JP2013251360A - スーパールミネッセントダイオード、該スーパールミネッセントダイオードを備えている計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域な発光スペクトル形状の制御を容易に行うことが可能なスーパールミネッセントダイオード、該スーパールミネッセントダイオードを備えている計測システムを提供する。
【解決手段】内部に活性層を有し、フォトニック結晶中の線欠陥によって形成された導波路によって誘導増幅を生じるスーパールミネッセントダイオードであって、
前記活性層の材料物性で決定される利得スペクトルが、前記導波路の群速度の波長依存性によって補償されるように構成され、
発光スペクトルの形状の制御が可能とされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スーパールミネッセントダイオード、該スーパールミネッセントダイオードによる光源を備えている計測システムに関する。

物体の断層像を取得する計測システムとして、Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＯＣＴ）と呼ばれる方式がある。
ＯＣＴシステムのうち、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、特許文献１に開示されているような広帯域なスペクトル幅をもつ光源から光を出射し、干渉した光のスペクトルを取得する方式が一般的である。
上記特許文献１にも記載されているように、取得するスペクトル幅が大きいほど断層像の分解能が向上する。
そのため、ＳＤ-ＯＣＴシステムにおいては、広帯域なスペクトル幅をもつ光源が求められる。

広帯域なスペクトル幅を持つ光源としては、一般にスーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）と呼ばれる半導体光源が用いられている。
スーパールミネッセントダイオードは通常の半導体レーザと同様に、リッジ構造などによって屈折率差で光を導波路に閉じ込め、端面から光を射出する構造になっている。
動作原理も半導体レーザと同様に、注入電流により活性層内に反転分布を生じさせ、誘導増幅により発光する。
但し、半導体レーザよりも端面の反射率を下げることで、レーザ発振を防いでいる。つまり、スーパールミネッセントダイオードでは導波路を光が伝搬する間の誘導増幅により光を増幅し、端面より光を出力している。

スーパールミネッセントダイオードの活性層としては複数の構造がある。
一つは、非特許文献１のように、同じ構造の量子井戸を活性層内に複数配置した構造である。
もう一つは、発光波長の異なる複数の量子井戸層を一つの導波路構造内に活性層として組み込んだ、非対称量子井戸と呼ばれる構造である。
非対称量子井戸構造はスーパールミネッセントダイオードの発光波長を広帯域化するために用いられることが多い。
上記特許文献１においては、広帯域化のために発光波長の異なる２つの量子井戸を活性層として使用したスーパールミネッセントダイオードが開示されている。

特開２００９―２８３７３６号公報

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ＶＯＬ．３２、Ｎｏ７ ｐｐ２５５、１９９６

ＳＤ−ＯＣＴシステムでは、広帯域化だけではなく、光源のスペクトル形状も最終的な断層像の品質に影響を与える。
例えば、取得したスペクトルをフーリエ変換によって断層像にするため、光源のスペクトル形状はガウス関数状のスペクトル形状が望ましい。
なぜならば、フーリエ変換した際にＳＮが悪化したり、本来ない偽信号が生成したりすることを抑えられ、画像の高品質化が可能となるためである。
このように、ＯＣＴシステムに用いるスーパールミネッセントダイオード光源としては、スペクトル形状の制御が要求される。
一方、現実に使用されている光源であるスーパールミネッセントダイオードでは、スペクトル形状はシステムの要求仕様にしたがって任意に制御できないという課題を有している。

以下に、スペクトル形状が制御できないという課題に関連して、スペクトル形状が決まるメカニズムについて説明する。
非特許文献１の様な単一または同じ構造の量子井戸を複数導入した構造では、その量子井戸の利得スペクトル（誘導増幅の波長依存性）によって発光スペクトルが決まる。
そして、利得スペクトルは量子井戸内のキャリアのフェルミーディラック分布と、量子井戸の状態密度、具体的には矩形の状態密度の形状の掛け算で決まる。
これらは量子井戸を形成する材料の物性により決まっているため、スペクトル形状を人工的に自由に制御することは困難である。

また、特許文献１のように、活性層として基底準位の発光波長が異なる非対称量子井戸構造にした場合、ある程度スペクトル形状を制御することが可能になる。
例えば、長波長で発光する量子井戸の数を短波長の量子井戸の数より多くすることで長波長側の発光強度を上げることは可能である。
しかしながら、特許文献１のように非対称量子井戸構造を導入したとしても、一つ一つの量子井戸の利得スペクトルは上記で述べたように人工的に自由に制御できるものではない。
そのため、非対称量子井戸構造の利得スペクトルは、一つ一つの量子井戸の、利得スペクトルの重ね合わせでしかなく、
応用先の要求、たとえばＯＣＴ応用でのガウス関数状のスペクトル形状などへ自由に形状を制御することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑み、広帯域な発光スペクトル形状の制御を容易に行うことが可能なスーパールミネッセントダイオード、該スーパールミネッセントダイオードを備えている計測システムの提供を目的とするものである。

本発明のスーパールミネッセントダイオードは、
内部に活性層を有し、フォトニック結晶中の線欠陥によって形成された導波路によって誘導増幅を生じるスーパールミネッセントダイオードであって、
前記活性層の材料物性で決定される利得スペクトルが、前記導波路の群速度の波長依存性によって補償されるように構成され、
発光スペクトルの形状の制御が可能とされていることを特徴とする。
また、本発明の計測システムは、上記スーパールミネッセントダイオードによる光源を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、広帯域な発光スペクトル形状の制御を容易に行うことが可能なスーパールミネッセントダイオード、該スーパールミネッセントダイオードを備えている計測システムを実現することができる。

本発明の実施例１におけるスーパールミネッセントダイオードの構成例を説明する図。 本発明の実施例１におけるフォトニック結晶の線欠陥導波路の構造パラメータについて説明する図。 本発明の実施例１における活性層の利得スペクトルを示す図。 本発明の実施例１におけるフォトニック結晶の線欠陥導波路の分散関係を示す図。 本発明の実施例１における図４の分散関係を有する線欠陥導波路を適用した場合の発光スペクトルを示す図。 本発明の実施例１におけるスーパールミネッセントダイオードの製造方法を説明する図。 本発明の実施例２におけるフォトニック結晶の線欠陥導波路の構造パラメータについて説明する図。 本発明の実施例２における活性層の利得スペクトルを示す図。 本発明の実施例２におけるフォトニック結晶の線欠陥導波路の分散関係を示す図。 本発明の実施例２における図９の分散関係を有する線欠陥導波路を適用した場合の発光スペクトルを示す図。 本発明の実施例３におけるフォトニック結晶の線欠陥導波路の構造パラメータについて説明する図。 本発明の実施例３におけるフォトニック結晶線欠陥導波路の分散関係を示す図。 本発明の実施例３における図１２の分散関係を有する線欠陥導波路を適用した場合の発光スペクトルを示す図。 本発明の実施例３におけるスーパールミネッセントダイオードの変形例を示す図。 本発明の実施例３におけるスーパールミネッセントダイオードの変形例を示す図。 本発明の実施例４におけるスーパールミネッセントダイオードの構成例を説明する図。 本発明の実施例４におけるスーパールミネッセントダイオードの反射スペクトルを示す図。 本発明の実施例４におけるスーパールミネッセントダイオードの変形例を示す図。 本発明の実施例５における計測システムの構成例を説明する図。

ところで、スーパールミネッセントダイオードの発光スペクトルを決定する要因は、活性層の材料物性で決定される利得スペクトルであると述べてきた。
しかし、厳密には導波路伝搬中における光の増幅のされ方によっても、利得スペクトルを制御することができる。
具体的に説明すると、誘導増幅は、材料物性によって決まる利得の大きさと、導波路を伝搬する光の群速度の逆数の積によって決定される。
但し、通常のスーパールミネッセントダイオードで用いられるようなリッジ構造などを用いた導波路では、分散関係（群速度の波長依存性）がほぼ一定である。そのため、スーパールミネッセントダイオードの発光スペクトル形状は、利得スペクトルで決まると考えても良かった。
一方、特許文献２に開示されているようなフォトニック結晶中の線欠陥導波路では、群速度が大きな波長依存性を持つことが知られている。
フォトニック結晶中の線欠陥導波路は、通常のリッジ構造などの屈折率閉じ込めを用いた導波路と異なり、周期構造における光の多重回折（フォトニックバンドギャップ）によって光を閉じ込めている。
フォトニック結晶中では光の波長によって回折のされ方が大きく異なるため、導波路の群速度が大きな波長依存性を有する。

本発明は、以上のことから、群速度の波長依存性を制御することで、発光スペクトル形状の制御が容易に行うことができることを見出したものである。
本発明におけるスーパールミネッセントダイオードは、群速度が波長依存性をほぼ持たないリッジ型導波路ではなく、群速度が波長依存性を有するフォトニック結晶中の線欠陥導波路を用いて構成される。
そして、材料物性で決まる利得スペクトルの形状を、導波路の分散関係（群速度の波長依存性）によって補償し、発光スペクトル形状の制御が行われるように構成されている。
すなわち、材料物性で決まっていた利得スペクトルに加えて、群速度の波長依存性を制御することで、発光スペクトル形状の制御が従来のスーパールミネッセントダイオードよりも容易に行うことが可能となるように構成されている。

なお、特許文献２（特開２００４−１１９６７１号公報）のように、フォトニック結晶中の線欠陥導波路を用いた光アクティブデバイスが知られている。
この特許文献２では、フォトニック結晶中の線欠陥導波路を用いた発光デバイスが提案されているが、群速度の最も遅い波長である導波モードのバンド端を用いる場合のみが想定されている。
即ち、半導体レーザのように単一波長で動作する光デバイスであり、本発明におけるスーパールミネッセントダイオードのように広帯域な発光スペクトルの形状を制御しているものではない。

更に言えば、特許文献２と本発明では、利得スペクトルと分散関係の関係が異なっている。
単一波長で動作する半導体レーザの場合、導波路の群速度の遅い波長と、利得スペクトルのピークを合わせる方が、半導体レーザの閾値が低減できるため好ましい。
一方で広帯域の発光スペクトル幅を持つスーパールミネッセントダイオードの場合、レーザ発振を防止する観点から、利得スペクトルのピークと群速度の遅い波長を合わせるのは好ましくない。
また、発光スペクトル制御の観点からも、利得スペクトルのピークと群速度の遅い波長を合わせれば良いわけではない。
前述したように、発光スペクトルは利得の大きさと群速度の逆数の積によって決定される。
従って、所望の発光スペクトルに対して材料の利得が不足している波長では群速度が遅く、利得が充分なところでは群速度が速くなるように、利得スペクトルと分散関係の関係を補償することが求められる。

以下に、本発明の実施例について説明する。なお、異なる実施例間で同じ構造のものは同じ符号を付す。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した、活性層の材料利得が単峰性の場合のスーパールミネッセントダイオードの構成例について、図１を用いて説明する。
図１（ａ）は上部から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ｂ面で切った断面図である。
図１において、１００はスーパールミネッセントダイオードである。
本実施例のスーパールミネッセントダイオード１００は、基板１０１上に、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるｐ型クラッド層１０４が積層されている。
活性層１０３はＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ａｓ２ｎｍの井戸層とＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの障壁層６ｎｍから構成されている。
また、基板１０１に接するように下部電極１０５が、ｐ型クラッド１０４に接するように上部電極１０６が設けられている。

ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４には、積層方向に延びる三角格子状の空孔１０７が形成されたフォトニック結晶層１０８が形成されている。
フォトニック結晶層１０８中には、フォトニック結晶１０８の周期構造を乱す線欠陥導波路１０９が形成されている。
フォトニック結晶層１０８はＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓからなる支持部１１０によって支えられる、所謂エアブリッジ構造となっている。
フォトニック結晶層１０８および線欠陥導波路１０９の構造パラメータ（格子定数ａ、孔径ｄ、導波路幅ｗ）は、図２に示すとおりである。
スーパールミネッセントダイオード１００では、下部電極１０５と上部電極１０６によって活性層１０３に注入されたキャリアが再結合を生じる。
再結合によって発生した光が、線欠陥導波路１０９を伝搬中に誘導増幅を起こし、導波路の端面から射出される。

実施例１ではスーパールミネッセントダイオード１００に要求されるパワーが比較的小さい場合を想定する。
図３に、キャリア密度が１．５×１０−１８ｃｍ^-3と比較的小さい場合の、活性層の利得スペクトルを示す。
波長９１０ｎｍのピークは活性層１０３の量子井戸の基底準位を反映したものである。
利得スペクトルの形状は、量子井戸の矩形の状態密度を反映し、長波長側で鋭く立ち上がり短波長側に裾を引く、左右非対称な形状となっている。
図４に、線欠陥導波路１０９の分散関係を示す。
横軸の波数、縦軸の周波数はともにフォトニック結晶層１０８の格子定数ａで規格化された値である。
規格化周波数０．３ａ（波長９３０ｎｍ）付近のモードが線欠陥導波路１０９の導波モードであり、ハッチングした領域はフォトニック結晶モード領域を反映している。即ち、ハッチングされていない領域がフォトニックバンドギャップ領域に相当する。

図３の利得スペクトルを有する活性層１０３に、図４の分散関係を有する線欠陥導波路１０９を適用した場合の、発光スペクトル形状を図５に示した。
比較のため、分散関係が一定である通常の導波路を用いた場合の利得スペクトルを破線で示した。
図５からわかるように、線欠陥導波路１０９を適用したことで、発光スペクトル形状の左右非対称性が改善されていることがわかる。
図３のように活性層への注入キャリア密度が小さい場合において、発光スペクトル形状をガウス関数に近付けるための指針について説明する。
前述したように、所望の発光スペクトルに対して材料の利得が不足している波長では群速度が遅く、利得が充分なところでは群速度が速くなるように、利得スペクトルと分散関係の関係を調整すれば良い。

注入キャリア密度が小さい場合、量子井戸の矩形の状態密度を反映して、利得スペクトルは長波長側で鋭く立ち上がり、短波長側に裾を引く、左右非対称な単峰性の形状となる。
一方、求められるスペクトル形状であるガウス関数は左右対称な形状である。そこで、長波長側の領域に対して導波路の群速度が速い帯域を、短波長側の領域に対して導波路の群速度が遅い帯域を対応させ、ピークを短波長側にずらせばよい。
具体的には、線欠陥導波路１０９の場合、図４に示す使用帯域において、長波長ほど群速度が遅い帯域となっているため、この帯域と利得スペクトルの帯域が対応するように、線欠陥導波路１０９の構造パラメータを決定した。

図６を用いて、スーパールミネッセントダイオード１００の作製手順について説明する。
まず、図６（ａ）のようにＧａＡｓ基板１０１上にＭＯＣＶＤ法によって、後に支持部１１０となるＡｌ０．９７Ｇａ０．０３Ａｓ層、ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４を積層する。
次に、図６（ｂ）のように電子線リソグラフィによって、フォトニック結晶層１０８および線欠陥導波路１０９の平面視パターンを反映したレジストパターン１１１を作製する。
続いて、図６（ｃ）のように、反応性イオンエッチングまたは、誘導プラズマエッチングによってフォトニック結晶層１０８および線欠陥導波路１０９を形成する空孔１０７を作製する。
その後、レジスト１１１をアッシング等によって除去する。
次に、図６（ｄ）のように酸化装置を用いて、Ａｌ０．９１Ｇａ０．０３Ａｓ層の一部を、フォトニック結晶層１０８の空孔１０７を通して酸化し、酸化領域１１２を形成する。
続いて、図６（ｅ）のように酸化領域１１２をバッファードフッ酸に浸すことで選択的に除去する。
最後に、図６（ｆ）のように、電子線蒸着などによって電極を上下に設けることで、スーパールミネッセントダイオード１００が完成する。

なお、本実施例ではエアブリッジ構造を用いたが、必ずしもエアブリッジ構造である必要はなく、酸化領域１１２を残したまま用いても良い。
スペクトル形状制御の観点からは、導波モードがフォトニック結晶層１０８に強く閉じ込められることから、エアブリッジ構造である方が好ましい。
一方、機械的な強度の観点からは、酸化層１１２を残したままの方が好ましい。また、本実施例ではフォトニック結晶の孔がｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層の全てを貫通するように、フォトニック結晶層１０８を設けたが、どちらかのクラッド層のみにフォトニック結晶層１０８を設けても良い。
本実施例ではフォトニック結晶として三角格子を用いたが、フォトニック結晶は正方格子、斜方格子、長方格子などであっても良い。
また、本実施例では線欠陥として孔を一列取り除く構造を示したが、孔を付加する構造、孔の大きさを変調する構造、別の材料を充填するなど、フォトニック結晶の周期を乱す線欠陥であれば良い。
また、材料としてＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓを用いたが、化合物半導体全般であれば、活性層やクラッド層を構成する材料として用いることができる。
例えばＩｎＰやＧａＮ等の化合物半導体からなるスーパールミネッセントダイオードに適用しても良い。

［実施例２］
実施例２として、活性層の材料利得が双峰性の場合のスーパールミネッセントダイオードの構成例について、図７を用いて説明する。
本実施例では、スーパールミネッセントダイオードに要求されるパワーが比較的大きい場合を想定する。
図７において、２００は、スーパールミネッセントダイオードである。
本実施例に示すスーパールミネッセントダイオード２００は、実施例１に示すスーパールミネッセントダイオード１００に対し、注入キャリア密度が異なる。また、図７に示すように、フォトニック結晶層および、線欠陥導波路２０９の構造パラメータ（格子定数ａ、孔径ｄ、導波路幅ｗ）も異なっている。線欠陥導波路２０９に第二近接する孔の大きさｄ２は、フォトニック結晶層２０８を構成するその他の孔の大きさｄとは異なっている。

図８に、キャリア密度が２．０×１０−１８ｃｍ^-3の時の、活性層１０３の利得スペクトルを示す。
波長９１０ｎｍのピークは活性層１０３の量子井戸の基底準位を反映したものであり、波長８８５ｎｍのピークは第一励起準位を反映したものである。利得スペクトルの形状は、量子井戸の状態密度を反映し、基底準位と第一励起準位の間に凹みのあるスペクトルとなっている。
図９に線欠陥導波路２０９の分散関係を示す。図４と同様、横軸の波数、縦軸の周波数はともに格子定数ａで規格化された値である。
なお、簡単のため、図９には線欠陥導波路のモードのうち、活性層１０３が利得を有する波長（８４０〜９３０ｎｍ）に対応するモードのみを示している。
図８の利得スペクトルを有する活性層１０３に、図９の分散関係を有する導波路２０９を適用した場合の、発光スペクトル形状を図１０に示した。
比較のため、分散関係が一定である通常の導波路を用いた場合の利得スペクトルを破線で示した。
図１０からわかるように、導波路２０９を適用したことで、量子井戸の基底準位と第一励起準位の間にあるスペクトルの凹みがなくなり、単峰性になることがわかる。

図４のように活性層への注入キャリア密度が比較的大きい場合において、発光スペクトル形状をガウス関数に近付けるための指針について説明する。
注入キャリア密度がある程度以上大きい場合、量子井戸の基底準位に加えて第一励起準位にもキャリアが注入されるため、利得スペクトルは基底準位と第一励起準位の間に凹みを有する双峰性の形状となる。
一方、求められるスペクトル形状であるガウス関数は単峰性の形状である。
そこで、基底準位と第一励起準位の間の波長領域に対して群速度が遅い帯域を、基底準位の波長領域および第一励起準位の波長領域に対して群速度の速い帯域を対応させ、利得スペクトルの凹みを減らせばよい。
具体的には、線欠陥導波路２０９の場合、図４に示す帯域において群速度が遅い帯域となっているため、この帯域と利得スペクトルの凹み部分が対応するように、線欠陥導波路２０９の構造パラメータを決定した。

なお、活性層１０３への注入キャリア密度を更に上げた場合、基底準位よりも第一励起準位の状態密度が大きいことを反映して、第一励起準位側のピークの方が大きい双峰性の利得スペクトルとなる。
この場合、第一励起準位の波長領域に比べて基底準位の波長領域の方が、導波路の群速度が遅くなるような導波路を用いれば、スペクトルの左右非対称性も改善するため、更に好ましい。

［実施例３］
実施例３として、導波路が複数の場合のスーパールミネッセントダイオードの構成例について、図１１を用いて説明する。
図１１において、３００は、スーパールミネッセントダイオードである。
本実施例のスーパールミネッセントダイオード３００は、実施例１に示すスーパールミネッセントダイオード１００に対し、線欠陥導波路３０９の構造が異なる。
線欠陥導波路３０９は、二種類の線欠陥３１０、３１１を直列に接続した構造からなっており、各々の構造パラメータは図１１に示すとおりである。
格子定数ａ、孔径ｄ、導波路幅ｗは、線欠陥導波路３１０と線欠陥導波路３１１で同じ値である。
線欠陥導波路３１１に第一近接する孔の大きさｄ１および、第二近接する孔の大きさｄ２は、フォトニック結晶層３１１を構成するその他の孔の大きさｄとは異なっている。
複数の導波路を接続した構造を用いた場合、各々の導波路で誘導増幅を生じ、その重ね合わせが光として射出される。そのため、複数の線欠陥導波路３１０、３１１を用いることで群速度の波長依存性をより精密に制御でき、所望のスペクトル形状を得ることが容易となる。

図１２に、線欠陥導波路３１０、３１１の分散関係を示す。
二つの線欠陥導波路は異なる構造パラメータを反映して、異なる分散関係となっている。
図１３は、図３に示す利得スペクトルをもつ活性層１０３に対し、線欠陥導波路３１０、３１１で直列に接続した場合の発光スペクトルである。線欠陥導波路３１０の長さと、線欠陥導波路３１１の長さの比は、０．８７対０．１３である。比較のため、実施例１のように欠陥結晶導波路３１０を一種類だけ用いた場合の発光スペクトルも図示した。
図１３より、複数の線欠陥導波路を用いることで、発光スペクトルの左右対称性が更に向上していることがわかる。
線欠陥導波路３１０、３１１の長さ比は、求められる発光スペクトル形状と、導波路の分散関係から決めればよい。
図１３に示す発光スペクトルは、線欠陥導波路３１０で大まかな形状を修正し、更に線欠陥導波路３１１でスペクトルピークを微調整する、という方針で設計した。
そのため、線欠陥導波路３１０の長さを、線欠陥導波路３１１の長さよりも長くしている。
線欠陥導波路は必ずしも二種類である必要はなく、三種類以上設けられていても良い。線欠陥導波路の種類を増やすほど、スペクトルを制御するためのパラメータが増えるため、発光スペクトルの制御が容易となる。

なお、線欠陥導波路３１０、３１１は必ずしも直列に接続する必要はなく、図１４に示すように、並列に並べて光を合波部で結合しても良いし、直列の接続と並列の結合を組み合わせても良い。
合波部は、フォトニック結晶３０８中にＹ字型欠陥３１２を設けた構造を用いることができる。
フォトニック結晶中のＹ字型欠陥３１２を用いることで、通常の光ファイバ等を用いた合波部よりも、合波部を小型化することができる。
また、図１５に示すように、二種類の線欠陥導波路３１０と３１１に対して独立に上部電極３２１、３２２を配置し、各々の線欠陥導波路３１０、３１１において、活性層中の注入キャリア密度を変えてもよい。
図３、図８からわかるようにキャリア密度によって活性層の利得スペクトルは変化する。
そこで、活性層の異なる利得スペクトルに応じ、各々の線欠陥導波路３１０、３１１の分散関係を制御すれば、更に発光スペクトルの制御が容易となる。

［実施例４］
実施例４として、導波路の端面が異なる場合のスーパールミネッセントダイオードの構成例について、図１６を用いて説明する。
図１６において、４００は、スーパールミネッセントダイオードである。
実施例４に示すスーパールミネッセントダイオード４００は、実施例１に示すスーパールミネッセントダイオード１００に対し、線欠陥導波路４０９の構造が異なる。
図１６のように、線欠陥導波路４０９は、線欠陥導波路１０９に対し、光取り出し側の端面４１０と、反対側の端面４１１の構造が異なっている。具体的には、線欠陥導波路４０９を切断する面が異なる。
前述したように、スーパールミネッセントダイオードでは、活性層で再結合によって生じた光が、導波路を光が伝搬する間の誘導増幅によって増幅している。
導波路中の光の伝搬を更に厳密に述べれば、光は有限の長さの導波路内部を伝搬した後、導波路端面によって反射され、また導波路内部を伝搬して反対側の端面によって反射される、という帰還的な振る舞いを示す。
そのため厳密には、誘導増幅は導波路の群速度だけではなく端面の反射率にも依存している。
具体的には、端面の反射率が高いほど誘導増幅が強くなる。従って、端面の反射率にも波長依存性を持たせれば、制御できるパラメータが増えて発光スペクトルの制御がさらに容易となる。

具体的には、誘導増幅を強くしたい波長領域（例えば、実施例２における活性層１０３の基底準位と第一励起準位の間）の反射率を、誘導増幅を抑えたい波長領域よりも高くすればよい。
特に、光取り出しとは反対側の端面において、端面の反射率を高くすることが好ましい。
なぜならば、光取り出し側の端面の方が反対側の端面よりも反射率が高い場合、反対側の端面から光が取り出され、損失となってしまうからである。
即ち、誘導増幅を強くしたい波長領域において、光取り出し側の端面の反射率よりも反対側の端面の反射率が高くなっている構成にするのが、好ましい。
フォトニック結晶中の線欠陥導波路４０９は、通常のリッジ型の導波路と異なり、伝搬方向に誘電率分布を有する。そのため、線欠陥導波路４０９を伝搬する導波モードは、微視的に見れば場所によって異なる電磁場分布を有する。
図１７に線欠陥導波路４０９における、端面４１０と端面４１１の反射スペクトルを示した。
図１７からわかるように、端面４１１の反射率が端面４１０の反射率よりも高く、かつスペクトル形状も異なっている。
即ち、フォトニック結晶中の線欠陥導波路４０９を切断する面によって、反射スペクトルの形状が制御できている。

以上より、スーパールミネッセントダイオード４００では、端面４１０と端面４１１の構造が異なっているため、発光スペクトル制御がさらに容易となることがわかる。
端面４１０と端面４１１の構造は、図１６に示すように切断する面が異なっていなくても、互いに異なる構造であれば良い。
例えば、図１８に示すように孤立欠陥４１２を少なくとも一方の端面（図１８では端面４１１）に付加する構造であっても良い。
この場合、孤立欠陥４１２での反射光と端面４１１での反射光が干渉し、反射スペクトル形状が変化する。孤立欠陥４１２を複数付加し、多重干渉を利用しても良い。
なお、実施例１から４において、活性層構造は単一の量子井戸構造を用いたが、量子井戸が複数設けられていても良い。また、バルクや量子細線、量子ドットなど量子井戸以外の閉じ込め構造であっても良い。

［実施例５］
実施例５として、実施例１から実施例４におけるスーパールミネッセントダイオードを用いた計測システムの構成例について、図１９を用いて説明する。
計測システムは光源部５００、ファイバ同士を光結合する光結合部５１０、参照光反射部５２０、測定対象物５３０へ光を照射するための照射光学系５４０、分光器５５０およびスペクトル情報を画像に変換する画像変換部５６０より構成されている。
光源部５００は駆動回路、実施例１から４におけるスーパールミネッセントダイオード、光ファイバへ光を結合するレンズより構成されている。スーパールミネッセントダイオードから出射された光はレンズを通して光ファイバへ入射し、光結合部５１０に導かれる。
光結合部５１０により分波された一方の光は参照光反射部５２０で反射され、再度光ファイバへ結合する。光結合部５１０で分波されたもう片方の光は、照射光学系５４０を通して測定対象物５３０へ入射される。そして、測定対象物５３０からの反射光は再び光ファイバへ結合する。

参照光反射部５２０および照射光学系５４０から戻ってきた光は光結合部５１０を通って分光器５５０へ入る。
分光器５５０において、入射した光のスペクトル情報が得ることができる。
分光器５５０で得たスペクトル情報は、測定対象物５３０の断層画像へ変換するための画像変換部５６０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。
実施例５では、実施例１から４におけるスーパールミネッセントダイオードを光源として用いているため、光源のスペクトル形状が従来の光源よりもガウス関数に近い。
そのため、スペクトル形状をフーリエ変換によって画像に変換する際のＳ／Ｎ比が悪化することを防ぐことができる。

１００、２００、３００、４００：スーパールミネッセントダイオード
１０１：基板
１０２：ｎ型クラッド層
１０３：活性層
１０４：ｐ型クラッド層
１０５：下部電極
１０６、３２０、３２１：上部電極
１０７：空孔
１０８、２０８：フォトニック結晶層
１０９、２０９、３０９、３１０、３１１、４０９：線欠陥導波路
１１１：レジスト
１１２：酸化領域
３１２：Ｙ型欠陥
４１０：光取り出し側端面
４１１：反対側の端面
４１２：孤立欠陥
５００：光源部
５１０：光結合部
５２０：参照光反射部
５３０：測定対象物
５４０：照射光学系
５５０：分光器
５６０：画像変換部

Claims (13)

1. 内部に活性層を有し、フォトニック結晶中の線欠陥によって形成された導波路によって誘導増幅を生じるスーパールミネッセントダイオードであって、
   前記活性層の材料物性で決定される利得スペクトルが、前記導波路の群速度の波長依存性によって補償されるように構成され、
   発光スペクトルの形状の制御が可能と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。
2. 前記活性層が量子井戸であって、該量子井戸が利得を持つ波長領域において、前記導波路の群速度が、長波長側の領域よりも短波長側の領域で遅くなっている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。
3. 前記活性層が量子井戸であって、該量子井戸の基底準位と第一励起準位の間の波長領域の方が、基底準位の波長領域および第一励起準位の波長領域に比べて、前記導波路の群速度が遅くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のスーパールミネッセントダイオード。
4. 前記第一励起準位の波長領域に比べて、前記基底準位の波長領域の方が、前記導波路の群速度が遅くなっていることを特徴とする請求項３に記載のスーパールミネッセントダイオード。
5. 前記導波路が、前記フォトニック結晶中の少なくとも二種類の線欠陥で形成されていることを特徴とする請求項１から４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。
6. 前記少なくとも二種類の線欠陥が、直列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のスーパールミネッセントダイオード。
7. 前記少なくとも二種類の線欠陥が並列に並べられ、該線欠陥からの光が前記フォトニック結晶中に設けられたＹ字型の欠陥によって構成された合波部によって結合されていることを特徴とする請求項５または６に記載のスーパールミネッセントダイオード。
8. 前記少なくとも二種類の線欠陥の長さが、互いに異なることを特徴とする請求項５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。
9. 前記少なくとも二種類の線欠陥への注入キャリア密度が、互いに異なることを特徴とする請求項５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。
10. 前記導波路の光取り出し側の端面における前記線欠陥の構造と、前記導波路の光取り出し側とは反対側の端面における前記線欠陥の構造が、互いに異なることを特徴とする請求項１から９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。
11. 前記光取り出し側の端面と前記反対側の端面において、前記線欠陥を切断する面が異なることを特徴とする請求項１０に記載のスーパールミネッセントダイオード。
12. 前記光取り出し側の端面と前記反対側の端面のうち、少なくとも一方に孤立欠陥が付加されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
13. 請求項１から１２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による光源を備えていることを特徴とする計測システム。
    

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