LEDと半導体レーザーの違い：発光の仕組み・光の性質・用途を比較

どんなときに使うか

LED

広い範囲を明るく照らしたいときや、表示に使うとき。安く、長寿命で、駆動も簡単です。

半導体レーザー

光を細く絞って遠くへ届けたいとき、速く変調して情報を送りたいとき、波長のそろった光が必要なとき。光通信、距離の測定、加工などに使います。

共通点

どちらも、出す光の色(波長)は主に発光層の半導体のバンドギャップで決まります。発光の効率が高いGaN系、GaAs系、InP系などの直接遷移型の化合物半導体が使われ、間接遷移型のシリコンは発光素子に向きません。

理解度チェック

1. 光通信で、単一の波長で安定に発振させるために、回折格子を内蔵した半導体レーザーはどれか。
2. シリコンのような間接遷移型の半導体で、電子と正孔が再結合して光を出す確率が低い理由として正しいものはどれか。
3. 波長620 nmの光の光子1個がもつエネルギーに最も近い値はどれか。(E [eV] ≈ 1240 / λ [nm])

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関連する用語の解説

順方向バイアス

p側に正、n側に負の電圧をかけること。障壁が下がって電流がよく流れる。逆にかけると逆方向バイアスで、電流はほとんど流れない。

直接遷移型

伝導帯の底と価電子帯の頂上が同じ波数にあるバンド構造。電子と正孔の再結合で効率よく発光する。GaAsなど。

バンドギャップ

価電子帯の上端と伝導帯の下端とのエネルギー差。シリコンは室温で約1.12 eV。大きいほど高温・高電圧に強い。

量子井戸

バンドギャップの小さい数nmの薄い層を、バンドギャップの大きい層で挟んだ構造。キャリアを閉じ込めて再結合を起こしやすくするため、LEDやレーザーの発光層に使われる。

VCSEL(垂直共振器面発光レーザー)

基板に垂直な方向に光を出す半導体レーザー。ウエハのまま検査でき、2次元に並べるのも容易なため、データ通信や顔認証の光源などに使われる。

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