半導體環形激光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能夠構成環形激光陀螺等的半導體環形激光裝置。
【背景技術】
[0002]環形激光裝置中已知有使用He-Ne氣體等作為激光發光介質的氣體環形激光裝置和使用固體激光元件的固體環形激光裝置。氣體環形激光裝置存在裝置為大型、需要真空技術、壽命短且激發需要高電壓而耗電較大等實用上的缺點。相對于此，固體環形激光裝置具有能夠使裝置小型化、長壽命化、低耗電化、可靠性的提高等優點，但需要用于將用以激發環形諧振器內的激光固體元件的激發光源聚光于激光固體元件的光學系統，由此存在裝置大型化的技術問題。
[0003]作為解決這種問題的方案，在下述專利文獻I中提出有如下半導體環形激光裝置，其在一個基板上構成的環形諧振器的光路內配置有兩端面施加防反射膜的半導體激光元件，且具備半導體激光元件的驅動電源，并且通過該驅動電源直接進行激光振蕩。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利公開2006-319104號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的技術課題
[0008]根據前述現有的半導體環形激光裝置，雖然不需要用于對來自激發光源的光進行聚光的透鏡光學系統，但需要通過在形成于基板上的環形諧振器的光路內另行設置半導體激光元件來進行設定于基板上的光路與半導體激光元件的輸出光的光軸對準，若不能精確度良好地進行該光軸對準，則存在無法得到環形激光器的穩定振蕩的問題。
[0009]并且，在基板上配置用于形成環形諧振器的反射鏡和用于檢測角速度的受光元件時，也需要以高精確度配置它們的位置關系，因此難以進行制造，若不能精確度良好地進行它們的配置位置關系，則也會因此而存在無法得到環形激光器的穩定振蕩，并且，無法進行精確度較高的角速度檢測的問題。
[0010]并且，在現有的半導體環形激光裝置中，作為環形激光陀螺而構成時，需要另行設置根據相互朝相反方向環繞環形諧振器的兩個激光的頻率差的檢測值來運算角速度的運算處理電路，因此存在無法應對各種技術領域的應用中所要求的超小型、超輕質化的要求的問題。
[0011]本發明將解決這種問題作為課題的一例。即，本發明的目的在于能夠使環形激光器穩定振蕩，且能夠以較高的精確度進行角速度檢測，并且能夠滿足超小型、超輕質化的要求等。
[0012]用于解決技術課題的手段
[0013]為了實現這種目的，本發明的半導體環形激光裝置，其特征在于，具備:一個Si半導體基板；環形諧振器，由形成于所述Si半導體基板的光波導構成；半導體激光部，在所述光波導的至少一部分具備發光放大部，且產生相互朝相反方向環繞所述環形諧振器的兩個激光；及光檢測部，形成于所述Si半導體基板，且從所述環形諧振器取出所述兩個激光來檢測該兩個激光的頻率差，所述發光放大部具有Pn接合部，所述pn接合部通過一邊對在所述Si半導體基板中的第I半導體層以高濃度摻雜B (硼)而得到的第2半導體層照射光，一邊實施退火處理而得到。
[0014]具有這種特征的本發明利用pn接合部具有發光放大功能這一點來在一個Si半導體基板上形成半導體環形激光裝置，所述pn接合部通過在Si半導體基板中的共用的第I半導體層以高濃度摻雜B (硼)來形成第2半導體層，且一邊對該第2半導體層發射光照射，一邊實施退火處理而得到。據此，能夠在光波導的一部分形成光放大部，因此無需進行繁雜的光軸對準，且能夠使環形激光器穩定振蕩。并且，能夠在Si半導體基板上一體地制作對光檢測部的檢測信號進行運算處理的運算處理部，因此能夠滿足超小型、超輕質化的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示本發明的一實施方式所涉及的半導體環形激光裝置的說明圖。
[0016]圖2是表示本發明的一實施方式所涉及的半導體環形激光裝置的說明圖。
[0017]圖3是表示本發明的實施方式所涉及的半導體環形激光裝置中的發光放大部及光檢測部的結構及形成方法的說明圖。
[0018]圖4是表示本發明的實施方式所涉及的半導體環形激光裝置中的光波導的結構及形成方法的說明圖。
[0019]圖5是表示本發明的實施方式所涉及的半導體環形激光裝置中的光檢測部的結構的一例的說明圖。
【具體實施方式】
[0020]以下，參考附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1及圖2是表示本發明的一實施方式所涉及的半導體環形激光裝置的說明圖。半導體環形激光裝置I具備一個Si半導體基板(Si晶圓)10。在該Si半導體基板10上形成有光波導21，由該光波導21構成環形諧振器20。在圖1所示的例子中，環形諧振器20具有被形成于Si半導體基板10的多個反射部22(22A、22B、22C)折回的多個直線光波導，在圖2所示的例子中，環形諧振器20具有包含曲線光波導21W1、21W2的環狀光波導。在此，在Si半導體基板10形成蝕刻槽之后，在該槽中填充折射率不同的物質，或者在槽的側面形成金屬面等，由此能夠形成反射部22。
[0021]半導體環形激光裝置I在Si半導體基板10上具備半導體激光部2。半導體激光部2既可以是由形成于光波導21的至少一部分的發光放大部2A和環形諧振器20構成的環形激光器，也可以是在發光放大部2A的兩端形成蝕刻槽且在其側面設置半透射反射面來構成諧振器的激光器。半導體激光部2產生相互朝相反方向環繞環形諧振器20的兩個激光(激光LI和激光L2)。如圖1所不，可以在光波導21中設置兩個(光放大部2A1、2A2)或3個(光放大部2A1、2A2、2A3)或其以上的發光放大部2A。
[0022]半導體環形激光裝置I具備從環形諧振器20取出兩個激光L1、L2的激光取出部3。在圖1所示的例子中，激光取出部3通過將設置于構成環形諧振器20的光波導21與取出光波導21A之間的反射部22A設為半透明反射鏡(分束器)而構成，在圖2所示的例子中，由形成于構成環形諧振器20的光波導21與取出光波導21A之間的光定向耦合器構成。
[0023]半導體環形激光裝置I具備檢測從激光取出部3取出的兩個激光L1、L2的頻率差的的光檢測部4。光檢測部4形成于Si半導體基板10，且一體形成于取出光波導21A的端部。光檢測部4能夠通過檢測激光L1、L2的差頻來檢測激光L1、L2的頻率差。
[0024]半導體環形激光裝置I在Si半導體基板10上具備對光檢測部4所檢測的檢測信號進行運算處理的運算處理部5。運算處理部5既可以由在Si半導體基板10上制作的半導體元件形成運算處理電路，也可以由在Si半導體基板10上封裝的IC芯片構成。
[0025]圖3是表示本發明的實施方式所涉及的半導體環形激光裝置中的發光放大部的結構和形成方法的一例的說明圖。首先，形成在Si半導體基板10摻雜砷(As)而成的第I半導體層10η。其中，第I半導體層1n為η型半導體層。
[0026]接著，如圖3(a)所示，將氧打入到第I半導體層1n等來形成S12絕緣層11。在圖示的例子中，在第I半導體層1n的內部形成內部絕緣層11a，在第I半導體層1n的表面形成一對表面絕緣層llb、llc。內部絕緣層Ila能夠通過將氧打入到Si半導體基板10的表面之后進行加熱氧化處理來使S12層擴散至內部，或者在Si半導體基板10的表面形成S12層之后在表面進行Si膜的成膜等來形成。一對表面絕緣層IlbUlc能夠通過將氧打入到在光刻工序中形成了圖案的掩模開口并進行加熱氧化處理等來形成。
[0027]接著，如圖3(b)所示，在表面絕緣層llb、llc的外側進一步摻雜砷(As)來形成η+層12，通過在表面絕緣層IlbUlc之間以高濃度摻雜硼(B)來形成第2半導體層(P型半導體層)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，通過以流過pn接合部13a的電流的焦耳熱進行的退火處理而使硼⑶擴散。并且，通過在該退火處理過程中對pn接合部13a照射光L來在pn接合部13a附近產生修整光子。
[0028]Si半導體基板本身為間接躍迀的半導體，其發光效率較低，僅通過形成pn接合部無法得到有效的發光，并且，其本身不具有可見光區域的光透射性。相對于此，對Si半導體基板實施援用聲子的退火來在Pn接合部附近產生修整光子，使作為間接躍迀型半導體的Si猶如直接躍迀型半導體似的發生變化，從而能夠進行高效率、高輸出的pn接合型發光。用于得到