(57)【要約】      （修正有）【課題】広帯域なスペクトルと共に、高い光出力を得ることが可能となるスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置を提供する。【解決手段】同一基板上に、少なくとも２つのスーパールミネッセントダイオードである第１のＳＬＤ１１０と第２のＳＬＤ１２０とを備えた光源装置であって、第１のＳＬＤと第２のＳＬＤは、発光スペクトルが複数のピークを有する、同一基板上に形成された同一の活性層と、第１のＳＬＤと第２のＳＬＤから出射される出射光を合波する合波部１３０と、合波された光を出力するための出力光導波路１４０と、を備え、第１のＳＬＤは、第１の電流密度で駆動するための第１の電極部を有し長波長側の発光ピークが支配的となるように構成されると共に、第２のＳＬＤは、第２の電流密度で駆動するための第２の電極部を有し短波長側の発光ピークが支配的となるように構成されている。【選択図】図１
2013197237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上に、少なくとも２つのスーパールミネッセントダイオードである第１のＳＬＤと第２のＳＬＤとを備えた光源装置であって、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤは、
発光スペクトルが複数のピークを有する、前記同一基板上に形成された同一の活性層と、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤから出射される出射光を合波する合波部と、  前記合波された光を出力するための出力光導波路と、
を備え、
前記第１のＳＬＤは、第１の電流密度で駆動するための第１の電極部を有し長波長側の発光ピークが支配的となるように構成されると共に、
第２のＳＬＤは、第２の電流密度で駆動するための第２の電極部を有し短波長側の発光ピークが支配的となるように構成されていることを特徴とするスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項２】
前記第１のＳＬＤは、光導波方向の素子長が前記第２のＳＬＤの光導波方向の素子長より長いことを特徴とする請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項３】
前記第１の電流密度は前記第２の電流密度より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項４】
前記活性層は、単一量子井戸で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項５】
前記長波長側の発光ピークは、基底準位による発光が支配的となり、
前記短波長側の発光ピークは、１次準位による発光が支配的となることを特徴とする請求項４に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項６】
前記第１のＳＬＤと前記第２のＳＬＤは、光導波方向の素子長が同じであることを特徴とする請求項１、または請求項３から５のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項７】
前記第１のＳＬＤと前記第２のＳＬＤは、少なくとも１つのＳＬＤが光導波方向に２つ以上に分割された電極を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項８】
前記第２のＳＬＤは、前記第２の電流密度で前記短波長側の発光ピークが前記長波長側の発光ピークの２倍以上のピーク強度を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項９】
前記合波部および前記出力光導波路は前記２つ以上のＳＬＤとモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項１０】
前記合波部および前記光出力導波路は、前記第１のＳＬＤと前記第２のＳＬＤの活性層と同一の活性層を有することを特徴とする請求項９に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項１１】
前記合波部は電極を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置。
【請求項１２】
同一基板上に、少なくとも２つのスーパールミネッセントダイオードである第１のＳＬＤと第２のＳＬＤと、を有し、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤが、
発光スペクトルが複数の発光ピークを有する、前記同一基板上に形成された同一の活性層と、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤから出射される出射光を合波する合波部と、  前記合波された光を出力するための出力光導波路と、
を備え、前記合波部で合波された光を前記出力光導波路から出力するスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置の駆動方法であって、
前記第１のＳＬＤを前記発光スペクトルの長波長側の発光ピークが支配的となる第１の電流密度で駆動すると共に、
前記第２のＳＬＤを前記発光スペクトルの短波長側の発光ピークが支配的となる第２の電流密度で駆動することを特徴とするスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置の駆動方法。
【請求項１３】
前記第１のＳＬＤと前記第２のＳＬＤは、少なくとも１つのＳＬＤが光導波方向に２つ以上に分割された電極を有し、それぞれ独立に電流密度を設定して駆動することを特徴とする請求項１２に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置の駆動方法。
【請求項１４】
前記第１のＳＬＤを前記第１の電流密度で駆動した時の発光スペクトルおよび前記第２のＳＬＤを前記第２の電流密度で駆動した時の発光スペクトルにおいて、
前記第１および第２のＳＬＤのそれぞれの短波長側の発光ピーク強度の和「Ａ」と、長波長側の発光ピーク強度の和「Ｂ」の関係が、
「１／２Ａ＜Ｂ＜２Ａ」を満たすようにすることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置の駆動方法。
【請求項１５】
光断層画像撮像装置であって、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源からの光を測定対象物に照射し測定対象物からの反射光を伝達させる測定部と、
前記光源からの光を参照ミラーに照射し該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、
前記測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出された光に基づいて前記測定対象物の断層像を得る画像処理部と、
を有することを特徴とする光断層画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置とその駆動方法、及び光断層画像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ、以下、ＳＬＤと記す）は発光ダイオードのように広帯域なスペクトル分布を有しながら、半導体レーザ同様に比較的高い光出力を得ることが可能な半導体光源である。
ＳＬＤは、その特性から高分解能が求められる医療分野や計測分野で注目されており、例えば、生体組織の光断層画像を取得する際のＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システムを利用した光断層画像撮像装置の光源として用いられる。
【０００３】
スペクトルの広帯域化は高分解能な断層画像取得に必要であり、ＳＬＤでスペクトルを広帯域化する方法として、例えば、非特許文献１に記載の単一量子井戸（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ、以下ＳＱＷと記す）構造を有する活性層を用いることが挙げられる。
ＳＱＷを用いたＳＬＤでは、２つのエネルギー準位からの発光スペクトルの重ね合わせを利用して、広いスペクトル半値全幅を実現する。また、ＳＬＤは高い光出力と広いスペクトル半値全幅を得ることがトレードオフの関係となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．６，ｐｐ．４７１−４７３，２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳＬＤで、高い光出力と２つのエネルギー準位からの発光スペクトルによる広いスペクトル半値全幅を得るには、高注入電流密度での駆動が必要となる。
しかしながら、非特許文献１で記載されるように広いスペクトル半値全幅を実現する際には、２つの発光ピーク強度が同等となる電流密度が存在する。そのため、さらに電流注入を行うと、光出力は増加するが、短波長の発光ピーク強度が増加し、スペクトル半値全幅が減少してしまう。
すなわち、デバイスとしては光出力をまだ得ることができるのに、スペクトル特性の問題から一定以上の高電流注入での駆動ができないという課題を有している。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、広帯域なスペクトルと共に、高い光出力を得ることが可能となるスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置とその駆動方法、及び光断層画像撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同一基板上に、少なくとも２つのスーパールミネッセントダイオードである第１のＳＬＤと第２のＳＬＤとを備えた光源装置であって、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤは、
発光スペクトルが複数のピークを有する、前記同一基板上に形成された同一の活性層と、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤから出射される出射光を合波する合波部と、
前記合波された光を出力するための出力光導波路と、
を備え、
前記第１のＳＬＤは、第１の電流密度で駆動するための第１の電極部を有し長波長側の発光ピークが支配的となるように構成されると共に、
第２のＳＬＤは、第２の電流密度で駆動するための第２の電極部を有し短波長側の発光ピークが支配的となるように構成されていることを特徴とする。
また、本発明のスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置の駆動方法は、同一基板上に、少なくとも２つのスーパールミネッセントダイオードである第１のＳＬＤと第２のＳＬＤと、を有し、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤが、
発光スペクトルが複数の発光ピークを有する、前記同一基板上に形成された同一の活性層と、
前記第１のＳＬＤと第２のＳＬＤから出射される出射光を合波する合波部と、
前記合波された光を出力するための出力光導波路と、
を備え、前記合波部で合波された光を前記出力光導波路から出力するスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置の駆動方法であって、
前記第１のＳＬＤを前記発光スペクトルの長波長側の発光ピークが支配的となる第１の電流密度で駆動すると共に、
前記第２のＳＬＤを前記発光スペクトルの短波長側の発光ピークが支配的となる第２の電流密度で駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広帯域なスペクトルと共に、高い光出力を得ることが可能となるスーパールミネッセントダイオードを備えた光源装置とその駆動方法、及び光断層画像撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１におけるＳＬＤを備えた光源装置の構成例を説明する俯瞰図。
【図２】本発明の実施例１における各ＳＬＤとそれを合波したときのスペクトル図。
【図３】本発明の実施例１におけるＳＬＤを備えた光源装置の構成例を説明する斜視図。
【図４】本発明の実施例１におけるＳＬＤを備えた光源装置の層構成を説明するＡ−Ａ’断面図。
【図５】本発明の実施例１におけるＳＬＤを備えた光源装置の層構成を説明するＢ−Ｂ’断面図。
【図６】本発明の光源装置を用いた実施例４における光干渉断層撮像装置の構成例を説明する図。
【図７】本発明の実施例１におけるＳＬＤ１１０のスペクトル図。
【図８】本発明の実施例１におけるＳＬＤ１２０のスペクトル図。
【図９】本発明の実施例１における各ＳＬＤの電流−光出力特性。
【図１０】本発明の実施例１における各ＳＬＤとそれを合波したときのスペクトル図。
【図１１】活性層に非対称量子井戸を用いたときのスペクトル図。
【図１２】本発明の実施例２におけるＳＬＤを備えた光源装置の構成例を説明する俯瞰図。
【図１３】本発明の実施例２におけるＳＬＤを備えた光源装置の構成例を説明する斜視図。
【図１４】本発明の実施例３におけるＳＬＤを備えた光源装置の構成例を説明する斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、２つ以上のＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を備えた光源装置において、短波長側の発光ピークが支配的となるＳＬＤを有することで、広帯域なスペクトルとともに高い光出力を得ることを可能としたものである。以下に、本発明の実施形態におけるＳＬＤを備えた光源装置の構成例について説明する。
本実施形態におけるＳＬＤを備えた光源装置は、同一基板上に形成され同一の活性層を有する２つ以上のＳＬＤと、２つ以上のＳＬＤの出射光を合波する合波部と、合波された光を出力するための光出力導波路とで構成される。
２つ以上のＳＬＤは、活性層の発光スペクトルは複数のピークを有している。
そして、第１の電流密度で駆動するための第１の電極部を有し長波長側の発光ピークが支配的となる第１のＳＬＤと、第２の電流密度で駆動するための第２の電極部を有し短波長の発光ピークが支配的となる第２のＳＬＤで構成される。
【００１１】
活性層の発光スペクトルの複数のピークとは異なるエネルギー準位を有することで発生するピークであり、例えば、基底準位と高次準位による発光ピーク、組成や井戸幅が異なる多重量子井戸構造による異なるエネルギー準位による発光ピークが挙げられる。
このような活性層において、ＳＬＤの構造、駆動電流密度等によってどのような発光ピークが発生するかは変化する。
ここで、複数のピークに関して、長波長側の発光ピーク、短波長側の発光ピークとは第１のＳＬＤ、第２のＳＬＤといった各ＳＬＤにおいてエネルギーの小さい長波長の発光ピークとエネルギーの大きい短波長の発光ピークを意味する。
第１のＳＬＤと第２のＳＬＤが相対的に長波長、短波長ということを意味していない。
また、各発光ピークは電流密度により熱の影響で数ｎｍピークがずれる場合があるが、同じエネルギー準位に起因する発光ピークは同一のものとして考える。
【００１２】
第２のＳＬＤでは、第２の電流で少なくとも２つの発光ピークが生じ、長波長の発光ピークと短波長の発光ピークのうち、短波長の発光ピークが支配的となる。
第２のＳＬＤは、短波長の発光ピークが支配的となるように高い電流密度で駆動する。そのため、長波長の発光ピークと短波長の発光ピークが同等の強度で駆動するときに比べて高い光出力を得ることができるが、スペクトル形状がガウシアンから崩れ、スペクトル半値全幅は小さくなる。
一方、第１のＳＬＤは、第１の電流で長波長の発光ピークが支配的となっているため、単体では広いスペクトル半値全幅を得るに至っていない。
しかし、この２つのＳＬＤを組み合わせることで、ガウシアンから崩れているスペクトル形状を補償し合い、広いスペクトル半値全幅を得ることが可能となる。そして、第２のＳＬＤでは短波長の発光ピークが支配的であるため、通常より光出力の高いＳＬＤを用いることができ、広帯域なスペクトルとともに高い光出力を得ることが可能となる。
【００１３】
ここで、第１のＳＬＤが第２のＳＬＤと比較して短波長の発光ピークが発生しにくい構造とすると、本発明の効果が大きくなる。
これは、第１のＳＬＤで長波長の発光ピーク部分のスペクトルを補償する際に、高い電流密度まで短波長の発光ピークを抑制し電流注入可能となり、より大きい光出力を得ることができるためである。
この構造は例えば、第１のＳＬＤと第２のＳＬＤで発光領域を変化する、光導波方向の素子長や導波路幅を変化することによって実現する。
具体的には、第１のＳＬＤの光導波方向の素子長を第２のＳＬＤの光導波方向の素子長よりも長くすることでより高い電流密度においても短波長の発光ピークを抑制することができる。
これは素子長が長いほうがＳＬＤでの誘導増幅が活発に行われやすく、キャリアの消費が激しいため、短波の発光に寄与する準位までキャリアが供給されにくくなるためである。
さらに、ＳＬＤでは素子長を長くすることで大きい光出力を得ることが可能となるため、第２のＳＬＤに比べて素子長の長いＳＬＤを第１のＳＬＤに適用するとより高い光出力を得ることが可能となる。
【実施例】
【００１４】
以下に、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、本発明を適用したＳＬＤを備えた光源装置の構成例について、図１と図３を用いて説明する。
本実施例のＳＬＤを備えた光源装置は、同一基板上に形成された２つのＳＬＤ、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０各々からの出射光を合波する合波部１３０、合波された光を出力するための出力光導波路１４０で構成される。
ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０は同一の活性層を有し、活性層には単一量子井戸を用いる。このときのバリア層は単一量子井戸が少なくとも１次準位の発光も可能となるような層構造とする。
ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０は光導波方向の素子長が異なり、ＳＬＤ１１０の素子長がＳＬＤ１２０の素子長より長くなっている。
【００１５】
ＳＬＤ１１０、ＳＬＤ１２０、合波部１３０、出力光導波路１４０は集積二重導波路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｗｉｎ  Ｇｕｉｄｅ）構造とＹ分岐導波路構造２３０を用いることでＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０の出射光を１つの出力部に合波し出力する。
ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０はリッジ導波路構造をとっている。
【００１６】
つぎに、本実施例のＳＬＤを備えた光源装置における層構成について説明する。
図４は図１のＡ−Ａ’断面図であり、図５は図１のＢ−Ｂ’断面図である。
図４、図５において、絶縁膜等一部省略して記載している部分もある。
本実施例では、基板上に、つぎのような層が積層した層構成を有している。
すなわち、ｎ型のＧａＡｓ基板３１０上に、
ｎ型クラッド層３２０としてｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、
導波路層３３０としてＡｌ０．２ＧａＡｓ、
ｎ型クラッド層３４０としてｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、
活性層３５０としてＩｎＧａＡｓ単一量子井戸、
ｐ型クラッド層３６０としてｐ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、
コンタクト層３７０として高ドープのｐ−ＧａＡｓ、
が積層される。
【００１７】
リッジ部２５０や各ＳＬＤ、合波部１３０を形成した後、絶縁膜４５０と上部電極３８０、基板の下には下部電極３９０が設けられる。
上部電極３８０はＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０、それぞれを独立で駆動する上部電極３８１と上部電極３８２を有する。絶縁膜４５０にはＳｉＯ2、上部電極３８０にはＴｉ／Ａｕ、下部電極３９０にはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０のリッジ部は、コンタクト層３７０とｐ型クラッド層３６０の途中まで部分的に除去されている。
そして、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０は活性層３５０下のｎ型クラッド層３４０途中までエッチングされることで分離される。
さらに、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０とＹ分岐導波路部分２３０を残して、ｎ型クラッド層３４０の途中まで部分的にエッチングを行うことでＹ分岐導波路２３０と素子長の異なるＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０が形成される。
ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０の素子長は１．０ｍｍと０．７ｍｍであり、リッジ幅は４ｕｍである。
リッジ部２５０はリッジ端面での反射を防止するために、リッジ端面の垂線とリッジの長手方向に関し、７度傾斜する。
ＳＬＤ１１０、ＳＬＤ１２０と結合する部分のＹ分岐導波路２３０の角度はＳＬＤ１１０、ＳＬＤ１２０の傾斜角と同様な傾斜角、ここでは７度傾斜する。さらに、Ｙ分岐導波路２３０の出力部も７度傾斜する。
また、Ｙ分岐導波路２３０の出力部、ＳＬＤ１１０、ＳＬＤ１２０の端面は反射率を制御するために多層の誘電膜を付加してもよい。
【００１８】
つぎに、本実施例における上記した各層の作成手順について説明する。
まず、ＧａＡｓ基板３１０上に、つぎのように半導体層による各層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて順次成長させる。
すなわち、ＧａＡｓ基板３１０上に、ｎ型クラッド層３２０、導波路層３３０、ｎ型クラッド層３４０、活性層３５０、ｐ型クラッド層３６０、コンタクト層３７０を、順次成長させる。
【００１９】
各層が積層されたウエハを一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングを用いてリッジ部２５０を形成する。
例えば、スパッタ法を用いて誘電体膜、例えば、ＳｉＯ2を形成した後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでリッジ形成のためのストライプ形成マスクを形成する。
そこで、ドライエッチング法を用いて、ストライプ形成マスク以外の部分の半導体を選択的に除去する。
このとき、除去する部分はｐ型クラッド層３６０の途中までで、例えば、深さは０．８ｕｍのリッジ形状を形成する。
【００２０】
次に、フォトリソグラフィー法およびドライエッチングを用いて、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０の上部以外の半導体層を除去する。
ここでは、活性層３５０と導波路層３３０の間のｎ型クラッド層３４０の途中までエッチングを行うことで、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０を分離する。
さらに、フォトリソグラフィー法およびドライエッチングを用いて、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０とＹ分岐導波路２３０以外の半導体層を除去し、活性層３５０と導波路層３３０の間のｎ型クラッド層３４０の途中までエッチングを行う。
これにより、集積二重導波路、およびＹ分岐導波路２３０が形成されるため、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０で発生した光を出力光導波路１４０の出力部に導くことができる。
【００２１】
その後、誘電体膜４５０、例えばＳｉＯ2を半導体表面に形成し、フォトリソグラフィー法によって、リッジ部２５０上部のＳｉＯ2を部分的に除去する。
次に、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いてＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０の上部に各々上部電極３８０を形成する。上部電極３８０は、例えばＴｉ／Ａｕである。
そして、下部電極３９０を形成する。下部電極３９０は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕである。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中で電極と半導体を合金化する。
最後に、劈開により端面に結晶面を出し、反射率を調整するための誘電体膜を両端面にコーティングして完成する。
【００２２】
つぎに、本実施例におけるＳＬＤを備えた光源装置の駆動方法について説明する。
ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０はそれぞれ独立した電極、上部電極３８１と上部電極３８２により、駆動電流を制御する。
ＳＬＤ１１０、ＳＬＤ１２０では活性層３５０にＩｎＧａＡｓ単一量子井戸を用いているため、低電流密度を設定して駆動すると基底準位による長波長の発光ピーク、高電流密度を設定して駆動すると１次準位による短波長の発光ピークが支配的となる。
なお、ここでは長波長の発光ピークに関して、短波長の発光ピークが弱く、発光ピークが１つしか確認できない状態でも、その発光ピークを長波長の発光ピークと呼ぶこととする。
【００２３】
まず、素子長の異なるＳＬＤの特性として、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０（ＳＬＤ１１０：１．０ｍｍ、ＳＬＤ１２０：０．７ｍｍ）の駆動電流を変化させた際のスペクトル特性および電流−光出力特性について説明する。
図７にＳＬＤ１１０のスペクトル特性、図８にＳＬＤ１２０のスペクトル特性、図９に電流−光出力特性を示す。
ここで、長波長の発光ピークは８４０ｎｍ付近、短波長の発光ピークは８１０ｎｍ付近のピークを指す。
ＳＬＤ１１０はＳＬＤ１２０より素子長が長いため、より高い電流密度でも長波長の発光ピークが支配的であり、短波長の発光ピークが抑制されている。
一方、ＳＬＤ１２０では短波長の発光ピークが比較的低電流密度においても発生し、電流値が２８０ｍＡで長波長の発光ピークと短波長の発光ピークが同等の強度となり、ガウシアンライク形状となっている。
さらに、電流を上げていくと電流値が３６０ｍＡで示されるように短波長の発光ピークが支配的となり、スペクトルがガウシアン形状から崩れることがわかる。
【００２４】
通常、２つのＳＬＤで広帯域化を図る場合には、中心波長の異なる２つのＳＬＤを利用することで波長帯域を補償し合い、広帯域化を行う。
また、本実施例のように同一活性層を利用する場合には、広帯域なスペクトルをもつＳＬＤ１２０を長波長の発光ピークと短波長の発光ピークが同等の強度となる２８０ｍＡで２つ駆動させ、光出力を補う。
ＳＬＤは素子長によって、光出力とスペクトル半値全幅の関係が決まり、素子長が長いほど光出力は大きくなるが半値全幅は狭くなる。
よって、素子長の短いＳＬＤ１２０のみを用いる場合は半値全幅を広くとる分、光出力が小さくなる。
また、図７、図９に示されるように光出力が大きい素子長の長いＳＬＤ１１０を用いる場合には半値全幅が狭くなる。
【００２５】
そこで、本実施例では、上記欠点を補うような構成とし、光出力の小さいＳＬＤ１２０では短波長の発光ピークが支配的となるように駆動することで電流密度を高くして光出力を大きくする。
それと光出力の大きい素子長の長いＳＬＤ１１０を組み合わせて駆動することで、広帯域化と高い光出力を両立する。
【００２６】
具体的に、本実施例ではＳＬＤ１１０を２００ｍＡで駆動し、ＳＬＤ１２０を３６０ｍＡで駆動する。
すなわち、ＳＬＤ１１０は長波長の発光ピークが支配的、ＳＬＤ１２０では短波長の発光ピークが支配的となるように駆動する。
このように駆動した際のＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０のスペクトルを図２（ａ）に、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０の合波スペクトルを図２（ｂ）に示す。
ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０を合波することで、短波長の発光ピークと長波長の発光ピークの強度がほぼ等しい広帯域なスペクトル形状が得られることが確認できる。
ＳＬＤ１２０を通常の広帯域化で用いる長波長の発光ピークと短波長の発光ピークが同等の強度となる電流２８０ｍＡで駆動した場合と比べ、ＳＬＤ１２０を３６０ｍＡで駆動すると、図９に示されるように光出力は７．５ｍＷから９．０ｍＷに増加する。
そして、ＳＬＤ１２０と比べ、短波長の発光ピークが抑制され、光出力が大きいＳＬＤ１１０を２００ｍＡで駆動することで、８ｍＷの光出力を得ることができ、合計１７ｍＷの光出力を得る。
よって、ＳＬＤ１２０を電流２８０ｍＡで駆動した場合のものを２つ並べた場合と比較して、同等な広帯域なスペクトルを得ながら、より大きい光出力を得ることができる。
【００２７】
また、光出力をさらに大きくしたい場合には、例えばＳＬＤ１１０を２８０ｍＡ、ＳＬＤ２を３６０ｍＡで駆動することによって、合計２５ｍＷの光出力を得ることができる。
このとき、図１０に示すように長波長の発光ピークが短波長の発光ピークに比べて大きくなるが、前記条件と比べて高い光出力を得ることが可能である。
このように駆動条件を変化することによって、用途に応じたスペクトル形状、光出力を得ることが可能である。
その際に、スペクトル半値全幅を大きく変化させないためには、２つのＳＬＤによる短波長の発光ピーク強度の和と長波長の発光ピーク強度の和の関係が２倍以上ずれないことが必要である。
すなわち、前記第１および第２のＳＬＤのそれぞれの短波長側の発光ピーク強度の和「Ａ」と、長波長側の発光ピーク強度の和「Ｂ」の関係が、「１／２Ａ＜Ｂ＜２Ａ」を満たすようにする。
【００２８】
駆動条件のみでなく、ＳＬＤの素子長も適宜変化させてもよく、これらを適当な条件で組み合わせることで、任意のスペクトル形状、光出力を得ることが可能である。
なお、上記形成方法や半導体材料、電極材料、誘電体材料などは実施例で開示したものに限るものではなく、本発明の主旨を外れないものであれば、他の方法、材料を利用することも可能である。
例えば、基板はｐ型ＧａＡｓ基板を用いてもよく、その場合、各半導体層の導電型もそれに応じて変更させる。
活性層は単一量子井戸を用いたが、例えば、多重量子井戸や、井戸幅や組成比が異なる非対称多重量子井戸を用いてもよい。
その場合、単一量子井戸の時と同様に短波長の発光ピークは１次準位による発光、長波長の発光ピークは基底準位による発光でもよい。
また、各量子井戸構造が異なるためそれに対応するエネルギー準位による発光ピークがそれぞれ短波長、長波長の発光ピークとなってもよい。
例えば、活性層に井戸層の材料の異なるＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ非対称多重量子井戸を用いると図１１のようなスペクトル特性を示す。
駆動電流密度が小さいとき支配的となる長波長の発光ピークは８６０ｎｍ付近、駆動電流密度が大きいときに支配的となる短波長の発光ピークは８２０ｎｍ付近のピークである。
電流密度を上げると長波長の発光ピークに比べて、短波長の発光ピークが２倍以上大きくなっている。このようなスペクトルをもつ場合は、長波長の発光ピークと短波長の発光ピークが同等の強度となる駆動電流で駆動時の光出力との差が大きくなるため、本発明を用いることでの効果が大きくなる。
【００２９】
また、材料もこれに限られたものでなく、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ等の発光材料を用いてもよい。
リッジ幅は４ｕｍとしたが、これに限らず適宜変化させてもよい。
各ＳＬＤはリッジ部を用い、リッジを傾斜した構造を用いたが、ＳＬＤとして動作する構造であればよく、例えば、傾斜リッジを用いずに窓構造で反射を抑える構造を用いてもよい。
合波部としてＹ分岐型の合波器を用いたが、これに限定されるものではなく、ＭＭＩ（マルチモード干渉）型などの合波できる機能を持つ他の合波方法であっても良い。
また、ここではモノリシックにＳＬＤ１１０、ＳＬＤ１２０と合波部１３０を作製したが、ＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０のみをモノリシックに作製し、合波部１３０はそれぞれをファイバカプラ等で合波して本構成を満たしてもよい。
２つのＳＬＤを用いたが、３つ以上のＳＬＤを合波させて構成してもよい。
その場合、各ＳＬＤの素子長は全て異なるものとしてもよいし、短波長の発光ピークをより補償したいときには２種類の素子長で短い素子長のＳＬＤを２つ、長い素子長のＳＬＤを１つ等としてもよい。
【００３０】
［実施例２］
実施例２として、２つのＳＬＤ、ＳＬＤ１１１０、ＳＬＤ１１２０は素子長を同じとした構成例について説明する。
ＳＬＤ１１２０では光導波方向に対して、２つに分割した上部電極を有する。
本実施例の構成について、図１２の俯瞰図と図１３の斜視図を用いて説明する。本実施例では、合波部と、合波された光を出力するための出力光導波路で構成される。
すなわち、実施例１と同様に同一基板上に形成された２つのＳＬＤ、ＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０、ＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０各々からの出射光を合波する合波部１１３０、合波された光を出力するための出力光導波路１１４０で構成される。そして、ＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０は同一の活性層３５０を有する。
ＳＬＤ１１２０は２つの分割された電極により、異なる電流注入領域、領域１１２１と領域１１２２を有する。
領域１１２１と領域１１２２の間は例えばフォトリソグラフィー法およびウエットエッチングを用いて上部電極のＴｉ／Ａｕ、およびＧａＡｓコンタクト層を取り除くことで別々の電流注入領域としている。
ここで、ＳＬＤ１１１０、ＳＬＤ１１２０の素子長は１．０ｍｍとし、ＳＬＤ１１２０の領域１１２１の光導波方向の長さを０．７ｍｍ、領域１１２２の光導波方向の長さを０．３ｍｍとする。領域１１２１と領域１１２２の間は数ｕｍである。
【００３１】
つぎに、本実施例におけるＳＬＤ１１１０、ＳＬＤ１１２０の駆動方法について説明する。
ＳＬＤ１１２０に関して、領域１１２１は通常通り電流を注入し、領域１１２２は電流を注入しない、もしくは微弱電流を注入する。
すると、ＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０は素子長が同じにも関わらず、ＳＬＤ１１２０の領域１１２２は吸収領域として働く。そのため、ＳＬＤ１１２０の実質の発光領域は領域１１２１の部分となり、実施例１のように素子長を変化させた効果を得ることが可能となる。
すなわち、ＳＬＤ１１１０はＳＬＤ１１２０より素子長が長いＳＬＤとして考えられる。よって、実施例１と同様にＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０の領域１１２１を駆動することで、広帯域なスペクトルと高い光出力を得ることが可能となる。
【００３２】
このような構造をとることで、ＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０に関して共に劈開面を利用することができるようになり、特性安定化につながる。
ここでは、ＳＬＤ１１２０のみを２つの異なる電流注入領域に分割したが、３つ以上の複数領域に分割してもよく、ＳＬＤ１１１０も複数領域に分割してもよい。
その際に、各領域での電流注入量を変化させることで、より任意のスペクトル形状の制御が可能となる。このように各ＳＬＤ内で複数の電流注入領域に分割することは実施例１に適用してもよい。
また、ＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０の素子長が同じ場合に、各ＳＬＤでリッジ幅を変えることで電流密度を制御し、ＳＬＤ１１１０では長波長の発光ピークが支配的、ＳＬＤ１１２０では短波長の発光ピークが支配的となるように駆動させてもよい。
リッジ幅は、例えば単純にＳＬＤ１１１０とＳＬＤ１１２０の幅を変えるだけでなく、各ＳＬＤで光導波方向に沿って合波部方向に向けて狭くなっていくようなテーパー構造を用いてもよい。
【００３３】
［実施例３］
実施例３として、つぎのような構成例について、図１４を用いて説明する。すなわち、本実施例では、
２つのＳＬＤ、ＳＬＤ１３１０とＳＬＤ１３２０、ＳＬＤ１３１０とＳＬＤ１３２０各々からの出射光を合波する合波部１３３０、合波された光を出力するための出力光導波路１３４０が、全て同一基板上に形成され、同一活性層１３５０を有する構成とされている。
図１４に示されるように、本実施例は、ｎ型基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、コンタクト層が積層された構成である。
ＳＬＤ１３１０とＳＬＤ１３２０のリッジ部と合波部１３３０および出力光導波路１３４０は一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングを用いて形成されている。
ＳＬＤ１３１０とＳＬＤ１３２０と合波部１３３０が独立して電流駆動できるように、それぞれに上部電極が形成される。
ＳＬＤ１３１０と合波部１３３０、ＳＬＤ１３２０と合波部１３３０の間は例えばフォトリソグラフィー法およびウエットエッチングを用いて上部電極のＴｉ／Ａｕ、およびＧａＡｓコンタクト層を取り除くことで電気的に分離している。
本実施例ではＳＬＤ１３１０、ＳＬＤ１３２０だけでなく、合波部１３３０上にも電極を有し電流注入が可能となっている。
合波部１３３０と出力光導波路１３４０にある程度の電流密度を注入することによって合波部１３３０および出力光導波路１３４０で導波される光の吸収を抑えることが可能となる。
【００３４】
［実施例４］
実施例４として、本発明の光源装置を備えたＯＣＴ装置（光断層画像撮像装置）の構成例について、図６を用いて説明する。
図６に示すように、本実施例のＯＣＴ装置は、光出力部１００、光出力部１００から出射された光を参照光と測定光に分割する光分割部６１０、参照光反射部６３０を備える。
また、測定対象物６５０とそこに光を照射し反射光を伝達させるための照射光学系６４０からなる測定部６２０と、参照部を構成する参照ミラーで反射した参照光と反射した測定光を干渉させる干渉部６１５を備える。
更に、干渉部により得られた干渉光を検出する光検出部６６０および光検出部６６０で検出された光に基づいて画像処理を行う（断層像を得る）画像処理部６７０、画像出力モニタ部６８０を備える。
【００３５】
以下、ＯＣＴ装置の具体的構成について説明する。
光出力部１００はＳＬＤ１１０とＳＬＤ１２０、２つの出射光をつなぐ合波部１３０、光ファイバへ光を結合するレンズ６０５より構成されている。
光ファイバを介して光分割部６１０により参照光と測定光に分波し、分波された光の一部は参照光反射部６３０へ入る。
ここでは、光分割部６１０と干渉部６１５は同一のファイバカプラを用いている。
参照光反射部６３０はコリメータレンズ６３１および６３２、反射鏡６３３で構成されており、反射鏡６３３で反射し再度光ファイバへ入射する。
光ファイバから光分割部６１０で分波されたもう片方の光である測定光は、測定部６２０へ入る。
測定部６２０の測定光学系６４０はコリメータレンズ６４１および６４２、光路を９０°曲げるための反射鏡６４３で構成されている。照射光学系６４０は入射した光を測定対象物６５０へ入射するとともに、反射光を再び光ファイバへ結合する役割がある。
【００３６】
そして、参照光学系６３０および測定部６２０から戻ってきた光は干渉部６１５を通り、光検出部６６０へ入る。光検出部６６０はコリメータレンズ６６１および６６２、分光器６６３および分光器６６３により分光された光のスペクトル情報を得るためのラインセンサ６６４で構成されている。分光器６６３はグレーティングを用いている。
光検出部６６０はそれに入射した光のスペクトル情報を得る構成となっている。光検出部６６０で得た情報は、断層画像へ変換するための画像処理部６７０で画像へ変換され、最終的な出力である断層画像情報が得られる。これをパーソナルコンピュータの表示画面等で構成される画像出力モニタ部６８０で断層画像として表示する。
本実施例で特徴的なのは光出力部１００であり、本発明のＳＬＤを備えた光源装置を用いると、広帯域なスペクトルを高い光出力で出力することが可能であるため、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。
【符号の説明】
【００３７】
１１０：ＳＬＤ
１２０：ＳＬＤ
１３０：合波部
１４０：出力光導波路
【図１】
2013197237.tif 000003
【図２】
2013197237.tif 000004
【図３】
2013197237.tif 000005
【図４】
2013197237.tif 000006
【図５】
2013197237.tif 000007
【図６】
2013197237.tif 000008
【図７】
2013197237.tif 000009
【図８】
2013197237.tif 000010
【図９】
2013197237.tif 000011
【図１０】
2013197237.tif 000012
【図１１】
2013197237.tif 000013
【図１２】
2013197237.tif 000014
【図１３】
2013197237.tif 000015
【図１４】
2013197237.tif 000016