(57)【要約】      （修正有）【課題】活性層に欠陥が生じることを減らしつつ、出射される光の偏光を保持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、第１ミラー層、第２ミラー層、活性層、電流狭窄層、第１領域、および第２領域は、積層体を構成し、第１領域および第２領域は、積層体の酸化領域８を構成し、積層体は、平面視において、第１部分２ａと、第２部分２ｂと、第１部分と第２部分との間に配置され、活性層で発生した光を共振させる第３部分２ｃと、を有し、平面視において、第１部分の酸化領域の幅をＷ１、第２部分の酸化領域の幅をＷ２、第３部分の酸化領域の幅をＷ３とすると、第３部分の少なくとも一部において、式（１）の関係を満たす、半導体レーザー。Ｗ１＞Ｗ３、かつ、Ｗ２＞Ｗ３・・・（１）【選択図】図３
2020167213.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、
平面視において、前記第１部分の前記酸化領域の幅をＷ１、前記第２部分の前記酸化領域の幅をＷ２、前記第３部分の前記酸化領域の幅をＷ３とすると、
前記第３部分の少なくとも一部において、式（１）の関係を満たす、半導体レーザー。
Ｗ１＞Ｗ３、かつ、Ｗ２＞Ｗ３  ・・・（１）
【請求項２】
請求項１において、
Ｗ３＝０である、半導体レーザー。
【請求項３】
請求項１において、
Ｗ３＞０である、半導体レーザー。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第３部分の全体において、式（１）の関係を満たす、半導体レーザー。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第３部分の一部において、式（１）の関係を満たす、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、
前記積層体は、第４部分を有し、
前記第３部分の第１側面と、前記第４部分の第２側面と、の間には、隙間が設けられ、
前記第１側面の前記隙間に面した部分において、式（１）の関係を満たす、半導体レーザー。
【請求項７】
請求項６において、
前記第４部分は、第３酸化層を有し、
前記電流狭窄層と前記第３酸化層とは、連続している、半導体レーザー。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記第３部分の一部を覆う層を含み、
前記第３部分の前記層に覆われている部分において、式（１）の関係を満たす、半導体レーザー。
【請求項９】
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、
平面視において、前記第１部分の前記酸化領域の幅をＷ１、前記第２部分の前記酸化領域の幅をＷ２、前記第３部分の前記酸化領域の幅をＷ３とすると、
前記第３部分の少なくとも一部において、式（１）の関係を満たす、原子発振器。
Ｗ１＞Ｗ３、かつ、Ｗ２＞Ｗ３  ・・・（１）
【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層との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ミラーの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、その際に体積が収縮する。そのため、積層体の酸化領域の幅が大きいと、酸化領域によって共振部に大きな応力が生じる。この応力によって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。一方、積層体の酸化領域の幅が小さいと、歪付与部によって共振部に付与される歪みが小さくなる。そのため、共振器から出射される光の偏光を保持することが困難となるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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、平面視において、前記第１部分の前記酸化領域の幅をＷ１、前記第２部分の前記酸化領域の幅をＷ２、前記第３部分の前記酸化領域の幅をＷ３とすると、前記第３部分の少なくとも一部において、式（１）の関係を満たす。
Ｗ１＞Ｗ３、かつ、Ｗ２＞Ｗ３  ・・・（１）。
【００１０】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、Ｗ３＝０であってもよい。
【００１１】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、Ｗ３＞０であってもよい。
【００１２】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記第３部分の全体において、式（１）の関係を満たしてもよい。
【００１３】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記第３部分の一部において、式（１）の関係を満たしてもよい。
【００１４】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記積層体は、第４部分を有し、前記第３部分の第１側面と、前記第４部分の第２側面と、の間には、隙間が設けられ、前記第１側面の前記隙間に面した部分において、式（１）の関係を満たしてもよい。
【００１５】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記第４部分は、第３酸化層を有し、前記電流狭窄層と前記第３酸化層とは、連続していてもよい。
【００１６】
本適用例に係る半導体レーザーにおいて、前記第３部分の一部を覆う層を含み、前記第３部分の前記層に覆われている部分において、式（１）の関係を満たしてもよい。
【００１７】
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、平面視において、前記第１部分の前記酸化領域の幅をＷ１、前記第２部分の前記酸化領域の幅をＷ２、前記第３部分の前記酸化領域の幅をＷ３とすると、前記第３部分の少なくとも一部において、式（１）の関係を満たす。
Ｗ１＞Ｗ３、かつ、Ｗ２＞Ｗ３  ・・・（１）。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】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９】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１０】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１１】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１２】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平面図。
【図１３】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１４】第２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１５】第２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１６】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１７】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１８】第３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１９】第４実施形態に係る原子発振器の構成を示す図。
【図２０】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。
【図２１】実施例１のシミュレーション結果。
【図２２】比較例１のシミュレーション結果。
【図２３】実施例１および比較例２の応力を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、シリコンがドープされたｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層である。高屈折率層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。
【００２５】
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。
【００２６】
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側とは反対側に配置されている。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、炭素がドープされたｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。
【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。図示の例では、積層体２の側面１２は、基板１０の上面に対して傾斜している。側面１２は、樹脂層７０と接している。
【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】
図示の例では、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、Ｙ軸に沿って配置されている。第３部分２ｃは、第１部分２ａと第２部分２ｂとの間に配置されている。第１部分２ａは、第３部分２ｃからＹ軸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Ｙ軸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、例えば、同じ形状を有している。
【００３６】
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。酸化領域８は、平面視において、第１部分２ａの外縁に沿って設けられている。さらに、酸化領域８は、平面視において、第２部分２ｂの外縁に沿って設けられている。
【００３７】
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。平面視において、第３部分２ｃの外縁は、湾曲した部分を有している。平面視において、第３部分２ｃの酸化領域８が設けられていない部分の形状は、例えば、円である。
【００３８】
平面視において、第１部分２ａの酸化領域８の幅をＷ１、第２部分２ｂの酸化領域８の幅をＷ２、第３部分２ｃの酸化領域８の幅をＷ３とすると、半導体レーザー１００は、第３部分２ｃの少なくとも一部において、下記式（１）を満たす。
【００３９】
Ｗ１＞Ｗ３、Ｗ２＞Ｗ３  ・・・（１）
【００４０】
なお、幅Ｗ１とは、第１部分２ａのＸ軸と交差する一方の側面における酸化領域８のＸ軸に沿った幅、第１部分２ａのＸ軸と交差する他方の側面における酸化領域８のＸ軸に沿った幅、および第１部分２ａのＹ軸と交差する側面における酸化領域８のＹ軸に沿った幅のうち、最大の幅のことである。図示の例では、第１部分２ａのＸ軸と交差する一方の側面、Ｘ軸と交差する他方の側面、およびＹ軸と交差する側面における酸化領域８の幅は、同じであり、Ｗ１である。第１部分２ａの側面全面は、例えば、酸化領域８で構成されている。
【００４１】
幅Ｗ２とは、第２部分２ｂのＸ軸と交差する一方の側面における酸化領域８のＸ軸に沿った幅、第２部分２ｂのＸ軸と交差する他方の側面における酸化領域８のＸ軸に沿った幅、および第２部分２ｂのＹ軸と交差する他方の側面における酸化領域８のＹ軸に沿った幅のうち、最大の幅のことである。図示の例では、第２部分２ｂのＸ軸と交差する一方の側面、Ｘ軸と交差する他方の側面、およびＹ軸と交差する他方の側面における酸化領域８の幅は、同じであり、Ｗ２である。第２部分２ｂの側面全面は、例えば、酸化領域８で構成されている。
【００４２】
幅Ｗ３とは、第３部分２ｃの酸化領域８の、平面視において開口部４３の中心を通る仮想直線Ｖに沿った幅のうち、最小の幅のことである。図示の例では、第３部分２ｃは、側面が酸化領域８で構成された部分３ａと、側面が酸化領域８で構成されていない部分３ｂと、を有し、幅Ｗ３は、部分３ｂにおいて、仮想直線Ｖに沿った幅のうち最小の幅のことである。半導体レーザー１００では、第３部分２ｃの一部、すなわち部分３ｂにおいて、式（１）を満たし、Ｗ３＝０である。
【００４３】
酸化領域８の幅とは、図４に示すように、積層体２の側面１２において、複数の酸化層のうち最下層の端８ａと、複数の酸化層のうち最上層の端８ｂと、の間の距離のことである。端８ａ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８ａは、側面１２を構成している。端８ｂ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。
【００４４】
図示の例では、端８ａは、第１領域６０の複数の酸化層６のうち、最下層の酸化層６の端であって、最下層の酸化層６と連続する低屈折率層２６側とは反対の端である。端８ｂは、第２領域６２の複数の酸化層１６のうち、最上層の酸化層１６の端であって、最上層の酸化層１６と連続する低屈折率層４６側の端である。
【００４５】
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には所定の方向に応力が生じる。具体的には、活性層３０には、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、光を偏光させるとは、光の電場の振動方向を一定にすることをいう。
【００４６】
樹脂層７０は、図２に示すように、積層体２の少なくとも側面に配置されている。図１に示す例では、樹脂層７０は、第１部分２ａおよび第２部分２ｂを覆っている。樹脂層７０の材質は、例えば、ポリイミドである。ポリイミドは、硬化収縮により、６０％〜７０％程度体積が収縮するため、第１部分２ａおよび第２部分２ｂによって第３部分２ｃの活性層３０に生じる引っ張り応力を助長することができる。
【００４７】
第１電極８０は、第１ミラー層２０上に配置されている。第１電極８０は、第１ミラー層２０とオーミックコンタクトしている。第１電極８０は、第１ミラー層２０と電気的に接続されている。第１電極８０としては、例えば、第１ミラー層２０側から、Ｃｒ層、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層の順序で積層したものを用いる。第１電極８０は、活性層３０に電流を注入するための一方の電極である。なお、図示はしないが、第１電極８０は、基板１０の下面に設けられていてもよい。
【００４８】
第２電極８２は、コンタクト層５０上に配置されている。第２電極８２は、コンタクト
層５０とオーミックコンタクトしている。図示の例では、第２電極８２は、さらに樹脂層７０上に配置されている。第２電極８２は、コンタクト層５０を介して、第２ミラー層４０と電気的に接続されている。第２電極８２としては、例えば、コンタクト層５０側から、Ｃｒ層、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層の順序で積層したものを用いる。第２電極８２は、活性層３０に電流を注入するための他方の電極である。
【００４９】
第２電極８２は、図１に示すように、パッド８４と電気的に接続されている。図示の例では、第２電極８２は、引き出し配線８６を介して、パッド８４と電気的に接続されている。パッド８４および引き出し配線８６は、樹脂層７０上に設けられている。パッド８４および引き出し配線８６の材質は、例えば、第２電極８２の材質と同じである。
【００５０】
なお、上記では、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザーについて説明したが、本発明に係る半導体レーザーは、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。
【００５１】
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９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。
【００５２】
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。
【００５３】
図６に示すように、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。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。
【００５４】
図７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。
【００５５】
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、第１ミラー層２０を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ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Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ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。
【００５６】
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、約３０％体積が減少する。なお、便宜上、図７では、第１領域６０および第２領域６２を簡略化して図示している。
【００５７】
図８に示すように、第３部分２ｃの第１領域６０および第２領域６２を除去する。第３部分２ｃの第１領域６０および第２領域６２の除去は、例えば、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガ
ス、Ｃ４Ｆ８ガスなどによるドライエッチングや、フッ酸によるウェットエッチングによって行われる。本工程では、例えば、第１部分２ａの第１領域６０および第２領域６２、ならびに第１部分２ａの第１領域６０および第２領域６２をマスク層で覆い、第１部分２ａの第１領域６０および第２領域６２、ならびに第１部分２ａの第１領域６０および第２領域６２が除去されないようにして行われる。
【００５８】
なお、フッ酸によるウェットエッチングでは、酸化層６，１６および電流狭窄層４２が除去され、酸化されていない層４，１４は、除去されない。この場合、酸化されていない層４，１４を、例えばアンモニア加水によるウェットエッチングによって除去する。
【００５９】
図９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。本加熱処理によって、樹脂層７０は、収縮する。さらに、樹脂層７０は、加熱処理から常温に戻す際において収縮する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
半導体レーザー１００では、平面視において、第１部分２ａの酸化領域８の幅をＷ１、第２部分２ｂの酸化領域８の幅をＷ２、第３部分２ｃの酸化領域８の幅をＷ３とすると、第３部分２ｃの少なくとも一部において、上記式（１）の関係を満たす。そのため、半導体レーザー１００では、上記式（１）を満たさない場合に比べて、第３部分２ｃの酸化領域８によって第３部分２ｃに生じる応力を低減しつつ、第１部分２ａおよび第２部分２ｂによって第３部分２ｃの活性層３０に所定方向の応力を生じさせることができる。具体的には、第３部分２ｃから第１部分２ａおよび第２部分２ｂにそれぞれ向かう方向の応力を生じさせることができる。これにより、第３部分２ｃに欠陥が生じることを減らしつつ、出射される光の偏光を保持することができる。したがって、第３部分２ｃの活性層３０に欠陥が生じて波長や光量など半導体レーザー１００の特性が変化することを防ぐことができ、長寿命で、かつ偏光が安定された半導体レーザー１００を提供することができる。
【００６４】
例えば、上記式（１）を満たさず、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３の場合、第３部分２ｃの酸化領域８による応力によって第３部分２ｃに転位が生じることがある。
【００６５】
これに対し、本実施形態の半導体レーザー１００では、Ｗ３＝０である。そのため、半導体レーザー１００では、第３部分２ｃがＷ３＝０となる部分を有していない場合に比べて、第３部分２ｃの酸化領域８によって第３部分２ｃに生じる応力を低減することができる。
【００６６】
１．４．  半導体レーザーの変形例
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１０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１０では、積層体２以外の部材の図示を省略している。
【００６７】
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の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付して説明を省略する。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。
【００６８】
上述した半導体レーザーでは、図３に示すように、Ｗ３＝０であった。
【００６９】
これに対し、半導体レーザー１１０では、図１０に示すように、Ｗ３＞０である。すなわち、第３部分２ｃの側面は、酸化領域８によって構成されている。半導体レーザー１１０は、式（１）を満たしているので、第３部分２ｃの酸化領域８によって第３部分２ｃに生じる応力を低減することができる。
【００７０】
半導体レーザー１１０では、Ｗ３＞０である。そのため、第３部分２ｃの酸化領域８を除去する際に、例えばフッ酸によるウェットエッチングによって酸化層６，１６が除去されて、酸化されていない層４，１４が除去されていない場合であっても、Ｗ３＝０である場合に比べて、酸化されていない層４，１４が崩れる可能性を小さ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１１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１１では、積層体２以外の部材の図示を省略している。
【００７２】
半導体レーザー１２０では、図１１に示すように、平面視において、Ｘ軸に沿って、開口部４３に対して一方側および他方側に、側面が酸化領域８で構成された部分３ａが配置されている点において、上述した半導体レーザー１２０と異なる。なお、部分３ａの位置は、特に限定されない。半導体レーザー１２０は、Ｗ３＝０である部分３ｂを有するので式（１）を満たし、第３部分２ｃの酸化領域８によって第３部分２ｃに生じる応力を低減することができる。
【００７３】
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１２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。
【００７４】
上述した半導体レーザー１００では、図３に示すように、第３部分２ｃは、側面が酸化領域８で構成された部分３ａを有していた。
【００７５】
これに対し、半導体レーザー１３０では、図１２に示すように、第３部分２ｃは、側面が酸化領域８で構成された部分３ａを有していない。すなわち、第３部分２ｃは、酸化領域８を有していない。半導体レーザー１３０では、第３部分２ｃの全体において、式（１）の関係を満たす。図示の例では、第１部分２ａおよび第２部分２ｂは、側面が酸化領域８で構成されていない部分３ｂを有している。
【００７６】
半導体レーザー１３０では、第３部分２ｃの全体において、式（１）の関係を満たしている。そのため、半導体レーザー１３０では、第３部分２ｃの一部のみで式（１）の関係を満たしている場合に比べて、第３部分２ｃの酸化領域８によって第３部分２ｃに生じる応力を低減することができる。
【００７７】
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１３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。図１４は、第２実施形態に係る半導体レーザー２００を模式的に示す図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。なお、便宜上、図１３では、積層体２、第２電極８２、および引き出し配線８６以外の部材の図示を省略している。また、図１３では、第２電極８２および引き出し配線８６を透視して図示しており、第２電極８２および引き出し配線８６を破線で、酸化領域８を点線で、それぞれ示している。
【００７８】
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の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
半導体レーザー２００では、図１３および図１４に示すように、積層体２は、第４部分２ｄを有している点において、上述した半導体レーザー１００と異なる。
【００８０】
第３部分２ｃの第１側面２０２と、第４部分２ｄの第２側面２０４と、の間には、隙間２１０が設けられている。第１側面２０２は、積層体２の側面１２の一部を構成している。図１４に示す例では、第１側面２０２および第２側面２０４は、樹脂層７０と接している。隙間２１０は、例えば、樹脂層７０によって充填されている。
【００８１】
半導体レーザー２００は、第１側面２０２の隙間２１０に面した部分２０２ａにおいて、式（１）の関係を満たす。隙間２１０の最大の幅Ｗ４は、例えば、２μｍ以下であり、好ましくは０．５μｍ以下である。隙間２１０の幅Ｗ４は、例えば、第１側面２０２に沿って一定である。
【００８２】
第３部分２ｃと第４部分２ｄとは、例えば、一部が接している。図１４に示すように、第３部分２ｃと第４部分２ｄとが接している部分において、第３部分２ｃと第４部分２ｄとの境界Ｂは、第１側面２０２を含む仮想面上に位置している。図示の例では、酸化領域８の端８ａ，８ｂは、第２領域６２によって構成されている。つまり、第３部分２ｃの酸化領域８の幅Ｗ３は、第３部分２ｃの酸化領域８の、隙間２１０に面している部分の幅である。図示の例では、第３部分２ｃの第１領域６０の幅と第２領域６２の幅とは、同じである。図示はしないが、第１領域６０の幅と第２領域６２の幅とは、異なっていてもよい。
【００８３】
第４部分２ｄは、例えば、第１層２２０と、第２層２２１と、酸化層２２２と、第３層２２３と、第４層２２４と、を有している。
【００８４】
第１層２２０は、第１ミラー層２０上に配置されている。第１層２２０は、第３部分２ｃの第１領域６０と連続している。第１層２２０の材質は、第１領域６０と同じである。
【００８５】
第２層２２１は、第１層２２０上に配置されている。第２層２２１は、第３部分２ｃの活性層３０と連続している。第２層２２１の材質は、活性層３０と同じである。
【００８６】
酸化層２２２は、第２層２２１上に配置されている。酸化層２２２は、第３部分２ｃの電流狭窄層４２と連続している。酸化層２２２の材質は、電流狭窄層４２と同じである。
【００８７】
第３層２２３は、酸化層２２２上に配置されている。第３層２２３は、第３部分２ｃの第２領域６２と一部において連続している。第３層２２３の材質は、第２領域６２と同じである。
【００８８】
第４層２２４は、第３層２２３上に配置されている。第４層２２４は、第３部分２ｃのコンタクト層５０と離間されている。第４層２２４の材質は、コンタクト層５０と同じである。
【００８９】
第３部分２ｃの高さと、第４部分２ｄの高さとは、例えば、同じである。これにより、樹脂層７０の収縮によって生じる力の一部が第４部分２ｄにかかるので、樹脂層７０によって第３部分２ｃに生じる応力を低減させることができる。さらに、第３部分２ｃと第４部分２ｄを同じ工程で形成することができる。なお、第４部分２ｄは、第３部分２ｃより低くてもよい。これにより、樹脂層７０によって第３部分２ｃに生じる応力の均一性を高めることができる。
【００９０】
第２電極８２は、平面視において、第４部分２ｄと重なっていない。そのため、平面視において第２電極８２が第４部分２ｄと重なっている場合に比べて、第２電極８２が発熱したとしても該熱が樹脂層７０に伝わる領域を小さくすることができる。これにより、樹脂層７０によって第３部分２ｃに生じる応力を、より低減させることができる。
【００９１】
図１３に示す例では、第４部分２ｄは、２つ設けられている。２つの第４部分２ｄは、例えば、平面視において、開口部４３の中心Ｃを通りＹ軸に平行な仮想軸に関して、対称に設けられている。なお、第４部分２ｄの数、長さ、および幅は、特に限定されない。
【００９２】
第１部分２ａの中心Ｃから最も遠い部分と、中心Ｃと、の間の距離Ｌ１、および第２部分２ｂの中心Ｃから最も遠い部分と、中心Ｃと、の間の距離Ｌ２は、第４部分２ｄの中心Ｃから最も遠い部分と、中心Ｃと、の間の距離Ｌ４よりも大きい。そのため、第４部分２ｄを設けても、第１部分２ａおよび第２部分２ｂによって活性層３０に生じる応力の異方性を維持することができ、出射される光の偏光を保持することができる。
【００９３】
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、図面を参照しながら説明する。図１５は、第２実施形態に係る半導体レーザー２００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００９４】
以下、第２実施形態に係る半導体レーザー２００の製造方法において、上述した第１実施形態に係る半導体レーザー１００の製造方法の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
半導体レーザー２００の製造方法では、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を形成する際に、図１５に示すように、第４部分２ｄが形成される。パターニングは、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングによって行われる。
【００９６】
ここで、第３部分２ｃと第４部分２ｄとの隙間２１０の幅Ｗ４は、２μｍ以下と狭いため、第３部分２ｃと第４部分２ｄとの間には、エッチングガスが十分に供給されず、エッチングレートが遅い。そのため、被酸化層４２ａまで到達しない隙間２１０を形成するこ
とができる。このように、半導体レーザー２００の製造方法では、第４部分２ｄを形成するための工程を別途増やすことなく、第４部分２ｄを形成することができる。
【００９７】
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を投入して、電流狭窄層４２を形成する工程では、隙間２１０の幅Ｗ４は、２μｍ以下と狭いため、図１４に示すように、第３部分２ｃと第４部分２ｄとの間には、水分が十分に供給されない。そのため、第１側面２０２の隙間２１０に面する部分２０２ａは、第１側面２０２の隙間２１０に面しない部分に比べて、第２領域６２の幅が小さくなる。
【００９８】
２．３．  効果
半導体レーザー２００は、例えば、以下の効果を有する。
【００９９】
半導体レーザー２００では、積層体２は、第４部分２ｄを有し、第３部分２ｃの第１側面２０２と、第４部分２ｄの第２側面２０４と、の間には、隙間２１０が設けられ、第１側面２０２の隙間２１０に面した部分２０２ａにおいて、式（１）の関係を満たす。そのため、第３部分２ｃの酸化領域８によって第３部分２ｃに生じる応力を低減することができる。
【０１００】
半導体レーザー２００では、第４部分２ｄは、酸化層２２２を有し、電流狭窄層４２と酸化層２２２とは、連続している。そのため、被酸化層４２ａには第４部分２ｄの側面から水分が供給され、隙間２１０を設けても所望の形状の開口部４３を形成することができる。
【０１０１】
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１６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を模式的に示す図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。なお、便宜上、図１６では、積層体２および被覆層３１０以外の部材の図示を省略している。
【０１０２】
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１実施形態に係る半導体レーザー１００の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０３】
半導体レーザー３００は、図１６および図１７に示すように、被覆層３１０を含む点において、上述した半導体レーザー１００と異なる。
【０１０４】
被覆層３１０は、第３部分２ｃの側面の一部を覆っている。被覆層３１０は、図１６に示すように、第１部分２ａおよび第２部分２ｂを覆っていない。被覆層３１０は、図１７に示すように、電流狭窄層４２を覆っていない。図示の例では、被覆層３１０は、電流狭窄層４２の側面以外の第３部分２ｃの側面全面を覆っている。半導体レーザー３００では、第３部分２ｃの被覆層３１０に覆われている部分において、式（１）の関係を満たす。
【０１０５】
被覆層３１０は、例えば、酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層などである。被覆層３１０は、第１ミラー層２０および第２ミラー層４０よりも酸素の透過性が低い。被覆層３１０は、第３部分２ｃを、例えば３５０℃に加熱したチャンバーに投入し、窒素ガスを流すことによって形成される不働態であってもよい。
【０１０６】
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、図面を参照しながら説明する。図１８は、第３実施形態に係る半導体レーザー３００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【０１０７】
以下、第３実施形態に係る半導体レーザー３００の製造方法において、上述した第１実施形態に係る半導体レーザー１００の製造方法の例と異なる点について説明し、同様の点については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
半導体レーザー３００の製造方法では、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を形成した後、図１８に示すように、第３部分２ｃの側面の一部に被覆層３１０を形成する。被覆層３１０は、被酸化層４２ａを覆わないように形成される。
【０１０９】
被覆層３１０は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによる成膜、およびフォトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングによって形成される。フォトリソグラフィーは、例えば、電子ビーム露光装置を用いて行われる。第３部分２ｃの側面は、基板１０の上面に対して傾斜しているため、所望の形状にパターニングし易い。
【０１１０】
次に、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を投入して、電流狭窄層４２を形成する工程では、被覆層３１０の酸素の透過性は低いため、図１７に示すように、被覆層３１０が設けられた部分では、第１ミラー層２０および第２ミラー層４０は、例えば、酸化されない。
【０１１１】
３．３．  効果
半導体レーザー３００は、例えば、以下の効果を有する。
【０１１２】
半導体レーザー３００では、第３部分２ｃの一部を覆う被覆層３１０を含み、第３部分２ｃの被覆層３１０に覆われている部分において、式（１）の関係を満たす。そのため、半導体レーザー３００では、第３部分２ｃの酸化領域８を除去する工程を設けなくても、式（１）を満たすことができる。
【０１１３】
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１９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。
【０１１４】
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、本発明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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
原子発振器４００は、図１９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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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２０は、クロック伝送システム９００を示す概略構成図である。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
クロック伝送システム９００は、図２０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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
６．  実施例および比較例
以下に、実施例および比較例を示して説明する。
【０１３９】
有限要素法によるシミュレーションにより、積層体の第３部分に生じる応力を計算した。図２１は、実施例１のシミュレーション結果を示す図である。図２２は、比較例１のシミュレーション結果を示す図である。
【０１４０】
実施例１では、図２１に示すように、第１部分および第２部分は、酸化領域Ｏを有し、第３部分は、酸化領域Ｏを有していない。比較例１では、図２２に示すように、第３部分は、酸化領域Ｏを有し、第１部分および第２部分は、酸化領域Ｏを有していない。シミュレーションでは、酸化領域Ｏの幅を１μｍとし、積層体の厚さを３μｍとした。図２１および図２２では、色が濃い部分ほど大きな応力が生じていることを示しており、最も応力が強かった部分を「１．０」として黒色で示している。
【０１４１】
図２１および図２２に示すように、実施例１の第３部分の中心は、比較例１の第３部分の中心よりも大きな応力が生じた。これにより、第３部分が酸化領域Ｏを有していなくても、第３部分の中心には応力が生じることがわかった。
【０１４２】
図２３は、図２１のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線断面における応力を示すグラフである。図２３において、横軸は、第３部分の中心からの位置を示し、中心を「０」としている。縦軸は、得られた応力のうちの最大値を「１．０」として規格化した応力である。図２３において、実線は、図２１に示す実施例１の結果である。破線は、第１部分、第２部分、および第３部分が幅１μｍの酸化領域Ｏを有している比較例２の結果である。
【０１４３】
図２３に示すように、実施例１の第３部分の中心では、比較例２と応力が同程度であった。また、中心から離れた位置では、比較例２に比べて応力が小さかった。図２３より、実施例１では、第３部分の中心では偏光に必要な応力を確保しつつ、中心から離れた位置では欠陥の原因となる応力を低減できていることがわかった。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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】
【０１４６】
２…積層体、２ａ…第１部分、２ｂ…第２部分、２ｃ…第３部分、２ｄ…第４部分、３ａ，３ｂ…部分、４…層、６…第１酸化層、８…酸化領域、１０…基板、１２…側面、１４…層、１６…第２酸化層、２０…第１ミラー層、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、１００，１１０，１２０，１３０，２００…半導体レーザー、２０２…第１側面、２０２ａ…部分、２０４…第２側面、２１０…隙間、２２０…第１層、２２１…第２層、２２２…酸化層、２２３…第３層、２２４…第４層、３００…半導体レーザー、３１０…被覆層、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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【図２２】
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【図２３】
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