(57)【要約】【課題】干渉縞を用いることなく回転の角速度を求めることが可能な半導体レーザジャイロを提供する。【解決手段】本発明の半導体レーザジャイロは、レーザ光Ｌを出射する半導体レーザ１０と、レーザ光Ｌをモニタする光検出器５０とを備える。半導体レーザ１０は、活性層を含む層で構成されたキャビティーと、活性層にキャリアを注入するための第１および第２の電極とを備える。キャビティーは、活性層内の仮想の多角形の経路を周回するように光を反射することが可能な端面を備える。光検出器５０で検出されたレーザ光Ｌの、ＲＦ帯域におけるスペクトルのピーク強度および／またはピーク周波数に基づいて回転角速度が求められる。【選択図】図１
2008241385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、前記レーザ光をモニタする光検出器とを備える半導体レーザジャイロであって、
前記半導体レーザは、活性層を含む層で構成されたキャビティーと、前記活性層にキャリアを注入するための第１および第２の電極とを備え、
前記キャビティーは、前記活性層内の仮想の多角形の経路を周回するように光を反射することが可能な端面を備え、
前記光検出器で検出された前記レーザ光の、ＲＦ帯域におけるスペクトルのピーク周波数および／またはピーク強度に基づいて回転角速度を求める半導体レーザジャイロ。
【請求項２】
前記キャビティーは、前記活性層と前記活性層を挟むように配置された２つの光閉じ込め層とを含む層で構成されており、
前記活性層の平面形状および前記光閉じ込め層の平面形状が、ともに環状ではない請求項１に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項３】
前記活性層の平面形状と、前記光閉じ込め層の平面形状とが同じであり、前記活性層と前記光閉じ込め層とは、それらの平面形状が完全に重なるように積層されている請求項１に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項４】
前記半導体レーザを構成する半導体層と前記第１の電極とが、前記仮想の多角形に沿って接触している請求項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】
前記仮想の多角形が菱形である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項６】
前記菱形の対向する第１および第２の角部の内角は、前記菱形の対向する第３および第４の角部の内角よりも角度が小さく、
前記レーザ光は前記第１の角部から出射され、
前記第１の角部と前記第２の角部とを結ぶ対角線と、前記レーザ光とが非平行である請求項５に記載の半導体レーザジャイロ。
【請求項７】
前記活性層は、前記菱形を含む第１の領域と、前記第１の領域に隣接する第２の領域とを含み、
前記第１の領域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り、
前記第１の領域と前記第２の領域とによって構成される前記活性層の平面形状が略Ｈ字状である請求項５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。従来の光ジャイロの一例では、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が行われる。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。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。
【０００３】
このような課題を解決するジャイロとして、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。また、２次元に広がる共振器を用いた半導体レーザジャイロも提案されている（特許文献３）。
【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２００５−２４９５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の光ジャイロでは、回転を検出するために干渉縞を形成する必要があるといった問題があった。また、低速回転時には、ロッキングという現象によって干渉縞の移動が消失し、回転角速度が検出できないという問題があった。
【０００５】
このような状況において、本発明の目的の１つは、干渉縞を用いることなく回転の角速度を求めることが可能な新規な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】
【０００６】
上記目的を達成するために検討した結果、本発明者らは、特別な構造の半導体レーザから出射されるレーザ光のＲＦ成分の強度および／または周波数が、回転の角速度に関連していることを新たに見出した。本発明は、この新たな知見に基づくものである。
【０００７】
すなわち、本発明の半導体レーザジャイロは、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記レーザ光をモニタする光検出器とを備える半導体レーザジャイロであって、前記半導体レーザは、活性層を含む層で構成されたキャビティーと、前記活性層にキャリアを注入するための第１および第２の電極とを備え、前記キャビティーは、前記活性層内の仮想の多角形の経路を周回するように光を反射することが可能な端面を備え、前記光検出器で検出された前記レーザ光の、ＲＦ帯域におけるスペクトルのピーク周波数および／またはピーク強度に基づいて回転角速度を求める。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、干渉縞を形成しなくても、回転の角速度を求めることが可能である。そのため、干渉縞を形成するための光学系が不要である。また、低速回転時における（干渉縞の移動の消失による）回転角速度信号の消失がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。以下の説明では、特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。
【００１０】
［半導体レーザジャイロ］
本発明の半導体レーザジャイロは、レーザ光を出射する半導体レーザ（半導体レーザ素子）と、レーザ光をモニタする光検出器とを備える。半導体レーザは、活性層を含む層で構成されたキャビティーと、活性層にキャリアを注入するための第１および第２の電極とを備える。キャビティーは、活性層内の仮想の多角形（の辺）の経路を周回するように光を反射することが可能な端面を備える。本発明のジャイロは、光検出器で検出されたレーザ光の、ＲＦ帯域におけるスペクトルのピーク強度および／またはピーク周波数に基づいて回転角速度を求める。
【００１１】
光検出器には、フォトダイオードなどの受光素子を用いることができる。
【００１２】
半導体レーザを構成する半導体層には、レーザ光の波長に応じた半導体が用いられる。たとえば、半導体レーザを構成する半導体層として、III−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。本発明の効果が得られる限り、半導体レーザが出射するレーザ光の波長に限定はないが、一例では、８５０μｍ〜８７０μｍの範囲にある。
【００１３】
活性層は、たとえば、単一量子井戸型の活性層であってもよいし、多重量子井戸型の活性層であってもよい。活性層を含むキャビティーは、活性層内の仮想の多角形の経路を周回するように光を反射することが可能な端面を備える。以下、この仮想の多角形を、「仮想の多角形（Ｍ）」という場合がある。仮想の多角形（Ｍ）は、たとえば、三角形、四角形、または菱形である。キャビティーは、これら仮想の多角形（Ｍ）の頂点の位置にミラー面を有する。
【００１４】
本発明のジャイロは、光検出器で検出されたレーザ光のＲＦ帯域のスペクトルに基づいて回転角速度を算出する。ここで、ＲＦ帯域とは、一例では周波数が１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲をいう。
【００１５】
通常、キャビティーは、活性層と活性層を挟むように配置された２つの光閉じ込め層とを含む層で構成されている。光閉じ込め層とは、活性層で発生した光を活性層近傍に閉じ込めるための層であり、活性層よりも屈折率が低い材料で構成される。
【００１６】
本発明のジャイロの半導体レーザの一例では、活性層の平面形状および光閉じ込め層の平面形状が、ともに環状ではない。すなわち、この場合の半導体レーザは、一定の幅を有する導波路が環状に形成された従来の半導体リングレーザとは異なる形状を有する。この場合に本発明で用いられる半導体レーザでは、活性層および光閉じ込め層が、ともに、線状の形状ではなく、２次元的に広がった平面形状を有する。活性層の平面形状は、仮想の多角形（Ｍ）の角部が外縁部に位置するように多角形（Ｍ）を内包する形状である。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。
【００１７】
本発明のジャイロの好ましい一例では、活性層の平面形状と、光閉じ込め層の平面形状とが同じであり、活性層と光閉じ込め層とは、それらの平面形状が完全に重なるように積層されている。
【００１８】
本発明のジャイロでは、半導体レーザを構成する半導体層と第１の電極とが、仮想の多角形（Ｍ）に沿って接触していてもよい。この構成によれば、仮想の多角形（Ｍ）上の経路を周回するレーザ光を励起することが可能である。この場合、仮想の多角形（Ｍ）上の経路を時計回りに周回する第１のレーザ光と、その経路を反時計回りに周回する第２のレーザ光とを、同時に励起することも可能である。仮想の多角形（Ｍ）に沿って形成された第１の電極と半導体層とが接触している面積は、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。
【００１９】
本発明のジャイロでは、仮想の多角形（Ｍ）が菱形であってもよい。この場合、菱形の対向する第１および第２の角部の内角は、菱形の対向する第３および第４の角部の内角よりも角度が小さく、レーザ光は少なくとも第１の角部から出射される。このとき、第２の角部からもレーザ光が出射されてもよい。一例では、第１の角部と第２の角部とを結ぶ対角線の長さと、第３の角部と第４の角部とを結ぶ対角線の長さとの比は、６００：１９０〜６００：３０の範囲にある。第１の角部と第２の角部とを結ぶ対角線と、第１の角部から出射されるレーザ光とは、非平行である。
【００２０】
活性層は、菱形（仮想の多角形（Ｍ））を含む第１の領域と、第１の領域に隣接する第２の領域とを含んでもよい。この場合、第１の領域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。そして、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字状である。より具体的には、活性層の平面形状は、Ｈの字を横に引き延ばした形状であってもよい（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。
【００２１】
［実施形態１］
以下に、本発明のジャイロの一例について図面を参照しながら説明する。実施形態１のジャイロの斜視図を図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。
【００２２】
図１のジャイロ１００は、半導体レーザ１０と、光検出器５０とを備える。光検出器５０は、半導体レーザから出射されたレーザ光Ｌを検出する。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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を構成する各層は、活性層２６と同じ平面形状を有する。
【００２５】
図３を参照して、活性層２６は、菱形３２を含む面状に形成された薄膜である。菱形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および第２の端面２６ａおよび２６ｂは、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。
【００２６】
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。菱形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。
【００２７】
図４を参照して、第１の電極１３と絶縁層１２とが接触している領域３１は、菱形３２に沿って、略菱形に形成される。領域３１が菱形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。菱形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。
【００２８】
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、光閉じ込め層（グレーデッド層２５および２７ならびにクラッド層２４および２８）によって閉じこめられるため、それらの層によって構成されたキャビティー内を移動する。
【００２９】
後述するように、活性層に注入する電流によって、励起されるモードが変化する。あるモードでは、菱形３２の辺上を、時計回りに進行する第１のレーザ光と、反時計回りに進行する第２のレーザ光とが励起される。そのようなレーザ光が励起された場合、第１の端面２６ａの第１の角部３２ａから、第１および第２のレーザ光３５および３６が出射される（図４参照）。光検出器５０は、通常、それらのレーザ光の少なくとも一方をモニタできる位置に配置される。なお、ジャイロ１００は、それらのレーザ光をそれぞれモニタできるように２つ以上の光検出器５０を備えてもよい。
【００３０】
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、菱形３２の辺上を進行する光が全反射する条件が満たされる。このように、第３の角部２６ｃと第４の角部２６ｄの部分に位置する端面２６ｃおよび２６ｄは、全反射条件を満たすことが好ましい。
【００３１】
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である。上記モードを抑制するためには、このように、Ｌ／４＜Ｌｓが満たされることが好ましい。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。
【００３２】
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。このように、曲率半径Ｒ１およびＲ２は、たとえば、長さＬの０．５倍〜２倍の範囲にある。
【００３３】
半導体レーザ１０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と線対称の形状である。
【００３４】
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。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
半導体レーザ１０は、いわゆる単一量子井戸型のレーザであり、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。
【００４２】
クラッド層２４およびグレーデッド層２５は光閉じ込め層を構成する。同様に、グレーデッド層２７およびクラッド層２８は光閉じ込め層を構成する。これらの光閉じ込め層は、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。
【００４３】
上記半導体レーザを作製し、電流を注入したときに出力されるレーザ光を観察した。レーザ光は、図５に示すように、２つのフォトダイオード５１および５２でモニタした。
【００４４】
注入する電流値を１４０ｍＡ〜２００ｍＡに変化させたときの光強度を、図６に示す。図６の横軸は、対角線３２ａｂの方向をゼロ度としたときの、レーザ光の進行方向を示している。図６に示すように、電流の注入によって、対角線３２ａｂを中心として±１９°近傍の方向に２つのレーザ光が出射された。
【００４５】
出射されたレーザ光は、周波数および強度が異なる複数のモード（レーザ発振している光の状態）が重ね合わされて生成されたレーザ光である。したがって、出射されたレーザ光は、周波数および強度が異なる複数のモードによって記述できる。この複数のモードは、半導体レーザが回転することによって変化する。このレーザ光を、光検出器５１および／または５２で検出した場合、それらの光検出器からの電気信号に含まれるＲＦ成分の強度および／または周波数が、レーザ光を構成する複数のモード間の強度の積、周波数差と関係している。そのため、レーザ光信号のＲＦ成分の強度および／または周波数から、半導体レーザの回転（活性層の平面に対する法線を軸とする回転）の角速度、すなわちジャイロの回転の角速度を求めることが可能である。
【００４６】
半導体レーザに注入する電流を１４１ｍＡ〜１９０ｍＡの範囲で変化させたときに出射されるレーザ光について、波長と、ＲＦ帯域のスペクトルとを、図７（ａ）および（ｂ）に示す。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、注入する電流値が変化すると、レーザ光の波長、およびＲＦ帯域の信号が変化する。注入する電流を、１４１ｍＡから１５０ｍＡへ変化させると、ＲＦ帯域にピークが現れる。このピークは、電流の量が１５０ｍＡから１５８ｍＡへ増加するに従って低周波側にシフトする。電流の量をさらに１５８ｍＡから１９０ｍＡへ増加させると、このピークは、逆に高周波側にシフトする。このピークの挙動は、８６１ｎｍ近傍にある図７（ａ）の矢印で示すピークの大きさと相関がある。８６１ｎｍ近傍のピークが現れるとＲＦ帯域にピークが現れ、８６１ｎｍ近傍のピークが大きくなるとＲＦ帯域のピークが低周波側にシフトし、８６１ｎｍ近傍のピークが小さくなるとＲＦ帯域のピークが高周波側にシフトする。また、８６１ｎｍ近傍のピークが大きくなるとＲＦ帯域のピーク強度は大きくなり、８６１ｎｍ近傍のピーク強度が小さくなるとＲＦ帯域のピーク強度は小さくなる。
【００４７】
図７（ａ）および（ｂ）に示す、注入する電流の変化による光信号およびＲＦ信号のスペクトルの変化は、レーザを構成する複数のモードの状態が変化するために起こる。レーザ光は複数のモードによって記述できるが、それぞれのモードは、回転角速度に起因する項を含むマクスウェル（Maxwell）方程式から得られる。このため、それらのモードは、方程式を適用する系の回転によって変化する。理論から得られた、回転角速度とモード成分の強度比との関係を、図８（ｂ）に示す。そして、図８（ｃ）に示すように、低速回転時には、回転角速度に応じてＲＦ信号の強度が変化する。一方、高速回転時においては、周波数差を利用して回転角速度を検出することが可能である（図８（ａ）参照）。
【００４８】
具体的には、回転角速度と、ＲＦ信号の強度および／または周波数との関係を、理論計算および／または実験によって求めておき、その関係を用いて、ＲＦ信号の強度および／または周波数から回転角速度を求めることができる。
【００４９】
なお、図８（ａ）〜（ｃ）において、Ｒ0は各モードの固有値に関連する定数であり、Δωはモード間の周波数差であり、Ωは回転角速度であり、ｃは光速である。また、図８（ｃ）のＡＯ強度は、ＡＯ（alternate oscillations）の強度を示す。
【００５０】
［半導体レーザジャイロの製造方法］
以下に、図１に示したジャイロ１００の製造方法の一例について説明する。図１に示したジャイロ１００は、半導体レーザ１０を製造したのち、その基板上にフォトダイオードなどの受光素子をマウントすることによって形成できる。なお、受光素子は、半導体レーザ１０の製造と同時に、同一基板上にモノリシックに形成してもよい。以下に、半導体レーザ１０の製造方法の一例について説明する。
【００５１】
図９（ａ）〜（ｈ）に、製造工程を模式的に示す。なお、図９（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。
【００５２】
まず、図９（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。
【００５３】
次に、図９（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１５１を形成する。レジスト膜１５１は、図３に示した活性層２６の形状にパターニングする。
【００５４】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジスト膜１５１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１５１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。
【００５５】
次に、図９（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。
【００５６】
次に、図９（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１５２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１５２は、レジスト層１５２ａおよびレジスト層１５２ｂの２層からなることが好ましい。レジスト膜１５２は、レジスト層１５２ａ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１５２ｂ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１５２を形成できる。
【００５７】
次に、図９（ｆ）に示すように、レジスト膜１５２をパターニングし、レジスト膜１５２に貫通孔１５２ｈを形成する。貫通孔１５２ｈ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１５２ｈ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１５２ｈ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。
【００５８】
次に、図９（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１５２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１５２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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、図９（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。
【００６１】
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１５１および１５２をパターニングすればよい。
【００６２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
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】
【００６４】
【図１】本発明の半導体レーザジャイロ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について、電極と半導体層との接触領域を示す図である。
【図５】図１に示した半導体レーザから出射されたレーザ光をモニタする装置の構成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から出射されたレーザ光について、注入電流の大きさによる変化を示す図である。
【図７】半導体レーザに注入する電流を変化させたときに出射されるレーザ光について、（ａ）スペクトルの変化、および（ｂ）ＲＦ帯域の信号の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の原理を示す一例の図である。
【図９】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。
【符号の説明】
【００６５】
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  バッファ層
２２  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
３１  領域
３２  菱形
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
１００  半導体レーザジャイロ
１５１、１５２  レジスト膜
【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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