(57)【要約】【課題】共振部に対する電界分布の対称性を向上させることができる面発光レーザーを提供する。【解決手段】本発明に係る面発光レーザー１００は、第１ミラー層２０、活性層３０、および第２ミラー層４０は、積層体２を構成し、積層体２は、活性層３０で発生した光を共振させる共振部２ｃを有し、平面視において、共振部２ｃの中心Ｃを通る第１仮想直線Ｖ１と、共振部２ｃの中心Ｃを通り第１仮想直線Ｖ１と直交する第２仮想直線Ｖ２と、によって、第１ミラー層２０は、第１領域２０ａ、第２領域２０ｂ、第３領域２０ｃ、および第４領域２０ｄに区画され、第１電極８０ａは、第１領域２０ａに設けられ、第２電極８０ｂは、第２領域２０ｂに設けられ、第３電極８０ｃは、第３領域２０ｃに設けられ、第４電極８０ｄは、第４領域２０ｄに設けられている。【選択図】図１
2015119150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上方に設けられた第１ミラー層と、
前記第１ミラー層上方に設けられた活性層と、
前記活性層上方に設けられた第２ミラー層と、
前記第１ミラー層に電気的に接続され、互いに離間して設けられた第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、
前記第２ミラー層に電気的に接続された第５電極と、
を含み、
前記第１ミラー層、前記活性層、および前記第２ミラー層は、積層体を構成し、
前記積層体は、前記活性層で発生した光を共振させる共振部を有し、
平面視において、前記共振部の中心を通る第１仮想直線と、前記共振器の中心を通り前記第１仮想直線と直交する第２仮想直線と、によって、前記第１ミラー層は、第１領域、第２領域、第３領域、および第４領域に区画され、
前記第１電極は、前記第１領域に設けられ、
前記第２電極は、前記第２領域に設けられ、
前記第３電極は、前記第３領域に設けられ、
前記第４電極は、前記第４領域に設けられていることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極と前記共振部の中心との間の距離と、前記第２電極と前記共振部の中心との間の距離と、前記第３電極と前記共振部の中心との間の距離と、前記第４電極と前記共振部の中心との間の距離とは、等しいことを特徴とする面発光レーザー。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記平面視において、前記第１電極の形状、前記第２電極の形状、前記第３電極の形状、および前記第４電極の形状は、四角形であることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記平面視において、前記第１電極の形状、前記第２電極の形状、前記第３電極の形状、および前記第４電極の形状は、円形であることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記平面視において、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、前記第４電極のうちのいずれか２つの電極の間に、チップ番号が記載されているチップ番号記載領域が設けられていることを特徴とする面発光レーザー。
【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ミラー層は、
前記基板上方に設けられた第１部分と、
前記第１部分上方に設けられ、前記積層体を構成している第２部分と、
を有し、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極は、前記第１部分上に設けられ、
前記第５電極は、前記積層体上に設けられていることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の面発光レーザーを含む原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザーおよび原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）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。
【０００３】
例えば特許文献１には、第１ミラーの一部、活性層、および第２ミラーを含んで構成されている柱状部（垂直共振器）と、第１ミラー上に設けられた電極と、第２ミラー上に設けられた電極と、を備えた面発光レーザーが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６５５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の面発光レーザーでは、第１ミラー上に設けられた電極は、垂直共振器の一方側にのみ配置されており、垂直共振器に対する電界分布が非対称になる場合がある。垂直共振器に対する電界分布が非対称になると、例えば、垂直共振器から射出されるレーザー光の強度が非対称になる場合がある。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、共振部に対する電界分布の対称性を向上させることができる面発光レーザーを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記面発光レーザーを含む原子発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る面発光レーザーは、
基板と、
前記基板上方に設けられた第１ミラー層と、
前記第１ミラー層上方に設けられた活性層と、
前記活性層上方に設けられた第２ミラー層と、
前記第１ミラー層に電気的に接続され、互いに離間して設けられた第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極と、
前記第２ミラー層に電気的に接続された第５電極と、
を含み、
前記第１ミラー層、前記活性層、および前記第２ミラー層は、積層体を構成し、
前記積層体は、前記活性層で発生した光を共振させる共振部を有し、
平面視において、前記共振部の中心を通る第１仮想直線と、前記共振器の中心を通り前記第１仮想直線と直交する第２仮想直線と、によって、前記第１ミラー層は、第１領域、第２領域、第３領域、および第４領域に区画され、
前記第１電極は、前記第１領域に設けられ、
前記第２電極は、前記第２領域に設けられ、
前記第３電極は、前記第３領域に設けられ、
前記第４電極は、前記第４領域に設けられている。
【０００８】
このような面発光レーザーでは、例えば、第１ミラー層上に設けられた電極が、平面視において共振部の一方側にのみ配置されている場合に比べて、共振部に対する電界分布の対称性を向上させることができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１０】
また、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材（以下「Ｃ部材」という）に「電気的に接続」された他の特定の部材（以下「Ｄ部材」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ｃ部材とＤ部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、Ｃ部材とＤ部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
【００１１】
本発明に係る面発光レーザーにおいて、
前記第１電極と前記共振部の中心との間の距離と、前記第２電極と前記共振部の中心との間の距離と、前記第３電極と前記共振部の中心との間の距離と、前記第４電極と前記共振部の中心との間の距離とは、等しくてもよい。
【００１２】
このような面発光レーザーでは、共振部に対する電界分布の対称性を、より向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る面発光レーザーにおいて、
前記平面視において、前記第１電極の形状、前記第２電極の形状、前記第３電極の形状、および前記第４電極の形状は、四角形であってもよい。
【００１４】
このような面発光レーザーでは、第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極は、共振部の位置を特定するためのアライメントマークとして機能することができる。
【００１５】
本発明に係る面発光レーザーにおいて、
前記平面視において、前記第１電極の形状、前記第２電極の形状、前記第３電極の形状、および前記第４電極の形状は、円形であってもよい。
【００１６】
このような面発光レーザーでは、第１電極、第２電極、第３電極、および第４電極において電界が集中することを抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る面発光レーザーにおいて、
前記平面視において、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、前記第４電極のうちのいずれか２つの電極の間に、チップ番号が記載されているチップ番号記載領域が設けられていてもよい。
【００１８】
このような面発光レーザーでは、第１ミラー層の上面の空いているスペースを利用して、チップ番号記載領域を設けることができる。
【００１９】
本発明に係る面発光レーザーにおいて、
前記第１ミラー層は、
前記基板上方に設けられた第１部分と、
前記第１部分上方に設けられ、前記積層体を構成している第２部分と、
を有し、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極は、前記第１部分上に設けられ、
前記第５電極は、前記積層体上に設けられていてもよい。
【００２０】
このような面発光レーザーでは、共振部に対する電界分布の対称性を向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る原子発振器は、
本発明に係る面発光レーザーを含む。
【００２２】
このような原子発振器は、共振部に対する電界分布の対称性を向上させることができる面発光レーザーを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る面発光レーザーを模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る面発光レーザーを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る面発光レーザーを模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係る面発光レーザーを模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態の変形例に係る面発光レーザーを模式的に示す平面図。
【図１０】本実施形態に係る原子発振器の機能ブロック図。
【図１１】共鳴光の周波数スペクトラムを示す図。
【図１２】アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波および第２側帯波の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
１．  面発光レーザー
まず、本実施形態に係る面発光レーザーについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る面発光レーザー１００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係る面発光レーザー１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、本実施形態に係る面発光レーザー１００を模式的に示す平面図である。図４は、本実施形態に係る面発光レーザー１００を模式的に示す図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００２６】
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、面発光レーザー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。
【００２７】
面発光レーザー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（絶縁層）７０と、第１電極８０ａと、第２電極８０
ｂと、第３電極８０ｃと、第４電極８０ｄと、第５電極８２と、を含む。
【００２８】
基板１０は、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板である。
【００２９】
第１ミラー層２０は、基板１０上に形成されている。第１ミラー層２０は、第１導電型の半導体層である。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とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。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（ペア数）は、例えば１０ペア以上５０ペア以下であり、具体的には４０．５ペアである。
【００３０】
活性層３０は、第１ミラー層２０上に設けられている。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）構造を有している。
【００３１】
第２ミラー層４０は、活性層３０上に形成されている。第２ミラー層４０は、第２導電型（例えばｐ型）の半導体層である。第２ミラー層４０は、高屈折率層４４と低屈折率層４６とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。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（ペア数）は、例えば３ペア以上４０ペア以下であり、具体的には２０ペアである。
【００３２】
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。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄと第５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で発生した光は、第１ミラー層２０と第２ミラー層４０との間を往復し（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、垂直方向に（第１ミラー層２０と活性層３０との積層方向に）レーザー光が射出する。
【００３３】
電流狭窄層４２は、第１ミラー層２０と第２ミラー層４０との間に設けられている。図示の例では、電流狭窄層４２は、活性層３０上に設けられている。電流狭窄層４２は、第１ミラー層２０または第２ミラー層４０の内部に設けることもできる。この場合においても、酸化狭窄層４２は、第１ミラー層２０と第２ミラー層４０との間に設けられるとみなす。電流狭窄層４２は、開口部４３が形成された絶縁層である。電流狭窄層４２は、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８２によって垂直共振器に注入される電流が平面方向（第１ミラー層２０と活性層３０との積層方向と直交する方向）に広がることを防ぐことができる。
【００３４】
コンタクト層５０は、第２ミラー層４０上に設けられている。コンタクト層５０は、第２導電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。
【００３５】
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（図示の例では第１ミラー層２０の一部と）連続して設けられた、複数の酸化層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（例えばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層）２６と
連続する層が酸化された酸化層６と、第１ミラー層２０を構成している高屈折率層（例えばＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ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。
【００３６】
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（例えばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層）４６と連続する層が酸化された酸化層１６と、第２ミラー層４０を構成している高屈折率層（例えばＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ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。平面視において（第１ミラー層２０と活性層３０との積層方向から見て）、第１領域６０と第２領域６２とにより、酸化領域８が構成されている。
【００３７】
第１ミラー層２０、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１および図２に示す例では、積層体２は、樹脂層７０によって囲まれている。
【００３８】
図３に示す例では、平面視において、Ｙ軸方向における積層体２の長さは、Ｘ軸方向における積層体２の長さよりも長い。すなわち、積層体２の長手方向は、Ｙ軸方向である。平面視において、積層体２は、例えば、積層体２の中心を通りＸ軸に平行な仮想直線に関して、対称である。また、平面視において、積層体２は、例えば、積層体２の中心を通りＹ軸に平行な仮想直線に関して、対称である。
【００３９】
積層体２は、図３に示すように平面視において、第１歪付与部（第１部分）２ａと、第２歪付与部（第２部分）２ｂと、共振部（第３部分）２ｃと、を含む。
【００４０】
第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂは、平面視において、共振部２ｃを挟んでＹ軸方向に対向している。第１歪付与部２ａは、平面視において、共振部２ｃから＋Ｙ軸方向に突出している。第２歪付与部２ｂは、平面視において、共振部２ｃから−Ｙ軸方向に突出している。第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂは、共振部２ｃと一体に設けられている。
【００４１】
第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂは、活性層３０に歪みを付与して、活性層３０にて発生する光を偏光させる。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。第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂを構成する半導体層（第１ミラー層２０、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、活性層３０に付与する歪みを発生させる発生源となる。第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂは、複数の酸化層６を有する第１領域６０と、複数の酸化層１６を有する第２領域６２と、を有しているため、活性層３０に大きな歪みを付与することができる。
【００４２】
共振部２ｃは、第１歪付与部２ａと第２歪付与部２ｂとの間に設けられている。Ｘ軸方向における共振部２ｃの長さは、Ｘ軸方向における第１歪付与部２ａの長さまたはＸ軸方向における第２歪付与部２ｂの長さよりも大きい。共振部２ｃの平面形状（第１ミラー層２０と活性層３０との積層方向から見た形状）は、例えば、円である。
【００４３】
ここで、Ｘ軸方向における共振部２ｃの長さとは、例えば、Ｘ軸方向における共振部２ｃの長さのうちの最大の長さである。また、Ｘ軸方向における第１歪付与部２ａの長さとは、例えば、Ｘ軸方向における第１歪付与部２ａの長さのうちの最大の長さである。また、Ｘ軸方向における第２歪付与部２ｂの長さとは、例えば、Ｘ軸方向における第２歪付与
部２ｂの長さのうちの最大の長さである。
【００４４】
共振部２ｃは、活性層３０で発生した光を共振させる。すなわち、共振部２ｃでは、垂直共振器が形成される。
【００４５】
樹脂層７０は、積層体２の少なくとも側面に設けられている。図１に示す例では、樹脂層７０は、第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂを覆っている。すなわち、樹脂層７０は、第１歪付与部２ａの側面、第１歪付与部２ａの上面、第２歪付与部２ｂの側面、および第２歪付与部２ｂの上面に設けられている。樹脂層７０は、第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂを完全に覆っていてもよいし、第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂの一部を覆っていてもよい。樹脂層７０の材質は、例えば、ポリイミドである。なお、本実施形態では、各歪付与部２ａ、２ｂに歪みを付与するために樹脂層７０としているが、樹脂層７０に対応する構成は少なくとも絶縁の機能を有すればよいため、絶縁材料であれば樹脂でなくてもよい。
【００４６】
図３に示す例では、平面視において、Ｙ軸方向における樹脂層７０の長さは、Ｘ軸方向における樹脂層７０の長さよりも大きい。すなわち、樹脂層７０の長手方向は、Ｙ軸方向である。樹脂層７０の長手方向と積層体２の長手方向とは、一致している。
【００４７】
第１電極８０ａ、第２電極８０ｂ、第３電極８０ｃ、および第４電極８０ｄは、第１ミラー層２０上に設けられている。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、第１ミラー層２０とオーミックコンタクトしている。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、第１ミラー層２０と電気的に接続されている。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄとしては、例えば、第１ミラー層２０側から、Ｃｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものを用いる。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、活性層３０に電流を注入するための一方の電極である。
【００４８】
第５電極８２は、コンタクト層５０上（積層体２上）に設けられている。第５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５電極８２は、さらに樹脂層７０上に形成されている。第５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５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５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５電極８２は、パッド８４と電気的に接続されている。図示の例では、第５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５電極８２の材質と同じである。
【００５０】
ここで、第１ミラー層２０、第１電極８０ａ、第２電極８０ｂ、第３電極８０ｃ、第４電極８０ｄ、および第５電極８２について、より詳細に説明する。
【００５１】
第１ミラー層２０は、図２に示すように、基板１０上に設けられた第１部分２１と、第１部分２１上に設けられ、積層体２を構成している第２部分２２と、を有している。図１に示す例では、第１部分２１の外縁の形状は、平面視において、矩形である。
【００５２】
平面視において、共振部２ｃの中心Ｃを通る第１仮想直線Ｖ１と、中心Ｃを通り第１仮想直線Ｖ１と直交する第２仮想直線Ｖ２とによって、第１ミラー層２０は、第１領域２０ａ、第２領域２０ｂ、第３領域２０ｃ、および第４領域２０ｄに区画されている。図示の例では、第１仮想直線Ｖ１は、Ｘ軸と平行である。第２仮想直線Ｖ２は、Ｙ軸と平行であ
る。平面視において、基板１０の形状は、例えば、矩形であり、共振部２ｃの中心Ｃは、基板１０の中心と重なっている。図示の例では、第１領域２０ａは、第１ミラー層２０の−Ｘ軸方向側であって＋Ｙ軸方向側の領域である。第２領域２０ｂは、第１ミラー層２０の＋Ｘ軸方向側であって＋Ｙ軸方向側の領域である。第３領域２０ｃは、第１ミラー層２０の−Ｘ軸方向側であって−Ｙ軸方向側の領域である。第４領域２０ｄは、第１ミラー層２０の＋Ｘ軸方向側であって−Ｙ軸方向側の領域である。
【００５３】
第１電極８０ａ、第２電極８０ｂ、第３電極８０ｃ、および第４電極８０ｄは、図１に示すように、互いに離間して設けられている。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、第１ミラー層２０の第１部分２１上に設けられている。第５電極８２は、積層体２上に設けられている。
【００５４】
第１電極８０ａは、第１ミラー層２０の第１領域２０ａに設けられている。第２電極８０ｂは、第１ミラー層２０の第２領域２０ｂに設けられている。第３電極８０ｃは、第１ミラー層２０の第３領域２０ｃに設けられている。第４電極８０ｄは、第１ミラー層２０の第４領域２０ｄに設けられている。
【００５５】
第１電極８０ａと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ１と、第２電極８０ｂと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ２と、第３電極８０ｃと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ３と、第４電極８０ｄと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ４とは、例えば、等しい。
【００５６】
なお、距離Ｌ１は、第１電極８０ａと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離のうち最短の距離である。距離Ｌ２は、第２電極８０ｂと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離のうち最短の距離である。距離Ｌ３は、第３電極８０ｃと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離のうち最短の距離である。距離Ｌ４は、第４電極８０ｄと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離のうち最短の距離である。
【００５７】
平面視において、第１電極８０ａの形状、第２電極８０ｂの形状、第３電極８０ｃの形状、第４電極８０ｄの形状は、四角形（図示の例では正方形）である。すなわち、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、平面視において、角（四角形の頂点）を有する形状である。
【００５８】
平面視において、第１電極８０ａと第３電極８０ｃとは、例えば、第１仮想直線Ｖ１に対して線対称に設けられている。第２電極８０ｂと第４電極８０ｄとは、例えば、第１仮想直線Ｖ１に対して線対称に設けられている。第１電極８０ａと第２電極８０ｂとは、例えば、第２仮想直線Ｖ２に対して線対称に設けられている。第３電極８０ｃと第４電極８０ｄとは、例えば、第２仮想直線Ｖ２に対して線対称に設けられている。
【００５９】
面発光レーザー１００は、図１に示すように、チップ（面発光レーザー１００）を識別するためのチップ番号が記載されているチップ番号記載領域９０，９２を有している。第１チップ番号記載領域９０は、平面視において、第１電極８０ａと第３電極８０ｃとの間に設けられている。第２チップ番号記載領域９２は、平面視において、第２電極８０ｂと第４電極８０ｄとの間に設けられている。チップ番号記載領域９０，９２は、第１ミラー層２０の第１部分２１上の領域である。なお、チップ番号記載領域９０，９２は、いずれかの電極の間に設けられていればよい。また、チップ番号記載領域９０，９２を有しているが、チップ番号記載領域９０または９２のいずれか１つでもよい。
【００６０】
なお、上記では、ＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザーについて説明したが、本発明に係る面発光レーザーは、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。
【００６１】
面発光レーザー１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６２】
面発光レーザー１００では、平面視において、共振部２ｃの中心Ｃを通る第１仮想直線Ｖ１と、共振部２ｃの中心Ｃを通り第１仮想直線Ｖ１と直交する第２仮想直線Ｖ２と、によって、第１ミラー層２０は、第１領域２０ａ、第２領域２０ｂ、第３領域２０ｃ、および第４領域２０ｄに区画され、第１電極８０ａは、第１領域２０ａに設けられ、第２電極８０ｂは、第２領域２０ｂに設けられ、第３電極８０ｃは、第３領域２０ｃに設けられ、第４電極８０ｄは、第４領域２０ｄに設けられている。そのため、面発光レーザー１００では、例えば、第１ミラー層上に設けられた電極が、平面視において共振部の一方側にのみ配置されている場合に比べて、共振部２ｃに対する電界分布の対称性を向上させることができる。
【００６３】
さらに、面発光レーザー１００では、第１ミラー層２０上に４つの電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄが設けられているため、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄにグランド電位を与えることにより、面発光レーザー１００のグランド電位の安定化を図ることができる。
【００６４】
さらに、面発光レーザー１００では、４つの電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄの各々に対して１つのワイヤー（図示せず）を接続させて、合計４つのワイヤーを接続させることができる。これにより、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄに、効率よく（短時間で）ワイヤーを接続させることができる。例えば、第１ミラー層上に面積の大きな電極が１つだけ設けられている場合であって、１つの該電極に４つのワイヤーを接続させる場合、電極のどの部分にワイヤーを接続させるか作業者が悩む場合があり、短時間でワイヤーを接続させることができない場合がある。
【００６５】
面発光レーザー１００では、第１電極８０ａと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ１と、第２電極８０ｂと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ２と、第３電極８０ｃと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ３と、第４電極８０ｄと共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離Ｌ４とは、等しい。そのため、面発光レーザー１００では、共振部２ｃに対する電界分布の対称性を、より向上させることができる。
【００６６】
面発光レーザー１００では、平面視において、第１電極８０ａの形状、第２電極８０ｂの形状、第３電極８０ｃの形状、および第４電極８０ｄの形状は、四角形である。さらに、面発光レーザー１００では、上記のように、距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、等しい。そのため、面発光レーザー１００では、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄの角を認識することにより、共振部２ｃの位置を特定することができる。すなわち、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、共振部２ｃの位置を特定するためのアライメントマークとして機能することができる。具体的には、面発光レーザー１００を、図示せぬ光学部材と組み合わせて光学系を形成する場合に、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄによって、面発光レーザー１００の共振部２ｃと、光学部材と、の位置合わせを行うことができる。
【００６７】
面発光レーザー１００では、平面視において、第１電極８０ａと第３電極８０ｃとの間には、チップ番号が記載されている第１チップ番号記載領域９０が設けられ、第２電極８０ｂと第４電極８０ｄとの間には、チップ番号が記載されている第２チップ番号記載領域９２が設けられている。このように、面発光レーザー１００では、第１ミラー層２０の上面の空いているスペースを利用して、チップ番号記載領域９０，９２を設けることができる。
【００６８】
２．  面発光レーザーの製造方法
次に、本実施形態に係る面発光レーザー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８は、本実施形態に係る面発光レーザー１００の製造工程を模式的に示す断面図であって、図２に対応している。
【００６９】
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、この順で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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９５）層である。例えば、４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、積層体２が形成された基板１０を投入することにより、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≧０．９５）層を側面から酸化して、電流狭窄層４２を形成する。
【００７２】
面発光レーザー１００の製造方法では、上記の酸化工程において、第１ミラー層２０を構成する層を、側面から酸化して第１領域６０を形成する。さらに、第２ミラー層４０を構成する層を、側面から酸化して第２領域６２を形成する。具体的には、４００℃程度の水蒸気雰囲気によって、ミラー層２０，４０を構成するＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のヒ素が酸素に置き換わり、領域６０，６２が形成される。領域６０，６２は、例えば４００℃程度の高温から室温に戻すときに収縮し、第２領域６２の上面６３は、基板１０側に傾斜する（図４参照）。第１歪付与部２ａおよび第２歪付与部２ｂは、領域６０，６２の収縮に起因する歪みを（応力を）活性層３０に付与することができる。
【００７３】
図８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（キュア）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。
【００７４】
図１および図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５電極８２を形成し、第１ミラー層２０上に電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄを形成する。電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，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、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８２を形成する順序は、特に限定されない。また、第５電極８２を形成する工程で、パッド８４および引き出し配線８６（図１参照）を形成してもよい。また、チップ番号記載領域９０，９２に設けられるチップ番号は、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄを形成する工程において形成されてもよいし、第５電極８２を形成する工程において形成されてもよい。
【００７５】
以上の工程により、面発光レーザー１００を製造することができる。
【００７６】
３．  面発光レーザーの変形例
次に、本実施形態の変形例に係る面発光レーザーについて、図面を参照しながら説明す
る。図９は、本実施形態の変形例に係る面発光レーザー２００を模式的に示す平面図である。以下、面発光レーザー２００において、上述した面発光レーザー１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００７７】
上述した面発光レーザー１００では、図１に示すように平面視において、第１電極８０ａの形状、第２電極８０ｂの形状、第３電極８０ｃの形状、第４電極８０ｄの形状は、四角形であった。
【００７８】
これに対し、面発光レーザー２００では、図９に示すように平面視において、第１電極８０ａの形状、第２電極８０ｂの形状、第３電極８０ｃの形状、第４電極８０ｄの形状は、円形である。
【００７９】
面発光レーザー２００は、アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６を含む。アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６は、第１ミラー層２０の第１部分２１上に設けられている。図示の例では、第１アライメントマーク２８０は、第１ミラー層２０の第１領域２０ａに設けられている。第２アライメントマーク２８２は、第１ミラー層２０の第２領域２０ｂに設けられている。第３アライメントマーク２８４は、第１ミラー層２０の第３領域２０ｃに設けられている。第４アライメントマーク２８６は、第１ミラー層２０の第４領域２０ｄに設けられている。
【００８０】
アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６は、平面視において、角を有する形状であり、図示の例では、Ｌ字状である。アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６は、平面視において、第１ミラー層２０の第１部分２１の外縁に沿って設けられている。
【００８１】
第１アライメントマーク２８０と共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離と、第２アライメントマーク２８２と共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離と、第３アライメントマーク２８４と共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離と、第４アライメントマーク２８６と共振部２ｃの中心Ｃとの間の距離とは、例えば、等しい。
【００８２】
アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６は、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄを形成する工程において形成されてもよいし、第５電極８２を形成する工程において形成されてもよい。
【００８３】
面発光レーザー２００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８４】
面発光レーザー２００では、平面視において、第１電極８０ａの形状、第２電極８０ｂの形状、第３電極８０ｃの形状、第４電極８０ｄの形状は、円形である。そのため、面発光レーザー２００では、電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄにおいて電界が集中することを抑制することができる。例えば、平面視において電極が角を有する形状の場合、該角に電界が集中することがある。
【００８５】
面発光レーザー２００では、アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６を含む。そのため、例えば、面発光レーザー２００を、図示せぬ光学部材と組み合わせて光学系を形成する場合に、アライメントマーク２８０，２８２，２８４，２８６によって、面発光レーザー１００の共振部２ｃと、光学部材と、の位置合わせを行うことができる。
【００８６】
４．  原子発振器
次に、本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１０は、本実施形態に係る原子発振器１０００を示す機能ブロック図である。
【００８７】
原子発振器１０００は、図１０に示すように、光学モジュール１１００と、中心波長制御部１２００と、高周波制御部１３００と、を含んで構成されている。
【００８８】
光学モジュール１１００は、本発明に係る面発光レーザー（図示の例では、面発光レーザー１００）と、ガスセル１１１０と、光検出部１１２０と、を有する。
【００８９】
図１１は、面発光レーザー１００が射出する光の周波数スペクトラムを示す図である。図１２は、アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２の関係を示す図である。面発光レーザー１００から射出される光は、図１１に示す、中心周波数ｆ０（＝ｃ／λ０：ｃは光の速さ、λ０はレーザー光の中心波長）を有する基本波Ｆと、中心周波数ｆ０に対して上側サイドバンドに周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と、中心周波数ｆ０に対して下側サイドバンドに周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２と、を含む。第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１は、ｆ１＝ｆ０＋ｆｍであり、第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２は、ｆ２＝ｆ０−ｆｍである。
【００９０】
図１２に示すように、第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１と第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２との周波数差が、アルカリ金属原子の基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数と一致している。したがって、アルカリ金属原子は、周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と、周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２と、によってＥＩＴ現象を起こす。
【００９１】
ガスセル１１１０は、容器中に気体状のアルカリ金属原子（ナトリウム原子、ルビジウム原子、セシウム原子等）が封入されたものである。このガスセル１１１０に対して、アルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（波長）を有する２つの光波が照射されると、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こす。例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子であれば、Ｄ１線における基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差に相当する周波数が９．１９２６３・・・ＧＨｚなので、周波数差が９．１９２６３・・・ＧＨｚの２つの光波が照射されるとＥＩＴ現象を起こす。
【００９２】
光検出部１１２０は、ガスセル１１１０に封入されたアルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する。光検出部１１２０は、アルカリ金属原子を透過した光の量に応じた検出信号を出力する。光検出部１１２０としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
【００９３】
中心波長制御部１２００は、光検出部１１２０が出力する検出信号に応じた大きさの駆動電流を発生させて面発光レーザー１００に供給し、面発光レーザー１００が射出する光の中心波長λ０を制御する。面発光レーザー１００、ガスセル１１１０、光検出部１１２０、中心波長制御部１２００を通るフィードバックループにより、面発光レーザー１００が射出するレーザー光の中心波長λ０が微調整されて安定する。
【００９４】
高周波制御部１３００は、光検出部１１２０が出力する検出結果に基づいて、第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２の波長（周波数）差が、ガスセル１１１０に封入されたアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数に等しくなるように制御する。高周波制御部１３００は、光検出部１１２０が出力する検出結果に応じた変調周波数ｆｍ（図１１参照）を有する変調信号を発生させる。
【００９５】
面発光レーザー１００、ガスセル１１１０、光検出部１１２０、高周波制御部１３００を通るフィードバックループにより、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差がアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するようにフィードバック制御がかかる。その結果、変調周波数ｆｍは極めて安定した周波
数になるので、変調信号を原子発振器１０００の出力信号（クロック出力）とすることができる。
【００９６】
次に、原子発振器１０００の動作について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【００９７】
面発光レーザー１００から射出されたレーザー光は、ガスセル１１１０に入射する。面発光レーザー１００から射出される光は、アルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（波長）を有する２つの光波（第１側帯波Ｗ１、第２側帯波Ｗ２）を含んでおり、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こす。ガスセル１１１０を透過した光の強度は光検出部１１２０で検出される。
【００９８】
中心波長制御部１２００および高周波制御部１３００は、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差がアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するように、フィードバック制御を行う。原子発振器１０００では、ＥＩＴ現象を利用し、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差ｆ１−ｆ２が基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２とのエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数からずれた時の光吸収挙動の急峻な変化を検出し制御することで、高精度な発振器をつくることができる。
【００９９】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１００】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の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、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又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、実施の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】
【０１０１】
２…積層体、２ａ…第１歪付与部、２ｂ…第２歪付与部、２ｃ…共振部、４…層、６…酸化層、８…酸化領域、１０…基板、１４…層、１６…酸化層、２０…第１ミラー層、２０ａ…第１領域、２０ｂ…第２領域、２０ｃ…第３領域、２０ｄ…第４領域、２１…第１部分、２２…第２部分、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、５０…コンタクト層、６０…第１領域、６２…第２領域、６３…上面、７０…樹脂層、８０ａ…第１電極、８０ｂ…第２電極、８０ｃ…第３電極、８０ｄ…第４電極、８２…第５電極、８４…パッド、８６…引き出し配線、９０…第１チップ番号記載領域、９２…第２チップ番号記載領域、１００，２００…面発光レーザー、２８０…第１アライメントマーク、２８２…第２アライメントマーク、２８４…第３アライメントマーク、２８６…第４アライメントマーク、１０００…原子発振器、１１００…光モジュール、１１１０…ガスセル、１１２０…光検出部、１２００…中心波長制御部、１３００…高周波制御部
【図１】
2015119150.tif 000003
【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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