JP2020181863A - Semiconductor laser and atomic oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザーおよび原子発振器に関する。 The present invention relates to semiconductor lasers and atomic oscillators.
面発光型半導体レーザーは、例えば、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の光源として用いられる。このような半導体レーザーは、2つのミラー層と、2つのミラー層の間に配置された活性層と、を有している。さらに、半導体レーザーは、活性層に注入される電流が活性層の面内に広がることを防ぐための電流狭窄層を有している。 The surface emitting semiconductor laser is used, for example, as a light source of an atomic oscillator using CPT (Coherent Population Trapping), which is one of the quantum interference effects. Such a semiconductor laser has two mirror layers and an active layer arranged between the two mirror layers. Further, the semiconductor laser has a current constriction layer for preventing the current injected into the active layer from spreading in the plane of the active layer.
このような半導体レーザーとして、例えば、特許文献1には、n型のGaAs基板上に、n型のAl0.12Ga0.88As層およびn型のAl0.9Ga0.1As層の40.5ペアからなる第1ミラー層、活性層、およびp型のAl0.12Ga0.88As層およびp型のAl0.9Ga0.1As層の20ペアからなる第2ミラーを有する積層構造を備えている半導体レーザーが開示されている。
As such a semiconductor laser, for example,
特許文献1では、第2ミラーの一層を、Alの組成比が大きい層に変えて、当該層を側面から酸化することにより、電流狭窄層を形成している。電流狭窄層を形成する際に、第1ミラーおよび第2ミラーを構成するAl0.9Ga0.1As層も酸化されて酸化領域が形成される。
In
また、面発光型半導体レーザーは、一般的に、共振器が等方的な構造を有するため、共振器から出射される光の偏光方向の制御が困難である。そこで、特許文献1では、共振部に歪みを付与する歪付与部を設け、光を偏光させている。
Further, in a surface emitting semiconductor laser, since the resonator generally has an isotropic structure, it is difficult to control the polarization direction of the light emitted from the resonator. Therefore, in
酸化領域は、Al0.9Ga0.1As層のヒ素が酸素に置き換わって形成されるが、その際に体積が減少する。そのため、歪付与部の酸化領域の幅を大きくすれば、共振部に生じる引っ張り応力を大きくすることができる。 The oxidized region is formed by replacing arsenic in the Al 0.9 Ga 0.1 As layer with oxygen, but the volume is reduced at that time. Therefore, if the width of the oxidation region of the strain applying portion is increased, the tensile stress generated in the resonance portion can be increased.
しかしながら、歪付与部の酸化領域の幅を大きくすると、共振部の酸化領域の幅も大きくなる。そのため、共振部に生じる応力が大きくなり、共振部に欠陥が生じる場合がある。共振部に欠陥が生じると、半導体レーザーの特性が変化してしまう。 However, when the width of the oxidized region of the strain applying portion is increased, the width of the oxidized region of the resonance portion is also increased. Therefore, the stress generated in the resonance portion becomes large, and a defect may occur in the resonance portion. If a defect occurs in the resonance portion, the characteristics of the semiconductor laser will change.
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following aspects or application examples.
本適用例に係る半導体レーザーは、第1ミラー層と、第2ミラー層と、前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された活性層と、前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された電流狭窄層と、前記第1ミラー層と連続して設けられ、複数の第1酸化層を含む第1領域と、前記第2ミラー層と連続して設けられ、複数の第2酸化層を含む第2領域と、を含み、前記第1ミラー層、前記第2ミラー層、前記活性層、前記電流狭窄層、前記第1領域、および前記第2領域は、積層体を構成し、前記第1領域および前記第2領域は、前記積層体の酸化領域を構成し、前記積層体は、平面視において、第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間に配置され、前記活性層で発生した光を共振させる第3部分と、を有し、前記第1部分、前記第2部分、および前記第3部分は、平面視において、前記第3部分の中心を通る第1軸に沿って配置され、前記第1部分の前記酸化領域は、平面視において、前記第1軸と直交する第2軸と少なくとも3回交差する。 The semiconductor laser according to this application example includes a first mirror layer, a second mirror layer, an active layer arranged between the first mirror layer and the second mirror layer, the first mirror layer, and the above. A current constriction layer arranged between the second mirror layer, a first region continuously provided with the first mirror layer and containing a plurality of first oxide layers, and a continuous second mirror layer. The first mirror layer, the second mirror layer, the active layer, the current constriction layer, the first region, and the second region, which are provided and include a second region including a plurality of second oxide layers. Consists of a laminated body, the first region and the second region constitute an oxidized region of the laminated body, and the laminated body has a first portion, a second portion, and the first portion in a plan view. The first portion, the second portion, and the third portion are arranged between the first portion and the second portion and have a third portion that resonates the light generated in the active layer. Arranged along a first axis passing through the center of the third portion in plan view, the oxidized region of the first portion intersects a second axis orthogonal to the first axis at least three times in plan view. To do.
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記第1部分には凹部があり、前記第2軸は、前記凹部を構成する壁部の前記酸化領域と交差してもよい。 In the semiconductor laser according to the present application example, the first portion has a recess, and the second axis may intersect the oxidation region of the wall portion constituting the recess.
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記凹部の空間の前記第1軸に沿った長さは、前記凹部の空間の前記第2軸に沿った長さよりも大きくてもよい。 In the semiconductor laser according to the present application example, the length of the recessed space along the first axis may be larger than the length of the recessed space along the second axis.
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記凹部の深さと前記積層体の高さとは、等しくてもよい。 In the semiconductor laser according to this application example, the depth of the recess and the height of the laminate may be equal.
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記凹部の深さは、前記積層体の高さよりも大きくてもよい。 In the semiconductor laser according to this application example, the depth of the recess may be larger than the height of the laminate.
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記第1部分の前記第2軸に沿った長さは、前記第3部分の前記第2軸に沿った長さよりも大きくてもよい。 In the semiconductor laser according to the present application example, the length of the first portion along the second axis may be larger than the length of the third portion along the second axis.
本適用例に係る原子発振器は、半導体レーザーと、前記半導体レーザーから出射された光が照射される、アルカリ金属原子が収容された原子セルと、前記原子セルを透過した光の強度を検出して、検出信号を出力する受光素子と、を含み、前記半導体レーザーは、第1ミラー層と、第2ミラー層と、前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された活性層と、前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された電流狭窄層と、前記第1ミラー層と連続して設けられ、複数の第1酸化層を含む第1領域と、前記第2ミラー層と連続して設けられ、複数の第2酸化層を含む第2領域と、を含み、前記第1ミラー層、前記第2ミラー層、前記活性層、前記電流狭窄層、前記第1領域、および前記第2領域は、積層体を構成し、前記第1領域および前記第2領域は、前記積層体の酸化領域を構成し、前記積層体は、平面視において、第1部分と、第2部分と、前記第1部分と前記第2部分との間に配置され、前記活性層で発生した光を共振させる第3部分と、を有し、前記第1部分、前記第2部分、および前記第3部分は、平面視において、前記第3部分の中心を通る第1軸に沿って配置され、前記第1部分の前記酸化領域は、平面視において、前記第1軸と直交する第2軸と少なくとも3回交差する。 The atomic oscillator according to this application example detects the intensity of the semiconductor laser, the atomic cell containing the alkali metal atom irradiated with the light emitted from the semiconductor laser, and the light transmitted through the atomic cell. The semiconductor laser includes a light receiving element that outputs a detection signal, and the semiconductor laser is an active layer arranged between a first mirror layer, a second mirror layer, and the first mirror layer and the second mirror layer. A current constriction layer arranged between the first mirror layer and the second mirror layer, and a first region continuously provided with the first mirror layer and containing a plurality of first oxide layers. The first mirror layer, the second mirror layer, the active layer, the current constriction layer, and the like, which are provided continuously with the second mirror layer and include a second region including a plurality of second oxide layers. The first region and the second region constitute a laminated body, the first region and the second region constitute an oxidation region of the laminated body, and the laminated body is a first portion in a plan view. And a third portion arranged between the first portion and the second portion and resonating the light generated in the active layer, the first portion and the second portion. The portion and the third portion are arranged along a first axis passing through the center of the third portion in plan view, and the oxidized region of the first portion is orthogonal to the first axis in plan view. Crosses the second axis at least three times.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below do not unreasonably limit the contents of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1. 第1実施形態
1.1. 半導体レーザー
まず、第1実施形態に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る半導体レーザー100を模式的に示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る半導体レーザー100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。図3は、第1実施形態に係る半導体レーザー100を模式的に示す平面図である。図4は、第1実施形態に係る半導体レーザー100を模式的に示す図3のIV−IV線断面図である。
1. 1. First Embodiment 1.1. Semiconductor Laser First, the semiconductor laser according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing the
なお、便宜上、図2では、積層体2を簡略化して図示している。また、図3では、半導体レーザー100の積層体2以外の部材の図示を省略している。また、図1〜図4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。また、本明細書においては、半導体レーザー100における位置関係を、相対的に第2電極82側を上、基板10側を下として説明する。
For convenience, FIG. 2 shows the
半導体レーザー100は、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。半導体レーザー100は、図1〜図4に示すように、基板10と、第1ミラー層20と、活性層30と、第2ミラー層40と、電流狭窄層42と、コンタクト層50と、第1領域60と、第2領域62と、樹脂層70と、第1電極80と、第2電極82と、を含む。
The
基板10は、例えば、第1導電型のGaAs基板である。第1導電型は、例えば、n型である。
The
第1ミラー層20は、基板10上に配置されている。第1ミラー層20は、活性層30に対して基板10側に配置されている。第1ミラー層20は、基板10と活性層30との間に配置されている。第1ミラー層20は、例えば、n型の半導体層である。第1ミラー層20は、分布ブラッグ反射型(DBR:Distributed Bragg Reflector)ミラーである。第1ミラー層20は、図4に示すように、高屈折率層24と低屈折率層26とが交互に積層されて構成されている。高屈折率層24は、例えば、シリコンがドープされたn型のAl0.12Ga0.88As層である。低屈折率層26は、例えば、0.85≦x≦0.90とした場合に、シリコンがドープされたn型のAlxGa1−xAs層である。高屈折率層24と低屈折率層26との積層数は、例えば、10ペア以上50ペア以下である。
The
活性層30は、第1ミラー層20上に配置されている。活性層30は、第1ミラー層20と第2ミラー層40との間に配置されている。活性層30は、例えば、i型のIn0.06Ga0.94As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:Multi Quantum Well)構造を有している。
The
第2ミラー層40は、活性層30上に配置されている。第2ミラー層40は、活性層30に対して基板10とは反対に配置されている。第2ミラー層40は、活性層30とコンタクト層50との間に配置されている。第2ミラー層40は、例えば、第2導電型の半導体層である。第2導電型は、例えば、p型である。第2ミラー層40は、分布ブラッグ反射型ミラーである。第2ミラー層40は、高屈折率層44と低屈折率層46とが交互に積層されて構成されている。高屈折率層44は、例えば、炭素がドープされたp型のAl0.12Ga0.88As層である。低屈折率層46は、例えば、0.85≦x≦0.90とした場合に、炭素がドープされたp型のAlxGa1−xAs層である。高屈折率層44と低屈折率層46との積層数は、例えば、3ペア以上40ペア以下である。
The
第2ミラー層40、活性層30、および第1ミラー層20は、垂直共振器型のpinダイオードを構成している。第1電極80と第2電極82との間にpinダイオードの順方向の電圧を印加すると、活性層30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30で生じた光は、第1ミラー層20と第2ミラー層40との間を多重反射し、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、コンタクト層50の上面から、レーザー光が出射される。
The
電流狭窄層42は、第1ミラー層20と第2ミラー層40との間に配置されている。電流狭窄層42は、活性層30と第2ミラー層40との間に配置されている。電流狭窄層42は、例えば、活性層30上に配置されてもよいし、第2ミラー層40の内部に配置されてもよい。電流狭窄層42は、例えば、x≧0.95とした場合に、AlxGa1−xAs層が酸化された層である。電流狭窄層42には、電流の経路となる開口部43が設けられている。電流狭窄層42によって、活性層30に注入される電流が活性層30の面内に広がることを防ぐことができる。
The
コンタクト層50は、第2ミラー層40上に配置されている。コンタクト層50は、p型の半導体層である。具体的には、コンタクト層50は、炭素がドープされたp型のGaAs層である。
The
第1領域60は、図4に示すように、積層体2を構成する第1ミラー層20の側方に設けられている。第1領域60は、第1ミラー層20と連続して設けられた、複数の第1酸化層6を含む。具体的には、第1領域60は、第1ミラー層20を構成している低屈折率層26と連続する層が酸化された第1酸化層6と、第1ミラー層20を構成している高屈折率層24と連続する層4と、が交互に積層されて構成されている。
As shown in FIG. 4, the
第2領域62は、積層体2を構成する第2ミラー層40の側方に設けられている。第2領域62は、第2ミラー層40と連続して設けられた、複数の第2酸化層16を含む。具体的には、第2領域62は、第2ミラー層40を構成している低屈折率層46と連続する層が酸化された第2酸化層16と、第2ミラー層40を構成している高屈折率層44と連続する層14と、が交互に積層されて構成されている。
The
第1領域60および第2領域62は、酸化領域8を構成している。酸化領域8は、図3に示すように、積層体2の外縁に沿って設けられている。図4に示すように、酸化領域8の上面63は、第2ミラー層40の上面48に対して傾斜している。酸化領域8の幅Wは、例えば、0.5μm以上2.0μm以下である。幅Wは、低屈折率層26,46のAl組成比に依存し、Al組成比が大きくなるほど、幅Wは、大きくなる。
The
なお、酸化領域8の幅Wとは、図4に示すように、積層体2の側面において、複数の酸化層のうち最下層の端9aと、複数の酸化層のうち最上層の端9bと、の間の距離のことである。端9aは、複数の酸化層のうち、最下層の酸化層の端であって、最下層の酸化層と連続する低屈折率層とは反対の端である。端9aは、積層体2の側面を構成している。端9bは、複数の酸化層のうち、最上層の酸化層の端であって、最上層の酸化層と連続する低屈折率層側の端である。
As shown in FIG. 4, the width W of the
第1ミラー層20の一部、活性層30、第2ミラー層40、電流狭窄層42、コンタクト層50、第1領域60、および第2領域62は、積層体2を構成している。図2に示すように、積層体2は、柱状である。積層体2は、第1ミラー層20上に配置され、第1ミラー層20から上方に突出している。積層体2は、樹脂層70によって囲まれている。
A part of the
積層体2は、図3に示すように、平面視において、第1部分2aと、第2部分2bと、第3部分2cと、を有している。なお、平面視とは、基板10に垂直な軸に沿って見ることをいい、図示の例では、Z軸に沿って見ることをいう。また、Z軸は、基板10に垂直な軸であり、X軸およびY軸は、Z軸に垂直、かつ、互いに垂直な軸である。
As shown in FIG. 3, the
第1部分2a、第2部分2b、および第3部分2cは、平面視において、第1軸A1に沿って配置されている。第1部分2a、第2部分2b、および第3部分2cは、平面視において、第1軸A1上に配置されている。第1軸A1は、第3部分2cの中心Cを通る軸である。図示の例では、第1軸A1は、Y軸に平行である。
The
第1部分2a、第3部分2c、および第2部分2bは、この順で第1軸A1に沿って並んでいる。第1部分2aは、第3部分2cから第1軸A1に沿って、一方側に突出している。第2部分2bは、第3部分2cから第1軸A1に沿って、他方側に突出している。第1部分2aおよび第2部分2bは、平面視において、同じ形状を有している。
The
第1部分2aは、第3部分2cに接続されている。第2部分2bは、第3部分2cに接続されている。すなわち、第1部分2a、第2部分2b、および第3部分2cは、一体に設けられている。第1部分2aと第2部分2bとは、第3部分2cの中心Cに関して点対称である。
The
第3部分2cは、活性層30で発生した光を共振させる。すなわち、第3部分2cでは、共振器が形成される。第3部分2cの平面形状は、例えば、円である。
The
半導体レーザー100では、第1部分2aおよび第2部分2bによって、活性層30に歪みを付与することができる。第1部分2aおよび第2部分2bが活性層30に歪みを付与することによって、活性層30には所定の方向に引っ張り応力が生じる。この結果、共振器を構成する第3部分2cは、光学的に等方的でなくなり、活性層30で発生する光が偏光する。よって、活性層30で発生する光の偏光を安定させることができる。ここで、光が偏光するとは、光の電場の振動方向が一定であることをいう。
In the
図3および図4に示すように、第1部分2aには凹部90がある。図3に示す例では、第1部分2aには2つの凹部90があり、2つの凹部90は、第1軸A1に沿って配置されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
凹部90は、図4に示すように、壁部92と、空間94と、を有している。壁部92は、酸化領域8を有している。図示の例では、第1ミラー層20は、基部20aと、基部20a上に設けられた突起部20bと、を有している。空間94は、壁部92および基部20aによって規定されている。突起部20bは、積層体2を構成し、積層体2は、基部20a上に配置されている。図示の例では、凹部90は、平面視において空間94が壁部92によって囲まれた穴部である。なお、図示はしないが、凹部90には、樹脂層70が充填されていてもよい。
As shown in FIG. 4, the
凹部90の深さHと、積層体2の高さTとは、例えば、等しい。ここで、「凹部90の深さH」とは、凹部90の空間94のZ軸に沿った最大の長さである。また、「積層体2の高さT」とは、積層体2の上面4aと基部20aとの間の最短距離である。「積層体2の上面4a」とは、積層体2の基板10から最も遠い面である。図示の例では、積層体2の高さTは、積層体2の上面4aと積層体2の側面4bとがなす角部4cと、第1ミラー層20の基部20aと、の間のZ軸に沿った距離である。なお、図示はしないが、深さHは、積層体2の高さTより小さくてもよい。
The depth H of the
図3に示すように、凹部90の空間94の第1軸A1に沿った長さL1は、例えば、凹部90の空間94の第2軸A2に沿った長さL2と等しい。「長さL1」は、凹部90の空間94の第1軸A1に沿った最大の長さである。「長さL2」は、凹部90の空間94の第2軸A2に沿った最大の長さである。凹部90が穴部の場合、長さL1および長さL2は、図4に示すように、角部4cで規定される凹部90の開口の長さである。第2軸A2は、第1軸A1と直交する軸であり、図示の例では、X軸と平行である。
As shown in FIG. 3, the length L1 along the first axis A1 of the
図3に示すように、第1部分2aの第2軸A2に沿った長さL3は、第3部分2cの第2軸A2に沿った長さL4よりも小さい。ここで、「長さL3」は、第1軸A1の一方側において、第1部分2aの第2軸A2と交差する側面と、第1軸A1の他方側において、第1部分2aの第2軸A2と交差する側面と、の間の最大の距離である。また、同様に、「長さL4」は、第3部分2cの第2軸A2に沿った最大の長さである。
As shown in FIG. 3, the length L3 of the
第1部分2aの酸化領域8は、図3に示すように、平面視において、第2軸A2と少なくとも3回交差する。第2軸A2は、第1軸A1と直交し、かつ、第1部分2aと交差すれば、任意の位置に設定可能である。
As shown in FIG. 3, the oxidized
図示の例では、第2軸A2は、凹部90を通り、酸化領域8と4回交差している。具体的には、第2軸A2は、第1軸A1の一方側において、第1部分2aの外縁を構成する酸化領域8aと、第1軸A1の一方側において、凹部90の壁部92を構成する酸化領域8bと、第1軸A1の他方側において、凹部90の壁部92を構成する酸化領域8cと、第1軸A1の他方側において、第1部分2aの外縁を構成する酸化領域8dと、交差している。このように半導体レーザー100では、第2軸A2は、第1部分2aの外縁を構成する酸化領域8a,8dに加えて、さらに凹部90の壁部92を構成する酸化領域8b,8cと交差する。
In the illustrated example, the second axis A2 passes through the
なお、第2部分2bの酸化領域8についても、第1部分2aと同様に、第1軸A1と直交する図示しない軸と少なくとも3回交差する。
The
また、上記では、AlGaAs系の半導体レーザーについて説明したが、本実施形態に係る半導体レーザーでは、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。 Further, although the AlGaAs-based semiconductor laser has been described above, in the semiconductor laser according to the present embodiment, for example, GaInP-based, ZnSSe-based, InGaN-based, AlGaN-based, InGaAs-based, GaInNAs-based, depending on the oscillation wavelength, A GaAsSb-based semiconductor material may be used.
1.2. 半導体レーザーの製造方法
次に、第1実施形態に係る半導体レーザー100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図5〜図7は、第1実施形態に係る半導体レーザー100の製造工程を模式的に示す断面図である。
1.2. Manufacturing Method of Semiconductor Laser Next, the manufacturing method of the
図5に示すように、基板10上に、第1ミラー層20、活性層30、酸化されて電流狭窄層42となる被酸化層42a、第2ミラー層40、およびコンタクト層50を、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。
As shown in FIG. 5, the
次に、コンタクト層50、第2ミラー層40、被酸化層42a、活性層30、および第1ミラー層20をパターニングして、積層体2を形成する。さらに、図4に示すように、凹部90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。
Next, the
図6に示すように、被酸化層42aを酸化して、電流狭窄層42を形成する。被酸化層42aは、例えば、x≧0.95とした場合、AlxGa1−xAs層である。例えば、400℃程度の水蒸気雰囲気中に、積層体2が設けられた基板10を投入することにより、AlxGa1−xAs層を側面から酸化して、電流狭窄層42を形成する。
As shown in FIG. 6, the oxidized
被酸化層42aを酸化して電流狭窄層42を形成する酸化工程において、例えば、0.85≦x≦0.90とした場合、第1ミラー層20を構成するAlxGa1−xAs層のヒ素が酸素に置き換わり、図4に示すように、第1酸化層6が形成される。この結果、第1領域60が形成される。同様に、第2ミラー層40を構成するAlxGa1−xAs層のヒ素が酸素に置き換わり、図4に示すように、第2酸化層16が形成される。この結果、第2領域62が形成される。図4に示すように、酸化領域8を構成する第1領域60および第2領域62は、積層体2の外縁および凹部90の壁部92に形成される。
In the oxidation step of oxidizing the
第1領域60および第2領域62は、ヒ素が酸素に置き換わることによって、体積が減少する。これにより、第2領域62の上面63が傾斜する。具体的には、第1領域60および第2領域62は、ヒ素が酸素に置き換わることによって、強い電気陰性度のために格子間距離の縮小が起こり、体積が約30%減少する。このように、酸化工程において、第1領域60および第2領域62からなる酸化領域8は、体積が収縮するため、第1部分2aおよび第2部分2bの酸化領域8の体積が大きいほど、第1部分2aおよび第2部分2bによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
The volumes of the
図7に示すように、積層体2を取り囲むように樹脂層70を形成する。樹脂層70は、例えば、スピンコート法等を用いて第1ミラー層20の上面および積層体2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。次に、樹脂層70を加熱処理することにより硬化させる。
As shown in FIG. 7, the
図2に示すように、コンタクト層50上および樹脂層70上に第2電極82を形成し、第1ミラー層20上に第1電極80を形成する。第1電極80および第2電極82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、第1電極80および第2電極82を形成する順序は、特に限定されない。また、第2電極82を形成する工程で、図1に示すパッド84および引き出し配線86を形成してもよい。
As shown in FIG. 2, the
以上の工程により、半導体レーザー100を製造することができる。
By the above steps, the
1.3. 効果
半導体レーザー100は、例えば、以下の効果を有する。
1.3. Effect The
半導体レーザー100では、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第1軸A1と直交する第2軸A2と少なくとも3回交差する。そのため、半導体レーザー100では、図8に示すように、積層体2の外縁にのみ酸化領域8が設けられ酸化領域8が第2軸A2と2回交差する場合に比べて、少なくとも1回多く酸化領域8は、第2軸A2と交差する。したがって、半導体レーザー100では、図8に示す積層体2の外縁以外にも、酸化領域8が設けられているので、その分、第1部分2aの酸化領域8の体積を大きくすることができる。よって、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。さらに、半導体レーザー100では、酸化領域8の幅Wを大きくしなくても、第1部分2aの酸化領域8の体積を大きくすることができる。そのため、幅Wを大きくした場合に比べて、第3部分2cに欠陥が生じる可能性を低くすることができる。このように、半導体レーザー100では、酸化領域8の幅Wによらず、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。その結果、長寿命で、かつ偏光が安定した半導体レーザー100を提供できる。これにより、例えば、原子発振器に好適な、波長変動や光量変動が少ない半導体レーザー100を提供できる。
In the
なお、図8は、比較例として、第1部分2aの酸化領域8が平面視において第2軸A2と2回交差する半導体レーザーを模式的に示す平面図である。図8の半導体レーザーにおいて酸化領域8の体積を増やすには、酸化領域の幅Wを大きくする必要がある。第1部分2aと第3部分2cとは、各層の構成が同じである。そのため、第1部分2aの酸化領域8の幅Wを大きくするために低屈折率層26,46のAl組成比を大きくすると、第3部分2cの低屈折率層26,46のAl組成比も大きくなり、第3部分2cの酸化領域8の幅も大きくなってしまう。その結果、第3部分2cに欠陥が生じやすくなってしまう。
As a comparative example, FIG. 8 is a plan view schematically showing a semiconductor laser in which the
また、第1部分2aと第2部分2bとは、第3部分2cの中心Cに関して点対称である。そのため、第2部分2bでは、第1部分2aと同様に、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
Further, the
半導体レーザー100では、低屈折率層26,46であるAlGaAs層のAl組成比は、例えば、0.85である。上記のように、低屈折率層26,46は、酸化されて酸化領域8を構成する。Al組成比を0.85とすると、例えばAl組成比が0.90の場合に比べて、酸化領域8の幅Wを小さくすることができる。そのため、第3部分2cの酸化領域8によって第3部分2cに生じる応力を小さくすることできる。これにより、第3部分2cに欠陥が生じる可能性を低くすることができる。さらに、半導体レーザー100では、上記のように、第1部分2aの酸化領域8は少なくとも1回多く第2軸A2と交差するため、酸化領域8の幅Wが小さくなったとしても、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力が小さくならないようにすることができる。
In the
半導体レーザー100では、第1部分2aには凹部90があり、第2軸A2は、凹部90を構成する壁部92の酸化領域8と交差する。上記のように、電流狭窄層42を形成する酸化工程において、凹部90の壁部92には、酸化領域8が形成される。そのため、半導体レーザー100では、第1部分2aに凹部90がない場合に比べて、第1部分2aの酸化領域8の体積を大きくすることができる。したがって、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
In the
半導体レーザー100では、凹部90の深さHと、積層体2の高さTとは、等しい。そのため、半導体レーザー100では、積層体2を形成する工程において、凹部90を形成することができる。そのため、積層体2を形成する工程とは別に、凹部90を形成する場合に比べて、製造工程の簡素化を図ることができる。
In the
1.4. 変形例
1.4.1. 第1変形例
次に、第1実施形態の第1変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図9は、第1実施形態の第1変形例に係る半導体レーザー110を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図9では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
1.4. Modification example 1.4.1. First Modified Example Next, the semiconductor laser according to the first modified example of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a plan view schematically showing the
以下、第1実施形態の第1変形例に係る半導体レーザー110において、上述した第1実施形態に係る半導体レーザー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。このことは、後述する第1実施形態の第2,第3変形例に係る半導体レーザーにおいて同様である。
Hereinafter, in the
上述した半導体レーザー100では、図3に示すように、凹部90の空間94の第1軸A1に沿った長さL1は、凹部90の空間94の第2軸A2に沿った長さL2と等しかった。
In the
これに対し、半導体レーザー110では、図9に示すように、凹部90の空間94の第1軸A1に沿った長さL1は、凹部90の空間94の第2軸A2に沿った長さL2よりも大きい。上記のように、第1部分2aは、第3部分2cから第1軸A1に沿って、突出している。すなわち、凹部90は、平面視において、第1部分2aの突出方向に沿った長さL1が、第2軸A2に沿った長さL2よりも大きい形状を有している。
On the other hand, in the
図示の例では、第1部分2aにおいて、2つの凹部90は、第2軸A2に沿って配置されている。第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と6回交差している。
In the illustrated example, in the
半導体レーザー110では、平面視において、凹部90の第1軸A1に沿った長さL1は、凹部90の第2軸A2に沿った長さL2よりも大きい。そのため、凹部90の壁部92に形成される酸化領域8の第1軸A1に沿った長さを、第2軸A2に沿った長さよりも大きくすることができる。そのため、半導体レーザー110では、平面視において、長さL1が長さL2以下の場合に比べて、酸化工程においてヒ素が酸素に置き換わることによる酸化領域8の、第1軸A1に沿った収縮量を大きくすることができる。したがって、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を、より大きくすることができる。
In the
1.4.2. 第2変形例
次に、第1実施形態の第2変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図10は、第1実施形態の第2変形例に係る半導体レーザー120を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図10では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
1.4.2. Second Modified Example Next, the semiconductor laser according to the second modified example of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a plan view schematically showing the
上述した半導体レーザー100では、図3に示すように、第1部分2aの第2軸A2に沿った長さL3は、第3部分2cの第2軸A2に沿った長さL4よりも小さかった。
In the
これに対し、半導体レーザー120では、図10に示すように、第1部分2aの第2軸A2に沿った長さL3は、第3部分2cの第2軸A2に沿った長さL4よりも大きい。
On the other hand, in the
第1部分2aは、第2軸A2沿った長さが第3部分2cよりも小さい幅狭部122と、第2軸A2沿った長さが第3部分2cよりも大きい幅広部124と、を有している。幅狭部122は、平面視において、第3部分2cと幅広部124との間に配置されている。幅狭部122は、第3部分2cおよび幅広部124と接続されている。
The
幅広部124には、凹部90がある。図示の例では、幅広部124において、2つの凹部90は、第2軸A2に沿って配置されている。第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と6回交差している。
The
半導体レーザー120では、第1部分2aの第2軸A2に沿った長さL3は、第3部分2cの第2軸A2に沿った長さL4よりも大きい。そのため、半導体レーザー120では、長さL3が長さL4以下の場合に比べて、第1部分2aに凹部90を形成し易い。例えば、長さL3が長さL4以下の場合、凹部90の数によっては凹部90の第2軸A2に沿った長さを小さくしなければならず、凹部90の形成が困難になる場合がある。
In the
1.4.3. 第3変形例
次に、第1実施形態の第3変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図11は、第1実施形態の第3変形例に係る半導体レーザー130を模式的に示す断面図である。なお、便宜上、図11では、積層体2を簡略化して図示している。
14.3. Third Modified Example Next, the semiconductor laser according to the third modified example of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the
上述した半導体レーザー100では、図4に示すように、凹部90の深さHと、積層体2の高さTとは、等しかった。
In the
これに対し、半導体レーザー130では、図11に示すように、凹部90の深さHは、積層体2の高さTよりも大きい。半導体レーザー130の製造方法では、例えば、積層体2を形成した後に、深さHが高さTよりも大きくなるように、積層体2に凹部90を形成する。
On the other hand, in the
半導体レーザー130では、凹部90の深さHは、積層体2の高さTよりも大きいため、深さHが高さT以下の場合に比べて、凹部90の壁部92に形成される酸化領域8の体積を大きくすることができる。そのため、半導体レーザー130では、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を、より大きくすることができる。
In the
2. 第2実施形態
2.1. 半導体レーザー
次に、第2実施形態に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図12は、第2実施形態に係る半導体レーザー200を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図12では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
2. Second Embodiment 2.1. Semiconductor laser Next, the semiconductor laser according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a plan view schematically showing the
以下、第2実施形態に係る半導体レーザー200において、上述した第1実施形態に係る半導体レーザー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。
Hereinafter, in the
上述した半導体レーザー100では、図3に示すように、凹部90は、空間94が壁部92によって囲まれた穴部であった。
In the
これに対し、半導体レーザー200では、図12に示すように、凹部90は、一端が開放された切り欠き部である。凹部90は、平面視において、第1軸A1と交差する側面を有する壁部が開放された形状を有している。これにより、第1部分2aは、分岐した構造を有している。
On the other hand, in the
半導体レーザー200では、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と少なくとも3回交差するため、上述した半導体レーザー100と同様に、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
In the
さらに、半導体レーザー200では、凹部90の空間94の第1軸A1に沿った長さL1は、凹部90の空間94の第2軸A2に沿った長さL2よりも大きいため、上述した半導体レーザー110と同様に、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を、より大きくすることができる。
Further, in the
凹部90が切り欠き部の場合、図12に示すように、長さL1は、凹部90の空間94を規定する積層体2の側面であって、第1軸A1と交差する側面4b1がなす角部4cと、凹部90の開口が設けられた積層体2の側面4b2がなす角部4cと、の間の第1軸A1に沿った距離である。
When the
2.2. 半導体レーザーの製造方法
次に、第2実施形態に係る半導体レーザー200の製造方法について説明する。
2.2. Manufacturing Method of Semiconductor Laser Next, a manufacturing method of the
第2実施形態に係る半導体レーザー200の製造方法は、上述した第1実施形態に係る半導体レーザー100の製造方法と基本的に同様である。したがって、その詳細な説明を省略する。
The method for manufacturing the
2.3. 変形例
2.3.1. 第1変形例
次に、第2実施形態の第1変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図13は、第2実施形態の第1変形例に係る半導体レーザー210を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図13では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
2.3. Modification example 23.1. First Modified Example Next, the semiconductor laser according to the first modified example of the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a plan view schematically showing the
以下、第2実施形態の第1変形例に係る半導体レーザー210において、上述した第2実施形態に係る半導体レーザー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。このことは、後述する第1実施形態の第2,第3,第4変形例に係る半導体レーザーにおいて同様である。
Hereinafter, in the
上述した半導体レーザー200では、図12に示すように、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と4回交差した。
In the
これに対し、半導体レーザー200では、図13に示すように、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と6回交差している。そのため、半導体レーザー210では、例えば半導体レーザー200と比べて、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を、より大きくすることができる。半導体レーザー210では、第1部分2aに2つの凹部90があり、2つの凹部90は、第2軸A2に沿って配置されている。
On the other hand, in the
2.3.2. 第2変形例
次に、第2実施形態の第2変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図14は、第2実施形態の第2変形例に係る半導体レーザー220を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図14では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
2.3.2. Second Modified Example Next, the semiconductor laser according to the second modified example of the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a plan view schematically showing the
上述した半導体レーザー200では、図12に示すように、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と4回交差した。
In the
これに対し、半導体レーザー220では、図14に示すように、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と3回交差している。例えば、第1部分2aの第2軸A2に沿った長さ、および凹部90の空間94の第2軸A2に沿った長さを調整することにより、図13に示すように、平面視において第1部分2aの全体が酸化領域8と重なるように酸化領域8を形成することができる。
On the other hand, in the
2.3.3. 第3変形例
次に、第2実施形態の第3変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図15は、第2実施形態の第3変形例に係る半導体レーザー230を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図15では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
2.3.3. Third Modified Example Next, the semiconductor laser according to the third modified example of the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a plan view schematically showing the
上述した半導体レーザー200では、図12に示すように、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と4回交差した。
In the
これに対し、半導体レーザー230では、図15に示すように、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と14回交差している。そのため、半導体レーザー230では、例えば半導体レーザー200と比べて、第1部分2aによって第3部分2cに生じる引っ張り応力を、より大きくすることができる。
On the other hand, in the
半導体レーザー230では、第1部分2aに7つの凹部90があり、7つの凹部90は、第2軸A2に沿って配置されている。半導体レーザー230では、上述した半導体レーザー120と同様に、第1部分2aの第2軸A2に沿った長さL3は、第3部分2cの第2軸A2に沿った長さL4よりも大きい。そのため、第1部分2aに、凹部90を第2軸A2に沿って多くを形成することができる。
In the
2.3.4. 第4変形例
次に、第2実施形態の第4変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図16は、第2実施形態の第4変形例に係る半導体レーザー240を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図16では、積層体2以外の部材の図示を省略している。
2.3.4. Fourth Modified Example Next, the semiconductor laser according to the fourth modified example of the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a plan view schematically showing the
半導体レーザー240では、図16に示すように、凹部90の空間94の第2軸A2に沿った長さが、第3部分2cから離れるについて大きくなっている点において、上述した半導体レーザー200と異なる。第1部分2aに2つの凹部90があり、2つの凹部90は、第2軸A2に沿って配置されている。第1部分2aは、図16に示すように、平面視において、テーパー状の形状を有している。
As shown in FIG. 16, the
3. 第3実施形態
3.1. 半導体レーザー
次に、第3実施形態に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図17は、第3実施形態に係る半導体レーザー300を模式的に示す平面図である。図18は、第3実施形態に係る半導体レーザー300を模式的に示す図17のXVIII−XVIII線断面図である。
3. 3. Third Embodiment 3.1. Semiconductor laser Next, the semiconductor laser according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a plan view schematically showing the
以下、第3実施形態に係る半導体レーザー300において、上述した第2実施形態に係る半導体レーザー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。
Hereinafter, in the
半導体レーザー300では、図17および図18に示すように、柱状部301を含む点において、上述した半導体レーザー200と異なる。なお、便宜上、図17では、積層体2および柱状部301以外の部材の図示を省略している。また、図18では、積層体2および柱状部301を簡略化して図示している。
As shown in FIGS. 17 and 18, the
柱状部301は、図18に示すように、例えば、第1層302と、第2層303と、第3層304と、第4層305と、第5層306と、酸化領域8と、を有している。
As shown in FIG. 18, the
第1層302は、第1ミラー層20上に配置されている。第1層302の材質は、積層体2を構成する第1ミラー層20と同じである。第2層303は、第1層302上に配置されている。第2層303の材質は、積層体2を構成する活性層30と同じである。第3層304は、第2層303上に配置されている。第3層304の材質は、積層体2を構成する電流狭窄層42と同じである。第4層305は、第3層304上に配置されている。第4層305の材質は、積層体2を構成する第2ミラー層40と同じである。第5層306は、第4層305上に配置されている。第5層306の材質は、積層体2を構成するコンタクト層50と同じである。酸化領域8は、電流狭窄層42を形成するための酸化工程において、第1層302および第4層305が側面から酸化されて形成される。このように、柱状部301は、積層体2と同じ層構造を有している。
The first layer 302 is arranged on the
図17に示すように、柱状部301には凹部90がある。柱状部301の酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と少なくとも3回交差する。図示の例では、柱状部301の酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と4回交差する。柱状部301の第1軸A1に沿った長さは、柱状部301の第2軸A2に沿った長さよりも大きい。柱状部301は、平面視において、回転対称な形状を有している。
As shown in FIG. 17, the
柱状部301は、積層体2と離間されて配置されている。柱状部301は、2つ配置されている。積層体2は、平面視において、2つの柱状部301の間に配置されている。平面視において、2つの柱状部301は、第3部分2cの中心Cに関して点対称である。
The
半導体レーザー300では、柱状部301の第1軸A1に沿った長さは、柱状部301の第2軸A2に沿った長さよりも大きく、柱状部301の酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と少なくとも3回交差する。そのため、柱状部301によって第3部分2cに生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
In the
3.2. 半導体レーザーの製造方法
次に、第3実施形態に係る半導体レーザー300の製造方法について説明する。
3.2. Manufacturing Method of Semiconductor Laser Next, a manufacturing method of the
第3実施形態に係る半導体レーザー300の製造方法は、積層体2を形成する工程において、さらに柱状部301を形成すること以外は、上述した第2実施形態に係る半導体レーザー200の製造方法と基本的に同様である。したがって、その詳細な説明を省略する。
The method for manufacturing the
3.3. 変形例
次に、第3実施形態の変形例に係る半導体レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図19は、第3実施形態に係る半導体レーザー310を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図19では、積層体2および柱状部301以外の部材の図示を省略している。
3.3. Modification Example Next, the semiconductor laser according to the modification of the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a plan view schematically showing the
以下、第3実施形態に係る半導体レーザー310において、上述した第3実施形態に係る半導体レーザー300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。
Hereinafter, in the
上述した半導体レーザー300では、柱状部301の酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と4回交差した。
In the
これに対して、半導体レーザー310では、柱状部301の酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と6回交差する。さらに、第1部分2aの酸化領域8は、平面視において、第2軸A2と6回交差する。そのため、半導体レーザー310では、例えば半導体レーザー300と比べて、第1部分2aおよび柱状部301によって第3部分2cに生じる引っ張り応力を、より大きくすることができる。
On the other hand, in the
4. 第4実施形態
次に、第4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20は、第4実施形態に係る原子発振器400の構成を示す図である。
4. Fourth Embodiment Next, the atomic oscillator according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a diagram showing the configuration of the
原子発振器400は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の2つの共鳴光を同時に照射したときに当該2つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果(CPT:Coherent Population Trapping)を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、電磁誘起透明化(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象とも言う。また、本実施形態に係る原子発振器は、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器であってもよい。
The
原子発振器400は、第1実施形態に係る半導体レーザー100を含む。
The
原子発振器400は、図20に示すように、発光素子モジュール410と、減光フィルター422と、レンズ424と、1/4波長板426と、原子セル430と、受光素子440と、ヒーター450と、温度センサー460と、コイル470と、制御回路480と、を含む。
As shown in FIG. 20, the
発光素子モジュール410は、半導体レーザー100と、ペルチェ素子412と、温度センサー414と、を有している。半導体レーザー100は、周波数の異なる2種の光を含んでいる直線偏光の光LLを出射する。温度センサー414は、半導体レーザー100の温度を検出する。ペルチェ素子412は、半導体レーザー100の温度を制御する。
The light emitting
減光フィルター422は、半導体レーザー100から出射された光LLの強度を減少させる。レンズ424は、光LLの放射角度を調整する。具体的には、レンズ424は、光LLを平行光にする。1/4波長板426は、光LLに含まれる周波数の異なる2種の光を、直線偏光から円偏光に変換する。
The
原子セル430は、半導体レーザー100から出射された光が照射される。原子セル430は、半導体レーザー100から出射される光LLを透過する。原子セル430には、アルカリ金属原子が収容されている。アルカリ金属原子は、互いに異なる2つの基底準位と励起準位とからなる3準位系のエネルギー準位を有する。原子セル430には、半導体レーザー100から出射された光LLが減光フィルター422、レンズ424、および1/4波長板426を介して入射する。
The
受光素子440は、原子セル430を透過した励起光LLの強度を検出し、光の強度に応じた検出信号を出力する。受光素子440としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。
The
ヒーター450は、原子セル430の温度を制御する。ヒーター450は、原子セル430に収容されたアルカリ金属原子を加熱し、アルカリ金属原子の少なくとも一部をガス状態にする。
The
温度センサー460は、原子セル430の温度を検出する。コイル470は、原子セル430内のアルカリ金属原子の縮退した複数のエネルギー準位をゼーマン分裂させる磁場を発生させる。コイル470は、ゼーマン分裂により、アルカリ金属原子の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。この結果、原子発振器400の発振周波数の精度を高めることができる。
The
制御回路480は、温度制御回路482と、温度制御回路484と、磁場制御回路486と、光源制御回路488と、を有している。
The
温度制御回路482は、温度センサー414の検出結果に基づいて、半導体レーザー100の温度が所望の温度となるように、ペルチェ素子412への通電を制御する。温度制御回路484は、温度センサー460の検出結果に基づいて、原子セル430の内部が所望の温度となるように、ヒーター450への通電を制御する。磁場制御回路486は、コイル470が発生する磁場が一定となるように、コイル470への通電を制御する。
The
光源制御回路488は、受光素子440の検出結果に基づいて、EIT現象が生じるように、半導体レーザー100から出射された光LLに含まれる2種の光の周波数を制御する。ここで、これら2種の光が原子セル430に収容されたアルカリ金属原子の2つの基底準位間のエネルギー差に相当する周波数差の共鳴光対となったとき、EIT現象が生じる。光源制御回路488は、2種の光の周波数の制御に同期して安定化するように発振周波数が制御される電圧制御型発振器を備えており、この電圧制御型発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)の出力信号を原子発振器400のクロック信号として出力する。
The light
制御回路480は、例えば、不図示の基板に実装されたIC(Integrated Circuit)チップに設けられている。制御回路480は、単一のICであってもよいし、複数のデジタル回路またはアナログ回路の組み合わせであってもよい。
The
なお、半導体レーザー100の用途は、原子発振器の光源に限定されない。半導体レーザー100は、例えば、通信や距離測定用のレーザーとして用いられてもよい。
The application of the
5. 第5実施形態
次に、第5実施形態に係る周波数信号生成システムについて、図面を参照しながら説明する。以下のタイミングサーバーとしてのクロック伝送システムは、周波数信号生成システムの一例である。図21は、クロック伝送システム900を示す概略構成図である。
5. Fifth Embodiment Next, the frequency signal generation system according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings. The following clock transmission system as a timing server is an example of a frequency signal generation system. FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a
クロック伝送システム900は、第4実施形態に係る原子発振器400を含む。
The
クロック伝送システム900は、時分割多重方式のネットワーク内の各装置のクロックを一致させるものであって、N(Normal)系およびE(Emergency)系の冗長構成を有す
るシステムである。
The
クロック伝送システム900は、図21に示すように、A局のクロック供給装置901およびSDH(Synchronous Digital Hierarchy)装置902と、B局のクロック供給装置903およびSDH装置904と、C局のクロック供給装置905およびSDH装置906,907と、を備える。クロック供給装置901は、原子発振器400を有し、N系のクロック信号を生成する。クロック供給装置901は、原子発振器400からの周波数信号が入力される端子910を有する。クロック供給装置901内の原子発振器400は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック908,909からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。
As shown in FIG. 21, the
SDH装置902は、クロック供給装置901からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、N系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置905に伝送する。クロック供給装置903は、原子発振器400を有し、E系のクロック信号を生成する。クロック供給装置903は、原子発振器400からの周波数信号が入力される端子911を有する。クロック供給装置903内の原子発振器400は、セシウムを用いた原子発振器を含むマスタークロック908,909からのより高精度なクロック信号と同期して、クロック信号を生成する。
The
SDH装置904は、クロック供給装置903からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行うとともに、E系のクロック信号を主信号に重畳し、下位のクロック供給装置905に伝送する。クロック供給装置905は、クロック供給装置901,903からのクロック信号を受信し、その受信したクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。
The
クロック供給装置905は、通常、クロック供給装置901からのN系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。そして、N系に異常が発生した場合、クロック供給装置905は、クロック供給装置903からのE系のクロック信号に同期して、クロック信号を生成する。このようにN系からE系に切り換えることにより、安定したクロック供給を担保し、クロックパス網の信頼性を高めることができる。SDH装置906は、クロック供給装置905からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。同様に、SDH装置907は、クロック供給装置905からのクロック信号に基づいて、主信号の送受信を行う。これにより、C局の装置をA局またはB局の装置と同期させることができる。
The
第5実施形態に係る周波数信号生成システムは、クロック伝送システムに限定されない。周波数信号生成システムは、原子発振器が搭載され、原子発振器の周波数信号を利用する各種の装置および複数の装置から構成されるシステムを含む。周波数信号生成システムは、原子発振器を制御する制御部を含む。 The frequency signal generation system according to the fifth embodiment is not limited to the clock transmission system. The frequency signal generation system includes a system in which an atomic oscillator is mounted and is composed of various devices and a plurality of devices that utilize the frequency signal of the atomic oscillator. The frequency signal generation system includes a control unit that controls an atomic oscillator.
第5実施形態に係る周波数信号生成システムは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、インクジェットプリンターなどの液体吐出装置、パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS(point of sales)端末、医療機器、魚群探知機、GNSS(Global Navigation Satellite System)周波数標準器、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーター、地上デジタル放送システム、携帯電話基地局、移動体であってもよい。 The frequency signal generation system according to the fifth embodiment includes, for example, a liquid discharge device such as a smartphone, a tablet terminal, a clock, a mobile phone, a digital still camera, an inkjet printer, a personal computer, a television, a video camera, a video tape recorder, and a car navigation system. Equipment, pagers, electronic notebooks, electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, videophones, security TV monitors, electronic binoculars, POS (point of sales) terminals, medical equipment, fish finder, GNSS (Global) Navigation Satellite System) It may be a frequency standard, various measuring devices, instruments, a flight simulator, a terrestrial digital broadcasting system, a mobile phone base station, or a mobile body.
上記医療機器としては、例えば、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡、心磁計が挙げられる。上記計器類としては、例えば、自動車、航空機、船舶などの計器類が挙げられる。上記移動体としては、例えば、自動車、航空機、船舶などが挙げられる。 Examples of the medical device include an electronic thermometer, a sphygmomanometer, a blood glucose meter, an electrocardiogram measuring device, an ultrasonic diagnostic device, an electronic endoscope, and a magnetocardiograph. Examples of the above-mentioned instruments include instruments such as automobiles, aircrafts, and ships. Examples of the moving body include automobiles, aircrafts, ships and the like.
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。 In the present invention, some configurations may be omitted, or each embodiment or modification may be combined within the range having the features and effects described in the present application.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成である。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成また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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the present invention includes substantially the same configuration as that described in the embodiments. A substantially identical configuration is, for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same purpose and effect. The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. The present invention also includes a configuration that exhibits the same effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. The present invention also includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
2…積層体、2a…第1部分、2b…第2部分、2c…第3部分、4a…上面、4b,4b1,4b2…側面、4c…角部、6…第1酸化層、8,8a,8b,8c,8d…酸化領域、9a,9b…端、10…基板、14…層、16…第2酸化層、20…第1ミラー層、20a…基部、20b…突起部、24…高屈折率層、26…低屈折率層、30…活性層、40…第2ミラー層、42…電流狭窄層、42a…被酸化層、43…開口部、44…高屈折率層、46…低屈折率層、48…上面、50…コンタクト層、60…第1領域、62…第2領域、63…上面、70…樹脂層、80…第1電極、82…第2電極、84…パッド、86…引き出し配線、90…凹部、92…壁部、94…空間、100,110,120…半導体レーザー、122…幅狭部、124…幅広部、130,200,210,220,230,240,300…半導体レーザー、301…柱状部、302…第1層、303…第2層、304…第3層、305…第4層、306…第5層、310…半導体レーザー、400…原子発振器、410…発光素子モジュール、412…ペルチェ素子、414…温度センサー、422…減光フィルター、424…レンズ、426…1/4波長板、430…原子セル、440…受光素子、450…ヒーター、460…温度センサー、470…コイル、480…制御回路、482…温度制御回路、484…温度制御回路、486…磁場制御回路、488…光源制御回路、900…クロック伝送システム、901…クロック供給装置、902…SDH装置、903…クロック供給装置、904…SDH装置、905…クロック供給装置、906,907…SDH装置、908,909…マスタークロック、910,911…端子 2 ... Laminated body, 2a ... 1st part, 2b ... 2nd part, 2c ... 3rd part, 4a ... Top surface, 4b, 4b1, 4b2 ... Side surface, 4c ... Corner part, 6 ... First oxide layer, 8,8a , 8b, 8c, 8d ... Oxidation region, 9a, 9b ... Edge, 10 ... Substrate, 14 ... Layer, 16 ... Second oxide layer, 20 ... First mirror layer, 20a ... Base, 20b ... Projection, 24 ... High Refractive electrode layer, 26 ... Low refractive electrode layer, 30 ... Active layer, 40 ... Second mirror layer, 42 ... Current constriction layer, 42a ... Oxidized layer, 43 ... Opening, 44 ... High refractive electrode layer, 46 ... Low Refractory layer, 48 ... top surface, 50 ... contact layer, 60 ... first region, 62 ... second region, 63 ... top surface, 70 ... resin layer, 80 ... first electrode, 82 ... second electrode, 84 ... pad, 86 ... lead-out wiring, 90 ... recess, 92 ... wall part, 94 ... space, 100, 110, 120 ... semiconductor laser, 122 ... narrow part, 124 ... wide part, 130, 200, 210, 220, 230, 240, 300 ... semiconductor laser, 301 ... columnar part, 302 ... first layer, 303 ... second layer, 304 ... third layer, 305 ... fourth layer, 306 ... fifth layer, 310 ... semiconductor laser, 400 ... atomic oscillator, 410 ... light emitting element module, 412 ... Pelche element, 414 ... temperature sensor, 422 ... dimming filter, 424 ... lens, 426 ... 1/4 wave plate, 430 ... atomic cell, 440 ... light receiving element, 450 ... heater, 460 ... Temperature sensor, 470 ... Coil, 480 ... Control circuit, 482 ... Temperature control circuit, 484 ... Temperature control circuit, 486 ... Magnetic field control circuit, 488 ... Light source control circuit, 900 ... Clock transmission system, 901 ... Clock supply device, 902 ... SDH device, 903 ... clock supply device, 904 ... SDH device, 905 ... clock supply device, 906, 907 ... SDH device, 908, 909 ... master clock, 910, 911 ... terminal
Claims (7)
第2ミラー層と、
前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された活性層と、
前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された電流狭窄層と、
前記第1ミラー層と連続して設けられ、複数の第1酸化層を含む第1領域と、
前記第2ミラー層と連続して設けられ、複数の第2酸化層を含む第2領域と、
を含み、
前記第1ミラー層、前記第2ミラー層、前記活性層、前記電流狭窄層、前記第1領域、および前記第2領域は、積層体を構成し、
前記第1領域および前記第2領域は、前記積層体の酸化領域を構成し、
前記積層体は、平面視において、
第1部分と、
第2部分と、
前記第1部分と前記第2部分との間に配置され、前記活性層で発生した光を共振させる第3部分と、
を有し、
前記第1部分、前記第2部分、および前記第3部分は、平面視において、前記第3部分の中心を通る第1軸に沿って配置され、
前記第1部分の前記酸化領域は、平面視において、前記第1軸と直交する第2軸と少なくとも3回交差する、半導体レーザー。 With the first mirror layer
With the second mirror layer
An active layer arranged between the first mirror layer and the second mirror layer,
A current constriction layer arranged between the first mirror layer and the second mirror layer,
A first region which is continuously provided with the first mirror layer and includes a plurality of first oxide layers,
A second region that is continuously provided with the second mirror layer and includes a plurality of second oxide layers,
Including
The first mirror layer, the second mirror layer, the active layer, the current constriction layer, the first region, and the second region constitute a laminated body.
The first region and the second region constitute an oxidation region of the laminate.
The laminated body is in a plan view.
The first part and
The second part and
A third portion, which is arranged between the first portion and the second portion and resonates the light generated in the active layer,
Have,
The first portion, the second portion, and the third portion are arranged along a first axis passing through the center of the third portion in a plan view.
A semiconductor laser in which the oxidized region of the first portion intersects a second axis orthogonal to the first axis at least three times in a plan view.
前記第1部分には凹部があり、
前記第2軸は、前記凹部を構成する壁部の前記酸化領域と交差する、半導体レーザー。 In claim 1,
The first part has a recess
The second axis is a semiconductor laser that intersects the oxidation region of the wall portion forming the recess.
前記凹部の空間の前記第1軸に沿った長さは、前記凹部の空間の前記第2軸に沿った長さよりも大きい、半導体レーザー。 In claim 2,
A semiconductor laser in which the length of the recessed space along the first axis is greater than the length of the recessed space along the second axis.
前記凹部の深さと前記積層体の高さとは、等しい、半導体レーザー。 In claim 2 or 3,
A semiconductor laser in which the depth of the recess and the height of the laminate are equal.
前記凹部の深さは、前記積層体の高さよりも大きい、半導体レーザー。 In claim 2 or 3,
A semiconductor laser in which the depth of the recess is larger than the height of the laminate.
前記第1部分の前記第2軸に沿った長さは、前記第3部分の前記第2軸に沿った長さよりも大きい、半導体レーザー。 In any one of claims 1 to 5,
A semiconductor laser in which the length of the first portion along the second axis is larger than the length of the third portion along the second axis.
前記半導体レーザーから出射された光が照射される、アルカリ金属原子が収容された原子セルと、
前記原子セルを透過した光の強度を検出して、検出信号を出力する受光素子と、
を含み、
前記半導体レーザーは、
第1ミラー層と、
第2ミラー層と、
前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された活性層と、
前記第1ミラー層と前記第2ミラー層との間に配置された電流狭窄層と、
前記第1ミラー層と連続して設けられ、複数の第1酸化層を含む第1領域と、
前記第2ミラー層と連続して設けられ、複数の第2酸化層を含む第2領域と、
を含み、
前記第1ミラー層、前記第2ミラー層、前記活性層、前記電流狭窄層、前記第1領域、および前記第2領域は、積層体を構成し、
前記第1領域および前記第2領域は、前記積層体の酸化領域を構成し、
前記積層体は、平面視において、
第1部分と、
第2部分と、
前記第1部分と前記第2部分との間に配置され、前記活性層で発生した光を共振させる第3部分と、
を有し、
前記第1部分、前記第2部分、および前記第3部分は、平面視において、前記第3部分の中心を通る第1軸に沿って配置され、
前記第1部分の前記酸化領域は、平面視において、前記第1軸と直交する第2軸と少なくとも3回交差する、原子発振器。 With a semiconductor laser
An atomic cell containing an alkali metal atom, which is irradiated with the light emitted from the semiconductor laser, and
A light receiving element that detects the intensity of light transmitted through the atomic cell and outputs a detection signal.
Including
The semiconductor laser is
With the first mirror layer
With the second mirror layer
An active layer arranged between the first mirror layer and the second mirror layer,
A current constriction layer arranged between the first mirror layer and the second mirror layer,
A first region which is continuously provided with the first mirror layer and includes a plurality of first oxide layers,
A second region that is continuously provided with the second mirror layer and includes a plurality of second oxide layers,
Including
The first mirror layer, the second mirror layer, the active layer, the current constriction layer, the first region, and the second region constitute a laminated body.
The first region and the second region constitute an oxidation region of the laminate.
The laminated body is in a plan view.
The first part and
The second part and
A third portion, which is arranged between the first portion and the second portion and resonates the light generated in the active layer,
Have,
The first portion, the second portion, and the third portion are arranged along a first axis passing through the center of the third portion in a plan view.
An atomic oscillator in which the oxidized region of the first portion intersects a second axis orthogonal to the first axis at least three times in a plan view.
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