DE4445835C2 - Thermooptischer Schalter, insbesondere Richtkoppler, sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermooptischen Schalter, insbesondere Richtkoppler, gemäß dem Anspruch 1, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Anspruch 4.

Stand der Technik

In der optischen Nachrichtentechnik werden neben passiven lichtleitenden Komponenten für die Nachrichtenübertragung in zunehmendem Maße schaltbare Strukturen für eine optische Nachrichtenübermittlung benötigt. Optische Koppelnetze sollten aus Kostengründen in miniaturisierter Form auf einem Chip unter Verwendung integrierter Lichtwellenleiter realisiert werden.

Eine Schaltfunktion kann durch Interferometer- oder Richtkoppleranordnungen aus zwei Lichtwellenleitern erreicht werden, in deren einem Arm eine definierte, reversible Brechungsindexänderung hervorgerufen wird. In Materialien, die keinen elektrooptischen Effekt aufweisen, wie zum Beispiel Siliciumdioxid, kann eine solche Brechungsindexänderung auf ther­ mischem Wege, das heißt durch Heizen des einen Licht­ wellenleiters, erreicht werden. Siliciumdioxid auf Siliciumsubstraten ist als Material für integriert­ optische Schaltungen von besonderem Interesse, wenn elektronische Funktionen auf dem gleichen Substrat integriert werden sollen. Um einen optischen Weg­ unterschied zwischen den beiden Armen (Lichtwellen­ leitern) des Kopplers oder Interferometers zu er­ zielen, darf hierbei der zweite Arm nicht mitgeheizt werden.

Interferometerstrukturen können mit einem großen Ab­ stand der beiden Wellenleiter hergestellt werden, oh­ ne die Schaltfunktion zu beeinträchtigen. Die ther­ mische Entkopplung kann somit durch die räumliche Trennung der Interferometerarme sichergestellt wer­ den. Die beiden Arme des Interferometers müssen je­ doch auf der Eingangs- und Ausgangsseite durch Y-Ver­ zweiger beziehungsweise -Vereiniger oder durch Richt­ koppler miteinander gekoppelt werden. Dies führt zu einer beträchtlichen Baulänge des Schalters, was die Herstellung von, komplexeren Strukturen, insbesondere von kaskadierten Schaltern, auf einem einzigen Chip verhindert.

Für viele Anwendungen ist daher der Einsatz von schaltbaren Richtkopplern vorzuziehen. Da hierbei le­ diglich eine einzige Kopplerstruktur eingesetzt wird und keine zusätzlichen Verzweiger oder Vereiniger be­ nötigt werden, können wesentlich kürzere Baulängen realisiert werden als mit Interferometern. Ein weite­ rer Vorteil besteht darin, daß die Schalteigenschaf­ ten des Interferometers sich periodisch mit der Tem­ peratur ändern und somit die genaue Einhaltung einer definierten Temperaturdifferenz gewährleistet sein muß. Richtkoppler hingegen weisen zwar auch eine Periodizität der Koppelcharakteristik auf, jedoch nimmt die Amplitude, mit der die Lichtintensität zwischen beiden Armen hin- und zurückschwingt, mit zunehmender Temperaturdifferenz sehr schnell ab. Die Einhaltung einer definierten Temperaturdifferenz ist daher wesentlich unkritischer als bei einem Inter­ ferometer.

Nachteilig wirkt sich bei einem Richtkoppler jedoch der sehr kleine räumliche Abstand beider Lichtwellen­ leiter im eigentlichen Koppelbereich aus, der ty­ pischerweise einige Mikrometer beträgt. Hierdurch wird eine selektive thermische Beeinflussung eines der beiden Arme äußerst schwierig.

In "Elektronic-Letters" 23, Nr. 15 (1987), S. 788, wurde von Toba und anderen bereits vorgeschlagen, thermooptische Schalter auf Siliciumsubstraten in Form von Interferometern auszubilden. Hierbei werden integrierte Lichtwellenleiter verwendet, die ein Mach-Zehnder-Interferometer bilden, dessen einer Arm mit Hilfe eines Dünnschichtwiderstandes beheizbar ist. Ein Abstand zwischen den beiden Armen des op­ tischen Schalters ist hierbei so groß zu wählen, daß eine thermische Beeinflussung des nicht beheizbaren Armes ausgeschlossen werden kann. Diese bekannten op­ tischen Schalter besitzen daher eine relativ große Bauform.

Aus N. Neil et al., Electronics Letters, Band 30, Nr. 8, Seiten 639 bis 640, ist ein thermooptischer Schalter in Form eines Richtkopplers bekannt, der wenigstens zwei integrierte Lichtwellenleiter aufweist, von denen mindestens einer beheizbar ist, so daß sich durch eine Temperaturänderung des Lichtwellenleitermaterials eine Änderung des Brechungsindexes, und damit eine Ablenkung des Lichtes an der Koppelstelle erzielen läßt. Der thermooptische Schalter beruht dabei auf Polymermaterialien, die thermisch miteinander gekoppelt sind. In JP 1-15 84 13 (A) wurde weiter bereits vorgeschlagen, einen thermisch entkoppelten Bereich einer geheizten Wellenleiteranordnung aus einer mit einem Basissubstrat verbundenen Membran auszubilden.

Schließlich ist aus JP 5-34 525 (A) bereits bekannt, bei einem thermooptischen Element unter einem von zwei parallel verlaufenden Lichtwellenleitern eine Ausnehmung in einem Substrat vorzusehen, um auch bei höherer Integrationsdichte auf dem Substrat eine gute thermische Isolation der erzeugten Strukturen untereinander zu erreichen. Dabei wird jedoch das Substrat von der Rückseite her entfernt, was zu einer beidseitigen Strukturierung des Substrates führt, so daß durch eine selektive Freilegung eines Wellenleiters bei gleichzeitiger Positionierung des zweiten Wellenleiters nicht möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße thermooptische Schalter mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß miniaturisierte optische Schalter erzielbar sind, deren Lichtwellenleiter in der Koppelstelle einen geringfügigen Abstand aufweisen und dennoch eine gegenseitige thermische Beeinflussung ausgeschlossen ist. Dadurch, daß der mit Wärmeenergie beaufschlagbare Lichtwellenleiter innerhalb der Koppelstelle auf einem Bereich angeordnet ist, der von dem, den zweiten Lichtwellenleiter tragenden Basissubstrat thermisch entkoppelt ist, ist es vorteilhaft möglich, die Lichtwellenleiter in einem extrem kleinen räumlichen Abstand innerhalb der Koppelstelle zueinander anzuordnen und trotzdem eine selektive thermische Beeinflussung nur eines der beiden Lichtwellenleiter zu ermöglichen. Diese thermooptischen Schalter sind daher sehr klein und sind idealerweise mit weiteren optischen und/oder elektronischen Schaltungen auf einem gemeinsamen Basissubstrat zu integrieren. Insbesondere lassen sich so eine Vielzahl von thermooptischen Schaltern, die eine kaskadenartige Signalbeeinflussung erlauben, auf engstem Raume unterbringen.

Bei der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bereich von einer mit dem Basismaterial zumindest im Bereich der Koppelstelle einseitig verbundenen Membran gebildet wird, die vorzugsweise durch eine unterätzte Lichtwellenleiterschicht gebildet wird. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, über ein an sich bekanntes anisotropes naßchemisches Ätzverfahren die den beheizbaren Lichtwellenleiter aufweisende Membran zu unterätzen. Mittels der Ätztechnik lassen sich in dem Basismaterial, insbesondere wenn dieses ein einkristallines Siliciumsubstrat ist, Strukturen einätzen, deren Ausbildung von einer unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeit der einzelnen Kristallebenen bestimmbar ist. Durch die vorzugsweise Ausbildung einer Maske neben dem zu unterätzenden Lichtwellenleiter, wobei wenigstens die dem Lichtwellenleiter zugeordnete Seite der Maske parallel zu diesem verläuft, kann dieser in einfacher Weise zeitgesteuert unterätzt werden. Hierdurch ist der unterätzte Lichtwellenleiter nur noch über die Lichtwellenleiterschicht mit dem benachbarten, unbeheizten Lichtwellenleiter verbunden. Die Lichtwellenleiterschicht stellt einen schlechten Wärmeleiter dar, so daß eine thermische Entkopplung der beiden Lichtwellenleiter auf engstem Raume erreicht ist.

Ferner ist vorgesehen, daß die Lichtwellenleiter in der Koppelstelle eine wählbare Ausrichtung zu den Kristallebenen des Siliciumsubstrats, nämlich eine wählbare Winkeldrehung zu der 110-Kristallrichtung aufweisen. Hierdurch wird es möglich, die Unterätzung des mit Wärmeenergie beaufschlagbaren Lichtwellenleiters in einer kürzeren Zeit zu erreichen. Der naßchemische Ätzprozeß kann somit in Richtung der 111-Kristallebenen des Substrats sehr schnell vorangetrieben werden, bis sie diese erreichen, so daß der Anfangsätzvorgang nicht durch die insgesamt maximal vier möglichen 111-Kristallebenen, die nur einen relativ langsamen Ätzfortschritt erlauben, beeinflußt wird. Durch eine entsprechende Wahl des Drehwinkels zu der 110- Kristallrichtung kann eine minimale und maximale Ätzrate für die Unterätzung des Lichtwellenleiters eingestellt werden. Insgesamt kann somit eine definierte Unterätzung des mit Wärmeenergie beaufschlagbaren Lichtwellenleiters erreicht werden, während der zweite Lichtwellenleiter weiterhin auf dem Basissubstrat liegt. Innerhalb kürzester Abstände findet somit eine wirksame thermische Entkopplung statt, die eine gegenseitige Wärmebeeinflussung und damit eine negative Beeinflussung einer Koppelcharakteristik des optischen Schalters ausschließt.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen thermooptischen Schalter anzugeben, der nur einen kleinen Platzbedarf hat. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schalters angegeben werden, das eine schnelle Herstellung ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Richtkoppler, der die Grundlage der Erfindung bildet;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den Richtkoppler nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen Richtkoppler nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 eine schematische Darstellung verschiedener Ätzvorgänge.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in der Draufsicht einen als Richtkoppler ausgebildeten thermooptischen Schalter 10. Der Schalter 10 besitzt eine auf einem Basissubstrat 12 aufgebrachte Lichtwellenleiterschicht 14. Innerhalb der Lichtwellenleiterschicht 14 sind zwei integrierte Lichtwellenleiter 16 und 18 strukturiert. Der Lichtwellenleiter 16 besitzt einen Eingang 20, an den beispielsweise eine Lichtquelle 22, wie eine Laserdiode, anschließbar ist. Der Lichtwellenleiter 16 besitzt weiterhin einen Ausgang 24, an den eine hier angedeutete Lichtleitfaser 26 anschließbar ist. Der Lichtwellenleiter 18 besitzt einen Eingang 28, an den eine hier angedeutete Lichtleitfaser 30 ankoppelbar ist. Weiterhin besitzt der Lichtwellenleiter 18 einen Ausgang 32, an den beispielsweise ein Lichtempfänger 34, wie beispielsweise eine Photodiode, anschließbar ist. Im Rahmen der Erfindung soll auf die Ankopplung der Lichtleitfasern 26 und 30 beziehungsweise der Lichtquelle 22 und des Lichtempfängers 34 an die Lichtwellenleiter 16 beziehungsweise 18 nicht näher eingegangen werden. Im Bereich der Eingänge 20 und 28 beziehungsweise der Ausgänge 24 und 32 besitzen die Lichtwellenleiter 16 und 18 hierzu Ankoppelbereiche.

Die Lichtwellenleiter 16 und 18 sind innerhalb einer Koppelstelle 36 über eine bestimmte Koppellänge in einem geringen Abstand parallel zueinander angeord­ net. Innerhalb der Koppelstelle 36 ist dem Lichtwel­ lenleiter 18 ein Heizelement 38, das beispielsweise als Dünnschichtwiderstand ausgebildet sein kann, zu­ geordnet. Im Bereich der Koppelstelle 36 ist der Lichtwellenleiter 18 auf einer Membran 40 angeordnet, die eine Ausnehmung 42 - wie die nachfolgenden Fi­ guren noch verdeutlichen - des Basissubstrats 12 überspannt. Die Ausnehmung 42 ist hierbei auf den Bereich des Lichtwellenleiters 18 mit dem darüber an­ geordneten Heizelement 38 beschränkt.

Mit Hilfe des in Fig. 1 dargestellten thermoop­ tischen Schalters 10 kann eine Schaltfunktion derart durchgeführt werden, daß ein an dem Eingang 20 des Lichtwellenleiters 16 von der Lichtquelle 22 ausge­ sandtes Lichtsignal mit Hilfe der Koppelstelle 36 auf den am Ausgang 32 des Lichtwellenleiters 18 ange­ schlossenen Lichtempfänger 34 umgeschaltet werden kann. Die Schaltfunktion wird hierbei durch das Heiz­ element 38 bewirkt, das je nach Erwärmung des Licht­ wellenleiters 18 im Bereich der Koppelstelle 36 eine Brechnungsindexänderung in diesem Bereich durchge­ führt wird, so daß die von der Lichtquelle 22 aus­ gehenden Lichtsignale für den Ausgang 32 des Schal­ ters 10 zu- beziehungsweise abschaltbar sind. Im Be­ trieb der Heizeinrichtung 38 erfolgt hierbei eine Durchschaltung des thermooptischen Schalters 10, so daß die am Eingang 20 anliegenden Lichtsignale am Ausgang 24 abgegriffen werden können. Bei einem Betriebszustand, bei dem das Heizelement 38 unbeheizt ist, erfolgt eine Brechungsindexänderung derart, daß die am Eingang 20 anliegenden Lichtsignale dem Aus­ gang 32 zugeführt werden, während der Eingang 28 mit dem Ausgang 24 auf Durchgang geschaltet ist. Somit ist über eine Ansteuerung des Heizelementes 38 eine Schaltfunktion in einfacher Weise möglich. Diese Schaltfunktion hängt wesentlich von der erreichten thermischen Entkopplung der Lichtwellenleiter 18 und 16 im Bereich der Koppelstelle 36 ab. Anhand der nachfolgenden Figuren wird diese thermische Entkopp­ lung noch näher erläutert.

In der Fig. 2 ist der thermooptische Schalter 10 in einer Schnittdarstellung gezeigt, die durch die Kop­ pelstelle 36 gelegt ist. Anhand der Schnittdar­ stellung wird deutlich, daß auf dem Basissubstrat 12 die Lichtwellenleiterschicht 14 aufgebracht ist. Die Lichtwellenleiterschicht 14 besitzt einen Schichtauf­ bau, bei dem beispielsweise zwischen zwei undotierten Siliciumoxidschichten 44 eine die Lichtwellenleiter 16 beziehungsweise 18 ausbildende dotierte Silicium­ oxidschicht 46 angeordnet ist. Als Dotierung kann hierbei beispielsweise Germaniumoxid, Titanoxid, Stickstoff, Phosphor oder ein anderes geeignetes Ma­ terial eingesetzt werden, das eine definierte Bre­ chungsindexänderung des Siliciumoxids der undotierten Schichten 44 bewirkt. Oberhalb des Lichtwellenleiters 18 ist die Heizeinrichtung 38 angeordnet, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit hier auf die Darstel­ lung von Anschlüssen, beispielsweise Leiterbahnen, für eine Betätigung der Heizeinrichtung 38 verzichtet wurde. Das Basissubstrat 12, das beispielsweise aus einkristallinem Silicium besteht, besitzt die Aus­ nehmung 42. Eine seitliche Begrenzung 48 der Aus­ nehmung 42 verläuft dabei zwischen den Lichtwellen­ leitern 16 und 18, zumindest im Bereich der Koppel­ stelle 36. Die Seitenwand 48 mündet hierbei an der Oberfläche 50 des Basissubstrats 12 in etwa in der Mitte zwischen den beiden Lichtwellenleitern 16 und 18. Die Lichtwellenleiterschicht 14 bildet somit die Membran 40 aus, die die Ausnehmung 42 des Basis­ substrats 12 überspannt. Die Membran 40 besitzt hier­ bei einen noch zu erläuternden Spalt 52, so daß die Membran 40 im Bereich der Ausnehmung 42 quasi auf­ geschlitzt ist. Der den Lichtwellenleiter 18 tragende Bereich der Membran 40 ist lediglich durch einen, von der Dicke der Lichtwellenleiterschicht 14 bestimmten Steg 54 mit dem Basissubstrat 12 verbunden.

Durch die hier gefundene Anordnung wird erreicht, daß eine über die Heizeinrichtung 38 erfolgende Erwärmung des Lichtwellenleiters 18 innerhalb der Koppelstelle 36 auf den Lichtwellenleiter 18 beschränkt bleibt. Da die Schichten 44 beziehungsweise 46 der Lichtwellen­ leiterschicht 14 schlecht wärmeleitend sind, kann eine Wärmeleitung über den Steg 54 auf den Licht­ wellenleiter 16 nicht erfolgen. Unterhalb des Licht­ wellenleiters 18 ist die Ausnehmung 42 angeordnet, so daß diese - in der Regel mit Luft gefüllt - als Wärmeisolator gegenüber dem Basissubstrat 12 wirkt. Somit kann über das Basissubstrat 12 ebenfalls keine Wärmeleitung auf den Lichtwellenleiter 16 erfolgen. Insgesamt ist somit gewährleistet, daß die Licht­ wellenleiter 16 und 18 trotz ihres typischerweise nur einige µm betragenden Abstandes zueinander thermisch entkoppelt sind. Eine thermisch bedingte Änderung eines Brechungsindex bleibt somit ausschließlich auf den Lichtwellenleiter 18 im Bereich der Koppelstelle 36 beschränkt, so daß eine zuverlässige Schaltfunk­ tion des gesamten thermooptischen Schalters 10 trotz seiner extrem kleinen Bauform gewährleistet ist.

Im weiteren wird auf die Ausbildung der Ausnehmung 42 des Basissubstrats 12 eingegangen.

Das Basissubstrat 12, das beispielsweise aus einem einkristallinen Silicium besteht, kann mit allgemein bekannten naßchemischen Ätzverfahren in alkalischen Lösungen, wie beispielsweise Kaliumhydroxid, mit ho­ her Präzision strukturiert werden. Bei dem naßche­ mischen Ätzen werden bekanntermaßen über eine Mas­ kierung Strukturen entlang bestimmter Kristallebenen des einkristallinen Siliciums geätzt. Hierbei werden beispielsweise die 111-Kristallebenen nur sehr lang­ sam geätzt, während beispielsweise die 100-Kristall­ ebenen wesentlich schneller angegriffen und damit abgeätzt werden. Aufgrund dieser Tatsache lassen sich im einkristallinen Silicium mittels einer entspre­ chenden Maskierung von den 111-Kristallebenen be­ grenzte V-förmige Vertiefungen strukturieren. Unter Ausnutzung dieser Gegebenheiten wird in der Lichtwel­ lenleiterschicht 14 der Spalt 52 mittels geeigneter Maßnahmen, beispielsweise mittels einer Photolitho­ graphie strukturiert, so daß sich eine Maske 56 er­ gibt. Die Maske 56 ist hierbei so strukturiert, daß sich eine an den Lichtwellenleiter 18 anschließende Seitenkante 58 der Maske 56 zumindest im Bereich der Koppelstelle 36 parallel zu dem Lichtwellenleiter 18 verläuft. Über die Maske 56 wird ein naßchemisches Ätzen des Basissubstrats 12 durchgeführt, so daß un­ terhalb der Lichtwellenleiterschicht 14 im Bereich der Maske 56 die Ausnehmung 42 entsteht. Während des naßchemischen Ätzens werden die unterschiedlichen Kristallebenen des Basissubstrats 12 unterschiedlich schnell geätzt. Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel verläuft eine 110-Kristallrichtung parallel zur Lage der Lichtwellenleiter 16 und 18 im Bereich der Koppelstelle 36. Da die Kanten, insbesondere die Seitenkante 58 der Maske 56, parallel zu der 110- Kristallrichtung liegen, erfolgt ein allmähliches Un­ terätzen der Lichtwellenleiterschicht 14, so daß die Ausnehmung 42, die allseitig von V-förmig verlaufen­ den Seitenwänden, die bekanntermaßen unter einem Win­ kel von 54,7° zu den senkrechten Kanten der Mas­ kierung 56 verlaufen, begrenzt wird. Über einen zeit­ gesteuerten Prozeß wird das naßchemische Ätzen so lange fortgeführt, bis die Begrenzung 48 der Ausneh­ mung 42 die Oberfläche 50 des Basissubstrats 12 in etwa mittig zwischen den Lichtwellenleitern 16 und 18 schneidet. Entsprechend der Wahl der Größe der Maske 56 kann die Längserstreckung der Ausnehmung 42 einge­ stellt werden. Diese wird - wie in Fig. 1 in der Draufsicht zu sehen ist - eine in Richtung des Licht­ wellenleiters 18 gesehene axiale Erstreckung auf­ weisen, die die axiale Erstreckung des Heizelementes 38 übersteigt.

In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen thermooptischen Schalters 10 gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und hier nicht nochmals erläutert.

Bei dem hier dargestellten thermooptischen Schalter 10 ist die Koppelstelle 36, das heißt, der Bereich, in dem die Lichtwellenleiter 16 und 18 in engem Abstand parallel zueinander verlaufen, um einen bestimmten Winkel α zu der 110-Kristallrichtung des Basissubstrates 12 gedreht. Die 110-Kristallrichtung ist in der Fig. 3 mit dem Pfeil 60 angedeutet. Entsprechend dem Winkel α ist der die Maske 56 ergebende Spalt in der Lichtwellenleiterschicht 14 ebenfalls gedreht. Dieser liegt in jedem Fall so, daß seine dem Lichtwellenleiter 18 zugewandte Seitenkante 58 parallel zu diesem, zumindest im Bereich der Koppelstelle 36, liegt. Aufgrund der bekannten Tatsache, daß bei einem naßchemischen Ätzen des Basissubstrats 12 der Ätzfortschritt in der 110- Kristallrichtung wesentlich schneller voranschreitet als in Richtung der 111-Kristallebene, kann durch die Drehung der Koppelstelle 36 um den Winkel α der Prozeß der Ausbildung der Ausnehmung 42 und damit der Unterätzung des Lichtwellenleiters 18 innerhalb der Koppelstelle 36 beschleunigt werden.

Anhand der Fig. 4 soll der zeitabhängige Ätzfortschritt verdeutlicht werden. In der schematischen Draufsicht ist auf einem Basissubstrat 12, das aus einkristallinem Silicium besteht, die Maske 56 mit ihrer parallel zu dem Lichtwellenleiter 18 ver­ laufenden Kante 58 angedeutet. Zu einem Zeitpunkt t₀, bei dem der Ätzvorgang beginnt, ist auf dem Basis­ substrat 12 lediglich die Maskierung 56 vorhanden. Mit fortschreitendem Naßätzprozeß wird das Basis­ substrat 12 unterhalb der, in Fig. 4 nicht dar­ gestellten, die Maske 56 aufweisenden Lichtwellen­ leiterschicht 14 weggeätzt. Der Ätzvorgang schreitet hierbei in der 110-Kristallrichtung und der zu dieser um 90° versetzt verlaufenden 110-Kristallrichtung (Pfeil 61) schnell voran, bis die Seitenkanten die langsam ätzenden 111-Kristallebenen schneiden. Zum Zeitpunkt t₁ ist hier angedeutet, daß in 110- Kristallrichtung 60 der Ätzprozeß bereits die hier mit 62 bezeichneten und in 110-Kristallrichtung 61 die hier mit 64 bezeichneten 111-Kristallebenen zum Teil erreicht haben. Mit fortschreitender Ätzdauer, hier mit den Zeitpunkten t₂, t₃ und t₄ dargestellt, verringert sich die durch die Kante 58 vorgegebene, parallel zu dem Lichtwellenleiter 18 verlaufende Ätz­ front immer weiter, da der Ätzvorgang die 111- Kristallebenen 62, 64, in denen nur ein langsameres Weiterätzen erfolgt, immer mehr erreicht. Mit zu­ nehmender Ätzdauer überwiegen die 111-Kristallebenen immer mehr, bis schließlich zum Zeitpunkt t₄ die geätzte Struktur in eine V-Nut übergeht, die von vier langsam ätzenden 111-Kristallebenen begrenzt wird. Unter Ausnutzung dieser Vorgänge wird es durch Einstellung eines Winkels α und Wahl einer Ätzzeit möglich, eine Geschwindigkeit der lateralen Unter­ ätzung des Lichtwellenleiters 18 im Bereich der Kop­ pelstelle 36 einzustellen. Die Unterätzung kann beliebig zwischen von einer minimalen Ätzrate, bei einem Winkel α von 0° und einer maximalen Ätzrate bei einem Winkel α von ca. 30° eingestellt werden. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wird die Aus­ nehmung 42 durch Wahl des Winkels α und Wahl der Zeitdauer t₁ so eingestellt, daß eine Unterätzung des Lichtwellenleiters 18 erfolgt, während der Lichtwel­ lenleiter 16 von der Unterätzung nicht erfaßt ist. Während der Ausätzung der Ausnehmung 42 bleibt die Lichtwellenleiterschicht 14 bestehen, so daß es zur Ausbildung der den Lichtwellenleiter 18 aufnehmenden und das Heizelement 38 tragenden Membran 40 kommt. Geeigneterweise besteht die Lichtwellenleiterschicht - wie bereits erwähnt - aus Siliciumdioxid, das dem anisotropen naßchemischen Ätzen des einkristallinen Siliciums des Basissubstrats 12 gegenüber resistent ist. Bei einer gegenüber dem Beispiel in der Fig. 3 anders gewählten Kopplergeometrie kann über die Wahl des Winkels α und der Zeitdauer des Ätzvorgangs t₁ bis t₄, wobei selbstverständlich auch Zwischen­ schritte möglich sind, eine entsprechend angepaßte Unterätzung durchgeführt werden.

Insgesamt sind thermooptische Schalter 10 herstell­ bar, bei denen unabhängig von der Lage der Koppel­ stelle 36 und des Verlaufs der Lichtwellenleiter 16 und 18, insbesondere der Lage der Eingänge 20 und 28 beziehungsweise der Ausgänge 24 und 32, eine defi­ nierte Unterätzung eines Lichtwellenleiters durch­ führbar ist. Diese Unterätzung führt - wie bereits erwähnt - zu der thermischen Entkopplung der Licht­ wellenleiter 16 und 18 im Bereich der Koppelstelle 36 auf engstem Raume, so daß insgesamt eine sehr kleine Bauform der thermooptischen Schalter 10 realisierbar ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die darge­ stellten Ausführungsbeispiele; so ist beispielsweise auch die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Unterätzungen an kaskadenförmig angeordneten Koppel­ stellen 36 auf einem Basissubstrat 12 möglich. Mit der Herstellung der Ausnehmung 42 durch den Ätzvor­ gang können weiterhin gleichzeitig weitere Struk­ turierungen auf dem Basissubstrat 12, so beispiels­ weise die Ankoppelstellen an den Eingängen be­ ziehungsweise Ausgängen der Lichtwellenleiter 16 und 18 hergestellt werden.

Claims (6)

1. Thermooptischer Schalter mit einer auf einem einkristallinen Siliciumsubstrat (12) angeordneten Lichtwellenleiterschicht (14), in die wenigstens zwei Lichtwellenleiter (16, 18) strukturiert sind, die innerhalb eines Koppelbereiches (36) eng benachbart zueinander verlaufen, wobei
einer der beiden Lichtwellenleiter (18) innerhalb des Koppelbereiches (36) mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist,
der mit Wärmeenergie beaufschlagbare Lichtwellenleiter (18) im Koppelbereich (36) auf einer aus der Lichtwellenleiterschicht (14) gebildeten Membran (40) angeordnet ist, die eine nur unter diesem Lichtwellenleiter (18) gebildete Ausnehmung (42) in der Oberfläche des Siliciumsubstrates (12) überspannt, und wobei
die Lichtwellenleiter (16, 18) im Koppelbereich (36) um einen vorgegebenen Winkel (α) gegen die 110-Kristallrichtung des Siliciumsubstrates (12) gedreht sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, bei dem die Ausnehmung (42) von einer Unterätzung einer der Lichtwellenleiter (16, 18) aufweisenden Lichtwellenleiterschicht (14) gebildet wird.

3. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtwellenleiterschicht (14) eine schlecht wärmeleitende Schicht, insbesondere eine Siliciumoxidschicht, ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines thermooptischen Schalters mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, bei dem
die Lichtwellenleiter (16, 18) so in der Wellenleiterschicht strukturiert werden, daß sie im Koppelbereich (36) um einen vorgegebenen Winkel (α) gedreht gegen die 110-Kristallebene des Siliciumsubstrates ausgerichtet sind,
in der Wellenleiterschicht (14) benachbart zum Koppelbereich eine bis zum Siliciumsubstrat reichende Ausnehmung (52, 56) erzeugt wird, die eine parallel zu dem mit Wärme beaufschlagbaren Lichtwellenleiter (18) verlaufende Seitenkante aufweist, und bei dem
das Siliciumsubstrat (12) unterhalb des mit Wärmeenergie beaufschlagbaren Lichtwellenleiters (18) im Koppelbereich mittels eines anisotropen naßchemischen Ätzverfahrens ausgehöhlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Erzeugung der Ausnehmung (52, 56) in der Wellenleiterschicht (14) mittels eines photolithographischen Schrittes erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem der Ätzprozeß zeitgesteuert erfolgt.