Спосіб виготовлення канального хвильоводу

Настоящее техническое решение относится к области создания канальных волноводов и может быть использовано для изготовления оптических интегральных схем. Известно большое количество способов получения канальных волноводов в приповерхностной области исходных образцов. Большинство из этих методов основано на традиционных методах диффузии и последующего травления. Согласно описанию патента [1] исходный образец (рис.1) кремния, представляющий собой пластину толщиной несколько сот микрометров, маскируется с одной из поверхностей оксидом кремния (области на рис.2). Нанесение масок делают фотолитографическим способом. Затем через маску образец легируется дифузантом (фосфором) с обеих сторон (рис.3). Параметры процесса диффузии: Далее оксидные маски удаляют с поверхности образца используя процессы травления (рис.4). Затем образец подвергают дополнительному легированию ионами фосфора (рис.5). В итоге получаем геометрию указанную на рис,6 и в которой очевидно области обладают более высоким показателем преломления по сравнению с остальными областями кристалла, за счет более высокого уровня легирования, и являются поэтому волноведущими областями. Очевидно, что используя этот метод можно формировать любое число каналов в монокристалле кремния одновременно. Однако данный способ предполагает большое количество технологических операций, а значит и сложность его реализации. Методики изготовления канальных волноводов при помощи лазерного излучения также в последние годы находят все более широкое применение в технологических процессах. Однако общая направленность этих работ предполагает использование локального разогрева поверхности образца для формирования областей с измененным показателем преломления при помощи лазерного пучка [2, 3]. В [2] описывается способ изготовления канального волновода на подложке из кварца на которую нанесен слой оксида кремния легированного оксидом германия. В этом случае для локального нагревания поверхности образца был использован сфокусированный луч лазера (длина волны генерации 10,2мкм) или -лазера, а для обеспечения нужной геометрии разогрева использовали систему сканирования. Схема изготовления канального волновода [3] также использует локальный разогрев подложки при помощи -лазера. На рис.7 изображена схема получения оптического канального волновода по данному способу. Подложка из стеклообразного материала 1 помещена в электрическое поле, созданное двумя плоскими металлическими пластинами 2. Силовые линии электрического поля 3 перпендикулярны плоскости подложки. Подложка нагревается до температуры, при которой вязкость материала подложки еще высока (для кварца 1000°C). Излучение -лазера сфокусированное в виде узкого пучка 4. сканируется по поверхности подложки и локально нагревает участок подложки 5 до температуры, при которой вязкость материала становится низкой (для кварца - около 1700°C). Под действием электрического поля анизотропные частицы материала подложки поворачиваются вдоль силовых линий электрического поля и остаются в таком положении после охлаждения. Образованный в результате волноводный слой в виде полоски шириной равной диаметру сфокусированного лазерного пучка имеет больший показатель преломления по сравнению с материалом подложки, достаточный для возникновения оптического волновода для поля -поляризации. Однако способы, описанные в [2, 3] предполагают высокий температурный режим и кроме того, очевидно, данный режим является одним из наиболее критичных параметров способа, что и представляет, на наш взгляд, сложности в его реализации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ изготовления канальных волноводов при помощи активирующего излучения на органических пленках [4]. В качестве источника активирующего излучения авторы использовали как некогерентные (500- или 1000Вт ксеноновая лампа, ультрафиолет в диапазоне длин волн 190 - 400нм), так и когерентные -лазер с длиной волны генерации 514нм) источники излучения. В качестве исходной подложки авторы обычно использовали кварцевую или стеклянную подложки с нанесенной на них органической пленкой толщиной 1 - 4мкм. Экспозиция велась во всех случаях через маску в течение 1 - 3ч. В качестве органической пленки использовались различные композитные структуры на основе например метилметакрилате с различными добавками оптически активных молекул. Нужного понижения показателя преломления на остальной поверхности образца кроме волноведущей (например, на длине волны 0,6328мкм или на длине волны 0,8150мкм) авторы достигали во всех случаях за счет стимуляции излучением таких "photo-locking" процессов, как химические реакции в органических пленках, а именно: 1) реакция хим/закрепления, 2) реакция полимеризации, 3)реакция димеризации. Однако используемый авторами способ изготовления канальных волноводов предполагает возможность его применения лишь на случай использования органических пленок. В основу изобретения поставлена задача расширить область применения лазерной технологии изготовления канальных волноводов на полупроводниковые соединения группы за счет использования таких процессов, как фотостимулированный дрейф дефектов монокристалла в его приповерхностную область. Решение поставленной задачи достигается за счет воздействия активирующего излучения на исходный образец монокристалла через фотошаблон. Для этого согласно изобретения по данному способу легированный монокристалл полупроводника группы помещается в высокополярную жидкость и подвергается воздействию зоно-зонно поглощаемым излучением с плотностью мощности 50 - 500мВт/см2 в течение 10 30мин. При этом легирование поверхности монокристалла согласно изобретения по данному способу проводится элементами VI группы до образования в приповерхностной области кристалла пленарной структуры с показателем преломления большим чем показатель преломления объема. Высокополярная жидкость имеет концентрацию растворенного кислорода в пределах 1 - 3 объема кислорода на 100 объемов воды. В качестве источника используются как некогерентные (ртутная лампа), так и когерентные -лазер) источники излучения. Легирование приповерхностной области ристаллов (химическая формула имеет вид где элементы II - ой группы подгруппы - элементы Vl - ой группы осуществлялось элементами Vl-группы до образования соединений вида причем - элемент VI-группы с порядковым номером большим порядкового номера элемента Полученное соединение характеризовалось градиентным профилем распределения показателя преломления в приповерхностной области: где - показатель преломления подложки - коэффициент, численно равный - показатель исходного образца; преломления поверхности - глубина диффузии что отвечает образованию в приповерхностной области монокристалла пленарного волновода (рис.8). Существенными отличительными признаками заявляемого способа от способа прототипа являются следующие признаки: 1) в качестве исходного образца используются легированные монокристаллы полупроводников группы 2) исходный образец помещается в высокополярную жидкость, 3) исходный образец помещается в высокополярную жидкость, концентрация кислорода в которой составляет 1-3 объема кислорода на 100 объемов воды. Примеры реализации данного способа на основе соединения (для него и на длине волны 0,6328мкм) сведены в таблицу. Исследования, проведенные нами в районе плотностей мощности меньших 50мВт/см2 показали, что процесс изменения показателя преломления в этом случае выражен крайне слабо. Исследования проведенные нами в районе плотностей мощности больших чем 500мВт/см2 показали резкое ухудшение оптического качества поверхности образца (увеличение оптических потерь (затухание) при увеличении плотности мощности. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Для получения волноведущей области в монокристалле исходного образца необходимо понизить показатель преломления остальных областей монокристалла. В данном способе для обеспечения решений этой задачи предполагается использовать фотостимулированные процессы в приповерхностной области полупроводника, а именно предлагается изменить дефектный состав приповерхностной области (а значит и ее стехиометрический состав, а значит и ее показатель преломления) за счет дрейфа дефектов монокристалла из объема к поверхности. Дрейф заряженных дефектов полупроводника происходит в этом случае в поле приповерхностного изгиба зон, возникающего вследствие фотоадсорбции кислорода, растворенного в высокополярной жидкости, на поверхности полупроводника. Поддрей-фовавший к поверхности дефект (а именно междуузельный кадмий) благодаря расщеплению поверхностных уровней энергии, создаваемому высокополярными молекулами жидкости, локализуется в приповерхностной зоне кристалла, меняя ее стехиометрический состав, а значит и показатель преломления. Предложенный способ изготовления канальных волноводов сохраняя технико-экономические преимущества способа-прототипа обладает рядом следующих: 1) возможность использования активирующего облучения для формирования канальных волноводов на кристаллических структурах; 2) уменьшение себестоимости готового изделия за счет уменьшения времени экспозиции.