这种pn接合型发光的硼⑶掺杂条件的一例为将剂量密度设为5X1013/cm2、将打入时的加速能量设为700keV、将在退火过程中照射的光L的波长设为可见光区域中的所希望的波长频带。
[0029]之后，如图3(d)所示，通过去除透明电极15并在第2半导体层13之上形成金属电极16来形成将pn接合部13a作为活性层的发光放大部2A。发光放大部2A通过在金属电极14与金属电极16之间外加电压而从pn接合部13a放出与在退火过程中照射的光L的波长相同波长的光。
[0030]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一例的说明图。图4(a)所示的工序通过与前述的图3(a)相同的工序进行，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。接着，图4(b)所示的工序通过与图3(b)所示的工序相同的工序进行，在此，省略η+层12来在一对表面绝缘层llb、llc之间形成第2半导体层13。
[0031]图4(c)所示的工序通过与图3(c)所示的工序相同的工序进行，在一对表面绝缘层IlbUlc外侧的第I半导体层1n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(ITO等)15之后，在金属电极14与透明电极15之间外加正向电压，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(B)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。
[0032]其后，如图4(d)所示，通过去除金属电极14及透明电极15来形成光波导21，所述光波导21将第2半导体层13作为光引导层且将表面绝缘层IlbUlc作为包层。并且，光波导21并不限于图4(a)?图4(d)所示的形成方法，例如，如图4(e)所示，也能够通过在形成有内部绝缘层Ila的第I半导体层1n上形成肋1r来形成肋型的光波导21。另外，在图4(e)所示的例子中，在光波导21中传播的光限定于能够透射Si层的红外光。
[0033]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。如图5(b)所不，光检测部4具备具有与发光放大部2A相同的pn接合部13a的结构，能够通过与图3所示的形成工序相同的工序形成。并且，光检测部4具备如图5(a)所示的平面结构，在将第2半导体层13作为光引导层且将表面绝缘层IlbUlc作为包层的光波导21的延长部分形成光检测部4。光检测部4通过在连接于光检测部4的金属电极14的端子4a、4b与连接于金属电极16的端子4c之间施加零偏压或逆偏压来输出由在光波导21中传播过来的激光L1、L2的入射而产生的电流的变化。另外，光检测部4并不限定于图5所示的例子，也可以由在Si半导体基板10上封装或连接的受光元件等形成。
[0034]关于本发明的半导体环形激光装置I的动作，以环形激光陀螺为例进行说明。环形激光陀螺利用sagnac效应来检测角速度，若半导体环形激光装置I进行旋转，则相互朝相反方向环绕环形谐振器20的两个激光L1、L2产生频率差，因此通过利用光检测部4检测该差，能够检测半导体环形激光装置I的旋转动作。
[0035]若阈值以上的电流注入到光波导21的发光放大部2A，则在形成半导体激光部2的环形谐振器20的光波导21中沿顺时针方向传播的激光LI和沿逆时针方向传播的激光L2被激发。激光L1、L2的一部分经由激光取出部3传播到取出光波导21A，并入射到形成于取出光波导21A的端部的光检测部4。在取出光波导21A取出的激光L1、L2被合成而入射到光检测部4，因此在光检测部4中检测出激光L1、L2的差频，由此可以检测出激光L1、L2的频率差。根据该频率差，能够求出旋转的角速度。
[0036]如此，本发明的实施方式所涉及的半导体环形激光装置I利用pn接合部13a具有发光放大功能、光导波功能及光检测功能这一点来在一个Si半导体基板10上形成半导体环形激光装置1，所述pn接合部通过在Si半导体基板10的第I半导体层1n以高浓度掺杂B (硼)来形成第2半导体层13，且一边对该第2半导体层13照射光，一边实施退火处理而得到。据此，能够在光波导21的一部分形成光放大部2A和光检测部4，因此通过将这些利用一系列光刻工序来形成，从而无需进行繁杂的光轴对准，就能够使环形激光器稳定振荡，并且能够以较高的精确度进行角速度检测。并且，能够在Si半导体基板10上一体制作对光检测部4的检测信号进行运算处理的运算处理部5，因此能够满足超小型、超轻质化的要求。
[0037]以上，参考附图对本发明的实施方式进行了详述，但具体结构并不限于这些实施方式，即使进行了不脱离本发明宗旨的范围的设计变更等，也包含于本发明。并且，上述各实施方式只要其目的及结构等无特别的矛盾和问题，则可以挪用彼此的技术并进行组合。
[0038]附图标记说明
[0039]1-半导体环形激光装置，2-半导体激光部，2A-发光放大部，3-激光取出部，4_光检测部，5-运算处理部，1-Si半导体基板，1n-第I半导体层，11-绝缘层，Ila-内部绝缘层，llb、llc-表面绝缘层，12-n+层，13-第2半导体层，13a_pn接合部，14、16-金属电极，15-透明电极，20-环形谐振器，21-光波导，21A-取出光波导，22-反射部，L1、L2-激光。
【主权项】
1.一种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即硼而得到的第2半导体层照射光，一边实施退火处理而得到。
2.根据权利要求1所述的半导体环形激光装置，其特征在于， 所述光检测部具有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即硼而得到的第2半导体层照射光，一边实施退火处理而得到。
3.根据权利要求1或2所述的半导体环形激光装置，其特征在于， 所述第I半导体层为在所述Si半导体基板掺杂砷即As而成的η型半导体层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体环形激光装置，其特征在于， 所述Si半导体基板具备运算处理部，所述运算处理部对所述光检测部的检测信号进行运算处理， 所述运算处理部通过在所述Si半导体基板上制作的半导体元件形成运算处理电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体环形激光装置，其特征在于， 所述环形谐振器具有多个直线光波导，所述多个直线光波导被形成于所述Si半导体基板的多个反射部折回。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体环形激光装置，其特征在于， 所述环形谐振器具有包含曲线光波导的环状光波导。
【专利摘要】本发明提供一种半导体环形激光装置，其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。本发明的半导体环形激光装置具备：一个Si半导体基板(10)；环形谐振器(20)，由形成于Si半导体基板(10)的光波导(21)构成；半导体激光部(2)，在光波导(21)的至少一部分具备发光放大部(2A)，且产生相互朝相反方向环绕环形谐振器(20)的两个激光(L1、L2)；及光检测部(4)，形成于Si半导体基板(10)，且从环形谐振器(20)取出两个激光(L1、L2)来检测两个激光(L1、L2)的频率差，发光放大部(2A)具有pn接合部(13a)，所述pn接合部通过一边对在Si半导体基板(10)中的第1半导体层(10n)以高浓度掺杂B即硼而得到的第2半导体层(13)照射光，一边实施退火处理而得到。
【IPC分类】H01S5-14, G01C19-72, H01S5-32, H01L31-10
【公开号】CN104782004
【申请号】CN201380047925
【发明人】梶山康一, 名须川利通, 石川晋, 金尾正康
【申请人】株式会社V技术
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2013年9月4日
【公告号】US20150244146, WO2014042049A1