CN104662677B - 光源和包括光源的光学相干层析成像装置 - Google Patents

光源和包括光源的光学相干层析成像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104662677B
CN104662677B CN201380050559.9A CN201380050559A CN104662677B CN 104662677 B CN104662677 B CN 104662677B CN 201380050559 A CN201380050559 A CN 201380050559A CN 104662677 B CN104662677 B CN 104662677B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
electrode
injected
emitting zone
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380050559.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104662677A (zh
Inventor
山方宪二
松鹈利光
吉冈毅
内田武志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN104662677A publication Critical patent/CN104662677A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104662677B publication Critical patent/CN104662677B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02044—Imaging in the frequency domain, e.g. by using a spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0045—Devices characterised by their operation the devices being superluminescent diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

一种光源包括上电极层、下电极层和介于其间的有源层。上电极层和下电极层中的至少一个被分成沿有源层的面内方向相互分开的多个电极。分开的电极独立地将电流注入到有源层中的多个不同的区域中。光源通过将来自上电极层和下电极层的电流注入到有源层中发光、沿面内方向引导光并且输出光。有源层中的多个不同的区域包含不包含光出射端的第一区域和包含光出射端的第二区域，并且，第二区域被配置为至少发射一阶级位的光。有源层具有非对称的多量子阱结构。

Description

光源和包括光源的光学相干层析成像装置
技术领域
本发明涉及光源和包括光源的光学相干层析成像(tomography)装置。
背景技术
超发光二极管(super luminescent diode，以下可简称为SLD)是能够如半导体激光器那样提供1mW或更高的相对较高的光输出、同时如发光二极管那样具有宽的光谱分布的半导体光源。由于其特性，SLD在需要高分辨率的医疗和测量领域引起关注。例如，SLD被用作能够获得活体组织的层析成像图像的光学相干层析成像(OCT)装置的光源。
NPL 1公开了具有在单个SLD器件中包含多个电极对的多电极结构的SLD。在NPL 1公开的SLD中，包含出射端的区域发射一阶级位(first-order level)和基底级位(groundlevel)的光，使得在较低波长侧出现大的峰且在较长波长侧出现小的峰。另一方面，在该SLD中，与包含出射端的区域相邻的区域发射基底级位的光。该光与来自上述的包含出射端的区域的光合成，使得从SLD输出的光具有宽的发射波长范围。
[引文列表]
[非专利文献]
NPL 1:ELECTRONICS LETTERS 1st February 1996,Vol.32,No.3,pp.255-256
发明内容
[技术问题]
在NPL 1中公开的SLD的有源层具有单量子阱层。这意味着，发射较高能级的光所需要的最小电流密度较大。
鉴于上述的问题，本发明提供发射一阶(较高能量)级位的光所需要的最小电流密度较小的光源。
[问题的解决方案]
根据本发明的一个方面的光源包括上电极层、下电极层和介于其间的有源层。上电极层和下电极层中的至少一个被分成沿有源层的面内方向相互分开的多个电极。多个分开的电极被配置为独立地将电流注入到有源层中的多个不同的区域中。光源被配置为通过将来自上电极层和下电极层的电流注入到有源层中而发光，沿面内方向引导光，并且输出光。有源层中的多个不同的区域包括不包含光出射端的第一区域和包含光出射端的第二区域，并且，第二区域被配置为发射至少一阶级位的光。有源层具有非对称的多量子阱结构。
根据本发明的另一方面的光源包括：具有两个发光区域即第一发光区域和第二发光区域的半导体发光器件；和被配置为控制注入到两个发光区域中的电流的控制单元。控制单元控制注入到第一发光区域和第二发光区域中的电流，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％。从第一发光区域发射且穿过第二发光区域的光从光源被输出。
根据本发明的另一方面的光学相干层析成像装置包括：根据上述方面中的任一个的光源；被配置为将来自光源的光分成基准光和用于照射物体的照射光并且基于基准光和来自被照射物体的反射光产生干涉光的干涉光学系统；被配置为使干涉光的波长分散的波长分散单元；被配置为接收其波长已被分散的干涉光的光检测单元；和被配置为基于干涉光的强度获得关于物体的信息的信息获得单元。
根据本发明的另一方面的光源的控制方法是用于控制包含具有两个发光区域即第一发光区域和第二发光区域的半导体发光器件的光源的方法。该方法包括：控制注入到第一发光区域和第二发光区域中的电流，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％；和输出从第一发光区域发射并且穿过第二发光区域的光。
参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的光源的配置的透视图。
图2A是图1所示的光源的平面图。
图2B是沿图2A的线IIB-IIB切取的截面图。
图3A是示出根据本发明的第二实施例的光源的结构的平面图。
图3B是沿图3A的线IIIB-IIIB切取的截面图。
图4是示出根据本发明的第三实施例的光源的结构的平面图。
图5A是示出根据第三实施例的光源的另一结构的平面图。
图5B是沿图5A的线VB-VB切取的截面图。
图6是示出根据第三实施例的光源的又一结构的平面图。
图7是示出根据本发明的第四实施例的光源的结构的平面图。
图8示出根据本发明的第五实施例的OCT装置。
图9A是在本发明的例子1中获得的发光谱的示图。
图9B是在例子1中获得的另一发光谱的示图。
图10是表示在例子1中获得的“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”与发光谱的最大半最大值全宽度之间的关系的示图。
图11A是在本发明的例子2中获得的发光谱的示图。
图11B是在例子2中获得的另一发光谱的示图。
图12是表示在例子2中获得的“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”与发光谱的最大半最大值全宽度之间的关系的示图。
图13表示在例子2中获得的光源配置、驱动条件、发光谱的最大半最大值全宽度以及光输出。
图14A是在本发明的例子3中获得的发光谱的示图。
图14B是在例子3中获得的另一发光谱的示图。
图14C是在例子3中获得的另一发光谱的示图。
图15是表示在本发明的例子7中获得的“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”与发光谱的最大半最大值全宽度之间的关系的示图。
图16A是用于解释本发明的例子8的示图。
图16B是用于解释例子8的另一示图。
图16C是用于解释例子8的另一示图。
图17是用于解释例子8的另一示图。
图18A是用于解释本发明的例子9的示图。
图18B是用于解释例子9的另一示图。
图18C是用于解释例子9的另一示图。
图19是表示例子8和例子9的结果的表格。
图20A是用于解释本发明的例子10的示图。
图20B是用于解释例子10的另一示图。
具体实施方式
将描述根据本发明的实施例的光源。
根据本发明的实施例的光源包括上电极层、下电极层和介于其间的有源层。光源具有上电极层和下电极层中的至少一个被分成沿有源层的面内方向、特别是沿光的波导方向相互分开的多个电极的多电极配置。多个分开的电极被配置为独立地将电流注入到有源层中的多个不同的区域中。光源可通过将来自上电极层和下电极层的电流注入到有源层中而发光，沿面内方向引导光，并且输出光。通过改变注入到有源层中的电流的量，改变发光波长范围。可通过适当地调整注入到有源层中的多个不同的区域中的电流的量，加宽发光波长范围。
有源层中的多个不同的区域包括不包含光出射端的第一区域和包含光出射端的第二区域，并且，第二区域被配置为发射一阶级位和基底级位的光。一阶级位发光的峰值出现于短波长侧，而基底级位发光的峰值出现于长波长侧。长波长侧的发光峰值小于短波长侧的发光峰值。由于第一区域被配置为发射基底级位的光，因此，可通过使得来自第一区域的光穿过第二区域并且出射，使发光波长范围变大。本发明的发明人发现，当来自第一区域的光穿过第二区域时，出现激励发光。这意味着，能够获得强度比从第一区域发射的长波长侧的光的强度与从第二区域发射的长波长侧的光的强度之和大的光。
第一区域和第二区域可彼此相邻。
在根据本发明的实施例的光源中，有源层具有非对称的多量子阱结构。为了加宽发光波长范围，不仅可以发射基底级位的光，而且可以发射一阶级位的光。对于一阶级位的发光，有源层被配置为具有非对称的多量子阱结构。当有源层具有非对称的多量子阱结构时，能够不仅发射不同发光级位的光，而且减小发射一阶级位的光所需要的最小电流密度。
在单量子阱结构的情况下，需要加深量子阱以加宽发光波长范围。但是，加深量子阱会增加发射一阶级位的光所需要的最小电流密度。
在根据本发明的实施例的光源中，由于有源层具有非对称多量子阱结构，因此能够减小发射一阶级位的光所需要的最小电流密度。
发光级位可以为一阶级位或更高。
根据本发明的实施例的光源可被配置为使得注入到第一区域中的电流的密度小于注入到第二区域中的电流的密度。
对于根据本发明的实施例的光源中的SLD操作，第二区域中的载流子密度可大于透明载流子密度。
第二区域可在比入射于第二区域上的光的主导峰的能级高的能级处具有主导峰。
第二区域以外的区域中的载流子密度可大于透明载流子密度。
第二区域中的电流密度可大于或等于饱和电流密度的80％。
现在详细描述根据本发明的实施例的光源。作为光源，描述作为示例性半导体发光器件的SLD。
[第一实施例]
现在参照图1描述根据第一实施例的光源的配置。
根据本实施例的光源包括依次设置在基板100上的下包覆层101、有源层102和上包覆层103。上包覆层103具有脊部波导106。上电极108被设置在脊部波导部分上，使得接触层104介于其间。电流从上电极108和接触层104被注入到有源层102中。上电极108被分成通过分割部分109分开的两个部分，即第一电极110和第二电极120。以下，第一电极110和下电极107被称为第一电极对，第二电极120和下电极107被称为第二电极对。在基板100的两个(上和下)表面中，上面不具有下包覆层101的表面(下表面)具有下电极107。根据本实施例的光源是SLD，其通过在第一电极110和第二电极120与下电极107之间施加电压而沿图1中的空心箭头输出光。以下，这种具有多个电极对的SLD可被称为多电极SLD。
图2A是图1所示的光源的顶视图。即，图2A示出从在基板100上形成的上电极108观看的光源。图2B是沿图2A的线IIB-IIB切取的截面图。在图2B所示的例子中，接触层104被分成通过分割部分109分开并且相互电气分开的两个部分。
有源层的通过第一电极110注入电流的区域是第一发光区域(未示出)，并且，有源层的通过第二电极120注入电流的区域是第二发光区域(未示出)。本实施例的光源是具有至少两个发光区域(在本实施例中，为第一发光区域和第二发光区域)的超发光二极管(SLD)。即，光源可具有三个或更多个发光区域。在本实施例的光源(SLD)中，如图1、图2A和图2B所示，第一发光区域和第二发光区域可具有相同的有源层，但是，只要可实现本发明的效果，它们也可具有不同的有源层。当本实施例的光源具有三个或更多个发光区域时，这些发光区域可具有相同的有源层或不同的有源层，只要能够实现本发明的效果即可。具有相同的有源层可意味着，如图1、图2A和图2B所示，不同的发光区域共享一个有源层，或者，可意味着它们具有尺寸和成分相同的不同有源层。
来自根据本实施例的光源的光是通过合成从第一发光区域发射且通过第二发光区域输出的光与从第二发光区域发射的光而产生的光。
本实施例的光源的特征在于，有源层具有非对称多量子阱结构。本实施例的光源的特征还在于，从第二发光区域发射较高能级的光，而从第二发光区域以外的一个发光区域(多个发光区域)发射较低能级的光。
当有源层具有非对称多量子阱结构时，可以在比具有单量子阱结构的有源层的情况低的电流密度发射较高能级的量。这是由于，当有源层具有非对称多量子阱结构时，能够在具有多个发光级位的同时形成浅的发光级位。单量子阱结构需要高的载流子密度用于发射较高能级的光。另一方面，在即使在基底级位也存在较高能级的浅阱的非对称多量子阱结构中，即使在低载流子密度也能够发射较高能级的光。
在本实施例中，由于通过从一个发光区域到另一发光区域改变电流密度而产生不同的谱，因此，不必根据发光区域改变有源层的结构。这简化器件的制造过程，并且提高产量。
[第二实施例]
参照图3A和图3B描述根据本发明的第二实施例的光源。
在上述的第一实施例中，第一电极110和第二电极120在波导方向上具有相同的长度。在本实施例中，第一电极110在波导方向上比第二电极120长。
对于用于实现较高输出和较宽发射波长范围的多电极SLD，从第二发光区域发射较高能级的光，并且，从第二发光区域以外的一个发光区域(多个发光区域)发射较低能级的光。具体而言，可从第二发光区域发射较高能级的光，并且可从第一发光区域发射较低能级的光。这里，对于第一和第二发光区域以外的发光区域没有特别的限制。
当第一电极110沿波导方向较长时，不仅能够降低第一发光区域中的电流密度，而且能够有利于电流密度的精细调节。由于来自第一发光区域的光通过穿过第二发光区域而被放大，因此，发光谱根据通过第一电极110注入到第一发光区域中的电流的密度而显著改变。因此，由于需要在观察谱的同时精细调节第一电极110中的电流密度，因此，第一电极110沿波导方向较长是非常有利的。
[第三实施例]
描述根据本发明的第三实施例的光源。
本实施例的光源的特征在于，它包括控制注入到两个发光区域即第一发光区域和第二发光区域中的电流的控制单元(由图1中的附图标记150表示)，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％。
将描述增加根据本实施例的光源的发光谱的半最大值全宽度的机制。
第二发光区域的功能是发射较高能级的光。这意味着，如果有源层结构是单量子阱结构或者包含同一级位的多个阱的阱结构，那么发射高阶(一阶)级位的光，而如果有源层结构是非对称多量子阱结构，那么从其发射较高能级的光。非对称多量子阱结构可包含能够发射高阶级位的光的阱。因此，第二发光区域的有源层可包含能够发射两个或更多个不同的量子级位的光的量子阱，或者包含能够发射单个但高阶级位的光的量子阱。此外，允许发射较高能级的电流(相对较大的电流)可被注入到第二发光区域中。较高能级的谱出现于短波长范围中。
第一发光区域的功能是发射基底(零阶)级位的光。如果存在多个级位的阱，那么第一发光区域的功能是发射较低能级的光。较低能级的谱出现于长波长范围中。这里，注入到第一发光区域中的电流的量需要保持为低。这是由于，如果注入到第一发光区域中的电流的量增加，那么沿较高能级的发光成分增加的方向出现波长偏移。一般地，少量的电流注入产生非常小的光输出。但是，在诸如本实施例的光源的具有多电极结构的SLD中，从第一发光区域发射的少量的低能级光通过穿过第二发光区域而被放大。这导致在长波长范围中出现大输出的谱。作为结果，较高能级的谱覆盖短波长范围，并且，较低能级的谱覆盖长波长范围。因此，可以获得宽的发光谱。
较高能级谱和较低能级谱平衡的状态与本实施例中的“注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％”的状态对应。当光源在这种状态下发光时，发射的光具有大致呈高斯(Gaussian)形状且具有宽的半最大值全宽度(full width at half maximum)的发光谱。
如果电流密度大于或等于第二发光区域中的电流的密度的44％的电流被注入到第一发光区域中，那么较低能级的谱成分迅速增加(响应于放大)。因此，发光谱的主要成分偏移到长波长侧，并且，半最大值全宽度变窄。或者，发光谱可分成高能级峰和低能级峰，这形成具有多模态(multimodal)形状而不是大致高斯形状的光谱。不管有源层结构是单量子阱结构还是多量子阱结构，上述的行为都基本上相同。
如上所述，第一发光区域的功能是发射较低能级的光。但是，已知的是，即使注入到第一发光区域中的电流是电流密度小于注入到第二发光区域中的电流的电流密度的44％的弱电流，在第一发光区域中产生的谱也包含一些较高能级的成分并且向短波长侧偏移。如果存在与第一和第二发光区域不同的第三、第四和后续的发光区域，那么第三、第四和后续的发光区域可允许长波长侧的较低能级的一部分(即，最接近长波长范围的增益谱的一部分)出现并且在第一和第二发光区域中被放大，使得长波长侧可被覆盖。
控制单元可控制注入到第一发光区域和第二发光区域中的电流，使得注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比小于或等于14％、优选大于或等于0％、更优选小于或等于11％、再更优选大于或等于3％。
发光谱的输出和形状主要由上述的注入到第一和第二发光区域中的电流的密度之间的比值确定。通过将电流注入到第三和后续的发光区域中，能够进一步增加谱的半最大值全宽度，并且进行光输出和谱形状的精细调节。注意，对于注入到第三和后续的发光区域中的电流的密度的比值没有特别的限制。
[大致高斯形状]
以上的描述陈述了发光谱具有大致高斯形状。这意味着，发光谱的点扩散函数的第二最大峰值小于或等于最大峰值的30％。第二最大峰值优选小于或等于最大峰值的20％、更优选小于或等于最大峰值的10％。
发光谱的点扩散函数(横轴代表波长，纵轴代表发光强度)是通过将发光谱的横轴转换成波数并且应用傅立叶变换而获得的函数。
点扩散函数的包含最大峰值以外的峰的部分被称为旁瓣。如果旁瓣的峰较大，那么对于OCT装置来说，难以获得精确的层析成像图像。
[第一发光区域、第二发光区域]
在本实施例中，第一发光区域是有源层的通过第一电极110被注入电流的区域。并且，在本实施例中，注入到第一发光区域中的电流的密度是通过将注入到第一电极110中的电流的值除以第一电极110的面积(或脊部宽度111的值与元件长度112的值之积)而获得的值。
类似地，在本实施例中，第二发光区域是有源层的通过第二电极120被注入电流的区域。并且，在本实施例中，注入到第二发光区域中的电流的密度是通过将注入到第二电极120中的电流的值除以第二电极120的面积(或脊部宽度121的值与元件长度122的值之积)而获得的值。
在本实施例中，第一发光区域和第二发光区域各自独立地具有单量子阱结构、多量子阱结构和非对称多量子阱结构中的任一种，并且包含能够发射两个或更多个不同的量子级位的光的量子阱。
[有源层]
在本实施例中，用作发光区域的有源层可具有量子阱结构。具体而言，本实施例的有源层可具有单量子阱结构或多量子阱结构(对称或非对称多量子阱结构)。产生最大半最大值全宽度的最佳电流密度比根据有源层结构和元件长度而变。但是，在这些条件中的任一个下，只要注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％，就可获得具有大致高斯形状和宽的半最大值全宽度的发光谱。即，可通过考虑半最大值全宽度、发光谱的形状和光输出的强度来确定电流密度比，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％。
适于有源层的量子阱结构根据发射的光的波长而不同。量子阱结构的发光波长由阱层和势垒层的材料以及阱层的厚度确定。在以下的例子中，作为发射具有适当的波长的光的量子阱，主要描述量子阱结构的基底级位发光的波长。
例如，对于位于800nm～850nm的波长范围中的基底级位发光，可以使用Al成分x的范围为0～0.15的AlxGa(1-x)As来形成阱层。可以使用Al成分高于阱层的Al成分的AlGaAs来形成势垒层。这里，量子阱层可以为5nm～10nm厚。基底级位发光的波长由阱层的厚度和材料确定。因此，也可相应通过使得阱层厚度小于5nm且使用具有与较小的带隙(band bap)对应的波长的材料，实现上述的波长范围。
对于位于850nm～900nm的波长范围中的基底级位发光，可以使用In成分范围为0～0.1的InxGa(1-x)As来形成阱层。可以使用GaAs或AlGaAs来形成势垒层。阱层可以为5nm～10nm厚。基底级位发光的波长由阱层的厚度和材料确定。因此，也可相应通过使得阱层厚度小于5nm且使用具有与较小的带隙对应的波长的材料，实现上述的波长范围。
用于实现800nm～900nm波长范围的材料不限于上述的材料，并且，可以使用发射该波长范围中的光的任何其它材料。例如，可以使用GaInAsP来形成阱层并且基于上述的概念实现量子阱结构。
对于其它的波长范围，也可通过使用发射各波长范围中的光的阱层和由带隙比阱层的宽度宽的材料制成的势垒层并且调整阱层的宽度，实现有源层。例如，对于980nm范围，可以使用In成分为约0.2的InGaAs来形成阱层。对于1550nm范围，可以使用与InP基板晶格匹配且In成分为约0.68的InGaAs来形成阱层。
上述的量子阱结构中的一个或更多个可被用作SLD的有源层。当使用多量子阱层时，可通过使用具有多个不同的发光波长的量子阱结构在更宽的波长范围中发光。
由于其增益特性和制造便利性，上述的有源层具有适用于SLD中的量子阱结构。但是，SLD的有源层结构不限于量子阱结构。例如，可以使用具有其厚度可减小量子效应的所谓的块体(bulk)结构的有源层或者具有量子线(wire)或量子点结构的有源层。
[电流密度控制的例子]
将描述电流密度控制的例子，该电流密度控制被执行，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％。
(例子1)图4是沿与图2A相同的方向观看的根据本实施例的光源的平面图。在本例子中，第一电极110和第二电极120通过诸如Au线的金属线301相互电连接，该金属线301是电阻线。即，除了第一电极对和第二电极对通过电阻线相互电连接以外，图4所示的配置与图2A和图2B所示的配置相同。金属线301用作电阻。即，图4所示的光源被配置为使得通过用于从电源到第二发光区域的电流注入的金属线和从该金属线延伸的电阻线，将电流注入到第一发光区域中。当金属线的长度被适当地设定并且电流被注入到第二电极120中时，比注入到第二电极120中的电流少的电流被注入到第一电极110中。因此，可使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％。
(例子2)图5A是沿与图2A相同的方向观看的根据本实施例的光源的平面图。图5B是沿图5A的线VB-VB切取的截面图。在图5B所示的例子中，作为半导体层的接触层404不被分成单独的部分。即，除了第一电极对和第二电极对通过半导体层相互电连接以外，图5A和图5B所示的配置与图2A和图2B所示的配置相同。如图4的例子中的金属线的情况那样，接触层404的电阻用作电阻。图5A和图5B所示的光源被配置为使得通过用于从电源到第二发光区域的电流注入的金属线和从该金属线延伸的电阻线将电流注入到第一发光区域中。因此，通过适当地设定接触层404的成分和尺寸，如图4的例子1那样，可使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％。
(例子3)图6是沿与图2A相同的方向观看的根据本实施例的光源的平面图。在图6所示的例子中，第一电极110的脊部宽度501大于第二电极120的脊部宽度502。通过适当地改变第一电极110和第二电极120的脊部宽度，能够改变注入到第一和第二发光区域中的电流的量，并且改变从光源发射的光的谱的半最大值全宽度。
增加第一电极110的面积可增加注入到第一发光区域中的电流的量。但是，增加元件长度503可产生具有多模态形状而不是大致高斯形状的发光谱。通过增加脊部宽度501，能够增加注入到第一发光区域中的电流的量并且保持大致高斯形状。
[第四实施例：四电极SLD]
第一到第三实施例描述了对电流注入使用两个电极的配置。第四实施例将参照图7描述使用四个电极的配置。注意，与第一到第三实施例共同的事项的描述被省略，将描述与第一到第三实施例不同的事项。
与图2A类似，图7示出从在基板之上形成的上电极观看的光源。在本实施例中，除了上述的第一电极110和第二电极120以外，光源还包括第三电极630和第四电极640。发光谱的输出和形状主要由注入到第一和第二发光区域中的电流的密度确定。通过将电流注入到分别与第三电极630和第四电极640对应的第三和第四发光区域中，能够进一步增加谱的半最大值全宽度，并且进行光输出和谱形状的精细调节。
通过使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％，本实施例的光源也可实现具有大致高斯形状和宽的半最大值全宽度的发光谱。
此外，通过设置第三电极630和第四电极640并且将电流注入到它们之中，即使当注入到第一电极110中的电流的量较少，也能够实现高的光输出。因此，当存在三个或更多个电极时，注入到第一发光区域和第二发光区域中的电流的密度可被控制，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于或等于注入到第二发光区域中的电流的密度的2％。
描述了使用四个电极的配置。即使通过使用三个、五个或更多个电极的配置，通过使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％，也能够实现发射以下这样的光的光源：其发光谱具有大致高斯形状且具有宽的半最大值全宽度。
[第五实施例：OCT装置]
参照图8，第五实施例将描述包括光输出单元700、光分割单元710、基准光反射单元730、测量单元720、光检测单元760、图像处理单元(信息获得单元)770和图像输出监视器780的光学相干层析成像(OCT)装置。包含于光输出单元700中的光源701是根据上述的实施例中的任一个的光源。
来自光源701的光通过光分割单元710被分成基准光和用于照射测量物体750的照射光。光分割单元710基于基准光和来自照射的测量物体750的反射光而产生干涉光。从基准光反射单元730和测量单元720返回的光穿过干涉单元715并且入射到光检测单元760。通过光检测单元760获得的信息通过用于转换成层析成像图像的图像处理单元770被转换为图像，并且通过包含例如个人计算机的显示屏的图像输出监视器780被显示为层析成像图像。
现在通过使用例子详细描述本实施例的OCT装置。
图8所示的OCT装置包括光输出单元700、将来自光输出单元700的光分成基准光和测量光的光分割单元710、基准光反射单元730、包含测量物体750和用于照射测量物体750的照射光学系统740的测量单元720、允许反射的基准光与反射的测量光的干涉的干涉单元715、检测通过干涉单元715获得的干涉光的光检测单元760、基于通过光检测单元760检测的光获得层析成像图像的信息的图像处理单元770、以及显示层析成像图像的图像输出监视器780。
来自光输出单元700的光穿过光纤到达光分割单元710，该光分割单元710将光分成基准光和测量光。基准光入射到基准光反射单元730。光分割单元710和干涉单元715使用相同的光纤耦合器。
基准光反射单元730包含准直透镜731和732以及反射镜733。在基准光反射单元730中，基准光穿过准直透镜731和732到达反射镜733，从反射镜733反射，并且返回到光纤。作为通过光分割单元710获得的两个光束中的另一个的测量光穿过光纤并且进入测量单元720。测量单元720中的照射光学系统740包含准直透镜741和742以及用于将光路弯曲90度的反射镜743。照射光学系统740将进入照射光学系统740的光引向测量物体750并且使反射光再次与光纤耦合。
从基准光反射单元730和测量单元720返回的光穿过干涉单元715并且进入光检测单元760。光检测单元760包含准直透镜761和762、分光镜(波长分散单元)763、以及用于获得通过分光镜763分散的光的谱信息的线传感器(line sensor)764。波长分散单元763使用光栅。光检测单元760被配置为获得进入光检测单元760的光的谱信息。光输出单元700可包含透镜705。
通过光检测单元760获得的信息被传送到获得层析成像图像信息的图像处理单元770。因此，可以获得作为最终输出的层析成像图像信息。该信息在包含例如个人计算机的显示屏的图像输出监视器780上被显示为层析成像图像。
本实施例的OCT装置的特征是光源701。例如，当使用在第一实施例中描述的光源(二电极SLD)且分别将110mA(18.3kA/cm2)的电流和14mA(1.75kA/cm2)的电流注入到第一发光区域和第二发光区域中时，能够输出宽的谱并由此获得具有高的分辨率的层析成像图像信息。该OCT装置可用于例如眼科、齿科和皮肤科中的层析成像。
[第六实施例：用于控制光源的方法]
第六实施例将描述用于控制光源的方法。
根据本实施例的用于控制光源的方法是用于控制包含具有两个发光区域的超发光二极管的光源的方法。该方法的特征在于，它包括控制注入到第一发光区域和第二发光区域中的电流使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的44％并且输出从第一发光区域发射并且穿过第二发光区域的光的步骤。
[例子]
将描述本发明的例子。以下描述的有源层结构(类型)、脊部宽度和元件长度仅是例子并且不是为了限制。作为光源，描述作为半导体发光器件的SLD。
[例子1]
(非对称多量子阱结构：二电极SLD的例子)
参照图1的透视图和图2A的平面图，描述应用了本发明的SLD的配置。在例子1中，在第一实施例(图1和图2A、图2B)中，使用n型GaAs基板作为基板100，使用n型包覆层(n-Al0.5GaAs，1.2微米厚)作为下包覆层101，使用p型包覆层(n-Al0.5GaAs，1微米厚)作为上包覆层103，并且，使用p型接触层(以5×1019cm-3的浓度掺杂碳(C)杂质的p-GaAs，0.2微米厚)作为接触层104。使用由两个深度调制量子阱构成的具有非对称多量子阱结构(非对称双量子阱结构)的有源层102。具体而言，有源层102包含交替设置的两个8nm厚InGa(1-x)As(x＝0.03、0.05)阱层和两个势垒层(Al0.1GaAs，8nm厚)。
通过用光刻技术形成条带状的抗蚀剂图案并然后部分地蚀刻接触层104和上包覆层103，脊部(脊部波导)106被形成为具有4微米的脊部宽度和0.8微米的高度的结构。
在通过在接触层104和上包覆层103的整个表面上溅射而形成作为绝缘膜的0.4微米厚的SiO2膜105之后，只有接触层104的处于脊部上部的部分被露出，并且，通过剥离处理形成上电极108。然后，在基板100的整个下表面上形成下电极107。通过真空蒸镀方法形成分别为Ti(50nm)/Au(300nm)层叠膜和AuGe(150nm)/Ni(30nm)/Au(200nm)层叠膜的上电极108和下电极107。
最后，为了允许独立地驱动第一电极110和第二电极120，通过在光刻和蚀刻处理中在分割部分109处蚀刻，部分地去除上电极108和接触层104。因此，上电极108被分成第一电极110和第二电极120。
相互电气分开的第一电极110和第二电极120的元件长度分别为0.2mm和0.15mm。电极之间的分离宽度为10微米。
为了防止发射光的反射，脊部106被构建为使得其纵向从其端面(解理面(cleavage plane))的法线倾斜7度。
在图9A和图9B中表示通过上述的处理形成的光源的发光特性。图9A表示当仅在第二发光区域中注入110mA的电流(电流密度：18.3kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱的半最大值全宽度为30nm且输出为1.2mW。图9B表示当在第二发光区域中注入110mA的电流(18.3kA/cm2)且在第一发光区域中注入14mA的电流(1.75kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱的半最大值全宽度为64nm且输出为2.1mW。即，通过以用于第二发光区域的电流密度的约9.6％的电流密度将电流注入到第一发光区域中，谱的半最大值全宽度和光输出均大致加倍。
图10是表示当注入到第二发光区域中的电流的量固定于110mA(18.3kA/cm2)且改变注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比时获得的发光谱的半最大值全宽度的示图。该示图表示，半最大值全宽度在注入到第一发光区域中的电流的密度之比的范围在3％～约10％时增加，并且在电流注入超过它时减小。图10的示图的横轴代表“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”，它是通过将第一发光区域中的电流密度除以第二发光区域中的电流密度获得的值。即，图10的横轴代表电流密度比。这同样适用于图12和图15的示图的横轴。
为了实现最大的分辨率，包括上述的光源的OCT装置可驱动光源，使得满足使光谱的半最大值全宽度最大化的条件。即，光源可被驱动，使得注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比为9.6％。为了即使以分辨率为代价也通过增加光输出实现高的图像对比度，可能能够进一步增加注入到第一发光区域中的电流的量。
图10的示图示出可在“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”小于约10％时获得具有大的半最大值全宽度的发光谱。
[例子2]
[单量子阱结构：二电极SLD的例子]
参照图11A和图11B及图12，在例子2中描述具有与例子1不同的量子阱结构的有源层。
在例子2中使用具有单量子阱结构的有源层。有源层包含两个Al0.2GaAs势垒层和夹在其间的8nm厚的In0.07GaAs阱层。使用1微米厚的Al0.5GaAs p型包覆层和1.2微米厚的Al0.5GaAs n型包覆层。
通过与例子1类似的处理形成脊部。脊部宽度为3微米，并且，第二电极和第一电极的元件长度分别为0.7mm和1.5mm。第一电极与第二电极之间的分离宽度为3微米。绝缘膜和金属电极的配置与例子1类似。
在图11A和图11B中表示通过上述的处理形成的光源的发光谱。图11A表示当仅在第二发光区域中注入400mA的电流(19.0kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱的半最大值全宽度为43nm且输出为8.9mW。图11B表示当除了上述的将电流注入到第二发光区域中以外还在第一发光区域中注入50mA的电流(1.11kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱的半最大值全宽度为68nm且光输出为13.2mW，两者均大于图11A中的相应量值。即，通过以用于第二发光区域的电流密度的约5.8％的电流密度将电流注入到第一发光区域中，谱的半最大值全宽度和光输出分别为图11A中的约1.2倍以及约1.5倍。
图12是表示当注入到第二发光区域中的电流的量固定于400mA(19.0kA/cm2)且改变注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比时获得的发光谱的半最大值全宽度的示图。该示图示出，半最大值全宽度在注入到第一发光区域中的电流的密度之比为6％左右时达到其最大值。
图12的示图示出，“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”越大于约6％，则半最大值全宽度越小。换句话说，当“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”小于约6％时，可获得具有大的半最大值全宽度的发光谱。
例子1和例子2表明，在非对称多量子阱结构(两个阱)和单量子阱结构中，具有两个电极的SLD的发光谱均增大。
图13的表格示出用于在改变量子阱结构、光学波导的脊部宽度和元件长度时实现谱的最大半最大值全宽度的第二发光区域和第一发光区域中的电流注入的条件。该表格示出，在二电极SLD中的任一个中，半最大值全宽度在注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比小于11％时达到其最大值。即使在如例子1的图10那样对光输出给予优先的情况下，也发现SLD光源作为光源是有效的，该光源可在上述的电流密度之比小于44％时提高OCT装置的图像质量。
[例子3]
(非对称多量子阱结构：四电极SLD的例子)
参照图7和图14A～14C，在例子3中描述具有与例子1不同的量子阱结构的有源层。在例子3中使用四个电极。
在例子3中，有源层的量子阱结构为包含分别夹在Al0.2GaAs层之间的Al0.015GaAs、GaAs和In0.04GaAs的三个8nm厚量子阱的非对称结构。n型和p型包覆层均为0.5微米厚的Al0.5GaAs层。
通过与例子1类似的处理来形成脊部106。第一电极110、第二电极120、第三电极630和第四电极640中的脊部宽度601为5微米。第二电极120的元件长度621为0.25mm，并且，第一、第三和第四电极110、630和640的元件长度611、631和641均为0.5mm，并且，两个相邻的电极之间的分离宽度为10微米。绝缘膜和金属电极的配置与例子1类似。
在图14A～14C中示出通过上述的处理所形成的光源的发光谱。图14A表示当仅在第二发光区域中注入180mA的电流(14.4kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱的半最大值全宽度为约32nm。图14B表示当在第二发光区域中注入180mA的电流(14.4kA/cm2)且在第一发光区域中注入28mA的电流(1.12kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱具有可通过二电极控制获得的最大的半最大值全宽度。这里，注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比为7.8％。该发光谱的半最大值全宽度加倍为63nm。图14C表示当再次在第二发光区域中注入180mA的电流(14.4kA/cm2)、在第一发光区域中注入减小的4.2mA的电流(0.17kA/cm2)且分别在第三发光区域和第四发光区域中注入0mA的电流和180mA的电流(14.4kA/cm2)时获得的发光谱。该发光谱的半最大值全宽度为85nm。注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比为1.2％。
[例子4]
[通过布线电阻执行的例子1]
例子4使用这样的SLD：该SLD的有源层结构、波导结构和电极分割比与例子1中的相同，但电流注入方法与例子1不同。参照图4描述例子4。
为了在例子1中获得具有宽的半最大值全宽度的发光谱，从独立的电源(未示出)将110mA的电流(18.3kA/cm2)和14mA的电流(1.75kA/cm2)分别注入到第二发光区域和第一发光区域中。在例子4中，如图4所示，用于将电流注入到第二发光区域中的金属线301延伸，并且，使用金属线301的布线电阻来将14mA的电流(1.75kA/cm2)注入到第一发光区域中。
当电流通过金属线从电源被注入到半导体中时，存在金属与半导体之间的接触电阻以及二极管的内部电阻。基于电流-电压特性的估计发现电阻为10.9欧姆。得到的计算示出，可通过在第二发光区域与第一发光区域之间形成74.7欧姆的布线电阻，将14mA的电流注入到第一发光区域中。这确定了被形成为Ti(50nm)/Au(300nm)的厚度的金属线301在宽度上为5微米且在截面面积上为350nm×5μm。为了简化，假定金属线301完全由Au制成且Au的电阻率为2.4×10-6Ωcm来进行计算。由此，金属线301的长度计算为0.545cm。金属线301被形成为图案并且与第一发光区域连接。
因此，获得基本上与例子1中的发光谱相同的发光谱。一般地，驱动具有多电极结构的SLD需要多个电源通道。但是，例子4的驱动方法使得能够用单个电源驱动SLD。
[例子5]
(通过扩散电阻(半导体层)执行的例子1)
例子4描述了使用来自SLD的第二发光区域的金属线的电阻来将预定的电流注入到第一发光区域中的方法。参照图5A和图5B，例子5描述使用半导体接触层的电阻来将电流注入到第一发光区域中的方法。
为了形成多电极结构，如图2A和图2B所示，脊部上的上电极108和上电极108之下的接触层(重度掺杂GaAs层)104被部分去除，以电气分开第二电极120与第一电极110。
在例子5中，虽然如图5A和图5B所示的那样部分地去除上电极108，但上电极108之下的接触层404保持不变。这里，接触层404的电阻用作上述的金属线的电阻。
如图5B所示，形成具有与例子1中的SLD的结构相同的结构的SLD。但是，虽然上电极108的Au和Ti被去除以分割上电极108，但重度掺杂的GaAs层(接触层404)没有被蚀刻并且保持不变。重度掺杂GaAs层是以5×1019cm-3的浓度掺杂碳(C)杂质的GaAs层，这等效于2×10-3Ωcm的电阻率。电阻R可表达为R＝rho×L/A，这里，rho为电阻率，L为电阻器长度，A是电阻器截面面积。为了通过使用接触层404提供与例子4中的布线电阻(74.7欧姆)的电阻等效的电阻，5微米宽、0.2微米厚的重度掺杂GaAs层需要为3.74微米长。因此，第一电极110与第二电极120之间的分离宽度(即，分割部分109的宽度)为3.74微米。
仅在光源的第二发光区域中注入110mA的电流(18.3kA/cm2)产生与例子1中的谱基本上相同的谱。
[例子6]
(第一电极和第二电极具有不同脊部宽度的例子1)
例子6应对有源层结构与例子1相同但第一电极110和第二电极112具有不同的脊部宽度的SLD。参照图6描述例子6。
通过与例子1类似的处理形成具有脊部波导的光源。与例子1的光源的不同在于，第一电极110的脊部宽度501为8微米，它是第二电极120的脊部宽度502的两倍，并且，脊部宽度在第二电极120与第一电极110之间的分割部分处改变。第二电极120的脊部宽度和元件长度及第一电极110的元件长度与例子1的光源的那些相同。
通过使得注入到第二发光区域中的电流的量固定于110mA(18.3kA/cm2)，在注入到第一发光区域中的电流的量从0逐渐变化的同时，观察发光谱的半最大值全宽度的变化。半最大值全宽度在注入到第一发光区域中的电流的量为20mA(1.25kA/cm2)时达到其最大值64nm。注入到第一发光区域中的电流的密度与注入到第二发光区域中的电流的密度之比为6.8％。光输出为2.3mW，这稍大于例子1中的相应值。
[例子7]
在例子7中，测量光源的发光谱，除了第一和第二电极的元件长度为0.2mm、脊部宽度为4微米且注入到第二发光区域中的电流的密度为20013A/cm2以外，其与例子1中的相同。图15是表示在例子7中获得的“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”与发光谱的最大半最大值全宽度之间的关系的示图。
图15的示图示出，“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”越大于约7％，则半最大值全宽度越小。换句话说，当“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”小于约7％时，可获得具有大的半最大值全宽度的发光谱。
另一方面，当“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”增大时，光输出增大。因此，例如，当“第一发光区域中的电流密度/第二发光区域中的电流密度”小于44％时，可实现适用于OCT装置中的光源。
[例子8]
参照图1等描述例子8的光源。在例子8中，在第一实施例(图1和图2A及图2B)中，使用n型GaAs基板作为基板100，使用n型包覆层(n-Al0.5GaAs，1.2微米厚)作为下包覆层101，使用p型包覆层(n-Al0.5GaAs，1微米厚)作为上包覆层103，并且，使用p型接触层(以5×1019cm-3的浓度掺杂碳(C)杂质的p-GaAs，0.2微米厚)作为接触层104。如图16A所示，使用具有由三个深度调制的量子阱构成的非对称多量子阱结构(非对称三量子阱结构或图19所示的非对称多量子阱结构1)的有源层102。具体而言，有源层102包含交替设置的三个8nm厚In0.04GaAs、GaAs和Al0.015GaAs阱层和两个势垒层(Al0.02GaAs，8nm厚)。
通过用光刻技术形成条带状的抗蚀剂图案并然后部分地蚀刻接触层104和上包覆层103，脊部106被形成为具有3微米的脊部宽度和0.75微米的高度的结构。
在通过在上包覆层103的整个表面上溅射而形成作为绝缘膜的0.4微米厚的SiO2膜105之后，只有接触层104的处于脊部上部的部分被露出，并且，通过剥离处理形成上电极108。然后，在基板100的整个下表面上形成下电极107。通过真空蒸镀方法形成分别为Ti(50nm)/Au(300nm)层叠膜和AuGe(150nm)/Ni(30nm)/Au(200nm)层叠膜的上电极108和下电极107。
最后，为了允许独立地驱动第一电极110和第二电极120，通过在光刻和蚀刻处理中在分割部分109蚀刻，部分地去除上电极108和接触层104。因此，上电极108被分成第一电极110和第二电极120。
相互电气分开的第一电极110和第二电极120的元件长度均为0.4mm。电极之间的分离宽度为10微米。
为了防止发射光的反射，脊部106被构建为使得其纵向从其端面(解理面)的法线倾斜7度。
对于通过上述的处理所形成的光源，首先，仅在第二发光区域中注入电流。然后，评价具有单电极配置的SLD的特性。在图16B中示出结果。在有源层中，较高能级发射的峰(1)出现于858nm处，较低能级发射的峰(2)出现于824nm处。开始发射较高能级的光的电流密度为5.6kA/cm2。
为了比较，图17示出有源层具有单量子阱结构的类似地制备的SLD的特性。第二电极120为0.4mm长，并且，有源层的结构以外的条件与例子1中的SLD的那些相同。在该有源层中，较低能级发射的峰(1)出现于840nm处，较高能级发射的峰(2)出现于810nm处。开始发射较高能级的光的电流密度为10.2kA/cm2。
在使用具有非对称多量子阱结构1(参见图19)的有源层时开始发射较高能级的光的电流密度为在单量子阱结构的情况下的的电流密度的约0.55倍。即，发射较高能级的光所需要的电流密度小于使用单量子阱结构的情况下的电流密度。
图16C示出在第二发光区域是被SLD操作的且电流被逐渐注入到第一发光区域中时谱是如何变化的。当第一发光区域中的电流密度为0.6kA/cm2且第二发光区域中的电流密度为15.3kA/cm2时，获得最宽的波长范围。谱的半最大值全宽度为64nm。因此，与具有单电极配置的SLD相比，实现更高的输出和更宽的发射波长范围。
这里，被SLD操作的指的是出现激励放大的状态。当载流子密度变得大于或等于透明载流子密度时，出现这种状态。使第二发光区域被SLD操作的原因是要从第二发光区域发射较高能级的光。在图16C中，第二发光区域中的电流密度为单个电极中的饱和电流密度的约96％。该比值可能需要为80％或更大，以有利于放大来自第一发光区域的光。注意，饱和电流密度是当即使继续在具有单电极配置的SLD中注入电流，光输出也不再增加时达到的电流注入量的电流密度。
在具有多电极配置的SLD中，用于实现高输出和宽波长范围的基本驱动条件是，从第二发光区域发射较高能级的光并且从第一发光区域发射较低能级的光。这是因为，由于较低能级发射的强度低于较高能级发射的强度，因此较低能级的光通过穿过第二发光区域被放大到与较高能级的光的水平相同的水平。因此，在具有多电极配置的SLD中，必须增加注入到第二发光区域中的电流的密度。当较高能级发射的强度和较低能级发射的强度基本上相同时，实现最宽的谱。
如上所述，可进行调整，使得从第二发光区域发射较高能级的光，并且从第一发光区域发射较低能级的光。
[例子9]
例子9使用具有图18A所示的非对称多量子阱结构的有源层。如图所示，使用具有由三个深度调制的量子阱构成的非对称多量子阱结构(非对称三量子阱结构)的有源层。具体而言，有源层包含交替设置的三个In0.04GaAs阱层(8nm厚、6nm厚和4nm厚)和两个势垒层(Al0.02GaAs，8nm厚)。第一电极和第二电极均为0.4mm长，并且，其它的条件也与例子1的SLD的那些相同。
对于通过上述的处理所形成的光源，首先，仅在第二发光区域中注入电流。然后，评价具有单电极配置的SLD的特性。在图18B中示出结果。在有源层中，较低能级发射的峰(1)出现于866nm处，较高能级发射的峰(2)出现于836nm处。开始发射较高能级的光的电流密度为6.7kA/cm2。
在使用具有非对称多量子阱结构2(参见图19)的有源层时开始发射较高能级的光的电流密度为单量子阱结构的情况下的约0.66倍。即，发射较高能级的光所需要的电流密度小于使用单量子阱结构的情况下的电流密度。
图18C示出在第二发光区域是被SLD操作的且电流被逐渐注入到第一发光区域中时谱是如何变化的。当第一发光区域中的电流密度为3.9kA/cm2且第二发光区域中的电流密度为17.0kA/cm2时，获得最宽的波长范围。谱的半最大值全宽度为58nm。因此，与具有单电极配置的SLD相比，实现更高的输出和更宽的发射波长范围。
图19是示出在例子8和9的非对称多量子阱结构和单量子阱结构中发射较高能级的光所需要的最小电流密度的表格。该表格示出，通过使用非对称多量子阱结构而不是单量子阱结构作为有源层结构，可以减小发射一阶(较高能量)级位的光所需要的最小电流密度。
[例子10]
如例子3中那样，例子10描述了包含四个电极的SLD。与例子3的不同在于，第二电极、第一电极、第三电极和第四电极的元件长度分别为0.33mm、0.3mm、1.5mm和0.25mm。脊部宽度为5微米。
在例子10中，发射一阶(较高能量)级位的光所需要的最小电流密度为7.5kA/cm2。因此，在例子10的SLD中，发射一阶(较高能量)级位的光所需要的最小电流密度较低。
图20A是示出当改变注入到第四发光区域中的电流时根据例子10的SLD的发光谱的强度如何变化的示图。图20B是表示根据例子10的SLD的输出光的测量强度的示图。这些示图表示，例子10的SLD具有较宽的发射波长范围并且可输出高强度的光。
本发明可提供发射一阶(较高能量)级位的光所需要的最小电流密度较小的光源。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。
本申请要求在2012年9月28日提交的日本专利申请No.2012-217190的权益，通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (15)

1.一种光源，包括：
上电极层，包括上电极，其中，上电极包括第一电极和第二电极；
下电极层，包括下电极；
设置在上电极层与下电极层之间的有源层，
插入在上电极层和有源层之间的上包覆层，其中上包覆层设有脊部波导，以及
控制单元，被配置为控制注入到第一电极和第二电极中的电流，
其中，第一电极和第二电极被放置在有源层的面内方向上；
第一电极和第二电极被配置为独立地将电流注入到有源层中的多个不同的区域中；
所述光源被配置为通过将来自上电极层和下电极层的电流注入到有源层中而发光，沿所述面内方向引导光，并且输出光；
有源层中的所述多个不同的区域包括不包含光源的光出射端的第一区域和包含光源的光出射端的第二区域，并且，第一区域发射至少基底级位的光，第二区域发射至少一阶级位的光，并且，从第一区域发射并且穿过第二区域的光被从光源输出；
有源层具有非对称多量子阱结构；
控制单元控制注入到第一电极和第二电极中的电流，使得注入到第一电极中的电流的密度小于或等于注入到第二电极中的电流的密度的14％；并且
第一电极在所述脊部波导方向上比第二电极长。
2.根据权利要求1所述的光源，其中，第二区域中的载流子密度大于透明载流子密度。
3.根据权利要求1所述的光源，其中，第二区域在比入射于第二区域上的光的主导峰的能级高的能级处具有主导峰。
4.根据权利要求1所述的光源，其中，第二区域以外的区域中的载流子密度大于透明载流子密度。
5.根据权利要求1所述的光源，其中，第二区域中的电流密度大于或等于饱和电流密度的80％。
6.根据权利要求1所述的光源，其中，控制单元控制注入到第一电极和第二电极中的电流，使得注入到第一电极中的电流的密度小于或等于注入到第二电极中的电流的密度的11％。
7.根据权利要求1所述的光源，其中，控制单元控制注入到第一电极和第二电极中的电流，使得注入到第一电极中的电流的密度大于注入到第二电极中的电流的密度的0％。
8.根据权利要求1所述的光源，其中，控制单元控制注入到第一电极和第二电极中的电流，使得注入到第一电极中的电流的密度大于或等于注入到第二电极中的电流的密度的3％。
9.根据权利要求1所述的光源，其中，第一区域和第二区域各自独立地具有单量子阱结构、多量子阱结构和非对称多量子阱结构中的任一个，并且包含能够在两个或更多个不同的量子级位处发光的量子阱。
10.根据权利要求1所述的光源，其中，第一区域和第二区域具有相同的有源层。
11.根据权利要求1所述的光源，还包括：
其中，第一电极和第二电极通过电阻线相互电连接；以及
通过向第二电极施加电压，使电流注入到第二区域和第一区域中。
12.根据权利要求1所述的光源，还包括：
其中，第一电极和第二电极通过半导体层相互电连接；以及
通过向第二电极施加电压，使电流注入到第二区域和第一区域中。
13.根据权利要求1所述的光源，其中，控制单元执行控制，使得从第一区域发射并且穿过第二区域的光的发光谱的点扩散函数的第二最大峰值小于或等于最大峰值的30％。
14.一种光学相干层析成像装置，包括：
根据权利要求1所述的光源；
干涉光学系统，被配置为将来自所述光源的光分成基准光和用于照射物体的照射光，并且基于基准光和来自被照射物体的反射光产生干涉光；
波长分散单元，被配置为使干涉光的波长分散；
光检测单元，被配置为接收其波长已被分散的干涉光；和
信息获得单元，被配置为基于干涉光的强度获得关于物体的信息。
15.一种用于控制光源的方法，所述光源包括具有两个发光区域即第一发光区域和第二发光区域的半导体发光器件、被配置为将电流注入到第一发光区域的第一电极对、以及被配置为将电流注入到第二发光区域的第二电极对，第一和第二电极对通过电阻线或半导体元件相互电连接，第一发光区域发射至少基底级位的光，第二发光区域发射至少一阶级位的光，其中第一电极对的上电极在光波导方向上比第二电极对的上电极长，所述方法包括：
控制注入到第一发光区域和第二发光区域中的电流，使得注入到第一发光区域中的电流的密度小于注入到第二发光区域中的电流的密度的14％；以及
输出从第一发光区域发射并且穿过第二发光区域的光。
CN201380050559.9A 2012-09-28 2013-09-26 光源和包括光源的光学相干层析成像装置 Active CN104662677B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012217190 2012-09-28
JP2012-217190 2012-09-28
PCT/JP2013/005693 WO2014050102A1 (en) 2012-09-28 2013-09-26 Light source and optical coherence tomography apparatus including the light source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104662677A CN104662677A (zh) 2015-05-27
CN104662677B true CN104662677B (zh) 2018-09-04

Family

ID=50387539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380050559.9A Active CN104662677B (zh) 2012-09-28 2013-09-26 光源和包括光源的光学相干层析成像装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10109762B2 (zh)
EP (1) EP2901500A4 (zh)
JP (1) JP6429442B2 (zh)
CN (1) CN104662677B (zh)
WO (1) WO2014050102A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2713138B1 (en) * 2012-09-28 2015-07-15 Canon Kabushiki Kaisha Light source and optical coherence tomography apparatus using the same
JP6622510B2 (ja) 2015-08-13 2019-12-18 キヤノン株式会社 発光素子、その制御方法、及びそれを用いた光干渉断層計
US10290994B2 (en) 2015-10-30 2019-05-14 Canon Kabushiki Kaisha Laser device, information acquisition device, and imaging system
JP2017199877A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 キヤノン株式会社 光増幅器、それを備える光干渉断層計、及び光増幅器を用いた光増幅方法
US10840406B2 (en) * 2017-04-17 2020-11-17 Hamamatsu Photonics K.K. Optical semiconductor element and method of driving optical semiconductor element
WO2019111804A1 (ja) * 2017-12-05 2019-06-13 浜松ホトニクス株式会社 光半導体素子の駆動方法、及び光半導体素子
JP2019102686A (ja) * 2017-12-05 2019-06-24 浜松ホトニクス株式会社 スーパールミネッセントダイオード
CN108446100A (zh) * 2018-05-18 2018-08-24 清华大学 一种基于光强涨落的量子随机数生成器
CN108762723A (zh) * 2018-05-18 2018-11-06 清华大学 一种基于激光器相位涨落的量子随机数生成器
EP4244905A1 (en) * 2020-11-12 2023-09-20 Denselight Semiconductors Pte Ltd. Super-broadband continuous spectrum superluminescent light emitting diode

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126803A (en) * 1991-03-11 1992-06-30 The Boeing Company Broadband quantum well LED
CN1099128A (zh) * 1994-03-04 1995-02-22 清华大学 用双波长激光进行外差干涉测量绝对距离系统
JP2007184557A (ja) * 2005-12-05 2007-07-19 Fujifilm Corp 半導体発光素子および該素子を備えた光源装置および光断層画像化装置
JP2008192731A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Fujifilm Corp 半導体発光素子および該素子を備えた光断層画像化装置
JP2009283736A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Fujifilm Corp 光半導体素子および光半導体素子を用いた光干渉断層画像装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5585957A (en) * 1993-03-25 1996-12-17 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Method for producing various semiconductor optical devices of differing optical characteristics
US5757832A (en) * 1995-04-27 1998-05-26 Canon Kabushiki Kaisha Optical semiconductor device, driving method therefor and light source and opitcal communication system using the same
JPH1084130A (ja) 1996-09-06 1998-03-31 Hamamatsu Photonics Kk 発光素子
JP2000269600A (ja) 1999-03-18 2000-09-29 Hitachi Cable Ltd 高出力広帯域光源及び光増幅デバイス
TW525306B (en) * 2001-04-19 2003-03-21 Univ Nat Taiwan Technique using multi-layer quantum well of different widths for increasing the light emitting bandwidth of semiconductor photoelectric device
US6628686B1 (en) * 2001-11-16 2003-09-30 Fox-Tek, Inc Integrated multi-wavelength and wideband lasers
US7557929B2 (en) * 2001-12-18 2009-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for phase measurements
US7355716B2 (en) * 2002-01-24 2008-04-08 The General Hospital Corporation Apparatus and method for ranging and noise reduction of low coherence interferometry LCI and optical coherence tomography OCT signals by parallel detection of spectral bands
JP4439193B2 (ja) * 2003-03-20 2010-03-24 富士通株式会社 半導体光増幅器及び光増幅方法
US7119373B2 (en) * 2004-01-23 2006-10-10 Exalos Ag Sled
FR2888405B1 (fr) * 2005-07-08 2007-10-26 Alcatel Sa Dispositif opto-electronique comportant un laser et un modulateur integres et procede de realisation associe
JP2007064912A (ja) 2005-09-02 2007-03-15 Sun Tec Kk 光源装置および光コヒーレンストモグラフィ計測装置
US7944567B2 (en) * 2005-12-05 2011-05-17 Fujifilm Corporation Semiconductor light emitting element, light source using the semiconductor light emitting element, and optical tomography imaging apparatus
US7485892B2 (en) * 2005-12-29 2009-02-03 Carl Zeiss Meditec Inc. Optical broadband emitters and methods of making the same
JP5018560B2 (ja) 2007-09-03 2012-09-05 ソニー株式会社 Ｉｐｔｖクライアント端末、ｓｉｐ−ｉｎｖｉｔｅメッセージ生成方法、ｉｐｔｖシステム、ｉｐｔｖセッション制御方法、コンピュータ・プログラム、ｉｐｔｖクライアントシステム、およびセッション管理装置
CN101222118B (zh) * 2007-12-10 2010-09-08 清华大学 一种利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件
CN100570970C (zh) * 2007-12-13 2009-12-16 清华大学 利用soa四波混频效应产生高频微波的集成光电子器件
CN100570969C (zh) * 2008-01-18 2009-12-16 清华大学 基于fp激光器注入锁定的光生微波单片光子集成器件
CN101566777B (zh) * 2009-05-22 2012-02-08 清华大学 基于边带注入锁定用于产生高频微波的集成光电子器件
JP5645525B2 (ja) * 2010-07-23 2014-12-24 キヤノン株式会社 スーパールミネッセントダイオードおよびスーパールミネッセントダイオードを光源とするｏｃｔ装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126803A (en) * 1991-03-11 1992-06-30 The Boeing Company Broadband quantum well LED
CN1099128A (zh) * 1994-03-04 1995-02-22 清华大学 用双波长激光进行外差干涉测量绝对距离系统
JP2007184557A (ja) * 2005-12-05 2007-07-19 Fujifilm Corp 半導体発光素子および該素子を備えた光源装置および光断層画像化装置
JP2008192731A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Fujifilm Corp 半導体発光素子および該素子を備えた光断層画像化装置
JP2009283736A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Fujifilm Corp 光半導体素子および光半導体素子を用いた光干渉断層画像装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A high-performance quantum dot superluminescent diode with a two-section structure;Xinkun Li，等;《Nanoscale Research Letters》;20111212;文章第1栏第1段-第6栏倒数第1段 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6429442B2 (ja) 2018-11-28
US20150263219A1 (en) 2015-09-17
EP2901500A4 (en) 2016-05-18
CN104662677A (zh) 2015-05-27
EP2901500A1 (en) 2015-08-05
WO2014050102A1 (en) 2014-04-03
US10109762B2 (en) 2018-10-23
JP2014082485A (ja) 2014-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104662677B (zh) 光源和包括光源的光学相干层析成像装置
US7485892B2 (en) Optical broadband emitters and methods of making the same
EP2169791B1 (en) Semiconductor light emitting devices with non-epitaxial upper cladding
US20080310470A1 (en) Broadband semiconductor laser
US20090066965A1 (en) High power broadband superluminescent diode
US20130242310A1 (en) Light source device including super luminescent diodes, method of driving the same, and optical tomography imaging apparatus
JP6253326B2 (ja) 光源及び前記光源を用いた光干渉断層撮像装置
US20150263231A1 (en) Optical semiconductor device, driving method thereof, and optical coherence tomography apparatus having the optical semiconductor device
US20150085295A1 (en) Light emitting device and optical coherence tomography apparatus including same as light source
WO2005017568A2 (en) Semiconductor light sources with doping gradients in optical confinement layers for improved device efficiency
CN106165124B (zh) 发光设备、包括发光设备的光源系统和包括光源系统的光学相干层析仪
EP2950354A1 (en) Semiconductor light emitting element and optical coherence tomography apparatus
EP2924742A1 (en) Light source system and optical coherence tomography apparatus using the light source system
JP5193836B2 (ja) スーパールミネッセントダイオード
US10403784B2 (en) Light emitting device controlling a current injection amount into an electrode according to pieces of optical information
JP2015191973A (ja) 発光素子、前記発光素子を有する光源システム、及び前記光源システムを有する光干渉断層計
JP6024278B2 (ja) 発光素子
JP2015198137A (ja) 発光素子、前記発光素子を有する光源システム、及び前記光源システムを有する光干渉断層計
Greenwood et al. Multi-contact quantum dot superluminescent diodes for optical coherence tomography
Djie et al. Semiconductor quantum-dot based wideband emitter for optical sensors
JP2017112292A (ja) 発光素子及びそれを有する光干渉断層計
Hofstetter et al. Characterization of InGaN/GaN-based multi-quantum well distributed feedback lasers
JP2009094372A (ja) 光半導体素子および光半導体素子を用いた光干渉断層画像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant