de la lumière qu'elle reçoit, et
- un photodétecteur (14) qui est intégré au composant et prévu pour détecter une partie de la lumière émise par ce composant, ce photodétecteur étant placé à proximité du composant et apte à recevoir une partie de la lumière qui est réfléchie par la face d'entrée de lumière,
dans lequel la couche active du composant électronique émetteur de lumière est faite du même matériau que la couche active du photodétecteur.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel le photodétecteur est une photodiode annulaire (14) qui entoure le composant (2) .
3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le composant est un laser à émission par la surface, à cavité verticale, ce laser (2) comprenant des premier et deuxième miroirs
(22, 24) qui délimitent la cavité (26), le premier miroir (22) reposant sur un substrat (20) et le deuxième miroir (24) étant placé en regard de la face d'entrée de lumière (8) .
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un support (44) auquel est fixé le guide de lumière (4), ce support étant fixé à l'ensemble formé par le composant (2) et le photodétecteur (14) de façon que la face d'entrée de lumière (8) soit placée en regard du composant .
5. Procédé de fabrication du système d'émission de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel
on forme le composant (2) et le photodétecteur (14) sur un substrat (20), le composant ayant des première et deuxième faces, reposant sur le substrat (20) par sa première face (11) et émettant la lumière par sa deuxième face (10), et
- on dispose le guide de lumière (4) de façon que la face d'entrée de lumière (8) soit en regard de la deuxième face (10) du composant.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel
- le composant (2) est un laser à émission par la surface, à cavité verticale, et le photodétecteur (14) est une photodiode à cavité, ce laser et la photodiode comprenant chacun des premier et deuxième miroirs (22-24, 30-32), qui délimitent la cavité correspondante, et une couche active (34, 36) placée dans cette cavité,
on forme, sur le substrat (20), un empilement de couches, permettant la formation des premier et deuxième miroirs, de la cavité et de la couche active du laser et de la photodiode, le premier miroir de chacun de ceux-ci étant alors en contact avec le substrat, et
on forme le laser et la photodiode à partir de l'empilement.
7. Procédé selon la revendication (6), dans lequel on diminue en outre la réflectivité du deuxième miroir (32) de la photodiode.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les premier et deuxième miroirs (22-24, 30-32) du laser et de la photodiode sont des miroirs de Bragg et l'on grave le deuxième miroir (32) de la photodiode pour en diminuer la réflectivité.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel on fixe le guide de lumière (4) à un support (44) et l'on fixe ce support au substrat de façon que la face d'entrée de lumière (8) soit en regard de la deuxième face (10) du composant .
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le support (44) est fixé au substrat (20) par l'intermédiaire de billes de brasure (46) par la technique de puce retournée.
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