Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
Параметры устройств интегральной оптики во многом определяются технологией их изготовления. Это обусловлено главным образом тем, что вследствие малости длины световых волн существуют значительно более жесткие, чем в микроэлектронике, требования к однородности физических параметров используемых материалов. Общим требованием к материалам, используемым в устройствах интегральной оптики, является возможность создания волноводных областей с малыми потерями в заданном спектральном диапазоне. При этом допустимый уровень потерь не должен превышать долей децибелла на сантиметр для пассивных компонентов и нескольких децибел на сантиметр — для активных.
В настоящее время известны три основных класса материалов для разработки и создания ОИС: монокристаллы полупроводниковых соединений AnrBv, такие, как GaAs, GaAsi-^P* и т. п.; монокристаллы активных диэлектриков, такие, как ниобат и танталат лития и твердые растворы на их основе, а также различные стекла, окислы (типа Ta2Os, ZnO), ХСП системы As—S, слои аморфных диэлектриков и полупроводниковых материалов на кремниевых подложках с изолирующим слоем, например двуокиси кремния [115]. Сравнение основных свойств рассмотренных материалов дано в табл. 4.1. ,
Таблица 4.1. Основные свойства материалов для ИО-устройств
Свойство н характеристика материала Монокристаллы активных диэлектриков (LiNbO3, Монокристаллы полупроводниковых соединений A »I?V Аморфные диэлектрики и полупроводниковые материалы на кремние-
LiTaO3 и т. п.) (GaAs, GaAst_xPx вых подложках
и т. п.) (стекло, XCn/SiCh/Si и т. п.)
Акустооптический Есть Есть Только в гибрид-
эффект ной структуре
Электрооптический » » Нет
эффект
Качество OB Хорошее Очень хорошее Отличное (хорошее для ХСП)
Возможность инте- В гибридной Есть В гибридной
грации излучателей структуре структуре
Возможность инте- То же » Есть
грации фотоприем-
ников
Сложность изготов- Невысокая Высокая Оредняя
ления OB и ОИС
93Арсенид галлия и его соединения являются пока что единственным материалом, в наибольшей степени обеспечивающим практически полную интеграцию волноводных элементов в ОИС на общей подложке. Однако тем не менее в большей части проводимых исследований и разработок используется ниобат лития, поскольку он обладает наилучшими электрооптическими свойствами и позволяет создавать сложные волноводные структуры. Дальнейший прогресс в разработке ИО-устіройств и ОИС связан с поиском и созданием новых материалов и волноводных структур, таких, как кван-тово-размерные периодические структуры на основе сверхтонких слоев полупроводниковых соединений AniBv и других материалов [72, 144], и овладением новейшей технологией получения волноводных структур с наперед заданными параметрами. Однако нельзя упускать из виду необходимость развития технологии пассивных оптических волноводов с предельно малыми потерями, с помощью которых возможно объединение активных элементов в ОИС.
Исследования различных методов изготовления OB с малыми потерями и топологических структур ОИС с высоким разрешением, а также различных волноводных элементов были всегда в центре внимания интегральной оптикн. Ионный обмен в стеклах является одним из первых методов получения высококачественных планарных волноводов. Для изготовления OB используются также высокочастотное распыление стекол и окислов на подложки с меньшим показателем преломления материала, различные методы получения пленок на основе органических соединений путем осаждения их из раствора. Такие технологические методы обеспечивают получение планарных одиомодовых волноводов с потерями от 0,01 до 1 дБ/см.
Для изготовления оптических градиентных волноводов н разнообразных компонентов ИО-устройств и ОИС широко используются нонная имплантация, ионный обмен и диффузия в твердом теле (в аморфных нли монокрнсталли-ческих подложках). В полупроводниковых соединениях волноводы получают с помощью уменьшения концентрации носителей при облучении их протонами либо при соответствующем эпитаксиальном выращивании слоев с заданной концентрацией носителей.
Эпитаксиальное выращивание монокристаллических слоев различным;' методами является базовым при создании электро-, магнитооптических и лазерных активных волноводных структур. Для получения требуемого приращения показателя преломления эпитаксиальный волноводный слой обычно выращивают с отличным от подложки составом материала, поэтому необходимо обеспечить согласование параметров кристаллических решеток материала наращиваемого слоя н подложки.
Изготовление полосковых, канальных OB и более сложных элементов ОИС связано с применением планарной технологии, включающей процессы фото- и электронно-лучевой литографии, ионно-лучевой, ионно-плазменной и химической селективной обработки и т. п. Для изготовления ИО-структур обычно требуется высокое разрешение. Типичными являются минимальные размеры волноводных элементов порядка 1 мкм и шероховатость их границ менее 50 нм.
944.2. МОНОКРИСТАЛЛЫ АКТИВНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Монокристаллы активных диэлектриков находят разнообразные применения прн создании отдельных активных устройств (модуляторов, переключателей, дефлекторов и т. п.), а также могут служить основой (в сочетании с рядом других материалов) для разработки гибридных ОИС. Монокристаллы активных диэлектриков, обладающие высокими электро-, акусто- или магнитооптическими параметрами, являются одним из наиболее перспективных и широко используемых материалов в интегральной оптике. В их ряду на первом месте стоят ниобат и танталат лития. Они применяются для создания высокоэффективных электрооптических модуляторов, переключателей и коммутаторов, акустооптических устройств обработки сигналов и для других целей. Основные параметры и характеристики некоторых материалов для ОИС приведены в табл. 4.2.