JP2015233127A - 面発光レーザ、レーザアレイ、光源装置、情報取得装置及び光干渉断層計 - Google Patents

面発光レーザ、レーザアレイ、光源装置、情報取得装置及び光干渉断層計 Download PDF

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Abstract

【課題】 発光位置が規定された、外部光源により励起する面発光レーザを提供する。【解決手段】 一対の反射鏡（１１、１５）と、一対の反射鏡（１１、１５）の間に配置された活性層（１３）と、を有し、発振波長が変化する面発光レーザであって、一対の反射鏡の一方の反射鏡（１５）と活性層との間に間隙が形成されており、活性層（１３）は、外部光源から照射された光によって励起され、一対の反射鏡（１１、１５）の間と一対の反射鏡（１１、１５）のうち少なくとも一方の反射鏡のうち、少なくとも一方に、活性層１３の発光領域を規定する規定構造（２０）が配置されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光レーザ、それを備えたレーザアレイ、光源装置、情報取得装置及び光干渉断層計に関する。
発振波長を変えることのできる波長可変レーザは、通信やセンシング、イメージングなどの様々な分野への応用が期待できることから、近年盛んに研究開発が行われている。波長可変レーザとしては、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（以下、ＭＥＭＳという）技術により垂直共振器型面発光レーザ（以下、ＶＣＳＥＬという）の発振波長を制御する、いわゆるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬが知られている。ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬでは、具体的には、一対の反射鏡の一方を機械的に動かすことで共振器長を変動させ、レーザ発振波長を変化させている。非特許文献１には、外部光源を用いて活性層を励起するＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬについて開示されている。
また、波長可変レーザは、断層画像撮像装置の一つである光干渉断層計（以下ＯＣＴという）の光源として注目されている。ＯＣＴ装置では、波長（発振周波数）を変化させ（掃引し）、干渉光の検出信号をフーリエ変換して検体の深さ方向の反射光強度分布を得ている。波長を掃引する際には、光源から発せられる光をＯＣＴ装置を構成するファイバへ結合させる必要がある。
Ｄ．Ｖａｋｈｓｃｈｏｏｒｉ、他６名、「２ｍＷ ＣＷ ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｕｎａｂｌｅ １５５０ｎｍ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ５０ｎｍ ｔｕｎｉｎｇ ｒａｎｎｇｅ」、ＥＬＥＣＴＯＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ２７ｔｈ Ｍａｙ １９９９ Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．１１ ｐ．９００−９０１
非特許文献１のような、活性層の励起手段が外部励起光であるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの場合には、活性層において面内方向の発光領域が規定されていない。そのため、活性層の面内方向に発光領域の揺らぎが生じ、ファイバとの相対的な位置決めが困難になる。
本発明は、上記課題に鑑み、発光領域が規定された、外部光源により励起する面発光レーザの提供を目的とする。
本発明は、一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡の間に配置された活性層と、を有し、発振波長が変化する面発光レーザであって、前記一対の反射鏡の一方と前記活性層との間に間隙が形成されており、前記活性層は、外部光源から照射された光によって励起され、前記一対の反射鏡の間と前記一対の反射鏡のうち少なくとも一方の反射鏡のうち、少なくとも一方に、前記活性層の発光領域を規定する規定構造が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、発光位置が規定された、外部光源により励起する面発光レーザを提供することができる。
実施形態１に係る面発光レーザの一例を示す断面模式図 実施形態２に係る面発光レーザの一例を示す断面模式図 実施形態３に係る撮像装置を示す模式図 実施形態１に係る面発光レーザの一例を示す上面模式図
以下に、本発明に係る外部光源により励起される波長可変型の面発光レーザ及びそれを備える光源装置、情報取得装置、撮像装置について説明する。なお、「一対の反射鏡の間の距離が変えられる」とは、面発光レーザの発光時に一対の反射鏡の間の距離が変えられることを意味している。より具体的には、一対の反射鏡のうち少なくとも一方が面発光レーザを構成する活性層の厚さ方向に動くことで、一対の反射鏡の間の距離が変えられる。
（実施形態１）
図１（ａ）は本実施形態に係る面発光レーザの断面模式図である。この面発光レーザは、基板１０の上に、第１反射鏡１１と、第１スペーサ層１２と、活性層１３と、第２スペーサ層１４と、第２反射鏡１５を有する。第２反射鏡１５は、第２スペーサ層１４とは犠牲層（支持層）１６によって離間されている。そして、第２反射鏡１５と第２スペーサ層１４の間には犠牲層１６の一部が除去されて間隙部が形成されている。間隙は、活性層１３と一対の反射鏡の一方である第２反射鏡１５と間に形成されている。また、第２反射鏡１５は犠牲層１６に形成された梁１７によって支持されている。
この面発光レーザの活性層１３は、外部光源により励起されて発光し、発生した光は第１反射鏡１１と第２反射鏡１５とで形成される共振器内を往復し、活性層１３内で誘導放出を引き起こす。誘導放出され、共振器の共振器長に応じた特定の波長の光は、第１反射鏡１１あるいは第２反射鏡１５を透過して、レーザ光として出射される。
第２反射鏡１５及び梁１７は、導電性を有している。そして、第２スペーサ層１４に設けられた第１電極１８と梁１７に設けられた第２電極１９との間に電圧を印加することにより、第２反射鏡１５は、ＭＥＭＳ駆動されて活性層１３の厚さ方向に動く。この構成により、第１反射鏡１１と第２反射鏡１５との間の距離、つまり共振器長を変えることができるため、面発光レーザの発振波長を変えることができる。
そして、本実施形態の面発光レーザは、第１スペーサ層１２内に、活性層１３の発光領域を規定する規定構造２０が配置されている。この構成により、面発光レーザにおいて活性層１３の面内方向の発光領域の揺らぎを低減することが可能となる。
規定構造２０としては、活性層１３の発光領域に対応する第１領域２１の方が、活性層１３の発光領域以外に対応する第２領域２２よりも屈折率が大きい屈折率を持つ層を用いることができる。この構成により、屈折率差に起因した光閉じ込め効果により、発光領域が規定される。この結果、この面発光レーザからのレーザ光とファイバとの結合が容易になったり、結合効率を向上させることが可能となる。
より具体的には、この規定構造２０は、一対の反射鏡（第１反射鏡１１と第２反射鏡１５）の間に配置された半導体層を選択酸化することにより形成することができる。つまり、図１（ａ）のメサ構造の側面から適切な条件下で水蒸気酸化することによって、第１スペーサ層１２内に設けられた規定構造２０の母材となる半導体層の第２領域２２のみを酸化させることで、上述した規定構造２０を形成することができる。この結果、規定構造２０は、発光領域に対応する領域以外が酸化された層となり、第１領域２１は非酸化領域、第２領域２２は酸化領域となる。例えば円柱状のメサ構造の側面から酸化すると円形の非酸化領域（第１領域２１）が形成され、楕円状のメサ構造の側面から酸化すると楕円状の非酸化領域（第１領域２１）が形成される。楕円状の非酸化領域を有した面発光レーザにおいては、特定の偏波で発振するように制御することが可能となる。
規定構造２０は、図１（ａ）のように第１スペーサ層１２内に配置されていてもよいし、第２スペーサ層１４内に配置されてもよい。また、規定構造２０は、第１スペーサ層１２と第２スペーサ層１４の両方に配置されてもよい。また、規定構造２０は、活性層１３の近傍に配置されていてもよいし、そうでなくてもよい。活性層１３近傍に規定構造２０を配置する場合は、共振器内の定在波の節となる位置に規定構造２０を配置するのが好ましい。
また、規定構造２０の第２領域２２の大きさは、面発光レーザの発振波長帯域とその中心波長に応じて決定される。例えば、中心波長が１０４０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下、波長帯域が±５０ｎｍの場合では、規定構造２０の第２領域２２の最も長い径が１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。なお、この波長帯域は、活性層１３の材料、第１反射鏡１１の反射帯域、第２反射鏡１５の反射帯域、第２反射鏡１５の厚さ方向への可動幅によって決定される。
規定構造２０の中心軸は、面発光レーザの厚さ方向に平行で、第１領域２１の重心または第２領域２２の重心を通る軸とする。この規定構造２０の中心軸は、外部光源から射出される活性層１３を励起するための励起光の中心軸と一致していることが好ましい。規定構造２０の中心軸と励起光の中心軸とは平行であることが好ましい。
また、図１（ａ）では、規定構造２０は、一つである場合を例示したが、面発光レーザが、面発光レーザの厚さ方向において複数の規定構造２０を有する構成であってもよい。複数の規定構造２０は一対の反射鏡の間に形成されていてもよいし、後述する実施形態２のように、複数の規定構造２０のうち一部の規定構造が一対の反射鏡のうち少なくとも一方に形成されていてもよい。なお、複数の規定構造２０を有する構成の場合には、複数の規定構造２０の中心軸それぞれは一致していることが好ましい。
図４は、図１（ａ）の面発光レーザの上面模式図である。この図４のＡ−Ａ’の断面図が図１（ａ）に対応する。また図４では、規定構造２０内の第１領域２１が網掛けの領域で示されている。このように発光領域に対応する第１領域２１の大きさは、出力鏡である第２反射鏡１５の大きさよりも小さい。なお、第１電極１８は第２スペーサ層１４の外周の一部に設けられているが、第２スペーサ層１４の外周に沿って一周設けられる構成でもよい。さらに、第１電極１８は、第２スペーサ層１４上に複数設けられていてもよい。また、第２電極１９も同様に、第２反射鏡１５の犠牲層１６に対応する領域の上に複数設けられていてもよい。
基板１０は、ＧａＡｓやＧａＮなどの半導体基板を用いることができる。また、第１反射鏡１１と、第１スペーサ層１２と、活性層１３と、第２スペーサ層１４と、第２反射鏡１５を構成する材料は、発振波長帯域により適宜選択することができる。
第１反射鏡１１は、図１（ａ）のような多層膜を用いることができる。より具体的には、分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲという）を用いることができる。ＤＢＲは、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と、相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に積層された構成である。高屈折率層と低屈折率層はともに例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐなどの元素のうち少なくとも１つを含む半導体層で構成されている。ただし、高屈折率層と低屈折率層は、それぞれに含まれる元素が少なくとも１つ異なっていたり、その組成の比率が異なっている。また、高屈折率層と低屈折率層それぞれの光学的厚さは、中心波長をλとすると、λ／４の奇数倍であることが好ましい。
また、ＤＢＲは、半導体多層膜で構成されていてよいし、誘電体多層膜で構成されていてもよい。さらに、ＤＢＲは、半導体層と絶縁層との交互積層体で構成されていてもよい。より具体的には、その反射鏡を構成する複数の半導体層を酸化することにより得られる酸化物層を多層膜反射鏡の低屈折率層とする構成を採ることができる。この構成を採ることにより、半導体層のみで構成した多層膜反射鏡と比べて、低屈折率層と高屈折率層の屈折率差がより大きくとることが可能となるため、同じ反射率を得るための交互積層の繰返し層数を少なくすることが可能となる。また、高反射率の得られる波長帯域幅も広くすることも可能となる。従って、半導体層のみで構成した多層膜反射鏡と比べて、低コストに同等以上の性能を有した反射鏡を得ることが可能となる。例えば、ＧａＡｓ層（高屈折率層）とＡｌＡｓ層（低屈折率層）の交互積層で構成される半導体多層膜反射鏡において、適切な条件下で水蒸気酸化することによって、上述した多層膜反射鏡が得られる。つまり、ＡｌＡｓ層のみが選択的に酸化が進行して酸化アルミに変化し、半導体（ＧａＡｓ）層と酸化物（酸化アルミ）層からなる多層膜反射鏡が形成される。
また、第１反射鏡１１はＤＢＲでなくてもよい。例えば、回折格子、例えば高屈折率差サブ波長回折格子（Ｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｇｒａｔｉｎｇ、以下ＨＣＧという）ミラーであってもよい。ＨＣＧミラーは、高屈折率の材料と低屈折率の材料とが面内方向に交互に周期的に並んだ構成である。例えば、高屈折率の材料（例えば、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）の一部を除去してスリット（開口部）を周期的に形成することで、高屈折領域（Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）と低屈折領域（空気）を面内方向に交互に周期的に並んだ構成を得ることができる。第１反射鏡１１としてＨＣＧミラーを用いる場合には、１次元あるいは２次元の周期構造を有するＨＣＧミラーを用いることができる。
第２反射鏡１５は、図１（ａ）で示したＨＣＧミラーを用いることができる。より具体的には、第２反射鏡１５は、半導体層を加工して第２反射鏡１５の面内方向に周期的な開口部を設けた、高屈折率領域と低屈折領域（開口部：空気）の周期構造体である。例えば、高屈折率の材料（例えば、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）の一部を除去してスリットを周期的に形成することで、高屈折領域（Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ）と低屈折領域（空気）を面内方向に交互に周期的に並んだ構成を得ることができる。なお、第２反射鏡１５としてＨＣＧミラーをも用いる場合には、１次元の周期構造体を有するＨＣＧミラーを用いることが好ましい。また、第２反射鏡１５を支持する梁１７は、図１（ａ）のように両持ち梁を用いてもよいし、片持ち梁を用いてもよい。
第２反射鏡１５としては、ＨＣＧミラーの代わりに、図１（ｂ）のようなＤＢＲ２５を用いることができる。このＤＢＲ２５は、第１反射鏡１１のＤＢＲと同じ材料で構成されていてもよい。この構成では、例えば、梁１７の上に誘電体からなるＤＢＲ２５が形成され、梁１７は半導体層で形成される。そして、第１電極１８と第２電極１９との間の印加電圧に応じて梁１７とともにＤＢＲ２５が厚さ方向に変動する。図１（ｂ）のように、ＤＢＲ２５は梁１７上の少なくとも活性層１３の発光領域に対応する部分に設けられていればよく、それ以外の部分に設けられていてもよい。なお、ＤＢＲ２５は半導体で構成されていてもよい。
また、第２反射鏡１５としては、図１（ｃ）のように、梁を兼ねた半導体からなるＤＢＲ２７を用いることができる。この構成でも、第１電極１８と第２電極１９との間の印加電圧に応じてＤＢＲ２７が厚さ方向に変動する。
第１反射鏡１１と第２反射鏡１５のうち光を取り出す側の反射鏡としては、反射率の値が９９．０％以上９９．５％以下の間であることが好ましい。また、光を取り出す側の反射鏡とは異なる反射鏡の反射率の値は、９９．５％以上が好ましい。図１（ａ）では、光を取り出す側の反射鏡は第２反射鏡１５とする。第１反射鏡１１を光を取り出す側の反射鏡とする場合は、レーザ光の吸収を抑制する目的で、基板１０の発光領域に対応する部分を除去することが好ましい。
第１スペーサ層１２と第２スペーサ層１４は、光やキャリアを閉じ込めるためのクラッド層の役割と共振器長を調整するための役割とを担っている。第１スペーサ層１２は活性層１３よりも第１反射鏡１１側にある層で、それに対して第２スペーサ層１４は活性層１３よりも第２反射鏡１５側にある層である。第１スペーサ層１２と第２スペーサ層１４は、半導体材料を用いることができる。第１スペーサ層１２と第２スペーサ層１４の厚さは、同じにする必要はなく、共振器長に応じてそれぞれを適宜設定すればよい。第１スペーサ層１２と第２スペーサ層１４は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐなどの元素のうち少なくとも１つを含む半導体層で構成されている。
活性層１３は、外部光源により光を発生する材料であれば特に限定されない。例えば、活性層１３は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐなどの元素のうち少なくとも１つを含む半導体層で構成されている。また、活性層１３は、広波長帯域の利得を有するものであることが好ましく、具体的には第１反射鏡１１と第２反射鏡１５の反射帯域より広い波長領域において、十分な利得を有することが好ましい。そのような活性層１３としては、例えば、少なくとも２つ以上の異なるエネルギー準位で発光が可能な量子井戸構造を有する活性層が挙げられる。また、量子井戸構造は、単量子井戸構造でもよいし多重量子井戸構造であってもよい。また、多重量子井戸構造の場合は、活性層１３は、井戸ポテンシャルの深さや井戸の幅が同じ複数の量子井戸を有していてもよいし、井戸ポテンシャルの深さや井戸の幅が異なる複数の量子井戸を有していてもよい。
犠牲層１６は、上述したように第２スペーサ層１４と第２反射鏡１５との間に第２反射鏡１５を可動とするための間隙部を規定している。犠牲層１６は半導体材料を用いることができる。なお、間隙部は、真空であってもよいし、空気、不活性ガスが存在してもよい。なお、間隙部の長さは、波長可変帯域幅や第２反射鏡１５がプルインしないように決定される。
梁１７は、第１電極１８と第２電極１９との間に電圧を印加することで生じる静電気力で撓むために、半導体で構成されている。好ましくは、第２反射鏡１５を構成する部材の一部と同じ材料であることが好ましい。
第１電極１８と第２電極１９は、金属を用いて構成されている。第１電極１８と第２電極１９は、不図示の制御部により電圧が供給される。
一対の反射鏡１１、１５の間に配置された半導体層（第１スペーサ層１２、活性層１３、第２スペーサ層１４）は、ドーパントを含まないノンドープ半導体層でもドーパントを含むドーピング半導体層でもどちらの構成でもよい。ただし、それらの層がノンドープ半導体層である場合には、光吸収ロスが抑えられ、発光効率の高い面発光レーザを得ることが可能となる。さらには、一対の反射鏡１１、１５が半導体を含む場合、それらの半導体層がノンドープ半導体層である場合には、さらに、光吸収が抑制され、発光効率のより高い面発光レーザが得られる。
また、本発明によれば、規定構造２０を備えているため、横モードの抑制も可能である。このため、外部光源としてマルチ横モード動作する半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードを選択することが可能となる。もちろん、外部光源としては、単一横モード動作する半導体レーザを用いることも可能である。
外部光源は、面発光レーザに対して、規定構造２０の、活性層１３の発光領域に対応する部分に励起光を照射するように配置されている。さらには、上述したように、外部光源から射出される励起光の中心軸が、規定構造２０の中心軸と一致するように外部光源が配置されていることが好ましい。また励起光は、面発光レーザの発振波長帯域のうち最も短い波長以下の波長成分を含んでいる。
本実施形態では、１つの面発光レーザについて説明したが、複数の面発光レーザをアレイ状に備えたレーザアレイの形態であっても、同様に適用できる。なお、複数の面発光レーザにおいて、メサ構造部分よりも基板１０側にある部分、具体的には、基板１０、第１反射鏡１１が共有されていてもよい。
（実施形態２）
図２は本実施形態に係る面発光レーザの断面模式図である。この面発光レーザは、実施形態１の面発光レーザとは、規定構造の配置位置が異なっている。具体的には、実施形態１の規定構造２０は第１反射鏡１１と第２反射鏡１５の間に配置されているが、本実施形態の規定構造３０は、第１反射鏡４１内に形成されている。また、メサ構造も第１反射鏡４１の側面が露出されるまで形成されている。それ以外は、実施形態１と同じ構成である。
規定構造３０は、実施形態１の規定構造２０と同様に、活性層１３の発光領域に対応する第１領域３１と、活性層１３の発光領域以外に対応する第２領域３２と、を有している。そして、第１領域３１の屈折率の方が第２領域３２の屈折率も大きい。このため、屈折率差による光閉じ込め効果により、発光領域が規定される。
このような構成を得るために、以下の方法が考えられる。例えば、第１反射鏡４１として酸化層からなる低屈折率層と半導体からなる高屈折率層との交互積層体を用いる。その低屈折率層を選択酸化によって形成する際に、酸化物層に変える半導体層の一層（あるいは複数層）の組成を、他の酸化物層に変える半導体層の組成と異ならせることで酸化の進行を制御し、規定構造３０を第１反射鏡４１内に形成することができる。より具体的には、まず、第１反射鏡４１の母体となる多層膜の中に、低屈折率層となる半導体層のＡｌ含有率よりも１％以上８％以下の範囲でＡｌ含有率が小さい半導体層を一層（あるいは複数層）設ける。そして、その多層膜を酸化することにより、Ａｌの濃度に応じて酸化の速度が異なることを利用して、Ａｌ含有率が相対的に小さい半導体層の酸化を遅らせる。その結果、その半導体層は、非酸化領域である第１領域３１と、酸化領域である第２領域３２と、を有する構成となり、上述した規定構造３０となる。
また、第１反射鏡４１内において、規定構造３０となる層とそれ以外の低屈折率層は別の組成で構成されているが、この低屈折率層の一部ないしは全てを規定構造３０と同じ組成で構成してもよい。後者の場合には、複数の規定構造３０が第１反射鏡４１の内部に形成される。また、低屈折率層のＡｌ含有率は全て同じでなくてもよく、規定構造３０のＡｌ含有率との関係が上述した範囲を満たしていればよい。
また、規定構造３０は、第１反射鏡４１を構成する低屈折率層の中で最も活性層１３に近い位置に配置されているが、これに限定されない。規定構造３０は、第１反射鏡４１の中央部分に配置されていてもよいし、低屈折率層の中で最も基板１０に近い位置（最も活性層１３から遠い位置）に配置されていてもよい。
また、第１反射鏡４１の複数の低屈折率層の全てが酸化層で構成されている必要はなく、その活性層１３に近い低屈折率層が酸化層で構成され、それよりも基板１０側にある低屈折率層は酸化されていなくてもよい。この場合、メサ構造は酸化層からなる低屈折率層の側面が露出するように形成されていればよい。
また、規定構造３０を含む第１反射鏡４１を構成する低屈折率層のうち、規定構造３０を構成する低屈折率層を除く低屈折率層の少なくとも一部の層は、層全体に渡って酸化されていることが好ましい。さらに、規定構造３０を構成する低屈折率層を除く低屈折率層の全てが、層全体に渡って酸化されていることが好ましい。この構成の場合、第１反射鏡４１の高屈折率層と低屈折率層との屈折率差が大きくなるため、第１反射鏡４１の反射率、反射波長帯域を大きくすることが可能となる。
これまでは、規定構造３０が第１反射鏡４１内に形成される例を述べたが、第２反射鏡１５がＤＢＲで構成される場合には、第２反射鏡１５内に規定構造３０が形成されていてもよい。規定構造３０が第２反射鏡１５内に形成される場合には、梁１７は両持ち梁で構成されていることが好ましい。
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１又は２の面発光レーザと、その活性層を励起するための外部光源とを備えた光源装置の応用例について説明する。波長可変型の光源装置は、光通信用光源や光計測用光源として利用することができる。また、この光源装置は、非侵襲、非破壊で測定対象物の内部の情報を取得する情報取得装置の光源装置として利用することができる。以下では、本実施形態の光源装置を用いた情報取得装置の一例として、光干渉断層計（以下、ＯＣＴ装置という）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ＯＣＴ装置８を示す模式図である。ＯＣＴ装置８は、光源装置８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、測定対象物の内部情報を取得する情報取得部８０４、を少なくとも有する。光源装置８０１として、実施形態１又は２の面発光レーザを用いることができる。また、図示していないが、情報取得部８０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部８０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部８０４が入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していれば形態は特に限定されない。一例は、情報取得部８０４が演算部を有し、この演算部がフーリエ変換する機能を有する場合である。具体的には、演算部がＣＰＵを有するコンピュータであり、このコンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを実行する場合である。他の例は、情報取得部８０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有する場合である。
光源装置８０１から出た光は干渉光学系８０２を経て測定対象の物体８１２の情報を有する干渉光となって出力される。干渉光は光検出部８０３において受光される。なお光検出部８０３は差動検出型でも良いし単純な強度モニタ型でも良い。受光された干渉光の強度の時間波形の情報は光検出部８０３から情報取得部８０４に送られる。情報取得部８０４では、受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換をし、物体８１２の情報（例えば断層像の情報）を取得する。なお、ここで挙げた光源装置８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、情報取得部８０４を任意に設けることができる。
以下、光源装置８０１から光が照射されてから、測定対象の物体の内部の情報を得るまでについて詳細に説明する。光源装置８０１から出た光は、ファイバ８０５を通って、カップラ８０６に入り、照射光用のファイバ８０７を通る照射光と、参照光用のファイバ８０８を通る参照光とに分岐される。カップラ８０６は、光源の波長帯域でシングルモード動作のもので構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成することができる。照射光はコリメーター８０９を通って平行光になり、ミラー８１０で反射される。ミラー８１０で反射された光はレンズ８１１を通って物体８１２に照射され、物体８１２の奥行き方向の各層から反射される。
一方、参照光はコリメーター８１３を通ってミラー８１４で反射される。カップラ８０６では、物体８１２からの反射光とミラー８１４からの反射光による干渉光が発生する。干渉した光はファイバ８１５を通り、コリメーター８１６を通って集光され、光検出部８０３で受光される。光検出部８０３で受光された干渉光の強度の情報は電圧などの電気的な情報に変換されて、情報取得部８０４に送られる。情報取得部８０４では、干渉光の強度のデータを処理、具体的にはフーリエ変換し断層像の情報を得る。このフーリエ変換する干渉光の強度のデータは通常、等波数間隔にサンプリングされたデータであるが、等波長間隔にサンプリングされたデータを用いることも可能である。
得られた断層像の情報は、情報取得部８０４から画像表示部８１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー８１０を照射光の入射する方向と垂直な平面内で走査することで、測定対象の物体８１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源装置８０１の制御は、情報取得部８０４が電気回路８１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源装置８０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いてもよい。
本発明の実施形態による面発光レーザは、屈折率差に起因した光閉じ込め効果により発光領域が規定される。そのため、ＯＣＴ装置に用いた場合、光源装置８０１（面発光レーザ）からのレーザ光とファイバ８０５との結合が容易となり、結合効率を向上させつつ、広帯域にわたるレーザ光を発振できるため、深さ分解能の高い断層像を取得できる。
ＯＣＴ装置は、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内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や歯、血管とし、それらの断層像に関する情報を取得することに用いられることが好適である。
以下に本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本実施例は、実施形態１に対応する面発光レーザである（図１（ａ）参照）。以下に、本実施例の面発光レーザの製造方法を説明する。まず、ｎ型のＧａＡｓ半導体基板１０の上に、バッファー層（不図示）を介して、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（高屈折率層）とＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（低屈折率層）の交互積層からなる６０ペアの半導体多層膜からなる第１反射鏡１１を成長させる。この成膜方法は、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術を用いる。
その上にＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの第１スペーサ層１２の一部、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの第１スペーサ層１２の一部を成長させる。そして、その上に、活性層１３（ＧａＡｓ層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層の３重量子井戸構造）、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの第２スペーサ層１４を成長させる。
次に、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層（不図示）、ＧａＡｓからなる犠牲層１６、梁１７と第２反射鏡１５となるＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層を形成する。
次に、リソグラフィー技術とドライエッチング技術により、面発光レーザの円柱メサ構造を形成する。この際、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層の側面が確実に露出する深さまでドライエッチングを行う。更に、リソグラフィー技術とドライエッチング技術により、第２反射鏡１５、梁１７に対応する領域を形成して、第２スペーサ層１４の上部を一部露出させる。そして、リソグラフィー技術とドライエッチング技術により、第２反射鏡１５となる領域にスリットを形成し、ＨＣＧミラーからなる第２反射鏡１５を形成する。
次に、水蒸気雰囲気下でＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を選択的に酸化し、規定構造２０（酸化領域である第２領域２２、非酸化領域である第１領域２１）を形成する。
次に、第２スペーサ層１４の露出部分と梁１７の上それぞれに、第１電極１８、第２電極１９を形成する。
続いて、ウエットエッチング技術により、ＨＣＧミラーのスリットを介して犠牲層１６を一部除去して、間隙部を形成する。このようにして、第２反射鏡１５が可動ミラーとして機能する面発光レーザを形成する。
なお、上記工程の順番を入れ替えて面発光レーザを作製することも可能である。
［実施例２］
本実施例は、実施形態２に対応する面発光レーザである（図２参照）。以下に本実施例の面発光レーザの製造方法を、実施例１と異なる点を中心に説明する。
本実施例は、実施例１とは、第１反射鏡４１をＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（高屈折率層）と酸化アルミ層（低屈折率層）からなる９ペアの交互積層により構成した点が異なる。また、第１反射鏡４１の最上部の酸化アルミ層が規定構造３０となっている点も異なる。それ以外は、実施例１と同じである。
まず、ｎ型のＧａＡｓ半導体基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ結晶成長技術を用いて、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とＡｌＡｓ層からなる８ペアの交互積層と、その上にＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層の１ペアの積層層とを形成する。
その後、第１スペーサ層１２、活性層１３、第２スペーサ層１４、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層（不図示）、犠牲層１６、梁１７と第２反射鏡１５となる層を形成し、円柱メサ構造の形成までは実施例１と同じである。なお、本実施例では、実施例１と異なり、メサ構造形成の際、ＧａＡｓ半導体基板１０が露出するまでエッチングしている。
メサ構造を形成した後、ＡｌＡｓ層とＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層とを酸化する。この酸化工程において、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層の酸化レートは、ＡｌＡｓ層の酸化レートに比べ遅くなるので、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層は、面内方向の一部に非酸化領域（第１領域３１）が発生し、規定構造３０が形成される。なお、ＡｌＡｓ層は面内方向で全て酸化アルミニウム層となる。また、Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層の酸化は、円柱状のメサ構造の側壁より等速に進行するため、メサ構造の中心部に非酸化領域（第１領域３１）が形成される。
その後の工程は、実施例１と同様に行い、第２反射鏡１５が可動ミラーとして機能する面発光レーザを形成する。
なお、本実施例は実施例１よりも、第１反射鏡４１を構成する高屈折率層と低屈折率層との屈折率差が大きいため、少ないペア数で高反射率のミラーを得ることができる。この結果、低コスト化に有効である。
１１、４１ 第１反射鏡
１５、２５、２７ 第２反射鏡
２０、３０ 規定構造

Claims (20)

  1. 一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡の間に配置された活性層と、を有し、発振波長が変化する面発光レーザであって、
    前記一対の反射鏡の一方の反射鏡と前記活性層との間に間隙が形成されており、
    前記活性層は、外部光源から照射された光によって励起され、
    前記一対の反射鏡の間と前記一対の反射鏡のうち少なくとも一方の反射鏡のうち、少なくとも一方に、前記活性層の発光領域を規定する規定構造が配置されていることを特徴とする面発光レーザ。
  2. 前記規定構造は、前記発光領域に対応する領域以外が酸化された層であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
  3. 前記規定構造は、前記一対の反射鏡の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザ。
  4. 前記一対の反射鏡の一方と前記活性層との間に少なくとも一層の半導体層を有し、
    前記規定構造は、前記少なくとも一層の半導体層の発光領域に対応する領域以外が酸化された構成であることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ。
  5. 前記規定構造は、前記一対の反射鏡のうち少なくとも一方に含まれていることを特徴する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  6. 前記規定構造を含む反射鏡は、多層膜を有することを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
  7. 前記多層膜は、半導体多層膜であることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
  8. 前記規定構造は、前記多層膜の一部が酸化されて構成され、かつ前記発光領域に対応する領域以外が酸化された構成であることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
  9. 前記規定構造を含む反射鏡は、相対的に高い屈折率を有する高屈折率層と相対的に低い屈折率を有する低屈折率層とが交互に積層されて構成され、
    前記規定構造は、前記低屈折率層の一部が酸化されて構成され、かつ前記発光領域に対応する領域以外が酸化された構成であることを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザ。
  10. 前記規定構造を含む反射鏡を構成する低屈折率層のうち、前記規定構造を構成する低屈折率層を除く低屈折率層の少なくとも一部の層は、層全体に渡って酸化されていることを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザ。
  11. 前記規定構造を含む反射鏡を構成する低屈折率層のうち、前記規定構造を構成する低屈折率層を除く低屈折率層の全ての層は、層全体に渡って酸化されていることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザ。
  12. 前記規定構造は、前記一対の反射鏡の間と前記一対の反射鏡の少なくとも一方の反射鏡の両方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  13. 前記規定構造の中心軸は、前記外部光源から射出される励起光の中心軸と一致していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  14. 複数の規定構造を厚さ方向に有し、前記複数の規定構造の中心軸のうち少なくとも２つが一致していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  15. 前記一対の反射鏡の間に配置された半導体層の全てが、ノンドープ半導体層であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  16. 前記一対の反射鏡が半導体層を有し、
    前記一対の反射鏡が有する半導体層の全てが、ノンドープの半導体層であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  17. 複数の面発光レーザを有するレーザアレイであって、
    前記複数の面発光レーザのうち少なくとも１つは、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の面発光レーザであることを特徴とするレーザアレイ。
  18. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の面発光レーザと、
    前記活性層を励起するための外部光源と、を有することを特徴とする光源装置。
  19. 請求項１８に記載の光源装置と、
    測定対象物の内部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情報取得装置。
  20. 請求項１８に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を測定対象物へ照射する照射光と参照光とに分岐させ、前記測定対象物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、
    前記干渉光を受光する光検出部と、
    前記光検出部からの信号に基づき、前記測定対象物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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