(57)【要約】【課題】波長の掃引幅を大きくすること。【解決手段】励起光を透過させ放出光を反射する第１反射層と、前記放出光を反射する第２反射層と、前記第１反射層と前記第２反射層との間に設けられ、面方向の異なる位置における厚さが異なり、前記放出光が共振する共振層と、前記共振層内に設けられ前記励起光により励起されることで前記放出光を放出する発光層と、を備える面発光レーザと、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる移動部と、を備える波長掃引レーザシステム。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を透過させ放出光を反射する第１反射層と、
前記放出光を反射する第２反射層と、
前記第１反射層と前記第２反射層との間に設けられ、面方向の異なる位置における厚さが異なり、前記放出光が共振する共振層と、
前記共振層内に設けられ前記励起光により励起されることで前記放出光を放出する発光層と、
を備える面発光レーザと、
前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる移動部と、
を備える波長掃引レーザシステム。
【請求項２】
前記共振層の厚さは面内の一方向に連続的に変化している請求項１に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項３】
前記共振層の厚さは面内の一方向に周期的に変化している請求項１に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項４】
前記移動部は、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を前記一方向に連続的に移動させる請求項２または３に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項５】
前記移動部は、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を二次元的に移動させる請求項１または２に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項６】
前記共振層の第１領域における前記発光層は、前記第１領域より前記共振層の厚い第２領域における前記発光層より薄い請求項１から５のいずれか一項に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項７】
前記移動部は、前記励起光を走査することにより、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる請求項１から６のいずれか一項に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項８】
前記移動部は、前記面発光レーザを移動させることにより、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる請求項１から６のいずれか一項に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項９】
前記移動部は、複数の前記面発光レーザを回転させることで、前記複数の面発光レーザの前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる請求項１または２に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項１０】
前記移動部は、回転中心を中心とする円の接線方向が複数の前記面発光レーザの前記一方向となるように、前記円に沿って前記複数の面発光レーザを搭載する回転体を備え、前記回転体が前記回転中心を中心に回転することで、前記複数の面発光レーザの前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる請求項２または３に記載の波長掃引レーザシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の波長掃引レーザシステムを含むことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長掃引レーザシステムおよび検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長を掃引するレーザとして、基板上に設けられた発光層と発光層を挟む一対の反射層とを有し、反射層を駆動することで波長を掃引する面発光レーザが知られている（例えば非特許文献１）。面発光レーザの共振層の厚さが異なる領域に励起光を照射することで、面発光レーザの出射光の波長を調整可能とすることが知られている（例えば非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUNTUM ELECTRONICS VOL. 23, NO. 6 1700516 (2017)
【非特許文献２】Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 8B, pp. 5928-5932 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１のような面発光レーザでは、反射層を駆動させるため、反射層と活性層との間に空隙を設ける。このため、反射層間の距離が長くなり、ＦＳＲ（Free Spectral Range）が大きくなる。よって、波長の掃引範囲が狭くなってしまう。非特許文献２の面発光レーザでは、波長を掃引する方法が開示されていない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、波長の掃引幅を大きくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、励起光を透過させ放出光を反射する第１反射層と、前記放出光を反射する第２反射層と、前記第１反射層と前記第２反射層との間に設けられ、面方向の異なる位置における厚さが異なり、前記放出光が共振する共振層と、前記共振層内に設けられ前記励起光により励起されることで前記放出光を放出する発光層と、を備える面発光レーザと、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる移動部と、を備える波長掃引レーザシステムである。
【０００７】
上記構成において、前記共振層の厚さは面内の一方向に連続的に変化している構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記共振層の厚さは面内の一方向に周期的に変化している構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記移動部は、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を前記一方向に連続的に移動させる構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記移動部は、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を二次元的に移動させる構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記共振層の第１領域における前記発光層は、前記第１領域より前記共振層の厚い第２領域における前記発光層より薄い構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記移動部は、前記励起光を走査することにより、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記移動部は、前記面発光レーザを移動させることにより、前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記移動部は、複数の前記面発光レーザを回転させることで、前記複数の面発光レーザの前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記移動部は、回転中心を中心とする円の接線方向が複数の前記面発光レーザの前記一方向となるように、前記円に沿って前記複数の面発光レーザを搭載する回転体を備え、前記回転体が前記回転中心を中心に回転することで、前記複数の面発光レーザの前記第１反射層における前記励起光が照射される位置を連続的に移動させる構成とすることができる。
【００１６】
本発明は、上記波長掃引レーザシステムを含むことを特徴とする検査装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波長の掃引幅を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例１における面発光レーザの断面図である。
【図２】図２は、実施例１に係る波長掃引レーザシステムのブロック図である。
【図３】図３は、実施例１の変形例１に係る波長掃引レーザシステムのブロック図である。
【図４】図４は、実施例１の変形例２に係る波長掃引レーザシステムのブロック図である。
【図５】図５は、波長λが１０５０ｎｍのときのｎに対するＦＳＲを示す図である。
【図６】図６（ａ）は、実施例２における面発光レーザの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は、時間に対するレーザ光の波長λを示す図である。
【図７】図７（ａ）は、実施例２の変形例１における面発光レーザの平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図、図７（ｃ）は、時間に対するレーザ光の波長λを示す図である。
【図８】図８（ａ）は、実施例２の変形例２における面発光レーザの平面図、図８（ｂ）および図８（ｃ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図、図８（ｄ）は、時間に対するレーザ光の波長λを示す図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例３における面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、実施例３の変形例１における面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例３の変形例２における面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、実施例３の変形例２に係る共振層の断面図、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、共振層のエネルギーダイヤグラムである。
【図１３】図１３は、実施例４に係る波長掃引レーザシステムの平面図である。
【図１４】図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１５は、実施例４の変形例１に係る波長掃引レーザシステムの断面図である。
【図１６】図１６は、実施例５に係る検査装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、実施例１における面発光レーザの断面図である。図１に示すように、励起光５０ａから５０ｂの走査方向をＸ方向、基板１０の上面の法線方向をＺ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。面発光レーザ２０では、基板１０上に反射層１２、共振層１４および反射層１６が順に設けられている。共振層１４内には発光層１８が設けられている。共振層１４の厚さは、Ｘ方向に連続的に変化している。
【００２１】
基板１０は例えばｎ型半導体層である。反射層１２は例えばｎ型半導体層であり、高屈折率層１２ａと高屈折率層１２ａより屈折率の低い低屈折率層１２ｂとが交互に積層されている。反射層１６は例えばｎ型またはドープしていない（真正）半導体層であり、高屈折率層１６ａと高屈折率層１６ａより屈折率の低い低屈折率層１６ｂとが交互に積層されている。発光層１８のバンドギャップエネルギーは共振層１４のバンドギャップエネルギーより小さく、発光層１８は例えば量子井戸層である。発光層１８は量子ドット層でもよい。発光層１８は、共振層１４内に複数設けられていてもよい。
【００２２】
反射層１６の上面の−Ｘ端近くの領域２５ａに励起光５０ａを照射すると、励起光５０ａは反射層１６を透過する。励起光５０ａにより、共振層１４内においてキャリア（電子とホール）が励起される。発光層１８においてキャリアが再結合することにより、発光層１８から光が放出する。反射層１２と１６は発光層１８が放出した光を反射する。光が反射層１２と１６との間で共振することで、発光層１８から誘導放出が生じ放出光（レーザ光）となる。領域２５ａにおける反射層１２の上面と１６の下面との間の厚さをＴａとすると、発光層１８が放出する放出光に含まれる波長のうち厚さＴａが波長の０．５×自然数倍となる波長λａにおいて共振が生じる。なお、後述するように、共振層１４の厚さ＋光の浸み出し長が共振長となるが、説明しやすいように、共振層１４の厚さを共振長とする。反射層１６の反射率を１よりやや小さくすることで、反射層１６の上面から波長λａのレーザ光５２ａが出射される。
【００２３】
反射層１６の上面の＋Ｘ端近くの領域２５ｂに励起光５０ｂを照射すると、領域２５ｂ近くの発光層１８は光を放出する。領域２５ｂにおける反射層１２の上面と１６の下面との間の厚さＴｂ＞Ｔａとすると、厚さＴｂが波長の０．５×自然数倍となる波長λｂにおいて共振が生じる。これにより、反射層１６の上面から波長λａより長い波長λｂのレーザ光５２ａが出射される。領域２５ａと２５ｂとの距離は例えば１ｍｍ程度であり、厚さＴａとＴｂとの差は１μｍ以下である。
【００２４】
共振層１４の厚さをＸ方向に連続的に変化させ、反射層１６の上面に対し励起光を矢印５６のように走査する。これにより、レーザ光５２ａから５２ｂの波長が連続的に掃引される。
【００２５】
例えば、励起光５０ａから５０ｂの波長が８０８ｎｍであり、レーザ光５２ａから５２ｂの波長を１０００ｎｍから１１００ｎｍの間で掃引する場合、基板１０は例えばｎ型ＧａＡｓ層等の半導体層である。共振層１４は例えばＧａＡｓ層である。発光層１８は例えば膜厚が７ｎｍのＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層（ｘ＝０．２から０．３）である。
【００２６】
高屈折率層１２ａおよび１６ａは例えば膜厚が７５ｎｍのＧａＡｓ層であり、低屈折率層１２ｂおよび１６ｂは例えば膜厚が８７ｎｍのＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層である。反射層１２では高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとは例えば３５対である。反射層１６では高屈折率層１６ａと低屈折率層１６ｂとは例えば２２対である。高屈折率層１２ａおよび１６ａ並びに低屈折率層１２ｂおよび１６ｂをＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０≦ｘ≦１、ｘ＝０のときはＧａＡｓ、ｘ＝１のときはＡｌＡｓ）とする。このとき、高屈折率層１２ａおよび１６ａのｘを低屈折率層１２ｂおよび１６ｂのｘより小さくする。低屈折率層１６ｂのｘが大きいと低屈折率層１６ｂが酸化されやすい。そこで、低屈折率層１６ｂが空気に露出しないように、反射層１６の最上層は高屈折率層１６ａとする。反射層１６は誘電体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）でもよい。誘電体ＤＢＲでは、例えば低屈折率層として酸化シリコン膜、高屈折率層として窒化シリコン膜または酸化チタン膜を用いることができる。
【００２７】
レーザ光を青色とする場合、例えば共振層１４および発光層１８をＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層とし、反射層１２および１６をＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層／ＧａＮ層とする。レーザ光を赤色とする場合、例えば共振層１４および発光層１８をＡｌＧａＩｎＰ層とし、反射層１２および１６をＡｌＧａＡｓ層／ＡｌＡｓ層とする。
【００２８】
レーザ光の波長を１．３μｍ帯とする場合、例えば共振層１４および発光層１８をＧａＩｎＡｓＰ層またはＧａＩｎＮＡｓ層とし、反射層１２および１６をＡｌＧａＡｓ層／ＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層とする。レーザ光の波長を１．５５μｍ帯とする場合、例えば共振層１４および発光層１８をＩｎＧａＡｓＰ層とし、反射層１２および１６をＡｌＡｓ層／ＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡｓＰ層／ＩｎＰ層とする。レーザ光を中赤外帯とする場合、例えば共振層１４および発光層１８をＩｎＧａＡｓＳｂ層とし、反射層１２および１６をＧａＡｓ層／ＡｌＧａＡｓ層とする。
【００２９】
図２は、実施例１に係る波長掃引レーザシステムのブロック図である。図２に示すように、波長掃引レーザシステム１００は、面発光レーザ２０、励起光レーザ３０、走査ミラー３２、レンズ３４、３５およびファイバ３６を備えている。励起光レーザ３０は励起光５０を出射する。レンズ３４は励起光５０を調整しコリメート光とする。
【００３０】
走査ミラー３２は例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）であり、矢印５７のように振動することで、励起光５０を１次元または２次元に走査する。これにより、励起光５０ａから５０ｂは面発光レーザ２０の上面上の領域２５ａから２５ｂ間を矢印５６のように±Ｘ方向に往復するように走査される。
【００３１】
面発光レーザ２０は波長がλａからλｂの間で掃引されたレーザ光５２ａから５２ｂを出射する。レーザ光５２ａから５２ｂは面発光レーザ２０の上面の異なる領域２５ａから２５ｂから出射される。レンズ３５はレーザ光５２ａから５２ｂをファイバ３６の端面に収束させる。これにより、ファイバ３６内に波長掃引されたレーザ光５２ａから５２ｂが伝送し、ファイバ３６の他の端面から波長掃引されたレーザ光５２が出射される。
【００３２】
［実施例１の変形例１］
図３は、実施例１の変形例１に係る波長掃引レーザシステムのブロック図である。図３に示すように、実施例１の変形例１に係る波長掃引レーザシステム１０２では、走査ミラー３２ａとしてポリゴンミラーを用いる。ポリゴンミラーは、回転中心３９を中心に矢印５７のように回転する。これにより、励起光５０ａから５０ｂは面発光レーザ２０の上面上の領域２５ａから２５ｂ間を矢印５６のように＋Ｘ方向に一方向に走査される。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００３３】
［実施例１の変形例２］
図４は、実施例１の変形例２に係る波長掃引レーザシステムのブロック図である。図４に示すように、実施例１の変形例２に係る波長掃引レーザシステム１０４は、面発光レーザ２０、励起光レーザ３０および駆動部３３を備えている。駆動部３３上に面発光レーザ２０が設けられている。駆動部３３は例えばピエゾステージであり、矢印５８のように、面発光レーザ２０を±Ｘ方向に駆動させる。
【００３４】
励起光レーザ３０は励起光５０を出射する。励起光５０は走査されておらず、励起光５０が照射される箇所は固定されている。面発光レーザ２０は±Ｘ方向に移動しているため、面発光レーザ２０の上面における励起光５０が照射される位置が変化する。これにより、面発光レーザ２０の上面から波長掃引されたレーザ光５２が出射される。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００３５】
実施例１およびその変形例によれば、面発光レーザ２０において、反射層１６（第１反射層）は、励起光を透過させ放出光を反射する。反射層１２（第２反射層）は、放出光を反射する。共振層１４は、反射層１２と１６との間に設けられ、面方向（例えばＸ方向）の異なる位置における厚さが異なり、放出光が共振する。発光層１８は、共振層１４内に設けられ励起光により励起されることで放出光を放出する。実施例１の走査ミラー３２、実施例１の変形例１の３２ａおよび実施例１の変形例２の駆動部３３（移動部）は、反射層１６における励起光５０が照射される位置を連続的に移動させる。これにより、出射されるレーザ光の波長を掃引することができる。
【００３６】
波長掃引レーザシステムの波長掃引幅を大きくするためには、利得帯域の幅を大きくすること、反射層１２および１６の反射帯域を大きくすること、ＦＳＲ（Free Spectral Range）を大きくすることが考えられる。反射層１２と１６との間の共振長をＬ、レーザ光の波長をλとすると、Ｌとλの関係は式１で表される。
Ｌ＝ｎλ        式１
ここで、ｎは０．５の自然数倍である。共振長Ｌは、共振層１４の厚さに加え、反射層１２および１６内への光の浸み出し長も含まれる。Ｌとλを用いＦＳＲは式２で表される。
ＦＳＲ＝λ２／（２Ｌ＋λ）      式２
【００３７】
図５は、波長λが１０５０ｎｍのときのｎに対するＦＳＲを示す図である。図５に示すように、ｎが大きくなるとＦＳＲは小さくなる。
【００３８】
反射層１６を駆動させることにより波長を掃引しようとすると、共振層１４と反射層１６との間に反射層１６が駆動するための空隙を設けることになる。空隙の厚さは、反射層１６の機械的可動範囲および製造時のマージンを確保する厚さとなる。さらに、静電力で反射層１６を駆動する場合、静電力が反射層１６のばね定数を上回らないように、空隙の厚さを反射層１６の駆動範囲の３倍程度とする。よって、共振長Ｌは共振層１４の厚さ＋空隙の厚さ＋光の浸み出し長となり、共振長Ｌが長くなる。共振長Ｌが波長λに比べ非常に大きくなると、式１よりｎを大きくすることになる。図５よりＦＳＲは小さくなる。よって、波長の掃引幅が小さくなってしまう。
【００３９】
実施例１およびその変形例では、共振層１４と反射層１６との間に空隙を設けないため、共振長Ｌを短くできる。よって、ｎを小さくでき、ＦＳＲを小さくできる。よって、波長の掃引幅を大きくできる。
【００４０】
図１のように、共振層１４の厚さは一方向（Ｘ方向）に連続的に変化している。これにより、レーザ光５２の波長を連続的に掃引することができる。
【００４１】
図２から図４のように、移動部（走査ミラー３２、３２ａまたは駆動部３３）は、反射層１６における励起光５０が照射される位置を一方向（Ｘ方向）に連続的に移動させる。これにより、レーザ光５２の波長を連続的に掃引することができる。
【００４２】
実施例１およびその変形例１のように、移動部（走査ミラー３２または３２ａ）は、励起光５０を走査することにより、反射層１６における励起光５０が照射される領域２５ａから２５ｂ（位置）を連続的に移動させる。これにより、反射層１６内の励起光５０が照射される位置を連続的に移動させることができる。
【００４３】
実施例１の変形例２のように、移動部（駆動部３３）は、面発光レーザ２０を移動させることにより、反射層１６における励起光５０が照射される位置を連続的に移動させる。これにより、反射層１６内の励起光５０が照射される位置を連続的に移動させることができる。
【実施例２】
【００４４】
図６（ａ）は、実施例２における面発光レーザの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は、時間に対するレーザ光の波長λを示す図である。図６（ａ）の点線２１は、共振層１４の厚さの等厚線である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、共振層１４の厚さは、−Ｘ端でＴ１であり＋Ｘ端でＴ２である。共振層１４の厚さは＋Ｘ方向に一様に増加している。Ｙ方向では共振層１４の厚さは均一である。
【００４５】
図６（ａ）の矢印５６は励起光の走査を示している。面発光レーザ２０の反射層１６において励起光５０は円形状に走査される。励起光５０の走査は、実施例１およびその変形例の走査ミラー３２、３２ａまたは駆動部３３により実行される。図６（ｃ）に示すように、実施例２では、レーザ光５２の波長λは、時間に対し振動するように掃引される。その他の構成は実施例１およびその変形例と同じであり説明を省略する。
【００４６】
［実施例２の変形例１］
図７（ａ）は、実施例２の変形例１における面発光レーザの平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図、図７（ｃ）は、時間に対するレーザ光の波長λを示す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、共振層１４の厚さは実施例２と同様に変化している。
【００４７】
図７（ａ）の矢印５６のように励起光５０は、−Ｘ端付近で−Ｙ方向から＋Ｙ方向に走査され、＋Ｘ方向に走査され、＋Ｙ方向から−Ｙ方向に走査され、＋Ｘ方向に走査される。このように、面発光レーザ２０の反射層１６において励起光５０は蛇行して（ミアンダ状に）走査される。図７（ｃ）に示すように、実施例２の変形例１では、レーザ光５２の波長λは、時間に対し振動しつつ長くなっていく。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。
【００４８】
［実施例２の変形例２］
図８（ａ）は、実施例２の変形例２における面発光レーザの平面図、図８（ｂ）および図８（ｃ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図、図８（ｄ）は、時間に対するレーザ光の波長λを示す図である。図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように、面発光レーザ２０はＹ方向に複数の部分２０ａおよび２０ｂに分割されている。部分２０ａと２０ｂとはＹ方向に交互に設けられている。部分２０ａでは、共振層１４の厚さは、−Ｘ端でＴ１であり＋Ｘ端でＴ２である。共振層１４の厚さは＋Ｘ方向に一様に増加している。Ｙ方向では共振層１４の厚さは均一である。部分２０ｂでは、共振層１４の厚さは、＋Ｘ端でＴ１であり−Ｘ端でＴ２である。共振層１４の厚さは−Ｘ方向に一様に増加している。Ｙ方向では共振層１４の厚さは均一である。
【００４９】
図８（ａ）の矢印５６のように励起光５０は、部分２０ａでは−Ｘ端付近から＋Ｘ端付近まで走査される。励起光５０は、＋Ｙ方向の部分２０ｂに移り、部分２０ｂでは＋Ｘ端付近から−Ｘ端付近まで走査される。図８（ｄ）に示すように、実施例２の変形例２では、レーザ光５２の波長λは、時間に対し連続的に長くなり、不連続に短くなり、連続的に長くなる。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。
【００５０】
実施例２およびその変形例によれば、移動部（走査ミラー３２、３２ａまたは駆動部３３）は、反射層１２における励起光５０が照射される位置を二次元的に移動させる。これにより、図６（ｃ）、図７（ｃ）および図８（ｄ）のように、レーザ光５２の掃引を任意に行うことができる。
【実施例３】
【００５１】
図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例３における面発光レーザの製造方法を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、基板１０上に反射層１２および共振層１４を成膜する。反射層１２および共振層１４が半導体層の場合、例えば成膜にはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いる。
【００５２】
図９（ｂ）に示すように、ガラス板等の絶縁板からなる支持基板２６の上面に凹凸を形成する。凹凸の断面形状はのこぎり歯形状である。支持基板２６上に反射層１６を形成する。反射層１６は誘電体ＤＢＲであり、例えば真空蒸着法を用い形成する。反射層１６は支持基板２６の上面の凹凸に沿って形成される。
【００５３】
図９（ｃ）に示すように、図９（ｂ）の支持基板２６の上下を逆にし、反射層１６の下面を共振層１４の上面に貼り付ける。その後、支持基板２６を剥離する。共振層１４と反射層１６との間に空隙２８が形成され、空隙２８の厚さがＸ方向にのこぎり歯形状に変調されている。共振層１４および空隙２８は放出光が共振する共振層となる。実施例１、２およびその変形例のように、励起光５０ａから５０ｂを矢印５６のようにＸ方向に走査させる。これにより、レーザ光５２ａから５２ｂの波長を掃引できる。時間に対する波長は図８（ｄ）と同様の形状となる。
【００５４】
実施例３によれば、共振層１４と空隙２８とを含めた共振層の厚さは一方向（Ｘ方向）に周期的に変化する。これにより、波長を周期的に掃引できる。
【００５５】
［実施例３の変形例１］
図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、実施例３の変形例１における面発光レーザの製造方法を示す断面図である。図１０（ａ）に示すように、基板１０上に反射層１２および共振層１４を形成する。図１０（ｂ）に示すように、共振層１４上に開口を有するマスク層２７を形成する。マスク層２７は例えばフォトレジストである。
【００５６】
図１０（ｃ）に示すように、マスク層２７をマスクに共振層１４をエッチングする。共振層１４がＧａＡｓ層の場合、共振層１４をＨＢｒ系のエッチング液を用いウェットエッチングする。これにより、IEEE Photon Technol. Lett., Vol. 12, p. 507 (2000)に記載されているように、共振層１４の上面が曲面となる。
【００５７】
図１０（ｄ）に示すように、マスク層２７を除去する。共振層１４上に反射層１６を形成する。共振層１４の上面が曲面の領域７０を面発光レーザとして用いることで、共振層１４の厚さが連続的に変化する面発光レーザを製造することができる。
【００５８】
［実施例３の変形例２］
図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例３の変形例２における面発光レーザの製造方法を示す断面図である。図１１（ａ）に示すように、基板１０上に反射層１２を形成する。反射層１２上に断面形状が台形状のダミー層２９を形成する。
【００５９】
図１１（ｂ）に示すように、反射層１２およびダミー層２９上にＭＯＣＶＤ法を用い共振層１４を成膜する。成膜条件を適切に選択することで、ダミー層２９の±Ｘ側の共振層１４の厚さがＸ方向に連続的に変化する。
【００６０】
図１１（ｃ）に示すように、共振層１４上に反射層１６を形成する。ダミー層２９の外側の領域７０を面発光レーザとして用いることで、共振層１４の厚さが連続的に変化する面発光レーザを製造することができる。
【００６１】
図１１（ｄ）に示すように、反射層１２を台形状に形成する。図１１（ｂ）および図１１（ｃ）と同様に共振層１４および反射層１６を形成する。反射層１２上の共振層の厚さがＸ方向に連続的に変化する。反射層１２内の領域７０を面発光レーザとして用いることで、共振層１４の厚さが連続的に変化する面発光レーザを製造することができる。
【００６２】
図１２（ａ）は、実施例３の変形例２に係る共振層の断面図、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、共振層のエネルギーダイヤグラムである。図１２（ａ）に示すように、共振層１４の厚さは−Ｘ端でＴ１であり＋Ｘ端でＴ１より大きいＴ２である。発光層１８の厚さは−Ｘ端でＴ３であり＋Ｘ端でＴ３より大きいＴ４である。このように、実施例３の変形例２では、共振層１４の厚さの増加にともない発光層１８の厚さが増加する。
【００６３】
図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、それぞれ−Ｘ端および＋Ｘ端のＺに対する伝導帯底のエネルギーＥｃおよび荷電子帯頂点のエネルギーＥｖを示している。図１２（ｂ）のように、−Ｘ端付近の領域２５ａでは発光層１８の厚さＴ３が薄い。このため、量子井戸内の電子準位Ｅｅは高くホール準位Ｅｈは低くなる。よって、ＥｅとＥｈとの間のエネルギー準位差Ｅ１が大きい。つまり材料利得は短い波長でピークとなる。−Ｘ端付近では共振層１４の厚さＴ１が薄いため、共振する放出光の波長は短い。このように、共振される波長と材料利得が大きくなる波長が一致する。これにより発光強度を高くできる。
【００６４】
図１２（ｃ）のように、＋Ｘ端付近の領域２５ｂでは発光層１８の厚さＴ４が厚い。このため、量子井戸内の電子準位Ｅｅは低くホール準位Ｅｈは高くなる。よって、ＥｅとＥｈとの間のエネルギー準位差Ｅ２が小さい。つまり利得は長い波長でピークとなる。−Ｘ端付近では共振層１４の厚さＴ２が厚いため、共振する放出光の波長は長い。このように、共振される波長と利得が大きくなる波長が一致する。これにより発光強度を高くできる。
【００６５】
実施例３の変形例２によれば、共振層１４の領域２５ａ（第１領域）における発光層１８は、領域２５ａより共振層１４が厚い領域２５ｂ（第２領域）における発光層１８より薄い。これにより、発光強度を高くできる。
【００６６】
半導体層をＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等を用い成膜するときに、ウエハを自転および公転させることで、ウエハ面内の半導体層の面内厚さを均一にする。そこで、共振層１４以外の層の成膜時は、ウエハを自転および公転させ、共振層１４を成膜時はウエハの自転および／または公転を停止させる。これにより、共振層１４の厚さは連続的に変化させることもできる。
【００６７】
実施例３およびその変形例の面発光レーザの製造方法は実施例１、２およびその変形例に適用できる。
【実施例４】
【００６８】
図１３および図１４は、実施例４に係る波長掃引レーザシステムの平面図およびＡ−Ａ断面図である。図１３および図１４に示すように、波長掃引レーザシステム１０６では、面発光レーザ２０を駆動させる駆動部として、回転板４０、回転軸４４およびモータ４６が設けられている。回転板４０上に複数の面発光レーザ２０が搭載されている。面発光レーザ２０の個数は例えば１０個から数百個である。面発光レーザ２０は例えば図１の面発光レーザ２０である。複数の面発光レーザ２０は、回転中心４１を中心とした円４２に沿って設けられている。円４２の接線方向が面発光レーザ２０のＸ方向（すなわち共振層１４の厚さが変化する方向）である。モータ４６は回転軸４４を介し回転板４０を矢印５８のように回転させる。励起光レーザ３０は円４２の円周の一か所の領域２５に励起光５０を照射する。面発光レーザ２０はレーザ光５２を出射する。面発光レーザ２０の共振層１４の厚さはＸ方向に変調されているため、レーザ光５２の波長が掃引される。
【００６９】
実施例４によれば、回転板４０、回転軸４４およびモータ４６（移動部）は、複数の面発光レーザ２０を回転させることで、複数の面発光レーザの反射層１６における励起光５０が照射される位置を連続的に移動させる。これにより、高速な波長掃引が可能となる。
【００７０】
また、回転板４０（回転体）は、回転中心４１を中心とする円４２の接線方向が複数の面発光レーザ２０の共振層１４の厚さが連続的に変化しているＸ方向となるように、円４２に沿って複数の面発光レーザ２０を搭載する。これにより、高速な波長掃引が可能となる。
【００７１】
［実施例４の変形例１］
図１５は、実施例４の変形例１に係る波長掃引レーザシステムの断面図である。図１５に示すように、波長掃引レーザシステム１０８は、液体漕４７が設けられている。液体漕４７内に冷却液４８が設けられている。回転板４０、回転軸４４およびモータ４６は冷却液４８内に配置される。面発光レーザ２０の少なくとも上面は冷却液４８から露出している。冷却液４８は例えば絶縁性のフッ素系不活性液体（フロリナート）である。
【００７２】
実施例４の変形例１によれば、回転板４０、回転軸４４およびモータ４６等の駆動部および面発光レーザ２０を冷却することができる。
【実施例５】
【００７３】
実施例５は、実施例１から４およびその変形例に係る波長掃引レーザシステムを光源として用いる検査装置として、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）装置の例である。図１６は、実施例５に係る検査装置のブロック図である。図１６に示すように、光源６０は、実施例１から４およびその変形例の波長掃引レーザシステムであり、出射するレーザ光の波長が掃引されている。光源６０から出射された光はハーフミラー６２により反射光と透過光とに分割される。反射光はミラー６４で反射し参照光となる。ミラー６４の位置により参照光の位相を変更できる。参照光はハーフミラー６２を透過する。ハーフミラー６２を透過した透過光は対象物６８に照射され信号光となる。対象物６８は例えば生体の部位であり、例えば眼である。信号光はハーフミラー６２で反射する。検出器６６は、信号光と参照光とが干渉した光強度を検出する。処理部６５は、検出器６６の信号に基づき光干渉断層を生成する。
【００７４】
波長掃引レーザシステムを用いる検査装置の例として、ＯＣＴ装置について説明したがＯＣＴ装置以外の医療用または他の検査装置でもよい。検査装置は実施例１から４およびその変形例の波長掃引レーザシステムを含めばよい。
【００７５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  基板
１２、１６  反射層
１４  共振層
１８  発光層
２０  面発光レーザ
２５ａ、２５ｂ  領域
２８  空隙
３０  励起光レーザ
３２、３２ａ  走査ミラー
３３  駆動部
５０、５０ａ、５０ｂ  励起光
５２、５２ａ、５２ｂ  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】
2020141111.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020141111.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020141111.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020141111.tif 000017
【図１６】
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