(57)【要約】【課題】スペックルノイズを低減することの可能な半導体レーザ装置および半導体レーザ素子の駆動方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１と駆動回路２とを備える。半導体レーザ素子１は、単一帯状の発光領域１２Ａをなすレーザ構造と、発光領域１２Ａに対応した領域に設けられた帯状の２つの電極（ｐ側電極１５Ａおよびｐ側電極１５Ｂ）とを有しており、駆動回路２は、半導体レーザ素子１の各電極にパルス電流を独立に供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一帯状の発光領域をなすレーザ構造と、前記発光領域に対応した領域に設けられた帯状の複数の電極とを有する半導体レーザ素子と、
前記各電極にパルス電流を独立に供給する駆動回路と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記各電極に互いに位相の異なるパルス電流を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記電極は、前記発光領域に対応した領域に２つ設けられており、
前記駆動回路は、その２つの電極に交互にパルス電流を供給する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記全ての電極に流れる電流の総和が経時的に一定となるようにパルス電流を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記発光領域の幅は、１０μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
単一帯状の発光領域をなすレーザ構造と、前記発光領域に対応した領域に設けられた帯状の複数の電極とを有する半導体レーザ素子の各電極に、パルス電流を独立に供給する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイなどの光源に好適に用いられる半導体レーザ装置および半導体レーザ素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、出射光の単色性が良好である他に、他の光源と比べて小型で高効率であることから、それを投影型ディスプレイなどの光源として用いることが期待されている。しかし、レーザ光を被照射面に照射するとスペックルノイズと呼ばれる斑点模様が現れ、画像がちらついて見える。これは、レーザ光が、波長が単一で位相の揃った光であり、コヒーレンスが非常に高いために生じる独特の現象である。
【０００３】
このスペックルノイズは、時間コヒーレンスを低減することにより低下させることが可能であり、従来から様々な技術、例えば、位相板を透過させる方法が特許文献１に提案されている。この位相板は、厚さがレーザ光の透過する領域内で不均一な透明部材からなり、レーザ光を空間的に位相の異なる光に変換するようになっている。特許文献１では、さらに、この位相板を透過した光をフライアイレンズおよび集光レンズに透過して、位相の異なる多数の微小ビームから成るビーム束に変換することにより、時間コヒーレンスの低減を実現している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０６００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このように位相板を用いて時間コヒーレンスを低減したとしても、光源である各半導体レーザ素子から常に光が放出され続けているので、時間コヒーレンスを十分に低減させることができず、その結果、スペックルノイズが現れてしまう。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スペックルノイズを低減することの可能な半導体レーザ装置および半導体レーザ素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と駆動回路とを備えたものである。半導体レーザ素子は、単一帯状の発光領域をなすレーザ構造と、発光領域に対応した領域に設けられた帯状の複数の電極とを有しており、駆動回路は、半導体レーザ素子の各電極にパルス電流を独立に供給するようになっている。
【０００８】
本発明の半導体レーザ素子の駆動方法は、上記半導体レーザ素子の各電極に、パルス電流を独立に供給する工程を含むものである。
【０００９】
本発明の半導体レーザ装置、および半導体レーザ素子の駆動方法では、駆動回路によって、半導体レーザ素子の各電極にパルス電流が独立に印加される。すると、半導体レーザ素子の出射側の端面のうち各電極に対応した領域からレーザ光が外部に出射され、発光パターンがパルスの印加状況に応じて時々刻々変化する。これにより、発光光の時間的および空間的な相関関係が低減するので、時間コヒーレンスが低減する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体レーザ装置、および半導体レーザ素子の駆動方法によれば、半導体レーザ素子の各電極にパルス電流を独立に供給するようにしたので、レーザ光の時間コヒーレンスを低減でき、それによってスペックルノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の概略構成を表すものである。半導体レーザ装置は、端面発光型の半導体レーザ素子１と、この半導体レーザ素子１を駆動するための駆動回路２とを備えたものである。なお、図２では、半導体レーザ素子１の断面構成が示されている。この半導体レーザ素子１は、例えば、発光領域の幅が１０μｍ以上、典型的には５０μｍ以上４００μｍ以下のブロードエリア型の半導体レーザ素子であり、その発光領域に対応した領域に帯状に分割された複数の電極を有するものである。
【００１３】
半導体レーザ素子１は、基板１０の一面側に、ｎ型クラッド層１１，活性層１２およびｐ型クラッド層１３をこの順に積層してなるレーザ構造を有する。ここで、ｐ型クラッド層１３の上部は、選択的にエッチングされることによりレーザ光の射出方向（軸方向）に延在する単一帯状のリッジ部（突条部）１８となっている。そして、このリッジ部１８の両側面を覆うように埋め込み層１４が形成されている。なお、以下、上記レーザ構造を積層した方向を縦方向、軸方向および縦方向に垂直な方向を横方向と称する。
【００１４】
基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型不純物は、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などである。ｎ型クラッド層１１は、例えばｎ型Ａｌa Ｇａ1-a-b Ｉｎb Ｐ（０＜ａ＜１，０＜ｂ＜１）により構成されている。活性層１２は、例えば不純物が含まれていないＧａc Ｉｎ1-c Ｐ（０＜ｃ＜１）により構成されている。この活性層１３は、リッジ部１８に対向する領域に発光領域１２Ａを有している。この発光領域１２Ａは、リッジ部１８および埋め込み層１４で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。
【００１５】
ｐ型クラッド層１３は、例えばｐ型Ａｌd Ｇａ1-d-e Ｉｎe Ｐ（０＜ｄ＜１，０＜ｅ＜１）により構成されている。ｐ型不純物は、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などである。ｐ型クラッド層１３の上部には、軸方向に延在する単一帯状のリッジ部１８が形成されており、このリッジ部１８の両側面には、埋め込み層１４が形成されている。埋め込み層１４は、例えばポリイミドやＳｉＯ2 などの絶縁材料、またはｎ型ＧａＡｓなどのｎ型半導体により構成されている。このリッジ部１８および埋め込み層１４は、活性層１２の電流注入領域を制限すると共に、横方向の光モードを基本（０次）モードに安定に制御し、軸方向に導波させるようになっている。
【００１６】
また、この半導体レーザ素子１は、リッジ部１８の上面に第１ｐ側電極１５Ａ、第２ｐ側電極１５Ｂおよび電極分離層１６を、基板１０の裏面にｎ側電極１７をそれぞれ有している。第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂは、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をｐ型クラッド層１３上にこの順に積層したものであり、ｐ型クラッド層１３と電気的に接続されている。また、第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂは、ｐ型クラッド層１３上に形成された電極分離層１６により互いに電気的に絶縁されており、それぞれ軸方向に延在する帯状の形状となっている。なお、ｐ型クラッド層１３と第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂとの導電性を高めるために、これらの層の間にｐ型コンタクト層を設けてもよい。ｎ側電極１７は、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をこの順に積層したものであり、基板１０と電気的に接続されている。
【００１７】
さらに、第１ｐ側電極１５Ａ、第２ｐ側電極１５Ｂおよびｎ側電極１７は、駆動回路２に接続されている。この駆動回路２は、第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂにパルス電流を独立に供給するようになっている。「独立」とは、各電極に周期および位相のいずれか１つが互いに異なるパルス電流を供給することを指しており、全ての電極に同一周期のパルス電流を同相で供給する場合を除くものである。これにより、活性層１２の発光領域１２Ａにおける光スポットの瞬時パターンは時々刻々変化し、これにより、レーザ光の照射される被照射面における像の瞬時パターンも時々刻々変化するようになっている。これは、活性層１２の発光領域１２Ａのうち各電極に対応する領域が互いに異なるからであり、互いに異なる領域からレーザ光が出射されるからである。
【００１８】
このような構成の半導体レーザ素子１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００１９】
上記の構成で例示したＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体で半導体レーザ素子１を製造するためには、基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、フォスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００２０】
具体的には、まず、基板１０上に、ｎ型クラッド層１１，活性層１２，ｐ型クラッド層１３をこの順に積層したのち、ｐ型クラッド層１３上にマスク層（図示せず）を形成し、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、ｐ型クラッド層１３の上部を選択的に除去する。これにより、ｐ型クラッド層１３の上部に、軸方向に延在する単一帯状のリッジ部１８が形成される。その後、上記マスク層を除去する。
【００２１】
次に、図３に示すように、リッジ部１８の上面のうち電極分離層１６を形成することとなる部分以外の領域にマスク層Ｒを形成したのち、絶縁材料を堆積させて埋め込み層１４および電極分離層１６を一括形成する。その後、マスク層Ｒを除去する。さらに、例えば、基板１０の裏面側をラッピングして基板１０の厚さを適切な厚さに調節し、その裏面側にｎ側電極１７を形成する。次に、リッジ部１８および埋め込み層１４の上面に金属材料を成膜して第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂを形成する。その後、軸方向の一対の端面に反射鏡膜（図示せず）を形成する。このようにして半導体レーザ素子１が形成される。
【００２２】
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子１の作用について説明する。
【００２３】
半導体レーザ素子１では、ｎ側電極１７と、第１ｐ側電極１５Ａまたは第２ｐ側電極１５Ｂとの間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１８により電流狭窄され、活性層１２の電流注入領域に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜（図示せず）により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が２πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。
【００２４】
次に、第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂに独立に供給するパルス電流の一例について説明する。図４（Ａ）は上記駆動回路２が第１ｐ側電極１５Ａに供給するパルス電流の経時変化の一例を、図４（Ｂ）は上記駆動回路２が第２ｐ側電極１５Ｂに供給するパルス電流の経時変化の一例をそれぞれ表すものである。駆動回路２は、第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂに、周波数１０ｋＨｚ、振幅１０００ｍＡのパルス電流を互いに位相が反転するように印加している。
【００２５】
このように、いずれか１つの電極にパルス電流が印加されているようにすることが好ましい。この場合、活性層１２の発光領域１２Ａのうち各電極に対応する領域から出射される光は、照射される領域だけでなく、照射する時間も互いに相違する。そのため、これらの光は、時間的にも空間的にも相関関係が非常に低くなり、これにより、半導体レーザ素子１を図４（Ａ），（Ｂ）のように駆動した場合の時間コヒーレンスは、第１ｐ側電極１５Ａおよび第２ｐ側電極１５Ｂに同時にパルス電流を印加した場合のそれと比べて、非常に低くなる。つまり、発光パターンを時々刻々変化させて、発光光の時間的および空間的な相関関係を低減させることにより、時間コヒーレンスを低減することができ、その結果、スペックルノイズを大幅に低減することができる。
【００２６】
なお、発光パターンを人間の目の応答速度よりも速く変化させることが好ましい。人間の目はその応答速度よりも速い変化を認識することができず、時間積分によって均一化された像を認識するので、被照射面に投影された像のちらつきを認識することができないからである。
【００２７】
また、上記に例示した場合と異なり、複数の電極にパルス電流が同時かつ一時的に印加されるような場合であっても、発光パターンが時々刻々変化し、発光光の時間的な相関関係が低くなるため、スペックルノイズを実質的に低減することができる。
【００２８】
また、上記の例のように、全ての電極に印加している電流の総和が経時的に一定となるようにパルス電流の周期や、位相、デューティ比を調節することが好ましい。像の明るさを経時的に一定にすることができるからである。したがって、パルス駆動を上記した例のように行うことにより、ディスプレイなどの光源として好適に用いることができる半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２９】
［変形例］
上記実施の形態はｐ側電極を２つに分離した半導体レーザ素子１であったが、例えば、図５および図６に示したように、ｐ側電極を３つに分離した半導体レーザ素子３としてもよい。この場合、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したように、３つのｐ側電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうちいずれか１つの電極にパルス電流が印加されているようにすることが好ましい。これにより、活性層１２の発光領域１２Ａのうち各電極に対応する領域から出射される光は、照射される領域だけでなく、照射する時間も互いに異なることとなり、これにより、上記実施の形態と同様、時間コヒーレンスを非常に低くすることができるからである。したがって、パルス駆動を上記した例のように行うことにより、スペックルノイズを大幅に低減することができる。
【００３０】
なお、上記に例示した場合と異なり、複数の電極にパルス電流が同時かつ一時的に印加されるような場合であっても、上記実施の形態と同様、被照射面における像の瞬時パターンが人間の目の応答速度よりも速く変化するようにパルス電流の周期や、デューティ比を調節することにより、スペックルノイズを実質的に低減することができる。
【００３１】
また、上記の例のように、全ての電極に印加している電流の総和が経時的に一定となるようにパルス電流の周期や、位相、デューティ比を調節することが好ましい。上記実施の形態と同様、像の明るさを経時的に一定にすることができるからである。したがって、パルス駆動を上記した例のように行うことにより、ディスプレイなどの光源として好適に用いることができる半導体レーザ装置を実現することができる。
【００３２】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００３３】
例えば、上記実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザ素子を例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ素子、例えばＡｌＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤色半導体レーザ素子、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ素子、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザ素子にも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザ素子にも適用可能である。
【００３４】
また、上記実施の形態では、インデックスガイド構造の半導体レーザ素子を例に挙げて、本発明について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造、例えば、ゲインガイド構造の半導体レーザ素子に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の概略構成図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の断面構成図である。
【図３】図１の半導体レーザ装置の製造工程を説明するための断面構成図である。
【図４】図１の駆動回路からｐ側電極に供給するパルス電流を説明するためのタイミング図である。
【図５】変形例に係る半導体レーザ装置の概略構成図である。
【図６】図５の半導体レーザ装置の断面構成図である。
【図７】図５の駆動回路からｐ側電極に供給するパルス電流を説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，３…半導体レーザ素子、２…駆動回路、１０…基板、１１…ｎ型クラッド層、１２…活性層、１２Ａ…発光領域、１３…ｐ型クラッド層、１４…埋め込み層、１５Ａ…第１ｐ側電極、１５Ｂ…第２ｐ側電極、１５Ｃ…第３ｐ側電極、１６…電極分離層、１７…ｎ側電極、１８…リッジ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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