(57)【要約】【課題】酸化領域の幅によらず、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半導体レーザーを提供する。【解決手段】第１ミラー層と、第２ミラー層と、活性層と、電流狭窄層と、第１領域と、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。【選択図】図３
2020181863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、半導体レーザー。
【請求項２】
請求項１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する、半導体レーザー。
【請求項３】
請求項２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い、半導体レーザー。
【請求項４】
請求項２または３において、
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。
【請求項５】
請求項２または３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い、半導体レーザー。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
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い、半導体レーザー。
【請求項７】
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、原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザーおよび原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１１９１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図２】第１実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す断面図。
【図３】第１実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図４】第１実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す断面図。
【図５】第１実施形態に係る半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１実施形態に係る半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第１実施形態に係る半導体レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】比較例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図９】第１実施形態の第１変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１０】第１実施形態の第２変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１１】第１実施形態の第３変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す断面図。
【図１２】第２実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１３】第２実施形態の第１変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１４】第２実施形態の第２変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１５】第２実施形態の第３変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１６】第２実施形態の第４変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１７】第３実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図１８】第３実施形態に係る半導体レーザーを模式的に示す断面図。
【図１９】第３実施形態の変形例に係る半導体レーザーを模式的に示す平面図。
【図２０】第４実施形態に係る原子発振器の構成を示す図。
【図２１】第５実施形態に係る周波数信号生成システムの一例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【符号の説明】
【０１４４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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