半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠構(gòu)成環(huán)形激光陀螺等的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)形激光裝置中已知有使用He-Ne氣體等作為激光發(fā)光介質(zhì)的氣體環(huán)形激光裝置和使用固體激光元件的固體環(huán)形激光裝置。氣體環(huán)形激光裝置存在裝置為大型、需要真空技術(shù)、壽命短且激發(fā)需要高電壓而耗電較大等實(shí)用上的缺點(diǎn)。相對(duì)于此，固體環(huán)形激光裝置具有能夠使裝置小型化、長(zhǎng)壽命化、低耗電化、可靠性的提高等優(yōu)點(diǎn)，但需要用于將用以激發(fā)環(huán)形諧振器內(nèi)的激光固體元件的激發(fā)光源聚光于激光固體元件的光學(xué)系統(tǒng)，由此存在裝置大型化的技術(shù)問(wèn)題。
[0003]作為解決這種問(wèn)題的方案，在下述專利文獻(xiàn)I中提出有如下半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置，其在一個(gè)基板上構(gòu)成的環(huán)形諧振器的光路內(nèi)配置有兩端面施加防反射膜的半導(dǎo)體激光元件，且具備半導(dǎo)體激光元件的驅(qū)動(dòng)電源，并且通過(guò)該驅(qū)動(dòng)電源直接進(jìn)行激光振蕩。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2006-319104號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0008]根據(jù)前述現(xiàn)有的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置，雖然不需要用于對(duì)來(lái)自激發(fā)光源的光進(jìn)行聚光的透鏡光學(xué)系統(tǒng)，但需要通過(guò)在形成于基板上的環(huán)形諧振器的光路內(nèi)另行設(shè)置半導(dǎo)體激光元件來(lái)進(jìn)行設(shè)定于基板上的光路與半導(dǎo)體激光元件的輸出光的光軸對(duì)準(zhǔn)，若不能精確度良好地進(jìn)行該光軸對(duì)準(zhǔn)，則存在無(wú)法得到環(huán)形激光器的穩(wěn)定振蕩的問(wèn)題。
[0009]并且，在基板上配置用于形成環(huán)形諧振器的反射鏡和用于檢測(cè)角速度的受光元件時(shí)，也需要以高精確度配置它們的位置關(guān)系，因此難以進(jìn)行制造，若不能精確度良好地進(jìn)行它們的配置位置關(guān)系，則也會(huì)因此而存在無(wú)法得到環(huán)形激光器的穩(wěn)定振蕩，并且，無(wú)法進(jìn)行精確度較高的角速度檢測(cè)的問(wèn)題。
[0010]并且，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置中，作為環(huán)形激光陀螺而構(gòu)成時(shí)，需要另行設(shè)置根據(jù)相互朝相反方向環(huán)繞環(huán)形諧振器的兩個(gè)激光的頻率差的檢測(cè)值來(lái)運(yùn)算角速度的運(yùn)算處理電路，因此存在無(wú)法應(yīng)對(duì)各種技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中所要求的超小型、超輕質(zhì)化的要求的問(wèn)題。
[0011]本發(fā)明將解決這種問(wèn)題作為課題的一例。即，本發(fā)明的目的在于能夠使環(huán)形激光器穩(wěn)定振蕩，且能夠以較高的精確度進(jìn)行角速度檢測(cè)，并且能夠滿足超小型、超輕質(zhì)化的要求等。
[0012]用于解決技術(shù)課題的手段
[0013]為了實(shí)現(xiàn)這種目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置，其特征在于，具備:一個(gè)Si半導(dǎo)體基板；環(huán)形諧振器，由形成于所述Si半導(dǎo)體基板的光波導(dǎo)構(gòu)成；半導(dǎo)體激光部，在所述光波導(dǎo)的至少一部分具備發(fā)光放大部，且產(chǎn)生相互朝相反方向環(huán)繞所述環(huán)形諧振器的兩個(gè)激光；及光檢測(cè)部，形成于所述Si半導(dǎo)體基板，且從所述環(huán)形諧振器取出所述兩個(gè)激光來(lái)檢測(cè)該兩個(gè)激光的頻率差，所述發(fā)光放大部具有Pn接合部，所述pn接合部通過(guò)一邊對(duì)在所述Si半導(dǎo)體基板中的第I半導(dǎo)體層以高濃度摻雜B (硼)而得到的第2半導(dǎo)體層照射光，一邊實(shí)施退火處理而得到。
[0014]具有這種特征的本發(fā)明利用pn接合部具有發(fā)光放大功能這一點(diǎn)來(lái)在一個(gè)Si半導(dǎo)體基板上形成半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置，所述pn接合部通過(guò)在Si半導(dǎo)體基板中的共用的第I半導(dǎo)體層以高濃度摻雜B (硼)來(lái)形成第2半導(dǎo)體層，且一邊對(duì)該第2半導(dǎo)體層發(fā)射光照射，一邊實(shí)施退火處理而得到。據(jù)此，能夠在光波導(dǎo)的一部分形成光放大部，因此無(wú)需進(jìn)行繁雜的光軸對(duì)準(zhǔn)，且能夠使環(huán)形激光器穩(wěn)定振蕩。并且，能夠在Si半導(dǎo)體基板上一體地制作對(duì)光檢測(cè)部的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理的運(yùn)算處理部，因此能夠滿足超小型、超輕質(zhì)化的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置的說(shuō)明圖。
[0016]圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置的說(shuō)明圖。
[0017]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置中的發(fā)光放大部及光檢測(cè)部的結(jié)構(gòu)及形成方法的說(shuō)明圖。
[0018]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置中的光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)及形成方法的說(shuō)明圖。
[0019]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置中的光檢測(cè)部的結(jié)構(gòu)的一例的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1及圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置的說(shuō)明圖。半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置I具備一個(gè)Si半導(dǎo)體基板(Si晶圓)10。在該Si半導(dǎo)體基板10上形成有光波導(dǎo)21，由該光波導(dǎo)21構(gòu)成環(huán)形諧振器20。在圖1所示的例子中，環(huán)形諧振器20具有被形成于Si半導(dǎo)體基板10的多個(gè)反射部22(22A、22B、22C)折回的多個(gè)直線光波導(dǎo)，在圖2所示的例子中，環(huán)形諧振器20具有包含曲線光波導(dǎo)21W1、21W2的環(huán)狀光波導(dǎo)。在此，在Si半導(dǎo)體基板10形成蝕刻槽之后，在該槽中填充折射率不同的物質(zhì)，或者在槽的側(cè)面形成金屬面等，由此能夠形成反射部22。
[0021]半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置I在Si半導(dǎo)體基板10上具備半導(dǎo)體激光部2。半導(dǎo)體激光部2既可以是由形成于光波導(dǎo)21的至少一部分的發(fā)光放大部2A和環(huán)形諧振器20構(gòu)成的環(huán)形激光器，也可以是在發(fā)光放大部2A的兩端形成蝕刻槽且在其側(cè)面設(shè)置半透射反射面來(lái)構(gòu)成諧振器的激光器。半導(dǎo)體激光部2產(chǎn)生相互朝相反方向環(huán)繞環(huán)形諧振器20的兩個(gè)激光(激光LI和激光L2)。如圖1所不，可以在光波導(dǎo)21中設(shè)置兩個(gè)(光放大部2A1、2A2)或3個(gè)(光放大部2A1、2A2、2A3)或其以上的發(fā)光放大部2A。
[0022]半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置I具備從環(huán)形諧振器20取出兩個(gè)激光L1、L2的激光取出部3。在圖1所示的例子中，激光取出部3通過(guò)將設(shè)置于構(gòu)成環(huán)形諧振器20的光波導(dǎo)21與取出光波導(dǎo)21A之間的反射部22A設(shè)為半透明反射鏡(分束器)而構(gòu)成，在圖2所示的例子中，由形成于構(gòu)成環(huán)形諧振器20的光波導(dǎo)21與取出光波導(dǎo)21A之間的光定向耦合器構(gòu)成。
[0023]半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置I具備檢測(cè)從激光取出部3取出的兩個(gè)激光L1、L2的頻率差的的光檢測(cè)部4。光檢測(cè)部4形成于Si半導(dǎo)體基板10，且一體形成于取出光波導(dǎo)21A的端部。光檢測(cè)部4能夠通過(guò)檢測(cè)激光L1、L2的差頻來(lái)檢測(cè)激光L1、L2的頻率差。
[0024]半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置I在Si半導(dǎo)體基板10上具備對(duì)光檢測(cè)部4所檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理的運(yùn)算處理部5。運(yùn)算處理部5既可以由在Si半導(dǎo)體基板10上制作的半導(dǎo)體元件形成運(yùn)算處理電路，也可以由在Si半導(dǎo)體基板10上封裝的IC芯片構(gòu)成。
[0025]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體環(huán)形激光裝置中的發(fā)光放大部的結(jié)構(gòu)和形成方法的一例的說(shuō)明圖。首先，形成在Si半導(dǎo)體基板10摻雜砷(As)而成的第I半導(dǎo)體層10η。其中，第I半導(dǎo)體層1n為η型半導(dǎo)體層。
[0026]接著，如圖3(a)所示，將氧打入到第I半導(dǎo)體層1n等來(lái)形成S12絕緣層11。在圖示的例子中，在第I半導(dǎo)體層1n的內(nèi)部形成內(nèi)部絕緣層11a，在第I半導(dǎo)體層1n的表面形成一對(duì)表面絕緣層llb、llc。內(nèi)部絕緣層Ila能夠通過(guò)將氧打入到Si半導(dǎo)體基板10的表面之后進(jìn)行加熱氧化處理來(lái)使S12層擴(kuò)散至內(nèi)部，或者在Si半導(dǎo)體基板10的表面形成S12層之后在表面進(jìn)行Si膜的成膜等來(lái)形成。一對(duì)表面絕緣層IlbUlc能夠通過(guò)將氧打入到在光刻工序中形成了圖案的掩模開口并進(jìn)行加熱氧化處理等來(lái)形成。
[0027]接著，如圖3(b)所示，在表面絕緣層llb、llc的外側(cè)進(jìn)一步摻雜砷(As)來(lái)形成η+層12，通過(guò)在表面絕緣層IlbUlc之間以高濃度摻雜硼(B)來(lái)形成第2半導(dǎo)體層(P型半導(dǎo)體層)13。并且，如圖3(c)所示，在η+層12之上形成金屬電極14，在第2半導(dǎo)體層13之上形成透明電極(ΙΤ0等)15之后，在金屬電極14與透明電極15之間施加正向電壓，通過(guò)以流過(guò)pn接合部13a的電流的焦耳熱進(jìn)行的退火處理而使硼⑶擴(kuò)散。并且，通過(guò)在該退火處理過(guò)程中對(duì)pn接合部13a照射光L來(lái)在pn接合部13a附近產(chǎn)生修整光子。
[0028]Si半導(dǎo)體基板本身為間接躍迀的半導(dǎo)體，其發(fā)光效率較低，僅通過(guò)形成pn接合部無(wú)法得到有效的發(fā)光，并且，其本身不具有可見光區(qū)域的光透射性。相對(duì)于此，對(duì)Si半導(dǎo)體基板實(shí)施援用聲子的退火來(lái)在Pn接合部附近產(chǎn)生修整光子，使作為間接躍迀型半導(dǎo)體的Si猶如直接躍迀型半導(dǎo)體似的發(fā)生變化，從而能夠進(jìn)行高效率、高輸出的pn接合型發(fā)光。用于得到