JP2815936B2 - Broad area laser - Google Patents

Broad area laser

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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2036Broad area lasers

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は光情報処理、レーザ加工等に用いるブロード
エリアレーザに関する。
The present invention relates to a broad area laser used for optical information processing, laser processing, and the like.

(ロ)従来の技術 近年、半導体レーザが普及し、その応用分野が拡大す
るにつれて、光情報処理や、レーザ加工等に用いられる
高出力の半導体レーザが要求されている。
(B) Conventional technology In recent years, as semiconductor lasers have become widespread and their application fields have expanded, high-power semiconductor lasers used for optical information processing, laser processing, and the like have been required.

現在、高出力半導体レーザには、ブロードエリアレー
ザと半導体レーザアレイがある。この中でブロードエリ
アレーザは、例えば雑誌「電子材料」1987年6月号103
〜106頁に示されている如く、通常電流狭窄層によって
数μmの幅に制限される電流通路幅を数十〜数百μmに
広げたものであり、これによりレーザ光を広い範囲に分
布させ、活性層端面において光集中による端面破壊を防
ぎ、高出力化を可能としたものである。
At present, high-power semiconductor lasers include broad-area lasers and semiconductor laser arrays. Among them, the broad area laser is described, for example, in the magazine “Electronic Materials”, June 1987, 103
As shown on pages 106 to 106, the current path width, which is usually limited to a width of several μm by the current constriction layer, is increased to several tens to several hundred μm, thereby distributing the laser light over a wide range. In addition, the end face of the active layer is prevented from being destroyed due to light concentration, and high output is enabled.

しかし乍ら、斯るブロードエリアレーザでは、レーザ
共振器内においてレーザ光がその接合面と平行な方向に
広く分布するため、レーザ光の横モードに高次モードが
立ちやすくマルチモード化したり、あるいはレーザ光の
光分布に急激な立ち上がりが生じるフィラメント発振と
なったりする。このため、レーザ光を小さなスポットに
集光できないといった問題があった。
However, in such a broad area laser, since the laser light is widely distributed in a direction parallel to the bonding surface in the laser resonator, a higher-order mode is easily generated in a transverse mode of the laser light, and the laser is multi-moded. Filament oscillation occurs in which the light distribution of the laser light suddenly rises. Therefore, there is a problem that the laser light cannot be focused on a small spot.

そこで、斯るブロードエリアレーザにおいて横モード
を制御する方法として、例えば、Electronics Letters,
Vol.21,No.16(1985),P.671〜673に開示されている様
に、接合面と平行な方向に沿って利得を変化をさせる方
法や、レーザ学会研究会報告(1988),RTM−88−25に開
示されている様に、レーザ共振器端面の電流通路中央部
分に高反射部を設ける方法がある。
Therefore, as a method of controlling the transverse mode in such a broad area laser, for example, Electronics Letters,
As disclosed in Vol. 21, No. 16 (1985), and pp. 671 to 673, a method of changing the gain along a direction parallel to the bonding surface, a report of the meeting of the Laser Society of Japan (1988), As disclosed in RTM-88-25, there is a method of providing a high reflection portion at the center of the current path on the end face of the laser resonator.

一方、横モード制御を行わず、マルチモードで発振し
ているブロードエリアレーザでは、電流通路内における
光強度分布がかなり均一になっていることが知られてい
る。斯る状態から横モード制御を行い、基本横モードで
発振させると、電流通路中央部の光強度が最も強くな
り、結局活性層端面において電流通路中央部に光を集中
させることとなり、従って、端面での光集中を抑制する
といったブロードエリアレーザの特性を損なってしまう
といった問題が生じる。
On the other hand, it is known that a broad area laser oscillating in a multimode without performing the transverse mode control has a considerably uniform light intensity distribution in a current path. When the transverse mode control is performed from such a state and the oscillation is performed in the fundamental transverse mode, the light intensity at the central portion of the current path becomes the strongest, and eventually the light is concentrated at the central portion of the current path at the end surface of the active layer. In such a case, there is a problem that characteristics of the broad area laser are impaired, such as suppression of light concentration in the laser.

(ハ)発明が解決しようとする課題 したがって本発明は横モード制御が可能であり、且つ
活性層端面での光集中を抑制し、端面破壊や端面劣化が
防止できるブロードエリアレーザを提供するものであ
る。
(C) Problems to be Solved by the Invention Therefore, the present invention provides a broad area laser capable of controlling the transverse mode, suppressing light concentration on the end face of the active layer, and preventing end face destruction and end face deterioration. is there.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明は、レーザ共振器が第1導電型のクラッド層、
活性層及び第2導電型のクラッド層が順に積層されて構
成され、前記レーザ共振器の面方向に沿って延在する幅
数十〜数百μmの電流通路を有するブロードエリアレー
ザにおいて、上記電流通路には、上記レーザ共振器の前
記電流通路の延在方向における端面近傍で、該電流通路
の幅方向における中央部に前記活性層に近接して光ガイ
ド層が設けられ、前記中央部以外では前記活性層から該
活性層に近接して光吸収層が設けられていることを特徴
とする。
(D) Means for Solving the Problems According to the present invention, a laser resonator has a first conductivity type cladding layer,
An active layer and a cladding layer of a second conductivity type are sequentially stacked, and a broad area laser having a current path having a width of several tens to several hundreds μm extending along a surface direction of the laser resonator. In the passage, an optical guide layer is provided in the vicinity of the end surface of the laser resonator in the direction in which the current path extends, at the center in the width direction of the current path, close to the active layer, A light absorbing layer is provided from the active layer to the vicinity of the active layer.

(ホ)作 用 本発明は、レーザ共振器端面近傍の電流通路中央部に
光ガイド層を設け、その中央部以外に光吸収層を設ける
ことによって、電流通路中央部とそれ以外の場所で利得
の差が生じると共に、中央部に設けられた光ガイド層内
に、光がしみ出す。
(E) Operation The present invention provides a light guide layer at the center of the current path near the end face of the laser resonator, and a light absorbing layer at the center other than the center, so that the gain at the center of the current path and other places is improved. And the light seeps into the light guide layer provided at the center.

(ヘ)実施例 第1図(a)〜(f)は本発明の一実施例を示す。第
1図(a)において、(1)は面方位(100)のn型GaA
sからなる基板、(2)(3)(4)(5)は基板
(1)上に順次積層されたn型クラッド層、活性層、p
型第1クラッド層、第1酸化防止層で、各層の組成、キ
ャリア濃度、層厚は表1に示す通りである。これらの各
層は周知のMOCVD法や、MBE法で形成される。また、本実
施例においては図面に平行な面がレーザ共振器端面とな
り、図面斜め方向にレーザ共振器が形成される。
(F) Embodiment FIGS. 1A to 1F show an embodiment of the present invention. In FIG. 1A, (1) is an n-type GaAs having a plane orientation of (100).
(2), (3), (4), and (5) are n-type cladding layers, active layers, and p layers sequentially laminated on the substrate (1).
The composition, carrier concentration, and layer thickness of each of the mold first cladding layer and the first antioxidant layer are as shown in Table 1. These layers are formed by the well-known MOCVD method or MBE method. In this embodiment, a plane parallel to the drawing is a laser resonator end face, and the laser resonator is formed obliquely in the drawing.

第1図(b)において(6)(7)はレーザ共振器内
部の領域(A領域)の第1酸化防止層(5)上に順次積
層されたp型第2クラッド層、キャップ層である。これ
らの層は、第1酸化防止層(5)上全面に各層を積層
し、しかる後レーザ共振器端面近傍の領域(B領域)の
部分を、第1酸化防止層(5)が露出するまでエッチン
グ除去して形成される。本実施例ではA領域、1つのB
領域の長さを夫々400μm、50μmとした。また表2に
p型第2クラッド層(6)、キャップ層(7)の詳細を
示す。
In FIG. 1B, (6) and (7) denote a p-type second cladding layer and a cap layer which are sequentially laminated on the first oxidation preventing layer (5) in a region (region A) inside the laser resonator. . These layers are formed by laminating the respective layers on the entire surface of the first antioxidant layer (5), and thereafter, the portion (region B) near the laser resonator end face is removed until the first antioxidant layer (5) is exposed. It is formed by etching away. In the present embodiment, the region A and one B
The lengths of the regions were 400 μm and 50 μm, respectively. Table 2 shows details of the p-type second cladding layer (6) and the cap layer (7).

第1図(c)において(8)(9)(10)は図中B領
域の露出した第1酸化防止層(5)上の、将来電流通路
となる領域W1の中央部(領域W2)に順次積層された光ガ
イド層、p型第3クラッド層、第2酸化防止層である。
また本実施例において領域W2の幅は30μmとしたこれら
の層はA領域におけるキャップ層(7)上及びB領域に
おける露出した第1酸化防止層(5)上全面に順次積層
した後、上記領域W2を除いた部分をエッチング除去して
形成される。また(11)はB領域において、第2酸化防
止層(10)上及び露出した第1酸化防止層(5)上に積
層された光吸収層で、A領域のキャッブ層(7)上及び
B領域の第1酸化防止層(5)、第2酸化防止層(10)
上に成長した後、A領域の部分をエッチング除去して形
成される。表3に光ガイド層(8)、p型第3クラッド
層(9)、第2酸化防止層(10)、光吸収層(11)の詳
細を示す。
In FIG. 1 (c), (8), (9) and (10) show the central portion (region W 2 ) of the region W 1 which will be a future current path on the exposed first oxidation preventing layer (5) in region B in the drawing. ) Are a light guide layer, a p-type third cladding layer, and a second oxidation prevention layer which are sequentially laminated.
Also after these layers width of the region W 2 which was 30μm in this embodiment are sequentially laminated on the first antioxidant layer (5) on the entire surface exposed in the cap layer (7) and on the B region in the A region, the is formed a portion excluding the area W 2 is removed by etching. Further, (11) is a light absorption layer laminated on the second antioxidant layer (10) and the exposed first antioxidant layer (5) in the B region, and on the cab layer (7) in the A region and on the B light absorbing layer. First antioxidant layer (5), second antioxidant layer (10)
After being grown thereon, a portion of the region A is removed by etching. Table 3 shows details of the light guide layer (8), the p-type third clad layer (9), the second antioxidant layer (10), and the light absorption layer (11).

第1図(d)において、(12)はSiO2等からなる層厚
0.4μm程度の絶緑層で、領域W1以外におけるA領域の
キャップ層(7)上及びB領域の光吸収層(11)上に被
着される。斯る層は、A領域のキャップ層(7)上及び
B領域の光吸収層(11)上の全面にスパッタ法を用いて
被着し、しかる後、領域W1の部分をエッチング除去して
形成される。また本実施例では領域W1の幅を80μmとし
た。
In FIG. 1 (d), (12) is a layer thickness of SiO 2 or the like.
In 0.4μm about insulation green layer, it is deposited on the cap layer of the A region definitive other than regions W 1 (7) the light-absorbing layer above and B region (11).斯Ru layer by sputtering on the entire surface of the cap layer of the A region (7) the light-absorbing layer above and B region (11) is deposited, after which the portion of the region W 1 is removed by etching It is formed. The width of the region W 1 was 80μm in this embodiment.

第1図(e)において(13)(14)は夫々A領域、B
領域の積層表面全面及び基板(1)の他主面に蒸着され
た電極である。また電極(14)は基板(1)の厚さを10
0μmに研磨した後蒸着される。また第1図(f)に同
図(e)のX−X断面図を示す。
In FIG. 1 (e), (13) and (14) indicate the area A and the area B, respectively.
The electrodes are deposited on the entire surface of the laminated surface of the region and on the other main surface of the substrate (1). The electrode (14) has a thickness of the substrate (1) of 10
Deposited after polishing to 0 μm. FIG. 1 (f) is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 (e).

本実施例装置におけるB領域(レーザ共振器の電流通
路の延在方向における端面近傍)での吸収損失及び利得
の分布を第2図に示す。図に示す如く、本実施例装置で
は領域W2以外で活性層(3)に光吸収層(11)が近接し
て(本実施例では0.54μm離れて)設けられているた
め、吸収損失は領域W2以外で大きくなり、このため領域
W1内において利得は領域W2以外で低くなる。これによ
り、A領域において、第3図に示す如く高次モードが存
在しても、B領域において、電流通路端側に光強度のピ
ークを有する高次モードが吸収され、減衰するため、電
流通路中央部に光強度のピークを有する基本モードのみ
が発振し易くなる。
FIG. 2 shows the distribution of the absorption loss and the gain in the region B (near the end face in the extending direction of the current path of the laser resonator) in the device of the present embodiment. As shown, since in this embodiment device is provided near the light-absorbing layer (11) into the active layer (3) other than the area W 2 (apart 0.54μm in this embodiment), the absorption loss increases in the area other than the area W 2, the order area
Gain at W 1 is lower outside region W 2. As a result, even if a higher-order mode exists in the region A as shown in FIG. 3, the higher-order mode having a light intensity peak at the end of the current path is absorbed and attenuated in the region B. Only the fundamental mode having a light intensity peak at the center easily oscillates.

また本実施例装置においては、電流通路中央部の領域
W2内で活性層(3)に近接して(本実施例では0.54μm
離れて)光ガイド層(8)を設けているので、領域W2
おいて活性層(3)から光ガイド層(8)へ光がしみ出
し易く、したがって活性層(3)への光の閉じ込めが小
さくなるため、光集中による端面破壊や端面劣化が防止
される。
Also, in the device of the present embodiment,
Close to the active layer (3) in W 2 (0.54 μm in this embodiment)
Because are provided apart) the optical guide layer (8), the light guide layer from the active layer (3) in the area W 2 (8) easily exuded light to, thus confinement of light in the active layer (3) is Since the size is reduced, end face destruction and end face deterioration due to light concentration are prevented.

以上、本実施例ではB領域を両共振器端面近傍に50μ
mずつ形成したが、このB領域の長さは50μmに限るも
のではない。但しB領域の長さを長くすると共振器内の
損失が増えるため、発振しきい値電流が増加する傾向に
あり、短かくすると高次モード発生し易くなる。また、
最適なB領域の長さはp型第1クラッド層(4)の層厚
によっても変わり、例えば層厚を0.5μm以下とすれば
B領域の長さを50μm以下としても本実施例と同様の効
果が得られる。
As described above, in the present embodiment, the B region is set at 50 μm near both resonator end faces.
m, but the length of the B region is not limited to 50 μm. However, if the length of the region B is increased, the loss in the resonator increases, and the oscillation threshold current tends to increase. If the length is shortened, higher-order modes tend to occur. Also,
The optimum length of the B region also depends on the layer thickness of the p-type first cladding layer (4). For example, if the layer thickness is 0.5 μm or less, the same as in the present embodiment even if the B region length is 50 μm or less. The effect is obtained.

また、本実施例の領域W2の幅は30μmとしたが、この
幅は電流通路の幅、即ち領域W1の幅に対して生じる1次
モードの光強度分布のピーク間の長さよりも短かければ
基本モードで発振可能とすることができる。
The width of the region W 2 of the present embodiment is set to 30 [mu] m, the width is the width of the current path, i.e. between the peaks of the light intensity distribution of the first-order modes generated with respect to the width of a region W 1 shorter than the length Oscillation can be made in the basic mode if it is performed.

また、本実施例のダブルヘテロ構造に量子井戸構造を
導入すれば低しきい値化を図ることができ、さらなる高
出力化が望める。
Further, if a quantum well structure is introduced into the double hetero structure of the present embodiment, the threshold can be lowered, and further higher output can be expected.

本発明における光ガイド層(8)及び光吸収層(11)
の配置場所は本実施例の場所(活性層(3)からp型第
1クラッド層(4)を挟んで0.54μm離れた場所)に限
られることない。即ち光ガイド層(8)は活性層(3)
に存在する光がしみ出し得る距離に配されれば良く、光
吸収層(11)は活性層(3)に存在する光を吸収し得る
距離に配されれば良い。例えば、これらの層をB領域に
おいて活性層(3)に隣接させても良く、あるいはB領
域において活性層に変えてこれらの層を配置しても良
い。
Light guide layer (8) and light absorption layer (11) in the present invention
Is not limited to the place of this embodiment (a place separated from the active layer (3) by 0.54 μm with the p-type first clad layer (4) interposed therebetween). That is, the light guide layer (8) is the active layer (3)
The light absorbing layer (11) may be disposed at a distance capable of absorbing the light existing in the active layer (3). For example, these layers may be adjacent to the active layer (3) in the B region, or these layers may be arranged in the B region instead of the active layer.

また本発明におけるA領域とB領域の界面は本実施例
の如く、レーザ共振器端面と平行なものに限られること
はなく、例えば斯る界面はレーザ上面から見て、レーザ
共振器端面側に頂角を有するくの字型としても良い。こ
の場合、よりなめらかな発振スペクトル波形が得られ
る。
Further, the interface between the region A and the region B in the present invention is not limited to the one parallel to the laser resonator end face as in this embodiment. For example, such an interface is located on the laser resonator end face side when viewed from the laser upper surface. It may be in a V-shape having an apex angle. In this case, a smoother oscillation spectrum waveform can be obtained.

さらに、本発明はGaAlAs系の半導体レーザに限ること
なく他の材料の半導体レーザにおいても適用でき、特に
Alを含む材料に好適である。
Further, the present invention is not limited to GaAlAs-based semiconductor lasers, and can be applied to semiconductor lasers of other materials.
Suitable for materials containing Al.

(ト)発明の効果 本発明によれば、レーザ共振器の端面近傍で、電流通
路の中央部に光ガイド層を設け、その中央部以外で光吸
収層を設けることによって、端面破壊や端面劣化を生じ
ることなくレーザ光の横モードを基本モードに制御する
ことができる。
(G) Effects of the Invention According to the present invention, by providing an optical guide layer in the center of the current path near the end face of the laser resonator and providing a light absorbing layer in a portion other than the center, end face destruction and end face deterioration are provided. The transverse mode of the laser beam can be controlled to the fundamental mode without causing the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明装置の一実施例を示し、同図(a)乃至
(e)はその製造工程別に示した斜視図、同図(f)は
同図(e)のX−X断面図、第2図は本実施例装置のレ
ーザ共振器端面近傍領域における吸収損失及び利得の分
布を示す分布図、第3図は本実施例装置のレーザ共振器
内部領域の電流通路内に生じる横モードを示す分布図で
ある。
FIG. 1 shows an embodiment of the device of the present invention, wherein FIGS. 1 (a) to 1 (e) are perspective views showing the respective manufacturing steps, and FIG. 1 (f) is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 (e). FIG. 2 is a distribution diagram showing the distribution of absorption loss and gain in the region near the end face of the laser resonator of the device of this embodiment, and FIG. 3 is a lateral mode generated in the current path in the region inside the laser resonator of this device. FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ共振器が第1導電型のクラッド層、
活性層及び第2導電型のクラッド層が順に積層されて構
成され、前記レーザ共振器の面方向に沿って延在する幅
数十〜数百μmの電流通路を有するブロードエリアレー
ザにおいて、上記電流通路には、上記レーザ共振器の前
記電流通路の延在方向における端面近傍で、該電流通路
の幅方向における中央部に前記活性層に近接して光ガイ
ド層が設けられ、前記中央部以外では前記活性層に近接
して光吸収層が設けられていることを特徴とするブロー
ドエリアレーザ。
1. A laser resonator comprising: a first conductivity type cladding layer;
An active layer and a cladding layer of a second conductivity type are sequentially stacked, and a broad area laser having a current path having a width of several tens to several hundreds μm extending along a surface direction of the laser resonator. In the passage, an optical guide layer is provided in the vicinity of the end surface of the laser resonator in the direction in which the current path extends, at the center in the width direction of the current path, close to the active layer, A broad area laser, wherein a light absorption layer is provided near the active layer.
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