JP2010205810A - 半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体レーザ素子の駆動方法においては、閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子20に対して、光注入手段10から光注入を行い、あるいは又、閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子20に対して、光注入手段10から光注入を行う。
【選択図】 図1
Description
Vth=R×Ith+V0
の関係がある。ここで、V0は、p−n接合のビルドインポテンシャルである。
(A)閾値電流の値の10倍以上の値、好ましくは20倍以上の値、より好ましくは50倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子、及び、
(B)半導体レーザ素子に光を注入するための光注入手段、
から構成されている。
(A)閾値電圧の値の2倍以上の値、好ましくは4倍以上の値、より好ましくは10倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子、及び、
(B)半導体レーザ素子に光を注入するための光注入手段、
から構成されている。
(A)3ワット以上、好ましくは5ワット以上、より好ましくは10ワット以上の光強度を有し、半値幅が20ピコ秒以下、好ましくは15ピコ秒以下、より好ましくは10ピコ秒以下の第1光ピーク、及び、該第1光ピークに引き続き、1ナノ・ジュール以上、好ましくは2ナノ・ジュール以上、より好ましくは5ナノ・ジュール以上のエネルギーを有し、継続時間が1ナノ秒以上、好ましくは2ナノ秒以上、より好ましくは5ナノ秒以上である第2光ピークを出射する半導体レーザ素子、及び、
(B)半導体レーザに光を注入するための光注入手段、
から構成されている。
1.本発明の第1の態様〜第2の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法、本発明の第1の態様〜第3の態様に係る半導体レーザ装置、全般に関する説明
2.実施例1(本発明の第1の態様〜第2の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法、本発明の第1の態様〜第3の態様に係る半導体レーザ装置)
3.実施例2(実施例1の変形、その他)
本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法、あるいは、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置(以下、これらを総称して、『本発明の第1の態様』と呼ぶ場合がある)において、パルス電流の幅は、10ナノ秒以下、好ましくは2ナノ秒以下である形態とすることができる。更には、このような好ましい形態を含む本発明の第1の態様において、パルス電流の値は、0.4アンペア以上、好ましくは0.8アンペア以上である形態とすることができる。あるいは又、パルス電流の値は、活性層1cm2当たり(接合領域面積1cm2当たり)に換算したとき、即ち、電流密度(動作電流密度であり、単位はアンペア/cm2)にて換算したとき、3.5×104アンペア/cm2以上、好ましくは7×104アンペア/cm2以上である形態とすることができる。尚、パルス電流の幅の下限値は、パルス発生器の仕様等に依存する。パルス電流の値の上限は、使用する半導体レーザ素子の仕様に基づき決定すればよい。
0.98≦λ2/λ3≦1.02
好ましくは、
0.99≦λ2/λ3≦1.01
である構成とすることができる。
0.99≦f2/f1≦1.01
好ましくは、
0.995≦f2/f1≦1.005
である構成とすることができる。ここで、ビート周波数f2とは、外部共振器内を光が往復するビートであり、共振器長をL、光速をcとした場合、概ね、f2=2L/cで求まる。
半導体レーザ素子は、第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、第2化合物半導体層から成る積層構造体、並びに、第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極を備えており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成る構成、即ち、半導体レーザ素子はGaN系半導体レーザ素子である構成とすることができる。
V1=R×I1+V0≒V0=3ボルト
で与えられる。但し、配線抵抗、配線と半導体レーザ素子20との接触抵抗等は無視している。図1の(B)に示した回路構成にあっては、図3の(B)に示すように、半導体レーザ素子20に印加される電圧は、時間幅tpの矩形状のパルス電圧V2である。
第2化合物半導体層50
p型GaNコンタクト層(Mgドープ)55
p型GaN(Mgドープ)/AlGaN超格子クラッド層54
p型AlGaN電子障壁層(Mgドープ)53
ノンドープAlGaNクラッド層52
ノンドープGaInN光ガイド層51
活性層40
GaInN量子井戸活性層
(井戸層:Ga0.92In0.08N/障壁層:Ga0.98In0.02N)
第1化合物半導体層30
n型GaNクラッド層32
n型AlGaNクラッド層31
直流定電流I1 :0.1ミリアンペア
パルス幅tp :2ナノ秒
パルスの繰り返し周波数f:100kHz
直流定電流I1 :0.1ミリアンペア
パルス幅tp :2ナノ秒
パルスの繰り返し周波数f:100kHz
パルス電圧V2 :45ボルト
波長(λ2)=408.9nm
を出射する連続発振型のレーザ装置(より具体的には、GaN系半導体レーザ素子)から成る。光注入手段10から連続して出射されているレーザ光を、集光レンズ11、アイソレータ12、ビームスプリッター13、集光レンズ14を介して、半導体レーザ素子20に注入(照射)する。一方、半導体レーザ素子20から出射されたレーザ光は、集光レンズ14を介してビームスプリッター13に入射し、光注入手段10とは異なる方向に出射される。
パルス幅tp :2ナノ秒
パルスの繰り返し周波数f:20MHz
パルス電圧V2 :40ボルト
0.98≦λ2/λ3≦1.02
の関係を満足している。
0.99≦f2/f1≦1.01
を満足している。具体的には、
f1=100.0×106Hz
f2=100.7×106Hz
である。
Claims (20)
- 閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子に対して、光注入手段から光注入を行う半導体レーザ素子の駆動方法。
- パルス電流の幅は10ナノ秒以下である請求項1に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
- パルス電流の値は0.4アンペア以上である請求項1に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
- 閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子に対して、光注入手段から光注入を行う半導体レーザ素子の駆動方法。
- パルス電圧の幅は10ナノ秒以下である請求項4に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
- パルス電圧の値は8ボルト以上である請求項4に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
- 光注入手段からの光注入が行われていない状態において半導体レーザ素子の出射する主たる光の波長をλ3、光注入手段からの光の波長をλ2としたとき、
0.98≦λ2/λ3≦1.02
である請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。 - 光注入手段は、レーザ装置から成る請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
- 光注入手段は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を半導体レーザ素子へと反射する外部鏡から成る請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
- 外部鏡のビート周波数をf1、半導体レーザ素子に印加するパルス電圧あるいはパルス電流の繰り返し周波数をf2としたとき、
0.99≦f2/f1≦1.01
である請求項9に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。 - (A)閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子、及び、
(B)半導体レーザ素子に光を注入するための光注入手段、
から構成された半導体レーザ装置。 - パルス電流の幅は10ナノ秒以下である請求項11に記載の半導体レーザ装置。
- パルス電流の値は0.4アンペア以上である請求項11に記載の半導体レーザ装置。
- (A)閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子、及び、
(B)半導体レーザ素子に光を注入するための光注入手段、
から構成された半導体レーザ装置。 - パルス電圧の幅は10ナノ秒以下である請求項14に記載の半導体レーザ装置。
- パルス電圧の値は8ボルト以上である請求項14に記載の半導体レーザ装置。
- (A)3ワット以上の光強度を有し、半値幅が20ピコ秒以下の第1光ピーク、及び、該第1光ピークに引き続き、1ナノ・ジュール以上のエネルギーを有し、継続時間が1ナノ秒以上である第2光ピークを出射する半導体レーザ素子、及び、
(B)半導体レーザに光を注入するための光注入手段、
から構成された半導体レーザ装置。 - 光注入手段からの光注入が行われていない状態において半導体レーザ素子の出射する主たる光の波長をλ3、光注入手段からの光の波長をλ2としたとき、
0.98≦λ2/λ3≦1.02
である請求項11乃至請求項17のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。 - 光注入手段は、レーザ装置から成る請求項11乃至請求項18のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
- 光注入手段は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を半導体レーザ素子へと反射する外部鏡から成る請求項11乃至請求項18のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
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