(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む積層体の上面から所定幅及び深さでエッチングにより形成されたリッジ構造を備え、
前記積層体の上面及び下面に形成された上面電極及び下面電極に所定電圧を印加することによって発生した自然放出光を前記リッジ構造によって導波し、該自然放出光を出射端面側より出射するスーパールミネッセントダイオードであって、
前記上面電極が、第１の電極と、前記出射端面側と反対方向の反射端面の直上付近に設けられた第２の電極に分割された構造を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に過剰電流を抑制する手段が設けられ、該過剰電流を抑制する手段によって、前記反射端面付近に発生する戻り光による過剰電流を抑制することを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。
【請求項２】
前記過剰電流を抑制する手段が、定電流ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
【請求項３】
前記定電流ダイオードとは別に、更に前記第１の電極側に調整抵抗を備え、
該調整抵抗は、前記戻り光の光強度レベルにより前記第２の電極への印加電圧が予め調整可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスーパールミネッセントダイオード。
【請求項４】
前記調整抵抗及び定電流ダイオードが、前記第１の電極と前記第２の電極に印加される電圧を調整し、駆動電流密度を一定にすることが可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のスーパールミネッセントダイオード。
【請求項５】
前記過剰電流を抑制する手段が、前記戻り光の光強度レベルにより前記反射端面が破壊される電流値にならないように抵抗値が予め調整可能な抵抗素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
【請求項６】
前記活性層を含む積層体が、ＡｌＧａＡｓ系の材料によって構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードによって構成された光源を備えていることを特徴とするＯＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパールミネッセントダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードを光源とするＯＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ；Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）は、増幅自然放出光（ＡＳＥ）を放出し、低コヒーレンス性を持つ高輝度な光源として知られている。
例えば、特許文献１に開示されているようなデバイス構成を備えている。以下、このスーパールミネッセントダイオードをＳＬＤと記す。
また、このＳＬＤは応用例として、高速に光断層像を取得するＳＤ（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の光源に用いられる。
【０００３】
ここで、従来例における一般的なＳＬＤの概要について説明する。図５（ａ）に従来例における一般的なＳＬＤの概要を説明する模式的的平面図を、図５（ｂ）に上記ＳＬＤの駆動状態における電流密度分布の模式図を示す。
図５（ａ）、（ｂ）において、５００はＳＬＤ、５０１は電極、５０７は増幅された自然放出光、５０８は出射端面、５０９は反射端面、５１０はリッジ構造、５１１は電流密度、５１２デバイス長さである。
ＳＬＤは、活性層を含む積層体の上面から所定幅及び深さでエッチングにより形成されたリッジ構造５１０を備える。
例えば０．８μｍ帯のＡｌＧａＡｓ系で構成される場合、上記積層体の上面及び下面に形成された上面電極（５０１）及び下面電極（不図示）に１．８Ｖ程度の電圧を印加すると、素子内部のｐｎ接合へ電流が流れ、自然放出光が発生する。発生した自然放出光は素子内部を伝播しながら増幅され、この増幅された自然放出光５０７が出射端面５０８より取り出される。
上記したようにＳＬＤの内部では自然放出光が増幅される。これは素子外部からの入射光についても同様である。
【０００４】
その際、上記増幅された自然放出光５０７の戻り光が出射端面５０８の反対側の反射端面５０９に到達し、内部が強い励起状態にある場合には端面付近において、通常よりも光吸収に伴う発熱、電流の集中が起こりやすくなり、端面が破壊される確率が高まる。
図５（ｂ）に示すように、戻り光は一般的に図中ＳＬＤ内部でおおよそ１０００倍に増幅され、後部の反射端面５０９に到達する。
動作中の反射端面は非常に光密度が高い状態となっており、それを反映して図５に示すような端面付近において電流密度が高い状態となる。特に出射端面５０８に比べ、高い反射率を持つ反射端面５０９では顕著である。そこに増幅された戻り光のエネルギーが加算され端面付近が高温になることで、過剰電流が局部的に流れ、ＤＬＤ（ｄａｒｋ  ｌｉｎｅ  ｄｅｆｅｃｔ）などにより反射端面が破壊しやすくなる。
特に、ＳＬＤをＳＤ−ＯＣＴに搭載する場合に、ＯＣＴ内光学系からの戻り光による素子の端面破壊を防ぐため、光学系とＳＬＤの間に高価なアイソレーター素子が必要になる。
半導体発光素子の端面が破壊されるのを防止する方法として、例えば特許文献２のような窓構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１８８５０９号公報
【特許文献２】特開平７−５８４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような窓構造を用いた場合でも、端面破壊を防止できる駆動条件には限界がある。
特に、ＳＤ−ＯＣＴへＳＬＤを応用する場合には、戻り光の光強度レベルが高く端面破壊を起こし易い。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、反射端面付近に発生する戻り光による過剰電流を抑制し、アイソレータを用いずに使用が可能となるスーパールミネッセントダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードを光源とするＯＣＴ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、つぎのように構成したスーパールミネッセントダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードを光源とするＯＣＴ装置を提供するものである。
本発明のスーパールミネッセントダイオードは、活性層を含む積層体の上面から所定幅及び深さでエッチングにより形成されたリッジ構造を備え、
前記積層体の上面及び下面に形成された上面電極及び下面電極に所定電圧を印加することによって発生した自然放出光を前記リッジ構造によって導波し、該自然放出光を出射端面側より出射するスーパールミネッセントダイオードであって、
前記上面電極が、第１の電極と、前記出射端面側と反対方向の反射端面の直上付近に設けられた第２の電極に分割された構造を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に過剰電流を抑制する手段が設けられ、該過剰電流を抑制する手段によって、前記反射端面付近に発生する戻り光による過剰電流を抑制することを特徴とする。
また、本発明のＯＣＴ装置は、上記したスーパールミネッセントダイオードによって構成された光源を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反射端面付近に発生する戻り光による過剰電流を抑制し、アイソレータを用いずに使用が可能となるスーパールミネッセントダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードを光源とするＯＣＴ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態および実施例１におけるリッジ構造を備えたＳＬＤの構成を説明する模式的平面図。
【図２】本発明の実施例１におけるＳＬＤを構成する活性層を含む積層体の構造を説明する断面図。
【図３】本発明の実施例２におけるリッジ構造を備えたＳＬＤの構成を説明する模式的平面図。
【図４】本発明の実施例３におけるスーパールミネッセントダイオードによって構成された光源を備えたＳＤ−ＯＣＴの構成例について説明する図。
【図５】従来例における一般的なＳＬＤの構造を説明する模式図であり、（ａ）はその模式的平面図、（ｂ）はその駆動状態における電流密度分布の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態におけるＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）の構成例について、図１を用いて説明する。
本実施形態のＳＬＤ１００は、活性層を含む積層体の上面から所定幅及び深さでエッチングにより形成されたリッジ構造１１０を備える。
上記積層体の上面及び下面に形成された上面電極及び下面電極に所定電圧を印加することによって、例えば１．８Ｖ程度の電圧を印加すると素子内部のｐｎ接合へ電流が流れ、自然放出光が発生する。
発生した自然放出光を、前記リッジ構造によって導波により伝播されながら増幅され、この増幅された自然放出光１０７が出射端面側１０８より出射される。
このようにＳＬＤの内部では自然放出光が増幅される。外部からの入射光についても同様である。外部から入射端面に光が入射した場合、戻り光は強く増幅され出射端面側と反対方向の反射端面付近１０９に到達する。
内部が強い励起状態にある場合には端面付近において光吸収に伴う発熱、電流の集中が起こり端面が破壊される。
【００１２】
これらに対処するため、本実施形態のＳＬＤ１００においては、上記上面電極が、第１の電極１０１と第２の電極１０２に分割され、これら第１の電極と第２の電極との間に、反射端面付近に発生する戻り光による過剰電流を抑制する手段が設けられる。
具体的には、ＳＬＤ１００の反射端面直上付近に独立した第２の電極１０２を設け、これに接続した上記過剰電流を抑制する手段として構成された定電流ダイオード１０４によりその部分の駆動電流を制限する。
これにより、特にＳＤ−ＯＣＴなどのシステムからの戻り光によってＳＬＤの反射端面が破壊されるのを、アイソレータを用いることなく抑制することができる。
本実施形態においては、上記定電流ダイオード１０４とは別に、更に前記第１の電極側１０１に調整抵抗１０３を設け、戻り光の光強度レベルにより第２の電極１０２への印加電圧を予め調整可能に構成することができる。
その際、上記調整抵抗及び定電流ダイオードが、第１の電極１０１と第２の電極１０２に印加される電圧を調整し、駆動電流密度を一定にすることが可能に構成することができる。
また、過剰電流を抑制する手段として、定電流ダイオード１０４に変え、上記戻り光の光強度レベルにより反射端面が破壊される電流値にならないように抵抗値が予め調整可能な抵抗素子で構成することができる。
また、上記活性層を含む積層体が、ＡｌＧａＡｓ系の材料によって構成することができる。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
［実施例１］
実施例１として、リッジ構造を備えたＳＬＤを構成する活性層を含む積層体構造の作製方法について、図２を用いて説明する。
図２において、２０１はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、２０２はｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、２０３はＡｌ0.2ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ量子井戸である。
また、２０４はｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、２０５はｎ型ＧａＡｓバッファーおよびウェハーである。
また、２０６はｐ型電極層、２０７はｎ型電極層である。
まず、ＳＬＤを形成する際の基板となるｎ+のＧａＡｓウェハー２０５を用意する。高品質なデバイス層を形成するためエピタキシャル成長を行う。
エピタキシャルウェハーとしては、ドーピング濃度７ｘ１０18ｃｍ-3程度のｎ+−ＧａＡｓウェハー２０５を、つぎのようにエピタキシャル成長させる。
結晶成長前に表面酸化膜の除去を行った後に、ＭＯＣＶＤなど結晶成長装置により成長温度６５０℃程度の高温でＧａＡｓ２０５を１μｍ程度成長させる。
【００１４】
次に、ＳＬＤ１００の層構造を形成するため結晶成長を行う。
図２に示すクラッド層としてキャリア濃度３ｘ１０17ｃｍ-3程度ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層２０４を１μｍ程度成長させる。
次に、活性層としてＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓの量子井戸層（ＭＱＷ）２０３を０．４μｍ程度成長させる。
ＭＱＷ２０３の構造はバリア層Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓを層厚８０ｎｍでウェル層ＧａＡｓは２０ｎｍとし、これを交互に結晶成長させる。
次に、上部のクラッド層として５ｘ１０17ｃｍ-3程度のｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層２０２を１μｍ程度形成し、最後にコンタクト層として１ｘ１０19ｃｍ-3のｐ+ ＧａＡｓ層２０１を５０ｎｍ程度形成する。
このようにして、基板上に活性層を含む積層体構造を形成する。
【００１５】
次に、リッジ構造１１０および端面の形成プロセスについて説明する。
図１に＜１１０＞など結晶のへき開により形成された反射端面１０９と直交する角度に対して５度程度傾斜させた角度で、幅４μｍのリッジ構造１１０を、積層体構造に形成する。
リッジの元になるストライプパターンのレジストを、幅４ｕｍで基板表面上に積層体構造の上面に前記の角度となるように形成する。
次に、塩素ガスを用いたドライエッチング装置により、レジストの無い領域を１μｍ程度の深さにエッチングし、その後、レジストを取り除く。図２におけるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＧａＡｓの量子井戸層（ＭＱＷ）２０３がエッチング後の表面となる。次にポリイミドにより、リッジ部表面のコンタクト層２０６を除いて、エッチング表面に絶縁膜を形成する。
次に、スクライブ装置により、ウェハーのへき開を行い、デバイス長さが２ｍｍ、幅０．７ｍｍとする。
次に、端面の反射コーティングを行う。出射端面１０８及び反射端面１０９はＳｉＯ２およびＴｉＯ２をスパッタ装置により堆積を行いそれぞれ反射率の調整を行う。出射端面１０８、反射端面１０９の反射率はそれぞれ、０％、１％程度である。
【００１６】
次に電極形成プロセスとして、上記積層体構造における基板の裏面にｎ型電極層２０７としてＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉを蒸着後、４００度程度の窒素中アニールを行いオーミック電極を形成する。
次に、上記積層体構造の上面に電極を形成するに際し、図１に示すような第１の電極１０１と第２の電極１０２を形成するための電極の分離を行うため、まず２つの電極間の領域において、コンタクト層の選択エッチングを行う。
エッチングはレジストによるパターン形成と硫酸系エッチング液により行う。
次に、２つの電極を形成するため、まずはレジストでパターニングをした後に、Ｔｉ／Ａｕを真空蒸着を行い、上記２つの電極を形成するためのｐ型電極層２０６を形成した後、レジストのリフトオフにより電気的に分離された２つの電極を形成する。
最後に、配線のプロセスとなるが、図１に示したように第１の電極１０１には調整抵抗を、第２の電極１０２には定電流ダイオード１０４を配線する。
調整抵抗１０３、および定電流ダイオード１０４への結線は、第１の電極１０１、第２の電極１０２の上部において、金線をワイヤーボンディングにより、サブマウント上の電極パッドを介して行う。
【００１７】
［実施例２］
実施例２として、定電流ダイオードに変え、戻り光の光強度レベルにより反射端面が破壊される電流値にならないように抵抗値が予め調整可能な抵抗素子で構成される例について、図３を用いて説明する。
第２の電極１０２へ配線する定電流ダイオードの変わりにチップ抵抗など抵抗素子１０６を使い、最大電流を制限する。戻り光の光強度レベルを予め予測し、端面が破壊される電流値とならないように抵抗値を調整する。
【００１８】
［実施例３］
実施例３として、本発明のスーパールミネッセントダイオードによって構成された光源を備えたＯＣＴ装置の構成例について説明する。
ここでは、ＳＤ−ＯＣＴに適用した例について、図４用いて説明する。
図４において、３００はＳＤ−ＯＣＴ、３０１はサンプル、３０２はＳＬＤ、３０３は計測系、３０４はビームスプリッタ−、３０５はミラーである。
ＳＤ−ＯＣＴ３００は、インコヒーレントな白色光（＝ＳＬＤ）３０２をサンプル３０１に照射し、そこから得られる信号光を参照光とビームスプリッタ−３０４で干渉させ、計測系３０３内部の回折格子などにより波長分散させる。
これを計測系３０３内部の１次元の撮像素子（ラインセンサー）により波長情報として取得する。
ＳＤ−ＯＣＴ３００では干渉距離によって干渉縞の周期が異なることから、ラインセンサーの信号をフーリエ−変換し、その周期を特定することで干渉距離を算出することが可能となる。この原理により、ＳＤ−ＯＣＴ３００はサンプル３０１の３次元画像を取得している。
図４に示すように、戻り光の発生はＯＣＴ内部の反射ミラー３０５により発生する。
従来例のものでは反射の入射を防止するため、ＳＬＤの前にアイソレータ−を付けることが必要となるが、本実施例の構成によれば、アイソレータ−は不要である。
【符号の説明】
【００１９】
１００：ＳＬＤ
１０１：第１の電極
１０２：第２の電極
１０３：調整抵抗
１０４：定電流ダイオード
１０５：印加電圧
１０６：抵抗素子
１０７：増幅自然放出光
１０８：出射端面
１０９：反射端面
１１０：リッジ構造
【図１】
0005645525.tif 000002
【図２】
0005645525.tif 000003
【図３】
0005645525.tif 000004
【図４】
0005645525.tif 000005
【図５】
0005645525.tif 000006