JP2008192731A - Semiconductor light emitting element and optical tomographic imaging apparatus including the element - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子において、導波路の構造不整を少なくし、電流狭窄構造を良好にする。
【解決手段】半導体発光素子1は、第1導電型半導体基板11の一方の面に、第1導電型半導体基板11側から上方に第一導電型の下部クラッド層13と、半導体活性層15と、半導体活性層15の特定領域15aに電流を注入するための電流狭窄部24と、第2導電型コンタクト層23と第2導電型電極25とを順次有し、半導体活性層15の下方に第1導電型電極26を有する。電流狭窄部24は、半導体活性層15側から上方に、第2導電型上部第1クラッド層17と、前記上部第1クラッド層の層幅より小さい層幅を有しかつ第一導電型電流ブロック層21で埋め込まれた第2導電型上部第2クラッド層19とを順次有する。
【選択図】図1In a semiconductor light emitting device, the structure irregularity of a waveguide is reduced and a current confinement structure is improved.
A semiconductor light emitting device includes a first conductive type lower cladding layer, a semiconductor active layer, and a first conductive type semiconductor substrate on a first surface of the first conductive type semiconductor substrate. , A current confinement portion 24 for injecting a current into the specific region 15 a of the semiconductor active layer 15, a second conductivity type contact layer 23, and a second conductivity type electrode 25, sequentially, and below the semiconductor active layer 15, It has one conductivity type electrode 26. The current confinement part 24 has a layer width smaller than the layer width of the second conductive type upper first clad layer 17 and the upper first clad layer from the semiconductor active layer 15 side, and has a first conductive type current block. A second conductivity type upper second cladding layer 19 buried in the layer 21 is sequentially provided.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)や半導体光増幅器(SOA)等として利用可能な半導体発光素子、及びこれを備えた光断層画像化装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting element that can be used as a superluminescent diode (SLD), a semiconductor optical amplifier (SOA), and the like, and an optical tomographic imaging apparatus including the same.
生体組織の断層画像を取得する際に、低コヒーレンス光による光干渉を用いるOCT(Optical Coherence Tomography)装置が眼科分野で実用化されている。OCT装置の性能は光源の性能に依存するところが大きく、光源のコヒーレンス長により光軸方向の分解能が決まるため、光源は、低コヒーレンス光源であることが望ましい。低コヒーレンス光のコヒーレンス長Δzは、中心波長λcおよびスペクトル半値幅Δλとした場合、次式で表すことが可能である。 An OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus that uses optical interference by low-coherence light when acquiring a tomographic image of a living tissue has been put into practical use in the ophthalmic field. The performance of the OCT apparatus largely depends on the performance of the light source. Since the resolution in the optical axis direction is determined by the coherence length of the light source, the light source is preferably a low-coherence light source. The coherence length Δz of the low-coherence light can be expressed by the following equation when the center wavelength λc and the spectral half width Δλ are set.
Δz=2ln2/π・(λc2/Δλ)
上記式に示されるように、スペクトル幅が広い光源ほどコヒーレンス長が短くなるので、OCT用の光源は、より広帯域であることが望ましい。
Δz = 2ln2 / π · (λc 2 / Δλ)
As shown in the above equation, the light source having a wider spectral width has a shorter coherence length, so that the OCT light source is desirably of a wider band.
近年、OCT装置は、眼科分野での実用化を受けて、内視鏡への応用を目指した研究が進められている。内視鏡用OCTでは、被測定部が水分を多く含む物質に覆われていることが多いため、生体内組織における散乱損失及び吸収損失、及び水による吸収損失の合計が最小となるように、発光波長を設計した光源の検討が進められており、更に、広帯域化に伴って生じる分散の影響を考慮した検討がなされている。水による吸収は、特定の波長において吸収ピークを有することから、水分を多く含む物質に覆われた環境で使用される内視鏡用等のOCTに用いられる低コヒーレンス光には、高レベルに波長特性が制御されたビーム特性が要求される。 In recent years, OCT devices have been put into practical use in the ophthalmic field, and research aimed at application to endoscopes has been underway. In the OCT for endoscopes, the part to be measured is often covered with a substance containing a large amount of water, so that the total of the scattering loss and absorption loss in the living body tissue and the absorption loss due to water is minimized. Investigations of light sources with designed emission wavelengths are in progress, and further, consideration is given to the influence of dispersion that occurs with the increase in bandwidth. Since absorption by water has an absorption peak at a specific wavelength, the low-coherence light used in OCT for endoscopes and the like used in an environment covered with a substance rich in moisture has a high wavelength. A beam characteristic with controlled characteristics is required.
特開2006−267071号公報には、水分を多く含む物質に覆われた測定対象の断層画像を取得するOCT装置用の低コヒーレンス光は、生体組織の光吸収特性、散乱特性及び分散特性を考慮すると、最適な中心波長帯が0.90μm以上かつ1.15μm以下であることが記載されており、OCT装置において、この範囲内に中心波長を有する光源を使用することにより、生体組織が水分を多く含む物質により覆われている場合であっても、生体組織の所望の深度までの光断層画像を高精度に取得することができるようになることが記載されている。しかし、この波長範囲の光源としては、従来はチタンサファイアレーザ等が使用されており、高価で取り扱いが容易でないものが多い。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-267071 discloses low coherence light for an OCT apparatus that acquires a tomographic image of a measurement target covered with a substance containing a lot of moisture, considering light absorption characteristics, scattering characteristics, and dispersion characteristics of a living tissue. Then, it is described that the optimum center wavelength band is 0.90 μm or more and 1.15 μm or less, and in the OCT apparatus, by using a light source having a center wavelength within this range, the living tissue absorbs moisture. It is described that an optical tomographic image up to a desired depth of a living tissue can be obtained with high accuracy even when it is covered with a substance containing a large amount. However, conventionally, a titanium sapphire laser or the like has been used as a light source in this wavelength range, and many are expensive and not easy to handle.
一方、低コストで、かつ取り扱いの容易なOCT装置用の低コヒーレンス光源としては、スーパールミネッセントダイオード(SLD)が有望とされている。上記波長範囲内に中心波長を有するSLDとしては、斜め光導波路構造を有するSLD等が既に知られているが、上記したように、OCT装置の分解能は、光源が広帯域であるほど高くなることから、より鮮明かつ高精細な断層画像を得るために、より広帯域化されたSLDが求められている。 On the other hand, a superluminescent diode (SLD) is promising as a low-coherence light source for an OCT apparatus that is inexpensive and easy to handle. As an SLD having a central wavelength within the above wavelength range, an SLD having an oblique optical waveguide structure is already known. However, as described above, the resolution of the OCT apparatus increases as the light source has a wider band. Therefore, in order to obtain a clearer and higher-definition tomographic image, an SLD having a wider band is required.
広帯域なSLDを作製する手法の一つとして、半導体発光素子において、射出する光の導波方向に発光波長の異なる光を生じる構造を形成して、広帯域化する手法がある。具体的には、選択成長を利用して、量子井戸厚・量子井戸組成を光軸方向で変化させた活性層を形成することにより、射出する光の導波方向に発光波長の異なる光を生じる構造を得る。 As one of the methods for manufacturing a broadband SLD, there is a method for forming a wide band by forming a structure that generates light having different emission wavelengths in the waveguide direction of emitted light in a semiconductor light emitting device. Specifically, by using selective growth to form an active layer in which the quantum well thickness and quantum well composition are changed in the optical axis direction, light having a different emission wavelength is generated in the waveguide direction of the emitted light. Get the structure.
この手法は、2つのストライプ状のSiO2などで形成される誘電体マスクを互いに一定間隔を開けて平行に形成し、その上に結晶成長を行うと、マスクに挟まれた成長領域の成長速度・組成が変化する現象を利用しており、マスク幅を変えることで成長する活性層膜厚・組成を射出する光の導波方向に変化させることができる。この手法により、通常のSLDと比較して広帯域なSLDを作製することが可能であるが、一方、この手法では、膜厚や組成の変化の割合を大きくすると急激に結晶劣化が生じてしまうという問題がある。 In this method, when a dielectric mask formed of two striped SiO 2 or the like is formed in parallel with a certain distance from each other and crystal growth is performed thereon, the growth rate of the growth region sandwiched between the masks is increased. Utilizing the phenomenon that the composition changes, the thickness and composition of the active layer grown can be changed in the waveguide direction of the emitted light by changing the mask width. With this method, it is possible to produce a broadband SLD compared to a normal SLD, but with this method, if the rate of change in film thickness or composition is increased, crystal degradation will occur rapidly. There's a problem.
特許文献1には、半導体光集積素子においてマスク間ストライプ幅を10μm以上に大きくすることにより、III族原料種の組成の変化をゆるやかにさせて結晶劣化を抑制する方法及び該方法によって製造された半導体光集積素子が開示されている。
しかし、特許文献1では、リッジ形成を、膜厚差の大きい選択成長層をエッチングすることによって作製しているため、リッジ幅を一定にすることが難しく、素子の導波特性が低下し、また、膜厚の薄い短波長側の領域においては、オーバーエッチングによるストライプ構造の破損や、極めて薄い電流ブロック層による電流狭窄特性の劣化が起こりやすく、良好なビーム特性が得られなくなる恐れがある。
また、半導体光増幅器(SOA)も、SLDと同様の素子構成を有する半導体発光素子であり、同様の課題を有している。
However, in Patent Document 1, since the ridge is formed by etching a selective growth layer having a large film thickness difference, it is difficult to make the ridge width constant, and the waveguide characteristics of the device are reduced. Also, in the region on the short wavelength side where the film thickness is thin, damage to the stripe structure due to over-etching and deterioration of current confinement characteristics due to an extremely thin current blocking layer are likely to occur, and good beam characteristics may not be obtained.
The semiconductor optical amplifier (SOA) is also a semiconductor light emitting element having the same element configuration as the SLD and has the same problems.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導波路の構造不整が少なく、良好な電流狭窄構造を有し、ビーム特性の良好なSLDやSOA等の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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is intended to provide a semiconductor light emitting device such as SLD or SOA having a good current confinement structure with less irregular structure of the waveguide and good beam characteristics. It is the purpose.
本発明はまた、上記半導体発光素子を用いた光断層画像化装置(OCT装置)を提供することを目的とするものである。 It is another object of the present invention to provide an optical tomographic imaging apparatus (OCT apparatus) using the semiconductor light emitting element.
本発明は、特に、内視鏡用OCT装置等の光源として好適な、発光波長が0.90μm以上かつ1.15μm以下の範囲にある広帯域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が、本発明は、射出光の中心波長が上記波長範囲外の広帯域な半導体発光素子にも適用可能である。 An object of the present invention is to provide a broadband semiconductor light-emitting element having a light emission wavelength in the range of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less, which is particularly suitable as a light source for an endoscope OCT apparatus or the like. However, the present invention can also be applied to a broadband semiconductor light emitting device in which the center wavelength of the emitted light is outside the above wavelength range.
本発明の半導体発光素子は、第1導電型半導体基板の一方の面に、該半導体基板側から上方に第一導電型の下部クラッド層と、半導体活性層と、前記半導体活性層の特定領域に電流を注入するための電流狭窄部と、第2導電型コンタクト層と第2導電型電極とを順次有し、前記半導体活性層の下方に第1導電型電極を有する半導体発光素子において、
前記半導体活性層は、前記半導体発光素子から射出される光の導波方向に段階的または連続的に組成及び膜厚が変化している構造であり、
前記電流狭窄部は、前記半導体活性層側から上方に、第2導電型上部第1クラッド層と、前記上部第1クラッド層の層幅より小さい層幅を有しかつ第一導電型電流ブロック層で埋め込まれた第2導電型上部第2クラッド層とを順次有することを特徴とするものである。
The semiconductor light emitting device of the present invention is formed on one surface of a first conductivity type semiconductor substrate, on a first conductivity type lower cladding layer, a semiconductor active layer, and a specific region of the semiconductor active layer from the semiconductor substrate side. In a semiconductor light emitting device having a current confinement part for injecting current, a second conductivity type contact layer and a second conductivity type electrode in sequence, and having a first conductivity type electrode below the semiconductor active layer,
The semiconductor active layer has a structure in which a composition and a film thickness are changed stepwise or continuously in a waveguide direction of light emitted from the semiconductor light emitting element,
The current confinement part has a layer width smaller than a layer width of the second conductivity type upper first cladding layer and the upper first cladding layer, and the first conductivity type current blocking layer upward from the semiconductor active layer side And a second conductive type upper second cladding layer buried in the step.
本明細書において、「第1導電型」及び「第2導電型」はp型又はn型に相当し、導電型の異なることを示している。 In this specification, “first conductivity type” and “second conductivity type” correspond to p-type or n-type, and indicate that the conductivity types are different.
本発明の半導体発光素子の好適な態様としては、少なくとも前記半導体活性層と、前記上部第1クラッド層とが、リッジ構造部を構成しているものが挙げられ、前記リッジ構造部の幅が8μm以上30μm以下であることが好ましい。 A preferred embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention is one in which at least the semiconductor active layer and the upper first cladding layer constitute a ridge structure portion, and the width of the ridge structure portion is 8 μm. It is preferably 30 μm or less.
本明細書において、リッジ構造部の幅とは、リッジ構造を形成する半導体結晶層のうち、最下層の層幅と定義する。 In this specification, the width of the ridge structure portion is defined as the lowermost layer width of the semiconductor crystal layers forming the ridge structure.
前記上部第2クラッド層の層幅は、2μm以上3μm以下であることが好ましい。 The layer width of the upper second cladding layer is preferably 2 μm or more and 3 μm or less.
本発明の半導体発光素子は、発光波長が0.95μm以上1.15μm以下であることを特徴とするものである。 The semiconductor light emitting device of the present invention is characterized in that the emission wavelength is 0.95 μm or more and 1.15 μm or less.
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又は半導体光増幅器であることを特徴とするものである。 The semiconductor light-emitting device of the present invention is a superluminescent diode or a semiconductor optical amplifier.
本発明の光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を出射する光源部と、
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する分割手段と
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記参照光または前記測定光が照射されたときの外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、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の光強度に基づいて、前記参照光の光路長と前記測定光及び反射光の合計の光路長とが略一致する、前記測定対象の複数の深さの位置における反射光の強度を検出し、これらの深さ位置における強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、
前記光源部が、上記本発明の半導体発光素子を前記低コヒーレンス光の光源として含むことを特徴とするものである。
An optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a light source unit that emits low coherence light,
A splitting unit that splits the low-coherence light into measurement light and reference light; an irradiation optical system that irradiates the measurement target with the measurement light;
A combining means for combining the reference light and the reflected light from an external measurement object when the reference light or the measurement light is irradiated;
A plurality of measurement objects in which the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially match based on the light intensity of the combined reflected light and the interference light of the reference light In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition means for detecting the intensity of reflected light at a position of a depth and acquiring a tomographic image of a measurement object based on the intensity at these depth positions;
The light source section includes the semiconductor light emitting device of the present invention as a light source of the low coherence light.
本発明の半導体発光素子は、電流狭窄構造を、第2導電型上部第1クラッド層と、その層幅より小さい層幅を有しかつ第一導電型電流ブロック層で埋め込まれた第2導電型上部第2クラッド層とにより形成しているので、電流狭窄構造を作製する際に、エッチング加工は第2導電型上部第2クラッド層のみに行えばよく、活性層を含む光導波領域をエッチングする必要がない。そのため、オーバーエッチング等のエッチング不良により導波路構造の破損が起こりにくく、従って電流狭窄特性の劣化も生じにくい。 The semiconductor light emitting device of the present invention has a current confinement structure having a second conductivity type upper first cladding layer and a second conductivity type having a layer width smaller than the layer width and embedded with the first conductivity type current blocking layer. Since the upper second cladding layer is formed, when the current confinement structure is formed, the etching process may be performed only on the second conductivity type upper second cladding layer, and the optical waveguide region including the active layer is etched. There is no need. For this reason, the waveguide structure is not easily damaged due to an etching failure such as over-etching, and therefore the current confinement characteristic is hardly deteriorated.
特に、エッチング不良が生じやすい、射出される光の導波方向に膜厚を異ならせたSLDやSOA等の広帯域半導体発光素子等においては、上記エッチング不良による素子特性への影響を大幅に低減化することができる。 In particular, in broadband semiconductor light emitting devices such as SLD and SOA, where etching defects are likely to occur and the film thickness is different in the waveguide direction of the emitted light, the effect on the device characteristics due to the etching defects is greatly reduced. can do.
従って、本発明によれば、導波路の構造不整が少なく、良好な電流狭窄構造を有し、ビーム特性の良好なSLDやSOA等の半導体発光素子を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor light emitting device such as an SLD or an SOA having a good current confinement structure with less structural irregularities of the waveguide and good beam characteristics.
また、前記リッジ構造部の幅を8μm以上30μm以下とした場合には、結晶性を良好にすることができる。 Further, when the width of the ridge structure portion is 8 μm or more and 30 μm or less, the crystallinity can be improved.
「半導体発光素子」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の半導体発光素子について説明する。図1は、本実施形態の半導体発光素子1の全体斜視図である。本実施形態は埋め込み型リッジストライプ構造である。
"Semiconductor light emitting device"
A semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view of the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment. This embodiment has a buried ridge stripe structure.
図1に示す本実施形態の半導体発光素子1においては、図示奥側の素子端面が後方端面1Rであり、図示手前側の素子端面が前方端面(光出力側の端面)1Fである。本実施形態では、後方端面1R及び前方端面1Fはいずれも半導体基板11の基板面に対して垂直であり、後方端面1R及び前方端面1Fは互いに平行である。
以下に、本実施形態の半導体発光素子1の層構成について説明する。
In the semiconductor light emitting device 1 of this embodiment shown in FIG. 1, the device end surface on the far side in the drawing is the rear end surface 1R, and the device end surface on the near side in the drawing is the front end surface (end surface on the light output side) 1F. In the present embodiment, the rear end surface 1R and the front end surface 1F are both perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate 11, and the rear end surface 1R and the front end surface 1F are parallel to each other.
Hereinafter, the layer configuration of the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment will be described.
半導体発光素子1は、n型(第1導電型)半導体基板11の図示上面に、該基板側からn型バッファ層12とn型下部クラッド層13とが順次積層されている。n型下部クラッド層13上に、アンドープ下部光ガイド層14、半導体活性層15、アンドープ上部光ガイド層16とp型(第2導電型)上部第1クラッド層17の積層構造からなるストライプ状のリッジ構造部20が形成されている。 In the semiconductor light emitting device 1, an n-type buffer layer 12 and an n-type lower cladding layer 13 are sequentially stacked on the upper surface of an n-type (first conductivity type) semiconductor substrate 11 from the substrate side. On the n-type lower cladding layer 13, a striped structure comprising a laminated structure of an undoped lower light guide layer 14, a semiconductor active layer 15, an undoped upper light guide layer 16 and a p-type (second conductivity type) upper first cladding layer 17. A ridge structure 20 is formed.
半導体活性層15としては、多重量子井戸活性層が好ましい。本実施形態では、リッジ構造部20を形成する各層の組成及び膜厚を、射出される光の導波方向に段階的または連続的に変化させて、射出する光の波長を光軸方向で変化させ、射出される光の発光波長を変調させる構成としている(図1参照)。 The semiconductor active layer 15 is preferably a multiple quantum well active layer. In this embodiment, the composition and film thickness of each layer forming the ridge structure portion 20 are changed stepwise or continuously in the waveguide direction of the emitted light, and the wavelength of the emitted light is changed in the optical axis direction. The emission wavelength of the emitted light is modulated (see FIG. 1).
リッジ構造部20上には、リッジ構造部20の最上層であるp型上部第1クラッド層17の層幅よりも小さい層幅であり、エッチングストップ層18上に積層されたp型上部第2クラッド層19が形成されている。p型上部第2クラッド層19及びリッジ構造部20は、n型下部クラッド層13上に設けられた、n型電流ブロック層21により挟まれている。更に、p型上部第2クラッド層19及びn型電流ブロック層21の上に、p型上部第3クラッド層22とp型コンタクト層23とp型電極25とが順次積層されている。n型電極26は、n型半導体基板11の下面に形成されている。 On the ridge structure portion 20, the layer width is smaller than the layer width of the p-type upper first cladding layer 17 that is the uppermost layer of the ridge structure portion 20, and the p-type upper second layer laminated on the etching stop layer 18. A clad layer 19 is formed. The p-type upper second cladding layer 19 and the ridge structure portion 20 are sandwiched by an n-type current blocking layer 21 provided on the n-type lower cladding layer 13. Further, a p-type upper third cladding layer 22, a p-type contact layer 23, and a p-type electrode 25 are sequentially stacked on the p-type upper second cladding layer 19 and the n-type current blocking layer 21. The n-type electrode 26 is formed on the lower surface of the n-type semiconductor substrate 11.
本実施形態において、電流狭窄部24を、第2導電型上部第1クラッド層17と、その層幅より小さい層幅を有しかつn型電流ブロック層21で埋め込まれたp型上部第2クラッド層19とにより形成している。電流狭窄部24において、電流ブロック層21と、それ以外の層とは導電型が異なるように設計されている。このような構成では、p型上部第2クラッド層19と電流ブロック層21との間の逆バイアス構造によって、電流の流れる領域がp型上部第2クラッド層19の層幅に絞り込まれ、p型上部第2クラッド層19の下方に位置するリッジ構造部20においてもp型上部第2クラッド層19の層幅に相当する特定領域15aに選択的に電流が注入されるので、p型上部第2クラッド層19の層幅に対応した幅の領域に電流が流れて、出力光がシングルモード化されるようになっている。従って、半導体活性層15の電流注入領域15a、及びその近傍部分(光ガイド層14、16の電流注入領域15aの近傍部分など)を光は導波する。以下、特定領域15aを電流注入領域と称す。なお、図面上は、便宜上、半導体活性層15の電流注入領域15aと非電流注入領域との境界を明確に図示してあるが、電流注入領域15aと非電流注入領域との境界は明確なものではない。 In the present embodiment, the current confinement portion 24 is formed of the second conductivity type upper first cladding layer 17 and a p-type upper second cladding having a layer width smaller than the layer width and embedded with the n-type current blocking layer 21. The layer 19 is formed. In the current confinement portion 24, the current block layer 21 and the other layers are designed to have different conductivity types. In such a configuration, the reverse-biased structure between the p-type upper second cladding layer 19 and the current blocking layer 21 narrows the current flowing region to the layer width of the p-type upper second cladding layer 19. Even in the ridge structure portion 20 located below the upper second cladding layer 19, current is selectively injected into the specific region 15 a corresponding to the layer width of the p-type upper second cladding layer 19. A current flows in a region having a width corresponding to the layer width of the cladding layer 19 so that the output light is converted into a single mode. Accordingly, light is guided through the current injection region 15a of the semiconductor active layer 15 and its vicinity (such as the vicinity of the current injection region 15a of the light guide layers 14 and 16). Hereinafter, the specific region 15a is referred to as a current injection region. In the drawing, for convenience, the boundary between the current injection region 15a and the non-current injection region of the semiconductor active layer 15 is clearly shown, but the boundary between the current injection region 15a and the non-current injection region is clear. is not.
半導体発光素子1の層組成及び各層の膜厚は、射出する光の波長特性に応じて適宜設計できる。例えば、内視鏡用等のOCT装置の低コヒーレンス光源として好適とされている、発光波長が0.90μm以上1.15μm以下の広帯域な低コヒーレンス光を射出させる場合は、活性層としてInGaAs多重量子井戸活性層等を採用すればよい。以下、半導体基板11と各層の組成と膜厚の設計例を挙げる。光の導波方向に段階的または連続的に変化している層においては、膜厚の厚い方の値を示す。
半導体基板11:n−GaAs基板、
n型バッファ層12:n−GaAs層(0.2μm厚、キャリア濃度5.0×1017cm−3)、
n型下部クラッド層13:n−In0.49Ga0.51P層(2.0μm厚、キャリア濃度5.0×1017cm−3)、
下部光ガイド層14:アンドープGaAs層(34nm厚) 、
半導体活性層15:InGaAs多重量子井戸活性層(6nm厚の量子井戸層と10nm厚の障壁層とが交互に積層された積層構造)、
上部光ガイド層16:アンドープGaAs層(34nm厚)、
p型上部第1クラッド層17:p−In0.49Ga0.51P層(0.2μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型エッチングストップ層18:p− GaAs層(10nm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型上部第2クラッド層19: p−In0.49Ga0.51P層(0.5μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
n型電流ブロック層21:n−In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P層(0.5μm厚、キャリア濃度1.0×1018cm−3)、
p型上部第3クラッド層22:p−In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P層(1.3μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm−3)、
p型コンタクト層23:p−GaAs層(2.0μm厚、キャリア濃度1.0×1019cm−3) 。
The layer composition of the semiconductor light emitting device 1 and the film thickness of each layer can be appropriately designed according to the wavelength characteristics of the emitted light. For example, when emitting a broadband low-coherence light having an emission wavelength of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less, which is suitable as a low-coherence light source for an OCT apparatus for an endoscope or the like, an InGaAs multiple quantum is used as an active layer. A well active layer or the like may be employed. Hereinafter, design examples of the composition and film thickness of the semiconductor substrate 11 and each layer will be given. In a layer that changes stepwise or continuously in the light guiding direction, the thicker value is shown.
Semiconductor substrate 11: n-GaAs substrate,
n-type buffer layer 12: n-GaAs layer (0.2 μm thick, carrier concentration 5.0 × 10 17 cm −3 ),
n-type lower cladding layer 13: n-In 0.49 Ga 0.51 P layer (2.0 μm thick, carrier concentration 5.0 × 10 17 cm −3 ),
Lower light guide layer 14: undoped GaAs layer (34 nm thick),
Semiconductor active layer 15: InGaAs multiple quantum well active layer (laminated structure in which 6 nm thick quantum well layers and 10 nm thick barrier layers are alternately stacked),
Upper light guide layer 16: undoped GaAs layer (34 nm thick),
p-type upper first cladding layer 17: p-In 0.49 Ga 0.51 P layer (0.2 μm thickness, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type etching stop layer 18: p-GaAs layer (10 nm thick, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type upper second cladding layer 19: p-In 0.49 Ga 0.51 P layer (0.5 μm thick, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
n-type current blocking layer 21: n-In 0.49 (Al 0.12 Ga 0.88 ) 0.51 P layer (0.5 μm thickness, carrier concentration 1.0 × 10 18 cm −3 ),
p-type upper third cladding layer 22: p-In 0.49 (Al 0.12 Ga 0.88 ) 0.51 P layer (1.3 μm thickness, carrier concentration 7.0 × 10 17 cm −3 ),
p-type contact layer 23: p-GaAs layer (2.0 μm thick, carrier concentration 1.0 × 10 19 cm −3 ).
リッジ構造部20を形成している各層、及びp型エッチングストップ層18は、膜厚及び組成が、光の導波方向に段階的または連続的に変化していることを述べた。本実施形態では、図示されるように、半導体発光素子1は、光の導波方向の2領域においてリッジ構造部20を形成している各層に異なる膜厚及び組成を有し(それぞれe領域、f領域とする)、光出力側のe領域の方の膜厚が厚くなっている。e領域とf領域との境界では、2両領域間において膜厚及び組成が、共に連続的に変化するように、膜厚、組成共に傾斜を有している。e領域とf領域の射出光の導波方向の幅は特に制限なく、射出光の波長特性等に応じて適宜設計できる。 It has been described that the thickness and composition of each layer forming the ridge structure portion 20 and the p-type etching stop layer 18 change stepwise or continuously in the light guiding direction. In the present embodiment, as shown in the drawing, the semiconductor light emitting device 1 has different film thicknesses and compositions in the respective layers forming the ridge structure portion 20 in two regions in the light guiding direction (e region, The thickness of the e region on the light output side is thicker. At the boundary between the e region and the f region, both the film thickness and the composition are inclined so that the film thickness and the composition continuously change between the two regions. The width in the waveguide direction of the emitted light in the e region and the f region is not particularly limited and can be appropriately designed according to the wavelength characteristics of the emitted light.
図1のA−A’断面図、及びB−B’断面図を図2A及び図2Bに示す。図2Aと図2Bにおいて、リッジ構造部20を構成する各層はいずれも図2Aの方の膜厚が厚くなっており、リッジ構造部20以外の層の膜厚は図2Aと図2Bとで変化なく、平面内において略均一である。半導体結晶は、その膜厚と組成によってエネルギーバンドギャップEgが変化する。本実施形態では、光出力側にあるe領域の方が、f領域に比してEgが小さくなるように、つまり、e領域における発光波長の方が長波長となるように設計されている。 2A and 2B are a cross-sectional view along A-A ′ and a cross-sectional view along B-B ′ in FIG. 1. 2A and 2B, each of the layers constituting the ridge structure portion 20 is thicker in the direction of FIG. 2A, and the thickness of the layers other than the ridge structure portion 20 varies between FIG. 2A and FIG. 2B. And is substantially uniform in a plane. The energy band gap Eg of a semiconductor crystal varies depending on the film thickness and composition. In the present embodiment, the e region on the light output side is designed so that Eg is smaller than that in the f region, that is, the emission wavelength in the e region is longer.
このように、半導体発光素子1内部において、e領域とf領域とで発光(中心)波長の異なる光が発光されるので、半導体発光素子1からは、各領域で発光された光が混ざりあった、スペクトル半値幅の広い、広帯域光Laが射出される。従って、半導体発光素子1によれば、e領域とf領域の膜厚と組成を変化させて、e領域及びf領域のエネルギーバンドギャップを調整することにより、所望の波長特性を有する広帯域光Laを射出させることができる。 As described above, light having different emission (center) wavelengths is emitted in the e region and the f region inside the semiconductor light emitting device 1, and thus the light emitted from each region is mixed. Broadband light La having a wide spectrum half width is emitted. Therefore, according to the semiconductor light emitting device 1, by changing the film thickness and composition of the e region and the f region and adjusting the energy band gap of the e region and the f region, broadband light La having desired wavelength characteristics can be obtained. Can be injected.
リッジ構造部20の幅dは、リッジ構造20を形成する各半導体層を結晶性の良好なものとするためには、8μm以上が好ましく、10μm以上であることがより好ましい。また、幅dを広くしすぎると所望のエネルギーバンドギャップEgが得にくく、従って所望の波長変調ができなくなるので30μm以下であることが好ましい。 The width d of the ridge structure 20 is preferably 8 μm or more and more preferably 10 μm or more in order to make each semiconductor layer forming the ridge structure 20 have good crystallinity. Further, if the width d is excessively wide, it is difficult to obtain a desired energy band gap Eg, and therefore desired wavelength modulation cannot be performed.
このようなリッジ構造部20を有する場合には、半導体発光素子1において、p型上部第2クラッド層19の層幅を2μm以上3μm以下とすることにより、広帯域光Laをシングルモード光とすることができる。このようなp型上部第2クラッド層19の層幅に位置するリッジ構造部20は、結晶性が良好であるため、ビーム特性の良好な広帯域シングルモード光Laとすることができる。リッジ構造部20の結晶性については後記する。 In the case of having such a ridge structure portion 20, in the semiconductor light emitting device 1, the broadband light La is made to be a single mode light by setting the layer width of the p-type upper second cladding layer 19 to 2 μm to 3 μm. Can do. Since such a ridge structure portion 20 positioned at the layer width of the p-type upper second cladding layer 19 has good crystallinity, it can be a broadband single-mode light La with good beam characteristics. The crystallinity of the ridge structure 20 will be described later.
以下に、本実施形態の半導体発光素子1の製造方法を示す。
図3A〜図3Fを参照して、上記本実施形態の半導体発光素子1の製造例について説明する。
本実施形態において、半導体発光素子1は、誘電体パターニングマスクを用いた選択成長技術により作製される。
Below, the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device 1 of this embodiment is shown.
A manufacturing example of the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3F.
In the present embodiment, the semiconductor light emitting device 1 is manufactured by a selective growth technique using a dielectric patterning mask.
はじめに、半導体基板11を用意し、該基板の略全面にn型バッファ層12とn型下部クラッド層13とを順次成膜する。本実施形態において、各半導体層及び各種膜の成膜方法は特に制限なく、有機金属気相成長法(MOCVD法)、分子線エピタキシー法等が挙げられる。 First, a semiconductor substrate 11 is prepared, and an n-type buffer layer 12 and an n-type lower cladding layer 13 are sequentially formed on substantially the entire surface of the substrate. In this embodiment, the method for forming each semiconductor layer and various films is not particularly limited, and examples thereof include a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) and a molecular beam epitaxy method.
次に、リッジ構造部20に対応したパターンの選択成長用誘電体マスクMをn型下部クラッド層13上に形成する(図3A)。まずSiO2膜をn型下部クラッド層13上略全面に成膜し、フォトリソグラフィーにより選択成長用誘電体マスクMをパターニングする。 Next, a dielectric mask M for selective growth having a pattern corresponding to the ridge structure portion 20 is formed on the n-type lower cladding layer 13 (FIG. 3A). First, a SiO 2 film is formed on substantially the entire surface of the n-type lower cladding layer 13, and the selective growth dielectric mask M is patterned by photolithography.
選択成長技術は、誘電体マスクMによりマスクされていない領域にのみ半導体結晶を気相成長させる方法であり、混晶半導体結晶の場合はマスクの幅を変えることにより、混晶半導体結晶を構成する原子を含む各原料種の気相中の濃度勾配や表面マイグレーションによる実効的な移動距離が変わり、成長層厚及び組成を異ならせることができる。従って、選択成長技術によれば、射出される光の導波方向で膜厚及び組成の異なる2領域を有する半導体発光素子1を、領域毎に分けずに一括で作製することが可能である。 The selective growth technique is a method in which a semiconductor crystal is vapor-phase grown only in a region not masked by the dielectric mask M. In the case of a mixed crystal semiconductor crystal, the mixed crystal semiconductor crystal is formed by changing the width of the mask. The concentration gradient in the gas phase of each source species including atoms and the effective movement distance due to surface migration change, and the growth layer thickness and composition can be varied. Therefore, according to the selective growth technique, the semiconductor light emitting devices 1 having two regions having different film thicknesses and compositions in the waveguide direction of the emitted light can be collectively manufactured without dividing each region.
上記本実施形態の半導体発光素子1において、リッジ構造部20の膜厚及び組成を、射出する光の導波方向で変化させて発光波長を変調することを可能としているので、リッジ構造部20において所望の膜厚及び組成となるように誘電体マスクMのパターン(マスク幅、マスク間幅等)を形成すればよい。 In the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment, since the film thickness and composition of the ridge structure 20 can be changed in the waveguide direction of the emitted light, the emission wavelength can be modulated. The pattern of the dielectric mask M (mask width, inter-mask width, etc.) may be formed so as to have a desired film thickness and composition.
上記本実施形態の半導体発光素子1は、光の導波方向の2領域においてリッジ構造部20を形成している各層に異なる膜厚及び組成を有し(e領域、f領域)、光出力側のe領域の方の膜厚が厚くなっている。e領域とf領域との境界では、2両領域間において膜厚及び組成が、共に連続的に変化するように、膜厚、組成共に傾斜を有している。図3Aに示される誘電体マスクMのマスクパターンは、このような半導体発光素子1を構成する際に用いられるマスクパターン例である。 The semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment has a different film thickness and composition (e region, f region) in each layer forming the ridge structure portion 20 in two regions in the light guiding direction, and the light output side The film thickness in the e region is larger. At the boundary between the e region and the f region, both the film thickness and the composition are inclined so that the film thickness and the composition continuously change between the two regions. The mask pattern of the dielectric mask M shown in FIG. 3A is an example of a mask pattern used when configuring such a semiconductor light emitting element 1.
図3Aにおいて、リッジ構造部20は、誘電体マスクMで挟まれた領域に形成されるので、誘電体マスクMの目開き幅Dは、リッジ構造部20の幅dと同じである。 In FIG. 3A, since the ridge structure portion 20 is formed in a region sandwiched between the dielectric masks M, the opening width D of the dielectric mask M is the same as the width d of the ridge structure portion 20.
選択成長技術において、表面マイグレーションにより原料種が移動することを述べたが、マスク近傍の2〜3μmの領域では側面からの表面マイグレーションによる影響により良好な結晶成長がしにくく、得られた結晶が劣化しやすいものとなり、発光特性の良好な半導体発光素子が得られなくなる。従って、目開き幅Dは、両側からのマイグレーションの影響及び、発光領域の幅を考慮した場合、8μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。また、目開き幅Dは、あまり広すぎると、目開き幅Dの方向に組成分布や膜厚分布が形成されやすくなり、素子特性が低下し、所望のエネルギーバンドギャップEgが得にくくなる。従って、所望の波長変調ができなくなるので30μm以下であることが好ましい。上記したように、シングルモード光とする場合は、発光領域が2〜3μmであるので、目開き幅Dが上記範囲であれば、表面マイグレーションの影響が及ばない結晶性の良好な部分を発光領域とすることができる。 In the selective growth technology, it has been stated that the source species move due to surface migration, but in the region of 2 to 3 μm near the mask, it is difficult to achieve good crystal growth due to the effect of surface migration from the side, and the resulting crystals deteriorate. As a result, a semiconductor light emitting device with good light emission characteristics cannot be obtained. Accordingly, the opening width D is preferably 8 μm or more, more preferably 10 μm or more, considering the influence of migration from both sides and the width of the light emitting region. On the other hand, if the opening width D is too wide, a composition distribution and a film thickness distribution are likely to be formed in the direction of the opening width D, the device characteristics are deteriorated, and it is difficult to obtain a desired energy band gap Eg. Accordingly, the desired wavelength modulation cannot be performed, so that the thickness is preferably 30 μm or less. As described above, when single mode light is used, the light emitting region is 2 to 3 μm. Therefore, if the aperture width D is in the above range, a portion having good crystallinity that is not affected by surface migration is considered to be a light emitting region. It can be.
誘電体マスクMの幅は、リッジ構造部20の膜厚及び組成に応じて決定すればよく、膜厚を相対的に厚くしたい方を幅広にすればよい。図示されるように、本実施形態においては、光出力側のe領域において膜厚が厚くなるように、誘電体マスクMの幅が広くなっている。 The width of the dielectric mask M may be determined in accordance with the film thickness and composition of the ridge structure portion 20, and the width of the film whose thickness is desired to be relatively increased may be increased. As shown in the drawing, in the present embodiment, the width of the dielectric mask M is increased so that the film thickness is increased in the e region on the light output side.
次に、選択成長によりリッジ構造部20を形成する。誘電体マスクMを載せた状態で、アンドープ下部光ガイド層14、多重量子井戸活性層15、アンドープ上部光ガイド層16、p型上部第1クラッド層17を順次成膜してリッジ構造部20を形成し、更にその上にエッチングストップ層18を成膜する。これらの層は、図3Aに示されるようなパターンの誘電体マスクMにより選択成長されるので、図3Bに示されるように、射出する光の導波方向で変化させて膜厚が変化したリッジ構造部20を形成する。膜厚の変化と同様に、各層の組成も導波方向で変化しているので、リッジ構造部20における異なる膜厚の部分において発光波長が異なるようにすることができる。 Next, the ridge structure 20 is formed by selective growth. With the dielectric mask M placed thereon, the undoped lower light guide layer 14, the multiple quantum well active layer 15, the undoped upper light guide layer 16, and the p-type upper first cladding layer 17 are sequentially formed to form the ridge structure portion 20. Then, an etching stop layer 18 is formed thereon. Since these layers are selectively grown by the dielectric mask M having a pattern as shown in FIG. 3A, as shown in FIG. 3B, the ridge whose thickness is changed by changing in the waveguide direction of the emitted light. The structure part 20 is formed. Similar to the change in the film thickness, the composition of each layer also changes in the waveguide direction, so that the emission wavelength can be made different at different film thickness portions in the ridge structure portion 20.
次に、誘電体マスクMを除去し(図3C)、その上にp型上部第2クラッド層19を成膜する(図3D)。誘電体マスクMが除去されているので、p型上部第2クラッド層19及び該層より後に成膜される層の膜厚は全領域において略均一である。 Next, the dielectric mask M is removed (FIG. 3C), and a p-type upper second cladding layer 19 is formed thereon (FIG. 3D). Since the dielectric mask M is removed, the film thickness of the p-type upper second cladding layer 19 and the layer formed after the layer is substantially uniform in the entire region.
次に、p型上部第1クラッド層17と、その層幅より小さい層幅を有しかつn型電流ブロック層21で埋め込まれたp型上部第2クラッド層19とからなる電流狭窄部24を形成する。 Next, a current confinement portion 24 comprising a p-type upper first cladding layer 17 and a p-type upper second cladding layer 19 having a layer width smaller than the layer width and embedded with an n-type current blocking layer 21 is formed. Form.
p型上部第2クラッド層19上に、該クラッド層19が所望の層幅となるようにエッチングマスクを配して、p型上部第2クラッド層19にエッチングを施した後、エッチングストップ層18を除去し(図3E)、p型上部第2クラッド層19が埋め込まれるようにn型電流ブロック層21を成膜する。p型上部第2クラッド層19の層幅は、p型上部第1クラッド層17より小さければよく、シングルモード光を得るには、2μm以上3μm以下の範囲内が好ましい。 An etching mask is arranged on the p-type upper second cladding layer 19 so that the cladding layer 19 has a desired layer width, and the p-type upper second cladding layer 19 is etched. (FIG. 3E), and an n-type current blocking layer 21 is formed so that the p-type upper second cladding layer 19 is embedded. The layer width of the p-type upper second cladding layer 19 only needs to be smaller than that of the p-type upper first cladding layer 17, and is preferably in the range of 2 μm or more and 3 μm or less in order to obtain single mode light.
上記のように、本実施形態において、電流狭窄部24は、活性層15を含む光導波領域をエッチングすることなく、全領域において膜厚の略均一なp型第2クラッド層のみをエッチングし、それをn型電流ブロック層21で埋め込むことにより形成される。そのため、オーバーエッチング等のエッチング不良による影響を導波路構造にほとんど与えることなく、電流狭窄構造を形成することができ、また、電流ブロック層21の膜厚も、全領域において略均一とすることができる。そのため、オーバーエッチング等のエッチング不良により導波路構造の破損が起こりにくく、電流狭窄不良による素子特性劣化が起こりにくい。 As described above, in the present embodiment, the current confinement part 24 etches only the p-type second cladding layer having a substantially uniform thickness in the entire region without etching the optical waveguide region including the active layer 15. It is formed by embedding it with an n-type current blocking layer 21. Therefore, the current confinement structure can be formed with almost no influence on the waveguide structure due to etching defects such as overetching, and the thickness of the current blocking layer 21 can be made substantially uniform in the entire region. it can. For this reason, the waveguide structure is not easily damaged due to an etching failure such as overetching, and element characteristics are not easily deteriorated due to a current constriction failure.
特に、本実施形態の半導体発光素子1のように、射出される光の導波方向に膜厚の異なるリッジ構造部20を有する広帯域な半導体発光素子等は、リッジ構造部20を直接エッチング加工すると、膜厚差により、膜厚の薄い領域におけるオーバーエッチングが生じやすく、素子特性を大きく劣化させてしまう可能性が高い。上記のように、本実施形態によれば、光の導波方向に膜厚の異なるリッジ構造部20をエッチングする必要がないため、良好な素子特性を有する、広帯域な半導体発光素子1を提供することができる。 In particular, as in the semiconductor light emitting device 1 of this embodiment, a broadband semiconductor light emitting device having a ridge structure portion 20 having a different thickness in the waveguide direction of emitted light is obtained by directly etching the ridge structure portion 20. Due to the difference in film thickness, over-etching is likely to occur in a thin region, and there is a high possibility that the device characteristics will be greatly deteriorated. As described above, according to the present embodiment, since it is not necessary to etch the ridge structure portion 20 having a different thickness in the light guiding direction, a broadband semiconductor light emitting device 1 having good device characteristics is provided. be able to.
かかる構成の電流狭窄部及びその製造方法は、本実施形態のように射出される光の導波方向に膜厚の異なるリッジ構造部を有するものだけではなく、光の導波方向の膜厚が略均一な半導体発光素子にも適用可能であり、同様にエッチング不良による導波路構造の破損が起こりにくく、電流狭窄不良による素子特性劣化を起こりにくくすることができる。例えば、半導体レーザ等の狭帯域な半導体発光素子にも適用できる。 The current confinement portion having such a structure and the method of manufacturing the current confinement portion have not only a ridge structure portion having a different film thickness in the waveguide direction of emitted light as in the present embodiment, but also the film thickness in the light waveguide direction. The present invention can also be applied to a substantially uniform semiconductor light emitting device. Similarly, the waveguide structure is not easily damaged due to etching failure, and device characteristic deterioration due to current confinement failure is less likely to occur. For example, the present invention can be applied to a narrow band semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser.
最後に、p型上部第2クラッド層上のエッチングマスクを除去し、次いでp型上部第3クラッド層22、p型コンタクト層23を順次成膜し、更にその上にp型電極25を、n型半導体基板11の下面にn型電極26を形成して半導体発光素子1が完成する(図3F)。
以上のようにして、本実施形態の半導体発光素子1は製造される。
Finally, the etching mask on the p-type upper second cladding layer is removed, and then a p-type upper third cladding layer 22 and a p-type contact layer 23 are sequentially formed, and a p-type electrode 25 is further formed thereon. The n-type electrode 26 is formed on the lower surface of the type semiconductor substrate 11 to complete the semiconductor light emitting device 1 (FIG. 3F).
As described above, the semiconductor light emitting device 1 of this embodiment is manufactured.
本実施形態の半導体発光素子1は、電流狭窄構造を、第2導電型上部第1クラッド層17と、その層幅より小さい層幅を有しかつ第一導電型電流ブロック層21で埋め込まれた第2導電型上部第2クラッド層19とにより形成しているので、電流狭窄構造を作製する際に、エッチング加工は第2導電型上部第2クラッド層19のみに行えばよく、活性層15を含む光導波領域をエッチングする必要がない。そのため、オーバーエッチング等のエッチング不良により導波路構造の破損が起こりにくく、従って電流狭窄特性の劣化も生じにくい。 In the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the current confinement structure is embedded with the second conductivity type upper first cladding layer 17 and the first conductivity type current blocking layer 21 having a layer width smaller than the layer width. Since the second conductive type upper second cladding layer 19 is formed, when the current confinement structure is formed, the etching process may be performed only on the second conductive type upper second cladding layer 19. There is no need to etch the included optical waveguide region. For this reason, the waveguide structure is not easily damaged due to an etching failure such as over-etching, and therefore the current confinement characteristic is hardly deteriorated.
特に、エッチング不良が生じやすい、射出される光の導波方向に膜厚を異ならせた広帯域な半導体発光素子等においても、上記エッチング不良による素子特性への影響を大幅に低減化することができる。 In particular, even in a wide-band semiconductor light emitting device in which the film thickness is varied in the waveguide direction of the emitted light, which is likely to cause etching defects, the influence on the element characteristics due to the etching defects can be greatly reduced. .
従って、本発明によれば、導波路の構造不整が少なく、良好な電流狭窄構造を有し、ビーム特性の良好なSLDやSOA等の半導体発光素子1を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor light emitting device 1 such as an SLD or SOA having a good current confinement structure with few waveguide irregularities and good beam characteristics.
また、前記リッジ構造部の幅を8μm以上30μm以下とした場合には、結晶性を良好にすることができる。 Further, when the width of the ridge structure portion is 8 μm or more and 30 μm or less, the crystallinity can be improved.
上記設計例の膜厚及び組成で作製した本実施形態の半導体発光素子1は、後記する実施例において示すように、中心波長1.102μm、発光半値幅は186.3nmとなり、出力は19.6mWの広帯域かつ高出力の低コヒーレンス光を射出することができるSLDである。この発光波長帯は、背景技術の項で述べた内視鏡用OCT装置の低コヒーレンス光源として好適な0.90μm以上1.15μm以下の範囲内であり、層構成を適切に設計することにより、ある範囲で波長変調も可能である。従って、本実施形態の半導体発光素子1は、広帯域かつ、高出力な、内視鏡用OCT装置の低コヒーレンス光源として好ましく利用することができる。 The semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment manufactured with the thickness and composition of the above design example has a center wavelength of 1.102 μm, a light emission half width of 186.3 nm, and an output of 19.6 mW, as shown in the examples described later. It is an SLD that can emit a wide-band and high-output low-coherence light. This emission wavelength band is in the range of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less suitable as a low coherence light source for the endoscope OCT apparatus described in the background art section, and by appropriately designing the layer structure, Wavelength modulation is also possible within a certain range. Therefore, the semiconductor light emitting element 1 of the present embodiment can be preferably used as a low-coherence light source for an endoscope OCT apparatus having a wide band and a high output.
上記SLDにおいて発光波長帯は、活性層の組成や層構成等により調整可能であるので、本実施形態によれば、上記発光波長帯に限らず広帯域かつ、高出力なSLDを提供することができる。 In the SLD, the emission wavelength band can be adjusted by the composition, layer structure, and the like of the active layer. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a wide band and high output SLD as well as the emission wavelength band. .
また、本実施形態の半導体発光素子1は、半導体光増幅器(SOA)として用いることができる。 Further, the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment can be used as a semiconductor optical amplifier (SOA).
(設計変更例)
本実施形態の半導体発光素子1は上記構成に限らず、適宜設計変更可能である。
上記実施形態では、半導体発光素子1は、埋め込み型リッジストライプ構造としたが、内部ストライプ構造等、他の構造としてもよい。
(Design change example)
The semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment is not limited to the above configuration, and can be appropriately changed in design.
In the above embodiment, the semiconductor light emitting device 1 has the buried ridge stripe structure, but may have other structures such as an internal stripe structure.
上記実施形態では、光導波路が素子端面の法線方向と略同一の方向に延びる導波路構造としたが、光導波路の少なくとも一部が素子端面の法線方向に対して斜めに延びる、斜め導波路構造としても良い。 In the above embodiment, the optical waveguide has a waveguide structure extending in the same direction as the normal direction of the element end face. However, at least a part of the optical waveguide extends obliquely with respect to the normal direction of the element end face. A waveguide structure may be used.
上記実施形態では、選択成長技術によりリッジ構造部20を作製したが、作製方法は制限されない。 In the above embodiment, the ridge structure 20 is manufactured by the selective growth technique, but the manufacturing method is not limited.
また、上記実施形態では、射出する光の導波方向の2領域において発光波長が異なる構成としたが、領域数は制限されず、射出する光の波長特性に応じて適宜設計可能である。 Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure from which the light emission wavelength differs in two area | regions of the waveguide direction of the light to inject | emitted, the number of area | regions is not restrict | limited and it can design suitably according to the wavelength characteristic of the light to inject | emits.
更に、本実施形態の半導体発光素子1は、同一の基板上に、射出する光の導波方向に、異なる波長を発光する複数の連続した領域を設けた構成としているので、単一の半導体基板上に、異種機能の複数の光素子を集積した半導体光集積素子への応用も可能である。 Furthermore, since the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of continuous regions emitting different wavelengths are provided in the waveguide direction of emitted light on the same substrate, a single semiconductor substrate is used. In addition, it can be applied to a semiconductor optical integrated device in which a plurality of optical devices having different functions are integrated.
「光断層画像化装置」
図面を参照して、上記実施形態の半導体発光素子1を備えた光断層画像化装置について説明する。図4は、本実施形態の光断層画像化装置の概略構成図である。
"Optical tomography system"
With reference to the drawings, an optical tomographic imaging apparatus including the semiconductor light emitting device 1 of the above embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the optical tomographic imaging apparatus of the present embodiment.
図4に示す光断層画像化装置200は、測定対象の断層画像を前述のTD−OCT(Time Domain Optical Coherence Tomography)計測により取得するものであって、レーザ光Laを射出する光源50および集光レンズ51からなる光源ユニット(光源部)210と、光源ユニット210から射出されて光ファイバFB1を伝搬するレーザ光Laを分割する光分割手段2と、ここを通過したレーザ光Laを測定光L1と参照光L2とに分割する光分割手段3と、光分割手段3により分割されて光ファイバFB3を伝搬した参照光L2の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段3により分割されて光ファイバFB2を伝搬した測定光L1を測定対象Sに照射する光プローブ230と、該光プローブ230から測定光L1が測定対象Sに照射されたときの測定対象からの反射光L3と参照光L2とを合波する合波手段4(光分割手段3が兼ねている)と、合波手段4により合波されて反射光L3と参照光L2との干渉光L4を検出する干渉光検出手段240とを備えている。 An optical tomographic imaging apparatus 200 shown in FIG. 4 acquires a tomographic image to be measured by the above-described TD-OCT (Time Domain Optical Coherence Tomography) measurement. The optical tomographic imaging apparatus 200 emits a laser beam La and collects light. A light source unit (light source unit) 210 composed of a lens 51, a light splitting means 2 for splitting a laser beam La emitted from the light source unit 210 and propagating through an optical fiber FB1, and a laser beam La passing through the light beam measuring unit L1 The light splitting means 3 that splits the light into the reference light L2, the optical path length adjusting means 220 that adjusts the optical path length of the reference light L2 split by the light splitting means 3 and propagated through the optical fiber FB3, and the light splitting means 3 The optical probe 230 for irradiating the measuring object S with the measuring light L1 propagated through the optical fiber FB2, and the measuring light L1 is irradiated from the optical probe 230 to the measuring object S. When the reflected light L3 from the measurement object and the reference light L2 are combined, the combining means 4 (also serving as the light splitting means 3) combines the reflected light L3 and the reference light. Interference light detection means 240 for detecting interference light L4 with L2.
光源50は、中心波長(λc)1.1μm、スペクトル半値全幅75nmの低コヒーレント光Laを射出するSLDであり、光源ユニット210は、光源50と、該光源50から射出された光を光ファイバFB1内に入射させるための光学系51とを有している。この光源50が、上記実施形態の半導体発光素子1である。 The light source 50 is an SLD that emits low-coherent light La having a center wavelength (λc) of 1.1 μm and a spectral full width at half maximum of 75 nm. The light source unit 210 transmits the light emitted from the light source 50 and the light source 50 to the optical fiber FB1. And an optical system 51 for making the light incident inside. This light source 50 is the semiconductor light emitting device 1 of the above embodiment.
上記光路長調整手段220は、光ファイバFB3から出射した参照光L2を平行光化するコリメータレンズ61と、このコリメータレンズ61との距離を変えるように図中矢印A方向に移動可能とされたミラー63と、このミラー63を移動させるミラー移動手段64とから構成されて、測定対象S内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光L2の光路長を変える機能を有している。光路長調整手段220により光路長の変更がなされた参照光L2が合波手段4に導波されるようになっている。 The optical path length adjusting means 220 is a mirror that is movable in the direction of arrow A in the figure so as to change the distance between the collimator lens 61 that collimates the reference light L2 emitted from the optical fiber FB3 and the collimator lens 61. 63 and mirror moving means 64 for moving the mirror 63, and has a function of changing the optical path length of the reference light L2 in order to change the measurement position in the measurement object S in the depth direction. . The reference light L 2 whose optical path length has been changed by the optical path length adjusting means 220 is guided to the multiplexing means 4.
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55と、このプローブ外筒55の内部空間に、該外筒55の軸方向に延びる状態に配設された1本の光ファイバ53と、光ファイバ53の先端から出射した光Lをプローブ外筒55の周方向に偏向させるプリズムミラー57と、光ファイバ53の先端から出射した光Lを、プローブ外筒55の周外方に配された被走査体としての測定対象Sにおいて収束するように集光するロッドレンズ58と、プリズムミラー57を光ファイバ53の軸を回転軸として回転させるモータ54とを備えている。 The optical probe 230 includes a cylindrical probe outer cylinder 55 whose tip is closed, and one optical fiber 53 disposed in the inner space of the probe outer cylinder 55 so as to extend in the axial direction of the outer cylinder 55. A prism mirror 57 that deflects the light L emitted from the tip of the optical fiber 53 in the circumferential direction of the probe outer cylinder 55, and the light L emitted from the tip of the optical fiber 53 is arranged on the outer circumference of the probe outer cylinder 55. A rod lens 58 that condenses light so as to converge on the measurement target S as a body to be scanned, and a motor 54 that rotates the prism mirror 57 about the axis of the optical fiber 53 are provided.
光分割手段3は、例えば2×2の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット210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3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3は、合波手段4としても機能するものである。 The light splitting means 3 is composed of, for example, a 2 × 2 optical fiber coupler, and splits the light La guided from the light source unit 210 through the optical fiber FB1 into the measurement light L1 and the reference light L2. The light splitting means 3 is optically connected to the two optical fibers FB2 and FB3, respectively. The measurement light L1 is guided through the optical fiber FB2, and the reference light L2 is guided through the optical fiber FB3. The light splitting means 3 in this example also functions as the multiplexing means 4.
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31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。 An optical probe 230 is optically connected to the optical fiber FB2, and the measurement light L1 is guided from the optical fiber FB2 to the optical probe 230. The optical probe 230 is inserted into a body cavity from a forceps port through a forceps channel, for example, and is detachably attached to the optical fiber FB2 by an optical connector 31.
また合波手段4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230により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光L2と、測定対象S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。 Further, the multiplexing means 4 is composed of a 2 × 2 optical fiber coupler as described above, and the reference light L2 that has been subjected to frequency shift and change of the optical path length by the optical path length adjusting means 230, and the reflected light L3 from the measurement object S. Are combined and emitted to the interference light detection means 240 side via the optical fiber FB4.
干渉光検出手段240は、干渉光L4の光強度を検出するものであり、干渉光L4の光強度を測定する光検出器40aおよび40bと、光検出器40aの検出値と光検出器40bの検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部41とを備えている。具体的には、測定光L1の全光路長と測定対象Sのある点で反射、もしくは後方散乱された反射光L3の合計と、参照光L2の光路長差が光源のコヒーレンス長よりも短い場合にのみ、反射光量に比例した振幅の干渉信号が検出される。光路長調整手段220により光路長を走査することで、干渉信号が得られる測定対象Sの反射点位置(深さ)が変わって行き、干渉光検出手段240は測定対象Sの各測定位置における反射率信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段220から画像取得手段250へ出力されるようになっている。このミラー移動手段64における測定位置の情報と干渉光検出手段240により検出された信号とに基づいて、画像取得手段250により測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。 The interference light detection means 240 detects the light intensity of the interference light L4. The light detectors 40a and 40b that measure the light intensity of the interference light L4, the detection value of the light detector 40a, and the light detector 40b. And an arithmetic unit 41 that performs balance detection by adjusting the input balance of the detected values. Specifically, when the difference between the total optical path length of the measuring light L1 and the reflected light L3 reflected or backscattered at a point on the measuring object S and the optical path length of the reference light L2 is shorter than the coherence length of the light source Only an interference signal with an amplitude proportional to the amount of reflected light is detected. By scanning the optical path length by the optical path length adjusting unit 220, the reflection point position (depth) of the measurement target S from which the interference signal is obtained changes, and the interference light detection unit 240 reflects the reflection at each measurement position of the measurement target S. A rate signal is detected. The information on the measurement position is output from the optical path length adjustment unit 220 to the image acquisition unit 250. Based on the information on the measurement position in the mirror moving unit 64 and the signal detected by the interference light detection unit 240, the image acquisition unit 250 obtains the reflected light intensity distribution information in the depth direction of the measurement target S.
以下、上記構成を有する光断層画像化装置1の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まずミラー63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Sが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット210から光Laが射出され、この光Laは光分割手段3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Sに照射される。 The operation of the optical tomographic imaging apparatus 1 having the above configuration will be described below. When acquiring a tomographic image, the optical path length is adjusted so that the measuring object S is positioned within the measurable region by first moving the mirror 63 in the direction of arrow A. Thereafter, the light La is emitted from the light source unit 210, and the light La is split into the measurement light L1 and the reference light L2 by the light splitting means 3. The measurement light L1 is emitted from the optical probe 230 into the body cavity and irradiated to the measurement object S.
そして、測定対象Sからの反射光L3は、において、反射ミラー62において反射した参照光L2と合波され、干渉光L4が発生する。 Then, the reflected light L3 from the measuring object S is combined with the reference light L2 reflected by the reflecting mirror 62 to generate interference light L4.
干渉光L4は、光分割手段3(合波手段4)で分割され、一方は光検出器40aに入力され、他方は光検出器40aに入力される。 The interference light L4 is split by the light splitting means 3 (multiplexing means 4), one of which is input to the photodetector 40a and the other is input to the photodetector 40a.
干渉光検出手段240では、光検出器40aの検出値と光検出器40bの検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行って、干渉光L4の光強度を検出し、画像取得手段250へ出力する。 The interference light detection means 240 adjusts the input balance between the detection value of the light detector 40 a and the detection value of the light detector 40 b to perform balance detection, detects the light intensity of the interference light L 4, and sends it to the image acquisition means 250. Output.
この検出された干渉光L4の光強度に基いて、画像取得手段250において測定対象Sの所定の深さにおける反射光強度情報が得られる。次に光路長調整手段330により、参照光L2の光路長を変更し、同様に干渉光L4の光強度を検出し、異なる所定の深さにおける反射光強度情報を取得する。このような動作を繰り返すことにより、測定対象Sの深さ方向(1次元)の反射光強度情報を取得することができる。 Based on the detected light intensity of the interference light L4, the image acquisition means 250 obtains reflected light intensity information at a predetermined depth of the measuring object S. Next, the optical path length adjustment unit 330 changes the optical path length of the reference light L2, similarly detects the light intensity of the interference light L4, and acquires reflected light intensity information at different predetermined depths. By repeating such an operation, the reflected light intensity information in the depth direction (one-dimensional) of the measuring object S can be acquired.
そして、光プローブ230のモータ54により、プリズムミラー57を回転させることにより、測定光L1を測定対象S上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Sの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ230を図9の左右方向に移動させて、測定対象Sに対して測定光L1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。 Then, if the measurement light L1 is scanned on the measurement target S by rotating the prism mirror 57 by the motor 54 of the optical probe 230, the depth direction of the measurement target S in each portion along the scanning direction. Since information is obtained, a tomographic image of a tomographic plane including this scanning direction can be acquired. The tomographic image acquired in this way is displayed on the display device 260. For example, by moving the optical probe 230 in the left-right direction in FIG. 9 and causing the measuring object S to scan in the second direction orthogonal to the scanning direction, the second object is obtained. It is also possible to obtain a tomographic image of a tomographic plane including the direction.
このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ230を図9の左右方向に移動させて、測定対象Sに対して測定光L1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
本実施形態の光断層画像化装置200は、以上のように構成されている。
The tomographic image acquired in this way is displayed on the display device 260. For example, by moving the optical probe 230 in the left-right direction in FIG. 9 and causing the measuring object S to scan in the second direction orthogonal to the scanning direction, the second object is obtained. It is also possible to obtain a tomographic image of a tomographic plane including the direction.
The optical tomographic imaging apparatus 200 of the present embodiment is configured as described above.
背景技術の項で述べたように、光断層画像化装置の性能は、光源の広帯域性に大きく依存する。本実施形態の光断層画像化装置200は、広帯域かつ、高出力な上記本実施形態の半導体発光素子(SLD)1を用いて構成されたものであるので、鮮明かつ高精細な断層画像を取得することができる。 As described in the background section, the performance of the optical tomographic imaging apparatus largely depends on the broadband property of the light source. Since the optical tomographic imaging apparatus 200 according to the present embodiment is configured using the semiconductor light emitting element (SLD) 1 according to the present embodiment having a wide band and high output, a clear and high-definition tomographic image is acquired. can do.
(設計変更)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。上記実施形態では、TD−OCT計測により画像を取得する光断層画像化装置を例に記載したが、その他の光断層画像化装置にも適用可能である。
(Design changes)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate. In the above-described embodiment, an optical tomographic imaging apparatus that acquires an image by TD-OCT measurement is described as an example, but the present invention can also be applied to other optical tomographic imaging apparatuses.
本発明に係る実施例について説明する。 Embodiments according to the present invention will be described.
下記の手順にて、上記実施形態の半導体発光素子(SLD)1を製造した。半導体基板11と各層の組成及び厚みは実施形態に挙げた設計例のとおりとした。 The semiconductor light emitting device (SLD) 1 of the above embodiment was manufactured by the following procedure. The composition and thickness of the semiconductor substrate 11 and each layer were as in the design example given in the embodiment.
結晶成長は、有機金属気相成長法(MOCVD法)により実施した。結晶成長は有機金属気相成長(MOCVD)法により実施した。原料ガスとしては、TEG(トリエチルガリウム)/TMA(トリメチルアルミニウム)/TMI(トリメチルインジウム)/AsH3(アルシン)/PH3(ホスフィン)を用いた。n型ド−パント源としてはSiH4(モノシラン)、p型ド−パント源としてはDEZ(ジエチル亜鉛)を用いた。 Crystal growth was performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Crystal growth was performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). As the source gas, TEG (triethylgallium) / TMA (trimethylaluminum) / TMI (trimethylindium) / AsH 3 (arsine) / PH 3 (phosphine) was used. SiH 4 (monosilane) was used as the n-type dopant source, and DEZ (diethyl zinc) was used as the p-type dopant source.
はじめに、成長温度600〜700℃、圧力10.1kPaの条件下、n型半導体基板11上に、n型バッファ層12とn型下部第1クラッド層13とを順次結晶成長させ(第1回目の結晶成長)、選択成長用SiO2膜を製膜し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングして、誘電体マスクMを形成した(図3A)。 First, an n-type buffer layer 12 and an n-type lower first cladding layer 13 are successively grown on an n-type semiconductor substrate 11 under the conditions of a growth temperature of 600 to 700 ° C. and a pressure of 10.1 kPa (first time Crystal growth), a SiO 2 film for selective growth was formed and patterned using photolithography to form a dielectric mask M (FIG. 3A).
次いで、誘電体マスクMを選択成長マスクとして、アンドープ下部光ガイド層14、InGaAs歪量子井戸活性層15、アンドープ上部光ガイド層16、p型上部第一クラッド層17を選択成長してリッジ構造部20を形成し、更にその上にp型エッチングストップ層18を選択成長し(第2回目の結晶成長)(図3B)、選択成長用誘電体マスクMを除去した後(図3C)、p型上部第二クラッド層19を第3回目の成長にて製膜した(図3D)。 Next, using the dielectric mask M as a selective growth mask, the undoped lower light guide layer 14, the InGaAs strained quantum well active layer 15, the undoped upper light guide layer 16, and the p-type upper first cladding layer 17 are selectively grown to form a ridge structure portion. 20 is formed, and a p-type etching stop layer 18 is selectively grown thereon (second crystal growth) (FIG. 3B), and the dielectric mask M for selective growth is removed (FIG. 3C). The upper second cladding layer 19 was formed by the third growth (FIG. 3D).
次いで、エッチング用SiO2膜を成膜し、エッチングによりp型上部第2クラッド層19が2μmの層幅となるように、エッチング用SiO2膜をパターニングした。そしてエッチングにより層幅2μmのストライプ状のp型上部第2クラッド層19を形成した(図3E)。 Next, an etching SiO 2 film was formed, and the etching SiO 2 film was patterned such that the p-type upper second cladding layer 19 had a layer width of 2 μm by etching. Then, a striped p-type upper second cladding layer 19 having a layer width of 2 μm was formed by etching (FIG. 3E).
次いで表面に露出しているエッチングストップ層18を除去し、p型上部第2クラッド層19が埋め込まれるように、n型電流ブロック層21を成膜した(第4回目の結晶成長)。その後、ストライプ上のSiO2マスクを除去して、p型上部第3クラッド層22、p型コンタクト層23を成膜し、p型電極25及びn型電極29を蒸着及び熱処理により形成した(図3F)。 Next, the etching stop layer 18 exposed on the surface was removed, and an n-type current blocking layer 21 was formed so that the p-type upper second cladding layer 19 was embedded (fourth crystal growth). Thereafter, the SiO 2 mask on the stripe is removed, a p-type upper third cladding layer 22 and a p-type contact layer 23 are formed, and a p-type electrode 25 and an n-type electrode 29 are formed by vapor deposition and heat treatment (FIG. 3F).
以上のように作製した本実施形態の半導体発光素子(SLD)1と、従来の、選択成長層をエッチングしてリッジ形成を行ったSLDのスペクトル形状と出力の比較を示した。デバイスの導波路の長さは1.5mm、リッジ幅は3μm、測定電流は200mAであった。従来のSLDでは短波側のピークが低く、スペクトル形状が非対称形状をしていて、波長1.102μm、半値幅55nmであった。出力は1.2mWと低く、OCT装置用の光源としては使用できない性能であった。それに比較し、本発明のSLDのピークはガウシアン形状に近くなり、波長1.102μm、発光半値幅は186.3nmとなり、出力は19.6mWとOCTの光源として十分な性能を得ることができた。 A comparison was made between the spectrum shape and output of the semiconductor light emitting device (SLD) 1 of the present embodiment manufactured as described above and the conventional SLD in which a ridge was formed by etching a selective growth layer. The waveguide length of the device was 1.5 mm, the ridge width was 3 μm, and the measurement current was 200 mA. In the conventional SLD, the peak on the short wave side is low, the spectrum shape is asymmetric, the wavelength is 1.102 μm, and the half width is 55 nm. The output was as low as 1.2 mW, which was a performance that could not be used as a light source for an OCT apparatus. In comparison, the peak of the SLD of the present invention was close to a Gaussian shape, the wavelength was 1.102 μm, the emission half-value width was 186.3 nm, and the output was 19.6 mW, which was sufficient as a light source for OCT. .
本発明の半導体発光素子は、OCT装置等の光画像断層化装置用の低コヒーレンス光源等に特に好ましく利用することができる。本発明の半導体発光素子は、光画像断層化装置用の光源以外にも、通信、計測、医療、印刷、画像処理等の分野において、種々の用途の光源として好ましく利用することができる。 The semiconductor light emitting device of the present invention can be particularly preferably used for a low coherence light source for an optical image tomography apparatus such as an OCT apparatus. The semiconductor light emitting device of the present invention can be preferably used as a light source for various applications in fields such as communication, measurement, medical care, printing, and image processing in addition to the light source for the optical image tomography apparatus.
1 半導体発光素子(SLD)
11 第1導電型(n型)半導体基板
13 第1導電型(n型)下部クラッド層
15 半導体活性層
15a 半導体活性層の特定領域
17 第2導電型(p型)上部第1クラッド層
19 第2導電型(p型)上部第2クラッド層
20 リッジ構造部
21 電流ブロック層
23 第2導電型コンタクト層
24 電流狭窄部
25 第2導電型(p型)電極
26 第1導電型(n型)電極
200光断層画像化装置
210 光源ユニット(光源部)
2,3 分割手段
230 照射プローブ(照射光学系)
4 合波手段
250 画像取得手段
S 測定対象
La 低コヒーレンス光(広帯域光)
L1 測定光
L2 参照光
L3 反射光
L4 干渉光
d リッジ構造部の幅
1 Semiconductor light emitting device (SLD)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st conductivity type (n-type) semiconductor substrate 13 1st conductivity type (n-type) lower clad layer 15 Semiconductor active layer 15a Specific area | region of a semiconductor active layer 17 2nd conductivity type (p-type) upper 1st clad layer 19 1st 2 conductivity type (p type) upper second cladding layer 20 ridge structure portion 21 current blocking layer 23 second conductivity type contact layer 24 current confinement portion 25 second conductivity type (p type) electrode 26 first conductivity type (n type) Electrode 200 Optical tomographic imaging device 210 Light source unit (light source unit)
2, 3 Dividing means 230 Irradiation probe (irradiation optical system)
4 Multiplexing means 250 Image acquisition means S Measurement object La Low coherence light (broadband light)
L1 Measurement light L2 Reference light L3 Reflected light L4 Interference light d Width of ridge structure
Claims (7)
前記半導体活性層は、前記半導体発光素子から射出される光の導波方向に段階的または連続的に組成及び膜厚が変化しており、
前記電流狭窄部は、前記半導体活性層側から上方に、第2導電型上部第1クラッド層と、前記上部第1クラッド層の層幅より小さい層幅を有しかつ第一導電型電流ブロック層で埋め込まれた第2導電型上部第2クラッド層とを順次有することを特徴とする半導体発光素子。 Current confinement for injecting current into a specific region of the semiconductor active layer on one surface of the first conductive type semiconductor substrate from above the semiconductor substrate side to the first conductive type lower cladding layer, the semiconductor active layer, and the semiconductor active layer A semiconductor light emitting device having a first conductive type electrode, a second conductive type contact layer, and a second conductive type electrode, and having a first conductive type electrode below the semiconductor active layer;
The composition and thickness of the semiconductor active layer change stepwise or continuously in the waveguide direction of light emitted from the semiconductor light emitting device,
The current confinement part has a layer width smaller than a layer width of the second conductivity type upper first cladding layer and the upper first cladding layer, and the first conductivity type current blocking layer upward from the semiconductor active layer side And a second conductivity type upper second clad layer embedded in order.
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する分割手段と
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記参照光または前記測定光が照射されたときの外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、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の光強度に基づいて、前記参照光の光路長と前記測定光及び反射光の合計の光路長とが略一致する、前記測定対象の複数の深さの位置における反射光の強度を検出し、これらの深さ位置における強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、
前記光源部が、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体発光素子を前記低コヒーレンス光の光源として含むことを特徴とする光断層画像化装置。 A light source that emits low coherence light;
A splitting unit that splits the low-coherence light into measurement light and reference light; an irradiation optical system that irradiates the measurement target with the measurement light;
A combining means for combining the reference light and the reflected light from an external measurement object when the reference light or the measurement light is irradiated;
A plurality of measurement objects in which the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially match based on the light intensity of the combined reflected light and the interference light of the reference light In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition means for detecting the intensity of reflected light at a position of a depth and acquiring a tomographic image of a measurement object based on the intensity at these depth positions;
An optical tomographic imaging apparatus, wherein the light source unit includes the semiconductor light emitting element according to claim 1 as a light source of the low coherence light.
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