DE3833413C2 - Anordnung mit integrierten optischen Halbleiterbauelementen - Google Patents

Anordnung mit integrierten optischen Halbleiterbauelementen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von integrierten, optischen Halbleiterbauelementen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Halbleiterbauelemente werden zur Herstellung von optischen und optoelektronischen, integrierten Schaltungen und in der optischen Datenverarbeitung verwendet. Mit optischen Halbleiterbauelementen werden Operationen mit den in Wellenleitern geführten elektromagnetischen Wellen durchgeführt, z.B. eine Modulation der Phase der Lichtwellen oder eine Modulation der Intensität der Wellen, etwa durch Überlagerung zweier phasenmodulierter Wellen oder durch Überlagerung zweier Moden in zwei Wellenleitern.
Die optischen Bauelemente bilden somit optische Phasenmodulatoren, optische Interferometer und optische Richtkoppler bzw. Schalter.
Diese Bauelemente nutzen alle den sog. elektrooptischen Effekt aus: durch Anlegen eines elektrischen Feldes E an einen Wellenleiter über einen Koppelbereich der Länge L erfährt die elektromagnetische Welle infolge einer feldabhängigen Brechungsindexänderung eine Phasenverschiebung ΔΦ∼E · L. Je nach Feldrichtung nimmt die Phase ab oder zu (Literatur: W. Sohler, Laser und Optoelektronik Nr. 4 (1986) S. 323).
Derartige Bauelemente werden heute bereits in der sog. planaren Optik, d.h. als 2D (zweidimensionale)-Bauelemente aus Glas oder Lithiumniobat als auch aus Halbleitern, z.B. GaAs, hergestellt. Beispielsweise sind in der EP 0 193 333 A1 steuerbare optische Halbleiterbauelemente beschrieben, die als Lichtwellenleiter einer in der Ebene strukturierten Multiquantenwell-Schicht ausgeführt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, integrierte, optische Halbleiterbauelemente anzugeben, mit denen eine exakte Wellenführung in den Wellenleitern möglich ist und die eine hohe Packungsdichte von optischen Halbleiterbauelementen in integrierten Schaltungen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die vorliegende Erfindung betrifft 3D (dreidimensional) angeordnete optische Bauelemente, die in einer Halbleiterschichtenfolge monolithisch integriert sind und eine planare Bauweise ermöglichen. Die von den Bauelementen ausgeführten Operationen beruhen auf den o. g. elektrooptischen Effekten. Es sind 3D-Phasenschieber oder Phasenmodulatoren, 3D-In­ terferometer und 3D-Richtkoppler oder 3D-optische Schalter herstellbar. Von Vorteil ist, daß die einzelnen Wel­ lenleiter und die zugehörigen, optischen Bauelemente über­ einander angeordnet sind und ein erheblicher Platzgewinn gegenüber herkömmlichen, planar angeordneten, optischen Bauelemente erzielt wird.
Weiterhin ist von Vorteil, daß die Materialzusammensetzung der Schichtenfolge derart aufgebaut ist, daß mehrere elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Wellenlän­ gen übertragbar sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt 3D-Anordnungen von Phasenschiebern.
In Fig. 2 und 3 sind 3D-Anordnungen von optischen Richtkopplern dargestellt.
Fig. 4 und 5 zeigen 3D-Anordnungen von Interferometern.
In Fig. 1 ist ein optischer Phasenschieber in 3D-Anordnung angegeben mit z.B. zwei übereinander angeordneten wellen­ führenden Halbleiterschichten 3, 5. Die wellenführenden Halbleiterschichten bestehen z.B. aus GaAs mit einer Schichtdicke von 0,8 µm. Die wellenführenden Halbleiter­ schichten 3, 5 sind in wellenbegrenzende Schichten 2, 4, 6 aus hochohmigem GaAlAs oder einem einkristallinen, zum GaAs-Gitter angepaßten Isolator, wie CaSrF2, mit einem Brechungsindex von ca. 3,4 bei GaAlAs bzw. 1,4 bei CaSrF2 eingebettet. Die Wellenleiterstruktur ist in ein niederoh­ miges Substrat aus z.B. GaAs mit einer Ladungsträgerkon­ zentration von 1018 cm-3 eingebracht. In den wellenführen­ den Halbleiterschichten 3, 5 mit einem Brechungsindex n=3,6 werden elektromagnetische Wellen der Wellenlänge λ3, λ5 mit fester Phasenlage Φ3, Φ5 transportiert. Im Kop­ pelbereich, der durch hochohmige Separationszonen 100, 110 begrenzt ist, durchlaufen die elektromagnetischen Wellen einen Halbleiterbereich der Länge L, der infolge der zwi­ schen den Kontakten 133, 131, bzw. 133, 132 angelegten Spannungen U3 bzw. U5 einen um Δn geänderten Bre­ chungsindex besitzt.
Niederohmige Zuleitungszonen 103, 105, 106, die im Sub­ strat 1 eingebracht sind, kontaktieren seitlich die wel­ lenführenden Halbleiterschichten 3, 5 und erzeugen in den wellenführenden Halbleiterschichten 3, 5 ein elektrisches Feld in horizontaler Richtung zur Schichtenfolge. Zwischen und außerhalb den Zuleitungszonen sind hochohmige Separa­ tionszonen 120, 130, 140, 150 angebracht.
Die elektromagnetischen Wellen λ3, λ5 verlassen den Kop­ pelbereich mit einer um ΔΦ3 bzw. ΔΦ5 geänderten Phasenlage. Die Änderungen der Phasenlage ΔΦ3, ΔΦ5 sind abhängig von der Stärke und Richtung des elektrischen Feldes und der Länge des Koppelbereiches. Je nach Anordnung der Separations­ zonen 100, 110 sind unterschiedliche Koppellängen L3, L5 der Wellenleiter einstellbar.
Die Herstellung geeigneter 3D-Koppelbereiche ist in der nicht vorveröffentlichen deutschen Patentanmeldung DE 38 33 412 beschrieben.
Phasenschieber mit vertikal zur Schichtenfolge verlau­ fenden elektrischen Feldern sind mit leitenden, wellenbe­ grenzenden Schichten 2, 4, 6 herstellbar. Die Zulei­ tungszonen kontaktieren die wellenbegrenzenden Schichten und die daran angelegten Spannungen erzeugen vertikal ver­ laufende, elektrische Felder.
Verwendet man mehrschichtige Wellenleiter, wobei die wel­ lenführende Halbleiterschicht in leitende Schichten ein­ geschlossen ist, und hochohmige wellenbegrenzende Schich­ ten, so sind durch Anlegen von elektrischen Spannungen an die leitenden Schichten des Wellenleiters im Koppelbereich vertikal zur Schichtenfolge verlaufende, elektrische Fel­ der herstellbar.
Als weitere Ausführungsbeispiele sind 3D-Anordnungen von Richtkopplern angegeben.
Bei einem optischen Richtkoppler, bestehend aus zwei Wel­ lenleitern, kann man die elektromagnetische Welle von einem Wellenleiter zum andern hin- und herpendeln lassen. Beispielsweise wird die elektromagnetische Welle vom Ein­ gang eines Wellenleiters auf einen anderen Wellenleiter im Ausgang geschaltet oder am Ausgang sind in beiden Wellenleitern die Eingangswellen abgreifbar.
Eine derartige Richtkopplung ergibt sich daraus, daß sich die elektromagnetische Feldverteilung des Eingangswellenleiters über diesen hinaus in einen benach­ barten Wellenleiter ausbreitet. Bei räumlicher bzw. op­ tischer Nähe (d.h. nicht zu großem Brechungsindexsprung zwischen beiden Wellenleitern) überlagern sich die elek­ tromagnetischen Wellen in beiden Wellenleitern und bilden je eine symmetrische und eine antisymmetrische Welle. Mit Hilfe des elektrooptischen Effektes sind z.B. in beiden Wellenleitern unterschiedliche Ausbreitungskonstanten der symmetrischen und antisymmetrischen Welle erreichbar. Die Wellen interferieren je nach Stärke und Richtung des äuße­ ren elektrischen Feldes und der Länge L des Einwirkungs­ bereiches des elektrischen Feldes (Koppelbereich).
Im folgenden werden 3D-Anordnung von Richtkopplern be­ schrieben, deren Wellenleiter, zwischen denen das Licht geschaltet wird, übereinander angeordnet sind. Dadurch wird der erforderliche Platzbedarf in etwa halbiert verg­ lichen mit konventionellen, planaren Wellenleitern. Es können mehrere vertikale 3D-Richtkoppler übereinander angeordnet werden, wodurch sich der Platzbedarf weiter verringert. So kann die elektromagnetische Welle nun auch von einem Richtkoppler in einen anderen geschaltet werden. Weiterhin wird eine 3D-Anordnung von in mehrere Ebenen planar schaltenden Richtkopplern angegeben.
In Fig. 2 ist eine 3D-Anordnung von zwei vertikal schal­ tenden optischen Richtkopplern dargestellt. Der untere Richtkoppler besteht aus den wellenführenden Halbleiter­ schichten 3, 5 und beispielsweise hochohmigen, wellenbe­ grenzenden Schichten 2, 4, 6. Unterhalb und oberhalb der wellenführenden Schichten sind gut leitende Schichten 3a, 3b, 5a, 5b eingebracht, zwischen denen die Steu­ erspannungen angelegt werden. Der obere Richtkoppler be­ steht aus den wellenführenden Halbleiterschichten 7, 9 und beispielsweise niederohmigen wellenbegrenzenden Schichten 8, 10. Unterhalb der wellenführenden Halbleiterschicht 7 ist eine leitende Schicht 7a gewachsen. Die wellenfüh­ renden Halbleiterschichten sind beispielsweise aus InxGa1-xAsyP1-y aufgebaut und besitzen eine Schichtdicke von 1,5 µm. Die hochohmigen, wellenbegrenzenden Schichten 2, 4, 6 bestehen aus InP oder einkristallinem BaSrF2 und besitzen eine Schichtdicke von 1 µm bzw. 0,2 µm. Die niederohmigen, wellenbegrenzenden Schichten 8, 10 sind aus InP mit einer Schichtdicke von 1 µm aufgebaut. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an die wellenführenden Halbleiter­ schichten 3, 5, 7, 9 und durch gleiche Längen der Koppelbereiche innerhalb eines Richtkopplers wird z.B. die elektromagnetische Welle ausgangsseitig an die wellenführenden Halbleiterschichten 5 bis 7 geschaltet. Die Koppellängen L3=L5 sind durch Separationszonen 170, 150, 190 auf der Eingangsseite und durch die Se­ parationszonen 110 auf der Ausgangsseite festgelegt. Die Koppellängen L7=L9 der wellenführenden Halbleiter­ schichten 7, 9 sind durch die Separationszonen 100, 150, 160 und 110 festgelegt.
Am unteren Richtkoppler liegt die Spannung U3=U5 zwi­ schen den leitenden Schichten 3a und 3b bzw. 5b und 5a an. Die Zuleitung zur leitenden Schicht 3a erfolgt über die vertikale Zuleitungszone 106 zu den leitenden Schichten 3b und 5a über die Zuleitungszone 101 und zur leitenden Schicht 5b über die Zuleitungszone 105. Bei dieser Anord­ nung liegen die Kontaktzonen 105 und 106 auf gleichem Po­ tential. Dadurch sind die elektrischen Felder E3 und E5 in den wellenführenden Halbleiterschichten 3 und 5 entgegen­ gerichtet. Entsprechend ändert sich z.B. die Phase in den wellenführenden Halbleiterschichten 5 und in der wellenführenden Halbleiterschicht 3. Bereits kleine Spannungen bewirken große Phasenunterschiede zwischen den elektromagnetischen Wellen in den wellenführenden Halbleiterschichten 3, 5. Am oberen Richtkoppler liegt die Spannung U7=U9 zwischen den wellenbegrenzenden Schichten 8 und 10 bzw. 8 und 7a. Die elektrische Zuleitung zu diesen Schichten erfolgt über vertikale Zuleitungszonen 104, 103, 102. Bei einer derartigen Anordnung liegen die Kontaktzonen 102 und 103 auf gleichem Potential, um die effektivste Phasenverschiebung bei kleiner Spannung zu er­ reichen. Kontaktiert werden die Zuleitungszonen über metallische Kontakte 131, 132, 133, 134. Die Zuleitungszonen sind durch Separationszonen 120, 140, 200, 210, 220 gegeneinander und nach außen isoliert.
Weitere Anordnungen vertikal schaltender 3D-Richtkoppler sind durch einen anderen Schichtaufbau der Wellenleiter und durch eine andere Anordnung der Zuleitungszonen und Separationszonen im Koppelbereich herstellbar.
In Fig. 3 ist eine 3D-Anordnung von zwei planar schal­ tenden optischen Richtkopplern dargestellt.
Der untere Richtkoppler besteht aus den zwei nebeneinander angeordneten wellenführenden Halbleiterschichten 3, 31, die begrenzt sind z.B. durch hochohmige Schichten 2, 4 bzw. 22, 42 mit geringerem Brechungsindex als die wellen­ führenden Halbleiterschichten 3, 31. Der obere Richtkopp­ ler besteht aus den zwei nebeneinander angeordneten wel­ lenführenden Halbleiterschichten 5, 51 und den wellenbe­ grenzenden Schichten 4, 6 bzw. 42, 62. Der Abstand a zwi­ schen den Wellenleitern ist so groß bemessen, daß mög­ lichst kein Übersprechen der Wellen stattfindet. Der Ab­ stand a beträgt beispielsweise ungefähr 10 µm, ist jedoch, je nach Material der Wellenleiter, größer oder kleiner als 10 µm wählbar. Die Wellenleiter nähern sich im Koppelbe­ reich auf einen für das Überkoppeln günstigen Abstand und laufen ausgangsseitig wieder auseinander. Im Koppelbereich werden die wellenführenden Halbleiterschichten 3, 31 sowie 5, 51 durch eine gemeinsame, vertikale Zuleitungszone 101 und einen metallischen Kontakt 131 kontaktiert und durch Separationszonen 100 und 110 nach außen isoliert. Die wei­ teren seitlichen Kontaktierungen der Wellenleiter werden über die Zuleitungszonen 102, 103, 104, 105 vorgenommen. Separationszonen 120, 130 liegen zwischen den Zuleitungs­ zonen. An die metallischen Kontakte 131+132 und 131+ 134 wird die Steuerspannung U3 für den unteren Richt­ koppler, an die metallischen Kontakte 131+133 und 131+ 135 die Steuerspannung U5 für den oberen Richtkoppler an­ gelegt. Bei geeigneter Spannung und Koppellänge werden z.B. die einlaufenden elektromagnetischen Wellen der Wel­ lenlänge λ51 und λ31 in die wellenführenden Halblei­ terschichten 3 und 5 umgeschaltet.
In einer modifizierten Ausführungsform planar schaltender Richtkoppler sind die Richtkoppler nicht exakt über­ einander angeordnet. Die eingangs- und ausgangsseitigen Wellenleiter verlaufen nicht in gleichen Gräben wie in Fig. 3 und/oder z.B. die Koppelbereiche liegen versetzt in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle. In ei­ nem ersten Herstellungsschritt werden die ersten wellen­ führenden Halbleiterschichten 3, 31 mit zugehörigen Kop­ pelbereichen sowie wellenbegrenzenden Schichten abgeschie­ den. Die Schichten im Koppelbereich sind vertikal versetzt gewachsen, derart, daß z.B. ein Bereich der wellenführen­ den Halbleiterschicht 3 bzw. 31 an die wellenbegrenzende Schicht 2 bzw. 22 angrenzt. Im Koppelbereich sind die parallelen Schichten 3, 31, 2, 22 mit einem Abstand a′<a gewachsen. In einem zweiten Herstellungsschritt wird die Schichtenfolge des zweiten Richtkopplers gewachsen. Die Zuleitungszonen für beide Koppelbereiche können nachträg­ lich eingebracht werden, vorausgesetzt, daß die Zulei­ tungszonen des unteren Richtkopplers z.B. in dem Zwischen­ raum zwischen den Wellenleitern des oberen Richtkopplers untergebracht werden können.
In Fig. 4 ist eine 3D-Anordnung von Interferometern, ins­ besondere von Mach-Zehnder Interferometer, angegeben.
Im Mach-Zehnder Interferometer wird eine elektromagneti­ sche Welle in einer sog. Y-Verzweigung in zwei Wellen auf­ geteilt. Die beiden oder nur eine der Wellen werden/wird phasenmoduliert und mit Hilfe einer weiteren Y-Verzweigung überlagert. Bei einer Phasendifferenz von 180° zwischen den elektromagnetischen Wellen in den beiden Interferometerarmen löschen sich die Wellen aus. Das Mach- Zehnder Interferometer ermöglicht daher eine Intensitäts­ modulation aus einer Phasenmodulation. Die Phasenmodula­ tion in den Interferometerarmen wird bevorzugt mit dem elektrooptischen Effekt durchgeführt.
Nachfolgend werden 3D-Anordnungen von Interferometern sowohl mit übereinander angeordneten Interferometerarmen angegeben als auch mit nebeneinander angeordneten Inter­ ferometerarmen.
Das untere Interferometer in Fig. 4 besteht aus der wel­ lenführenden Halbleiterschicht 3, die sich in die Interfe­ rometerarme 31 und 33 verzweigt. Ausgangsseitig vereinen sich die Interferometer 31, 33 wieder zur wellenführenden Halbleiterschicht 3. Das obere Interferometer besteht aus der eingangsseitigen wellenführenden Halbleiterschicht 7, den beiden Interferometerarmen 71, 73, die sich ausgangs­ seitig (nicht erkennbar in Fig. 4) zur wellenführenden Halbleiterschicht 7 vereinen.
Die wellenführenden Halbleiterschichten 3, 7, 31, 33, 71, 73 sind durch wellenbegrenzende Schichten 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10 mit geringem Brechungsindex eingeschlossen. In jedem Interferometerarm 31, 33 bzw. 71, 73 erfolgt die Phasenmo­ dulation durch ein elektrisches Feld vertikal zu den Schichten. Als Elektroden dienen das Substrat 1, die wel­ lenbegrenzenden Schichten 5, 6, 9, 10, die niederohmig ausgebildet sind. Damit die eingangs- und ausgangsseitigen wellenführenden Halbleiterschichten 3, 7 feldfrei bleiben und elektrische Felder nur im Bereich der Interferometer­ arme 31, 33, 71, 73 auftreten, sind die wellenbegrenzenden Schichten 4 und 8 hochohmig. In die leitenden, wellenbe­ grenzenden Schichten 6 und 10 sind Separationszonen 120, 130 (in Fig. 4 nicht erkennbar) 100 und 110 eingebracht.
Die für die elektrooptische Steuerung der Interferometer notwendigen elektrischen Spannungen werden über Zulei­ tungszonen von der Oberfläche der Struktur aus an die je­ weiligen Schichten im Koppelbereich angelegt. Die Spannun­ gen U5, U7 werden derart angelegt, daß in jedem zugehöri­ gen Interferometerarm entgegengerichtete, gleiche, elek­ trische Felder auftreten.
Die Spannung U7 wird über die Zuleitungszonen 103 und 102 an die leitenden wellenbegrenzenden Schichten 10 und 9 so­ wie über die Zuleitungszonen 101 und 102 an die leitenden, wellenbegrenzenden Schichten 6 und 9 angelegt. Die Span­ nung U5 wird über die Zuleitungszonen 104 und 105 an die leitenden, wellenführenden Schichten 6 und 5 sowie über das leitende Substrat 1 und die Zuleitungszone 105 an die leitende, wellenbegrenzende Schicht 5 angelegt. Zwischen den Zuleitungszonen sind Separationszonen 140, 150, 160, 180, 190 angebracht. Die Separationszone 170 grenzt den Zuleitungsbereich zum unteren Interferometer von den Schichten des oberen Interferometers ab. Die Zuleitungszo­ nen sind planar mit metallischen Kontakten 131, 132, 133, 134, 135, 136 kontaktiert.
In Fig. 5 ist eine 3D-Anordnung von zwei planar angeord­ neten Interferometern dargestellt.
Interferometer mit horizontalen Y-Verzweigungen in 3D-An­ ordnung sind technologisch einfacher herstellbar als die gemäß Fig. 4 angegebenen Interferometer mit vertikaler Y- Verzweigung. Da die Wellenleiter und Interferometerarme mehrere µm breit sind, benötigt eine derartige Anordnung mehr Platz als die in Fig. 4 gezeigte Version mit vertikal übereinander angeordneten Interferometerarmen.
Das untere Interferometer besteht eingangsseitig aus der wellenführenden Halbleiterschicht 3, die sich in die In­ terferometerarme 31, 33 verzweigt. Ausgangsseitig schließen sich die Interferometerarme wieder zur wellen­ führenden Halbleiterschicht 3 zusammen. Das obere Interfe­ ometer besteht aus der wellenführenden Halbleiterschicht 5 und den Interferometerarmen 51, 53. Die wellenbegren­ zenden Schichten 2, 4, 6 sind in dieser Ausführungsform zur einfacheren Beschaltung hochohmig ausgebildet. Zwi­ schen den Interferometerarmen ist für beide 3D-Interfero­ meter eine gemeinsame Zuleitungszone 101 zu den Interfero­ meterarmen 51, 53 und 31, 33 eingebracht, die durch hoch­ ohmige Zonen 100 und 110 elektrisch separiert ist. Über einen metallischen Kontakt 131 werden die Interferometer­ arme innenseitig kontaktiert. Über die Zuleitungszonen 102 und 103, die spiegelbildlich gleich sind, werden die In­ terferometerarme 51, 53 des oberen Interferometers außen­ seitig kontaktiert. Die Interferometerarme 31, 33 des un­ teren Interferometers werden über die Zuleitungszonen 104 und 105 kontaktiert. Die Spannung U5 wird zwischen den Kontakten 131, 132 sowie 131, 133 angelegt, die Spannung U3 liegt zwischen den Kontakten 131, 134 sowie 131, 135 an.
Die wellenführenden Halbleiterschichten der Schichtenfolge für eine 3D-Anordnung von Interferometern sind z.B. aus SiGe mit einer Schichtdicke von 1 µm aufgebaut. Die wellen­ begrenzenden Schichten bestehen z.B. aus1 µm dicken Si- Schichten oder 0,2 µm dicken CaF2-Schichten mit einem dem Si bzw. SiGe ähnlichen Gitterparameter.
Die Wellenleiter und Koppelbereiche können aus Si, SiGe, III/V-, IV/VI-, II/VI-Halbleiterverbindungen ausgebildet sein. Zudem können die wellenbegrenzenden Schichten aus einkristallinen Fluoriden, wie CaF2, CaSrF2, BaSrF2, BaF2, bestehen, mit Gitterparametern anpaßbar an die aus o.g. Halbleitern ausgebildeten wellenführenden Schichten.
Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße 3D-An­ ordnung von Wellenleitern und Koppelbereichen sind in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 38 33 412 angegeben.

Claims (14)

1. Anordnung von integrierten, optischen Halbleiterbauelementen mit wellenführenden Halbleiterschichten und wellenbegrenzenden Schichten innerhalb einer Schichtenfolge und mit Mitteln zur elektrischen Steuerung der in den Halbleiterschichten geführten elektromagnetischen Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß 2n+1 (n=1, 2, 3, . . .) durch 2n (n=1, 2, 3, . . .) wellenbegrenzende Schichten getrennte wellenführende Halbleiterschichten in Richtung der Schichtenfolge übereinander angeordnet sind, und daß Zuleitungszonen zur seitlichen Kontaktierung tieferliegender Schichten vorhanden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenbegrenzenden Schichten (2n, n=1, 2, 3, . . .) aus elektrisch leitendem Material aufgebaut sind, das einen größeren Bandabstand besitzt als das Material der wellenführenden Halbleiterschichten.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die wellenbegrenzenden Schichten (2n, n=1, 2, 3 . . .) aus hochohmigem Material aufgebaut sind,
  • - daß der Wellenleiter aus einer wellenführenden Halbleiterschicht (2n+1), einer ersten, elektrisch leitenden Schicht [(2n+1)a] und einer zweiten, elektrisch leitenden Schicht [(2n+1)b] besteht, und
  • - daß die elektrisch leitenden Schichten des Wellenleiters aus einem Material aufgebaut sind, das einen kleineren Brechungsindex als die wellenführenden Halbleiterschichten und einen größeren oder kleineren Brechungsindex als die wellenbegrenzenden Schichten besitzt.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schichtenfolge optische Phasenschieber dreidimensional angeordnet sind (Fig. 1).
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die übereinander angeordneten wellenführenden Halbleiterschichten (3, 5) über die niederohmigen Zuleitungszonen seitlich kontaktierbar sind,
  • - daß über die Zuleitungszonen, horizontal zur Schichtenfolge, in den wellenführenden Halbleiterschichten (3, 5) im Koppelbereich elektrische Felder erzeugt werden, die eine Phasenänderung der elektromagnetischen Welle bewirken.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die übereinander angeordneten, wellenführenden Halbleiterschichten (3, 5) unten und oben von leitenden Schichten begrenzt sind,
  • - daß die leitenden Schichten über die Zuleitungszonen kontaktierbar sind, und
  • - daß über die Zuleitungszonen, vertikal zur Schichtenfolge, elektrische Felder in den wellenführenden Halbleiterschichten im Koppelbereich erzeugt werden, die eine Phasenänderung der elektromagnetischen Welle bewirken.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schichtenfolge Richtkoppler dreidimensional angeordnet sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß auf einem ersten Richtkoppler, bestehend aus mindestens zwei übereinander angeordneten, mehrschichtigen Wellenleitern, ein zweiter Richtkoppler, bestehend aus mindestens zwei übereinander angeordneten, wellenführenden Halbleiterschichten (7, 9), angeordnet ist,
  • - daß die wellenführenden Schichten (3, 5) über die leitenden Schichten (3a, 3b, 5a, 5b) des mehrschichtigen Wellenleiters und entsprechende Zuleitungszonen im Koppelbereich kontaktierbar sind, und
  • - daß in den wellenführenden Halbleiterschichten elektrische Felder erzeugt werden, die eine Phasenänderung der elektromagnetischen Welle bewirken, derart, daß die elektromagnetische Welle von einer wellenführenden Halbleiterschicht in eine andere schaltbar ist (Fig. 2).
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Richtkoppler mindestens zwei wellenführende Halbleiterschichten (3, 31) parallel im Abstand a zueinander angeordnet und in wellenbegrenzende Schichten (2, 22, 4, 42) eingebettet sind,
  • - daß auf den wellenbegrenzenden Schichten (4, 42) zumindest ein zweiter Richtkoppler mit mindestens zwei parallel angeordneten, wellenführenden Halbleiterschichten (5, 51) aufgebracht ist (Fig. 3).
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Koppelbereich die wellenführenden Halbleiterschichten über seitliche Zuleitungszonen kontaktierbar sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die wellenführenden Halbleiterschichten und die wellenbegrenzenden Schichten in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle versetzt angeordnet sind, derart, daß am Eingang des Koppelbereiches die wellenführenden Halbleiterschichten an wellenbegrenzende Schichten grenzen, und im Koppelbereich die parallelen wellenführenden Halbleiterschichten (3, 31) und wellenbegrenzenden Schichten (2, 22) in einem Abstand a′<a zueinander angeordnet werden, und
  • - daß Zuleitungszonen für die versetzt angeordnete Richtkopplerstruktur in den Zwischenraum zwischen den parallel angeordneten Richtkopplern integrierbar sind.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schichtenfolge übereinander angeordnete Interferometer herstellbar sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferometer vertikale Y-Verzweigungen der wellenführenden Halbleiterschichten besitzen, derart, daß sich im Koppelbereich eingangsseitig die wellenführenden Halbleiterschichten vertikal in einen ersten und zweiten Interferometerarm verzweigen und sich ausgangsseitig zu einer wellenführenden Halbleiterschicht zusammenfügen (Fig. 4).
20. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferometer horizontale Y-Verzweigungen der wellenführenden Halbleiterschichten besitzen, derart, daß sich die wellenführende Halbleiterschicht im Koppelbereich eingangsseitig horizontal in einen ersten und zweiten Interferometerarm verzweigt und ausgangsseitig zu einer wellenführenden Halbleiterschicht zusammenschließt (Fig. 5).
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