發光設備、包括發光設備的光源系統和包括光源系統的光學相干層析儀的製作方法

2023-05-31 01:24:26

本發明涉及發光設備、包括發光設備的光源系統以及包括光源系統的光學相干層析儀。

背景技術：

超輻射發光二極體(super luminescent diode)是在具有像發光二極體一樣的寬帶光譜分布的同時能夠提供像半導體雷射器一樣的1mW或以上的相對較高光輸出的發光設備。在下面的一些描述中這種超輻射發光二極體將被稱作SLD。SLD由於其特性而已經在醫學領域和測量領域受到關注，並且例如可以在能夠獲取生物組織的層析圖的光學相干層析儀(OCT)中被用作光源。作為OCT中的光源，對於更高的深度解析度具有寬的發光波長帶的SLD可被應用。根據NPL1，為了增加SLD的發光波長帶，具有發射光譜的多個不同能級的單量子阱結構被用作有源層。要注入到SLD的有源層的電流可以被增大，以產生基能級(ground level)的發光和高階能級(high-order level)(一階能級)的發光，從而實現半寬度為48nm的發射光譜，其中基能級對應於具有長波長的發射光，高階能級對應於具有短波長的發射光。

引用列表

非專利文獻

NPL 1SPIE第3860卷,第480-487頁

技術問題

然而，為了如NPL 1中那樣實現具有高階能級的發光，可能需要到有源層的高電流注入密度。高電流注入密度可以增大有源層的發光量，這可能不利地導致較短的壽命。因此，鑑於該問題，本發明可以提供一種在不增大到有源層的電流注入密度的情況下實現具有高階能級的發光的發光設備。

技術實現要素：

根據本發明的發光設備包括上電極層、下電極層和設在它們之間的有源層。在這種情況下，通過經上電極層和下電極層向有源層注入電流來發光，有源層具有多個量子約束結構，並且第一量子約束結構包含具有能級E0的基能級和具有能級E1的高階能級，並且與第一量子約束結構不同的第二量子約束結構具有高於E0的能級E2，E1和E2大體一致。

參照附圖閱讀對示例性實施例的以下描述，本發明的其它特徵將變得清楚。

附圖說明

圖1A至圖1C是用於說明根據本發明的第一示例性實施例的發光設備的配置的圖。

圖2是用於說明根據本發明的第一示例性實施例的光源系統的配置的圖。

圖3A至圖3C是用於說明根據本發明的第一示例性實施例的量子阱結構的帶圖的圖。

圖4是用於說明根據本發明的第二示例性實施例的發光設備的配置的圖。

圖5是用於說明根據本發明的第三示例性實施例的發光設備的配置的圖。

圖6是用於說明根據本發明的第四示例性實施例的OCT的配置的示圖。

圖7A是根據本發明的第一示例的發光設備中的量子阱結構的帶圖，並且圖7B是示出了根據本發明的第一示例的發光設備中的發射光譜的計算結果的曲線圖。

圖8A和圖8B是根據本發明的第一比較例的發光設備中的量子阱結構的帶圖。

圖9A至圖9C是示出了根據本發明的第一比較例的發光設備中的發射光譜的曲線圖。

圖10A是根據本發明的第二示例的發光設備中的量子阱結構的帶圖，並且圖10B和圖10C是示出了根據本發明的第二示例的發光設備中的發射光譜的計算結果的曲線圖。

圖11A是根據本發明的第三示例的發光設備中的量子阱結構的帶圖，並且圖11B和圖11C是示出了根據本發明的第三示例的發光設備中的發射光譜的計算結果的曲線圖。

圖12A和圖12B是示出了根據本發明的第四示例的發光設備的發射光譜的實際測量結果的曲線圖。

圖13是示出了根據本發明的第五示例的發光設備的發射光譜的實際測量結果的曲線圖。

圖14A是根據本發明的第六示例的發光設備中的量子阱結構的帶圖，並且圖14B是根據本發明的第六示例的發光設備中的發射光譜的計算結果。

圖15A和圖15B是根據本發明的第二比較例的發光設備中的量子阱結構的帶圖。

圖16A至圖16C是示出了根據本發明的第二比較例的發光設備的發射光譜的計算結果曲線圖。

圖17A至圖17C是示出了根據本發明的第七實施例的能級差ΔE與發光強度比之間的關係的曲線圖。

圖18A是用於說明根據本發明的第八示例的發光設備的配置的圖，並且圖18B是例示了由發光設備生成的發射光譜的測量結果的曲線圖。

圖19是用於說明根據本發明的第九示例的發光設備的配置的圖。

圖20是用於說明根據本發明的第十示例的發光設備的配置的圖。

圖21A是用於說明根據本發明的第十一示例的發光設備的配置的圖，並且圖21B至圖21D是用於說明根據本發明的第十一示例的發光設備的另一配置的圖。

圖22A是用於說明根據本發明的第十二示例的發光設備的配置的圖，並且圖22B是用於說明根據本發明的第十二示例的發光設備的另一配置的圖。

圖23A是用於說明根據本發明的第十三示例的發光設備的配置的圖，並且圖23B和圖23C是用於說明根據本發明的第十三示例的發光設備的另一配置的圖。

具體實施方式

本發明的示例性實施例將被描述，但是應當明白本發明不限於此。

發光設備

第一示例性實施例

將參照圖1A至圖1C和圖2來描述根據本發明的第一示例性實施例的發光設備和光源系統。圖1A和圖1B分別是根據本示例性實施例的發光設備的透視圖和頂視圖，並且圖1C是以圖1A和圖1B中的線IC-IC所取的截面圖。

根據本示例性實施例的發光設備100在基板(n型基板)101上依次包括下覆層(n型覆層)102、有源層103、上覆層(p型覆層)104和上電極層110。上覆層104和上電極層110具有脊狀光波導結構105。上電極層(p型電極)110通過接觸層106而被設置在脊狀光波導結構105上。絕緣層130(在圖1C中示出)被設置在上電極層110與上覆層104之間，並且電流通過接觸層106從上電極層110注入到有源層103。換言之，在圖1A至圖1C中，上電極層110被基本上整個地設置在半導體器件上，但是電流在上電極層110中從脊狀光波導結構105的上部注入到有源層。下電極層120被設置在基板101的主表面中的沒有下覆層102的表面上。

根據本示例性實施例的發光設備100在上電極層110與下電極層120之間施加電壓以將電流注入到有源層103並從而發光，並且在脊狀光波導結構105的縱向(或者在有源層內的面內方向)上引導波。然後，在由圖1A和圖1B中的白色箭頭指示的方向上發光。發光設備100的端面的從中發射光的表面將被稱作出射端面。圖1B例示了根據本示例性實施例的發光設備的出射端面P1和與該出射端面相對的端面P2。從出射端面P1發射的光被束縛於諸如透鏡和光纖之類的光學構件。可以根據需要在與出射端面相對的端面P2上設置抗反射構件或者吸收光的材料以防止光反射。

要注入到有源層103的電流的密度可被適當地調節以改變波長帶的寬度和強度，即，發射光的發射光譜的形狀。

根據本示例性實施例的發光設備100可具有被配置為檢測發射光的強度的發射光檢測單元。

根據本示例性實施例的發光設備執行與過去的邊緣發射雷射器類似的光約束。更具體地說，提供了一種半導體層配置，在該半導體層配置中有源層具有兩個或更多個量子約束結構並且有源層被具有比該有源層的折射率低的折射率的覆層夾著，其中所述兩個或更多個量子約束結構具有將在下面描述的關係。有源層與覆層之間的折射率差異允許將光約束在與有源層的面內方向垂直的方向上。與有源層的面內方向平行的光約束可以等效地導致具有變化的折射率的結構。因此，其具有高折射率的部分可按條形設置以實現光導結構。電流可被注入到光導部分以引起有源層中的反轉分布，使得可以提供由受激發射引起的光放大(在下文中稱為誘導放大)。如下的發光設備將被稱作超輻射發光二極體(SLD)：在該發光設備中，光(基本地)穿過端面P1和端面P2之間僅一次，經歷誘導放大並被發射。這種SLD可以使誘導放大以高達幾mW至幾十mW或以上的輸出發射具有幾十nm到100nm或以上的寬波長帶的光。

光源系統

接下來，將參照圖2來描述根據本示例性實施例的光源系統。圖2是例示了根據本示例性實施例的光源系統的框圖，並且在圖2中例示了發光設備100的頂視圖。

根據本示例性實施例的光源系統160包括被配置為控制到上電極層110和下電極層120的電流注入密度的控制單元150。根據本示例性實施例的光源系統160可具有對發射光的強度進行檢測的發射光檢測單元140，並且控制單元150可被配置為允許根據發射光檢測單元140所檢測到的光強度來控制到每個電極的電流注入密度。

量子約束結構

根據本示例性實施例的發光設備可具有有源層，該有源層具有量子阱結構、量子線結構和量子點結構中的至少一個。這種量子阱結構、量子線結構和量子點結構可被總稱為量子約束結構。根據本示例性實施例的發光設備可具有多個量子約束結構。第一量子約束結構具有具有E0能級的基能級以及具有E1能級的高階能級。第二量子約束結構具有具有高於E0的E2能級的基能級。E1和E2是大體一致的。本文中的術語「高階能級」指的是除基能級的重空穴之外的輕空穴以及一次能級或更高能級。

下面將主要描述作為一種量子約束結構的量子阱結構。

將參照在圖3A至圖3C中示出的帶圖來詳細描述根據本示例性實施例的量子阱結構的使用效果。除非另有指明，否則術語「發射光」可以包括自然發射光和誘導發射光兩者。

根據本示例性實施例，有源層103具有含第一量子阱結構171和第二量子阱結構172的多量子阱結構170。根據本示例性實施例，第一量子阱結構171具有具有能級E0的基能級和具有能級E1的高階能級。第二量子約束結構172具有具有能級E2的基能級。E1和E2是大體一致的。本說明書和附圖中的空穴具有重空穴的基能級。

能級E1和E2是大體一致的，以使得由來自第二量子約束結構172的基能級E2和第一量子阱結構171的高階能級E1的自然發射導致的發射光可引起按照第二量子約束結構172的基能級E2和第一量子阱結構171的高階能級E1的誘導放大，並且可增大高階能級(短波長)處的發射強度。因為E1具有高階能級，因此對於來自該能級的發光和誘導放大可能需要高的電流注入密度。然而，因為儘管E2具有與E1的能級相等的能級但是E2具有基能級，所以發射光和誘導發射可以由比E1情況下的發光的電流注入密度低的電流注入密度引起。因此，與僅包括第一量子阱結構171的量子阱結構相比，還包括量子阱172的結構可以需要被減少一半或以上的載流子密度並且同時為兩個電平生成發射光和增益。因此，在所生成的發射光和增益具有與僅含有單個量子阱171的結構相等的量值的情況下，實現它所需的載流子密度更低。結果，可以實現具有低電流注入密度的發光。

如圖3A中比第一量子阱結構171的深度小的第二量子約束結構172的深度可容易地引起具有第二量子阱結構的基能級的發光。

已經描述了有源層的多量子阱結構170是具有第一量子阱結構171和第二量子約束結構172的雙量子阱結構，具有三個或更多個量子阱結構的多量子阱結構可以被使用。

例如，如在圖3B中示出，多量子阱結構170除了第一量子阱結構171和第二量子約束結構172之外還可包括第三量子阱結構173。第三量子阱結構173具有具有能級E3的基能級以及具有能級E4的高階能級。能級E3和E0以及E4、E1和E2是大體一致的。因此，來自第二量子阱結構172的基能級E2的發射光可容易地產生來自高階能級的短波長帶的更高發射強度，因為除了由來自第一量子阱結構的E1的發射光引起的誘導放大之外還發生了由來自第三量子阱結構的E4的發射光引起的誘導放大。換言之，為了獲取預定發射強度可以需要更低的電流注入密度。因此，有源層可以具有這種第三量子阱結構，並且第三量子阱結構可以與第一量子約束結構相同。

如在圖3C中示出，第三量子阱結構174可以具有能級E5的基能級，並且能級E5可以與E1和E2大體一致。

本文中的表述「能級E0和E2大體一致」可以指它們一致到發生誘導放大的程度的狀態，並且不要求它們之間的精確一致。下面將描述的能級差ΔE(＝E2-E1)的數值範圍僅是出於例示的目的而給出，並且可根據量子阱結構中的勢壘層的寬度、阱層的寬度或阱層的的寬度或者其他條件而被設置為最佳範圍。例如，當能級差ΔE優選地等於或高於-110meV並且等於或低於25meV並且進一步優選地等於或高於-45meV時。ΔE的絕對值優選地等於或低於20meV。其原因將在下面描述。已經知道：即使在具有像Δ函數狀的態密度的量子點那樣的結構中，增益譜在室溫附近的溫度處也具有一定寬度。還知道該寬度在室溫附近約等於20meV。換言之，在存在兩個能級的情況下，如果在這些能級處發射的光子之間的能量差等於或低於20meV，則從這兩個能級生成的增益可能重疊。

能級差ΔE優選地等於或小於0meV並且進一步優選地等於或小於-21meV。在能級差ΔE落入這種範圍內的情況下，即使當E2的值在製造發光設備的過程期間超過設計值時，發光強度的量值也可被維持。與如下面將描述的ΔE的值在負向上增大的情況相比，當ΔE的值在正向上增大時，發光強度趨於快速降低。如果E2的值在製造發光設備的過程期間在正向上增大，則發光強度由於如上所述的發光強度的降低傾向而快速降低。另一方面，如果能級差ΔE被定義為等於或低於0meV，則即使當E2的值增大時發光強度也可被保持維持為高。

根據本示例性實施例，因為第二量子約束結構的基能級與對應於來自第一量子約束結構的短波長帶的發射光的高階能級大體一致，所以對於短波長帶中的發光可以需要低的電流注入密度。下面將詳細描述該機制。

首先，將第二量子約束結構包含到量子約束結構中可以選擇性地僅增加短波長帶中的發射光，其中該第二量子約束結構的基能級與具有第一量子約束結構的短波長的發射光的能級大體一致。

增加的程度不只是發射光強度之和。例如，與一個量子約束結構相比，有源層中所包括的兩個量子約束結構在短波長帶中可具有兩倍或者更大的發射強度。

等於或多於光強度之和的這種發射強度可以由如下原因造成：如上所述使用誘導放大，以及通過一個路徑輸出由誘導放大導致的光(不同於雷射器)。下面將詳細描述該機制。

不是發射光量而是在通過發光設備的波導結構引導光時獲取的誘導放大的量值(即，增益g)根據量子約束結構的數目而改變。假定在增益g、長度L、光約束係數Γ的情況下在波導的起點處的光強度是P1，則在光被引導長度L之後的光強度P2可由以下表達式(1)表示：

P2＝P1×Exp(ΓgL) (1)

根據上面的表達式(1)，因為增益g在指數函數內，應理解當g加倍時，P2的量值不是僅僅加倍而是等於或高於兩倍。滿足上面的表達式(1)中的關係的SLD適用於發光設備。為了比較，作為與SLD類似的設備，將考察在半導體雷射器(LD)和發光二極體(LED)中使用如上所述的有源層結構時的發射強度的變化。

這種LD在諧振器的諧振波長或者有源層的增益的峰波長處振蕩。振蕩光通過誘導放大而被發射。誘導放大的主要用途在SLD中也是如此。然而，在LD的情況下，即使當量子約束結構的數目增加時，所得到的發射強度也不與量子約束結構的數目成比例地增大。這是因為LD的發射光效率與g的相關度更小，並且主要取決於內部量子效率(內部變為光子的載流子在所注入的載流子當中的比率)與提取效率(被提取到諧振器外部的內部發生的光子的比率)的乘積。已知的是，儘管增益g對內部量子效率有影響，但是內部量子效率即使在眾所周知的結構中已經是70％至90％的高值。因此，即使改進的量子約束結構可以增加內部量子效率，所增加的內部量子效率最大可以是100％。因此，可獲得高達兩倍或以上的效果的可能性低。

在LED中，通過自然發射生成光。因此，假定量子約束結構發射相等數量的光，當量子約束結構的數目增加時，發射強度簡單地與數目成比例地增加。換言之，僅僅通過使來自量子約束結構的發射光的強度相加來獲得發射光強度的總和。然而，在現實中，當量子約束結構的數目增加時，來自一個量子約束結構的發射強度由於注入電流被除以量子約束結構的數目而趨於降低。結果，即使當量子約束結構的數目加倍時，發射光量的增加也等於或小於兩倍。

其次，第二量子約束結構的基能級被用作要與第一量子約束結構的短波長處的發射能級大體一致的能級。如上所述，用基能級獲取反轉分布所需的電流注入密度比用短波長處的發射能級(高階能級)造成反轉分布所需的電流注入密度更低。

即使當兩個量子約束結構被使用時，第二量子約束結構的添加所需的電流值的增加也不是兩倍而是小於兩倍。換言之，在第二量子約束結構被添加到僅包括一個第一量子約束結構的量子阱結構的情況下，所需的電流量可以低於兩倍。另一方面，由第二量子約束結構的添加導致的增益增加可以使發射強度增加為兩倍或以上。如上所述，在相等的驅動條件下，短波長帶中的發射強度增加。換言之，在短波長帶中獲得相等發射強度可能需要更低的電流注入強度。另一方面，用於在短波長帶中發光的能級引起具有比基能級高的能級的發光。因此，通過存儲載流子來發射光，載流子可以從載流子可以存在的矩形的態密度的底部(即，具有基能級的位置)存儲到具有用於發光的短波長帶中的能級的高能量的位置。

載流子如何被存儲到矩形的態密度表現為在注入到發光設備的電流量增加時所產生的光譜變化。當電流注入密度低時，載流子被存儲在量子阱結構的基能級周圍。因此，發射光譜主要顯示出來自基能級的長波長帶中的發光。當電流注入密度從該狀態增大時，載流子變得也存在於比基能級高的能級處。因此，發光波長帶逐漸地增加到短波長側，該增加表現為光譜上的峰(最大值)。當電流注入密度進一步增加時，更多的載流子變得也存在於具有更高能級的位置處。因此，高階能級處的發射光的強度變得等於具有基能級處的波長的發射光的強度。根據NPL 1的針對寬光譜的驅動條件(圖3A至圖3C)是基能級(在NPL 1中被指示為n＝0)處和高階能級(n＝1)處的發射光的強度處於相等水平的狀態。

在載流子被存儲到高能級的狀態下，與僅以基能級發射光的情況相比，由自然發射引起的載流子複合和從有源層的溢出增加。換言之，在載流子被存儲到高能級的狀態下，誘導放大所消耗的載流子的數量相對較小，而其他過程所消耗的載流子的數量較大。因此可能需要更多地增加電流注入密度。

效果特別大的範圍

根據本發明，為了增大發光強度，淺量子阱的基能級可被調節至給定波長。因此，可以更容易地選擇任意波長。

如在NPL 1中，可以通過將載流子從基能級注入到某個能級來基本上僅從量子阱的基能級和高階能級發射光。然而，在現實中，在能量與基能級相差很大的高階能級處發光可能是困難的。這是因為，如上所述，當越多的載流子被存儲(導致更高的載流子密度)時，越多的載流子可能被除誘導發射以外的那些過程消耗。

當來自這種遠處能級的發光增加時，本發明是特別有效的。這是因為在淺的量子阱側的發光使用基能級，並且因為可能因此需要存儲用於引起來自基能級的誘導發射的載流子數量以及可能不需要存儲另外的載流子。能級之間的能量差可落入等於和高於100meV的標準範圍內。例如，發射波長在850nm的帶中對應於60nm或者更高。在這種情況下，本發明是非常有效的。

用於放大的能級可以不是緊接著在基能級之上的能級，而是可以替代地選擇更高的能級(比基能級高兩階的能級)。因為在這種能級之下存在兩個能級，所以通過增加相同量子阱中的載流子密度而進行的發光可能消耗載流子。結果，來自較低的兩個能級的發射光的強度高。因此，來自選定能級的發射光的強度可能低。另一方面，因為本發明可以選擇性地增加能級處的發射光的強度，因此比基能級高兩個能級處的發射光的強度被選擇性地增加以校正能級之間的強度差異。因此，可以實現更寬的光譜帶中的發光，並且本發明可以是非常有效的。

在這兩種條件下，更具體地，如果能量差落入等於和高於100meV的範圍之內並且如果在用於增加發射光的強度的波長(＝淺阱的基能級的波長)與深阱的基能級之間存在一個或多個電平，則本發明的強度增加效果是特別大的。

上電極層

根據本示例性實施例的發光設備中的上電極層不受特別限制，而可以是在含Ti的第一p型電極層上具有含Au的第二p型電極層的電極層。可以根據要實現的發射光譜來適當地設置電極的波導方向上的長度。

下電極層

根據本示例性實施例的發光設備中的下電極層不受特別限制，而可以是具有含AuGe/Ni/Au的n型電極層的電極層。

有源層

根據本示例性實施例的發光設備中的有源層的量子阱結構根據發光的波長而變化。量子阱結構的發射波長取決於阱層和勢壘層的材料以及阱層的厚度。下面將參照例如用於有源層中的發射波長的量子阱結構來主要描述量子阱結構的基能級處的發射波長。

例如，為了獲得在800nm到850nm的範圍內的來自基能級的發射光，含AlxGa(1-x)As的阱層可被使用，AlxGa(1-x)As具有的Al成分x為0至0.15。所含的Al成分比阱層的Al成分高的AlGaAs可被用作勢壘層。這種情況下的量子阱層的厚度優選地落入5nm至10nm的範圍之內。然而，因為發射波長取決於阱層的厚度以及阱層中所包含的材料，所以可以通過使用厚度短於5nm的材料並為此生成具有更小帶隙的波長來獲得在800nm到850nm的範圍內的來自基能級的發射光。

要使用的材料不限於上面描述的材料，而可以使用諸如GaAs、GaInP、AlGaInN、AlGaInAsP和AlGaAsSb之類的發光材料。

為了獲得在850nm到900nm的範圍內的來自基能級的發射光，可以使用In成分x為0至0.1的InxGa(1-x)As。GaAs或AlGaAs可被用作勢壘層的材料。阱層的厚度優選地在5nm至10nm的範圍內。然而，發射波長取決於阱層的厚度以及阱層中所包含的材料。因此，可以通過使用厚度短於5nm的材料並為此生成具有更小帶隙的波長來獲得在850nm到900nm的範圍內的來自基能級的發射光。

材料不限於此，而可以使用在相同波長帶(從800nm至900nm)中生成發射光的任何其他材料。例如，GaInAsP可被用在阱層中以獲得基於前述想法的量子阱結構。

以相同方式，對於其他波長帶，發射各波長帶中的光的阱層以及包含具有比其更寬的帶隙的材料的勢壘層可被使用，並且阱層的寬度可被調節以獲得優選的有源層。例如，對於980nm的帶，包含具有約0.2的In成分的InGaAs的阱層可被使用。對於1550nm的帶，具有與InP基板晶格匹配的0.68的In成分的InGaAs可被使用。

有源層可以具有諸如量子線和量子點之類的量子約束結構，而不限於量子阱。

脊狀光波導結構

根據本示例性實施例的發光設備具有脊狀光波導結構105以使得光被限制在發光設備內、被引導在有源層內並從出射端面發射。脊狀光波導結構可通過一般的半導體光刻和半導體蝕刻而被形成。脊狀光波導結構的寬度(圖1B中的w)不受特別限制，只要其可以約束光即可。然而，例如，該寬度優選地等於或小於10μm或者優選地等於或小於5μm，並且進一步優選地等於或小於3μm。脊狀光波導結構的寬度或者脊寬度w可以是窄的以使得發光設備的發光可以不被切換為多模。

光出射端面的結構

在根據本示例性實施例的發光設備中，脊狀波導結構105在有源層的面內方向上相對於光出射端面的垂直線而傾斜以防止容易發生雷射振蕩。傾斜的脊狀波導結構可以禁止從端面反射的光返回到波導，使得雷射振蕩不會容易發生。例如，脊狀波導結構可以在有源層的面內方向上相對於出射端面的垂直線而傾斜大約7°。為了禁止來自端面的反射，SiN的電介質薄膜例如可被提供作為抗反射塗層。抗反射塗層可被設置在出射端面P1和與之相對的端面P2中的一者或兩者上。為了禁止出射端面上的劣化，可以在出射端面附近設置不向其注入電流的區域。

控制單元

根據本示例性實施例的控制單元不受特別限制，只要其可控制要注入到每個電極的電流的注入密度即可。電流注入密度可以基於通過使用反饋電路傳輸到控制單元的、關於由發射光檢測單元檢測到的光強度的信息而被確定。在本示例性實施例中可以提供一個或多個控制單元。在提供多個控制單元的情況下，可以針對每個分割電極提供控制單元，或者它可以被配置為使得一個控制單元可以控制到多個電極的電流注入量。在提供兩個控制單元的情況下，例如，一個控制單元可以控制調節電極112和在出射端面P1側的第一電極111，並且另一個控制單元可以在控制端面P2側的第二電極113。

製造方法

根據本示例性實施例的用於發光設備的製造方法不受特別限制，而是可以通過使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)使半導體層順序地生長來製造。

第二示例性實施例

將參照圖4來描述根據第二示例性實施例的發光設備。圖4是根據本示例性實施例的發光設備的頂視圖。本示例性實施例具有與第一示例性實施例的有源層結構類似的有源層結構，但是與第一示例性實施例的不同之處在於電流注入的分布被設置在光波導方向上。與電流被均勻地注入到一整個的情況相比，電流注入密度的這種分布允許對發射光譜的形狀的更加自由的控制。將在下面描述與第一示例性實施例的差異，並且將省略關於相同部分的描述。

除了上電極層210被分成多個電極之外，根據本示例性實施例的發光設備200中的組件的配置與第一示例性實施例的相同。根據本示例性實施例，上電極層210具有被設置在出射端面P1側的第一電極211(前電極)和被設置在與出射端面P1相對的端面P2上的第二電極212(後電極)。到第一電極211和第二電極212的電流注入密度可被適當地調節以使得可以改變發射光的波長帶的尺寸和強度(即，發射光譜的形狀)。在這種情況下，控制單元150可以被連接到第一電極211和第二電極212以使得可以單獨調節到電極的電流注入密度。例如，到第一電極211的電流注入密度可被增大以允許短波長帶中的發光。到第二電極212的電流注入密度可被減小以允許長波長帶中的發光。短波長帶中的發射光譜和長波長帶中的發射光這兩者可被復用以獲得寬波長帶中的發射光譜。儘管來自第二電極212的長波長帶中的發射光具有低強度，但是當光穿過與第一電極211對應的有源層區域時發生誘導放大。結果，具有從短波長到長波長的波長帶中的充足發射強度的發射光譜由發光設備200生成。該發射光譜可具有高斯形狀。為了獲得該形狀，可以適當地調節到電極的電流注入密度。上面已經描述了上電極層210被分成兩個電極的配置，它可被分成三個或更多個電極。還已經描述了上電極層210被分割的配置，下電極層120可被分成多個電極。上電極層210和下電極層120這兩者都可被分割。第一電極211在波導方向上的長度L1和第二電極212在波導方向上的長度L2可以根據要發射的發射光譜來適當地定義。

第一電極211與第二電極212之間的電極劃分區域215在波導方向上的長度D1優選地等於或短於20μm並且還優選地等於或短於10μm。

第三示例性實施例

將參照圖5描述根據第三示例性實施例的發光設備。根據本示例性實施例，電流注入密度的分布像第二示例性實施例那樣被設置在光波導方向上，而不是被設置在電流幾乎不被饋送到的有源層，即，帶隙的吸收佔主導的有源層區域(吸收區域)。發光區域存在於吸收區域之前和之後，並且從吸收區域之後的發光區域發射的光在其穿過吸收佔主導的區域時受吸收影響。因為吸收具有波長依賴性，所以光在穿過其之後的光譜形狀可被控制。結果，可以比第二示例性實施例更加自由地控制光譜形狀。將描述與第一和第二示例性實施例的差異，並且將省略重複描述。

根據本示例性實施例的發光設備300具有上電極層310，該上電極層310被分成四個電極，即第一電極311、第二電極312、第三電極313和第四電極314。換言之，與根據本發明的第二示例性實施例的發光設備中的第二電極212相比，該實施例的發光設備還包括端面P2側的兩個電極313和314。到這四個電極的電流注入密度可被適當地調節以實現寬波長帶中的發射光譜。例如，到第一電極311的電流注入密度可被調節為高於到第二電極312的電流注入密度，並且到第四電極314的電流注入密度可被調節為高於到第二電極312的電流注入密度。到第三電極313的電流注入密度可被調節為零。在該電流注入條件下，由第一電極311生成的發射光譜出現在短波長帶中(中心波長λ1)，並且由第二電極312生成的發射光譜的中心波長具有比λ1長的波長λ2。另外，由第四電極314生成的發射光譜的中心波長具有比λ2長的波長λ4。然而，發射光譜的短波長帶僅在其穿過與第三電極對應的有源層區域(吸收區域)時被吸收。結果，來自與第一電極311、第二電極312和第四電極314對應的有源層區域的發射光譜被復用，並且寬波長帶中的光從發光設備300發射。以這種方式，相比於根據第二示例性實施例的發光設備，設置其中某波長帶被吸收的吸收區域允許對發射光譜形狀的更具體的控制。應當注意到，反向偏置電流可被注入到這種吸收區域以使得可以將發射光譜調節為期望形狀。

與每個電極對應的有源層區域是在電流被注入在電極中的區域正下方的有源層區域。參照圖1A至圖1C，有源層區域被放置在與電極層110和接觸層106接觸的表面正下方。

第四示例性實施例

光學相干層析成像設備

根據第四示例性實施例，將參照圖6描述根據第一至第三示例性實施例中的任一個的發光設備以及具有包括發光設備的光源系統的光學相干層析成像設備(OCT)。

根據本示例性實施例的OCT 400至少包括發光設備(光源系統)401、相干光學系統402、分光儀403、相干光檢測單元404和信息獲取單元405，並且光源系統401可以是根據第一至第四示例性實施例中的任一個的發光設備(光源系統)。

在相干光學系統402中，來自發光設備(光源系統)401的光被解復用為基準光和要照射到物體410的照射光，並且出現照射到物體410的光的反射光和由基準光生成的相干光。相干光具有關於待測量的物體410的信息。由分光儀403分離的相干光以如下方式被接收到：具有不同波長的光束被照射到相干光檢測單元404的不同位置。信息獲取單元405從關於由相干光檢測單元404接收到的光強度的信息中獲取關於物體410的信息，諸如關於層析圖的信息。接下來，將參照圖6來描述根據本示例性實施例的OCT的詳細配置。

在圖6中示出的OCT中，從發光設備(光源系統)401發射的光由相干光學系統402中的解復用單元420解復用為照射光和基準光。照射光通過照射光學系統440變成通過被待測量的物體410反射而獲得的反射光，並且出現被基準光學系統430反射的基準光和來自幹涉單元(解復用單元)420的相干光。根據本示例性實施例的OCT包括對出現在幹涉單元420中的相干光進行檢測的光檢測光學系統450、基於光檢測光學系統450所檢測到的光而獲取關於層析圖的信息的信息獲取單元405、以及顯示層析圖的顯示單元460。

來自發光設備(光源系統)401的光穿過光纖並且被解復用單元(幹涉單元)420解復用為基準光和照射光，並且解復用後的光的一部分進入到基準光學系統430。在這種情況下，解復用單元420和幹涉單元420可以使用相同的光纖耦合器。基準光學系統430包括準直器透鏡431和432以及反射器433，並且由反射器433反射的基準光再次進入到光纖。來自光纖的照射光(其為被解復用單元420解復用的其它光)進入到照射光學系統440。照射光學系統440包括準直器透鏡441和442以及使光學路徑彎曲90°的反射器443。照射光學系統440可以使進入的光進入到待測量的物體410並且使反射光再次結合到光纖。

從基準光學系統430和照射光學系統440返回的光穿過幹涉單元420並且進入到光檢測光學系統450。光檢測光學系統450具有準直器透鏡451和452以及充當分光儀的衍射光柵403。光檢測光學系統450還具有用於獲取由衍射光柵403分離的光的光譜信息的線傳感器404。在根據本示例性實施例的OCT中，基準光學系統430具有反射器433，並且由反射器433反射的光返回到幹涉單元420。然而，在沒有反射器433的情況下，光可以穿過具有適當光學路徑長度的光學路徑並且可以到達幹涉單元420。根據本示例性實施例的OCT對於在包括眼科、牙科和皮膚科的領域中獲取動物或人的活體的層析圖是有用的。關於活體的層析圖的信息不僅可以包括活體的層析圖而且可以包括獲取層析圖所需的數值數據。特別地，根據本示例性實施例的OCT可被用於獲取關於被定義為測量對象的人體的眼底的層析圖的信息。OCT可被稱為OCT裝置。

其他應用

除了OCT之外，根據本發明的示例性實施例的發光設備可被用作光通信的光源和光學測量的光源。

示例

下面將描述本發明的示例。根據以下示例的有源層結構和層結構僅僅為了例示的目的而被給出，並且非意在對它們進行限制。發光設備的組件的尺寸、製造步驟、根據發光設備的製造方法的設備和參數不受這些示例限制。半導體材料、電極材料、電介質材料等不限於示例中公開的那些。半導體層的導電類型不限於根據示例示出的那些，並且被示出為p型的導電類型和被示出為n型的導電類型可以分別被n型和p型替換。

第一示例

將描述根據本發明的第一示例的發光設備。圖1A至圖1C例示了根據該示例的發光設備100的配置。在該示例中，作為基板的GaAs基板101、作為下覆層的n型Al0.5GaAs覆層102、有源層103以及作為上覆層的p型Al0.5GaAs覆層104被使用。p型GaAs接觸層106被用作接觸層，並且p型電極110被用作接觸層106上方的上電極層。n型電極120被用作下電極層。如圖1A至圖1C中所示，脊狀光波導結構105被提供。脊狀光波導結構105具有3um的寬度以使得出射光具有單模。出射端面的垂直線和光導的角度傾斜大約7°以防止脊狀光波導結構105的端面P1上的反射。

接下來，將參照帶圖(圖7A)來描述根據該示例的有源層103的量子阱結構的細節。根據該示例的有源層具有包括兩個量子阱結構的量子阱結構A(圖7A)。第一量子阱結構1001具有夾著它的Al0.2GaAs引導層、具有8nm厚的In0.07GaAs層的阱層和10nm厚的Al0.2GaAs勢壘層。第二量子阱結構1002是通過順序地層疊10nm厚的Al0.2GaAs勢壘層、包括6nm厚的Al0.03GaAs層的阱層以及Al0.2GaAs引導層而獲得的結構。第一量子阱結構和第二量子阱結構共享10nm厚的Al0.2GaAs勢壘層。

在量子阱結構中，第一量子阱結構1001(In0.07GaAs/Al0.2GaAs)的一階能級E1和第二量子阱結構1002(Al0.03GaAs/Al0.2GaAs)的基能級E2是大體一致的。關於量子阱結構A的能級的發射波長，在第一量子阱結構1001中基能級E0的發射波長是大約880nm並且一階能級E1的發射波長是大約800nm，並且第二量子阱結構1002中的基能級E2的發射波長是大約800nm。換言之，附於圖10A中的虛箭頭的波長(nm)是通過具有每個箭頭的起點處的能級的電子和具有終點處的能級的空穴的複合而生成的發射光的波長。例如，來自第一量子阱結構中的一階能級E1的發射光具有800nm的波長。對在以下示例中提到的帶圖同樣如此。

圖7B例示了根據第一示例的發光設備中的通過注入60mA電流而生成的發射光的發射光譜的計算結果。來自第一量子阱結構1001中的基能級E0的發射光譜具有880nm左右的中心。來自第一量子阱結構1001的一階能級E1和第二量子阱結構1002中的基能級E2的發射光譜具有800nm左右的中心，由此可知來自這些能級的發射光是高的。

根據該示例，為了增加具有第一量子阱結構1001中的一階能級的發射光的強度，第二量子阱結構1002的基能級與第一量子阱結構1001的一階能級大體一致。為了獲得短波長帶中的相對較高的發射強度，可能需要高電流注入密度。因此，如該示例中設計的量子阱結構的使用允許即使在電流注入密度低時也獲取具有短波長帶中的相對較高發射強度的光，由此可預期到發光設備的延長壽命。

第一比較例

將描述根據第一示例的發光設備的比較例。除了其量子阱結構之外，根據該比較例的配置與第一示例相同。根據該比較例提供了兩個量子阱結構B和C。

如圖8A中示出，量子阱結構B是具有一個與量子阱結構A的第一量子阱結構1001相同的量子阱結構的單量子阱結構。

如圖8B中示出，量子阱結構C是具有一個與量子阱結構A的第二量子阱結構1002相同的量子阱結構的單量子阱結構。

圖9A和圖9B例示了當以與第一示例的電流注入密度相等的電流注入密度向量子阱結構B、C注入電流時所獲得的發射光譜的計算結果。圖9C例示了通過使圖9A和圖9B中的發射光譜相加而獲得的發射光譜。

將圖7B和圖9C中的作為來自第一量子阱結構1001的一階能級的發射波長的大約800nm波長處的峰強度進行比較，圖9C中的強度約為圖7B中的強度的2.9倍。由此可知當有源層中包含多個量子阱結構時，發射強度等於或高於通過僅僅使單量子阱結構的有源層的發射光譜相加而獲得的光譜的強度。

第二示例

將描述根據本發明的第二示例的發光設備。根據該示例的發光設備具有包括兩個與根據第一示例的發光設備的量子阱結構A中的第一量子阱結構1001相當的量子阱結構的有源層結構(在下文中稱為量子阱結構D)。在下面將僅描述與第一示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

該示例的量子阱結構D具有總共三個量子阱結構，其包括兩個第一量子阱結構1001和一個第二量子阱結構1002(圖10A)。第一量子阱結構1001的一階能級與第二量子阱結構1002的基能級大體一致。圖10B例示了當以與第一示例和比較例的電流注入密度相等的電流注入密度向具有量子阱結構D的有源層注入電流時所獲得的發射光譜的計算結果。圖10C例示出通過復用來自有源層的發射光譜而獲得的計算結果，該有源層具有量子阱結構D中的作為單量子阱結構的三個量子阱結構1001、1001和1002。

將圖10B和圖10C中的發射光譜中的大約800nm波長處的峰強度進行比較，圖10B中的強度大約是圖10C中的強度的3.4倍。

第三示例

將描述根據本發明的第三示例的發光設備。根據該示例的發光設備具有以下有源層結構(在下文中稱為有源層結構E)：該有源層結構除了具有量子阱結構A之外還具有與在第一示例中使用的第二量子阱結構1002相當的量子阱結構。將僅描述與第一示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

圖11A例示了根據本示例性實施例的量子阱結構E的帶圖。量子阱結構E是具有總共三個量子阱結構的三量子阱結構，這三個量子阱結構包括一個第一量子阱結構1001和兩個第二量子阱結構1002。圖11B例示了當以與第一示例、第二示例和比較例的電流注入密度相等的電流注入密度向具有根據該示例的量子阱結構的有源層注入電流時所獲得的發射光譜的計算結果。圖11C例示了通過復用來自有源層的發射光譜而獲得的計算結果，該有源層具有量子阱結構E中的作為單量子阱結構的三個量子阱結構1001、1002和1002。將圖11B和圖11C中的發射光譜中的作為第一量子阱結構1001中的一階能級的發射波長的大約800nm波長處的峰強度進行比較，圖11B中的強度大約是圖11C中的強度的2.3倍。

第四示例

將參照圖4來描述根據本發明的第四示例的發光設備。除了上電極層被分為兩個並且有源層具有不同的成分之外，根據本發明的第四示例的發光設備具有與第一示例的配置相同的配置。在下面將僅描述與第一示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

根據該示例的發光設備的上電極層210被分成第一電極211和第二電極212，並且設有脊狀光波導結構105。第一電極211和第二電極212是電氣劃分的，並且電極劃分區域215具有較高電阻值。在這裡，表述「高電阻值」是指第一電極211與第二電極212之間的電阻值是第一電極211和下電極層120的串聯電阻的十倍或以上的狀態。關於電極在波導方向上的長度，第一電極211具有0.29mm的長度L1，並且第二電極212具有0.3mm的長度L2。光從與電極211接觸的端面(解理面)P1發射。根據該示例的發光設備中的有源層具有雙量子阱結構，該雙量子阱結構具有包括作為阱層的8nm厚的In0.08GaAs層的第一量子阱結構和包括作為阱層的6nm厚的GaAs層的第二量子阱結構。夾著阱層的勢壘層都是Al0.2GaAs層。通過MOCVD方法執行晶體生長，使得在量子阱結構中第一量子阱結構(In0.08GaAs/Al0.2GaAs)的一階能級和第二量子阱結構(GaAs/Al0.2GaAs)的基能級可以大體一致，從而產生半導體疊層。根據該示例，因為第二量子阱結構的基能級和第一量子阱結構的一階能級的發射波長或者能級是大體一致的，因此可以獲得與根據第一示例的效果相同的效果。

圖12A和圖12B例示了根據該示例的通過向發光設備註入電流而獲得的發射光譜的實驗結果。圖12A是示出了當從0mA到120mA以20mA的步幅僅向第一電極211注入電流時發射光譜變化的實驗結果的曲線圖。該曲線圖例示了峰波長隨著電流的注入量增大時從長波長帶移動到短波長帶。如在NPL 1中公開的，峰波長移動的原因是由於在量子阱結構內載流子從基能級存儲到高階能級而導致的增益譜變化。

圖12B例示了在120mA電流被注入到第一電極211的狀態下當要注入到第二電極212的電流量增大時發射光譜變化的實驗結果。圖12B中示出的曲線圖例示了長波長帶中的發射強度選擇性地增大。當注入電流值是3.8mA時，發射光譜是最寬的。

在圖12A中示出的發射光譜中，當電流僅被注入到一個電極時，發射光譜在120mA的電流處是最寬的。另一方面，如圖12B中所示，由於向兩個電極注入電流而光譜為最寬的條件是：注入到第一電極211的電流是120mA，並且注入到第二電極212的電流是3.8mA。根據這些結果，可知當根據該示例使用多個分割電極時，光學輸出強度可以增大並且同時發射光譜的寬度可以增加。

接下來，將詳細考察根據該示例的其中上電極層被分為兩個電極的發光設備中的發射光譜的驅動條件。

到第一電極211的電流注入密度是到第二電極212的電流注入密度的32倍。

對於需要到第一電極211的電流注入密度高於到第二電極212的電流密度，下面的兩個原因可被考慮。第一個原因是因為可能需要用電流密度進行驅動以使得第一電極211中的發射光的峰的波長可以短於第二電極212中的發射光的峰的波長。如圖12B中所示，允許通過向第二電極212注入電流而增大發射強度的波長帶主要在發光波長帶的相對於中心波長(圖12B中的860nm)的長波長側。換言之，將通過向第一電極211注入電流而增大發射強度的波長帶在相對於中心波長的短波長側。因此，因具有高密度的電流被注入到第一電極211而導致的短波長帶中的發射光和因電流被注入到第二電極212而導致的長波長帶中的發射光可以被復用以使得來自發光設備的發射光譜可具有寬的波長帶。

第二原因是因為在對應於第一電極211的有源層區域中需要誘導放大。根據該示例，到第二電極212的電流注入密度是未達到對應於第二電極212的有源層中的透明載流子密度的電流注入密度。因此，因為來自根據該示例的發光設備的短波長帶中的大部分發射光是通過第一電極211中的誘導放大而獲得的光，所以需要用足以引起誘導放大的電流密度來驅動第一電極211。根據該示例的第二電極212的驅動條件即使在不引起誘導放大的低電流密度的情況下也可提供效果。這是因為僅需要生成用於引起第一電極211中的誘導放大的種光(seed light)。即使在較低的電流注入密度的情況下，長波長帶中的發光也可發生。

圖12B例示了：當3.8mA電流被注入到第二電極211時，光強度增大到與具有來自第一電極211的短波長的發射光的水平同等的水平。這被認為是因為來自第二電極212的發射光進入到對應於第一電極211的有源層區域，並且該光在第一電極211中經歷誘導放大。因此，儘管可能需要第二電極212發射具有預定波長的光，但是不需要與來自第一電極211的發射強度一樣高的發射強度。

到第二電極212的電流注入密度優選地是等於或低於到第一電極211的電流注入密度的50％的電流注入密度。這是因為，如上所述，當電流注入密度增大時，發射波長的峰移動到短波長側，因此短波長帶中的發射強度高於長波長帶中的發射強度，並且發射光譜的半寬度減小。

另一方面，因為不需要來自第二電極212的發射強度與來自第一電極211的發射強度一樣高，所以即使在十倍或者更多倍的電流注入密度比的情況下也是有效的。

根據本示例性實施例，即使通過向第二電極212注入不引起誘導放大的電流注入密度的電流也可以實現效果。如圖12A和圖12B中所示，在根據該示例要放大的第一量子阱結構的890nm附近的能級與第二量子阱的825nm的基能級之間存在850nm的能級(來自第一量子阱的基能級輕空穴的發射光)。換言之，在基能級(更嚴格地說，來自基能級重空穴的發射光)與增大發射光的強度的825nm的能級之間存在另一能級。890nm與825nm之間的波長差異是65nm。因此，可知該示例的配置被包括在如參照示例性實施例描述的本發明的效果特別顯著的範圍內。具有相等發射強度的三個能級可以允許超過80nm的寬波長帶上的發光，而(在發射光譜中)沒有強度接近於0的大凹陷(dip)。

第五示例

將參照圖5來描述根據本發明的第五示例的發光設備。除了上電極層被分為四個之外，根據本發明的第五示例的發光設備具有與第四示例的配置相同的配置。在下面將僅描述與第一和第四示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

在根據該示例的發光設備中，上電極層310被分成第一電極311、第二電極312、第三電極313和第四電極314，如在圖5中所示。關於電極在波導方向上的長度，第一電極311具有0.29mm的長度L1，第二電極312具有0.3mm的長度L2，第三電極313具有1.5mm的長度L3，並且第四電極314具有0.3mm的長度L4。

圖13例示了當在向第一電極311注入120mA電流並向第二電極312注入3.8mA電流的情況下改變要向第四電極314注入的電流量時發射光譜的變化。在這種情況下，電流不被注入到第三電極313。根據在圖13中示出的發射光譜，可知發射光的峰出現在905nm波長附近並且光譜的半寬度等於或高於90nm。因為第三電極313和第四電極314被提供，所以峰出現在905nm波長附近。

圖13中示出的曲線圖中的使峰出現在905nm附近的機制可被考慮如下。

與未被注入電流的第三電極313對應的有源層區域吸收光。因此，在有源層中相對於具有最長波長的基能級的短波長側發生帶間吸收。另一方面，對於具有比其更長的波長的光不發生這種帶間吸收。另一方面，在被饋送電流的第四電極314中，由於發熱乃至載流子分布，可能出現少量如下的發射光：該發射光在有源層中具有比同一有源層中所包括的量子阱結構的能級(第一量子阱結構的基能級)的最長波長更長的波長。因此，當從第四電極314發射的光穿過第三電極313時，可能出現具有長波長的成分的光，其不被第三電極313的第一量子阱結構的基能級中的帶隙吸收。

該示例還可提供第一示例的效果(可以在比短波長側的能級低的能級處實現發光)和根據第四示例的通過劃分電極而產生的效果這兩者。該示例還可以提供如下效果：可以通過提供吸收區域和發光區域來增加光譜寬度，發光區域相對於吸收區域在發射端相對的端面上。第六示例

將描述根據本發明的第六示例的發光設備。除了其量子阱結構之外，根據該示例的各方面具有與第一示例的配置完全相同的配置。在下面將僅描述與第一示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

根據該示例的發光設備中的有源層具有在圖14A中的帶圖中示出的量子阱結構(量子阱結構F)。也就是說，與第一示例類似，該示例具有含第一量子阱結構1001和第二量子阱結構1003的雙量子阱結構。第二量子阱結構1003具有包含Al0.03GaAs的6nm厚的阱層以及夾著阱層的包含Al0.2GaAs的10nm厚的勢壘層。圖14B例示了通過向具有量子阱結構F的有源層注入具有與第一示例的電流注入密度相等的電流注入密度的電流而獲得的發射光譜的計算結果。與第一示例相比，儘管在第一量子阱結構1001的基能級E1與第二量子阱結構的基能級E6之間存在大的能級差(大約30meV)，但是發射強度在短波長帶中是足夠的。

第二比較例

將描述根據第六示例的發光設備的比較例。除了其量子阱結構之外，根據該比較例的各方面具有與第六示例的配置完全相同的配置。

量子阱結構B與根據第一比較例的結構是相同的。

與量子阱結構F的第二量子阱結構1003類似，如圖15B中所示的量子阱結構G是具有一個量子阱結構的單量子阱結構。

圖16A和圖16B例示了當向量子阱結構B和G注入具有與第一示例的電流注入密度相等的電流注入密度的電流時發射光譜的計算結果。圖16C例示了通過使圖16A和圖16B中的發射光譜相加而獲得的發射光譜。

將圖14B和圖16C中的作為來自第一量子阱結構1001的一階能級的發射波長的大約800nm波長處的峰強度進行比較，圖16C中的峰強度高。由此可知當有源層中包括多個量子阱結構時，發射強度等於或高於通過僅僅使單量子阱結構的有源層的發射光譜相加而獲得的光譜的強度。

第七示例

將描述根據本發明的第七示例的發光設備。根據該示例，將描述由根據第一示例的發光設備中的有源層中的第一量子阱結構的高階能級E1和第二量子阱結構的基能級E2之間的能量差ΔE(＝E2-E1)的變化造成的低波長帶(834nm)中的發射強度的變化的計算示例。通過將僅具有第一量子阱結構的單量子阱結構的發射強度與僅具有第二量子阱結構的單量子阱結構的發射強度之和定義為1，使用量子阱結構的低波長帶(834nm)中的發射強度的變化被計算為發光強度比。

除了其量子阱結構之外，根據該示例的各方面具有與第一示例的配置相同的配置。在下面將僅描述與第一示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

該示例的配置可被分成兩組(I)和(II)。

在組(I)中，勢壘層是10nm寬，第一量子阱結構是包含In0.15GaAs層的8nm厚的阱層，並且第二量子阱結構是包含AlxGaAs層的6nm厚的阱層或者包含InyGaAs層的6nm厚的阱層。通過在第二量子阱結構中針對AlxGaAs層將x改變為0、0.01、0.02和0.03並且針對InyGaAs層將y改變為0.023、0.04、0.06、0.08、0.10和0.12來執行計算。換言之，因為第二量子阱結構的成分的變化可以改變第一量子阱結構的高階能級E1和第二基能級E2之間的能量差ΔE(＝E2-E1)，所以發射強度如何隨著ΔE的變化而改變被計算。發射強度的變化被如下計算為發光強度比。發光強度比是指當在有源層僅具有第一量子阱結構的情況下的在834nm處的發射強度與在有源層僅具有第二量子阱結構的情況下的在834nm處的發射強度之和被定義為1時前述雙量子阱結構中的在834nm處的發射強度。

針對組(II)執行相同的計算，除了勢壘層是30nm厚之外組(II)與組(I)相同。

具有8nm厚的In0.15GaAs阱層的單量子阱結構中的一階能級的發射波長是834nm，其等於具有6nm厚的In0.023GaAs阱層的單量子阱結構中的基能級的發射波長。換言之，在具有兩個量子阱結構的雙量子阱結構中，8nm厚的In0.15GaAs阱層的一階能級和6nm厚的In0.023GaAs阱層的基能級是大體一致的。

圖17A例示了第一組的計算結果，圖17B例示了第二組的計算結果。表格1概述了所使用的量子阱結構和發光強度比。參照圖17A，第二量子阱結構的具有含In0.023GaAs的成分的阱層導致最高的發光強度比，並且由大體一致的能級造成的效果被驗證。經發現，發射強度增加效果對於從-110meV到25meV(尤其是從-45meV到20meV)的能級差ΔE是顯著的。還發現，即使在改變勢壘層的厚度時也提供了發射強度增加效果。

[表格1]

圖17C例示了雙量子阱結構與單量子阱結構的發光強度比。這可以通過將雙量子阱結構的發射光譜的每個波長處的發射強度除以雙量子阱中所包括的兩個量子阱結構(其中每個量子阱結構均被看作是單獨的單量子阱結構)的發射光譜的每個波長處的發射強度之和來計算。例如，圖17C例示了具有作為阱層的8nm厚的In0.15GaAs和6nm厚的In0.023GaAs的雙量子阱結構和具有作為阱層的8nm厚的In0.15GaAs和6nm厚的Al0.03GaAs的雙量子阱結構中的計算示例。圖17C例示了其中前者是有源層結構(i)並且後者是有源層結構(ii)的計算結果。

有源層結構(i)在能級基本上相等的834nm波長處具有特別高的發光強度比，並且在其他波長帶中強度增加效果在一定程度上可以是顯著的。另一方面，有源層結構(ii)具有比有源層結構(i)低的發射強度增加效果，因為其具有比有源層結構(i)大的能級差ΔE。

第八示例

將參照圖18A和圖18B來描述根據本發明的第八示例的發光設備。除了上電極層被分為六個之外，根據本發明的第八示例的發光設備具有與第四示例的配置相同的配置。在下面將僅描述與第四示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

如在圖18A中所示，根據該示例的發光設備具有被分成第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極的上電極層。關於電極在波導方向上的長度，第一電極具有0.3mm的長度L1，第二電極具有0.2mm的長度L2，第三電極具有0.3mm的長度L3，第四電極具有0.4mm的長度L4，第五電極具有0.2mm的長度L5，並且第六電極具有0.3mm的長度L6。利用正電流來驅動第一電極、第二電極、第四電極和第六電極，並且利用零或負電流來驅動第三電極和第五電極。

將電流從上電極側饋送到下電極側將被稱為正電流驅動，並且將電流從下電極側饋送到上電極側將被稱為負電流驅動。以等於或高於第五電極中的電流密度的電流密度來驅動第三電極。這可以禁止在第三電極中對具有由第五電極和第六電極形成的發射光的峰的波長處的發射光的吸收。圖18B例示了在注入到第一電極的電流是126mA、注入到第二電極的電流是9.8mA、注入到第三電極的電流是0mA、注入到第四電極的電流是20mA、注入到第五電極的電流是-20mA並且注入到第六電極的電流是96mA的情況下來自發光設備的出射光的發射光譜。參照圖18B中所示的發射光譜，發射光的峰出現在900nm波長附近和910nm波長附近，並且光譜的半寬度等於或高於95nm。出現在900nm波長附近的發射光的峰是由第三電極和第四電極造成的，而出現在910nm波長附近的發射光的峰是由第五電極造成的，並且發射光的峰由於第六電極的長度和驅動狀態(電流密度)被適當地調節而出現。

與第五示例相比，本示例的優點將被描述。吸收區域或者未注入電流或注入負電流(施加負偏壓)的區域中的吸收量可以增大，以使峰更多地移動到長波長側並且從而增加發射光譜帶。然而，因為這個原因，在光譜中可能容易發生凹陷。為了防止容易出現凹陷，(1)由誘導發射引起的放大效果可被減小以增加每個峰的寬度，(2)最短波長處的峰與最長波長處的峰之間的間隔可被減小，或者(3)例如在凹陷部中可以生成新的峰以填充凹陷。(1)可能導致輸出更小，並且(2)可能導致發射光譜帶變窄。在高輸出和寬帶光被要求作為OCT的光源的情況下，技術(3)可以是最佳的。

通過增加電極的數目，所得到的發射光譜中所包括的峰的數目可以增加。調節吸收區域中的吸收量可以允許對發射光譜中的峰波長進行基本上自由的控制。因此，根據該示例，向第五示例添加第五電極和第六電極可以允許對光譜形狀的精細控制。該示例可提供以更低的電流密度在短波長側的能級中發射光的效果以及同樣由第一示例提供的分割電極所產生的效果這兩者。另外，通過提供吸收區域和在關於吸收區域而與出射端相對的端面(圖18A中示出的與具有出射光的端面相對的端面)側的發光區域，該示例提供了以下效果：相比於第五示例，光譜形狀可以被更自由地控制。

第九示例

將參照圖19來描述根據本發明的第九示例的發光設備。

除了上電極層被劃分為八個之外，根據本發明的第九示例的發光設備具有與第四示例的配置相同的配置。在下面將僅描述與第四示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。如圖19中所示，根據該示例的發光設備具有被分成第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極、第六電極、第七電極和第八電極的上電極層。關於電極在波導方向上的長度，第一電極具有0.3mm的長度L1，第二電極具有0.2mm的長度L2，第三電極具有0.3mm的長度L3，第四電極具有0.4mm的長度L4，第五電極具有0.2mm的長度L5，第六電極具有0.3mm的長度L6，第七電極具有0.2mm的長度L7，並且第八電極具有0.3mm的長度L8。利用正電流來驅動第一電極、第二電極、第四電極、第六電極和第八電極，並且利用零或負電流來驅動第三電極、第五電極和第七電極。以等於或高於第五電極中的電流密度的電流密度來驅動第三電極，並且以等於或高於第七電極中的電流密度的電流密度來驅動第五電極。這可以防止第三電極吸收由第五電極和第六電極形成的發射光的峰並防止第三電極和第五電極吸收由第七電極和第八電極形成的發射光的峰。

如在第八示例中那樣，通過增加電極的數目，要形成的峰的數目可以增加。在該示例中，用反向偏壓(負電流)驅動的並且其中短波長成分被吸收的區域(第七電極)以及發光區域(第八電極)被添加在第六電極後面(與具有所示出的出射光的端面相對的端面側，以下同理)。因此，由這些電極生成的峰可以如在第八示例性實施例中那樣被用於擴展光譜帶和填充光譜中的凹陷或者可以被用於支撐第五電極和第六電極。例如，第五電極和第七電極的相同的長度和驅動狀態以及第六電極和第八電極的相同的長度和驅動狀態可被定義，以使得例如可以增大它們所生成的峰的量值、可以允許對量值的容易控制或者可以降低這些電極區域的劣化速度。該示例可提供以更低的電流密度在短波長側的能級中發射光的效果以及同樣由第一示例提供的分割電極所產生的效果這兩者。另外，通過提供吸收區域和在關於吸收區域而與出射端相對的端面側的發光區域，該示例提供了以下效果：相比於第五和第八示例，更多地改善對光譜形狀的可控性和光學特性的穩定性。

第十示例

將參照圖20來描述根據本發明的第十示例的發光設備。根據本發明的第十示例的發光設備具有被分成四個的上電極層，並且光導在第一電極區域內被分叉為兩個。該示例的其他配置與第四示例的配置相同。在下面將僅描述與第四示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

如圖20中所示，根據該示例的發光設備具有被分成第一電極、第二電極、第三電極和第四電極的上電極層。關於電極在波導方向上的長度，第一電極具有0.3mm的長度L1，第二電極具有0.3mm的長度L2，第三電極具有0.1mm的長度L3，並且第四電極具有0.3mm的長度L4。光導在分叉部分具有1mm的曲率半徑，出射端附近的光導在有源層的面內方向上相對於出射端面的垂直線可以傾斜大約7°。利用正電流來驅動第一電極、第二電極和第四電極，並且利用零或負電流來驅動第三電極。

當要注入到第一電極的電流是120mA、要注入到第二電極的電流是3.8mA、要注入到第三電極的電流是0mA並且要注入到第四電極的電流被改變時的發射光譜在不考慮波導損失的情況下被假定為大致等於圖13的發射光譜。

與未分叉的波導樣本相比，使光導分叉可以提供如下效果：用於獲得等效的光學特性的樣本長度可以減小。另外，存在可以增加電極配置和驅動狀態的自由度的效果。

下面將描述通過結合根據本發明的有源層結構和該示例的光導和電極配置而獲得的優點。

例如，第五示例可被看作具有未分叉的波導以及提供了與該示例大致相當的光譜可控性和光學特性。由根據第五示例的第三電極和第四電極生成的發射光的峰對應於由根據該示例的第三電極和第四電極生成的發射光的峰。這些發射光的峰可能需要在吸收區域(第五示例中的第三電極或該示例中的第三電極)前面的發光區域中被充分放大。在第五示例中，用於此放大的發光區域對應於第一電極和第二電極，而在第十示例中其僅對應於第一電極。因此，為了保持來自後側的峰的量值，重要的是第一電極不容易劣化。換言之，由於本發明的有源層結構從而在不增加到有源層的電流注入密度的情況下允許高階能級的光發射的效果可以降低第一電極上的負載並因此防止其劣化。因此，來自後側的光可以以穩定的方式被放大。

已經描述了根據該示例光導在其彎曲部分具有1mm的曲率半徑，但是曲率半徑不限於此，只要其落在用於防止光學特性在彎曲部分和曲線與直線的連接部分中的極度劣化的範圍內即可。可以提供這樣的波導結構：在該波導結構中，兩個直波導被提供作為分支的起點。這種分支的起點可以不存在於第一電極區域內。例如，即使在分支的起點在第二電極區域內的情況下，也可以預期到相同的效果。

該示例還提供了根據第一示例的利用較低的電流密度實現短波長側的發光的效果、分割電極的效果、以及分叉光導的效果。另外，通過提供吸收區域和在關於吸收區域而與出射端相對的端面側的發光區域，該示例提供了以下效果：相比於第五示例，可以比更多地改善對光譜形狀的可控性以及波導分支和電極配置的自由度。

第十一示例

將參照圖21A來描述根據本發明的第十一示例的發光設備。

根據本發明的第十一示例的發光設備具有被分成六個的上電極層，並且光導在第一電極區域內被分叉為兩個。該示例的其他配置與第十示例的配置相同。在下面將僅描述與第十示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

如圖21A中所示，根據該示例的發光設備具有被分成第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極和第六電極的上電極層。關於電極在波導方向上的長度，第一電極具有0.3mm的長度L1，第二電極具有0.2mm的長度L2，第三電極具有0.3mm的長度L3，第四電極具有0.4mm的長度L4，第五電極具有0.2mm的長度L5，並且第六電極具有0.3mm的長度L6。利用正電流來驅動第一電極、第二電極、第四電極和第六電極，並且利用零或負電流來驅動第三電極和第五電極。應當注意，第三電極和第五電極以及第四電極和第六電極由於它們的電極配置而是可互換的。與未分叉的波導樣本相比，使光導分叉可以提供如下效果：用於獲得等效的光學特性的樣本長度(其為樣本的出射端面與相對側的端面之間的長度)可被減小。另外，存在可以增加電極配置和驅動狀態的自由度的效果。在圖21A中第三電極的長度例如需要增加的情況下，可以應用如圖21C中所示的配置，而不是圖21B中的配置，以使得可以減小樣本長度而不使其可控性和光學特性惡化。

如圖21D中所示，可以跨兩個分叉波導設置第二電極。這可提供如下效果：可以增大由第二電極生成的峰的量值的效果，以及可以減小電極長度以使得可以施加相等的電流密度的效果。

該示例還提供了根據第一示例的利用較低的電流密度實現短波長側的發光的效果、分割電極的效果、以及分叉光導的效果。另外，通過提供吸收區域和在關於吸收區域而與出射端相對的端面側的發光區域，該示例提供了以下效果：相比於第十示例，可以更多地改善對光譜形狀的可控性以及波導分支和電極配置的自由度。

第十二示例

將參照圖22A來描述根據本發明的第十二示例的發光設備。

根據本發明的第十二示例的發光設備具有被分成八個的上電極層，並且光導在第一電極區域內被分叉為兩個。該示例的其他配置與第十示例的配置相同。在下面將僅描述與第十示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。如圖22A中所示，根據該示例的發光設備具有被分成第一電極、第二電極、第三電極、第四電極、第五電極、第六電極、第七電極和第八電極的上電極層。關於電極在波導方向上的長度，第一電極具有0.3mm的長度L1，第二電極具有0.2mm的長度L2，第三電極具有0.3mm的長度L3，第四電極具有0.4mm的長度L4，第五電極具有0.2mm的長度L5，第六電極具有0.3mm的長度L6，第七電極具有0.2mm的長度L7，並且第八電極具有0.3mm的長度L8。利用正電流來驅動第一電極、第二電極、第四電極、第六電極和第八電極，並且利用零或負電流來驅動第三電極、第五電極和第七電極。以等於或高於用於驅動第七電極的電流密度的電流密度來驅動第五電極。這可以防止第五電極吸收由第七電極和第八電極形成的發射光的峰。

與未分叉的波導樣本相比，使光導分叉可以提供如下效果：用於獲得等效的光學特性的樣本長度的效果可以減小。另外，存在可以增加電極配置和驅動狀態的自由度的效果。

如圖22B中所示，可以跨兩個分叉波導設置第二電極。這可以提供如下效果：可以增大由第二電極生成的峰的量值的效果，以及可以減小電極長度使得可以施加相等的電流密度的效果。

該示例還提供了根據第一示例的利用更低的電流密度在短波長側實現發光的效果、分割電極的效果、以及分叉光導的效果。另外，通過提供吸收區域和相對於吸收區域在與出射端相對的端面側的發光區域，該示例提供了以下效果：相比於第十一示例，可以更多地改善對光譜形狀的可控性以及波導分支和電極配置的自由度。

第十三示例

將參照圖23A來描述根據本發明的第十三示例的發光設備。

根據本發明的第十三示例的發光設備具有被分成四個的上電極層。光導在第一電極區域內被分叉為兩個，並且分叉的光導具有相同的電極圖案。該示例的其他配置與第十示例的配置相同。在下面將僅描述與第十示例的差異，並且將省略關於共同事項的描述。

如圖23A中所示，根據該示例的發光設備具有被分成第一電極、第二電極、第三電極和第四電極的上電極層。關於電極在波導方向上的長度，第一電極具有0.29mm的長度L1，第二電極具有0.3mm的長度L2，第三電極具有1.5mm的長度L3，並且第四電極具有0.3mm的長度L4。利用正電流來驅動第一電極、第二電極和第四電極，並且利用零或負電流來驅動第三電極。換言之，獲得如下的結構：在該結構中，根據第五示例的波導在第一電極內被分叉為兩個。當要注入到第一電極的電流是120mA、要注入到第二電極的電流是3.8mA、要注入到第三電極的電流是0mA並且要注入到第四電極的電流被改變時的發射光譜被假定為大致等於圖13的發射光譜，其中不考慮波導損失。

通過結合根據本發明的有源層結構和該示例的光導和電極配置而獲得的優點如根據第十示例所描述的那樣。然而，在這種情況下，因為從更後部引導的長波長側的光的發射強度高，因此第一電極中的發射光量可能需要增加。因此，由於本發明的有源層結構從而在不增加到有源層的電流注入密度的情況下允許高階能級的光發射的效果可以減小第一電極上的負載並因此防止其劣化。因此，來自後側的光可以以穩定的方式被放大。另外，短波長側的發射光量可以以與長波長側的發射光量相同的程度被調節。

已經在圖23A中例示了一個電極跨兩個光導的結構。然而，在樣本上電極可以不被電連接，而是例如可以用金屬線連接單獨的電極。可替代地，可以僅電連接部分電極。

光導可被分叉為三個或更多個。

代替圖23A中的結構(其中圖5的光導被分叉為兩個)，通過圖23C中的結構可以提供相同的效果，其中通過將圖18中的光導分叉為兩個而獲得的圖23B和圖20中的光導被進一步分叉為兩個。

該示例還提供了根據第一示例的利用較低的電流密度實現短波長側的發光的效果、分割電極的效果，以及分叉光導的效果。其中波導被分叉的該示例還可以提供在保持對應的光譜形狀的同時增大發射光量的效果。

儘管已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。所附權利要求的範圍應被賦予最寬泛的解釋以包含所有這種修改以及等效的結構和功能。

本申請要求在2014年3月27日提交的日本專利申請No.2014-067023的優先權，其全文內容通過引用被併入於此。