(57)【要約】【課題】  レーザ光横モードの検出精度を向上させる。【解決手段】  上部反射鏡（１０５）と、下部反射鏡（１０１）と、それらの間に設けられた活性層（１０３）と、を有する面発光レーザ（１、２）において、前記上部反射鏡と前記下部反射鏡とで形成される共振器内の光路（Ｌ）に、レーザ光を検出するための、互いに独立した複数の受光部（１５０）が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部反射鏡と、下部反射鏡と、それらの間に設けられた活性層と、を有する面発光レーザにおいて、
前記上部反射鏡と前記下部反射鏡とで形成される共振器内の光路に、レーザ光を検出するための、互いに独立した複数の受光部が設けられていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記活性層と前記下部反射鏡との間に第一のクラッド層が、前記上部反射鏡と前記活性層との間に第二のクラッド層が設けられ、前記上部反射鏡との間の光路に空隙部を有し、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間の距離を変化させる駆動部を有することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記活性層と前記下部反射鏡との間に第一のクラッド層が、前記上部反射鏡と前記活性層との間に第二のクラッド層が設けられ、
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つが、前記第二のクラッド層上に設けられている請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つが、前記上部反射鏡の上に設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、前記面発光レーザから出射される光の光強度のピーク値の１／１０以下の光強度となる位置に設けられている請求項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】
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、前記面発光レーザから出射される光強度のピーク値の１／１００以下の光強度となる位置に設けられている請求項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】
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、前記光路の中心から半径１０μｍの領域の内部に設けられている請求項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】
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、前記光路の中心から半径２μｍの領域の外側に設けられている請求項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】
前記活性層と前記下部反射鏡との間に半導体層を有する第一のクラッド層が、前記上部反射鏡と前記活性層との間に半導体層を有する第二のクラッド層が設けられ、
前記複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、前記第一のクラッド層または前記第二のクラッド層と隣接しており、隣接する前記第一のクラッド層または前記第二のクラッド層の導電型とは異なる導電型の半導体層を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前記複数の受光部は、レーザ光の横モードを検出するための回路に接続されている請求項１乃至９のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記複数の受光部は、レーザ光の強度を測定するための回路に接続されている請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
前記複数の受光部で検出された信号を前記面発光レーザの駆動にフィードバックするためのフィードバックループが形成されている請求項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】
前記複数の受光部のうち少なくとも１つが、電流狭窄層の上方に設けられている請求項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】
前記複数の受光部の数は３つ以上であり、それらが、レーザ光の放射方向と交差する面に、２次元状に設けられている請求項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】
前記複数の受光部で検出した光強度に基づいて前記面発光レーザの横モードを制御する制御部を有する請求項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】
前記制御部は、前記面発光レーザから出射される光の横モードがシングルモードとなるように制御する請求項１５に記載の面発光レーザ。
【請求項１７】
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１６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。
【請求項１８】
前記情報取得部が生体の断層像に関する情報を取得する請求項１７に記載の光干渉断層計。
【請求項１９】
前記生体の断層像に関する情報は眼底の断層像に関する情報である請求項１８に記載の光干渉断層計。
【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  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  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、出射光の波長を変更することができる波長可変ＶＣＳＥＬというものがあり、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。
【０００３】
ここで、ＶＣＳＥＬを光干渉断層計用光源やレーザービームプリンタ用の光源として用いる場合、出力される光の強度はできるだけ変動がないように所定の範囲内に収め、横モードはシングルモードであることが好ましい。
【０００４】
特許文献１には、面発光レーザとしての面発光型半導体レーザにおいて、図９のようにレーザ内部の光導波路内に設けられた光吸収層１を受光部として用い、レーザ光の光出力をモニタすることが、開示されている。図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は断面図である。また、符号１５は活性領域、符号１３及び１７は共振器を構成するＤＢＲミラー、符号２１、２２及び２３は電極をそれぞれ示す。この面発光型半導体レーザは、図９（ａ）のように円筒形であり、光吸収層（受光部）は１つである。また、この光吸収層（受光部）を用いて、出射される光の横モードがシングルモードからマルチモードへ変化したことを検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１に開示の面発光型半導体レーザが有する光吸収層（受光部）は１つのみであるため、出力される光横モードがシングルモードであるかマルチモードであるかの区別を十分な精度で行うことができない。すなわち、出射される光の横モードがシングルモードであって且つ光路が変化した場合と、光路が不変であって且つ横モードがシングルモードからマルチモードへと変化した場合とを区別できないという課題を、本発明者は見出したのである。特に波長可変ＶＣＳＥＬでは、上部反射鏡を移動させる際に、シングルモードの光の光路が変化してしまう可能性があり、前述の課題が生じやすい。
【０００７】
そこで本発明は、出力される光の横モード検出を、従来技術より精度良く行うことができる面発光レーザ、および光干渉断層計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】
【０００８】
本発明に係る面発光レーザは、上部反射鏡と、下部反射鏡と、それらの間に設けられた活性層と、を有する面発光レーザにおいて、前記上部反射鏡と前記下部反射鏡とで形成される共振器内の光路に、レーザ光を検出するための、互いに独立した複数の受光部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る面発光レーザによれば、それぞれ独立してレーザ光を検出できる受光部が、共振器内の光路に複数が設けられているため、レーザ光の横モードをより精度よく検出することができる。
【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上面図（ａ）と、Ａ−Ａ’断面における断面図（ｂ）、である。
【図２】本発明の実施形態に係る面発光レーザにおいて、光出力の強度と横モードの動作状態を検出するメカニズムを説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る面発光レーザの素子の上面図（ａ）と、Ｂ−Ｂ’断面における断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の実施形態における、受光部を別の位置に設けた構成について説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態における、受光部について説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光干渉断層計について説明するための図である。
【図７】本発明の実施例１に係る面発光レーザの素子の上面図（ａ）と、Ｃ−Ｃ’断面における断面図（ｂ）である。
【図８】本発明の実施例１に係る面発光レーザＬの受光部周辺を示す図である。
【図９】従来の面発光型半導体レーザの構成を示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（実施形態１）
実施形態１に係る面発光レーザについて説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る面発光レーザの上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’断面における断面図である。なお、図１（ａ）では、上部反射鏡１０５を除いた図を示している。
【００１３】
面発光レーザは、基板１６０上に、下部反射鏡１０１と、下部反射鏡１０１の上に形成された第一のクラッド層１０２と、第一のクラッド層１０２の上に形成された活性層１０３と、活性層１０３の上に形成された第二のクラッド層１０４と、第二のクラッド層１０４上に設けられた円盤状の上部反射鏡１０５とを有する。また、基板１６０の下には第一の電極１２０が設けられている。また、第二のクラッド層１０４の上には円環状の第二の電極１２１が設けられている。第一の電極１２０、および第二の電極１２１を用いて活性層１０３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１０１と上部反射鏡１０５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１６０の表面に対して垂直な方向、即ちｙ方向に、上部反射鏡１０５を透過して、特定の波長のレーザ光として出射される。本実施形態に係る面発光レーザは、上部反射鏡１０５と下部反射鏡１０１とで構成される共振器内の光路に、レーザ光の横モードを検出するための複数の受光部１５０を有する。ここで共振器内の光路とは、下部反射鏡１０１と上部反射鏡１０５とで形成される共振器の間で光が共振する際に光が通過する領域のことである。図１において共振器内の光路は、上部反射鏡１０５および下部反射鏡１０１とで構成される共振器内の領域Ｌ（点線で示した領域）である。
【００１４】
図１の面発光レーザ１では第二のクラッド層１０４の上に一対の受光部１５０が設けられた構成である。また、図１では基板１６０の表面と平行なｘ軸方向において、受光部１５０が設けられている位置をＸｉ，Ｘｊで示す。本実施形態においてＸｉ，Ｘｊは、クラッド層１０４上の円環状の電極１２１に囲まれた円状の領域内にあり、その円状の領域の中心Ｘｃを挟んで中心Ｘｃからの距離が等しい対称な位置にある。
【００１５】
制御部１７０は、面発光レーザ１を駆動するために電極１２１、１２０間に電流を注入（または電圧を印加）する駆動回路と、一対の受光部１５０からの光電変換信号を個別に受けて光強度をそれぞれ測定するための測定回路と、を内蔵し、検出された一対の受光部１５０からのそれぞれの光電変換信号に基づいて、面発光レーザ１の駆動電流を変更することができる。
【００１６】
次に、本実施形態に係る面発光レーザを用いて、光出力の強度と横モードの動作状態を判定する方法について図２を用いて説明する。図２の各グラフの横軸は、図１のｘ方向における位置であり、縦軸はレーザ光の光強度である。ここでレーザ光の光出力の強度とは、本実施形態に係る面発光レーザから最終的に出射される光の強度（出射光量）であり、言い換えると、出射されるレーザ光の強度分布の積分値である。例えば、図２（ａ）の光強度分布のグラフにおいて斜線で示すＩｏｕｔが光出力の強度である。
【００１７】
図２（ａ）は、シングルモードで発振し、中心Ｘｃにおいて所望の光強度が得られている場合の光強度分布を示している。これに対して、図２（ｂ）は、シングルモード動作で発振しているものの、中心Ｘｃにおける光強度が低下して所望の光強度が得られていない場合の光強度分布を示している。更に、図２（ｃ）は、シングルモードではなくマルチモードで発振している場合を示している。そして、図２（ｄ）は、シングルモードで発振はしているものの、光強度のピーク位置が中心Ｘｃからシフトしている場合の光強度分布を示している。これらが面発光レーザの代表的な光強度分布である。
【００１８】
本実施形態によれば、複数の受光部を用いて所定の位置における複数の光信号を検出することにより、光強度分布を推定する。そして、その推定結果に基づいてレーザ光の横モードがシングルモードであるか、マルチモードであるかを判定することができる。更に、本実施形態によれば、推定結果により光出力の強度の測定や、必要な位置で必要な光強度が得られているか否かの検知もできる。このように面発光レーザの動作状態に基づいて、必要に応じて面発光レーザの注入電流を変更する制御を行う。
【００１９】
以下、具体的に説明する。
【００２０】
図２（ａ）で示すような光強度分布にてレーザが発振している場合、ＸｉまたはＸｊに設けられた受光部で検出される光強度はＩ２である。本実施形態では、Ｉ２がＩＡよりも小さい場合、レーザがシングルモードで発振していると判断する。また、ＩＡより小さい光強度がＸｉまたはＸｊのいずれか一方のみで検出された場合も、シングルモードであると判断する。一方、ＩＡより大きい光強度がＸｉ及びＸｊの両方で検出された場合には、マルチモードであると判断する。
【００２１】
ＩＡの値は、レーザがシングルモードで発振しているか否かを判断するための値であり、例えば、活性層への電流注入量と光出力の強度との関係から求めて、予め定めておくことができる。活性層への電流注入量の変化量に対する光強度の変化量は、シングルモードの時に比べて、マルチモードの時の方が大きい。そのため、活性層への電流注入量を漸増させながら中心位置での光強度を測定する。その測定結果より活性層への電流注入量の変化量に対する光強度の変化量の傾きの大きさが大きくなるときの光強度を求めてＩＡとする。即ち、電流注入量に対する光強度の２階微分値から、ＩＡを定めることができる。これがＩＡを定める一つの方法である。なお、活性層への電流注入量の変化量に対する光強度の変化量の傾きの大きさが大きくなるときの、電流注入量の値（モード変化時の電流値）は活性層の経時劣化によって低下する可能性がある。そのため、活性層の経時劣化によって想定されるモード変化時の電流値の低下を考慮して、ＩＡを先の方法によって決めた値よりも低く設定することが好ましい。
【００２２】
ＸｉまたはＸｊで検出された光強度Ｉ２から、レーザ光の光強度分布を推定する方法について詳述する。例えば、図１に示した構造から一対の受光部１５０を省いた面発光レーザを用意し、ｘ軸方向の各位置における光強度を面発光レーザとは別途設けられた光検出器で測定する。そして、活性層への電流注入量を変更して同様の測定を行うことで、電流注入量に依存した光強度分布を知ることができる。この情報をデータテーブルとして保存しておけば、図１に示した面発光レーザにおいて、一対の受光部１５０で光信号を検出しその検出結果を、データテーブルにフィッティングすることにより、光強度分布を測定することができる。なお、上記別途設けられた光検出器を共振器外において測定する場合、測定される光強度分布はＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）である。そのため、予めＦＦＰの光強度分布とＮＦＰ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の光強度分布との対応関係に関するデータを取得し、電流注入量に依存したＮＦＰの光強度分布の情報をデータテーブルとして保存しておく。あるいは、顕微鏡などの光学系を介した別途設けた共振器外の光検出器（例えば電荷結合素子：ＣＣＤ）を用いて、電流注入量に依存したＮＦＰの光強度分布を取得し、その情報をデータテーブルとして保存しておく。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、何らかの要因でレーザ光の強度が全体的に小さくなり、Ｘｃの位置における光強度がＩ１からＩ１’へと低下し、Ｘｉ，Ｘｊの位置における光強度もＩ２からＩ２’へと低下した場合には、ＸｉまたはＸｊにおける検出結果である強度Ｉ２’から、Ｘｃの位置における光強度Ｉ１’をデータテーブルから求め、また、横モードがシングルモードであるかマルチモードであるかを判定する。
【００２４】
図２（ｃ）に示すように、Ｘｉ、およびＸｊの位置で検出されるレーザ光の強度Ｉ２’’が共にＩＡに比べて大きい場合は、データテーブルを参照して、横モードがマルチモードであると判定する。また、Ｘｉ及びＸｊの位置における検出結果である光強度Ｉ２’’からＸｃの位置における光強度Ｉ１’’をデータテーブルから求めることができる。図２（ｄ）に示すように、何らかの要因でレーザ光の光強度分布のピークの位置がシフトする場合がある。
【００２５】
このような場合、Ｘｊの位置で検出される光強度Ｉ２’’’はＩＡよりも大きくなっている。また、Ｘｉの位置で検出される光強度は、ＩＡよりも小さくなる。よって、Ｘｉ，Ｘｊのどちらか一方の位置のみの光強度がＩＡよりも大きい場合には、横モードがマルチモードであると判断せずに、横モードがシングルモードであると判断する。また、中心Ｘｃの光強度Ｉ１’’’及び／またはピーク値をデータテーブルから求めることもできる。
【００２６】
加えて、図２（ｄ）に示すような光強度分布の場合は、光路が変化した場合に現れることが多いため、横モードの判定や、中心位置における光強度の推定だけでなく、シングルモードであって光路変化が生じている場合と、マルチモードの場合とを区別することができる。光路の変化は、例えば、活性層の温度変化などにより活性層の発光領域の位置が変化した場合などに生じる可能性がある。
【００２７】
なお、シングルモードの状態を維持するために、本発明のように光信号を検出することなく、活性層への電流注入量を制御する手法も考えられる。しかしながら、シングルモードの状態を維持できる電流注入量モード変化時の電流値は、ＶＣＳＥＬの温度や出射される光の波長によって変化するため、光信号を検出せずにシングルモード動作状態を維持することは難しい。
【００２８】
以上説明した実施形態は、中心Ｘｃとは異なる位置においた複数の受光部にて検出された光信号によって、所定の値ＩＡに対する大小関係によってシングルモードかマルチモードかを判断したが、中心Ｘｃにおいた受光部にて検出された光信号と、中心以外の位置において受光部にて検出された光信号から判断することもできる。その場合は、中心Ｘｃ位置において検出された光強度と、例えば中心以外の位置Ｘｊでされた光強度との比率を求め、それを予め測定しておいた比率と比較することにより、横モードの判断を行うことができる。
【００２９】
一方、受光部が１つのみである場合、光出力の強度と横モードの動作状態とを同時に検出できない。その理由について、受光部が上記のＸｊの位置にのみ設けられている場合を例に説明する。この場合、図２（ｃ）の場合に位置Ｘｊで検出される光強度Ｉ２’’と、図２（ｄ）の場合に位置Ｘｊで検出される光強度Ｉ２’’’とは、ともにＩＡよりも大きい。そのため、受光部が１つのみの場合には、横モードがシングルモードであるのかマルチモードであるのかが判定できないことがある。
【００３０】
また、より簡便な別の制御形態について具体的に説明する。
【００３１】
本実施形態に係る波長固定あるいは波長可変面発光レーザにおいて、この面発光レーザに注入する電流を変化させていった際の出射光出力を、別途用意した外部光検出器（大型のフォトダイオードや積分球など）で検出し、その際同時にこの面発光レーザに供えられたＸｉの位置における受光部を用いてＸｉの位置における光強度も検出する。そして、この面発光レーザに注入する電流を変化させていった際の、この検出した二つの光強度の関係を予めテーブルとして用意しておく（実際の使用においては、後述するように記憶部にテーブルを収納して置く）。この面発光レーザの実際の使用（例えば光干渉断層計での使用）の際には別途用意した外部検出器は無いため、Ｘｉの位置における受光部の信号と、予め用意したテーブルとを用いて、注入電流を変化させていった際の本実施形態に係る面発光レーザからの出射光量を見積ることが可能となる。
【００３２】
また、モード状態の検出については、図７（ａ）に示したようなＸｉと等価の位置に配置した二つ以上の受光部からの信号が変化するか否かでモード状態が変化しているか否かを判断することができる。例えば、注入電流を変化させて、図２（ａ）に示すようなＮＦＰの強度分布から図２（ｃ）に示すようなＮＦＰの強度分布にモードが変化（シングルモード動作からマルチモード動作への変化）場合には、ＸｉおよびＸｊにおける信号は強くなる。このようにＸｉとＸｊ（Ｘｉと等価な位置に配置してある）からの信号の両方が強くなる場合にはマルチモード動作していると判断できる。しかし、Ｘｉと等価な位置に配置した光検出器や、Ｘｉと等価な位置の更に外側の検出器を含めても信号が強くなる受光部が一つしかない場合には、シングルモード動作していると判断できまる。このような場合は、図２（ｄ）に示すようなＮＦＰの強度分布、つまり発光点（発光強度ピーク）が電流狭窄構造の中心から偏ったシングルモード動作していると判断できる。
【００３３】
なお、シングルモード動作しているときのＸｉにおける信号強度は、上記テーブルを用意する際に、電流−光出力（出射光量）特性を、外部検出器を用いて取得し、その特性カーブにｋｉｎｋ（ΔＬ／ΔＩの二階微分と電流の関係を示すグラフを描くとピークが現れる電流値でみられる特性カーブの変曲点）が現れたときのＸｉにおける信号強度よりも小さいものとなる。図２（ａ）においては、このｋｉｎｋが現れた時のＸｉにおける信号強度を、ＩＡとして示している。
【００３４】
また、図２（ｂ）に示したようなＮＦＰの強度分布の場合では、ＩＡよりも強い信号が検出される受光部は無いが、ＸｉあるいはＸｊの位置にある検出器からの信号は、図２（ａ）の場合に比べ小さくなっているため、光出力の低下したシングルモード動作であると判断される。
【００３５】
以上説明したように、ＩＡより強い強度の点が一つしかない、あるいはゼロの場合はシングルモード動作していることを表し、二つ以上ある場合はマルチモード動作していると判断することができる。ただし、発光強度ピークが電流狭窄構造の中心から外れてシングルモード動作している場合には、ＩＡより強い強度の点が複数計測される可能性があるが、その場合には最も強度が強い検出器の周囲の検出器の強度が等価であれば、シングルモード動作していると判断することができる。
【００３６】
受光部１５０に入射した光の強度の測定は後で詳述するように制御部１７０によって行う。制御部１７０は受光部１５０で検出された光信号に基づいて、電極１２１、１２０間に注入する電流を制御する。また横モードの状態も、活性層に注入する電流を変えることによって変えることができる。例えば、受光部１５０によって検出された光信号の検出結果から、横モードがマルチモードである場合には制御部１７０は電極１２１、１２０間に注入する電流を小さくすることで、シングルモードとなるように制御する。また、検出された光信号より、所望の位置における光強度が所望の値に達していないと判断された場合には、電極１２１、１２０間に印加する電圧を大きくすることで、光出力を上げることができる。もちろん、シングルモードであると判断され、且つ、所望の位置における光強度を下げたい場合には、注入電流を小さくすればよい。
【００３７】
このようにして制御部１７０は、複数の受光部１５０からの光電変換信号に基づいて、面発光レーザの光出力強度、および横モードを所望の状態に制御することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る面発光レーザは、横モードの判定精度がより高くなるだけではなく、光出力の強度の計測と横モードの動作状態の判定を同時に行うこともできる。また、光出力の強度を所望の範囲の値とし、横モードを所望の状態に制御することができる。
【００３９】
（実施形態２）
実施形態２に係る面発光レーザについて図３を用いて説明する。図３（ａ）は本実施形態に係る面発光レーザの上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ’断面における断面図である。図３において、図１と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
本実施形態に係る面発光レーザ２は、波長可変ＶＣＳＥＬであり、第二のクラッド層１０４と、上部反射鏡１０５との間が離れており、光路に空隙部を有する。第二のクラッド層１０４と空隙部３１０との界面から、上部反射鏡１０５と空隙部３１０との界面までの距離（図３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を変化させる駆動制御機構を用いれば、発振されるレーザ光、即ち発振波長を変化させることができる。図３に示す例では、即ち発振波長を変化させることができる。
【００４１】
さらに、電流を注入して活性層１０３にて発光させながら、上部反射鏡１０５をｙ方向に高速に往復運動させることより、発振波長を高速に掃引することができる。
【００４２】
本実施形態のような波長可変ＶＣＳＥＬにおいては、可動ミラーの動き、可動ミラーの取り付け誤差、あるいは発光部作製バラツキ、駆動時の注入電流量により、必ずしも発光領域の中心に強度のピークがあるシングルモードで発振するとは限らない。例えば、可動ミラーがカンチレバーで駆動されるような構成の場合には、カンチレバーが湾曲することによって、ｙ方向に往復していた光の光路が変わることがある。また、電流が注入される領域がシフトすると発光領域の位置や大きさが変わることがある。そのため、発光領域の中心から偏った領域においてシングルモードで発振することがある。
【００４３】
そのため、本実施形態のような波長可変型の面発光レーザにおいても、複数の受光部を設けて光出力の強度や横モードの動作状態を判定することは好適である。受光部を複数設け、光出力強度、および横モードを判定し、所望の状態に制御することで、安定した出力の面発光レーザを実現することができる。
【００４４】
受光部による光出力の強度の計測、および横モードの判定は実施形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００４５】
以下、本発明の実施形態による波長固定あるいは波長可変の面発光レーザの各構成要素について詳細に説明する。
【００４６】
（受光部）
本発明の本実施形態に用いられる受光部は、レーザ光を検出するための、互いに独立した複数の受光部である。本実施形態において複数の受光部を設ける位置Ｘｉ，Ｘｊは光出力の強度、および横モードの動作状態を判定することができる位置であれば、特に限定されない。実施形態１で示したように、クラッド層１０４上の電極１２１に囲まれた円の領域のうち、発光強度が高くなる中心Ｘｃには設けず、中心Ｘｃの周囲に設ける場合には、光出力の強度の損失が少なくて済むためより好ましい。
【００４７】
また、光強度のピークがある位置に受光部を設ける場合、受光部が設けられている位置の光のみが吸収されて光強度が低下する一方、その周辺の位置の光強度が維持されるため、出力される光強度分布が本来の分布から乱れることとなる。したがって、光強度のピークがある位置以外に受光部を設けることが好ましい。ただし、Ｘｃの位置から離れすぎると、横モードの変化を検出しにくくなるため、最終的に出射される光出力の強度の低下を少なくし、かつ、横モードを精度よく判定できる位置に受光部を設けることが好ましい。
【００４８】
受光部を設ける位置Ｘｉ，Ｘｊは例えば、Ｘｃで検出される光強度の１／１０以下の光強度となる位置とすることができ、１／１００以下となる位置とすることが好ましい。光強度のピーク値の１／１０以下、１／１００の光強度となる位置は、前述したとおり、例えば、受光部がないこと以外は同じ構成の面発光レーザを作製し、作製した面発光レーザを用いて光出力の強度の分布を測定することで特定することができる。
【００４９】
本発明の実施形態において複数の受光部１５０のうち少なくともいずれか１つは、第二のクラッド層１０４上に設けられていてもよいし、上部反射鏡１０５上に設けられてもよい。また、それぞれが、上部反射鏡１０５上と第二のクラッド層１０４上の両方に設けられていてもよい。また、第二のクラッド層１０４上に設ける場合には、図１のように上部反射鏡に埋め込まれるように設けられていてもよく、図３に示すように第二のクラッド層１０４上に上部反射鏡１０５とは離れて設けられてもよい。
【００５０】
また、複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、上記クラッド層１０４上の光路の中心から半径１０μｍの領域の内部に設けられていることが好ましい。シングルモード動作状態からマルチモード動作状態に変化したときに出現する光強度のピークは発光の中心から半径１０μｍ以内に生じやすいからである。
【００５１】
また、複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは上記クラッド層上の光路の中心から半径２μｍの領域の外部に設けられていることが好ましい。
【００５２】
図４に本発明の実施形態における面発光レーザについて、受光部を設ける位置の別の例を示す。図４（ａ）乃至（ｄ）の各図は、図３の面発光レーザの構成の一部の変形例を示し、図３と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
図４（ａ）は、上記Ｘｃの位置、およびＸｊの位置に受光部４５０を設けた例である。図４（ａ）の構成によって、光出力の強度の計測と横モードの動作状態の判定をする方法について図２を用いて説明する。
【００５４】
まず、図２（ａ）の場合には、Ｘｊに設けられた受光部４５０で検出される光強度がＩＡよりも小さい場合、シングルモードと判断する。
【００５５】
図２（ｃ）の場合には、Ｘｊの位置で検出されるレーザ光の強度がＩＡに比べて大きいため、マルチモードと判断する。
【００５６】
図２（ｄ）の場合には、Ｘｊの位置で検出される光強度Ｉ２’’’はＩＡよりも大きい。この場合は、横モードがマルチモードではなく、シングルモードであって光の光路が変化した発振状態と判断する。
【００５７】
以上のようにして、図４（ａ）のような構成においても、光出力の強度の計測と横モードの判定とを同時に行うことができる。
【００５８】
なお図２（ｃ）の光強度分布がｘ軸の正方向にシフトし、ＸｃでＩ２’’、ＸｊでＩ１’’の光強度が検出される場合には、Ｘｊよりもさらにｘ軸の正方向に受光部を設けておき、マルチモード、且つ光路が変化していると判定するようにしてもよい。
【００５９】
図４（ｂ）は３つの受光部を設けた形態であり、Ｘｃ、Ｘｉ、Ｘｊの位置にそれぞれ受光部４５１が設けられている。この形態では、先に説明した２つの受光部の場合に比べて、光強度分布をより精度よく測定できる。また、データテーブルをより簡略化することもできる。また、この形態の場合、Ｘｃの位置に設けられた受光部によって光強度を検出し、検出された光強度から光出力の強度を計測し、ＸｉおよびＸｊの位置に設けられた受光部によって横モードを判定するといったように、受光部からの光電変換信号を用いて判定する対象を分けても良い。
【００６０】
更に、複数の受光部は基板の面と垂直な方向において同じ位置に設ける必要はない。具体的には、図４（ｃ）のように、上部反射鏡１０５上のＸｉ、Ｘｊの位置に受光部４５２を設けてもよいし、図４（ｄ）のように、上部反射鏡１０５上のＸｉの位置、および第二のクラッド層１０４上のＸｊの位置に受光部４５３を設ける構成としてもよいということである。
【００６１】
また、複数の受光部の数を３つ以上とし、それらを、レーザ光の放射方向と交差する面に、２次元状に配置、すなわち３つの受光部が同一直線状に並ばないように配置してもよい。その一例の詳細は後述する。
【００６２】
本実施形態に係る受光部の構成は光の強度を検出できるものであれば特に限定されない。光検出器として動作する受光部としては、光起電力素子などの光電変換素子を用いることができる。又、光電変換素子は面発光レーザと別に作成したものを面発光レーザに取り付けた構成で有り得る。
【００６３】
或いは、面発光レーザを構成している層と別の層を設け、それらの層が協働して光電変換動作を行う構成であってもよい。すなわち、第一のクラッド層および第二のクラッド層が半導体層を有し、複数の受光部のうち少なくともいずれか１つは、第一のクラッド層または第二のクラッド層と隣接しており、隣接する第一のクラッド層または第二のクラッド層の導電型とは異なる導電型の半導体層を有する構成であってもよい。例えば、第二のクラッド層を第一の導電型（ｐ型またはｎ型）からなる半導体層とし、第一の導電型とは異なる第二の導電型（ｎ型またはｐ型）の半導体層を有する層を第二のクラッド層上に設けてもよい。このような形態の場合、第一の導電型の第二のクラッド層とその上に設けた第二の導電型の半導体層とで構成されるｐｎ接合部位がフォトダイオードとして機能する。
【００６４】
図５を用いて本発明の実施形態における光信号の検出とレーザの駆動法について一例を挙げて説明する。図５において、図３と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６５】
図５は図１（ｂ）の面発光レーザの一部を拡大した図である。第二のクラッド層１０４がｐ型の半導体からなり、ｐｎフォトダイオードとするため、受光部１５０はｎ型の半導体からなる。電極５０１と電極１２１とは制御部１７０に接続されている。
【００６６】
制御部１７０は、測定部１７１と、記憶部１７２と、差分検出部１７３とを有する。受光部１５０を構成する材料としては、レーザ光を吸収できるバンドギャップをもつ材料であればよく、例えばＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどの化合物半導体を用いることができ、各層の組成比は検出したい光の波長帯域によって適宜選択することができる。また、第二のクラッド層１０４としてｎ型の半導体を用いる場合には、受光部１５０としてｐ型の半導体を用いればよい。
【００６７】
まず、第二のクラッド層１０４を通過した光は、第二のクラッド層１０４よりバンドギャップが狭い受光部１５０に入射すると光吸収により電子・正孔対を発生する。電子はｎ型半導体の受光部１５０を通り、受光部１５０の上に設けられた電極５０１に集められる。ホールはｐ型半導体の第二のクラッド層１０４を通って電極１２１に到達する。測定部１７１では、電極５０１および電極１２１間に流れる光電流を測定する。なお、電極５０１には正電圧が印加され受光部１５０には逆バイアスが掛けられている。記憶部１７２には、受光部からの光電変換信号としての光電流と光強度との関係がデータテーブルとして記憶されている。測定部１７１によって測定された光電流はデータテーブルを用いて光強度に換算することができる。差分検出部１７３は、換算された光強度と所定の光強度との差を検出し、その差に基づいて、面発光レーザを構成する電極１２１と電極１２０との間に注入する電流を変更する。
【００６８】
例えば図２（ｃ）のように、所定の光強度をＩＡとして設定しておくことで、検出された光強度がＩ２となった場合はマルチモードであると判断できるため、電極１２１と電極１２０との間に印加する電圧を小さくして、シングルモードに遷移させる。そして、中心における光強度が所定の範囲内であるか否かを判定したり、光出力の強度が所定の範囲内であるか否かを判定して、駆動電圧を更に変更する調整を行ってもよい。
【００６９】
このように、測定された光強度から本実施形態に係る面発光レーザの光出力の強度の計測と、横モードの判定とを同時に行うことができる。
【００７０】
また、光電変換信号として光電流を測定する例を挙げて説明したが、測定部１７１としては、受光部による光起電力を測定するものであってもよい。なお、制御部１７０は面発光レーザの駆動電流を変更することが好ましいが、駆動電圧を変更する構成であってもよい。
【００７１】
（上部反射鏡、および下部反射鏡）
本実施形態において上部反射鏡および下部反射鏡は共振器を構成するために、必要な反射率を有しているものであれば特に限定されない。例えば低屈折率層と高屈折率層とが交互に形成された多層膜ミラーを用いることができる。また、少なくとも上部反射鏡の反射率はレーザ光を透過できる反射率とする。
【００７２】
また、本実施形態に係る上部反射鏡、および下部反射鏡として、ＨＣＧ（Ｈｉｇｈ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｇｒａｔｉｎｇ）ミラーを用いることができる。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ミラーとして、例えば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。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。
【００７３】
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。
【００７４】
波長可変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ため、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。
【００７５】
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。一方、半導体多層膜ミラーの例としては、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層のペアを複数組有する半導体多層膜が挙げられる。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帯域幅や反射率を制御することが可能である。
【００７６】
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や梁構造のＨＣＧミラーといったＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）構造を用いることができる。
【００７７】
（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（ｎは０以上１以下の数）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、１０５０ｎｍ付近の波長帯域の光を出射させる場合、ＩｎｎＧａ（１−ｎ）Ａｓ（ｎは０以上１以下の数）からなる材料などを用いることができる。また活性層は、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。
【００７８】
（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。
【００７９】
本実施の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層や、Ａｌ組成を変えたＡｌＧａＡｓ層の積層としてもよい。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、１０５０ｎｍ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。
【００８０】
（電流狭窄層）
本発明の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。そして、複数の受光部のうち少なくとも１つが、電流狭窄層の上方に設けられることも好ましいものである。また、複数の受光部は、Ｘ方向において、一方の電極（例えば、上述した電極１２１や後述する電極７２１）とは重ならない位置に設けることも好ましいものである。こうすることで、電流狭窄層がないことにより注入電流密度が高まり光強度のピークが存在する位置と、受光部の位置とを互いにずらすことができる。
【００８１】
（制御部）
本発明の実施形態において、制御部は、上述したとおり、面発光レーザ１を駆動するための駆動回路と、複数の受光部からの光電変換信号を個別に受けてレーザ光の強度をそれぞれ測定するための測定回路と、を有する。そして、測定回路は、レーザ光の横モードを検出するための回路になっており、複数の受光部がそれぞれ接続されている。
【００８２】
また、複数の受光部で検出された信号を前記面発光レーザの駆動にフィードバックするためのフィードバックループが形成されている。こうして、複数の受光部により検出された複数の光電変換信号に基づいて、面発光レーザの駆動電流を変更することができる。
更に、レーザ光の横モードがシングルモードであるか、マルチモードであるかを判定するために、検出された少なくとも２種類の光電変換信号をフィッティングさせて、レーザ光の強度分布や光出力の強度（積分値）を計測する。このような機能が実現できるものであれば、制御部が、測定部と、記憶部と、差分検出部とを有するハードウエアである必要はなく、マイクロプロセッサで実行されるプログラムによりソフトウエアでこのような機能を実現することも可能である。
【００８３】
（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（Ｙ方向のギャップ長）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１０５０ｎｍ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。
【００８４】
（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。
【００８５】
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６を用いて説明する。
【００８６】
本実施形態に係るＯＣＴ装置６は、光源部６０１、干渉光学系６０２、光検出部６０３、情報取得部６０４、を少なくとも有する構成であり、光源部６０１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６０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部６０４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６０４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６０４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６０１から出た光は干渉光学系６０２を経て測定対象の物体６１２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６０３において受光される。なお光検出部６０３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６０３から情報取得部６０４に送られる。情報取得部６０４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６１２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６０１、干渉光学系６０２、光検出部６０３、情報取得部６０４を任意に設けることができる。
【００８７】
以下、光源部６０１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。
【００８８】
光の波長を変化させる光源部６０１から出た光は、ファイバ６０５を通って、カップラ６０６に入り、照射光用のファイバ６０７を通る照射光と、参照光用のファイバ６０８を通る参照光とに分岐される。カップラ６０６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６０９を通って平行光になり、ミラー６１０で反射される。ミラー６１０で反射された光はレンズ６１１を通って物体６１２に照射され、物体６１２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６１３を通ってミラー６１４で反射される。カップラ６０６では、物体６１２からの反射光とミラー６１４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６１５を通り、コリメーター６１６を通って集光され、光検出部６０３で受光される。光検出部６０３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６０４に送られる。情報取得部６０４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。
【００８９】
得られた断層像の情報は、情報取得部６０４から画像表示部６１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー６１１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６１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源部６０１の制御は情報取得部６０４が電気回路６１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源部６０１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。
【００９０】
本発明の実施形態による面発光レーザは、光出力の強度を計測し、所望の範囲内とすることができるため、ＯＣＴ装置に用いた場合、十分なＳ／Ｎを有する断層像を取得できる。
【００９１】
また、上記の方法により、出射される光の横モードをシングルモードに維持することができるため、出力が安定である。
【００９２】
本実施形態に係る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。
【００９３】
（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】
【００９４】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００９５】
（実施例１）
実施例１においては、共振器内部に複数の受光部を備えるカンチレバー型のＭＥＭＳ構造とした可動ミラーを有する波長可変面発光素子としての波長可変ＶＣＳＥＬについて説明する。
【００９６】
図７に、本実施例における波長可変ＶＣＳＥＬの構成を説明する模式図を示す。図７（ａ）は本実施例に係る波長可変ＶＣＳＥＬの上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＣ−Ｃ’断面における断面図である。図７（ａ）は、図７（ｂ）に示す波長可変ＶＣＳＥＬの可動ミラーを除く部分を上部方向（紙面上方向）から見たときの受光部周辺を示している。
【００９７】
図７（ｂ）において、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてのＧａＡｓ層からなるｎ型の半導体基板７６０の上には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてのＡｌ０．８ＧａＡｓ層（６８．１ｎｍ厚）とＡｌ０．３ＧａＡｓ層（６２ｎｍ厚）とのペアが４５組繰り返し積層されたｎ型の多層膜ミラー７０１が設けられている。
【００９８】
多層膜ミラー７０１の上には、Ａｌ０．８ＧａＡｓ層（１０２．６ｎｍ厚）からなるｎ型のクラッド層７０２が設けられている。ｎ型のクラッド層７０２の上には、ＧａＡｓ井戸層（１０ｎｍ厚）とＡｌ０．３ＧａＡｓバリア層（１０ｎｍ厚）の組み合わせからなる三重量子井戸構造からなる活性層７０３が、活性層７０３の上には、Ａｌ０．８ＧａＡｓ層（３３７．４ｎｍ厚）からなるｐ型のクラッド層７０４が、更に設けられている。
【００９９】
ｐ型のクラッド層７０４の上には、ＧａＡｓ層（２５ｎｍ厚）からなるｎ型の受光部７５０が多数設けられている。
【０１００】
更に、この波長可変ＶＣＳＥＬ７は、レーザの駆動および受光部７５０からの光電変換信号測定のためのアノード電極７２１と、レーザの駆動用のカソード電極７２０と、を有し、制御部としての電流可変の駆動電源７７０に接続されている。
【０１０１】
可動ミラー７０６は、シリコンカンチレバー（２ｕｍ厚）７３１の先端側の部位の下方の面に設けられており、酸化シリコン層７３０（１μｍ厚）、シリコンカンチレバー（２ｕｍ厚）７３１、酸化シリコン膜（２．５ｕｍ厚）７３２、シリコン基板７３３により基板７６０上に、間に幾つかの層を介して支持されている。可動ミラー７０６は。ＳｉＯ２層（１４５．５ｎｍ厚）とＴｉＯ２層（９０ｎｍ厚）とのペアが１０組繰り返し積層された誘電体多層膜ミラーである。図７において共振器内の光路は、上部反射鏡７０６および下部反射鏡７０１とで構成される共振器内の領域Ｌ（点線で示した領域）である。なお、酸化シリコン層７３０の層厚が空隙部の厚さとなり、可動ミラーが駆動していない状態での共振器長は３λとしている。またシリコンカンチレバーを静電引力で駆動するために電圧を印加するためのＴｉ／Ａｕ電極７３４とＴｉ／Ａｕ電極７３５を形成している。
【０１０２】
本実施例では、シリコンカンチレバー７３１の先端側の部位の下方の面に可動ミラー７０６を設けたが、上方の面に可動ミラー７０６を設けた後に、シリコンカンチレバー７３１の先端側の部位の一部を除去する構成としてもよい。
【０１０３】
図７に示すように、クラッド層７０４の上面側には、２６個の受光部７５０が設けられており、そのうち、８個は領域Ｆ２内に、１２個は領域Ｆ３内に、２個は領域Ｆ３より外部に、４個は領域Ｆ３の内外に亘って向けられており、中心を含む領域Ｆ１には、受光部は設けられていない。
【０１０４】
図８に、複数の受光部７５０付近の模式的断面図を示す。本実施例における複数の受光部７５０は、それぞれｐ層（ｐ−Ａｌ０．８ＧａＡｓ，５０ｎｍ厚）７５３、ｉ層（ｉ−ＧａＡｓ，５０ｎｍ厚）７５２、ｎ層（ｎ−Ａｌ０．３ＧａＡｓ，１００ｎｍ厚）７５１からなるｐｉｎフォトダイオードであり、クラッド層７０４の上に設けられている。また、ｐｉｎフォトダイオードには、光電変換信号を読み出すための検出用の個別カソード電極７５５と、レーザのアノード電極とフォトダイオードのアノード電極とを兼ねるコモン電極７２１が接続されている。図８において各ｐｉｎフォトダイオード間には絶縁層（酸化シリコン、２００ｎｍ厚）７５４が設けられ複数の受光部７０５は互いに素子分離されている。各ｐｉｎフォトダイオードはバイアス電源により逆バイアス電圧が印加されており、図７では不図示の測定部により光電変換信号が測定可能である。
【０１０５】
また、クラッド層７０４は、ｐ型のクラッド層７０４の一部にプロトンのイオン打ち込みにより形成された電流狭窄層７１６を有しているため、電極７２１から供給された電流は、電流狭窄層７０６の開口部分７０７を通って、活性層７０３に注入される。図７（ｂ）においては、１つの受光部７５０への配線のみ示しているが、他の受光部７５０にも配線がされているものとする。なお、本実施例の波長可変ＶＣＳＥＬを駆動する電極として、は、電極７２１はＴｉ層（２０ｎｍ）およびＡｕ層（１００ｎｍ）からなる金属の多層膜を用い、電極７２０はＡｕとＧｅの混晶（１００ｎｍ）、Ｎｉ（２０ｎｍ）、およびＡｕ（１００ｎｍ）からなる金属の多層膜を用いる。また、波長８５０ｎｍを中心とした±５０ｎｍの波長帯域で掃引するための可動ミラーを駆動するための電極７３４及び７３５としてＴｉ層（２０ｎｍ）およびＡｕ層（１００ｎｍ）からなる金属の多層膜を用いる。
【０１０６】
本実施例では、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を加工して形成したシリコンＭＥＭＳ構造を出射側ミラー（上部ミラー）７０５が形成された駆動部として利用している。駆動部には、下部の多層膜ミラー（半導体ＤＢＲミラー）７０１、下部のクラッド層７０２、活性層７０３、上部のクラッド層７０４、複数の受光部７５０等が形成された化合物半導体基板７０６が接合されて、波長可変ＶＣＳＥＬを構成している。
【０１０７】
本実施例では、プロトン注入領域で規定される発光領域、すなわちプロトンのイオン打ち込みによって形成される電流狭窄構造の開口部７０７は５μｍ直径の円形とする。また、受光部７５０は、発光領域の中心から半径２μｍの円形領域Ｆ１には形成せず、この円形領域の周囲にある半径２〜５μｍの円環状の領域Ｆ２、および半径５μｍ〜８μｍの円環状の領域Ｆ３に複数個形成し、Ｆ２，Ｆ３で示される領域のさらに外側の領域にも設けており、それぞれが個別に駆動するように配線（不図示）を設置している。このように複数の受光部７５０を配置することにより、ＮＦＰ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）に対応した光強度分布を観測することが可能な受光部を形成できる。この複数の受光部からの信号強度がＮＦＰに対応した光強度分布と対応しており、横モードの状態（シングルモードか、あるいはマルチモードか）を判断することが可能となる。
【０１０８】
ここで、図２を用いて本実施例における面発光レーザの光出力の強度の計測、および横モードの判定のプロセスについて説明する。
【０１０９】
まず、図２（ａ）に示すような光強度分布の場合、Ｆ２の領域にある複数の受光部で光強度Ｉ２に相当する光信号が検出される。この場合、Ｉ２＜ＩＡであるため、シングルモード動作であると判断する。また、データテーブルとのフィッティングにより、Ｉ２の値から光出力の強度を算出できる。
【０１１０】
次に、図２（ｃ）に示すような光強度分布の場合、Ｆ２の領域にある受光部群Ｐ１及び受光部群Ｐ２で光強度Ｉ２’’に相当する光信号が検出される。この場合、Ｉ２’’＞ＩＡであるため、マルチモード動作であると判断される。
【０１１１】
次に、図２（ｄ）に示すような光強度分布の場合、Ｆ２の領域にある受光部のうちの一部の受光部群Ｐ１で光強度Ｉ２’’’、に相当する光信号が検出され、受光部群Ｐ２では光信号が検出されなかったとする。このような場合、図２（ｄ）に示すようなＮＦＰが想定され、電流狭窄領域の中心から外れた点で単峰性のピークを有するシングルモード動作の出射光と判断できる。このように受光部を複数設けているため、中心から偏ったＮＦＰに対応した光強度分布は、複数の受光部からの信号強度分布に対応しているため、単一の受光部を設置した場合と比べ、モード状態の判断精度を高くすることが可能となる。
【０１１２】
さらに、本実施例においては、Ｆ２よりもさらに外側のＦ３の領域やＦ３よりもさらに外側の領域にも受光部を複数個設置しているため、Ｆ３の領域にピークが生じるような、より高次のマルチモード動作を検知することができる。また、図７のように受光部を３つ以上設けることで、一部を光出力の強度のモニタ用とし、その他を横モードのモニタ用と機能を別にすることもできる。
【０１１３】
以上説明したように、波長可変ＶＣＳＥＬの共振器内部に複数の受光部を設け、複数の受光部からの信号強度をモニタし、発光部へ注入する電流量を調節することにより、波長可変範囲の光出力を５±０．５ｍＷの範囲に収め、且つ全波長域においてシングルモードで動作するよう、波長可変駆動させながら安定駆動を実現することが可能となる。
【０１１４】
次に、本実施例の波長可変ＶＣＳＥＬの製造方法について説明する。
【０１１５】
まず、ＧａＡｓ層からなるｎ型の半導体基板７６０上に、ｎ型の半導体多層膜ミラー７０１、ｎ型のクラッド層７０２、活性層７０３、ｐ型のクラッド層７０４を、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術を用いて順次積層する。
【０１１６】
次に、ｐ型のクラッド層７０４上に酸化シリコン膜を成膜し、電流狭窄構造を形成するためのプロトン注入時のマスクとして機能するようフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて加工する。この酸化シリコン膜のマスク（不図示）を形成後にプロトン注入を行い、電流狭窄構造を形成する。なお、電流狭窄構造を形成する別の手法としては、クラッド層７０４の内部にＡｌ組成が９０％以上のＡｌＧａＡｓ層（３０ｎｍ厚）を介在させておいて、その部分を側面からｘ軸方向に選択的に酸化させて酸化アルミニウムに転化して高抵抗な領域として形成してもよい。
【０１１７】
次に、酸化シリコン膜のマスクを除去した後に、受光部７５０を形成するために、受光部７５０を構成するｐ型Ａｌ０．８ＧａＡｓ層７５３、ｉ型ＧａＡｓ層７５２、ｎ型Ａｌ０．３ＧａＡｓ層７５１を順次積層し、ｎ型Ａｌ０．３ＧａＡｓ層７５１上にエッチング用のレジストパターンを形成する。そのパターンを転写するようにｐ型Ａｌ０．８ＧａＡ層７５３、ｉ型ＧａＡｓ層７５２、ｎ型Ａｌ０．３ＧａＡｓ層７５１をエッチングして、それぞれがｐｉｎフォトダイオードとして機能する２６個の島状の部分（受光部）を形成する。この時のエッチングはドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。
【０１１８】
次に、コモン電極と可動ミラー部の接合部とを兼ねた金属層７２１（以下、単にコモン電極と略すことがある）をフォトリソグラフィー技術、真空蒸着技術、及びリフトオフ技術を用いて形成する。
【０１１９】
次に、複数の受光部７５０の個別カソード電極７５５を形成するために、コモン電極７２１が形成されたＶＣＳＥＬの表面を酸化シリコン膜（不図示）で覆い、その後フォトリソグラフィー技術、及びエッチング技術を用いて、受光部のｎ型Ａｌ０．３ＧａＡｓ層７５１の一部を露出させる。また、コモン電極と可動ミラー部の接合部とを兼ねた金属層７２１の一部も露出させる。その後、個別カソード電極７５５をフォトリソグラフィー技術、真空蒸着技術、及びリフトオフ技術を用いて形成する。
【０１２０】
次に、ＶＣＳＥＬ駆動用のカソード電極７２０を半導体基板７６０の裏面に真空蒸着技術を用いて形成し、化合物半導体発光素子が完成する。なお、受光部のカソード電極７５５には正電圧が印加され、ＶＣＳＥＬ駆動用のカソード電極７２０には負電圧が印加される。
【０１２１】
また、上記本実施例の各々の半導体層の導電型を逆にした構成とてもよい。すなわち、ｐ型の半導体層はｎ型の半導体層とし、ｎ型の半導体層は、ｐ型の半導体層としてもよい。また、ｐ型の半導体層のドーパントはＺｎ、ｎ型はＣを用いることができるが、これに限るものではない。
【０１２２】
なお、本実施例の波長可変ＶＣＳＥＬは、波長８５０ｎｍを中心としていた±５０ｎｍの可変波長帯域で掃引するものを想定しているがこの波長帯域に限定されるものではなく、各層の材料を適切に選択することにより、後述する実施例２のように波長１μｍを中心とした±５０ｎｍの波長帯域で波長掃引してもよい。
【０１２３】
（実施例２）
本実施例では、実施例１における面発光レーザを構成する各半導体層の材料組成を変えて、１μｍ帯の波長帯域において波長掃引可能な面発光レーザとしての波長可変ＶＣＳＥＬについて説明する。本実施例の波長可変ＶＣＳＥＬの基本的な構成は実施例１に示した構成と同じであり、異なる点を以下に示す。本実施例では、具体的には、基板７６０上のｎ型の下部反射鏡７０１として、ＧａＡｓ層（７１．９ｎｍ厚）およびＡｌＡｓ層（８９．９ｎｍ厚）とで構成されたＤＢＲを用いる。又、ｎ型の第一のクラッド層７０２として、Ａｌ０．４ＧａＡｓ層（７４．６ｎｍ厚）とＧａＡｓ層（５０ｎｍ厚）を用いる。そして、活性層７０３として、Ｉｎ０．３２ＧａＡｓ井戸層（８ｎｍ厚）、およびＧａＡｓバリア層（１０ｎｍ厚）で構成される多重量子井戸層を用いる。更に、ｐ型の第二のクラッド層７０４として、ＧａＡｓ層（５０ｎｍ厚）とＡｌ０．４ＧａＡｓ層（４７０ｎｍ厚）を用いる。
【０１２４】
そして、受光部７５０として、ＩｎＧａＡｓ層（２５ｎｍ厚）からなるｎ型の半導体を用いる。このような構成とすることで、波長１μｍを中心とした±５０ｎｍの波長帯域での波長掃引が可能となる。
【符号の説明】
【０１２５】
１  面発光レーザ
２、７  波長可変ＶＣＳＥＬ
６  光干渉断層計
１０１  下部反射鏡
１０２  第一のクラッド層
１０３  活性層
１０４  第二のクラッド層
１０５  上部反射鏡
１２０  第一の電極
１２１  第二の電極
１５０  受光部
１６０  基板
【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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