名城大学が明らかにしたGaN系レーザーの新技術が未来を切り開く

名城大学が新たに発見したGaN系VCSELの特性

名城大学の理工学部、化学・物質学科の竹内哲也教授らの研究グループは、GaN系垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）の特性に関する重要な発見をしました。これにより、従来のデチューニングに加えて新たに「共振器チューニング」という概念が、レーザー特性において大きな役割を果たすことが明らかになりました。

GaN系VCSELの重要性

GaN系VCSELは、高効率かつ小型の光源として、次世代のディスプレイ技術やセンシング技術、光通信など様々な分野での応用が期待されています。特に可視光領域での利用は、大変注目されています。本研究の成果は、これらの技術の実用化を大きく前進させる重要な一歩となるでしょう。

共振器チューニングの発見

竹内教授らの研究では、これまで重要視されてきた利得ピーク波長制御に加え、新たに共振波長を調整することが大きな影響を与えることを実証しました。この共振器チューニングによって、内部パラメータを抽出し、26.4%の高い電力変換効率を実現することに成功したのです。

特に、AlInN/GaN DBRの特性によるもので、共振波長がわずか1％ずれるだけでミラー損失が約2倍に増大することが明らかになりました。この特性が、GaN系VCSELの性能向上において如何に重要であるかを示しています。

研究の背景と進展

GaN系VCSELは、特に可視光領域での高効率な光源として注目を浴びています。このレーザーでは、共振波長と利得ピーク波長の差、すなわちデチューニングが重要となります。このデチューニングを制御することが、高効率のデバイス実現に欠かせない要素でした。しかし、GaN系の内蔵構造には特別な特性があり、DBR（分布ブラック反射鏡）ストップバンドが狭くなっているため、共振波長の調整が特に重要であることが示唆されています。

研究結果と実験

研究グループは、共振器への影響を理論的に研究した後、実際の素子を用いて実験も行いました。約200個のVCSELが搭載されたウエハを測定し、共振器チューニングが繰り返し変化する様子を観察しました。これにより、ミラー損失の連続的な変化が確認され、内部パラメータの導出に成功したのです。

今後の展開

本研究の成果は、GaN系VCSELにおける設計指針を提供し、さらなる高効率化を進める重要な基盤となります。研究チームは、今後もこの成果を基に、高出力化へと展開し、次世代の技術の進化に寄与することを目指しています。これにより、ディスプレイ、センシング、光通信といった幅広い分野での実用化が期待されています。