EP1805538A1 - Dbr laserelement mit bragg-gitter hoher ordnung und rippenwellenleiter - Google Patents

Dbr laserelement mit bragg-gitter hoher ordnung und rippenwellenleiter

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EP1805538A1
EP1805538A1 EP05811064A EP05811064A EP1805538A1 EP 1805538 A1 EP1805538 A1 EP 1805538A1 EP 05811064 A EP05811064 A EP 05811064A EP 05811064 A EP05811064 A EP 05811064A EP 1805538 A1 EP1805538 A1 EP 1805538A1
Authority
EP
European Patent Office
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waveguide
bragg grating
photoresist layer
optical element
rib
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05811064A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Götz ERBERT
Jörg Fricke
Hans Wenzel
Wilfried John
Reiner GÜTHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungsverbund Berlin FVB eV
Original Assignee
Forschungsverbund Berlin FVB eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungsverbund Berlin FVB eV filed Critical Forschungsverbund Berlin FVB eV
Publication of EP1805538A1 publication Critical patent/EP1805538A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
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    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
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    • H01S5/1203—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers over only a part of the length of the active region
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure

Definitions

  • the invention relates to an optical element having a planar vertical waveguide structure, on the surface of which a Bragg grating and a ridge waveguide are arranged, and to a method for the production thereof.
  • Bragg gratings are widely used in optoelectronic components such as lasers, laser amplifiers, filters and couplers. Bragg gratings are characterized by a periodic variation of the refractive index between two values H 1 and r? 2 along a spatial direction, whereby wavelength propagating in the Bragg grating wavelengths selectively reflected or coupled.
  • Bragg's grating An important characterizing feature of Bragg's grating is the so-called order m of the grating. This indicates how many half wavelengths form a grating period. Thus, for a 1st order grating, a period equals exactly half a wavelength, for a 2nd order grating a wavelength, etc. Therefore, the size of the grating period is proportional to the grating order.
  • Bragg grids can be produced in different ways.
  • One possibility is the deposition of a sufficient number of pairs of two materials with different refractive indices.
  • the deposition of dielectra can be done for example by CVD (Chemical Vapor Deposition) and is used for example for the production of dielectric mirrors.
  • encryption Bond semiconductors can be deposited, for example, with MBE (Molecular Beam Epitaxy) or MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy), which can be used to produce so-called Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) surface emitting lasers.
  • MBE Molecular Beam Epitaxy
  • MOVPE Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy
  • a corrugation which has a periodic structure in a spatial direction.
  • the use of holographic lithography, electron beam lithography or phase mask lithography is known.
  • the structuring is realized for example by etching with acids or reactive ions (RIE ⁇ : Reactive Ion Eching). If the surface thus structured is covered with a material having a different refractive index, the effective refractive index of light waves, which propagate parallel to the boundary surfaces of the layer sequence but perpendicular to the periodic structure, likewise changes periodically, and a Braggsches is again obtained grid.
  • the transition regions between the two refractive indices ni and n 2 viewed perpendicular to the surface of the planar vertical waveguide structure, form the so-called grating lines, which are often designed to be straight but also appropriately curved.
  • the boundary surface defining the grid between two media having different refractive indices is higher in a certain region of the grating period, namely farther away from the planar vertical waveguide structure. These areas are called webs or grid bars.
  • the propagation of the light waves parallel to the layers is enforced by depositing a layer sequence of materials with different refractive indices in such a way that a so-called waveguide is formed, in which the refractive index of the central Layers (so-called waveguide core) is larger than the layers bounding these layers (so-called waveguide cladding).
  • This principle of action is utilized, for example, in edge-emitting distributed feedback lasers (DFB lasers, DFB: Distrumped Feedback) or Bragg reflectors (DBR lasers, DBR: distributed Bragg reflector).
  • DFB lasers distributed feedback lasers
  • DBR lasers distributed Bragg reflector
  • a waveguide in the lateral direction in optoelectronic components is typically achieved by a so-called ridge waveguide.
  • the rib waveguide like the Bragg grating mentioned above, must be surrounded by a material having a refractive index which is different from the refractive indices of the materials constituting the rib waveguide.
  • This material may be, for example, a dielectric (eg air), a metal or a compound semiconductor.
  • the layers which form the waveguide cladding can be etched. It is known to carry out the definition of the rib waveguide by means of contact or projection lithography.
  • the structuring can be realized by etching with acids or reactive ions (RIE: Reactive Ion Eching). It is also known to also etch a part of the waveguide core or the optically active layer.
  • RIE reactive ions
  • a disadvantage of the known method according to the prior art is that for generating a Bragg grating with lateral waveguide (Rippen ⁇ waveguide) at predetermined requirements (Reflektiv ⁇ tusch) a variety of process steps is required, which is associated with a considerable cost and Zeit ⁇ effort walk.
  • the requirements for the Bragg grating (with rib waveguide) are determined by its application.
  • a Bragg grating (with a ridge waveguide) as part of a resonator for a semiconductor laser must in particular meet high reflectivity requirements.
  • a Bragg grating with ribbed waveguide arranged on a planar vertical waveguide structure is characterized by:
  • a photoresist layer structure on a substantially planar planar vertical waveguide structure, wherein the photoresist layer structure substantially corresponds to the structure of the Bragg grating and the ridge waveguide and is formed in the region of the Bragg grating substantially linear with a ridge width which is at least 70% of the distance corresponds to two adjacent lines, Etching the planar vertical waveguide structure with a photoresist layer structure arranged thereon and
  • a simultaneous structuring of Bragg grating and rib waveguide on the planar vertical waveguide structure can advantageously be achieved, as a result of which the number of process steps can be reduced.
  • it is provided to form the photoresist layer structure by applying a continuous photoresist layer to the planar vertical waveguide structure, exposing the continuous photoresist layer and developing the photoresist.
  • the structuring is then carried out preferably by means of a dry-chemical etching method, such as reactive ion etching or by means of chemically assisted ion beam etching (CAIBE: Chemical Assisted Ion Beam Etching).
  • CAIBE Chemical Assisted Ion Beam Etching
  • a rib waveguide can be carried out technologically favorable together with a grid of large grating period, the above-mentioned lack of too small grating reflectivity is eliminated.
  • Ausu a duty cycle greater than or equal to 0, 8 is selected.
  • a duty cycle is chosen greater than or equal to 0.9, which is advantageously accompanied by increased freedom in the design of grid and rib waveguide.
  • the extent of the Bragg grating parallel to the surface of the planar vertical waveguide structure and perpendicular to the grating lines is preferably at least 0.01 mm.
  • the necessary etching depth to achieve sufficient lateral waveguiding is typically 1000-2000 nm. This makes it possible to use Bragg gratings with an order m> 4, preferably Bragg gratings of FIG Order and order 7th order for semiconductor lasers in the visible or near infrared range.
  • a particular advantage of the simultaneous structuring, in addition to the saving of process steps, is that successive processing can be avoided, which generally leads to lithographically more complex problems since, according to previous technology, the subsequent production of ribbed fibers is no longer on perfectly planar surfaces.
  • the exposure of the photoresist layer takes place by means of projection lithography.
  • the smallest reproducibly definable spatial structure is approximately 400 nm. Therefore, with an i-line wafer stepper for light waves in the visible and near infrared range, only higher-order Bragg gratings (m> 3) can be produced become.
  • the etching depth typically has to be 1000-2000 nm and the duty factor must be greater than or equal to 0.9, so that a sufficiently high reflectivity of the Bragg grating is obtained.
  • the lithographic step of defining the continuous photoresist pattern has one or more exposures depending on the desired process variability. It is possible to define the rib waveguide and the Bragg grating in different exposure steps. Thus, for example, a mask with different ridge waveguide structures and another mask with Bragg gratings of different lengths and grating periods can be produced beforehand by means of electron beam lithography. The separation of the exposure of Rippenwellenleiter- and lattice structure later makes it very easy to adjust the grating period and the achievable by the variable grating length reflectivity to the respective requirements of the desired device. In addition, optimal exposure parameters for both structures can be selected separately so that, for example, the duty cycle of the grid can be varied. The order of exposure of the grating and ridge-waveguide part can be arbitrarily selected.
  • the photoresist layer structure is structured using the nano-printing method.
  • an adhesion-promoting or planarizing layer is first applied to the planar vertical waveguide structure to be structured.
  • a UV-curable acrylate-based monomer layer of low viscosity is applied in a further step.
  • a stamp into which the inverse structure has previously been incorporated with other high resolution techniques is pressed into the latter layer, whereby curing of the material occurs by simultaneous UV irradiation in the area of the stamp and permanently transfers the structures located in the stamp become.
  • the generated structure can be directly used as etch masking for the planarization layer and the corresponding planar vertical waveguide structure. It is characteristic that here too the structuring of Bragg grating and ribbed waveguide takes place simultaneously.
  • the Bragg grating is preferably arranged next to the rib waveguide or integrated into the rib waveguide.
  • the shape of the lines of the Bragg grating is preferably straight. However, it is also possible that these grid lines have curvatures.
  • the Bragg gratings can be arranged perpendicularly or obliquely with respect to the axis of the rib waveguide.
  • the grating period is preferably constant. Alternatively, however, it is possible to produce a Bragg grating with a variable grating period using some of the known lithographic methods or the nanoprinting method.
  • the optical element according to the invention can be used particularly advantageously for the production of lasers with Bragg gratings such as DFB and DBR lasers.
  • the optical element according to the invention can furthermore advantageously be used for passive waveguides. Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
  • FIG. 2 shows an optical element according to the invention as part of a
  • Fig. 3 shows an inventive optical element with a in the
  • Rib waveguide integrated Bragg grating in a schematic, perspective view
  • Fig. 4 shows an inventive optical element with an obliquely ange ⁇ arranged with respect to the longitudinal axis of the rib waveguide Bragg grating in plan view.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the individual steps of the method according to the invention. It is initially assumed that a substantially planar planar vertical waveguide structure 1.
  • This planar vertical waveguide structure 1 can consist, for example, of n-type GaAs, on which an AIGaAs waveguide structure is epitaxially grown.
  • a photoresist layer 2 having a layer thickness of 650 nm is applied to the planar vertical waveguide structure 1 (FIG. 1 a).
  • the thickness of the photoresist layer 2 depends on its etch resistance. In principle, it should, because of the low focus depth of the projection exposure and in order to avoid too high an aspect ratio of the paint webs to be as thin as possible.
  • the photoresist: 2 is exposed in a wafer stepper which supports exposure wavelengths of 365 nm (i-line) or smaller, exposed in the region of the rib waveguide 6 to be formed and the Bragg grating 5 to be formed.
  • the subsequently developed photoresist structure 3 corresponds to the structure of the rib waveguide to be formed and of the lattice to be formed (FIG. 1b). Subsequently, the Bragg grating 5 and ridge waveguide 6 are patterned in one and the same etching step. ( Figure 1c). Thereafter, the Fotolack ⁇ structure 3 is removed (Fig. 1d), so that Bragg grating 5 and rib waveguide 6 are exposed.
  • Fig. 2 shows the use of an optical element according to the invention in a resonator of a DBR laser.
  • n-GaAs substrate 11 n-waveguide cladding layer 10 [240 nm n- alo . 53 Ga . 47 As], n-waveguide core layer 9 [250 nm n-Alo 5 Ga. 5 As], active zone 8 8nm InGaAs], p-type waveguide core layer 7 [p- Alo. 5 Gao .5 As, with 100nm GaAs contact layer], Bragg grating 5, and ridge waveguide 6) is a typical semiconductor laser structure designed as an edge emitter is.
  • the n-side waveguide cladding layer 10, the n-side waveguide cladding layer 9, the active zone as the quantum well, are applied to a GaAs wafer 11 by means of metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) 8, the p-type waveguide core layer 7, the (unstructured) p-side waveguide cladding layer, which terminates with an (unstructured) highly doped p-GaAs contact layer.
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • the photoresist is then developed.
  • the waveguide cladding layer is then patterned by means of reactive ion etching, the regions of the photoresist structure protecting the underlying waveguide cladding layer in such a way that Bragg gratings 5 and rib waveguides 6 are formed there (by merely removing the surrounding regions).
  • the etch depth is close to the waveguide core layer 7, or the waveguide core layer 7 is partially patterned; however, the active zone 8 of the laser is not etched. It is advantageous to choose a set of parameters for the dry chemical structuring which produces almost vertical etching flanks, although a slight slope may be favorable in order to produce a staggering duty cycle of at least 0.7, which is hardly feasible over a lithographic step. Calculations show that with a duty factor between 0.9 and 1 the coupling coefficient is maximized and the radiation losses are minimized.
  • the structure produced in this way (FIG. 2) can then be processed by conventional methods of semiconductor technology, such as the application of an insulator, the application of the p and n contact to a complete DBR laser.
  • the etch depth for grating 5 and ridge waveguide 6 is chosen so that the effective refractive index jump in the case of a pure ridge waveguide laser is optimal for a single-mode operation.
  • a part of the waveguide core layer can be etched or a part of the waveguide cladding layer can remain unetched.
  • etching process is carried out so that on the one hand the necessary etch depth is achieved and on the other hand it is also ensured that the proportion of the etched area at the bottom of the grid grooves per grating period is ⁇ 30%, in the exemplary embodiment ⁇ 10%.
  • Particularly suitable for this purpose are dry chemical etching processes such as reactive ion beam etching (RIE) or chemically assassiated ion beam etching (CAIBE: chemical assisted ion beam etching).
  • RIE reactive ion beam etching
  • CAIBE chemical assisted ion beam etching
  • a parameter set gas chemistry, pressure, power
  • wet-chemical etching processes for example with acids which have a good anisotropic etching behavior with respect to the crystal planes, or a combination of wet and dry chemical processes, is conceivable.
  • Preferred grating periods ⁇ are in the range of 600 nm and 1500 nm, particularly preferably in the range of 750 nm to 1100 nm.
  • the Bragg grating 5 is formed on the lateral flanks of the rib waveguide 6.
  • the Bragg grating 5 may in principle extend along the entire Rippenwellen ⁇ conductor 6 or be limited to a part. Alternatively, it is possible for the Bragg grating 5 to be arranged next to the rib waveguide 6.
  • the flank angles of the gratings are dependent on the desired etch depth and the adjustable lacquer duty cycle. They are preferably in a range of O 0 - 30 °, more preferably between 4-20 ° with respect to the vertical.
  • FIG. 4 shows an optical element according to the invention with a Bragg grating 5 arranged obliquely with respect to the longitudinal axis of the rib waveguide 6 in plan view.
  • the Bragg grating 5 is arranged laterally of the rib waveguide 6.
  • the grid lines may be arranged at any angle to the propagation direction of the incident wave. In particular, they can run at angles ⁇ with ⁇ ⁇ 90 ° relative to the resonator axis, which can be exploited via multiple Bragg reflections for lateral and longitudinal mode filtering.
  • Preferred intervals are 90-0 °, more preferably 88-70 ° and 20-2 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element mit einer planaren vertikalen Wellenleiterstruktur (1), auf deren Oberfläche ein Braggsches Gitter (5) und ein Rippenwellenleiter (6) angeordnet sind sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element mit einem Braggschen Gitter (5) mit Rippenwellenleiter (6) anzugeben, welches bei vorgegebenen optischen Anforderungen kostengünstiger und schneller als nach dem Stand der Technik hergestellt werden kann. Dazu wird eine Fotolackschichtstruktur (3) auf einer im Wesentlichen ebenen planaren vertikalen Wellenleiterstruktur (1) ausgebildet, wobei die Fotolackschichtstruktur (3) im Wesentlichen der Struktur des Braggschen Gitters (5) und des Rippenwellenleiters (6) entspricht und im Bereich des Braggschen Gitters (5) im Wesentlichen linienförmig mit einer Stegbreite ausgebildet wird, die mindestens 70 % des Abstandes zweier benachbarter Linien entspricht, nachfolgend die planare vertikale Wellenleiterstruktur (1) mit darauf angeordneter Fotolackschichtstruktur (3) geätzt und die Fotolackschichtstruktur (3) von der planaren vertikalen Wellenleiterstruktur (1) abgelöst.

Description

Optisches Element und Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element mit einer planaren vertikalen Wellenleiterstruktur, auf deren Oberfläche ein Braggsches Gitter und ein Rippenwellenleiter angeordnet sind sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Braggsche Gitter finden breite Anwendung in optoelektronischen Bau¬ elementen wie Laser, Laserverstärker, Filter und Koppler. Braggsche Gitter sind gekennzeichnet durch eine periodische Variation der Brechzahl zwischen zwei Werten H1 und r?2 entlang einer Raumrichtung, wodurch sich im Bragg- Gitter ausbreitende Lichtwellen wellen längen-selektiv reflektiert oder gekoppelt werden.
Ein wichtiges Charakterisierungsmerkmal Braggscher Gitter ist die so¬ genannte Ordnung m des Gitters. Diese gibt an, wie viel halbe Wellenlängen eine Gitterperiode bilden. So entspricht bei einem Gitter 1. Ordnung eine Periode genau einer halben Wellenlänge, bei einem Gitter 2. Ordnung einer Wellenlänge usw. Daher ist die Größe der Gitterperiode proportional zur Gitterordnung. Die Reflektivität eines Braggschen Gitters nimmt mit der Ordnung des Gitters ab. Daher werden in Halbleiterlasern typischerweise Gitter mit maximal m=4 verwendet [J. Wiedmann et al., Electron. Lett. 37, 831 (2001)].
Braggsche Gitter lassen sich auf unterschiedliche Arten herstellen. Eine Möglichkeit ist die Abscheidung einer hinreichenden Anzahl von Paaren zweier Materialen mit unterschiedlichen Brechzahlen. Die Abscheidung von Dielektra kann z.B. durch CVD (Chemical Vapour Deposition) erfolgen und wird beispielsweise zur Herstellung dielektrischer Spiegel verwendet. Ver- bindungshalbleiter können z.B. mit MBE (Molecula r Beam Epitaxie) oder MOVPE (Metall-Organic Vapour Phase Epitaxie) abgeschieden werden, was zur Herstellung von sogenannten oberflächenemittierenden Lasern mit vertikalem Resonator (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) genutzt werden kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines Braggschen Gitters in einem planaren Wellenleiter besteht darin, in der Oberfläche einer Schichtenfolge von Materialien mit unterschiedlichen Brechzahlen mit unterschiedlichen Verfahren eine Korrugation zu definieren, die in einer Raumrichtung eine periodische Struktur aufweist. Zur Definition des Braggschen Gitters ist die Verwendung von holografischer Lithografie, Elektronenstrahl-Lithografie oder Phasenmasken-Lithografie bekannt. Die Strukturierung wird beispielsweise durch Ätzung mit Säuren oder reaktiven Ionen (RIEΞ: Reactive Ion Eching) realisiert. Wird die so strukturierte Oberfläche mit einem Material mit einer anderen Brechzahl bedeckt, so ändert sich die effektive Brechzahl von Licht¬ wellen, welche sich parallel zu den Grenzflächen der Schichtenfolge, aber senkrecht zu der periodischen Struktur ausbreiten, ebenfalls periodisch und man erhält wiederum ein Braggsches Gitter.
Die Übergangsbereiche zwischen den beiden Brechzahlen ni und n2 bilden, senkrecht zur Oberfläche der planaren vertikalen Wellenleiterstruktur gesehen, die sogenannten Gitterlinien, die oft gerade, aber auch zweckmäßig gekrümmt gestaltet sind. Im Querschnitt senkrecht zu den Gitterlinien ist die das Gitter definierende Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unter¬ schiedlicher Brechzahl in einem bestimmten Bereich der Gitterperiode höher gelegen, nämlich weiter entfernt von der planaren vertikalen Wellen¬ leiterstruktur. Diese Bereiche werden als Stege oder Gitterstege bezeichnet. Die Ausbreitung der Lichtwellen parallel zu den Schichten (vertikale Wellen¬ führung) wird dadurch erzwungen, dass eine Schichtenfolge von Materialien mit unterschiedlichen Brechzahlen so abgeschieden wird, dass ein so¬ genannter Wellenleiter gebildet wird, bei dem die Brechzahl der zentralen Schichten (sogenannter Wellenleiterkern) größer ist als die diese Schichten begrenzenden Schichten (sogenannter Wellenleitermantel). Dieses Wirkungs¬ prinzip wird z.B. in kantenemittierenden Lasern mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser, DFB: Distrubuted Feedback) oder Braggschen Reflektoren (DBR-Laser, DBR: Distributed Bragg Reflektor) ausgenutzt. In einem kanten¬ emittierenden Halbleiterlaser bildet die optisch aktive Halbleiterschicht allein oder in Kombination mit angrenzenden Halbleiterschichten den Wellenleiter. Aus DE 3936694 A1 ist es bekannt, die als Braggsches Gitter dienende Korrugation in einem Halbleiterlaser z.B. in den Wellenleiter zu integrieren. Dies erfordert jedoch eine sogenannte Mehrfachepitaxie, welche technologisch kompliziert zur beherrschen ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Korrugation von der Oberfläche her in den Wellenleiter zu ätzen [R.M. Lammert et al., IEEE Photon. Techn. Lett. 9, 149, (1997)]. Dies vermeidet die Notwendigkeit der Mehrfachepitaxie.
Im Unterschied zur oben beschriebenen vertikalen Wellenführung wird eine Wellenführung in lateraler Richtung in optoelektronischen Bauelementen typischerweise durch einen sogenannten Rippenwellenleiter erzielt. Der Rippenwellenleiter muss ebenso wie das obengenannte Bragg-Gitter von einem Material mit einer Brechzahl umgeben werden, welche untersch iedlich von den Brechzahlen der Materialien ist, aus denen der Rippenwellenleiter aufgebaut ist. Dieses Material kann z.B. ein Dielektrikum (z.B. Luft), ein Metall oder ein Verbindungshalbleiter sein. Zur Herstellung eines Rippenwellenleiters können z.B. die Schichten, die den Wellenleitermantel bilden, geätzt werden. Dabei ist es bekannt, die Definition des Rippenwellenleiters mittels Kontakt¬ oder Projektionslithografie vorzunehmen. Die Strukturierung kann durch Ätzung mit Säuren oder reaktiven Ionen (RIE: Reactive Ion Eching) realisiert werden. Es ist weiterhin bekannt, auch einen Teil des Wellenleiterkerns oder die optisch aktive Schicht zu ätzen. Nachteilig an den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass zur Erzeugung eines Braggschen Gitters mit lateraler Wellenführung (Rippen¬ wellenleiter) bei vorgegebenen Anforderungen (Reflektivϊtät) eine Vielzahl von Prozessschritten benötigt wird, die mit einem erheblichen Kosten- und Zeit¬ aufwand einher gehen. Die Anforderungen an das Braggsche Gitter (mit Rippenwellenleiter) werden durch seine Applikation bestimmt. So muss eine Braggsches Gitter (mit Rippenwellenleiter) als Teil eines Resonators für einen Halbleiterlaser insbesondere hohen Anforderungen an die Reflektivität genügen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element (mit Braggschem Gitter mit Rippenwellenleiter) anzugeben, welches bei vorge¬ gebenen optischen Anforderungen kostengünstiger und schneller als nach dem Stand der Technik herstellbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines Braggschen Gitters mit Rippenwellenleiter angegeben werden, welches gegenüber den bekannten Verfahren kostengünstiger ist. Weiterhin soll die Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik erhöht sein.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 (Verfahrensanspruch) und des Anspruchs 15 (Sachanspruch) gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein auf einer planaren vertikalen Wellenleiterstruktur angeordnetes Braggsches Gitter mit Rippenwellenleiter durch:
- Ausbilden einer Fotolackschichtstruktur auf einer im Wesentlichen ebenen planaren vertikalen Wellenleiterstruktur, wobei die Fotolack¬ schichtstruktur im Wesentlichen der Struktur des Braggschen Gitters und des Rippenwellenleiters entspricht und im Bereich des Braggschen Gitters im Wesentlichen linienförmig mit einer Stegbreite ausgebildet wird, die mindestens 70 % des Abstandes zweier benachbarter Linien entspricht, - Ätzen der planaren vertikalen Wellenleiterstruktur mit darauf ange¬ ordneter Fotolackschichtstruktur und
- Ablösen der Fotolackschichtstruktur von der planaren vertikalen Wellenleiterstruktur hergestellt.
Hierdurch kann vorteilhafterweise eine gleichzeitige Strukturierung von Braggschem Gitter und Rippenwellenleiter auf der planaren vertikalen Wellen¬ leiterstruktur erreicht werden, wodurch die Anzahl der Prozessschritte ver¬ ringert werden kann. So ist es in einer bevorzugten Ausführungsvariante vor¬ gesehen, die Fotolackschichtstruktur durch Aufbringen einer kontinuierlichen Fotolackschicht auf der planaren vertikalen Wellenleiterstruktur, Belichten der kontinuierlichen Fotolackschicht und Entwickeln des Fotolacks auszubilden. Die Strukturierung erfolgt danach vorzugsweise mittels trockenchemischem Ätzverfahren, wie reaktiver lonenätzung oder mittels chemischi assistierter lonenstrahlätzung (CAIBE: Chemical Assisted Ion Beam Etchi ng). Durch diesen Strukturierungsschritt können vorteilhafterweise Braggsches Gitter und Rippenwellenleiter gleichzeitig ausgebildet werden.
Bisherige Design- und Technologie-Regeln für die Kombination aus Rippen¬ wellenleiter und Bragg-Gitter gingen davon aus, dass zum Rippenwellenleiter ein Gitter niedriger Ordnung m<4 mit einer sehr kleinen Gitterperiode von typischerweise 200 nm kombiniert werden muß, um eine ausreichend hohe Reflektivität durch das Braggsche Gitter zu gewährleisten. Da die räumliche Dimension des Rippenwellenleiters mehr als 1000 nm beträgt, wurde bisher davon ausgegangen, dass eine gleichzeitige Strukturierung von Braggschen Gitter und Rippenwellenleiter wegen der sehr hohen Anforderungen an die Ätzmaske bezüglich Auflösung und Ätzstabilität nicht möglich ist. Schließlich wäre zu erwarten, dass eine gleichzeitige Ausbildung von Gitter und Rippen¬ wellenleiter zu einer zu großen Gitterperiode und damit zu einer zu geringen Reflektivität der Gitterstruktur, beispielsweise zur Verwendung des Gitters in einem Resonator eines Halbleiterlasers, führen würde. Es wurde jedoch gefunden, dass eine ausreichende Reflektivität des Gitters bei gleichzeitiger Strukturierung von Gitter und Rippenwellenleiter dann er¬ reicht werden kann, wenn das Tastverhältnis, nämlich das Verhältnis aus Stegbreite und Gitterperiode, größer oder gleich 0,7 gewählt wird und die Gitterstruktur eine ausreichende Ausdehnung von mindestens 0,001 mm senkrecht zu den Gitterlinien aufweist. Damit kann die Herstellung eines Rippenwellenleiters technologisch günstig zusammen mit einem Gitter großer Gitterperiode erfolgen, wobei der oben erwähnte Mangel der zu kleinen Gitter- Reflektivität beseitigt ist. In einer bevorzugten Ausfüh rungsvariante der Erfindung wird ein Tastverhältnis größer oder gleich 0, 8 gewählt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird ein Tastver¬ hältnis größer oder gleich 0,9 gewählt, was vorteilhafterweise mit erhöhten Freiheiten beim Design von Gitter und Rippenwellenleiter einher geht.
Die Ausdehnung des Braggschen Gitters parallel zur Oberfläche der planaren vertikalen Wellenleiterstruktur und senkrecht zu den Gitterlinien beträgt vor¬ zugsweise mindestens 0,01 mm. Bei einem Rippenwellenleiterlaser (RW- Laser, RW: Ridge Waveguide) beträgt die notwendig Ätztiefe zur Erzielung einer hinreichenden lateralen Wellenführung typischerweise 1000 - 2000 nm. Hierdurch wird es möglich, Braggsche Gitter mit einer Ordnung m>4, vorzugs¬ weise Braggsche Gitter der 6. Ordnung und 7. Ordnung für Halbleiterlaser im sichtbaren Bereich oder im nahen Infrarotbereich zu x/erwenden.
Ein besonderer Vorteil der gleichzeitigen Strukturierung besteht neben der Einsparung von Prozessschritten darin, dass eine aufeinanderfolgende Prozessierung vermieden werden kann, die im Allgemeinen zu lithografisch komplexeren Problemen führt, da nach bisheriger Technologie beispielsweise die der Rippenwellenleiterherstellung nachfolgende Gitterherstellung nicht mehr auf vollkommen planaren Oberflächen erfolgt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Belichten der Fotolackschicht mittels Projektions¬ lithografie. Beim Einsatz eines i-line-Wafersteppers beträgt die kleinste reproduzierbar definierbare räumliche Struktur zirka 400 nm. Daher können mit einem i-line-Waferstepper für Lichtwellen im sichtbaren und nahen Infrarot-Bereich lediglich Braggsche Gitter höherer Ordnung (m > 3) herge¬ stellt werden. Um eine ausreichende Reflektivität zu erhalten, muss die Ätztiefe typischerweise 1000 - 2000 nm und das Tastverhältnis größer gleich 0.9 betragen, damit eine hinreichend große Reflektivität des Braggschen Gitters erhalten wird.
Der lithografische Schritt zur Definition der kontinuierlichen Fotolackstruktur weist eine oder je nach gewünschter Prozess-Variabilität mehrere Belichtungen auf. Dabei ist es möglich, den Rippenwellenleiter und das Braggsche Gitter in unterschiedlichen Belichtungsschritten zu definieren. So kann beispielsweise vorher eine Maske mit verschiedenen Rippenwellenleiter- strukturen und eine weitere Maske mit Bragg-Gittern verschiedener Längen und Gitterperioden mittels Elektronenstrahlithografie hergestellt werden. Die Trennung der Belichtung von Rippenwellenleiter- und Gitterstruktur erlaubt es später sehr einfach, die Gitterperiode und die durch die variable Gitterlänge erzielbare Reflektivität den jeweiligen Erfordernissen des gewünschten Bauelementes anzupassen. Außerdem lassen sich optimale Belichtungs¬ parameter für beide Strukturen getrennt wählen, so dass beispielsweise das Tastverhältnis des Gitters variiert werden kann. Die Reihenfolge der Belichtung von Gitter und Rippenwellenleiter-Teil kann beliebig gewählt werden.
In einer weiteren Variante können auch unterschiedliche Lithografieverfahren in verschiedenen Belichtungen kombiniert werden. In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens wird die Fotolackschichtstruktur unter Verwendung des Nano-Druckverfahrens strukturiert. Bei diesem Verfahren wird zuerst auf die zu strukturierende planare vertikale Wellenleiterstruktur ein Haftvermittlungs¬ bzw. Planarisierungsschicht aufgebracht. Auf diese Schicht wird in einem weiteren Schritt eine durch UV-Licht aushärtbare auf Acrylaten basierende Monomerschicht geringer Viskosität aufgebracht. Ein Stempel, in den vorher mit anderen eine hohe Auflösung ermöglichende Verfahren die inverse Struktur eingearbeitet wurde, wird in letztere Schicht gedrückt, wobei es durch gleichzeitige UV-Bestrahlung im Bereich des Stempels zu einer Aushärtung des Materials kommt und die im Stempel befindlichen Strukturen dauerhaft übertragen werden. Nach Entfernung des Stempels kann die erzeugte Struktur direkt als Ätzmaskierung für die Planarisierungsschicht und die entsprechende planare vertikale Wellenleiterstruktur verwendet werden. Kennzeichnend ist, dass auch hier die Strukturierung von Braggschem Gitter und Rippenwellenleiter gleichzeitig erfolgt.
Vorzugsweise wird das Braggsche Gitter neben dem Rippenwellenleiter ange¬ ordnet oder in den Rippenwellenleiter integriert. Die Form der Linien des Braggschen Gitters ist vorzugsweise gerade. Es ist jedoch auch möglich, dass diese Gitterlinien Krümmungen aufweisen. Die Braggschen Gitter können senkrecht oder schräg in bezug auf die Achse des Rippenwellenleiters ange¬ ordnet werden. Die Gitterperiode ist vorzugsweise konstant. Alternativ ist es jedoch möglich, mit einigen der bekannten lithographischen Verfahren, bzw. dem Nanodruckverfahren ein Braggsches Gitter mit veränderlicher Gitter¬ periode herzustellen.
Das erfindungsgemäße optische Element kann insbesondere vorteilhaft zur Herstellung von Lasern mit Braggschen Gittern wie DFB- und DBR-Lasern verwendet werden. Das erfindungsgemäße optische Element kann weiterhin vorteilhaft für passive Wellenleiter verwendet werden. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen , in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfü hrungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2: ein erfindungsgemäßes optisches Element als Teil eines
Resonators eines Halbleiterlasers in schematischer, perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes optisches Element mit einem in den
Rippenwellenleiter integrierten Braggschen Gitter in schematischer, perspektivischer Darstellung und
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes optisches Element mit einem in Bezug auf die Längsachse des Rippenwellen leiters schräg ange¬ ordneten Braggschen Gitter in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird zunächst von einer im Wesentlichen ebenen planaren vertikalen Wellenleiterstruktur 1 ausgegangen. Diese planare vertikale Wellenleiterstruktur 1 kann zum Beispiel aus n-leitendem GaAs bestehen, auf das epitaktisch eine AIGaAs-Wellenleiterstruktur aufge¬ wachsen wird. Auf die planare vertikale Wellenleiterstruktur 1 wird eine Foto¬ lackschicht 2 mit einer Schichtdicke von 650nm aufgebracht (Fig. 1a). Die Dicke der Fotolackschicht 2 hängt von deren Ätzbeständigkeit ab. Grund¬ sätzlich sollte sie wegen der geringen Fokustiefe der Projektionsbelichtung und um ein zu hohes Aspektverhältnis der Lackstege zu vermeiden möglichst dünn gewählt werden.
In einem nachfolgenden Schritt wird der Fotolack: 2 in einem Waferstepper, der Belichtungswellenlängen von 365nm (i-Linie) oder kleiner unterstützt, im Bereich des auszubildenden Rippenwellenleiters 6 und des auszubildenden Braggschen Gitters 5 belichtet.
Die nachfolgend entwickelte Fotolackstruktur 3 entspricht der Struktur des auszubildenden Rippenwellenleiter sowie des auszubildenden Gitters (Fig. 1b). Nachfolgend werden das Bragg-Gitter 5 und Rippenwellenleiter 6 in ein und demselben Ätzschritt strukturiert. (Fig. 1c). Danach wird die Fotolack¬ struktur 3 entfernt (Fig. 1d), so dass Bragg-Gitter 5 und Rippenwellenleiter 6 frei liegen.
Fig. 2 zeigt die Verwendung eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einem Resonator eines DBR-Lasers. Bei der verwendeten Struktur (n-GaAs- Substrat 11 , n-Wellenleitermantelschicht 10 [240Onm n-Alo.53Gao.47 As], n- Wellenleiterkernschicht 9 [250nm n- Alo.5Gao.5As], aktive Zone 8 [8nm InGaAs], p-Wellenleiterkernschicht 7 [p- Alo.5Gao.5As, mit 100nm GaAs- Kontaktschicht], Bragg-Gitter 5 und Rippenwellenleiter 6) handelt es sich um eine typische Halbleiter-Laser-Struktur, die als Kantenemitter ausgeführt ist.
Zur Herstellung der in Fig. 2 dargestellten Struktu r werden auf einen GaAs- Wafer 11 mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (engl. MOVPE) nach¬ einander die n-seitige Wellenleitermantelschichtt 10, die n-seitige Wellenleiter¬ kernschicht 9, die aktive Zone als Quantum well 8, die p-Wellenleiterkern- schicht 7, die (unstrukturierte) p-seitige Wellenleitermantelschicht, welche mit einer (unstrukturierten) hochdotierten p-GaAs-Kontaktschicht abschließt, auf¬ gewachsen. Damit ist die planare vertikale Wellenleiterstruktur hergestellt. Zur Strukturierung der (unstrukturierten) p-seitigen Wellenleitermantelschicht wird auf die p-GaAs-Kontaktschicht zunächst eine 650 nm Fotolackschicht (entsprechend Fig. 1a) aufgebracht, auf weiche die Strukturen des auszu¬ bildenden Bragg-Gitters 5 und des auszubildenden Rippenwellenleiters 6 mittels Projektionslithographie belichtet werden. Der Fotolack wird danach entwickelt. Die Wellenleitermantelschicht wird dann mittels reaktiven lonen- ätzens strukturiert, wobei die Bereiche der Fotolackstruktur die darunter liegende Wellenleitermantelschicht derart schützen, dass dort Bragg-Gitter 5 und Rippenwellenleiter 6 ausgebildet werden (indem lediglich die um¬ gebenden Bereiche abgetragen werden).
Hierdurch kann mit der Erzeugung des Rippenwellenleiters 6 gleichzeitig das Braggsche Gitter 5 erzeugt werden. Typischerweise geht die Ätztiefe bis dicht an die Wellenleiterkernschicht 7 oder die Wellenleiterkernschicht 7 wird zu einem Teil mϊtstrukturiert; jedoch wird die aktive Zone 8 des Lasers nicht geätzt. Günstig ist es, einen Parametersatz für die trockenchemische Strukturierung zu wählen, der nahezu senkrechte Ätzflanken erzeugt, wobei jedoch eine leichte Neigung günstig sein kann, um ein Tastverhältnis am Fuß der Gitterfuchen von mindestens 0.7 zu erzeugen, das über einen lithographischen Schritt kaum realisierbar ist. Berechnungen zeigen, dass bei einem Tastverhältnis zwischen 0.9 und 1 der Koppelkoeffizient maximiert und die Abstrahlungsverluste minimiert werden.
Die auf diese Weise hergestellte Struktur (Fig. 2) kann anschließend mit gängigen Verfahren der Halbleitertechnologie, wie dem Aufbringen eines Isolators, dem Aufbringen des p- und n-Kontaktes zu einem kompletten DBR- Laser prozessiert werden. Die Ätztiefe für Gitter 5 und Rippenwellenleiter 6 wird so gewählt, dass der effektive Brechungsindexsprung für den Fall eines reinen Rippenwellenleiter-Lasers optimal für einen Monomodebetrieb ist. Dabei kann ein Teil der Wellenleiterkernschicht geätzt werden oder auch ein Teil der Wellenleitermantelschicht ungeätzt bleiben. Die Auswahl des Ätzverfahrens erfolgt so, dass zum einen die notwendige Ätztiefe erreicht wird und zum anderen aber auch gewährleistet ist, dass der Anteil des geätzten Bereichs am Fuß der Gitterfurchen pro Gitterperiode < 30% , im Ausführungsbeispiel < 10 % ist. Geeignet hierfür sind insbesondere trockenchemische Ätzverfahren wie die reaktive lonenstrahlätzung (RIE) oder die chemisch assisierte lonenstrahlätzung (CAIBE: chemical assisted ion beam etching). Dabei wird ein Parametersatz (Gaschemie, Druck, Leistung) für die Strukturierung gewählt, mit dem nahezu senkrechte Ätzflanken mit geringer seitlicher Ätzung oder ein V-förmiges Profil mit leicht geneigten Ätz¬ flanken realisierbar sind. Aber auch nasschemische Ätzverfahren z.B. mit Säuren, die ein gutes anisotropes Ätzverhalten bezüglich der Kristallebenen aufweisen, oder eine Kombination aus naß -und trockenchemischen Ver¬ fahren ist denkbar.
Die Gitterordnung m hängt von der minimal erreichbaren Strukturgröße bzw. der minimal herstellbaren Gitterperiode Λmjn (bei einem kommerziell erhältlichen i-line - Stepper das ca. 800nm) und der Wellenlänge des herzustellenden Lasers ab. Bei einem Wellenlängenbereich zwischen 600 und 120Onm ergeben sich aus: m=Λmjn 2*n /λ (n=3.34) Ordnungen zwischen 9 und 5. Bevorzugte Gitterperioden Λ liegen im Bereich von 600 nrn und 1500 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 750 nm bis 1100 nm.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes optisches Element mit einem in den Rippenwellenleiter 6 integriertes Braggsches Gitter 5 in schematischer, perspektivischer Darstellung. Das Braggsche Gitter 5 ist im Ausfü hrungs- beispiel an den seitlichen Flanken des Rippenwellenleiters 6 ausgebildet. Das Braggsche Gitter 5 kann sich grundsätzlich entlang des ganzen Rippenwellen¬ leiters 6 erstrecken oder auch auf einen Teil beschränkt sein. Alternativ ist es möglich, dass das Braggsche Gitter 5 neben dem Rippenwellenleiter 6 ange¬ ordnet ist. Die Flankenwinkel der Gitter sind abhängig von der gewünschten Ätztiefe und dem einstellbaren Lack-Tastverhältnis. Sie liegen vorzugsweise in einem Bereich von O0- 30°, besonders bevorzugt zwischen 4-20° in Bezug auf die Senkrechte.
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes optisches Element mit einem in Bezug auf die Längsachse des Rippenwellenleiters 6 schräg angeordneten Braggschen Gitter 5 in Draufsicht. Dabei ist das Braggsche Gitter 5 seitlich des Rippen¬ wellenleiters 6 angeordnet. Die Gitterlinien können in einem beliebigen Winkel zur Ausbreitungsrichtung der einfallenden Welle angeordnet sein. Ins¬ besondere können sie unter Winkeln α mit α≠90° bezogen auf die Resonatorachse verlaufen, was über Mehrfach-Bragg-Reflexionen für laterale und longitudinale Modenfilterung ausgenutzt werden kann. Bevorzugte Intervalle sind 90-0°, besonders bevorzugt 88-70° und 20-2°.
Bezugszeichenliste
1 planare vertikale Wellenleiterstruktur
2 kontinuierliche Fotolackschicht
3 Fotolackschichtstruktur
5 Braggsches Gitter
6 Rippenwellenleiter
7 p-Wellenleiterkernschicht
8 aktive Zone
9 n-Wellenleiterkernschicht
10 n-Wellenleitermantelschicht
11 GaAs-Wafer α Winkel

Claims

Patentansprüche
Λ . Verfahren zur Herstellung eines Braggschen Gitters (5) und eines Rippenwellenleiters (6) auf einer planaren vertikalen Wellenleiter¬ struktur (1, 7, 9, 10) mit folgenden Verfahrensschritten:
- Ausbilden einer Fotolackschichtstruktur (3) auf einer im Wesentlichen ebenen Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10), wobei die Fotolackschichtstruktur (3) im Wesentlichen der Struktur des Braggschen Gitters (5) und des Rippenwellenleiters (6) entspricht und im Bereich des Braggschen Gitters (5) im Wesentlichen linienförmig mit einer Stegbreite ausgebildet wird, die mindestens 70 % des Abstandes zweier benachbarter Linien entspricht,
- Ätzen der Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10) mit darauf angeordneter Fotolackschichtstruktur (3) und
- Ablösen der Fotolackschichtstruktur (3) von der Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fotolackschichtstruktur (3) im Bereich des Braggschen Gitters (5) im Wesentlichen linienförmig mit einer Stegbreite ausgebildet wird, die mindestens 80 % des Abstandes zweier benachbarter Linien entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fotolackschichtstruktur (3) im Bereich des Braggschen Gitters (5) im Wesentlichen linienförmig mit einer Stegbreite ausgebildet wird, die mindestens 90 % des Abstandes zweier benachbarter Linien entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausbilden der Fotolackschichtstruktur (3) eine Kontaktschicht auf die Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktschicht eine hochdotierte p-GaAs-Kontaktschicht verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotolackschichtstruktur (3) durch Aufbringen einer kontinuierlichen Fotolackschicht (2) auf die planare vertikale Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10), Belichten der kontinuierlichen Fotolackschicht (2), Entwickeln des Fotolacks und Ablösen löslichen Fotolacks strukturiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Belichten der Fotolackschicht (2) mittels Projektionslithografie erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Belichten der Fotolackschicht (2) durch eine Belichtung erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Braggschen Gitters (5) als auch die Struktur des Rippenwellenleiters (6) separat belichtet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzmaske (3) unter Verwendung des Nano-Druckverfahrens strukturiert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotolackschichtstruktur (3) im Bereich des Braggschen Gitters (5) mit einer sich parallel zur Oberfläche der planaren vertikalen Wellen¬ leiterstruktur und senkrecht zur Längsachse der Linien erstreckenden Ausdehnung von mindestens 0,01 mm ausgebildet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die planare vertikale Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10) mit darauf angeordneter Fotolackschichtstruktur (3) mittels trockenchemischem Ätzverfahren, mittels reaktiver lonenätzung oder mittels chemisch assistierter lonenstrahlätzung geätzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Braggsche Gitter (5) neben dem Rippenwellenleiter (6) angeordnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Braggsche Gitter (5) in den Rippenwellenleiter (6) integriert wird.
15. Optisches Element mit einer planaren vertikalen Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10), wobei auf der Oberfläche der Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10)ein Braggsches Gitter (5) und ein Rippenwellenleiter (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege des Braggschen Gitters (5) eine Breite von mindestens 70 % des Abstandes zweier benachbarter Linien aufweisen, wobei die Ausdehnung des Braggschen Gitters (5) parallel zur Oberfläche der Wellenleiterstruktur (1, 7, 9, 10) und senkrecht zur Längsachse der Linien mindestens 0,001 rnm beträgt und die Höhe des Braggschen Gitters (5) über der Oberfläche der Wellenleiterstruktur (1, 7, 9, 10)im Wesentlichen der Höhe des Rippenwellenleiters (6) über der Oberfläche der Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10)entspricht.
16. Optisches Element nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege des Braggschen Gitters (5) eine Breite von mindestens 80 % des Abstandes zweier benachbarter Linien aufweisen.
17. Optisches Element nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege des Braggschen Gitters (5) eine Breite von mindestens 90 % des Abstandes zweier benachbarter Linien aufweisen.
18. Optisches Element nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus Ätztiefe und Stegbreite des Braggschen Gitters (5) zwischen 1 und 5 beträgt.
19. Optisches Element nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Braggschen Gitters (5) parallel zur Oberfläche der Wellenleiterstruktur (1, 7, 9, 10) und senkrecht zur Längsachse der Linien mindestens 0,01 mm beträgt.
20. Optisches Element nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Braggsche Gitter (5) neben dem Rippenwellenleiter (6) angeordnet ist.
21 . Optisches Element nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Braggsche Gitter (5) in den Rippenwellenleiter (6) integriert ist.
22. Optisches Element nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des sowohl Braggschen Gitters (5) als auch des Rippenwellenleiters (6) über der Oberfläche der Wellenleiterstruktur (1 , 7, 9, 10) zwischen 1000 nm - 2000 nm beträgt.
23. Optisches Element nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der p-Wellenleiterkernschicht (7) der Wellenleiterstruktur (1, 7, 9, 10) und Braggschem Gitter (5) sowie zwischen der p-Wellen- leiterkernschicht (7) der Wellenleiterstruktur (1, 7, 9 , 10) und Rippenwellenleiter (6) eine Kontaktschicht angeordnet ist.
24. Optisches Element nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht eine hochdotierte p-GaAs-Kontaktschicht ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385109B (zh) * 2011-10-28 2015-08-19 上海华虹宏力半导体制造有限公司 光波导耦合结构的制作方法
CN103901559B (zh) * 2012-12-28 2017-02-08 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光耦合装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2856507A1 (de) * 1978-12-28 1980-07-17 Amann Markus Christian Dipl In Halbleiter-laserdiode
DE3437209A1 (de) * 1984-10-10 1986-04-17 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verbesserung zu einem monomoden-diodenlaser
US6776094B1 (en) * 1993-10-04 2004-08-17 President & Fellows Of Harvard College Kit For Microcontact Printing
EP1001311A1 (de) * 1998-11-16 2000-05-17 International Business Machines Corporation Gerät zur Herstellung von Strukturen
WO2001013480A1 (en) * 1999-08-13 2001-02-22 Wisconsin Alumni Research Foundation Single mode, single lobe surface emitting distributed feedback semiconductor laser
AU2003265243A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-19 Massachusetts Institute Of Technology Optical waveguide with non-uniform sidewall gratings
JP4036820B2 (ja) * 2002-12-18 2008-01-23 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション サブ波長構造体の製造
WO2005011076A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-03 Bookham Technology Plc Weakly guiding ridge waveguides with vertical gratings

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM ET AL.: "1.5 micrometer Wavelength Distributed Feedback Lasers with Deeply Etched First-Order Vertical Grating", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 40, 15 October 2001 (2001-10-15), pages L1107 - L1109 *
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