DE102008029726A1 - Light conductor arrangement for use as integrated optical circuit, has reflecting surface whose expansion amount is greater than diameter of waveguide, in direction perpendicular to semiconductor substrate - Google Patents

Light conductor arrangement for use as integrated optical circuit, has reflecting surface whose expansion amount is greater than diameter of waveguide, in direction perpendicular to semiconductor substrate

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Abstract

The arrangement has a separation layer (2) formed on a semiconductor substrate (1), where a waveguide (3) is arranged on the separation layer. The waveguide has a diameter of less than micrometers. A reflecting surface (6) bent opposite to a longitudinal axis of the waveguide is arranged at an end (4) of the waveguide for coupling or uncoupling of light. The expansion amount of the reflecting surface is greater than the diameter of the waveguide, in a direction perpendicular to the substrate. The substrate is made of silicon and the separation layer is made of silicon dioxide. An independent claim is also included for a method for manufacturing a light conductor arrangement.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine auf Basis eines Halbleitersubstrats aufgebaute Lichtleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zum Herstellen derartiger Lichtleiteranordnungen. The invention relates to a built-up on the basis of a semiconductor substrate optical conductor arrangement according to the preamble of the main claim and to a method for producing such optical fiber arrays.
  • Eine gattungsgemäße Lichtleiteranordnung umfasst ein Halbleitersubstrat, eine auf dem Halbleitersubstrat angeordnete optische Trennschicht und mindestens einen auf der Trennschicht angeordneten und typischerweise aus einem hochbrechenden Material gebildeten Wellenleiter, wobei der mindestens eine Wellenleiter in zumindest einer Richtung einen Durchmesser von weniger als einem Mikrometer hat und mindestens ein Ende zum Ein- oder Auskoppeln von – nicht notwendigerweise sichtbarem – Licht aufweist. A generic optical fiber arrangement comprises a semiconductor substrate, disposed on the semiconductor substrate optical separation layer and at least arranged one on the release layer and is typically formed of a highly refractive material waveguide, having at least one waveguide in at least one direction a diameter of less than one micron and at least one having light - end for insertion or coupling out - not necessarily visible. Eine solche Lichtleiteranordnung kann z. Such a light conductor arrangement for can. B. als integrierte optische Schaltung dienen, wobei Wellenleiter mit derart klei nen Abmessungen im Submikrometerbereich, die auch als ”photonic wires” bezeichnet werden, insbesondere geeignet sind, eine Einmodigkeit transportierten Lichts zu erreichen. B. serve as integrated optical circuit, said waveguide having such klei NEN dimensions in the submicrometer range, which are also known as "photonic wires", are particularly suitable to achieve a single-mode light transported.
  • Da die Wellenleiter einer solchen Lichtleiteranordnung typischerweise einen ausgesprochen geringen Querschnitt haben, der insbesondere viel kleiner ist als beispielsweise ein Kernquerschnitt einer gewöhnlichen Einmodenglasfaser, sind besondere Maßnahmen erforderlich, um eine optische Kopplung der Lichtleiteranordnung an andere optische Komponenten, also ein Ein- oder Auskoppeln von Licht an dem mindestens einen Ende des mindestens einen Wellenleiters, auf hinreichend effiziente Weise, also ohne zu hohe Leistungsverluste, zu realisieren. Since the waveguides of such a light conductor arrangement typically have a very small cross section, which in particular is much smaller than, for example, a core cross section of a conventional singlemode glass fiber, special measures are required to an optical coupling of the optical fiber assembly to other optical components, so a single or extracting light the at least one end of the at least one waveguide in a sufficiently efficient manner, without excessive power losses to be realized.
  • Aus dem Stand der Technik sind dazu Maßnahmen bekannt, ein Profil eines in einem sehr kleinen Wellenleiter transportierten Lichtbündels an dessen Ende so aufzuweiten, dass eine optische Kopplung des Wellenleiters beispielsweise an eine dickere Lichtleitfaser ohne allzu große Verluste möglich ist. Measures a profile of a transported in a very small waveguide light beam at the end of which are known from this prior art, so dilate that an optical coupling of the waveguide is possible, for example, a thicker optical fiber without excessive losses. Dazu sind z. These are for. B. kontinuierliche Querschnittsänderungen des Wellenleiters zu dessen Ende hin vorgeschlagen worden. B. continuously changes in cross section of the waveguide towards its end has been proposed. Diese Lösungen bringen jedoch den Nachteil mit sich, dass ein Ein- und Auskoppeln von Licht nur in Richtungen möglich ist, die in einer durch das Halbleitersubstrat definierten Ebene liegen, und folglich nur an Stirnflächen der jeweiligen Lichtleiteranordnung. However, these solutions have the disadvantage that a coupling and decoupling of light is possible only in directions lying in a plane defined by the semiconductor substrate plane, and therefore only end faces of the respective optical fiber arrangement. Das bringt mit sich, dass bei einer Herstellung der Lichtleiteranordnung auf Basis eines Halbleiterwafers eine Prüfung der Lichtleiteranordnung erst dann möglich ist, wenn diese aus dem Wafer herausgetrennt und die jeweilige Stirnfläche geglättet worden ist. This implies that, for a preparation of the optical fiber arranging an examination of the optical fiber arrangement is possible on the basis of a semiconductor wafer only after this cut out of the wafer and the respective end surface has been smoothed. Ausschuss erzeugende Fehler lassen sich so erst ausge sprochen spät im Lauf der Herstellung der Lichtleiteranordnung feststellen, was netto zu nachteilig hohen Herstellungskosten führt. Committee generating errors can be only be addressed notice late in the course of manufacture of the optical fiber arrangement, which results in a net negative high production costs. Auch sind der Komplexität für die verbleibenden fehlerfreien Lichtleiteranordnungen integrierter optischer Schaltungen nachteilig enge Grenzen gesetzt, wenn ein Ein- und Auskoppeln von Licht nur in der durch das Halbleitersubstrat definierten Ebene möglich ist. Also, the complexity for the remaining fault-free light conductor arrangements of integrated optical circuits are disadvantageous narrow limits when a coupling and decoupling of light is possible only in the plane defined by the semiconductor substrate plane.
  • Um die geschilderten Nachteile zu vermeiden, sind optische Schnittstellen zum vertikalen Ein- und Auskoppeln von Licht vorgeschlagen worden, bei denen der jeweilige Wellenleiter in einer Gitterstruktur endet, an der aufgrund von Beugungserscheinungen eine zumindest teilweise Umlenkung von in dem Wellenleiter transportiertem Licht erreicht wird. To avoid the disadvantages, optical interfaces for vertically coupling in and coupling have been proposed by light in which the respective waveguide ends in a lattice structure, on the basis of diffraction effects an at least partial deflection of transported in the waveguide is achieved. Da diese Gitterstrukturen mit ausgesprochen hoher Präzision ausgeführt werden müssen, ist diese Lösung ebenfalls mit einem nachteilig hohen Herstellungsaufwand verbunden. Since these lattice structures must be performed with very high precision, this solution is also connected to a negative high manufacturing costs. Darüber hinaus sind derartige optische Schnittstellen aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit von Beugungen an einem Gitter nur für Licht aus einem nachteilig engen Wellenlängenband brauchbar. Moreover, such optical interfaces are useful to a grid for light from a disadvantageous narrow wavelength band due to the wavelength dependency of diffraction.
  • Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Lichtleiteranordnung vorzuschlagen, die ein möglichst wellenlängenunabhängiges Ein- oder Auskoppeln von Licht an mindestens einem Ende mindestens eines Wellenleiters erlaubt und gleichzeitig mit einem vergleichsweise geringen Aufwand herstellbar ist. The invention is thus based on the object to propose a corresponding light guide arrangement which allows a wavelength-independent as possible input or output coupling of light at at least one end of at least one waveguide and at the same time can be manufactured with a relatively small effort. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein möglichst aufwandarmes Verfahren zum Herstellen derartiger Lichtleiteranordnungen vorzuschlagen. The invention further has for its object to provide a low-cost possible method of manufacturing such optical fiber arrays.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lichtleiteranordnung mit den kennzeichnenden Merkma len des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche. This object is achieved according to the invention by a light conductor arrangement having the characterizing Merkma of the main claim len in conjunction with the features of the preamble of the main claim and by a method having the features of claim 17. Advantageous embodiments and further developments of the invention result from the features of the subclaims.
  • Dadurch, dass an dem zum Ein- oder Auskoppeln von Licht vorgesehenen Ende des Wellenleiters eine gegenüber einer Längsachse des Wellenleiters geneigte Spiegelfläche angeordnet ist, wobei diese Spiegelfläche in einer zum Halbleitersubstrat senkrechten Richtung eine Ausdehnung hat, die – vorzugsweise um ein Vielfaches – größer ist als ein in dieser Richtung gemessener Querschnitt des Wellenleiters, wird mit ausgesprochen geringem konstruktivem Aufwand erreicht, dass über diese Spiegelfläche aus einer gegenüber dem Wellenleiter und dem Halbleitersubstrat gekippten Richtung Licht in den Wellenleiter eingekoppelt oder dementsprechend in diese Richtung aus dem Wellenleiter ausgekoppelt werden kann, und zwar sowohl mit einer ausgesprochen hohen Ausbeute, als auch weitgehend unabhängig von einer Wellenlänge oder einer Wellenlängenverteilung des Lichts. Characterized in that a relative to a longitudinal axis of the waveguide inclined mirror surface is arranged on the provided for introducing or extracting light end of the waveguide, said mirror surface has an extension in a direction perpendicular to the semiconductor substrate direction - preferably by a multiple - is greater than a measured in this direction cross section of the waveguide is achieved with very low constructional effort that is coupled or through this mirror surface of a with respect to the waveguide and the semiconductor substrate tilted direction of light in the waveguide can be coupled out in this direction from the waveguide, accordingly, namely with both a very high yield, and largely independently of a wavelength or wavelength distribution of light. Vorzugsweise ist die Spiegelfläche dabei gegenüber der Längsachse des Wellenleiters und einer durch das Halbleitersubstrat definierten Ebene um zwischen 30° und 60°, besonders vorzugsweise um 45°, geneigt, um ein möglichst vertikales Ein- und Auskoppeln von Licht zu ermöglichen. Preferably, the mirror surface thereby to the longitudinal axis of the waveguide and a plane defined by the semiconductor substrate plane by between 30 ° and 60 °, particularly preferably by 45 °, inclined to allow a vertical possible coupling and uncoupling of light. Das Ende des Lichtleiters, an dem Licht ein- oder ausgekoppelt werden kann und die dazu vorgesehene Spiegelfläche, befinden sich dabei nicht notwendigerweise an einem Rand des Halbleitersubstrats. The end of the light guide, one of the light or can be coupled and provided for this purpose mirror surface, not necessarily are in this case at an edge of the semiconductor substrate.
  • Durch die Maßnahme, die Spiegelfläche mit einer größeren Ausdehnung in der zum Halbleitersubstrat senkrechten Richtung auszuführen als den Wellenleiter selbst, wird berücksichtigt, dass ein großer Teil einer sich in dem Wellenleiter ausbreitenden elektromagnetischen Welle außerhalb des Wellenleiters läuft, wenn dieser, wie hier vorgesehen, als ”photonic wire” mit einem sehr kleinen Querschnitt ausgeführt ist und an einem Rand des Wellenleiters ein verhältnismäßig großer Brechungsindexsprung vorliegt. By the measure to perform the mirror surface with a greater expansion in the direction perpendicular to the semiconductor substrate direction as the waveguide itself, it is considered that a large part of a propagating in the waveguide electromagnetic wave outside the waveguide runs when this, as provided herein, as "photonic wire" is running with a very small cross section and at an edge of the waveguide, a relatively large jump in refractive index is present. Ein die Welle repräsentierendes elektromagnetisches Feld nimmt nämlich, abhängig von durch den Brechungsindexsprung definierten Randbedingungen, außerhalb des Wellenleiters erst allmählich vom Wellenleiter weg ab. A shaft representing electromagnetic field takes namely, depending on defined by the refractive index discontinuity boundary conditions outside the waveguide only gradually from the waveguide away from. Insofern bezeichnet der Begriff ”Wellenleiter” in der vorliegenden Schrift streng genommen jeweils einen Wellenleiterkern. To this extent, the term "waveguide", strictly speaking, in the present specification each have a waveguide core. Nur durch die vergleichsweise große Ausdehnung der Spiegelfläche wird daher erreicht, dass ein hinreichend großer Teil der Welle aus der durch den Wellenleiter definierten ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt wird, was für eine effiziente Ein- bzw. Auskopplung von Licht außerhalb der durch das Halbleitersubstrat definierten Ebene wichtig ist. Only by the relatively large extent of the mirror surface is therefore achieved that a sufficiently large part of the shaft is deflected from the plane defined by the waveguide original propagation direction, which is important for efficient coupling or decoupling of light outside the plane defined by the semiconductor substrate plane ,
  • Ein entscheidender Vorteil der vorgeschlagenen Lichtleiteranordnung ist darin zu sehen, dass sie auf ihre optischen Eigenschaften geprüft werden kann, noch bevor das Halbleitersubstrat dieser Lichtleiteranordnung aus einem größeren Wafer herausgetrennt wird. A key advantage of the proposed optical fiber arrangement is the fact that it can be tested for their optical properties, even before the semiconductor substrate of the optical fiber arrangement is separated from a larger wafer. Eine Prüfung der Lichtleiteranordnung kann daher zusammen mit der Prüfung einer großen Zahl weiterer, gleichzeitig hergestellter Lichtleiteranordnungen bereits auf Waferebene erfolgen, bevor dieser zersägt wird. An examination of the optical fiber arrangement can already be at the wafer level, therefore, together with the testing of a large number of other, simultaneously light guides made arrangements before it is sawed. Diese Prüfung der Lichtleiteranordnung auf ihre optischen Eigenschaften kann so vorzugsweise im Rah men einer standardmäßigen Qualitätsüberprüfung des Wafers erfolgen. This test of the optical fiber arrangement for their optical properties can thus preferably in Rah men carried a standard quality check of the wafer.
  • Ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen von Lichtleiteranordnungen beschriebener Art sieht dementsprechend vor, dass die Trennschicht und eine lichtleitende Schicht auf einen das Halbleitersubstrat der Lichtleiteranordnungen bildenden Wafer aufgebracht werden, worauf zumindest die lichtleitende Schicht zur Bildung der Wellenleiter strukturiert wird und die Spiegelflächen an den zum Ein- oder Auskoppeln von Licht vorgesehenen Enden der Wellenleiter gebildet werden, wobei optische Eigenschaften der Lichtleiteranordnungen geprüft werden, indem über die Spiegelflächen Licht an den Enden der Wellenleiter ein- und ausgekoppelt wird, bevor der Wafer getrennt wird in eine Vielzahl von Chips, welche die einzelnen Lichtleiteranordnungen tragen bzw. bilden. An advantageous process for the manufacture of optical fiber arrays described type accordingly provides that the separating layer, and a photoconductive layer on a semiconductor substrate of the light guide assemblies forming wafer to be applied, whereupon at least structured the photoconductive layer for forming the waveguide and the mirror surfaces to the input or extracting light provided ends of the waveguide are formed, wherein optical properties of the light conductor arrangements are checked by switching on the mirror surfaces of the light at the ends of the waveguides and is coupled out before the wafer is separated into a plurality of chips, which the individual light conductor arrangements bear or form.
  • Die Vorteile der Erfindung kommen dann besonders zum Tragen, wenn es sich bei der Lichtleiteranordnung um eine integrierte optische Schaltung handelt. The advantages of the invention then are particularly effective when it is in the light pipe assembly to an integrated optical circuit.
  • Das Halbleitersubstrat der Lichtleiteranordnung kann nach dem Gesagten insbesondere durch einen Wafer oder einen Teil eines Wafers – typischerweise in Form eines Chips – gebildet sein. The semiconductor substrate of the light guide arrangement may according to what has been said in particular through a wafer or a portion of a wafer - be formed - typically in the form of a chip.
  • Als Material für das Halbleitersubstrat eignet sich insbesondere Silizium, womit bei der Herstellung der Lichtleiteranordnung auf Techniken zurückgegriffen werden kann, die im Zusammenhang mit einer Herstellung elektronischer Chips auf Basis von Siliziumwafern gut etabliert sind. As the material for the semiconductor substrate in particular, is silicon, which can be used during the manufacture of the optical fiber arrangement to techniques which are well established on the basis of silicon wafers, in conjunction with a manufacture of electronic chips.
  • Die Trennschicht kann beispielsweise aus SiO 2 oder einem anderen Dielektrikum gebildet sein, das einen signifikant kleineren Brechungsindex hat als ein den Wellenleiter bildendes Material. The release layer may be formed for example of SiO 2 or other dielectric, which has a significantly smaller refractive index than a waveguide forming material. So kann eine lichtleitende Wirkung des durch die Trennschicht vom Halbleitersubstrat getrennten Wellenleiters sichergestellt werden. Thus, a light-guiding effect of the separated through the separation layer from the semiconductor substrate waveguide can be assured. Darüber hinaus sollte die Trennschicht so dick sein, dass ein elektromagnetisches Feld eines in dem Wellenleiter transportierten Lichtbündels innerhalb der Trennschicht so weit abfallen kann, dass es von dem Halbleitersubstrat nicht mehr signifikant beeinflusst wird. In addition, the release layer should be thick enough that an electromagnetic field of a transported in the waveguide light beam can fall so far within the separating layer that it is not significantly affected by the semiconductor substrate.
  • Der Wellenleiter wiederum ist bei bevorzugten Ausführungen aus Silizium gefertigt, welches sich aufgrund eines ausgesprochen hohen Brechungsindex und einer guten Transparenz im Infrarotbereich besonders gut zum Leiten von Licht, insbesondere im nahen Infrarotbereich, eignet. The waveguide in turn is made of silicon, in preferred embodiments, which because of a very high refractive index and good transparency in the infrared range particularly well suited for conducting light, particularly in the near infrared region. Stattdessen kann auch ein anderer Halbleiter zum Herstellen des Wellenleiters verwendet werden, der entsprechende Eigenschaften aufweist und sich in vergleichbar einfacher Weise auftragen und strukturieren lässt. Instead, another semiconductor can be used to fabricate the waveguide, adequate characteristics and be applied in comparable simple manner and can be structured.
  • Bei typischen Ausführungen der Erfindung hat der Wellenleiter in der zum Halbleitersubstrat senkrechten Richtung eine Dicke von zwischen 0,1 μm und 0,5 μm, vorzugsweise zwischen 0,2 μm und 0,3 μm. In typical embodiments of the invention, the waveguide has a thickness of between 0.1 microns and 0.5 microns in the vertical direction to the semiconductor substrate, preferably between 0.2 microns and 0.3 microns. Abmessungen dieser Größenordnungen lassen sich mit herkömmlichen Herstellungsverfahren noch zuverlässig handhaben und erlauben eine Realisierung von optischen Schaltungen auf vorteilhaft kleinem Raum. Dimensions of these magnitudes can be handled reliably even with conventional manufacturing methods and allow for the implementation of optical circuits in an advantageously small space. Außerdem lässt sich so eine Beschränkung des im Wellenleiter transportierten Lichts auf eine einzige Mode erreichen, wodurch nachteilige Einflüsse von Laufzeitunterschieden zwischen verschiedenen Moden vermieden werden können. In addition, a limitation of the transported in the waveguide light in a single mode can thus be reached, whereby adverse influences of propagation time differences can be avoided between different modes.
  • Daher wird auch die Breite des Wellenleiters in zum Halbleitersubstrat paralleler Richtung vorzugsweise so gewählt, dass eine Eimodigkeit eines im Wellenleiter transportierten Lichtbündels sichergestellt ist. Therefore, the width of the waveguide in a direction parallel to the semiconductor substrate is preferably selected so that a Eimodigkeit a transported in the waveguide light beam is assured. Typischerweise wird die Breite in zum Halbleitersubstrat paralleler Richtung dazu zwischen 0,1 μm und 0,6 μm gewählt. Typically, the width is chosen in the direction parallel to the semiconductor substrate to between 0.1 microns and 0.6 microns. Die Ausdehnung der Spiegelfläche in der zum Halbleitersubstrat senkrechten Richtung wird vorzugsweise mindestens doppelt so groß oder dreimal so groß sein wie der Querschnitt des Wellenleiters in dieser Richtung, um eine hinreichende effektive Strahlumlenkung zu erreichen. The extent of the mirror surface in the direction perpendicular to the semiconductor substrate direction will preferably be at least twice or three times as large as the cross section of the waveguide in that direction in order to achieve a sufficient effective beam deflection. Typischerweise wird die Spiegelfläche in der genannten Richtung eine Ausdehnung von mindestens etwa 1 μm haben. Typically, the mirror surface is an extension of at least about 1 micron have in the said direction. Im Hinblick auf eine möglichst verlustarme optische Kopplung an eine andere optische Komponente, wie z. With regard to possible losses optical coupling to another optical component such. B. eine Lichtleitfaser, kann die Spiegelfläche bei besonders vorteilhaften Ausführungen in der zum Halbleitersubstrat senkrechten Richtung auch eine Ausdehnung von 5 μm oder mehr haben. B. an optical fiber, the mirror surface can in particularly advantageous embodiments, in the direction perpendicular to the semiconductor substrate direction and an extent of 5 microns or more.
  • Die Spiegelfläche kann auf sehr verschiedene Weise ausgeführt sein. The mirror surface can be designed in very different ways. So kann die Spiegelfläche z. Thus, the mirror surface z. B. durch eine typischerweise totalreflektierende, alternativ auch durch eine metallisierte, abgeschrägte Endfläche gegeben sein, die sich über ein Ende einer über dem Wellenleiter angeordneten Deckschicht erstreckt oder – zumindest teilweise – durch ein auf dem Wellenleiter angeordnetes Prisma gebildet wird. For example, by a typically alternatively be also provided by a metallized, inclined end surface totally reflecting, which extends over one end of which is arranged above the waveguide layer or - is formed by a valve disposed on the waveguide prism - at least partially. Ergänzt wird die Spiegelfläche in diesem Fall unter Umständen durch eine ebenfalls abgeschrägte Endfläche des Wellenleiters selbst. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Spiegelfläche auch über die unterhalb des Wellenleiters liegende Trennschicht erstrecken, die dazu ebenfalls eine entsprechend abgeschrägte Endfläche aufweisen kann. the mirror surface is supplemented in this case, under certain circumstances by a similarly inclined end surface of the waveguide itself. Alternatively, or additionally, the mirror surface can also extend over the lying below the waveguide release layer thereto may also have a correspondingly inclined end surface. In diesem Fall ist es vorteil haft, wenn die Trennschicht einen Brechungsindex von größer als 1,4 hat, damit auch dort die Bedingungen für Totalreflexion erfüllt werden. In this case it is advantageous if the separation layer has a refractive index greater than 1.4, so that there the conditions for total reflection are satisfied.
  • Wenn über dem Wellenleiter eine Deckschicht angeordnet ist, über die sich die Spiegelfläche erstreckt, ist es demnach vorteilhaft, wenn auch diese Deckschicht einen Brechungsindex von größer als 1,4 hat, um Totalreflexion an der Spiegelfläche auch im Bereich der Deckschicht zu gewährleisten. When a cover layer is disposed over the waveguide through which the mirror surface extends, it is advantageous, therefore, if this cover layer has a refractive index greater than 1.4 in order to ensure total reflection on the mirror surface in the area of ​​the top layer. Wenn zur Bildung der Spiegelfläche oder eines Teils der Spiegelfläche am Ende des Wellenleiters ein Prisma auf den Wellenleiter aufgesetzt ist, kann dieses z. If the formation of the mirror surface or a part of the mirror surface at the end of the waveguide, a prism is mounted on the waveguide, this can be, for. B. aus dem gleichen Material gefertigt sein wie der Wellenleiter selbst, beispielsweise ebenfalls aus Silizium. be made of the same material as like the waveguide itself, for example also of silicon. Dabei kann das Material für das Prisma z. Here, the material for the prism for. B. wie durch ein CVD-Verfahren, beispielsweise durch eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), aufgetragen werden. B. be applied such as by a CVD method, for example by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Für eine Strukturierung dieses Materials, insbesondere zur Bildung der Spiegelfläche, können dann herkömmliche Trockenätzverfahren verwendet werden. For a structure of this material, in particular for forming the mirror surface, conventional dry etching can then be used.
  • Eine andere Ausführung entsprechender Lichtleiteranordnungen sieht vor, dass die Spiegelfläche durch eine in Verlängerung des Wellenleiters hinter dessen Ende angeordnete Oberfläche eines auf der Trennschicht angeordneten Aufsatzes gegeben ist. Another embodiment corresponding light conductor arrangements provides that the mirror surface is given by an extension disposed in the waveguide behind the end surface of a separation layer disposed on the article. Dieser Aufsatz kann z. This paper z can. B. durch eine weitere Halbleiterschicht realisiert sein. For example, be realized by a further semiconductor layer. Um eine möglichst verlustfreie Reflexion an der genannten Oberfläche zu erreichen, kann diese metallisiert, vorzugsweise vergoldet, sein. To obtain a loss-free reflection at said surface, it can metallized, preferably gold-plated, be.
  • Im Hinblick auf eine möglichst verlustfreie Ein- oder Auskopplung von Licht kann es dabei ferner vorteil haft sein, ein in dem Wellenleiter transportiertes Lichtbündel an dessen Ende aufzuweiten. With regard to a loss-free coupling in or out of light, it may be advantageous thereby further expand a transported in the waveguide light beam at its end. Dazu kann das Ende des Wellenleiters in einen als Hilfslichtleiter dienenden Lichtleiter größeren Durchmessers eingebettet oder von einem solchen Lichtleiter überdeckt sein, der zu der Spiegelfläche hin mit einer planen Endfläche abschließt, wobei diese Endfläche vorzugsweise mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen sein kann. For this purpose the end of the waveguide may be embedded in a serving as an auxiliary light guide optical fibers of larger diameter or covered by such a light guide, which ends to the mirror surface towards having a planar end face, said end face may be preferably provided with an antireflection coating. Alternativ kann der Hilfslichtleiter auch bis an die Spiegelfläche herangeführt sein. Alternatively, the auxiliary light guide can also be up to the mirror surface introduced. Dieser Lichtleiter sollte einen hinreichend großen Brechungsindex haben, um eine lichtleitende Wirkung zu haben, der jedoch kleiner sein sollte als der Brechungsindex des eigentlichen Wellenleiters, um eine kontrollierte Verbreiterung des Lichtbündels im Bereich des den eigentlichen Wellenleiter umgebenden größeren Lichtleiters zu verursachen. This light guide should have a sufficiently large refractive index to have a light-guiding effect, but should be smaller than the refractive index of the actual waveguide to cause a controlled expansion of the light bundle in the area of ​​surrounding the actual waveguide larger light guide. Vorzugsweise sollte der genannte größere Lichtleiter, der z. Preferably, said greater light conductor which should z. B. aus einem Polymermaterial gebildet sein kann, dazu einen Brechungsindex von zwischen 1,4 und 2,5 haben. B. can be formed of a polymeric material to have a refractive index of 1.4 to 2.5. Die genannte Verbreiterung des Lichtbündels, die genau genommen durch ein Verbreitern einer Amplitudenverteilung des mit dem Lichtbündel assoziierten elektromagnetischen Felds erreicht wird, kann in vorteilhafter Weise unterstützt werden, wenn das Ende des Wellenleiters sich innerhalb des dieses Ende umgebenden Lichtleiters bzw. im Bereich des dieses Ende überdeckenden Lichtleiters verjüngend ausgeführt wird. Said widening of the light beam, which is taken exactly achieved by a widening of an amplitude distribution associated with the beam electromagnetic field can be supported in an advantageous manner when the end of the waveguide within the surrounding this end of the light guide or in the region of this end overlapping light guide is designed to taper.
  • Eine sich zum Ende hin verjüngende Formgebung des Wellenleiters zum Zweck einer Aufweitung des im Wellenleiter transportierten Lichtbündels kann in vorteilhafter Weise auch bei den anderen beschriebenen Ausführungen als zusätzliches Merkmal vorgesehen sein. A tapered shape toward the end of the waveguide for the purpose of widening the transported in the waveguide light beam may be provided in an advantageous manner also in the other described embodiments, as an additional feature. Das gilt insbesondere für Varianten, bei denen der Wellenleiter anstelle des Hilfslichtleiters in eine großflächige Deckschicht eingebettet ist, die wiederum entweder in einer – vorzugsweise entspiegelten – planen Endfläche vor der Spiegelfläche enden oder bis an die Spiegelfläche herangeführt sein kann. This applies particularly to variants in which the waveguide is embedded in place of the auxiliary light guide in a large-area covering layer, which in turn either in a - preferably non-reflective - plan end surface in front of the mirror surface, or may be up to the mirror surface zoom out.
  • Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Lichtleiteranordnung an einer oberhalb (bezogen auf die als horizontal angenommene Wafer- bzw. Substratebene) der Spiegelfläche gelegenen optischen Schnittstelle, an der das Licht ein- oder ausgekoppelt werden kann, eine in Linsenform strukturierte Oberfläche aufweist, wodurch eine Anpassung der numerischen Apertur und/oder eine Reduzierung einer Divergenz eines ausgekoppelten Lichtbünels erreicht werden kann. In addition it can be provided that the light conductor arrangement to a (based on the assumed as a horizontal wafer or substrate plane) situated above the mirror surface of the optical interface, to which switch the light on or can be coupled, having a structured in lens molding surface, whereby a adjusting the numerical aperture and / or a reduction of divergence of a decoupled Lichtbünels can be achieved. Dadurch lassen sich Koppeldämpfungen reduzieren. This coupling losses can be reduced. Die Linsenform lässt sich dabei z. The lens shape can thereby z. B. durch eine sogenannte Graumaskentechnik, also durch eine Maskierung mit der gewünschten Oberflächenstruktur entsprechend variierender Stärke im Zusammenhang mit einem Ätzverfahren, realisieren. For example, by a so-called gray mask technique, ie by masking with the desired surface structure corresponding varying strength in the context of an etching process, realize. Stattdessen oder zusätzlich kann zum gleichen Zweck auch die Spiegelfläche gekrümmt ausgeführt sein. Instead, or in addition, the mirror surface can be designed curved for the same purpose.
  • Schließlich kann die Lichtleiteranordnung an der oberhalb der Spiegelfläche gelegenen optischen Schnittstelle zum Ein- oder Ausgekoppeln von Licht auch eine mit metallischen Mikrostrukturen versehene Oberfläche aufweisen. Finally, the optical fiber arrangement may also include at the located above the mirror surface of the optical interface to the in or out coupling light provided with a metallic surface microstructures. Je nach Struktur kann damit z. Depending on the structure thus can for. B. ebenfalls eine Anpassung der numerischen Apertur oder – durch Ausnutzung von Plasmonen-Resonanzen – ein besonders starkes Nahfeld an der Schnittstelle erreicht werden. B. also an adjustment of the numerical aperture, or - by utilizing plasmon resonance - a particularly strong near-field at the interface can be achieved. Letzteres kann z. The latter can for. B. vorteilhaft sein, wenn dort ein Sensor in unmittelbarer Nähe der Schnittstelle vorgesehen ist. B. be advantageous if there is provided a sensor in the immediate vicinity of the interface.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Embodiments of the present invention are described below with reference to the 1 1 bis to 8 8th erläutert. explained. Es zeigen Show it
  • 1 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer integrierten optischen Schaltung mit einem zum Ein- oder Auskoppeln von Licht geeigneten Ende eines Wellenleiters, a cross-section through part of an integrated optical circuit with a suitable for introducing or extracting light end of a waveguide,
  • 2 2 eine entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem anders gestalteten Ende eines Wellenleiters zum Ein- und Auskoppeln von Licht, a corresponding illustration of a further embodiment with a different shaped end of a waveguide for coupling in and out of light,
  • 3 3 einen Querschnitt durch einen Teil einer integrierten optischen Schaltung mit einer anders gestalteten Anordnung zum Ein- und Auskoppeln von Licht an einem Ende eines Wellenleiters, a cross-section through part of an integrated optical circuit with a differently designed device for coupling and decoupling of light at one end of a waveguide,
  • 4 4 in einer entsprechenden Darstellung eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus in a representation corresponding to a modification of the embodiment of 4 4 , .
  • 5 5 eine Aufsicht auf den in a plan view of the in 5 5 gezeigten Ausschnitt derselben integrierten optischen Schaltung, Neck shown the same integrated optical circuit,
  • 6 6 in einer den in the 1 1 bis to 4 4 entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungsbeisiel, corresponding illustration of a further Ausführungsbeisiel,
  • 7 7 in entsprechender Darstellung eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus in a representation corresponding to a modification of the embodiment of 6 6 und and
  • 8 8th eine Aufsicht auf einen der a plan view of the 5 5 entsprechenden Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels, das in einem Längsschnitt den Beispielen aus den corresponding section of an embodiment which in a longitudinal section the examples of 6 6 oder or 7 7 entsprechen kann. may correspond.
  • Die integrierte optische Schaltung, von der in The integrated optical circuit of which in 1 1 ein Ausschnitt zu erkennen ist, weist ein Halbleitersubstrat a snippet can be seen, a semiconductor substrate 1 1 auf, bei dem es sich um einen Teil eines Siliziumwafers handelt. on, in which it is a part of a silicon wafer. Das Halbleitersubstrat The semiconductor substrate 1 1 hat eine typische Dicke von etwa 0,5 mm. has a typical thickness of about 0.5 mm.
  • Auf dem Halbleitersubstrat On the semiconductor substrate 1 1 ist eine Trennschicht is a separating layer 2 2 angeordnet, die aus Siliziumdioxid gebildet ist und eine Dicke von etwa 1 μm hat. arranged, which is formed of silicon dioxide and has a thickness of about 1 micron. Auf der Trennschicht On the release liner 2 2 wiederum sind verschiedene Wellenleiter in turn are different waveguides 3 3 angeordnet, wobei in , wherein in 1 1 , wie auch in den weiteren Figuren, nur ein Lichtleiter As well as in the other figures, only one light guide 3 3 zu erkennen ist, der als Längsschnitt abgebildet ist. can be seen, which is shown as a longitudinal section. Der Wellenleiter The waveguide 3 3 ist aus Silizium gebildet und hat einen rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe von zwischen 0,2 μm und 0,3 μm und einer Breite von ebenfalls etwa 0,3 μm und bildet einen so genannten ”photonic wire”. is formed of silicon and has formed a rectangular cross section with a height of between 0.2 micron and 0.3 microns and a width of about 0.3 microns and also a so-called "photonic wire". Anstelle von Silizium könnte auch ein anderes Halbleitermaterial für den Wellenleiter Instead of silicon could also be a different semiconductor material for the waveguide 3 3 verwendet werden, das sich durch einen hinreichend hohen Brechungsindex und eine hinreichend gute Transparenz für Licht der Wellenlänge auszeichnen sollte, mit der die integrierte optische Schaltung betrieben wird. are used, which should be characterized by a sufficiently high refractive index and a sufficiently good transparency for light of the wavelength with which the integrated optical circuit is operated. Typischerweise handelt es sich dabei um Licht im nahen Infrarotbereich, auf den sich auch alle in der vorliegenden Schrift gemachten Angaben über Brechungsindizes beziehen sollen. Typically, these are light in the near infrared region to which should also reflect all information provided in this document about refractive indices. Die Trennschicht The separation layer 2 2 wiederum könnte alternativ auch aus einem anderen Material als Siliziumdioxid, beispielsweise aus einem anderen Dielektrikum, gebildet sein, wobei dieses Material einen Brechungsindex von zwischen 1,4 und 2,2 haben sollte. in turn, could alternatively be of a material other than silicon dioxide formed, for example, another dielectric, which material should have a refractive index of 1.4 to 2.2.
  • In In 1 1 ist auch ein zum Ein- oder Auskoppeln von Licht vorgesehenes Ende is also provided for introducing or extracting light end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 zu erkennen. to recognize. Dort ist ein im vorliegenden Fall ebenfalls aus Silizium gebildetes Prisma There is also formed from silicon in this case Prisma 5 5 auf den Wellenleiter to the waveguide 3 3 aufgesetzt, das zusammen mit dem Ende attached, which together with the end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 eine gegenüber einer Längsachse des Wellenleiters a with respect to a longitudinal axis of the waveguide 3 3 um 45° geneigte Spiegelfläche inclined at 45 ° mirror surface 6 6 bildet, bei der es sich hier um eine totalreflektierende Oberfläche handelt. forms in which we have here is a totally reflective surface. Die Spiegelfläche The mirror surface 6 6 hat dabei eine Höhe it has a height 7 7 , die deutlich größer ist als die Höhe des Wellenleiters Which is significantly greater than the height of the waveguide 3 3 , wobei die Höhe Wherein the height 7 7 im vorliegenden Fall etwa 1 μm beträgt. in the present case is about 1 micron.
  • Bei einer Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispiels kann sich die Spiegelfläche In a modification of the embodiment shown, the mirror surface can 6 6 darüber hinaus auch über einen Teil der Trennschicht Moreover, also a part of the separation layer 2 2 erstrecken, indem diese auf eine in extend by this in a 1 1 durch eine gestrichelte Linie veranschaulichte Weise strukturiert wird. is patterned by a dashed line manner illustrated. Durch die vergleichsweise hohe Spiegelfläche The relatively high mirror surface 6 6 wird in jedem Fall erreicht, dass in dem Wellenleiter transportiertes Licht nahezu vollständig an der Spiegelfläche is achieved in any case that transported in the waveguide light almost completely at the mirror surface 6 6 reflektiert wird, so dass es nach oben hin durch das Prisma is reflected so that it upward through the prism 5 5 ausgekoppelt werden kann. can be extracted. Auf gleiche Weise kann von oben her durch das Prisma In the same way from the top can here through the prism 5 5 Licht in den Wellenleiter Light into the waveguide 3 3 eingekoppelt werden, das dabei wieder an der Spiegelfläche are coupled, the case back to the mirror surface 6 6 reflektiert wird. is reflected.
  • Eine andere Ausführung eines entsprechenden Teils einer integrierten optischen Schaltung ist in Another embodiment of a corresponding portion of an integrated optical circuit in 2 2 dargestellt, wobei hier und bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen jeweils nur auf die Unterschiede zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen wird. shown, is in each case received only the differences to the previously described embodiments, here and in the following embodiments. Wiederkehrende Merkmale sind bei diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen jeweils wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Recurring features are provided in this and the following embodiments, each again with the same reference numerals.
  • Bei dem in In the in 2 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist anstelle des Prismas illustrated embodiment, instead of the prism 5 5 eine Deckschicht a cover layer 8 8th auf dem Wellenleiter on the waveguide 3 3 und auf der Trennschicht and on the separation layer 2 2 angeordnet, die den Wellenleiter arranged that the waveguide 3 3 von drei Seiten umgibt. surrounds three sides. Die Deckschicht the top layer 8 8th kann z. z can. B. aus PMMA oder einem anderen Polymer gebildet sein und hat einen Brechungsindex von etwa 1,5. B. from PMMA or other polymer to be formed and has a refractive index of about 1.5. Die zum Ein- und Auskoppeln von Licht am Ende The coupling and decoupling of the light at the end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 vorgesehene Spiegelfläche provided mirror surface 6 6 wird hier durch eine Endfläche des Wellenleiters is here by an end surface of the waveguide 3 3 und der Deckschicht and the covering layer 8 8th gebildet. educated. Durch gestrichelte Linien ist wieder angedeutet, wie die Spiegelfläche By dashed lines indicate again how the mirror surface 6 6 bei einer Abwandlung des abgebildeten Ausführungsbeispiels durch eine entsprechende Strukturierung der Trennschicht in a modification of the shown embodiment by an appropriate structuring of the separation layer 2 2 so vergrößert werden kann, dass sie sich auch über einen Teil der Trennschicht can be increased so that they are also a part of the separation layer 2 2 erstreckt. extends. Schließlich sind auch Abwandlungen der in den Finally, variations in the are 1 1 und and 2 2 gezeigten Ausführungsbeispiele möglich, bei denen die Spiegelfläche Embodiments shown possible, in which the mirror surface 6 6 metallisiert ist, beipsielsweise vergoldet. is metallized beipsielsweise gilded.
  • Bei dem in In the in 3 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spiegelfläche Embodiment shown, the mirror surface 6 6 zum Ein- und Auskoppeln von Licht durch eine in Verlängerung des Wellenleiters for engaging and extracting light by in the extension of the waveguide 3 3 auf dessen Ende at the end 4 4 folgende Oberfläche eines auf der Trennschicht following a surface on the release layer 2 2 angeordneten Aufsatzes arranged essay 9 9 gegeben. given. Der Aufsatz The essay 9 9 ist dabei durch eine weitere Halbleiterschicht realisiert, kann aber auch aus einem anderen Material gebildet sein. is realized by a further semiconductor layer, but may also be formed from a different material. Die Spiegelfläche The mirror surface 6 6 bildende Oberfläche des Aufsatzes forming surface of the cap 9 9 ist vergoldet, um ein möglichst gutes Reflexionsvermögen zu erreichen. is gold plated to achieve the best possible reflectivity. Die Endfläche the end surface 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 sowie eine in Richtung der Spiegelfläche and a direction of the mirror surface 6 6 weisende Stirnfläche der Deckschicht facing end surface of the cover layer 8 8th sind dementsprechend mit einer Antire flexionsbeschichtung versehen. are provided accordingly with an antireflection flexionsbeschichtung. Durch gestrichelte Linien ist wieder angedeutet, wie durch eine zusätzliche Strukturierung der Trennschicht By dotted lines is indicated again, such as by additional structuring of the separation layer 2 2 und durch eine entsprechende Vergrößerung des Aufsatzes and by a corresponding enlargement of the attachment 9 9 eine Vergrößerung der Höhe increasing the height 7 7 der Spiegelfläche the mirror surface 6 6 erreicht werden kann. can be achieved. So kann die Höhe Thus, the height 7 7 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Wert von 5 μm oder mehr haben in the present embodiment have a value of 5 microns or more
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den A further embodiment is shown in 4 4 und and 5 5 dargestellt. shown. Auch dort ist die Spiegelfläche Also there is the mirror surface 6 6 durch die vergoldete Oberfläche eines in Verlängerung des Wellenleiters by the gold-plated surface of an extension of the waveguide 3 3 angeordneten Aufsatzes arranged essay 9 9 realisiert. realized. Zusätzlich ist das Ende In addition, the end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 hier in einen Lichtleiter here in a light guide 10 10 größeren Querschnitts eingebettet bzw. von diesem überdeckt, wobei dieser Lichtleiter embedded larger cross-section and covered by this, and this light guide 10 10 zu der Spiegelfläche to the mirror surface 6 6 hin mit einer planen Endfläche out with a planar end surface 11 11 abschließt. concludes. Die Endfläche the end surface 11 11 ist durch eine Antireflexionsbeschichtung entspiegelt. is non-reflective by an anti-reflection coating. Der Lichtleiter The light guide 10 10 , der gegenüber dem eigentlichen Wellenleiter Which is opposite to the actual waveguide 3 3 einen verhältnismäßig großen und eine der Höhe a relatively large and the height 7 7 der Spiegelfläche the mirror surface 6 6 ungefähr entsprechende Höhe von einigen Mikrometern hat, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus PMMA gefertigt und hat einen Brechungsindex von etwa 1,5. approximately corresponding height has several micrometers, is made in the present embodiment of PMMA and has a refractive index of about 1.5. In einem innerhalb des Lichtleiters In an inside of the light guide 10 10 liegenden letzten Abschnitt lying last section 12 12 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 verjüngt sich der Wellenleiter tapering the waveguide 3 3 auf einer Länge von einigen 10 μm von einer ursprünglichen Breite von etwa 0,3 μm bis zu einer reduzierten Breite von 0,1 μm am Ende over a length of some 10 microns from an original width of about 0.3 micrometer to a reduced width of 0.1 microns at the end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 . , Das ist gut in der in This is good in the in 5 5 gezeigten Aufsicht zu erkennen. to identify regulatory shown. Dadurch wird erreicht, dass sich ein elektromagnetisches Feld, das eine in dem Wellenleiter It is thereby achieved that an electromagnetic field, the one in the waveguide 3 3 transportierte Lichtwelle bildet, innerhalb des letzten Abschnitts transported light wave forms, within the last section 12 12 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 verbreitert, indem es quasi aus dem Wellenleiter broadened by quasi out of the waveguide 3 3 heraus in den größeren Lichtleiter out in the larger light guide 10 10 gedrängt wird. is urged. Das ist in Is in 4 4 durch zwei jeweils gestrichelt gezeichnete Profile veranschaulicht, die eine laterale Amplitudenverteilung des elektromagnetischen Feldes wiedergeben. illustrated by dashed lines in each case two profiles, which reflect a lateral amplitude distribution of the electromagnetic field. Dadurch lässt sich am Ende This can be at the end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 über die Spiegelfläche on the mirror surface 6 6 ausgekoppeltes Licht mit geringeren Verlusten beispielsweise in ein Ende einer Lichtleitfaser einkoppeln, die typischerweise einen Kerndurchmesser von etwa 6 μm hat. coupling out light coupled with lower losses for example in an end of an optical fiber, which typically has a core diameter of about 6 microns.
  • Das Ausführungsbeispiel aus The embodiment of 6 6 unterscheidet sich von der integrierten optischen Schaltung aus den differs from the integrated optical circuit from the 4 4 und and 5 5 oder genauer von dem dort dargestellten Teil einer integrieten optischen Schaltung dadurch, dass der als Hilfslichtleiter dienende Lichtleiter or more specifically by the illustrated therein part of a integrieten optical circuit characterized in that the light guide serving as auxiliary light guide 10 10 , in den der Wellenleiter In which the waveguide 3 3 eingebettet ist, bis an die Spiegelfläche is embedded, up to the mirror surface 6 6 herangeführt ist. is introduced. Durch getrichelte Linien ist wieder, wie auch bei dem nachfolgend anhand By getrichelte lines again, as in the following with reference 7 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel, angedeutet, wie die Höhe Embodiment described, indicated as the height 7 7 der Spiegelfläche the mirror surface 6 6 durch eine Strukturierung der Trennschicht by structuring of the separation layer 2 2 und eine entsprechend dickere Ausführung des Aufsatzes and a correspondingly thicker embodiment of the attachment 9 9 auch noch größer ausgeführt sein kann. can also be carried out even greater. Wenn das Ende When the end 4 4 des Wellenleiters of the waveguide 3 3 hinreichend nah an die Spiegelfläche sufficiently close to the mirror surface 6 6 herangeführt wird, kann schließlich bei einer Abwandlung anstelle des Lichtleiters is led, eventually may in a modification, instead of the light guide 10 10 auch eine Deckschicht vorgesehen sein (entsprechend der Deckschicht a cover layer may be provided (corresponding to the cover layer 8 8th aus den from the 2 2 und and 3 3 ), die den Wellenleiter ) That the waveguide 3 3 überdeckt. covered.
  • In In 7 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus an embodiment is shown, which compared with the embodiment of 6 6 unterscheidet durch das zusätzliche Merkmal, dass an einer oberhalb der Spiegelfläche differs by the additional feature that at one above the mirror surface 6 6 liegenden optischen Schnittstelle lying optical interface 13 13 eine in Linsenform strukturierte Oberfläche vorgesehen ist. a structured surface in lens shape is provided. Dadurch kann die Divergenz eines austretenden Lichtbündels reduziert und eine numerische Apertur angepasst werden. Thus, the divergence of the emerging light beam can be reduced and a numerical aperture to be adjusted. Entsprechende Gestaltungen sind auch bei Abwandlungen der Ausführungsbeispiele aus den Appropriate arrangements are also in modifications of the embodiments of the 1 1 und and 2 2 möglich, was dort durch gepunktete Linien angedeutet ist. possible, which is indicated here by dotted lines. Zusätzlich oder anstelle dieser Linsenstruktur kann auch vorgesehen sein, dass die Oberfläche an der optischen Schnittstelle In addition or instead of this lens structure can also be provided that the surface at the optical interface 13 13 mit einer metallischen Mikrostruktur versehen ist, die ebenfalls eine bündelnde Eigenschaft haben oder eine Feldverstärkung im Nahfeld zur Folge haben kann. is provided with a metal microstructure, which also have a converging property or a box reinforcement in the near field may result.
  • Bei anderen Ausführungen kann schließlich – anstelle einer Linsenstruktur eben beschriebener Art oder zusätzlich dazu – zum Anpassen einer numerischen Apertur die Spiegelfläche In other embodiments, may eventually - instead of a lens structure type just described or in addition to - to adjust a numerical aperture mirror surface 6 6 selbst gekrümmt ausgeführt sein. itself be embodied curved. Eine Aufsicht auf ein solches Ausführungsbeispiel ist in A top view of such an embodiment is in 8 8th abgebildet, wobei die Spiegelfläche ready, wherein the mirror surface 6 6 dort einem Ausschnitt einer Mantelfläche eines Kegels mit nach unten (in where a section of a lateral surface of a cone with (downward in 8 8th in die Zeichenebene hinein) weisender Spitze entspricht. oriented in the plane of drawing) peak corresponds. Ansonsten kann das Ausführungsbeispiel aus Otherwise, the embodiment can be made 8 8th den in den the in the 6 6 oder or 7 7 gezeigten Anordnungen entsprechen. Arrangements shown correspond.
  • Für die Strukturierung der linsenähnlichen Oberfläche an den optischen Schnittstelle For the structuring of the lens-like surface at the optical interface 13 13 aus out 7 7 kann die schon erwähnte Graumaskentechnik angewandt werden, bei der ein linsenförmig ausgebildeter Photoresist durch entsprechende Belichtung erzeugt wird und diese Maskenform während des Abtrags im Trockenätzprozess in das zu strukturierende Material (hier des Lichtleiters the already mentioned gray mask technique can be applied, in which a lens-shaped formed photoresist is produced by appropriate exposure and this mask shape during milling in the dry etching in the material to be patterned (here, the light guide 10 10 ) übertragen wird. ) Is transmitted. Auch die gekrümmten Spiegelfläche aus Also, the curved mirror surface from 8 8th und bei ähnlichen Ausführungen können so hergestellt werden. and similar statements can be prepared. Erst nach der Beschichtung des Aufsatzes Only after the coating of the article 9 9 mit Gold wird dann das dielektrische Material für den Hilfswellenleiter (Lichtleiter Gold is then reacted with the dielectric material (for the auxiliary waveguide light guide 10 10 , Deckschicht , topcoat 8 8th ) aufgebracht und nachfolgend strukturiert. ) Is deposited and patterned subsequently.
  • Alle integrierten optischen Schaltungen, von denen Ausschnitte in den All integrated optical circuits, one of which cutouts in the 1 1 bis to 8 8th dargestellt sind, werden auf Waferebene hergestellt und auf ihre optischen Eigenschaften geprüft, bevor dieser Wafer in einzelne Chips zersägt, die die jeweilige integrierte optische Schaltung tragen bzw. bilden. are shown, are produced at the wafer level and tested for optical properties before these wafers sawed into individual chips which carry or form the respective integrated optical circuit. Dazu wird die Trennschicht For this, the separating layer 2 2 und dann eine die Wellenleiter and then the waveguide 3 3 bildende lichtleitende Schicht auf dem das Halbleitersubstrat forming photoconductive layer on said semiconductor substrate 1 1 bildenden Wafer forming wafer 1 1 aufgebracht, worauf die lichtleitende Schicht durch herkömmliche Trockenätzverfahren zur Bildung der Wellenleiter applied, after which the photoconductive layer by conventional dry etching to form the waveguide 3 3 strukturiert wird. is structured. Auch die Spiegelflächen The mirror surfaces 6 6 an den Enden at the ends 4 4 der Wellenleiter of the waveguide 3 3 werden durch herkömmliche Auftragungs- und Strukturierungsverfahren realisiert. be realized by conventional APPLICATION: and patterning techniques. So kann z. Thus, can. B. zur Bildung des Prismas B. the formation of the prism 5 5 aus der from the 1 1 Silizium durch ein PECVD-Verfahren auf den entsprechenden Wellenleiter Silicon through a PECVD process on the respective waveguide 3 3 aufgebracht und anschließend durch ein Trockenätzverfahren wie CAIBE (chemically assisted ion beam etching) oder FIBE (focussed ion beam etching) in die Form des Prismas applied, followed by a dry etching such as CAIBE (Chemically assisted ion beam etching) or FIBE (focused ion beam etching) in the shape of the prism 5 5 gebracht werden. to be brought.
  • Die so erhaltene integrierte optische Schaltung bildet eine Lichtleiteranordnung, deren optische Eigenschaften dann geprüft werden, indem über die Spiegelflächen The integrated optical circuit thus obtained forms an optical fiber arrangement, the optical properties are then tested by on the mirror surfaces 6 6 Licht – typischerweise aus dem nahen IR-Bereich – an den Enden Light - typically from the near-IR region - at the ends 4 4 der Lichtleiter the light guide 3 3 ein- und ausgekoppelt wird, wodurch sich Fertigungsfehler mit geringem Aufwand erkennen lassen, noch bevor der Wafer anschließend in die Vielzahl von Chips getrennt wird, welche die einzelnen integrierten optischen Schaltungen bilden. is switched on and decoupled, whereby manufacturing errors can be identified with little effort, even before the wafer is then separated into the multiplicity of chips, which form the individual integrated optical circuits. Erst wenn feststeht, dass zumindest eine hinreichend große Zahl der auf einem Wafer realisierten integrierten optischen Schaltungen feh lerfrei ist, wird der Wafer zur Bildung der einzelnen Chips zersägt. Only if it is established that at least a sufficiently large number of realized on a wafer integrated optical circuits FEH is lerfrei, the wafer is diced to form the individual chips.

Claims (17)

  1. Lichtleiteranordnung, umfassend ein Halbleitersubstrat ( Optical fiber arrangement comprising a semiconductor substrate ( 1 1 ), eine auf dem Halbleitersubstrat ( ), One (on the semiconductor substrate 1 1 ) angeordnete Trennschicht ( ) Arranged separating layer ( 2 2 ) und mindestens einen auf der Trennschicht ( ) And at least one (on the release liner 2 2 ) angeordneten Wellenleiter ( ) Arrayed waveguides ( 3 3 ), wobei der mindestens eine Wellenleiter ( ), Wherein the at least one waveguide ( 3 3 ) in zumindest einer Richtung einen Durchmesser von weniger als einem Mikrometer hat und mindestens ein Ende ( ) In at least one direction and has a diameter of less than one micron, at least one end ( 4 4 ) zum Ein- oder Auskoppeln von Licht aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass an dem Ende ( ) For input or output coupling of light, characterized in that (at the end 4 4 ) zum Ein- oder Auskoppeln eine gegenüber einer Längsachse des Wellenleiters ( ) For introducing or extracting a (relative to a longitudinal axis of the waveguide 3 3 ) geneigte Spiegelfläche ( ) Inclined mirror surface ( 6 6 ) angeordnet ist, wobei diese Spiegelfläche ( is disposed), said mirror surface ( 6 6 ) in einer zum Halbleitersubstrat ( ) In a (to the semiconductor substrate 1 1 ) senkrechten Richtung eine Ausdehnung hat, die größer ist als ein in dieser Richtung gemessener Durchmesser des Wellenleiters ( ) Perpendicular direction has an extension greater than a measured diameter in this direction of the waveguide ( 3 3 ). ).
  2. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine integrierte optische Schaltung bildet. Optical fiber assembly according to claim 1, characterized in that it forms at least an integrated optical circuit.
  3. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the semiconductor substrate ( 1 1 ) durch einen Wafer oder einen Teil eines Wafers gebildet ist. ) Is formed by a wafer or a portion of a wafer.
  4. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor substrate ( 1 1 ) aus Silizium gebildet ist. ) Is formed of silicon.
  5. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the separating layer ( 2 2 ) aus SiO 2 oder einem anderen Dielektrikum, das einen kleinderen Brechungsindex hat als der Wellenleiter ( ) (Made of SiO 2 or other dielectric having a small whose refractive index than the waveguide 3 3 ), gebildet ist. ) Is formed.
  6. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the waveguide ( 3 3 ) aus Silizium oder einem anderen Halbleiter gebildet ist. ) Is formed from silicon or another semiconductor.
  7. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Wellenleiters ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the diameter of the waveguide ( 3 3 ) in der zum Halbleitersubstrat ( ) In (to the semiconductor substrate 1 1 ) senkrechten Richtung zwischen 0,1 μm und 0,5 μm beträgt. ) Vertical direction between 0.1 microns and 0.5 microns.
  8. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mirror surface ( 6 6 ) durch eine totalreflektierende oder metallisierte abgeschrägte Endfläche gegeben ist, die sich erstreckt über zumindest einen Teil der Trennschicht ( is given) by a totally reflecting or metallised inclined end surface extending over at least (a portion of the release layer 2 2 ) und/oder über ein Ende einer über dem Wellenleiter ( ) And / or on one end of an (over the waveguide 3 3 ) angeordneten Deckschicht ( ) Arranged covering layer ( 8 8th ) und/oder über ein auf dem Wellenleiter ( ) And / or a (on the waveguide 3 3 ) angeordnetes Prisma ( ) Disposed prism ( 5 5 ). ).
  9. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht ( Optical fiber assembly according to claim 8, characterized in that the covering layer ( 8 8th ) oder das Prisma ( ) Or the prism ( 5 5 ) aus einem Material gebildet ist, dass im nahen Infrarotbereich einen Brechungsindex von größer als 1,4 hat. ) Is formed of a material that, in the near infrared region has a refractive index greater than 1.4.
  10. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mirror surface ( 6 6 ) durch eine in Verlängerung des Wellenleiters ( ) Through a (in extension of the waveguide 3 3 ) auf dessen Ende ( ) On its end ( 4 4 ) folgende Oberfläche eines auf der Trennschicht ( ) Following surface a (on the release liner 2 2 ) oder auf dem Halbleitersubstrat ( () Or on the semiconductor substrate 1 1 ) angeordneten Aufsatzes ( ) Arranged attachment ( 9 9 ) gegeben ist. ) given is.
  11. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Oberfläche metallisiert ist. Optical fiber assembly according to claim 10, characterized in that said surface is metallized.
  12. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende ( Optical fiber arrangement according to one of claims 10 or 11, characterized in that the end ( 4 4 ) des Wellenleiters ( () Of the waveguide 3 3 ) eingebettet ist in einen Lichtleiter ( ) Is embedded (in a light guide 10 10 ) größeren Querschnitts oder in eine Deckschicht ( ) Of larger cross section, or (in an overcoat layer 8 8th ), der bzw. die zu der Spiegelfläche ( ), The or the (to the mirror surface 6 6 ) hin mit einer planen Endfläche ( ) Through (with a planar end surface 11 11 ) abschließt oder bis an die Spiegelfläche ( ) Closes off or up to the mirror surface ( 6 6 ) heranreicht. ) Zoom ranges.
  13. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einer oberhalb der Spiegelfläche ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that it above the mirror surface (at a 6 6 ) gelegenen optischen Schnittstelle ( ) Situated optical interface ( 13 13 ) eine in Linsenform strukturierte Oberfläche aufweist. ) Has a structured surface in lens mold.
  14. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the mirror surface 6 6 gekrümmt ist. is curved.
  15. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einer oberhalb der Spiegelfläche ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that it above the mirror surface (at a 6 6 ) gelegenen optischen Schnittstelle ( ) Situated optical interface ( 13 13 ) eine mit metallischen Mikrostrukturen versehene Oberfläche aufweist. has) provided with a metallic surface microstructures.
  16. Lichtleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wellenleiters ( Optical fiber arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that the waveguide ( 3 3 ) in einem letzten Abschnitt ( ) (In a final section 12 12 ) auf das Ende ( ) (On the end 4 4 ) zu verjüngt. tapers).
  17. Verfahren zum Herstellen von Lichtleiteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Trennschicht ( A method of manufacturing of optical fiber assemblies according to any one of claims 1 to 16, wherein (the separating layer 2 2 ) und eine lichtleitende Schicht auf einen das Halbleitersubstrat ( ) And a photoconductive layer on a semiconductor substrate ( 1 1 ) bildenden Wafer aufgebracht werden, worauf zumindest die lichtleitende Schicht zur Bildung der Wellenleiter ( ) Forming wafers are applied, after which at least the photoconductive layer for forming the waveguide ( 3 3 ) strukturiert wird und die Spiegelflächen ( ) Is patterned and the mirror surfaces ( 6 6 ) an den Enden ( ) at the ends ( 4 4 ) der Wellenleiter ( () Of the waveguide 3 3 ) gebildet werden, wobei optische Eigenschaften der Lichtleiteranordnungen geprüft werden, indem über die Spiegelflächen ( ) Are formed, wherein optical properties of the optical fiber arrays are tested by (via the mirror surfaces 6 6 ) Licht an den Enden ( ) Light (at the ends 4 4 ) der Wellenleiter ( () Of the waveguide 3 3 ) ein- und ausgekoppelt wird, bevor der Wafer in eine Vielzahl von Chips getrennt wird, welche die einzelnen Lichtleiteranordnungen tragen. ) Is switched on and decoupled before the wafer is separated into a plurality of chips which carry the individual optical conductors.
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