原子振荡器及制造方法技术

技术编号:6681127 阅读:232 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供原子振荡器,其能够缩短制造工序而降低单元成本。该原子振荡器(50)构成为具有:受光元件(PD)(6),其形成在半导体基板上,具有受光部;气室层(8),其层叠在受光元件(6)上,且在该受光部的上部形成了具有开口部(8a)的空腔(8b);封入在空腔(8b)中的气体状的碱金属原子(5);将开口部(8a)封闭的玻璃盖(透明部件)(4);发光元件(VCSEL)(1),其隔着玻璃盖(4)向碱金属原子(5)射出共振光。在受光元件(PD)(6)上具有电极(7),在玻璃盖(4)上形成有发光元件(1)用的电极(3)。而且,经由发光元件(1)的凸块(2)将发光元件(1)与发光元件(1)用的电极(3)连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及,更具体而言,涉及发光元件、气室以及受光元 件形成为纵向层叠结构的原子振荡器及其制造方法。
技术介绍
近年来,随着通信网和广播网等数字网络化的发展,对于用于生成传送装置的时 钟信号或广播电台的基准频率的时钟源等而言,高精度、高稳定性的振荡器是必不可缺的。 作为这种振荡器,大多使用振荡频率的精度、稳定性高的铷原子振荡器。此外,近年来,对原 子振荡器的小型化的要求变高,迫切需要实现包括气室在内的整体的小型化。与此同时,为 了降低单元成本,要求实现降低制造成本的制造方法。在专利文献1中,公开了如下的原子振荡器的结构,即从光源射出的光经棱镜折 射而透射过气室,然后进一步经棱镜折射而被受光元件所接收。专利文献1US6900702B2在现有的原子振荡器中,作为提高生产效率的一个手段,采用了一体地形成多个 气室、之后将它们切分为单体的制造方法,但是,其构成为,发光元件、气室以及受光元件是 在基板上横向排列的,并且在各部件之间隔开间隔而进行配置,而且还需要用于使光发生 折射的多个反射镜,由于采用了以上结构,因此,作为整体单元,很难说是实现了小型化。此外,专利文献1所公开的现有技术使用了棱镜等高价部件,因此存在单元成本 变高的问题。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于上述课题而完成的,其目的在于提供这样一种原子振荡器该原 子振荡器在半导体基板上至少形成受光元件或发光元件、和气室,并在其上层叠其他部件, 由此能够实现小型化和成本的降低。本专利技术正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的,可作为以下方式或应用 例来实现。一种原子振荡器,其特征在于,该原子振荡器具有受光元件,其具有 受光部;气室层,其层叠在所述受光元件上,且在该受光部的上部形成了具有开口部的空 腔;气体状的碱金属原子,其被封入在所述空腔中;透明部件,其将所述开口部封闭;以及 发光元件,其隔着所述透明部件和所述碱金属原子向所述受光部射出共振光。在本专利技术中,首先在半导体基板上形成受光元件。接着,进一步在受光元件上层叠 气室层,通过蚀刻而在与受光元件相对的面上形成具有开口部的空腔。通过将该气室层置 于碱金属原子环境内来使空腔中充满碱金属原子。在该状态下用透明部件将开口部封闭, 并利用凸块来连接发光元件。由此,能够容易地构成单片原子振荡器。—种原子振荡器,其特征在于,该原子振荡器具有发光元件,其具有 射出共振光的发光部;气室层,其层叠在所述发光元件上,且在该发光部的上部形成了具有开口部的空腔;气体状的碱金属原子,其被封入在所述空腔中;透明部件,其将所述开口部 封闭;以及受光元件,其隔着所述碱金属原子和所述透明部件接收所述共振光。在本专利技术中,采用了将应用例1的发光元件与受光元件的配置反过来的结构。艮口, 在半导体基板上形成发光元件。接着,进一步在发光元件上层叠气室层,通过蚀刻而在与发 光元件相对的面上形成具有开口部的空腔。该工序可用1次半导体加工工序来实现。通过 将该气室层置于碱金属原子环境内来使空腔中充满碱金属原子。在该状态下用透明部件将 开口部封闭,并利用凸块来连接受光元件。由此,能够容易地构成单片原子振荡器。—种原子振荡器,其特征在于,该原子振荡器具有受光元件,其具有 受光部;透明部件,其被接合在所述受光元件上,且在该受光部的上部形成了空腔;气体状 的碱金属原子,其被封入在所述空腔中;以及发光元件,其隔着所述透明部件向所述碱金属 原子射出共振光。在本专利技术中,省略了用透明部件封闭开口部的工序。即,在半导体基板上形成发光 元件。接着,在碱金属原子环境内,将形成了空腔的透明部件与受光元件接合,由此使空腔 中充满碱金属原子。接着,利用凸块来连接受光元件。由此,能够容易地构成单片原子振荡器。一种制造方法,其特征在于,该原子振荡器的制造方法包括以下工序 第1工序,在半导体基板上形成具有受光部的受光元件;第2工序,在所述受光元件上层 叠氧化膜;第3工序,在所述氧化膜上层叠气室层;第4工序,在所述受光部的上部的所述 气室层中,以具有开口部的方式形成空腔;第5工序,在所述空腔中封入气体状的碱金属原 子;第6工序,利用透明部件来封闭所述开口部;以及第7工序,将向所述碱金属原子射出 共振光的发光元件连接到所述开口部上。起到与应用例1相同的作用效果。—种制造方法,其特征在于,该原子振荡器的制造方法包括以下工序 第1工序,在半导体基板上形成具有受光部的受光元件;第2工序,在所述受光元件上层叠 氧化膜;第3工序,在所述氧化膜上层叠碱金属原子;第4工序,形成在所述受光部的上部 具有空腔的透明部件;第5工序,将所述透明部件与所述受光元件接合;以及第6工序,将 向所述碱金属原子射出共振光的发光元件连接到所述透明部件上。起到与应用例3相同的作用效果。附图说明图1是示出本专利技术第1实施方式的原子振荡器的结构的剖视图。图2是示出本专利技术第2实施方式的原子振荡器的结构的剖视图。图3是示出本专利技术第3实施方式的原子振荡器的结构的剖视图。图4是对图1的原子振荡器的制造工序进行说明的流程图。图5是对图2的原子振荡器的制造工序进行说明的流程图。图6是对图3的原子振荡器的制造工序进行说明的流程图。标号说明1 发光元件(VCSEL) ; Ia 发光部;2 凸块;3 电极;4 玻璃盖(coverglass) ;5 碱金属气体(Cs气体);6 受光元件(PD) ;6a 受光部;7 电极;8 气室层;9 氧化膜;10 电极;50,51,52 原子振荡器。 具体实施例方式下面,使用图示的实施方式来详细说明本专利技术。不过,在没有特定记载的情况下, 该实施方式所记载的结构要素、种类、组合、形状及其相对配置等均只是单纯的说明例,其 主旨不是要将本专利技术的范围仅限定于此。图1是示出本专利技术第1实施方式的原子振荡器的结构的剖视图。该原子振荡器50 构成为具有受光元件(PD =Photodiode 光电二极管)6,其形成在半导体基板上,且具有受 光部6a ;气室层8,其层叠在受光元件6上,且在受光部6a的上部形成了具有开口部8a的 空腔8b ;气体状的碱金属原子5,其被封入在空腔8b中;玻璃盖(透明部件)4,其将开口部 8a 封闭;以及发光元件(VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser (垂直腔面发 光激光器))1,其隔着玻璃盖4向碱金属原子5射出共振光。此外,在受光元件(PD)6上具 有电极7,在玻璃盖4上形成有发光元件1用的电极3。并且,发光元件1经由凸块2与电 极3连接。S卩,在本专利技术中,首先在半导体基板上形成具有受光部6a的受光元件6。接着,进 一步在受光元件6上层叠气室层8,通过蚀刻而在受光部6a的上部形成具有开口部8a的空 腔Sb。通过将搭载了该气室层8的状态下的结构体置于碱金属原子的环境内,来使空腔8b 中充满碱金属原子5。在该状态下用玻璃盖4将开口部8a封闭,由玻璃盖4和气室层8构 成具有凹部的盖。接着,利用凸块2将发光元件1连接到玻璃盖4的上表面的电极3上。 此外,为了高效地形成多个原子振荡器,优选采用批处理工艺。S卩,准备以如下方式形成的结构体在形成有多个受光部6a的晶片(wafer)状态 的半导体基板上叠置晶片状态的气室层8后,在期望的位置形成多个空腔8b,之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子振荡器,其特征在于,该原子振荡器具有:受光元件,其具有受光部;气室层,其层叠在所述受光元件上,且在该受光部的上部形成了具有开口部的空腔;气体状的碱金属原子,其被封入在所述空腔中;透明部件,其将所述开口部封闭;以及发光元件,其隔着所述透明部件和所述碱金属原子向所述受光部射出共振光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:牧义之西田哲朗
申请(专利权)人:精工爱普生株式会社
类型:发明
国别省市:JP

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