DE3300131C2 - Integriertes optisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes optisches Bauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optischen Bauelements gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7.

Die Integration optischer Schaltungselemente ist seit einer Reihe von Jahren üblich. Zwei Integrations- Verfahrensarten wurden während dieser Zeit entwickelt. Bei der ersten Verfahrensart werden dielektrische Wellenleiter auf einem Silizium-(Si-)Wafersubstrat hergestellt. Nach der zweiten Verfahrensart wird Halbleitermaterial zum Herstellen von Wellenleitern in einem optischen GaAs/AlGaAs-Kristall verwendet.

Bezüglich der ersten Verfahrensart wurde von verschiede­ nen Methoden zum Herstellen eines dielektrischen Wellen­ leiters auf einem Siliziumsubstrat berichtet. Vgl. bei­ spielsweise G. Marx u. a., "Integrated Optical Detector Array, Waveguide, and Modulator Based on Silicon Technology", IEEE J. of Solid-State Circuits, Vol. SC-12, Seiten 10-13, Februar 1977.

In der oben angegebenen Druckschrift von Marx wird eine hybride, d. h. nicht-monolithische, integrierte optische Schaltung beschrieben.

Obschon die oben vorgeschla­ gene Methode den Eindruck erweckt, Verfahren zum Integrieren gewisser optischer Bauteile mit dielektrischen Wellenleitern zu schaffen, verbietet die Abhängigkeit dieser Verfahren von der Siliziumtechnologie und von dem bei hoher Temperatur erfolgenden thermischen Wachstum der SiO₂-Pufferschicht ihre Anwendung bei der monolithischen Integration auf optischen Kristallen wie z. B. AlGaAs/GaAs- und InGaAsP/InP-Heterostrukturen.

Wie oben erwähnt wurde, schafft die zweite Inte­ grations-Verfahrensart eine Lösungsmöglichkeit zum Herstellen von Halbleiter-Wellenleitern in optischen Kristallen des AlGaAs/GaAs-Systems. Diese Verfahrensart hat zu der monolithischen Integration aktiver und passiver optischer Schaltungselemente wie z. B. Lichtquellen, Modulatoren, Verstärker, Detektoren und Kopplern geführt.

Bei der zweiten Ver­ fahrensart ist der passive Wellenleiter eine Schicht aus einem Halbleitermaterial, das für die in ihm geleiteten Lichtwellen im wesentlichen transparent ist. Schwankungen der Dicke und des Brechungsindex der Wellenleiterschicht sowie die Kopplungslänge des Bauelements beeinflussen den ordnungsgemäßen Betrieb der sich ergebenden integrierten optischen Schaltung. Um diese Schwankungen zu beherrschen, ist eine strenge Überwachung des Kristall-Wachstumsprozesses, der bei dieser Integrations-Verfahrensart zur Anwendung gelangt, erforderlich, wodurch die Kompliziertheit des Herstellungsverfahrens größer wird.

Eine solche integrierte optische Schaltung ist beispielsweise aus der US 4,136,928 zu entnehmen. Dort ist eine monolithisch-integrative Schaltung beschrieben, die einen Doppelheterostruktur-Halbleiterlaser und einen Doppelheterostruktur-Halbleiterdetektor aufweist, die auf einem darunter liegenden dieelektrischen Wellenleiter aufgebracht wurden, wobei der Wellenleiter auch aus einem Halbleitermaterial, nämlich AlGaAs bzw. GaAs, besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen veränderten strukturellen Aufbau eines integrierten optischen Bauelements bereitzustellen, um auf der Basis von Al_zGa_1-zAs oder In_1-yGa_yAs_xP_1-x eine monolithische Integration optischer Schaltungen in Verbindung mit konventionellen dielektrischen optischen Wellenleitern zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein integriertes optisches Bauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauelements nach den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Die Erfindung schafft einen dielektrischen optischen Wellenleiter mit einer Substratschicht, die eine erste Hauptfläche aufweist und sich aus In_xGa_1-xAs_yP_1-y oder Al_zGa_1-zAs zusammensetzt, wobei auf der ersten Hauptfläche wenigstens eine erste Schicht gebildet ist. Der Wellenleiter ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Schicht aus einem Material zusammensetzt, das einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Substratschicht.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen optischen Wellenleiters auf einer ersten Hauptfläche einer III-V- Halbleitersubstratschicht, die sich aus In_xGal_1-xAs_yP_1-y oder Al_zGa_1-zAs zusammensetzt, und das Verfahren ist gekennzeichnet durch Verdampfen eines dielektrischen Quellenmaterials, dessen Brechungsindex kleiner ist als der der Substratschicht, und Sammeln verdampften dielektrischen Materials durch Niederschlagen auf der ersten Hauptfläche der Sub­ stratschicht, um eine erste dielektrische optische Wellenleiterschicht zu bilden, wobei die Substrat­ schicht eine Temperatur hat, die wesentlich niedriger liegt als die Schmelzpunkttemperatur der Substrat­ schicht.

Die monolithische Integration eines optischen III-V- Heterostruktur-Kristalls erreicht man mit erfindungs­ gemäßen dielektrischen optischen Wellenleitern. Die dielektrischen Wellenleiter werden entweder auf einer Al_zGa_1-zAs-Wellenleiter-Substratschicht in einem AlGaAs/GaAs-System oder einer In_1-yGa_yAs_xP_1-x- Wellenleiter-Substratschicht in einem InGaAsP/InP- System gebildet. Jeder Wellenleiter enthält wenig­ stens eine erste Schicht aus dielektrischen Material wie z. B. SiO₂, das einen wesentlich kleineren Brechungs­ index aufweist als die Substratschicht. Die erste Schicht wird durch gesteuertes, bei niedriger Tempe­ ratur erfolgendes Niederschlagen von verdampftem SiO₂ auf der Substratschicht gebildet. Im allgemeinen dient die erste Schicht als untere Mantelschicht.

Eine als Kernschicht des dielektrischen optischen Wellenleiters dienende zweite Schicht wird dadurch gebildet, daß die erste Schicht mit einem dielektrischen Material überzogen wird, dessen Brechungsindex größer ist als der der ersten Schicht. Ein dielektrisches Material, das sich für die Wirbel-Beschichtung als Kernschicht eignet, ist Polyimid. Die Wellenleiter­ form in Richtung der Lichtfortpflanzung wird definiert durch selektives Entfernen von Teilmengen der Kern­ schicht durch geeignete Maskier- und Ätzschritte.

Eine als obere Mantelschicht dienende dritte Schicht des dielektrischen optischen Wellenleiters wird über der Kernschicht niedergeschlagen oder durch Wirbel- Beschichtung (Spin-Coating) aufgebracht. Die obere Mantelschicht weist einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als der Brechungsindex der Kernschicht. Die Zusammensetzung der oberen Mantelschicht kann der Zusammensetzung der unteren Mantelschicht im wesentlichen gleichen, um eine Asymmetrie der Fort­ pflanzungskennlinien des optischen Wellenleiters zu vermeiden. Die obere Mantelschicht passiviert außerdem die Oberfläche der gesamten integrierten Schaltung. Mit dem Definieren der Wellenleiterform wird die Kernschicht vollständig von beiden Mantel­ schichten umgeben, was einen zweidimensionalen dielektrischen optischen Wellenleiter ergibt. Wird in Licht-Fortpflanzungsrichtung keine Wellenleiter­ form definiert, ist die Kernschicht nur auf zwei parallelen Seiten durch die Mantelschichten be­ grenzt, was einen eindimensionalen dielektrischen optischen Wellenleiter ergibt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines mehr­ schichtigen Halbleiter-Heterostruktur- Körpers mit einer auf der (100)-Fläche niedergeschlagenen Streifenmaske, wobei der Streifen in <011<-Richtung verläuft;

Fig. 2, 3, 4 und 5 den Halbleiterkörper gemäß Fig. 5 nach jeweils einem von vier aufeinanderfolgenden Ätzschritten zum Freilegen glatter kristallographischer Flächen;

Fig. 6 den Halbleiterkörper gemäß Fig. 5, auf dessen Fläche 17 eine erste dielektrische Wellenleiterschicht gebildet ist;

Fig. 7 den Halbleiter- und dielektrischen Körper gemäß Fig. 6, nachdem auf dessen Fläche 31 eine zweite dielektrische Wellen­ leiterschicht gebildet wurde;

Fig. 8 den Halbleiter- und dielektrischen Körper gemäß Fig. 7, nachdem auf dessen Fläche 41 eine dritte dielektrische Wellen­ leiterschicht gebildet wurde;

Fig. 9 den Halbleiterkörper gemäß Fig. 7, nachdem ausgewählte Abschnitte der zweiten dielektrischen Wellenleiterschicht entfernt wurden; und

Fig. 10 den Halbleiter- und dielektrischen Körper gemäß Fig. 9, nachdem auf diesem die dritte dielektrische Wellenleiter­ schicht gebildet wurde.

Ganz allgemein gesprochen, ist die Erfindung darin zu sehen, daß entweder auf einem Dreistoff- oder einem Vierstoff-III-V-Halbleiterverbindungssubstrat ein mehrschichtiger dielektrischer optischer Wellen­ leiter gebildet wird. Das Vorhandensein zusätzlicher Halbleiter-Heterostruktur- oder -Doppelheterostruktur­ schichten, wie z. B. der Schichten 2, 3, 4 und 5 in den Figuren soll lediglich Einblick in die Verwendungs­ möglichkeit der Erfindung als Mittel zum monolithischen Integrieren optischer Schaltungselemente auf einem einzigen Substrat gewähren. Die folgende Beschreibung soll nicht nur die beanspruchte Erfindung im einzelnen darstellen, sondern darüberhinaus die Realisierung der Erfindung im Umfeld monolithischer Integration erklären.

Die Beschreibung ist abschnittsweise so aufgebaut, daß die grundlegenden Merkmale eines Heterostruktur- Halbleiterkörpers gemäß Fig. 1, die Oberflächenbe­ handlung des Heterostruktur-Halbleiterkörpers zum Freilegen einer flachen Dreistoff- oder Vierstoff- Wellenleiter-Substratschicht (Fig. 2-5), und die Bildung entweder eines eindimensionalen (Fig. 6, 7 und 8) oder eines zweidimensionalen (Fig. 6, 7, 9 und 10) dielektrischen optischen Wellen­ leiters auf der freigelegten Wellenleiter-Substrat­ schicht beschrieben werden.

Optoelektronische und integrierte optische Bau­ elemente werden durch Wachstum in gewisse gewünschte kristallographische Richtungen gebildet. Bei III-V- Halbleiter-Heterostrukturbauelementen wie Lasern und dgl., die sich entweder aus InGaAsP/InP oder AlGaAs/GaAs auf einem (100)-Substrat zusammen­ setzen, stellt die <011<-Achse eine wünschenswerte Fortpflanzungsrichtung dar.

Fig. 1 zeigt einen mehrschichtigen, kristallinen Halbleiter-Heterostrukturkörper mit einer Maske 1 auf der kristallographischen (100)-Ebene. Wie oben erwähnt wurde, gehört der Halbleiterkörper entweder dem InGaAsP/InP-System oder dem AlGaAs/GaAs-System an. Wie auch in den übrigen Figuren enthält Fig. 1 einen Satz von Gitter-Basisvektoren, die die drei­ dimensionale Orientierung des Halbleiterkörpers angeben.

Die Halbleiter-Heterostruktur gemäß Fig. 1 ent­ hält eine Maskenschicht 1, eine (p⁺)-Kopfschicht 2, eine p-leitende obere Mantelschicht 3, eine n- leitende oder undotierte aktive Schicht 4, eine n-leitende untere Mantelschicht 5, eine n-leitende Wellenleiter-Substratschicht 6 und ein n-Substrat 7. Der Leitungstyp jeder Schicht kann umgekehrt sein, so daß jede p-Schicht zu einer n-Schicht wird und jede n-Schicht eine p-Schicht wird. Ferner ist die Kopfschicht 2 nur deshalb dargestellt, um eine bei­ spielhafte Ausführungsform eines Heterostruktur­ körpers zu zeigen. Andere Ausführungsformen können dadurch erhalten werden, daß das Aufwachsen der Kopfschicht 2 aus dem Herstellungsprozeß des Halb­ leiter-Heterostrukturkörpers fortgelassen wird.

Die Halbleitermaterialien für die Heterostruktur sind aus der Gruppe der III-V-Verbindungen ausge­ wählt. In dem InGaAsP/InP-System wird eine Zwei­ stoff-III-V-Verbindung, InP, für die Mantelschichten 3 und 5 sowie für das Substrat 7 verwendet. Eine Vierstoff-III-V-Verbindung, In_1-yGa_yAs_xP_1-x, wird für die Kopfschicht 2, die aktive Schicht 4 und die Wellenleiter-Substratschicht 6 verwendet, wobei die Legierungsverhältnisse x und y derart gewählt werden, daß eine spezielle Wellenlänge oder Energieband­ lücke und Gitterkonstante der Heterostruktur ent­ stehen. Bezüglich der Auswahl von x und y sei ver­ wiesen auf den Artikel von R. Moon u. a. mit dem Titel "Bandgap and Lattice Constant of GaInAsP as a Function of Alloy Composition", J. Electron Materials, Vol. 3, Seite 635 (1974). In der nach­ stehenden Beschreibung sind beispielhafte Zusammen­ setzungsverhältnisse x = 0,52 und y = 0,22 ausge­ wählt, um eine Wellenlänge von 1,3 µm (0,95 eV) zu erhalten. Wichtig ist, daß die vorliegende Erfindung auch dann anwendbar ist, wenn diese Verhältnisse variiert werden, um Wellenlängen in dem Bereich zwischen 0,95 µm und 1,8 µm im zu erhalten. Für Kon­ zentrationsverhältnisse zum Erhalten von Wellen­ längen oberhalb von 1,5 µm ist es notwendig, wäh­ rend des Flüssigphasen-Wachstums der Heterostruktur zwischen den Schichten 3 und 4 eine Vierstoff-Anti­ schmelzschicht zu bilden. Zur Bildung einer solchen Antischmelzschicht braucht die unten beschriebene Oberflächenbehandlung nur geringfügig hinsichtlich der Ätzzeiten modifiziert zu werden, um annehmbare Ergebnisse zu erzielen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Heterostrukturkörper des InGaAsP/InP-Systems ist die Kopfschicht 2 etwa 300-500 nm dick, die Mantelschichten 3 und 5 sind etwa 1,5-3 µm dick, die aktive Schicht 4 und die Wellenleiter-Substratschicht 6 sind etwa 100-300 nm, und das Substrat 7 ist etwa 75-100 µm dick. Zur einfachen und klaren Darstellung sind die Schicht­ dicken in den Fig. 1-10 nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt.

In dem AlGaAs/GaAs-System wird für das Substrat 7 eine Zweistoff-III-V-Verbindung, GaAs verwendet. Für die Schichten 2 bis 6 wird eine Dreistoff-III-V- Verbindung, AlGaAs verwendet. Für die Kopfschicht 2 wird Al_qGa_1-qAs verwendet. Die Mantelschichten 3 und 5 enthalten Al_rGa_1-rAs bzw. Al_uGa_1-uAs. Die aktive Schicht 4 enthält Al_sGa_1-sAs; und die Wellen­ leiter-Substratschicht enthält Al_wGa_1-wAs. Die Le­ gierungsverhältnisse q, r, s, u und w sind derart gewählt, daß eine spezielle Wellenlänge oder Energie­ bandlücke und Gitterkonstante für den Heterostruktur- Halbleiterkörper erhalten werden. Im allgemeinen wer­ den die Zusammensetzungsverhältnisse q, s und w kleiner als die Verhältnisse r und u gewählt, und aus Symmetriegründen sind r und u gleich. Eine Be­ schreibung der Methoden zum Wählen der Zusammen­ setzungsverhältnisse der verschiedenen AlGaAs- Schichten findet sich in dem Artikel von H. Kressel u. a. mit dem Titel "Semiconductor Lasers and Heterojunction LEDs," Seiten 357-363 (Academic Press: New York 1977).

Die Schichtdicken für einen AlGaAs/GaAs-Hetero­ strukturkörper gemäß Fig. 1 entsprechen im wesent­ lichen den oben für das InGaAsP/InP-System be­ schriebenen Schichtdicken, mit Ausnahme der Sub­ stratschicht 6, deren Dicke im Bereich von 0,2 bis 1,8 µm liegt.

Oberflächenvorbereitung für die InGaAsP/InP-Systeme

Auf der (100)-Ebene des InGaAsP/InP-Halbleiter­ körpers wird durch einen geeigneten Niederschlagungs­ prozeß wie z. B. durch chemisches Dampfniederschlagen oder dgl. eine Maskenschicht aufgebracht. Eine bei­ spielhafte Schicht setzt sich chemisch aus Silizium­ nitrid zusammen. Die Maske 1 wird durch Fotolitho­ grafie und Trockenätzen des Siliziumnitrids so ge­ formt, daß ihre an die Streifenzone angrenzenden Kanten im wesentlichen glatt sind. Die Streifenzonen in der Maske 1 lassen Oberflächenbereiche wie z. B. die Fläche 11 im Gegensatz zu den von der Maske 1 abgedeckten Bereichen vollständig frei stehen. Der Streifen in der Maske 1 ist in <011<-Richtung des Halbleiter-Heterostrukturkörpers ausgerichtet.

Obschon diese Art von Streifenmaske eine Nut in dem Halbleiterkörper bildet, können auch andere Masken zum Erzeugen einer einzigen Wand, d. h. zum wirksamen Entfernen eines unmaskierten Teils des Halbleiterkörpers verwendet werden, beispiels­ weise eine Maske, die nur die linke oder rechte Hälfte der in Fig. 1 dargestellten Maske 1 ent­ hält.

Die Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen strukturelle Veränderungen, die in Erscheinung treten, nachdem der in Fig. 1 dargestellte Halbleiter-Heterostruktur­ körper in aufeinanderfolgenden Ätzschritten Ätz­ mitteln ausgesetzt wurde. Der durch die Fig. 2-5 veranschaulichte Prozeß wird als sequentielles Ätzen bezeichnet, da jede Schicht der mehrschichtigen Struktur direkt unterhalb der freiliegenden Ober­ fläche 11 (Fig. 1) nacheinander einzeln fortge­ ätzt wird. D. h.: der direkt unter der freiliegenden Oberfläche 11 befindliche Abschnitt der Kopfschicht 2 wird durch ein chemisches Naß- oder Trockenätzmittel fortgeätzt, um die Fläche 12 auf der Mantelschicht 3 freizulegen. Da der Ätzvorgang an einem Heteroüber­ gang anhält, muß verständlicherweise wenigstens das chemische Naßätzmittel die Eigenschaft der Material­ selektivität aufweisen.

Verschiedene chemische Naßätzmittel erwiesen sich als wirksam beim selektiven Ätzen von Vierstoff­ schichten wie den Schichten 2 und 4. Beispiele verschiedener selektiver Ätzmittel sind: eine Lösung aus H₂SO₄ : H₂O₂ : H₂O = (10 : 1 : 1), wie es von R. J. Nelson u. a. in "High-Output Power in InGaAsP/InP (λ = 1,3 µm) Strip-Buried Hetero­ structure Lasers", Applied Physics Letters, Vol. 36, Seite 358 (1980) beschrieben ist; ein AB-Ätzmittel, wobei die Lösung A (40,0 ml H₂O + 0,3 g AgNO₃ + 40,0 ml HF) und die Lösung B (40,0 g CrO₃ + 40,0 ml. H₂O) ist und A : B = (1 : 1) wie es von G. H. Olsen u. a. in "Universal Stain/Etchant for Interfaces in III-V Compounds", Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 11, Seite 5112 (1974) beschrieben ist; oder eine Lösung aus KOH : K₃Fe(CN)₆ : H₂O. Die Ätzzeit für die Vierstoffschichten schwankt in Ab­ hängigkeit der Dicke der Vierstoffschicht, der Tempe­ ratur und der Legierungsverhältnisse x und y der Vierstoffschichten. Bei einer Dicke von 300 nm der Schicht 2 (λ = 1,3 µm) und einer Temperatur von 22°C erreicht man mit den folgenden ungefähren Ätzzeiten die Ergebnisse gemäß der Fig. 4 und 6:
H₂SO₄ : H₂O₂ : H₂O-Ätzung während einer Dauer von etwa 5 sec, AB-Ätzung während einer Dauer von etwa 15 sec, und KOH : K₃Fe(CN)₆ : H₂O-Ätzung für eine Dauer von etwa 8 sec. Dieser Ätzschritt wird dadurch gestoppt, daß der geätzte Halbleiterkörper in entionisiertem Wasser gespült wird.

Fig. 3 zeigt die strukturelle Veränderung des Halbleiterkörpers gemäß Fig. 2 nach dem Ätzen in einem InP-selektiven Ätzmittel. Für diesen Ätz­ vorgang ist HCl ein geeignetes Ätzmittel, um den Abschnitt der Schicht 3 unterhalb der Fläche 12 (Fig. 2) fortzuschneiden und dadurch die Fläche 13 der Vierstoffschicht 4 freizulegen. Wenngleich dieses Ätzmittel an der Fläche 13 automatisch zu reagieren aufhört, muß es sorgfältig gesteuert wer­ den, um ein starkes Unterschneiden der verbleibenden Abschnitte der Schicht 3 unterhalb der Maske 1 zu vermeiden. Bei einer Dicke der InP-Schicht von etwa 1,5 µm beträgt die Ätzdauer für konzentrierte HCl beispielsweise etwa 45 sec, um die in den Fig. 3 und 5 dargestellte Struktur zu erhalten. Von Be­ deutung ist, daß nach diesem Ätzschritt gemäß Fig. 3 die freiliegenden Wände der Schicht 3 kristallographi­ sche Glätte aufweisen.

Fig. 4 zeigt die strukturelle Veränderung, nachdem der in Fig. 3 dargestellte Halbleiter-Heterostruktur­ körper mit einem chemischen Naßätzmittel in Berührung gebracht wurde, um die direkt unter der Fläche 13 liegende Vierstoffschicht 4 selektiv während einer solchen Zeit zu ätzen, die zum Freilegen der Fläche 14 auf der Schicht 5 ausreicht. Außerdem wird die kristallographische Fläche 15 mit definierter Stei­ gung bezüglich der die Maske 1 und die Fläche 11 enthaltenden Fläche (s. Fig. 1), d. h. der (100)- Ebene freigelegt. Der Ätzvorgang und die verwendeten Ätzmittel für diesen Schritt wurden oben in Zusammen­ hang mit Fig. 2 beschrieben.

Fig. 5 zeigt den Abschluß sämtlicher strukturellen Änderungen durch den sequentiellen Ätzprozeß. Wiederum wird ein InP-selektives Ätzmittel, HCl, in Berührung mit den freigelegten Flächen des Halbleiterkörpers gebracht, um eine optisch flache Spiegelkristallfläche an der Fläche 15 zu erhalten. Insbesondere werden die Flächen 14 und 15 gemäß obiger Beschreibung dadurch in Kontakt miteinander gebracht, daß sie für eine Zeit in eine Lösung aus HCl unter Umrühren eingetaucht werden, die ausreicht, um eine bevorzugte kristallographische Ebene als die optisch flache, polierte Spiegelebene freizulegen und eine glatte, flache Oberfläche 17 auf der Wellenleiter-Substratschicht 6 freizulegen. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist eine durch das HCl-Ätzmittel vorzugsweise freigelegte kristallographische Ebene die (011)-Ebene, die als Fläche 16 bezeichnet ist und senkrecht auf der (100)-Ebene steht. Die Fläche 16 ist eine optisch flache Spiegel-Kristallfläche, da HCl vorzugsweise die kristallographische (011)-Ebene nur der InP-Schichten, d. h. der Schichten 3 und 5 freilegt und nicht die Vier­ stoffschichten 2, 4 und 6 ätzt. Jedoch wird der Ätzprozeß so gesteuert, daß die Schichten 2-5 im wesentlichen koplanar werden. Bei diesem Bei­ spiel beträgt die Ätzzeit in einem Bad konzentrier­ ter HCl etwa 20 sec, um die kristallographische (011)-Ebene an der Fläche 16 und die flache Ober­ fläche 17 auf dem Wellenleiter-Substrat 6 freizu­ legen.

Ungeachtet des verwendeten Halbleiter-Heterostruktur­ systems sind die Ausmaße von Glätte und Flachheit der Fläche 17 von Bedeutung für die anschließende Fertigung des dielektrischen optischen Wellenleiters auf der Fläche. Wie aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht, beeinflussen die Abmessungen von Glätte und Flachheit der Fläche 17 die Abmessungen der Glätte und Flachheit der Wände des dielektrischen optischen Wellenleiters. Ein Wellenleiter mit rauhen Wänden zeigt übermäßige Streuverluste. Allgemein wird darauf geachtet, daß die Glätte der Wellenleiterwände mit der Toleranz eines Bruchteils der gewünschten optischen Wellenlänge über eine Größe von etwa 5 Wellenlängen eingehalten wird. Vgl. hierzu D. Marcuse, Bell System Technical Journal, Vol. 48, Seite 3187 ff (1969) und auch J. E. Goell u. a., "Ion bombardment fabrication of optical waveguides using electron resist masks", Appl. Phys. Lett., Vol. 21, Seiten 72-73 (1972). Da die Gestalt der Wellenleiterwände direkt durch die Form der Fläche 17 bestimmt wird, muß die Toleranzüberwachung der Glätte der Fläche 17 und der Wellenleiter-Substrat­ schicht 6 während des Aufwachsens des Halbleiter- Heterostrukturkörpers erfolgen.

Oberflächenvorbereitung bei AlGaAs/GaAs-Systemen

Wie oben beschrieben wurde, setzt sich der Halb­ leiter-Heterostrukturkörper gemäß Fig. 1 alternativ aus mehreren Schichten von AlGaAs mit unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnissen zusammen. Da die Ober­ flächenbehandlungsmethoden bei einer AlGaAs/GaAs- Heterostruktur sich von denjenigen einer InGaAsP/InP- Heterostruktur unterscheiden, sind bei der folgenden Beschreibung nur die Fig. 1 und 5 von Bedeutung.

Um die Struktur eines AlGaAs-Halbleiterkörpers, wie er z. B. in Fig. 1 gezeigt ist, so zu verändern, daß sich der mit einer Nut versehene Halbleiter­ körper gemäß Fig. 5 mit im wesentlichen glatten und flachen Flächen 16 und 17 ergibt, sind ver­ schiedene Ätzmethoden bekannt. Eine Methode ist von J. L. Merz u. a. in IEEE J. of Quantum Elec­ tronics unter dem Titel "GaAs Integrated Optical Circuits by Wet Chemical Etching", Vol. QE-15, Seiten 72-82 (1979) beschrieben. Danach wird Ge­ brauch gemacht von einem zweistufigen Vorzugs- Ätzprozeß, um flache Oberflächen zu erzeugen. Eine andere Methode ist von R. Logan u. a. in der US-PS 3 883 219 beschrieben. Gemäß dieser Patent­ schrift erfolgt ein Langsam-Ätzprozeß mit Br₂­ CH₃OH.

Nachdem die Flächen 16 und 17 in dem einen oder dem anderen Heterostruktursystem freigelegt sind, wird die Maske 1 durch herkömmliches Trockenätzen entfernt. Eine derartige Trockenätzmethode ist das Plasmaätzen in einer CF₄-Atmosphäre. Ein wahl­ weise vorzusehender Schritt bei der Oberflächen­ behandlung besteht darin, wenigstens die Schicht 16 z. B. durch Verdampfen mit einer Reflektor- oder Antireflexionsschicht zu versehen, um eine aus­ reichende Reflexion bzw. Kopplung zwischen den Schichten 3, 4 und 5 und dem auf der Fläche 17 zu bildenden dielektrischen optischen Wellenleiter sicherzustellen.

Antireflexionsbeschichtungen weisen einen Brechungs­ index n_ar auf, der dem geometrischen Mittel der Brechungsindizes n₄ und n₄₀ der Kernschichten der anliegenden aktiven und passiven Wellenleiter, d. h. der Schichten 4 bzw. 40 (Fig. 7) entsprechen. D. h.:

n_ar = (n₄n₄₀)^1/2.

Die Dicke der Antireflexionsschicht, l_ar, ergibt sich durch den Ausdruck

wobei λ die gewünschte Wellenlänge des Lichts ist. Materialien, die sich für das Aufdampfen auf die Fläche 16 in einem InGaAsP/InP-System zur Bildung einer Antireflexionsschicht eignen, sind Metalloxide wie z. B. Ta₂O₅ und TiO₅.

Reflektierende Beschichtungen besitzen einen Brechungs­ index n_R, der niedriger als der Brechungsindex n₄₀ der Kernschicht des passiven dielektrischen Wellen­ leiters, d. h. der Schicht 40 (Fig. 7) ist. Die Dicke des reflektierenden Überzugs, l_R, der beispielsweise durch Verdampfen gebildet wird, ergibt sich durch den Ausdruck

Ein beispielhaftes reflektierendes Beschichtungs­ material ist MgF₂, das einen Brechungsindex n_R von 1,35 besitzt. Mit diesem Beschichtungsmaterial als reflektierende Schicht auf der Fläche 16 in einem InGaAsP/InP-System mit einem Polyimid/SiO_x- Wellenleiter, wie er unten beschrieben wird, er­ höht sich die Reflexionskraft um etwa 100%.

Bildung eines eindimensionalen Wellenleiters

Fig. 6, 7 und 8 zeigen die aufeinanderfolgenden Schritte zum Herstellen eines eindimensionalen dielektrischen optischen Wellenleiters auf der Wellenleiter-Substratschicht 6 in dem in Fig. 5 dargestellten Halbleiter-Heterostrukturkörper.

Ein typischer dielektrischer optischer Wellenleiter enthält einen langgestreckten Kern aus dielektrischem Material, der von einem Medium mit niedrigerem Brechungsindex umgeben ist. Betrachtet man einen Querschnitt eines solchen Wellenleiters senkrecht zu dessen optischer Achse (<011<-Richtung), so wird deutlich, daß der Wellenleiter Licht in zwei Dimensionen, nämlich in <011<-Richtung eingrenzt. Diese Art von Struktur soll anschließend als zwei­ dimensionaler Wellenleiter bezeichnet werden. Er wird später noch im einzelnen erläutert. Wenn der langgestreckte Kern nur auf zwei parallelen Seiten von einem Medium mit niedrigerem Brechungsindex abgedeckt wird, so wird das Licht in nur einer Dimen­ sion (<100<-Richtung beispielsweise) eingegrenzt. Diese letztgenannte Art von Struktur wird im folgenden als eindimensionaler Wellenleiter be­ zeichnet, dessen Herstellung nachstehend erläutert wird.

Die Herstellung eines dielektrischen optischen Wellenleiters auf der Fläche 17 der Wellenleiter- Substratschicht 6 beginnt gemäß Fig. 8 mit dem gesteuerten Niederschlagen eines dielektrischen Materials wie z. B. Siliciumoxid (SiO_x, x ∼ 2), um eine erste Wellenleiterschicht 30 nur auf der Fläche 17 zu bilden. Das zum Bilden der ersten Wellenleiterschicht 30 ausgewählte dielektrische Material weist einen geringeren Brechungsindex auf als die Wellenleiter-Substratschicht 6. Das Niederschlagen des dielektrischen Materials muß sorgfältigst gesteuert werden, um zu vermeiden, daß das dielektrische Material der ersten Wellen­ leiterschicht an der Fläche 16, und insbesondere an der Fläche 16 oberhalb der Grenzschicht zwischen den Schichten 4 und 5 haftet.

Es wurden zwei Niedrigtemperaturverfahren für das gesteuerte, gerichtete Niederschlagen von SiO_x auf der Schicht 6 entwickelt. Eine Methode sieht das thermische Verdampfen einer Siliciummonoxid- (SiO-)Quelle in einer Sauerstoffatmosphäre vor. Eine andere Methode sieht die Elektronenstrahl­ verdampfung einer Siliciumdioxid-(SiO₂-)Quelle in einem Vakuum vor.

Bei dem thermischen Verdampfen wird der Halbleiter­ körper gemäß Fig. 5 in eine Sauerstoff-(O₂-)Atmosphäre von etwa 2,0 × 10^-4 mbar gebracht. Zum Verdampfen der SiO-Quelle wird ein Tantal-Heizdraht mit gesteuertem Strom gespeist. Dieser Strom steuert die Verdampfungs­ geschwindigkeit des SiO der Quelle und außerdem die Niederschlagungsgeschwindigkeit des SiO_x auf der Fläche 17 der Schicht 6. Wie oben erwähnt wurde, erfolgt das Niederschlagen des SiO_x gerichtet insofern, als SiO- und SiO₂-Partikel in einer im wesentlichen kollisionsfreien Umgebung vorhanden sind und lediglich an einer (100)-Ebene, d. h. der Fläche 17 oder anderen zu dieser Fläche parallelen Flächen haften. Eine beispielhafte Niederschlagungsge­ schwindigkeit, die eine gesteuerte, gerichtete Niederschlagung der ersten Wellenleiterschicht 30 ergibt, beträgt etwa 0,5 nm/sec oder 0,03 µm/min. Die O₂-Atmosphäre kann variiert werden, um das Ver­ hältnis von SiO zu SiO₂ in der Schicht 30 zu ändern. Selbstverständlich beeinflussen derartige Schwankungen der O₂-Atmosphäre auch den Brechungsindex der Schicht 30, da SiO einen Brechungsindex von 1,90 und SiO₂ einen Brechungsindex von 1,46 aufweist. Für die oben als Beispiel angegebene O₂-Atmosphäre beträgt die sich ergebende Stöchiometrie der Schicht 30 SiO_x (x ∼ 2), eine heterogene Zusammensetzung von SiO und SiO₂, die SiO₂ mit einem Brechungsindex von 1,50 ähnelt.

Die zweite oben erwähnte Niederschlagungsmethode sieht das Elektronenstrahlverdampfen einer SiO₂- Quelle in Vakuum vor. Ein für diese Methode geeignetes Vakuum entspricht beispielsweise etwa 10^-6 Torr. Bei dieser Methode wird der Halbleiterkörper gemäß Fig. 5 in eine evakuierte Kammer gebracht, die einen die SiO₂-Quelle enthaltenden Tiegel besitzt.

Auf die Quelle wird ein Elektronenstrahl aus­ reichender Leistung fokussiert, wodurch das SiO₂ verdampft. Die Leistung des Strahls wird sorgfältig überwacht, um die Niederschlagungs­ geschwindigkeit zu steuern, wohingegen der Unterdruck gesteuert wird, um einen gerichteten Strom des SiO₂ auf nur diejenigen freiliegenden Flächen zu erhalten, die zu der Fläche 17 parallel sind ((100)-Ebene). Während des gesamten Nieder­ schlagungsvorgangs hat der Halbleiterkörper Zimmer­ temperatur. Folglich ist die am Übergang zwischen den Schichten 6 und 30 auftretende Bindung eine unvollständige chemische Bindung.

Die erste Wellenleiterschicht 30 ist der Schicht 5 des Halbleiter-Heterostrukturkörpers benachbart, liegt jedoch nicht vollständig an der Fläche 16 der Schicht 5 an. Die Fläche 31 ist die freiliegende Oberfläche der ersten Wellenleiterschicht 30. Die Fläche 31 hat im wesentlichen die gleichen Abmessungen von Flachheit und Glätte, d. h., sie ist bezüglich der Fläche 17 planparallel, ausgenommen in der Nähe der Fläche 16, wo sich die Schicht 30 verjüngt. Dieser schmale Verjüngungsbereich erstreckt sich aber nicht weiter als 0,3 µm von der Fläche 16.

Die Schicht 30 dient als untere Mantelschicht für den dielektrischen optischen Wellenleiter. Im all­ gemeinen ist die Schicht 30 etwa so dick wie die Schicht 5. Um einen Strahlungsverlust aufgrund sehr kleiner Kopplung durch den Wellenleiter in die Schicht 6 zu vermeiden, ist es wünschenswert, daß die Schicht 30 eine ungefähre Dicke von wenigstens 1 µm, vorzugsweise 2,0 µm aufweist. Die Dicke der Schicht 30 bestimmt außerdem die Lage einer später zu bildenden Wellenleiterkernschicht bezüglich der Schicht 4. Die Schicht 30 sollte ausreichend dick sein, um den Durchlässigkeitsfaktor von der Halb­ leiterkernschicht 4 zu einer anliegenden Kernschicht (Fig. 7, Schicht 40) eines dielektrischen optischen Wellenleiters so groß wie möglich zu machen, d. h. eine Modenprofilanpassung zwischen der Schicht 4 und dem dielektrischen Wellenleiter zu schaffen. Die Modenprofilanpassung wird unten noch näher er­ läutert.

Die in Fig. 6 gezeigten Schichten 32 und 33 sind ebenfalls Schichten aus SiO_x (x ∼ 2). Diese Schichten befinden sich auf der Schicht 2 des Halbleiterkörpers. Das Entfernen der Schichten 32 und 33, um eine Kontaktierung zu ermöglichen, erfolgt in bekannter Weise durch Belichten eines Fotoresists mit an­ schließendem Entwickeln. Im vorliegenden Fall er­ folgt jedoch kein Entfernen der Schichten 32 und 33.

Fig. 7 zeigt die Bildung einer zweiten Wellen­ leiterschicht 40 auf der Fläche 31 der ersten Wellen­ leiterschicht 30 und der anliegenden Fläche 16 des Halbleiter-Heterostrukturkörpers. Die Schicht 40 setzt sich aus einem dielektrischen Material zu­ sammen, dessen Brechungsindex größer ist als der der Schicht 30. Die Wellenleiterschicht 40 dient als Kernschicht des Wellenleiters. In diesem Zusammenhang ist es zweckdienlich, das dielektrische Material für die Schicht 40 so auszuwählen, daß es bezüglich der Wellenlänge oder der Wellenlängen des vorgesehenen Lichts optische Transparenz aufweist.

In einer beispielhaften Ausführungsform dieser Er­ findung wird zum Bilden der Wellenleiterschicht 40 ein organisches Polyimid-Beschichtungsmaterial (Polyimidüberzug) verwendet. Man vergleiche hierzu auch die US-PSen 3 179 614 und 3 179 634. Der Polyimidüberzug besitzt einen Brechungsindex von etwa 1,70 und ist nach 100% Imidisation für optische Wellenlängen im Bereich von 0,85-1,8 µm transparent.

Die zweite dielektrische Wellenleiterschicht 40 mit der Polyimidbeschichtung wird durch folgende Schritte gebildet. Der Halbleiter- und dielektrische Körper gemäß Fig. 6 wird mit einem Material behandelt, um das Haften der Schicht 40 an den Flächen 16 und 31 zu unterstützen. Ein Mittel, das die Haftfähigkeit fördert.

Anschließend wird die Polyimidbeschichtung auf den Halbleiter- und dielektrischen Körper aufgebracht. Das Entfernen von Luftbläschen in der Polyimidbeschichtung er­ folgt dadurch, daß der Halbleiter- und dielektrische Körper anschließend für kurze Zeit in eine Vakuum­ kammer gebracht wird. An diesem Punkt steht die Polyimidbeschichtung, die die Schicht 40 bildet, in vollständiger Berührung mit wenigstens den Flächen 16 und 31, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Der in Fig. 7 dargestellte Körper wird dann bei Zimmertemperatur auf einem Drehtisch oder Wirbler oder einer Schleuder angeordnet, wo der Körper durch Unterdruck in seiner Lage gehalten wird und mit etwa 3000 bis 7000 UPM etwa 2 min gedreht wird. Die Dreh­ zahl und die Viskosität der Polyimidbeschichtung bestimmen die Dicke der Schicht 40 in <100<-Richtung.

Als Beispiel für die Dicke der Polyimidbeschichtung als Schicht 40 sei etwa 0,3 bis 1,2 µm angegeben. Das Härten der gesponnenen Polyimidbeschichtung er­ folgt durch Backen des Halbleiter- und dielektrischen Körpers gemäß Fig. 7 während einer Zeit und bei einer Temperatur, die für eine 100-%ige Imidisation ausreichen. In einem Beispiel erfolgte das Härten durch Backen bei 200°C während einer Zeit von 2 Stunden. Die Oberfläche 41 der Schicht 40 ist durch die gesamte dielektrische Wellenleiterzone 9 hindurch im wesentlichen flach und glatt.

Die Halbleiterzonen 8 und 10 sind beispielsweise identisch, um aktive optische Bauelemente unterzu­ bringen, die von dem dielektrischen Wellenleiter ver­ bunden werden.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist die die Schichten 30 und 40 enthaltende zweischichtige dielektrische Struktur ein eindimensionaler Wellenleiter für die Fortpflanzung von Lichtwellen. Der dielektrische Wellenleiter steht mit den Halbleiterzonen 8 und 10 über eine stumpfe Grenzfläche in Verbindung. Der Halbleiter- und dielektri­ sche Körper gemäß Fig. 7 ist eine monolithisch inte­ grierte optische Schaltung.

Fig. 8 zeigt eine die Oberfläche 41 und die Schicht 40 bedeckende dritte dielektrische Wellenleiter­ schicht 50, die wahlweise vorgesehen ist. Die Schicht 50 ist ein dielektrisches Material, dessen Brechungs­ index kleiner ist als der der Schicht 40. Somit dient die Schicht 50 als Mantelschicht für die dielektrische Kernschicht. Darüberhinaus passiviert die Schicht 50 die Oberfläche 41 und die gesamte integrierte optische Schaltung. Das Niederschlagen oder Schleuderbeschichten sind geeignete Methoden zum Herstellen der Schicht 50.

In einem praktischen Beispiel wird thermisches Ver­ dampfen von Siliciummonoxid (SiO) in einer Sauerstoff­ atmosphäre zum Niederschlagen einer SiO_x-(x ∼ 2)-Schicht als Schicht 50 auf der Oberfläche 41 eingesetzt. Das thermische Verdampfen wurde oben in Zusammenhang mit der Herstellung der Schicht 30 beschrieben.

Bildung eines zweidimensionalen Wellenleiters

Fig. 6, 7, 9 und 10 zeigen aufeinanderfolgende Schritte zum Herstellen eines zweidimensionalen dielektrischen optischen Wellenleiters auf der Wellenleiter-Substratschicht 6 des in Fig. 5 gezeigten Halbleiterkörpers.

Nachdem die Schicht 40 auf der Fläche 31 durch Schleudern aufgebracht wurde, und bevor sie ge­ härtet wird (s. Fig. 7), wird die Polyimidbe­ schichtung teilweise dadurch gehärtet, daß die Schicht so gebacken wird, daß weniger als eine 100%ige Imidisation erfolgt; beispielsweise wird bei 100°C 5 min lang gebacken. Teilweise gehärtetes Polyimid ist in bestimmten Lösungen löslich.

Das Bilden eines Musters auf der teilweise ge­ härteten Schicht 40 erfolgt durch herkömmliche Fotoresistmaterialien, um eine geeignete Form und Breite (<011<-Richtung) für die Kernschicht des dielektrischen Wellenleiters zu erhalten. Dann wird das Fotoresist entwickelt. An­ schließend werden ausgewählte Abschnitte der Schicht 40 durch Ätzen mit einem Entwickler entfernt. Die stehenbleibenden nicht-geätzten Abschnitte der Schicht 40 werden durch Backen bei 200°C während einer Zeit von 2 Stunden vollständig gehärtet.

Dann wird auf den freiliegenden Oberflächen 31 und 41 die Mantelschicht 60 gebildet, um die Wellenleiter- Kernschicht 40 vollständig einzukapseln. Die Bildung der Schicht 60 erfolgt genauso wie die Bildung der Schicht 50 gemäß Fig. 8. Die Schicht 60 hat die­ selben Eigenschaften, wie sie für die Schicht 50 oben beschrieben wurden.

Modenprofilanpassung

Um an dem Übergang (Fläche 16) von aktivem und passivem Wellenleiter eine größtmögliche Durchlässig­ keitseffizienz zu erhalten, sollte das Feldverteilungs­ profil der Fortpflanzungsmoden in beiden Wellenleitern angepaßt sein, d. h., es sollte eine Modenprofil­ anpassung erfolgen. Theoretisch erhält man eine ideale Modenprofilanpassung unter der folgenden Bedingung:

T₈ = T₉ und t₄ = t₄₀,

wobei

und wobei n_3,5 und n_30,50,60 die Brechungsindizes der mit entsprechenden Bezugszeichen versehenen Mantel­ schichten in den Zonen 8 oder 10 bzw. 9 sind.

Unter praxisbezogeneren, nicht-idealen Anpassungs­ bedingungen für das Modenprofil drückt sich der Grad der Anpassung durch den Modenprofil-Anpassungkoeffizienten η_mpm gemäß folgender Gleichung aus:

wobei G_i(β) das Feldverteilungsprofil eines Fort­ pflanzungsmoden in der Zone i, i = 8, 9, β eine Schichtdickenkoordinate in <100<-Richtung, und α ein Versetzungsabstand ist, der in <100<-Richtung zwischen der physikalischen Mittenachse der Wellen­ leiter in den Zonen 8 und 9 gemessen wird. Die Feld­ verteilungsprofile für G_i(β) lassen sich der Literatur entnehmen (z. B. D. Marcuse "Light Transmission Optics", Van Nostrand 1972). Der nachstehenden Tabelle sind Änderungen des Modenprofil-Anpaßkoeffi­ zienten als Funktion der Mittenversetzung für unter­ schiedliche Dicken t₄₀ der Schicht 40 zu entnehmen.

Bei der obigen Tabelle wird ausgegangen von einem dielektrischen Polyimid/SiO₂-Wellenleiter in einem InGaAsP/InP-Heterostruktursystem, wobei die Dicke t₄ der Schicht 4 0,15 µm und λ 1,3 µm beträgt.

Claims (11)

1. Integriertes optisches Bauelement, umfassend:

• a) eine Substratschicht (6), die eine erste Fläche (17) aufweist und parallel zu dieser ausgerichtet ist,
• b) zwei jeweils aus mehreren übereinanderliegenden Schichten (2 bis 5) bestehende Schichtsysteme, die über zwei über eine Mittelzone (9) voneinander beabstandeten Zonen (8 und 10) der ersten Fläche (17) liegen und entweder In_1-yGa_yAs_xP_1-x oder Al_zGa_1-zAs enthalten,
• c) jeweils eine, in dem jeweiligen Schichtsystem enthaltene, parallel zur ersten Fläche (17) orientierte aktive Schicht (4), die Licht zu emittieren vermag,
• d) einen Wellenleiter, der über der ersten Fläche (17) liegt, mit der jeweiligen aktiven Schicht (4) optisch gekoppelt ist und eine über der Mittelzone (9) auf der Substratschicht (6) liegende erste Mantelschicht (30), eine diese bedeckende Kernschicht (40) und eine die Kernschicht (40) bedeckende zweite Mantelschicht (50; 60) aufweist, wobei
• e) die Schichtsysteme jeweils zur Mittelzone (9) hin durch ein Paar über eine Nut sich gegenüberstehender Seitenflächen (16) begrenzt werden, die jeweils senkrecht zur ersten Fläche (17) orientiert sind und eine Stirnfläche der jeweils zugehörigen aktiven Schicht (4) enthalten,
• f) die erste Mantelschicht (30) teilweise von den Seitenflächen (16) begrenzt wird, SiO₂ enthält und einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als die Brechungsindizes der Substratschicht (6) und der Kernschicht (40), und
• g) die Kernschicht (40) aus dielektrischem Material besteht, einen mittleren parallel zur ersten Fläche (17) orientierten Abschnitt und zwei, auf beiden Seiten des mittleren Abschnittes sich anschließende senkrecht zu diesem orientierte weitere Abschnitte aufweist, von denen jeweils einer eine senkrecht zum mittleren Abschnitt verlaufende Stirnfläche besitzt, die jeweils an die im Merkmal e) genannte zugehörige Stirnfläche der zugehörigen aktiven Schicht (4) anstößt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Kerns (40) größer ist als der der zweiten Mantelschicht (50; 60).

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Polyimid umfaßt.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schichtsystem einen ersten Satz von zwei Schichten (2, 4), die jeweils In_1-yGa_yAs_xP_1-x enthalten, und einen zweiten Satz von zwei Schichten (3, 5), die jeweils InP enthalten, umfassen, wobei die Schichten jedes Satzes abwechselnd übereinanderliegen.

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schichtsystem einen ersten Satz von zwei Schichten (2, 4), die jeweils Al_qGa_1-qAs bzw. Al_sGa_1-sAs enthalten, und einen zweiten Satz von zwei Schichten (3, 5), die jeweils Al_rGa_1-rAs bzw. Al_uGa_1-uAs enthalten, umfassen, wobei die Schichten jedes Satzes abwechselnd übereinanderliegen.

6. Bauelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mantelschicht (50; 60) aus SiO_x besteht und über jedem Schichtsystem vorgesehen ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines integrierten optischen Bauelements, umfassend die Schritte:

• 1. es werden zwei jeweils aus mehreren übereinanderliegenden Schichten (2 bis 5) bestehende Schichtsysteme über zwei über eine Mittelzone (9) voneinander beabstandeten Zonen (8, 10) einer ersten Fläche (17) eines Substrates (6) erzeugt, die entweder In_1-yGa_yAs_xP_1-x oder Al_zGa_1-zAs enthalten,
• 2. in dem jeweiligen Schichtsystem wird eine parallel zur ersten Fläche (17) orientierte aktive Schicht (4) ausgebildet, die Licht zu emittieren vermag,
• 3. es wird ein Wellenleiter über der ersten Fläche (17) aufgebracht und mit der jeweiligen aktiven Schicht (4) optisch gekoppelt, indem auf die Substratschicht (6) über der Mittelzone (9) eine erste Mantelschicht (30) aufgebracht wird, auf die erste Mantelschicht (30) eine diese bedeckende Kernschicht (40) aufgebracht wird und auf die Kernschicht (40) wiederum eine diese bedeckende zweite Mantelschicht (50; 60) aufgebracht wird,

wobei die Schichtsysteme derart erzeugt werden, daß sie jeweils zur Mittelzone (9) hin durch ein Paar über eine Nut sich gegenüberstehender Seitenflächen (16) begrenzt werden, die jeweils senkrecht zur ersten Fläche (17) orientiert sind und eine Stirnfläche der jeweils zugehörigen aktiven Schicht (4) enthalten,
die erste Mantelschicht (30) teilweise von den Seitenflächen (16) begrenzt wird, SiO₂ enthält und einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als die Brechungsindizes der Substratschicht (6) und der Kernschicht (40), und die Kernschicht (40) aus dielektrischem Material hergestellt wird, einen mittleren parallel zur ersten Fläche (17) orientierten Abschnitt und zwei, auf beiden Seiten des mittleren Abschnittes sich anschließenden senkrecht zu diesem orientierte weitere Abschnitte aufweist, von denen jeweils einer eine senkrecht zum mittleren Abschnitt verlaufende Stirnfläche besitzt, die jeweils an die zugehörige Stirnfläche der zugehörigen aktiven Schicht (4) anstößt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelschicht (30) durch thermisches Bedampfen der ersten Fläche (17) mit SiO und SiO₂-Teilchen hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelschicht (30) durch Elektronenstrahl-Aufdampfen von SiO₂ auf die erste Fläche (17) hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kern (40) Polyimid verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (40) durch Niederschlagen des Polyimides im Schleuderverfahren hergestellt wird.