JP2017034210A - 面発光レーザ素子及び原子発振器 - Google Patents
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Abstract
Description
ところで、面発光レーザ素子であるVCSELは、結晶基板の上に、半導体層をエピタキシャル成長させることにより形成されている。半導体層のエピタキシャル成長には、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)やMBE(Molecular Beam Epitaxy)等が用いられる。このようにエピタキシャル成長により形成された半導体膜は、例えば、MOCVDの場合では、エピタキシャル成長させる際のガスの分布やウェハの温度分布により、ウェハ表面における半導体膜の膜厚が不均一となる場合がある。このように膜厚が不均一となる半導体膜により、面発光レーザ素子の共振器やDBRが形成されると、1枚のウェハ内における面発光レーザ素子の発振波長にバラツキが生じ、1枚のウェハから得られる所望の発振波長の面発光レーザ素子の数が少なくなってしまう。
本実施の形態における面発光レーザ素子について図2に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、発振波長が894.6nmの面発光レーザ素子であり、基板101の上に、半導体層を積層することにより形成されている。具体的には、基板101の上に、下部ブラッグ反射鏡102、下部スペーサ層103、活性層104、上部スペーサ層105、第2の上部ブラッグ反射鏡106、第1の上部ブラッグ反射鏡107、コンタクト層109を順に積層することにより形成されている。尚、本実施の形態における面発光レーザ素子は、基板101の表面となる半導体層が積層されている面よりレーザ光が出射される。
本実施の形態における面発光レーザ素子を製造する際、半導体層は、MOCVD法またはMBE法等によるエピタキシャル成長により形成する。具体的には、基板101の上に、下部ブラッグ反射鏡102、下部スペーサ層103、活性層104、上部スペーサ層105、第2の上部ブラッグ反射鏡106、第2の位相調整層132、3層の波長調整層140を順に結晶成長により形成する。この際、基板101となるウェハ上において、共振波長を計測する。尚、電流狭窄層108は、第2の上部ブラッグ反射鏡106を形成している高屈折率層の1層として形成される。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、第1の実施の形態と同様に、電流狭窄構造を有する894.6nmの面発光レーザ素子である。第1の実施の形態における面発光レーザ素子は、波長調整領域120が上部ブラッグ反射鏡における高屈折率層と置き換えられているのに対し、本実施の形態における面発光レーザ素子は、波長調整領域が低屈折率層と置き換えられている。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1または第2の実施の形態における面発光レーザ素子を用いた原子発振器である。図7に基づき本実施の形態における原子発振器について説明する。本実施の形態における原子発振器は、CPT方式の小型原子発振器であり、光源410、コリメートレンズ420、λ/4波長板430、アルカリ金属セル440、光検出器450、変調器460を有している(非特許文献1、特許文献3)。
10a 領域
10b 領域
10c 領域
10d 領域
101 基板
102 下部ブラッグ反射鏡
103 下部スペーサ層
104 活性層
105 上部スペーサ層
106 第2の上部ブラッグ反射鏡
107 第1の上部ブラッグ反射鏡
108 電流狭窄層
108a 選択酸化領域
108b 電流狭窄領域
109 コンタクト層
110 共振器領域
111 上部電極
112 下部電極
120 波長調整領域
131 第1の位相調整層
132 第2の位相調整層
140 波長調整層
141 第1の調整層
142 第2の調整層
143 第3の調整層
151 保護層
152 樹脂層
Claims (12)
- 下部ブラッグ反射鏡と、
上部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡と前記上部ブラッグ反射鏡との間に形成された、活性層を含む共振器領域と、
を有し、
前記下部ブラッグ反射鏡または前記上部ブラッグ反射鏡内には、波長調整領域が形成されており、
前記波長調整領域は、前記共振器領域が形成されている側より、第2の位相調整層、波長調整層、第1の位相調整層の順で形成されており、
前記波長調整領域の光学厚さが略(2N+1)×λ/4(N=1、2、、、)であり、
前記波長調整層の位置は、前記波長調整領域の共振器領域側の端部より、略M×λ/2(M=1、2、、、、)であること(M≦N)を特徴とする面発光レーザ素子。 - 下部ブラッグ反射鏡と、
上部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡と前記上部ブラッグ反射鏡との間に形成された、活性層を含む共振器領域と、
を有し、
前記下部ブラッグ反射鏡または前記上部ブラッグ反射鏡内には、波長調整領域が形成されており、
前記波長調整領域は、前記共振器領域が形成されている側より、第2の位相調整層、波長調整層、第1の位相調整層の順で形成されており、
前記波長調整領域の光学厚さが略(2N+1)×λ/4(N=1、2、、、)であり、
前記波長調整層の位置は、前記波長調整領域の共振器領域側の端部より、略(2M+1)×λ/4(M=1、2、、、、)であること(M≦N−1)を特徴とする面発光レーザ素子。 - 下部ブラッグ反射鏡と、
上部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡と前記上部ブラッグ反射鏡との間に形成された、活性層を含む共振器領域と、
を有し、
前記下部ブラッグ反射鏡または前記上部ブラッグ反射鏡内には、波長調整領域が形成されており、
前記波長調整領域は、前記共振器領域が形成されている側より、第2の位相調整層、波長調整層、第1の位相調整層の順で形成されており、
前記波長調整領域の一端は縦モードの腹に、他端は縦モードの節にそれぞれ位置し、
前記波長調整層は、縦モードの節に位置することを特徴とする面発光レーザ素子。 - 前記波長調整層は、2種類の異なる材料を積層することにより形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 前記波長調整層は、2種類の異なる材料を積層することにより形成されており、
前記2種類の異なる材料のうちの一方がGaInPであり、他方がGaAsPまたはGaAsであることを特徴とする請求項1または3に記載の面発光レーザ素子。 - 前記波長調整層は、2種類の異なる材料を積層することにより形成されており、
前記2種類の異なる材料のうちの一方がA lGaInPであり、他方がA lGaAsであることを特徴とする請求項2または3に記載の面発光レーザ素子。 - 前記下部ブラッグ反射鏡及び前記上部ブラッグ反射鏡は、半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 前記波長調整層140における不純物元素の濃度は、1×1018cm−3以上であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 波長が、780.2nm、795.0nm、852.3nm、894.6nmであることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
- 請求項1から9のいずれかに記載の面発光レーザ素子と、
アルカリ金属を封入したアルカリ金属セルと、
前記面発光レーザ素子における面発光レーザより前記アルカリ金属セルに照射した光のうち、前記アルカリ金属セルを透過した光を検出する光検出器と、
を有し、
前記面発光レーザ素子より出射したサイドバンドを含む光のうち、2つの異なる波長の光を前記アルカリ金属セルに入射させることにより、2種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により発振周波数を制御することを特徴とする原子発振器。 - 前記2つの異なる波長の光は、ともに前記面発光レーザより出射したサイドバンドの光であることを特徴とする請求項10に記載の原子発振器。
- 前記アルカリ金属は、ルビジウム、または、セシウムであることを特徴とする請求項10または11に記載の原子発振器。
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