JPH0455328A - ガラス薄膜の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導波路などに用いるガラス薄膜の作製方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

ガラス材料は、透光性及び耐候性に優れており、光学的
材料として有用である。特に各種のドーパント材を添加
することにより、光学的機能性の高いガラスが合成され
ている。その代表的なものには、希土類元素であるネオ
ジウムやエルビウム等をドープすることによりレーザ発
振特性を有するレーザガラス、あるいは硫化カドミウム
や塩化銅などの半導体微粒子を添加した非線形光学ガラ
スなどがある。

この様なガラスの合成方法として、−船内には融液法と
ゾルゲル法が用いられている。

融液法を用いた場合、例えばシリカガラスの合成時の様
に、２０００℃以上の高温を必要とすることもあり、添
加されるドーパント材に様々な影１を与えやすい。一方
、ゾルゲル法を用いた場合、前述のシリカガラスは、１
２００℃程度の比較的低温で合成することができる。従
って、高温領域では分解あるいは分相して、添加不能で
あった物質でも、ゾルゲル法ではこれを添加したガラス
の合成ができる。

ところで、前述の様な光学的機能性の高いガラスを用い
て先導波路などの集積化した光学部品を作製する場合に
は、薄膜化が必要不可欠な技術である。そのため、合成
のみでなく薄膜化にも有効な方法の一つであるとして、
ゾルゲル法は用いられてきた。

このゾルゲル法による薄膜形成の一般的方法としては、
例えば「窯業協会誌」　９０、（６）９．３２８〜３Ｂ
２　（１９８２年）に示されているように、まず、エチ
ルシリケート、チタンイソプロポキシドとエタノール、
水、触媒として塩酸を加えて撹拌し、加水分解溶液、即
ちコーテイング液を調製する。次に、コーティングを施
す基板をこの溶液に浸漬し、一定速度で引き上げること
によりｕ板表面に膜を形成させ、乾燥、及び加熱工程を
経てガラス膜を作製する。

このゾルゲル法による膜形成は溶液を経由するため、大
型の基板でもその表面全体にわたって均一なコーティン
グを比較的容易に行うことができ、機械的・化学的保護
、光学特性などの新しい機能を持つ膜のコーティング法
として有用である。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のゾルゲル法では、膜厚０．１μｍ〜０．３μｍの
透明均一なコーテイング膜が得られているが、膜厚をこ
れ以上厚くすることを試みた場合、コーテイング膜上に
クラックが発生したり、白い曇りや基板からの剥離等の
欠陥が生じることがあった。そこで、これらの欠陥を生
じさせないために、増粘剤としてグリセリン、エチルエ
ーテルを加える方法を用いて膜を厚くしようとしても、
形成可能な膜厚はせいぜい０．５μ腸までが限界である
。

従って、光導波路などの光部品として必要な膜厚５〜１
０μ−程度のガラス薄膜の作製には不適であるという問
題があった。

本発明は、この様な問題を解決するためのものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、金属アルコキシドに、水、及びアルコールを
加えると共に、機能性無機材料を添加して混合液とし、
加水分解及び脱水縮合させてバルクガラスを合成する第
１のステップと、その合成されたバルクガラスをターゲ
ットにスパッタリングすることによって、バルクガラス
と同組成のガラス薄膜を作製する第２のステップとを備
えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、バルクガラスは高温過程を経ることな
く得られるために、添加する各種ドーパント（イにはほ
とんと影響を与えることがない。また、スパッタリング
によって薄膜を形成していくため、薄膜化時の組成変化
が少なく、膜厚制御が粘密にでき、厚膜化する際も、ク
ラックやはがれ等の欠陥が生じにくい。

〔実施例〕

次に本発明に係るガラス薄膜の作製方法の実施例を説明
する。

まず、バルクガラスを合成するため、金属アルコキシド
に水、アルコール、及び触媒を加えて混合させ、加水分
解させる。金属アルコキシドには、その金属部位がチタ
ン、アルミニウム、ゲルマニウム、ホウ素のいずれかで
あり、またそのアルキル基がメチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチルハのいずれかであるものが使用できる。

以上の様な官能基を有する金属アルコキシドを、１〜３
種類同時に使用することも可能である。

次に、この混合液に機能性無機材料を添加する。

添加材料としては、ネオジウムやエルビウム等の、レー
ザ発振機能を有する希土類元素、あるいは硫化カドミウ
ムや塩化銅等の非線形光学効果を示す半導体微粒子が適
している。

この混合液を常温付近に放置してゲル化させた後、徐々
に昇温しで脱水縮合させる。一定の温度に到達後昇温を
停市してその温度を維持しつつ、すでにゲル化した混合
物を透明ガラス化させる。

以上の過程を経て得られたバルクガラスをターゲツト材
にし、高周波スパッタリング方式を用いることによって
、任意の基板上に薄膜を形成させることができる。この
スパッタリング方式では、放電現象により活性化したイ
オンが前述のターゲツト材に衝突してターゲツト材の原
子が叩き出され、放電パワーに比例する膜付着速度で、
その原子が一個ずつ基板に付着し堆積していく。このた
め、形成される薄膜の厚さを、スパッタリング時間やス
パッタリング条件などにより制御することができる。

ここで、実施した具体例について説明する。

ます、金属アルコキシドとしてシリコンアルコキシドを
２００１用い、水２００ｍ１、エタノール４００ｍ１及
び０．１Ｎ７ンモ＝７２００ｍｌを加えて３０分間撹拌
する。次に、その混合液に添加する機能性無機材料とし
て、希土類化合物である塩化エルビウムを２ｇ加えてさ
らに３０分間撹拌する。

その後、この混合液をテフロン製容器に移し、アルミテ
ープで密封した後、３５℃でゲル化させる。ゲル化した
後、さらに三日間で８０”Ｃまで昇温し、アルミテープ
にＩＩＩＩｌφの穴を数箇所あけて乾燥させる。約２週
間乾燥した後、昇温速度１℃／分で１２００℃まで昇温
し、１時間保持することにより透明ガラス化させる。得
られたガラスは外径１０ｃ１１．厚さ０．５ｃｍの円盤
状である。

このガラス板をターゲツト材にし、基板としてシリカガ
ラスを用いて、高周波スパッタリング方式により薄膜化
した。その結果、厚さ５μ厳の膜が、クラック・はがれ
等の欠陥なく作製できた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、ゾルゲル法による機能
性ガラスの作製と、スパッタリング法による薄膜化技術
を組み合わせる事により、光学的機能に優れたガラス薄
膜の作製法を提供するもので、光学部品の材料に利用す
ると効果的である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式Ｍ（ＯＲ）＿４（式中Ｍは金属、Ｒはアルキ
   ル基を表わす。）で示される金属アルコキシドに水、及
   びアルコールを加えると共に、機能性無機材料を添加し
   て混合液とし、該混合液を加水分解、及び脱水縮合させ
   てバルクガラスを合成する第１のステップと、 前記バルクガラスをターゲットにスパッタリングするこ
   とによって、基板上に該バルクガラスと同組成のガラス
   薄膜を形成する第２のステップとを備えることを特徴と
   する、ガラス薄膜の作製方法。 ２、前記第１のステップにおける機能性無機材料は、レ
   ーザ発振機能を有する希土類元素、あるいは非線形光学
   効果を示す半導体微粒子であることを特徴とする請求項
   １記載のガラス薄膜の作製方法。 ３、前記第１のステップにおける金属アルコキシドの金
   属が、シリコン、チタン、アルミニウム、ゲルマニウム
   、ホウ素の少なくともいずれかであり、アルキル基がメ
   チル基、エチル基、プロピル基、ブチル基の少なくとも
   いずれかであるものを用いることを特徴とする請求項１
   記載のガラス薄膜の作製方法。