従来の常識を覆す発見
UV-B（紫外線B領域、280〜320 nmの紫外光で、医療用途や高選択的フォトプロセスに適した波長帯）半導体レーザーは、皮膚疾患の治療や微細加工など、多岐にわたる分野での応用が期待されています。しかし、これまでのAlGaN材料では、結晶欠陥や光吸収の影響が大きく、電力・光エネルギー変換効率（半導体レーザーが電力をレーザー光のエネルギーに変換する効率）が低いことが大きな課題でした。
これまで、レーザーの効率を高めるためには、リッジ導波路（結晶の一部を掘り込み、狭い領域に電流集中と光閉じ込めを同時に実現する構造）を深く形成し、光を強く閉じ込めることが重要だと考えられてきました。しかし、名城大学の研究グループは、この従来の考え方に対し、効率を制限する主な要因が「光閉じ込め」ではなく、「内部光損失」（半導体内部で光を導波させ共振させる際に、半導体層内部で光が吸収・散乱される損失）であることを、世界で初めて実験的に明らかにしました。
世界最高レベルの効率5.5%を達成
研究グループは、リッジ導波路のエッチング深さを変えたAlGaN系UV-B半導体レーザーを複数作製し、内部光損失やその他の特性を詳細に評価しました。その結果、光閉じ込めが十分確保されている場合でも、内部光損失がわずかに増えるだけでレーザー性能が大きく低下することを確認しました。
図1: 本研究で作製したレーザーの模式的なデバイス構造図および代表的なデバイス特性図
この発見に基づき、内部光損失を最小化する新しいレーザー設計指針を確立。この新しい設計原理により、紫外半導体レーザーでは世界最高レベルとなる5.5%の電力・光エネルギー変換効率を達成しました。この成果は、「光をより閉じ込める設計」ではなく、「内部光損失を低減する設計」が高効率化の本質であることを証明しています。
広がる未来への期待
本研究は、AlGaN系半導体レーザーの設計思想そのものを見直す画期的な成果です。従来の「光閉じ込めを強める」という設計から、「内部光損失を最小化する」という新たな設計指針へ転換することで、今後さらなる高効率化、高出力化、高信頼化の実現が期待されます。この成果は深紫外レーザーだけでなく、AlGaN系レーザー全般の設計にも適用可能であり、医療用光源、半導体製造、ライフサイエンス、量子技術など、幅広い分野での高性能化と実用化に貢献するでしょう。
この研究成果は、2026年8月5日にAIPの学術誌「Applied Physics Letters」に掲載され、高効率深紫外半導体レーザーの実用化を大きく前進させる成果として、Scilight（Science highlight）とFeatured Article（注目論文）にも選出されました。
論文情報
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掲載誌：Applied Physics Letters
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掲載日：2026年8月5日
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論文タイトル：Internal-Loss-Limited 5.5% Wall-Plug Efficiency in Index-Guided AlGaN UV-B Laser Diodes with Polarization-Doped Cladding Layers
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DOI: 10.1063/5.0341819
関連リンク
- Scilight: Toward high-efficiency deep ultraviolet
