WO2018055139A1 - Dispositif de couplage d'un premier guide d'ondes avec un deuxième guide d'ondes - Google Patents

Dispositif de couplage d'un premier guide d'ondes avec un deuxième guide d'ondes Download PDF

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WO2018055139A1
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waveguide
core
flared
heart
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Salim Boutami
Karim HASSAN
Bayram Karakus
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Definitions

  • the invention generally relates to the coupling of waveguides applied to micro and nanotechnologies.
  • the invention finds advantageous but not limitative application the field of photodiodes with the coupling between a first guide through which photons penetrate and a second guide comprising an absorption portion for generating electric charges from the absorbed photons.
  • a first solution is that the heart of the first guide, typically silicon, tapers gradually over a hundred micrometers until reaching the second guide whose input surface is greater than that of the narrowed end of the first guide.
  • a major disadvantage of this solution is the size imposed by the length of the narrowed part, usually referred to as "typing" in English.
  • Another solution consists in placing a convergent lens at the outlet of the first guide in order to converge the wave in the second guide.
  • the end narrowed linearly and forming a taper has a length between 10 and 20 ⁇ " ⁇ .
  • a first waveguide 100 is formed of a silicon core (Si) inside which the wave is intended to propagate and a sheath 120 of silica (SiO). 2 ) encapsulating the core 1 10.
  • the second waveguide 200 is formed of a core 210 of intrinsic germanium (Ge-i) and a sheath 220 having two zones 221, 222 of silicon doped respectively n and p and located on either side of the heart 210. It is in the heart 210 of the second guide that takes the absorption of photons and the generation of electric charges. To improve the absorptivity and therefore the performance of the photodiode it is necessary to have the best possible coupling between the first 100 and the second 200 guides. As for the solutions mentioned above, this coupling should preferably allow a mode adaptation, for the shortest distance possible, between the first 100 and the second 200 guides.
  • the differences in refractive indices are greater than in conventional photodiodes in which both the core and the doped zones are based on germanium. This increased contrast of refractive indices contributes to confining 310 in the heart 210 of the second guide 200 the light waves 300 from the heart 1 10 of the first guide 100.
  • This solution thus improves the absorption of light within the heart 210, that is to say that it improves the responsivity of photodiodes compared to standard photodiodes with germanium sheath.
  • FIG. 1 illustrating a simulation and in the schematic representation of FIG. 4
  • a portion 320 of the light waves that penetrate into the second guide 200 is diffused in the sheath 220 within the portions 221, 222.
  • the scattered light waves 320 are therefore not absorbed by the germanium core 210 and thus limit the performance of the photodiode in terms of responsivity.
  • the present invention provides a device for coupling at least two waveguides.
  • the device comprises a first waveguide and a second waveguide, each guide comprising a heart and a sheath enveloping at least a portion of the heart, characterized in that the heart of the second guide comprises:
  • an end portion having at least: ⁇ an end wall facing opposite, and preferably in contact with the heart of the first guide,
  • ⁇ a convexly shaped flared portion extending the end wall away from the first guide, the flared portion having a section that increases away from the first guide, the section being taken along a transverse plane (xy) perpendicular to a main direction (z) of extension of the core of the second waveguide,
  • the coupling device according to the invention confers significant advantages in particular in terms of increasing the confinement of light waves within the core of the second waveguide while maintaining a limited space requirement.
  • this improved confinement leads to a reduction of the diffusivity outside the core formed of a photon absorption material.
  • the invention thus makes it possible to increase the responsivity of the photodiode.
  • the invention makes it possible to very significantly increase the responsivity of the photodiode without unduly reducing the width of the bandwidth.
  • the invention makes it possible to significantly increase the responsivity product times ( * ) bandwidth.
  • the skilled person would have at best considered expanding the core section of the second guide. This widening would have the negative effect of reducing the bandwidth, because the charge carriers would then need more time to be extracted.
  • the usual width of the intrinsic germanium Ge-i is ⁇ . ⁇ (10 "6 meters)
  • the absorptivity remains limited.
  • the invention as for it in particular thanks to the shape of the end portion, does not have these drawbacks or at least strongly limits them.
  • Another object of the present invention relates to a microelectronic device comprising at least and preferably a plurality of coupling devices according to the invention.
  • microelectronic device any type of device made with microelectronics means. These devices include, in addition to purely electronic devices, micromechanical or electromechanical devices (MEMS, NEMS %) as well as optical or optoelectronic devices (MOEMS ).
  • MEMS micromechanical or electromechanical devices
  • MOEMS optical or optoelectronic devices
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a Si-p / Ge-i / Si-n double heterojunction photodiode according to the prior art, in which a simulation of the propagation of light waves is represented schematically.
  • Figures 2 and 3 are views of a photodiode close to that of Figure 1, according to cross sections taken respectively at the second guide and the first guide.
  • Figure 4 is a schematic view of the photodiode of Figures 2 and 3 in a longitudinal section, that is to say parallel to the main direction of propagation of light waves.
  • Figure 5 is a longitudinal sectional view of an example of the coupling device according to the invention, this device forming, in this non-limiting example, a photodiode.
  • FIGS 6a to 6c are longitudinal sectional views schematically illustrating and in a modal approach the coupling between the first and the second guide.
  • FIG. 6a relates to a conventional double heterojunction photodiode such as that of FIG. 4;
  • FIG. 6b illustrates a coupling device forming in this non-limiting embodiment for example a double heterojunction photodiode;
  • Figure 6c is an enlarged view of Figure 6b centered on the interface between the first and second guides.
  • FIG. 7 illustrates the evolution of the bandwidth of a photodiode according to the state of the art and of a photodiode according to the invention as a function of the width of the intrinsic zone formed by the core of the second guide.
  • Figure 8a illustrates time-domain finite-difference (FDTD) simulations of responsivity of photodiodes versus parameters of the end portion of the core of the second waveguide.
  • FDTD time-domain finite-difference
  • Figure 8b is a table showing the absorptivity, the bandwidth is the product of absorptivity * bandwidth for the different photodiodes of Figure 8a.
  • FIGS. 9a and 9b are simulations according to the FDTD method of light scattering in the core of the second guide, for respectively a coupling device according to the prior art and coupling device according to the invention.
  • FIGS 10a to 10d illustrate alternate embodiments to that of Figure 4.
  • FIG. 11 comprising FIGS. 11a to 11g, illustrates the main steps of an exemplary method of producing a coupling device according to the invention.
  • the flared portion is flared in a non-linear profile. According to one embodiment, the flared portion is flared in a sinusoidal profile, preferably in a profile forming a quarter period of a sinusoidal function.
  • the wall delimiting the flared portion forms a curve of which all tangents have a directing coefficient which increases strictly away from the first guide.
  • the section of the main portion, taken parallel to said transverse plane is smaller than that of the end portion.
  • the main portion has a section, parallel to said transverse plane, smaller than that of the narrowing wall.
  • the main direction is parallel to the main direction of propagation of light waves.
  • the narrowing extends the flared portion away from the first guide. Preferably the narrowing extends to reach the main portion.
  • the end portion has a portion of constant section, disposed between the flared portion and the narrowing.
  • the narrowing has a narrowing wall extending between the flared portion and the main portion, said narrowing wall being substantially linear and defines with a plane perpendicular to said main direction an angle of between 0 and 45 degrees, preferably between 0 and 30 degrees and preferably between 0 and 15 degrees.
  • an angle ⁇ having these values allows a particularly good improvement of the coupling while facilitating a simple and reproducible embodiment of the coupling device.
  • the difference between the refractive indices of the core and the sheath of the first waveguide being greater than the difference between the refractive indices of the core and the sheath of the second waveguide.
  • the first waveguide has a contrast of refractive indices greater than the refractive index contrast of the second waveguide, the index contrast of a guide being the difference between the refractive index of its core and the refractive index of its sheath.
  • the ratio of the length of the end portion to the total length of the core of the second waveguide is less than or equal to 0.7 and preferably less than or equal to 0.5 and preferably less than or equal to at 0.3, these lengths being taken along said main direction.
  • the length is taken according to the main direction of extension of the second guide.
  • the cores of the first and second guides are in direct contact. That is, there is no element, void or area between them.
  • the first and second cores form a coupling interface, said interface being plane.
  • the interface is contained in a plane parallel to said transverse plane. In all points, the section of the main portion is smaller than that of the end portion.
  • the device forms a double heterojunction photodiode. According to one embodiment, the device forms an avalanche photodiode.
  • At least one and preferably both of the heart of the first guide and the heart of the second guide has, in section along a plane parallel to said transverse plane, an area less than ⁇ ⁇ 2 , preferably less than ⁇ ⁇ 2 , and preferably less than ⁇ ⁇ 2 .
  • the diameter, if the section of the heart is circular, or the largest side if the section of the heart is a polygon, is less than 50 ⁇ , preferably less than 10 ⁇ and preferably less than 1 ⁇ .
  • the invention may present at least one of the following claims that can be taken in association or alternatively.
  • the flared portion begins at the end of the end portion.
  • the flared portion is delimited by a curve corresponding to a quarter period of the sinus function, centered on 0; naturally this curve has a flat portion centered on 0.
  • the ratio of the maximum width W1max of the end portion to the width W1 of the end portion closest to the first waveguide, that is to say, to the interface with the first waveguide is between 1.1 and 3, these width being taken in a plane parallel to said transverse plane. This ratio makes it possible to improve the performance of the coupling while keeping in limited space.
  • the maximum width W1max of the end portion is less than or equal to 50 ⁇ (10 -6 meters) and preferably less than or equal to 10 ⁇ and preferably less than or equal to 1 ⁇ . ratio improves the performance of the coupling while maintaining limited space.
  • the ratio of the maximum width Wlmax of the end portion to the maximum width W0 of the main portion of the second waveguide is between 1.1 and 6, these widths being taken in a perpendicular plane. to said main direction. This ratio makes it possible to improve the performance of the coupling while keeping in limited space.
  • the length Lr of the narrowing is less than the length L1 of the flared portion, preferably Lr ⁇ - and Lr ⁇ - and Lr ⁇ , Lr and Le being taken along the main direction (z) of extension of the core of the second waveguide. This makes it possible to improve the mode adaptation between the first waveguide and the second waveguide while maintaining limited space requirements.
  • the heart of the first guide and the heart of the second guide are formed in different materials.
  • the core of the first guide is based on silicon, for example silicon
  • the core of the second guide is based on germanium, for example germanium.
  • the heart of one or both guides is formed of a single layer. According to another embodiment, the heart of one or both guides is formed of a stack of layers.
  • the core of the second waveguide is formed of an intrinsic semiconductor material and the sheath of the second waveguide comprises at least two zones of a p-doped semiconductor material and p respectively. not.
  • the core of the second waveguide is in Ge intrinsic (Ge-i) and said zones are zones of silicon (Si) doped p and n.
  • the narrowing has a narrowing wall substantially perpendicular to said main direction.
  • At least one of the sheath of the first guide and the second guide comprises air, a gas or vacuum.
  • the sheath of the first waveguide is air, a gas or vacuum.
  • the term “over”, “overcomes”, “covers” or “underlying” or their equivalents do not necessarily mean “in contact with”.
  • the deposition of a first layer on a second layer does not necessarily mean that the two layers are in direct contact with one another, but that means that the first layer at least partially covers the second layer. being either directly in contact with it or separated from it by at least one other layer or at least one other element.
  • a layer or a core based on a material A, a layer or a core comprising this material A only or this material A and possibly other materials, for example doping elements, is understood to mean.
  • a doping noted p means that it is a doping by positive charges
  • a doping n means that it is a doping by negative charges.
  • the coupling device comprises at least a first 100 and a second 200 waveguide, preferably used so that the light enters the first guide 100, which then serves as an injection guide, to then reach the second guide 200.
  • Each waveguide comprises a core 1 10, 210 and a sheath 120, 220.
  • the refractive index of the core is greater than the index refraction of its sheath to confine the light beam in the cores 1 10, 210 avoiding diffusion within the sheaths 120, 220.
  • the core 210 of the second waveguide 200 may be surrounded by a heterogeneous sheath 220, as in the nonlimiting example illustrated in FIG. 5. Nevertheless, the flared portion 212 combined with the main portion 212 does not have or that very little collimation effect in the y direction. Its effect is mainly contained along the x axis.
  • the sheath portion to be taken into account in terms of refractive indices is the lateral sheath, formed in this nonlimiting example by zones 221, 222. In this example, it may be n-doped silicon zone and whose refractive indices are equal to that of silicon.
  • the invention is not limited to particular materials for the heart and the sheath. It will thus be possible for the core 10, 210 silicon (Si) or intrinsic germanium (Ge-i) or silicon nitride (SiN), and for the sheaths 120, 220 of silicon dioxide (SiO 2 ), silicon or a gas such as air for example or vacuum.
  • the core 1 10 of the first guide 100 is in Si
  • its sheath 120 is in Si0 2
  • the core 210 of the second guide 200 is in Ge-i
  • its sheath 220 is formed of a zone 221 of doped Si n (Si-n) and a zone 222 of p-doped Si (Si-p).
  • the device formed by the union of the two guides 100, 200 thus constitutes a Si-n / Ge-i / Si-p double heterojunction photodiode.
  • the core 1 of the first waveguide 100 has a section taken in a xy-section which remains substantially constant along the z-axis.
  • the norm mark x, y, z is indicated in FIG. 5.
  • the axis z corresponds to a main direction 400 of extension of the core 1 10, 210 of the guides 100, 200. It is parallel to this main direction 400 that the most of the luminous flux propagates in the guides 100, 200.
  • the heart 210 of the second waveguide 200 has a section, taken in the xy plane, which varies along the z axis.
  • the core 210 comprises at least one end portion 21 1 having a flared portion 21 12 and a main portion 212, the latter having a section smaller than the section of the end portion 21 1.
  • the end portion 21 21 1 preferably extends from the end 21 1 1 of the heart 210 of the second waveguide 200.
  • the heart 210 of the second waveguide 200 is in contact with the heart 1 10 of the first waveguide 100.
  • the coupling interface is then formed by the end portion 21 1 the heart 210 of the second guide 200 and the end portion of the heart 1 10 of the first guide 100.
  • the interface between the cores 1 10, 210 of the two guides 100, 200 is flat. This facilitates the manufacture of the coupling between the two cores 1 10, 210 and promote a good transmission of light waves from one guide to another.
  • the flared portion 21 of the core 210 is convex. It therefore forms a belly that extends into the sheath in a xy plane.
  • the flared portion 21 12 is not concave. Preferably, it does not have a linear profile in the xy plane.
  • the wall defining the flared portion 21 12 forms a curve of which all the tangents have a directing coefficient which increases strictly by traversing the z axis.
  • the wall of the flared portion 21 12 follows a sinus-type function (ignoring the contact wall 21 1 1 which is flat).
  • the flared portion 21 12 is prolonged by a narrowing.
  • the narrowing is defined by a wall 21 14 which extends, along the z axis, from the flared portion 21 12 to the main portion 212.
  • the shrink wall 21 is linear and forms a right angle with the z axis.
  • the wall 21 14 may form with a plane perpendicular to the z axis, a non-zero angle a. This embodiment will be described in detail later with reference to FIG. 10a.
  • This structure of the core 210 of the second guide 200 significantly improves the coupling of the guide 200 with the first guide 100. This could be explained by a modal approach to the operation of the coupling device.
  • the flared shape of the core 210 of the second guide 200 allows the mode to be adapted between the mode of the first guide 100 and the mode of the second guide 200. This mode adaptation is effected over a very short distance thanks to the end portion 212 and its flared part 21 12.
  • planar lenses in guided optics can adapt mode sizes. They have the disadvantage of being also very long, typically of the order of several tens, or even hundreds of microns. This type of lens is for example described in the publication mentioned in the introduction by K. V. Acoleyen et al., Published in 201 1 in the journal IEE under the reference 10.1 109 / GROUP4.201 1.6053748.
  • the end portion of the core 210 of the second guide 200 is on the contrary ultra-compact.
  • its base is preferably flat. Its internal walls play rather the role of mirrors to collimate the beams towards the main portion 212 of the second guide 200.
  • FIG. 6a illustrates a conventional Si-n / Ge / Si-p double heterojunction photodiode.
  • the modes of the first 100 and second 200 guides are clearly different and the structure at the interface of the two guides does not allow adaptation of these modes. We have a divergence of modes.
  • Figure 6b enlarged in Figure 6c at the interface between the two guides 100, 200, illustrates the mode adaptation through the flared portion 211 of the device according to the invention.
  • the following paragraphs highlight how the sizing of the core 210 of the second guide 200 influences the performance of the coupling device, particularly in terms of reducing the diffusion in the sheath 220 (and therefore in terms of absorptivity / responsivity when it is a photodiode) and in terms of bandwidth.
  • the wall of the flared portion 2112 evolves according to a sinusoidal law.
  • the change in width of the flared portion 2112 as a function of the axis z substantially follows the following equation:
  • Wi is the width of the heart 110 of the first guide 100.
  • Wi is the width of the end wall 2111 forming the contact with the first guide.
  • - W0 is the width of the main portion 212 of the second guide 200, that is to say the portion of substantially constant section;
  • Wg corresponds to the maximum widening of the end portion 212 (that is to say its maximum overshooting of the width with respect to the width Wi).
  • Wlmax is the maximum width of the end portion 211. As illustrated in FIG. 5, Wlmax is equal to the width W with the addition of the widening Wg.
  • the widths are taken along the x axis, the lengths are taken along the z axis, the sections are taken in planes parallel to the xy plane. In the case where the sections of the cores 110, 210 are circular, the widths then correspond to diameters.
  • Important design parameters of the flared end portion 211 are therefore the maximum widening W g , and the length Le of the end portion 211 flared.
  • the harmful impact related to the presence of this flared portion 2112 is a decrease in the bandwidth compared to a coupling device without flaring portion 2112. Indeed, a certain portion of the light is absorbed in the flared portion 21 12 of greater thickness than the guide extending it. In this flared portion 21 12 the extraction of the charges is slower.
  • the overall bandwidth of the flared portion photodiode 21 can be calculated by integrating the local bandwidth along the propagation of the light, and taking into account the attenuation of the absorption density according to the Beer law. Lambert:
  • bp (w (z)) is the bandwidth corresponding to an elongated photodiode of width w (z),
  • - I_t is the length of the second waveguide 200.
  • the reduction in bandwidth is much less than expected. Indeed during the development of According to the invention, it has been observed that the flared portion 21 does not need to be too wide, nor too long to be optically effective.
  • the invention makes it possible to improve the bandwidth
  • the parameters that are varied from one simulation to another are those associated with the flared portion 21 12, Wg and Le. Wi is set to ⁇ . ⁇ and WO is also fixed.
  • mappings illustrated in FIG. 8a are obtained and which mentions the nominal efficiency ⁇ 0 of a corresponding right-hand (flare-off) photodiode. Each time the absorption is recorded in the photodiode (responsivity).
  • the first thing we observe from these simulations is that the invention does provide an improvement in responsiveness compared to a conventional photodiode (without flared portion) of width W0, and nominal efficiency ⁇ 0 .
  • the invention allows an improvement of the product absorptivity * bandwidth.
  • the coupling device described above has particularly improved performance. Nevertheless, the invention covers other structures of coupling devices. Some of these variants are described with reference to Figures 10a to 10d.
  • Figure 10a schematically illustrates the different slopes or curves that can follow the wall shrinkage 21 14.
  • this wall 21 14 forms with a transverse plane, perpendicular to the z axis, a zero angle.
  • this narrowing wall 21 is perpendicular to the z-axis as illustrated in the example of FIG. 5 or as illustrated by the reference 14a of FIG. 10a. The narrowing is then very abrupt, even immediate.
  • the angle ⁇ may nevertheless be non-zero as illustrated by the reference 21 14b of FIG. 10a.
  • this angle a will be positive, that is to say that the value along the z axis of the shrink wall 21 14 will be greater at the level of the main portion 212 than at the flared portion 21 12 Thus the narrowing of the flared part is gradual although fast.
  • Embodiments with an angle ⁇ > 0 have the advantage of facilitating the manufacture of the coupling device.
  • the length L r of the narrowing, taken along the z axis is less than Le.
  • the length L r of the narrowing is less than and preferably less than and preferably less than
  • the narrowing is linear. Nevertheless, it is preferable to have a nonlinear shrinkage, with curved shapes, especially at the junctions with the main part 212 and with the flared shape 21 12.
  • Figures 10b and 10c illustrate this type of variant with rounded edges.
  • the hops are generally rounded.
  • the total length L t of the second guide 200 is such that: L t ⁇ 2 (Le + 1 r ).
  • Figure 10c illustrates various possible shapes for the wall defining the flared portion 21 12. All possible shapes are the curves shown in regular dashed lines which are below the straight line shown in irregular dashed line / dot.
  • FIG. 10d illustrates a variant in which the narrowing 21 14 does not directly extend the flared portion 21 12.
  • an intermediate portion 21 15, preferably cylindrical, extends the flared portion 21 12 to the narrowing wall 21 14.
  • Wg is less than 2 ⁇ " ⁇ " ⁇
  • Wg is between ⁇ . ⁇ and 2 ⁇ , preferably between ⁇ . ⁇ and 0.7 ⁇ , preferably between 0.1 ⁇ and 0.5 ⁇ , preferably of the order of 0.1 ⁇ ;
  • The is between 0.1 ⁇ and 1.5 ⁇ , preferably between 0.2 ⁇ and 1 .2 ⁇ , preferably between 0.4 ⁇ and 1 ⁇ , preferably of the order of ⁇ . ⁇ ;
  • - Wi is equal to 0.2 ⁇ and 1 .0 ⁇ , preferably between 0.4 ⁇ and 0.8 ⁇ , preferably between 0.5 ⁇ and 0.7 ⁇ ;
  • W0 is comprised of 0.15 ⁇ m and 1.0 ⁇ m, preferably between 0.15 ⁇ m and 0.8 ⁇ m, preferably between 0.2 ⁇ m and 0.6 ⁇ m.
  • the coupling device forms a photodiode, in particular that illustrated in FIG. 5 and described in the corresponding passages, the above dimensions make it possible to considerably improve the absorbency product * bandwidth. These dimensions and advantages also apply to the variants described with reference to FIGS. 10a to 10d.
  • the invention also applies to any other type of coupling device between different materials not necessarily forming a photodiode.
  • index contrast This index difference between the refractive index of the core of a guide and the refractive index of the sheath of this same guide is called index contrast.
  • the portion of sheath to be taken into account in terms of refractive index is the lateral portion of sheath 220c. that is, extending along the x axis.
  • ng2 corresponds to the refractive index of the zones 221 and 222. If these zones are Si-n and Si-p, ng2 will therefore be equal to the refractive index of the silicon, Si -n and Sip having the same index values (that of Si). The principle of the present invention works in reverse.
  • FIG. 11a Each of Figures 11 to 11 g comprises a sectional view of the second waveguide 200 (seen in a xy section) and a view from above (view parallel to the plane zx.
  • the first step (FIG. 11a) consists in providing a stack of layers comprising in particular:
  • a substrate 220 for example a dielectric material such as Si0 2 ;
  • This layer 22 is preferably, but not exclusively, a semiconductor material such as silicon.
  • this layer 22 has at least two doped zones located on either side of the y axis.
  • an area located for example on the left of the y-axis is doped n and another area to the right of the y-axis is p-doped.
  • the steps illustrated in FIG. 11b to 11d aim at engraving the hard mask 223 to give it the shape of the core 210 of the second waveguide 200. This shape appears in FIGS. 11c and 11d.
  • a layer of resin 224 (FIG. 11b) is opened (FIG. 11c) by any suitable means of lithography (photolithography, electron beam lithography, nano-printing, etc.) to give the aperture the desired shape for the heart 210 of the waveguide 200.
  • lithography photolithography, electron beam lithography, nano-printing, etc.
  • the hard mask 223 is then etched through the mask formed by the open resin layer 224.
  • the resin layer 224 (FIG. 11) is then removed.
  • the layer 22 is then etched to form part of the sheath through the hard mask 223.
  • the cavity 540 thus formed is then filled with the material forming the core 210 of the second waveguide 200 (FIG. 11g).
  • the heart 210 then has the desired shape, with in particular the flared end portion 21 1 and the main portion 212.
  • epitaxial growth is carried out from a residual layer 560 of the layer 22 left in place at the end of etching.
  • the etching of the layer 22 is only partial and leaves a thickness 560 in the bottom of the opening 540.
  • the cavity can be filled by growing germanium by epitaxy.
  • a flattening step is then carried out, for example by chemical mechanical polishing (CMP) so that the upper faces of the layer 22 and the core 210 are substantially included in the same plane.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a protective layer preferably a dielectric, for example a layer of Si0 2 .
  • This process has the advantage of being simple and perfectly reproducible. It thus makes it possible to manufacture the coupling device in a simple manner and at a limited cost.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de couplage d'un premier guide (100) d'ondes avec un deuxième guide (200) d'ondes, caractérisé en ce que le cœur (210) du deuxième guide (200) comprend: une portion d'extrémité (211) présentant au moins:  une paroi d'extrémité (2111) plane tournée en regard de, et de préférence, en contact avec le cœur (110) du premier guide (100),  une partie évasée (2112) de forme convexe prolongeant la paroi d'extrémité (2111) en s'éloignant du premier guide (100), la partie évasée (2112) présentant une section qui augmente en s'éloignant du premier guide (100),  un rétrécissement, une portion principale (212), prolongeant la portion d'extrémité (211) en s'éloignant du premier guide (100) et présentant une section sensiblement constante.

Description

Dispositif de couplage d'un premier guide d'ondes
avec un deuxième guide d'ondes »
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne de manière générale le couplage de guides d'ondes appliqué aux micro et nanotechnologies.
L'invention trouve pour application avantageuse mais non limitative le domaine des photodiodes avec le couplage entre un premier guide par lequel des photons pénètrent et un deuxième guide comprenant une portion d'absorption pour générer des charges électriques à partir des photons absorbés.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Dans le domaine des micro et nanotechnologies, il est souvent nécessaire de coupler deux guides d'onde. Le couplage entre deux guides d'ondes, comprenant chacun un cœur et une gaine, doit favoriser un maximum de transmission dans le cœur du guide d'ondes traversé en deuxième lieu.
Plusieurs solutions ont été développées pour assurer le couplage entre deux guides d'ondes dans le domaine des micro et nanotechnologies, c'est-à-dire pour des guide d'ondes dont la longueur est typiquement inférieure à quelques centaines voire quelques dizaines de micromètres (μηι, 10"6 mètres).
Une première solution consiste à ce que le cœur du premier guide, typiquement en silicium, se rétrécisse progressivement sur une centaine de micromètres jusqu'à parvenir à proximité du deuxième guide dont la surface d'entrée est plus importante que celle de l'extrémité rétrécie du premier guide.
Un inconvénient important de cette solution est l'encombrement imposé par la longueur de la partie rétrécie, habituellement qualifiée de « taper » en anglais. Une autre solution consiste à placer une lentille convergente en sortie du premier guide afin de faire converger l'onde dans le deuxième guide.
Une telle solution est par exemple décrite dans la publication de K. V. Acoleyen et al., parue en 201 1 dans la revue IEE sous la référence
10.1 109/GROUP4.201 1 .6053748. Dans cette solution le deuxième guide présente une extrémité se rétrécissaient linéairement en s'éloignant de l'interface, formant ainsi un taper. L'objectif de cette publication est de réaliser un adaptateur de mode qui soit de dimension plus courte que les tapers classiques.
Avec cette solution, l'extrémité se rétrécissaient linéairement et formant un taper présente une longueur comprise entre 10 et 20μη"ΐ.
Cette dimension est encore relativement grande est conduit à des couplages encombrants entre les deux guides.
Une autre solution est utilisée pour la réalisation de photodiodes à double hétérojonction. Ce type de photodiode est illustré en figure 1 à 4.
Dans une photodiode à double hétérojonction, un premier guide d'ondes 100 est formé d'un cœur 1 10 en silicium (Si) à l'intérieur duquel l'onde est destinée à se propager et d'une gaine 120 de silice (Si02) enrobant le cœur 1 10. Le deuxième guide d'ondes 200 est formé d'un cœur 210 en germanium intrinsèque (Ge-i) et d'une gaine 220 présentant deux zones 221 , 222 de silicium dopées respectivement n et p et situées de part et d'autre du cœur 210. C'est dans le cœur 210 du deuxième guide que s'effectuent l'absorption des photons et la génération de charges électriques. Pour améliorer l'absorptivité et donc les performances de la photodiode il est nécessaire d'avoir le meilleur couplage possible entre le premier 100 et le deuxième 200 guides. Comme pour les solutions mentionnées ci-dessus, ce couplage doit de préférence permettre une adaptation de mode, sur une distance la plus courte possible, entre le premier 100 et le deuxième 200 guides.
Aux interfaces entre le cœur 210 de Ge-i et les zones 221 , 222 de Si dopées du deuxième guide 200, les différences d'indices de réfraction sont plus importantes que dans les photodiodes classiques dans lesquelles à la fois le cœur et les zones dopées sont à base de germanium. Ce contraste augmenté d'indices de réfraction contribue à confiner 310 dans le cœur 210 du deuxième guide 200 les ondes lumineuses 300 provenant du cœur 1 10 du premier guide 100.
Cette solution améliore ainsi l'absorption de la lumière au sein du cœur 210, c'est-à-dire qu'elle améliore la responsivité des photodiodes par rapport aux photodiodes standards avec gaine en germanium.
Néanmoins, comme cela apparaît sur la figure 1 illustrant une simulation et sur la représentation schématique de la figure 4, une partie 320 des ondes lumineuses qui pénètrent dans le deuxième guide 200 se diffuse dans la gaine 220 au sein des portions 221 , 222. Ces ondes lumineuses 320 diffusées ne sont donc pas absorbées par le cœur 210 de germanium et limitent ainsi les performances de la photodiode en termes de responsivité.
Ainsi, il existe un besoin consistant à proposer une solution pour améliorer les performances d'un couplage entre deux guides d'ondes tout en présentant un encombrement réduit.
Tel est l'objectif de la présente invention.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation la présente invention prévoit un dispositif de couplage d'au moins deux guides d'ondes. Le dispositif comprend un premier guide d'ondes et un deuxième guide d'ondes, chaque guide comprenant un cœur et une gaine enveloppant une partie au moins du cœur, caractérisé en ce que le cœur du deuxième guide comprend :
o une portion d'extrémité présentant au moins : ■ une paroi d'extrémité tournée en regard de, et de préférence, en contact avec le cœur du premier guide,
■ une partie évasée de forme convexe prolongeant la paroi d'extrémité en s'éloignant du premier guide, la partie évasée présentant une section qui augmente en s'éloignant du premier guide, la section étant prise selon un plan transverse (xy) perpendiculaire à une direction principale (z) d'extension du cœur du deuxième guide d'ondes,
■ un rétrécissement dont la section, parallèle audit plan transverse (xy), diminue en s'éloignant du premier guide,
o une portion principale, prolongeant la portion d'extrémité en s'éloignant du premier guide et présentant une section, prise parallèlement audit plan transverse (xy), sensiblement constante.
Le dispositif de couplage selon l'invention confère des avantages significatifs notamment en termes d'augmentation du confinement des ondes lumineuses au sein du cœur du deuxième guide d'ondes tout en conservant un encombrement limité.
Dans le cas où le dispositif forme une photodiode, ce confinement amélioré conduit à une réduction de la diffusivité en dehors du cœur formé d'un matériau d'absorption des photons. L'invention permet ainsi d'augmenter la responsivité de la photodiode.
De manière encore plus inattendue, il s'avère que pour une largeur donnée de la portion d'absorption (le cœur du deuxième guide), l'invention permet d'augmenter très significativement la responsivité de la photodiode sans réduire de manière trop préjudiciable la largeur de la bande passante.
Autrement dit, l'invention permet d'augmenter de manière notable le produit responsivité fois (*) largeur de bande passante.
Cela représente un avantage considérable par rapport aux solutions connues. En effet dans un dispositif de couplage classique, tel que celui d'une photodiode à double hétérojonction, les indices de réfraction du deuxième guide (nSi = 3.45 et nGe=4.27) sont beaucoup plus élevés que les indices de réfraction du premier guide (nSi02 = 1 -45 et nSi=3.45). Une part significative de la lumière diffuse alors hors de la photodiode malgré la présence du confinement.
Pour augmenter l'absorptivité de la portion de Ge intrinsèque, l'homme du métier aurait au mieux envisagé d'élargir la section du cœur du deuxième guide. Cet élargissement aurait comme effet négatif de diminuer la bande passante, car les porteurs de charge auraient alors besoin de plus de temps pour être extraits. Pour une bande passante acceptable, avec les solutions de l'état de la technique, la largeur usuelle du germanium intrinsèque Ge-i est de Ο.θμηη (10"6 mètres). Cependant, pour cette largeur, même pour une photodiode à double hétérojonction, l'absorptivité reste limitée.
L'invention quant à elle, notamment grâce à la forme de la portion d'extrémité, ne présente pas ces inconvénients ou tout au moins les limite fortement.
Un autre objet de la présente invention concerne un dispositif microélectronique comprenant au moins et de préférence une pluralité de dispositifs de couplage selon l'invention.
Par dispositif microélectronique, on entend tout type de dispositif réalisé avec des moyens de la microélectronique. Ces dispositifs englobent notamment en plus des dispositifs à finalité purement électronique, des dispositifs micromécaniques ou électromécaniques (MEMS, NEMS...) ainsi que des dispositifs optiques ou optoélectroniques (MOEMS...).
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe schématisée d'une photodiode à double hétérojonction Si-p/Ge-i/Si-n selon l'art antérieur, sur laquelle une simulation de la propagation des ondes lumineuses est représentée de manière schématique.
Les figures 2 et 3 sont des vues d'une photodiode proche de celle de la figure 1 , selon des coupes transversales prises respectivement au niveau du deuxième guide et du premier guide.
La figure 4 est une vue schématisée de la photodiode des figures 2 et 3 selon une coupe longitudinale, c'est-à-dire parallèle à la direction principale de propagation des ondes lumineuses.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple du dispositif de couplage selon l'invention, ce dispositif formant, dans cet exemple non limitatif, une photodiode.
Les figures 6a à 6c sont des vues en coupe longitudinale illustrant de manière schématique et selon une approche modale le couplage entre le premier et le deuxième guide. La figure 6a concerne une photodiode à double hétérojonction classique comme celle de la figure 4 ; la figure 6b illustre un dispositif de couplage formant dans ce mode de réalisation non limitatif par exemple une photodiode à double hétérojonction ; la figure 6c est une vue agrandie de la figure 6b centrée sur l'interface entre les premier et deuxième guides.
La figure 7 illustre l'évolution de la largeur de bande passante d'une photodiode selon l'état de la technique et d'une photodiode selon l'invention en fonction de la largeur de la zone intrinsèque formée par le cœur du deuxième guide.
La figure 8a illustre des simulations selon la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD), de la responsivité de photodiodes en fonction de paramètres de la portion d'extrémité du cœur du deuxième guide d'ondes.
La figure 8b est un tableau indiquant l'absorptivité, la bande passante est le produit absorptivité*bande passante pour les différentes photodiodes de la figure 8a.
Les figures 9a et 9b sont des simulations selon la méthode FDTD de la diffusion de la lumière dans le cœur du deuxième guide, pour respectivement, un dispositif de couplage selon l'art antérieur et dispositif de couplage selon l'invention.
Les figures 10a à 10d illustrent des modes de réalisation alternatifs à celui de la figure 4.
La figure 11 , comprenant les figures 11 a à 11g, illustre les étapes principales d'un exemple de procédé de réalisation d'un dispositif de couplage selon l'invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les épaisseurs relatives des différentes couches ainsi que les dimensions relatives des différentes portions des guides d'ondes ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
- Selon un mode de réalisation, la partie évasée est évasée selon un profil non- linéaire. Selon un mode de réalisation, la partie évasée est évasée selon un profil sinusoïdal, de préférence selon un profil formant un quart de période d'une fonction sinusoïdale.
- Selon un mode de réalisation, la paroi délimitant la partie évasée forme une courbe dont toutes les tangentes présentent un coefficient directeur qui augmente strictement en s'éloignant du premier guide. - Selon un mode de réalisation, la section de la portion principale, prise parallèlement audit plan transverse, est inférieure à celle de la portion d'extrémité. De préférence, la portion principale présente une section, parallèle audit plan transverse, inférieure à celle de la paroi de rétrécissement. La direction principale est parallèle à la direction principale de propagation des ondes lumineuses.
- Selon un mode de réalisation, le rétrécissement prolonge la partie évasée en s'éloignant du premier guide. De préférence le rétrécissement prolonge jusqu'à atteindre la portion principale.
Selon un mode de réalisation alternatif, la portion d'extrémité comporte une partie de section constante, disposée entre la partie évasée et le rétrécissement.
- Selon un mode de réalisation, le rétrécissement présente une paroi de rétrécissement s'étendant entre la partie évasée et la portion principale, ladite paroi de rétrécissement étant sensiblement linéaire et définit avec un plan perpendiculaire à ladite direction principale un angle a compris entre 0 et 45 degrés, de préférence entre 0 et 30 degrés et de préférence entre 0 et 15 degrés. Avantageusement, la présence d'un angle a présentant ces valeurs permet une amélioration particulièrement bonne du couplage tout en facilitant une réalisation simple et reproductible du dispositif de couplage.
- Selon un mode de réalisation, la différence entre les indices de réfraction du cœur et de la gaine du premier guide d'ondes étant supérieure à la différence entre les indices de réfraction du cœur et de la gaine du deuxième guide d'ondes. Selon un mode de réalisation, le premier guide d'ondes présente un contraste d'indices de réfraction supérieur au contraste d'indices de réfraction du deuxième guide d'ondes, le contraste d'indice d'un guide étant la différence entre l'indice de réfraction de son cœur et l'indice de réfraction de sa gaine.
- Selon un mode de réalisation, le ratio de la longueur de la portion d'extrémité sur la longueur totale du cœur du deuxième guide d'ondes est inférieur ou égal à 0.7 et de préférence inférieur ou égal à 0.5 et de préférence inférieur ou égal à 0.3, ces longueurs étant prises selon ladite direction principale. La longueur est prise selon la direction principale d'extension du deuxième guide. Ces valeurs permettent d'améliorer le produit absorptivité * bande passante lorsque le dispositif de couplage est une photodiode.
- Selon un mode de réalisation, les cœurs des premier et deuxième guides sont en contact direct. C'est-à-dire qu'il n'y a pas d'élément, de vide ou d'aire entre eux.
- Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième cœurs forment une interface de couplage, ladite interface étant plane. Selon un mode de réalisation, l'interface est contenue dans un plan parallèle audit plan transverse. En tous points, la section de la portion principale est inférieure à celle de la portion d'extrémité.
- Selon un mode de réalisation, le dispositif forme une photodiode à double hétérojonction. Selon un mode de réalisation, le dispositif forme une photodiode à avalanche.
Selon un mode de réalisation, au moins l'un et de préférence les deux parmi le cœur du premier guide et le cœur du deuxième guide présente, en section selon un plan parallèle audit plan transverse, une surface inférieure à Ι ΟΟμηη2, de préférence inférieure à Ι Ομηη2, et de préférence inférieure à Ι μηη2. Typiquement le diamètre, si la section du cœur est circulaire, ou le plus grand côté si la section du cœur est un polygone, est inférieur à 50 μηι, de préférence inférieure à 10 μηη et de préférence inférieure à 1 μηη.
De manière également facultatives l'invention pourra présenter au moins l'une quelconque des revendications suivantes qui pourront être prises en association ou alternativement.
- Selon un mode de réalisation, la partie évasée débute à l'extrémité de la portion d'extrémité. De manière avantageuse, la partie évasée est délimitée par une courbe correspondant à un quart de période de la fonction sinus, centrée sur 0; naturellement cette courbe présente une portion plane centrée sur 0.
- Selon un mode de réalisation, le ratio de la largeur maximale Wlmax de la portion d'extrémité sur la largeur Wi de la portion d'extrémité située la plus proche du premier guide d'ondes, c'est-à-dire à l'interface avec le premier guide d'ondes, est compris entre 1.1 et 3, ces largeur étant prises dans un plan parallèle audit plan transverse. Ce ratio permet d'améliorer les performances du couplage tout en conservant en encombrement limité.
- Selon un mode de réalisation, la largeur maximale Wlmax de la portion d'extrémité est inférieure ou égale à 50 μηη (10"6 mètres) et de préférence inférieure ou égale à 10 μηη et de préférence inférieure ou égale à 1 μηη. Ce ratio permet d'améliorer les performances du couplage tout en conservant en encombrement limité.
- Selon un mode de réalisation, le ratio de la largeur maximale Wlmax de la portion d'extrémité sur la largeur maximale W0 de la portion principale du deuxième guide d'ondes est compris entre 1.1 et 6, ces largeurs étant prises dans un plan perpendiculaire à ladite direction principale. Ce ratio permet d'améliorer les performances du couplage tout en conservant en encombrement limité.
- Selon un mode de réalisation, la longueur Lr du rétrécissement est inférieure à la longueur Le de la partie évasée, de préférence Lr <— et Lr <— et Lr <^ , Lr et Le étant prises selon la direction principale (z) d'extension du cœur du deuxième guide d'ondes. Cela permet d'améliorer l'adaptation de mode entre le premier et le deuxième guide d'ondes tout en conservant en encombrement limité.
- Selon un mode de réalisation, le cœur du premier guide et le cœur du deuxième guide sont formés dans des matériaux différents.
- Selon un mode de réalisation, le cœur du premier guide est à base de silicium, par exemple en silicium, et le cœur du deuxième guide est à base de germanium, par exemple en germanium.
- Selon un mode de réalisation le cœur de l'un ou des deux guides est formé d'une seule couche. Selon un autre mode de réalisation le cœur de l'un ou des deux guides est formé d'un empilement de couches.
- Selon un mode de réalisation, le cœur du deuxième guide d'ondes est formé d'un matériau semi-conducteur intrinsèque et la gaine du deuxième guide d'ondes comprend au moins deux zones d'un matériau semi-conducteur dopé respectivement p et n.
- Selon un mode de réalisation, le cœur du deuxième guide d'ondes est en Ge intrinsèque (Ge-i) et lesdites zones sont des zones de silicium (Si) dopé p et n.
- Selon un mode de réalisation, le rétrécissement présente une paroi de rétrécissement sensiblement perpendiculaire à ladite direction principale.
- Selon un mode de réalisation, au moins l'un parmi la gaine du premier guide et du deuxième guide comprend de l'air, un gaz ou du vide. Selon un mode de réalisation, la gaine du premier guide d'ondes est de l'air, un gaz ou du vide.
Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « sur », « surmonte », « recouvre » ou « sous-jacent » ou leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt d'une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l'une de l'autre mais cela signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact soit en étant séparée d'elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément.
On entend par une couche ou un cœur, « à base » d'un matériau A, une couche ou un cœur comprenant ce matériau A uniquement ou ce matériau A et éventuellement d'autres matériaux, par exemple des éléments dopants. De manière conventionnelle, un dopage noté p signifie qu'il s'agit d'un dopage par des charges positives et un dopage n signifie qu'il s'agit d'un dopage par des charges négatives. Un exemple de dispositif de couplage selon l'invention va maintenant être décrit en référence à la figure 5, puis ses avantages seront explicités en référence aux figures 6 à 9.
Le dispositif de couplage selon l'invention comprend au moins un premier 100 et un deuxième 200 guide d'ondes, de préférence utilisé de manière à ce que la lumière pénètre dans le premier guide 100, qui fait alors office de guide d'injection, pour ensuite parvenir dans le deuxième guide 200. Chaque guide d'ondes comprend un cœur 1 10, 210 et une gaine 120, 220. Avantageusement, pour chaque guide d'ondes, l'indice de réfraction du cœur est supérieur à l'indice de réfraction de sa gaine afin de confiner le rayon lumineux dans les cœurs 1 10, 210 en évitant une diffusion au sein des gaines 120, 220.
On notera que l'homme du métier sait calculer l'indice de réfraction d'une gaine si cette dernière est hétérogène à la surface du cœur.
Le cœur 210 du deuxième guide d'ondes 200 peut être entouré d'une gaine 220 hétérogène, comme dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 5. Néanmoins, la portion évasée 212 combinée à la portion principale 212 n'a pas ou que très peu d'effet de collimation selon la direction y. Son effet est principalement contenu selon l'axe x. Ainsi la portion de gaine à prendre en compte en termes d'indices de réfraction est la gaine latérale, formée dans cet exemple non limitatif par les zones 221 , 222. Dans cet exemple il peut s'agir de zone de silicium dopé n et p, dont les indices de réfraction sont égales à celui du silicium.
L'invention ne se limite pas à des matériaux particuliers pour le cœur et la gaine. On pourra ainsi avoir pour le cœur 1 10, 210 du silicium (Si) ou du germanium intrinsèque (Ge-i) ou du nitrure de Silicium (SiN), et pour les gaines 120, 220 du dioxyde de silicium (Si02), du silicium voire un gaz tel que l'air par exemple ou du vide.
Dans l'exemple illustré, et sans que cela soit limitatif, le cœur 1 10 du premier guide 100 est en Si, sa gaine 120 est en Si02, le cœur 210 du deuxième guide 200 est en Ge-i et sa gaine 220 est formée d'une zone 221 de Si dopé n (Si-n) et d'une zone 222 de Si dopé p (Si-p). Dans cet exemple, le dispositif formé par la réunion des deux guides 100, 200 constitue ainsi une photodiode à double hétérojonction Si-n/Ge-i/Si-p.
Comme illustré en figure 5, le cœur 1 10 du premier guide d'ondes 100 présente une section, prise selon une coupe xy qui reste sensiblement constante le long de l'axe z.
Le repère normé x, y, z est indiqué en figure 5. L'axe z correspond à une direction principale 400 d'extension du cœur 1 10, 210 des guides 100, 200. C'est parallèlement à cette direction principale 400 que la majeure partie du flux lumineux se propage dans les guides 100, 200.
Le cœur 210 du deuxième guide d'ondes 200 présente une section, prise dans le plan xy, qui varie selon l'axe z. Ainsi, le cœur 210 comprend au moins une portion d'extrémité 21 1 présentant une partie évasée 21 12 et une portion principale 212, cette dernière présentant une section inférieure à la section de la portion d'extrémité 21 1. La portion d'extrémité 21 1 s'étend de préférence depuis l'extrémité 21 1 1 du cœur 210 du deuxième guide d'ondes 200. Selon un mode de réalisation, le cœur 210 du deuxième guide d'ondes 200 est au contact du cœur 1 10 du premier guide d'ondes 100.
Ainsi, selon ce mode de réalisation non limitatif, il n'y a pas d'élément intermédiaire entre les cœurs 1 10, 210 des deux guides 100, 200. L'interface de couplage est alors formée par la portion d'extrémité 21 1 du cœur 210 du deuxième guide 200 et par la portion d'extrémité du cœur 1 10 du premier guide 100. De préférence, l'interface entre les cœurs 1 10, 210 des deux guides 100, 200 est plane. Cela permet de faciliter la fabrication du couplage entre les deux cœurs 1 10, 210 et de favoriser une bonne transmission des ondes lumineuses d'un guide à l'autre.
De manière avantageuse, la partie évasée 21 12 du cœur 210 est convexe. Elle forme donc un ventre qui s'étend dans la gaine dans un plan xy.
Ainsi, de préférence, la partie évasée 21 12 n'est pas concave. De préférence, elle ne présente pas un profil linéaire dans le plan xy. Autrement dit, la paroi délimitant la partie évasée 21 12 forme une courbe dont toutes les tangentes présentent un coefficient directeur qui augmente strictement en parcourant l'axe z. Selon un mode de réalisation non limitatif, la paroi de la partie évasée 21 12 suit une fonction de type sinus (en faisant abstraction de la paroi de contact 21 1 1 qui est plane).
La partie évasée 21 12 se prolonge par un rétrécissement. De préférence, le rétrécissement est défini par une paroi 21 14 qui s'étend, selon l'axe z, depuis la partie évasée 21 12 et jusqu'à la portion principale 212. Sur l'exemple non limitatif illustré en figure 5, la paroi 21 14 de rétrécissement est linéaire et forme avec l'axe z un angle droit.
Selon un autre mode de réalisation, la paroi 21 14 peut former avec un plan perpendiculaire à l'axe z, un angle a non nul. Ce mode de réalisation sera décrit en détail par la suite en référence à la figure 10a.
Cette structure du cœur 210 du deuxième guide 200 permet d'améliorer considérablement le couplage de ce guide 200 avec le premier guide 100. Cela pourrait s'expliquer par une approche modale du fonctionnement du dispositif de couplage. La forme évasée du cœur 210 du deuxième guide 200 permet une adaptation du mode entre le mode du premier guide 100 et le mode du deuxième guide 200. Cette adaptation de mode est effectuée sur une distance très courte grâce à la portion d'extrémité 212 et sa partie évasée 21 12.
Au contraire, les tapes classiques connus de l'état de l'art sont généralement très longs notamment ceux pour élargir la taille d'un mode.
Un taper de ce type est décrit dans le document [4] G. Roelkens, P. Dumon, W. Bogaerts, D. Van Thourhout, and R. Baets, "Efficient Silicon-on- Insulator Fiber Coupler Fabricated Using 248-nm-Deep UV Lithography", IEEE Photonics technology letters 17, 2613 (2005). Si on devait placer un taper présentant une pointe de silicium en amont (selon le sens de propagation des rayons lumineux) du premier guide 100, cette pointe nécessiterait plusieurs dizaines de microns. L'encombrement du dispositif en serait augmenté de manière très préjudiciable.
De même, des lentilles planaires en optique guidée peuvent adapter des tailles de modes. Elles présentent pour inconvénient d'être également très longues, typiquement de l'ordre de plusieurs dizaines, voire centaines de microns. Ce type de lentille est par exemple décrit dans la publication mentionnée en introduction de K. V. Acoleyen et al., parue en 201 1 dans la revue IEE sous la référence 10.1 109/GROUP4.201 1.6053748.
Dans la présente invention, la portion d'extrémité du cœur 210 du deuxième guide 200 est au contraire ultra-compacte. Par ailleurs, ce n'est pas une lentille. En particulier sa base est de préférence plane. Ses parois internes jouent plutôt le rôle de miroirs pour collimater les faisceaux en direction de la partie principale 212 du deuxième guide 200.
La figure 6a illustre une photodiode à double hétérojonction Si-n/Ge/Si-p classique. Les modes du premier 100 et deuxième 200 guides sont clairement différents et la structure à l'interface des deux guides ne permet pas d'adaptation de ces modes. On a donc une divergence de modes. La figure 6b, agrandie en figure 6c au niveau de l'interface entre les deux guides 100, 200, illustre l'adaptation de mode grâce à la partie évasée 211 du dispositif selon l'invention. Les paragraphes qui suivent mettent en lumière comment le dimensionnement du cœur 210 du deuxième guide 200 influence les performances du dispositif de couplage, en particulier en termes de réduction de la diffusion dans la gaine 220 (et donc en termes d'absorptivité/responsivité lorsqu'il s'agit d'une photodiode) et en termes de largeur de bande passante.
Dans l'exemple non limitatif qui suit, la paroi de la partie évasée 2112 évolue selon une loi sinusoïdale. L'évolution en largeur de la partie évasée 2112 en fonction de l'axe z suit sensiblement l'équation suivante :
(1)w(z) = wi + Wg.sin—
Dans laquelle
- Wi est la largeur du cœur 110 du premier guide 100. De préférence, Wi est la largeur de la paroi d'extrémité 2111 formant le contact avec le premier guide.
- W0 est la largeur de la portion principale 212 du deuxième guide 200, c'est- à-dire la portion de section sensiblement constante ;
- Le est la longueur de la portion d'extrémité 211 et plus précisément de la partie évasée 2111;
Wg correspond à l'élargissement maximal de la portion d'extrémité 212 (c'est-à-dire son dépassement maximal de largeur par rapport à la largeur Wi). Wlmax est la largeur maximale de la portion d'extrémité 211. Comme illustré sur la figure 5, Wlmax est égale à la largeur Wi additionné de l'élargissement Wg.
Les largeurs sont prises selon l'axe x, les longueurs sont prises selon l'axe z, les sections sont prises selon des plans parallèles au plan xy. Dans le cas où les sections des cœurs 110, 210 sont circulaires, les largeurs correspondent alors à des diamètres.
Des paramètres importants de conception de la portion d'extrémité 211 évasée sont donc l'élargissement maximal Wg, et la longueur Le de la portion d'extrémité 211 évasée.
Dans le cas d'une photodiode, l'impact néfaste lié à la présence de cette partie évasée 2112 est une diminution de la bande passante par rapport à un dispositif de couplage sans partie évasée 2112. En effet, une certaine partie de la lumière est absorbée dans la partie évasée 21 12 d'épaisseur plus grande que le guide le prolongeant. Dans cette partie évasée 21 12 l'extraction des charges est plus lente.
On peut calculer la bande passante globale de la photodiode avec partie évasée 21 12 en intégrant la bande passante locale le long de la propagation de la lumière, et en tenant compte de l'atténuation de la densité d'absorption selon la loi de Beer- Lambert :
(2) BP = (r^3F) £Q e-«* . bp w (z). d
Dans laquelle :
- bp(w(z)) est la l a rg e u r d e bande passante correspondant à une photodiode longiligne de largeur w(z),
- a est le coefficient d'absorption de la photodiode ( m" ' ) (deuxième guide
200),
- I_t est la longueur du deuxième guide d'ondes 200.
Les évolutions de la largeur de la bande passante d'une photodiode de type Si/Ge-i/Si classique (c'est-à-dire sans partie évasée comme le propose l'invention) (courbe référencée 71 ) et d'une photodiode selon l'invention (courbe référencée 72), en fonction de leur largeur W0 sont représentées en figure 7. Comme le montre cette figure, on observe pour ces deux photodiodes tout d'abord une augmentation avantageuse de la bande passante quand la largeur diminue. Cela est dû à une diminution du temps de transit des porteurs. Ensuite, lorsque la largeur de photodiode diminue trop (typiquement lorsque la largeur est inférieure à 0.3μη-ι), la bande passante diminue alors brusquement, car même si le temps de transit des porteurs diminue favorablement, le délai de constante RC augmente quant à lui très fortement.
Dans le cadre du développement de la présente invention, il était attendu que si la responsivité a u ra i t p u augmenter grâce à la partie évasée 21 12, la bande passante en aurait alors était nécessairement dégradée de manière trop préjudiciable.
De manière inattendue, il a été constaté que la réduction de la bande passante est bien moindre que ce qui avait été prévu. En effet au cours du développement du dispositif selon l'invention, il a été observé que la partie évasée 21 12 n'a pas besoin d'être trop large, ni trop longue pour être optiquement efficace.
Cela ressort clairement de la figure 7 sur laquelle la photodiode selon l'invention (courbe 72) présente une bande passante très proche de celle d'une photodiode classique (courbe 71 ) sur le domaine considéré des largeurs WO. En effet pour cet exemple non limitatif de photodiode selon l'invention, cette dernière présente une bande passante très proche de cette d'une photodiode sans partie évasée pour des largeurs WO comprise entre Ο.δδμηι. Les simulations ci-dessous des figures 8a et 8b montrent que l'invention permet d'améliorer le produit responsivité*bande passante. Ainsi,
- soit à responsivité égale à une photodiode longiligne, l'invention permet d'améliorer la bande passante,
- soit à bande passante égale, l'invention permet d'améliorer la responsivité. Sur ces figures, on simule par méthode FDTD (finite différence time domain) une photodiode à double hétérojonction, telle que présentée en figure 5 à la longueur d'onde λ=1 .55μηΊ (α=10μηΊ ). Les paramètres que l'on fait varier d'une simulation à l'autre sont ceux associés à la partie évasée 21 12, soit Wg et Le. Wi est fixé à Ο.θμηη et WO est également fixé.
Avec ces conditions, et en faisant varier Wg et Le, on obtient une cartographie.
En faisant alors varier WO de Ο.θμηη à 0.1 μηη on obtient les cartographies illustrées en figure 8a et qui mentionne le rendement nominal η0 d'une photodiode droite (sans partie évasée) correspondante. On trace chaque fois l'absorption dans la photodiode (responsivité).
Le tableau de la figure 8b mentionne l'absorptivité et la largeur de bande passante calculées selon l'équation (2) ci-dessus et la courbe de la figure 7.
La première chose que l'on observe de ces simulations, c'est que l'invention procure bien une amélioration de la responsivité par rapport à une photodiode classique (sans partie évasée) de largeur W0, et de rendement nominal η0.
Dans cette simulation, l'amélioration maximale est obtenue pour un petit élargissement (Wg=0.1 μηη typiquement), et une petite longueur de patrie évasée 21 1 1
Figure imgf000017_0001
Cela signifie que le dispositif de couplage selon l'invention fonctionne bien comme un taper dont la dimension serait très courte. Par ailleu rs, cela indique également qu'avec ces faibles dimensions de portion d'extrémité 21 1 , la bande passante ne sera que très peu affectée par la présence de la partie évasée 21 12, contrairement à ce qui aurait été le cas avec un taper de longue dimension. Le calcul de la bande passante selon la formule (2) montre effectivement une baisse uniquement faible de la bande passante, à WO fixé.
Ainsi, l'invention permet une amélioration du produit absorptivité*bande passante.
On peut alors appliquer l'invention pour en tirer l'avantage le plus pertinent pour l'application que l'on souhaite :
- soit garder le même WO qu'une photodiode standard, pour accroître fortement la responsivité, tout en ne dégradant que très légèrement la bande passante ;
- soit réduire le WO (d'une valeur proche de Wg). On conserve alors la même responsivité que la photodiode standard initiale de WO, mais on augmente alors fortement la bande passante.
Les figures 9a et 9b illustrent une simulation FDTD respectivement d'une photodiode standard avec W0=0^m, et d'une photodiode selon l'invention avec
Figure imgf000018_0001
Le WO est donc identique pour les deux photodiodes
Cette simulation montre clairement :
- en figure 9a que la photodiode standard diffuse (voir les zones 320, 330) une partie du flux lumineux en dehors du cœur de Ge-i ;
- en figure 9b que la photodiode selon l'invention ne présente pas ou que très peu significativement de diffusion en dehors du cœur de Ge-i.
Le dispositif de couplage décrit ci-dessus présente des performances particulièrement améliorées. Néanmoins, l'invention couvre d'autres structures de dispositifs de couplage. Certaines de ces variantes sont décrites en référence aux figures 10a à 10d.
La figure 10a illustre de manière schématique les différentes pentes ou courbes que peut suivre la paroi de rétrécissement 21 14.
Sur l'exemple de la figure 5, cette paroi 21 14 forme avec un plan transverse, perpendiculaire à l'axe z, un angle a nul. Ainsi, cette paroi de rétrécissement 21 14 est perpendiculaire à l'axe z comme illustré dans l'exemple de la figure 5 ou comme illustré par la référence 21 14a de la figure 10a. Le rétrécissement est alors très abrupt, voire immédiat.
L'angle a peut néanmoins être non nul comme illustré par la référence 21 14b de la figure 10a. De préférence, cet angle a sera positif, c'est-à-dire que la valeur selon l'axe z de la paroi de rétrécissement 21 14 sera supérieure au niveau de la portion principale 212 qu'au niveau de la partie évasée 21 12. Ainsi le rétrécissement de la partie évasée est graduel bien que rapide.
Les modes de réalisation avec un angle oc> 0 ont pour avantage de faciliter la fabrication du dispositif de couplage. De préférence 0 <oc< 45° et de préférence 0 <oc< 30° et de préférence 0 <κ< 15°.
De préférence la longueur Lr du rétrécissement, prise selon l'axe z est inférieure à Le. De préférence la longueur Lr du rétrécissement est inférieure à et de préférence inférieure à et de préférence inférieure à
Sur l'exemple de la figure 5, Lr = 0.
Sur les figures 5 et 10, le rétrécissement est linéaire. Néanmoins, il est préférable d'avoir un rétrécissement non linéaire, avec des formes courbes, notamment au niveau des jonctions avec la partie principale 212 et avec la forme évasée 21 12.
Les figures 10b et 10c illustrent ce type de variantes avec bords arrondis.
En pratique, du fait des imprécisions des procédés de lithographie, les bonds sont généralement arrondis.
De manière avantageuse, la longueur totale Lt du deuxième guide 200 est telle que : Lt≥ 2(Le + lr ).
La figure 10c illustre différentes formes possibles pour la paroi délimitant la partie évasée 21 12. Toutes les formes envisageables sont les courbes illustrées en pointillés réguliers qui se trouvent en dessous de la droite illustrée en pointillés irréguliers trait/point.
La figure 10d illustre une variante dans laquelle le rétrécissement 21 14 ne prolonge pas directement la partie évasée 21 12. Dans cette variante, une partie intermédiaire 21 15, de préférence cylindrique, prolonge la partie évasée 21 12 jusqu'à la paroi de rétrécissement 21 14.
De manière avantageuse mais non limitative, on aura droit alors à Lt≥ 2(Le + li + lr ) avec lt = longueur selon z de la partie intermédiaire 21 15.
L'invention a été décrite ci-dessus à travers un exemple non limitatif d'application aux photodiodes à double hétérojonction.
Elle s'applique à d'autres types de photodiodes que celles illustrées et par exemple aux photodiodes à avalanche. A titre d'exemple non limitatif, les dimensions suivantes pourront être adaptées par les dispositifs de couplage selon l'invention, notamment ceux illustrés en figures 5, 10a à 10d mais aussi pour les autres variantes couvertes par les revendications : pour une longueur d'onde λ=1.55μηΊ (α=10μηΊ ' ) :
- Wg est inférieure à 2μη"ΐ. De préférence Wg est compris entre Ο.ΟδμηΊ et 2 μηι, de préférence entre Ο.ΟδμηΊ et 0.7 μηι, de préférence entre 0.1 μηη et 0.5 μηι, de préférence de l'ordre de 0.1 μηι;
- Le est compris entre 0.1 μηη et 1.5 μηη, de préférence entre 0.2μηι et 1 .2 μηη, de préférence entre 0.4μηι et 1 μηι, de préférence de l'ordre de Ο.δμηι;
- Wi est co m pri s e ntre 0.2μηι et 1 .0 μηη, de préférence entre 0.4μηι et 0.8 μηι, de préférence entre 0.5μηι et 0.7 μηη ;
- W0 est com p ri s e ntre 0.15μηι et 1.0 μηη, de préférence entre 0.15μηι et 0.8 μηι, de préférence entre 0.2μηι et 0.6 μηι.
Lorsque le dispositif de couplage forme une photodiode, notamment celle illustrée en figure 5 et décrite dans les passages correspondants, les dimensions ci- dessus permettent d'améliorer considérablement le produit absorptivité*largeur de bande passante. Ces dimensions et avantages s'appliquent également aux variantes décrites en référence aux figures 10a à 10d. L'invention s'applique aussi à tout autre type de dispositif de couplage entre matériaux différents ne formant pas nécessairement une photodiode.
En effet, si on note nc1 et ng1 respectivement, les indices de cœur et gaine du guide d'entrée de la lumière; et nc2 et ng2 respectivement les indices de cœur et gaine du guide de sortie de la lumière, on pourra alors appliquer l'invention, en particulier la forme de la partie évasée 21 12, chaque fois que l'écart d'indices cœur/gaine du guide de sortie est plus faible que celui d'entrée, c'est-à-dire, chaque fois que : nc1 -ng1 >nc2- ng2. Cet écart d'indice entre l'indice de réfraction du cœur d'un guide et l'indice de réfraction de la gaine de ce même guide est appelé contraste d'indices.
Comme indiqué ci-dessus, dans l'exemple non limitatif illustré sur les figures 5, 6b, 6c et 10a à 10d, la portion de gaine à prendre en compte en termes d'indice de réfraction est la portion latérale de la gaine 220 c'est-à-dire celle s'étendant selon l'axe x. Ainsi, dans la formule ci-dessus, ng2 correspond à l'indice de réfraction des zones 221 et 222. Si ces zones sont en Si-n et Si-p, ng2 sera donc égal à l'indice de réfraction du silicium, Si-n et Sip ayant les mêmes valeurs d'indices (celui du Si). Le principe de la présente invention fonctionne en sens inverse. Si la relation précédente n'est pas vérifiée, il suffit d'appliquer une symétrie, c'est-à-dire qu'il suffit de retourner la partie évasée 21 12 et de la placer en fin de guide d'injection. Un exemple de procédé de fabrication d'un dispositif de couplage illustré en figure 5 ou10a à 10d va maintenant être décrit aux figures 1 1 a à 1 1 g. Chacune des figures 1 1 a à 1 1 g comprend une vue en coupe du deuxième guide d'ondes 200 (vue selon une coupe xy) et une vue du dessus (vue parallèle au plan zx.
La première étape (figure 1 1 a) consiste à fournir un empilement de couches comprenant notamment :
- un substrat 220, par exemple un matériau diélectrique tel que le Si02 ;
- une couche 22 surmontant le substrat 220 et destinée à former en partie au moins la gaine pour le cœur 210. Cette couche 22 est de préférence, mais non limitativement, en un matériau semi-conducteur tel que le silicium.
Selon un mode de réalisation, cette couche 22 présente au moins deux zones dopées situées de part et d'autre de l'axe y. Ainsi, une zone située par exemple à gauche de l'axe y est dopée n et une autre zone située à droite de l'axe y est dopée p.
- une couche 223, par exemple en un matériau diélectrique tel que le Si02, est destinée à former un masque dur.
Les étapes illustrées en figure 1 1 b à 1 1 d visent à graver le masque dur 223 pour lui donner la forme du cœur 210 du deuxième guide d'ondes 200. Cette forme apparaît en figures 1 1 c et 1 1 d.
Par exemple, on dépose une couche de résine 224 (figure 1 1 b) que l'on ouvre (figure 1 1 c) par n'importe quel moyen approprié de lithographie (photolithographie, lithographie par faisceau d'électrons, nano-impression, etc ..) afin de donner à l'ouverture la forme voulue pour le cœur 210 du guide d'ondes 200.
Comme illustré par la figure 1 1 d, on grave ensuite le masque dur 223 à travers le masque formé par la couche de résine 224 ouverte. On retire ensuite la couche de résine 224 (figure 1 1 e). On grave alors la couche 22 destinée à former en partie la gaine à travers le masque dur 223.
On procède ensuite à un remplissage de la cavité 540 ainsi formée par le matériau formant le cœur 210 du deuxième guide d'ondes 200 (figure 1 1 g). Le cœur 210 présente alors la forme souhaitée, avec en particulier la portion d'extrémité 21 1 évasée et la portion principale 212.
Selon un mode de réalisation, pour remplir le cœur 210, on procède à une croissance par épitaxie à partir d'une couche résiduelle 560 de la couche 22 laissée en place en fin de gravure.
Ainsi selon ce mode de réalisation la gravure de la couche 22 n'est que partielle et laisse une épaisseur 560 dans le fond de l'ouverture 540.
Par exemple, si le matériau de la couche 22 est du silicium cristallin ou polycristallin, on pourra remplir la cavité en faisant croître du germanium par épitaxie.
De préférence, on effectue ensuite une étape d'aplanissement, par exemple par polissage mécano-chimique (CMP) pour que les faces supérieures de la couche 22 et du cœur 210 soient sensiblement comprises dans le même plan.
Ensuite il est possible de recouvrir les faces supérieures de la couche 22 et du cœur 210 par une couche protection, de préférence un diélectrique, par exemple une couche en Si02.
Il est ensuite possible de réaliser des contacts électriques au niveau des zones dopées par toutes les techniques largement connues de l'homme du métier, par exemple en réalisant des trous d'interconnexion puis en remplissant ces trous par un matériau électriquement conducteur.
Ce procédé a pour avantage d'être simple et parfaitement reproductible. Il permet ainsi de fabriquer le dispositif de couplage de manière simple et à un coût limité.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s'étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de couplage d'au moins deux guides (100, 200) d'ondes, le dispositif comprenant un premier guide (100) d'ondes et un deuxième guide (200) d'ondes, chaque guide (100, 200) comprenant un cœur (1 10, 210) et une gaine (120, 220), la différence entre les indices de réfraction du cœur (1 10) et de la gaine (120) du premier guide d'ondes (100) étant supérieure à la différence entre les indices de réfraction du cœur (210) et de la gaine (220) du deuxième guide d'ondes (200), caractérisé en ce que le cœur (210) du deuxième guide (200) comprend :
o une portion d'extrémité (21 1 ) présentant au moins :
■ une paroi d'extrémité (21 1 1 ) plane en contact avec le cœur (1 10) du premier guide (100),
■ une partie évasée (21 12) de forme convexe prolongeant la paroi d'extrémité (21 1 1 ) en s'éloignant du premier guide (100), la partie évasée (21 12) présentant une section qui augmente en s'éloignant du premier guide (100), la section étant prise selon un plan transverse (xy) perpendiculaire à une direction principale (z) d'extension du cœur (210) du deuxième guide d'ondes (200),
■ un rétrécissement dont la section, parallèle audit plan transverse, diminue en s'éloignant du premier guide (100),
o une portion principale (212), prolongeant la portion d'extrémité (21 1 ) en s'éloignant du premier guide (100) et présentant une section, prise parallèlement audit plan transverse, sensiblement constante.
2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la partie évasée (21 12) est évasée selon un profil non-linéaire.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la partie évasée (21 12) est évasée selon un profil sinusoïdal, de préférence selon un profil formant un quart de période d'une fonction sinusoïdale.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit rétrécissement prolonge la partie évasée (21 12) en s'éloignant du premier guide (100) et jusqu'à atteindre la portion principale (21 1 ).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le rétrécissement présente une paroi (21 14) de rétrécissement s'étendant entre la partie évasée (212) et la portion principale (21 1 ), ladite paroi (21 14) de rétrécissement étant sensiblement linéaire et définit avec un plan perpendiculaire à ladite direction principale (z) un angle a compris entre 0 et 45 degrés, de préférence entre 0 et 30 degrés et de préférence entre 0 et 15 degrés.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la longueur Lr du rétrécissement est inférieure à la longueur Le de la partie évasée (21 12), de préférence Lr < y et Lr < y et Lr <^ , Lr et Le étant prises selon la direction principale (z) d'extension du cœur (210) du deuxième guide d'ondes (200).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le ratio de la longueur (Le+Li+Lr) de la portion d'extrémité (21 1 ) sur la longueur totale Lt du cœur (210) du deuxième guide d'ondes (200) est inférieur ou égal à 0.7 et de préférence inférieur ou égal à 0.5 et de préférence inférieur ou égal à 0.3, ces longueurs étant prises selon ladite direction principale (z).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le ratio de la largeur maximale Wlmax de la portion d'extrémité (21 1 ) sur la largeur de la portion d'extrémité (21 1 ) située la plus proche du premier guide d'ondes (100) est compris entre 1 .1 et 3, ces largeurs étant prises dans un plan parallèle audit plan transverse, la largeur maximale Wlmax de la portion d'extrémité (21 1 ) étant inférieure ou égale à 50 μηη (10"6 mètres) et de préférence inférieure ou égale à 10 μηη et de préférence inférieure ou égale à 1 μηη.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le ratio de la largeur maximale Wlmax de la portion d'extrémité (21 1 ) sur la largeur maximale W0 de la portion principale (212) du deuxième guide d'ondes (200) est compris entre 1.1 et 6, ces largeurs étant prises dans un plan perpendiculaire à ladite direction principale (z).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cœur (1 10) du premier guide (100) et le cœur (210) du deuxième guide (200) sont formés dans des matériaux différents.
1 1 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cœur (1 10) du premier guide (100) est à base de silicium et le cœur (210) du deuxième guide (200) est à base de germanium.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cœur (210) du deuxième guide (200) est formé d'un matériau semi-conducteur intrinsèque et la gaine (220) du deuxième guide (200) comprend au moins deux zones (221 , 222) d'un matériau semi-conducteur dopé respectivement p et n.
13. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le cœur (210) du deuxième guide d'ondes (200) est en Ge intrinsèque (Ge-i) et lesdites zones (221 , 222) sont des zones de silicium (Si) dopé p et n.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes formant une photodiode à double hétérojonction.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes formant une photodiode à avalanche.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins l'une parmi la gaine (120, 220) du premier guide (100) et du deuxième guide (200) comprend de l'air, un gaz ou du vide.
17. Dispositif micro-électronique comportant une pluralité de dispositifs de couplage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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