(57)【要約】【課題】出射光の偏向の応答速度が速い半導体光素子と、該半導体光素子を備え、波長掃引時のモードホップをリアルタイムに抑制することができる波長掃引光源を提供する。【解決手段】ｎ型半導体基板２１と、ｎ型半導体基板２１上に形成され、光を発し該光を伝搬させる活性層２４を有する発光領域２２と、発光領域２２の活性層２４と光学的に結合され、活性層２４から伝搬された光を伝搬させる導波路層２６を有し、注入される屈折率調整領域注入電流Ｉrに応じて導波路層２６の等価屈折率を調整する屈折率調整領域２３と、を備え、屈折率調整領域２３側の出射端面２０ａと導波路層２６の光軸との交差角θ1が非直角であり、屈折率調整領域注入電流Ｉrにより導波路層２６の等価屈折率ｎ1が調整されることにより、出射端面２０ａから出射された光の出射端面２０ａに対する出射角θ2が変化される。【選択図】図１
2010192528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体基板（２１）と、
前記ｎ型半導体基板上に形成され、光を発し該光を伝搬させる活性層（２４）と、
前記ｎ型半導体基板上で前記活性層と光学的に結合され、前記活性層から伝搬された光を伝搬させる導波路層（２６）と、を備える半導体光素子において、
前記活性層を有する発光領域（２２）と、
前記導波路層を有し、注入される屈折率調整領域注入電流に応じて前記活性層から伝搬された光に対する該導波路層の等価屈折率を調整する屈折率調整領域（２３）と、を備え、
前記導波路層を伝搬された光を出射させる前記屈折率調整領域側の出射端面（２０ａ）と前記導波路層の光軸との交差角（θ1）が非直角であり、
前記屈折率調整領域注入電流により前記導波路層の等価屈折率が調整されることにより、前記出射端面から出射された光の前記出射端面に対する出射角（θ2）を変化させることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記発光領域が、前記活性層の上に積層された第１ｐ型クラッド層（２５）を有し、
前記屈折率調整領域が、前記導波路層の上に積層された第２ｐ型クラッド層（２７）を有し、
前記屈折率調整領域の前記導波路層に接する前記第２ｐ型クラッド層の厚さ方向のドーピング濃度が、前記導波路層の上端から所定距離の範囲で極大値をもつように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記所定距離の範囲が２５〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記発光領域の前記第１ｐ型クラッド層と前記屈折率調整領域の前記第２ｐ型クラッド層の上に第３ｐ型クラッド層（２８）が形成され、該第３ｐ型クラッド層の前記発光領域と前記屈折率調整領域との境界部分に所定幅の分離溝（３２、３３）が形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記第３ｐ型クラッド層の厚さ方向の終点におけるドーピング濃度が厚さ方向の始点におけるドーピング濃度より大きく、且つ１．０×１０１８（／ｃｍ３）〜２．５×１０１８（／ｃｍ３）の範囲に設定されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体光素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体光素子と、
前記半導体光素子の前記出射端面から出射された光を回折する回折格子（１２、５４）と、
前記回折格子によって回折された光を反射して逆光路で前記回折格子へ再入射させる回動可能な回動ミラー（１３、６０）と、を含み、前記回折格子が前記再入射された光を回折して前記半導体光素子の前記出射端面に帰還させ、前記回動ミラーの回動により前記出射端面から出射される光の波長を掃引するリトマン型の波長掃引光源であって、
前記半導体光素子の前記発光領域に光を発するための発光領域注入電流を供給する発光領域電流供給部（４１）と、
前記半導体光素子の前記屈折率調整領域に前記導波路層の屈折率を調整するための前記屈折率調整領域注入電流を供給する屈折率調整領域電流供給部（４２）と、
前記半導体光素子から出射された光の出力を検出する出力検知部（４３）と、
前記出力検知部で検知された出力に基づき、モードホップに起因する出力の不連続点を検知するとともに、該不連続点を消失させるように前記屈折率調整領域注入電流を制御する制御部（４４）と、を備えることを特徴とする波長掃引光源。
【請求項７】
前記制御部が、前記出力検知部で検知された出力の時間微分値を算出し、該時間微分値に基づいて前記屈折率調整領域注入電流を制御することを特徴とする請求項６に記載の波長掃引光源。
【請求項８】
前記制御部は、モードホップに起因する前記不連続点を検知するため、前記出力検知部で検知された出力の時間微分値を逐次算出し、前記時間微分値の絶対値が予め定められたモードホップ閾値以上となったときに、前記屈折率調整領域注入電流を連続的に増減させ、前記時間微分値の絶対値が予め定められたモードホップ閾値未満となったときに前記屈折率調整領域注入電流の増減を停止することを特徴とする請求項７に記載の波長掃引光源。
【請求項９】
前記半導体光素子の前記出射端面から出射された光を平行光に変換し、該平行光を前記回折格子に出射するコリメートレンズ（５２）と、
前記回動ミラーの反射面を延長した平面と前記回折格子の回折面を前記回動ミラーの回動中心位置側へ延長した平面とで挟まれる空間で、且つ前記回折格子の所定入射位置と前記回動ミラーの回動中心位置との間の位置に配置され、前記コリメートレンズから出射された平行光を前記回折格子の所定入射位置に向けて反射する固定ミラー（５３）と、をさらに備え、
前記半導体光素子および前記コリメートレンズが、前記回動ミラーの反射面を延長した平面で区切られる２つの空間のうち前記回折格子を含む空間側に配置され、
前記半導体光素子から前記回折格子までの光路が前記回動ミラーに対して非交差であり、
前記回動中心位置から前記回折格子の回折面の所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記回動ミラーの反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体光素子の実効共振端面から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の回折面の所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の回折面への光入射角αとの間に、
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ α
の関係が成り立つことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の波長掃引光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子に関し、特に出射光の偏向を可能とする半導体光素子とそれを用いた波長掃引光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）等の周波数領域干渉計測、光ファイバセンシングやガスセンサ等を用いた分光分析の分野では、広帯域の波長掃引ができる波長掃引光源が用いられている。その光源には、通常、高感度且つ高速な測定を行うためにシングルモード、モードホップフリー且つ高速な波長掃引が求められる。
【０００３】
高速且つモードホップフリーの光源の実現には高精度な光軸調整が必要である。このため、同光源には、組み立てた後で光源を構成する各光学部品の光軸を再調整するための修正機構が一般に用いられる。例えば、外部共振器を構成するレンズや回折格子といった光学部品の位置を圧電素子を用いて変化させ、光軸のずれを修正する方法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、このような機構部品の追加は、光源の構造を複雑にし、組立精度を劣化させる原因となる。また、このような機械的機構は、振動や温度などの環境の影響を受け易く、一度光軸を修正しても光学部品の配置が経時的に変動してしまうと再び光軸がずれてしまうという問題もあった。
【０００５】
そこで、機械的な機構を利用せずに光軸の微調整を行うことが可能な半導体光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１に開示された半導体光素子は、へき開により形成された出射端面の法線と導波路を構成する活性層とが角度θ1を成して交わる斜め端面近傍に、金属薄膜抵抗で構成された部分加熱手段を備えている。そして、部分加熱手段からの熱により斜め端面近傍の屈折率を変化させることにより、半導体光素子から出射される光の偏向を実現している。
【０００７】
また、この半導体光素子を外部共振器型波長掃引光源に利用すれば、半導体光素子から出射される光を偏向することで、光軸のずれを修正し、モードホップフリーな波長掃引光源を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２７３５４９号公報（［００２７］〜［００３２］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体光素子においては、熱によって屈折率を変化させているので出射光の偏光の応答速度が遅いという問題があった。従って、高速に波長を掃引する波長掃引光源にこの素子を用いたとしても、波長掃引時のモードホップをリアルタイムに抑制することが困難であった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、出射光の偏向の応答速度が速い半導体光素子を提供するとともに、上記の半導体光素子を備え、波長掃引時のモードホップをリアルタイムに抑制することができる波長掃引光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体光素子は、ｎ型半導体基板と、前記ｎ型半導体基板上に形成され、光を発し該光を伝搬させる活性層と、前記ｎ型半導体基板上で前記活性層と光学的に結合され、前記活性層から伝搬された光を伝搬させる導波路層と、を備える半導体光素子において、前記活性層を有する発光領域と、前記導波路層を有し、注入される屈折率調整領域注入電流に応じて前記活性層から伝搬された光に対する該導波路層の等価屈折率を調整する屈折率調整領域と、を備え、前記導波路層を伝搬された光を出射させる前記屈折率調整領域側の出射端面と前記導波路層の光軸との交差角が非直角であり、前記屈折率調整領域注入電流により前記導波路層の等価屈折率が調整されることにより、前記出射端面から出射された光の前記出射端面に対する出射角を変化させる構成を有している。
【００１２】
この構成により、注入される電流に応じて導波路層の等価屈折率を調整する屈折率調整領域を備えることにより、出射光の偏向の応答速度を速くすることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体光素子は、前記発光領域が、前記活性層の上に積層された第１ｐ型クラッド層を有し、前記屈折率調整領域が、前記導波路層の上に積層された第２ｐ型クラッド層を有し、前記屈折率調整領域の前記導波路層に接する前記第２ｐ型クラッド層の厚さ方向のドーピング濃度が、前記導波路層の上端から所定距離の範囲で極大値をもつように形成された構成を有している。
【００１４】
この構成により、位相調整領域の導波路層に接する第２ｐ型クラッド層の厚さ方向のドーピング濃度が、導波路層から所定距離の範囲で極大となるため、位相調整領域の導波路層と第２ｐ型クラッド層との伝導帯バンド不連続ΔＥｃが小さいことによって生じる電子のオーバーフローを抑制することができ、これにより最大位相調整量を拡大することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体光素子は、前記所定距離の範囲が２５〜１５０ｎｍである構成を有している。
【００１６】
この構成により、第２ｐ型クラッド層の厚さ方向のドーピング濃度が、導波路層から２５〜１５０ｎｍの範囲で極大値をもつため、導波路層からオーバーフローする電子を効果的にブロックすることができ、最大位相調整量を大幅に拡大することができる。
【００１７】
また、本発明の半導体光素子は、前記発光領域の前記第１ｐ型クラッド層と前記屈折率調整領域の前記第２ｐ型クラッド層の上に第３ｐ型クラッド層が形成され、該第３ｐ型クラッド層の前記発光領域と前記屈折率調整領域との境界部分に所定幅の分離溝が形成されている構成を有している。
【００１８】
この構成により、第３ｐ型クラッド層の発光領域と位相調整領域の境界部分に分離溝が設けられているため、領域間の分離抵抗を高くすることができ、発光領域から位相調整領域へのリーク電流を大幅に減少させることができる。
【００１９】
また、本発明の半導体光素子は、前記第３ｐ型クラッド層の厚さ方向の終点におけるドーピング濃度が厚さ方向の始点におけるドーピング濃度より大きく、且つ１．０×１０１８（／ｃｍ３）〜２．５×１０１８（／ｃｍ３）の範囲に設定された構成を有している。
【００２０】
この構成により、第３ｐ型クラッド層の厚さ方向の終点（活性層、導波路層から遠い上層側）におけるドーピング濃度が厚さ方向の始点（活性層、導波路層に近い下層側）におけるドーピング濃度より大きく、且つ１．０×１０１８（／ｃｍ３）〜２．５×１０１８（／ｃｍ３）の範囲に設定されているため、膜厚方向の直列抵抗を増加させることなく、導波路損失を低減することができる。
【００２１】
本発明の波長掃引光源は、上記のいずれかの半導体光素子と、前記半導体光素子の前記出射端面から出射された光を回折する回折格子と、前記回折格子によって回折された光を反射して逆光路で前記回折格子へ再入射させる回動可能な回動ミラーと、を含み、前記回折格子が前記再入射された光を回折して前記半導体光素子の前記出射端面に帰還させ、前記回動ミラーの回動により前記出射端面から出射される光の波長を掃引するリトマン型の波長掃引光源であって、前記半導体光素子の前記発光領域に光を発するための発光領域注入電流を供給する発光領域電流供給部と、前記半導体光素子の前記屈折率調整領域に前記導波路層の屈折率を調整するための前記屈折率調整領域注入電流を供給する屈折率調整領域電流供給部と、前記半導体光素子から出射された光の出力を検出する出力検知部と、前記出力検知部で検知された出力に基づき、モードホップに起因する出力の不連続点を検知するとともに、該不連続点を消失させるように前記屈折率調整領域注入電流を制御する制御部と、を備える構成を有している。
【００２２】
この構成により、出射光の偏向の応答速度が速い半導体光素子を備えるため、波長掃引時のモードホップをリアルタイムに抑制することができる。
【００２３】
また、本発明の波長掃引光源は、前記制御部が、前記出力検知部で検知された出力の時間微分値を算出し、該時間微分値に基づいて前記屈折率調整領域注入電流を制御する構成を有している。
【００２４】
この構成により、モードホップの発生を検知することができる。
【００２５】
また、本発明の波長掃引光源は、前記制御部が、モードホップに起因する前記不連続点を検知するため、前記出力検知部で検知された出力の時間微分値を逐次算出し、前記時間微分値の絶対値が予め定められたモードホップ閾値以上となったときに、前記屈折率調整領域注入電流を連続的に増減させ、前記時間微分値の絶対値が予め定められたモードホップ閾値未満となったときに前記屈折率調整領域注入電流の増減を停止する構成を有している。
【００２６】
この構成により、屈折率調整領域注入電流の連続的な増減に応じて半導体光素子の出射光の出射角θ2が連続的に変化するため、光軸のずれを修正することができる。
【００２７】
また、本発明の波長掃引光源は、前記半導体光素子の前記出射端面から出射された光を平行光に変換し、該平行光を前記回折格子に出射するコリメートレンズと、前記回動ミラーの反射面を延長した平面と前記回折格子の回折面を前記回動ミラーの回動中心位置側へ延長した平面とで挟まれる空間で、且つ前記回折格子の所定入射位置と前記回動ミラーの回動中心位置との間の位置に配置され、前記コリメートレンズから出射された平行光を前記回折格子の所定入射位置に向けて反射する固定ミラーと、をさらに備え、前記半導体光素子および前記コリメートレンズが、前記回動ミラーの反射面を延長した平面で区切られる２つの空間のうち前記回折格子を含む空間側に配置され、前記半導体光素子から前記回折格子までの光路が前記回動ミラーに対して非交差であり、前記回動中心位置から前記回折格子の回折面の所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記回動ミラーの反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体光素子の実効共振端面から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の回折面の所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の回折面への光入射角αとの間に、ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成り立つ構成を有している。
【００２８】
この構成により、半導体光素子から回折格子までの光路が回動ミラーと交差しないため、高速な波長掃引を行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、出射光の偏向の応答速度が速い半導体光素子と、該半導体光素子を備え、波長掃引時のモードホップをリアルタイムに抑制することができる波長掃引光源を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体光素子の構成を示す斜視図、上面図、断面図
【図２】屈折率調整領域の第２ｐ型クラッド層のドーピング濃度分布図
【図３】屈折率調整領域の第３ｐ型クラッド層のドーピング濃度分布図
【図４】第１の実施形態の半導体光素子の出射光の偏向を説明するための上面図
【図５】屈折率調整領域注入電流Ｉrと等価屈折率ｎ1との関係を示すグラフ
【図６】屈折率調整領域注入電流Ｉrと出射角θ2との関係を示すグラフ
【図７】逆バイアス電圧Ｖbと出射角θ2との関係を模式的に示すグラフ
【図８】第１の実施形態の半導体光素子の製造工程の一部を示す斜視図
【図９】第１の実施形態の半導体光素子の製造工程の一部を示す斜視図
【図１０】本発明の第２の実施形態の波長掃引光源の構成を示す平面図
【図１１】第２の実施形態の波長掃引光源が波長を連続的に掃引するための条件を説明するための模式図
【図１２】モードホップが生じるメカニズムを説明するための模式的なグラフ
【図１３】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図１４】第３の実施形態の波長掃引光源が波長を連続的に掃引するための条件を説明するための模式図
【図１５】第３の実施形態の波長掃引光源の回動ミラーの分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る半導体光素子とそれを用いた波長掃引光源の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明に係る半導体光素子の第１の実施形態を図１に示す。図１（ａ）は半導体光素子１０の斜視図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００３３】
即ち、半導体光素子１０は、ｎ型半導体基板２１と、ｎ型半導体基板２１上に形成され、光を発し該光を伝搬させる活性層２４と、ｎ型半導体基板２１上で活性層２４と光学的に結合され、活性層２４から伝搬された光を伝搬させる導波路層２６と、を備える。
【００３４】
また、半導体光素子１０は、活性層２４を有する発光領域２２と、導波路層２６を有し、注入される屈折率調整領域注入電流Ｉrに応じて活性層２４から伝搬された光に対する導波路層２６の等価屈折率を調整する屈折率調整領域２３と、を備える。
【００３５】
半導体光素子１０においては、導波路層２６を伝搬された光を出射させる屈折率調整領域２３側の出射端面２０ａと導波路層２６の光軸との交差角θ1が非直角である。そして、屈折率調整領域注入電流Ｉrにより導波路層２６の等価屈折率ｎ1が調整されることにより、出射端面２０ａから出射された光の出射端面２０ａに対する出射角θ2が変化される。
【００３６】
以下、半導体光素子１０の構成についてさらに詳細に述べる。
半導体光素子１０は、ＩｎＰ（インジウム・リン）からなるｎ型半導体基板２１（以下、単に基板２１と記す）を有している。基板２１は、ほぼ一定のドーピング濃度（例えば１×１０１８／ｃｍ３）を有している。
【００３７】
基板２１の上の一端側（図１（ｂ）、（ｃ）で右端側）には発光領域２２が形成され、他端側（図１（ｂ）、（ｃ）で左端側）には屈折率調整領域２３が形成されている。
【００３８】
活性層２４は、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなり、基板２１の上の中央にほぼ一定幅（例えば５μｍ）で形成される。活性層２４の上には、ＩｎＰからなる第１ｐ型クラッド層２５が所定厚さ（例えば２５０ｎｍ）で形成されている。なお、ここで言う活性層２４は、多重量子井戸層（ＭＱＷ）とそれを挟む光分離閉じ込め（ＳＣＨ）層を含むものとする。
【００３９】
一方、屈折率調整領域２３側の基板２１の上の中央には、ＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層２６が活性層２４と光学的に結合されるように形成されている。ここで、活性層２４は、ある波長範囲の光に対して利得を有しており、且つ長さ方向に光を導波させるように形成されている。一方、導波路層２６はその光に対して主に導波作用を有しているが、その光に対して利得を有していてもよい。
【００４０】
導波路層２６は、外部の電流源からの屈折率調整領域注入電流Ｉrの印加によってキャリアが注入されると、プラズマ効果によりその屈折率が低下する。
【００４１】
なお、導波路層２６のエネルギーギャップは、活性層２４で生成された光のエネルギーより大きくなるように設定されており、導波路層での該光の吸収は生じない。
【００４２】
この導波路層２６の上には、第２ｐ型クラッド層２７が第１ｐ型クラッド層２５とほぼ同じ厚さで連続するように形成されている。活性層２４と導波路層２６の接続位置と、第１ｐ型クラッド層２５と第２ｐ型クラッド層２７との接続位置は一致している。
【００４３】
そして、第１ｐ型クラッド層２５と第２ｐ型クラッド層２７の上および側方には、ＩｎＰからなる第３ｐ型クラッド層２８が形成されている。また、活性層２４の側部の基板２１の上部にはｐ型のＩｎＰからなる埋め込み層２９が形成され、その埋め込み層２９の上部にはｎ型のＩｎＰからなる埋め込み層３０が形成されている。
【００４４】
そして、第３ｐ型クラッド層２８の発光領域２２と屈折率調整領域２３の境界部分は、活性層２４と導波路層２６とが光学的に結合された橋渡部３１と、その左右の側方の領域に設けられた分離溝３２、３３と、から構成されている。橋渡部３１は、半導体光素子１０のサイズ（例えば、長さ１０００μｍ、幅４００μｍ、厚さ１００μｍ）に対して、例えば長さ５０μｍ、幅１５μｍ、深さ７．５μｍ程度を有している。
【００４５】
この分離溝３２、３３は、第３ｐ型クラッド層２８だけでなく、埋め込み層２９、３０と基板２１との界面よりも深くエッチング処理することにより形成されている。
【００４６】
橋渡部３１の素子長方向の長さは、高い分離抵抗を得るために長い方が有利であるが、活性層２４の長さが減少すると発光強度が低下するため、２５μｍ〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００４７】
また、橋渡部３１の幅は、狭い程高い分離抵抗が得られるが、活性層２４や導波路層２６の幅（例えば２μｍ）に対して余裕をもたせる必要があり、また光のスポットサイズの大きさなどを考慮して１０μｍ〜２０μｍの範囲とすることが好ましい。深さについては、基板２１と埋め込み層２９、３０の界面よりも深くエッチングすることで正孔のリークを制限することが可能となるため５μｍ〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。
【００４８】
分離溝３２、３３を境にして発光領域２２側の第３ｐ型クラッド層２８の上には、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）からなるコンタクト層３４が形成され、屈折率調整領域２３側の第３ｐ型クラッド層２８の上にも、同様にＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３５が形成される。
【００４９】
それぞれのコンタクト層３４、３５の上には、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）からなる第１の上部電極３６、第２の上部電極３７が蒸着形成されている。また、基板２１の下面側全体に、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、白金（Ｐｔ）からなる下部電極３８が蒸着形成されている。
【００５０】
ところで、従来の屈折率調整領域を有する半導体光素子では、屈折率調整領域の導波路層とｐ型クラッド層との伝導帯バンド不連続ΔＥｃが小さいために、電子のオーバーフローが生じ易く、このオーバーフローによって最大屈折率調整量が制限されてしまうという問題があった。
【００５１】
本出願人は、上記構造の半導体光素子１０について種々の実験を行った結果、屈折率調整領域２３における導波路層２６上の第２ｐ型クラッド層２７のドーピング濃度にある特徴的な分布、即ち導波路層２６から所定距離の範囲で極大をもつ分布を与えることでこの屈折率調整領域２３におけるオーバーフローを抑制して無駄な電流を流すことなく最大屈折率調整範囲を拡大できることを見出した。
【００５２】
この構成を表したのが図２である。各種実験を行った結果、特性Ｆのように屈折率調整領域２３の導波路層２６に接する第２ｐ型クラッド層２７の厚さ方向のドーピング濃度が、導波路層２６の上端から所定範囲、特に２５〜１５０ｎｍの範囲内で極大値をもつように形成することで、屈折率調整領域２３における注入キャリアのオーバーフローの抑制効果が高くなり、屈折率変化に寄与しない無駄な電流を流す必要がなくなり、その結果素子全体としての高効率化が実現できることがわかった。なお、特性Ｆ′は実際のドーピング濃度分布の一例である。
【００５３】
このように導波路層２６に比較的近い位置に極大位置を設定することで無効電流として拡散するキャリア（電子）のブロッキングに効果的であることがわかった。特に高注入領域における効率の改善が確認された。
【００５４】
また、第３ｐ型クラッド層２８のドーピングプロファイルは、直列抵抗と導波路損失を決定するため重要である。
【００５５】
発光領域２２の膜厚方向の直列（シリーズ）抵抗が高いと、半導体光素子１０を外部共振器型のレーザ光源に用いた場合にモードホップが起こり易くなる。これは電流注入で生じるジュール熱により屈折率が変化して長波化するために起こる現象である。電流を注入しファブリペロモードの中の一つのモードから隣のモードに変わるまでの電流差分をモードホップ電流ΔＩhopと呼ぶが、このモードホップ電流ΔＩhopが高いほど、一つのモードにおける安定動作の範囲が広くなるため好ましい。
【００５６】
つまりモードホップ電流ΔＩhopを高くするために、ドーピング濃度を高く設定し直列抵抗を下げることが望まれる。その一方、活性層２４、導波路層２６に近い下層領域（厚さ方向の始点部分）のドーピング濃度を高く設定すると、活性層２４と導波路層２６近傍の光吸収損失が増加する。
【００５７】
よって、第３ｐ型クラッド層２８のドーピングプロファイルは、第３ｐ型クラッド層２８全体の直列抵抗をモードホップが発生しない所定値になるようにするとともに、活性層２４、導波路層２６に近い下層領域（厚さ方向の始点部分）では低くする必要がある。
【００５８】
その一つのドーピングプロファイルの特性を図３に示す。この特性Ｈでは、ドーピング濃度を、活性層２４、導波路層２６に近い下層領域（厚さ方向の始点部分）から活性層２４、導波路層２６から遠い上層領域（厚さ方向の終点部分）に向かって、３．０×１０１７、８．５×１０１７、１．８×１０１８（／ｃｍ３）と段階的に大きくなるようにしている。この結果、直列抵抗値０．５Ωが得られている。経験的に言えばこの直列抵抗としては０．７Ω以下が望ましく、そのためには、厚さ方向の終点におけるドーピング濃度を、１．０×１０１８（／ｃｍ３）〜２．５×１０１８（／ｃｍ３）の範囲にすればよいことを確認している。
【００５９】
さらに、その層厚ｔを２μｍ〜３．２μｍの範囲に制限することで、導波路層２６近傍の損失を低減しつつ、発光領域２２から屈折率調整領域２３への分離抵抗を１ｋΩにすることができた。なお、第３ｐ型クラッド層２８の層厚ｔをより小さくすれば分離抵抗をさらに大きくできるが、出射端面のスポットサイズより小さくなってしまい、損失が増加したり、導波できなくなったりする。また、層厚を３．２μｍより大きくすると第３ｐ型クラッド層２８の抵抗が減少して領域間の分離抵抗が小さくなってしまうので、上記層厚の範囲が好ましい。
【００６０】
なお、図３においては、ドーピング濃度を３段階で大きくする例を示したが、変化段数は２段でも４段以上でもよく、また、直線的に大きくしてもよく、段階的な変化と直線的変化を併用してもよい。
【００６１】
次に、図４を用いて半導体光素子１０の出射端面２０ａからの出射光の偏向について説明する。
屈折率調整領域２３側の出射端面２０ａの法線と導波路層２６の光軸とは交差角θ1を成しており、出射端面２０ａから出射される光は下記のスネルの法則に従い、出射端面２０ａの法線に対して出射角θ2を成す。
ｎ1 ｓｉｎθ1＝ｎ2 ｓｉｎθ2    ・・・・・・（１）
【００６２】
ここで、ｎ1は導波路層２６の出射端面２０ａ近傍の等価屈折率であり、ｎ2は空気の屈折率である。また、交差角θ1は、出射端面２０ａの法線と導波路層２６の光軸とが平行にならないよう、且つ出射光が出射端面２０ａで全反射されないよう０°＜θ1＜１８°の値を取ればよい。
【００６３】
式（１）によると、出射角θ2は、導波路層２６の出射端面２０ａ近傍の等価屈折率ｎ1に依存する。従って、屈折率調整領域２３に屈折率調整領域注入電流Ｉrを印加することでキャリア濃度が変化し、ｎ1が変わるので、出射角θ2を変化させることができる。
【００６４】
ここで、屈折率調整領域２３の第２の上部電極３７および下部電極３８を介して屈折率調整領域注入電流Ｉr（順バイアス）が印加される場合は、等価屈折率ｎ1が低下するため、出射角θ2が減少する。一方、屈折率調整領域２３に逆バイアス電圧Ｖbが印加される場合は、等価屈折率ｎ1が上昇するため、出射角θ2が増加する。
【００６５】
このように構成された本実施形態の半導体光素子は、印加される屈折率調整領域注入電流Ｉrもしくは逆バイアス電圧Ｖbに応じて、出射角θ2の偏向の応答速度をマイクロ秒オーダー以下にすることができる。
【００６６】
ところで、本出願人は、屈折率調整領域２３に印加される屈折率調整領域注入電流Ｉrに対する等価屈折率ｎ1および出射角θ2の変化量の計算を行っている。以下に、出射端面２０ａから出射される光の中心波長を１５５０ｎｍとし、屈折率調整領域２３の導波路層２６の組成波長を１４５０ｎｍ、厚さ０．１７μｍ、幅２μｍ、長さ１００μｍ、交差角θ1を６°とした場合の結果を示す。
【００６７】
図５は屈折率調整領域２３に印加する屈折率調整領域注入電流Ｉrと出射端面２０ａ近傍の等価屈折率ｎ1との関係を示すグラフである。屈折率調整領域２３に屈折率調整領域注入電流Ｉrを印加しないときの出射端面２０ａ近傍の導波路層２６の等価屈折率ｎ1は３．２１となる。屈折率調整領域２３に屈折率調整領域注入電流Ｉrを印加し、電流値を３５ｍＡまで上げると導波路層２６のキャリア濃度が上昇して等価屈折率ｎ1が下がり３．１９となる。
【００６８】
図６は屈折率調整領域２３に印加する屈折率調整領域注入電流Ｉrと光の出射角θ2との関係を示すグラフである。電流値０において光の出射角θ2は１９．６２°である。屈折率調整領域２３に屈折率調整領域注入電流Ｉrを印加し、電流値を３５ｍＡまで上げると出射角θ2は１９．４７°となり、０．１５°の偏向が可能となる。
【００６９】
また、屈折率調整領域２３に逆バイアス電圧Ｖbを印加することによりキャリア濃度を逆に上げることができる。この場合は等価屈折率ｎ1が上昇するため、図７に示すように出射角θ2を反対方向に偏向することも可能である。
【００７０】
導波路層２６の等価屈折率ｎ1の変化は出射端面２０ａの極近傍のみでよく、屈折率調整領域２３の長さは、キャリアを効率よく閉じ込めることを考慮すると短いほうがよい。しかし、出射端面２０ａはへき開により形成するので、へき開工程の誤差を考慮すると、屈折率調整領域２３の長さは５０μｍ〜１００μｍが好適である。
【００７１】
以下、図面を用いて半導体光素子１０の製造方法の一例を説明する。図８、９は、半導体光素子１０の製造工程の一部を示す斜視図である。
【００７２】
始めに、ドーピング濃度１×１０１８（／ｃｍ３）のｎ型のＩｎＰからなる基板１２１を用意し、その上に、ＭＯＶＰＥ法により、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層１２２を成長形成する。さらにその上にＩｎＰからなる第１ｐ型クラッド層１２３を積層させる。なお、ここで言う活性層１２２は、ＭＱＷとそれを挟むＳＣＨ層を含むものとする。
【００７３】
また、第１ｐ型クラッド層１２３の厚さは例えば２５０ｎｍであり、そのドーピング濃度の厚さ方向の分布は一定であってもよいが、前述のように、ある範囲で極大となるような分布にして電流供給時のキャリア漏れ等を防ぐ構造であってもよい。
【００７４】
次に、第１ｐ型クラッド層１２３の上にＳｉＯ2またはＳｉＮｘからなる絶縁膜１２５をプラズマＣＶＤ法等により数１０ｎｍ堆積し、さらにその上にレジスト１２６を塗布する（図８（ａ））。
【００７５】
続いて、フォトリソグラフィにより、屈折率調整領域２３の作製部分のレジスト１２６を取り除き、エッチング処理により、レジスト１２６′で覆われていない領域の絶縁膜１２５を除去する（図８（ｂ））。
【００７６】
さらに、残っているレジスト１２６′を剥離して、絶縁膜１２５′をマスクとするエッチング処理により、絶縁膜１２５′に覆われていない領域の第１ｐ型クラッド層１２３および活性層１２２を除去する（図８（ｃ））。ここで、第１ｐ型クラッド層１２３のＩｎＰに対しては例えば塩酸リン酸エッチャント、活性層１２２に対しては塩酸、過酸化水素および水を用いてエッチング処理する。
【００７７】
次に、上述のようにエッチング処理された部分の基板１２１の上に、ＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層１３１を、活性層１２２′と連続するように成長形成し、その上にＩｎＰからなる第２ｐ型クラッド層１３２を第１ｐ型クラッド層１２３′とほぼ同一高さとなるように積層する。
【００７８】
次に、残った絶縁膜１２５′を剥離してから、新たに絶縁膜１４０を全面に堆積させ、その上にレジスト１４１を塗布する（図８（ｄ））。
【００７９】
そして、メサ構造を作製するために、フォトリソグラフィによりレジスト１４１の中央部を残し、その両側を除去する。さらに、曲線部分を有する一定幅の線状に残ったレジスト１４１′をマスクとして、絶縁膜１４０の両側をエッチング処理により除去する（図９（ａ））。
【００８０】
続いて残ったレジスト１４１′を剥離除去して、絶縁膜１４０′をマスクとするエッチングを行い、図９（ｂ）のように、断面がほぼ台形状（メサ構造）に連続した活性層１２２′（２４）と導波路層１３１′（２６）と、その上に台形状に連続した第１ｐ型クラッド層１２３′（２５）と第２ｐ型クラッド層１３２′（２７）を形成する。
【００８１】
次に、活性層２４および導波路層２６の両側にｐ型ＩｎＰからなる埋め込み層１４２（２９）とｎ型ＩｎＰからなる埋め込み層１４３（３０）を形成する（図９（ｂ））。
【００８２】
そして、絶縁膜１４０′を剥離してから、埋め込み層１４３（３０）および第２ｐ型クラッド層１３２′（２７）の上に、ＩｎＰからなる第３ｐ型クラッド層１４５（２８）を成長形成し、さらにその上にＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１４６を形成する（図９（ｃ））。
【００８３】
そして、コンタクト層１４６の上で発光領域２２を形成する部分に、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔからなる第１の上部電極３６を蒸着し、屈折率調整領域２３を形成する部分にも、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔからなる第２の上部電極３７を蒸着し、さらに、基板１２１の下面側を研磨してＡｕ、Ｇｅ、Ｐｔからなる下部電極３８を蒸着する（図９（ｄ））。
【００８４】
そして、最後に、前記した橋渡部３１、分離溝３２、３３を形成するためのエッチング処理を行う。ここで、コンタクト層１４６のＩｎＧａＡｓに対しては、例えば硫酸系エッチャント（選択エッチャント）を用いて第３ｐ型クラッド層（ＩｎＰ）１４５（２８）をエッチストップ層としてエッチングを行う。また、第３ｐ型クラッド層１４５、各埋め込み層１４２、１４３および基板１２１に対しては、例えば塩酸リン酸エッチャントを用いてエッチングする。これにより、長さ１０００μｍ、幅４００μｍ、厚さ１００μｍの半導体光素子１０が完成する（図１（ａ））。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態の半導体光素子は、印加される屈折率調整領域注入電流に応じて導波路層の等価屈折率を調整する屈折率調整領域を備えることにより、出射光の偏向の応答速度をマイクロ秒オーダー以下にすることができる。
【００８６】
また、出射光を偏向させるために半導体光素子に熱を加える必要がないため、従来よりも消費電力を低減することができる。
【００８７】
（第２の実施形態）
本発明に係る波長掃引光源の実施形態について図面を用いて説明する。即ち、図１０に示すように、第２の実施形態の波長掃引光源は、第１の実施形態の半導体光素子１０と、半導体光素子１０の出射端面２０ａから出射された光を平行光に変換するコリメートレンズ１１と、コリメートレンズ１１から出射された平行光を回折する回折格子１２と、回折格子１２によって回折された光を反射して逆光路で回折格子１２へ再入射させる回動可能な回動ミラー１３と、を備え、回折格子１２がその再入射された光を回折して半導体光素子１０の出射端面２０ａに帰還させ、回動ミラー１３の回動により出射端面２０ａから出射される光の波長を掃引するリトマン型の波長掃引光源の構造を有している。
【００８８】
回動ミラー１３は、回動中心位置Ｏを中心に回動自在なアーム１５に支持されている。アーム１５は、バネ１６および駆動装置１７によって回動される。
【００８９】
さらに、本実施形態の波長掃引光源は、半導体光素子１０の発光領域２２に光を発するための発光領域注入電流Ｉeを供給する発光領域電流供給部４１と、半導体光素子１０の屈折率調整領域２３に導波路層２６の等価屈折率ｎ1を調整させるための屈折率調整領域注入電流Ｉrを供給する屈折率調整領域電流供給部４２と、端面２０ｂから出射された光の出力を検出する出力検知部４３と、出力検知部４３で検知された出力に基づいて屈折率調整領域注入電流Ｉrを制御する制御部４４と、を備える。
【００９０】
出力検知部４３は、例えば受光素子（図示せず）によって半導体光素子１０の端面２０ｂからの出射光の光強度Ｐを検出する。
【００９１】
この構造の波長掃引光源では、半導体光素子１０から出射され回折格子１２の回折面１２ａで回折された光の波長成分のうち、回動ミラー１３の反射面１３ａに直交する特定波長とその近傍の波長成分のみが半導体光素子１０に戻る。これにより、半導体光素子１０においてその特定波長とその近傍の波長を持つ光の誘導放出が生じるため、それらの波長（以下、掃引波長と記す）の光だけが共振し、出力されることになる。
【００９２】
この掃引波長は、回折格子１２の回折面１２ａと回動ミラー１３の反射面１３ａの成す角度、回折格子１２への入射光の入射角、回折格子１２の刻線数、および半導体光素子１０から回折格子１２を経て回動ミラー１３に至る光路長で規定され、回折面１２ａに対する反射面１３ａの角度（または距離）を調整すれば変化させることができる。
【００９３】
本実施形態の波長掃引光源は、以下に説明するように、モードホップを抑制しながら連続波長掃引を行うことができるものである。ここで、図１１に示すように、回折格子１２の回折面１２ａを延長した平面をＨ１、半導体光素子１０の実効共振端面２０ｃを延長した平面をＨ２、回動ミラー１３の反射面１３ａを延長した平面をＨ３とする。
【００９４】
回動ミラー１３の回動中心位置Ｏは、平面Ｈ１に含まれ、且つ平面Ｈ１と平面Ｈ２とが交わる位置より回折格子１２側に設けられる。平面Ｈ１と平面Ｈ３とは、回動ミラー１３の回動中心位置Ｏと回折格子１２の間で交わるように設定される。
【００９５】
ここで、所定入射位置Ｐから半導体光素子１０の出射端面２０ａまでの距離をＤ１、半導体光素子１０の出射端面２０ａから実効共振端面２０ｃまでの光路長をＤ２とすると、所定入射位置Ｐから実効共振端面２０ｃまでの実効光路長Ｌ１はＬ１＝Ｄ１＋Ｄ２で表わされる。
【００９６】
モードホップを抑制して連続波長掃引を行うためには、回動ミラー１３の回動中心位置Ｏから回折格子１２に入射する光の所定入射位置Ｐまでの距離ｒ、上述の実効光路長Ｌ１、回動ミラー１３の回動中心位置Ｏから平面Ｈ３までの距離Ｌ２および回折格子１２に対する光の入射角αとの関係が下の式を満たすように各部を設定する必要がある。
ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／ｓｉｎ α    ・・・・・・（２）
【００９７】
しかしながら、本実施形態の波長掃引光源において実際にモードホップを抑制するためには、上式を満たすようにサブミクロンオーダーの精度で回動中心位置Ｏを合わせなければならない。このため、それに比べて非常に大きなミリメートルオーダー以上の光路長を有する一般的な外部共振器では、半導体光素子１０の出射端面２０ａからの出射光の出射角θ2の僅かなずれがモードホップの原因となる。また、温度や経時変化などによる光軸のずれもモードホップを引き起こす要因となる。
【００９８】
ここで、モードホップが生じるメカニズムを図１２を用いて説明する。図１２（ａ）はモードホップが生じていないとき、図１２（ｂ）はモードホップが生じているときの半導体光素子１０の縦モードと回折格子１２の透過率特性をそれぞれ模式的に示したグラフである。ここでは、ある掃引波長（図の上段）からさらに掃引波長を増加させる場合（図の下段）を示している。
【００９９】
式（２）が満たされている場合（モードホップが生じない場合）は、特定の１つの縦モードｍの変化に合わせて透過率特性のピークが変化することにより、常に縦モードｍが選択されている状態となる（図１２(ａ)）。このときの掃引時刻ｔ（掃引波長に対応）と波長掃引光源の出射光の光強度Ｐとの関係は、図１２（ｃ）に示すような滑らかな曲線を描く。なお、光強度Ｐが掃引時刻ｔに対して依存性をもつのは、波長掃引光源を構成する光学部品の特性に波長依存性があるためである。
【０１００】
これに対して、光軸のずれなどにより式（２）が満たされない場合（モードホップが生じる場合）は、特定の１つの縦モードｍの変化に透過率特性のピークの変化が対応せず、選択される縦モードが１つ隣りのモードｍ'に跳んでしまう（図１２(ｂ)）。さらに、図からわかるように、このときの光強度Ｐは、ある特定の縦モードの波長と透過率特性のピークが一致している図１２（ｃ）の場合と比較して突然小さくもしくは大きく（図示せず）なる。従って、このときの掃引時刻ｔと光強度Ｐとの関係は、図１２（ｄ）に示すような不連続な跳びを有するものとなる。
【０１０１】
このようなモードホップの発生を抑制するために、本実施形態の波長掃引光源は、以下に説明する制御部４４を備える。
【０１０２】
制御部４４は、出力検知部４３で検知された光強度Ｐの時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜が予め定められたモードホップ閾値以上となったときに、屈折率調整領域注入電流Ｉrを連続的に増加させ、時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満となった場合には、そのときの屈折率調整領域注入電流Ｉrを維持する。
【０１０３】
ここで、モードホップ閾値とは、時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜がその値以上であるとモードホップが生じていると見なせる値である。一方、時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜がその値未満であるとモードホップが生じていないと見なせる。
【０１０４】
なお、モードホップ閾値は、掃引波長（あるいは掃引時刻ｔ）ごとに異なる値をとるものであってもよい。
【０１０５】
上記では、時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜が予め定められたモードホップ閾値以上となったときに、制御部４４が屈折率調整領域注入電流Ｉrを連続的に増加させる例を挙げたが、逆に次のようにしてもよい。
【０１０６】
即ち、制御部４４は、時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜が予め定められたモードホップ閾値以上となったときに、屈折率調整領域注入電流Ｉrを連続的に減少させ、時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満となった場合には、そのときの屈折率調整領域注入電流Ｉrを維持するものであってもよい。なお、光強度Ｐの変化幅｜ΔＰ｜をもとにモードホップ閾値を定め、これらを用いてモードホップの発生を検知するようにしてもよい。
【０１０７】
このように構成された本実施形態の波長掃引光源では、出射光の偏向の応答速度がマイクロ秒オーダー以下である半導体光素子を備えるため、例えサブミリ秒程度の掃引周期であっても波長掃引時に生じるモードホップをリアルタイムに抑制することができる。
【０１０８】
次に、以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源の動作について説明する。
まず、発光領域電流供給部４１によって半導体光素子１０の発光領域２２側の第１の上部電極３６と下部電極３８との間に発光領域注入電流Ｉe（数１００ｍＡ〜１Ａ）が印加されることにより、活性層２４内部が発光状態となる。ここで、発光領域電流供給部４１は、屈折率調整領域電流供給部４２とは独立に制御されており、以下の説明では発光領域注入電流Ｉeを一定としている。
【０１０９】
活性層２４で生成された光は、活性層２４と導波路層２６に沿って伝搬し、端面２０ｂ、回折格子１２、回動ミラー１３で構成された共振器において、活性層２４と導波路層２６の屈折率等によって決まる実効的な光路長と、回折格子１２の回折面１２ａと回動ミラー１３の反射面１３ａの成す角度、回折格子１２への入射光の入射角、および回折格子１２の刻線数に応じた掃引波長λで発振する。
【０１１０】
なお、屈折率調整領域２３側の出射端面２０ａの反射率を発光領域２２側の端面２０ｂの反射率よりも低いものとしている。
【０１１１】
半導体光素子１０の端面２０ｂから出力される波長λの光は、図１０に示すようにハーフミラー１８によって２つに分配され、１つが出力検知部４３に入射される。出力検知部４３へ入射された光は、出力検知部４３によってその出力を検出される。
【０１１２】
次に、出力検知部４３で検知された光強度Ｐの時間微分値の絶対値｜ｄＰ／ｄｔ｜が制御部４４によって逐次算出される。予め定められたモードホップ閾値以上の｜ｄＰ／ｄｔ｜が算出された場合は、制御部４４によって、屈折率調整領域電流供給部４２が屈折率調整領域２３に供給する屈折率調整領域注入電流Ｉrが連続的に増加される。このとき、図６に示したように、屈折率調整領域注入電流Ｉrの連続的な増加に応じて半導体光素子１０の出射端面２０ａからの出射光の出射角θ2が連続的に減少する。
【０１１３】
そして、屈折率調整領域注入電流Ｉrの上限値以下で、｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満となった場合には、そのときの屈折率調整領域注入電流Ｉrが制御部４４によって維持されることにより、出射角θ2が固定される。
【０１１４】
一方、屈折率調整領域注入電流Ｉrの上限値以下で、｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満に到達しない場合には、｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満となるまで制御部４４によって屈折率調整領域注入電流Ｉrが連続的に減少される。このときは、図６に示したように、屈折率調整領域注入電流Ｉrの連続的な減少に応じて半導体光素子１０の出射端面２０ａからの出射光の出射角θ2が連続的に増加し、｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満となったときの屈折率調整領域注入電流Ｉrが制御部４４によって維持されることにより、出射角θ2が固定される。
【０１１５】
なお、屈折率調整領域注入電流Ｉrの値が下限のゼロになっても｜ｄＰ／ｄｔ｜がモードホップ閾値未満にならない場合には、制御部４４によって、屈折率調整領域電流供給部４２から屈折率調整領域２３に逆バイアス電圧Ｖbが供給される。このとき、図７に示したように、逆バイアス電圧Ｖbの連続的な増加に応じて出射角θ2を連続的にさらに減少させることができる。
【０１１６】
（第３の実施形態）
本発明に係る波長掃引光源の第３の実施形態について図面を用いて説明する。第２の実施形態と同様の構成および動作については説明を省略する。図１３は本実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図、図１４は本実施形態の波長掃引光源の構成の要部を示す模式図である。
【０１１７】
本実施形態の波長掃引光源は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナを用いたリトマン型の外部共振型波長掃引光源であり、基台５１上に、第１の実施形態の半導体光素子１０と、半導体光素子１０の低反射端面である出射端面２０ａから出射された光を平行光に変換するコリメートレンズ５２と、コリメートレンズ５２から出射された平行光を後述する回折格子５４の回折面５４ａの所定入射位置Ｇに向けて反射する固定ミラー５３と、固定ミラー５３から反射された光を回折するための回折格子５４と、回折格子５４で回折された回折光を垂直に入射した波長成分のみの光を逆光路で回折格子５４へと反射させる反射板６２を有する回動ミラー６０から構成されている。
【０１１８】
ここで、図１４に示すように、回折格子５４の回折面５４ａを延長した平面をＨ１、半導体光素子１０の内部の屈折率を考慮した実効共振端面２０ｃを延長した平面をＨ２、反射板６２の反射面６２ａを延長した平面をＨ３とする。
【０１１９】
固定ミラー５３は、平面Ｈ３と平面Ｈ１で挟まれた空間内で、且つ回動中心位置Ｏと回折面５４ａの所定入射位置Ｇとの間に配置される。また、半導体光素子１０とコリメートレンズ５２は、平面Ｈ３で区切られてなる２つの空間のうち、回折格子５４が含まれる方の空間に配置される。また、半導体光素子１０から回折格子５４までの光路は回動ミラー６０に対して非交差である。
【０１２０】
この回動ミラー６０は、図１５の分解斜視図に示すように、導電性を有する基板（例えばシリコン基板）に対するエッチング処理等によって形成され、上板６１ａ、下板６１ｂ、横板６１ｃ、６１ｄで横長矩形枠状に形成されたフレーム６１と、フレーム６１の内側に同心状に配置され、少なくとも一面側に光を反射するための反射面６２ａが形成された横長矩形の反射板６２と、フレーム６１の上板６１ａ、下板６１ｂの互いに対向する内縁中央から反射板６２の上縁中央および下縁中央まで上下に一直線上に並ぶようにそれぞれ延びてフレーム６１の上板６１ａ、下板６１ｂと反射板６２との間を連結し、捩れ変形して反射板６２を回動させる一対の連結部６３、６４と、を有する。
【０１２１】
また、回動ミラー６０のフレーム６１の横板６１ｃ、６１ｄの一方（ここでは横板６１ｃ）の両面には、反射板６２に静電的に外力を与えるための電極板６５、６６がそれぞれ絶縁性を有するスペーサ６７を介して取り付けられている。電極板６５、６６は、反射板６２の一端側（ここでは左端側）の両面にスペーサ６７の厚み分の隙間を開けた状態でオーバラップしている。
【０１２２】
さらに、回動ミラー６０は、反射板６２に外力を与え、一対の連結部６３、６４の中心を結ぶ線を回動中心位置Ｏとして反射板６２を所定角度範囲で往復回動させる図示しない駆動装置を有する。
【０１２３】
駆動装置（図示せず）は、回動ミラー６０のフレーム６１を基準電位として２つの電極板６５、６６に対して、例えば位相が１８０°ずれた駆動信号Ｖ１、Ｖ２を印加して、電極板６５、６６と反射板６２の端部との間に静電的な吸引力を交互に生じさせ、反射板６２を往復回動させる。
【０１２４】
この駆動信号Ｖ１、Ｖ２の周波数は、回動ミラー６０の反射板６２の形状、重さおよび連結部６３、６４の捩れバネ定数等によって決まる反射板６２の固有振動数に等しくなるように設定されているので、少ない駆動電力で反射板６２を大きな角度で往復回動させることができる。
【０１２５】
この反射板６２の往復回動により、本実施形態の波長掃引光源内の実効光路長、および、回折格子５４の回折面５４ａに対する反射板６２の反射面６２ａの角度が変化して、本実施形態の波長掃引光源から出力されるレーザ光の波長が連続的且つ周期的に変化する。
【０１２６】
ここで、固定ミラー５３から半導体光素子１０の出射端面２０ａまでの距離をＤ１、半導体光素子１０の出射端面２０ａから実効共振端面２０ｃまでの実効光路長をＤ２とすると、固定ミラー５３から実効共振端面２０ｃまでの実効光路長Ｌ３はＬ３＝Ｄ１＋Ｄ２で表わされる。
【０１２７】
上述の実効光路長Ｌ３と、固定ミラー５３から所定入射位置Ｇまでの光路長Ｌ４と、回動ミラー６０の反射板６２の回動中心位置Ｏから平面Ｈ３までの距離Ｌ２と、回動中心位置Ｏから回折格子５４の所定入射位置Ｇまでの距離ｒと、回折格子５４に対する光の入射角αとの関係が下の式を満たすように各部を設定することで、モードホップフリーで連続波長掃引を行うことが可能となる。
ｒ=（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ α    ・・・・・・（３）
【０１２８】
また、本実施形態の波長掃引光源は、固定ミラー５３を介して回折格子５４に光を入射して、反射板６２と光路とを交差させない構成を有するため、反射板６２に光通過用の穴などを設ける必要がなく、その剛性低下による変形が起こらず、安定で高速な波長掃引を行うことができる。
【０１２９】
従って、このように構成された本実施形態の波長掃引光源は、非常に高速な波長掃引が可能であり、例えば１００ｎｍの波長範囲を約１ミリ秒で掃引できる。つまり、モードホップを抑制するためにはマイクロ秒オーダー程度での光軸調整が必要となる。
【０１３０】
本実施形態の波長掃引光源においてもモードホップを抑制するために、第２の実施形態と同様に、屈折率調整領域注入電流Ｉrを制御することにより光軸調整が行われる。
【０１３１】
本実施形態の波長掃引光源においては、全ての部材が基台５１上に固定されており、各光学部品の相対的位置が保存される。さらに回動ミラーの回転軸には、ねじれバネ機構が利用されているため、その軸位置が安定している。このため、回動ミラーの回動に伴う外部共振器内の光路の変動の再現性が非常に良く、その結果、モードホップが発生する波長の再現性もよい。このため、波長掃引が非常に高速であっても、Ｉrを単に増減させるだけで、容易にモードホップを抑制できる。
【０１３２】
以上説明したように、本実施形態の波長掃引光源も、出射光の偏向の応答速度がマイクロ秒オーダー以下である半導体光素子を備えるため、例えサブミリ秒程度の掃引周期であっても波長掃引時に生じるモードホップをリアルタイムに抑制することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０  半導体光素子
１１、５２  コリメートレンズ
１２、５４  回折格子
１２ａ、５４ａ  回折面
１３、６０  回動ミラー
１３ａ  反射面
２０ａ  出射端面
２０ｂ  端面
２０ｃ  実効共振端面
２１  ｎ型半導体基板（基板）
２２  発光領域
２３  屈折率調整領域
２４  活性層
２５  第１ｐ型クラッド層
２６  導波路層
２７  第２ｐ型クラッド層
２８  第３ｐ型クラッド層
３２、３３  分離溝
４１  発光領域電流供給部
４２  屈折率調整領域電流供給部
４３  出力検知部
４４  制御部
５３  固定ミラー
【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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