NL8800939A - Stralingskoppelinrichting. - Google Patents

Description

i *& PHN 12.503 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Stralingskoppelinrichting

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het koppelen van electromagnetische straling, bevattende tenminste een eerste strookvormige stralingsgeleider die zich aan tenminste een uiteinde splitst in tenminste twee verdere strookvormige 5 stralingsgeleiders, welke stralingsgeleiders alle begrensd worden door een materiaal met een kleinere brekingsindex voor de genoemde straling dan de stralingsgeleiders.

Zulke koppelinrichtingen zijn onder meer geschikt voor gebruik als golflengte multiplex- en demultiplex inrichting in 10 optische glasvezel communicatiesystemen en als optische koppelinrichting in een optische glasvezelgyroscoop. Meer algemeen gesproken kunnen deze koppelinrichtingen die in zeker opzicht als het vaste stof analogon van een halfdoorlatende spiegel beschouwd kunnen worden, een belangrijk onderdeel vormen van opto-electronische 15 inrichtingen die aangeduid worden met de term "geïntegreerde optica".

Een koppelinrichting van de beschreven soort is bekend uit de Europese octrooiaanvrage gepubliceerd onder no. EP 0152991.Daarin wordt een geïntegreerde golflengte multiplex- en demultiplex inrichting beschreven bestaande uit een strookvormige 20 stralingsgeleider die is aangebracht op een substraat en die zich aan beide uiteinden splitst in twee verdere strookvormige stralingsgeleiders. Alle stralingsgeleiders worden begrensd door een materiaal met een kleinere brekingsindex voor de gebruikte straling dan de stralingsgeleiders. We zullen deze inrichting in het vervolg 25 aanduiden met de term "horizontale dubbele ΐ-vormige structuur". Deze structuur kan opgebouwd worden gedacht uit twee enkele horizontale Y-vormige structuren. In bovengenoemde octrooiaanvrage wordt als materiaal waaruit de inrichting kan worden gevormd glas, lithiumniobaat en galliumarsenide genoemd. In het geval dat het 30 substraat bijvoorbeeld uit lithiumniobaat bestaat, kan plaatselijk een bepaald aantal titanium atomen per cm worden aangebracht waardoor de brekingsindex op die plaats groter wordt. Op die manier kunnen .8800939 * PHN 12.503 2 stralingsgeleiders gemaakt worden. Voor de in de genoemde octrooiaanvrage beschreven toepassing van de inrichting dienen de breedtes van de strookvormige stralingsgeleiders aan bepaalde voorwaarden te voldoen, waarop hier niet verder ingegaan wordt.

5 Een nadeel van de bekende inrichting is dat deze een relatief groot gedeelte van het substraatoppervlak in beslag neemt. Immers, in geval van bijvoorbeeld een horizontale Y-vormige structuur, is het hiervoor benodigde oppervlak tengevolge van de noodzakelijk geleidelijke splitsing van de twee verdere stralingsgeleiders, groter 10 dan het totale oppervlak van de, in dit voorbeeld drie, stralingsgeleiders. Belangrijker nog is echter het volgende effect: aan de vrije uiteinden van de twee verdere stralingsgeleiders moeten actieve of passieve opto-electronische componenten aangesloten worden. Deze hebben vaak afmetingen van enkele honderden micrometers. 15 Derhalve moeten de vrije uiteinden van de verdere stralingsgeleiders op een afstand van bijvoorbeeld enkele honderden - zeg 200 pm - van elkaar liggen. Vanwege de eerder genoemde en noodzakelijk geleidelijke splitsing - hetgeen bijvoorbeeld zeggen wil dat de tangens van de hoek tussen de twee verdere stralingsgeleiders kleiner moet zijn dan 1/60 -20 wordt de noodzakelijke lengte van de verdere stralingsgeleiders erg groot. Voor de gegeven getallen moet de lengte groter zijn dan 60 x 200 pm ( = 12 mm ).

Een verder bezwaar, samenhangend met het eerder genoemde nadeel, is dat elke actieve of passieve opto-electronische 25 component die met de inrichting geïntegreerd wordt en gekoppeld is aan een van de drie stralingsgeleiders van de Y-vormige structuur, een deel van het oppervlak bezet.

Tenslotte moet een technologisch, dat wil zeggen een aan de vervaardigingswijze gebonden, bezwaar genoemd worden. Het zal 30 duidelijk zijn dat, gegeven dat het zeer gewenst is dat zowel de dikte als de breedte van de strookvormige stralingsgeleiders zeer uniform is, er bij het vervaardigen van een structuur met meerdere stralingsgeleiders door middel van aangroeien en diffunderen of etsen strengere eisen aan deze processen gesteld moeten worden wanneer het 35 oppervlak van de structuur relatief groot is.

De onderhavige uitvinding beoogt onder meer in belangrijke mate deze bezwaren te ondervangen en met name om het voor 8800939 I»

V

PHN 12.503 3 de realisering van de inrichting benodigde oppervlak waaronder begrepen het oppervlak dat nodig is voor op de inrichting aangeslotenen ermee geïntegreerde actieve of passieve opto-electronische componenten, zo gering mogelijk te maken.

5 De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat het beoogde doel kan worden bereikt door bij de vervaardiging van een Y-vormige structuur bestaande uit stralingsgeleiders, een doelmatig gebruik te maken van een extra dimensie.

Een koppelinricbting van de in de aanhef beschreven 10 soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk dat de stralingsgeleiders deel uitmaken van een halfgeleiderlagenstructuur met in een doorsnede in de dikterichting tenminste twee stralingsgeleidende actieve lagen die elk een verdere strookvormige stralingsgeleider bevatten en gescheiden zijn door een passieve laag 15 met lagere brekingsindex voor de genoemde straling, waarbij de passieve laag plaatselijk een strookvormige verdunning of onderbreking vertoont, en ter plaatse van de verdunning of onderbreking de beide actieve lagen respectievelijk zich in eikaars versterkingsprofiel bevinden of zich tot één actieve laag verenigen, en de eerste 20 stralingsgeleider vormen.

Bij de inrichting volgens de uitvinding is het onder meer mogelijk dat in het geval van een Y-vormige structuur van strookvormige stralingsgeleiders, de twee verdere strookvormige stralingsgeleiders na de splitsing boven elkaar liggen en dus niet 25 méér van het oppervlak van het substraat in beslag nemen dan één afzonderlijke stralingsgeleider. Er kan dan gesproken worden van een "verticale Y-vormige structuur". Een koppelinrichting volgens de uitvinding kan ook opgebouwd worden uit twee verticale Y-vormige structuren. Er kan dan gesproken worden van een een dubbele Y-vormige 30 structuur, waarbij met betrekking tot de opppervlaktewinst voor elk van de Y-vormige structuren geldt wat hiervoor gezegd werd. Het aantal verdere stralingsgeleiders waarin een stralingsgeleider zich kan splitsen is evenmin als bij een horizontale uitvoering beperkt tot twee. Ten overvloede zij hier opgemerkt dat ook combinaties bestaande 35 uit één of meer horizontale Y-vormige structuren met één of meer verticale Y-vormige structuren tot de mogelijkheden behoren. Ook is het niet per se noodzakelijk dat de verdere stralingsgeleiders .8800939 * PHN 12.503 4 precies of nagenoeg precies boven elkaar liggen. Tenminste één van de verdere stralingsgeleiders kan een hoek maken met tenminste één van de resterende verdere stralingsgeleiders. Vereist is dat tenminste twee van de verdere stralingsgeleiders in twee door een passieve laag 5 van elkaar gescheiden actieve lagen liggen.

Eventueel aanwezige actieve of passieve opto-electronische halfgeleidercomponenten kunnen, voorzover zij zich aan die kant van de splitsing bevinden waar tenminste twee stralingsgeleiders boven elkaar liggen, eveneens boven elkaar 10 geplaatst worden. De van deze componenten deel uitmakende halfgeleiderlagen kunnen geheel of ten dele dezelfde zijn als de voor de verticale Y-vormige structuur benodigde lagen. Dit brengt mee dat zulke componenten samen met de verticale Y-vormige structuur in één aangroeiproces aangebracht kunnen worden. Tevens neemt op deze 15 wijze de pakkingsdichtheid van genoemde opto-electronische componenten toe, waardoor het benodigde oppervlak kan afnemen.

Voor wat betreft het aankoppelen van glasvezels aan een verticale Y structuur wordt verwezen naar de hieronder te geven uitvoeringsvoorbeelden.

20 Een van de bovengenoemde voordelen met betrekking tot de vervaardigingswijze van een dubbele verticale Y structuur ten opzichte van een horizontale dubbele Y structuur kan als volgt verduidelijkt worden: wanneer de stralingsgeleiders zich in een uit galliumarsenide bestaande laag bevinden die in de dikterichting 25 begrensd wordt door een aluminium-galliumarsenidelaag met een kleinere brekingsindex ontbreekt nog de optische opsluiting in de breedterichting van de stralingsgeleiders. Deze kan gerealiseerd worden door plaatselijk zink atomen in de galliumarsenide laag te brengen bijvoorbeeld door middel van een plaatselijke diffusie gebruik 30 makend van een masker, In geval van een verticale dubbele Y-vormige structuur kan een dergelijke diffusie plaats vinden met gebruik making van slechts één strookvormig masker. Doordat zowel het oppervlak als de omtrek van dit masker kleiner is dan in geval van een horizontale dubbele Y-vormige structuur zal binnen een Y-vormige 35 structuur de uniformiteit van de breedte van de stralingsgeleiders en . van bijvoorbeeld de brekingsindex in de gebieden van de galliumarsenide laag gelegen naast de stralingsgeleiders, groter zijn.

.8800939 % PHN 12.503 5

De uitvinding zal thans nader worden uiteengezet aan de hand van enkele uitvoeringvoorbeelden en de tekening, waarin £ig. 1 schematisch in perspectief een bekende koppelinrichting toont, 5 fig. 2 schematisch in perspectief een koppelinrichting volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvorm toont, fig. 3 schematisch in dwarsdoorsnede langs de lijn III-III de koppelinrichting van fig. 2 toont, fig. 4 t/m 3 de koppelinrichting van fig. 3 in 10 opeenvolgende stadia van vervaardiging tonen, fig. 10 schematisch in perspectief een koppelinrichting volgens de uitvinding in een tweede uitvoeringsvorm toont, fig. 11 schematisch in dwarsdoorsnede langs de lijn X1-XI de koppelinrichting van fig. 10 toont, 15 fig. 12 schematisch een optische glasvezel gyroscoop volgens de uitvinding toont, fig. 13 schematisch in bovenaanzicht de optische glasvezel gyroscoop van fig. 12 toont, en fig. 14 schematisch in dwarsdoorsnede langs de lijn XIV-20 XIV de optische glasvezel gyroscoop van fig. 12 toont.

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend, waarbij in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting ter wille van de duidelijkheid zijn overdreven. Overeenkomstige delen zijn als regel in de verschillende voorbeelden met hetzelfde 25 verwijzingscijferaangeduid. Halfgeleidergebieden van hetzelfde geleidingstype zijn in de dwarsdoorsneden als regel in dezelfde richting gearceerd.

Figuur 1 toont schematisch in perspectief een bekende inrichting voor het koppelen van electromagnetische straling. De 30 koppelinrichting omvat een halfgeleiderlichaam met een halfgeleidersubstraat 1, bestaande uit éénkristallijn galliumarsenide, waarop een eerste halfgeleiderlaag 2 en een tweede halfgeleiderlaag 8, met een grotere brekinsindex dan de eerste halfgeleiderlaag, zijn aangebracht. In de tweede halfgeleiderlaag 8 35 bevindt zich een eerste strookvormige stralingsgeleider 20 die zich aan tenminste één uiteinde splitst in twee verdere strookvormige stralingsgeleiders 21 en 22, welke stralingsgeleiders alle begrensd 8800839 'm PHN 12.503 6 worden door een materiaal met een kleinere brekingsindex voor de genoemde straling dan de stralingsgeleiders. De bekende inrichting zal verder aangeduid worden met "horizontale Y-vormige structuur".

Voor een goede werking van deze koppelinrichting is het onder meer 5 noodzakelijk dat de tangens van de hoek α die de beide verdere stralingsgeleiders met elkaar maken (voordat zij evenwijdig gaan lopen) kleiner of gelijk is aan 1/60. Wanneer nu aan het uiteinde van de beide verdere stralingsgeleiders 21 en 22 een halfgeleidercomponent of een glasvezel met afmetingen die in de praktijk tussen 50 en 200 pm 10 liggen, aangesloten moeten worden, brengt dit mee dat de afstand tussen de beide uiteinden van de stralingsgeleiders 21 en 22 van dezelfde grootte moet zijn. Voor een afstand van bijvoorbeeld 200 pm, betekent dit dat de afstand waarover de stralingsgeleiders 21 en 22 van elkaar moeten weglopen ongeveer 12 mm bedraagt (60 x 200 pm).

15 Daardoor worden de afmetingen van dergelijke koppelinrichtingen althans in de lengterichting erg groot, waardoor de afmetingen van de beschikbare halfgeleidersubstraten een beperking kunnen gaan vormen en waardoor zich ook opbrengst problemen bij de vervaardiging van zulke inrichtingen zullen voordoen. Dit nadeel wordt des te groter naarmate 20 de halfgeleiderinrichting meer koppelinrichtingen moet bevatten. Ook wordt het benodigde substraatoppervlak groter ten gevolge van het feit dat de stralingsgeleiders 21 en 22 naast elkaar liggen en (dus) elk een deel van het substraatoppervlak in beslag nemen.

Fig. 2 toont schematisch in perspectief een 25 koppelinrichting volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvorm. Een schematische dwarsdoorsnede van de inrichting volgens de lijn III-III is weergegeven in fig. 3. De in deze figuren weergegeven inrichting voor het koppelen van electromagnetische straling volgens de uitvinding bevat een eerste strookvormige stralingsgeleider 20 die 30 zich aan één uiteinde splitst in tenminste twee verdere strookvormige stralingsgeleiders 21 en 22. De stralingsgeleiders worden alle begrensd door materiaal met een lagere brekingsindex dan de stralingsgeleiders, zoals verder duidelijk gemaakt zal worden. De kopppelinrichting bestaat uit een halfgeleiderlichaam met een 35 halfgeleidersubstraatgebied 1, in dit voorbeeld bestaande uit éénkristallijn galliumarsenide. Daarop is aangebracht een halfgeleiderlagenstructuur met, in een doorsnede in de dikterichting, .8800939 •t PHN 12.503 7 een eerste passieve laag 2 en twee stralingsgeleidende actieve lagen 3 en 5 die elk een verdere strookvormige stralingsgeleider bevatten, stralingsgeleider 21 in laag 3 en stralingsgeleider 22 in laag 5. De stralingsgeleidende lagen 3 en 5 zijn gescheiden van elkaar door een 5 tweede passieve laag 4 net een lagere brekingsindex voor de genoemde straling die plaatselijk onderbroken is. Ter plaatse van die onderbreking verenigen zich de beide actieve stralingsgeleidende lagen 3 en 5 tot één actieve stralingsgeleidende laag 7, die een eerste stralingsgeleider 20 bevat. Boven de stralingsgeleidende lagen 5 en 7 10 bevindt zich een derde passieve laag 6. De passieve lagen 2, 4 en 6 bestaan uit aluminiumgalliumarsenide met een aluminiumgehalte van 30 atoomprocenten en een brekingsindex van 3,42, terwijl de actieve lagen 3, 5 en 7 bestaan uit aluminiumgalliumarsenide met een aluminiumgehalte van 10 atoomprocenten en een brekingsindex van 3,59.

15 In het halfgeleiderlichaam zijn die delen van de halfgeleiderlagenstructuur die liggen vóór vlak V en achter vlak W, verontreinigd met zink atomen. De strookvormige stralingsgeleiders die liggen tussen de vlakken V en W worden aldus binnen de halfgeleiderlaag waarvan ze deel uitmaken begrensd door materiaal met 20 een lagere brekingsindex. Hierdoor wordt straling die bijvoorbeeld een golflengte heeft van ongeveer 750 nm in de stralingsgeleidende lagen 3, 5 en 7 nauwelijks geabsorbeerd en in de richting dwars op de halfgeleiderlagenstructuur opgesloten door de, aan de stralingsgeleidende lagen grenzende, passieve lagen. De opsluiting 25 binnen de stralingsgeleidende laag komt tot stand door de aan elke stralingsgeleider grenzende, met zink atomen verontreinigde, gebieden.

Het geleidingstype van de stralingsgeleidende halfgeleiderlagen is niet erg kritisch en zal in het algemeen afhangen van de voor de vervaardiging gebruikte aangroeitechniek. Wel is het 30 gewenst, in verband met vrije ladingsdragers absorptie en ongewenste verstrooing van de straling, dat de doteringsconcentratie in elke stralingsgeleidende halfgeleiderlaag zo laag mogelijk is.

De in dit uitvoeringsvoorbeeld beschreven koppelinrichting volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld als volgt 35 vervaardigd worden (zie fig. 4). üitgegaan wordt van een substraat 1 van éènkristallijn galliumarsenide met bijvoorbeeld een (001) oriëntatie. Hierboven worden een aantal cylindervormige staven 32 met 8800939 PHN 12.503 8 een diameter van bijvoorbeeld 1 mm evenwijdig aan de (110) richting van het substraat geplaatst. De cylindervormige staven maken deel uit van een rooster F met een steek van 2mm. De cylindervormige staven 32 raken het oppervlak van het substraat 1 net niet. Hierop wordt 5 bijvoorbeeld vanuit de gasfase door pyrolitische decompositie van organo-metallische verbindingen zoals trimethylgallium en trimethylaluminium en van bijvoorbeeld arsine, welk proces bekend is onder de naam OMVPE ( - Organo Metallic Vapour Phase Epitaxy), een ongedoteerde 5 a 10 pm dikke laag 2 bestaande uit ^0,3(/^0,70^ 10 aangegroeid. Onder de dikte van laag 2 wordt verstaan de maximale dikte die laag 2 heeft en die bereikt wordt precies midden tussen twee naast elkaar liggende cylindervormige staven 32 (zie fig. 5). Tengevolge van schaduwwerking van de cylindervormige staven 32 wordt de laagdikte van laag 2 precies onder de staven minimaal, bijvoorbeeld 15 enkele micrometers. Deze schaduwwerking wordt bereikt dank zij het feit dat het OMVPE proces in het zogenaamde diffusie gelimiteerde gebied plaats vindt. Het gebruik van maskers om halfgeleiderlagen op deze wijze te taperen is op zichzelf reeds bekend (zie EP 0057587). Voor details met betrekking tot deze aangroeitechniek wordt verwezen 20 naar het overzichtsartikel van M.J. Ludowise, “Metalorganic chemical vapour deposition of III-V Semiconductors" in Journal of Applied Physics, 58 (1985) 31. Hierna wordt het rooster F met de cylindervormige staven 32 verwijderd waarna het aangroeiproces hervat wordt (zie fig. 6). Over laag 2 wordt nu een ongedoteerde ongeveer 1 25 pm dikke laag 3 bestaande uit AIq^lOGaO,90As aangegroeid. Het aangroeiproces wordt onderbroken en het rooster F met de cylindervormige staven 32 wordt weer op de halfgeleiderlagenstructuur geplaatst en wel zo dat de cylindervormige staven 32 precies boven op de in fig. 6 met T aangegeven toppen van de halfgeleiderlagenstructuur 30 rusten. Het aangroeiproces wordt hervat en over de structuur wordt nu een ongedoteerde, ongeveer 5 tot 10 pm dikke laag 4 bestaande uit AIq 2o^ao 7oAs aangegroeid, waarmee de structuur van fig. 7 verkregen wordt. Hierna wordt het rooster F met de cylindervormige staven 32 weer verwijderd en wordt het aangroeiproces voortgezet. Op 35 de structuur wordt een ongeveer 1 pm dikke en uit AIq ioGaO,90As bestaande halfgeleiderlaag 5 die zich plaatselijk met halfgeleiderlaag 3 verenigt en daar halfgeleiderlaag 7 vormt, en tenslotte een 8800938 * PHN 12.503 9 ongeveer 5 pm dikke en uit Alo,30GaO,70As ^estaan<3e halfgeleiderlaag 6 aangegroeid (zie fig. 8).

Op de lagenstructuur wordt tenslotte door middel van bijvoorbeeld sputteren of pyrolitische depositie een dunne, bijvoorbeeld 0,2 pm 5 dikke laag 31 bestaande uit siliciumdioxyde aangebracht. Een bovenaanzicht van de structuur weergegeven in fig. 8 is schematisch weergegeven in fig. 9. Met behulp van fotolithografische technieken en algemeen gebruikelijke etsmiddelen wordt laag 31 voorzover die buiten de vlakken V en W ligt, weggeëtst (zie fig. 9).

10 Hierna wordt het halfgeleiderlichaam in een kwarts kapsule gebracht samen met zinkarsenide (ZnAs2>. Door de kapsule gedurende ongeveer drie uur bij 700 C te verhitten diffunderen zink atomen in het halfgeleiderlichaam buiten het strookvormige gebied bestaande uit siliciumdioxyde dat ligt tussen de vlakken V en W, tot 15 in halfgeleiderlaag 2, tot een diepte van ongeveer 10 pm. Op deze wijze worden tussen C en C' in fig. 8 de strookvormige stralingsgeleiders die in fig. 3 met 20, 21, en 22 aangeduid zijn, gevormd in de stralingsgeleidende lagen 3, 5 en 7. In de breedterichting worden deze stralingsgeleiders begrensd door materiaal 20 dat tengevolge van de ter plaatse aanwezige zinkatomen een lagere brekingsindex heeft dan de stralingsgeleidende lagen tussen de vlakken V en W. De afstand b tussen de vlakken V en W wordt zodanig gekozen dat, rekening houdend met laterale diffusie, de stralingsgeleiders de gewenste breedte van bijvoorbeeld 3 pm krijgen. Tenslotte wordt de 25 structuur van fig. 8 gekliefd in de (110) richting op de plaatsen aangegeven met C en C', waarmee een exemplaar van de koppelinrichting van fig. 2 en 3, namelijk een enkele verticale Y-vormige structuur van stralingsgeleiders, verkregen wordt.

Een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een 30 koppelinrichting volgens de uitvinding wordt gevormd door de in fig.

10 schematisch in perspectief weergegeven inrichting. Een schematische dwarsdoorsnede langs de lijn XI-XI is weergegeven in fig. 11.

Ook deze koppelinrichting bestaat uit een halfgeleiderlichaam met een halfgeleidersubstraatgebied 1 in dit voorbeeld bestaande uit 35 éénkristallijn galliumarsenide. Daarop is aangebracht een halfgeleiderlagenstructuur met, in een doorsnede in de dikterichting, (zie fig. 10} een eerste passieve laag 2 en twee stralingsgeleidende ,8800939 PHN 12.503 10 actieve lagen 3 en 5 die van elkaar gescheiden zijn door een tweede passieve laag 4 met een lagere brekingsindex voor de genoemde straling dan de stralingsgeleidende actieve lagen, welke laag 4 plaatselijk onderbroken is. Ter plaatse van de onderbreking verenigen 5 zich de beide actieve stralingsgeleidende lagen 3 en 5, tot één actieve stralingsgeleidende laag 7 die een eerste stralingsgeleider 20 bevat. Deze stralingsgeleider splitst zich aan een uiteinde in twee verdere stralingsgeleiders 21 en 22 en aan het andere uiteinde in twee verdere stralingsgeleiders 21' en 22'. Boven de stralingsgeleidende 10 lagen 5 en 7 bevindt zich een derde passieve laag 6. De passieve en actieve lagen hebben dezelfde samenstelling en brekingsindex als de overeenkomstige lagen uit het voorgaande voorbeeld.

De halfgeleider koppelinrichting van dit voorbeeld kan op analoge wijze als de koppelinrichting van het vorige voorbeeld 15 vervaardigd worden. Het enige verschil betreft de laatste stap van de vervaardigingswijze van de koppelinrichting van het vorige voorbeeld. Deze stap, n.1. het klieven van de structuur weergegeven in fig. 8, wordt nu langs de lijnen C' en C" gedaan.

Wil men in een dergelijke halfgeleiderlagenstructuur 20 (zie fig. 10 en 11) slechts enkele stralingsgeleiders vormen, bijvoorbeeld de stralingsgeleiders 20, 22 en 22', dan kan dit onder meer door de eerder genoemde diffusie van zink atomen hetzij gedurende een kortere tijd hetzij bij een lagere temperatuur uit te voeren, zodanig dat de diepte van de diffusie kleiner is dan de som 25 van de laagdiktes van de halfgeleiderlagen 5 en 6 ter plaatse van de de stralingsgeleidende laag 7. Ook kan de zinkdiffusie plaatselijk dieper zijn. Dit kan bijvoorbeeld gerealiseerd worden door de plaatsen waar men een ondiepe zinkdiffusie wenst aanvankelijk afgedekt te laten met siliciumdioxyde. De zinkdiffusie wordt dan op een geschikt moment 30 onderbroken waarna de afdekking op laatstgenoemde plaatsen (ook) verwijderd wordt en de diffusie wordt voortgezet. Op deze wijze kunnen in de structuur van fig. 10 plaatselijk twee stralinggeleiders boven elkaar aanwezig zijn, bijvoorbeeld stralingsgeleiders 21 en 22, terwijl elders slechts de bovenste stralingsgeleider, bijvoorbeeld 35 stralingsgeleider 22' gevormd wordt. Hiervan kan, zoals bij een verder uitvoeringsvoorbeeld zal blijken, met voordeel gebruik worden gemaakt.

Er wordt nogmaals opgemerkt dat er meerdere manieren ,8800939 $ PHN 12.503 11 zijn om de opsluiting in de breedterichting van de stralingsgeleiders tot stand te brengen. Allereerst bijvoorbeeld het eerder genoemde locaal wegetsen van het halfgeleiderlichaam waardoor strookvormige stralingsgeleiders achterblijven. De breedte b van de 5 stralingsgeleiders van fig. 10 wordt dan als volgt ingesteld: in de halfgeleiderlagenstructuur van fig. 10 kan door middel van algemeen gebruikelijk fotolithografische technieken en met gebruikmaking van algemeen gebruikelijke etsmiddelen, de halfgeleiderlagenstructuur buiten de vlakken V en W waarvan de afstand b bijvoorbeeld 3 pm is, 10 tot aan het substraatgebied 1 weggeêtst worden.

Naast de eerder beschreven locale zinkdiffusie, behoort verder ook een locale implantatie van zink ionen of van waterstof ionen (protonen) tot de mogelijkheden om een verschil in brekingsindex aan te brengen waardoor strookvormige stralingsgeleiders gevormd worden. Alle 15 genoemde technieken bieden ook de mogelijkheid om naar keuze een of meer stralingsgeleiders boven elkaar te vormen.

Een koppelinrichting volgens de uitvinding, kan onder meer met voordeel toegepast worden in een optische glasvezel gyroscoop. Een dergelijke gyroscoop is schematisch weeregeven in 20 fig. 12 en kan onder meer omvatten: een straling emitterende halfgeleiderdiode 15 (bijvoorbeeld een LED of laser), een stralingsgevoelige detector 16 (bijvoorbeeld een photodiode), negen stralingsgeleiders 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 en 28, een electrode 17 welke zich boven een deel van stralingsgeleider 24 25 bevindt en een lusvormige glasvezel 18 waarvan het ene uiteinde gekoppeld is aan stralingsgeleider 27 en het andere aan stralingsgeleider 28. De door de stralingsbron geemitteerde straling wordt ten dele in stralingsgeleider 20 gekoppeld. Deze straling wordt een aantal maal in zogenaamde 3 dB koppelaars in twee gelijke 30 delen gesplitst. De eerste 3 dB koppelaar wordt gevormd door stralingsgeleiders 20, de tweede door stralingsgeleider 26. De straling die zich in de stralingsgeleiders 27 en 28 bevindt doorloopt in tegengestelde richting de glasvezellus 18. Wanneer de inrichting van fig. 12 draait om een as die loodrecht staat op het vlak waarin de 35 glasvezellus ligt onstaat tussen deze stralingsdelen een faseverschil dat afhangt van de draaisnelheid van de inrichting. Dit fase verschil kan met behulp van de detector 16 gemeten worden. De electrode 17 ,8808939 Λ PHN 12.503 12 vormt een polarisator welke ervoor zorgt dat de tegen elkaar inlopende straling dezelfde polarisatie toestand heeft.

Een uitvoeringsvoorbeeld van een deel van een optische glasvezel gyroscoop waarin koppelinrichtingen volgens de uitvinding zijn 5 gebruikt is schematisch in bovenaanzicht weergegeven in fig. 13. Het betreft een grotendeels geïntegreerde gyroscoop, waarvan een doorsnede volgens de lijn XIV-XIV schematisch is weergegeven in fig.

14. De inrichting omvat (zie fig. 14) een halfgeleiderlichaam met een halfgeleidersubstraatgebied 1, hier bestaande uit éénkristallijn 10 galliumarsenide. Hierop is een halfgeleiderlagenstructuur aangebracht welke onder meer tenminste bevat een eerste passieve laag 2 met daarop een eerste stralingsgeleidende laag 3 en een tweede stralingsgeleidende laag 5 die van elkaar gescheiden zijn door een tweede passieve laag 4 en die zich op twee plaatsen verenigen tot 15 één stralinggeleidende laag 7. Hierboven bevindt zich een derde passieve laag 6. Materiaal en samenstelling van de lagen zijn weer gelijk aan die in de voorgaande voorbeelden. In de halfgeleiderlagenstructuur zijn een aantal, hier 9, stralingsgeleiders 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 en 28 gevormd door middel van een 20 zinkdiffusie buiten de strookvormige gebieden 27, 28 en 29 (zie fig.

13) en waarvan de diepte weergegeven wordt door de lijn 13 (zie fig. .14). De stralingsgeleiders 27 en 28 zijn alleen in fig. 13 zichtbaar. In de lagenstructuur zijn twee uitsparingen EE en FF aangebracht. EE reikt tot net onder laag 3 en hierin is een detector 25 16, bijvoorbeeld bestaande uit een silicium photodiode, die straling uit laag 3 kan detecteren, geplaatst. FF reikt tot net onder laag 5 en hierin is een stralingsbron 15, bijvoorbeeld bestaande uit een halfgeleiderdiodelaser of een LED, geplaatst waarvan de straling tenminste voor een deel in laag 5 kan komen. Op het oppervlak van de 30 inrichting bevindt zich een strookvormige geleider 17 die als polarisator kan dienen voor de er onder, in de stralingsgeleidende laag 5 liggende, stralingsgeleider 24. Een lusvormige glasvezel 18 is aangekoppeld aan de stralingsgeleiders 27 en 28 (zie fig. 13) die samen met de stralingsgeleider 26 een horizontale Y-vormige structuur 35 van stralingsgeleiders vormen. In dit uitvoeringsvoorbeeld wordt dus zowel van horizontale- als van verticale Y-vormige structuren van stralingsgeleiders gebruik gemaakt. Met betrekking tot de r 8800939 PHN 12.503 13 stralingsgeleiders 23 en 25 wordt opgemerkt dat deze daar waar lijn 13 boven laag 3 loopt, met elkaar verbonden zijn door de stralingsgeleidende laag 3. Hierdoor hebben deze stralingsgeleiders daar waar de lijn 13 de laag 3 snijdt één niet reflecterend 5 uiteinde en zal de straling die vanuit de stralingsgeleider 20 in 23 of vanuit 26 in 25 komt niet gereflecteerd worden. Dit is gewenst voor een goede werking van de verticale koppelinrichtingen bestaande uit de · stralingsgeleiders 20, 23 en 24 en uit de stralingsgeleiders 24, 25 en 26 in de onderhavige toepassing (optische gyroscoop).

10 De vervaardiging van de in dit voorbeeld beschreven gyroscoop met koppelinrichtingen volgens de uitvinding is analoog aan de vervaardiging van de voorgaande uitvoeringsvoorbeelden. In fig. 8 en 14 is de halfgeleiderlagenstructuur van de hierboven beschreven gyroscoop aangeduid met C'C'''. Het zal op grond van het bovenstaande 15 duidelijk zijn dat met betrekking tot de vervaardiging van de structuur van fig. 13 en 14, althans voor wat de halfgeleiderlagenstructuur betreft, het enige verschil met de eerdere voorbeelden gelegen is in de plaats(en) waar de structuur van fig. 8 gekliefd moet worden. Dit dient bij C' en C'" te gebeuren (zie fig.

20 8). Voordat het substraat aldus gekliefd wordt, waardoor de inrichting van fig. 13 en 14 ontstaat, worden met behulp van fotolithografie en algemeen gebruikelijke etsmiddelen de uitsparingen EE en FF aangebracht. Op dezelfde wijze worden, uit een op de lagenstructuur gesputterde geleiderlaag, bijvoorbeeld bestaande uit een goud-25 germanium-nikkellaag, de electrodegebieden 17 gevormd. Na het klieven worden de detector , de stralingsbron en de glasvezellus met algemeen gebruikelijke technieken aangebracht. Wannneer de passieve lagen 2 en 4 goed electrisch geleidend zijn kan in de bodem van EE en FF een metaallaag aangebracht worden, bijvoorbeeld tegelijk met de 30 geleiderlaag waaruit de electrode 17 gemaakt wordt. Op deze wijze kan één, voor beide gemeenschappelijke aansluitgeleider, van de detector en stralingsbron geïntegreerd worden. Ook verder gaande vormen van integratie waarbij een of meer lagen van de halfgeleiderlagenstructuur van de stralingsbron of detector deel uit 35 maken van de halfgeleiderlagenstructuur van de koppelinrichting volgens de uitvinding, behoren tot de mogelijkheden.

De uitvinding is niet beperkt tot de gegeven 8800939 PHN 12.503 14 uitvoeringsvoorbeelden, daar voor de vakman binnen het kader van de uitvinding vele modificaties en variaties mogelijk zijn. Zo kunnen andere halfgeleidermaterialen dan de in de voorbeelden genoemde worden toegepast. Ook kunnen de laagdikten al naar gelang van de gewenste 5 toepassing worden gevarieerd. De halfgeleiderlagenstructuren kunnen ook geheel of ten dele met andere groeitechnieken dan de hier gebruikte OMVPE gerealiseerd worden. Met name moet hierbij gedacht worden aan andere algemeen gebruikelijke aangroeitechnieken zoals molecuulstraal epitaxie, kortweg MBE (=Molecular Beam Epitaxy) en 10 vloeistoffase epitaxie, kortweg LPE (=Liquid Phase Epitaxy). Koppelinrichtingen volgens de uitvinding kunnen op vele wijzen gecombineerd worden met andere, bijvoorbeeld horizontale koppelinrichtingen en andere actieve of passieve opto-electronische componenten. Toepassingen liggen behalve op het gebied van de 15 glasvezel gyroscoop, op het gebied van de optische glasvezel communicatiesystemen en op dat van de zogenaamde "geïntegreerde optica", waarvan de optische computer een voorbeeld vormt.

« 8800939

Claims (9)

1. Inrichting voor het koppelen van electromagnetische straling, bevattende tenminste een strookvormige eerste stralingsgeleider die zich aan tenminste een uiteinde splitst in tenminste twee verdere strookvormige stralingsgeleiders, 5 welke stralingsgeleiders alle begrensd worden door een materiaal met een kleinere brekingsindex voor de genoemde straling dan de stralingsgeleiders , met het kenmerk, dat de stralingsgeleiders deel uit maken van een halfgeleiderlagenstructuur met in een doorsnede in de dikterichting tenminste twee stralingsgeleidende actieve lagen die elk 10 een verdere strookvormige stralingsgeleider bevatten en gescheiden zijn door een passieve laag met lagere brekingsindex voor de genoemde straling, waarbij de passieve laag plaatselijk een strookvormige verdunning of onderbreking vertoont, en ter plaatse van de verdunning of onderbreking de beide actieve lagen respectievelijk zich binnen 15 eikaars versterkingsprofiel bevinden of zich tot één actieve laag verenigen en de eerste stralingsgeleider vormen.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de halfgeleiderlagenstructuur zich bevindt tussen twee verdere passieve lagen met een kleinere brekingsindex voor de genoemde straling dan de 20 actieve lagen.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat elke stralingsgeleider begrensd wordt door gebieden van de actieve laag met een lagere brekingsindex dan de stralingsgeleider.

4. Inrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk dat de 25 gebieden met lagere brekingsindex voor de genoemde straling gevormd worden door met zink atomen verontreinigde delen van de actieve laag.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4 met het kenmerk dat de gebieden met lagere brekingsindex gevormd worden door plaatselijk in de actieve laag geïmplanteerde ionen.

6. Inrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk dat de gebieden met lagere brekingsindex gevormd worden door plaatselijk weggeëtste delen van de halfgeleiderlagenstructuur.

7. Inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 6 met het kenmerk dat op tenminste één plaats op het oppervlak, plaatselijk 35 de halfgeleiderlagen vanaf het oppervlak tot een diepte groter dan de diepte waarop zich één van de een stralingsgeleider bevattende actieve lagen bevindt, verwijderd zijn en dat in de zo ontstane .8800939 *1 PHN 12.503 16 uitsparing een opto-electronische component zodanig is aangebracht dat straling van die component naar de stralingsgeleider over kan gaan en omgekeerd.

8. Inrichting volgens conclusie 7 met het kenmerk dat 5 tenminste één van de lagen die deel uitmaken van de opto- electronische component tevens deel uitmaakt van de lagenstructuur waarin de koppelinrichting is vervaardigd.

9 Inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 8 met het kenmerk dat de inrichting deel uitmaakt van een optische gyroscoop, 10 waarbij de halfgeleiderlagenstructuur in een richting ongeveer evenwijdig aan de halfgeleiderlagen achtereenvolgens tenminste bevat een eerste strookvormige stralingsgeleider die zich aan het ene uiteinde splitst in twee verdere strookvormige stralingsgeleiders waaarvan de een gekoppeld is aan een stralingsbron en de ander aan een 15 stralingsgevoelige detector, en die zich aan het andere uiteinde splitst in twee verdere strookvormige stralingsgeleiders waarvan er een in de nabijheid van een electrode ligt en samen met een andere verdere strookvormige stralingsgeleider een afsplitsing vormt van een tweede strookvormige stralingsgeleider waarvan het andere uiteinde 20 binnen het versterkingsprofiel ligt van twee weer andere verdere strookvormige stralingsgeleiders die aan hun andere uiteinde gekoppeld zijn aan een lusvormige glasvezel. ,8800939