《理論》〈電気及び電子計測〉[H27:問11]半導体レーザに関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，半導体レーザ(レーザダイオード)に関する記述である。

レーザダイオードは，図のような\( \ 3 \ \)層構造を成している。\( \ \mathrm {p} \ \)形層と\( \ \mathrm {n} \ \)形層に挟まれた層を\(\fbox {　 （ア） 　}\)層といい，この層は上部の\( \ \mathrm {p} \ \)形層及び下部の\( \ \mathrm {n} \ \)形層とは性質の異なる材料で作られている。前後の面は半導体結晶による自然な反射鏡になっている。

レーザダイオードに\(\fbox {　 （イ） 　}\)を流すと，\(\fbox {　 （ア） 　}\)層の自由電子が正孔と再結合して消滅するとき光を放出する。

この光が二つの反射鏡の間に閉じ込められることによって，\(\fbox {　 （ウ） 　}\)放出が起き，同じ波長の光が多量に生じ，外部にその一部が出力される。光の特別な波長だけが共振状態となって\(\fbox {　 （ウ） 　}\)放出が誘起されるので，強い同位相のコヒーレントな光が得られる。

上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)及び(ウ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{cccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） \\
\hline
(1) & 　空　乏　 & 　逆電流　 & 　二　次　 \\
\hline
(2) & 　活　性　 & 　逆電流　 & 　誘　導　 \\
\hline
(3) & 　活　性　 & 　順電流　 & 　二　次　 \\
\hline
(4) & 　活　性　 & 　順電流　 & 　誘　導　 \\
\hline
(5) & 　空　乏　 & 　順電流　 & 　二　次　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

レーザダイオードの特性に関する問題で，電験三種に出題されるレーザダイオードに関しては，これ以上の知識は必要ありません。文中の強い同位相のコヒーレントとは，位相が揃った強い光を発するという解釈で問題ありません。

【解答】

解答：(4)
(ア)
図の\( \ \mathrm {p} \ \)形層と\( \ \mathrm {n} \ \)形層に挟まれた領域を活性層と言い，ここで，反射を繰り返して光を増幅させます。

(イ)
レーザダイオードに流すのは順電流です。\( \ \mathrm {p} \ \)形層が上，\( \ \mathrm {n} \ \)形層が下になっているので順方向であることが分かります。

(ウ)
同じ波長の光が次々と誘起され，強い光が放出されることを誘導放出と言います。