(57)【要約】      （修正有）【課題】非対称量子井戸活性層の井戸幅の異なる量子井戸に対して、井戸層のバンドギャップを選択し、量子井戸近傍のエネルギーバンドをフラット状態に近づけ、量子井戸へのキャリヤ注入を最適化することで、発光効率が向上した半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子の井戸幅の異なる第１量子井戸１４１および第２量子井戸１４２は、InxGa1-xAsで構成されており、第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)が、下記式（１）を満たす。0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)＜0.0068(Ln/Lw)2-0.1995(Ln/Lw)+0.192（１）【選択図】図１
2016006873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸幅の異なる第１量子井戸および第２量子井戸を含む多重量子井戸構造を有する活性層を有する半導体発光素子であって、
前記第１量子井戸は、前記第２量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のバンドギャップが広い材料で構成されており、
前記第１量子井戸および前記第２量子井戸の井戸層は、InxGa1-xAs（０≦ｘ＜１）で構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび前記第１量子井戸の井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび前記第２量子井戸の井戸層のIn組成Inx(Ln)が、
Lwは６nm以上１０nm以下であり、
Lnは、Lwより０．１nm以上薄く、Lwの１／２以上、かつ、４．５nm以上の厚さであって、下記式（１）を満たすことを特徴とする半導体発光素子。
0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)    
＜0.0068(Ln/Lw)2-0.1995(Ln/Lw)+0.192              （１）
【請求項２】
井戸幅の異なる第１量子井戸および第２量子井戸を含む多重量子井戸構造を有する活性層を有する半導体発光素子において、
前記第１量子井戸および前記第２量子井戸の井戸層は、AlxGa1-xAs（０≦ｘ＜１）で構成されており、前記第１量子井戸は、前記第２量子井戸よりバンドギャップが広いAlxGa1-xAsで構成されており、
前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のAl組成Alx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のAl組成Alx(Ln)が、下記式（２）を満たすことを特徴とする半導体発光素子。
0.0405(Ln/Lw)2-0.0922(Ln/Lw)+0.0519＜Alx(Ln)-Alx(Lw)    
＜0.081(Ln/Lw)2-0.2853(Ln/Lw)+0.2033              （２）
【請求項３】
前記第１量子井戸および前記第２量子井戸は、それぞれの量子井戸内に固有の量子準位が形成される障壁層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体発光素子が、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体光増幅素子のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。  
【請求項５】
前記第１量子井戸および前記第２量子井戸の少なくとも一つの量子井戸は１次準位から発光する構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
井戸幅の異なる第１量子井戸および第２量子井戸を含む多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子において、  
第１の量子井戸は、第２の量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のバンドギャップが広い材料で構成されており、 
前記第１量子井戸および第２量子井戸の井戸層は、InxGa1-xAsで構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)が、
Lwは７nm以上１０nm以下であり、
Lnは、Lwより０．１nm以上薄く、Lwの１／２以上、かつ、４．５nm以上の厚さであって、
下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
-0.6481(Ln/Lw)3+1.7347(Ln/Lw)2-1.5678(Ln/Lw)+0.4813
＜Inx(Ln)-Inx(Lw)＜0.0836(Ln/Lw)2-0.3212(Ln/Lw)+0.2357              （３）
【請求項７】
活性層内に第３の量子井戸を有しており、
前記第３の量子井戸は、井戸幅が第１量子井戸以下、４nm以上であり、井戸層InxGa1-xAsのIn組成が０以上、０．２１以下の構造であ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８】
活性層内に第３の量子井戸を有しており、
第３の量子井戸は、井戸幅が第１量子井戸以下、４nm以上であり、井戸層InxGa1-xAsのIn組成が０以上、０．０８以下の構造であることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体発光素子がスーパールミネッセントダイオードであり、
前記半導体発光素子はさらに複数の電流注入領域を有しており、  
光出射端側の電流注入領域では、１次準位からの発光が優位となるレベルの電流注入を行い、他の電流注入領域では、基底順位からの発光が支配的となるレベルの電流注入を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。  
【請求項１０】
前記光出射端側の電流注入領域は、前記他の電流注入領域より短く、かつ、高い電流密度で電流注入されることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。  
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子を用いた光源部と、
前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、
前記光源部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、
前記検体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、前記検体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干渉断層撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、広いスペクトル帯域を有するスーパールミネッセントダイオードおよび光半導体増幅器に関する。また、かかる半導体発光素子を用いた光干渉断層撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織の光断層画像を取得する際に用いられる、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測を利用した光干渉断層撮像装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割する。その後、測定光が測定対象に照射された際の測定対象からの反射光と参照光を合波し、反射光と参照光との干渉光の強度によって光断層画像を取得するものである。  
このような撮像装置の光源用途にスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いる場合、ＳＬＤの発光スペクトルには広帯域スペクトルが望まれており、これを実現する方法として、発光波長の異なる複数の量子井戸層を形成する方法がある。特許文献１では、井戸幅が２〜６nmの異なる複数の量子井戸による多重量子井戸構造を有する活性層（以下、単に多重量子井戸活性層ということがある）を用いることにより、発光スペクトルの広帯域化を実現していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、井戸幅Ａを有する量子井戸とそれより短い井戸幅を有する量子井戸からなる非対称量子井戸構造を有する活性層（以下、単に非対称量子井戸活性層ということがある）は、井戸幅Ａの２つの同じ量子井戸からなる対称量子井戸活性層より井戸幅の総和が小さいため、キャリヤの捕獲断面積が小さくなり、発光強度が低い。その上、本発明者は、この非対称量子井戸活性層の２つの量子井戸近傍のエネルギーバンドが曲がることを見いだした。エネルギーバンドが曲がるため、各量子井戸に注入されるキャリヤの量が不均一となり、更に、発光効率が低下していた。
【０００５】
そこで、本発明では、非対称量子井戸活性層の井戸幅の異なる量子井戸に対して、井戸層のバンドギャップを適宜選択することにより、量子井戸近傍のエネルギーバンドをフラット状態に近づけ、それぞれの量子井戸へのキャリヤ注入を最適化し、発光効率を向上させることができる半導体発光素子を提供することを目的とする。  
さらに、光源部に半導体発光素子を用いることで、深さ方向の高い分解能での観察が可能な光干渉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】
【０００６】
本発明の一つの観点によれば、井戸幅の異なる第１量子井戸および第２量子井戸を含む多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子であって、第１の量子井戸は、第２の量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のバンドギャップが広い材料で構成されており、前記第１量子井戸および第２量子井戸の井戸層は、InxGa1-xAsで構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)が、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)    
＜0.0068(Ln/Lw)2-0.1995(Ln/Lw)+0.192              （１）
【０００７】
また、本発明の他の観点によれば、上記半導体発光素子を用いた光源部と、
前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、
前記光源部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、
前記検体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、前記検体の断層像を得る画像処理部と、
を有する光干渉断層撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、非対称量子井戸活性層の井戸幅の異なる量子井戸に対して、井戸層のバンドギャップを適宜選択することにより、量子井戸近傍のエネルギーバンドをフラット状態に近づけ、それぞれの量子井戸へのキャリヤ注入を最適化し、発光効率を向上させることができる半導体発光素子が実現される。  
更に、このエネルギーバンドのフラット化とそれぞれの量子井戸へのキャリヤ注入の最適化による発光効率の向上は、広い井戸幅の２つの量子井戸からなる対称量子井戸活性層よりも光強度が増大できる。  
このような非対称量子井戸をスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）の活性層に使用することで、広帯域の発光スペクトルを有し、かつ、高効率、高出力のＳＬＤが実現される。また、ＳＬＤと同様に高注入で使用される高輝度発光ダイオードや半導体光増幅器（ＳＯＡ）の活性層としても有効である。
さらに、光干渉断層撮像装置の光源部として上記半導体発光素子を用いることで、深さ方向の高い分解能での観察が可能な光干渉断層撮像装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための活性層部分のエネルギーバンド図である。
【図２】本発明の実施例１のＳＬＤの光出力と第２量子井戸の井戸幅および井戸層のIn組成との関係図である。
【図３】本発明の一実施形態を説明するための活性層近傍のバンドダイヤグラム、および電子濃度分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を説明するための活性層近傍のバンドダイヤグラム、および電子濃度分布を示す図である。
【図５】本発明の比較例を説明するための活性層近傍のバンドダイヤグラム、および電子濃度分布を示す図である。
【図６】本発明の実施例１を説明するためのIn組成と第２量子井戸の井戸幅の関係図である。
【図７】本発明の実施例１を説明するための光出力と第２量子井戸の井戸層のIn組成の関係図である。
【図８】本発明の実施例１の井戸層のIn組成差と井戸幅の比の関係図である。
【図９】本発明の実施例１のＳＬＤの断面構造図である。
【図１０】本発明の実施例１のＳＬＤの斜視図である。
【図１１】本発明の実施例１の２電極構造を有するＳＬＤの斜視図である。
【図１２】本発明の実施例２の光出力と第２量子井戸の井戸層のAl組成の関係図である。
【図１３】本発明の実施例２の井戸層のAl組成の差と井戸幅の比の関係図である。
【図１４】本発明の実施例１の発光プロファイルの変化を示す図である。
【図１５】本発明の実施例３の広帯域発光プロファイルが得られる２ＱＷ活性層の一構造を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例３の広帯域発光プロファイルが得られる２ＱＷ活性層の範囲を説明する図である。
【図１７】本発明の実施例４の３ＱＷ活性層の発光強度の増大が、第２量子井戸のIn組成に依存する特性を説明する図である。
【図１８】本発明の実施例４の３ＱＷ活性層の発光強度の増大が、第３量子井戸のIn組成に依存する特性を説明する図である。
【図１９】本発明の実施例４の別構造の３ＱＷ活性層の発光強度の増大が、第２量子井戸のIn組成に依存する特性を説明する図である。
【図２０】本発明の実施例４の別構造の３ＱＷ活性層の発光強度の増大が、第３量子井戸のIn組成に依存する特性を説明する図である。
【図２１】本発明の実施例３の２ＱＷ活性層で広帯域発光プロファイルが得られる構造の電流・光出力特性と発光プロファイルである。
【図２２】本発明の実施例５の３ＱＷ活性層で広帯域発光プロファイルが得られる構造の電流・光出力特性と発光プロファイルである。
【図２３】本発明の実施例５の別構造の３ＱＷ活性層での広帯域発光プロファイルである。
【図２４】本発明の実施例５の３ＱＷ活性層で広帯域発光プロファイルが得られる条件における光出力の第３量子井戸の井戸幅、In組成依存性を説明する図である。
【図２５】本発明の半導体発光素子を光干渉断層撮像装置の光源部に適用する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述したように、本発明の第１の観点によれば、井戸幅の異なる第１量子井戸および第２量子井戸を含む多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子であって、第１の量子井戸は、第２の量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のバンドギャップが広い材料で構成されており、前記第１量子井戸および第２量子井戸の井戸層は、InxGa1-xAsで構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)が、下記式（１）を満たすことを特徴とする半導体発光素子が得られる。
0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)    
＜0.0068(Ln/Lw)2-0.1995(Ln/Lw)+0.192              （１）
【００１１】
また、本発明の第２の観点によれば、井戸幅の異なる第１量子井戸および第２量子井戸を含む多重量子井戸構造を有する活性層を有する半導体発光素子において、前記第１量子井戸および前記第２量子井戸の井戸層は、AlxGa1-xAs（０≦ｘ＜１）で構成されており、前記第１量子井戸は、前記第２量子井戸よりバンドギャップが広いAlxGa1-xAsで構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のAl組成Alx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のAl組成Alx(Ln)が、下記式（２）を満たすことを特徴とする半導体発光素子が得られる。
0.0405(Ln/Lw)2-0.0922(Ln/Lw)+0.0519＜Alx(Ln)-Alx(Lw)    
＜0.081(Ln/Lw)2-0.2853(Ln/Lw)+0.2033              （２）
【００１２】
ここで得られる半導体発光素子は、少なくとも発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体光増幅素子のいずれかであることができる。
【００１３】
さらに、本発明の第３の観点によれば、上記の本発明の第１の観点に係る半導体発光素子であって、第１の量子井戸は、第２の量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のバンドギャップが広い材料で構成されており、前記第１量子井戸および第２量子井戸の井戸層は、InxGa1-xAsで構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)が、Lwは７nm以上１０nm以下であり、Lnは、Lwより０．１nm以上薄く、Lwの１／２以上、かつ、４．５nm以上の厚さであって、下記式（３）を満たすことを特徴とする半導体発光素子を得ることができる。
-0.6481(Ln/Lw)3+1.7347(Ln/Lw)2-1.5678(Ln/Lw)+0.4813
＜Inx(Ln)-Inx(Lw)＜0.0836(Ln/Lw)2-0.3212(Ln/Lw)+0.2357              （３）
【００１４】
また、上記の本発明の第１の観点に係る半導体発光素子であって、活性層内に第３の量子井戸を有しており、前記第３の量子井戸は、井戸幅が第１量子井戸以下、４nm以上であり、井戸層InxGa1-xAsのIn組成が０以上、０．２１以下の構造であることを特徴とする半導体発光素子を得ることもできる。
【００１５】
さらに、上記の本発明の第３の観点に係る半導体発光素子であって、活性層内に第３の量子井戸を有しており、第３の量子井戸は、井戸幅が第１量子井戸以下、４nm以上であり、井戸層InxGa1-xAsのIn組成が０以上、０．０８以下の構造であることを特徴とする半導体発光素子を得ることができる。
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態や実施例において、半導体発光素子の特性（光出力強度、電子密度分布、エネルギーバンド図）の計算結果は、ＰＩＣＳ３Ｄ（商品名；クロスライト社製）によって得られた。計算は”Ｍｉｘｅｄモード”で行った。
【００１７】
図１は、半導体発光素子の活性層部分のエネルギーバンド図であり、半導体発光素子は第１量子井戸１４１および第２量子井戸１４２を含む多重量子井戸活性層を有している。２つの量子井戸の違いは、第１量子井戸１４１は、第２量子井戸１４２より井戸層のバンドギャップが広い材料で構成され、井戸幅も広い構成を有することである。以下のエネルギーバンド図においても、同じ番号を付す。
なお、第１量子井戸１４１、第２量子井戸１４２はそれぞれの量子井戸内に固有の量子準位が形成され得るに十分な厚さの障壁層を有している。
【００１８】
非対称量子井戸活性層は、広い発光スペクトルを必要とするデバイスで使用されるが、一方の量子井戸を狭くすると、広い井戸幅の量子井戸を２層積層した対称２重量子井戸活性層より総井戸幅が小さいため、キャリヤの捕獲断面積が小さく、発光強度が減少するとされていた。
【００１９】
図２は、非対称量子井戸を活性層とするスーパールミネッセントダイオードの光出力の第２量子井戸の井戸層のIn組成に対する依存性を表している。  
第１量子井戸を８nm、In0.1Ga0.9Aｓとし、第２量子井戸の井戸幅が７nm、６nm、４．５nm、３．５nmであるときの相対光出力を示している。以下同様のグラフにおいて、「L1-L2nm」と記載した場合、L1は第１量子井戸の井戸層の井戸幅、L2は第２量子井戸の井戸層の井戸幅を表す。第２量子井戸のそれぞれの狭い井戸幅において、光出力が２倍以上に増大する井戸層InxGa1-xAsのIn組成の領域が存在している。  
比較データとして、同図中に井戸幅８nm、井戸層In0.1Ga0.9Asの２層を積層した対称２重量子井戸活性層の相対光出力を示しているが、相対光出力が最大となる構造は、InxGa1-xAsのIn組成が０．１である井戸に限られる。  
非対称２重量子井戸活性層の井戸幅が７nm、６nm、４．５nmであるときの増大した光出力は、井戸幅８nmの対称２重量子井戸活性層の光出力を上回っている。
図２に示すように、Lw＝８nm、Ln＝４．５nm、６nm、７nm、かつ、特定範囲のIn組成の量子井戸を用いて得られる光出力強度は、Lw、Ln＝８nmの量子井戸を用いて得られる光出力強度に比べて大きい。なお、Lw＝８nm、Ln＝３．５nm、かつInの組成を適切な範囲とした量子井戸を用いて得られる光出力強度は大きい。しかし、Lw＝８nm、Ln＝４．５nm、６nm、７nmの量子井戸を用いて得られる光出力強度は、広いIn組成の範囲において大きい。すなわち、製造誤差でIn組成が設計値と異なっていたとしても、光出力強度を大きくしやすい。そのため、In組成の設計自由度が高い。
【００２０】
図３（ａ）、（ｂ）は、光出力が小さくなるように量子井戸構造が設計された、活性層近傍のエネルギーバンド図と電子濃度の分布である。非対称２重量子井戸活性層として、広い井戸幅８nm(In0.1Ga0.9As)、狭い井戸幅７nm(In0.1Ga0.9As)を有しており、２つの量子井戸間の障壁層にエネルギーバンドの曲がりが生じ、狭い井戸の電子濃度がかなり低い。一方、図４（ａ）、（ｂ）は、光出力が大きくなるように量子井戸構造が設計された場合の、活性層近傍のエネルギーバンド図と電子濃度の分布を示す図である。非対称２重量子井戸活性層として、第１量子井戸８nm(In0.1Ga0.9As)、第２量子井戸７nm(In0.11Ga0.89As)を有しており、２つの量子井戸間のエネルギーバンドがフラットであり、電子濃度も２つの量子井戸にほぼ同等に分布している。  
このような量子井戸構造を有することにより、キャリヤの捕獲断面積が増大し、光出力が大きくなる。
【００２１】
図５（ａ）、（ｂ）は、比較例であり、井戸幅８nm(In0.1Ga0.9As)の対称２重量子井戸活性層で、光出力が最大時の活性層のエネルギーバンド図と電子濃度分布図である。同じ量子井戸構造が積層されているにもかかわらず、２つの量子井戸間の障壁層にエネルギーバンドの曲がりが生じており、一方の井戸の電子濃度が低くなっている。つまり、同じ量子井戸を積層した対称２重量子井戸活性層において、量子井戸近傍にエネルギーバンドの曲がり、及び２つの量子井戸にキャリヤ濃度の差異が生じている。  
このため、総井戸幅が小さい非対称２重量子井戸活性層であっても、２つの量子井戸近傍でエネルギーバンドがフラットであれば、対称２重量子井戸活性層より光出力が大きくなる。本実施形態に係る半導体発光素子では、このような２つの量子井戸を有する非対称量子井戸構造において、２つの量子井戸間のエネルギーバンドがフラットとなるような井戸層の組成、及び井戸幅の組み合わせとして最適範囲を規定したものである。井戸層の組成、及び井戸幅の組み合わせの最適範囲を採用することで、光出力が大きい半導体発光素子が実現できる。さらに、特定の範囲を選択することにより、発光帯域の幅を大きくすることができる。以下、その最適範囲について詳細を説明する。
【００２２】
図６（ａ）は、第１量子井戸の井戸幅８nm、第２量子井戸の井戸幅４〜７.８nmを有する非対称２重量子井戸活性層が、井戸幅８nmの対称２重量子井戸活性層より光出力が大きくなるような、第２量子井戸の井戸幅Lnと井戸層InxGa1-xAsのIn組成の範囲を表す図である。第２量子井戸の井戸幅Lnにおいて、井戸幅８nmの対称２重量子井戸活性層より光出力が大きくなる第２量子井戸層のIn組成の最小値をInx-min(Ln)、最大値をInx-max(Ln)とする。その最大値、最小値から、第１量子井戸Lwの井戸層のIn組成Inx(Lw)を差し引いたIn組成の差分をΔInxとして、ΔInxの最小Inx-min(Ln)-Inx(Lw)、と最大Inx-max(Ln)-Inx(Lw)を第２量子井戸幅Lnに対してプロットした図である。  
種々の第２量子井戸幅LnにおけるIn組成の差分ΔInxの最小Inx-min(Ln)-Inx(Lw)と最大Inx-max(Ln)-Inx(Lw)を通る近似曲線をそれぞれ最小の近似曲線と最大の近似曲線とする。同図において、種々の第２量子井戸幅Lnにおいて、In組成の差分ΔInxが、最小値の近似曲線と最大値の近似曲線の間にあれば、非対称２重量子井戸活性層は、井戸幅８nmを２層積層した対称２重量子井戸活性層より大きな光出力を有する。
【００２３】
図６（ｂ）は、図６（ａ）における横軸をLn/Lw（第２量子井戸幅:Ln，第１量子井戸幅:Lw）としたものである。第１量子井戸の幅が８nm以外の非対称２重量子井戸活性層を用いても光出力増大特性は得られる。図７は、第１量子井戸が７nmの非対称量子井戸活性層を用いて得られる光出力特性を示すグラフである。図７に示すように、Lnが６nm、５nm、４．５nmの量子井戸を用いて得られる光出力強度は、Lw、Lnが７nmの対称２重量子井戸活性層の光出力強度よりも大きい。
このような非対称２重量子井戸活性層の出力増大特性は、第１量子井戸幅が８nm以外の非対称２重量子井戸活性層に対しても得られる。
図７は、第１量子井戸が７nmにおける非対称量子井戸活性層の光出力特性である。第２量子井戸幅が６nm、５nm、４．５nmであるときの増大した光出力は、井戸幅７nmの対称２重量子井戸活性層の光出力を上回っている。図８（ｂ）は、第１量子井戸の井戸幅１０nm(In0.08Ga0.92As)、第２量子井戸の井戸幅４．５nm以上かつLn/Lw＞１／２、を有する非対称２重量子井戸活性層が、井戸幅８nmの対称２重量子井戸活性層より光出力が大きくなるような、第２量子井戸の井戸幅Lnと井戸層InxGa1-xAsのIn組成の範囲を表す図である。第２量子井戸の井戸幅Lnにおいて、井戸幅１０nmの対称２重量子井戸活性層より光出力が大きくなる第２量子井戸層のIn組成の最小値をInx-min(Ln)、最大値をInx-max(Ln)とする。その最大値、最小値から、第１量子井戸Lwの井戸層のIn組成Inx(Lw)を差し引いたIn組成の差分をΔInxとして、ΔInxの最小Inx-min(Ln)-Inx(Lw)、と最大Inx-max(Ln)-Inx(Lw)を第２量子井戸幅Lnに対してプロットした図である。図８（ｃ）はLn＝６nmとした以外図８（ｂ）と同じである。図８（ａ）は、図６（ｂ）、図８（ｂ）、（ｃ）の結果をまとめたものである。図８（ａ）において、In組成の差分ΔInxの最大値を示す近似曲線と最小値を示す近似曲線が記入されている。
【００２４】
任意のLn/Lwに対して、In組成の差分ΔInxが前記最大値の近似曲線と最小値の近似曲線の間にあること、つまり、近似曲線を数式で表現した下記の式（１）を満たすことで、第１量子井戸幅Lwを２層積層した対称２重量子井戸活性層より大きい光出力が得られる。
0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)    
＜0.0068(Ln/Lw)2-0.1995(Ln/Lw)+0.192              （１）
【００２５】
なお、本実施形態では、広い井戸幅の第１量子井戸を活性層内のｐドーピング側に配置した構造で説明しているが、第１量子井戸をｎドーピング側に配置した構造でも同様な特性が得られる。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例を示し、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
［実施例１］
本発明の実施例１のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）について、図９を参照して説明する。  
図９において、ｎ型のGaAs基板１２上に、ｎ型のAl0.55Ga0.45Asから成るｎ−クラッド層（ｎ側光閉じ込め層）１３、多重量子井戸活性層（ＭＱＷ活性層）１４、ｐ型のAl0.55Ga0.45Asから成るｐ−クラッド層（ｐ側光閉じ込め層）１５が形成されている。さらに、その上に、GaAsから成るコンタクト層１６を介して、ｐ型電極１７が形成されている。ｎ−GaAs基板１２の裏面にはｎ型電極１１が形成されている。ＭＱＷ活性層１４は、第１の量子井戸構造である第１量子井戸１４１と、第２の量子井戸構造である第２量子井戸１４２を有する。第１量子井戸１４１はInGaAs；８nmから成り、第２量子井戸１４２はInGaAs；７nmから成る。障壁層はAl0.25Ga0.75As；１０nmから成り、２つの量子井戸内には独立に量子準位が形成される非結合状態となっている。  
図１０は図９に示されるＳＬＤの斜視図であり、リッジストライプを端面に対して〜７°傾けることで反射を極力小さくするとともに、端面には絶縁性の保護層１８が形成されている。
【００２８】
図１１は、複数の電流注入領域、ここでは２つのｐ型電極であるフロント電極部１９およびリア電極部２０を有するＳＬＤの斜視図である。光出射端側の電流注入領域であるフロント電極部１９への電流注入により得られる１次準位の重い正孔からの発光が優位であるスペクトルに、リア電極部２０で発生した基底準位からの発光が支配的である発光が誘導増幅されたスペクトルが重畳されることにより、高出力かつ広帯域なスペクトルを有する発光光７０１が得られる。このとき、光出射端側の電流注入領域であるフロント電極部１９では、１次準位からの発光が優位となるレベルの電流注入を行う。他の電流注入領域であるリア電極部２０では、基底順位からの発光が支配的となるレベルの電流注入を行う。好ましくは、光出射端側の電流注入領域であるフロント電極部１９は、他の電流注入領域であるリア電極部２０より短く、かつ、高い電流密度で電流注入される。  
リア電極部２０を長くすることは、基底準位からの発光が支配的であるスペクトルを維持するのに有効である。  
第１量子井戸１４１は、第２量子井戸１４２より井戸幅が広く、かつ、井戸層のIn組成が少ない構成である。
【００２９】
第１量子井戸の井戸幅を８nm、井戸層の組成をIn0.1Ga0.9Asとし、第２量子井戸(InxGa1-xAs)の井戸幅（３．５〜７nm）と、井戸層のIn組成ｘを変化させた構成における光出力の変化を図２に示す。  
図２において、第２量子井戸の各井戸幅に対して、光出力が増大する第２量子井戸の井戸層のIn組成が存在している。図２に参考として第１量子井戸を２つ重ねた対称量子井戸活性層（井戸幅８nm、井戸層In0.1Ga0.9As）の光出力を表示している。第２量子井戸の井戸幅が第１量子井戸の井戸幅の１／２以上、かつ、４．５nm以上において、非対称量子井戸活性層の総井戸幅が狭くなっているにも関わらず、対称量子井戸活性層の光出力より大きな出力となる第２量子井戸の井戸層のIn組成が存在している。
【００３０】
図６（ａ）は、図２において、井戸幅８nmの対称２重量子井戸活性層より光出力が大きい非対称２重量子井戸活性層であって、第２量子井戸の種々の井戸幅におけるIn組成の最大Inx-max(Ln)と最小Inx-min(Ln)から第１量子井戸のIn組成Inx(Lw)を差し引いた差分ΔInxを、狭い井戸幅である第２量子井戸の井戸幅Lnに対してプロットした図である。  
第２量子井戸の井戸幅Lnが第１量子井戸の井戸幅Lwより０．１nm以上狭く、第１量子井戸の井戸幅Lwの１／２以上４．５nmの非対称２重量子井戸活性層であって、第２量子井戸のIn組成と第１量子井戸のIn組成との差分ΔInxが最大｛Inx-max(Ln)｝-Inx(Lw)と最小｛Inx-min(Ln)｝-Inx(Lw)を表す近似曲線の間であれば、光出力は第１量子井戸を２層積層した対称量子井戸活性層より大出力となる。任意のLn/Lwに対して、In組成の差分ΔInxが前記最大値の近似曲線と最小値の近似曲線の間にあること、つまり、近似曲線を数式で表現した下記の式（１）を満たすことで、第１量子井戸幅Lwを２層積層した対称２重量子井戸活性層より大きい光出力が得られる。
【００３１】
図７は、第１量子井戸の井戸幅を７nm、井戸層のIn組成をIn0.11Ga0.89Asとし、第２量子井戸の井戸幅、および、井戸層のIn組成を変化させた構成における光出力の変化を示す。  
前記と同様に、第２量子井戸の井戸幅および井戸層の組成に依存する光出力の増大が得られている。
【００３２】
図８は、第１量子井戸の井戸幅が６nm以上、１０nm以下における検討結果に対して、異なる第１量子井戸の井戸幅に対する依存性をまとめて比較するために、横軸に第１量子井戸の井戸幅Lwと第２量子井戸の井戸幅Lnの比Ln/Lwをとり、縦軸は第１量子井戸を２層積層した対称量子井戸活性層より光出力が大きい非対称量子井戸活性層において、第２量子井戸のIn組成の最大Inx-max(Ln)と最小Inx-min(Ln)のそれぞれと第１量子井戸のIn組成Inx(Lw)との差分｛Inx-max(Ln)｝-Inx(Lw)および｛Inx-min(Ln)｝-Inx(Lw)をプロットしている。  
図８において、Ln/Lwが同じ構成では、Lwが狭い程In組成の差分｛Inx-max(Ln)｝-Inx(Lw)は大きくなり、最大値を結ぶ最大近似曲線が得られる。
一方、In組成の差分の最小｛Inx-min(Ln)｝-Inx(Lw)は、Ln/Lwが同じ構成でLwが広い程小さくなる。  
第１量子井戸を２層積層した対称量子井戸活性層より光出力が大きくなる非対称量子井戸活性層の第１、第２量子井戸の井戸層のIn組成Inx(Lw)、In組成Inx(Ln)は、Ln/Lw＞０．５の領域において、図８に挿入された２つの近似曲線の間にあること、つまり、２つの近似曲線を数式で表示した下記式（１）’を満たす範囲となる。
0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)    
＜0.207(Ln/Lw)2-0.5631(Ln/Lw)+0.3555              （１）’
【００３３】
なお、本実施例では、広い井戸幅の第１量子井戸を活性層内のｐドーピング側に配置した構造であるが、第１量子井戸をｎドーピング側に配置した構造でも同様な特性が得られる。
表１に、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.11GaAs；７nmについて、配置を入れ替えた構造の光出力を表示しており、第１、第２量子井戸の配置にかかわらず光出力の増大が得られている。
比較例として、井戸幅８nmを２層積層した構造の光出力も表示している。この構造では、一方の井戸層のIn組成が０．００１変化すると光出力が半分程度に低下することから、井戸層形成の際のIn組成バラツキの許容度が非常に狭い。
一方、本実施例の構造では、井戸層のIn組成の許容度が大きく、光出力の大きいＳＬＤ発光素子を歩留まり良く得られる。
【表１】
2016006873.tif 000003
【００３４】
［実施例２］
本発明の実施例２のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）について、図９を流用して説明する。
図９において、実施例１と異なる部分は、ＭＱＷ活性領域１４が第１の量子井戸構造の井戸層Al0.1GaAs；８nm、と第２の量子井戸構造の井戸層Al0.093GaAs；７nmで構成されていることである。
【００３５】
第１の量子井戸は、第２の量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のAl組成が多い構成である。
第１の量子井戸を井戸幅８nm、井戸層の組成Al0.1Ga0.9Asとし、第２の量子井戸の井戸幅を７．５nm、７nm、６nm、５nm、４nmとし、井戸層のAl組成を変化させた構成における光出力の変化を図１２（ａ）に示す。
第２量子井戸のそれぞれの井戸幅において、光出力が２倍程度以上に増大するAl組成が存在し、第２量子井戸の井戸幅が狭くなるほど光出力が増大するAl組成の範囲が増大している。第２量子井戸の井戸幅７nmでは、Al組成が０．０９〜０．０９５、第２量子井戸の井戸幅６nmでは、Al組成が更に広範囲の０．０７８〜０．０９３、第２量子井戸の井戸幅５nmでは、Al組成が更に広範囲の０．０７８〜０．０９３において、光出力の増大が得られている。
同図に参考のために、量子井戸幅８nmを２つ重ねた対称量子井戸の光出力を表示しているが、対称量子井戸では２つの井戸層のAl組成に０．００１程度の違いが生じると光出力が１／２.５に大きく低下する。
本構成における光出力の増大は、第２量子井戸層のAl組成の広い範囲で得られることから製造上の許容範囲が広く非常に有効な構造である。
【００３６】
図１２（ｂ）は、第１の量子井戸を井戸幅７nm、井戸層の組成Al0.09Ga0.91Asとし、第２の量子井戸の井戸幅を６nm、５nm、３．５nmとし、井戸層のAl組成を変化させた構成における光出力の変化を示す。図１２（ａ）と同様に、第２の量子井戸の井戸幅に依存して光出力が増大する領域が存在している。
【００３７】
図１３は、第１の量子井戸の井戸幅が６nm以上、１０nm以下における検討結果に対して、横軸に第１量子井戸幅Lwと第２量子井戸幅Lnの比Ln/Lwをとり、縦軸は光出力が大きい特性となる第２量子井戸のAl組成の最大Alx-max(Ln)と最小Alx-min(Ln)に対して、第１量子井戸の井戸層Al組成との差分Alx(Lw)-Alx-max(Ln)、Alx(Lw)-Alx-min(Ln)を示している。
この図において、Ln/Lwが同じ構成では、Lwが狭い程Al組成の差分Alx(Lw)-Alx-max(Ln)は大きくなり、最大値を結ぶ最大近似曲線が得られる。
一方、Al組成の差分の最小Alx(Lw)-Alx-min(Ln)は、Ln/Lwが同じ構成でLwが広い構成となる。
図１３に挿入された２つの近似曲線に挟まれた領域は、光出力が増大する構成を表しており、２つの近似曲線を数式で表した下記の条件式で表現される。
0.0405(Ln/Lw)2-0.0922(Ln/Lw)+0.0519＜Alx(Ln)-Alx(Lw)
＜0.081(Ln/Lw)2-0.2853(Ln/Lw)+0.2033              （２）
【００３８】
非対称量子井戸活性層を構成する広い井戸幅Lw、井戸層のAl組成Alx(Lw)と狭い井戸幅Ln、井戸層のAl組成Alx(Ln)が式（２）の条件を満たすことで、井戸層のAl組成に製造ばらつきがあっても、安定した大きな光出力を有する発光デバイスが得られる。
【００３９】
［実施例３］
光干渉断層撮像装置の光源は、１００nm程度の広い帯域幅を有する発光プロファイルが求められている。このように広い発光プロファイルを、発光ピーク波長の異なる複数の発光ピークの重ね合わせで実現する上では、各発光ピークの強度が同程度であることが必要である。実施例３は、非対称２重量子井戸活性層からの主要な発光ピークの最大と最小の比がおおむね３倍以下を実現する構造である。
【００４０】
図１４（ａ）は、実施例１における図２の第１量子井戸８nm(In0.1Ga0.9As)、第２量子井戸４.５nm(InxGa1-xAs)を抽出したものである。第２量子井戸４.５nmのIn組成の異なる３か所の発光プロファイル（図１４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））を表示している。図１４（ｂ）は、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.122GaAs；４.５nmから成る非対称２重量子井戸活性層であるが、主要な発光ピークは２つであり、発光プロファイルも狭い。一方、図１４（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.149GaAs；４．５nm、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.183GaAs；４．５nmから成る活性層の発光プロファイルであり、主要な発光ピークは３〜４あり、その強度比は２倍以下、１００nm以上の広い発光プロファイルを示す。
発光ピークは、第１量子井戸における基底準位の重い正孔、軽い正孔、第１準位の重い正孔、第２量子井戸における基底準位から重い正孔、軽い正孔に起因しており、一部の発光ピークは重なって判別できない発光プロファイルもある。
【００４１】
図１５は、第１量子井戸In0.1GaAs；８nmにおいて、複数の発光ピーク強度の最大と最小の比がおおむね３倍以下となる第２量子井戸の井戸幅Ln、In組成Inx(Ln)の範囲を説明する図である。縦軸は、複数の発光ピーク強度の最大と最小の比がおおむね３倍以下となる第２量子井戸のIn組成の最大値Inx-max(Ln)と最小値Inx-min(Ln)から第１量子井戸のIn組成Inx(Lw)を引いたIn組成の差分ΔInx(Inx-max(Ln)-Inx(Lw)とInx-min(Ln)-Inx(Lw))を第２量子井戸の井戸幅Lnに対してプロットしている。
【００４２】
第２量子井戸の各井戸幅LnにおけるIn組成の差分ΔInxの最大値（Inx-max(Ln)-Inx(Lw)）を結ぶ近似曲線と最小値（Inx-min(Ln)-Inx(Lw)）を結ぶ近似曲線の間の構造の非対称２重量子井戸活性層が、広い発光プロファイルを有し、複数の発光ピーク強度が最大と最小の比がおおむね３倍以下の特性を有するＳＬＤとなる。
【００４３】
図１６は、第１量子井戸の異なる井戸幅Lw、In組成In(Lw)に対して、複数の発光ピーク強度の最大と最小の比がおおむね３倍以下となる発光プロファイルとなる第２量子井戸の井戸幅Ln、In組成In(Ln)を説明する図である。
異なる第１量子井戸の井戸幅に対する依存性をまとめて比較するために、横軸は第１量子井戸幅と第２量子井戸幅の比Ln／Lwとしている。縦軸は、図１５と同様で、第２量子井戸の井戸幅Lnに対して、In組成Inx(Ln)の最大値Inx-max(Ln)、最小値Inx-min(Ln)から第１量子井戸のIn組成Inx(Lw)を差し引いたIn組成の差分ΔInxとしている。
同図には、In組成の差分ΔInxの最大を示す近似曲線と最小値を示す近似曲線が記入されている。In組成の差分ΔInxの最小値を結ぶ近似曲線は、第１量子井戸幅LwがLw＝９nmのデータ点の近似曲線となっている。
任意Ln/Lwに対して、In組成の差分ΔInxの最大値の近似曲線と最小値の近似曲線の間の非対称２重量子井戸活性層が、複数の発光ピーク強度の最大と最小の比がおおむね３倍以下となる発光プロファイル特性を有するＳＬＤとなる。すなわち、第１量子井戸Lw、Inx(Lw)と第２量子井戸Ln、Inx(Ln)が、図１６の２つの近似曲線を表す式の間に存在する条件である下記式（３）を満たすことが、光出力が大きく、発光プロファイルの広い特性を有するＳＬＤが得られる条件となる。
すなわち、第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)が、
Lwは７nm以上１０nm以下、
Lnは、Lwより０．１nm以上薄く、Lwの１／２以上、かつ、４．５nm以上の厚さであって、
下記式（３）’を満たす半導体発光素子である。
-0.6481(Ln/Lw)3+1.7347(Ln/Lw)2-1.5678(Ln/Lw)+0.4813
＜Inx(Ln)-Inx(Lw)＜0.3148(Ln/Lw)2-0.7076(Ln/Lw)+0.3933              （３）’
【００４４】
なお、本実施例では、広い井戸幅の第１量子井戸を活性層内のｐドーピング側に配置した構造で説明しているが、第１量子井戸をｎドーピング側に配置した構造でも同様な特性が得られる。
【００４５】
［実施例４］
実施例４は、非対称２重量子井戸活性層のｎドーピング側に第３の量子井戸を追加することにより、光出力の更なる増大を実現する構造である。
【００４６】
図１７は、非対称２重量子井戸のｎドーピング側に第３量子井戸を追加した３重量子井戸（３ＱＷ）活性層を有するＳＬＤ光出力特性の第２量子井戸のIn組成に対する依存性である。
３重量子井戸は、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸InxGa1-xAs；７nm、第３量子井戸GaAs；４、６、８nmから成っている。
参照として、実施例１の非対称２重量子井戸構造である第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸InxGa1-xAs；７nmの光出力特性も表示している。
第３量子井戸を追加することにより、非対称２重量子井戸構造で第２量子井戸のIn組成に依存して増大した光出力が、更に２．５〜３倍に増大する。
【００４７】
図１８は、３ＱＷ活性層ＳＬＤの光出力に対する第３量子井戸のIn組成への依存性を表している。第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.11GaAs；７nmの構造において、第３量子井戸InxGa1-xAsのIn組成が、井戸幅４nmでIn組成０〜０．２１、井戸幅６nmでIn組成０〜０．１３、井戸幅８nmでIn組成０〜０．１において、光出力の増大が得られる。
【００４８】
図１９は、異なる量子井戸で構成される３ＱＷ活性層の第２量子井戸のIn組成に対する依存性である。第１量子井戸In0.11GaAs；7nm、第２量子井戸InxGa1-xAs；6nm、第３量子井戸GaAs；４nm、５nm、６nmから成るＳＬＤの光出力特性に対する第２量子井戸のIn組成への依存性である。図１７と同様に、第３量子井戸を追加することにより、非対称２重量子井戸構造より大幅に増大した光出力が得られている。
【００４９】
図２０は、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.11GaAs；７nmに対する第３量子井戸InxGa1-xAsのIn組成への依存性である。第１量子井戸In0.11GaAs；７nm、第２量子井戸In0.12GaAs；６nmに対して、第３量子井戸InxGa1-xAsのIn組成が、井戸幅４nmでIn組成０〜０．２、井戸幅５nmでIn組成０〜０．１５、井戸幅６nmでIn組成０〜０．１２において、光出力の増大が得られる。
【００５０】
このような第３量子井戸の追加による光出力の増大は、実施例１の非対称２重量子井戸活性層の光出力が増大する構造で得られる。第３量子井戸の追加により光出力が増大する第３量子井戸の条件は、第１量子井戸の井戸幅以下、かつ、１／２以上であり、井戸層InxGa1-xAsのIn組成が０．２１以下である。
つまり、
井戸幅の異なる第１量子井戸、第２量子井戸、および、ｎドーピング側の第３量子井戸からなる多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子において、  
第１の量子井戸は、第２の量子井戸より井戸幅が広く、かつ、井戸層のバンドギャップが広い材料で構成されており、 
前記第１量子井戸および第２量子井戸の井戸層は、InxGa1-xAsで構成されており、前記第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに前記第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)、前期第３量子井戸の井戸幅L3、井戸層のIn組成Inx(L3)が、
Lwは６nm以上１０nm以下であり、
Lnは、Lwより０．１nm以上薄く、Lwの１／２以上の厚さであり、
L3は、Lw以下、Lwの１／２以上の厚さ、井戸層のIn組成がInx(L3)が０以上０．２１以下であって、
Lw、Ln、Inx(Lw)、Inx(Ln)が、
式（１）を満たす半導体発光素子。
0.0631(Ln/Lw)2-0.134(Ln/Lw)+0.0712＜Inx(Ln)-Inx(Lw)    
＜0.0068(Ln/Lw)2-0.1995(Ln/Lw)+0.192              （１）
【００５１】
なお、本実施例では、第３量子井戸を活性層内で、第１量子井戸、第２量子井戸よりもｎドーピング側に配置した構造で説明しているが、第３量子井戸をｐドーピング側に配置した構造や第１量子井戸、第２量子井戸の間に配置した構造でも同様な特性が得られる。
【００５２】
表２に、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸Ｉｎ0.11GaAs；７nm、第３量子井戸GaAs；６nmについて、配置を入れ替えた構造の光出力を表示しており、第３量子井戸の配置にかかわらず光出力の増大が得られるが、第３量子井戸GaAs；６nmをｎドーピング側、あるいは、ｐドーピング側に配置することでより大きな光出力が得られる。
比較例として、第１、第２量子井戸In0.1GaAs；８nm、第３量子井戸GaAs；６nmの光出力も表示している。
【表２】
2016006873.tif 000004
【００５３】
［実施例５］
実施例５は、非対称２重量子井戸活性層のｎドーピング側に第３の量子井戸を追加し、広帯域の発光プロファイルを維持しつつ、光出力の増大を実現する例である。
実施例３記載の非対称２重量子井戸活性層で得られた主要な発光ピークの最大と最小の比がおおむね３倍以下の広帯域の発光プロファイル特性に対して、第３の量子井戸を追加することにより、広帯域プロファイルを維持したまま、光出力の増大とともに発光プロファイルにおけるディップの低減を実現できる。
【００５４】
図２１（ａ）、（ｂ）は、実施例３の非対称２重量子井戸活性層の一構造であり、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.11GaAs；７nmから成るＳＬＤの光出力特性と発光プロファイルである。図２２（ａ）、（ｂ）は、ｎドーピング側に第３量子井戸として、GaAs；６nmを追加した３ＱＷ活性層ＳＬＤの光出力特性と発光プロファイルであり、図２１（ａ）と比較して、光出力が約３倍に増大し、図２１（ｂ）の発光プロファイルの短波側にあったディップを低減した発光プロファイルが得られている。主要な発光ピークの最大と最小の比は３倍以下に保持されている。なお、短波長側の２つの発光ピーク強度の増大は、注入電流の調整により制御できる。
また、第３量子井戸をIn0.03GaAs；６nmとすれば、図２３（ａ）に示すように、２ＱＷ構成と比較して、光出力の約３倍を保持して、中心波長付近の強度が増大したプロファイルが得られる。
図２３（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第３量子井戸をGaAs；８nm、In0.04GaAs；５nmとした構成の発光プロファイルであり、いずれも、主要な発光ピークの最大と最小の比をおおむね３倍以下に保持したまま、光出力の増大と発光プロファイルのディップ低減が得られている。
【００５５】
図２４（ａ）は、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.11GaAs；７nmとし、第３量子井戸：４、６、７、８nmにおいて、主要な発光ピークの最大と最小の比をおおむね３倍以下に保持したまま、光出力の増大とディップの小さい広帯域プロファイルが得られる井戸層InxGa1-xAsのIn組成の領域（図中の網掛け部）を表示している。
図２４（ｂ）は、異なる３ＱＷ構造の特性であり、第１量子井戸In0.11GaAs；７nm、第２量子井戸In0.12GaAs；６nmとし、第３量子井戸：４、５、６nmにおいて、主要な発光ピークの最大と最小の比をおおむね３倍以下に保持したまま、光出力の増大とディップの小さい広帯域プロファイルが得られる井戸層InxGa1-xAsのIn組成の領域（図中の網掛け部）を表示している。
【００５６】
このような３ＱＷ活性層による、主要な発光ピークの最大と最小の比をおおむね３倍以下に保持したまま、光出力の増大と発光プロファイルのディップ低減は、他の量子井戸の組み合わせでも可能である。具体的には、実施例３の条件を満たす非対称２重量子井戸活性層のｐドーピング側に、第３量子井戸として、井戸幅が第１量子井戸幅以下で、第１量子井戸幅の１／２以上、かつ、４nm以上であり、井戸層InxGa1-xAsのIn組成０．０８以下の量子井戸の追加により得られる。
すなわち、
第１量子井戸の井戸幅Lwおよび井戸層のIn組成Inx(Lw)、ならびに第２量子井戸の井戸幅Lnおよび井戸層のIn組成Inx(Ln)、第３量子井戸の井戸幅L3、井戸層のIn組成Inx(L3)が、
Lwは７nm以上１０nm以下であり、
Lnは、Lwより０．１nm以上薄く、Lwの１／２以上、かつ、４．５nm以上であって、
式（３）を満たしており、
-0.6481(Ln/Lw)3+1.7347(Ln/Lw)2-1.5678(Ln/Lw)+0.4813
＜Inx(Ln)-Inx(Lw)＜0.0836(Ln/Lw)2-0.3212(Ln/Lw)+0.2357              （３）
L3が、Lw以下、Lwの１／２以上、かつ、４nm以上の厚さで、Inx(L3)が０以上０．０８以下の半導体発光素子である。
【００５７】
なお、本実施例では、第３量子井戸を活性層内で、第１量子井戸、第２量子井戸よりもｎドーピング側に配置した構造で説明したが、第３量子井戸をｐドーピング側に配置した構造や第１量子井戸、第２量子井戸の間に配置した構造でも同様な特性が得られる。
【００５８】
表２に、第１量子井戸In0.1GaAs；８nm、第２量子井戸In0.11GaAs；７nm、第３量子井戸GaAs；６nmにおいて、配置を入れ替えた構造の光出力を表示しており、第１、第２量子井戸、第３量子井戸の配置にかかわらず光出力の増大が得られている。
比較例として、第１、第２量子井戸In0.1GaAs；８nm、第３量子井戸GaAs；６nm構造の光出力も表示している。この比較例の構造では、光出力が半分以下に低下する。
【００５９】
［実施例６］
本実施例では、本発明の半導体発光素子を光源部に用いた光干渉断層撮像装置の例を示す。  
図２５は本実施例の光干渉断層撮像装置の模式図である。  
図２５の光干渉断層撮像装置は、基本的には光源部（１５０１等）、光源部からの光を検体に照射し、検体からの反射光を伝達させる検体測定部（１５０７等）、光源部からの光を参照ミラーに照射し、参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部（１５０２等）、検体測定部からの反射光と参照部からの反射光とを干渉させる干渉部（１５０３）、干渉部により得られた干渉光を検出する光検出部（１５０９等）、光検出部で検出された光に基づいて画像処理を行い、検体の断層像を得る画像処理部（１５１１）で構成されている。以下、各構成要素を説明する。
【００６０】
光源部では、ＳＬＤ光源１５０１は光照射用の光ファイバ１５１０を介して干渉部を構成するファイバカップラ１５０３に接続されている。  
干渉部のファイバカップラ１５０３は、光源の波長帯域でシングルモードのもので構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成した。  
反射ミラー１５０４は、参照光光路用ファイバ１５０２に接続されて参照部を構成し、参照光光路用ファイバ１５０２は、ファイバカップラ１５０３に接続されている。  
検査光光路用ファイバ１５０５、照射集光光学系１５０６、照射位置走査用ミラー１５０７により検体測定部が構成され、検査光光路用ファイバ１５０５は、ファイバカップラ１５０３に接続されている。ファイバカップラ１５０３では、検査物体（検体）１５１４の内部及び表面から発生した後方散乱光と、参照部からの戻り光とが干渉して干渉光となる。  
光検出部は、受光用ファイバ１５０８、および分光手段とアレイ型の光検出手段で構成される光検出部１５０９で構成され、広帯域の発光スペクトルを有する干渉光を波長帯域毎に分光検出する。  
光検出部１５０９のアレイ型の光検出手段で受光された光は信号処理装置１５１１にてスペクトル信号に変換され、さらに変換されたスペクトル信号に対してフーリエ変換を施すことで検体の奥行き情報を取得する。取得された奥行き情報は画像出力モニター１５１２に断層画像として表示される。  
ここで、信号処理装置１５１１は、パーソナルコンピュータ等で構成することができ、画像出力モニター１５１２は、パーソナルコンピュータの表示画面等で構成できる。
【００６１】
例えば、上記実施例１〜５で説明したＳＬＤ光源装置を本実施例のＳＬＤ光源（波長可変光源）１５０１として用いると、このＳＬＤ光源装置は広帯域の発光スペクトルを有しているため、奥行き情報の分解能が高解像な断層画像情報を取得することができる。この光干渉断層撮像装置は、眼科、歯科、皮膚科等における断層画像撮影に有用である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
上述した非対称量子井戸活性層を有する半導体発光素子は、発光効率が高く、光出力も増大できるので、表示用光源、光通信用光源や光計測用光源として利用することができる。また、広帯域の発光スペクトルが要求されるＬＥＤ、ＳＬＤの発光スペクトルの広帯域化や発光効率の増大に有効であるため、光干渉断層撮像装置用光源として検体の奥行き分解能が高解像な断層画像情報を取得することができる。この光干渉断層撮像装置は、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】
【００６３】
１１：ｎ側電極          
１２：GaAs基板
１３：ｎ−クラッド層    
１４：ＭＱＷ活性層
１５：ｐ−クラッド層     
１６：GaAsコンタクト層
１７：ｐ側電極                  
１８：保護層
１９：ｐ側リア電極部                  
２０：ｐ側リア電極部
１５０１：ＳＬＤ光源
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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