Глава 18. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДОВ

Существует достаточно много методов получения оптических волноводов на стекле, полупроводниковых материалах, диэлектриках. Для получения волноводов используются: а) нанесение пленок, например кремнийорганические пленки на стекле; б) диффузия примесей в кварц и ионный обмен в электрическом поле ионы из катода, которым служит расплав нитрата таллия, замещают ионы в стекле, являющемся анодом; г) имплантация ионов, например ионов в кварц; д) изменение концентрации носителей в поверхностных слоях полупроводников; е) эпитаксиальное наращивание пленок. Более подробно описание этих методов можно найти в ряде обзоров и книг [3-5 (гл. 17), 1 - 10, 58]. Здесь рассмотрим только те методы, которые нашли достаточно широкое распространение и используются в практике изготовления интегральных схем.

Поскольку основными управляющими эффектами в ОИС являются линейный электр о оптический и акусто оптический эффекты, подложки для ОИС должны обладать высокими электр о оптическими (ЭО) и акусто оптическими (АО) свойствами. Кроме кристаллов, рассматривавшихся в частях II и III, достаточно высокими ЭО свойствами обладают некоторые полупроводниковые соединения. Наиболее практически важными из них являются так как кроме высоких ЭО свойств этот кристалл используется для создания полупроводниковых лазеров и, следовательно, ОИС на GaAs может совмещать и излучатель, и управляющие элементы. Показатель преломления в полупроводниках зависит от концентрации свободных носителей: понижение концентрации носителей ведет к повышению показателя преломления. Таким образом, для получения оптических волноводов в полупроводниках требуется создание высокоомных слоев. Для этого могут быть использованы ионы-компенсаторы, вводимые в поверхностные слои методом ионной имплантации. Часто для этой цели используются протоны с энергией несколько сотен килоэлектронвольт [12]. Ионная имплантация приводит к повышению оптических потерь, поэтому после нее для снижения потерь обычно применяется отжиг. Высокоомные слои на GaAs можно получать, используя эпитаксию высокоомного GaAs на низкоомной подложке [13]. Волноводные слои образуются в областир - перехода при создании лазеров на на гетеросгруктурах типа (излучение в области 0,8 мкм) или (излучение в области . На основе этих структур одновременно с излучателями могут быть созданы фазовые [14] и амплитудные [15] модуляторы, затворы [16]. Из других полупроводников, которые могут быть

использованы для получения волноводов, следует отметить выделяющийся высокими электр о оптическими свойствами и оптической нелинейностью. Волноводные слои могут бьггь получены на эпитаксиальных пленках на сапфире [17], так как показатель преломления выше показателя преломления сапфира.

Развитие техники ОИС в последнее десятилетие показывает, что наибольшее применение в ОИС находят сегнетоэлектрические кристаллы . Однако трудности получения больших кристаллов , относительно низкотемпературные фазовые переходы и низкая температура Кюри затрудняют использование высокотемпературных диффузионных технологий для получения оптических волноводов в этих кристаллах, и все же эти и другие сильные сегнетоэлектрики остаются наиболее перспективными для создания

Уникальным сочетанием свойств обладают кристаллы Высокие электрооптические и акусто оптические свойства, возможность эффективного возбуждения поверхностных акустических волн (высокий коэффициент электромеханической связи), низкое поглощение в видимой и областях спектра, возможность получения оптически совершенных кристаллов делают этот кристалл наиболее перспективным для Кроме того, имеет высокую температуру Кюри, что позволяет использовать для получения на основе высокотемпературные диффузионные технотогии без дополнительной монодоменизации.

Следует отметить, что обладают и некоторыми недостатками, к числу которых следует отнести: а) возможную нестабильность свойств кристаллов при воздействии внешних электрических полей и температуры, причины этой нестабильности обсуждались ранее (часть III, склонность кристаллов к оптическому повреждению (часть III,

Полагая кристаллы основным материалом для подложек ОИС, рассмотрим более подробно технологические приемы получения волноводных слоев на основе .

Основными технологическими методами получения оптических волноводов на основе являются:

1) высокотемпературная диффузия примеси титана;

2) замещение ионов протонами (протон-замещение).