(57)【要約】      （修正有）【課題】高エネルギー準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が小さい光源を提供すること。【解決手段】光源は、上部電極層１０８と、下部電極層１０７と、それらの間に設けられた活性層１０２とを有し、上部電極層１０８と下部電極層１０７の少なくともいずれか一方の電極層が、活性層１０２の面内方向に互いに分離された複数の電極に分割されており、分離された複数の電極によって、活性層１０２における複数の異なる領域に独立に電流を注入するように構成され、上部電極層１０８、および下部電極層１０７によって活性層１０２に電流を注入することで発光させ、面内方向に光を導波させて出射させる光源であって、複数の異なる電流注入領域が、光出射端を含まない第一の領域と、光出射端を含む第二の領域とを有し、第二の領域が少なくとも１次準位の発光をするように構成され、活性層１０２が非対称多重量子井戸構造を有する。【選択図】図１
2014082485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極層と、下部電極層と、それらの間に設けられた活性層とを有し、
前記上部電極層と前記下部電極層の少なくともいずれか一方の電極層が、前記活性層の面内方向に互いに分離された複数の電極に分割されており、
分離された前記複数の電極によって、前記活性層における複数の異なる領域に独立に電流を注入するように構成され、
前記上部電極層、および前記下部電極層によって前記活性層に電流を注入することで発光させ、前記面内方向に光を導波させて出射させる光源であって、
前記複数の異なる電流注入領域が、光出射端を含まない第一の領域と、光出射端を含む第二の領域とを有し、前記第二の領域が少なくとも１次準位の発光をするように構成され、
前記活性層が非対称多重量子井戸構造を有することを特徴とする光源。
【請求項２】
前記第一の領域に注入される電流密度が、前記第二の領域に注入される電流密度より小さくなるように構成されている請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記第二の領域のキャリア密度が透明キャリア密度より大きい請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
前記第二の領域では、前記第二の領域に入射する光の支配的ピークより高エネルギー準位に支配的ピークをもつ請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源。
【請求項５】
前記第二の領域以外の領域のキャリア密度が透明キャリア密度より大きい請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源。
【請求項６】
前記第二の領域の電流密度は、飽和電流密度の８０％以上である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源。
【請求項７】
２つの発光領域を有する発光素子と、前記２つの発光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、
前記制御部は、前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように、前記第一の発光領域、および前記第二の発光領域に注入する電流を制御し、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させることを特徴とする光源。
【請求項８】
前記制御部は、前記第一の発光領域に注入される電流密度が、前記第二の発光領域の電流密度の１４％以下となるように、前記第一の発光領域、および前記第二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７に記載の光源。
【請求項９】
前記制御部は、前記第一の発光領域に注入される電流密度が、前記第二の発光領域の電流密度の１１％以下となるように、前記第一の発光領域、および前記第二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７または８に記載の光源。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第一の発光領域に注入される電流密度が、前記第二の発光領域の電流密度の０％より大きくなるように、前記第一の発光領域、および前記第二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７乃至９のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第一の発光領域に注入される電流密度が、前記第二の発光領域の電流密度の３％以上となるように、前記第一の発光領域、および前記第二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７乃至９のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１２】
前記第一の発光領域および前記第二の発光領域はそれぞれ独立に、単量子井戸、多重量子井戸、非対称多重量子井戸の何れかの構造で、少なくとも異なる２つ以上の量子準位で発光が可能な量子井戸を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１３】
前記第一の発光領域と前記第二の発光領域とは、同一の活性層を有することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１４】
前記第一の発光領域に電流を注入するための第一の電極対と、前記第二の発光領域に電流を注入するための第二の電極対とを有し、前記第一の電極対と前記第二の電極対とは、抵抗配線で電気的に接続されており、前記第二の電極対に電圧を印加することで、前記第二の発光領域および前記第一の発光領域に電流を注入することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１５】
前記第一の発光領域に電流を注入するための第一の電極対と、前記第二の発光領域に電流を注入するための第二の電極対とを有し、前記第一の電極対と前記第二の電極対とは、半導体層で電気的に接続されており、前記第二の電極対に電圧を印加することで、前記第二の発光領域および前記第一の発光領域に電流を注入することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１６】
前記制御部は、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光の発光スペクトルのポイントスプレッドファンクションの２番目に大きいピーク値が、最も大きいピーク値の３０％以下の値となるように制御することを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１７】
２つの発光領域を有する発光素子を有し、
前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に電流を注入するための第一の電極対と、前記２つの発光領域のうちの他方の前記第二の発光領域に電流を注入するための第二の電極対とを有し、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させる光源であって、
前記第一の電極対と前記第二の電極対とは、抵抗配線で電気的に接続されており、前記第二の電極対に電圧を印加することで、前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように構成されていることを特徴とする光源。
【請求項１８】
２つの発光領域を有する発光素子を有し、
前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に電流を注入するための第一の電極対と、前記２つの発光領域のうちの他方の前記第二の発光領域に電流を注入するための第二の電極対とを有し、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させる光源であって、
前記第一の電極対と前記第二の電極対とは、半導体層で電気的に接続されており、前記第二の電極対に電圧を印加することで、前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように構成されていることを特徴とする光源。
【請求項１９】
請求項１乃至１８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部と、
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。
【請求項２０】
２つの発光領域を有する発光素子を有する光源の制御方法であって、
前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように、前記第一の発光領域、および前記第二の発光領域に注入する電流を制御し、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させる工程を有することを特徴とする光源の制御方法。
【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】
非特許文献１では、１つのＳＬＤ素子に複数の電極対を設けた多電極構造を持つＳＬＤの開示がある。非特許文献１では、出射端を含む領域においては１次準位および基底準位の発光をさせて、低波長側に大きいピーク、長波長側に相対的に小さいピークとなるようにしている。一方、出射端を含む領域に隣接する領域は基底準位の発光をさせ、先の光と合波することで、ＳＬＤから出射される光の発光波長帯域が広くなるようにしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  １ｓｔ  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９９６  Ｖｏｌ．３２  Ｎｏ．３  ｐｐ．２５５−２５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１で開示されているＳＬＤの活性層は、単量子井戸層を有するものであり、高エネルギー準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が大きいという課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、１次（高エネルギー）準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が小さい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、上部電極層と、下部電極層と、それらの間に設けられた活性層とを有し、前記上部電極層と前記下部電極層の少なくともいずれか一方の電極層が、前記活性層の面内方向に互いに分離された複数の電極に分割されており、分離された前記複数の電極によって、前記活性層における複数の異なる領域に独立に電流を注入するように構成され、前記上部電極層、および前記下部電極層によって前記活性層に電流を注入することで発光させ、前記面内方向に光を導波させて出射させる光源であって、前記複数の異なる電流注入領域が、光出射端を含まない第一の領域と、光出射端を含む第二の領域とを有し、前記第二の領域が少なくとも１次準位の発光をするように構成され、前記活性層が非対称多重量子井戸構造を有することを特徴とする。
【０００８】
別の本発明に係る光源は、２つの発光領域を有する半導体発光素子と、前記２つの発光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、
前記制御部は、前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させるることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光干渉断層撮像装置は本発明に係る光源と、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。
【００１０】
本発明に係る光源の制御方法は、２つの発光領域を有する半導体発光素子を有する光源の制御方法であって、前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように、前記第一の発光領域、および前記第二の発光領域に注入する電流を制御し、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させる工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光源によれば、１次（高エネルギー）準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が小さい光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る光源の構成を説明する斜視図。
【図２】本発明の実施形態１に係る光源の構成を説明する（ａ）平面図（ｂ）断面図。
【図３】本発明の実施形態２に係る光源の構成を説明する（ａ）平面図（ｂ）断面図。
【図４】本発明の実施形態３（例１）に係る光源の構成を説明する平面図。
【図５】本発明の実施形態３（例２）に係る光源の構成を説明する（ａ）平面図（ｂ）断面図。
【図６】本発明の実施形態３（例３）に係る光源の構成を説明する平面図。
【図７】本発明の実施形態４に係る光源の構成を説明する平面図。
【図８】本発明の実施形態５に係るＯＣＴ装置の構成を示した図。
【図９】本発明の実施例１で得られた発光スペクトルのグラフ。
【図１０】本発明の実施例１で得られた、「第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度」と、得られた発光スペクトルの最大半値全幅との関係を示したグラフ。
【図１１】本発明の実施例２で得られた発光スぺクトルのグラフ。
【図１２】本発明の実施例２で得られた、「第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度」と、得られた発光スペクトルの最大半値全幅との関係を示したグラフ。
【図１３】本発明の実施例２で得られた、光源の構成、駆動条件と得られた発光スペクトルの最大半値全幅、光出力の結果。
【図１４】本発明の実施例３で得られた発光スペクトルのグラフ。
【図１５】本発明の実施例７で得られた、「第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度」と、得られた発光スペクトルの最大半値全幅との関係を示したグラフ。
【図１６】本発明の実施例８について説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例８について説明するための図である。
【図１８】本発明の実施例９について説明するための図である。
【図１９】本発明の実施例８、９の結果についてまとめた表である。
【図２０】本発明の実施例１０について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係る光源について説明する。
【００１４】
本発明の実施形態に係る光源は上部電極層と、下部電極層と、それらの間に設けられた活性層とを有する。また、上部電極層と下部電極層の少なくともいずれか一方の電極層が、光の導波方向に複数に分割された電極をもつ多電極の構成となっている。そして、分離された複数の電極によって、活性層における複数の異なる領域に独立に電流を注入するように構成されている。本発明の実施形態に係る光源は、上部電極層、および下部電極層によって活性層に電流を注入することで発光させ、活性層の面内方向、具体的には、光の導波方向に光を導波させて出射させることができる。活性層への電流注入量によって発光波長の帯域が変わる。そのため、活性層における複数の異なる領域への電流注入量を適宜調整することで、発光波長帯域を広帯域にすることができる。
【００１５】
ここで、複数の異なる電流注入領域が、光出射端を含まない第一の領域と、光出射端を含む第二の領域とを有し、第二の領域が１次準位および基底順位の発光をするように構成されている。１次準位の発光ピークは低波長側に、基底順位の発光ピークは長波長側に存在する。長波長側の発光ピ−クは低波長側に比べて小さい。一方、第一の領域は基底順位の発光をするように構成されているため、第一の領域から出る光を第二の領域を経由させて出射させることで、発光波長帯域を高帯域にすることができる。なお、本発明者らは第一の領域から出る光が第二の領域を経由する際に誘導放出が生じることを見出した。すなわち、第一の領域から出る光の長波長側の発光強度と第二の領域から出る光の長波長側の発光強度の和、以上の強度の光を得ることができる。
【００１６】
なお、第一の領域と第二の領域とは隣接していてもよいし隣接していなくてもよい。
【００１７】
本発明の実施形態に係る光源は、活性層が非対称多重量子井戸構造を有することを特徴とする。ここで、発光波長領域を広くするために、基底準位だけでなく、１次準位の発光をさせる手段が考えられる。１次準位の発光をさせるために、活性層が非対称多重量子井戸構造とする。活性層が非対称多重量子井戸構造である場合、互いに異なる発光準位の発光をさせることができるだけでなく、１次準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が小さくて済む。
【００１８】
一方、単量子井戸構造の場合、発光波長帯域を広くするために、量子井戸を深くする必要がある。しかし、量子井戸が深くなることにより、１次準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が大きくなってしまう。
【００１９】
したがって、本発明の実施形態に係る光源は、活性層が非対称多重量子井戸構造を有することにより、１次準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が小さくて済むという効果を得られる。
【００２０】
なお、１次以上の準位の発光をさせてもよい。
【００２１】
本発明の実施形態に係る光源は、第一の領域に注入される電流密度が、第二の領域に注入される電流密度より小さくなるように構成されていることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の実施形態に係る光源は、ＳＬＤ動作させるために、第二の領域のキャリア密度が透明キャリア密度より大きいことが好ましい。
【００２３】
また、第二の領域では、第二の領域に入射する光の支配的ピークより高エネルギー準位に支配的ピークをもつようにすることが好ましい。
【００２４】
また、第二の領域以外の領域のキャリア密度が透明キャリア密度より大きいことが好ましい。
【００２５】
また、第二の領域の電流密度は、飽和電流密度の８０％以上であることが好ましい。
次に、本発明の実施形態に係る光源の詳細を説明する。以下では、光源として、発光素子（半導体発光素子）の一例であるＳＬＤについて説明する。
【００２６】
（実施形態１）
まず、図１を用いて実施形態１に係る光源の構成について説明する。
【００２７】
本実施形態に係る光源は、基板１００の上に下部クラッド層１０１、活性層１０２、上部クラッド層１０３が順次形成されており、上部クラッド層１０３にリッジ型導波路１０６が形成されている。リッジ型導波路部分の上にはコンタクト層１０４を介して、上部電極１０８が形成されており、この上部電極１０８とコンタクト層１０４から活性層１０２に電流注入を行なう。上部電極１０８は分割部１０９を介して、第１電極１１０と、第２電極１２０との２つに離間した構造となっている。以下、第１電極１１０と下部電極１０７とを第一の電極対、第２電極１２０と下部電極１０７とを第二の電極対とよぶ。基板１００の有する面のうち下部クラッド層１０１が設けられていない方の面には下部電極１０７が形成されている。本実施形態に係る光源は第１電極１１０、第２電極１２０と、下部電極１０７との間に電圧を印加することで、図１中の白い矢印の方向に光を出射するＳＬＤである。
【００２８】
以下では、このように複数の電極対を有するＳＬＤを多電極ＳＬＤと呼ぶことがある。
【００２９】
図２（ａ）は図１で示す光源の上面図、すなわち、基板１００に対して上部電極１０８が形成される方向から見た図である。図２（ｂ）は図２（ａ）Ａ−Ａ’断面における断面図である。図２（ｂ）で示す例では、コンタクト層１０４が分割部１０９を介して２つの部分に分離し、電気的に分離された構造となっている。
【００３０】
第１電極１１０で電流が注入される活性層の領域が第一の発光領域（不図示）、第２電極１２０で電流が注入される活性層の領域が第二の発光領域（不図示）である。本実施形態に係る光源は、少なくとも２つの発光領域（本実施形態では第一の発光領域と第二の発光領域の２つの領域）を有するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であるが、３つ以上の発光領域を有していていもよい。本実施形態に係る光源においてＳＬＤは、図１、２に示すように第一の発光領域と第二の発光領域とは、同一の活性層を有していることが好ましいが、本発明の効果を奏する範囲であれば互いに異なる活性層を有していてもよい。また、本実施形態に係る光源が発光領域を３つ以上有する場合、それら発光領域が同一の活性層を有していることが好ましいが、本発明の効果を奏する範囲であれば互いに異なる活性層を有していてもよい。ここで、同一の活性層を有しているとは、図１、２に示すように１つの活性層を共有すること、同一組成、サイズの活性層を２つ有する場合も含む。
【００３１】
本実施形態に係る光源から出射される光は第一の発光領域から発せられ、第二の発光領域を経由して出射する光と、第二の発光領域から出射する光とが合波された光である。
【００３２】
本実施形態に係る光源は、活性層が非対称多重量子井戸構造を有することを特徴とする。また、第２電極における発光領域において高エネルギー準位の発光、第２電極以外の電極における発光領域において低エネルギー準位の発光を出すことを特徴としている。
活性層が非対称多重量子井戸構造を有する方が単量子井戸構造を有する場合よりも、低い電流密度で高エネルギー準位の発光を出すことができる理由について説明する。これは、非対称多重量子井戸構造とすることで複数の発光準位をもちながら浅い発光準位を形成できることによる。単量子井戸構造では高エネルギー準位の発光を出すためには高いキャリア密度が必要である。これに対し、非対称多重量子井戸構造では、基底準位でも高エネルギー準位の浅い井戸が存在するため、キャリア密度が低くても高エネルギー準位の発光を出すことができる。
【００３３】
本実施形態では、各発光領域の電流密度を変化させることで互いに異なるスペクトルを生じさせるため、活性層の構造を、発光領域によって変える必要がない。これにより、素子の作製プロセスが簡素化されるとともに、歩留まりが良くなるというメリットを有する。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る光源について図３を用いて説明する。
【００３５】
実施形態１では、第一電極１１０と第二電極１２０とは導波方向において同じ長さであったが、本実施形態では、光の導波方向において、第一電極１１０が第二電極１２０よりも長い。
【００３６】
多電極ＳＬＤでは、高出力化、及び発光波長領域の広帯域化を実現するために、第２電極における発光領域において高エネルギー準位の発光、第２電極以外の電極における発光領域において低エネルギー準位の発光をさせる。特に、第２電極における発光領域において高エネルギー準位の発光、第１電極における発光領域において低エネルギー準位の発光を出すことが好ましい。この時、第１電極、および第２電極以外の発光領域に関しては、特に限定を設けない。
【００３７】
ここで、第１電極を導波方向に対して長くすると、第一の発光領域の電流密度を低く抑えることができるとともに、電流密度の微調整が容易となる。第１電極における発光領域からの光は第２電極における発光領域を経由することで増幅されるため、第１電極によって第一の発光領域に注入される電流密度によって発光スペクトルが大きく変化する。したがって、第１電極の電流密度はスペクトルを見ながら微調整する必要があるため、第１電極を導波する方向に対して長くすることが大きなメリットとなる。
【００３８】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る光源について説明する。
【００３９】
本実施形態に係る光源は、２つの発光領域のうちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域の電流密度の４４％未満となるように、第一の発光領域、および第二の発光領域に注入する電流を制御する制御部（図１の１５０）を有することを特徴としている。
【００４０】
次に本実施形態に係る光源の発光スペクトルの半値全幅が拡大するメカニズムについて説明する。
【００４１】
第二の発光領域の役割は、高エネルギー準位からの発光を得ることである。活性層構造が単量子井戸、若しくは複数の同一準位井戸構造であれば高次（１次）準位発光を得ることを意味し、非対称多重量子井戸であれば、その中の高エネルギー準位の発光を得ることを意味する。非対称多重量子井戸の中に、高次準位発光が可能な井戸が含まれていてもよい。従って、第二の発光領域の活性層が、少なくとも異なる２つ以上の量子順位で発光が可能な量子井戸を有するか、単一でも高次準位発光が可能な量子井戸を有することが好ましく、高エネルギー準位発光が出現する程度の（比較的大きめの）電流を注入することが好ましい。高エネルギー準位のスペクトルは短波長領域に出現する。
【００４２】
第一の発光領域の役割は基底（０次）準位の発光、若しくは複数準位の井戸がある場合には、低エネルギー準位の発光を得ることにある。低エネルギー準位は長波長領域に出現する。このとき第一の発光領域への電流注入量は低く抑えなければならない。なぜならば第一の発光領域で電流注入量が増加すると、高エネルギー準位の発光成分が大きくなる方向へ波長シフトするからである。通常は低い電流注入量では光出力が極めて微小であるが、本実施形態に係る光源のような多電極構造のＳＬＤにおいては第一の発光領域で発生する微小な低エネルギー準位発光が、第二の発光領域を通過する際に増幅され、長波長領域に大きな出力のスペクトルを出現させる。この結果、高エネルギー準位のスペクトルが短波長領域をカバーし、低エネルギー準位の発光スペクトルが長波長領域をカバーすることで、広帯域な発光スペクトルが得られることになる。
【００４３】
高エネルギー準位スペクトルと低エネルギー準位スペクトルのバランスが取れた状態が本実施形態の「第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満」に相当する。光源がこのような状態で発光しているときに、略ガウシアン形状、かつ広い半値全幅をもつ発光スペクトルの光を発する。
【００４４】
第二の発光領域の電流密度の４４％以上の電流を第一の発光領域に注入すると、低エネルギー準位のスペクトル成分が（増幅を受けて）急激に増大し、発光スペクトルの主成分が長波長側にシフトして半値全幅を狭める結果となる。若しくは高エネルギー準位ピークと低エネルギー準位ピークに分離し、略ガウシアン形状ではない多峰性形状のスペクトルとなる。これらの挙動は、活性層構造が単量子井戸であっても、多重量子井戸であっても概ね変わらない。
【００４５】
第二の発光領域は低エネルギー準位の発光を得る役割であることを述べた。しかしながら第二の発光領域の４４％未満の弱い電流注入であっても、第二の発光領域内で発生するスペクトルは僅かながら高エネルギー準位の成分を含み、短波長側へシフトすることが分かっている。第一の発光領域、および第二の発光領域とは異なる、第三、第四、・・・の発光領域がある場合、第三以降の発光領域の役割として、低エネルギー準位の中のより長波長側（利得スペクトルの最も長波長領域近辺）を出現させ、第一、第二の発光領域で増幅することにより、より長波長側をカバーすることも可能となる。
【００４６】
制御部は、第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の１４％以下となるように、第一の発光領域、および第二の発光領域に注入する電流を制御することが好ましく、０％以上であることが好ましく、１１％以下であることがさらに好ましく、３％以上であることがさらに好ましい。
【００４７】
発光スペクトルの出力や形状は、前述した第一の発光領域と第二の発光領域の電流注入密度の比で概ね決定するが、第三以降の発光領域への電流注入を行なうことによってスペクトル半値全幅の更なる拡大、形状や光出力の微妙な調整を行なうことができる。第三以降の発光領域への電流注入密度の比は、特に限定されない。
【００４８】
（略ガウシアン形状）
上記、発光スペクトルが略ガウシアン形状であるとは、発光スペクトルのポイントスプレッドファンクション（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）において、２番目に大きいピーク値が、最も大きいピーク値の３０％以下の値となることを意味する。好ましくは、２番目に大きいピーク値が、最も大きいピーク値の２０％以下の値であるときであり、さらに好ましくは１０％以下の値であるときである。
【００４９】
発光スペクトルのポイントスプレッドファンクションは、該発光スペクトル（横軸が波長で、縦軸が発光強度）の横軸を波数に変換し、フーリエ変換して得られる関数である。
【００５０】
ポイントスプレッドファンクションにおいて、最も大きいピーク値以外のピークを含む部分はサイドローブと呼ばれ、サイドローブのピークが大きいとＯＣＴ装置で正しい断層像が得られにくい。
【００５１】
（第一の発光領域、第二の発光領域）
本実施形態において第一の発光領域とは、第１電極１１０によって電流を注入される活性層の領域である。また、本実施形態において、第一の発光領域に注入される電流密度は、第１電極１１０に注入する電流の値を、第１電極１１０の面積（リッジ幅１１１の値と素子長１１２の値の積）で割った値である。
【００５２】
同様に、本実施形態において第二の発光領域とは、第２電極１２０によって電流を注入される活性層の領域である。また、本実施形態において、第二の発光領域に注入される電流密度は、第２電極１２０に注入する電流の値を、第２電極１２０の面積（リッジ幅１２１の値と素子長１２２の値の積で割った値である。
【００５３】
本実施形態において、第一の発光領域および第二の発光領域はそれぞれ独立に、単量子井戸、多重量子井戸、非対称多重量子井戸の何れかの構造で、少なくとも異なる２つ以上の量子準位で発光が可能な量子井戸を含むこと。
【００５４】
（活性層）
本実施形態において発光領域となる活性層は量子井戸構造とすることが好ましいが、単量子井戸でも多重量子井戸（対称、非対称を含む）構造でもよい。活性層構造の違いや素子長の違いにより、最大の半値全幅を示す電流密度の比の最適値が異なるが、何れの場合においても第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満とすることで略ガウシアン形状、かつ広い半値全幅をもつ発光スペクトルを得られる。なお、第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満となる範囲に置いて、半値全幅、発光スペクトルの形状、光出力の強度を考慮して電流注入密度の比を決定すれば良い。
【００５５】
ここで、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、好適な発光波長を得るための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。
【００５６】
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は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。
【００５７】
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、井戸層の材料として、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（電流密度制御の例）
第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満となるようにするための、具体例について説明する。
【００６３】
（例１）図４は、本実施形態に係る光源を図２（ａ）と同じ方向から見た平面図である。本例では第１電極１１０と第２電極１２０とが抵抗配線であるＡｕなどの金属配線３０１で電気的に接続されている、すなわち第一の電極対と第二の電極対とが抵抗配線で電気的に接続されている点以外は、図２で示す例と同じ構成である。金属配線３０１は電気抵抗としての役割を果たす。つまり、電源から第二の発光領域へ電流注入する金属配線と、金属配線が延長されてなる抵抗配線を介して第一の発光領域へ電流注入されるように構成されている。設けられた金属配線の長さを適切に設定することで、第２電極に電流を注入すると、第１の電極に、第２の電極に注入された電流よりも少ない電流が注入され、その結果、第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満となるようにすることができる。
【００６４】
（例２）図５（ａ）は、本実施形態に係る光源を図２（ａ）と同じ方向から見た平面図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）を黒い矢印で示す方向から見た断面図である。図５（ｂ）で示す例では、半導体層であるコンタクト層４０４が離間していない、すなわち第一の電極対と第二の電極対とが半導体層で電気的に接続されている点以外は、図２で示す例と同じ構成である。このコンタクト層４０４の抵抗が図４の例の金属配線と同様に電気抵抗の役割を果たす。電源から第二の発光領域へ電流注入する金属配線と、金属配線が延長されてなる抵抗配線を介して第一の発光領域へ電流注入されるように構成されているため、例１と同様に、コンタクト層４０４の組成やサイズなどを適切に設定することで、第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満となるようにすることができる。
【００６５】
（例３）図６は、本実施形態に係る光源を図２（ａ）と同じ方向から見た平面図である。図６で示す例では、第１電極１１０のリッジ幅５０１が、第２電極１２０のリッジ幅５０２よりも大きい。このように、第１電極１１０および第２電極１２０のリッジ幅を適宜変えることで、第一及び第二の発光領域への電流注入量が変わり、光源から発せられる発光スペクトルの半値全幅を変えることができる。
【００６６】
また、第１電極１１０の面積を大きくすることで、第一の発光領域に注入する電流を大きくすることができるが、素子長５０３を長くすると、多峰性の発光スペクトルになり、略ガウシアン形状でなくなるおそれがある。そこで、リッジ幅５０１を大きくすることで、注入する電流を大きくし、かつ、略ガウシアン形状を維持することができる。
【００６７】
（実施形態４  ４電極ＳＬＤ）
実施形態１から３では２つの電極を用いて電流を注入する形態について説明したが、本実施形態では、４つの電極を用いた形態について図７を用いて説明する。なお、実施形態１から３と共通する事項について、ここでは説明を省略し、実施形態１から３と異なる事項について以下に説明する。
【００６８】
図７は、図２（ａ）と同様、光源を、基板に対して上部電極が形成される方向から見た図であるが、本実施形態では、第１電極１１０、第２電極１２０に加えて、第３電極６３０、第４電極６４０が設けられている。発光スペクトルの出力や形状は、第一電極と第二電極における発光領域の電流注入密度で概ね決定するが、第３、４電極６３０、６４０に対応する第三、四の発光領域への電流注入を行なうことによってスペクトル半値全幅の更なる拡大、形状や光出力の微妙な調整を行なうことができる。
【００６９】
本実施形態に係る光源も、第一の発光領域に注入する電流密度を、第二の発光領域に注入する電流密度の４４％未満とすることで、略ガウシアン形状、かつ、半値全幅の広い発光スペクトルを実現できる。
【００７０】
また、第３電極６３０、第４電極６４０を設け、これらに電流を注入することで、第１電極１１０に注入する電流が少なくても大きな光出力を得ることができる。したがって、電極が３つ以上ある場合、第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の２％以下となるように、第一の発光領域、および第二の発光領域に注入する電流を制御することが好ましい場合もある。
【００７１】
ここでは４つの電極を用いた形態について説明したが、３つの電極を用いた形態、あるいは、５つ以上の電極を用いた形態についても、第一の発光領域に注入される電流密度が、第二の発光領域の電流密度の４４％未満となるようにすることで、略ガウシアン形状、かつ広い半値全幅をもつ発光スペクトルの光を発する光源を実現できる。
【００７２】
（実施形態５  ＯＣＴ装置）
本実施形態では、上記実施形態１から４のいずれかに係る光源を用いた光干渉断層撮像（ＯＣＴ）装置について図８を用いて説明する。
【００７３】
本実施形態に係るＯＣＴ装置は、光出力部７００、光分割部７１０、参照光反射部７３０、測定部７２０、光検出部７６０、画像処理部（情報取得部）７７０、画像出力モニタ部７８０を有する。光出力部７００に含まれる光源７０１は上記いずれかの実施形態に係る光源である。
【００７４】
光源７０１から出た光は光分割部７１０により物体（測定対象物）７５０へ照射する照射光と参照光とに分岐され、測定対象物７５０に照射された光の反射光と参照光とによる干渉光を発生させる。参照光学系７３０および測定部７２０から戻ってきた光は干渉部７１５を通り、光検出部７６０に入る。光検出部７６０で得られた情報は、断層画像へ変換するための画像処理部（情報取得部）７７０で画像に変換され、パーソナルコンピュータの表示画面等で構成される画像出力モニタ部７８０で断層画像として表示する。
【００７５】
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。
【００７６】
図８に示すＯＣＴ装置は光出力部７００、光出力部７００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７１０、参照光反射部７３０、測定対象物７５０とそこに光を照射するための照射光学系７４０からなる測定部７２０、反射した参照光と反射した測定光を干渉させる干渉部７１５、干渉部により得られた干渉光を検出する光検出部７６０および光検出部７６０で検出された光に基づいて断層像に関する情報を得る画像処理部（情報取得部）７７０、断層像を表示する画像出力モニタ部７８０より構成されている。
【００７７】
光出力部７００は光ファイバを介して光分割部７１０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７３０へ入る。ここでは、光分割部７１０と干渉部７１５は同一のファイバカプラを用いている。
【００７８】
参照光反射部７３０はコリメータレンズ７３１および７３２、反射鏡７３３で構成されており、反射鏡７３３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７１０で分波されたもう片方の光である測定光は、測定部７２０へ入る。測定部７２０の測定光学系７４０はコリメータレンズ７４１および７４２、光路を９０°曲げるための反射鏡７４３で構成されている。照射光学系７４０は入射した光を測定対象物７５０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。
【００７９】
そして参照光反射部７３０および測定部７２０から戻ってきた光は干渉部７１５を通り、光検出部７６０によって受光する。光検出部７６０はコリメータレンズ７６１および７６２、干渉光を波長分散させる波長分散部７６３としての分光器（波長分散部）、分光器７６３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７６４で構成されている。分光器７６３はグレーティングを用いている。光検出部７６０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。
【００８０】
光検出部７６０で得た情報は、断層像に関する情報を得る画像処理部（情報取得部）７７０に伝わり、最終的な出力である断層像に関する情報が得られる。これをパーソナルコンピュータの表示画面等で構成される画像出力モニタ部７８０で断層画像として表示する。
【００８１】
本実施形態におけるＯＣＴ装置において、特徴は光源７０１であり、例えば、実施形態１で記載した光源（２電極のＳＬＤ）を用い、第二の発光領域に１１０ｍＡ（１８．３ｋＡ／ｃｍ２）、第一の発光領域に１４ｍＡ（１．７５ｋＡ／ｃｍ２）の電流を注入した時、広帯域なスペクトルを出力することが可能であるため、分解能が高い断層画像情報を取得可能である。このＯＣＴ装置は、眼科、歯科、皮膚科等における断層画像撮影に有用である。
【００８２】
（実施形態６  光源の制御方法）
実施形態６では、光源の制御方法について説明する。
【００８３】
本実施形態に係る光源の制御方法は、２つの発光領域を有するスーパールミネッセントダイオードを有する光源の制御方法であって、前記２つの発光領域うちの一方の第一の発光領域に注入される電流密度が、前記２つの発光領域のうちの他方の第二の発光領域に注入される電流密度の４４％未満となるように、前記第一の発光領域、および前記第二の発光領域に注入する電流を制御し、前記第一の発光領域から発せられ、前記第二の発光領域を経由した光を出射させる工程を有することを特徴とする。
【実施例】
【００８４】
以下に本発明の実施例を示す。以下の実施例で示す活性層構造（タイプ）、リッジ幅、素子長はあくまで一例であり、それらに限定されるものではない。また、光源として半導体発光素子の一例であるＳＬＤについて説明する。
【００８５】
（実施例１）（非対称多重量子井戸構造、２電極ＳＬＤの例）
本発明を適用したＳＬＤの構成について、図１（ａ）斜視図と図１（ｂ）平面図を用いて説明する。実施例１では、実施形態１（図１、２）において、基板１００としてｎ型ＧａＡｓ基板、下部クラッド層１０１としてｎ型クラッド層（ｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ，厚さ１．２μｍ）、上部クラッド層１０３としてｐ型クラッド層（ｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ，厚さ１μｍ）、コンタクト層１０４としてｐ型コンタクト層（カーボン（Ｃ）不純物を５×１０１９ドープしたｐ−ＧａＡｓ、厚さ０．２μｍ）を用いた。活性層１０２は、深さ変調した２つの量子井戸からなる非対称多重量子井戸構造（非対称２量子井戸構造）とし、厚さ８ｎｍのＩｎＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＝０．０３、０．０５）の層が２つの障壁層（Ａｌ０．１ＧａＡｓ、厚さ８ｎｍ）で挟まれた層を用いた。
【００８６】
リッジ部（リッジ型導波路）１０６はフォトリソグラフィー技術を用いてストライプ状のレジストパターンを形成した後、コンタクト層１０４と上部クラッド層１０３の一部をエッチングし、リッジ幅４μｍ、高さ０．８μｍの構造を形成した。
【００８７】
次いで上部クラッド層１０３およびコンタクト層１０４の全面に絶縁膜となるＳｉＯ２膜１０５をスパッタ法で０．４μｍ形成した後、リッジ上部のコンタクト層１０４のみを露出させ、リフトオフ法により上部電極１０８を形成した。次いで基板１００の下面には下部電極１０７を全面に形成した。上部電極１０８はＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）の積層膜、下部電極１０７はＡｕＧｅ（１５０ｎｍ）／Ｎｉ（３０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）の積層膜とし、それぞれ真空蒸着法を用いて形成した。
【００８８】
最後に上部電極１０８は、第１電極１１０と、第２電極１２０がそれぞれ独立で駆動可能にするため、フォトリソグラフィー及びエッチング工程により、分割部１０９で上部電極１０８およびコンタクト層１０４をエッチング除去し、電極の分離を行なった。
【００８９】
電気的に分離した第１電極１１０、及び第２電極１２０の素子長は、それぞれ０．２ｍｍ、及び０．１５ｍｍとした。電極の分離幅は１０μｍとした。
【００９０】
リッジ部の端面（へき開面）は、放出光の反射を防止するために、端面の垂線に対しリッジの長手方向を７度傾斜した構造にした。
【００９１】
上記プロセスにて形成した光源の発光特性を図９に示す。図９（ａ）は第二の発光領域にのみ１１０ｍＡ（電流密度１８．３ｋＡ／ｃｍ２）の電流注入を行なった際の発光スペクトルを示す。この発光スペクトルの半値全幅は３０ｎｍ、出力は１．２ｍＷだった。図９（ｂ）は第二の発光領域に１１０ｍＡ（１８．３ｋＡ／ｃｍ２）、第一の発光領域に１４ｍＡ（１．７５ｋＡ／ｃｍ２）電流注入した時の発光スペクトルを示す。このスペクトルの半値全幅は６４ｎｍ、出力は２．１ｍＷだった。つまり第二の発光領域に対して約９．６％の電流密度で第一の発光領域に電流注入したことにより、スペクトルの半値全幅、光出力ともに約２倍前後に増大する結果となった。
【００９２】
第二の発光領域への電流注入量を１１０ｍＡ（１８．３ｋＡ／ｃｍ２）に固定し、第一の発光領域への電流注入量密度比を変化させたときの発光スペクトル半値全幅の関係を図１０に示す。このグラフから、第一の発光領域への電流密度の比が３％から約１０％にかけて半値全幅が増加し、それ以上の電流注入では逆に減少することが分かる。図１０のグラフの横軸において「第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度」とは、第一の発光領域の電流密度の値を第二の発光領域の電流密度の値で割った値、すなわち電流密度の比である。以下の図１２、１５のグラフの横軸についても同様である。
【００９３】
この光源を用いるＯＣＴ装置では、最大の分解能を得るためにはスペクトル半値全幅が最大となる上記条件、即ち第二の発光領域に対する第一の発光領域への電流注入密度比９．６％を条件として、ＯＣＴ装置が光源を駆動すれば良い。分解能を犠牲にしても光出力を大きくして画像コントラストを優先にしたい場合には、更に第一の発光領域への電流注入量を増加することも考えられる。
【００９４】
得られたグラフから、第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度が約１０％未満とすることで、大きな半値全幅をもつ発光スペクトルを得られることがわかる。
【００９５】
（実施例２）（単量子井戸構造、２電極ＳＬＤの例）
本実施例では実施例１と量子井戸構造を変えた場合の例を図１１、１２を用いて説明する。
【００９６】
活性層は単量子井戸構造とした。量子井戸の構造は、２つのＡｌ０．２ＧａＡｓの障壁層に挟まれた８ｎｍの厚みのＩｎ０．０７ＧａＡｓ層を単量子井戸構造とした。ｎ及びｐクラッド層の構造はともにＡｌ０．５ＧａＡｓとし、ｐ型クラッド層を１μｍ、ｎ型クラッド層を１．２μｍの厚みに形成した。
【００９７】
リッジ部は実施例１と同様のプロセスを用いて、リッジ幅が３μｍ、素子長は第２電極０．７ｍｍ、第１電極１．５ｍｍ、第１と第２電極の分離幅は３μｍとした。その他絶縁膜や金属電極の構成は実施例１と同様とした。
【００９８】
上記プロセスにて形成した光源の発光スペクトルを図１１に示す。図１１（ａ）は第二の発光領域にのみ４００ｍＡ（１９．０ｋＡ／ｃｍ２）の電流注入を行なった際の発光スペクトルを示す。このときの発光スペクトルの半値全幅は４３ｎｍ、出力は８．９ｍＷだった。図１１（ｂ）は前記第二の発光領域の電流注入に加え、第一の発光領域に５０ｍＡ（１．１１ｋＡ／ｃｍ２）電流注入した時の発光スペクトルを示す。このときにスペクトルの半値全幅は６８ｎｍとなり、光出力は１３．２ｍＷに増加した。つまり第二の発光領域に対して約５．８％の電流密度で第一の発光領域に電流注入したことにより、スペクトルの半値全幅は約１．２倍、光出力は約１．５倍、ともに増大する結果となった。
【００９９】
第二の発光領域への電流注入量を４００ｍＡ（１９．０ｋＡ／ｃｍ２）に固定し、第一の発光領域への電流密度の比を変化させたときの発光スペクトル半値全幅の関係を図１２に示す。このグラフから、第一の発光領域への電流密度の比が６％付近で発光スペクトル半値全幅が最大値を示すことが分かる。
【０１００】
得られたグラフから、第一の発光領域の電流密度／第二の電流密度が約６％より大きければ大きいほど、半値全幅は小さくなっていくと考えられるため、６％未満とすることで、大きな半値全幅をもつ発光スペクトルを得られることがわかる。
【０１０１】
以上実施例１，２で非対称多重量子井戸（２井戸）及び単量子井戸の場合双方で、２つの電極を用いたＳＬＤの発光スペクトル増大効果を示した。
【０１０２】
更に量子井戸構造、光導波路のリッジ幅、素子長を変化させさせた場合の、スペクトル最大半値全幅を得る第二の発光領域及び第一の発光領域への電流注入条件を、実証例として図１３に示す。この図表より、全ての２電極ＳＬＤにいて第二の発光領域に対する第一の発光領域への電流密度の比が１１％未満のときに発光スペクトルの半値全幅が最大値を取ることが分かった。加えて実施例１の図１０で示したように、光出力を優先で考えた場合でも電流密度の比が４４％未満であれば、ＯＣＴ装置の画質改善効果を考慮したＳＬＤ光源として有効であることが分かった。
【０１０３】
（実施例３）（非対称多重量子井戸、４電極ＳＬＤの例）
本実施例では実施例１と量子井戸構造を変え、更に４つの電極を用いた場合の例を示す。以下、図７、１４を用いて本実施例の説明を行なう。
【０１０４】
本実施例において、活性層の量子井戸構造はＡｌ０．２ＧａＡｓ層の中にＡｌ０．０１５ＧａＡｓ、ＧａＡｓ、Ｉｎ０．０４ＧａＡｓの３つの量子井戸を各８ｎｍ挟み込んだ非対称構造とした。ｎ型およびｐ型クラッド層の構造はともに厚さ０．５μｍのＡｌ０．５ＧａＡｓ層を用いた。
【０１０５】
リッジ部１０６は実施例１と同様のプロセスを用いて、第１電極１１０、第２電極１２０、第３電極６３０、第４電極６４０においてリッジ幅６０１が５μｍ、素子長は第二の発光領域の素子長６２１が０．２５ｍｍ、第一、三、四の発光領域の素子長（６１１、６３１、６４１）がともに０．５ｍｍ、各領域の分離幅は１０μｍの構造とした。その他絶縁膜や金属電極の構成は実施例１と同様とした。
【０１０６】
上記プロセスにて形成した光源の発光スペクトルを図１４に示す。図１４（ａ）は第二の発光領域にのみ１８０ｍＡ（１４．４ｋＡ／ｃｍ２）の電流を注入した際の発光スペクトルである。半値全幅は約３２ｎｍであった。次に第二の発光領域に１８０ｍＡ（１４．４ｋＡ／ｃｍ２）、第一の発光領域に２８ｍＡ（１．１２ｋＡ／ｃｍ２）の電流を注入した際の発光スペクトルを図１４（ｂ）に示す。これは２電極制御における最大半値全幅であり、第一の発光領域には第二の発光領域の７．８％の電流密度の比となるような電流を注入したことになる。発光スペクトルの半値全幅は６３ｎｍと倍増した。更に第二の発光領域はそのまま１８０ｍＡ（１４．４ｋＡ／ｃｍ２）、第一の発光領域には４．２ｍＡ（０．１７ｋＡ／ｃｍ２）と電流注入量を減らし、第三の発光領域には０ｍＡ、第四の発光領域には１８０ｍＡ（１４．４ｋＡ／ｃｍ２）の電流を夫々注入した。その際の発光スペクトルが図１４（ｃ）であり、半値全幅は８５ｎｍであった。このとき第二の発光領域に対する第一の発光領域の電流密度の比は１．２％に相当する。
【０１０７】
（実施例４）（実施例１を配線抵抗で実施）
本実施例は実施例１と同じ活性層構造、導波路構造、電極分割比のＳＬＤを用いるが、電流注入方法が異なる例であり、図４を用いて説明する。
【０１０８】
実施例１では広い半値全幅を有する発光スペクトルを得るために第二の発光領域には１１０ｍＡ（１８．３ｋＡ／ｃｍ２）、第一の発光領域には１４ｍＡ（１．７５ｋＡ／ｃｍ２）の電流を、独立の電源（不図示）から注入した。本実施例では図４に示すように、第二の発光領域に電流注入する配線３０１を延長し、その配線抵抗を用いて第一の発光領域に１４ｍＡ（１．７５ｋＡ／ｃｍ２）相当の電流を注入するものである。
【０１０９】
電源から金属配線を介して半導体に電流を注入する場合、金属と半導体のコンタクト抵抗、ダイオード内部の抵抗などが存在する。これらを電流―電圧特性から見積もると、１０．９Ωであることが分かった。これより第一の発光領域に１４ｍＡの電流を注入するためには第二の発光領域と第一の発光領域の間に７４．７Ωの配線抵抗を形成すれば良いとの計算結果になった。これよりＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）の厚みで形成される金属配線の幅を５μｍ、つまり配線断面積を３５０ｎｍ×５μｍとし、計算を簡便化するために配線材料は全体がＡｕであるとして、Ａｕの比抵抗を２．４×１０−６Ωｃｍとして計算した。その結果、金属配線の長さは０．５４５ｃｍとなり、このパターンを形成して第一の発光領域へ接続した。
【０１１０】
その結果、実施例１とほぼ同等の発光スペクトルを得ることができた。通常は多電極構造のＳＬＤを駆動する際には複数の電源チャネルが必要であるが、本実施例の駆動方法を採用することにより、単電源で駆動することが可能となった。
【０１１１】
（実施例５）（実施例１を拡散抵抗（半導体層）で実施）
実施例４では、ＳＬＤの第２電極からの金属配線の抵抗を用いて、第一の発光領域へ所定の電流を注入する方法を述べた。本実施例では、半導体コンタクト層の抵抗を用いて第一の発光領域に電流注入する方法を、図５を用いて説明する。
【０１１２】
多電極構造を形成する際には、図２に示すとおりリッジ上の上部電極１０８と、その下層にあるコンタクト層（高濃度ドープＧａＡｓ層）１０４を部分的に除去して第２電極１２０と第１電極１１０を電気的に分離する。
【０１１３】
それに対し本実施例では、図５に示すように上部電極１０８の一部は除去するが、その下層のコンタクト層４０４は残すものとする。このコンタクト層の抵抗が金属配線の抵抗の役割を果たす。
【０１１４】
図５（ｂ）において実施例１と同じ構造のＳＬＤを形成した。但し電極を分割する際、上部電極１０８のＡｕ及びＴｉは除去するが、コンタクト層４０４である高ドープＧａＡｓ層はエッチングせずにそのまま残した。高ドープＧａＡｓ層はＣ（カーボン）不純物をＧａＡｓ層に５×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープしたものである。これは比抵抗にすると２×１０−３Ωｃｍに相当する。抵抗Ｒは
Ｒ＝ρ・Ｌ／Ａ  （ρ：比抵抗、Ｌ：抵抗体長さ、Ａ：抵抗体断面積）
によって表わされる。よってこのコンタクト層を用いて実施例４の配線抵抗（７４．７Ω）と同じ抵抗にするためには、幅５μｍ、厚み０．２μｍの高ドープＧａＡｓ層が３．７４μｍ長さとなる。よって第１電極と第２電極の分割部１０９の分離幅を３．７４μｍとした。
【０１１５】
この光源の第二の発光領域１２０にのみ１１０ｍＡ（１８．３ｋＡ／ｃｍ２）の電流注入を行なったところ、実施例１とほぼ同等のスペクトルが得られた。
【０１１６】
（実施例６）（実施例１の第一の発光領域と第二の発光領域でリッジの幅が異なる）
本実施例では、実施例１と同様の活性層構造を持ち、第二の発光領域と第一の発光領域でリッジ幅が異なる構造のＳＬＤ素子について、図６を用いて説明する。
【０１１７】
実施例１と同様のプロセスで、リッジ型導波路を有する光源を形成した。ただし実施例１の素子と異なるのは、第一の発光領域１１０のリッジ幅５０１が第二の発光領域のリッジ幅５０２の倍の８μｍとなっており、第二の発光領域１２０と第一の発光領域１１０の分離部でリッジ幅が変化したものとした。第二の発光領域のリッジ幅及び素子長、第一の発光領域の素子長は実施例１の光源と同じ値とした。
【０１１８】
この素子の第二の発光領域１２０に１１０ｍＡ（１８．３ｋＡ／ｃｍ２）の電流注入を行ない、この状態を固定して第一の発光領域１１０には０から徐々に電流注入量を変化させ、発光スペクトルの半値全幅の変化を観察した。その結果、第一の発光領域への電流注入量が２０ｍＡ（１．２５ｋＡ／ｃｍ２）のときに半値全幅が６４ｎｍで最大となった。この時の第二の発光領域に対する第一の発光領域への電流注入密度比は、６．８％だった。光出力は２．３ｍＷと実施例１の値に比べて若干上回った。
【０１１９】
（実施例７）
本実施例では、第一、第二発光領域の素子長を０．２ｍｍ、リッジ幅を４μｍとし、第二の発光領域の電流密度を２００１３Ａ／ｃｍ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、発光スペクトルを測定した。図１５には、本実施例において、第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度と、得られた発光スペクトルの最大半値全幅との関係を示したグラフを示す。
【０１２０】
得られたグラフから、第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度が約７％より大きければ大きいほど、半値全幅は小さくなっていくと考えられるため、７％未満とすることで大きな半値全幅をもつ発光スペクトルを得られることがわかる。
【０１２１】
一方、得られた光出力は第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度が大きいほど大きくなる傾向にあることから、例えば第一の発光領域の電流密度／第二の発光領域の電流密度が４４％未満とすることで、ＯＣＴ装置に適した光源となると考えられる。
【０１２２】
（実施例８）
本発明の実施例８に係る光源について、図１などを用いて説明する。実施例８では、実施形態１（図１、２）において、基板１００としてｎ型ＧａＡｓ基板、下部クラッド層１０１としてｎ型クラッド層（ｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ，厚さ１．２μｍ）、上部クラッド層１０３としてｐ型クラッド層（ｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ，厚さ１μｍ）、コンタクト層１０４としてｐ型コンタクト層（カーボン（Ｃ）不純物を５×１０１９ドープしたｐ−ＧａＡｓ、厚さ０．２μｍ）を用いた。図１８に記載の非対称多重量子井戸構造１の活性層１０２は図１６（ａ）に示すように、深さ変調した３つの量子井戸からなる非対称多重量子井戸構造（非対称３量子井戸構造）とし、具体的には活性層１０２は、２つの厚さ８ｎｍのＩｎ０．０４ＧａＡｓ、ＧａＡｓ、Ａｌ０．０１５ＧａＡｓの井戸層と、２つの障壁層（Ａｌ０．０２ＧａＡｓ、厚さ８ｎｍ）が交互に配置されたものから構成される。
【０１２３】
リッジ部１０６はフォトリソグラフィー技術を用いてストライプ状のレジストパターンを形成した後、コンタクト層１０４と上部クラッド層１０３の一部をエッチングし、リッジ幅４３μｍ、高さ０．７５μｍの構造を形成した。
【０１２４】
次いで全面に絶縁膜となるＳｉＯ２膜１０５をスパッタ法で０．４μｍ形成した後、リッジ上部のコンタクト層１０４のみを露出させ、リフトオフ法により上部電極１０８を形成した。次いで基板１００の下面には下部電極１０７を全面に形成した。上部電極１０８はＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）の積層膜、下部電極１０７はＡｕＧｅ（１５０ｎｍ）／Ｎｉ（３０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）の積層膜とし、それぞれ真空蒸着法を用いて形成した。
【０１２５】
最後に上部電極１０８は、第一電極１１０と、第二電極１２０がそれぞれ独立で駆動可能にするため、フォトリソグラフィー及びエッチング工程により、分割部１０９で上部電極１０８およびコンタクト層１０４をエッチング除去し、電極の分離を行なった。
【０１２６】
電気的に分離した第一電極１１０、及び第二電極１２０の電極長は、それぞれ０．４ｍｍ、及び０．４ｍｍとした。電極の分離幅は１０μｍとした。
【０１２７】
放出光の反射を防止するために、リッジ部１０６は、その長手方向が端面（へき開面）の垂線に対し７度傾斜した構造にした。
【０１２８】
上記プロセスにて形成した光源に関して最初に、第二電極のみに電流を注入し、単電極構成のＳＬＤの特性を評価する。この結果を図１６（ｂ）に示す。この活性層では低エネルギー準位の発光ピーク（１）が８５８ｎｍ、高エネルギー準位の発光ピーク（２）が８２４ｎｍに出ている。また、高エネルギー準位の発光が出はじめる時の電流密度は５．６ｋＡ／ｃｍ２である。
【０１２９】
比較として、活性層構造に単量子井戸構造を用いて同様に作製したＳＬＤの特性を図１７に示す。第二電極を０．４ｍｍの長さとし、活性層構造以外の条件は実施例１のＳＬＤと同じにしている。この活性層では低エネルギー準位の発光ピーク（１）が８４０ｎｍ、高エネルギー準位の発光ピーク（２）が８１０ｎｍに出ている。また、高エネルギー準位の発光が出はじめる時の電流密度は１０．２ｋＡ／ｃｍ２である。
【０１３０】
図１８に記載の非対称多重量子井戸構造１の活性層構造を用いた時の高エネルギー準位の発光が出はじめる時の電流密度は、単量子井戸構造の値の約０．５５倍であり、高エネルギー準位の発光を出すために必要な電流密度が小さいことが分かる。
【０１３１】
図１６（ｃ）に、第二電極をＳＬＤ動作させ、第一電極に徐々に電流を注入していったときのスペクトルが変化していく様子を示す。最も広帯域となった時は、第一電極の電流密度を０．６ｋＡ／ｃｍ２、第二電極の電流密度を１５．３ｋＡ／ｃｍ２とした時で、半値全幅は６４ｎｍであった。以上より、単電極構成のＳＬＤと比較して、高出力・広帯域を実現している。
【０１３２】
ここで、ＳＬＤ動作とは、誘導増幅が起きている状態のことをさし、キャリアの密度が透明キャリア密度以上となった時に起こる。第二電極をＳＬＤ動作させる理由は、第二電極における発光領域から高エネルギー準位の発光を出すためである。また、図１６（ｃ）において第二電極は、単電極での飽和電流密度に対して約９６％の電流密度としているが、第一電極における発光領域からの光を増幅しやすくするためには、８０％以上とすることが望ましい。なお、飽和電流密度とは、単電極構成のＳＬＤに関して電流を注入していっても、光出力が増大しなくなる時の注入電流量に対しての電流密度をさしている。
【０１３３】
多電極構成のＳＬＤにおいて、高出力・広帯域を実現するためには、第二電極における発光領域において高エネルギー準位の発光、第一電極における発光領域において低エネルギー準位の発光を出すことが基本的な駆動条件である。その理由は、低エネルギー準位の発光強度は高エネルギー準位の発光と比較すると弱いので、第二電極における発光領域に通すことで増幅させ、高エネルギー準位の発光に対して同程度まで大きくするためである。したがって多電極構成のＳＬＤにおいて第二電極への電流密度を高くすることは必須であり、高エネルギー準位の発光と低エネルギー準位の発光の強度が同程度になった時に、スペクトルが最も広帯域となる。
【０１３４】
以上のように第二電極における発光領域において高エネルギー準位の発光、第一電極における発光領域において低エネルギー準位の発光を出すように調節すればよい。
【０１３５】
（実施例９）
本実施例では図１８に示す非対称多重量子井戸構造を有する活性層を用いる。図１８に示すように、活性層は厚さ変調した３つの量子井戸からなる非対称多重量子井戸構造（非対称３量子井戸構造）とし、組成がＩｎ０．０４ＧａＡｓの層（厚さ＝８、６、４ｎｍ）が２つの障壁層（Ａｌ０．０２ＧａＡｓ、厚さ８ｎｍ）で挟まれた層を用いた。第一電極、第二電極はともに０．４ｍｍの長さとし、それ以外の条件も実施例１のＳＬＤと同じにしている。
【０１３６】
このようにして形成した光源に関して最初に、第二電極のみに電流を注入し、単電極構成のＳＬＤの特性を評価する。この結果を図１８（ｂ）に示す。この活性層では低エネルギー準位の発光ピーク（１）が８６６ｎｍ、高エネルギー準位の発光ピーク（２）が８３６ｎｍに出ている。また、高エネルギー準位の発光が出はじめる時の電流密度は６．７ｋＡ／ｃｍ２である。
【０１３７】
図１８に記載の非対称多重量子井戸構造２の活性層構造を用いた時の高エネルギー準位の発光が出はじめる時の電流密度は、単量子井戸構造の値の約０．６６倍であり、高エネルギー準位の発光を出すために必要な電流密度が小さいことが分かる。
【０１３８】
図１８（ｃ）に、第二電極をＳＬＤ動作させ、第一電極に徐々に電流を注入していったときのスペクトルが変化していく様子を示す。最も広帯域となった時は、第一電極の電流密度を３．９ｋＡ／ｃｍ２、第二電極の電流密度を１７．０ｋＡ／ｃｍ２とした時で、半値全幅は５８ｎｍであった。以上より、単電極構成のＳＬＤと比較して、高出力・広帯域を実現している。
【０１３９】
実施例８，９の非対称多重量子井戸構造と単量子井戸構造における、高エネルギー準位の発光を出すために必要な最低電流密度を図１９にまとめて示す。この表より、活性層構造を単量子井戸構造から非対称多重量子井戸構造にすることで、１次（高エネルギー）準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が低くなることがわかった。
【０１４０】
（実施例１０）
本実施例では、実施例３と同様、４つの電極を用いた場合のＳＬＤである。実施例３と異なる点は、第二の電極、第一の電極、第三の電極、第四の電極の素子長をそれぞれ、０．３３ｍｍ、０．３ｍｍ、１．５ｍｍ、０．２５ｍｍとした点である。またリッジ幅は５μｍとした。
【０１４１】
本実施例において１次（高エネルギー）準位の発光をさせるために必要な最低電流密度は、７．５［ｋＡ／ｃｍ２］であった。したがって、１次（高エネルギー）準位の発光をさせるために必要な最低電流密度が低くなることがわかった。
【０１４２】
また本実施例に係るＳＬＤを用いて第四の電極に注入する電流を変えたときの発光スペクトル強度の変化を示したものが、図２０（ａ）である。また、図２０（ｂ）は本実施例に係るＳＬＤの出力光の強度を測定した結である。これらの結果から、本実施例に係るＳＬＤは、広帯域な発光波長帯域が広帯域であり、出力光強度を大きくすることができることがわかった。
【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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【図２０】
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