WO2006000729A1 - Device for sampling part of a light beam originating from a light-emitting optoelectronic component - Google Patents

Device for sampling part of a light beam originating from a light-emitting optoelectronic component Download PDF

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Abstract

The invention relates to a method of device for sampling part of a light beam originating from a light-emitting electronic component. According to the invention, the aforementioned component consists of a substrate comprising first and second faces and an active zone which is disposed on the first face and which is designed to emit the light beam in the direction of the second face. The inventive device comprises an annular mirror (20) which is disposed on the second face and which can sample the outer annular part (22) of the light beam (16), said annular mirror and light beam (16) being coaxial. The device is particularly suitable for regulating the luminous intensity of the beam.

Description

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D' UNE PARTIE D' UN FAISCEAU LUMINEUX ISSU D' UN COMPOSANT OPTO-ELECTRONIQUE EMETTEUR DE LUMIEREDEVICE FOR COLLECTING A PART OF A LUMINOUS BEAM FROM AN OPTOELECTRONIC LIGHT - EMITTING COMPONENT
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQtJETECHNICAL FIELD
La présente invention concerne un dispositif de prélèvement d'une partie d'un faisceau lumineux issu d'un composant électronique émetteur de lumière (en anglais « light emitting electronic component ») . Elle s'applique en particulier à la commande (en anglais « control ») de la puissance de l'émission lumineuse du composant. L'invention est plus particulièrement utilisable avec les 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 ») , ou avec les 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 c'est-à-dire des diodes électroluminescentes à cavité résonante (en anglais « résonant cavity light emitting diodes ») . 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 ») .The present invention relates to a device for sampling a portion of a light beam from a light emitting electronic component (in English "light emitting electronic component"). It applies in particular to the control (in English "control") of the power of the luminous emission of the component. The invention is more particularly usable with VCSEL type components, ie vertical cavity surface emitting lasers, or with cavity electroluminescent diodes. resonant (in English "resonant cavity light emitting diodes"). It finds applications in particular in all systems that use optical links and, more generally, in all systems that include light emitters and require control of the light output of these emitters, the latter being, for example, VCSELs or RCLED that is to say light-emitting diodes resonant cavity (in English "cavity cavity light emitting diodes"). Recall that a RCLED is a structure that is almost identical to a VCSEL but whose mirrors have a lower reflectivity. The invention applies, for example, to high-speed optical links, to intra-chip optical connections, to intra-card optical links and to free-space optical links. All these links need a perfectly stabilized luminous power, automatically controlled by an APC type system (for "Automatic Power Control").
ETAT DE LA TECHNIQtJE ANTERIEtJRESTATE OF THE PRIOR ART
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 ») . On se reportera aux documents suivants :The level of compactness of the opto ¬ electronic components must respond to the growing miniaturization of the transceiver modules. In addition, these modules are asked to be more and more efficient while being less and less expensive. As a result, techniques are constantly being sought to increase the integration density of the components on chips (in English "chips"). Refer to the following documents:
[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.[1] Vertical-Cavity Lasers with an Intracavity Resonant Detector, Sui F. Lim et al., IEEE Journal of Selected Topics in quantum electronics, vol. 3, No. 2, 1997, pages 416 to 421 [2] Power Control of VCSEL Arrays Using Monolithically Integrated Focal Plane Detectors, Mohammad Azadeh et al., Journal of Lightwave Technology, vol. 20, No. 8, 2002, pages 1478 to 1484 [3] International Application WO 03/000019, published January 3, 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, le moyen associé à ce dernier pour le prélèvement d'une partie de la puissance lumineuse est généralement externe : on place un composant photodétecteur 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 des moyens pour capter des ondes lumineuses évanescentes latérales, issues de ce VCSEL, ou/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 et fait baisser le rendement de fabrication.In a conventional light emission system, two distinct components are generally implanted: the emission component, for example a laser stripe laser or a VCSEL, and a detection component making it possible to control the light power emitted, from the removal of a fraction of it, as is done in APC type systems. In the case of a Fabry-Perot type laser, it is easy to use a photodiode for sampling. Indeed, the two faces of the laser being accessible and light being emitted even by the face opposite to the actual emission face, it is easy to have a photodiode facing this opposite face. On the other hand, in the case of a VCSEL, the means associated with the latter for taking a part of the light power is generally external: a photodetector component is placed near the VCSEL (see for example document [3] ). Indeed, the two mirrors of very high reflectivity of VCSEL are not necessarily accessible and lateral leakage of light is extremely low. However, it has already been proposed to manufacture a monolithic structure comprising a VCSEL and means for detecting evanescent lateral light waves originating from this VCSEL, and / or an additional resonant cavity for the detection, this cavity being integrated in the stack of layers of VCSEL. It should be noted, however, that the integration of such a cavity increases the production time and lowers the manufacturing efficiency.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. Elle propose d' intégrer la photodiode de prélèvement de lumière 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 une partie du faisceau lumineux émis par ce composant, en particulier la partie externe, ou partie périphérique, de ce faisceau. Notamment dans le cas d'un VCSEL, cette partie est la moins utile du faisceau. Plus généralement, la présente invention résout le problème du prélèvement d'une partie du faisceau lumineux émis par un composant électronique émetteur de lumière, en particulier un VCSEL ou une RCLED, en vue d'utiliser la lumière prélevée, par exemple pour commander la puissance du faisceau lumineux. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif de prélèvement d'une partie d'un faisceau lumineux issu d'un composant électronique émetteur de lumière, ce composant comprenant un substrat ayant des première et deuxième faces, et une zone active disposée sur la première face et prévue pour émettre le faisceau lumineux en direction de la deuxième face, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un miroir annulaire, ou réflecteur annulaire, qui est disposé sur la deuxième face et apte à prélever la partie externe annulaire du faisceau lumineux, ce miroir annulaire et le faisceau lumineux étant coaxiaux. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, le composant électronique émetteur de lumière est un laser à émission par la surface à cavité verticale ou une diode électroluminescente à cavité résonante. Le dispositif objet de l'invention peut comprendre en outre un photodétecteur annulaire qui est disposé sur la première face et prévu pour détecter la partie prélevée par le miroir, après réflexion de cette partie par ce miroir, ce photodétecteur annulaire et le miroir annulaire étant coaxiaux. Dans le cas où le dispositif objet de l'invention est pourvu du photodétecteur annulaire, ce photodétecteur est de préférence intégré de façon monolithique au composant électronique émetteur de lumière. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens de régulation de la puissance lumineuse du faisceau émis par le composant électronique émetteur de lumière, à l'aide de la partie de ce faisceau, qui est prélevée par le miroir. De préférence, dans le cas où le dispositif objet de l'invention est pourvu du photodétecteur annulaire, ces moyens de régulation comprennent ce photodétecteur annulaire. La présente invention concerne aussi une matrice de composants électroniques émetteurs de lumière, chaque composant étant pourvu d'un dispositif conforme à l'invention.The present invention aims to overcome the above disadvantages. It proposes to integrate the light pickup photodiode as close as possible to the chip of the VCSEL or RCLED, more generally of the light emitting electronic component, and to exploit a part of the light beam. emitted by this component, in particular the external part, or peripheral part, of this beam. Especially in the case of a VCSEL, this part is the least useful of the beam. More generally, the present invention solves the problem of taking part of the light beam emitted by a light-emitting electronic component, in particular a VCSEL or a RCLED, in order to use the light taken off, by example to control the power of the light beam. Specifically, the present invention relates to a device for sampling a portion of a light beam from a light-emitting electronic component, this component comprising a substrate having first and second faces, and an active zone arranged. on the first face and intended to emit the light beam in the direction of the second face, this device being characterized in that it comprises an annular mirror, or annular reflector, which is arranged on the second face and able to take the external part annular light beam, this annular mirror and the light beam being coaxial. According to a particular embodiment of the device according to the invention, the light emitting electronic component is a vertical cavity surface emitting laser or a resonant cavity light emitting diode. The device according to the invention may further comprise an annular photodetector which is arranged on the first face and provided for detecting the part taken by the mirror, after reflection of this part by this mirror, this annular photodetector and the annular mirror being coaxial . In the case where the device which is the subject of the invention is provided with the annular photodetector, this photodetector is preferably monolithically integrated with the light-emitting electronic component. According to a particular embodiment of the invention, the device further comprises means for regulating the light power of the beam emitted by the light-emitting electronic component, using the portion of this beam, which is picked up by the mirror. Preferably, in the case where the device which is the subject of the invention is provided with the annular photodetector, these regulation means comprise this annular photodetector. The present invention also relates to a matrix of light-emitting electronic components, each component being provided with a device according to the invention.
L'invention présente divers avantages : - elle permet d'utiliser des barrettes ou des matrices de composants électroniques émetteurs de lumière élémentaires tels que les VCSEL ou les RCLED, munis de photodétecteurs et de dispositifs de prélèvement conformes à l'invention, et d'hybrider ces VCSEL ou ces RCLED sur un circuit de commande, ce dernier étant par exemple de type CMOS, - elle permet de diminuer sensiblement les coûts de fabrication de composants de type VCSEL ou RCLED dont la puissance lumineuse est commandée automatiquement, - elle autorise la fabrication d'une matrice de composants élémentaires émetteurs de lumière, par exemple des VCSEL ou des RCLED, dont le pas (en anglais « pitch ») est faible, cette matrice comprenant des moyens de commande de la puissance lumineuse émise par chaque composant élémentaire, et - elle permet de diaphragmer le faisceau lumineux émis par un composant électronique émetteur de lumière, grâce à la présence d'un réflecteur sur la face arrière de ce composant.The invention has various advantages: it makes it possible to use strips or matrices of elementary light emitting electronic components such as VCSELs or RCLEDs, provided with photodetectors and sampling devices according to the invention, and hybridize these VCSELs or these RCLEDs on a control circuit, the latter being for example of the CMOS type, it makes it possible to reduce substantially the manufacturing costs of components of the VCSEL or RCLED type whose luminous power is controlled automatically, it allows the manufacturing a matrix of light-emitting elementary components, for example VCSELs or RCLEDs, whose pitch is not very high, this matrix comprising means for controlling the light power emitted by each elementary component, and - it makes it possible to diaphragm the light beam emitted by an electronic light-emitting component, thanks to the presence of a reflector on the rear face of this component.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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 de VCSEL connu, - la figure 2A est une vue en coupe longitudinale schématique et partielle d'un VCSEL muni d'un dispositif conforme à l'invention, - la figure 2B est une vue en coupe transversale schématique et partielle du VCSEL de la figure 2A, - la figure 2C illustre schématiquement et partiellement une variante du VCSEL de la figure 2A,The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of FIG. an example of known VCSEL, - Figure 2A is a schematic and partial longitudinal sectional view of a VCSEL provided with a device according to the invention, - Figure 2B is a schematic and partial cross-sectional view of the VCSEL of FIG. 2A, FIG. 2C schematically and partially illustrates a variant of the VCSEL of FIG. 2A,
- les figures 3A à 3D illustrent schématiquement des étapes d'un procédé de fabrication d'un VCSEL muni d'un dispositif conforme à l'invention, et - les figures 4A à 4E illustrent schématiquement des étapes d'un autre procédé de fabrication d'un VCSEL muni d'un dispositif conforme à 1' invention.FIGS. 3A to 3D schematically illustrate steps of a method of manufacturing a VCSEL equipped with a device according to the invention, and FIGS. 4A to 4E schematically illustrate steps of another method of manufacturing a VCSEL equipped with a device according to one invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un VCSEL classique dans un plan contenant l'axe X de ce VCSEL. Ce dernier est formé sur un substrat 2 et comprend une cavité résonante 4, délimitée par un miroir inférieur 6 et un miroir supérieur 8. Le miroir inférieur 6 repose sur le substrat 2. La cavité 4 comprend une zone active 10 entourée par une couche latérale d'un oxyde 12. Lorsque le VCSEL est convenablement polarisé (en anglais "biased") (par des moyens non représentés) , la zone active 10 émet un faisceau lumineux 14 qui est sensiblement conique et dont l'axe est l'axe X. Le demi-angle au sommet OC de ce faisceau dépend de la conception du VCSEL mais cet angle est généralement compris entre 10° et 20°. La figure 2A est une vue en coupe schématique est partielle d'un VCSEL 15 qui est muni d'un dispositif conforme à l'invention. Plus précisément, cette figure 2A est une demi-coupe du VCSEL 15 par un plan contenant l'axe Z de ce VCSEL. On voit ainsi la moitié du VCSEL. La figure 2B est la coupe I-I de la figure 2A. Il s'agit donc d'une demi-coupe du VCSEL suivant un plan qui est perpendiculaire à l'axe Z de ce VCSEL. Cet axe Z constitue également l'axe du faisceau lumineux sensiblement conique 16 émis par le VCSEL lorsque ce dernier est convenablement polarisé (par des moyens non représentés) . Le demi-angle au sommet de ce faisceau est encore noté OC sur la figure 2A. Conformément à l'invention, le VCSEL 15 de la figure 2A est muni d'un miroir 20 qui est disposé à proximité du VCSEL et prévu pour prélever une partie externe 22, ou partie périphérique, du faisceau lumineux 16. Cette partie 22 est délimitée, sur la figure 2A, par le cône de demi-angle au sommet OC et par un autre cône de demi-angle au sommet β, où β est inférieur à OC. Le VCSEL est formé sur un substrat 24 et comprend une cavité résonante 26, délimitée par un miroir inférieur 28 et un miroir supérieur 30, le miroir inférieur 28 reposant sur le substrat 24. La cavité résonante 26 comprend une zone active 32 qui émet le faisceau lumineux 16 lorsque le VCSEL est convenablement polarisé. Cette zone active 32 est entourée par une couche latérale d'un oxyde 34. Dans l'exemple de la figure 2A, le faisceau lumineux 16 est émis en direction de la face inférieure du substrat 24, c'est-à-dire la face opposée à celle qui porte le miroir 28. Le miroir 20 conforme à l'invention est formé sur cette face inférieure du substrat. Ce miroir 20 est totalement réflecteur vis-à- vis du faisceau 16. On voit aussi que la face inférieure du substrat 24 comporte une couche anti-reflet 36 et que le miroir 20 est formé sur cette couche anti-reflet 36. Ce miroir 20 est un miroir annulaire dont l'axe est l'axe Z du faisceau 16. Les dimensions de ce miroir annulaire sont choisies pour intercepter la partie périphérique souhaitée du faisceau 16. On choisit donc le rayon intérieur et le rayon extérieur du miroir annulaire 20 à cet effet. Dans l'exemple de la figure 2A, le VCSEL est également muni d'une photodiode 38 prévue pour détecter la partie externe 22 du faisceau 16, qui est prélevée par le miroir 20, après réflexion de cette partie par ce miroir 20. Dans l'exemple, la photodiode 38 est une photodiode annulaire dont l'axe est aussi 1 ' axe Z . On voit que cette photodiode 38 reçoit effectivement la lumière 40 résultant de la réflexion de la partie périphérique 22 par le miroir 20. Il s'agit d'une réflexion interne puisque la lumière interceptée par le miroir 20 et la lumière réfléchie par ce dernier ne sortent pas du substrat. Précisons en outre que le dispositif élémentaire comprenant le VCSEL 15, le miroir annulaire 20 et la photodiode 38 est un dispositif intégré, permettant de réguler la puissance lumineuse du faisceau 16 émis par le VCSEL, en exploitant la lumière qui est réfléchie par la face arrière de ce dispositif (face inférieure du substrat 24) . On précise que la photodiode annulaire 38 est une photodiode à cavité (en anglais "cavity photodiode") parce qu'elle est délimitée par les miroirs 28 et 30 qui délimitent également la cavité résonante 26. De plus, cette photodiode peut être construite autour de la couche d'oxyde 34 (couche annulaire) . Dans cette photodiode, le matériau 41 compris entre les miroirs 28 et 30 est un empilement de puits quantiques (en anglais « quantum wells ») qui est de préférence le même que l'empilement de la zone active 32. Cette configuration présente l'avantage que, de cette façon, les pics de réponse du VCSEL et de la photodiode coïncident puisque les longueurs d' onde de résonance sont les mêmes. L'anode de cette photodiode est constituée par exemple par le miroir de Bragg inférieur dosé N (référence 28) et sa cathode par le miroir de Bragg supérieur dopé P par exemple (référence 30) . On dispose ainsi d'une photodiode à cavité, qui est directement intégrée de façon monolithique autour du VCSEL, les dispositifs d'émission et de réception pouvant avantageusement être construits à partir des mêmes empilements de puits quantiques et de couches miroirs. Remarquons également que le miroir annulaire 20, ou réflecteur annulaire, constitue un diaphragme qui réfléchit la lumière interceptée vers la face avant du dispositif élémentaire, c'est-à-dire vers la face où se trouvent les deux miroirs 28 et 30, tandis que la partie non interceptée du faisceau 16 traverse le miroir 20 en vue d'une utilisation en dehors du VCSEL. On voit aussi sur la figure 2A les deux électrodes 42 et 44 permettant de recueillir le courant engendré par la photodiode 38 lorsqu'elle reçoit la lumière réfléchie par le miroir 20. On voit aussi les électrodes 46 et 48 permettant la commande du VCSEL. Avantageusement, la photodiode et le VCSEL pourraient avoir une électrode commune. Sur la figure 2A, on voit en outre une structure annulaire 50 dont l'axe est l'axe Z et qui repose sur le substrat 24, isolant la photodiode 38 et la cavité résonante 26. On voit aussi une autre structure annulaire isolante 52 sur laquelle se trouve l'électrode 44. Le matériau de ces structures 50 et 52 peut être par exemple un polymère. Des vias peuvent être prévus dans ce polymère pour assurer la reprise de contact au niveau de la face enterrée du VCSEL et/ou de la photodiode. Dans l'exemple de la figure 2A, on a prévu une reprise de contact 54 relative au VCSEL et une reprise de contact 55 relative à la photodiode. La figure 2C illustre schématiquement le fait que le matériau 41 peut être latéralement oxydé et donc encadré par deux couches annulaires d'oxyde 41a. Le courant d'injection du VCSEL 15 peut être asservi au courant qui est engendré par la photodiode 38 lorsque cette dernière reçoit la lumière réfléchie par le miroir 20. On peut donc réguler le courant d'excitation du VCSEL et donc la puissance du faisceau lumineux 16 engendré par ce VCSEL. Les moyens électroniques permettant la régulation de cette puissance comprennent la photodiode 38. Le reste de ces moyens n'est pas représenté. L'invention permet donc l'intégration planaire d'une matrice de VCSEL, chaque VCSEL comprenant une photodiode de surveillance (en anglais "monitoring") qui permet la régulation de la puissance d'émission du VCSEL. Une telle façon de faire ne nécessite pas de modifier la structure verticale des VCSEL et n'altère pas la performance de ces derniers. De plus, une telle technique est compatible avec la technique de retournement de puce (en anglais "flip-chip") . La cavité résonante 26 du VCSEL 15 ainsi que le miroir inférieur 28 et le miroir supérieur 30, qui délimitent cette cavité, sont conçus pour que le rendement quantique de détection de la photodiode associée 38 soit maximum. A titre d'exemple, la cavité 38 et les miroirs 28 et 30 sont conçus de manière à maximiser le courant photonique réfléchi par rapport à un courant photonique qui pénètre dans la photodiode sous un angle d'incidence de l'ordre de 5° à 10°. En effet, on peut, par exemple, tout à fait concevoir un miroir laissant passer la lumière qu'il reçoit sous un angle d'incidence de 5° à 10° (par rapport à une normale à ce miroir) et réfléchissant la lumière qu'il reçoit sous une incidence nulle par rapport à cette normale, cette conception utilisant les technique de l'ingénierie quantique (en anglais "quantum engineering") . De même, on peut réaliser une cavité résonante 26 qui est par exemple optimisée par rapport aux éventuels décalages de longueur d'onde créés par des gradients de température entre le VCSEL et la photodiode en cavité 38 qui lui est associée. Les figures 3A à 3D illustrent schématiquement diverses étapes d'un procédé de fabrication d'un VCSEL muni d'un miroir et d'une photodiode annulaire. On utilise un substrat 56 (figure 3A) sur lequel on forme une couche 58 de cavité résonante délimitée par deux couches miroirs 60 et 62, la couche miroir 60 étant formée sur le substrat 56. De façon classique, les miroirs qui délimitent la cavité résonante sont de préférence des miroirs DBR, c'est-à-dire des miroirs à réflecteurs de Bragg répartis (en anglais "distributed Bragg reflectors") . Ensuite, comme dans un procédé classique de fabrication de VCSEL (figure 3B) , on effectue une gravure (en anglais "etching") des couches miroirs 60, 62 et de la couche 58 jusqu'au substrat 56 par exemple par gravure plasma réactive pour délimiter le VCSEL et la photodiode annulaire associée. On forme ainsi les tranchées annulaires 72 et 74 entre lesquelles est comprise la photodiode. Ces tranchées ont le même axe Z (axe du faisceau lumineux, destiné à être émis par le VCSEL) . Le rayon intérieur de la tranchée annulaire 74 est supérieur au rayon extérieur de la tranchée annulaire 72. On forme ensuite, par oxydation latérale ou implantation de protons, la zone active « restreinte » 70 du VCSEL, cette zone formant un disque d'axe Z. Pendant cette étape, la photodiode peut ou non être protégée, par exemple au moyen d'une couche de nitrure, pour éviter ou non la présence d'oxyde. Sur la figure 3B, on voit l'oxyde 75 qui entoure la zone active "restreinte" 70. En outre, cette figure 3B illustre le cas où l'on n'a pas protégé la photodiode par le nitrure, de sorte que des couches annulaires d'oxyde 75 encadrent la cavité résonante annulaire 76 de la photodiode. Au contraire, les figures 3C et 3D illustrent le cas où l'on a protégé la photodiode par le nitrure, de sorte que la cavité résonante 76 n'est pas encadrée par l'oxyde. En fait, en pratique, on forme simultanément plusieurs VCSEL identiques sur le substrat 56 et des tranchées annulaires telles que la tranchée 74, permettant de délimiter les différents VCSEL. On forme ensuite les diverses électrodes (non représentées) , qui sont nécessaires au fonctionnement de chaque VCSEL et de chaque photodiode annulaire, selon les techniques connues de l'homme du métier. Il y a deux connexions par VCSEL et deux connexions par photodiode, une électrode pouvant être commune au VCSEL et à la photodiode. Ensuite on amincit le substrat 56 jusqu'à ce qu'il ait une épaisseur D (figure 3C) permettant à la lumière réfléchie par le miroir conforme à l'invention, ultérieurement formé, de retraverser ce substrat en n'étant quasiment pas absorbée par ce dernier, pour parvenir à la photodiode annulaire (D<500 μm) . On dépose ensuite une couche anti-reflet (non représentée) sur la face arrière 77 du substrat, à partir de laquelle ce substrat a été aminci, et l'on forme ensuite un miroir annulaire 78 sur la face arrière du substrat aminci (figure 3D) . L'axe de ce miroir 78 est également l'axe Z. Les figures 4A à 4E illustrent schématiquement des étapes d'un autre procédé de fabrication d'un VCSEL pouvu d'un miroir et d'une photodiode annulaire. Dans cet autre procédé, le miroir que comporte ce dispositif est formé sur le VCSEL après avoir hybride ce VCSEL sur un circuit de traitement de type CMOS. Les étapes schématiquement illustrées par les figures 4A et 4B et les structures obtenues par ces étapes sont identiques à celles qui ont été décrites en faisant référence aux figures 3A et 3B et les mêmes références correspondent aux mêmes éléments (à ceci près que, dans le cas de la figure 4B, on a protégé la photodiode de sorte que la cavité résonante n'est pas encadrée par l'oxyde. On forme ensuite les diverses électrodes (non représentées) , qui sont nécessaires au fonctionnement de chaque VCSEL et de chaque photodiode annulaire. Ensuite, la structure 80 ainsi obtenue est hybridée, par la technique de retournement de puce (en anglais "flip-chip") , sur une tranche (en anglais "wafer") d'un circuit de commande 82 par exemple de type CMOS (figure 4C) , au moyen de billes de brasure (en anglais "solder balls") 84 que l'on forme au préalable sur la structure 80. Des plots (en anglais "pads") de connexion (non représentés) , sont également prévus sur la structure 80 et sur le circuit 82 en vue de cette hybridation. Dans la pratique, comme on l'a déjà mentionné, on fabrique simultanément plusieurs VCSEL sur le substrat 56 et l'on procède à une hybridation collective de ces VCSEL sur le circuit de commande 82. Ensuite (figure 4D) , on amincit le substrat 56 des VCSEL hybrides jusqu'à ce que ce substrat ait une épaisseur D permettant à la lumière réfléchie par le miroir conforme à l'invention, ultérieurement formé sur chaque VCSEL, de retraverser le substrat en n'étant quasiment pas absorbée par ce dernier, pour parvenir à la photodiode annulaire associée. Ensuite (figure 4E) , pour chaque VCSEL, on forme un miroir annulaire 86 sur la face arrière du substrat aminci de façon que ce miroir 86 et la zone active 70 du VCSEL aient le même axe Z. On obtient ainsi une matrice de VCSEL, chaque VCSEL étant pourvu d'un miroir et d'une photodiode qui permettent la régulation de la puissance lumineuse émise par ce VCSEL. On donne ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence à la figure 2A, des valeurs numériques relatives à la structure qui est représentée sur cette figure 2A. On souhaite par exemple former des composants émetteurs de lumière, dont on est capable de commander la puissance lumineuse, sur une surface réduite : on forme par exemple une matrice de 10x10 VCSEL, avec un pas de 250 μm, qui est le pas standard des connexions optiques. On donne au substrat utilisé une épaisseur résiduelle D de 100 μm. Chaque VCSEL est capable d'émettre un faisceau lumineux conique dont le demi- angle au sommet vaut 10°. La partie du faisceau, qui n'est pas prélevée par le miroir annulaire, est un faisceau conique dont le demi-angle au sommet vaut 5°. Le miroir annulaire a un rayon intérieur de 17 μm et un rayon extérieur de 35 μm. La zone active 32 (figure 2A) a un rayon de 15 μm. La structure annulaire 45 a un rayon intérieur de 30 μm et un rayon extérieur de 50μm. On peut même former une matrice de VCSEL munis de miroirs annulaires et de photodiodes de façon que le pas d'intégration soit égal à 125 μm, voire moins . A titre purement indicatif et nullement limitatif, on donne ci-après des exemples de matériaux que l'on peut utiliser dans les structures décrites en faisant référence aux figures 3A à 3D et 4A à 4E. - substrat 56 : GaAs - miroir DBR 60 : AlGaAs/GaAs - miroir DBR 62 : AlGaAs/GaAs - couche (cavité) 58 : GaInNAs - zone active 70 : GaInNAs - miroirs 78 et 86 : TiFigure 1 is a schematic sectional view of a conventional VCSEL in a plane containing the X axis of this VCSEL. The latter is formed on a substrate 2 and comprises a resonant cavity 4 delimited by a lower mirror 6 and an upper mirror 8. The lower mirror 6 rests on the substrate 2. The cavity 4 comprises an active zone 10 surrounded by a lateral layer 12. When the VCSEL is suitably polarized (in English "biased") (by means not shown), the active zone 10 emits a light beam 14 which is substantially conical and whose axis is the X axis The half-angle at the apex OC of this beam depends on the design of the VCSEL but this angle is generally between 10 ° and 20 °. FIG. 2A is a schematic partial sectional view of a VCSEL 15 which is provided with a device according to the invention. More precisely, this FIG. 2A is a half section of the VCSEL 15 by a plane containing the Z axis of this VCSEL. We see half of the VCSEL. Figure 2B is section II of Figure 2A. It is therefore a half-section of the VCSEL along a plane that is perpendicular to the Z axis of this VCSEL. This axis Z also constitutes the axis of the substantially conical light beam 16 emitted by the VCSEL when this last is suitably polarized (by means not shown). The half-angle at the top of this beam is still noted OC in Figure 2A. In accordance with the invention, the VCSEL 15 of FIG. 2A is provided with a mirror 20 which is disposed near the VCSEL and is provided for taking an outer portion 22, or peripheral portion, of the light beam 16. This portion 22 is delimited in FIG. 2A, by the half-angle cone at the vertex OC and another cone of the half-angle at the vertex β, where β is smaller than OC. The VCSEL is formed on a substrate 24 and comprises a resonant cavity 26 delimited by a lower mirror 28 and an upper mirror 30, the lower mirror 28 resting on the substrate 24. The resonant cavity 26 comprises an active zone 32 which emits the beam bright 16 when the VCSEL is properly polarized. This active zone 32 is surrounded by a lateral layer of an oxide 34. In the example of FIG. 2A, the light beam 16 is emitted in the direction of the lower face of the substrate 24, that is to say the face opposite to that carrying the mirror 28. The mirror 20 according to the invention is formed on this underside of the substrate. This mirror 20 is totally reflective vis-à-vis the beam 16. It is also seen that the underside of the substrate 24 has an anti-reflection layer 36 and the mirror 20 is formed on the anti-reflection layer 36. This mirror 20 is an annular mirror whose axis is the Z axis of the beam 16. The dimensions of this annular mirror are chosen to intercept the desired peripheral portion of the beam 16. The inner radius and the outer radius of the annular mirror 20 are therefore chosen for this purpose. In the example of FIG. 2A, the VCSEL is also provided with a photodiode 38 intended to detect the external part 22 of the beam 16, which is picked up by the mirror 20, after reflection of this part by this mirror 20. In For example, the photodiode 38 is an annular photodiode whose axis is also the Z axis. It can be seen that this photodiode 38 actually receives the light 40 resulting from the reflection of the peripheral portion 22 by the mirror 20. This is an internal reflection since the light intercepted by the mirror 20 and the light reflected by the mirror do not leave the substrate. Note further that the elementary device comprising the VCSEL 15, the annular mirror 20 and the photodiode 38 is an integrated device for regulating the light power of the beam 16 emitted by the VCSEL, by exploiting the light that is reflected by the rear face of this device (lower face of the substrate 24). It is specified that the annular photodiode 38 is a cavity photodiode (in English "cavity photodiode") because it is delimited by the mirrors 28 and 30 which also delimit the resonant cavity 26. In addition, this photodiode can be constructed around the oxide layer 34 (annular layer). In this photodiode, the material 41 between the mirrors 28 and 30 is a quantum wells stack which is preferably the same as the stack of the active zone 32. This configuration has the advantage that, in this way, the response peaks of the VCSEL and the photodiode coincide since the resonant wavelengths are the same. The anode of this photodiode is constituted for example by the lower Bragg mirror N (reference 28) and its cathode by the upper Bragg mirror doped P for example (reference 30). There is thus a cavity photodiode, which is monolithically integrated directly around the VCSEL, the transmission and reception devices being advantageously able to be constructed from the same stacks of quantum wells and mirror layers. It should also be noted that the annular mirror 20, or annular reflector, constitutes a diaphragm which reflects the light intercepted towards the front face of the elementary device, that is to say towards the face where the two mirrors 28 and 30 are located, whereas the non-intercepted portion of the beam 16 passes through the mirror 20 for use outside the VCSEL. FIG. 2A also shows the two electrodes 42 and 44 making it possible to collect the current generated by the photodiode 38 when it receives the light reflected by the mirror 20. The electrodes 46 and 48 for the control of the VCSEL are also seen. Advantageously, the photodiode and the VCSEL could have a common electrode. FIG. 2A also shows an annular structure 50 whose axis is the Z axis and which rests on the substrate 24, isolating the photodiode 38 and the resonant cavity 26. There is also another insulating annular structure 52 on which is the electrode 44. The material of these structures 50 and 52 may be for example a polymer. Vias may be provided in this polymer to ensure the resumption of contact at the buried face of the VCSEL and / or the photodiode. In the example of FIG. 2A, provision is made for a resumption of contact 54 relative to the VCSEL and a contact recovery 55 relating to the photodiode. FIG. 2C schematically illustrates the fact that the material 41 can be laterally oxidized and thus framed by two annular oxide layers 41a. The injection current of the VCSEL 15 can be slaved to the current which is generated by the photodiode 38 when the latter receives the light reflected by the mirror 20. It is therefore possible to regulate the excitation current of the VCSEL and therefore the power of the light beam 16 generated by this VCSEL. The electronic means for regulating this power comprise the photodiode 38. The remainder of these means is not shown. The invention thus allows the planar integration of a VCSEL matrix, each VCSEL comprising a surveillance photodiode (in English). "monitoring") which allows the regulation of the transmission power of the VCSEL. Such a way does not require to modify the vertical structure of the VCSEL and does not affect the performance of these. In addition, such a technique is compatible with the technique of flip-chip (in English "flip-chip"). The resonant cavity 26 of the VCSEL 15 as well as the lower mirror 28 and the upper mirror 30, which delimit this cavity, are designed so that the detection quantum efficiency of the associated photodiode 38 is maximum. By way of example, the cavity 38 and the mirrors 28 and 30 are designed so as to maximize the reflected photonic current with respect to a photonic current which enters the photodiode at an angle of incidence of the order of 5 ° to 10 °. Indeed, one can, for example, quite conceive a mirror allowing the light it receives at an angle of incidence of 5 ° to 10 ° (compared to a normal to this mirror) and reflecting the light that it receives under a zero incidence compared to this normal, this design using the techniques of quantum engineering (quantum engineering). Similarly, it is possible to make a resonant cavity 26 which is for example optimized with respect to any wavelength shifts created by temperature gradients between the VCSEL and the cavity photodiode 38 associated therewith. FIGS. 3A to 3D diagrammatically illustrate various steps of a method of manufacturing a VCSEL provided with a mirror and an annular photodiode. A substrate 56 (FIG. 3A) is used on which a resonant cavity layer 58 is formed delimited by two mirror layers 60 and 62, the mirror layer 60 being formed on the substrate 56. In a conventional manner, the mirrors which delimit the resonant cavity are preferably DBR mirrors, that is to say distributed Bragg reflector mirrors (in English "distributed Bragg reflectors"). Then, as in a conventional method for manufacturing VCSEL (FIG. 3B), the mirror layers 60, 62 and the layer 58 are etched to the substrate 56, for example by reactive plasma etching. delimit the VCSEL and the associated annular photodiode. The annular trenches 72 and 74 are thus formed between which the photodiode is comprised. These trenches have the same axis Z (axis of the light beam, intended to be emitted by the VCSEL). The inner radius of the annular trench 74 is greater than the outer radius of the annular trench 72. Later, by lateral oxidation or implantation of protons, the "restricted" active area 70 of the VCSEL is formed, this zone forming a Z-axis disk. . During this step, the photodiode may or may not be protected, for example by means of a nitride layer, to avoid the presence of oxide or not. In FIG. 3B, the oxide 75 which surrounds the "restricted" active zone 70 is seen. In addition, this FIG. 3B illustrates the case where the photodiode has not been protected by the nitride, so that layers annular oxide 75 frame the annular resonant cavity 76 of the photodiode. On the contrary, FIGS. 3C and 3D illustrate the case where the photodiode has been protected by the nitride, so that the resonant cavity 76 is not framed by the oxide. In fact, in practice, several identical VCSELs are simultaneously formed on the substrate 56 and annular trenches such as the trench 74, making it possible to delimit the different VCSELs. The various electrodes (not shown), which are necessary for the operation of each VCSEL and each annular photodiode, are then formed according to the techniques known to those skilled in the art. There are two connections by VCSEL and two connections per photodiode, an electrode that can be common to the VCSEL and the photodiode. Subsequently, the substrate 56 is thinned until it has a thickness D (FIG. 3C) allowing the light reflected by the mirror according to the invention, which is subsequently formed, to flow back through this substrate while being hardly absorbed by this last, to reach the annular photodiode (D <500 μm). An antireflection layer (not shown) is then deposited on the rear face 77 of the substrate, from which this substrate has been thinned, and an annular mirror 78 is then formed on the rear face of the thinned substrate (FIG. 3D ). The axis of this mirror 78 is also the Z axis. FIGS. 4A to 4E schematically illustrate steps of another method for manufacturing a VCSEL that can be used for a mirror and an annular photodiode. In this other method, the mirror that comprises this device is formed on the VCSEL after hybridizing this VCSEL on a CMOS processing circuit. The steps schematically illustrated by FIGS. 4A and 4B and the structures obtained by these steps are identical to those described with reference to FIGS. 3A and 3B and the same references correspond to the same elements (with the exception that, in the case 4B, the photodiode is protected so that the resonant cavity is not framed by the oxide, and the various electrodes (not shown) which are necessary for the operation of each VCSEL and each annular photodiode are then formed. Then, the structure 80 thus obtained is hybridized, by the flip-chip technique, on a wafer of a control circuit 82, for example CMOS type (Figure 4C), by means of solder balls (English "solder balls") 84 that is formed beforehand on the structure 80. Pads (English "pads") connection (not shown), are also provided on the structure 80 and the circuit 82 for this hybridization. In practice, as already mentioned, several VCSELs are simultaneously manufactured on the substrate 56, and these VCSELs are collectively hybridized on the control circuit 82. Then (FIG. 4D), the substrate is thinned Hybridized VCSELs until this substrate has a thickness D allowing the light reflected by the mirror according to the invention, subsequently formed on each VCSEL, to flow back through the substrate while being practically not absorbed by the latter, to reach the associated annular photodiode. Then (FIG. 4E), for each VCSEL, an annular mirror 86 is formed on the rear face of the thinned substrate so that this mirror 86 and the active area 70 of the VCSEL have the same Z axis. A VCSEL matrix is thus obtained. each VCSEL being provided with a mirror and a photodiode which allow the regulation of the light power emitted by this VCSEL. The following is a purely indicative and in no way limiting reference, with reference to FIG. 2A, numerical values relating to the structure represented in FIG. 2A. For example, it is desired to form light-emitting components whose light output can be controlled on a reduced surface: a 10 × 10 VCSEL matrix is formed, for example, with a pitch of 250 μm, which is the standard pitch of the connections. optics. The substrate used is given a residual thickness D of 100 μm. Each VCSEL is capable of emitting a cone light beam with a half-angle at the apex of 10 °. The part of the beam, which is not picked up by the annular mirror, is a conical beam whose half-angle at the apex is 5 °. The annular mirror has an inner radius of 17 μm and an outer radius of 35 μm. Active zone 32 (FIG. 2A) has a radius of 15 μm. The annular structure 45 has an inner radius of 30 μm and an outer radius of 50 μm. One can even form a VCSEL matrix provided with annular mirrors and photodiodes so that the integration step is equal to 125 microns or less. As a purely indicative and in no way limiting, examples of materials that can be used in the structures described with reference to FIGS. 3A to 3D and 4A to 4E are given below. substrate 56: GaAs - mirror DBR 60: AlGaAs / GaAs - mirror DBR 62: AlGaAs / GaAs - layer (cavity) 58: GaInNAs - active zone 70: GaInNAs - mirrors 78 and 86: Ti
Les exemples de l'invention, que l'on a donnés, sont relatifs aux VCSEL. Cependant, l'invention n'est pas limitée à de tels composants : l'homme du métier peut adapter les exemples donnés au cas des RCLED. En outre, les exemples donnés concernent le prélèvement d'une partie externe du faisceau lumineux issu d'un composant électronique émetteur de lumière. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cela : pour certaines applications, il peut être avantageux de prélever une partie (pas nécessairement annulaire) du faisceau, plus vers le centre de ce dernier, la partie ainsi prélevée étant susceptible d'être plus représentative du faisceau émis (notamment du fait qu'il n'y a alors pas d'effet de bord) . L'homme du métier peut adapter ces exemples donnés au prélèvement d'une telle partie. Examples of the invention, which have been given, relate to VCSELs. However, the invention is not limited to such components: the person skilled in the art can adapt the examples given to the case of RCLEDs. In addition, the examples given relate to the removal of an external portion of the light beam from an electronic light emitting component. However, the invention is not limited to this: for certain applications, it may be advantageous to take a portion (not necessarily annular) of the beam, more towards the center of the latter, the part thus taken away being likely to be more representative of the emitted beam (in particular because there is no edge effect). Those skilled in the art can adapt these examples given to the sampling of such a part.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de prélèvement d'une partie (22) d'un faisceau lumineux (16) issu d'un composant électronique émetteur de lumière (15) , ce composant comprenant un substrat ayant des première et deuxième faces, et une zone active disposée sur la première face et prévue pour émettre le faisceau lumineux en direction de la deuxième face, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un miroir annulaire (20) qui est disposé sur la deuxième face et apte à prélever la partie externe annulaire (22) du faisceau lumineux (16) , ce miroir annulaire et le faisceau lumineux (16) étant coaxiaux. 1. Device for removing a portion (22) of a light beam (16) from a light emitting electronic component (15), this component comprising a substrate having first and second faces, and an active area arranged on the first face and designed to emit the light beam in the direction of the second face, this device being characterized in that it comprises an annular mirror (20) which is arranged on the second face and able to take the annular outer portion (22) of the light beam (16), this annular mirror and the light beam (16) being coaxial.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le composant électronique émetteur de lumière est un laser à émission par la surface à cavité verticale (15) ou une diode électroluminescente à cavité résonante.The device of claim 1, wherein the light emitting electronic component is a vertical cavity surface emitting laser (15) or a resonant cavity light emitting diode.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, ce dispositif comprenant en outre un photodétecteur annulaire (38) qui est disposé sur la première face et prévu pour détecter la partie (22) prélevée par le miroir, après réflexion de cette partie par ce miroir (20), ce photodétecteur annulaire et le miroir annulaire étant coaxiaux.3. Device according to any one of claims 1 and 2, this device further comprising an annular photodetector (38) which is arranged on the first face and provided for detecting the part (22) taken by the mirror, after reflection of this partly by this mirror (20), this annular photodetector and the annular mirror being coaxial.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le photodétecteur (38) est intégré de façon monolithique au composant électronique émetteur de lumière (15) .4. Device according to claim 3, wherein the photodetector (38) is integrated so monolithic to the light emitting electronic component (15).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ce dispositif comprenant en outre des moyens (38) de régulation de la puissance lumineuse du faisceau (16) émis par le composant (15), à l'aide de la partie (22) de ce faisceau, qui est prélevée par le miroir (20) .5. Device according to any one of claims 1 to 4, this device further comprising means (38) for regulating the light power of the beam (16) emitted by the component (15), using the part (22) of this beam, which is taken by the mirror (20).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, ce dispositif comprenant en outre des moyens de régulation de la puissance lumineuse du faisceau (16) émis par le composant (15) , à l'aide de la partie (22) de ce faisceau, qui est prélevée par le miroir (20), ces moyens de régulation comprenant le photodétecteur (38) .6. Device according to any one of claims 3 and 4, this device further comprising means for regulating the light power of the beam (16) emitted by the component (15), using the part (22) of this beam, which is picked up by the mirror (20), these regulation means comprising the photodetector (38).
7. Matrice de composants électroniques émetteurs de lumière, chaque composant (15) étant pourvu du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 7. matrix of light-emitting electronic components, each component (15) being provided with the device according to any one of claims 1 to 6.
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