DE3407558A1

DE3407558A1 - Verfahren zum herstellen eines optischen phasenverzoegerungsgliedes und danach hergestelltes phasenverzoegerungsglied

Info

Publication number: DE3407558A1
Application number: DE19843407558
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.rer.nat. 7141 Schwieberdingen Volz
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1985-09-05
Also published as: EP0174352A1; CH666969A5; WO1985004021A1

Description

Verfahren zum Herstellen eines optischen
Phasenverzögerungsgliedes und danach hergestelltes Phasenverzögerungsglied Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes, wobei auf ein Substrat aus einem Lithiumniobat-Kristall eine schmale Streifenstruktur aus Titan aufgebracht und anschließend in das Substrat eindiffundiert wird, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes optisches Phasenverzögerungsglied.
Die Nachrichtenübermittlung mittels Lichtwellen gewinnt zusehens an Bedeutung. Dazu werden Bauelemente benötigt - z.B. optische Sender und Empfänger -, bei denen man, ähnlich wie bei den elektrischen Bauelementen, bestrebt ist, sie in Form integrierter Schaltungen herzustellen. Zum Herstellen optischer Phasenverzögerungslieder werden Bauelemente benötigt, mit denen sich die Lichtintensität (Amplitude) modulieren und/oder die Frequenz (oder auch die Laufzeit) verschieben läßt. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß auf ein Substrat aus einem Lithiumniobat-Einkristall 4 um breite Titanstreifen aufgebracht und dann in das Substrat eindiffundiert werden. Dabei wird das Titan an die Stelle der Niob-Atome eingebaut und erhöht den Brechungsindex des Substratkristalls, so daß eine Lichtwelle in dem durch das eindiffundierte Material gebildeten Kanal geführt wird. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes läßt sich der Polarisationszustand des Kristalls und damit auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in diesem Medium verändern.
Bei einem in der Praxis bekannt gewordenen Verfahren wird auf eine geschliffene, polierte und gereinigte Oberfläche eines Lithiumniobat-Substrats in einer Sputteranlage eine Titanschicht aufgebracht. Unter Sputtern versteht man das Beschießen eines Festkörpers oder einer Schmelze im Vakuum mit Teilchenstrahlen, wobei die Teilchen entweder einzelne Atome, Ionen oder Moleküle sein können (vgl. Maissel & Glang, Handbook of Thin Film Technologie, Mc Graw Hill, 1970). Die Titanoberfläche wird mit einem Photolack beschichtet und diese Schicht entsprechend der gewünschten Lichtkanalstruktur maskiert und dann belichtet. Nach dem Entwickeln werden die nicht belichteten Bereiche der Titanschicht weggeätzt, so daß nur der oder die gewünschten Titanstreifen auf dem Substrat verbleiben. Diese werden dann durch Erhitzen in das Substrat eindiffundiert, entlang der damit gebildeten optischen Kanälen müssen noch elektrische Kontakte angebracht werden, über die das zum Steuern erforderliche elektrische Feld angelegt werden kann.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren ist aufwendig und außerdem ist es schwierig, die Kontakte nachträglich paralell auf die Kanten des Kanals aufzubringen. Die Bildung einer Lithiumdioxidschicht beim Tempern verursacht einen erheblichen dielektrischen Verlust beim Ansteuern des optischen Kanals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren zu schaffen, das insbesondere ein nachträgliches Beeinflussen des Lichtkanals vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
Ein erfindungsgemäßes optisches Phasenverzögerungsglied ist durch den Anspruch 7 gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Die Figur zeigt verschiedene Stadien A bis E bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines optischen Phasenverzögerungsgliedes.
In Zeile A der Figur ist schematisch ein Lithiumniobat-Einkristall 1 dargestellt, auf dessen polierter und gereinigter Oberfläche eine etwa 100 nm dicke schichtförmige Diffusionssperre 2 aus einem sauerstoffinerten Werkstoff, z. B. in Form einer Platinschicht, abgeschieden worden ist. Diese Platinschicht ist entweder durch Elektronenstrahlverdampfung oder durch Gleichstromoder Hochfrequenz-Sputtern aufgebracht. Aus Zeile B ist ein auf die Platinschicht aufgebrachtes negatives Photolackbild 3 des zu bildenden Kanals 4 ersichtlich. Dieses negative Bild wird in bekannter Weise durch Maskieren, Belichten und Entwickeln eines auf die Oberfläche des Substrats 1 aufgebrachten negativen Photolacks hergestellt.
Danach wird die Platinschicht durch Sputtern weggeätzt, so daß das Lithiumniobat an der Stelle eines Streifens 6, entlang dem das Titan eindiffundiert werden soll, wieder freiliegt (Zeile C).
Auf die nun teilweise mit Platin bedeckte und teilweise offenliegende Oberfläche des Substrats 2 wird nun eine etwa 30 nm starke Titanschicht 7 durch Elektronenstrahlverdampfen oder durch Sputtern aufgebracht (Zeile D).
Das Substrat wird danach in einem Diffusionsofen unter Sauerstoffatmosphäre erhitzt. Dabei diffundiert das Titan im Bereich des Streifens 6 in das LiNbO3 des Substrats 2 ein und bildet einen streifenförmigen Lichtkanal 8, während die Titanschicht an ihrer Oberfläche oxidiert wird und somit eine TiO-Schicht 9 bildet. Der Lichtkanal 8 ist dann seitlich durch zwei parallele Platinstreifen 10 und 11 begrenzt (Zeile E).
Die Platinstreifen 10, 11 bilden bereits die zum Anlegen eines elektrischen Feldes und damit zum Steuern des Phasenverzögerüngsgliedes erforderlichen Kontakte. Sie müssen dann lediglich noch jeweils zu einem Kontakt strukturiert werden, was auch durch die oxidierte Titanschicht hindurch einfach möglich ist, und mit einem elektrischen Anschluß verbunden werden.
Durch die Erfindung werden die zum Herstellen eines optischen Phasenverzögerungsgliedes erforderlichen Fertigungsschritte verringert. Die Platinstreifen 10 und 11 bilden Kontakte, die mit der Kante des Lichtkanals 8 bündig sind. Sie justieren sich von selbst.
Beim Tempern bildet sich unter dem Kontakt kein Lithiumoxid mit niederer Dielektrizitätskonstante als Passivierungsschicht, das angelegte elektrische Feld kann deshalb ohne dielektrische Verluste besser am Lichtkanal wirken.

Claims

Patentanspruche 1. Verfahren zum Herstellen eines optischen Phasenverzogerungsgliedes, wobei auf ein Substrat aus einem Lithiumniobat-Kristall eine schmale Streifenstruktur aus Titan aufgebracht und anschließend in das Substrat eindiffundiert wird, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h folgende Verfahrensschritte: - auf die Oberfläche des Substrats wird eine schichtförmige sauerstoffinerte Diffusionssperre aufgebracht, - der gewunschten Streifenstruktur entsprechende Streifen werden aus der Diffusionssperre herausgeätzt, - auf die Oberfläche wird eine Titanschicht aufgebracht, - die Diffusionssperre wird durch Erhitzen in Sauerstoffatmosphäre oxidiert und an den freiliegenden Substratstellen in das Substrat eindiffundiert, und - die Diffusionssperre wird durch die oxidierte Titanschicht hindurch zu einem Kontakt strukturiert und mit einem elektrischen Anschluß verbunden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffinerte Diffusionssperre eine Platinschicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperre durch Elektronenstrahlverdampfen aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperre durch Gleichstrom-oder Hochfrequenz-Sputtern aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanschicht durch Elektronenstrahlverdampfen oder Sputtern aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanschicht nach dem Aufbringen in einem Diffusionsofen unter Sauerstoffatmosphäre erhitzt wird.
7. Optisches Phasenverzögerungsglied mit einem optischen Kanal, der aus einem Titanstreifen, der in ein Substrat aus Lithiumniobat eindiffundiert ist, und aus parallel zu dem Kanal angeordneten Kontakten zum Anlegen eines elektrischen Feldes besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (10,11) aus einer auf die Oberfläche des Substrats (1) aufgebrachten schichtförmigen sauerstoffinerten Diffusionssperre (2) bestehen, aus der ein dem optischen Kanal (8) entsprechender Streifen (6) herausgeätzt worden ist.
8. Phasenverzögerungsglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperre (2) eine Platinschicht ist.