JPS6242586A - 半導体発光素子及びその駆動方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその駆動方法Info
- Publication number
- JPS6242586A JPS6242586A JP18104785A JP18104785A JPS6242586A JP S6242586 A JPS6242586 A JP S6242586A JP 18104785 A JP18104785 A JP 18104785A JP 18104785 A JP18104785 A JP 18104785A JP S6242586 A JPS6242586 A JP S6242586A
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- Japan
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- length
- resonator
- semiconductor laser
- current
- modes
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はコヒーレンジの低い半導体レーザに関するもの
である。
である。
（従来の技術）
従来、コヒーレンジの低い半導体発光素子にはＬＥＤが
知られているが面発振のため単一モード光ファイバへの
入射光強度が極めて小さく、使用上の制限がある。一方
Ｇ ａ Ａ ｓ−半導体レーザの構造で、発振面側のみ
にダブルヘテロ構造の活性層を形成すれば、高輝度の広
スペクトラム発光素子が実現される。高輝度のＬＥＤの
ためスーパルミネセントダイオード（ＳＬＤ）と称し、
単一モード光ファイバ内への光入力強度を大きくするこ
とが出来る。
知られているが面発振のため単一モード光ファイバへの
入射光強度が極めて小さく、使用上の制限がある。一方
Ｇ ａ Ａ ｓ−半導体レーザの構造で、発振面側のみ
にダブルヘテロ構造の活性層を形成すれば、高輝度の広
スペクトラム発光素子が実現される。高輝度のＬＥＤの
ためスーパルミネセントダイオード（ＳＬＤ）と称し、
単一モード光ファイバ内への光入力強度を大きくするこ
とが出来る。
ＳＬＤの用途としてはファイバジャイロがあり。
ファイバジャイロの雑音Δφは光源のスペクトル幅Δｆ
に対してΔφｃＣ１／／ｒＴなる関係で変化する。すな
わちコヒーレンジの小さい光源はど雑音は小さくなり感
度が向上することを意味する。
に対してΔφｃＣ１／／ｒＴなる関係で変化する。すな
わちコヒーレンジの小さい光源はど雑音は小さくなり感
度が向上することを意味する。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、従来、ＩｎＧａＡｓＰ系の光源ではＳＬＤを実
現することは困難であった。一方、ＩｎＧａＡｓＰ系の
波長１．３μｍ〜１．６μｍでは伝播特性の優れたファ
イバが得られておりこの波長域でのＳＬＤの実現が求め
られていた。
現することは困難であった。一方、ＩｎＧａＡｓＰ系の
波長１．３μｍ〜１．６μｍでは伝播特性の優れたファ
イバが得られておりこの波長域でのＳＬＤの実現が求め
られていた。
本発明はＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザの構造と注入
電流法に工夫を加えて、ＳＬＤと同等の高輝度なインコ
ヒーレント光源を実現することを目的とする。
電流法に工夫を加えて、ＳＬＤと同等の高輝度なインコ
ヒーレント光源を実現することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明の特徴は、従来の半導体レーザより共振器長を大
きくし、出射端側の一部に電極を形成した半導体発光素
子にある。この発光素子は、活性層の温度が十分変化す
るようなパルス電流を印加し、注入電流により発生する
温度変化により縦モードのチャーピングを利用するごと
く駆動される。
きくし、出射端側の一部に電極を形成した半導体発光素
子にある。この発光素子は、活性層の温度が十分変化す
るようなパルス電流を印加し、注入電流により発生する
温度変化により縦モードのチャーピングを利用するごと
く駆動される。
（作用）
本発明によると共振器長が長いので基本縦モードの光強
度が小となって縦モード数が増加する。
度が小となって縦モード数が増加する。
又非発光域が大きいので閾値電流が大となる。又モード
間隔Δλが小となるのでモードのチャーピングが生じ低
周波域でスペクトラムが連続となる。
間隔Δλが小となるのでモードのチャーピングが生じ低
周波域でスペクトラムが連続となる。
従って高輝度でインコヒーレントな発光が得られる。
（実施例）
第１図は本発明の構造例である。１はｐ−ＩｎＰ基板、
２，４はＰ−ＩｎＰエピタキシャル膜、３゜６はｎ−Ｉ
ｎＰエピタキシャル膜、５はＩｎ、Ｇａ（１−ｘ） Ａ
ｓｙ Ｐ （１−ｙ）の活性層、７はＩ ｎ、’ Ｇａ
（１−ｘ’）Ａｓ、Ｉ Ｐ （１−ｙ’ ）キャップ層
、８は負電極層、９は正電極層である。
２，４はＰ−ＩｎＰエピタキシャル膜、３゜６はｎ−Ｉ
ｎＰエピタキシャル膜、５はＩｎ、Ｇａ（１−ｘ） Ａ
ｓｙ Ｐ （１−ｙ）の活性層、７はＩ ｎ、’ Ｇａ
（１−ｘ’）Ａｓ、Ｉ Ｐ （１−ｙ’ ）キャップ層
、８は負電極層、９は正電極層である。
半導体レーザの基本縦モードの光強度Ｓ０．利得ｇ０お
よびモード間隔は次式で表わされる。
よびモード間隔は次式で表わされる。
Δλ＝λ２／２ｎ１２ ・・・・・・
・（３）ここでＵは半導体レーザの全光強度、ωは活性
層の幅、ｎは共振長、■いは閾値電流、■は注入電流、
α、α′は発光域と非発光域の吸収係数、Ｒはへき開面
の反射係数、Ｑ′は電極長、λ。は中心波長、ｎは屈折
率、Ｗは指数である。
・（３）ここでＵは半導体レーザの全光強度、ωは活性
層の幅、ｎは共振長、■いは閾値電流、■は注入電流、
α、α′は発光域と非発光域の吸収係数、Ｒはへき開面
の反射係数、Ｑ′は電極長、λ。は中心波長、ｎは屈折
率、Ｗは指数である。
これらの式から解るように（１）式より共振器長Ωが長
いと８０が小さくなり、縦モード数が増加する。一方（
２）式より非発光域が大きくなると閾値電流１１ｈが高
くなる。しかしく３）式よりモード間隔Δλがせまくな
るので、モードのチャーピングが生ずれば低周波領域で
はスペクトラムの連続が期待でき１本発明のねらいもこ
れにある。
いと８０が小さくなり、縦モード数が増加する。一方（
２）式より非発光域が大きくなると閾値電流１１ｈが高
くなる。しかしく３）式よりモード間隔Δλがせまくな
るので、モードのチャーピングが生ずれば低周波領域で
はスペクトラムの連続が期待でき１本発明のねらいもこ
れにある。
第２図は本発明の半導体レーザの注入電流と出力光強度
の関係である。発振波長１．３μｍのＩｎＧ ａ Ａ
ｓ Ｐ半導体レーザの共振器は６００μｍで出射端側に
３００μｍの電極が形成されている。ＣＷ電流注入とパ
ルス電流注入には大きな差があり、ＣＷ電流注入の場合
多数の縦モードを持つＬＥＤの動作を示した。しかし、
２００ｍＡ以上では注入電流による温度上昇が大きいの
で、発光効率が悪くなり出力光強度が低下して来る。一
方くり返し周波数ｆ 、 ＝ １００ ｋ Ｈｚ、パル
ス幅Δｔとパルス間隔ｔ０の比Δｔ ／ ｔ、（０，１
とすれば、閾値電流２５０ｍＡを持つレーザ発振が得ら
れる。ただしパルス電流注入の場合には、第２図°の電
流値はパルスのピーク電流値であり、出力光はｆ、＝１
００ｋＨｚ、Δし／ ｔ ＝０．１における平均光強度
である。パルスピーク電流値ＩＰ＝６００ｍＡでは４ｍ
Ｗの出力光が得られる。
の関係である。発振波長１．３μｍのＩｎＧ ａ Ａ
ｓ Ｐ半導体レーザの共振器は６００μｍで出射端側に
３００μｍの電極が形成されている。ＣＷ電流注入とパ
ルス電流注入には大きな差があり、ＣＷ電流注入の場合
多数の縦モードを持つＬＥＤの動作を示した。しかし、
２００ｍＡ以上では注入電流による温度上昇が大きいの
で、発光効率が悪くなり出力光強度が低下して来る。一
方くり返し周波数ｆ 、 ＝ １００ ｋ Ｈｚ、パル
ス幅Δｔとパルス間隔ｔ０の比Δｔ ／ ｔ、（０，１
とすれば、閾値電流２５０ｍＡを持つレーザ発振が得ら
れる。ただしパルス電流注入の場合には、第２図°の電
流値はパルスのピーク電流値であり、出力光はｆ、＝１
００ｋＨｚ、Δし／ ｔ ＝０．１における平均光強度
である。パルスピーク電流値ＩＰ＝６００ｍＡでは４ｍ
Ｗの出力光が得られる。
第３図はパルス電流注入で工、を変化させた時のそれぞ
れの光スペクトラムを示す。（ａ）のＩ、＝３３６ｍＡ
では多くの縦モードがまだ分離して見られる。しかし電
流を増すと、（Ｃ）に示すようにスペクトル半値全幅５
０人のほぼ連続したスペクトルが観測される。これらの
減少は次のように説明できる。すなわち第４図に示され
るように活性層に電流が注入されると、温度Ｔが上昇し
、共振器長が大きくなり各縦モードは長波長側にシフト
する。
れの光スペクトラムを示す。（ａ）のＩ、＝３３６ｍＡ
では多くの縦モードがまだ分離して見られる。しかし電
流を増すと、（Ｃ）に示すようにスペクトル半値全幅５
０人のほぼ連続したスペクトルが観測される。これらの
減少は次のように説明できる。すなわち第４図に示され
るように活性層に電流が注入されると、温度Ｔが上昇し
、共振器長が大きくなり各縦モードは長波長側にシフト
する。
第４図（ａ）は（ｂ）のようなパルスが注入された時の
活性層における温度変化の様子を示す。しかし注入電流
が零になると、温度は拡散によって低下し、各モードは
元の位置にもどる。このように縦モードがシフトする際
、各モードの位相も変化するので、各モード間の位相関
係はなくなり、互いに独立のモードとして扱える。すな
わちコヒーレンジが低い出力光となる。パルス電流の繰
り返し周波数よりも低い周波数で光検出すると、第３図
（ｃ）のような連続のスペクトラムが得られる。
活性層における温度変化の様子を示す。しかし注入電流
が零になると、温度は拡散によって低下し、各モードは
元の位置にもどる。このように縦モードがシフトする際
、各モードの位相も変化するので、各モード間の位相関
係はなくなり、互いに独立のモードとして扱える。すな
わちコヒーレンジが低い出力光となる。パルス電流の繰
り返し周波数よりも低い周波数で光検出すると、第３図
（ｃ）のような連続のスペクトラムが得られる。
今Δ１／１ｏが１に近づくと第４図に示すように活性層
の温度変化は小さくなり、各モードのシフト量は小さく
なり各モードは分離して測定される。一方Δ１／１．が
０に近づくと温度変化は大きいが注入パルス電流の平均
量は減少し、平均出力光強度も減少する。すなわち、Δ
１／１．には適正な範囲がある。温度の拡散時間ｔＴに
比ベパルスのくり返し時間ｔ。（例えば１００に七、１
０μｓｅｃ ）が長く、かつΔｔ ／ ｔ 、 、Ｅｏ
、０５〜０．１となれば、モードのシフトは十分大きく
なり、しかも共振長が長いと（閾値電流１１ｈが最低と
なる最適長３００μｍの２〜３倍）隣りのモード位置ま
でのシフトが容易に得られる。本発明の動作は以上説明
した減少に基づくものであり、実施例の光源ではマイケ
ルソン干渉計による測定結果コヒーレント長は１００μ
ｍであり１、インコヒーレント光源として十分である。
の温度変化は小さくなり、各モードのシフト量は小さく
なり各モードは分離して測定される。一方Δ１／１．が
０に近づくと温度変化は大きいが注入パルス電流の平均
量は減少し、平均出力光強度も減少する。すなわち、Δ
１／１．には適正な範囲がある。温度の拡散時間ｔＴに
比ベパルスのくり返し時間ｔ。（例えば１００に七、１
０μｓｅｃ ）が長く、かつΔｔ ／ ｔ 、 、Ｅｏ
、０５〜０．１となれば、モードのシフトは十分大きく
なり、しかも共振長が長いと（閾値電流１１ｈが最低と
なる最適長３００μｍの２〜３倍）隣りのモード位置ま
でのシフトが容易に得られる。本発明の動作は以上説明
した減少に基づくものであり、実施例の光源ではマイケ
ルソン干渉計による測定結果コヒーレント長は１００μ
ｍであり１、インコヒーレント光源として十分である。
作成される素子によって最適なΔ１／１０の値は異なる
が、Δｔ ／ ｔ 、 ＜０．１とすればよい。
が、Δｔ ／ ｔ 、 ＜０．１とすればよい。
（発明の効果）
以上説明したように、半導体レーザの共振器長を長くし
、かつ吸収部を設けることによって縦モード数を増し、
かつパルス電流駆動によって活性層内の温度変化によっ
て縦モードが大きく変化するため、それぞれのモードの
位相変化も大きくなり、コヒーレントの低く、しかも半
導体レーザと同程度の高輝度光源として実現される。し
かもパルス電流のピーク値が高いので、平均光強度も大
きいばかりでなく、パルス光として用いれば、ＣＷ雷電
流用いるよりはるかにインコヒーレントな高輝度光が得
られる。
、かつ吸収部を設けることによって縦モード数を増し、
かつパルス電流駆動によって活性層内の温度変化によっ
て縦モードが大きく変化するため、それぞれのモードの
位相変化も大きくなり、コヒーレントの低く、しかも半
導体レーザと同程度の高輝度光源として実現される。し
かもパルス電流のピーク値が高いので、平均光強度も大
きいばかりでなく、パルス光として用いれば、ＣＷ雷電
流用いるよりはるかにインコヒーレントな高輝度光が得
られる。
第１図は本発明による発光素子の構造例、第２図は本発
明による電流値と出力光の関係を示す図、第３図はパル
スピーク電流と発光スペクトルの関係を示す図、第４図
はパルス電流によって活性層の温度が上昇する様子を示
す図である。 ｉ；Ｐ−ＩｎＰ基板、 ２＋４：ＰＩｎＰエピタキシャル膜、 ３．６ ； ｎ−ＩｎＰエピタキシャル膜、５ ； Ｉ
ｎｘＧａ（１−ｘ）ＡｓｙＰ （１−ｙ）活性層。 ７ ； Ｉ ｎｘ’ Ｇａ（１−ｘ’）Ａｓｙ’ Ｐ
（１−ｙ’）キャップ層、８．９；電極。
明による電流値と出力光の関係を示す図、第３図はパル
スピーク電流と発光スペクトルの関係を示す図、第４図
はパルス電流によって活性層の温度が上昇する様子を示
す図である。 ｉ；Ｐ−ＩｎＰ基板、 ２＋４：ＰＩｎＰエピタキシャル膜、 ３．６ ； ｎ−ＩｎＰエピタキシャル膜、５ ； Ｉ
ｎｘＧａ（１−ｘ）ＡｓｙＰ （１−ｙ）活性層。 ７ ； Ｉ ｎｘ’ Ｇａ（１−ｘ’）Ａｓｙ’ Ｐ
（１−ｙ’）キャップ層、８．９；電極。
Claims (4)
- （１）半導体発光素子において、 閾値電流を最低とする最適共振器長より長い長共振器が
具備され、 半導体レーザの発振面側に部分的に注入電極が形成され
ることを特徴とする半導体発光素子。 - （２）前記半導体レーザがＩｎＧａＡｓＰ系ダブルヘテ
ロ構造を有する半導体レーザであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の半導体発光素子。 - （３）共振器長が半導体レーザとしての最適共振器長の
２〜３倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
、第２項記載の半導体発光素子。 - （４）最適共振器長より長い長共振器長を有する半導体
レーザからなる半導体発光素子の発振面側に部分的に設
けられた電流注入用電極を介して、該半導体レーザに、
該半導体レーザの活性層の温度拡散時間より長いくり返
し時間ｔ＿０で、該くり返し時間ｔ＿０に対するパルス
幅Δｔの比がΔｔ／ｔ＿０＜０．１となるように電流注
入して発光させることを特徴とする半導体発光素子の駆
動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18104785A JPS6242586A (ja) | 1985-08-20 | 1985-08-20 | 半導体発光素子及びその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18104785A JPS6242586A (ja) | 1985-08-20 | 1985-08-20 | 半導体発光素子及びその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6242586A true JPS6242586A (ja) | 1987-02-24 |
Family
ID=16093840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18104785A Pending JPS6242586A (ja) | 1985-08-20 | 1985-08-20 | 半導体発光素子及びその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6242586A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015129490A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 国立大学法人京都大学 | レーザ装置 |
-
1985
- 1985-08-20 JP JP18104785A patent/JPS6242586A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015129490A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 国立大学法人京都大学 | レーザ装置 |
| US10186837B2 (en) | 2014-02-28 | 2019-01-22 | Kyoto University | Laser device |
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