JP2015191973A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間にわたって広い波長帯域の発光スペクトルを維持し、発光スペクトルの半値幅の減少を抑制するような光源を提供すること。【解決手段】 上部電極層と、下部電極層と、それらの間に設けられた活性層とを有し、前記上部電極層と前記下部電極層の少なくともいずれか一方の電極層が、複数の電極に分割され、前記上部電極層と前記下部電極層を介して前記活性層に電流を注入して発光させた光を前記活性層内を導波させて出射させる発光素子において、前記複数の電極の間に、前記出射される光の強度を調整するための調整電極を有する発光素子。【選択図】 図１

Description

本発明は発光素子、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に関する。

スーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）は発光ダイオードのように広帯域なスペクトル分布を有しながら、半導体レーザ同様に１ｍＷ以上の比較的高い光出力を得ることが可能な発光素子である。スーパールミネッセントダイオードを以下ではＳＬＤと略すことがある。

ＳＬＤはその特性から医療分野や計測分野で注目されており、例えば、生体組織の断層像を取得できる光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）の光源として用いられる。ＯＣＴの光源としては、深さ分解能を高くするために、発光波長帯域が広いものを用いることが好ましい。

非特許文献１では、電極を光の導波方向に３つに分割し、分割した電極のうち出射端側の電極への電流注入密度を１０ｋＡ／ｃｍ^２、真ん中の電極への電流注入密度を４．４ｋＡ／ｃｍ^２としたＳＬＤの開示がある。このように電極層が分割されたＳＬＤを以下では多電極ＳＬＤと呼ぶことがある。非特許文献１に開示の多電極ＳＬＤはこのように分割された電極に、上記のような互いに異なる電流注入密度とすることで、各々の電極に対応する発光領域から異なる波長帯域の光を発生させ、６０ｎｍもの広い半値幅の発光スペクトルを実現している。ここで、発光スペクトルは、光の波長と強度の関係を示したものである。

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ １ｓｔ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９６ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．３ ｐｐ．２５５−２５６

本発明者らは非特許文献１に開示のＳＬＤについて課題を見出した。すなわち、非特許文献１に開示のＳＬＤは、電流注入密度の高い電極によって、高次準位に由来する短波長の光を発生させ、電流注入密度の低い電極によって、基底準位に由来する長波長の光を発生させていると考えられる。しかし、電流注入密度が高い場合は活性層の温度が高くなりやすく、電流注入密度が低い場合に比べて短期間で劣化し、光の出力が小さくなることがある。そのため、高い電流注入密度で電流注入される活性層からの発光が小さくなり、発光スペクトルの短波長帯域のみが小さくなってしまう。ここで、ＯＣＴ用の光源の発光スペクトルにおいて、特定の波長帯域のみの光強度が小さく、半値幅が減少してしまう場合、ＯＣＴで得られる像の深さ分解能が小さくなってしまう。

すなわち、広い波長帯域の発光をさせる発光素子において、長期間にわたってその発光スペクトルの形状を維持し、発光スペクトルの半値幅の減少を抑制するような工夫が必要である。

本発明に係る発光素子は、上部電極層と、下部電極層と、それらの間に設けられた活性層とを有し、前記上部電極層と前記下部電極層の少なくともいずれか一方の電極層が、複数の電極に分割され、前記上部電極層と前記下部電極層を介して前記活性層に電流を注入して発光させた光を前記活性層内を導波させて出射させる発光素子において、前記複数の電極の間に、前記出射される光の強度を調整するための調整電極を有する。

本発明に係る発光素子によれば、発光スペクトルを調整するための調整電極を有するため、長期間にわたって広い波長帯域の発光スペクトルを維持し、発光スペクトルの半値幅の減少を抑制するような発光素子を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る発光素子の構成を説明するための図。 本発明の実施形態１に係る光源システムの構成を説明するための図。 本発明の実施形態１に係る光源システムの制御方法を説明するための図。 本発明の実施形態２に係る発光素子の構成を説明するための図。 本発明の実施形態３に係る発光素子の構成を説明するための図。 本発明の実施形態４に係るＯＣＴの構成を説明するための図。 本発明の実施例１に係る光源システムによって得られる発光スペクトル（調整電極による調整前）を示した図。 本発明の実施例１に係る光源システムによって得られる発光スペクトル（調整電極による調整後）を示した図。

本発明の実施形態について説明するが本発明はこれらに限られない。

（実施形態１）
（発光素子）
本発明の実施形態１に係る発光素子および光源システムについて図１、２を用いて説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）はそれぞれ本実施形態に係る発光素子の斜視図、上面図で、図１（ｃ）は図１（ａ）（ｂ）のＡ−Ａ’断面における断面図である。

本実施形態に係る発光素子１００は、基板（ｎ型基板）１０１の上に下部クラッド層（ｎ型クラッド層）１０２、活性層１０３、上部クラッド層（ｐ型クラッド層）１０４、上部電極層１１０が順次形成されている。また、上部クラッド層１０４と上部電極層１１０とはリッジ型の導波路構造１０５を形成している。リッジ型の導波路構造１０５の上部にはコンタクト層１０６を介して、上部電極層（ｐ型電極）１１０が形成されている。また図１（ｃ）のみに示しているが、上部電極層１１０と上部クラッド層１０４との間に絶縁層１３０が設けられており、上部電極層１１０からコンタクト層１０６を介して活性層１０３に電流注入される構成となっている。すなわち、図１で上部電極層１１０は、半導体素子の上部のほぼ全体にわたって形成されているが、上部電極層１１０のうち、リッジ導波路構造１０５の上部から活性層に電流が注入される構成となっている。

上部電極層１１０は第一電極１１１、調整電極１１２、第二電極１１３の３個の電極が、リッジ型の導波路構造１０５の長手方向（活性層１０３の面内方向）に分割されて設けられている。基板１０１の有する主面のうち下部クラッド層１０２が設けられていない方の面には下部電極層１２０が形成されている。なお、図１（ｂ）に示すように、第一電極１１１と調整電極１１２との間、調整電極１１２と第二電極１１３との間にそれぞれ、電流が注入されない領域である、電極分割領域１１５、１１６が設けられている。電極分割領域１１５、１１６では、第一電極、調整電極、第二電極の各々の隣接する電極への電流漏れを抑制するために、コンタクト層１０６が除去され、電気抵抗値が相対的に高くなっている。

本実施形態に係る発光素子１００は第一電極１１１、調整電極１１２、及び第二電極１１３と、下部電極層１２０との間に電圧を印加して活性層１０３に電流注入して発光させ、活性層内を導波させ、図１中の白い矢印の方向に光を出射する。発光素子１００の端面のうち、光が出射される面をここでは出射端面と呼ぶ。図１（ａ）に示す通り、第一電極１１１は調整電極１１２よりも出射端面側に設けられ、第二電極１１３は調整電極１１２よりも出射端面とは逆の端面側に設けられている。図１（ｂ）に本実施形態に係る発光素子の出射端面をＰ_１、出射端面とは逆の端面をＰ_２として図示している。また、出射端面Ｐ_１から出射された光は、レンズや光ファイバなどの光学部材へ結合する。また、出射端面とは逆の端面をＰ_２には、光が反射して戻らないように、反射防止部材や光を吸収する材料が適宜設けられる。

また、第一電極１１１、調整電極１１２、第二電極１１３への電流注入密度を適宜調整することで、出射光の波長帯域の広さや強度、すなわち発光スペクトルの形状を変えることができる。第一電極１１１には電流注入密度Ｊ_１、第二電極１１３には電流注入密度Ｊ_２で電流注入する。Ｊ_１がＪ_２より大きいことで、第一電極からの電流注入による発光スペクトルの中心波長λ_１を、第二電極からの電流注入による発光スペクトルの中心波長λ_２よりも低くすることができる。

また、調整電極１１２への電流注入密度Ｊ_ｖは、Ｊ_ｖ＝Ｊ_１とすることで中心波長λ_１の発光スペクトルの発光を起こすことができ、Ｊ_ｖ＝Ｊ_２とすることで中心波長λ_２の発光スペクトルの発光を起こすことができる。

また、本実施形態に係る発光素子１００は、出射した光の強度を検出する出射光検出部を有していてもよい。

なお、本実施形態に係る発光素子の例としてスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が挙げられる。ＳＬＤは、数十ｎｍから１００ｎｍ以上もの広い波長帯域の光を、数ｍＷから数十ｍＷ以上もの高出力で出射させることができる。

（光源システム）
次に本実施形態に係る光源システムについて図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る光源システムを示すブロック図であり、図２中で発光素子１００は上面図を示している。

本実施形態に係る光源システム１６０は、出射した光の強度を検出する出射光検出部１４０と、第一電極１１１、調整電極１１２、第二電極１１３といった各電極への電流注入密度を制御する制御部１５０を有する。制御部１５０は出射光検出部１４０で検出される光の強度に応じて調整電極１１２や他の各電極への電流注入密度を制御可能に構成されている。具体的には、制御部１５０は、出射光検出部１４０によって検出される光の強度が、所定値以下である場合に、上記調整電極１１２への電流注入量を変更可能に構成されている。

次に本実施形態における光源システムの制御方法について図３を用いて説明する。図３は本実施形態に係る光源システムの発光スペクトルの一例を示すものである。まず、第一電極１１１、調整電極１１２、第二電極１１３への電流注入密度Ｊ_１、Ｊ_ｖ、Ｊ_２をそれぞれ、Ｊ_１＞Ｊ_ｖ＝Ｊ_２と設定する。電流注入密度の高い第一電極１１１に対応する発光領域からは短波長帯域の発光が生じ、電流注入密度の低い調整電極１１２、第二電極１１３からは長波長帯域の発光が生じる。これらを合わせて図３（ａ）のＳ_１のような発光スペクトルとなるとする。次に、各電極への電流注入密度をＪ_１＞Ｊ_ｖ＝Ｊ_２と設定して発光を継続した結果、第一電極１１１からの短波長帯域の発光が小さくなり図３（ｂ）のＳ_２に示すような発光スペクトルになったとする。このとき、短波長帯域の所定の波長λ_Ｓにおける光の強度がＬ’となり、所定値Ｌ_０以下となったとする。

このように、発光スペクトルの短波長帯域に大きな溝ができると、この発光スペクトルの光を検体に照射してＯＣＴの断層像を得ようしても偽像が生じ、正確な断層像が得られない。

そこで、調整電極１１２への電流注入密度Ｊ_ｖを第一電極の電流注入密度Ｊ_１と同一にする、すなわちＪ_１＝Ｊ_ｖ＞Ｊ_２と設定する。それにより、活性層の劣化により出力光強度が不十分となった短波長帯域の発光強度を補強し、図３（ｃ）のＳ_３のよう大きな溝が存在しない発光スペクトルとすることができる。上記所定値は、第一電極１１１によって電流が注入される活性層の領域が劣化したことがわかるような指標となる数値であれば上記の例に限られない。所定値の例として、ＯＣＴによる、Ｓ／Ｎ比の高い断層像を得るために必要な光量が挙げられる。所定値の具体例としては、光源システムからの出力光強度が１５ｍＷ、１０ｍＷ、７．５ｍＷ、６ｍＷであることが挙げられる。また、本実施形態において所定値以下とは、初期の出力強度（出力光の強度の仕様）の、８０％以下、６５％以下、５０％以下などと設定してもよい。

また、検出する光出力の強度は、上記のように全体光量に限らず、複数の波長における光の強度を検出してもよい。すなわち、複数の波長の各々における光の強度の比率が所定値以上、または、所定値以下である場合に、前記調整電極への電流注入量を変更可能に構成されていてもよい。また、上記のように長波長帯域よりも、短波長帯域の発光強度が低下しやすいため、短波長帯域の光出力の強度、例えば上記中心波長λ_１の光出力の強度を検出してもよい。

また、本実施形態に係る発光素子のように複数の電極を有し、さらに活性層が非対称の多重量子井戸構造を有することが好ましい。複数の電極を有することで、各々の電極に注入する電流注入密度を適宜変えて、発光スペクトルの形状を任意に調整することができる。さらに活性層として、単量子井戸構造に、その量子井戸構造よりも浅い井戸構造を加えた非対称の多重量子井戸構造を用いると、浅い井戸の基底準位の発光が深い井戸の高次準位の発光の誘導増幅を起こすことができる。すなわち、出射端面側に設けられた電極（フロント電極）は電流注入密度を高くすることで、非対称の多重量子井戸構造のうち、深い井戸構造の高次準位の高エネルギー（短波長帯域）の発光をさせる。一方で、出射端面と逆側に設けられた電極（リア電極）は電流注入密度を低くし、浅い井戸構造の基底準位（高エネルギー）の発光をさせる。深い井戸の高次準位と浅い井戸の基底準位とが略一致して高エネルギーの準位であれば、リア電極への電流注入で起こる発光が、深い井戸の高次準位の発光の誘導増幅を起こすため発光しやすくなる。浅い井戸構造の基底準位（高エネルギー）の発光は低電流注入密度で起こるが、深い井戸構造を単独で有する活性層で高次準位（高エネルギー）の発光は高い電流注入密度を必要とする。よって、非対称の多重量子井戸構造を用いることで、高エネルギー（短波長帯域）の発光を低電流注入密度で実現できる。

（上部電極層）
本実施形態に係る発光素子において上部電極層は特に限定されないが、Ｔｉを有する第一のｐ型電極層の上にＡｕを有する第二のｐ型電極層が形成された電極層を用いることができる。

なお上記では、上部電極層が、３つに分割された電極群をなす構成について説明したが、４つ以上に分割されていてもよい。

（下部電極層）
本実施形態に係る発光素子において下部電極層は特に限定されないが、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを有するｎ型電極層が形成された電極層を用いることができる。

なお上記では、上部電極層が分割された構成について説明したが、下部電極層が複数の電極に分割された発光素子であってもよい。また、上部電極層および下部電極層の両方の電極が分割された発光素子であってもよい。

（調整電極）
本実施形態において調整電極とは、上記分割された３個以上の電極のうち、第一電極１１１と第二電極１１３との間に設けられ、発光素子１００から出射される光の発光スペクトルを調整するための電極である。調整電極１１２の導波方向の長さＬ_ｖは例えば、第一電極１１１の導波方向の長さＬ_１の３０％以下や、２０％以下とすることができる。また調整電極１１２の導波方向の長さは、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましく、２０μｍ以下が特に好ましい。また調整電極１１２の導波方向の長さＬ_ｖは、５μｍ以上であることが好ましい。なお、図１（ｂ）に第一電極の導波方向の長さＬ_１、調整電極の導波方向の長さＬ_ｖ、第二電極の導波方向の長さＬ_２を図示している。

また、後述するように本発明の実施形態における発光素子は、光が出射する端面と逆側の端面側に第二の調整電極を有していてもよい。さらに、後述するように本発明の実施形態における調整電極は、光の導波方向に複数の電極に分割されていてもよい。 また、第一電極１１１と調整電極１１２との間の電極分割領域１１５の導波方向の長さＤ_１や、調整電極１１２と第二電極１１３との間の電極分割領域１１６の導波方向の長さＤ_２は２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、電極分割領域１１５の電気抵抗値Ｒ_１は、電極分割領域１１６の電気抵抗値Ｒ_２よりも低いことが好ましく、例えば、Ｒ_２はＲ_１の２倍以上であることが好ましい。電極分割領域１１５、１１６は本実施形態においては、コンタクト層１１６が除去されて露出した絶縁層１３０である。しかし、コンタクト層が除去されていなければ、電極分割領域１１５、１１６はコンタクト層の表面領域である。

（活性層）
本実施形態における発光素子の活性層に好適な量子井戸構造は、発光させる波長により異なる。そして量子井戸構造の発光波長は井戸層及び障壁層の材料および井戸層の厚さにより決まる。以下では、活性層の発光波長に好適な量子井戸の例として、量子井戸の基底準位の発光波長を軸に説明する。

例えば、基底準位からの発光が８００ｎｍから８５０ｎｍの範囲となるようにするためには、井戸層としてＡｌ組成ｘが０から０．１５のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓが好適である。そして障壁層として、その井戸層よりもＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓが好適である。このときの量子井戸層の厚さは、５ｎｍ〜１０ｎｍであることが好適である。ただし、発光波長は井戸層の厚さと井戸層を構成する材料で決まるため、厚さを５ｎｍより短くし、その分バンドギャップの小さい波長の材料を使用することでも実現できる。

活性層は単一量子井戸構造に限らず、深さの異なる量子井戸を複数有する多重量子井戸構造を用いてもよい。また、材料も上記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。

また、基底準位の発光が８５０ｎｍから９００ｎｍの範囲となるようにするためには、Ｉｎ組成ｘが０から０．１のＩｎ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓが使用できる。障壁層の材料としては、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを使用することが好適である。井戸層の厚さは、５ｎｍ〜１０ｎｍが好適である。ただし、発光波長は井戸層の厚さと井戸層を構成する材料で決まるため、厚さを５ｎｍより短くし、その分バンドギャップの短い波長の材料を使用することでも実現できる。

また、同じ波長帯（８００ｎｍから９００ｎｍ帯）で発光する材料であれば、上記の材料に限らず、他の材料を用いることもできる。例えば、井戸層にＧａＩｎＡｓＰを用いて、上記の思想により量子井戸構造を実現しても良い。

同様に、他の波長帯においても、各波長帯で発光する井戸層とそれよりも広いバンドギャップを持つ材料を障壁層に用い、かつ井戸層の幅を調整することで好適な活性層が実現できる。例えば、９８０ｎｍ帯であれば、井戸層にはＩｎ組成が０．２付近のＩｎＧａＡｓが好適であり、１５５０ｎｍ帯であれば、ＩｎＰ基板と格子整合するＩｎ組成０．６８付近のＩｎＧａＡｓを好適に用いることができる。

また、活性層は量子井戸に限らず、量子細線や量子ドットといった量子閉じ込め構造を有していてもよい。

（リッジ型の導波路構造）
本実施形態における発光素子は、リッジ型の導波路構造１０５を形成することにより発光素子内に光を閉じ込め、活性層内を導波させ、出射端面から出射させることができる。このリッジ型の導波路構造は、一般的な半導体リソグラフィー法および半導体エッチングにより形成することができる。またリッジ型導波路構造の幅（図１（ｂ）のｗ）は光を閉じ込めることができれば特に限定されないが例えば１０μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以下とすることが好ましく、３μｍ以下とすることがさらに好ましい。リッジ型導波路構造の幅、すなわちリッジ幅ｗは発光素子の発光がマルチモードとならないように狭い方が好ましい。

（光の出射端面の構造）
本実施形態に係る発光素子において、リッジの導波路構造１０５は、レーザ発振しにくくするために、光の出射端面の垂線に対して活性層の面内方向に傾斜させる。傾斜させることで端面における光の反射を抑制できるため、レーザ発振しにくくなる。例えば、出射端面の垂線に対して活性層の面内方向に傾斜を約７度設けることが好適である。また、端面の反射を抑制するためにＳｉＮのような誘電膜を反射防止膜として設けてもよい。反射防止膜は、出射端面と、それと逆側の端面のいずれか一方に設けてもよいし、両方に設けてもよい。また、出射端面での劣化を抑制するために出射端面付近に電流が注入されない領域を設けてもよい。

（出射光検出部）
本実施形態における出射光検出部１４０は、上記発光素子から出た光の強度を検出することができるものであれば特に限定されない。例えば出射光の全体光量を検出できるフォトディテクター（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ，以下ＰＤと略すことがある）や、発光スペクトル、すなわち光出力強度の波長依存性を検出するラインセンサを用いることができる。また、本実施形態における光源システムでは、ある波長帯域の光の強度や、複数の波長帯域の光の強度を検出してもよい。例えば、上記中心波長λ_１の波長の光のみを透過させる波長選択フィルタをＰＤに設けることができる。

（制御部）
本実施形態における制御部は、上記上部電極層及び下部電極層に注入する電流注入密度を制御することができるものであれば特に限定されない。また、その電流注入密度は、上記出射光検出部で検出された光の強度の情報を、フィードバック回路を用いて制御部に送り、その情報に基づいて決めることができる。

また、本実施形態における制御部は、１つでもよいし、複数でも良い。制御部を複数有する場合、分割された電極ごとに制御部を有する構成であってもよいし、１つの制御部で複数の電極への電流注入量を制御可能に構成されていてもよい。
例えば、制御部を２つ有する場合、一方は出射端面Ｐ_１側の第一電極１１１、及び調整電極１１２の制御をし、他方は端面Ｐ_２側の第二電極１１３の制御を行ってもよい。

（製造方法）
本実施形態に係る発光素子の製造方法は、特に限定されないが、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて各半導体層を順次成長させることで製造することができる。

（実施形態２）
以下に本発明の実施形態２に係る発光素子について図４を用いて説明する。本実施形態に係る発光素子は、実施形態１に係る発光素子における調整電極が複数ある例である。図４は、実施形態２に係る発光素子の上面図であり、調整電極が複数の電極からなること以外の構成については実施形態１と同一である。以下では、実施形態１と異なる事項について説明し、同一の事項については説明を省略する。

本実施形態に係る発光素子２００は、調整電極が複数からなる調整電極群２６０を構成している。なお、図４では、調整電極群２６０が４つの電極で構成された例を示しているが、調整電極群２６０は複数の電極からなっていればよい。以下では図４の４つの電極からなる例について説明する。また、電極分割領域２１５〜２１９は、第一電極１１１、第二電極１１３及び調整電極群２６０の電流クロストークを抑制するために、電気抵抗値を高くしている。本実施形態に係る発光素子２００は、発光素子の活性層が劣化せずに正常な発光スペクトルを示すときには、調整電極群２６０の全ての電極への電流注入密度を、第二電極１１３と等しくする。

次に短波長帯域の発光を生じる活性層が劣化し、短波長帯域の発光強度が小さくなった場合を考える。このとき、調整電極群２６０のうち第一電極１１１に最も近い電極２６１の電流注入密度を第二電極１１３と同一の状態から、第一電極１１１に同一の状態へと変える。それによって、活性層の劣化による短波長帯域の発光強度の減少分を補うことができる。

そして、発光素子の使用を継続し、再び短波長帯域の発光強度が小さくなった場合、電極２６２の電流注入密度を第二電極１１３と同一の状態から、第一電極１１１と同一の状態へと変える。それによって、短波長帯域の発光強度の減少分を補うことができる。

同様にして、短波長帯域の発光強度が減少するに伴って、調整電極群２６０のうち、第一電極への電流注入密度と等しくする電極を増やすことによって、長期間にわたって、短波長から長波長まで発光させられる状態を保つことができる。

上記では、調整電極群２６０のうち、第一電極に最も近い電極から１個づつ、電流注入密度を変えていく方法について説明した。しかし、活性層の劣化による短波長帯域の発光強度の減少が大きい場合は、調整電極群２６０のうち、複数の電極の電流注入密度を変えてもよい。

また、本実施形態において、電極分割領域２１５〜２１８の電気抵抗値を、調整電極群２６０のうち第二電極１１３に最も近い電極と、第二電極１１３との間の電極分割領域２１９の電気抵抗値に比べて低くしている。これは、電気抵抗値が高いと短波長領域の光を吸収しやすいため、短波長帯域の光を吸収しにくいようにするためである。なお、各電極分割領域の電気抵抗値はそれぞれ異なっていてもよい。電気抵抗値を小さくする方法は、たとえばコンタクト層を残す方法が挙げられる。これは、電極分割領域のＧａＡｓコンタクト層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う際に、電気抵抗値を小さくしたい部分にマスクを形成しておけばよく、比較的簡易に実施できる。
なお、電気抵抗値を小さくする方法としてＧａＡｓコンタクト層を残す方法を例として示しているが、電気抵抗値を小さくできる方法であればよく、これに限定されるものではない。

（実施形態３）
以下に本発明の実施形態３に係る発光素子について図５を用いて説明する。図５は、実施形態３に係る発光素子の上面図であり、第二電極よりも光の出射端面と逆側の端面側に第二の調整電極があること以外の構成については実施形態１と同一である。以下では、実施形態１と異なる事項について説明し、同一の事項については説明を省略する。
本実施形態に係る発光素子３００では、実施形態１における第一の電極１１１と第二電極１１３との間に調整電極３１２を設ける。さらに、第二電極１１３よりも、出射端面と逆側に第二の調整電極３１４を設ける（図５（ａ））。なお、図５（ａ）における第一の調整電極３１２、第二の調整電極３１４はそれぞれ、図５（ｂ）のように調整電極群３１２’、第二の調整電極群３１４’のように、複数の電極で構成されていてもよい。

本実施形態では、第一電極１１１と第二電極１１３の間に調整電極３１２を設けた上でさらに、第二電極よりも、出射端とは逆側に、第二の調整電極３１４を設ける。調整電極３１２と第二の調整電極３１４とは例えば導波方向において同一の長さにする。

このような構成とすることで、調整電極３１２の電流注入密度を第二電極と同一の状態から第一電極と同一の状態へと変化させた場合でも、発光スペクトルを元の形状により近くすることができる。すなわち、調整電極３１２への電流注入密度を第二電極と同一として長波長帯域の発光をさせる状態から、第一電極と同一として短波長帯域の発光をさせる状態へと変化させると、長波長帯域の発光が小さくなる。そこで、第二の調整電極３１４に電流注入していない状態から、第二電極と同一の電流注入密度で電流注入する状態へと変化させることで、長波長帯域の発光を生じさせ、減少分を補う。その結果、発光スペクトルを元の形状により近いものにすることができる。

（実施形態４）
（光干渉断層計）
本実施形態では、上記実施形態１乃至３に係る発光素子を有する光源システムを用いた光干渉断層計（ＯＣＴ）について図６を用いて説明する。

本実施形態に係るＯＣＴ４００は、光源システム４０１、干渉光学系４０２、分光部４０３、干渉光検出部４０４、情報取得部４０５を少なくとも有する構成であり、光源システム４０１は上記実施形態１乃至３に係る光源システムである。

干渉光学系４０２では、光源システム４０１からの光を物体４１０へ照射する照射光と、参照光とに分波し、物体４１０に照射された光の反射光と、参照光とによる干渉光を発生させる。この干渉光は、測定対象の物体４１０の情報を有する。分光部４０３で分光された干渉光は、干渉光検出部４０４の異なる位置に異なる波長の光が照射される形で受光される。情報取得部４０５では、干渉光検出部４０４で受光された光の強度の情報から物体４１０の情報、例えば断層像の情報を取得する。次に、本実施形態に係るＯＣＴの詳細な構成について、図６を用いて説明する。

図６に示すＯＣＴは、光源システム４０１から出射された光は、干渉光学系４０２の分波部４２０によって、照射光と参照光とに分波される。照射光は、照射光学系４４０を経て測定対象の物体４１０に反射されて反射光となり、参照光学系４３０で反射された参照光と干渉部（分波部）４２０で干渉光を生じる。本実施形態に係るＯＣＴは、干渉部４２０で生じた干渉光を検出する光検出光学系４５０、光検出光学系４５０で検出された光に基づいて断層像に関する情報を得る情報取得部４０５、断層像を表示する表示部４６０を有する。

光源システム４０１は、光ファイバを介して分波部（干渉部）４２０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４３０へ入る。ここでは、分波部４２０と干渉部４２０は同一のファイバカプラを用いている。参照光学系４３０はコリメータレンズ４３１および４３２、反射鏡４３３で構成されており、反射鏡４３３で反射した参照光は再度光ファイバへ入射する。光ファイバから分波部４２０で分波されたもう一方の光である照射光は、照射光学系４４０へ入る。照射光学系４４０はコリメータレンズ４４１および４４２、光路を９０°曲げるための反射鏡４４３で構成されている。照射光学系４４０は入射した光を測定対象の物体４１０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。

そして参照光学系４３０および照射光学系４４０から戻ってきた光は干渉部４２０を通り、光検出光学系４５０へ入る。光検出光学系４５０はコリメータレンズ４５１および４５２、分光部としての回折格子４０３を有する。また、回折格子４０３により分光された光のスペクトル情報を得るためのラインセンサ４０４を有する。
なお、上記本実施形態に係るＯＣＴにおいて、参照光学系４３０は反射鏡４３３を有し、そこで反射した光が干渉部４２０に戻る構成の例を示した。しかし、反射鏡４３３を有さず、適切な光路長の光路を経て、干渉部４２０に至る構成であってもよい。

本実施形態に係るＯＣＴは、眼科、歯科、皮膚科等の分野において、動物や人のような生体の断層像を取得する際に有用である。生体の断層像に関する情報とは、生体の断層像のみならず、断層像を得るために必要な数値データをも含む。特に測定対象を人体の眼底とし、眼底の断層像に関する情報を取得するために用いることが好適である。なお、ＯＣＴはＯＣＴ装置と呼ぶこともできる。

（他用途）
上記本発明の実施形態に係る発光素子や光源システムは、上記のＯＣＴ以外にも、光通信用光源や光計測用光源として利用できる。

以下に本発明の実施例を示す。以下の実施例で示す活性層構造や層構造はあくまで一例であり、それらに限定されるものではない。また、発光素子の製造方法は、実施例に具体的に示したが、発光素子の各構成要素の寸法、製造の各工程、装置、各種パラメータは実施例に限定されない。また、半導体材料、電極材料、誘電体材料などに関しても実施例で開示したものに限らない。さらに、各半導体層の導電型は本実施例で例示するものに限らず、ｐ型として例示したものをｎ型に、ｐ型で例示したものをｎ型に置き換えることもできる。

（実施例１）
本発明の実施例１に係る光源について説明する。本実施例に係る光源は実施形態１で説明した図１、２の構成と同じである。本実施形態に係る光源の発光素子は、まず、ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型クラッド層１０２としてｎ−Ａｌ_０．５ＧａＡｓ、活性層１０３として発光準位を２つ有するＩｎＧａＡｓ単一量子井戸、ｐ型クラッド層１０４としてｐ−Ａｌ_０．５ＧａＡｓを用いた。また、コンタクト層１０６として高ドープのｐ−ＧａＡｓを、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次成長させた。

また、スパッタ法を用いて、絶縁膜としてＳｉＯ_２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した。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した。この時、除去する部分はＧａＡｓコンタクト層１０６とｐ型クラッド層の途中までで、深さはを０．８μｍとした。このような工程を経て、リッジ型の導波路構造１０５を形成した。なお、リッジ型の導波路構造１０５の幅はシングルモードとするために３ｕｍの幅とした。また、出射端面の垂線と光導波路の角度は、リッジ型の導波路構造の端面での反射を防止するために約７度傾斜させた。

次に、絶縁膜１３０としてＳｉＯ_２を上記で作製した半導体積層体の表面に形成し、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、リッジ型の導波路構造１０５の上部のＳｉＯ_２を部分的に除去した。その後、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いて上部電極（ｐ型電極）１１０としてＴｉ／Ａｕ層を形成した。このｐ型電極１１０は、活性層の面内方向に直列に複数に分割した。また第一電極の導波方向の長さを０．２８ｍｍ、調整電極の導波方向の長さを０．１ｍｍ、第二電極の導波方向の長さを０．５ｍｍとした。すなわち、調整電極の長さは、第一電極の長さの３６％である。

また、第一電極１１１から第二電極１１３にかけての電極分割領域１１５、１１６は全て１０μｍとした。さらに、第一電極１１１、調整電極１１２、第二電極１１３の互いの電流の漏れの影響を抑制するため、各々の電極分割領域のＧａＡｓのコンタクト層１０６は除去した。なお電極分割領域のＧａＡｓのコンタクト層１０６は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、それぞれ電気的に隔絶された領域とした。
次に、ＧａＡｓ基板１０１を研磨により１００μｍ程度の厚さまで薄くして、ファセット面で劈開しやすくした。そして、下部電極層としてのｎ型電極１２０を真空蒸着法により形成した。ｎ型電極１２０はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いた。また、光源の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、電極と半導体を合金化した。最後に、劈開により出射端面にファセット面を出すことで発光素子が完成した。

上記発光素子を含む光源を用いた光源の制御方法について図７、８を用いて説明する。まず、駆動パターン（ｉ）のように第一電極１１１のみ、電流注入密度１３．４ｋＡ／ｃｍ^２に設定して発光させたところ、図７（ｂ）の点線で示す発光スペクトルを示した。
この結果から、第一電極を比較的高い電流注入密度で駆動させることで、高次準位からの発光（発光波長８２０ｎｍ付近）をさせられることがわかる。

次に、駆動パターン（ｉｉ）のように第一電極の電流注入密度は１３．４ｋＡ／ｃｍ^２、調整電極及び第二電極の電流注入密度は０．９ｋＡ／ｃｍ^２に設定したところ、図７（ｂ）の実線で示す発光スペクトルを示した。この結果から、第一電極に加えて、調整電極、第二電極を比較的低い電流注入密度で駆動させることで、高次準位の短波長帯域の発光と同時に基底準位の長波長帯域の発光（８９０ｎｍ付近）をさせることができることがわかる。この、図７（ｂ）の実線で表わされる発光スペクトルが正常の駆動状態であるとする。

次に、第一電極及び調整電極の電流注入密度を１３．４ｋＡ／ｃｍ^２に設定して発光させたところ、図８（ａ）の点線で示す発光スペクトルを示した。さらに、第一電極及び調整電極を１３．４ｋＡ／ｃｍ^２、第二電極を０．９ｋＡ／ｃｍ^２の電流注入密度に設定したところ、図８（ｂ）の実線で示す発光スペクトルを示した。図８（ｂ）の実線で示す発光スペクトルから、調整電極の電流注入密度を、第二電極と等しい状態から第一電極と等しい状態へと変えると、短波長帯域（８２０ｎｍ〜８４０ｎｍ）の発光強度が約２倍の強度になることがわかる。

上記本実施例の結果から、第一電極に対応する活性層領域が劣化して発光強度が小さくなった場合でも、調整電極の電流注入密度を第二電極と同一の状態から第一電極と同一の状態へと変えることで、短波長帯域の発光の減少分を補うことができることを示した。その際、長波長帯域（８９０ｎｍ付近）の発光強度とピーク位置はほぼ変わってないことから、調整電極の電流密度を変化させても、長波長帯域の発光にはほとんど影響がないことが示された。

１００ 発光素子
１０３ 活性層
１１０ 上部電極層
１１１ 第一電極
１１２ 調整電極
１１３ 第二電極
１２０ 下部電極層
１４０ 出射光検出部
１５０ 制御部
１６０ 光源システム

Claims (20)

1. 上部電極層と、下部電極層と、それらの間に設けられた活性層とを有し、
   前記上部電極層と前記下部電極層の少なくともいずれか一方の電極層が、複数の電極に分割され、
   前記上部電極層と前記下部電極層を介して前記活性層に電流を注入して発光させた光を前記活性層内を導波させて出射させる発光素子において、
   前記複数の電極の間に、前記出射される光の強度を調整するための調整電極を有する発光素子。
2. 前記複数の電極のうち、前記調整電極よりも前記発光素子の光の出射端面側に設けられた電極を第一電極、前記調整電極よりも前記出射端面とは逆の端面側に設けられた電極を第二電極としたときに、前記第一電極と前記調整電極との間の領域の電気抵抗値が、前記調整電極と前記第二電極との間の領域の電気抵抗値よりも高い、請求項１に記載の発光素子。
3. 前記第二電極と前記調整電極との間の領域の電気抵抗値が、前記調整電極と前記第一電極との間の領域の電気抵抗値に比べて２倍以上である、請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記調整電極の前記導波方向の長さは、前記第一電極の前記導波方向の長さの３０％以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光素子。
5. 前記調整電極の前記導波方向の長さが５０μｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 前記第一電極と前記調整電極との間の長さ、及び前記調整電極と前記第二電極との間の長さの少なくともいずれか一方が２０μｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光素子。
7. 前記調整電極が複数の電極に分割された、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光素子。
8. 前記第二電極よりも、前記出射端面の逆側の端面側に第二の調整電極を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光素子。
9. 前記第二の調整電極が複数の電極に分割された、請求項８に記載の発光素子。
10. 前記発光素子がリッジ型の導波路構造を有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光素子。
11. 前記導波路構造は、前記出射端面の垂線に対して前記活性層の面内方向に傾斜している請求項１０に記載の発光素子。
12. 前記発光素子から出射される光の強度を検出する出射光検出部をさらに有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光素子。
13. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光素子と、
    前記上部電極層及び前記下部電極層への電流注入量を制御する制御部と、
    を有する光源システム。
14. 請求項１２の記載の発光素子と、前記上部電極層及び前記下部電極層への電流注入量を制御する制御部と、を有する光源システムであって、
    前記制御部は前記出射光検出部によって検出される光の強度に応じて、前記上部電極層及び前記下部電極層への電流注入量を制御可能に構成されている請求項１３に記載の光源システム。
15. 前記制御部は前記出射光検出部によって検出される光の強度が所定値以下である場合に、前記調整電極への電流注入量を変更可能に構成されている請求項１３または１４に記載の光源システム。
16. 前記第一電極への電流注入密度をＪ_１、前記第二電極への電流注入密度をＪ_２、前記調整電極への電流注入密度をＪ_ｖとしたときに、
    前記制御部は、前記Ｊ_ｖと前記Ｊ_２とが同一である状態から、前記出射光検出部によって検出される光の強度が所定値以下である場合に、前記Ｊ_ｖと前記Ｊ_１が同一である状態へと変更可能に構成されている請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の光源システム。
17. 前記光の強度の所定値が１５ｍＷである、請求項１５または１６に記載の光源システム。
18. 前記光の強度の所定値が所定の波長における光の強度である、請求項１５または１６に記載の光源システム。
19. 請求項８に記載の発光素子と、前記発光素子から出射される光の強度を検出する出射光検出部と、前記上部電極層及び前記下部電極層への電流注入量を制御する制御部と、を有する光源システムであって、前記第一電極への電流注入密度をＪ_１、前記第二電極への電流注入密度をＪ_２としたときに、前記制御部は、前記調整電極への電流注入密度を前記Ｊ_２と同一である状態から、前記Ｊ_１と同一である状態へと変更し、かつ、前記第二の調整電極への電流注入密度を前記Ｊ_２と同一の状態にすることが可能に構成されている、光源システム。
20. 請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の光源システムと、
    前記光源システムからの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分波し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
    前記干渉光を分光させる分光部と、
    分光された前記干渉光を受光する干渉光検出部と、
    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情報取得部と、
    を有することを特徴とする光干渉断層計。

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