DE102007004043A1 - Process for the production of semiconductor-based optical waveguide structures with special geometrical shapes - Google Patents

Process for the production of semiconductor-based optical waveguide structures with special geometrical shapes Download PDF

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Wolfgang Prof. Dr. Freude
Jürg Prof. Dr. Leuthold
Christian Dipl.-Ing. Koos
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Abstract

Es wird ein mehrstufiges Herstellungsverfahren für Wellenleiterstrukturen vorgestellt. Die Wellenleiterstruktur wird in Abschnitte unterteilt, die mit unterschiedlichen Ätzverfahren aus einer einkristallinen Bauteilschicht erzeugt werden. Dabei ist mindestens ein Ätzverfahren kristallographisch-anisotrop. Das Verfahren erlaubt es, die hohe Präzision von kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren mit der geometrischen Vielfalt zu verbinden, die durch andere Ätzverfahren hergestellte Strukturen hinsichtlich ihrer Geometrie aufweisen. Die Kanten der Wellenleiterstruktur sind im kristallorientierten Abschnitt so orientiert, dass die späteren Seitenwände im Wesentlichen mit stabilen Ebenen des Kristallgitters übereinstimmen. Dadurch ist die Lage der Seitenwände sehr genau definiert und es lassen sich mit hoher Präzision Querschnittsgeometrien erzeugen, die mit herkömmlichen, beispielsweise trockenchemischen, Verfahren nicht erreichbar sind. Ein solches Verfahren kann insbesondere für die Strukturierung von Wellenleitern in der einkristallinen Bauteilschicht von SOI-Wafern verwendet werden. Es können bekannte kristallographisch-anisotrope Ätzverfahren verwendet werden, bei denen die {111}-Ebenen stabile Kristallebenen darstellen. Dadurch lassen sich verschiedenartige Querschnittsgeometrien erzeugen, die sowohl von der Kristallorientierung der Bauteilschicht als auch davon abhängen, ob und inwieweit dem kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren vorgelagerte Ätzprozesse ...A multi-stage manufacturing process for waveguide structures is presented. The waveguide structure is subdivided into sections which are produced by means of different etching processes from a monocrystalline component layer. At least one etching process is crystallographic-anisotropic. The method makes it possible to combine the high precision of crystallographic-anisotropic etching processes with the geometric diversity that have geometry produced by other etching processes in terms of their geometry. The edges of the waveguide structure are oriented in the crystal-oriented portion such that the later sidewalls substantially coincide with stable planes of the crystal lattice. As a result, the position of the side walls is defined very precisely and it can be produced with high precision cross-sectional geometries that can not be achieved with conventional, for example, dry chemical processes. Such a method can be used in particular for structuring waveguides in the monocrystalline device layer of SOI wafers. Known crystallographic-anisotropic etching methods can be used in which the {111} planes represent stable crystal planes. As a result, it is possible to produce various cross-sectional geometries which depend both on the crystal orientation of the component layer and on whether and to what extent the etching processes preceding the crystallographic-anisotropic etching process are ...

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für halbleiterbasierte optische Wellenleiterstrukturen mit speziellen geometrischen Formen sowie ein derartiges optisches Wellenleiter-Bauelement, und ist dem Gebiet der integrierten Optik zuzuordnen. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Verfahren, das es erlaubt, optische Wellenleiterstrukturen mit speziellen, sehr genau definierten Formen in Schichten aus einkristallinem Material zu strukturieren. Dieses Verfahren lässt sich insbesondere zur Herstellung von Wellenleitern in Silicon-on-Insulator-Schichten (SOI) verwenden. Es ist von großer Bedeutung für die Realisierung von verlustarmen optischen und elektrooptischen Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat mit elektronischen Bauteilen.The The invention relates to a production method for semiconductor-based optical waveguide structures with special geometric shapes and such an optical waveguide device, and is the field of integrated optics. In particular the invention a method that allows optical waveguide structures with special, well-defined shapes in layers of monocrystalline Structure material. This procedure can be in particular for the production of waveguides in silicon on insulator layers (SOI) use. It is of great importance to the Realization of low-loss optical and electro-optical components on a common substrate with electronic components.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Nutzung von Licht zur Übertragung von Informationen bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber rein elektrischen Verfahren, vor allem wenn hohe Datenraten benötigt werden und/oder große Distanzen zu überwinden sind. Während jedoch für die Übertragung von Daten zunehmend optische Verfahren eingesetzt werden, erfolgt die digitale Verarbeitung und Speicherung von Information nach wie vor elektronisch. Eine große Rolle spielen dabei integrierte Bauteile, die auf Basis von Halbleitern (insbesondere Silizium, z. B. Complementary Metal Oxide Semiconductor Technology (CMOS)) hergestellt werden. Es besteht daher ein sehr großes Interesse, die halbleiterbasierte elektronische Informationsverarbeitung und -speicherung und die optische Informationsübertragung auch technologisch zusammenzuführen und die entsprechenden Bauteile auf einem gemeinsamen Substrat zu integrieren. Dazu werden Strukturierungsverfahren benötigt, die in der Lage sind, kompakte Lichtwellenleiterstrukturen mit sehr genau definierten Geometrien in Halbleitermaterialien preisgünstig zu erzeugen.The Use of light to transmit information provides a number of advantages over purely electrical processes, especially when high data rates are needed and / or great distances are to be overcome. While but increasingly for the transmission of data optical methods are used, the digital processing takes place and storage of information still electronic. A play a major role in this integrated components, the on Base of semiconductors (especially silicon, eg complementary Metal Oxide Semiconductor Technology (CMOS)). There is therefore a great deal of interest, the semiconductor-based electronic information processing and storage and the to combine optical information transmission also technologically and the corresponding components on a common substrate integrate. For this, structuring methods are needed which are capable of compact optical waveguide structures with very accurate defined geometries in semiconductor materials inexpensively to create.

Die Lichtführung in diesen Strukturen erfolgt entweder in Bereichen mit hohem Brechungsindex, die von Materialien mit kleinerem Brechungsindex umgeben sind (Indexführung), oder aber es werden Mehrfachreflexionen an den dielektrischen Grenzflächen zwischen regelmäßig angeordneten Medien ausgenutzt, die zur Ausbildung einer photonischen Bandlücke (engl. photonic bandgap, PBG) führen (vgl. Joannopoulos, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton University Press, ISBN: 0-691-03744-2, Jul. 1995) . Häufig wird auch eine Kombination aus beiden Führungsmechanismen benutzt, indem beispielsweise eine hochbrechende Schicht so strukturiert wird, dass sie in horizontaler Richtung eine photonische Bandlücke aufweist, während in vertikaler Richtung Indexführung vorliegt. Zur Realisierung von PBG-Strukturen sind beispielsweise Verfahren von Interesse, mit denen sich in Form und Position sehr genau definierte Hohlräume herstellen lassen.The light guidance in these structures takes place either in regions of high refractive index which are surrounded by materials of lower refractive index (index guide), or else multiple reflections at the dielectric interfaces between regularly arranged media are used, which are used to form a photonic band gap bandgap, PBG) (cf. Joannopoulos, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton University Press, ISBN: 0-691-03744-2, Jul. 1995) , Often, a combination of both guiding mechanisms is used, for example, by patterning a high refractive index layer so as to have a photonic bandgap in the horizontal direction while having indexing in a vertical direction. For the realization of PBG structures, for example, methods of interest, which can be produced in shape and position very well-defined cavities.

Im allgemeinen werden die optischen Eigenschaften eines Lichtwellenleiters nicht allein durch dessen Kernmaterial bestimmt, sondern auch durch das den Kern umgebende niedrigbrechende Mantel- oder Umgebungsmaterial. Diese Tatsache kann dazu genutzt werden, bestimmte Abschnitte eines Wellenleiters durch Aufbringen geeigneter Mantelmaterialien mit gewünschten optischen Eigenschaften zu versehen – unabhängig vom Kernmaterial. Für indexgeführte Wellenleiter lässt sich die Wechselwirkung des geführten Lichtes mit dem Mantelmaterial durch ein spezielles Design des Kernquerschnittes erhöhen, indem beispielsweise die unstetige Überhöhung der Normalkomponente des elektrischen Feldes an der Kern-Mantel-Grenzfläche gezielt ausgenutzt wird (vgl. Almeida et al., Guiding and Confining light in void nanostructure, Opt. Lett. 29 (11), S. 1211ff, 2004 ). Dies erfordert wiederum Strukturierungsverfahren, die es erlauben, besondere, exakt definierte Profile wie z. B. Grabenstrukturen oder in Ausbreitungsrichtung ausgedehnte offene Hohlräume zu erzeugen. Dieses Prinzip ist auch interessant für PBG-Strukturen, bei denen beispielsweise offene Hohlräume in einem hochbrechenden Material mit geeigneten niedrigbrechenden Interaktionsmaterialien ausgefüllt werden.In general, the optical properties of an optical waveguide are determined not only by its core material, but also by the low-refractive cladding or surrounding material surrounding the core. This fact can be used to provide certain sections of a waveguide with desired optical properties by applying suitable cladding materials, regardless of the core material. For index-guided waveguides, the interaction of the guided light with the cladding material can be increased by a special design of the core cross-section, for example by deliberately exploiting the discontinuous exaggeration of the normal component of the electric field at the core-cladding interface (cf. Almeida et al., Guiding and confining light in void nanostructure, Opt. Lett. 29 (11), p. 1211ff, 2004 ). This in turn requires structuring methods that allow specific, well-defined profiles such. B. trench structures or in the propagation direction to produce open cavities. This principle is also interesting for PBG structures in which, for example, open cavities in a high refractive index material are filled with suitable low-index interaction materials.

Für die Herstellung von optischen Wellenleitern in Halbleitermaterialien können Wafer verwendet werden, die mindestens eine einkristalline Schicht aufweisen. Polykristalline oder gar amorphe Halbleitermaterialien weisen im allgemeinen große Absorptionsverluste und/oder eine ungenügende Oberflächenqualität auf. Aus der einkristallinen Schicht wird der Wellenleiterkern bzw. die PBG-Struktur geformt.For the production of optical waveguides in semiconductor materials Wafers that contain at least one single crystal can be used Have layer. Polycrystalline or even amorphous semiconductor materials generally have large absorption losses and / or an insufficient surface quality on. From the monocrystalline layer of the waveguide core or shaped the PBG structure.

Derzeit werden zum Strukturieren von optischen Wellenleitern in Halbleitermaterialien fast ausschließlich anisotrope trockenchemische Ätzverfahren verwendet. Hierbei kommen meist reaktive Ionenätzverfahren (Reactive Ion Etching, RIE) zum Einsatz, für besondere Anwendungen werden auch Ionenstrahl-Ätzverfahren (Ion Beam Etching, IBE) oder chemisch unterstützte Ionenstrahl-Ätzverfahren (Chemically Assisted Ion Beam Etching, CAIBE, oder Reactive Ion-Beam Etching, RIBE) verwendet. Diese Verfahren erlauben nach entsprechender Optimierung der Prozessparameter die Herstellung von Halbleiterstrukturen mit senkrechten oder fast senkrechten Seitenwänden.Currently are used to pattern optical waveguides in semiconductor materials almost exclusively anisotropic dry chemical etching used. Here are usually reactive ion etching (Reactive Ion Etching, RIE) for use, for special Applications will also use ion beam etching (Ion Beam Etching, IBE) or chemically assisted ion beam etching (Chemically Assisted Ion Beam Etching, CAIBE, or Reactive Ion-Beam Etching, RIBE). These methods allow for appropriate optimization the process parameter involves the production of semiconductor structures vertical or almost vertical side walls.

Diese trockenchemischen anisotropen Ätzverfahren haben jedoch verschiedene Nachteile beim Strukturieren von optischen Wellenleitern: Zum einen hängen die erzielten Querschnittsgeometrien empfindlich von den aufwendig zu optimierenden Prozessparametern ab. Leichte Variationen dieser Parameter schlagen sich direkt in einer veränderten Geometrie oder in einer Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeiten nieder. Außerdem ist es nicht oder zumindest nur unzureichend möglich, Wellenleiter bzw. Hohlräume zu erzielen, deren Seitenwände signifikant von der Vertikalen abweichen. Zwar lässt sich ein gewisser Unter- oder Überschnitt, und damit für indexgeführte Wellenleiter beispielsweise ein leicht trapezförmiger Querschnitt erreichen, aber dieser hängt wieder empfindlich von den Ätzparametern ab. Von einer trapezförmigen Form signifikant abweichende, hochpräzise Querschnittsgeometrien sind praktisch nicht zu erreichen. Ferner übertragen sich Ungenauigkeiten der Ätzmaske, insbesondere rauhe Kanten, direkt auf die Seitenwand des Wellenleiters bzw. des Hohlraums. Beim Strukturieren von schmalen, tiefen Grabenstrukturen oder offenen Hohlräumen stellt sich außerdem oft das Problem, dass die Ätzrate am Grund dieser Gräben bzw. im Inneren der Hohlräume geringer ist als für großflächig freiliegende Bereiche. Das kann dazu führen, dass die Gräben bzw. Hohlräume nur unvollständig ausgeätzt werden, von dem angestrebten Profil abweichen und/oder in den tiefergelegenen Bereichen Rauhigkeiten aufweisen, die wiederum zu Streuverlusten führen. Rauhigkeiten am Grund des Grabens bzw. im Hohlraum sind besonders dann problematisch, wenn dort zur Nutzung des von Almeida et al. beschriebenen Prinzips hohe Feldstärken vorherrschen, um die Wechselwirkung mit einem dort deponierten, niedrigbrechenden Material auszunutzen. Für manche Anwendungen können sich auch Schädigungen des Kristallgitters als nachteilig erweisen, wie sie beispielsweise durch den Ionenbeschuss während eines solchen trockenchemischen Ätzvorganges hervorgerufen werden.However, these dry chemical anisotropic etching processes have several disadvantages in structuring optical waveguides the obtained cross-sectional geometries are sensitive to the process parameters which have to be optimally optimized. Slight variations of these parameters directly translate into altered geometry or surface roughness degradation. In addition, it is not or at least insufficiently possible to achieve waveguides or cavities whose side walls differ significantly from the vertical. Although a certain undercut or overcut, and thus for index-guided waveguide, for example, a slightly trapezoidal cross-section can be achieved, but this depends again sensitive to the Ätzparametern. From a trapezoidal shape significantly different, high-precision cross-sectional geometries are virtually impossible to achieve. Furthermore, inaccuracies of the etching mask, in particular rough edges, are transferred directly to the sidewall of the waveguide or the cavity. In addition, when structuring narrow, deep trench structures or open cavities, there is often the problem that the etching rate at the bottom of these trenches or in the interior of the cavities is lower than for areas exposed over a large area. This can lead to the trenches or cavities being etched only incompletely, deviating from the desired profile and / or having roughnesses in the lower areas, which in turn lead to scattering losses. Roughnesses at the bottom of the trench or in the cavity are particularly problematic when used there for the use of Almeida et al. described principle high field strengths prevail in order to exploit the interaction with a deposited there, low refractive index material. Damage to the crystal lattice may also be disadvantageous for some applications, as are caused, for example, by ion bombardment during such a dry chemical etching process.

Die erzielbaren Oberflächenrauhigkeiten konnten für freistehende Wellenleiter durch Optimierungen der Ätzprozesse in den letzten Jahren zwar drastisch verringert werden, haben aber noch immer spürbaren Einfluss auf die Wellenleiterverluste und bedürfen ggf. geeigneter Nachbehandlungsverfahren. Solche Nachbehandlungsverfahren zur Verringerung von Rauhigkeiten bei Silizium-basierten Wellenleitern werden beispielsweise in Lee et al., Fabrication of ultralow-loss Si/SiO2 waveguides by roughness reduction, Opt. Lett. 26 (23), S. 1888ff, 2001; in US 2002/0031321 A1 und in US 2005/0013575 A1 beschrieben. Der vorstrukturierte Wellenleiterkern wird hierbei einem oder mehreren chemischen Reaktionsschritten unterzogen, die zu einer Verringerung der Streuverluste führen. Diese Schritte können isotrope oder anisotrope Ätzverfahren umfassen, die die Oberfläche des Wellenleiters glätten, oder es kann sich um Reaktionen handeln, die die rauhe Oberfläche chemisch verändern (z. B. oxidieren) und damit die Streuverluste verringern. Die beiden Verfahren lassen sich auch kombinieren, indem eine zuvor chemisch veränderte rauhe Oberfläche durch einen materialselektiven Ätzprozess abgetragen wird und eine geglättete Fläche zurückbleibt.The achievable surface roughnesses could be drastically reduced for freestanding waveguides by optimizing the etching processes in recent years, but still have a noticeable influence on the waveguide losses and possibly require suitable aftertreatment processes. Such aftertreatment methods for reducing roughnesses in silicon-based waveguides are described, for example, in Lee et al., Fabrication of ultralow loss Si / SiO 2 waveguides by roughness reduction, Opt. Lett. 26 (23), p. 1888ff, 2001; in US 2002/0031321 A1 and in US 2005/0013575 A1 described. The pre-structured waveguide core is hereby subjected to one or more chemical reaction steps, which lead to a reduction of the scattering losses. These steps may include isotropic or anisotropic etch processes that flatten the surface of the waveguide, or they may be reactions that chemically alter (eg, oxidize) the rough surface and thereby reduce scattering losses. The two methods can also be combined by abrading a previously chemically altered rough surface through a material-selective etching process and leaving behind a smoothed surface.

Abgesehen von diesen Nachbehandlungsverfahren zur Verringerung der Rauhigkeit von freistehenden Wellenleiterrippen werden nasschemische Ätzverfahren bei der Herstellung von komplexen optischen Wellenleitern in Halbleitermaterialien nur äußerst selten verwendet. Für isotrope nasschemische Ätzverfahren, also solche, bei denen die Ätzrate nicht von der Kristallrichtung abhängt, mag das an der schwierigen Kontrolle der Querschnittsgeometrie liegen: Die Maske wird fortwährend von den Seiten her unterätzt, so dass die Ätzrate und Ätzzeit sehr genau kontrolliert werden müssen.apart from these aftertreatment methods for reducing roughness freestanding waveguide ribs are wet-chemical etching processes in the manufacture of complex optical waveguides in semiconductor materials only extremely rarely used. For isotropic wet-chemical etching processes, that is, those in which the etching rate is not of the crystal direction depends on the difficult control of the cross-sectional geometry lie: the mask is constantly undercut from the sides, so that the etching rate and etching time are controlled very accurately Need to become.

Bei anisotropen nasschemischen Ätzverfahren hängt dagegen die Ätzrate sehr stark von der Kristallrichtung ab. Beispielsweise erfolgt bei bestimmten Ätzflüssigkeiten in Silizium die Atzung in <111>-Richtung deutlich langsamer als in alle anderen Richtungen (vgl. Seidel et al., Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions, J. Electrochem. Soc. 137 (11), S. 3612ff, 1990 , sowie Tabata et al., Anisotropic etching of silicon in TMAH solutions, Sensors and Actuators A 34, S. 51ff, 1992 ). Diese anisotropen nasschemischen Atzverfahren wurden bislang hauptsächlich für die Herstellung von mikromechanischen Komponenten (MEMS) in Silizium genutzt. Bei der Herstellung von integrierten optischen Wellenleitern wurden sie jedoch nur – wie in den Druckschriften von Lee et al. sowie in US 2002/0031321 A1 und US 2005/0013575 A1 beschrieben – dazu eingesetzt, die Oberflächenrauhigkeiten von freistehenden Wellenleiterrippen zu verringern. Diese Schriften betreffen jedoch ausschließlich das Glätten von vorstrukturierten Wellenleiterkernen. Sie beinhalten insbesondere keine Verfahren, die es erlauben, spezielle, mit herkömmlichen Verfahren nicht erreichbare Querschnittsgeometrien oder offene Hohlräume mit hohem Aspektverhältnissen zu erzielen. In US 2005/0013575 A1 werden durch anisotrope nasschemische Ätzverfahren erzeugte Wellenleiterstrukturen, welche Querschnittsprofile aufweisen, die stark von der Richtung des Wellenleiters abhängen sogar als problematisch erachtet.In the case of anisotropic wet-chemical etching processes, by contrast, the etching rate depends very strongly on the crystal direction. For example, in certain etching liquids in silicon, the etching in the <111> direction takes place much more slowly than in all other directions (cf. Seidel et al., Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions, J. Electrochem. Soc. 137 (11), p. 3612ff, 1990 , such as Tabata et al., Anisotropic etching of silicon in TMAH solutions, Sensors and Actuators A34, p. 51ff, 1992 ). These anisotropic wet-chemical etch processes have been used mainly for the production of micromechanical components (MEMS) in silicon. However, in the manufacture of integrated optical waveguides, they have only been used as described in the Lee et al. as in US 2002/0031321 A1 and US 2005/0013575 A1 described - used to reduce the surface roughness of freestanding waveguide ribs. However, these documents only concern the smoothing of pre-structured waveguide cores. In particular, they do not include any methods which make it possible to achieve special cross-sectional geometries or open cavities with high aspect ratios that can not be achieved using conventional methods. In US 2005/0013575 A1 For example, waveguide structures produced by anisotropic wet-chemical etching processes, which have cross-sectional profiles that depend strongly on the direction of the waveguide, are even considered problematic.

Anisotrope nasschemische Ätzverfahren werden bislang also allenfalls dazu eingesetzt, die Oberflächenqualität von einfach zylindrischen Wellenleiterstrukturen zu verbessern. Als einfach zylindrisch werden in diesem Zusammenhang Wellenleiterstrukturen bezeichnet, deren Richtung und deren Querschnittsprofil sich entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes nicht ändern, die also die Gestalt eines Zylinders im allgemeinen Sinne besitzen. Die bekannten anisotropen nasschemischen Ätzverfahren sind aber nicht für Wellenleiterstrukturen einsetzbar, die keine einfach-zylindrische Form aufweisen, also z. B. solche, die Kurven oder sich verjüngende Abschnitte enthalten. Diese wesentliche Einschränkung hinsichtlich der erzielbaren Geometrien hat den Einsatz nasschemischer anisotroper Ätzverfahren trotz ihrer zahlreichen Vorteile bislang als ungeeignet zur Herstellung komplexer Wellenleiterstrukturen erscheinen lassen.Anisotropic wet-chemical etching processes have hitherto at best been used to improve the surface quality of simply cylindrical waveguide structures. In this context, waveguide structures whose direction and their cross-sectional profile do not change along the propagation direction of the light, ie which have the shape of a cylinder in the general sense, are referred to as simply cylindrical. However, the known anisotropic wet-chemical etching methods can not be used for waveguide structures. which do not have a simple-cylindrical shape, so z. For example, those containing curves or tapered sections. This substantial limitation on achievable geometries has heretofore made the use of wet-chemical anisotropic etching processes, despite their numerous advantages, unsuitable for producing complex waveguide structures.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vielseitiges Verfahren bereit zu stellen, welches zur Herstellung einer Vielzahl von unterschiedlichen auch sehr komplexen Wellenleiterstrukturen mit unterschiedlich strukturierten Abschnitten geeignet ist und gleichzeitig hochpräzise Ergebnisse liefert, um unter anderem eine höhere Integrationsdichte zu erzielen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Ziel der Erfindung ist ein derartiges Herstellungsverfahren für komplexe Wellenleiterstrukturen bereit zu stellen, das die Vorteile von nasschemischen anisotropen Ätzverfahren bekannten Vorteile mit der Vielfalt verbindet, die durch andere Ätzverfahren hergestellte Strukturen hinsichtlich der ihrer Geometrie der herstellbaren Strukturen aufweisen.It is therefore an object of the present invention, a versatile Process to provide, which for the production of a variety of different, even very complex waveguide structures is suitable with differently structured sections and at the same time delivering high-precision results, among others to achieve a higher integration density. Another The object of the invention is the object of the invention is such Manufacturing process for complex waveguide structures to provide the benefits of wet-chemical anisotropic etching Known advantages associated with diversity by other etching techniques manufactured structures in terms of their manufacturable geometry Have structures.

Das Verfahren soll insbesondere zur Herstellung von nicht einfach zylindrischen Wellenleiterstrukturen geeignet sein.The Process is intended in particular for the production of not simply cylindrical Waveguide structures suitable.

Diese Strukturen können Wellenleiterkerne und Hohlräume mit exakt definierten Geometrien und hohen Aspektverhältnissen enthalten, und die erzielten Profile sollen robust sein gegenüber leichten Schwankungen der Prozessparameter. Desweiteren sollen in bestimmten Bereichen der Struktur Schädigungen des Kristallgitters auf ein Minimum reduziert werden. Das Verfahren soll ferner in der Lage sein, Ungenauigkeiten der Ätzmaske, insbesondere rauhe Seitenkanten, auszugleichen. Das ist besonders für sehr kleine optische Strukturen wichtig, da die Lithographie-Verfahren mit abnehmender Strukturgröße immer anspruchsvoller werden und die relativen Ungenauigkeiten zunehmen. Auf der anderen Seite soll es komplexe Strukturen ermöglichen.These Structures can be waveguide cores and cavities with exactly defined geometries and high aspect ratios included, and the profiles obtained should be robust slight fluctuations in the process parameters. Furthermore, in certain areas of the structure damages the crystal lattice be reduced to a minimum. The method is also intended in the Be able to prevent inaccuracies of the etching mask, in particular rough side edges, compensate. This is especially for very small optical Structures important, since the lithography process with decreasing Structure size to become more sophisticated and the relative inaccuracies increase. On the other side it should enable complex structures.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.The The object of the invention is achieved by the subject matter of the independent Claims solved. Trainings are in defined in the subclaims.

Dazu wird erfindungsgemäß ein mehrstufiges Verfahren verwendet, in dem eine Wellenleiterstruktur in zumindest zwei Abschnitte unterteilt wird, die mit unterschiedlichen Ätzverfahren aus einer einkristallinen Bauteilschicht strukturiert werden, wobei mindestens ein Ätzverfahren kristallographisch-anisotrop ist. Unter einem kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren wird im folgenden ein nass- oder trockenchemisches Ätzverfahren verstanden, bei dem die Ätzrate in starkem Maße von der Kristallrichtung abhängt. Als Mindestanforderung für ein kristallographisch-anisotropes Ätzverfahren soll dabei gelten, dass sich die Ätzraten für die verschiedenen Kristallrichtungen in mindestens zwei Gruppen einteilen lassen, wobei jede der Ätzraten der ersten Gruppe um mindestens einen Faktor 2 größer ist als jede Ätzrate der zweiten Gruppe. Die zur zweiten Gruppe, also der mit den kleineren Ätzraten, gehörenden Kristallrichtungen werden im folgenden als "stabile Richtungen", die auf diesen Richtungen senkrecht stehenden kristallographischen Ebenen als "stabile Ebenen" bezeichnet. Die stabilen Ebenen bilden die Seitenwände der zu strukturierenden Wellenleiter und haben eine durch das Kristallgitter der einkristallinen Bauteilschicht sehr genau vorgegebene Orientierung. D. h. die Anisotropie des kristallographisch-anisotropen Ätzverfahrens wird durch das Kristallgitter des einkristallinen Materials bestimmt.To is a multi-step process according to the invention used in which a waveguide structure in at least two sections is divided, with different etching methods be structured from a single-crystalline device layer, wherein at least an etching process is crystallographic-anisotropic. Under a crystallographic-anisotropic etching process in the following a wet or dry chemical etching process understood, in which the etching rate to a great extent depends on the crystal direction. As a minimum requirement for a crystallographic-anisotropic etching process It should be understood that the etch rates for the different crystal directions in at least two groups having each of the etch rates of the first group is at least a factor of 2 greater than any etch rate the second group. The second group, ie the one with the smaller etching rates, belonging crystal directions are hereinafter referred to as "stable Directions ", which are perpendicular to these directions crystallographic Layers referred to as "stable levels". The stable levels form the sidewalls of the waveguide to be structured and have one through the crystal lattice of the single-crystalline device layer very precise orientation. Ie. the anisotropy of the crystallographic-anisotropic etching process is determined by the crystal lattice of the monocrystalline material.

Ausgangspunkt für die erfindungsgemäße Strukturierung von optischen Wellenleitern ist also ein Materialsystem, das aus mehreren Schichten besteht. Von diesen ist mindestens eine Schicht einkristallin und besitzt in mindestens einem kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren mindestens eine stabile Ebene. In den Bereichen der Bauteilschicht, die durch kristallographisch-anisotrope Ätzverfahren strukturiert werden, verlaufen die Kanten der Wellenleiterstruktur parallel zu Schnittgeraden der stabilen Kristallebenen mit der Ebene des Wafers. Diese Abschnitte der Wellenleiterstruktur werden daher im folgenden als "kristallorientierte Abschnitte" bezeichnet. In allen anderen Bereichen der Bauteilschicht müssen die Strukturkanten nicht notwendigerweise an der Richtung des Kristallgitters ausgerichtet sein; diese Abschnitte der Wellenleiterstruktur können, müssen aber nicht notwendigerweise kristallorientiert sein und werden daher im folgenden als "beliebig orientierte Abschnitte" bezeichnet.starting point for structuring according to the invention of optical waveguides is therefore a material system that is made consists of several layers. Of these, at least one layer is monocrystalline and has at least one crystallographic-anisotropic etching process at least one stable level. In the areas of the component layer, the structured by crystallographic-anisotropic etching be, the edges of the waveguide structure parallel to Line of intersection of the stable crystal planes with the plane of the wafer. These sections of the waveguide structure will therefore be described below referred to as "crystal-oriented sections". In all others Areas of the component layer must have the structural edges not necessarily aligned with the direction of the crystal lattice be; these sections of the waveguide structure can, But they do not necessarily have to be crystal-oriented and are therefore hereinafter referred to as "arbitrarily oriented sections" designated.

Die Kristallorientierung wird im folgenden mit Hilfe Millerscher Indizes beschrieben. Dabei werden Richtungsvektoren durch Tripel ganzer Zahlen angegeben, die die Komponenten des Vektors in Vielfachen der jeweiligen Kantenlänge der Elementarzelle beschreiben. [ijk] stellt eine Kristallrichtung dar, und <ijk> bezeichnet die Gesamtheit der Kristallrichtungen, die sich durch Achsenpermutationen und -inversion aus [ijk] ergeben. Analog bezeichnet (ijk) die auf [ijk] senkrecht stehende kristallographische Ebene, während {ijk} die Gesamtheit der Ebenen umfasst, die sich durch Achsenpermutationen aus (ijk) ergeben.The Crystal orientation is below using Miller's indices described. Thereby direction vectors become whole by triple Figures given the components of the vector in multiples describe the respective edge length of the unit cell. [ijk] represents a crystal direction and denotes <ijk> the totality of crystal directions, characterized by axis permutations and inversion from [ijk]. Analog (ijk) refers to the [ijk] vertical crystallographic plane, while {ijk} includes the totality of levels, characterized by axis permutations from (ijk).

Bei einem beispielhaften kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren wird Kalilauge (KOH), Ethylendiaminpyrocatechol (EDP) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) zum Ätzen einer einkristallinen Silizium-Bauteilschicht eingesetzt. Die genauen Ätzraten sind dabei von vielen Parametern abhängig – der Konzentration, der Temperatur und dem Frischegrad der Ätzlösung, der zu ätzenden Gesamtfläche etc. Daher sind alle im folgenden genannten Ätzraten als grobe Anhaltspunkte zu verstehen. Insbesondere kann es am Grund von Hohlräumen oder Gräben mit hohem Aspektverhältnis zu einer Verringerung der Ätzgeschwindigkeit kommen, so dass für solche Strukturen eine gewisse Überätzung vorgesehen werden muss. Da bei der erfindungsgemäßen Herstellung von optischen Wellenleiterstrukturen aus den genannten Materialsystemen meist verhältnismäßig wenig Material abgetragen werden muss (bevorzugt weniger als 10 μm, besonders bevorzugt weniger als 1 μm), sind im vorliegenden Beispiel die Ätzraten in die <100>- und <110>-Richtungen bevorzugt kleiner als 2000 nm/min, besonders bevorzugt kleiner als 100 nm/min. Die Ätzraten für in die <100>- und <110>-Richtungen sind ferner bevorzugt um mehr als einen Faktor 5 größer als die Ätzrate in <111>-Richtung, besonders bevorzugt um mehr als einen Faktor 20. Zur Unterstützung des Ätzprozesses und um zu verhindern, dass sich auf der Oberfläche der geätzten Materials Gasblasen bilden, kann die Ätzlösung während des Ätzprozesses umgerührt oder mit Ultraschall beaufschlagt werden. Als Ätzmasken können dünne Schichten aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid verwendet werden. Um einen optimalen Angriff der Ätzflüssigkeit an den zu ätzenden Silizium-Oberflächen zu gewährleisten, wird die natürliche Oxidschicht entfernt – beispielsweise durch kurzes Eintauchen der Probe in verdünnte Flusssäure.In an exemplary crystallographic-anisotropic etching process, potassium hydroxide (KOH), ethylenediamine pyrocatechol (EDP) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used to etch a single-crystal silicon device layer used. The exact etching rates depend on many parameters - the concentration, the temperature and the degree of freshness of the etching solution, the total area to be etched, etc. Therefore, all etch rates mentioned below are to be understood as rough indications. In particular, at the bottom of cavities or trenches with a high aspect ratio, a reduction in the etching speed may occur, so that a certain overetching must be provided for such structures. Since in the inventive production of optical waveguide structures from the said material systems usually relatively little material must be removed (preferably less than 10 microns, more preferably less than 1 micron), in the present example, the etching rates in the <100> - and <110> Directions preferably less than 2000 nm / min, more preferably less than 100 nm / min. The etch rates for in the <100> and <110> directions are also preferably more than a factor of 5 greater than the etching rate in the <111> direction, more preferably more than a factor of 20. In support of the etch process and To prevent gas bubbles from forming on the surface of the etched material, the etching solution may be agitated or ultrasonicated during the etching process. As etch masks, thin layers of silicon dioxide or silicon nitride can be used. In order to ensure an optimal attack of the etching liquid on the silicon surfaces to be etched, the natural oxide layer is removed - for example by briefly immersing the sample in dilute hydrofluoric acid.

Für Kalilauge liegen bevorzugte Konzentrationen der KOH-Lösung zwischen 10% und 60% (jeweils Gewichtsprozent von KOH in der Lösung), und die Temperatur der Ätzlösung liegt bevorzugt zwischen 10°C und 80°C, besonders bevorzugt zwischen 20°C und 60°C. Damit lassen sich Ätzraten zwischen 5 nm/min und 1200 nm/min für die <110>-Richtungen bzw. zwischen 4 nm/min und 800 nm/min für die <100>-Richtungen erzielen. Die Ätzraten für die <111>-Richtungen sind typischerweise um mehr als einen Faktor 30 kleiner als die jeweilige Ätzrate für die <100>-Richtungen. In einem beispielhaften Experiment wurde eine 340 nm dicke <100>-orientierte Bauteilschicht mit einer Lösung mit 45% KOH-Gehalt bei 25°C in ca. 17 min durchgeätzt, was einer Ätzrate von ca. 20 nm/min entspricht. Eine Ätzung in <111>-Richtung war in diesem Experiment nicht messbar.For Potassium hydroxide are preferred concentrations of the KOH solution between 10% and 60% (each weight percent of KOH in solution), and the temperature of the etching solution is preferable between 10 ° C and 80 ° C, more preferably between 20 ° C and 60 ° C. This allows etch rates between 5 nm / min and 1200 nm / min for the <110> directions or between 4 nm / min and 800 nm / min for the <100> directions. The etch rates for the <111> directions are typically smaller by more than a factor of 30 respective etch rate for the <100> directions. In an exemplary experiment, a 340 nm thick <100> oriented device layer was used with a solution with 45% KOH content at 25 ° C in etched through for about 17 minutes, giving an etch rate of about 20 nm / min corresponds. An etching in the <111> direction was in this Experiment not measurable.

Auch bei Ethylendiaminpyrocatechol variieren die Ätzraten für einkristallines Silizium stark mit der Zusammensetzung. Für eine beispielhafte Mischung aus 133 ml deionisiertem Wasser, 1000 ml Ethylendiamin, 160 g 1,2-Dihydroxybenzol (Pyrocatechol) und 6 g Pyrazin liegen bevorzugte Temperaturen im Bereich zwischen 10°C und 80°C, und es ergeben sich Ätzraten zwischen 26 nm/min und 380 nm/min für die <110>-Richtungen bzw. zwischen 11 nm/min und 300 nm/min für <100>-Richtungen. Die Ätzraten für die <111>-Richtungen sind typischerweise um mehr als einen Faktor 30 kleiner als die jeweiligen Ätzraten für die <100>-Richtungen.Also for ethylenediamine pyrocatechol, the etch rates vary for single crystal silicon strong with the composition. For an exemplary mixture of 133 ml deionized water, 1000 ml of ethylenediamine, 160 g of 1,2-dihydroxybenzene (pyrocatechol) and 6 g Pyrazine are preferred temperatures in the range between 10 ° C. and 80 ° C, and there are etch rates between 26 nm / min and 380 nm / min for the <110> directions or between 11 nm / min and 300 nm / min for <100> directions. The etching rates for the <111> directions are typical more than a factor of 30 smaller than the respective etching rates for the <100> directions.

Für wässrige Tetramethylammoniumhydroxid-Lösungen sind bevorzugte TMAH Konzentrationen größer als 5 Gew.-%, und bevorzugte Temperaturen liegen zwischen 10°C und 80°C. Damit können Ätzraten bis 1900 nm/min für die <110>-Richtungen bzw. bis 1400 nm/min für die <100>-Richtungen erreichen. Abhängig von der Konzentration und der Temperatur sind die Ätzraten für die <111>-Richtunge um einen Faktor 20 bis 50 kleiner als die jeweiligen Atzrate für die <100>-Richtungen. Durch Extrapolation der im vorstehend genannten Artikel von Tabata et al. publizierten Daten lässt sich ferner erkennen, dass sich die Atzraten für die <100>-Richtungen und die <110>-Richtungen teilweise um mehr als einen Faktor 10 unterscheiden. Für eine Konzentration des TMAH von 40 Gew-% und einer Temperatur von 30°C lassen sich beispielsweise Ätzraten von 3–5 nm/min für die <100>-Richtungen abschätzen, wohingegen die Ätzung in <110> Richtung mit ca. 90 nm/min erfolgt. In diesem Fall können also auch die {100}-Ebenen als stabile Ebenen gegenüber den {110}-Ebenen betrachtet werden.For aqueous tetramethylammonium hydroxide solutions preferred TMAH concentrations are greater than 5 wt .-%, and preferred temperatures are between 10 ° C. and 80 ° C. This allows etching rates up to 1900 nm / min for the <110> directions or until 1400 nm / min for the <100> directions. Depending on the concentration and the temperature are the etch rates for the <111> directions a factor 20 to 50 smaller than the respective atzrate for the <100> directions. By Extrapolation of the above-mentioned article by Tabata et al. published data can also be seen that the at rates for the <100> directions and the <110> directions are partial differ by more than a factor of 10. For a concentration of TMAH of 40% by weight and a temperature of 30 ° C For example, etch rates of 3-5 nm / min for estimate the <100> directions, whereas the etching in the <110> direction is about 90 nm / min he follows. In this case, the {100} levels can also be used considered as stable levels over the {110} planes become.

Bei III-V- und II-VI-Verbindungshalbleitern ist zu beachten, dass unterschiedliche Kristallebenen derselben Indexgruppe extrem verschiedene Ätzraten aufweisen können.at III-V and II-VI compound semiconductors should be noted that different Crystal planes of the same index group extremely different etch rates can have.

Für III-V-Halbleiter hängt die Ätzrate in die <111>-Richtungen beispielsweise sehr stark davon ab, ob es sich bei den jeweiligen Oberflächenatomen um Elemente der dritten oder der fünften Hauptgruppe handelt. Im ersteren Fall werden die Oberflächen gemeinhin mit (1 1 1), manchmal auch mit A{111} bezeichnet, im letzteren Fall mit (–1 –1 –1) oder manchmal auch mit B{111}. Die (1 1 1)-Oberflächen weisen in der Regel weitaus geringere Ätzraten auf als die entsprechenden (–1 –1 –1)-Ebenen.For For example, III-V semiconductor depends on the etching rate in the <111> directions strongly depending on whether the respective surface atoms are around Elements of the third or fifth main group. In the former case, the surfaces are commonly referred to as (1 1 1), sometimes also denoted by A {111}, in the latter case with (-1 -1 -1) or sometimes with B {111}. The (1 1 1) surfaces generally have much lower etch rates on as the corresponding (-1 -1 -1) levels.

Für III-V-Halbleiter sind in der Literatur eine Vielzahl von Ätzflüssigkeiten bekannt, die – je nach Zusammensetzung – ein kristallographisch-anisotropes Verhalten aufweisen können, das zwar i. a. schwächer ausgeprägt ist als bei Silizium, aber dennoch für die erfindungsgemäße Herstellung von optischen Wellenleiterstrukturen ausreichen kann. Für InP können beispielsweise wässrige Lösungen aus Salzsäure und Salpetersäure verwendet werden. Niedrigkonzentrierte (< 1 Vol.-%) Lösungen von Brom in Methanol können für sowohl für InP als auch für GaAs verwendet werden. Stabile Ebenen sind dabei jeweils die (1 1 1)-Ebenen, wohingegen die (–1 –1 –1)-Ebenen teilweise beträchtlich höhere Ätzraten aufweisen.For III-V semiconductors, a large number of etching liquids are known in the literature, which - depending on the composition - may have a crystallographic anisotropic behavior which, although weaker than that of silicon, is nevertheless sufficient for the inventive production of optical waveguide structures can. For InP, for example, aqueous solutions of hydrochloric acid and nitric acid can be used. Low concentration (<1% by volume) solutions of bromine in methanol can be used for both InP and GaAs. Stable levels are each the (1 1 1) levels, whereas the (-1 -1 -1) levels sometimes have considerably higher etching rates.

Für den II-VI-Halbleiter InSb können beispielsweise Lösungen aus Salpetersäure und Wasserstoffperoxid verwendet werden.For For example, the II-VI semiconductor InSb can be solutions made of nitric acid and hydrogen peroxide.

Weitere Details zu kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren für Silizium findet der Fachmann in den vorstehend genannten Artikeln von Seidel et al. und Tabata et al., welche hiermit durch Referenz inkorporiert werden.Further Details on crystallographic-anisotropic etching for silicon, the skilled person will find in the above Articles by Seidel et al. and Tabata et al., which are hereby incorporated by reference Reference be incorporated.

Die Strukturierung der beliebig orientierten Abschnitte erfolgt vorzugsweise durch Ätzprozesse, die eine stark anisotrope physikalische Komponente aufweisen, also z. B. reaktive Ionenätzverfahren (Reactive Ion Etching, RIE, oder Inductively Coupled Plasma Etching ICP), Ionenstrahl-Ätzverfahren (Ion Beam Etching, IBE) oder chemisch unterstützte Innenstrahl-Ätzverfahren (Chemically Assisted Ion Beam Etching, CAIBE, oder Reactive Ion-Beam Etching, RIBE). Dies resultiert typischerweise in Seitenwänden, die eine leichte Neigung nach innen oder außen aufweisen. Beliebig orientierte Abschnitte der Wellenleiterstruktur enthalten vorzugsweise Funktionselemente, deren Geometrie sich nicht ausschließlich mit den zur Verfügung stehenden stabilen Kristallebenen definieren lässt. Dazu zählen beispielsweise Wellenleiter, die ihre Richtung kontinuierlich oder abrupt ändern, sich verjüngende oder verbreiternde Wellenleiter (sog. Taper), Verzweigungen, Koppler (beispielsweise Richtkoppler, oder auch Multimode-Interference-Koppler, MMI), Ringresonatoren, Wellenleiter mit variierender Breite und/oder Höhe (Waveguide Bragg- Gratings), Wellenleiter mit spezielle strukturierten Oberflächen zur Aus- und Einkopplung von Licht (Gittereinkopplung) usw.The Structuring of the arbitrarily oriented sections is preferably carried out by etching processes, which is a strongly anisotropic physical Have component, ie z. B. reactive ion etching (Reactive Ion Etching, RIE, or Inductively Coupled Plasma Etching ICP), ion beam etching (IBE) or chemically assisted ion beam etching (Chemically Assisted Ion Beam Etching, CAIBE, or Reactive Ion Beam Etching, RIBE). This typically results in sidewalls, which have a slight inclination inwards or outwards. Arbitrarily oriented portions of the waveguide structure included preferably functional elements whose geometry is not exclusive with the available stable crystal planes can define. These include, for example, waveguides, who change their direction continuously or abruptly, themselves tapering or widening waveguides (so-called taper), Branches, couplers (for example directional couplers, or else multimode interference couplers, MMI), ring resonators, waveguides of varying width and / or height (Waveguide Bragg gratings), waveguides with special structured Surfaces for coupling and coupling in light (lattice coupling) etc.

Die kristallorientierten Abschnitte werden dagegen bevorzugt für Funktionselemente genutzt, deren Geometrie mit den stabilen Kristallebenen verträglich ist, und bei denen es sehr stark auf eine hohe geometrische Präzision ankommt oder bei denen spezielle Strukturgeometrien erzielt werden sollen, die durch andere Ätzverfahren nicht erreichbar sind. Dazu zählen beispielsweise Wellenleiter mit in Ausbreitungsrichtung streng homogenen, polygonförmigen Querschnittsprofilen und/oder hohen Aspektverhältnissen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Wellenleiterstrukturen mit Rippen und Gräben erzeugt werden, die Aspektverhältnisse (Verhältnis von Breite zu Höhe bzw. Tiefe) von deutlich mehr als 5 aufweisen. Außerdem lassen sich Strukturen herstellen, die eine durch das Kristallgitter bestimmte, in Längsrichtung sehr homogene Geometrie besitzen, auch wenn die Ätzmasken Ungenauigkeiten aufweisen (beispielsweise rauhe oder unregelmäßige Seitenkanten).The In contrast, crystal-oriented sections are preferred for Functional elements used, whose geometry with the stable crystal planes is compatible, and where it is very strong on a high geometric Precision arrives or where special structural geometries should not be achieved by other etching methods are reachable. These include, for example, waveguides with in the direction of propagation strictly homogeneous, polygonal Cross-sectional profiles and / or high aspect ratios. With the method according to the invention can Waveguide structures are created with ribs and trenches, the aspect ratios (ratio of width to height or depth) of significantly more than 5. In addition, structures can be made that have a through the crystal lattice determined in the longitudinal direction very homogeneous Own geometry, even if the etching masks inaccuracies have (for example, rough or irregular side edges).

Diese kristallorientierten Querschnittsprofile können insbesondere auch in Ausbreitungsrichtung ausgedehnte Gräben oder offene Hohlräume mit hohem Aspektverhältnis aufweisen, deren Seitenwände stabile Ebenen darstellen und die daher in ihrer Lage sehr genau definiert sind. Ferner können durch Anwendung kristallographisch-anisotroper Ätzverfahren voneinander isolierte, polyederförmige offene Hohlräume erzeugt werden, deren Seitenwände wiederum stabile Ebenen darstellen und die daher in ihrer Lage sehr genau definiert sind. Durch eine geeignete Anordnung solcher Hohlräume lassen sich Wellenleiter-Strukturen herstellen, die eine photonische Bandlücke aufweisen, und die daher zur Führung von Licht verwendet werden können.These In particular, crystal-oriented cross-sectional profiles can also in the direction of propagation extensive trenches or open Have cavities with a high aspect ratio, whose sidewalls represent stable levels and therefore are defined very precisely in their position. Furthermore, can by applying crystallographic-anisotropic etching processes from each other isolated, polyhedral open cavities produced whose sidewalls again represent stable levels and therefore are very well defined in their location. By a suitable arrangement of such cavities can be waveguide structures produce, which have a photonic band gap, and which can therefore be used to guide light.

Das mehrstufige Herstellungsverfahren lässt sich in die folgenden Hauptschritte unterteilen:

  • (a) Bereitstellen eines mehrschichtigen Substrats mit einer mechanisch stabilen Trägerschicht und zumindest einer einkristallinen Schicht aus einem hochbrechenden Material, die als Bauteilschicht für die nachfolgende Strukturierung der Wellenleiterstruktur dient,
  • (b) Unterteilen der einkristallinen Bauteilschicht in zumindest einen ersten Bereich für zumindest einen kristallorientierten oder nicht-kristallorientierten, also beliebig orientierten, ersten Abschnitt der Wellenleiterstruktur und zumindest einen zweiten Bereich für zumindest einen kristallorientierten zweiten Abschnitt der Wellenleiterstruktur,
  • (c) Strukturieren der einkristallinen Bauteilschicht in einem ersten Ätzschritt mittels einer zumindest auf dem ersten Bereich der einkristallinen Bauteilschicht aufgebrachten strukturierten Ätzmaske, wobei in dem ersten Ätzschritt zumindest der erste Abschnitt der Wellenleiterstruktur in dem ersten Bereich aus der einkristallinen Bauteilschicht erzeugt wird,
  • (d) Strukturieren der einkristallinen Bauteilschicht in einem zweiten Ätzschritt mittels einer zumindest auf dem zweiten Bereich der einkristallinen Bauteilschicht aufgebrachten strukturierten Ätzmaske, wobei in dem zweiten Ätzschritt der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur in dem zweiten Bereich aus der einkristallinen Bauteilschicht erzeugt wird.
The multi-stage production process can be divided into the following main steps:
  • (a) providing a multilayer substrate having a mechanically stable carrier layer and at least one monocrystalline layer of a high refractive index material, which serves as a device layer for the subsequent structuring of the waveguide structure,
  • (b) subdividing the monocrystalline device layer into at least one first region for at least one crystal-oriented or non-crystal-oriented, ie arbitrarily oriented, first section of the waveguide structure and at least one second region for at least one crystal-oriented second section of the waveguide structure,
  • (c) structuring the monocrystalline device layer in a first etching step by means of a structured etching mask applied to at least the first region of the monocrystalline device layer, wherein in the first etching step at least the first section of the waveguide structure is generated in the first region from the monocrystalline device layer,
  • (d) structuring the monocrystalline device layer in a second etching step by means of a structured etching mask applied to at least the second region of the monocrystalline device layer, wherein in the second etching step the second section of the waveguide structure is generated in the second region from the monocrystalline device layer.

Dabei wird in dem zweiten Ätzschritt ein kristallographisch-anisotropes Ätzverfahren angewendet, mittels dem in dem zweiten Bereich Seitenflächen des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur geformt werden, die parallel zu stabilen Ebenen des Kristalls verlaufen, also kristallorientiert sind, wobei die Kanten der Ätzmaske in dem zweiten Abschnitt im wesentlichen in vorbestimmter Orientierung zu dem Kristallgitter ausgerichtet sind. Bei hinreichend kurzen Kantenabschnitten muss keine besondere Rücksicht auf die Kristallorientierung genommen werden, da beim kristallographisch-anisotropen Ätzen eine Unterätzung der Maske bis hin zur ersten vollständig geschützten stabilen Kristallebene erfolgt, und lokale Fehlausrichtung der Maskenkante automatisch korrigiert werden.In this case, in the second etching step, a crystallographic-anisotropic etching method is used, by means of which second faces of the second section of the waveguide structure are formed in the second region, which are parallel to stable planes of the crystal, ie are crystal-oriented, the edges of the etching mask in the second section are aligned substantially in a predetermined orientation to the crystal lattice. In the case of sufficiently short edge sections, no special consideration must be given to the crystal orientation, since in the case of crystallographic-anisotropic et An undercut of the mask is made to the first fully protected stable crystal plane, and local misalignment of the mask edge is automatically corrected.

Im ersten Ätzschritt wird zumindest eine Seitenfläche des ersten Wellenleiterabschnitts derart erzeugt, dass sie zu keiner der kristallorientierten Seitenflächen des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur parallel verläuft.in the the first etching step becomes at least one side surface of the first waveguide section is generated so as not to be the crystal-oriented side surfaces of the second section the waveguide structure is parallel.

Je nach Struktur sind weitere Ausgestaltungen des Verfahrens möglich, beispielsweise können weitere kristallorientierte oder nicht-kristallorientierte Abschnitte sowie weitere Ätzschritte vorgesehen sein. Insbesondere soll die Reihenfolge der Maskierungs- und Ätzschritte (c) und (d) nicht durch die Aufzählungsreihenfolge beschränkt sein. Für eine bevorzugte Ausführungsform lässt sich beispielsweise die Strukturierung des kristallorientierten Abschnittes (Hauptschritt (d)) in die nachfolgend näher ausgeführten Schritte unterteilen. Je nach angestrebter Struktur sind die Schritte 2 und 4 optional.ever according to structure further embodiments of the method are possible for example, more crystal-oriented or non-crystal oriented sections as well as further etching steps be provided. In particular, the order of the masking and etching steps (c) and (d) not by the enumeration order be limited. For a preferred embodiment can be, for example, the structuring of the crystal-oriented Section (main step (d)) in the following closer Divide the steps you have taken. Depending on the desired structure Steps 2 and 4 are optional.

Schritt 1: In einem ersten Schritt wird eine oder werden mehrere Ätzmasken erzeugt, die zumindest die kristallorientierten Abschnitte der Wellenleiterstruktur definieren. Die Kanten dieser Ätzmasken verlaufen im kristallorientierten Bereich im wesentlichen parallel zu Schnittgeraden der stabilen Kristallebenen mit der Ebene des Wafers. Die Ätzmasken bestehen aus einem Material, das den nachfolgenden Behandlungsschritten in ausreichendem Maße standhält. In einem einfachen Fall können die Maskenstrukturen direkt durch ein lithographisches Verfahren (z. B. Photolithographie, Elektronenstrahllithographie, Röntgenstrahllithographie usw.) erzeugt werden. Ggf. kann zur Herstellung der Ätzmaske ein mehrstufiges Verfahren nötig sein. Ein solches Verfahren umfasst beispielsweise das großflächige Abscheiden eines geeigneten Maskenmaterials, gefolgt von lithographischen Schritten zum Definieren von Strukturen auf dem Maskenmaterial und Ätzprozessen zum Übertragen dieser Strukturen in das Maskenmaterial. Andere Verfahren zur Herstellung der Maske beruhen beispielsweise auf Lift-off-Techniken, bei denen zunächst durch Lithographie Strukturen erzeugt werden. Auf diese Strukturen wird dann das Maskenmaterial (z. B. ein Metall) meist unter Hochvakuum abgeschieden. Anschließend werden die lithographisch erzeugten Strukturen durch ein geeignetes Lösungsmittel zusammen mit dem darauf abgelagerten Maskenmaterial entfernt, während die übrigen Bereiche durch das Maskenmaterial bedeckt sind. Derartige Lithographie-Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.step 1: In a first step, one or more etch masks generates at least the crystal-oriented portions of the waveguide structure define. The edges of these etching masks run in the crystal-oriented Area substantially parallel to the cutting line of the stable Crystal planes with the plane of the wafer. The etching masks consist of a material that the subsequent treatment steps sufficiently withstood. In a simple In the case, the mask structures can be directly through a lithographic Method (eg photolithography, electron beam lithography, X-ray lithography, etc.) are generated. Possibly. can for the preparation of the etching mask a multi-step process be necessary. Such a method includes, for example the large-area deposition of a suitable mask material, followed by lithographic steps to define structures on the mask material and etching processes for transfer of these structures in the mask material. Other methods of manufacture The mask is based, for example, on lift-off techniques in which Initially, structures are created by lithography. The mask material (eg a metal) then becomes these structures usually deposited under high vacuum. Then be the lithographically generated structures by a suitable solvent removed along with the mask material deposited thereon while the remaining areas are covered by the mask material. Such lithography methods are the expert in principle known.

Schritt 2: In einem optionalen zweiten Schritt werden in den nicht vom Maskenmaterial bedeckten Bereichen eine oder mehrere Schichten des Materialsystems ganz oder teilweise entfernt. Dies kann selbst wieder in einem oder mehreren Stufen geschehen. Dabei können entweder Schichten entfernt werden, die über der/den einkristallinen Schicht/en liegen, oder aber die einkristallinen Schicht/en selbst können so vorstrukturiert werden, dass stabile Ebenen durchbrochen werden, an denen das kristallographisch-anisotrope Ätzverfahren in Schritt 4 sonst stark verzögert oder gar angehalten würde. Dieser Vorgang kann von großer Bedeutung für die letztlich erzielte Form sein. Weitere Details sind nachfolgend in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen erläutert.step 2: In an optional second step, in the not of the mask material covered areas one or more layers of the material system completely or partially removed. This can be done in one or more times done several stages. It can either layers are removed above the monocrystalline layer (s) lie, or the monocrystalline layer / s themselves can be structured in such a way that stable levels are broken, where the crystallographic-anisotropic etching process otherwise heavily delayed or even stopped in step 4 would. This process can be of great importance be for the ultimately achieved form. More details are explained below in connection with the embodiments.

Schritt 3: In einem dritten Schritt werden die freiliegenden Bereiche der einkristallinen Schicht/en einem oder mehreren kristallographisch-anisotropen Ätzprozessen ausgesetzt, zwischen denen ggf. Bereiche mit einer Maske überdeckt, Masken von bestimmten Bereichen entfernt oder weitere, ggf. nicht kristallographisch-anisotrope Ätzprozesse durchgeführt werden. Dadurch erhalten die Wellenleiter bzw. die Hohlräume im Bereich der einkristallinen Schicht/en mindestens eine Seitenwand, die eine stabile Ebene des Kristalls ist. Die so erzeugten kristallorientiert parallel zu stabilen Ebenen ausgerichteten Seitenwände haben eine durch das Kristallgitter exakt vorgegebene Lage und ggf. Neigung, können also einen schrägen Winkel mit der Substratoberfläche einschließen, und besitzen eine näherungsweise atomar glatte Oberfläche. Insbesondere folgt die Kante der Wellenleiter bzw. der Hohlräume dabei sehr genau der Schnittgerade der stabilen Ebene mit der Oberfläche. Ungenauigkeiten in der Lithographie, insbesondere lokal fehlausgerichtete oder auch rauhe Kanten der Ätzmasken, werden durch das kristallographisch-anisotrope Ätzverfahren automatisch ausgeglichen. Ferner lassen sich Wellenleiter oder Hohlräume herstellen, deren Seitenwände Neigungen aufweisen, die mit trockenchemischen anisotropen Ätzverfahren allein nicht oder zumindest nur mit deutlich geringerer Präzision realisierbar wären. Insbesondere können diese Seitenwände aus mehren, sich schneidenden stabilen Ebenen zusammengesetzt sein. Weitere Details sind nachfolgend in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen erläutert.step 3: In a third step, the exposed areas of the single crystal layer (s) of one or more crystallographic anisotropic etch processes exposed, between which possibly covered areas with a mask, Masks away from certain areas or further, possibly not crystallographic-anisotropic etching processes be performed. This preserves the waveguides or the cavities in the region of the monocrystalline layer (s) at least one sidewall, which is a stable plane of the crystal is. The thus generated crystal-oriented parallel to stable planes aligned side walls have a through the crystal lattice exactly given position and possibly inclination, so can an oblique Include angles with the substrate surface, and have an approximately atomically smooth surface. In particular, the edge follows the waveguides or the cavities very precisely the line of intersection of the stable plane with the surface. Inaccuracies in lithography, especially locally misaligned or rough edges of the etching masks, are characterized by the Crystallographic-anisotropic etching automatically compensated. Furthermore, waveguides or cavities can be produced, whose sidewalls have slopes that are dry chemical anisotropic etching alone or not at least would be feasible with much lower precision. In particular, these side walls may consist of several, one be composed of cutting stable levels. more details are below in connection with the embodiments explained.

Schritt 4: In einem optionalen vierten Schritt werden die so gewonnenen Strukturen ein oder mehrmals einem oder mehreren der folgenden Prozesse ausgesetzt:

  • i) Strukturierung einer Maske zum Abdecken bestimmter Bereiche.
  • ii) Eine von der Oberfläche her erfolgende und mit zunehmender Zeitdauer in die Tiefe vordringende chemische Reaktion.
  • iii) Ein materialselektiver Ätzprozess, der beispielsweise Ätzmasken oder bestimmte Schichten entfernt oder dazu dienen kann, die durch ii) erzeugten Reaktionsprodukte zu entfernen.
Step 4: In an optional fourth step, the structures thus obtained are exposed one or more times to one or more of the following processes:
  • i) structuring a mask to cover certain areas.
  • ii) A chemical reaction taking place from the surface and penetrating with increasing duration.
  • iii) A material-selective etching process, which can remove or serve, for example, etching masks or certain layers, which are characterized by ii) to remove generated reaction products.

Damit lässt sich die Geometrie der Struktur in entscheidender Weise verändern, indem beispielsweise die lichtführende Schicht von angrenzenden Schichten befreit, in Teilstücke zerlegt und/oder bestimmte Teile davon abgetrennt werden. Weitere Details sind nachfolgend in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen erläutert. Die in diesem Schritt erzielbaren Änderungen der Strukturgeometrie gehen deutlich über das bloße Glätten einer Oberfläche hinaus.In order to The geometry of the structure can be decisive Change way, for example, the light-guiding Layer of adjacent layers freed, in sections disassembled and / or certain parts of it are separated. Further Details are below in connection with the embodiments explained. The achievable changes in this step The structural geometry goes well beyond the mere Smooth out a surface.

Die Schritte 1–4 können wiederholt oder in einer anderen Reihenfolge als der beschriebenen ausgeführt werden. Beispielsweise lassen sich durch den Einsatz von Focused-Ion-Beam-(FIB-)Verfahren in einem einzigen Arbeitsgang eine Maskenschicht und Teile der darunterliegenden (Bauteil-)Schichten strukturieren (Schritt 1 und 2) nachdem die Maskenschicht aufgebracht wurde (Schritt 3).The Steps 1-4 can be repeated or in another Sequence can be executed as described. For example can be achieved by using Focused Ion Beam (FIB) techniques a single operation, a mask layer and parts of the underlying Structure (component) layers (step 1 and 2) after the Mask layer was applied (step 3).

Die Schritte 1–4 betreffen die Herstellung der kristallorientierten Abschnitte der Wellenleiterstruktur. Die Strukturierung des oder der beliebig orientierten Abschnitte kann beispielsweise vor Schritt 1 mit einer separaten Ätzmaske erfolgen. In diesem Fall werden die beliebig orientierten Abschnitte durch eine Schutzmaske vor dem kristallographisch-anisotropen Ätzvorgang in Schritt 3 geschützt. Alternativ kann die in Schritt 1 erzeugte Ätzmaske beispielsweise sowohl die kristallorientierten als auch die beliebig orientierten Abschnitte umfassen, und die Strukturierung der beliebig orientierten Abschnitte erfolgt in Schritt 2 zusammen mit einer Vorstrukturierung der kristallorientierten Abschnitte. Auch in diesem Fall werden die beliebig orientierten Abschnitte durch eine Schutzmaske vor dem kristallographisch-anisotropen Ätzvorgang in Schritt 3 geschützt. Ferner können die beliebig orientierten Abschnitte beispielsweise auch erst nach Schritt 4 erzeugt werden – in diesem Fall werden die kristallorientierten Abschnitte zuvor mit einer Schutzmaske versehen.The Steps 1-4 relate to the preparation of the crystal-oriented ones Sections of the waveguide structure. The structuring of or the arbitrarily oriented sections may be, for example, before step 1 done with a separate etching mask. In this case will be the arbitrarily oriented sections through a protective mask the crystallographic-anisotropic etch in step 3 protected. Alternatively, the etch mask generated in step 1 For example, both the crystal-oriented and the arbitrarily oriented Include sections, and structuring of any oriented Sections are done in step 2 along with pre-structuring the crystal-oriented sections. Also in this case will be the arbitrarily oriented sections through a protective mask the crystallographic-anisotropic etch in step 3 protected. Furthermore, the arbitrarily oriented For example, sections may also be generated after step 4 - in In this case, the crystal-oriented sections with before a protective mask provided.

Die strukturierten Wellenleiter bzw. offenen Hohlräume können anschließend mit Materialien umgeben bzw. ausgefüllt werden, die einen kleineren Brechungsindex aufweisen als das Material der Bauteilschicht und gewünschte optische oder elektrooptische Funktionalitäten zur Verfügung stellen. Durch die hohe Präzision, mit der die Querschnittsgeometrie der Wellenleiter durch das Kristallgitter definiert wird, sind die kristallorientierten Abschnitte der Wellenleiterstruktur dazu besonders gut geeignet. Dies ist in 1 schematisch illustriert. Der lichtführende Bereich oder Welleleiterkern 2 verfügt über mindestens eine Seitenwand, die parallel zu einer stabile Ebene verläuft. Er wird nach der Strukturierung so durch verschiedene niedrigbrechende Umgebungs-Materialien 6, 7, 8, 9 und 10 umgeben, dass das im Wellenleiter geführte Licht mit diesen Materialien in Wechselwirkung tritt. Dadurch werden besondere optische oder elektrooptische Eigenschaften in mindestens einem dieser Materialien ausgenutzt. Die gezeichnete Form des Bereichs 2 ist als exemplarisch anzusehen, – mögliche Realisierungsformen werden nachfolgend als Ausführungsbeispiele angegeben. Um eine starke Wechselwirkung des geführten Lichtes mit den Umgebungsmaterialien zu erzielen, sollte mindestens ein Bestandteil des lichtführenden Bereiches 2 eine Breite aufweisen, die in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichtes im Kernmaterial 2 oder darunter liegt.The structured waveguides or open cavities can then be surrounded or filled with materials which have a smaller refractive index than the material of the component layer and provide desired optical or electro-optical functionalities. Due to the high precision with which the cross-sectional geometry of the waveguides is defined by the crystal lattice, the crystal-oriented sections of the waveguide structure are particularly well suited for this purpose. This is in 1 schematically illustrated. The light-guiding area or waveguide core 2 has at least one sidewall parallel to a stable plane. After structuring, it becomes so through various low-index environmental materials 6 . 7 . 8th . 9 and 10 surrounded, that in the waveguide guided light interacts with these materials. As a result, special optical or electro-optical properties are exploited in at least one of these materials. The drawn shape of the sphere 2 is to be regarded as exemplary, - possible implementation forms are given below as exemplary embodiments. To achieve a strong interaction of the guided light with the surrounding materials, at least one component of the light-guiding region should be 2 have a width which is of the order of the wavelength of the light in the core material 2 or below.

Beispiele für solche Füll- bzw. Umgebungsmaterialien 610 sind Kohlenwasserstoffverbindungen (insbesondere konjugierte Polymere in kristalliner, teilkristalliner oder amorpher Form, Polymere mit speziellen funktionellen Gruppen (Chromophoren), Flüssigkristalle), spezielle Gläser (insbesondere Bleigläser, Halogenid- oder Chalkogenidgläser, Telluroxid-haltige Gläser, Bismutoxid-haltige Gläser) oder dotierte oder undotierte Halbleiterverbindungen. Außerdem können diese Materialien mit künstlichen Strukturen auf einer Größenskala unterhalb der Lichtwellenlänge in diesem Material (z. B. mit Nanokristallen, Quantenpunkten oder Quantendrähten) versehen sein.Examples of such filling or surrounding materials 6 - 10 are hydrocarbon compounds (in particular conjugated polymers in crystalline, partially crystalline or amorphous form, polymers with special functional groups (chromophores), liquid crystals), special glasses (especially lead glasses, halide or chalcogenide glasses, tellurium oxide-containing glasses, bismuth oxide-containing glasses) or doped or undoped semiconductor compounds. In addition, these materials may be provided with artificial structures on a size scale below the wavelength of light in that material (eg, nanocrystals, quantum dots, or quantum wires).

Die Interaktion des geführten Lichtes mit einem oder mehreren der Füll- bzw. Umgebungsmaterialien 610 kann beispielsweise zur Absorption, Detektion, Erzeugung oder Verstärkung von Licht genutzt werden. Es können ferner nichtlineare optische Effekte genutzt werden, insbesondere Selbstphasenmodulation (self-phase modulation, SPM), Kreuzphasenmodulation (cross-phase modulation, XPM), die Erzeugung höherer Harmonischer (second/third ... harmonic generation, SHG/THG ...), Vierwellenmischen (four-wave-mixing, FWM) oder nichtlineare optische Absorption wie Zweiphotonenabsorption (two-photon-absorption, TPA). Desweiteren können elektrooptische Wechselwirkungen ausgenutzt werden. Dazu zählen insbesondere der lineare elektrooptische Effekt zum Bau von Modulatoren, oder die Ausnutzung von Nichtlinearitäten zweiter Ordnung zur Detektion von Licht (optische Gleichrichtung). Die genannten Wechselwirkungen können auch zum Bau von kompakten optischen Sensoren dienen, bei denen anhand des linearen oder nichtlinearen Transmissions- oder Reflexionsverhaltens einer Wellenleiterstruktur Informationen über die physikalischen oder chemischen Eigenschaften oder Umgebungsbedingungen aller oder eines Teils der niedrigbrechenden Füll- oder Umgebungsmaterialien gewonnen werden.The interaction of the guided light with one or more of the fill or surrounding materials 6 - 10 For example, it can be used to absorb, detect, generate or amplify light. It is also possible to use nonlinear optical effects, in particular self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM), the generation of higher harmonics (second / third harmonic generation, SHG / THG). ), Four-wave mixing (FWM) or nonlinear optical absorption such as two-photon absorption (TPA). Furthermore, electro-optical interactions can be exploited. These include in particular the linear electro-optical effect for the construction of modulators, or the utilization of second-order non-linearities for the detection of light (optical rectification). The interactions mentioned can also be used to construct compact optical sensors in which, based on the linear or nonlinear transmission or reflection behavior of a waveguide structure, information about the physical or chemical properties or environmental conditions of all or part of the low refractive filling or surrounding materials is obtained.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es ferner, in den kristallorientierten Abschnitten optische Wellenleiterstrukturen herzustellen, deren Oberflächen bestimmte, durch die jeweilige kristallographische Ebene definierte chemische Eigenschaften aufweisen. Durch geeignete Präparation dieser Oberflächen, beispielsweise durch das Aufbringen von Rezeptormolekülen, lässt sich die bevorzugte Anlagerung von bestimmten Stoffen erreichen und anhand des Transmissionsverhaltens des Wellenleiters detektieren. Dies erlaubt den Bau von kompakten optischen Sensoren.The inventive method also makes it possible to produce in the crystal-oriented sections optical waveguide structures whose Oberflä have certain defined by the particular crystallographic level chemical properties. By suitable preparation of these surfaces, for example by the application of receptor molecules, the preferred attachment of certain substances can be achieved and detected on the basis of the transmission behavior of the waveguide. This allows the construction of compact optical sensors.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments and explained in more detail with reference to the figures, where the same and similar elements are partly the same Reference numerals are provided and the features of the various embodiments can be combined with each other.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines mit Interaktionsmaterialien umgebenen Wellenleiterkerns, 1 a schematic representation of a surrounded with interaction materials waveguide core,

2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellenleiterstruktur, die drei kristallorientierte Abschnitte 11a, 11b, 11c und zwei beliebig orientierte Abschnitte 10a, 10b umfasst, 2 a plan view of an embodiment of the waveguide structure according to the invention, the three crystal-oriented sections 11a . 11b . 11c and two arbitrarily oriented sections 10a . 10b includes,

3 Querschnittsdarstellungen entlang der in 2 dargestellten Linien P1–P2 und P3–P4 während des Herstellungsprozesses, 3 Cross-sectional views along in 2 illustrated lines P 1 -P 2 and P 3 -P 4 during the manufacturing process,

4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellenleiterstruktur, die zwei kristallorientierte Abschnitte 11a, 11b und zwei beliebig orientierte Abschnitte 10a, 10b umfasst, 4 a plan view of an embodiment of the waveguide structure according to the invention, the two crystal-oriented sections 11a . 11b and two arbitrarily oriented sections 10a . 10b includes,

5 Querschnittsdarstellungen entlang der in 4 dargestellten Linien P5–P6 und P7–P8 bzw. P9–P10 während des Herstellungsprozesses, 5 Cross-sectional views along in 4 illustrated lines P 5 -P 6 and P 7 -P 8 and P 9 -P 10 during the manufacturing process,

6 Beispiele erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbarer Querschnittsgeometrien in einer <100>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen, 6 Examples according to the invention in the crystal-oriented region of producible cross-sectional geometries in a <100> -oriented component layer with stable {111} planes,

7 Beispiele eines erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbaren Hohlraumes, in einer <100>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen ((a) Aufriss, (b) Seitenriss, (c) Grundriss, (d) Projektion), 7 Examples of a Cavity Produceable According to the Invention in the Crystal-Orientated Region, in a <100> Oriented Component Layer with Stable {111} Layers ((a) Outline, (b) Side Crack, (c) Floor Plan, (d) Projection),

8 Beispiele eines erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbaren Hohlraumes in einer <100>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen ((a) Aufriss, (b) Seitenriss, (c) Grundriss, (d) Projektion), 8th Examples of a Cavity Produceable According to the Invention in the Crystal-Orientated Area in a <100> Oriented Component Layer with Stable {111} Layers ((a) Outline, (b) Side Crack, (c) Floor Plan, (d) Projection),

9 Beispiele erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbarer Querschnittsgeometrien in einer <110>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen, 9 Examples according to the invention in the crystal-oriented region of producible cross-sectional geometries in a <110> -oriented component layer with stable {111} planes,

10 Beispiele eines erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbaren Hohlraumes in einer <110>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen ((a) Aufriss, (b) Seitenriss, (c) Grundriss, (d) Projektion), 10 Examples of a Cavity Produceable According to the Invention in a Crystal-Orientated Region in a <110> -oriented Component Layer with Stable {111} -planes ((a) elevation, (b) side elevation, (c) floor plan, (d) projection),

11 Beispiele erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbarer Querschnittsgeometrien in einer <111>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen, 11 Examples according to the invention in the crystal-oriented region of producible cross-sectional geometries in a <111> -oriented component layer with stable {111} planes,

12 Beispiele eines erfindungsgemäß im kristallorientierten Bereich herstellbaren Hohlraumes in einer <111>-orientierten Bauteilschicht mit stabilen {111}-Ebenen ((a) Aufriss, (b) Seitenriss, (c) Grundriss, (d) Projektion). 12 Examples of a cavity which can be produced according to the invention in the crystal-oriented region in a <111> -oriented component layer with stable {111} planes ((a) elevation, (b) side elevation, (c) ground plan, (d) projection).

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description the embodiments

Die folgenden Ausführungsbeispiele betreffen Strukturgeometrien, die in den kristallorientierten Abschnitten erzeugt werden können. Dabei wird eine Bauteilschicht aus einem einkristallinen Material zugrunde gelegt, das eine Diamant- oder Zinkblendestruktur aufweist. Diese Schicht wird in den kristallorientierten Bereichen mit kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren strukturiert, bei denen die stabilen Gitterebenen {111}-Ebenen sind. Die unterliegende Schicht sowie die Ätzmaske ist hinreichend resistent gegenüber dem kristallographisch-anisotropen Ätzverfahren.The The following exemplary embodiments relate to structural geometries, which can be generated in the crystal-oriented sections. In this case, a component layer of a monocrystalline material based on a diamond or zinc blende structure. This layer is in the crystal-oriented areas with crystallographic-anisotropic etching structured, where the stable lattice planes are {111} planes. The underlying layer and the etching mask is sufficient resistant to the crystallographic-anisotropic etching process.

Ein prominentes Beispiel für eine solches Materialsystem ist Silicon-on-Insulator (SOI). In einem einfachen Fall besteht die Schichtfolge aus einem Siliziumsubstrat 1 als mechanischem Trägermaterial, einer hinreichend dicken Schicht aus SiO2 (Oxidschicht bzw. vergrabenes Oxid, engl. Buried Oxide, BOX) und einer darüberliegenden Schicht 2 aus einkristallinem Silizium (Bauteilschicht, engl. Device Lager, DEV). In den Figuren ist der Einfachheit halber die BOX-Schicht nicht dargestellt.A prominent example of such a material system is Silicon-on-Insulator (SOI). In a simple case, the layer sequence consists of a silicon substrate 1 as a mechanical support material, a sufficiently thick layer of SiO 2 (oxide layer or buried oxide, English Buried Oxide, BOX) and an overlying layer 2 made of single-crystal silicon (device layer, DEV). In the figures, the BOX layer is not shown for the sake of simplicity.

Wird die Bauteilschicht nun mit Kalilauge (KOH), Ethylendiaminpyrocatechol (EDP) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) geätzt, so sind die Ätzraten, mit denen der Kristall in <111>-Richtung abgetragen wird, beträchtlich kleiner als die Raten, mit denen der Abtrag in <100> oder <110> Richtung erfolgt. Die {111}-Ebenen sind also die stabilen Ebenen bei diesen Verfahren. Als hinreichend ätzresistentes Maskenmaterial kommen beispielsweise Siliziumverbindungen (SiOx, SiNx) in Frage. Die einkristalline Bauteilschicht kann preisgünstig mit verschiedenen Kristallorientierungen beispielsweise durch ein Verfahren erzeugt werden, das von der Firma SOITEC unter der geschützten Bezeichnung "SmartCut" eingesetzt wird.If the component layer is then etched with potassium hydroxide solution (KOH), ethylenediamine pyrocatechol (EDP) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH), the etching rates with which the crystal is removed in the <111> direction are considerably smaller than the rates at which the removal in <100> or <110> direction takes place. The {111} levels are the stable levels in these methods. As a sufficiently etch-resistant mask material, for example, come Sili ziumverbindungen (SiO x , SiN x ) in question. The monocrystalline device layer can be inexpensively formed with various crystal orientations, for example, by a method used by SOITEC under the proprietary name "Smart Cut".

Als Kristallorientierung der Bauteilschicht wird im folgenden die Gesamtheit kristallographischer Richtung <ijk> angegeben, die sich aus dem senkrecht zur Oberfläche der Schicht stehenden Vektor ergibt; die Oberfläche selbst ist dann also eine {ijk}-Ebene. Abhängig von der Kristallorientierung und abhängig davon, ob und wie eine Strukturierung in Schritt 2 durchgeführt wird, lassen sich Wellenleiter bzw. PBG-Strukturelemente mit unterschiedlichen Formgeometrien erzeugen.When Crystal orientation of the device layer is hereafter the entirety crystallographic direction <ijk>, which is from the vector perpendicular to the surface of the layer results; the surface itself is then an {ijk} plane. Depending on the crystal orientation and dependent of whether and how structuring is done in step 2 waveguides or PBG structural elements with different geometric shapes can be used produce.

1. Kombination von Funktionselementen in den kristallorientierten und beliebig orientierten Bereichen1. combination of functional elements in the crystal-oriented and arbitrarily oriented areas

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Kombination von verschiedenen Funktionselementen in den kristallorientierten und beliebig orientierten Abschnitten der herzustellenden Wellenleiterstruktur. Die Funktionselemente der beliebig orientierten Abschnitte können beispielsweise als Zuleitungen oder Verbindungen der Funktionselemente der kristallorientierten Abschnitte dienen. Dies ist in 2 und 4 beispielhaft skizziert.An important aspect of the present invention relates to the combination of different functional elements in the crystal-oriented and randomly oriented sections of the waveguide structure to be produced. The functional elements of the arbitrarily oriented sections can serve, for example, as supply lines or connections of the functional elements of the crystal-oriented sections. This is in 2 and 4 outlined as an example.

2 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wellenleiter-Bauelements in Form eines Mach-Zehnder Interferometers. In den kristallorientierten Abschnitten 11a, 11b und 11c weist die generell mit 30 bezeichnete Wellenleiterstruktur eine einfach-zylindrische Form auf. Diese umfasst zwei Wellenleiter 40, 50 bestehend aus jeweils zwei optisch voneinander isolierten einzelnen Rippen 42, 44, 52, 54 (Abschnitt 11a; bzw. 11c). Ferner umfasst das Bauelement zwei voneinander beabstandete Doppelrippenwellenleiter 60, 70 (Abschnitt 11b), bei denen sich das elektromagnetische Feld des geführten Lichtes jeweils über beide Rippen 62, 64, 72, 74 und den dazwischenliegenden Spalt oder Graben 66, 76 erstreckt. Die Doppelrippenwellenleiter 60, 70 erlauben eine starke Wechselwirkung des geführten Lichtes mit dem Material im Spalt 66, 76, erfordern jedoch gleichzeitig auch eine hohe Präzision bei der Herstellung. Dies wird mit der Erfindung erreicht. Die beliebig orientierten Abschnitte 10a und 10b enthalten in diesem Beispiel jeweils einen MMI-Koppler 82, 92 und jeweils zwei Wellenleiterkurven 84, 86, 94, 96 mit gekrümmten Seitenwänden 86a, 86b, 94a, 94b. Das Licht wird also durch die sich länglich erstreckenden und jeweils seriellen Wellenleiterabschnitte 42, 84, 60, 94, 52 einerseits und 44, 86, 70, 96, 54 andererseits geführt. 2 shows an example of a waveguide device according to the invention in the form of a Mach-Zehnder interferometer. In the crystal-oriented sections 11a . 11b and 11c has the generally with 30 designated waveguide structure on a single-cylindrical shape. This includes two waveguides 40 . 50 consisting of two optically isolated from each other individual ribs 42 . 44 . 52 . 54 (Section 11a ; respectively. 11c ). Furthermore, the component comprises two mutually spaced double rib waveguides 60 . 70 (Section 11b ), in which the electromagnetic field of the guided light in each case over both ribs 62 . 64 . 72 . 74 and the gap or ditch in between 66 . 76 extends. The double rib waveguide 60 . 70 allow a strong interaction of the guided light with the material in the gap 66 . 76 However, at the same time, they also require a high level of manufacturing precision. This is achieved with the invention. The arbitrarily oriented sections 10a and 10b each contain an MMI coupler in this example 82 . 92 and two waveguide curves each 84 . 86 . 94 . 96 with curved side walls 86a . 86b . 94a . 94b , Thus, the light passes through the elongated and serial waveguide sections 42 . 84 . 60 . 94 . 52 on the one hand and 44 . 86 . 70 . 96 . 54 on the other hand.

Das Herstellungsverfahren für die in 2 gezeigte Struktur ist in 3 beispielhaft skizziert. Die linke Spalte zeigt beispielhaft Querschnitte aus dem beliebig orientierten Abschnitt 10a entlang der Schnittlinie P1–P2, die rechte Spalte die entsprechenden Querschnitte aus dem kristallorientierten Abschnitt 11b entlang der Schnittlinie P3–P4. Die Bauteilschicht 2 ist eine <110>-orientierte Bauteilschicht, wobei die Längskanten der Wellenleiter in den Abschnitten 11a, 11b und 11c parallel zu den in der Waferebene (in 2 parallel zur Papierebene und in 3 horizontal und senkrecht zur Papierebene) liegenden <112>-Richtungen des Kristallgitters verlaufen. Die Herstellung erfolgt gemäß der vorstehend beschriebenen Schritte 1–4, wobei zunächst auf der Bauteilschicht 2 eine strukturierte Ätzmaske 3 erzeugt wird, die die Wellenleiterstruktur sowohl in den kristallorientierten Abschnitten 11a, 11b und 11c als auch in den beliebig orientierten Abschnitten 10a, 10b definiert. In Schritt 2 werden dann lediglich die beliebig orientierten Abschnitte strukturiert, während die kristallorientierten Abschnitte noch mit einer Schutzmaske 7 überdeckt sind. Diese wird nachfolgend entfernt, und auf den beliebig orientierten Abschnitten wird eine Schutzmaske 8 aufgebracht, bevor in Schritt 3 die Strukturierung des kristallorientierten Abschnittes mittels des kristallographisch-anisotropen Ätzverfahrens erfolgt. In den kristallorientierten Abschnitten resultiert dies beispielsweise in nahezu perfekt senkrechten Seitenwänden 72a, 72b, 74a, 74b und präzise definierten Gräben 76 mit hohem Aspektverhältnis. Das Aspektverhältnis, also das Verhältnis von Grabentiefe zu -breite, kann im Bedarfsfall deutlich größer als 5 sein können, bei manchen kristallographisch-anisotropen Verfahren sogar deutlich größer als 20 sein können.The manufacturing process for the in 2 structure shown is in 3 outlined as an example. The left column shows examples of cross sections from the arbitrarily oriented section 10a along the section line P 1 -P 2 , the right column the corresponding cross sections of the crystal-oriented section 11b along the section line P 3 -P 4 . The component layer 2 is a <110> -oriented device layer, with the longitudinal edges of the waveguides in the sections 11a . 11b and 11c parallel to those in the wafer plane (in 2 parallel to the paper plane and in 3 horizontally and perpendicular to the plane of the paper) lying <112> directions of the crystal lattice. The preparation is carried out according to the above-described steps 1-4, wherein initially on the component layer 2 a structured etching mask 3 which generates the waveguide structure in both the crystal-oriented sections 11a . 11b and 11c as well as in the arbitrarily oriented sections 10a . 10b Are defined. In step 2, only the arbitrarily oriented sections are then patterned, while the crystal-oriented sections still have a protective mask 7 are covered. This is subsequently removed, and on the arbitrarily oriented sections becomes a protective mask 8th applied before in step 3, the structuring of the crystal-oriented portion by means of the crystallographic anisotropic etching process takes place. In the crystal-oriented sections, for example, this results in almost perfectly vertical side walls 72a . 72b . 74a . 74b and precisely defined trenches 76 with a high aspect ratio. If necessary, the aspect ratio, ie the ratio of trench depth to width, can be significantly greater than 5; in the case of some crystallographic anisotropic processes, it can even be significantly greater than 20.

In Schritt 4 wird die Schutzmaske 8 auf den beliebig orientierten Abschnitten entfernt. In diesem Beispiel verbleibt die Ätzmaske 3 auf dem Bauelement.In step 4, the protective mask 8th removed on the arbitrarily oriented sections. In this example, the etch mask remains 3 on the device.

4 zeigt ein weiteres Beispiel des erfindungsgemäßen Wellenleiter-Bauelements mit einer generell mit 130 bezeichneten Wellenleiterstruktur mit einem Photonischen Kristall 132 im kristallorientierten Abschnitt 11b. Der photonische Kristall 132 besteht aus einer Vielzahl von periodisch angeordneten nach oben offenen Hohlräumen 160, die so angeordnet sind, dass sie in der Substratebene eine photonische Bandlücke bilden. Solche Strukturen können erfindungsgemäß mit sehr hoher Präzision angefertigt werden. Die beliebig orientierten Abschnitte 10a und 10b enthalten in diesem Beispiel Zuleitungen in Form einer Verjüngung, sog. Taper 182 mit nicht-kristallorientierten Seitenwänden 182a, 182b und Wellenleiterkurven 194 mit Seitenwänden 194a, 194b. In dem kristallorientierten Abschnitt 11a umfasst das Bauelement einen breiten Wellenleiterkern 140 dessen Breite mittels des Tapers 182 an die geringere Breite des Wellenleiterkerns 161 adaptiert wird. Innerhalb des photonischen Kristalls 132 erstreckt sich ein länglicher Graben 76. Das Licht wird also durch die seriellen Wellenleiterabschnitte 140, 182, 161, 132, 163, 194 geführt. 4 shows a further example of the waveguide device according to the invention with a generally with 130 designated waveguide structure with a photonic crystal 132 in the crystal-oriented section 11b , The photonic crystal 132 consists of a plurality of periodically arranged upwardly open cavities 160 which are arranged to form a photonic bandgap in the substrate plane. Such structures can be made according to the invention with very high precision. The arbitrarily oriented sections 10a and 10b contain in this example leads in the form of a taper, called taper 182 with non-crystal-oriented sidewalls 182a . 182b and waveguide curves 194 with side walls 194a . 194b , In the crystal-oriented section 11a The device includes a wide waveguide core 140 its width by means of the tapers 182 to the smaller width of the waveguide core 161 adapted becomes. Within the photonic crystal 132 extends an elongated ditch 76 , So the light gets through the serial waveguide sections 140 . 182 . 161 . 132 . 163 . 194 guided.

Das Herstellungsverfahren für die in 4 gezeigte Struktur ist in 5 skizziert. Die linke Spalte zeigt beispielhafte Querschnitte aus dem beliebig orientierten Abschnitt 10b entlang der Schnittlinie P5–P6, die rechte Spalte die entsprechenden Querschnitte aus dem kristallorientierten Abschnitt 11b entlang der Schnittlinien P7–P8 und P9–P10. Die Bauteilschicht 2 ist eine <100>-orientierte Bauteilschicht, wobei die Kanten der Wellenleiterstruktur in den Abschnitten 11a und 11b parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters orientiert sind. Die Herstellung erfolgt gemäß der vorstehend beschriebenen Schritte, wobei zunächst eine Ätzmaske 3 erzeugt wird, die die Wellenleiterstruktur sowohl in den kristallorientierten Abschnitten als auch in den beliebig orientierten Abschnitten definiert. In Schritt 2 werden dann die beliebig orientierten Abschnitte gleichzeitig mit einer Vorstrukturierung der kristallorientierten Abschnitte strukturiert. Nachfolgend wird auf den beliebig orientierten Abschnitten eine Schutzmaske 7 aufgebracht, bevor in Schritt 3 die weitere kristallographisch-anisotrope Strukturierung des kristallorientierten Abschnittes erfolgt. Dabei wird die Vielzahl von polyederförmigen nach oben offenen Hohlräumen 160 bzw. Gräben 76 erzeugt, die eine charakteristische, durch das Kristallgitter präzise vorgegebene Form aufweisen. Weitere Details zur Form werden in den folgenden Abschnitten erläutert. Nach der kristallographisch-anisotropen Ätzung werden im vorliegenden Beispiel die Schutz- und Ätzmasken durch einen materialselektiven Ätzprozess in Schritt 4 entfernt.The manufacturing process for the in 4 structure shown is in 5 outlined. The left column shows exemplary cross sections from the arbitrarily oriented section 10b along the section line P 5 -P 6 , the right column the corresponding cross sections of the crystal-oriented section 11b along the cutting lines P 7 -P 8 and P 9 -P 10 . The component layer 2 is a <100> -oriented device layer, with the edges of the waveguide structure in the sections 11a and 11b are oriented parallel to lying in the wafer plane <110> directions of the crystal lattice. The preparation is carried out according to the steps described above, wherein first an etching mask 3 which defines the waveguide structure in both the crystal-oriented sections and in the arbitrarily-oriented sections. In step 2, the arbitrarily oriented sections are then patterned simultaneously with a pre-structuring of the crystal-oriented sections. Subsequently, on the arbitrarily oriented sections a protective mask 7 applied before in step 3, the further crystallographic anisotropic structuring of the crystal-oriented portion takes place. This is the variety of polyhedron-shaped upwardly open cavities 160 or trenches 76 produced, which have a characteristic, precisely predetermined by the crystal lattice shape. Further details on the form are explained in the following sections. After the crystallographic-anisotropic etching, in the present example the protective and etching masks are removed by a material-selective etching process in step 4.

Weitere Beispiele zu Formen der kristallorientierten Strukturen werden in den nächsten Abschnitten für verschiedene Kristall-Orientierungen der Bauteilschicht beschrieben.Further Examples of forms of crystal-oriented structures are given in the next sections for different crystal orientations of the Component layer described.

2. Kristallorientierte Strukturen in <100>-orientierten Bauteilschichten2. Crystal-oriented structures in <100> -oriented component layers

6a) bis f) zeigen Beispiele von verschiedenen Kernquerschnitten von indexgeführten Wellenleitern, die bei einer <100>-orientierten Bauteilschicht für die kristallorientierten Wellenleiterabschnitte 40, 50, 60, 70 verwendet werden können.

  • a) Wellenleiterabschnitte mit dem in 6a) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Ihre Querschnittsgeometrie wird durch ein gleichschenkliges Trapez ABCD beschrieben. Die Strecken BC und AD (Seitenwände) liegen in stabilen {111}-Ebenen des Kristallgitters, die Strecken AB bzw. CD (Basis- und Deckfläche) in {100}-Ebenen, die durch die unterliegende Schicht 1 bzw. die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt werden. Für die Trapezwinkel gilt ∠CBA = ∠BAD ≈ 54.74° und ∠ADC = ∠DCB ≈ 125.26°.
6a) to f) show examples of different core cross-sections of index-guided waveguides used in a <100> -oriented device layer for the crystal-oriented waveguide sections 40 . 50 . 60 . 70 can be used.
  • a) waveguide sections with the in 6a) The core cross-section shown as an example run parallel to <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. Their cross-sectional geometry is described by an isosceles trapezoid ABCD. The distances BC and AD (sidewalls) lie in stable {111} planes of the crystal lattice, the distances AB and CD (base and top surface) in {100} planes, respectively, through the underlying layer 1 and the mask 3 be protected from the attack of the etching solution. For the trapeze angle applies ∠CBA = ∠BAD ≈ 54.74 ° and ∠ADC = ∠DCB ≈ 125.26 °.

Die Herstellung des kristallorientierten Abschnittes der Wellenleiterstruktur wird im Folgenden anhand der vorstehend definierten Schritte 1–4 erklärt:The Production of the Crystal-Oriented Section of the Waveguide Structure will be described below with reference to the above-defined steps 1-4 explained:

Schritt 1: Die Kanten der Ätzmasken 3 werden im kristallorientierten Abschnitt im wesentlichen parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters (senkrecht zur Papierebene) orientiert. In den nicht maskierten Bereichen des kristallorientierten Abschnittes liegt die einkristalline Bauteilschicht 2 frei.Step 1: The edges of the etching masks 3 are oriented in the crystal-oriented section substantially parallel to <110> directions of the crystal lattice (perpendicular to the plane of the paper) lying in the wafer plane. In the unmasked areas of the crystal-oriented section lies the monocrystalline component layer 2 free.

Schritt 2: Die nachfolgende Strukturierung in Schritt 2 betrifft allenfalls die beliebig orientierten Abschnitte der Wellenleiterstruktur, z. B. 82, 84, 86, 92, 94, 96, die danach wieder mit einer Schutzmaske versehen werden.Step 2: The following structuring in step 2 at most concerns the arbitrarily oriented sections of the waveguide structure, z. B. 82 . 84 . 86 . 92 . 94 . 96 , which are then provided again with a protective mask.

Schritt 3: Die Struktur wird nachfolgend in den kristallorientierten Abschnitten kristallographisch-anisotrop geätzt. Der Materialabtrag kommt zum Stillstand, sobald durchgehende, an allen Kanten geschützten stabile Ebenen erreicht werden. Dies führt zu der in 6a) gezeigten trapezförmigen Querschnittsgeometrie.Step 3: The structure is subsequently etched crystallographically-anisotropically in the crystal-oriented sections. The removal of material comes to a standstill as soon as continuous, stable levels protected on all edges are reached. This leads to the in 6a) shown trapezoidal cross-sectional geometry.

Schritt 4: Durch ein materialselektives Ätzverfahren kann beispielsweise die Ätzmaske 3 entfernt werden. Ggf. wird danach eine neue Ätzmaske aufgebracht und die unterliegende Schicht 1 lokal durch materialselektives Ätzen entfernt

  • b) Wellenleiterabschnitte mit dem in 6b) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Sie weisen einen siebeneckigen Querschnitt ABCDEFG auf. Die Strecken AG, BC, EF und ED (Seitenwände) liegen in stabilen {111}-Ebenen der Bauteilschicht, die Strecken AB, CD und FG (Basis- und Deckfläche) in {100}-Ebenen, die durch die unterliegende Schicht 1 bzw. die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt werden. Für die Winkel gilt ∠BAG = ∠CBA ≈ 54.74°, ∠AGF = ∠GFE = ∠EDC = ∠DCB 125.26° und ∠DEF ≈ 70.52°. Die Herstellung erfolgt wie bei der unter 6a) beschriebenen Struktur.
  • c) Wellenleiterabschnitte mit dem in 6c) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen ebenfalls parallel in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Ihre Querschnittsgeometrie wird durch ein Sechseck ABCDEF beschrieben. Die Strecken BC, CD, EF und AF (Seitenwände) liegen in stabilen {111}-Ebenen der Bauteilschicht, die Strecken AB und DE (Basis- und Deckfläche) in {100}-Ebenen, die durch die unterliegende Schicht 1 bzw. die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt werden. Für die Trapezwinkel gilt ∠CBA = ∠EDC = ∠FED = ∠BAF ≈ 54.74° und ∠BCD = ∠EFA ≈ 109.47°.
Step 4: By a material-selective etching process, for example, the etching mask 3 be removed. Possibly. Thereafter, a new etching mask is applied and the underlying layer 1 is removed locally by material-selective etching
  • b) waveguide sections with the in 6b) The core cross-section shown as an example run parallel to <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They have a heptagonal cross-section ABCDEFG. Lines AG, BC, EF, and ED (sidewalls) are located in stable {111} planes of the device layer, and the distances AB, CD, and FG (base and cap) in {100} planes passing through the underlying layer 1 or the mask 3 be protected from the attack of the etching solution. For the angles ∠BAG = ∠CBA ≈ 54.74 °, ∠AGF = ∠GFE = ∠EDC = ∠DCB 125.26 ° and ∠DEF ≈ 70.52 °. The production takes place as in the under 6a) described structure.
  • c) waveguide sections with the in 6c) The core cross-section shown by way of example likewise runs <110> directions of the crystal lattice lying parallel in the wafer plane. Their cross-sectional geometry is described by a hexagon ABCDEF. The routes BC, CD, EF and AF (sidewalls) lie in stable {111} planes of the device layer, while the distances AB and DE (base and top surfaces) are in {100} planes defined by the underlying layer 1 or the mask 3 be protected from the attack of the etching solution. For the trapeze angle applies ∠CBA = ∠EDC = ∠FED = ∠BAF ≈ 54.74 ° and ∠BCD = ∠EFA ≈ 109.47 °.

Zur Herstellung dieser Struktur werden die oben beschriebenen Schritte 1–4 beispielsweise folgendermaßen ausgeführt:to Preparation of this structure will be the steps described above 1-4, for example, as follows:

Schritt 1: Die Kanten der Ätzmasken 3 werden im kristallorientierten Abschnitt im wesentlichen parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters orientiert.Step 1: The edges of the etching masks 3 are oriented in the crystal-oriented section substantially parallel to <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane.

Schritt 2: Das einkristalline Material der Bauteilschicht 2 wird in den nicht maskierten Bereichen des kristallorientierten Abschnittes entfernt. Dies kann beispielsweise durch ein trockenchemisches anisotropes Ätzverfahren geschehen. Dadurch entstehen beispielsweise Strukturen mit senkrechten oder leicht nach außen oder innen geneigten Seitenwänden, deren Querschnitt allgemein durch das Trapez ABDE gegeben ist.Step 2: The monocrystalline material of the device layer 2 is removed in the unmasked areas of the crystal oriented portion. This can be done, for example, by a dry chemical anisotropic etching process. As a result, for example, structures with vertical or slightly outwardly or inwardly inclined side walls, the cross section is generally given by the trapezoid ABDE.

Schritt 3: Die Struktur wird kristallographisch-anisotrop geätzt. Dabei wird der leicht trapezförmige vorstrukturierte Wellenleiter im kristallorientierten Abschnitt von der Seite her angegriffen bis stabile <111>-Ebenen des Kristallgitters erreicht werden. Das führt zu dem in 6c) gezeigten "schmetterlingsförmigen" Querschnitt. Die Seitenwände umfassen demnach mehrere übereinanderliegende Abschnitte, die in einem durch das Kristallgitter definierten Winkel zueinander stehen.Step 3: The structure is etched crystallographically-anisotropically. The slightly trapezoidal prestructured waveguide in the crystal-oriented section is attacked from the side until stable <111> planes of the crystal lattice are reached. That leads to the in 6c) shown "butterfly-shaped" cross-section. The side walls thus comprise a plurality of superimposed portions, which are in an angle defined by the crystal lattice to each other.

Schritt 4: Durch ein materialselektives Ätzverfahren kann die Ätzmaske 3 entfernt werden. Ggf. wird in einem weiteren Schritt eine Ätzmaske aufgebracht und die unterliegenden Schicht 1 lokal durch materialselektives Ätzen entfernt.

  • d) Wellenleiterabschnitte mit dem in 6d) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen wieder parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Sie ergeben sich aus der in 6c) gezeigten Struktur, indem diese beispielsweise in Schritt 4 zusätzlich einer von der Oberfläche her erfolgenden und mit zunehmender Zeitdauer in die Tiefe vordringenden chemischen Reaktion ausgesetzt wird. Diese Reaktion wandelt das Material der Bauteilschicht in eine die Oberfläche des Kerns bedeckende Schicht 4 der Dicke d um und führt so zur Trennung des ursprünglich einteiligen Wellenleiterkerns 2 in zwei isolierte Teile 2a und 2b. Deren Querschnitte werden durch gleichschenklige Dreiecke GHI bzw. JKL beschrieben. Für die Winkel gilt ∠HGI = ∠IHG = ∠LKJ = ∠JLK ≈ 54.74° und ∠GIH = ∠KJL ≈ 70.53°.
  • e) Der in 6e) beispielhaft gezeigte Wellenleiterquerschnitt ergibt sich aus der in 6d) gezeigten Struktur, indem diese beispielsweise in Schritt 4 zusätzlich einem materialselektiven Ätzprozess ausgesetzt wird, der die Oberflächenschicht 4 entfernt. Dadurch wird der obere Teil, der das Dreieck JKL als Querschnitt hat, mechanisch vom Rest abgetrennt, und es verbleibt ein Wellenleiter mit dreieckigem Querschnitt GHI. Für die Winkel gilt ∠HGI = ∠IHG ≈ 54.74° und ∠GIH ≈ 70.53°.
  • f) 6f) zeigt Querschnitte weiterer beispielhafter Strukturen, die sich mit dem unter 6c) beschriebenen Verfahren herstellen lassen. Abhängig vom den Größen wg, h1 und h2 ergeben sich beispielsweise benachbarte, jedoch voneinander getrennte Strukturen (6f) links) oder eine zusammenhängende Struktur, die einen in Ausbreitungsrichtung ausgedehnten offenen Hohlraum aufweist (6f) rechts). Die Kristallorientierungen der einzelnen Seitenwände und die Winkel können 6c) und der dazugehörigen Beschreibung entnommen werden. Um eine starke Wechselwirkung des geführten Lichtes mit einem bestimmten Material zu erreichen, kann der entstehende Graben in einem weiteren Schritt mit diesem Material ausgefüllt werden.
Step 4: Through a material-selective etching process, the etching mask 3 be removed. Possibly. In an additional step, an etching mask is applied and the underlying layer 1 locally removed by material selective etching.
  • d) waveguide sections with the in 6d) The core cross-section shown by way of example again runs parallel to <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They emerge from the in 6c) In addition, for example, in step 4, it is subjected to a chemical reaction taking place from the surface and penetrating with increasing duration. This reaction converts the material of the device layer into a layer covering the surface of the core 4 the thickness d and thus leads to the separation of the originally one-piece waveguide core 2 in two isolated parts 2a and 2 B , Their cross sections are described by isosceles triangles GHI or JKL. For the angles ∠HGI = ∠IHG = ∠LKJ = ∠JLK ≈ 54.74 ° and ∠GIH = ∠KJL ≈ 70.53 °.
  • e) The in 6e) waveguide cross section shown by way of example results from the in 6d) structure shown by, for example, in step 4 is additionally exposed to a material-selective etching process, the surface layer 4 away. Thereby, the upper part having the triangle JKL as a cross section is mechanically separated from the rest, leaving a waveguide having a triangular cross section GHI. For the angles ∠HGI = ∠IHG ≈ 54.74 ° and ∠GIH ≈ 70.53 ° applies.
  • f) 6f) shows cross sections of other exemplary structures that are compatible with the 6c) can be produced. Depending on the variables w g , h 1 and h 2 , for example, adjacent but mutually separate structures result ( 6f) left) or a contiguous structure that has an open cavity extending in the propagation direction ( 6f) right). The crystal orientations of the individual sidewalls and the angles can 6c) and the associated description. In order to achieve a strong interaction of the guided light with a certain material, the resulting trench can be filled in a further step with this material.

7 und 8 zeigen Beispiele von verschiedenen offenen Hohlräumen, die durch sinngemäße Übertragung der für indexgeführte Wellenleiter beschriebenen Prozessschritte in einer <100>-orientierten Bauteilschicht erzielt werden können. 7 and 8th show examples of different open cavities that can be achieved by analogous transfer of the process steps described for index-guided waveguide in a <100> -oriented device layer.

Der in 7 gezeigte offene Hohlraum hat die Form eines Pyramidenstumpfes mit rechteckiger Grundfläche. Die Pyramide ist gerade und ihre Grundfläche ist parallel zu einer {100}-Ebene des Kristallgitters. Die Seitenflächen sind {111}-Ebenen und schließen mit der Grundfläche einen Winkel von ϑ1 = 54.74° ein. Hohlräume mit solchen Formen lassen sich durch sinngemäße Übertragung des Verfahrens herstellen, das auch zur Herstellung des in 6a) gezeigten Wellenleiterquerschnittes verwendet und dort bereits beschrieben wurde.The in 7 shown open cavity has the shape of a truncated pyramid with a rectangular base. The pyramid is straight and its base is parallel to a {100} plane of the crystal lattice. The side surfaces are {111} planes and enclose with the base an angle of θ 1 = 54.74 °. Cavities with such forms can be prepared by analogous transfer of the process, which is also used for the production of in 6a) used waveguide cross-section has been used and described there already.

Der in 8 gezeigte offene Hohlraum hat die Form eines Oktaeders, bei dem die gegenüberliegenden Spitzen gekappt sind. Die vierzähligen Drehachsen des (vollständigen) Oktaeders verlaufen senkrecht zu <100>-Ebenen des Kristallgitters. Die Seitenflächen sind {111}-Ebenen und schließen mit der Grundfläche einen Winkel von ϑ1 = 54.74° ein. Hohlräume mit solchen Formen lassen sich beispielsweise durch sinngemäße Übertragung des Verfahrens herstellen, das auch zur Herstellung des in 6c) gezeigten Wellenleiterquerschnittes verwendet und dort bereits beschrieben wurde.The in 8th shown open cavity has the shape of an octahedron, in which the opposite tips are capped. The fourfold axes of rotation of the (complete) octahedron are perpendicular to <100> planes of the crystal lattice. The side surfaces are {111} planes and enclose with the base an angle of θ 1 = 54.74 °. Cavities with such forms can be produced, for example, by analogous transfer of the method, which is also used to produce the in 6c) waveguide cross section used verwen det and already described there.

3. Strukturen in <110>-orientierten Bauteilschichten3. Structures in <110> -oriented component layers

9 zeigt Beispiele von Querschnittsgeometrien, die mit dem eingangs beschriebenen Verfahren bei einer <110>-orientierten Bauteilschicht im kristallorientierten Abschnitt der Wellenleiterstruktur erzielt werden können. 9 shows examples of cross-sectional geometries that can be achieved with the method described above for a <110> -oriented device layer in the crystal-oriented section of the waveguide structure.

a), b) Die Wellenleiterabschnitte mit den in 9a) und b) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitten verlaufen parallel zu in der Waferebene (horizontal und senkrecht zur Zeichnungsebene) liegenden <112>-Richtungen des Kristallgitters. Ihre Querschnitte werden jeweils durch ein Rechteck ABCD beschrieben. Die Strecken BC und AD (Seitenwände) liegen in stabilen {111}-Ebenen des Kristalls, die Strecken AB bzw. CD (Basis- und Deckfläche) in einer {110}-Ebene, die durch die unterliegende Schicht 1 bzw. die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt wird. Zur Herstellung dieser Struktur werden die oben beschriebenen Schritte 1–4 beispielsweise folgendermaßen ausgeführt:a), b) The waveguide sections with the in 9a) and b) core cross sections shown by way of example run parallel to <112> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane (horizontal and perpendicular to the plane of the drawing). Their cross sections are each described by a rectangle ABCD. The BC and AD sidewalls are located in stable {111} planes of the crystal, the distances AB and CD (base and top surfaces) in a {110} plane through the underlying layer 1 or the mask 3 is protected from the attack of the etching solution. To prepare this structure, the above-described steps 1-4 are carried out, for example, as follows:

Schritt 1: Die Kanten der Ätzmasken 3 werden im kristallorientierten Abschnitt im wesentlichen parallel zu in der Waferebene liegenden <112>-Richtungen des Kristallgitters orientiert.Step 1: The edges of the etching masks 3 are oriented in the crystal-oriented section substantially parallel to <112> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane.

Schritt 2: Das einkristalline Material 2 in den nicht maskierten Bereichen wird nachfolgend ggf. ganz oder teilweise entfernt. Dies kann durch ein trockenchemisches anisotropes Ätzverfahren geschehen. Dadurch entstehen Strukturen mit senkrechten oder leicht nach außen oder innen geneigten Seitenwänden.Step 2: The monocrystalline material 2 in the unmasked areas, all or part of the following may be removed subsequently. This can be done by a dry chemical anisotropic etching process. This creates structures with vertical or slightly outwardly or inwardly inclined side walls.

Schritt 3: Die Struktur wird nachfolgend kristallographisch-anisotrop geätzt. Dabei wird von der Seite her Material abgetragen bis ein stabile {111}-Ebene erreicht ist, die von oben her durch die Maske 3 und von unter her durch die unterliegende Schicht 1 geschützt wird. Diese bildet eine zur Substrat- bzw. Waferebene exakt senkrechte Seitenwand. Wenn die Seitenwände der in Schritt 2 erzeugten Struktur nach innen geneigt waren, weist der Kern 2 des resultierenden Wellenleiters am Ende von Schritt 4 eine Breite auf, die geringer ist als die der Maske 3, so dass die Ätzmaske 3 "unterätzt" wird, siehe 9b).Step 3: The structure is subsequently etched crystallographically-anisotropically. In the process, material is removed from the side until a stable {111} plane is reached, which passes through the mask from above 3 and from below through the underlying layer 1 is protected. This forms a side wall which is exactly vertical to the substrate or wafer plane. If the sidewalls of the structure created in step 2 were inclined inwardly, the core faces 2 of the resulting waveguide at the end of step 4 has a width which is less than that of the mask 3 so that the etching mask 3 " underestimated ", see 9b) ,

Schritt 4: Durch ein materialselektives Ätzverfahren kann nachfolgend die Ätzmaske 3 entfernt werden. Ggf. wird in einem weiteren Schritt erneut eine Ätzmaske aufgebracht und die unterliegende Schicht lokal durch materialselektives Ätzen entfernt.Step 4: Through a material-selective etching process, the etching mask 3 be removed. Possibly. In a further step, an etching mask is applied again and the underlying layer is removed locally by material-selective etching.

  • c) Wellenleiterabschnitte mit dem in 9c) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen ebenfalls parallel zu in der Waferebene liegenden <112>-Richtungen des Kristallgitters. Sie weisen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt ABCD auf, besitzen aber im Gegensatz zu den unter a) und b) gezeigten Strukturen einen Sockelbereich 5 der Höhe h2, in dem das Material der Bauteilschicht 2 nicht vollständig entfernt wurde. Die Strecken BC und AD (Seitenwände) liegen in stabilen {111}-Ebenen des Kristalls, die Strecke CD (Deckfläche) in einer {110}-Ebene, die durch die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt wird. Die Herstellung dieser Struktur erfolgt nach dem unter a, b) beschriebenen Verfahren mit dem Unterschied, dass der kristallographisch-anisotrope Ätzvorgang in Schritt 3 beendet wird, bevor die Bauteilschicht 2 vollständig durchgeätzt ist. Der verbleibende Sockel 5 kann beispielsweise dazu genutzt werden, den Wellenleiterkern elektrisch zu kontaktieren.c) waveguide sections with the in 9c) The core cross-section shown by way of example likewise runs parallel to the <112> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They have a substantially rectangular cross-section ABCD, but in contrast to the structures shown under a) and b) have a base region 5 the height h 2 , in which the material of the component layer 2 was not completely removed. The distances BC and AD (sidewalls) lie in stable {111} planes of the crystal, the distance CD (top surface) in a {110} plane through the mask 3 is protected from the attack of the etching solution. This structure is produced according to the method described under a, b) with the difference that the crystallographic-anisotropic etching process is terminated in step 3 before the component layer 2 completely etched through. The remaining pedestal 5 For example, it can be used to electrically contact the waveguide core.
  • d) Wellenleiterabschnitte mit dem in 9d) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen wiederum parallel zu in der Waferebene liegenden <112>-Richtungen des Kristallgitters. Sie bestehen aus zwei voneinander getrennten Streifen der Höhe h, zwischen denen ein Graben oder Spalt der Breite wg liegt, wobei das Verhältnis h/wg große Werte annehmen kann. Mit dem hier gezeigten Beispiel lassen sich Aspektverhältnisse von mehr als 5 oder – abhängig vom Verfahren – sogar mehr als 20 erzielen.d) waveguide sections with the in 9d) The core cross-section shown as an example again run parallel to the <112> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They consist of two separate strips of height h, between which there is a trench or gap of width w g , whereby the ratio h / w g can assume large values. With the example shown here, aspect ratios of more than 5 or, depending on the method, even more than 20 can be achieved.

Beide Seitenwände des Spaltes sind stabile Ebenen des Kristallgitters, stehen senkrecht auf der Waferebene und sind nahezu exakt parallel. Mit trockenchemischen Verfahren wäre es zumindest extrem schwierig und aufwändig, Gräben mit ähnlich hohem Verhältnis von Tiefe zu Breite (h/wg) und vergleichbarer Präzision zu erreichen.Both side walls of the gap are stable planes of the crystal lattice, are perpendicular to the wafer plane and are almost exactly parallel. With dry chemical processes, it would be at least extremely difficult and expensive to achieve trenches with a similarly high ratio of depth to width (h / w g ) and comparable precision.

Die Herstellung dieser Struktur erfolgt nach dem unter 9a/b) beschriebenen Verfahren. Die Kristallorientierungen der einzelnen Seitenwände können 9a/b) und der dazugehörigen Beschreibung entnommen werden.

  • e) Wellenleiterabschnitte mit dem in 9e) gezeigten Kernquerschnitt verlaufen wiederum parallel zu in der Waferebene liegenden <112>-Richtungen des Kristallgitters. Sie bestehen aus zwei voneinander getrennten Streifen der Höhe h1, zwischen denen ein Spalt der Breite wg liegt, wobei das Verhältnis h1/wg große Werte annehmen kann. Dies Streifen weisen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, besitzen aber im Gegensatz zu der unter d) beschriebenen Struktur einen äußeren Sockelbereich 5 der Höhe oder Dicke h2, in dem das Material der Bauteilschicht nicht vollständig entfernt wurde. Die Herstellung ist für die Schritte 1 und 2 mit dem unter a/b) beschriebenen Verfahren identisch. Dann erfolgt ein zweistufiger kristallographisch-anisotroper Ätzprozess, bei dem die Bauteilschicht teilweise ganz, teilweise aber nur bis auf den Sockel der Höhe h2 entfernt wird. Die Herstellung umfasst dann beispielsweise die folgenden Schritte:
The preparation of this structure is carried out under the 9a / b). The crystal orientations of the individual sidewalls can 9a / b) and the corresponding description.
  • e) waveguide sections with the in 9e) shown core cross section in turn run parallel to lying in the wafer plane <112> directions of the crystal lattice. They consist of two separate strips of height h 1 , between which there is a gap of width w g , wherein the ratio h 1 / w g can assume large values. These strips have a substantially rectangular cross-section, but in contrast to the structure described under d) have an outer base region 5 the height or thickness h 2 in which the material of the device layer has not been completely removed. The preparation is identical for steps 1 and 2 with the process described under a / b). Then a two-step crystallographic-anisotropic etch Process in which the component layer is partially completely, but only partially removed to the base of the height h 2 . The manufacture then includes, for example, the following steps:

Schritt 1: siehe unter a/b)step 1: see under a / b)

Schritt 2: siehe unter a/b)step 2: see under a / b)

Schritt 3: Die Struktur wird nachfolgend kristallographisch-anisotrop geätzt, bis von der Bauteilschicht nur noch ein Sockel der Dicke h2 übrig ist. Dann wird der Sockelbereich teilweise mit einer Maske überdeckt. In den ungeschützten Bereichen, insbesondere in den Gräben zwischen den Wellenleiterrippen wird in einem weiteren kristallographisch-anisotropen Ätzprozess das restliche Material der Bauteilschicht entfernt. Beide Seitenwände des Wellenleiters bzw. des Grabens sind nun stabile Ebenen des Kristallgitters. Sie stehen senkrecht auf der Waferebene und sind exakt parallel. Die verbleibenden Sockelbereiche 5 können dazu genutzt werden, die beiden Teile des Wellenleiterkerns 2 elektrisch zu kontaktieren.Step 3: The structure is subsequently etched crystallographically-anisotropically until only one base of the thickness h 2 remains of the component layer. Then the base area is partially covered with a mask. In the unprotected areas, in particular in the trenches between the waveguide ribs, the remaining material of the component layer is removed in a further crystallographic-anisotropic etching process. Both sidewalls of the waveguide and the trench are now stable planes of the crystal lattice. They are perpendicular to the wafer plane and are exactly parallel. The remaining pedestal areas 5 can be used to the two parts of the waveguide core 2 to contact electrically.

Schritt 4: Durch ein materialselektives Ätzverfahren können die Ätzmasken 3 entfernt werden. Ggf. wird in einem weiteren Schritt erneut eine Ätzmaske aufgebracht und die unterliegende Schicht lokal durch materialselektives Ätzen entfernt.Step 4: Through a material-selective etching process, the etching masks 3 be removed. Possibly. In a further step, an etching mask is applied again and the underlying layer is removed locally by material-selective etching.

10 zeigt ein Beispiel eines spatförmigen offenen Hohlraums, der durch sinngemäße Übertragung der für indexgeführte Wellenleiter beschriebenen Prozessschritte in einer <110>-orientierten Bauteilschicht hergestellt werden kann. Er hat die Form eines Prismas mit parallelogrammförmiger Grundfläche, die parallel zu einer {110}-Ebene des Kristallgitters ist. Das Parallelogramm weist zwei Innenwinkel von ϑ2 = 70.53° auf. Die Seitenflächen sind {111}-Ebenen und stehen senkrecht auf der Grundfläche. Hohlräume mit solchen Formen lassen sich beispielsweise durch sinngemäße Übertragung des Verfahrens herstellen, das auch zur Herstellung des in 9a) gezeigten Wellenleiter verwendet und dort bereits beschrieben wurde. 10 shows an example of a spatially-shaped open cavity, which can be produced by analogous transmission of the process steps described for index-guided waveguide in a <110> -oriented device layer. It has the shape of a parallelogram-shaped prism parallel to a {110} plane of the crystal lattice. The parallelogram has two internal angles of θ 2 = 70.53 °. The faces are {111} planes and are perpendicular to the base. Cavities with such forms can be produced, for example, by analogous transfer of the method, which is also used to produce the in 9a) used waveguide and has already been described there.

4. Strukturen in <111>-orientierten Bauteilschichten4. Structures in <111> -oriented component layers

11 zeigt Beispiele von Querschnittsgeometrien, die mit dem hier beanspruchten Verfahren bei einer <111>-orientierten Bauteilschicht im kristallorientierten Abschnitt der Wellenleiterstruktur erzielt werden können. Da es sich hier bei der Oberfläche der Bauteilschicht selbst um eine stabile Ebene des Kristallgitters handelt, wird in Schritt 2 eine Vorstrukturierung durchgeführt. Die geometrischen Eigenschaften der erzielten Wellenleiter und das jeweilige Herstellungsverfahren werden nachfolgend beschrieben.

  • a) Wellenleiterabschnitte mit dem in 11a) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Die Querschnittsgeometrie wird durch ein Parallelogramm ABCD beschrieben. Alle Seitenwände liegen in stabilen {111}-Ebenen des Kristalls. Die konvexen Eckpunkte A, B, C und D werden durch die unterliegende Substratschicht 1 bzw. die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt. Für die Winkel gilt ∠CBA = ∠ADC ≈ 109.47° und ∠BAD = ∠DCB 70.53°.
11 shows examples of cross-sectional geometries that can be achieved with the method claimed here for a <111> -oriented device layer in the crystal-oriented section of the waveguide structure. Since the surface of the component layer itself is a stable plane of the crystal lattice, pre-structuring is carried out in step 2. The geometric properties of the obtained waveguides and the respective manufacturing method will be described below.
  • a) waveguide sections with the in 11a) The core cross-section shown as an example run parallel to <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. The cross-sectional geometry is described by a parallelogram ABCD. All sidewalls lie in stable {111} planes of the crystal. The convex vertices A, B, C and D are defined by the underlying substrate layer 1 or the mask 3 protected from the attack of the etching solution. For the angles, ∠CBA = ∠ADC ≈ 109.47 ° and ∠BAD = ∠DCB 70.53 °.

Zur Herstellung dieser Struktur werden die in Abschnitt 4 beschriebenen Schritte 1–4 beispielsweise folgendermaßen ausgeführt:For the preparation of this structure, the in section 4 For example, steps 1-4 are performed as follows:

Schritt 1: Die Kanten der Ätzmasken werden im kristallorientierten Bereich parallel zu je einer in der Waferebene liegenden <110>-Richtung des Kristallgitters orientiert.step 1: The edges of the etching masks become crystal-oriented Area parallel to each lying in the wafer plane <110> direction of the crystal lattice oriented.

Schritt 2: Die Bauteilschicht wird nachfolgend in den nicht maskierten Bereichen entfernt. Dies kann durch ein trocken- oder nasschemisches anisotropes Ätzverfahren geschehen. Dadurch entstehen trapezförmige Querschnitte AB'CD' mit senkrechten, leicht nach außen oder innen geneigten Seitenwänden.step 2: The device layer is subsequently in the unmasked areas away. This can be done by a dry or wet chemical anisotropic etching process happen. This creates trapezoidal cross-sections AB'CD 'with vertical, slightly inclined outwards or inwards Sidewalls.

Schritt 3: Die Struktur wird nachfolgend kristallographisch-anisotrop geätzt. Dabei wird die Wellenleiterrippe von der Seite her so weit abgetragen bis eine stabile {111}-Ebene erreicht ist, die von oben her durch die Maske 3 und von unter her durch die unterliegende Schicht 1 geschützt wird. Diese ist um ca. 19.47° gegenüber der Vertikalen geneigt, und es ergeben sich die beschriebenen parallelogrammförmigen Querschnitte. Dabei findet eine Unterätzung der Ätzmaske 3 bei Punkt D statt.Step 3: The structure is subsequently etched crystallographically-anisotropically. The waveguide rib is removed from the side until a stable {111} plane is reached, which passes through the mask from above 3 and from below through the underlying layer 1 is protected. This is inclined by about 19.47 ° relative to the vertical, and there are the described parallelogram-shaped cross sections. There is an undercut of the etching mask 3 at point D instead.

Schritt 4: Durch ein materialselektives Ätzverfahren kann die Ätzmaske 3 entfernt werden. Ggf. wird in einem weiteren Schritt eine Ätzmaske aufgebracht und die unterliegende Substratschicht 1 lokal durch materialselektives Ätzen entfernt.

  • b) Wellenleiterabschnitte mit dem in 11b) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen parallel zu den in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Sie weisen im wesentlichen den unter a) beschriebenen parallelogrammförmigen Querschnitt ABCD auf, besitzen aber zusätzlich einen Sockelbereich 5 der Höhe h2, in dem das Material der Bauteilschicht 2 nicht vollständig entfernt wurde. Alle Seitenwände liegen in stabilen {111}-Ebenen des Kristalls; die konvexen Ecken bei D und C werden durch die Maske 3 vor dem Angriff der Ätzlösung geschützt. Die Herstellung dieser Struktur erfolgt weitgehend nach dem unter a) beschriebenen Verfahren mit dem Unterschied, dass in Schritt 2 die Bauteilschicht 2 nicht vollständig entfernt wird, sondern nur bis auf eine Sockelschicht 5 der Dicke h2. Im Gegensatz zu den in 9c) und e) gezeigten Strukturen ist die Oberfläche dieser Sockelschicht 5 in 11b) selbst eine stabile Kristallebene. Es erfolgt hier also durch den kristallographisch-anisotropen Ätzvorgang kein nennenswerter Abtrag, so dass die Ätzrate und die Ätzzeit weniger kritisch sind. Der Sockel 5 kann beispielsweise dazu genutzt werden, den Wellenleiterkern elektrisch zu kontaktieren.
  • c) Wellenleiterabschnitte mit dem in 11c) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen wiederum parallel zu den in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Sie bestehen aus zwei voneinander getrennten Streifen der Höhe h, zwischen denen ein Spalt der Breite wg liegt, wobei das Verhältnis h/wg große Werte annehmen kann. Beide Seitenwände des Spaltes sind stabile Ebenen des Kristallgitters, sind um ca. 19.47° gegenüber der Vertikalen geneigt und sind exakt parallel. Eine solche Struktur kann mit vergleichbarer Präzision mit trockenchemischen Verfahren nicht erzeugt werden. Die Herstellung dieser Struktur erfolgt nach dem unter a) beschriebenen Verfahren. Die Kristallorientierungen der einzelnen Seitenwände und die Winkel des parallelogrammförmigen Querschnittes können 11a) und der dazugehörigen Beschreibung entnommen werden.
  • d) Wellenleiterabschnitte mit dem in 11d) beispielhaft gezeigten Kernquerschnitt verlaufen wiederum parallel zu in der Waferebene liegenden <110>-Richtungen des Kristallgitters. Sie bestehen aus zwei voneinander getrennten Streifen der Höhe h1, zwischen denen ein Spalt der Breite wg liegt, wobei das Verhältnis h2/wg große Werte annehmen kann. Diese Streifen den unter a) beschriebenen parallelogrammförmigen Querschnitt auf, besitzen aber im Gegensatz zu der unter c) beschriebenen Struktur einen Sockel 5 der Dicke h2, in dem das Material der Bauteilschicht 2 nicht vollständig entfernt wurde.
Step 4: Through a material-selective etching process, the etching mask 3 be removed. Possibly. In an additional step, an etching mask is applied and the underlying substrate layer 1 locally removed by material selective etching.
  • b) waveguide sections with the in 11b) The core cross-section shown by way of example runs parallel to the <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They essentially have the parallelogram-shaped cross-section ABCD described under a), but additionally have a base region 5 the height h 2 , in which the material of the component layer 2 was not completely removed. All sidewalls lie in stable {111} planes of the crystal; the convex corners at D and C are going through the mask 3 protected from the attack of the etching solution. The preparation of this structure is carried out largely according to the method described under a) the difference is that in step 2 the component layer 2 not completely removed, but only up to a base layer 5 the thickness h 2 . Unlike the in 9c) and e) shown structures is the surface of this base layer 5 in 11b) even a stable crystal plane. Thus, no appreciable removal takes place here by the crystallographic-anisotropic etching process, so that the etching rate and the etching time are less critical. The base 5 For example, it can be used to electrically contact the waveguide core.
  • c) waveguide sections with the in 11c) The core cross-section shown as an example again run parallel to the <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They consist of two separate strips of height h, between which there is a gap of width w g , whereby the ratio h / w g can assume large values. Both side walls of the gap are stable planes of the crystal lattice, are inclined at about 19.47 ° to the vertical and are exactly parallel. Such a structure can not be produced with comparable precision by dry chemical methods. The preparation of this structure is carried out according to the method described under a). The crystal orientations of the individual side walls and the angles of the parallelogram-shaped cross section can 11a) and the associated description.
  • d) waveguide sections with the in 11d) The core cross-section shown by way of example in turn extend parallel to <110> directions of the crystal lattice lying in the wafer plane. They consist of two separate strips of height h 1 , between which there is a gap of width w g , whereby the ratio h 2 / w g can assume large values. These strips have the parallelogram-shaped cross-section described under a), but have a base, in contrast to the structure described under c) 5 the thickness h 2 , in which the material of the component layer 2 was not completely removed.

Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren weicht für Schritt 2 von dem unter a) beschriebenen Verfahren ab:One exemplary manufacturing process gives way for step 2 from the method described under a):

Schritt 1: siehe unter a)step 1: see under a)

Schritt 2: Das einkristalline Material in den nicht maskierten Bereichen wird teilweise entfernt, bis von der Bauteilschicht 2 nur noch ein Sockel der Dicke h2 übrig ist. Dies kann durch ein trockenchemisches anisotropes Ätzverfahren geschehen. Dadurch entstehen näherungsweise trapezförmige Querschnitte mit senkrechten, leicht nach außen oder innen geneigten Seitenwänden.Step 2: The monocrystalline material in the unmasked areas is partially removed until from the device layer 2 only one base of thickness h 2 is left. This can be done by a dry chemical anisotropic etching process. This results in approximately trapezoidal cross sections with vertical, slightly outwardly or inwardly inclined side walls.

Schritt 3: Zunächst wird ein kristallographisch-anisotropes Ätzverfahren angewandt, mit dem zwei Rippen ähnlich zur in 11b) gezeigten Struktur erzeugt werden. Dann wird der Sockelbereich 5 mit einer Maske überdeckt, die den Graben zwischen den Wellenleiterrippen freilässt. In den ungeschützten Bereichen wird durch einen nicht kristallographisch-anisotropen Ätzvorgang das restliche Material der Bauteilschicht 2 entfernt. Ein weiterer kristallographisch-anisotroper Ätzvorgang ergibt schließlich den gezeigten Querschnitt.Step 3: First, a crystallographic-anisotropic etching process is employed, with two ribs similar to those in FIG 11b) shown structure are generated. Then the pedestal area 5 covered with a mask that leaves the ditch between the waveguide ribs. In the unprotected areas, the residual material of the device layer is formed by a non-crystallographic anisotropic etching process 2 away. Another crystallographic-anisotropic etching finally gives the cross section shown.

Schritt 4: siehe unter a)
Die verbleibenden Sockelbereiche 5 können beispielsweise dazu genutzt werden, die beiden Teile des Wellenleiterkerns elektrisch zu kontaktieren.
Step 4: see under a)
The remaining pedestal areas 5 For example, they can be used to electrically contact the two parts of the waveguide core.

12 zeigt ein Beispiel eines offenen Hohlraums, der durch sinngemäße Übertragung der für indexgeführte Wellenleiter beschriebenen Prozessschritte in einer <111>-orientierten Bauteilschicht 2 hergestellt werden kann. Die Grundflächen solcher Hohlräume sind drei- bis sechseckige Polygone, deren Innenwinkel ca. 60° und/oder ca. 120° betragen können. Dasselbe gilt für die Deckfläche. Sie sind beide parallel zu einer {111}-Ebene des Kristallgitters. Die Seitenflächen sind {111}-Ebenen und schließen mit der Grund- bzw. Deckfläche Winkel von ϑ3 = 70.53° ein. Hohlräume mit solchen Formen lassen sich beispielsweise durch sinngemäße Übertragung des Verfahrens herstellen, das auch zur Herstellung des in 11a) gezeigten Wellenleiter verwendet und dort bereits beschrieben wurde. Da die Oberfläche der Bauteilschicht selbst eine stabile Ebene des Kristallgitters ist, ist in Schritt 2 ein trocken- oder nasschemischer anisotroper Ätzschritt notwendig, um den Hohlraum vorzuformen. Das kristallographisch-anisotrope Ätzverfahren führt dann, wie in 12 angedeutet, zu einer Unterätzung der Maske 3 an bestimmten Kanten. 12 FIG. 4 shows an example of an open cavity formed by analogously transferring the process steps described for index-guided waveguides to a <111> -oriented device layer 2 can be produced. The bases of such cavities are three- to six-sided polygons whose internal angle can be about 60 ° and / or about 120 °. The same applies to the top surface. They are both parallel to a {111} plane of the crystal lattice. The side surfaces are {111} planes and enclose angles of θ 3 = 70.53 ° with the top and bottom surfaces. Cavities with such forms can be produced, for example, by analogous transfer of the method, which is also used to produce the in 11a) used waveguide and has already been described there. Since the surface of the device layer itself is a stable plane of the crystal lattice, in step 2 a dry or wet chemical anisotropic etch step is necessary to pre-mold the cavity. The crystallographic-anisotropic etching process then performs as in 12 indicated to undercut the mask 3 on certain edges.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für <100>, <110> und <111>-orientierte Bauteilschichten exemplarischen Charakter haben und keinen Anspruch auf Vollständigkeit erheben. Durch eine geeignete Variation der beschriebenen Prozessschritte lassen sich weitere Strukturen mit Formen erzeugen, die in den 6 bis 12 nicht gezeigt sind. Wie ersichtlich ist das Verfahren insbesondere auch zur Herstellung von Hohlräumen und photonischen Kristallen als solchen geeignet.It is obvious to the person skilled in the art that the embodiments described above are exemplary for <100>, <110> and <111> -oriented component layers and do not claim to be complete. By a suitable variation of the described process steps, further structures can be produced with shapes that are incorporated into the 6 to 12 not shown. As can be seen, the method is particularly suitable for the production of cavities and photonic crystals as such.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - US 2005/0013575 A1 [0008, 0010, 0010] US 2005/0013575 A1 [0008, 0010, 0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Joannopoulos, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton University Press, ISBN: 0-691-03744-2, Jul. 1995) [0003] Joannopoulos, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton University Press, ISBN: 0-691-03744-2, Jul. 1995) [0003]
  • - Almeida et al., Guiding and Confining light in void nanostructure, Opt. Lett. 29 (11), S. 1211ff, 2004 [0004] Almeida et al., Guiding and confining light in void nanostructure, Opt. Lett. 29 (11), p. 1211ff, 2004 [0004]
  • - Seidel et al., Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions, J. Electrochem. Soc. 137 (11), S. 3612ff, 1990 [0010] Seidel et al., Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions, J. Electrochem. Soc. 137 (11), p. 3612ff, 1990 [0010]
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Claims (59)

Mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Bauelementen mit einer optischen Wellenleiterstruktur (30, 130) von nicht ausschließlich einfach zylindrischer Form und mit zumindest abschnittsweise präzise definierten Seitenflächen (72a, 72b, 74a, 74b) unter Verwendung eines kritallographisch-anisotropen Ätzverfahrens, mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellen eines mehrschichtigen Substrats mit einer mechanisch stabilen Trägerschicht (1) und einer einkristallinen Schicht (2) aus einem hochbrechenden Material, wobei die einkristalline Schicht (2) als Bauteilschicht für die nachfolgende Strukturierung der Wellenleiterstruktur (30, 130) dient, (b) Unterteilen der einkristallinen Bauteilschicht in zumindest einen ersten Bereich (10a, 10b) für einen kristallorientierten oder nicht-kristallorientierten ersten Abschnitt der Wellenleiterstruktur (30, 130) und zumindest einen zweiten Bereich (11a, 11b, 11c) für einen kristallorientierten zweiten Abschnitt der Wellenleiterstruktur (30, 130), (c) Strukturieren der einkristallinen Bauteilschicht (2) in einem ersten Ätzschritt mittels einer zumindest auf dem ersten Bereich (10a, 10b) der einkristallinen Bauteilschicht (2) aufgebrachten strukturierten Ätzmaske (3), wobei in dem ersten Ätzschritt zumindest der erste Abschnitt der Wellenleiterstruktur in dem ersten Bereich (10a, 10b) aus der einkristallinen Bauteilschicht (2) erzeugt wird, (d) Strukturieren der einkristallinen Bauteilschicht (2) in einem zweiten Ätzschritt mittels einer zumindest auf dem zweiten Bereich (11a, 11b, 11c) der einkristallinen Bauteilschicht (2) aufgebrachten strukturierten Ätzmaske (3), wobei in dem zweiten Ätzschritt der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur in dem zweiten Bereich (11a, 11b, 11c) aus der einkristallinen Bauteilschicht (2) erzeugt wird, wobei in dem zweiten Ätzschritt ein kristallographisch-anisotropes Ätzverfahren angewendet wird, mittels dem in dem zweiten Bereich (11a, 11b, 11c) kristallorientiert parallel zu stabilen Ebenen des Kristalls verlaufende Seitenflächen (72a, 72b, 74a, 74b) des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur geformt werden, wobei in dem ersten Ätzschritt (86a, 86b, 94a, 94b, 182a, 182b, 194a, 194b) zumindest eine Seitenfläche des ersten Wellenleiterabschnitts derart erzeugt wird, dass sie zu keiner der kristallorientierten Seitenflächen des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur parallel verläuft.Multi-stage process for the production of components with an optical waveguide structure ( 30 . 130 ) of not exclusively simple cylindrical shape and with at least partially precisely defined side surfaces ( 72a . 72b . 74a . 74b using a crystallographic-anisotropic etching method, comprising the following steps: (a) providing a multilayer substrate with a mechanically stable carrier layer ( 1 ) and a monocrystalline layer ( 2 ) of a high refractive index material, wherein the monocrystalline layer ( 2 ) as a component layer for the subsequent structuring of the waveguide structure ( 30 . 130 ), (b) dividing the monocrystalline component layer into at least a first region ( 10a . 10b ) for a crystal-oriented or non-crystal-oriented first section of the waveguide structure ( 30 . 130 ) and at least a second area ( 11a . 11b . 11c ) for a crystal-oriented second section of the waveguide structure ( 30 . 130 ), (c) structuring the monocrystalline component layer ( 2 ) in a first etching step by means of at least on the first region ( 10a . 10b ) of the monocrystalline component layer ( 2 ) applied structured etching mask ( 3 In the first etching step, at least the first section of the waveguide structure in the first region (FIG. 10a . 10b ) from the monocrystalline component layer ( 2 ), (d) structuring the monocrystalline component layer ( 2 ) in a second etching step by means of at least on the second region ( 11a . 11b . 11c ) of the monocrystalline component layer ( 2 ) applied structured etching mask ( 3 In the second etching step, the second section of the waveguide structure in the second region (FIG. 11a . 11b . 11c ) from the monocrystalline component layer ( 2 ), wherein in the second etching step a crystallographic-anisotropic etching method is applied, by means of which in the second area ( 11a . 11b . 11c ) crystal-oriented side surfaces running parallel to stable planes of the crystal ( 72a . 72b . 74a . 74b ) of the second section of the waveguide structure, wherein in the first etching step ( 86a . 86b . 94a . 94b . 182a . 182b . 194a . 194b ) at least one side surface of the first waveguide section is generated such that it does not extend parallel to any of the crystal-oriented side surfaces of the second section of the waveguide structure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Ätzschrittes der erste Bereich (10a, 10b) mittels einer Schutzmaske (8) abgedeckt ist, um ein Ätzen der Bauteilschicht (2) in dem ersten Bereich zu verhindern.Method according to claim 1, characterized in that during the second etching step the first region ( 10a . 10b ) by means of a protective mask ( 8th ) to etch the device layer ( 2 ) in the first area. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Ätzmaske (3) für den ersten und zweiten Bereich in einem Schritt aufgebracht wird und die Schutzmaske (8) für den ersten Bereich nach der strukturierten Ätzmaske (3) aufgebracht wird und der erste Bereich (10a, 10b) einschließlich der strukturierten Ätzmaske (3) in dem ersten Bereich während des zweiten Ätzschrittes durch die Schutzmaske (8) ätzresistent abgedeckt wird.Method according to claim 2, characterized in that the structured etching mask ( 3 ) is applied for the first and second area in one step and the protective mask ( 8th ) for the first area after the patterned etch mask ( 3 ) and the first area ( 10a . 10b ) including the structured etching mask ( 3 ) in the first region during the second etching step through the protective mask ( 8th ) is etched resistant. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Ätzschrittes der zweite Bereich (11a, 11b, 11c) mittels einer Schutzmaske (7) abgedeckt ist, um ein Ätzen der Bauteilschicht in dem zweiten Bereich zu verhindern.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the first etching step the second region ( 11a . 11b . 11c ) by means of a protective mask ( 7 ) to prevent etching of the device layer in the second region. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Ätzmaske (3) für den ersten und zweiten Bereich in einem Schritt aufgebracht wird und die Schutzmaske (7) für den zweiten Bereich nach der strukturierten Ätzmaske (3) aufgebracht wird und der zweite Bereich (11a, 11b, 11c) einschließlich der strukturierten Ätzmaske (3) in dem zweiten Bereich während des ersten Ätzschrittes durch die Schutzmaske (7) ätzresistent abgedeckt wird.Method according to claim 4, characterized in that the structured etching mask ( 3 ) is applied for the first and second area in one step and the protective mask ( 7 ) for the second area after the patterned etch mask ( 3 ) and the second area ( 11a . 11b . 11c ) including the structured etching mask ( 3 ) in the second region during the first etching step through the protective mask ( 7 ) is etched resistant. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden: Aufbringen der strukturierten Ätzmaske (3) in dem ersten und zweiten Bereich (10a, 10b, 11a, 11b, 11c), nachfolgend Abdecken des zweiten Bereichs (11a, 11b, 11c) mit einer Schutzmaske (7), nachfolgend Ätzen des ersten Bereichs (10a, 10b) mittels der strukturierten Ätzmaske (3) in dem ersten Ätzschritt zur Erzeugung des ersten Abschnitts der Wellenleiterstruktur, wobei der zweite Bereich mittels der Schutzmaske (7) ätzresistent geschützt ist, nachfolgend Entfernen der Schutzmaske (7) in dem zweiten Bereich und Abdecken des ersten Bereichs mit einer Schutzmaske (8), nachfolgend kristallographisch-anisotropes Ätzen des zweiten Bereichs (11a, 11b, 11c) mittels der strukturierten Ätzmaske (3) in dem zweiten Ätzschritt zur Erzeugung des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur, nachfolgend Entfernen der Schutzmaske (8) und gegebenenfalls der strukturierten Ätzmaske (3).Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the following steps are carried out in the following order: application of the structured etching mask ( 3 ) in the first and second areas ( 10a . 10b . 11a . 11b . 11c ), subsequently covering the second area ( 11a . 11b . 11c ) with a protective mask ( 7 ), subsequently etching the first region ( 10a . 10b ) by means of the structured etching mask ( 3 ) in the first etching step for producing the first portion of the waveguide structure, the second region being formed by means of the protective mask (FIG. 7 ) etch-resistant, subsequently removing the protective mask ( 7 ) in the second area and covering the first area with a protective mask ( 8th ), followed by crystallographic anisotropic etching of the second region ( 11a . 11b . 11c ) by means of the structured etching mask ( 3 in the second etching step for producing the second section of the waveguide structure, subsequently removing the protective mask ( 8th ) and optionally the structured etching mask ( 3 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden: Aufbringen der strukturierten Ätzmaske (3) in dem ersten und zweiten Bereich (10a, 10b, 11a, 11b, 11c), nachfolgend Ätzen des ersten und zweiten Bereichs mittels der strukturierten Ätzmaske (3) in dem ersten Ätzschritt zur Erzeugung des ersten Abschnitts und zur Vorformumg des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur, nachfolgend Abdecken des ersten Bereichs (10a, 10b) mit einer Schutzmaske (8), nachfolgend kristallographisch-anisotropes Ätzen des zweiten Bereichs (11a, 11b, 11c) mit dem zweiten Ätzschritt zur Erzeugung des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur mit zumindest einer Seitenfläche (72a, 72b, 74a, 74b), die kristallorientiert parallel zu einer stabilen Kristallebene ist und nachfolgend Entfernen der Schutzmaske (8) und gegebenenfalls der strukturierten Ätzmaske (3).Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the following steps are carried out in the following order: application of the structured etching mask ( 3 ) in the first and second areas ( 10a . 10b . 11a . 11b . 11c ), subsequently etching the first and second regions by means of the structured etching mask (US Pat. 3 ) in the first etching step for producing the first portion and for preforming the second portion of the waveguide structure, subsequently covering the first area (FIG. 10a . 10b ) with a protective mask ( 8th ), followed by crystallographic anisotropic etching of the second region ( 11a . 11b . 11c ) with the second etching step for producing the second section of the waveguide structure having at least one side surface ( 72a . 72b . 74a . 74b ) which is crystal-oriented parallel to a stable crystal plane and subsequently removing the protective mask ( 8th ) and optionally the structured etching mask ( 3 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Ätzschritt und dem ersten Bereich (10a, 10b) die Wellenleiterstruktur in Form eines Wellenleiterkerns (82, 84, 86, 94, 92, 96, 182, 194) als optische Zuleitung oder als optische Verbindung für den zweiten Bereich (116) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first etching step and the first region ( 10a . 10b ) the waveguide structure in the form of a waveguide core ( 82 . 84 . 86 . 94 . 92 . 96 . 182 . 194 ) as an optical lead or as an optical connection for the second region ( 116 ) is produced. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Ätzschritt der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur in Form eines zylindrischen Wellenleiterkerns (42, 44, 52, 54, 60, 70, 140) und mit einem polygonförmigen Querschnitt geformt wird, wobei mindestens eine der im zweiten Ätzschritt erzeugten Seitenwände (72a, 72b, 74a, 74b) des Wellenleiterkerns (60, 70) parallel zu einer stabilen Kristallebene der Bauteilschicht (2) verläuft.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second etching step the second portion of the waveguide structure in the form of a cylindrical waveguide core ( 42 . 44 . 52 . 54 . 60 . 70 . 140 ) and formed with a polygonal cross-section, wherein at least one of the side walls (2) produced in the second etching step ( 72a . 72b . 74a . 74b ) of the waveguide core ( 60 . 70 ) parallel to a stable crystal plane of the device layer ( 2 ) runs. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt der Wellenleiterstruktur einen Wellenleiterkern (84, 86, 94, 96, 182, 194) umfasst, welcher mit einer in Ausbreitungsrichtung gleichbleibenden Querschnittsform (84, 86, 94, 96) erzeugt wird, die von der Querschnittsform des zylindrischen polygonförmigen Wellenleiterkerns (60, 70) in dem zweiten Abschnitt abweicht, oder in eine Richtung (84, 86, 94, 96) verläuft, die von der Richtung des zylindrischen Wellenleiterkerns (60, 70) in dem zweiten Abschnitt abweicht, oder entlang der Ausbreitungsrichtung eine gekrümmte Kurve (84, 86, 94, 96, 194) beschreibt oder seine Richtung stufenweise oder abrupt ändert, oder seinen Querschnitt in Ausbreitungsrichtung kontinuierlich (182), stufenweise oder abrupt ändert.Method according to claim 9, characterized in that the first section of the waveguide structure comprises a waveguide core ( 84 . 86 . 94 . 96 . 182 . 194 ), which has a uniform cross-sectional shape in the direction of propagation ( 84 . 86 . 94 . 96 ) generated by the cross-sectional shape of the cylindrical polygonal waveguide core ( 60 . 70 ) in the second section, or in one direction ( 84 . 86 . 94 . 96 ) extending from the direction of the cylindrical waveguide core ( 60 . 70 ) deviates in the second section, or along the propagation direction a curved curve ( 84 . 86 . 94 . 96 . 194 ) or changes its direction stepwise or abruptly, or its cross section in propagation direction continuously ( 182 ), gradually or abruptly changes. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur einen nach oben offenen Graben (66, 76) umfasst, wobei der Graben einen polygonförmigen Querschnitt aufweist und zumindest eine Seitenwand (72b, 74a) des Grabens parallel zu einer stabilen Kristallebene der Bauteilschicht (2) verläuft.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second section of the waveguide structure has an upwardly open trench (FIG. 66 . 76 ), wherein the trench has a polygonal cross-section and at least one side wall ( 72b . 74a ) of the trench parallel to a stable crystal plane of the device layer ( 2 ) runs. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur in Form eines mehrteiligen Wellenleiterkerns (60, 70) mit zumindest einem ersten und zweiten Kernstreifen (62, 64, 72, 74) erzeugt wird, wobei der nach oben offene Graben (66, 76) zwischen den Kernstreifen angeordnet ist.A method according to claim 11, characterized in that the second portion of the waveguide structure in the form of a multi-part waveguide core ( 60 . 70 ) having at least a first and a second core strip ( 62 . 64 . 72 . 74 ), wherein the upwardly open trench ( 66 . 76 ) is arranged between the core strips. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur eine Vielzahl von entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichts angeordnete polyederförmige Hohlräume (160) in der einkristallinen Bauteilschicht (2) umfasst, wobei mindestens eine Seitenfläche der Hohlräume parallel zu einer stabilen Kristallebene des einkristallinen Materials verläuft.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second section of the waveguide structure has a plurality of polyhedron-shaped cavities arranged along the propagation direction of the light ( 160 ) in the monocrystalline component layer ( 2 ), wherein at least one side surface of the cavities is parallel to a stable crystal plane of the monocrystalline material. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten Ätzschritt ein nicht-kristallographisch-anisotropes Ätzverfahren verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the first etching step used a non-crystallographic-anisotropic etching process becomes. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen der Wellenleiterstruktur (30, 130) ein niedrigbrechendes Umgebungsmaterial um die Wellenleiterstruktur zumindest in dem zweiten Bereich (11a, 11b, 11c) auf das Bauelement aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the generation of the waveguide structure ( 30 . 130 ) a low-refraction surrounding material around the waveguide structure at least in the second region ( 11a . 11b . 11c ) is applied to the device. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Strukturieren des zweiten Abschnitts der Wellenleiterstruktur eine von der Oberfläche her erfolgende und mit zunehmender Zeitdauer in die Tiefe vordringende chemische Reaktion stattfindet, derart dass diese Reaktion dazu führt, dass ursprünglich zusammenhängende Bereiche des Materials der Bauteilschicht in isolierte Teilbereiche zerfallen, die durch die Reaktionsprodukte (4) voneinander getrennt sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the structuring of the second portion of the waveguide structure, a chemical reaction takes place from the surface and penetrates with increasing duration so that this reaction leads to originally contiguous areas of the material decompose the component layer into isolated subregions, which are separated by the reaction products ( 4 ) are separated from each other. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsprodukte (4) durch einen materialselektiven Ätzprozess entfernt werden und dadurch im Material der einkristallinen Bauteilschicht isolierte Teilbereiche entstehen oder Teile des Materials der einkristallinen Bauteilschicht mechanisch abgetrennt werden.Process according to claim 16, characterized in that the reaction products ( 4 ) are removed by a material-selective etching process and thereby in the material of the monocrystalline component layer isolated portions arise or parts of the material of the monocrystalline component layer are mechanically separated. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Oberfläche her erfolgende und mit zunehmender Zeitdauer in die Tiefe vordringende chemische Reaktion eine Oxidation des einkristallinen Materials umfasst.Method according to claim 16 or 17, characterized that which takes place from the surface and with increasing Depth of time penetrating chemical reaction an oxidation of the single crystal material. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterstruktur in dem zweiten Abschnitt einen ein- oder mehrteiligen Wellenleiterkern umfasst und das Material der Bauteilschicht in mindestens einem an den Wellenleiterkern angrenzenden Bereich nicht vollständig entfernt wird und dort ein mit dem Wellenleiterkern verbundener Sockelbereich (5) verbleibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide structure in the second section comprises a single- or multi-part waveguide core and the material of the device layer in at least one the waveguide core adjacent area is not completely removed and there is connected to the waveguide core pedestal area ( 5 ) remains. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einkristalline Bauteilschicht ein Diamant- oder Zinkblendegitter besitzt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the monocrystalline component layer a Diamond or zinc blende has. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kristallopgraphisch-anisotropes Ätzverfahren verwendet wird, bei dem die stabilen Kristallebenen {111}-Ebenen sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a crystallographic anisotropic etching process is used in which the stable crystal planes {111} planes are. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einkristalline Siliziumschicht als Bauteilschicht (2) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a monocrystalline silicon layer as a component layer ( 2 ) is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das kristallographisch-anisotrope Ätzverfahren ein flüssiges Ätzmittel verwendet wird, welches OH-Ionen in wässriger Lösung enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the crystallographic-anisotropic etching method, a liquid etchant is used which contains OH - ions in aqueous solution. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kristallographische <100>-Richtung der Bauteilschicht (2) senkrecht zur Substratebene orientiert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a crystallographic <100> direction of the component layer ( 2 ) is oriented perpendicular to the substrate plane. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich ein Wellenleiterkern (72a, 72b, 74a, 74b) strukturiert wird, dessen Seitenwände mit der Substratebene einen Winkel von etwa 54.74° einschließen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second region a waveguide core ( 72a . 72b . 74a . 74b ), whose sidewalls enclose an angle of about 54.74 ° with the plane of the substrate. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine kristallographische <110>-Richtung der Bauteilschicht (2) senkrecht zur Substratebene orientiert ist.Method according to one of claims 1 to 23, characterized in that a crystallographic <110> direction of the component layer ( 2 ) is oriented perpendicular to the substrate plane. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich ein Wellenleiterkern (60, 70) strukturiert wird, dessen Seitenwände senkrecht zur Substratebene verlaufen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second region a waveguide core ( 60 . 70 ) is structured, whose side walls are perpendicular to the substrate plane. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine kristallographische <111>-Richtung der Bauteilschicht senkrecht zur Substratebene orientiert ist.Method according to one of claims 1 to 23, characterized in that a crystallographic <111> direction of the device layer oriented perpendicular to the substrate plane. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich ein Wellenleiterkern (60, 70) strukturiert wird, dessen Seitenwände mit der Substratebene einen Winkel von etwa 70.53° einschließen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second region a waveguide core ( 60 . 70 ), whose sidewalls enclose an angle of about 70.53 ° with the plane of the substrate. Optisches Wellenleiter-Bauelement mit einer auf einem Trägersubstrat (1) aufgebrachten hochbrechenden Wellenleiterstruktur (30, 130) aus einkristallinem Material (2) und von nicht ausschließlich einfach zylindrischer Form mit zumindest abschnittsweise präzise definierten Seitenflächen (72a, 72b, 74a, 74b), wobei die Wellenleiterstruktur (30, 130) in zumindest einen kristallorientierten oder nicht-kristallorientierten ersten Abschnitt (10a, 10b) und einen kristallorientierten zweiten Abschnitt (11a, 11b, 11c) unterteilt ist und sich die Wellenleiterstruktur in dem ersten und zweiten Abschnitt entlang der Oberfläche des Trägersubstrats (1) zur Lichtführung durch den ersten und zweiten Abschnitt erstreckt, wobei zumindest eine Seitenfläche (72a, 72b, 74a, 74b) der Wellenleiterstruktur in dem zweiten Abschnitt (11a, 11b, 11c) kristallorientiert parallel zu einer stabilen Kristallebene ist, und zumindest eine Seitenfläche (86a, 86b, 94a, 94b, 182a, 182b) der Wellenleiterstruktur in dem ersten Abschnitt (10a, 10b) zu keiner der kristallorientierten Seitenflächen (72a, 72b, 74a, 74b) der Wellenleiterstruktur in dem zweiten Abschnitts (11a, 11b, 11c) parallel ist.Optical waveguide device with one on a carrier substrate ( 1 ) applied highly refractive waveguide structure ( 30 . 130 ) of monocrystalline material ( 2 ) and of not exclusively simple cylindrical shape with at least partially precisely defined side surfaces ( 72a . 72b . 74a . 74b ), wherein the waveguide structure ( 30 . 130 ) in at least one crystal-oriented or non-crystal-oriented first section ( 10a . 10b ) and a crystal-oriented second section ( 11a . 11b . 11c) is divided and the waveguide structure in the first and second sections along the surface of the carrier substrate ( 1 ) for guiding light through the first and second sections, wherein at least one side surface ( 72a . 72b . 74a . 74b ) of the waveguide structure in the second section ( 11a . 11b . 11c ) is crystal-oriented parallel to a stable crystal plane, and at least one side surface ( 86a . 86b . 94a . 94b . 182a . 182b ) of the waveguide structure in the first section ( 10a . 10b ) to none of the crystal-oriented side surfaces ( 72a . 72b . 74a . 74b ) of the waveguide structure in the second section ( 11a . 11b . 11c ) is parallel. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterstruktur in dem ersten Abschnitt als optische Zuleitung (82, 84, 86, 92, 94, 96, 182, 194) oder Verbindung für den zweiten Abschnitt (11a, 11b, 11c) dient.Optical waveguide component according to claim 30, characterized in that the waveguide structure in the first section as an optical lead ( 82 . 84 . 86 . 92 . 94 . 96 . 182 . 194 ) or connection for the second section ( 11a . 11b . 11c ) serves. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterstruktur (30, 130) in dem zweiten Abschnitt einen Wellenleiterkern umfasst, welcher eine zylindrische Form mit einem polygonförmigen Querschnitt aufweist, wobei mindestens eine der Seitenwände (72a, 72b, 74a, 74b) des Wellenleiterkerns parallel zu einer stabilen Kristallebene der Bauteilschicht verläuft.Optical waveguide component according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide structure ( 30 . 130 ) in the second portion comprises a waveguide core having a cylindrical shape with a polygonal cross-section, wherein at least one of the side walls ( 72a . 72b . 74a . 74b ) of the waveguide core is parallel to a stable crystal plane of the device layer. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterkern in dem ersten Abschnitt (10a, 10b) eine andere Querschnittsform als in dem zweiten (11a, 11b, 11c) Abschnitt aufweist oder zumindest stückweise in eine andere Richtung (84, 86, 94, 96, 194) als in dem zweiten Abschnitt verläuft oder sich verjüngt (182) oder verbreitert oder der Wellenleiterkern in dem ersten Abschnitt entlang der Ausbreitung des Lichts eine Kurve (84, 86, 94, 96, 194) beschreibt.Optical waveguide device according to claim 31 or 32, characterized in that the waveguide core in the first section ( 10a . 10b ) a different cross-sectional shape than in the second ( 11a . 11b . 11c ) Section or at least piecewise in another direction ( 84 . 86 . 94 . 96 . 194 ) than in the second section or tapers ( 182 ) or the waveguide core in the first section along the propagation of the light a curve ( 84 . 86 . 94 . 96 . 194 ) describes. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen der Wellenleiterstruktur (30, 130) in dem zweiten Abschnitt eine durch die Lage der stabilen Kristallebenen definierte Neigung zur Substratoberfläche aufweisen.Optical waveguide component according to one of the preceding claims, characterized in that the side surfaces of the waveguide structure ( 30 . 130 ) in the second section one characterized by the location of the stable crystal planes defined inclination to the substrate surface. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterstruktur (30, 130) zumindest in dem zweiten Bereich von niedrigbrechendem Umgebungsmaterial umgeben ist.Optical waveguide component according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide structure ( 30 . 130 ) is surrounded at least in the second region of low-refractive environment material. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrigbrechende Umgebungsmaterial, ein elektro-optisches Material ist, welches mit dem durch die Wellenleiterstruktur (30, 130) geführten Licht in Wechselwirkung tritt.Optical waveguide device according to Claim 35, characterized in that the low-index surrounding material is an electro-optical material which is in line with the waveguide structure (10). 30 . 130 ) guided light interacts. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrigbrechende Umgebungsmaterial spezielle Gläser, insbesondere Bleigläser, Halogenid- oder Chalkogenidgläser, Telluroxid-haltige Gläser, Bismutoxid-haltige Gläser oder dotierte oder undotierte Halbleiterverbindungen enthält.Optical waveguide device according to claim 35 or 36, characterized in that the low-refractive environment material special glasses, in particular lead glasses, halide or chalcogenide glasses, tellurium oxide glasses, Bismuth oxide-containing glasses or doped or undoped semiconductor compounds contains. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrigbrechende Umgebungsmaterial Kohlenstoffverbindungen, insbesondere Polymere oder Flüssigkristalle mit speziellen optischen oder elektrooptischen Eigenschaften, enthält.Optical waveguide device according to one of Claims 35 to 37, characterized in that the low-refractive Surrounding material carbon compounds, in particular polymers or Liquid crystals with special optical or electro-optical Features, contains. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrigbrechenden Umgebungsmaterial zusätzliche Strukturen auf einer Größenskala unterhalb der Lichtwellenlänge in diesem Material enthält.Optical waveguide device according to one of Claims 35 to 38, characterized in that the low-refractive Surrounding material additional structures on a size scale below the wavelength of light in this material. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrigbrechende Umgebungsmaterial zur Erzeugung, Verstärkung, Absorption oder Detektion von Licht geeignet ist.Optical waveguide device according to one of Claims 35 to 39, characterized in that the low-refractive Environmental material for generation, reinforcement, absorption or detection of light is suitable. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Interaktion des Lichtes mit dem Umgebungsmaterial nichtlineare optische Effekte bewirkt.Optical waveguide device according to one of Claims 35 to 40, characterized in that the interaction of the light with the surrounding material non-linear optical effects causes. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur (30, 130) einen nach oben offenen Graben (66, 76) umfasst, wobei der Graben einen polygonförmigen Querschnitt aufweist und zumindest eine Seitenwand des Grabens (72b, 74a) parallel zu einer stabilen Kristallebene der Bauteilschicht verläuft.Optical waveguide device according to one of the preceding claims, characterized in that the second section of the waveguide structure ( 30 . 130 ) an upwardly open trench ( 66 . 76 ), wherein the trench has a polygonal cross section and at least one side wall of the trench ( 72b . 74a ) runs parallel to a stable crystal plane of the device layer. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur einen mehrteiligen Wellenleiterkern (60, 70) mit zumindest einem ersten und zweiten Kernstreifen (62, 64, 72, 74) umfasst, wobei der nach oben offene Graben (66, 76) zwischen den Kernstreifen angeordnet sind.An optical waveguide device according to claim 42, characterized in that the second portion of the waveguide structure comprises a multi-part waveguide core ( 60 . 70 ) having at least a first and a second core strip ( 62 . 64 . 72 . 74 ), wherein the upwardly open trench ( 66 . 76 ) are arranged between the core strips. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben (66, 76) zumindest bereichsweise mit dem Umgebungsmaterial gefüllt ist.Optical waveguide component according to claim 42 or 43, characterized in that the trench ( 66 . 76 ) is at least partially filled with the surrounding material. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterstruktur in dem zweiten Abschnitt einen Wellenleiterkern umfasst und das einkristalline Material (2) in mindestens einem an den Wellenleiterkern angrenzenden Bereich nicht vollständig entfernt ist und dort einen mit dem Wellenleiterkern (60, 70) verbundenen Sockelbereich (5) bildet.Optical waveguide device according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide structure in the second section comprises a waveguide core and the monocrystalline material ( 2 ) is not completely removed in at least one region adjoining the waveguide core and there is one with the waveguide core ( 60 . 70 ) ( 5 ). Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterkern über den Sockelbereich (5) elektrisch kontaktierbar ist.An optical waveguide device according to claim 45, characterized in that the waveguide core extends over the pedestal region (FIG. 5 ) is electrically contactable. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterstruktur in dem zweiten Abschnitt (11a, 11b, 11c) einen Wellenleiterkern umfasst und der Wellenleiterkern zumindest stückweise eine Breite aufweist, die geringer ist als die Wellenlänge des im Kernmaterial zu führenden Lichts.Optical waveguide device according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide structure in the second section (FIG. 11a . 11b . 11c ) comprises a waveguide core and the waveguide core at least in sections has a width which is less than the wavelength of the light to be led in the core material. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur eine Vielzahl von entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichts angeordneten polyederförmigen Hohlräumen (160) in der einkristallinen Bauteilschicht umfasst, wobei mindestens eine Seitenfläche der Hohlräume (160) parallel zu einer stabilen Kristallebene des einkristallinen Materials verläuft.Optical waveguide component according to one of the preceding claims, characterized in that the second section of the waveguide structure has a plurality of polyhedron-shaped cavities arranged along the propagation direction of the light ( 160 ) in the monocrystalline device layer, wherein at least one side surface of the cavities ( 160 ) runs parallel to a stable crystal plane of the monocrystalline material. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die polyederförmigen Hohlräume (160) mit dem niedrigbrechenden Material gefüllt sind.Optical waveguide component according to Claim 48, characterized in that the polyhedral cavities ( 160 ) are filled with the low-refractive material. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Hohlräume (160) in dem zweiten Abschnitt so angeordnet sind, dass Mehrfachreflexionen des geführten Lichts erzeugt werden, derart, dass die Ausbreitung von Licht bestimmter Wellenlängen in diesen Bereichen unterbunden wird.Optical waveguide component according to claim 48 or 49, characterized in that the open cavities ( 160 ) are arranged in the second section so as to generate multiple reflections of the guided light, so as to inhibit the propagation of light of particular wavelengths in those areas. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einkristalline Material (2) ein Diamant- oder Zinkblendegitter aufweist.Optical waveguide component according to one of the preceding claims, characterized gekenn records that the monocrystalline material ( 2 ) has a diamond or zinc blende grating. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stabilen Kristallebenen {111}-Ebenen des Kristalls sind.Optical waveguide device according to one of preceding claims, characterized in that the stable crystal planes {111} planes of the crystal are. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einkristalline Material (2) aus einkristallinem Silizium besteht.Optical waveguide component according to one of the preceding claims, characterized in that the monocrystalline material ( 2 ) consists of monocrystalline silicon. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kristallographische <100>-Richtung des einkristallinen Materials senkrecht zur Substratebene orientiert ist.Optical waveguide device according to one of preceding claims, characterized in that a crystallographic <100> direction of the monocrystalline Material is oriented perpendicular to the substrate plane. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur einen Wellenleiterkern umfasst, dessen Seitenwände mit der Substratebene einen Winkel von etwa 54.74° einschließen.Optical waveguide device according to one of preceding claims, characterized in that the second section of the waveguide structure a waveguide core includes, whose side walls with the substrate plane a Include angles of about 54.74 °. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 30 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass eine kristallographische <110>-Richtung des einkristallinen Materials (2) senkrecht zur Substratebene orientiert ist.Optical waveguide component according to one of Claims 30 to 53, characterized in that a crystallographic <110> -direction of the monocrystalline material ( 2 ) is oriented perpendicular to the substrate plane. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt der Wellenleiterstruktur einen Wellenleiterkern umfasst, dessen Seitenwände senkrecht zur Substratebene verlaufen.Optical waveguide device according to one of preceding claims, characterized in that the second section of the waveguide structure a waveguide core comprises, whose side walls perpendicular to the substrate plane run. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 30 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass eine kristallographische <111>-Richtung des einkristallinen Materials (2) senkrecht zur Substratebene orientiert ist.Optical waveguide component according to one of Claims 30 to 53, characterized in that a crystallographic <111> -direction of the monocrystalline material ( 2 ) is oriented perpendicular to the substrate plane. Optisches Wellenleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich ein Wellenleiterkern strukturiert wird, dessen Seitenwände mit der Substratebene einen Winkel von etwa 70.53° einschließen.Optical waveguide device according to one of preceding claims, characterized in that in the second region is a waveguide core is structured, the Side walls with the substrate plane at an angle of about 70.53 °.
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