JP2009302365A - Driving method of semiconductor laser device and semiconductor laser device - Google Patents

Driving method of semiconductor laser device and semiconductor laser device Download PDF

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JP2009302365A JP2008156344A JP2008156344A JP2009302365A JP 2009302365 A JP2009302365 A JP 2009302365A JP 2008156344 A JP2008156344 A JP 2008156344A JP 2008156344 A JP2008156344 A JP 2008156344A JP 2009302365 A JP2009302365 A JP 2009302365A
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宏治 中原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a following problem: in a conventional semiconductor laser device and a driving method thereof, it is difficult to reduce both the magnitude of a spontaneously emitted light of non-oscillating time of the laser and the magnitude of oscillation delay time of oscillating time, particularly in a semiconductor laser device in which the length of a resonator is lengthened in order to emit a high optical output power. <P>SOLUTION: The driving method of the semiconductor laser device and the semiconductor laser device includes: a semiconductor laser 4 having an electrode 5 in which a current can be injected into a part of region of an active layer and an electrode 6 in which the current can be injected into the remaining other active regions; a laser driving circuit 2 to supply the current to the electrode 5; a laser driving circuit 3 to supply the current to the electrode 6; and a control circuit 1 to control the laser driving circuit 2, 3. When emitting an optical output power, the current injection to the electrode 5 is made to precede to the current injection to the electrode 6, when zeroing the optical output power, the current to the electrode 5 is reduced to be an equivalent threshold current or less, the current of the electrode 6 is reduced to be less than the equivalent threshold current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体を用いたレ−ザ素子の駆動方法、及びレーザ装置、特にディスプレイ表示に用いる信号光源として用いられる半導体レーザ素子の駆動方法、及び半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a laser element driving method using a semiconductor and a laser apparatus, and more particularly to a semiconductor laser element driving method and a semiconductor laser apparatus used as a signal light source for display display.

近年、テレビやPC(Personal Computer: パーソナルコンピュータ)の表示装置としてブラウン管に替わり、液晶やプラズマを利用したフラットパネルディスプレイが主流となっている。さらに有機EL等の新たな表示方式が提案され開発が激化している。その中で、細いビーム光を走査して画像をスクリーン上に映し出すレーザディスプレイが新たに注目されている。レーザディスプレイでは小型化が可能なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを使用してビーム光をMEMSミラーに反射させながら、MEMSミラーを上下左右に周期的に傾けることでビーム光を走査させ、画像をスクリーンに映している。   In recent years, flat panel displays using liquid crystal or plasma have become the mainstream instead of cathode ray tubes as display devices for televisions and personal computers (PCs). Furthermore, new display methods such as organic EL have been proposed and developed. Among them, a laser display that scans a thin beam and displays an image on a screen is newly attracting attention. The laser display uses a micro electro mechanical systems (MEMS) mirror that can be downsized to reflect the beam light to the MEMS mirror, while the MEMS mirror is periodically tilted up, down, left, and right to scan the beam light and display the image. It is reflected on the screen.

光源には、単色性に優れ、ビームを小さい面積に集光できるレーザ光を使用する。このようなレーザディスプレイは、レーザ光の使用による優れた色再現性とピントを合わせる必要がないフォーカスフリー性が特徴である。特に後者は、斜めのスクリーンや曲面の壁に映し出すことが出来るという他のディスプレイに無い特色を持つ。このようなレーザディスプレイの技術に関しては例えば特許文献1、特許文献2に開示されている。   As the light source, laser light having excellent monochromaticity and capable of condensing the beam in a small area is used. Such a laser display is characterized by excellent color reproducibility due to the use of laser light and focus-free properties that do not require focusing. The latter, in particular, has a unique feature that other displays cannot project on an oblique screen or curved wall. Such laser display technology is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.

一方、多電極を有する半導体レーザが、例えば特許文献3、特許文献4に開示されている。特許文献3では、光インバータを実現するために半導体レーザ中央部の過飽和吸収体を有し光軸方向の両側半導体上面にそれぞれ電極を有する半導体レーザが開示されている。過飽和吸収体による光出力電流特性の非線形特性を利用して光インバータを実現している。   On the other hand, semiconductor lasers having multiple electrodes are disclosed in, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4. Patent Document 3 discloses a semiconductor laser having a saturable absorber at the center of the semiconductor laser and an electrode on each semiconductor upper surface in the optical axis direction in order to realize an optical inverter. An optical inverter is realized by utilizing the nonlinear characteristic of the optical output current characteristic of the saturable absorber.

また、特許文献4では、双安定半導体レーザが開示されている。光増幅領域と過飽和吸収領域を含む活性層を有し、各々の領域に対して独立した電極が設けられている。   In Patent Document 4, a bistable semiconductor laser is disclosed. An active layer including a light amplification region and a saturable absorption region is provided, and an independent electrode is provided for each region.

特開2008-9074号公報JP 2008-9074 A 特開2008-15390号公報JP 2008-15390 A 特開昭61-65224号公報JP-A 61-65224 特開2007-134490号公報JP 2007-134490 A

特許文献1、特許文献2に開示された従来技術において、レーザディスプレイ装置として、赤色、緑色、青色のレーザ光を画像データに基づき、変調した後に1つの光軸上に合成しその光をMEMSミラーでスキャンし、スクリーン上に画像を映し出す構成が採用されている。図11にそのようなレーザディスプレイ装置の一例の概略図を示す。図11において、101Rは赤色レーザ、101Bは青色レーザ、101Gは緑色レーザ、102はレーザ光を集光し平行な光ビームに整形するレンズである。103と104は特定の波長帯のみを反射し、それ以外は透過するダイクロイックミラーであり、このミラーを通して3色の光ビームを1軸に集束する。105は2軸方向に傾けることが可能なMEMSミラーであり、このMEMSの共振現象を利用して画像を走査する。106は画像を映し出すスクリーンである。   In the prior art disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, as laser display devices, red, green, and blue laser lights are modulated on the basis of image data and then combined on one optical axis, and the light is combined into a MEMS mirror. Is used to scan and project an image on the screen. FIG. 11 shows a schematic diagram of an example of such a laser display device. In FIG. 11, 101R is a red laser, 101B is a blue laser, 101G is a green laser, and 102 is a lens that condenses the laser light and shapes it into a parallel light beam. Reference numerals 103 and 104 denote dichroic mirrors that reflect only a specific wavelength band and transmit the others, and focus light beams of three colors on one axis through this mirror. Reference numeral 105 denotes a MEMS mirror that can be tilted in two axial directions, and scans an image using the resonance phenomenon of the MEMS. A screen 106 displays an image.

レーザ光源としては、赤色と青色は半導体レーザが使用されている。緑色は現状で実用的な半導体レーザは存在しないので、第2次高調波発生(SHG: Second Harmonic Generation)を利用して1060nmのレーザ光を半分の波長の530nmの緑色に変換する固体励起レーザが使用されている。しかし、緑色半導体レーザの開発も活発化しているため、いずれは緑色の半導体レーザも実用化されると予想される。半導体レーザが光源の場合、半導体レーザの光強度、或いはある時間内で発光時間のパルス幅を変調することによって明るさの階調を変えるのが容易である。光強度を変える場合を光強度変調、発光時間を変えることをパルス幅変調と呼ばれる。   As the laser light source, red and blue semiconductor lasers are used. Green does not currently have a practical semiconductor laser, so there is a solid-state pump laser that converts 1060 nm laser light to 530 nm green, which is half the wavelength, using second harmonic generation (SHG). in use. However, since the development of green semiconductor lasers is also active, it is expected that green semiconductor lasers will be put into practical use. When the semiconductor laser is a light source, it is easy to change the gradation of brightness by modulating the light intensity of the semiconductor laser or the pulse width of the light emission time within a certain time. Changing the light intensity is called light intensity modulation, and changing the light emission time is called pulse width modulation.

一例として、走査している時の隣り合う4つの画素の明るさの階調が順に上がって行く場合の、光の変調の様子を、図12に示す。(A)は半導体レーザの光強度変調方式であり、(B)はパルス幅変調方式である。初めは階調が一番低いところ、即ち光出力が0で順に光強度が上がっていく。(A)では画素と画素の間は連続的に変化しているが、画素間で一度光強度を0に落としても良い。パルス幅変調方式では人間の目の残像を利用して階調を作り出している。いずれの場合も一番階調が低いところはレーザ発振していない状態である。   As an example, FIG. 12 shows a state of light modulation when the brightness gradations of four adjacent pixels during scanning increase in order. (A) is a semiconductor laser light intensity modulation method, and (B) is a pulse width modulation method. Initially, the light intensity increases in the order where the gradation is lowest, that is, the light output is zero. In (A), the pixel changes continuously between pixels, but the light intensity may be reduced to zero once between pixels. In the pulse width modulation method, gradation is created using an afterimage of the human eye. In any case, the place where the gradation is lowest is a state where no laser oscillation occurs.

即ち、図13に示した半導体レーザの光出力-電流特性において、通常は、半導体レーザのしきい電流Ithにバイアスしてそこから所定の階調、例えばPの光が必要なときはI、Pの光が必要なときはIを半導体レーザに注入する。しかし、この場合、本来光が0であるIthの電流を注入している場合でも半導体レーザ内の自然放出光により半導体レーザからは光が出ている。この光はレーザ構造にも依存するが通常は0.2mWから0.8mW程度あり無視できない値である。よってディスプレイの性能の観点からは、コントラストが劣化する。近年のフラットパネルディスプレイでは10以上のコントラストがあるのでレーザディスプレイも高精細な画像を出すためには10以上のコントラストが必要となる。しかし、上述したようにこの駆動方式では半導体レーザからの自然放出光によりコントラストは100程度が限界である。 That is, the light output of the semiconductor laser shown in FIG. 13 - In current characteristics, typically, the semiconductor laser of the threshold current I th in the bias given therefrom gradation, for example, when light of P 1 are required I 1. When light of P 2 is necessary, I 2 is injected into the semiconductor laser. However, in this case, light is emitted from the semiconductor laser by spontaneous emission light in the semiconductor laser even when an I th current that originally has zero light is injected. Although this light depends on the laser structure, it is usually about 0.2 mW to 0.8 mW and cannot be ignored. Therefore, the contrast deteriorates from the viewpoint of display performance. Since a recent flat panel display has a contrast of 10 4 or more, the laser display also needs a contrast of 10 4 or more in order to produce a high-definition image. However, as described above, with this driving method, the contrast is limited to about 100 due to spontaneous emission from the semiconductor laser.

コントラストを上げるには一番下の階調、即ち、0の光としたい場合にはIthへのバイアスではなく、電流を完全に0にする手法が考えられる。しかし、この場合には半導体レーザ特有の発振遅延時間が存在するために、0の次の信号が遅れてレーザ発振するため画像がデータ通りではなく、つぶれてしまう。 In order to increase the contrast, it is conceivable to make the current completely zero instead of biasing to I th when it is desired to set the lowest gradation, that is, zero light. However, in this case, since there is an oscillation delay time peculiar to the semiconductor laser, the next signal of 0 oscillates with a delay, so that the image is not as data and is destroyed.

発振遅延時間は、図14に示すようにしきい電流未満にバイアスしているときに、しきい電流以上の電流を注入すると注入電流に遅れて半導体レーザが発振する現象である。これは半導体レーザ内のキャリア(電子と正孔)の寿命時間が光の寿命時間に比べて極めて遅いためにおこる現象である。このため、入力する電流のパターンによって発振遅延時間が変わるパターン効果も生じ、光出力がない0の時間が長いと発振遅延時間が長くなる。バイアス電流が0の時にキャリア寿命時間に比べて十分な間隔を設けた矩形波の電流が半導体レーザに入力されたときの発振遅延時間τdは下記の式(1)で表すことができる。 The oscillation delay time is a phenomenon in which the semiconductor laser oscillates behind the injection current when a current higher than the threshold current is injected when biased below the threshold current as shown in FIG. This is a phenomenon that occurs because the lifetime of carriers (electrons and holes) in the semiconductor laser is extremely slow compared to the lifetime of light. For this reason, there is a pattern effect in which the oscillation delay time varies depending on the pattern of the input current, and the oscillation delay time becomes longer if the time of 0 when there is no light output is long. The oscillation delay time τ d when a rectangular wave current having a sufficient interval compared to the carrier lifetime when the bias current is 0 is input to the semiconductor laser can be expressed by the following equation (1).

Figure 2009302365
ここでτnはキャリア寿命時間、Imは駆動電流、Ibはバイアス電流、Ithはしきい電流であり、バイアス電流は自然放出光を低減するためにしきい電流以下、望ましくは0とする。
Figure 2009302365
Here, τ n is a carrier lifetime, Im is a drive current, I b is a bias current, and I th is a threshold current. The bias current is equal to or less than a threshold current, preferably 0, in order to reduce spontaneous emission light. .

光の階調をパルス幅制御で行なう場合は暗い階調はパルス幅狭いので光出力がない0の時間が長いため、発振遅延時間が長くなり、規定の出力まで光出力が出ない。   When the light gradation is performed by pulse width control, since the dark gradation has a narrow pulse width, the time when there is no light output is long, so the oscillation delay time becomes long, and the light output does not reach the specified output.

ディスプレイにおいて1画素当たりの表示時間は方式にもよるが、NTSCで約90nsであり、ハイビジョン系では約6nsと非常に早くなる。これに対して、半導体レーザの典型例としてキャリア寿命時間が2nsでしきい電流が40mA,駆動電流が50mAでコントラストを上げるためにバイアス電流を0mAとしたときに、最大の発振遅延時間は3.2nsとなる。この値は、従来表示方式のNTSC方式でも無視できない値であり、ハイビジョン系では描画が困難と言える。さらに、この発振遅延時間はキャリア寿命時間に比べて十分な間隔を設けてレーザ発振させた場合であり、半導体レーザに存在するキャリア数に依存して短くなる、即ち、前の画素の信号に大きく依存するため、発振遅延時間の大小がその画素の光強度むらに成り得る。   Although the display time per pixel in the display depends on the method, it is about 90 ns for NTSC and about 6 ns for high-definition systems, which is very fast. On the other hand, as a typical example of a semiconductor laser, when the carrier lifetime is 2 ns, the threshold current is 40 mA, the drive current is 50 mA, and the bias current is 0 mA to increase the contrast, the maximum oscillation delay time is 3. 2 ns. This value is a value that cannot be ignored even with the NTSC system of the conventional display system, and it can be said that drawing is difficult in the high-vision system. Furthermore, this oscillation delay time is a case where laser oscillation is performed with a sufficient interval compared to the carrier lifetime, and becomes shorter depending on the number of carriers existing in the semiconductor laser, that is, it is large in the signal of the previous pixel. Therefore, the magnitude of the oscillation delay time can be uneven in the light intensity of the pixel.

また、上記(1)式において、駆動電流が変わると発振遅延時間が変わる。例えば上記の例で駆動電流を倍の100mAとすると発振遅延時間は約1nsまで減少する。しかし、図13からわかるように、駆動電流は光強度を決めるためにある規定値にしなければならない。図13において駆動電流とは例えばI-Ith,或いはI-Ithでレーザ発振後の電流成分を言う。よって発振遅延時間を低減するために駆動電流を増大させるのには非常に大きな制限が存在する。しかも、描画に必要な光強度は人が感じる色感度に依存するため、レーザの各色によって駆動電流が異なる。さらに、各色の半導体レーザの材料は異なるため、しきい電流やキャリア寿命時間等のレーザ特性は異なっている。よって、各色で発振遅延時間が大きく異なり、画素の表示初期における色むらの原因となる。 In the above equation (1), the oscillation delay time changes when the drive current changes. For example, in the above example, when the driving current is doubled to 100 mA, the oscillation delay time is reduced to about 1 ns. However, as can be seen from FIG. 13, the drive current has to be set to a predetermined value in order to determine the light intensity. In FIG. 13, the drive current refers to a current component after laser oscillation at, for example, I 1 -I th or I 2 -I th . Therefore, there is a very large limitation on increasing the drive current in order to reduce the oscillation delay time. In addition, since the light intensity necessary for drawing depends on the color sensitivity perceived by a person, the drive current differs depending on each color of the laser. Further, since the materials of the semiconductor lasers of the respective colors are different, the laser characteristics such as the threshold current and the carrier lifetime are different. Therefore, the oscillation delay time differs greatly for each color, which causes color unevenness in the initial display of pixels.

このように高コントラスト化と発振遅延時間の低減がトレードオフとなり、レーザディスプレイの高性能化を阻害していた。このトレードオフは半導体レーザの光出力を上げようとして共振器長を長くしようとしたときに特に顕著である。共振器長が長くなるとしきい電流が大きくなり、上記(1)式から分かるようにしきい電流が大きくなると発振遅延時間は大きくなるためである。よって高い光出力が必要なレーザディスプレイでは上記のトレードオフを改善することが困難であった。   Thus, a high contrast and a reduction in oscillation delay time are a trade-off, which hinders high performance of the laser display. This trade-off is particularly noticeable when trying to increase the resonator length in order to increase the optical output of the semiconductor laser. This is because the threshold current increases as the resonator length increases, and the oscillation delay time increases as the threshold current increases as can be seen from the above equation (1). Therefore, it is difficult to improve the above trade-off in a laser display that requires high light output.

一方、特許文献3や特許文献4に開示された技術では、本発明の課題である高コントラスト化と発振遅延時間の低減がトレードオフを解決することは出来ない。また、一般に共振器構造内に過飽和吸収体がある場合には、過飽和吸収体部の半導体部に損傷が生じて信頼性が得られないという課題があった。   On the other hand, with the techniques disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4, the trade-off cannot be solved by increasing the contrast and reducing the oscillation delay time, which are the problems of the present invention. Further, in general, when there is a saturable absorber in the resonator structure, there is a problem that the semiconductor portion of the saturable absorber portion is damaged and reliability cannot be obtained.

本発明の目的は、発振遅延時間と自然放出光の双方が小さく高光出力が得られる半導体レーザの駆動方法と半導体レーザ装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor laser driving method and a semiconductor laser device in which both an oscillation delay time and spontaneous emission light are small and a high optical output can be obtained.

さらに本発明の他の目的は、光強度むらと色むらを抑制した半導体レーザの駆動方法と半導体レーザ装置を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a semiconductor laser driving method and a semiconductor laser device in which unevenness of light intensity and unevenness of color are suppressed.

本発明の代表的なものを示せば、次の通りである。すなわち、本発明は、制御回路を備えた半導体レーザの駆動方法であって、前記半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第1の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第2の電極とを有し、主たる光出力が前記第2の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるものにおいて、前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第1の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第2の電極へ注入される電流値で制御することを特徴とする。   A representative example of the present invention is as follows. That is, the present invention is a method of driving a semiconductor laser provided with a control circuit, wherein the semiconductor laser is provided with a resonator structure, and light is provided in the resonator structure and is resonated by the resonator structure. An optical waveguide structure; an active layer provided in the optical waveguide structure; a first electrode for injecting current into a partial region of the active layer; and a second for injecting current into another region of the active layer. And the main light output is emitted from the end face of the optical waveguide structure on the second electrode side, and the level of the light output of the semiconductor laser is injected into the first electrode. The timing of light emission of the light output is controlled by the value of current injected into the second electrode.

本発明の駆動方法と半導体レーザ装置により、半導体レーザが発振していない時に主たるレーザ出射側からの自然放出光が極めて少なく、かつ半導体レーザ発振時には発振遅延時間が小さい光源を実現することができる。特に、高光出力が得られる共振長が長い半導体レーザにおいてその効果が顕著である。   With the driving method and the semiconductor laser device of the present invention, it is possible to realize a light source in which the spontaneous emission light from the main laser emission side is extremely small when the semiconductor laser is not oscillating and the oscillation delay time is small when the semiconductor laser oscillates. In particular, the effect is remarkable in a semiconductor laser having a long resonance length capable of obtaining a high optical output.

本発明の代表的な実施例は、次の通りである。すなわち、本発明のレーザ駆動方法は、活性層の一部の領域に電流が注入できる第1の電極と残りの他の活性層領域に電流を注入できる第2の電極を有する半導体レーザにおいて、光出力を出す場合には第1の電極側への電流注入を第2の電極の電流注入に対して先行させる。また、前記光出力を消光する(光出力を0にする)場合には、第1の電極への電流を等価的なしきい電流以下に減少させ、第2の電極の電流を等価的なしきい電流未満に減少させる。消光時には、前記第1の電極へ注入される電流値と前記第2の電極へ注入される電流値が実質的に同じタイミングで制御される。なお、本発明において、「光出力が0」とは、画像情報処理回路等における信号の光出力が0の状態を意味し、この状態において、半導体レーザからの自然放出光はきわめて小さいものの完全にはゼロであるとは限らないことは言うまでも無い。   A typical embodiment of the present invention is as follows. In other words, the laser driving method of the present invention provides a semiconductor laser having a first electrode capable of injecting current into a part of the active layer and a second electrode capable of injecting current into the remaining other active layer region. When outputting, the current injection to the first electrode side is preceded by the current injection of the second electrode. Further, when the light output is extinguished (the light output is set to 0), the current to the first electrode is reduced below the equivalent threshold current, and the current of the second electrode is reduced to the equivalent threshold current. Reduce to less than. During quenching, the current value injected into the first electrode and the current value injected into the second electrode are controlled at substantially the same timing. In the present invention, “light output is 0” means a state in which the light output of a signal in an image information processing circuit or the like is 0. In this state, the spontaneous emission from the semiconductor laser is very small but completely emitted. It goes without saying that is not always zero.

また、本発明の半導体レーザ装置は、前記の駆動方法で動作させる該半導体レーザと第1の電極に接続され該半導体レーザを駆動する第1のレーザ駆動回路、第2の電極に接続され該半導体レーザを駆動する第2のレーザ駆動回路と第1,第2のレーザ駆動回路を制御する制御回路から構成されにより達成される。   The semiconductor laser device of the present invention includes a first laser driving circuit for driving the semiconductor laser connected to the semiconductor laser and the first electrode operated by the driving method, and a semiconductor connected to the second electrode. This is achieved by comprising a second laser driving circuit for driving the laser and a control circuit for controlling the first and second laser driving circuits.

また、本発明の他の実施例では、活性層の一部の領域に電流が注入できる第1の電極と残りの他の活性層領域に電流を注入できる第2の電極を有し、活性層に流れた電流が第3の電極を通る半導体レーザにおいて第3の電極に接続され該半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路、一方は第2の電極に接続され他方が電源に接続された半導体スイッチ回路、該レーザ駆動回路と該スイッチ回路を制御する制御回路で構成され、第1の電極は電源に接続されており、前記のレーザ駆動方法で動作させる。   In another embodiment of the present invention, the active layer includes a first electrode capable of injecting current into a partial region of the active layer and a second electrode capable of injecting current into the remaining other active layer region. The semiconductor switch circuit in which the current flowing through the third electrode is connected to the third electrode in the semiconductor laser passing through the third electrode and drives the semiconductor laser, and one is connected to the second electrode and the other is connected to the power source The laser driving circuit and a control circuit for controlling the switch circuit are configured, and the first electrode is connected to a power source and is operated by the laser driving method.

本発明の駆動方法と半導体レーザ装置により、半導体レーザが発振していない時に主たるレーザ出射側からの自然放出光が極めて少なく、かつ半導体レーザ発振時には発振遅延時間が小さい光源を実現することができる。特に、高光出力が得られる共振長が長い半導体レーザにおいてその効果が顕著である。また、半導体レーザの製造法は従来と殆ど変わらず、レーザ駆動回路、半導体スイッチ回路、制御回路は従来と同等な仕様で実現することができるので低コストで実現可能である。
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
With the driving method and the semiconductor laser device of the present invention, it is possible to realize a light source in which the spontaneous emission light from the main laser emission side is extremely small when the semiconductor laser is not oscillating and the oscillation delay time is small when the semiconductor laser oscillates. In particular, the effect is remarkable in a semiconductor laser having a long resonance length capable of obtaining a high optical output. Further, the manufacturing method of the semiconductor laser is almost the same as the conventional one, and the laser driving circuit, the semiconductor switch circuit, and the control circuit can be realized with the same specifications as the conventional one, and can be realized at low cost.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の第1の実施例になる半導体レーザ素子の駆動方式を、図1乃至図6を参照しながら説明する。ここでは、走査型レーザディスプレイの青色光源の駆動に適用した実施例について述べる。図1〜図3にその光源装置の構成を示す。図1は半導体レーザの構成の概略を示す模式図であり、半導体レーザについては縦断面を示している。図2に図1の半導体レーザの斜視図を示す。図2の光の出射方向からのより詳しい断面構造の一例を、図3に示す。   A method of driving the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, an embodiment applied to driving a blue light source of a scanning laser display will be described. 1 to 3 show the configuration of the light source device. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of the configuration of a semiconductor laser, and the semiconductor laser shows a longitudinal section. FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor laser of FIG. An example of a more detailed cross-sectional structure from the light emission direction of FIG. 2 is shown in FIG.

図1において、1は制御回路であり、画像情報に基づき、半導体レーザ駆動回路2,3を制御する。4は半導体レーザであり、ここでは、p側の電極が2つに分割したGaN基板上に成長された青色半導体レーザである。5、6はp側電極、7はn側電極である。p側電極は、第1の電極5と、第2の電極6に分割されている。半導体レーザ駆動回路2は第2の電極6を駆動し、半導体レーザ駆動回路3は第1の電極5を駆動するものである。本実施例では、光強度変調方式で青色半導体レーザを動作させる。8は半導体レーザのInGaN量子井戸活性層であり、9,10は反射コート膜であり、反射コート膜10から光源としての光出力を出すために反射コート膜9より反射コート膜10のほうの反射率が小さくなっている。なお、画像情報に基づく信号は外部から制御回路1に入力されるが、その入力信号線路はここでは省略している。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a control circuit that controls the semiconductor laser drive circuits 2 and 3 based on image information. Reference numeral 4 denotes a semiconductor laser, which is a blue semiconductor laser grown on a GaN substrate having a p-side electrode divided into two. 5 and 6 are p-side electrodes, and 7 is an n-side electrode. The p-side electrode is divided into a first electrode 5 and a second electrode 6. The semiconductor laser drive circuit 2 drives the second electrode 6, and the semiconductor laser drive circuit 3 drives the first electrode 5. In this embodiment, the blue semiconductor laser is operated by the light intensity modulation method. Reference numeral 8 denotes an InGaN quantum well active layer of the semiconductor laser, and reference numerals 9 and 10 denote reflection coat films. The reflection coat film 10 reflects the reflection coat film 10 more than the reflection coat film 9 in order to output light from the reflection coat film 10 as a light source. The rate is getting smaller. A signal based on the image information is input to the control circuit 1 from the outside, but the input signal line is omitted here.

図2、図3に半導体レーザ4の部分の拡大図を示す。半導体レーザ4は、反射コート膜9、10を反射鏡とする共振器構造と、この共振器構造内に設けられ光を導波しこの共振器構造により共振させる光導波路構造と、この導波路内に設けられた活性層8(35)とを有し、この活性層8は第1の導電型の半導体層41と第2の導電型層42との間に位置している。さらに、この第1の導電型の半導体層41に接し第1の導電型の半導体層の一部の領域を通って活性層8の一部領域へ電流を注入する第1の電極5と、第1の導電型の半導体層41に接し、この第1の導電型の半導体層の他の領域を通って活性層8の他の領域へ電流を注入する第2の電極6とを有している。図2に矢印で示したように、主要な光は、光導波路構造の第2の電極側の端部から出射されるよう反射コート膜を設計する。即ち、主要な光が出射される側の反射コート膜10の反射率は低く、反対側の反射コート膜9の反射率は高くする。例えば、反射コート膜10の反射率として10%前後、反射コート膜9の反射率として90%前後を選ぶ。   2 and 3 are enlarged views of the semiconductor laser 4 portion. The semiconductor laser 4 includes a resonator structure in which the reflective coating films 9 and 10 are used as a reflecting mirror, an optical waveguide structure that is provided in the resonator structure and that resonates with the resonator structure, and in the waveguide. The active layer 8 (35) is provided between the first conductivity type semiconductor layer 41 and the second conductivity type layer 42. A first electrode 5 in contact with the first conductivity type semiconductor layer 41 and injecting a current into a partial region of the active layer 8 through a partial region of the first conductivity type semiconductor layer; A second electrode 6 in contact with the first conductivity type semiconductor layer 41 and injecting current into another region of the active layer 8 through another region of the first conductivity type semiconductor layer. . As shown by arrows in FIG. 2, the reflective coating film is designed so that main light is emitted from the end of the optical waveguide structure on the second electrode side. That is, the reflectance of the reflective coating film 10 on the side from which main light is emitted is low, and the reflectance of the reflective coating film 9 on the opposite side is increased. For example, the reflectance of the reflective coating film 10 is selected to be about 10%, and the reflectance of the reflective coating film 9 is selected to be about 90%.

図3において、31はGaN半導体基板、32はn型AlGaNクラッド層、33はn型GaNガイド層、34はInGaNガイド層、35は活性層、36はInGaNガイド層、37はAlGaN電子ストッパ層、38はp型AlGaN/GaN超格子クラッド層、39はp型GaNコンタクト層、40は誘電体膜、41はp型電極、42はn型電極である。   In FIG. 3, 31 is a GaN semiconductor substrate, 32 is an n-type AlGaN cladding layer, 33 is an n-type GaN guide layer, 34 is an InGaN guide layer, 35 is an active layer, 36 is an InGaN guide layer, 37 is an AlGaN electron stopper layer, Reference numeral 38 denotes a p-type AlGaN / GaN superlattice cladding layer, 39 denotes a p-type GaN contact layer, 40 denotes a dielectric film, 41 denotes a p-type electrode, and 42 denotes an n-type electrode.

図2の光の出射方向(矢印方向)において、第1の電極5には電流Iが注入され、第2の電極6には電流Iが注入される。半導体レーザ4の軸方向、すなわち光の出射方向(矢印方向)において、第1の電極5に対応する半導体レーザ4の活性層領域(電極5の活性層領域)の長さがL1、第2の電極6に対応する活性層領域(電極6の活性層領域)の長さがL2である。半導体レーザ4の活性層8の幅Wを一定としたときは、半導体レーザ内の活性層全体の領域Stに対する電極5、電極6から電流が注入される活性層の領域S(=L1×W)、S(=L1×W)の割合、すなわち、S/St、S/Stは、L1、L2の大きさによって調整される。活性層8の幅Wが変わるときは、電流が注入される割合がL1、L2に代えて活性層の各領域S、Sの実際の面積よって調整されることは言うまでも無い。 In light emitting direction of FIG. 2 (arrow), the first electrode 5 current I 1 is injected, the second electrode 6 are current I 2 is injected. In the axial direction of the semiconductor laser 4, that is, in the light emission direction (arrow direction), the length of the active layer region (active layer region of the electrode 5) of the semiconductor laser 4 corresponding to the first electrode 5 is L1, the second The length of the active layer region corresponding to the electrode 6 (the active layer region of the electrode 6) is L2. When the width W of the active layer 8 of the semiconductor laser 4 is constant, the electrode 5 for the active layer total area S t of the semiconductor laser, the area of the active layer current is injected from the electrode 6 S 1 (= L1 × The ratio of W) and S 2 (= L1 × W), that is, S 1 / S t and S 2 / S t are adjusted according to the sizes of L 1 and L 2 . Needless to say, when the width W of the active layer 8 changes, the rate of current injection is adjusted by the actual area of each of the regions S 1 and S 2 of the active layer instead of L1 and L2.

図1、或いは図2において、電極5,6間の距離は、両方の電極に電流を流したときに活性層に注入されない領域が無い程度に近づいていることが望ましい。換言すると、電極5,6の長さは、各々、L1、L2にほぼ等しい。具体例を示せば、電極5,6間の距離は2-20μmである。一方、電極5,6を近づけすぎると、電極5,6の間にリーク電流が生じるが、リーク電流が生じても構わないし、制御上問題があれば、プロトンインプラなどによりp型半導体の一部を高絶縁化しても構わない。後述するように、活性層の領域S、Sは第2の電極の方がある程度小さいほうが、高速性の観点からは望ましい。すなわち、活性層8の幅Wを一定としたとき、半導体レーザの活性層全体の領域Stに対する電極5から電流が注入される活性層の領域S1の割合S1/Stで乗じた値は0.5より大きい(L1>L2)ことが望ましい。 In FIG. 1 or FIG. 2, it is desirable that the distance between the electrodes 5 and 6 is close to the extent that there is no region that is not injected into the active layer when a current is passed through both electrodes. In other words, the lengths of the electrodes 5 and 6 are approximately equal to L1 and L2, respectively. For example, the distance between the electrodes 5 and 6 is 2 to 20 μm. On the other hand, if the electrodes 5 and 6 are too close to each other, a leakage current is generated between the electrodes 5 and 6, but a leakage current may be generated. If there is a problem in control, a part of the p-type semiconductor is formed by proton implantation or the like. May be made highly insulating. As will be described later, it is desirable from the viewpoint of high speed that the regions S 1 and S 2 of the active layer are somewhat smaller in the second electrode. That is, when the width W of the active layer 8 is constant, the value multiplied by the ratio S1 / St of the active layer region S1 into which current is injected from the electrode 5 with respect to the region St of the entire active layer of the semiconductor laser is 0.5. It is desirable to be larger (L1> L2).

次に、第1の実施例の動作を説明する。図4は、光強度変調方式の場合の光出力と電極5、6への電流制御方法の一例を示したものであり、(A)はクロック,(B)は光出力,(C)は電極5へ注入する電流I,(D)電極6へ注入する電流Iを示している。(B)〜(D)の光出力や電流信号は(A)のクロックに同期して(t1〜t6)制御されるが、半導体レーザの構造上、実際の光出力や電流信号間には若干のタイミングの相違を生ずる場合もある。(B)に示すように、光強度を"0120310"で変化させた例を示している。 Next, the operation of the first embodiment will be described. FIG. 4 shows an example of the light output and the current control method for the electrodes 5 and 6 in the case of the light intensity modulation method, where (A) is the clock, (B) is the light output, and (C) is the electrode. 5 shows current I 1 injected into 5 and (D) current I 2 injected into electrode 6. Although the optical outputs and current signals of (B) to (D) are controlled (t1 to t6) in synchronization with the clock of (A), there are some differences between the actual optical outputs and current signals due to the structure of the semiconductor laser. There may be a difference in timing. As shown in (B), an example is shown in which the light intensity is changed by “0120310”.

ここで、半導体レーザの電極5と電極6を短絡して電流を注入し半導体レーザを発振させたときのしきい電流をIthとし、半導体レーザ内の活性層全体の領域Stに対する電極5から電流が注入される活性層の領域Sの割合S/Stで乗じたIth ×S/StをIth1と定義し、同様に、電極6から電流が注入される活性層の領域Sの割合S/Stで乗じたIth ×S/StをIth2と定義する。また、クロックは光強度変化の時間制御基準となるものであり、走査型レーザディスプレイではMEMSの走査速度に依存することになる。 Here, the threshold current when oscillating the implanted semiconductor laser current by short-circuiting the electrodes 5 and 6 of the semiconductor laser and I th, from the electrode 5 to the active layer total area S t of the semiconductor laser I th × S 1 / S t multiplied by the ratio S 1 / S t of the region S 1 of the active layer into which current is injected is defined as I th1, and similarly, the active layer into which current is injected from the electrode 6 I th × S 2 / S t multiplied by the ratio S 2 / S t of the region S 2 is defined as I th2 . In addition, the clock serves as a time control reference for the light intensity change, and depends on the MEMS scanning speed in the scanning laser display.

図4において、始めに光強度が0の時には、(C)に示すようにIはIth1より小さい電流Ib1に設定され、(D)に示すようにIはIth2より小さい0に設定されるため、半導体レーザは発振しない。また、電極5の活性層領域からの自然放出光は電極6の活性層領域が光を吸収するため端面コート10側への自然放出光も0である。時刻tで光強度(光出力)を1とするが、(C)に示すように、tに半クロック(Δt)だけ先行してIをしきい電流Ith1より大きい"1"の光出力が出る電流に設定する。このとき(半クロック先行時)、Iは0のままなので半導体レーザ全体では電極6の活性層領域が光を吸収するため、レーザは発振せず、(B)に示すように光出力は0である。さらにこの場合も電極6の活性層領域が光を吸収するため端面コート10側への自然放出光は0である。 In FIG. 4, when the light intensity is initially 0, I 1 is set to a current I b1 smaller than I th1 as shown in (C), and I 2 is set to 0 smaller than I th2 as shown in (D). Since it is set, the semiconductor laser does not oscillate. Further, the spontaneous emission light from the active layer region of the electrode 5 is zero because the active layer region of the electrode 6 absorbs light. At time t 1 , the light intensity (light output) is set to 1, but as shown in (C), I 1 precedes t 1 by a half clock (Δt) and is greater than the threshold current I th1 by “1”. Set to the current at which the optical output is generated. At this time (half clock preceding), since I 2 remains 0, the active layer region of the electrode 6 absorbs light in the entire semiconductor laser, so that the laser does not oscillate, and the light output is 0 as shown in (B). It is. Further in this case, the active layer region of the electrode 6 absorbs light, so that the spontaneous emission light toward the end face coat 10 is zero.

次に、tで(D)に示すようにIを0からIth2より大きい"1"の光出力が出る電流に設定すればレーザが発振し、(B)に示すように"1"の光出力が出る。このとき既に、電極5にはしきい電流以上の電流が流れているので、tでの光出力の発振遅延時間は従来の同一活性層面積の半導体レーザより小さくなり、最大値では次の式(2)となる。 Then, the laser oscillates is set from 0 to I 2 as shown in at t 1 (D) to the light output exiting current I th2 larger "1", as shown in (B) "1" Light output. At this time already, since the threshold current or more current flows to the electrode 5, the oscillation delay time of the light output at t 1 is smaller than the semiconductor laser of the same conventional active layer area, the following equation is the maximum value (2)

Figure 2009302365
従来の式(1)のIb=0と比較すれば分るように、本実施例によれば、等価的にしきい電流がS2/St小さくなり発振遅延時間が大幅に減少する。
Figure 2009302365
As can be seen from comparison with I b = 0 in the conventional equation (1), according to this embodiment, the threshold current is equivalently reduced by S2 / St and the oscillation delay time is significantly reduced.

図5には、S/Stを横軸として最大の発振遅延時間を計算した例を示す。例えば、キャリア寿命時間が2nsでしきい電流が40mA、S/Stが0.5、駆動電流が50mAのとき(細い実線)の最大の発振遅延時間は約1.0nsであり、発振遅延時間を従来構造の約1/3に低減することができる。すなわち、図5のτn: 2 ns, Ith: 40 mA, Im: 50 mAのときの曲線から判る様に、本発明の光源装置とその駆動方法により発振遅延時間を大幅に低減することができる。これは発振遅延時間の最大値であり、実際には前の信号で電極6の活性層領域に残っているキャリアや、電極5の活性層領域からの自然放出光でキャリアが励起されるため、発振遅延時間は式(2)より小さくなる。 FIG. 5 shows an example in which the maximum oscillation delay time is calculated with S 2 / St as the horizontal axis. For example, a carrier life time is the threshold current is 40mA at 2ns, S 2 / S t is 0.5, the maximum oscillation delay time when the driving current is 50 mA (thin solid line) is about 1.0 ns, the oscillation delay The time can be reduced to about 1/3 of the conventional structure. That is, as can be seen from the curves in FIG. 5 when τ n : 2 ns, I th : 40 mA, and I m : 50 mA, the oscillation delay time can be greatly reduced by the light source device of the present invention and its driving method. Can do. This is the maximum value of the oscillation delay time. Actually, the carrier is excited by the carrier remaining in the active layer region of the electrode 6 by the previous signal or the spontaneous emission light from the active layer region of the electrode 5. The oscillation delay time is smaller than that of the equation (2).

また、図5から、駆動電流が異なるIm: 100 mAの時(破線)には、50mAの時に比べて発振遅延時間がほぼ半減している。前述のように駆動電流は光出力を決定するために制限があるため、駆動電流をパラメータとして発振遅延時間を調整できない。よって図5から判るように、S/Stを調整して発振遅延時間を調整することができる。これは材料が異なる各色の半導体レーザで駆動電流が大きくことなるときに非常に有効である。前述のようにハイビジョン系では1画素当たりの画素表示時間が6nsであるので最大の発振遅延時間はその1/10以下にする必要がある。よってS/Stは0.5未満が望ましく、よってS/Stは0.5より大きいほうが望ましい。 Also, from FIG. 5, the oscillation delay time is almost halved when I m : 100 mA (broken line) with a different drive current compared to when 50 m . As described above, since the drive current is limited to determine the optical output, the oscillation delay time cannot be adjusted using the drive current as a parameter. Therefore, as seen from FIG. 5, it is possible to adjust the oscillation delay time to adjust the S 2 / S t. This is very effective when the driving current is large for semiconductor lasers of different colors. As described above, since the pixel display time per pixel is 6 ns in the high vision system, the maximum oscillation delay time needs to be 1/10 or less. Therefore, S 2 / S t is desirably less than 0.5, and therefore S 1 / S t is desirably greater than 0.5.

尚、一般に半導体レーザはτnが小さくなればしきい電流Ithが大きくなるので、図5のτn: 2 ns, Ith: 40 mA, Im: 100 mA(破線)と、τn: 1.5 ns, Ith: 60 mA, Im: 100 mA(太い実線)の場合の発振遅延時間のS/St依存性を見ればわかるように、同一材料の半導体レーザであればそれ程発振遅延時間特性が大きく変わるわけではない。 Since generally the semiconductor laser has a threshold current I th increases the smaller the tau n, in FIG. 5 τ n: 2 ns, I th: 40 mA, I m: a 100 mA (dashed line), tau n: As can be seen from the S 1 / S t dependence of the oscillation delay time in the case of 1.5 ns, I th : 60 mA, and I m : 100 mA (thick solid line), the semiconductor lasers of the same material can be used as much as possible. The oscillation delay time characteristics do not change significantly.

図4に戻って、(B)に示すようにtで光強度を"2"にするが、この場合、発振遅延時間は無いので、tで、I,Iを共に所定の"2"の光出力に相当する電流に上げれば良い。 Returning to FIG. 4, the light intensity is set to “2” at t 2 as shown in FIG. 4B. In this case, since there is no oscillation delay time, both I 1 and I 2 are set to a predetermined value at t 2. What is necessary is just to raise to the electric current equivalent to the light output of 2 ".

さらに、tにおいて光出力を"0"にする場合には、(C)に示すようにtでIをしきい電流未満のIb1とし、(D)に示すようにIは0とする。ここで、Iはtでしきい電流未満とすることが重要である。それはレーザが既に発振しているのでIのみをしきい電流未満にしても過飽和吸収現象によりレーザ発振が止まらない場合が多いためである。さらに、tで光出力を"3"に上げるのに(C)に示すように半クロック(Δt)先行してIを"3"の光出力に相当する電流まで上げておき、(D)に示すようにtでIを"3"の光出力相当する電流まで上げる。このようにすれば、先ほどのtのときと同様、(B)に示すように、tからtまでは自然放出光を含めた光出力は0であり、tにおいて極めて小さい発振遅延時間で光出力を得ることができる。 Furthermore, in the case of the "0" the light output at t 3 is the I 1 and I b1 is less than the threshold current at t 3 as shown in (C), the I 2 as shown in (D) 0 And Here, it is important that I 1 is less than the threshold current at t 3 . This is because, since the laser has already oscillated, the laser oscillation often does not stop due to the saturable absorption phenomenon even if only I 2 is less than the threshold current. Further, to increase the optical output to “3” at t 4 , as shown in (C), I 1 is increased to a current corresponding to the optical output of “3” in advance by a half clock (Δt), and (D increase in t 4 as shown in) until the current light output equivalent I 2 a "3". In this way, similarly to the case of the previous t 1, (B), the light output from t 3 to t 4 when including the spontaneous emission light is 0, very small oscillation delay in t 4 Light output can be obtained in time.

次に、tで光出力を"1"に減少させるときには発振遅延時間はないのでtにてI,Iを"1"に相当する電流に減少させれば良い。tで光出力を0にする場合は、tと同様にtでIをしきい電流未満のIb1としIは0とする。 Then, it is sufficient to decrease the current corresponding to "1" to I 1, I 2 at t 5 since no oscillation delay time when reduced to "1" the light output at t 5. If the light output to zero at t 6, the a I 1 at t 5 in the same manner as t 3 and I b1 is less than the threshold current I 2 is zero.

以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。   With the above semiconductor laser driving method, a laser light source in which both the oscillation delay time and the spontaneous emission light emission from the end face are reduced can be realized.

尚、本実施例では先行時間は半クロックとしたが、先行時間の幅は任意の値でよく、特に半クロックに限定されるものではない。また、電極5の活性層領域が広ければ光出力はほぼ電極5の活性層領域に流れる電流の大きさが支配的となるので、光出力時にIの電流値は必ずしも光出力相当の電流を流す必要はなく、例えばある一定の値を流しても良い。あるいは、しきい電流未満のオンオフ電流を流しても良い。 In this embodiment, the preceding time is a half clock, but the width of the preceding time may be an arbitrary value, and is not particularly limited to a half clock. In addition, if the active layer region of the electrode 5 is wide, the light output is mainly governed by the magnitude of the current flowing in the active layer region of the electrode 5, so that the current value of I 2 does not necessarily have a current corresponding to the light output. There is no need to flow, for example, a certain value may flow. Alternatively, an on / off current less than the threshold current may be supplied.

さらに、式(2)から、Sが小さいほど発振遅延時間が小さくなるので電極6の活性層領域を小さくすれば効果的となる。しかし、この活性層領域を小さくしすぎると電極5の活性層領域からの自然放出光が吸収しきれずに過飽和吸収現象により光が透過してしまうので限界がある。 Furthermore, from equation (2), the smaller the S 2 , the smaller the oscillation delay time. Therefore, it is effective to reduce the active layer region of the electrode 6. However, if this active layer region is made too small, the spontaneous emission light from the active layer region of the electrode 5 cannot be absorbed and light is transmitted by the supersaturated absorption phenomenon, so that there is a limit.

また、コストの観点から、EA-DFBのように導波路内でバンドキャップが変化する構造は設けない方が望ましい。信頼性の観点から活性層内に常時電流が注入されない過飽和吸収領域は無いほうが望ましい。   From the viewpoint of cost, it is desirable not to provide a structure in which the band cap changes in the waveguide, such as EA-DFB. From the viewpoint of reliability, it is desirable that there is no supersaturated absorption region in which no current is always injected into the active layer.

尚、注入する電流の向きは電極5,6が接している半導体の導電型に依って異なることは言うまでもない。さらに、電極6の注入電流の向きは、例えばtの半クロック前からIの電流が"1"に相当する電流まで増大したとき電極6の活性層領域にはフォトカレントが流れるので、このような場合には電極6には電流5の向きと逆向きの電流、すなわちフォトカレントを吸収する電流が流れるように制御する。また、半導体レーザに関しては2つの反射コートを共振器としたファブリペローレーザを用いたが分布帰還型レーザ、即ちDFBレーザを用いても同様の結果が得られることは言うまでも無い。 Needless to say, the direction of the injected current differs depending on the conductivity type of the semiconductor with which the electrodes 5 and 6 are in contact. Furthermore, the direction of the injection current of the electrode 6 is such that, for example, a photocurrent flows in the active layer region of the electrode 6 when the current of I 1 increases to a current corresponding to “1” from half a clock before t 1. In such a case, the electrode 6 is controlled so that a current in the direction opposite to the direction of the current 5, that is, a current that absorbs the photocurrent flows. As for the semiconductor laser, a Fabry-Perot laser having two reflecting coats as a resonator is used. Needless to say, a similar result can be obtained by using a distributed feedback laser, that is, a DFB laser.

また、本実施例の光源装置の制御方式は、青色レーザのみならず緑色レーザや赤色レーザの制御にも同様に適用できることは言うまでも無い。   Needless to say, the control method of the light source device according to the present embodiment can be applied not only to the blue laser but also to the green laser and the red laser.

実施例1の光源装置を青色、緑色、赤色の各レーザに適用し、レーザディスプレイ装置用のレーザディスプレイ光源としたのが図6である。図6において、1R, 1B, 1Gは制御回路であり、それぞれ半導体レーザ駆動回路2Rと3R,2Bと3B,2Gと3Gのを制御する。101G、101B、及び101Rは半導体レーザ、102はレンズ、103及び104はダイクロイックミラー、105はMEMSミラー、106はスクリーンである。また、107は画像情報処理回路、108はMEMS駆動回路である。制御回路1R, 1B, 1Gは、画像情報処理回路107からの各色の画像情報信号と、図4で説明した電極5、6への電流制御方式により、半導体レーザ駆動回路2R,3R,2B,3B, 2G,3Gを制御する。また、画像情報処理回路107は、制御回路1R, 1B, 1GとMEMS駆動回路108を同期を取りながら制御し、画像をスクリーン106に映す。   FIG. 6 shows a laser display light source for a laser display device in which the light source device of Example 1 is applied to each of blue, green, and red lasers. In FIG. 6, 1R, 1B, and 1G are control circuits that control the semiconductor laser drive circuits 2R and 3R, 2B and 3B, and 2G and 3G, respectively. 101G, 101B, and 101R are semiconductor lasers, 102 is a lens, 103 and 104 are dichroic mirrors, 105 is a MEMS mirror, and 106 is a screen. Reference numeral 107 denotes an image information processing circuit, and reference numeral 108 denotes a MEMS driving circuit. The control circuits 1R, 1B, and 1G are semiconductor laser driving circuits 2R, 3R, 2B, and 3B based on the image information signals of the respective colors from the image information processing circuit 107 and the current control method for the electrodes 5 and 6 described in FIG. , 2G, 3G are controlled. The image information processing circuit 107 controls the control circuits 1R, 1B, and 1G and the MEMS drive circuit 108 in synchronization, and displays an image on the screen 106.

本実施例によれば、各色によりレーザ特性、特にしきい電流、しきい電流以下の自然放出光やキャリア寿命時間が異なっており、発振遅延時間特性やしきい電流以下の自然放出光強度が異なっていても、発振遅延時間が小さく、かつ自然放出光の無い、発光特性を得ることができる。よって色むらが少ない画像を得ることが可能なレーザディスプレイ装置を提供することが出来る。このレーザディスプレイ装置は、表示機構が簡単でしかもピント合わせが不要なため小型化、携帯化が可能であり、スクリーンは部屋の壁などを用いてもよい。   According to the present embodiment, the laser characteristics, particularly the spontaneous emission light and the carrier life time below the threshold current and the threshold current are different for each color, and the oscillation delay time characteristic and the spontaneous emission light intensity below the threshold current are different. Even in this case, it is possible to obtain a light emission characteristic with a small oscillation delay time and no spontaneous emission. Therefore, a laser display device capable of obtaining an image with little color unevenness can be provided. Since this laser display device has a simple display mechanism and does not require focusing, it can be miniaturized and portable, and the screen may be a wall of a room.

本実施例の駆動方法と半導体レーザ装置により、半導体レーザが発振していない時に主たるレーザ出射側からの自然放出光が極めて少なく、かつ半導体レーザ発振時には発振遅延時間が小さい光源を実現することができる。特に、高光出力が得られる共振長が長い半導体レーザにおいてその効果が顕著である。また、半導体レーザの製造法は従来と殆ど変わらず、レーザ駆動回路、半導体スイッチ回路、制御回路は従来と同等な仕様で実現することができるので低コストで実現可能である。   With the driving method and the semiconductor laser device of this embodiment, it is possible to realize a light source in which the spontaneous emission light from the main laser emission side is extremely small when the semiconductor laser is not oscillating and the oscillation delay time is small when the semiconductor laser oscillates. . In particular, the effect is remarkable in a semiconductor laser having a long resonance length capable of obtaining a high optical output. Further, the manufacturing method of the semiconductor laser is almost the same as the conventional one, and the laser driving circuit, the semiconductor switch circuit, and the control circuit can be realized with the same specifications as the conventional one, and can be realized at low cost.

次に、本発明の第2の実施例を図7により説明する。ここでは、走査型レーザディスプレイの赤色光源の駆動に適用した実施例について述べる。光源装置の構成は、実施例1と同様に、図1に示した構成である。但し、半導体レーザはGaAs基板上のInGaAlPを活性層とした波長635nmの赤色半導体レーザを使用する。半導体レーザの電極分割の構造も実施例1と同等である。本実施例では、パルス幅変調駆動方式で赤色半導体レーザを動作させる。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, an embodiment applied to driving a red light source of a scanning laser display will be described. The configuration of the light source device is the configuration shown in FIG. However, as the semiconductor laser, a red semiconductor laser having a wavelength of 635 nm using InGaAlP on a GaAs substrate as an active layer is used. The structure of the electrode division of the semiconductor laser is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the red semiconductor laser is operated by the pulse width modulation driving method.

図7は、パルス幅変調駆動方式の場合の光出力と電極5、6への電流制御を示したもので、光強度を"0120310"で変化させた例を示している。パルス幅変調方式の場合には1画素に相当する図7の1クロック内をさらに表示する階調分分割する。即ち、発信器の周波数を色の階調数分、例えば1024に分周して用いるのは言うまでも無い。   FIG. 7 shows the light output and the current control to the electrodes 5 and 6 in the case of the pulse width modulation driving method, and shows an example in which the light intensity is changed by “0120310”. In the case of the pulse width modulation system, one clock of FIG. 7 corresponding to one pixel is further divided into gradations for display. That is, it goes without saying that the frequency of the transmitter is divided into the number of color gradations, for example, 1024.

まず始めに、光強度が0の時には、(C)に示すようにIはIth1より小さい電流Ib1に設定され、(D)に示すようにIはIth2より小さい0に設定されるため、半導体レーザは発振しない。また、電極5からの自然放出光は電極6の活性層領域が光を吸収するため端面コート10側への自然放出光も0である。 First, when the light intensity is 0, I 1 is set to a current I b1 smaller than I th1 as shown in (C), and I 2 is set to 0 smaller than I th2 as shown in (D). Therefore, the semiconductor laser does not oscillate. Further, the spontaneous emission light from the electrode 5 is zero because the active layer region of the electrode 6 absorbs light.

次に、時刻tで(B)に示すように光出力を"1"に相当するパルス幅ta分の光を出力するが、(C)に示すように、taの時間先行してIをしきい電流Ith1より大きい所定の光出力が出る電流に設定する。このとき、(D)に示すようにIは0のままなので半導体レーザ全体では電極6の活性層領域が光を吸収するためレーザは発振しない。さらに、この場合も電極6の活性層領域が光を吸収するため端面コート10側への自然放出光は0である。 Next, at time t 1 , as shown in (B), the light output is output for a pulse width t a corresponding to “1”, but as shown in (C), time t a precedes. I 1 is set to a current at which a predetermined optical output larger than the threshold current I th1 is generated . At this time, as shown in (D), since I 2 remains 0, the laser does not oscillate in the entire semiconductor laser because the active layer region of the electrode 6 absorbs light. Further, also in this case, since the active layer region of the electrode 6 absorbs light, the spontaneous emission light toward the end face coat 10 is zero.

次に、(D)に示すようにtでIを0からIth2より大きい所定の光出力が出る電流に設定すればレーザは発振し、(B)に示すように端面コート10側から光出力が出る。このとき、実施例1と同様に発振遅延時間は従来例よりも大幅に低減され、速やかに光出力が出る。その後、"1"に相当する光パルス幅ta後に光出力を"0"にする場合には、(C)、(D)に示すようにIをしきい電流未満のIb1とし、Iは0とする。ここで、Iは実施例1と同様にしきい電流未満とする必要がある。 Next, the I 2 laser oscillates is set to the current I th2 larger than a predetermined light output exits the 0, from the end surface coating 10 side as shown in (B) in t 1 as shown in (D) Outputs light. At this time, similarly to the first embodiment, the oscillation delay time is significantly reduced as compared with the conventional example, and the light output is quickly generated. Then, "1" when the optical output "0" after the corresponding optical pulse width t a that in, and (C), I b1 less than the threshold current I 1 as shown in (D), I 2 is 0. Here, I 1 needs to be less than the threshold current as in the first embodiment.

以下も同様であり、tで光出力を"2"に相当するパルス幅2ta分の光を出力する場合には、それにtaの時間先行してIをしきい電流Ith1より大きい所定の光出力が出る電流にパルス幅3ta間設定し、tにてIをしきい電流Ith2より大きい所定の電流にパルス幅2ta間設定し、t+2taでIはIb,Iは0に戻す。tで光出力を"3"に相当するパルス幅3ta分の光を出力する場合には、それにtaの時間先行してIをしきい電流Ith1より大きい所定の光出力が出る電流にパルス幅4ta間設定し、tにてIをしきい電流Ith2より大きい所定の電流にパルス幅3ta間設定し、t+3taでIはIb1,Iは0に戻す。 The same applies to the following. When light having a pulse width of 2 t a corresponding to “2” is output at t 2 , I 1 is larger than the threshold current I th1 by t a preceding it. A pulse width of 3 t a is set to a current at which a predetermined light output is output, I 2 is set to a predetermined current larger than a threshold current I th2 at t 2 and a pulse width of 2 t a is set, and I 1 at t 2 +2 ta Returns I b and I 2 to 0. When light having a pulse width of 3 t a corresponding to “3” is output at t 4 , a predetermined light output greater than the threshold current I th1 is output by I 1 preceding that time t a. The current is set for a pulse width of 4 t a , and at t 4, I 2 is set to a predetermined current greater than the threshold current I th2 for a pulse width of 3 t a , and at t 4 +3 t a , I 1 is I b1 , I 2 Returns to 0.

tで光出力を"1"に相当するパルス幅ta分の光を出力する場合も、時刻t等における制御と同様な制御を行なう。 In the case where light having a pulse width t a corresponding to “1” is output at t 5 , the same control as that at time t 1 is performed.

以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。尚、本実施例ではIの先行時間の幅はtaとしたが、この時間幅は任意の値でよく、特にtaにする必要はない。 With the above semiconductor laser driving method, a laser light source in which both the oscillation delay time and the spontaneous emission light emission from the end face are reduced can be realized. In the present embodiment, but the width of the lead time of the I 1 was t a, the time width may be any value, not particularly necessary to t a.

また、本実施例の光源装置の制御方式は、赤色光源のみならず青色光源や緑色光源の制御にも同様に適用できることは言うまでも無い。さらに、レーザディスプレイ装置にも同様に採用可能なことは言うまでも無い。   Needless to say, the control method of the light source device according to the present embodiment can be applied not only to a red light source but also to a blue light source and a green light source. Furthermore, it goes without saying that the laser display device can be similarly adopted.

本発明に基づく第3の実施例を、図8で説明する。ここでは、実施例1と同様に走査型レーザディスプレイの青色光源に適用した例を述べる。光源装置の構成は、実施例1と同様に、図1に示した構成である。また、光強度変調方式も実施例1と同様であるが、その駆動方法が異なる。   A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, the example applied to the blue light source of a scanning laser display similarly to Example 1 is described. The configuration of the light source device is the configuration shown in FIG. The light intensity modulation method is the same as that of the first embodiment, but the driving method is different.

本実施例では、図8に示すような駆動方法で半導体レーザを制御し、光強度を"0120310"で変化させる。Iは電極5へ注入する電流で、Iは電極6へ注入する電流であるのも実施例1と同様で、電極5と電極6を短絡して電流を注入し半導体レーザを発振させたときのしきい電流をIthとし、半導体レーザ内の活性層全体の領域Stに対する電極5から電流が注入される活性層の領域Sの割合S/Stで乗じたIth ×S/StをIth1と定義し、同様に、電極6から電流が注入される活性層の領域Sの割合S/Stで乗じたIth ×S/StをIth2と定義するのも同様である。 In the present embodiment, the semiconductor laser is controlled by a driving method as shown in FIG. 8, and the light intensity is changed by “0120310”. I 1 is the current injected into the electrode 5 and I 2 is the current injected into the electrode 6 as in the first embodiment, and the semiconductor laser is oscillated by short-circuiting the electrodes 5 and 6 to inject current. threshold current was a I th, the semiconductor laser in the entire active layer of the region S ratio of the area S 1 of the active layer current is injected from the electrode 5 with respect to t S 1 / S multiplied by t I th × S when 1 / S t is defined as I th1, and similarly, I th × S 2 / S t multiplied by the ratio S 2 / S t of the active layer region S 2 into which current is injected from the electrode 6 is defined as I th2 . The same applies to the definition.

図8において、始めに光強度が0の時には、(C)に示すようにIはIthに電流Ib1に設定され、(D)に示すようにIはIth2より小さい0に設定される。このため、半導体レーザは発振しない。また、電極5の活性層領域からの自然放出光は電極6の活性層領域が光を吸収するため、端面コート10側への自然放出光も0である。(B)に示すようにtで光出力を1とするとき、(C),(D)に示すように、tにおいてIとIをしきい電流Ith1より大きい"1"の光出力が出る電流に設定する。ここで実施例1と異なり、Iを先行させないのはIには(C)に示すように(時刻0で)しきい電流と同等のIth1の電流が注入されているため、電極5の活性層に相当する領域部分では発振遅延時間が生じないためである。よってtでの発振遅延時間は実施例1と同じように従来に比べて式(2)に従って小さくなる。 In FIG. 8, when the light intensity is initially 0, I 1 is set to I th as current I b1 as shown in (C), and I 2 is set to 0 smaller than I th2 as shown in (D). Is done. For this reason, the semiconductor laser does not oscillate. In addition, spontaneous emission light from the active layer region of the electrode 5 is absorbed by the active layer region of the electrode 6, so that spontaneous emission light toward the end face coat 10 is also zero. When one light output at t 1 (B), the in (C), (D), the larger threshold current I th1 and I 1 and I 2 in t 1 "1" Set to the current at which the optical output is generated. Here, unlike the first embodiment, I 1 is not preceded because the current of I th1 equivalent to the threshold current is injected into I 1 (at time 0) as shown in (C). This is because the oscillation delay time does not occur in the region corresponding to the active layer. Therefore, the oscillation delay time at t 1 becomes smaller according to the equation (2) than in the prior art, as in the first embodiment.

tで光出力を"2"にするのは実施例1と同様の制御法によって行なう。tでは、IをIth1にIを0にして光出力を0とする。ここで確実にレーザ発振を停止するために、例えば半クロック分IをIth1より小さいIb1にしても良い((C)に示したIのt-tの間の前半の点線部分)。t-t間の後半はIth1に戻す。ここで、しきい電流未満の時間の幅は特に半クロック分でなくとも良く、tまでにIth1に戻っていればその間任意の長さを選択しても良い。このt-t間は、Iが0なので、(B)に示すように端面コート10からの自然放出光は0である。 The light output is set to “2” at t 2 by the same control method as in the first embodiment. In t 3, and 0 the light output in the 0 to I 2 and I 1 to I th1. To stop reliably lasing Here, for example, the dotted line in the first half between the half clock I 1 to I th1 smaller I b1 may be set to ((I 1 of t 3 -t 4 shown in C) portion). The latter half of t 3 -t 4 is returned to I th1 . Here, the time width less than the threshold current may not be a particular half clock, may be selected between any length if back to I th1 by t 4. Between t 3 and t 4 , since I 2 is 0, spontaneous emission light from the end face coat 10 is 0 as shown in FIG.

次に、tで光出力を"3"に上げるのには、tと同様に、tでI,Iの双方を"3"の光出力に相当する電流まで上げればよい。tでは、Iには(C)に示すように(t-t間の後半で)しきい電流と同等のIth1の電流が注入されているため、電極5の活性層領域の発振遅延時間はないので電極6の活性層領域のみに相当する発振遅延時間であり、式(2)に従い非常に小さい発振遅延時間で光出力を得ることができる。tでは、実施例1と同様の制御方法で良く、tで光出力を0にする場合はtと同様にtでIをIth1にIを0にして光出力を0とする。ここで、tと同様に確実にレーザ発振を停止するために例えば半クロック分IをIth1より小さいIb1にしても良い((C)に示したIのtからの点線部分)。 Then, to raise the light output "3" at t 4, as well as t 1, may be increased by t 4 until the current corresponding to the light output of both the I 1, I 2 "3". At t 4 , current I th1 equivalent to the threshold current is injected into I 1 (in the latter half of t 3 -t 4 ) as shown in (C). Since there is no oscillation delay time, it is an oscillation delay time corresponding only to the active layer region of the electrode 6, and an optical output can be obtained with a very small oscillation delay time according to the equation (2). In t 5, may in a similar control manner as in Example 1, the light output I 1 at t 5 in the same manner as t 3 if you the I 2 to zero I th1 to zero light output at t 6 0 And Here, dotted lines from t 6 of I 1 shown in the half clock I 1, for example, to stop the same manner reliably laser oscillation and t 3 may be set to I th1 smaller I b1 ((C) ).

以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。尚、本制御方式がパルス幅変調方式にも同様に適用できることは言うまでもない。また、本実施例の光源装置の制御方式は、他の色の光源の制御にも同様に適用でき、レーザディスプレイ装置にも同様に採用できることは言うまでも無い。   With the above semiconductor laser driving method, a laser light source in which both the oscillation delay time and the spontaneous emission light emission from the end face are reduced can be realized. Needless to say, this control method can be similarly applied to the pulse width modulation method. Further, it goes without saying that the control method of the light source device of the present embodiment can be similarly applied to the control of light sources of other colors and can be similarly applied to the laser display device.

本発明に基づく第4の実施例を、図9で説明する。第4の実施例は、本実施例の光源装置の駆動制御方式を走査型レーザディスプレイの赤色光源に適用し例を示すものである。光源装置の構成は実施例1の図1に示したものと同じである。半導体レーザは、実施例2と同様に、GaAs基板上のInGaAlPを活性層とした波長635nmの赤色半導体レーザを使用する。半導体レーザの電極分割も、実施例1と同等である。本実施例では、実施例2と同様にパルス幅変調駆動方式で赤色半導体レーザを動作させる。しかし、制御方式が異なる。   A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment shows an example in which the drive control method of the light source device of the present embodiment is applied to a red light source of a scanning laser display. The configuration of the light source device is the same as that shown in FIG. As in the second embodiment, a red semiconductor laser having a wavelength of 635 nm using InGaAlP on a GaAs substrate as an active layer is used as the semiconductor laser. The electrode division of the semiconductor laser is also the same as in the first embodiment. In the present embodiment, the red semiconductor laser is operated by the pulse width modulation driving method as in the second embodiment. However, the control method is different.

図9は、パルス幅変調駆動方式の場合の光出力と電極5、6への電流制御を示したもので、光強度を"0120310"で変化させた例を示している。Iの信号パターンは(D)に示すように実施例2と同じであり、Iと同じパルス幅で光パルスは出力される。しかし、実施例2と異なり、Iは(C)に示すようにIの立ち上がりの前に(時刻t)、既に規定の光出力が出る電流値IJ1に設定されている。そしてIはIの立下りと同時にしきい電流に相当するIth1より小さいIb1にta時間のみ減少させている。これは実施例2と同様に確実にレーザ発振を停止させるためである。I1の立ち下げ時間はtaとしているが、時間幅は任意でよく、必ずしもこの時間で立ち下げなくとも良い。しかし、次の光パルスの立ち上がりの時間((C)参照)よりは前にIJ1に回復させる必要がある。このような制御方法でも、Iが0の時にはレーザ発振は起こらず、IがIth2より大きい値になれば、式(2)による極めて小さい発振遅延時間でいずれの光出力パルス幅を得ることができる。 FIG. 9 shows the light output and the current control to the electrodes 5 and 6 in the case of the pulse width modulation driving method, and shows an example in which the light intensity is changed by “0120310”. Signal pattern of I 2 is the same as in Example 2 (D), the light pulses with the same pulse width as I 2 are output. However, unlike the second embodiment, I 1 is set to a current value I J1 at which a prescribed light output is generated before the rise of I 2 (time t 0 ) as shown in (C). And I 1 is decreased only t a time I th1 smaller I b1 corresponding to the same time the threshold current and the fall of I 2. This is because laser oscillation is surely stopped as in the second embodiment. I1 fall time of is a t a, but the time width may be arbitrary, may not necessarily fall at this time. However, it is necessary to recover to I J1 before the rising time of the next optical pulse (see (C)). Even with such a control method, laser oscillation does not occur when I 2 is 0. If I 2 is greater than I th2 , any optical output pulse width can be obtained with an extremely small oscillation delay time according to equation (2). be able to.

以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる尚、本制御方式は光強度変調方式にも同様に適用できることは言うまでもない。また、本実施例の光源装置の制御方式は、他の色の光源の制御にも同様に適用でき、レーザディスプレイ装置にも同様に採用できることは言うまでも無い。   With the above semiconductor laser driving method, it is possible to realize a laser light source in which both the oscillation delay time and the spontaneous emission light emission from the end face are reduced. This control method is also applied to the light intensity modulation method. Needless to say, you can. Further, it goes without saying that the control method of the light source device of the present embodiment can be similarly applied to the control of light sources of other colors and can be similarly applied to the laser display device.

本発明に基づく第5の実施例を、図10で説明する。第5の実施例は、本実施例の光源装置の駆動制御方式を走査型レーザディスプレイの青色光源に適用したものである。図10に、その光源装置の構成例を示す。   A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the drive control method of the light source device of this embodiment is applied to a blue light source of a scanning laser display. FIG. 10 shows a configuration example of the light source device.

図10において、4は半導体レーザであり、実施例1と同様に、p側の電極5,6が2つに分割したGaN基板上に成長された青色半導体レーザである。第1の電極5、第2の電極6間の距離は、両方の電極に電流を流したときに活性層に注入されない領域が無い程度に近づいていることが望ましく、2-20μmである。一方、近づけすぎると電極5,6間間にリークが生じるが、リークが生じても構わないし、制御上問題があれば、プロトンインプラなどによりp型半導体の一部を高絶縁化しても構わない。7はn側の電極であり、8はInGaN量子井戸活性層であり、9,10は反射コーティング膜である。反射コーティング膜10から光源としての光出力を出すために反射コーティング膜9より反射コーティング膜10のほうの反射率が小さくなっている。13はn側電極7を駆動する半導体レーザ駆動回路であり、12は電極6と電源電圧VDDの間を接続し、電流の導通/遮断を制御する半導体スイッチである。電極5は電源電圧VDDに接続される。11は制御回路であり、画像情報に基づき、半導体レーザ駆動回路13と半導体スイッチ12を制御する。画像情報に基づく信号は外部から制御回路に入力されるが、その入力信号線路はここでは省略している。 In FIG. 10, reference numeral 4 denotes a semiconductor laser, which is a blue semiconductor laser grown on a GaN substrate in which the p-side electrodes 5 and 6 are divided into two as in the first embodiment. It is desirable that the distance between the first electrode 5 and the second electrode 6 is as close as possible so that there is no region that is not injected into the active layer when a current is passed through both electrodes. On the other hand, if the distance is too close, a leak occurs between the electrodes 5 and 6, but a leak may occur. If there is a problem in control, a part of the p-type semiconductor may be highly insulated by proton implantation or the like. . 7 is an n-side electrode, 8 is an InGaN quantum well active layer, and 9 and 10 are reflective coating films. The reflective coating film 10 has a lower reflectance than the reflective coating film 9 in order to output light output as a light source from the reflective coating film 10. Reference numeral 13 denotes a semiconductor laser driving circuit for driving the n-side electrode 7, and reference numeral 12 denotes a semiconductor switch for connecting between the electrode 6 and the power supply voltage V DD and controlling conduction / cutoff of current. The electrode 5 is connected to the power supply voltage V DD . A control circuit 11 controls the semiconductor laser drive circuit 13 and the semiconductor switch 12 based on the image information. A signal based on the image information is input to the control circuit from the outside, but the input signal line is omitted here.

本実施例における実施例半導体レーザの制御の概念は、実施例1乃至4で述べたものと同様である。即ち、所望の時間に光出力を0から立ち上げる場合には所望の時間に先行して電極5の活性層領域への電流を電極7から引き抜き、先行時間で、所望の時間に達していないときには半導体スイッチ12は遮断状態にしておき、電極6の活性層領域には電流が流れないようにする。このときには端面反射コート10からの自然放出光は0である。そして所望の時間で半導体スイッチ12を導通状態にすれば式(2)と同様に極めて小さい発振遅延時間にて光が立ち上がる。   The concept of the control of the example semiconductor laser in the present example is the same as that described in the first to fourth examples. That is, when the light output is raised from 0 at a desired time, the current to the active layer region of the electrode 5 is drawn from the electrode 7 before the desired time, and when the desired time is not reached at the preceding time. The semiconductor switch 12 is kept cut off so that no current flows in the active layer region of the electrode 6. At this time, the spontaneous emission light from the end surface reflection coat 10 is zero. If the semiconductor switch 12 is turned on for a desired time, light rises with an extremely small oscillation delay time as in the equation (2).

本実施例と、実施例1乃至4との違いは、半導体スイッチ12が導通状態になると電極5の活性層に流れる電流が電極6の活性層に流れる電流分だけ減少することである。これは、半導体スイッチ12導通した状態で光出力が所望の値になるように半導体レーザ駆動回路13を調整すれば良い。また、レーザ光が出ている状態から0にする場合も、実施例1乃至4と同様に少なくともある時間は電極7からの電流をIth1未満にすると共に、半導体スイッチ12を遮断状態にすれば良い。以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。尚、本制御方式は、光強度変調方式、パルス幅変調方式の双方に適用できることは言うまでもない。   The difference between the present embodiment and the first to fourth embodiments is that when the semiconductor switch 12 becomes conductive, the current flowing through the active layer of the electrode 5 is reduced by the amount of current flowing through the active layer of the electrode 6. This may be achieved by adjusting the semiconductor laser driving circuit 13 so that the optical output becomes a desired value in a state where the semiconductor switch 12 is conducted. Further, when the laser light is emitted from the state 0, the current from the electrode 7 is set to be less than Ith1 and the semiconductor switch 12 is cut off at least for a certain time as in the first to fourth embodiments. . With the above semiconductor laser driving method, a laser light source in which both the oscillation delay time and the spontaneous emission light emission from the end face are reduced can be realized. Needless to say, this control method can be applied to both the light intensity modulation method and the pulse width modulation method.

本発明の第1の実施例になる半導体レーザの構成の概略を示す模式図。1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. 図1の半導体レーザの斜視図。The perspective view of the semiconductor laser of FIG. 第1の実施例の半導体レーザを光の出射方向から見た断面構造図。FIG. 3 is a cross-sectional structure view of the semiconductor laser of the first embodiment when viewed from the light emitting direction. 本発明の第1の実施例における光強度変調方式を示した図。The figure which showed the light intensity modulation system in the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の発振遅延時間を説明する図。The figure explaining the oscillation delay time of 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例を採用したレーザディスプレイ装置のシステム構成例を示す図。The figure which shows the system structural example of the laser display apparatus which employ | adopted the 1st Example of this invention. 本発明の他の実施例になる光源装置の制御方式を示す図。The figure which shows the control system of the light source device which becomes the other Example of this invention. 本発明の他の実施例になる光源装置の制御方式を示す図。The figure which shows the control system of the light source device which becomes the other Example of this invention. 本発明の他の実施例になる光源装置の制御方式を示す図。The figure which shows the control system of the light source device which becomes the other Example of this invention. 本発明の他の実施例になる光源装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the light source device which becomes the other Example of this invention. 従来のレーザディスプレイ装置の一例を示す構造図。FIG. 6 is a structural diagram illustrating an example of a conventional laser display device. 従来例における、光変調方式の一例を示す図。The figure which shows an example of the light modulation system in a prior art example. 従来例における半導体レーザの光出力-電流特性を示す図。The figure which shows the optical output-current characteristic of the semiconductor laser in a prior art example. 半導体レーザにおける発振遅延時間を説明する図。The figure explaining the oscillation delay time in a semiconductor laser.

符号の説明Explanation of symbols

1, 1R, 1B, 1G, 11 制御回路
2, 2R, 2B, 2G 半導体レーザ駆動回路
3, 3R, 3G, 3G 半導体レーザ駆動回路
4 半導体レーザ
5 p側電極
6 p側電極
7 n側電極
8 InGaN量子井戸活性層
9 反射コート膜
10 反射コート膜
12 半導体スイッチ回路
13 半導体レーザ駆動回路
31 GaN半導体基板
32 n型AlGaNクラッド層
33 n型GaNガイド層
34 InGaNガイド層
35 活性層
36 InGaNガイド層
37 AlGaN電子ストッパ層
38 p型AlGaN/GaN超格子クラッド層
39 p型GaNコンタクト層
40 誘電体膜
41 p型電極
42 n型電極
101G 半導体レーザ
101B 半導体レーザ
101R 半導体レーザ
102 レンズ
103 ダイクロイックミラー
104 ダイクロイックミラー
105 MEMSミラー
106 スクリーン
107 画像情報処理回路
108 MEMS駆動回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1R, 1B, 1G, 11 Control circuit 2, 2R, 2B, 2G Semiconductor laser drive circuit 3, 3R, 3G, 3G Semiconductor laser drive circuit 4 Semiconductor laser 5 P side electrode 6 P side electrode 7 N side electrode 8 InGaN Quantum well active layer 9 Reflective coat film 10 Reflective coat film 12 Semiconductor switch circuit 13 Semiconductor laser drive circuit 31 GaN semiconductor substrate 32 n-type AlGaN cladding layer 33 n-type GaN guide layer 34 InGaN guide layer 35 active layer 36 InGaN guide layer 37 AlGaN Electron stopper layer 38 p-type AlGaN / GaN superlattice clad layer 39 p-type GaN contact layer 40 dielectric film 41 p-type electrode 42 n-type electrode 101G semiconductor laser 101B semiconductor laser 101R semiconductor laser 102 lens 103 dichroic mirror 104 dichroic mirror 105 MEMS Mirror 106 Screen 107 Image information processing circuit 108 MEMS drive circuit.

Claims (20)

制御回路を備えた半導体レーザの駆動方法であって、
前記半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第1の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第2の電極とを有し、主たる光出力が前記第2の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるものにおいて、
前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第1の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第2の電極へ注入される電流値で制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
A method of driving a semiconductor laser comprising a control circuit,
The semiconductor laser includes a resonator structure, an optical waveguide structure provided in the resonator structure for guiding light to be resonated by the resonator structure, an active layer provided in the optical waveguide structure, and the active layer An optical waveguide having a first electrode for injecting current into a partial region of the layer and a second electrode for injecting current into another region of the active layer, the main light output being on the second electrode side In what is emitted from the end face of the structure,
The level of light output of the semiconductor laser is controlled by the current value injected into the first electrode, and the light emission timing of the light output is controlled by the current value injected into the second electrode. A method for driving a semiconductor laser device.
請求項1において、
前記半導体レーザの光出力を発光状態から出力0の状態にするタイミングを、前記第1の電極へ注入される電流と前記第2の電極へ注入される電流とを同期して、該各電極で光出力が得られる所定の電流値よりも小さい電流値に切り替えるタイミングにより制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
The timing at which the optical output of the semiconductor laser is changed from the light emitting state to the output 0 state is synchronized with the current injected into the first electrode and the current injected into the second electrode. A method of driving a semiconductor laser device, characterized by performing control at a timing of switching to a current value smaller than a predetermined current value at which an optical output is obtained.
請求項1において、
前記半導体レーザの光出力が0の状態で、前記第1の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定の値Ib1であり、前記第2の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib2であり、
第1の所定時間に前記光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間よりΔtだけ先行する時間に、前記第1の電極へ注入される電流を、所定の光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させると共に、
前記第1の所定時間に同期して、前記第2の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流Ia2へ増大させる
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
When the optical output of the semiconductor laser is 0, the bias current injected into the first electrode is a predetermined value Ib1 smaller than the threshold current, and the bias current injected into the second electrode is low. The predetermined value Ib2 is smaller than the threshold current,
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output at a first predetermined time, a current injected into the first electrode at a time preceding the first predetermined time by Δt is set to a predetermined value. While increasing the light output to a predetermined current Ia1 that can be obtained,
A method of driving a semiconductor laser device, wherein the current injected into the second electrode is increased to a predetermined current Ia2 larger than the threshold current in synchronization with the first predetermined time.
請求項1において、
前記半導体レーザの光出力が0の状態で、前記第1の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定の値Ib1であり、前記第2の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib2であり、
第1の所定時間に前記光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間よりtaだけ先行する時間に、前記第1の電極へ注入される電流を、光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させると共に、
該第1の所定時間以降、前記第1の電極へ注入される電流を、所定の光出力に相当する時間幅だけ、前記電流Ia1の値を維持すると共に、
前記第1の所定時間に同期して、前記第2の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流Ia2へ増大させ、前記所定の光出力に相当する時間幅だけ前記電流Ia2を維持する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
When the optical output of the semiconductor laser is 0, the bias current injected into the first electrode is a predetermined value Ib1 smaller than the threshold current, and the bias current injected into the second electrode is low. The predetermined value Ib2 is smaller than the threshold current,
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output at a first predetermined time, the current injected into the first electrode at a time preceding the first predetermined time by ta is output as the light output. Is increased to a predetermined current Ia1 to obtain
After the first predetermined time, the current injected into the first electrode is maintained at the value of the current Ia1 for a time width corresponding to a predetermined light output,
In synchronism with the first predetermined time, the current injected into the second electrode is increased to a predetermined current Ia2 larger than the threshold current, and the time is equivalent to the predetermined optical output. A method of driving a semiconductor laser device, characterized by maintaining a current Ia2.
請求項1において、
前記第1の電極及び前記第2の電極へ電流を供給する制御が、クロックに同期した光強度変調方式であり、
前記半導体レーザの光出力が0の状態で、前記第1の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流と同等のIth1の電流であり、前記第2の電極へ注入されるバイアス電流が所定値Ib2であり、
第1の所定時間に前記光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間に、前記第1の電極へ注入される電流を、所定の光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させると共に、
前記第1の所定時間に同期して、前記第2の電極へ注入される電流を、前記所定のバイアス電流Ib2から所定の電流Ia2へ増大させる
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
The control for supplying current to the first electrode and the second electrode is a light intensity modulation method synchronized with a clock,
The state of the light output of the semiconductor laser is 0, the first bias current injected into the electrode is a threshold current and the current equivalent I th1, bias current injected into the second electrode is predetermined Value Ib2,
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output at a first predetermined time, a current injected into the first electrode at the first predetermined time is determined to obtain a predetermined light output. Current Ia1 and
A method of driving a semiconductor laser device, wherein the current injected into the second electrode is increased from the predetermined bias current Ib2 to a predetermined current Ia2 in synchronization with the first predetermined time.
請求項5において、
第2の所定時間で所定の光出力を0にする場合に、
前記第2の所定時間から前記クロックの周期よりも短い所定の時間だけ、前記第1の電極へ注入される電流を前記しきい電流よりも小さくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 5,
When the predetermined light output is set to 0 in the second predetermined time,
A method for driving a semiconductor laser device, wherein a current injected into the first electrode is made smaller than the threshold current for a predetermined time shorter than the clock period from the second predetermined time.
請求項1において
前記第1の電極及び前記第2の電極へ電流を供給する制御が、クロックに同期したパルス幅変調駆動方式であり、
前記半導体レーザの光出力が0の状態で、前記第1の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも大きい所定の値IJ1であり、前記第2の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib2であり、
第1の所定時間に前記光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間以降、前記第1の電極へ注入される電流を、所定の光出力に相当する時間幅だけ、前記電流値IJ1の値を維持すると共に、
前記第1の所定時間に同期して、前記第2の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流IJ2へ増大させ、前記所定の光出力に相当する時間幅だけ前記電流Ia2を維持する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
The control for supplying current to the first electrode and the second electrode according to claim 1 is a pulse width modulation driving system synchronized with a clock,
When the optical output of the semiconductor laser is 0, the bias current injected into the first electrode is a predetermined value IJ1 larger than the threshold current, and the bias current injected into the second electrode is low. The predetermined value Ib2 is smaller than the threshold current,
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output during the first predetermined time, the current injected into the first electrode after the first predetermined time is a time corresponding to the predetermined light output. While maintaining the value of the current value IJ1 by the width,
In synchronism with the first predetermined time, the current injected into the second electrode is increased to a predetermined current IJ2 larger than the threshold current, and the time period corresponding to the predetermined light output is increased. A method of driving a semiconductor laser device, characterized by maintaining a current Ia2.
請求項7において
前記第2の所定時間で所定の光出力を0にする場合に、
前記第2の所定時間から前記クロックの周期よりも短い所定の時間だけ、前記第1の電極へ注入される電流を前記しきい電流よりも小さくすると共に、
前記第2の所定時間で前記第2の電極への注入電流を前記バイアス電流Ib2へ減少させる
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 7, when the predetermined light output is set to 0 in the second predetermined time,
The current injected into the first electrode is made smaller than the threshold current for a predetermined time shorter than the clock period from the second predetermined time, and
A method of driving a semiconductor laser device, comprising reducing an injection current to the second electrode to the bias current Ib2 in the second predetermined time.
請求項1において、
前記活性層は、第1の導電型の半導体層と第2の導電型層の間に位置し、前記第1の導電型の半導体層の一部の領域を通って該活性層の一部領域へ電流を注入する第1の電極と、前記第1の導電型の半導体層の他領域を通って前記活性層の他領域へ電流を注入する第2の電極を有し、
前記活性層全体の領域Stに対する前記第1の電極から電流が注入される活性層の領域S1の割合をS1/Stとし、前記第1、第2の電極を短絡した状態でレーザ発振させたときのしきい電流をIthとしたとき、
前記光出力が0のときに、前記第1の電極へ注入するバイアス電流Ib1を、Ith ×S1/Stより小さくした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
The active layer is located between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type layer, and passes through a partial region of the first conductive type semiconductor layer to form a partial region of the active layer. A first electrode for injecting current into the first layer, and a second electrode for injecting current into the other region of the active layer through the other region of the semiconductor layer of the first conductivity type,
When the ratio of the region S1 of the active layer into which current is injected from the first electrode to the region St of the entire active layer is S1 / St, and the first and second electrodes are short-circuited, laser oscillation is performed When the threshold current is Ith,
A method of driving a semiconductor laser device, wherein a bias current Ib1 injected into the first electrode when the optical output is 0 is made smaller than Ith × S1 / St.
請求項1において
前記活性層は、第1の導電型の半導体層と第2の導電型層の間に位置し、前記第1の導電型の半導体層の一部の領域を通って該活性層の一部領域へ電流を注入する第1の電極と、前記第1の導電型の半導体層の他領域を通って前記活性層の他領域へ電流を注入する第2の電極を有し、
前記活性層全体の領域Stに対する前記第1の電極から電流が注入される活性層の領域S1の割合をS1/Stとし、前記第1、第2の電極を短絡した状態でレーザ発振させたときのしきい電流をIthとしたとき、
前記光出力が0のときに第1の電極へ注入するバイアス電流Ib1を、
第1、第2の電極を短絡した状態でレーザ発振させたときのしきい電流Ithを、Ith ×S1/St以上とした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
2. The active layer according to claim 1, wherein the active layer is located between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type layer, and passes through a partial region of the first conductive type semiconductor layer. A first electrode for injecting current into a partial region of the first electrode, and a second electrode for injecting current into another region of the active layer through another region of the semiconductor layer of the first conductivity type,
When the ratio of the region S1 of the active layer into which current is injected from the first electrode to the region St of the entire active layer is S1 / St, and the first and second electrodes are short-circuited, laser oscillation is performed When the threshold current is Ith,
A bias current Ib1 injected into the first electrode when the optical output is 0 is
A driving method of a semiconductor laser device, characterized in that a threshold current Ith when laser oscillation is performed with the first and second electrodes short-circuited is set to Ith × S1 / St or more.
請求項1において、
前記レーザ光出力を出射しないときの前記第2の電極への注入電流であるバイアス電流Ib2を0以下とした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
A method of driving a semiconductor laser element, wherein a bias current Ib2 that is an injection current to the second electrode when the laser beam output is not emitted is set to 0 or less.
請求項1において、
前記半導体レーザは、
第3の電極が前記第2の導電型の半導体層の前記活性層側とは反対側に接している半導体レーザと、前記第3の電極に接続されたレーザ駆動回路と、前記第2の電極と、電源電圧或いは接地電圧間を導通或いは遮断する半導体スイッチ回路、及び該レーザ駆動回路と半導体スイッチ回路を制御する制御回路とを備えており、前記第1の電極は電源電圧、或いは接地電圧に接続されており、
光出力が0のとき、第3の電極へのバイアス電流が所定のIb1であり、該半導体スイッチは遮断されるように該レーザ駆動回路と該半導体スイッチ回路を制御し、
第1の所定時間に光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間、或いは第1の所定時間より前の時間に前記第3の電極へ注入される電流を所定の前記バイアス電流Ib1から所定の光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させるよう、該レーザ駆動回路を制御し、
第1の所定時間において該半導体スイッチが導通されるように該半導体スイッチ回路を制御し、
第2の所定時間で所定の光出力を0にする場合に、第2の所定時間で前記第3の電極への電流を所定のバイアス電流Ib1へ減少させるよう該レーザ駆動回路を制御し、該半導体スイッチ回路を遮断するよう該半導体スイッチ回路を制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
In claim 1,
The semiconductor laser is
A semiconductor laser in which a third electrode is in contact with a side opposite to the active layer side of the semiconductor layer of the second conductivity type, a laser driving circuit connected to the third electrode, and the second electrode And a semiconductor switch circuit that conducts or cuts off between the power supply voltage or the ground voltage, and a control circuit that controls the laser drive circuit and the semiconductor switch circuit, wherein the first electrode is connected to the power supply voltage or the ground voltage. Connected,
When the optical output is 0, the bias current to the third electrode is a predetermined Ib1, and the laser drive circuit and the semiconductor switch circuit are controlled so that the semiconductor switch is cut off,
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output during the first predetermined time, a current injected into the third electrode at the first predetermined time or a time before the first predetermined time is Controlling the laser driving circuit to increase the predetermined bias current Ib1 to a predetermined current Ia1 that provides a predetermined optical output;
Controlling the semiconductor switch circuit such that the semiconductor switch is conductive at a first predetermined time;
Controlling the laser driving circuit to reduce the current to the third electrode to a predetermined bias current Ib1 in the second predetermined time when the predetermined optical output is set to 0 in the second predetermined time; A method of driving a semiconductor laser device, comprising: controlling the semiconductor switch circuit so as to shut off the semiconductor switch circuit.
半導体レーザと、半導体レーザ駆動回路と、制御回路とを有し、
前記半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第1の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第2の電極とを有し、主たる光出力が、前記第2の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるように構成されており、
前記制御回路により、前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第1の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第2の電極へ注入される電流値で制御する
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
A semiconductor laser, a semiconductor laser driving circuit, and a control circuit;
The semiconductor laser includes a resonator structure, an optical waveguide structure provided in the resonator structure for guiding light to be resonated by the resonator structure, an active layer provided in the optical waveguide structure, and the active layer A first electrode for injecting current into a partial region of the layer, and a second electrode for injecting current into another region of the active layer, wherein the main light output is the light on the second electrode side It is configured to be emitted from the end face of the waveguide structure,
The control circuit controls the level of light output of the semiconductor laser with the current value injected into the first electrode, and the light emission timing of the light output is injected into the second electrode. A semiconductor laser device controlled by value.
請求項13において、
前記活性層は、第1の導電型の半導体層と第2の導電型層の間に位置し、第1の導電型の半導体層に接しており、
該第1の導電型の半導体層の一部の領域を通って前記活性層の一部領域へ電流を注入する前記第1の電極と、
前記第1の導電型の半導体層に接しており、該第1の導電型の半導体層の他領域を通って該活性層の他領域へ電流を注入する前記第2の電極を有する半導体レーザと、
前記第1の電極に電流信号を注入する第1のレーザ駆動回路と、
前記第2の電極に電流信号を注入する第2のレーザ駆動回路と、
前記第1、第2のレーザ駆動回路を制御する前記制御回路とを備えており、
前記制御回路が、
光出力が0で前記第1の電極へ注入するバイアス電流が所定のIb1であり、前記第2の電極へ注入するバイアス電流が所定のIb2であるように前記第1、第2のレーザ駆動回路を制御し、
第1の所定時間に光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、前記第1の所定時間、或いは前記第1の所定時間より前の時間に前記第1の電極へ注入される電流を前記所定のバイアス電流Ib1から所定の光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させるよう、前記第1のレーザ駆動回路を制御し、
前記第1の所定時間において、前記第2の電極へ注入される電流を前記所定のバイアス電流Ib2から所定の電流Ia2へ増大させるよう前記第2のレーザ駆動回路を制御し、
第2の所定時間で所定の前記光出力を0にする場合に、
第2の所定時間で前記第1の電極への注入電流を所定のバイアス電流Ib1へ減少させるよう前記第1のレーザ駆動回路を制御し、
前記第2の電極への注入電流を前記所定のバイアス電流Ib2に減少させるよう前記第2のレーザ駆動回路を制御する
ことを特徴とする半導体レーザ装置
In claim 13,
The active layer is located between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type layer, and is in contact with the first conductive type semiconductor layer,
The first electrode for injecting a current into a partial region of the active layer through a partial region of the semiconductor layer of the first conductivity type;
A semiconductor laser having the second electrode in contact with the first conductivity type semiconductor layer and injecting a current through the other region of the first conductivity type semiconductor layer into the other region of the active layer; ,
A first laser driving circuit for injecting a current signal into the first electrode;
A second laser driving circuit for injecting a current signal into the second electrode;
And the control circuit for controlling the first and second laser drive circuits,
The control circuit comprises:
The first and second laser drive circuits so that the optical output is 0, the bias current injected into the first electrode is a predetermined Ib1, and the bias current injected into the second electrode is a predetermined Ib2. Control
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output during the first predetermined time, the current injected into the first electrode during the first predetermined time or a time before the first predetermined time. Controlling the first laser drive circuit so as to increase the predetermined bias current Ib1 from the predetermined bias current Ib1 to a predetermined current Ia1 at which a predetermined optical output is obtained,
Controlling the second laser driving circuit to increase the current injected into the second electrode from the predetermined bias current Ib2 to the predetermined current Ia2 during the first predetermined time;
When the predetermined optical output is set to 0 in the second predetermined time,
Controlling the first laser driving circuit to reduce the injection current to the first electrode to a predetermined bias current Ib1 in a second predetermined time;
A semiconductor laser device that controls the second laser driving circuit so as to reduce an injection current to the second electrode to the predetermined bias current Ib2.
請求項13において、
前記半導体レーザの活性層全体の領域Stに対する電極1から電流が注入される活性層の領域S1の割合S1/Stで乗じた値は0.5より大きい
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
In claim 13,
A semiconductor laser device characterized in that a value obtained by multiplying the ratio S1 / St of the active layer region S1 into which current is injected from the electrode 1 to the region St of the entire active layer of the semiconductor laser is larger than 0.5.
請求項13において、
第3の電極が前記第2の導電型の半導体層の前記活性層側とは反対側に接している半導体レーザと、
前記第3の電極に接続されたレーザ駆動回路と、
前記第2の電極と、電源電圧或いは接地電圧間を導通或いは遮断する半導体スイッチ回路、及び該レーザ駆動回路と半導体スイッチ回路を制御する制御回路から構成され、
前記半導体レーザの前記第1の電極は電源電圧、或いは接地電圧に接続され、
前記制御回路は、
光出力が0で第3の電極へのバイアス電流が所定のIb1であり、該半導体スイッチは遮断されるように該レーザ駆動回路と該半導体スイッチ回路を制御し、
第1の所定時間に光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間、或いは第1の所定時間より前の時間に前記第3の電極へ注入される電流を所定の前記バイアス電流Ib1から所定の光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させるよう、該レーザ駆動回路を制御し、
第1の所定時間において該半導体スイッチが導通されるように該半導体スイッチ回路を制御し、
第2の所定時間で所定の光出力を0にする場合に、第2の所定時間で前記第3の電極への電流を所定のバイアス電流Ib1へ減少させるよう該レーザ駆動回路を制御し、該半導体スイッチ回路を遮断するよう該半導体スイッチ回路を制御する
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
In claim 13,
A semiconductor laser in which a third electrode is in contact with the side opposite to the active layer side of the semiconductor layer of the second conductivity type;
A laser driving circuit connected to the third electrode;
A semiconductor switch circuit for conducting or blocking between the second electrode and a power supply voltage or a ground voltage, and a control circuit for controlling the laser drive circuit and the semiconductor switch circuit;
The first electrode of the semiconductor laser is connected to a power supply voltage or a ground voltage,
The control circuit includes:
Controlling the laser drive circuit and the semiconductor switch circuit so that the optical output is 0 and the bias current to the third electrode is a predetermined Ib1, and the semiconductor switch is cut off;
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output during the first predetermined time, a current injected into the third electrode at the first predetermined time or a time before the first predetermined time is Controlling the laser driving circuit to increase the predetermined bias current Ib1 to a predetermined current Ia1 that provides a predetermined optical output;
Controlling the semiconductor switch circuit such that the semiconductor switch is conductive at a first predetermined time;
Controlling the laser driving circuit to reduce the current to the third electrode to a predetermined bias current Ib1 in the second predetermined time when the predetermined optical output is set to 0 in the second predetermined time; A semiconductor laser device, wherein the semiconductor switch circuit is controlled to shut off the semiconductor switch circuit.
レーザディスプレイ光源としての青、緑、赤の各色に対応する半導体レーザと、前記各半導体レーザに対応する半導体レーザ駆動回路及び制御回路と、画像情報処理回路とを備え、前記画像情報処理回路からの各色の画像情報信号に基づいて前記半導体レーザ駆動回路を制御するものにおいて、
前記各半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第1の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第2の電極とを有し、主たる光出力が前記第2の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるように構成されており、
前記制御回路により、前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第1の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第2の電極へ注入される電流値で制御する
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
A semiconductor laser corresponding to each color of blue, green, and red as a laser display light source; a semiconductor laser driving circuit and a control circuit corresponding to each of the semiconductor lasers; and an image information processing circuit. In controlling the semiconductor laser drive circuit based on the image information signal of each color,
Each of the semiconductor lasers includes a resonator structure, an optical waveguide structure provided in the resonator structure for guiding light and resonating by the resonator structure, an active layer provided in the optical waveguide structure, A first electrode for injecting a current into a partial region of the active layer; and a second electrode for injecting a current into another region of the active layer, wherein the main light output is the light on the second electrode side. It is configured to be emitted from the end face of the waveguide structure,
The control circuit controls the level of light output of the semiconductor laser with the current value injected into the first electrode, and the light emission timing of the light output is injected into the second electrode. A laser display device controlled by value.
請求項17において、
前記各半導体レーザの活性層全体の領域Stに対する前記第1の電極から電流が注入される活性層の領域S1の割合S1/Stで乗じた値は0.5より大きい
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
In claim 17,
A value obtained by multiplying the ratio S1 / St of the active layer region S1 into which current is injected from the first electrode with respect to the entire region St of the active layer of each semiconductor laser is larger than 0.5. apparatus.
請求項18において、
前記各半導体レーザの光出力を発光状態から出力0の状態にするタイミングを、前記第1の電極へ注入される電流と前記第2の電極へ注入される電流とを同期して、該各電極で光出力が得られる所定の電流値よりも小さい電流値に切り替えるタイミングにより制御する
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
In claim 18,
The timing at which the optical output of each semiconductor laser is changed from the light emitting state to the output 0 state is synchronized with the current injected into the first electrode and the current injected into the second electrode. The laser display device is controlled at a timing of switching to a current value smaller than a predetermined current value at which light output can be obtained.
請求項18において、
前記各半導体レーザの光出力が0の状態で、前記第1の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定の値Ib1であり、前記第2の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib2であり、
第1の所定時間に前記光出力を0から所定の光出力へ増加させる場合に、該第1の所定時間よりΔtだけ先行する時間に、前記第1の電極へ注入される電流を、所定の光出力が得られる所定の電流Ia1へ増大させると共に、
前記第1の所定時間に同期して、前記第2の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流Ia2へ増大させる
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
In claim 18,
When the optical output of each semiconductor laser is 0, the bias current injected into the first electrode is a predetermined value Ib1 smaller than the threshold current, and the bias current injected into the second electrode is The predetermined value Ib2 is smaller than the threshold current,
When the light output is increased from 0 to a predetermined light output at a first predetermined time, a current injected into the first electrode at a time preceding the first predetermined time by Δt is set to a predetermined value. While increasing the light output to a predetermined current Ia1 that can be obtained,
The laser display device, wherein the current injected into the second electrode is increased to a predetermined current Ia2 larger than the threshold current in synchronization with the first predetermined time.
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CN110058481A (en) * 2018-11-26 2019-07-26 歌尔股份有限公司 A kind of laser drive, projection device and method

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