JP2001108447A - Semiconductor device, semiconductor laser, gyro and its operation method - Google Patents

Semiconductor device, semiconductor laser, gyro and its operation method

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JP2001108447A
JP2001108447A JP29531599A JP29531599A JP2001108447A JP 2001108447 A JP2001108447 A JP 2001108447A JP 29531599 A JP29531599 A JP 29531599A JP 29531599 A JP29531599 A JP 29531599A JP 2001108447 A JP2001108447 A JP 2001108447A
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JP
Japan
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semiconductor laser
gyro
active layer
laser
layer
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Japanese (ja)
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Takaaki Numai
貴陽 沼居
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gyro and its operation method capable of lowering a coupling loss generated when laser light is introduced into a light detector and a noise caused by returning light to a laser from external reflection points. SOLUTION: The gyro has a ring resonance type semiconductor laser where lights circumferentially transmit mutually reversely to each other, terminals detecting beat signal and a ring shape active layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロ及びその
操作方法に関する。より詳細には、レーザー光を光検出
器に入射する際に生じていた結合損失、及び外部の反射
点からのレーザーへの戻り光によって生じる雑音を、低
減することが可能な光ジャイロ及びその操作方法に関す
る。
The present invention relates to a gyro and a method for operating the gyro. More specifically, an optical gyro and its operation capable of reducing the coupling loss caused when the laser light is incident on the photodetector and the noise generated by the return light from the external reflection point to the laser. About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、移動する物体の角速度を検出する
ために用いるジャイロとしては、回転子や振動子をもつ
機械的なジャイロや、光ジャイロが知られている。特
に、光ジャイロは瞬間起動が可能でダイナミックレンジ
が広いため、ジャイロ技術分野に革新をもたらしつつあ
る。光ジャイロには、リング共振器型レーザージャイ
ロ、光ファイバージャイロ、受動型のリング共振器型ジ
ャイロなどがある。このうち、最も早く開発に着手され
たのが、ガスレーザーを用いたリング共振器型レーザー
ジャイロであり、既に航空機用途などで実用化されてい
る。最近では、小型で高精度なリング共振器型レーザー
ジャイロも提案されており、その一例としては特開平5
−288556号公報に開示されたものが挙げられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gyro used for detecting an angular velocity of a moving object, a mechanical gyro having a rotor and a vibrator and an optical gyro are known. In particular, the optical gyro is capable of instantaneous activation and has a wide dynamic range, and is thus innovating in the gyro technical field. The optical gyro includes a ring resonator type laser gyro, an optical fiber gyro, and a passive type ring resonator type gyro. Of these, the first to be developed is a ring resonator type laser gyro using a gas laser, which has already been put to practical use in aircraft applications and the like. Recently, a small and high-precision ring resonator type laser gyro has also been proposed.
-288556.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リング共振器型レーザージャイロは、レーザーから右回
りのレーザー光と左回りのレーザー光をいったんレーザ
ー外部に放出し、この両方のレーザー光を光検出器で受
け、電気的なビートを信号として検出していた。このた
め、レーザー光を光検出器に入射する際に結合損失が存
在していた。また、レーザー外部の反射点からのレーザ
ーへの戻り光によって雑音が生じるため、この雑音を避
ける目的で光アイソレータを用いる必要があった。
However, the conventional ring resonator type laser gyro emits clockwise laser light and counterclockwise laser light from the laser to the outside of the laser once, and detects both laser lights. And received electrical beats as signals. For this reason, coupling loss has been present when the laser light is incident on the photodetector. In addition, since noise is generated by light returning to the laser from a reflection point outside the laser, it is necessary to use an optical isolator to avoid the noise.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、結合損
失や戻り光雑音などの問題がない、あるいは非常に少な
いジャイロ及びその操作方法を提供するものである。更
に、本発明は、半導体リングレーザーの駆動電力を低減
することをも目的とするものである。更にまた、本発明
は、半導体リングレーザーの発振波長を安定化させるこ
とをも目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gyro having no or very few problems such as coupling loss and return light noise, and a method of operating the gyro. Still another object of the present invention is to reduce the driving power of the semiconductor ring laser. Still another object of the present invention is to stabilize the oscillation wavelength of a semiconductor ring laser.

【0005】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、該リング共振器型半導体レーザーに印加された回
転に伴い生じるビート信号を検出する手段を備え、か
つ、該リング共振器型半導体レーザーの中央部領域に電
流を流れにくくした構造を有することを特徴とする。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise direction and detects a beat signal generated by rotation applied to the ring resonator type semiconductor laser. And a structure in which a current does not easily flow in the central region of the ring resonator type semiconductor laser.

【0006】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、ビート信号を検出する端子を備え、かつ、該半導
体レーザーの活性層がリング状であることを特徴とす
る。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, a terminal for detecting a beat signal, and an active layer of the semiconductor laser having a ring. It is characterized by the shape.

【0007】特に本発明は、該活性層が、該活性層より
も屈折率の低い低屈折率層で挟まれており、該活性層及
び該低屈折率層のいずれもが筒状構造を有していること
を特徴とする。
In particular, according to the present invention, the active layer is sandwiched between low refractive index layers having a lower refractive index than the active layer, and both the active layer and the low refractive index layer have a cylindrical structure. It is characterized by doing.

【0008】また、本発明は、該ビート信号を電流、電
圧またはインピーダンスの変化として検出することを特
徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the beat signal is detected as a change in current, voltage or impedance.

【0009】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、該半導体レーザーに印加される回転に伴い生じる
ビート信号を検出する手段を備え、かつ、該半導体レー
ザーの活性層がリング状であることを特徴とする。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, and has means for detecting a beat signal generated by rotation applied to the semiconductor laser. The semiconductor laser is characterized in that the active layer is ring-shaped.

【0010】該ビート信号検出手段は、電圧検出回路、
電流検出回路、インピーダンス検出回路、周波数−電圧
変換回路、あるいは周波数カウンタ回路の少なくとも一
つを含むことを特徴とする。
The beat signal detecting means includes a voltage detecting circuit,
It is characterized by including at least one of a current detection circuit, an impedance detection circuit, a frequency-voltage conversion circuit, and a frequency counter circuit.

【0011】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、ビート信号を検出する端子を備え、かつ、少なく
とも該半導体レーザー中央部領域の一部が高抵抗化され
ていることを特徴とする。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counter-rotating circular shape, has a terminal for detecting a beat signal, and has at least a semiconductor laser central region. It is characterized in that the resistance is partially increased.

【0012】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、該半導体レーザーに印加される回転に伴い生じる
ビート信号を検出する手段を備え、かつ、少なくとも該
半導体レーザー中央部領域の一部が高抵抗化されている
ことを特徴とする。
A gyro according to the present invention includes a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, and includes means for detecting a beat signal generated by rotation applied to the semiconductor laser. In addition, at least a part of the central portion of the semiconductor laser has a high resistance.

【0013】本発明に係る半導体装置は、リング状の活
性層を含み、互いに逆回りの周回状に光が伝搬するリン
グ共振器型半導体レーザー及び、ビート信号を検出する
端子を有することを特徴とする。
[0013] A semiconductor device according to the present invention includes a ring resonator type semiconductor laser including a ring-shaped active layer, in which light propagates in a counterclockwise circular shape, and a terminal for detecting a beat signal. I do.

【0014】本発明に係る半導体レーザーは、活性層及
び、活性層上に位置し、該活性層よりも屈折率の低い低
屈折率層を含む半導体レーザーにおいて、該活性層ある
いは低屈折率層の少なくとも一方の層の中央部領域がイ
オン注入により高抵抗化されていることを特徴とする。
A semiconductor laser according to the present invention is a semiconductor laser including an active layer and a low refractive index layer located on the active layer and having a lower refractive index than the active layer. The central region of at least one of the layers has a high resistance by ion implantation.

【0015】まず、図1を参照し、本発明に関する半導
体レーザーを用いた角速度の検出方法について説明す
る。
First, a method for detecting an angular velocity using a semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0016】図1の100は半導体レーザーを、101は活性
層、102は基板、103はアノード、104はカソードを示
す。105は電気端子である。なお、活性層101は、クラッ
ド層で挟まれている。アノード103から、電流を注入す
ることによりリング状に導波する共振モードが選択的に
増幅され、閾値を超えることによりレーザー発振が起こ
る。
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a semiconductor laser, 101 denotes an active layer, 102 denotes a substrate, 103 denotes an anode, and 104 denotes a cathode. 105 is an electric terminal. Note that the active layer 101 is sandwiched between cladding layers. When a current is injected from the anode 103, a resonance mode guided in a ring shape is selectively amplified, and a laser oscillation occurs when the resonance mode exceeds a threshold.

【0017】上記構成に係るリング共振器型レーザーで
は、周回状に光が伝搬する。すなわち、右回りの光と、
左回りの光が存在する。リング共振器型レーザーが静止
していればそれぞれの発振周波数は等しいが、レーザー
を回転させた場合、右回りのレーザー光と左回りのレー
ザー光の発振周波数に、差が生じ、その差Δfは、次式
で与えられる。
In the ring resonator type laser having the above configuration, light propagates in a circular shape. That is, clockwise light,
There is counterclockwise light. When the ring resonator type laser is stationary, the respective oscillation frequencies are equal, but when the laser is rotated, a difference occurs between the oscillation frequencies of the clockwise laser light and the counterclockwise laser light, and the difference Δf is , Given by:

【0018】 Δf=(4S/λL)Ω (1) ここで、Sは光路が囲む閉面積、λはレーザー光の発振
波長、Lは光路長、Ωは回転の角速度である。例えば、
ガスレーザーや半導体レーザーのように電流を流すレー
ザーの場合、反転分布とレーザーのインピーダンスには
1対1の対応関係がある。そして、レーザーの中で光が
干渉すると、それに応じて反転分布が変化し、その結
果、レーザーの電極間のインピーダンスが変化する。こ
の変化の様子は、駆動電源として、定電圧源を用いた場
合はレーザーを流れる電流の変化として現れ、また、定
電流源を用いた場合は端子電圧の変化として現れること
から、どちらの場合でも光の干渉の様子を信号として取
り出すことができる。定電圧源を用いる場合には、電池
を使用することができるため,駆動系の小型化,軽量化
が可能となる。
Δf = (4S / λL) Ω (1) where S is a closed area surrounded by an optical path, λ is an oscillation wavelength of laser light, L is an optical path length, and Ω is an angular velocity of rotation. For example,
In the case of a laser such as a gas laser or a semiconductor laser that causes a current to flow, there is a one-to-one correspondence between the population inversion and the impedance of the laser. If light interferes in the laser, the population inversion changes accordingly, and as a result, the impedance between the electrodes of the laser changes. The state of this change appears as a change in the current flowing through the laser when a constant voltage source is used as the drive power supply, and as a change in the terminal voltage when a constant current source is used. The state of light interference can be extracted as a signal. When a constant voltage source is used, a battery can be used, so that the drive system can be reduced in size and weight.

【0019】もちろん、直接インピーダンスメーター
で、インピーダンスの変化を測定することも可能であ
る。この場合、端子電圧や素子に流れる電流を測定する
場合と異なり、駆動電源の雑音の影響が小さくなる。
Of course, it is also possible to directly measure a change in impedance with an impedance meter. In this case, unlike the case where the terminal voltage or the current flowing through the element is measured, the influence of the noise of the driving power supply is reduced.

【0020】なお、半導体レーザーの端子電圧の変化を
検出する検出端子から、サージ雑音等が半導体レーザー
に入るのを防ぐ必要がある場合には、電圧変化を計測す
る回路と当該検出端子との間に保護回路を設けることが
好ましい。これにより、サージ雑音等による半導体レー
ザーの劣化及び破壊を防止することができる。
When it is necessary to prevent surge noise or the like from entering the semiconductor laser from the detection terminal for detecting a change in the terminal voltage of the semiconductor laser, a circuit for measuring the voltage change and the detection terminal are connected. It is preferable to provide a protection circuit in the device. As a result, deterioration and destruction of the semiconductor laser due to surge noise or the like can be prevented.

【0021】このように、半導体リングレーザーが、該
半導体リングレーザー内部の互いに逆回りに進行するレ
ーザー光の干渉によって生じるビートに起因する電流、
電圧又はインピーダンスの変化を検出することによっ
て、回転に応じたビート信号を取り出すことができる。
より具体的には、電流、電圧等の周波数の変化として該
ビート信号をとりだす。従って、従来の光ジャイロでは
必須であった光検出器や光結合のための光学系の省略が
可能なジャイロが得られる。
As described above, the semiconductor ring laser generates the current caused by the beat generated by the interference of the laser beams traveling in opposite directions inside the semiconductor ring laser,
By detecting a change in voltage or impedance, a beat signal corresponding to rotation can be extracted.
More specifically, the beat signal is extracted as a change in frequency such as current or voltage. Therefore, it is possible to obtain a gyro that can omit a photodetector and an optical system for optical coupling, which are essential in the conventional optical gyro.

【0022】また、半導体レーザーの中央部領域に電流
が流れにくくなる手段、あるいは周辺活性層領域に電流
を注入する手段を有することにより、主として周回する
光のみに利得を与えることができる。
In addition, by providing a means for preventing current from flowing to the central region of the semiconductor laser or a means for injecting current into the peripheral active layer region, a gain can be mainly given only to the circulating light.

【0023】なお、反転分布に影響を及ぼすのは半導体
レーザー内部のレーザー光であるため、半導体レーザー
の外にレーザー光を取り出す必要はない。従って、半導
体レーザーが、半導体レーザー側面に全反射面を有する
ように構成することも可能である。この全反射面によ
り、ミラー損失が小さくなる結果、レーザーの発振しき
い値も低減される。
Since the laser light inside the semiconductor laser affects the population inversion, it is not necessary to extract the laser light outside the semiconductor laser. Therefore, the semiconductor laser can be configured to have a total reflection surface on the side surface of the semiconductor laser. As a result of this total reflection surface, the mirror loss is reduced, and as a result, the laser oscillation threshold value is also reduced.

【0024】また、本発明に係るジャイロは、前記リン
グ共振器型レーザーから生じたエバネッセント光のしみ
出し距離範囲内に、前記全反射面反射体を設けないこと
を特徴とする。エバネッセント光のしみ出し距離以内に
反射体が存在すると、反射体とレーザーとが光学的に結
合し、レーザーから見ると損失となるだけでなく、反射
体からレーザーへの戻り光が存在し、雑音源となる。
Further, the gyro according to the present invention is characterized in that the total reflection surface reflector is not provided within an exudation distance range of the evanescent light generated from the ring resonator type laser. If a reflector is present within the distance of the evanescent light seeping out, the reflector and the laser will be optically coupled to each other, causing not only loss when viewed from the laser, but also return light from the reflector to the laser and noise. Source.

【0025】これとは逆に、本発明のようにレーザーの
エバネッセント光のしみ出し距離以内に反射体が存在し
なければ、レーザーは光学的に他の反射体と独立とな
り、レーザー外部の影響による損失がなくなるだけでな
く、戻り光雑音も存在しないことから、結合による損失
や戻り光雑音を著しく改善できる。
Conversely, if there is no reflector within the exudation distance of the evanescent light of the laser as in the present invention, the laser becomes optically independent of other reflectors and is affected by external influences of the laser. In addition to eliminating loss, there is no return optical noise, so that loss due to coupling and return optical noise can be significantly improved.

【0026】本発明に係るジャイロの操作方法は、上述
した構成からなるジャイロにおいて、前記端子から検出
された前記電流、電圧又はインピーダンスの変化を、前
記リング共振器型レーザーに印加された角速度の大きさ
を求める信号として用いることを特徴とする。この構成
によれば、従来の光ジャイロでは必須であった光検出器
や光結合のための光学系が不要となるので、これらの構
成物に起因する結合損失や戻り光雑音の問題を解消でき
る、ジャイロの操作方法を提供できる。
In the gyro operating method according to the present invention, in the gyro having the above-described configuration, the change in the current, voltage or impedance detected from the terminal is determined by the magnitude of the angular velocity applied to the ring resonator type laser. It is characterized in that it is used as a signal for obtaining the degree. According to this configuration, a photodetector and an optical system for optical coupling, which are indispensable in the conventional optical gyro, are not required, so that problems of coupling loss and return optical noise caused by these components can be solved. , Gyro operation method can be provided.

【0027】上記操作方法では、ビートに起因する端子
電圧、電流、インピーダンス等の変化による前記信号の
周波数帯域と異なる周波数で前記リング共振器型レーザ
ーを駆動する電圧あるいは電流を変調させる事も好まし
いものである。
In the above-mentioned operation method, it is also preferable that the voltage or current for driving the ring resonator type laser is modulated at a frequency different from the frequency band of the signal due to a change in terminal voltage, current, impedance or the like caused by a beat. It is.

【0028】上述した構成からなるジャイロにおいて、
該ジャイロを回転させると、右回りのレーザー光と左回
りのレーザー光の発振周波数に差が現れ、その差Δfは
式(1)で与えられるが、発振周波数の差Δfが小さい
場合には、レーザー媒質の非線形性のために、発振周波
数が引き込まれ、Δf=0となってしまう、通称ロック
インという現象が発生する場合がある。
In the gyro having the above configuration,
When the gyro is rotated, a difference appears in the oscillation frequency between the clockwise laser light and the counterclockwise laser light, and the difference Δf is given by Expression (1). When the difference Δf in the oscillation frequencies is small, Due to the non-linearity of the laser medium, the oscillation frequency is pulled in, so that a phenomenon called lock-in, in which Δf = 0, may occur.

【0029】しかし、上記構成に示すように、常に発振
周波数の差Δfが変動する状態にしておけば、ロックイ
ン現象を回避することができるからである。
However, as shown in the above configuration, the lock-in phenomenon can be avoided if the oscillation frequency difference Δf is constantly changed.

【0030】従来、上記ロックイン現象を回避する方法
としてディザ(微小振動)をかける方法が用いられてい
るが、これは式(1)において、角速度Ωを変調したこ
とに相当する。
Conventionally, a method of applying dither (micro vibration) has been used as a method of avoiding the lock-in phenomenon, which corresponds to the modulation of the angular velocity Ω in the equation (1).

【0031】例えば、半導体レーザーでは、電流の大き
さによって発振波長が変動する現象が知られている。こ
れは、電流によって半導体の屈折率が変化するからであ
る。
For example, in a semiconductor laser, it is known that the oscillation wavelength varies depending on the magnitude of the current. This is because the refractive index of the semiconductor changes according to the current.

【0032】したがって、半導体レーザーを電流変調す
ることによって、式(1)のλを変調することができ、
この結果いつもΔfが変動する状態を作り出すことがで
きる。
Therefore, by modulating the current of the semiconductor laser, λ of the equation (1) can be modulated.
As a result, a state in which Δf always fluctuates can be created.

【0033】しかも、信号周波数と異なる帯域の周波数
で変調することによって、信号に悪影響を与えることな
く、ロックインを避けることができる。
Moreover, by modulating the signal at a frequency in a band different from the signal frequency, lock-in can be avoided without affecting the signal.

【0034】もちろん、直列抵抗を介して電圧を変調し
ても、半導体レーザーに流れる電流が変調されるので、
同じ効果が得られる。
Of course, even if the voltage is modulated via the series resistor, the current flowing through the semiconductor laser is modulated, so that
The same effect is obtained.

【0035】また、ガスレーザーの場合でも電流あるい
は電圧を変調することで、共振器のQ値が変動するた
め、発振波長が変調される。これは、ガスレーザーの発
振波長が原子、分子、あるいはイオンの共鳴遷移のQ値
と共振器のQ値によって決まるためで、この現象は発振
波長の引き寄せとして知られている。
Also, in the case of a gas laser, by modulating the current or the voltage, the Q value of the resonator fluctuates, so that the oscillation wavelength is modulated. This is because the oscillation wavelength of a gas laser is determined by the Q value of the resonance transition of an atom, a molecule, or an ion and the Q value of a resonator, and this phenomenon is known as attraction of the oscillation wavelength.

【0036】また上記操作方法では、前記信号の周波数
帯域と異なる周波数で前記リング共振器型レーザーを備
えたジャイロに振動を印加し、該振動に同期させて前記
端子から信号を検出することにより、振動の方向と端子
電圧の大小関係の対応をつけることができる。例えば、
右回りの回転方向に振動を与えたとき、ジャイロが右回
りの回転を受けていれば端子電圧は大きくなり、逆に左
回りの回転を受けていれば、端子電圧は小さくなる。し
たがって、ジャイロが右回りに回転しているのか、左回
りに回転しているのかを識別することが可能となる。し
かも、信号周波数と異なる帯域の周波数で変調すること
によって、信号に悪影響を与えることなく、回転の方向
を検知できる。
In the operating method, vibration is applied to a gyro having the ring resonator type laser at a frequency different from the frequency band of the signal, and a signal is detected from the terminal in synchronization with the vibration. It is possible to establish a correspondence between the direction of vibration and the magnitude of the terminal voltage. For example,
When a vibration is applied in the clockwise rotation direction, the terminal voltage increases when the gyro receives clockwise rotation, and conversely, decreases when the gyro receives counterclockwise rotation. Therefore, it is possible to identify whether the gyro is rotating clockwise or counterclockwise. Moreover, by modulating the signal at a frequency in a band different from the signal frequency, the direction of rotation can be detected without adversely affecting the signal.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下では、本発明に係るジャイロ
及びその操作方法の構成並びにその作用について、図面
を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration and operation of a gyro according to the present invention and its operating method will be described below with reference to the drawings.

【0038】(第1の実施の形態)図2は、本発明に係
る周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備え
たジャイロの一例を示す模式的な斜視図である。本実施
形態においては、半導体レーザー200の略中央部領域の
少なくとも一部を円筒状209にしている。図中201は活性
層を示している。そしてその上下にクラッド層を含む層
が形成されている。202は、半導体レーザーを載置する
基板を、203はアノード及びアノードに接続された配線
を、204はカソードを、205は電気端子をそれぞれ示す。
(First Embodiment) FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. In the present embodiment, at least a part of the substantially central region of the semiconductor laser 200 is formed into a cylindrical shape 209. In the figure, reference numeral 201 denotes an active layer. A layer including a clad layer is formed above and below the layer. 202 denotes a substrate on which a semiconductor laser is mounted, 203 denotes an anode and wiring connected to the anode, 204 denotes a cathode, and 205 denotes an electric terminal.

【0039】もちろん、活性層における光綴じ込め係数
を大きくするために活性層とクラッド層間に、光ガイド
層を設けておくことも好ましいものである。
Of course, it is also preferable to provide a light guide layer between the active layer and the cladding layer in order to increase the optical binding coefficient in the active layer.

【0040】電極の位置、構造などは図2示したものに
限定されるものではなく、図3に示すような構成でも良
い。
The positions, structures, etc. of the electrodes are not limited to those shown in FIG. 2, but may have a configuration as shown in FIG.

【0041】図3に記載の筒状構造を有する半導体レー
ザーを上面側から見たものを図4に示す。
FIG. 4 shows the semiconductor laser having the cylindrical structure shown in FIG. 3 as viewed from above.

【0042】図5は、図4に示す半導体レーザーのXX'間
での断面図の一例を模式的に示したものである。300は
半導体レーザー、301は活性層、302は基板、303はアノ
ード、304はカソード、306は上部クラッド層、307下部
クラッド層である。
FIG. 5 schematically shows an example of a cross-sectional view between XX ′ of the semiconductor laser shown in FIG. 300 is a semiconductor laser, 301 is an active layer, 302 is a substrate, 303 is an anode, 304 is a cathode, 306 is an upper cladding layer, and 307 is a lower cladding layer.

【0043】このように少なくとも上部クラッド層306
の中央部領域がくりぬかれた構造(円筒形状)309にす
ることにより、半導体レーザーの中央部領域に電流が流
れにくくなる。従って、主として周回する光のみに利得
を生じさせることができるので、無効な電流を低減する
ことができる。特に、単一横モードが実現されている場
合には、ビート周波数は非常に安定したものとなる。
As described above, at least the upper cladding layer 306
By forming the structure (cylindrical shape) 309 in which the central region of the semiconductor laser is hollowed out, it becomes difficult for current to flow in the central region of the semiconductor laser. Therefore, since a gain can be generated only in the light that mainly circulates, an ineffective current can be reduced. In particular, when the single transverse mode is realized, the beat frequency becomes very stable.

【0044】図5においては、光ガイド層やキャップ層
を特に示していないが、それらの層がある場合にも、少
なくとも上部クラッド層306の中央部がくりぬかれた構
造になっていれば良い。
Although the light guide layer and the cap layer are not particularly shown in FIG. 5, even when such a layer is present, it is sufficient that at least the central portion of the upper cladding layer 306 has a hollow structure.

【0045】図6にその一例を示す。321はキャップ層、
322及び323は光ガイド層である。
FIG. 6 shows an example. 321 is a cap layer,
322 and 323 are light guide layers.

【0046】また、上部クラッド層やキャップ層等の形
状はそのままに、電極を円筒状に形成することも可能で
ある。
It is also possible to form the electrode in a cylindrical shape while keeping the shape of the upper cladding layer, the cap layer and the like.

【0047】また、図7に示すように、活性層301の一部
あるいは活性層自体を円筒形状にしたり、図8に示すよ
うに下部クラッド層307の一部をも円筒形状にすること
も好ましいものである。活性層の一部をも円筒形状にし
た場合、活性層の体積が減少するので、より効果的に閾
値電流の低減を図ることができる。
It is also preferable to form a part of the active layer 301 or the active layer itself as shown in FIG. 7, or to form a part of the lower clad layer 307 as shown in FIG. Things. When a part of the active layer is also formed in a cylindrical shape, the volume of the active layer is reduced, so that the threshold current can be more effectively reduced.

【0048】とりわけ、レーザー光が分布している領域
(例えば、図8中のl)の範囲内において、円筒形状を有
していることが好適である。すなわち、活性層がリング
状(ドーナツ状)であることが好ましい。
In particular, it is preferable to have a cylindrical shape within a range where the laser light is distributed (for example, l in FIG. 8). That is, the active layer is preferably ring-shaped (donut-shaped).

【0049】例えば、活性層が0.1μmの場合、図8
中のlは、1μmである。
For example, when the active layer is 0.1 μm, FIG.
1 in the figure is 1 μm.

【0050】活性層厚が一定の場合およそ図8中のl内
においてリング状の構造を有していると、すなわち、活
性層面に対して垂直方向のしみだし距離内において、活
性層に対する光閉じ込め係数が大きいほどより好適に低
電流駆動が可能になるとともに、発振周波数も安定す
る。もちろん、図9に示すように、半導体レーザー300全
体が円筒形状(リング状リッジ型構造)を有していても
良い。
When the thickness of the active layer is constant, it has a ring-like structure within 1 in FIG. 8, that is, light confinement with respect to the active layer within a seepage distance perpendicular to the active layer surface. The larger the coefficient, the more suitable low-current driving becomes possible, and the more stable the oscillation frequency. Of course, as shown in FIG. 9, the entire semiconductor laser 300 may have a cylindrical shape (ring-shaped ridge type structure).

【0051】なお、図8においては、光のしみだし距離l
がクラッド層306、307内に位置するように記載している
が、もちろんクラッド層の屈折率や厚さ等の条件によっ
ては、クラッド層を超えて光がしみだしている場合もあ
る。この様な場合には、光のしみだし距離lに相当する
部分は、円筒形状を有していることが好ましい。また、
活性層とクラッド層間の光ガイド層や基板302にまでし
みだしている場合には、しみだし距離に対応する光ガイ
ド層、基板の一部が円筒形状であることが好ましい。
In FIG. 8, the light exudation distance l
Are described as being located in the cladding layers 306 and 307, but of course, depending on conditions such as the refractive index and thickness of the cladding layer, light may seep beyond the cladding layer. In such a case, the portion corresponding to the light exudation distance 1 preferably has a cylindrical shape. Also,
When the light guide layer between the active layer and the clad layer or the substrate 302 is exuded, it is preferable that a part of the optical guide layer and the substrate corresponding to the exudation distance have a cylindrical shape.

【0052】なお、光の損失を防ぎ、低電流あるいは低
電圧駆動が求められる場合には、低屈折率層306、3
07における光の損失を低減することが望ましい。
When low current or low voltage driving is required to prevent loss of light, the low refractive index layers 306 and
It is desirable to reduce the light loss at 07.

【0053】図59に、図9の領域350を拡大した図
を示す。低電力駆動する場合には、低屈折率層側面と、
該活性層面のなす角θ1,θ2(図59)が、 75°≦θ1,θ2≦105° 好ましくは、80°≦θ1,θ2≦100° 更に好ましくは、85°≦θ1,θ2≦95°を満たすよ
うに、素子を作製することが望ましい。
FIG. 59 is an enlarged view of the area 350 of FIG. When driving with low power, the low refractive index layer side surface,
The angles θ 1 , θ 2 (FIG. 59) formed by the active layer surface are 75 ° ≦ θ 1 , θ 2 ≦ 105 °, preferably 80 ° ≦ θ 1 , θ 2 ≦ 100 °, more preferably 85 ° ≦ θ. It is desirable to manufacture the element so that 1 , θ 2 ≦ 95 °.

【0054】かかる条件を満たすことにより、該低屈折
率層306、307にしみ出している光(エバネッセン
ト光)の損失を防げるので、より低電流(あるいは低電
圧)で半導体レーザーを駆動することが可能となる。
By satisfying such conditions, the loss of the light (evanescent light) seeping into the low refractive index layers 306 and 307 can be prevented, so that the semiconductor laser can be driven with a lower current (or lower voltage). It becomes possible.

【0055】もちろん、半導体レーザー側面が全反射面
であることも好ましいものである。全反射面において光
のしみだしている領域の90%以上が活性層面となす角
が、上記範囲内であることが好ましい。
Of course, it is also preferable that the side surface of the semiconductor laser is a total reflection surface. It is preferable that the angle formed by 90% or more of the light exuding region on the total reflection surface with the active layer surface is within the above range.

【0056】また、低屈折率層の全周にわたる側面が、
上述のθ1,θ2の条件を満たしていることも好ましいも
のである。円筒形状などの筒状の場合は、レーザーの内
部側面も上述のθ1,θ2の条件を満たしていれば更によ
い。
Further, the side surface over the entire circumference of the low refractive index layer is
It is also preferable that the above conditions of θ 1 and θ 2 are satisfied. In the case of a cylindrical shape such as a cylindrical shape, it is more preferable that the inner side surface of the laser also satisfies the above conditions of θ 1 and θ 2 .

【0057】また、活性層301を挟む低屈折率層側面
の面精度(表面粗さ)は、活性層における媒質内波長
(真空中での波長/媒質の等価屈折率)の2分の1以
下、より好ましくは3分の1以下であることが好まし
い。具体的には、InP系(波長1.55μm、媒質の
等価屈折率3.6)の場合、約0.22μm以下、好ま
しくは、0.14μm以下ということになる。
The surface accuracy (surface roughness) of the side surface of the low refractive index layer sandwiching the active layer 301 is not more than half of the wavelength in the medium (wavelength in vacuum / equivalent refractive index of the medium) in the active layer. , More preferably less than 1/3. Specifically, in the case of an InP system (wavelength: 1.55 μm, equivalent refractive index of the medium: 3.6), it is about 0.22 μm or less, preferably 0.14 μm or less.

【0058】また、GaAs系(波長0.85μm、媒
質の等価屈折率3.6)の場合、約0.12μm以下、
好ましくは、0.08μm以下である。
In the case of a GaAs system (wavelength 0.85 μm, equivalent refractive index of the medium 3.6), about 0.12 μm or less,
Preferably, it is 0.08 μm or less.

【0059】なお、この「面精度」とは、層の側面の平
坦性を示すものである。半導体レーザーが円形の場合は
真円からのズレと考えることもできる。もちろん、低屈
折率層側面のみではなく、活性層側面も上述の範囲にあ
ることが望ましい。
The "surface accuracy" indicates the flatness of the side surface of the layer. If the semiconductor laser is circular, it can be considered as a deviation from a perfect circle. Of course, it is desirable that not only the side surface of the low refractive index layer but also the side surface of the active layer be in the above range.

【0060】(筒状部充填)なお、円筒形状部(筒状構
造部)の少なくとも一部に、絶縁性材料(誘電体薄膜)
を充填することも好ましいものである。もちろん、所望
の特性が得られる場合には、絶縁性材料に限られない
し、また、中空部分を完全に充填する必要もない。
(Filling of cylindrical portion) At least a part of the cylindrical portion (cylindrical structure portion) is provided with an insulating material (dielectric thin film).
Is also preferable. Of course, if desired characteristics can be obtained, it is not limited to an insulating material, and it is not necessary to completely fill the hollow portion.

【0061】誘電体薄膜としては、クラッド層に比べ比
抵抗値が高ければ特に限定されるものではないが、アモ
ルファスSi、SiO2、MgO、SiNが好適に用いられる。充填
材により、円筒形状の内側に全反射面を形成しても良
い。図10のように、1種類の材料330を充填しても良い
し、または混合物であっても良い。また、図11のよう
に、活性層等の内側及び外側側面の少なくとも一方を薄
膜311で被覆することも好ましい。この場合、外部雰囲
気にさらされることによる素子特性の劣化を防止できる
とともに、完全に充填する場合に比べ、材料の節約が可
能である。図11においては、1層の被覆膜を示している
が、複数層であっても良いことは言うまでもない。
The dielectric thin film is not particularly limited as long as its specific resistance is higher than that of the cladding layer, but amorphous Si, SiO 2 , MgO, and SiN are preferably used. The filler may form a total reflection surface inside the cylindrical shape. As shown in FIG. 10, one type of material 330 may be filled, or a mixture may be used. In addition, as shown in FIG. 11, it is preferable that at least one of the inner side and the outer side of the active layer or the like is covered with the thin film 311. In this case, deterioration of device characteristics due to exposure to an external atmosphere can be prevented, and material can be saved compared to a case where the device is completely filled. FIG. 11 shows a single-layer coating film, but it goes without saying that a plurality of layers may be used.

【0062】複数層の誘電体薄膜を用いる場合には、Si
O2とSiのペアを何層か設けることも好ましいものであ
る。もちろん、所望の特性が得られれば、完全に充填す
る必要はない。
When a plurality of dielectric thin films are used, Si
It is also preferable to provide several layers of pairs of O 2 and Si. Of course, if the desired properties are obtained, it is not necessary to completely fill.

【0063】以下に、充填する際の別の例について示
す。
Hereinafter, another example of filling will be described.

【0064】図12において、330は絶縁膜である。この
ようにアノード303下部中央部に絶縁膜領域330を有する
ことも好ましいものである。半導体レーザー素子中央部
に電流が流れにくくなり、無効な電流が減るとともに単
一横モード化が生じ易くなる。アノード電極構造を平坦
に形成したい場合には有用である。
In FIG. 12, reference numeral 330 denotes an insulating film. As described above, it is also preferable to have the insulating film region 330 in the central portion under the anode 303. It becomes difficult for the current to flow in the center of the semiconductor laser element, the ineffective current is reduced, and the single transverse mode is easily generated. This is useful when it is desired to form the anode electrode structure flat.

【0065】なお、キャップ層、光ガイド層などは図示
していないが、必要に応じて形成しておいても良い。
Although the cap layer, the light guide layer and the like are not shown, they may be formed if necessary.

【0066】また、上部クラッド層306がP型の場合に
は、絶縁膜330の代わりにPNP型の導電性を持つ物質330
を充填することで、レーザー中央部領域は、PNPNサ
イリスタ構造となって、電流を流れにくくすることがで
きる。
When the upper cladding layer 306 is a P-type, a PNP-type conductive material 330 is used instead of the insulating film 330.
, The central region of the laser has a PNPN thyristor structure, which makes it difficult for current to flow.

【0067】図13は、円柱形状を有する半導体レーザー
の断面図を示すものである。340はたとえばFeドープ高
抵抗層である。このような高抵抗層を利用する形態によ
っても半導体レーザー素子中央部に電流が流れにくい構
造を実現できる。
FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor laser having a columnar shape. 340 is, for example, a Fe-doped high-resistance layer. By using such a high resistance layer, a structure in which a current does not easily flow in the center of the semiconductor laser device can be realized.

【0068】(筒状部分サイズ)半導体レーザーの活性
層の筒状部分309(例えば、図9)は、およそ中央部に
位置していれば良い。導波モードが存在しない状態をカ
ットオフというが、横モードを安定化するため、高次の
モードに対するカットオフ条件を満たすように形成する
ことが好ましい。また、筒状部分の直径d(図5)も、高
次のモードに対するカットオフ条件を満たすように規定
することが望ましい。
(Cylindrical Portion Size) The cylindrical portion 309 (for example, FIG. 9) of the active layer of the semiconductor laser may be located approximately at the center. A state in which no waveguide mode exists is called a cutoff. In order to stabilize a transverse mode, it is preferable that the waveguide be formed so as to satisfy a cutoff condition for a higher-order mode. Further, it is desirable that the diameter d (FIG. 5) of the cylindrical portion is also defined so as to satisfy the cutoff condition for the higher-order mode.

【0069】高次のモードに対するカットオフ条件を満
たすことにより、横モードは基本モードのみになり、安
定になる。
By satisfying the cut-off condition for the higher-order mode, the transverse mode becomes only the basic mode and becomes stable.

【0070】(筒状部形状)また、筒状部分の形状も必
ずしも円形に限定されるものではなく、できるだけ高次
モードのカットオフ条件を満たし、かつ単一の導波モー
ドのみが存在(単一横モード化)するような筒状形状と
することが好ましい。
(Cylindrical Shape) The shape of the cylindrical portion is not necessarily limited to a circular shape. The cut-off condition of the higher-order mode is satisfied as much as possible, and only a single guided mode exists (single mode). It is preferable that the cylindrical shape is such that one horizontal mode is achieved.

【0071】(筒状部の作製)円筒形状を有する半導体
レーザーの形成は、基板上に活性層、光ガイド層、クラ
ッド層等となる半導体膜を堆積させる際に、マスク等を
利用して円筒形状に堆積させても良い。また、円柱形状
に活性層、光ガイド層、クラッド層等を堆積後、円筒形
状になる様エッチング等によりくりぬいても良い。
(Production of Cylindrical Part) A semiconductor laser having a cylindrical shape is formed by using a mask or the like when depositing a semiconductor film to be an active layer, a light guide layer, a clad layer, etc. on a substrate. It may be deposited in a shape. Alternatively, the active layer, the light guide layer, the clad layer, and the like may be deposited in a cylindrical shape, and then may be hollowed out by etching or the like so as to form a cylindrical shape.

【0072】筒状部を形成する際のエッチング方法とし
ては、ウエットエッチングや、ガスエッチング、プラズ
マエッチング、スパッタエッチング、反応性イオンエッ
チング(RIE)、反応性イオンビームエッチング(RIB
E)などを適宜用いることができる。
The etching method for forming the cylindrical portion includes wet etching, gas etching, plasma etching, sputter etching, reactive ion etching (RIE), and reactive ion beam etching (RIB).
E) and the like can be used as appropriate.

【0073】(活性層等)本実施形態に適用可能な活性
層の材料としては、GaAs、InP、ZnSe、AlGaAs、InGaAs
P、InGaAlP、InGaAsP、GaAsP、InGaAsSb、AlGaAsSb、In
AsSbP、PbSnTe、GaN、GaAlN、InGaN、InAlGaN、GaInP、
GaInAs、SiGe系、等が挙げられる。
(Active Layer, etc.) As the material of the active layer applicable to this embodiment, GaAs, InP, ZnSe, AlGaAs, InGaAs
P, InGaAlP, InGaAsP, GaAsP, InGaAsSb, AlGaAsSb, In
AsSbP, PbSnTe, GaN, GaAlN, InGaN, InAlGaN, GaInP,
GaInAs, SiGe type, and the like.

【0074】クラッド層としては、上記活性層に適用で
きるものを用いることができる。
As the clad layer, those applicable to the above-mentioned active layer can be used.

【0075】活性層とクラッド層の組み合わせとして
は、例えば、PbSnTe(活性層)/PbSeTe(クラッド
層)、PbSnSeTe(活性層)/PbSeTe(クラッド層)、Pb
EuSeTe(活性層)/PbEuSeTe、PbEuSeTe(活性層)/Pb
Te(クラッド層)、InGaAsSb(活性層)/GaSb(クラッ
ド層)、AlInAsSb(活性層)/GaSb(クラッド層)、In
GaAsP(活性層)/InP(クラッド層)、AlGaAs(活性
層)/AlGaAs(クラッド層)、AlGaInP(活性層)/AlG
aInP(活性層)等を用いることができる。
As the combination of the active layer and the cladding layer, for example, PbSnTe (active layer) / PbSeTe (cladding layer), PbSnSeTe (active layer) / PbSeTe (cladding layer), Pb
EuSeTe (active layer) / PbEuSeTe, PbEuSeTe (active layer) / Pb
Te (cladding layer), InGaAsSb (active layer) / GaSb (cladding layer), AlInAsSb (active layer) / GaSb (cladding layer), In
GaAsP (active layer) / InP (cladding layer), AlGaAs (active layer) / AlGaAs (cladding layer), AlGaInP (active layer) / AlG
aInP (active layer) or the like can be used.

【0076】また、半導体レーザーの構造としては、活
性層はバルク構造に限らず、単一量子井戸構造(SQ
W)、多重量子井戸構造(MQW)などの構造を用いること
もできる。
Further, the structure of the semiconductor laser is not limited to the active layer having a bulk structure, but may be a single quantum well structure (SQ).
W) and a multiple quantum well structure (MQW).

【0077】量子井戸型レーザーを用いる場合には、歪
量子井戸型構造をとることも好ましいものである。例え
ば、約1%の圧縮歪みを持つInGaAsP量子井戸8層と、InG
aAsPの障壁層により活性層を形成する。もちろんMIS構
造を用いることもできる。
When a quantum well laser is used, it is preferable to adopt a strained quantum well structure. For example, 8 layers of InGaAsP quantum well with about 1% compression strain and InG
An active layer is formed by a barrier layer of aAsP. Of course, an MIS structure can also be used.

【0078】(基板)基板としては、所望の材料を成長
させることができる基板であれば良く、GaAs基板、InP
基板、GaSb基板、InAs基板、PbTe基板、GaN基板、ZnSe
基板、ZnS基板などの化合物半導体や、SiC基板、4H−Si
C基板、6H−SiC基板、サファイア基板、シリコン基板、
SOI基板等を用いることができる。
(Substrate) The substrate may be any substrate on which a desired material can be grown, and may be a GaAs substrate, an InP
Substrate, GaSb substrate, InAs substrate, PbTe substrate, GaN substrate, ZnSe
Substrate, compound semiconductor such as ZnS substrate, SiC substrate, 4H-Si
C substrate, 6H-SiC substrate, sapphire substrate, silicon substrate,
An SOI substrate or the like can be used.

【0079】(形成方法)半導体レーザーの活性層等の
形成には、液相エピタキシ(LPE法)、分子線エピタキ
シ(MBE法)、有機金属気相成長法(MOCVD法、MOVPE
法)、原子層成長法(ALE法)、有機金属分子線エピタ
キシ(MOMBE)、化学ビームエピタキシ(CBE)など用い
ることができる。
(Formation method) For forming an active layer of a semiconductor laser, a liquid phase epitaxy (LPE method), a molecular beam epitaxy (MBE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method, MOVPE method)
Method, an atomic layer growth method (ALE method), an organometallic molecular beam epitaxy (MOMBE), a chemical beam epitaxy (CBE), or the like.

【0080】(電極材料)アノード電極としては、Cr/
Au、Ti/Pt/Au、AuZn/Ti/Pt/Au等を用いることがで
きる。カソード電極としては、AuGe/Ni/AuやAuSn/Mo
/Au等を用いることができる。
(Electrode material) As the anode electrode, Cr /
Au, Ti / Pt / Au, AuZn / Ti / Pt / Au and the like can be used. AuGe / Ni / Au or AuSn / Mo as cathode electrode
/ Au or the like can be used.

【0081】もちろん、これらに限定されるものではな
い。
Of course, the present invention is not limited to these.

【0082】また、基板や活性層等の導電性に応じて適
宜、電極の配置を図面に記載の形態と逆にすることも可
能である。他の実施形態においても同様である。
The arrangement of the electrodes can be appropriately reversed from that shown in the drawings according to the conductivity of the substrate, the active layer, and the like. The same applies to other embodiments.

【0083】なお、クラッド層上に、電極との接触抵抗
を低くするためのキャップ層(コンタクト層)を形成し
た後、該キャップ層上に上記電極材料を形成することも
好ましいものである。
It is also preferable to form a cap layer (contact layer) for reducing contact resistance with an electrode on the clad layer, and then form the above electrode material on the cap layer.

【0084】例えば、InGaAsP(活性層)/P型InP(ク
ラッド層)/P型InGaAsP(キャップ層)/電極の構成で
ある。
For example, the structure is InGaAsP (active layer) / P-type InP (cladding layer) / P-type InGaAsP (cap layer) / electrode.

【0085】なお、図面上では、基板下にカソード電極
があるように図示しているが、もちろん、基板の種類に
よっては、アノード、カソードの配置が逆になることも
ある。
Although the cathode electrode is shown below the substrate in the drawings, the arrangement of the anode and the cathode may be reversed depending on the type of the substrate.

【0086】(その他)なお、半導体レーザーの熱に対
する影響を防止するため、放熱材料(ヒートシンク)上
に半導体レーザーチップをマウントすることも好ましい
ものである。ヒートシンク材料としては、Cu、Si、Si
C、AlN、ダイヤモンドなどを用いることができる。もち
ろん、これらに限定されるものではない。また、必要に
応じて温度制御用としてペルチェ素子を用いることもで
きる。
(Others) It is preferable to mount a semiconductor laser chip on a heat radiating material (heat sink) in order to prevent the semiconductor laser from affecting the heat. Heat sink materials include Cu, Si, and Si
C, AlN, diamond and the like can be used. Of course, it is not limited to these. Further, if necessary, a Peltier element can be used for temperature control.

【0087】また、半導体レーザーが、確実に全反射面
となるように、あるいは劣化防止等のため、半導体レー
ザーの側面(光が存在している領域の側面)に、絶縁膜
(コーティング膜)を形成することも好ましいものであ
る。このコーティング材料としては、SiO2、SiN、Al
2O3、Si3N4などの絶縁膜やアモルファスシリコン(α−
Si)等を用いることができる。
In order to ensure that the semiconductor laser becomes a total reflection surface or to prevent deterioration, an insulating film (coating film) is provided on the side surface (side surface of the region where light exists) of the semiconductor laser. The formation is also preferable. The coating materials include SiO 2 , SiN, Al
Insulating films such as 2 O 3 and Si 3 N 4 and amorphous silicon (α-
Si) or the like can be used.

【0088】本実施形態で説明した方法を用いて、レー
ザーを流れる電流、レーザーにかかる電圧、あるいはレ
ーザー自体のインピーダンスの周波数変化をビート信号
として検出することで、ジャイロとして機能する。
Using the method described in the present embodiment, a current flowing through the laser, a voltage applied to the laser, or a frequency change of the impedance of the laser itself is detected as a beat signal, thereby functioning as a gyro.

【0089】(第2の実施の形態)図14は、本発明に
係る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを
備えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であ
り、半導体レーザーの形状として、四角柱状を利用して
いる点が、主として第1の実施の形態(図2)と異なる。
(Second Embodiment) FIG. 14 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. The difference from the first embodiment (FIG. 2) is that the semiconductor laser has a quadrangular prism shape.

【0090】図14において、1100は半導体レーザー、
1101は活性層、1102は基板、1103はアノード、1104はカ
ソード、1105は電気端子をそれぞれ示す。
In FIG. 14, reference numeral 1100 denotes a semiconductor laser;
1101 denotes an active layer, 1102 denotes a substrate, 1103 denotes an anode, 1104 denotes a cathode, and 1105 denotes an electric terminal.

【0091】このような構成をとることにより第1の実
施の形態と同様の効果が得られるとともに、第1の実施
の形態よりも伝搬モードが少なくなるため、発振モード
数が減少し、第1の実施の形態よりもS/Nが改善され
る。
By adopting such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the number of propagation modes is smaller than that of the first embodiment. S / N is improved as compared with the embodiment.

【0092】なお、電極の位置構造などは図14に示した
ものに限定されるものではなく、図15に示すような構造
をとることも可能である。
The structure of the positions of the electrodes and the like are not limited to those shown in FIG. 14, and a structure as shown in FIG. 15 may be employed.

【0093】図16は、図15の半導体レーザーを上側から
見た図を模式的に示したものである。
FIG. 16 schematically shows the semiconductor laser of FIG. 15 as viewed from above.

【0094】図17は、図16に示す半導体レーザーのXX'
間での断面図の一例を模式的に示したものである。1100
は半導体レーザー、1101は活性層、1102は基板、1103は
アノード、1104はカソード、1106は上部クラッド層、11
07下部クラッド層である。
FIG. 17 shows XX 'of the semiconductor laser shown in FIG.
FIG. 1 schematically shows an example of a cross-sectional view taken between them. 1100
Is a semiconductor laser, 1101 is an active layer, 1102 is a substrate, 1103 is an anode, 1104 is a cathode, 1106 is an upper cladding layer, 11
07 Lower clad layer.

【0095】このように少なくとも上部クラッド層1106
の中央部領域がくりぬかれた構造(筒状構造)1109にす
ることにより、半導体レーザーの中央部領域に電流が流
れにくくなる。従って、主として周回する光のみに利得
を生じさせることができるので、無効な電流を低減する
ことができる。特に、単一横モードが実現されている場
合には、ビート周波数は非常に安定したものとなる。
As described above, at least the upper cladding layer 1106
By forming a structure (tubular structure) 1109 in which the central region of the semiconductor laser is hollowed out, it becomes difficult for current to flow in the central region of the semiconductor laser. Therefore, since a gain can be generated only in the light that mainly circulates, an ineffective current can be reduced. In particular, when the single transverse mode is realized, the beat frequency becomes very stable.

【0096】図17においては、光ガイド層やキャップ層
を特に示していないが、それらの層がある場合にも、少
なくとも上部クラッド層1106の中央部がくりぬかれた構
造になっていれば良い。図18にその一例を示す。1121は
キャップ層、1122及び1123は光ガイド層である。
Although the light guide layer and the cap layer are not particularly shown in FIG. 17, even when those layers are provided, it is sufficient that at least the center portion of the upper cladding layer 1106 has a hollow structure. FIG. 18 shows an example. 1121 is a cap layer, and 1122 and 1123 are light guide layers.

【0097】また、上部クラッド層やキャップ層等の形
状はそのままに、電極を筒状形状に形成することも可能
である。
It is also possible to form the electrode in a cylindrical shape while keeping the shape of the upper cladding layer, the cap layer, and the like.

【0098】また、図19に示すように、活性層1101の一
部をも筒状形状にしたり、図20に示すように下部クラッ
ド層1107の一部をも中空形状にすることも好ましいもの
である。活性層の一部をも筒状形状にした場合、活性層
の体積が減少するので、より効果的に閾値電流の低減を
図ることができる。
It is also preferable that a part of the active layer 1101 be cylindrical as shown in FIG. 19, and that a part of the lower cladding layer 1107 be hollow as shown in FIG. is there. When a part of the active layer is also formed in a cylindrical shape, the volume of the active layer is reduced, so that the threshold current can be more effectively reduced.

【0099】とりわけ、光のしみだし距離(例えば、図
20中のl)の範囲内において、筒状形状を有しているこ
とが好適である。すなわち、活性層がリング状(ドーナ
ツ状)であることが好ましい。
In particular, the exudation distance of light (for example, FIG.
In the range of l) in 20, it is preferable to have a cylindrical shape. That is, the active layer is preferably ring-shaped (donut-shaped).

【0100】具体的には、通常の半導体レーザーの場合
の光のしみだし距離lは、約1μmである。
Specifically, the light exudation distance 1 in the case of an ordinary semiconductor laser is about 1 μm.

【0101】およそ光のしみだし距離内が筒状形状の構
造を有していると、すなわち、活性層面に対して垂直方
向のしみだし距離内において、活性層に対する光の閉じ
込め係数が大きいほど、より好適に低電流駆動が可能に
なるとともに、発振周波数も安定する。(単一横モード
化が実現)もちろん、図21に示すように、半導体レーザ
ー1100全体が中空形状を有していても良い。
When the light seeping distance has a cylindrical structure, that is, the light confining coefficient with respect to the active layer becomes larger as the light seeping distance becomes perpendicular to the active layer surface. More preferably, low current driving is possible, and the oscillation frequency is stabilized. (Single transverse mode is realized) Of course, as shown in FIG. 21, the entire semiconductor laser 1100 may have a hollow shape.

【0102】なお、図20においては、光のしみだし距離
lがクラッド層1106、1107内に位置するように記載して
いるが、もちろんクラッド層の厚さ等の条件によって
は、クラッド層を超えて光がしみだしている場合もあ
る。この様な場合には、光のしみだし距離lに相当する
部分は、筒状構造を有していることが好ましい。また、
活性層とクラッド層間の光ガイド層や基板1102にまでし
みだしている場合には、しみだし距離に対応する光ガイ
ド層、基板の一部が筒状構造であることが好ましい。
In FIG. 20, the light seeping distance is shown.
Although l is described as being located in the cladding layers 1106 and 1107, of course, depending on conditions such as the thickness of the cladding layer, light may seep beyond the cladding layer. In such a case, it is preferable that the portion corresponding to the light exudation distance 1 has a cylindrical structure. Also,
When the light guide layer between the active layer and the clad layer or the substrate 1102 is exuded, it is preferable that a part of the optical guide layer and the substrate corresponding to the exudation distance have a cylindrical structure.

【0103】(筒状部充填)なお、中空形状部の少なく
とも一部に、絶縁性材料(誘電体薄膜)を充填すること
も好ましいものである。もちろん、所望の特性が得られ
る場合には、絶縁性材料に限られないし、また、中空部
分を完全に充填する必要もない。
(Filling of cylindrical portion) It is preferable that at least a part of the hollow portion is filled with an insulating material (dielectric thin film). Of course, if desired characteristics can be obtained, it is not limited to an insulating material, and it is not necessary to completely fill the hollow portion.

【0104】誘電体薄膜としては、クラッド層に比べ比
抵抗値が高ければ特に限定されるものではないが、アモ
ルファスSi、SiO2、MgO、SiNが好適に用いられる。充填
材により、円筒形状の内側に全反射面を形成しても良
い。図22のように、1種類の材料1130を充填しても良い
し、または混合物であっても良い。また、図23のよう
に、活性層等の内側および外側側面の少なくとも一方を
薄膜1111で被覆することも好ましい。この場合、外部雰
囲気にさらされることによる素子特性の劣化を防止でき
るとともに、完全に充填する場合に比べ、材料の節約が
可能である。図23においては、1層の被覆膜を示してい
るが、複数層であっても良いことは言うまでもない。
The dielectric thin film is not particularly limited as long as it has a higher specific resistance than the cladding layer, but amorphous Si, SiO2, MgO, and SiN are preferably used. The filler may form a total reflection surface inside the cylindrical shape. As shown in FIG. 22, one type of material 1130 may be filled, or a mixture may be used. In addition, as shown in FIG. 23, it is preferable that at least one of the inner side and the outer side surface of the active layer or the like is covered with the thin film 1111. In this case, deterioration of device characteristics due to exposure to an external atmosphere can be prevented, and material can be saved compared to a case where the device is completely filled. FIG. 23 shows a single-layer coating film, but it goes without saying that a plurality of layers may be used.

【0105】複数層の誘電体薄膜を用いる場合には、Si
O2とSiのペアを何層か設けることも好ましいものであ
る。もちろん、所望の特性が得られれば、完全に充填す
る必要はない。
When a plurality of dielectric thin films are used, Si
It is also preferable to provide several layers of pairs of O2 and Si. Of course, if the desired properties are obtained, it is not necessary to completely fill.

【0106】以下に、充填する際の応用例について示
す。
The following is an application example of filling.

【0107】図24において、1130は絶縁膜である。この
ようにアノード1103下部中央部に絶縁膜領域1130を有す
ることも好ましいものである。半導体レーザー素子中央
部に電流が流れにくくなり、無効な電流が減るとともに
単一横モード化が生じ易くなる。アノード電極構造を平
坦に形成したい場合には有用である。
In FIG. 24, reference numeral 1130 denotes an insulating film. As described above, it is also preferable to have the insulating film region 1130 in the lower central portion of the anode 1103. It becomes difficult for the current to flow in the center of the semiconductor laser element, the ineffective current is reduced, and the single transverse mode is easily generated. This is useful when it is desired to form the anode electrode structure flat.

【0108】なお、キャップ層、光ガイド層などは図示
していないが、必要に応じて形成しておいても良い。
Although the cap layer, the light guide layer and the like are not shown, they may be formed if necessary.

【0109】また、図24の構成において、上部クラッド
層1106がP型の場合には、絶縁膜1130の代わりにPNP型の
導電性を持つ物質1130を充填することで、レーザー中央
部領域はPNPNサイリスタ構造となって、電流を流れにく
くすることができる。
In the structure shown in FIG. 24, when the upper cladding layer 1106 is of a P-type, a PNP-type conductive substance 1130 is filled instead of the insulating film 1130, so that the laser central region is formed of a PNPN-type. With the thyristor structure, it is possible to make the current hardly flow.

【0110】更にまた、図25のような構成をとることも
できる。1140はFeドープ高抵抗層である。このような高
抵抗層を利用する形態によっても半導体レーザー素子中
央部に電流が流れにくい構造を実現できる。
Further, a configuration as shown in FIG. 25 can be adopted. Reference numeral 1140 denotes an Fe-doped high resistance layer. By using such a high resistance layer, a structure in which a current does not easily flow in the center of the semiconductor laser device can be realized.

【0111】(筒状部サイズ)半導体レーザーの活性層
の筒状部1109は、およそ中央部であれば良い。導波モー
ドが存在しない状態をカットオフというが、横モードを
安定化するのため、高次のモードに対するカットオフ条
件を満たすように形成することが好ましい。また、筒状
部分の直径d(図17)も、高次のモードに対するカット
オフ条件を満たすように規定することが望ましい。高次
のモードに対するカットオフ条件を満たすことにより、
横モードは基本モードのみになり、安定になる。
(Cylindrical portion size) The cylindrical portion 1109 of the active layer of the semiconductor laser may be approximately at the center. The state where there is no guided mode is called cut-off. In order to stabilize the transverse mode, it is preferable that the cut-off condition is formed so as to satisfy the cut-off condition for a higher-order mode. Further, it is desirable that the diameter d of the cylindrical portion (FIG. 17) is also defined so as to satisfy the cutoff condition for the higher-order mode. By meeting the cut-off condition for higher order modes,
The horizontal mode becomes only the basic mode and becomes stable.

【0112】(筒状部形状)また、筒状構造も必ずしも
四角形に限定されるものではなく、できるだけ高次モー
ドのカットオフ条件を満たし、かつ単一の導波モードの
みが存在(単一横モード化)するような筒状形状とする
ことが好ましい。
(Cylindrical Shape) The cylindrical structure is not necessarily limited to a quadrangle, but it satisfies the cut-off condition of the higher-order mode as much as possible and has only a single guided mode (single lateral mode). It is preferable to have a cylindrical shape that can be used as a mode.

【0113】(筒状構造の作製)中空形状を有する半導
体レーザーの形成は、基板上に活性層、光ガイド層クラ
ッド層等となる半導体膜を堆積させる際に、マスク等を
利用して筒状の形状に堆積させても良い。また、四角柱
形状に活性層、光ガイド層、クラッド層等を堆積後、筒
形状にくりぬいても良い。
(Preparation of Cylindrical Structure) A semiconductor laser having a hollow shape is formed by using a mask or the like when depositing a semiconductor film to be an active layer, a light guide layer clad layer, etc. on a substrate. May be deposited. Alternatively, the active layer, the light guide layer, the cladding layer, and the like may be deposited in a quadrangular prism shape and then hollowed out in a cylindrical shape.

【0114】筒状構造部を形成する際のエッチング方法
としては、上述の第1の実施形態に記載のもの等を用い
ることができる。
As an etching method for forming the cylindrical structure, the method described in the first embodiment or the like can be used.

【0115】本実施形態においても、上述の第1の実施
形態に記載の活性層等を適用することができる。また、
半導体レーザーの構造に関しても、第1の実施形態に記
載のものを用いることができる。
Also in this embodiment, the active layer and the like described in the first embodiment can be applied. Also,
As for the structure of the semiconductor laser, the structure described in the first embodiment can be used.

【0116】基板としては、第1の実施形態に記載のも
のを用いることができる。
The substrate described in the first embodiment can be used as the substrate.

【0117】また、半導体レーザーの活性層等の形成に
は、第1の実施形態に記載のものを用いることができ
る。
For forming an active layer and the like of a semiconductor laser, those described in the first embodiment can be used.

【0118】アノード、カソードとしては、第1の実施
形態に記載のものを用いることができる。
As the anode and the cathode, those described in the first embodiment can be used.

【0119】ヒートシンク材料等も第1の実施形態に記
載のものを用いることができる。
As the heat sink material, the materials described in the first embodiment can be used.

【0120】(第3の実施の形態)図26は、本発明に係
る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備
えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、
半導体レーザーの形状として、三角柱形状を利用してい
る点が、主として第1や第2の実施の形態と異なる。
(Third Embodiment) FIG. 26 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention.
The point that a triangular prism shape is used as the shape of the semiconductor laser is mainly different from the first and second embodiments.

【0121】このような構成をとることにより第1の実
施の形態と同様の効果が得られるとともに、第1の実施
の形態よりも伝搬モードが少なくなるため、発振モード
数が減少し、第1の実施の形態よりもS/Nが改善され
る。
By adopting such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and since the number of propagation modes is smaller than that of the first embodiment, the number of oscillation modes is reduced. S / N is improved as compared with the embodiment.

【0122】中央部領域がくりぬかれた筒状の構造を有
している点、その形状、位置、深さ、中空部分の充填等
に関しては、第1、2の実施形態に記載の事項を適用する
ことができる。
Regarding the point that the central region has a hollow cylindrical structure, its shape, position, depth, filling of the hollow portion, etc., the items described in the first and second embodiments are applied. can do.

【0123】(第4の実施の形態)図27は、本発明に係
る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備
えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図である。
2300は半導体レーザー、2301は活性層、2302は基板、23
03はアノード、2304はカソードを、2305は電気端子であ
る。特に番号は付していないが、活性層2301の上下には
少なくとも低屈折率層(クラッド層)が形成されてい
る。そして、2309は、イオン注入によって高抵抗化され
ていることを示す。図27においては、光ガイド層やキャ
ップ層等は適宜省略しているが、活性層とクラッド層間
に光ガイド層(光導波層)を形成しておいても良いし、
さらにクラッド層と電極間にバッファー層としてのキャ
ップ層を形成しておくことも好ましいものである。図27
においては、アノード2303が、リング状に形成され、高
抵抗化された領域2309が表出しているように記載されて
いるが、領域2309は、全面がアノード2303で覆われてい
ても構わない。また、電極の位置等も図27に記載のもの
に限定されるものではなく、図28のような電極配置であ
っても良い。
(Fourth Embodiment) FIG. 27 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention.
2300 is a semiconductor laser, 2301 is an active layer, 2302 is a substrate, 23
03 is an anode, 2304 is a cathode, and 2305 is an electric terminal. Although not particularly numbered, at least a low refractive index layer (cladding layer) is formed above and below the active layer 2301. Reference numeral 2309 indicates that the resistance has been increased by ion implantation. In FIG. 27, the light guide layer, the cap layer, and the like are omitted as appropriate, but a light guide layer (optical waveguide layer) may be formed between the active layer and the clad layer.
It is also preferable to form a cap layer as a buffer layer between the clad layer and the electrode. Figure 27
Describes that the anode 2303 is formed in a ring shape and the region 2309 with high resistance is exposed, but the entire surface of the region 2309 may be covered with the anode 2303. Also, the positions of the electrodes and the like are not limited to those shown in FIG. 27, and the electrodes may be arranged as shown in FIG.

【0124】図29は、図28記載の半導体レーザーを上面
側から見た場合の模式図である。
FIG. 29 is a schematic diagram when the semiconductor laser shown in FIG. 28 is viewed from the upper surface side.

【0125】そして、XX'での断面図の一例の模式図を
図30に示す。
FIG. 30 is a schematic view showing an example of a cross-sectional view taken along the line XX ′.

【0126】2301は活性層、2302は基板、2303はアノー
ド、2304はカソード、2306は上部クラッド層、2307は下
部クラッド層、2309はイオン注入により高抵抗化されて
いる領域を示す。このような構成にすることにより、電
流は中央部領域には流れにくくなり、主として周回する
光のみに利得を与えることができる。
Reference numeral 2301 denotes an active layer, 2302 denotes a substrate, 2303 denotes an anode, 2304 denotes a cathode, 2306 denotes an upper clad layer, 2307 denotes a lower clad layer, and 2309 denotes a region whose resistance is increased by ion implantation. With such a configuration, the current is less likely to flow in the central region, and a gain can be given mainly to only the circulating light.

【0127】なお、図30においては、高抵抗化領域2309
の界面がはっきりしているように記載しているが、実際
には界面において多少の広がりがある。もちろん、図5
6に示すように、イオン注入の際の投影飛程が主とし
て、活性層にくるように、イオン注入を行うことも好ま
しいものである。
In FIG. 30, the high resistance region 2309 is shown.
Are clearly shown, but actually there is some spread at the interface. Of course, FIG.
As shown in FIG. 6, it is also preferable that the ion implantation is performed so that the projection range at the time of the ion implantation mainly comes to the active layer.

【0128】図30においては、上部クラッド層の少なく
とも一部が高抵抗化されているように記載しているが、
中央部領域に電流が流れにくい構造となっていれば、活
性層領域2301の一部まで高抵抗化されていても、下部ク
ラッド層2307の少なくとも一部まで高抵抗化されていて
もよい。もちろん、半導体レーザーの中央部領域全体が
高抵抗化されていても良い。
Although FIG. 30 shows that at least a part of the upper cladding layer has a high resistance,
As long as the structure is such that current does not easily flow in the central region, the resistance may be increased to a part of the active layer region 2301 or to at least a part of the lower cladding layer 2307. Of course, the entire central region of the semiconductor laser may have a higher resistance.

【0129】とりわけ、活性層2301の中央部領域が高抵
抗化されていれば、実質的な活性層体積が減少すること
になり、駆動電流を更に低減することができる。
In particular, when the central region of the active layer 2301 has a high resistance, the volume of the active layer is substantially reduced, and the drive current can be further reduced.

【0130】もちろん、活性層付近の深さに投影飛程を
持つようにイオン注入を行ない、当該深さ付近を中心に
高抵抗化することも可能である。
Of course, it is also possible to perform ion implantation so as to have a projection range at a depth near the active layer, and to increase the resistance around the depth.

【0131】また、図30においては、アノード2303は、
半導体レーザーの周囲に配置した構造としているが、レ
ーザー上面の全面に配しても良い。
In FIG. 30, the anode 2303 is
Although the structure is arranged around the semiconductor laser, it may be arranged on the entire upper surface of the laser.

【0132】適宜、光ガイド層、キャップ層等を形成す
ることも可能である。
An optical guide layer, a cap layer, and the like can be formed as appropriate.

【0133】本発明にいう高抵抗化に関しては、活性層
種類によっても異なるが、およそイオン注入領域におけ
る比抵抗が、100Ω・cmから105Ω・cm、好ましく
は、5×103Ω・cmから1×105Ω・cmであるとよい。
Regarding the increase in the resistance according to the present invention, the specific resistance in the ion-implanted region is approximately 100 Ω · cm to 10 5 Ω · cm, preferably 5 × 10 3 Ω · cm, although it depends on the type of the active layer. And 1 × 10 5 Ω · cm.

【0134】イオン注入種としては、プロトンやホウ素
が挙げられる。
Examples of the ion-implanted species include protons and boron.

【0135】また、イオン注入の投影飛程Rpを、活性層
中央になるようにイオン注入を行なうことも好ましい。
その場合の加速電圧としては、活性層上のクラッド層、
光ガイド層等の材質、厚さ等を考慮して、10KeVから1Me
Vの範囲で適宜行うことが好ましい。
It is also preferable to perform ion implantation so that the projection range Rp of the ion implantation is at the center of the active layer.
The accelerating voltage in that case is a cladding layer on the active layer,
Considering the material and thickness of the light guide layer, etc., 10 KeV to 1 Me
It is preferable to perform the treatment appropriately in the range of V.

【0136】イオン注入量は、1×1013cm-2から1×1015
cm-2の範囲内で行うことができる。
The ion implantation dose ranges from 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 15
It can be performed within the range of cm- 2 .

【0137】イオン注入の際の基板温度としては、室温
でよい。
The substrate temperature at the time of ion implantation may be room temperature.

【0138】イオン注入領域は、厳密に半導体レーザー
の中央部である必要はなく、高次のモードに対するカッ
トオフ条件を満たすように、略中央にイオン注入を行な
うことが好ましい。
The ion implantation region does not need to be strictly at the center of the semiconductor laser, but is preferably implanted approximately at the center so as to satisfy the cut-off condition for higher-order modes.

【0139】注入領域の直径dも、高次のモードに対す
るカットオフ条件を満たすように規定することが望まし
い。
It is desirable that the diameter d of the implantation region is also defined so as to satisfy the cutoff condition for the higher-order mode.

【0140】また、注入領域の形状は必ずしも円形に限
定されるものではなく、できるだけ高次のモードのカッ
トオフ条件を満たし、かつ単一の導波モード(単一横モ
ード化)のみが存在するような形状にすることが好まし
い。
The shape of the injection region is not necessarily limited to a circle, but satisfies the cutoff condition of a higher-order mode as much as possible, and only a single waveguide mode (single transverse mode) exists. It is preferable to make it into such a shape.

【0141】なお、注入後に、イオン注入時に生じたダ
メージを低減するためにアニール処理をすることも好ま
しいものである。アニール処理の温度としては、200℃
から500℃、好ましくは300℃から400℃である。アニー
ルの際の雰囲気しては、水素を含む雰囲気等を用いるこ
とができる。
It is also preferable to perform an annealing process after the implantation in order to reduce the damage caused during the ion implantation. The annealing temperature is 200 ℃
To 500 ° C, preferably 300 ° C to 400 ° C. As an atmosphere for annealing, an atmosphere containing hydrogen or the like can be used.

【0142】本実施形態においても、上述の第1の実施
形態に記載の活性層等を適用することができる。また、
半導体レーザーの構造に関しても、第1の実施形態に記
載のものを用いることができる。
In this embodiment, the active layer and the like described in the first embodiment can be applied. Also,
As for the structure of the semiconductor laser, the structure described in the first embodiment can be used.

【0143】基板としては、第1の実施形態に記載のも
のを用いることができる。
As the substrate, the substrate described in the first embodiment can be used.

【0144】半導体レーザーの活性層等の形成には、第
1の実施形態に記載のものを用いることができる。
For forming an active layer and the like of a semiconductor laser,
The one described in the first embodiment can be used.

【0145】アノード、カソードとしては、第1の実施
形態に記載のものを用いることができる。ヒートシンク
材料等も第1の実施形態に記載のものを用いることがで
きる。
The anode and cathode described in the first embodiment can be used. The materials described in the first embodiment can be used as the heat sink material and the like.

【0146】なお、本実施形態においては、高抵抗化の
ために、イオン注入を利用する例を示したが、高抵抗化
したい部分を選択的に酸化することで、高抵抗化を実現
してもよい。
In this embodiment, an example in which ion implantation is used to increase the resistance has been described. However, by selectively oxidizing a portion to be increased in resistance, the resistance can be increased. Is also good.

【0147】(第5の実施の形態)図31は、本発明に係
る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備
えた光ジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であ
る。2600は半導体レーザー、2601は活性層、2602は基
板、2603はアノード、2604はカソードを、2605は電気端
子である。特に番号は付していないが、活性層2601の上
下には少なくとも低屈折率層(クラッド層)が形成され
ている。そして、2609は、イオン注入によって高抵抗化
されていることを示す。図31においては、光ガイド層や
キャップ層等は適宜省略しているが、活性層とクラッド
層間に光ガイド層(光導波層)を形成しておいても良い
し、さらにクラッド層と電極間にバッファー層としての
キャップ層を形成しておくことも好ましいものである。
図31においては、アノード2603が、リング状に形成さ
れ、高抵抗化された領域2609が表出しているように記載
されているが、領域2609は、全面がアノード2603で覆わ
れていても構わない。また、電極の位置等も図31に記載
のものに限定されるものではなく、図32のような電極配
置であっても良い。
(Fifth Embodiment) FIG. 31 is a schematic perspective view showing another example of an optical gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. . 2600 is a semiconductor laser, 2601 is an active layer, 2602 is a substrate, 2603 is an anode, 2604 is a cathode, and 2605 is an electric terminal. Although not particularly numbered, at least a low refractive index layer (cladding layer) is formed above and below the active layer 2601. 2609 indicates that the resistance is increased by ion implantation. In FIG. 31, the light guide layer, the cap layer, and the like are appropriately omitted, but a light guide layer (optical waveguide layer) may be formed between the active layer and the clad layer, and further, the gap between the clad layer and the electrode may be formed. It is also preferable to form a cap layer as a buffer layer in advance.
Although FIG. 31 shows that the anode 2603 is formed in a ring shape and the region 2609 with high resistance is exposed, the region 2609 may be entirely covered with the anode 2603. Absent. Also, the positions of the electrodes and the like are not limited to those shown in FIG. 31, and the electrodes may be arranged as shown in FIG.

【0148】図33は、図32記載の半導体レーザーを上側
から見た際の模式図である。
FIG. 33 is a schematic diagram when the semiconductor laser shown in FIG. 32 is viewed from above.

【0149】そして、XX'での断面図の一例の模式図を
図34に示す。
FIG. 34 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line XX ′.

【0150】2601は活性層、2602は基板、2603はアノー
ド、2604はカソード、2606は上部クラッド層、2607は下
部クラッド層、2609はイオン注入により高抵抗化されて
いる領域を示す。このような構成にすることにより、電
流は中央部領域には流れにくくなり、主として周回する
光のみに利得を与えることができる。
Reference numeral 2601 denotes an active layer, 2602 denotes a substrate, 2603 denotes an anode, 2604 denotes a cathode, 2606 denotes an upper clad layer, 2607 denotes a lower clad layer, and 2609 denotes a region whose resistance is increased by ion implantation. With such a configuration, the current is less likely to flow in the central region, and a gain can be given mainly to only the circulating light.

【0151】なお、図34においては、高抵抗化領域2309
の界面がはっきりしているように記載しているが、実際
には界面において多少の広がりがある。また、アノード
2603は、2609の高抵抗化領域上も含め、全面に
形成しておいてもよい。図30においても同様である。
In FIG. 34, a high resistance region 2309 is shown.
Are clearly shown, but actually there is some spread at the interface. Further, the anode 2603 may be formed on the entire surface including the high resistance region of 2609. The same applies to FIG.

【0152】図34においては、上部クラッド層の少なく
とも一部が高抵抗化されているように記載しているが、
中央部領域に電流が流れにくい構造となっていれば、活
性層領域2601の一部まで高抵抗化されていても、下部ク
ラッド層2607の少なくとも一部まで高抵抗化されていて
もよい。もちろん、半導体レーザーの中央部領域全体が
高抵抗化されていても良い。
In FIG. 34, it is described that at least a part of the upper cladding layer has a high resistance.
As long as the structure is such that current does not easily flow in the central region, the resistance may be increased to a part of the active layer region 2601 or to at least a part of the lower cladding layer 2607. Of course, the entire central region of the semiconductor laser may have a higher resistance.

【0153】とりわけ、活性層2601の中央部領域が高抵
抗化されていれば、実質的な活性層体積が減少すること
になり、駆動電流を更に低減することができる。
In particular, if the central region of the active layer 2601 has a high resistance, the volume of the active layer is substantially reduced, and the drive current can be further reduced.

【0154】もちろん、活性層付近の深さに投影飛程を
持つようにイオン注入を行ない、当該深さ付近を中心に
高抵抗化することも可能である。
Of course, it is also possible to carry out ion implantation so as to have a projection range at a depth near the active layer, and to increase the resistance around the depth.

【0155】また、図34においては、アノード2603は、
半導体レーザーの周囲に配置した構造としているが、レ
ーザー上面の全面に配しても良い。
In FIG. 34, the anode 2603 is
Although the structure is arranged around the semiconductor laser, it may be arranged on the entire upper surface of the laser.

【0156】適宜、光ガイド層、キャップ層等を形成す
ることも可能である。
It is also possible to appropriately form a light guide layer, a cap layer, and the like.

【0157】本実施形態においても、上述の第1の実施
形態に記載のものを適用することができる。
Also in the present embodiment, the one described in the first embodiment can be applied.

【0158】また、半導体レーザーの構造に関しても、
第1の実施形態に記載のものを用いることができる。
Further, regarding the structure of the semiconductor laser,
The one described in the first embodiment can be used.

【0159】基板としては、第1の実施形態に記載のも
のを用いることができる。
The substrate described in the first embodiment can be used as the substrate.

【0160】半導体レーザーの活性層等の形成には、第
1の実施形態に記載のものを用いることができる。
For forming an active layer and the like of a semiconductor laser,
The one described in the first embodiment can be used.

【0161】アノード、カソードとしては、第1の実施
形態に記載のものを用いることができる。
As the anode and the cathode, those described in the first embodiment can be used.

【0162】ヒートシンク材料等も第1の実施形態に記
載のものを用いることができる。
As the heat sink material, the materials described in the first embodiment can be used.

【0163】(第6の実施の形態)図35は、本発明に係
る、周回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備
えたジャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、
半導体レーザーの形状として、三角柱形状を利用してい
る点が、主として第4や第5の実施の形態と異なる。
(Sixth Embodiment) FIG. 35 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention.
The point that a triangular prism shape is used as the shape of the semiconductor laser is mainly different from the fourth and fifth embodiments.

【0164】このような構成をとることにより第4の実
施の形態と同様の効果が得られるとともに、第4の実施
の形態よりも伝搬モードが少なくなるため、発振モード
数が減少し、第4の実施の形態よりもS/Nが改善され
る。
By adopting such a configuration, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained, and the number of propagation modes is smaller than that of the fourth embodiment. S / N is improved as compared with the embodiment.

【0165】図35においては、アノード2903が、リング
状に形成され、高抵抗化された領域2909が表出している
ように記載されているが、領域2909は、全面がアノード
2903で覆われていても構わない。また、電極の位置等も
図29に記載のものに限定されるものではない。
In FIG. 35, the anode 2903 is formed in a ring shape, and the region 2909 having a high resistance is shown as being exposed.
It can be covered with 2903. Also, the positions of the electrodes and the like are not limited to those shown in FIG.

【0166】高抵抗領域の位置、深さ、形成方法等並び
に、活性層、基板、電極材料等に関しては、実施形態4
あるいは5と同様の構成をとることができる。
Regarding the position, depth, forming method, etc. of the high resistance region, active layer, substrate, electrode material, etc.
Alternatively, a configuration similar to that of 5 can be adopted.

【0167】なお、実施形態においては、リングレーザ
ーの形状として、円柱状、四角柱状、三角柱状の形状を
有するものについて説明してきたが、もちろんこれらの
形状に限定されるものではなく、右回りのレーザー光と
左回りのレーザー光が同じ経路を通る構成である限り、
経路の形状は、円形、四角形、三角形はもちろん、5角
形、6角形等の多角形を有する形状であってもよい。
In the embodiment, the ring laser has been described as having a cylindrical, quadrangular, or triangular prism shape. However, the present invention is not limited to these shapes. As long as the laser beam and the counterclockwise laser beam have the same path,
The shape of the path may be a shape having a polygon such as a pentagon, a hexagon, as well as a circle, a quadrangle, and a triangle.

【0168】(実施例1)図2は、本発明に係る、周回状
に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えた光ジャ
イロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザー
として円形の導波路であり、円筒構造を有する半導体レ
ーザーを用いた場合を示す。図2において、205は電気端
子、203はアノード、204はカソード、200は中空形状を
有する円筒状の半導体レーザー、201は半導体レーザー
を構成する活性層、202は半導体レーザーを載置する基
板である。
Embodiment 1 FIG. 2 is a schematic perspective view showing another example of an optical gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. This shows a case where a semiconductor laser having a circular waveguide and a cylindrical structure is used. In FIG. 2, 205 is an electric terminal, 203 is an anode, 204 is a cathode, 200 is a cylindrical semiconductor laser having a hollow shape, 201 is an active layer constituting the semiconductor laser, and 202 is a substrate on which the semiconductor laser is mounted. .

【0169】上記構成において、アノード203から半導
体レーザーに電流を注入する。活性層201は1.55μ
m組成のInGaAsPであり、その上下に1.3μm
組成のInGaAsP光ガイド層、さらにこれらを挟む
ようにInPクラッド層が形成されている。半導体と空
気では屈折率が異なるため、界面で反射が生じる。半導
体の屈折率を3.5とすると、界面に対する法線とレー
ザー光とのなす角が16.6度以上で全反射が生じる。
全反射を受けるモードは、他のモードに比べてミラー損
失が無い分だけ発振しきい値が小さくて済むので、低注
入電流レベルで発振が開始する。しかもこの発振モード
に利得が集中するため、他のモードの発振は抑制され
る。半導体レーザー200からなる素子の半径が10μ
m、活性層の厚さが0.1μmのとき、発振しきい電流
は0.2mAとなる。駆動電流0.5mAのとき、カメ
ラの手ぶれや、自動車の振動程度の毎秒30度の回転を
受けると、電極端子1から電圧振幅100mV、周波数
23.6Hzの信号が得られる。
In the above configuration, a current is injected from the anode 203 into the semiconductor laser. Active layer 201 is 1.55μ
m of InGaAsP, and 1.3 μm above and below
An InGaAsP light guide layer having a composition, and an InP clad layer are formed so as to sandwich these. Since a semiconductor and air have different refractive indexes, reflection occurs at the interface. Assuming that the refractive index of the semiconductor is 3.5, total reflection occurs when the angle between the normal to the interface and the laser beam is 16.6 degrees or more.
In the mode that receives total reflection, the oscillation threshold value can be reduced by the amount corresponding to the absence of the mirror loss as compared with the other modes, so that oscillation starts at a low injection current level. Moreover, since the gain is concentrated in this oscillation mode, oscillation in other modes is suppressed. The radius of the element consisting of the semiconductor laser 200 is 10μ
m and the thickness of the active layer is 0.1 μm, the oscillation threshold current is 0.2 mA. When the driving current is 0.5 mA, when the camera shakes or the vehicle rotates 30 degrees per second, which is about the vibration of the automobile, a signal having a voltage amplitude of 100 mV and a frequency of 23.6 Hz is obtained from the electrode terminal 1.

【0170】なお、比較のため中空形状を有さない図1
に示すような構成の場合の、発振閾値は、0.8mAなの
で、円柱形状に比べ定電流駆動が可能、すなわち、発振
しきい電流が小さなジャイロが得られることが明らかと
なった。
For comparison, FIG. 1 does not have a hollow shape.
In the case of the configuration shown in Fig. 5, the oscillation threshold value is 0.8 mA, so that it is possible to drive at a constant current as compared with the columnar shape, that is, it is possible to obtain a gyro having a small oscillation threshold current.

【0171】また、全反射が生じるときには、界面に沿
って進行するエバネッセント光が存在する。発振波長が
1.55μmの場合、エバネッセント光のしみ出し距離
は0.074μmである。エバネッセント光の強度は指
数関数的に減衰し(しみ出し距離は、電界振幅が1/e
に減衰する距離である)、余裕を見て反射体となりうる
ものから10μmも離せば、戻り光の影響は無視でき
る。すなわち、上述した構成例は、半導体レーザー200
の円柱の界面から10μm以内に反射体が存在しない場
合の例であり、戻り光雑音の影響は受けない。
When total reflection occurs, there is evanescent light traveling along the interface. When the oscillation wavelength is 1.55 μm, the exudation distance of the evanescent light is 0.074 μm. The intensity of the evanescent light attenuates exponentially.
If it is 10 μm away from a reflector that can be considered with a margin, the effect of the return light can be neglected. That is, the above configuration example is the semiconductor laser 200
This is an example in which no reflector is present within 10 μm from the interface of the column, and is not affected by return light noise.

【0172】さらに注入電流を振幅0.1mA、周波数
2kHzで変調しておくことにより、ビート周波数が1
Hzを切るような小さい周波数に応じた回転の際にもロ
ックイン現象が生じることのないジャイロを構成するこ
ともできる。しかも、信号周波数と異なる帯域の周波数
で変調するので、信号に悪影響を与えることもない。
Further, by modulating the injection current with an amplitude of 0.1 mA and a frequency of 2 kHz, the beat frequency becomes 1
A gyro that does not cause a lock-in phenomenon even when rotating according to a small frequency such as less than Hz can be configured. In addition, since the signal is modulated at a frequency in a band different from the signal frequency, the signal is not adversely affected.

【0173】なお、ここでは半導体材料として、InG
aAsP系のものを用いたが、GaAs系、ZnSe
系、InGaN系、AlGaN系などどのような材料系
であっても構わない。
Note that here, InG is used as the semiconductor material.
aAsP type was used, but GaAs type, ZnSe type
Any material system such as a system, an InGaN system, and an AlGaN system may be used.

【0174】尚、リング共振器型レーザーとして、図5
7や図58に示すリング共振器型ガスレーザーを用い
て、ジァイロを構成することもできる。
As a ring resonator type laser, FIG.
The gyro can also be configured using a ring resonator type gas laser shown in FIG. 7 or FIG.

【0175】図57、58において、1は、電気端子、
10は、石英をくりぬいて作製した石英管、11はミラ
ー、21及び22は放電電極であり、例えば21をアノ
ード、22をカソードとする。また、31は右回りのレ
ーザー光、32は左回りのレーザー光である。
In FIGS. 57 and 58, 1 is an electric terminal,
Reference numeral 10 denotes a quartz tube produced by hollowing out quartz, 11 denotes a mirror, and 21 and 22 denote discharge electrodes. For example, 21 is an anode and 22 is a cathode. Reference numeral 31 denotes clockwise laser light, and reference numeral 32 denotes counterclockwise laser light.

【0176】上記構成において、石英管10の中にヘリ
ウムガスとネオンガスを入れ、アノード21とカソード
22との間に電圧をかけると放電が始まり、電流が流れ
る状態となる。
In the above configuration, when helium gas and neon gas are put in the quartz tube 10 and a voltage is applied between the anode 21 and the cathode 22, discharge starts and a current flows.

【0177】この石英管10が静止しているときは、右
回りのレーザー光と左回りのレーザー光の発振周波数は
全く等しく、4.73×1014Hz、発振波長λは63
2.8nmとしている。例えば、共振器として機能する
石英管10が毎秒180度の回転を受け、石英管10の
1辺の長さを10cmとした場合には、ビート周波数は
496.5kHzとなる。このとき、電源電流が一定と
なるよう調整しておき、電気端子1から端子電圧をモニ
ターすると振幅100mVで周波数496.5kHzの
信号が得られる。
When the quartz tube 10 is stationary, the oscillation frequencies of the clockwise laser light and the counterclockwise laser light are exactly the same, 4.73 × 10 14 Hz, and the oscillation wavelength λ is 63.
It is 2.8 nm. For example, if the quartz tube 10 functioning as a resonator receives a rotation of 180 degrees per second and the length of one side of the quartz tube 10 is 10 cm, the beat frequency is 496.5 kHz. At this time, if the power supply current is adjusted to be constant and the terminal voltage is monitored from the electric terminal 1, a signal having an amplitude of 100 mV and a frequency of 496.5 kHz is obtained.

【0178】(実施例2)図36は、周回状に光が伝搬す
るリング共振器型レーザー3000を備えたジャイロを
上面から見た場合の模式図である。四角形の導波路構造
を有し、本発明にいうところの中空構造を有するもので
ある。XX'での断面図を図38に示す。
Embodiment 2 FIG. 36 is a schematic diagram of a gyro provided with a ring resonator type laser 3000 in which light propagates in a circular shape when viewed from above. It has a rectangular waveguide structure and a hollow structure according to the present invention. FIG. 38 shows a cross-sectional view taken along XX ′.

【0179】3001は活性層、3022は光ガイド層、3002は
基板、3003はアノード、3004はカソード、3005は電気端
子、3006及び3007はクラッド層、3040はキャップ層であ
る。
3001 is an active layer, 3022 is a light guide layer, 3002 is a substrate, 3003 is an anode, 3004 is a cathode, 3005 is an electric terminal, 3006 and 3007 are cladding layers, and 3040 is a cap layer.

【0180】以下、具体的に本リングレーザーの作製方
法について示す。
Hereinafter, a method for producing the present ring laser will be specifically described.

【0181】まず図39に示す構成を有する基体を用意す
る。
First, a base having the structure shown in FIG. 39 is prepared.

【0182】n−GaAs基板3002上に、Al0.3Ga0.7As/GaA
sの3層からなる多重量子井戸構造の活性層3001があり、
この活性層を挟むようにAl0.3Ga0.7Asの光ガイド層3022
を設けている。更にそれらを挟むようにクラッド層(30
06はp−Al0.5Ga0.5As、3007はn−Al0.5Ga0.5As)が形成
してある。3015は、n−GaAsからなるバッファー層であ
る。3040は、p−GaAsからなるキャップ層である。
On an n-GaAs substrate 3002, Al 0.3 Ga 0.7 As / GaA
There is an active layer 3001 having a multiple quantum well structure composed of three layers of s
An optical guide layer 3022 of Al 0.3 Ga 0.7 As sandwiches this active layer.
Is provided. In addition, clad layers (30
06 is formed of p-Al 0.5 Ga 0.5 As, and 3007 is formed of n-Al 0.5 Ga 0.5 As). Reference numeral 3015 denotes a buffer layer made of n-GaAs. 3040 is a cap layer made of p-GaAs.

【0183】該キャップ層3040上にアノード3003となる
Cr/Au(又はTi/Pt/Au)を形成する(図40)。
An anode 3003 is formed on the cap layer 3040.
Cr / Au (or Ti / Pt / Au) is formed (FIG. 40).

【0184】そして、フォトレジスト3060を塗付後、図
41のようにパターニングする。
After applying photoresist 3060,
Pattern as in 41.

【0185】パターニングされたフォトレジスト3060を
マスクにアノード3003に対してドライエッチングを行な
う(図42)。
Dry etching is performed on anode 3003 using patterned photoresist 3060 as a mask (FIG. 42).

【0186】次に、半導体層をドライエッチングにより
除去し(図43)、そしてフォトレジストを剥離する(図
45)。
Next, the semiconductor layer is removed by dry etching (FIG. 43), and the photoresist is stripped (FIG. 43).
45).

【0187】ここで、アノードを水素雰囲気中でアニー
ルし、アロイ化する。
Here, the anode is annealed in a hydrogen atmosphere to form an alloy.

【0188】次に、必要に応じて基板研磨後、AuGeNi/
Auからなるカソード3004を蒸着する(図46)。
Next, after polishing the substrate as necessary, AuGeNi /
A cathode 3004 made of Au is deposited (FIG. 46).

【0189】こうして図38に示すリングレーザーが形成
できる。導波路の幅が5μm、1辺の長さが400μmの
時、発振閾値は、4mAである。駆動電流5mAのとき、カメ
ラの手ぶれや、自動車の振動程度の毎秒30度の回転を受
けると、電極端子3005から電圧振幅100mV、周波数8
60Hzの信号が得られる。これによって、発振閾値電流
が小さいジャイロが実現される。
Thus, the ring laser shown in FIG. 38 can be formed. When the width of the waveguide is 5 μm and the length of one side is 400 μm, the oscillation threshold is 4 mA. When the drive current is 5 mA and the camera shakes or the car rotates at 30 degrees per second, the voltage amplitude from the electrode terminal 3005 is 100 mV and the frequency is 8
A 60 Hz signal is obtained. Thus, a gyro having a small oscillation threshold current is realized.

【0190】なお、図36中の角度αは、45°±0.01°の
範囲内、好ましくは45°±0.001°の範囲内である。他
の角部に対応する箇所も同様である。これは、レーザ光
が光共振器内を一周したときに、できるだけ始点の近く
に戻るために必要な条件である。
The angle α in FIG. 36 is in the range of 45 ° ± 0.01 °, preferably in the range of 45 ° ± 0.001 °. The same applies to the portions corresponding to the other corners. This is a condition necessary for the laser beam to return as close to the starting point as possible when making a round in the optical resonator.

【0191】もちろん、他のプロセスにより半導体リン
グレーザーを作製する場合にも、αは、上述の範囲であ
ることが望ましい。
Of course, when a semiconductor ring laser is manufactured by another process, α is preferably within the above range.

【0192】また、図37は、図36中の角部3090を拡大し
たものであるが、角部における表面荒れrが500Å未満、
好ましくは200Å未満であるとよい。これは、後方散乱
を低減し、ロックインを生じにくくするために、とても
重要である。
FIG. 37 is an enlarged view of the corner 3090 in FIG. 36. The surface roughness r at the corner is less than 500 °.
Preferably it is less than 200 °. This is very important to reduce backscatter and reduce lock-in.

【0193】図44は、図43中の領域3091を拡大したもの
である。図中に示したように、基板と半導体層側面のな
す角βが、75°≦β≦105°、好ましくは80°≦β≦100
°、更に好ましくは、85°≦β≦95°であるとよい。β
が90°に近いほど横モードが安定となる。もちろん、
図中のθ1,θ2においても、実施形態1で示した範囲に
なるようにするのがよい。
FIG. 44 is an enlarged view of the area 3091 in FIG. As shown in the figure, the angle β between the substrate and the side surface of the semiconductor layer is 75 ° ≦ β ≦ 105 °, preferably 80 ° ≦ β ≦ 100.
°, more preferably, 85 ° ≦ β ≦ 95 °. β
Is closer to 90 °, the transverse mode becomes more stable. of course,
It is preferable that θ 1 and θ 2 in the drawing also fall within the range described in the first embodiment.

【0194】また、半導体層側面の外側について説明し
たが、内側においても上記βの範囲を満たすことが好ま
しい。
In addition, the outer side of the side surface of the semiconductor layer has been described, but it is preferable that the above-mentioned range of β is satisfied also on the inner side.

【0195】本実施例では、四角形の導波路を有するリ
ングレーザーについて説明しているが、他の形状の導波
路(四角形や三角形)の場合であっても、上記βの範囲
内であることが望ましい。
In this embodiment, a ring laser having a rectangular waveguide is described. However, even in the case of a waveguide having another shape (square or triangular), it may fall within the range of β. desirable.

【0196】もちろん他のプロセスでリングレーザーを
作製する場合においても、メサ状半導体層側面と基板の
なす角βは上述の範囲であることが好ましい。
Of course, even when a ring laser is manufactured by another process, the angle β formed between the side surface of the mesa semiconductor layer and the substrate is preferably in the above range.

【0197】また、半導体レーザーの検出端子に保護回
路をもうけることで半導体レーザーの劣化あるいは破壊
を防ぐことができる。保護回路として、4005ボルテ
ージフォロワを接続した例を図47に示す。4000は半
導体レーザー、4001は電気抵抗、4002は電流
源、4006は電圧検出回路である。
Further, by providing a protection circuit at the detection terminal of the semiconductor laser, deterioration or destruction of the semiconductor laser can be prevented. FIG. 47 shows an example in which a 4005 voltage follower is connected as a protection circuit. 4000 is a semiconductor laser, 4001 is an electric resistance, 4002 is a current source, and 4006 is a voltage detection circuit.

【0198】さて、電源として定電圧源を用いると、回
転の角速度を半導体レーザーに流れる電流の変化として
測定することができる。図48や図49に示すように、定電
圧源として電池を用いると、駆動系の小型化、軽量化に
つながる。図48では、半導体レーザーと直列に電気抵抗
を接続し、電気抵抗の両端の電圧の変化として、半導体
レーザーに流れる電流を測定している。4003は、電
池(バッテリー)、4007は電圧計である。一方、図
49では、半導体レーザーと直列に電流計4008を接続
し、じかに半導体レーザーに流れる電流を測定してい
る。
When a constant voltage source is used as the power supply, the angular velocity of rotation can be measured as a change in current flowing through the semiconductor laser. As shown in FIGS. 48 and 49, when a battery is used as the constant voltage source, the driving system can be reduced in size and weight. In FIG. 48, an electric resistance is connected in series with the semiconductor laser, and a current flowing through the semiconductor laser is measured as a change in voltage across the electric resistance. 4003 is a battery (battery) and 4007 is a voltmeter. Meanwhile, the figure
In 49, an ammeter 4008 is connected in series with the semiconductor laser, and the current flowing through the semiconductor laser is measured directly.

【0199】ビート信号を検出するための別の回路構成
について説明する。
Another circuit configuration for detecting a beat signal will be described.

【0200】図50に示すようにリング共振器型ガスレ
ーザー60のアノードをバッファ用の演算増幅器61に
接続する。そして、該増幅器61から出力される信号
は、角速度に対応した周波数を有しているので、これを
公知の周波数−電圧変換回路(F−V変換回路)により
電圧に変換して、回転を検知する。62は電源である。
As shown in FIG. 50, the anode of the ring resonator type gas laser 60 is connected to an operational amplifier 61 for a buffer. Since the signal output from the amplifier 61 has a frequency corresponding to the angular velocity, the signal is converted into a voltage by a known frequency-voltage conversion circuit (FV conversion circuit) to detect rotation. I do. 62 is a power supply.

【0201】もちろん、所望の特性が得られれば、演算
増幅器61(「ボルテージホロワ」)は、省略すること
もできる。
Of course, if desired characteristics can be obtained, the operational amplifier 61 ("voltage follower") can be omitted.

【0202】図51に、レーザーを定電流駆動し、レー
ザー60のアノード電位の変化を読みだし、回転検知を
行う回路図の一例を示す。
FIG. 51 shows an example of a circuit diagram for driving the laser at a constant current, reading the change in the anode potential of the laser 60, and detecting the rotation.

【0203】レーザー60のアノードは、保護抵抗63
を介して、演算増幅器70の出力端子に接続され、レー
ザー60のカソードは、演算増幅器70の反転入力端子
に接続される。
The anode of the laser 60 is
Is connected to the output terminal of the operational amplifier 70, and the cathode of the laser 60 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 70.

【0204】該演算増幅器61は、信号Voutを出力
する。この信号は、角速度に比例したビート周波数をも
つので、公知の周波数−電圧変換回路(F−V変換回
路)等により電圧に変換し、回転を検知する。
The operational amplifier 61 outputs a signal Vout. Since this signal has a beat frequency proportional to the angular velocity, the signal is converted into a voltage by a known frequency-voltage conversion circuit (FV conversion circuit) or the like, and rotation is detected.

【0205】なお図52に周波数−電圧変換回路(FV
変換回路)の例を示す。この回路は、トランジスター、
ダイオード、コンデンサー、抵抗で構成され、出力電圧
C2は式(2)で表される。
FIG. 52 shows a frequency-voltage conversion circuit (FV
Conversion circuit). This circuit consists of a transistor,
The output voltage V C2 is composed of a diode, a capacitor, and a resistor, and is represented by Expression (2).

【0206】[0206]

【外1】 ここで、Eiは入力電圧のpeak−to−peakの
値、fはビート周波数である。C2>>C1,R02f<
1となるように回路パラメータを設計することで、式
(3)に示すように、 VC2=Ei10f ・・・(3) となり、ビート周波数に比例した電圧出力を得ることが
可能となる。
[Outside 1] Here, E i is the peak-to-peak value of the input voltage, and f is the beat frequency. C 2 >> C 1 , R 0 C 2 f <
By designing the circuit parameters to be 1, V C2 = E i C 1 R 0 f (3) as shown in equation (3), and a voltage output proportional to the beat frequency is obtained. Becomes possible.

【0207】図53に、レーザーを定電圧駆動し、レー
ザー60のアノード電位の変化を読みだし、回転検知を
行う回路図の一例を示す。
FIG. 53 shows an example of a circuit diagram for driving the laser at a constant voltage, reading the change in the anode potential of the laser 60, and detecting the rotation.

【0208】レーザー60のアノードは、抵抗63を介
して、演算増幅器72の出力端子に接続され、レーザー
60のカソードは、基準電位に接地されている。
[0208] The anode of the laser 60 is connected to the output terminal of the operational amplifier 72 via the resistor 63, and the cathode of the laser 60 is grounded to the reference potential.

【0209】マイコン等から、演算増幅器72の反転入
力端子に定電位(Vin)を与えると、その電位が常に
抵抗63とレーザー60にかかる定電圧ドライブ構成に
なる。
When a constant potential (Vin) is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 72 from a microcomputer or the like, a constant voltage drive configuration in which the potential is always applied to the resistor 63 and the laser 60 is provided.

【0210】電気抵抗63は、バッファ用の演算増幅器
61に接続される。
The electric resistance 63 is connected to the operational amplifier 61 for the buffer.

【0211】該演算増幅器61は、信号Voutを出力
する。この信号は、角速度に比例したビート周波数であ
るので、公知の周波数−電圧変換回路(F−V変換回
路)等により電圧に変換し、回転を検知する。もちろ
ん、電気抵抗と等電位部分の信号を直接F−V変換回路
に入れて、回転検知してもよい。またビート信号検出手
段として周波数カウンタ回路を用いることもできる。
The operational amplifier 61 outputs a signal Vout. Since this signal has a beat frequency proportional to the angular velocity, the signal is converted into a voltage by a known frequency-voltage conversion circuit (FV conversion circuit) or the like, and rotation is detected. Of course, the rotation detection may be performed by directly inputting the signal of the electric resistance and the equipotential portion to the FV conversion circuit. Further, a frequency counter circuit can be used as the beat signal detecting means.

【0212】次に、図53と同じ定電圧ドライブ構成に
加え、減算回路75を用いて、信号電位の基準をアース
にとる場合を図60に示す。
Next, FIG. 60 shows a case where the reference of the signal potential is set to the ground by using the subtraction circuit 75 in addition to the constant voltage drive configuration shown in FIG.

【0213】マイコン等から演算増幅器72の反転入力
端子に定電位V1を与える。60は、リング共振器型レ
ーザー、61はボルテージフォロワ、63及び76〜7
9は電気抵抗であり、76と77及び78と79の抵抗
値をそれぞれ等しくしている。
A constant potential V 1 is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 72 from a microcomputer or the like. 60 is a ring resonator type laser, 61 is a voltage follower, 63 and 76-7
Reference numeral 9 denotes an electric resistance, which makes the resistance values of 76 and 77 and 78 and 79 equal.

【0214】電気抵抗63の両端の電位V12がボルテ
ージフォロワ及び抵抗76、78回路を通して、該増幅
器80の反転入力端子、非反転入力端子につなげられて
いる。こうすることにより、基準電位をアースにとっ
て、電気抵抗63にかかる電圧V2−V1(=V0)の変
化を検出することができる。すなわちリング共振器型レ
ーザー60に流れる電流変化を検出できる。
The electric potential V 1 V 2 at both ends of the electric resistor 63 is connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the amplifier 80 through a voltage follower and resistors 76 and 78 circuits. This makes it possible to detect a change in the voltage V 2 −V 1 (= V 0 ) applied to the electric resistance 63 with the reference potential as the ground. That is, a change in the current flowing through the ring resonator type laser 60 can be detected.

【0215】得られる信号をF−V変換回路等を通し
て、回転を検出する。
The rotation of the obtained signal is detected through an FV conversion circuit or the like.

【0216】また、電源の種類に関わらず、直接インピ
ーダンスメーター4009で、半導体レーザーのインピ
ーダンスの変化を測定することもできる。4004は、
電源である。この場合、端子電圧や素子に流れる電流を
測定する場合と違って、駆動電源の雑音の影響が小さく
なる。この例を図54に示す。
[0216] Regardless of the type of power supply, a change in the impedance of the semiconductor laser can be directly measured by the impedance meter 4009. 4004 is
Power supply. In this case, unlike the case where the terminal voltage or the current flowing through the element is measured, the influence of the noise of the driving power supply is reduced. This example is shown in FIG.

【0217】(実施例3)図2は、本発明に係る、周回
状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えた光ジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる半導体レーザーの形状を円柱状(図1)
に代えて円筒状としている。他の点は、実施例1と同様
とした。
(Embodiment 3) FIG. 2 is a schematic perspective view showing another example of an optical gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention. The shape of the semiconductor laser used is cylindrical (Fig. 1)
Instead of a cylindrical shape. Other points were the same as in Example 1.

【0218】この構成によれば、レーザー光は、半導体
の界面に沿うように周回するので、半導体レーザー200
からなる素子の中央部は不要である。そこで、図2のよ
うに円筒状とすることによって、周回する光のみに利得
を与えることができ、しかも活性層体積が減少すること
から、駆動電流がさらに低減される。
According to this configuration, since the laser light circulates along the interface of the semiconductor, the semiconductor laser 200
The central part of the element consisting of is not required. Therefore, by making the shape of a cylinder as shown in FIG. 2, a gain can be given only to the circulating light, and the volume of the active layer is reduced, so that the driving current is further reduced.

【0219】(実施例4)図27は、本発明に係る、周
回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えたジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる円柱状の半導体レーザーの中央部(図2
7のクロスハッチの部分)をイオン注入によって高抵抗
化している。イオンはプロトンを用い、ドーズ量は5×1
014 cm-2、加速電圧は100 keVである。なお、プロトン
注入領域にもレーザー光が分布するが、この領域の光に
対する吸収損失を低減するために、350℃で15分間アニ
ールする。他の点は、実施例1と同様とした。
(Embodiment 4) FIG. 27 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and is used as a laser. The central part of a cylindrical semiconductor laser (Fig. 2
7 (cross hatched portion) is made high in resistance by ion implantation. Ions use protons and the dose is 5 × 1
0 14 cm -2 , the accelerating voltage is 100 keV. Although laser light is distributed also in the proton injection region, annealing is performed at 350 ° C. for 15 minutes in order to reduce absorption loss of light in this region. Other points were the same as in Example 1.

【0220】この構成によっても、実施例3と同様の効
果、すなわち、周回する光のみに利得を与えることがで
き、しかも活性層体積が減少することから、駆動電流が
さらに低減されるという効果が得られる。
According to this configuration, the same effect as that of the third embodiment, that is, a gain can be given only to the circulating light, and the drive current can be further reduced because the volume of the active layer is reduced. can get.

【0221】(実施例5)図14は、本発明に係る、周
回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えたジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる半導体レーザーの形状を四角柱状とした
点が実施例3(図2)と異なる。他の点は、実施例3と
同様とした。
(Embodiment 5) FIG. 14 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and is used as a laser. The difference from the third embodiment (FIG. 2) is that the semiconductor laser has a quadrangular prism shape. Other points were the same as in Example 3.

【0222】この構成によれば、実施例3よりも伝搬モ
ードが少なくなるため、発振モード数が減少し、実施例
3よりもS/Nの良好な光ジャイロが得られる。
According to this configuration, since the number of propagation modes is smaller than that of the third embodiment, the number of oscillation modes is reduced, and an optical gyro having better S / N than that of the third embodiment can be obtained.

【0223】(実施例6)図31は、本発明に係る、周
回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えたジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる半導体レーザーの形状を四角柱状とした
点が実施例4(図27)と異なる。他の点は、実施例4
と同様とした。
(Embodiment 6) FIG. 31 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and is used as a laser. The difference from the fourth embodiment (FIG. 27) is that the semiconductor laser has a quadrangular prism shape. Other points are described in Example 4.
The same as above.

【0224】この構成によれば、実施例4よりもさらに
発振モード数が減少するので、さらにS/Nの良好なジ
ャイロが得られる。
According to this configuration, the number of oscillation modes is further reduced as compared with the fourth embodiment, so that a gyro with a better S / N can be obtained.

【0225】(実施例7)図26は、本発明に係る、周
回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えたジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる半導体レーザーの形状を三角柱状とした
点が実施例5(図14)と異なる。
(Embodiment 7) FIG. 26 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and is used as a laser. The difference from the fifth embodiment (FIG. 14) is that the semiconductor laser has a triangular prism shape.

【0226】他の点は、実施例5と同様とした。The other points were the same as in the fifth embodiment.

【0227】この構成によれば、実施例5よりも伝搬モ
ードが少なくなるため、発振モード数が減少し、実施例
5よりもS/Nの良好なジャイロが得られる。
According to this configuration, since the number of propagation modes is smaller than in the fifth embodiment, the number of oscillation modes is reduced, and a gyro having better S / N than in the fifth embodiment can be obtained.

【0228】(実施例8)図35は、本発明に係る、周
回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えたジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる半導体レーザーの形状を三角柱状とした
点が実施例6(図31)と異なる。
(Embodiment 8) FIG. 35 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and is used as a laser. The difference from the sixth embodiment (FIG. 31) is that the semiconductor laser has a triangular prism shape.

【0229】他の点は、実施例6と同様とした。The other points were the same as in the sixth embodiment.

【0230】この構成によれば、実施例6よりもさらに
発振モード数が減少するので、さらに優れたS/Nを有
するジャイロの提供が可能となる。
According to this configuration, the number of oscillation modes is further reduced as compared with the sixth embodiment, so that a gyro having an even better S / N can be provided.

【0231】(実施例9)図55は、本発明に係る、周
回状に光が伝搬するリング共振器型レーザーを備えたジ
ャイロの他の一例を示す模式的な斜視図であり、レーザ
ーとして用いる半導体レーザーを形成した基板5000
に、圧電素子5100を備えた点が実施例1(図32)
と異なる。他の点は、実施例1と同様とした。
(Embodiment 9) FIG. 55 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape according to the present invention, and is used as a laser. Substrate 5000 with semiconductor laser
Example 1 (FIG. 32) in that a piezoelectric element 5100 was provided.
And different. Other points were the same as in Example 1.

【0232】上記構成によれば、圧電素子5100に周
波数20kHzの電圧を加えることによって、光ジャイ
ロを構成する半導体レーザー5000に右回りと左回り
の回転をあたえることができる。端子5005から圧電
素子5100に加えた電圧と同期した信号を検出するこ
とで、右回りの回転と左回りの回転を識別することが可
能となる。例えば、右回りの回転方向に振動を与えたと
き、半導体レーザー5000が右回りの回転を受けてい
れば端子電圧は大きくなり、逆に左回りの回転を受けて
いれば、端子電圧は小さくなる。しかも、信号周波数と
異なる帯域の周波数で変調することによって、信号に悪
影響を与えることなく、回転の方向を検知できる。な
お、円形の導波路を有する場合について説明したが、四
角形、三角形などの導波路形状(図14、図26)など
に、上記圧電素子を適用できることはもちろんである。
According to the above configuration, by applying a voltage of 20 kHz to the piezoelectric element 5100, the clockwise and counterclockwise rotation can be given to the semiconductor laser 5000 constituting the optical gyro. By detecting a signal synchronized with the voltage applied to the piezoelectric element 5100 from the terminal 5005, clockwise rotation and counterclockwise rotation can be distinguished. For example, when vibration is applied in the clockwise direction, the terminal voltage increases when the semiconductor laser 5000 receives clockwise rotation, and conversely, decreases when the semiconductor laser 5000 receives counterclockwise rotation. . Moreover, by modulating the signal at a frequency in a band different from the signal frequency, the direction of rotation can be detected without adversely affecting the signal. Although the case where a circular waveguide is provided has been described, it is needless to say that the piezoelectric element can be applied to a waveguide shape such as a square or a triangle (FIGS. 14 and 26).

【0233】[0233]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るジャ
イロによれば、周回状に光が伝搬するリング共振器型レ
ーザーが、該レーザー内部の互いに逆回りに進行するレ
ーザー光の干渉によって生じるビートに起因する電流、
電圧又はインピーダンスの変化を検出することにより、
端子から回転に応じたビート信号を取り出すことができ
るので、従来の光ジャイロでは必須であった光検出器や
光結合のための光学系の省略が可能なジャイロを提供す
ることができる。また、実質的な活性層の体積を減少す
ることにより、駆動電力の低減を図ることができる。
As described above, according to the gyro according to the present invention, a ring resonator type laser in which light propagates in a circular shape is generated by the interference of laser light traveling in opposite directions inside the laser. Current caused by beats,
By detecting changes in voltage or impedance,
Since a beat signal corresponding to the rotation can be extracted from the terminal, it is possible to provide a gyro that can omit a photodetector and an optical system for optical coupling, which are essential in the conventional optical gyro. In addition, the drive power can be reduced by substantially reducing the volume of the active layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関するリング共振器型半導体レーザー
を用いた角速度の検出方法について説明する為の図であ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of detecting an angular velocity using a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的な
斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的な
斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーを上面側から見た模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention as viewed from above.

【図5】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器型
半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第1の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 13 is a schematic sectional view of the ring resonator type semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 15 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを上面側から見た模式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention as viewed from above.

【図17】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 18 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 19 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 20 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 21 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 22 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 23 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 24 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第2の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 25 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第3の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 26 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第4の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 27 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第4の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 28 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第4の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを上面側から見た模式図である。
FIG. 29 is a schematic view of a ring resonator type semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from above.

【図30】本発明の第4の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 30 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第5の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 31 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第5の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 32 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第5の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを上面側から見た模式図である。
FIG. 33 is a schematic view of a ring resonator type semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention as viewed from above.

【図34】本発明の第5の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーの模式的断面図である。
FIG. 34 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第6の実施形態に係るリング共振器
型半導体レーザーを備えたジャイロの一例を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 35 is a schematic perspective view showing an example of a gyro provided with a ring resonator type semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention.

【図36】本発明に係るリング共振器型レーザーを備え
たジャイロを上面から見た場合の模式図である。
FIG. 36 is a schematic diagram of a gyro provided with a ring resonator type laser according to the present invention when viewed from above.

【図37】本発明に係るリング共振器型レーザーを備え
たジャイロを上面から見た場合の模式図の一部の領域の
拡大図である。
FIG. 37 is an enlarged view of a partial area of a schematic view when a gyro provided with the ring resonator type laser according to the present invention is viewed from above.

【図38】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の模式的断面図である。
FIG. 38 is a schematic sectional view of a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図39】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 39 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図40】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 40 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図41】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 41 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図42】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 42 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図43】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 43 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図44】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
を説明するための模式的断面図である。
FIG. 44 is a schematic cross-sectional view for explaining a ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図45】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 45 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図46】本発明に係るリング共振器型半導体レーザー
の製造工程を説明するための模式的断面図である。
FIG. 46 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing step of the ring resonator type semiconductor laser according to the present invention.

【図47】保護回路として、ボルテージフォロワを接続
した例を示す図である。
FIG. 47 is a diagram illustrating an example in which a voltage follower is connected as a protection circuit.

【図48】ビート信号を検出するための回路図の一例で
ある。
FIG. 48 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal.

【図49】ビート信号を検出するための回路図の一例で
ある。
FIG. 49 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal.

【図50】ビート信号を検出するための回路図の一例で
ある。
FIG. 50 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal.

【図51】本発明に係る半導体レーザーを備えた光ジャ
イロの他の一例示す模式的な斜視図である。
FIG. 51 is a schematic perspective view showing another example of the optical gyro provided with the semiconductor laser according to the present invention.

【図52】F−V変換回路の一例を示す図である。FIG. 52 is a diagram illustrating an example of an FV conversion circuit.

【図53】ビート信号を検出するための回路図の一例で
ある。
FIG. 53 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal.

【図54】ビート信号を検出するための回路図の一例で
ある。
FIG. 54 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal.

【図55】本発明に係る半導体レーザーを備えたジャイ
ロの他の一例を示す模式的斜視図である。
FIG. 55 is a schematic perspective view showing another example of a gyro provided with the semiconductor laser according to the present invention.

【図56】本発明に係る半導体レーザーの模式的断面図
である。
FIG. 56 is a schematic sectional view of a semiconductor laser according to the present invention.

【図57】本発明に係るリング共振器型レーザーを上面
から見た場合の模式図である。
FIG. 57 is a schematic diagram of the ring resonator type laser according to the present invention as viewed from above.

【図58】本発明に係るリング共振器型レーザーを上面
から見た場合の模式図である。
FIG. 58 is a schematic diagram of the ring resonator type laser according to the present invention as viewed from above.

【図59】本発明に係るリング共振器型レーザーの模式
的断面図の一部である。
FIG. 59 is a part of a schematic cross-sectional view of a ring resonator type laser according to the present invention.

【図60】ビート信号を検出するための回路図の一例で
ある。
FIG. 60 is an example of a circuit diagram for detecting a beat signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、200 半導体レーザー 101、201 活性層 102、202 基板 103、203 アノード 104、204 カソード 105、205 電気端子 209 筒状構造 2309 高抵抗化領域 5100 圧電素子 Reference Signs List 100, 200 semiconductor laser 101, 201 active layer 102, 202 substrate 103, 203 anode 104, 204 cathode 105, 205 electric terminal 209 cylindrical structure 2309 high resistance region 5100 piezoelectric element

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年10月23日(2000.10.
23)
[Submission date] October 23, 2000 (2000.10.
23)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0006】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、ビート信号を検出する端子を備え、該半導体レー
ザーの活性層がリング状であり、且つ該半導体レーザの
駆動源は該ビート信号の周波数と異なる帯域の周波数で
変調されていることを特徴とする。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, has a terminal for detecting a beat signal, and has an active layer of a semiconductor laser having a ring shape. And the drive source of the semiconductor laser is modulated at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0009】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、該半導体レーザーに印加される回転に伴い生じる
ビート信号を検出する手段を備え、該半導体レーザーの
活性層がリング状であり、且つ該半導体レーザの駆動源
は該ビート信号の周波数と異なる帯域の周波数で変調さ
れていることを特徴とする。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, and has means for detecting a beat signal generated by rotation applied to the semiconductor laser. The active layer of the semiconductor laser is ring-shaped, and the driving source of the semiconductor laser is modulated at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0011】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、ビート信号を検出する端子を備え、少なくとも該
半導体レーザー中央部領域の一部が高抵抗化されてお
り、且つ該半導体レーザの駆動源は該ビート信号の周波
数と異なる帯域の周波数で変調されていることを特徴と
する。
A gyro according to the present invention has a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise direction, has a terminal for detecting a beat signal, and has at least a part of the semiconductor laser central region. , And the driving source of the semiconductor laser is modulated at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0012】本発明に係るジャイロは、互いに逆回りの
周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザーを
有し、該半導体レーザーに印加される回転に伴い生じる
ビート信号を検出する手段を備え、少なくとも該半導体
レーザー中央部領域の一部が高抵抗化されており、且つ
該半導体レーザの駆動源は該ビート信号の周波数と異な
る帯域の周波数で変調されていることを特徴とする。
A gyro according to the present invention includes a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise circular shape, and includes means for detecting a beat signal generated by rotation applied to the semiconductor laser. The resistance of at least a part of the central portion of the semiconductor laser is increased, and the driving source of the semiconductor laser is modulated at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0013】本発明に係る半導体装置は、リング状の活
性層を含み、互いに逆回りの周回状に光が伝搬するリン
グ共振器型半導体レーザー及び、ビート信号を検出する
端子を有し、且つ該半導体レーザの駆動源は該ビート信
号の周波数と異なる帯域の周波数で変調されていること
を特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention includes a ring resonator type semiconductor laser including a ring-shaped active layer, light propagating in a counterclockwise circular shape, and a terminal for detecting a beat signal. The drive source of the semiconductor laser is modulated at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0014】本発明に係る半導体レーザーは、活性層及
び、活性層上に位置し、該活性層よりも屈折率の低い低
屈折率層を含む半導体レーザーにおいて、該活性層ある
いは低屈折率層の少なくとも一方の層の中央部領域がイ
オン注入により高抵抗化されており、且つ該半導体レー
ザの駆動源はビート信号の周波数と異なる帯域の周波数
で変調されていることを特徴とする。
A semiconductor laser according to the present invention is a semiconductor laser including an active layer and a low refractive index layer located on the active layer and having a lower refractive index than the active layer. The resistance of the central region of at least one layer is increased by ion implantation, and the driving source of the semiconductor laser is modulated at a frequency in a band different from the frequency of the beat signal.

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに逆回りの周回状に光が伝搬するリ
ング共振器型半導体レーザーを有するジャイロであっ
て、ビート信号を検出する端子を備え、かつ、該半導体
レーザーの活性層がリング状であることを特徴とするジ
ャイロ。
1. A gyro having a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise direction, comprising a terminal for detecting a beat signal, and an active layer of the semiconductor laser having a ring shape. A gyro characterized by a certain point.
【請求項2】 該半導体レーザーが筒状構造を有するこ
とを特徴とする請求項1記載のジャイロ。
2. The gyro according to claim 1, wherein said semiconductor laser has a cylindrical structure.
【請求項3】 該活性層は、該活性層よりも屈折率の低
い低屈折率層で挟まれており、該活性層及び該低屈折率
層のいずれもが筒状構造を有している請求項1記載のジ
ャイロ。
3. The active layer is sandwiched between low refractive index layers having a lower refractive index than the active layer, and both the active layer and the low refractive index layer have a cylindrical structure. The gyro according to claim 1.
【請求項4】 該筒状構造の内側及び外側の少なくとも
一方に、絶縁性薄膜を有していることを特徴とする請求
項1記載のジャイロ。
4. The gyro according to claim 1, wherein an insulating thin film is provided on at least one of the inside and the outside of the tubular structure.
【請求項5】 該ビート信号を電流、電圧またはインピ
ーダンスの変化として検出する請求項1あるいは3記載
のジャイロ。
5. The gyro according to claim 1, wherein the beat signal is detected as a change in current, voltage or impedance.
【請求項6】 該半導体レーザーは、定電圧、あるいは
定電流で駆動される請求項1記載のジャイロ。
6. The gyro according to claim 1, wherein the semiconductor laser is driven by a constant voltage or a constant current.
【請求項7】 該半導体レーザーは、三角、四角あるい
は円形の筒状構造を有している請求項1記載のジャイ
ロ。
7. A gyro according to claim 1, wherein said semiconductor laser has a triangular, square or circular cylindrical structure.
【請求項8】 該半導体レーザーの材料として、GaA
s、InPが用いられている請求項1〜3記載のジャイ
ロ。
8. A semiconductor laser comprising GaAs
The gyro according to claim 1, wherein s, InP is used.
【請求項9】 互いに逆回りの周回状に光が伝搬するリ
ング共振器型半導体レーザーを有するジャイロであっ
て、該半導体レーザーに印加される回転に伴い生じるビ
ート信号を検出する手段を備え、かつ、該半導体レーザ
ーの活性層がリング状であることを特徴とするジャイ
ロ。
9. A gyro having a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counter-rotating circular shape, comprising: means for detecting a beat signal generated by rotation applied to the semiconductor laser; and A gyro, wherein the active layer of the semiconductor laser is ring-shaped.
【請求項10】 該ビート信号検出手段は、電圧検出回
路、電流検出回路、あるいはインピーダンス検出回路の
少なくとも一つを含む請求項9記載のジャイロ。
10. The gyro according to claim 9, wherein said beat signal detection means includes at least one of a voltage detection circuit, a current detection circuit, and an impedance detection circuit.
【請求項11】 該ビート信号検出手段は、周波数−電
圧変換回路を含む請求項9あるいは10記載のジャイ
ロ。
11. The gyro according to claim 9, wherein said beat signal detecting means includes a frequency-voltage conversion circuit.
【請求項12】 該ビート信号検出手段は、周波数カウ
ンタ回路を含む請求項9あるいは10記載のジャイロ。
12. The gyro according to claim 9, wherein said beat signal detecting means includes a frequency counter circuit.
【請求項13】 互いに逆回りの周回状に光が伝搬する
リング共振器型半導体レーザーを有するジャイロであっ
て、ビート信号を検出する端子を備え、かつ、少なくと
も該半導体レーザー中央部領域の一部が高抵抗化されて
いることを特徴とするジャイロ。
13. A gyro having a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counterclockwise direction, comprising a terminal for detecting a beat signal, and at least a part of a central portion of the semiconductor laser. A gyro characterized by high resistance.
【請求項14】 該中央部領域とは、該半導体レーザー
を上面から見た場合の中央部である請求項13記載のジ
ャイロ。
14. The gyro according to claim 13, wherein the central region is a central portion when the semiconductor laser is viewed from above.
【請求項15】 該高抵抗化されている中央部領域の一
部とは、該半導体レーザーを構成する活性層である請求
項13記載のジャイロ。
15. The gyro according to claim 13, wherein the part of the central region having the increased resistance is an active layer constituting the semiconductor laser.
【請求項16】 該高抵抗化されている中央部領域の一
部とは、該半導体レーザー活性層上部のクラッド層であ
る請求項13記載のジャイロ。
16. The gyro according to claim 13, wherein the part of the central region where the resistance is increased is a cladding layer above the semiconductor laser active layer.
【請求項17】 該高抵抗化が、該半導体レーザーへの
イオン注入により行われている請求項13記載のジャイ
ロ。
17. The gyro according to claim 13, wherein the increase in the resistance is performed by ion implantation into the semiconductor laser.
【請求項18】 該高抵抗化が、半導体レーザー中央部
へのプロトンのイオン注入により行われている請求項1
3記載のジャイロ。
18. The method according to claim 1, wherein the increase in resistance is performed by ion implantation of protons into a central portion of the semiconductor laser.
The gyro according to 3.
【請求項19】 該半導体レーザーは、円柱状、三角柱
状、あるいは四角柱状である請求項13記載のジャイ
ロ。
19. The gyro according to claim 13, wherein said semiconductor laser has a cylindrical, triangular, or quadrangular prism shape.
【請求項20】 該半導体レーザーの材料として、Ga
As、InPが用いられている請求項13記載のジャイ
ロ。
20. A semiconductor laser comprising:
The gyro according to claim 13, wherein As or InP is used.
【請求項21】 互いに逆回りの周回状に光が伝搬する
リング共振器型半導体レーザーを有するジャイロであっ
て、該半導体レーザーに印加される回転に伴い生じるビ
ート信号を検出する手段を備え、かつ、少なくとも該半
導体レーザー中央部領域の一部が高抵抗化されているこ
とを特徴とするジャイロ。
21. A gyro having a ring resonator type semiconductor laser in which light propagates in a counter-rotating circular shape, comprising means for detecting a beat signal generated by rotation applied to the semiconductor laser, and A gyro, wherein at least a part of the semiconductor laser central region has a high resistance.
【請求項22】 該ビート信号検出手段は、電圧検出回
路、電流検出回路、あるいはインピーダンス検出回路の
少なくとも一つを含む請求項21記載のジャイロ。
22. The gyro according to claim 21, wherein said beat signal detection means includes at least one of a voltage detection circuit, a current detection circuit, and an impedance detection circuit.
【請求項23】 該ビート信号検出手段は、周波数−電
圧変換回路を含む請求項21あるいは22記載のジャイ
ロ。
23. A gyro according to claim 21, wherein said beat signal detecting means includes a frequency-voltage conversion circuit.
【請求項24】 該ビート信号検出手段は、周波数カウ
ンタ回路を含む請求項21あるいは22記載のジャイ
ロ。
24. A gyro according to claim 21, wherein said beat signal detecting means includes a frequency counter circuit.
【請求項25】 リング状の活性層を含み、互いに逆回
りの周回状に光が伝搬するリング共振器型半導体レーザ
ー及び、ビート信号を検出する端子を有することを特徴
とする半導体装置。
25. A semiconductor device comprising: a ring resonator type semiconductor laser including a ring-shaped active layer, in which light propagates in a counterclockwise circular shape; and a terminal for detecting a beat signal.
【請求項26】 活性層及び、活性層上に位置し、該活
性層よりも屈折率の低い低屈折率層を含む半導体レーザ
ーにおいて、該活性層あるいは低屈折率層の少なくとも
一方の層の中央部領域がイオン注入により高抵抗化され
ていることを特徴とする半導体レーザー。
26. In a semiconductor laser including an active layer and a low refractive index layer located on the active layer and having a lower refractive index than the active layer, a center of at least one of the active layer and the low refractive index layer. A semiconductor laser characterized in that a region is made high in resistance by ion implantation.
【請求項27】 該半導体レーザは、GaAs、In
P、ZnSe、AlGaAs、InGaAsP、InG
aAlP、InGaAsP、GaAsP、InGaAs
Sb、AlGaAsSb、InAsSbP、PbSnT
e、GaN、GaAlN、InGaN、InAlGa
N、GaInP、GaInAs、SiGeの少なくとも
一つを構成材料に含む請求項26記載の半導体レーザ
ー。
27. A semiconductor laser comprising: GaAs, In
P, ZnSe, AlGaAs, InGaAsP, InG
aAlP, InGaAsP, GaAsP, InGaAs
Sb, AlGaAsSb, InAsSbP, PbSnT
e, GaN, GaAlN, InGaN, InAlGa
The semiconductor laser according to claim 26, wherein at least one of N, GaInP, GaInAs, and SiGe is included in a constituent material.
【請求項28】 該高抵抗化は、プロトンのイオン注入
により行われている請求項26記載の半導体レーザー。
28. The semiconductor laser according to claim 26, wherein the increase in the resistance is performed by ion implantation of protons.
【請求項29】 請求項1あるいは13記載のジャイロ
において、前記端子から検出される電流、電圧あるいは
インピーダンスの周波数変化を前記リング共振器型半導
体レーザーに印加された角速度の大きさを求める信号と
して用いるジャイロの操作方法。
29. The gyro according to claim 1, wherein a change in a frequency of a current, a voltage, or an impedance detected from the terminal is used as a signal for determining a magnitude of an angular velocity applied to the ring resonator type semiconductor laser. Gyro operation method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002353569A (en) * 2001-05-23 2002-12-06 Akihiro Ishida Semiconductor laser element and semiconductor laser
JP2011232529A (en) * 2010-04-27 2011-11-17 Fujitsu Ltd Waveguide type resonator device
JP2013251401A (en) * 2012-05-31 2013-12-12 Fujitsu Ltd Optical transmitter
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