DE2614871B2

DE2614871B2 - Verfahren zur Herstellung von Dünnschicht-Lichtleiterstrukturen

Info

Publication number: DE2614871B2
Application number: DE2614871A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen Auracher; Ralf Dr. 8133 Rottach-Egern Kersten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-06
Filing date: 1976-04-06
Publication date: 1980-09-04
Also published as: FR2347698B1; JPS52123250A; DE2614871C3; FR2347698A1; US4136439A; DE2614871A1; GB1530091A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschicht· Lichtleiterstrukturen nach dem Oberbegriff des Patenten-Spruchs 1.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus Appl. Phys. Lett. 27 (1975) S. — 546 bekannt geworden. Bei diesem Verfahren wird 'der Dotierstoff durch Diffusion in das Substrat eingebracht. Es dient zur Herstellung eines elektrooptischen Modulators.

Auch elektrisch steuerbare Richtkoppler, wie sie für

die optische Nachrichtentechnik als Schalter bzw. Umschalter zu verwenden sind, sind Lichtleiterstrukturen der eingangs genannten Art

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die Lichtleiter und Elektroden mit hoher Genauigkeit zueinander justiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale gelöst

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch hohe Einfachheit aus. Nur zur fotolithografischen Herstellung der Elektroden müssen Fotomasken benutzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt

sich insbesondere anwenden, wenn dec Abstand zwischen den Lichtleitern nur zwischen 1 μχη und 3 μΐη liegt Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Mittelelektrode sehr genau in der Mitte zwischen den Lichtleitern erzeugt

werden kann.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Anhand der Figuren wird in der nun folgenden Beschreibung die Herstellung einer bekannten Lichtleiterstruktur mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 in isometrischer Darstellung die Struktur eines bekannten optischen Modulators; die

Fig.2 bis 7 in einem Querschnitt durch den Modulator nach F i g. 1 quer zu den Lichtleitern Zwischen- und die Endstufe bei der Herstellung des in F i g. 1 dargestellten Modulators. In dem Modulator nach Fig. 1 sind in ein Substrat 1,

welches aus einem elektrooptischen Kristall, beispielsweise Lithiumniobat, besteht durch Eindiffusion von Metallen, beispielsweise Titan oder Niob, durch die der Brechungsindex des Substrats in den durch die Eindiffusion dotierten Bereichen erhöht wird, zwei Lichtleiter 2,3 hergestellt, die längs einer Koppellänge L eng benachbart zueinander angeordnet sind. Zwischen und seitlich neben den Lichtleitern sind Elektroden 4,5 und 6 aufgebracht Durch Anlegen einer Spannung an diese Elektroden können die optischen

Eigenschaften der Lichtleiter verändert werden. Dies ist

mit den Spannungsquellen 7 und 8 symbolisiert Der

Abstand zwischen den Lichtleitern 2 und 3 soll

beispielsweise zwischen 1 μπι und 3 μπι liegen.

Im Fig.2 ist das Ausgangssubstrat 10 für das

beispielhafte Herstellungsverfahren dargestellt. Es besteht aus einem Kristall aus einem elektrooptischen Material, beispielsweise Lithiumniobat, welcher so geschnitten ist, daß die kristallografische Hauptachse fc-Achse) in der Oberfläche und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes in den Lichtleitern liegt.

Statt Lithiumniobat kann auch ein Kristall aus Lithiumtantalat (LiTaO₃) verwendet werden. Gemäß Fig.3 wird das Substrat 10 zur Herstellung der Elektroden auf einer Seite metallisiert. Als Material für die Elektroden sind beispielsweise Gold oder Platin gut geeignet, die Schichtdicke liegt beispielsweise bei 300 nm. Damit liegt auf dem Substrat eine für die späteren Elektroden geeignete Metallschicht 12.

^⁵ Zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Elektroden kann zwischen dieser Metallschicht 12 und dem Substrat eine Haftschicht 11 angeordnet werden, die z. B. aus Titan, Chrom oder Nickel-Chrom-Verbindungen bestehen

kann. Diese Haftschicht ist beispielsweise 5 bis 10 nm dick.

Das Aufbringen der Haftschicht 11 und der Metallschicht 12 kann beispielsweise durch Aufdampfen, Aufsprühen, Aufstauben oder Aufsplittern erfolgen.

Nun erfolgt die Strukturierung der Metallschicht bzw. der Metall- und der Haftschicht, so daß die späteren Elektroden gebildet werden.

Dies kann beispielsweise in der folgenden Weise fotolithografisch erfolgen: Gemäß der Fig.4 wird auf to die Metallschicht 12 eine Schicht aus Fotolack 13 aufgebracht Diese Lackschicht wird durch eine Fotomaske hindurch belichtet, wobei die Struktur der Maske der Form der späteren Elektroden entspricht Bei der Entwicklung der Lackschicht lösen sich dann die Teile der Lackschicht heraus, die die späteren Lichtleiter bedecken.

Als Fotolacke können negativ arbeitende oder positiv arbeitende Fotolacke verwendet werden, die Dicke der Lackschicht liegt beispielsweise bei 06 um. Bei negativ arbeitenden Fotolacken löst sich bei der Entwicklung der unbelichtete Teil der Fotolackschicht heraus, bei positiv arbeitenden Fotolacken der belichtete Teil der Fotoschicht Dementsprechend müssen die Belichtungsmasken entweder ein positives Abbild der Form der Lichtleiter oder ein negatives Abbild der Form der Lichtleiter sein.

Nach dem Entwickeln erhält man also eine Lackschicht die die gesamte Oberfläche der Metallschicht mit Ausnahme der Bereiche der späteren Lichtleiter bedeckt

Nun wird der freiliegende Bereich der Metallschicht und der eventuell darunterliegenden Haftschicht abgeätzt Dies kann beispielsweise durch Sputtern, Ionenstrahlätzen oder durch chemisches Ätzen geschehen. Danach wird der Fotolack entfernt z.B. durch Plasmaverbrennung in reinem Sauerstoff.

Gemäß der F i g. 5 sind damit die Metallschicht bzw. die Haft- und die Metallschicht strukturiert und zwar in Form der späteren Elektroden. «0

Nun erfolgt die Herstellung der Lichtleiter. Diese können beispielsweise durch Eindiffusion von Metallen, z. B. Titan oder Niob, in die freiliegenden Bereiche des Substrates erfolgen.

Dazu wird gemäß der F i g. 6 eine Schicht 14 aus dem *5 vorgesehenen Diffusionsmaterial aufgebracht Die Dikke dieser Schicht lag bei einem Ausfflhruogsbeispielbei ca, 30 nm. Durch Erhitzen wird nun erreicht, daß dieses Diffusionsmaterial in die freiliegenden Bereiche des Substrates eindiffundiert Werden Titan oder Niob als Diffusionsmaterial verwendet so kann diese Diffusion dadurch erreicht werden, daß das Substrat mit den daraufliegenden Schichten für ca* 3 Stunden auf 850°C erhitzt wird.

Damit haben sich im Substrat gemäß der Fig.7, die Lichtleiter 101,102 gebildet

Das auf der Metallschicht aufliegende Diffusionsmaterial kann dort verbleiben; soweit es beim Diffusionsprozeß oxidiert ist wird es durch Ätzen abgelöst Bei diesem Ätzprozeß kann es sich um chemisches, Sputter- oder Ionenätzen handeln. Für eine Ätzung von Titandioxid können beispielsweise verdünnte Säuren verwendet werden.

Damit ist die gewünschte Struktur hergestellt

Es zeigt sich also, daß zur Herstellung der gewünschten Struktur keinerlei aaywendige Justierschritte notwendig sind, vor allem sind die Elektroden relativ zu den Lichtleitern von selbst justiert

Bei dem Diffusionsprozeß zur Herstellung der Lichtleiter diffundiert auch Material von der Haftschicht bzw, beim Fehlen der Haftschicht Material von den Elektroden in das Substrat Dieser Effekt ist vorteilhaft da dadurch die Lichtleiter als sogenannte Wulstwellenleiter ausgebildet werden, bei denen der höher dotierte Bereich der Lichtleiter 101, 102 besonders weit ins Substrat hineinreicht Dadurch wird eine gute Kopplung erreicht so daß der Abstand der beiden Lichtleiter verhältnismäßig groß sein kann.

Andererseits sind Wulstwellenleiter für sehr enge Krümmungen weniger geeignet da dann das Licht nicht mehr einwandfrei geführt wird. An Stellen, an denen die Lichtleiter stark gekrümmt sein sollen, ist es deshalb zweckmäßig, unter der Haftschicht bzw. unter den Elektroden, falls keine Haftschicht vorgesehen ist eine dielektrische Schicht z. B. aus Glas, aufzubringen, diese Schicht kann z. B. durch Aufdampfen oder Aufsputtern erzeugt werden. Diese dielektrische Schicht verhindert eine Diffusion des Materials der Haftschicht bzw. des Elektrodenmaterials, die Bildung von Wulstwellenleitern wird verhindert so daß die Lichtleiter stark gekrümmt sein dürfen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von pqn.nseb.tcht-Lichtleiterstrukturen mit zwei nahe benachbarten Lichtleiterbahnen, die von Elektroden jeweas beidseitig begrenzt sind, die genau den Bereich der Lichtleiterbahnen aussparen, bei dem die Lichtleiterbahnen durch Einbringen eines Dotierstoffes in ein Substrat aus einem elektrooptischen Material gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst auf dem Substrat (10) die Elektroden (4,5, 6) aufgebracht werden, und daß dann der Dotierstoff eingebracht wird, wobei die Elektroden als Maskierung dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff durch Diffusion in das Substrat (10) eingebracht wird, indem ein entsprechendes Diffusionsmaterial aufgebracht wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichaet, daß die Herstellung der Elektroden fotolithografisch erfolgt, wobei das Substrat großflächig mit einer Metallschicht (12) bedeckt wird, daß auf dieser Metallschicht eine Schicht aus Fotolack (13) aufgebracht wird, die mittels entsprechender Masken entsprechend der Struktur der gewünschten Elektroden fotografisch strukturiert wird, so daß die gewünschten Elektroden abgedeckt sind, daß dann die nunmehr freiliegenden Bereiche der Metallschicht (12) abgeätzt werden, und daß danach der Fotolack entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Metallschicht (12) eine Haftschicht (11) aufgebrecht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat unterhalb der Haft- bzw. Metallschicht eine dielektrische Schicht aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat besteht

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Elektroden Gold oder Platin verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Titan oder Niob als Detierstoff in das Substrat eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftschicht Titan, Chrom oder eine Nickel-Chrom-Verbindung bzw. Nickel-Chrom-Legierung verwendet wird.