(57)【要約】【課題】  波長可変幅の広い面発光レーザを提供すること。【解決手段】  本発明に係る面発光レーザは、下部反射鏡と、  第一のスペーサ層と、活性層と、半導体からなる第二のスペーサ層と、真空、または、気体から選ばれる少なくとも一種からなる空隙部と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、前記上部反射鏡と前記空隙部との界面と、の間の距離を変化させる制御機構と、を有する面発光レーザにおいて、前記下部反射鏡と前記第一のスペーサ層との界面と、前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、の間の光路長ｎｅｆｆ×ｄが所定の関係を満たすように構成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2014197672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部反射鏡と、
第一のスペーサ層と、
活性層と、
半導体からなる第二のスペーサ層と、
真空、または、気体から選ばれる少なくとも一種からなる空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、
前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、前記上部反射鏡と前記空隙部との界面と、の間の距離を変化させる制御機構と、を有する面発光レーザにおいて、
前記下部反射鏡と前記第一のスペーサ層との界面と、前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、の間の光路長ｎｅｆｆ×ｄが、下記の式（１）の関係を満たすことを特徴とする面発光レーザ。
（ｍａ／２＋３／１６）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄ≦（ｍａ／２＋３／８）λ０      （１）
上記式（１）において、ｍａは２以上の整数、λ０は前記上部反射鏡または前記下部反射鏡の反射波長帯域の中心波長である。
【請求項２】
前記光路長ｎｅｆｆ×ｄが下記の式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
（ｍａ／２＋１／４）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄ≦（ｍａ／２＋５／１６）λ０      （２）
【請求項３】
前記第二のスペーサ層が電流狭窄構造を有しており、前記電流狭窄構造を形成する層の前記活性層側の界面から前記第二のスペーサと前記空隙部との界面との間の光路長ｎｅｆｆ×ｄｕが、下記の式（３）の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
（ｍｂ／２＋３／１６）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄｕ≦（ｍｂ／２＋３／８）λ０    （３）
上記式（３）において、ｍｂは０以上の整数、λ０は前記上部反射鏡または前記下部反射鏡の反射波長帯域の中心波長である。
【請求項４】
前記電流狭窄構造は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘは０．９５≦ｘ≦１を満たす整数）層と前記ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層が酸化された層からなることを特徴とする請求項３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記制御機構が、前記上部反射鏡を移動させ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面発光レーザ。
【請求項６】
前記上部反射鏡および前記下部反射鏡が、低屈折率層と高屈折率層とが交互に形成された多層膜反射鏡であ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面発光レーザ。
【請求項７】
前記下部反射鏡がｎ型の半導体の多層膜反射鏡であり、前記上部反射鏡が誘電体の多層膜反射鏡であ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面発光レーザ。
【請求項８】
前記第二のスペーサ層と前記空隙部との間には、反射を低減するための誘電体層が設けられていないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
光の波長を変化させる光源部と、
前記光源部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、
前記干渉光を受光する光検出部と、
前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
を有する光干渉断層計であって、
前記光源部は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の面発光レーザを有することを特徴とする光干渉断層計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面発光レーザ及び、前記面発光レーザを用いた光干渉断層撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、以下、ＶＣＳＥＬと呼ぶことがある）は、基板の面内方向に対して垂直にレーザ光が出射するレーザ素子である。この面発光レーザは、活性層の上下を二つの反射鏡で挟み、基板に対して垂直な方向に共振器を形成し、基板に対して垂直方向に光を出射する。
【０００３】
ここで、活性層および下部反射鏡を含む積層体と、上部反射鏡とを、空隙部（エアギャップということもある）を介して対向させた面発光レーザが知られている（特許文献１）。この面発光レーザは、エアギャップの間隔を変化させることで、レーザ発振波長を可変にしている。
【０００４】
特許文献１に開示されている面発光レーザは、積層体とエアギャップとの界面に定在波の腹が位置するように構成することで、閾値電流を低くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９６９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は鋭意検討した結果、特許文献１のような面発光レーザにおいて、積層体とエアギャップの界面に定在波の腹が位置するような構成の場合、課題が生じることを見出した。すなわち、下部反射鏡から前記界面までの光路長がλ／２の整数倍（λはレーザ発振波長）である場合、発振波長の波長可変幅が小さいという課題を見出した。そこで本発明は、レーザ発振波長の波長可変幅が広い面発光レーザ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】
本発明に係る面発光レーザは、
下部反射鏡と、
第一のスペーサ層と、
活性層と、
半導体からなる第二のスペーサ層と、
真空、または、気体から選ばれる少なくとも一種からなる空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、
前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、前記上部反射鏡と前記空隙部との界面と、の間の距離を変化させる制御機構と、を有する面発光レーザにおいて、
前記下部反射鏡と前記第一のスペーサ層との界面と、前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、の間の光路長ｎｅｆｆ×ｄが、下記の式（１）の関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
（ｍａ／２＋３／１６）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄ≦（ｍａ／２＋３／８）λ０      （１）
上記式（１）において、ｍａは２以上の整数、λ０は前記上部反射鏡または前記下部反射鏡の反射波長帯域の中心波長である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る面発光レーザによると、発振させる光の波長の変化幅を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る面発光レーザの素子の断面図を模式的に示したものである。
【図２】本発明の実施形態２に係る面発光レーザの素子の断面図を模式的に示したものである。
【図３】本発明の実施形態１または２に係る面発光レーザを用いたＯＣＴ装置について説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係る面発光レーザを用いたときの発振波長を計算した結果である。
【図５】本発明の実施例１に係る面発光レーザを用いたときの、第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄと発振波長変化の幅を示した図である。
【図６】先行技術相当の面発光レーザの構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例１と先行技術相当の面発光レーザの波長可変特性を比較した図である。
【図８】本発明の実施例２に係る面発光レーザを用いたときの、光路長ｎｅｆｆ×ｄｕと発振波長変化の幅を示した図である。
【図９】本発明の実施例３に係る面発光レーザを用いたときの発振波長を計算した結果である。
【図１０】本発明の実施例３に係る面発光レーザを用いたときの、第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄと発振波長の変化幅を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（面発光レーザ）
本発明にかかる面発光レーザは、
下部反射鏡と、
第一のスペーサ層と、
活性層と、
半導体からなる第二のスペーサ層と、
真空、または、気体から選ばれる少なくとも一種からなる空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、
前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、前記上部反射鏡と前記空隙部との界面と、の間の距離を変化させる制御機構と、を有する面発光レーザにおいて、
前記下部反射鏡と前記第一のスペーサ層との界面と、前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面と、の間の光路長ｎｅｆｆ×ｄが、下記の式（１）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１２】
（ｍａ／２＋３／１６）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄ≦（ｍａ／２＋３／８）λ０      （１）
上記式（１）において、ｍａは２以上の整数、λ０は前記上部反射鏡または下部反射鏡の反射波長帯域の中心波長である。
【００１３】
なお、下部反射鏡と第一のスペーサ層との界面と、第二のスペーサ層と空隙部との界面との間の距離がｄである。また、ｎｅｆｆは下部反射鏡と第一のスペーサ層との界面と、第二のスペーサ層と空隙部との界面との間の層の等価屈折率である。
【００１４】
なお、本発明に係る面発光レーザは、
下部反射鏡と、
前記下部反射鏡の上に形成された第一のスペーサ層と、
前記第一のスペーサ層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された、半導体からなる第二のスペーサ層と、
前記第二のスペーサ層の上に空隙部を介して設けられた上部反射鏡とを有し、
前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面から、前記上部反射鏡と前記空隙部との界面までの距離を変えることで発振波長を変える面発光レーザにおいて、
前記下部反射鏡と前記第一のスペーサ層との界面と前記第二のスペーサ層と前記空隙部との界面との間の距離ｄが、下記式（１）’の関係を満たすように制御されることを特徴とする、などと表現することも可能である。
【００１５】
（ｍａ／２＋３／１６）（λ０／ｎｅｆｆ）≦ｄ≦（ｍａ／２＋３／８）（λ０／ｎｅｆｆ）      （１）’
なお、ここで、「上に形成された」というのは、積層順を特定するものではない。
また、「空隙部」という概念を用いることなく、前記第二のスペーサ層と上部反射鏡とが離間している、と捉えることも可能である。この場合、距離ｄは、前記下部反射鏡と前記第一のスペーサ層との界面と前記第二のスペーサ層の前記上部反射鏡側の表面との間の距離を意味する。以下で分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を単にＤＢＲと、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）をＭＱＷと略すことがある。
【００１６】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
（実施形態１）
実施形態に１に係る面発光レーザについて、図１を用いて説明する。図１は実施形態に１に係る面発光レーザの素子の断面図を模式的に表したものである。
【００１８】
本実施形態に係る面発光レーザはｎ−ＤＢＲ（下部反射鏡）１０１と、ｎ−ＤＢＲ  １０１の上に形成されたｎ−クラッド層（第一のスペーサ層）１０２とを少なくとも有する。また、ｎ−クラッド層１０２の上に形成されたＭＱＷ活性層（活性層）１０３と、ＭＱＷ活性層１０３の上に形成された、半導体からなるｐ−クラッド層（第二のスペーサ層）１０４とを少なくとも有する。以下では、ｎ−ＤＢＲ  １０１、ｎ−クラッド層、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４を合わせて半導体積層体と呼ぶことがある。なお、上記の各層が形成される方向は図１のように同一であり、「の上に」とは層が形成される方向の面側に、という意味である。ただし、本実施形態に係る面発光レーザは、下部反射鏡が上に、上部反射鏡が下になった状態で光を発振させてもよい。また、本実施形態においては、ｎ−ＤＢＲ  １０１の上に順次他の層を形成していく場合を示しているが、層の形成順はこれに限られない。
【００１９】
本実施形態に係る面発光レーザは、ｐ−クラッド層１０４の上にエアギャップ（空隙部）１１０を介して設けられたｅｘｔ−ＤＢＲ（上部反射鏡）１０５を有する。また、ｎ−ＤＢＲ  １０１の下にはｎ型電極（第一の電極）１２０、ｐ−クラッド層１０４の上にはｐ型電極（第二の電極）１２１が適宜設けられる。
【００２０】
ｎ−ＤＢＲ  １０１は、屈折率の異なる２層からなり、それぞれの層厚がλ０／４ｎｅｆｆ  を１ペアとして、複数ペアで構成される分布反射ミラーであり、反射帯域の中心波長がほぼλ０となる。ｎｅｆｆとは等価屈折率である。
【００２１】
ｎ−クラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４の３層は第１の共振器を構成する。また、第１の共振器の上にエアギャップ１１０を介してｅｘｔ−ＤＢＲ１０５が配置されており、エアギャップ１１０は第２の共振器を構成する。
【００２２】
ｎ型電極１２０およびｐ型電極１２１を用いてＭＱＷ活性層１０３に電流が注入されると光が出射され、第１の共振器、及び第２の共振器で共振して、ｅｘｔ−ＤＢＲ１０５の面内に対して垂直な方向に特定の波長の光が発振させる。
【００２３】
ここで、前記ｐ−クラッド層と前記空隙部との界面から、前記上部反射鏡と前記空隙部との界面までの距離（図１の距離α、第２の共振器の共振器長）が変わると、第１の共振器と第２の共振器との界面の定在波の位相が変化する。この界面での位相変化が、広い位相範囲に渡ってスムーズに生じることによって、レーザ発振波長が広い波長範囲に渡って変化できる。
【００２４】
この広い波長可変の条件とは、第１の共振器と第２の共振器との界面が、波長可変範囲の中心波長λ０において、定在波の節の近傍にあることである。具体的には、ｎ−ＤＢＲ１０１とｎ−クラッド層１０２との界面と、ｐ−クラッド層１０４とエアギャップ１１０との界面との間の光路長ｎｅｆｆ×ｄが下記式（１）の関係を満たす条件である。図１の形態の場合、ｎ−クラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４の３層で構成される第１の共振器の光学厚さ（光路長）ｎｅｆｆ×ｄが下記式（１）の関係を満たす条件である。
【００２５】
（ｍａ／２＋３／１６）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄ≦（ｍａ／２＋３／８）λ０      （１）
上記式（１）において、ｍａは２以上の整数である。また、ｎｅｆｆはｎ−ＤＢＲ  １０１とｎ−クラッド層１０２との界面と、ｐ−クラッド層１０４とエアギャップ１１０との界面との間の層の等価屈折率である。すなわち図１の形態の場合、ｎｅｆｆは、第１の共振器の等価屈折率である。
【００２６】
λ０はｎ−ＤＢＲ  １０１またはｅｘｔ−ＤＢＲ１０５の反射帯域の中心波長である。
【００２７】
図１に示す例では、制御機構としての駆動部１３０を用いてｅｘｔ−ＤＢＲ１０５を移動させて、距離αを変えることで波長可変な面発光レーザとなる。なお、このような機構として、ｅｘｔ−ＤＢＲ１０５を移動させずに積層体を移動させる機構を設けることで、発振波長を変えてもよいし、ｅｘｔ−ＤＢＲ１０５と積層体の双方を移動させるような機構を設けてもよい。  さらに、ＭＥＭＳ技術を用いて作製したｅｘｔ−ＤＢＲ１０５を、駆動部１３０を用いて上部反射鏡の面内に対して垂直な方向に、高速に往復運動させることより、発振させる光の波長を高速に変化させることができる。
【００２８】
なお、界面Ａと界面Ｂとの間の距離が短いほど、存在するモードの数が少ないため、波長可変幅が大きくなるので、上記式（１）の中で、可能な限りｍａが小さい条件が好ましく、ｍａが２であることが特に好ましい。
【００２９】
また、本実施形態に係る面発光レーザは、光路長ｎｅｆｆｄが下記の式（２）の関係を満たすことが好ましい。
【００３０】
（ｍａ／２＋１／４）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄ≦（ｍａ／２＋５／１６）λ０      （２）
式（２）におけるｍａ、λ０、ｎｅｆｆ、ｄは上記と同じである。
【００３１】
後述するように、上記式（２）を満たすように距離ｎｅｆｆ×ｄを設定すると、発振される光の波長の変化の幅はさらに大きい。
【００３２】
本実施形態に係る面発光レーザは、本発明の目的を達成できる範囲で、上記１０１から１０５以外の層が設けられていてもよい。例えば、第一のスペーサ層１０２と活性層１０３との間や、活性層１０３と第二のスペーサ層１０４との間に任意の層が設けられていてもよい。
【００３３】
なお、前記第二のスペーサ層と前記空隙部との間に誘電体層が設けられていないことが好ましい。
【００３４】
（下部反射鏡および上部反射鏡）
本実施形態において上部反射鏡および下部反射鏡は特に限定されないが、低屈折率層と高屈折率層とが交互に形成された多層膜反射鏡であることが好ましい。低屈折率層と高屈折率層は例えばλ０／４ｎｅｆｆの厚さにすることができる。ここで等価屈折率ｎｅｆｆは物質の屈折率を表し、単一の物質からなる場合は当該物質の屈折率であり、複数の物質からなる場合は、それぞれの物質の屈折率をその割合を重みづけして和をとった値として求めることができる。
【００３５】
また、下部反射鏡はｎ型の半導体の多層膜反射鏡を上部反射鏡は誘電体の多層膜反射鏡を用いることが好ましい。
【００３６】
なお、上部反射鏡および下部反射鏡は同一のλ０（反射波長帯域の中心波長）のものを用いる。また、上部反射鏡や下部反射鏡の反射波長帯域の中心波長は、上部反射鏡や下部反射鏡に光を照射し、反射した光の波長と反射率との関係を算出し、反射率が９０％となる２つの波長の中間値として求めることができる。
【００３７】
（第一のスペーサ層）
本実施形態における第一のスペーサ層としては、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘは０以上１以下）等を用いることができ、下部反射鏡と活性層との間の屈折率を調整する役割がある。屈折率の調整は層の厚みや、上記ｘの値を変えることで行う。第一のスペーサ層はｎ型スペーサ層であることが好ましい。なお、スペーサ層はクラッド層ということもある。
【００３８】
（活性層）
本実施形態における活性層としては、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘは０以上１以下の整数）やＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ（ｙは０以上１以下の整数）からなる材料などを用いることができる。
【００３９】
（第二のスペーサ層）
本実施形態における第二のスペーサ層は半導体からなり、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘは０以上１以下の整数）等を用いることができ、上部反射鏡と活性層との間の屈折率を調整する役割がある。ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓの屈折率は２．９から３．６のものが知られている。
【００４０】
第二のスペーサ層はｐ型スペーサ層であることが好ましい。その他の点については第一のスペーサ層と同様であるので説明は省略する。
【００４１】
（空隙部）
本実施形態において空隙部は通常空気からなるが、面発光レーザが所望の波長の光を発振するのであれば、その他の気体、液体が存在していてもよく、真空であってもよい。
【００４２】
（光路長）
本実施形態において光路長とは、物理的な距離に、その距離に存在する物質の等価屈折率を掛けた値である。
【００４３】
例えばｄの距離に等価屈折率ｎｅｆｆの物質が存在する場合、光路長はｎｅｆｆ×ｄとなる。
【００４４】
なお、厳密に言えば、面発光レーザ中には種々の光路が観念できるが、本発明及び本明細書中で光路長とは、特に断りがない限り、下部反射鏡と上部反射鏡との間で共振する光についての光路長をいう。したがって、各反射鏡と各層とを平行に配置した場合、それらの厚さ方向の物理的な距離に基づいて光路長を算出することができる。
【００４５】
（実施形態２）
実施形態に２に係る面発光レーザについて図２を用いて説明するが、実施形態１と共通する事項に関しては説明を省略し、異なる事項に関して説明する。また、図１と同じ機能の層は同一の符号を付している。実施形態１と異なるのは、ｐ−クラッド層１０４の上に電流狭窄構造を形成する層（周辺酸化領域３０１、非酸化領域３０２）、および、その上に配置された第２のｐ−クラッド層３０４が付加されている点である。
【００４６】
この電流狭窄構造により、ｐ−電極１２１から注入された電流は、酸化されて絶縁化した周辺酸化領域３０１を流れることが出来ないので、導電性の非酸化領域３０２に集中する。この電流狭窄構造によって注入電流を中央の狭い領域に集中させることにより、ＶＣＳＥＬのレーザ発振を低い注入電流で生じさせ、かつ、単一横モード発振を実現することができる。
【００４７】
この非酸化領域３０２は、例えばＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層を用いることができ、ｐ−クラッド層１０４、第２のｐ−クラッド層３０４より低い屈折率であるため、半導体共振器内の光強度分布に影響を与える。波長可変特性への影響を最小限にするためには、非酸化領域３０２を半導体共振器内の最適な位置へ配置することが必要である。
【００４８】
具体的には、非酸化領域３０２を、界面Ｃから界面Ｂまでの光路長ｎｅｆｆ×ｄｕ内に配置する。界面Ｃは、非酸化領域３０２とｐ−クラッド層１０４との界面である。界面Ｂは、第２のｐ−クラッド層３０４とエアギャップ１１０との界面（電流狭窄構造を形成する層のうちＭＱＷ活性層側の界面から前記第二のスペーサと前記空隙部との界面）である。図２で示す形態の場合は、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層３０２と第２のｐ−クラッド層３０４の積層の光学厚さ（光路長）ｎｅｆｆ×ｄｕが下記式（３）を満たすことが必要である。
【００４９】
（ｍｂ／２＋３／１６）λ０≦ｎｅｆｆ×ｄｕ≦（ｍｂ／２＋３／８）λ０      （３）
式（３）においてｍｂは０以上の整数である。ｎｅｆｆは非酸化領域３０２とｐ−クラッド層１０４の界面と、第２のｐ−クラッド層３０４とエアギャップ１１０との界面との間の層の等価屈折率である。すなわち図２の形態の場合ｎｅｆｆは、非酸化領域３０２と第２のｐ−クラッド層の等価屈折率である。λ０はｎ−ＤＢＲ  １０１またはｅｘｔ−ＤＢＲ１０５の反射帯域の中心波長である。ｄｕは、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層３０２と第２のｐ−クラッド層３０４の積層の厚さである。
【００５０】
また、電流狭窄構造の非酸化領域は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘは０．９５≦ｘ≦１を満たす整数）からなることが好ましい。このような組成である場合、酸化プロセスを制御性を高く行うことが可能であり、再現性の高い電流狭窄構造を形成できる。また、上記のような組成の場合第二のスペーサ層１０４よりも低い屈折率となり、半導体共振器内の光強度分布に影響を与える。波長可変特性への影響を最小限にするためには、非酸化領域を半導体共振器内の最適な位置へ配置することが必要である。上記式（３）で示される範囲は、この最適な位置を規定するものである。
【００５１】
なお、酸化狭窄構造を有する場合、実施形態２における第二のスペーサ層は、酸化狭窄構造を介して、面内に対して垂直な方向に２つの領域（ｐ−クラッド層と第２のｐ−クラッド層）に分離される。このとき、酸化狭窄構造を含む半導体積層体の光学厚さ（光路長）ｎｅｆｆｄｕは、上記式（１）を満たす。
【００５２】
（光干渉断層計（光干渉断層撮像装置））
波長可変レーザを用いた光干渉断層撮像装置（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置（以下、ＯＣＴ装置ということがある）は、分光器を用いないことから、光量のロスが少なく高ＳＮ比の断層像の取得が期待されている。
【００５３】
実施形態１または２に係る面発光レーザは、波長可変幅が広い波長可変レーザであるため、これをＯＣＴ装置の光源に使用することで、奥行き分解能が高い断層画像情報を取得することが可能である。以下、ＯＣＴ装置について図３を用いて説明する。
【００５４】
本実施形態に係るＯＣＴ装置は、光源部４０１、干渉光学系４０２、光検出部４０３、情報取得部４０４、を少なくとも有する構成であり、光源部４０１は上記で説明した本実施形態に係る面発光レーザである。また、図示していないが、情報取得部４０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部４０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部が入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していれば形態は特に限定されない。一例は、情報取得部４０４が演算部を有し、該演算部がフーリエ変換する機能を有する場合である。具体的には、該演算部がＣＰＵを有するコンピュータであり、このコンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを内蔵する場合である。他の例は、情報取得部４０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有する場合である。光源部４０１から出た光は干渉光学系４０２を経て測定対象の物体４１２の情報を有する干渉光となって出力される。干渉光は光検出部４０３において受光される。なお光検出部４０３は差動検出型でも良いし単純な強度モニタ型でも良い。受光された干渉光の強度の時間波形の情報は光検出部４０３から情報取得部４０４に送られる。情報取得部４０４では、受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換をし、物体４１２の情報（例えば断層像の情報）を取得する。なお、ここで挙げた光源部４０１、干渉光学系４０２、光検出部４０３、情報取得部４０４を任意に設けることができる。
【００５５】
以下、光源部４０１から光が発振されてから、測定対象の物体の断層像の情報を得るまでについて詳細に説明する。
【００５６】
光の波長を変化させる光源部４０１から出た光は、ファイバ４０５を通って、カップラ４０６に入り、照射光用のファイバ４０７を通る照射光と、参照光用のファイバ４０８を通る参照光とに分岐される。カップラ４０６は、光源の波長帯域でシングルモードのもので構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成することができる。照射光はコリメーター４０９を通って平行光になり、ミラー４１０で反射される。ミラー４１０で反射された光はレンズ４１１を通って物体４１２に照射され、物体４１２の奥行き方向の各層から反射される。一方、参照光はコリメーター４１３を通ってミラー４１４で反射される。カップラ４０６では、物体４１２からの反射光とミラー４１４からの反射光による干渉光が発生する。干渉した光はファイバ４１５を通り、コリメーター４１６を通って集光され、光検出部４０３で受光される。光検出部４０３で受光された干渉光の強度の情報は電圧などの電気的な情報に変換されて、情報取得部４０４に送られる。情報取得部４０４では、干渉光の強度のデータをフーリエ変換し断層像の情報を得る。この、フーリエ変換する干渉光の強度のデータは通常、等波数間隔サンプリングされたデータであるが、等波長間隔にサンプリングされたデータを用いることも可能である。
【００５７】
得られた断層像の情報は、情報取得部４０４から画像表示部４１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー４１０を照射光の入射する方向と垂直な平面内で走査することで、測定対象の物体４１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源部４０１の制御は情報取得部４０４が電気回路４１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源部４０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いてもよい。
【００５８】
上記実施形態１および２に係る面発光レーザは、広帯域の波長を高速で掃引が可能であるため、奥行き分解能が高解像な断層画像情報を高速に取得可能である。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。
【００５９】
（用途）
実施形態１、２で説明した面発光レーザは、上記のＯＣＴ以外にも、光通信用光源や光計測用光源として利用できる。光通信分野では、広い波長可変帯域による多重波長の数の増大が可能である。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る面発光レーザについて、再び図１を参照して説明する。
【００６１】
図１において、ｎ型のＧａＡｓ基板（不示図）上にｎ型のＡｌ０．１５ＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層から構成されるｎ−ＤＢＲ１０１、ｎ型のＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓから成るｎ−クラッド層１０２が積層されている。ｎ−クラッド層１０２上には、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層１０３、ｐ型のＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓから成るｐ−クラッド層１０４が積層されている。ｐ−クラッド層１０４の上面の周辺部にはコンタクト層（不示図）を介して、ｐ型電極１２１が形成されており、ｎ型のＧａＡｓ基板の裏面にはｎ型電極１２０が形成されている。以上で説明した構成部分（ｎ型のＧａＡｓ基板以外）からなるものをここではＶＣＳＥＬ部と呼ぶ。
【００６２】
一方、ＶＣＳＥＬ部の上にエアギャップ１１０を介して配置されるｅｘｔ−ＤＢＲ１０５は公知のＭＥＭＳ技術で形成されたシリコンのメンブレン上に形成されたＳｉＯ２とＴｉＯ２から成るＤＢＲである。ｅｘｔ−ＤＢＲ１０５は、ＧａＡｓ基板上に形成されたＶＣＳＥＬ部に対向して配置される。
【００６３】
ｎ−ＤＢＲ１０１、ｅｘｔ−ＤＢＲ１０５の反射帯域の中心波長は約８５０ｎｍであり、それぞれのＤＢＲを構成するＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ／ＡｌＡｓ、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の各層の厚さは、λ０／４ｎｅｆｆ（ｎｅｆｆは各層の等価屈折率）としている。
【００６４】
ｅｘｔ−ＤＢＲ１０５は、公知のＭＥＭＳ技術で形成されたシリコンのメンブレン上の形成されており、ＤＢＲとしての反射率は、ｎ−ＤＢＲ１０１より僅かに小さく設定されており、このｅｘｔ−ＤＢＲ１０５から発振光が外部に出射される。このメンブレン上のｅｘｔ−ＤＢＲ１０５を静電気により、ＧａＡｓ基板上のＶＣＳＥＬ部から離す方向に可動させることにより、エアギャップの距離αを可変させる。
【００６５】
ｎ−クラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４が形成する第１の共振器は、厚さ（３＋１／４）λ０／ｎｅｆｆに設定されており、ＭＱＷ活性層は光強度分布が最大となる位置に配置されている。ここで、ｎｅｆｆはｎ−クラッド層、ＭＱＷ活性層、ｐ−クラッド層の等価屈折率である。
【００６６】
上記構成において、ＶＣＳＥＬ部のｐ型電極１２１とｎ型電極１２０との間に通電してレーザ発振を生じさせ、更に、ｅｘｔ−ＤＢＲ  １０５を可動させてエアギャップ距離α（μｍ）の変化に伴うレーザ発振波長の依存性を図４（ａ）（ｂ）に示す。
【００６７】
図４（ａ）において、エアギャップ距離αが０．５μｍから０．９３μｍへの変化に対応して、レーザ発振波長は０．８１７μｍから０．８９５μｍまでの波長変化を生じる。
【００６８】
なお、同図には、比較例として、光路長ｎｅｆｆ×ｄを、３λ０、（３＋１／８）λ０、（３＋１／２）λ０とした構成のレーザ発振波長の依存性も示している。この図では、第１の共振器の長さを（３＋１／４）λ０とすることによって、広い範囲にわたって波長を変えることができることが示されている。なお、ｎ−クラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４が形成する第１の共振器光路長がｎｅｆｆ×ｄである。
【００６９】
また、図５に第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄと発振波長変化の幅との関係をまとめた。ｎｅｆｆ×ｄが（３＋３／１６）λ０、（３＋１／４）λ０、（３＋５／１６）λ０、（３＋３／８）λ０の場合が実施例で、それ以外の場合は比較例である。
【００７０】
図４（ｂ）では、第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄが（３＋１／４）λ０付近における可変波長特性のエアギャップ距離依存性を検討した結果である。この結果によると、ｎｅｆｆ×ｄが（３＋３／１６）λ０以上、（３＋３／８）λ０以下の範囲において、比較的広い波長可変幅が得られている。
【００７１】
以上の結果は、第１の共振器の光路長が３λ０付近についての広い範囲にわたって波長可変が可能であることが示されたと言える。しかし、第１の共振器内の定在波は、λ０／２に対して周期性を有しており、また、λ０／４と３λ０／４は等価となる。このことから、レーザ発振の波長可変幅を得るためのｎ−クラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４の３層で構成される第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄは第１の実施形態で記載している式（１）で表現される。
【００７２】
（実施例２）
本発明の実施例２に係る面発光レーザについて再び図２を参照して説明する。
【００７３】
本実施例では、ｐ−クラッド層１０４上に電流狭窄構造を有しており、ｐ−クラッド層１０４よりＡｌ組成の高いＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＞０．９５）層３０２およびｐ−クラッド層−２  ３０４が配置されている。このＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層３０２の周囲を酸化させて絶縁化した層（周辺酸化領域）３０１により、電流は酸化されていない中央部に集中する。この電流狭窄構造により、ＶＣＳＥＬのレーザ発振を低い注入電流で生じさせ、かつ、単一横モード発振を実現している。
【００７４】
波長可変ＶＣＳＥＬにおいても、電流狭窄構造による低しきい電流値および単一横モードは必要である。しかしながら、このＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層３０２はｐ−クラッド層１０４、ｐ−クラッド−２層：３０４より低い屈折率であるため、共振器内の光強度分布に影響を与える。そのため、波長可変特性への影響を最小限にするための最適な配置が必要である。その他の構成、機能、動さは実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７５】
実施例２では、このＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層３０２とｐ−クラッド層−２  ３０４の積層の光学厚さ（光路長）ｎｅｆｆ×ｄｕを（１／２＋１／４）λ０としている。
【００７６】
このｄｕは、実施形態２で記載した上記式（３）において、ｍｂ＝１の場合に相当する。
【００７７】
これにより、このＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ層３０２の低屈折率性が光強度分布に与える影響を低減すると共に、ｐ型電極から注入された電流が酸化されていないＡｌＧａＡｓ層３０２への電流経路を確保できる。それによって、実施例１と同等のエアギャップ距離に対するレーザ発振波長の波長可変特性が実現される。
【００７８】
図８に本実施例２に係る面発光レーザを用いた場合の光路長ｎｅｆｆ×ｄｕと発振波長の変化幅との関係を示す。図８によると、実施例１と同様に広い波長可変を実現できることがわかる。
【００７９】
また、また、第１の共振器の光路長ｎｅｆｆｄｕは、実施例１と同様に、λ０／２に対する周期性とλ０／４と３λ０／４の等価性により、実施形態２で記載した上記式（３）で表現される。
【００８０】
（実施例３）
本実施例に係る面発光レーザは、波長可変帯域が１．０μｍ近傍であり、かつ、図１において、ｎ−クラッド層１０２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ−クラッド層１０４で構成される第１の共振器の光路長が（１＋１／４）λ０  近傍である。
【００８１】
本実施例では、λ０を１．０７５μｍとして、デバイス構造を設計しており、ＭＱＷ活性層は、１．０μｍ帯に利得を有するＩｎ０．３８Ｇａ０．６２Ａｓ／ＧａＡｓで構成されている。
【００８２】
ｎ−クラッド層１０２はｎ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓから成り、ｐ−クラッド層１０４はｐ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓから成っており、他の構成は、実施例１と同じである。
【００８３】
実施例１と同様に、ｅｘｔ−ＤＢＲ  １０５を可動させてエアギャップ距離α（μｍ）の変化に伴うレーザ発振波長の変化を計算した。その結果を図９（ａ）（ｂ）に示す。
【００８４】
図９（ａ）は第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄが（１＋１／８）λ０、（１＋１／４）λ０、（１＋１／２）λ０の場合の波長可変特性を示しており、（１＋１／４）λ０  において、広い波長可変特性が得られている。
【００８５】
図９（ｂ）は第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄが（１＋１／４）λ０付近における発振波長のエアギャップ距離依存性を計算した結果である。その結果によると、第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄが（１＋３／１６）λ０  から（１＋５／１６）λ０の間において、発振波長の変化の幅が広い。
【００８６】
また、図１０に第１の共振器の光路長ｎｅｆｆ×ｄが（１＋１／８）λ０、（１＋３／１６）λ０、（１＋１／４）λ０、（１＋５／１６）λ０、（１＋３／８）λ０の場合の発振波長変化の計算結果をまとめた。
【００８７】
以上の結果は、上記式（１）のｍａ＝２に対応している。
【００８８】
（比較例）
図６に先行技術（ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．４６，ＮＯ．９，ｐ.１２４５−１２５３ ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ  ２０１０）相当の面発光レーザの素子の断面図を示す。実施例１のうちの１つでは、下部反射鏡１０１と第一のスペーサ層１０２との界面（界面Ａ）から第二のスペーサ層１０４と空隙部１１０との界面（界面Ｂ）までの光路長ｎｅｆｆ×ｄが、（３＋１／４）λ０である。それに対し、図６に示す上記先行技術相当の構造は、界面Ａから第二のスペーサ層と反射防止層（ＡＲ−ｌａｙｅｒ）６００との界面までの光路長ｎｅｆｆ×ｄが３λ０である。また図６において距離αは、反射防止層６００と空隙部１１０との界面から、空隙部と上部反射鏡１０５との界面までの距離である。
【００８９】
図７は、実施例１と先行技術相当の構造のそれぞれにおける、波長可変特性を示した図であり、本発明の実施例１の方が広い波長可変特性を示すことがわかる。
【符号の説明】
【００９０】
１０１  ｎ−ＤＢＲ（下部反射鏡）
１０２  ｎ−クラッド層（第一のスペーサ層）
１０３  ＭＱＷ活性層（活性層）
１０４  ｐ−クラッド層（第二のスペーサ層）
１０５  ｅｘｔ−ＤＢＲ（上部反射鏡）
１１０  エアギャップ（空隙部）
【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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