干渉計光ファイバジャイロスコープ用の半導体基板
【課題】干渉計を形成する方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、単一の半導体基板上に、リング干渉計と、光ファイバジャイロスコープを形成するものである。
【解決手段】この方法は、単一の半導体基板上に、リング干渉計と、光ファイバジャイロスコープを形成するものである。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
政府の権益文
米国政府は、米国海軍によって授与された契約番号Ｎ０００３０−０５−Ｃ−０００７（一次契約）およびＤＬ−Ｈ−５５１０１９（二次契約）に基づき本発明における特定の権利を有する可能性がある。
【０００２】
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）は、光ファイバを巻いた（たとえば、３．２ｋｍ（２マイル）までの）コイルを含む。ＦＯＧは、光ファイバのコイルを通って反対方向に伝播する光波の位相差を求めることによって角回転を測定する。回転と反対方向にコイルを通って伝播する光波は、回転の方向に伝播する光波よりもかかる時間が短い。
【０００３】
通常、ビームスプリッターを有する光学系は、２つの光ビームを受光器に向ける。姿勢角速度０では、２つのビーム間の位相ずれは１８０°であり、２つのビームは互いに打ち消しあい、出力光電流は最小となる。ＦＯＧでは、一つには振動、加速度、および衝撃に対する直交軸感度がないために、極めて正確な回転速度情報が得られる。通常ＦＯＧは、従来のリングレーザジャイロスコープよりも高い分解能を示し、一般に航空機、ミサイル、衛星、その他の車両などの航行用途における回転を測定するのに用いられる。
【０００４】
ファイバに沿う方向（すなわちコイルの軸の周り）の姿勢角速度では、もとの位相ずれが変化する。この位相ずれの変化は、一方のビームの光路が増加し、他方のビームの光路が減少するために起こる。その結果、受光器の電流は増加した照度に応答し、増大する、これは、一般にサニャック効果として知られている。
【０００５】
サニャック効果は、一般にリング干渉法と呼ばれるもので説明される。ＦＯＧと同様に、リング干渉法は、２つのビームに分割された（たとえばレーザ）光ビームを使用する。２つのビームは、反対方向の軌道をたどるようにされる。リングとして働くために、軌道は、ある領域を囲まなければならない。通常のレーザの動作時では、レーザキャビティ内の光は最初複数の周波数であり、急速に１つの周波数が他の周波数をしのぐようになる（その後、光は単色となる）。他をしのぐ周波数は、レーザキャビティ内に合致し、すなわち波長の倍数がキャビティの長さとなる。リングレーザが回転しているときは、反対に伝播する２つのレーザ光ビームの実効経路長が異なる。この時点でレーザプロセスは、レーザ光の２つの周波数を発生する。結果として生ずる２つの周波数は、常に伝播の両方向で同じサイクル数となる（すなわち定在波）。この定在波は、リングレーザが回転していないときは、局所慣性座標系に対して定常となる。定在波は、リングレーザ干渉計が回転している場合も、局所慣性座標系に対して定常となる。この特性により、リング干渉計は、機械式ジャイロスコープを電子化したものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、リング干渉計をＦＯＧと組み合わせるには、別々のレーザ供給源／検出器と、２つの光ビーム用の導波路を有する光ファイバのコイルを集積化する必要がある。このような組合せには、多くの機械的接続が必要になる。相互作用の増大により、信頼性が低下し、多くの使用性および性能の問題（たとえば、より頻繁な較正）を生じやすくなる。また最終製品は、一般に動作要件（たとえばエネルギー消費）のきびしい、かさばったものになる。これらの特性は、多くの現在および将来の用途には役立たない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の説明では、電子デバイスを用いた方位の記録について述べる。具体的には、一実施形態では、干渉計を形成する方法が提供される。この方法は、単一の半導体基板上に、リング干渉計と光ファイバジャイロスコープを形成するものである。
【０００８】
上記その他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関連して、よりよく理解されよう。
様々な図面中の同じ参照番号および名称は、同じ要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、半導体基板上で、リング干渉計を光ファイバジャイロスコープと組み合わせるための少なくとも１つの実施形態について述べる。この組合せを、干渉計光ファイバジャイロスコープ（ＩＦＯＧ）と呼ぶ。有利には、ＩＦＯＧは、同じ半導体基板上の周辺電子回路に関連するビルディングブロックとして役立つ。最終結果として、測定デバイスからの航行関連データを必要とする複数の用途向けの小型ジャイロスコープが得られる。可能な用途は、無人航行無線操縦機および弾道測定センサから、解剖学用の生理学データ記録器におよぶ。
【００１０】
図１は、ＩＦＯＧを組み込んだ電子パッケージ組立体１００の一実施形態のブロック図である。電子パッケージ組立体１００は、デバイス基板１０２、ＩＦＯＧ基板１０４、および基板論理構成要素１０６を含む。電子パッケージ組立体１００の例には、特定用途半導体集積回路（ＡＳＩＣ）などの任意の論理デバイスが含まれる。デバイス基板１０２は、従来の半導体ウェハ製作の当業者に知られている導電材料から構成される。ＩＦＯＧ基板１０４は、デバイス基板１０２内にあり、通信インタフェース１０８に沿って基板論理構成要素１０６と連絡している。基板論理構成要素１０６には、それだけに限らないが、当業者に知られている周辺電子構成要素が含まれる。たとえば、基板論理構成要素１０６には、通常の半導体ウェハ製作法を用いて、１つまたは複数の半導体チップダイ基板上に形成される抵抗、トランジスタ、コンデンサ、インダクタなどが含まれる。説明を簡単にするために、図１には単一のＩＦＯＧ基板１０４が示されていることに留意すべきである。しかしデバイス基板１０２は、任意の適当な数のＩＦＯＧ基板１０４（たとえば、単一のデバイス基板１０２内に少なくとも１つのＩＦＯＧ基板）を収容できることを理解されたい。ＩＦＯＧ基板１０４については、図２に関連して以下にさらに詳細に説明する。
【００１１】
動作においては、電子パッケージ組立体１００は、１つまたは複数の電子デバイス中に組み込まれる。１つまたは複数の電子デバイス（一例として、以下に図１４に関連して、電子デバイス１４０４が示される）は、ＩＦＯＧ基板１０４によって得られる能力を用いて、位置と方位を測定する。一実装形態では、電子デバイス１４０４は、小型の航行支援を必要とする用途に用いるのに適したフォームファクタを保ち、最小量の電力で動作する。電子パッケージ組立体１００は、低電力航行無線操縦機、弾道追跡装置、内科用の追跡支援器など、様々な電子デバイス内にパッケージングするのに適している。干渉計光ファイバジャイロスコープ用に必要な構成要素をＩＦＯＧ基板１０４内に組み込むことにより、別々の構成要素（たとえば、別々の長さの光ファイバを有する別々の光源および検出器）を混成システムまたはデバイスに集積化せずに済む。
【００１２】
図２は、ＩＦＯＧ基板１０４の一実施形態の断面図２００である。ＩＦＯＧ基板１０４は、光源２０２、光検出器２０４、導波路結合器２０６、およびリング干渉計導波路２０８を含む。図２の実施形態の例では、導波路結合器２０６は、光集積回路（ＩＯＣ）２１０１と２１０２をさらに含む。一実装形態では、ＩＯＣ ２１０１と２１０２はそれぞれ、単一の光ビームを少なくとも２つの別々で反対の方向に向けるためのビームスプリッターとして働く。光源導波路２１２は、光源２０２をＩＯＣ ２１０１に結合する。光検出器導波路２１４は、ＩＯＣ ２１０１を光検出器２０４に結合する。ＩＯＣ ２１０２は、リング干渉計導波路２０８の各端部に結合される、一実装形態では、（図２に示されるように）ＩＯＣ ２１０２は、ＩＯＣ ２１０１の鏡像である。導波路結合器２０６の他の実装形態も可能である。光源２０２（光検出器２０４）は、以下に図５（９）、６（１０）、７（１１）、および８（１２）に関連してさらに述べるように、標準の半導体ウェハ製作プロセスを用いて、ＩＦＯＧ基板１０４内に製作される。図２の実施形態の例では、導波路結合器２０６、リング干渉計導波路２０８、光源導波路２１２、および光検出器導波路２１４が、少なくとも１つの連続ファイバ等価光導波路を形成する。一実装形態では、少なくとも１つの連続ファイバ等価光導波路は、光ファイバからは構成されない。
【００１３】
図２の実施形態の例では、リング干渉計導波路２０８は、形状がリング干渉計となるように適合された、ある長さの同心コイルからなる。ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルが、上述の少なくとも１つの連続ファイバ等価光導波路の少なくとも一部となる。一実装形態では、ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルは、（図２に示されるように）導波路結合器２０６と結合するために、１つまたは複数の半導体基板層内に位置する。他の実装形態では、ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルは（光源２０２、導波路結合器２０６、光源導波路２１２、および光検出器導波路２１４と共に）、特定の平面（たとえばｘ−ｙ平面）内に位置し、光検出器２０４は、単一の半導体基板層の別の平面（たとえばｚ平面）内に位置する。
【００１４】
導波路結合器２０６、リング干渉計導波路２０８、光源導波路２１２、および光検出器導波路２１４は、１つまたは複数の電子ビームエッチングプロセスによって形成される。少なくとも１つの電子ビームエッチングプロセスについては、図３および４に関連して以下にさらに詳細に述べる。線ＡＡに沿ったＩＦＯＧ基板１０４の断面図は、以下で図１３に関連してさらに詳細に示される。
【００１５】
動作においては、ＩＦＯＧ基板１０４は、光源２０２を活動化するための電力を受け取る。光源２０２は、光源導波路２１２に沿って、導波路結合器２０６中に光ビームを放出する。ＩＯＣ ２１０２は、放出された光ビームを、（図示のように）リング干渉計導波路２０８を時計（ＣＷ）方向および反時計方向（ＣＣＷ）に通過する２つのビームに分割する。リング干渉計導波路２０８は、面積ベクトル
【００１６】
【数１】
【００１７】
によって表される光路を包含する。導波路結合器２０６は、ＩＯＣ ２１０１内で、リング干渉計導波路２０８の少なくとも１つの戻り光ビームから、先に放出された光ビームを分離する。光検出器２０４が、光検出器導波路２１４上の、少なくとも１つの戻り光ビームを検出した後、ＩＦＯＧ基板１０４は、回転速度ベクトル
【００１８】
【数２】
【００１９】
を確立する。リング干渉計導波路２０８を透過した後、少なくとも１つの戻り光ビームは、以下の式１で示される位相ずれ（位相差）を受ける。
【００２０】
【数３】
【００２１】
上記式１に関して、ΔΦＲは光源２０２から放出された光ビームと、少なくとも１つの戻り光ビームとの位相差、ωは光源２０２から放出された光ビームの角周波数、ｃは真空中の光速度を表す。ΔΦＲは、面積ベクトル
【００２２】
【数４】
【００２３】
とベクトル的に組み合わされた、回転速度ベクトル
【００２４】
【数５】
【００２５】
に比例する。一実装形態では、位相差は、図１４の電子デバイス１４０４の方位を計算するのに用いられる。ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルにより、面積ベクトル
【００２６】
【数６】
【００２７】
の大きさに基づいてＩＦＯＧ基板１０４の感度（すなわち、測定分解能）が制御される。ＩＦＯＧ基板１０４は、大規模半導体ウェハ集積用に適している。ＩＦＯＧ基板１０４の各主要構成要素の構造については、図３〜１２に関連して以下にさらに詳細に述べる。
【００２８】
図３は、少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造３００を用いて部分的に形成された状態で示される、ＩＦＯＧ基板１０４用の導波路２０６の一実施形態の断面図である。基板構造３００は、ＩＦＯＧ基板１０４、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）、およびトラフ開口３０２を含む。図３の実施形態の例では、気相成長ガラス酸化物により、電子ビームエッチングを用いて、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）およびトラフ開口３０２が生成される。気相成長ガラス酸化物プロセスでは、基板構造３００は、１つまたは複数の揮発性物質に露出される。１つまたは複数の揮発性物質は、基板構造３００と十分に反応（たとえば分解）して、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）およびトラフ開口３０２を生成する。導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）は、電子ビームエッチングプロセスによって生成された複数の同心コイルの円形のガラストラフとして形成される。電子ビームエッチングプロセスにより、基板構造３００がエッチングプロセスによって修正されるので、マスクなしで導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）の直接像を形成することが可能になる。
【００２９】
図４は、少なくとも１つの半導体基板層上に形成された、封入された導波路２０６を含む基板構造４００の断面図である。基板構造４００は、キャッピング材料４０２をさらに含む。図３に関連して上述したように、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）は、気相成長ガラス酸化物および電子ビームエッチングプロセスによってＩＦＯＧ基板１０４上で完全に丸くされる。導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）は、キャッピング材料４０２で密封される。図４の実施形態の例では、キャッピング材料４０２は、Ｎ−Ｐドーピング材料、金属層などで構成される。
【００３０】
図５は、化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造５００を用いて部分的に形成された状態で示される、ＩＦＯＧ基板１０４用の光源２０２の一実施形態の断面図である。基板構造５００は、少なくとも１つのフィールド酸化物層５０２と、少なくとも１つの半導体基板層５０４をさらに含む。少なくとも１つのフィールド酸化物層５０２は、光源２０２が製作されるとき、少なくとも１つのドープ層として働く。
【００３１】
図６は、図５の少なくとも１つの半導体基板層５０４上に形成された追加のマスキング層を有する、基板構造６００の断面図である。基板構造６００は、少なくとも１つの半導体二酸化物層６０２と、少なくとも１つのマスキング層６０４をさらに含む。少なくとも１つの半導体二酸化物層６０２と、少なくとも１つのマスキング層６０４は、ＩＦＯＧ基板１０４上の光源２０２の位置を画定する、一連のパターニングおよび層形成作業中に堆積される。
【００３２】
図７は、図５の少なくとも１つの半導体基板層５０４上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、基板構造７００の断面図である。基板構造７００は、供給源Ｐ−Ｎ接合７０２をさらに含む。供給源Ｐ−Ｎ接合７０２は、基板層６００上に行われる少なくとも１つのドーピング作業中に形成される。少なくとも１つのドーピング作業により、基板構造７００内に電子が豊富（Ｎ型）または正孔が豊富（Ｐ型）な複数のくぼみが生成される。複数のくぼみは、電気的に活性な領域を形成する。
【００３３】
図８は、図５の少なくとも１つの半導体基板層５０４上に形成された追加の金属被覆層を有する、基板構造８００の断面図である。基板構造８００は、８０２１および８０２２として示される金属被覆層８０２をさらに含む。図８の実施形態の例では、基板構造８００は、光源２０２と光源導波路２１２を表し、光源導波路２１２は、キャッピング材料４０２によって封入される。金属被覆層８０２は、ＩＦＯＧ基板１０４の少なくとも１つの設計パターンでは、光源２０２用の電気的接続をもたらす追加の層形成作業中に形成される。図８の実施形態の例では、光源２０２は、ＩＦＯＧ基板１０４上のレーザダイオードを含む。
【００３４】
動作においては、電流は、金属被覆層８０２１から金属被覆層８０２２へ、基板構造８００を通過する。電流は、Ｐ層からＮ層へ供給源Ｐ−Ｎ接合７０２を通って流れ、電気エネルギーを解放して複数の光子を生成する。複数の光子は、（図示のように）光源導波路２１２中にレーザ光を放出する。光源２０２から放出されたレーザ光は、図２に関連して上述したように光検出器２０４へ伝達される。
【００３５】
図９は、化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造９００を用いて部分的に形成された状態で示される、ＩＦＯＧ基板１０４用の光検出器２０４の一実施形態の断面図である。基板構造９００は、少なくとも１つのフィールド酸化物層９０２と、少なくとも１つの半導体層９０４をさらに含む。少なくとも１つのフィールド酸化物層９０２は、光検出器２０４が製作されるとき、少なくとも１つのドープ層として働く。
【００３６】
図１０は、図９の少なくとも１つの半導体基板層９０４上に形成された少なくとも１つの追加のマスキング層を有する、基板構造１０００の断面図である。基板構造１０００は、少なくとも１つの半導体二酸化物層１００２と、少なくとも１つのマスキング層１００４をさらに含む。少なくとも１つの半導体二酸化物層１００２と、少なくとも１つのマスキング層１００４は、ＩＦＯＧ基板１０４上の光検出器１００２の位置を画定する、一連のパターニングおよび層形成作業中に堆積される。
【００３７】
図１１は、図９の少なくとも１つの半導体基板層９０４上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、基板構造１１００の断面図である。基板構造１１００は、検出器Ｐ−Ｎ接合１１０２をさらに含む。検出器Ｐ−Ｎ接合１１０２は、基板層１０００上に行われる少なくとも１つのドーピング作業中に形成される。少なくとも１つのドーピング作業により、基板構造１１００内に電子が豊富（Ｎ型）または正孔が豊富（Ｐ型）な複数のくぼみが生成される。複数のくぼみは、電気的に活性な領域を形成する。
【００３８】
図１２は、図９の少なくとも１つの半導体基板層９０４上に形成された追加の金属被覆層を有する、基板構造１２００の断面図である。基板構造１２００は、１２０２１および１２０２２として示される金属被覆層１２０２をさらに含む。この実施形態の例では、基板構造１２００は、光検出器２０４と光検出器導波路２１４を表し、光検出器導波路２１４は、キャッピング材料４０２によって封入される。金属被覆層１２０２は、ＩＦＯＧ基板１０４の少なくとも１つの設計パターンでは、光検出器２０４用の電気的接続をもたらす追加の層形成作業中に形成される。この実施形態の例では、光検出器２０４は、ＩＦＯＧ基板１０４上の光ダイオードを含む。
【００３９】
動作においては、光検出器２０４は、（図示のように）光検出器導波路２１４からの戻りレーザ光を検出する。光検出器導波路２１４からの戻りレーザ光は、検出器Ｐ−Ｎ接合１１０２に流入し、図８に関連して先に述べた複数の光子を吸収する。光検出器２０４は、金属被覆層１２０２１を通って金属被覆層１２０２２へ通過する光電流（すなわち電流）を生成する。この実施形態の例では、組立体１００は、少なくとも１つのＩＦＯＧ測定用の光電流を処理する。
【００４０】
図１３は、図２（ＩＦＯＧ基板１０４）の線ＡＡに沿った基板構造１３００の一実施形態の断面図である。基板構造１３００は、光源（供給源ダイオード）２０２、光検出器（検出器ダイオード）２０４、およびリング干渉計導波路２０８を含む。図３〜１２に関連して上述したように、基板構造１３００は、１つまたは複数の標準の半導体ウェハプロセス（たとえば、１つまたは複数のシリコンウェハ製作法）を用いて製作される。基板構造１３００を製作する他の方法は、１つまたは複数の異種半導体材料の、１つまたは複数の層から構成されるヘテロ接合を含む。１つまたは複数の異種半導体材料は、等しくないバンドギャップ（すなわち接合間のエネルギー差）を有する。一実装形態では、アルミニウムガリウム砒素−ガリウム砒素−アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ）の並びによって二重へテロ接合が形成される。ヘテロ接合では、最新のレーザダイオード（たとえば、供給源ダイオード６００および検出器ダイオード１２００）の特性は、理想的ダイオードの特性にほぼ近い。さらに、ダイオード電流対電圧応答を規定する、供給源ダイオード６００と検出器ダイオード１２００のダイオードモデルパラメータは、異種半導体材料の１つまたは複数の層の、厚さとバンドギャップを調整することによって調節が可能である。
【００４１】
図１４は、電子デバイスを用いてデータを記録するためのシステム１４００の一実施形態のブロック図である。システム１４００は、領域１４０２、電子デバイス１４０４、基地局１４０８、およびユーザ１４１２を含む。この実施形態の例では、基地局１４０８は、ディスプレイ１４１０をさらに含む。電子デバイス１４０４は、図１に関連して先に述べたように、少なくとも１つのＩＦＯＧ基板１０４を備える電子パッケージ組立体１００を含む。電子デバイス１４０４の例としては、それだけには限らないが、小型カメラ、小型航行無線操縦機、および基地局１４０８に領域１４０２の周囲またはその内側の航行関連データを供給するのに適した微小リモートセンサが含まれる。一実装形態では、電子デバイス１４０４は、領域１４０２内を自由に移動するために適した大きさ（たとえば、普通のイエバエまたはマルハナバチの大きさ）を有する。電子デバイス１４０４は、電源内蔵式であり、絶えず航行関連データを記録しながら、領域１４０２全体を移動する。航行関連データの一例としては、電子デバイス１４０４によって決定される位置推定値がある。航行関連データの別の例としては、領域１４０２内の動きに関する属性（たとえば、移動距離、速度、加速度、位置など）の推定値がある。
【００４２】
電子デバイス１４０４は、無線伝送リンク１４０６に沿って、航行関連データを送信する。無線伝送リンク１４０６は、電子デバイス１４０４と基地局１４０８の間の安全な無線通信伝送を含む。電子デバイス１４０４と基地局１４０８の間の無線伝送リンク１４０６上の通信は、電子デバイス１４０４が基地局１４０８に十分近いときに生じる。一実装形態では、ディスプレイ１４１０は、航行関連データをリアルタイムでユーザ１４１２に表示する。他の実装形態では、航行関連データを伝える他の方法としては、データベース、ネットワークサーバなどが含まれる。
【００４３】
ここで述べた方法および技法は、ディジタル電子回路内に、あるいはプログラマブルプロセッサ（たとえば専用プロセッサ、またはコンピュータなどの汎用プロセッサ）ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを用いて、実装することができる。これらの技法を実施した装置は、適当な入出力機器、プログラマブルプロセッサ、およびプログラマブルプロセッサが実行するためのプログラム命令を有形に実施する記憶媒体を含むことができる。これらの技法を実施したプロセスは、入力データを演算し、適当な出力を発生させることによって所望の機能を行うための命令プログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって行うことができる。これらの技法は、有利には、データ記憶システム、少なくとも１つの入力機器、および少なくとも１つの出力機器からデータおよび命令を受け取り、かつそれらにデータおよび命令を送出するように結合された少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行される、１つまたは複数のプログラム内に実装することができる。一般に、プロセッサは、リードオンリメモリおよび／またはランダムアクセスメモリから命令およびデータを受け取る。コンピュータプログラム命令およびデータを有形に実施するのに適した記憶装置には、例として、ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにＤＶＤを含めた、すべての形の不揮発性メモリが含まれる。上記のいずれも、図１の電子パッケージ組立体１００によって補完され、あるいはそれに組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】干渉計光ファイバジャイロスコープを組み込んだ電子パッケージ組立体の一実施形態のブロック図である。
【図２】干渉計光ファイバジャイロスコープの一実施形態のブロック図である。
【図３】少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造を用いて部分的に形成された状態で示される、干渉計光ファイバジャイロスコープ用の導波路の一実施形態の断面図である。
【図４】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された、封入された導波路を含む、図３の基板構造の断面図である。
【図５】化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造を用いて部分的に形成された状態で示される、干渉計光ファイバジャイロスコープ用の光源の一実施形態の断面図である。
【図６】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のマスキング層を有する、図５の基板構造の断面図である。
【図７】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、図６の基板構造の断面図である。
【図８】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された追加の金属被覆層を有する、図７の基板構造の断面図である。
【図９】化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造を用いて部分的に形成された状態で示される、干渉計光ファイバジャイロスコープ用の光検出器の一実施形態の断面図である。
【図１０】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のマスキング層を有する、図９の基板構造の断面図である。
【図１１】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、図１０の基板構造の断面図である。
【図１２】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された追加の金属被覆層を有する、図１１の基板構造の断面図である。
【図１３】図２の基板構造の一実施形態の断面図である。
【図１４】電子デバイスを用いて方位を記録するためのシステムの一実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００ 電子パッケージ組立体
１０２ デバイス基板
１０２ 基板
１０４ ＩＦＯＧ基板
１０４ リング干渉計
１０６ 基板論理構成要素
１０８ 通信インタフェース
２００ 断面図
２０２ 光源
２０４ 光検出器
２０６ 導波路結合器
２０８ リング干渉計導波路
２０８ ファイバ等価光導波路
２１０１、２１０２ 光集積回路（ＩＯＣ）
２１２ 光源導波路
２１４ 光検出器導波路
３００ 基板構造
３０２ トラフ開口
４００ 基板構造
４０２ キャッピング材料
５００ 基板構造
５０２ フィールド酸化物層
５０４ 半導体基板層
６００ 基板構造
６０２ 半導体二酸化物層
６０４ マスキング層
７００ 基板構造
７０２ 供給源Ｐ−Ｎ接合
８００ 基板構造
８０２１、８０２２ 金属被覆層
９００ 基板構造
９０２ フィールド酸化物層
９０４ 半導体層
１０００ 基板構造
１００２ 半導体二酸化物層
１００４ マスキング層
１１００ 基板構造
１１０２ 検出器Ｐ−Ｎ接合
１２００ 基板構造
１２０２１、１２０２２ 金属被覆層
１３００ 基板構造
１４００ システム
１４０２ 領域
１４０４ 電子デバイス
１４０４ ジャイロスコープ
１４０６ 無線伝送リンク
１４０８ 基地局
１４１０ ディスプレイ
１４１２ ユーザ
【背景技術】
【０００１】
政府の権益文
米国政府は、米国海軍によって授与された契約番号Ｎ０００３０−０５−Ｃ−０００７（一次契約）およびＤＬ−Ｈ−５５１０１９（二次契約）に基づき本発明における特定の権利を有する可能性がある。
【０００２】
光ファイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）は、光ファイバを巻いた（たとえば、３．２ｋｍ（２マイル）までの）コイルを含む。ＦＯＧは、光ファイバのコイルを通って反対方向に伝播する光波の位相差を求めることによって角回転を測定する。回転と反対方向にコイルを通って伝播する光波は、回転の方向に伝播する光波よりもかかる時間が短い。
【０００３】
通常、ビームスプリッターを有する光学系は、２つの光ビームを受光器に向ける。姿勢角速度０では、２つのビーム間の位相ずれは１８０°であり、２つのビームは互いに打ち消しあい、出力光電流は最小となる。ＦＯＧでは、一つには振動、加速度、および衝撃に対する直交軸感度がないために、極めて正確な回転速度情報が得られる。通常ＦＯＧは、従来のリングレーザジャイロスコープよりも高い分解能を示し、一般に航空機、ミサイル、衛星、その他の車両などの航行用途における回転を測定するのに用いられる。
【０００４】
ファイバに沿う方向（すなわちコイルの軸の周り）の姿勢角速度では、もとの位相ずれが変化する。この位相ずれの変化は、一方のビームの光路が増加し、他方のビームの光路が減少するために起こる。その結果、受光器の電流は増加した照度に応答し、増大する、これは、一般にサニャック効果として知られている。
【０００５】
サニャック効果は、一般にリング干渉法と呼ばれるもので説明される。ＦＯＧと同様に、リング干渉法は、２つのビームに分割された（たとえばレーザ）光ビームを使用する。２つのビームは、反対方向の軌道をたどるようにされる。リングとして働くために、軌道は、ある領域を囲まなければならない。通常のレーザの動作時では、レーザキャビティ内の光は最初複数の周波数であり、急速に１つの周波数が他の周波数をしのぐようになる（その後、光は単色となる）。他をしのぐ周波数は、レーザキャビティ内に合致し、すなわち波長の倍数がキャビティの長さとなる。リングレーザが回転しているときは、反対に伝播する２つのレーザ光ビームの実効経路長が異なる。この時点でレーザプロセスは、レーザ光の２つの周波数を発生する。結果として生ずる２つの周波数は、常に伝播の両方向で同じサイクル数となる（すなわち定在波）。この定在波は、リングレーザが回転していないときは、局所慣性座標系に対して定常となる。定在波は、リングレーザ干渉計が回転している場合も、局所慣性座標系に対して定常となる。この特性により、リング干渉計は、機械式ジャイロスコープを電子化したものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、リング干渉計をＦＯＧと組み合わせるには、別々のレーザ供給源／検出器と、２つの光ビーム用の導波路を有する光ファイバのコイルを集積化する必要がある。このような組合せには、多くの機械的接続が必要になる。相互作用の増大により、信頼性が低下し、多くの使用性および性能の問題（たとえば、より頻繁な較正）を生じやすくなる。また最終製品は、一般に動作要件（たとえばエネルギー消費）のきびしい、かさばったものになる。これらの特性は、多くの現在および将来の用途には役立たない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の説明では、電子デバイスを用いた方位の記録について述べる。具体的には、一実施形態では、干渉計を形成する方法が提供される。この方法は、単一の半導体基板上に、リング干渉計と光ファイバジャイロスコープを形成するものである。
【０００８】
上記その他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関連して、よりよく理解されよう。
様々な図面中の同じ参照番号および名称は、同じ要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、半導体基板上で、リング干渉計を光ファイバジャイロスコープと組み合わせるための少なくとも１つの実施形態について述べる。この組合せを、干渉計光ファイバジャイロスコープ（ＩＦＯＧ）と呼ぶ。有利には、ＩＦＯＧは、同じ半導体基板上の周辺電子回路に関連するビルディングブロックとして役立つ。最終結果として、測定デバイスからの航行関連データを必要とする複数の用途向けの小型ジャイロスコープが得られる。可能な用途は、無人航行無線操縦機および弾道測定センサから、解剖学用の生理学データ記録器におよぶ。
【００１０】
図１は、ＩＦＯＧを組み込んだ電子パッケージ組立体１００の一実施形態のブロック図である。電子パッケージ組立体１００は、デバイス基板１０２、ＩＦＯＧ基板１０４、および基板論理構成要素１０６を含む。電子パッケージ組立体１００の例には、特定用途半導体集積回路（ＡＳＩＣ）などの任意の論理デバイスが含まれる。デバイス基板１０２は、従来の半導体ウェハ製作の当業者に知られている導電材料から構成される。ＩＦＯＧ基板１０４は、デバイス基板１０２内にあり、通信インタフェース１０８に沿って基板論理構成要素１０６と連絡している。基板論理構成要素１０６には、それだけに限らないが、当業者に知られている周辺電子構成要素が含まれる。たとえば、基板論理構成要素１０６には、通常の半導体ウェハ製作法を用いて、１つまたは複数の半導体チップダイ基板上に形成される抵抗、トランジスタ、コンデンサ、インダクタなどが含まれる。説明を簡単にするために、図１には単一のＩＦＯＧ基板１０４が示されていることに留意すべきである。しかしデバイス基板１０２は、任意の適当な数のＩＦＯＧ基板１０４（たとえば、単一のデバイス基板１０２内に少なくとも１つのＩＦＯＧ基板）を収容できることを理解されたい。ＩＦＯＧ基板１０４については、図２に関連して以下にさらに詳細に説明する。
【００１１】
動作においては、電子パッケージ組立体１００は、１つまたは複数の電子デバイス中に組み込まれる。１つまたは複数の電子デバイス（一例として、以下に図１４に関連して、電子デバイス１４０４が示される）は、ＩＦＯＧ基板１０４によって得られる能力を用いて、位置と方位を測定する。一実装形態では、電子デバイス１４０４は、小型の航行支援を必要とする用途に用いるのに適したフォームファクタを保ち、最小量の電力で動作する。電子パッケージ組立体１００は、低電力航行無線操縦機、弾道追跡装置、内科用の追跡支援器など、様々な電子デバイス内にパッケージングするのに適している。干渉計光ファイバジャイロスコープ用に必要な構成要素をＩＦＯＧ基板１０４内に組み込むことにより、別々の構成要素（たとえば、別々の長さの光ファイバを有する別々の光源および検出器）を混成システムまたはデバイスに集積化せずに済む。
【００１２】
図２は、ＩＦＯＧ基板１０４の一実施形態の断面図２００である。ＩＦＯＧ基板１０４は、光源２０２、光検出器２０４、導波路結合器２０６、およびリング干渉計導波路２０８を含む。図２の実施形態の例では、導波路結合器２０６は、光集積回路（ＩＯＣ）２１０１と２１０２をさらに含む。一実装形態では、ＩＯＣ ２１０１と２１０２はそれぞれ、単一の光ビームを少なくとも２つの別々で反対の方向に向けるためのビームスプリッターとして働く。光源導波路２１２は、光源２０２をＩＯＣ ２１０１に結合する。光検出器導波路２１４は、ＩＯＣ ２１０１を光検出器２０４に結合する。ＩＯＣ ２１０２は、リング干渉計導波路２０８の各端部に結合される、一実装形態では、（図２に示されるように）ＩＯＣ ２１０２は、ＩＯＣ ２１０１の鏡像である。導波路結合器２０６の他の実装形態も可能である。光源２０２（光検出器２０４）は、以下に図５（９）、６（１０）、７（１１）、および８（１２）に関連してさらに述べるように、標準の半導体ウェハ製作プロセスを用いて、ＩＦＯＧ基板１０４内に製作される。図２の実施形態の例では、導波路結合器２０６、リング干渉計導波路２０８、光源導波路２１２、および光検出器導波路２１４が、少なくとも１つの連続ファイバ等価光導波路を形成する。一実装形態では、少なくとも１つの連続ファイバ等価光導波路は、光ファイバからは構成されない。
【００１３】
図２の実施形態の例では、リング干渉計導波路２０８は、形状がリング干渉計となるように適合された、ある長さの同心コイルからなる。ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルが、上述の少なくとも１つの連続ファイバ等価光導波路の少なくとも一部となる。一実装形態では、ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルは、（図２に示されるように）導波路結合器２０６と結合するために、１つまたは複数の半導体基板層内に位置する。他の実装形態では、ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルは（光源２０２、導波路結合器２０６、光源導波路２１２、および光検出器導波路２１４と共に）、特定の平面（たとえばｘ−ｙ平面）内に位置し、光検出器２０４は、単一の半導体基板層の別の平面（たとえばｚ平面）内に位置する。
【００１４】
導波路結合器２０６、リング干渉計導波路２０８、光源導波路２１２、および光検出器導波路２１４は、１つまたは複数の電子ビームエッチングプロセスによって形成される。少なくとも１つの電子ビームエッチングプロセスについては、図３および４に関連して以下にさらに詳細に述べる。線ＡＡに沿ったＩＦＯＧ基板１０４の断面図は、以下で図１３に関連してさらに詳細に示される。
【００１５】
動作においては、ＩＦＯＧ基板１０４は、光源２０２を活動化するための電力を受け取る。光源２０２は、光源導波路２１２に沿って、導波路結合器２０６中に光ビームを放出する。ＩＯＣ ２１０２は、放出された光ビームを、（図示のように）リング干渉計導波路２０８を時計（ＣＷ）方向および反時計方向（ＣＣＷ）に通過する２つのビームに分割する。リング干渉計導波路２０８は、面積ベクトル
【００１６】
【数１】
【００１７】
によって表される光路を包含する。導波路結合器２０６は、ＩＯＣ ２１０１内で、リング干渉計導波路２０８の少なくとも１つの戻り光ビームから、先に放出された光ビームを分離する。光検出器２０４が、光検出器導波路２１４上の、少なくとも１つの戻り光ビームを検出した後、ＩＦＯＧ基板１０４は、回転速度ベクトル
【００１８】
【数２】
【００１９】
を確立する。リング干渉計導波路２０８を透過した後、少なくとも１つの戻り光ビームは、以下の式１で示される位相ずれ（位相差）を受ける。
【００２０】
【数３】
【００２１】
上記式１に関して、ΔΦＲは光源２０２から放出された光ビームと、少なくとも１つの戻り光ビームとの位相差、ωは光源２０２から放出された光ビームの角周波数、ｃは真空中の光速度を表す。ΔΦＲは、面積ベクトル
【００２２】
【数４】
【００２３】
とベクトル的に組み合わされた、回転速度ベクトル
【００２４】
【数５】
【００２５】
に比例する。一実装形態では、位相差は、図１４の電子デバイス１４０４の方位を計算するのに用いられる。ある長さのリング干渉計導波路２０８の同心コイルにより、面積ベクトル
【００２６】
【数６】
【００２７】
の大きさに基づいてＩＦＯＧ基板１０４の感度（すなわち、測定分解能）が制御される。ＩＦＯＧ基板１０４は、大規模半導体ウェハ集積用に適している。ＩＦＯＧ基板１０４の各主要構成要素の構造については、図３〜１２に関連して以下にさらに詳細に述べる。
【００２８】
図３は、少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造３００を用いて部分的に形成された状態で示される、ＩＦＯＧ基板１０４用の導波路２０６の一実施形態の断面図である。基板構造３００は、ＩＦＯＧ基板１０４、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）、およびトラフ開口３０２を含む。図３の実施形態の例では、気相成長ガラス酸化物により、電子ビームエッチングを用いて、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）およびトラフ開口３０２が生成される。気相成長ガラス酸化物プロセスでは、基板構造３００は、１つまたは複数の揮発性物質に露出される。１つまたは複数の揮発性物質は、基板構造３００と十分に反応（たとえば分解）して、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）およびトラフ開口３０２を生成する。導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）は、電子ビームエッチングプロセスによって生成された複数の同心コイルの円形のガラストラフとして形成される。電子ビームエッチングプロセスにより、基板構造３００がエッチングプロセスによって修正されるので、マスクなしで導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）の直接像を形成することが可能になる。
【００２９】
図４は、少なくとも１つの半導体基板層上に形成された、封入された導波路２０６を含む基板構造４００の断面図である。基板構造４００は、キャッピング材料４０２をさらに含む。図３に関連して上述したように、導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）は、気相成長ガラス酸化物および電子ビームエッチングプロセスによってＩＦＯＧ基板１０４上で完全に丸くされる。導波路結合器２０６（リング干渉計導波路２０８）は、キャッピング材料４０２で密封される。図４の実施形態の例では、キャッピング材料４０２は、Ｎ−Ｐドーピング材料、金属層などで構成される。
【００３０】
図５は、化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造５００を用いて部分的に形成された状態で示される、ＩＦＯＧ基板１０４用の光源２０２の一実施形態の断面図である。基板構造５００は、少なくとも１つのフィールド酸化物層５０２と、少なくとも１つの半導体基板層５０４をさらに含む。少なくとも１つのフィールド酸化物層５０２は、光源２０２が製作されるとき、少なくとも１つのドープ層として働く。
【００３１】
図６は、図５の少なくとも１つの半導体基板層５０４上に形成された追加のマスキング層を有する、基板構造６００の断面図である。基板構造６００は、少なくとも１つの半導体二酸化物層６０２と、少なくとも１つのマスキング層６０４をさらに含む。少なくとも１つの半導体二酸化物層６０２と、少なくとも１つのマスキング層６０４は、ＩＦＯＧ基板１０４上の光源２０２の位置を画定する、一連のパターニングおよび層形成作業中に堆積される。
【００３２】
図７は、図５の少なくとも１つの半導体基板層５０４上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、基板構造７００の断面図である。基板構造７００は、供給源Ｐ−Ｎ接合７０２をさらに含む。供給源Ｐ−Ｎ接合７０２は、基板層６００上に行われる少なくとも１つのドーピング作業中に形成される。少なくとも１つのドーピング作業により、基板構造７００内に電子が豊富（Ｎ型）または正孔が豊富（Ｐ型）な複数のくぼみが生成される。複数のくぼみは、電気的に活性な領域を形成する。
【００３３】
図８は、図５の少なくとも１つの半導体基板層５０４上に形成された追加の金属被覆層を有する、基板構造８００の断面図である。基板構造８００は、８０２１および８０２２として示される金属被覆層８０２をさらに含む。図８の実施形態の例では、基板構造８００は、光源２０２と光源導波路２１２を表し、光源導波路２１２は、キャッピング材料４０２によって封入される。金属被覆層８０２は、ＩＦＯＧ基板１０４の少なくとも１つの設計パターンでは、光源２０２用の電気的接続をもたらす追加の層形成作業中に形成される。図８の実施形態の例では、光源２０２は、ＩＦＯＧ基板１０４上のレーザダイオードを含む。
【００３４】
動作においては、電流は、金属被覆層８０２１から金属被覆層８０２２へ、基板構造８００を通過する。電流は、Ｐ層からＮ層へ供給源Ｐ−Ｎ接合７０２を通って流れ、電気エネルギーを解放して複数の光子を生成する。複数の光子は、（図示のように）光源導波路２１２中にレーザ光を放出する。光源２０２から放出されたレーザ光は、図２に関連して上述したように光検出器２０４へ伝達される。
【００３５】
図９は、化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造９００を用いて部分的に形成された状態で示される、ＩＦＯＧ基板１０４用の光検出器２０４の一実施形態の断面図である。基板構造９００は、少なくとも１つのフィールド酸化物層９０２と、少なくとも１つの半導体層９０４をさらに含む。少なくとも１つのフィールド酸化物層９０２は、光検出器２０４が製作されるとき、少なくとも１つのドープ層として働く。
【００３６】
図１０は、図９の少なくとも１つの半導体基板層９０４上に形成された少なくとも１つの追加のマスキング層を有する、基板構造１０００の断面図である。基板構造１０００は、少なくとも１つの半導体二酸化物層１００２と、少なくとも１つのマスキング層１００４をさらに含む。少なくとも１つの半導体二酸化物層１００２と、少なくとも１つのマスキング層１００４は、ＩＦＯＧ基板１０４上の光検出器１００２の位置を画定する、一連のパターニングおよび層形成作業中に堆積される。
【００３７】
図１１は、図９の少なくとも１つの半導体基板層９０４上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、基板構造１１００の断面図である。基板構造１１００は、検出器Ｐ−Ｎ接合１１０２をさらに含む。検出器Ｐ−Ｎ接合１１０２は、基板層１０００上に行われる少なくとも１つのドーピング作業中に形成される。少なくとも１つのドーピング作業により、基板構造１１００内に電子が豊富（Ｎ型）または正孔が豊富（Ｐ型）な複数のくぼみが生成される。複数のくぼみは、電気的に活性な領域を形成する。
【００３８】
図１２は、図９の少なくとも１つの半導体基板層９０４上に形成された追加の金属被覆層を有する、基板構造１２００の断面図である。基板構造１２００は、１２０２１および１２０２２として示される金属被覆層１２０２をさらに含む。この実施形態の例では、基板構造１２００は、光検出器２０４と光検出器導波路２１４を表し、光検出器導波路２１４は、キャッピング材料４０２によって封入される。金属被覆層１２０２は、ＩＦＯＧ基板１０４の少なくとも１つの設計パターンでは、光検出器２０４用の電気的接続をもたらす追加の層形成作業中に形成される。この実施形態の例では、光検出器２０４は、ＩＦＯＧ基板１０４上の光ダイオードを含む。
【００３９】
動作においては、光検出器２０４は、（図示のように）光検出器導波路２１４からの戻りレーザ光を検出する。光検出器導波路２１４からの戻りレーザ光は、検出器Ｐ−Ｎ接合１１０２に流入し、図８に関連して先に述べた複数の光子を吸収する。光検出器２０４は、金属被覆層１２０２１を通って金属被覆層１２０２２へ通過する光電流（すなわち電流）を生成する。この実施形態の例では、組立体１００は、少なくとも１つのＩＦＯＧ測定用の光電流を処理する。
【００４０】
図１３は、図２（ＩＦＯＧ基板１０４）の線ＡＡに沿った基板構造１３００の一実施形態の断面図である。基板構造１３００は、光源（供給源ダイオード）２０２、光検出器（検出器ダイオード）２０４、およびリング干渉計導波路２０８を含む。図３〜１２に関連して上述したように、基板構造１３００は、１つまたは複数の標準の半導体ウェハプロセス（たとえば、１つまたは複数のシリコンウェハ製作法）を用いて製作される。基板構造１３００を製作する他の方法は、１つまたは複数の異種半導体材料の、１つまたは複数の層から構成されるヘテロ接合を含む。１つまたは複数の異種半導体材料は、等しくないバンドギャップ（すなわち接合間のエネルギー差）を有する。一実装形態では、アルミニウムガリウム砒素−ガリウム砒素−アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ）の並びによって二重へテロ接合が形成される。ヘテロ接合では、最新のレーザダイオード（たとえば、供給源ダイオード６００および検出器ダイオード１２００）の特性は、理想的ダイオードの特性にほぼ近い。さらに、ダイオード電流対電圧応答を規定する、供給源ダイオード６００と検出器ダイオード１２００のダイオードモデルパラメータは、異種半導体材料の１つまたは複数の層の、厚さとバンドギャップを調整することによって調節が可能である。
【００４１】
図１４は、電子デバイスを用いてデータを記録するためのシステム１４００の一実施形態のブロック図である。システム１４００は、領域１４０２、電子デバイス１４０４、基地局１４０８、およびユーザ１４１２を含む。この実施形態の例では、基地局１４０８は、ディスプレイ１４１０をさらに含む。電子デバイス１４０４は、図１に関連して先に述べたように、少なくとも１つのＩＦＯＧ基板１０４を備える電子パッケージ組立体１００を含む。電子デバイス１４０４の例としては、それだけには限らないが、小型カメラ、小型航行無線操縦機、および基地局１４０８に領域１４０２の周囲またはその内側の航行関連データを供給するのに適した微小リモートセンサが含まれる。一実装形態では、電子デバイス１４０４は、領域１４０２内を自由に移動するために適した大きさ（たとえば、普通のイエバエまたはマルハナバチの大きさ）を有する。電子デバイス１４０４は、電源内蔵式であり、絶えず航行関連データを記録しながら、領域１４０２全体を移動する。航行関連データの一例としては、電子デバイス１４０４によって決定される位置推定値がある。航行関連データの別の例としては、領域１４０２内の動きに関する属性（たとえば、移動距離、速度、加速度、位置など）の推定値がある。
【００４２】
電子デバイス１４０４は、無線伝送リンク１４０６に沿って、航行関連データを送信する。無線伝送リンク１４０６は、電子デバイス１４０４と基地局１４０８の間の安全な無線通信伝送を含む。電子デバイス１４０４と基地局１４０８の間の無線伝送リンク１４０６上の通信は、電子デバイス１４０４が基地局１４０８に十分近いときに生じる。一実装形態では、ディスプレイ１４１０は、航行関連データをリアルタイムでユーザ１４１２に表示する。他の実装形態では、航行関連データを伝える他の方法としては、データベース、ネットワークサーバなどが含まれる。
【００４３】
ここで述べた方法および技法は、ディジタル電子回路内に、あるいはプログラマブルプロセッサ（たとえば専用プロセッサ、またはコンピュータなどの汎用プロセッサ）ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを用いて、実装することができる。これらの技法を実施した装置は、適当な入出力機器、プログラマブルプロセッサ、およびプログラマブルプロセッサが実行するためのプログラム命令を有形に実施する記憶媒体を含むことができる。これらの技法を実施したプロセスは、入力データを演算し、適当な出力を発生させることによって所望の機能を行うための命令プログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって行うことができる。これらの技法は、有利には、データ記憶システム、少なくとも１つの入力機器、および少なくとも１つの出力機器からデータおよび命令を受け取り、かつそれらにデータおよび命令を送出するように結合された少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行される、１つまたは複数のプログラム内に実装することができる。一般に、プロセッサは、リードオンリメモリおよび／またはランダムアクセスメモリから命令およびデータを受け取る。コンピュータプログラム命令およびデータを有形に実施するのに適した記憶装置には、例として、ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにＤＶＤを含めた、すべての形の不揮発性メモリが含まれる。上記のいずれも、図１の電子パッケージ組立体１００によって補完され、あるいはそれに組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】干渉計光ファイバジャイロスコープを組み込んだ電子パッケージ組立体の一実施形態のブロック図である。
【図２】干渉計光ファイバジャイロスコープの一実施形態のブロック図である。
【図３】少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造を用いて部分的に形成された状態で示される、干渉計光ファイバジャイロスコープ用の導波路の一実施形態の断面図である。
【図４】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された、封入された導波路を含む、図３の基板構造の断面図である。
【図５】化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造を用いて部分的に形成された状態で示される、干渉計光ファイバジャイロスコープ用の光源の一実施形態の断面図である。
【図６】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のマスキング層を有する、図５の基板構造の断面図である。
【図７】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、図６の基板構造の断面図である。
【図８】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された追加の金属被覆層を有する、図７の基板構造の断面図である。
【図９】化合物接合と少なくとも１つの半導体基板層を含む基板構造を用いて部分的に形成された状態で示される、干渉計光ファイバジャイロスコープ用の光検出器の一実施形態の断面図である。
【図１０】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のマスキング層を有する、図９の基板構造の断面図である。
【図１１】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された少なくとも１つの追加のドープ層を有する、図１０の基板構造の断面図である。
【図１２】少なくとも１つの半導体基板層上に形成された追加の金属被覆層を有する、図１１の基板構造の断面図である。
【図１３】図２の基板構造の一実施形態の断面図である。
【図１４】電子デバイスを用いて方位を記録するためのシステムの一実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００ 電子パッケージ組立体
１０２ デバイス基板
１０２ 基板
１０４ ＩＦＯＧ基板
１０４ リング干渉計
１０６ 基板論理構成要素
１０８ 通信インタフェース
２００ 断面図
２０２ 光源
２０４ 光検出器
２０６ 導波路結合器
２０８ リング干渉計導波路
２０８ ファイバ等価光導波路
２１０１、２１０２ 光集積回路（ＩＯＣ）
２１２ 光源導波路
２１４ 光検出器導波路
３００ 基板構造
３０２ トラフ開口
４００ 基板構造
４０２ キャッピング材料
５００ 基板構造
５０２ フィールド酸化物層
５０４ 半導体基板層
６００ 基板構造
６０２ 半導体二酸化物層
６０４ マスキング層
７００ 基板構造
７０２ 供給源Ｐ−Ｎ接合
８００ 基板構造
８０２１、８０２２ 金属被覆層
９００ 基板構造
９０２ フィールド酸化物層
９０４ 半導体層
１０００ 基板構造
１００２ 半導体二酸化物層
１００４ マスキング層
１１００ 基板構造
１１０２ 検出器Ｐ−Ｎ接合
１２００ 基板構造
１２０２１、１２０２２ 金属被覆層
１３００ 基板構造
１４００ システム
１４０２ 領域
１４０４ 電子デバイス
１４０４ ジャイロスコープ
１４０６ 無線伝送リンク
１４０８ 基地局
１４１０ ディスプレイ
１４１２ ユーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０２）内に形成されたリング干渉計（１０４）と、
前記同じ基板（１０２）内に形成され、前記リング干渉計と連絡した光ファイバジャイロスコープとを含む、ジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項２】
前記リング干渉計（１０４）が、
少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）と、
前記少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）に結合された光源（２０２）と、
前記同じ少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）に結合された光検出器（２０４）と
をさらに含み、前記光源（２０２）および前記光検出器（２０４）は、１つまたは複数の光集積回路（２１０）を用いて、前記少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）に結合される、請求項１に記載のジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）が、電子ビームエッチングによって生成される一連の同心コイルをさらに含む、請求項２に記載のジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項４】
ある長さの前記一連の同心コイルが、前記リング干渉計（１０４）の感度を制御する、請求項３に記載のジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項１】
基板（１０２）内に形成されたリング干渉計（１０４）と、
前記同じ基板（１０２）内に形成され、前記リング干渉計と連絡した光ファイバジャイロスコープとを含む、ジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項２】
前記リング干渉計（１０４）が、
少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）と、
前記少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）に結合された光源（２０２）と、
前記同じ少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）に結合された光検出器（２０４）と
をさらに含み、前記光源（２０２）および前記光検出器（２０４）は、１つまたは複数の光集積回路（２１０）を用いて、前記少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）に結合される、請求項１に記載のジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのファイバ等価光導波路（２０８）が、電子ビームエッチングによって生成される一連の同心コイルをさらに含む、請求項２に記載のジャイロスコープ（１４０４）。
【請求項４】
ある長さの前記一連の同心コイルが、前記リング干渉計（１０４）の感度を制御する、請求項３に記載のジャイロスコープ（１４０４）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２０４３５（Ｐ２００８−２０４３５Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１０５９７８（Ｐ２００７−１０５９７８）
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０５９７８（Ｐ２００７−１０５９７８）
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（５００５７５８２４）ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド (1,504)
【Ｆターム（参考）】
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