DE4000445A1

DE4000445A1 - METHOD FOR PRODUCING AN OPTICAL GRID ON THE EDGE OF A LAYER OR STRIP WAVE GUIDE

Info

Publication number: DE4000445A1
Application number: DE19904000445
Authority: DE
Inventors: Cornelius Dr Cremer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1991-07-11

Abstract

Prodn. of an optical grating (3) on the small edge face (100) of an optical film or stripe waveguide (1) is carried out using an etch mask (2) which covers the waveguide flat surface (10) and which has an edge (20) defining the edge face contour to be etched along the mask edge (20). The novelty is that the mask edge (20) has comb tooth-like projections (21) defining the grating (3) and that the masked waveguide surface (10) is etched with an etchant which only etches perpendicularly to this surface. Also claimed is a film or stripe waveguide structure in which an optical grating (3) is formed on a small waveguide edge face (100) running along a given line (8), the grating lines being defined by projecting ribs (31) and/or recessed grooves (32) which are vertical to the waveguide surface (10). The novelty is that the ribs (31) and/or grooves (32) have a rectangular profile. USE/ADVANTAGE - The process is useful for prodn. of wavelength multiplexers and demultiplexers. It combines the high resolution of holographic exposure with the alignment precision of mask exposure and employs only low cost technology.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Gitters auf einer schmalseitigen Randfläche eines Schicht- oder Streifenwellenleiters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing a optical grating on a narrow side edge surface of a Layer or strip waveguide according to the preamble of Claim 1.

Ein Verfahren der genannten Art ist aus der EP 02 82 878 A2 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Wellenleiter auf InP- Basis verwendet, auf dessen flachseitiger Oberfläche eine Deckschicht aufgebracht ist, in die ganzflächig ein relief artiges flächenhaftes optisches Gitter geätzt wird, durch welches das Gitter auf der späteren schmalseitigen Randfläche des Wellenleiters bestimmt wird.A method of the type mentioned is known from EP 02 82 878 A2 known. With this method, a waveguide is Base used on the flat surface of a Cover layer is applied, in which a relief over the entire surface like flat optical grid is etched by which the grid on the later narrow edge surface of the waveguide is determined.

Auf dieses Gitter wird eine Ätzmaske aufgebracht, die eine längs einer vorgebbaren, den Verlauf der flachseitigen Rand fläche des Wellenleiters definierenden Linie verlaufende Maskenkante aufweist. Das mit dieser beispielsweise aus Al₂O₃ bestehenden Ätzmaske maskierte Oberflächengitter wird mit einem N₂-Ionenstrahl in eine Tiefe geätzt, die größer als die Dicke der Deckschicht ist. Dabei bleibt die Struktur des Ober flächengitters erhalten und außerdem überträgt sich dieses flächenhafte Gitter auch auf die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche stehende schmalseitige Randfläche des Wellenlei ters, die bei diesem Verfahrensschritt entsteht und durch die Maskenkante der Ätzmaske bestimmt ist. Die Gitterlinien des auf der schmalseitigen Randfläche entstehenden Gitters sind im wesentlichen senkrecht zu den Gitterlinien des Oberflächen gitters.An etching mask is applied to this grating, which has a mask edge that runs along a predeterminable line that defines the course of the flat edge surface of the waveguide. The surface grating masked with this etching mask, for example made of Al ₂ O ₃ , is etched with a N ₂ ion beam to a depth that is greater than the thickness of the cover layer. The structure of the upper surface lattice is retained and this surface lattice is also transferred to the narrow edge edge surface of the waveguide, which is essentially perpendicular to the surface and is formed in this process step and is determined by the mask edge of the etching mask. The grid lines of the grid formed on the narrow side edge surface are essentially perpendicular to the grid lines of the surface grid.

Das bekannte Verfahren kann zur Herstellung von Wellenlängen multiplexern und -demultiplexern nach dem Beugungsgitterprin zip verwendet werden, wobei die die schmalseitige Randfläche des Wellenleiters definierende Maskenkante vorzugsweise längs einer durch eine logarithmische Spirale definierte Linie ver läuft.The known method can be used to produce wavelengths multiplexers and demultiplexers according to the diffraction grating prin zip can be used, the the narrow-sided edge surface mask edge defining the waveguide, preferably along a line defined by a logarithmic spiral ver running.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 39 13 242.0 (GR 89 P 1298 DE) ist ein Verfahren der ein gangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem die Ätzmaske direkt auf der Oberfläche des Wellenleiters aus Halbleitermaterial erzeugt wird und die Maskenkante längs einer vorbestimmten Linie zickzackförmig verläuft, wobei die dieser Linie über lagerte Zickzacklinie das Gitter definiert. Die mit dieser Ätzmaske maskierte Oberfläche des Wellenleiters wird durch reaktives Ionenätzen in den maskenfreien Bereichen in die Tiefe geätzt. Da dieses Ätzverfahren im wesentlichen nur in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Wellenleiters ätzt, wird die beispielsweise Elektronenstrahl-lithographisch erzeugte Zickzacklinie auf die bei diesem Ätzen entstehende und im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Wellenleiters stehende schmalseitige Randfläche übertragen, so daß diese Randfläche in Richtung der bestimmten Linie zickzackförmig verläuft und das Gitter bildet. Als Ätzmaske ist Metall, bei spielsweise aufgedampftes Aluminum, vorgeschlagen und es wird empfohlen, die das Gitter definierende schmalseitige Rand fläche zur Erhöhung des Beugungswirkungsgrades mit einer reflektierenden Schicht zu versehen.In the older, unpublished patent application P 39 13 242.0 (GR 89 P 1298 DE) is a process of a suggested type, in which the etching mask directly on the surface of the waveguide made of semiconductor material is generated and the mask edge along a predetermined Line runs in a zigzag pattern, with that line crossing stored zigzag line defined the grid. The one with this Etching mask masked surface of the waveguide is through reactive ion etching in the mask-free areas in the Deep etched. Since this etching process is essentially only in Etching direction perpendicular to the surface of the waveguide which, for example, generated electron beam lithography Zigzag line on the resulting during this etching and in essentially perpendicular to the surface of the waveguide standing narrow-sided edge surface transferred so that this Edge surface zigzag in the direction of the specified line runs and forms the grid. Metal is used as an etching mask evaporated aluminum, for example, and it will recommended that the narrow edge defining the grille area to increase diffraction efficiency with a reflective layer.

Außerdem ist in dieser älteren Patentanmeldung vorgeschlagen, in der Ätzmaske Justierhilfen für Fasern und Detektoren vorzu sehen, die eine einfache Justage dieser Teile mit nur zwei Justierschritten ermöglicht.It is also proposed in this earlier patent application adjustment aids for fibers and detectors in the etching mask see the easy adjustment of these parts with only two Adjustment steps enabled.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Gitters auf einer schmalseitigen Randfläche eines optischen Schicht- oder Streifenwellenleiters anzugeben, bei dem die hohe Auflösung einer holografischen Belichtung mit der Justiergenauigkeit einer Maskenbelichtung verbunden und dabei nur kostengünstige Technologien verwendet werden können. The object of the invention is a method for the production an optical grating on a narrow side edge surface to specify an optical layer or strip waveguide, where the high resolution of a holographic exposure with the adjustment accuracy of a mask exposure and only inexpensive technologies can be used.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches die im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.This task is accomplished by a method of the type mentioned at the beginning Kind solved, which the in the characterizing part of the patent has given characteristics 1.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, kammzin kenartig vorspringenden Maskenstege der Maske haben den Vor teil, daß sie holografisch mit hoher Präzision hergestellt werden können, und in Verbindung mit dem im wesentlichen senk recht zur flachseitigen Oberfläche des Wellenleiters ätzenden Ätzmittel ein Gitter mit sehr guten optischen Eigenschaften entstehen lassen.The comb used in the process according to the invention Ken-like protruding mask bridges of the mask have the advantage part that they are holographically manufactured with high precision can be, and in connection with the substantially lower right to the flat surface of the waveguide Etchant a grid with very good optical properties let arise.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsge mäßen Verfahrens, bei dem die kammzinkenartig vorspringenden Maskenstege sehr einfach und mit einer Gitterperiode von 0,2 µm bis 1 µm genau holografisch hergestellt werden können, weist die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale auf. Bei dieser Ausgestaltung sind die Maskenstege durch die bis zur Masken kante oder vorläufigen Maskenkante freigelegten und mit Ab stand nebeneinander verlaufenden Streifen des flächenhaften Gitters definiert. Dabei kann so vorgegangen werden, daß nur die Deckschicht an dem an die vorläufige Maskenkante angren zenden freiliegenden Bereich selektiv abgeätzt wird, so daß in diesem Bereich die Streifen des flächenhaften Gitters stehenbleiben. Nach dem Entfernen der vorläufigen Ätzmaske bilden die verbliebene Deckschicht und die freiliegenden Streifen die Ätzmaske, wobei der durch die vorläufige Masken kante bestimmte Rand der Deckschicht die Maskenkante und die von dieser Kante vorstehenden Streifen die Maskenstege bilden. Diese Streifen können sehr lang sein und sich beispielsweise bis an den Rand eines Substrats erstrecken.A particularly advantageous embodiment of the fiction moderate procedure in which the comb-like protruding Mask bridges very simple and with a grating period of 0.2 µm to 1 µm can be produced exactly holographically, has the features specified in claim 2. At this Design are the mask bridges through to the masks edge or provisional mask edge exposed and with Ab stood side by side stripes of the areal Grid defined. It can be done so that only the top layer against the provisional mask edge zenden exposed area is selectively etched so that in this area the stripes of the areal lattice stop. After removing the temporary etching mask form the remaining cover layer and the exposed one Strip the etching mask, passing through the preliminary masks certain edge of the cover layer, the mask edge and the edge strips protruding from this edge form the mask bridges. These strips can be very long and for example extend to the edge of a substrate.

Zur Erzeugung unter Umständen vorteilhafter kurzer Masken stege, die sich nicht bis an den Rand eines Substrats erstrecken und insbesondere etwa gleich lang sind, eignet sich die in Anspruch 4 angegebene Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2, wobei das Freilegen der Endabschnitte mittels selektiven Abätzens der Deckschicht erfolgen kann. Dabei kann ein Zurückversetzen einer Maskenkante gegenüber der vorläufi gen Maskenkante (Anspruch 5) oder ein Zurückversetzen der vor läufigen Maskenkante gegenüber dem an dieser Kante entstande nen Rand der Deckschicht (Anspruch 6) ausgenutzt werden.To create short masks that may be advantageous webs that are not up to the edge of a substrate extend and in particular are approximately the same length is suitable the embodiment of the method specified in claim 4 Claim 2, wherein the exposing the end portions by means of selective etching of the cover layer can take place. It can a set back of a mask edge compared to the preliminary gene mask edge (claim 5) or a reset of the front current mask edge compared to that created on this edge NEN edge of the cover layer (claim 6) can be used.

Für insbesondere holografische Herstellung der Streifen des flächenhaften Gitters ist Titan (Anspruch 7) geeignet, das insbesondere bei optischen Wellenleitern auf der Basis eines III/V-Halbleitermaterials verwendet werden kann.For in particular holographic production of the strips of areal lattice is suitable titanium (claim 7) especially in the case of optical waveguides based on a III / V semiconductor material can be used.

Die Deckschicht kann aus Al₂O₃ (Anspruch 8) bestehen, das ins besondere bei Streifen aus Titan gut geeignet ist.The cover layer can consist of Al ₂ O ₃ (claim 8), which is particularly suitable for strips made of titanium.

Für die vorläufige Ätzmaske kann herkömmlicher Photoresist (Anspruch 9) verwendet werden.Conventional photoresist can be used for the preliminary etching mask (Claim 9) can be used.

Die Deckschicht und/oder die Streifen des flächenhaften Gitters werden/wird bevorzugt und vorteilhaft durch Ionen strahlätzen abgeätzt (Anspruch 10).The top layer and / or the stripes of the areal Lattices are / are preferred and advantageous by ions etched away by etching (claim 10).

Die Oberfläche des Wellenleiters wird bevorzugt und vorteil haft durch reaktives Ionenätzen in die Tiefe geätzt (Anspruch 11).The surface of the waveguide is preferred and advantageous etched deeply by reactive ion etching 11).

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorteilhaft zur Herstellung von optischen Gittern auf schmalseitigen Rand flächen von optischen Schicht- und Streifenwellenleitern auf der Basis von III/V-Halbleitermaterialien, insbesondere von Gittern für Parallel arbeitende, integriert optische Viel kanal-Wellenlängenmultiplexer und/oder Demultiplexer.The method according to the invention is advantageously suitable for Production of optical gratings on the narrow edge surfaces of optical layer and strip waveguides the basis of III / V semiconductor materials, in particular of Grids for parallel working, integrated optical lot channel wavelength division multiplexer and / or demultiplexer.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß Anordnungen mit einem Schicht- oder Streifenwellenleiter nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 12 hergestellt werden können, bei denen die die Gitterlinien des Gitters definierenden Rippen und Furchen im Profil im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind. Solche Anordnungen können vorteilhaft als Vielkanal-Multiplexer und/oder -Demultiplexer verwendet werden. A particular advantage of the method according to the invention is to be seen in the fact that arrangements with a layer or Strip waveguide according to the preamble of the patent Proverb 12 can be made, in which the Grid lines of the grid defining ribs and furrows in the Profile are essentially rectangular. Such Arrangements can advantageously be used as multi-channel multiplexers and / or demultiplexers can be used.

Vorteilhaft ist es, im Hinblick auf eine solche Verwendung, wenn die schmalseitige Randfläche, auf der das Gitter ausge bildet ist, längs einer durch eine mathematische Kurve vier ter Ordnung definierten Linie verläuft (Anspruch 13). In diesem Fall ist das Gitter ein fokussierendes Gitter mit zwei Brennpunkten.With regard to such use, it is advantageous if the narrow-sided edge surface on which the grid is out is formed along a four by a mathematical curve the order defined line runs (claim 13). In in this case the grating is a focusing grating with two Focal points.

Ein fokussierendes Gitter in Littrow-Anordnung erhält man bei einer Anordnung nach Anspruch 12, wenn die schmalseitige Rand fläche längs einer durch eine Ellipse definierten Linie ver läuft (Anspruch 14).A focusing grid in a Littrow arrangement is obtained from an arrangement according to claim 12, if the narrow side edge surface along a line defined by an ellipse runs (claim 14).

Insbesondere können bei Anordnungen nach den Ansprüchen 13 oder 14 fokussierende Gitter mit konstanter Gitterperiode rea lisiert werden, die technologisch insbesondere mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren leicht herstellbar sind.In particular, in the case of arrangements according to claims 13 or 14 focusing grids with constant grating period rea be technologicalized, especially with the invent methods according to the invention are easy to produce.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Be schreibung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the figures in the following Be spelling explained by way of example. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine einen Schichtwellenleiter be reichsweise abdeckende Ätzmaske zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a plan view of a a film waveguide be rich example covering an etching mask for performing the method according to the invention,

Fig. 2 bis 9 verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen optischen Gitters mit einer Ätzmaske nach Fig. 1, wobei jeweils in gleicher perspektivischer Darstel lung, FIG. 2 to 9 show various process steps in the production of an optical grating according to the invention with an etching mask according to Fig. 1, wherein each lung, in the same perspective depicting,

Fig. 2 ein aus Streifen bestehendes und auf dem Schicht wellenleiter aufgebrachtes flächenhaftes Gitter, Fig. 2 shows a strip consisting of and exemplary surface on the layer waveguide applied grid,

Fig. 3 das mit einer Deckschicht ganzflächig abgedeckte flächenhafte Gitter der Anordnung nach Fig. 2, Fig. 3, with a cover layer over the whole area covered dimensional grid of the assembly according to Fig. 2,

Fig. 4 eine auf die Deckschicht der Anordnung nach Fig. 3 aufgebrachte vorläufige Ätzmaske mit vorläufiger Maskenkante, Fig. 4 is a force applied to the cover layer of the arrangement of FIG. 3 preliminary etching mask with preliminary mask edge,

Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 4 nach dem Abätzen der Deckschicht und des flächenhaften Gitters bis zur vorläufigen Maskenkante, Fig. 5 shows the arrangement according to FIG. 4, after the etching of the covering layer and the planar grating until the provisional mask edge

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 nach dem Zurückver setzen des an der vorläufigen Maskenkante entstan denen Randes der Deckschicht, Fig. 6 set the arrangement of Fig. 5 after the Zurückver at the preliminary mask edge entstan which edge of the cover layer,

Fig. 6a und 6b alternativ zur Anordnung nach Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 nach dem Zurückversetzen der vorläufigen Maskenkante bzw. die Anordnung nach Fig. 6a nach dem Zurückversetzen des Randes der Deckschicht durch Abätzen bis zur zurückver setzten vorläufigen Maskenkante, Figs. 6a and 6b an alternative to the arrangement of FIG. 6, the arrangement of FIG. 5 provisional after returning said preliminary mask edge or the assembly according to Fig. 6a of the cover layer translated by etching to zurückver after the remit of the edge of the mask edge,

Fig. 7 die Anordnung nach Fig. 6 oder 6b nach dem Entfernen der vorläufigen Ätzmaske, Fig. 7 shows the arrangement according to FIG. 6 or 6b after removal of the preliminary etching mask,

Fig. 8 die Anordnung nach Fig. 7 nach dem Ätzen der Oberfläche des Wellenleiters in die Tiefe und Fig. 8 shows the arrangement of Fig. 7 after the etching of the surface of the waveguide in depth and

Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 8 nach dem Entfernen der aus den Endabschnitten der Streifen und der Deckschicht bestehenden Ätzmaske und mit dem fertigen Gitter zeigen und FIG. 9 shows the arrangement according to FIG. 8 after removal of the etching mask consisting of the end sections of the strips and the cover layer and with the finished grid, and

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen mit einem erfindungsgemäßen fokussierenden Gitter in Littrow-Anordnung ausgeführ ten Wellenlängenmultiplexer und/oder -demultiplexer. Fig. 10 is a plan view of a present invention with a focusing grating in a Littrow arrangement out guide th wavelength division multiplexer and / or demultiplexer.

Im Gegensatz zu den Fig. 1 bis 9 ist die Fig. 10 maßstäb lich.In contrast to FIGS . 1 to 9, FIG. 10 is to scale.

Die auf die flachseitige Oberfläche 10 des Schichtwellenlei ters 1 aufgebrachte Ätzmaske 2 weist eine längs einer vorgeb baren, beispielsweise gekrümmten Linie verlaufende Maskenkante 20 auf, von der eine Reihe von Maskenstegen 21 kammzinkenartig vorspringen, die durch Lücken 22 getrennt sind und das herzu stellende optische Gitter definieren. Dieses Gitter wird da durch hergestellt, daß die mit dieser Maske 2 maskierte Ober fläche 10 des Wellenleiters 1 mit einem zumindest im wesent lichen nur senkrecht zu dieser Oberfläche 1 ätzenden Ätzmittel in die Tiefe geätzt wird. Das bekannte reaktive Ionenätzen (RIE-Verfahren) ist hierfür gut geeignet und läßt glatte schmalseitige Randflächen des Wellenleiters 1 entstehen, die zumindest im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 10 des Wellenleiters 1 stehen.The applied to the flat surface 10 of the layer waveguide 1 etching mask 2 has a mask edge 20 running along a predetermined, for example curved line, from which a series of mask webs 21 project like a comb, which are separated by gaps 22 and the optical grating to be produced define. This grating is produced by the fact that the masked with this mask 2 upper surface 10 of the waveguide 1 is etched in the depth with an etching agent which is at least essentially only perpendicular to this surface 1 . The known reactive ion etching (RIE method) is well suited for this purpose and allows smooth narrow-sided edge surfaces of the waveguide 1 to be created which are at least substantially perpendicular to the surface 10 of the waveguide 1 .

Die von der Maskenkante 20 kammzinkenartig vorspringenden Maskenstege 21 der Maske 2 nach Fig. 1 sind kurz, d. h. nicht viel länger als breit, und etwa gleich lang. Sie können auch viel länger sein, beispielsweise sich bis zum äußeren Rand 11 des Schichtwellenleiters 1 erstrecken. Unter Umständen dürften kurze Maskenstege 21 optisch günstiger sein.The mask webs 21 of the mask 2 according to FIG. 1 protruding from the mask edge 20 in the manner of a comb are short, ie not much longer than wide, and approximately the same length. They can also be much longer, for example extending to the outer edge 11 of the layer waveguide 1 . Under certain circumstances, short mask bridges 21 may be optically more favorable.

Obgleich es viele Möglichkeiten gibt, die Ätzmaske 2 herzu stellen, ist es technologisch und im Hinblick auf eine gut reproduzierbare und genaue Herstellung eines Gitters mit kleinen Gitterperioden zweckmäßig, die Ätzmaske 2 wie folgt herzustellen:
Auf die flachseitige Oberfläche 10 des Schichtwellenleiters 1 wird bereichsweise oder, wie in Fig. 2 gezeigt, ganzflächig ein flächenhaftes Gitter 4 erzeugt, das aus mit Abstand neben einander, vorzugsweise geradlinig parallel verlaufenden Strei fen 41 aus einem vorbestimmten Material besteht, wobei in den Lücken 42 zwischen diesen Streifen 41 die Oberfläche 10 des Wellenleiters 1 freiliegt.Although there are many possibilities for producing the etching mask 2 , it is technologically and in view of a reproducible and accurate manufacture of a grating with small grating periods expedient to produce the etching mask 2 as follows:
On the flat surface 10 of the layered waveguide 1 is generated in areas or, as shown in Fig. 2, a whole area grating 4 , which consists of spaced adjacent, preferably rectilinear parallel stripes fen 41 made of a predetermined material, with the gaps 42 the surface 10 of the waveguide 1 is exposed between these strips 41 .

Dieses flächenhafte Gitter 4 kann mit einer kleinen Gitter periode sehr genau und einfach holografisch hergestellt werden. Dazu wird beispielsweise auf die Oberfläche 10 des Wellenleiters 1 eine dünne Schicht aus einem bestimmten Material aufgebracht, und in dieser Schicht das flächenhafte Gitter 4 holografisch erzeugt. Das bestimmte Material ist so zu wählen, daß es von dem Ätzmittel, mit dem der Wellenleiter 1 später in die Tiefe geätzt wird, zumindest im wesentlichen nicht angegriffen wird.This areal grid 4 can be produced with a small grid period very precisely and simply holographically. For this purpose, for example, a thin layer of a certain material is applied to the surface 10 of the waveguide 1 , and the planar grating 4 is generated holographically in this layer. The particular material is to be selected so that it is at least essentially not attacked by the etchant with which the waveguide 1 is later etched in depth.

Das flächenhafte Gitter 4 wird vorzugsweise ganzflächig und wie in Fig. 3 gezeigt, mit einer Deckschicht 6 abgedeckt und auf diese Deckschicht 6 die vorläufige Ätzmaske mit der vor läufigen Maskenkante 70 aufgebracht, welche die Deckschicht 6 teilweise so abdeckt, daß ein vor der vorläufigen Maskenkante 70 liegender und an diese Kante 70 angrenzender Bereich 62 der Deckschicht 6 unabgedeckt bleibt, so wie es in der Fig. 4 gezeigt ist. Für die Deckschicht 6 und die Streifen 41 des flächenhaften Gitters 4 sind verschiedene Materialien derart zu wählen, daß die Deckschicht 6 selektiv mit einem Ätzmittel abätzbar ist, welches die Streifen und den Wellenleiter zu mindest nicht wesentlich angreift. Die vorläufige Ätzmaske 7 muß aus einem Material bestehen, welches von einem das Mate rial der Deckschicht 6 oder auch der Streifen 41 ätzenden Ätzmittel zumindest nicht wesentlich angegriffen wird.The areal grid 4 is preferably covered over the entire area and as shown in FIG. 3 with a cover layer 6 and on this cover layer 6 the preliminary etching mask with the current mask edge 70 is applied, which partially covers the cover layer 6 in such a way that one in front of the preliminary mask edge 70 area 62 of the cover layer 6 lying and adjoining this edge 70 remains uncovered, as is shown in FIG. 4. For the cover layer 6 and the strips 41 of the planar grating 4 , different materials are to be selected in such a way that the cover layer 6 can be selectively etched away with an etchant which does not at least substantially attack the strips and the waveguide. The preliminary etching mask 7 must consist of a material which is at least not significantly attacked by a material of the mate rial of the cover layer 6 or the strip 41 .

Beispielsweise kann der Wellenleiter 1 aus einem auf einem Substrat 5 aus InP aufgebrachten Schichtsystem bestehen, das aus einer unmittelbar aus dem Substrat 5 aufgewachsenen ersten Epitaxieschicht 12 aus InP, einer auf der ersten Schicht 12 aufgewachsenen zweiten Epitaxieschicht 13 aus InGaAsP und einer auf dieser zweiten Epitaxieschicht 13 aufgewachsenen dritten Epitaxieschicht 13 aus InP bestehen, deren Oberfläche die flachseitige Oberfläche 10 des Wellenleiters 1 bildet. Beispielsweise können die Streifen 41 aus Titan, die Deck schicht 6 aus Al₂O₃ und die vorläufige Ätzmaske 7 aus Photo resist bestehen. Die Deckchicht 6 oder auch die Streifen 41 können beispielsweise durch Ionenstrahlätzen entfernt werden, wobei die vorläufige Ätzmaske 7 aus Photoresist als Ätzmaske dient.For example, the waveguide 1 can consist of a layer system applied to an InP substrate 5 , which consists of a first epitaxial layer 12 made of InP grown directly from the substrate 5 , a second epitaxial layer 13 made of InGaAsP grown on the first layer 12 and a second epitaxial layer on this 13 grown third epitaxial layer 13 consist of InP, the surface of which forms the flat-side surface 10 of the waveguide 1 . For example, the strips 41 made of titanium, the cover layer 6 made of Al ₂ O ₃ and the preliminary etching mask 7 made of photo resist. The cover layer 6 or the strips 41 can be removed, for example, by ion beam etching, the preliminary etching mask 7 made of photoresist serving as the etching mask.

In dieser Maske 7 werden zweckmäßigerweise auch Aussparungen erzeugt, welche die in der Fig. 1 gezeigten Aussparungen 23, 24 und 25 in der Ätzmaske 2 definieren, die als Justiermarken, beispielsweise für optische Wellenleiter in Form von Glas fasern dienen und sich beim Abätzen der Deckschicht 6 oder auch der Streifen 41 ausbilden.In this mask 7 , recesses are also expediently generated, which define the recesses 23 , 24 and 25 shown in FIG. 1 in the etching mask 2 , which serve as alignment marks, for example for optical waveguides in the form of glass fibers, and during the etching off of the cover layer 6 or also form the strip 41 .

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorläufige Ätzmaske 7 aus Photoresist mit Hilfe eines herkömmlichen Projektions- oder Kontaktbelichtungsgerätes hergestellt werden kann, wobei der Winkel zwischen der Längsrichtung 43 der Streifen 41 und der Tangenten der vorgebbaren Linie, längs der die vorläufige Maskenkante 70 verläuft, durch Hilfsmarken besser als 0,1° justiert werden kann.It should be noted that the preliminary etching mask 7 can be produced from photoresist with the aid of a conventional projection or contact exposure device, the angle between the longitudinal direction 43 of the strips 41 and the tangent of the predefinable line along which the preliminary mask edge 70 runs Auxiliary marks can be adjusted better than 0.1 °.

Wenn lange Maskenstege 21 erwünscht sind, braucht nur die Deckschicht 6 im Bereich 62 abgeätzt zu werden. Zur Erzeugung von kurzen Maskenstegen 21 ist es zweckmäßig, im Bereich 62 sowohl die Deckschicht 6 als auch die Streifen 41 bis zur vor läufigen Maskenkante 71 abzuätzen, so daß die in Fig. 5 ge zeigte Anordnung entsteht.If long mask bridges 21 are desired, only the cover layer 6 in the region 62 needs to be etched off. To produce short mask webs 21 , it is expedient to etch off both the top layer 6 and the strips 41 in the region 62 up to the mask edge 71 in front, so that the arrangement shown in FIG. 5 is produced.

Zur Erzeugung der die kurzen Maskenstege 21 bildenden frei liegenden Endabschnitte der Streifen 41 kann beispielsweise so vorgegangen werden, daß der beim Ätzen der Deckschicht 6 und der Streifen 41 der an der vorläufigen Maskenkante 70 ent stehende und entsprechend dieser Kante 70 verlaufende Rand 60 der Deckschicht 6 gegenüber den ebenfalls an der Maskenkante 7 endenden Streifen 41 um einen bestimmten Betrag b zurückver setzt wird, so daß die in Fig. 6 dargestellte Anordnung ent steht. Dies kann beispielsweise durch selektives Ätzen der Deckschicht 6 mit einem Ätzmittel bewirkt werden, welches die vorläufige Maskenkante 70 unterätzt, wobei die Streifen 41 nicht angegriffen, sondern die Endabschnitte dieser Streifen 41 stehenbleiben und freigelegt werden. Im genannten Bei spiel kann beispielsweise die Deckschicht aus Al₂O₃ mit Phosphorsäure selektiv geätzt werden, wobei die vorläufige Maskenkante 70 so weit unterätzt werden sollte, daß der zu rückversetzte Rand der Deckschicht 6 um etwa 0,3 µm gegen über der vorläufigen Maskenkante 70 zurückversetzt ist. Dieser zurückversetzt ist. Dieser zurückversetzte Rand der Deck schicht 6 bildet die Maskenkante 20 der eigentlichen Ätz maske 2.To generate the short mask webs 21 exposed end portions forming the strip 41 may be, for example, the procedure is such that the in etching of the cap layer 6 and the stripes of the ent standing at the preliminary mask edge 70 and in accordance with this edge 70 extending edge 41 60 of the covering layer 6 is set back ver by a certain amount b compared to the strip 41 also ending at the mask edge 7 , so that the arrangement shown in FIG. 6 is ent. This can be brought about, for example, by selective etching of the cover layer 6 with an etchant which underestimates the preliminary mask edge 70 , the strips 41 not being attacked, but rather the end sections of these strips 41 remaining and being exposed. In the example mentioned, for example, the cover layer made of Al ₂ O ₃ can be selectively etched with phosphoric acid, the preliminary mask edge 70 being underestimated to such an extent that the edge of the cover layer 6 to be set back is about 0.3 μm compared to the preliminary mask edge 70 is set back. This is set back. This set back edge of the cover layer 6 forms the mask edge 20 of the actual etching mask 2 .

Es kann auch so vorgegangen werden, daß die vorläufige Masken kante 70 gegenüber dem Rand 60 der Deckschicht 6 um den be stimmten Betrag b zurückversetzt wird, so wie es in der Fig. 6a gezeigt ist, und daß der freigelegte Bereich zwischen dem Rand 60 und der zurückversetzten verläufigen Maskenkante 70 der Deckschicht 6 selektiv abgeätzt wird, wonach die Anord nung nach Fig. 6b mit den die Maskenstege 21 bildenden frei gelegten Endabschnitten der Streifen 41 und dem zurückversetz ten Rand der Deckschicht 6, der die Maskenkante 20 der eigent lichen Ätzmaske 2 bildet, entsteht. Das Zurückversetzen der vorläufigen Maskenkante 70 kann durch Flankenätzen oder durch einen zusätzlichen Belichtungsschritt erfolgen.It can also be done that the preliminary mask edge 70 is set back relative to the edge 60 of the cover layer 6 by the certain amount b, as shown in Fig. 6a, and that the exposed area between the edge 60 and the set back, progressive mask edge 70 of the cover layer 6 is selectively etched, after which the arrangement according to FIG. 6 b with the exposed end portions of the strips 41 forming the mask webs 21 and the set back edge of the cover layer 6 , which forms the mask edge 20 of the actual etching mask 2 forms, arises. The provisional mask edge 70 can be reset by flank etching or by an additional exposure step.

Obgleich nicht grundsätzlich erforderlich, wird danach die vorläufige Ätzmaske 7 entfernt, so daß die in Fig. 7 gezeigte Anordnung entsteht, bei der die Deckschicht 6 zusammen mit den Maskenstegen 20 die Ätzmaske 2 bilden. Beim danach ausgeführ ten reaktiven Ionenätzen wird die Oberfläche 10 des Wellen leiters 1 im wesentlichen senkrecht in die Tiefe geätzt, wo durch durch die durch die Maskenkante 20 definierte schmal seitige Randfläche 100 des Wellenleiters 1 und das durch die Maskenstege 20 definierte Gitter 3 auf der Randfläche 100 ent steht, so wie es in Fig. 8 mit Maske 2 und in Fig. 9 nach Entfernen der Maske 2 gezeigt ist. Die Randfläche 100 steht im wesentlichen senkrecht zur flachseitigen Oberfläche 10 des Wellenleiters 1, definiert eine Stufe und verläuft längs der vorbestimmten Linie 8, die durch den vorbestimmten Verlauf der Maskenkante 20 definiert ist. Das Gitter 3 besteht aus durch dazwischenliegende Furchen 32 voneinander getrennten Rippen, wobei die Rippen 31 und Furchen 32 zumindest im wesentlichen vertikal zur flachseitigen Oberfläche 10 des Wellenleiters 1 verlaufen und im Schnitt parallel zu dieser Oberfläche 10 vorteilhafterweise ein im wesentlichen rechteckförmiges Profil aufweisen. Beim oben angegebenen Beispiel wird die Oberfläche 10 des Wellenleiters beispielsweise um 3 µm in die Tiefe geätzt.Although not generally necessary, the preliminary etching mask 7 is then removed, so that the arrangement shown in FIG. 7 is formed, in which the cover layer 6 together with the mask webs 20 form the etching mask 2 . In the subsequent reactive ion etching, the surface 10 of the waveguide 1 is etched essentially vertically in depth, through which the narrow-sided edge surface 100 of the waveguide 1 defined by the mask edge 20 and the grating 3 defined by the mask webs 20 on the edge surface 100 arises, as shown in FIG. 8 with mask 2 and in FIG. 9 after removal of mask 2 . The edge surface 100 is substantially perpendicular to the flat surface 10 of the waveguide 1 , defines a step and runs along the predetermined line 8, which is defined by the predetermined course of the mask edge 20 . The grating 3 consists of ribs separated from one another by intermediate grooves 32 , the ribs 31 and grooves 32 running at least substantially vertically to the flat surface 10 of the waveguide 1 and advantageously having an essentially rectangular profile in section parallel to this surface 10 . In the example given above, the surface 10 of the waveguide is etched 3 μm deep, for example.

Das entstandene Gitter 3 sollte zur Erhöhung des Beugungs wirkungsgrades verspiegelt werden und bei Anwendung dieses Gitters 3 bei Wellenlängenmultiplexern und/oder Demultiplexern ist die Linie 8 vorteilhafterweise durch eine mathematische Kurve vierter Ordnung definiert, oder durch eine Ellipse, die eine Littrow-Anordnung ermöglicht, wie sie aus der Fig. 10 hervorgeht. In dieser maßstäblichen Fig. 10 verläuft das Gitter 3 längs der durch eine Ellipse definierten Linie 8, die einen Ellipsenausschnitt bildet. Die mit der Längsrichtung 43 der Streifen 41 übereinstimmende Richtung der Vorsprünge die ses Gitters verlaufen parallel zur kleinen Halbachse kH der Ellipse. Die Gitterkonstante d des Gitters beträgt konstant 0,4 µm, die in Richtung 43 gemessene Höhe h der Vorsprünge beträgt 0,35 µm. Der Abstand D des mit dem Scheitel der Ellipse auf der kleinen Halbachse kH zusammenfallenden Punktes S der Linie 8 vom Ankoppelpunkt A beträgt 2,5 mm, die Länge der Linie 8 etwa 1 mm. Der Punkt S liegt in der Mitte der Linie 8. Die große Halbachse gH der Ellipse schließt mit der x-Achse einen Winkel von 33° ein. Die nullte Ordnung eines von dem in einem Brennpunkt der Ellipse liegenden Punkt A aus gehenden und im Schichtwellenleiter 1 geführten divergenten Lichtstrahls 9 wird vom Gitter 3 reflektiert und auf den im anderen Brennpunkt der Ellipse liegenden Punkt R fokussiert. Das Licht zweier Wellenlängen λ₁=1,2 µm und λ₂=1,6 µm wird in Punkte B und C fokussiert, die auf beiden Seiten des Punk tes A angeordnet sind.The resulting grating 3 should be mirrored to increase the diffraction efficiency and when using this grating 3 in wavelength division multiplexers and / or demultiplexers, line 8 is advantageously defined by a fourth-order mathematical curve or by an ellipse that enables a Littrow arrangement, such as it emerges from FIG. 10. In this scale Fig. 10, the grating 3 is along the line defined by an ellipse 8, which forms an ellipse segment. The direction of the projections of this grating which corresponds to the longitudinal direction 43 of the strips 41 runs parallel to the small semi-axis kH of the ellipse. The grating constant d of the grating is constant 0.4 µm, the height h of the projections measured in the direction 43 is 0.35 µm. The distance D of the point S of the line 8 coinciding with the apex of the ellipse on the small semiaxis kH is 2.5 mm, the length of the line 8 is approximately 1 mm. Point S lies in the middle of line 8. The large semi-axis gH of the ellipse forms an angle of 33 ° with the x-axis. The zeroth order of a divergent light beam 9 proceeding from the point A located in one focus of the ellipse and guided in the layer waveguide 1 is reflected by the grating 3 and focused on the point R located in the other focus of the ellipse. The light of two wavelengths λ ₁ = 1.2 µm and λ ₂ = 1.6 µm is focused in points B and C, which are arranged on both sides of point A.

Das Gitter nach Fig. 10 hat eine Auflösung von 0,7 nm bei einem Öffnungswinkel des divergenten Strahles 9 von ±10°. Die Breite des Einkoppelwellenleiters, dessen Stirnfläche in Punkt A anzuordnen ist, sollte 2 µm bei einem Öffnungswinkel von etwa ±9° betragen. Die Breite der Auskoppelwellenleiter, deren Stirnfläche in den Punkten B und C anzuordnen sind, sollte 3 µm betragen. Die Ablenkung zweier Lichtstrahlen, die sich in der Wellenlänge von Δλ=1 nm unterscheiden, beträgt 2,3 µm. Die gesamte Anordnung nach Fig. 10 nimmt eine Fläche von nur 1×3 mm² in Anspruch und hat eine minimale chromatische Aberration sowie eine hohe Ortsauflösung.The grid of FIG. 10 has a resolution of 0.7 nm at an opening angle of the diverging beam 9 of ± 10 °. The width of the coupling waveguide, the end face of which is to be arranged at point A, should be 2 µm with an aperture angle of approximately ± 9 °. The width of the coupling waveguide, the end face of which should be arranged in points B and C, should be 3 µm. The deflection of two light beams, which differ in wavelength from Δλ = 1 nm, is 2.3 µm. The entire arrangement according to FIG. 10 takes up an area of only 1 × 3 mm ² and has a minimal chromatic aberration and a high spatial resolution.

Claims

1. A method for producing an optical grating (3) on a narrow side edge surface (100) of an optical film or strip waveguide (1) using a flat-sided surface (10) of the waveguide (1) covering and the profile of the edge surface (100 ) defining mask edge ( 20 ) having an etching mask ( 2 ), along the mask edge ( 20 ) of which an optical grating is etched into the depth of the waveguide ( 1 ), characterized in that the etching mask ( 2 ) projects from the mask edge ( 20 ) like a comb tooth and the optical grating ( 3 ) defining mask webs ( 21 ), and that with this etching mask ( 2 ) mas masked surface ( 10 ) of the waveguide ( 1 ) with an at least essentially only perpendicular to this surface ( 10 ) etching Etchant is etched in depth.

2. The method according to claim 1, characterized in that for generating the etching mask ( 2 ) on the surface ( 10 ) of the waveguide ( 1 ) from a spaced apart strips ( 41 ) existing surface optical grating ( 4 ) applied, this areal lattice ( 4 ) is at least partially covered with a cover layer ( 6 ) and this cover layer ( 6 ) is partially covered with a preliminary etching mask ( 7 ) having a preliminary mask edge ( 70 ) defining the course of the mask edge ( 20 ) and the cover layer ( 6 ) in an exposed area ( 62 ) adjacent to the preliminary mask edge ( 70 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that the planar optical grating ( 4 ) is produced holographically.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that in the at the preliminary Mas kenkante ( 70 ) adjacent exposed area ( 62 ) of the cover layer ( 6 ) both the cover layer ( 6 ) and the strip fen ( 41 ) of planar grid ( 4 ) to the preliminary mask edge ( 70 ) are etched off, and that by setting back the edge ( 60 ) of the cover layer ( 6 ) formed on the preliminary mask edge ( 70 ), end sections of the strips ( 41 ) of the planar grid ( 4 ) are exposed which protrude from the edge of the cover layer ( 6 ) which forms the mask edge ( 20 ) of the etching mask ( 2 ) and which form the mask webs ( 21 ) defining the grid ( 3 ) to be produced.

5. The method according to claim 4, characterized in that the edge ( 60 ) of the cover layer ( 6 ) is set back by undercutting the preliminary etching mask ( 7 ) on the preliminary mask edge ( 70 ) by means of a selectively etching the cover layer of the etchant.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the edge ( 60 ) of the cover layer ( 6 ) by moving back the preliminary mask edge ( 70 ) of the preliminary etching mask ( 7 ) behind the edge ( 60 ) of the cover layer ( 6 ) and selective etching of the exposed part ( 61 ) of the cover layer ( 2 ) up to the recessed mask edge ( 70 ) of the preliminary etching mask ( 7 ).

7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the strips ( 41 ) of the planar lattice ( 4 ) consist of titanium.

8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the cover layer ( 6 ) consists of Al ₂ O ₃ .

9. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the preliminary etching mask ( 7 ) consists of photoresist.

10. The method according to any one of claims 2 to 9, characterized in that the cover layer ( 6 ) and / or the strips ( 41 ) of the planar lattice ( 4 ) are etched away by ion beam etching.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the upper surface ( 10 ) of the waveguide ( 1 ) is etched into the depth by reactive ion etching.

12. Arrangement with a layered or strip waveguide ( 1 ), with the narrow-side edge surface ( 100 ) of the waveguide ( 1 ) running on an along a predeterminable line 8 , an optical grating ( 3 ) is formed with grating lines that are substantially vertical to a flat upper surface ( 10 ) of the waveguide ( 1 ) extending projecting ribs ( 31 ) and / or recessed furrows ( 32 ) are defined on the narrow side edge surface ( 100 ), characterized in that the ribs ( 31 ) and / or furrows ( 32 ) are formed in a substantially rectangular shape.

13. The arrangement according to claim 12, characterized in that the narrow-side edge surface ( 100 ) runs along a line 8 defined by a fourth-order mathematical curve.

14. Arrangement according to claim 12, characterized in that the narrow-side edge surface ( 100 ) runs along a line 8 defined by an ellipse.