(57)【要約】  【課題】  新規な構造の半導体レーザを用いることによって、精度よく簡単に回転を検出できる半導体レーザジャイロを提供する。  【解決手段】  第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザ１０と、回転検出用の光検出器７２と、波長モニタ用のフォトダイオード７７と、ファブリペローエタロン７６と、波長制御手段とを備える。半導体レーザ１０は、対向する第１および第２の端面を備える活性層を含む。第１のレーザ光は、上記活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光（Ｌ１）の一部が第１の端面から出射されたレーザ光であり、上記第２のレーザ光は、上記経路上をレーザ光（Ｌ１）とは逆の方向に周回するレーザ光（Ｌ２）の一部が第１の端面から出射されたレーザ光である。第２の端面から出射されるレーザ光を、ファブリペローエタロン７６を介してフォトダイオード７７でモニタし、その出力に基づいて波長制御手段でレーザ光の波長を安定化する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置され第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザと、回転検出用の第１の光検出器と、波長モニタ用の第２の光検出器と、ファブリペローエタロンと、前記第１および第２のレーザ光の波長を制御する波長制御手段とを備える半導体レーザジャイロであって、
前記第１の光検出器は、前記第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されており、
前記半導体レーザは、対向する第１および第２の端面を備える活性層を含み、
前記第１のレーザ光は、前記活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光（Ｌ１）の一部が前記第１の端面から出射されたレーザ光であり、
前記第２のレーザ光は、前記経路上を前記レーザ光（Ｌ１）とは逆の方向に周回するレーザ光（Ｌ２）の一部が前記第１の端面から出射されたレーザ光であり、
前記第２の端面から出射される、前記レーザ光（Ｌ１）および前記レーザ光（Ｌ２）から選ばれる少なくとも１つのレーザ光を、前記ファブリペローエタロンを介して前記第２の光検出器でモニタし、前記第２の光検出器の出力に基づいて前記波長制御手段で前記第１および第２のレーザ光の波長を安定化する半導体レーザジャイロ。
【請求項２】
前記第２の端面から出射される前記少なくとも１つのレーザ光の光量をモニタするための第３の光検出器をさらに備え、
前記第２の光検出器の出力と前記第３の光検出器の出力とに基づいて前記波長制御手段で前記第１および第２のレーザ光の波長を安定化する、請求項１に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項３】
前記第１および第２の端面は、それぞれ、外側に凸の曲面である請求項１または２に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項４】
前記第１の光検出器が複数の受光素子を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項５】
前記基板の上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、前記第１および第２の層を前記第２の層側に曲げることによって形成された２つの起立部とをさらに含み、
前記積層部および前記起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、
前記複数の層における格子定数の差によって生じた力によって前記第１および第２の層が曲げられて前記起立部が形成されており、
前記ファブリペローエタロンが前記２つの起立部によって形成されている請求項１または２に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項６】
前記第２の端面と前記ファブリペローエタロンとの間の光路上にレンズを備える請求項１または２に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項７】
前記基板の上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、前記第１および第２の層を前記第２の層側に曲げることによって形成された起立部とをさらに含み、
前記積層部および前記起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、
前記複数の層における格子定数の差によって生じた力によって前記第１および第２の層が曲げられて前記起立部が形成されており、
前記レンズが前記起立部に形成されている請求項６に記載の半導体レーザジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを用いたジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転する物体の角速度を検出するためのジャイロの中でも、光ジャイロは精度が高いという特徴を有する。光ジャイロでは、環状の光路を互いに逆方向に進む２つのレーザ光の周波数差を用いて角速度の検出を行う。このような光ジャイロとして、希ガスレーザを用いた光ジャイロが提案されている（たとえば特許文献１参照）。これらの光ジャイロでは、同じ経路を互いに逆方向に周回するレーザ光を取り出して干渉縞を形成させる。これらの光ジャイロの一般的な構成を図１７に示す。図１７の光ジャイロにおいて、干渉縞は、以下の式（１）で表される。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
ここで、Ｉ0はレーザ光の光強度であり、λはレーザ光の波長である。また、εは図１７に示す角度であり、χは図１７に示すＸ方向の座標である。Δωは、ジャイロが回転したときの時計回りのモードと反時計回りのモードとの周波数差であり、ｔは時刻である。Δωはジャイロの回転の角速度Ωと比例関係にある。すなわち、Δω＝４ＡΩ／（Ｌλ）である。ここで、Ａはリング形状の囲む面積であり、Ｌは光路長である。φは、２つのレーザ光の初期の位相差を示す。このジャイロでは、干渉縞の移動速度および移動方向を検出することによって、ジャイロの回転速度および回転方向が検出される。しかし、希ガスレーザを用いた光ジャイロは、駆動に高電圧が必要で消費電力が大きいという課題、および、装置が大きく熱に弱いという課題を有していた。
【０００５】
このような課題を解決するジャイロとして、環状（三角環状や四角環状）の導波路を備える半導体リングレーザを用いたジャイロが提案されている（たとえば特許文献２参照）。このジャイロで用いられている半導体レーザは、ほぼ一定の幅の環状の導波路を備える。そして、その環状の導波路を互いに反対方向に周回する２つのレーザ光を外部に取り出して、その干渉縞を検出する。しかしながら、細い導波路を用いて閉じこめられたレーザ光は、導波路の外部に出射する際に大きく広がってしまうため、実際に干渉縞を精度よく検出することは困難である。そのため、半導体レーザを用いるジャイロでは、半導体レーザの２つの電極間の電圧変化から、２つのレーザ光の周波数差に対応するビート周波数を検出するジャイロ（たとえば特許文献３参照）や、共振器の端面からしみだしたエバネッセント光を用いてビート周波数を検出するジャイロ（たとえば特許文献４参照）が一般的である。
【特許文献１】特開平１１−３５１８８１号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０８３１号公報
【特許文献３】特開平４−１７４３１７号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ビート周波数を検出するジャイロでは、回転方向の検出に特別な装置が必要となる。
【０００７】
また、半導体レーザジャイロでは、経時変化や温度変化などによって半導体レーザから出射される光の周波数が変化すると、検出される角速度が変化するという問題があった。たとえば、半導体レーザの発振波長を８５０ｎｍとし、１８０°／秒の回転を検出することを考えると、波長が１ｎｍずれると検出される角速度が０．２１°／秒ずれる。このような検出誤差を抑制するため、半導体レーザから出射されるレーザ光の波長を安定化する必要があった。
【０００８】
このような状況に鑑み、本発明は、新規な構造の半導体レーザを用いることによって、半導体レーザを用いた従来のジャイロよりも精度よく簡単に回転を検出できる半導体レーザジャイロを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、特別な構造の半導体レーザによって特別なレーザ光を励起できることを見出した。この半導体レーザでは、菱形の経路を互いに逆方向に進む２つのレーザ光が励起される。この２つのレーザ光は、それぞれよくコリメートされた状態で半導体レーザから外部に出射され、明瞭な干渉縞を形成する。本発明は、この新たな知見に基づくものである。
【００１０】
本発明の半導体レーザジャイロは、基板と、前記基板上に配置され第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザと、回転検出用の第１の光検出器と、波長モニタ用の第２の光検出器と、ファブリペローエタロンと、前記第１および第２のレーザ光の波長を制御する波長制御手段とを備える半導体レーザジャイロであって、前記第１の光検出器は、前記第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されており、前記半導体レーザは、対向する第１および第２の端面を備える活性層を含み、前記第１のレーザ光は、前記活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光（Ｌ１）の一部が前記第１の端面から出射されたレーザ光であり、前記第２のレーザ光は、前記経路上を前記レーザ光（Ｌ１）とは逆の方向に周回するレーザ光（Ｌ２）の一部が前記第１の端面から出射されたレーザ光であり、前記第２の端面から出射される、前記レーザ光（Ｌ１）および前記レーザ光（Ｌ２）から選ばれる少なくとも１つのレーザ光を、前記ファブリペローエタロンを介して前記第２の光検出器でモニタし、前記第２の光検出器の出力に基づいて前記波長制御手段で前記第１および第２のレーザ光の波長を安定化する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度で小型の半導体レーザジャイロを実現できる。本発明のジャイロでは、特別な構造の半導体レーザを用いており、この半導体レーザからは、環状の経路を互いに逆方向に進行する２つのレーザ光が、よくコリメートされた状態で出射される。また、この半導体レーザでは、出射端面におけるレーザ光の劣化が小さい。そのため、２つのレーザ光によって明瞭な干渉縞が形成され、精度よく回転速度（角速度）を検出できる。また、本発明のジャイロによれば、２つ以上の受光素子で干渉縞の移動を観測することによって、回転速度および回転方向を簡単に算出できる。これらの検出には、希ガスレーザを用いた従来の光ジャイロで用いられている回路と類似の回路を適用できるため、本発明のジャイロは様々な機器への応用が容易である。
【００１２】
また、本発明の半導体レーザジャイロは、ファブリペローエタロンを用いて波長変化を検出し、検出された波長変化を打ち消すように制御して波長を安定化するため、より高精度に回転を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する半導体レーザジャイロ（半導体レーザジャイロ素子）は本発明の一例であり、本発明は以下の説明に限定されない。また、以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【００１４】
本発明の半導体レーザジャイロは、基板と、基板上に配置され第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザと、回転検出用の第１の光検出器と、波長モニタ用の第２の光検出器と、ファブリペローエタロンと、前記第１および第２のレーザ光の波長を制御する波長制御手段とを備える。第１の光検出器は、第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されている。半導体レーザは、対向する第１および第２の端面を備える活性層を含む。第１のレーザ光は、活性層内において菱形の経路上を周回するレーザ光（Ｌ１）の一部が第１の端面から出射されたレーザ光であり、第２のレーザ光は、上記経路上をレーザ光（Ｌ１）とは逆の方向に周回するレーザ光（Ｌ２）の一部が第１の端面から出射されたレーザ光である。第２の端面から出射される、レーザ光（Ｌ１）およびレーザ光（Ｌ２）から選ばれる少なくとも１つのレーザ光を、ファブリペローエタロンを介して第２の光検出器でモニタし、第２の光検出器の出力に基づいて波長制御手段で第１および第２のレーザ光の波長を安定化する。
【００１５】
半導体レーザから出射されるレーザ光は、温度などによって波長が変化するが、本発明では、ファブリペローエタロンを用いて波長の変化を検出し、その結果に基づいて波長を安定化する。そのため、本発明のジャイロによれば、回転をより正確に検出できる。なお、波長の安定化は、活性層に注入する電流の大きさや、基板温度を制御することによってなされる。これらの安定化は、第１および第２のレーザ光の両方に同様の影響を与えるため、回転による第１および第２のレーザ光の周波数差の検出には悪影響を与えない。
【００１６】
波長制御手段は、第２の光検出器の出力に基づいて基板温度や注入電流を制御する装置を含む。そのような装置には、公知の装置を適用できる。たとえば、ペルチェ素子などを用いて基板温度を制御できる。
【００１７】
上記ジャイロは、第２の端面から出射される上記少なくとも１つのレーザ光の光量をモニタするための第３の光検出器をさらに備えてもよい。この場合、第２の光検出器の出力と第３の光検出器の出力とに基づいて波長制御手段で第１および第２のレーザ光の波長を安定化できる。
【００１８】
活性層の平面形状は、上記菱形の経路の角部が外縁部に位置するように上記菱形を内包する形状である。活性層に電流が注入されると光が発生するが、この光は、活性層の端面で反射されるとともに誘導放出を生じる。そして、活性層の平面形状に応じて、特定の経路を安定に周回するレーザ光（Ｌ１およびＬ２）が励起される。すなわち、活性層は共振器（キャビティー）として機能する。共振器として機能する活性層の端面は、発生した光が所定の形状の経路を周回するように形成される。菱形の経路を周回するレーザ光を励起するため、活性層には、経路（仮想の菱形）の４つの角部のそれぞれに対応する位置に端面（側面）が形成される。活性層およびそれを挟むように配置されるクラッド層は、通常、均一な層であり、上記経路に対応するような一定の幅の導波路は形成されていない。菱形の経路の形状は、活性層の形状によって変化させることができる。
【００１９】
（半導体レーザ）
まず、本発明のジャイロに用いられる半導体レーザについて説明する。
【００２０】
半導体レーザの活性層は、その平面形状が多角環状でないことが好ましい。三角環状や四角環状といった多角環状の細い導波路内に閉じこめられたレーザ光は、出射される際に広がるため、明瞭な干渉縞が形成されない。そのため、活性層の平面形状は実質的に多角環状でないことが好ましい。本発明で用いられる半導体レーザでは、活性層内にキャリアを注入することによって、２次元方向に広がる活性層を共振器とする特定のモードのレーザ光、具体的には活性層内を周回するレーザ光を得ることができる。このような活性層から出射されるレーザ光は、よくコリメートされており、そのレーザ光強度の半値幅を１０°以下（たとえば５°以下）とすることが可能である。なお、活性層の中央付近に貫通孔が形成されている場合でも、実質的に多角環状でない活性層、すなわちほぼ一定の幅の導波路が環状に形成されていない活性層であればよい。なお、この明細書において、「平面形状」とは、図３に示される形状、すなわち、半導体層の積層方向と垂直な方向の形状を意味する。
【００２１】
本発明で用いられる半導体レーザでは、上記菱形の経路の互いに対向する第１の角部と第２の角部とは、それぞれ、第１の端面および第２の端面に配置されており、第１の角部と第２の角部とを結ぶ対角線は、第１および第２のレーザ光と非平行であることが好ましい。
【００２２】
本発明で用いられる半導体レーザは、活性層に電流を注入するための第１および第２の電極を備える。そして、第１および第２の電極から選ばれる少なくとも１つの電極と半導体レーザを構成する半導体層とが、上記菱形の経路に沿って接触することが好ましい。電流は、接触している領域を介して注入される。この構成によれば、活性層のうち上記菱形の経路の部分にキャリアを注入でき、菱形の経路上を周回する２つのレーザ光（Ｌ１およびＬ２）が容易に励起される。典型的な一例では、上記少なくとも１つの電極が、菱形の経路（菱形の経路）に実質的に対応するように半導体層と接触する。これらの場合、上記少なくとも１つの電極と半導体層とが環状に接触していてもよい。なお、この明細書において、「菱形の経路に実質的に対応するように」とは、菱形の経路に完全に対応する場合に加えて、菱形の経路の５０％以上（好ましくは、７０％以上でより好ましくは９０％以上）に対応する場合を含む。また、菱形の経路に対応する上記領域の面積は、活性層の平面形状の面積に対して通常５０％以下であり、たとえば３０％以下である。
【００２３】
第１および第２の電極から選ばれる少なくとも１つの電極は、利得が発生する電流を注入する第１の部分と、第１の部分よりも少ない電流を注入する第２の部分とを含んでもよい。第１の部分ではレーザ発振に必要な電流が注入される。第２の部分には、利得が発生しないように弱い電流を注入することによって、菱形の光路以外の方向に進行するレーザ光を減衰させることができる。
【００２４】
菱形の経路の第１〜第４の角部のそれぞれに対応するように、活性層の第１〜第４の端面が存在する。活性層は、レーザ光（Ｌ１）およびレーザ光（Ｌ２）が第３および第４の端面において全反射する条件を満たすことが好ましい。第３および第４の端面でレーザ光を全反射させることによって、レーザ発振の閾値を下げることができる。
【００２５】
レーザ光の波長や活性層の材質によって、菱形の経路の好ましい形状は異なるが、第１の角部と第２の角部との距離（菱形の長い方の対角線の長さ）と、第３の角部と第４の角部とを結ぶ距離（菱形の短い方の対角線の長さ）との比は、たとえば、６００：１９０〜６００：３０の範囲とされる。第１の端面はミラー面ではあるが、活性層内を周回するレーザ光の一部が外部に出射されるように、通常、ミラーコート処理などは行わない。なお、第１の端面には、レーザ光が外部に出射しやすいような処理をしてもよい。
【００２６】
活性層の第１の端面は、曲面であることが好ましい。特に、第１および第２の端面は、それぞれ、外側に凸の曲面であることが好ましい。この構成によれば、菱形の経路を周回するレーザ光を安定に発生させることができるとともに、第１および第２のレーザ光を第１の端面から安定に出射できる。外側に凸の２つの曲面は、それぞれ、菱形の経路の第１および第２の角部を結ぶ対角線上に中心を有する円柱の一部であることが好ましい。
【００２７】
上述した円柱の半径、すなわち、上記第１の端面の曲率半径Ｒ１および第２の端面の曲率半径Ｒ２は共に、第１の角部と第２の角部との間の距離Ｌの半分の近傍、または距離Ｌ以上であることが好ましい。Ｒ１およびＲ２の上限は特に限定はないが、たとえば距離Ｌの２倍以下である。
【００２８】
活性層は、菱形の経路を含む第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域とを含むことが好ましい。この場合、第１の領域の平面形状は、略長方形状であることが好ましく、より詳細には、長方形の短辺を外側に凸の曲面とした形状であることが好ましい。この構成では、第１の領域を共振器として菱形の光路を進むレーザ光が励起される。また、この構成によれば、菱形の経路以外の方向に進むレーザ光を第２の領域によって減衰させることができる。
【００２９】
上記第１の領域と第２の領域とによって構成される活性層の平面形状は略Ｈ字状（より詳細には、Ｈを横に伸ばした形状）であることが好ましい（図３参照）。この場合、第１の領域には、４つの第２の領域が隣接する。この場合、第１の角部と第２の角部とを結ぶ対角線に平行な方向における第２の領域の長さＬｓ（μｍ）と、第１の角部と第２の角部との距離Ｌ（μｍ）とが、Ｌ／４＜Ｌｓを満たすことが好ましい。また、第３の角部と第４の角部とを結ぶ対角線に平行な方向における第２の領域の長さＷｓ（図３参照）は、たとえば、第３の角部と第４の角部とを結ぶ距離Ｗの１〜３倍の範囲である。
【００３０】
本発明の半導体レーザを構成する半導体および積層構造に特に限定はなく、利用するレーザ光の波長などに応じて選択される。レーザ光（Ｌ１およびＬ２）の波長に特に限定はないが、波長が短い方が高い精度で回転の角速度を検出できる。好ましい波長は、１５５０ｎｍ以下であり、特に好ましくは９００ｎｍ以下である。半導体層の材料の一例としては、たとえば、III−Ｖ族化合物半導体が挙げられる。
【００３１】
以下、本発明で用いられる半導体レーザの好ましい一例について説明する。半導体レーザの一例の斜視図を図１に示し、図１の線Ｉ−Ｉにおける断面図を図２に示す。なお、本発明の説明に用いる図面は模式的なものであり、理解が容易なように各部の縮尺を変更している。
【００３２】
図１の半導体レーザ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された半導体層２０と、半導体層２０上に形成された絶縁層１２および第１の電極１３と、基板１１の裏面側の全面に形成された第２の電極１４とを備える。
【００３３】
図２を参照して、半導体層２０は、基板１１側から順に積層された、バッファ層２１、バッファ層２２、グレーデッド層２３、クラッド層２４、グレーデッド層２５、活性層２６、グレーデッド層２７、クラッド層２８およびキャップ層２９を含む。キャップ層２９の上には、パターニングされた絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２上には、第１の電極１３が形成されている。絶縁層１２には貫通孔が形成されているため、第１の電極１３とキャップ層２９とは、貫通孔が形成されている領域３１で接触する。
【００３４】
半導体レーザ１０の活性層２６を上方から見たときの平面形状を図３および図４に示す。図４には、第１の電極１３と半導体層２０（キャップ層２９）とが接触している領域３１の部分を斜線で示す。なお、半導体層２０は、活性層２６と同じ平面形状を有する。
【００３５】
図３を参照して、活性層２６は、菱形の経路３２を含む面状に形成された薄膜である。経路３２の第１から第４の角部３２ａ〜３２ｄのうち、第１および第２の角部３２ａおよび３２ｂは、第３および第４の角部３２ｃおよび３２ｄよりも角度が小さい。活性層２６は、角部３２ａ〜３２ｄを含むように配置された第１から第４の端面（ミラー面）２６ａ〜２６ｄを有する。第１の端面２６ａと第２の端面２６ｂとは互いに対向しており、それぞれ、外側に向かって凸の曲面である。第３および第４の端面２６ｃおよび２６ｄは、フラットな平面である。
【００３６】
活性層２６は、第１の領域２６ｆと、第１の領域に隣接する４つの第２の領域２６ｓとを備える。第１の領域２６ｆの平面形状は、長方形の短辺を外側に凸の曲面とした形状である。経路３２は、第１の領域２６ｆ内に形成される。第１の領域２６ｆと第２の領域２６ｓとによって構成される活性層２６は、略Ｈ字状の形状（より詳しくはＨの字を横に引き延ばした形状）をしている。
【００３７】
図４を参照して、第１の電極１３と半導体層２０とが接触している領域３１は、経路３２に対応するように、略菱形に形成される。領域３１が経路３２に完全に対応していないのは、絶縁層１２に貫通孔を形成する際に、製造工程上の制限があるためである。経路３２に完全に対応するように領域３１を公知の方法で菱形に形成することは可能であるが、製造工程が複雑になる。
【００３８】
第１の電極１３と第２の電極１４との間に電圧を印加して活性層２６にキャリアを注入すると、活性層２６で光が発せられる。この光は、グレーデッド層２５および２７によって閉じこめられるため、活性層２６内を移動する。そのような光の中で、経路３２上を進行する光は、端面２６ａ〜２６ｄによって反射されながら誘導放出を生じる。このため、経路３２を光路として周回するレーザ光Ｌ１が発生する。同様に、経路３２を光路としてレーザ光Ｌ１とは反対の方向に周回するレーザ光Ｌ２が発生する。レーザ光Ｌ１およびＬ２のうちの一部が、第１の端面２６ａの第１の角部３２ａから出射され、第１および第２のレーザ光３５および３６となる（図４参照）。
【００３９】
第１の角部３２ａと第２の角部３２ｂとの間の距離Ｌ（図３参照）は６００μｍであり、第３の角部３２ｃと第４の角部３２ｄとの間の距離Ｗは６０μｍである。半導体レーザ１０では、端面２６ｃおよび２６ｄにおいて、レーザ光（Ｌ１およびＬ２）が全反射する。
【００４０】
４つの第２の領域２６ｓは、第１の領域２６ｆで発生したレーザ光が端面２６ｃおよび２６ｄで多重反射されることによって発生するモードを抑制するために形成される。半導体レーザ１０では、第１の角部３２ａと第２の角部３２ｂとを結ぶ対角線３２ａｂに平行な方向における第２の領域２６ｓの長さＬｓ（図３参照）が１６０μｍである。一方、Ｌ／４は１５０μｍであり、Ｌ／４＜Ｌｓが満たされるため、上記モードが特に抑制される。また、第３の角部３２ｃと第４の角部３２ｄとを結ぶ対角線３２ｃｄの方向における第２の領域２６ｓの長さＷｓは７０μｍである。
【００４１】
端面２６ａおよび２６ｂの形状は、それぞれ、円柱の曲面の一部の形状である。具体的には、対角線３２ａｂ上であって活性層２６の表面と垂直に中心軸が配置された円柱の曲面の一部と同じ形状である。その円柱の半径、すなわち端面２６ａの曲率半径Ｒ１（図３参照）は６００μｍであり、端面２６ｂの曲率半径Ｒ２（図示せず）も同じく６００μｍである。活性層２６の平面形状は、対角線３２ａｂおよび対角線３２ｃｄに対して線対称の形状であり、端面２６ｂの平面形状は、第３の角部３２ｃと第４の角部３２ｄとを結ぶ対角線３２ｃｄに対して端面２６ａの平面形状と線対称である。ただし、それらは線対称の形状でなくともよい。
【００４２】
基板１１、半導体層２０、絶縁層１２、第１の電極１３および第２の電極１４の材料および膜厚について、表１に示す。表１において、一部の半導体層については、バンドギャップＥｇと、多数キャリアおよびその濃度についても示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
なお、第１の電極１３および第２の電極１４を構成する各層は、熱処理によって合金化されていてもよい。また、表１に示す構成は一例であり、半導体レーザに求められる特性に応じて適宜変更される。
【００４５】
バッファ層２１および２２、ならびにグレーデッド層２３は、品質が高いIII−Ｖ族化合物半導体結晶を得るために形成される。
【００４６】
グレーデッド層２３のアルミニウムの組成比Ｘは、バッファ層２２側からクラッド層２４側に向かって徐々に増加する。具体的には、組成比Ｘは、バッファ層２２との界面では０．２であり、クラッド層２４との界面では０．５である。
【００４７】
グレーデッド層２５において、ドーパントであるＳｉの濃度はクラッド層２４側から活性層２６側に向かって徐々に減少する。具体的には、クラッド層２４との界面では約１×１０18ｃｍ-3であり、活性層２６との界面では約１×１０17ｃｍ-3である。また、グレーデッド層２５のアルミニウムの組成比Ｘも、クラッド層２４側から活性層２６側に向かって放物線状に減少する。具体的には、組成比Ｘは、クラッド層２４との界面では０．５であり、活性層２６との界面では０．２である。
【００４８】
グレーデッド層２７において、ドーパントであるＢｅの濃度は活性層２６側からクラッド層２８側に向かって徐々に増加する。具体的には、活性層２６との界面では約１×１０17ｃｍ-3であり、クラッド層２８との界面では約１×１０18ｃｍ-3である。また、グレーデッド層２７のＡｌの組成比Ｘも、活性層２６側からクラッド層２８側に向かって放物線状に増加する。具体的には、組成比Ｘは、活性層２６との界面では０．２であり、クラッド層２８との界面では０．５である。
【００４９】
半導体層２０のバンドギャッププロファイルを図５に模式的に示す。グレーデッド層２５のバンドギャップは、クラッド層２４から活性層２６側に向かって２．０ｅＶから１．７ｅＶまで放物線状に減少する。グレーデッド層２７のバンドギャップは、活性層２６からクラッド層２８側に向かって１．７ｅＶから２．０ｅＶまで放物線状に増加する。
【００５０】
半導体レーザ１０は、いわゆる単一量子井戸形のレーザであり、２つの電極から注入されたキャリアは活性層２６に閉じこめられて低い閾値電流でレーザ発振が開始される。なお、活性層２６は、多重量子井戸形などの他の形態であってもよい。
【００５１】
クラッド層２４〜クラッド層２８までの屈折率の変化を図６に模式的に示す。クラッド層２４、グレーデッド層２５、グレーデッド層２７およびクラッド層２８は、活性層２６内に光を閉じこめるために活性層２６よりも屈折率が低い材料からなる。活性層２６の屈折率が最も高いため、活性層２６で発生した光は、活性層２６およびその近傍に閉じこめられる。
【００５２】
なお、半導体レーザ１０の第１の電極１３は、利得が発生する電流を注入する第１の部分と、第１の部分よりも少ない電流を注入する第２の部分とを含んでもよい。
【００５３】
半導体レーザ１０では、注入される電流が閾値電流を超えるとシングルモードの発振を開始する。そして、注入される電流が閾値電流からさらに増加するに従って、発振のモードが、シングルモード、ツインモード、ロッキングモードという順で変化する。シングルモードでは、図４に示すように、第１および第２のレーザ光３５および３６が出射される。ツインモードでは、２つのレーザ光が周期的に交互に出射される。ロッキングモードでは、２つのレーザ光のうちの１つのレーザ光のみが出射される。したがって、本発明では、通常、半導体レーザ１０をシングルモードで動作させる。具体的には、たとえば、第１の電極１３と第４の電極１４との間に、２００ｍＡの電流を流すことによって、レーザを発振させればよい。なお、本発明のジャイロでは、注入する電流によって発振のモードを変更できることを利用して、特別な機能を付与してもよい。
【００５４】
（半導体レーザジャイロ）
本発明のジャイロは、第１および第２のレーザで干渉縞が形成される位置に配置された第１の光検出器と、ファブリペローエタロンを通過したレーザ光の光量を測定するための第２の光検出器とを備える。第１の光検出器は、干渉縞の移動を検出できるものであれば特に限定がなく、通常は、フォトダイオードやフォトトランジスタといった半導体受光素子が用いられる。第１の光検出器は、干渉縞の光量の強弱に応じた信号を出力する。干渉縞が移動すると、第１の光検出器に入力される光量が周期的に変化するため、干渉縞の移動速度を算出できる。第２の光検出器も、フォトダイオードやフォトトランジスタといった公知の半導体素子を適用できる。なお、導波路型のフォトダイオードを用いてもよい。
【００５５】
第１の光検出器は、複数の受光素子を備えてもよい。２つ以上の受光素子を干渉縞の移動方向に配置することによって、干渉縞の移動速度に加えて干渉縞の移動方向を検出することができる。干渉縞の移動速度と移動方向とを検出することによって、半導体レーザジャイロの回転方向と回転速度とを算出できる。
【００５６】
本発明のジャイロでは、上記半導体レーザと第１の光検出器（受光素子）とが、モノリシックに形成されていてもよい。この場合、半導体レーザと第１の光検出器（たとえばフォトダイオード）とが同じ積層構造を有してもよい。この構成では、半導体レーザと第１の光検出器とを、半導体素子を製造する一連のプロセスで同時に形成できる。そのため、製造が容易であると共に、半導体レーザと光検出器とを正確な配置に形成できる。
【００５７】
本発明の半導体レーザジャイロでは、活性層の第２の端面から出射されるレーザ光（Ｌ１）およびレーザ光（Ｌ２）から選ばれる少なくとも１つのレーザ光が、ファブリペローエタロンを通過したのち、第２の光検出器でモニタされる。ファブリペローエタロンは、波長の変化に対して透過率が周期的に変化する素子である。ファブリペローエタロンには、公知のファブリペローエタロンを用いることができ、本発明で用いられるレーザ光の波長付近で透過率が急激に変化するエタロンを選択することが好ましい。
【００５８】
本発明の半導体レーザジャイロは、基板の上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、第１および第２の層を第２の層側に曲げることによって形成された２つの起立部とをさらに含んでもよい。この場合、積層部および起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、その複数の層における格子定数の差によって生じた力によって第１および第２の層が曲げられて起立部が形成されている。そして、ファブリペローエタロンが、２つの起立部によって形成されていてもよい。
【００５９】
本発明の半導体レーザジャイロは、第２の端面とファブリペローエタロンとの間の光路上にレンズを備えてもよい。レンズは、第２の端面から出射されたレーザ光をほぼ平行光とするために配置される。この場合、ジャイロは、基板の上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、第１および第２の層を第２の層側に曲げることによって形成された起立部とをさらに含んでもよい。そして、積層部および起立部は、それぞれ、互いに格子定数が異なる複数の層を含み、その複数の層における格子定数の差によって生じた力によって第１および第２の層が曲げられて起立部が形成されており、レンズが起立部に形成されていてもよい。起立部には、フレネルレンズを形成できる。
【００６０】
本発明のジャイロは、第１および第２のレーザ光を重ね合わせるためのレンズ（たとえば球面レンズ）やプリズムをさらに備えてもよい。これらのレンズやプリズムは、半導体レーザが形成されている基板上に配置されてもよいし、基板外に配置されてもよい。
【００６１】
図４を参照しながら、サニャック効果（ｓａｇｎａｃ効果）を用いる本発明の半導体レーザジャイロの原理を簡単に説明する。半導体レーザ１０が回転すると、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とでは、経路３２の光路を一周するのに要する時間が変化する。光の速度は一定であるため、半導体レーザ１０が回転すると、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との間で周波数差が生じ、その周波数差に応じた速度で干渉縞が移動する。干渉縞の移動方向は、半導体レーザ１０の回転方向に応じて変化する。このため、干渉縞の移動速度を測定することによって、半導体レーザ１０の回転速度（角速度）を算出でき、干渉縞の移動方向を検出することによって半導体レーザの回転方向を検出できる。より具体的には、活性層２６の表面と平行な面内における回転方向と回転速度とを算出できる。上述したように、このような光ジャイロの原理は公知の原理であり、希ガスレーザを用いた光ジャイロなどで利用されている。したがって、本発明の半導体レーザジャイロは、公知の駆動回路で駆動でき、ジャイロによって得られた情報は公知の方法で処理できる。なお、本発明の半導体レーザジャイロを３つ組み合わせることによって、全方向における回転方向と回転速度とを算出することが可能である。
【００６２】
以下、本発明の半導体レーザジャイロについて、例を挙げて説明する。
【００６３】
（実施形態１）
実施形態１のジャイロ７０ａの上面図を図７に示す。ジャイロ７０ａは、上述した半導体レーザ１０と、プリズム７１と、回転検出用の光検出器７２と、レンズ７３と、ハーフミラー７４と、パワーモニタ用のフォトダイオード７５と、ファブリペローエタロン７６と、波長モニタ用のフォトダイオード７７とを備える。これらの光学素子およびフォトダイオードなどの光検出器には、公知のものを適用できる。半導体レーザ１０と、それ以外の光学素子および半導体素子とは、同じ基板上に配置されてもよいし、異なる基板上に配置されてもよい。
【００６４】
半導体レーザ１０と、プリズム７１と、光検出器７２と、半導体レーザ１０の第１の端面から出射される２つのレーザ光との関係を、図８に模式的に示す。半導体レーザ１０から出射された２つのレーザ光は、プリズム７１で重ね合わされて干渉縞を生じる。干渉縞の移動は、光検出器７２の２つのフォトダイオード７２ａおよび７２ｂによって観測される。干渉縞は、ジャイロ７０ａの回転速度に応じた速度で矢印の方向に移動する。干渉縞の移動方向は、ジャイロ７０ａの回転方向に対応して変化する。
【００６５】
プリズム７１の形状は、入射する２つのレーザ光の角度や間隔、および光検出器７２との距離などの条件に応じて決定される。干渉縞の周期長を長くするために、プリズム７１の断面形状である三角形の最も大きい角は９０°（０．５πラジアン）よりも僅かに大きいことが好ましい。その角の角度を（０．５π＋ε）ラジアンとすると、εは、０．５ラジアン以下であることが好ましい。
【００６６】
図７に示すように、半導体レーザ１０の第２の端面から出射されるレーザ光は、レンズ７３によって略平行光とされ、ハーフミラー７４に入射する。ハーフミラー７４を透過したレーザ光の強度は、パワーモニタ用のフォトダイオード７５で測定される。一方、ハーフミラー７４で反射されたレーザ光は、ファブリペローエタロン７６を通過したのち、フォトダイオード７７で強度が測定される。
【００６７】
ファブリペローエタロン７６は、図９のように、透過率の波長依存性を示す。ファブリペローエタロン７６には、半導体レーザ１０から出射されるレーザ光の典型的な波長９１の近傍において波長に対する透過率の変化が大きいエタロンが選択される。たとえば、レーザ光の波長が８５０ｎｍ近傍である場合には、屈折率が１．４６で光軸方向における長さが２００ｎｍである水晶体を用いることができる。このエタロンにおいて、透過率のピーク間の波長間隔は、波長が８５０ｎｍの近傍において約１．２４ｎｍである。
【００６８】
半導体レーザ１０の波長が典型的な波長９１から波長９２や波長９３にずれると、ファブリペローエタロンを通過するレーザ光７６の強度が大きく変化し、フォトダイオード７７の出力がそれに対応して増減する。一方、半導体レーザ１０の第２の端面から出射されるレーザ光の強度も、温度や経時劣化などによって変化し、フォトダイオード７７の出力に影響を与える。そのため、第２の端面から出射されるレーザ光の強度の変化をフォトダイオード７５で検知し、フォトダイオード７５の出力に対するフォトダイオード７７の出力の割合の変化に基づいて、半導体レーザ１０から出射されるレーザ光の波長変化を検出する。そして、検出された波長変化に基づいて、その波長変化を打ち消すように制御を行う。具体的には、たとえば、基板温度または注入電流を変化させて波長を制御する。このようにして、半導体レーザ１０から出射されるレーザ光の波長を安定化できる。
【００６９】
なお、ジャイロが回転したときには、半導体レーザ１０内の菱形の経路を周回するレーザ光の波長も変化するが、その変化は、ファブリペローエタロンを用いて検出しようとする周波数の変化、すなわち、温度や注入電流の変化などによる周波数の変化に比べて十分に小さい。
【００７０】
（実施形態２）
実施形態２では、半導体レーザ１０と同じ基板上に、波長モニタ用の光学素子および光検出器を形成した一例について説明する。実施形態２のジャイロ７０ｂを図１０に示す。このジャイロは、波長モニタ用の光学素子の形成方法のみが実施形態１とは異なるため、重複する説明を省略する。
【００７１】
ジャイロ７０ｂは、半導体レーザ１０と、プリズム７１と、回転検出用の光検出器７２と、フレネルレンズ８１と、ハーフミラー８２と、パワーモニタ用のフォトダイオード７５と、ファブリペローエタロン８３と、波長モニタ用のフォトダイオード７７とを備える。ファブリペローエタロン８３は、２つのハーフミラー８３ａおよび８３ｂを一定の間隔で配置したエアーギャップタイプのエタロンである。なお、フレネルレンズ８１の表面で反射された光が半導体レーザ１０に入射することを防止するため、フレネルレンズ８１は、光軸に対して少し傾けて配置することが好ましい。
【００７２】
ジャイロ７０ｂは、基板上に形成された複数の層を備える。そして、それらの層の一部が折り曲げられることによって、基板から立ち上がった起立部が形成されている。そして、レンズ８１、ハーフミラー８２、８３ａおよび８３ｂは、起立部に形成されている。
【００７３】
起立部を形成する部分では、図１１に示すように、基板１１側から順に配置された、バッファ層１１１、層（犠牲層）１１２、ヒンジ層（積層部）１１３、エッチストップ層１１４、補償層１１５および機能層１１６を含む多層膜が形成される。ヒンジ層１１３は、基板１１側から順に配置された第１の層１１３ａおよび第２の層１１３ｂを含む。
【００７４】
基板１１は、半導体レーザ１０の説明で述べた基板である。バッファ層１１１は、その上に形成される層の結晶性を高めるために形成される層であり、上述したバッファ層２１および２２を適用できる。
【００７５】
層１１２は、起立部（図１４（ａ）参照）を形成するためにその一部が選択的に除去される層である。そのため、層１１２は、選択的に除去可能な材料で形成される。
【００７６】
ヒンジ層１１３は、複数の半導体層の格子定数の差によって半導体層を折り曲げるための層である。そのため、第１の層１１３ａは、第２の層１１３ｂを構成する半導体よりも格子定数が大きい半導体で形成される。たとえば、ＩｎＧａＡｓからなる第１の層１１３ａと、ＧａＡｓからなる第２の層１１３ｂとを用いることができる。これらの半導体層の組成比、厚さおよび折れ曲がり部の長さを変化させることによって、ヒンジ層１１３が折れ曲がる角度を調節することができる。
【００７７】
たとえば、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓからなる第１の層１１３ａと、ＧａＡｓからなる第２の層１１３ｂとを用いて折れ曲がり部を形成したときの折れ曲がり部の曲率半径Ｒは、通常、以下の式で表される。
Ｒ＝（ａ／Δａ）・｛（ｔ１＋ｔ２）／２｝
ここで、ａは第２の層１１３ｂ（ＧａＡｓ層）の格子定数である。また、Δａは、第１の層１１３ａ（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層）の格子定数と第２の層１１３ｂ（ＧａＡｓ層）の格子定数との差である。また、ｔ１は第１の層１１３ａの厚さ（単位：オングストローム）であり、ｔ２は第２の層１１３ｂの厚さ（単位：オングストローム）である。
【００７８】
なお、ヒンジ層は、３層以上の層で構成されていてもよい。たとえば、格子定数が大きい層Ａと格子定数が小さい層Ｂとを、厚い層Ａ／層Ｂ／薄い層Ａというように積層させると、厚い層Ａが層Ｂに及ぼす応力の方が薄い層Ａが層Ｂに及ぼす応力よりも大きいため、トータルでは薄い層Ａ側に曲がろうとする応力が発生する。同様に、厚い層Ｂ／層Ａ／薄い層Ｂという積層膜では、トータルでは厚い層Ｂ側に曲がろうとする応力が発生する。このような関係を利用して、積層された複数の層を所定の方向に折り曲げることができる。
【００７９】
機能層１１６は、光学素子としての機能を発揮する層である。フレネルレンズを形成する場合、機能層１１６をエッチングすることによってレンズを形成する。ハーフミラーを形成する場合、機能層１１６でハーフミラーを構成するか、またはハーフミラーとして機能する層を、補償層１１５の上にさらに形成する。補償層１１５は、ヒンジ層１１３によって生じる応力を打ち消すための層である。なお、ヒンジ層１１３による変形を機能層１１６によって防止できる場合には、補償層１１５を省略できる。
【００８０】
以下、フレネルレンズ８１を含む起立部を形成する方法について図１２を参照しながら説明する。図１２（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）は上面図である。また、図１２（ａ）、（ｃ）および（ｅ）は、それぞれ、図１２（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）の断面図である。
【００８１】
まず、図１２（ａ）に示すように、基板１１上に、バッファ層１１１、層１１２、第１の層１１３ａ、第２の層１１３ｂ、エッチストップ層１１４、補償層１１５および機能層１１６を形成する。これらの層は、公知の方法、たとえば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成できる。なお、図２の多層膜の一部をバッファ層２２の表面までエッチングしたのち、バッファ層２２の上に、層１１２〜機能層１１６を積層してもよい。
【００８２】
フレネルレンズ８１を形成する場合、機能層１１６はたとえば、アクリル樹脂、ポリカーボネイトまたはフォトレジストなどで形成できる。機能層１１６には、フレネルレンズ８１のパターンが形成される。フレネルレンズのパターンの一例について、図１３（ａ）に平面図を示し、図１３（ｂ）に断面図を示す。このようなパターンは、フレネルレンズを形成する斜面に対応するように、階段状のステップを多数形成することによって形成できる。そのような階段状のステップは、フォトリソグラフィーとエッチングとを繰り返すことによって形成できる。なお、レーザ光入射時の反射損失を低減するため、フレネルレンズの表面に反射防止膜を形成してもよい。
【００８３】
次に、図１２（ｃ）および（ｄ）に示すように、第２の層１１３ｂの表面に到達する溝１２１と、層１１２に到達する溝１２２と、基板１１の表面よりも深い溝１２３とを形成する。これらは、各層の材料に応じて公知のエッチング法で形成できる。溝１２１は、互いに直交するように配置された２つの溝部１２１ａおよび１２１ｂを含む。これらの溝は、折り曲げ部となる部分に形成される。溝１２２は、起立部を形成する際に、基板１１上の多層膜から切り離される部分に形成される。溝１２３は、断面が略Ｖ字状の溝である。溝１２３は、フレネルレンズが配置される位置に形成される。
【００８４】
次に、図１２（ｅ）および（ｆ）に示すように、溝部１２１ａと溝１２２と溝１２３とによって囲まれた部分の下方に位置する層１１２をウェットエッチングで選択的に除去する。ウェットエッチングのエッチング液としては、たとえば、フッ酸を用いることができる。
【００８５】
層１１２が除去されると、溝部１２１ａの部分（第１の折れ曲がり部）には、ＩｎＧａＡｓからなる第１の層１１３ａと、ＧａＡｓからなる第２の層１１３ｂのみが存在する。ＧａＡｓよりもＩｎＧａＡｓの方が格子定数が大きいため、溝部１２１ａの部分では、第１の層１１３ａおよび第２の層１１３ｂが、第２の層１１３ｂ側に折れ曲がり、第１の折れ曲がり部１４１（図１４（ａ）参照）が形成される。これによって、多層膜（第１の層１１３ａ〜機能層１１６）の一部が基板１１から立ち上がり、起立部が形成される。同様に、溝部１２１ｂの部分でも、第１の層１１３ａおよび第２の層１１３ｂが、第２の層１１３ｂ側に折れ曲がり、第２の折れ曲がり部１４２（図１４（ａ）参照）が形成される。
【００８６】
図１４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、起立部１４０の構造を模式的に示す斜視図および断面図である。２つの折れ曲がり部１４１および１４２でヒンジ層がほぼ直角に折れ曲がることによって、起立部１４０は、互いに直交するように配置された第１の平面部１４０ａと第２の平面部１４０ｂとを含む。第２の平面部１４０ｂの一部は、溝１２３に嵌め込まれ、第２の平面部１４０ｂは、基板１１の表面に対してほぼ垂直に立ち上がっている。この方法では、第２の平面部１４０ｂの一部を溝１２３に埋め込むことによって、起立部１４０の配置が容易である。さらに、この方法では、基板１１の表面近傍にフレネルレンズを配置できる。これによって、基板１１の表面近くを移動するレーザ光の集光が可能になる。
【００８７】
ハーフミラーを形成する場合、機能層１１６は、たとえば、フレネルレンズと同じ材料の層と半導体層とを組み合わせることによって形成できる。フレネルレンズとは異なり、これらのミラーの表面は平坦である。ファブリペローエタロンを形成する場合、ハーフミラーとして機能する起立部を２つ、所定の距離だけ離して形成すればよい。
【００８８】
これらの光学素子は、図１４に示したように、一部が溝に嵌め込まれている起立部に形成できる。ただし、起立部に形成する必要がない光学素子については、起立部に形成しなくてもよい。
【００８９】
なお、フレネルレンズ８１の代わりに凹面鏡（フレネルミラー）を用いてレーザ光を集光してもよい。フレネルミラーを用いたジャイロの一例を図１５に示す。図１５のジャイロ７０ｃは、半導体レーザ１０と、プリズム７１と、回転検出用の光検出器７２と、フレネルミラー１５１と、ハーフミラー８２と、パワーモニタ用のフォトダイオード７５と、ファブリペローエタロン８３と、波長モニタ用のフォトダイオード７７とを備える。フレネルミラー１５１以外の部分については、ジャイロ７０ｂと同様である。
【００９０】
フレネルミラー１５１は、凹面鏡として機能するミラーである。フレネルミラー１５１は、たとえば、フレネルレンズ８１の表面形状を反転させた表面形状を有し、表面が金属膜でコーティングされている。フレネルミラー１５１は、フレネルレンズ８１と同様の方法で機能層１１６を所定の形状にエッチングしたのち、金属膜を蒸着することによって形成できる。
【００９１】
ジャイロ７０ｃにおいて、半導体レーザ１０の第２の端面から出射されたレーザ光は、フレネルミラーでほぼ平行光とされ、ハーフミラー８２に入射する。ハーフミラー８２で反射されたレーザ光は、フォトダイオード７５で光量が測定される。一方、ハーフミラー８２を透過したレーザ光は、ファブリペローエタロン８３に入射し、それを通過したあとの光量がフォトダイオード７７で測定される。ジャイロ７０ｃでは、ジャイロ７０ｂと同様にレーザ光の波長を安定化できる。
【００９２】
（半導体レーザジャイロの製造方法）
本発明のジャイロで用いられる半導体レーザの製造方法に限定はなく、公知の半導体製造技術によって製造できる。また、本発明のジャイロは、半導体レーザと他の部材とを公知の技術で組み立てることによって容易に製造できる。以下に、半導体レーザ１０を製造する方法の一例を説明する。
【００９３】
図１６（ａ）〜（ｈ）に、製造工程を模式的に示す。なお、図１６（ａ）〜（ｈ）では、絶縁層１２の形成状態の理解を容易にするため、絶縁層１２の表面にハッチングを付す。
【００９４】
まず、図１６（ａ）に示すように、基板１１上に、複数の半導体層からなる半導体層２０ａと、厚さ０．４μｍの絶縁層１２ａとを形成する。半導体層２０ａは、エッチングによって半導体層２０（図２および表１参照）となる層である。半導体層２０ａを構成する各層は、一般的な方法、たとえば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成できる。絶縁層１２ａは、たとえばＳｉ３Ｎ４やＳｉＯ２からなる。絶縁層１２ａは、スパッタリング法やＣＶＤ法といった方法で形成できる。
【００９５】
次に、図１６（ｂ）に示すように、絶縁層１２ａ上に、パターニングされたレジスト膜１６１を形成する。レジスト膜１６１は、図３に示した活性層２６の形状にパターニングする。
【００９６】
次に、図１６（ｃ）に示すように、レジスト膜１６１をマスクとして、絶縁層１２ａと半導体層２０ａと基板１１の一部とをエッチングしたのち、レジスト膜１６１を除去する。エッチングは、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって行い、少なくともクラッド層２４の深さまでエッチングする。エッチングによって、所定の形状の絶縁層１２および半導体層２０が形成される。エッチングは、半導体層２０の側面の垂直性および平滑性が高くなるような条件で行われる。そのような条件は、半導体製造プロセスで一般的に採用されている。エッチングによって、半導体層２０を構成するすべての半導体層の平面形状は、図３に示した活性層２６の平面形状とほぼ同じになる。また、半導体層２０の側面はミラー面として機能する。
【００９７】
次に、図１６（ｄ）に示すように、領域３１（図２および図４参照）に対応するように、絶縁層１２に略菱形の貫通孔１２ｈを形成する。貫通孔１２ｈは、一般的なフォトリソ・エッチング工程で形成できる。
【００９８】
次に、図１６（ｅ）に示すように、基板１１の表面全体を覆うようにレジスト膜１６２を形成する。このとき、基板１１の表面と絶縁層１２の表面との間の段差を埋めるために、レジスト膜１６２は、レジスト層１６２ａおよびレジスト層１６２ｂの２層からなることが好ましい。レジスト膜１６２は、レジスト層１６２ａを基板１１の表面全体に塗布して段差を埋めたのち、レジスト層１６２ｂを塗布することによって形成できる。この方法によれば、表面の平坦性が高いレジスト膜１６２を形成できる。
【００９９】
次に、図１６（ｆ）に示すように、レジスト膜１６２をパターニングし、レジスト膜１６２に貫通孔１６２ｈを形成する。貫通孔１６２ｈは、第１の電極１３を形成する領域に対応する形状に形成される。貫通孔１６２ｈを形成したのち、半導体層２０（キャップ層２９）と第１の電極１３との間で良好なコンタクトが得られるように、貫通孔１６２ｈ内の半導体層２０（キャップ層２９）の表面を０．０１μｍ〜０．０２μｍ程度エッチングする。
【０１００】
次に、図１６（ｇ）に示すように、第１の電極１３を形成する。第１の電極１３は、リフトオフ法で形成できる。具体的には、まず、レジスト膜１６２をマスクとして、第１の電極１３を構成する複数の金属層を電子ビーム法で順次成膜する。その後、レジスト膜１６２をアセトンで除去する。このようにして、所定の形状の第１の電極１３を形成できる。第１の電極１３は、絶縁層１２に形成された貫通孔１２ｈを介して半導体層２０（キャップ層２９）に接触する。
【０１０１】
１枚の基板１１（ウェハ）を用いて多数の半導体レーザを形成する場合、基板１１のへき開を容易にするため、基板１１の厚さが１００〜１５０μｍになるように基板１１の裏面を研磨することが好ましい。
【０１０２】
次に、図１６（ｈ）に示すように、基板１１の裏面側に複数の金属層を蒸着法で順次形成して第２の電極１４を形成する。その後、第１の電極１３および第２の電極１４を構成する金属層を合金化するために、４００〜４５０℃で熱処理する。最後に、必要に応じて、半導体レーザごとに基板１１をへき開する。
【０１０３】
このようにして、半導体レーザ１０が形成される。なお、半導体レーザ１０と同じ積層構造を有するフォトダイオードをモノリシックに形成する場合には、半導体レーザを形成する部分とフォトダイオードを形成する部分とに対応するように、レジスト膜１６１および１６２をパターニングすればよい。同様に、半導体レーザの半導体層と同様の積層構造を有するプリズムを形成する場合には、半導体レーザを形成する部分とプリズムを形成する部分とに対応するようにレジスト膜１６１をパターニングすればよい。
【０１０４】
なお、基板１１には、光検出器およびプリズム以外の、他の光学素子や電子部品を形成してもよい。たとえば、半導体レーザを駆動するための駆動回路や、光検出器から出力された信号を処理するための回路を形成してもよい。また、本発明の半導体レーザジャイロに、従来のジャイロに用いられている公知の技術をさらに適用してもよい。
【０１０５】
以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用できる。
【０１０６】
たとえば、上記実施形態では、第２の端面から出射される２つのレーザ光のうち、１つのレーザ光のみを用いて波長を安定化する方法について説明したが、両方を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の半導体レーザジャイロは、物体の回転の検出が必要な様々な機器に適用できる。代表的な例としては、姿勢制御装置やナビゲーション装置、手ぶれ補正装置に利用できる。具体的には、本発明のジャイロは、ロケットや飛行機などの航空機、自動車やバイクといった移動手段に利用できる。また、本発明のジャイロは超小型で取り扱いが容易であるという利点を生かし、携帯電話や小型のパーソナルコンピュータといった携帯情報端末、玩具、カメラなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の半導体レーザジャイロに用いられる半導体レーザの一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザの活性層の平面形状を模式的に示す図である。
【図４】図１に示した半導体レーザの機能を説明する図である。
【図５】図１に示した半導体レーザの半導体層のバンドギャッププロファイルを模式的に示す図である。
【図６】図１に示した半導体レーザの活性層付近の屈折率を模式的に示す図である。
【図７】本発明の半導体レーザジャイロの一例の構成を模式的に示す平面図である。
【図８】図７に示した半導体レーザジャイロにおける一部のレーザ光の光路を示す模式図である。
【図９】ファブリペローエタロンの機能を模式的に示すグラフである。
【図１０】本発明の半導体レーザジャイロの他の一例の構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】起立部を形成する部分における多層膜の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図１２】フレネルレンズを含む起立部の形成方法の一例を模式的に示す工程図である。
【図１３】フレネルレンズの一例を模式的に示す（ａ）正面図および（ｂ）断面図である。
【図１４】フレネルレンズを含む起立部の一例を模式的に示す（ａ）斜視図および（ｂ）断面図である。
【図１５】本発明の半導体レーザジャイロのその他の一例の構成を模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明の半導体レーザジャイロで用いられる半導体レーザの製造工程の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１７】従来の光ジャイロの構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  半導体レーザ
１１  基板
１２  絶縁層
１２ｈ  貫通孔
１３  第１の電極
１４  第２の電極
２０  半導体層
２１、２２、１１１  バッファ層
２３  グレーデッド層
２４  クラッド層
２５  グレーデッド層
２６  活性層
２６ａ〜２６ｄ  （第１から第４の）端面
２６ｆ  第１の領域
２６ｓ  第２の領域
２７  グレーデッド層
２８  クラッド層
２９  キャップ層
３２  菱形の経路
３２ａ〜３２ｄ  （第１から第４の）角部
３５  第１のレーザ光
３６  第２のレーザ光
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ  半導体レーザジャイロ
７１  プリズム
７２  光検出器（第１の光検出器）
７２ａ、７２ｂ  フォトダイオード
７３  レンズ
７４、８２、８３ａ、８３ｂ  ハーフミラー
７５  フォトダイオード（第３の光検出器）
７６、８３  ファブリペローエタロン
７７  フォトダイオード（第２の光検出器）
８１  フレネルレンズ
１１３  ヒンジ層（積層部）
１１３ａ  第１の層
１１３ｂ  第２の層
１１５  補償層
１１６  機能層
１４０起立部
１４１、１４２  折れ曲がり部
１５１  フレネルミラー
１６１、１６２  レジスト膜
Ｌ１、Ｌ２  レーザ光
【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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