(57)【要約】【課題】パルス変調駆動可能な光発振装置を提供すること。【解決手段】光発振装置は、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、ｐ型添加部分、ｎ型添加部分およびｐｎ活性部分の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、発光素子に電流を供給する電源と、電源を制御する制御部と、を備え、発光素子は、電流電圧特性が負性抵抗領域を有し、制御部は、負性抵抗領域の電流の下限値以上の電流を発光素子に印加した状態で、発光素子のパルス変調駆動を行う。【選択図】図４
2017108088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、
を有し、
電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、
前記発光素子に電流を供給する電源と、
前記電源を制御する制御部と、
を備え、
前記発光素子は、電流電圧特性が負性抵抗領域を有し、
前記制御部は、前記負性抵抗領域の電流の下限値以上の電流を前記発光素子に印加した状態で、前記発光素子のパルス変調駆動を行うことを特徴とする光発振装置。
【請求項２】
前記発光素子のｐ型添加部分に形成される第１電極と、
前記発光素子のｎ型添加部分に形成される第２電極と、
をさらに有し、
前記制御部は、前記発光素子がレーザ発振する最小の電流値であるレーザ閾値未満の電流を前記発光素子に印加した状態で、前記発光素子のパルス変調駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の光発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間接遷移型の半導体レーザ装置等の光発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流注入によってレーザ発振を得る間接遷移型半導体レーザの発光素子として、特許文献１に記載のものがある。この発光素子は、シリコン等の間接遷移型半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分と、同間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分と、ｐ型添加部分とｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分とからなる。
【０００３】
ｐ型添加部分およびｎ型添加部分は、その一部の領域、また、ｐｎ活性部分は、そのすべてが、電流が印加されて電子が付与されることにより発光する発光領域となっている。また、ｎ型添加部分およびｐ型添加部分には電源が接続され、レーザの発振時には、ｎ型添加部分側が正電圧、ｐ型添加部分側が負電圧となるように順方向にバイアス電圧が印加される。これにより、ｎ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分に電流が注入され、ｎ型添加部分、ｐｎ活性部分およびｎ型添加部分の発光領域に電子が付与されることにより、その一部またはすべてが発光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、発光素子は、例えば、発光素子に印加される電流値を制御しながら、パルス変調によって駆動される。
【０００６】
しかしながら、先行文献１に記載の発光素子は、負性抵抗領域を有している。従って、例えば、発光素子に印加された電圧を監視することによって発光素子に印加された電流値を制御しようとした場合、ひとつの電圧に対して２つの電流値が現れる電圧領域が存在するため、電流値をひとつに確定することができない。そのため、この検出方法では、発光素子に印加される電流値を制御することができず、発光デバイスをパルス変調によって駆動させることができない。
【０００７】
また、レーザ発振時、パルス変調の時間は、数ナノ秒もしくは数ピコ秒である。従って、例えば、抵抗値を監視することによって発光素子に印加された電流値を制御しようとした場合、パルス変調に対して追随するように抵抗値を監視することができないため、抵抗値から電流値を導出することができない。そのため、この検出方法では、発光素子に印加される電流値を制御することができず、発光デバイスをパルス変調によって駆動させることができない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、パルス変調駆動可能な光発振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の光発振装置は、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ型添加部分と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ型添加部分と、前記ｐ型添加部分と前記ｎ型添加部分との境界部分に形成されるｐｎ活性部分と、を有し、電流が印加されることにより電子が添加され、電子が付与されることによって、前記ｐ型添加部分、前記ｎ型添加部分および前記ｐｎ活性部分の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、前記発光素子に電流を供給する電源と、前記電源を制御する制御部と、を備え、前記発光素子は、電流電圧特性が負性抵抗領域を有し、前記制御部は、前記負性抵抗領域の電流の下限値以上の電流を前記発光素子に印加した状態で、前記発光素子のパルス変調駆動を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、発光素子は、電流電圧特性が負性抵抗領域を有し、制御部は、負性抵抗領域の電流の下限値以上の電流を発光素子に印加した状態で、発光素子のパルス変調駆動を行う。従って、レーザ発振を行う際、発光素子には、負性抵抗領域の電流値が常に印加されていることになる。この負性抵抗領域では、印加した電圧と発光素子に流れる電流値との関係が常に一対一対応になっている。つまり、印加した電圧に対して発光素子にかかる電流値がひとつに定まるため、印加する電圧値によって、発光素子に流れる電流値を確実に制御することができる。これにより、発光素子をパルス変調によって駆動させることができる。
【００１１】
第２の発明の光発振装置は、前記第１の発明において、前記発光素子のｐ型添加部分に形成される第１電極と、前記発光素子のｎ型添加部分に形成される第２電極と、をさらに有し、前記制御部は、前記発光素子がレーザ発振する最小の電流値であるレーザ閾値未満の電流を前記発光素子に印加した状態で、前記発光素子のパルス変調駆動を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、発光素子に対して常時印加される電流値が、発光素子がレーザ発振する最小の電流値（以下、レーザ閾値と称する）以上の大きさであった場合、発光素子は、常にレーザ発振されていることになる。従って、駆動時、発光素子に常時印加される電流値がレーザ閾値以上の領域である場合、例えば、得られる光の発光強度等は制御可能であっても、発光素子のレーザ発振のオンオフを制御することができない。
【００１３】
本発明では、制御部は、発光素子がレーザ発振する最小の電流値であるレーザ閾値未満の電流を発光素子に印加した状態で、発光素子のパルス変調駆動を行う。従って、駆動時、発光素子に対して常時印加される電流値は、レーザ閾値未満である。これにより、レーザ発振を行うときのみレーザ閾値以上となるように、発光素子にかかる電流値を制御することによって、レーザ発振のオンオフを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る光発振装置の発光デバイスの斜視図である。
【図２】光発振装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】発光素子の電流電圧特性を示すグラフである。
【図４】光発光素子を駆動した際のパルス変調を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
本実施形態は、半導体レーザやＬＥＤ光源として利用され、ｎ型活性部分２側が正電圧、ｐ型活性部分１側が負電圧となるように順方向にバイアス電圧を印加することにより発光する発光デバイス１００に、本発明を適用した一例である。
【００１７】
光発振装置は、電流が印加されることによって発光する発光デバイス１００と、発光デバイス１００に電流を供給する電源８と、電源９を制御する制御部６等が設けられている。
【００１８】
図１に示すように、発光デバイス１００は、所定厚みを有する直方体形状である。発光デバイス１００は、発光素子１０と発光素子１０の表面に形成されるｐ型電極４およびｎ型電極５とからなる。
【００１９】
発光素子１０は、所定厚みを有する直方体形状である。発光素子１０は、シリコン等の間接遷移型の半導体にｐ型不純物が添加されたｐ型添加部分１と、同間接遷移型の半導体にｎ型不純物が添加されたｎ型添加部分２と、ｐ型添加部分１とｎ型添加部分２との境界部分に形成されたｐｎ活性部分３とからなる。また、ｐ型添加部分１およびｎ型添加部分２は、その一部が電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光部となっている。また、ｐｎ活性部分３は、そのすべてが電流が印加されて電子が付与されることによって発光する発光部となっている。
【００２０】
ｐ型電極４は、発光素子１０の上側表面に形成されている。ｐ型電極４は、所謂ベタ電極であって、発光素子１０の上側表面の全域を覆うように形成されている。ｎ型電極５は、発光素子１０の下側表面に形成されている。ｎ型電極５は、所謂ベタ電極であって、発光素子１０の下側表面の全域を覆うように形成されている。また、ｐ型電極４およびｎ型電極５の表面には、配線部材（不図示）が接合され、この配線部材（不図示）に接続された電源８から電流が供給される。
【００２１】
次に、光発振装置の電気的構成について説明する。
【００２２】
図２に示すように、制御部６は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）６ａと、ＡＳＩＣ６ａと接続されたＲＯＭ（Read Only Memory）６ｂおよびＲＡＭ（Random Access Memory）６ｃ等を備えている。また、制御部６は、外部装置であるＰＣ７とデータ通信可能に接続されている。制御部６は、ＰＣ７から入力された指令に基づいて、ＲＯＭ６ｂに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣ６ａによって、電源８を制御し、ｐ型電極４およびｎ型電極５に対してそれぞれ電流印加処理を実行する。
【００２３】
ここで、発光デバイス１００は、例えば、発光素子１０に印加される電流値を制御しながら、パルス変調によって駆動される。
【００２４】
しかしながら、図３に示すように、発光素子１０の電流電圧特性は、直接遷移型の半導体に見られる抵抗領域Ｒ１と、負性抵抗領域Ｒ２とを有している。従って、例えば、発光素子１０に印加された電圧を監視することによって発光素子１０に印加された電流値を制御しようとした場合、ひとつの電圧に対して２つの電流値が現れる電圧領域が存在するため、電流値をひとつに確定することができない。そのため、発光素子１０に印加される電流値を制御することができず、発光デバイス１００をパルス変調によって駆動させることができない。
【００２５】
また、レーザ発振時、パルス変調の時間は、数ナノ秒もしくは数ピコ秒である。従って、例えば、抵抗値を監視することによって発光素子１０に印加された電流値を制御しようとした場合、パルス変調に対して追随するように抵抗値を監視することができないため、抵抗値から電流値を導出することができない。そのため、この検出方法では、発光素子１０に印加される電流値を制御することができず、発光デバイス１００をパルス変調によって駆動させることができない。
【００２６】
本実施形態では、制御部６は、図３に示すように、負性抵抗領域の電流の下限値Ｉ１以上、且つ、レーザ閾値Ｉ２未満の電流（電流値Ｉ３）を発光素子１０に常時印加した状態で、発光素子１０のパルス変調駆動を行う。従って、レーザ発振を行う際、発光素子１０には、負性抵抗領域の電流値Ｉ３が常に印加されていることになる。この負性抵抗領域では、印加した電圧と発光素子１０に流れる電流値との関係が常に一対一対応になっている。つまり、印加した電圧に対して発光素子１０にかかる電流値がひとつに定まるため、印加する電圧値によって、発光素子１０に印加される電流値を確実に制御することができる。これにより、図４に示すように、発光素子１０をパルス変調によって駆動させることができる。
【００２７】
また、図３、図４に示すように、レーザ発振を行うときのみレーザ閾値以上（電流値Ｉ４）となるように、発光素子１０にかかる電流値を制御することにより、パルス変調によってレーザ発振のオンオフを制御することができる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００２９】
本実施形態では、制御部６は、負性抵抗領域の電流の下限値Ｉ１以上、且つ、レーザ閾値Ｉ２未満の電流（電流値Ｉ３）を発光素子１０に常時印加すると記載したが、発光素子１０に対して印加される電流値Ｉ３は、上記範囲内であれば、時間変動しても構わない。
【００３０】
また、本実施形態では、制御部６は、レーザ閾値Ｉ２未満の電流（電流値Ｉ３）を発光素子１０に常時印加すると記載したが、発光素子１０に対して常時印加する電流値Ｉ３は、発光素子１０の駆動に不具合が生じない範囲内であれば、レーザ閾値Ｉ２よりも大きい電流値であっても構わない。これにより、例えば、得られるレーザの光強度を制御することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る発光デバイス１００は、半導体レーザのみならず、ＬＥＤ光源等に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ｐ型添加部分
２  ｎ型添加部分
３  ｐｎ活性部分
４  ｐ型電極
５  ｎ型電極
６  制御部
８  電源
１０  発光素子
１００  発光デバイス
Ｉ１  負性抵抗領域における電流値の最小値
Ｉ２  レーザ閾値
Ｒ１  抵抗領域
Ｒ２  負性抵抗領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017108088.tif 000006