CN112290376A - 表面发射激光器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面发射激光器及其制造方法。所述表面发射激光器包括下反射器层、有源层、上反射器层和布线。下反射器层、有源层和上反射器层形成台面、平台和连接部。在台面和平台之间设置有第一凹槽。连接部连接台面和平台，并在从衬底的<011>方向倾斜的方向上延伸。在平台、连接部和台面的外围部分中形成高电阻区域。布线设置在平台、连接部和台面的顶表面上。台面包括从台面的侧表面延伸的氧化区域和电流限制结构，该电流限制结构包括被该氧化区域围绕的孔。

Description

表面发射激光器及其制造方法
技术领域
本发明涉及表面发射激光器及其制造方法。
背景技术
PCT公开WO 2015/033649(专利文献1)公开了一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
垂直腔表面发射激光器(VCSEL，可以简单地描述为表面发射激光器)具有两个反射层和一个夹在反射层之间的有源层。台面由有源层、反射器层等形成，并且台面的反射器层的一部分被选择性地氧化以形成氧化区域和被该氧化区域围绕的孔。
发明内容
表面发射激光器的台面被凹槽围绕。通过蚀刻堆叠的半导体层来形成凹槽。堆叠的半导体层中的一些层是导电的。通过将布线布置在凹槽的表面上，从台面跨凹槽提供布线。然而，当减小布线和导电半导体层之间的距离时，寄生电容增加。为了避免寄生电容的增加，可以将布线布置在未蚀刻部分的表面上，在该未蚀刻部分的表面上留下堆叠的半导体层而不被蚀刻。然后，减小了布线与导电半导体层之间的距离以及寄生电容。
然而，连接到台面的未蚀刻部分的存在使得反射器层难以从该方向被氧化，从而孔的形状变形。因此，本公开的目的是提供一种具有期望形状的孔并能够减小寄生电容的表面发射激光器及其制造方法。
根据本公开的表面发射激光器包括衬底、设置在衬底上的下反射器层、设置在下反射器层上的有源层、设置在有源层上的上反射器层以及布线。下反射器层、有源层和上反射器层形成台面、平台和连接部。在台面和平台之间设置第一凹槽。连接部沿着从衬底的<011>方向倾斜的方向延伸。连接部连接台面和平台。在台面的外围部分、平台以及连接部中形成高电阻区域。布线设置在平台、连接部和台面的顶表面上。台面包括从台面的外围部分延伸的氧化区域和电流限制层，电流限制层包括被该氧化区域围绕的孔。
根据本实施例的表面发射激光器的制造方法包括以下步骤：在衬底上依次形成下反射器层、有源层和上反射器层；通过将离子注入到下反射器层、有源层和上反射器层中的每一个的一部分中来形成高电阻区域；由下反射器层、有源层和上反射器层形成台面、平台和连接部；在台面中形成电流限制结构；在平台、连接部和台面中的每一个的顶表面上形成布线。平台和连接部包括高电阻区域。在台面和平台之间设置第一凹槽。连接部从衬底的<011>方向倾斜。形成电流限制结构的步骤包括以下步骤：从台面的侧表面氧化上反射器层的一部分，以形成由与有源层重叠的氧化区域围绕的孔。
附图说明
图1是示出根据实施例的表面发射激光器的平面图。
图2A是示出表面发射激光器的截面图。
图2B是示出表面发射激光器的截面图。
图2C是示出表面发射激光器的截面图。
图3A是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
图3B是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
图3C是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
图3D是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
图4A是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
图4B是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
图4C是示出制造表面发射激光器的方法的截面图。
具体实施方式
现在将描述一些实施例。(1)本公开的实施例是一种表面发射激光器，该表面发射激光器包括衬底、设置在衬底上的下反射器层、设置在下反射器层上的有源层、设置在有源层上的上反射器以及布线。下反射器层、有源层和上反射器层形成台面、平台和连接部。在台面和平台之间提供第一凹槽。连接部在从衬底的<011>方向倾斜的方向上延伸。连接部连接台面和平台。在台面的外围部分、平台以及连接部中形成高电阻区域。布线设置在平台、连接部和台面的顶表面上。台面包括从台面的外围部分延伸的氧化区域和包括由该氧化区域围绕的孔的电流限制结构。由于布线在连接部上延伸，因此可以减小寄生电容。此外，通过在从<011>方向倾斜的方向上延伸的连接部，可以控制上反射器层的氧化以形成期望形状的孔。
(2)连接部从衬底的<011>方向的倾斜角可以在35°或以上和55°或以下的范围内。因此，可以控制上反射器层的氧化以形成具有期望形状的孔。
(3)表面发射激光器可以进一步包括连接在台面和平台之间的多个连接部以及在多个连接部之间的第二凹槽。布线可以设置在多个连接部的每个顶表面上。通过增加多个布线的宽度的总和，可以抑制当电流在布线中流动时从布线产生的热量。
(4)多个布线中的每一个的宽度可以为5μm或以上。通过增加布线的宽度，可以抑制发热。
(5)第二凹槽的宽度可以为3μm或以上和20μm或以下。因此，连接部可以远离<011>方向定位并且几乎在<001>方向上连接到台面。结果，可以控制上反射器层的氧化以形成具有期望形状的孔。
(6)衬底可以由砷化镓形成。下反射器层和上反射器层可以由砷化铝镓形成，并且电流限制结构可以包括氧化铝。砷化铝镓的氧化速度取决于砷化铝镓的平面取向。氧化速度在<011>方向上较慢，在<001>方向上较快。通过使连接部远离<011>方向进行布置，可以形成期望形状的孔。
(7)本公开的用于制造表面发射激光器的实施例包括以下步骤：在衬底上依次形成下反射器层、有源层和上反射器层；通过将离子注入到下反射器层、有源层和上部反射器层中的每一个的一部分中来形成高电阻区域；由下反射器层、有源层和上反射器层形成台面、平台和连接部；在台面中形成电流限制结构；在平台、连接部和台面中的每一个的顶表面上形成布线。平台和连接部包括高电阻区域。在台面和平台之间设置第一凹槽。连接部在从衬底的<011>方向倾斜的方向上延伸。连接部连接台面和平台。形成电流限制结构的步骤包括以下步骤：从台面的侧表面氧化上反射器层的一部分，以形成被氧化区域围绕的孔。当在形成高电阻区域的连接部上方设置布线时，可以减小寄生电容。此外，通过使连接部从<011>方向倾斜，可以控制上反射器层的氧化速度并形成期望形状的孔。
下面将参考附图描述根据本公开的表面发射激光器及其制造方法的具体示例。应当注意，本公开不限于这些示例，而是由权利要求指示，并且意图包括与权利要求等同的含义和范围内的所有修改。
第一实施例
(表面发射激光器)图1是示出根据第一实施例的表面发射激光器100的平面图。例如，图1所示的表面发射激光器100的一侧的长度是300μm。在表面发射激光器100的外周部分中设置用于元件隔离的沟槽11。在由沟槽11围绕的区域中，布置台面19、平台17、连接部45、布线41和43、焊盘44和46。
台面19和凹槽13例如是圆形的。凹槽13围绕台面19设置。平台17围绕凹槽13和台面19。连接部45是连接平台17和台面19的分叉桥。凹槽15设置在连接部45的内部。
布线41从焊盘44延伸到台面19。布线41设置在平台17的顶表面上、连接部45的顶表面上以及台面19的顶表面上。在凹槽13、15中未设置布线41。台面17上的布线41的一部分可以被描述为布线41a，连接部45上的布线41的一部分可以被描述为布线41b，并且台面19上的布线41的一部分可以被描述为布线41c。布线41b的两个布线从布线41a被分支，布置在两个连接部45上，并合并到布线41c中。布线43从焊盘46延伸，并且从平台17的顶表面设置到凹槽13的内部。稍后将描述连接部45的方向。
图2A、图2B和图2C是示出表面发射激光器100的截面图。图2A示出了沿着图1的线L1截取的截面图。图2B示出了沿着图1的线L2截取的截面图。图2C示出了沿着图1的线L3截取的截面图。
如图2A与图2B所示，表面发射激光器100是VCSEL，其包括衬底10，DBR(分布式布拉格反射器)层12、16和20，接触层14和27以及有源层18。
衬底10是由例如半绝缘砷化镓(GaAs)形成的半导体衬底。DBR层12、接触层14、DBR层16(下反射器层)、有源层18、DBR层20(上反射器层)和接触层27依此顺序堆叠在衬底10的(100)平面上。这些层的顶表面平行于衬底10的顶表面。可以在衬底10和DBR层12之间设置GaAs和AlGaAs的缓冲层。
DBR层12、16和20例如是半导体多层，其包括交替堆叠的AlxGa1-xAs(x＝0.16)和AlyGa1-yAs(y＝0.9)，每个的光学膜厚度为λ/4。DBR层12是i型半导体，并且不是故意掺杂的。DBR层16是掺杂有浓度在5×1017cm-3和3×1018cm-3之间的硅(Si)的n型半导体。DBR层20是掺杂有浓度为1×1018cm-3至1×1019cm-3之间的锌(Zn)的p型半导体。
接触层14例如由厚度为400nm的n型AlxGa1-xAs(x＝0.1)形成。接触层14掺杂有浓度为3×1018cm-3的Si。接触层27例如由厚度为100nm的p型AlxGa1-xAs(x＝0.16)形成，并掺杂有浓度为1×1019cm-3的Zn。
有源层18包括其中InyGa1-yAs层(y＝0.107)和AlxGa1-xAs层(x＝0.3)交替堆叠的多量子阱(MQW)结构，并且具有光学增益。衬底10、DBR层12、接触层14、DBR层16、有源层18、DBR层20和接触层27可以由上述以外的化合物半导体形成。
DBR层16、有源层18、DBR层20和接触层27形成台面19。台面19的高度例如为4.5μm或以上和5.0μm或以下，并且其顶表面的宽度例如为30μm。台面19的侧表面可以在垂直于衬底10的顶表面的方向上延伸，或者相对于层的堆叠方向倾斜。凹槽13位于台面19的周围，并且凹槽13的宽度例如为20μm。
如图2A所示，在台面19的外围部分上形成高电阻区域23。如图2B所示，连接部45和平台17包括从台面19连续的高电阻区域23。如图2C所示，两个连接部45中的每一个包括高电阻区域23。
DBR层20包括电流限制结构21，并且电流限制结构21包括氧化区域21a和孔21b。通过氧化包括在DBR层20中的多个层的一部分来形成氧化区域21a。氧化区域21a从DBR层20的外围部分延伸并且不形成在DBR层20的中心部分中。孔21b是被氧化区域21a包围的未氧化部分。孔21b与有源层18重叠。孔21b的直径例如为7.5μm。氧化区域21a包括例如氧化铝(Al2O3)。氧化区域21a是绝缘的，并且电流在氧化区域21a中比在非氧化部分中更难流动。另一方面，在孔21b中，电流比在氧化区域21a中更容易流动。孔21b用作电流路径。电流限制结构21使得能够进行有效的电流注入。
绝缘膜24例如由氮化硅(SiN)形成，并且设置在高电阻区域23上。绝缘膜26例如由SiN形成。绝缘膜26覆盖接触层14的表面、台面19的侧表面和绝缘膜24的表面。绝缘膜30例如由SiN形成，覆盖绝缘膜26和台面19。
电极40和42布置在绝缘膜30的开口中。电极40设置在台面19的顶表面上，并连接至接触层27的表面。电极42设置在凹槽13的底部，并连接至接触层14.。绝缘膜30覆盖电极40和42，并且布线41和43设置在绝缘膜30上。布线41c位于台面19上方并电连接至电极40。布线43位于凹槽13内，并且电连接到电极42。
如图2C所示，在两个连接部45的每一个上均设置有布线41b。在两个连接部45之间，设置有凹槽15(第二凹槽)。凹槽15将两个连接部45分开。凹槽13位于两个连接部45的两侧上。布线41b中的一个的宽度W1例如为5μm或以上。凹槽15的底部处的宽度W2例如为3μm或以上和20μm或以下。
例如，电极40由诸如钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)的堆叠的金属形成。例如，电极42由诸如金、锗(Ge)和镍(Ni)的层压的金属形成。图1中所示的布线41和43、焊盘44和46由诸如Au的金属形成。
图1以平面图示出了衬底10和化合物半导体的(100)平面。在图1中，垂直方向是衬底10的[011]方向，横向是[01-1]方向。连接部45和布线41在从包括[011]方向和[01-1]方向的<011>方向倾斜的方向上延伸。<011>方向与连接部45延伸的方向之间的倾斜角例如为35°或以上和55°或以下。倾斜角优选为45°，并且连接部45和布线41可以沿[001]方向延伸。
如后所述，DBR层20的一部分被氧化以形成电流限制结构21。DBR层20的氧化速度取决于平面取向。当氧化从垂直于<011>方向的侧表面开始并在台面19内部进行时，氧化速度较慢。当氧化从垂直于包括[001]方向和朝向内部的[00-1]方向的<001>方向的侧表面开始时，氧化速度较快。通过使连接部45从<011>方向倾斜，调节氧化速度以获得孔21b的优选形状(例如，圆形)。
接合线(未示出)被接合到焊盘44和46，并且执行将电流注入到表面发射激光器100中。电流注入使有源层18发光，并且DBR层用作谐振器。例如，波长为900nm的激光束从孔21b朝着上侧发射。通过周期性地改变电流的注入量，可以发射调制的激光束。如果表面发射激光器100的寄生电容大，则在高频下的操作变得困难。如图1和图2C所示，布线41设置在连接部45上，并且布线41与导电半导体层(有源层18、DBR层16和20)之间的距离增加。因此，减小了寄生电容，并且表面发射激光器100在高频下的特性良好。
(制造方法)图3A至图4C是示出表面发射激光器100的制造方法的截面图。图3D示出了对应于图1中的线L3的横截面。其他图示出了对应于图1中的线L1的横截面。
如图3A所示，用于DBR层12、接触层14、DBR层16、有源层18、DBR层20和接触层27的半导体层通过金属有机气相外延(MOVPE)方法或分子束外延(MBE)方法以该顺序外延生长在衬底10上。这些层在衬底10的(100)平面上生长，并且每个层的主表面具有例如与衬底10的主表面(即，(100)平面)相同的取向。
DBR层20包括用于形成氧化区域21a的AlxGa1-xAs层(0.95≤x≤1.0)。绝缘膜24通过等离子体CVD法等形成在接触层27上。可以蚀刻DBR层20和接触层27以形成对准标记(未示出)。
如图3B所示，在绝缘膜24上形成掩模50，并且注入诸如质子(H+)的离子以形成高电阻区域23。被注入的离子的深度例如为3μm或以下或者4.5μm或以下。被掩模50覆盖的部分不注入离子。
如图3C和图3D所示，在去除掩模50之后，提供掩模52。掩模52比掩模50大，并且覆盖高电阻区域23的一部分和没有离子被注入的区域的一部分。例如，使用感应耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)设备，执行干法蚀刻直到暴露出接触层14，以形成如图3C所示的凹槽13和形成如图3D所示的凹槽15。干法蚀刻形成如图3C所示的台面19和平台17。干法蚀刻形成如图3D所示的连接部45。如图1所示，台面19是圆形的，并且在台面19和平台17之间形成凹槽13。在两个连接部45之间形成凹槽15。连接部45将台面19和平台17连接并且例如在[010]方向上延伸。
如图4A所示，通过在水蒸气气氛中加热到大约420℃，从侧表面氧化包括在DBR层20中的AlxGa1-xAs(0.95≤x≤1.0)层，以形成氧化区域21a。确定加热时间以使氧化区域21a达到预定宽度，并且在氧化区域21a之间保留具有预定宽度的未氧化部分，即，孔21b。
DBR层20的氧化速度与平面取向有关，并且氧化在[011]和[01-1]方向上较慢，在[001]和[010]方向上较快。由于连接部45从[010]方向连接到台面19，所以抑制了DBR层20在该方向上的氧化。结果，氧化从台面19的外周均匀地向内进行，并且形成具有类似于台面19的圆形的孔21b。换句话说，抑制了在孔21b中形成突起。
如图4B所示，通过从接触层27到DBR层12的干法蚀刻，形成用于分离元件的沟槽11。沟槽11的深度例如是8μm。在形成沟槽11之后，通过例如等离子体CVD(化学气相沉积)方法形成绝缘膜26。
如图4C所示，在沟槽13中的一部分处和绝缘膜的台面19上的一部分处形成开口。电极40设置在接触层27上，并且电极42通过例如抗蚀剂图案化和真空蒸发设置在接触层14上。绝缘膜30例如通过等离子体CVD形成在电极40和42上。绝缘膜30中的开口形成在与电极40和42重叠的部分处。
布线41和43以及焊盘44和46例如通过电镀处理形成在绝缘膜30上。布线41和焊盘44电连接到电极40，并且布线43和焊盘46电连接到电极42。通过在沟槽11处划分衬底，形成芯片形表面发射激光器100。
根据第一实施例，连接部45连接在台面19和平台17之间，并且在连接部45上方设置布线41。因此，与在凹槽13中设置布线41的情况相比，布线41与包括在DBR层16和20中的导电半导体之间的距离增加。因此，可以减小寄生电容，并且表面发射激光器100在高频下的操作变得良好。
连接部45从[011]方向和[01-1]方向倾斜。结果，可以控制DBR层20的氧化速度以形成具有期望形状的孔21b。由于在孔21b的外边缘中形成了平滑的曲线并且没有形成突起，因此抑制了电流集中并且几乎不引起断裂。
具体地，从连接部45的[011]方向和[01-1]方向的倾斜角设置为35°或以上和55°或以下，并且优选为45°。因此，连接部45沿着[010]方向延伸。连接部45从氧化速度小的[011]和[01-1]方向倾斜，连接部45在氧化速度大的[010]方向处覆盖台面19的侧表面。因此，例如，可以将DBR层20的氧化速度控制为相等。结果，可以形成具有期望形状的孔21b。
除了[010]方向外，连接部45还可从[0-10]方向、[001]方向或[00-1]方向连接到台面19。换句话说，连接部45优选地从<011>方向倾斜，并且优选地将连接部45从<001>方向连接到台面19。
电流通过焊盘44、布线41和电极40注入到表面发射激光器100中。为了增加从激光器发射的光的强度，可以注入大量电流。另一方面，当大量电流在布线41中流动时，来自布线41的发热增加。此外，当布线41较薄时，电阻增加，导致额外的发热。如图1所示，通过对两个连接部45的每一个设置布线41，可以使两个布线41的总宽度相比于一个布线41的宽度增加。因此，通过设置两个布线41降低了电阻，并且可以抑制布线41的发热。
一个布线41的宽度W1例如为5μm或以上，并且两个宽度的总和例如为10μm或以上。结果，可以更有效地抑制发热。布线41的数量和连接部45的数量可以是两个或更多个。
为了将如上所述的布线41和连接部45分支为多个，在连接部45之间设置凹槽15。当凹槽15的宽度W2较小时，干法蚀刻形成凹槽15变得困难。当宽度W2较大时，连接部45接近[011]方向或[01-1]方向。因此，凹槽15的宽度W2例如为3μm或以上和20μm或以下。结果，可以通过蚀刻形成两个连接部45，并且可以将连接部45布置成与[011]方向和[01-1]方向分开，以使其布置在[010]方向附近。
衬底10由GaAs形成，并且DBR层16和20由AlGaAs形成。DBR层和其他半导体层层压在衬底10的(100)平面上。DBR层20在[011]方向和[01-1]方向上几乎不被氧化，而在[010]方向上容易被氧化。通过在容易执行氧化的方向上设置连接部45，可以形成具有期望形状的孔21b。衬底10、DBR层16和20以及有源层18可以由与第一实施例的化合物半导体不同的化合物半导体形成。

Claims (7)

1.一种表面发射激光器，包括：
衬底；
下反射器层，所述下反射层器被设置在所述衬底上；
有源层，所述有源层被设置在所述下反射器层上；
上反射器层，所述上反射器层被设置在所述有源层上；以及
布线，
其中，
所述下反射器层、所述有源层和所述上反射器层形成台面、平台和连接部，
在所述台面和所述平台之间设置有第一凹槽，
所述连接部连接所述台面和所述平台，
所述连接部在从所述衬底的<011>方向倾斜的方向上延伸，
在所述台面的外围部分中、在所述平台中以及在所述连接部中形成有高电阻区域，
所述布线被设置在所述平台、所述连接部和所述台面的顶表面上，并且
所述台面包括从所述台面的侧表面延伸的氧化区域和包括有被所述氧化区域围绕的孔的电流限制结构。
2.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中，
所述连接部具有从所述衬底的所述<011>方向起在35°或以上和55°或以下的范围内的倾斜角。
3.根据权利要求1或2所述的表面发射激光器，其中，
多个连接部连接所述台面和所述平台，
在所述多个连接部之间形成有第二凹槽，并且
在所述多个连接部中的每一个连接部上设置有多个布线。
4.根据权利要求3所述的表面发射激光器，其中，
所述多个布线中的每一个布线具有5μm或以上的宽度。
5.根据权利要求3或4所述的表面发射激光器，其中，
所述第二凹槽具有3μm或以上且20μm或以下的宽度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的表面发射激光器，其中，
所述衬底由砷化镓形成，
所述下反射器层和所述上反射器层由砷化铝镓形成，并且
所述电流限制结构包括氧化铝。
7.一种用于制造表面发射激光器的方法，包括以下步骤：
在衬底上依次形成下反射器层、有源层和上反射器层；
通过将离子注入到所述下反射器层、所述有源层和所述上反射器层的一部分中来形成高电阻区域；
从所述下反射器层、所述有源层和所述上反射器层形成台面、平台和连接部；
在所述台面中形成电流限制结构；以及
在所述平台、所述连接部和所述台面的顶表面的每一个上形成布线，
其中，
所述平台和所述连接部包括所述高电阻区域，
在所述台面和所述平台之间设置有第一凹槽，
所述连接部连接所述平台和所述台面，
所述连接部在从所述衬底的<011>方向倾斜的方向上延伸，并且
形成所述电流限制结构的步骤包括：从所述台面的侧表面氧化所述上反射器层的一部分以形成被氧化区域围绕的孔的步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113013725A (zh) * 2021-05-26 2021-06-22 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 垂直腔面发射激光器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4010095B2 (ja) * 1999-10-01 2007-11-21 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ及びレーザアレイ
US6658040B1 (en) * 2000-07-28 2003-12-02 Agilent Technologies, Inc. High speed VCSEL
JP4050028B2 (ja) 2001-09-28 2008-02-20 株式会社東芝 面発光型半導体発光素子
ATE342596T1 (de) * 2002-04-25 2006-11-15 Avalon Photonics Ag Hochgeschwindigkeitstauglicher vertikalresonator- oberflächenemissionslaser (vcsel) mit niedriger parasitärkapazität
JP2005045107A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Sony Corp 面発光レーザおよびその製造方法
JP2005044964A (ja) * 2003-07-28 2005-02-17 Ricoh Co Ltd 面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光インターコネクションシステムおよび光通信システムおよび面発光レーザ素子の製造方法
CN102136677B (zh) * 2006-08-23 2015-06-17 株式会社理光 表面发射激光器阵列、光学扫描装置及图像形成装置
JP5326677B2 (ja) * 2009-03-09 2013-10-30 ソニー株式会社 半導体レーザおよびその製造方法
JP5515445B2 (ja) * 2009-06-19 2014-06-11 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
US8731012B2 (en) * 2012-01-24 2014-05-20 Fuji Xerox Co., Ltd. Surface emitting semiconductor laser and its manufacturing method, surface emitting semiconductor laser device, optical transmitter, and information processor
WO2015033649A1 (ja) 2013-09-03 2015-03-12 株式会社村田製作所 垂直共振器型面発光レーザおよびその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113013725A (zh) * 2021-05-26 2021-06-22 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 垂直腔面发射激光器
CN113013725B (zh) * 2021-05-26 2022-03-11 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 垂直腔面发射激光器

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