(57)【要約】      （修正有）【課題】発光素子内に発光強度を検出できる構成を備えることで、高い電流密度となる活性層からの発光強度をより確実に検出できる発光素子を提供する。【解決手段】発光素子１００は、２つの電極層１１０，１１８と、それらの間に設けられた活性層１１３とを含む積層体１００を有し、積層体は、活性層の面内方向に光が導波される導波路を有する。表面の電極層のうち、第一の電極１０１と第二の電極１０２との間に第三の電極１０３が設けられている。第三の電極は、第一の電極によって活性層に電流が注入されることで生じる光を検出（モニタ）する。【選択図】図１
2017112292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電極層と、それらの間に設けられた活性層とを含む積層体を有し、
前記積層体の面内方向の端面から光が射出される発光素子であって、
前記２つの電極層の少なくともいずれか一方は、
前記面内方向に分離されて設けられた３つ以上の電極からなる電極群を構成し、
前記発光素子は、前記電極群のうち、前記端面に最も近い位置に設けられた第一の電極と、
前記第一の電極とは異なる第二の電極の少なくとも２つの電極を用いて、
前記活性層における複数の異なる領域に独立に電流を注入することで光を射出させるように構成され、
前記電極群のうち、前記第一の電極と前記第二の電極との間に設けられた第三の電極を用いて、前記第一の電極によって前記活性層に電流が注入されることで生じる光を検出するように構成されている発光素子。
【請求項２】
前記第三の電極を用いて検出された発光強度に基づいて、前記第一の電極によって注入される電流密度を制御するように構成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第一の電極によって前記活性層に電流が注入されることで生じる光の強度を、前記第三の電極を用いて電圧値から算出するように構成されている請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第三の電極を用いて検出された発光強度が、所定値よりも小さい場合に、前記第一の電極によって前記活性層に注入される電流量を大きくするように構成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第一の電極及び前記第二の電極には、０ｋＡ／ｃｍ２より大きい電流密度の電流が注入されるように構成され、
前記第三の電極には、０ｋＡ／ｃｍ２以下の電流密度の電流が注入されるように構成されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記活性層は前記面内方向に単一の厚さ、かつ単一の組成である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第二の電極と前記第三の電極との間の、前記面内方向の長さが、２０μｍ以上である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第二の電極と前記第三の電極との間の、前記面内方向の長さが、１２８μｍ以下である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第二の電極と前記第三の電極との間に、第四の電極が設けられ、前記第四の電極を用いて、前記第二の電極によって前記活性層に電流が注入されることで生じる光の一部を吸収させるように構成されている請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第四の電極の前記面内方向の長さが、１７μｍ以上である請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第四の電極の前記面内方向の長さが、６６μｍ以下である請求項９または１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光素子と、前記発光素子から射出された光を物体に照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と、前記参照光とによる干渉光を発生させる干渉光学系と、前記干渉光を波長分散させる波長分散部と、波長分散された前記干渉光を受光する光検出部と、受光された前記干渉光の強度に基づいて、前記物体の情報を取得する取得部とを有する光干渉断層計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子及びそれを有する光干渉断層計に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体（被検体）の断層像を取得する装置として、光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＯＣＴと略すことがある）がある。ＯＣＴの一種であるＳｐｅｃｔｒａｌ  ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）では、広い波長帯域の発光スペクトルの光を射出するスーパールミネッセントダイオードと呼ばれる発光素子が用いられる。以下では、スーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）をＳＬＤと略すことがある。ＳＬＤは活性層を含む半導体の積層体構造を有し、活性層を光が伝搬する間に生じる誘導増幅を利用することで、積層体が有する導波路構造の一方の端面から広い波長帯域の光を射出する。
【０００３】
ここで、ＳＤ−ＯＣＴでは、光源の発光スペクトルの波長帯域が広いほど、断層像の深さ分解能が高い。そのため、ＳＤ−ＯＣＴに用いられる光源は、発光スペクトルの波長帯域が広いものであることが望ましい。非特許文献１では、発光素子（ＳＬＤ）の導波方向に対して直列に複数の電極を配置し、電極から活性層に注入する電流注入量を個々に制御することで、発光スペクトルを制御しようとするものである。具体的には、ＳＬＤに電流注入するための電極領域を、ＳＬＤの光の導波方向に３つに分割し、光の射出端に最も近い領域に設けられた電極から大きな電流密度で電流注入して発光させる。そして、隣接する電極はそれより小さい電流密度で電流注入する構成とすることにより、広帯域な発光スペクトルを実現している。これは、電流密度が大きいほど短波長帯域の発光が生じやすく、小さいほど長波長帯域の発光が生じやすいことを利用している。すなわち、射出端に最も近い電極から注入する電流の密度を大きくすることにより、短波長帯域の発光を生じさせる。そして、それに隣接する電極から、より小さい電流密度の電流を注入することにより、長波長帯域の発光を生じさせることで、ＳＬＤ全体として広帯域の発光を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２０６３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  １ｓｔ  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９９６  Ｖｏｌ．３２  Ｎｏ．３  ｐｐ．２５５−２５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、本発明者らは、非特許文献１のような発光素子に課題があることを見いだした。すなわち、大きな電流密度で電流注入される活性層は温度が高くなりやすいため、発光強度が変わりやすい。また、電流密度が高くなる活性層は、電流密度が小さい場合に比べて短期間で素子が劣化しやすい。発光波長帯域が狭くなった光源を用いたＯＣＴでは、得られる断層像の解像度が下がるといった問題を生じうる。
【０００７】
したがって、複数の電極を用いた発光素子において、電流密度が大きくなる活性層からの発光強度を測定モニタすることが求められる。
【０００８】
一方、特許文献１では、光の導波方向に電極が複数に分割された発光素子（ＳＬＤ）において、発光素子の光の導波路外に複数の光検出器を設置した構成が開示されている。この構成によると、複数の電極からの電流注入によって生じる個々の発光量を検出できるが、検出している光は、光導波路から漏れ出た自然放出光である。光導波路から漏れ出た自然放出光の発光強度が小さく、より確実に検出するための構成が求められていた。
【０００９】
そこで本発明では上記課題に鑑み、高い電流密度となる活性層からの発光強度をより確実に検出できる発光素子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】
【００１０】
本発明に係る発光素子は、２つの電極層と、それらの間に設けられた活性層とを含む積層体を有し、
前記積層体の面内方向の端面から光が射出される発光素子であって、
前記２つの電極層の少なくともいずれか一方は、前記面内方向に分離されて設けられた３つ以上の電極からなる電極群を構成し、前記発光素子は、前記電極群のうち、前記端面に最も近い位置に設けられた第一の電極と、前記第一の電極とは異なる第二の電極の少なくとも２つの電極を用いて、前記活性層における複数の異なる領域に独立に電流を注入することで光を射出させるように構成され、前記電極群のうち、前記第一の電極と前記第二の電極との間に設けられた第三の電極を用いて、前記第一の電極によって前記活性層に電流が注入されることで生じる光を検出するように構成されている発光素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発光素子によれば、発光素子内に発光強度を検出できる構成を備えることで、高い電流密度となる活性層からの発光強度をより確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る発光素子の構成を示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施形態１に係る発光素子の上面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。
【図３】図２（ａ）のａ−ａ’断面図（ａ）、ｂ−ｂ’断面図（ｂ）、ｃ−ｃ’断面図（ｃ）である。
【図４】本発明の実施形態２に係るＯＣＴの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る発光素子の第一の電極に対応する発光領域の発光スペクトルを示す図（ａ）、発光スペクトルの積分強度（ｂ）である。
【図６】本発明の実施例１において第三の電極に注入される電流と検出される電圧との関係を示したグラフ（ａ）、第二の電極に電流注入しない場合に得られる発光スペクトル（ｂ）である。
【図７】本発明の実施例１に係る発光素子の、第一の電極への電流注入量（Ｉ１）と、第三の電極で検出される電圧（Ｖ３）との関係
【図８】本発明の参考例１に係る発光素子の構成（ａ）及び得られる発光スペクトルのグラフ（ｂ）である。
【図９】本発明の参考例１に係る発光素子で得られる発光スペクトル（ａ）と利得（ｂ）である。
【図１０】本発明の実施例２に係る発光素子の構成（ａ）、参考例２に係る発光素子の構成（ｂ）を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３に係る発光素子の構成（ａ）、参考例２に係る発光素子の構成（ｂ）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４に係る発光素子の構成（ａ）、参考例２に係る発光素子の構成（ｂ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施形態に係る発光素子について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る発光素子の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のα−α’断面で切断した断面図である。
【００１４】
（発光素子）
本実施形態における発光素子は、２つの電極層１１０，１１８と、それらの間に設けられた活性層１１３とを含む積層体１００を有し、積層体１００は、活性層の面内方向に光が導波される導波路を有する。図１における導波路は、活性層上にリッジ１２０を設けることで構成しているが、リッジ構造以外の構造で導波路を構成してもよい。また、活性層１１３は、基板１１１上に設けられた下部クラッド層１１２と上部クラッド層１１４とに挟まれた構成である。
【００１５】
本実施形態に係る発光素子は、２つの電極層１１０，１１８によって活性層１１３に電流が注入されることで、活性層１１３が発光し、光が導波路を導波して、積層体の面内方向の端面１０５から光が射出される。
【００１６】
本実施形態において、２つの電極層の少なくともいずれか一方は、導波路の面内方向（光の導波方向）に分離されて設けられた３つ以上の電極からなる電極群を構成する。図１では電極層１１０が３つの電極１０１，１０２，１０３からなる電極群を構成した例を示している。電極１０１，１０２，１０３は上部クラッド層１１４上に設けられたコンタクト層１１５上に設けられている。
【００１７】
この電極群の中で、光が射出される方の端面１０５に最も近い位置に設けられた第一の電極１０１と、それとは異なる第二の電極１０２の２つの電極と、活性層１１３を隔てて設けられたもう一方の電極層１１８とで、活性層１１３に電流が注入される。なお、第一の電極１０１と第二の電極１０２の少なくとも２つの電極を用いて電流注入されればよく、電極群を構成する電極を４つ以上にすることで、活性層に電流注入するための電極を３つ以上にすることもできる。
【００１８】
第一の電極１０１と第二の電極１０２の２つの電極を用いることで、活性層１１３における複数の異なる領域に独立に電流を注入し、活性層の異なる領域において発光する。発生したこれらの光は、活性層１１３を伝搬する際に誘導増幅され、合波された光が端面１０５から射出されるように構成されている。
【００１９】
第一の電極１０１と第二の電極１０２とに注入される電流密度が互いに異なるようにすることで、活性層１１３の発光波長を互いに異ならせることができるため、短波長から長波長までの広い波長帯域の光を射出させることができる。但し、活性層１１３に注入される電流の電流密度が小さいと発光強度が小さく、かつ長波長の光が出やすく、電流密度が大きいと、発光強度が大きく、かつ短波長の光が出やすい。また、発生した光が導波路にそって活性層１１３を伝搬する際に、その伝搬距離が長ければ長いほど、誘導増幅によって、発光強度が大きくなる。そのため、発光素子の光の出射端面１０５に最も近い第一の電極１０１には、活性層に注入される電流の電流密度が大きくなるようにし、第二の電極１０２は、電流密度が小さくなるようにする。このような構成によって、第一の電極１０１によって電流注入される活性層１１３の領域からは短波長帯域（λ１を含む帯域）の発光強度の大きい光が発生する。そして、第二の電極１０２によって電流注入される活性層１１３の領域からは長波長帯域（λ２を含む帯域、λ１＜λ２）の発光強度の小さい光が発生する。長波長帯域の光は、発光素子の光の射出端面１０５に到達するまでに、誘導増幅されて発光強度が大きくなる。最終的に、発光素子の端面からは短波長から長波長まで、発光強度が強い光を射出させることができる。なお、ここでは、電極群のうち、発光させるために用いられる電極が２つの例について説明したが、発光素子によって発光させたい波長帯域に応じて、３つ以上用いてもよい。
【００２０】
本実施形態に係る発光素子は、電極群のうち、第一の電極１０１と第二の電極１０２との間に第三の電極１０３が設けられている。第三の電極１０３は、第一の電極１０１によって活性層１１３に電流が注入されることで生じる光を検出（モニタ）するように構成されている。第三の電極１０３は、活性層１１３に電流注入されない、又は第一、第二の電極１０１，１０２とは逆の方向に電流（逆バイアスの電流）が流れるように、０ｋＡ／ｃｍ２以下の電流密度となるようにする。このような構成により、第一の電極１０１によって電流注入されて活性層１１３で発生した光が、第三の電極１０３の直下を含む活性層１１３の領域に到達してキャリアが発生し、電流が生じる。生じた電流は、第三の電極１０３によって電圧変化または電流変化として検出され、逆算して第一の電極１０１からの電流注入によって発生して光の発光強度を算出することができる。第三の電極１０３の電圧を固定にすれば電流変化が検出され、電圧が固定でなければ、キャリアの発生に伴って生じる電圧変化が検出される。
【００２１】
このように、本実施形態に係る発光素子は、第一の電極１０１によって高い電流密度の電流が注入される活性層１１３の領域からの発光強度を、リアルタイムモニタできる。そのため、発光素子の駆動中に該領域の温度変化による発光強度の変化を検出できる。さらに発光強度が、所定値より小さくなった場合、不図示の制御部によって、第一の電極１０１の電流密度を大きくし、発光強度が所定値より大きくなった場合は、電流密度を小さくするフィードバック制御をすることができる。また、該領域の活性層が劣化して、所定の発光強度を得られなくなった場合は、発光素子の駆動を止めることができる。
【００２２】
なお、第三の電極１０３によって光を検出するとは、発光強度（発光量）を検出することに限定されず、発光強度に対応して第三の電極で検出される電圧変化、電流変化など、発光強度に関わるパラメータの情報を取得できれば特に限定されない。
【００２３】
ここで、発光素子の導波路が積層体の両端面まで伸びている場合、光の射出端面が２つ存在することになる。以下では、発光素子の導波路の終端のうち、実際に利用する光を射出する端面１０５を射出端面、もう一方の端面を後端面１０６とする。そして、射出端面１０５側をフロント側、後端１０６側をリア側と呼ぶことがある。
【００２４】
また、発光素子が発光可能で最も高次の準位からの発光波長をλ１、その次に高次の準位からの発光波長をλ２（λ１＜λ２）としたとき、第一の電極１０１、及び第二の電極１０２はλ２における利得がゼロ以上となるように駆動させる。このような駆動をする電極を以下では発光駆動電極と呼ぶことがある。また、第三の電極１０３は、λ２における利得がゼロ未満となるように駆動させることが好ましい。なぜなら、第二の電極を用いて発光させた長波長（λ２）の光は、第三の電極１０３直下を含む活性層領域においてλ２における利得がゼロ以上となると、その領域でλ２の波長の光が吸収されてしてしまうからである。その結果、発光素子から射出される光の波長帯域のうち、長波長（λ２）の光が小さくなってしまう。
【００２５】
利得の制御は、主に各電極に注入される電流の電流密度により制御できる。第一の電極１０１は導波路上において分割されていない構成を基本とする。しかし、第一の電極１０１が複数に分割されていても、それらの電極領域の電流密度が同一であり、かつ電極が設けられていない部位（非電極部）における吸光量が小さい場合は、本発明の効果が得られる範囲において、分割されていてもよい。ここで「電流密度が同一」とは、分割された電極領域の電流密度の差が±１０％の範囲を指し、「吸光量が小さい」とは、非電極部における吸光量が、入射した光の光量に対して５０％未満である状態を指す。
【００２６】
以下、本実施形態に係る発光素子について、発光素子の一例であるスーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｐ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ、以下ＳＬＤと略すことがある）を例に詳細を説明する。
【００２７】
（実施形態１）
（発光素子）
以下に本発明の実施形態１に係る発光素子の構造について、図２を用いて説明する。
【００２８】
図２（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る発光素子の上面図、斜視図である。また、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）はそれぞれ、は図２（ａ）のａ−ａ’断面、ｂ−ｂ’断面、ｃ−ｃ’断面で切断した断面図である。
【００２９】
まず本実施形態に係る発光素子の作製手順を説明しながら構造も説明する。
【００３０】
まず、ＧａＡｓ基板２１１上にｎ型クラッド層（下部クラッド層）２１２としてｎ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、活性層２１３として非対称多重量子井戸構造のＩｎＧａＡｓを設ける。さらに、ｐ型クラッド層（上部クラッド層）２１４としてｐ−Ａｌ０．５ＧａＡｓ、コンタクト層２１５として高ドープのｐ−ＧａＡｓを設ける。これらの各層は、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて順次成長させることができる。ここで、非対称量子井戸構造とは、複数の量子井戸を有する多重量子井戸構造を有し、かつ、複数ある量子井戸のうちの少なくとも１つの量子井戸の、組成及び井戸幅の少なくともいずれか一方が、他の量子井戸と異なる井戸構造を指す。
【００３１】
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により、リッジ２０４を形成して導波路（光導波路と呼ぶこともできる）とする。リッジを形成することにより、活性層内で光を閉じ込め、導波させることができる。たとえば、スパッタ法を用いて誘電体膜、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光導波路形成のためのストライプ状マスクを形成する。その後、ドライエッチング法を用いて、ストライプ状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、除去する部分はコンタクト層２１５とｐ型クラッド層２１４の途中までで、深さ（リッジの高さ）はたとえば０．８μｍとする。光導波路幅ｗは、発光素子から射出される光をシングルモードとするために３ｕｍの幅とする。射出端面２０５および後端面２０６での反射を抑えるために、光導波路は各端面の法線方向に対して約７度傾斜させている。
【００３２】
次に、絶縁膜２１６、たとえばＳｉＯ２を半導体表面に形成し、フォトリソグラフィー法およびウエットエッチングによって、光導波路の上部（リッジ構造の上部）の絶縁膜２１６を部分的に除去する。その後、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いてｐ電極２１７を形成する。ｐ電極２１７は、たとえばＴｉ／Ａｕであり、光導波路上に導波方向に対して直列にそれぞれが絶縁された状態で複数配置する。さらに、電極を設けない領域（以下、非電極部と呼ぶことがある）２０７のコンタクト層２１５をクエン酸過水を用いてウエットエッチングによる除去を行い、電気的に絶縁された領域とする。
【００３３】
ｎ電極２１８を形成する前に、ＧａＡｓ基板２１１を研磨により１００μｍ程度の厚さまで薄くする。こうすることで、ファセット面での劈開が容易となる。そして、ｎ電極２１８を真空蒸着法により形成する。ｎ電極２１８は、たとえば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アニールを行い、両電極と半導体を合金化する。最後に、劈開により射出端面２０５および後端面２０６にファセット面を出すことで発光素子が完成する。
【００３４】
（発光強度の測定方法）
次に、第三の電極（吸収駆動電極）における注入電流量と検出される電圧値から、実際にどのように吸光量を求め、利用するかを以下に記す。
【００３５】
まず、第一の電極２０１を発光駆動電極、第三の電極２０３を吸収駆動電極として駆動させる。また、第一の電極２０１から電流注入して得られる活性層からの発光強度と、そのときの第三の電極２０３領域における注入電流量と検出される電圧値との関係の情報をもつテーブルを予め記憶しておく。そして、駆動する際に各電極領域での駆動状態（電流注入量）をそのテーブルを参照して調整する。もしくは、上記テーブルの代わりに、両者の関係を表す演算式を用意し、その演算式に基づき駆動状態を調整するようにしてもよい。なお、テーブルは、初期駆動時に作成してもよい。また、テーブルや演算式を記憶しておくメモリを有していても良い。なお、第三の電極の電圧値、及び第三の電極の電流値を用いて、第一の電極を用いた発光の強度を算出するが、電流値が既知である場合は電圧値だけ用いて算出することも可能である。
【００３６】
第一の電極２０１で実際に使用する駆動状態に対して、第三の電極２０３における注入電流量と検出される電圧値に範囲を設定し、その値が決められた範囲内に収まるように上記テーブルもしくは演算式に基づき第一の電極２０１の駆動状態を調整する。例えば、第三の電極２０２領域における注入電流量と検出される電圧値に変化が見られた場合、第一の電極２０１直下の活性層領域における経時劣化が高次準位の発光量の低減につながっている可能性がある。そこで、第一の電極２０１領域における電流密度を大きくすることで高次準位の発光量を再び元の水準まで戻すことが可能である。
【００３７】
さらに、発光素子の発光強度の変化をリアルタイムでモニタしているので、ＯＣＴにおいて物体の断層に関する情報を取得している最中に、発光素子の発光特性の修正を随時かけることが可能である。
【００３８】
なお、発光量をリアルタイムでモニタする必要がなければ、第一の電極２０１によって電流注入される活性層領域、駆動状態であるモードと、モニタ用の駆動状態であるモードとを用意し、それらのモードを交互に切り替える構成としても良い。このような構成により、その時々の条件や環境等にとって必要な駆動状態とする操作を行うようにしてもよい。
【００３９】
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形態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、他の方法や材料を利用することも可能である。たとえば、基板はｐ型の基板を用いてもよく、その場合は各半導体層の導電型も基板の導電型に応じて変えることができる。
【００４０】
（活性層）
本実施形態において、活性層は非対称量子井戸構造（非対称多重量子井戸構造）とした例を示しているが、量子井戸の組成および量子井戸の幅が統一された多重量子井戸構造もしくは単一量子井戸構造を用いてもよい。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。
【００４１】
活性層は導波方向に対して単一の厚さおよび単一の組成としているが、本発明の効果が得られる範囲であればこれに限定されない。
【００４２】
（導波路）
本実施形態において導波路は直線形状および一定の幅と屈折率が得られる形状としているが、曲がっているもしくは分岐されている導波路形状であってもよく、導波路の幅や屈折率が導波方向に変化するように構成されていてもよい。また、導波路幅ｗは、発光素子から射出される光が、シングルモードとなるように構成されていることが好ましい。なぜなら、シングルモードの光は、光のスポットの中で、強度の強い部位が中心に集まりやすいからである。
【００４３】
また、シングルモードを得るために導波路幅ｗは３μｍとした例を示しているが、マルチモードの発光が生じるような導波路幅ｗに設定してもよい。さらに、導波路は端面まで伸びている構成でなくてもよい。
【００４４】
本実施形態では、導波路としてリッジ型の光導波路の例を採用しているが、例えばストライプ型の活性層、もしくは電流ブロック層を導入して、光を閉じ込める形態としてもよい。
【００４５】
発光素子の発光波長帯域を広くするために、発光素子はレーザ発振しにくい構成とすることが好ましい。レーザ発振しにくくするためには、導波路の終端である、射出端２０５及び後端２０６における反射を抑えることが必要である。そこで、導波路を各端面の法線方向に対して約７度傾斜させているが、その角度は適宜変えることが出来る。なお、端面での反射を抑えるために、各端面に反射防止（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ＡＲ）膜を形成してもよい。また、各端面における光、および電流の集中を抑えるために、各端面付近に電流注入を行わない領域（窓領域）を形成してもよい。窓領域は、電極を端面に達しない位置までとすることで設けることが出来る。
【００４６】
（電極層）
本実施形態における電極層について、ｐ電極２１７を導波方向に対して直列に複数配置されてなる電極群とした例を示しているが、ｎ電極２１８もしくはその両方を、電極が導波方向に直列に複数配置されてなる電極群とした構成であってもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、ｐ電極２１７を導波方向に対して直列に３つ配置しており、リッジ２０４を形成して導波路としている。隣り合う２電極間の部分は非電極部２０７であり、電流を注入しない領域である。この非電極部２０７では、隣の電極領域への電流漏れを防ぐことが目的で、ｐ電極２１７とともにコンタクト層２１５を除去することで電気抵抗を高めている。また、図示していないが、全ての電極は、電極に電流を注入するための電流注入手段と接続されている。すなわち、発光駆動電極（第一の電極２０１、第二の電極２０２）においては注入電流量を制御できる機構、吸収駆動電極（第三の電極２０３）においては注入電流量と電圧値を検出できる機構（制御部）を備えている。なお、本実施形態におけるモニタ用の吸収駆動電極は第三の電極である。
【００４８】
本実施形態において、複数の電極の電極数は、本発明の効果が得られる要件を満たす電極数（３つ以上）であればこれに限定されない。
【００４９】
非電極部２０７の幅は、本発明の効果が得られる範囲であれば特に限定されない。
【００５０】
（実施形態２）
以下に本発明の実施形態２では、上記実施形態に係る発光素子を備えた光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＯＣＴ又はＯＣＴ装置と略すことがある）について図４を用いて説明する。
【００５１】
本実施形態に係るＯＣＴは発光素子６０１から射出された光は、集光レンズ６０２によって集光され、参照光と照射光に分割する干渉光学系（分波部）６１１へ伝搬するように構成されている。そして、分波部６１１で分波された光は、参照光学系６０３、測定対象の物体（被検体）６０４に光を照射するための照射光学系６０５へと伝搬するように構成されている。さらに、本実施形態におけるＯＣＴは、参照光学系６０３の反射鏡６１４で反射された参照光と、物体６０４からの反射光（後方散乱光）を干渉させる干渉部６０７、干渉部６０７により得られた干渉光を検出する光検出部６０８を有する。そして、光検出部６０８で検出された干渉光に基づいて干渉信号を出力し、物体６０４の断層に関する情報（断層像）を取得する取得部６０９、断層に関する情報（断層像）を表示する表示部６１０を有する。
【００５２】
本実施形態に係るＯＣＴについてより詳細に説明する。本実施形態では発光素子６０１として、上記実施形態に係る発光素子（ＳＬＤ）を用いる。
【００５３】
光ファイバを介して光波部６１１により参照光と照射光に分波し、分波された光の一部は参照光学系６０３へ入る。ここでは、光波部６１１と干渉部６０７は同一のファイバカプラを用いている。
【００５４】
参照光学系６０３はコリメータレンズ６１２および６１３、反射鏡６１４で構成されており、反射鏡６１４で反射し再度光ファイバへ入射する。光ファイバから分波部６０２で分波されたもう片方の光である照射光は、照射光学系６０５へ入る。照射光学系６０５はコリメータレンズ６１５および６１６、光路を９０°曲げるための反射鏡６１７、物体からの反射（後方散乱）光の偏光を揃える偏波コントローラ６０６とで構成されている。照射光学系６０５は入射した光を測定対象の物体６０４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。
【００５５】
そして参照光学系６０３および照射光学系から戻ってきた各々の光は干渉部６０７で干渉光となり、光検出部６０８へ入る。光検出部６０８はコリメータレンズ６１８および６１９、波長分散部（分光器）６２０により分光された光の情報を得るためのラインセンサ６２１を有する。分光器６２０はグレーティングを用いている。光検出部６０８はそれに入射した光の情報を得る構成となっている。
【００５６】
光検出部６０８干渉光が受光されると、干渉信号が取得部６０９に送られ、取得部６０９では、断層に関する情報へ変換される。そして、最終的に断層に関する情報（断層像に関する情報）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表示部６１０で断層に関する情報（断層画像）として表示する。
【００５７】
実施形態１に係る発光素子６０１を用いる。すなわち、本実施形態におけるＯＣＴは、このように射出端に最も近い電極を用いて生ずる発光強度を検出し、また発光させるための電極から注入される電流量を制御する制御部６５０を有するため、高出力かつ広帯域の光が安定し射出される。なぜなら、射出端に最も近い電極を用いて生ずる発光強度を検出（モニタ）する機構を備え、必要に応じて、所定の出力がでるようにフィードバック制御することが可能だからである。
【００５８】
そのため、奥行き分解能が高解像な断層画像情報を安定して取得可能である。
【００５９】
本実施形態におけるＯＣＴは、眼科、歯科、皮膚科、半導体チップの検査などの工業用途、等における断層画像撮影に有用である。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
本発明の実施例に係る発光素子について説明する。本実施例に係る発光素子は、上記実施形態１で示した発光素子（ＳＬＤ）と同様の構造（図１、２）であり、同様の材料および手順で作製したものである。
【００６１】
本実施例における発光素子は、第一の電極２０１の長さＬ１が０．２８ｍｍ、第三の電極２０３の長さＬ３が０．１０ｍｍ、第二の電極２０２の長さＬ２が０．１０ｍｍ、光導波路幅ｗが３μｍであり、測定温度は１５℃である。また、第一の電極２０１によって電流注入される活性層領域からの発光波長の中心波長（λ１）は８２５ｎｍ、第二の電極２０２によって電流注入される活性層領域からの発光波長の中心波長（λ２）は８７０ｎｍとした。
【００６２】
まず、本実施例における発光素子について、第一の電極２０１にのみ電流注入を行い、注入電流量を変えたときの発光強度を測定し、発光強度の波長依存性（発光スペクトル）を得た。結果を図５（ａ）に示す。図５（ａ）によると、注入電流量が大きくなるに従って、より高次準位の発光（短波長の発光）が起こりやすくなるので、λ１の発光が支配的となっていく。また、各注入電流量の発光スペクトルから積分強度（発光素子から出力される光の強度の積算値）を算出した結果を図５（ｂ）に示す。なお、複数の電極を有するＳＬＤにおいて第一の電極のみ駆動させた場合の光学特性は、第一の電極の長さＬ１と等しい電極の長さの電極のみを備えたＳＬＤを発光させた場合の光学特性と等しいと考えてかまわない。
【００６３】
次に、第一の電極２０１および第二の電極２０２に電流を注入したときの、第三の電極２０３で検出される電圧値を測定した結果を図６（ａ）に示す。第一の電極２０１に注入する電流値Ｉ１が大きくなるのに伴い、第三の電極で検出される電圧値Ｖ３が大きくなることがわかる。
【００６４】
ここで、第一の電極２０１によって注入される電流値Ｉ１と、Ｉ１の電流が注入されることによって得られる発光の強度との関係は、図５（ａ）からわかる。そのため、第三の電極で検出される電圧値Ｖ３と、第一の電極によって得られる発光強度（Ｐ１）との関係がわかる。このＶ３とＰ１との関係を予めテーブルとしてメモリに記憶しておくことができる。このテーブルを用いることで、第三の電極にで検出された電圧値Ｖ３から、その電極領域における吸光量を算出することが可能となる。すなわち、第一の電極２０１から電流注入することで発生した光の発光強度を検出することができる。
【００６５】
さらに、第三の電極を用いて検出された発光強度に基づいて、前記第一の電極によって注入される電流密度を制御するように構成することができる。例えば、第三の電極を用いて検出された発光強度が、第一の所定値よりも小さい場合に、第一の電極によって活性層に注入される電流量を大きくすることで、発光素子の所望の発光スペクトルを維持できる。
【００６６】
また、上記第一の所定値よりも小さい第二の所定値よりもさらに小さい場合、発光素子の発光を止める制御を行っても良い。
【００６７】
（第三の電極よりもリア側からの発光について）
ここで、本実施例の発光素子において、第三の電極を用いて検出される発光強度は、厳密には、第一の電極を用いることによる発光に加えて、第二の電極による発光であると考えられる。実際、第二の電極による発光がどの程度影響があるか測定した。まず、発光素子において、第一の電極２０１および第二の電極２０２を発光駆動電極、第三の電極２０３を吸収駆動電極として駆動させた場合の発光スペクトルを図６（ｂ）に示す。このときの各電極領域への注入電流量は、第一の電極２０１（Ｉ１）が１２５ｍＡ、第三の電極２０３（Ｉ３）が０ｍＡ、第二の電極２０２（Ｉ２）が１７ｍＡであり、このとき、第三の電極２０３における電圧（Ｖ３）は１．５２Ｖであった。この駆動状態では、発光素子の発光スペクトルの半値全幅が８５ｎｍであり、ＳＬＤとして広帯域の発光スペクトルが得られている。
【００６８】
次に、図６（ａ）でのｘ切片の各値、つまり横軸をＩ１、縦軸をＩ３（０ｍＡ）とするＶ３としたときの関係は図７（ａ）のようになる。図７（ａ）から、Ｖ３が１．５２Ｖとなる発光スペクトルの積分強度は９．２１Ｅ＋０７（光出力にして２．５８ｍＷ）である。つまり、第一の電極２０１で発生した発光強度は、発光スペクトルの積分強度にして９．２１Ｅ＋０７であると推測される。
【００６９】
なお、第一の電極２０１を発光駆動電極、第三の電極２０３を吸収駆動電極として駆動させた場合の発光スペクトルを図７（ｂ）に示す。この光学特性を得る各電極領域への注入電流量は、Ｉ１が１２５ｍＡ、Ｉ２が０ｍＡ、Ｉ３が０ｍＡであり、このとき、Ｖ３は１．５３Ｖであった。図７（ａ）から、Ｖ３が１．５３Ｖとなる発光スペクトルの積分強度は９．９３Ｅ＋０７（光出力にして２．７２ｍＷ）である。
【００７０】
よって、第二の電極を用いた発光をする場合と、しない場合とでおよそ５％ほど小さく見積もられる結果となった。この５％は誤差程度の差であり、システム等へ取り込んで実際に利用する場合においても、特に大きな影響を与えるほどの差ではない。
【００７１】
５％程度の差が出た原因として、吸収駆動電極での吸光量は短波長の光ほど顕著であるものの、第三の電極２０３領域、すなわち第二の電極２０２によって生じた光を吸収したことが主な原因と考えられる。
【００７２】
（参考例１）
ここで、図８（ａ）に示すように２つの電極をもつ発光素子の各電極長Ｌをともに０．３ｍｍとしたサンプルを作製した。次に、第一の電極３０１領域にのみ電流注入を行い、発光スペクトル（Ｐ０（λ））を得た。このとき、λ１、λ２ともに発光させる駆動（発光駆動）状態とした。また、第一の電極３０１の注入電流密度を２０．４ｋＡ／ｃｍ２、第三の電極３０３領域の注入電流密度を０ｋＡ／ｃｍ２とした。そのときに得られた発光スペクトル（Ｐ０（λ））を図８（ｂ）に示す。続いて、第三の電極３０３領域での注入電流密度を先ほどの第一の電極３０１領域での注入電流密度と同一とし、第一の電極３０１領域の注入電流量を変化させて、発光スペクトル（Ｐ１（λ））を作成する。この例の場合では、第三の電極３０３領域の注入電流密度を２０．４ｋＡ／ｃｍ２としたまま、第一の電極３０１領域の注入電流密度を−１．０〜３．５ｋＡ／ｃｍ２で変化させた。そのときに得られた発光スペクトル（Ｐ１（λ））を図９（ａ）に示す。最後に、各波長および各注入電流密度での利得（ｇ（λ））を以下の式より算出する。
【００７３】
【数１】
2017112292.tif 000003
この例の場合における利得を算出した結果を図９（ｂ）に示す。
【００７４】
本実施例の活性層においては、注入される電流の電流密度が３．５ｋＡ／ｃｍ２以上のときはλ２における利得がゼロ以上となるので発光駆動である。そして、注入電流密度が１．３ｋＡ／ｃｍ２以下のときはλ２における利得がゼロ未満となるので吸収駆動の駆動状態とされる。
【００７５】
（実施例２）
本発明の実施例２に係る発光素子について図１０を用いて説明する。
【００７６】
本実施例においては、電極構成および駆動状態以外は実施例１と同じであるため、以下では実施例１との差分のみを説明する。図１０（ａ）は本実施例に係る発光素子の上面図である。
【００７７】
本実施例における発光素子は、第一の電極３０１および第二の電極３０２を発光駆動電極、第三の電極３０３を吸収駆動電極とし、第三の電極３０３と第二の電極３０２の間の非電極部３０４を実施例１の非電極部よりも長くした構成である。このような構成により、第三の電極３０３領域に対して後端面側から入射する主に短波長成分の光が、非電極部３０４を通過する際に低減でき、第三の電極３０３で検出される光量を、第一の電極３０１のみからの光量に近づけることができる。
【００７８】
通常、非電極部の長さは、隣接する電極領域への電流漏れが防げる程度の長さ（１０μｍ程度）に設定するが、本実施例では第三の電極３０３と第二の電極３０２の間の非電極部３０４の長さをそれより長く設定することで効果が得られる。
【００７９】
非電極部３０４における電流注入密度は０ｍＡ／ｃｍ２である。そのため、図９（ｂ）からλ１の利得は−３６０／ｃｍであり、非電極部３０４の長さを２０μｍとすることで、非電極部を通過した後のλ１の光の強度を、非電極部を通過する前の５０％以下の強度にできる。これにより、第三の電極３０３における吸光量のうち、第一の電極３０１領域からの発光量の割合が多くなるので、第一の電極３０１領域での発光量をより正確にモニタできる。したがって、非電極部の長さ、すなわち、第二の電極と第三の電極との間の、導波方向の長さを１０μｍより大きくすることが好ましく、２０μｍ以上とすることがさらに好ましい。
【００８０】
検出する領域に入射するλ１の光の強度を低減させる、という観点から非電極部の長さは長い方が望ましい。一方で、非電極部が長すぎると、λ２の光の強度が小さくなるため、発光素子として出力したいλ２の光の強度が得られない可能性がある。
【００８１】
図９（ｂ）から同様に考えると、λ２の利得は−１８０／ｃｍであり、非電極部３０４の長さを１２８μｍとすることで、λ２の発光量を９０％以上低減される。
【００８２】
以上より、非電極部３０４の導波路方向の長さは２０μｍ以上１２８μｍ以下とすることが望ましい。
【００８３】
（参考例２）
図１０（ｂ）のように、以下の条件を満たすことで、本実施例の要件を満たす。ここで、第三の電極３１３と第二の電極を含む領域３１２との間の非電極部３１４の長さをＬ０、注入電流密度が０ｋＡ／ｃｍ２であるときのλ１の利得をｇ０（λ１）、注入電流密度が０ｋＡ／ｃｍ２であるときのλ２の利得をｇ０（λ２）とする。
【００８４】
【数２】
2017112292.tif 000004
なお、３１１は第一の電極である。
【００８５】
（実施例３）
本発明の実施例３に係る発光素子について、図１１（ａ）を用いて説明する。本実施例においては、電極構成および駆動状態以外は実施例１と同じであるため、ここでは実施例１との差分のみを説明する。
【００８６】
図１１（ａ）は本実施例に係る発光素子の上面図である。実施例２との違いは、非電極部を導波路方向に長くする代わりに、吸収駆動電極を新たに設けることである。係る構成により、実施例２と同様の効果が得られるとともに、実施例２に比べて光の吸収量を多くすることが出来るため、発光素子の導波路方向の長さを短くできる。
【００８７】
本実施例における発光素子は、第一の電極４０１および第２電極４０２を発光駆動電極、第三の電極４０３および第四の電極４０４を吸収駆動電極とする。また、本実施例におけるモニタ用の吸収駆動電極は第三の電極４０３である。このような構成とすることで、第三の電極４０３に対し、発光素子の後端面から入射する主に短波長成分の光の強度を、第四の電極４０４によって逆バイアスの電流が注入される領域を通過させることで低減できる。その結果、第三の電極４０３で検出される光の強度の検出値を、第一の電極４０１からの発光強度のみの検出値に近づけることができる。
【００８８】
第二の電極４０２での電流注入密度を−１．０ｍＡ／ｃｍ２とした場合、図９（ｂ）からλ１の利得は−４３０／ｃｍであり、第二の電極４０２の長さを１７μｍとすることで、λ１の発光量を５０％以上低減させることができる。これにより、第三の電極４０３における吸光量のうち、第一の電極４０１からの発光量の割合が多くなるので、第一の電極４０１領域での発光量をより正確にモニタできる。
【００８９】
実施例２と同様に、λ２の発光量が大きく低減されることは、発光スペクトルの制御が困難になるため望ましくない。第二の電極４０２領域での注入電流密度を−１．０ｍＡ／ｃｍ２とした場合、図９（ｂ）からλ２の利得は−３５０／ｃｍであるので、第二の電極４０２の長さを６６μｍとすることで、λ２の発光量を９０％以上低減されてしまう。
以上より、第二の電極４０２領域での注入電流密度を−１．０ｍＡ／ｃｍ２とした場合、第二の電極４０２の長さは１７μｍ以上６６μｍ以下とすることが望ましい。なお、第二の電極４０２領域での注入電流密度を変化させることで、望ましい電極長は変化する。
【００９０】
（参考例３）
図１１（ｂ）のように、吸収駆動電極４１３と、第二の発光駆動電極４１２を含む領域の間の、吸収駆動電極４１３および非電極部４１４が設けられた構成を考える。本構成において、射出端面に近い方から長さをＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｎ、λ１の利得をｇ１（λ１）、ｇ２（λ１）、・・・、ｇｎ（λ１）、λ２の利得をｇ１（λ２）、ｇ２（λ２）、・・・、ｇｎ（λ２）とする。このとき、以下の条件を満たす領域を吸収駆動電極領域と第二の発光駆動電極領域の間に設けることで、本実施例の要件を満たす実施形態となる。
【００９１】
【数３】
2017112292.tif 000005
かつ
【００９２】
【数４】
2017112292.tif 000006
したがって、第三の吸収駆動電極４１３の後方に設ける吸収駆動電極は１つに限定する必要はなく、複数の電極領域によって上記条件を満たす構成としてもかまわない。また、実施例２の形態と組み合わせて上記条件を満たす構成としてもかまわない。なお、４１１は、第一の発光駆動電極である。
【００９３】
（実施例４）
本発明の実施例４に係る発光素子ついて、図１２（ａ）を用いて説明する。本実施例においては、電極構成および駆動状態以外は実施例１と同じであるため、ここでは、実施例１との差分のみを説明する。
【００９４】
本実施例に係る発光素子は、第一の電極５０１および第二の電極５０２を発光駆動電極、第三の電極５０３を吸収駆動電極とし、第二の電極５０２の電流注入密度を第一の電極５０１の電流注入密度よりも小さくする。また、本実施例におけるモニタ用の吸収駆動電極は第三の電極５０３である。こうすることで、第三の電極５０３領域に後方から入射する主に短波長成分の発光量を低減させることができ、第三の電極５０３領域での吸光量を第一の電極５０１領域からの発光量に近づけることができる。
【００９５】
本実施例と実施例２、３との違いは、第三の電極の後方に主に短波長成分の発光量を吸収する構造がないことであり、実施例３よりもサンプル長を短くできる効果があるとともに、設計の段階において電極構成の自由度を上げることができるメリットがある。
【００９６】
（参考例４）
本実施例を満たす第二の電極５０２の駆動状態は、図８（ａ）においてλ１の発光が出はじめる注入電流密度と図９（ｂ）から、注入電流密度が少なくとも３．５以上１１．９ｋＡ／ｃｍ２以下の範囲内であれば満たされる。
【００９７】
本実施例の要件を満たす実施形態は図１２（ｂ）であり、この電極構成および駆動状態とすることで本実施例の効果が得られる。
【符号の説明】
【００９８】
１００  発光素子
１０１  第一の電極
１０２  第二の電極
１０３  第三の電極
１０５  射出端面
１０６  後端面
１１０  電極層
１１１  基板
１１２  下部クラッド層
１１３  活性層
１１４  上部クラッド層
１１８  電極層
１２０  リッジ
【図１】
2017112292.tif 000007
【図２】
2017112292.tif 000008
【図３】
2017112292.tif 000009
【図４】
2017112292.tif 000010
【図５】
2017112292.tif 000011
【図６】
2017112292.tif 000012
【図７】
2017112292.tif 000013
【図８】
2017112292.tif 000014
【図９】
2017112292.tif 000015
【図１０】
2017112292.tif 000016
【図１１】
2017112292.tif 000017
【図１２】
2017112292.tif 000018