面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法
【課題】所定の波長を出射する面発光レーザ素子の歩留りを向上させる。
【解決手段】基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、前記波長調整層はＧａＩｎＰとＧａＡｓＰとを交互に積層した膜、または、ＧａＩｎＰとＧａＡｓとを交互に積層した膜により形成されているものであって、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することにより、前記波長調整層の膜厚を変えたものであることを特徴とする面発光レーザ素子を提供することにより上記課題を解決する。
【解決手段】基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、前記波長調整層はＧａＩｎＰとＧａＡｓＰとを交互に積層した膜、または、ＧａＩｎＰとＧａＡｓとを交互に積層した膜により形成されているものであって、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することにより、前記波長調整層の膜厚を変えたものであることを特徴とする面発光レーザ素子を提供することにより上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）は、基板面に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型の半導体レーザと比較して、低価格、低消費電力、小型であって高性能であること、また２次元的に集積化しやすいといった特徴を有している。
【０００３】
面発光レーザは、活性層を含む共振器領域と、共振器領域の上下に設けられた上部反射鏡及び下部反射鏡とからなる共振器構造を有している（例えば、特許文献１）。よって、共振器領域は、発振波長λの光を得るために、共振器領域において波長λの光が共振するように所定の光学的な厚さで形成されている。上部反射鏡及び下部反射鏡は、屈折率の異なる材料、即ち、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層形成することにより形成されており、波長λにおいて高い反射率が得られるように、低屈折率材料と高屈折率材料の光学的な膜厚がλ／４となるように形成されている。また、チップ内に波長の異なる素子を形成することも提案されている（例えば、特許文献２〜４、６）。
【０００４】
また、極めて正確な時間を計る時計として原子時計（原子発振器）があり、この原子時計を小型化する技術等の検討がなされている。原子時計とは、アルカリ金属等の原子を構成している電子の遷移エネルギー量を基準とする発振器であり、特に、アルカリ金属の原子における電子の遷移エネルギーは外乱がない状態では、非常に精密な値が得られるため、水晶発振器に比べて、数桁高い周波数安定性を得ることができる。
【０００５】
このような原子時計には、幾つかの方式があるが、中でも、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式の原子時計は、従来の水晶発振器に比べて周波数安定性が３桁程度高く、また、超小型、超低消費電力を望むことができる（例えば、非特許文献１、２、特許文献５）。
【０００６】
ＣＰＴ方式の原子時計では、図１に示すように、レーザ素子９１０と、アルカリ金属を封入したセル９４０と、セル９４０を透過したレーザ光を受光する受光素子９５０とを有しており、レーザ光は変調され、特定波長である搬送波の両側に出現するサイドバンド波長により、アルカリ金属原子における電子の２つの遷移を同時に行ない、励起する。この遷移における遷移エネルギーは不変であり、レーザ光のサイドバンド波長と遷移エネルギーに対応する波長とが一致したときに、アルカリ金属における光の吸収率が低下する透明化現象が生じる。このように、アルカリ金属による光の吸収率が低下するように、搬送波の波長を調整するとともに、受光素子９５０において検出された信号を変調器９６０にフィードバックし、変調器９６０によりレーザ素子９１０からのレーザ光の変調周波数を調整することを特徴とした原子時計である。尚、この原子時計では、レーザ素子９１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ９２０、λ／４波長板９３０を介し、アルカリ金属を封入したセル９４０に照射される。
【０００７】
このような超小型の原子時計の光源としては、小型で超低消費電力であり、波長品質の高い面発光レーザが適しており、搬送波の波長精度としては、特定波長に対し±１ｎｍが求められる（例えば、非特許文献３）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、面発光レーザは、製造時における半導体層の成長速度のバラツキ、膜厚の分布ムラ等の影響により、同じ波長で発振する面発光レーザを大量に生産することは困難であり、製造される面発光レーザの再現性及び均一性において問題を有していた。具体的には、通常のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置、または、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置により成膜された膜は、膜厚均一性が１％〜２％程度であり、波長８５０ｎｍと同じ膜厚の膜を成膜した場合には、８．５ｎｍ〜１７ｎｍの面内分布が生じてしまう。よって、波長に対し±１ｎｍ程度が求められる用途においては、歩留りが低くなるので高コストとなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、所定の波長の光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子を低コストで提供することを目的とするものであり、更には、低コストで高精度な原子発振器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、前記波長調整層はＧａＩｎＰとＧａＡｓＰとを交互に積層した膜、または、ＧａＩｎＰとＧａＡｓとを交互に積層した膜により形成されているものであって、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することにより、前記波長調整層の膜厚を変えたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記波長調整層における前記積層した膜の除去はウエットエッチングにより行なわれるものであって、前記ＧａＩｎＰを除去するエッチングするための第１のエッチング液と、前記ＧａＡｓＰまたは前記ＧａＡｓをエッチングするための第２のエッチング液とが異なるものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記ＧａＩｎＰは圧縮歪を有する組成であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記コンタクト層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されているものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記上部ＤＢＲの少なくとも一部は屈折率の異なる誘電体を交互に積層形成することにより形成されたものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記誘電体は、酸化物、窒化物、フッ化物を含むものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記複数の面発光レーザは、すべて異なる波長の光を出射するものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記複数の面発光レーザは、同じ波長の光を出射する面発光レーザを複数有していることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記複数の波長のうちいずれか１つは、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍ、８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍ、７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍ、７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲に含まれるものであることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記活性層は、ＧａＩｎＡｓを含むものであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記基板は導電性を有する半導体結晶基板であって、前記下部ＤＢＲ、前記活性層は、前記波長調整層は、半導体材料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ものであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記基板の大きさは、５００μｍ×５００μｍより小さいことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記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同時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。
【００２５】
また、本発明は、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。
【００２６】
また、本発明は、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。
【００２７】
また、本発明は、前記記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、面発光レーザ素子における複数の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において順次発光させ、前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、前記記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、面発光レーザ素子における複数の面発光レーザにおいて、前記面発光レーザにおける波長調整層の層数から各面発光レーザごとの波長間隔をあらかじめ推定し、前記面発光レーザ素子のうちの１の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において発光させ、前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、推定された前記波長間隔と計測された前記１の面発光レーザの発光波長より、前記面発光レーザ素子のうちの他の面発光レーザの発光波長を推定し、測定または推定された前記発光波長に基づき、複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、所定の波長の光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子を低コストで提供することができる。また、低コストで高精度な原子発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】原子発振器の構造図
【図２】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図３】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図４】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の説明図（１）
【図５】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の説明図（２）
【図６】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の説明図（３）
【図７】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の構造図
【図８】第２の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図９】第３の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図１０】第４の実施の形態における原子発振器の構造図
【図１１】ＣＰＴ方式を説明する原子エネルギー準位の説明図
【図１２】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図
【図１３】変調周波数と透過光量との相関図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
〔第１の実施の形態〕
（面発光レーザ素子の構造）
第１の実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子１０は、図２及び図３に示すように、複数の面発光レーザを有しており、具体的には、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２、第３の面発光レーザ１３、第４の面発光レーザ１４を有している。尚、図３は本実施の形態の説明のため簡略化されており、便宜上コンタク層等の記載は省略されている。
【００３３】
本実施の形態における面発光レーザ素子１０において、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２、第３の面発光レーザ１３、第４の面発光レーザ１４は、各々に対応して設けられた電極パッドに接続されている。具体的には、第１の面発光レーザ１１には電極パッド２１が接続されており、第２の面発光レーザ１２には電極パッド２２が接続されており、第３の面発光レーザ１３には電極パッド２３が接続されており、第４の面発光レーザ１４には電極パッド２４が接続されている。また、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２、第３の面発光レーザ１３、第４の面発光レーザ１４は、出射される光の波長が相互に異なるものである。即ち、第１の面発光レーザ１１より出射される波長λ１、第２の面発光レーザ１２より出射される波長λ２、第３の面発光レーザ１３より出射される波長λ３、第４の面発光レーザ１４より出射される波長λ４は、相互に異なる波長である。
【００３４】
このように波長λ１から波長λ４を相互に異なるものとするため、図３に示すように、第１の面発光レーザ１１から第４の面発光レーザ１４において、活性層１０３と上部ＤＢＲ１０４との間に膜厚の異なる波長調整層１１０を形成する。即ち、基板１０１上に下部ＤＢＲ１０２を形成し、下部ＤＢＲ１０２上に活性層１０３、波長調整層１１０及び上部ＤＢＲ１０４を形成したものにおいて、各々の面発光レーザから出射される波長の光は、下部ＤＢＲ１０２と上部ＤＢＲ１０４との間における共振器領域の厚さに依存して定まる。従って、図３では、共振器領域は活性層１０３と波長調整層１１０とにより形成されるため、各々の面発光レーザごとに波長調整層１１０の厚さを異なる厚さとすることにより、各々の面発光レーザにおける共振器領域の厚さを変えることができ、各々の面発光レーザから出射される光の波長を異なる波長とすることができる。
【００３５】
具体的には、半導体等からなる基板１０１上に、屈折率の異なる半導体材料を交互に積層形成することにより、下部ＤＢＲ１０２を形成し、下部ＤＢＲ１０２上には、所定の厚さの活性層１０３を形成する。活性層１０３上には、各々の半導体レーザにより厚さが異なる波長調整層１１０を形成する。波長調整層１１０は、活性層１０３上より、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４が積層して形成されているものであり、第１の調整層１１１と第３の調整層１１３は同じ材料により形成されており、第２の調整層１１２と第４の調整層１１４は同じ材料で形成されている。具体的には、第１の調整層１１１から第４の調整層１１４を形成する２種類の材料は、一方がＧａＩｎＰにより形成されており、他方がＧａＡｓＰまたはＧａＡｓにより形成されている。尚、基板１０１上に形成される半導体層となる下部ＤＢＲ１０２、活性層１０３及び波長調整層１１０は、半導体材料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。
【００３６】
また、波長調整層１１０の上には、上部ＤＢＲ１０４が各々の面発光レーザごとに形成されている。上部ＤＢＲ１０４は、酸化物、窒化物、フッ化物等からなる誘電体膜であって高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とを交互に積層形成することにより形成されている。尚、本実施の形態では、下部ＤＢＲ１０２及び上部ＤＢＲ１０４はミラーとしての機能を有するものであるため、下部ＤＢＲを下部反射鏡と記載し、上部ＤＢＲを上部反射鏡と記載する場合がある。
【００３７】
ここで、第１の面発光レーザ１１では、波長調整層１１０において、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４が形成されており、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第１の面発光レーザ１１は、第１の面発光レーザ１１における共振器領域の厚さに対応した波長λ１の光が出射される。
【００３８】
また、第２の面発光レーザ１２では、波長調整層１１０のうち、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３が形成されており、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第２の面発光レーザ１２は、第２の面発光レーザ１２における共振器領域の厚さに対応した波長λ２の光が出射される。
【００３９】
また、第３の面発光レーザ１３では、波長調整層１１０のうち、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２が形成されており、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第３の面発光レーザ１３は、第３の面発光レーザ１３における共振器領域の厚さに対応した波長λ３の光が出射される。
【００４０】
また、第４の面発光レーザ１４では、波長調整層１１０のうち、第１の調整層１１１が形成されており、第１の調整層１１１と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第４の面発光レーザ１４は、第４の面発光レーザ１４における共振器領域の厚さに対応した波長λ４の光が出射される。
【００４１】
以上により、本実施の形態における面発光レーザ素子では、１つの基板１０１において、波長の異なる光を出射する複数の面発光レーザを形成することができる。これにより、面発光レーザ素子を製造する際に半導体層等において膜厚変動が生じた場合であっても、所望の波長に最も近い波長の光を出射するものを第１の面発光レーザ１１から第４の面発光レーザ１４のうちから選ぶことにより、所望の波長の半導体レーザを容易に得ることができる。これにより、所定の波長で発光する面発光レーザを有する面発光レーザ素子を低コストで製造することができる。
【００４２】
尚、適した波長を有する面発光レーザ素子を選別する検査方法であるが、チップ内全面発光レーザ素子をあらかじめ設定しておいた動作条件において順次発光させ、発光波長を計測し、チップごとにあらかじめ設定しておいた特定波長に最も近い、適した面発光レーザ素子を選別することができる。
【００４３】
また、各面発光レーザ素子ごとに波長調整層の層数があらかじめわかっているので各面発光レーザ素子ごとの波長間隔をあらかじめ推定し、チップ内の特定の一つの面発光レーザ素子のみ波長を測定することで残りの面発光レーザ素子の波長を推定し、適した面発光レーザ素子を選別する方法を用いることもできる。
【００４４】
（面発光レーザ素子における波長調整層の形成方法）
次に、本実施の形態における面発光レーザ素子における波長調整層の形成方法について説明する。
【００４５】
最初に、図４（ａ）に示すように、基板１０１上に、半導体材料からなる下部ＤＢＲ１０２、活性層１０３、波長調整層１１０をＭＯＣＶＤまたはＭＢＥによるエピタキシャル成長させることにより形成する。尚、波長調整層１１０は第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４を積層することにより形成されている。ここで、第１の調整層１１１及び第３の調整層１１３は、ＧａＩｎＰにより形成されており、第２の調整層１１２及び第４の調整層１１４は、ＧａＡｓＰにより形成されている。また、本実施の形態では、共振器領域の光学的な厚さが発振波長λに対し、３λとなるように形成されている。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の面発光レーザ１１が形成される領域にレジストパターン１５１を形成する。具体的には、波長調整層１１０の第４の調整層１１４上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターン１５１を形成する。
【００４７】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン１５１の形成されていない領域の第４の調整層１１４をウエットエッチングにより除去する。具体的には、第４の調整層１１４は、ＧａＡｓＰにより形成されているため、硫酸と過酸化水素と水の混合液によりウエットエッチングを行なう。これによりレジストパターン１５１が形成されていない領域の第４の調整層１１４のみを除去し、第３の調整層１１３の表面を露出させる。尚、この混合液はＧａＡｓＰをエッチングすることはできるが、第３の調整層１１３を形成しているＧａＩｎＰは殆どエッチングすることができないものである。この混合液を第１のエッチング液と記載する場合がある。この後、有機溶剤等によりレジストパターン１５１を除去する。
【００４８】
次に、図５（ａ）に示すように、第１の面発光レーザ１１及び第２の面発光レーザ１２が形成される領域にレジストパターン１５２を形成する。具体的には、波長調整層１１０の第４の調整層１１４及び第３の調整層１１３上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターン１５２を形成する。
【００４９】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン１５２の形成されていない領域の第３の調整層１１３をウエットエッチングにより除去する。具体的には、第３の調整層１１３は、ＧａＩｎＰにより形成されているため、塩酸と水の混合液によりウエットエッチングを行なう。これによりレジストパターン１５２が形成されていない領域の第３の調整層１１３のみを除去し、第２の調整層１１２の表面を露出させる。尚、この混合液はＧａＩｎＰをエッチングすることはできるが、第２の調整層１１２を形成しているＧａＡｓＰは殆どエッチングすることができないものである。この混合液は第２のエッチング液とも記載する場合がある。この後、有機溶剤等によりレジストパターン１５２を除去する。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２及び第３の面発光レーザ１３が形成される領域にレジストパターン１５３を形成する。具体的には、波長調整層１１０の第４の調整層１１４、第３の調整層１１３及び第２の調整層１１２上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターン１５３を形成する。
【００５１】
次に、図６（ａ）に示すように、レジストパターン１５３の形成されていない領域の第２の調整層１１２をウエットエッチングにより除去する。具体的には、第１のエッチング液によりレジストパターン１５３の形成されていない領域の第２の調整層１１２を除去する。これによりレジストパターン１５３が形成されていない領域の第２の調整層１１２のみを除去し、第１の調整層１１１の表面を露出させる。この後、有機溶剤等によりレジストパターン１５３を除去する。
【００５２】
次に、図６（ｂ）に示すように、上部ＤＢＲ１０４を形成する。具体的には、スパッタリング等により、酸化物、窒化物、フッ化物等からなる高屈折率材料からなる誘電体膜と低屈折率材料からなる誘電体膜とを所定の膜厚ごとに交互に積層することにより形成する。
【００５３】
これにより、本実施の形態における面発光レーザ素子における波長調整層１１０及び上部ＤＢＲを形成することができる。
【００５４】
本実施の形態においては、特許文献３、６とは異なり、波長調整層１１０となる第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４には、Ａｌを含んでいないため、エッチング後に酸化等がされにくく、エッチング後もきれいな表面状態を維持することができる。即ち、Ａｌは極めて腐食されやすいため、Ａｌを含んだ材料により第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４のいずれかを形成した場合、ウエットエッチング等を行なった後の表面状態は劣悪なものとなり、この上に上部ＤＢＲ１０４を形成しても、剥がれてしまう場合や、共振器領域の厚さが不均一となる場合等がある。しかしながら、本実施の形態における面発光レーザ素子では、波長調整層１１０はＡｌを含まない材料により形成されているため、Ａｌの腐食等が生じることはなく、このような問題が生じることはない。
【００５５】
また、本実施の形態では、波長調整層上の上部ＤＢＲには誘電体材料を用いている。特許文献３、６のように、エピウエハを加工（波長調整層を加工）してから、上部ＤＢＲを再成長させて形成する場合、再成長層においてエッチングの段差上の平坦性や結晶性が悪い等の不具合が生じる。波長調整層にＡｌを含んでいる場合は酸化の影響もあり不具合は大きい。これに比べ、本実施の形態においては、波長調整層を加工する場合においても、上部ＤＢＲが誘電体により形成されているため、このような不具合が生じることはない。
【００５６】
また、本実施の形態においては、波長調整層１１０は、ＧａＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に形成したものであり、ウエットエッチングを行う際には、相互に一方はエッチングをすることができるが他方をエッチングすることができない２種類のエッチング液を用いてエッチングを行なっている。このような２種類のエッチング液を用いてエッチングを行なうことにより、エッチング後の表面は平坦になり、オーバーエッチングされることなく所定の厚さで形成することができる。これにより、特性の安定した面発光レーザ素子を得ることができる。また、ＧａＡｓＰはＧａＡｓ基板に対して引っ張り歪を有しているので、歪補償の観点からＧａＩｎＰは圧縮歪組成とするとよい。
【００５７】
（面発光レーザ素子）
次に、図７に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子についてより詳細に説明する。図７は、図２における一点鎖線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面図である。この面発光レーザ素子は、電流狭窄層となるＡｌＡｓ層を選択酸化し電流狭窄構造を形成したものであり、発振波長が８９４．６ｎｍの面発光レーザである。具体的には、３００μｍ角の半導体チップ（基板）に４つの面発光レーザが形成されているものである。このように、面発光レーザ素子では、狭い領域に複数の面発光レーザを形成することができるため、発光させる面発光レーザを切換えた場合であっても、発光位置は殆ど変わらない。従って、光軸調整等が不要または極めて容易となる。このため、基板の大きさとしては、５００μｍ×５００μｍ以下の大きさであることが好ましい。
【００５８】
本実施の形態においては、基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ基板を用いている。また、下部ＤＢＲ１０２は、ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層とｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層とを各々の層の光学的な膜厚がλ／４となるように３５．５ペア積層することにより形成されている。
【００５９】
下部ＤＢＲ１０２の上には、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる下部スペーサ層１２１を介し、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層からなる活性層１０３が形成されている。活性層１０３上には、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる第１の上部スペーサ層１２２、ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１２３、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる第２の上部スペーサ層１２４、ｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層１２５を順次積層することにより形成する。
【００６０】
コンタクト層１２５上には、ＧａＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に積層形成することにより、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４からなる波長調整層１１０が形成されており、上述したように、各々の面発光レーザに対応して所定の領域の波長調整層１１０の一部が除去されている。尚、下部ＤＢＲ１０２、下部スペーサ層１２１、活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５、波長調整層１１０は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥにより半導体材料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。
【００６１】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、各々の面発光レーザはメサ構造となっており、このメサ構造は、形成される面発光レーザ間の半導体層をエッチングすることにより形成される。メサ構造を形成した後、水蒸気中で熱処理を行なうことにより、酸化されていない電流狭窄層１２３をメサ構造の周囲より酸化し、周辺部分の選択酸化領域１２３ａ（酸化されている領域）と中心部分の酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとが形成される。つまり、電流狭窄層１２３は、酸化された選択酸化領域１２３ａと、酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとから構成され、電流狭窄構造となる。本実施の形態では、メサ構造の形状を上部より見た形状が円形となるものを示すが、楕円形、正方形、長方形等の形状となるように形成してもよい。
【００６２】
この後、全体にＳｉＮからなる保護膜１２６を形成し、コンタクト層１２５上において上部電極１３１が形成される領域を含むメサ上部の保護膜１２６を除去し、また、各々の面発光レーザに対応してエッチングにより除去された波長調整層１１０上には、上部ＤＢＲ１０４がＴｉＯ２高屈折率層とＳｉＯ２低屈折率層とを各々の層の光学的な膜厚がλ／４となるように８．５ペア積層することにより形成されている。尚、上部ＤＢＲ１０４は、誘電体材料であって、高屈折率材料と低屈折率材料とを積層して形成したものであればよく、具体的には、酸化物、窒化物、フッ化物等が挙げられる。高屈折率材料としては、ＴｉＯ２の他、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等が挙げられる。また、低屈折率材料としては、ＳｉＯ２の他、ＭｇＦ２等が挙げられる。
【００６３】
尚、本実施の形態における面発光レーザ素子では、波長調整層１１０及び上部ＤＢＲ１０４は、各々の面発光レーザにおいてコンタクト層１２５が形成される領域よりも狭い領域に形成されている。即ち、コンタクト層１２５の表面の一部が露出するように、波長調整層１１０及び上部ＤＢＲ１０４が形成されている。また、本実施の形態では、下部ＤＢＲ１０２と上部ＤＢＲ１０４との間に形成される活性層１０３及び波長調整層１１０等により共振器領域が形成される。尚、活性層１０３とコンタクト層１２５との間に屈折率の異なる半導体層を積層した数ペアのＤＢＲを形成しても良く、波長調整層の効果が得られる。
【００６４】
この後、ｐ側電極となる上部電極１３１を形成する。この上部電極１３１は、各々の面発光レーザに対応して各々形成されており、各々の上部電極１３１は、各々電極パッド２１〜２４と接続されている。また、基板１０１の裏面にはｎ側電極となる下部電極１３２が形成されており、メサ構造とメサ構造との間の溝はポリイミド１２７により埋められている。尚、下部電極は、イントラキャビティーコンタクト構造等、基板裏面に形成するのみならず、下部ＤＢＲ１０２と活性層１０３との間にコンタクト層を形成し、このコンタクト層と接続するように形成した構造であってもよい。
【００６５】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、矢印に示す方向に各々の面発光レーザごとに異なる波長のレーザ光を出射する。また、保護膜となるＳｉＮは、メサ構造を形成する際に側面において露出したＡｌを含む層を覆うため信頼性を向上させる機能を有している。
【００６６】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、上部ＤＢＲ１０４は屈折率の異なる誘電体膜を積層形成することにより形成したものであるため、屈折率が異なる半導体材料を積層形成したものよりも屈折率差を大きくとることができる。これにより、上部ＤＢＲ１０４における積層数を減らすことができ、更には、上部ＤＢＲ１０４を薄く形成することができる。
【００６７】
また、本実施の形態における面発光レーザでは、上部電極１３１は、上部電極１３１と接続される各々の面発光レーザにおけるコンタクト層１２５は波長調整層１１０の下に形成されている。このため波長調整層１１０の厚さの影響を受けることなく、各々の面発光レーザに均等に電流を流すことができる。即ち、波長調整層１１０の上に上部電極１３１を形成し波長調整層と直接コンタクトした場合では、コンタクトする材料が素子により異なるのでコンタクト抵抗が異なったり、波長調整層１１０の厚さに依存して各々の面発光レーザに流すことのできる電流量等も変化し、各々の面発光レーザにおける電気的な特性及び発光特性も大きく異なる。また、波長調整層１１０の上にコンタクト層を形成し、その上に上部電極１３１を形成した場合では、波長調整層１１０を構成する各層の界面におけるバンド不連続により電気抵抗が上昇してしまう。しかも界面の数が素子により異なるので、素子により抵抗値も異なってしまう。しかしながら、本実施の形態における面発光レーザ素子では、上部電極１３１は、波長調整層１１０の下に形成されたコンタクト層１２５に接続されているため、これらのことを回避することができる。
【００６８】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。図８に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子２００は、基板２０１上に８個の面発光レーザを有するものであり、各々異なる波長の光を出射するものである。
【００６９】
具体的には、本実施の形態における面発光レーザ素子２００は、基板２０１上に第１の面発光レーザ２１１、第２の面発光レーザ２１２、第３の面発光レーザ２１３、第４の面発光レーザ２１４、第５の面発光レーザ２１５、第６の面発光レーザ２１６、第７の面発光レーザ２１７、第８の面発光レーザ２１８を有している。第１の面発光レーザ２１１から第８の面発光レーザ２１８は、各々電極パッドに接続されている。具体的には、第１の面発光レーザ２１１には電極パッド２２１が接続されており、第２の面発光レーザ２１２には電極パッド２２２が接続されており、第３の面発光レーザ２１３には電極パッド２２３が接続されており、第４の面発光レーザ２１４には電極パッド２２４が接続されており、第５の面発光レーザ２１５には電極パッド２２５が接続されており、第６の面発光レーザ２１６には電極パッド２２６が接続されており、第７の面発光レーザ２１７には電極パッド２２７が接続されており、第８の面発光レーザ２１８には電極パッド２２８が接続されている。
【００７０】
また、第１の面発光レーザ２１１から第８の面発光レーザ２１８は、相互に波長が異なっている。即ち、第１の面発光レーザ２１１より出射される波長λ１、第２の面発光レーザ２１２より出射される波長λ２、第３の面発光レーザ２１３より出射される波長λ３、第４の面発光レーザ２１４より出射される波長λ４、第５の面発光レーザ２１５より出射される波長λ５、第６の面発光レーザ２１６より出射される波長λ６、第７の面発光レーザ２１７より出射される波長λ７、第８の面発光レーザ２１８より出射される波長λ８は、相互に異なる波長である。このように各々の面発光レーザにおいて異なる波長の光を出射させるために、第１の実施の形態と同様に波長調整層を設け、各々の面発光レーザごとに、波長調整層の厚さを変えて形成している。もちろん、波長調整層内の層数は増やしている。尚、電極バッド２２１から２２８の大きさは、各々約５０μｍ角であり、基板２０１は３００μｍ角の大きさの半導体チップである。
【００７１】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、より多くの波長より選択することができるため、歩留りをより向上させることができる。また、本実施の形態における面発光レーザ素子では、必要な波長に最も近い波長の素子のみならず、２番目に近い波長の素子を用いてもよく、それを予備の面発光レーザとして用いることで長寿命化させることができる。
【００７２】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。図９に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子３００は、基板３０１上に８個の面発光レーザを有するものであり、同じ波長を発光する面発光レーザが２個ずつ形成されているものである。
【００７４】
具体的には、本実施の形態における面発光レーザ素子３００は、基板３０１上に第１の面発光レーザ３１１、第２の面発光レーザ３１２、第３の面発光レーザ３１３、第４の面発光レーザ３１４、第５の面発光レーザ３１５、第６の面発光レーザ３１６、第７の面発光レーザ３１７、第８の面発光レーザ３１８を有している。第１の面発光レーザ３１１から第８の面発光レーザ３１８は、各々電極パッドに接続されている。具体的には、第１の面発光レーザ３１１には電極パッド３２１が接続されており、第２の面発光レーザ３１２には電極パッド３２２が接続されており、第３の面発光レーザ３１３には電極パッド３２３が接続されており、第４の面発光レーザ３１４には電極パッド３２４が接続されており、第５の面発光レーザ３１５には電極パッド３２５が接続されており、第６の面発光レーザ３１６には電極パッド３２６が接続されており、第７の面発光レーザ３１７には電極パッド３２７が接続されており、第８の面発光レーザ３１８には電極パッド３２８が接続されている。
【００７５】
また、第１の面発光レーザ３１１から第８の面発光レーザ３１８は、同じ波長のものが２個ずつとなるように形成されている。具体的には、第１の面発光レーザ３１１及び第２の面発光レーザ３１２より出射される光は同じ波長λ１、第３の面発光レーザ３１３及び第４の面発光レーザ３１４より出射される光は同じ波長λ２、第５の面発光レーザ３１５及び第６の面発光レーザ３１６より出射される光は同じ波長λ３、第７の面発光レーザ３１７及び第８の面発光レーザ３１８より出射される光は同じ波長λ４であり、波長λ１からλ４は、相互に異なる波長である。このように各々の面発光レーザにおいて異なる波長の光を出射させるために、第１の実施の形態と同様に波長調整層を設け、各々の面発光レーザごとに、波長調整層の厚さを変えて形成している。尚、電極バッド３２１から３２８の大きさは、各々約５０μｍ角であり、基板３０１は３００μｍ角の大きさの半導体チップである。
【００７６】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、同じ波長の光を発光する面発光レーザが２個ずつ存在しているため、不良や故障等により、同じ波長の光を出射する面発光レーザのうち、一方が発光しなくなったとしても他方を用いることができる。よって、面発光レーザ素子の寿命を長寿命にすることができるとともに、歩留りをより向上させることができる。また、本実施の形態における面発光レーザ素子では、必要な波長に最も近い波長の素子のみならず、２番目に近い波長の素子を用いてもよく、それを予備の面発光レーザとして用いることで長寿命化させることができる。
【００７７】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第３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１０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。
【００７９】
光源４１０は、第１から第３の実施の形態における面発光レーザ素子が用いられている。アルカリ金属セル４４０には、アルカリ金属としてＣｓ（セシウム）原子ガスが封入されており、Ｄ１ラインの遷移を用いるものである。光検出器４５０は、フォトダイオードが用いられている。
【００８０】
本実施の形態のおける原子発振器では、光源４１０より出射された光をセシウム原子ガスが封入されたアルカリ金属セル４４０に照射し、セシウム原子における電子を励起する。アルカリ金属セル４４０を透過した光は光検出器４５０において検出され、光検出器４５０において検出された信号は変調器４６０にフィードバックされ、変調器４６０により光源４１０における面発光レーザ素子を変調する。
【００８１】
図１１に、ＣＰＴに関連する原子エネルギー準位の構造を示す。二つの基底準位から励起準位に電子が同時に励起されると光の吸収率が低下することを利用する。面発光レーザは搬送波波長が８９４．６ｎｍに近い素子を用いている。搬送波の波長は面発光レーザの温度、もしくは出力を変化させてチューニングすることができる。温度や出力を上げると長波長にシフトする。アルカリ金属セルの光密度の変動は好ましくないので温度変化を利用するのが好ましい。具体的に、波長の温度依存性は０．０５ｎｍ／℃程度で調整できる。図１２に示すように、変調をかけることで搬送波の両側にサイドバンドが発生し、その周波数差がＣｓ原子の固有振動数である９．２ＧＨｚに一致するように４．６ＧＨｚで変調させている。図１３に示すように、励起されたＣｓガスを通過するレーザ光はサイドバンド周波数差がＣｓ原子の固有周波数差に一致した時に最大となるので、光検出器４５０の出力が最大値を保持するように変調器４６０においてフィードバックして光源４１０における面発光レーザ素子の変調周波数を調整する。原子の固有振動数が極めて安定なので変調周波数は安定した値となり、この情報がアウトプットとして取り出される。尚、波長が８９４．６ｎｍの場合では、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。即ち、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【００８２】
本実施の形態における原子発振器は第１から第３の実施の形態における面発光レーザ素子を用いているため、原子発振器を低コストで作製し提供することができる。また、更に、第２の実施の形態及び第３の実施の形態における面発光レーザ素子を用いることにより、より長寿命の原子発振器を提供することができる。
【００８３】
また、本実施例ではアルカリ金属としてＣｓを用い、そのＤ１ラインの遷移を用いるために波長が８９４．６ｎｍの面発光レーザを用いたが、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合は８５２．３ｎｍを用いることもできる。また、アルカリ金属としてＲｂ（ルビジウム）を用いることもでき、Ｄ１ラインを利用する場合は７９５．０ｎｍ、Ｄ２ラインを利用する場合は７８０．２ｎｍを用いることができる。活性層の材料組成などは波長に応じて設計することができる。また、Ｒｂを用いる場合の変調周波数は、８７Ｒｂでは３．４ＧＨｚ、８５Ｒｂでは１．５ＧＨｚで変調させる。尚、これらの波長においても、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。即ち、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合は８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。また、ＲｂのＤ１ラインを利用する場合は７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。また、ＲｂのＤ２ラインを利用する場合は７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【００８４】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。また、本発明の実施に係る形態では、面発光レーザ素子を原子発振器に用いた場合について説明したが、第１から第３の実施の形態における面発光レーザ素子は、ガスセンサー等の所定の波長の光が必要な他の装置等に用いることができる。この場合、これらの装置等においても、用途に応じた所定の波長の面発光レーザ光を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 面発光レーザ素子
１１ 第１の面発光レーザ
１２ 第２の面発光レーザ
１３ 第３の面発光レーザ
１４ 第４の面発光レーザ
２１ 電極パッド
２２ 電極パッド
２３ 電極パッド
２４ 電極パッド
１０１ 基板
１０２ 下部ＤＢＲ
１０３ 活性層
１０４ 上部ＤＢＲ
１１０ 波長調整層
１１１ 第１の調整層
１１２ 第２の調整層
１１３ 第３の調整層
１１４ 第４の調整層
１２１ 下部スペーサ層
１２２ 第１の上部スペーサ層
１２３ 電流狭窄層
１２３ａ 選択酸化領域
１２３ｂ 電流狭窄領域
１２４ 第２の上部スペーサ層
１２５ コンタクト層
１２６ 保護膜
１２７ ポリイミド
１３１ 上部電極
１３２ 下部電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８６】
【特許文献１】特開２００８−５３３５３号公報
【特許文献２】特開２０００−５８９５８号公報
【特許文献３】特開平１１−３３０６３１号公報
【特許文献４】特開２００８−２８３１２９号公報
【特許文献５】特開２００９−１８８５９８号公報
【特許文献６】特許第２７５１８１４号公報
【非特許文献】
【００８７】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８５，ｐｐ．１４６０−１４６２ （２００４）．
【非特許文献２】Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ， ｖｏｌ．３，ｐｐ．５７１−６１２
【非特許文献３】Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６１３２ ６１３２０８−１（２００６）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子、原子発振器及び面発光レーザ素子の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）は、基板面に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型の半導体レーザと比較して、低価格、低消費電力、小型であって高性能であること、また２次元的に集積化しやすいといった特徴を有している。
【０００３】
面発光レーザは、活性層を含む共振器領域と、共振器領域の上下に設けられた上部反射鏡及び下部反射鏡とからなる共振器構造を有している（例えば、特許文献１）。よって、共振器領域は、発振波長λの光を得るために、共振器領域において波長λの光が共振するように所定の光学的な厚さで形成されている。上部反射鏡及び下部反射鏡は、屈折率の異なる材料、即ち、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層形成することにより形成されており、波長λにおいて高い反射率が得られるように、低屈折率材料と高屈折率材料の光学的な膜厚がλ／４となるように形成されている。また、チップ内に波長の異なる素子を形成することも提案されている（例えば、特許文献２〜４、６）。
【０００４】
また、極めて正確な時間を計る時計として原子時計（原子発振器）があり、この原子時計を小型化する技術等の検討がなされている。原子時計とは、アルカリ金属等の原子を構成している電子の遷移エネルギー量を基準とする発振器であり、特に、アルカリ金属の原子における電子の遷移エネルギーは外乱がない状態では、非常に精密な値が得られるため、水晶発振器に比べて、数桁高い周波数安定性を得ることができる。
【０００５】
このような原子時計には、幾つかの方式があるが、中でも、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式の原子時計は、従来の水晶発振器に比べて周波数安定性が３桁程度高く、また、超小型、超低消費電力を望むことができる（例えば、非特許文献１、２、特許文献５）。
【０００６】
ＣＰＴ方式の原子時計では、図１に示すように、レーザ素子９１０と、アルカリ金属を封入したセル９４０と、セル９４０を透過したレーザ光を受光する受光素子９５０とを有しており、レーザ光は変調され、特定波長である搬送波の両側に出現するサイドバンド波長により、アルカリ金属原子における電子の２つの遷移を同時に行ない、励起する。この遷移における遷移エネルギーは不変であり、レーザ光のサイドバンド波長と遷移エネルギーに対応する波長とが一致したときに、アルカリ金属における光の吸収率が低下する透明化現象が生じる。このように、アルカリ金属による光の吸収率が低下するように、搬送波の波長を調整するとともに、受光素子９５０において検出された信号を変調器９６０にフィードバックし、変調器９６０によりレーザ素子９１０からのレーザ光の変調周波数を調整することを特徴とした原子時計である。尚、この原子時計では、レーザ素子９１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ９２０、λ／４波長板９３０を介し、アルカリ金属を封入したセル９４０に照射される。
【０００７】
このような超小型の原子時計の光源としては、小型で超低消費電力であり、波長品質の高い面発光レーザが適しており、搬送波の波長精度としては、特定波長に対し±１ｎｍが求められる（例えば、非特許文献３）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、面発光レーザは、製造時における半導体層の成長速度のバラツキ、膜厚の分布ムラ等の影響により、同じ波長で発振する面発光レーザを大量に生産することは困難であり、製造される面発光レーザの再現性及び均一性において問題を有していた。具体的には、通常のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置、または、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置により成膜された膜は、膜厚均一性が１％〜２％程度であり、波長８５０ｎｍと同じ膜厚の膜を成膜した場合には、８．５ｎｍ〜１７ｎｍの面内分布が生じてしまう。よって、波長に対し±１ｎｍ程度が求められる用途においては、歩留りが低くなるので高コストとなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、所定の波長の光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子を低コストで提供することを目的とするものであり、更には、低コストで高精度な原子発振器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、前記波長調整層はＧａＩｎＰとＧａＡｓＰとを交互に積層した膜、または、ＧａＩｎＰとＧａＡｓとを交互に積層した膜により形成されているものであって、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することにより、前記波長調整層の膜厚を変えたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記波長調整層における前記積層した膜の除去はウエットエッチングにより行なわれるものであって、前記ＧａＩｎＰを除去するエッチングするための第１のエッチング液と、前記ＧａＡｓＰまたは前記ＧａＡｓをエッチングするための第２のエッチング液とが異なるものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記ＧａＩｎＰは圧縮歪を有する組成であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、基板の上に形成された下部ＤＢＲと、前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、を有し、前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記コンタクト層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されているものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記上部ＤＢＲの少なくとも一部は屈折率の異なる誘電体を交互に積層形成することにより形成されたものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記誘電体は、酸化物、窒化物、フッ化物を含むものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記複数の面発光レーザは、すべて異なる波長の光を出射するものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記複数の面発光レーザは、同じ波長の光を出射する面発光レーザを複数有していることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記複数の波長のうちいずれか１つは、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍ、８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍ、７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍ、７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲に含まれるものであることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記活性層は、ＧａＩｎＡｓを含むものであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記基板は導電性を有する半導体結晶基板であって、前記下部ＤＢＲ、前記活性層は、前記波長調整層は、半導体材料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ものであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記基板の大きさは、５００μｍ×５００μｍより小さいことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記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同時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。
【００２５】
また、本発明は、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。
【００２６】
また、本発明は、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。
【００２７】
また、本発明は、前記記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、面発光レーザ素子における複数の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において順次発光させ、前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、前記記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、面発光レーザ素子における複数の面発光レーザにおいて、前記面発光レーザにおける波長調整層の層数から各面発光レーザごとの波長間隔をあらかじめ推定し、前記面発光レーザ素子のうちの１の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において発光させ、前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、推定された前記波長間隔と計測された前記１の面発光レーザの発光波長より、前記面発光レーザ素子のうちの他の面発光レーザの発光波長を推定し、測定または推定された前記発光波長に基づき、複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、所定の波長の光を出射する面発光レーザを有する面発光レーザ素子を低コストで提供することができる。また、低コストで高精度な原子発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】原子発振器の構造図
【図２】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図３】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図４】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の説明図（１）
【図５】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の説明図（２）
【図６】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法の説明図（３）
【図７】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の構造図
【図８】第２の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図９】第３の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図１０】第４の実施の形態における原子発振器の構造図
【図１１】ＣＰＴ方式を説明する原子エネルギー準位の説明図
【図１２】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図
【図１３】変調周波数と透過光量との相関図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
〔第１の実施の形態〕
（面発光レーザ素子の構造）
第１の実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子１０は、図２及び図３に示すように、複数の面発光レーザを有しており、具体的には、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２、第３の面発光レーザ１３、第４の面発光レーザ１４を有している。尚、図３は本実施の形態の説明のため簡略化されており、便宜上コンタク層等の記載は省略されている。
【００３３】
本実施の形態における面発光レーザ素子１０において、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２、第３の面発光レーザ１３、第４の面発光レーザ１４は、各々に対応して設けられた電極パッドに接続されている。具体的には、第１の面発光レーザ１１には電極パッド２１が接続されており、第２の面発光レーザ１２には電極パッド２２が接続されており、第３の面発光レーザ１３には電極パッド２３が接続されており、第４の面発光レーザ１４には電極パッド２４が接続されている。また、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２、第３の面発光レーザ１３、第４の面発光レーザ１４は、出射される光の波長が相互に異なるものである。即ち、第１の面発光レーザ１１より出射される波長λ１、第２の面発光レーザ１２より出射される波長λ２、第３の面発光レーザ１３より出射される波長λ３、第４の面発光レーザ１４より出射される波長λ４は、相互に異なる波長である。
【００３４】
このように波長λ１から波長λ４を相互に異なるものとするため、図３に示すように、第１の面発光レーザ１１から第４の面発光レーザ１４において、活性層１０３と上部ＤＢＲ１０４との間に膜厚の異なる波長調整層１１０を形成する。即ち、基板１０１上に下部ＤＢＲ１０２を形成し、下部ＤＢＲ１０２上に活性層１０３、波長調整層１１０及び上部ＤＢＲ１０４を形成したものにおいて、各々の面発光レーザから出射される波長の光は、下部ＤＢＲ１０２と上部ＤＢＲ１０４との間における共振器領域の厚さに依存して定まる。従って、図３では、共振器領域は活性層１０３と波長調整層１１０とにより形成されるため、各々の面発光レーザごとに波長調整層１１０の厚さを異なる厚さとすることにより、各々の面発光レーザにおける共振器領域の厚さを変えることができ、各々の面発光レーザから出射される光の波長を異なる波長とすることができる。
【００３５】
具体的には、半導体等からなる基板１０１上に、屈折率の異なる半導体材料を交互に積層形成することにより、下部ＤＢＲ１０２を形成し、下部ＤＢＲ１０２上には、所定の厚さの活性層１０３を形成する。活性層１０３上には、各々の半導体レーザにより厚さが異なる波長調整層１１０を形成する。波長調整層１１０は、活性層１０３上より、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４が積層して形成されているものであり、第１の調整層１１１と第３の調整層１１３は同じ材料により形成されており、第２の調整層１１２と第４の調整層１１４は同じ材料で形成されている。具体的には、第１の調整層１１１から第４の調整層１１４を形成する２種類の材料は、一方がＧａＩｎＰにより形成されており、他方がＧａＡｓＰまたはＧａＡｓにより形成されている。尚、基板１０１上に形成される半導体層となる下部ＤＢＲ１０２、活性層１０３及び波長調整層１１０は、半導体材料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。
【００３６】
また、波長調整層１１０の上には、上部ＤＢＲ１０４が各々の面発光レーザごとに形成されている。上部ＤＢＲ１０４は、酸化物、窒化物、フッ化物等からなる誘電体膜であって高屈折率材料膜と低屈折率材料膜とを交互に積層形成することにより形成されている。尚、本実施の形態では、下部ＤＢＲ１０２及び上部ＤＢＲ１０４はミラーとしての機能を有するものであるため、下部ＤＢＲを下部反射鏡と記載し、上部ＤＢＲを上部反射鏡と記載する場合がある。
【００３７】
ここで、第１の面発光レーザ１１では、波長調整層１１０において、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４が形成されており、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第１の面発光レーザ１１は、第１の面発光レーザ１１における共振器領域の厚さに対応した波長λ１の光が出射される。
【００３８】
また、第２の面発光レーザ１２では、波長調整層１１０のうち、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３が形成されており、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第２の面発光レーザ１２は、第２の面発光レーザ１２における共振器領域の厚さに対応した波長λ２の光が出射される。
【００３９】
また、第３の面発光レーザ１３では、波長調整層１１０のうち、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２が形成されており、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第３の面発光レーザ１３は、第３の面発光レーザ１３における共振器領域の厚さに対応した波長λ３の光が出射される。
【００４０】
また、第４の面発光レーザ１４では、波長調整層１１０のうち、第１の調整層１１１が形成されており、第１の調整層１１１と活性層１０３により共振器領域が形成される。よって、第４の面発光レーザ１４は、第４の面発光レーザ１４における共振器領域の厚さに対応した波長λ４の光が出射される。
【００４１】
以上により、本実施の形態における面発光レーザ素子では、１つの基板１０１において、波長の異なる光を出射する複数の面発光レーザを形成することができる。これにより、面発光レーザ素子を製造する際に半導体層等において膜厚変動が生じた場合であっても、所望の波長に最も近い波長の光を出射するものを第１の面発光レーザ１１から第４の面発光レーザ１４のうちから選ぶことにより、所望の波長の半導体レーザを容易に得ることができる。これにより、所定の波長で発光する面発光レーザを有する面発光レーザ素子を低コストで製造することができる。
【００４２】
尚、適した波長を有する面発光レーザ素子を選別する検査方法であるが、チップ内全面発光レーザ素子をあらかじめ設定しておいた動作条件において順次発光させ、発光波長を計測し、チップごとにあらかじめ設定しておいた特定波長に最も近い、適した面発光レーザ素子を選別することができる。
【００４３】
また、各面発光レーザ素子ごとに波長調整層の層数があらかじめわかっているので各面発光レーザ素子ごとの波長間隔をあらかじめ推定し、チップ内の特定の一つの面発光レーザ素子のみ波長を測定することで残りの面発光レーザ素子の波長を推定し、適した面発光レーザ素子を選別する方法を用いることもできる。
【００４４】
（面発光レーザ素子における波長調整層の形成方法）
次に、本実施の形態における面発光レーザ素子における波長調整層の形成方法について説明する。
【００４５】
最初に、図４（ａ）に示すように、基板１０１上に、半導体材料からなる下部ＤＢＲ１０２、活性層１０３、波長調整層１１０をＭＯＣＶＤまたはＭＢＥによるエピタキシャル成長させることにより形成する。尚、波長調整層１１０は第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４を積層することにより形成されている。ここで、第１の調整層１１１及び第３の調整層１１３は、ＧａＩｎＰにより形成されており、第２の調整層１１２及び第４の調整層１１４は、ＧａＡｓＰにより形成されている。また、本実施の形態では、共振器領域の光学的な厚さが発振波長λに対し、３λとなるように形成されている。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の面発光レーザ１１が形成される領域にレジストパターン１５１を形成する。具体的には、波長調整層１１０の第４の調整層１１４上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターン１５１を形成する。
【００４７】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン１５１の形成されていない領域の第４の調整層１１４をウエットエッチングにより除去する。具体的には、第４の調整層１１４は、ＧａＡｓＰにより形成されているため、硫酸と過酸化水素と水の混合液によりウエットエッチングを行なう。これによりレジストパターン１５１が形成されていない領域の第４の調整層１１４のみを除去し、第３の調整層１１３の表面を露出させる。尚、この混合液はＧａＡｓＰをエッチングすることはできるが、第３の調整層１１３を形成しているＧａＩｎＰは殆どエッチングすることができないものである。この混合液を第１のエッチング液と記載する場合がある。この後、有機溶剤等によりレジストパターン１５１を除去する。
【００４８】
次に、図５（ａ）に示すように、第１の面発光レーザ１１及び第２の面発光レーザ１２が形成される領域にレジストパターン１５２を形成する。具体的には、波長調整層１１０の第４の調整層１１４及び第３の調整層１１３上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターン１５２を形成する。
【００４９】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン１５２の形成されていない領域の第３の調整層１１３をウエットエッチングにより除去する。具体的には、第３の調整層１１３は、ＧａＩｎＰにより形成されているため、塩酸と水の混合液によりウエットエッチングを行なう。これによりレジストパターン１５２が形成されていない領域の第３の調整層１１３のみを除去し、第２の調整層１１２の表面を露出させる。尚、この混合液はＧａＩｎＰをエッチングすることはできるが、第２の調整層１１２を形成しているＧａＡｓＰは殆どエッチングすることができないものである。この混合液は第２のエッチング液とも記載する場合がある。この後、有機溶剤等によりレジストパターン１５２を除去する。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１の面発光レーザ１１、第２の面発光レーザ１２及び第３の面発光レーザ１３が形成される領域にレジストパターン１５３を形成する。具体的には、波長調整層１１０の第４の調整層１１４、第３の調整層１１３及び第２の調整層１１２上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターン１５３を形成する。
【００５１】
次に、図６（ａ）に示すように、レジストパターン１５３の形成されていない領域の第２の調整層１１２をウエットエッチングにより除去する。具体的には、第１のエッチング液によりレジストパターン１５３の形成されていない領域の第２の調整層１１２を除去する。これによりレジストパターン１５３が形成されていない領域の第２の調整層１１２のみを除去し、第１の調整層１１１の表面を露出させる。この後、有機溶剤等によりレジストパターン１５３を除去する。
【００５２】
次に、図６（ｂ）に示すように、上部ＤＢＲ１０４を形成する。具体的には、スパッタリング等により、酸化物、窒化物、フッ化物等からなる高屈折率材料からなる誘電体膜と低屈折率材料からなる誘電体膜とを所定の膜厚ごとに交互に積層することにより形成する。
【００５３】
これにより、本実施の形態における面発光レーザ素子における波長調整層１１０及び上部ＤＢＲを形成することができる。
【００５４】
本実施の形態においては、特許文献３、６とは異なり、波長調整層１１０となる第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４には、Ａｌを含んでいないため、エッチング後に酸化等がされにくく、エッチング後もきれいな表面状態を維持することができる。即ち、Ａｌは極めて腐食されやすいため、Ａｌを含んだ材料により第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４のいずれかを形成した場合、ウエットエッチング等を行なった後の表面状態は劣悪なものとなり、この上に上部ＤＢＲ１０４を形成しても、剥がれてしまう場合や、共振器領域の厚さが不均一となる場合等がある。しかしながら、本実施の形態における面発光レーザ素子では、波長調整層１１０はＡｌを含まない材料により形成されているため、Ａｌの腐食等が生じることはなく、このような問題が生じることはない。
【００５５】
また、本実施の形態では、波長調整層上の上部ＤＢＲには誘電体材料を用いている。特許文献３、６のように、エピウエハを加工（波長調整層を加工）してから、上部ＤＢＲを再成長させて形成する場合、再成長層においてエッチングの段差上の平坦性や結晶性が悪い等の不具合が生じる。波長調整層にＡｌを含んでいる場合は酸化の影響もあり不具合は大きい。これに比べ、本実施の形態においては、波長調整層を加工する場合においても、上部ＤＢＲが誘電体により形成されているため、このような不具合が生じることはない。
【００５６】
また、本実施の形態においては、波長調整層１１０は、ＧａＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に形成したものであり、ウエットエッチングを行う際には、相互に一方はエッチングをすることができるが他方をエッチングすることができない２種類のエッチング液を用いてエッチングを行なっている。このような２種類のエッチング液を用いてエッチングを行なうことにより、エッチング後の表面は平坦になり、オーバーエッチングされることなく所定の厚さで形成することができる。これにより、特性の安定した面発光レーザ素子を得ることができる。また、ＧａＡｓＰはＧａＡｓ基板に対して引っ張り歪を有しているので、歪補償の観点からＧａＩｎＰは圧縮歪組成とするとよい。
【００５７】
（面発光レーザ素子）
次に、図７に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子についてより詳細に説明する。図７は、図２における一点鎖線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面図である。この面発光レーザ素子は、電流狭窄層となるＡｌＡｓ層を選択酸化し電流狭窄構造を形成したものであり、発振波長が８９４．６ｎｍの面発光レーザである。具体的には、３００μｍ角の半導体チップ（基板）に４つの面発光レーザが形成されているものである。このように、面発光レーザ素子では、狭い領域に複数の面発光レーザを形成することができるため、発光させる面発光レーザを切換えた場合であっても、発光位置は殆ど変わらない。従って、光軸調整等が不要または極めて容易となる。このため、基板の大きさとしては、５００μｍ×５００μｍ以下の大きさであることが好ましい。
【００５８】
本実施の形態においては、基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ基板を用いている。また、下部ＤＢＲ１０２は、ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層とｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層とを各々の層の光学的な膜厚がλ／４となるように３５．５ペア積層することにより形成されている。
【００５９】
下部ＤＢＲ１０２の上には、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる下部スペーサ層１２１を介し、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層からなる活性層１０３が形成されている。活性層１０３上には、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる第１の上部スペーサ層１２２、ＡｌＡｓからなる電流狭窄層１２３、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる第２の上部スペーサ層１２４、ｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層１２５を順次積層することにより形成する。
【００６０】
コンタクト層１２５上には、ＧａＡｓＰとＧａＩｎＰとを交互に積層形成することにより、第１の調整層１１１、第２の調整層１１２、第３の調整層１１３、第４の調整層１１４からなる波長調整層１１０が形成されており、上述したように、各々の面発光レーザに対応して所定の領域の波長調整層１１０の一部が除去されている。尚、下部ＤＢＲ１０２、下部スペーサ層１２１、活性層１０３、第１の上部スペーサ層１２２、電流狭窄層１２３、第２の上部スペーサ層１２４、コンタクト層１２５、波長調整層１１０は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥにより半導体材料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。
【００６１】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、各々の面発光レーザはメサ構造となっており、このメサ構造は、形成される面発光レーザ間の半導体層をエッチングすることにより形成される。メサ構造を形成した後、水蒸気中で熱処理を行なうことにより、酸化されていない電流狭窄層１２３をメサ構造の周囲より酸化し、周辺部分の選択酸化領域１２３ａ（酸化されている領域）と中心部分の酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとが形成される。つまり、電流狭窄層１２３は、酸化された選択酸化領域１２３ａと、酸化されていない電流狭窄領域１２３ｂとから構成され、電流狭窄構造となる。本実施の形態では、メサ構造の形状を上部より見た形状が円形となるものを示すが、楕円形、正方形、長方形等の形状となるように形成してもよい。
【００６２】
この後、全体にＳｉＮからなる保護膜１２６を形成し、コンタクト層１２５上において上部電極１３１が形成される領域を含むメサ上部の保護膜１２６を除去し、また、各々の面発光レーザに対応してエッチングにより除去された波長調整層１１０上には、上部ＤＢＲ１０４がＴｉＯ２高屈折率層とＳｉＯ２低屈折率層とを各々の層の光学的な膜厚がλ／４となるように８．５ペア積層することにより形成されている。尚、上部ＤＢＲ１０４は、誘電体材料であって、高屈折率材料と低屈折率材料とを積層して形成したものであればよく、具体的には、酸化物、窒化物、フッ化物等が挙げられる。高屈折率材料としては、ＴｉＯ２の他、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等が挙げられる。また、低屈折率材料としては、ＳｉＯ２の他、ＭｇＦ２等が挙げられる。
【００６３】
尚、本実施の形態における面発光レーザ素子では、波長調整層１１０及び上部ＤＢＲ１０４は、各々の面発光レーザにおいてコンタクト層１２５が形成される領域よりも狭い領域に形成されている。即ち、コンタクト層１２５の表面の一部が露出するように、波長調整層１１０及び上部ＤＢＲ１０４が形成されている。また、本実施の形態では、下部ＤＢＲ１０２と上部ＤＢＲ１０４との間に形成される活性層１０３及び波長調整層１１０等により共振器領域が形成される。尚、活性層１０３とコンタクト層１２５との間に屈折率の異なる半導体層を積層した数ペアのＤＢＲを形成しても良く、波長調整層の効果が得られる。
【００６４】
この後、ｐ側電極となる上部電極１３１を形成する。この上部電極１３１は、各々の面発光レーザに対応して各々形成されており、各々の上部電極１３１は、各々電極パッド２１〜２４と接続されている。また、基板１０１の裏面にはｎ側電極となる下部電極１３２が形成されており、メサ構造とメサ構造との間の溝はポリイミド１２７により埋められている。尚、下部電極は、イントラキャビティーコンタクト構造等、基板裏面に形成するのみならず、下部ＤＢＲ１０２と活性層１０３との間にコンタクト層を形成し、このコンタクト層と接続するように形成した構造であってもよい。
【００６５】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、矢印に示す方向に各々の面発光レーザごとに異なる波長のレーザ光を出射する。また、保護膜となるＳｉＮは、メサ構造を形成する際に側面において露出したＡｌを含む層を覆うため信頼性を向上させる機能を有している。
【００６６】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、上部ＤＢＲ１０４は屈折率の異なる誘電体膜を積層形成することにより形成したものであるため、屈折率が異なる半導体材料を積層形成したものよりも屈折率差を大きくとることができる。これにより、上部ＤＢＲ１０４における積層数を減らすことができ、更には、上部ＤＢＲ１０４を薄く形成することができる。
【００６７】
また、本実施の形態における面発光レーザでは、上部電極１３１は、上部電極１３１と接続される各々の面発光レーザにおけるコンタクト層１２５は波長調整層１１０の下に形成されている。このため波長調整層１１０の厚さの影響を受けることなく、各々の面発光レーザに均等に電流を流すことができる。即ち、波長調整層１１０の上に上部電極１３１を形成し波長調整層と直接コンタクトした場合では、コンタクトする材料が素子により異なるのでコンタクト抵抗が異なったり、波長調整層１１０の厚さに依存して各々の面発光レーザに流すことのできる電流量等も変化し、各々の面発光レーザにおける電気的な特性及び発光特性も大きく異なる。また、波長調整層１１０の上にコンタクト層を形成し、その上に上部電極１３１を形成した場合では、波長調整層１１０を構成する各層の界面におけるバンド不連続により電気抵抗が上昇してしまう。しかも界面の数が素子により異なるので、素子により抵抗値も異なってしまう。しかしながら、本実施の形態における面発光レーザ素子では、上部電極１３１は、波長調整層１１０の下に形成されたコンタクト層１２５に接続されているため、これらのことを回避することができる。
【００６８】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。図８に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子２００は、基板２０１上に８個の面発光レーザを有するものであり、各々異なる波長の光を出射するものである。
【００６９】
具体的には、本実施の形態における面発光レーザ素子２００は、基板２０１上に第１の面発光レーザ２１１、第２の面発光レーザ２１２、第３の面発光レーザ２１３、第４の面発光レーザ２１４、第５の面発光レーザ２１５、第６の面発光レーザ２１６、第７の面発光レーザ２１７、第８の面発光レーザ２１８を有している。第１の面発光レーザ２１１から第８の面発光レーザ２１８は、各々電極パッドに接続されている。具体的には、第１の面発光レーザ２１１には電極パッド２２１が接続されており、第２の面発光レーザ２１２には電極パッド２２２が接続されており、第３の面発光レーザ２１３には電極パッド２２３が接続されており、第４の面発光レーザ２１４には電極パッド２２４が接続されており、第５の面発光レーザ２１５には電極パッド２２５が接続されており、第６の面発光レーザ２１６には電極パッド２２６が接続されており、第７の面発光レーザ２１７には電極パッド２２７が接続されており、第８の面発光レーザ２１８には電極パッド２２８が接続されている。
【００７０】
また、第１の面発光レーザ２１１から第８の面発光レーザ２１８は、相互に波長が異なっている。即ち、第１の面発光レーザ２１１より出射される波長λ１、第２の面発光レーザ２１２より出射される波長λ２、第３の面発光レーザ２１３より出射される波長λ３、第４の面発光レーザ２１４より出射される波長λ４、第５の面発光レーザ２１５より出射される波長λ５、第６の面発光レーザ２１６より出射される波長λ６、第７の面発光レーザ２１７より出射される波長λ７、第８の面発光レーザ２１８より出射される波長λ８は、相互に異なる波長である。このように各々の面発光レーザにおいて異なる波長の光を出射させるために、第１の実施の形態と同様に波長調整層を設け、各々の面発光レーザごとに、波長調整層の厚さを変えて形成している。もちろん、波長調整層内の層数は増やしている。尚、電極バッド２２１から２２８の大きさは、各々約５０μｍ角であり、基板２０１は３００μｍ角の大きさの半導体チップである。
【００７１】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、より多くの波長より選択することができるため、歩留りをより向上させることができる。また、本実施の形態における面発光レーザ素子では、必要な波長に最も近い波長の素子のみならず、２番目に近い波長の素子を用いてもよく、それを予備の面発光レーザとして用いることで長寿命化させることができる。
【００７２】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。図９に基づき、本実施の形態における面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子３００は、基板３０１上に８個の面発光レーザを有するものであり、同じ波長を発光する面発光レーザが２個ずつ形成されているものである。
【００７４】
具体的には、本実施の形態における面発光レーザ素子３００は、基板３０１上に第１の面発光レーザ３１１、第２の面発光レーザ３１２、第３の面発光レーザ３１３、第４の面発光レーザ３１４、第５の面発光レーザ３１５、第６の面発光レーザ３１６、第７の面発光レーザ３１７、第８の面発光レーザ３１８を有している。第１の面発光レーザ３１１から第８の面発光レーザ３１８は、各々電極パッドに接続されている。具体的には、第１の面発光レーザ３１１には電極パッド３２１が接続されており、第２の面発光レーザ３１２には電極パッド３２２が接続されており、第３の面発光レーザ３１３には電極パッド３２３が接続されており、第４の面発光レーザ３１４には電極パッド３２４が接続されており、第５の面発光レーザ３１５には電極パッド３２５が接続されており、第６の面発光レーザ３１６には電極パッド３２６が接続されており、第７の面発光レーザ３１７には電極パッド３２７が接続されており、第８の面発光レーザ３１８には電極パッド３２８が接続されている。
【００７５】
また、第１の面発光レーザ３１１から第８の面発光レーザ３１８は、同じ波長のものが２個ずつとなるように形成されている。具体的には、第１の面発光レーザ３１１及び第２の面発光レーザ３１２より出射される光は同じ波長λ１、第３の面発光レーザ３１３及び第４の面発光レーザ３１４より出射される光は同じ波長λ２、第５の面発光レーザ３１５及び第６の面発光レーザ３１６より出射される光は同じ波長λ３、第７の面発光レーザ３１７及び第８の面発光レーザ３１８より出射される光は同じ波長λ４であり、波長λ１からλ４は、相互に異なる波長である。このように各々の面発光レーザにおいて異なる波長の光を出射させるために、第１の実施の形態と同様に波長調整層を設け、各々の面発光レーザごとに、波長調整層の厚さを変えて形成している。尚、電極バッド３２１から３２８の大きさは、各々約５０μｍ角であり、基板３０１は３００μｍ角の大きさの半導体チップである。
【００７６】
本実施の形態における面発光レーザ素子では、同じ波長の光を発光する面発光レーザが２個ずつ存在しているため、不良や故障等により、同じ波長の光を出射する面発光レーザのうち、一方が発光しなくなったとしても他方を用いることができる。よって、面発光レーザ素子の寿命を長寿命にすることができるとともに、歩留りをより向上させることができる。また、本実施の形態における面発光レーザ素子では、必要な波長に最も近い波長の素子のみならず、２番目に近い波長の素子を用いてもよく、それを予備の面発光レーザとして用いることで長寿命化させることができる。
【００７７】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第３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１０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。
【００７９】
光源４１０は、第１から第３の実施の形態における面発光レーザ素子が用いられている。アルカリ金属セル４４０には、アルカリ金属としてＣｓ（セシウム）原子ガスが封入されており、Ｄ１ラインの遷移を用いるものである。光検出器４５０は、フォトダイオードが用いられている。
【００８０】
本実施の形態のおける原子発振器では、光源４１０より出射された光をセシウム原子ガスが封入されたアルカリ金属セル４４０に照射し、セシウム原子における電子を励起する。アルカリ金属セル４４０を透過した光は光検出器４５０において検出され、光検出器４５０において検出された信号は変調器４６０にフィードバックされ、変調器４６０により光源４１０における面発光レーザ素子を変調する。
【００８１】
図１１に、ＣＰＴに関連する原子エネルギー準位の構造を示す。二つの基底準位から励起準位に電子が同時に励起されると光の吸収率が低下することを利用する。面発光レーザは搬送波波長が８９４．６ｎｍに近い素子を用いている。搬送波の波長は面発光レーザの温度、もしくは出力を変化させてチューニングすることができる。温度や出力を上げると長波長にシフトする。アルカリ金属セルの光密度の変動は好ましくないので温度変化を利用するのが好ましい。具体的に、波長の温度依存性は０．０５ｎｍ／℃程度で調整できる。図１２に示すように、変調をかけることで搬送波の両側にサイドバンドが発生し、その周波数差がＣｓ原子の固有振動数である９．２ＧＨｚに一致するように４．６ＧＨｚで変調させている。図１３に示すように、励起されたＣｓガスを通過するレーザ光はサイドバンド周波数差がＣｓ原子の固有周波数差に一致した時に最大となるので、光検出器４５０の出力が最大値を保持するように変調器４６０においてフィードバックして光源４１０における面発光レーザ素子の変調周波数を調整する。原子の固有振動数が極めて安定なので変調周波数は安定した値となり、この情報がアウトプットとして取り出される。尚、波長が８９４．６ｎｍの場合では、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。即ち、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【００８２】
本実施の形態における原子発振器は第１から第３の実施の形態における面発光レーザ素子を用いているため、原子発振器を低コストで作製し提供することができる。また、更に、第２の実施の形態及び第３の実施の形態における面発光レーザ素子を用いることにより、より長寿命の原子発振器を提供することができる。
【００８３】
また、本実施例ではアルカリ金属としてＣｓを用い、そのＤ１ラインの遷移を用いるために波長が８９４．６ｎｍの面発光レーザを用いたが、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合は８５２．３ｎｍを用いることもできる。また、アルカリ金属としてＲｂ（ルビジウム）を用いることもでき、Ｄ１ラインを利用する場合は７９５．０ｎｍ、Ｄ２ラインを利用する場合は７８０．２ｎｍを用いることができる。活性層の材料組成などは波長に応じて設計することができる。また、Ｒｂを用いる場合の変調周波数は、８７Ｒｂでは３．４ＧＨｚ、８５Ｒｂでは１．５ＧＨｚで変調させる。尚、これらの波長においても、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。即ち、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合は８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。また、ＲｂのＤ１ラインを利用する場合は７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。また、ＲｂのＤ２ラインを利用する場合は７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【００８４】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。また、本発明の実施に係る形態では、面発光レーザ素子を原子発振器に用いた場合について説明したが、第１から第３の実施の形態における面発光レーザ素子は、ガスセンサー等の所定の波長の光が必要な他の装置等に用いることができる。この場合、これらの装置等においても、用途に応じた所定の波長の面発光レーザ光を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 面発光レーザ素子
１１ 第１の面発光レーザ
１２ 第２の面発光レーザ
１３ 第３の面発光レーザ
１４ 第４の面発光レーザ
２１ 電極パッド
２２ 電極パッド
２３ 電極パッド
２４ 電極パッド
１０１ 基板
１０２ 下部ＤＢＲ
１０３ 活性層
１０４ 上部ＤＢＲ
１１０ 波長調整層
１１１ 第１の調整層
１１２ 第２の調整層
１１３ 第３の調整層
１１４ 第４の調整層
１２１ 下部スペーサ層
１２２ 第１の上部スペーサ層
１２３ 電流狭窄層
１２３ａ 選択酸化領域
１２３ｂ 電流狭窄領域
１２４ 第２の上部スペーサ層
１２５ コンタクト層
１２６ 保護膜
１２７ ポリイミド
１３１ 上部電極
１３２ 下部電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８６】
【特許文献１】特開２００８−５３３５３号公報
【特許文献２】特開２０００−５８９５８号公報
【特許文献３】特開平１１−３３０６３１号公報
【特許文献４】特開２００８−２８３１２９号公報
【特許文献５】特開２００９−１８８５９８号公報
【特許文献６】特許第２７５１８１４号公報
【非特許文献】
【００８７】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８５，ｐｐ．１４６０−１４６２ （２００４）．
【非特許文献２】Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ， ｖｏｌ．３，ｐｐ．５７１−６１２
【非特許文献３】Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６１３２ ６１３２０８−１（２００６）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された下部ＤＢＲと、
前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、
を有し、
前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、
前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、
前記波長調整層はＧａＩｎＰとＧａＡｓＰとを交互に積層した膜、または、ＧａＩｎＰとＧａＡｓとを交互に積層した膜により形成されているものであって、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することにより、前記波長調整層の膜厚を変えたものであることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記波長調整層における前記積層した膜の除去はウエットエッチングにより行なわれるものであって、前記ＧａＩｎＰを除去するエッチングするための第１のエッチング液と、前記ＧａＡｓＰまたは前記ＧａＡｓをエッチングするための第２のエッチング液とが異なるものであることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記ＧａＩｎＰは圧縮歪を有する組成であることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、
一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかにに記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
基板の上に形成された下部ＤＢＲと、
前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、
を有し、
前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、
前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、
前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、
一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記コンタクト層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項４または５に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記上部ＤＢＲの少なくとも一部は屈折率の異なる誘電体を交互に積層形成することにより形成されたものであ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。
【請求項８】
前記誘電体は、酸化物、窒化物、フッ化物を含むものであることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記複数の面発光レーザは、すべて異なる波長の光を出射するもの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１０】
前記複数の面発光レーザは、同じ波長の光を出射する面発光レーザを複数有してい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１１】
前記複数の波長のうちいずれか１つは、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍ、８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍ、７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍ、７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲に含まれるものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１２】
前記活性層は、ＧａＩｎＡｓを含むものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１３】
前記基板は導電性を有する半導体結晶基板であって、
前記下部ＤＢＲ、前記活性層は、前記波長調整層は、半導体材料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ものであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１４】
前記基板の大きさは、５００μｍ×５００μｍより小さいことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１５】
請求項１から１４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。
【請求項１６】
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１５に記載の原子発振器。
【請求項１７】
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１５または１６に記載の原子発振器。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、
面発光レーザ素子における複数の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において順次発光させ、
前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、
複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする面発光レーザ素子の検査方法。
【請求項１９】
請求項１５から１７のいずれかに記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、
面発光レーザ素子における複数の面発光レーザにおいて、前記面発光レーザにおける波長調整層の層数から各面発光レーザごとの波長間隔をあらかじめ推定し、
前記面発光レーザ素子のうちの１の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において発光させ、
前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、
推定された前記波長間隔と計測された前記１の面発光レーザの発光波長より、前記面発光レーザ素子のうちの他の面発光レーザの発光波長を推定し、
測定または推定された前記発光波長に基づき、複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする面発光レーザ素子の検査方法。
【請求項１】
基板の上に形成された下部ＤＢＲと、
前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、
を有し、
前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、
前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、
前記波長調整層はＧａＩｎＰとＧａＡｓＰとを交互に積層した膜、または、ＧａＩｎＰとＧａＡｓとを交互に積層した膜により形成されているものであって、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することにより、前記波長調整層の膜厚を変えたものであることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記波長調整層における前記積層した膜の除去はウエットエッチングにより行なわれるものであって、前記ＧａＩｎＰを除去するエッチングするための第１のエッチング液と、前記ＧａＡｓＰまたは前記ＧａＡｓをエッチングするための第２のエッチング液とが異なるものであることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記ＧａＩｎＰは圧縮歪を有する組成であることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、
一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかにに記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
基板の上に形成された下部ＤＢＲと、
前記下部ＤＢＲの上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部ＤＢＲと、
を有し、
前記活性層より上部に形成された波長調整層を含み、
前記波長調整層の厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有するものであって、
前記活性層と前記波長調整層との間にはコンタクト層が形成されており、
一方の電極は、前記コンタクト層と接続されていることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記コンタクト層は、ＧａＡｓを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項４または５に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記上部ＤＢＲの少なくとも一部は屈折率の異なる誘電体を交互に積層形成することにより形成されたものであ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。
【請求項８】
前記誘電体は、酸化物、窒化物、フッ化物を含むものであることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記複数の面発光レーザは、すべて異なる波長の光を出射するもの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１０】
前記複数の面発光レーザは、同じ波長の光を出射する面発光レーザを複数有してい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１１】
前記複数の波長のうちいずれか１つは、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍ、８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍ、７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍ、７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲に含まれるものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１２】
前記活性層は、ＧａＩｎＡｓを含むものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１３】
前記基板は導電性を有する半導体結晶基板であって、
前記下部ＤＢＲ、前記活性層は、前記波長調整層は、半導体材料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ものであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１４】
前記基板の大きさは、５００μｍ×５００μｍより小さいことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１５】
請求項１から１４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。
【請求項１６】
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１５に記載の原子発振器。
【請求項１７】
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１５または１６に記載の原子発振器。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、
面発光レーザ素子における複数の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において順次発光させ、
前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、
複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする面発光レーザ素子の検査方法。
【請求項１９】
請求項１５から１７のいずれかに記載の原子発振器に用いられる面発光レーザ素子の検査方法であって、
面発光レーザ素子における複数の面発光レーザにおいて、前記面発光レーザにおける波長調整層の層数から各面発光レーザごとの波長間隔をあらかじめ推定し、
前記面発光レーザ素子のうちの１の面発光レーザをあらかじめ設定しておいた動作条件において発光させ、
前記面発光レーザにおける発光波長を計測し、
推定された前記波長間隔と計測された前記１の面発光レーザの発光波長より、前記面発光レーザ素子のうちの他の面発光レーザの発光波長を推定し、
測定または推定された前記発光波長に基づき、複数の前記面発光レーザのうち、所定の波長に最も近い発光波長の面発光レーザを選択することを特徴とする面発光レーザ素子の検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０９５３４（Ｐ２０１２−２０９５３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５５３２（Ｐ２０１１−２５５５３２）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]