(57)【要約】【課題】半導体層を積層して形成された同一層構成の積層面に、発光素子と受光素子とが配設された半導体光集積素子を構成するに当たり、発光素子の動作時には動作電流の増大による発熱や余計な発光を抑えることができ、受光素子の動作時には光の吸収効率を高くする半導体光集積素子を提供する。【解決手段】基板上に第１の導電型の第１のクラッド層、活性層、及び、第２の導電型の第２のクラッド層を少なくとも含んで積層されてなる発光素子、及び、受光素子が、同一基板上の面内に配置されて成る半導体光集積素子において、  活性層は、導電型の第２の活性領域と、アンドープの第１の活性領域とが積層された構造を備え、  第２の活性領域が、第２の活性領域に対し最も近い位置に積層されている第１もしくは第２のクラッド層と同じ導電型とされている。【選択図】            図１
2013004903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の導電型の第１のクラッド層、活性層、及び、第２の導電型の第２のクラッド層を少なくとも含んで積層されてなる発光素子、及び、受光素子が、同一基板上の面内に配置されて成る半導体光集積素子において、
前記活性層は、導電型の第２の活性領域と、アンドープの第１の活性領域とが積層された構造を備え、
前記第２の活性領域が、該第２の活性領域に対し最も近い位置に積層されている前記第１もしくは第２のクラッド層と同じ導電型であることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】
前記第２の活性領域は、該第２の活性領域に対し最も近い位置に積層されている前記第１もしくは第２のクラッド層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度とされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積素子。
【請求項３】
前記第１もしくは第２のクラッド層と、前記第２の活性領域及び前記第１の活性領域とで挟まれた導電型の第３の活性領域を有し、
前記第３の活性領域は、該第３の活性領域に対し最も近い位置に積層されている前記第１もしくは第２のクラッド層と同じ導電型であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体光集積素子。
【請求項４】
前記第３の活性領域は、該第３の活性領域に対し最も近い位置に積層されている前記第１もしくは第２のクラッド層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項５】
前記第２の活性領域及び／または前記第３の活性領域のバンドギャップが、
前記第１の活性領域のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項６】
前記第２の活性領域及び／または前記第３の活性領域のバンドギャップが、
前記第１の活性領域のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項７】
前記第２の活性領域及び／または前記第３の活性領域が量子井戸を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の半導体光集積素子を複数備え、該複数の半導体光集積素子を基板上にアレイ状に配列して構成されていることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項９】
前記基板上にアレイ状に配列された半導体光集積素子の各々が光導波路によって結合され、またはその一部が光導波路によって結合されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体光集積素子。
【請求項１０】
前記発光素子に順方向バイアス電圧を印加し、前記受光素子に逆方向バイアス電圧を印加することによって、
前記発光素子から発生した光を該受光素子で受光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１乃至請求項９のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の半導体光集積素子を光源として備えていることを特徴とする光断層撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体光集積素子及び該半導体光集積素子を備えている光断層撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光干渉断層計あるいは光干渉断層法）と呼ばれる、低コヒーレンス光の干渉を利用することによる断層像を撮影する装置が実用化されてきている。
このＯＣＴは、眼科領域では網膜剥離などの診断のための眼底部の断層像や緑内障の予診に前眼部の虹彩の断層像を取得するなどに用いられる。
また、眼科以外においても、ＯＣＴは皮膚の断層像の観察や、内視鏡やカテーテルに組み込むことで消化器や循環器の壁面断層撮影等が試みられている。
【０００３】
このようなＯＣＴには、低コヒーレンス光を発生させる光源としてＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ：スーパールミネッセントダイオード）が良く用いられる。
このＳＬＤは、電流注入により発生した自然放出光を種光として、電流注入により反転分布を有した活性層中を種光が導波することで、誘導放出により光を増幅する構成となっている。
この増幅した光がデバイスの出射口において反射しない構成とすることで、共振器構造を形成せずレーザー発振を抑制した構成となっている。
このように、光が活性層を１回通過することで自然放出光を増幅する動作を一般的にスーパールミネッセントモード（ＳＬモード）と呼ばれている。
以上のようなＳＬＤでは、光の増幅効果を利用するためＬＥＤと比較し出力が大きく、指向性の強い光を得られることが特徴となっている。
【０００４】
従来において、以上のようなＳＬＤから出力される光を安定にするために、ＳＬＤの端面の一方からの光をＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）でモニターしながら、動作電流をフィードバックすることは良く知られている。
また、特許文献１では、このようなＰＤをＳＬＤと同一層構成を有する基板上に形成し、１ｃｈｉｐのデバイスとして形成した半導体光集積素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＬＤは、ＳＬモードでの動作を効率良く発生させるために、活性層に用いる量子井戸の数は１〜５個程度を用いることが一般的である。
これは、通常の半導体レーザーと同じく、活性層に電流を注入し反転分布を形成するために、必要なキャリア数が活性層体積に応じ電流の増加が必要となることに起因する。すなわち、必要な注入電流の増大に伴いデバイスの発熱は顕著になり、ＳＬＤの動作特性の低下を招くことなることから、活性層体積は大きくしすぎないようにすることが一般的である。
一方、ＰＤでは、受光する光を効率良く電流に変換するためには、光の吸収効率が高いことが望まれる。
このように光の吸収効率を高めるためには、光を吸収する活性層の体積を大きくすることが一般的である。
例えば、量子井戸の活性層を有するＰＤの場合、この量子井戸の数を多く並べることによって実現することができる。そして、吸収効率は量子井戸数に応じて向上することから、１０ペア以上と数多くの量子井戸を積層して形成することも一般的である。
【０００７】
上記一般的なＳＬＤの構造を用い、特許文献１のように半導体層が積層されて形成された同一層構成の積層面に、ＳＬＤとＰＤとを配設すると、ＳＬＤの上記した動作特性の制約から活性層体積を大きくするこができない。
そのため、ＰＤとして動作させるための光の吸収効率が低いものしか得ることができない。
これらに対処するために、光の吸収効率を大きくするために活性層体積を増やすことや、ＰＤ動作をするためのアンドープの活性層を更にＳＬＤに付加することが考えられる。
しかしながら、このような対処方法では電流が注入される活性層の体積が増大するため、ＳＬモードで動作するために必要な電流が増大することによる発熱や、余計な発光が生じＳＬＤの特性低下を招く。
このように、特許文献１のような同一の活性層構造を用いたＳＬＤ／ＰＤ集積素子では、ＳＬＤとＰＤの特性を同時に最適化することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、複数の半導体層を積層して形成された同一層構成の積層面に、発光素子と受光素子とが配設された半導体光集積素子を構成するに当たり、
発光素子の動作時には動作電流の増大による発熱や余計な発光を抑えることができ、受光素子の動作時には光の吸収効率を高くすることが可能となる半導体光集積素子及び該半導体光集積素子を備えた光断層撮像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】
【０００９】
本発明の半導体光集積素子は、基板上に第１の導電型の第１のクラッド層、活性層、及び、第２の導電型の第２のクラッド層を少なくとも含んで積層されてなる発光素子、及び、受光素子が、同一基板上の面内に配置されて成る半導体光集積素子において、
前記活性層は、導電型の第２の活性領域と、アンドープの第１の活性領域とが積層された構造を備え、
前記第２の活性領域が、該第２の活性領域に対し最も近い位置に積層されている前記第１もしくは第２のクラッド層と同じ導電型であることを特徴とする。
また、本発明の光断層撮像装置は、上記の半導体光集積素子を光源として備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の半導体層を積層して形成された同一層構成の積層面に、発光素子と受光素子とが配設された半導体光集積素子を構成するに当たり、
発光素子の動作時には動作電流の増大による発熱や余計な発光を抑えることができ、受光素子の動作時には光の吸収効率を高くすることが可能となる半導体光集積素子及び該半導体光集積素子を備えた光断層撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における半導体光集積素子の層構成を説明する図。
【図２】本発明の実施形態における半導体光集積素子の層構成のバンドダイアグラムのイメージ図。
【図３】本発明の実施形態における半導体光集積素子の概略図。
【図４】本発明の実施例１における半導体光集積素子の層構成を説明する図。
【図５】本発明の実施例１における半導体光集積素子の概略図。
【図６】本発明の実施例２における半導体光集積素子の層構成を説明する図。
【図７】本発明の実施例２における半導体光集積素子の概略図。
【図８】本発明の実施例４における半導体光集積素子を備えた光断層撮像装置の概略図。
【図９】本発明の実施形態における複数の半導体光集積素子が光導波路によって結合されている構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の基板上に第１の導電型の第１のクラッド層、活性層、及び、第２の導電型の第２のクラッド層を少なくとも含んで積層されてなる発光素子、及び、受光素子が、同一基板上の面内に配置した構成によれば、つぎのように動作させることが可能である。
すなわち、順方向バイアス時にはＳＬＤ（発光素子）として動作し、逆方向バイアス時には光吸収効率の良いＰＤ（受光素子）として動作させることが可能である。
その具体的な層構成の実施形態について、以下に図を用いて説明する。
図１は、本実施形態における半導体光集積素子の層構成を説明する図である。
図１に示されるように、本実施形態の半導体光集積素子は、つぎの順で各層が積層され積層構造が形成されている。
まず、第１の導電型の基板１０１上に、第１の導電型の第１のクラッド層１０２、アンドープの第１の活性領域１０３が積層されている。
そして、その上に光を吸収する第２の導電型の第２の活性領域１０４、第２の導電型の第２のクラッド層１０５、第２の導電型コンタクト層１０６が積層されている。このように、第２の活性領域１０４は第２のクラッド層１０５と同じ第２の導電型を備えている。
ここで、第１及び第２のクラッド層は、第１及び第２の活性領域よりも屈折率が低く、第１及び第２の活性領域へ光を閉じ込める役割を有している層である。
アンドープの第１の活性領域１０３は、例えば量子井戸により構成される場合、量子井戸とそれを囲むバリアから構成されるものとする。
つまり、ここでの第１の活性領域１０３はアンドープの領域全てを含んだ領域として定義する。
また、第２の導電型の第２活性領域１０４は、第１の活性領域１０３と第２のクラッド層１０５で挟まれ且つ第２の導電型にドーピングされている領域全てを指すものとする。
例えば、第２の活性領域１０４が、バリア層で挟まれた量子井戸であっても、第２の導電型にドーピングされている領域全てを第２の活性領域１０４とする。ここで記載した形態以外にも、第２活性領域を第１の活性領域と第１のクラッド層の間に設けても良い。この場合には第２の活性領域は、第１の導電型となり、第１のクラッド層と第１の活性領域に挟まれたドーピングされている領域全てを指すものとなる。つまり、第２の活性領域は第１の活性領域と第１もしくは第２のクラッド層に挟まれ、且つ、接しているクラッド層と同一の導電型を有していることとなる。
すなわち、このように活性層は、導電型の第２の活性領域と、アンドープの第１の活性領域とが積層された構造を備え、この第２の活性領域は、該第２の活性領域に対し最も近い位置に積層されている第１もしくは第２のクラッド層と同じ導電型とされる。
ここでは、これら第１の活性領域と第２の活性領域を合わせて、活性層として記述している。
【００１３】
図２は、上記積層構造のバンドラインナップとドーピング分布のイメージ図であり、第１の活性領域及び第２の活性領域は共に量子井戸を用いた例である。
量子井戸を囲んだバリア層も含めて、第１の活性領域及び第２の活性領域としている。
図３は、図１、図２に示した層構成においてＳＬＤおよびＰＤを同一基板上に配置して動作するように構造を作製したデバイスの模式図である。
図３（ａ）はデバイスの斜視図、（ｂ）はデバイスの平面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図を示している。
ＳＬＤとＰＤは、ＳＬＤ部３０１から出射される光を受光することが可能な位置に、ＰＤ部３０２が配置されている。
このような相対位置関係に両者を配置することにより、ＰＤ部３０２にて受光した光に応じた信号を得ることができ、この信号を一定とするようにＳＬＤの駆動電流をフィードバックすることにより、光出力が安定したＳＬＤとして使用できるようにされている。
【００１４】
図３では、ＳＬＤとＰＤの間を分離せず、各層がつながった形で形成されている。
ここで、ＳＬＤ部３０１では基板１０１に接して形成されたＳＬＤ／ＰＤ共通電極３０３とコンタクト層１０６に接して形成されたＳＬＤ電極３０４の間に順方向バイアス電圧を印加し電流を注入することによってＳＬＤとして動作する。
順方向バイアス時には、第２の活性領域は多数キャリアは注入されるが、ドーピングが施されているためこの領域には反対のキャリアは入れない。
そのため、第２の活性領域では殆んど再結合が起こらずキャリアは消費されない。
第２の活性領域１０４において一定レベルまでキャリアが注入された後、キャリアは第２の活性領域１０４を通過してアンドープの第１の活性領域１０３まで到達する。
第２の活性領域が存在しない側の第１の導電型の第１のクラッド層から注入されたキャリアと第２の活性領域１０４を通過したキャリアは、第１の活性領域１０３において再結合して発光する。
【００１５】
ＳＬＤ部３０１は、例えば図３に示された様にリッジ型導波路が形成されてＳＬＤ部３０１を構成されている。
具体的には、ストライプ型に層構成上側から、第１のクラッド層１０２までエッチングを行いリッジ構造を形成し、その後第１及び第２のクラッド層と屈折率の近い材料によってリッジ構造を埋め込むこと（埋め込み部３０５）によってリッジ型導波路が形成される。
このとき、設計に応じてリッジのストライプ幅や長さを適宜、決定することができる。
リッジ型導波路が形成されたＳＬＤは屈折率導波構造となっており、屈折率の高い活性層部（本発明では第１及び第２の活性領域の両者を含んだ領域）が屈折率の低いクラッド層（第１及び第２のクラッド層、リッジ構造を埋め込んだ材料を含む）で囲まれている。これによって、屈折率差を有した導波路構造が形成されている。
この順方向バイアス電圧が印加されている導波路内を光が進むことによって、誘導放出が起こりＳＬモード動作するＳＬＤ部が形成される。
屈折率導波によるＳＬＤ構造の他にも、リッジ構造を有さないゲイン導波によってＳＬモードで動作させることも可能である。
このゲイン導波と呼ばれる構造は、リッジ構造を形成せずにキャリアの注入される領域をストライプ状に限定することによって、それに沿った方向の光のみが増幅されＳＬモードで動作するものである。
なお、本発明は、ＳＬＤ及びＰＤを形成するための、層構成に特徴を有するものであり、このリッジ型、ゲイン導波型のどちらかに限定されるものではない。
【００１６】
ＳＬＤ部３０１は、図３（ｂ）のようにストライプに直交した線からデバイス端面が５〜９度の傾斜角度θを有して端面が形成される。
これにより端面の反射を軽減しファブリペロー共振器を形成させずレーザー発振を抑制している。また、この端面に反射防止膜を形成し端面の反射をより軽減させてもよい。
ＰＤ部３０２は、略ＳＬＤと同様の構造に形成されている。例えば図３のようにＳＬＤと結合した形でリッジ型導波路を有していても良い。
また、導波路を形成せずに電極をストライプ状に形成し、ＰＤとして動作する領域を限定しても良い。
さらには、電極の形状も制限することなく、ＰＤ部に対して一様に電圧を印加することが可能なように、デバイス部全面に電極を形成しても良い。
ＰＤ部３０２は、基板１０１に接して形成されたＳＬＤ／ＰＤ共通電極３０３とコンタクト層１０６に接して形成されたＰＤ電極３０６に逆方向バイアス電圧を印加して動作する。
この逆方向バイアス電圧を印加することによって、第２の導電型の第２の活性領域１０４が空乏化するように、ドーピング濃度や第２のクラッド層１０５からの距離が制御されている。
この逆バイアス電圧印加により、第２の活性領域１０４が空乏化することが本発明の層構成により実現される特徴である。
【００１７】
逆バイアス電圧印加時に第２の活性領域１０４が空乏化されるためには、図２に示された第２のクラッド層１０５のドーピング領域２０１の濃度より第２の活性領域１０４のドーピング領域２０２の濃度が低いことが望ましい。
例えば、第２のクラッド層１０５のドーピング濃度が１Ｅ＋１８（ｃｍ-3）である場合、第２の活性領域１０４のドーピング濃度は１Ｅ＋１７（ｃｍ-3）程度であることが望ましい。
このようなドーピング濃度差を有している場合、第２のクラッド層１０５と第２の活性領域１０４との間に約−２〜５Ｖ程度の逆バイアス電圧が印加されると、第２のクラッド層１０５と第２の活性領域１０４の界面から約１５〜２５ｎｍ程度の空乏領域が第２の活性領域１０４側に形成される。
ここで挙げたドーピング濃度は、あくまでも一例であり、逆バイアス印加時に第２の活性領域１０４が空乏化することが本発明の本質である。
【００１８】
逆バイアス電圧印加時にＰＤ部３０２に光が入射されると、第１の活性領域１０３が光を吸収し発生したキャリアが電流として取り出される。
この時、第２の活性領域１０４が空乏化していることにより、第２の活性領域１０４においても光を吸収し発生したキャリアが電流として取り出せる。
そのため、通常のＳＬＤをＰＤとして使用した場合よりも、光を吸収し、電流として信号を取り出すことができる層が多くなる。つまり、光の吸収が大きなＰＤとして動作することが可能となる。
逆バイアス印加時に第２の活性領域１０４が空乏化せずに第２の導電型のままである場合は、光を吸収しキャリアを発生させても、第２の導電型における少数キャリアは移動することができずに電流として取り出すことができない。
そのために、第２の活性領域１０４が逆バイアス印加時に空乏化することが、本発明にとって重要な事項となる。
ＳＬＤとＰＤの間に溝が形成されるなど端面が存在する場合、ＰＤ部３０２はＳＬＤ部３０１と同様に端面が５〜９度の傾斜を有していても良く、更には、端面に反射防止膜を形成していても良い。
これにより、入射する光がＰＤ界面において反射せずに効率良くＰＤ内部に侵入することができ、より一層ＰＤから多くの電流として信号を取り出すことが可能となる。
【００１９】
図２では、本発明の第１の活性領域と第２の活性領域について、両者のバンドギャップが同一の場合について説明したが、第１の活性領域のバンドギャップが第２の活性領域のバンドギャップより大きくても良い。
このようなバンドギャップの関係であれば、第２の活性領域の吸収端はＳＬＤ動作時に第１の活性領域から発光する波長よりも長波長側になる。
そのため、発光する大部分の波長を第２の活性領域において吸収することが可能となり、より効率のよいＰＤとして動作することが可能となる。
また、第１の活性領域のバンドギャップが第２の活性領域のバンドギャップよりも小さくても良い。
この場合、第２の活性領域の吸収端は、第１の活性領域からの発光のピークよりも短波長側になる。
そのため、ＳＬＤ動作時において第２の活性領域の光吸収量を小さくすることが可能となり、効率のよいＳＬＤ動作が可能となる。
【００２０】
以上で説明した構造は、活性領域が第１と第２の二つある場合のものであるが、本発明の主旨はこれに限定されるものではない。
具体的には、第３の活性領域が存在する構成を採り、該第３の活性領域に対し最も近い位置に積層されている第１もしくは第２のクラッド層と同じ導電型とする。その際、該第３の活性領域に対し最も近い位置に積層されている第１もしくは第２のクラッド層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度とすることが望ましい。
例えば、第１の導電型の第１のクラッド層と第１の活性領域の間に、第１のクラッド層と同じ導電型の第３の活性領域が配置された構成を採ることができる。
この第３の活性領域は第２の活性領域と導電型の極性が反対であることを除いて、同一の役割を果たす。
そして、このような第３の活性領域を配置した場合には、第２の活性領域及び／または第３の活性領域のバンドギャップが、第１の活性領域のバンドギャップよりも小さいバンドギャップとされた構成を採ることができる。
あるいは、第２の活性領域及び／または第３の活性領域のバンドギャップが、第１の活性領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップとされた構成を採ることができる。
また、第３の活性領域のドーピング濃度においても、該第３の活性領域のドーピング濃度が前記第１のクラッド層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度とするのが望ましい。
以上のように第３の活性領域が配置されることにより、逆バイアスでのＰＤ動作時に第３の活性領域も空乏化し、光を吸収して発生したキャリアを電流として取り出す層が増えることになり、より効率のよいＰＤとして動作することになる。
【００２１】
また、図３に記載されているＳＬＤとＰＤの組みを複数備えた構成とし、該複数の半導体光集積素子を基板上にアレイ状に配列してアレイ光源として用いることもできる。
その際、該複数の半導体光集積素子の一部を光導波路によって結合し、例えば、ＳＬＤの光を導波路によって結合して一つの出射口を形成しても良い。これにより、デバイス外への光の結合が容易になり使いやすい形態とすることができる。また、複数の半導体光集積素子の各々を光導波路によって結合し、例えば図９のように複数のＳＬＤとＰＤが光導波路に繋った構成としても良い。
例えば、複数のＳＬＤがＰＤと導波路によってつながった構成をとっている場合、注入電流が異なる複数のＳＬＤから出射される光の強度を一つのＰＤで測定することが可能となる。
そして、複数の半導体層を積層して形成された同一層構成の積層面に、発光素子と受光素子とが配設された本実施形態の半導体光集積素子の構成によれば、ＰＤ動作時において光利用効率を向上させることができる。
また、これにより光出力の安定したＳＬＤを提供することができる。
さらに、この光源を光断層撮像装置に適用することにより、安定した断層像を取得することが可能になる。
【００２２】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した半導体光集積素子の一例について、図４、図５を用いて説明する。
本実施例における半導体光集積素子の層構成は、以下の図４に示すような層構成を備えている。
まず、図１の基板１０１に相当するｎ型ＧａＡｓ基板上に、
図１の第１のクラッド層１０２に相当するｎ型Ａｌ0.5ＧａＡｓ（厚さ１．２ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１８（ｃｍ-3））の第１のクラッド層が形成されている。
次に、第１のクラッド層上に、第１の活性領域１０３として、
アンドープＡｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．０９６ｕｍ）のバリア層４０１、
アンドープＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ）の発光量子井戸４０２、
アンドープＡｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．０７６ｕｍ）のバリア層４０３、が形成されている。
次に、第１の活性領域１０３上に、第２の活性領域１０４として、
ｐ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００４ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層４０４、
ｐ型ＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））の光吸収量子井戸４０５、
ｐ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層４０６、が形成されている。
そして、その上に図１の第２のクラッド層１０５に相当するｐ型0.5ＧａＡｓ（厚さ１．２ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１８（ｃｍ-3））の第２のクラッド層、図１のコンタクト層１０６に相当するｐ型ＧａＡｓ（厚さ０．０５ｕｍ  ドーピング濃度１Ｅ＋１９（ｃｍ-3））のコンタクト層、の順に形成されている。
【００２３】
図５に本実施例に用いたデバイスの概略図を示す。
図５（ａ）はデバイスの層構成を示す断面図、図５（ｂ）は本実施例のデバイスの斜視図を示している。
上記のように層構成を形成した基板にリッジ型導波路をフォトリソグラフィとドライエッチングによって形成する。
このリッジ型導波路は、例えば３〜１０ｕｍのストライプ幅で形成される。
最終的なＳＬＤの出射端面は基板のへき開によって形成するため、出射端面での光の反射を抑えるためにへき開面に対して５〜１０度ほどの傾斜角度を有した方向に導波路は形成する。
リッジを形成した後に、アンドープのＡｌ0.2ＧａＡｓを結晶成長し、リッジ側面を埋め込み埋め込み部を形成する。
その後、絶縁膜５０１としてＳｉＯ2を形成し、電極形成部のＳｉＯ2を除去しコンタクト層を露出させた後に、ＳＬＤ電極５０２、ＰＤ電極５０３として、Ｔｉ、Ａｕの２層構造の金属をＳＬＤ部とＰＤ部と分離して成膜する。
次に、基板の裏面にＳＬＤ／ＰＤ共通電極５０４としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層の金属を成膜する。
その後、ストライプ長さが０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度となるように基板をへき開する。
さらに、ＳＬＤ出射面の反射率を更に低減するために、ＣＶＤにて反射防止膜を形成する。
以上の工程にてＳＬＤ部５０５、ＰＤ部５０６が同一基板につながった形で形成できる。
【００２４】
ＳＬＤ部５０５には順方向バイアスを、ＰＤ部５０６には逆方向バイアスを印加することで、それぞれＳＬＤ／ＰＤとして動作する。
この時、ＰＤ部５０６には、おおよそ−１５〜３０Ｖ程度逆バイアスを印加することで、第２の活性領域は空乏化し光電流を発生させることができる。
これにより、第１の活性領域と第２の活性領域の両者が光を吸収し光電流を発生させることが可能となるため、効率の良いＰＤとして動作することができる。
ＳＬＤとＰＤを同時に駆動することにより、ＳＬＤから発光した光強度を、ＰＤにてモニターすることができる。
ＰＤの信号が安定するように、ＳＬＤ駆動電流をフィードバックして調整することによって発光強度が安定したＳＬＤとして使用することが可能となる。
【００２５】
［実施例２］
実施例２として、本発明を適用した半導体光集積素子の一例について、図６、図７を用いて説明する。
本実施例における半導体光集積素子の層構成は、以下の図６に示すような層構成を備えている。
まず、図１の基板１０１に相当するｎ型ＧａＡｓ基板上に、
図１の第１のクラッド層１０２に相当するｎ型Ａｌ0.5ＧａＡｓ（厚さ１．２ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１８（ｃｍ-3））の第１のクラッド層が形成されている。
次に、第１のクラッド層上に第３の活性領域６１６として、
ｎ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００５ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層６０１、
ｎ型ＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））の第２の光吸収量子井戸６０２、
ｎ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００５ｕｍドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層６０３、が形成されている。
次に、活性領域６１６上に、第１の活性領域６１７として、
アンドープＡｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．０７ｕｍ）のバリア層６０４、
アンドープＡｌ0.015ＧａＡｓ（厚さ０．００４ｕｍ）の発光量子井戸６０５、
アンドープＡｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．０５ｕｍ）のバリア層６０６、
アンドープＡｌ0.015ＧａＡｓ（厚さ０．００６ｕｍ）の発光量子井戸６０７、
アンドープＡｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．０５ｕｍ）のバリア層６０８、
アンドープＡｌ0.015ＧａＡｓ（厚さ０．０８ｕｍ）の発光量子井戸６０９、
アンドープＡｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．０７ｕｍ）のバリア層６１０、が形成されている。
次に、第１の活性領域６１７上に、第２の活性領域６１８として、
ｐ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００５ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層６１１、
ｐ型ＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））の光吸収量子井戸６１２、
ｐ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００５ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層６１３、が形成されている。
そして、その上に図１の第２のクラッド層１０５に相当するｐ型0.5ＧａＡｓ（厚さ１．２ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１８（ｃｍ-3））の第２のクラッド層、図１のコンタクト層１０６に相当するｐ型ＧａＡｓ（厚さ０．０５ｕｍ  ドーピング濃度１Ｅ＋１９（ｃｍ-3））のコンタクト層、の順に形成されている。
【００２６】
図７に、上記層構成で形成したゲイン導波型のＳＬＤおよびＰＤのデバイスの斜視図を示す。
この基板にＳＬＤ部６１４とＰＤ部６１５とを分離する溝７０１をフォトリソグラフィとドライエッチングによって形成する。
その後、絶縁膜としてＳｉＯ2を形成し、ＳＬＤ部６１４、ＰＤ部６１５の各々の表面の一部にストライプ状となるようフォトリソグラフィとウェットエッチングによりＳｉＯ2を除去する。
その後、この部分にＳＬＤ部６１４及びＰＤ部６１５を分離するようにｐ型電極材料としてＴｉとＡｕを蒸着によりＳＬＤ電極７０２及びＰＤ電極７０３を形成する。
その後、ＧａＡｓ基板を研磨し１００ｕｍ厚さとしたのち、基板裏面にＡｕＧｅとＮｉとＡｕを蒸着することによりＳＬＤ／ＰＤ共通電極７０４を形成する。
その後、ＳＬＤおよびＰＤのストライプ長さが、０．５〜５ｍｍ程度となるように基板をへき開する。
実施例１と同様に、へき開面とストライプの導波方向は５〜９度程度の傾斜角度θを有している。
また、このへき開面に実施例１と同様に反射防止膜を形成している。
このような作製方法により、ゲイン導波型のＳＬＤとＰＤが形成される。ＳＬＤ部とＰＤ部との間に溝を形成することにより、ＳＬＤ部とＰＤ部の電流経路を明確に分けることができ、不必要な電流の拡散を防止することができる。
【００２７】
実施例１ではドーピングされている活性領域は第２の活性領域だけであったが、本実施例ではドーピングされている第３の活性領域が存在している。
これらの二つのドーピングされた活性領域は、実施例１と同様に逆バイアス印加時において空乏化する。
つまり、逆バイアス時に通常のＳＬＤ構造と比較して光を吸収し電流へ変化する活性領域が２つ追加されることになる。
これにより、実施例１よりもさらに吸収効率の高いＰＤとして動作することになる。
また、本実施例では第１の活性領域にＡｌ0.015ＧａＡｓ（厚さ０．００８、０．００６、０．００４ｕｍ）の量子井戸を用いており、各々の発光波長のピークは、おおよそ８３０ｎｍ、８１５ｎｍ、７９０ｎｍとなる。
これに対して、第２及び第３の活性領域としてＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ）の量子井戸を用いており、第２及び第３の活性領域の方が、第１の活性領域と比較してバンドギャップが小さくなっている。
この量子井戸の吸収端はおおよそ８４０ｎｍである。このため、ＳＬＤ動作時に第１の活性量子井戸から発光する発光波長の大部分が、第２及び第３の活性量子井戸の吸収スペクトル内に入っている。
これにより、実施例１と比較し多くの波長の光がＰＤ部で光を吸収するため、効率の高いＰＤ部となる。
【００２８】
［実施例３］
実施例３として、実施例１の第２の活性領域のドーピング部を変更した構成例について説明する。
本実施例で用いる第２の活性領域は、
ｐ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００４ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層、
アンドープＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ、）の量子井戸、
ｐ型Ａｌ0.2ＧａＡｓ（厚さ０．００８ｕｍ、ドーピング濃度１Ｅ＋１７（ｃｍ-3））のバリア層、
の各層により形成された層構成を備えている。
このようにドーピングされている第２の活性領域の内量子井戸部にのみドーピングを施さないことにより、第２の活性領域の結晶品質を向上させることが可能となる。
結晶品質が向上することにより、光を吸収し発生したキャリアの非発光再結合が抑制されより効率良く電流として取り出すことが可能となる。
【００２９】
［実施例４］
実施例４として、本発明の半導体光集積素子を備えた光断層撮像装置（ＯＣＴシステム）の構成例について、図８を用いて説明する。
図８に示されるように、本実施例の光断層撮像装置は、光源部として本発明のＳＬＤ及びＰＤ８０１、参照部を構成する参照光光路用ファイバ８０２、干渉部を構成するファイバカップラ８０３、反射ミラー８０４を備える。
さらに、検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ８０５、照射集光光学系８０６、照射位置走査用ミラー８０７が接続されている。
これに加え光検出部を構成する受光用ファイバ８０８、分光器８０９、ラインセンサ８１０が配置されている。
照射用ファイバ８１１、画像処理部を構成する信号処理装置８１２、画像出力モニター８１３を接続し、そして光源部を構成する光源制御装置８１４を接続した構成により、光断層撮像装置を構成できる。８１５は検査対象物である。
【００３０】
光源であるＳＬＤ／ＰＤ８０１は、光源制御装置８１４によりＰＤでの受光信号に伴って光出力が安定するようＳＬＤへの注入電流を制御されている。
ＳＬＤ／ＰＤから出射された光は、ファイバカップラにおいて参照光光路用ファイバ及び検査光光路用ファイバに分割されて導入される。
さらに、参照光光路用ファイバの先端には、反射ミラーが配置されており、反射ミラーで反射された光は受光用ファイバに導入され、分光器によって分光された光が、ラインセンサに到達する。
これと同時にファイバカップラにて検査光光路用ファイバに導入された光は、検査物体に照射され、後方散乱光が検査物体の内部及び表面から発生する。
これらの光は照射集光光学系を通してファイバカップラから受光用ファイバに導入され、分光器によって分光された光がラインセンサに到達する。
反射ミラーから反射された光と、検査物体からの光は干渉してラインセンサに到達しており、各波長の光強度に干渉信号が重なって取得されている。
【００３１】
この取得した信号を信号処理装置によりフーリエ変換を施すことにより、取得したスペクトル信号を検査物体の奥行き方向の情報へと変換し検査物体の断層像として取得することができる。
この取得された奥行き情報は画像出力モニターに表示することができる。
同時に、信号処理装置からは照射位置走査用ミラーの駆動信号を発振し、これに同期して干渉信号を取得することで１次元および２次元での断層像取得が可能となる。
本実施例のＳＬＤ／ＰＤを光断層撮像装置に用いることで、安定した光強度で信号を取得することが可能となり断層像の信号強度を安定し、良好な断層画像の取得が可能となる。
また、本実施例の光断層撮像装置は、例えば眼科診療に用いられる眼底ＯＣＴとして利用することも可能である。
更に、他の医療用ＯＣＴや工業用のＯＣＴとしても利用可能であり、特にその用途について限定を受けるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１０１：基板
１０２：第１のクラッド層
１０３、６１７：第１の活性領域
１０４，６１８：第２の活性領域
１０５：第２のクラッド層
１０６：コンタクト層
【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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