(57)【要約】【課題】従来の半導体レーザ装置とその駆動方法では、レーザ非発振時の自然放出光の大きさと発振時の発振遅延時間の大きさの双方を低減することが困難であった。特に高光出力を出すために共振器長を長くした半導体レーザでは、特にこの点が問題となっていた。【解決手段】活性層の一部の領域に電流が注入できる電極５と残りの他の活性層領域に電流を注入できる電極６を有する半導体レーザ４、電極５に電流を流すレーザ駆動回路２、電極６に電流を流すレーザ駆動回路３とレーザ駆動回路２，３を制御する制御回路１から構成される。光出力を出す場合には電極５への電流注入を電極６の電流注入に対して先行させ、光出力を０にする場合には電極５への電流を等価的なしきい電流以下に減少させ、電極６の電流を等価的なしきい電流未満に減少させるレーザ駆動方法と半導体レーザ装置に達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路を備えた半導体レーザの駆動方法であって、
前記半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第１の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第２の電極とを有し、主たる光出力が前記第２の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるものにおいて、
前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第１の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第２の電極へ注入される電流値で制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記半導体レーザの光出力を発光状態から出力０の状態にするタイミングを、前記第１の電極へ注入される電流と前記第２の電極へ注入される電流とを同期して、該各電極で光出力が得られる所定の電流値よりも小さい電流値に切り替えるタイミングにより制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記半導体レーザの光出力が０の状態で、前記第１の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定の値Ib１であり、前記第２の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib２であり、
第１の所定時間に前記光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間よりΔｔだけ先行する時間に、前記第１の電極へ注入される電流を、所定の光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させると共に、
前記第１の所定時間に同期して、前記第２の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流Ia２へ増大させる
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記半導体レーザの光出力が０の状態で、前記第１の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定の値Ib１であり、前記第２の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib２であり、
第１の所定時間に前記光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間よりｔａだけ先行する時間に、前記第１の電極へ注入される電流を、光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させると共に、
該第１の所定時間以降、前記第１の電極へ注入される電流を、所定の光出力に相当する時間幅だけ、前記電流Ia１の値を維持すると共に、
前記第１の所定時間に同期して、前記第２の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流Ia２へ増大させ、前記所定の光出力に相当する時間幅だけ前記電流Ia２を維持する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１の電極及び前記第２の電極へ電流を供給する制御が、クロックに同期した光強度変調方式であり、
前記半導体レーザの光出力が０の状態で、前記第１の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流と同等のIth１の電流であり、前記第２の電極へ注入されるバイアス電流が所定値Ib２であり、
第１の所定時間に前記光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間に、前記第１の電極へ注入される電流を、所定の光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させると共に、
前記第１の所定時間に同期して、前記第２の電極へ注入される電流を、前記所定のバイアス電流Ib２から所定の電流Ia２へ増大させる
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項６】
請求項５において、
第２の所定時間で所定の光出力を０にする場合に、
前記第２の所定時間から前記クロックの周期よりも短い所定の時間だけ、前記第１の電極へ注入される電流を前記しきい電流よりも小さくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項１において
前記第１の電極及び前記第２の電極へ電流を供給する制御が、クロックに同期したパルス幅変調駆動方式であり、
前記半導体レーザの光出力が０の状態で、前記第１の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも大きい所定の値IJ１であり、前記第２の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib２であり、
第１の所定時間に前記光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間以降、前記第１の電極へ注入される電流を、所定の光出力に相当する時間幅だけ、前記電流値IJ１の値を維持すると共に、
前記第１の所定時間に同期して、前記第２の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流IJ２へ増大させ、前記所定の光出力に相当する時間幅だけ前記電流Ia２を維持する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項８】
請求項７において
前記第２の所定時間で所定の光出力を０にする場合に、
前記第２の所定時間から前記クロックの周期よりも短い所定の時間だけ、前記第１の電極へ注入される電流を前記しきい電流よりも小さくすると共に、
前記第２の所定時間で前記第２の電極への注入電流を前記バイアス電流Ib２へ減少させる
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項９】
請求項１において、
前記活性層は、第１の導電型の半導体層と第２の導電型層の間に位置し、前記第１の導電型の半導体層の一部の領域を通って該活性層の一部領域へ電流を注入する第１の電極と、前記第１の導電型の半導体層の他領域を通って前記活性層の他領域へ電流を注入する第２の電極を有し、
前記活性層全体の領域Stに対する前記第１の電極から電流が注入される活性層の領域S1の割合をS1/Stとし、前記第１、第２の電極を短絡した状態でレーザ発振させたときのしきい電流をIthとしたとき、
前記光出力が０のときに、前記第1の電極へ注入するバイアス電流Ib1を、Ith ×S1/Stより小さくした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１０】
請求項１において
前記活性層は、第１の導電型の半導体層と第２の導電型層の間に位置し、前記第１の導電型の半導体層の一部の領域を通って該活性層の一部領域へ電流を注入する第１の電極と、前記第１の導電型の半導体層の他領域を通って前記活性層の他領域へ電流を注入する第２の電極を有し、
前記活性層全体の領域Stに対する前記第１の電極から電流が注入される活性層の領域S1の割合をS1/Stとし、前記第１、第２の電極を短絡した状態でレーザ発振させたときのしきい電流をIthとしたとき、
前記光出力が０のときに第１の電極へ注入するバイアス電流Ib１を、
第１、第２の電極を短絡した状態でレーザ発振させたときのしきい電流Ithを、Ith ×S１/St以上とした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項１において、
前記レーザ光出力を出射しないときの前記第２の電極への注入電流であるバイアス電流Ib２を０以下とした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１において、
前記半導体レーザは、
第３の電極が前記第２の導電型の半導体層の前記活性層側とは反対側に接している半導体レーザと、前記第３の電極に接続されたレーザ駆動回路と、前記第２の電極と、電源電圧或いは接地電圧間を導通或いは遮断する半導体スイッチ回路、及び該レーザ駆動回路と半導体スイッチ回路を制御する制御回路とを備えており、前記第１の電極は電源電圧、或いは接地電圧に接続されており、
光出力が０のとき、第３の電極へのバイアス電流が所定のIb１であり、該半導体スイッチは遮断されるように該レーザ駆動回路と該半導体スイッチ回路を制御し、
第１の所定時間に光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間、或いは第１の所定時間より前の時間に前記第３の電極へ注入される電流を所定の前記バイアス電流Ib１から所定の光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させるよう、該レーザ駆動回路を制御し、
第１の所定時間において該半導体スイッチが導通されるように該半導体スイッチ回路を制御し、
第２の所定時間で所定の光出力を０にする場合に、第２の所定時間で前記第３の電極への電流を所定のバイアス電流Ib１へ減少させるよう該レーザ駆動回路を制御し、該半導体スイッチ回路を遮断するよう該半導体スイッチ回路を制御する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１３】
半導体レーザと、半導体レーザ駆動回路と、制御回路とを有し、
前記半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第１の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第２の電極とを有し、主たる光出力が、前記第２の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるように構成されており、
前記制御回路により、前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第１の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第２の電極へ注入される電流値で制御する
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記活性層は、第１の導電型の半導体層と第２の導電型層の間に位置し、第１の導電型の半導体層に接しており、
該第１の導電型の半導体層の一部の領域を通って前記活性層の一部領域へ電流を注入する前記第１の電極と、
前記第１の導電型の半導体層に接しており、該第１の導電型の半導体層の他領域を通って該活性層の他領域へ電流を注入する前記第２の電極を有する半導体レーザと、
前記第１の電極に電流信号を注入する第１のレーザ駆動回路と、
前記第２の電極に電流信号を注入する第２のレーザ駆動回路と、
前記第１、第２のレーザ駆動回路を制御する前記制御回路とを備えており、
前記制御回路が、
光出力が０で前記第１の電極へ注入するバイアス電流が所定のIb１であり、前記第２の電極へ注入するバイアス電流が所定のIb２であるように前記第１、第２のレーザ駆動回路を制御し、
第１の所定時間に光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、前記第１の所定時間、或いは前記第１の所定時間より前の時間に前記第１の電極へ注入される電流を前記所定のバイアス電流Ib１から所定の光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させるよう、前記第１のレーザ駆動回路を制御し、
前記第１の所定時間において、前記第２の電極へ注入される電流を前記所定のバイアス電流Ib２から所定の電流Ia２へ増大させるよう前記第２のレーザ駆動回路を制御し、
第２の所定時間で所定の前記光出力を０にする場合に、
第２の所定時間で前記第１の電極への注入電流を所定のバイアス電流Ib１へ減少させるよう前記第１のレーザ駆動回路を制御し、
前記第２の電極への注入電流を前記所定のバイアス電流Ib２に減少させるよう前記第２のレーザ駆動回路を制御する
ことを特徴とする半導体レーザ装置
【請求項１５】
請求項１３において、
前記半導体レーザの活性層全体の領域Stに対する電極１から電流が注入される活性層の領域S１の割合S１/Stで乗じた値は０.５より大きい
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１６】
請求項１３において、
第３の電極が前記第２の導電型の半導体層の前記活性層側とは反対側に接している半導体レーザと、
前記第３の電極に接続されたレーザ駆動回路と、
前記第２の電極と、電源電圧或いは接地電圧間を導通或いは遮断する半導体スイッチ回路、及び該レーザ駆動回路と半導体スイッチ回路を制御する制御回路から構成され、
前記半導体レーザの前記第１の電極は電源電圧、或いは接地電圧に接続され、
前記制御回路は、
光出力が０で第３の電極へのバイアス電流が所定のIb１であり、該半導体スイッチは遮断されるように該レーザ駆動回路と該半導体スイッチ回路を制御し、
第１の所定時間に光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間、或いは第１の所定時間より前の時間に前記第３の電極へ注入される電流を所定の前記バイアス電流Ib１から所定の光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させるよう、該レーザ駆動回路を制御し、
第１の所定時間において該半導体スイッチが導通されるように該半導体スイッチ回路を制御し、
第２の所定時間で所定の光出力を０にする場合に、第２の所定時間で前記第３の電極への電流を所定のバイアス電流Ib１へ減少させるよう該レーザ駆動回路を制御し、該半導体スイッチ回路を遮断するよう該半導体スイッチ回路を制御する
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１７】
レーザディスプレイ光源としての青、緑、赤の各色に対応する半導体レーザと、前記各半導体レーザに対応する半導体レーザ駆動回路及び制御回路と、画像情報処理回路とを備え、前記画像情報処理回路からの各色の画像情報信号に基づいて前記半導体レーザ駆動回路を制御するものにおいて、
前記各半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第１の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第２の電極とを有し、主たる光出力が前記第２の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるように構成されており、
前記制御回路により、前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第１の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第２の電極へ注入される電流値で制御する
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記各半導体レーザの活性層全体の領域Stに対する前記第１の電極から電流が注入される活性層の領域S１の割合S１/Stで乗じた値は０.５より大きい
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記各半導体レーザの光出力を発光状態から出力０の状態にするタイミングを、前記第１の電極へ注入される電流と前記第２の電極へ注入される電流とを同期して、該各電極で光出力が得られる所定の電流値よりも小さい電流値に切り替えるタイミングにより制御する
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記各半導体レーザの光出力が０の状態で、前記第１の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定の値Ib１であり、前記第２の電極へ注入されるバイアス電流がしきい電流よりも小さい所定値Ib２であり、
第１の所定時間に前記光出力を０から所定の光出力へ増加させる場合に、該第１の所定時間よりΔｔだけ先行する時間に、前記第１の電極へ注入される電流を、所定の光出力が得られる所定の電流Ia１へ増大させると共に、
前記第１の所定時間に同期して、前記第２の電極へ注入される電流を、前記しきい電流よりも大きい所定の電流Ia２へ増大させる
ことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体を用いたレ−ザ素子の駆動方法、及びレーザ装置、特にディスプレイ表示に用いる信号光源として用いられる半導体レーザ素子の駆動方法、及び半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビやＰＣ（Personal Computer: パーソナルコンピュータ）の表示装置としてブラウン管に替わり、液晶やプラズマを利用したフラットパネルディスプレイが主流となっている。さらに有機ＥＬ等の新たな表示方式が提案され開発が激化している。その中で、細いビーム光を走査して画像をスクリーン上に映し出すレーザディスプレイが新たに注目されている。レーザディスプレイでは小型化が可能なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを使用してビーム光をMEMSミラーに反射させながら、MEMSミラーを上下左右に周期的に傾けることでビーム光を走査させ、画像をスクリーンに映している。
【０００３】
光源には、単色性に優れ、ビームを小さい面積に集光できるレーザ光を使用する。このようなレーザディスプレイは、レーザ光の使用による優れた色再現性とピントを合わせる必要がないフォーカスフリー性が特徴である。特に後者は、斜めのスクリーンや曲面の壁に映し出すことが出来るという他のディスプレイに無い特色を持つ。このようなレーザディスプレイの技術に関しては例えば特許文献１、特許文献２に開示されている。
【０００４】
一方、多電極を有する半導体レーザが、例えば特許文献３、特許文献４に開示されている。特許文献３では、光インバータを実現するために半導体レーザ中央部の過飽和吸収体を有し光軸方向の両側半導体上面にそれぞれ電極を有する半導体レーザが開示されている。過飽和吸収体による光出力電流特性の非線形特性を利用して光インバータを実現している。
【０００５】
また、特許文献４では、双安定半導体レーザが開示されている。光増幅領域と過飽和吸収領域を含む活性層を有し、各々の領域に対して独立した電極が設けられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８-９０７４号公報
【特許文献２】特開２００８-１５３９０号公報
【特許文献３】特開昭６１-６５２２４号公報
【特許文献４】特開２００７-１３４４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、特許文献２に開示された従来技術において、レーザディスプレイ装置として、赤色、緑色、青色のレーザ光を画像データに基づき、変調した後に１つの光軸上に合成しその光をMEMSミラーでスキャンし、スクリーン上に画像を映し出す構成が採用されている。図１１にそのようなレーザディスプレイ装置の一例の概略図を示す。図１１において、１０１Rは赤色レーザ、１０１Bは青色レーザ、１０１Gは緑色レーザ、１０２はレーザ光を集光し平行な光ビームに整形するレンズである。１０３と１０４は特定の波長帯のみを反射し、それ以外は透過するダイクロイックミラーであり、このミラーを通して３色の光ビームを１軸に集束する。１０５は２軸方向に傾けることが可能なMEMSミラーであり、このMEMSの共振現象を利用して画像を走査する。１０６は画像を映し出すスクリーンである。
【０００８】
レーザ光源としては、赤色と青色は半導体レーザが使用されている。緑色は現状で実用的な半導体レーザは存在しないので、第２次高調波発生(SHG: Second Harmonic Generation)を利用して１０６０nmのレーザ光を半分の波長の５３０nmの緑色に変換する固体励起レーザが使用されている。しかし、緑色半導体レーザの開発も活発化しているため、いずれは緑色の半導体レーザも実用化されると予想される。半導体レーザが光源の場合、半導体レーザの光強度、或いはある時間内で発光時間のパルス幅を変調することによって明るさの階調を変えるのが容易である。光強度を変える場合を光強度変調、発光時間を変えることをパルス幅変調と呼ばれる。
【０００９】
一例として、走査している時の隣り合う４つの画素の明るさの階調が順に上がって行く場合の、光の変調の様子を、図１２に示す。（Ａ）は半導体レーザの光強度変調方式であり、（Ｂ）はパルス幅変調方式である。初めは階調が一番低いところ、即ち光出力が０で順に光強度が上がっていく。（Ａ）では画素と画素の間は連続的に変化しているが、画素間で一度光強度を０に落としても良い。パルス幅変調方式では人間の目の残像を利用して階調を作り出している。いずれの場合も一番階調が低いところはレーザ発振していない状態である。
【００１０】
即ち、図１３に示した半導体レーザの光出力-電流特性において、通常は、半導体レーザのしきい電流Ithにバイアスしてそこから所定の階調、例えばＰ１の光が必要なときはI１、Ｐ２の光が必要なときはI２を半導体レーザに注入する。しかし、この場合、本来光が０であるIthの電流を注入している場合でも半導体レーザ内の自然放出光により半導体レーザからは光が出ている。この光はレーザ構造にも依存するが通常は０.２mWから０.８mW程度あり無視できない値である。よってディスプレイの性能の観点からは、コントラストが劣化する。近年のフラットパネルディスプレイでは１０４以上のコントラストがあるのでレーザディスプレイも高精細な画像を出すためには１０４以上のコントラストが必要となる。しかし、上述したようにこの駆動方式では半導体レーザからの自然放出光によりコントラストは１００程度が限界である。
【００１１】
コントラストを上げるには一番下の階調、即ち、０の光としたい場合にはIthへのバイアスではなく、電流を完全に０にする手法が考えられる。しかし、この場合には半導体レーザ特有の発振遅延時間が存在するために、０の次の信号が遅れてレーザ発振するため画像がデータ通りではなく、つぶれてしまう。
【００１２】
発振遅延時間は、図１４に示すようにしきい電流未満にバイアスしているときに、しきい電流以上の電流を注入すると注入電流に遅れて半導体レーザが発振する現象である。これは半導体レーザ内のキャリア（電子と正孔）の寿命時間が光の寿命時間に比べて極めて遅いためにおこる現象である。このため、入力する電流のパターンによって発振遅延時間が変わるパターン効果も生じ、光出力がない０の時間が長いと発振遅延時間が長くなる。バイアス電流が０の時にキャリア寿命時間に比べて十分な間隔を設けた矩形波の電流が半導体レーザに入力されたときの発振遅延時間τdは下記の式（１）で表すことができる。
【００１３】
【数１】
2009302365.tif 000003
ここでτnはキャリア寿命時間、Imは駆動電流、Ibはバイアス電流、Ithはしきい電流であり、バイアス電流は自然放出光を低減するためにしきい電流以下、望ましくは０とする。
【００１４】
光の階調をパルス幅制御で行なう場合は暗い階調はパルス幅狭いので光出力がない０の時間が長いため、発振遅延時間が長くなり、規定の出力まで光出力が出ない。
【００１５】
ディスプレイにおいて１画素当たりの表示時間は方式にもよるが、NTSCで約９０nsであり、ハイビジョン系では約６nsと非常に早くなる。これに対して、半導体レーザの典型例としてキャリア寿命時間が２nsでしきい電流が４０mA，駆動電流が５０mAでコントラストを上げるためにバイアス電流を０mAとしたときに、最大の発振遅延時間は３.２nsとなる。この値は、従来表示方式のNTSC方式でも無視できない値であり、ハイビジョン系では描画が困難と言える。さらに、この発振遅延時間はキャリア寿命時間に比べて十分な間隔を設けてレーザ発振させた場合であり、半導体レーザに存在するキャリア数に依存して短くなる、即ち、前の画素の信号に大きく依存するため、発振遅延時間の大小がその画素の光強度むらに成り得る。
【００１６】
また、上記(１)式において、駆動電流が変わると発振遅延時間が変わる。例えば上記の例で駆動電流を倍の１００mAとすると発振遅延時間は約１nsまで減少する。しかし、図１３からわかるように、駆動電流は光強度を決めるためにある規定値にしなければならない。図１３において駆動電流とは例えばI１-Ith，或いはI２-Ithでレーザ発振後の電流成分を言う。よって発振遅延時間を低減するために駆動電流を増大させるのには非常に大きな制限が存在する。しかも、描画に必要な光強度は人が感じる色感度に依存するため、レーザの各色によって駆動電流が異なる。さらに、各色の半導体レーザの材料は異なるため、しきい電流やキャリア寿命時間等のレーザ特性は異なっている。よって、各色で発振遅延時間が大きく異なり、画素の表示初期における色むらの原因となる。
【００１７】
このように高コントラスト化と発振遅延時間の低減がトレードオフとなり、レーザディスプレイの高性能化を阻害していた。このトレードオフは半導体レーザの光出力を上げようとして共振器長を長くしようとしたときに特に顕著である。共振器長が長くなるとしきい電流が大きくなり、上記(１)式から分かるようにしきい電流が大きくなると発振遅延時間は大きくなるためである。よって高い光出力が必要なレーザディスプレイでは上記のトレードオフを改善することが困難であった。
【００１８】
一方、特許文献３や特許文献４に開示された技術では、本発明の課題である高コントラスト化と発振遅延時間の低減がトレードオフを解決することは出来ない。また、一般に共振器構造内に過飽和吸収体がある場合には、過飽和吸収体部の半導体部に損傷が生じて信頼性が得られないという課題があった。
【００１９】
本発明の目的は、発振遅延時間と自然放出光の双方が小さく高光出力が得られる半導体レーザの駆動方法と半導体レーザ装置を提供することにある。
【００２０】
さらに本発明の他の目的は、光強度むらと色むらを抑制した半導体レーザの駆動方法と半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の代表的なものを示せば、次の通りである。すなわち、本発明は、制御回路を備えた半導体レーザの駆動方法であって、前記半導体レーザは、共振器構造と、該共振器構造内に設けられ光を導波し該共振器構造により共振させる光導波路構造と、該光導波路構造内に設けられた活性層と、該活性層の一部領域へ電流を注入する第１の電極と、前記活性層の他領域へ電流を注入する第２の電極とを有し、主たる光出力が前記第２の電極側の前記光導波路構造の端面から出射されるものにおいて、前記半導体レーザの光出力のレベルを、前記第１の電極へ注入される電流値で制御すると共に、前記光出力の発光のタイミングを、前記第２の電極へ注入される電流値で制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の駆動方法と半導体レーザ装置により、半導体レーザが発振していない時に主たるレーザ出射側からの自然放出光が極めて少なく、かつ半導体レーザ発振時には発振遅延時間が小さい光源を実現することができる。特に、高光出力が得られる共振長が長い半導体レーザにおいてその効果が顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の代表的な実施例は、次の通りである。すなわち、本発明のレーザ駆動方法は、活性層の一部の領域に電流が注入できる第１の電極と残りの他の活性層領域に電流を注入できる第２の電極を有する半導体レーザにおいて、光出力を出す場合には第１の電極側への電流注入を第２の電極の電流注入に対して先行させる。また、前記光出力を消光する（光出力を０にする）場合には、第１の電極への電流を等価的なしきい電流以下に減少させ、第２の電極の電流を等価的なしきい電流未満に減少させる。消光時には、前記第1の電極へ注入される電流値と前記第２の電極へ注入される電流値が実質的に同じタイミングで制御される。なお、本発明において、「光出力が０」とは、画像情報処理回路等における信号の光出力が０の状態を意味し、この状態において、半導体レーザからの自然放出光はきわめて小さいものの完全にはゼロであるとは限らないことは言うまでも無い。
【００２４】
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記の駆動方法で動作させる該半導体レーザと第１の電極に接続され該半導体レーザを駆動する第１のレーザ駆動回路、第２の電極に接続され該半導体レーザを駆動する第２のレーザ駆動回路と第１，第２のレーザ駆動回路を制御する制御回路から構成されにより達成される。
【００２５】
また、本発明の他の実施例では、活性層の一部の領域に電流が注入できる第１の電極と残りの他の活性層領域に電流を注入できる第２の電極を有し、活性層に流れた電流が第３の電極を通る半導体レーザにおいて第３の電極に接続され該半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路、一方は第２の電極に接続され他方が電源に接続された半導体スイッチ回路、該レーザ駆動回路と該スイッチ回路を制御する制御回路で構成され、第１の電極は電源に接続されており、前記のレーザ駆動方法で動作させる。
【００２６】
本発明の駆動方法と半導体レーザ装置により、半導体レーザが発振していない時に主たるレーザ出射側からの自然放出光が極めて少なく、かつ半導体レーザ発振時には発振遅延時間が小さい光源を実現することができる。特に、高光出力が得られる共振長が長い半導体レーザにおいてその効果が顕著である。また、半導体レーザの製造法は従来と殆ど変わらず、レーザ駆動回路、半導体スイッチ回路、制御回路は従来と同等な仕様で実現することができるので低コストで実現可能である。  
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２７】
本発明の第１の実施例になる半導体レーザ素子の駆動方式を、図１乃至図６を参照しながら説明する。ここでは、走査型レーザディスプレイの青色光源の駆動に適用した実施例について述べる。図１〜図３にその光源装置の構成を示す。図１は半導体レーザの構成の概略を示す模式図であり、半導体レーザについては縦断面を示している。図２に図１の半導体レーザの斜視図を示す。図２の光の出射方向からのより詳しい断面構造の一例を、図３に示す。
【００２８】
図１において、１は制御回路であり、画像情報に基づき、半導体レーザ駆動回路２，３を制御する。４は半導体レーザであり、ここでは、ｐ側の電極が２つに分割したGaN基板上に成長された青色半導体レーザである。５、６はｐ側電極、７はｎ側電極である。ｐ側電極は、第１の電極５と、第２の電極６に分割されている。半導体レーザ駆動回路２は第２の電極６を駆動し、半導体レーザ駆動回路３は第１の電極５を駆動するものである。本実施例では、光強度変調方式で青色半導体レーザを動作させる。８は半導体レーザのInGaN量子井戸活性層であり、９，１０は反射コート膜であり、反射コート膜１０から光源としての光出力を出すために反射コート膜９より反射コート膜１０のほうの反射率が小さくなっている。なお、画像情報に基づく信号は外部から制御回路１に入力されるが、その入力信号線路はここでは省略している。
【００２９】
図２、図３に半導体レーザ４の部分の拡大図を示す。半導体レーザ４は、反射コート膜９、１０を反射鏡とする共振器構造と、この共振器構造内に設けられ光を導波しこの共振器構造により共振させる光導波路構造と、この導波路内に設けられた活性層８（３５）とを有し、この活性層８は第１の導電型の半導体層４１と第２の導電型層４２との間に位置している。さらに、この第１の導電型の半導体層４１に接し第１の導電型の半導体層の一部の領域を通って活性層８の一部領域へ電流を注入する第１の電極５と、第１の導電型の半導体層４１に接し、この第１の導電型の半導体層の他の領域を通って活性層８の他の領域へ電流を注入する第２の電極６とを有している。図２に矢印で示したように、主要な光は、光導波路構造の第２の電極側の端部から出射されるよう反射コート膜を設計する。即ち、主要な光が出射される側の反射コート膜１０の反射率は低く、反対側の反射コート膜９の反射率は高くする。例えば、反射コート膜１０の反射率として１０％前後、反射コート膜９の反射率として９０％前後を選ぶ。
【００３０】
図３において、３１はGaN半導体基板、３２はn型AlGaNクラッド層、３３はn型GaNガイド層、３４はInGaNガイド層、３５は活性層、３６はInGaNガイド層、３７はAlGaN電子ストッパ層、３８はp型AlGaN/GaN超格子クラッド層、３９はp型GaNコンタクト層、４０は誘電体膜、４１はp型電極、４２はn型電極である。
【００３１】
図２の光の出射方向（矢印方向）において、第１の電極５には電流I１が注入され、第２の電極６には電流I２が注入される。半導体レーザ４の軸方向、すなわち光の出射方向（矢印方向）において、第１の電極５に対応する半導体レーザ４の活性層領域（電極５の活性層領域）の長さがＬ１、第２の電極６に対応する活性層領域（電極６の活性層領域）の長さがＬ２である。半導体レーザ４の活性層８の幅Ｗを一定としたときは、半導体レーザ内の活性層全体の領域Stに対する電極５、電極６から電流が注入される活性層の領域S１（＝Ｌ１×Ｗ）、S２（＝Ｌ１×Ｗ）の割合、すなわち、S１/St、S２/Stは、Ｌ１、Ｌ２の大きさによって調整される。活性層８の幅Ｗが変わるときは、電流が注入される割合がＬ１、Ｌ２に代えて活性層の各領域S１、S２の実際の面積よって調整されることは言うまでも無い。
【００３２】
図１、或いは図２において、電極５，６間の距離は、両方の電極に電流を流したときに活性層に注入されない領域が無い程度に近づいていることが望ましい。換言すると、電極５，６の長さは、各々、Ｌ１、Ｌ２にほぼ等しい。具体例を示せば、電極５，６間の距離は２-２０μｍである。一方、電極５，６を近づけすぎると、電極５，６の間にリーク電流が生じるが、リーク電流が生じても構わないし、制御上問題があれば、プロトンインプラなどによりｐ型半導体の一部を高絶縁化しても構わない。後述するように、活性層の領域S１、S２は第２の電極の方がある程度小さいほうが、高速性の観点からは望ましい。すなわち、活性層８の幅Ｗを一定としたとき、半導体レーザの活性層全体の領域Stに対する電極５から電流が注入される活性層の領域S１の割合S１/Stで乗じた値は０.５より大きい（Ｌ１＞Ｌ２）ことが望ましい。
【００３３】
次に、第１の実施例の動作を説明する。図４は、光強度変調方式の場合の光出力と電極５、６への電流制御方法の一例を示したものであり、（Ａ）はクロック，（Ｂ）は光出力，（Ｃ）は電極５へ注入する電流I１，（Ｄ）電極６へ注入する電流I２を示している。（Ｂ）〜（Ｄ）の光出力や電流信号は（Ａ）のクロックに同期して（ｔ１〜ｔ６）制御されるが、半導体レーザの構造上、実際の光出力や電流信号間には若干のタイミングの相違を生ずる場合もある。（Ｂ）に示すように、光強度を"０１２０３１０"で変化させた例を示している。
【００３４】
ここで、半導体レーザの電極５と電極６を短絡して電流を注入し半導体レーザを発振させたときのしきい電流をIthとし、半導体レーザ内の活性層全体の領域Stに対する電極５から電流が注入される活性層の領域S１の割合S１/Stで乗じたIth ×S１/StをIth１と定義し、同様に、電極６から電流が注入される活性層の領域S２の割合S２/Stで乗じたIth ×S２/StをIth２と定義する。また、クロックは光強度変化の時間制御基準となるものであり、走査型レーザディスプレイではMEMSの走査速度に依存することになる。
【００３５】
図４において、始めに光強度が０の時には、（Ｃ）に示すようにI１はIth１より小さい電流Ib１に設定され、（Ｄ）に示すようにI２はIth２より小さい０に設定されるため、半導体レーザは発振しない。また、電極５の活性層領域からの自然放出光は電極６の活性層領域が光を吸収するため端面コート１０側への自然放出光も０である。時刻t１で光強度（光出力）を１とするが、（Ｃ）に示すように、t１に半クロック（Δｔ）だけ先行してI１をしきい電流Ith１より大きい"１"の光出力が出る電流に設定する。このとき（半クロック先行時）、I２は０のままなので半導体レーザ全体では電極６の活性層領域が光を吸収するため、レーザは発振せず、（Ｂ）に示すように光出力は０である。さらにこの場合も電極６の活性層領域が光を吸収するため端面コート１０側への自然放出光は０である。
【００３６】
次に、t１で（Ｄ）に示すようにI２を０からIth２より大きい"１"の光出力が出る電流に設定すればレーザが発振し、（Ｂ）に示すように"１"の光出力が出る。このとき既に、電極５にはしきい電流以上の電流が流れているので、t１での光出力の発振遅延時間は従来の同一活性層面積の半導体レーザより小さくなり、最大値では次の式(２)となる。
【００３７】
【数２】
2009302365.tif 000004
従来の式(１)のIb＝０と比較すれば分るように、本実施例によれば、等価的にしきい電流がS２/St小さくなり発振遅延時間が大幅に減少する。
【００３８】
図５には、S２/Stを横軸として最大の発振遅延時間を計算した例を示す。例えば、キャリア寿命時間が２nsでしきい電流が４０mA、S２/Stが０.５、駆動電流が５０mAのとき（細い実線）の最大の発振遅延時間は約１.０nsであり、発振遅延時間を従来構造の約１/３に低減することができる。すなわち、図５のτn: ２ ns， Ith: ４０ mA， Im: ５０ mAのときの曲線から判る様に、本発明の光源装置とその駆動方法により発振遅延時間を大幅に低減することができる。これは発振遅延時間の最大値であり、実際には前の信号で電極６の活性層領域に残っているキャリアや、電極５の活性層領域からの自然放出光でキャリアが励起されるため、発振遅延時間は式(２)より小さくなる。
【００３９】
また、図５から、駆動電流が異なるIm: １００ mAの時（破線）には、５０mAの時に比べて発振遅延時間がほぼ半減している。前述のように駆動電流は光出力を決定するために制限があるため、駆動電流をパラメータとして発振遅延時間を調整できない。よって図５から判るように、S２/Stを調整して発振遅延時間を調整することができる。これは材料が異なる各色の半導体レーザで駆動電流が大きくことなるときに非常に有効である。前述のようにハイビジョン系では１画素当たりの画素表示時間が６nsであるので最大の発振遅延時間はその１/１０以下にする必要がある。よってS２/Stは０.５未満が望ましく、よってS１/Stは０.５より大きいほうが望ましい。
【００４０】
尚、一般に半導体レーザはτnが小さくなればしきい電流Ithが大きくなるので、図５のτn: ２ ns， Ith: ４０ mA， Im: １００ mA（破線）と、τn: １.５ ns， Ith: ６０ mA， Im: １００ mA（太い実線）の場合の発振遅延時間のS１/St依存性を見ればわかるように、同一材料の半導体レーザであればそれ程発振遅延時間特性が大きく変わるわけではない。
【００４１】
図４に戻って、（Ｂ）に示すようにt２で光強度を"２"にするが、この場合、発振遅延時間は無いので、t２で、I１，I２を共に所定の"２"の光出力に相当する電流に上げれば良い。
【００４２】
さらに、t３において光出力を"０"にする場合には、（Ｃ）に示すようにt３でI１をしきい電流未満のIb１とし、（Ｄ）に示すようにI２は０とする。ここで、I１はt３でしきい電流未満とすることが重要である。それはレーザが既に発振しているのでI２のみをしきい電流未満にしても過飽和吸収現象によりレーザ発振が止まらない場合が多いためである。さらに、t４で光出力を"３"に上げるのに（Ｃ）に示すように半クロック（Δｔ）先行してI１を"３"の光出力に相当する電流まで上げておき、（Ｄ）に示すようにt４でI２を"３"の光出力相当する電流まで上げる。このようにすれば、先ほどのt１のときと同様、（Ｂ）に示すように、t３からt４までは自然放出光を含めた光出力は０であり、t４において極めて小さい発振遅延時間で光出力を得ることができる。
【００４３】
次に、t５で光出力を"１"に減少させるときには発振遅延時間はないのでt５にてI１，I２を"１"に相当する電流に減少させれば良い。t６で光出力を０にする場合は、t３と同様にt５でI１をしきい電流未満のIb１としI２は０とする。
【００４４】
以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。
【００４５】
尚、本実施例では先行時間は半クロックとしたが、先行時間の幅は任意の値でよく、特に半クロックに限定されるものではない。また、電極５の活性層領域が広ければ光出力はほぼ電極５の活性層領域に流れる電流の大きさが支配的となるので、光出力時にI２の電流値は必ずしも光出力相当の電流を流す必要はなく、例えばある一定の値を流しても良い。あるいは、しきい電流未満のオンオフ電流を流しても良い。
【００４６】
さらに、式(２)から、S２が小さいほど発振遅延時間が小さくなるので電極６の活性層領域を小さくすれば効果的となる。しかし、この活性層領域を小さくしすぎると電極５の活性層領域からの自然放出光が吸収しきれずに過飽和吸収現象により光が透過してしまうので限界がある。
【００４７】
また、コストの観点から、EA-DFBのように導波路内でバンドキャップが変化する構造は設けない方が望ましい。信頼性の観点から活性層内に常時電流が注入されない過飽和吸収領域は無いほうが望ましい。
【００４８】
尚、注入する電流の向きは電極５，６が接している半導体の導電型に依って異なることは言うまでもない。さらに、電極６の注入電流の向きは、例えばt１の半クロック前からI１の電流が"１"に相当する電流まで増大したとき電極６の活性層領域にはフォトカレントが流れるので、このような場合には電極６には電流５の向きと逆向きの電流、すなわちフォトカレントを吸収する電流が流れるように制御する。また、半導体レーザに関しては２つの反射コートを共振器としたファブリペローレーザを用いたが分布帰還型レーザ、即ちDFBレーザを用いても同様の結果が得られることは言うまでも無い。
【００４９】
また、本実施例の光源装置の制御方式は、青色レーザのみならず緑色レーザや赤色レーザの制御にも同様に適用できることは言うまでも無い。
【００５０】
実施例１の光源装置を青色、緑色、赤色の各レーザに適用し、レーザディスプレイ装置用のレーザディスプレイ光源としたのが図６である。図６において、１R， １B， １Gは制御回路であり、それぞれ半導体レーザ駆動回路２Rと３R，２Bと３B，２Gと３Gのを制御する。１０１G、１０１B、及び１０１Rは半導体レーザ、１０２はレンズ、１０３及び１０４はダイクロイックミラー、１０５はMEMSミラー、１０６はスクリーンである。また、１０７は画像情報処理回路、１０８はMEMS駆動回路である。制御回路１R， １B， １Gは、画像情報処理回路１０７からの各色の画像情報信号と、図４で説明した電極５、６への電流制御方式により、半導体レーザ駆動回路２R，３R，２B，３B， ２G，３Gを制御する。また、画像情報処理回路１０７は、制御回路１R， １B， １GとMEMS駆動回路１０８を同期を取りながら制御し、画像をスクリーン１０６に映す。
【００５１】
本実施例によれば、各色によりレーザ特性、特にしきい電流、しきい電流以下の自然放出光やキャリア寿命時間が異なっており、発振遅延時間特性やしきい電流以下の自然放出光強度が異なっていても、発振遅延時間が小さく、かつ自然放出光の無い、発光特性を得ることができる。よって色むらが少ない画像を得ることが可能なレーザディスプレイ装置を提供することが出来る。このレーザディスプレイ装置は、表示機構が簡単でしかもピント合わせが不要なため小型化、携帯化が可能であり、スクリーンは部屋の壁などを用いてもよい。
【００５２】
本実施例の駆動方法と半導体レーザ装置により、半導体レーザが発振していない時に主たるレーザ出射側からの自然放出光が極めて少なく、かつ半導体レーザ発振時には発振遅延時間が小さい光源を実現することができる。特に、高光出力が得られる共振長が長い半導体レーザにおいてその効果が顕著である。また、半導体レーザの製造法は従来と殆ど変わらず、レーザ駆動回路、半導体スイッチ回路、制御回路は従来と同等な仕様で実現することができるので低コストで実現可能である。
【実施例２】
【００５３】
次に、本発明の第２の実施例を図７により説明する。ここでは、走査型レーザディスプレイの赤色光源の駆動に適用した実施例について述べる。光源装置の構成は、実施例１と同様に、図１に示した構成である。但し、半導体レーザはGaAs基板上のInGaAlPを活性層とした波長６３５nmの赤色半導体レーザを使用する。半導体レーザの電極分割の構造も実施例１と同等である。本実施例では、パルス幅変調駆動方式で赤色半導体レーザを動作させる。
【００５４】
図７は、パルス幅変調駆動方式の場合の光出力と電極５、６への電流制御を示したもので、光強度を"０１２０３１０"で変化させた例を示している。パルス幅変調方式の場合には１画素に相当する図７の１クロック内をさらに表示する階調分分割する。即ち、発信器の周波数を色の階調数分、例えば１０２４に分周して用いるのは言うまでも無い。
【００５５】
まず始めに、光強度が０の時には、（Ｃ）に示すようにI１はIth１より小さい電流Ib１に設定され、（Ｄ）に示すようにI２はIth２より小さい０に設定されるため、半導体レーザは発振しない。また、電極５からの自然放出光は電極６の活性層領域が光を吸収するため端面コート１０側への自然放出光も０である。
【００５６】
次に、時刻t１で（Ｂ）に示すように光出力を"１"に相当するパルス幅ta分の光を出力するが、（Ｃ）に示すように、taの時間先行してI１をしきい電流Ith１より大きい所定の光出力が出る電流に設定する。このとき、（Ｄ）に示すようにI２は０のままなので半導体レーザ全体では電極６の活性層領域が光を吸収するためレーザは発振しない。さらに、この場合も電極６の活性層領域が光を吸収するため端面コート１０側への自然放出光は０である。
【００５７】
次に、（Ｄ）に示すようにt１でI２を０からIth２より大きい所定の光出力が出る電流に設定すればレーザは発振し、（Ｂ）に示すように端面コート１０側から光出力が出る。このとき、実施例１と同様に発振遅延時間は従来例よりも大幅に低減され、速やかに光出力が出る。その後、"１"に相当する光パルス幅ta後に光出力を"０"にする場合には、（Ｃ）、（Ｄ）に示すようにI１をしきい電流未満のIb１とし、I２は０とする。ここで、I１は実施例１と同様にしきい電流未満とする必要がある。
【００５８】
以下も同様であり、t２で光出力を"２"に相当するパルス幅２ta分の光を出力する場合には、それにtaの時間先行してI１をしきい電流Ith１より大きい所定の光出力が出る電流にパルス幅３ta間設定し、t２にてI２をしきい電流Ith２より大きい所定の電流にパルス幅２ta間設定し、t２+２taでI１はIb，I２は０に戻す。t４で光出力を"３"に相当するパルス幅３ta分の光を出力する場合には、それにtaの時間先行してI１をしきい電流Ith１より大きい所定の光出力が出る電流にパルス幅４ta間設定し、t４にてI２をしきい電流Ith２より大きい所定の電流にパルス幅３ta間設定し、t４+３taでI１はIb１，I２は０に戻す。
【００５９】
t５で光出力を"１"に相当するパルス幅ta分の光を出力する場合も、時刻t１等における制御と同様な制御を行なう。
【００６０】
以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。尚、本実施例ではI１の先行時間の幅はtaとしたが、この時間幅は任意の値でよく、特にtaにする必要はない。
【００６１】
また、本実施例の光源装置の制御方式は、赤色光源のみならず青色光源や緑色光源の制御にも同様に適用できることは言うまでも無い。さらに、レーザディスプレイ装置にも同様に採用可能なことは言うまでも無い。  
【実施例３】
【００６２】
本発明に基づく第３の実施例を、図８で説明する。ここでは、実施例１と同様に走査型レーザディスプレイの青色光源に適用した例を述べる。光源装置の構成は、実施例１と同様に、図１に示した構成である。また、光強度変調方式も実施例１と同様であるが、その駆動方法が異なる。
【００６３】
本実施例では、図８に示すような駆動方法で半導体レーザを制御し、光強度を"０１２０３１０"で変化させる。I１は電極５へ注入する電流で、I２は電極６へ注入する電流であるのも実施例１と同様で、電極５と電極６を短絡して電流を注入し半導体レーザを発振させたときのしきい電流をIthとし、半導体レーザ内の活性層全体の領域Stに対する電極５から電流が注入される活性層の領域S１の割合S１/Stで乗じたIth ×S１/StをIth１と定義し、同様に、電極６から電流が注入される活性層の領域S２の割合S２/Stで乗じたIth ×S２/StをIth２と定義するのも同様である。
【００６４】
図８において、始めに光強度が０の時には、（Ｃ）に示すようにI１はIthに電流Ib１に設定され、（Ｄ）に示すようにI２はIth２より小さい０に設定される。このため、半導体レーザは発振しない。また、電極５の活性層領域からの自然放出光は電極６の活性層領域が光を吸収するため、端面コート１０側への自然放出光も０である。（Ｂ）に示すようにt１で光出力を１とするとき、（Ｃ），（Ｄ）に示すように、t１においてI１とI２をしきい電流Ith１より大きい"１"の光出力が出る電流に設定する。ここで実施例１と異なり、I１を先行させないのはI１には（Ｃ）に示すように（時刻０で）しきい電流と同等のIth１の電流が注入されているため、電極５の活性層に相当する領域部分では発振遅延時間が生じないためである。よってt１での発振遅延時間は実施例１と同じように従来に比べて式(２)に従って小さくなる。
【００６５】
t２で光出力を"２"にするのは実施例１と同様の制御法によって行なう。t３では、I１をIth１にI２を０にして光出力を０とする。ここで確実にレーザ発振を停止するために、例えば半クロック分I１をIth１より小さいIb１にしても良い（（Ｃ）に示したI１のt３-t４の間の前半の点線部分）。t３-t４間の後半はIth１に戻す。ここで、しきい電流未満の時間の幅は特に半クロック分でなくとも良く、t４までにIth１に戻っていればその間任意の長さを選択しても良い。このt３-t４間は、I２が０なので、（Ｂ）に示すように端面コート１０からの自然放出光は０である。
【００６６】
次に、t４で光出力を"３"に上げるのには、t１と同様に、t４でI１，I２の双方を"３"の光出力に相当する電流まで上げればよい。t４では、I１には（Ｃ）に示すように（t３-t４間の後半で）しきい電流と同等のIth１の電流が注入されているため、電極５の活性層領域の発振遅延時間はないので電極６の活性層領域のみに相当する発振遅延時間であり、式(２)に従い非常に小さい発振遅延時間で光出力を得ることができる。t５では、実施例１と同様の制御方法で良く、t６で光出力を０にする場合はt３と同様にt５でI１をIth１にI２を０にして光出力を０とする。ここで、t３と同様に確実にレーザ発振を停止するために例えば半クロック分I１をIth１より小さいIb１にしても良い（（Ｃ）に示したI１のt６からの点線部分）。
【００６７】
以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。尚、本制御方式がパルス幅変調方式にも同様に適用できることは言うまでもない。また、本実施例の光源装置の制御方式は、他の色の光源の制御にも同様に適用でき、レーザディスプレイ装置にも同様に採用できることは言うまでも無い。
【実施例４】
【００６８】
本発明に基づく第４の実施例を、図９で説明する。第４の実施例は、本実施例の光源装置の駆動制御方式を走査型レーザディスプレイの赤色光源に適用し例を示すものである。光源装置の構成は実施例１の図１に示したものと同じである。半導体レーザは、実施例２と同様に、GaAs基板上のInGaAlPを活性層とした波長６３５nmの赤色半導体レーザを使用する。半導体レーザの電極分割も、実施例１と同等である。本実施例では、実施例２と同様にパルス幅変調駆動方式で赤色半導体レーザを動作させる。しかし、制御方式が異なる。
【００６９】
図９は、パルス幅変調駆動方式の場合の光出力と電極５、６への電流制御を示したもので、光強度を"０１２０３１０"で変化させた例を示している。I２の信号パターンは（Ｄ）に示すように実施例２と同じであり、I２と同じパルス幅で光パルスは出力される。しかし、実施例２と異なり、I１は（Ｃ）に示すようにI２の立ち上がりの前に（時刻t０）、既に規定の光出力が出る電流値IJ１に設定されている。そしてI１はI２の立下りと同時にしきい電流に相当するIth１より小さいIb１にta時間のみ減少させている。これは実施例２と同様に確実にレーザ発振を停止させるためである。I１の立ち下げ時間はtaとしているが、時間幅は任意でよく、必ずしもこの時間で立ち下げなくとも良い。しかし、次の光パルスの立ち上がりの時間（（Ｃ）参照）よりは前にIJ１に回復させる必要がある。このような制御方法でも、I２が０の時にはレーザ発振は起こらず、I２がIth２より大きい値になれば、式(２)による極めて小さい発振遅延時間でいずれの光出力パルス幅を得ることができる。
【００７０】
以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる尚、本制御方式は光強度変調方式にも同様に適用できることは言うまでもない。また、本実施例の光源装置の制御方式は、他の色の光源の制御にも同様に適用でき、レーザディスプレイ装置にも同様に採用できることは言うまでも無い。
【実施例５】
【００７１】
本発明に基づく第５の実施例を、図１０で説明する。第５の実施例は、本実施例の光源装置の駆動制御方式を走査型レーザディスプレイの青色光源に適用したものである。図１０に、その光源装置の構成例を示す。
【００７２】
図１０において、４は半導体レーザであり、実施例１と同様に、ｐ側の電極５，６が２つに分割したGaN基板上に成長された青色半導体レーザである。第１の電極５、第２の電極６間の距離は、両方の電極に電流を流したときに活性層に注入されない領域が無い程度に近づいていることが望ましく、２-２０μｍである。一方、近づけすぎると電極５，６間間にリークが生じるが、リークが生じても構わないし、制御上問題があれば、プロトンインプラなどによりｐ型半導体の一部を高絶縁化しても構わない。７はn側の電極であり、８はInGaN量子井戸活性層であり、９，１０は反射コーティング膜である。反射コーティング膜１０から光源としての光出力を出すために反射コーティング膜９より反射コーティング膜１０のほうの反射率が小さくなっている。１３はn側電極７を駆動する半導体レーザ駆動回路であり、１２は電極６と電源電圧VDDの間を接続し、電流の導通/遮断を制御する半導体スイッチである。電極５は電源電圧VDDに接続される。１１は制御回路であり、画像情報に基づき、半導体レーザ駆動回路１３と半導体スイッチ１２を制御する。画像情報に基づく信号は外部から制御回路に入力されるが、その入力信号線路はここでは省略している。
【００７３】
本実施例における実施例半導体レーザの制御の概念は、実施例１乃至４で述べたものと同様である。即ち、所望の時間に光出力を０から立ち上げる場合には所望の時間に先行して電極５の活性層領域への電流を電極７から引き抜き、先行時間で、所望の時間に達していないときには半導体スイッチ１２は遮断状態にしておき、電極６の活性層領域には電流が流れないようにする。このときには端面反射コート１０からの自然放出光は０である。そして所望の時間で半導体スイッチ１２を導通状態にすれば式(２)と同様に極めて小さい発振遅延時間にて光が立ち上がる。
【００７４】
本実施例と、実施例１乃至４との違いは、半導体スイッチ１２が導通状態になると電極５の活性層に流れる電流が電極６の活性層に流れる電流分だけ減少することである。これは、半導体スイッチ１２導通した状態で光出力が所望の値になるように半導体レーザ駆動回路１３を調整すれば良い。また、レーザ光が出ている状態から０にする場合も、実施例１乃至４と同様に少なくともある時間は電極７からの電流をIth１未満にすると共に、半導体スイッチ１２を遮断状態にすれば良い。以上のような半導体レーザの駆動方法により、発振遅延時間と端面からの自然放出光放射の双方を低減したレーザ光源を実現することができる。尚、本制御方式は、光強度変調方式、パルス幅変調方式の双方に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施例になる半導体レーザの構成の概略を示す模式図。
【図２】図１の半導体レーザの斜視図。
【図３】第１の実施例の半導体レーザを光の出射方向から見た断面構造図。
【図４】本発明の第１の実施例における光強度変調方式を示した図。
【図５】本発明の第１の実施例の発振遅延時間を説明する図。
【図６】本発明の第１の実施例を採用したレーザディスプレイ装置のシステム構成例を示す図。
【図７】本発明の他の実施例になる光源装置の制御方式を示す図。
【図８】本発明の他の実施例になる光源装置の制御方式を示す図。
【図９】本発明の他の実施例になる光源装置の制御方式を示す図。
【図１０】本発明の他の実施例になる光源装置の構成例を示す図。
【図１１】従来のレーザディスプレイ装置の一例を示す構造図。
【図１２】従来例における、光変調方式の一例を示す図。
【図１３】従来例における半導体レーザの光出力-電流特性を示す図。
【図１４】半導体レーザにおける発振遅延時間を説明する図。
【符号の説明】
【００７６】
１， １R， １B， １G， １１                制御回路
２， ２R， ２B， ２G               半導体レーザ駆動回路
３， ３R， ３G， ３G               半導体レーザ駆動回路
４            半導体レーザ
５            ｐ側電極
６            ｐ側電極
７            ｎ側電極
８            InGaN量子井戸活性層
９            反射コート膜
１０            反射コート膜
１２            半導体スイッチ回路
１３            半導体レーザ駆動回路
３１            GaN半導体基板
３２            n型AlGaNクラッド層
３３            n型GaNガイド層
３４            InGaNガイド層
３５            活性層
３６            InGaNガイド層
３７            AlGaN電子ストッパ層
３８            p型AlGaN/GaN超格子クラッド層
３９            p型GaNコンタクト層
４０            誘電体膜
４１            p型電極
４２            n型電極
１０１G          半導体レーザ
１０１B          半導体レーザ
１０１R          半導体レーザ
１０２           レンズ
１０３           ダイクロイックミラー
１０４           ダイクロイックミラー
１０５           MEMSミラー
１０６           スクリーン
１０７           画像情報処理回路
１０８           MEMS駆動回路。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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