(57)【要約】      （修正有）【課題】より広い半値全幅を有する発光スペクトルで発光する光源を提供する。【解決手段】上の発光領域１１０とスペクトル変換領域１０２に注入する電流を制御する制御部１０４とを有する光源であって、１つ以上の発光領域のうちの１つの第一の発光領域１１１から発せられる光であって、発光スペクトル変換領域を経由する光と、第一の発光領域から、または、１つ以上の発光領域のうち、第一の発光領域とは異なる第二の発光領域１１２から発せられ、発光スペクトル変換領域を経由しない光とが合波されるように構成され、制御部は、発光スペクトル変換領域の電流密度が、第一の発光領域の電流密度よりも小さくなるように発光スペクトル変換領域、および第一の発光領域に注入する電流を制御する。【選択図】図１
2014082486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の発光領域と、発光スペクトル変換領域とを有するスーパールミネッセントダイオード、および前記１つ以上の発光領域と前記発光スペクトル変換領域に注入する電流を制御する制御部とを有する光源であって、
前記１つ以上の発光領域のうちの１つの第一の発光領域から発せられる光であって、前記発光スペクトル変換領域を経由する光と、前記第一の発光領域から、または、前記１つ以上の発光領域のうち、前記第一の発光領域とは異なる第二の発光領域から発せられ、前記発光スペクトル変換領域を経由しない光とが合波されるように構成され、
前記制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が、前記第一の発光領域の電流密度よりも小さくなるように前記発光スペクトル変換領域、および前記第一の発光領域に注入する電流を制御することを特徴とする光源。
【請求項２】
前記制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が、前記第一の発光領域の電流密度の１０％以下になるように前記発光スペクトル変換領域、および前記第一の発光領域に注入する電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が、０ｋＡ／ｃｍ２以上２ｋＡ／ｃｍ２以下になるように前記発光スペクトル変換領域に注入する電流を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
前記制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が０ｋＡ／ｃｍ２になるように前記発光スペクトル変換領域に注入する電流を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源。
【請求項５】
前記発光スペクトル変換領域が、導波路構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源。
【請求項６】
前記第一の発光領域と、前記発光スペクトル変換領域とが、共通の活性層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源。
【請求項７】
前記第一の発光領域から発せられる光が前記発光スペクトル変換領域を経由して発光スペクトル変換領域から出射する光と、前記第二の発光領域から出射する光とを合波することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源。
【請求項８】
前記第一の発光領域から出射する光と、前記第一の発光領域から発せられる光が前記発光スペクトル変換領域を経由して発光スペクトル変換領域から出射する光とを合波することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源。
【請求項９】
第一の発光領域から発せられる光が前記発光スペクトル変換領域を経由し、さらに前記第二の発光領域を経由することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１０】
前記第一の発光領域から発せられる光が前記発光スペクトル変換領域を経由し、さらに前記第二の発光領域を経由して出射する光と、前記第一の発光領域から出射する光とを合波することを特徴とする請求項９に記載の光源。
【請求項１１】
第一の発光領域から発せられる光が、前記発光スペクトル変換領域を経由した後に、前記第一の発光領域を経由するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光源と、
前記光源からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を波長分散させる波長分散部と、
波長分散された前記干渉光を受光する光検出部と、
前記干渉光の強度に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源及び前記光源を用いた光干渉断層撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ、以下ＳＬＤと略すことがある）は発光ダイオードのように広帯域なスペクトル分布を有しながら、半導体レーザ同様に１ｍＷ以上の比較的高い光出力を得ることが可能な半導体光源である。ＳＬＤはその特性から高分解能が求められる医療分野や計測分野で注目されており、例えば、生体組織の断層画像を取得することができる光干渉断層撮像（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）装置の光源として用いられる。
【０００３】
高分解能な断層画像の取得には、広い半値全幅をもつ発光スペクトルで発光する光源を用いることが好ましい。非特許文献１に記載の量子井戸幅を変えた２つの非対称多重量子井戸構造や、異なる組成比を持つ複数の量子井戸構造、単一量子井戸構造を有する活性層を用いることが挙げられる。これらの構造では異なるエネルギー準位からの発光スペクトルの重ね合わせを利用して、広いスペクトル半値全幅を得ることを目的としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．８，ｎｏ．１１，ｐｐ．１４５６−１４５８，１９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１では電流注入量を増やすことによって広帯域なスペクトルを得ることができるが、各量子井戸の利得スペクトルやデバイス構造によりスペクトル半値幅が制限されてしまう。そのため、非特許文献１に記載のＳＬＤでは十分に広い半値全幅を有する発光スペクトルで発光することができていない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、より広い半値全幅を有する発光スペクトルで発光する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】
【０００７】
本発明に係る光源は、１つ以上の発光領域と、発光スペクトル変換領域とを有するスーパールミネッセントダイオード、および前記１つ以上の発光領域と前記発光スペクトル変換領域に注入する電流を制御する制御部とを有する光源であって、
前記１つ以上の発光領域のうちの１つの第一の発光領域から発せられる光であって、前記発光スペクトル変換領域を経由する光と、前記第一の発光領域から、または、前記１つ以上の発光領域のうち、前記第一の発光領域とは異なる第二の発光領域から発せられ、前記発光スペクトル変換領域を経由しない光とが合波されるように構成され、
前記制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が、前記第一の発光領域の電流密度よりも小さくなるように前記発光スペクトル変換領域、および前記第一の発光領域に注入する電流を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光源によれば、発光領域で発生した光であって発光スペクトル変換領域を経由する光を利用することで、より広い半値全幅を有する発光スペクトルで発光する光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る光源について説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光源について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光源の層構成について説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る光源の別の例について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）平面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る光源について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）平面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る光源について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）Ｘ点からみた平面図（ｃ）Ｙ点からみた平面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る光源について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）平面図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る光源について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）平面図である。
【図９】本発明の実施形態６に係るＯＣＴ装置について説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例１で作製した光源から得られた発光スペクトルを示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２において光源を作製する手順を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例２において光源を作製する手順を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例２で作製した光源から得られた発光スペクトルを示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例３で作製した光源の層構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例３の光源の駆動条件について説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例３の光源の駆動条件について説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例３で作製した光源から得られた発光スペクトルを示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例４で作製した光源について説明するための（ａ）斜視図（ｂ）平面図である。
【図１９】本発明の実施例５について説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る光源について図１を用いて説明する。ここで説明する内容は、以下の実施形態の各例において共通する内容である。
【００１１】
本発明の実施形態に係る光源は、１つ以上の発光領域１１０（図１では発光領域が２つの場合を示している）と、発光スペクトル変換領域１０２とを有するＳＬＤ１０３、および１つ以上の発光領域１１０と発光スペクトル変換領域１０２に注入する電流を制御する制御部１０４とを有する。そして、１つ以上の発光領域１１０のうちの１つの第一の発光領域１１１から発せられる光であって、発光スペクトル変換領域１０２を経由する光Ｌ１と、第一の発光領域１１１から発せられて発光スペクトル変換領域１０２を経由しない光Ｌ２、または、１つ以上の発光領域１１０のうち、第一の発光領域１１１とは異なる第二の発光領域１１２から発せられ、発光スペクトル変換領域１０２を経由しない光Ｌ３とが合波されるように構成されている。さらに、制御部１０４は、発光スペクトル変換領域１０２、および１つ以上の発光領域１１０に注入する電流を制御する。
【００１２】
第一の発光領域１１１から発せられる光は、発光スペクトル変換領域１０２を経由することで、発光スペクトルのうち、短波長成分が吸収されるが、長波長成分は全てが吸収されない。そして、発光スペクトル変換領域１０２を経由した光は、第一の発光領域１１１から発せられた光と同程度またはより強度の大きい長波長成分を有する光となる。さらに、発光スペクトル変換領域１０２を経由した光は、経由する前の発光スペクトルには含まれない、より長波長領域の成分を含むようになる、あるいは経由する前は微弱な発光強度であった長波長領域において、より大きな発光強度を示すようになる。そのため、本実施形態に係る光源から出射される光は、広い半値全幅をもつ発光スペクトルを有する。
【００１３】
また、実施形態３乃至５のように、発光スペクトル変換領域を経由した光がさらに別の発光領域に入射する場合、発光スペクトル変換領域から発せられた時点での光の強度は小さくても、当該別の発光領域で増幅される。例えば、第一の発光領域１１１から発せられ、発光スペクトル変換領域１０２を経由し、さらに第二の発光領域１１２を経由させることで、長波長領域の光が増幅された光を出射させることができる。
【００１４】
一方、第一の発光領域１１１から発せられて発光スペクトル変換領域１０２を経由しない光の発光スペクトルは、短波長成分が残る。同様に、第二の発光領域１１２から発せられ、発光スペクトル変換領域を経由しない光の発光スペクトルにおいては、短波長成分が残る。したがって、光Ｌ１と光Ｌ２を合波する、または、光Ｌ１と光Ｌ３とを合波することで、第一の発光領域１０１から発せられた光に比べて、大きい半値全幅をもつ発光スペクトルで発光する光源を実現できる。
【００１５】
なお、本明細書においてスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）とは、発光素子の一種であり、レーザと発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）の中間の性質を示す。具体的には、ＳＬＤの各々に注入する電流を増加させていったときに、光出力強度が、ＬＥＤのように線形変化せず、かつ、レーザのように閾値電流を境に線形変化の傾きが変わるという挙動も示さず、典型的には、注入電流量の二乗に比例した変化を示す。また、ＳＬＤの発光スペクトルの半値幅は例えば１０ｎｍ以上であり、レーザよりも大きく、ＬＥＤよりも小さい。
【００１６】
（発光領域）
本発明の実施形態において発光領域とは、波長幅を有する光を発する活性層を含む領域のことである。
【００１７】
（発光スペクトル変換領域）
本発明の実施形態において発光スペクトル変換領域とは、当該領域を導波した光の波長、強度が変わる領域のことである。具体的には、ＳＬＤにおいて発光領域の電流密度より小さくなるような電流密度が注入される領域、または、電流が注入されない活性層の領域である。
【００１８】
また、発光スペクトル変換領域に注入される電流密度によって、光の波長や強度の変換量が異なる。
【００１９】
また、発光スペクトル変換領域は、上記発光領域と同一の活性層であることが好ましい。
【００２０】
通常のＳＬＤで、発光領域に隣接し電流注入を行わない領域を有することがあるが、この場合にはレーザ発振を抑制するために光の反射を抑えるよう光を吸収する役割で用いられる。本実施形態では発光スペクトル変換領域を導波した光を積極的に出射光として利用することで広いスペクトル半値全幅を得ている。
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る光源について具体例で詳細に説明する。
【００２２】
（活性層）
活性層に好適な量子井戸構造は、発光させる波長により異なる。そして量子井戸構造の発光波長は井戸層及び障壁層の材料および井戸層の厚さにより決まる。以下では、活性層の発光波長に好適な量子井戸の例として、量子井戸の基底準位の発光波長を軸に説明する。
【００２３】
例えば、８００ｎｍから８５０ｎｍの範囲に基底準位の発光を位置させるためには、井戸層にはＡｌ組成ｘが０から０．１５のＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓが好適である。そして障壁層はそれよりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓを使用することが好適である。この時の量子井戸層の厚さ５ｎｍ〜１０ｎｍが好適である。ただし、基底準位の発光波長は井戸層の厚さと井戸層を構成する材料で決まるため、厚さを５ｎｍより短くし、その分バンドギャップの小さい波長の材料を使用することでも実現できる。
【００２４】
波長帯が８５０ｎｍから９００ｎｍの範囲に基底準位の発光を位置させるためには、Ｉｎ組成が０から０．１のＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ａｓが使用できる。障壁層の材料としては、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを使用することが好適である。井戸層の厚さは、５ｎｍ〜１０ｎｍが好適である。ただし、井戸層の厚さと井戸層を構成する材料で決まるため、厚さを５ｎｍより短くし、その分バンドギャップの短い波長の材料を使用することでも実現できる。
【００２５】
また、同じ８００ｎｍから９００ｎｍ帯であっても、この波長帯で発光する材料であれば、上記の材料に限らず、他の材料を用いることもできる。例えば、井戸層にＧａＩｎＡｓＰを用いて、上記の思想により量子井戸構造を実現しても良い。
【００２６】
同様に、他の波長帯においても、各波長帯で発光する井戸層とそれよりも広いバンドギャップを持つ材料を障壁層に用い、かつ井戸層の幅を調整することで好適な活性層が実現できる。例えば、９８０ｎｍ帯であれば、井戸層にはＩｎ組成が０．２付近のＩｎＧａＡｓが好適であり、１５５０ｎｍであれば、ＩｎＰ基板と格子整合するＩｎ組成０．６８付近のＩｎＧａＡｓを好適に用いることができる。
【００２７】
以上の量子井戸構造を一つまたは複数をＳＬＤの活性層として用いることが好適である。複数の量子井戸層を用いる場合には、複数の異なる発光波長を持つ量子井戸構造を用いることで、より幅広い波長で発光させることができる。
【００２８】
以上では、活性層に量子井戸構造を用いていた。量子井戸構造はその利得特性や製造方法の容易さなどの理由でＳＬＤには好適である。しかし、ＳＬＤに用いる活性層構造は量子井戸構造に限定されるものではない。例えば、量子効果が小さくなる程度の厚みの、いわゆるバルク構造の活性層や、量子細線、量子ドット構造の活性層を用いても良い。
【００２９】
本実施形態に係る光源において制御部は、発光スペクトル変換領域の電流密度が、第一の発光領域の電流密度の１０％以下になるように前記発光スペクトル変換領域、および前記第一の発光領域に注入する電流を制御することが好ましい。
【００３０】
本実施形態に係る光源において制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が、０ｋＡ／ｃｍ２以上２ｋＡ／ｃｍ２以下になるように前記発光スペクトル変換領域に注入する電流を制御することが好ましい。
【００３１】
本実施形態に係る光源において制御部は、前記発光スペクトル変換領域の電流密度が０ｋＡ／ｃｍ２になるように前記発光スペクトル変換領域に注入する電流を制御することがさらに好ましい。
【００３２】
（実施形態１）（２つのＳＬＤ）
実施形態１に係る光源について図２を用いて説明する。図２（ａ）は本実施形態に係る光源を模式的に示した斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）を黒い矢印Ａ１の方向から見た平面図である。
【００３３】
本実施形態では同一基板上に形成された２つのＳＬＤ、第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０で構成される。
【００３４】
第１のＳＬＤ２１０は第１の発光領域２１１と吸収領域２１５を、第２のＳＬＤ２２０は発光スペクトル変換領域２２２と第２の発光領域２２１を有する。
【００３５】
第１のＳＬＤ２１０では第１の発光領域２１１に電流を注入し、第１の発光領域２１１の出射端面から出射光を取り出す。第２のＳＬＤ２２０では第２の発光領域２２１に電流を注入し、発光スペクトル変換領域２２２を導波して発光スペクトル変換領域２２２の出射端面から出射光を取り出す。
【００３６】
それぞれの光を光ファイバ２３０を用いて合波する。
【００３７】
なお、第１の発光領域２１１、第２の発光領域２２１と発光スペクトル変換領域２２２および発光スペクトル変換領域２１５は同一の活性層２４０を有する。
【００３８】
第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０はリッジ導波路構造をとっており、第１の発光領域２１１と吸収領域２１５、発光スペクトル変換領域２２２と第２の発光領域２２１は同一軸上の導波路で形成されている。
【００３９】
本実施形態に係る光源の構造の層構成を示すために図３（ａ）（図２（ａ）を黒い矢印Ａ２で示す方向から見た断面図）を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）とは９０度異なる方向から見た断面図である。図３（ｂ）は絶縁層３６０等、一部省略している。また、第１のＳＬＤ２１０、第２のＳＬＤ２２０の端面は反射率を制御するために多層の誘電膜を付加してもよい。図３において、３８０は下部電極、３１０は基板、３２０は下部クラッド層、２４０は活性層、３４０は上部クラッド層、３５０はコンタクト層、３６０は絶縁層、３７０は上部電極を表わす。
【００４０】
光源の製造方法は、実施例１に具体的に示したが、光源の各構成要素の寸法、製造の各工程、各種パラメータは実施例１に限定されない。
【００４１】
本実施形態は電流注入を行う発光領域と発光スペクトル変換領域とを有するＳＬＤにおいて、発光領域で発生する光を発光スペクトル変換領域を導波することで、広帯域なスペクトル特性を得ることを可能としたものである。
【００４２】
ここで、発光スペクトル変換領域の長さが短すぎる場合には、発光領域で発生する光が発光スペクトル変換領域を導波してもほとんどスペクトル形状が変わらなかったり、若干強度が下がったりするだけとなり、本発明の効果を得られない。また、発光スペクトル変換領域が長すぎる場合には、発光領域で発生する光がほとんど吸収されてしまうためにその光を合波してもその効果は薄くスペクトルの広帯域化には寄与しない。
【００４３】
発光スペクトル変換領域の長さは短波長側、特に発光領域からそのまま光が出射される光のピーク強度に位置する波長よりも短波長側の光が多く吸収される長さより長いことが好ましい。
【００４４】
また、発光スペクトル変換領域の出射端面から出射される光のピーク強度が発光領域からそのまま光が出射される光のピーク強度と比べて、１／４以上の強度を有することが好ましい。さらに、１／２以上であれば、半値全幅を広げるのに十分な強度であるため好ましい。
【００４５】
また、発光スペクトル変換領域出射端面から出射される光のピーク強度に位置する波長は発光領域からそのまま光が出射される光のピーク強度に位置する波長よりも長波長側であることが好ましい。さらに、発光領域からそのまま光が出射される光のピーク強度の半分となる長波長側に位置する波長よりも長波長側であることが好ましい。
【００４６】
ここで、発光スペクトル変換領域の長さＬの好ましい範囲を以下に示す。
【００４７】
発光領域にある電流を注入したときに発光領域出射端面から出射される光の光強度をＰ１（λ）、発光スペクトル変換領域を導波して発光スペクトル変換領域出射端面から出射される光のもととなる発光領域にある電流を注入したときに生じる光の光強度をＰ２（λ）、発光スペクトル変換領域を導波して発光スペクトル変換領域出射端面から出射される光の光強度をＰ３（λ）とする。Ｐ１のピーク強度に位置する波長をλ１、Ｐ３のピーク強度に位置する波長をλ３、各波長での吸収係数をα（λ）とする。本発明で利用する合波光はＰ１（λ）＋Ｐ３（λ）である。また、Ｐ３（λ）＝Ｐ２（λ）・ｅｘｐ（−α（λ）・Ｌ）である。
【００４８】
短波長側の光がある程度吸収されるために、Ｐ３（λ）のλ１、λ２での強度Ｐ３（λ１）とＰ３（λ２）が同じ値となる長さ、
Ｐ２（λ１）・ｅｘｐ（−α（λ１）・Ｌ）＝Ｐ２（λ２）・ｅｘｐ（−α（λ２）・Ｌ）
すなわち、Ｌ＝ｌｎ｛Ｐ２（λ１）／Ｐ２（λ２）｝／｛α（λ１）−α（λ２）｝よりＬが長いことが好ましい。
【００４９】
合波した際ある程度の効果を生じるために、Ｐ３のピーク強度がＰ１のピーク強度と比べて、１／４以上の強度を有する長さ、
１／４・Ｐ１（λ１）＜Ｐ２（λ２）・ｅｘｐ（−α（λ２）・Ｌ）
すなわち、Ｌ＜ｌｎ｛４・Ｐ２（λ２）／Ｐ１（λ１）｝／α（λ２）
を満たすＬであることが好ましい。
【００５０】
また、Ｐ１（λ）を得るために発光領域に流す電流は短波長側のスペクトルが発光するような高電流密度であることが好ましい。Ｐ２（λ）を得るために発光領域に流す電流はＰ１のピーク強度と同等のピーク強度を得られるほど高電流密度であることが好ましい。
【００５１】
吸収領域２１５は発光スペクトル変換領域２２２と違って、第１の発光領域２１１の出射端面、すなわち第１のＳＬＤ２１０の出射光を取り出す端面と逆側に設置されており、反射を抑制する役割をしているものである。本発明の本質として吸収領域２１５を設けることは必須ではないが、素子の形成上簡易であり、反射を抑制することに寄与するため本実施例では設けている。また、同様な目的のために第２のＳＬＤ２２０の第２の発光領域２２１に対して、発光スペクトル変換領域２２２と逆側に隣接する部分に吸収領域を設けてもよい。
【００５２】
本実施例では第１のＳＬＤ２１０では第１の発光領域２１１の出射端面、第２のＳＬＤ２２０では発光スペクトル変換領域２２２の出射端面からの出射光を利用しているが、第１のＳＬＤ２１０で吸収領域２１５の端面、第２のＳＬＤ２２０で第２の発光領域２２１の端面からの出射光を利用してもよい。これらを合波して、より高出力、広帯域のＳＬＤとして使用してもよいし、各ＳＬＤのモニタ光として利用してもよい。なお、その場合には吸収領域２１５は反射を抑制するためでなく、発光スペクトル変換領域２２２のように、広帯域化に寄与するように使用することもできる。
【００５３】
各ＳＬＤの発光領域と発光スペクトル変換領域の長さ、注入電流量も適宜変化させてもよく、これらを適当な条件で組み合わせることで、任意のスペクトル形状を得ることが可能である。発光スペクトル変換領域には電流注入をする、電流注入をしない構成だけでなく、逆バイアスを印加してもよい。
【００５４】
なお、上記形成方法や半導体材料、電極材料、誘電体材料などは実施形態で開示したものに限るものではなく、本発明の主旨を外れないものであれば、他の方法、材料を利用することも可能である。
【００５５】
例えば、基板はｐ型ＧａＡｓ基板を用いてもよく、その場合、各半導体層の導電型もそれに応じて変更させる。
【００５６】
活性層は井戸幅が異なる非対称多重量子井戸を用いたが、これに限ることはない。井戸幅が異なる量子井戸でなく、組成比が異なる非対称多重量子井戸でもよいし、井戸幅、組成比ともに変化させてもよい。また、量子井戸の数も４つに限らず、２つや３つ、単一量子井戸を用いてもよい。
【００５７】
また、材料もこれに限られたものでなく、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ等の発光材料を用いてもよい。
【００５８】
下記実施例１ではリッジ幅は４ｕｍとしたが、これに限らず適宜変化させてもよい。
【００５９】
各ＳＬＤはリッジ部を用いリッジを傾斜した構造を用いたが、ＳＬＤとして動作する構造であればよく、例えば、傾斜リッジを用いずに窓構造で反射を抑える構造を用いてもよい。
【００６０】
また、今回のように電圧印加を行わない場合には、リッジ上部の絶縁膜を除去しないことで、電流注入できないような構成をとってもよい。
【００６１】
合波手段として、ここでは光ファイバによる合波を行ったが、各ＳＬＤからの出力を合波出来るものであれば、他の合波方法であってもよい。
【００６２】
発光領域は１つの電極で構成されているが、発光領域の中を複数の電極によって構成しそれぞれに電流を注入して駆動させてもよい。また、発光スペクトル変換領域を複数電極で構成し、電流を流さない部分と逆バイアスを印加する部分とに分けて駆動させてもよい。
【００６３】
２つのＳＬＤを用いたが、３つ以上のＳＬＤを用いて構成してもよい。その場合、各ＳＬＤの発光領域と発光スペクトル変換領域の長さは全て異なるものとしてもよいし、発光スペクトル変換領域の端面からの出射光を用いるＳＬＤは２つでも、１つでもよい。
【００６４】
（合波部をモノリシックにした例）
本発明の実施形態に係る光源の別の例について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本実施形態に係る光源を模式的に示した斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）を黒い矢印の方向からみた平面図である。
【００６５】
本例では２つのＳＬＤ、第１のＳＬＤ４１０と第２のＳＬＤ４２０、第１のＳＬＤ４１０の第一の発光領域４１１の出射端面からの出射光と第２のＳＬＤ４２０の発光スペクトル変換領域４２２の出射端面からの出射光を合波する合波部４３０がモノリシックに形成され、同一活性層４４０を有する。
【００６６】
本実施形態では、ｎ型基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、コンタクト層が積層された構成である。
【００６７】
第１のＳＬＤ４１０と第２のＳＬＤ４２０のリッジ部と合波部４３０は一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングを用いて形成されている。
【００６８】
第１のＳＬＤ４１０の第一の発光領域４１１、発光スペクトル変換領域４１５と第２のＳＬＤ４２０の第二の発光領域４２１、発光スペクトル変換領域４２２と合波部４３０が独立して電流駆動できるように、それぞれに上部電極が形成される。各電極間は例えばフォトリソグラフィー法およびウエットエッチングを用いて上部電極のＴｉ／Ａｕ、およびＧａＡｓコンタクト層を取り除くことで電気的に分離している。
【００６９】
本実施形態では第１のＳＬＤ４１０、第２のＳＬＤ４２０だけでなく、合波部４３０上にも電極を有し電流注入が可能となっている。合波部４３０にある程度の電流を注入することによって合波部４３０で導波される光の吸収を抑えることが可能となる。
【００７０】
以下の実施形態に説明では、実施形態１と異なる点について述べ、共通する点は説明を省略する。例えば、以下の実施形態に係る光源の層構成は実施形態１で示した図３と同一であるため、説明や図面上の記載を省略している。
【００７１】
（実施形態２）（１つのＳＬＤ）
本発明の実施形態２について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本実施形態に係る光源を模式的に示した斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）を黒い矢印の方向からみた平面図である。
【００７２】
本実施形態に係る光源は１つのＳＬＤ５１０で構成される。ＳＬＤ５１０は発光領域５１１と発光スペクトル変換領域５１２を有し、発光領域５１１に電流を注入し、発光領域５１１の出射端面と発光スペクトル変換領域５１２の出射端面から出射光を取り出し、それらを合波する。
【００７３】
これは実施形態１において、２つのＳＬＤ、第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０の第一の発光領域２１１と第二の発光領域２２１、吸収領域２１５と発光スペクトル変換領域２２２の長さがそれぞれ等しく、各発光領域に注入する電流が同じであるときに本実施形態の構成が可能となる。本構成では電源を減らすことができる等よりシンプルな構成をとることができる。
【００７４】
また、出力を大きく得るために本構成ＳＬＤを複数個並列に並べてもよい。そのとき、同一電源を用いれば１つの電源で駆動することも可能である。
【００７５】
（実施形態３）
本発明の実施形態３について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、本実施形態に係る光源を模式的に示した斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）をＸ点からみた図であり、図６（ｃ）はＹ点からみた図である。図６に示すように、６００は半導体積層膜（基板含む）、６０２は活性層、６０４は絶縁膜、６０６は上部電極、６０８下部電極、６１０は第一の発光領域、６１２は第二の発光領域、６１４は発光スペクトル変換領域、６１６は、第一の端面である。
【００７６】
このような構成とすることで、発光領域で発生した光が、発光スペクトル変換領域を導波する際に、発光領域で発生した光のスペクトルの短波長成分が吸収され、長波長成分が主体のスペクトルを有する光が出射される。この発光スペクトル変換領域を導波して出射された光と、発光領域で発生した光が発光スペクトル変換領域を導波することなく発光領域から直接出射した光の長波長成分の光強度を比較すると、発光スペクトル変換領域を導波して出射された光は、より強度の高い長波長成分を有している。この短波長成分が吸収され、かつ長波長成分の強度の増した光を、元々光を発生した発光領域とは別の発光領域に導波し、その発光領域に電流注入することで、光増幅がなされ、より強度の増した長波長成分が主体のスペクトルを有する光が出射される。また、増幅がなされた発光領域においても光が発生し、その光は短波長が主体のスペクトルを有する。そして、これらの短波長成分が主体のスペクトルを有する光と、長波長成分が主体のスペクトルを有する光とを同じ端面から同時に出射することにより、発光領域で発生し出射された光と比較して、広帯域なスペクトル半値全幅を有する光を得ることが可能となる。
【００７７】
なお、発光スペクトル変換領域における導波路が短いと、発光領域で発生した光が発光スペクトル変換領域を導波しても吸収が不十分（発光スペクトル変換領域の長さが適切な場合に比べて、短波長側の吸収が不十分となり長波長成分が主体とならない）となり、スペクトル広帯域化の効果は小さい。一方で、発光スペクトル変換領域における導波路が長過ぎると、発光領域で発生した光が発光スペクトル変換領域を導波する際により吸収が生じ、本発明の効果は得られず、スペクトルの広帯域化には寄与しない。
【００７８】
発光スペクトル変換領域の長さは、第二（第一）の発光領域で発生した光が、波長変換領域を導波した後に、第一（第二）の発光領域を導波して、第一（第二）の端面から出射される際のスペクトルのピーク波長λ１は、第一（第二）の発光領域で発生した光が、第一（第二）の端面から出射される際のスペクトルのピーク波長λ２よりも長波長（λ１＜λ２）となる構成が好ましい。
【００７９】
以上のように、本実施形態の構成によれば、広帯域・高出力のスペクトルを有するＳＬＤを容易、かつ安価に実現することができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、発光スペクトル変換領域６１４には、上部電極６０６を形成していないがこれに限られるものではなく、上部電極６０６を形成してもよい。上部電極６０６を形成する場合は、電流注入は行わない、あるいは逆バイアスを注入するなど、構成（各領域の長さ等）により適宜選択可能である。また、本実施形態では、発光領域に形成した上部電極６０６は単一のものであるが、これに限られるものではなく、複数の上部電極を形成した構成としてもよい。また、発光スペクトル変換領域に上部電極を形成する場合も、単一あるいは複数形成する構成としてもよい。また、本実施形態では、活性層６０２は、井戸幅の異なる非対称量子井戸構造としたがこれに限られるものではなく、組成比の異なる非対称量子井戸構造や井戸幅と組成比を同時に変調した非対称量子井戸構造であってもよい。また、量子井戸の数も４つに限定されるものではない。また、単一量子井戸構造や通常の多重量子井戸構造であっても良い。また、材料もＩｎＧａＡｓに限定されるものではない。
【００８１】
下記の実施例２では、第一の発光領域６１０の長さを０．２ｍｍ、第二の発光領域６１２の長さを０．２５ｍｍ、及び発光スペクトル変換領域６１４の長さを０．２５ｍｍとしたが、これに限定されるものではなく、適宜変化させてよい。また、リッジ幅３μｍ、リッジ高さ０．８μｍもこれに限定されるものではない。各発光領域、及び発光スペクトル変換領域の長さ、注入電流量は適宜変化させてよく、適切な長さと注入電流量を組み合わせることにより、任意のスペクトル形状を得ることが可能となる。
【００８２】
また、下記の実施例２において示した、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術、リソグラフィー、エッチング、アッシング及び蒸着に用いた手法（装置）あるいは記述された手法（装置）に限るものではなく、同様の効果が得られるのであればいかなる手法（装置）であっても良い。
【００８３】
（実施形態４）
本発明の実施形態４について図７を用いて説明する。図７（ａ）は、本実施形態に係る光源を模式的に示した斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）Ｘ点からみた図である。本実施形態においては、素子の二つの端面からの出射される光を信号とするスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）の例である。第一の発光領域７１０、第二の発光領域７１２、及び発光スペクトル変換領域７１４の長さ、注入電流量を最適に設定すること（例えば、第一の発光領域７１０と第二の発光領域７１２の長さを等しくとり、発光スペクトル変換領域７１４の長さを二つの発光領域より長く設定する）により、第一の端面７１６及び第二の端面７１８のそれぞれから広帯域なスペクトルを有する出射光を得ることが可能となり、それぞれの出射光を、光ファイバー（不図示）を用いて合波することで、広帯域、かつ高出力のＳＬＤを得ることが可能となる。また、両端面からの出射光のうち、一方はモニタ用の光として利用しても良い。なお、本実施形態の構成を説明する図７において、発光スペクトル変換領域７１４には、上部電極７０６を形成していないがこれに限られるものではなく、上部電極７０６を形成してもよい。上部電極７０６を形成する場合は、電流注入は行わない、あるいは逆バイアスを注入するなど、構成（各領域の長さ等）により適宜選択可能である。また、本実施形態では、合波手段として光ファイバによる合波を用いたが、これに限定されるものではなく、両端面からの出射光を合波できるのであれば、他の合波方法であってもよい。
【００８４】
（実施形態５）
本実施形態は電流注入を行う発光領域と、発光スペクトル変換領域と、一つの端面に反射部を有するＳＬＤにおいて、発光領域で発生する光を発光スペクトル変換領域と発光領域を導波して利用することで、広帯域なスペクトル特性を得ることを可能としたものである。
【００８５】
本実施形態に係る光源について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は本実施形態に係る光源を模式的に示した斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）を黒い矢印の方向から見た平面図である。
【００８６】
本実施形態に係る光源はリッジ導波路構造をとっており、光出射端面に隣接する発光領域８０１、発光領域に隣接する発光スペクトル変換領域８０３、光出射側の反対側端面に設けた反射膜８０５で構成される。こうすることで、発光領域からそのまま出射される光と、発光領域から一度発光スペクトル変換領域を導波した光とを、同じ出射端面８０６から出射させることができる。したがって、シンプルな構造で広い半値全幅のスペクトルをもつ光を簡単に得ることができる。
【００８７】
なお、上記形成方法や半導体材料、電極材料、誘電体材料などは実施形態で開示したものに限るものではなく、本実施形態の主旨を外れないものであれば、他の方法や材料を利用することも可能である。たとえば、基板はｐ型ＧａＡｓ基板を用いてもよく、その場合、各半導体層の導電型もそれに応じて変更させる。
【００８８】
活性層は単一量子井戸構造を採用しているが、多重量子井戸構造でもよく、井戸幅、組成比が異なる非対称多重量子井戸構造としてもよい。
【００８９】
また、材料もこれに限られたものでなく、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ等の発光材料を用いてもよい。
【００９０】
リッジ幅は４ｕｍとしたが、これに限らず適宜変化させてもよい。
【００９１】
各ＳＬＤはリッジ部を用いてリッジの傾斜を設けた構造としたが、ＳＬＤとして動作する構造であればよく、たとえばリッジに傾斜を設けないことで高反射膜の代わりとして用いてもよい。
【００９２】
光出射端は発光領域に隣接するように定めているが、光出射端での光の反射を抑制するために発光領域と光出射端との間に電圧を印加しない吸収領域（窓領域）を設けてもよい。
【００９３】
発光スペクトル変換領域に関して、逆バイアス電圧を印加して吸収特性を変化させてもよい。また、本実施形態のように発光スペクトル変換領域に電圧印加を行わない場合には、リッジ上部の絶縁膜を除去しないことで、電流注入できないような構成をとってもよい。
【００９４】
発光領域は１つの電極で構成されているが、発光領域の中を複数の電極によって構成しそれぞれに電流を注入して駆動させてもよい。また、発光スペクトル変換領域を複数電極で構成し、電流を流さない部分と逆バイアスを印加する部分とに分けて駆動させてもよい。
【００９５】
ここで、発光スペクトル変換領域の長さが短すぎると、導波した後の光のスペクトル形状がほとんど変わらないので、本実施形態に光源の効果を十分に得ることができない。また、発光スペクトル変換領域が長すぎると、導波した後の光の強度が弱すぎてしまい、本実施形態の効果を十分に得ることができない。ここで、発光スペクトル変換領域の長さＬとして好ましい範囲を以下に示す。
【００９６】
発光領域で発生し、そのまま出射された光のスペクトルにおけるピーク波長をλ１、発光スペクトル変換領域を導波した後のスペクトルのピーク波長をλ２とおき、λ１での吸収係数をα１、λ２での吸収係数をα２とする。また、発光スペクトル変換領域を導波する直前の光の波長λ１での強度をＰ１、λ２での強度をＰ２、発光スペクトル変換領域を導波し、さらにもう一度活性層領域を導波して増幅された後の光の、波長λ１での強度をＰ１’、λ２での強度をＰ２’とする。ここで、λ１での光の増幅率をＡ１、λ２での光の増幅率をＡ２とする。
【００９７】
まず、Ｌの下限値について説明する。本発明では、発光スペクトル変換領域を導波した時にピーク波長が長波長側にシフトすることを特徴としている。この効果はλ１≦λ２であれば発現するので、Ｌの下限値はλ１＝λ２の時で、
【００９８】
【数１】
2014082486.tif 000003
【００９９】
となる。
【０１００】
次に、Ｌの上限値について説明する。本発明の効果を十分に得るためには、発光スペクトル変換領域を導波し、さらに発光領域を導波した光がある程度の大きさをもっている必要がある。この大きさをＰｍｉｎとおく。Ｐ２がＰ１／２以上であれば、Ｐ２’がＰ１／４程度でも帯域を広げるためには効果が得られる。Ｐ２がＰ１／２未満であれば、半値全幅を広げるためにＰ２’はＰ１／２以上必要となる。よって、Ｌの上限値は、
【０１０１】
【数２】
2014082486.tif 000004
【０１０２】
となる。
【０１０３】
（実施形態６）
本実施形態では、上記実施形態１乃至５に係る光源を用いた光干渉断層撮像（ＯＣＴ）装置について図９を用いて説明する。本実施形態に係るＯＣＴ装置は、上記の光源と、前記光源からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、前記干渉光を波長分散させる波長分散部と、波長分散された前記干渉光を受光する光検出部と、前記干渉光の強度に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、を有することを特徴とする。
【０１０４】
本実施形態に係るＯＣＴ装置は、光源９０１、干渉光学系９０２、波長分散部９６３、光検出部９６４、情報取得部９７０を少なくとも有する構成であり、光源９０１は上記実施形態１乃至５に係る光源である。
【０１０５】
光源９０１から出た光は干渉光学系９０２を経て測定対象の物体９５０の情報を有する干渉光となって出力される。波長分散部９６３に照射された干渉光は、光検出部９６４の異なる位置に異なる波長の光が照射される形で受光される。情報取得部９７０では、光検出部９６４で受光された光の強度の情報から物体９５０の情報（例えば断層像の情報）を取得する。
【０１０６】
次に、本実施形態に係るＯＣＴ装置の詳細について、一例を示して説明する。
【０１０７】
図９に示すＯＣＴ装置は光出力部９００、光出力部９００から出射された光を参照光と測定光に分割する光分割部９１０、参照光反射部９３０、測定対象物９５０に光を照射するための照射光学系９４０からなる測定部９２０、反射した参照光と反射した測定光を干渉させる干渉部９１５、干渉部により得られた干渉光を検出する光検出光学系９６０および光検出光学系９６０で検出された光に基づいて断層像に関する情報を得る情報取得部９７０、断層像を表示する表示部９８０より構成されている。
【０１０８】
光出力部９００は光ファイバを介して光分割部９１０により参照光と測定光に分波し、分波された光の一部は参照光反射部９３０へ入る。ここでは、光分割部９１０と干渉部９１５は同一のファイバカプラを用いている。
【０１０９】
参照光反射部９３０はコリメータレンズ９３１および９３２、反射鏡９３３で構成されており、反射鏡９３３で反射し再度光ファイバへ入射する。光ファイバから光分割部９１０で分波されたもう片方の光である測定光は、測定部９２０へ入る。測定部９２０の照射光学系９４０はコリメータレンズ９４１および９４２、光路を９０°曲げるための反射鏡９４３で構成されている。照射光学系９４０は入射した光を測定対象物９５０へ入射するとともに、反射光を再び光ファイバへ結合する役割がある。
【０１１０】
そして参照光反射部９３０および測定部９２０から戻ってきた光は干渉部９１５を通り、光検出光学系９６０へ入る。光検出光学系９６０はコリメータレンズ９６１および９６２、分光器９６３および波長分散部９６３としての分光器により分光された光のスペクトル情報を得るためのラインセンサ９６４で構成されている。分光器９６３はグレーティングを用いている。光検出光学系９６０はそれに入射した光のスペクトル情報を得る構成となっている。
【実施例】
【０１１１】
（実施例１）
実施例１は、実施形態１（図１、２、３）において、
ｎ型のＧａＡｓ基板３１０上に、ｎ型クラッド層３２０としてｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、活性層２４０として４つの量子井戸を用いて各量子井戸の井戸幅を変調したＩｎＧａＡｓ非対称多重量子井戸、ｐ型クラッド層３４０としてｐ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、コンタクト層３５０として高ドープのｐ−ＧａＡｓ、が積層された光源である。
【０１１２】
第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０のリッジ部は、図３のように、コンタクト層３５０とｐ型クラッド層３４０の途中まで部分的に除去されている。
【０１１３】
リッジ部を形成した後、上面には絶縁膜３６０と上部電極３７０、基板の下面には下部電極３８０が設けられた構成とした。
【０１１４】
上部電極３７０は第１のＳＬＤ２１０では第１の発光領域２１１、吸収領域２１５を、第２のＳＬＤ２２０では第２の発光領域２２１、発光スペクトル変換領域２２２を形成し、それぞれを独立で駆動するために分離された電極とした。
【０１１５】
絶縁膜３６０にはＳｉＯ２、上部電極３７０にはＴｉ／Ａｕ、下部電極３８０にはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いた。
【０１１６】
第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０の素子長は第１の発光領域２１１が０．２ｍｍ、発光スペクトル変換領域２１５が０．２５ｍｍ、発光スペクトル変換領域２２２が０．２ｍｍ、第２の発光領域２２１が０．２５ｍｍである。各領域の電極分離幅は数ｕｍ程度とし、リッジ幅は４ｕｍとした。
【０１１７】
リッジ部はリッジ端面での反射を防止するために、リッジ端面の垂線とリッジの長手方向に関し、７度傾斜させた。
【０１１８】
次に実施例１における光源の作製手順を以下に示す。
【０１１９】
まず、ＧａＡｓ基板３１０上に、半導体層、すなわち、ｎ型クラッド層３２０、活性層２４０、ｐ型クラッド層３４０、コンタクト層３５０を例えば、ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて順次成長させた。
【０１２０】
各層が積層されたウエハを一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングを用いてリッジ部を形成した。スパッタ法を用いてＳｉＯ２を形成した後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでリッジ形成のためのストライプ形成マスクを形成した。次に、ドライエッチング法を用いて、ストライプ形成マスク以外の部分の半導体を選択的に除去した。このとき、除去する部分はｐ型クラッド層３４０の途中までで、深さは０．８μｍのリッジ形状を形成した。
【０１２１】
次に、誘電体膜、例えばＳｉＯ２を半導体表面に形成し、フォトリソグラフィー法およびウエットエッチングによって、リッジ部上部のＳｉＯ２を部分的に除去した。次に、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いて、第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０の上部に第１の発光領域２１１と吸収領域２１５、第２の発光領域２２１と発光スペクトル変換領域２２２を形成するために各々上部電極３７０（Ｔｉ／Ａｕ）を形成した。第１の発光領域２１１と吸収領域２１５、第二の発光領域２２１と発光スペクトル変換領域２２２の電極分離幅は数ｕｍ程度である。さらに、電極分離部のコンタクト層３５０をウエットエッチングによって除去した。
【０１２２】
下部電極３８０を形成する前に、ＧａＡｓ基板３１０を研磨により１００ｕｍ程度の厚さまで薄くした。そして、下部電極３８０（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）を真空蒸着法を用いて形成した。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中でアニールを行い、電極と半導体を合金化した。最後に、劈開により端面に結晶面を出し、反射率を調整するための誘電体膜を両端面にコーティングして完成させた。
【０１２３】
第１のＳＬＤ２１０と第２のＳＬＤ２２０、そして２つの出射光を合波したスペクトル特性を図１０に示す。図１０のように第１の発光領域２１１だけから発せられた光の発光スペクトル（ＳＬＤ２１０）は短波長にピークをもつが、第２の発光領域２２１から発せられ、発光スペクトル変換領域２２２を導波した光の発光スペクトル（ＳＬＤ２２０）は、長波長側にピークをもつ。また、２つの発光スペクトルは重なり合う部分があり、合波されることにより結果的に半値幅の大きい波形となる。
【０１２４】
第１のＳＬＤ２１０では第１の発光領域２１１に電流１５０ｍＡを注入し、第１の発光領域２１１の出射端面から出射光を取り出している。第２のＳＬＤ２２０では第２の発光領域２２１に電流２００ｍＡを注入し、発光スペクトル変換領域２２２を導波して発光スペクトル変換領域２２２の出射端面から出射光を取り出している。なお、吸収領域２１５と発光スペクトル変換領域２２２には電流注入を行っていない。
【０１２５】
発光スペクトル変換領域２２２を導波していない通常のＳＬＤである第１のＳＬＤ２１０に比べ、発光スペクトル変換領域２２２を導波して出射している第２のＳＬＤ２２０は短波長側の光が吸収され、長波長側にスペクトルのピーク強度を持つことがわかる。さらに、第２のＳＬＤ２２０は長波長側において第１のＳＬＤ２１０の強度よりも大きい強度が得られている。これらを合波したスペクトルは第１のＳＬＤ２１０と比べ、長波長側でスペクトルが広がり、広いスペクトル半値全幅が得られることが確認できる。本実施例のような同一活性層のＳＬＤにおいて、発光スペクトル変換領域を有することなく、このような効果を得ることは困難である。
【０１２６】
本実施例のように、第２のＳＬＤ２２０でのピーク強度に位置する波長が第１のＳＬＤ２１０のピーク強度の半分となる長波長側に位置する波長と比べて、長波長側に位置するとより長波長側まで半値幅を広げることができる。
【０１２７】
第２のＳＬＤ２２０が長波長側で第１のＳＬＤ２１０に比べてより大きい強度を得られ、第２のＳＬＤ２２０のピーク強度が第１のＳＬＤ２１０のピーク強度と比べて微小でない、例えば、ここに示すように１／４、好ましくは半分以上の強度を有するとよい。また、第２のＳＬＤ２２０のピーク強度が大きすぎるときには逆に半値幅を狭くする可能性も有し、例えば、第２のＳＬＤ２２０のピーク強度が第１のＳＬＤ２１０のピーク強度の２倍以下であることが好ましい。
【０１２８】
（実施例２）
本実施例では、実施形態３（図６）において第一の発光領域６１０の長さを０．２ｍｍ、第二の発光領域６１２の長さを０．２５ｍｍ、及び発光スペクトル変換領域６１４の長さを０．２５ｍｍとした。このような構成を採ることにより、第一の発光領域６１０に１７０ｍＡを注入し、同時に第二の発光領域６１２に３０ｍＡを注入することにより、第一の端面６１６より広帯域な発光スペクトルを有する出射光を得ることが可能となる。なお、本実施例では、発光スペクトル変換領域６１４には電流注入を行っていない。次に、本実施例のＳＬＤの製造方法について説明する。
【０１２９】
図１１、及び図１２に、本実施例におけるＳＬＤの製造方法を説明する図を示す。
【０１３０】
まず、図１１（ａ）に示すように、基板上に活性層６０２を含む半導体積層膜６００を、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術を用いて順次積層する。本実施例の活性層６０２は、４つの量子井戸からなる多重量子井戸構造であり、各量子井戸の井戸幅を変調したＩｎＧａＡｓ非対称量子井戸構造である。
【０１３１】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、半導体積層膜６００上にリソグラフィー技術を用いて、第一のレジストパターン６２０を形成する。
【０１３２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、第一のレジストパターン６２０をエッチングマスクとして、ドライエッチングにより、リッジ構造を形成する。その後、レジストパターン６２０をアッシングにより除去する。
【０１３３】
なお、本実施例では、リッジ構造の幅を３μｍ、高さを０．８μｍとした。また、リッジ構造の長手方向（導波軸）は、端面の垂線に対して、７度傾斜するように形成した。
【０１３４】
また、エッチングマスクとしてレジストパターン６２０を用いたが、誘電体（例えばＳｉＯ２など）をエッチングマスクに用いてもよい。
【０１３５】
次に、図１１（ｄ）に示すように、全域を覆うように絶縁膜６０４を、ＰＥＣＶＤ技術を用いて成膜する。絶縁膜６０４の材料としては、シリコンオキサイド、シリコンナイトライドなどを用いることができる。
【０１３６】
次に、図１１（ｅ）に示すように、リソグラフィー技術を用いて、第一の活性領域６１０、及び第二の活性領域６１２を形成する領域のリッジ上部のみを露出するように、第二のレジストパターン６２２を形成する。
【０１３７】
次に、図１２（ａ）に示すように、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより、第一の活性領域６１０、及び第二の活性領域６１２を形成する領域のリッジ上部の絶縁膜６０４を除去する。その後、第二のレジストパターン６２２を除去する。
【０１３８】
次に、図１２（ｂ）に示すように、発光スペクトル変換領域を形成する領域を覆うように、第三のレジストパターン６２４を形成する。このレジストパターンにより、第一の活性領域６１０、第二の活性領域６１２、及び発光スペクトル変換領域６１４の長さが決まる。
【０１３９】
次に、図１２（ｃ）に示すよう、金属蒸着技術を用いて表面にＴｉ／Ａｕ層を蒸着する。その後、リフトオフ技術により、発光スペクトル変換領域を形成する領域を除くように上部電極６０６が形成される。
【０１４０】
次に、図１２（ｅ）に示す工程において、金属蒸着技術を用いて半導体積層膜（基板を含む）６００の裏面側にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、下部電極６０８を形成する。続いて、劈開により第一の端面６１６、及び第二の端面６１８となる結晶面を出して素子を分割し、その後、端面の反射率を調整するための誘電体膜を両端面にコーティングして完成となる。
【０１４１】
図１３に、本実施例で説明するＳＬＤの出射光の発光スペクトルを示す。破線は、第一の発光領域６１０にのみ電流注入し発生した光を、第一の端面６１６から出射した際の発光スペクトルである。また、実線は、第一の発光領域６１０に電流注入し発生した光を、第一の端面６１６から出射すると同時に、第二の発光領域６１２に注入し発生した光を、発光スペクトル変換領６１４を導波させた後に、第一の発光領域６１０を導波させ、第一の端面６１６から出射した際の発光スペクトルである。
【０１４２】
（実施例３）
実施例３では実施形態５（図８）における光源の具体例を示す。
【０１４３】
本実施例に係る光源の層構成を示すために図１４に断面図を示す。図１５で絶縁膜８０８等、一部省略して記載している。本実施例では、ｎ型のＧａＡｓ基板８１３上に、ｎ型クラッド層８１２としてｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、活性層８１１として１つの量子井戸を用いたＩｎＧａＡｓ単一量子井戸、ｐ型クラッド層８１０としてｐ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、コンタクト層８０９として高ドープのｐ−ＧａＡｓが積層される。リッジ部は、コンタクト層８０９とｐ型クラッド層８１０の途中まで部分的に除去されている。リッジ部を形成した後、上面には絶縁膜８０８と上部電極８０７、基板の下面には下部電極８１４が設けられる。上部電極８０７は独立で駆動させるために分離された電極となっている。絶縁膜８０８にはＳｉＯ２、上部電極８０７にはＴｉ／Ａｕ、下部電極８１４にはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。
【０１４４】
素子長は活性領域８０１が０．５ｍｍ、発光スペクトル変換領域８０３が０．１２５ｍｍである。各領域の電極分離幅は数ｕｍ程度である。リッジ幅は４ｕｍである。リッジ部はリッジ端面での反射を防止するために、リッジ端面の垂線とリッジの長手方向に対して７度傾斜する。また、端面は反射率を制御するために多層の誘電膜を付加してもよい。
【０１４５】
次に実際の素子作製手順を以下に示す。まず、ＧａＡｓ基板８１３上にｎ型クラッド層８１２、活性層８１１、ｐ型クラッド層８１０、コンタクト層８０９を、たとえばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて順次成長させる。
【０１４６】
各層が積層されたウエハを一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングを用いてリッジ部を形成する。たとえば、スパッタ法を用いて誘電体膜、ＳｉＯ２を形成した後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでリッジ形成のためのストライプ形成マスクを形成する。そこで、ドライエッチング法を用いて、ストライプ形成マスク以外の部分の半導体を選択的に除去する。この時、除去する部分はｐ型クラッド層８１０の途中までで、深さはたとえば０．８μｍのリッジ形状を形成する。
【０１４７】
次に、誘電体膜、たとえばＳｉＯ２を半導体表面に形成し、フォトリソグラフィー法およびウエットエッチングによって、リッジ部上部のＳｉＯ２を部分的に除去する。その後、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いて上部電極８０７を形成する。上部電極８０７は、たとえばＴｉ／Ａｕである。さらに、電極分離部のコンタクト層８０９をウエットエッチングによって除去する。
【０１４８】
下部電極１１４を形成する前に、ＧａＡｓ基板８１３を研磨により１００ｕｍ程度の厚さまで薄くする。そして、下部電極８１４を真空蒸着法を用いて形成する。下部電極１１４は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕである。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中でアニールを行い、電極と半導体を合金化する。
【０１４９】
最後に、劈開により端面に結晶面を出し、光出射側の反対側端面に高反射膜８０５をコーティングする。反射率は高反射膜として誘電体ＤＢＲを付けることで、反射率を９９％としている。
【０１５０】
続いて、本実施例における測定結果を示す。この測定は図１５で示す斜視図と図１６で示す平面図に示すような、本実施例と等価な形態で行っている。発光スペクトル変換領域１５０３を図のように電流を注入できる同じ長さの領域で両側から挟む構成とし、光出射端１５０６に接する領域のみに電流注入を行った時を駆動条件（１）、両方に電流注入を行った時を駆動条件（２）とする。駆動条件（１）の時には実施例３において、活性領域８０１から発生する光がそのまま出射される場合の相当し、駆動条件（２）の時には、活性領域８０１で発生した光が発光スペクトル変換８０３と活性領域８０１を導波し出射される場合に相当する。なお、２つある活性領域１５０１の長さはいずれも０．５ｍｍで、一方または両方に２５０ｍＡの電流を注入している。また、発光スペクトル変換領域１５０３の長さは０．２５ｍｍとしている。
【０１５１】
駆動条件（１）と（２）の発光スペクトルを図１７に示す。この図より、駆動条件（１）のスペクトルに比べ、駆動条件（２）のスペクトルは広いスペクトル半値全幅が得られていることが分かる。これは、発光スペクトル変換領域８０３を導波することで、駆動条件（１）におけるピーク波長８４０ｎｍより長波長側の８７０ｎｍ付近で別のピークが出現することによる。
【０１５２】
本実施例のような同一活性層のＳＬＤにおいて、発光スペクトル変換領域を有することなく、このような効果を得ることは困難である。電流密度を高くした場合短波長側の発光が顕著になるので、同じ出力を維持したまま長波長側の発光を増強させることができる本発明は特に大きな効果を奏する。
【０１５３】
広いスペクトル半値全幅を得るためには、発光スペクトル変換領域と活性領域を導波した光のピーク強度は、活性層から直接出射された光のピーク強度の１／２以上もつことが好ましいが、大きすぎると逆に狭まってしまうため２倍以下であることが好ましい。
【０１５４】
ＳＬＤの活性領域と発光スペクトル変換領域の長さ、注入電流量、反射膜の反射率は適宜変化させてよく、これらを適当な条件で組み合わせることで、任意のスペクトル形状を得ることが可能である。
【０１５５】
（実施例４）
以下に本発明の実施例４について図１８を用いて説明する。
【０１５６】
本実施例は、２つのＳＬＤから成っており、光出射側に各活性領域１８０１および１８０２、活性領域に隣接する各発光スペクトル変換領域１８０３および１８０４、光出射側の反対側端面に設けた高反射膜１８０５で構成される。こうすることで、実施例１と比較し、活性領域１８０１および１８０２や発光スペクトル変換領域１８０３および１８０４の長さや電流密度を個別に設定することができる。したがって、より発光スペクトルを制御しやすくなるメリットがある。
【０１５７】
また、図１８のような構成とすることで、各ＳＬＤの長さをそれぞれ個別に設定することができる。本実施例は、ｎ型基板上にｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、コンタクト層が積層された構成である。各ＳＬＤのリッジ部は一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングを用いて形成されている。各電極間はたとえばフォトリソグラフィー法およびウエットエッチングを用いて上部電極のＴｉ／Ａｕ、およびＧａＡｓコンタクト層を取り除くことで電気的に分離している。なお、本実施例では２つのＳＬＤを合波しているが、３つ以上のＳＬＤを合波させる構造としてもよい。
【０１５８】
（実施例５）
本実施例では実施例１の構成で注入電流量を変えた例を示す（図１９）。実施例１では発光スペクトル変換領域２２２に電流を注入しなかったが、本例では、電流を１、２、３、５、１０ｍＡと変化させたときの発光スペクトルを測定した。図１９に示すように、注入する電流が大きくなるほど（発光スペクトル変換領域の電流密度が大きくなるほど）、長波長成分のピークが大きくなることがわかる。そのため、実施例１のような光源の構成である場合、発光スペクトル変換領域２２２への電流注入量が３ｍＡ程度までは半値全幅が大きくなる効果が得られ、５ｍＡ以上になると小さくなる。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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