DE2553156A1

DE2553156A1 - Wellenleiter und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2553156A1
Application number: DE19752553156
Authority: DE
Inventors: Ralf Th Dr Phil Kersten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1975-11-26
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2553156C2

Description

Wellenleiter und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Wellenleiter mit einem im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Aufbau.
Nach einem im J. Opt.Soc.Amer. 58 (1968) S. 1171 - 1176 abgedruckten Aufsatz sind Wellenleiter in Substraten bekannt, welche durch Dotierung mit Fremdstoffen eine Brechungsindexerhöhung aufweisen.
Diese Gebiete grenzen dort an nichtdotierte Gebiete mit dem niedrigeren Brechungsindex des Substrates an, so daß die mit Fremd stoffen dotierten Streifen oder Schichten Wellenleitereigenschaften aufweisen.
Bei der Auswahl der zu dotierenden Substrate war man allerdings bisher auf Quarzglas beschränkt, da dieses 1terial als einziges die gewünschte Brechungsindexerhöhung bei der Implantation zeigt.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein in einem dotierten Substrat angeordneter Wellenleiter vorgeschlagen werden, für den sich eine Vielzahl unterschiedlicher Substratmaterialien auswählen läßt.
Diese Aufgabe wird erfIndungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Der (die) dotierte(n) Substratbereich(e) grenzt (grenzen) insbesondere entweder an die Substratoberfläche an oder liegt (liegen) von ihr getrennt im Innern des Substrates.
Eine Brschungsindexerniedrigung wird bei Implantation von Ionen jeder Art in Substrate aus allen Glas materialien und einer Vielzahl von Kristallen z.B. Lithiumniobat oder Galliumarsenid erreicht.
Die Tiefe und die Breite des Gebietes mit dem erniedrigten Brechungsindex im Substrat läßt sich in Abhängigkeit von Substrat-und Implantationsmaterial durch Verwendung vorgegebener Implantationsenergien verwirklichen.
Ein solcher Wellenleiter wird vorteilhafterweise dadurch hergestellt, daß in das Substrat Ionen mit einer solchen Energie implantiert werden, daß der Brechungsindex des Substrates in einem oder mehreren vorgegebenen Tiefen des Substrates erniedrigt wird.
Durch dieses Verfahren lassen sich sowohl Schichtwellenleiter, bei welchen das Implantat über die gesamte Breite des Substrates vorliegt, als auch Streifenwellenleiter herstellen.
Zur Erstellung eines Streifenwellenleiters wird die Substratoberfläche vorteilhafterweise vor der Ionenimplantation maskiert derart, daß an den abgedeckten Substratteilen keine Ionen in diese oder nur bis unmittelbar unter die Substratoberfläche eindringen, wo das Gebiet mit dem erniedrigten Brechungsindexbereich nach dem Entfernen des Mantels an Luft angrenzt. Unter den nichtabgedeckten Substratteilen bleibt dagegen zwischen dem Bereich mit dem erniedrigten Brechungsindex ein Substratbereich mit dem ursprünglichen Brechungsindex erhalten.
Zur Verdeutlichung der Erfindung werden Ausführungsbeispiele anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert.
In der Figur 1 ist im Querschnitt ein Streifenwellenleiter und in der Figur 2 der entsprechende Brechungnindexverlauf dargestellt.
Die Oberfläche eines Substrates 1 z.B. aus Planar CAS 10-Material ist durch eine Shipley AC 1350-Botolackschicht 2 mit einer Dicke von 0,6 um maskiert. Werden nun auf die IEske Stickstoffionen 3 mit einer Energie von 300 keV und einer Dosis von 1015 Ionen/cm2 geschossen, so gelangen diese Ionen im nichtabgedeckten Substratbereich 4 in eine Substrattiefe 5 von ca. 0,51um, welche von einen jonenfreien Substratbereich 6 unmittelbar an der Oberfläche getrennt ist. Im Bereich 5 ist der Brechungaindex nW gegenüber dem Brechungsindex nu=1,47 des Substrates 1 und des Substratbereiches 6 um etwa 0,1 erniedrigt. Beim Durchdringen der Stickstoffionen 3 durch die Fotolackschicht 2 wird deren Energie soweit erniedrigt, daß sie sich unmittelbar unter der Oberfläche des Substrates 1 im Bereich 7 ansiedeln. Dieser Bereich weist daher ebenfalls einen erniedrigten Brechungsindex gegenüber dem Substrat 1 auf. Der Substratbereich 6 mit einer Breite von S/um dient als Monomode-Wellenleiter.
Verwendet man anstelle der 0,6/um dünnen Fotolackschicht 2 eine solche mit einer erhöhten Dicke (1,5/um) oder eine Metallmaske(1/um dicke Goldschicht), dann bilden sich unter den abgedeckten Substratoberflächen keine Gebiete mit dem erniedrigten Brechungsindex aus. Die seitliche Abgrenzung des Bereiches 5 ist in diesem Fall durch die gestrichelten Linien 8 gekennzeichnet.
Das in der Figur 2 dargestellte Diagramm zeigt den Verlauf des Brechungsindexes unterhalb der Oberfläche des Substrates im Bereich 4. Bei einem Glassubstrat, Stickstoff als Implantationsmaterial und Implantationsenergien von 300 keV bildet sich in einer Tiefe 1 von 0,5/um eine Brechungsindexerniedrigung aus, welche bis zu einigen Zehnteln unter dem Brechungsindex des Substrates liegt.
Diese hohe Brechungsindexdifferenz zwischen dem wellenleitenden Substratstreifen 6 und seiner Umgebung gestattet eine gute Wellenführung und ermöglicht auch den Aufbau von Wellenleitern mit kleinen Krümmungsradien.
2 Figuren 8 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Schicht- oder streifenförmiger Wellenleiter in einem mit Fremd stoffen dotierten Substrat, der zumindest einseitig an einen Mantelbereich mit gegenüber dem Brechungsindex des Wellenleiters niedrigeren Brechungsindex angrenzt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brechungsindex des Mantelbereiches durch Dotierung mit Fremdstoffen herabgesetzt ist.
2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein Oberflächenteil des wellenleitenden Substratbereiches an die freiliegende Substratoberfläche und alle übrigen Oberflächenteile an den dotierten Mantelbereich angrenzen.
3. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die gesamte Oberfläche des wellenleitenden Substratbereiches von dotierten Mantelbereichen umgeben ist.
4. Wellenleiter nach den Ansprüchenil bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat aus Glas besteht.
5. Verfahren zur Herstellung eines schicht- oder streifenförmigen Wellenleiters, der zumindest einseitig an einen Mantelbereich mit gegenüber dem Brechungsindex des Wellenleiters niedrigeren Brechungsindex angrenzt, durch Ionenimplantation in ein Substrat nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in ein Substrat aus Glas oder aus einem Kristall, dessen Brechungsindex sich bei Dotierung mit Fremd stoffen erniedrigt, Ionen zur Erzeugung des IVntelbereiches implantiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß auf der gesamten Oberfläche des Substrates Ionen implantiert werden.
7. Verfahren nach anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß nur in vorgegebenen streifenförmigen Bereichen der Substratoberfläche Ionen implantiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Substrat vor der Ionenimplantation maskiert wird derart, daß an den abgedeckten Substratteilen entweder keine oder in einem unmittelbar an die Substratoberfläche angrenzenden Substratbereich eine Ionenimplantation erfolgt und daß an den freiliegenden Substratteilen eine oder mehrere durch nichtdotierte Gebiete getrennte dotierte Gebiete erzeugt werden.