JP2000133873A - パルス駆動発光素子 - Google Patents
パルス駆動発光素子Info
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- JP2000133873A JP2000133873A JP30227498A JP30227498A JP2000133873A JP 2000133873 A JP2000133873 A JP 2000133873A JP 30227498 A JP30227498 A JP 30227498A JP 30227498 A JP30227498 A JP 30227498A JP 2000133873 A JP2000133873 A JP 2000133873A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 連続発振時の半導体レーザの寿命を超えて長
時間使用することができるパルス駆動発光素子を提供す
る。 【解決手段】 しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを
有し、かつ、連続発振時の寿命の注入電流依存性が、注
目する出力領域でτ（Ｉ）＝ｃＩ-r（ただし、Ｉは注入
電流、ｃは定数）と近似される半導体レーザを用いてパ
ルス駆動発光素子を構成する。要求される平均出力Ｐ0
に対し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r
＜Ｐ／Ｐ0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなる
デューティ比で半導体レーザをパルス駆動する。最大寿
命を得る場合には、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満たす出
力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体
レーザをパルス駆動する。半導体レーザとしては、ＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体を用いた緑色発光の半導体レーザ
や、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた紫色な
いし青色発光の半導体レーザなどを用いることができ
る。
時間使用することができるパルス駆動発光素子を提供す
る。 【解決手段】 しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを
有し、かつ、連続発振時の寿命の注入電流依存性が、注
目する出力領域でτ（Ｉ）＝ｃＩ-r（ただし、Ｉは注入
電流、ｃは定数）と近似される半導体レーザを用いてパ
ルス駆動発光素子を構成する。要求される平均出力Ｐ0
に対し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r
＜Ｐ／Ｐ0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなる
デューティ比で半導体レーザをパルス駆動する。最大寿
命を得る場合には、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満たす出
力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体
レーザをパルス駆動する。半導体レーザとしては、ＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体を用いた緑色発光の半導体レーザ
や、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた紫色な
いし青色発光の半導体レーザなどを用いることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パルス駆動発光
素子に関し、例えば、指示装置、照明装置、光電子情報
通信装置などに適用して好適なものである。
素子に関し、例えば、指示装置、照明装置、光電子情報
通信装置などに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般の指示装置または建設用など
のレベリング装置としてのレーザポインタとしては、赤
色発光の半導体レーザを用いたものが実用化されてい
る。この赤色発光のレーザポインタに加えて、オレンジ
色、黄色、青色などで発光するレーザポインタが得られ
れば、多色化を図ることができる。
のレベリング装置としてのレーザポインタとしては、赤
色発光の半導体レーザを用いたものが実用化されてい
る。この赤色発光のレーザポインタに加えて、オレンジ
色、黄色、青色などで発光するレーザポインタが得られ
れば、多色化を図ることができる。
【０００３】しかしながら、現状では、波長１．３〜
１．５μｍで発光する半導体レーザ、赤外域で発光する
半導体レーザおよび赤色発光の半導体レーザ以外の半導
体レーザは連続発振時の寿命が発展途上で、万時間オー
ダーの寿命が得られていない。あるいは、これらの発光
波長の半導体レーザでも、確立した材料以外の材料を用
いた半導体レーザの寿命はまだ長くない。
１．５μｍで発光する半導体レーザ、赤外域で発光する
半導体レーザおよび赤色発光の半導体レーザ以外の半導
体レーザは連続発振時の寿命が発展途上で、万時間オー
ダーの寿命が得られていない。あるいは、これらの発光
波長の半導体レーザでも、確立した材料以外の材料を用
いた半導体レーザの寿命はまだ長くない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、これらの半導体
レーザにおいては、端面のＣＯＤ（catastrophic optic
al damage)破壊に対するレベルは、寿命によらず高いも
のが得られている。
レーザにおいては、端面のＣＯＤ（catastrophic optic
al damage)破壊に対するレベルは、寿命によらず高いも
のが得られている。
【０００５】そこで、緑色発光の半導体レーザなどの寿
命が発展途上の各種の色で発光する半導体レーザであっ
ても、実用化を図ることができる可能性がある。
命が発展途上の各種の色で発光する半導体レーザであっ
ても、実用化を図ることができる可能性がある。
【０００６】また、半導体レーザの寿命が十分でも、平
均出力を一定に保ちつつその耐久時間を長くすることが
できれば有益である。
均出力を一定に保ちつつその耐久時間を長くすることが
できれば有益である。
【０００７】したがって、この発明の目的は、連続発振
時の半導体レーザの寿命を超えて長時間使用することが
できるパルス駆動発光素子を提供することにある。
時の半導体レーザの寿命を超えて長時間使用することが
できるパルス駆動発光素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、連続発振時
の寿命が短い半導体レーザの有効利用や連続発振時の寿
命が十分な半導体レーザのより長寿命化を図るべく、鋭
意検討を行った。以下にその概要について説明する。
の寿命が短い半導体レーザの有効利用や連続発振時の寿
命が十分な半導体レーザのより長寿命化を図るべく、鋭
意検討を行った。以下にその概要について説明する。
【０００９】いま、連続発振時の半導体レーザの寿命τ
の注入電流依存性が、注目している出力領域で τ（Ｉ）＝ｃＩ-r （１） と近似することができるとする。ただし、Ｉは注入電
流、ｃは定数である。ここで、ｒは注目している出力領
域によって異なることがあり、例えば、ある出力領域で
はｒ1 であるが、他のある出力領域ではｒ2 （≠ｒ1 ）
となることがある。また、この半導体レーザは、しきい
電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを有し、図１に示すよう
な出力（Ｐ）−電流（Ｉ）特性を有するとする。
の注入電流依存性が、注目している出力領域で τ（Ｉ）＝ｃＩ-r （１） と近似することができるとする。ただし、Ｉは注入電
流、ｃは定数である。ここで、ｒは注目している出力領
域によって異なることがあり、例えば、ある出力領域で
はｒ1 であるが、他のある出力領域ではｒ2 （≠ｒ1 ）
となることがある。また、この半導体レーザは、しきい
電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを有し、図１に示すよう
な出力（Ｐ）−電流（Ｉ）特性を有するとする。
【００１０】図１に示すＰ−Ｉ特性は、 Ｐ＝０ （Ｉ＜Ｉ0 ） （２） Ｐ＝η（Ｉ−Ｉ0 ） （Ｉ≧Ｉ0 ） （３） と表される。
【００１１】（３）式より、 Ｉ＝Ｉ0 ＋Ｐ／η （４） である。
【００１２】要求される平均出力をＰ0 、パルス駆動時
の出力をＰとすると、パルス駆動時のデューティ比βは
Ｐ0 ／Ｐに等しくなる。すなわち、β＝Ｐ0 ／Ｐであ
る。ここで、出力がＰのときのτをτ（Ｐ）、出力がＰ
0 のときのτをτ（Ｐ0 ）と書く。（４）式を（１）式
に代入すると τ（Ｐ）＝ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ／η）-r （５） となる。
の出力をＰとすると、パルス駆動時のデューティ比βは
Ｐ0 ／Ｐに等しくなる。すなわち、β＝Ｐ0 ／Ｐであ
る。ここで、出力がＰのときのτをτ（Ｐ）、出力がＰ
0 のときのτをτ（Ｐ0 ）と書く。（４）式を（１）式
に代入すると τ（Ｐ）＝ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ／η）-r （５） となる。
【００１３】いま、パルス駆動時の実効寿命をτ（Ｐ）
／βと定義し、ｆ（Ｐ）＝τ（Ｐ）／βとおくと、
（５）式より ｆ（Ｐ）＝τ（Ｐ）／β＝｛ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ／η）-r｝／（Ｐ0 ／Ｐ） ＝（ｃ／Ｐ0 ）｛Ｐ／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r ｝ （６） となる。
／βと定義し、ｆ（Ｐ）＝τ（Ｐ）／βとおくと、
（５）式より ｆ（Ｐ）＝τ（Ｐ）／β＝｛ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ／η）-r｝／（Ｐ0 ／Ｐ） ＝（ｃ／Ｐ0 ）｛Ｐ／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r ｝ （６） となる。
【００１４】（６）式を （Ｐ0 ／ｃ）ｆ（Ｐ）＝｛Ｐ／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r ｝ と変形し、両辺をＰで微分すると （Ｐ0 ／ｃ）ｄｆ（Ｐ）／ｄＰ ＝１／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r ＋Ｐ（−ｒ）｛１／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r+1 ｝（１ ／η） ＝｛１／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r+1 ｝｛Ｉ0 ＋Ｐ／η−（Ｐ／η）ｒ｝ ＝｛１／（Ｉ0 ＋Ｐ／η）r+1 ｝｛（Ｐ／η）（１−ｒ）＋Ｉ0 ｝（７） となる。
【００１５】ｄｆ（Ｐ）／ｄＰ＝０とおくと、ｆ（Ｐ）
が最大となるのは Ｐ* ＝（Ｉ0 η）／（ｒ−１） （８） のときであり、そのとき β＝Ｐ0 ／Ｐ* ＝｛（ｒ−１）／Ｉ0 η｝Ｐ0 （９） である。また、ｆ（Ｐ）の最大値は（８）式を（６）式
に代入することにより求められる。
が最大となるのは Ｐ* ＝（Ｉ0 η）／（ｒ−１） （８） のときであり、そのとき β＝Ｐ0 ／Ｐ* ＝｛（ｒ−１）／Ｉ0 η｝Ｐ0 （９） である。また、ｆ（Ｐ）の最大値は（８）式を（６）式
に代入することにより求められる。
【００１６】Ｐ＝Ｐ* のときの連続発振時の寿命に対す
るパルス発振時の寿命の比（以下「延命比」という。）
は 延命比＝｛τ（Ｐ* ）／β｝／τ（Ｐ0 ） ＝［｛ｃ／（Ｉ0 ＋Ｐ* ／η）r ｝／｛ｃ／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）r ｝］ ×（１／β） ＝｛（ηＩ0 ＋Ｐ0 ）／（ηＩ0 ＋Ｐ* ）｝r （１／β） （10） となる。
るパルス発振時の寿命の比（以下「延命比」という。）
は 延命比＝｛τ（Ｐ* ）／β｝／τ（Ｐ0 ） ＝［｛ｃ／（Ｉ0 ＋Ｐ* ／η）r ｝／｛ｃ／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）r ｝］ ×（１／β） ＝｛（ηＩ0 ＋Ｐ0 ）／（ηＩ0 ＋Ｐ* ）｝r （１／β） （10） となる。
【００１７】次に、パルス駆動時の実効寿命を連続発振
時の寿命τ（Ｐ0 ）よりも長くするための条件は τ（Ｐ）／β＞τ（Ｐ0 ） （11） で表される。（11）式に（５）式を代入すると ｛ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ／η）-r｝／（Ｐ0 ／Ｐ）＞ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）-r （12） となる。これより Ｐ／Ｐ0 ＞｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r （13） となる。
時の寿命τ（Ｐ0 ）よりも長くするための条件は τ（Ｐ）／β＞τ（Ｐ0 ） （11） で表される。（11）式に（５）式を代入すると ｛ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ／η）-r｝／（Ｐ0 ／Ｐ）＞ｃ（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）-r （12） となる。これより Ｐ／Ｐ0 ＞｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r （13） となる。
【００１８】（13）式を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ
0 ／Ｐなるデューティ比でパルス駆動をすることによ
り、連続発振時の半導体レーザの寿命に比べて長寿命化
を図ることができる。
0 ／Ｐなるデューティ比でパルス駆動をすることによ
り、連続発振時の半導体レーザの寿命に比べて長寿命化
を図ることができる。
【００１９】この発明は、本発明者による以上のような
検討に基づいて案出されたものである。
検討に基づいて案出されたものである。
【００２０】すなわち、上記課題を解決するために、こ
の発明は、しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを有
し、かつ、連続発振時の寿命の注入電流依存性が注目す
る出力領域でτ（Ｉ）＝ｃＩ-r（ただし、Ｉは注入電
流、ｃは定数）と近似される半導体レーザを用い、要求
される平均出力Ｐ0 に対し、 ｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ
0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比で半導体レーザをパルス駆動するようにしたことを特
徴とするパルス駆動発光素子である。
の発明は、しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを有
し、かつ、連続発振時の寿命の注入電流依存性が注目す
る出力領域でτ（Ｉ）＝ｃＩ-r（ただし、Ｉは注入電
流、ｃは定数）と近似される半導体レーザを用い、要求
される平均出力Ｐ0 に対し、 ｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ
0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比で半導体レーザをパルス駆動するようにしたことを特
徴とするパルス駆動発光素子である。
【００２１】この発明において、最も長寿命化を図るた
めには、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満たす出力Ｐで、か
つ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体レーザをパ
ルス駆動する。
めには、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満たす出力Ｐで、か
つ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体レーザをパ
ルス駆動する。
【００２２】この発明において、典型的には、半導体レ
ーザは紫外から赤外の領域の発振波長を有し、具体的に
は、紫外、青、緑、赤、赤外の領域の発振波長を有す
る。
ーザは紫外から赤外の領域の発振波長を有し、具体的に
は、紫外、青、緑、赤、赤外の領域の発振波長を有す
る。
【００２３】この発明において、半導体レーザの具体例
をいくつか挙げると、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、ＣｄおよびＨ
ｇからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＩＩ
族元素とＳｅ、Ｓ、ＴｅおよびＯからなる群より選ばれ
た少なくとも一種類以上のＶＩ族元素とにより構成され
たＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体レーザ、Ａ
ｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なく
とも一種類以上のＩＩＩ族元素とＮ、ＰおよびＡｓから
なる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＶ族元素と
により構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半
導体レーザ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢからなる群より
選ばれた少なくとも一種類以上のＩＩＩ族元素とＮとに
より構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体レーザ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢからなる群より選
ばれた少なくとも一種類以上のＩＩＩ族元素とＰおよび
Ａｓからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＶ
族元素とにより構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
用いた半導体レーザ、有機半導体（有機エレクトロルミ
ネッセンス物質）を用いた半導体レーザなどである。Ｉ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体レーザとして
は、例えばＺｎＣｄＳｅを活性層の材料として用いた緑
色発光の半導体レーザや、ＢｅＺｎＭｇＳｅを活性層の
材料として用いた半導体レーザ、さらには赤色、緑色ま
たは青色で発光可能なＺｎＭｇＣｄＳｅを活性層の材料
として用いた半導体レーザなどが挙げられる。また、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザとして
は、紫色ないし青色で発光発光可能なＩｎＧａＮを活性
層の材料として用いた半導体レーザ、可視光から赤外の
領域で発光可能なＧａＩｎＮＡｓを活性層の材料として
用いた半導体レーザなどが挙げられる。さらに、有機半
導体を用いた半導体レーザとしては、テトラフェニルポ
ルフィリン（ＴＰＰ）、テトラフェニルクロリン（ＴＰ
Ｃ）、アルミニウムヒドロキシキノリン（Ａｌｑ3 ）、
ジアミン誘導体（ＴＰＤ）、ｐ−sexiphenyl（ｐ−６
Ｐ）などを活性層の材料として用いた半導体レーザが挙
げられる。これらの半導体レーザは、一般に連続発振時
の寿命が短いものである。
をいくつか挙げると、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、ＣｄおよびＨ
ｇからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＩＩ
族元素とＳｅ、Ｓ、ＴｅおよびＯからなる群より選ばれ
た少なくとも一種類以上のＶＩ族元素とにより構成され
たＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体レーザ、Ａ
ｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢからなる群より選ばれた少なく
とも一種類以上のＩＩＩ族元素とＮ、ＰおよびＡｓから
なる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＶ族元素と
により構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半
導体レーザ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢからなる群より
選ばれた少なくとも一種類以上のＩＩＩ族元素とＮとに
より構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体レーザ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢからなる群より選
ばれた少なくとも一種類以上のＩＩＩ族元素とＰおよび
Ａｓからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＶ
族元素とにより構成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
用いた半導体レーザ、有機半導体（有機エレクトロルミ
ネッセンス物質）を用いた半導体レーザなどである。Ｉ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体レーザとして
は、例えばＺｎＣｄＳｅを活性層の材料として用いた緑
色発光の半導体レーザや、ＢｅＺｎＭｇＳｅを活性層の
材料として用いた半導体レーザ、さらには赤色、緑色ま
たは青色で発光可能なＺｎＭｇＣｄＳｅを活性層の材料
として用いた半導体レーザなどが挙げられる。また、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザとして
は、紫色ないし青色で発光発光可能なＩｎＧａＮを活性
層の材料として用いた半導体レーザ、可視光から赤外の
領域で発光可能なＧａＩｎＮＡｓを活性層の材料として
用いた半導体レーザなどが挙げられる。さらに、有機半
導体を用いた半導体レーザとしては、テトラフェニルポ
ルフィリン（ＴＰＰ）、テトラフェニルクロリン（ＴＰ
Ｃ）、アルミニウムヒドロキシキノリン（Ａｌｑ3 ）、
ジアミン誘導体（ＴＰＤ）、ｐ−sexiphenyl（ｐ−６
Ｐ）などを活性層の材料として用いた半導体レーザが挙
げられる。これらの半導体レーザは、一般に連続発振時
の寿命が短いものである。
【００２４】この発明においては、必要に応じて、これ
らの半導体レーザのうちの一つまたは複数を用いてパル
ス駆動発光素子が構成される。この場合、互いに発振波
長が異なる複数の半導体レーザを用いることにより、互
いに異なる二つ以上の発光波長を得ることができる。
らの半導体レーザのうちの一つまたは複数を用いてパル
ス駆動発光素子が構成される。この場合、互いに発振波
長が異なる複数の半導体レーザを用いることにより、互
いに異なる二つ以上の発光波長を得ることができる。
【００２５】上述のように構成されたこの発明において
は、要求される平均出力Ｐ0 に対し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／
η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ0 を満たす出力
Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体レ
ーザをパルス駆動するようにしていることにより、使用
する半導体レーザの連続発振時の寿命よりも長時間使用
することができる。特に、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満
たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で
半導体レーザをパルス駆動することにより、寿命の最大
化を図ることができる。
は、要求される平均出力Ｐ0 に対し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／
η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ0 を満たす出力
Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体レ
ーザをパルス駆動するようにしていることにより、使用
する半導体レーザの連続発振時の寿命よりも長時間使用
することができる。特に、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満
たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で
半導体レーザをパルス駆動することにより、寿命の最大
化を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
いて図面を参照しながら説明する。
【００２７】図２はこの発明の一実施形態によるパルス
駆動発光素子の全体構成を示し、図３はこのパルス駆動
発光素子のヘッダー部分を拡大して示す。図２および図
３に示すように、この一実施形態によるパルス駆動発光
素子においては、ヘッダー１上に半円柱状のヒートシン
ク２が設けられ、このヒートシンク２の平坦な側面にチ
ップ状の半導体レーザ３がマウントされている。この場
合、この半導体レーザ３はそのｐ側電極（図示せず）を
上にして、すなわちｐサイドアップでマウントされてい
る。符号３ａはこの半導体レーザ３のストライプを示
す。ヘッダー１には３本のリード４、５、６が設けられ
ている。半導体レーザ３のｐ側電極とリード４の一端と
がワイヤー７によりボンディングされている。リード５
は接地端子であり、ヒートシンク２を介して半導体レー
ザ３のｎ側電極（図示せず）およびヘッダー１上に設け
られたモニター用フォトダイオード８のカソードと接続
されている。一方、リード６の一端は、ワイヤー９によ
りモニター用フォトダイオード８のアノードとボンディ
ングされている。半導体レーザ３およびヒートシンク２
の全体はヘッダー２上に取り付けられたキャップ１０で
シールされている。キャップ１０の上面には窓１０ａが
設けられ、この窓１０ａにガラス板１１がはめ込まれて
いる。
駆動発光素子の全体構成を示し、図３はこのパルス駆動
発光素子のヘッダー部分を拡大して示す。図２および図
３に示すように、この一実施形態によるパルス駆動発光
素子においては、ヘッダー１上に半円柱状のヒートシン
ク２が設けられ、このヒートシンク２の平坦な側面にチ
ップ状の半導体レーザ３がマウントされている。この場
合、この半導体レーザ３はそのｐ側電極（図示せず）を
上にして、すなわちｐサイドアップでマウントされてい
る。符号３ａはこの半導体レーザ３のストライプを示
す。ヘッダー１には３本のリード４、５、６が設けられ
ている。半導体レーザ３のｐ側電極とリード４の一端と
がワイヤー７によりボンディングされている。リード５
は接地端子であり、ヒートシンク２を介して半導体レー
ザ３のｎ側電極（図示せず）およびヘッダー１上に設け
られたモニター用フォトダイオード８のカソードと接続
されている。一方、リード６の一端は、ワイヤー９によ
りモニター用フォトダイオード８のアノードとボンディ
ングされている。半導体レーザ３およびヒートシンク２
の全体はヘッダー２上に取り付けられたキャップ１０で
シールされている。キャップ１０の上面には窓１０ａが
設けられ、この窓１０ａにガラス板１１がはめ込まれて
いる。
【００２８】図２および図３において、リード４、５を
通じて半導体レーザ３にしきい値電流以上の電流が注入
されると、そのフロント側の端面からレーザビーム１２
が出射される。このレーザビーム１２はキャップ１０の
窓１０ａのガラス板１１を通って外部に出射される。こ
のレーザビーム１２は、必要に応じて、外部に設けられ
たレンズ系（例えば、ビームシフターと集光レンズとか
らなるものなど）に導かれる。
通じて半導体レーザ３にしきい値電流以上の電流が注入
されると、そのフロント側の端面からレーザビーム１２
が出射される。このレーザビーム１２はキャップ１０の
窓１０ａのガラス板１１を通って外部に出射される。こ
のレーザビーム１２は、必要に応じて、外部に設けられ
たレンズ系（例えば、ビームシフターと集光レンズとか
らなるものなど）に導かれる。
【００２９】図４に、半導体レーザ３の一例として、Ｉ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体を用いた緑色発光の半導体レー
ザを示す。図４に示すように、この半導体レーザにおい
ては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、図示省略したバッ
ファ層（例えば、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＺｎＳ
ｅバッファ層およびｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層を順次積
層したもの）を介して、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１０２、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３、活性層１０
４、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０５、ｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層１０６、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０
７、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸（ＭＱＷ）層
１０８およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０９が順次積
層されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１にはｎ型不純物
として例えばＳｉがドープされ、厚さは例えば３５０μ
ｍである。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０２および
ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３にはｎ型不純物として例
えばＣｌがドープされている。また、ｐ型ＺｎＳＳｅ光
導波層１０５、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０６、
ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０７、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚｎ
ＴｅＭＱＷ層１０８およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
０９にはｐ型不純物として例えばＮがドープされてい
る。レーザ構造を形成する各層の厚さの一例を挙げる
と、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０２は１μｍ、ｎ
型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３およびｐ型ＺｎＳＳｅ光導
波層１０５はそれぞれ４５ｎｍ、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層１０６は１μｍ、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１
０７は１００ｎｍ、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１０は
７０ｎｍ、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０８は３
ｎｍである。活性層１０４は例えばＺｎＣｄＳｅからな
る単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有し、そのＺｎＣｄＳ
ｅ層の厚さは例えば３．５ｎｍ、そのＩＩ族元素の組成
はＺｎが６５％、Ｃｄが３５％であり、その格子定数は
ｎ型ＧａＡｓ基板１の格子定数よりも若干大きくなって
いる。また、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３およびｐ型
ＺｎＳＳｅ光導波層１０５のＶＩ族元素の組成は例えば
Ｓが６％、Ｓｅが９４％である。
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体を用いた緑色発光の半導体レー
ザを示す。図４に示すように、この半導体レーザにおい
ては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、図示省略したバッ
ファ層（例えば、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＺｎＳ
ｅバッファ層およびｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層を順次積
層したもの）を介して、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１０２、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３、活性層１０
４、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０５、ｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層１０６、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０
７、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子井戸（ＭＱＷ）層
１０８およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０９が順次積
層されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１にはｎ型不純物
として例えばＳｉがドープされ、厚さは例えば３５０μ
ｍである。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０２および
ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３にはｎ型不純物として例
えばＣｌがドープされている。また、ｐ型ＺｎＳＳｅ光
導波層１０５、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０６、
ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０７、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚｎ
ＴｅＭＱＷ層１０８およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
０９にはｐ型不純物として例えばＮがドープされてい
る。レーザ構造を形成する各層の厚さの一例を挙げる
と、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０２は１μｍ、ｎ
型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３およびｐ型ＺｎＳＳｅ光導
波層１０５はそれぞれ４５ｎｍ、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層１０６は１μｍ、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１
０７は１００ｎｍ、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１０は
７０ｎｍ、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０８は３
ｎｍである。活性層１０４は例えばＺｎＣｄＳｅからな
る単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有し、そのＺｎＣｄＳ
ｅ層の厚さは例えば３．５ｎｍ、そのＩＩ族元素の組成
はＺｎが６５％、Ｃｄが３５％であり、その格子定数は
ｎ型ＧａＡｓ基板１の格子定数よりも若干大きくなって
いる。また、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３およびｐ型
ＺｎＳＳｅ光導波層１０５のＶＩ族元素の組成は例えば
Ｓが６％、Ｓｅが９４％である。
【００３０】ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０７の上部、
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０８およびｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層１０９は一方向に延びるストライプ形
状を有する。このストライプ部の幅は例えば２〜１０μ
ｍである。このストライプ部の両側の部分には例えばＡ
ｌ2 Ｏ3 膜のような絶縁層１１０が設けられており、こ
れによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ
形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０９および絶縁層１
１０上にはｐ側電極１１１が、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１０９とオーミックコンタクトして設けられている。
ｐ側電極１１１としては、例えば、厚さが１０ｎｍのＰ
ｄ膜、厚さが１００ｎｍのＰｔ膜および厚さが３００ｎ
ｍのＡｕ膜が順次積層されたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用
いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ
側電極１１２がオーミックコンタクトして設けられてい
る。このｎ側電極１１２としては例えばＩｎ電極が用い
られる。
ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０８およびｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層１０９は一方向に延びるストライプ形
状を有する。このストライプ部の幅は例えば２〜１０μ
ｍである。このストライプ部の両側の部分には例えばＡ
ｌ2 Ｏ3 膜のような絶縁層１１０が設けられており、こ
れによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ
形状のｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１０９および絶縁層１
１０上にはｐ側電極１１１が、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１０９とオーミックコンタクトして設けられている。
ｐ側電極１１１としては、例えば、厚さが１０ｎｍのＰ
ｄ膜、厚さが１００ｎｍのＰｔ膜および厚さが３００ｎ
ｍのＡｕ膜が順次積層されたＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用
いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ
側電極１１２がオーミックコンタクトして設けられてい
る。このｎ側電極１１２としては例えばＩｎ電極が用い
られる。
【００３１】この半導体レーザの共振器長は例えば６０
０μｍであり、劈開面からなる共振器端面を有する。
０μｍであり、劈開面からなる共振器端面を有する。
【００３２】図５に、半導体レーザ３の他の例として、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた紫色ないし
青色発光の半導体レーザを示す。図５に示すように、こ
の半導体レーザにおいては、例えば（０００１）面方位
のサファイア基板２０１上に低温成長によるＧａＮバッ
ファ層２０２を介してアンドープＧａＮ層２０３が積層
されている。サファイア基板２０１の厚さは例えば３５
０μｍである。アンドープＧａＮ層２０３上にストライ
プ形状のＳｉＯ2 膜２０４が形成されている。そして、
アンドープＧａＮ層２０３上に、このＳｉＯ2 膜２０４
を成長マスクとしていわゆるＥＬＯＧ（epitaxial late
ral over-growth)法により横方向エピタキシャル成長さ
れたアンドープＧａＮ層２０５が積層されている。この
アンドープＧａＮ層２０５上にｎ型ＧａＮコンタクト層
２０６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０７、ｎ型ＧａＮ
光導波層２０８、活性層２０９、ｐ型ＡｌＧａＮキャッ
プ層２１０、ｐ型ＧａＮ光導波層２１１、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１
３が順次積層されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層２０
６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０７およびｎ型ＧａＮ
光導波層２０８にはｎ型不純物として例えばＳｉがドー
プされている。ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２１０、ｐ型
ＧａＮ光導波層２１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２１
２およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１３にはｐ型不純物
として例えばＭｇがドープされている。レーザ構造を形
成する各層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層２０６は４μｍ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０
７は１μｍ、ｎ型ＧａＮ光導波層２０８は１００ｎｍ、
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２１０は２０ｎｍ、ｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層２１１は１００ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２１２は１μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１３は
５０ｎｍである。活性層２０９は、例えば厚さが３．５
ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と厚さが１０．５ｎｍのＩ
ｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層とからなる４重量子井戸構造を有す
る。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０７およびｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層２１２のＩＩＩ族元素の組成はＡ
ｌが１４％、Ｇａが８６％である。ｐ型ＡｌＧａＮキャ
ップ層２１０のＩＩＩ族元素の組成はＡｌが２０％、Ｇ
ａが８０％である。
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた紫色ないし
青色発光の半導体レーザを示す。図５に示すように、こ
の半導体レーザにおいては、例えば（０００１）面方位
のサファイア基板２０１上に低温成長によるＧａＮバッ
ファ層２０２を介してアンドープＧａＮ層２０３が積層
されている。サファイア基板２０１の厚さは例えば３５
０μｍである。アンドープＧａＮ層２０３上にストライ
プ形状のＳｉＯ2 膜２０４が形成されている。そして、
アンドープＧａＮ層２０３上に、このＳｉＯ2 膜２０４
を成長マスクとしていわゆるＥＬＯＧ（epitaxial late
ral over-growth)法により横方向エピタキシャル成長さ
れたアンドープＧａＮ層２０５が積層されている。この
アンドープＧａＮ層２０５上にｎ型ＧａＮコンタクト層
２０６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０７、ｎ型ＧａＮ
光導波層２０８、活性層２０９、ｐ型ＡｌＧａＮキャッ
プ層２１０、ｐ型ＧａＮ光導波層２１１、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２１２およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１
３が順次積層されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層２０
６、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０７およびｎ型ＧａＮ
光導波層２０８にはｎ型不純物として例えばＳｉがドー
プされている。ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２１０、ｐ型
ＧａＮ光導波層２１１、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２１
２およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１３にはｐ型不純物
として例えばＭｇがドープされている。レーザ構造を形
成する各層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層２０６は４μｍ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０
７は１μｍ、ｎ型ＧａＮ光導波層２０８は１００ｎｍ、
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２１０は２０ｎｍ、ｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層２１１は１００ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層２１２は１μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１３は
５０ｎｍである。活性層２０９は、例えば厚さが３．５
ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と厚さが１０．５ｎｍのＩ
ｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ層とからなる４重量子井戸構造を有す
る。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０７およびｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層２１２のＩＩＩ族元素の組成はＡ
ｌが１４％、Ｇａが８６％である。ｐ型ＡｌＧａＮキャ
ップ層２１０のＩＩＩ族元素の組成はＡｌが２０％、Ｇ
ａが８０％である。
【００３３】ｎ型ＧａＮコンタクト層２０６の上部、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０７、ｎ型ＧａＮ光導波層２
０８、活性層２０９、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２１
０、ｐ型ＧａＮ光導波層２１１およびｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層２１２の下部は所定のメサ形状を有する。ま
た、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２１２の上部およびｐ型
ＧａＮコンタクト層２１３はリッジ形状を有する。この
リッジ部の両側面およびこのリッジ部の両側の部分のｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２１２上には例えばＳｉＯ2 膜
のような絶縁膜２１４が設けられている。この絶縁膜２
１４にはリッジ部の上の部分に開口２１４ａが設けられ
ており、この開口２１４ａを通じてｐ側電極２１５がｐ
型ＧａＮコンタクト層２１３にオーミックコンタクトし
ている。このｐ側電極２１５としては例えばＮｉ／Ａｕ
電極が用いられる。一方、メサ部の近傍の部分のｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層２０６上にｎ側電極２１６がオーミッ
クコンタクトして設けられている。このｎ側電極２１６
としては例えばＴｉ／Ａｌ電極が用いられる。
型ＡｌＧａＮクラッド層２０７、ｎ型ＧａＮ光導波層２
０８、活性層２０９、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層２１
０、ｐ型ＧａＮ光導波層２１１およびｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層２１２の下部は所定のメサ形状を有する。ま
た、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２１２の上部およびｐ型
ＧａＮコンタクト層２１３はリッジ形状を有する。この
リッジ部の両側面およびこのリッジ部の両側の部分のｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２１２上には例えばＳｉＯ2 膜
のような絶縁膜２１４が設けられている。この絶縁膜２
１４にはリッジ部の上の部分に開口２１４ａが設けられ
ており、この開口２１４ａを通じてｐ側電極２１５がｐ
型ＧａＮコンタクト層２１３にオーミックコンタクトし
ている。このｐ側電極２１５としては例えばＮｉ／Ａｕ
電極が用いられる。一方、メサ部の近傍の部分のｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層２０６上にｎ側電極２１６がオーミッ
クコンタクトして設けられている。このｎ側電極２１６
としては例えばＴｉ／Ａｌ電極が用いられる。
【００３４】図６は、半導体レーザ３の駆動回路を示
す。図６に示すように、半導体レーザ３はパルス電源１
３により駆動される。半導体レーザ３はその種類に応じ
た発振波長を有する。このとき、パルス電源１３を制御
することにより、レーザビーム１２の出力を任意に設定
することができる。
す。図６に示すように、半導体レーザ３はパルス電源１
３により駆動される。半導体レーザ３はその種類に応じ
た発振波長を有する。このとき、パルス電源１３を制御
することにより、レーザビーム１２の出力を任意に設定
することができる。
【００３５】この一実施形態において、半導体レーザ３
は、しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを有し、連続
発振時の寿命の注入電流依存性が、注目する出力領域で
τ（Ｉ）＝ｃＩ-rと近似されるものである。そして、こ
のような半導体レーザ３を、要求される平均出力Ｐ0 に
対し、 ｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ
0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比でパルス駆動する。このときのパルス駆動発光素子の
実効寿命は半導体レーザ３の連続発振時の寿命よりも長
くすることができる。
は、しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを有し、連続
発振時の寿命の注入電流依存性が、注目する出力領域で
τ（Ｉ）＝ｃＩ-rと近似されるものである。そして、こ
のような半導体レーザ３を、要求される平均出力Ｐ0 に
対し、 ｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ
0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比でパルス駆動する。このときのパルス駆動発光素子の
実効寿命は半導体レーザ３の連続発振時の寿命よりも長
くすることができる。
【００３６】特に、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満たす出
力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体
レーザをパルス駆動することにより、連続発振時の寿命
に対して、 延命比＝｛（ηＩ0 ＋Ｐ0 ）／（ηＩ0 ＋Ｐ* ）｝
r （１／β） を得ることができる。言い換えれば、この一実施形態に
よるパルス駆動発光素子の寿命は、連続発振時の半導体
レーザ３の寿命に比べて、この延命比倍だけ長くなる。
力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ比で半導体
レーザをパルス駆動することにより、連続発振時の寿命
に対して、 延命比＝｛（ηＩ0 ＋Ｐ0 ）／（ηＩ0 ＋Ｐ* ）｝
r （１／β） を得ることができる。言い換えれば、この一実施形態に
よるパルス駆動発光素子の寿命は、連続発振時の半導体
レーザ３の寿命に比べて、この延命比倍だけ長くなる。
【００３７】例えば、図７はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
を用いた半導体レーザの出力と寿命との関係の測定結果
の一例を示す。測定温度は４０℃である。実線で示す曲
線はＪ-4理論（Ｊはしきい電流密度）による理論曲線で
あり、特に低出力側で測定データと良く一致している。
このＪ-4に従う変化はτ（Ｉ）＝ｃＩ-rにおいてｒ＝４
の場合に相当する。
を用いた半導体レーザの出力と寿命との関係の測定結果
の一例を示す。測定温度は４０℃である。実線で示す曲
線はＪ-4理論（Ｊはしきい電流密度）による理論曲線で
あり、特に低出力側で測定データと良く一致している。
このＪ-4に従う変化はτ（Ｉ）＝ｃＩ-rにおいてｒ＝４
の場合に相当する。
【００３８】図７より、１０ｍＷ出力時の寿命は１ｍＷ
出力時の寿命に比べて約１／２に低下するのに対し、こ
の一実施形態によるパルス駆動発光素子においては、平
均出力Ｐ0 ＝１ｍＷに対し、出力Ｐ＝１０ｍＷで、か
つ、デューティ比１０％でパルス駆動すると、１／β＝
１０であるので、約５倍の寿命向上となる。
出力時の寿命に比べて約１／２に低下するのに対し、こ
の一実施形態によるパルス駆動発光素子においては、平
均出力Ｐ0 ＝１ｍＷに対し、出力Ｐ＝１０ｍＷで、か
つ、デューティ比１０％でパルス駆動すると、１／β＝
１０であるので、約５倍の寿命向上となる。
【００３９】以上のように、この一実施形態によるパル
ス駆動発光素子によれば、要求される平均出力Ｐ0 に対
し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ
／Ｐ0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデュ
ーティ比で半導体レーザ３をパルス駆動することによ
り、半導体レーザ３の連続発振時の寿命を超えて長時間
使用することができる。特に、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）
を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比で半導体レーザ３をパルス駆動することにより、寿命
の最大化を図ることができる。このため、半導体レーザ
３として、寿命が発展途上にある図４または図５に示す
ような緑色または青色発光の半導体レーザを用いて、実
用化に耐えられる十分な寿命を有するパルス駆動発光素
子を得ることができる。
ス駆動発光素子によれば、要求される平均出力Ｐ0 に対
し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ
／Ｐ0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデュ
ーティ比で半導体レーザ３をパルス駆動することによ
り、半導体レーザ３の連続発振時の寿命を超えて長時間
使用することができる。特に、Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）
を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比で半導体レーザ３をパルス駆動することにより、寿命
の最大化を図ることができる。このため、半導体レーザ
３として、寿命が発展途上にある図４または図５に示す
ような緑色または青色発光の半導体レーザを用いて、実
用化に耐えられる十分な寿命を有するパルス駆動発光素
子を得ることができる。
【００４０】この一実施形態によるパルス駆動発光素子
により、緑色または青色発光のレーザポインタを実現す
ることができる。また、そのほかに、このパルス駆動発
光素子は、光電子装置、照明装置、光通信装置などの光
装置全般に適用することができることは勿論、高温で動
作させる必要のある車載用の半導体レーザ装置を有する
機器などにも適用可能である。
により、緑色または青色発光のレーザポインタを実現す
ることができる。また、そのほかに、このパルス駆動発
光素子は、光電子装置、照明装置、光通信装置などの光
装置全般に適用することができることは勿論、高温で動
作させる必要のある車載用の半導体レーザ装置を有する
機器などにも適用可能である。
【００４１】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
【００４２】例えば、上述の一実施形態において挙げた
数値や構造などははあくまでも例に過ぎず、必要に応じ
て、これらと異なる数値や構造などを用いてもよい。
数値や構造などははあくまでも例に過ぎず、必要に応じ
て、これらと異なる数値や構造などを用いてもよい。
【００４３】具体的には、上述の一実施形態において半
導体レーザ３の例として挙げた図４に示す半導体レーザ
において、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３およびｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層１０５の代わりにアンドープＺｎＳＳ
ｅ光導波層を用いてもよい。同様に、図５に示す半導体
レーザにおいて、ｎ型ＧａＮ光導波層２０８およびｐ型
ＧａＮ光導波層２１１の代わりにアンドープＧａＮ光導
波層を用いてもよい。さらに、これらの半導体レーザの
代わりにレーザ構造が異なる他の半導体レーザを用いて
もよい。
導体レーザ３の例として挙げた図４に示す半導体レーザ
において、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層１０３およびｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層１０５の代わりにアンドープＺｎＳＳ
ｅ光導波層を用いてもよい。同様に、図５に示す半導体
レーザにおいて、ｎ型ＧａＮ光導波層２０８およびｐ型
ＧａＮ光導波層２１１の代わりにアンドープＧａＮ光導
波層を用いてもよい。さらに、これらの半導体レーザの
代わりにレーザ構造が異なる他の半導体レーザを用いて
もよい。
【００４４】また、上述の一実施形態においては、半導
体レーザ３をｐサイドアップでマウントした場合につい
て説明したが、半導体レーザ３はｐサイドダウンでマウ
ントしてもよい。このときの半導体レーザ３の駆動回路
としては図９に示すものを用いる。
体レーザ３をｐサイドアップでマウントした場合につい
て説明したが、半導体レーザ３はｐサイドダウンでマウ
ントしてもよい。このときの半導体レーザ３の駆動回路
としては図９に示すものを用いる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によるパ
ルス駆動発光素子によれば、要求される平均出力Ｐ0 に
対し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜
Ｐ／Ｐ0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデ
ューティ比で半導体レーザをパルス駆動するようにして
いることにより、連続発振時の半導体レーザの寿命を超
えて長時間使用することができ、特に、Ｐ＝ηＩ0 ／
（ｒ−１）を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなる
デューティ比で半導体レーザをパルス駆動することによ
り、寿命の最大化を図ることができる。
ルス駆動発光素子によれば、要求される平均出力Ｐ0 に
対し、｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜
Ｐ／Ｐ0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデ
ューティ比で半導体レーザをパルス駆動するようにして
いることにより、連続発振時の半導体レーザの寿命を超
えて長時間使用することができ、特に、Ｐ＝ηＩ0 ／
（ｒ−１）を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなる
デューティ比で半導体レーザをパルス駆動することによ
り、寿命の最大化を図ることができる。
【図１】半導体レーザの出力−電流特性を示す略線図で
ある。
ある。
【図２】この発明の一実施形態によるパルス駆動発光素
子の全体構成を示す斜視図である。
子の全体構成を示す斜視図である。
【図３】この発明の一実施形態によるパルス駆動発光素
子のヘッダー部を拡大して示す略線図である。
子のヘッダー部を拡大して示す略線図である。
【図４】この発明の一実施形態によるパルス駆動発光素
子における半導体レーザの具体例を示す断面図である。
子における半導体レーザの具体例を示す断面図である。
【図５】この発明の一実施形態によるパルス駆動発光素
子における半導体レーザの他の具体例を示す断面図であ
る。
子における半導体レーザの他の具体例を示す断面図であ
る。
【図６】この発明の一実施形態によるパルス駆動発光素
子における半導体レーザの駆動回路の一例を示す略線図
である。
子における半導体レーザの駆動回路の一例を示す略線図
である。
【図７】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体レー
ザの寿命と出力との関係を示す略線図である。
ザの寿命と出力との関係を示す略線図である。
【図８】この発明の一実施形態によるパルス駆動発光素
子における半導体レーザの駆動回路の他の例を示す略線
図である。
子における半導体レーザの駆動回路の他の例を示す略線
図である。
３・・・半導体レーザ、１２・・・レーザビーム、１３
・・・パルス電源、１０１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、１
０２・・・ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、１０４・・
・活性層、１０６・・・ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層、１１１・・・ｐ側電極、１１２・・・ｎ側電極、２
０１・・・サファイア基板、２０７・・・ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層、２０９・・・活性層、２１２・・・ｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層
・・・パルス電源、１０１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、１
０２・・・ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、１０４・・
・活性層、１０６・・・ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層、１１１・・・ｐ側電極、１１２・・・ｎ側電極、２
０１・・・サファイア基板、２０７・・・ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層、２０９・・・活性層、２１２・・・ｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層
Claims (8)
- 【請求項１】 しきい電流Ｉ0 およびスロープ効率ηを
有し、かつ、連続発振時の寿命の注入電流依存性が注目
する出力領域でτ（Ｉ）＝ｃＩ-r（ただし、Ｉは注入電
流、ｃは定数）と近似される半導体レーザを用い、 要求される平均出力Ｐ0 に対し、 ｛（Ｉ0 ＋Ｐ／η）／（Ｉ0 ＋Ｐ0 ／η）｝r ＜Ｐ／Ｐ
0 を満たす出力Ｐで、かつ、β＝Ｐ0 ／Ｐなるデューティ
比で上記半導体レーザをパルス駆動するようにしたこと
を特徴とするパルス駆動発光素子。 - 【請求項２】 Ｐ＝ηＩ0 ／（ｒ−１）を満たす出力Ｐ
で、かつ、β＝Ｐ0／Ｐなるデューティ比で上記半導体
レーザをパルス駆動するようにしたことを特徴とする請
求項１記載のパルス駆動発光素子。 - 【請求項３】 上記半導体レーザは紫外から赤外の領域
の発振波長を有することを特徴とする請求項１記載のパ
ルス駆動発光素子。 - 【請求項４】 上記半導体レーザは、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍ
ｇ、ＣｄおよびＨｇからなる群より選ばれた少なくとも
一種類以上のＩＩ族元素とＳｅ、Ｓ、ＴｅおよびＯから
なる群より選ばれた少なくとも一種類以上のＶＩ族元素
とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた
半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載のパ
ルス駆動発光素子。 - 【請求項５】 上記半導体レーザは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ
およびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上
のＩＩＩ族元素とＮ、ＰおよびＡｓからなる群より選ば
れた少なくとも一種類以上のＶ族元素とにより構成され
たＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザであ
ることを特徴とする請求項１記載のパルス駆動発光素
子。 - 【請求項６】 上記半導体レーザは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ
およびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上
のＩＩＩ族元素とＮとにより構成されたＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体を用いた半導体レーザであることを特徴とす
る請求項１記載のパルス駆動発光素子。 - 【請求項７】 上記半導体レーザは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ
およびＢからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上
のＩＩＩ族元素とＰおよびＡｓからなる群より選ばれた
少なくとも一種類以上のＶ族元素とにより構成されたＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザであるこ
とを特徴とする請求項１記載のパルス駆動発光素子。 - 【請求項８】 上記半導体レーザは有機半導体を用いた
半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載のパ
ルス駆動発光素子。
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