JPH0719879A - 半導体光ジャイロ - Google Patents
半導体光ジャイロInfo
- Publication number
- JPH0719879A JPH0719879A JP16070093A JP16070093A JPH0719879A JP H0719879 A JPH0719879 A JP H0719879A JP 16070093 A JP16070093 A JP 16070093A JP 16070093 A JP16070093 A JP 16070093A JP H0719879 A JPH0719879 A JP H0719879A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- optical
- output light
- optical waveguide
- semiconductor substrate
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- Pending
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 戻り光が無く、かつ半導体基板上にコンパク
トに集積できる光ジャイロの光学系を提供し、半導体光
ジャイロを実現する。 【構成】 半導体基板上に形成された半導体レーザの一
方の出力光を前記半導体基板上に形成された周回光導波
路で前記半導体基板上を周回させ、周回後の前記出力光
を前記半導体レーザの他方の出力光と結合させ、得られ
る両出力光の干渉信号を測定する構成としたことを特徴
とする。また、前記周回光導波路中に光導波路の損失に
よる出力光の減衰分を補償する半導体光増幅器を形成し
たことを特徴とする。
トに集積できる光ジャイロの光学系を提供し、半導体光
ジャイロを実現する。 【構成】 半導体基板上に形成された半導体レーザの一
方の出力光を前記半導体基板上に形成された周回光導波
路で前記半導体基板上を周回させ、周回後の前記出力光
を前記半導体レーザの他方の出力光と結合させ、得られ
る両出力光の干渉信号を測定する構成としたことを特徴
とする。また、前記周回光導波路中に光導波路の損失に
よる出力光の減衰分を補償する半導体光増幅器を形成し
たことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ジャイロに関し、特
に半導体基板上に構成要素を集積した半導体光ジャイロ
に関するものである。
に半導体基板上に構成要素を集積した半導体光ジャイロ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ジャイロとしては、従来より光ファイ
バを用いたファイバジャイロがある。このファイバジャ
イロは、光源に半導体を用いることにより小型化されて
いるが、更なる小型化のためには、ファイバを用いた光
学系が問題となる。この問題を解決するものとして、光
ジャイロの光学系を半導体基板上に集積した半導体光ジ
ャイロが考えられる。しかし、従来のファイバジャイロ
のように、光源の片側の出力光を二つに分けて干渉させ
る光学系では戻り光が存在し、光源として半導体レーザ
を用いる場合、戻り光の影響を除くために、光アイソレ
ータが必要となる。現在半導体に集積できる光アイソレ
ータは開発されておらず、したがって、このような半導
体光ジャイロはない。
バを用いたファイバジャイロがある。このファイバジャ
イロは、光源に半導体を用いることにより小型化されて
いるが、更なる小型化のためには、ファイバを用いた光
学系が問題となる。この問題を解決するものとして、光
ジャイロの光学系を半導体基板上に集積した半導体光ジ
ャイロが考えられる。しかし、従来のファイバジャイロ
のように、光源の片側の出力光を二つに分けて干渉させ
る光学系では戻り光が存在し、光源として半導体レーザ
を用いる場合、戻り光の影響を除くために、光アイソレ
ータが必要となる。現在半導体に集積できる光アイソレ
ータは開発されておらず、したがって、このような半導
体光ジャイロはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光アイソレータが使用
できない半導体光集積回路で大きな問題となるのは、戻
り光の影響であり、この問題を除くためには、戻り光の
無い光学系が必要となる。また、半導体光集積回路の歩
留りとコストを改善するためには、素子面積を小さくす
ることが必要であり。半導体基板上にコンパクトに集積
できる光学系の開発が重要となる。
できない半導体光集積回路で大きな問題となるのは、戻
り光の影響であり、この問題を除くためには、戻り光の
無い光学系が必要となる。また、半導体光集積回路の歩
留りとコストを改善するためには、素子面積を小さくす
ることが必要であり。半導体基板上にコンパクトに集積
できる光学系の開発が重要となる。
【０００４】本発明は、上記従来技術の課題を踏まえて
成されたものであり、戻り光が無く、かつ半導体基板上
にコンパクトに集積できる光ジャイロの光学系を提供
し、半導体光ジャイロを実現することを目的としたもの
である。
成されたものであり、戻り光が無く、かつ半導体基板上
にコンパクトに集積できる光ジャイロの光学系を提供
し、半導体光ジャイロを実現することを目的としたもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、半導体基板上に形成された半導体レ
ーザの一方の出力光を前記半導体基板上に形成された周
回光導波路で前記半導体基板上を周回させ、周回後の前
記出力光を前記半導体レーザの他方の出力光と結合さ
せ、得られる両出力光の干渉信号を測定する構成とした
ことを特徴とする。また、前記周回光導波路中に光導波
路の損失による出力光の減衰分を補償する半導体光増幅
器を形成したことを特徴とする。
の本発明の構成は、半導体基板上に形成された半導体レ
ーザの一方の出力光を前記半導体基板上に形成された周
回光導波路で前記半導体基板上を周回させ、周回後の前
記出力光を前記半導体レーザの他方の出力光と結合さ
せ、得られる両出力光の干渉信号を測定する構成とした
ことを特徴とする。また、前記周回光導波路中に光導波
路の損失による出力光の減衰分を補償する半導体光増幅
器を形成したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の半導体光ジャイロにより、小型軽量な
だけでなく、対衝撃性に優れ、かつ大量生産可能な光ジ
ャイロが実現でき、新しい応用分野を開く可能性もあ
る。
だけでなく、対衝撃性に優れ、かつ大量生産可能な光ジ
ャイロが実現でき、新しい応用分野を開く可能性もあ
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明の半導体光ジャイロの一実施例を示す構成図
である。図１において、半導体レーザ（以下、単にＬＤ
という）２の右側への出力光は、周回光導波路３により
半導体基板１上を周回する。光導波路の損失により、出
力光は周回に伴い減衰するが、周回光導波路３の一部に
設けられた半導体光増幅器（以下、単にＡＭＰという）
４により増幅され、減衰分は補償される。この出力光は
周回光導波路３により多数回周回後、二つに分岐され、
受光素子（以下、単にＰＤという）５，６に向かう。一
方、ＬＤ２の左側への出力光も二つに分岐され、ＰＤ
５，６に向かう。両出力光は、ＰＤ５，６の手前で結合
し、ＰＤ５，６に両出力光の干渉信号が得られる。
１は本発明の半導体光ジャイロの一実施例を示す構成図
である。図１において、半導体レーザ（以下、単にＬＤ
という）２の右側への出力光は、周回光導波路３により
半導体基板１上を周回する。光導波路の損失により、出
力光は周回に伴い減衰するが、周回光導波路３の一部に
設けられた半導体光増幅器（以下、単にＡＭＰという）
４により増幅され、減衰分は補償される。この出力光は
周回光導波路３により多数回周回後、二つに分岐され、
受光素子（以下、単にＰＤという）５，６に向かう。一
方、ＬＤ２の左側への出力光も二つに分岐され、ＰＤ
５，６に向かう。両出力光は、ＰＤ５，６の手前で結合
し、ＰＤ５，６に両出力光の干渉信号が得られる。
【０００８】また、ＬＤ２は、周期１３０ｎｍの回折格
子を持つ分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）
レーザで、波長８５０ｎｍ付近で単一モード発振する。
ＡＭＰ４は、進行波型半導体レーザ増幅器で、ＰＤ５，
６は、ＰＩＮ型フォトダイオードである。光導波路３の
幅は２μｍである。
子を持つ分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）
レーザで、波長８５０ｎｍ付近で単一モード発振する。
ＡＭＰ４は、進行波型半導体レーザ増幅器で、ＰＤ５，
６は、ＰＩＮ型フォトダイオードである。光導波路３の
幅は２μｍである。
【０００９】次に、本発明の半導体光ジャイロの作製プ
ロセスを説明する。 （１）図２に示すように、有機金属気相成長法により、
ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、 ｎ型ＧａＡｓバッファー層（０．５μｍ）１２ →ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層（１．５μｍ）１
３ →アンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ（ｘ＝０．６〜０．３）
ＧＲＩＮ層（１５０ｎｍ）１４ →アンドープＧａＡｓ量子井戸層（１０ｎｍ）１５ →アンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ（ｘ＝０．３〜０．６）
ＧＲＩＮ層（１５０ｎｍ）１６ →ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓキャリアブロック層（２０ｎ
ｍ）１７ →ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層（３０ｎｍ）１８ を温度７８０℃で成長する。
ロセスを説明する。 （１）図２に示すように、有機金属気相成長法により、
ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、 ｎ型ＧａＡｓバッファー層（０．５μｍ）１２ →ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層（１．５μｍ）１
３ →アンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ（ｘ＝０．６〜０．３）
ＧＲＩＮ層（１５０ｎｍ）１４ →アンドープＧａＡｓ量子井戸層（１０ｎｍ）１５ →アンドープＡｌXＧａ1-XＡｓ（ｘ＝０．３〜０．６）
ＧＲＩＮ層（１５０ｎｍ）１６ →ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓキャリアブロック層（２０ｎ
ｍ）１７ →ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層（３０ｎｍ）１８ を温度７８０℃で成長する。
【００１０】（２）電子ビーム露光と硫酸過水によるエ
ッチングで、ガイド層１８にＤＦＢレーザ用回折格子２
１、リブ型光導波路２２を形成する。ここで、エッチン
グ後の上面図を図３（ａ）に、図３（ａ）中のａ−ｂ，
ｃ−ｄの断面図を図３（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。
なお、周回光導波路３は簡略化のために１周のみとし
た。この時のエッチングは、ガイド層１８を完全にエッ
チングし、キャリアブロック層１７中で止まるように制
御する。これにより、エッチングされた部分とされてい
ない部分の違いがガイド層の有無になり、エッチングに
よる屈折率差がガイド層の厚さにより決まることにな
る。また、光の直進性のため、導波路の交差部分も同一
平面で良く、立体的にする必要はない。
ッチングで、ガイド層１８にＤＦＢレーザ用回折格子２
１、リブ型光導波路２２を形成する。ここで、エッチン
グ後の上面図を図３（ａ）に、図３（ａ）中のａ−ｂ，
ｃ−ｄの断面図を図３（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。
なお、周回光導波路３は簡略化のために１周のみとし
た。この時のエッチングは、ガイド層１８を完全にエッ
チングし、キャリアブロック層１７中で止まるように制
御する。これにより、エッチングされた部分とされてい
ない部分の違いがガイド層の有無になり、エッチングに
よる屈折率差がガイド層の厚さにより決まることにな
る。また、光の直進性のため、導波路の交差部分も同一
平面で良く、立体的にする必要はない。
【００１１】（３）図４に示すように、ＬＤ２，ＡＭＰ
４，ＰＤ５，６となる部分をマスク３１し、これ以外の
部分に、エネルギー１００ｋｅＶ，ドーズ量１×１０13
ｃｍ -2でＳｉをイオン注入する。
４，ＰＤ５，６となる部分をマスク３１し、これ以外の
部分に、エネルギー１００ｋｅＶ，ドーズ量１×１０13
ｃｍ -2でＳｉをイオン注入する。
【００１２】（４）図５は２回目の成長後の図３（ａ）
中のｃ−ｄ断面図を示したものである。図５に示すよう
に、有機金属気相成長法で、回折格子２１とリブ型光導
波路２２を形成したガイド層１８上に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇ
ａ0.4Ａｓクラッド層（１．５μｍ）１９、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層（０．３μｍ）２０を、温度７５０℃で成
長する。Ｓｉ不純物によりＡｌとＧａの相互拡散が助長
されるため、この時の昇温により、Ｓｉをイオン注入し
た部分の量子井戸が無秩序化する。この無秩序化によ
り、量子井戸の吸収端が短波長側にシフトし、Ｓｉをイ
オン注入した部分が低損失な導波路となる。図５中、点
線部の量子井戸層１５１が無秩序化されている。
中のｃ−ｄ断面図を示したものである。図５に示すよう
に、有機金属気相成長法で、回折格子２１とリブ型光導
波路２２を形成したガイド層１８上に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇ
ａ0.4Ａｓクラッド層（１．５μｍ）１９、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層（０．３μｍ）２０を、温度７５０℃で成
長する。Ｓｉ不純物によりＡｌとＧａの相互拡散が助長
されるため、この時の昇温により、Ｓｉをイオン注入し
た部分の量子井戸が無秩序化する。この無秩序化によ
り、量子井戸の吸収端が短波長側にシフトし、Ｓｉをイ
オン注入した部分が低損失な導波路となる。図５中、点
線部の量子井戸層１５１が無秩序化されている。
【００１３】（５）ＬＤ２，ＡＭＰ４部分の電流注入領
域を制限するためのみぞ構造３２と、ＰＤ５，６の電極
を電気的に絶縁するためのみぞ構造３３をエッチング
し、さらにＳｉＯ2 膜３４の成膜とエッチングを行い、
その後、ＬＤ２，ＡＭＰ４，ＰＤ５，６に上部電極３５
と下部電極３６を形成する。なお、みぞ構造を示す上面
図を図６に、図６中のｅ−ｆ，ｇ−ｈ，ｊ−ｋの断面図
を図７（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。
域を制限するためのみぞ構造３２と、ＰＤ５，６の電極
を電気的に絶縁するためのみぞ構造３３をエッチング
し、さらにＳｉＯ2 膜３４の成膜とエッチングを行い、
その後、ＬＤ２，ＡＭＰ４，ＰＤ５，６に上部電極３５
と下部電極３６を形成する。なお、みぞ構造を示す上面
図を図６に、図６中のｅ−ｆ，ｇ−ｈ，ｊ−ｋの断面図
を図７（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。
【００１４】図１に戻り、このように形成・構成された
半導体光ジャイロにおいて、半導体基板１が角速度Ωで
回転すると、ＬＤ２の右側への出力光は、周回光導波路
３を周回中にＳａｇｎａｃ効果を受け、ＰＤ５，６に入
射するまでに、回転角速度Ωに比例した位相変化Δφを
生じる。一方、ＬＤ２の左側への出力光は周回せずに、
ＰＤ５，６に入射するため、半導体基板１の回転による
位相変化は生じない。したがって、半導体基板１の回転
により、ＰＤ５，６に得られる干渉信号強度が図８に示
すように変化し、干渉信号強度から半導体基板１の回転
角速度Ωが測定でき、光ジャイロとして動作する。
半導体光ジャイロにおいて、半導体基板１が角速度Ωで
回転すると、ＬＤ２の右側への出力光は、周回光導波路
３を周回中にＳａｇｎａｃ効果を受け、ＰＤ５，６に入
射するまでに、回転角速度Ωに比例した位相変化Δφを
生じる。一方、ＬＤ２の左側への出力光は周回せずに、
ＰＤ５，６に入射するため、半導体基板１の回転による
位相変化は生じない。したがって、半導体基板１の回転
により、ＰＤ５，６に得られる干渉信号強度が図８に示
すように変化し、干渉信号強度から半導体基板１の回転
角速度Ωが測定でき、光ジャイロとして動作する。
【００１５】ただし、ここで問題となるのは、干渉信号
強度が最大か最小の位置にある場合、回転角速度Ωが増
加したのか減少したのか（または右周りか左周りか）分
からないことである。このため、出力光を二つに分岐
し、それぞれの出力光のＰＤまでの光路長を調整し、図
９に示すような位相の異なる干渉信号を得るようにす
る。これにより、一方の干渉信号が最大か最小の位置で
も、他方の干渉信号により回転角速度Ωが増加したのか
減少したのかが分かるようになる。
強度が最大か最小の位置にある場合、回転角速度Ωが増
加したのか減少したのか（または右周りか左周りか）分
からないことである。このため、出力光を二つに分岐
し、それぞれの出力光のＰＤまでの光路長を調整し、図
９に示すような位相の異なる干渉信号を得るようにす
る。これにより、一方の干渉信号が最大か最小の位置で
も、他方の干渉信号により回転角速度Ωが増加したのか
減少したのかが分かるようになる。
【００１６】なお、上記実施例においては、ＬＤ２の右
側の出力光のみ半導体基板上を周回させているが、更に
左側の出力光を右側とは逆向きに周回させ、その後、干
渉させても良い。この場合、得られる位相変化が２倍と
なり、光ジャイロの感度が向上する。
側の出力光のみ半導体基板上を周回させているが、更に
左側の出力光を右側とは逆向きに周回させ、その後、干
渉させても良い。この場合、得られる位相変化が２倍と
なり、光ジャイロの感度が向上する。
【００１７】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、ＬＤの両側の出力光を干渉させ
ることにより、戻り光が無く、かつ半導体基板上にコン
パクトに集積できる光ジャイロの光学系が構成でき、半
導体光ジャイロを実現できる。
うに、本発明によれば、ＬＤの両側の出力光を干渉させ
ることにより、戻り光が無く、かつ半導体基板上にコン
パクトに集積できる光ジャイロの光学系が構成でき、半
導体光ジャイロを実現できる。
【図１】本発明の半導体光ジャイロの一実施例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】図１装置の作製プロセスを示す図である。
【図３】図１装置の作製プロセスを示す図である。
【図４】図１装置の作製プロセスを示す図である。
【図５】図１装置の作製プロセスを示す図である。
【図６】図１装置の作製プロセスを示す図である。
【図７】図１装置の作製プロセスを示す図である。
【図８】回転角速度と干渉信号強度の関係を示す図であ
る。
る。
【図９】回転角速度と干渉信号強度の関係を示す図であ
る。
る。
１ 半導体基板 ２ 半導体レーザ（ＬＤ） ３ 周回光導波路 ４ 半導体光増幅器（ＡＭＰ） ５，６ 受光素子（ＰＤ）
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された半導体レーザ
の一方の出力光を前記半導体基板上に形成された周回光
導波路で前記半導体基板上を周回させ、周回後の前記出
力光を前記半導体レーザの他方の出力光と結合させ、得
られる両出力光の干渉信号を測定する構成としたことを
特徴とする半導体光ジャイロ。 - 【請求項２】 前記周回光導波路中に光導波路の損失に
よる出力光の減衰分を補償する半導体光増幅器を形成し
たことを特徴とする請求項１記載の半導体光ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16070093A JPH0719879A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 半導体光ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16070093A JPH0719879A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 半導体光ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719879A true JPH0719879A (ja) | 1995-01-20 |
Family
ID=15720586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16070093A Pending JPH0719879A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 半導体光ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719879A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009059729A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子 |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16070093A patent/JPH0719879A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009059729A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子 |
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