JP2024058613A - Surface emitting laser, laser device, detection device, moving body, and method for driving surface emitting laser - Google Patents

Surface emitting laser, laser device, detection device, moving body, and method for driving surface emitting laser Download PDF

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Abstract

【課題】裾引きを低減した短パルス光を得ることができる面発光レーザ、レーザ装置、検出装置及び面発光レーザの駆動方法を提供する。【解決手段】面発光レーザは、活性層と、前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入することが可能な電極対と、を有し、前記電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間として、前記電流注入期間に注入される電流値が第1の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振し、前記電流注入期間に注入される前記電流値が、前記第1の電流値を上回る第2の電流値である場合、前記電流減少期間に少なくとも1回レーザ発振する。【選択図】図6[Problem] To provide a surface-emitting laser, a laser device, a detection device, and a method for driving a surface-emitting laser that can obtain short-pulse light with reduced tailing. [Solution] The surface-emitting laser has an active layer, a plurality of reflecting mirrors that face each other across the active layer, and an electrode pair that is connected to a power supply device and can inject a current into the active layer, and defines a period during which a current is injected by the power supply device as a current injection period, and a period after the current injection period during which the value of the current injected into the active layer is lower than the current value during the current injection period as a current reduction period, and when the current value injected during the current injection period is a first current value, laser oscillation occurs at least once during the current injection period, and when the current value injected during the current injection period is a second current value that is higher than the first current value, laser oscillation occurs at least once during the current reduction period. [Selected Figure] Figure 6

Description

本発明は、面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法に関する。 The present invention relates to a surface-emitting laser, a laser device, a detection device, a moving body, and a method for driving a surface-emitting laser.

人間の目に対するレーザの安全基準はアイセーフのクラスにより分類され、IEC.60825-1Ed.3(準ずる国内規格JIS C 6802)により規定されている。距離測定装置を様々な環境で使用するためには、安全対策や警告が不要となるクラス1の基準を満たすことが望ましい。クラス1の基準の一つとして平均パワーの上限が規定されている。パルス光の場合は、ピーク出力、パルス幅、デューティ比から平均パワーに換算して規格値と比較する。パルス光のパルス幅が短いほど許容されるピーク出力が高くなるため、高ピーク出力でパルス幅が短いレーザ光源は、アイセーフを満たしつつ、TOF(Time Of Flight)センサにおいて高精度化と長距離化の両立のために有用である。 Laser safety standards for human eyes are classified into eye-safe classes and are stipulated in IEC. 60825-1Ed. 3 (Japanese standard JIS C 6802 equivalent). In order to use distance measuring devices in various environments, it is desirable to meet the Class 1 standards, which do not require safety measures or warnings. One of the standards for Class 1 is the upper limit of average power. In the case of pulsed light, the peak output, pulse width, and duty ratio are converted to average power and compared with the standard value. Since the allowable peak output increases as the pulse width of the pulsed light becomes shorter, a laser light source with a high peak output and a short pulse width is useful for achieving both high accuracy and long distances in TOF (Time Of Flight) sensors while satisfying eye safety.

1ns以下の短パルス化を実現する手段として、ゲインスイッチング、Qスイッチング、モードロックなどがある。ゲインスイッチングは、緩和振動現象を利用して100ps以下のパルス幅を実現する手段である。パルス電流の制御だけで実現できるため、Qスイッチングやモードロックに比べて構成が簡易である。 Methods for achieving short pulses of 1 ns or less include gain switching, Q switching, and mode locking. Gain switching is a method for achieving pulse widths of 100 ps or less by utilizing the relaxation oscillation phenomenon. Since this can be achieved simply by controlling the pulse current, the configuration is simpler than Q switching or mode locking.

しかし、ゲインスイッチングでは、緩和振動現象を利用するため先頭のパルス以後に複数のパルス列が出力されやすい。あるいは緩和振動がおさまった後に広いパルス幅のテール光(裾引き)が出力されやすい。これらの現象は応用する上で望ましくない。例えば、単一光子アバランシェダイオード(Single Photon Avalanche Diode:SPAD)を用いてガイガーモードで検出する場合、最も高いピーク出力だけがセンシング対象となり、対象とするパルス以外にパルスが複数あるとノイズとなり、またテール光は不要なエネルギーであるためアイセーフの観点で不利になる。 However, because gain switching utilizes the relaxation oscillation phenomenon, it is easy for a series of multiple pulses to be output after the leading pulse. Or, after the relaxation oscillation subsides, a tail light with a wide pulse width is likely to be output. These phenomena are undesirable in practical applications. For example, when detecting in Geiger mode using a single photon avalanche diode (SPAD), only the highest peak output is the sensing target, and if there are multiple pulses other than the target pulse, they become noise, and the tail light is unnecessary energy, which is disadvantageous from the perspective of eye safety.

裾引きを低減した短パルス光を発生することのできる面発光レーザには検討の余地がある。 There is room for further study on surface-emitting lasers that can generate short pulses of light with reduced tailing.

本発明は、裾引きを低減した短パルス光を得ることができる面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a surface-emitting laser, a laser device, a detection device, a moving body, and a method for driving a surface-emitting laser that can obtain short pulse light with reduced tailing.

開示の技術の一態様によれば、面発光レーザは、活性層と、前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入することが可能な電極対と、を有し、前記電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間として、前記電流注入期間に注入される電流値が第1の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振し、前記電流注入期間に注入される前記電流値が、前記第1の電流値を上回る第2の電流値である場合、前記電流減少期間に少なくとも1回レーザ発振する。 According to one aspect of the disclosed technology, the surface-emitting laser has an active layer, a plurality of reflecting mirrors facing each other across the active layer, and an electrode pair connected to a power supply device and capable of injecting a current into the active layer. The period during which the current is injected by the power supply device is defined as a current injection period, and the period after the current injection period during which the current value injected into the active layer is lower than the current value during the current injection period is defined as a current reduction period. When the current value injected during the current injection period is a first current value, the surface-emitting laser oscillates at least once during the current injection period, and when the current value injected during the current injection period is a second current value that is higher than the first current value, the surface-emitting laser oscillates at least once during the current reduction period.

開示の技術によれば、裾引きを低減した短パルス光を得ることができる。 The disclosed technology makes it possible to obtain short pulsed light with reduced tailing.

第1実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a surface-emitting laser according to a first embodiment. 第1実施形態における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing an oxidized constriction layer and its vicinity in the first embodiment. FIG. 参考例における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an oxidized constriction layer and its vicinity in a reference example. 実測に用いた回路を示す等価回路図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a circuit used for actual measurement. 参考例についての実測結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of actual measurements for a reference example. 第1実施形態についての実測結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing actual measurement results for the first embodiment. 構造による電界強度及び透過屈折率の分布の相違を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating differences in distribution of electric field intensity and transmission refractive index due to structures. 時間変化に伴う電界強度及び透過屈折率の分布の変化を示す図である。11A and 11B are diagrams showing changes in distribution of electric field intensity and transmission refractive index over time. 参考例におけるキャリア密度及びしきい値キャリア密度についてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a simulation result for the carrier density and threshold carrier density in a reference example. 参考例における光出力についてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a simulation result regarding the optical output in the reference example. 第1実施形態についてのシミュレーションで用いた関数の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a function used in a simulation for the first embodiment. 第1実施形態における光出力についてのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a simulation result regarding the optical output in the first embodiment. 第1実施形態におけるキャリア密度、しきい値キャリア密度、光子密度及び横方向の光閉じ込め係数のシミュレーション結果を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating simulation results of carrier density, threshold carrier density, photon density, and lateral optical confinement factor in the first embodiment. 図13中の一部を拡大して示す図である。FIG. 14 is an enlarged view of a portion of FIG. 13 . パルス光の実測結果及びシミュレーション結果の例を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating examples of actual measurement results and simulation results of pulsed light. シミュレーションに用いた第1モデルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first model used in a simulation. 基本モードの電界強度分布の断面プロファイルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional profile of the electric field intensity distribution in the fundamental mode. 光閉じ込め係数と酸化狭窄層の厚さ及び非酸化領域の直径との関係の計算結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the calculation results of the relationship between the optical confinement factor and the thickness of the oxidized confinement layer and the diameter of the non-oxidized region. 第1モデルについての酸化狭窄層の厚さと光閉じ込め係数との関係の計算結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the calculation results of the relationship between the thickness of the oxidized confinement layer and the optical confinement factor for the first model. シミュレーションに用いた第2モデルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a second model used in the simulation. シミュレーションに用いた第3モデルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a third model used in the simulation. 第2モデル及び第3モデルについての屈折率の低下量と光閉じ込め係数との関係の計算結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing calculation results of the relationship between the amount of decrease in refractive index and the optical confinement factor for the second model and the third model. シミュレーションに用いた第4モデルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a fourth model used in the simulation. 第4モデルについての境界から外側に3μm離れた位置における酸化領域の厚さと光閉じ込め係数との関係の計算結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the calculation results of the relationship between the thickness of the oxidized region at a position 3 μm away from the boundary to the outside and the optical confinement factor for the fourth model. 電流狭窄面積とピーク光出力との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the current confinement area and the peak optical output. パルス電流値が大きい場合のパルス光発振特性を説明するための図。6A and 6B are diagrams for explaining pulsed light oscillation characteristics when the pulse current value is large. パルス電流値が小さい場合のパルス光発振特性を説明するための図。6A and 6B are diagrams for explaining pulsed light oscillation characteristics when the pulse current value is small. 第2実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a surface-emitting laser according to a second embodiment. 第3実施形態に係るレーザ装置を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a laser device according to a third embodiment. デューティ比とパルス光のピーク出力との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the duty ratio and the peak output of pulsed light. 第4実施形態に係る距離測定装置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a distance measuring device according to a fourth embodiment. 第5実施形態に係る移動体を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a moving body according to a fifth embodiment.

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification and drawings, components having substantially the same functional configurations may be denoted by the same reference numerals to avoid redundant description.

(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。第1実施形態は面発光レーザに関する。図1は、第1実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
First Embodiment
First, a first embodiment will be described. The first embodiment relates to a surface emitting laser. Fig. 1 is a cross-sectional view showing a surface emitting laser according to the first embodiment.

第1実施形態に係る面発光レーザ100は、例えば酸化狭窄を採用した垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)である。面発光レーザ100は、n型GaAs基板110と、n型分布ブラッグ反射鏡(distributed Bragg reflector:DBR)120と、活性層130と、p型DBR140と、酸化狭窄層150と、上部電極160と、下部電極170とを有する。 The surface-emitting laser 100 according to the first embodiment is, for example, a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) that employs oxide confinement. The surface-emitting laser 100 has an n-type GaAs substrate 110, an n-type distributed Bragg reflector (DBR) 120, an active layer 130, a p-type DBR 140, an oxide confinement layer 150, an upper electrode 160, and a lower electrode 170.

本実施形態においては、n型GaAs基板110の表面に垂直な方向に光が射出される。以下、n型GaAs基板110の表面に垂直な方向を縦方向、n型GaAs基板110の表面に平行な方向を横方向又は面内方向ということがある。 In this embodiment, light is emitted in a direction perpendicular to the surface of the n-type GaAs substrate 110. Hereinafter, the direction perpendicular to the surface of the n-type GaAs substrate 110 may be referred to as the vertical direction, and the direction parallel to the surface of the n-type GaAs substrate 110 may be referred to as the horizontal direction or in-plane direction.

n型DBR120はn型GaAs基板110上にある。n型DBR120は、例えば複数のn型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。活性層130はn型DBR120上にある。活性層130は、例えば、複数の量子井戸層及び障壁層を含む。活性層130は共振器に含まれる。p型DBR140は活性層130上にある。p型DBR140は、例えば複数のp型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。共振器中において、活性層130は、発振光の定在波の腹と節の中間よりも腹側となる位置に設けられている。活性層130を定在波の腹となる位置に設けた場合、発光効率が最も高くなる。 The n-type DBR 120 is on the n-type GaAs substrate 110. The n-type DBR 120 is, for example, a semiconductor multilayer reflector formed by stacking multiple n-type semiconductor films. The active layer 130 is on the n-type DBR 120. The active layer 130 includes, for example, multiple quantum well layers and barrier layers. The active layer 130 is included in the resonator. The p-type DBR 140 is on the active layer 130. The p-type DBR 140 is, for example, a semiconductor multilayer reflector formed by stacking multiple p-type semiconductor films. In the resonator, the active layer 130 is provided at a position closer to the antinode than the middle between the antinode and the node of the standing wave of the oscillating light. When the active layer 130 is provided at a position that is the antinode of the standing wave, the light emission efficiency is highest.

上部電極160はp型DBR140の上面に接触する。下部電極170はn型GaAs基板110の下面に接触する。上部電極160と下部電極170との対は、電極対の一例である。ただし、電極の位置はこれには限定されず、活性層に電流を注入できる位置にあればよい。例えば、DBRを介してではなく共振器のスペーサ層に直接電極を配置するイントラキャビティ構造であってもよい。 The upper electrode 160 contacts the upper surface of the p-type DBR 140. The lower electrode 170 contacts the lower surface of the n-type GaAs substrate 110. The pair of upper electrode 160 and lower electrode 170 is one example of an electrode pair. However, the position of the electrodes is not limited to this, and may be in any position where a current can be injected into the active layer. For example, an intra-cavity structure may be used in which the electrodes are placed directly on the spacer layer of the resonator, rather than via the DBR.

p型DBR140は、例えば酸化狭窄層150を含む。酸化狭窄層150はAlを含有する。酸化狭窄層150は、光の射出方向に垂直な面内に、酸化領域151と、非酸化領域152とを含む。酸化領域151は、環状の平面形状を有し、非酸化領域152を取り囲む。非酸化領域152は、p型AlAs層155と、縦方向でp型AlAs層155を間に挟む2つのp型Al0.85Ga0.15As層156とから構成される。酸化領域151はAlOから構成される。酸化領域151の屈折率は非酸化領域152の屈折率よりも低い。例えば、酸化領域151の屈折率は1.65であり、p型AlAs層155の屈折率は2.96であり、p型Al0.85Ga0.15As層156の屈折率は3.04である。平面視で、メサ180の酸化領域151の内縁の内側の部分は高屈折領域の一例であり、メサ180の酸化領域151の内縁の外側の部分は低屈折領域の一例である。なお、p型Al0.85Ga0.15As層156に代えて、p型AlGa1-xAs層(0.70≦x≦0.90)が設けられてもよい。本実施形態では、p型DBR140、活性層130及びn型DBR120がメサ180を構成している。ただし、酸化狭窄により電流狭窄領域を形成する本実施形態においては、少なくとも酸化狭窄層150および酸化狭窄層150より上に位置する半導体層がメサ形状に形成されていればよい。また、少なくとも活性層がメサに含まれるよう形成することで、活性層で発生した光が横方向へ漏れることを防ぐことができる。 The p-type DBR 140 includes, for example, an oxidized constriction layer 150. The oxidized constriction layer 150 contains Al. The oxidized constriction layer 150 includes an oxidized region 151 and a non-oxidized region 152 in a plane perpendicular to the light emission direction. The oxidized region 151 has an annular planar shape and surrounds the non-oxidized region 152. The non-oxidized region 152 is composed of a p-type AlAs layer 155 and two p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layers 156 that sandwich the p-type AlAs layer 155 in the vertical direction. The oxidized region 151 is composed of AlO x . The refractive index of the oxidized region 151 is lower than that of the non-oxidized region 152. For example, the refractive index of the oxidized region 151 is 1.65, the refractive index of the p-type AlAs layer 155 is 2.96, and the refractive index of the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer 156 is 3.04. In plan view, the inner part of the inner edge of the oxidized region 151 of the mesa 180 is an example of a high refractive index region, and the outer part of the inner edge of the oxidized region 151 of the mesa 180 is an example of a low refractive index region. Note that a p-type Al x Ga 1-x As layer (0.70≦x≦0.90) may be provided instead of the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer 156. In this embodiment, the p-type DBR 140, the active layer 130, and the n-type DBR 120 constitute the mesa 180. However, in this embodiment in which the current confinement region is formed by oxidation confinement, it is sufficient that at least the oxidized confinement layer 150 and the semiconductor layer located above the oxidized confinement layer 150 are formed in a mesa shape. Furthermore, by forming at least the active layer to be included in the mesa, it is possible to prevent light generated in the active layer from leaking laterally.

ここで、酸化狭窄層150について詳細に説明する。図2は、第1実施形態における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。 Here, the oxidized constriction layer 150 will be described in detail. Figure 2 is a cross-sectional view showing the oxidized constriction layer and its vicinity in the first embodiment.

図2に示すように、酸化領域151は、平面視で、環状の外側領域153と、環状の内側領域154とを有する。外側領域153はメサ180の側面に露出する。外側領域153は、断面視で表面の接触面が酸化領域151の外側に位置するように厚さが変化する領域であり、内側領域154は、断面視で表面の接触面が酸化領域151の内側に位置するように厚さが変化する領域である。内側領域154は外側領域153の内側にある。内側領域154の厚さは、外側領域153との境界において外側領域153の厚さと一致し、メサ180の中心に近づくほど薄くなっている。内側領域154は、断面視で、内縁から外側領域153との境界にかけて徐々に厚くなるテーパ形状を有する。非酸化領域152は外側領域153の内側にある。非酸化領域152の一部は縦方向で内側領域154を挟む。非酸化領域152の他の一部は平面視で内側領域154の内縁の内側にある。例えば、非酸化領域152の厚さは35nm以下である。外側領域153の厚さは非酸化領域152の厚さより大きくてもよい。なお、本開示において、非酸化領域152の厚さとは、酸化領域151の内縁(内側領域154の内縁)よりもメサ180の中心側の部分の厚さである。例えば、メサ180の側面から酸化領域151の内縁までの距離は、約8μm~11μmの範囲である。 2, the oxidized region 151 has an annular outer region 153 and an annular inner region 154 in plan view. The outer region 153 is exposed to the side of the mesa 180. The outer region 153 is a region whose thickness changes so that the contact surface of the surface is located outside the oxidized region 151 in cross-sectional view, and the inner region 154 is a region whose thickness changes so that the contact surface of the surface is located inside the oxidized region 151 in cross-sectional view. The inner region 154 is located inside the outer region 153. The thickness of the inner region 154 matches the thickness of the outer region 153 at the boundary with the outer region 153, and becomes thinner as it approaches the center of the mesa 180. The inner region 154 has a tapered shape that gradually becomes thicker from the inner edge to the boundary with the outer region 153 in cross-sectional view. The non-oxidized region 152 is located inside the outer region 153. A part of the non-oxidized region 152 sandwiches the inner region 154 in the vertical direction. Another part of the non-oxidized region 152 is inside the inner edge of the inner region 154 in a plan view. For example, the thickness of the non-oxidized region 152 is 35 nm or less. The thickness of the outer region 153 may be greater than the thickness of the non-oxidized region 152. In this disclosure, the thickness of the non-oxidized region 152 refers to the thickness of the portion closer to the center of the mesa 180 than the inner edge of the oxidized region 151 (the inner edge of the inner region 154). For example, the distance from the side of the mesa 180 to the inner edge of the oxidized region 151 is in the range of approximately 8 μm to 11 μm.

酸化領域151は、例えばp型AlAs層及びp型Al0.85Ga0.15As層の酸化狭窄により形成されている。例えば、高温水蒸気環境下でのp型AlAs層及びp型Al0.85Ga0.15As層の酸化処理により酸化領域151を形成できる。なお、同一のp型AlAs層及びp型Al0.85Ga0.15As層を酸化したとしても、酸化の条件により、p型AlAs層及びp型Al0.85Ga0.15As層から得られる酸化狭窄層の構造は相違し得る。従って、酸化により酸化狭窄層150となる層、例えばp型AlAs層及びp型Al0.85Ga0.15As層の酸化前の構造が同一であっても、酸化の条件によっては、酸化領域151及び非酸化領域152を備えた酸化狭窄層150が得られないことがある。 The oxidized region 151 is formed by, for example, oxidizing and constricting a p-type AlAs layer and a p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer. For example, the oxidized region 151 can be formed by oxidizing the p-type AlAs layer and the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer in a high-temperature water vapor environment. Even if the same p-type AlAs layer and the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer are oxidized, the structure of the oxidized constriction layer obtained from the p-type AlAs layer and the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer may differ depending on the oxidation conditions. Therefore, even if the layer that becomes the oxidized constriction layer 150 by oxidation, for example, the p-type AlAs layer and the p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layer, have the same structure before oxidation, the oxidized constriction layer 150 having the oxidized region 151 and the non-oxidized region 152 may not be obtained depending on the oxidation conditions.

ここで、参考例と比較しながら、第1実施形態の作用効果について説明する。図3は、参考例における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。 Here, the effects of the first embodiment will be explained in comparison with the reference example. Figure 3 is a cross-sectional view showing the oxidized constriction layer and its vicinity in the reference example.

参考例では、酸化狭窄層150が、酸化領域151及び非酸化領域152に代えて、酸化領域951及び非酸化領域952を有する。酸化領域951は、環状の平面形状を有し、非酸化領域952を取り囲む。非酸化領域952は、p型AlAs層955と、縦方向でp型AlAs層955を間に挟む2つのp型Al0.85Ga0.15As層956とから構成される。酸化領域951はAlOから構成される。酸化領域951は、平面視で、環状の外側領域953と、環状の内側領域954とを有する。外側領域953はメサ180の側面に露出する。外側領域953の厚さは面内方向で一定である。内側領域954は外側領域953の内側にある。内側領域954の厚さは、外側領域953との境界において外側領域953の厚さと一致し、メサ180の中心に近づくほど薄くなっている。内側領域954は、断面視で、内縁から外側領域953との境界にかけて徐々に厚くなるテーパ形状を有する。非酸化領域952は外側領域953の内側にある。非酸化領域952の一部は縦方向で内側領域954を挟む。非酸化領域952の他の一部は平面視で内側領域954の内縁の内側にある。例えば、メサ180の側面から酸化領域951の内縁までの距離は、約8μm~11μmの範囲である。酸化領域951及び非酸化領域952の厚さは酸化狭窄層150の厚さと等しい。 In the reference example, the oxidized constriction layer 150 has an oxidized region 951 and a non-oxidized region 952 instead of the oxidized region 151 and the non-oxidized region 152. The oxidized region 951 has an annular planar shape and surrounds the non-oxidized region 952. The non-oxidized region 952 is composed of a p-type AlAs layer 955 and two p-type Al 0.85 Ga 0.15 As layers 956 that sandwich the p-type AlAs layer 955 in the vertical direction. The oxidized region 951 is composed of AlO x . The oxidized region 951 has an annular outer region 953 and an annular inner region 954 in a plan view. The outer region 953 is exposed to the side surface of the mesa 180. The thickness of the outer region 953 is constant in the in-plane direction. The inner region 954 is located inside the outer region 953. The thickness of the inner region 954 is equal to the thickness of the outer region 953 at the boundary with the outer region 953, and becomes thinner toward the center of the mesa 180. The inner region 954 has a tapered shape that gradually becomes thicker from the inner edge toward the boundary with the outer region 953 in a cross-sectional view. The non-oxidized region 952 is located inside the outer region 953. A part of the non-oxidized region 952 sandwiches the inner region 954 in the vertical direction. Another part of the non-oxidized region 952 is located inside the inner edge of the inner region 954 in a plan view. For example, the distance from the side surface of the mesa 180 to the inner edge of the oxidized region 951 is in the range of about 8 μm to 11 μm. The thicknesses of the oxidized region 951 and the non-oxidized region 952 are equal to the thickness of the oxidized constriction layer 150.

まず、第1実施形態及び参考例についての実測結果について説明する。図4は、実測に用いた回路を示す等価回路図である。 First, we will explain the results of actual measurements for the first embodiment and the reference example. Figure 4 is an equivalent circuit diagram showing the circuit used for the actual measurements.

この回路では、第1実施形態又は参考例に対応する面発光レーザ11に直列に電流モニタ用の抵抗12が接続されている。また、抵抗12に並列に電圧計13が接続されている。また、面発光レーザ11から出力された光は広帯域の高速フォトダイオードで受光して電圧信号に変換し、その電圧信号をオシロスコープで観測した。 In this circuit, a resistor 12 for monitoring current is connected in series to a surface-emitting laser 11 corresponding to the first embodiment or the reference example. A voltmeter 13 is connected in parallel to the resistor 12. The light output from the surface-emitting laser 11 is received by a wideband high-speed photodiode and converted into a voltage signal, which is then observed by an oscilloscope.

図5は、参考例についての実測結果を示す図である。図5(a)は、パルス電流の幅が約2nsの場合の実測結果を示し、図5(b)は、パルス電流の幅が約9nsの場合の実測結果を示し、図5(c)は、パルス電流の幅が約17nsの場合の実測結果を示す。図5(a)~(c)の実測において、バイアス電流の大きさ及びパルス電流の振幅は共通である。図5には、参考例の面発光レーザと接続する抵抗12を流れる電流及び高速フォトダイオードで測定した光出力を示す。抵抗12を流れる電流は、電圧計13を用いて算出できる。 Figure 5 shows the results of measurements for the reference example. Figure 5(a) shows the results of measurements when the pulse current width is about 2 ns, Figure 5(b) shows the results of measurements when the pulse current width is about 9 ns, and Figure 5(c) shows the results of measurements when the pulse current width is about 17 ns. The magnitude of the bias current and the amplitude of the pulse current are the same in the measurements of Figures 5(a) to (c). Figure 5 shows the current flowing through resistor 12 connected to the surface-emitting laser of the reference example and the optical output measured with a high-speed photodiode. The current flowing through resistor 12 can be calculated using voltmeter 13.

図5に示すように、参考例では、パルス電流の幅の大きさに関係なく、パルス電流が注入された直後にパルス光が出力され、その後はパルス電流の注入が停止するまでは平衡状態になり、一定のテール光が出力されている。先頭のパルス光は緩和振動によるものであり、典型的なゲインスイッチング駆動である。パルス幅を変えても、パルス光が発生するタイミングは変わらない。緩和振動により生じるパルス光は、レーザ共振器内のキャリア密度がしきい値キャリア密度を超えた直後に生じるためである。テール光の出力を抑制するために、パルス光が出力された直後に電流注入を停止することが考えられる。しかし、緩和振動によるパルス光の時間幅は100ps以下であるため、電流の大きさが10A以上と大きい場合には、パルス光が出力された直後に100ps以下の時間で電流の注入を停止することは難しい。 As shown in FIG. 5, in the reference example, regardless of the width of the pulse current, a pulsed light is output immediately after the pulsed current is injected, and thereafter, an equilibrium state is reached until the injection of the pulsed current is stopped, and a constant tail light is output. The leading pulsed light is caused by relaxation oscillation, which is a typical gain switching drive. Even if the pulse width is changed, the timing at which the pulsed light is generated does not change. This is because the pulsed light generated by relaxation oscillation is generated immediately after the carrier density in the laser resonator exceeds the threshold carrier density. In order to suppress the output of the tail light, it is possible to stop the current injection immediately after the pulsed light is output. However, since the time width of the pulsed light due to relaxation oscillation is 100 ps or less, when the magnitude of the current is as large as 10 A or more, it is difficult to stop the current injection in a time of 100 ps or less immediately after the pulsed light is output.

図6は、第1実施形態についての実測結果を示す図である。図6(a)は、面発光レーザ100に注入されるパルス電流値が、10mAの場合の実測結果を示す。このときのパルス電流のパルス幅は、15nsである。また、図6(b)は、面発光レーザ100に注入されるパルス電流値が、15mAの場合の実測結果を示す。このときのパルス電流のパルス幅も、15nsである。また、バイアス電流の大きさ及びパルス電流の幅は、双方とも同じである。また、双方の酸化狭窄層150における非酸化領域152の面積は、40μmである。図6(c)は、面発光レーザ100に注入されるパルス電流値が、15mAの場合の実測結果を示す。このときのパルス電流のパルス幅は、2.5nsである。また、面発光レーザ100の酸化狭窄層150における非酸化領域152の面積は、80μmである。図6には、第1実施形態に係る面発光レーザ100(11)と接続する抵抗12を流れる電流及び高速フォトダイオードで測定した光出力を示す。抵抗12を流れる電流は、電圧計13を用いて算出できる。 FIG. 6 is a diagram showing the results of actual measurements for the first embodiment. FIG. 6(a) shows the results of actual measurements when the pulse current value injected into the surface-emitting laser 100 is 10 mA. The pulse width of the pulse current at this time is 15 ns. FIG. 6(b) shows the results of actual measurements when the pulse current value injected into the surface-emitting laser 100 is 15 mA. The pulse width of the pulse current at this time is also 15 ns. The magnitude of the bias current and the width of the pulse current are both the same. The area of the non-oxidized region 152 in both oxidized constriction layers 150 is 40 μm 2. FIG. 6(c) shows the results of actual measurements when the pulse current value injected into the surface-emitting laser 100 is 15 mA. The pulse width of the pulse current at this time is 2.5 ns. The area of the non-oxidized region 152 in the oxidized constriction layer 150 of the surface-emitting laser 100 is 80 μm 2 . 6 shows the current flowing through the resistor 12 connected to the surface-emitting laser 100 (11) according to the first embodiment and the optical output measured by a high-speed photodiode. The current flowing through the resistor 12 can be calculated using a voltmeter 13.

図6(a)に示すように、面発光レーザ100に注入されるパルス電流値が相対的に小さい場合、パルス電流の注入期間に亘る単一のパルス光は生じていない一方、複数の短パルス光61,62,63・・・が出力された。これに対して、図6(b)に示されるように、面発光レーザ100に注入されるパルス電流値が相対的に大きい場合、パルス電流の注入が減少した直後に単一の短パルス光71'が出力された。また、図6(c)においても、パルス電流の注入が減少した直後に単一の短パルス光71''が出力された。なお、図6(a)では、パルス電流の注入が減少した直後に、短パルス光61,62,63・・・よりも強度の小さい短パルス光71も見られた。図6(b)では、パルス電流の注入期間中にも光出力(短パルス光61')が見られたが、パルス電流の注入が減少した直後の短パルス光71'の強度は、短パルス光61'の強度よりも大きかった。図6(c)においては電流注入期間中には光が出力されなかった。ここで、図6(a)、図6(b)及び図6(c)のいずれの場合においても、パルス光が出力された後のテール光はほぼ見られない。また、図6(a)に示される各短パルス光61,62,63・・・の光パルス幅は、それぞれ約50psであった。パルス光の数は電流パルス幅を変えることにより制御できる。また、図6(b)に示される短パルス光61'の光パルス幅も、約50psであった。このように、面発光レーザ100に注入するパルス電流値によって、100psを下回る短パルス光の発振特性を変化させることができる。 As shown in FIG. 6(a), when the pulse current value injected into the surface-emitting laser 100 is relatively small, a single pulse of light is not generated over the injection period of the pulse current, while multiple short pulses of light 61, 62, 63, etc. are output. In contrast, as shown in FIG. 6(b), when the pulse current value injected into the surface-emitting laser 100 is relatively large, a single short pulse of light 71' is output immediately after the injection of the pulse current is reduced. Also, in FIG. 6(c), a single short pulse of light 71'' is output immediately after the injection of the pulse current is reduced. In FIG. 6(a), a short pulse of light 71 with a smaller intensity than the short pulses of light 61, 62, 63, etc. is also observed immediately after the injection of the pulse current is reduced. In FIG. 6(b), a light output (short pulse of light 61') is observed during the injection period of the pulse current, but the intensity of the short pulse of light 71' immediately after the injection of the pulse current is reduced is greater than the intensity of the short pulse of light 61'. In FIG. 6(c), no light is output during the current injection period. Here, in all cases of FIG. 6(a), FIG. 6(b), and FIG. 6(c), almost no tail light is observed after the pulse light is output. Also, the optical pulse width of each of the short pulse lights 61, 62, 63, etc. shown in FIG. 6(a) is approximately 50 ps. The number of pulse lights can be controlled by changing the current pulse width. Also, the optical pulse width of the short pulse light 61' shown in FIG. 6(b) is approximately 50 ps. In this way, the oscillation characteristics of short pulse light less than 100 ps can be changed by the pulse current value injected into the surface-emitting laser 100.

ゲインスイッチングによる光出力であれば、図6(a)に示されるような、周期的に発振される複数の短パルス光は生じない。また、図6(b)及び図6(c)に示されるように、パルス電流の注入が減少したことをきっかけとしてパルス光が出力されることもない。従って、第1実施形態における面発光レーザ100からの光出力は、緩和振動現象を利用した通常のゲインスイッチングではないといえる。 If the optical output is due to gain switching, multiple short pulses of light oscillated periodically as shown in FIG. 6(a) are not generated. In addition, as shown in FIG. 6(b) and FIG. 6(c), pulsed light is not output in response to a decrease in the injection of pulsed current. Therefore, it can be said that the optical output from the surface-emitting laser 100 in the first embodiment is not normal gain switching that utilizes the relaxation oscillation phenomenon.

ここで、面発光レーザ100にパルス電流が注入される期間を「電流注入期間」と言う場合がある。また、電流注入期間の後、面発光レーザ100に注入される電流値が、電流注入期間よりも低下する期間を「電流減少期間」と言う場合がある。 Here, the period during which a pulse current is injected into the surface-emitting laser 100 may be referred to as a "current injection period." Also, the period after the current injection period during which the current value injected into the surface-emitting laser 100 is lower than that during the current injection period may be referred to as a "current reduction period."

図6(a)の場合のように、第1実施形態に係る面発光レーザ100の電流注入期間に少なくとも1回パルス光を出力させるための電流値を「第1の電流値」と言う場合がある。このとき、電流減少期間には、パルス光が出力されない場合と、電流注入期間のパルス光よりも強度の小さいパルス光が出力される場合とがある。第1の電流値の範囲として、例えば、15mA未満の電流値が挙げられる。 As in the case of FIG. 6(a), the current value for outputting pulsed light at least once during the current injection period of the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment may be referred to as the "first current value." At this time, during the current reduction period, there are cases where pulsed light is not output, and cases where pulsed light with a lower intensity than the pulsed light during the current injection period is output. The range of the first current value may be, for example, a current value less than 15 mA.

これに対して、図6(b)の場合のように、第1実施形態に係る面発光レーザ100に、第1の電流値を上回る電流値のパルス電流を注入することで、電流減少期間に少なくとも1回のパルス光を出力させる電流値を「第2の電流値」と言う場合がある。このとき、電流注入期間には、パルス光が出力されない場合と、電流減少期間のパルス光よりも強度の小さいパルス光が出力される場合とがある。なお、電流注入期間に注入される電流値が、第2の電流値である場合に、電流注入期間に出力されるパルス光は、「第1の光」の一例である。また、電流減少期間に出力されるパルス光は、「第2の光」の一例である。 In contrast, as in the case of FIG. 6(b), a current value that causes at least one pulsed light to be output during the current reduction period by injecting a pulsed current having a current value greater than the first current value into the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment is sometimes referred to as the "second current value." In this case, during the current injection period, there are cases where no pulsed light is output, and cases where pulsed light with a lower intensity than the pulsed light during the current reduction period is output. Note that when the current value injected during the current injection period is the second current value, the pulsed light output during the current injection period is an example of the "first light." Also, the pulsed light output during the current reduction period is an example of the "second light."

このように、第1実施形態と参考例とでは、光出力の機構及び態様が明確に相違している。この相違は、下記のように説明される。 As such, the mechanism and manner of light output are clearly different between the first embodiment and the reference example. This difference is explained as follows.

面発光レーザでは、レーザ光は共振器中を酸化狭窄層と垂直方向に伝搬する。このため、酸化狭窄層が厚いほど、屈折率差に依存する等価的な導波路長が長くなり、横方向の光閉じ込め作用が大きくなる。酸化狭窄層を含むDBRを等価的な導波路構造と見なした場合、図7(a)のように等価屈折率差が大きいときには、レーザ光の電界強度分布は中央付近に集められる。これに対し、図7(b)のように等価屈折率差が小さいときには、レーザ光の電界強度分布は周辺の酸化領域にまで広がる。第1実施形態と参考例とを比較すると、第1実施形態では、酸化狭窄層150が内側領域154を含むため、第1実施形態において、等価屈折率差が小さくなる。従って、参考例では、図7(a)に示すように、レーザ光の電界強度分布が中央付近に集められるのに対し、第1実施形態では、図7(b)に示すように、レーザ光の電界強度分布が酸化領域151にまで広がる。 In a surface-emitting laser, the laser light propagates in the cavity in a direction perpendicular to the oxide constriction layer. Therefore, the thicker the oxide constriction layer, the longer the equivalent waveguide length that depends on the refractive index difference, and the greater the lateral light confinement effect. When a DBR including an oxide constriction layer is considered as an equivalent waveguide structure, when the equivalent refractive index difference is large as shown in FIG. 7(a), the electric field intensity distribution of the laser light is concentrated near the center. In contrast, when the equivalent refractive index difference is small as shown in FIG. 7(b), the electric field intensity distribution of the laser light spreads to the surrounding oxidized region. Comparing the first embodiment and the reference example, in the first embodiment, the oxide constriction layer 150 includes the inner region 154, so that the equivalent refractive index difference is small in the first embodiment. Therefore, in the reference example, the electric field intensity distribution of the laser light is concentrated near the center as shown in FIG. 7(a), whereas in the first embodiment, the electric field intensity distribution of the laser light spreads to the oxidized region 151 as shown in FIG. 7(b).

ここで、横方向の光閉じ込め係数を「面発光レーザ素子の中心を通る横方向断面における電界の積分強度」に対する「電流通過領域と同じ半径領域中における電界の積分強度」の割合とし、式(1)で定義する。ここで、aは電流通過領域の半径に相当し、Φは基板に垂直な方向を回転軸とした回転方向を表す。 Here, the lateral optical confinement coefficient is defined as the ratio of the "integral strength of the electric field in the same radial region as the current passing region" to the "integral strength of the electric field in the lateral cross section passing through the center of the surface-emitting laser element," and is given by formula (1). Here, a corresponds to the radius of the current passing region, and Φ represents the direction of rotation about the axis of rotation perpendicular to the substrate.

Figure 2024058613000002
Figure 2024058613000002

次に、パルス電流の注入が停止された際に起きる現象のモデルについて説明する。パルス電流が注入されている状態では、酸化狭窄層により電流経路はメサの中央付近に集中し、キャリア密度が高い状態となっている。このとき、キャリア密度の高い非酸化領域では、キャリアプラズマ効果により屈折率が小さくなる作用が生じる。キャリアプラズマ効果は、自由キャリア密度に比例して屈折率が低下する現象である。例えば文献「Kobayashi, Soichi, et al. "Direct frequency modulation in AlGaAs semiconductor lasers." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 30.4 (1982): 428-441」によると、屈折率の変化量は式(2)で示される。ここで、Nはキャリア密度である。 Next, we will explain the model of the phenomenon that occurs when the injection of the pulse current is stopped. When the pulse current is being injected, the oxide confinement layer causes the current path to concentrate near the center of the mesa, resulting in a high carrier density. At this time, in the non-oxidized region with high carrier density, the carrier plasma effect occurs, which reduces the refractive index. The carrier plasma effect is a phenomenon in which the refractive index decreases in proportion to the free carrier density. For example, according to the literature "Kobayashi, Soichi, et al. "Direct frequency modulation in AlGaAs semiconductor lasers." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 30.4 (1982): 428-441," the amount of change in the refractive index is expressed by formula (2). Here, N is the carrier density.

Figure 2024058613000003
Figure 2024058613000003

図8に、パルス電流が注入されている期間(図8(a))と、パルス電流の注入が停止された後の期間(図8(b))とでの等価屈折率及び電界強度分布を模式的に示す。パルス電流が注入されている期間では、酸化狭窄層により生じる等価屈折率差(n1-n0)を打ち消す方向にキャリアプラズマ効果が作用して、等価屈折率差は(n2-n0)となっている。この状態でパルス電流の注入が減少すると、キャリアプラズマ効果の作用がなくなり、等価屈折率差は(n1-n0)に戻る。これにより、メサの周辺部まで広がっていた光子がメサの中央部に集められ、非酸化領域での光子密度が上昇する。つまり、横方向光閉じ込めが強い状態に変化する。パルス電流の注入が停止すると、共振器内に蓄積されたキャリアはキャリア寿命時間をかけて減少する。しかし、キャリア密度が完全に減衰する前に横方向光閉じ込めが強くなると誘導放出が始まり、蓄積されていたキャリアが一気に消費されてパルス光が出力される。パルス電流が注入されている期間は電流注入期間の一例であり、パルス電流の注入が停止されて減少する期間は電流減少期間の一例である。 Figure 8 shows a schematic of the equivalent refractive index and electric field intensity distribution during the period when the pulse current is injected (Figure 8(a)) and the period after the injection of the pulse current is stopped (Figure 8(b)). During the period when the pulse current is injected, the carrier plasma effect acts in a direction that cancels the equivalent refractive index difference (n1-n0) caused by the oxidized confinement layer, and the equivalent refractive index difference becomes (n2-n0). When the injection of the pulse current is reduced in this state, the carrier plasma effect disappears and the equivalent refractive index difference returns to (n1-n0). As a result, the photons that had spread to the periphery of the mesa are collected in the center of the mesa, and the photon density in the non-oxidized region increases. In other words, the lateral optical confinement changes to a strong state. When the injection of the pulse current is stopped, the carriers accumulated in the resonator decrease over the carrier life time. However, if the lateral optical confinement becomes strong before the carrier density completely decays, stimulated emission begins, and the accumulated carriers are consumed all at once, and pulsed light is output. The period during which the pulse current is injected is an example of a current injection period, and the period during which the injection of the pulse current is stopped and decreases is an example of a current decrease period.

以上のモデルをシミュレーションにより検証した結果を以下に示す。キャリア密度と光子密度のレート方程式を式(3),(4)に示す。 The results of verifying the above model through simulation are shown below. The rate equations for carrier density and photon density are shown in equations (3) and (4).

Figure 2024058613000004
Figure 2024058613000004

Figure 2024058613000005
Figure 2024058613000005

ここで、式(3),(4)中の各文字が示す内容は下記の通りである。
N: キャリア密度[1/cm
S: 光子密度[1/cm
i(t): 注入電流[A]
e: 電荷素量[C]
V: 共振器体積[cm
τ(N): キャリア寿命時間[s]
: 群速度[cm/s]
g(N,S): 利得[1/cm]
Γ: 光閉じ込め係数
τ: 光子寿命時間[s]
β: 自然放出結合係数
: 利得係数[1/cm]
ε: 利得抑圧係数
tr: 透明キャリア密度[1/cm
η: 電流注入効率
α: 共振器ミラー損失[1/cm]
h: プランク定数[Js]
ν: 光の周波数[1/s]
Here, the contents of each character in the formulas (3) and (4) are as follows:
N: carrier density [1/cm 3 ]
S: photon density [1/cm 3 ]
i(t): Injection current [A]
e: elementary charge [C]
V: Resonator volume [cm 3 ]
τ n (N): Carrier lifetime [s]
v g : group velocity [cm/s]
g(N, S): Gain [1/cm]
Γ a : Optical confinement factor τ p : Photon lifetime [s]
β: spontaneous emission coupling coefficient g 0 : gain coefficient [1/cm]
ε: Gain suppression coefficient N tr : Transparent carrier density [1/cm 3 ]
η i : current injection efficiency α m : cavity mirror loss [1/cm]
h: Planck constant [Js]
ν: Frequency of light [1/s]

利得g(N,S)は式(5)で表される。 The gain g(N, S) is expressed by equation (5).

Figure 2024058613000006
Figure 2024058613000006

光閉じ込め係数Γは、式(6)に示すように、横方向の光閉じ込め係数Γと縦方向の光閉じ込め係数Γとの積で定義される。 The optical confinement coefficient Γ a is defined as the product of the optical confinement coefficient in the lateral direction Γ r and the optical confinement coefficient in the vertical direction Γ z as shown in formula (6).

Figure 2024058613000007
Figure 2024058613000007

しきい値キャリア密度Nthは式(7)で表される。 The threshold carrier density N th is expressed by the formula (7).

Figure 2024058613000008
Figure 2024058613000008

しきい値電流Ithとしきい値キャリア密度Nthとの間には、式(8)の関係がある。 The threshold current I th and the threshold carrier density N th have the relationship expressed by equation (8).

Figure 2024058613000009
Figure 2024058613000009

共振器から出力される光出力Pと光子密度Sとの間には、式(9)の関係がある。 The relationship between the optical output P and the photon density S from the resonator is given by equation (9).

Figure 2024058613000010
Figure 2024058613000010

ここで、参考例についてのシミュレーションの結果について説明する。参考例については、横方向の光閉じ込め係数Γは1とし、図5に示す電流モニタ波形を入力してシミュレーションを実施した。キャリア密度N及びしきい値キャリア密度Nthについてのシミュレーション結果を図9に示し、光出力についてのシミュレーション結果を図10に示す。 Here, the results of a simulation for the reference example will be described. For the reference example, the lateral optical confinement factor Γr was set to 1, and the simulation was performed by inputting the current monitor waveform shown in Fig. 5. The simulation results for the carrier density N and threshold carrier density Nth are shown in Fig. 9, and the simulation results for the optical output are shown in Fig. 10.

図9及び図10に示すように、パルス電流が注入された約5nsの時点で、その直後にキャリア密度Nがしきい値キャリア密度Nthを超え、緩和振動によるパルス光が出力されている。その後は平衡状態となり一定のテール光が出力されている。このように、シミュレーションにおいて、図5に示す実測結果に近い結果が得られている。 As shown in Figures 9 and 10, immediately after about 5 ns from the injection of the pulse current, the carrier density N exceeds the threshold carrier density Nth , and pulsed light due to relaxation oscillation is output. After that, an equilibrium state is reached and a constant tail light is output. In this way, the simulation has obtained results close to the actual measurement results shown in Figure 5.

次に、第1実施形態についてのシミュレーションの結果について説明する。第1実施形態については、横方向の光閉じ込め係数Γを1未満で、横方向の光閉じ込め係数Γをキャリア密度Nの増加に従って減少する関数とし、図6に示す電流モニタ波形を入力してシミュレーションを実施した。横方向の光閉じ込め係数Γを上記の関数としたのは、キャリアプラズマ効果による屈折率変化の影響を取り入れるためである。図11は、関数の例を示す図である。光出力のシミュレーション結果を図12に示す。 Next, the results of the simulation for the first embodiment will be described. For the first embodiment, the lateral optical confinement factor Γr is set to less than 1, and the lateral optical confinement factor Γr is set to a function that decreases with an increase in carrier density N, and the current monitor waveform shown in FIG. 6 was input to perform the simulation. The reason why the lateral optical confinement factor Γr is set to the above function is to take into account the influence of the refractive index change due to the carrier plasma effect. FIG. 11 is a diagram showing an example of the function. The simulation results of the optical output are shown in FIG. 12.

図12に示すように、パルス電流の注入を停止したタイミングでパルス光が出力されている。このように、シミュレーションにおいて、図6に示す実測結果に近い結果が得られている。 As shown in Figure 12, pulsed light is output when the injection of the pulsed current is stopped. In this way, the simulation produced results close to the actual measurement results shown in Figure 6.

この結果を詳しく解析するために、パルス幅が2.5nsの条件におけるキャリア密度N、しきい値キャリア密度Nth、光子密度S及び横方向の光閉じ込め係数Γのシミュレーション結果を図13に示す。図13(a)にキャリア密度N、しきい値キャリア密度Nth及び光子密度Sのシミュレーション結果を示し、図13(b)に横方向の光閉じ込め係数Γのシミュレーション結果を示す。 In order to analyze this result in detail, the simulation results of the carrier density N, threshold carrier density Nth , photon density S, and lateral optical confinement factor Γr under the condition of a pulse width of 2.5 ns are shown in Fig. 13. Fig. 13(a) shows the simulation results of the carrier density N, threshold carrier density Nth , and photon density S, and Fig. 13(b) shows the simulation result of the lateral optical confinement factor Γr .

横方向の光閉じ込め係数Γがキャリア密度Nの関数であるため、パルス電流が注入されている3ns~5.5nsの範囲では横方向の光閉じ込め係数Γが低下している。この範囲では、横方向の光閉じ込め係数Γの低下にともなってしきい値キャリア密度Nthが上昇し、N<Nthとなるため誘導放出が起こりにくく、光子密度Sは増えない。5.5nsの時点でパルス電流の注入が減少し始めると、横方向の光閉じ込め係数Γは再び上昇し、その過程において光子密度Sがパルス状に生じている。図13において5ns~6nsの範囲で時間軸を拡大したグラフを図14に示す。 Since the lateral optical confinement factor Γr is a function of the carrier density N, the lateral optical confinement factor Γr decreases in the range of 3 ns to 5.5 ns when the pulse current is injected. In this range, the threshold carrier density Nth increases as the lateral optical confinement factor Γr decreases, and since N< Nth , stimulated emission is unlikely to occur and the photon density S does not increase. When the injection of the pulse current begins to decrease at 5.5 ns, the lateral optical confinement factor Γr increases again, and in the process, the photon density S is generated in a pulsed manner. A graph in which the time axis is enlarged in the range of 5 ns to 6 ns in FIG. 13 is shown in FIG. 14.

約5.5nsの時点でパルス電流の注入が減少し始めると、キャリア密度Nは低下し始める。それと同時に横方向の光閉じ込め係数Γも上昇し、しきい値キャリア密度Nthが低下する。キャリア密度Nが低下するよりもしきい値キャリア密度Nthの低下する方が早いため、キャリア密度Nが低下する過程でN>Nthとなる時間が生じる。この時間には、まず自然放出により光子密度Sが上昇し、ある程度光子密度Sが増加すると誘導放出が支配的となり、光子密度Sが急増する。同時にキャリア密度Nが急減し、再びN<Nthとなると光子密度は急減する。 When the injection of the pulse current starts to decrease at about 5.5 ns, the carrier density N starts to decrease. At the same time, the lateral optical confinement factor Γr also increases, and the threshold carrier density Nth decreases. Since the threshold carrier density Nth decreases faster than the carrier density N, there is a time when N> Nth in the process of the carrier density N decreasing. During this time, the photon density S first increases due to spontaneous emission, and when the photon density S increases to a certain extent, stimulated emission becomes dominant and the photon density S increases rapidly. At the same time, the carrier density N decreases rapidly, and when N< Nth again, the photon density also decreases rapidly.

このように、パルス電流の注入が停止したことをきっかけとしてパルス光が出力される現象がシミュレーションにより再現できた。 In this way, the simulation was able to reproduce the phenomenon in which pulsed light is output when the injection of pulsed current is stopped.

なお、図6(b)と図6(c)の差異である、電流注入開始時における光出力の有無は、面発光レーザ100の発光素子の特性や、注入する電流パルスの特性に影響を受けている可能性が考えられる。発光素子の特性とは、例えば発振抑制の強さであり、電流パルスの特性とは、例えば電流パルスの形状である。スパイク状のオーバーシュートのない理想的な方形波に近いほど、電流注入開始時の発振が抑えられると考えられる。 The difference between FIG. 6(b) and FIG. 6(c), i.e., the presence or absence of optical output at the start of current injection, may be influenced by the characteristics of the light-emitting element of the surface-emitting laser 100 and the characteristics of the injected current pulse. The characteristics of the light-emitting element are, for example, the strength of oscillation suppression, and the characteristics of the current pulse are, for example, the shape of the current pulse. It is believed that the closer to an ideal square wave without spike-like overshoot, the more the oscillation at the start of current injection is suppressed.

パルス光の立ち上がり時間は、しきい値キャリア密度Nthがキャリア寿命時間よりも早く減少すると短くなる。つまり、式(6)より横方向光閉じ込め係数Γの増加が速いほど立ち上がり時間が短くなる。パルス光の減衰時間は、光子寿命時間に依存する。パルス光の実測結果及びシミュレーション結果の例を図15に示す。図15(a)は実測結果を示し、図15(b)はシミュレーション結果を示す。 The rise time of the pulsed light becomes shorter when the threshold carrier density Nth decreases faster than the carrier lifetime. In other words, according to equation (6), the rise time becomes shorter as the lateral optical confinement factor Γr increases faster. The decay time of the pulsed light depends on the photon lifetime. Examples of actual measurement results and simulation results of the pulsed light are shown in Figure 15. Figure 15(a) shows the actual measurement results, and Figure 15(b) shows the simulation results.

本明細書では、光パルス幅を、パルス光の出力ピーク値の1/eとなる時間幅と定義する。得られた光パルス幅は、図15(a)の実測結果では86ps、図15(b)のシミュレーション結果では81psである。ここでeは自然対数の底(ネイピア数)である。このモデルによれば、光パルス幅は注入するパルス電流よりも短く、注入するパルス電流の時間幅に制限されることなく短くすることができる。 In this specification, the optical pulse width is defined as the time width at which the output peak value of the pulsed light is 1/ e2 . The obtained optical pulse width is 86 ps in the actual measurement result of FIG. 15(a) and 81 ps in the simulation result of FIG. 15(b). Here, e is the base of the natural logarithm (Napier's constant). According to this model, the optical pulse width is shorter than the injected pulse current and can be shortened without being limited by the time width of the injected pulse current.

図6(a)~(c)の実測結果において、いずれの場合も光パルス幅(ピーク値の1/eとなる時間幅)が80~110psのパルス光が得られた。図6(a)の場合には、80~110psの光パルス幅のパルス光に加えて、110~200ps程度の光パルス幅の光パルスも含まれていた。一方、参考例(図5(a)~(c))の実測結果では、パルス光の後に一定のテール光が出力されるため、電流注入を停止するまでピーク値の1/e以下とならない。つまり、光パルス幅(ピーク値の1/eとなる時間幅)がパルス電流の幅に依存するため、ピコ秒オーダーの光パルス幅を得ることは難しい。 In the actual measurement results of Fig. 6(a) to (c), a pulsed light with an optical pulse width (time width at which the peak value is 1/ e2 ) of 80 to 110 ps was obtained in all cases. In the case of Fig. 6(a), in addition to the pulsed light with an optical pulse width of 80 to 110 ps, an optical pulse with an optical pulse width of about 110 to 200 ps was also included. On the other hand, in the actual measurement results of the reference example (Fig. 5(a) to (c)), a certain amount of tail light is output after the pulsed light, so that the peak value does not become 1/e2 or less until the current injection is stopped. In other words, since the optical pulse width (time width at which the peak value is 1/ e2 ) depends on the width of the pulse current, it is difficult to obtain an optical pulse width on the order of picoseconds.

本実施形態においては、電流減少期間においてパルス光の出力が生じた後に継続的な光パルス列が生じにくい。パルス光が生じるときにはパルス電流の注入が減少しており、緩和振動が生じにくいためである。 In this embodiment, a continuous train of optical pulses is unlikely to occur after the output of pulsed light occurs during the current reduction period. This is because when pulsed light is generated, the injection of pulsed current is reduced, making relaxation oscillation unlikely to occur.

また、パルス光が出力された後にテール光が生じにくい。パルス光が出力された後にはパルス電流の注入が減少しており、キャリア密度が増加しにくいためである。 In addition, tail light is less likely to occur after the pulsed light is output. This is because the injection of pulsed current is reduced after the pulsed light is output, making it difficult for the carrier density to increase.

また、電流注入期間に注入される電流値が第2の電流値の場合、パルス電流の注入を停止した直後にパルス光が出力されるため、パルス光の出力タイミングを任意に制御することができる。 In addition, when the current value injected during the current injection period is the second current value, the pulsed light is output immediately after the injection of the pulsed current is stopped, so the output timing of the pulsed light can be controlled arbitrarily.

また、第1実施形態により生じる光パルスの幅は、注入したパルス電流幅よりも短い。大電流化した場合でもパルス電流幅を短くする必要がないため、寄生インダクタンスの影響を受けにくい。 In addition, the width of the optical pulse generated by the first embodiment is shorter than the width of the injected pulse current. Since there is no need to shorten the pulse current width even when a large current is applied, it is less susceptible to the effects of parasitic inductance.

第1実施形態に係る面発光レーザ100を並列に複数配置して面発光レーザアレイを形成し、同時にパルス光を出力させることで、より大きな光ピーク出力を得ることができる。面発光レーザアレイに注入する電流は1個の面発光レーザ100に注入する電流よりも大きくなるが、面発光レーザ100により出力される光パルスの幅が注入するパルス電流の幅よりも狭いため、小さい光パルス幅を出力させることができる。 By arranging a plurality of surface-emitting lasers 100 according to the first embodiment in parallel to form a surface-emitting laser array and simultaneously outputting pulsed light, it is possible to obtain a larger optical peak output. The current injected into the surface-emitting laser array is larger than the current injected into a single surface-emitting laser 100, but since the width of the optical pulse output by the surface-emitting laser 100 is narrower than the width of the injected pulse current, it is possible to output an optical pulse with a small width.

第1実施形態に係る面発光レーザ100から出力される光のパルス幅は限定されないが、例えば1ns以下であり、好ましくは500ps以下であり、より好ましくは100ps以下である。 The pulse width of the light output from the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment is not limited, but is, for example, 1 ns or less, preferably 500 ps or less, and more preferably 100 ps or less.

なお、第1実施形態において、内側領域154の内縁から外側に3μm離れた位置、すなわち非酸化領域152と酸化領域151との境界の先端部から3μmの位置における酸化領域151の厚さは、非酸化領域152の厚さの2倍以下であることが好ましい。例えば、非酸化領域152の厚さが31nmの場合、内側領域154の内縁から外側に3μm離れた位置における厚さは62nm以下であることが好ましく、54nmであってもよい。メサ180の側面から酸化領域151の内縁までの距離(酸化距離)が8μm~11μmの範囲である場合、3μmという距離は酸化距離の28%~38%に相当する。上記の参考例の実測を行った際に酸化領域951の内縁から外側に3μm離れた位置で酸化領域951の厚さと、非酸化領域952の厚さとを測定したところ、前者は79nm、後者は31nmであり、前者は後者の2.55倍であった。発明者らが様々な酸化狭窄構造の素子を比較評価した結果、比率が2以下の場合に横方向の光閉じ込め係数Γが小さくなり、高出力で裾引きのない短パルス光を得やすいことが判明した。 In the first embodiment, the thickness of the oxidized region 151 at a position 3 μm outward from the inner edge of the inner region 154, that is, at a position 3 μm from the tip of the boundary between the non-oxidized region 152 and the oxidized region 151, is preferably 2 times or less than the thickness of the non-oxidized region 152. For example, when the thickness of the non-oxidized region 152 is 31 nm, the thickness at a position 3 μm outward from the inner edge of the inner region 154 is preferably 62 nm or less, and may be 54 nm. When the distance (oxidation distance) from the side surface of the mesa 180 to the inner edge of the oxidized region 151 is in the range of 8 μm to 11 μm, the distance of 3 μm corresponds to 28% to 38% of the oxidation distance. When the thickness of the oxidized region 951 and the thickness of the non-oxidized region 952 were measured at a position 3 μm outward from the inner edge of the oxidized region 951 during the actual measurement of the above reference example, the former was 79 nm and the latter was 31 nm, and the former was 2.55 times the latter. The inventors compared and evaluated elements with various oxide confinement structures and found that when the ratio is 2 or less, the lateral optical confinement factor Γr becomes small, making it easier to obtain high-output, short-pulse light without tailing.

ここで、第1実施形態及び参考例の実測値を用いて光学モードシミュレーションを行った結果について説明する。光学モードシミュレーションでは、回転対称な積層構造モデルにおいて各領域の屈折率を設定することで、固有モードの電界強度分布を計算することができる。今回の光学モードシミュレーションでは、通電による発熱の影響を含まないコールドキャビティ条件で計算した。 Here, we will explain the results of an optical mode simulation performed using actual measured values of the first embodiment and the reference example. In the optical mode simulation, the electric field intensity distribution of the eigenmode can be calculated by setting the refractive index of each region in a rotationally symmetric layered structure model. In this optical mode simulation, calculations were performed under cold cavity conditions that do not include the effects of heat generation due to current flow.

図16は、シミュレーションに用いた第1モデルを示す図である。第1モデルは、n型DBR20と、活性層領域30と、p型DBR40とを有する。活性層領域30はn型DBR20の上にあり、p型DBR40は活性層領域30の上にある。 Figure 16 shows the first model used in the simulation. The first model has an n-type DBR 20, an active layer region 30, and a p-type DBR 40. The active layer region 30 is located on the n-type DBR 20, and the p-type DBR 40 is located on the active layer region 30.

活性層領域30は、下部スペーサ層31と、量子井戸層32と、上部スペーサ層33とを有する。下部スペーサ層31はn型DBR20の上にあり、量子井戸層32は下部スペーサ層31の上にあり、上部スペーサ層33は量子井戸層32の上にある。 The active layer region 30 has a lower spacer layer 31, a quantum well layer 32, and an upper spacer layer 33. The lower spacer layer 31 is on the n-type DBR 20, the quantum well layer 32 is on the lower spacer layer 31, and the upper spacer layer 33 is on the quantum well layer 32.

p型DBR40は、複数の低屈折率層41と、複数の高屈折率層42と、酸化狭窄層50とを有する。最も下方の低屈折率層41(41A)は上部スペーサ層33の上にある。この低屈折率層41Aの上に酸化狭窄層50がある。酸化狭窄層50は、光の射出方向に垂直な面内に、酸化領域51と、非酸化領域52とを含む。酸化領域51は、環状の平面形状を有し、非酸化領域52を取り囲む。非酸化領域52はAlAsから構成される。酸化狭窄層50の上に下側から2番目の低屈折率層41(41B)がある。この低屈折率層41Bの上に、高屈折率層42と他の低屈折率層41とが交互に積層されている。このモデルでは、酸化領域51の厚さは一定であり、テーパ形状を有しない。 The p-type DBR 40 has multiple low-refractive index layers 41, multiple high-refractive index layers 42, and an oxidized constriction layer 50. The lowest low-refractive index layer 41 (41A) is on the upper spacer layer 33. The oxidized constriction layer 50 is on this low-refractive index layer 41A. The oxidized constriction layer 50 includes an oxidized region 51 and a non-oxidized region 52 in a plane perpendicular to the light emission direction. The oxidized region 51 has a ring-shaped planar shape and surrounds the non-oxidized region 52. The non-oxidized region 52 is made of AlAs. The second low-refractive index layer 41 (41B) is on the oxidized constriction layer 50. A high-refractive index layer 42 and another low-refractive index layer 41 are alternately stacked on this low-refractive index layer 41B. In this model, the thickness of the oxidized region 51 is constant and does not have a tapered shape.

活性層領域30の光学厚さは発振波長λであり、低屈折率層41A、酸化狭窄層50及び低屈折率層41Bの厚さの和は3λ/4であり、高屈折率層42Aの厚さはλ/4である。 The optical thickness of the active layer region 30 is the oscillation wavelength λ, the sum of the thicknesses of the low refractive index layer 41A, the oxidized constriction layer 50, and the low refractive index layer 41B is 3λ/4, and the thickness of the high refractive index layer 42A is λ/4.

まず、光閉じ込め係数と酸化狭窄層50の厚さとの関係について説明する。図17は、非酸化領域の直径が5μmの構造における基本モードの電界強度分布の断面プロファイルを示す図である。図17(a)は酸化狭窄層50の厚さが20nmの場合の断面プロファイルを示し、図17(b)は酸化狭窄層50の厚さが40nmの場合の断面プロファイルを示す。光閉じ込め係数は、全領域の電界強度の和に対する酸化狭窄層50内に占める電界強度の比率として見積もることができる。酸化狭窄層50の厚さが20nmの構造では、酸化狭窄層50の厚さが40nmの構造に比べて電界強度分布が横方向に広がり、非酸化領域52の外側に存在する割合が大きいため、光閉じ込め係数は小さい。 First, the relationship between the optical confinement coefficient and the thickness of the oxidized constriction layer 50 will be described. FIG. 17 shows the cross-sectional profile of the electric field strength distribution of the fundamental mode in a structure with a diameter of the non-oxidized region of 5 μm. FIG. 17(a) shows the cross-sectional profile when the thickness of the oxidized constriction layer 50 is 20 nm, and FIG. 17(b) shows the cross-sectional profile when the thickness of the oxidized constriction layer 50 is 40 nm. The optical confinement coefficient can be estimated as the ratio of the electric field strength in the oxidized constriction layer 50 to the sum of the electric field strength in the entire region. In the structure with the oxidized constriction layer 50 having a thickness of 20 nm, the electric field strength distribution spreads laterally compared to the structure with the oxidized constriction layer 50 having a thickness of 40 nm, and the proportion of the electric field present outside the non-oxidized region 52 is large, so the optical confinement coefficient is small.

次に、光閉じ込め係数と酸化狭窄層50の厚さ及び非酸化領域52の直径との関係について説明する。図18は、光閉じ込め係数と酸化狭窄層の厚さ及び非酸化領域の直径との関係の計算結果を示す図である。図18中の横軸は非酸化領域52の直径を示し、縦軸は光閉じ込め係数を示す。図18には、酸化狭窄層50の厚さが20nmから60nmの範囲で、非酸化領域52の直径が3μmから9μmの範囲で計算した光閉じ込め係数の結果を示している。酸化狭窄層50の厚さが40nm以上で、非酸化領域52の直径が5μm以上の範囲では、光閉じ込め係数が約0.9以上に飽和する傾向が見られる。この傾向は、光閉じ込め係数が飽和値よりも小さくなる範囲では、図17(a)に示すように電界強度分布の横方向への広がりが大きくなり、電界強度が酸化領域外に占める割合が大きいことと対応する。 Next, the relationship between the optical confinement coefficient and the thickness of the oxidized confinement layer 50 and the diameter of the non-oxidized region 52 will be described. FIG. 18 is a diagram showing the calculation results of the relationship between the optical confinement coefficient and the thickness of the oxidized confinement layer and the diameter of the non-oxidized region. The horizontal axis in FIG. 18 indicates the diameter of the non-oxidized region 52, and the vertical axis indicates the optical confinement coefficient. FIG. 18 shows the results of the optical confinement coefficient calculated when the thickness of the oxidized confinement layer 50 is in the range of 20 nm to 60 nm and the diameter of the non-oxidized region 52 is in the range of 3 μm to 9 μm. When the thickness of the oxidized confinement layer 50 is 40 nm or more and the diameter of the non-oxidized region 52 is 5 μm or more, the optical confinement coefficient tends to saturate at about 0.9 or more. This tendency corresponds to the fact that in the range where the optical confinement coefficient is smaller than the saturation value, the horizontal spread of the electric field intensity distribution becomes large as shown in FIG. 17(a), and the proportion of the electric field intensity outside the oxidized region is large.

ここまで、酸化狭窄層50の厚さ及び非酸化領域52の直径と光閉じ込め係数との関係についての計算結果を示した。次に、酸化領域51の先端近傍の屈折率を意図的に低下させた場合の電界強度分布を計算した結果を示す。 So far, we have shown the calculation results for the relationship between the thickness of the oxidized constriction layer 50 and the diameter of the non-oxidized region 52 and the optical confinement coefficient. Next, we will show the results of calculating the electric field strength distribution when the refractive index near the tip of the oxidized region 51 is intentionally reduced.

屈折率を低下させる領域60は、非酸化領域52(AlAs層)の上方では、p型DBR40の最も下側の1ペア分に相当する厚さ約200nmの領域とし、非酸化領域52(AlAs層)の下方では、上部スペーサ層33、量子井戸層32及び下部スペーサ層31を含む厚さ約300nmの領域とした。下方の領域を上方の領域よりも大きくしたのは、下方は活性層領域30に近い方向であり、キャリア密度の高い領域が大きいと想定したためである。屈折率を変化させる半径方向の領域は、非酸化領域52と同じ範囲とした。 The region 60 for reducing the refractive index is a region with a thickness of about 200 nm above the non-oxidized region 52 (AlAs layer), which corresponds to the lowest pair of p-type DBR 40, and a region with a thickness of about 300 nm below the non-oxidized region 52 (AlAs layer), which includes the upper spacer layer 33, the quantum well layer 32, and the lower spacer layer 31. The reason why the lower region is larger than the upper region is because it is assumed that the lower region is closer to the active layer region 30 and has a larger region with a higher carrier density. The radial region for changing the refractive index is the same range as the non-oxidized region 52.

図19は、第1モデルについての酸化狭窄層の厚さと光閉じ込め係数との関係の計算結果を示す図である。酸化狭窄層50の厚さは30nmから60nmの範囲の4水準とし、屈折率nを低下させた量(屈折率nの低下量)は0から約0.02の範囲とした。図19中の横軸は屈折率nの低下量を示し、縦軸は光閉じ込め係数を示す。屈折率nを低下させた量が大きいほど、領域60内の屈折率が低い。酸化狭窄層50の厚さが60nmの場合には屈折率を大きく低下させても光閉じ込め係数はほとんど低下しないが、酸化狭窄層50の厚さが小さくなるほど、屈折率nの低下量が小さくても光閉じ込め係数が低下しやすいことが分かる。 Figure 19 shows the calculation results of the relationship between the thickness of the oxidized constriction layer and the optical confinement coefficient for the first model. The thickness of the oxidized constriction layer 50 was set to four levels ranging from 30 nm to 60 nm, and the amount by which the refractive index n was reduced (reduction in the refractive index n) ranged from 0 to approximately 0.02. The horizontal axis in Figure 19 indicates the reduction in the refractive index n, and the vertical axis indicates the optical confinement coefficient. The greater the reduction in the refractive index n, the lower the refractive index in the region 60. When the thickness of the oxidized constriction layer 50 is 60 nm, the optical confinement coefficient is hardly reduced even if the refractive index is significantly reduced, but it can be seen that the optical confinement coefficient is more likely to decrease with the thickness of the oxidized constriction layer 50, even if the reduction in the refractive index n is small.

次に、第1実施形態又は参考例により近いモデルでシミュレーションした結果について説明する。図20は、シミュレーションに用いた第2モデルを示す図であり、図21は、シミュレーションに用いた第3モデルを示す図である。第2モデルは、第1実施形態により近いモデルであり、第3モデルは、参考例により近いモデルである。第2モデル及び第3モデルについて、第1モデルと同様に、酸化領域の先端近傍の屈折率を意図的に低下させた場合の電界強度分布を計算した。 Next, the results of a simulation using a model closer to the first embodiment or the reference example will be described. FIG. 20 is a diagram showing the second model used in the simulation, and FIG. 21 is a diagram showing the third model used in the simulation. The second model is closer to the first embodiment, and the third model is closer to the reference example. As with the first model, the electric field intensity distribution was calculated for the second and third models when the refractive index near the tip of the oxidized region was intentionally reduced.

図22は、第2モデル及び第3モデルについての屈折率の低下量と光閉じ込め係数との関係の計算結果を示す図である。屈折率nの低下量は0から約0.01の範囲とした。図22中の下側の横軸は屈折率nの低下量を示し、縦軸は光閉じ込め係数を示す。図22に示すように、第1実施形態を模した第2モデル(図20)では、屈折率を約0.01まで低下させた場合に、低下前に0.7であった光閉じ込め係数が0.1まで低下している。一方、参考例を模した第3モデル(図21)では、屈折率を約0.01まで低下させた場合に、低下前に0.9であった光閉じ込め係数が0.7までしか低下しない。従って、第2モデルでは屈折率の低下に対する光閉じ込め係数の変化量が大きいため、光閉じ込め係数の急激な変化によるパルス光出力を実現できるといえる。 Figure 22 is a diagram showing the calculation results of the relationship between the amount of reduction in the refractive index and the optical confinement coefficient for the second and third models. The amount of reduction in the refractive index n was in the range of 0 to about 0.01. The horizontal axis on the lower side of Figure 22 indicates the amount of reduction in the refractive index n, and the vertical axis indicates the optical confinement coefficient. As shown in Figure 22, in the second model (Figure 20) simulating the first embodiment, when the refractive index is reduced to about 0.01, the optical confinement coefficient, which was 0.7 before the reduction, is reduced to 0.1. On the other hand, in the third model (Figure 21) simulating the reference example, when the refractive index is reduced to about 0.01, the optical confinement coefficient, which was 0.9 before the reduction, is reduced only to 0.7. Therefore, since the amount of change in the optical confinement coefficient with respect to the reduction in the refractive index is large in the second model, it can be said that pulsed light output due to a sudden change in the optical confinement coefficient can be realized.

図22の上側の横軸に示すように、キャリアプラズマ効果を見積もる式(2)から換算すると、屈折率nの低下量が0.006であることは、キャリア密度Nが1.5×1018[1/cm]であることに相当し、屈折率nの低下量が0.010であることは、キャリア密度Nが2.5×1018[1/cm]であることに相当する。なお、図11には、キャリア密度Nが5.0×1018[1/cm]から1.5×1019[1/cm]の範囲で光閉じ込め係数が低下する関数を示している。図11と図22との間でキャリア密度Nの範囲が相違するが、これは、図11では量子井戸層内のキャリア密度を対象としているのに対して、図22では屈折率を変化させる対象を量子井戸層の上下を含む広い領域としているためであると考えられる。量子井戸層の上下の広い領域のキャリア密度は、横方向の拡散などにより広がることが想定される。屈折率を低下させた領域のキャリア密度が量子井戸層内のキャリア密度よりも約1桁小さいと仮定すると、図11に示すキャリア密度の範囲と、図22に示すキャリア密度の範囲とを同等と見なすことができる。 As shown on the upper horizontal axis of FIG. 22, when converted from the formula (2) for estimating the carrier plasma effect, a decrease in the refractive index n of 0.006 corresponds to a carrier density N of 1.5×10 18 [1/cm 3 ], and a decrease in the refractive index n of 0.010 corresponds to a carrier density N of 2.5×10 18 [1/cm 3 ]. FIG. 11 shows a function in which the optical confinement factor decreases when the carrier density N is in the range of 5.0×10 18 [1/cm 3 ] to 1.5×10 19 [1/cm 3 ]. The range of the carrier density N is different between FIG. 11 and FIG. 22, which is considered to be because the target of the change in the refractive index is a wide region including the top and bottom of the quantum well layer in FIG. 11, whereas the target of the change in the refractive index is a wide region including the top and bottom of the quantum well layer. It is assumed that the carrier density in the wide region above and below the quantum well layer spreads due to lateral diffusion or the like. Assuming that the carrier density in the region with the reduced refractive index is approximately one order of magnitude smaller than the carrier density in the quantum well layer, the carrier density range shown in FIG. 11 can be considered equivalent to the carrier density range shown in FIG. 22.

次に、第1実施形態に関し、非酸化領域52と酸化領域51との境界から3μmの位置における酸化領域の厚さと光閉じ込め係数との関係をシミュレーションした結果を示す。図23は、シミュレーションに用いた第4モデルを示す図である。第4モデルでは、酸化領域51が、第1領域51Aと、第2領域51Bと、第3領域51Cとを有する。第1領域51A、第2領域51B及び第3領域51Cの平面形状は環状である。第1領域51Aは非酸化領域52の外側にあり、第2領域51Bは第1領域51Aの外側にあり、第3領域51Cは第2領域51Bの外側にある。また、非酸化領域52は、AlAs層55と、縦方向でAlAs層55を間に挟む2つのAlGaAs層56とを有する。 Next, regarding the first embodiment, the results of a simulation of the relationship between the thickness of the oxidized region at a position 3 μm from the boundary between the non-oxidized region 52 and the oxidized region 51 and the optical confinement coefficient are shown. FIG. 23 is a diagram showing a fourth model used in the simulation. In the fourth model, the oxidized region 51 has a first region 51A, a second region 51B, and a third region 51C. The first region 51A, the second region 51B, and the third region 51C have annular planar shapes. The first region 51A is located outside the non-oxidized region 52, the second region 51B is located outside the first region 51A, and the third region 51C is located outside the second region 51B. The non-oxidized region 52 also has an AlAs layer 55 and two AlGaAs layers 56 that sandwich the AlAs layer 55 in the vertical direction.

AlAs層55の厚さは30nmである。第1領域51Aの厚さは30μmであり、第3領域51Cの厚さはT[μm]であり、第2領域51Bの厚さはT/2[μm]である。また、第1領域51A及び第2領域51Bの径方向の幅はいずれも1.5μmである。非酸化領域52と酸化領域51との境界、すなわち非酸化領域52と第1領域51Aとの境界59から外側に3μmの位置における酸化領域51の厚さは第3領域Cの厚さである。 The thickness of the AlAs layer 55 is 30 nm. The thickness of the first region 51A is 30 μm, the thickness of the third region 51C is T [μm], and the thickness of the second region 51B is T/2 [μm]. The radial widths of the first region 51A and the second region 51B are both 1.5 μm. The thickness of the oxidized region 51 at a position 3 μm outward from the boundary 59 between the non-oxidized region 52 and the oxidized region 51, i.e., the boundary between the non-oxidized region 52 and the first region 51A, is the thickness of the third region C.

図24は、第4モデルについての境界から外側に3μm離れた位置における酸化領域の厚さと光閉じ込め係数との関係の計算結果を示す図である。図24には、屈折率が低下しない場合の計算結果と、屈折率が0.006低下した場合の計算結果とを示す。図24中の横軸は境界59から外側に3μmの位置における酸化領域51の厚さを示し、縦軸は光閉じ込め係数を示す。 Figure 24 shows the calculation results of the relationship between the thickness of the oxidized region at a position 3 μm outward from the boundary for the fourth model and the optical confinement coefficient. Figure 24 shows the calculation results when the refractive index does not decrease and when the refractive index decreases by 0.006. The horizontal axis in Figure 24 indicates the thickness of the oxidized region 51 at a position 3 μm outward from the boundary 59, and the vertical axis indicates the optical confinement coefficient.

図24に示すように、境界59から外側に3μm離れた位置における酸化領域51の厚さが60nm以下であると、60nm超である場合に比べて、光閉じ込め係数の低下量が大きいことが分かる。つまり、境界59から外側に3μm離れた位置における酸化領域51の厚さがAlAs層55の厚さの2倍以下であると、2倍超である場合に比べて、光閉じ込め係数の低下量が大きいことが分かる。従って、境界59から外側に3μm離れた位置における酸化領域51の厚さがAlAs層55の2倍以下となる領域では屈折率の変化量に対する光閉じ込め係数の変化が大きいため、第1実施形態による光閉じ込め係数の急激な変化によるパルス光出力を実現できるといえる。なお、第1実施形態に倣って作製した試料の内側領域154の内縁から外側に3μm離れた位置における酸化領域151の厚さの実測値は54nmであった。また、参考例に倣って作製した試料の酸化領域951の内縁から外側に3μm離れた位置における酸化領域951の厚さの実測値は79nmであった。 24, when the thickness of the oxidized region 51 at a position 3 μm away from the boundary 59 is 60 nm or less, the decrease in the optical confinement coefficient is larger than when the thickness exceeds 60 nm. In other words, when the thickness of the oxidized region 51 at a position 3 μm away from the boundary 59 is twice the thickness of the AlAs layer 55 or less, the decrease in the optical confinement coefficient is larger than when the thickness exceeds twice the thickness. Therefore, in the region where the thickness of the oxidized region 51 at a position 3 μm away from the boundary 59 is twice the thickness of the AlAs layer 55 or less, the change in the optical confinement coefficient with respect to the change in the refractive index is large, so that it can be said that the pulsed optical output due to the sudden change in the optical confinement coefficient according to the first embodiment can be realized. The actual measured value of the thickness of the oxidized region 151 at a position 3 μm away from the inner edge of the inner region 154 of the sample produced according to the first embodiment was 54 nm. The actual measured value of the thickness of the oxidized region 951 at a position 3 μm away from the inner edge of the oxidized region 951 of the sample produced according to the reference example was 79 nm.

平面視での非酸化領域152の面積(電流狭窄面積)は120μm以下であることが望ましい。発明者らが様々な非酸化領域152の素子を比較評価した結果、非酸化領域152が120μm超の場合には、パルス電流の注入を停止した直後にパルス光が出力される現象が生じにくいことがあることが判明した。また、非酸化領域152が小さい方がピーク出力の高いパルス光が得られやすいことも判明した。図25は、非酸化領域の面積が50μm~120μmの範囲のサンプルに対するピーク光出力の測定結果を示す図である。 The area of the non-oxidized region 152 in plan view (current confinement area) is desirably 120 μm2 or less. As a result of the inventors' comparative evaluation of elements with various non-oxidized regions 152, it was found that when the non-oxidized region 152 exceeds 120 μm2, the phenomenon of outputting pulsed light immediately after the injection of the pulsed current is stopped is less likely to occur. It was also found that a smaller non-oxidized region 152 makes it easier to obtain pulsed light with a high peak output. Figure 25 shows the measurement results of peak light output for samples with non-oxidized region areas in the range of 50 μm2 to 120 μm2.

また、第1実施形態に係る面発光レーザ100では、注入されるパルス電流値の違いにより、次のようにパルス光の発振特性を変化させることができる。すなわち、注入されるパルス電流値が、第1の電流値の範囲内であるか、第1の電流値を上回る第2の電流値であるかによって、パルス光の発振特性を変化させることができる。 In addition, in the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment, the oscillation characteristics of the pulsed light can be changed as follows depending on the injected pulsed current value. That is, the oscillation characteristics of the pulsed light can be changed depending on whether the injected pulsed current value is within a first current value range or is a second current value that exceeds the first current value.

キャリアプラズマ効果において考慮するキャリアとして、活性層130に蓄積されたキャリアと注入電流の経路に存在するキャリアの主に2種類がある。酸化狭窄型の面発光レーザ100では、酸化狭窄層150により活性層130に注入される電流の狭窄が行われる。そのため、酸化狭窄層150を通過した後のキャリア密度分布において、素子中央のキャリア密度が周辺部分に対して高くなる。また、この際のキャリア分布は一様ではなく、注入されるパルス電流値が小さい場合には、酸化狭窄層150の酸化領域151の先端部を流れる電流値が多いのに対して、パルス電流値が大きくなるに従い、素子中央に位置する非酸化領域152を流れる電流値が増加していく。従って、パルス電流値が大きい場合、キャリアプラズマ効果によって非酸化領域152を含む素子中央の光子分布が低下すると考えらえる。すなわち、パルス電流値が比較的大きな場合は、横方向の光閉じ込め係数Γの低下効果が大きく、素子中央の光子密度が十分に低下する。これにより、レーザ発振における、しきい値キャリア密度が高くなる結果、パルス電流の注入中はレーザ発振が抑制される。一方で、パルス電流の立下りに同期して少なくとも1つの短パルス光が得られる。より電流値が大きい第2の電流値の場合、第1の電流値の場合よりもレーザ発振の抑制効果が高く、十分にキャリアが溜まっているので、電流注入停止と共に高ピーク出力でレーザ発振する。 There are two main types of carriers to be considered in the carrier plasma effect: carriers accumulated in the active layer 130 and carriers present in the path of the injected current. In the oxide confinement type surface emitting laser 100, the oxide confinement layer 150 confines the current injected into the active layer 130. Therefore, in the carrier density distribution after passing through the oxide confinement layer 150, the carrier density at the center of the element is higher than that at the peripheral portion. In addition, the carrier distribution at this time is not uniform, and when the injected pulse current value is small, the current value flowing through the tip of the oxidized region 151 of the oxide confinement layer 150 is large, whereas as the pulse current value increases, the current value flowing through the non-oxidized region 152 located at the center of the element increases. Therefore, when the pulse current value is large, the photon distribution at the center of the element including the non-oxidized region 152 is considered to decrease due to the carrier plasma effect. That is, when the pulse current value is relatively large, the effect of decreasing the optical confinement coefficient Γ r in the lateral direction is large, and the photon density at the center of the element is sufficiently decreased. As a result, the threshold carrier density in laser oscillation increases, and laser oscillation is suppressed during the injection of the pulse current. On the other hand, at least one short pulse light is obtained in synchronization with the falling edge of the pulse current. In the case of the second current value, which is larger than the first current value, the effect of suppressing laser oscillation is higher than that in the case of the first current value, and since a sufficient number of carriers are accumulated, laser oscillation occurs at a high peak output as soon as the current injection is stopped.

これに対して、注入されるパルス電流値が小さい場合、素子中央に分布するキャリア密度が減少するので、パルス電流値が大きい場合に比べて、横方向の光閉じ込め係数Γの低下効果が小さく、素子中央の光子密度の低下が少ない。すなわち、しきい値キャリア密度がそれほど増加しない。そのため、パルス電流の注入中に活性層130に蓄積されるキャリア密度は、やがてしきい値キャリア密度に達する。これにより、誘導放出が起こり、電流注入期間に短パルス光の発振が生じる。また、短パルス光の発振によって、活性層130に蓄積されたキャリアが消費されるとともに、短パルス光の出力に応じて共振器内の光子も消失するが、パルス電流の注入期間中であれば、キャリアプラズマ効果によって再びキャリアが蓄積し、パルス光の発振が繰り返される。これにより、電流注入期間に、複数の短パルス光が出力される。 On the other hand, when the pulse current value is small, the carrier density distributed in the center of the element is reduced, so the effect of lowering the lateral optical confinement factor Γ r is small, and the decrease in the photon density in the center of the element is small, compared to when the pulse current value is large. That is, the threshold carrier density does not increase so much. Therefore, the carrier density accumulated in the active layer 130 during the injection of the pulse current eventually reaches the threshold carrier density. This causes stimulated emission, and oscillation of a short pulse light occurs during the current injection period. Furthermore, the oscillation of the short pulse light consumes the carriers accumulated in the active layer 130, and photons in the resonator also disappear according to the output of the short pulse light, but during the injection period of the pulse current, carriers are accumulated again due to the carrier plasma effect, and the oscillation of the pulse light is repeated. As a result, multiple short pulse lights are output during the current injection period.

パルス光の発振特性の違いを、図26及び図27を参照しながら詳述する。まず、図26は、パルス電流値が大きい場合の、活性層130内のキャリア密度N(実線)、しきい値キャリア密度Nth(破線)、パルス電流の電流値I(一点鎖線)の時間変化を示す。これに対して、図27は、パルス電流値が小さい場合の、活性層130内のキャリア密度N(実線)、しきい値キャリア密度Nth(破線)、パルス電流の電流値I(一点鎖線)の時間変化を示す。 The difference in the oscillation characteristics of the pulsed light will be described in detail with reference to Fig. 26 and Fig. 27. First, Fig. 26 shows the time changes of the carrier density N (solid line), threshold carrier density Nth (dashed line), and current value I (dotted line) of the pulsed current in the active layer 130 when the pulsed current value is large. In contrast, Fig. 27 shows the time changes of the carrier density N (solid line), threshold carrier density Nth (dashed line), and current value I (dotted line) of the pulsed current in the active layer 130 when the pulsed current value is small.

図26及び図27に示すように、パルス電流値の大小に関わらず、第1実施形態に係る面発光レーザ100へのパルス電流の注入後、活性層130内のキャリア密度Nが増加する。ここで、パルス電流値が大きい場合、図26に示すように、活性層130へのキャリアのポンプレートが大きく、キャリア密度Nの増加率が、パルス電流値が小さい場合に比べて大きい。また、パルス電流値が大きい場合、素子中央に分布するキャリア密度Nが高いため、横方向の光閉じ込め係数Γが小さくなる。そのため、しきい値キャリア密度Nthの増加作用が高まる。 26 and 27, regardless of the magnitude of the pulse current value, after the pulse current is injected into the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment, the carrier density N in the active layer 130 increases. Here, when the pulse current value is large, as shown in FIG. 26, the pump rate of carriers to the active layer 130 is large, and the rate of increase in the carrier density N is larger than when the pulse current value is small. Furthermore, when the pulse current value is large, the carrier density N distributed in the center of the element is high, so the lateral optical confinement factor Γr becomes smaller. As a result, the effect of increasing the threshold carrier density Nth is enhanced.

これに対して、パルス電流値が小さい場合、図27に示されるように、素子中央に存在するキャリア密度Nが低く、横方向の光閉じ込め係数Γの低下が妨げられる。従って、素子中央の光子密度の低下を招かず、しきい値キャリア密度Nthの増加も少ない。その結果、電流注入期間に、活性層130に蓄積されたキャリア密度Nがしきい値キャリア密度Nthを超える状態を取り得る。これにより、短パルス光が電流注入期間に出力される。また、図27に示されるように、この現象が繰り返されて、複数の短パルス光が出力される。 In contrast, when the pulse current value is small, as shown in FIG. 27, the carrier density N present at the center of the element is low, and a decrease in the lateral optical confinement factor Γr is prevented. Therefore, the photon density at the center of the element does not decrease, and the increase in the threshold carrier density Nth is also small. As a result, during the current injection period, the carrier density N accumulated in the active layer 130 can exceed the threshold carrier density Nth . This causes a short pulse of light to be output during the current injection period. Moreover, as shown in FIG. 27, this phenomenon is repeated, and multiple short pulses of light are output.

このように、第1実施形態に係る面発光レーザ100は、注入されるパルス電流値が小さい場合、電流注入期間に複数のパルス光の列を発振させる一方、パルス電流値が大きい場合、電流減少期間において少なくとも1回パルス光を発振させることができる。ただし、電流減少期間において、複数のパルス光が発振されてもよい。 In this way, the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment can oscillate a train of multiple pulsed lights during the current injection period when the injected pulse current value is small, while oscillating at least one pulsed light during the current reduction period when the pulse current value is large. However, multiple pulsed lights may be oscillated during the current reduction period.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は面発光レーザに関する。図28は、第2実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment relates to a surface emitting laser. Fig. 28 is a cross-sectional view showing a surface emitting laser according to the second embodiment.

第2実施形態に係る面発光レーザ200は、例えばBuried tunnel junction(BTJ)による電流狭窄構造を備えたVCSELである。面発光レーザ200は、n型GaAs基板110と、n型DBR120と、活性層130と、p型DBR241と、BTJ領域250と、p型DBR242と、上部電極160と、下部電極170とを有する。 The surface-emitting laser 200 according to the second embodiment is a VCSEL equipped with a current confinement structure, for example, a Buried tunnel junction (BTJ). The surface-emitting laser 200 has an n-type GaAs substrate 110, an n-type DBR 120, an active layer 130, a p-type DBR 241, a BTJ region 250, a p-type DBR 242, an upper electrode 160, and a lower electrode 170.

p型DBR241は活性層130上にある。p型DBR241は、例えば複数のp型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。BTJ領域250はp型DBR241の一部の上にある。BTJ領域250は、p型層251と、n型層252とを含む。p型DBR242はp型DBR241の上にあり、BTJ領域250を覆う。p型DBR242は、例えば複数のp型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。p型DBR242、p型DBR241、活性層130及びn型DBR120はメサ280を含む。BTJ領域250は、面内でメサ280の中央にある。 The p-type DBR 241 is on the active layer 130. The p-type DBR 241 is, for example, a semiconductor multilayer reflector formed by stacking multiple p-type semiconductor films. The BTJ region 250 is on a part of the p-type DBR 241. The BTJ region 250 includes a p-type layer 251 and an n-type layer 252. The p-type DBR 242 is on the p-type DBR 241 and covers the BTJ region 250. The p-type DBR 242 is, for example, a semiconductor multilayer reflector formed by stacking multiple p-type semiconductor films. The p-type DBR 242, the p-type DBR 241, the active layer 130, and the n-type DBR 120 include a mesa 280. The BTJ region 250 is at the center of the mesa 280 in the plane.

p型層251がp型DBR241の上にあり、n型層252がp型層251の上にある。p型層251はp型DBR241を構成するp型半導体膜よりも高濃度でp型不純物を含有する。n型層252はp型DBR242を構成するn型半導体膜よりも高濃度でn型不純物を含有する。例えば、p型層251の厚さは5nm~20nmであり、n型層252の厚さは5nm~20nmである。平面視で、メサ280のBTJ領域250の輪郭の内側の部分は高屈折領域の一例であり、メサ280のBTJ領域250の輪郭の外側の部分は低屈折領域の一例である。 The p-type layer 251 is on the p-type DBR 241, and the n-type layer 252 is on the p-type layer 251. The p-type layer 251 contains a higher concentration of p-type impurities than the p-type semiconductor film constituting the p-type DBR 241. The n-type layer 252 contains a higher concentration of n-type impurities than the n-type semiconductor film constituting the p-type DBR 242. For example, the thickness of the p-type layer 251 is 5 nm to 20 nm, and the thickness of the n-type layer 252 is 5 nm to 20 nm. In a plan view, the part inside the outline of the BTJ region 250 of the mesa 280 is an example of a high refractive index region, and the part outside the outline of the BTJ region 250 of the mesa 280 is an example of a low refractive index region.

上部電極160はp型DBR242の上面に接触する。下部電極170はn型GaAs基板110の下面に接触する。上部電極160と下部電極170との対は、電極対の一例である。 The upper electrode 160 contacts the upper surface of the p-type DBR 242. The lower electrode 170 contacts the lower surface of the n-type GaAs substrate 110. The pair of the upper electrode 160 and the lower electrode 170 is an example of an electrode pair.

第2実施形態では、p型DBR241とp型DBR242との間には、逆バイアスとなるため電流は流れない。p型層251とn型層252との間には埋め込みトンネル接合による電流が流れる。このため、上部電極160と下部電極170との間の電流経路は、BTJ領域250があるメサ280の中央に狭窄される。また、BTJ領域250が段差となってp型DBR242に覆われるため、メサ280内の面内での屈折率は、中央で高く、その周囲で低くなる。従って、面発光レーザ200には、横方向の光閉じ込め作用が生じる。 In the second embodiment, no current flows between the p-type DBR 241 and the p-type DBR 242 because of the reverse bias. A current flows between the p-type layer 251 and the n-type layer 252 due to a buried tunnel junction. Therefore, the current path between the upper electrode 160 and the lower electrode 170 is narrowed to the center of the mesa 280 where the BTJ region 250 is located. In addition, since the BTJ region 250 forms a step and is covered by the p-type DBR 242, the refractive index within the surface of the mesa 280 is high at the center and low around it. Therefore, the surface-emitting laser 200 has a lateral light confinement effect.

従って、第2実施形態によっても、第1実施形態と同様のパルス電流を注入することにより、パルス光を出力させることができる。 Therefore, in the second embodiment, it is possible to output pulsed light by injecting a pulse current similar to that in the first embodiment.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態はレーザ装置に関する。図29は、第3実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described. The third embodiment relates to a laser device. Fig. 29 is a diagram showing a laser device according to the third embodiment.

第3実施形態に係るレーザ装置300は、第1実施形態に係る面発光レーザ100と、面発光レーザ100の上部電極160及び下部電極170に接続された電源装置301とを有する。電源装置301は、面発光レーザ100に電流を注入する。 The laser device 300 according to the third embodiment has the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment and a power supply device 301 connected to the upper electrode 160 and the lower electrode 170 of the surface-emitting laser 100. The power supply device 301 injects a current into the surface-emitting laser 100.

電源装置301からの電流の注入のデューティ比は0.5%以下であることが好ましい。すなわち、電流注入期間と電流減少期間とが複数回繰り返され、電流減少期間に対する電流注入期間の比率は0.5%以下であることが好ましい。デューティ比は、単位時間のうちで電流パルスが注入されている時間の比率である。パルス電流幅をt[s]、パルス電流の繰り返し周波数をf[Hz]とすると、デューティ比はf×t(%)に対応する。図30は、パルス電流幅が2.5nsの場合のデューティ比とパルス光のピーク出力との関係を示す図である。 It is preferable that the duty ratio of the current injection from the power supply device 301 is 0.5% or less. In other words, the current injection period and the current reduction period are repeated multiple times, and the ratio of the current injection period to the current reduction period is 0.5% or less. The duty ratio is the ratio of the time during which a current pulse is injected in a unit time. If the pulse current width is t [s] and the repetition frequency of the pulse current is f [Hz], the duty ratio corresponds to f x t (%). Figure 30 shows the relationship between the duty ratio and the peak output of the pulse light when the pulse current width is 2.5 ns.

図30に示すように、デューティ比が0.5%超の場合に、光ピーク出力が低下する傾向がある。この理由としては、以下のモデルが考えられる。まず、デューティ比を大きくしていくと注入したパルス電流による電流狭窄領域(非酸化領域152)での発熱量が増大する。これにより、電流狭窄領域の周辺部に対して、電流が集中する中心部の温度が上昇し、温度差が生じる。その結果、熱レンズ効果により電流狭窄領域の中心部の屈折率が上昇し、横方向の光閉じ込め係数が大きくなる。熱レンズ効果により横方向の光閉じ込め係数が大きくなると、パルス電流の増減により発生するキャリアプラズマ効果に起因した屈折率変化の影響が小さくなる。このため、パルス電流の注入を停止した直後にパルス光が出力される現象が生じにくくなる。これに対し、デューティ比が0.5%以下であれば、熱レンズ効果による屈折率変化の影響が十分小さくなり、狭窄構造に由来の屈折率変化が支配的となるため、ピーク出力はほぼ一定で変わらないと考えられる。 As shown in FIG. 30, when the duty ratio exceeds 0.5%, the optical peak output tends to decrease. The following model is considered as the reason for this. First, as the duty ratio is increased, the amount of heat generated in the current confinement region (non-oxidized region 152) by the injected pulse current increases. This causes the temperature of the center where the current is concentrated to rise compared to the peripheral portion of the current confinement region, resulting in a temperature difference. As a result, the refractive index of the center of the current confinement region increases due to the thermal lens effect, and the optical confinement coefficient in the lateral direction increases. When the optical confinement coefficient in the lateral direction increases due to the thermal lens effect, the influence of the refractive index change caused by the carrier plasma effect caused by the increase and decrease of the pulse current becomes smaller. Therefore, the phenomenon of pulsed light being output immediately after the injection of the pulse current is stopped is less likely to occur. On the other hand, if the duty ratio is 0.5% or less, the influence of the refractive index change caused by the thermal lens effect becomes sufficiently small, and the refractive index change caused by the confinement structure becomes dominant, so it is considered that the peak output remains almost constant.

なお、第1実施形態に係る面発光レーザ100に代えて、第2実施形態に係る面発光レーザ200が用いられてもよい。 In addition, the surface-emitting laser 200 according to the second embodiment may be used instead of the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。第4実施形態は距離測定装置に関する。図31は、第4実施形態に係る距離測定装置を示す図である。距離測定装置は検出装置の一例である。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment relates to a distance measurement device. Fig. 31 is a diagram showing a distance measurement device according to the fourth embodiment. The distance measurement device is an example of a detection device.

第4実施形態に係る距離測定装置400は、TOF(Time of Flight)法の距離測定装置である。距離測定装置400は、発光素子410と、受光素子420と、駆動回路430とを有する。発光素子410は、発光ビーム(照射光411)を測距の測距対象物450へと向けて照射する。受光素子420は、測距対象物450からの反射光421を受光する。駆動回路430は、発光素子410を駆動するとともに、発光ビームの発光タイミングと、受光素子420による反射光421の受光タイミングとの時間差を検出することにより、測距対象物450までの往復の距離を測定する。 The distance measurement device 400 according to the fourth embodiment is a distance measurement device using the TOF (Time of Flight) method. The distance measurement device 400 has a light emitting element 410, a light receiving element 420, and a drive circuit 430. The light emitting element 410 irradiates an emission beam (irradiation light 411) toward an object 450 to be measured. The light receiving element 420 receives reflected light 421 from the object 450 to be measured. The drive circuit 430 drives the light emitting element 410 and measures the round trip distance to the object 450 to be measured by detecting the time difference between the emission timing of the emission beam and the reception timing of the reflected light 421 by the light receiving element 420.

発光素子410は、第1実施形態に係る面発光レーザ100又は第2実施形態に係る面発光レーザ200を含む。発光素子410は、アレイ状に配列された第1実施形態に係る面発光レーザ100又は第2実施形態に係る面発光レーザ200を複数含んでもよい。パルスの繰り返し周波数は、例えば数kHzから数10MHzの範囲である。 The light-emitting element 410 includes the surface-emitting laser 100 according to the first embodiment or the surface-emitting laser 200 according to the second embodiment. The light-emitting element 410 may include a plurality of the surface-emitting lasers 100 according to the first embodiment or the surface-emitting lasers 200 according to the second embodiment arranged in an array. The pulse repetition frequency is, for example, in the range from several kHz to several tens of MHz.

受光素子420は、例えば、フォトダイオード(PD)、アバランシェフォトダイオード(APD)又は単一光子アバランシェダイオード(SPAD)である。受光素子420は、アレイ状に配列された受光素子を複数含んでもよい。受光素子420は検出部の一例である。 The light receiving element 420 is, for example, a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), or a single-photon avalanche diode (SPAD). The light receiving element 420 may include a plurality of light receiving elements arranged in an array. The light receiving element 420 is an example of a detection unit.

TOF法での測距では、測距対象物からの信号とノイズを分離することが重要である。より遠くにある測距対象物を測定する場合、及びより反射率の低い測距対象物を測定する場合には、より高感度の受光素子を用いて対象物からの信号を得ることが好ましい。しかしながら、より高感度の受光素子を用いると、背景光ノイズ又はショットノイズを誤検出する可能性が高くなる。信号とノイズとを分離するために、受光信号のしきい値を上げることも考えられるが、その分だけ発光ビームのピーク出力を高くしなければ、測距対象物からの信号光を受光しにくくなる。ただし、発光ビームの出力はレーザの安全基準による制限を受ける。 In distance measurement using the TOF method, it is important to separate the signal from the object to be measured from the noise. When measuring an object that is farther away or has a lower reflectivity, it is preferable to obtain the signal from the object using a more sensitive light receiving element. However, using a more sensitive light receiving element increases the possibility of false detection of background light noise or shot noise. In order to separate the signal from the noise, it is possible to raise the threshold of the received light signal, but if the peak output of the emitted light beam is not increased accordingly, it will become difficult to receive the signal light from the object to be measured. However, the output of the emitted light beam is subject to restrictions imposed by laser safety standards.

第1実施形態に係る面発光レーザ100又は第2実施形態に係る面発光レーザ200によれば、パルス幅が100psを下回るパルス光を出力することができる。これは、従来の面発光レーザにより出力される光パルス幅の数nsに比べて約1/10である。第4実施形態によれば、パルス光のパルス幅が短いほど安全基準で許容されるピーク出力が高くなるため、アイセーフを満たしつつ、高精度化と長距離化と両立することができる。 The surface-emitting laser 100 according to the first embodiment or the surface-emitting laser 200 according to the second embodiment can output pulsed light with a pulse width of less than 100 ps. This is approximately 1/10 of the optical pulse width of several ns output by a conventional surface-emitting laser. According to the fourth embodiment, the shorter the pulse width of the pulsed light, the higher the peak output permitted by safety standards, so it is possible to achieve both high accuracy and long distance while satisfying eye safety.

(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態は移動体に関する。図32は、第5実施形態に係る移動体の一例としての自動車を示す図である。第5実施形態に係る移動体の一例としての自動車500の前面上方(例えばフロントグラスの上部)には、第4実施形態で説明した距離測定装置400が設けられている。距離測定装置400は、自動車500の周囲の物体502までの距離を計測する。距離測定装置400の計測結果は、自動車500の有する制御部に入力され、制御部はこの計測結果に基づいて、移動体の動作の制御を行う。若しくは、制御部は、距離測定装置400の計測結果に基づいて、自動車500の運転者501へ向けて自動車500内に設けられた表示部に警告表示を行ってもよい。
Fifth Embodiment
Next, the fifth embodiment will be described. The fifth embodiment relates to a moving body. FIG. 32 is a diagram showing an automobile as an example of a moving body according to the fifth embodiment. The distance measuring device 400 described in the fourth embodiment is provided on the upper front surface (for example, the upper part of the windshield) of an automobile 500 as an example of a moving body according to the fifth embodiment. The distance measuring device 400 measures the distance to an object 502 around the automobile 500. The measurement result of the distance measuring device 400 is input to a control unit of the automobile 500, and the control unit controls the operation of the moving body based on the measurement result. Alternatively, the control unit may display a warning on a display unit provided in the automobile 500 to a driver 501 of the automobile 500 based on the measurement result of the distance measuring device 400.

このように、第5実施形態では、距離測定装置400を自動車500に設けることで、高精度に自動車500の周辺の物体502の位置を認識することができる。なお、距離測定装置400の搭載位置は、自動車500の上部前方に限定されず、側面や後方に搭載されてもよい。また、この例では、距離測定装置400を自動車500に設けたが、距離測定装置400を航空機又は船舶に設けてもよい。また、ドローン及びロボット等の、運転者が存在しない、自律移動を行う移動体に設けてもよい。 In this way, in the fifth embodiment, by providing the distance measurement device 400 to the automobile 500, the position of the object 502 around the automobile 500 can be recognized with high accuracy. The mounting position of the distance measurement device 400 is not limited to the upper front of the automobile 500, and it may be mounted on the side or rear. Also, in this example, the distance measurement device 400 is provided on the automobile 500, but the distance measurement device 400 may also be provided on an aircraft or ship. Also, it may be provided on a moving body that moves autonomously without a driver, such as a drone or a robot.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments have been described above in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the claims.

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> 活性層と、
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入することが可能な電極対と、
を有し、
前記電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間として、
前記電流注入期間に注入される電流値が第1の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振し、
前記電流注入期間に注入される前記電流値が、前記第1の電流値を上回る第2の電流値である場合、前記電流減少期間に少なくとも1回レーザ発振する、
面発光レーザ。
<2> 前記電流注入期間に注入される前記電流値が前記第1の電流値である場合、前記電流注入期間に複数回レーザ発振する、前記<1>に記載の面発光レーザ。
<3> 前記電流注入期間に注入される前記電流値が前記第2の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振して第1の光を出力するとともに、前記電流減少期間に1回レーザ発振して前記第1の光よりも強度の大きい第2の光を出力する、前記<1>に記載の面発光レーザ。
<4> 出力ピーク値の1/eとなる時間幅を光パルス幅として、前記電流注入期間における少なくとも1回の前記レーザ発振によって、110ps以下の光パルス幅を有する単一のパルス光を出射する、前記<1>から前記<3>のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
<5> 光の射出方向に垂直な面内に、相対的に屈折率の高い高屈折領域と、該高屈折領域よりも屈折率が低く、該高屈折領域を取り囲む低屈折領域と、を有し、
前記低屈折領域は、酸化狭窄により形成されており、
前記高屈折領域の厚さは、35nm以下であり、
前記低屈折領域と前記高屈折領域との境界の先端部から3μmの位置における前記低屈折領域の厚さは、前記高屈折領域の厚さの2倍以下である、前記<1>から前記<4>のいずれか1つに記載の面発光レーザ。
<6> 前記低屈折領域と前記高屈折領域の境界の先端部で囲まれる領域の、光の射出方向に垂直な面内における面積が120μm以下である、前記<5>に記載の面発光レーザ。
<7> 前記<1>から前記<6>のいずれか1つに記載の面発光レーザと、
前記電極対に接続され、前記面発光レーザに電流を注入する電源装置と、
を備えるレーザ装置。
<8> 前記<7>に記載のレーザ装置と、
前記面発光レーザから発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部からの信号に基づき前記対象物との距離を算出する、
検出装置。
<9> 前記<8>に記載の検出装置を備える移動体。
<10> 活性層と、
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入することが可能な電極対と、
を有する面発光レーザの駆動方法であって、
前記電極対からの前記電流を注入することで、前記面発光レーザをレーザ発振させるレーザ発振工程を有し、
前記電源装置により前記電流が注入される期間を電流注入期間、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間として、
前記レーザ発振工程は、
前記電流注入期間に注入される電流値が第1の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振させる工程と、
前記電流注入期間に注入される前記電流値が、前記第1の電流値を上回る第2の電流値である場合、前記電流減少期間に少なくとも1回レーザ発振させる工程と、
を含む面発光レーザの駆動方法。
For example, aspects of the present invention are as follows.
<1> An active layer,
a plurality of reflecting mirrors facing each other with the active layer interposed therebetween;
A pair of electrodes connected to a power supply and capable of injecting a current into the active layer;
having
a period during which a current is injected by the power supply device is defined as a current injection period, and a period following the current injection period during which the value of the current injected into the active layer is lower than the current value during the current injection period is defined as a current reduction period,
when a current value injected during the current injection period is a first current value, laser oscillation occurs at least once during the current injection period;
When the current value injected during the current injection period is a second current value that is greater than the first current value, laser oscillation occurs at least once during the current reduction period.
Surface emitting laser.
<2> The surface-emitting laser according to <1>, wherein, when the current value injected during the current injection period is the first current value, laser oscillation is performed a plurality of times during the current injection period.
<3> The surface-emitting laser according to <1>, wherein, when the current value injected during the current injection period is the second current value, a first light is outputted by performing laser oscillation at least once during the current injection period, and a second light having an intensity greater than that of the first light is outputted by performing laser oscillation once during the current reduction period.
<4> The surface-emitting laser according to any one of <1> to <3>, wherein a time width that is 1/ e2 of an output peak value is set as an optical pulse width, and a single pulse light having an optical pulse width of 110 ps or less is emitted by at least one laser oscillation during the current injection period.
<5> A high refractive index region having a relatively high refractive index and a low refractive index region having a refractive index lower than that of the high refractive index region and surrounding the high refractive index region are provided in a plane perpendicular to the light emission direction,
The low refractive index region is formed by oxidation constriction,
The thickness of the high refractive index region is 35 nm or less;
The surface-emitting laser according to any one of <1> to <4>, wherein a thickness of the low refractive index region at a position 3 μm from an end of a boundary between the low refractive index region and the high refractive index region is equal to or less than twice a thickness of the high refractive index region.
<6> The surface-emitting laser according to <5>, wherein an area of a region surrounded by an end of a boundary between the low refractive index region and the high refractive index region in a plane perpendicular to a light emission direction is 120 μm 2 or less.
<7> The surface emitting laser according to any one of <1> to <6>,
a power supply device connected to the electrode pair and configured to inject a current into the surface-emitting laser;
A laser device comprising:
<8> The laser device according to <7>,
a detection unit that detects light emitted from the surface emitting laser and reflected by an object;
Equipped with
Calculating the distance to the object based on the signal from the detection unit.
Detection device.
<9> A moving body including the detection device according to <8>.
<10> An active layer,
a plurality of reflecting mirrors facing each other with the active layer interposed therebetween;
A pair of electrodes connected to a power supply and capable of injecting a current into the active layer;
A method for driving a surface emitting laser having
a laser oscillation step of injecting the current from the electrode pair to cause the surface emitting laser to oscillate;
a period during which the current is injected by the power supply device is defined as a current injection period, and a period after the current injection period during which the value of the current injected into the active layer is lower than the current value during the current injection period is defined as a current reduction period,
The laser oscillation step includes:
when a current value injected during the current injection period is a first current value, oscillating the laser at least once during the current injection period;
performing laser oscillation at least once during the current reduction period when the current value injected during the current injection period is a second current value that is greater than the first current value;
A method for driving a surface emitting laser comprising the steps of:

100、200 面発光レーザ
120 n型DBR
130 活性層
140、241、242 p型DBR
150 酸化狭窄層
151 酸化領域
152 非酸化領域
160 上部電極
170 下部電極
180、280 メサ
250 BTJ領域
251 p型層
252 n型層
300 レーザ装置
400 距離測定装置
500 自動車(移動体)
100, 200 Surface emitting laser 120 n-type DBR
130 Active layer 140, 241, 242 p-type DBR
150 Oxidized constriction layer 151 Oxidized region 152 Non-oxidized region 160 Upper electrode 170 Lower electrode 180, 280 Mesa 250 BTJ region 251 p-type layer 252 n-type layer 300 Laser device 400 Distance measuring device 500 Automobile (mobile body)

米国特許第8,934,514号明細書U.S. Pat. No. 8,934,514

Claims (10)

活性層と、
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入することが可能な電極対と、
を有し、
前記電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間として、
前記電流注入期間に注入される電流値が第1の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振し、
前記電流注入期間に注入される前記電流値が、前記第1の電流値を上回る第2の電流値である場合、前記電流減少期間に少なくとも1回レーザ発振する、
面発光レーザ。
An active layer;
a plurality of reflecting mirrors facing each other with the active layer interposed therebetween;
A pair of electrodes connected to a power supply and capable of injecting a current into the active layer;
having
a period during which a current is injected by the power supply device is defined as a current injection period, and a period following the current injection period during which the value of the current injected into the active layer is lower than the current value during the current injection period is defined as a current reduction period,
when a current value injected during the current injection period is a first current value, laser oscillation occurs at least once during the current injection period;
When the current value injected during the current injection period is a second current value that is greater than the first current value, laser oscillation occurs at least once during the current reduction period.
Surface emitting laser.
前記電流注入期間に注入される前記電流値が前記第1の電流値である場合、前記電流注入期間に複数回レーザ発振する、請求項1に記載の面発光レーザ。 The surface emitting laser according to claim 1, wherein when the current value injected during the current injection period is the first current value, the laser oscillates multiple times during the current injection period. 前記電流注入期間に注入される前記電流値が前記第2の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振して第1の光を出力するとともに、前記電流減少期間に1回レーザ発振して前記第1の光よりも強度の大きい第2の光を出力する、請求項1に記載の面発光レーザ。 The surface-emitting laser according to claim 1, wherein, when the current value injected during the current injection period is the second current value, the laser oscillates at least once during the current injection period to output a first light, and the laser oscillates once during the current reduction period to output a second light having a higher intensity than the first light. 出力ピーク値の1/eとなる時間幅を光パルス幅として、前記電流注入期間における少なくとも1回の前記レーザ発振によって、110ps以下の光パルス幅を有する単一のパルス光を出射する、請求項1又は2に記載の面発光レーザ。 3. The surface-emitting laser according to claim 1, wherein a time width at which an output peak value is 1/ e2 is set as an optical pulse width, and a single pulse light having an optical pulse width of 110 ps or less is emitted by at least one laser oscillation during the current injection period. 光の射出方向に垂直な面内に、相対的に屈折率の高い高屈折領域と、該高屈折領域よりも屈折率が低く、該高屈折領域を取り囲む低屈折領域と、を有し、
前記低屈折領域は、酸化狭窄により形成されており、
前記高屈折領域の厚さは、35nm以下であり、
前記低屈折領域と前記高屈折領域との境界の先端部から3μmの位置における前記低屈折領域の厚さは、前記高屈折領域の厚さの2倍以下である、請求項1又は2に記載の面発光レーザ。
a high refractive index region having a relatively high refractive index and a low refractive index region having a lower refractive index than the high refractive index region and surrounding the high refractive index region, in a plane perpendicular to the light emission direction;
The low refractive index region is formed by oxidation constriction,
The thickness of the high refractive index region is 35 nm or less;
3. The surface emitting laser according to claim 1, wherein a thickness of the low refractive index region at a position 3 μm from an end of a boundary between the low refractive index region and the high refractive index region is not more than twice a thickness of the high refractive index region.
前記低屈折領域と前記高屈折領域の境界の先端部で囲まれる領域の、光の射出方向に垂直な面内における面積が120μm以下である、請求項5に記載の面発光レーザ。 6. The surface emitting laser according to claim 5, wherein an area of a region surrounded by an end of a boundary between the low refractive index region and the high refractive index region in a plane perpendicular to a light emission direction is 120 μm 2 or less. 請求項1又は2に記載の面発光レーザと、
前記電極対に接続され、前記面発光レーザに電流を注入する電源装置と、
を備えるレーザ装置。
A surface emitting laser according to claim 1 or 2;
a power supply device connected to the electrode pair and configured to inject a current into the surface emitting laser;
A laser device comprising:
請求項7に記載のレーザ装置と、
前記面発光レーザから発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部からの信号に基づき前記対象物との距離を算出する、
検出装置。
A laser device according to claim 7;
a detection unit that detects light emitted from the surface emitting laser and reflected by an object;
Equipped with
Calculating the distance to the object based on the signal from the detection unit.
Detection device.
請求項8に記載の検出装置を備える移動体。 A moving object equipped with the detection device according to claim 8. 活性層と、
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入することが可能な電極対と、
を有する面発光レーザの駆動方法であって、
前記電極対からの前記電流を注入することで、前記面発光レーザをレーザ発振させるレーザ発振工程を有し、
前記電源装置により前記電流が注入される期間を電流注入期間、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間として、
前記レーザ発振工程は、
前記電流注入期間に注入される電流値が第1の電流値である場合、前記電流注入期間に少なくとも1回レーザ発振させる工程と、
前記電流注入期間に注入される前記電流値が、前記第1の電流値を上回る第2の電流値である場合、前記電流減少期間に少なくとも1回レーザ発振させる工程と、
を含む面発光レーザの駆動方法。
An active layer;
a plurality of reflecting mirrors facing each other with the active layer interposed therebetween;
A pair of electrodes connected to a power supply and capable of injecting a current into the active layer;
A method for driving a surface emitting laser having
a laser oscillation step of injecting the current from the electrode pair to cause the surface emitting laser to oscillate;
a period during which the current is injected by the power supply device is defined as a current injection period, and a period after the current injection period during which the value of the current injected into the active layer is lower than the current value during the current injection period is defined as a current reduction period,
The laser oscillation step includes:
when a current value injected during the current injection period is a first current value, oscillating the laser at least once during the current injection period;
performing laser oscillation at least once during the current reduction period when the current value injected during the current injection period is a second current value that is greater than the first current value;
A method for driving a surface emitting laser comprising the steps of:
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