Strukturierung von Lithiumniobat für mikrooptische Anwendungen

Lithiumniobat ist ein nicht natürlich vorkommender über einen breiten Wellenlängenbereich transparenter Werkstoff und ein Schlüsselmaterial der modernen Optoelektronik. Es ist ein doppelbrechender uniaxialer Kristall mit nichtlinearen optischen, elektrooptischen und piezoelektrischen Eigenschaften. Hauptanwendungen umfassen elektrooptische Modulatoren, Laserfrequenzverdoppler und integrierte photonische Schaltkreise, oft in Form von Dünnschichten. Lithiumniobat zeigt einen photorefraktiven Effekt, der eine Brechungsindexmodulation im Volumen mittels Lichtprojektion ermöglicht. Auf diese Weise können Volumenhologramme erzeugt und wieder gelöscht werden. Durch eine zusätzliche Mikrostrukturierung wäre die Kombination statischer Phasenmodulationen auf der Oberfläche mit rekonfigurierbaren Volumenhologrammen möglich, beispielsweise für Anwendungen im Reservoir Computing. Wir demonstrieren die Herstellung und Charakterisierung von zweistufigen Beugungsgittern in Lithiumniobat. Wegen der Ablagerung von Lithiumfluorid-Nebenprodukten während des auf Fluor basierenden ICP-RIE-Ätzprozess an den Seitenwänden sowie auf dem planaren Teil des Substrats ist Lithiumniobat nur schwer durch Trockenätzprozesse strukturierbar. Sowohl die Zusammensetzung der Metallschicht, die beim Ätzvorgang als Hartmaske dient, als auch Ätzparameter wie Gaszusammensetzung (Gaschemie), Bias-Spannung und Temperatur haben großen Einfluss auf die erzielten Strukturen. Wir zeigen ein optimiertes Trockenätzverfahren, das Elemente mit einer minimalen Strukturgröße von 2,5 µm und einer Rauheit von unter 10 nm erzeugt. Es werden Ätztiefen von 900 nm und Flankenwinkel von 75° erreicht. Wir diskutieren die erzielten Ergebnisse anhand der optischen Performance der Beugungsgitter. 88 che Materialien ephan Reichelt