半导体环形激光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够构成环形激光陀螺等的半导体环形激光装置。
【背景技术】
[0002]环形激光装置中已知有使用He-Ne气体等作为激光发光介质的气体环形激光装置和使用固体激光元件的固体环形激光装置。气体环形激光装置存在装置为大型、需要真空技术、寿命短且激发需要高电压而耗电较大等实用上的缺点。相对于此，固体环形激光装置具有能够使装置小型化、长寿命化、低耗电化、可靠性的提高等优点，但需要用于将用以激发环形谐振器内的激光固体元件的激发光源聚光于激光固体元件的光学系统，由此存在装置大型化的技术问题。
[0003]作为解决这种问题的方案，在下述专利文献I中提出有如下半导体环形激光装置，其在一个基板上构成的环形谐振器的光路内配置有两端面施加防反射膜的半导体激光元件，且具备半导体激光元件的驱动电源，并且通过该驱动电源直接进行激光振荡。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开2006-319104号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术课题
[0008]根据前述现有的半导体环形激光装置，虽然不需要用于对来自激发光源的光进行聚光的透镜光学系统，但需要通过在形成于基板上的环形谐振器的光路内另行设置半导体激光元件来进行设定于基板上的光路与半导体激光元件的输出光的光轴对准，若不能精确度良好地进行该光轴对准，则存在无法得到环形激光器的稳定振荡的问题。
[0009]并且，在基板上配置用于形成环形谐振器的反射镜和用于检测角速度的受光元件时，也需要以高精确度配置它们的位置关系，因此难以进行制造，若不能精确度良好地进行它们的配置位置关系，则也会因此而存在无法得到环形激光器的稳定振荡，并且，无法进行精确度较高的角速度检测的问题。
[0010]并且，在现有的半导体环形激光装置中，作为环形激光陀螺而构成时，需要另行设置根据相互朝相反方向环绕环形谐振器的两个激光的频率差的检测值来运算角速度的运算处理电路，因此存在无法应对各种技术领域的应用中所要求的超小型、超轻质化的要求的问题。
[0011]本发明将解决这种问题作为课题的一例。即，本发明的目的在于能够使环形激光器稳定振荡，且能够以较高的精确度进行角速度检测，并且能够满足超小型、超轻质化的要求等。
[0012]用于解决技术课题的手段
[0013]为了实现这种目的，本发明的半导体环形激光装置，其特征在于，具备:一个Si半导体基板；环形谐振器，由形成于所述Si半导体基板的光波导构成；半导体激光部，在所述光波导的至少一部分具备发光放大部，且产生相互朝相反方向环绕所述环形谐振器的两个激光；及光检测部，形成于所述Si半导体基板，且从所述环形谐振器取出所述两个激光来检测该两个激光的频率差，所述发光放大部具有Pn接合部，所述pn接合部通过一边对在所述Si半导体基板中的第I半导体层以高浓度掺杂B (硼)而得到的第2半导体层照射光，一边实施退火处理而得到。
[0014]具有这种特征的本发明利用pn接合部具有发光放大功能这一点来在一个Si半导体基板上形成半导体环形激光装置，所述pn接合部通过在Si半导体基板中的共用的第I半导体层以高浓度掺杂B (硼)来形成第2半导体层，且一边对该第2半导体层发射光照射，一边实施退火处理而得到。据此，能够在光波导的一部分形成光放大部，因此无需进行繁杂的光轴对准，且能够使环形激光器稳定振荡。并且，能够在Si半导体基板上一体地制作对光检测部的检测信号进行运算处理的运算处理部，因此能够满足超小型、超轻质化的要求。
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的一实施方式所涉及的半导体环形激光装置的说明图。
[0016]图2是表示本发明的一实施方式所涉及的半导体环形激光装置的说明图。
[0017]图3是表示本发明的实施方式所涉及的半导体环形激光装置中的发光放大部及光检测部的结构及形成方法的说明图。
[0018]图4是表示本发明的实施方式所涉及的半导体环形激光装置中的光波导的结构及形成方法的说明图。
[0019]图5是表示本发明的实施方式所涉及的半导体环形激光装置中的光检测部的结构的一例的说明图。
【具体实施方式】
[0020]以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1及图2是表示本发明的一实施方式所涉及的半导体环形激光装置的说明图。半导体环形激光装置I具备一个Si半导体基板(Si晶圆)10。在该Si半导体基板10上形成有光波导21，由该光波导21构成环形谐振器20。在图1所示的例子中，环形谐振器20具有被形成于Si半导体基板10的多个反射部22(22A、22B、22C)折回的多个直线光波导，在图2所示的例子中，环形谐振器20具有包含曲线光波导21W1、21W2的环状光波导。在此，在Si半导体基板10形成蚀刻槽之后，在该槽中填充折射率不同的物质，或者在槽的侧面形成金属面等，由此能够形成反射部22。
[0021]半导体环形激光装置I在Si半导体基板10上具备半导体激光部2。半导体激光部2既可以是由形成于光波导21的至少一部分的发光放大部2A和环形谐振器20构成的环形激光器，也可以是在发光放大部2A的两端形成蚀刻槽且在其侧面设置半透射反射面来构成谐振器的激光器。半导体激光部2产生相互朝相反方向环绕环形谐振器20的两个激光(激光LI和激光L2)。如图1所不，可以在光波导21中设置两个(光放大部2A1、2A2)或3个(光放大部2A1、2A2、2A3)或其以上的发光放大部2A。
[0022]半导体环形激光装置I具备从环形谐振器20取出两个激光L1、L2的激光取出部3。在图1所示的例子中，激光取出部3通过将设置于构成环形谐振器20的光波导21与取出光波导21A之间的反射部22A设为半透明反射镜(分束器)而构成，在图2所示的例子中，由形成于构成环形谐振器20的光波导21与取出光波导21A之间的光定向耦合器构成。
[0023]半导体环形激光装置I具备检测从激光取出部3取出的两个激光L1、L2的频率差的的光检测部4。光检测部4形成于Si半导体基板10，且一体形成于取出光波导21A的端部。光检测部4能够通过检测激光L1、L2的差频来检测激光L1、L2的频率差。
[0024]半导体环形激光装置I在Si半导体基板10上具备对光检测部4所检测的检测信号进行运算处理的运算处理部5。运算处理部5既可以由在Si半导体基板10上制作的半导体元件形成运算处理电路，也可以由在Si半导体基板10上封装的IC芯片构成。
[0025]图3是表示本发明的实施方式所涉及的半导体环形激光装置中的发光放大部的结构和形成方法的一例的说明图。首先，形成在Si半导体基板10掺杂砷(As)而成的第I半导体层10η。其中，第I半导体层1n为η型半导体层。
[0026]接着，如图3(a)所示，将氧打入到第I半导体层1n等来形成S12绝缘层11。在图示的例子中，在第I半导体层1n的内部形成内部绝缘层11a，在第I半导体层1n的表面形成一对表面绝缘层llb、llc。内部绝缘层Ila能够通过将氧打入到Si半导体基板10的表面之后进行加热氧化处理来使S12层扩散至内部，或者在Si半导体基板10的表面形成S12层之后在表面进行Si膜的成膜等来形成。一对表面绝缘层IlbUlc能够通过将氧打入到在光刻工序中形成了图案的掩模开口并进行加热氧化处理等来形成。
[0027]接着，如图3(b)所示，在表面绝缘层llb、llc的外侧进一步掺杂砷(As)来形成η+层12，通过在表面绝缘层IlbUlc之间以高浓度掺杂硼(B)来形成第2半导体层(P型半导体层)13。并且，如图3(c)所示，在η+层12之上形成金属电极14，在第2半导体层13之上形成透明电极(ΙΤ0等)15之后，在金属电极14与透明电极15之间施加正向电压，通过以流过pn接合部13a的电流的焦耳热进行的退火处理而使硼⑶扩散。并且，通过在该退火处理过程中对pn接合部13a照射光L来在pn接合部13a附近产生修整光子。
[0028]Si半导体基板本身为间接跃迀的半导体，其发光效率较低，仅通过形成pn接合部无法得到有效的发光，并且，其本身不具有可见光区域的光透射性。相对于此，对Si半导体基板实施援用声子的退火来在Pn接合部附近产生修整光子，使作为间接跃迀型半导体的Si犹如直接跃迀型半导体似的发生变化，从而能够进行高效率、高输出的pn接合型发光。用于得到