JP2015079831A - 発光装置および原子発振器 - Google Patents

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Abstract

【課題】小さい変化量で波長を変化させることができる発光装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光装置１００は、第１導電型の第１半導体多層膜ミラー２０と、第２導電型の第２半導体多層膜ミラー２２と、第１半導体多層膜ミラー２０と第２半導体多層膜ミラー２２との間に形成された活性層４０と、第１半導体多層膜ミラー２０と活性層４０との間に形成された半絶縁型の第３半導体多層膜ミラー２４と、第３半導体多層膜ミラー２４と活性層４０との間に形成された、第１導電型のコンタクト層３０と、第１半導体多層膜ミラー２０に電気的に接続される第１電極６０と、第２半導体多層膜ミラー２２に電気的に接続される第２電極６２と、コンタクト層３０とオーミックコンタクトされた第３電極６４と、を含み、第３半導体多層膜ミラー２４は、活性層４０にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置および原子発振器に関する。
近年、量子干渉効果のひとつであるＣＰＴ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ
Ｔｒａｐｐｉｎｇ）を利用した原子発振器が提案され、装置の小型化や低消費電力化が期待されている。ＣＰＴを利用した原子発振器は、アルカリ金属原子に異なる２種類の波長（周波数）を有するコヒーレント光を照射すると、コヒーレント光の吸収が停止する電磁誘起透過現象（ＥＩＴ現象：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）を利用した発振器である。
原子発振器は、上記のような２種類の波長の差（周波数差）を正確に制御することで、確度の高い発振器を実現することができる。したがって、２種類の波長を有する光を射出する発光装置（光源）としては、発光装置の温度などによって発光装置から射出される光の波長が変動した場合に、波長を所定の値に戻すための波長可変機構を有していることが好ましい。
例えば特許文献１には、発光部により発生された光を吸収し、吸収した光を外部電場の大きさまたは有無に基づく波長の光に変換して出射する波長変換部を備えた発光装置が記載されている。
特開平１０−２７０７９９号公報
しかしながら、特許文献１の発光装置では、波長変換部における光の吸収によって、射出される光の波長を変化させるため、波長の変化量が大きく、小さい変化量で波長を変化させることが困難であった。そのため、特許文献１の発光装置では、高い確度で波長を制御することができず、原子発振器の光源として用いることができなかった。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、小さい変化量で波長を変化させることができる発光装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、小さい変化量で波長を変化させることができる発光装置を含む原子発振器を提供することにある。
本発明に係る発光装置は、
第１導電型の第１半導体多層膜ミラーと、
前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体多層膜ミラーと、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記第２半導体多層膜ミラーとの間に形成された活性層と、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された半絶縁型の第３半導体多層膜ミラーと、
前記第３半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された、前記第１導電型のコンタクト層と、
前記第１半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第１電極と、
前記第２半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第２電極と、
前記コンタクト層とオーミックコンタクトされた第３電極と、
を含み、
前記第３半導体多層膜ミラーは、前記活性層にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。
このような発光装置では、第３半導体多層膜ミラーにおいて、活性層に発生する光の吸収を抑制することができ、かつ、電気光学効果によって第３半導体多層膜ミラーの屈折率を変化させて、活性層に発生する光の波長（発振波長）を変化させることができる。したがって、半絶縁型の半導体層における光の吸収によって発振波長を変化させる場合に比べて、小さい変化量で発振波長を変化させることができる。その結果、発光装置１００では、高い確度で波長を制御することができる。
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ａ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｂ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ部材とＢ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ａ部材とＢ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
本発明に係る発光装置において、
前記第１電極と前記第３電極との間には、第１電源によって電圧が印加され、
前記第２電極と前記第３電極との間には、前記第１電源と異なる第２電源によって電圧が印加されてもよい。
このような発光装置では、第１電源および第２電源によって、第１電極と第３電極との間と、第２電極と第３電極との間と、に別々に（独立して）電圧を印加することができる。
本発明に係る発光装置において、
前記活性層にて発生する光を偏光させる偏光部を含んでもよい。
このような発光装置では、偏光部によって、第３半導体多層膜ミラーの屈折率の変化量を調整することができる。
本発明に係る発光装置において、
前記活性層および前記第２半導体多層膜ミラーは、柱状部を構成し、
前記偏光部は、前記柱状部と一体的に構成された半導体層を含み、
前記偏光部は、前記半導体層によって前記活性層に歪みを付与してもよい。
このような発光装置では、偏光部を形成するために、製造工程を増やす必要がなく、コストを抑えることができる。
本発明に係る発光装置において、
前記偏光部は、前記第１半導体多層膜ミラーおよび前記活性層の積層方向から見て、前記柱状部から第１方向に突出し、
前記第１方向は、前記第１電極と前記第３電極との間に電圧が印加された状態における前記第３半導体多層膜ミラーの屈折率楕円体の長軸方向または短軸方向と、同じ方向であってもよい。
このような発光装置では、第１半導体多層膜ミラーおよび活性層の積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折変化と、第３半導体多層膜ミラーにおける電気光学効果による屈折率変化と、が相殺することを抑制することができる。その結果、活性層にて発生する光を、確実に、偏光させることができる。
本発明に係る原子発振器は、
共鳴光対によってアルカリ金属原子に電磁誘起透過現象を発生させる原子発振器であって、
２つの異なる周波数成分を有する前記共鳴光対を発生させて前記アルカリ金属原子を照射する発光装置と、
前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出部と、
を含み、
前記発光装置は、
第１導電型の第１半導体多層膜ミラーと、
前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体多層膜ミラーと、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記第２半導体多層膜ミラーとの間に形成された活性層と、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された半絶縁性の第３半導体多層膜ミラーと、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記第３半導体多層膜ミラーとの間に形成された、前記第１導電型のコンタクト層と、
前記第１半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第１電極と、
前記第２半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第２電極と、
前記コンタクト層とオーミックコンタクトし、前記第３半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第３電極と、
を有し、
前記第３半導体多層膜ミラーは、前記活性層にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。
このような原子発振器では、小さい変化量で波長を変化させることができる発光装置を含むことができる。そのため、このような原子発振器では、高い確度で、発光装置から射出される共鳴光対の中心周波数を制御することができる。
本発明に係る原子発振器において、
前記光検出部が出力した検出信号の強度に基づいて、前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加させ、前記発光装置の光出力を制御する光出力制御部と、
前記光検出部が出力した検出信号の強度に基づいて、前記第１電極と前記第３電極との間に電圧を印加させ、前記共鳴光対の中心周波数を制御する中心周波数制御部と、
を含んでもよい。
このような原子発振器では、発光装置の活性層に電流を注入せずに、中心周波数を制御することができるので、制御が複雑になることを防ぐことができる。例えば、活性層に電流を注入して中心周波数を制御する場合は、電流の注入量に応じて発光装置の光出力も変化するため、制御が複雑になる。
本発明に係る原子発振器において、
前記発光装置は、前記活性層にて発生する光を偏光させる偏光部を有していてもよい。
このような発光装置では、偏光部によって、第３半導体多層膜ミラーの屈折率の変化量
を調整することができる。
本発明に係る原子発振器において、
前記活性層および前記第２半導体多層膜ミラーは、柱状部を構成し、
前記偏光部は、前記柱状部と一体的に構成された半導体層を含み、
前記偏光部は、前記半導体層によって前記活性層に歪みを付与してもよい。
このような発光装置では、偏光部を形成するために、製造工程を増やす必要がなく、コストを抑えることができる。
本発明に係る原子発振器において、
前記偏光部は、前記第１半導体多層膜ミラーおよび前記活性層の積層方向から見て、前記柱状部から第１方向に突出し、
前記第１方向は、前記第１電極と前記第３電極との間に電圧が印加された状態における前記第３半導体多層膜ミラーの屈折率楕円体の長軸方向または短軸方向と、同じ方向であってもよい。
このような原子発振器では、第１半導体多層膜ミラーおよび活性層の積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折変化と、第３半導体多層膜ミラーにおける電気光学効果による屈折率変化と、が相殺することを抑制することができる。その結果、活性層にて発生する光を、より確実に偏光させることができる。
第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 ＡｌxＧａ1-xＡｓのバンドギャップエネルギーを示したグラフ。 第１本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 発光装置の第１電極と第３電極との間の印加電圧と、波長変化量と、の関係を示すグラフ。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 偏光部により活性層に加えられる外力によって、活性層の屈折率が変化することを説明するための図。 第２実施形態に係る発光装置の第１電極と第３電極との間に電圧が印加された状態における、第３半導体多層膜ミラーの屈折率楕円体を模式的に示した図。 第２実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態の変形例に係る発光装置を模式的に示す平面図。 第３実施形態に係る原子発振器の機能ブロック図。 共鳴光の周波数スペクトラムを示す図。 アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波および第２側帯波の関係を示す図。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． 発光装置
まず、第１実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、第１実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面である。
発光装置１００は、図１および図２に示すように、基板１０と、第１半導体多層膜ミラー２０と、第２半導体多層膜ミラー２２と、第３半導体多層膜ミラー２４と、第１コンタクト層３０と、第２コンタクト層３２と、活性層４０と、絶縁層５０と、第１電極６０と、第２電極６２と、第３電極６４と、を含む。発光装置１００は、面発光型半導体レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ
Ｌａｓｅｒ）である。
基板１０は、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板である。
第１半導体多層膜ミラー２０は、基板１０上に形成されている。第１半導体多層膜ミラー２０は、第１導電型の半導体層である。第１半導体多層膜ミラー２０は、高屈折率層（図示せず）と低折率層（図示せず）とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。高屈折率層は、例えば、シリコンがドープされたｎ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層である。低屈折率層は、例えば、シリコンがドープされたｎ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層である。高屈折率層と低屈折率層との積層数（ペア数）は、例えば、３ペア以上４０ペア以下である。
第３半導体多層膜ミラー２４は、第１半導体多層膜ミラー２０上に形成されている。第３半導体多層膜ミラー２４は、第１半導体多層膜ミラー２０と活性層４０との間に形成されている。図示の例では、第３半導体多層膜ミラー２４は、第１半導体多層膜ミラー２０と第１コンタクト層３０との間に形成されている。
第３半導体多層膜ミラー２４は、半絶縁型の半導体層である。ここで、「半絶縁型の半導体層」とは、電気伝導に関与するキャリアのほとんどが、価電子帯から伝導体に熱励起された自由電子、あるいは価電子帯に生じた同数の正孔であり、不純物や格子欠陥の存在によるキャリア濃度の変化が無視できる半導体からなる層のことをいう。具体的には、真性半導体、すなわちｉ型半導体からなる層のことである。
第３半導体多層膜ミラー２４は、高屈折率層（図示せず）と低折率層（図示せず）とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。高屈折率層は、例えば、ドーピングされていないｉ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層である。低屈折率層は、例えば、ドーピングされていないｉ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層である。高屈折率層と低屈折率層との積層数（ペア数）は、例えば、３ペア以上４０ペアである。
第３半導体多層膜ミラー２４は、活性層４０に発生する光のエネルギーよりもバンドギャップが大きい材料によって構成されている。これにより、発光装置１００では、活性層４０に発生する光が第３半導体多層膜ミラー２４において吸収されることを抑制することができる。ここで、図３は、ＡｌxＧａ1-xＡｓのバンドギャップエネルギーを示したグラフである。図３において、横軸はＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成ｘを示し、縦軸はＡｌxＧａ1-xＡｓのバンドギャップエネルギーＥｇを示している。図３より、Ａｌ組成ｘとバンドギャップエネルギーＥｇとの関係は、下記式（１）および式（２）のように表すことができる。
Ｅｇ＝１．４２４＋１．２４７ｘ （０＜ｘ≦０．４５の場合） ・・・ （１）
Ｅｇ＝１．９０＋０．１２５ｘ＋０．１４５ｘ2 （０．４５＜ｘ≦１の場合） ・・・ （２）
活性層４０に発生する光の波長（発光装置１００の発振する光の波長（発振波長））を８５２ｎｍとすると、活性層４０に発生する光のエネルギーＥは、下記式（３）より１．４６ｅＶである。
Ｅ＝ｈｃ／λ ・・・ （３）
ただし、式（３）において、ｈはプランク定数であり、ｃは光の速さであり、λは活性層４０に発生する光の波長である。
式（１）よりＥｇ＝１．４６ｅＶとなる（すなわちＥｇ＝Ｅとなる）ｘの値は、ｘ＝０．０３であるので、ｘを０．０３よりも大きくすることにより、ＡｌxＧａ1-xＡｓのバンドギャップエネルギーを、波長８５２ｎｍの光のエネルギーよりも大きくすることができる。これにより、ＡｌxＧａ1-xＡｓにおいて、波長８５２ｎｍの光が吸収されることを抑制することができる。ｘ＝０．１５の場合は、式（１）よりＥｇ＝１．６ｅＶなので、上記のように、第３半導体多層膜ミラー２４を、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層およびＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層によって構成すれば、第３半導体多層膜ミラー２４のバンドギャップエネルギーを、波長８５２ｎｍの光のエネルギーよりも大きくすることができ、第３半導体多層膜ミラー２４において、活性層４０に発生する光が吸収されることを十分に抑制することができる。
第３半導体多層膜ミラー２４は、電極６０，６４によって電圧が印加される。第３半導体多層膜ミラー２４に電圧が印加されると、電気光学効果により第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率が変化する。具体的には、カー効果により第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率が変化する。すなわち、第３半導体多層膜ミラー２４では、屈折率が電界強度の２乗に比例して変化する。第３半導体多層膜ミラー２４の電気光学効果による屈折率変化によって、活性層４０に発生する光の波長を（発光装置１００の発振波長）を変化させることができる。すなわち、電極６０，６４間に印加する電圧に基づいて、発光装置１００の発振波長を変化させる（発振波長を制御する）ことができる。
第１コンタクト層３０は、図１に示すように、第３半導体多層膜ミラー２４上に形成されている。第１コンタクト層３０は、第３半導体多層膜ミラー２４と活性層４０との間に形成されている。第１コンタクト層３０は、第１導電型の半導体層である。具体的には、第１コンタクト層３０は、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＡｓ層である。
活性層４０は、第１コンタクト層３０上に形成されている。活性層４０は、半導体多層膜ミラー２０，２２間に形成されている。図示の例では、活性層４０は、第１コンタクト層３０と第２半導体多層膜ミラー２２との間に形成されている。
活性層４０は、図示はしないが、例えば、第１コンタクト層３０上に形成された第１導電型の第１ガイド層と、第１ガイド層上に形成された量子井戸層と、量子井戸層上に形成された第２導電型の第２ガイド層と、によって構成されている。第１ガイド層は、例えば、シリコンがドープされたｎ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層である。量子井戸層は、例えば、ｉ型のＧａＡｓ層とｉ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層とから構成される量子井戸構造を３層重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。第２ガイド層は、例えば、炭素がドープされたｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層である。活性層４０は、電極６２，６４より電流が注入されて、光を発生させることができる。
第２半導体多層膜ミラー２２は、活性層４０上に形成されている。第２半導体多層膜ミラー２２は、第１導電型と異なる第２導電型の半導体層である。第２半導体多層膜ミラー２２は、高屈折率層（図示せず）と低折率層（図示せず）とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。高屈折率層は、例えば、炭素がドープされたｐ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層である。低屈折率層は、例えば、炭素がドープされたｐ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層である。高屈折率層と低屈折率層との積層数（ペア数）は、例えば、１０ペア以上４０ペア以下である。
第２半導体多層膜ミラー２２を構成する層のうちの少なくとも１層を酸化することによって、図１に示すように、電流狭窄層２３が形成されてもよい。電流狭窄層２３は、開口部２３ａが形成された絶縁層である。開口部２３ａの、第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向から見た形状（以下、「平面形状」ともいう）は、円形であってもよく、電流狭窄層２３は、リング状に形成されていてもよい。
第２コンタクト層３２は、第２半導体多層膜ミラー２２上に形成されている。第２コンタクト層３２は、第２導電型の半導体層である。具体的には、第２コンタクト層３２は、炭素がドープされたｐ型のＧａＡｓ層である。
第２コンタクト層３２、第２半導体多層膜ミラー２２、および活性層４０は、柱状部４５を構成している。柱状部４５の平面形状は、例えば、円形である。柱状部４５は、図２に示すように、第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向から見て（以下、「平面視において」ともいう）、第１コンタクト層３０の外縁の内側に形成されている。すなわち、第１コンタクト層３０の上面は、柱状部４５が形成されていない領域を有し、該領域には、第３電極６４が形成されている。
絶縁層５０は、図１に示すように、第１コンタクト層３０上に形成されている。絶縁層５０は、柱状部４５の周囲に形成されている。絶縁層５０は、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ2層、ＳｉＯＮ層、Ａｌ2Ｏ3層、ポリイミド層などである。絶縁層５０は、第１コンタクト層３０と第２半導体多層膜ミラー２２とを電気的に分離させることができる。
第１電極６０は、基板１０の下に形成されている。第１電極６０は、基板１０とオーミックコンタクトされている。第１電極６０は、基板１０を介して、第１半導体多層膜ミラー２０と電気的に接続されている。第１電極６０の材質は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属やこれらの合金である。第１電極６０は、第３半導体多層膜ミラー２４に電圧を印加するための一方の電極である。
なお、第１半導体多層膜ミラー２０と基板１０との間に、第３コンタクト層（図示せず）を形成し、第３コンタクト層の上面をドライエッチングなどにより露出させ、第１電極６０を第３コンタクト層上に形成してもよい。これにより、片面電極構造を得ることができる。この形態は、基板１０が絶縁性である場合に特に有効である。
第２電極６２は、第２コンタクト層３２上に（柱状部４５上に）形成されている。第２電極６２は、第２コンタクト層３２とオーミックコンタクトしている。図示の例では、第２電極６２は、さらに絶縁層５０上に形成されている。第２電極６２は、第２コンタクト層３２を介して、第２半導体多層膜ミラー２２と電気的に接続されている。
第２電極６２には、開口部６２ａが形成されている。開口部６２ａは、柱状部４５の上に位置している。すなわち、柱状部４５の上面は、開口部６２ａによって第２電極６２が形成されていない領域４６を有している。領域４６の平面形状は、例えば、円形である。
領域４６は、発光装置１００の射出面４６となる。第２電極６２の材質は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属やこれらの合金である。第２電極６２は、活性層４０に電流を注入するための一方の電極である。
第３電極６４は、第１コンタクト層３０上に形成されている。第３電極６４は、第１コンタクト層３０とオーミックコンタクトされている。第３電極６４の材質は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属やこれらの合金である。第３電極６４は、活性層４０に電流を注入するための他方の電極であり、かつ第３半導体多層膜ミラー２４に電圧を印加するための他方の電極である。
電極６０，６４間には、第１電源２によって電圧が印加される。これにより、第３半導体多層膜ミラー２４に電圧を印加することができる。図示の例では、第１電源２は、第１電極６０の電位が第３電極６４の電位よりも高くなるように、電極６０，６４間に電圧を印加する。
電極６２，６４間には、第１電源２と異なる第２電源４によって電圧が印加される。これにより、活性層４０に電流を注入することができる。図示の例では、第２電源４は、第２電極６２の電位が第３電極６４の電位よりも高くなるように、電極６２，６４間に電圧を印加する。
発光装置１００では、半導体多層膜ミラー２０，２４、活性層４０、および第２半導体多層膜ミラー２２により、垂直共振器が構成される。さらに、発光装置１００では、第２コンタクト層３２、第２半導体多層膜ミラー２２、活性層４０、および第１コンタクト層３０によってｐｉｎダイオードが構成される。
発光装置１００では、電極６２，６４間にｐｉｎダイオードの順方向の電圧を印加すると、活性層４０において電子と正孔との再結合が起こり、発光が生じる。活性層４０に発生した光は、半導体多層膜ミラー２０，２４と、第２半導体多層膜ミラー２２と、の間を往復し（多重反射し）、その際に誘導放出が起こって、強度が増幅される。そして、光利得が光損失を上回ると、レーザー発振が起こり、射出面４６から、基板１０に対して垂直方向に（第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向に）レーザー光が射出する。発光装置１００では、さらに、電極６０，６４間に電圧を印加することにより、電気光学効果によって第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率を変化させることができる。これにより、発光装置１００の発振波長を変化させることができる。
なお、上記では、基板１０上に、第１半導体多層膜ミラー２０、第３半導体多層膜ミラー２４、第１コンタクト層３０、活性層４０、第２半導体多層膜ミラー２２、および第２コンタクト層３２の順で積層され、第１半導体多層膜ミラー２０および第１コンタクト層３０がｎ型の半導体層であり、第２半導体多層膜ミラー２２および第２コンタクト層３２がｐ型の半導体層である場合について説明した。図示はしないが、本発明に係る発光装置は、基板１０上に、第２半導体多層膜ミラー２２、活性層４０、第１コンタクト層３０、第３半導体多層膜ミラー２４、第１半導体多層膜ミラー２０、および第２コンタクト層３２の順で形成され、第１半導体多層膜ミラー２０およびコンタクト層３０，３２がｐ型の半導体層であり、第２半導体多層膜ミラー２２がｎ型の半導体層であってもよい。
また、上記では、ＡｌＧａＡｓ系の発光装置について説明したが、本発明に係る発光装置は、発振波長に応じて、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いてもよい。
発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
発光装置１００では、第１導電型の第１半導体多層膜ミラー２０に電気的に接続される第１電極６０と、第２導電型の第２半導体多層膜ミラー２４に電気的に接続される第２電極６２と、第１導電型の第１コンタクト層３０とオーミックコンタクトされた第３電極６４と、を含み、半絶縁型の第３半導体多層膜ミラー２４は、活性層４０にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。そのため、発光装置１００では、第３半導体多層膜ミラー２４において、活性層４０に発生する光の吸収を抑制することができ、かつ、電気光学効果によって第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率を変化させて、発振波長を変化させることができる。したがって、半絶縁型の半導体層における光の吸収によって発振波長を変化させる場合に比べて、小さい変化量で発振波長を変化させることができる。その結果、発光装置１００では、高い確度で波長を制御することができる。具体的には、発光装置１００では、数ｐｍ〜百ｐｍという単位で、波長を制御することができる（下記実験例参照）。
発光装置１００では、電極６０，６４間には、第１電源２によって電圧が印加され、電極６２，６４間には、第１電源２と異なる第２電源４によって電圧が印加される。このように、発光装置１００では、電源２，４によって、電極６０，６４間と、電極６２，６４間と、に別々に（独立して）電圧を印加することができる。
１．２． 発光装置の製造方法
次に、第１実施形態に係る発光装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図７は、第１実施形態に係る発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図であって、図１に対応している。
図４に示すように、基板１０上に、第１半導体多層膜ミラー２０、第３半導体多層膜ミラー２４、第１コンタクト層３０、活性層４０、第２半導体多層膜ミラー２２、および第２コンタクト層３２を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法が挙げられる。
図５に示すように、第２コンタクト層３２、第２半導体多層膜ミラー２２、および活性層４０をパターニングして、柱状部４５を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。
図６に示すように、第２半導体多層膜ミラー２２を構成する層のうちの少なくとも１層を酸化して、電流狭窄層２３を形成する。具体的には、第２半導体多層膜ミラー２２を構成する層のうちの１層を、Ａｌ1-xＧａxＡｓ（ｘ≧０．９５）層とし、該層を酸化することによって、電流狭窄層２３を形成する。例えば、４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、柱状部４５等が形成された基板１０を投入することにより、Ａｌ1-xＧａxＡｓ（ｘ≧０．９５）層を側面から酸化して、電流狭窄層２３を形成する。
図７に示すように、第１コンタクト層３０上に、柱状部４５を取り囲むように絶縁層５０を形成する。絶縁層５０は、例えば、スピンコート法等を用いて第１コンタクト層３０の上面および柱状部４５の全面にポリイミド樹脂等からなる層を形成し、該層をパターニングすることにより形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって行われる。
図１に示すように、基板１０の下に第１電極６０を形成し、第２コンタクト層３２上お
よび絶縁層５０上に第２電極６２を形成し、第１コンタクト層３０上に第３電極６４を形成する。電極６０，６２，６４は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組合せ等により形成される。なお、電極６０，６２，６４を形成する順序は、特に限定されない。
以上の工程により、発光装置１００を製造することができる。
１．３． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
１．３．１． 発光装置の構成
（１）実施例１
実施例１としては、図１に示すような発光装置を用いた。基板１０として、ｎ型のＧａＡｓ基板を用いた。第１半導体多層膜ミラー２０として、ｎ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを交互に２０ペア積層させたものを用いた。第３半導体多層膜ミラー２４として、ｉ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを交互に５ペア積層させたものを用いた。第１コンタクト層３０として、ｎ型のＧａＡｓ層を用いた。活性層４０として、ｎ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層と、ｉ型のＧａＡｓ層およびＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層からなる量子井戸層と、ｐ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層と、を積層したものを用いた。第２半導体多層膜ミラー２２として、ｐ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とを交互に２５ペア積層させたものを用いた。第２コンタクト層３２として、ｐ型のＧａＡｓ層を用いた。
（２）実施例２
実施例２としては、第３半導体多層膜ミラー２４のペア数を１０としたこと以外は、実施例１と同じ発光装置を用いた。
（３）実施例３
実施例３としては、第３半導体多層膜ミラー２４のペア数を２０としたこと以外は、実施例１と同じ発光装置を用いた。
１．３．２． 波長変化量調査
実施例１〜３の電極６０，６４間に電圧を印加し、発振波長（発光装置から射出される光の波長）の変化量を調査した。図８は、電極６０，６４間の印加電圧と、波長変化量と、の関係を示すグラフである。
図８より、数ｐｍ〜数百ｐｍの単位で、波長を変化させることができることがわかった。例えば、半絶縁型の半導体層における光の吸収によって波長を変化させる場合、数百ｐｍの単位で波長を変化させることは困難である。
さらに、図８より、第３半導体多層膜ミラー２４のペア数が少ない程、印加電圧に対する波長変化量は、大きくなることがわかった。これは、第３半導体多層膜ミラー２４のペア数が少ない程、第３半導体多層膜ミラー２４における電界が強くなるためである。
２． 第２実施形態
２．１． 発光装置
次に、第２実施形態係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す断面図である。図１０は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す平面図である。なお、図９は、図１０のＩＸ−ＩＸ線断面図である。また、便宜上、図１０では、第２電極６２の図示を省略している。また
便宜上、図９，１０および以下に示す図１１では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。以下、発光装置２００において、上述した発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
発光装置２００では、図９および図１０に示すように、偏光部４８を有している点において、発光装置１００と異なる。
偏光部４８は、柱状部４５と一体的に構成された半導体層を有している。図示の例では、偏光部４８の半導体層は、活性層４０、第２半導体多層膜ミラー２２、および第２コンタクト層３２であり、偏光部４８は、柱状部４５と一体的に形成されている。図９に示すように、偏光部４８上に、第２電極６２が形成されていてもよい。
偏光部４８は、例えば、２つ形成されている。偏光部４８は、柱状部４５からＸ軸方向（第１方向）に突出している。図１０に示すように平面視において、柱状部４５から＋Ｘ軸方向に突出している偏光部４８の端面の中心と、柱状部４５から−Ｘ軸方向に突出している偏光部４８の端面の中心と、を通る仮想直線Ａは、軸と平行であってもよい。
偏光部４８は、活性層４０に歪みを付与して、活性層４０にて発生する光を偏光させる。ここで、「光を偏光させる」とは、光の電場の振動方向を一定にすることをいう。偏光部４８を構成する半導体層は、活性層４０に付与する歪みを発生させる発生源となる。一般的に、基板上に該基板と異なる材料の薄膜を成膜すると、基板と薄膜との境界、または薄膜内部には、材料や成膜条件に応じて応力が発生する。この応力によって、偏光部４８は、活性層４０に歪みを付与する。
偏光部４８によって活性層４０に歪みが生じると、活性層４０は、光弾性効果により複屈折を示す。具体的には、活性層４０は、図１１に示すように、偏光部４８により活性層４０に加えられる外力Ｆによって、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで屈折率が異なる複屈折を示す。図１１に示す例では、活性層４０において、Ｘ軸方向（偏光部４８の柱状部４５からの突出方向）に圧縮応力σXが発生し、Ｙ軸方向に引張応力σYが発生する場合を図示している。Ｘ軸方向の屈折率ｎXとＹ軸方向の屈折率ｎYとの屈折率差によって、偏光部４８は、活性層４０にて発生する光を偏光させることができる。具体的には、活性層４０にて発生する光の電場の方向は、偏光部４８の柱状部４５からの突出方向（Ｘ軸方向）、またはそれと直交する方向（Ｙ軸方向）となる。すなわち、活性層４０にて発生する光の偏光面は、ＸＺ面またはＹＺ面となる。ｎXとｎYとの差Ｂは、下記式（４）のように表される。
Ｂ＝ｎX−ｎY＝Ｃ（σX−σY） ・・・ （４）
ただし、式（４）において、Ｃは、光弾性定数である。
なお、図１１は、偏光部４８により活性層４０に加えられる外力Ｆによって、活性層４０の屈折率が変化することを説明するための図であり、第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向は、Ｚ軸方向である。すなわち、光の進行方向（発振方向）は、Ｚ軸方向である。
また、図示はしないが、活性層４０において、Ｘ軸方向に引張応力が発生し、Ｙ軸方向に圧縮応力が発生する場合もある。活性層４０において発生する圧縮応力および引張応力の方向は、偏光部４８を構成する材料や成膜条件によって決定される。
また、活性層４０に歪みを付与して、活性層４０にて発生する光を偏光させることができれば、偏光部４８の材質や形状および数は、特に限定されない。また、偏光部４８は、
柱状部４５と離間して形成されていてもよい。
第３半導体多層膜ミラー２４は、電極６０，６４間に電圧が印加された状態において、屈折率楕円体を有する。「屈折率楕円体」とは、様々な方向に電場が振動する光における屈折率を模式的に表したものであり、中心からの距離がそのまま屈折率を表す。
図１２は、電極６０，６４間に電圧が印加された状態における第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率楕円体Ｎを模式的に示した図である。図１２では、互いに直交する３つの軸として、α軸、β軸、およびγ軸を示している。図１２において、第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向は、γ軸方向である。すなわち、光の進行方向（発振方向）は、γ軸方向である。
屈折率楕円体Ｎは、図１２に示すように、α軸方向に長軸を有し、β軸方向に短軸を有している。したがって、第３半導体多層膜ミラー２４は、β軸方向に電場が振動する光よりもα軸方向に電場が振動する光にとって、高い屈折率を有している。すなわち、α軸方向に電場が振動する光は、β軸方向に電場が振動する光よりも、第３半導体多層膜ミラー２４において、高い屈折率を感じる。屈折率楕円体Ｎの長軸方向および短軸方向は、第３半導体多層膜ミラー２４を構成する半導体層の材質によって一義的に決定される。
さらに、図１２に、電極６０，６４間に電圧が印加されていない状態の、第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率を、円（真円）Ｃとして模式的に表す。電極６０，６４間に電圧を印加することにより、α軸方向およびβ軸方向において、屈折率がΔｎ変化して屈折率楕円体Ｎが得られたとする。このとき、α軸方向に電場が振動する光、およびβ軸方向に電場が振動する光にとって、屈折率は、Δｎ変化する。例えば図１２に示すように、α軸対してθ（＝４５°）傾いた方向Ｅに電場が振動する光にとって、屈折率は、Δｎよりも小さい値で変化する。すなわち、第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率の変化量は、屈折率楕円体Ｎの長軸方向に対する、活性層４０にて発生する光の電場の振動方向Ｅの傾きθに依存する。
したがって、光の電場の振動方向を、偏光部４８によって制御することにより、第３半導体多層膜ミラー２４における屈折率の変化量を調整することができる。光の電場の振動方向は、上記のように、偏光部４８の柱状部４５からの突出方向に依存するので、偏光部４８の突出方向によって、第３半導体多層膜ミラー２４における屈折率の変化量を調整することができる。
例えば、第３半導体多層膜ミラー２４における屈折率の変化量を大きくしたい場合は、偏光部４８の柱状部４５からの突出方向（Ｘ軸方向）と、屈折率楕円体Ｎの長軸方向（α軸方向）と、を同じ方向にする。または、偏光部４８の柱状部４５からの突出方向（Ｘ軸方向）と、屈折率楕円体Ｎの短軸方向（β軸方向）と、を同じ方向にする。これにより、活性層４０にて発生する光の電場の振動方向を、屈折率楕円体Ｎの長軸方向または短軸方向とすることができ、第３半導体多層膜ミラー２４における屈折率の変化量を大きくすることができる。
なお、光弾性効果によって屈折率が大きくなる方向と、屈折率楕円体Ｎの長軸方向とは、同じ方向であることが好ましい。例えば、光弾性効果によって屈折率が大きくなる方向と、屈折率楕円体Ｎの短軸方向と、を同じ方向にすると、第１半導体多層膜ミラー２０と活性層４０との積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折変化と、第３半導体多層膜ミラー２４における電気光学効果による屈折率変化と、が相殺してしまい、活性層４０にて発生する光を、偏光させることができない場合がある。
また、上記では、第３半導体多層膜ミラー２４における屈折率の変化量を大きくする手段について説明したが、当該手段を用いて、発振波長の変化量を大きくしたとしても、変化量の単位は、数ｐｍ〜数百ｐｍであり、発光装置２００は、高い確度で波長を制御することができる。
発光装置２００では、例えば、以下の特徴を有する。
発光装置２００では、活性層４０にて発生する光を偏光させる偏光部４８を含む。上記のように、電極６０，６４間に電圧が印加された状態における第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率の変化量は、第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率楕円体Ｎの長軸方向に対する、活性層４０にて発生する光の電場の振動方向の傾きθに依存する。したがって、発光装置２００では、偏光部４８によって、第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率の変化量を調整することができる。
発光装置２００では、偏光部４８は、柱状部４５と一体的に構成された半導体層を含み、偏光部４８は、半導体層によって活性層４０に歪みを付与して、活性層４０にて発生する光を偏光させる。そのため、偏光部４８を形成するために、製造工程を増やす必要がなく、コストを抑えることができる。
発光装置２００では、偏光部４８は、第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向から見て、柱状部４５から第１軸方向（Ｘ軸方向）に突出し、Ｘ軸方向は、電極６０，６４間に電圧が印加された状態における第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率楕円体Ｎの長軸方向または短軸方向と、同じ方向である。そのため、第１半導体多層膜ミラー２０と活性層４０との積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折変化と、第３半導体多層膜ミラー２４における電気光学効果による屈折率変化と、が相殺することを抑制することができる。その結果、活性層４０にて発生する光を、より確実に偏光させることができる。
２．２． 発光装置の製造方法
次に、第２実施形態に係る発光装置の製造方法について、説明する。第２実施形態に係る発光装置２００の製造方法は、柱状部４５と一体的に偏光部４８を形成すること以外は、第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法と、基本的に同じである。したがって、その詳細な説明を省略する。
２．３． 発光装置の変形例
次に、第２実施形態の変形例に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図１３は、第２実施形態の変形例に係る発光装置２１０を模式的に示す断面図である。図１４は、第２実施形態の変形例に係る発光装置２１０を模式的に示す平面図である。なお、図１３は、図１４のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。以下、発光装置２１０において、上述した発光装置１００，２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
発光装置２００では、図９および図１０に示すように、偏光部４８は、活性層４０に歪みを付与して、活性層４０にて発生する光を偏光させた。これに対し、発光装置２１０では、図１３および図１４に示すように、偏光部４８は、回折格子（グレーティング）として機能し、活性層４０にて発生する光を偏光させる。
発光装置２００では、偏光部４８は、射出面４６に周期的に形成された溝部４９によって構成されている。図１４に示す例では、溝部４９の平面形状は、長方形である。発光装置２１０では、溝部４９の深さや形状および偏光部４８の周期によって、活性層４０にて
発生する光の電場の振動方向を制御することができる。溝部４９は、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングによって形成される。
発光装置２１０では、発光装置２００と同様に、偏光部４８によって、第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率の変化量を調整することができる。
なお、偏光部４８の形態は、活性層４０にて発生する光を偏光させることができれば、特に限定されない。
３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る原子発振器について、図面を参照しながら説明する。図１５は、第３実施形態に係る原子発振器３００の機能ブロック図である。
原子発振器３００は、図１５に示すように、光源３０２と、ガスセル３０４と、光検出部３０６と、光出力可変部３０８と、中心波長可変部（中心周波数可変部）３１０と、高周波発生部３１２と、吸収検出部３１４と、ＥＩＴ検出部３１６と、制御部３２０と、を含む。制御部３２０は、光出力制御部３２２と、中心波長制御部（中心周波数制御部）３２４と、高周波制御部３２６と、を有している。原子発振器３００は、２つの異なる周波数成分を有する共鳴光対（第１光および第２光）によってアルカリ金属原子にＥＩＴ現象発生させる。
光源３０２としては、本発明に係る発光装置を用いる。以下では、本発明に係る発光装置として、発光装置１００を用いた例について説明する。
光源３０２は、互いに周波数が異なる第１光および第２光を発生させて、アルカリ金属原子を照射する。ここで、図１６は、共鳴光の周波数スペクトラムを示す図である。図１７は、アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波（第１光）Ｗ１および第２側帯波（第２光）Ｗ２の関係を示す図である。光源３０２から射出される光Ｌは、図１６に示す、中心周波数ｆ0（＝ｃ／λ0：ｃは光の速さ、λ0はレーザー光の中心波長）を有する基本波Ｆと、中心周波数ｆ0に対して上側サイドバンドに周波数ｆ1を有する第１側帯波Ｗ１と、中心周波数ｆ0に対して下側サイドバンドに周波数ｆ2を有する第２側帯波Ｗ２と、を含む。第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ1は、ｆ1＝ｆ0＋ｆmであり、第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ2は、ｆ2＝ｆ0−ｆmである。
図１７に示すように、第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ1と第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ2との周波数差が、アルカリ金属原子の基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差ΔＥ12に相当する周波数と一致している。したがって、アルカリ金属原子は、周波数ｆ1を有する第１側帯波Ｗ１と、周波数ｆ2を有する第２側帯波Ｗ２と、によってＥＩＴ現象を起こす。
ここで、ＥＩＴ現象について説明する。アルカリ金属原子と光との相互作用は、Λ型３準位系モデルで説明できることが知られている。図１７に示すように、アルカリ金属原子は、２つの基底準位を有し、基底準位ＧＬ１と励起準位とのエネルギー差に相当する波長（周波数ｆ1）を有する第１側帯波Ｗ１、あるいは基底準位ＧＬ２と励起準位とのエネルギー差に相当する波長（周波数ｆ2）を有する第２側帯波Ｗ２を、それぞれ単独でアルカリ金属原子に照射すると、光吸収が起きる。ところが、図１６に示すように、このアルカリ金属原子に、周波数差ｆ1−ｆ2が基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差ΔＥ12に相当する周波数と正確に一致する第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２とを同時に照射すると、２つの基底準位の重ね合わせ状態、すなわち量子干渉状態になり、励起準位への励起が停止して第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２とがアルカリ金属原子を透過する透明化現
象（ＥＩＴ現象）が起きる。このＥＩＴ現象を利用し、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差ｆ1−ｆ2が基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差ΔＥ12に相当する周波数からずれた時の光吸収挙動の急峻な変化を検出し制御することで、高精度な発振器をつくることができる。
ガスセル３０４は、容器中に気体状のアルカリ金属原子（ナトリウム原子、ルビジウム原子、セシウム原子等）が封入されたものである。このガスセル３０４に対して、アルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（波長）を有する２つの光波（第１光および第２光）が照射されると、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こす。例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子であれば、Ｄ１線における基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差に相当する周波数が９．１９２６３・・・ＧＨｚなので、周波数差が９．１９２６３・・・ＧＨｚの２つの光波が照射されるとＥＩＴ現象を起こす。
光検出部３０６は、ガスセル３０４に封入されたアルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する。光検出部３０６は、アルカリ金属原子を透過した光の量に応じた検出信号を出力する。光検出部３０６としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
光出力可変部３０８は、光出力制御部３２２からの信号に基づいて、光源３０２の（発光装置１００の）電極６２，６４間に電圧を印加し、光源３０２の光出力を変化させる。光出力可変部３０８は、図１に示す第２電源４を含んで構成されていてもよい。
中心波長可変部３１０は、中心波長制御部３２４からの信号に基づいて、光源３０２の（発光装置１００の）電極６０，６４間に電圧を印加し、光源３０２から射出される光Ｌの中心波長を変化させる。これにより、光Ｌに含まれる共鳴光対（第１光および第２光）の中心波長を変化させることができる。中心波長可変部３１０は、図１に示す第１電源２を含んで構成されていてもよい。
高周波発生部３１２は、高周波制御部３２６からの信号に基づいて、光源３０２に高周波信号を供給して共鳴光対を生成する。
吸収検出部３１４は、例えば光Ｌの中心波長を変えたときの検出信号の信号強度の最小値（吸収の底）を検出する。
ＥＩＴ検出部３１６は、光検出部３０６が出力した検出信号を同期検波して、ＥＩＴ現象を検出する。
光出力制御部３２２は、光検出部３０６が出力した検出信号の直流成分（ＤＣ成分）の強度に基づいて、光出力可変部３０８に信号を入力し、光源３０２の光出力を制御する。すなわち、光出力制御部３２２は、光検出部３０６が出力した検出信号のＤＣ成分に基づいて、電極６２，６４間に電圧を印加させ、光源３０２の光出力を制御する。光出力制御部３２２は、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ)回路を含んで構成されていてもよい。
中心波長制御部３２４は、吸収検出部３１４からの信号に基づいて、中心波長可変部３１０に信号を入力し、光Ｌの中心波長を（共鳴光対の中心周波数を）制御する。すなわち、光出力制御部３２２は、光検出部３０６が出力した検出信号に基づいて、電極６０，６４間に電圧を印加させ、光Ｌの光出力を制御する。
高周波制御部３２６は、高周波発生部３１２に、高周波信号の周波数をスイープする周波数制御信号や、高周波信号を発生または停止する出力制御信号を入力する。
次に、原子発振器３００の動作について説明する。まず、停止状態の原子発振器３００を起動する際の初期動作について説明する。
光出力制御部３２２は、光検出部３０６が出力した検出信号のＤＣ成分に基づいて、光出力可変部３０８を制御し、光源３０２の光出力を変化させる。具体的には、光出力制御部３２２は、検出信号のＤＣ成分が所定の値になるように、光源３０２の光出力を変化させる。
次に、高周波制御部３２６からの出力制御信号をＯＮ状態にして、高周波発生部３１２から光源３０２に高周波信号を入力する。このとき、高周波信号の周波数を、ＥＩＴ現象が発生しないように僅かにずらしておく。例えばガスセル３０４のアルカリ金属原子としてセシウムを用いた場合、４．５９６・・・ＧＨｚの値からずらす。
次に、中心波長制御部３２４は、中心波長可変部３１０を制御して、光Ｌの中心波長をスイープさせる。このとき、高周波信号の周波数は、ＥＩＴ現象が発生しないように設定されているので、ＥＩＴ現象は発生しない。吸収検出部３１４は、光Ｌの中心波長をスイープしたときに、光検出部３０６において出力される検出信号の強度の最小値（吸収の底）を検出する。吸収検出部３１４は、例えば、光Ｌの中心波長に対する、検出信号の強度変化が一定となったところを、吸収の底とする。
吸収検出部３１４が吸収の底を検出すると、中心波長制御部３２４は、中心波長可変部３１０を制御して、中心波長を固定する（ロックする）。すなわち、中心波長制御部３２４は、光Ｌの中心波長を、吸収の底に相当する波長に固定する。
次に、高周波制御部３２６は、高周波発生部３１２を制御して、高周波信号の周波数をＥＩＴ現象が発生する周波数に合わせる。その後、ループ動作に移行して、ＥＩＴ検出部３１６によりＥＩＴ信号を検出する。
なお、光出力の制御および光Ｌの中心波長の制御は、光源３０２の温度を考慮して行われてもよい。
次に、原子発振器３００のループ動作について説明する。
ＥＩＴ検出部３１６は、光検出部３０６が出力した検出信号を同期検波し、高周波制御部３２６は、ＥＩＴ検出部３１６から入力される信号に基づいて、高周波発生部３１２が発生する高周波信号の周波数を、ガスセル３０４のアルカリ金属原子のΔＥ12の半分に相当する周波数となるように制御する。
吸収検出部３１４は、光検出部３０６が出力した検出信号を同期検波し、中心波長制御部３２４は、吸収検出部３１４から入力される信号に基づいて、光Ｌの中心波長が、光検出部３０６において出力される検出信号の強度の最小値（吸収の底）に相当する波長となるように、中心波長可変部３１０を制御する。
光出力制御部３２２は、光検出部３０６が出力した検出信号のＤＣ成分に基づいて、光出力可変部３０８を制御する。具体的には、検出信号のＤＣ成分が所定の値より小さくなった場合に、光出力制御部３２２は、検出信号のＤＣ成分が初期の値になるように、光出力可変部３０８を制御する。光出力制御部３２２の制御により、光Ｌの中心波長が、吸収の底に相当する波長からずれたとしても、上記の中心波長制御部３２４の制御により、光Ｌの中心波長を、吸収の底に相当する波長に合わせることができる。
原子発振器３００では、例えば、以下の特徴を有する。
原子発振器３００では、小さい変化量で波長を変化させることができる発光装置１００を含むことができる。そのため、原子発振器３００では、高い確度で、発光装置１００から射出される光Ｌの中心波長を制御することができる。
原子発振器３００では、光検出部３０６が出力した検出信号の強度に基づいて、発光装置１００の電極６２，６４間に電圧を印加させ、発光装置１００の光出力を制御する光出力制御部３２２と、吸収検出部３１４が出力した検出信号の強度に基づいて、発光装置１００の電極６０，６４間に電圧を印加させ、第１光および前記第２光の中心波長を（共鳴光対の中心周波数を）制御する中心波長制御部３２４と、を含む。したがって、原子発振器３００では、発光装置１００の活性層４０に電流を注入せずに、中心波長を制御することができるので、制御が複雑になることを防ぐことができる。例えば、活性層に電流を注入して中心波長を制御する場合は、電流の注入量に応じて発光装置の光出力も変化するため、制御が複雑になる。また、発光装置の光出力を制御しない場合は、シュタルク効果により、共鳴周波数が変化する場合がある。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…第１電源、４…第２電源、１０…基板、２０…第１半導体多層膜ミラー、２２…第２半導体多層膜ミラー、２３…電流狭窄層、２３ａ…開口部、２４…第３半導体多層膜ミラー、３０…第１コンタクト層、３２…第２コンタクト層、４０…活性層、４５…柱状部、４６…射出面、４８…偏光部、４９…溝部、５０…絶縁層、６０…第１電極、６２…第２電極、６２ａ…開口部、６４…第３電極、１００，２００，２１０…発光装置、３００…原子発振器、３０２…光源、３０４…ガスセル、３０６…光検出部、３０８…光出力可変部、３１０…中心波長可変部、３１２…高周波発生部、３１４…吸収検出部、３１６…ＥＩＴ検出部、３２０…制御部、３２２…光出力制御部、３２４…中心波長制御部、３２６…高周波制御部
このような発光装置では、第３半導体多層膜ミラーにおいて、活性層に発生する光の吸収を抑制することができ、かつ、電気光学効果によって第３半導体多層膜ミラーの屈折率を変化させて、活性層に発生する光の波長（発振波長）を変化させることができる。したがって、半絶縁型の半導体層における光の吸収によって発振波長を変化させる場合に比べて、小さい変化量で発振波長を変化させることができる。その結果、発光装置では、高い確度で波長を制御することができる。
このような発光装置では、第１半導体多層膜ミラーおよび活性層の積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折率変化と、第３半導体多層膜ミラーにおける電気光学効果による屈折率変化と、が相殺することを抑制することができる。その結果、活性層にて発生する光を、確実に、偏光させることができる。
本発明に係る原子発振器は、
共鳴光対によってアルカリ金属原子に電磁誘起透過現象を発生させる原子発振器であって、
２つの異なる周波数成分を有する前記共鳴光対を発生させて前記アルカリ金属原子を照射する発光装置と、
前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出部と、
を含み、
前記発光装置は、
第１導電型の第１半導体多層膜ミラーと、
前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体多層膜ミラーと、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記第２半導体多層膜ミラーとの間に形成された活性層と、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された半絶縁型の第３半導体多層膜ミラーと、
前記第１半導体多層膜ミラーと前記第３半導体多層膜ミラーとの間に形成された、前記第１導電型のコンタクト層と、
前記第１半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第１電極と、
前記第２半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第２電極と、
前記コンタクト層とオーミックコンタクトし、前記第３半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第３電極と、
を有し、
前記第３半導体多層膜ミラーは、前記活性層にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。
このような原子発振器では、偏光部によって、第３半導体多層膜ミラーの屈折率の変化量を調整することができる。
このような原子発振器では、偏光部を形成するために、製造工程を増やす必要がなく、コストを抑えることができる。
このような原子発振器では、第１半導体多層膜ミラーおよび活性層の積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折率変化と、第３半導体多層膜ミラーにおける電気光学効果による屈折率変化と、が相殺することを抑制することができる。その結果、活性層にて発生する光を、より確実に偏光させることができる。
第３半導体多層膜ミラー２４は、半絶縁型の半導体層である。ここで、「半絶縁型の半導体層」とは、電気伝導に関与するキャリアのほとんどが、価電子帯から伝導帯に熱励起された自由電子、あるいは価電子帯に生じた同数の正孔であり、不純物や格子欠陥の存在によるキャリア濃度の変化が無視できる半導体からなる層のことをいう。具体的には、真性半導体、すなわちｉ型半導体からなる層のことである。
第３半導体多層膜ミラー２４は、高屈折率層（図示せず）と低折率層（図示せず）とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。高屈折率層は、例えば、ドーピングされていないｉ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層である。低屈折率層は、例えば、ドーピングされていないｉ型のＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層である。高屈折率層と低屈折率層との積層数（ペア数）は、例えば、３ペア以上４０ペア以下である。
第３半導体多層膜ミラー２４は、活性層４０に発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。これにより、発光装置１００では、活性層４０に発生する光が第３半導体多層膜ミラー２４において吸収されることを抑制することができる。ここで、図３は、ＡｌxＧａ1-xＡｓのバンドギャップエネルギーを示したグラフである。図３において、横軸はＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成ｘを示し、縦軸はＡｌxＧａ1-xＡｓのバンドギャップエネルギーＥｇを示している。図３より、Ａｌ組成ｘとバンドギャップエネルギーＥｇとの関係は、下記式（１）および式（２）のように表すことができる。
発光装置１００では、第１導電型の第１半導体多層膜ミラー２０に電気的に接続される第１電極６０と、第２導電型の第２半導体多層膜ミラー２２に電気的に接続される第２電極６２と、第１導電型の第１コンタクト層３０とオーミックコンタクトされた第３電極６４と、を含み、半絶縁型の第３半導体多層膜ミラー２４は、活性層４０にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている。そのため、発光装置１００では、第３半導体多層膜ミラー２４において、活性層４０に発生する光の吸収を抑制することができ、かつ、電気光学効果によって第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率を変化させて、発振波長を変化させることができる。したがって、半絶縁型の半導体層における光の吸収によって発振波長を変化させる場合に比べて、小さい変化量で発振波長を変化させることができる。その結果、発光装置１００では、高い確度で波長を制御することができる。具体的には、発光装置１００では、数ｐｍ〜百ｐｍという単位で、波長を制御することができる（下記実験例参照）。
２． 第２実施形態
２．１． 発光装置
次に、第２実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図９は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す断面図である。図１０は、第２実施形態に係る発光装置２００を模式的に示す平面図である。なお、図９は、図１０のＩＸ−ＩＸ線断面図である。また、便宜上、図１０では、第２電極６２の図示を省略している。また便宜上、図９，１０および以下に示す図１１では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。以下、発光装置２００において、上述した発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
偏光部４８は、例えば、２つ形成されている。偏光部４８は、柱状部４５からＸ軸方向（第１方向）に突出している。図１０に示すように平面視において、柱状部４５から＋Ｘ軸方向に突出している偏光部４８の端面の中心と、柱状部４５から−Ｘ軸方向に突出している偏光部４８の端面の中心と、を通る仮想直線Ａは、Ｘ軸と平行であってもよい。
なお、光弾性効果によって屈折率が大きくなる方向と、屈折率楕円体Ｎの長軸方向とは、同じ方向であることが好ましい。例えば、光弾性効果によって屈折率が大きくなる方向と、屈折率楕円体Ｎの短軸方向と、を同じ方向にすると、第１半導体多層膜ミラー２０と活性層４０との積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折率変化と、第３半導体多層膜ミラー２４における電気光学効果による屈折率変化と、が相殺してしまい、活性層４０にて発生する光を、偏光させることができない場合がある。
発光装置２００では、偏光部４８は、第１半導体多層膜ミラー２０および活性層４０の積層方向から見て、柱状部４５から第１軸方向（Ｘ軸方向）に突出し、Ｘ軸方向は、電極６０，６４間に電圧が印加された状態における第３半導体多層膜ミラー２４の屈折率楕円体Ｎの長軸方向または短軸方向と、同じ方向である。そのため、第１半導体多層膜ミラー２０と活性層４０との積層方向の有効屈折率において、光弾性効果による屈折率変化と、第３半導体多層膜ミラー２４における電気光学効果による屈折率変化と、が相殺することを抑制することができる。その結果、活性層４０にて発生する光を、より確実に偏光させることができる。
発光装置２１０では、偏光部４８は、射出面４６に周期的に形成された溝部４９によって構成されている。図１４に示す例では、溝部４９の平面形状は、長方形である。発光装置２１０では、溝部４９の深さや形状および偏光部４８の周期によって、活性層４０にて発生する光の電場の振動方向を制御することができる。溝部４９は、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングによって形成される。

Claims (10)

  1. 第１導電型の第１半導体多層膜ミラーと、
    前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体多層膜ミラーと、
    前記第１半導体多層膜ミラーと前記第２半導体多層膜ミラーとの間に形成された活性層と、
    前記第１半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された半絶縁型の第３半導体多層膜ミラーと、
    前記第３半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された、前記第１導電型のコンタクト層と、
    前記第１半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第１電極と、
    前記第２半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第２電極と、
    前記コンタクト層とオーミックコンタクトされた第３電極と、
    を含み、
    前記第３半導体多層膜ミラーは、前記活性層にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている、ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第１電極と前記第３電極との間には、第１電源によって電圧が印加され、
    前記第２電極と前記第３電極との間には、前記第１電源と異なる第２電源によって電圧が印加される、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記活性層にて発生する光を偏光させる偏光部を含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記活性層および前記第２半導体多層膜ミラーは、柱状部を構成し、
    前記偏光部は、前記柱状部と一体的に構成された半導体層を含み、
    前記偏光部は、前記半導体層によって前記活性層に歪みを付与する、ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記偏光部は、前記第１半導体多層膜ミラーおよび前記活性層の積層方向から見て、前記柱状部から第１方向に突出し、
    前記第１方向は、前記第１電極と前記第３電極との間に電圧が印加された状態における前記第３半導体多層膜ミラーの屈折率楕円体の長軸方向または短軸方向と、同じ方向である、ことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
  6. 共鳴光対によってアルカリ金属原子に電磁誘起透過現象を発生させる原子発振器であって、
    ２つの異なる周波数成分を有する前記共鳴光対を発生させて前記アルカリ金属原子を照射する発光装置と、
    前記アルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する光検出部と、
    を含み、
    前記発光装置は、
    第１導電型の第１半導体多層膜ミラーと、
    前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体多層膜ミラーと、
    前記第１半導体多層膜ミラーと前記第２半導体多層膜ミラーとの間に形成された活性層と、
    前記第１半導体多層膜ミラーと前記活性層との間に形成された半絶縁性の第３半導体多層膜ミラーと、
    前記第１半導体多層膜ミラーと前記第３半導体多層膜ミラーとの間に形成された、前記第１導電型のコンタクト層と、
    前記第１半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第１電極と、
    前記第２半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第２電極と、
    前記コンタクト層とオーミックコンタクトし、前記第３半導体多層膜ミラーに電気的に接続される第３電極と、
    を有し、
    前記第３半導体多層膜ミラーは、前記活性層にて発生する光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい材料によって構成されている、ことを特徴とする原子発振器。
  7. 前記光検出部が出力した検出信号の強度に基づいて、前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加させ、前記発光装置の光出力を制御する光出力制御部と、
    前記光検出部が出力した検出信号の強度に基づいて、前記第１電極と前記第３電極との間に電圧を印加させ、前記共鳴光対の中心周波数を制御する中心周波数制御部と、
    を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の原子発振器。
  8. 前記発光装置は、前記活性層にて発生する光を偏光させる偏光部を有する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の原子発振器。
  9. 前記活性層および前記第２半導体多層膜ミラーは、柱状部を構成し、
    前記偏光部は、前記柱状部と一体的に構成された半導体層を含み、
    前記偏光部は、前記半導体層によって前記活性層に歪みを付与する、ことを特徴とする請求項８に記載の原子発振器。
  10. 前記偏光部は、前記第１半導体多層膜ミラーおよび前記活性層の積層方向から見て、前記柱状部から第１方向に突出し、
    前記第１方向は、前記第１電極と前記第３電極との間に電圧が印加された状態における前記第３半導体多層膜ミラーの屈折率楕円体の長軸方向または短軸方向と、同じ方向である、ことを特徴とする請求項９に記載の原子発振器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017084935A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
WO2017212888A1 (ja) * 2016-06-07 2017-12-14 株式会社村田製作所 半導体装置およびその製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10985531B2 (en) * 2019-01-27 2021-04-20 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Intensity noise mitigation for vertical-cavity surface emitting lasers
CN110299669B (zh) * 2019-08-26 2019-12-17 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 具有特殊金属连接层的垂直腔面发射激光器及制备方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6032381A (ja) * 1983-08-01 1985-02-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面発光半導体レ−ザ装置
JPH0311689A (ja) * 1989-06-08 1991-01-18 Fujikura Ltd 面発光型波長制御ｄｂｒレーザ
JPH0563301A (ja) * 1991-09-05 1993-03-12 Hitachi Ltd 半導体光素子および光通信システム
JPH06188518A (ja) * 1992-12-18 1994-07-08 Fujitsu Ltd 波長可変面発光レーザ
JPH06350190A (ja) * 1993-06-07 1994-12-22 Furukawa Electric Co Ltd:The 波長制御型面発光半導体レーザ
JPH08204280A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面発光半導体レーザ
JPH1154838A (ja) * 1997-07-29 1999-02-26 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザ
JP2004072118A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Samsung Electronics Co Ltd 波長可変型面発光半導体レーザ
US20050169343A1 (en) * 2003-11-18 2005-08-04 Ulm-Photonics Polarization control of vertical diode lasers by monolithically integrated surface grating
JP2006216681A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Ricoh Co Ltd 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光送信モジュールおよび光伝送装置および光スイッチング方法
JP2006245473A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Ricoh Co Ltd 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光スイッチング方法および光送信モジュールおよび光伝送装置
WO2008029283A2 (en) * 2006-06-16 2008-03-13 Nikolai Ledentsov Optoelectronic device for high-speed data transfer
JP2011159943A (ja) * 2010-01-08 2011-08-18 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2012023179A (ja) * 2010-07-14 2012-02-02 Seiko Epson Corp 光学モジュールおよび原子発振器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0794827A (ja) 1993-09-21 1995-04-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光半導体レーザ素子
JPH08116139A (ja) 1994-08-22 1996-05-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
JPH10270799A (ja) 1997-03-21 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 発光素子
JP4946439B2 (ja) 2004-07-30 2012-06-06 日本電気株式会社 偏光変調レーザ装置
JP2007243121A (ja) 2006-03-06 2007-09-20 Tokyo Institute Of Technology 光学装置
WO2007105328A1 (ja) 2006-03-14 2007-09-20 The Furukawa Electric Co., Ltd. 面発光レーザ素子アレイ
JP2008028120A (ja) 2006-07-20 2008-02-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 面発光型半導体素子
JP5540619B2 (ja) 2009-09-16 2014-07-02 セイコーエプソン株式会社 原子発振器の制御方法
JP5782883B2 (ja) 2011-07-14 2015-09-24 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2012156541A (ja) 2012-04-09 2012-08-16 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイ

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6032381A (ja) * 1983-08-01 1985-02-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面発光半導体レ−ザ装置
JPH0311689A (ja) * 1989-06-08 1991-01-18 Fujikura Ltd 面発光型波長制御ｄｂｒレーザ
JPH0563301A (ja) * 1991-09-05 1993-03-12 Hitachi Ltd 半導体光素子および光通信システム
JPH06188518A (ja) * 1992-12-18 1994-07-08 Fujitsu Ltd 波長可変面発光レーザ
JPH06350190A (ja) * 1993-06-07 1994-12-22 Furukawa Electric Co Ltd:The 波長制御型面発光半導体レーザ
JPH08204280A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 面発光半導体レーザ
JPH1154838A (ja) * 1997-07-29 1999-02-26 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザ
JP2004072118A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Samsung Electronics Co Ltd 波長可変型面発光半導体レーザ
US20050169343A1 (en) * 2003-11-18 2005-08-04 Ulm-Photonics Polarization control of vertical diode lasers by monolithically integrated surface grating
JP2006216681A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Ricoh Co Ltd 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光送信モジュールおよび光伝送装置および光スイッチング方法
JP2006245473A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Ricoh Co Ltd 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光スイッチング方法および光送信モジュールおよび光伝送装置
WO2008029283A2 (en) * 2006-06-16 2008-03-13 Nikolai Ledentsov Optoelectronic device for high-speed data transfer
JP2011159943A (ja) * 2010-01-08 2011-08-18 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
JP2012023179A (ja) * 2010-07-14 2012-02-02 Seiko Epson Corp 光学モジュールおよび原子発振器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017084935A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
WO2017212888A1 (ja) * 2016-06-07 2017-12-14 株式会社村田製作所 半導体装置およびその製造方法

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US9300308B2 (en) 2016-03-29
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