レーザーダイオードとは？意味をわかりやすく簡単に解説

レーザーダイオードとは

レーザーダイオードは、半導体レーザーの一種であり、特定の波長の光を生成する小型のデバイスです。電気エネルギーを直接光エネルギーに変換できるため、光通信やバーコードリーダー、レーザーポインターなど、幅広い分野で利用されています。レーザーダイオードは、その効率性、小型性、および比較的低いコストから、多くのアプリケーションにおいて重要な役割を果たしています。

レーザーダイオードの動作原理は、半導体中の電子と正孔の再結合によって光を放出する現象に基づいています。特定のエネルギーを持つ電子がより低いエネルギーレベルに遷移する際に、そのエネルギー差に相当する光子が放出され、この光が増幅されてレーザー光となります。このプロセスは、半導体のバンドギャップエネルギーと密接に関連しており、材料の選択によってレーザー光の波長を調整できます。

レーザーダイオードは、その構造や材料によって様々な種類が存在し、それぞれ異なる特性を持っています。例えば、ダブルヘテロ構造や量子井戸構造を持つレーザーダイオードは、より高い効率と出力電力を実現できます。また、窒化ガリウム（GaN）系のレーザーダイオードは、青色や紫外色の光を生成でき、光ディスク記録や照明などの分野で利用されています。

レーザーダイオードの種類と応用

「レーザーダイオードの種類と応用」に関して、以下を解説していきます。

• レーザーダイオードの種類（構造と材料）
• レーザーダイオードの応用分野（光通信と医療）

レーザーダイオードの種類（構造と材料）

レーザーダイオードは、その構造と材料によって様々な種類が存在し、それぞれ異なる特性を持っています。構造による分類では、ホモ接合型、ヘテロ接合型、量子井戸型などがあり、材料による分類では、GaAs系、InP系、GaN系などがあります。これらの違いによって、発光波長、出力、効率などが異なり、用途に応じて最適なものが選択されます。

特に、ヘテロ接合型レーザーダイオードは、活性層を異なるバンドギャップを持つ半導体で挟むことで、キャリアと光を閉じ込め、効率的な発光を実現します。量子井戸型レーザーダイオードは、活性層を非常に薄い量子井戸構造にすることで、量子効果を利用し、より高い効率と狭い発光スペクトルを実現します。これらの構造は、レーザーダイオードの性能向上に大きく貢献しています。

レーザーダイオードの応用分野（光通信と医療）

レーザーダイオードは、光通信、医療、産業、民生など、幅広い分野で応用されています。光通信においては、光ファイバーを通じて高速かつ大容量のデータ伝送を実現するために不可欠なデバイスです。医療分野では、レーザー手術や診断、美容医療などに利用され、精密な治療を可能にします。これらの応用は、レーザーダイオードの小型性、高効率、および特定の波長での発光能力によって支えられています。

特に、光通信においては、1.3μm帯や1.55μm帯の波長を持つレーザーダイオードが、光ファイバーの損失が最も少ない波長帯で使用されています。医療分野では、CO2レーザーやEr:YAGレーザーなど、様々な波長のレーザーダイオードが、組織の切開、凝固、蒸散などに利用されています。これらの応用は、レーザーダイオードの進化とともに、ますます高度化していくと考えられます。