(57)【要約】【課題】簡単な構造によって、局在プラズモン共鳴現象により所望のスペクトル特性を得ることが可能となる半導体発光素子等を提供する。【解決手段】基板上に、電流注入により発光する活性層を含む複数の半導体層が積層された半導体発光素子であって、  前記活性層の近傍に、金属ドット層を備え、  前記金属ドット層は、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴する大きさのドット径を有する複数の金属ドットが、前記基板と平行に配列されて構成されている。【選択図】            図１
2012069770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、電流注入により発光する活性層を含む複数の半導体層が積層された半導体発光素子であって、
前記活性層の近傍に、金属ドット層を備え、
前記金属ドット層は、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴する大きさのドット径を有する複数の金属ドットが、前記基板と平行に配列されて構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記金属ドット層は、前記複数の金属ドットが、前記活性層の直上のクラッド層の内部領域に設けられた誘電体層中における、前記活性層で発生した光の強度分布が染み出す領域内に配列されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記金属ドットを含む前記誘電体層が、前記活性層で発生した光の進行路の延長上に導波路として配置されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記金属ドットは、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴する１種類または２種類以上の大きさのドット径を有する金属ドットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記金属ドットは、該金属ドットの形状が正方形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記金属ドットは、該金属ドットの配列形状が正方格子状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記金属ドットは、該金属ドットの材料がアルミニウムであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記金属ドットは、該金属ドットの材料が二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体発光素子が、利得媒体として共振器内に含み構成されていることを特徴とする波長可変光源装置。
【請求項１０】
前記共振器内に光強度変調器を含み、該光強度変調器の変調周波数を変化させることにより発振波長を可変とすることが可能に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の波長可変光源装置。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体発光素子が発するＡＳＥ光を用い、白色光源が構成されていることを特徴とするＳＤ−ＯＣＴ装置。
【請求項１２】
請求項９または請求項１０に記載の波長可変光源装置を用い、波長掃引光源が構成されていることを特徴とするＳＳ−ＯＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および、該半導体発光素子による波長可変光源装置、ＳＤ−ＯＣＴ装置、ＳＳ−ＯＣＴ装置に関し、特に金属ドット層による局在プラズモン共鳴効果を利用して所望のスペクトル特性を得られる半導体発光素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）や、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの、半導体発光素子の利用が高まってきている。
特にＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）をはじめとする各種医療用測定機器の分野では、光源として活発に利用されている。
このような分野の光源に適応される際には、各測定装置に応じて所望のスペクトル形状が求められる。
例えば、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｄｏｍａｉｎ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置では、信号のＳＮ比の向上および分解能の向上の観点から、発光スペクトルの形状がガウシアンであり、かつ広帯域であることが望まれていることから、ＳＬＤが光源として主に用いられている。
また、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置では、広いゲイン帯域を持つＳＯＡが波長掃引光源の利得媒体として用いられている。
【０００３】
このような所望の発光またはゲインのスペクトル形状を達成するために、活性層の組成や各種パラメータを最適なものに設計し、製造されている。
これらの技術に対して、従来においては特許文献１に記載されているように、発光層である活性層の近傍に金属層を配置し、光と金属の相互作用であるプラズモン共鳴を用いて、光子寿命を短くし、発光効率を高める技術も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、上記した半導体発光素子において、発光またはゲインのスペクトル形状を所望のものに設計することは計算が複雑であり難しいという課題を有していた。
さらに、作製の際には各種プロセス条件を最適なものに設定しなければならず、設計通りのスペクトル形状を達成するのが難しかった。
また、前記特許文献１のように金属によるプラズモン共鳴を用いて活性層からの発光を制御する技術も開発されてきている。
しかしながら、これは金属材料によって決まるプラズモン周波数に応じた共鳴波長を用いたものであり、これによる場合には自由に所望の波長を選択しスペクトル形状を制御することは難しい。
【０００６】
本願発明は、上記課題に鑑み、簡単な構造によって、局在プラズモン共鳴現象により所望のスペクトル特性を得ることが可能となる半導体発光素子および、該半導体発光素子による波長可変光源装置、ＳＤ−ＯＣＴ装置、ＳＳ−ＯＣＴ装置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】
本発明の半導体発光素子は、基板上に、電流注入により発光する活性層を含む複数の半導体層が積層された半導体発光素子であって、
前記活性層の近傍に、金属ドット層を備え、
前記金属ドット層は、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴する大きさのドット径を有する複数の金属ドットが、前記基板と平行に配列されて構成されていることを特徴とする。
また、本発明の波長可変光源装置は、上記半導体発光素子が、利得媒体として共振器内に含み構成されていることを特徴とする。
また、本発明のＳＤ−ＯＣＴ装置は、上記半導体発光素子が発するＡＳＥ光を用い、白色光源が構成されていることを特徴とする。
また、本発明のＳＳ−ＯＣＴ装置は、上記波長可変光源装置を用い、波長掃引光源が構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構造によって、局在プラズモン共鳴現象により所望のスペクトル特性を得ることが可能となる半導体発光素子および、該半導体発光素子による波長可変光源装置、ＳＤ−ＯＣＴ装置、ＳＳ−ＯＣＴ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における半導体発光素子を光の進行方向に対して垂直な方向から見た断面図。
【図２】本発明の実施形態における半導体発光素子を光の進行方向から見た断面図。
【図３】本発明の実施形態における金属ドット層を配置した際にスペクトル形状をシェイピングできることについて説明する図。
【図４】本発明の実施形態における金属ドット層を活性層近傍に配置したとき、スペクトル形状を変える様子を説明する図。
【図５】本発明の実施例１における半導体発光素子を光の進行方向に対して垂直な方向から見た断面図。
【図６】本発明の実施例１における半導体発光素子を光の進行方向から見た断面図。
【図７】本発明の実施例１におけるＡＳＥスペクトルを所望の形状にシェイピング（整形）する構成例について説明する図。
【図８】本発明の実施例２における半導体発光素子を光の進行方向に対して垂直な方向から見た断面図。
【図９】本発明の実施例２における半導体発光素子を光の進行方向から見た断面図。
【図１０】本発明の実施例２におけるゲインスペクトルを所望の形状にシェイピング（整形）する構成例について説明する図。
【図１１】本発明の実施例３における半導体発光素子を光の進行方向に対して垂直な方向から見た断面図。
【図１２】本発明の実施例３を説明する図１１を上面から見た図。
【図１３】本発明の実施例４における半導体発光素子であるＳＯＡを適用して利得媒体として用いた波長可変光源装置について説明する図。
【図１４】本発明の実施例５におけるＳＤ−ＯＣＴ装置の構成例について説明する図。
【図１５】本発明の実施例６におけるＳＳ−ＯＣＴ装置の構成例について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、発明者らの検討の結果、つぎのような知見に基づいて見出されたものである。
すなわち、活性層近傍に、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴する大きさのドット径を有する複数の金属ドットが配列された金属ドット層を設けることによって、スペクトル形状を変えることができるという知見に基づいて見出されたものである。
つまり、上記金属ドット層を、活性層近傍に配置した際に、金属ドットのドット径の大きさに対応した波長λにおいて局在プラズモン共鳴が生じる。この局在プラズモン共鳴を用いて、半導体発光素子のＡＳＥスペクトルまたはゲインスペクトルを所望の形状にシェイピング（整形）するようにしたものである。
【００１１】
以下に、本発明の実施形態における半導体発光素子について説明する。
本実施形態の半導体発光素子は、基板上に、電流注入により発光する活性層を含む複数の半導体層が積層された構成を備えている。
具体的には、図１に示すように、下から順にｎ側電極１０１、基板１０２、ｎクラッド層１０３、活性層１０４、ｐクラッド層１０５、誘電体層１０８、金属ドット１０９、ｐコンタクト層１０６、ｐ側電極１０７を備える。
この半導体発光素子では、電流注入によって光を発する活性層１０４の近傍に金属ドット１０９か配置されている。
この金属ドット層は、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴する大きさのドット径を有する複数の金属ドット１０９が、前記基板と平行に配列して構成されている。
また、金属ドット１０９が配置されている活性層１０４の近傍とは、具体的には活性層で発生した光の強度分布が染み出す領域内を指している。
つまり、光の強度が１／ｅ２まで落ちる領域より内側か、もしくは光が伝播光として活性層の外へ漏れ出したときに他の層の吸収や散乱によって光強度が全て失われない領域である。
このとき、金属ドット１０９は誘電体層１０８に覆われていることが好ましい。これは、金属原子と半導体結晶が直接触れ合っていると、金属原子の拡散が起こり、活性層へコンタミを起こすなど、望ましくない現象を防ぐためである。
また、金属ドット層の局在プラズモン共鳴の波長が周囲の屈折率に敏感であるため、金属ドット層の周囲を誘電体層で覆い、屈折率を所望の値に保つためにも好適である。
【００１２】
図２を用いて本発明に係る構造をさらに説明する。
図２は、本実施形態の半導体発光素子の中心部を光の進行方向から見た断面図である。
下から順にｎ側電極１０１から、ｐ側電極１０７まで図１と同じ構成をしている。
上記複数の金属ドットは、活性層の直上にあるｐクラッド層の内部領域に設けられた誘電体層中に配列されている。
具体的には、誘電体層１０８に囲まれた金属ドット１０９はｐクラッド層１０５の中心部に配置され、側部にはｐクラッド層１０５が残されている。
これは上部のｐ側電極１０７から電流注入された際に電子がｐクラッド層１０５の側部を通って活性層１０４へ注入され、キャリアを励起させるためである。
このような構成を取ったときに、活性層１０４で発生した光と金属ドット１０９間で金属ドット１０９の大きさに対応した光に対して局在プラズモン共鳴が起こり、光が反射される。
なお、このように金属ドット間で金属ドットの大きさに対応した光に対して局在プラズモン共鳴現象が生じることについての詳細は、特許文献２（特開２０１０−８９９０号公報）に記載されている。
これにより、半導体発光素子のＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光スペクトルや、ゲインスペクトルを所望の形状にシェイピングできる。
【００１３】
つぎに、図３を用いて金属ドット層を配置した際にスペクトル形状をシェイピングできることについて説明する。
図３（ａ）は金属ドット層が配置されていない、通常の半導体発光素子のＡＳＥ光スペクトル３０４を表す。
この素子に対し波長λ３０１に共鳴するサイズの金属ドット層を活性層近傍に配置したとき、金属ドットのドット径の大きさに対応した波長λ３０１において局在プラズモン共鳴および反射が起こり、波長λ３０１の光は活性層へ戻される。一方、波長λ３０１以外の波長λ３０２や波長λ３０３の光は、局在プラズモン共鳴を起こさず金属ドット層を透過する。
この結果、図３（ｂ）に示すようにスペクトルの中心部である波長λ３０１の強度が上昇し、周囲の波長であるλ３０２およびλ３０３の強度は下がり、図３（ｃ）のＡＳＥ光スペクトル３０５になり、スペクトル形状を変えることができる。
【００１４】
この様子を図４を用いて説明する。
活性層１０４で発生したＡＳＥ光４０１は波長λ３０１、３０２、３０３を含む。
このとき、活性層から染み出した光の中で、波長λ３０１の光のみ金属ドット１０９と局在プラズモン共鳴を起こし、反射されて活性層１０４へと戻される。
一方、波長λ３０２および波長λ３０３の光は金属ドット１０９と局在プラズモン共鳴を起さず、損失してしまう。
よって、このような構成のもとで活性層１０４を伝播した光４０２は、図３を用いて説明したようなスペクトル形状の変化を起こす。
このようにして簡便な手法で、スペクトル形状を変えることができる。
つまり、スペクトル強度を上げたい波長に対して局在プラズモン共鳴する大きさの金属ドットを配置すれば、所望のＡＳＥ光スペクトル形状にシェイピングできる。
また、半導体発光素子を入射してきた光を増幅する利得媒体として用いた場合、ゲインスペクトルの形状が重要となるが、一般にＡＳＥ光スペクトルとゲインスペクトルは似た傾向の形状を取る。
これを詳細に述べると、活性層中で入射光の吸収が起こるため、ゲインスペクトルはＡＳＥ光スペクトルに対し、短波長側が下がり、長波長が上がる傾向がある。
このように正確なスペクトル形状は異なるが、ゲインスペクトルの形状はＡＳＥ光スペクトルを反映した形となる。
したがって、前記の金属ドットを配置したことによる局在プラズモン共鳴を用いたスペクトルシェイピングの効果は、ゲインスペクトルにも同様に作用する。
以下において、本発明を適用した半導体発光素子のＡＳＥ光を光源として用いる場合にはＳＬＤと記し、入射光を増幅する利得媒体として用いる場合にはＳＯＡと記す。
活性層近傍に配置する金属ドットの形状は正方形や長方形、三角形や円形など、様々なものが考えられるが、本発明はこのようなドットの形状に限定されるものではない。
また、金属ドットを周期的に配列させる際の配列形状も、正方格子状や三角格子状、六方格子状など様々な配列形状が取り得るが、これらに限定されるものではない。
ただし、正方形や円形のドット、または正方格子状や六方格子状は対称性を持つため、局在プラズモン共鳴の偏光依存性を低減できる点で好適である。
逆に、長方形や三角形のドット、または三角格子状は非対称な軸を持つため、偏光依存性を強調する際には好適である。
金属ドットを構成する金属はアルミニウム、金、銀、白金などを用いることができる。
これらのなかでアルミニウムは、プラズマ周波数が高く（〜１５ｅｖ）、各種波長帯での局在プラズモン共鳴に用いることが容易である。
また、アルミニウムは他の材料と比べ酸化されにくいので長期に渡り光学特性を発現でき、化学的に不活性なことに起因する半導体プロセスでの加工困難性も少ないため好適である。
また、誘電体層としては、可視光領域から近赤外領域の波長に対して透明な石英（二酸化ケイ素）などを用いることができる。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明の半導体発光素子を適用した、広帯域かつガウシアンな形状のＡＳＥ光スペクトルを持つＳＬＤについて、図５、図６を用いて説明する。
図５、図６において、下から順にｎ側電極５０１、基板５０２、ｎクラッド層５０３、活性層５０４、ｐクラッド層５０５、誘電体層５０８、金属ドット５０９、ｐコンタクト層５０６、ｐ側電極５０７である。
活性層５０４やクラッド層５０３、５０５は所望の波長帯に応じた材料で構成されるのが好適であり、本実施例では中心波長１．０６μｍ帯として、活性層にＩｎＧａＡｓＰ、クラッド層および基板にＩｎＰを用いた。
誘電体層には二酸化ケイ素を用いた。金属ドットの材料にはアルミニウムを用いた。
【００１６】
このような構成は半導体プロセスを用いて作製した。
具体的には、エピタキシャル成長およびドーピングを用いて基板上にｎクラッド層５０３、活性層５０４、ｐクラッド層５０５を作製する。
その後、ＥＢ描画を用いてパターンを描画し、ドライエッチングにてｐクラッド層５０５を適当な幅および厚みだけ削る。
そこにスパッタリングによる製膜を用いて二酸化ケイ素を埋め込む。
さらに、同様な手法でパターン描画を施し、ドライエッチングにて削られた構造に、真空蒸着を用いてアルミニウムを製膜し、その上に二酸化ケイ素を製膜することで誘電体層５０８中に金属ドット５０９を作製する。
その後、コンタクト層５０６、電極５０７を作製する。このとき、描画パターンの大きさに応じてフォトリソグラフィーを用いることも好適である。
また、製膜の材料によって、スパッタリングや真空蒸着を使い分けることも好適である。
【００１７】
図７を用いて、ＡＳＥスペクトルを所望の形状にシェイピング（整形）する構成例について説明する。
図７（ａ）は金属ドットを埋め込んでいないＳＬＤのＡＳＥ光スペクトル７０４である。
広帯域な発光波長を得ようとすると、図７（ａ）のようにショルダーピーク７０５が現れる。
しかしながら、測定用光源としてのＳＬＤは実施例５で記載するように広帯域かつガウシアンなＡＳＥ光スペクトルの形状が望まれる。
このとき、図７の波長λ７０１に対して局在プラズモン共鳴を起こす大きさの金属ドットによって構成された金属ドット層を活性層近傍に配置することによって、本発明の実施形態で説明したスペクトルシェイピングの効果が図７（ｂ）のように得られる。
したがって、図７（ｃ）のＡＳＥ光スペクトル７０５のようになり、広帯域であり、なおかつガウシアンな形状を得ることができる。
本実施例では、半導体発光素子の構成として図６に示すようなダブルへテロ構造を用いたが、このような構造に限定されることなく、リッジウェイブ型など他の半導体発光素子の構造を採用しても同様な効果が得られる。
【００１８】
［実施例２］
実施例２として、本発明の半導体発光素子を適用した、広帯域かつフラットなゲインスペクトルを持つＳＯＡについて、図８、図９を用いて説明する。
図８、図９において、下から順にｎ側電極８０１、基板８０２、ｎクラッド層８０３、活性層８０４、ｐクラッド層８０５、誘電体層８０８、金属ドット８０９および８１０、ｐコンタクト層８０６、ｐ側電極８０７である。
実施例１と異なるのは、ドット径大きさが異なる２種類の金属ドット８０９、８１０によって構成された金属ドット層を誘電体層８０８に配置した点である。
各々の金属ドットは異なる波長の光と局在プラズモン共鳴を起こし、金属ドット８０９は波長λ１００２と、金属ドット８１０は波長λ１００３と局在プラズモン共鳴を起こす。
【００１９】
図１０を用いて、ゲインスペクトルを所望の形状にシェイピング（整形）する構成例について説明する。
図１０（ａ）は、金属ドット層が配置されていないときの一般的な単峰性のピークを持つゲインスペクトル１００４を表す。
このとき、波長λ１００２と波長λ１００３の光は、金属ドット８０９と８１０が存在することで局在プラズモン共鳴を起こし反射されて活性層８０４へ戻ることにより、ゲインの強度が増強される。
逆に、２種類の金属ドット８０９および８１０に共鳴しない波長λ１００１の光は金属ドット層を透過し、ゲインの強度が下がる。この様子、つまりゲインスペクトルの裾である波長λ１００２と波長λ１００３のゲイン強度が上がり、ゲインスペクトルの中心である波長λ１００１のゲイン強度が下がることを図１０（ｂ）に示す。
その結果、図１０（ｃ）のように広い波長帯域に渡ってほぼフラットな特性を持ったゲインスペクトル１００５が得られる。
後述する実施例４に示すように、波長可変光源を広い波長帯域で発振させたいときに、広い波長帯域でゲインがフラットな利得媒質は非常に好適である。
本実施例では金属ドットの大きさを２種類としたが、所望のスペクトル形状を達成するために３種類以上の大きさを持った金属ドットを配置しても良い。
【００２０】
［実施例３］
実施例３として、活性層で発生した光の進行路の延長上に導波路として金属ドットを含んだ誘電帯層を配置し、プロセスとしては簡便な手法で作製できる構成例を、図１１、図１２を用いて説明いする。
図１１、図１２において、下から順にｎ側電極１１０１、基板１１０２、ｎクラッド層１１０３、活性層１１０４、ｐクラッド層１１０５、ｐコンタクト層１１０６、ｐ側電極１１０７として半導体発光素子が形成されている。
その半導体発光素子を作製した同じ基板１１０２上に発光層である活性層１１０４から延びた導波路を誘電体層１１０８で形成し、その内部に金属ドット１１０９によって構成された金属ドット層を配置する。
【００２１】
金属ドット１１０９は前記実施例１や実施例２で示したように、所定の波長に対して局在プラズモン共鳴を起こす１種類または２種類以上の大きさの金属ドットである。
このような金属ドットを含んだ導波路を光が透過する際、金属ドットの大きさに対応した波長は局在プラズモン共鳴を起こし、反射することにより損失を与えられ、透過光のスペクトルで強度が減少する。
このようにして、透過光を考えるとＡＳＥ光もしくはゲインスペクトルのシェイピングが達成される。
また、作製プロセスは半導体発光素子を半導体プロセスにて作製したのち、光の進行方向の同一基板上に製膜やパターン描画、エッチングによって誘電体層の導波路および金属ドットを作製すれば良い。
これは実施例１や実施例２と比較して非常に簡便な作製プロセスである。また、活性層の周囲をドライエッチングなどで削らないため、ダメージにより半導体結晶品質が悪化する問題も低減できる。
本実施例では光の進行方向に対し、金属ドットの厚み方向を持つよう実施例１や２とは９０度傾け、垂直に配置している。
さらに、導波路内に金属ドットを１列配置しただけでは局在プラズモン共鳴の効果が弱いときには、図１１や図１２に示すように金属ドットを導波路の幅方向、奥行き方向に複数列並べることも好適である。
導波路の幅や厚みは所望の伝播モードが立つように設計することが好適である。
【００２２】
［実施例４］
実施例４として、本発明の半導体発光素子であるＳＯＡを適用し、利得媒体として用いた波長可変光源装置について説明する。
一般的に波長可変光源は、利得媒体を含む共振器と、波長選択手段を伴って構成される。波長選択手段には回折格子と反射鏡を組み合わせたものや、エタロンの間隔を可変にできるＦＰ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）フィルターなど様々なものが存在する。
なかでも、高速かつ広帯域に波長を掃引できる可能性を持った手段のひとつとして分散チューニングの手法が挙げられる。
山下氏の報告（Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，ｅｔ  ａｌ．Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．  Ｖｏｌ．１４，ｐｐ９２９９  ２００６）では、ＳＯＡを利得媒体としてリング共振器を組み、共振器内の光強度変調器の周波数を変調する。これにより、分散チューニングの手法により波長掃引光源を提案している。
【００２３】
図１３を用いて、本実施例の具体的な構成例について説明する。
利得媒質として本発明に係るＳＯＡ１３０１、アイソレータ１３０２、出力用カプラ１３０３、分散付与ファイバー１３０４、変調器１３０５が光ファイバーを通じて光学的に結合されリング共振器を形成している。
このとき、各種電流源やドライバーの描写は省略している。
変調器１３０５はＥＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）に代表される高速駆動が可能な変調器であることが望ましい。
また、変調器を用いず、ＳＯＡへ印加するＤＣ電流にＡＣ成分を重畳させることで、周期的な強度変調を達成することも、低コスト化の観点から好ましい。
このようなリングレーザの系において、共振器長によって決まるＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）の整数倍に等しい周波数で変調器１３０５を駆動することで強度変調を行い、能動モード同期動作となる。
この能動モード同期状態において変調周波数をＦＭ変調することで発振波長が掃引され、分散チューニングを動作原理とする波長掃引光源が達成される。
【００２４】
本発明に係るＳＯＡを利得媒体として用いることで、ゲインスペクトルがフラットな共振器を構成できる。
これは、所望の波長を発振させたいときにそれ以外の波長も同時に発振してしまう、寄生発振を抑えることに有効である。以下、これらについて説明する。
波長に依存したＦＳＲを利用して、モード同期周波数の違いにより発振波長を選択する分散チューニング方式は、波長選択性、つまり波長確定性が弱い。
従って、ゲインの強度に波長分布があると、ゲインの低い領域の波長を分散チューニングの方式で選択しても、ゲインの高い領域でＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）発振してしまう。
これが寄生発振であり、ゲインスペクトルの形状が波長依存の勾配を持っていることが原因である。
よって、ゲインフラットなＳＯＡを分散チューニング方式の波長可変光源の利得媒体に用いることは、寄生発振を抑え、シングルピークで広い波長帯域を掃引する点で好適である。
また、掃引する周波数を高くするのに比例してシングルピークの波長選択性が弱くなるので、高速に波長を掃引する観点からも好適である。
【００２５】
本実施例では分散チューニングの方式を用いたが、波長可変手段はこれに限定されるものではない。
全ての波長可変手段に対して、本発明に係る半導体発光素子を利得媒体として用いた際には、ゲインフラットニングの効果により寄生発振を抑えることができる。
以上より、本発明に係るＳＯＡを波長可変（もしくは掃引）光源の利得媒体に用いた際、広い波長帯域を高速に掃引できる利点が得られる。
【００２６】
［実施例５］
本発明に係る半導体発光素子をＳＬＤとして適用し、広帯域白色光源に用いたＳＤ−ＯＣＴ装置の構成例について、図１４を用いて説明する。
図１４に示すＳＤ−ＯＣＴ装置において、広帯域白色光源であるＳＬＤ１４０１から出た光をカプラ１４０２を通じて被検体１４０３へと導かれるサンプル光１４０４と、固定ミラー１４０５へと導かれる参照光１４０６とに分割する。
分割されたあと、サンプル光１４０４はコリメータレンズ１４０７と走査鏡１４０８および対物レンズ１４０９を経て、被検体１４０３へと導かれる。
被検体１４０３の深さ情報を持って反射された光はもと来た光路を戻り、再びカプラ１４０２に戻る。
一方、参照光１４０６はコリメータレンズ１４１０、対物レンズ１４１１を通過したのち固定ミラー１４０５にて反射され、もと来た光路を戻り再びカプラ１４０２へと戻りサンプル光と合波され干渉信号を生成する。
干渉信号はラインセンサ型光電変換素子と回折格子から成る分光器１４１２にて波長毎の信号に分離され、計算処理機１４１３においてフーリエ変換を中心とした信号処理をすることで深さ方向断層画像となる。
【００２７】
本実施例に係るＳＬＤをＳＤ−ＯＣＴ装置の白色光源として用いた場合、以下に述べる利点が得られる。
ＳＤ−ＯＣＴ装置において、被検体の奥行き方向分解能Δｚは次の式（１）で表されるように光源のスペクトル帯域の広さに反比例して良くなる。
2012069770.tif 000003
【００２８】
ここで、Δλはスペクトル帯域幅、λ０は中心波長を表す。
また、信号処理においてフーリエ変換を行うため、光源のパワースペクトル形状はガウシアンであることが、信号のＳＮ比向上の観点からも望ましい。
従って、広帯域かつガウシアンの形状を持つ光源がＳＤ−ＯＣＴ装置には好適である。このような光源の特性を達成するために、本発明に係るスペクトルシェイピング機能を利用した半導体発光素子を利用することは好適である。
【００２９】
［実施例６］
本発明に係る半導体発光素子をＳＯＡとして適用し、波長掃引光源の利得媒体に用いたＳＳ−ＯＣＴ装置の構成例について、図１５を用いて説明する。
図１５に示すＳＳ−ＯＣＴ装置において、光源１５０１は実施例４に記載した特徴を持つ、本発明に係る波長掃引光源である。
また、光電変換部１５１２は単一のフォトダイオードもしくはバランスドディテクターで構成される。
光源自体の揺らぎに起因するノイズをキャンセルでき、画質のＳＮ比を向上できる観点からはバランスドディテクターであることが好ましい。コストや装置の簡便さの観点からは単一のフォトダイオードが望ましい。
その他の構成要素は実施例５に記載のＳＤ−ＯＣＴ装置と同様である。
【００３０】
ＳＳ−ＯＣＴ装置の奥行き分解能も前記実施例５に記載したＳＤ−ＯＣＴと同様に発振波長帯域幅に反比例して高まり、波長帯域は広いほうが望ましい。
実施例４に記載したように、本発明に係るＳＯＡを利得媒体に用いるとゲイン特性がフラットであるため寄生発振が抑制でき、発振波長帯域を広く取れるため、奥行き分解能の向上につながる。
また、ＳＳ−ＯＣＴ装置では光源の波長掃引速度が画像取得速度に直結し、固視微動の影響を排除しＳＮ比の良い画像を取得するためにも高速な画像取得が求められることから、高速な波長掃引光源が望まれる。
このとき、ゲイン特性がフラットなＳＯＡを利得媒体に用いると、前記のように波長掃引速度の向上が見込め、ＳＳ−ＯＣＴ装置に適応した際も好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１：ｎ側電極
１０２：基板
１０３：ｎクラッド層
１０４：活性層
１０５：ｐクラッド層
１０６：ｐコンタクト層
１０７：ｐ側電極
１０８：誘電体層
１０９：金属ドット
【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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