(57)【要約】      （修正有）【課題】波長の異なるレーザ光を出射する面発光レーザ素子において、面発光レーザにおける電気的な特性等を均一にする。【解決手段】半導体基板１１１上に半導体結晶成長により形成された下部ブラッグ反射鏡１１２と、前記下部ブラッグ反射鏡の上に形成された活性層１１４を含む共振器領域と、前記共振器領域上に形成された第２の上部ブラッグ反射鏡と、前記第２の上部ブラッグ反射鏡１２３の上に形成された波長調整領域と、前記波長調整領域の上に形成された第１の上部ブラッグ反射鏡と、を有し、前記波長調整領域は、前記第２の上部ブラッグ反射鏡が設けられている側から順に、第２の位相調整層１１７、コンタクト層１１８、第１の位相調整層１２１、波長調整層１２２の順で形成されており、前記波長調整層は、２種類以上の材料を積層することにより形成されており、波長調整層の光学厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する。【選択図】図２
2015008271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に半導体結晶成長により形成された下部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡の上に形成された活性層を含む共振器領域と、
前記共振器領域上に形成された第２の上部ブラッグ反射鏡と、
前記第２の上部ブラッグ反射鏡の上に形成された波長調整領域と、
前記波長調整領域の上に形成された第１の上部ブラッグ反射鏡と、
を有し、
前記波長調整領域は、前記第２の上部ブラッグ反射鏡が設けられている側から順に、第２の位相調整層、コンタクト層、第１の位相調整層、波長調整層の順で形成されており、
前記波長調整層は、２種類以上の材料を積層することにより形成されており、
前記波長調整領域の光学厚さが略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）であり、
前記第１の位相調整層の光学厚さが略Ｎ×λ／２（Ｎ＝１，２，，，）であって、
一方の電極が、前記コンタクト層の上に形成されており、
前記波長調整層の光学厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有していることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項２】
半導体基板上に半導体結晶成長により形成された下部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡の上に形成された活性層を含む共振器領域と、
前記共振器領域上に形成された波長調整領域と、
前記波長調整領域の上に形成された上部ブラッグ反射鏡と、
を有し、
前記波長調整領域は、前記共振器領域が設けられている側から順に、第２の位相調整層、コンタクト層、第１の位相調整層、波長調整層の順で形成されており、
前記波長調整層は、２種類以上の材料を積層することにより形成されており、
前記波長調整領域の光学厚さが略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）であり、
前記第１の位相調整層の光学厚さが略Ｎ×λ／２（Ｎ＝１，２，，，）であって、
一方の電極が、前記コンタクト層の上に形成されており、
前記波長調整層の光学厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有していることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項３】
半導体基板上に半導体結晶成長により形成された下部ブラッグ反射鏡と、
前記下部ブラッグ反射鏡の上に形成された活性層を含む共振器領域と、
前記共振器領域上に形成された第２の上部ブラッグ反射鏡と、
前記第２の上部ブラッグ反射鏡の上に形成された波長調整領域と、
前記波長調整領域の上に形成された第１の上部ブラッグ反射鏡と、
を有し、
前記波長調整領域は、前記活性層が設けられている側から順に、第２の位相調整層、第１の位相調整層、波長調整層の順で形成されており、
前記波長調整層は、２種類以上の材料を積層することにより形成されており、
前記波長調整領域の光学厚さが略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）であり、
前記第１の位相調整層の光学厚さが略Ｎ×λ／２（Ｎ＝１，２，，，）であって、
一方の電極が、光出射領域の周囲において波長調整層の上に設けられたコンタクト層の上に形成されており、
前記波長調整層の光学厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有していることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記コンタクト層の中心が第２の位相調整層の最下部からλ／２の光学厚さの位置にあって、前記半導体結晶成長により形成された半導体層内の光定在波強度分布の節の位置に置かれていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の上部ブラッグ反射鏡は、屈折率の異なる誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項６】
前記上部ブラッグ反射鏡は、屈折率の異なる誘電体材料を交互に積層形成することにより形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記波長調整層は、第１の波長調整層材料と第２の波長調整層材料で構成されており、前記第１の波長調整層材料を除去するための第１のエッチング液と、前記第２の波長調整層材料を除去するための第２のエッチング液とが異なるウェットエッチングにより、前記積層した膜の一部を各々の層ごとに除去することで前記波長調整層の膜厚を変えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記波長調整層を形成している２種類のうちの一方がＧａＩｎＰであり、他方がＧａＡｓＰまたはＧａＡｓであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
複数の前記面発光レーザは、すべて異なる波長の光を出射するものであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
複数の前記面発光レーザは、同じ波長の光を出射するものが複数含まれていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
前記複数の波長のうちいずれか１つは、７８０．２ｎｍ、７９５．０ｎｍ、８５２．３ｎｍ、８９４．６ｎｍであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１２】
前記活性層は、ＧａＩｎＡｓを含むものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１３】
前記半導体基板の大きさは、５００μｍ×５００μｍより小さいことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１４】
他方の電極は、前記半導体基板の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の面発光レーザ素子と、
アルカリ金属を封入したアルカリ金属セルと、
前記面発光レーザ素子における面発光レーザより前記アルカリ金属セルに照射した光のうち、前記アルカリ金属セルを透過した光を検出する光検出器と、
を有し、
前記面発光レーザより出射したサイドバンドを含む光のうち、２つの異なる波長の光を前記アルカリ金属セルに入射させることにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により発振周波数を制御することを特徴とする原子発振器。
【請求項１６】
前記２つの異なる波長の光は、ともに前記面発光レーザより出射したサイドバンドの光であることを特徴とする請求項１５に記載の原子発振器。
【請求項１７】
前記アルカリ金属は、ルビジウム、または、セシウムであることを特徴とする請求項１５または１６に記載の原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子及び原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）は、基板面に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型の半導体レーザと比較して、低価格、低消費電力、小型であって高性能であること、また２次元的に集積化しやすいといった特徴を有している。
【０００３】
面発光レーザは、活性層を含む共振器領域と、共振器領域の上下に設けられた上部ブラッグ反射鏡及び下部ブラッグ反射鏡とからなる共振器構造を有している（特許文献１）。よって、共振器領域は、発振波長λの光を得るために、共振器領域において波長λの光が共振するように所定の光学厚さで形成されている。上部ブラッグ反射鏡及び下部ブラッグ反射鏡は、屈折率の異なる材料、即ち、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層することにより形成されたＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)により形成されている。ＤＢＲにおいては、波長λにおいて高い反射率が得られるように、低屈折率材料及び高屈折率材料は、各材料の屈折率を考慮した光学的な膜厚がλ／４となるように形成されている。
【０００４】
また、チップ内に波長の異なる複数の面発光レーザが形成されている多波長面発光レーザ素子も提案されており、波長多重通信など多くの用途に期待されている（特許文献２〜５）。このような多波長面発光レーザ素子を得る方法としては、面発光レーザ素子の共振器領域に、エッチングの際のエッチング液が異なる２種類の材料を交互に積層して波長調整領域を形成し、波長の異なる面発光レーザごとに１層ずつウェットエッチングにより除去する。このようにして、波長調整領域における膜厚を変えることにより、共振器領域の光学厚さを面発光レーザごとに変える方法がある（特許文献２）。この方法は、波長制御性と製作の簡易性の観点から望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２においては、半導体の波長調整領域を波長の異なる面発光レーザごとに、１層ずつウェットエッチングした後に、再結晶成長等により半導体層を形成することにより、波長調整領域より上部の反射鏡を形成する方法が記載されている。しかしながら、ウェットエッチングされた面の上に、再結晶成長により半導体層を形成した場合では、高信頼性を得ることは困難である。
【０００６】
また、特許文献２等における構造では、半導体層により形成された波長調整領域に電流を通す構造となっており、波長調整領域内における異なる半導体材料の各層の界面におけるバンド不連続により、電気抵抗が増加する。また、１層ずつウェットエッチングするため、波長の異なる面発光レーザごとに電気抵抗等のばらつきが発生する。
【０００７】
よって、波長の異なるレーザ光を出射する複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子において、各々の面発光レーザにおける電気的な特性等が均一であるものが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施の形態の一観点によれば、半導体基板上に半導体結晶成長により形成された下部ブラッグ反射鏡と、前記下部ブラッグ反射鏡の上に形成された活性層を含む共振器領域と、前記共振器領域上に形成された第２の上部ブラッグ反射鏡と、前記第２の上部ブラッグ反射鏡の上に形成された波長調整領域と、前記波長調整領域の上に形成された第１の上部ブラッグ反射鏡と、を有し、前記波長調整領域は、前記第２の上部ブラッグ反射鏡が設けられている側から順に、第２の位相調整層、コンタクト層、第１の位相調整層、波長調整層の順で形成されており、前記波長調整層は、２種類以上の材料を積層することにより形成されており、前記波長調整領域の光学厚さが略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）であり、前記第１の位相調整層の光学厚さが略Ｎ×λ／２（Ｎ＝１，２，，，）であって、一方の電極が、前記コンタクト層の上に形成されており、前記波長調整層の光学厚さを変えることにより、異なる波長を各々出射する複数の面発光レーザを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長の異なるレーザ光を出射する複数の面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子において、各々の面発光レーザにおける電気的な特性等を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】波長調整層を有する面発光レーザ素子の断面図
【図２】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の断面図
【図３】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図４】第１の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図５】位相調整層１２１の薄い面発光レーザ素子の説明図
【図６】第２の実施の形態における面発光レーザ素子の断面図
【図７】第２の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図８】第２の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図９】位相調整層２２１の薄い面発光レーザ素子の説明図
【図１０】第３の実施の形態における面発光レーザ素子の断面図
【図１１】第３の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図１２】第３の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図
【図１３】位相調整層１２１の薄い面発光レーザ素子の説明図
【図１４】第４の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図１５】第５の実施の形態における面発光レーザ素子の断面図（１）
【図１６】第５の実施の形態における面発光レーザ素子の上面図
【図１７】第５の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図（１）
【図１８】第５の実施の形態における面発光レーザ素子の断面図（２）
【図１９】第５の実施の形態における面発光レーザ素子の説明図（２）
【図２０】第６の実施の形態における原子発振器の構造図
【図２１】ＣＰＴ方式を説明する原子エネルギー準位の説明図
【図２２】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図
【図２３】変調周波数と透過光量との相関図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１２】
〔第１の実施の形態〕
ところで、波長の異なる面発光レーザごとに電気抵抗等のばらつきが発生することを防ぐためには、一つの方法として、面発光レーザにおける半導体中の電流経路に、波長調整層がない構造とすればよいことは、発明者らの検討の結果、知見として得られた。即ち、上部電極とオーミックコンタクトを取るためのコンタクト層は、波長調整層の下部に設けた構造が好ましいことが知見として得られた。この場合、上部電極のオーミックコンタクトを取る領域が、光出射領域を取り囲むように配置されている構造、即ち、いわゆるイントラキャビティ構造となる。
【００１３】
上述した面発光レーザ素子の構造を図１に示す。図１に示される面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の上に、下部ブラッグ反射鏡１２、下部スペーサ層１３、活性層１４、上部スペーサ層１５、第２の上部ブラッグ反射鏡１６、コンタクト層１８が形成されている。コンタクト層１８の上においては、レーザ光を出射する領域には波長調整層２２及び第１のブラッグ反射鏡２３が形成されており、波長調整層２２等が形成されていない領域に、上部電極４１が形成されている。尚、メサを形成することにより露出している半導体層を保護するため、保護層３１及びポリイミド層３２が形成されており、ｎ−ＧａＡｓ基板１１の裏面には、下部電極４２が形成されている。また、第２の上部ブラッグ反射鏡１６には、電流狭窄層１７が形成されており、電流狭窄層１７の周囲は選択酸化され選択酸化領域１７ａが形成されており、選択酸化されなかった領域が電流狭窄領域１７ｂとなる。
【００１４】
しかしながら、図１に示されるように、コンタクト層１８の上の波長調整層２２をメサ状に形成した場合、波長調整層２２の厚さの違いにより、横方向の光閉じ込めにおいて違いが生じる。このように形成された波長調整層２２の厚さが異なる面発光レーザにおいては、発振電流閾値等のレーザ特性が、大きく異なってしまうことが、発明者の実験からわかった。
【００１５】
よって、波長の異なるレーザ光を出射する面発光レーザが形成されている面発光レーザ素子において、発振電流閾値等における特性が均一であるものが求められている。
【００１６】
（面発光レーザ素子）
第１の実施の形態における面発光レーザ素子について、図２に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ基板１１１の上に形成されているｐ側のＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を用いた８９４．６ｎｍの面発光レーザ素子である。本実施の形態における半導体装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の上に半導体結晶成長により半導体層が形成されている。波長調整領域が付加されている共振器領域の上下には、誘電体材料により形成された上部ブラッグ反射鏡１２３と、半導体材料により形成された下部ブラッグ反射鏡１１２とが設けられており、共振器領域を挟んだ構造となっている。尚、上部ブラッグ反射鏡１２３は、８ペアのＴｉＯ２高屈折率層とＳｉＯ２低屈折率層とを交互に積層形成することにより形成されている。
【００１７】
図３には、本実施の形態における面発光レーザ素子の上面図を示す。本実施の形態における面発光レーザ素子は、一例として、３００μｍ角のチップ上に４つの発光可能な面発光レーザ１０１、１０２、１０３、１０４が形成されている。面発光レーザ１０１における上部電極１４１は電極パッド１６１に接続されており、面発光レーザ１０２における上部電極１４１は電極パッド１６２に接続されている。面発光レーザ１０３における上部電極１４１は電極パッド１６３に接続されており、面発光レーザ１０４における上部電極１４１は電極パッド１６４に接続されている。本実施の形態における面発光レーザ素子は、５００μｍ角以下（５００μｍ×５００μｍ）のチップ上に形成されていてもよい。尚、図２は、図３における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図である。
【００１８】
図４は、本実施の形態における面発光レーザ素子において、波長調整領域を含む共振器領域の構造を示すものである。波長調整領域は、電流狭窄層１１６の上に、第２の位相調整層１１７、コンタクト層１１８、第１の位相調整層１２１、波長調整層１２２の順に積層することにより形成されている。波長調整層１２２は、３層の半導体層、例えば、ＧａＡｓＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓＰ層を積層することにより形成されている。この波長調整層１２２における半導体層の層数を面発光レーザごとに異なるものとすることにより、波長調整領域におけるトータルの光学厚さを面発光レーザごとに変えることができる。これにより、１つのチップの面発光レーザ素子において、発振波長が異なる複数の面発光レーザ、具体的には、波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの異なる波長のレーザ光を出射する面発光レーザを得ることができる。
【００１９】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１上に、各層λ／４の光学厚さで３５．５ペアのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる下部ブラッグ反射鏡１１２が形成されている。下部ブラッグ反射鏡１１２の上には、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層からなる活性層１１４の上下に、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓにより下部スペーサ層１１３及び上部スペーサ層１１５が形成されている。上部スペーサ層１１５の上には波長調整領域が形成されており、下部スペーサ層１１３、活性層１１４及び上部スペーサ層１１５を合わせた光学厚さは３λ／４となっている。
【００２０】
図４に示されるように、本実施の形態においては、波長調整領域は、第２の位相調整層１１７、コンタクト層１１８、第１の位相調整層１２１、波長調整層１２２により形成されている。尚、第２の位相調整層１１７は光学厚さ０．０５λのｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓにより形成されている。コンタクト層１１８は光学厚さ０．１λのｐ＋＋ＧａＡｓにより形成されている。第１の位相調整層１２１は、光学厚さ略λ／２のＧａＩｎＰにより形成されている。波長調整層１２２は、ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの計３層で構成されている。Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓにより形成される第２の位相調整層１１７の下部から波長調整層１２２内のＧａＩｎＰの真ん中までの光学厚さは、３λ／４となるように第１の位相調整層１２１の膜厚が調整されている。尚、ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの計３層で構成される波長調整層１２２の各層の光学厚さは０．０５λとなっており、４個の面発光レーザの発振波長の間隔が１０ｎｍ間隔となるように形成されている。尚、本実施の形態においては、波長調整層１２２は２種類以上の半導体材料を積層することにより形成されている。波長調整層１２２が２種類の半導体材料により形成されている場合には、波長調整層１２２を形成している一方のＧａＡｓＰを第１の波長調整層材料と記載し、他方のＧａＩｎＰを第２の波長調整層材料と記載する場合がある。
【００２１】
半導体層はＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法により形成することができる。波長調整領域は、各々の面発光レーザごとにフォトリソグラフィ及びウェットエッチングによる選択的エッチングにより波長調整層１２２の層数を異なるように形成されており、膜厚が異なっている。ウェットエッチングでは、例えば、ＧａＡｓＰ（ＧａＡｓの場合も同様）のエッチング液には、硫酸、過酸化水素、水の混合液を用い、また、ＧａＩｎＰのエッチング液には、塩酸、水の混合液を用いることができる。また同時に、上部電極１４１とのコンタクトを取る部分の波長調整層１２２及び第１の位相調整層１２１も除去する。
【００２２】
次に、少なくとも電流狭窄層１１６の側面が現れる深さまで半導体層をエッチングすることによりメサを形成し、その後、電流狭窄層１１６を選択的に酸化して選択酸化領域１１６ａと電流狭窄領域１１６ｂとを形成する。メサを形成する際のエッチングは、ドライエッチング法を用いることができる。メサは本実施の形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、長方形の矩形等の任意の形状とすることができる。エッチング工程により側面が露出したＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１６を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させて選択酸化領域１１６ａを形成することによりＡｌｘＯｙからなる絶縁物に変える。これにより、駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓからなる電流狭窄領域１１６ｂだけに制限することのできる電流狭窄構造を形成することができる。
【００２３】
次に、ＳｉＮにより保護層１３１を設け、更に半導体層がエッチングされている部分をポリイミド層１３２により埋め込むことにより平坦化する。この後、コンタクト層１１８と光出射部のある波長調整層１２２または第１の位相調整層１２１の上の保護層１３１及びポリイミド層１３２を除去し、コンタクト層１１８上のコンタクトを取る部分にｐ側個別電極となる上部電極１４１を形成する。尚、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の裏面にはｎ側共通電極となる下部電極１４２を形成する。
【００２４】
本実施の形態においては、面発光レーザはｎ−ＧａＡｓ基板１１１と反対側にレーザ光が出射される。尚、コンタクト層１１８より下部にはＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓにより第２の位相調整層１１７があり、コンタクト層１１８から注入したキャリアは第２の位相調整層１１７を通じて、電流狭窄領域１１６ｂに流れる構造となっている。また、ＳｉＮからなる保護層１３１は、メサを形成する際のエッチングにより露出した腐食されやすいＡｌを含む層の側面や底面を誘電体で保護しているため、信頼性を向上させることができる。最後に、波長調整層１２２または第１の位相調整層１２１の上に、８．５ペアのＴｉＯ２高屈折率層／ＳｉＯ２低屈折率層からなる第１の上部ブラッグ反射鏡１２３を電子ビーム蒸着法等により成膜することにより形成する。
【００２５】
尚、波長調整領域と上部電極等とが直接コンタクトしている場合には、コンタクトする材料が面発光レーザごとに異なるためコンタクト抵抗が異なり、また、波長調整領域の厚さに依存して各々の面発光レーザに流すことのできる電流量等も異なる。従って、各々の面発光レーザにおける電気的な特性及び発光特性も大きく異なる。また、波長調整領域に電流を通す場合、各層の界面におけるバンド不連続により電気抵抗が増加する。これに対し、本実施の形態においては、コンタクト層１１８は、波長調整領域の下部に設けられており、面発光レーザに注入される電流はコンタクト層１１８より上の波長調整領域の上部を通過しないため、上述したような問題は生じない。
【００２６】
次に、波長調整領域内に設けられた第１の位相調整層１２１の取るべき光学厚さについて説明する。まず、図５に示されるように、第２の位相調整層１１７の下部から、波長調整層１２２の２番目の層の真ん中までの光学厚さをλ／４とした場合を考える。この場合、波長調整層１２２の各層の光学厚さは０．０５λであり、４つの面発光レーザの発振波長の間隔は１０ｎｍ間隔となっている。コンタクト層１１８から波長調整層１２２の２番目の層の真ん中までの光学厚さをλ／4にするため、第１の位相調整層１２１の光学厚さは０.０２５λに調整する。
【００２７】
しかし、図５に示される場合、波長調整層１２２をエッチングしない場合とＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの３層全てエッチングした場合とでは、波長調整領域におけるコンタクト層１１８より上の部分の光学厚さの変化量が８６％であり大きい。よって、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性が大きく異なってしまう。もちろん、この第１の位相調整層１２１がなく、波長調整領域において、コンタクト層１１８より上が波長調整層１２２であるＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰのみで形成されている場合、光閉じ込めを補強する層がない。このため、全ての波長調整領域をエッチングする場合としない場合では、更にレーザ特性が各々の面発光レーザごとに大きく異なってしまう。
【００２８】
一方、本実施の形態においては、図４に示されるように、第１の位相調整層１２１の光学厚さは略λ／２であり、図５に示される場合よりも厚い。この場合、波長調整層１２２をエッチングしない場合とＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの全層エッチングした場合とで、波長調整領域におけるコンタクト層１１８より上部の光学厚さの変化量は２３％にとどまり小さい。よって、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性を均一にすることができる。この第１の位相調整層１２１は、略Ｎ×λ／２（Ｎ＝２，３，，）とすると、波長調整層１２２をエッチングしない場合と全層エッチングした場合とにおいて、波長調整領域におけるコンタクト層１１８より上の部分の厚さ変化が減少する。このため、更に各々の面発光レーザにおけるレーザ特性を均一にすることができるが、吸収も増加し、面発光レーザ全体での閾値電流の増加などの弊害が生じるため、Ｎ＝１が好ましい。
【００２９】
尚、本実施の形態においては、波長調整領域の光学厚さは略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）である。また、本実施の形態においては、高屈折率とみなされる共振器の一部に波長調整領域が形成されている。コンタクト層１１８やＧａＡｓ等のこの波長調整領域の中で用いられる材料の屈折率はいずれも、低屈折率材料Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓよりは高屈折率材料Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓに近く、波長調整領域の層全体として高屈折率層として機能するものである。第１の位相調整層１２１の光学厚さは略λ／２にする等の波長調整領域の層構成は、共振器領域の光学厚さが（１＋Ｎ／２）λ（Ｎ＝０，１，２、、）としても同様である。一方で、共振器領域が低屈折率材料で構成され、光学厚さが（１＋Ｎ）λ／２（Ｎ＝０，１，２、、）となっている場合においても面発光レーザは共振モードを有する。この場合でも第１の位相調整層１２１の光学厚さは略λ／２にする等の波長調整領域の層構成は同様である。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における面発光レーザ素子について、図６に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ基板２１１の上に形成されているｐ側のＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を用いた８９４．６ｎｍの面発光レーザ素子である。ｎ−ＧａＡｓ基板２１１の上に半導体結晶成長により形成された半導体層の上部には、７ペアのＴｉＯ２高屈折率層とＳｉＯ２低屈折率層とを交互に積層形成することにより形成された第１の上部ブラッグ反射鏡２２３が形成されている。また、本実施の形態は、共振器領域の上下には、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６、波長調整領域、第１の上部ブラッグ反射鏡２２３により形成されている上部ブラッグ反射鏡と、半導体材料により形成されている下部ブラッグ反射鏡２１２とが形成されている。よって、上部ブラッグ反射鏡と下部ブラッグ反射鏡２１２とにより共振器領域を挟んだ構造となっている。尚、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６は半導体材料により形成されており、第１の上部ブラッグ反射鏡２２３は、誘電体材料により形成されている。
【００３１】
図７には、本実施の形態における面発光レーザ素子の上面図を示す。本実施の形態における面発光レーザ素子は、一例として、３００μｍ角のチップ上に４つの発光可能な面発光レーザ２０１、２０２、２０３、２０４が形成されている。また、面発光レーザ２０１における上部電極２４１は電極パッド２６１に接続されており、面発光レーザ２０２における上部電極２４１は電極パッド２６２に接続されている。面発光レーザ２０３における上部電極２４１は電極パッド２６３に接続されており、面発光レーザ２０４における上部電極２４１は電極パッド２６４に接続されている。本実施の形態における面発光レーザ素子は、５００μｍ角以下（５００μｍ×５００μｍ）のチップ上に形成されていてもよい。尚、図６は、図７における一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図である。
【００３２】
図８（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザ素子において、波長調整領域の構造を示すものである。波長調整領域は、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上に、第２の位相調整層２１８、コンタクト層２１９、第１の位相調整層２２１、波長調整層２２２の順に積層することにより形成されている。波長調整層２２２は、３層の半導体層、例えば、ＧａＡｓＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓＰ層を積層することにより形成されている。この波長調整層２２２における半導体層の層数を面発光レーザごとに異なるものとすることにより、波長調整領域におけるトータルの光学厚さを面発光レーザごとに変えることができる。これにより、１つのチップの面発光レーザ素子において、発振波長が異なる複数の面発光レーザ、具体的には、波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの異なる波長のレーザ光を出射する面発光レーザを得ることができる。
【００３３】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１上に、各層λ／４の光学厚さで３５．５ペアのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる下部ブラッグ反射鏡２１２が形成されている。下部ブラッグ反射鏡２１２の上には、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層からなる活性層２１４の上下に、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓにより下部スペーサ層２１３及び上部スペーサ層２１５が形成されている。本実施の形態においては、下部スペーサ層２１３、活性層２１４及び上部スペーサ層２１５により、共振器領域が形成されており、下部スペーサ層２１３、活性層２１４及び上部スペーサ層２１５を合わせた光学厚さは１波長となっている。
【００３４】
上部スペーサ層２１５の上には、７ペアのｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる第２の上部ブラッグ反射鏡２１６が形成されており、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上には波長調整領域が形成されている。尚、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の一部にはＡｌＡｓ層からなる電流狭窄層２１７が形成されている。
【００３５】
図８（ａ）に示すように、波長調整領域は、積層方向の下部から見て、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓの第２の位相調整層２１８、ｐ＋＋ＧａＡｓのコンタクト層２１９、ＧａＩｎＰの第１の位相調整層２２１、波長調整層２２２により形成されている。尚、第２の位相調整層２１８は、光学厚さ略λ／２のｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓにより形成されており、第１の位相調整層２２１は、光学厚さ略λ／２のＧａＩｎＰの第１の位相調整層２２１により形成されている。また、コンタクト層２１９は、第２の位相調整層２１８の最下部から光学厚さ略λ／２の位置であって、光定在波強度分布の節の位置に設けられている。
【００３６】
また、波長調整層２２２は、ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの計３層を積層することにより形成されている。コンタクト層２１９の真ん中から波長調整層２２２内のＧａＩｎＰの真ん中までの光学厚さは、３λ／４となるように第１の位相調整層２２１の膜厚が調整されている。このように第１の位相調整層２２１の膜厚を調整することにより、図８（ｂ）に示すように、４つの波長の異なる面発光レーザにおける反射率を均一にすることができる。
【００３７】
尚、ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの計３層で構成される波長調整層２２２の各層の光学厚さは０．０５λとなっており、４つの面発光レーザにおける発振波長の間隔が２ｎｍ間隔となるように形成されている。また、コンタクト層２１９より下部にはＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓの第２の位相調整層２１８があり、コンタクト層２１９が縦モードの節位置となるように略λ／２に膜厚が調整されている。コンタクト層２１９は波長が８９４．６ｎｍの光では吸収があるため、このような層構成はレーザ特性の向上に有効であることが発明者の実験からわかっている。
【００３８】
半導体層はＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ法により形成することができる。波長調整領域は、各々の面発光レーザにおいてフォトリソグラフィ及び選択的エッチングにより波長調整層２２２の層数が異なるように形成されており、膜厚が異なっている。ウェットエッチングにおいては、例えば、ＧａＡｓＰ（ＧａＡｓの場合も同様）のエッチング液には硫酸、過酸化水素、水の混合液を用いることができ、またＧａＩｎＰのエッチング液には塩酸、水の混合液を用いることができる。また同時に、上部電極とのコンタクトを取る部分の波長調整層および第１の位相調整層２２１も除去する。
【００３９】
次に、少なくとも電流狭窄層２１７の側面が現れる深さまで半導体層をエッチングすることによりメサを形成し、その後、電流狭窄層２１７を選択的に酸化して選択酸化領域２１７ａと電流狭窄領域２１７ｂとを形成する。メサを形成する際のエッチングには、ドライエッチング法を用いることができる。メサは本実施の形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、長方形の矩形等の任意の形状とすることができる。エッチング工程により側面が露出したＡｌＡｓからなる電流狭窄層２１７を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させて選択酸化領域２１７ａを形成することによりＡｌｘＯｙからなる絶縁物に変える。これにより、駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓからなる電流狭窄領域２１７ｂだけに制限することのできる電流狭窄構造を形成することができる。
【００４０】
次に、ＳｉＮからなる保護層２３１を設け、更に半導体層のエッチングされている部分をポリイミド層２３２により埋め込むことにより平坦化する。この後、コンタクト層２１９と光出射部のある波長調整層２２２または第１の位相調整層２２１の上のＳｉＮからなる保護層２３１及びポリイミド層２３２を除去する。この後、コンタクト層２１９上のコンタクトを取る部分にｐ側個別電極となる上部電極２４１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１の裏面にはｎ側共通電極となる下部電極２４２を形成する。
【００４１】
本実施の形態における面発光レーザでは、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１と反対側にレーザ光が出射される。尚、ＳｉＮからなる保護層２３１は、メサを形成する際のエッチングにより露出した腐食されやすいＡｌを含む層の側面や底面を誘電体で保護しているため、信頼性を向上させることができる。最後に、波長調整層２２２または第１の位相調整層２２１の上に８．５ペアのＴｉＯ２高屈折率層／ＳｉＯ２低屈折率層からなる第１の上部ブラッグ反射鏡２２３を電子ビーム蒸着法等により成膜することにより形成する。
【００４２】
尚、波長調整領域と上部電極等とが直接コンタクトしている場合には、コンタクトする材料が面発光レーザごとに異なるためコンタクト抵抗が異なり、また、波長調整領域の厚さに依存して各々の面発光レーザに流すことのできる電流量等も異なる。従って、各々の面発光レーザにおける電気的な特性及び発光特性も大きく異なる。また、波長調整領域に電流を通す場合、各層の界面におけるバンド不連続により電気抵抗が増加する。これに対し、本実施の形態においては、コンタクト層２１９は、波長調整領域の下部に設けられており、面発光レーザに注入される電流は、コンタクト層２１９より上の波長調整領域の上部を通過しないため、このような問題は発生しない。
【００４３】
次に、波長調整領域内に設けられた第１の位相調整層２２１の取るべき光学厚さについて説明する。まず、図９（ａ）のようにコンタクト層２１９中心から波長調整層２２２の中のＧａＩｎＰ層の真ん中までの光学厚さをλ／４とした場合を考える。この場合であっても、波長調整層２２２の各層の光学厚さは０．０５λであり、４つの面発光レーザにおける発振波長の間隔は２ｎｍ間隔となっている。図９（ｂ）に示すように４つの異なる波長の面発光レーザにおいて反射率が均一になるように、コンタクト層２１９から波長調整層２２２の中のＧａＩｎＰ層の真ん中までの光学厚さをλ／４にするため、第２の位相調整層２２１の光学厚さは０.０５λに調整する。
【００４４】
しかし、図９（ａ）に示される場合、波長調整層２２２をエッチングしない場合とＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの３層全てエッチングした場合とでは、波長調整領域におけるコンタクト層２１９より上の部分の光学厚さの変化量が７５％と大きい。よって、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性が大きく異なってしまう。もちろん、この第１の位相調整層２２１がなく、波長調整領域におけるコンタクト層２１９より上部が波長調整層２２２（ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰ）のみで形成されている場合、光閉じ込めを補強する層がない。このため、全ての波長調整領域をエッチングする場合としない場合で、更にレーザ特性が各々の面発光レーザごとに大きく異なってしまう。
【００４５】
一方、本実施の形態においては、図８（ａ）に示すように第１の位相調整層２２１の光学厚さは略λ／２であり、図９（ａ）に示される場合と比べて厚い。この場合、波長調整層２２２をエッチングしない場合とＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの全層エッチングした場合とで、波長調整領域におけるコンタクト層２１９より上の部分の光学厚さの変化量は２３％にとどまり小さい。よって、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性を均一にすることができる。
【００４６】
この第１の位相調整層２２１は略Ｎ×λ／２（Ｎ＝２，３，，）とすると、波長調整層２２２をエッチングしない場合と全層エッチングした場合とにおいて、波長調整領域におけるコンタクト層２１９より上の部分の厚さ変化が減少する。このため、更に各々の面発光レーザにおけるレーザ特性を均一にすることができるが、吸収も増加し、面発光レーザ全体における閾値電流の増加などの弊害が生じるためＮ＝１が好ましい。また、第２の位相調整層２１８についても、略Ｎ×λ／２（Ｎ＝２，３，，）とすると光吸収の影響を受け、面発光レーザ全体における閾値電流の増加などの弊害が生じるため、Ｎ＝１が好ましい。尚、本実施の形態においては、波長調整領域の光学厚さは略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）である。
【００４７】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態における面発光レーザ素子について、図１０に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１の上に形成されているｐ側のＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を用いた８９４．６ｎｍの面発光レーザ素子である。半導体層の上部には、７ペアのＴｉＯ２高屈折率層とＳｉＯ２低屈折率層とを交互に積層形成することにより形成された第１の上部ブラッグ反射鏡２２３が形成されている。また、本実施の形態は、共振器領域の上下には、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６、波長調整領域、第１の上部ブラッグ反射鏡２２３により形成されている上部ブラッグ反射鏡と、半導体材料により形成されている下部ブラッグ反射鏡２１２とが形成されている。よって、上部ブラッグ反射鏡と下部ブラッグ反射鏡２１２とにより共振器領域を挟んだ構造となっている。尚、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６は半導体材料により形成されており、第１の上部ブラッグ反射鏡２２３は、誘電体材料により形成されている。
【００４８】
図１１には、本実施の形態における面発光レーザ素子の上面図を示す。本実施の形態における面発光レーザ素子は、一例として、３００μｍ角のチップ上に８つの発光可能な面発光レーザ２７１、２７２、２７３、２７４、２７５、２７６、２７７、２７８が形成されている。また、面発光レーザ２７１における上部電極２４１は電極パッド２８１に接続されており、面発光レーザ２７２における上部電極２４１は電極パッド２８２に接続されている。面発光レーザ２７３における上部電極２４１は電極パッド２８３に接続されており、面発光レーザ２７４における上部電極２４１は電極パッド２８４に接続されている。面発光レーザ２７５における上部電極２４１は電極パッド２８５に接続されており、面発光レーザ２７６における上部電極２４１は電極パッド２８６に接続されている。面発光レーザ２７７における上部電極２４１は電極パッド２８７に接続されており、面発光レーザ２７８における上部電極２４１は電極パッド２８８に接続されている。尚、図１０は、図１１における一点鎖線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図である。
【００４９】
図１２（ａ）は、本実施の形態における面発光レーザ素子において、波長調整領域の構造を示すものである。波長調整領域は、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上に、第２の位相調整層２１８、コンタクト層２１９、第１の位相調整層２２１、波長調整層２２５を順に積層することにより形成されている。波長調整層２２５は、７層の半導体層、例えば、ＧａＡｓＰ層、ＧａＩｎＰ層を交互に積層することにより形成されている。この波長調整層２２５における半導体層の層数を面発光レーザごとに異なるものとすることにより、波長調整領域におけるトータルの光学厚さを面発光レーザごとに変えることができる。これにより、１つのチップの面発光レーザ素子において、発振波長が異なる複数の面発光レーザ、具体的には、波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８の８つの異なる波長のレーザ光を出射する面発光レーザを得ることができる。
【００５０】
本実施の形態における面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１上に、各層λ／４の光学厚さで３５．５ペアのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる下部ブラッグ反射鏡２１２が形成されている。下部ブラッグ反射鏡２１２の上には、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層からなる活性層２１４の上下に、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓにより下部スペーサ層２１３及び上部スペーサ層２１５が形成されている。本実施の形態においては、下部スペーサ層２１３、活性層２１４及び上部スペーサ層２１５により、共振器領域が形成されており、下部スペーサ層２１３、活性層２１４及び上部スペーサ層２１５を合わせた光学厚さは１波長となっている。
【００５１】
上部スペーサ層２１５の上に、７ペアのｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる第２の上部ブラッグ反射鏡２１６が形成されている。第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上には、波長調整領域が形成されている。尚、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の一部にはＡｌＡｓ層からなる電流狭窄層２１７が形成されている。
【００５２】
波長調整領域は、図１２（ａ）に示すように、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓの第２の位相調整層２１８、ｐ＋＋ＧａＡｓのコンタクト層２１９、第１の位相調整層２２１、波長調整層２２５により構成される。第１の位相調整層２２１は、略λ／２の光学厚さを有するＧａＩｎＰにより形成されており、波長調整層２２５は、ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＰの計７層積層することにより形成されている。
【００５３】
コンタクト層２１９の真ん中から、波長調整層２２５の上から４番目のＧａＩｎＰの真ん中までの光学厚さは、３λ／４となるように第１の位相調整層２２１の膜厚が調整されている。このように第１の位相調整層２２１の膜厚を調整することにより、図１２（ｂ）に示すように８つの波長の異なる面発光レーザの反射率を概ね均一にすることができる。
【００５４】
尚、計７層で構成される波長調整層２２５における各層の光学厚さは０．０５λとなっており、８つの面発光レーザにおける発振波長の間隔が２ｎｍ間隔となるように形成されている。また、コンタクト層２１９より下部にはＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなる第２の位相調整層２１８があり、コンタクト層２１９を縦モードの節位置となるように、略λ／２に膜厚が調整されている。コンタクト層２１９は波長８９４．６ｎｍの光では吸収があるため、このような層構成はレーザ特性の向上に有効であることが発明者の実験からわかっている。
【００５５】
半導体層は、ＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ法により形成することができる。波長調整領域は、第１の実施の形態と同様に、各々の面発光レーザごとにフォトリソグラフィ及びウェットエッチングによる選択的エッチングにより波長調整領域の層数が異なるように形成することにより、膜厚を異ならせている。ウェットエッチングにおいては、例えば、ＧａＡｓＰ（ＧａＡｓの場合も同様）のエッチング液には、硫酸、過酸化水素、水の混合液を用いることができ、またＧａＩｎＰのエッチング液には塩酸、水の混合液を用いることができる。また同時に、上部電極とのコンタクトを取る部分の波長調整領域も除去する。
【００５６】
次に、少なくとも電流狭窄層２１７の側面が現れる深さまで半導体層をエッチングすることによりメサを形成し、その後、電流狭窄層２１７を選択的に酸化して選択酸化領域２１７ａと電流狭窄領域２１７ｂとを形成する。メサを形成する際のエッチングには、ドライエッチング法を用いることができる。メサは本実施の形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、長方形の矩形等の任意の形状とすることができる。エッチング工程により側面が露出したＡｌＡｓからなる電流狭窄層２１７を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させて選択酸化領域２１７ａを形成することによりＡｌｘＯｙからなる絶縁物に変える。これにより、駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓからなる電流狭窄領域２１７ｂだけに制限することのできる電流狭窄構造を形成することができる。
【００５７】
次に、ＳｉＮからなる保護層２３１を設け、更に半導体層のエッチングされている部分をポリイミド層２３２により埋め込むことにより平坦化する。この後、コンタクト層２１９と光出射部のある波長調整層２２５または第１の位相調整層２２１の上のＳｉＮからなる保護層２３１及びポリイミド層２３２を除去する。この後、コンタクト層２１９上のコンタクトを取る部分にｐ側個別電極となる上部電極２４１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１の裏面にはｎ側共通電極となる下部電極２４２を形成する。
【００５８】
本実施の形態における面発光レーザでは、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１と反対側にレーザ光が出射される。尚、ＳｉＮからなる保護層２３１は、メサを形成する際のエッチングにより露出した腐食されやすいＡｌを含む層の側面や底面を誘電体で保護しているため、信頼性を向上させることができる。最後に、波長調整層２２５または第１の位相調整層２２１の上に８．５ペアのＴｉＯ２高屈折率層／ＳｉＯ２低屈折率層からなる第１の上部ブラッグ反射鏡２２３を電子ビーム蒸着法等により成膜することにより形成する。
【００５９】
尚、波長調整領域と上部電極等とが直接コンタクトしている場合には、コンタクトする材料が面発光レーザごとに異なるためコンタクト抵抗が異なり、また、波長調整領域の厚さに依存して各々の面発光レーザに流すことのできる電流量等も異なる。従って、各々の面発光レーザにおける電気的な特性及び発光特性も大きく異なる。また、波長調整領域に電流を通す場合、各層の界面におけるバンド不連続により電気抵抗が増加する。これに対し、本実施の形態においては、コンタクト層２１９は、波長調整領域の下部に設けられており、面発光レーザに注入される電流はコンタクト層２１９より上の波長調整領域の上部を通過しないため、上述したような問題は生じない。
【００６０】
また、本実施の形態においては、第１の位相調整層２２１は、多波長数の増加にも有効である。図１３（ａ）は、コンタクト層２１９から波長調整層２２５の上から４番目のＧａＩｎＰ層の真ん中までλ／４しかない場合の波長調整領域を示す。図１３（ｂ）は、コンタクト層２１９の中心からの光学厚さと反射率との関係、即ち、８つの波長の異なる面発光レーザの反射率を示す。この場合、第１の位相調整層２２１の光学厚さは、僅かに０．０２５λしかなく、波長調整層２２５をエッチングしない場合と全層エッチングした場合で、光学厚さ変化が９３％にもなる。よって、第２の実施の形態における異なる４波長の面発光レーザを有する面発光レーザ素子の場合よりも各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性が更に大きく異なる。
【００６１】
本実施の形態においては、図１２（ａ）に示されるように、コンタクト層２１９から波長調整層２２５の上から４番目のＧａＩｎＰ層の真ん中までの光学厚さが３λ／４になるように第１の位相調整層２２１の光学厚さを略λ／２とする。この場合、波長調整層２２５をエッチングしない場合と各層エッチングした場合とでは、波長調整領域において、コンタクト層２１９より上の部分の膜厚変化が４１％に低減される。これにより、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性を概ね均一にすることができる。
【００６２】
よって、本実施の形態においては、レーザ特性の均一であって、波長のことなる面発光レーザの数を増加させる効果もある。尚、この第１の位相調整層２２１はＮ×λ／２（Ｎ＝２，３，，，）とすると、波長調整領域をエッチングしない場合と全層エッチングした場合とにおいて、波長調整領域におけるコンタクト層２１９よりも上の部分の厚さ変化が減少する。よって、更に各々の面発光レーザにおけるレーザ特性が均一にすることができるが、吸収も増加し、面発光レーザ全体における閾値電流の増加などの弊害が生じるため、Ｎ＝１が好ましい。また、第２の位相調整層２１８についても、略Ｎ×λ／２（Ｎ＝２，３，，）とすると光吸収の影響を受け、面発光レーザ全体における閾値電流の増加などの弊害が生じるため、Ｎ＝１が好ましい。尚、本実施の形態においては、波長調整領域の光学厚さは略（２Ｎ＋１）×λ／４（Ｎ＝１，２，，，）である。
【００６３】
尚、上記以外の内容については、第２の実施の形態と同様である。
【００６４】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態における面発光レーザ素子について、図１４に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、ＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を用いた８９４．６ｎｍの面発光レーザ素子である。本実施の形態における面発光レーザ素子は、図１４に示されるように、３００μｍ角のチップ上に８個の発光可能な面発光レーザを形成したものであり、同一波長の面発光レーザを２個ずつ、４種類の波長の面発光レーザを形成したものである。即ち、３００μｍ角のチップ上に８つの発光可能な面発光レーザ３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３１８が形成されている。本実施の形態においては、面発光レーザ３１１及び３１２は波長λ１のレーザ光を出射し、面発光レーザ３１３及び３１４は波長λ２のレーザ光を出射する。面発光レーザ３１５及び３１６は波長λ３のレーザ光を出射し、面発光レーザ３１７及び３１８は波長λ４のレーザ光を出射する。また、面発光レーザ３１１における上部電極は電極パッド３２１に接続されており、面発光レーザ３１２における上部電極は電極パッド３２２に接続されている。面発光レーザ３１３における上部電極は電極パッド３２３に接続されており、面発光レーザ３１４における上部電極は電極パッド３２４に接続されている。面発光レーザ３１５における上部電極は電極パッド３２５に接続されており、面発光レーザ３１６における上部電極は電極パッド３２６に接続されている。面発光レーザ３１７における上部電極は電極パッド３２７に接続されており、面発光レーザ３１８における上部電極は電極パッド３２８に接続されている。
【００６５】
本実施の形態においては、同一波長の面発光レーザが２個あるため、一方を予備の面発光レーザとして用いることができる。同じ波長の光を発光する面発光レーザが２個ずつ存在しているため、不良や故障等により、同じ波長の光を出射する面発光レーザのうち、一方が発光しなくなったとしても他方を用いることができる。よって、面発光レーザ素子の寿命を長寿命にすることができるとともに、歩留りをより向上させることができる。
【００６６】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態における面発光レーザ素子について、図１５に基づき説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、半導体基板であるｎ−ＧａＡｓ基板２１１の上に形成されているｐ側のＡｌＡｓ層を選択酸化した電流狭窄構造を用いた８９４．６ｎｍの面発光レーザ素子である。ｎ−ＧａＡｓ基板２１１の上に半導体結晶成長により形成された半導体層の上部には、７ペアのＴｉＯ２高屈折率層とＳｉＯ２低屈折率層とを交互に積層形成することにより形成された第１の上部ブラッグ反射鏡３５３が形成されている。
【００６７】
本実施の形態は、共振器領域の上下には、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６、波長調整領域、第１の上部ブラッグ反射鏡３５３により形成されている上部ブラッグ反射鏡と、半導体材料により形成されている下部ブラッグ反射鏡２１２とが形成されている。よって、上部ブラッグ反射鏡と下部ブラッグ反射鏡２１２とにより共振器領域を挟んだ構造となっている。尚、波長調整領域は、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上に、第２の位相調整層２１８、第１の位相調整層３４１、波長調整層３４２を積層することにより形成されている。波長調整領域における波長調整層３４２の上には、コンタクト層３４３が形成されており、コンタクト層３４３の上には、上部電極３６１が形成されている。第２の上部ブラッグ反射鏡２１６は半導体材料により形成されており、第１の上部ブラッグ反射鏡３５３は、誘電体材料により形成されている。
【００６８】
図１６には、本実施の形態における面発光レーザ素子の上面図を示す。本実施の形態における面発光レーザ素子は、一例として、３００μｍ角のチップ上に４つの発光可能な面発光レーザ３８１、３８２、３８３、３８４が形成されている。また、面発光レーザ３８１における上部電極３６１は電極パッド３９１に接続されており、面発光レーザ３８２における上部電極３６１は電極パッド３９２に接続されている。面発光レーザ３８３における上部電極３６１は電極パッド３９３に接続されており、面発光レーザ３８４における上部電極３６１は電極パッド３９４に接続されている。本実施の形態における面発光レーザ素子は、５００μｍ角以下（５００μｍ×５００μｍ）のチップ上に形成されていてもよい。尚、図１５は、図１６における一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６９】
図１７は、本実施の形態における面発光レーザ素子において、波長調整領域の構造を示すものである。具体的には、図１７（ａ）は、第２の位相調整層２１８の下端から波長調整層３４２内のｐ−ＧａＩｎＰの真ん中までの光学厚さが３λ／４の場合の波長調整領域を示す。また、図１７（ｂ）は、第２の位相調整層２１８の下端からの光学厚さと反射率との関係、即ち、４つの波長の異なる面発光レーザの反射率を示す。
【００７０】
上述したように、波長調整領域は、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上に、第２の位相調整層２１８、第１の位相調整層３４１、波長調整層３４２の順に積層することにより形成されている。波長調整層３４２は、３層の半導体層、例えば、ＧａＡｓＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓＰ層を積層することにより形成されている。この波長調整層３４２における半導体層の層数を面発光レーザごとに異なるものとすることにより、波長調整領域におけるトータルの光学厚さを面発光レーザごとに変えることができる。これにより、１つのチップの面発光レーザ素子において、発振波長が異なる複数の面発光レーザ、具体的には、波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの異なる波長のレーザ光を出射する面発光レーザを得ることができる。
【００７１】
図１５に基づき本実施の形態における面発光レーザ素子についてより詳細に説明する。本実施の形態における面発光レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１上に、各層λ／４の光学厚さで３５．５ペアのｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる下部ブラッグ反射鏡２１２が形成されている。下部ブラッグ反射鏡２１２の上には、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる下部スペーサ層２１３、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層／ＧａＩｎＰＡｓ障壁層からなる活性層２１４、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる上部スペーサ層２１５が順に形成されている。本実施の形態においては、下部スペーサ層２１３、活性層２１４及び上部スペーサ層２１５により、共振器領域が形成されており、下部スペーサ層２１３、活性層２１４及び上部スペーサ層２１５を合わせた光学厚さは１波長となっている。
【００７２】
上部スペーサ層２１５の上には、７ペアのｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ高屈折率層／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ低屈折率層からなる第２の上部ブラッグ反射鏡２１６が形成されており、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上には波長調整領域が形成されている。尚、第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の一部にはＡｌＡｓ層からなる電流狭窄層２１７が形成されている。
【００７３】
図１７（ａ）に示すように、波長調整領域は、積層方向の下部から見て、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなる第２の位相調整層２１８、ｐ−ＧａＩｎＰからなる第１の位相調整層３４１、波長調整層３４２により形成されている。この波長調整層３４２は、ｐ−ＧａＡｓＰ／ｐ−ＧａＩｎＰ／ｐ−ＧａＡｓＰの計３層を積層することにより形成されている。第２の位相調整層２１８であるｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層の下端と、その下の第２の上部ブラッグ反射鏡２１６の上端とは、位相的に整合するように接続されており、本実施の形態においては、その接続部分はモード節となっている。第２の位相調整層２１８であるｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層の下端における節から、波長調整層３４２内のｐ−ＧａＩｎＰの真ん中までの光学厚さは、３λ／４となるように第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１の膜厚が調整されている。このように第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１の膜厚を調整することにより、図１７（ｂ）に示すように、４つの波長の異なる面発光レーザにおける反射率を均一にすることができる。尚、ｐ−ＧａＡｓＰ／ｐ−ＧａＩｎＰ／ｐ−ＧａＡｓＰの計３層で構成される波長調整層３４２の各層の光学厚さは０．０６λとなっており、４つの面発光レーザにおける発振波長の間隔が２ｎｍ間隔となるように形成されている。尚、本実施の形態においては、第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１を構成する２種の材料ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓとｐ−ＧａＩｎＰの光学的厚さはそれぞれ０．０３λと０．６λとなっている。
【００７４】
半導体層はＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ法により形成することができる。波長調整領域は、各々の面発光レーザにおいてフォトリソグラフィ及び選択的エッチングにより波長調整層３４２の層数が異なるように形成されており、膜厚が異なっている。ウェットエッチングにおいては、例えば、ＧａＡｓＰ（ＧａＡｓの場合も同様）のエッチング液には硫酸、過酸化水素、水の混合液を用いることができ、またＧａＩｎＰのエッチング液には塩酸、水の混合液を用いることができる。また同時に、図１５に示されるように光出射領域が凸形状になるように、光出射領域外の波長調整層３４２及び第１の位相調整層３４１の一部を除去することにより、波長調整領域による凸部３７１及び３７２が形成されている。尚、このような波長調整領域による凸部３７１及び３７２を光出射領域に形成しない場合には、光出射領域周囲の電極コンタクト領域の形状の影響で横モード制御に悪影響が出ることが、発明者による研究の結果明らかとなった。本実施の形態は、この結果に基づき、波長調整領域による凸部３７１及び３７２が形成されている。図１５に示される構造の面発光レーザ素子においては、光出射領域における凸部３７１は、波長調整層３４２及び第１の位相調整層３４１により形成されており、光出射領域における凸部３７２は、第１の位相調整層３４１により形成されている。また、結晶成長した段階では、波長調整領域上にコンタクト層３４３があり、ウェットエッチングにより光出射領域、即ち、凸部３７１等におけるコンタクト層３４３は除去する一方で、光出射領域の周囲のコンタクトする領域ではコンタクト層３４３は残す。
【００７５】
次に、少なくとも電流狭窄層２１７の側面が現れる深さまで半導体層をエッチングすることによりメサを形成し、その後、電流狭窄層２１７を選択的に酸化して選択酸化領域２１７ａと電流狭窄領域２１７ｂとを形成する。メサを形成する際のエッチングには、ドライエッチング法を用いることができる。メサは本実施の形態のような円形の他に、楕円形や、正方形、長方形の矩形等の任意の形状とすることができる。エッチング工程により側面が露出したＡｌＡｓからなる電流狭窄層２１７を、水蒸気中で熱処理し周辺を酸化させて選択酸化領域２１７ａを形成することによりＡｌｘＯｙからなる絶縁物に変える。これにより、駆動電流の経路を中心部の酸化されていないＡｌＡｓからなる電流狭窄領域２１７ｂだけに制限することのできる電流狭窄構造を形成することができる。
【００７６】
次に、ＳｉＮからなる保護層２３１を設け、更に半導体層がエッチングされている部分をポリイミド層２３２により埋め込むことにより平坦化する。この後、コンタクト層３４３と光出射部のある波長調整層３４２または第１の位相調整層３４１の上のＳｉＮからなる保護層２３１及びポリイミド層２３２を除去する。この後、コンタクト層３４３の上のコンタクトを取る部分にｐ側個別電極となる上部電極３６１を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１の裏面にはｎ側共通電極となる下部電極２４２を形成する。
【００７７】
本実施の形態における面発光レーザでは、ｎ−ＧａＡｓ基板２１１とは反対側にレーザ光が出射される。尚、ＳｉＮからなる保護層２３１を形成することにより、メサを形成する際のエッチングにより露出した腐食されやすいＡｌを含む層の側面や底面を誘電体で保護することができるため、信頼性を向上させることができる。最後に、波長調整層３４２及び第２の位相調整層２１８の上に８．５ペアのＴｉＯ２高屈折率層／ＳｉＯ２低屈折率層からなる第１の上部ブラッグ反射鏡３５３を電子ビーム蒸着法等により成膜することにより形成する。
【００７８】
尚、本実施の形態においては、コンタクト層３４３は波長調整領域の上部に形成されており、光出射領域の外周部でコンタクト層３４３と導電性の波長調整領域を残し、上部電極３６１と接続している。一方で光出射領域においてはこのコンタクト層３４３は除去されており、光吸収は非常に少ない。
【００７９】
次に、波長調整領域内に設けられた第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１の取るべき光学厚さについて説明する。まず、第２の位相調整層２１８であるｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層の下端から波長調整層３４２におけるｐ−ＧａＩｎＰ層の真ん中までの光学厚さをλ／４とした場合を考える。この場合における面発光レーザ素子の構造を図１８に示し、この構造の面発光レーザにおける波長調整領域の拡大図を図１９に示す。具体的には、図１９（ａ）は、第２の位相調整層２１８の下端から波長調整層３４２内のｐ−ＧａＩｎＰの真ん中までの光学厚さがλ／４の場合の波長調整領域を示す。また、図１９（ｂ）は、第２の位相調整層２１８の下端からの光学厚さと反射率との関係、即ち、４つの波長の異なる面発光レーザの反射率を示す。
【００８０】
この場合であっても、波長調整層３４２の各層の光学厚さは０．０６λであり、４つの面発光レーザにおける発振波長の間隔は２ｎｍ間隔となるため、図１９（ｂ）に示すように４つの異なる波長の面発光レーザにおいて反射率が均一になるようにすることができる。このように、波長調整領域の下端から波長調整層３４２におけるｐ−ＧａＩｎＰ層の真ん中までの光学厚さをλ／４にするためには、第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１の全体の光学厚さが０．１６λとなるように調整する。
【００８１】
この際、図１８に示される面発光レーザ素子においても、図１５に示される面発光レーザ素子と同様に、光出射領域において凸部形状の凸部３７１、３７２を形成する。尚、図１８に示される面発光レーザ素子においては、光出射領域における凸部３７１、３７２の一部を形成している第１の位相調整層３４１であるｐ−ＧａＩｎＰ層の光学的厚さが０．１３λとなっている。
【００８２】
ところで、図１８に示される場合、波長調整層３４２をエッチングしない場合とｐ−ＧａＡｓＰ／ｐ−ＧａＩｎＰ／ｐ−ＧａＡｓＰの３層全てエッチングした場合とでは、波長調整領域による凸部３７１、３７２の光学厚さの変化量が５８％と大きい。よって、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性が大きく異なってしまう。もちろん、第１の位相調整層３４１がなく、波長調整領域が波長調整層３４２（ｐ−ＧａＡｓＰ／ｐ−ＧａＩｎＰ／ｐ−ＧａＡｓＰ）のみで形成されている場合、横方向光閉じ込めを補強する層がない。このため、全ての波長調整領域をエッチングする場合としない場合で、更にレーザ特性が各々の面発光レーザごとに大きく異なってしまう。
【００８３】
一方、図１５に示される面発光レーザ素子においては、図１７に示すように第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１の光学厚さは略３λ／４であり、図１９に示される場合と比べて厚い。この場合、波長調整層３４２をエッチングしない場合と波長調整層３４２のｐ−ＧａＡｓＰ／ｐ−ＧａＩｎＰ／ｐ−ＧａＡｓＰのすべてをエッチングした場合とでは、波長調整領域による凸部３７１、３７２の光学厚さの変化量は２３％となり小さい。よって、各々の面発光レーザにおける発振閾値電流値やスロープ効率などのレーザ特性を均一にすることができる。
【００８４】
第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１は、略Ｎ×λ／２（Ｎ＝２，３，，）とすると、波長調整層３４２をエッチングしない場合と全層エッチングした場合とにおいて、波長調整領域における厚さ変化が減少する。このため、更に各々の面発光レーザにおけるレーザ特性を均一にすることができるが、吸収も増加し、面発光レーザ全体における閾値電流の増加などの弊害が生じるためＮ＝１が好ましい。
【００８５】
尚、本実施の形態においては、波長調整領域が、第２の位相調整層２１８及び第１の位相調整層３４１が、ｐ−ＧａＩｎＰ層とｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層の２種で形成されている。しかし、光出射領域における凸部３７１、３７２は選択ウェットエッチング等により形成されるが、エンドポイント制御が時間などで出来るのであれば、例えば、第２の位相調整層２１８であるｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層のみで形成してもよい。
【００８６】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第５の実施の形態における面発光レーザ素子を用いた原子発振器である。図２０に基づき本実施の形態における原子発振器について説明する。本実施の形態における原子発振器は、ＣＰＴ方式の小型原子発振器であり、光源４１０、コリメートレンズ４２０、λ／４波長板４３０、アルカリ金属セル４４０、光検出器４５０、変調器４６０を有している（非特許文献２、特許文献６）。
【００８７】
尚、本実施の形態は、面発光レーザより出射したサイドバンドを含む光のうち、２つの異なる波長の光をアルカリ金属セル４４０に入射させることにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により発振周波数を制御する原子発振器である。
【００８８】
光源４１０は、第１から第５の実施の形態における面発光レーザ素子が用いられている。アルカリ金属セル４４０には、アルカリ金属としてＣｓ（セシウム）原子ガスが封入されており、Ｄ１ラインの遷移を用いるものである。光検出器４５０は、フォトダイオードが用いられている。
【００８９】
本実施の形態のおける原子発振器では、光源４１０より出射された光をセシウム原子ガスが封入されたアルカリ金属セル４４０に照射し、セシウム原子における電子を励起する。アルカリ金属セル４４０を透過した光は光検出器４５０において検出され、光検出器４５０において検出された信号は変調器４６０にフィードバックされ、変調器４６０により光源４１０における面発光レーザ素子を変調する。
【００９０】
図２１に、ＣＰＴに関連する原子エネルギー準位の構造を示す。二つの基底準位から励起準位に電子が同時に励起されると光の吸収率が低下することを利用する。面発光レーザは搬送波波長が８９４．６ｎｍに近い素子を用いている。搬送波の波長は面発光レーザの温度、もしくは出力を変化させてチューニングすることができる。図２２に示すように、変調をかけることで搬送波の両側にサイドバンドが発生し、その周波数差がＣｓ原子の固有振動数である９．２ＧＨｚに一致するように４．６ＧＨｚで変調させている。図２３に示すように、励起されたＣｓガスを通過するレーザ光はサイドバンド周波数差がＣｓ原子の固有周波数差に一致した時に最大となるので、光検出器４５０の出力が最大値を保持するように変調器４６０においてフィードバックする。これにより、光源４１０における面発光レーザ素子の変調周波数を調整する。原子の固有振動数が極めて安定なので変調周波数は安定した値となり、この情報がアウトプットとして取り出される。尚、波長が８９４．６ｎｍの場合では、±１ｎｍの範囲、より望ましくは±０．３ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる（非特許文献３）。
【００９１】
本実施の形態における原子発振器は第１から第５の実施の形態における面発光レーザ素子を用いている。面発光レーザは、結晶成長での膜厚のバラツキにより上記±１ｎｍの範囲の均一な発振波長を得ることが困難であるが、チップ内で発振波長の異なる面発光レーザを複数形成することで、８９４．６ｎｍに近い発振波長の面発光レーザを選んで動作させる。これにより、発振波長に関する歩留まりを向上することができ、原子発振器を低コストで作製し提供することができる。本実施の形態によれば、所望の波長間隔をより高精度に制御できることから、（単に波長間隔を等間隔にするだけでなく）結晶成長による発振波長ばらつきの分布を考慮した最適な波長間隔を設定することが容易になる。よって、更に発振波長の歩留まりを向上することができる。また、更に、第４の実施の形態における面発光レーザ素子を用いることにより、より長寿命の原子発振器を提供することができる。
【００９２】
また、本実施の形態においては、アルカリ金属としてＣｓを用い、そのＤ１ラインの遷移を用いるために波長が８９４．６ｎｍの面発光レーザを用いたが、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合８５２．３ｎｍを用いることもできる。また、アルカリ金属としてＲｂ（ルビジウム）を用いることもでき、Ｄ１ラインを利用する場合は７９５．０ｎｍ、Ｄ２ラインを利用する場合は７８０．２ｎｍを用いることができる。活性層の材料組成などは波長に応じて設計することができる。また、Ｒｂを用いる場合の変調周波数は、８７Ｒｂでは３．４ＧＨｚ、８５Ｒｂでは１．５ＧＨｚで変調させる。尚、これらの波長においても、±１ｎｍの範囲の波長が必要となる。
【００９３】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。また、本発明の実施に係る形態では、面発光レーザ素子を原子発振器に用いた場合について説明したが、第１から第５の実施の形態における面発光レーザ素子は、ガスセンサー等の所定の波長の光が必要な他の装置等に用いることができる。この場合、これらの装置等においても、用途に応じた所定の波長の面発光レーザ光を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０１      面発光レーザ
１０２      面発光レーザ
１０３      面発光レーザ
１０４      面発光レーザ
１１１      基板
１１２      下部ブラッグ反射鏡
１１３      下部スペーサ層
１１４      活性層
１１５      上部スペーサ層
１１６      電流狭窄層
１１６ａ    選択酸化領域
１１６ｂ    電流狭窄領域
１１７      第２の位相調整層
１１８      コンタクト層
１２１      第１の位相調整層
１２２      波長調整層
１２３      上部ブラッグ反射鏡
１３１      保護層
１３２      ポリイミド層
１４１      上部電極
１４２      下部電極
１６１      電極パッド
１６２      電極パッド
１６３      電極パッド
１６４      電極パッド
４１０      光源
４２０      コリメートレンズ
４３０      λ／４板
４４０      アルカリ金属セル
４５０      光検出器
４６０      変調器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９５】
【特許文献１】特開２００８−５３３５３号公報
【特許文献２】特許２７５１８１４号公報
【特許文献３】特開２０００−５８９５８号公報
【特許文献４】特開平１１−３３０６３１号公報
【特許文献５】特開２００８−２８３１２９号公報
【特許文献６】特開２００９−１８８５９８号公報
【非特許文献】
【００９６】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７７，ｐｐ．３６８６−３６８８ （２０００）．
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８５，ｐｐ．１４６０−１４６２ （２００４）．
【非特許文献３】Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ， ｖｏｌ．３，ｐｐ．５７１−６１２
【非特許文献４】Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６１３２ ６１３２０８−１（２００６）
【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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