CN1746707A - 离子交换玻璃光波导器件的制作方法 - Google Patents

离子交换玻璃光波导器件的制作方法 Download PDF

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    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching

Abstract

本发明公开了一种离子交换玻璃光波导器件的制作方法。该方法是将玻璃片浸没在熔融的交换源中进行离子交换形成平面波导层；在清洁的玻璃离子交换层表面上采用光刻工艺刻出光波导图形；用光刻胶膜作干法刻蚀的掩膜，干法刻蚀玻璃离子交换层；湿法腐蚀以光滑波导侧面；在波导刻蚀后的玻璃表面用射频溅射或等离子增强化学气相淀积技术工艺，淀积一层二氧化硅层，形成掩埋型波导。本发明与背景技术的离子交换波导相比，它需要进行多次离子交换，而且需要用电场辅助离子交换技术，在本技术中不需要进行多次离子交换，也没有电场辅助扩散过程，而且波导的截面完全由光刻来控制。

Description

离子交换玻璃光波导器件的制作方法
技术领域
本发明涉及一种离子交换玻璃光波导器件的制作方法。
背景技术
目前光波导器件如：光源/接收器(探测器)、调制/解调器、波分复用/解复用器、光开关/光功分器、光放大器/衰减器、光滤波器、干涉器等在光网络中都占有重要地位。所使用的材料有很多，它们以不同结构和原理实现一种或多种上述器件。这些材料主要包括III-V族化合物半导体材料、LiNbO3材料、SOI(silicon on isolator)、Si、SiO2、玻璃、有机聚合物等。
在上述这些材料中，玻璃在价格、光损耗、光偏振相关性等方面具有优势，用玻璃作为衬底材料利用离子交换技术制作光波导器件具有工艺简单成熟、容易集成，损耗低，并且由于玻璃的折射率与光纤折射率相近，易于与光纤耦合等优点。但是传统的离子交换波导需要进行多次离子交换，而且需要用电场辅助离子交换技术，在电场辅助离子交换技术中，玻璃正反面的电绝缘在交换工艺中是非常难做好的。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子交换玻璃光波导器件的制作方法，是用玻璃作衬底材料，以离子交换技术形成光波导层，再用干法刻蚀的方法刻蚀出光波导器件结构，形成光波导器件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
1)、准备玻璃片
清洗玻璃片，再用去离子水冲洗，在无尘环境中烘干；
2)、离子交换形成平面波导层
用硝酸钾，或者硝酸银与硝酸钾按摩尔比(1～10)∶1000的混合物，作为离子交换源，在220℃～280℃下烘烤不少于4小时以除去水份，然后升高温度到交换温度350℃～400℃，把清洁的玻璃浸没在熔融的交换源中进行离子交换，交换时间为4～20小时，经过离子交换后，在玻璃表面形成了一层厚度为4～10微米的离子交换层，即为波导层，其折射率高于交换前0.008～0.011；
3)、在清洁的玻璃离子交换层表面上采用光刻工艺刻出光波导图形，光刻胶膜厚度在不小于1微米；
4)、干法刻蚀
用光刻胶膜作干法刻蚀的掩膜，干法刻蚀玻璃离子交换层，刻蚀深度在5～10微米；
5)、湿法腐蚀以光滑波导侧面
为了使刻蚀的波导侧面光滑，干法刻蚀后需把整个玻璃片浸入稀氢氟酸，即氢氟酸∶水＝1∶(10～25)溶液中腐蚀5～20秒钟，取出后用去离子水冲洗并干燥；
6)、淀积上包层二氧化硅层
为使波导能埋入内部，在波导刻蚀后的玻璃表面用射频溅射或等离子增强化学气相淀积技术工艺，淀积一层二氧化硅层，厚度大于8μm，形成掩埋型波导。
所述的干法刻蚀的掩膜，其材料是光刻胶、铬金属膜、镍金属膜或钛金属膜。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：背景技术的离子交换波导它需要进行多次离子交换，而且需要用电场辅助离子交换技术，在本技术中不需要进行多次离子交换，也没有电场辅助扩散过程，而且波导的截面完全由光刻来控制。
附图说明
附图是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
如附图所示，为了制作一个玻璃光波导器件，其工艺步骤如下：
1、准备玻璃片
清洗玻璃片，再用去离子水冲洗，在无尘环境中烘干。
2、离子交换形成平面波导层
用硝酸钾作为离子交换源，在280℃下烘烤4小时以除去水份，然后升高温度到交换温度400℃，把清洁的玻璃浸没在熔融的交换源中进行离子交换，交换时间为20小时，经过离子交换后，在玻璃表面形成了一层厚度为6～8微米的离子交换层，即为波导层，其折射率高于交换前0.008～0.011；
3、在清洁的玻璃离子交换层表面上采用光刻工艺刻出光波导图形，光刻胶膜厚度在不小于1微米；
4、干法刻蚀
用光刻胶膜作干法刻蚀的掩膜，干法刻蚀玻璃离子交换层，刻蚀深度在6～8微米；
5、湿法腐蚀以光滑波导侧面
为了使刻蚀的波导侧面光滑，干法刻蚀后需把整个玻璃片浸入稀氢氟酸，即氢氟酸∶水＝1∶(10～25)溶液中腐蚀5～10秒钟，取出后用去离子水冲洗并干燥；
6、淀积上包层二氧化硅层
为使波导能埋入内部，在波导刻蚀后的玻璃表面用射频溅射或等离子增强化学气相淀积技术工艺，淀积一层二氧化硅层，厚度大于8μm，形成掩埋型波导。
实施例2：
如附图所示，为了制作一个玻璃光波导器件，其工艺步骤如下：
1、准备玻璃片
清洗玻璃片，再用去离子水冲洗，在无尘环境中烘干。
2、离子交换形成平面波导层
用硝酸银与硝酸钾按摩尔比5∶1000的混合物，作为离子交换源，在220℃下烘烤4小时以除去水份，然后升高温度到交换温度350℃，把清洁的玻璃浸没在熔融的交换源中进行离子交换，交换时间为4～10小时，经过离子交换后，在玻璃表面形成了一层厚度为4～6微米的离子交换层，即为波导层，其折射率高于交换前0.008～0.011；
3、在清洁的玻璃离子交换层表面上采用光刻工艺刻出光波导图形，光刻胶膜厚度在不小于1微米；
4、干法刻蚀
用光刻胶膜作干法刻蚀的掩膜，干法刻蚀玻璃离子交换层，刻蚀深度在5～6微米；
5、湿法腐蚀以光滑波导侧面
为了使刻蚀的波导侧面光滑，干法刻蚀后需把整个玻璃片浸入稀氢氟酸，即氢氟酸∶水＝1∶25溶液中腐蚀10～20秒钟，取出后用去离子水冲洗并干燥；
6、淀积上包层二氧化硅层
为使波导能埋入内部，在波导刻蚀后的玻璃表面用射频溅射或等离子增强化学气相淀积技术工艺，淀积一层二氧化硅层，厚度大于8μm，形成掩埋型波导。

Claims (2)

1、一种离子交换玻璃光波导器件的制作方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)、准备玻璃片
清洗玻璃片，再用去离子水冲洗，在无尘环境中烘干；
2)、离子交换形成平面波导层
用硝酸钾，或者硝酸银与硝酸钾按摩尔比(1～10)∶1000的混合物，作为离子交换源，在220℃～280℃下烘烤不少于4小时以除去水份，然后升高温度到交换温度350℃～400℃，把清洁的玻璃浸没在熔融的交换源中进行离子交换，交换时间为4～20小时，经过离子交换后，在玻璃表面形成了一层厚度为4～10微米的离子交换层，即为波导层，其折射率高于交换前0.008～0.011；
3)、在清洁的玻璃离子交换层表面上采用光刻工艺刻出光波导图形，光刻胶膜厚度在不小于1微米；
4)、干法刻蚀
用光刻胶膜作干法刻蚀的掩膜，干法刻蚀玻璃离子交换层，刻蚀深度在5～10微米；
5)、湿法腐蚀以光滑波导侧面
为了使刻蚀的波导侧面光滑，干法刻蚀后需把整个玻璃片浸入稀氢氟酸，即氢氟酸∶水＝1∶(10～25)溶液中腐蚀5～20秒钟，取出后用去离子水冲洗并干燥；
6)、淀积上包层二氧化硅层
为使波导能埋入内部，在波导刻蚀后的玻璃表面用射频溅射或等离子增强化学气相淀积技术工艺，淀积一层二氧化硅层，厚度大于8μm，形成掩埋型波导。
2、根据权利要求1所述的一种离子交换玻璃光波导器件的制作方法，其特征在于：所述的干法刻蚀的掩膜，其材料是光刻胶、铬金属膜、镍金属膜或钛金属膜。
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