專利名稱：低膨脹率的透明玻璃陶瓷,玻璃陶瓷基片和光波導(dǎo)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低膨脹率透明玻璃陶瓷，玻璃陶瓷基片和包括這種低膨脹率透明玻璃陶瓷的光波導(dǎo)元件。
在玻璃陶瓷領(lǐng)域內(nèi)，已經(jīng)知道幾種類型低膨脹率透明玻璃陶瓷，它們是由熔融和熱處理包含成核劑的堿性玻璃體系SiO2-Al2O3-Li2O制造的。
例如美國專利3,499,773公開一些選擇性地制成不透明部分的低膨脹率透明玻璃陶瓷，這種玻璃陶瓷是由SiO2-Al2O3-Li2O堿性玻璃體系制造的，其中包含作為成核劑的一種或多種TiO2、ZrO2和SnO2，以及還可含少量MgO、CaO、SrO和BaO等。至于制造在該專利中公開的玻璃陶瓷，熔融溫度為1537-1593℃(實施例12800-2900°F)。美國專利4,341,543公開一些由SiO2-Al2O3-Li2O堿性玻璃體系制造的透明玻璃陶瓷，其中包含作為成核劑的TiO2和ZrO2。至于制造在該專利中公開的玻璃陶瓷，熔融溫度為1650℃。
然而，在制造上述專利說明書中公開的這些玻璃陶瓷時，熔融堿性玻璃需要較高的溫度，這給大規(guī)模生產(chǎn)光學(xué)均勻性優(yōu)良的玻璃陶瓷帶來困難。
美國專利3,681,102說明了SiO2-Al2O3-ZnO玻璃陶瓷體系，其中包含作為主要晶相的尖晶石晶體，在熔融溫度1650-1800℃下，該體系的平均線性熱膨脹系數(shù)α為25×10-7-40×10-7。公開號為Hei11-335139的日本專利申請公報說明了SiO2-Al2O3-ZnO玻璃陶瓷體系，其中包含作為主要晶相的尖晶石晶體，在熔融溫度1600-1625℃下，該體系的平均線性熱膨脹系數(shù)α為33×10-7-40×10-7。然而，這些玻璃陶瓷需要≥1600℃的熔融溫度，而且包含被認(rèn)為是非常堅硬的晶體鋅尖晶石(ZnAl2O4)，因此拋光是很困難的。
公開號為Hei10-321759和Hei10-321760的日本專利申請公報，說明了在較低的熔融溫度下制造的低膨脹率玻璃陶瓷。然而，這些玻璃陶瓷全部都是不透明的，未制成任何透明的玻璃陶瓷。
光波導(dǎo)元件一般是由配置在基片上的下覆蓋層、芯片(core)和上覆蓋層組成的。采用由SiO2制造的SiO2覆蓋層作為下覆蓋層和上覆蓋層，采用由摻雜GeO2制造的SiO2-GeO2芯片作為芯片，采用Si單晶片或石英作為基片(公開號為Hei7-113923、Hei11-2733和2000-121867的日本專利申請公報)。
最近對低膨脹率透明玻璃陶瓷，有尋求更高的物理和化學(xué)性質(zhì)的趨勢。這些性質(zhì)包括(1)堿性玻璃應(yīng)當(dāng)容易熔融和精制，為此，堿性玻璃原料應(yīng)不包括條痕、泡沫或夾雜物，而且光學(xué)均勻性應(yīng)該高。
(2)析出的晶體應(yīng)該很細(xì)，并具有優(yōu)良的透明度，特別是在可見光范圍內(nèi)，應(yīng)具有高透射率。
(3)這些材料應(yīng)基本上不包含Na2O或K2O，在玻璃加工過程中，這類成分離子的分散會造成困難。
(4)為了得到所需的性能，低膨脹率透明玻璃陶瓷一般包含數(shù)量較大的SiO2，因此一般需要≥1600℃的較高熔融溫度。然而，從生產(chǎn)方法設(shè)計和質(zhì)量控制的觀點看，較低的熔融溫度是優(yōu)選的。
在采用硅單晶片作為采用光波導(dǎo)元件的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路基片的情況下，在制造過程中將基片的表面暴露在超過800℃的溫度下，由于這個原因，基片會由于基片與在基片上制造的各層之間熱膨脹率的差異，而發(fā)生變形或扭曲，這種變形和扭曲反過來又會引起光波長的變化，并降低基片的平面度。即使在正常使用的情況下，Si單晶和SiO2之間熱膨脹系數(shù)的差異也會在陣列波導(dǎo)光柵上產(chǎn)生應(yīng)力，造成陣列波導(dǎo)光柵折射率的變化，這需要在陣列波導(dǎo)光柵的中央插入波長片。使用Si單晶作為基片的另一個缺點，是需要調(diào)節(jié)溫度。
另一方面，與采用Si單晶相比，采用石英作為基片的缺點是，導(dǎo)熱率和機(jī)械強(qiáng)度差，不容易加工。
因此，本發(fā)明的一個目的，是消除現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，并解決克服這類缺點的玻璃陶瓷熔融溫度高的問題。
本發(fā)明的另一個目的，是提供低膨脹率透明玻璃陶瓷和玻璃陶瓷基片，它們能在較低的熔融溫度下，更具體而言，能在≤1530℃的溫度下制造。
本發(fā)明的另一個目的，是提供一種光波導(dǎo)元件，更具體而言，是提供一種采用這種低膨脹率透明玻璃陶瓷的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路，這種低膨脹率透明玻璃陶瓷能在混合集成電路中保持必要的性能，而且制造成本低。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了累積性的研究和實驗，取得了實現(xiàn)本發(fā)明的研究結(jié)果，低膨脹率透明玻璃陶瓷和玻璃陶瓷基片，在溫度100-300℃下，平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+10×10-7/℃-+35×10-7/℃，由于堿性玻璃原料能在≤1530℃的低熔融溫度下熔融，所以具有優(yōu)良的光學(xué)均勻性，而且還能提高透明度，透明度由透射率80％(T80)的波長≤700nm表示，低膨脹率的透明玻璃陶瓷和玻璃陶瓷基片可由SiO2-Al2O3-Li2O堿性玻璃制造，堿性玻璃中包含作為成核劑的TiO2和ZrO2，還包含一定量的MgO、CaO、SrO、BaO或ZnO。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，通過熱處理在熔融溫度≤1530℃下制備的堿性玻璃來制造低膨脹率的透明玻璃陶瓷，所述的玻璃陶瓷，在溫度100-300℃下，平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+6×10-7/℃-+35×10-7/℃，透射率80％(T80)的波長≤700nm。
在本發(fā)明的一個方面，提供低膨脹率的玻璃陶瓷，這種玻璃陶瓷，在溫度100-300℃下，平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+6×10-7/℃-+35×10-7/℃，厚度10mm的試片，對波長1550nm的光，內(nèi)部透射率≥75％。
在本發(fā)明的一個方面，低膨脹率的透明玻璃陶瓷的耐熱溫度≥800℃。
在本發(fā)明的另一個方面，低膨脹率的透明玻璃陶瓷的楊氏模量≥90GPa。
在本發(fā)明的另一個方面，低膨脹率透明玻璃陶瓷包含作為主要晶相的β-石英或β-石英固溶體。
在本發(fā)明的另一個方面，按總氧化物量的重量％計算，低膨脹率透明玻璃陶瓷包含1.5％-3.5％的Li2O。
在本發(fā)明的另一個方面，低膨脹率透明玻璃陶瓷中洗提的鋰離子量＜0.0050μg/cm2。
在本發(fā)明的另一個方面，按總氧化物量的重量％計算，低膨脹率透明玻璃陶瓷包含3％-6％的TiO2。
在本發(fā)明的另一個方面，低膨脹率透明玻璃陶瓷在RO成分(其中R是Mg、Ca、Sr、Ba或Zn)中包含三種或多種成分，按總氧化物量的重量％計算，相應(yīng)成分的量≥0.5％(質(zhì)量)。
在本發(fā)明的另一個方面，按總氧化物量的重量％計算，低膨脹率透明玻璃陶瓷包含的ZnO量大于其它RO的成分量。
在本發(fā)明的另一個方面，按總氧化物量的重量％計算，低膨脹率透明玻璃陶瓷包含R′O成分(其中R′是Mg、Ca、Ba或Sr)的總量為3％-13％。
在本發(fā)明的另一個方面，提供低膨脹率透明玻璃陶瓷，按總氧化物量的重量％計算，其中包括SiO250-65％Al2O320-30％MgO 0.5-2％CaO 0.5-2％SrO0-10％BaO 1-5％ZnO 0.5-15％Li2O 1.5-3.5％TiO23-6％ZrO21-5％Nb2O50-5％La2O30-5％Y2O30-5％As2O3和/或Sb2O30-2％.
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造玻璃陶瓷的方法，其中包括下列步驟在≤1530℃的溫度下熔融所包含的下列熔融玻璃原料，其量按總氧化物量的重量％計算
SiO250-65％Al2O320-30％MgO 0.5-2％CaO 0.5-2％SrO0-10％BaO 1-5％ZnO 0.5-15％Li2O 1.5-3.5％TiO23-6％ZrO21-5％Nb2O50-5％La2O30-5％Y2O30-5％As2O3和/或Sb2O30-2％冷卻熔融的玻璃原料，制成堿性玻璃；和熱處理這種堿性玻璃，使β-石英晶體或β-石英固溶體的晶體析出。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種玻璃陶瓷基片，這種基片由上述低膨脹率透明玻璃陶瓷組成。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種光波導(dǎo)元件，其中包括上述的玻璃陶瓷基片、芯片層和在玻璃陶瓷基片上制造的覆蓋層，所述覆蓋層的折射率小于所述的芯片。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種光波導(dǎo)元件，其中包括上述的玻璃陶瓷基片，在玻璃陶瓷基片上制造的SiO2-GeO2芯片，和覆蓋所述芯片的SiO2覆蓋層。
在本發(fā)明的另一個方面，所述的覆蓋層包括下覆蓋層和上覆蓋層，所述的下覆蓋層是在基片和芯片上制造的，上覆蓋層是在下覆蓋層上制造的。
在本發(fā)明的另一個方面，將所述的芯片制成陣列波導(dǎo)光柵(AWG)、一對板狀波導(dǎo)、和多個輸入輸出波導(dǎo)，所述的芯片起光多路電路和光分離信號電路的作用。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造光波導(dǎo)元件的方法，其中包括，通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)在玻璃陶瓷基片上形成芯片的步驟，和隨后形成覆蓋芯片的覆蓋層的步驟。
在本發(fā)明的另一個方面，所述的芯片是SiO2-GeO2芯片，所述的覆蓋層是SiO2覆蓋層。
在本發(fā)明的另一個方面，通過化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，在基片上形成芯片薄膜，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)形成所述的芯片。
在本發(fā)明的另一個方面，通過化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，在基片上形成下覆蓋層和芯片薄膜，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)形成所述的芯片。
在本發(fā)明的另一個方面，通過火焰水解沉積，將SiO2-GeO2玻璃顆粒沉積在基片上，以形成SiO2-GeO2芯片薄膜，通過加熱使所述的芯片薄膜透明，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，將所述的芯片制成波導(dǎo)圖案的形狀，通過火焰水解沉積(FHD)，制造覆蓋在芯片上的SiO2上覆蓋層。
在本發(fā)明的另一個方面，通過高溫水解沉積，在基片上沉積SiO2玻璃顆粒和SiO2-GeO2玻璃顆粒，以形成SiO2下覆蓋層薄膜和SiO2-GeO2芯片薄膜，通過加熱使所述的下覆蓋薄膜和所述的芯片薄膜透明，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，將所述的芯片制成波導(dǎo)圖案的形狀，再通過高溫水解沉積(FHD)，形成覆蓋芯片的SiO2上覆蓋層。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種光學(xué)波導(dǎo)，其中包括制成波導(dǎo)圖案形狀的芯片，和在玻璃陶瓷基片上制造的覆蓋芯片的覆蓋層，構(gòu)成基片的玻璃陶瓷，在溫度100-300℃下的平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+6×10-7/℃-+35×10-7/℃，透射率80％的波長(T80)≤700nm，厚度10mm的試片在光波長為1550nm處的內(nèi)部透射率≥75％，楊氏模量≥90GPa。
首先說明本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷在溫度100-300℃下的平均線性熱膨脹系數(shù)。
關(guān)于SiO2的平均線性熱膨脹系數(shù)，本發(fā)明低膨脹率的玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)優(yōu)選+6×10u-7/℃-+35×10-7/℃，更優(yōu)選+10×10-7/℃-+30×10-7/℃。在將透明玻璃陶瓷制造的基片與硅基片直接結(jié)合的情況下，透明玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)，優(yōu)選與硅的范圍相同，即+30×10-7/℃-+30×10-7/℃。在通過蒸氣沉積，在透明玻璃陶瓷基片上沉積無定形的硅薄膜的情況下，透明玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)優(yōu)選+15×10-7/℃-+25×10-7/℃。在將透明玻璃陶瓷用于陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路的情況下，透明玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)優(yōu)選+20×10-7/℃-+30×10-7/℃。在半導(dǎo)體領(lǐng)域中采用透明玻璃陶瓷作為合成石英的基片的情況下，和在采用透明玻璃陶瓷作為與偏振無關(guān)的AWG型平面光波電路基片或不發(fā)熱的AWG型平面光波電路基片的情況下，透明玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)優(yōu)選+10×10-7/℃-+35×10-7/℃，更優(yōu)選+10×10-7/℃-+25×10-7/℃，最優(yōu)選+10×10-7/℃-+20×10-7/℃。
本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷具有極好的均勻性和透明度。本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷的透射率80％的波長(T80)優(yōu)選≤700nm，更優(yōu)選≤610nm，最優(yōu)選≤580nm。在本申請中透射率80％的波長(T80)，系指在測定試樣中與波長相關(guān)的透射率時，相應(yīng)于透射率80％的最短波長側(cè)的光波長，試樣厚度為10mm，其兩側(cè)的表面拋光。厚度10mm的試片，在光波長500nm處的內(nèi)透射率優(yōu)選≥84％，在光波長980nm處的處優(yōu)選≥98％。特別是在通訊領(lǐng)域中，由于對陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路的光波導(dǎo)基片使用1550nm左右的光，所以厚度10mm的試片的內(nèi)透射率優(yōu)選≥75％。在光波長1550nm處，玻璃陶瓷的折射率優(yōu)選1.46-1.58，更優(yōu)選1.47-1.57。
本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷，耐熱溫度優(yōu)選≥800℃。在本申請中耐熱溫度≥800℃系指在溫度調(diào)節(jié)到800℃的電爐中迅速加熱試片，并在該溫度下保持足夠長的時間以后，將其投入水中，試片并不發(fā)生破裂。本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷，耐熱溫度更優(yōu)選950℃。在本申請中耐熱溫度≥950℃系指在溫度調(diào)節(jié)到950℃的電爐中迅速加熱試片，并在該溫度下保持足夠長的時間以后，將其投入水中，試片并不發(fā)生破裂。
為了能精確地加工玻璃陶瓷，本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷，楊氏模量優(yōu)選≥90GPa。
在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷包含作為主要晶相的β-石英或β-石英固溶體。在本申請中的“主要晶相”系指為制造本發(fā)明優(yōu)選方案的低膨脹率透明玻璃陶瓷是重要的晶相，其含量大于任何其它晶體。β-石英固溶體系指其中β-石英晶體與不同的原子部分混合，或被不同的原子置換的固溶體。β-石英固溶體包括β-鋰霞石(Li2O-Al2O3-2SiO2)和β-鋰霞石固溶體，在β-鋰霞石固溶體中，β-鋰霞石與其它氧化物或與包括MgO和ZnO的氧化物部分混合或被其所置換。為了保持低熔融溫度和容易拋光，應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡x擇堿性玻璃的組成和結(jié)晶條件，以便不包含尖晶石晶體，特別是鋅尖晶石。
本發(fā)明低膨脹率的透明玻璃陶瓷，優(yōu)選包含SiO2、Al2O3、MgO、CaO、BaO、ZnO、Li2O、TiO2和ZrO2?，F(xiàn)在將說明本發(fā)明的玻璃陶瓷優(yōu)選的組成范圍。每一種成分的量，都以總氧化物量的重量％表示。
SiO2成分是一種非常重要的成分，通過熱處理堿性玻璃，SiO2形成作為主要晶相的β-石英或β-石英固溶體。為了防止晶粒變粗和獲得優(yōu)良的透明度，這種成分的含量優(yōu)選≥50％。為了獲得堿性玻璃能在較低的溫度下熔融和精制的優(yōu)良性能，以及保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性，這種成分的含量優(yōu)選不超過65％。
Al2O3成分是一種非常重要的成分，因為它是β-石英固溶體的成分，并通過加入數(shù)量較大的這種成分來降低熔融溫度。為了充分降低熔融溫度，并獲得均勻的無不透明的玻璃陶瓷，這種成分的含量優(yōu)選≥20％，為了防止有害于熔融性能，并阻止失去透明性，這種成分的含量，優(yōu)選不超過30％。
在本發(fā)明的玻璃陶瓷中，RO(其中R是Mg、Ca、Ba、Sr或Zn)成分的含量和組成比例是重要的，因為這種成分能在不損害透明度的情況下，提高堿性玻璃的熔融性能和玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性。為了獲得這些效果，RO成分的總量優(yōu)選≥3.5％，更優(yōu)選≥6％，最優(yōu)選≥7％。RO成分的總量優(yōu)選≤25％，更優(yōu)選≤20％，最優(yōu)選≤15％。
ZnO成分是RO成分中最重要的成分。因此，ZnO成分的量應(yīng)優(yōu)選大于其它RO的成分。為了獲得RO成分的上述效果，ZnO成分的量優(yōu)選≥0.5％，更優(yōu)選≥2％，最優(yōu)選≥3％。然而，為了防止有害于堿性玻璃的熔融性能和阻止失去透明度，以及有利于保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性，ZnO成分的量優(yōu)選≤15％，更優(yōu)選≤13％，最優(yōu)選≤11％。
在本發(fā)明的玻璃陶瓷中，為了降低堿性玻璃的熔融溫度，優(yōu)選包含多種RO成分。因此，優(yōu)選包含三種或更多種不同的RO成分，更優(yōu)選包含四種或更多種不同的RO成分，其中每一種成分的量都≥0.5％。
為了降低堿性玻璃的熔融溫度，對于本發(fā)明的玻璃陶瓷，優(yōu)選包含總量≥3％的R′O成分(其中R′是Mg、Ca、Ba或Sr)。還優(yōu)選包含總量≥3％的R″O成分(其中R″是Mg、Ca或Ba)。
為了充分達(dá)到上述的效果，MgO成分的量優(yōu)選≥0.5％，為了防止有害于玻璃陶瓷的透明度，優(yōu)選≤2％。為了充分達(dá)到上述的效果，CaO成分的量優(yōu)選≥0.5％，為了防止有害于玻璃陶瓷的透明度，優(yōu)選≤2％。SrO成分的加入量，可不超過10％。為了充分達(dá)到上述的效果，BaO成分的量優(yōu)選≥1％，為了防止有害于堿性玻璃的熔融性能和阻止失去透明度，以及有利于保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性，優(yōu)選≤5％。
為了防止有害于堿性玻璃的熔融性能和阻止失去透明性，以及有利于保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性，R′O成分的總量優(yōu)選3-15％，更優(yōu)選3-5％或6-13％。ZnO成分的量優(yōu)選0.5-15％，更優(yōu)選0.5-5％，或6-10％。R′O成分總量與ZnO成分量的比例，優(yōu)選0.3-2.0，更優(yōu)選0.30-0.67或0.8-2.0。
Li2O成分是一種重要的成分，它與SiO2和Al2O3一起構(gòu)成β-石英固溶體。為了防止有害于堿性玻璃的熔融性能和有利于保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性或容易析出所需量的細(xì)晶體，Li2O成分的量優(yōu)選≥1.5％。為了防止晶粒變粗和提高玻璃陶瓷的透明度，Li2O成分的量優(yōu)選≤3.5％，更優(yōu)選＜3.5％。為了避免堿離子洗提所引起的麻煩，Li2O成分的量優(yōu)選≤3.0％，更優(yōu)選＜3.0％，最優(yōu)選≤2.7％。洗提鋰離子的量優(yōu)選＜0.0050μg/cm2，更優(yōu)選＜0.0045μg/cm2，最優(yōu)選＜0.0040μg/cm2。
TiO2成分是一種重要成分，它能調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)，還能起成核劑的作用。為了達(dá)到所需的熱膨脹系數(shù)，TiO2成分的量優(yōu)選≥3％，更優(yōu)選≥3.5％。為了防止堿性玻璃抗失去透明度的惡化和有利于保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性并提高透明度，TiO2成分的量優(yōu)選≤6％。
ZrO2成分起成核劑的作用。為了析出所需量的晶體，ZrO2成分的量優(yōu)選≥1％。為了防止堿性玻璃抗失去透明度的惡化，和有利于保持玻璃陶瓷的光學(xué)均勻性并提高透明度，ZrO2成分的量優(yōu)選≤5％。
Nb2O5、La2O3和Y2O3成分，是與RO成分一起加入玻璃陶瓷中的成分，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，它們能改善堿性玻璃的熔融性能，并能明顯地提高玻璃陶瓷的透明度和光學(xué)均勻性。然而，加入過量的這些成分，會使堿性玻璃的熔融性能變差并降低玻璃陶瓷的均勻性。因此，這些成分中每一種的量都優(yōu)選≤5％，更優(yōu)選≤3％。Nb2O5、La2O3和Y2O3成分的總量優(yōu)選≤5％，更優(yōu)選≤3％。
為了獲得均勻的玻璃陶瓷，可以加As2O3和/或Sb2O3成分作為熔融玻璃材料的勻料劑。這些成分的總量達(dá)到2％就足夠了。
在不損害本發(fā)明的玻璃陶瓷所需性質(zhì)的范圍內(nèi)，可以加入其它成分。例如，可以加入高達(dá)總量5％的一種或多種下列原料B2O3、GeO2、F2、Gd2O3和SnO2。至于P2O5，為了以穩(wěn)定的方法生產(chǎn)具有所需質(zhì)量的低膨脹率透明玻璃陶瓷，優(yōu)選不加入這種氧化物。
本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷，優(yōu)選不包含除了Li2O以外的堿金屬成分。特別優(yōu)選基本上不包含Na2O或K2O。特別是在制造平面光波電路如最近在通訊技術(shù)中開發(fā)的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路時，利用半導(dǎo)體設(shè)備是必需的，堿金屬離子的泄漏會造成嚴(yán)重的問題。
本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷，其制造方法包括，在≤1530℃的熔融溫度下熔融下列玻璃原料，原料的含量以占氧化物總量的重量％表示SiO250-65％Al2O320-30％MgO0.5-2％CaO0.5-2％SrO 0-10％BaO 1-5％ZnO 0.5-15％Li2O1.5-3.5％TiO23-6％ZrO21-5％
Nb2O50-5％La2O30-5％Y2O30-5％As2O3和/或Sb2O30-2％冷卻熔融的玻璃原料，制成堿性玻璃，然后熱處理堿性玻璃，使細(xì)的β-石英晶體或β-石英固溶體的晶體在玻璃基質(zhì)中析出。可將晶粒直徑調(diào)節(jié)到0.001μm-0.1μm。為了達(dá)到良好的透明度并容易拋光，晶粒直徑優(yōu)選0.001μm-0.1μm，更優(yōu)選0.001μm-0.01μm。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)堿性玻璃的組成和結(jié)晶條件，能夠制造在玻璃基質(zhì)中分散有細(xì)晶體的玻璃陶瓷，這種玻璃陶瓷除了具有適合平面光波電路基片的性質(zhì)，例如高的光學(xué)均勻性、透明度、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度，以及容易拋光和蝕刻以外，還具有所需的熱膨脹特性。
在熱處理堿性玻璃使β-石英或β-石英固溶體析出時，熱處理堿性玻璃優(yōu)選分二階段進(jìn)行，即在680-730℃下熱處理堿性玻璃2-10小時，發(fā)生成核作用，然后在740-790℃下進(jìn)一步熱處理堿性玻璃2-10小時，以進(jìn)行結(jié)晶。
可以采用本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷作為光波導(dǎo)元件例如陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路的基片。例如，可將玻璃陶瓷制成直徑約25.4mm-254mm，厚度約0.5mm-2.0mm的晶片，并很容易地將其拋光到所需要的表面粗糙度和平面度。
本發(fā)明的光波導(dǎo)元件，可以通過在由上述低膨脹率透明玻璃陶瓷組成的基片上制造芯片，并采用折射率比芯片小的覆蓋層覆蓋這個芯片來制造。在玻璃陶瓷基片的折射率小于覆蓋層折射率的情況下，可以直接在玻璃陶瓷基片上制造芯片和覆蓋層。
在玻璃陶瓷基片的折射率大于覆蓋層的情況下，可在玻璃陶瓷基片上制造下覆蓋層，然后可在下覆蓋層上制造芯片和上覆蓋層。由于本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷具有低膨脹率的特性，在這種情況下透明度也低，下覆蓋層的厚度可制得比基片是由Si單晶制造的情況下薄，因此容易加工，從而可以節(jié)約加工成本。
在本發(fā)明的光波導(dǎo)元件中，可以采用主要由SiO2玻璃制造的SiO2覆蓋層作為覆蓋層，可以采用由摻雜GeO2制造的SiO2-GeO2芯片作為芯片。可將SiO2覆蓋層的折射率調(diào)節(jié)到約1.47-1.48，通過調(diào)節(jié)GeO2的摻雜量，可將SiO2-GeO2芯片的折射率調(diào)節(jié)到約1.47-1.49。
因此，本發(fā)明的光波導(dǎo)元件，可以通過在以低膨脹率透明玻璃陶瓷制的基片上提供SiO2-GeO2芯片，并用折射率比芯片小的SiO2覆蓋層覆蓋芯片來制造。本發(fā)明的光波導(dǎo)元件，也可包括在由低膨脹率透明玻璃陶瓷制的基片上，分別制造的SiO2下覆蓋層、SiO2-GeO2芯片和SiO2上覆蓋層。
陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型平面光波電路，可以通過在低膨脹率透明玻璃陶瓷制的基片上提供陣列波導(dǎo)光柵、一對板狀波導(dǎo)和多個輸入輸出波導(dǎo)來制造?？赏ㄟ^上述的SiO2-GeO2芯片，將這對波導(dǎo)制成所需的圖案。為了消除由波導(dǎo)的雙折射所引起的與偏振有關(guān)的損耗，可在陣列波導(dǎo)光柵的中央提供1/2波長片。這個1/2波長片可由例如聚酰亞胺制造。通過將本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)到上述的范圍內(nèi)，并借此消除覆蓋層和芯片之間熱膨脹系數(shù)的差異，就可以設(shè)計省略1/2波長片的與偏振無關(guān)的AWG型平面光波電路。通過省略插入波長片的方法，可以節(jié)省制造成本和部件。而且，由于本發(fā)明的玻璃陶瓷基片的線性熱膨脹系數(shù)比Si單晶基片小，所以能方便地將其應(yīng)用于不發(fā)熱的AWG型平面光波電路，這種電路可在不調(diào)節(jié)溫度的情況下使用。
在將器件在基片上混合集成制造的光波導(dǎo)元件中，基片起著散熱片的作用，因此，應(yīng)該優(yōu)選導(dǎo)熱系數(shù)k、熱擴(kuò)散系數(shù)和比熱Cp較高的基片。為此，對于本發(fā)明的玻璃陶瓷基片，導(dǎo)熱系數(shù)k優(yōu)選≥0.7W/m·k，更優(yōu)選≥1.2W/m·k，熱擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選≥0.004cm2/s，更優(yōu)選≥0.005cm2/s，比熱Cp優(yōu)選≥0.6kJ/kg·k，更優(yōu)選0.7kJ/kg·k。
將芯片制成所需的波導(dǎo)圖案，可先采用化學(xué)蒸氣沉積(CVD)或高溫水解沉積(FHD)制造芯片薄膜，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，將其制成芯片。覆蓋層可采用包括化學(xué)蒸氣沉積(CVD)或高溫水解沉積(FHD)在內(nèi)的制層方法制造。作為CVD方法，可以采用使用TEOS臭氧的常壓CVD(APCVD)、使用等離子體的CVD和低壓CVD。
作為制造本發(fā)明的光波導(dǎo)元件的方法，可通過高溫水解沉積(FHD)，將SiO2玻璃顆粒和SiO2-GeO2玻璃顆粒沉積在低膨脹率玻璃陶瓷基片上，制成SiO2下覆蓋層薄膜和SiO2-GeO2芯片薄膜，通過加熱可使下覆蓋層薄膜和芯片薄膜透明，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，可將芯片制成所需的波導(dǎo)圖案，可通過高溫水解沉積(FHD)，制造覆蓋芯片的SiO2上覆蓋層。
本發(fā)明的光波導(dǎo)元件的制造方法，也可以包括采用高溫水解沉積(FHD)，在低膨脹率透明玻璃陶瓷基片上沉積SiO2-GeO2玻璃顆粒，制成SiO2-GeO2芯片薄膜，再加熱使玻璃薄膜透明。然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，將芯片制成所需要的波導(dǎo)圖案形狀，再通過高溫水解沉積(FHD)，制造覆蓋芯片的SiO2上覆蓋層。
表1-5示出本發(fā)明低膨脹率透明玻璃陶瓷和玻璃陶瓷基片以及對比例的玻璃陶瓷和玻璃陶瓷基片的堿性玻璃的組成、熔融溫度、結(jié)晶條件、平均線性熱膨脹系數(shù)(α)、透射率80％的波長(T80)、內(nèi)透射率、耐熱性能、熔融性能、和鋰離子洗提量。平均線性熱膨脹系數(shù)是根據(jù)日本光學(xué)玻璃工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JOGIS08-1975)測定光學(xué)玻璃熱膨脹率的方法測定的。
在實施例和對比例中，在預(yù)定的熔融溫度下將玻璃原料熔融，在冷卻后將堿性玻璃重新加熱以發(fā)生成核作用(條件700℃×5h)，然后結(jié)晶(條件750℃×5h)，制成實施例1-12和對比例1-4的玻璃陶瓷。通過改變成核和結(jié)晶條件(加熱時間分別為5小時)，制造實施例13-18的玻璃陶瓷。在實施例1-20和對比例1和2的玻璃陶瓷中，觀測到成為主要晶相的β-石英固溶體。在對比例3-4的玻璃陶瓷中，觀測到成為主要晶相的鋅尖晶石(ZnAl2O4)。
通過目視觀測熔融溫度和時間、粘度、消泡和精制的狀態(tài)，并綜合考慮所觀測的結(jié)果，來判斷熔融性能。按三種情況排列，“優(yōu)良”用符號○表示，“合格”用符號△表示，“不良”用符號×表示。
通過在電爐中迅速加熱二側(cè)表面拋光的基片試片(直徑65mm，厚度0.625mm)，測定耐熱性能，電爐溫度分別調(diào)節(jié)到800℃和950℃，在此溫度下保溫2小時，然后將基片試片投入水中。用符號○表示在這二種條件下不破裂的試片，在950℃下破裂的試片用符號△表示，在800℃下破裂的試片用符號×表示。
在軟片包中裝入80ml超純水(室溫)和一個圓片(直徑65mm，厚度0.625mm)，使它們在約30℃下保持3小時，采用離子色譜測定洗提的鋰離子量。
表6示出實施例5、12和2的透明玻璃陶瓷的物理性質(zhì)。
表1實施例組成％(重量) 1 2 3 4 5 6SiO251.7 52.0 51.2 54.0 54.2 51.2Al2O325.6 25.5 27.5 25.7 25.5 27.5MgO 1.01.01.01.01.00.5SrOBaO 1.01.01.01.01.01.0CaO 1.31.01.51.01.32.0ZnO 10.7 10.5 8.58.57.78.5Li2O2.22.52.72.52.72.7TiO24.04.04.14.04.14.1ZrO22.02.02.01.82.02.0La2O3Y2O3As2O30.50.50.50.50.50.5熔融溫度(℃) 1500 1500 1500 1520 1500 1500成核溫度(℃) 700700700700700700結(jié)晶溫度(℃) 750750750750750750平均線性熱膨脹系數(shù) 30 22 19 28 17 17(10-7/℃)(100℃-300℃)透射率80％的波長(nm) 440505500460480510內(nèi)透射率(1550nm)(％) 99.8 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9耐熱性能 ○ ○ ○ ○ ○ ○熔融性能 ○ ○ ○ ○ ○ ○洗提鋰離子量(μg/圓片) 0.21 0.23 0.26 0.22 0.25 0.26洗提鋰離子量(μg/cm2) 0.0031 0.0034 0.0038 0.0033 0.0037 0.0038
表2實施例組成％(重量) 7 8 9 10 11 12SiO253.4 54.0 54.5 54.5 54.0 54.5Al2O325.6 24.0 24.0 24.0 23.5 24.0MgO 1.01.01.01.00.51.0SrO 2.01.52.02.2BaO 1.01.02.01.52.02.0CaO 1.31.31.01.01.51.0ZnO 6.76.54.05.04.53.8Li2O 2.52.72.52.52.72.5TiO24.04.04.04.03.84.0ZrO22.02.02.02.01.52.0La2O32.0 3.02.0Y2O32.0Nb2O52.02.0As2O30.50.51.01.01.01.0熔融溫度(℃) 1510 1520 1520 1520 1500 1520成核溫度(℃) 700700700700700700結(jié)晶溫度(℃) 750750750750750750平均線性熱膨脹系數(shù)24 19 19 20 22 20(10-7/℃)(100℃-300℃)透射率80％的波長(nm) 535540580570555585內(nèi)透射率(1550nm)(％) 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.7耐熱性能 ○ ○ ○ ○ ○ ○熔融性能 ○ ○ ○ ○ ○ ○洗提鋰離子量(μg/圓片)0.24 0.25 0.23 0.22 0.24 0.23洗提鋰離子量(μg/cm2)0.0035 0.0037 0.0034 0.0033 0.0035 0.0034
表3實施例組成％(重量) 13 14 15 16 17 18SiO251.7 52.0 51.2 54.2 54.0 54.5Al2O325.6 25.5 27.5 25.5 24.0 24.0MgO 1.01.01.01.01.01.0SrO 2.2BaO 1.01.01.01.01.02.0CaO 1.31.01.51.31.31.0ZnO 10.7 10.5 8.57.76.53.8Li2O 2.22.52.72.72.72.5TiO24.04.04.14.14.04.0ZrO22.02.02.02.02.02.0La2O32.0Y2O3Nb2O52.0As2O30.50.50.50.50.51.0熔融溫度(℃) 1500 1500 1500 1500 1520 1520成核溫度(℃) 720715720710715720結(jié)晶溫度(℃) 770760760760765770平均線性熱膨脹系數(shù)25 19 16 15 15 17(10-7/℃)(100℃-300℃)透射率80％的波長(nm) 460540535510510530內(nèi)透射率(1550nm)(％) 99.7 99.9 99.8 99.8 99.7 99.8耐熱性能 ○ ○ ○ ○ ○ ○熔融性能 ○ ○ ○ ○ ○ ○洗提鋰離子量(μg/圓片)0.20 0.21 0.26 0.25 0.24 0.22洗提鋰離子量(μg/cm2)0.0030 0.0031 0.0038 0.0037 0.0035 0.0033
表4實施例組成％(重量) 19 20SiO254.6 54.6Al2O324.0 24.0MgO 1.01.0SrO 2.02.0BaO 2.02.0CaO 1.01.0ZnO 3.83.8Li2O 2.52.5TiO24.04.0ZrO22.02.0La2O32.02.0Y2O3As2O31.01.0熔融溫度(℃) 1520 1520成核溫度(℃) 700700結(jié)晶溫度(℃) 850900平均線性熱膨脹系數(shù)18 17(10-7/℃)(100℃-300℃)透射率80％的波長(nm) 580610內(nèi)透射率(1550nm)(％) 90.0 82.5耐熱性能 ○ ○熔融性能 ○ ○洗提鋰離子量(μg/圓片)0.19 0.17洗提鋰離子量(μg/cm2) 0.0028 0.0025
表5對比例組成％(重量)1 2 3 4SiO267.7 68.5 58.8 63.0Al2O318.9 18.6 20.4 17.8MgO 1.12.25.04.2SrOBaO 0.91.2CaOZnO 1.6 6.85.7Li2O3.53.0TiO23.03.93.05.0ZrO22.02.05.03.0Na2O0.2K2O 0.2Nb2O5As2O30.90.6 0.5熔融溫度(℃)1650 1650 1600 1625成核溫度(℃) 700700700700結(jié)晶溫度(℃) 750750750750平均線性熱膨脹系數(shù) -0.9 -0.9 37.1 33.7(10-7/℃)(100℃-300℃)內(nèi)透射率(1550nm)(％) 97.0 97.3 97.5 98.0耐熱性能 × × × ×熔融性能 × × × ×洗提鋰離子量(μg/圓片) 0.39 0.34 0.00 0.00洗提鋰離子量(μg/cm2) 0.0057 0.0050 0.0000 0.0000
表6實施例被評價的性質(zhì) 5 12 2熱性質(zhì)熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(30-500℃) 17 20 22轉(zhuǎn)變點(℃)710 761 700屈服點(℃)826 834 820導(dǎo)熱系數(shù)k(W/m·k) 1.3 1.3 1.3熱擴(kuò)散系數(shù)a(cm2/sec) 0.006 0.006 0.006比熱Cp(kJ/kg·k) 0.7 0.7 0.7機(jī)械性質(zhì)比重 2.802.712.82楊氏模量(GPa)97.696.299.0剛性系數(shù)(GPa)38.038.635.1泊松比 0.265 0.247 0.270努氏硬度Hk680 620 720維氏硬度Hv730 660 780磨損率 55 51 48光學(xué)性質(zhì)折射率 588nm1.581.571.581550nm1.561.551.56色散系數(shù)γd 51.250.651.5內(nèi)透射率(％)500nm 84 83 85(厚度10mm)980nm 98 97 991550nm99.999.799.9化學(xué)性質(zhì)防水性能(粉末方法) 0.030.000.02耐酸性能(粉末方法) 0.040.040.05耐堿性能(粉末方法) 0.090.100.12電性質(zhì)介電損耗正切(x10-3) 25℃ 2.5 2.1 3.0
200℃1.5 0.9 2.2介電常數(shù)(1MHz) 25℃8.8 9.6 9.7200℃ 28.0 31.0 32.5體電阻(Ω·cm) 25℃ 6.2×10133.8×10133.5×1013200℃ 8.1×1084.8×1084.0×108使本發(fā)明上述實施例的堿性玻璃在溫度680-730℃下熱處理2-10小時，發(fā)生核化作用，然后在溫度740-950℃下熱處理2-10小時，進(jìn)行結(jié)晶，可以制造平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為6×10-7/℃-35×10-7℃的各種玻璃陶瓷。根據(jù)X-射線衍射結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這些實施例和對比例1和2的玻璃陶瓷，包含成為主要晶相的β-石英固溶體。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，對比例3和4的玻璃陶瓷，包含成為主要晶相的鋅尖晶石(ZnAlzO4)。
如上所述，在包含成核劑TiO2＋ZrO2的SiO2－Al2O3－Li2O體系的玻璃中，加入一定數(shù)量范圍的RO成分和包括La2O3和Y2O3的其它成分，能明顯地提高本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷堿性玻璃的熔融和精制性能，使本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷，具有指定的低線性熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、可加工性、透明度、和光學(xué)均勻性。本發(fā)明的玻璃陶瓷不僅可以用于光學(xué)部件、基片和各種電子材料，而且適合用作模型晶片的基片材料(在制造集成電路的擴(kuò)散方法和低壓CVD方法中，用于維持爐中氣流和溫度均勻性的圓片)，模型晶片通常是由硅或合成石英制造的。本發(fā)明的低膨脹率透明玻璃陶瓷也適用于光波導(dǎo)元件，特別適合用于作制造AWG型平面光波電路的基片。
權(quán)利要求
1.一種低膨脹率透明玻璃陶瓷，是通過熱處理在熔融溫度≤1530℃下制備的堿性玻璃制造的，在溫度100-300℃下，所述玻璃陶瓷的平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+6×10-7/℃-+35×10-7/℃，80％透射率的波長(T80)≤700nm。
2.一種低膨脹率透明玻璃陶瓷，在溫度100-300℃下，其平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+6×10-7/℃-+35×10-7/℃，厚度10mm的試片在光波長為1550nm處的內(nèi)透射率≥75％。
3.權(quán)利要求1或2規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，其耐熱溫度≥800℃。
4.權(quán)利要求1-3任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，其楊氏模量≥90GPa。
5.權(quán)利要求1-4任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，其包含作為主要晶相的β-石英或β-石英固溶體。
6.權(quán)利要求1-5任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，按氧化物總量的重量％計算，其中包含1.5％-3.5％的Li2O。
7.權(quán)利要求1-6任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，其中洗提鋰離子量＜0.0050μg/cm2。
8.權(quán)利要求1-7任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，按氧化物總量的重量％計算，其中包含3％-6％的TiO2。
9.權(quán)利要求1-8任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，其中含三種或多種RO成分(其中R是Mg、Ca、Sr、Ba或Zn)，按氧化物總量的重量％計算，其含量為≥0.5％。
10.權(quán)利要求9規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，按氧化物總量的重量％計算，其中包含的ZnO量大于其它RO的成分量。
11.權(quán)利要求9或10規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，按氧化物總量的重量％計算，其中包含的RO成分總量≥3.5％。
12.權(quán)利要求1-11任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷，按氧化物總量的重量％計算，其中包含的R′O成分(其中R′是Mg、Ca、Ba或Sr)的總量為3％-13％。
13.低膨脹率透明玻璃陶瓷，按氧化物總量的重量％計算，其中包含SiO250-65％Al2O320-30％MgO 0.5-2％CaO 0.5-2％SrO 0-10％BaO 1-5％ZnO0.5-15％Li2O 1.5-3.5％TiO23-6％ZrO21-5％Nb2O50-5％La2O30-5％Y2O30-5％As2O3和/或Sb2O30-2％.
14.一種制造玻璃陶瓷的方法，其中包括下列步驟在熔融溫度≤1530℃下熔融玻璃原料，其按氧化物總量的重量％計算包括SiO250-65％Al2O320-30％MgO 0.5-2％CaO 0.5-2％SrO 0-10％BaO 1-5％ZnO0.5-15％Li2O 1.5-3.5％TiO23-6％ZrO21-5％Nb2O50-5％La2O30-5％Y2O30-5％As2O3和/或Sb2O30-2％冷卻熔融的玻璃原料，制成堿性玻璃；和熱處理堿性玻璃，使β-石英或β-石英固溶體晶體析出。
15.一種玻璃陶瓷基片，該基片是由權(quán)利要求1-13任一項規(guī)定的低膨脹率透明玻璃陶瓷組成的。
16.一種光波導(dǎo)元件，其包括權(quán)利要求15規(guī)定的玻璃陶瓷基片，在玻璃陶瓷基片上制造芯片和覆蓋層，所述覆蓋層的折射率小于所述的芯片。
17.一種光波導(dǎo)元件，其包括權(quán)利要求15規(guī)定的玻璃陶瓷基片，在玻璃陶瓷基片上制造SiO2-GeO2芯片和覆蓋所述芯片的SiO2覆蓋層。
18.權(quán)利要求16或17規(guī)定的光波導(dǎo)元件，其中所述的覆蓋層包括下覆蓋層和上覆蓋層，在基片上制造所述的下覆蓋層，在下覆蓋層上制造芯片和上覆蓋層。
19.權(quán)利要求16-18任一項規(guī)定的光波導(dǎo)元件，其中將所述的芯片制成陣列波導(dǎo)光柵(AWG)、一對板狀波導(dǎo)和多個輸入輸出波導(dǎo)，所述的芯片起光多路電路和光分離信號電路的作用。
20.一種制造光波導(dǎo)元件的方法，其中包括通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，在權(quán)利要求15規(guī)定的玻璃陶瓷基片上形成芯片的步驟，和然后制造覆蓋芯片的覆蓋層的步驟。
21.一種制造權(quán)利要求20規(guī)定的光波導(dǎo)元件的方法，其中所述的芯片是SiO2-GeO2芯片，所述的覆蓋層是SiO2覆蓋層。
22.一種制造權(quán)利要求20或21規(guī)定的光波導(dǎo)元件的方法，其中通過化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，在基片上制造芯片薄膜，然后通過反應(yīng)性離于蝕刻(RIE)，制造所述的芯片。
23.一種制造權(quán)利要求20-22任一項規(guī)定的光波導(dǎo)元件的方法，通過化學(xué)蒸氣沉積(CVD)，在基片上制造下覆蓋層和芯片薄膜，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，制造所述的芯片。
24.一種制造權(quán)利要求20或21規(guī)定的光波導(dǎo)元件的方法，其中通過高溫水解沉積(FHD)，在基片上沉積SiO2-GeO2玻璃顆粒，制造SiO2-GeO2芯片薄膜，通過加熱使所制的芯片薄膜透明，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，將所述的芯片制成波導(dǎo)圖案的形狀，通過高溫水解沉積(FHD)，制造覆蓋芯片的上覆蓋層。
25.一種制造權(quán)利要求24規(guī)定的光波導(dǎo)元件的方法，其中通過高溫水解沉積(FHD)，在基片上沉積SiO2玻璃顆粒和SiO2-GeO2玻璃顆粒，以制造SiO2下覆蓋層薄膜和SiO2-GeO2芯片薄膜，通過加熱使所述的下覆蓋層薄膜和所述的芯片薄膜透明，然后通過反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)，將所述的芯片制成波導(dǎo)圖案的形狀，通過高溫水解沉積(FHD)，制造覆蓋芯片的SiO2上覆蓋層。
26.一種光波導(dǎo)，其包括制成波導(dǎo)圖案形狀的芯片和在玻璃陶瓷基片上制造的覆蓋芯片的覆蓋層，構(gòu)成基片的玻璃陶瓷，在溫度100-300℃內(nèi)的平均線性熱膨脹系數(shù)(α)為+6×10-7/℃-+35×10-7/℃，透射率80％的波長(T80)≤700nm，厚度10mm的試片在光波長1550nm處的內(nèi)透射率≥75％，楊氏模量≥90GPa。
全文摘要
一種低膨脹率透明玻璃陶瓷,其平均線性熱膨脹系數(shù)為+6×10
文檔編號C03C10/00GK1333194SQ0112089
公開日2002年1月30日 申請日期2001年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者南川弘行, 大原和夫, 后藤直雪 申請人:株式會社小原