JP2015198137A - 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】 半値幅が広く、かつ、ディップが小さい発光スペクトルを実現できる発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】 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によって前記活性層に電流を注入して発光させる発光素子であって、前記複数の電極うち、前記発光素子の出射端面側に設けられた第一電極が分岐構造を有することを特徴とする。【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とすることで広い半値幅（６０ｎｍ）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

しかし非特許文献１で得られる発光スペクトルの７９０ｎｍ付近の発光強度が小さく、発光スペクトルに大きなディップが存在する。ＯＣＴにおいて、このようなディップのある発光スペクトルを測定対象に照射して断層像を得ると、偽像が生じてしまうことがある。

そこで本発明は、半値幅が広く、かつ、ディップが小さい発光スペクトルを実現できる発光素子を提供することを目的とする。

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によって前記活性層に電流を注入して発光させる発光素子であって、前記複数の電極のうち、前記発光素子の出射端面側に設けられた第一電極が分岐構造を有することを特徴とする。

本発明に係る発光素子によれば、半値幅が広く、かつ、ディップが小さい発光スペクトルを実現できる。

本発明の実施形態１に係る発光素子の構成を表す図。 本発明の実施形態１に係る光源システムの構成を表す図。 本発明の実施形態１に係る発光素子によって得られる発光スペクトルを示すグラフ。 本発明の実施形態１に係る発光素子の変形例を示す図。 本発明の実施形態２に係るＯＣＴの構成を示す図。 本発明の実施例１に係る発光素子で得られる発光スペクトルを示すグラフ。

本発明の実施形態について説明するが、本発明はそれに限られない。

（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、第二電極１１２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と第二電極１１２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が設けられている。電極分割領域１１５では、第一電極、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、及び第二電極１１２と、下部電極層１２０を介して電圧を印加して活性層１０３で発光させ、活性層内の面内方向に導波し、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は出射端面側に設けられ、第二電極１１２は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、出射端面と逆の端面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。

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。

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。図２中の発光素子１００において電極の分岐構造は省略している。

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を有していてもよい。また、第一電極１１１第二電極１１２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各電極への電流注入密度を制御可能に構成されていてもよい。制御部１５０によって、第一電極１１１、第二電極１１２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。

（分岐構造）
本実施形態に係る発光素子は、図１に示すように、出射端面側に設けられた第一電極１１１が分岐構造を有する。図１（ａ）、（ｂ）に、第一電極１１１の有する分岐構造の分岐部Ｂ_１、Ｂ_２を示した。

第一電極１１１が分岐構造を有することによって、半値幅が広い状態を保ちつつ、ディップが小さい発光スペクトルを実現できる理由について図３を用いて説明する。なお、図３は発光スペクトルのイメージ図であり、実測した発光スペクトルを表わすものではない。

まず、第一電極１１１が分岐構造を有しない発光素子を用いたときの発光スペクトルの例を図３（ａ）に示した。図３（ａ）のＳ_１は第一電極１１１への電流注入のみによって得られる発光スペクトルを、Ｓ_２は第二電極１１２への電流注入のみによって得られる発光スペクトルを、Ｓ_３は第一、第二電極の両方に電流注入した場合に得られる発光スペクトルを表す。図３（ａ）のＳ_３に示すように、発光スペクトルの半値幅はΔλと広いが、ディップが存在する。 次に第一電極１１１が分岐構造を有する発光スペクトルの例を図３（ｂ）に示した。

図３（ｂ）のＳ_１’は第一電極１１１への電流注入のみによって得られる発光スペクトルを、Ｓ_２’は第二電極１１２への電流注入のみによって得られる発光スペクトルを、Ｓ_３’は第一、第二電極の両方に電流注入した場合に得られる発光スペクトルを表す。第一電極１１１が分岐構造を有すると、分岐構造を有しない発光素子の発光スペクトルに、分岐部からの発光スペクトルが足し合わされ、Ｓ_１’のように、発光スペクトルのディップの部分の発光強度が増強される。なぜなら、第一電極１１１のうち、Ｌ_１の長さの電極への電流注入によって得られる発光スペクトルに加えて、Ｌ_３の長さの電極（分岐部Ｂ_１）及びＬ_４の長さの電極（分岐部Ｂ_２）への電流注入によって得られる発光スペクトルが加わるからである。なお、分岐構造を設けることによって加わる発光スペクトルが、中心波長がλ_１よりも短波長帯域とならないように、Ｌ_３及びＬ_４を適切な長さとすることが好ましい。例えば、Ｌ_３及びＬ_４をＬ_１と同じ長さとすることが好ましい。

また、分岐部で発光した光が合波される領域の導波方向の長さは、最終的に得られる発光スペクトルの半値幅が広く、ディップが小さくなるように適切な長さにすることができる。

その結果、発光スペクトルのディップが小さくなる。

一方、発光スペクトルの形状を変えるために、第一電極１１１への電流注入密度を高くすると、短波長帯域のピーク波長λ_１がさらに短波長帯域にシフトする。また、第一電極１１１の導波路方向の長さを長くすると第一電極１１１に対応する活性層領域を光が導波する距離が長くなるため、誘導増幅が大きくなり、ピーク波長λ_１付近のピークが急峻になる。いずれの場合においても、ディップはより大きくなってしまう。さらに、ピーク間λ_１とλ_２との差を小さくすることでディップは小さくすることができるが、半値幅が小さくなる。

そのため、本実施形態に係る光学素子のように電極を複数有する構成において、第一電極１１１が分岐構造を有することで、有しない場合に比べて、発光スペクトルの半値幅を維持しつつ、ディップを小さくすることができる。
なお、図３（ｂ）では、第一電極を分岐させることによってＳ_１からＳ_１’のように発光スペクトルのピークが大きくなる例について示したが本実施形態に係る発光素子はこの形態に限られない。例えば、λ_１付近の短波長帯域のピークと、λ_２付近の長波長帯域のピークとが同程度になるように、分岐構造を有する第一電極の長さを適切に設定することが好ましい。すなわち、第一電極を分岐構造とするとともに、その長さを短くすることで、誘導増幅を減少させられるため、ピークが急峻にならずに短波長帯域全体にわたって、発光強度を大きくすることができる。λ_１付近の短波長帯域のピークと、λ_２付近の長波長帯域のピークとが同程度になるようにすることで、発光スペクトルの半値幅を大きくすることができる。

ここで、発光スペクトルにディップがあることによるＯＣＴの断層像への影響は、ポイントスプレッドファンクション（Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、以下ＰＳＦと略すことがある）を用いて算出することができる。なお、発光スペクトルのＰＳＦは、該発光スペクトル（横軸が波長で、縦軸が発光強度）の横軸を波数に変換し、フーリエ変換して得られる関数である。発光スペクトルのディップが大きい場合、ＰＳＦのサイドローブ、すなわち、最も大きいピーク値以外の波形のピーク値が大きくなる。したがって、発光スペクトルのディップは小さいほど、ＰＳＦのサイドローブのピーク値は小さいほど好ましい。例えば発光スペクトルのポイントスプレッドファンクションにおいて、２番目に大きいピーク値が、最も大きいピーク値の３０％以下の値となることが好ましい。さらに好ましくは、２番目に大きいピーク値が、最も大きいピーク値の２０％以下の値であるときであり、さらに好ましくは１０％以下の値であるときである。

なお、上記では、第一電極１１１が、分岐部を２つ有する分岐構造について説明したが、図４（ａ）のように分岐部を３つ以上有する構成であってもよい。また、図４（ｂ）のように分岐構造がさらに分岐構造を有していてもよい。

また、Ｌ_１、Ｌ_３、Ｌ_４は例えば、５００μｍ以下、３００μｍ以下、１５０μｍ以下と設定することができる。

また、図４（ｃ）のように、分岐部を構成する導波路が、電極分割領域１１５に及んでいてもよい。さらに図４（ｃ）のように、第一電極１１１の導波方向の長さが、各分岐構造ごとに同じとなるように、第一電極が弧を描くように形成されていてもよい。

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、２つに分割された電極群をなす構成について説明したが、３つ以上に分離されていてもよい。例えば、４つに分割した電極層を用いることができる。
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。

（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。

（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、複数の異なる量子井戸構造を有するものであってもよい。すなわち、活性層として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、本実施形態における活性層は非対称の多重量子井戸構造を有することが好ましい。

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。なお、光を閉じ込める構造としては、リッジ型の導波路構造に限らず、活性層がストライプ形状であってもよい。

（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いて反射した光が導波路へ戻ることを抑制できるため、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、各電極に注入する電流注入量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）
（光干渉断層計）
本実施形態では、上記実施形態１に係る発光素子を用いた光干渉断層計（ＯＣＴ）について図５を用いて説明する。

本実施形態に係るＯＣＴ２００は、光源システム２０１、干渉光学系２０２、分光部２０３、干渉光検出部２０４、情報取得部２０５を少なくとも有する構成であり、光源システム２０１は上記実施形態１に係る発光素子を有する。

干渉光学系２０２では、光源システム２０１からの光を物体２１０へ照射する照射光と、参照光とに分波し、物体２１０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２１０の情報を有する。分光部２０３で分光された干渉光は、干渉光検出部２０４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２０５では、干渉光検出部２０４で受光された光の強度の情報から物体２１０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２０１から出射された光は、干渉光学系２０２の分波部２２０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２４０を経て測定対象の物体２１０に反射されて反射光となり、参照光学系２３０で反射された参照光と干渉部（分波部）２２０で干渉光を生じる。本実施形態に係るＯＣＴは、干渉部２２０で生じた干渉光を検出する光検出光学系２５０、光検出光学系２５０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２０５、断層像を表示する表示部２６０を有する。

光源システム２０１は、光ファイバを介して分波部（干渉部）２２０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２３０へ入る。ここでは、分波部２２０と干渉部２２０は同一のファイバカプラを用いている。参照光学系２３０はコリメータレンズ２３１および２３２、反射鏡２３３で構成されており、反射鏡２３３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２２０で分波されたもう一方の光である照射光は、照射光学系２４０へ入る。照射光学系２４０はコリメータレンズ２４１および２４２、光路を９０°曲げるための反射鏡２４３で構成されている。照射光学系２４０は入射した光を測定対象の物体２１０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２３０および照射光学系２４０から戻ってきた光は干渉部２２０を通り、光検出光学系２５０へ入る。光検出光学系２５０はコリメータレンズ２５１および２５２、分光部としての回折格子２０３を有する。また、回折格子２０３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２０４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２３０は反射鏡２３３を有し、そこで反射した光が干渉部２２０に戻る構成の例を示した。しかし、反射鏡２３３を有さず、適切な光路長の光路を経て、干渉部２２０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（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、ｎ型で例示したものをｐ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に係る発光素子について説明する。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を用いる。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る。

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、深さを０．８μｍとする。このような工程を経て、リッジ型の導波路構造１０５を形成する。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５ｕｍの幅とする。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度傾斜させる。

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上部電極（ｐ型電極）１１０としてＴｉ／Ａｕ層を形成する。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する。また、第一電極１１１はさらに、各分岐構造の中心線間の角度が７度ずつ異なるように分岐部Ｂ_１、Ｂ_２を設ける。

またＬ_１、Ｌ_３、Ｌ_４の長さを０．１５ｍｍ、Ｌ_２の長さを０．６ｍｍとした。また、また電極分割領域１１５は１０μｍとする。さらに、第一電極１１１、第二電極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は除去する。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する。

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する。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する。ｎ型電極１２０はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いる。また、発光素子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する。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する。

次に、本発明の実施例に係る発光素子によって得られると考えられる発光スペクトルを示す。まず、分岐構造を有しないこと以外は、上記と同じ構成の発光素子を用意した。この発光素子において、第一電極に９１ｍＡ（電流注入密度１２．１ｋＡ／ｃｍ^２）、第二電極に２３．９ｍＡ（電流注入密度０．８ｋＡ／ｃｍ^２）の電流を注入した結果、図６（ａ）に示すような発光スペクトルが得られた。

次に、導波方向の長さが０．１５ｍｍの第一電極１１１のみ有し、第二電極を有しない構成の発光素子を用意し、第一電極に第一電極に９１ｍＡ（電流注入密度１２．１ｋＡ／ｃｍ^２）の電流を注入した。その結果得られた発光スペクトルを図６（ｂ）に示す。

さらに、図６（ａ）で示す発光スペクトルと、図６（ｂ）で示す発光スペクトルの縦軸を７．５倍した発光スペクトルとを足し合わせて得られた発光スペクトルを図６（ｃ）の実線で示す。すなわち、図６（ｃ）の実線で示す発光スペクトルは、第一電極１１１が分岐構造を有し、分岐部が６．５個ある構成において得られると考えられる発光スペクトルである。得られた発光スペクトルは半値幅が広く、ディップも小さいことがわかる。このような構成とすることで、Ｓ_１’とＳ_２’のピークの大きさを同程度とすることができ、発光スペクトルの半値幅を広く、かつディップを小さくすることができる。また、光出力強度も大きい。

（比較例１）
一方、導波方向の長さＬ_１が０．２５ｍｍの第一電極１１１、Ｌ_２が０．６ｍｍの第二電極１１２であり、分岐構造を有しないことと第一電極の長さ以外は、上記と同じ構成の発光素子を用いた比較実験を行った。この発光素子に、第一電極１１１へ１５３ｍＡ（電流注入密度１２．２ｋＡ／ｃｍ^２）、第二電極１１２へ１１．７ｍＡ（電流注入密度０．４ｋＡ／ｃｍ^２）の電流を注入して得られた発光スペクトルを、図６（ｃ）の点線で示す。本比較例の駆動条件は第一電極、第二電極ともに上記実施例１の電流注入密度とほぼ等しく、電極構成は実施例１において得られる光出力とほぼ等しくなるように調整した。

本比較例における発光素子を用いて得られる発光スペクトルは、図６（ｃ）の実線で示す実施例に係る発光素子の発光スペクトルに比べて半値幅はやや狭く、８８０ｎｍ付近にディップがある。すなわち、図６（ａ）で得られる発光スペクトルに比べて半値幅はやや狭く、ディップが大きい。

以上をまとめると、分岐構造を有しない発光素子で得られる発光スペクトル（図６（ａ）及び図６（ｃ）の点線）は半値幅が狭い、または、ディップが大きい。一方、分岐構造を有する発光素子で得られる発光スペクトル（図６（ｃ）の実線）は半値幅広く、かつ、ディップが小さい。

１００ 発光素子
１０３ 活性層
１１０ 上部電極層
１２０ 下部電極層
１１１ 第一電極
１１２ 第二電極

Claims (14)

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によって前記活性層に電流を注入して発光させる発光素子であって、
   前記複数の電極のうち、前記発光素子の出射端面側に設けられた電極が分岐構造を有する発光素子。
2. 前記出射端面側に設けられた電極が複数の分岐構造を有する請求項１に記載の発光素子。
3. 前記複数の電極のうち、前記出射端面と逆の端面側に設けられた電極が分岐構造を有する請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記出射端面と逆の端面側に設けられた電極が複数の分岐構造を有する請求項３に記載の発光素子。
5. 前記活性層は量子井戸構造を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 前記量子井戸構造は複数の異なる量子井戸構造を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光素子。
7. 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、３つ以上の電極に分割されている、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、４つの電極に分割されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光素子。
9. 前記複数の電極の少なくとも１つには電流を注入しないように構成されている請求項７または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１２のいずれか一項に記載の発光素子と、
    前記上部電極層と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１３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。

Images