半導体レーザー

semiconductor laser,
laser diode
レーザーダイオードという
LDと略称する、ｐｎ接合に順方向電流を流して、注入された電子と正孔の再結合による誘導放出により光を放出するダイオード、
位相の揃った正弦波に近い光の波をコヒーレントと呼び、波同士が干渉する材質や指向性に優れている。ダイオードはキャリアの閉じ込めと光の閉じ込めにより、発光の効率を良くする為、活性層の閉じ込め層（グラッド層（gladding layer半導体レーザーダイオードにおいてレーザー光を励起する活性層に挟んで、注入キャリア及び光を閉じ込める働きをする半導体層、活性層に比べ禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい結晶材料によりクラッド層を形成し、活性層を挟んだダブルヘテロ接合構造を取る））を挟んだダブルーヘテロ（hetero junction異種結合とも言う、異種材料同士の接合を指す、格子定数がほぼ一致した、材料結晶により得られる、それぞれの結晶エネルギー帯の禁制帯幅が異なる為、接合面で伝導体及び荷電子帯（balence band多数の原子が集まって規則正しく配列した結晶では、結晶内の電子が取りうるエネルギーはいくつかの幅を持つエネルギー帯を形成する。結晶を構成する原子の最外殻電子によって満たされたエネルギー帯を価電子帯と呼ぶ。原子の最外殻電子は原子間の結合に関与しており、価電子帯と呼ぶ。原子の最外殻電子は原子間の結合に関与しており、価電子と呼ぶ事から、この名がある、なお、禁制帯を挟んで、高いエネルギーのエネルギー帯（energy band,量子論によると、孤立した原子内の電子が取る事が出来るエネルギーはとびとびの値となるが、多数の原子が集まって規則正しく配列した結晶では、ある原子内の電子は隣接した原子の位置へも拡がる事が出き
、その結果、結晶内の電子が取りうるエネルギーは幅を持ち、いくつかの帯を形成する、この帯をエネルギー帯と呼ぶ））を伝導体と呼ぶ、絶縁膜および半導体では価電子帯は絶対零度で電子により完全に満たされ（充満帯と呼ぶ）伝導体には電子は存在しない伝導体には電子は存在しない、なお金属では価電子帯を部分的に満たしているか、あるいは伝導体と重なっている）の不連続が生じるHEMTはAlGaAs/HaAsなど、界面でのエネルギー帯不連続により接合部に生じた三角井戸ポテンシャルをチャネルに利用している。半導体レーザーにはダブルヘテロ接合を重ねた量子井戸構造（quantum well 電子波の波長程度の幅を持つ禁制帯（forbidden band 量子論によると、結晶内電子のエネルギー帯を形成する、通常、結晶を構成する電子軌道の最外殻電子（価電子）は価電子帯と伝導体に分かれる。価電子帯と伝導体の間のエネルギー帯を禁制帯と呼ぶ、不純物（ドナー）に添加したn型半導体では禁制帯域内の伝導体の近傍にドナー順位、ｐ型半導体では禁制帯内の価電子帯の近傍（きんぼう）に多順位が形成される）幅の小さい半導体層により挟んでヘテロ接合により構成した、ポテンシャル井戸、禁制帯幅の大きい層はポテンシャル井戸に電子を閉じ込め薄いポテンシャル井戸に閉じ込められた電子は層厚方向の自由度が制限され不連続なエネルギー状態をとる。ポテンシャル井戸を複数積層にした構造を多重量子井戸と呼ぶ、半導体レーザーは量子井戸構造を利用する、なおMOSFET（ＭＯＳ(metal oxide semiconductor structure金属、シリコン（SiO2、半導体（シリコン）の３重構造、半導体のSi表面を酸化してシリコン酸化膜（SiO2）を形成したＭＩＳ構造、ｐ型半導体のメタルオキサイドセミコンダクターストラクチャーでは半導体に対して金属電極に負の電荷を加えると、半導体の酸化膜界面には正孔が蓄積され、絶縁膜により容量が決まるキャパシタとなり、正の電圧を加えると半導体の酸化膜接合部に空砲層が形成される、電圧を
大きくしていくと界面部の半導体はｎ型化した反転状態になり、電子が励起されるこのメタルオキサイドセミコンダクターを利用したトランジスタがＭＯＳフィールドエッフェクトトランジスターである）)）やHEMTのチャネルを形成するヘテロ接合面は３角形のポテンシャル井戸を構成するが、幅の狭い三角ポテンシャルも量子井戸である）を使用する）接合構造を彩る。光は活性層に沿った方向に放出される。ダイオード電流を増やしていくと、ある直流稚（しきい値電流）に達するとレーザー発振が始まる、材料はInO GaAsなどの直接遷移構造の結晶によって作られ、発振波長は結晶材料の禁制帯幅により決まる。、光通信用1.3-1.55μｍのInGaAs系、ＣＤ、ＤＶＤ用、0.4μｍの GaN系、AlGaInP.系 AlGaAs系などの材料構造がある