(57)【要約】【課題】  光出力強度または閾値電流値の波長依存性の小さい面発光レーザを提供すること。【解決手段】  下部反射鏡と、活性層と、空隙部と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、前記活性層のレーザ発振時の利得が最大となる波長λｇ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｇもしくはλｇ＜λ０＜λｒを満たすように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。【選択図】  図１
2018152573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層のレーザ発振時の利得が最大となる波長λｇ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｇもしくはλｇ＜λ０＜λｒを満たすように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層の利得の波長依存性をＧ（λ）、前記光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性をＲ（λ）としたときに、ｄ２Ｇ（λ）／ｄλ２＜０である領域と、ｄ２Ｒ（λ）／ｄλ２＞０である領域とを少なくとも一部重複するように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
前記λｇが前記λ０より大きく、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、λ０／４＜ｎｄを満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有する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。
【請求項４】
前記λｇが前記λ０より小さく、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、０＜ｎｄ＜λ０／４を満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有する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。
【請求項５】
前記隣接する層は空気であることを特徴とする請求項３または４に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記第一の層、前記第二の層、および前記第三の層はいずれも半導体層であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記半導体層を構成する材料がＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０≦ｘ≦１）で表わされる材料を有することを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
【請求項８】
前記積層体の両端のいずれか一方に前記第三の層が設けられていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記積層体の両端の両方に前記第三の層が設けられていることを特徴とする請求項３乃至７に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、前記第一の層が前記積層方向の両表面に積層された積層体を有し、
前記第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、前記中心波長λ０の１／２より大きい請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、前記第一の層が前記積層方向の両表面に積層された積層体を有し、
前記第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、前記中心波長λ０の１／２より小さい請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
前記駆動部は、前記上部反射鏡を変位させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１３】
前記上部反射鏡が回折格子であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１４】
前記駆動部は、前記下部反射鏡を変位させることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１５】
前記活性層は光が照射されて励起されることによって発光する請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１６】
前記活性層は電流が注入されることによって発光する請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１７】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層の基底準位の発光波長λｓ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｓもしくはλｓ＜λ０＜λｒを満たすように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１８】
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させ、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、
前記光検出部からの信号を処理して、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において、
前記光源部が請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の面発光レーザであ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、および面発光レーザを用いた光干渉断層計に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザの１つに、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、以下、ＶＣＳＥＬと呼ぶことがある）がある。ＶＣＳＥＬは、活性層の上下を二つの反射鏡で挟み、基板の表面に対して垂直な方向に共振器を形成し、基板の表面に対して垂直な方向にレーザ光を出射する。さらに、出射光の波長を変化させることができる波長可変ＶＣＳＥＬというものがある。その一例として、ＶＣＳＥＬにおける上部反射鏡と活性層との間に空隙部を設け、上部反射鏡をレーザ光の光路方向に移動させることで、共振器長を変更し、出射光の波長を変えることができるレーザがある。この、出射光の波長を変えることができる面発光レーザを、以下では、波長可変ＶＣＳＥＬということがある。
【０００３】
一方、波長可変ＶＣＳＥＬは光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＯＣＴと略すことがある）用の光源として好適であることが知られている。波長可変ＶＣＳＥＬをＯＣＴ用の光源に利用する場合、ＯＣＴの深さ分解能の向上のために、波長可変幅のさらなる広帯域化が望まれている。波長可変ＶＣＳＥＬの波長可変幅を広くするためには、活性層の上下に設けられる反射鏡において、広い反射帯域で高反射率とすることが挙げられる。
【０００４】
非特許文献１では、一対の分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲと略すことがある）が活性層の上下に設けられた構成を有する波長可変ＶＣＳＥＬを開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＮ  ＳＥＬＥＣＴＥＤ  ＴＯＰＩＣＳ  ＩＮ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．６，Ｎｏｖ．２０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＶＣＳＥＬから出力される光の強度の波長依存性は主に、上記活性層の利得スペクトルの波長依存性、上部反射鏡および下部反射鏡の反射率の波長依存性といった要素で決まる。
【０００７】
一方、波長可変光源を用いるＯＣＴの場合、その光源の光出力強度は、波長によって大きく異ならないことが好ましい。したがって、波長可変光源の１つである波長可変ＶＣＳＥＬをＯＣＴに用いる場合において活性層の利得スペクトル、上部反射鏡および下部反射鏡の反射率は、波長依存性が小さいことが好ましい。
【０００８】
しかし、波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、活性層の利得スペクトルは波長依存性を有することが知られている。例えば活性層の利得スペクトルはピーク波長の長波長側に利得が大きいなめらかな凸型の形状となる場合がある。しかも、活性層の利得スペクトルの形状は量子力学で決まっているため、容易に変えることはできない。
【０００９】
このような波長可変ＶＣＳＥＬを用いると、光出力強度の波長依存性が大きくなってしまうことがあり、正確なＯＣＴ像を得られない可能性がある。
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明は、光出力強度または閾値電流が波長によって大きく異ならな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】
【００１１】
本発明に係る面発光レーザは、下部反射鏡と、活性層と、空隙部と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、前記活性層のレーザ発振時の利得が最大となる波長λｇ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｇもしくはλｇ＜λ０＜λｒを満たすように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
別の本発明に係る面発光レーザは、下部反射鏡と、活性層と、空隙部と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、前記活性層の基底準位の発光波長λｓ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｓもしくはλｓ＜λ０＜λｒを満たすように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
別の本発明に係る面発光レーザは、下部反射鏡と、活性層と、空隙部と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、前記活性層の利得の波長依存性をＧ（λ）、前記光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性をＲ（λ）としたときに、ｄ２Ｇ（λ）／ｄλ２＜０である領域と、ｄ２Ｒ（λ）／ｄλ２＞０である領域とを少なくとも一部重複するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る面発光レーザによれば、光出力強度または閾値電流の波長依存性の小さい面発光レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬの構成を示す断面図。
【図２】従来の波長可変ＶＣＳＥＬの課題について説明するための図。
【図３】本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬの利得スペクトル、反射率、光出力強度の波長依存性について説明するための図。
【図４】本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬの利得スペクトル、反射率、光出力強度の波長依存性について説明するための図。
【図５】本発明の実施形態における上部反射鏡の構成を示す断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬが効果を奏するメカニズムについて説明するための図。
【図７】本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬが効果を奏するメカニズムについて説明するための図。
【図８】本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬを有するＯＣＴの構成について説明するための図。
【図９】本発明の実施例１における活性層の利得スペクトルを示す図。
【図１０】本発明の実施例１における（ａ）上部反射鏡の反射スペクトルを示す図（ｂ）波長可変ＶＣＳＥＬの閾値電流の波長依存性を示す図（ｃ）波長可変ＶＣＳＥＬの光出力強度の波長依存性を示す図。
【図１１】本発明の実施例２における（ａ）上部反射鏡の構成を示す断面図（ｂ）上部反射鏡の反射スペクトルを示す図（ｃ）波長可変ＶＣＳＥＬの閾値電流の波長依存性を示す図。
【図１２】本発明の実施例３における（ａ）上部反射鏡の構成を示す断面図（ｂ）上部反射鏡の反射スペクトルを示す図（ｃ）波長可変ＶＣＳＥＬの閾値電流の波長依存性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬについて説明する。図１は本実施形態に係る面発光レーザの断面図である。
【００１７】
本実施形態に係る面発光レーザは図１のように、下部電極１０１と、下部電極１０１の上に形成された基板１０２と、基板１０２の上に形成された下部反射鏡１１０と、下部反射鏡１１０の上に形成された下部クラッド層１０３と、下部クラッド層１０３の上に形成された活性層１０４と、活性層１０４の上に形成された上部クラッド層１２０と、上部クラッド層１２０の上に形成された上部電極１０５とを有する。また、上部クラッド層１２０の上に、絶縁層１０６が形成され、絶縁層１０６の上には、上部反射鏡１３０が形成されている。また、上部クラッド層１２０と上部反射鏡１３０との間は離間しており、空隙部１０７を有する。下部電極１０１、および上部電極１０５を用いて活性層１０４に電流が注入されると、そこで発光が生じ、その光が下部反射鏡１１０と上部反射鏡１３０とで形成される共振器内を往復し誘導放出を引き起こす。共振器内で誘導放出された光は、基板１０２の表面に対して垂直な方向に、すなわちｙ方向に、上部反射鏡１３０を透過して、特定の波長のレーザ光として出射される。また、上部クラッド層１２０は、電流狭窄層１２１を有するため、電極１０５から供給された電流は、電流狭窄層１２１の開口部分１２２を通って、活性層１０４に注入される。
【００１８】
ここで、上部クラッド層１２０と空隙部１０７との界面から、上部反射鏡１３０と空隙部１０７との界面までの距離（図１の距離α）を変えると、共振器長が変わるため、発振されるレーザ光の波長を変えることができる。したがって、距離αを変化させる駆動部１４０を用いれば、出射されるレーザ光の波長を変化させることができる。別の言い方をすれば、駆動部１４０を用いて、上部反射鏡１３０を光軸方向（図１のｙ方向）に上部反射鏡１３０を変位させることでレーザ光の波長を変化させることができる。
【００１９】
本実施形態に係る面発光レーザは、活性層のレーザ発振時の利得が最大となる波長λｇ、出射する光の中心波長λ０、光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｇもしくはλｇ＜λ０＜λｒを満たすように構成されている。上記特徴の構成で効果を奏する理由について図２乃至４を用いて以下に説明する。
【００２０】
ここで、光が出射される側の反射鏡の反射率が波長に依らず一定である場合（図２（ｂ））、利得が最大となる波長λｇに図２（ａ）のような波長依存性があると、出射される光の強度は図２（ｃ）のような波長依存性を有するようになる。通常、波長λｇは、図２（ａ）に示すように利得スペクトルの中心に対して長波長側で利得が大きく、短波長側で小さくなる。そのため、出射光強度は長波長側で大きく、短波長側で小さい。
【００２１】
そこで、利得スペクトルの波長依存性を考慮し、結果的に光出力強度の波長依存性が小さくなるように、光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性をもたせることで、光出力強度の波長依存性を小さくできる。
【００２２】
例えば、λ０に対してλｇが大きい場合（図３（ａ））は、λｒをλ０に対して小さくすると（図３（ｂ））、光出力強度の波長依存性が小さくなる（図３（ｃ））。
【００２３】
逆に、λ０に対してλｇが小さい場合（図４（ａ））は、λｒをλ０に対して大きくする（図４（ｂ））。それによって、光出力強度の波長依存性が小さくなる（図４（ｃ））。
【００２４】
上記λ０＜λｒやλｒ＜λ０を満たすように構成されている波長依存性を有する反射鏡の一例として、分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲと略すことがある）が挙げられる。
【００２５】
本実施形態に係る面発光レーザにおいて、下部反射鏡１１０と上部反射鏡１３０はともにＤＢＲである。下部反射鏡１１０は、高屈折率の層と低屈折率の層とが交互に積層された多層膜で構成されている。本実施形態において、上部反射鏡１３０は、λ０＜λｒやλｒ＜λ０を満たすように構成されている波長依存性を有する反射鏡である。
【００２６】
本実施形態における上部反射鏡１３０について、上部反射鏡１３０の拡大図である図５を用いて説明する。上部反射鏡１３０は、第一の層１３１と第二の層１３２とが交互に積層された積層体１３４を有し、第二の層１３２の屈折率（ｎ２）は第一の層１３１の屈折率（ｎ１）よりも小さい（ｎ１＞ｎ２）。また、積層体１３４の積層方向の両端の層が第一の層１３１である。なお、図１、２に示す上部反射鏡１３０を構成する層の積層数は一例であり、実際にはより多くの層を有する。なお、第一の層１３１、第二の層１３２は本実施形態に係る面発光レーザの中心波長λ０の１／４の光学厚さとしている。
【００２７】
なお、本明細書において中心波長とは、面発光型レーザから出射される光の波長範囲の中心の波長という意味で使用する。つまり、面発光レーザから出射される光の最短波長と最長波長の中心の波長を意味する。レーザから出射される光の波長は共振器長の変動幅、反射鏡の反射帯域、活性層の利得帯域などの要素によって決まる。設計時は、基本的には中心波長を設定して、それに合わせて各要素の構成を決める。
【００２８】
上部反射鏡１３０を構成する第一の層１３１と第二の層１３２の積層数を増やすことで、上部反射鏡１３０に、広帯域にわたって高反射率な反射特性をもたせることができる。
【００２９】
本実施形態に係る面発光レーザは、積層体１３４の両端の両方に、光学厚さｎｄが、λ０／４＜ｎｄまたは０＜ｎｄ＜λ０／４を満たすように構成されている第三の層を有する。第三の層１３３は、第一の層１３１より小さく、かつ、前記第三の層１３３の隣接する層（１３１または１０８）のうち積層体１３４とは逆側の層、すなわち空気の層１０８の屈折率よりも大きい屈折率（ｎ３）を有する。なお、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３はいずれも空気の層１０８の屈折率（≒１）よりも大きい。
【００３０】
次に図６、７を用いて、第三の層１３３を設ける効果について説明する。まず、図６（ａ）のように、第三の層１３３が設けられていない場合、第一の層１３１と空気の層１０８との界面で反射した光Ｌ１と第二の層１３２と第一の層１３１との界面で反射した光Ｌ２とは、同じ位相を有するため強めあい、反射が起こる。なぜなら光Ｌ１は光Ｌ２に比べて光路長がλ０／２大きく、かつ光Ｌ２は低屈折率（ｎ２）の層からきて高屈折率（ｎ１）の層の界面で反射する際に位相がλ０／２ずれるからである。このような光の強め合いが最も強く起こるのは、中心波長λ０のときであるため、λ０のときに反射鏡の反射率が最も大きい。一方、λ０に比べて波長が大きくなるにつれて、または小さくなるにつれて、反射率は小さくなる（図６（ｂ））。
【００３１】
一方、図６（ｃ）のように、第三の層１３３が設けられている場合、第三の層１３３と空気の層１０８との界面で反射した光Ｌ１’と第一の層１３１と第三の層１３３との界面で反射した光Ｌ２’とは、位相がλ０／２異なるため弱めあい、反射が抑制される。なぜなら光Ｌ１’は光Ｌ２’に比べて光路長がλ０／２大きく、かつ光Ｌ２は高屈折率（ｎ１）の層からきて低屈折率（ｎ３）の層の界面で反射する際に位相がずれないからである。また、このような反射の抑制効果は中心波長λ０に近いほど大きいため、中心波長λ０付近の反射率が低くなり、中心波長λ０に比べて波長が短くなるほど、または、長くなるほど反射の抑制効果が小さい（図６（ｄ））。さらに短波長、または長波長となると、再び反射抑制効果の高い波長が出現し、反射率が下がる。
【００３２】
ここで、図７（ａ）のように、第三の層１３３の光学厚さがλ０／４＜ｎｄである場合、中心波長λ０より長波長において、最も反射抑制効果が高くなるため、図７（ｂ）のように長波長帯域における反射率の低い反射鏡を実現できる。なぜなら反射抑制効果が最も高い光学厚さは、波長の１／４のときであり、逆にいえば、光学厚さが厚いほど、反射抑制効果の高い波長は長くなるからである。
【００３３】
図７（ｃ）のように、第三の層１３３の光学厚さが０＜ｎｄ＜λ０／４である場合、中心波長λ０より短波長において、最も反射抑制効果が高くなるため、図７（ｄ）のように短波長帯域における反射率の低い反射鏡を実現できる。なぜなら、先と同様、反射抑制効果が最も高い光学厚さは、波長の１／４のときであり、逆にいえば、光学厚さが薄いほど、反射抑制効果の高い波長は短くなるからである。
【００３４】
すなわち、活性層の利得スペクトルの波長依存性のグラフの凸部と、光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性のグラフの凹部とが一部重複するように構成することで、光出力強度または閾値電流の波長依存性を小さくできる。
【００３５】
また、本実施形態において、活性層の利得の波長依存性をＧ（λ）、光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性をＲ（λ）としたときに、ｄ２Ｇ（λ）／ｄλ２＜０である領域と、ｄ２Ｒ（λ）／ｄλ２＞０である領域とを少なくとも一部重複させる。その結果、光出力強度の波長依存性を小さくできる。
【００３６】
以上のことをグラフで示すと、図３（ａ）のような利得スペクトルとなる活性層を用いる場合は、図７（ａ）に示すような反射鏡を用いることで、光出力強度の波長依存性を小さくできる。
【００３７】
逆に、図４（ａ）のような利得スペクトルとなる活性層を用いる場合は、図７（ｃ）に示すような反射鏡を用いることで、光出力強度または閾値電流の波長依存性を小さくできる。また、このような、利得スペクトルを考慮して設計した波長依存性のある反射鏡（本実施形態においては上部反射鏡）の別の構成としては、以下のものが挙げられる。すなわち、光が出射される側の反射鏡が、第一の層と、第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が第一の層である積層体を有し、第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、中心波長λ０の１／２より大きい。
【００３８】
ここで、第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、中心波長λ０の１／２のときに、この上部反射鏡の反射スペクトルは、中心波長λ０で反射率が低くなる。
【００３９】
一方、第一の層の光学厚さが、中心波長λ０の１／２より大きいと、中心波長λ０よりも長波長領域で反射率が低くなる。同様に、第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、中心波長λ０の１／２より小さい場合、中心波長λ０よりも長波長領域で反射率が低くなる。したがって、第三の層を設けずに、第一の層の光学厚さを変えることで、反射率が低くなる波長を変えることができ、利得スペクトルに合わせた反射鏡の設計が可能となる。
【００４０】
なお、別の見方をすれば、本実施形態に係る面発光レーザにおける上記、λｒ＜λ０＜λｇとλｇ＜λ０＜λｒという範囲は、活性層の基底準位の発光波長λｓとしたとき、それぞれ、λｒ＜λ０＜λｓもしくはλｓ＜λ０＜λｒと言い換えることができる。
【００４１】
（上部反射鏡、および下部反射鏡）
本実施形態においては上部反射鏡および下部反射鏡は、少なくともいずれか一方が上記のような多層膜を有する積層体であればよく、両方ともに上記のような多層膜を有する積層体であってもよい。なお、本実施形態に係る上部反射鏡と下部反射鏡の構造や材料は各々独立に選ぶことができる。
【００４２】
また、上部反射鏡および下部反射鏡の一方が、回折格子、例えば高屈折率差サブ波長回折格子（Ｈｉｇｈ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＨＣＧと略すことがある）ミラーであってもよい。ＨＣＧミラーは、高屈折率の材料と低屈折率の材料とが面内方向に交互に周期的に並んだ構成である。ＨＣＧミラーの例として、ＡｌＧａＡｓ層のような半導体層を加工して周期的な空隙を設けた、高屈折率領域（ＡｌＧａＡｓ部）と低屈折領域（空隙部）の周期構造体が挙げられる。
【００４３】
波長可ＶＣＳＥＬの場合、移動させる方の反射鏡（図１では上部反射鏡）を軽量なミラーとすることが、波長可変速度を高速にするという観点から好ましい。そのため、本実施形態において上部反射鏡として厚い（重い）構成となる多層膜ミラーではなく、薄い（軽い）構成のＨＣＧミラーを用いることが好ましい。
【００４４】
誘電体多層膜ミラーの例として、酸化シリコン層としてのＳｉＯ２層と酸化チタン層としてのＴｉＯ２層のペアを複数組有する誘電体多層膜が挙げられる。
【００４５】
一方、半導体多層膜ミラー、すなわち第一の層、第二の層、および第三の層がいずれも半導体層である場合、半導体層を構成する材料がＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０≦ｘ≦１）で表わされる材料を有することが好ましい。例えば、高屈折率層としてのＧａＡｓ層と低屈折率層としてのＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０．９≦ｘ≦１）とのペアを複数組有する半導体多層膜が挙げられる。また、上記高屈折率層としてｘ＝１となるＡｌＡｓを用いることもできる。
【００４６】
なお、多層膜ミラーのペア数を適宜変えることによって高反射率の反射帯域幅や反射率を制御することが可能である。
【００４７】
また、本発明の実施形態においては、可動ミラーは静電引力で駆動するシリコンカンチレバーのようなＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）構造を用いることができる。
【００４８】
上記本実施形態における面発光レーザでは、上部反射鏡１３０を光取り出し側の反射鏡として用いているが、下部反射鏡１１０を光取り出し側の反射鏡として用いてもよい。光取り出し側の反射鏡のピーク反射率は、他方の反射鏡の反射率よりも低い。
【００４９】
ここで、光を取り出す側の反射鏡としては、反射率の値が９９．０％から９９．５％の間であることが好ましい。通常の設計では、ＤＢＲ、すなわち、高屈折率層である第一の層１３１と低屈折率層である第二の層１３２のペア数を増やすことで反射率が大きくなるため、高屈折率層と低屈折率層の材料が決まるとおおよそのペア数が決まる。本実施形態では、上部反射鏡１３０のペア数を通常の光取り出し側の反射鏡で用いられる設計のＤＢＲのペア数より多くする。すなわち、反射率のピークが９９．５％以上となるためのペア数で構成されるＤＢＲにさらに同一材料の数１０ペアの積層を付加する。光取り出し側の反射鏡のペア数の範囲として、第三の層を配置したときに、反射率の最適範囲である９９．０％から９９．５％の間となるようなペア数であることが好ましい。
【００５０】
上記本発明の実施形態において、第三の層１３３は空気の層１０８と接している構成を示したが、第三の層１３３よりも屈折率の低いＳｉＯ２等の誘電体材料を用いてもよい。ＳｉＯ２を用いた場合でも第三の層との屈折率差は大きくすることができ、また、誘電体材料を用いることで直接空気に半導体層（第三の層）が接触する場合よりも耐環境性を向上させることができる。
【００５１】
また一般的に、誘電体で構成されるＤＢＲと半導体で構成されるＤＢＲとでは、誘電体の方が屈折率差を大きくしやすいため、少ない積層数で高い反射率を実現できる。一方で、半導体で構成されるＤＢＲでは誘電体で構成されるＤＢＲに比べてペア数が多くなってしまうが、結晶成長中に同時に成膜できる、ドーピングにより電流を流すことが出来る等のプロセス上の利点がある。誘電体に比べて屈折率差を大きくとれない半導体でＤＢＲを形成する場合では、積層数を多くすることによって高い反射率、広い反射帯域を得ることができる。例えば、高屈折率層である第一の層と低屈折率である第二の層とが交互に３５ペア以上積層された構造を有することが好ましい。
【００５２】
（活性層）
本実施形態における活性層は電流を注入することで光を発生する材料であれば特に限定されない。８５０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合、ＡｌｎＧａ（１−ｎ）Ａｓ（０≦ｎ≦１）からなる量子井戸構造を有する材料を用いることができる。また、１０６０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合、ＩｎｎＧａ（１−ｎ）Ａｓ（０≦ｎ≦１）からなる材料などを用いることができる。
【００５３】
また、本実施形態における活性層は十分に広い利得を有するものであることが好ましく、具体的には上部反射鏡および下部反射鏡の反射帯域より広い波長領域において利得を有することが好ましい。そのような活性層としては、例えば、少なくとも２つ以上の異なるエネルギー準位で発光が可能な量子井戸構造を有する活性層が挙げられる。また、量子井戸構造は、単量子井戸または多重量子井戸を有するように複数の層で構成されたものであってもよい。
【００５４】
本実施形態における活性層の材料・構造は、発振波長させたい波長に応じて適宜選択できる。
【００５５】
また、本実施形態における活性層は光が照射されて励起されることによって発光してもよいし、電流が注入されることによって発光してもよい。したがって、本実施形態における面発光レーザまたは、後述する光干渉断層計は、活性層を励起するための励起光源を有していてもよいし、活性層に電流を注入するための電源を有していてもよい。
【００５６】
（第一のクラッド層、および第二のクラッド層）
本発明の実施形態においては、光やキャリアを閉じ込めるためにクラッド層が設けられる。また本発明の実施形態においては、共振器長を調整するためのスペーサとしての役割もクラッド層が担っている。
【００５７】
本実施形態における第一のクラッド層、第二のクラッド層として、出射する波長帯域によりＡｌの組成を適宜選択したＡｌＧａＡｓ層を用いることができる。例えば、８５０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合にはＡｌ０．８ＧａＡｓ層を用いることができ、１０６０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合は、Ａｌ０．４ＧａＡｓ層とＧａＡｓ層との積層を用いることができる。なお、第一のクラッド層と第二のクラッド層とは導電型が互いに異なるものである。また、共振器長については、波長固定ＶＣＳＥＬではλ共振器であったり、５λ程度の長共振器とすることができるため、共振器長を確保するためにクラッド層厚を調整する。一方で、波長可変ＶＣＳＥＬにおいては、可動ミラーの可動領域（後述の空隙部）や駆動、また電流狭窄構造を考慮すると３乃至は４λ共振器とすることが好ましく、クラッド層厚を調整する。なおクラッド層厚を調整する際には必ずしも第一のクラッド層と第二のクラッド層の厚さを同じにする必要はなく、共振器長を調整できれば適宜選択できる。
【００５８】
（電流狭窄層）
本実施形態においては、レーザに注入された電流が流れる領域を制限するための電流狭窄層を必要に応じて設けることができる。電流狭窄層は水素イオン打ち込み、あるいはクラッド層内に設けたＡｌ組成９０％以上のＡｌＧａＡｓ層を選択的に酸化することで形成される。
【００５９】
（空隙部）
本実施形態における空隙部には通常固体が存在しない。よって、その雰囲気により空隙部は真空であってもよいし、空気、不活性ガス、水のような液体といった流体が存在してもよい。なお、空隙部の長さ（図１のα）は、波長可変帯域幅や可動ミラーのプルインを考慮して決定することができる。例えば、空隙部を空気とした１０６０ｎｍを中心として波長可変帯域幅１００ｎｍで可変する３ないしは４λ共振器においては、空隙部の長さは１μｍ程度となる。
【００６０】
（駆動部）
駆動部は、本実施形態に係る波長可変ＶＣＳＥＬの共振器長を変化させることができるものであれば特に限定されない。例えば、ＭＥＭＳ機構を用いて電圧を印加することで駆動する駆動部や、ピエゾ等の圧電材料を用いて駆動する駆動部が挙げられる。また、本実施形態において片持ち梁構造となっているが、両持ち梁構造となっていてもよい。
本実施形態における駆動部は、上部反射鏡を変位させる構成であってもよいし、下部反射鏡を変位させる構成であってもよいし、両方を変位させる構成であってもよい。
【００６１】
（光干渉断層計）
波長可変光源を用いた光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下、ＯＣＴと略すことがある）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。実施形態による面発光レーザをＯＣＴの光源部に用いた例について図８を用いて説明する。
【００６２】
本実施形態に係るＯＣＴ装置８は、光源部８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、情報取得部８０４、を少なくとも有する構成であり、光源部８０１として上述した面発光レーザを用いることができる。また、図示していないが、情報取得部８０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部８０４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８０４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実行する場合である。他の例は、情報取得部８０４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８０１から出た光は干渉光学系８０２を経て測定対象の物体８１２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８０３において受光される。なお光検出部８０３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８０３から情報取得部８０４に送られる。情報取得部８０４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８１２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８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、情報取得部８０４を任意に設けることができる。
【００６３】
以下、光源部８０１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。
【００６４】
光の波長を変化させる光源部８０１から出た光は、ファイバ８０５を通って、カップラ８０６に入り、照射光用のファイバ８０７を通る照射光と、参照光用のファイバ８０８を通る参照光とに分岐される。カップラ８０６は、光源の波長帯域でシングルモード動作のもので構成し、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８０９を通って平行光になり、ミラー８１０で反射される。ミラー８１０で反射された光はレンズ８１１を通って物体８１２に照射され、物体８１２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８１３を通ってミラー８１４で反射される。カップラ８０６では、物体８１２からの反射光とミラー８１４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８１５を通り、コリメーター８１６を通って集光され、光検出部８０３で受光される。光検出部８０３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８０４に送られる。情報取得部８０４では、干渉光の強度のデータを処理、具体的には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、等波数間隔に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。
【００６５】
得られた断層像の情報は、情報取得部８０４から画像表示部８１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー８１１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８１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源部８０１の制御は情報取得部８０４が電気回路８１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源部８０１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。本発明の実施形態による面発光レーザはレーザ光を出射させるための閾値電流の増大を抑制しつつ、広帯域にわたるレーザ光を発振できるため、ＯＣＴ装置に用いた場合、レーザ光を出力するための電流を小さくしつつ、深さ分解能の高い断層像を取得できる。
【００６６】
実施形態に係るＯＣＴ装置は、眼科、歯科、皮膚科等の分野において、動物や人のような生体の断層像を取得する際に有用である。生体の断層像に関する情報とは、生体の断層像のみならず、断層像を得るために必要な数値データをも含む。
特に測定対象を人体の眼底とし、眼底の断層像に関する情報を取得するために用いることが好適である。
【００６７】
（他用途）
本発明の実施形態による面発光レーザは、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。
【実施例】
【００６８】
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や層構造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、の製造方法は、実施例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、装置、各種パラメータは実施例に限定されない。また、半導体材料、電極材料、誘電体材料などに関しても実施例で開示したものに限らない。
【００６９】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る、１０６０ｎｍを中心波長とする波長可変ＶＣＳＥＬの構成について、図１を用いて説明する。本実施例に係る波長可変ＶＣＳＥＬは、図１に示すように、片持ち梁構造である。
【００７０】
本実施例における面発光レーザは、基板１０２としてｎ型ＧａＡｓ基板、下部反射鏡１１０としてｎ型半導体ＤＢＲ、活性層１０４として量子井戸構造を有するＩｎＧａＡｓ層、絶縁層１０６としてＧａＡｓ層、上部反射鏡１３０としてｎ型半導体ＤＢＲを用いる。
【００７１】
下部反射鏡１１０はＧａＡｓとＡｌＡｓとが交互に４０ペア積層された構造である。
【００７２】
また、電流狭窄層１２１として選択酸化によって設けられたＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を用いる。レーザ駆動用の電極は、下部電極１０１としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型電極、上部電極１０５としてＴｉ／Ａｕからなるｐ電極を用いる。これらの電極によって、活性層１０４に電流を注入して発光させ、レーザ発振させる。さらに、駆動部１４０を用いてＭＥＭＳ駆動させることで上部反射鏡１３０をｙ方向に変位させることで、レーザ光の波長を変化させることができる。
【００７３】
図９にレーザが動作する時の標準的なキャリア密度の範囲である３ｘ１０１８ｃｍ−１、４ｘ１０１８ｃｍ−１、５ｘ１０１８ｃｍ−１それぞれのときの活性層１２１の利得スペクトルを示す。活性層１２１はＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓの量子井戸を有し、下部クラッド層１０３から上部クラッド層１２０にかけて、量子井戸が３つ存在する。量子井戸の基底準位は波長１０８０ｎｍである。図９より、どのキャリア密度でも基底準位付近の波長に利得のピークがあることが分かる。そして、波長１０８０ｎｍよりも波長が長くなるにつれて急激に利得が低下する。一方、波長が短くなるにつれて、利得は緩やかに減少する。図９に示す利得スペクトルは、上記で説明したように、量子力学的に決まっており、容易に変えることができない。そこで、本実施例では、上部反射鏡の反射率のスペクトルを、図９のような利得スペクトルの形状に合わせて設計することで、光出力強度または閾値電流の波長依存性を小さくしている。
【００７４】
本実施例に係る上部反射鏡の構成とその特性について説明する。本実施例に係る上部反射鏡１３０は、高屈折率層である第一の層（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層）と低屈折率層である第二の層（Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層）とが交互に積層された積層体を有し、第一の層が積層体の両表面となるような構成である。第一の層と第二の層のペアが４７ペアと第一の層が１層であるため、ここでは４７．５ペアと呼ぶ。そして、このような積層体の両端の両方に第三の層（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ）が設けられている。なお、第一、第二の各層の光学厚さは、中心波長（１０６０ｎｍ）の１／４とし、第三の層の光学厚さは中心波長（１０６０ｎｍ）の１／３．８とした。第一の層、第二の層、第三の層の屈折率はそれぞれ、ｎ１＝３．３５、ｎ２＝３．０５、ｎ３＝３．１４である。
【００７５】
図１０（ａ）に上記本実施例における上部反射鏡の反射率の波長依存性のグラフを示す（実施例１（４７．５ペア＋第三の層））。また、図１０（ａ）に従来例として、上記第一の層と第二の層を交互に２２ペア積層した構造にさらに第一の層を積層して両端の層が第一層となるようにした反射鏡（２２．５ペア）の反射率の波長依存性を示す。さらに、上記第一の層と第二の層を交互に４７ペア積層した構造にさらに第一の層を積層して両端の層が第一の層となるようにした反射鏡（４７．５ペア）の反射率の波長依存性を示す。本実施例における上部反射鏡（４７．５ペア＋第三の層）は、従来例（２２．５ペア）、従来例（４７．５ペア）に比べて、低波長領域で反射率が高く、長波長領域で反射率が低くなっていることがわかる。
【００７６】
図１０（ａ）のような特性を示す上部反射鏡を本実施例に係る波長可変ＶＣＳＥＬに適用した場合の閾値電流、および駆動電流（閾値の４倍）での光出力強度の波長依存性のグラフを図１０（ｂ）、（ｃ）に示す。
【００７７】
図１０（ｂ）によると、従来例（２２．５ペア）と本実施例を比較すると、本実施例の方がより広い波長帯域で閾値電流の波長依存性が小さいことが分かる。また、図１０（ｃ）によると、従来例（２２．５ペア）および従来例（４７．５ペア）と本実施例を比較すると、本実施例の方がより広い波長帯域、具体的には１０３０ｎｍ付近から１０８０ｎｍ付近まで、光出力強度の波長依存性が小さいことが分かる。
【００７８】
以上より、利得スペクトルを考慮した波長依存性のある反射鏡を導入することにより、従来例と比較して、レーザ特性の安定化、具体的には閾値電流および光出力強度の波長依存性が小さくなることが分かる。
【００７９】
なお、本実施例に係る波長可変ＶＣＳＥＬは、エピタキシャル成長と選択ウエットエッチングを用いて製造することができる。空隙部１０７はＧａＡｓを犠牲層として成膜し、選択ウエットエッチングによって形成することができる。ＧａＡｓのエッチャントとしては、水とクエン酸と過酸化水素の混合液を用いることで、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成に応じた選択エッチングが可能である。本実施例では水とクエン酸（重量比１：１）を混ぜ合わせたクエン酸溶液と、濃度３０％の過酸化水素水を４：１の割合で混ぜたものをエッチャントとして用いた。エッチング時間を制御することで、上部反射鏡１３０の梁を支えるＧａＡｓ層１０６と上部反射鏡１３０を残した本実施例に係る波長可変ＶＣＳＥＬを形成することができる。
【００８０】
（実施例２）
本発明の実施例２に係る波長可変ＶＣＳＥＬついて図１１を用いて説明する。実施例２では、実施例１と異なる点について説明し、共通する点については、説明を省略する。
本実施例では上部反射鏡を構成する高屈折率層と低屈折率の２種類の層のみで所望の反射スペクトルを構成している。その際、構成する高屈折率層の一つの光学厚さを中心波長の０．５１３倍としている。すなわち、第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、中心波長λ０の１／２より大きい構成である。それ以外は実施例１と同じ構成である。
【００８１】
上部反射鏡の具体的な構成を図１１（ａ）に示す。上部反射鏡１１３０は屈折率３．３５の第一の高屈折率層１１３１と屈折率３．０５の低屈折率層１１３２とが交互に４６ペア積層された積層体１１３３を有する。第一の高屈折率層と低屈折率層の光学厚さは、ともに中心波長（１０６０ｎｍ）の１／４としている。
【００８２】
そして積層体の上に厚さが中心波長（１０６０ｎｍ）の０．５１３倍で屈折率３．３５の第二の高屈折率層１１３４、そしてその上に、先と同じ低屈折率層１１３２と高屈折率層１１３１とが設けられている。すなわち、４７．５ペアとなっている。
【００８３】
このような上部反射鏡で実現される反射率の波長依存性を図１１（ｂ）に示す。また、図１１（ｂ）には、従来例として、実施例１の図１０（ａ）にも示した従来例（２２．５ペア）の反射スペクトルを示す。
【００８４】
図１１（ｂ）より、本実施例における上部反射鏡の反射スペクトルも、実施例１と同様に、反射スペクトルのピークが中心波長より短波長側に位置していることが分かる。
【００８５】
また、図１１（ｃ）に図１１（ｂ）で示した２つの種類の反射鏡を用いた場合の波長可変ＶＣＳＥＬの閾値電流の比較を示す。図１１（ｂ）より、従来例と比較して、本実施例の反射鏡を用いることで、閾値電流がより広い波長可変帯域で安定していることが分かる。したがって、光出力強度の波長依存性も小さくなる。
【００８６】
（実施例３）
本発明の実施例３に係る波長可変ＶＣＳＥＬついて図１２を用いて説明する。実施例３では、実施例１と異なる点について説明し、共通する点については、説明を省略する。本実施例では、活性層の利得、および上部反射鏡の構造が実施例１とは異なる。
【００８７】
また本実施例に係る波長可変ＶＣＳＥＬは活性層１０４が非対称量子井戸構造である点が実施例１と異なる。活性層１０４は実施例１と同様に、１０８０ｎｍ付近に利得のピークを持つ３つのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＱＷ層を有するが、それに加えて、１０４０ｎｍ付近に利得のピークを持つ１つのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＱＷ層を有する。
【００８８】
次に、上部反射鏡１２３０の具体的な構成を図１２（ａ）に示す。上部反射鏡１２３０は、高屈折率層である第一の層（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層）と低屈折率層である第二の層（Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層）とが交互に積層された層を有し、両端の層が第一の層である積層体１２３４である。すなわち、第一の層と第二の層のペアが４７ペアと第一の層が１層であるため、ここでは４７．５ペアと呼ぶ。そして、このような積層体の両端の層のうちの一方に屈折率が３．１で、光学厚さが中心波長（１０６０ｎｍ）の１／４より薄い、１／４．３である第一の中間屈折率層１２３３が設けられている。また、積層体１２３４のもう一方の表面に、光学厚さが中心波長（１０６０ｎｍ）の１／４より厚い、３．９２倍である屈折率３．１の第二の中間屈折率層１２３５が設けられている。
【００８９】
図１２（ｂ）に本実施例における活性層の利得の波長依存性、図１２（ｃ）に上記のような構成の上部反射鏡の反射率の波長依存性を示す。なお、活性層の利得スペクトルは、キャリア密度が、３ｘ１０１８ｃｍ−１の時である。図１２（ｃ）より、本実施例における活性層は１０４０ｎｍおよび１０８０ｎｍ付近に利得のピークを持っていることが分かる。また、本実施例における上部反射鏡の反射スペクトルは、１０５０ｎｍおよび１０７５ｎｍに極小値があることが分かる。
【００９０】
本実施例では活性層に異なる基底順位を持つ量子井戸が設けられているため、活性層の利得スペクトルは複数のピークを持つ。そこで、それらの利得のピーク合わせるために、光学厚さの異なる２種類の異なる中間屈折率層を導入している。第一の中間屈折率層１２３３はその光学厚さが、中心波長の１／４より薄いため、中心波長より短波長側において反射率が低い領域を形成している。一方、第二の中間屈折率層１２３５は、逆に光学厚さが中心波長の１／４より厚いため、中心波長より長波長側において反射率が低い領域を形成している。
【００９１】
このような構成とすることで、上記した原理により、光出力強度または閾値電流の波長依存性を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０１  下部電極
１０２  基板
１０３  下部クラッド層
１０４  活性層
１０５  上部電極
１０６  絶縁層
１０７  空隙部
１２０  上部クラッド層
１２１  電流狭窄層
１３０  上部反射鏡
１３１  第一の層
１３２  第二の層
１３３  第三の層
１３４  積層体
１４０  駆動部
【図１】
2018152573.tif 000003
【図２】
2018152573.tif 000004
【図３】
2018152573.tif 000005
【図４】
2018152573.tif 000006
【図５】
2018152573.tif 000007
【図６】
2018152573.tif 000008
【図７】
2018152573.tif 000009
【図８】
2018152573.tif 000010
【図９】
2018152573.tif 000011
【図１０】
2018152573.tif 000012
【図１１】
2018152573.tif 000013
【図１２】
2018152573.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月24日(2018.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層のレーザ発振時の利得が最大となる波長λｇ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｇを満たすように構成され、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、λ０／４＜ｎｄを満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有し、
前記第三の層は、前記第三の層が設けられることによって、前記面発光レーザの光出力強度または閾値電流の波長依存性が小さくなるように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層のレーザ発振時の利得が最大となる波長λｇ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｇ＜λ０＜λｒを満たすように構成され、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、０＜ｎｄ＜λ０／４を満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有し、
前記第三の層は、前記第三の層が設けられることによって、前記面発光レーザの光出力強度または閾値電流の波長依存性が小さくなるように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層の利得の波長依存性をＧ（λ）、前記光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性をＲ（λ）としたときに、ｄ２Ｇ（λ）／ｄλ２＜０である領域と、ｄ２Ｒ（λ）／ｄλ２＞０である領域とを少なくとも一部重複するように構成され、
前記λｇが前記λ０より大きく、前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、λ０／４＜ｎｄを満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有し、
前記第三の層は、前記第三の層が設けられることによって、前記面発光レーザの光出力強度または閾値電流の波長依存性が小さくなるように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項４】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層の利得の波長依存性をＧ（λ）、前記光が出射される側の反射鏡の反射率の波長依存性をＲ（λ）としたときに、ｄ２Ｇ（λ）／ｄλ２＜０である領域と、ｄ２Ｒ（λ）／ｄλ２＞０である領域とを少なくとも一部重複するように構成され、
前記λｇが前記λ０より小さく、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、０＜ｎｄ＜λ０／４を満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有し、
前記第三の層は、前記第三の層が設けられることによって、前記面発光レーザの光出力強度または閾値電流の波長依存性が小さくなるように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項５】
前記隣接する層は空気であることを特徴とする請求項３または４に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記第一の層、前記第二の層、および前記第三の層はいずれも半導体層であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記半導体層を構成する材料がＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（０≦ｘ≦１）で表わされる材料を有することを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
【請求項８】
前記積層体の両端のいずれか一方に前記第三の層が設けられていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記積層体の両端の両方に前記第三の層が設けられていることを特徴とする請求項３乃至７に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、前記第一の層が前記積層方向の両表面に積層された積層体を有し、
前記第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、前記中心波長λ０の１／２より大きい請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、前記第一の層が前記積層方向の両表面に積層された積層体を有し、
前記第一の層のうちの１つの層の光学厚さが、前記中心波長λ０の１／２より小さい請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
前記駆動部は、前記上部反射鏡を変位させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１３】
前記上部反射鏡が回折格子であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１４】
前記駆動部は、前記下部反射鏡を変位させることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１５】
前記活性層は光が照射されて励起されることによって発光する請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１６】
前記活性層は電流が注入されることによって発光する請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１７】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層の基底準位の発光波長λｓ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｒ＜λ０＜λｓを満たすように構成され、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、λ０／４＜ｎｄを満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有し、
前記第三の層は、前記第三の層が設けられることによって、前記面発光レーザの光出力強度または閾値電流の波長依存性が小さくなるように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１８】
下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記活性層の基底準位の発光波長λｓ、前記出射する光の中心波長λ０、前記光が出射される側の反射鏡の反射率が最大となる波長λｒの関係が、λｓ＜λ０＜λｒを満たすように構成され、
前記光が出射される側の反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、光学厚さｎｄが、０＜ｎｄ＜λ０／４を満たすように構成されている第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きい屈折率を有し、
前記第三の層は、前記第三の層が設けられることによって、前記面発光レーザの光出力強度または閾値電流の波長依存性が小さくなるように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１９】
前記光が出射される側の反射鏡の反射率が９９．０％から９９．５％の間にあることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項２０】
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させ、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、
前記光検出部からの信号を処理して、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において、
前記光源部が請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の面発光レーザであることを特徴とする光干渉断層計。