NL8303446A - Component voor een geintegreerd optisch systeem. - Google Patents

Description

» FHN 10.792 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Carpanent voor een geïntegreerd optisch systeem" \

De uitvinding heeft betrekking op een ccnponent voor een geïntegreerd optisch systeem, i.h.b. voer geleiding van elektromagnetische straling in het zichtbare en/of infrarode golflengtegebied, bevattende een eenkristallijn substraat met granaatstructuur en een 5 brekingsindex n^ met een eenkristallijne cptische golfgeleidingslaag met een brekingsindex n3·

Corponenten voor geïntegreerde optische systemen vereisen eenkristallijne cptische golfgeleidingslagen die kunnen dienen als (passieve) cptische golfgeleiders of als actieve lagen in electro-10 of magneto-optische inrichtingen. Uit "Magnetic Bubble Technology: Integrated-Circuit Magnetics for Digital Storage and Processing", edited by H. Chang, IEEE PRESS Selected Reprint Series, New York 1975, pp. 111-116 zijn cptische golf geleider experimenenten bekend waarbij lichtgolven in het golf lengtegebied tussen 1 en 5 ^um werden voort-15 geplant in Eu^Ga^O^ lagen die epitaxiaal op Gd^iSc^Al^JO^ suhstraten waren gegroeid. Uit de bovengenoemde publikatie zijn verder experimenten bekend die het schakelen en moduleren betreffen van straling van een He-Ne laser In een magneto-optisch actieve golfgeleider die een (Ga^ ^SCq 4Pe3 5)°i2 laa<? (n = 2/1) gegroeid op een Gd^Ga^O^ sub-20 straat (n = 1,94 + 0,02) bevatte.

Om zijn lichtgeleidende functie te kunnen vervullen moet de golfgeleiderlaag een brekingsindex hebben die hoger is dan die van de, de laag cmgevende, materie. Dit wordt bij de bekende (passieve) optischs golfgeleider gerealiseerd doordat een R^Ga^O^ laag (n = 1,94 + 25 0,02) is gegroeid op een R^ (Sc^^JO^ substraat (n = 1,87 + 0,02).

R representeert hier een zeldzame aard-metaal ion. Een eerste nadeel hiervan is dat Gd^Ga^O^ (n = 1/945) door zijn t.o.v. R^Ga^O^ lagen te hoge brekingsindex niet als substraat gebruikt kan worden..

Gd^Ga^O^ 2 is cp dit ogenblik het enige granaat eenkristal van een 30 hoogwaardige fysisch-cptische kwaliteit dat-op een voor massafabricage geschikte technische schaal, m.b.v. de Czochralski methode, gegroeid wordt. Een tweede nadeel is dat het verschil in brekingsindex tussen de golfgeleiderlaag en het substraat relatief gering is, zodat de golf- _ .. r · - - · * PHN 10.792 2 geleider functie van de laag niet optimaal is. T.a.v. de bekende magneto-. optisch actieve golfgeleiders gelden de bovenstaande nadelen niet of in mindere mate. Aan het gebruik van Y^ (Ga1 ^SCq 4Fe3 als materiaal voor de magneto-optisch actieve laag is echter als nadeel 5 verbonden dat men de magnetische en magneto-optische eigenschappen, de optische absorptie en de roosterconstante die een materiaal met die samenstelling heeft moet accepteren.

De uitvinding beoogt een uitweg aan te geven uit de bovenstaande impasse. Een component van de in de aanhef beschreven 10 soort heeft daartoe volgens de uitvinding-als kenmerk, dat cp een oppervlak van het substraat een diëlectrische laag met brekingsindex n2 (n2 < n^) epitaxiaal is gegroeid en dat een optische golfgeleiderlaag met brekingsindex (n3>· n2) epitaxiaal qp de diëlectrische laag is gegroeid.

15 De uitvinding verschaft a.h.w. een substraat met een veredeld interface, waardoor enerzijds de mogelijkheid wordt geschapen om Gd^Ga^O^ 2 als materiaal voor de substraten in combinatie met R^Ga^O^ 2 golfgeleiderlagen in passieve golfgeleider componenten te gebruiken en anderzijds de mogelijkheid wordt geboden cm door wijziging van de 20 samenstelling de eigenschappen van de golfgeleiderlagen in (magneto-optisch) actieve golfgeleidercortponenten aan specifieke toepassingen aan te passen.

Een voorkeursvorm van de component volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat bij gebruik van een Gd^Ga^O^ substraat 25 de diëlectrische tussenlaag uit een materiaal bestaat dat voldoet aan de algemene samenstelling R is Y of Gd. Meer i.h.b. heeft de diëlectrische laag de samenstelling Y^S^Al^ 2 (n»1,8). Diëlectrische lagen met de bovengenoemde samenstelling hebben een roosterparameier die is aangepast aan de roosterconstante van Gd^Ga^O^.

30 I.v.m. zijn hoge transparantie voer elektromagnetische straling in het zichtbare en infrarode gebied is Gd^Ga^O^ een bij uitstek geschikt materiaal voor een (passieve) lichtgeleiderlaag.

Op een diëlectrische laag van R^Sc^Al^^2 gegroeid, (met R is i.h.b.

Y of Gd) hebben Gd^Ga^O^ lagen door het relatief grote verschil 35 in brekingsindex zeer goede golfgeleidereigenschappen.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt hierna beschreven aan de hand van de tekening.

Fig. 1, 2 en 3 tonen opeenvolgende stappen die leiden tot λ τ r» t / & v) «K ' '.·· 0 FHN 10.792 3 het verkrijgen van een meerlaags lichtgeleiderstructuur volgens de uitvinding.

Fig. 4 toont een zijaanzicht van een dunne film golf-geleiderccnpanent volgens de uitvinding.

5 Bpitaxiaal gegroeide zeldzame aardmetaal-gallium-granaat lagen zijn recentelijk voargesteld voor gebruik in geïntegreerde optische systemen zoals golf geleiders; epitaxiaal gegroeide zeldzame aard-metaal-ijzer-granaat lagen voer gebruik in modulatoren, en specifieke niet-reciproke systemen zoals isolatoren, directional couplers e.d.

10 Een bijzondere uitvoering van een passieve golfgeleider is een lichtsplitter.

Zoals bekend is werden voor het overdragen van informatie d.m.v. een lichtsignaal optische systemen benut die uit enkelvoudige optisch geïsoleerde fibers gevormd warden, waarbij de laatste in een 15 vooraf bepaalde ordening met een-lichtgeleider worden verbonden. I.h.b. in logische systemen is het bij de overdracht van de informatie soms noodzakelijk cm een deel van de informatie dragende lichtstraling over verschillende kanalen te verdelen. Hiervoor kan men een vertakte lichtgeleider of splitter gebruiken zoals die in z'n eenvoudigste ’ 20 vorm in fig. 3 getoond wordt. Om de in fig. 3 getoonde configuratie te verkrijgen gaat men als volgt te werk.

Op een substraat 1 van eenkristallijn Gd^Ga^O^ 2 (dikte b.v. 200 yum) wordt d.m.v. epitaxie uit de vloeibare fase een diëlec-trische laag 2 van k*v* tussen 0,1 en 5 ^um) af gezet.

25 YgSc^.^ 2 heeft 0611 roosterconstante die goed past cp die van Gd^Ga^O^. Cp de laag 2 wordt een laag 3 van Gd^Ga^O^ 2 (dikte b.v. tussen 1 en 50 ^ura) d.m.v. epitaxie uit de vloeibare fase afgezet.

Laag 3 heeft een brekingsindex n^ die aanzienlijk groter is dan de brekingsindex van laag 2 (n^ = 1,94; ^ = 1,8: deze waarden gelden 30 bij een golflengte A van 1,15 ^um) en kan daardoor als golfgeleider fungeren (fig. 3) . Teneinde in de laag 3 een hoofdgeleiderstructuur met een vertakking te realiseren wordt een hulpstructuur 4 van aluminium via fotolithografische processen op laag 3 aangebracht (fig. 2). Door sputteren of reactief ionen etsen wordt de hulpstructuur 35 4 overgébracht in de laag 3, zodat de lichtgeleiderstructuur 5 van Gd^Gaj-O^ 2 op de diëlectrische laag 2 overblijft (fig. 3). De structuur 5 kan als optische splitter dienen. In plaats van sputteren of reactief ionen etsen kan ook natchemisch etsen worden toegepast cp de lagen- ' EHN 10.792 4 combinatie van fig. 2. De hulpstructuur 4 dient in dat geval uit een materiaal te bestaan dat niet aangetast wordt door het nat-chemische etsmiddel.

In fig, 4 wordt een golfgeleider component 10 getoond.

5 Deze omvat een eenkristallijn substraat 11 van Gd^Ga^O^ 2 waarop, op analoge! wijze: als in fig. 1, 2 en 3 een laag 12 van Y2Sc2A130.12 is af gezet. Op de laag 12 is een laag 13 van een materiaal met granaat-structuur en net een hogere brekingsindex dan Y^Sc^^^O-j2 afgezet.

Ervan afhankelijk of de laag 13 passief moet zijn of magneto-optisch 10 actief, is het materiaal van de laag 13 een zeldzame aardmetaal-gallium-granaat of een zeldzame aardmetaal-ij zer-granaat. De laag 13 heeft een dikte die tassen 0,1x en 100x, bij voorkeur tussen 1x en 10x, de golflengte van de elektromagnetische straling ligt die door de laag 13 geleid wordt. Koppelingsprisma' s 14 en 15 dienen voor het inkoppelen 15 en uitkoppelen van een stralingsbundel 16 in, resp. uit, de laag 13.

De stralingsbundel 16 is cohaerent en heeft een golflengte in het optische gebied van het spectrum (dat zowel het zichtbare gebied als de hier direkt aangrenzende gebieden omvat). De stalingsbundel kan b.v. m.b.v. een laser 17 (een He-Ne laser of een Ga-As laser) opgewekt 20 worden. In het geval dat de laag 13 (magneto-) optisch actieve eigenschappen heeft kan het gebied 18 van de laag 13 d.m.v. een electrisch of een magnetisch veld beïnvloed worden, wat resulteert in een modulatie van de stralingsbundel 16. De uitgekoppelde straling wordt toegevoerd aan een verwerkingsinrichting 19.

25 30 35 8 O o

Claims (4)

1. Component voor een geïntegreerd optisch systeem, i.h.b. voor geleiding van elektromagnetische straling In het zichtbare en/of infrarode golflengtegebied, bevattende een eenkristallijn substraat van een materiaal net granaatstructuur en een brekingsindex met 5 een eenkristallijne optische golfgeleidingslaag met een brekingsindex n^, met het kenmerk, dat op een oppervlak van het substraat een diëlectrische laag met brekingsindex n2 (n2< n^) epitaxiaal is gegroeid en dat een optische golfgeleidingslaag met brekingsindex n^ (n^ > n2) epitaxiaal cp de diëlectrische laag is gegroeid.

2. Component volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het substraat bestaat uit een materiaal met de samenstelling Gd^Ga^O^ 2 ·

3. Component volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de diëlectrische laag bestaat uit een materiaal met de algemene samenstelling E^Sc^Al^O^, met R is Y of Gd.

4. Component volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de golfgeleiderlaag bestaat uit een materiaal met de samenstelling ^3^12- 20 25 30 . -j : i 35