CH666969A5 - Verfahren zum herstellen eines optischen phasenverzoegerungsgliedes. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes.
Die Nachrichtenübermittlung mittels Lichtwellengewinnt zusehends an Bedeutung. Dazu werden Bauelemente benötigt — z.B. optische Sender und Empfänger —, bei denen man, ähnlich wie bei den elektrischen Bauelementen, bestrebt ist, sie in Form integrierter Schaltungen herzustellen. Zum Herstellen optischer Phasenverzögerungsglieder werden Bauelemente benötigt, mit denen sich die Lichtintensität (Amplitude) modulieren und/oder die Frequenz (oder auch die Laufzeit) verschieben-lässt. Dies wird z.B. dadurch erreicht, dass auf ein Substrat aus einem Lithiumniobat-Einkristall 4 p,m breite Titanstreifen aufgebracht und dann in das Substrat eindiffundiert werden. Dabei wird das Titan an die Stelle der Niob-Atome eingebaut und erhöht den Brechungsindex des Substratkristalls, so dass eine Lichtwelle in dem durch das eindiffundierte Material gebildeten Kanal geführt wird. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes lässt sich der Polarisationszustand des Kristalls und damit auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in diesem Medium verändern.
Bei einem in der Praxis bekannt gewordenen Verfahren wird auf eine geschliffene, polierte und gereinigte Oberfläche eines Lithiumniobat-Substrats in einer Sputteranlage eine Titanschicht aufgebracht. Unter Sputtern versteht man das Beschies-sen eines Festkörpers oder einer Schmelze im Vakuum mit Teilchenstrahlen, wobei die Teilchen entweder einzelne Atome, Ionen oder Moleküle sein können (vgl. Maissei & Glang, Handbook of Thin Film Technology, McGraw-Hill, 1970). Die Titanoberfläche wird mit einem Photolack beschichtet und diese Schicht entsprechend der gewünschten Lichtkanalstruktur maskiert und dann belichtet. Nach dem Entwickeln werden die nicht belichteten Bereiche der Titanschicht weggeätzt, so dass nur der oder die gewünschten Titanstreifen auf dem Substrat verbleiben. Diese werden dann durch Erhitzen in das Substrat eindiffundiert. Entlang der auf diese Weise gebildeten optischen Kanäle müssen noch elektrische Kontakte angebracht werden, über die das zum Steuern erforderliche elektrische Feld angelegt werden kann.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren ist aufwendig und ausserdem ist es schwierig, die Kontakte nachträglich parallel auf die Kanten des Kanals aufzubringen. Die Bildung einer Lithiumdioxidschicht beim Tempern verursacht einen erheblichen dielektrischen Verlust beim Ansteuern des optischen Kanals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren zu schaffen, das insbesondere ein nachträgliches Beeinflussen des Lichtkanals vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Die Figur zeigt verschiedene Stadien A bis E bei der erfin-dungsgemässen Herstellung eines optischen Phasenverzögerungsgliedes.
In Zeile A der Figur ist schematisch ein Lithiumniobat-Ein-kristall 1 dargestellt, auf dessen polierter und gereinigter Oberfläche eine etwa 100 nm dicke schichtförmige Diffusionssperre 2 aus einem sauerstoffinerten Werkstoff, z.B. in Form einer Platinschicht, abgeschieden worden ist. Diese Platinschicht ist entweder durch Elektronenstrahlverdampfung oder durch Gleichstrom oder Hochfrequenz-Sputtern aufgebracht. Aus Zeile B ist ein auf die Platinschicht aufgebrachtes negatives Photolackbild 3 des zu bildenden Kanals 4 ersichtlich. Dieses negative Bild wird in bekannter Weise durch Maskieren, Belichten und Entwickeln eines auf die Oberfläche des Substrats 1 aufgebrachten negativen Photolacks hergestellt.
Danach wird — siehe Zeile C — die Platinschicht durch Sputtern weggeätzt, so dass das Lithiumniobat an der Stelle eines Streifens 6, entlang dem Titan, wie nachfolgend erläutert, eindiffundiert werden soll, wieder freiliegt.
Auf die nun teilweise mit Platin bedeckte und teilweise offenliegende Oberfläche des Substrats 1 wird jetzt eine etwa 30 nm starke Titanschicht 7 durch Elektronenstrahlverdampfen oder durch Sputtern aufgebracht (Zeile D).
Das Substrat wird danach in einem Diffusionsofen unter Sauerstoffatmosphäre erhitzt. Dabei diffundiert das Titan im Bereich des Streifens 6 in das LiNbOs des Substrats 1 ein und bildet einen streifenförmigen Lichtkanal 8, während die Titanschicht an ihrer Oberfläche oxidiert wird und somit eine TiO-Schicht 9 bildet. Der Lichtkanal 8 ist dann seitlich durch zwei parallele Platinstreifen 10 und 11 begrenzt (Zeile E).
Die Platinstreifen 10, 11 bilden bereits die zum Anlegen eines elektrischen Feldes und damit zum Steuern des Phasenverzögerungsgliedes erforderlichen Kontakte. Sie müssen dann lediglich noch jeweils zu einem Kontakt strukturiert werden, was
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auch durch die oxidierte Titanschicht hindurch einfach möglich ist, und mit einem elektrischen Anschluss verbunden werden.
Durch die Erfindung werden die zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes erforderlichen Fertigungsschritte verringert. Die Platinstreifen 10 und 11 bilden Kontakte, die mit der Kante des Lichtkanals 8 bündig sind. Sie justieren sich von selbst. Beim Tempern bildet sich unter dem Kontakt kein Lithiumoxid mit niederer Dielektrizitätskonstante als Passivierungsschicht, das angelegte elektrische Feld kann des-5 halb ohne dielektrische Verluste am Lichtkanal wirken.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
auf die Oberfläche eines Substrats (1) aus einem Lithium-niobat-Kristall wird eine schichtförmige sauerstoffinerte Diffusionssperre (2) aufgebracht (Fig. A),
aus dieser Diffusionssperre wird eine streifenförmige Struktur (6) herausgeätzt (Fig. C),
auf die nun teilweise mit der Diffusionssperre bedeckte und teilweise offenliegende Substratoberfläche wird eine Titanschicht (7) aufgebracht, (Fig. D),
durch Erhitzen des Substrats (1) in Sauerstoffatmosphäre wird die Titanschicht (7) einerseits an den freiliegenden Substratstellen entlang der streifenförmigen Struktur (6) in das Substrat eindiffundiert, wobei sie — die Titanschicht — einen streifenförmigen Lichtkanal (8) bildet und andererseits an ihrer Oberfläche oxidiert (Fig. E), und schliesslich wird die Diffusionssperre durch die oxidierte Titanschicht (9) hindurch zu mindestens einem Kontakt (10, 11) strukturiert und mit einem elektrischen Anschluss verbunden (Fig. E).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als sauerstoffinerte Diffusionssperre (2) eine Platinschicht aufgebracht wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperre durch Elektronenstrahlver-dampfen aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperre durch Gleichstrom- oder Hochfrequenz-Sputtern aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanschicht durch Elektro-nenstrahlverdampfen oder Sputtern aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanschicht nach dem Aufbringen in einem Diffusionsofen unter Sauerstoffatmosphäre erhitzt wird.
7. Optisches Phasenverzögerungsglied, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontakt (10, 11) aus einer auf die Oberfläche des Substrats (1) aufgebrachten schichtförmigen sauerstoffinerten Diffusionssperre (2) besteht, aus der ein dem Lichtkanal (8) entsprechender Streifen (6) herausgeätzt worden ist.
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