JP2009170775A - Semiconductor light emitting device, manufacturing method thereof, and optical tomographic imaging apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子、その製造方法およびそれを用いた光断層画像化装置に関するものであり、より詳細には選択成長を利用した半導体発光素子、その製造方法およびそれを用い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 device, a manufacturing method thereof, and an optical tomographic imaging apparatus using the same, and more specifically, a semiconductor light emitting device using selective growth, a manufacturing method thereof, and an optical tomographic image using the same. The present invention relates to a conversion device.
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)装置が実用化されている(特許文献1)。 An OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus that uses optical interference with low-coherence light when acquiring a tomographic image of a living tissue has been put into practical use (Patent Document 1).
OCT装置の光源波長としては、主に0.8μm帯が用いられている。これは生体における吸収特性を主に考慮した結果、選択された波長である。しかし近年、後方散乱反射光を検出するOCT装置では、散乱特性も計測深度を律束することが明らかにされた。そこで最近は、吸収損失と散乱損失の和で表される生体組織内における光の全損失を最小とするため、光源波長として1.3μm帯が注目を集めている。これは、生体組織内で主として生じているレーリー散乱の散乱強度が、波長の4乗に逆比例することを考慮した結果である。このため、眼科用のOCT装置が実用化された後、内視鏡用のOCT装置においては、1.3μm帯の光を用いた研究開発が進められている。 As a light source wavelength of the OCT apparatus, a 0.8 μm band is mainly used. This is a wavelength selected as a result of mainly considering absorption characteristics in the living body. However, in recent years, it has been clarified that in the OCT apparatus that detects backscattered reflected light, the scattering characteristics also regulate the measurement depth. Therefore, recently, in order to minimize the total loss of light in the living tissue expressed by the sum of absorption loss and scattering loss, the 1.3 μm band as a light source wavelength has attracted attention. This is a result of considering that the scattering intensity of Rayleigh scattering mainly occurring in the living tissue is inversely proportional to the fourth power of the wavelength. For this reason, after the OCT apparatus for ophthalmology has been put into practical use, research and development using light in the 1.3 μm band has been advanced for OCT apparatuses for endoscopes.
しかしながら、内視鏡へOCT装置を応用する場合には、被測定部の多くは水分を多く含む物質に覆われていることを考慮しなければならない。例えば、胃壁は胃液や胃粘膜に覆われており、大腸壁は粘液や腸粘膜に覆われている。また、膀胱壁は尿あるいは測定のために用いる生理食塩水等に覆われている。したがって、上記のような水分を多く含む物質に覆われている被測定部においては、1.3μm帯の光が水による吸収の影響を受けやすいため、所望の計測深度までの断層画像が取得できない、あるいは取得した断層画像の信頼度が低下するといった問題が生じることになる。 However, when an OCT apparatus is applied to an endoscope, it must be considered that many parts to be measured are covered with a substance containing a lot of moisture. For example, the stomach wall is covered with gastric juice and gastric mucosa, and the colon wall is covered with mucus and intestinal mucosa. The bladder wall is covered with urine or physiological saline used for measurement. Therefore, in the measurement target covered with a substance containing a large amount of moisture as described above, since the light in the 1.3 μm band is easily affected by absorption by water, a tomographic image up to a desired measurement depth cannot be acquired. Or the problem that the reliability of the acquired tomographic image falls arises.
そこで、本出願人は特許文献2にて、水分を多く含む物質に覆われた被測定部の断層画像を取得する場合には、生体組織の光吸収特性、散乱特性及び分散特性を考慮して、OCT装置用の低コヒーレンス光は、中心波長帯が0.90μm以上かつ1.15μm以下であるものが最適であることを明らかにした。 Therefore, in the case of acquiring a tomographic image of a measured part covered with a substance containing a lot of moisture in Patent Document 2, the present applicant takes into consideration the light absorption characteristics, scattering characteristics, and dispersion characteristics of biological tissue. It has been clarified that the low coherence light for the OCT apparatus is optimal when the center wavelength band is 0.90 μm or more and 1.15 μm or less.
一方、断層画像の光軸方向の分解能は光源のコヒーレンス長により決まり、よりコヒーレンス長が短くなることによりその分解能が向上する。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を用いて次式で表されるため、OCT装置用の光源はより広帯域であることが好ましいといえる。
Δz=2ln2・λc2/(π・Δλ)
On the other hand, the resolution in the optical axis direction of the tomographic image is determined by the coherence length of the light source, and the resolution improves as the coherence length becomes shorter. Since the coherence length Δz of the low-coherence light is expressed by the following equation using the center wavelength λc and the spectral half-value width Δλ, it can be said that it is preferable that the light source for the OCT apparatus has a wider band.
Δz = 2ln2 · λc 2 / (π · Δλ)
したがって、低コヒーレンス光源を構成する半導体発光素子の候補としては、低コストでかつ発光スペクトルがガウス形状に近いスーパールミネッセントダイオード(SLD)が有望である。発光スペクトルが広帯域な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する手法がある。 Therefore, a superluminescent diode (SLD) that is low in cost and has an emission spectrum close to a Gaussian shape is promising as a candidate for a semiconductor light-emitting element constituting a low-coherence light source. As one of methods for manufacturing an SLD having a broad emission spectrum, there is a method of forming a structure that generates light having different emission wavelengths in the waveguide direction of emitted light in a semiconductor light emitting device.
具体的には、選択成長を利用して、量子井戸の膜厚および組成を射出する光の導波方向に沿って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方法である。この手法は、SiO2などで形成される幅の異なる2つの選択成長用マスクを間隔を開けて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・組成がマスクの幅に依存して変化する現象を利用している。したがって、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沿って変化させることができる。
しかしながら、この手法を用いると発光スペクトルが広帯域な半導体発光素子を得ることが可能であるが、0.90μm以上かつ1.15μm以下の中心波長帯の低コヒーレンス光を射出する半導体発光素子を製造する上で、次の問題がある。 However, although this method can be used to obtain a semiconductor light emitting device having a broad emission spectrum, a semiconductor light emitting device that emits low coherence light having a central wavelength band of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less is manufactured. There are the following problems.
この波長帯域で、GaAs基板およびInGaAs量子井戸層を用いる場合には、クラッド層に使用できる材料はバンドギャップの関係上AlGaAsなどのAlを含む系か、もしくはInGaPとなる。 When a GaAs substrate and an InGaAs quantum well layer are used in this wavelength band, the material that can be used for the cladding layer is a system containing Al such as AlGaAs or InGaP because of the band gap.
しかしながら、前者のAlを含む材料系では、選択成長マスクへの吸着が強力すぎて、マスク上でポリ結晶を生成してしまい、光出力特性に悪影響を及ぼすので使用には不適である。 However, the former material system containing Al is unsuitable for use because the adsorption to the selective growth mask is too strong and a polycrystal is generated on the mask, which adversely affects the light output characteristics.
一方、後者のInxGa1-xP は、GaAs基板にX=0.5でしか格子整合しない。そのため、選択成長で発光スペクトルの広帯域化を試みる場合、InとGaの組成に強い変調をかけてInGaAs量子井戸層を形成した後、同じ条件でInGaP上部クラッド層を形成すると、この上部クラッド層にも同様の組成変調が生じてGaAs基板に対して格子不整合となってしまう。この結果、この格子不整合の上部クラッド層から結晶劣化が生じて、半導体発光素子の耐久性および信頼性が低下してしまう。なお、選択成長用マスクを除去してから(つまり、選択成長を用いずに)上部クラッド層を形成する方法を用いれば、格子不整合の問題は生じない。しかしながら、一連の層形成工程を不適切な場所で停止せざるを得ない点、活性層の大部分を外気に暴露せざるを得ない点等を考慮すれば、この方法は到底用いることができないのは明らかである。 On the other hand, the latter In x Ga 1-x P is lattice-matched to the GaAs substrate only at X = 0.5. Therefore, when trying to broaden the emission spectrum by selective growth, after forming an InGaAs quantum well layer by applying strong modulation to the composition of In and Ga, and forming an InGaP upper cladding layer under the same conditions, In this case, the same compositional modulation occurs, resulting in lattice mismatch with the GaAs substrate. As a result, crystal degradation occurs from the lattice mismatched upper clad layer, and the durability and reliability of the semiconductor light emitting device are lowered. If the method of forming the upper cladding layer after removing the selective growth mask (that is, without using selective growth) is used, the problem of lattice mismatch does not occur. However, this method cannot be used at all, considering that the series of layer formation steps must be stopped at an inappropriate place, and that most of the active layer must be exposed to the outside air. It is clear.
つまり、0.90μm以上かつ1.15μm以下の中心波長帯の低コヒーレンス光を射出し、かつ選択成長を利用した半導体発光素子において、選択成長用マスクを除去せずに、発光スペクトルが広帯域な量子井戸層の形成と結晶品質の高い上部クラッド層の形成とを両立することは非常に困難であった。例えば、本出願人による特許文献3に示すように、選択成長でInGaP上部クラッドを形成した場合では、発光効率などの特性に問題がある。
That is, in a semiconductor light-emitting device that emits low-coherence light having a central wavelength band of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less and that uses selective growth, a quantum spectrum having a broad emission spectrum without removing the selective growth mask. It has been very difficult to achieve both the formation of the well layer and the formation of the upper cladding layer having a high crystal quality. For example, as shown in
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、0.90μm以上かつ1.15μm以下の中心波長帯の低コヒーレンス光を射出し、かつ選択成長を利用した半導体発光素子において、より高い耐久性および信頼性を有する半導体発光素子およびその製造方法の提供、さらには本発明による半導体発光素子を用いたより高性能な光断層画像化装置の提供を目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and has higher durability in a semiconductor light emitting device that emits low coherence light in a central wavelength band of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less and uses selective growth. An object of the present invention is to provide a reliable semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same, and to provide a higher performance optical tomographic imaging apparatus using the semiconductor light emitting device according to the present invention.
上記目的を達成するために本出願人は、選択成長における成長温度によってInとGaの組成変調を制御できることに注目し、本発明に至った。 In order to achieve the above object, the present applicant has focused on the fact that the composition modulation of In and Ga can be controlled by the growth temperature in selective growth, and has reached the present invention.
すなわち、本発明による半導体発光素子の製造方法は、
導電型GaAs基板の上に形成された下部クラッド層の上に、幅が段階的または連続的に変化する選択成長用マスクを形成して選択領域を形成する第1の工程と、
選択領域の上にInGaAsから構成される量子井戸層を少なくとも1層形成する第2の工程と、
量子井戸層の上にInGaPから構成される上部クラッド層を形成する第3の工程とを、少なくともこの順に含む半導体発光素子の製造方法において、
第2の工程を600℃未満の成長温度の下で行い、選択成長用マスクを除去せずに第3の工程を600℃以上の成長温度の下で行い、少なくとも第2の工程から第3の工程までを大気に暴露することなく行うことを特徴とするものである。
That is, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes:
A first step of forming a selective region by forming a selective growth mask whose width changes stepwise or continuously on a lower clad layer formed on a conductive GaAs substrate;
A second step of forming at least one quantum well layer composed of InGaAs on the selected region;
In a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising at least a third step of forming an upper cladding layer made of InGaP on a quantum well layer in this order,
The second step is performed at a growth temperature of less than 600 ° C., the third step is performed at a growth temperature of 600 ° C. or more without removing the selective growth mask, and at least the second to third steps are performed. The process is performed without exposure to the atmosphere.
ここで、「幅が段階的または連続的に変化する選択成長用マスク」とは、選択成長に用いられるマスクであって、射出する光の導波方向に対して垂直な方向のマスクの長さが、段階的または連続的に上記導波方向に沿って変化するものを意味するものとする。 Here, the “mask for selective growth whose width changes stepwise or continuously” is a mask used for selective growth, and the length of the mask in the direction perpendicular to the waveguide direction of the emitted light. Means one that changes along the waveguide direction stepwise or continuously.
そして、「選択成長用マスクを除去せずに」第3の工程を行うとは、第3の工程の前に少なくとも選択成長用マスクを除去するためのみの工程を行うことなく、第3の工程を行うことを意味するものとする。 Then, performing the third step “without removing the selective growth mask” means that the third step is performed without performing at least the step for removing the selective growth mask before the third step. Is meant to be performed.
また、「大気に暴露することなく行う」とは、製造途中の半導体発光素子を薄膜成長装置から大気中に出すこと、または製造途中の半導体発光素子が存在する薄膜成長装置を大気で満たすことなく行うことを意味するものとする。この場合、真空の経路または不活性ガスで満たされた経路を介しての装置間等の移動を含むものとする。 “Do not expose to the atmosphere” means that a semiconductor light emitting element in the middle of manufacture is taken out from the thin film growth apparatus to the atmosphere, or a thin film growth apparatus in which a semiconductor light emitting element in the middle of manufacture is present is not filled with air. It means to do. In this case, movement between apparatuses via a vacuum path or a path filled with an inert gas is included.
そして、本発明による半導体発光素子の製造方法において、第2の工程における成長温度は500℃〜600℃未満の範囲であり、第3の工程における成長温度は600℃〜750℃の範囲であることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the growth temperature in the second step is in the range of 500 ° C. to less than 600 ° C., and the growth temperature in the third step is in the range of 600 ° C. to 750 ° C. Is preferred.
さらに、本発明による半導体発光素子は、上記の半導体発光素子の製造方法により製造されたことを特徴とするものであり、スーパールミネッセントダイオードまたは半導体光増幅器であることが好ましい。 Furthermore, the semiconductor light-emitting device according to the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, and is preferably a superluminescent diode or a semiconductor optical amplifier.
また、光出射面が共振器軸に対し傾いている斜面導波路構造を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable to have a sloped waveguide structure in which the light exit surface is inclined with respect to the resonator axis.
さらに、本発明による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、
低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する分割手段と
測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
参照光または測定光が照射されたときの測定対象からの反射光と、参照光とを合波する合波手段と、
合波された反射光と参照光との干渉光の光強度に基づいて、参照光の光路長と測定光および反射光の合計の光路長とが略一致する、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、
光源部が、上記に記載の半導体発光素子を低コヒーレンス光の光源として含むものであることを特徴とするものである。
Furthermore, the optical tomographic imaging apparatus according to the present invention is:
A light source that emits low coherence light;
A splitting means for splitting the low-coherence light into measurement light and reference light, an irradiation optical system for irradiating the measurement light to the measurement object,
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object when the reference light or the measurement light is irradiated and the reference light;
Based on the light intensity of the interference light between the combined reflected light and the reference light, the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially coincide with each other at a plurality of depths of the measurement target. In an optical tomographic imaging apparatus comprising image acquisition means for detecting the intensity of reflected light at a position and acquiring a tomographic image of a measurement object based on the intensity at these depth positions,
The light source unit includes the semiconductor light emitting element described above as a light source of low coherence light.
本発明による半導体発光素子は、0.90μm以上かつ1.15μm以下の中心波長帯の低コヒーレンス光を射出し、かつGaAs基板およびInGaAs量子井戸層を有する半導体発光素子において、選択成長を用いて、InGaAs量子井戸層の形成を600℃以下の成長温度下で行い、選択成長用マスクを除去せずにInGaP上部クラッド層の形成を600℃以上の成長温度下で行っている。これにより、InGaAs量子井戸層中のInとGaは組成変調させ、InGaP上部クラッド層中のInとGaは組成変調させないように制御することができる。この結果、発光スペクトルが広帯域な量子井戸層の形成と結晶品質の高い上部クラッド層の形成を両立することができるため、半導体発光素子の耐久性および信頼性を向上させることが可能となり、さらには本発明による半導体発光素子を用いることにより、光断層画像化装置の性能も向上させることが可能となる。 The semiconductor light emitting device according to the present invention emits low coherence light having a central wavelength band of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less, and has a GaAs substrate and an InGaAs quantum well layer. The InGaAs quantum well layer is formed at a growth temperature of 600 ° C. or lower, and the InGaP upper cladding layer is formed at a growth temperature of 600 ° C. or higher without removing the selective growth mask. Thereby, it is possible to control so that In and Ga in the InGaAs quantum well layer are compositionally modulated, and In and Ga in the InGaP upper cladding layer are not compositionally modulated. As a result, the formation of a quantum well layer having a broad emission spectrum and the formation of an upper cladding layer having a high crystal quality can be achieved, thereby improving the durability and reliability of the semiconductor light emitting device. By using the semiconductor light emitting element according to the present invention, the performance of the optical tomographic imaging apparatus can be improved.
以下、本発明における最良の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。 Hereinafter, although the best embodiment in the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this.
「半導体発光素子およびその製造方法」
まず、成長温度によるInおよびGaの組成変調の制御について説明する。
図1は、成長温度550℃、585℃、600℃および635℃におけるInGaAsの組成変調と選択成長マスクの幅との関係を示すグラフである。これにより、選択成長による組成変調は、成長温度により効果が変化することが判明した。つまり、成長温度550℃および585℃の下で選択成長を行うと、選択成長マスク幅に依存して組成変調および膜厚変調が生じる。しかしながら、成長温度600℃および635℃の下で選択成長を行うと、InとGaの拡散長が略一致し組成比が変化しないため、この温度領域での波長変調は膜厚変調のみの効果にて生じることがわかる。
“Semiconductor Light-Emitting Element and Manufacturing Method Thereof”
First, control of composition modulation of In and Ga by the growth temperature will be described.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the compositional modulation of InGaAs and the width of the selective growth mask at growth temperatures of 550 ° C., 585 ° C., 600 ° C., and 635 ° C. As a result, it has been found that the effect of compositional modulation by selective growth varies depending on the growth temperature. That is, when selective growth is performed at growth temperatures of 550 ° C. and 585 ° C., compositional modulation and film thickness modulation occur depending on the selective growth mask width. However, when selective growth is performed at growth temperatures of 600 ° C. and 635 ° C., the diffusion lengths of In and Ga are substantially the same and the composition ratio does not change. Therefore, wavelength modulation in this temperature region is effective only for film thickness modulation. Can be seen.
また図2は、InGaPにおける図1と同様の関係を示すグラフである。これより、InGaPにおいても成長温度を制御することによりInGaAsと同様な効果が生じていることがわかる。 FIG. 2 is a graph showing the same relationship as In FIG. 1 for InGaP. From this, it can be seen that InGaP also has the same effect as InGaAs by controlling the growth temperature.
なお、組成量はオージェ電子分光にて行い、InGaAs層およびInGaP層の厚さは臨界膜厚以下で評価するため200Åで行った。 The composition amount was determined by Auger electron spectroscopy, and the thicknesses of the InGaAs layer and the InGaP layer were 200 mm in order to evaluate the critical film thickness or less.
これらから、600℃付近を境にInとGaの拡散長に変化が生じ、組成変調の効果に違いが表れることがわかる。さらに、InとGaをIII族系に有するIII−V族半導体化合物において、この境となる成長温度がV族系の種類によらないことを示している。したがって、選択成長におけるこの現象を利用することによって、InGaAs量子井戸層は成長温度600℃未満の下で形成して組成変調の効果を強め、InGaP上部クラッド層は600℃以上の下で形成することで組成変調をさせないといった制御が可能となる。 From these, it can be seen that a change occurs in the diffusion length of In and Ga around 600 ° C., and the effect of the composition modulation appears. Furthermore, in the III-V group semiconductor compound which has In and Ga in a III group system, it has shown that the growth temperature which becomes this boundary does not depend on the kind of V group system. Therefore, by utilizing this phenomenon in selective growth, the InGaAs quantum well layer is formed at a growth temperature below 600 ° C. to enhance the effect of composition modulation, and the InGaP upper clad layer is formed at a temperature above 600 ° C. Thus, it is possible to control such that the composition is not modulated.
そのときの成長温度プロファイルの例を図3に示す。この場合では、InGaAs量子井戸層を成長温度580℃で形成し、その後成長温度を650℃まで上昇させ、InGaP上部クラッド層を成長温度650℃で形成している。この方法を用いることにより、0.90μm以上かつ1.15μm以下の中心波長帯の低コヒーレンス光を射出する半導体発光素子の製造において、発光スペクトルが広帯域な量子井戸層の形成と結晶品質の高い上部クラッド層の形成とを両立することが可能となる。 An example of the growth temperature profile at that time is shown in FIG. In this case, the InGaAs quantum well layer is formed at a growth temperature of 580 ° C., then the growth temperature is increased to 650 ° C., and the InGaP upper cladding layer is formed at a growth temperature of 650 ° C. By using this method, in the manufacture of a semiconductor light emitting device that emits low coherence light having a central wavelength band of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less, formation of a quantum well layer having a broad emission spectrum and a high crystal quality upper portion It is possible to achieve both formation of the cladding layer.
次に、第1の実施形態による半導体発光素子およびその製造方法について説明する。
図4〜7は、本実施形態による半導体発光素子の製造工程を示す概略斜視図であり、図7は、この工程によって製造される本実施形態による半導体発光素子1の概略斜視図である。図7に示す本実施形態による半導体発光素子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、本実施形態による半導体発光素子1の層構成について説明する。
Next, the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described.
4 to 7 are schematic perspective views illustrating the manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the present embodiment. FIG. 7 is a schematic perspective view of the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment manufactured through this process. In the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment shown in FIG. 7, the device end surface on the far side in the drawing is the
The layer configuration of the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment will be explained below.
半導体発光素子1は、n型(第1導電型)GaAs基板11の図示上面に、基板側からn型GaAsバッファ層12とn型In0.49Ga0.51P下部クラッド層13とが順次積層されている。そして、下部クラッド層13上には、アンドープGaAs下部光ガイド層14、InGaAs/GaAs量子井戸活性層15、アンドープGaAs上部光ガイド層16およびp型(第2導電型)In0.49Ga0.51P上部クラッド層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。このリッジ構造部20のリッジ幅dは5μmである。また、リッジ構造部20上には、リッジ構造部20の両脇端面を除いて上面にp型GaAsコンタクト層18が形成されている。そして、下部クラッド層13およびリッジ構造部20を覆うように、コンタクト層18上の一部を除いて(電流狭窄部23)SiO2電流狭窄層19が形成されている。さらに、電流狭窄部23を埋めるように電流狭窄層19上にはp型電極25が、基板11の下面にはn型電極26が形成されている。
In the semiconductor light emitting device 1, an n-type
量子井戸活性層15は、InGaAs量子井戸層と障壁層(例えば、GaAs等)との交互積層構造を有するものである。この場合には、量子井戸活性層15は、InGaAs量子井戸層が一層の単一量子井戸構造であっても、InGaAs量子井戸層が二層以上の多重量子井戸構造であってもよい。
The quantum well
また本実施形態において、リッジ構造部20を形成する各層のうち、量子井戸活性層15中のInGaAs量子井戸層は組成および膜厚を、それ以外の層は膜厚を、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いる。これにより、InGaAs量子井戸層は段階的または連続的に変化した圧縮性歪を有し、それ以外の層は格子整合する構成としている。なお、半導体発光素子1の層組成および各層の膜厚は、射出する光の波長特性に応じて適宜設計できる。さらに、リッジ構造部20は、光の導波方向に並んだ2つの領域(それぞれe領域、f領域とする)によって形成されており(図7)、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つの領域間において、組成および膜厚が共に連続的に変化するように、組成および膜厚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。
In the present embodiment, among the layers forming the
そして以下に、本実施形態による半導体発光素子1の製造方法を示す。
図4〜図7を参照して、上記本実施形態による半導体発光素子1の製造方法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、パターニングした選択成長用マスクを用いて選択成長により作製される。
The method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment will be described below.
With reference to FIGS. 4 to 7, an example of a method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the semiconductor light emitting device 1 is manufactured by selective growth using a patterned selective growth mask.
はじめに、n型(第1導電型)GaAs基板11を用意し、基板11の略全面にn型GaAsバッファ層12とn型In0.49Ga0.51P下部クラッド層13とを順次形成する。次に、リッジ構造部20に対応したパターンのSiO2選択成長用マスクMをn型下部クラッド層13上に形成し(図4)、フォトリソグラフィーにより選択成長用マスクMをパターニングする。その後、選択成長用マスクMを形成した状態で、アンドープGaAs下部光ガイド層14、InGaAs/GaAs量子井戸活性層15、アンドープGaAs上部光ガイド層16を580℃の成長温度の下で順次形成して、成長中断を行って成長温度を650℃まで上昇させる(図3)。そして、p型(第2導電型)In0.49Ga0.51P上部クラッド層17およびp型GaAsコンタクト層18を順次形成して(図5)、選択成長用マスクMを除去して微小なポリ結晶を除去した後(図6)、リソグラフィー工程とエッチングによりリッジ構造部20の上部のみの部分を残してコンタクト層18を除去する。そして、SiO2電流狭窄層19を形成し、リッジ構造部20の上部にあたる部分に2μm程度の幅の窓開けストライプをリソグラフィー工程により形成し、さらにその上にp型電極25を、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7)。なお、下部光ガイド層14の形成からコンタクト層18の形成までの工程を、大気に暴露することなく1つの薄膜成長装置で一貫して行っている。
First, an n-type (first conductivity type)
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。 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.
リッジ構造部20は、図4に示されるようなパターンの選択成長用マスクMにより選択成長されるので、上述したように各層の組成および膜厚が、射出される光の導波方向に段階的または連続的に変化した構造となる。
Since the
第2の工程は、InGaAs/GaAs量子井戸活性層15を形成する工程に含まれている。量子井戸活性層15は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することを先に述べた。このとき、少なくとも一層のInGaAs量子井戸層が600℃未満の成長温度の下で組成変調を生じさせるように形成されていればよい。組成変調を有するInGaAs量子井戸層が少なくとも一層あれば、半導体発光素子における発光スペクトルの広帯域化が可能となるためである。なお、量子井戸活性層15が多重量子井戸構造を有する場合には、半導体発光素子の発光特性の観点から、すべてのInGaAs量子井戸層が600℃未満の成長温度の下で組成変調を生じさせるように形成されることがより好ましい。
The second step is included in the step of forming the InGaAs / GaAs quantum well
そして、In0.49Ga0.51P上部クラッド層17を650℃の成長温度の下で形成する第3の工程により、選択成長用マスクMを除去せずとも上部クラッド層17の組成変調を生じさせないようにしている。
Then, in the third step of forming the In 0.49 Ga 0.51 P
また、第2の工程における成長温度は500℃〜600℃未満の範囲であり、第3の工程における成長温度は600℃〜750℃の範囲であることが好ましい。ここで、第2の工程における成長温度の下限を500℃としたのは、InGaAs量子井戸層の結晶品質が劣化するためであり、第3の工程における成長温度の上限を750℃としたのは、これ以上の熱履歴をInGaAs量子井戸層に加えると同様に結晶品質が劣化するためである。 The growth temperature in the second step is preferably in the range of 500 ° C. to less than 600 ° C., and the growth temperature in the third step is preferably in the range of 600 ° C. to 750 ° C. Here, the reason why the lower limit of the growth temperature in the second step is set to 500 ° C. is because the crystal quality of the InGaAs quantum well layer deteriorates, and the upper limit of the growth temperature in the third step is set to 750 ° C. This is because the crystal quality deteriorates in the same manner when a thermal history higher than this is applied to the InGaAs quantum well layer.
なお、本実施形態では成長温度を上昇させる際に成長中断を行ったが、必ずしも成長中断は必要としない。例えば、InGaAs/GaAs量子井戸活性層15の形成において、最後の障壁層を形成しながら温度上昇させる方法を用いてもよい。このようにすれば、成長中断による最上層からの材料の再蒸発を防ぎ、一連の層形成を連続して行うことが可能となる。例えばGaAs障壁層であれば、層を形成中に成長温度を変化させても組成変調等の影響がないためにこのような方法を用いることができる。
In the present embodiment, the growth interruption is performed when the growth temperature is raised, but the growth interruption is not necessarily required. For example, in forming the InGaAs / GaAs quantum well
さらに、本発明では少なくとも第2の工程から第3の工程までを大気に暴露することなく行う。しかしながら本実施形態のような場合には、上記のように下部光ガイド層14の形成からコンタクト層18の形成までの工程を、大気に暴露することなく行うことが好ましく、1つの薄膜成長装置で一貫して行うことがより望ましい。より一般的に換言すれば、選択成長用マスクMを形成してから除去するまでの間の薄膜形成を1つの薄膜成長装置で大気に暴露することなく行うことがより望ましい。このようにすることで、大気の暴露によるパーティクル汚染を防げるので、InGaAs/GaAs量子井戸活性層15に近接した構造の品質劣化を防止する効果がある。
Furthermore, in the present invention, at least the second step to the third step are performed without exposure to the atmosphere. However, in the case of this embodiment, it is preferable to perform the steps from the formation of the lower
選択成長の技術は、選択成長用マスク(SiO2等の誘電体)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る。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、組成および膜厚に勾配を持たせることができる。したがって、射出される光の導波方向で組成および膜厚の異なる2領域を有する半導体発光素子1を、選択成長により領域毎に分けずに一括で作製することが可能である。なお、リッジ構造部20の組成および膜厚の変調制御は、所望の組成および膜厚となるようにマスクのパターン(マスク幅、マスク間幅等)を変えることにより行うことができる。図4に示される選択成長用マスクMのパターンは、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パターンの一例である。
The selective growth technique is a method in which a semiconductor crystal is vapor-phase grown only in a region not masked by a selective growth mask (dielectric such as SiO 2 ). In the case of a mixed crystal semiconductor crystal, by changing the mask width, the concentration gradient in the gas phase of each source species containing atoms constituting the mixed crystal semiconductor crystal and the effective movement distance due to surface migration change, and the composition and A gradient can be given to the film thickness. Therefore, the semiconductor light emitting device 1 having two regions having different compositions and film thicknesses in the waveguide direction of the emitted light can be manufactured in a lump without dividing into regions by selective growth. The modulation control of the composition and film thickness of the
選択成長用マスク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、選択成長用マスクMの幅が広くなっている。
The width of the selective growth mask M may be determined in accordance with the film thickness and composition of the
以下、本実施形態における作用を示す。
本発明による半導体発光素子1は、0.90μm以上かつ1.15μm以下の中心波長帯の低コヒーレンス光を射出し、かつGaAs基板およびInGaAs量子井戸層を有し、選択成長を用いて、InGaAs量子井戸層の形成を580℃の成長温度の下で行い、選択成長用マスクを除去せずにInGaP上部クラッド層の形成を650℃の成長温度の下で行っている。
Hereinafter, the operation in the present embodiment will be described.
The semiconductor light emitting device 1 according to the present invention emits low coherence light having a central wavelength band of 0.90 μm or more and 1.15 μm or less, has a GaAs substrate and an InGaAs quantum well layer, and uses InGaAs quantum wells by selective growth. The well layer is formed at a growth temperature of 580 ° C., and the InGaP upper cladding layer is formed at a growth temperature of 650 ° C. without removing the selective growth mask.
これにより、選択成長用マスクMを残したまま、InGaAs量子井戸層中のInとGaは組成変調させ、InGaP上部クラッド層中のInとGaは組成変調させないように制御することができる。すなわち、InGaAs量子井戸層をそのバンドギャップが射出される光の導波方向に沿って変化するような構造とすることができ、上部クラッド層17を組成変調なく全体的に格子整合すような構造とすることができる。この結果、発光スペクトルが広帯域な量子井戸層の形成と結晶品質の高い上部クラッド層の形成を両立することができるため、半導体発光素子の耐久性および信頼性を向上させることが可能となる。
Thereby, it is possible to control so that the In and Ga in the InGaAs quantum well layer are compositionally modulated and the In and Ga in the InGaP upper cladding layer are not compositionally modulated while the selective growth mask M is left. That is, the InGaAs quantum well layer can have a structure in which the band gap changes along the waveguide direction of the emitted light, and the
さらに、選択成長用マスクMを除去する工程を省くことができ、大気に暴露する工程を減らし一貫した薄膜形成ができるため、製造の工程を簡素化しかつコストを抑えることを可能とする。 Furthermore, the step of removing the selective growth mask M can be omitted, and the step of exposure to the atmosphere can be reduced, and a consistent thin film can be formed. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.
本発明による半導体発光素子1と、量子井戸活性層および上部クラッド層の成長温度を変化させずにどちらも580℃で作製した従来型の半導体発光素子の発光特性を比較すると以下のようになった。従来型では、リッジ幅の広い方のInGaP上部クラッド層にクラックが生じ発光は観測できなかったが、本発明による半導体発光素子1では、InとGaの組成を安定させ高品質なInGaP上部クラッド層を形成することが可能なため、外部量子効率が0.3W/Aと発光特性が格段に向上した。さらに、中心波長は1.102μm、スペクトル半値幅は186.3nm、そして最高出力は19.6mWとOCTの光源として十分な性能を得ることができた。 The light emission characteristics of the semiconductor light emitting device 1 according to the present invention and the conventional semiconductor light emitting device manufactured at 580 ° C. without changing the growth temperature of the quantum well active layer and the upper cladding layer were as follows. . In the conventional type, cracks occurred in the InGaP upper clad layer having the wider ridge width and light emission could not be observed. However, in the semiconductor light emitting device 1 according to the present invention, the composition of In and Ga is stabilized and a high quality InGaP upper clad layer is formed. Since the external quantum efficiency is 0.3 W / A, the light emission characteristics are remarkably improved. Furthermore, the center wavelength was 1.102 μm, the spectrum half width was 186.3 nm, and the maximum output was 19.6 mW, so that sufficient performance as an OCT light source could be obtained.
このように、本発明によれば、スペクトル半値幅200nm、出力数10mW程度と広帯域・高出力な半導体発光素子を得ることができ、超高解像OCT装置の実用レベルに耐えうる光源の提供が可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor light emitting device having a broad spectrum and high output of a spectral half width of 200 nm and an output of about 10 mW, and providing a light source that can withstand a practical level of an ultra high resolution OCT apparatus. It becomes possible.
また、本実施形態による半導体発光素子1は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)または半導体光増幅器(SOA)として用いることもできる。 The semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment can also be used as a super luminescent diode (SLD) or a semiconductor optical amplifier (SOA).
(設計変更例)
本実施形態による半導体発光素子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 according to 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1Fおよび1R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1Fおよび1R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 direction substantially the same as the normal direction of the element end faces 1F and 1R. However, at least a part of the optical waveguide is in the normal direction of the element end faces 1F and 1R. An oblique waveguide structure extending obliquely 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
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、本実施形態による半導体発光素子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 according to 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8は、本実施形態による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. 8 is a schematic configuration diagram of the optical tomographic imaging apparatus according to the present embodiment.
図8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
光源50は、中心波長(λc)1.1μm、スペクトル半値幅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
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
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
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
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
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
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。
Hereinafter, the operation of the optical
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
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
この検出された干渉光L4の光強度に基づいて、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
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。
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。本実施形態による光断層画像化装置200は、広帯域かつ、高出力な上記本実施形態による半導体発光素子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。
The tomographic image acquired in this way is displayed on the
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
(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
11 第1導電型(n型)GaAs基板
12 第1導電型(n型)GaAsバッファ層
13 第1導電型(n型)InGaP下部クラッド層
14 アンドープGaAs下部光ガイド層
15 InGaAs/GaAs量子井戸活性層
16 アンドープGaAs上部光ガイド層
17 第2導電型(p型)InGaP上部クラッド層
18 第2導電型(p型)GaAsコンタクト層
19 SiO2電流狭窄層
20 リッジ構造部
21 p型電極
22 n型電極
23 電流狭窄部
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor
2, 3 Division 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)
前記選択領域の上にInGaAsから構成される量子井戸層を少なくとも1層形成する第2の工程と、
前記量子井戸層の上にInGaPから構成される上部クラッド層を形成する第3の工程とを、少なくともこの順に含む半導体発光素子の製造方法において、
前記第2の工程を600℃未満の成長温度の下で行い、前記選択成長用マスクを除去せずに前記第3の工程を600℃以上の成長温度の下で行い、少なくとも前記第2の工程から前記第3の工程までを大気に暴露することなく行うことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 A first step of forming a selective region by forming a selective growth mask whose width changes stepwise or continuously on a lower clad layer formed on a conductive GaAs substrate;
A second step of forming at least one quantum well layer composed of InGaAs on the selected region;
In a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising at least a third step of forming an upper cladding layer made of InGaP on the quantum well layer in this order,
The second step is performed under a growth temperature of less than 600 ° C., the third step is performed under a growth temperature of 600 ° C. or more without removing the selective growth mask, and at least the second step To the third step without performing exposure to the atmosphere.
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光と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前記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と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および前記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3から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ものである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 dividing unit that divides the low-coherence light into measurement light and reference light; and an irradiation optical system that irradiates the measurement object with the measurement light.
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object when irradiated with the reference light or the measurement light, and the reference light;
Based on the light intensity of the interference light between the reflected light and the reference light combined, the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially match In an optical tomographic imaging apparatus comprising image acquisition means for detecting the intensity of reflected light at a plurality of depth positions 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 3 as a light source of the low coherence light.
Priority Applications (1)
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