JP2007184557A

JP2007184557A - 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

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Publication number: JP2007184557A
Application number: JP2006319817A
Authority: JP
Inventors: Hideki Asano; 英樹浅野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】半導体発光素子において、広帯域なスペクトル分布を有するとともに、スペクトル分布を任意に制御可能とする。
【解決手段】活性層15が光の導波方向に沿って利得波長の異なる構造を備え、上面または下面の少なくともいずれか一方の電極層19を、活性層15が生ずる光のスペクトル分布を可変とするように、導波方向に互いに分離された２以上の電極19ａ、19ｂおよび19ｃから構成する。
【選択図】図１Ｆ

Description

本発明は半導体発光素子に関し、特に、スペクトル分布を制御可能とした半導体発光素子に関するものである。

また、本発明は半導体発光素子を備えた光源装置に関するものである。

さらに、本発明は半導体発光素子を備えた光源装置を用いた光断層画像化装置に関するものである。

近年の光通信、計測、及び医療分野における光を用いた診断等に置いて安価な多波長光源に対する要求が強くなっている。具体的には光通信における波長検査用、ファイバジャイロ、OTDR計測用、眼科検診で実用化されているOCT（Optical Coherence Tomography）用光源が該当する。このような多波長光源としては、低コスト化の可能性が高いスーパールミネッセントダイオード（以下、「SLD」という。）に期待が集まっている。

SLDは通常の発光ダイオード同様にインコヒーレント性を示し、かつ広帯域なスペクトル分布を示しながら、光出力特性では半導体レーザ同様に１ｍＷ以上の光出力を得ることが可能な素子である。SLDは半導体レーザ同様に注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光出射端面から放出される機構を備えている。

SLDなどの半導体発素子において、より広帯域な（広い波長範囲に亘る）スペクトル分布を得る方法として、活性層を導波路の延びる方向に異なる利得波長の光を生じる構造を備えたものとすることが知られている。例えば、特許文献１には、選択成長を利用して量子井戸活性層の厚みを光の導波方向に変調するという手法が提案されている。特許文献１には、積層面上に２つのストライプ状のSiO₂マスクを互いに一定間隔を開けて平行に形成し、且つマスク幅を変えることでマスクに挟まれた領域に成長した活性層を共振器軸方向に膜厚・組成を変える手法が記載されている。また、特許文献１では有機金属気相成長法を用いた場合に、原子層エピタキシーモードと通常モードでの成長法の使い分けを行うことで、所望の層のみを膜厚変調することが提案されている。
特開平６−１９６８０９号公報

上記手法を用いて作製した、導波方向に異なる利得波長の光を生じる構造を備えたSLDは通常の単一の利得波長の光のみを生じる構造のSLDと比較して広い帯域のスペクトル分布を得ることができる。一方、スペクトル分布がガウス分布からはずれ非対称な凹凸を有する形状となってしまう（図３中の曲線Ｂ参照）という問題点がある。

OCTの様な光の干渉を利用した計測に用いられる光はそのスペクトル分布がガウス分布に近いことが重要であるため、そのような計測装置において、特許文献１記載の手法で作製したSLDを光源として用いる場合には、その発光スペクトル分布をガウス分布に整形するための光フィルタなどを備える必要がある。

また、半導体発光素子を備えた波長可変レーザにおいても、半導体発光素子の広帯域化が求められており、上記特許文献１に記載の作製方法で得られる広帯域な利得波長構造を備えた半導体発光素子を用いることが考えられる。波長可変レーザ光源装置においては、広帯域で動作可能であると共に、広帯域に亘って出力が均一であることも重要となってくる。そのため、従来は可変領域に亘って光出力を均一にするための光フィルタなどを備える必要がある。

上述の半導体発光素子を備えた光源装置においては、いずれの場合もそのため半導体発光素子毎にそのスペクト分布を所望のスペクトル分布に整形するために、該半導体発光素子に応じた光フィルタを備える必要があり、光フィルタの設計、作製の手間およびそのためのコストなどを抑制できないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、スペクトル分布を制御可能な半導体発光素子を提供することを目的とするものである。

また、本発明は、所望のスペクトル分布を得ることができる、簡単な構成の光源装置を提供することを目的とするものである。

さらに、本発明は良好な光断層画像を取得することのできる光断層画像化を提供することを目的とするものである。

本発明の半導体発光素子は、活性層を含む積層体の上面および下面に電極層を備えてなる半導体発光素子であって、
前記上面または下面の少なくともいずれか一方の電極層が光の導波方向に互いに分離された２以上の電極に分割されており、
前記活性層が前記導波方向に沿って、利得波長の異なる構造を備えて、該活性層の前記分割された２以上の電極の各電極に対応する各領域から、互いに異なるスペクトルの光を生じるものであり、
前記各電極からの注入電流を個別に変化させることにより出力光のスペクトル分布を変化させることができるものであることを特徴とする。

「光の導波方向に沿って利得波長の異なる構造」とは、具体的には、光の導波方向に沿って活性層の厚みが変化している、および／または活性層の組成が変化している構造が挙げられる。なお、この利得波長の異なる構造は、導波方向に沿って光出射端面側に近くなるにつれて短波長の利得波長となるように構成されていることが望ましい。

「各領域から互いに異なるスペクトルの光を生じる」ためには、互いに分離された２つ以上の電極が、前記活性層の、少なくとも一部が互いに利得波長の異なる光を発する領域に対応するように設けられていればよい。

本発明の半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードあるいは光増幅器として好適に用いることができる。

本発明の光源装置は、本発明の半導体発光素子と、該半導体発光素子の分割された電極毎に注入電流量を個別に調整可能な駆動手段とを備えたことを特徴とするものである。

前記駆動手段は、前記半導体発光素子を駆動するための電源と、該電源に並列に接続され、かつ前記分割された電極にそれぞれ接続された、前記電極と同数の可変抵抗とを備えたものとすることができる。また、電極毎に可変抵抗と電源をそれぞれ設けてもよい。

さらに、本発明の光源装置は、半導体発光素子から出力された光の波長の一部を選択的に該半導体発光素子に戻す波長選択手段を備え、波長可変レーザとして用いてもよい。また、前記波長選択手段は、半導体発光素子から出力された光の波長の一部を、該波長を所定の周期で連続的に変化させながら選択的に前記半導体発光素子に戻す波長掃引手段であってもよい。

本発明の光断層画像化装置は、本発明の光源装置と、該光源装置から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有することを特徴とするものである。

本発明の半導体発光素子は、活性層が光の導波方向に沿って利得波長の異なる構造を備え、上面または下面の少なくともいずれか一方の電極層が、導波方向に互いに分離された２以上の電極に分割されているので、それぞれの電極に独立に注入電流を制御することが可能であり、利得波長が変調された構造を有することから広帯域のスペクトル特性が得られると共に、電極毎に注入電流量やその割合を変化させることができるので、スペクトル分布を任意の形状に制御することができる。

本発明の光源装置は、上記半導体発光素子を備えているので、特別の光フィルタを備えることなく、スペクトル分布を任意の形状に制御することができるので、高歩留・低コストで且つ品質面でも理想的な光源の提供が可能となる。

また、本発明の光源装置は、広帯域のスペクトル特性かつ任意のスペクトル分布に制御可能な半導体発光素子を備えて、広い波長域に亘ってほぼ一定の光強度となるスペクトル分布を得ることができるので、波長可変レーザとして用いる場合に、各波長でほぼ一定の強度の出力光を得ることができる。

さらに、本発明の光断層画像化装置は、各波長でほぼ一定の強度の出力光を得ることができる波長可変レーザとして動作する光源装置から射出されたレーザ光を用いて、光断層画像を取得するため、良好な光断層画像を取得することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１Ａ〜図１Ｆは本発明の一実施の形態の半導体発光素子１の層構成および作製方法を示すための斜視図である。

図１Ｆは本実施形態の半導体発光素子１概略構成を示す。本半導体発光素子１は、活性層に光の導波方向に利得波長が連続的に変化する構造をし、積層体10の上面に設けられている電極層19が光の導波方向に、互いに絶縁された３つの電極19ａ、19ｂおよび19ｃに分離されたものである。互いに分離された各電極19ａ、19ｂおよび19ｃは、個別に注入電流の調整が可能である。

本半導体発光素子１の具体的な構成および作製方法について図１Ａ〜図１Ｅを用いて説明する。ｎ型GaAs基板11上に第１回目の結晶成長にてn-InGaPクラッド層12を成長後、続けてSiO₂23を製膜し、図１Ａに示すように、選択的にSiO₂23をテーパ形状にパターニングする。そして第２回目の結晶成長工程に投入し、テーパ形状のSiO₂23をマスクとして、GaAs光導波層13、InGaAs歪量子井戸活性層14、GaAs光導波層15、及びp-InGaPクラッド層16を選択成長させた後、SiO₂23を除去する（図１Ｂ）。SiO₂23を除去した後に全面にn-InGaPブロック層17を第３回目の成長にて製膜する（図１Ｃ）。その後ストライプ状の活性層領域の上部領域にある部分のn-InGaPブロック層17にイオン注入法によりｐ型ドーパントを打ち込み、ブロック層17のストライプ状の部分17ａをｐ型化する（図１Ｄ）。続けて全面に第４回目の成長によりｐ-GaAsコンタクト層18を成長させて積層体10とし（図１Ｅ）、積層体10の上面であるコンタクト層18上にｐ型電極層19を、積層体10の下面である基板11裏面にｎ型電極層20をそれぞれ形成する。図１Ｆに示すように、ｐ型電極層19は活性層ストライプ軸方向に互いに分離した３つの電極19ａ、19ｂ、19ｃからなる。ｐ型電極層19の形成前に分離部にマスクを設けておくことにより３つの電極として形成してもよいし、全面に単一の電極層を設けた後に分離部に対応する電極層の一部を除去するようにしてもよい。

上記作製方法においては、テーパ形状のマスク23を用い選択成長させることにより、テーパの広がっている部分が狭い部分と比較してマスク23に隣接する領域の成長が早くなる性質を利用している。この性質を利用することにより、マスク23で挟まれたストライプ状の領域において導波方向に前方端面21から後方端面22に向けて徐々に厚みが変化した活性層を形成することができる。活性層の厚みが異なるとその利得波長が異なり、厚みの薄い方が短波長側の光を発することが知られている。出射端面である前方端面21側から後方端面22側に徐々に厚みを厚くすることにより、前方端面21側が短波長側の利得波長となるように構成することができる。このような構成とするのは、短波長の光は自身の波長より長波長側の利得部で吸収されてしまうので、後方からの光が前方端面21に至るまでの導波路内で吸収されてしまうのを防ぐためである。

図２は上記半導体発光素子をスーパールミネッセントダイオードとして用いた光源装置の概略構成を示した模式図である。

光源装置２は、SLDとしての半導体発光素子１のほか、素子駆動用の電源５と、該電源５に対して並列に接続され、それぞれ電極19ａ、19ｂおよび19ｃに接続された可変抵抗４ａ、４ｂおよび４ｃを備えている。すなわち、半導体発光素子１の分離電極19ａは可変抵抗４ａを経て、分離電極19ｂは可変抵抗４ｂを経て、分離電極19ｃは可変抵抗４ｃを経てそれぞれ電源５に接続されており、それぞれの可変抵抗値を変化させることにより、それぞれの分離電極19ａ、19ｂおよび19ｃから注入する注入電流を個別に調節できる構成となっている。本光源装置２からの出力光Ｌ₁のスペクトル分布をモニタに表示させて観察しつつ、各電極19ａ、19ｂおよび19ｃへの注入電流を調整することにより、任意のスペクトル分布に整形することができる。

図３は、本実施形態のSLD（曲線Ａ）および従来の単一電極構造のSLD（曲線Ｂ）の駆動時のスペクトル特性を模式的に示したものである。従来のSLD30は本実施形態のSLD１と同一の半導体層（積層体10）を備えるが、図６に示すように上面の電極層が分離されていない単一電極31を備えた構造となっている。なお、図３の曲線Ａで示される本実施形態のSLDの出力光Ｌ₁のスペクトル分布は、３つの可変抵抗４ａ、４ｂおよび４ｃの値を同一にして全ての電極に同一の電流を注入させて発光させた状態から、スペクトル分布をモニタしつつその形状がガウシアン分布になるように、それぞれの可変抵抗の可変抵抗値を徐々に変化させて調整することにより得ることができる。

図３に示すように、曲線Ｂで示す従来のSLDの出力光Ｌ₃のスペクトル分布は短波側のピークが高く非対称形状をしているのに対し、曲線Ａで示す本実施形態のSLDの出力光Ｌ₁のスペクトル分布は各電極に流す電流を調節しガウシアン分布となっている。すなわち本半導体発光素子を用いれば、OCT用の光源として理想的なガウシアンのスペクトル特性を容易に得ることが可能である。

なお、スペクトル分布はガウシアンに限らず、所望の様々な形状に調整可能である。また、導波方向に分離された電極の数を多くすればするほど種々多様な形状を得ることができる。

また、上記実施の形態においては、半導体発光素子の３つの分割領域は上面に設けられた電極層を３等分にした大きさとしたが、各領域の大きさは必ずしも等分である必要はない。さらに、上記実施形態の光源装置においては、１つの駆動電源を用い各電極に電流注入を行う形態としたが、各電極毎に個別に異なる駆動電源を備えた構成とすることもできる。

図４Ａは、上記半導体発光素子を光増幅器として用いた波長可変レーザとして構成された光源装置の概略を示す模式図である。

図４Ａの波長可変レーザ３は、半導体発光素子１と、素子駆動用の電源５と、該電源５に対して並列に接続され、それぞれ電極19ａ、19ｂおよび19ｃに接続された可変抵抗４ａ、４ｂおよび４ｃと、素子１から射出された光をコリメートするためのレンズ６と、コリメートされた光の波長の一部を選択的に半導体素子１に戻す波長選択手段である回折格子７および回折格子７を回転する図示しない可動部とから構成されている。

一般的に、波長可変レーザでは広い可変動作が求められており、本実施形態の半導体素子は活性層が異なる利得波長の光を生じる構造を有しているために、利得波長が一定である通常の半導体素子が約50ｎｍ程度の動作範囲しか得られないのに対し、約100〜200ｎｍの動作を得ることができる。

また、半導体発光素子１は、光の導波方向に複数の電極19ａ、19ｂおよび19ｃを備え、電極毎に電流値を設定することができるため、すなわち波長毎に利得を変化させることが可能であるため、異なる利得波長の光が一定出力となるようにスペクトル分布をトップハット形状に整形することができる。これにより、広い動作範囲に亘って各波長の光出力が一定の可変レーザ光Ｌ₂を得ることができる。

また、図４Ｂは、上記半導体発光素子を光増幅器として用いた波長掃引型の波長可変レーザとして構成された光源装置の概略を示す模式図である。図４Ｂに示す波長可変レーザ９は、図４Ａに示す波長可変レーザ３に用いられている回折格子７の代わり、ポリゴンミラー８Ａおよび回折格子８Ｂを有している。

半導体発光素子１から射出した光は、レンズ６により平行光に変換され、ポリゴンミラー８Ａにおいて反射され、回折格子８Ｂに入射する。回折格子８Ｂにより分散された光のうち、入射方向へ分散された光(以下戻り光と記載)は、ポリゴンミラー８Ａにおいて反射され、半導体発光素子１へ帰還する。半導体発光素子１の射出端面および回折格子により、共振器が構成され、半導体発光素子１の射出端面から、レーザ光Ｌａが射出される。なお、この際、レーザ光Ｌａの波長は、戻り光の波長である。

ここで、ポリゴンミラー８Ａは矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面において、反射角度が連続的に変化するようになっている。これにより、回折格子８Ｂに入射する光の角度が連続的に変化し、発振波長も連続的に変化することとなる。

また、ポリゴンミラー８Ａが矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、戻り光の波長は、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。このため、波長可変レーザ９からは、一定の周期で波長掃引されたレーザ光Ｌａが射出される。

また、波長可変レーザ３と同様に、半導体発光素子１は、光の導波方向に複数の電極19ａ、19ｂおよび19ｃを備え、電極毎に電流値を設定することができるため、すなわち波長毎に利得を変化させることが可能であるため、異なる利得波長の光が一定出力となるようにスペクトル分布をトップハット形状に整形することができる。これにより、広い動作範囲に亘って各波長の光出力が一定の掃引レーザ光Ｌaを得ることができる。

図５は、本実施形態の半導体発光素子１（曲線Ａ）、本実施形態の半導体発光素子と同一の積層体10を備えるが、図６に示すように上面の電極層が分離されていない単一電極構造の素子30（曲線Ｂ）、活性層全域に亘って利得波長が一定である通常の活性層を有する素子（曲線Ｃ）をそれぞれ備えた波長可変レーザについて、波長可変特性である波長と光出力の関係を模式的に示した図である。

活性層が異なる利得波長の光を発する構造を備えた素子を備えた波長可変レーザの波長−光出力特性は曲線Ａおよび曲線Ｂで示すとおり、利得波長が一定の素子を備えた場合の特性（曲線Ｃ）と比較して出力帯域が1.5倍から２倍程度広い。また、本半導体発光素子１を備えた波長可変レーザの特性は曲線Ａで示すとおり、単一電極構造の素子30を備えた場合の特性と（曲線Ｂ）と比較して、広い帯域に亘って一定の光出力が得られる。

このように、本実施形態の素子を備えることにより、広い範囲に亘って出力が一定の理想的な波長可変レーザが構成可能となる。

なお、本発明の半導体発光素子は、通信、計測、医療、印刷、画像処理の分野での光源として応用可能である。上記実施形態では、SLDとしてあるいは光増幅器として光源装置に用いられた例を挙げたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、光通信で用いられる光増幅器としても応用可能である。また波長帯に関しても、上記実施形態ではGaAs基板を用いた１μｍ帯の波長の光を出力する半導体発光素子の例を示したが、GaN基板を用いた0.3〜0.5μｍ帯の波長の光を出力するもの、あるいは、InP基板を用いた1.3〜1.6μｍ帯の光を出力するものなどであってもよい。

次に、図４Ｂに示す波長可変レーザ９を光源として用いた光断層画像化装置200について図７を参照して説明する。光断層画像化装置200は、光源から波長掃引されているコヒーレンス光を射出し、このコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する光断層画像化装置である。図７は光断層画像化装置の概略構成図である。

図７に示す光断層画像化装置200は、発振波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌaを射出する波長可変レーザ９と、波長可変レーザ９から射出されたレーザ光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段53と、光分割手段53により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段53により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂに照射する光プローブ230と、こうして測定対象Ｓｂに測定光Ｌ１が照射されたとき該測定対象Ｓｂで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段54と、合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との間の干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段240と、該干渉光検出手段240の検出結果に基づいて、測定対象の光断層画像を生成する画像取得部241と、この光断層画像を表示する表示装置242とを有している。

波長可変レーザ９は、発振波長λｃが950nm〜1150nmの範囲になるように、発振波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌaを射出する。

光分割手段53は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、波長可変レーザ９から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。この光分割手段53は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２を導波し、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段53は、合波手段54としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ230へ導波する。光プローブ230は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ61により光ファイバＦＢ２に対して着脱可能に取り付けられている。

光プローブ230は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒65と、このプローブ外筒65の内部空間に、該外筒65の軸方向に延びる状態に配設された１本の光ファイバ63と、光ファイバ63の先端から出射した光Ｌをプローブ外筒65の周方向に偏向させるプリズムミラー67と、光ファイバ63の先端から出射した光Ｌ１を、プローブ外筒65の周外方に配された被走査体としての測定対象Ｓｂにおいて収束するように集光するロッドレンズ68と、光ファイバ63を該光ファイバ63の光軸を回転軸として回転させるモータ64とを備えている。なお、ロッドレンズ68およびプリズムミラー67は、光ファイバ63とともに回転するように配設されている。

一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段220が配置されている。光路長調整手段220は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー72と、反射ミラー72と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ71aと、第１光学レンズ71aと反射ミラー72との間に配置された第２光学レンズ71bとを有している。

第１光学レンズ71aは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー72により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ71bは、第１光学レンズ71aにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー72上に集光するとともに、反射ミラー72により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ71aと第２光学レンズ71bとにより共焦点光学系が形成されている。

したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ71aにより平行光になり、第２光学レンズ71bにより反射ミラー72上に集光される。その後、反射ミラー72により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ71bにより平行光になり、第１光学レンズ71aにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。

さらに光路長調整手段220は、第２光学レンズ71bと反射ミラー72とを固定した基台73と、該基台73を第１光学レンズ71aの光軸方向に移動させるミラー移動手段74とを有している。そして基台73が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられるようになっている。

また合波手段54は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段220により光路長が変更された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段240側に射出するように構成されている。

干渉光検出手段240は、合波手段54により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する。なお本例の装置においては、干渉光L4を光ファイバカプラ3で二分した光を光検出器90aと90ｂに導き、演算手段91においてバランス検波を行う機構を有している。

画像取得手段241は、干渉光検出手段240により検出された干渉光Ｌ４をフーリエ変換することにより、測定対象Ｓｂの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を検出し、測定対象Ｓｂの断層画像を取得する。この断像画像は表示装置242に表示される。

以下、上記構成を有する光断層画像化装置200の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台73を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Ｓｂが位置するように光路長の調整が行われる。その後、波長可変レーザ９から光Ｌaが射出され、この光Ｌaは光分割手段53により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓｂに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ230により、そこから出射した測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂを１次元に走査する。そして、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３が反射ミラー72において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段240によって検出される。

ここで、干渉光検出手段240および画像取得手段241における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ.４１、Ｎｏ.７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂに照射されたとき、測定対象Ｓｂの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段240において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。上式は波数ｋ＝ω／ｃを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段241において、干渉光検出手段240が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換し、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓｂの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得することができ、断層画像を生成することができる。この断層画像は表示装置242に表示される。

光断層画像化装置200は、各波長でほぼ一定の強度の出力光を得ることができる波長可変レーザとして動作する光源装置から射出されたレーザ光を用いて、光断層画像を取得するため、良好な光断層画像を取得することができる。

なお、本光断層画像化装置200においては、マイケルソン型干渉計を用いているが、干渉計の形態はこれに限定されるものではなく、例えばマッハツェンダー型干渉計あるいはフィゾー型干渉計等も用いることができる。

また、前述したＯＣＴ装置としては、光断層画像化装置200にように、波長掃引されているコヒーレンス光を用いて光断層画像を取得するタイプのＯＣＴ装置と、低コヒーレンス光を用いて光断層画像を取得するタイプのＯＣＴ装置が知られている。後者の低コヒーレンス光を用いて光断層画像を取得するタイプのＯＣＴ装置用の光源としては、図２に示すような本発明の半導体発光素子をＳＬＤとして用いた光源を使用することができる。

本発明の実施形態に係る半導体発光素子の作製工程を示す図（その１）本発明の実施形態に係る半導体発光素子の作製工程を示す図（その２）本発明の実施形態に係る半導体発光素子の作製工程を示す図（その３）本発明の実施形態に係る半導体発光素子の作製工程を示す図（その４）本発明の実施形態に係る半導体発光素子の作製工程を示す図（その５）本発明の実施形態に係る半導体発光素子を示す斜視図半導体発光素子をＳＬＤとして用いた光源装置を示す模式図スペクトル分布を示す図半導体発光素子を光増幅器として用いた波長可変レーザを示す模式図他の半導体発光素子を光増幅器として用いた波長可変レーザを示す模式図波長−光出力特性を示す図従来の広波長帯域光源の素子を示す模式図光断層画像化装置の概略構成図

符号の説明

１半導体発光素子
２光源装置
３、９波長可変レーザ
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ可変抵抗
５電源
６コリメートレンズ
７回折格子
８ポリンゴンミラー
10 積層体
11 n-GaAs基板
12 n-InGaPクラッド層
13 GaAs光導波層
14 InGaAs歪量子井戸活性層
15 GaAs光導波層
16 p-InGaPクラッド層
17 n-InGaPブロック層
17ａドーパント注入領域
18 ｐ-GaAsコンタクト層
19 ｐ型電極層
19ａ、19ｂ、19ｃｐ型電極
20 ｎ型電極層
23 SiO₂
53 光分割手段
54 合波手段
200 光断層画像化装置
220 光路長調整手段
230 光プローブ
240 干渉光検出手段
241 画像取得手段
242 表示装置

Claims

活性層を含む積層体の上面および下面に電極層を備えてなる半導体発光素子であって、
前記上面または下面の少なくともいずれか一方の電極層が、光の導波方向に互いに分離された２以上の電極に分割されており、
前記活性層が前記導波方向に沿って、利得波長の異なる構造を備えて、該活性層の前記分割された２以上の電極の各電極に対応する各領域から互いに異なるスペクトルの光を生じるものであり、
前記各電極からの注入電流を個別に変化させることにより出力光のスペクトル分布を変化させることができるものであることを特徴とする半導体発光素子。
前記利得波長の異なる構造が、前記導波方向に沿って光出射端面に近づくに連れて短波長側の利得波長となるように構成されたものであることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
スーパールミネッセントダイオードとして用いられることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
光増幅器として用いられることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
請求項１または２記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前記分割された電極毎に注入電流量を個別に調整可能な駆動手段とを備えたことを特徴とする光源装置。
前記駆動手段が、前記半導体発光素子を駆動するための電源と、該電源に並列に接続され、かつ前記分割された電極にそれぞれ接続された、前記電極と同数の可変抵抗とを備えたことを特徴とする請求項５記載の光源装置。
前記半導体発光素子から出力された光の波長の一部を選択的に該半導体発光素子に戻す波長選択手段をさらに備え、波長可変レーザとして用いられるものであることを特徴とする請求項５または６記載の光源装置。
前記波長選択手段が、半導体発光素子から出力された光の波長の一部を、該波長を所定の周期で連続的に変化させながら選択的に前記半導体発光素子に戻す波長掃引手段であることを特徴とする請求項７記載の光源装置。
請求項８記載の光源装置と、
該光源装置から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有することを特徴とする光断層画像化装置。