CN101902012B - 半导体激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体激光装置，其结构包括半导体激光器芯片，具有发射面和反射面，发射面和反射面是谐振器的相对的端面；以及光电二极管，用于探测从所述反射面出射的光，光电二极管在光电二极管的灵敏度随波长增长而增高的波长带中使用。发射面具有形成于所述发射面上的第一电介质多层膜，反射面具有形成于所述反射面上的第二电介质多层膜，第一电介质多层膜的反射率在峰值时的波长λf和第二电介质多层膜的反射率在峰值时的波长λr满足关系λf＜λr。

Description

半导体激光装置
技术领域
本发明涉及包括半导体激光器芯片的半导体激光装置，在该半导体激光器芯片中对发射面和反射面形成镀层膜，所述发射面和所述反射面是谐振器的相对的端面。
背景技术
用在光盘驱动器中的半导体激光元件除半导体激光器芯片外通常还包括内置的用于探测激光器功率的光电二极管，并且基于由光电二极管通过光电效应转换的电流值(监控电流)来控制激光器功率。通常，便宜的使用硅(Si)的光电二级管用于CD用780nm范围半导体激光元件与DVD用650nm范围半导体激光元件。
400nm范围半导体激光装置用于下一代蓝光盘(Blu-ray disk)。然而，尽管激光器功率保持恒定，但半导体激光装置的温度依赖性也导致输出激光的波长随环境温度的升高而变长。结果，引起光电二极管所探测的监控电流大幅度波动。
如图12所示，产生上述现象的原因之一是：将光转换成电流时，对波长的灵敏度依赖于用作光电二极管材料的Si而大幅度变化。
因而，具有内置光电二级管的传统半导体激光装置的通常做法是，将光电二级管的灵敏度随波长而变化的事实作为已知的，在控制侧根据监控电流的波长依赖性来修正该灵敏度。
然而，半导体激光器芯片自身因环境温度变化而导致的带隙的波动，引起其所发出的激光波长变化。因此，单独修正光电二极管的灵敏度不足以达到自动功率控制(APC，auto power control)驱动的规格(环境温度变化引起的功率变化在±5％以内)。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种使用具有波长依赖性的光电二极管却有自动功率控制(APC)驱动规格的半导体激光装置。
为达到上述目的，本发明提供了一种半导体激光装置，包括半导体激光器芯片，具有发射面和反射面，发射面和反射面是谐振器的相对的端面；以及光电二极管，用于探测从反射面发射的光，光电二极管在光电二极管的灵敏度随波长增长而增高的波长带中使用。发射面具有形成于发射面上的第一电介质多层膜，反射面具有形成于反射面上的第二电介质多层膜，第一电介质多层膜的反射率在峰值时的波长λf和第二电介质多层膜的反射率在峰值时的波长λr满足关系λf＜λr。
在上述半导体激光装置中，半导体激光器芯片的振荡波长λ1可满足关系λ1-20nm＜λf＜λ1＜λr＜λ1+20nm。
此外，在上述半导体激光装置中，可以满足关系λr-λf＝20nm。
此外，在上述半导体激光装置中，从发射面出射的光的功率Pf和从反射面出射的光的功率Pr的功率比Pr/f可随波长的增长而减小。
此外，在上述半导体激光装置中，光电二极管的灵敏度表示为α，Pr/Pf×α可在半导体激光器芯片的振荡波长λ1处达到极值。
此外，在上述半导体激光装置中，第一电介质多层膜可包括第三膜和第四膜；第三膜的折射率n3、第三膜的物理膜厚d3、第四膜的折射率n4、第四膜的物理膜厚d4和半导体激光器芯片的振荡波长λ1满足关系n3＜n4、d3＝λ1/4n3以及d4＝λ1/4n4，并且第一电介质多层膜具有10％至50％的反射率。
此外，在上述半导体激光装置中，第三膜由SiO2形成，第四膜可以由选自由Al2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Nb2O5和Si3N4构成的组的一种形成。
此外，在上述半导体激光装置中，第二电介质多层膜可包括第七膜和第八膜；第七膜的折射率n7、第七膜的物理膜厚d7、第八膜的折射率n8、第八膜的物理膜厚d8和半导体激光器芯片的振荡波长λ1满足关系n7＜n8、d7＝λ1/4n7以及d8＝λ1/4n8，并且第一电介质多层膜可具有80％的反射率。
此外，在上述半导体激光装置中，第七膜由SiO2形成，第八膜由选自由Al2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Nb2O5和Si3N4构成的组的一种形成。
根据本发明，监控电流的波长依赖性小，尽管环境温度有变化，但仍能获得能够APC驱动的规格(响应于环境温度变化的±5％以内的功率变化)。
附图说明
图1是本发明半导体激光装置的主要部分的截面图；
图2A是图示制造本发明半导体激光器芯片的工艺步骤的图；
图2B是图示制造本发明半导体激光器芯片的工艺步骤的图；
图3A是图示制造本发明半导体激光器芯片的工艺步骤的图；
图3B是图示制造本发明半导体激光器芯片的工艺步骤的图；
图3C是图示制造本发明半导体激光器芯片的工艺步骤的图；
图4是图示制造本发明半导体激光器芯片的工艺步骤的图；
图5是本发明的半导体激光器芯片的透视图；
图6是示出本发明第一和第二电介质多层膜的反射率-波长关系的图；
图7是将图6转换为功率比Pr/Pf而获得的图；
图8是示出本发明中监控电流的波长依赖性的图；
图9是示出比较例的第三和第四电介质多层膜的反射率-波长关系的图；
图10是将图9转换为功率比Pr/Pf而获得的图；
图11是示出比较例中监控电流的波长依赖性的图；以及
图12是示出使用Si的光电二极管的灵敏度的波长依赖性的图。
具体实施方式
图1是本发明半导体激光装置的主要部分的截面图。半导体激光装置10包括基座(stem)20、副底座(sub-mount)30、半导体激光器芯片100和光电二极管40；基座20具有安装芯片的水平面以及斜面，副底座30安置在基座20的水平面上，半导体激光器芯片100安置在副底座30上，光电二极管40安置在基座20的斜面上。
半导体激光器芯片100具有发射面100a和反射面100b，是谐振器的相对的端面。光电二极管40设置在反射面100b侧，以使用光电二极管40的受光部41探测从反射面100b出射的光线。下面说明半导体激光器芯片100的结构和制造半导体激光器芯片100的方法。
(激光器晶片的制造)
图2A和2B以及图3A至3C是图示制造半导体激光器芯片100的工艺步骤的图。首先，如图2A所示，在n型GaN基板101的第一主面上依次层叠n型GaN下接触层102、n型Aly1Ga1-y1N(0＜y1＜0.2)下覆层103、n型GaN下引导层104、有源层105、蒸发防止层106、p型GaN上引导层107、p型Aly4Ga1-y4N上覆层108和p型GaN上接触层109。下接触层102的厚度为0.1至10μm(例如，4μm)。下覆层103的厚度为0.5至3μm(例如，1.0μm)。下引导层104的厚度为0至0.2μm(例如，0.1μm)。有源层105具有多量子阱层结构，其中Inx1Ga1-x1N量子阱层和Inx2Ga1-x2N势垒层(x1＞x2)交替层叠。蒸发防止层106由p型Aly3Ga1-y3N(0.05＜y3＜0.5)制成。上引导层107的厚度为0至0.2μm(例如，0.01μm)。
替代n型GaN基板，基板101可以是蓝宝石基板，未掺杂GaN或AlGaN基板等。下覆层103可由具有所期望的光学特性的材料形成，例如n型GaN和n型AlGaN的超晶格结构，或者具有不同成分的AlGaN层的组合。
替代n型或p型GaN，下引导层104或上引导层107可由n型或p型InGaN或AlGaN形成。如果引导层不是设计上必需的，可以略去下引导层104或上引导层107。设定有源层105的组成和结构，以发射波长约为405nm的光。如果杂质用于防止有源层的生长之后并在进行上覆层108的生长期间对有源层的破坏，则在蒸发防止层106中可以混有As、P或其他杂质。
与下覆层103相类似，上覆层108也可由具有所期望的光学特性的材料形成，例如p型GaN和p型AlGaN的超晶格结构，或者具有不同成分的AlGaN层的组合。替代p型GaN，上接触层109可由p型InGaN、GaInNAs或GaInNP等形成。
接下来，如图2B所示，在已完成外延生长的晶片的整个顶面上通过真空蒸发或其它方法形成例如以Pd或Ni作为主要成分的第一p电极112a。然后，使用光刻工艺形成条宽为1至3μm(例如，1.5μm)的条形图案抗蚀剂114。
如图3A所示，通过离子蚀刻或湿法蚀刻来蚀刻第一p电极112a，以去除条形图案抗蚀剂114下方区域之外的其它区域。替代地，第一p电极112a可与稍后形成的衬垫电极(pad electrode)同时形成。在这种情形，在晶片上直接形成抗蚀剂114，并立即执行下一步。
接下来，使用SiCl4或Cl2气体通过RIE或其它类型的干法蚀刻，将晶片上的层下挖穿过上接触层109，直至至少上覆层108的中部，以形成脊状条110。优选地，蚀刻停止于沿覆层108的厚度方向从蒸发防止层106的底面106起0.05至0.2μm处。如果蚀刻在0.05μm处之前停止，半导体激光元件可能具有低振荡阈值，但是扭结(kink)水平较低，因此，不适合高功率操作。如果蚀刻达到高于0.2μm的点，也是不期望的，因为振荡阈值大大增高，且难以控制激光器的远场图案(far field pattern，FFP)和其它光学性能。
如图3B所示，在已经形成脊状条110的晶片上由SiO2形成厚度为0.1μm至0.5μm(例如，0.3μm)的掩埋层111，以掩埋脊。在SiO2层上，可形成一层以上的用于改善对第一p电极112a的附着性能的层。该层的形成材料可以是TiO2、ZrO2、HfO2或Ta2O5等氧化物，TiN、TaN或WN等氮化物，或Ti、Zr、Hf、Ta或Mo等金属。
接下来，如图3C所示，使用溶剂溶解构成脊状条110的抗蚀剂114，且一并使用超声波清洗或类似方法以露出第一p电极112a。
接下来，使用抗蚀剂通过光刻工艺进行电极图案化。在已图案化的晶片上，通过真空蒸发法依次沉积Mo/Au、W/Au或其他组合，以形成第二p电极112b(见图5)，从而使第一p电极112a的大部分与第二p电极112b接触。抗蚀剂的开口图案可考虑配线接合区域等因素而具有所期望的形状。在第一p电极不在脊状条110之前形成的情形，可沉积Ni/Au、Pd/Mo/Au或其他组合作为p电极用于从外部供给电力。
要进行图案化是因为在分割面处或镀膜时会产生泄漏等而降低可靠性的危险。因而，进行图案化时要避开将激光器芯片预计彼此分割开的预定分割区域。在图案化第二p电极114b时，也可使用蚀刻。在该情形，在整个晶片表面上通过气相沉积法沉积电极材料，通过光刻工艺将需保留为电极的部分用抗蚀剂保护，之后例如用王水基的蚀刻剂(aqua regia-based etchant)进行图案化。
应注意，在某些情形，第一p电极112a可能存在与泄漏等危险相关的问题。在该情形下，第一p电极112a也需要图案化。对第一p电极112a可使用不同的图案化方法，包括在第一p电极112a形成之前进行光刻工艺并通过剥离(lift-off)从预定分割区域去除金属的方法，在形成第一p电极112a后立即通过光刻工艺和蚀刻从预定分割区域去除金属的方法，以及在形成第二p电极112b后立即通过光刻工艺从预定分割区域去除金属的方法。
形成第二p电极112b之后，通过抛光或研磨晶片的后表面将激光器芯片的厚度减至约60至150μm(例如，100μm)。然后，通过等离子蚀刻或干法蚀刻处理已抛光或研磨的表面，在该表面上通过真空蒸发或其它方法依次沉积Hf/Al或Ti/Al，以形成第一n电极113a(见图5)，热处理保证其欧姆特性。此外，为方便安装，在第一n电极113a上形成Ti/Pt/Au等的n衬垫层113b(见图5)。从而制造了蓝色半导体激光器的晶片。
(镜面的制造)
接下来，将晶片切成条状的块，以形成其上形成有镀膜(电介质多层膜)的镜面。如图4所示，通过基本上垂直于脊状条110解理晶片而将晶片分开为多个宽度为250至1200μm(例如，300μm)的棒材(bar)150，以形成镜面。晶片已经被减薄，因而容易解理。划片和分割(scribe-and-break)、由激光划片的分割或其他方法可以用于解理。
如图5所示，在棒材150的发射面和反射面上分别形成第一电介质多层膜160和第二电介质多层膜170。然后，棒材150被分成多个芯片以获得多个半导体激光器芯片100。在图5中，透视图中用虚线表示各部分。
第一电介质多层膜160包括四层电介质膜，通过气相沉积法依次沉积第一膜、第二膜、第三膜和第四膜。第一膜是AlON膜，折射率n1为2.1，物理膜厚d1为6nm。第二膜是Al2O3膜，折射率n2为1.69，物理膜厚d2为117nm，根据d＝λf/2n的来确定d2。λf是第一电介质多层膜160的反射率在峰值时的波长，在此为395nm。第一膜是和半导体部接触的层，因而使用6nm厚的AlON(氮氧化铝)作为第一膜，以防止半导体层的氧化。通过形成厚度d为λf/2n的Al2O3膜作为第二膜来抵消第一膜的光学效果。
第三膜是SiO2膜，折射率n3为1.5，物理膜厚d3为65nm。第四膜是Al2O3膜，折射率n4为1.69，物理膜厚d4为59nm，根据d＝λf/4n的定义来确定d3和d4。通过第三膜和第四膜，各激光发射面的反射率设定在25％。通常而言，在光盘驱动用半导体激光装置中激光发射面具有低反射率时，从半导体激光装置发射的激光到达光盘时，从光盘返回的相干光进入半导体激光装置的内部，并改变半导体激光谐振器内的光子密度，从而使激光振荡不稳。这种现象被称作返回光噪音(return light noise)。为防止返回光噪音，发射面的反射率需要在10％以上。然而，如果发射面的反射率被设定得太高，则半导体激光装置的外微分效率(external differential efficiency)低。因而，适当的发射面反射率是10％至50％。为达到外微分效率基准1.1±0.2(W/A)，发射面的反射率需要设在10％至50％。
另一方面，第二电介质多层膜170包括六层电介质膜，通过气相沉积法依次层叠第五至第十膜。第五膜是AlON膜，折射率n5为2.1，物理膜厚d6为6nm。第六膜是Al2O3膜，折射率n6为1.69，物理膜厚d6为122nm，根据d＝λr/2n的定义来确定d6。λf是第二电介质多层膜170的反射率在峰值时的波长，在此为415nm。第五膜和第六膜用作半导体层的保护膜。
第七膜是SiO2膜，折射率n7为1.5，物理膜厚d7为69nm。第八膜是TiO2膜，折射率n8为2.53，物理膜厚d8为40nm。第九膜是SiO2膜，折射率n9为1.5，物理膜厚d9为67.5nm。第十膜是TiO2膜，折射率n10为2.53，物理膜厚d10为40nm，根据d＝λf/4n的定义来确定d7至d10。提高电介质多层膜的反射率的通常方法是，将依照n7、n8、n9和n10的次序形成具有n7＜n8的折射率关系的膜为λf/4n的光学膜厚nd。在本实施例中，考虑到半导体激光装置的阈值电流和外微分效率的限制，反射面的反射率设为80％，因而反射面的层数需要为六层。
图6是示出第一和第二电介质多层膜160和170中的反射率-波长关系的图。可以看出，在图中，λf为395nm，λr是415nm。从发射面100a出射的光的功率表示为Pf，从反射面100b出射的光的功率表示为Pr，发射面100a的反射率表示为Rf，反射面100b的反射率表示为Rr。则功率比Pr/Pf可表示为Pr/Pf＝{(1-Rr)/(1-Rf)}×(√Rf/√Rr)。
图7是将图6转换为功率比Pr/Pf而获得的图。可以看出，在图中，功率比Pr/Pf随波长增加而变小。光电二极管40对波长的灵敏度表示为α，监控电流的波长依赖性表示为Pr/Pf×α。根据图12，光电二极管40的灵敏度α在300nm至500nm波长范围中的线性近似表示为α＝0.23×λ+19。在该波长范围中，光电二极管40的图具有正梯度，因而需要满足λf＜λr。
图8是示出监控电流的波长依赖性的图，通过将图7乘以α而得。图8显示，在半导体激光器芯片100的振荡波长λ1处达到极值。从半导体激光器芯片中电子和空穴的费米分布通常随环境温度而变化的事实，以及从半导体材料的带隙是温度的函数的事实可以说，半导体激光器芯片100具有温度特性。因而，已知环境温度的变化引起半导体激光装置的振荡波长的改变。下面给出观察到的温度特性的表现的例子，当环境温度为25℃且半导体激光装置在405nm的振荡波长和20mW的发射面侧功率下由自动功率控制(APC)驱动来驱动时，环境温度变为75℃，半导体激光器芯片100的振荡波长则增长约4nm。
根据图8，振荡波长从405nm增长4nm时，监控电流增长约2％。换句话说，尽管环境温度有变化，该半导体激光装置仍具有能够APC驱动的规格(响应于环境温度变化的±5％以内的功率变化)。上述监控电流的波长依赖性为Pr/Pf×α，因而，须满足λf＜λr以及λr-λf＝20nm，以保证在405±10nm的波长范围中±5％以内的功率变化。需要满足λr-λf＝20nm关系是因为：光电二极管40在395nm的灵敏度α为109.9％，在415nm的灵敏度α为114.9％，二者有5％的差异，并且发射面和反射面的反射率峰值应具有波长的约5％的梯度。
在半导体激光装置10中，第四膜可由Ta2O5、TiO2、ZrO2、Nb2O5或Si3N4形成，第八膜可由Al2O3、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5或Si3N4形成。
下面说明一比较例。比较例的半导体激光装置与本发明的不同点仅在于第一和第二电介质多层膜的结构，其余结构和本发明的一样。在下述说明中，比较例在发射面侧的电介质多层膜被称为第三电介质多层膜，比较例在反射面侧的电介质多层膜被称为第四电介质多层膜。
第三电介质多层膜包括四层电介质膜，通过气相沉积法依次沉积第十一膜、第十二膜、第十三膜和第十四膜。第十一膜是AlON膜，折射率n11为2.1，物理膜厚d11为6nm。第十二膜是Al2O3膜，折射率n12为1.69，物理膜厚d12为116nm。第十三膜是SiO2膜，折射率n13为1.5，物理膜厚d13为65nm。第十四膜是Al2O3膜，折射率n14为1.69，物理膜厚d14为59nm。
另一方面，第四电介质多层膜包括六层电介质膜，通过气相沉积法依次层叠第十五至第二十膜。第十五膜是AlON膜，折射率n15为2.1，物理膜厚d15为6nm。第十六膜是Al2O3膜，折射率n16为1.69，物理膜厚d16为117nm。第十七膜是SiO2膜，折射率n17为1.5，物理膜厚d17为67.5nm。第十八膜是TiO2膜，折射率n18为2.53，物理膜厚d18为40nm。第十九膜是SiO2膜，折射率n19为1.5，物理膜厚d19为67.5nm。第二十膜是TiO2膜，折射率n20为2.53，物理膜厚d20为40nm。
第三电介质多层膜的反射率在峰值时的波长λf和第四电介质多层膜的反射率在峰值时的波长λr都是405nm.
图9是示出第三和第四电介质多层膜中的反射率-波长关系的图。可以看出，在图中，λf为405nm，λr是405nm。光功率比Pr/Pf可以与本发明上述说明中相同的方式计算。
图10是将图9转换为功率比Pr/Pf而获得的图。可以看出，在图10中，功率比Pr/Pf几乎不随波长而变化。这意味着波长依赖性小。监控电流的波长依赖性在下面计算。
图11是示出监控电流的波长依赖性的图，通过将图10乘以光电二极管40对波长的灵敏度α而得。图11显示，监控电流比随波长增加而增长，简而言之，监控电流具有大的波长依赖性。
半导体激光器芯片具有温度特性。下面给出观察到的温度特性的表现的例子，当环境温度为25℃且半导体激光装置在405nm的振荡波长和20mW的发射面侧功率下由APC驱动来驱动时，环境温度变为75℃，半导体激光器芯片100的振荡波长增长约4nm。
根据图11，振荡波长从405nm增长4nm时，监控电流增长超过5％。换句话说，该半导体激光装置在环境温度变化时不具有APC驱动的规格(响应于环境温度变化的±5％以内的功率变化)。
本发明例如可运用于单独使用的半导体激光装置，包括全息元件的全息激光装置，发射照明用的激发光的激光装置，将半导体激光装置和用于驱动或诸如信号检测的处理的IC芯片一体封装的光电子IC装置，以及将半导体激光装置和波导或微光学元件一体封装的复合光学装置。本发明还可应用于包括上述装置的光学记录系统和光盘系统，以及从紫外线到绿光的波长范围的光源系统。

Claims (9)

1.一种半导体激光装置，包括：
半导体激光器芯片，具有发射面和反射面，所述发射面和所述反射面是谐振器的相对的端面，且所述半导体激光器芯片的振荡波长在从紫外线到绿光的波长范围；以及
光电二极管，用于探测从所述反射面侧出射的光，所述光电二极管在所述光电二极管的灵敏度随波长增长而增高的波长带中使用，
其中，所述发射面具有形成于所述发射面上的第一电介质多层膜，所述反射面具有形成于所述反射面上的第二电介质多层膜，以及
其中，所述第一电介质多层膜的反射率达到峰值时的波长λf和所述第二电介质多层膜的反射率达到峰值时的波长λr满足关系λf＜λr。
2.如权利要求1所述的半导体激光装置，其中
所述半导体激光器芯片的振荡波长λ1满足关系λ1-20nm＜λf＜λ1＜λr＜λ1+20nm。
3.如权利要求1所述的半导体激光装置，其中
满足关系λr-λf＝20nm。
4.如权利要求1所述的半导体激光装置，其中
从所述发射面出射的光的功率Pf和从所述反射面出射的光的功率Pr的功率比Pr/Pf随波长的增长而减小。
5.如权利要求4所述的半导体激光装置，其中
所述光电二极管的灵敏度表示为α，Pr/Pf×α在所述半导体激光器芯片的振荡波长λ1处达到极值。
6.如权利要求1所述的半导体激光装置，
其中，所述第一电介质多层膜包括第三膜和第四膜；以及
其中，所述第三膜的折射率n3、所述第三膜的物理膜厚d3、所述第四膜的折射率n4、所述第四膜的物理膜厚d4和所述半导体激光器芯片的振荡波长λ1满足关系n3＜n4、d3＝λ1/4n3以及d4＝λ1/4n4，并且所述第一电介质多层膜具有10％至50％的反射率。
7.如权利要求6所述的半导体激光装置，其中
所述第三膜由SiO2形成，所述第四膜由选自由Al2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Nb2O5和Si3N4构成的组中的一种形成。
8.如权利要求1所述的半导体激光装置，
其中，所述第二电介质多层膜包括第七膜和第八膜；以及
其中，所述第七膜的折射率n7、所述第七膜的物理膜厚d7、所述第八膜的折射率n8、所述第八膜的物理膜厚d8和所述半导体激光器芯片的振荡波长λ1满足关系n7＜n8、d7＝λ1/4n7以及d8＝λ1/4n8，并且所述第二电介质多层膜具有80％以上的反射率。
9.如权利要求8所述的半导体激光装置，其中
所述第七膜由SiO2形成，所述第八膜由选自由Al2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Nb2O5和Si3N4构成的组中的一种形成。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6689646B2 (ja) * 2016-04-01 2020-04-28 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置
JP6624154B2 (ja) 2017-05-11 2019-12-25 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2663437B2 (ja) * 1987-05-27 1997-10-15 ソニー株式会社 半導体レーザ装置
JPH01184893A (ja) 1988-01-13 1989-07-24 Canon Inc 半導体レーザー
JP2666086B2 (ja) * 1989-06-12 1997-10-22 松下電器産業株式会社 半導体レーザ装置
JP2842399B2 (ja) * 1996-08-29 1999-01-06 日本電気株式会社 受光素子および半導体光装置
JP2971435B2 (ja) * 1998-03-30 1999-11-08 東芝電子エンジニアリング株式会社 半導体レーザおよびその製造方法
ATE448589T1 (de) * 2001-04-12 2009-11-15 Nichia Corp Halbleiterelement aus galliumnitridzusammensetzung
JP2003324247A (ja) 2002-03-01 2003-11-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 光発生装置、光増幅器及び光通信システム
JP4116463B2 (ja) * 2003-02-19 2008-07-09 アンリツ株式会社 半導体レーザ装置
JP4444304B2 (ja) * 2006-04-24 2010-03-31 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2009252861A (ja) * 2008-04-03 2009-10-29 Rohm Co Ltd 半導体レーザ素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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