(57)【要約】【課題】高い感度と低消費電力を実現することが可能な新規なレーザジャイロを提案する。【解決手段】本発明のレーザジャイロは、リング状の光路４０（共振器）を備え光路４０を互いに逆方向に伝搬する第１および第２のレーザ光を発生させる半導体レーザ素子１００と、第１および第２のレーザ光のそれぞれを光路４０から引き出して重ね合わせるための結合手段（光導波路４１および４２）と、重ね合わされた第１のレーザ光と第２のレーザ光とによって生じる干渉信号を観測するための光検出器とを備える。光路４０には、光増幅を生じるアクティブ領域４０ａと、光増幅を生じないパッシブ領域４０ｂとが存在する。【選択図】図５
2008008892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の共振器を備え前記共振器を互いに逆方向に伝搬する第１および第２のレーザ光を発生させる半導体レーザ素子と、
前記第１および第２のレーザ光のそれぞれを前記共振器から引き出して重ね合わせるための結合手段と、
重ね合わされた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とによって生じる干渉信号を観測するための光検出器とを備え、
前記共振器には、光増幅を生じる領域と光増幅を生じない領域とが存在する、レーザジャイロ。
【請求項２】
前記光増幅を生じない領域を構成する半導体層のバンドギャップが、前記光増幅を生じる領域を構成する半導体層のバンドギャップよりも広い請求項１に記載のレーザジャイロ。
【請求項３】
前記結合手段が、前記共振器に隣接して且つ前記共振器の接線方向と平行に配置された光導波路を含む請求項１または２に記載のレーザジャイロ。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子が量子井戸構造を有する活性層を含み、
前記共振器の周長が６０μｍよりも大きい請求項２に記載のレーザジャイロ。
【請求項５】
前記共振器の周長が５５０μｍよりも大きい請求項４に記載のレーザジャイロ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザジャイロを含む電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザジャイロ、およびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環状の活性層を備える半導体レーザ素子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）。ジャイロが回転すると、環状の活性層を互いに逆方向に周回する２つのレーザ光の周波数に差が生じるため（ｓａｇｎａｃ効果）、その差を検出することによってジャイロの回転を検出できる。２つのレーザ光の周波数差Δｆは、以下の式で表される。
【０００３】
【数１】
2008008892.tif 000003
【０００４】
式中、Ｌは光路の周回長であり、Ａは光路の内部面積であり、λはレーザ光の波長であり、ｎは光路の屈折率であり、Ωは角速度である。
【０００５】
２つのレーザ光の周波数差を大きくすることによって、ジャイロの感度を上げることができる。その方法の１つとして、環状の光路のサイズを大きくすることによってＡ／Ｌの値を大きくする方法がある。
【特許文献１】特開２０００−２３０８３１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、環状の光路のサイズを大きくすると、半導体レーザ素子のしきい値電流が高くなるとともに消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００７】
このような状況において、本発明は、高い感度と低消費電力を実現することが可能な新規なレーザジャイロを提案することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のレーザジャイロは、リング状の共振器を備え前記共振器を互いに逆方向に伝搬する第１および第２のレーザ光を発生させる半導体レーザ素子と、前記第１および第２のレーザ光のそれぞれを前記共振器から引き出して重ね合わせるための結合手段と、重ね合わされた前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とによって生じる干渉信号を観測するための光検出器とを備え、前記共振器には、光増幅を生じる領域と光増幅を生じない領域とが存在する。
【０００９】
また、本発明の電子機器は、本発明のレーザジャイロを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い感度と低消費電力を実現することが可能な新規なレーザジャイロが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下で述べる例には限定されない。たとえば、以下の説明において特定の材料や特定の数値を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の材料や他の数値を適用してもよい。
【００１２】
［レーザジャイロ］
以下、本発明のレーザジャイロについて説明する。
【００１３】
本発明のレーザジャイロは、半導体レーザ素子と結合手段と光検出器とを備える。また、本発明のレーザジャイロは、必要に応じて他の光学素子や電子素子を含んでもよい。
【００１４】
半導体レーザ素子は、リング状（円環状）の共振器を備え、その共振器を互いに逆方向に伝搬する第１および第２のレーザ光を発生させる。その共振器には、光増幅を生じる領域（アクティブ領域）と、光増幅を生じない領域（パッシブ領域）とが存在する。
【００１５】
共振器の周長に占めるアクティブ領域の長さの割合は、たとえば１０〜９０％の範囲にあり、一例では、２０〜７０％の範囲にある。
【００１６】
アクティブ領域には、半導体レーザ素子の発光領域として機能する半導体多層膜と、その半導体多層膜中の活性層に電流を注入するための電極とが配置される。アクティブ領域は、リング状の共振器中の１箇所に形成されていてもよいし、複数箇所に形成されていてもよい。アクティブ領域では、活性層へのキャリアの注入によって誘導放出が生じ、光が増幅される。一方、パッシブ領域では光は増幅されない。
【００１７】
パッシブ領域におけるレーザ光の減衰を防止するため、光増幅を生じない領域（パッシブ領域）を構成する半導体層のバンドギャップは、光増幅を生じる領域（アクティブ領域）を構成する半導体層のバンドギャップよりも広いことが好ましい。この構成によれば、アクティブ領域で発生したレーザ光が、パッシブ領域で吸収されることを抑制できる。
【００１８】
結合手段は、第１および第２のレーザ光のそれぞれをリング状の共振器から引き出して重ね合わせる。この結合手段は、リング状の共振器から第１および第２のレーザ光を引き出すための光取り出し手段と、引き出した第１および第２のレーザ光を重ね合わせるための重ね合わせ手段とを含む。
【００１９】
光取り出し手段は、たとえば、所定の位置に配置された１本または２本の光導波路であってもよい。結合手段は、共振器に隣接して且つ共振器の接線方向と平行に配置された光導波路を、光取り出し手段として含んでもよい。この光導波路は、光結合器として機能するため、第１および第２のレーザ光が共振器からこの光導波路に伝搬する。光取り出し用の光導波路と共振器との間の最短距離は、たとえば、０．１μｍ〜１μｍの範囲にある。
【００２０】
また、重ね合わせ手段は、隣接する２つの光導波路によって構成された光結合器であってもよい。光取り出し手段と重ね合わせ手段とが共に光導波路によって構成される場合、それらをまとめて１本または２本の光導波路で構成することも可能である。なお、結合手段に含まれる重ね合わせ手段は、光導波路以外の光学素子（たとえばプリズム）などであってもよい。
【００２１】
光検出器は、重ね合わされた第１のレーザ光と第２のレーザ光とによって生じる干渉信号を観測するための素子である。光検出器は、１つまたは複数の受光素子を備える。干渉信号は、ビート信号であってもよいし、干渉縞であってもよい。干渉信号が干渉縞である場合、複数の受光素子を備える光検出器を用いることによって、干渉縞の移動方向と移動速度とを検出することが可能である。干渉縞の移動方向に基づいてジャイロの回転方向を判別することが可能であり、干渉縞の移動速度に基づいてジャイロの回転速度を算出することが可能である。受光素子には、フォトダイオードやフォトトランジスタなどを用いることができる。
【００２２】
［レーザジャイロの一例］
ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系の材料では、再成長界面の酸化の問題がない。そのため、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）などを用いて、バットジョイント構造によってパッシブ光導波路を接続することが可能である。以下に、バットジョイント構造を用いたリング共振器を備えるジャイロの一例について、図１Ａ〜図５を参照しながら説明する。なお、図１Ａ〜図４では、共振器の近傍のみを図示する。図１Ａは上面図であり、図１Ｂは、図１Ａの線Ｉｂ−Ｉｂにおける断面図である。同様に、図１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、２Ａ、２Ｃおよび２Ｅは上面図であり、図１Ｄ、１Ｆ、１Ｈ、２Ｂ、２Ｄおよび２Ｆはそれらの断面図である。また、図３Ａは上面図であり、図３Ｂおよび３Ｃはその断面図である。
【００２３】
図１Ａ〜１Ｈを参照しながら、製造工程を説明する。まず、図１Ａおよび１Ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ法によって基板１１上に多層膜２０を形成する。多層膜２０は、多重量子井戸構造を含む。この多層膜２０の一部がアクティブ領域となる。
【００２４】
基板１１には、ｎ型ＩｎＰを用いる。この基板１１上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２１（ｎ型ドーパント量：１×１０18ｃｍ-3、厚さ：０．５μｍ）を成長させる。次に、バンドギャップ波長が０．９５μｍ、１．０μｍ、１．０５μｍ、および１．１μｍである４つのＧａＩｎＡｓＰ層（すべてノンドープ、各層の厚さ：１０ｎｍ）をこの順序で成長させ、ＧａＩｎＡｓＰ層２２を形成する。
【００２５】
次に、６周期のＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰからなる多重量子井戸層２３を形成する。井戸層には、圧縮歪が１％のＧａＩｎＡｓＰ層（ノンドープ、厚さ：７ｎｍ）を用いる。障壁層には、バンドギャップ波長が１．１μｍのＩｎＰに格子整合するＧａＩｎＡｓＰ層（ノンドープ、厚さ：１０ｎｍ）を用いる。井戸層の組成は、発光波長が１．３μｍになるように設定する。
【００２６】
次に、バンドギャップ波長が１．１μｍ、１．０５μｍ、１．０μｍ、および０．９５μｍの４つのＧａＩｎＡｓＰ層（すべてノンドープ、各層の厚さ：１０ｎｍ）をこの順序で成長させ、ＧａＩｎＡｓＰ層２４を形成する。ＧａＩｎＡｓＰ層２２および２４は、光閉じ込め層として機能する。
【００２７】
最後に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５（ｐ型ドーパント量：１×１０17ｃｍ-3、厚さ：０．２μｍ）を成長させる。このようにして、多層膜２０が形成される。
【００２８】
次に、図１Ｃおよび１Ｄに示すように、アクティブ領域となる部分の表面にＳｉＮx薄膜３１を形成し、その部分以外の領域をエッチングによって除去する。具体的には、まず、多層膜２０の表面全体に、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＮx薄膜を成膜したのち、アクティブ領域となる部分にフォトリソグラフィ法によってレジスト膜を形成する。次に、ＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；  ＲＩＥ）法によって、レジストで保護されていない領域のＳｉＮx薄膜を除去してＳｉＮx薄膜３１を形成する。ＳｉＮx薄膜３１が形成されていない領域では、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５の表面が露出する。次に、酸素ガスを用いたＲＩＥ法によってフォトレジストを除去した後に、塩酸／燐酸混合液を用いてｐ型ＩｎＰクラッド層２５をエッチングし、硫酸／過酸化水素水／水の混合液を用いてＧａＩｎＡｓＰ層２２および２４と多重量子井戸層２３とをエッチングする。このようにして、図１Ｃおよび１Ｄの構造が形成される。
【００２９】
次に、図１Ｅおよび１Ｆに示すように、エッチングされた領域に、ＭＯＣＶＤ法によって、バンドギャップ波長が１．１μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ層３２（厚さ：０．２５μｍ）と、ノンドープＩｎＰ層３３（厚さ：０．１μｍ）とを成長させる。
【００３０】
次に、ＳｉＮx薄膜３１をバッファード・フッ酸（ＢＨＦ）によって除去する。次に、図１Ｇおよび１Ｈに示すように、ＭＯＣＶＤ法によって、積層膜の表面全体に、ｐ−ＩｎＰクラッド層３４（ｐ型ドーパント量：５×１０17〜１×１０18ｃｍ-3、厚さ：２μｍ）と、ｐ+−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層３５（バンドギャップ波長：１．３μｍ、ｐ型ドーパント量：３×１０18ｃｍ-3、厚さ：０．１μｍ）とを形成する。ＩｎＰバッファ層２１、ＧａＩｎＡｓＰ層３２、ＩｎＰ層３３、およびＩｎＰクラッド層３４は、パッシブ領域の光導波路を構成する。
【００３１】
次に、図２Ａおよび２Ｂに示すように、アクティブ領域となる領域以外のコンタクト層３５を除去する。コンタクト層３５の選択的な除去は、以下の手順で行う。まず、プラズマＣＶＤ法によって、積層膜の上面全体にＳｉＮx膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィ法によって、アクティブ領域となる領域を覆うようにフォトレジストパターンを形成する。次に、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥによるＳｉＮx膜のパターニングと、酸素ガスを用いたＲＩＥによるレジストの除去とを行う。次に、硫酸／過酸化水素／水の混合液を用いて、ＳｉＮx膜が形成されていない領域のコンタクト層３５をエッチングする。次に、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥによってＳｉＮx膜を除去する。このようにして、図２Ａおよび２Ｂの構造が形成される。このリング状の共振器は、４つのアクティブ領域と４つのパッシブ領域とによって構成される。
【００３２】
次に、図２Ｃおよび２Ｄに示すように、アクティブ領域の上方を通るリング状の領域と、光取り出し用の光導波路が形成される領域とに、ＳｉＮx膜３６を形成する。
【００３３】
次に、塩素ガスを用いたドライエッチング（たとえばインダクタンス結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）を用いたエッチング）によって、ＳｉＮx膜３６が形成されていない領域を、ＧａＩｎＡｓＰ層３２の下面までエッチングする。このようにして、図２Ｅおよび２Ｆに示すように、リング状の光路（共振器）４０と、光取り出し用の光導波路４１および４２とを形成する。光導波路４１の一部は、光路４０と近接しており、その部分では光路４０の接線方向と平行である。同様に、光導波路４２の一部は光路４０と近接しており、その部分では光路４０の接線方向と平行である。
【００３４】
一例では、この光路４０は、半径が１．５ｍｍであり幅が２μｍである。光路４０は、多重量子井戸層２３が存在する４つのアクティブ領域４０ａと、多重量子井戸層２３ではなくＧａＩｎＡｓＰ層３２が存在する４つのパッシブ領域４０ｂとによって構成される。アクティブ領域４０ａの多重量子井戸層２３と、パッシブ領域４０ｂのＧａＩｎＡｓＰ層３２とは、バットジョイントによって結合されている。
【００３５】
次に、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥによってＳｉＮx膜３６を除去した後、プラズマＣＶＤ法によって、基板の上方の全面にＳｉＮx膜を形成する。次に、フォトリソ・エッチング工程によって、アクティブ領域４０ａ上のＳｉＮx膜の一部を除去して窓を形成する。次に、酸素ガスを用いたＲＩＥによって、フォトリソ・エッチング工程で用いたレジストを除去する。
【００３６】
次に、図３Ａに示す形状の電極３８を、ＳｉＮx膜３７で形成された窓を覆うように、リフトオフ法によって形成する。アクティブ領域４０ａの断面図（図３Ａの線IIIｂにおける断面図）を図３Ｂに示し、パッシブ領域４０ｂの断面図（図３Ａの線IIIｃにおける断面図）を図３Ｃに示す。図３Ｂに示すように、アクティブ領域４０ａでは電極３８と半導体層とが接触している。一方、図３Ｃに示すように、パッシブ領域４０ｂでは電極３８と半導体層とは接触していない。そのため、電流は、実質的にアクティブ領域４０ａのみに注入される。電極３８は、電子ビーム蒸着法によってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着したのち、不要な部分をリフトオフすることによって形成できる。電極３８は、配線用のワイヤをボンディングするためのパッド部（サイズ：１００μｍ角程度）を含む。
【００３７】
次に、基板１１の厚さが１５０μｍ程度になるまで基板１１の裏面側を研磨する。そして、基板１１の裏面に、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕの構造を有する裏面電極を形成する。このようにして形成されるリングレーザジャイロの一部の斜視図を図４に模式的に示す。図４のジャイロの基板１１の裏面には、裏面電極４３が形成されている。このようにして、半導体レーザ素子１００と光取り出し手段とが完成する。
【００３８】
本発明のレーザジャイロは、光導波路４１および４２を伝搬する第１および第２のレーザを重ね合わせるための重ね合わせ手段を備える。たとえば、本発明のジャイロは、方向性結合器を備えてもよい。方向性結合器を備えるジャイロの一例の平面図を図５に示す。図５のジャイロ５０では、光導波路４１と光導波路４２とが、一部において、互いに平行に且つ近接して配置されており、この部分が方向性結合器５１として機能する。すなわち、光導波路４１を進行するレーザ光の一部が光導波路４２に伝搬し、光導波路４２を進行するレーザ光の一部が光導波路４１に伝搬する。方向性結合器５１における光導波路４１と光導波路４２との最短距離は、たとえば０．１μｍ〜１μｍの範囲にある。
【００３９】
方向性結合器５１で重ね合わされた第１および第２のレーザ光の干渉信号（ビート信号）は、光導波路４１の端部に配置された光検出器５２によって検出される。このビート信号の周波数から、ジャイロの回転速度を算出できる。このような方向性結合器５１は、エッチングによって光導波路４１および４２を形成する際に、所定の形状のマスクを用いることによって形成できる。また、光検出器５２は、光導波路４１の端面に光学的に結合するようにマウントすればよい。このとき、必要に応じて半導体積層膜（および必要に応じて基板）をエッチングして凹部を形成し、その凹部に光検出器をマウントしてもよい。
【００４０】
本発明のレーザジャイロでは、半導体レーザ素子が量子井戸構造を有する活性層を含み、共振器の周長が６０μｍよりも大きくてもよい。このとき、活性層に含まれる井戸層の数が、１〜６の範囲にあってもよい。
【００４１】
また、本発明のレーザジャイロでは、半導体レーザ素子が量子井戸構造を有する活性層を含み、共振器の周長が５５０μｍよりも大きくてもよい。
【００４２】
本発明のレーザジャイロについて、リングレーザの周長としきい値電流との関係についてシミュレーションした。このシミュレーションでは、共振器の周長に占めるアクティブ領域の長さが３０％であり、共振器の周長に占めるパッシブ領域の長さが７０％であると仮定した。量子井戸の数は、３と仮定した。活性層の幅は、２μｍと仮定した。また、比較のために、共振器の全体がアクティブ領域である場合についてもシミュレーションした。
【００４３】
シミュレーションの結果を、図６に示す。図６の縦軸の「しきい値電流変化率」は、以下の式で表される。
［しきい値電流変化率］＝［共振器の３０％がアクティブ領域である場合のしきい値電流］／［共振器の全体がアクティブ領域である場合のしきい値電流］
【００４４】
図６から明らかなように、共振器の周長を３００μｍよりも大きくすることによって、しきい値電流変化率を１より小さくできる。すなわち、共振器の３０％がアクティブ領域である場合、共振器の周長を３００μｍよりも大きくすることによって、しきい値電流を低減できる。
【００４５】
さらに、本発明のレーザジャイロについて、共振器の周長に占めるアクティブ領域の長さの割合と、しきい値電流との関係をシミュレーションした。シミュレーションの結果を、図７に示す。
【００４６】
図７のグラフ中の曲線は、しきい値電流が、共振器の全体がアクティブ領域である半導体レーザ素子のしきい値電流と一致する位置を示している。図７には、量子井戸構造を有する活性層の井戸数が１、３または６である場合の曲線について示している。図７に示した曲線は、以下の近似式で表される。
Ｌ＝Ａ・ｒ-B
式中、Ｌは、共振器の周長である。また、ｒは、共振器の周長に占めるアクティブ領域の長さの割合である。定数ＡおよびＢを、表１に示す。
【００４７】
【表１】
2008008892.tif 000004
【００４８】
図７のグラフにおいて、網掛けを付した領域は、しきい値電流が、共振器の全体がアクティブ領域である半導体レーザ素子のしきい値電流よりも小さくなる領域である。図７において、井戸数が６のときの曲線よりも上方の領域を、領域Ｉとする。また、井戸数が３のときの曲線よりも上方の領域を、領域IIとする。また、井戸数が１のときの曲線よりも上方の領域を、領域IIIとする。
【００４９】
井戸数が６以上の量子井戸構造を用いた場合、領域Ｉに示されるように、共振器の周長を６０μｍよりも大きくすることによって、しきい値電流を低減することができる。また、井戸数が３以上の量子井戸構造を用いた場合、領域IIに示されるように、共振器の周長を１３０μｍよりも大きくすることによってしきい値電流を低減することができる。特に、領域IIIでは、共振器の周長を５５０μｍよりも大きくすることによって、井戸数にかかわらず（すなわち、任意の井戸数において）、しきい値電流を低減できる。
【００５０】
［レーザジャイロの他の一例］
Ａｌを含むＧａＡｓ系の材料では、上記のバットジョイント構造を形成するのは困難であるが、不純物の拡散による量子井戸構造の透明化が可能である。たとえば、エピタキシャル層のうちの特定の領域に、選択的にＳｉ、Ｚｎ、酸素などの不純物を熱拡散させることによって、バンドギャップをワイド化（＝透明化）させることができる（たとえばＷ．Ｘ．  Ｚｏｕ他、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．３、ｎｏ．５、４００、１９９１年など）。
【００５１】
また、不純物フリー空孔拡散（Ｉｍｐｕｒｉｔｙ  Ｆｒｅｅ  Ｖａｃａｎｃｙ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ＩＦＶＤ）法と呼ばれる方法（たとえばＳ．−Ｆ．Ｙｕ他、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．４、ｎｏ．４、７２３、１９９８年や、特開２００４−３１９９１４号公報など）を用いてもよい。この方法では、基板表面に形成された膜（たとえばＳｉＮxなどの誘電体膜）によって、熱処理による空孔拡散を促進あるいは抑制できる。たとえば、エピタキシャル層の表面の所定の領域に、空孔拡散を抑制する膜と促進する膜とを形成することによって、拡散が促進された領域だけをワイドバンドギャップ化（＝透明化）することができる。ＩＦＶＤは、ＩｎＰ基板上の量子井戸（ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸、ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸など）にも適用可能である。
【００５２】
本発明のジャイロに用いられるリングレーザを、Ｓｉ拡散を利用して形成する方法について、図８Ａ〜８Ｈおよび図９Ａ〜９Ｇを参照しながら説明する。なお、図８Ａ〜図９Ｇでは、ジャイロのうち半導体レーザ素子の部分のみを図示し、他の部分の図示は省略する。図８Ａは上面図であり、図８Ｂは、図８Ａの線VIIIｂ−VIIIｂにおける断面図である。同様に、図８Ｃ、８Ｅ、８Ｇ、９Ａおよび９Ｃは上面図であり、図８Ｄ、８Ｆ、８Ｈ、９Ｂおよび９Ｄはそれらの断面図である。また、図９Ｅは上面図であり、図９Ｆおよび９Ｇはその断面図である。
【００５３】
まず、図８Ａおよび８Ｂに示すように、基板１１上に、歪量子井戸活性層を含む多層膜６０を形成する。具体的には、まず、ｎ−ＧａＡｓからなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ−ＧａＡｓバッファ層６１（ｎ型ドーパント量：１×１０18ｃｍ-3、厚さ：０．３μｍ）、ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層６２（ｎ型ドーパント量：１×１０17、厚さ：３μｍ）、ノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光導波路層６３（厚さ：５０ｎｍ）、歪量子井戸活性層６４、ノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光導波路層６５（厚さ：５０ｎｍ）、ｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓクラッド層６６（ｐ型ドーパント：１×１０18ｃｍ-3、厚さ：２μｍ）、ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層６７（ｐ型ドーパント：２×１０19ｃｍ-3、厚さ：５００ｎｍ）を、この順に成長させる。活性層６４は、Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ａｓからなる井戸層（厚さ：５ｎｍ）と、ＧａＡｓからなる障壁層（厚さ：１０ｎｍ）とによって構成される二層量子井戸活性層である。
【００５４】
次に、図８Ｃおよび８Ｄに示すように、Ｓｉを拡散させる領域に、Ｓｉ膜７１を形成する。Ｓｉ膜７１の形成は、以下の手順で行う。まず、Ｓｉ拡散を行わない領域、つまり素子完成時にアクティブ領域となる部分をレジストパターンで覆う。次に、拡散源となるＳｉの膜（厚さ：２０ｎｍ）を、電子ビーム蒸着法などによって積層膜の表面に堆積させる。その後、アセトンによってレジストパターンを除去することによって、アクティブ領域上のＳｉ膜をレジストごと除去する（リフトオフ工程）。このようにして、所定の領域においてコンタクト層６７が露出しているＳｉ膜７１を形成できる。
【００５５】
次に、プラズマＣＶＤ法によって、積層膜の表面全体にＳｉＯ2膜７２を形成する。その後、積層膜が形成された基板全体を、窒素雰囲気中で８５０℃において８時間程度、熱処理する。この熱処理によって、Ｓｉ膜７１から積層膜の内部にＳｉが拡散する。その結果、図８Ｅおよび８Ｆに示すように、積層膜の一部がＳｉ拡散領域７３となる。具体的には、図８Ｆに示すように、クラッド層６２、光導波路層６３、活性層６４、光導波路層６５、クラッド層６６およびコンタクト層６７の一部にＳｉが拡散し、それぞれ、クラッド層６２ａ、光導波路層６３ａ、活性層６４ａ、光導波路層６５ａ、クラッド層６６ａおよびコンタクト層６７ａとなる。
【００５６】
ここで、表面にＳｉ膜７１が存在していないためにＳｉが拡散していない領域のフォトルミネッセンス発光波長が９８０ｎｍであるのに対し、Ｓｉ拡散領域７３のフォトルミネッセンス発光波長は９３０ｎｍ程度であり、Ｓｉの拡散によってバンドギャップがワイド化する。このＳｉ拡散領域７３の一部が、パッシブ領域になる。また、Ｓｉ拡散領域７３の一部を、光取り出し用の光導波路として用いることができる。
【００５７】
次に、アクティブ領域となる部分（Ｓｉが拡散していない部分）を覆うようにフォトレジスト膜７４を形成し、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥによって、フォトレジスト膜７４が形成されていない領域のＳｉＯ2膜７２を除去する。次に、塩素ガスを用いたＩＣＰ−ＲＩＥによって、フォトレジスト膜７４が形成されていない領域にあるＳｉ膜７１およびコンタクト層６７ａを除去する。このようにして、図８Ｇおよび８Ｈに示す構造が形成される。
【００５８】
次に、酸素ガスを用いたＲＩＥによってフォトレジスト膜７４を除去し、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥによってＳｉＯ2膜７２を除去する。次に、図９Ａおよび９Ｂに示すように、リング状の共振器を形成する領域に、ＳｉＮx膜７５を形成する。ＳｉＮx膜７５は、積層膜の表面全体にＳｉＮx膜を形成した後、その膜をフォトリソ・エッチング工程でパターニングすることによって形成できる。
【００５９】
次に、塩素ガスを用いたＩＣＰ−ＲＩＥによって、ＳｉＮx膜７５が形成されていない領域の積層膜を、クラッド層６２に到達するまでエッチングする。このようにして、図９Ｃおよび９Ｄに示すように、リング状の共振器（光導波路）を形成する。
【００６０】
次に、アクティブ領域の上方に形成された開口部を有するＳｉＮx膜７６を形成する。続いて、形成された開口部を覆うように、図９Ｅに示す形状の電極７７を、リフトオフ法によって形成する。電極７７は、電子ビーム蒸着法によってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着したのち、不要な部分をリフトオフすることによって形成される。電極７７は、配線用のワイヤをボンディングするためのパッド部（サイズ：１００μｍ角程度）を含む。
【００６１】
リング状の共振器８０は、４つのアクティブ領域８０ａと４つのパッシブ領域８０ｂとによって構成されている。アクティブ領域８０ａにおける断面図（図９Ｅの線IXｆにおける断面図）を図９Ｆに示す。また、パッシブ領域８０ｂにおける断面図（図９Ｅの線IXｇにおける断面図）を図９Ｇに示す。電極７７と半導体層（コンタクト層６７）とが接触する部分は、アクティブ領域８０ａに形成された開口部の部分のみである。したがって、パッシブ領域８０ｂでは、電極７７と半導体層とは接触していない。
【００６２】
次に、基板１１の厚さが１５０μｍ程度になるまで基板１１の裏面側を研磨する。そして、基板１１の裏面に、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕの構造を有する裏面電極を形成する。このようにしてリング状の共振器を備える半導体レーザ素子が形成される。なお、図示はしていないが、基板１１上には、図５に示したものと同様の結合手段および光検出器が配置される。結合手段の光導波路は、パッシブ領域と同様の方法で形成できる。このようにして、リングレーザジャイロが形成される。
【００６３】
なお、Ｓｉの拡散は、イオン打ち込みによって行ってもよいし、エピタキシャル成長中に高濃度ドープする方法によって行ってもよい。
【００６４】
［電子機器］
本発明の電子機器は、本発明のレーザジャイロを備える。本発明の電子機器は、物体の回転の検出が必要とされる機器であり、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、およびそれらを備える機器が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のジャイロは、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小型で消費電力が低い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】
【００６６】
【図１】図１Ａ〜１Ｈは、本発明のレーザジャイロの製造方法の一例の工程を示す。
【図２】図２Ａ〜２Ｆは、図１Ｈに続く工程を示す。
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、図２Ｆに続く工程を示す。
【図４】図４は、図１Ａ〜３Ｃの方法で製造されるレーザジャイロの一部を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５は、図１Ａ〜３Ｃの方法で製造されるレーザジャイロの全体を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、本発明のレーザジャイロに関して、リングレーザの周長としきい値電流との関係についてシミュレーションした結果を示す。
【図７】図７は、本発明のレーザジャイロに関して、共振器の周長に占めるアクティブ領域の長さの割合と、共振器の周長と、しきい値電流との関係についてシミュレーションした結果を示す。
【図８】図８Ａ〜８Ｈは、本発明のレーザジャイロの製造方法の他の一例の工程を示す。
【図９】図９Ａ〜９Ｇは、図８Ｈに続く工程を示す。
【符号の説明】
【００６７】
３８  電極
４０  光路（共振器）
４０ａ  アクティブ領域
４０ｂ  パッシブ領域
４１、４２  光導波路
５０  ジャイロ（レーザジャイロ）
５１  方向性結合器
５２  光検出器
１００  半導体レーザ素子
【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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