CH666969A5 - METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL PHASE DELAY MEMBER. - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL PHASE DELAY MEMBER. Download PDF

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CH666969A5
CH666969A5 CH79685A CH79685A CH666969A5 CH 666969 A5 CH666969 A5 CH 666969A5 CH 79685 A CH79685 A CH 79685A CH 79685 A CH79685 A CH 79685A CH 666969 A5 CH666969 A5 CH 666969A5
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Alcatel Nv
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Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes. The invention relates to a method for producing an optical phase delay element.

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. The transmission of messages by means of light waves is becoming increasingly important. Components are required for this - e.g. optical transmitters and receivers - which, like the electrical components, endeavor to be produced in the form of integrated circuits. To produce optical phase delay elements, components are required with which the light intensity (amplitude) can be modulated and / or the frequency (or also the transit time) can be shifted. This is e.g. achieved by applying 4 μm wide titanium strips to a substrate made of a lithium niobate single crystal and then diffusing into the substrate. The titanium is installed in the place of the niobium atoms and increases the refractive index of the substrate crystal, so that a light wave is guided in the channel formed by the diffused material. By applying an electric field, the state of polarization of the crystal and thus the speed of light propagation in this medium can be changed.

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. In a method which has become known in practice, a titanium layer is applied to a ground, polished and cleaned surface of a lithium niobate substrate in a sputtering system. Sputtering is the bombardment of a solid or a melt in a vacuum with particle beams, whereby the particles can either be individual atoms, ions or molecules (cf.Maissei & Glang, Handbook of Thin Film Technology, McGraw-Hill, 1970). The titanium surface is coated with a photoresist and this layer is masked according to the desired light channel structure and then exposed. After development, the unexposed areas of the titanium layer are etched away, so that only the desired titanium strip or strips remain on the substrate. These are then diffused into the substrate by heating. Along the optical channels formed in this way, electrical contacts must still be attached, via which the electrical field required for control can be applied.

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. The manufacturing method described above is complex and it is also difficult to subsequently apply the contacts parallel to the edges of the channel. The formation of a lithium dioxide layer during annealing causes a considerable dielectric loss when the optical channel is driven.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren zu schaffen, das insbesondere ein nachträgliches Beeinflussen des Lichtkanals vermeidet. The invention has for its object to provide a simplified manufacturing process, which in particular avoids subsequent influencing of the light channel.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst. This object is achieved according to the invention by the method characterized in claim 1.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. The invention is explained below using an exemplary embodiment.

Die Figur zeigt verschiedene Stadien A bis E bei der erfin-dungsgemässen Herstellung eines optischen Phasenverzögerungsgliedes. The figure shows various stages A to E in the production of an optical phase delay element according to the invention.

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. In line A of the figure, a lithium niobate single crystal 1 is shown schematically, on the polished and cleaned surface of which an approximately 100 nm thick layer-shaped diffusion barrier 2 made of an oxygen-inert material, e.g. in the form of a platinum layer. This platinum layer is applied either by electron beam evaporation or by direct current or high-frequency sputtering. Line B shows a negative photoresist image 3 of the channel 4 to be formed, which is applied to the platinum layer. This negative image is produced in a known manner by masking, exposing and developing a negative photoresist applied to the surface of the substrate 1.

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. Then - see line C - the platinum layer is etched away by sputtering, so that the lithium niobate is exposed again at the location of a strip 6, along which titanium is to be diffused, as explained below.

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). An approximately 30 nm thick titanium layer 7 is now applied to the now partially covered with platinum and partially exposed surface of the substrate 1 by electron beam evaporation or by sputtering (line 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). The substrate is then heated in a diffusion furnace under an oxygen atmosphere. The titanium diffuses in the region of the strip 6 into the LiNbOs of the substrate 1 and forms a strip-shaped light channel 8, while the titanium layer is oxidized on its surface and thus forms a TiO layer 9. The light channel 8 is then laterally delimited by two parallel platinum strips 10 and 11 (row 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 The platinum strips 10, 11 already form the contacts required for applying an electrical field and thus for controlling the phase delay element. You then just have to be structured into one contact, whatever

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

666 969 666 969

auch durch die oxidierte Titanschicht hindurch einfach möglich ist, und mit einem elektrischen Anschluss verbunden werden. is also easily possible through the oxidized titanium layer, and can be connected to an electrical connection.

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. The manufacturing steps required to manufacture an optical phase delay element are reduced by the invention. The platinum strips 10 and 11 form contacts which are flush with the edge of the light channel 8. They adjust themselves. When tempering, no lithium oxide with a low dielectric constant forms as a passivation layer under the contact, the applied electric field can therefore work without dielectric losses at the light channel.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (7)

666 969666 969 1. Verfahren zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 1. A method for producing an optical phase delay element, characterized by the following method steps: auf die Oberfläche eines Substrats (1) aus einem Lithium-niobat-Kristall wird eine schichtförmige sauerstoffinerte Diffusionssperre (2) aufgebracht (Fig. A), a layered oxygen-diffusion barrier (2) is applied to the surface of a substrate (1) made of a lithium niobate crystal (FIG. A), aus dieser Diffusionssperre wird eine streifenförmige Struktur (6) herausgeätzt (Fig. C), a strip-shaped structure (6) is etched out of this diffusion barrier (FIG. C), auf die nun teilweise mit der Diffusionssperre bedeckte und teilweise offenliegende Substratoberfläche wird eine Titanschicht (7) aufgebracht, (Fig. D), a titanium layer (7) is applied to the now partially covered and partially exposed substrate surface (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). By heating the substrate (1) in an oxygen atmosphere, the titanium layer (7) is diffused into the substrate on the one hand at the exposed substrate locations along the strip-like structure (6), whereby - the titanium layer - forms a strip-shaped light channel (8) and on the other hand on its surface oxidized (FIG. E), and finally the diffusion barrier is structured through the oxidized titanium layer (9) into at least one contact (10, 11) and connected to an electrical connection (FIG. E). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als sauerstoffinerte Diffusionssperre (2) eine Platinschicht aufgebracht wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a platinum layer is applied as the oxygen-inert diffusion barrier (2). 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperre durch Elektronenstrahlver-dampfen aufgebracht wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the diffusion barrier is applied by electron beam vaporization. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperre durch Gleichstrom- oder Hochfrequenz-Sputtern aufgebracht wird. 4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the diffusion barrier is applied by direct current or high-frequency sputtering. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanschicht durch Elektro-nenstrahlverdampfen oder Sputtern aufgebracht wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the titanium layer is applied by electron beam evaporation or sputtering. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanschicht nach dem Aufbringen in einem Diffusionsofen unter Sauerstoffatmosphäre erhitzt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the titanium layer is heated after application in a diffusion furnace under an oxygen atmosphere. 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. 7. Optical phase delay element, produced by the method according to claim 1, characterized in that the at least one contact (10, 11) consists of a layer-shaped oxygen-diffusion barrier (2) applied to the surface of the substrate (1), from which the light channel (8) corresponding strip (6) has been etched out.
CH79685A 1984-03-01 1985-02-21 METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL PHASE DELAY MEMBER. CH666969A5 (en)

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