JPH04229681A - 補償用半導体レーザ付半導体レーザ及びその駆動回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、補償用半導体レーザ付半導体レ
ーザ及びその駆動方法に関し、より詳細には、熱的に安
定な動作をする半導体レーザ、波長変化や光量変化等の
温度依存性を改善した半導体レーザ及びその駆動方法に
関する。例えば、レーザプリンタ、光ピックアップ、光
通信等の光源に適用されるものである。

【０００２】

【従来技術】図１８は、従来の半導体レーザの構成を示
す図で、ＶＳＢ構造（Ｖ−ｇｒｏｏｖｅｄ　ｓｕｂｓｔ
ｒａｔｅ　ｂｕｒｉｅｄ　ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕ
ｒｅ）を示す図である。図中、４１はＰ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、４２はＰ−ＩｎＰ、４３はＩｎＧａＡｓＰ（活性層
）、４４はｎ−ＩｎＰ、４５はｎ−ＩｎＰ、４６はｎ−
ＩｎＰ（基板）である。活性層４３において発振し、端
面で反射共振を繰り返して、その一部が外へ放出される
。電流Ｉが一定であれば、活性層４３内部の温度は一定
のため、波長等の発振特性は変化しないが、電流Ｉが変
化すると発振特性は急変する。特に波長変化は、多くの
半導体レーザの応用に係るもので重要な問題となってい
た。

【０００３】これを改善するために、外部に温度制御装
置をつけることにより安定化を図ったものとして、例え
ば特開昭５４−１５２８８０号公報に「半導体レーザ温
度制御装置」が提案されている。この公報に記載されて
いるものは、半導体レーザ自体の温度が、温度制御回路
と組み合わせることにより、その使用に十分耐える温度
になるまで半導体レーザの駆動電流を流さないようにし
、高温低温のいずれの雰囲気においても半導体レーザの
破壊や特性劣化等が生じないように構成したものである
。すなわち、波長の温度依存性には必らずしも触れてい
ないが、半導体レーザの温度による特性の変化を、室温
に保つことにより安定化しようというものである。

【０００４】しかしながら、光ディスクの情報の読み取
り時と書き込み時の相互のダイナミックな変化に対して
十分対処するものとはいえなかった。半導体レーザは、
発光パワーが大幅に変化した場合に、活性層内部の温度
が変化するため、出力パワーや波長が変化しやすい。従
来は、これを改善する方法として、ペルチェ素子による
温度制御や、ヒートシンクを付けて熱抵抗を小さくした
りする外部的な方法があり、特に波長の変化に対しては
、グレーティングを用いたＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ；分布帰還型）レーザやＤＢＲ（
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｏｒ；分布ブラッグ反射器型）レーザといったものや、
特にモードホップ対策としては、ファブリペロー共振器
の反射面を３つ以上にするダブルキャビティ型などがあ
る。

【０００５】しかし、これらの半導体レーザは温度安定
化に関して、高速応答性の点で劣り、例えば光ディスク
の情報の読み取り時（低パワー）と情報の書き込み時（
高パワー）の切り換え時のダイナミックな変化があると
きに、発光特性、特に波長の変化は著しいものがあり、
半導体レーザの光源としての応用にさまざまな問題を生
じていた。一方、半導体レーザ自体を改良するＤＦＢ（
分布帰還型）やＤＢＲ（分布ブラッグ反射器型）といっ
た半導体レーザは、レーザの光導波路部分に作り込むグ
レーティングの周期が非常に小さく、加工上の問題があ
って、非常に作製が困難であった。また、ダブルキャビ
ティ型はモードホップに対する対策であり、パワー変化
によるキャビティの熱膨張や屈折率変化による発振波長
の変化を抑圧したものではない。

【０００６】マルチビームレーザについては多くの公知
文献がある。これらは通常、いかにして隣同士の熱干渉
を減らすかが重要な課題となっているが、この点が本発
明と異にしている。「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｉｎ　
ＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ａ　Ｍｕ
ｌｔｉ−Ｂｅａｍ　ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ　Ａｒｒａｙ
」（Ｓｅｔｓｕｋｏ　Ｍｕｒａｔａ　ａｎｄ　Ｋａｚｕ
ｔｏｓｈｉ　Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．
Ｓｙｍｐ．ｏｎＯｐｔｉｃａｌ　Ｍｅｍｏｒｙ，１９８
９　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２８（１９８９）
Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　２８−３，ｐｐ．１６５−１７
０）は、マルチビームの熱拡散による干渉について記載
されている。また、光ディスク等の応用を意識し、構造
的には熱干渉もあるが、高密度のものもすでに発表され
ている。 また、実際に販売されている半導体レーザのデータシー
トとして、発光パワー，周囲温度（ケース温度）等と波
長やしきい値の変化が示されているものがある。しかし
、これはいずれも１ビームの例である。マルチビームの
場合は、熱干渉により、隣の半導体レーザの発熱状態に
よる発光光量や波長やしきい値の変化へ影響する。

【０００７】半導体レーザの応用機器の高性能化に伴い
、半導体レーザの発光光量や周囲温度に依る波長の変化
が問題となっている。特に光ディスクの場合は、読み取
り、書き込み時の発光光量の変化に伴う波長の変化は、
フォーカス制御の帯域をはるかに越える速度で変化する
ため、対物レンズに色消しレンズを用いる等の対策が講
じられてきた。しかし、レンズが重くなり、トラックや
フォーカス制御用のアクチュエータが大きくなる等の問
題があった。また、半導体レーザの波長を変調周波数と
同程度の速度で制御できることは半導体レーザ光源のさ
まざまな応用の可能性をもっている。

【０００８】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、低パワー発光時や高パワー発光時のいずれのと
きでも、半導体レーザもしくはその近傍で発する熱量を
一定にするため、構造が類似しており、かつ発光しにく
い、すなわち、しきい値電流が大きい補償用の半導体レ
ーザを前記半導体レーザ近傍に配置し、両者の熱変換に
対する消費電力特性を似たものにすることにより、系全
体での発熱を一定にし、発光時は半導体レーザ側により
多くの電流を流し、消光時は補償用半導体レーザ側へ電
流をバイパスするようにした半導体レーザを提供するこ
と、また波長や発光パワーのダイナミックな制御を可能
にする半導体レーザの駆動方法を提供することを目的と
してなされたものである。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
半導体レーザと、該半導体レーザの近傍に設けられ、該
半導体レーザと類似の構造を有し、熱的には結合されて
いるとともに、光学的にはアイソレーションされており
、かつ電気的に分離されている補償用半導体レーザとか
ら成ること、或いは、（２）半導体レーザと、該半導体
レーザの近傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造
を有し、熱的には結合されているとともに、光学的には
アイソレーションされており、かつ電気的に分離されて
いる補償用半導体レーザとから成り、該補償用半導体レ
ーザが前記半導体レーザ側に比べてしきい値電流が十分
大きくなるように構成されているとともに、発光しない
ように構成されていること、更には、（３）前記補償用
半導体レーザが、端面の反射率を下げることにより、し
きい値電流を高くすること、更には、（４）前記補償用
半導体レーザが、前記半導体レーザより電流の閉じ込め
をすることによりしきい値電流を高くすること、更には
、（５）前記補償用半導体レーザが、活性層部分に何ら
かの不純物をドープすることによりしきい値電流を高く
するとともに、全く発光しないようにすること、更には
、（６）前記補償用半導体レーザと前記半導体レーザの
両者に流す電流が一定になるように駆動回路を構成する
こと、更には、（７）前記（６）において前記補償用半
導体レーザにバイアス電流を定常的に流し、該補償用半
導体レーザの両端の電圧降下が定電圧領域に達するよう
にすること、更には、（８）前記（６）において補償用
でない方の半導体レーザに定常的にしきい値電流又はし
きい値電流より大きい電流を流すようにすること、更に
は、（９）前記（６）において半導体レーザの発光効率
分による発熱量の減少分を補償用半導体レーザと半導体
レーザ系における合計の発熱量を一定にすること、或い
は、（１０）　　半導体レーザと、該半導体レーザの近
傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造を有し、熱
的には結合されているとともに、光学的にはアイソレー
ションされており、かつ電気的に分離されている補償用
半導体レーザとから成る補償用半導体レーザ付半導体レ
ーザにおいて、前記半導体レーザは１つ又は複数有し、
各々の半導体レーザに１つ又は両側に複数の補償用半導
体レーザを有するプルーブで構成されていること、更に
は、（１１）前記（１０）において、複数の半導体レー
ザを有するマルチビーム半導体レーザにおいて、各半導
体レーザと該半導体レーザに対応する補償用半導体レー
ザのグループ毎に間隔を空け、前記複数の半導体レーザ
と該半導体レーザに対応させて１つ又は複数の補償用半
導体レーザを有すること、更には、（１２）前記（１０
）において、複数の半導体レーザを有するマルチビーム
半導体レーザにおいて、各半導体レーザと該半導体レー
ザに対応する補償用半導体レーザのグループ内にグルー
ブ（溝）を設け、前記複数の半導体レーザと該半導体レ
ーザに対応させて１つ又は両側に複数の補償用半導体レ
ーザを有すること、更には、（１３）前記（１０）にお
いて、前記１つ又は複数のグループ中で、前記補償用半
導体レーザを前記半導体レーザの両側に設けた構成の補
償用半導体レーザ付半導体レーザにおいて、前記半導体
レーザの発熱量の変化を補うために設けられた両側の補
償用半導体レーザを同じ特性で、かつ均等に配置するこ
と、或いは、（１４）半導体レーザと、該半導体レーザ
の近傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造を有し
、熱的には結合されているとともに、光学的にはアイソ
レーションされており、かつ電気的に分離されている補
償用半導体レーザとから成る補償用半導体レーザ付半導
体レーザの駆動方法において、前記半導体レーザは１つ
又は複数有し、各々の半導体レーザの両側に複数の補償
用半導体レーザを有するグループで構成され、前記半導
体レーザの発熱量の変化を補うために設けられた両側の
補償用半導体レーザを均等に発熱させること、更には、
（１５）前記（１４）において、前記半導体レーザの発
熱量の変化を適性に補うために、該半導体レーザに対応
する補償用半導体レーザの駆動信号の位相を、対応する
半導体レーザの駆動信号より進めて熱伝搬による時間遅
れの補正を行なうこと、更には、（１６）前記（１４）
において、前記半導体レーザの発熱量の変化を適性に補
うために、該半導体レーザに対応する補償用半導体レー
ザの合計の発熱量を、対応する半導体レーザの発熱量の
変化より大きくなるようにして、両半導体レーザ間の熱
勾配および熱損失分を考慮したこと、更には、（１７）
前記（１４）において、半導体レーザの発熱量の変化を
適性に補うために、該半導体レーザに対応する補償用半
導体レーザの発熱量の変化に対し、オーバーシュート気
味に調整し、半導体レーザ内での補償用半導体レーザに
よる熱応答性を改善すること、更には、（１８）前記（
１４）において、前記補償用半導体レーザの発熱量を一
定にし、対応する半導体レーザの発熱量との合計に対す
る半導体レーザの発熱量の変化の割合が小さくなるよう
にすることを特徴とするものである。以下、本発明の実
施例に基づいて説明する。

【００１０】図１は、本発明による補償用半導体レーザ
付半導体レーザの一実施例を説明するための構成図で、
図中、１はｎ−ＩｎＰ、２はＰ−ＩｎＧａＡｓＰ（活性
層）、３はＰ−ＩｎＰ、４はｉ−ＩｎＰ、５はＰ−Ｉｎ
Ｐ、６はＰ−ＩｎＰ（基板）、７はＡｌＺｎ、８はＡｌ
ＧａＮｉ、９は補償用（ダミー）半導体レーザ（ＤＬＤ
）、１０は半導体レーザ（ＬＤ）である。補償用半導体
レーザ付半導体レーザ（以下、ＤＬＤ−ＬＤと記す）の
構造は、通常の電流狭窄（Ｖ溝形）型の半導体レーザが
２つまたは複数並んだ構成をとる。Ｐ−ＩｎＰ（基板）
６上にＰ−ＩｎＰ層５を成長させ、そのうえに導電性の
低いｉ−ＩｎＰ層４を成長する。ここをウェットエッチ
ングにより、異方性エッチングでＶ型にくり抜いたとこ
ろに、Ｐ−ＩｎＰ層３、活性層のＰ−ＩｎＧａＡｓＰ層
２、そしてｎ−ＩｎＰ層１を成長させて、ＡｌＧａＮｉ
層８の電極をそれぞれにつけている。ｉ−ＩｎＰ層４は
絶縁性が高いため、両者は電気的に分離されていて、右
下に示したようなアノードコモンの２つの半導体レーザ
となっている。

【００１１】しかも、活性層２を紙面に垂直な方向に共
振する光も、両者の間で殆ど結合しないようになってお
り、しかし、熱的には十分結合がとれるような距離を選
んでおく。このままの構成の場合、両者は、全く同じ特
性を示す２つの半導体レーザとなるが、左の方の端面の
一方または両方の反射率を下げ、同じ電流値では、補償
用の半導体レーザのしきい値電流Ｉｔｈｂは、図２（ａ
）に示すように高くなるようにしてある。一般に、半導
体レーザの順方向バイアス特性は、図２（ｂ）に示すよ
うに、ごく少ない電流のときを除いて、電圧降下は定電
圧的であるので、消費パワーは電流に比例するものと考
えて良い。従って、ＤＬＤ−ＬＤ系全体に流す電流が一
定になるような駆動回路を付加することにより、発光パ
ワーに対して熱的に安定な発光をさせることが可能とな
る。

【００１２】図３（ａ），（ｂ）は、図１に示した本発
明による補償用半導体レーザ付半導体レーザの駆動回路
を示す図で、図（ａ）は最も簡単な駆動回路である。半
導体レーザ（ＬＤ）は常にしきい値電流Ｉｔｈまたはそ
れ以上の電流を定常的に流せるようにしてある。ここへ
発光のための変調電流Ｉｏｐ（ｔ）を端子ａ（ＬＤ側）
から分流し、合計の電流がＩｏとなるようにする。こう
することで、ＤＬＤ−ＬＤ系全体に流れる電流は一定値
Ｉｏ＋Ｉｔｈとなる。

【００１３】一方発光効率をηとすると、厳密には、η
Ｉｏｐ（ｔ）の分に相当するパワーは光となって発熱量
が減少する。これを補正する方法を示したのが図３（ｂ
）である。図（ｂ）では、Ｉｏｐ（ｔ）とηＩｏｐ（ｔ
）の２つの変調電流源を設け、両者は、連動して動作す
るため、補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）側は｛Ｉｏ＋η
Ｉｏｐ（ｔ）｝、半導体レーザ（ＬＤ）側はＩｔｈ＋Ｉ
ｏｐ（ｔ）の電流によりＩｔｈ＋　（１−η）Ｉｏｐ（
ｔ）分の発熱がそれぞれあり、ＤＬＤ−ＬＤ系全体で、
常にＩｔｈ＋Ｉｏｐ（ｔ）の発熱量を発光光量分も考慮
して制御できる。なお、半導体レーザ用の材料としては
図に示したような、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系の他に、
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いたもの等がある
。

【００１４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した駆動
回路における電流及び発光光量を示す図である。図（ａ
）は、半導体レーザ（ＬＤ）の流す電流の時間ｔに対す
る変化を示す。図（ｂ）は、半導体レーザ（ＬＤ）の発
光光量、つまりηＩｏｐ（ｔ）で半導体レーザ（ＬＤ）
へ流した変調電流分Ｉｏｐ（ｔ）のうち発熱に関与しな
かったパワーを示す。図（ｃ）は、ＤＬＤ−ＬＤ系全体
の発熱量の成分を表わす。電流Ｉｏとしきい値電流Ｉｔ
ｈは定常的に与えられるが厳密には発光光量分ηＩｏｐ
（ｔ）の分だけ発熱量は減少する。図３（ｂ）ではこれ
を駆動回路で補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）へ余分に流
すことで補っている。

【００１５】図５は、本発明による補償用半導体レーザ
付半導体レーザの他の実施例を示す図で、図中、１１は
ｎ−Ｉｎｐ、１２はＰ−ＩｎＧａＡｓＰ（活性層）、１
３はＰ−ＩｎＰ、１４はｉ−ＩｎＰ、１５はＰ−ＩｎＰ
、１６はＰ−ＩｎＰ（基板）、１７はＡｌＺｎ、１８は
ＡｌＧａＮｉ、１９は補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）、
２０は半導体レーザ（ＬＤ）である。補償用半導体レー
ザ（ＤＬＤ）１９のしきい値電流Ｉｔｈを高くするため
に、図１に示した構成では端面反射率を低くする構成と
しているのに対し、図５に示した構成では、電流狭窄の
ための構造をやめることで、しきい値電流Ｉｔｈを高く
している。また低パワーで発振電流の変調幅がしきい値
電流Ｉｔｈに比べ小さいものの場合は、特にこのような
構造の違いを与える必要はない。また構造的には同じで
あっても、補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）１９側の活性
層１２に、微量の不純物をトープするだけで発振しなく
なり、電気的特性を殆ど変えずに補償用用半導体レーザ
化することができる。

【００１６】図６は、本発明による補償用半導体レーザ
付半導体レーザの更に他の実施例を示す図で、２１はｎ
−ＩｎＰ、２２はＰ−ＩｎＧａＡｓＰ（活性層）、２３
はｎ−ＩｎＰ、２４はＰ−ＩｎＰ、２５はｎ−ＩｎＰ、
２６はＰ−ＩｎＰ、２７はＰ−ＩｎＰ（基板）、２８は
ＡｌＺｎ、２９はＡｌＧａＮｉ、３０は補償用半導体レ
ーザ（ＤＬＤ）、３１は半導体レーザ（ＬＤ）である。 Ｐ型ＩｎＰ基板２７上にＰ−ＩｎＰ層２６が成膜されて
いて、半導体レーザ（ＬＤ）側は、ここにｎ−ＩｎＰ層
２５、Ｐ−ＩｎＰ層２４が乗っていて、これをウェット
エッチングでＶ溝状の切り込みを入れ、ここにＰ−Ｉｎ
Ｐ層２３、活性層であるＰ−ＩｎＧａＡｓＰ層２２、ｎ
−ＩｎＰ層２１でダブルヘテロ構造ができている。ｎ−
ＩｎＰ層２５とＰ−ＩｎＰ層２４は逆バイアスのダイオ
ードとなっていて、半導体レーザ（ＬＤ）の電流狭窄を
行ない、しきい値電流Ｉｔｈを下げるようにしている。

【００１７】一方、補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）側は
、Ｐ−ＩｎＰ層２６上にＰ−ＩｎＰ層２３、活性層であ
るＰ−ＩｎＧａＡｓＰ層２２、ｎ−ＩｎＰ層２５が形成
されていて、半導体レーザ（ＬＤ）側とほぼ同じ電流−
電圧特性となるようにしてある（作製をＬＤ部分と一緒
に行なうのが望ましい）。しかし、電流狭窄の構造にし
ていないため、補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）のしきい
値電流Ｉｔｈは大きく、半導体レーザ（ＬＤ）に比べな
かなか発振しない。また、図１や図５のように、ｎ−Ｉ
ｎＰ層２５、Ｐ−ＩｎＰ層２４の部分にｉ−ＩｎＰ層の
高抵抗を利用しているわけではないので作製が容易であ
り、またＤＬＤ−ＬＤ間に溝を掘ってあるため、電気的
に、また光学的に左右は優れたアイソレーションを行な
え、熱的には基板側を通して良好な結合が得られる。

【００１８】次に、波長や発光パワーの安定化へのダイ
ナミックな制御を可能にする駆動方法について説明する
。図７（ａ），（ｂ）は、本発明による補償用半導体レ
ーザ付半導体レーザの更に他の実施例を示す図で、図（
ａ）は半導体レーザを端面側から見た図、図（ｂ）は結
線図である。図中、５１，５３は補償用半導体レーザ、
５２は半導体レーザ（主）、５４はＧａＡｌＡｓ、５５
はｎ−ＧａＡｓ、５６はＰ−ＧａＡｓ、５７はＧａＡｌ
Ａｓ（活性層）、５８はＧａＡｌＡｓ、５９はｎ−Ｇａ
Ａｓ基板、６０は電極、６１はコモンである。

【００１９】発光に使う主半導体レーザ５２と補償用半
導体レーザ５１，５３で構成された補償用半導体レーザ
付半導体レーザである。１つの主半導体レーザと２つの
補償用半導体レーザとは互いに、■熱的に強く結合して
いる、■電気的には分離されている、■光学的には分離
されている、ことを特徴としており、３者ともしきい値
電流Ｉｔｈが大きい場合は、まったく同性能のものでも
良い。また、主半導体レーザ５２の両側に設けられた用
半導体レーザ５１，５３のみ、しきい値を高くなるよう
にするために、活性層等に微量の不純物をドープしてし
きい値電流Ｉｔｈを上げるか、構造的に電流狭窄を行な
わないようにする等でしきい値電流Ｉｔｈを上げて発光
しにくくしても良い。そうすることで発光させずに熱的
な制御範囲を広げることができる。なお、取扱いのし易
さから、補償用半導体レーザ５１，５３は同一構造にす
るのが望ましい。

【００２０】次に、図７（ａ），（ｂ）の構成に基づく
駆動方法について説明する。図１４は、横軸を時間、縦
軸は図（ａ）が半導体レーザ５２の発熱量、図（ｂ）は
その発光光量、（ｃ）はその波長の変化を示している。 図（ａ）の破線はしきい値電流を流したときの半導体レ
ーザ５２の発熱量を示している（レーザ発光を始めるレ
ベル）。半導体レーザ５２において、図１４（ａ）のよ
うな駆動を行なうと、発光光量は、図（ｂ）のようにし
きい値を越えた部分のみがほぼ比例して発光し、図（ｃ
）のように波長も発光パワーに合わせて変化する。

【００２１】図１１は、図７に示した半導体レーザの基
本的な駆動方法の例を示している。図（ａ）は、補償用
半導体レーザ５３の発熱量、図（ｂ）は主半導体レーザ
５２の発熱量、図（ｃ）は補償用半導体レーザ５１の発
熱量を各々示し、図中の破線はしきい値を示している。 半導体レーザ５２は図１４に示したのと同じ駆動パター
ンにしてあり、各半導体レーザの駆動パターン中に示し
た破線はレーザ発光を始めるしきい値（Ｉｔｈを流した
ときの各レーザ部の発熱量）を示している。各半導体レ
ーザ部の発熱量をＰ１，Ｐ２，Ｐ３とすれば、図７（ａ
）に示した半導体レーザ系における発熱量を一定にする
。つまりＰ１＋Ｐ２＋Ｐ３＝ｃｏｎｓｔ（但し、Ｐ１＝
Ｐ３とするのが望ましい）とすれば良い。図１１は、こ
のような条件を満たすとした場合の例である。しかし、
実際には、補償用半導体レーザ５１，５３から半導体レ
ーザ５２へ向けて伝わる熱量は、補償用半導体レーザ５
１，５３から発した熱量の一部である。また、半導体レ
ーザ５２との間には温度勾配も存在することから実際の
補償用半導体レーザ５１，５３の発熱量をα倍にしなけ
ればならない。 つまり、

【００２２】

【数１】

【００２３】となるように駆動することを示したのが図
１２である。図１２は図１１と同様に、図（ａ）は補償
用半導体レーザ５３の発熱量、図（ｂ）は主半導体レー
ザ５２の発熱量、図（ｃ）は補償用半導体レーザ５１の
発熱量を各々示し、破線はしきい値を示している。図１
３は、熱伝搬時間による遅れを考慮した例を示す図であ
る。

【００２４】また、半導体レーザ５２の駆動速度が速い
場合は、補償用半導体レーザ５１，５３から半導体レー
ザ５２へ熱が伝搬する時間も考慮する必要が出てくる。 すなわち、駆動パターンに先がけて補償用半導体レーザ
５１，５３の発熱量を制御し、時間の進める量をβとし
て、Ｐ１（ｔ＋β）＋Ｐ２（ｔ）＋Ｐ３（ｔ＋β）＝ｃ
ｏｎｓｔ（但しＰ１（ｔ−β）＝Ｐ３（ｔ−β）が良い
）または、

【００２５】

【数２】

【００２６】とすると良い。更に、熱応答特性は、熱源
に対して一般にはローパスフィルタのような特性となる
傾向がある。つまり、半導体レーザ５２における伝わっ
てきた熱の立ち上がり、立ち下がり特性は緩くなってし
まう傾向がある。これを改善するために、補償用半導体
レーザ５１，５３における駆動を立ち上がり、立ち下が
りについて、図１５（ａ）〜（ｃ）のようにし、半導体
レーザ５２における補償用半導体レーザ５１，５３から
の熱応答性を改善している。つまり駆動パワーの帯域特
性は図１６のようにすれば良い。

【００２７】図８（ａ），（ｂ）は、２ビーム又はそれ
以上のビームを有する半導体レーザにおける構成を示す
図で、図中、７１，７３，７５は補償用半導体レーザ、
７２，７４は半導体レーザ（主）、７６はＧａＡｌＡｓ
、７７はＰ−ＧａＡｓ、７８はｎ−ＧａＡｓ、７９はＰ
−ＧａＡｓ、８０はＧａＡｌＡｓ（活性層）、８１はＧ
ａＡｌＡｓ、８２はｎ−ＧａＡｓ基板、８３は電極、８
４はコモンである。

【００２８】図（ａ）のような５つの半導体レーザ構造
で半導体レーザ７２，７４を発光させる主半導体レーザ
部とし、補償用半導体レーザ７１，７３，７５を補償用
とするとき、半導体レーザ７２，７４を独立に駆動させ
ると補償用半導体レーザ７３の補償駆動が難しくなり、
半導体レーザ７２，７４両者を効果的に補償できなくな
る。そこで、図９，図１０のように、１つの補償系毎に
図９（ａ），図１０（ａ）のように熱的アイソレーショ
ンのためのグルーブ（溝）を作り込み互いに干渉し合わ
ない構成をとるのが良い。図９は、９２，９５が発光用
半導体レーザで、９１，９３，９４，９６が補償用半導
体レーザであり、補償用半導体レーザ９１，９３は発光
用半導体レーザ９２を補償し、補償用半導体レーザ９４
，９６は発光用半導体レーザ９５を補償するためのもの
である。

【００２９】図１０も同様である。但し、図示したのは
２ビームのものであるが、１つの補償系の中でどちら側
を発光用、補償用の半導体レーザにしてもかまわない。 ２ビームが同じ発光パターンで良いならば、図８におい
て７２，７４を発光用半導体レーザで、７１，７３，７
５を補償用半導体レーザとしても良いし、図７において
、５１，５３を発光用半導体レーザにし、５２を補償用
半導体レーザとしても良い。但し、図１０や図７では、
補償用半導体レーザの発熱量を大きくしなければならな
い。図１７は補償用半導体レーザをＤＣ的に駆動して、
半導体レーザ自身の発熱量の変化の影響を薄めることで
補償している。図（ａ）は補償用半導体レーザ５１の発
熱量、図（ｂ）は半導体レーザ５２の発熱量、図（ｃ）
は補償用半導体レーザ５３の発熱量を各々示している。

【００３０】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）電気的に別の素子を駆動することができるように
なり、しかも、そのうちの一方が半導体レーザとして通
常の動作をし、光学的にもアイソレーションされている
ため、補償用半導体レーザの活性層は光導波路の影響を
受けることなく発振でき、熱的に十分結合しているため
、半導体レーザを変調している際も、発光特性に影響を
与えることなく、補償用半導体レーザにより、独立に半
導体レーザ部分に熱的制御を加えることができ、更に、
半導体レーザと補償用半導体レーザをほぼ電気的に同一
の特性とみなすことができる。 （２）補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）付半導体レーザ（
ＬＤ）系へ流す電流値を一定にしているため、電気的特
性が類似した両者の発熱量を一定にすることが可能とな
り、しかも、それら電流の一部を半導体レーザの変調電
流として扱うことで、発光光量は変化しても、ＤＬＤ−
ＬＤ系全体の発する熱量をほぼ一定にでき、波長や発振
特性を変調パワーに関係なく安定なものにすることがで
きる。 （３）請求項３に対応する効果：主半導体レーザの温度
制御を補償用半導体レーザで行ない、発光パワーの安定
化、波長安定化、波長制御のために左右から加熱制御を
行なうため、補償用半導体レーザ１個当たりの制御パワ
ーが少なくて済み、容易にしきい値電流以下で補償でき
、しかも主半導体レーザの温度補償の制御性が片側のみ
の従来のものに対して改善された。また多発光型半導体
レーザの補償半導体レーザによる主半導体レーザの発光
状態の補償が独立に行なえるようになり、各々の主半導
体レーザは独立な発光パターンで駆動できるようになっ
た。 （４）請求項４に対応する効果：補償用半導体レーザ・
主半導体レーザの１つのグループの発熱状態が他のグル
ープへの発熱＝発光状態への干渉を少なくすることがで
きるようになった。 （５）請求項５に対応する効果：補償用半導体レーザ・
主半導体レーザのグループ間の距離を離すことなく互い
の発熱状態の発熱＝発光状態への干渉を少なくできるよ
うになった。 （６）請求項６に対応する効果：左右２つの補償用半導
体レーザにより、主半導体レーザを左右から、最も効率
の良い等しい補償制御パワーを主半導体レーザに与え易
くなった。 （７）請求項７に対応する効果：請求項４の場合は、左
右の補償用半導体レーザに同一の制御、この構成でない
場合でも左右に対して与えるパワーの与え方のバランス
を調整してゆくことで、主半導体レーザへの制御パワー
が左右均等に与えられることで最も効率の良い補償制御
が可能となった。 （８）請求項８に対応する効果：制御帯域が速く、熱伝
導時間による補償パワーの主半導体レーザへの時間遅れ
をなくし、その瞬間の主半導体レーザの発熱状態（つま
り発光状態）に適した補償制御が可能となった。 （９）請求項９に対応する効果：補償用半導体レーザの
発する熱パワーの発散や吸収に伴うロスを補うため、主
半導体レーザの位置での主半導体レーザの発光状態を最
適にする補償パワーを与えられるようになった。 （１０）請求項１０に対応する効果：補償パワーの熱伝
搬に伴う主半導体レーザ位置での熱応答性の劣化を改善
し、主半導体レーザの発光状態の応答性に対する追従性
が改善された。 （１１）請求項１１に対応する効果：簡便に主半導体レ
ーザの発熱量の変化を補償できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明による補償用半導体レーザ付半導体
レーザの一実施例を説明するための構成図である。

【図２】　　半導体レーザの順方向のバイアス特性と、
本発明における半導体レーザの順電流と光出力の特性を
示す図である。

【図３】　　本発明による補償用半導体レーザ付半導体
レーザの駆動回路を示す図である。

【図４】　　駆動回路における電流及び発光光量を示す
図である。

【図５】　　本発明の他の実施例を示す図である。

【図６】　　本発明の更に他の実施例を示す図である。

【図７】　　本発明による補償用半導体レーザ付半導体
レーザの更に他の実施例を示す図である。

【図８】　　２ビーム型の実施例を示す図である。

【図９】　　図８を改良した他の２ビーム型の実施例を
示す図である。

【図１０】　　図８を改良した更に他の２ビーム型の実
施例を示す図である。

【図１１】　　本発明による補償用半導体レーザ付半導
体レーザの駆動方法を説明するための図である。

【図１２】　　温度勾配を考慮して改善した駆動方法を
説明するための図である。

【図１３】　　熱伝搬時間による遅れを考慮して改善し
た駆動方法を説明するための図である。

【図１４】　　主半導体レーザのビームの動作例を発熱
量、発光光量、波長の変化とともに示した説明図である
。

【図１５】　　熱伝搬にともなう温度上昇、下降の立ち
上がり、立ち下がり特性の改善のための補償用半導体レ
ーザの駆動方法を説明するための図である。

【図１６】　　駆動装置の駆動特性を示す図である。

【図１７】　　主半導体レーザに関係なく、補償用半導
体レーザをＤＣ的に駆動して主半導体レーザ自身の発熱
の変化の影響を少なくした駆動方法を説明するための図
である。

【図１８】　　従来の半導体レーザを説明するための図
である。

【符号の説明】

１…ｎ−ＩｎＰ、２…Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（活性層）、
３…Ｐ−ＩｎＰ、４…ｉ−ＩｎＰ、５…Ｐ−ＩｎＰ、６
…Ｐ−ＩｎＰ（基板）、７…ＡｌＺｎ、８…ＡｌＧａＮ
ｉ、９…補償用半導体レーザ（ＤＬＤ）、１０…半導体
レーザ（ＬＤ）。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体レーザと、該半導体レーザの近
   傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造を有し、熱
   的には結合されているとともに、光学的にはアイソレー
   ションされており、かつ電気的に分離されている補償用
   半導体レーザとから成ることを特徴とする補償用半導体
   レーザ付半導体レーザ。
2. 【請求項２】　　半導体レーザと、該半導体レーザの近
   傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造を有し、熱
   的には結合されているとともに、光学的にはアイソレー
   ションされており、かつ電気的に分離されている補償用
   半導体レーザとから成り、該補償用半導体レーザが前記
   半導体レーザ側に比べてしきい値電流が十分大きくなる
   ように構成されているとともに、発光しないように構成
   されていることを特徴とする補償用半導体レーザ付半導
   体レーザ。
3. 【請求項３】　　半導体レーザと、該半導体レーザの近
   傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造を有し、熱
   的には結合されているとともに、光学的にはアイソレー
   ションされており、かつ電気的に分離されている補償用
   半導体レーザとから成る補償用半導体レーザ付半導体レ
   ーザにおいて、前記半導体レーザは１つ又は複数有し、
   各々の半導体レーザに１つ又は両側に複数の補償用半導
   体レーザを有するプルーブで構成されていることを特徴
   とする補償用半導体レーザ付半導体レーザ。
4. 【請求項４】　　複数の半導体レーザを有するマルチビ
   ーム半導体レーザにおいて、各半導体レーザと該半導体
   レーザに対応する補償用半導体レーザのグループ毎に間
   隔を空け、前記複数の半導体レーザと該半導体レーザに
   対応させて１つ又は複数の補償用半導体レーザを有する
   ことを特徴とする請求項３記載の補償用半導体レーザ付
   半導体レーザ。
5. 【請求項５】　　複数の半導体レーザを有するマルチビ
   ーム半導体レーザにおいて、各半導体レーザと該半導体
   レーザに対応する補償用半導体レーザのグループ内にグ
   ルーブ（溝）を設け、前記複数の半導体レーザと該半導
   体レーザに対応させて１つ又は両側に複数の補償用半導
   体レーザを有することを特徴とする請求項３記載の補償
   用半導体レーザ付半導体レーザ。
6. 【請求項６】　　前記１つ又は複数のグループ中で、前
   記補償用半導体レーザを前記半導体レーザの両側に設け
   た構成の補償用半導体レーザ付半導体レーザにおいて、
   前記半導体レーザの発熱量の変化を補うために設けられ
   た両側の補償用半導体レーザを同じ特性で、かつ均等に
   配置することを特徴とする請求項３記載の補償用半導体
   レーザ付半導体レーザ。
7. 【請求項７】　　半導体レーザと、該半導体レーザの近
   傍に設けられ、該半導体レーザと類似の構造を有し、熱
   的には結合されているとともに、光学的にはアイソレー
   ションされており、かつ電気的に分離されている補償用
   半導体レーザとから成る補償用半導体レーザ付半導体レ
   ーザの駆動方法において、前記半導体レーザは１つ又は
   複数有し、各々の半導体レーザの両側に複数の補償用半
   導体レーザを有するグループで構成され、前記半導体レ
   ーザの発熱量の変化を補うために設けられた両側の補償
   用半導体レーザを均等に発熱させることを特徴とする補
   償用半導体レーザ付半導体レーザの駆動方法。
8. 【請求項８】　　前記半導体レーザの発熱量の変化を適
   性に補うために、該半導体レーザに対応する補償用半導
   体レーザの駆動信号の位相を、対応する半導体レーザの
   駆動信号より進めて熱伝搬による時間遅れの補正を行な
   うことを特徴とする請求項７記載の補償用半導体レーザ
   付半導体レーザの駆動方法。
9. 【請求項９】　　前記半導体レーザの発熱量の変化を適
   性に補うために、該半導体レーザに対応する補償用半導
   体レーザの合計の発熱量を、対応する半導体レーザの発
   熱量の変化より大きくなるようにして、両半導体レーザ
   間の熱勾配および熱損失分を考慮したことを特徴とする
   請求項７記載の補償用半導体レーザ付半導体レーザの駆
   動方法。
10. 【請求項１０】　　半導体レーザの発熱量の変化を適性
    に補うために、該半導体レーザに対応する補償用半導体
    レーザの発熱量の変化に対し、オーバーシュート気味に
    調整し、半導体レーザ内での補償用半導体レーザによる
    熱応答性を改善することを特徴とする請求項７記載の補
    償用半導体レーザ付半導体レーザの駆動方法。
11. 【請求項１１】　　前記補償用半導体レーザの発熱量を
    一定にし、対応する半導体レーザの発熱量との合計に対
    する半導体レーザの発熱量の変化の割合が小さくなるよ
    うにすることを特徴とする請求項７記載の補償用半導体
    レーザ付半導体レーザの駆動方法。