半導体レーザーの主な種類

半導体レーザーにはいくつかの種類があります。ここでは種類毎の特徴について紹介します。

1. 代表的な半導体レーザー

主な半導体レーザーは端面発光レーザーと面発光レーザーの大きく2つに分けられます。
近年、センシング用光源として採用が進んでいるVCSELは面発光レーザーの一種となります。
それぞれの概要は以下の通りです。

端面発光レーザー（EEL: Edge Emitting Laser）

レーザーチップ基板面に対し水平方向に光を出すレーザーです。
共振器を半導体基板と平行に配置し、劈開した端面（側面）を共振器として利用し光を出射する構造です。このような構造の半導体レーザを端面発光レーザー (EEL: Edge Emitting Laser) と呼びます。

面発光レーザー（SEL: Surface Emitting Laser）

レーザーチップ基板面に対し垂直方向に光を出すレーザーです。
端面発光レーザーの共振器構造のままミラーや回折格子などを利用し、光の取り出し方向を変化させ垂直方向に発光させるレーザーと、レーザーの共振器構造自体を垂直方向に構成し垂直方向に発光させるレーザーがあります。後者のレーザーはVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)と呼ばれています。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）

面発光レーザーの一種で垂直方向に光を出すレーザーです。
基板に対し垂直方向に共振器を形成し活性層を2つの共振器ミラーで挟み込むことにより、垂直方向の発光を実現しています。共振器ミラーには、半導体または誘電体の積層構造から成る分布ブラッグ構造DBR（Distributed Bragg Reflector）が用いられています。

2. 主な構造

端面発光レーザーと面発光レーザーの主な構造を示します。

FP（ファブリペロー）型

シンプルなダブルヘテロ構造となり、端面発光レーザーに広く採用されています。
低い電流密度で発振可能なことから、室温連続発振が可能です。

垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）構造

DBR（Distributed Brag Reflector）と呼ばれる多層膜から構成される反射鏡を活性層の上下に配置することで、基板に対し垂直方向に共振器を構成します。活性領域が少ないためレーザー発振するまでの閾値電流を下げる事ができます。また、発光部をアレイ状に高密度集積し高出力を得る事も可能です。

3. 使用される主なパッケージ

半導体レーザーはさまざまなパッケージで製品化されていますが、ここでは代表的な3種類についてご紹介します。

TO-CAN

VCSEL

SMDパッケージが広く使われており、LEDに形状が似ているため実装が容易です。
パッケージ上面には配光制御のためにディフューザーと呼ばれる素子が配置されるケースがあります。
また、熱伝導率の高い金属（セラミック等）をパッケージに採用する事で放熱性を向上させ、温度上昇によるレーザーの特性変化を低減する事ができます。