JP3050715B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP3050715B2 JP3050715B2 JP5054379A JP5437993A JP3050715B2 JP 3050715 B2 JP3050715 B2 JP 3050715B2 JP 5054379 A JP5054379 A JP 5054379A JP 5437993 A JP5437993 A JP 5437993A JP 3050715 B2 JP3050715 B2 JP 3050715B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、p型AlGaInP混
晶を含む半導体積層構造から構成される半導体装置の製
造方法に関する。
晶を含む半導体積層構造から構成される半導体装置の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザや発光ダイオード等の半導
体装置においては、短波長化や書込光源としての高出力
化が望まれている。短波長光はレンズで絞った場合、よ
り小さなスポットにすることが可能であり、光ディスク
用光源に用いた場合に大容量の記録が実現できるからで
ある。
体装置においては、短波長化や書込光源としての高出力
化が望まれている。短波長光はレンズで絞った場合、よ
り小さなスポットにすることが可能であり、光ディスク
用光源に用いた場合に大容量の記録が実現できるからで
ある。
【0003】ところで、AlGaInP混晶は、良質な
半導体基板材料であるGaAs結晶と格子整合させるこ
とができる半導体であり、赤色半導体レーザや高輝度な
緑色発光ダイオードとして広く利用されている。このよ
うなAlGaInP系発光素子の場合、短波長化を実現
する手法の一つとしては活性層中のAl混晶比を増加さ
せることが考えられ、また高出力化に対しては、活性層
を薄膜化し、光スポット径を大きくして光密度を低減さ
せることにより端面破壊を防止することが考えられる。
しかし、このような手段を行うことにより短波長化およ
び高出力化を図った場合、クラッド層と活性層の間のバ
ンドギャップ差が小さくなったり、あるいは注入キャリ
ア濃度が増加したりして、活性層からのキャリアオーバ
ーフローが生じて無効電流が増え、半導体レーザの閾値
電流が高くなる等の特性悪化を生じるという問題があ
る。そこで、キャリアオーバーフローを抑制する手段と
しては、クラッド層のキャリア濃度を上げることにより
キャリアに対する障壁を高めることが考えられる。
半導体基板材料であるGaAs結晶と格子整合させるこ
とができる半導体であり、赤色半導体レーザや高輝度な
緑色発光ダイオードとして広く利用されている。このよ
うなAlGaInP系発光素子の場合、短波長化を実現
する手法の一つとしては活性層中のAl混晶比を増加さ
せることが考えられ、また高出力化に対しては、活性層
を薄膜化し、光スポット径を大きくして光密度を低減さ
せることにより端面破壊を防止することが考えられる。
しかし、このような手段を行うことにより短波長化およ
び高出力化を図った場合、クラッド層と活性層の間のバ
ンドギャップ差が小さくなったり、あるいは注入キャリ
ア濃度が増加したりして、活性層からのキャリアオーバ
ーフローが生じて無効電流が増え、半導体レーザの閾値
電流が高くなる等の特性悪化を生じるという問題があ
る。そこで、キャリアオーバーフローを抑制する手段と
しては、クラッド層のキャリア濃度を上げることにより
キャリアに対する障壁を高めることが考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、p型AlG
aInP混晶においては、Al混晶比が増加するにつれ
てキャリア濃度が飽和する現象が知られている。図1は
p型AlGaInP混晶中の不純物原子濃度とキャリア
濃度との関係を示す図である。この図の(a)線に示す
ように、不純物原子濃度が低い場合にはキャリア濃度が
不純物原子濃度に比例して増加するが、不純物原子濃度
が増加してある値以上になった場合にはキャリア濃度の
増加の割合が著しく低下する。これは、結晶中に添加さ
れた不純物原子が完全に活性化されずに、水素原子と結
合して中性化した複合欠陥を形成しているためと考えら
れている。従って、p型AlGaInP混晶のキャリア
濃度を上げるためには、結晶中の複合欠陥を分解して不
純物原子を活性化させる必要がある。
aInP混晶においては、Al混晶比が増加するにつれ
てキャリア濃度が飽和する現象が知られている。図1は
p型AlGaInP混晶中の不純物原子濃度とキャリア
濃度との関係を示す図である。この図の(a)線に示す
ように、不純物原子濃度が低い場合にはキャリア濃度が
不純物原子濃度に比例して増加するが、不純物原子濃度
が増加してある値以上になった場合にはキャリア濃度の
増加の割合が著しく低下する。これは、結晶中に添加さ
れた不純物原子が完全に活性化されずに、水素原子と結
合して中性化した複合欠陥を形成しているためと考えら
れている。従って、p型AlGaInP混晶のキャリア
濃度を上げるためには、結晶中の複合欠陥を分解して不
純物原子を活性化させる必要がある。
【0005】本発明は上記問題を解決するためのもので
あり、キャリアのオーバーフローを抑制しつつ高いキャ
リア濃度が得られる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
あり、キャリアのオーバーフローを抑制しつつ高いキャ
リア濃度が得られる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、p型AlGaInP系混晶からなる半導体層
とこの半導体層上に積層された他の半導体層とを含む複
数層の半導体層を積層状態で結晶成長させる工程と、p
型AlGaInP系混晶からなる半導体層、または、こ
の半導体層に積層された水素原子が通過する半導体層が
露出するように、ストライプ溝を形成する工程と、結晶
成長雰囲気中から取り込まれた水素がp型AlGaIn
P系混晶からなる半導体層から離脱可能であり、かつ結
晶を構成するリン元素が分解しない条件である300℃
〜700℃の温度範囲で、水素を含まない雰囲気中にお
いて熱処理を行う工程と、を含んでおり、そのことによ
り上記目的が達成される。
造方法は、p型AlGaInP系混晶からなる半導体層
とこの半導体層上に積層された他の半導体層とを含む複
数層の半導体層を積層状態で結晶成長させる工程と、p
型AlGaInP系混晶からなる半導体層、または、こ
の半導体層に積層された水素原子が通過する半導体層が
露出するように、ストライプ溝を形成する工程と、結晶
成長雰囲気中から取り込まれた水素がp型AlGaIn
P系混晶からなる半導体層から離脱可能であり、かつ結
晶を構成するリン元素が分解しない条件である300℃
〜700℃の温度範囲で、水素を含まない雰囲気中にお
いて熱処理を行う工程と、を含んでおり、そのことによ
り上記目的が達成される。
【0007】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
p型AlGaInP系混晶からなる半導体層とこの半導
体層上に積層された他の半導体層とを含む複数層の半導
体層を積層状態で結晶成長させる工程と、p型AlGa
InP系混晶からなる半導体層が露出するように、スト
ライプ状のメサ部を形成する工程と、p結晶成長雰囲気
中から取り込まれた水素がp型AlGaInP系混晶か
らなる半導体層から離脱可能であり、かつ結晶を構成す
るリン元素が分解しない条件である300℃〜700℃
の温度範囲で、水素を含まない雰囲気中において熱処理
を行う工程と、を含んでおり、そのことにより上記目的
が達成される。
p型AlGaInP系混晶からなる半導体層とこの半導
体層上に積層された他の半導体層とを含む複数層の半導
体層を積層状態で結晶成長させる工程と、p型AlGa
InP系混晶からなる半導体層が露出するように、スト
ライプ状のメサ部を形成する工程と、p結晶成長雰囲気
中から取り込まれた水素がp型AlGaInP系混晶か
らなる半導体層から離脱可能であり、かつ結晶を構成す
るリン元素が分解しない条件である300℃〜700℃
の温度範囲で、水素を含まない雰囲気中において熱処理
を行う工程と、を含んでおり、そのことにより上記目的
が達成される。
【0008】前記メサ部が、p型AlGaInP系混晶
からなる半導体層によって構成されたp型クラッド層
と、このp型クラッド層に積層された活性層と、この活
性層に積層されたn型クラッド層とによってダブルへテ
ロ型構造になっている。
からなる半導体層によって構成されたp型クラッド層
と、このp型クラッド層に積層された活性層と、この活
性層に積層されたn型クラッド層とによってダブルへテ
ロ型構造になっている。
【0009】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法は、p型AlG
aInP混晶からなる半導体層に熱処理を施すものであ
る。この場合、従来問題となっていた、複合欠陥の原因
である水素は、主として結晶成長雰囲気中に存在してい
たものが取り込まれたものであるから、熱処理により結
晶を加熱すれば水素を結晶中から離脱させることができ
る。この離脱を容易にするため、熱処理雰囲気中には水
素原子を含まないようにし、温度は結晶を構成するリン
等の元素の分解が生じないような条件に設定する。しか
るに、このような熱処理を行えば、図1の(b)線に示
すように不純物原子濃度が増大してもキャリア濃度が飽
和することなく、高いキャリア濃度を有する半導体装置
が得られることになる。
aInP混晶からなる半導体層に熱処理を施すものであ
る。この場合、従来問題となっていた、複合欠陥の原因
である水素は、主として結晶成長雰囲気中に存在してい
たものが取り込まれたものであるから、熱処理により結
晶を加熱すれば水素を結晶中から離脱させることができ
る。この離脱を容易にするため、熱処理雰囲気中には水
素原子を含まないようにし、温度は結晶を構成するリン
等の元素の分解が生じないような条件に設定する。しか
るに、このような熱処理を行えば、図1の(b)線に示
すように不純物原子濃度が増大してもキャリア濃度が飽
和することなく、高いキャリア濃度を有する半導体装置
が得られることになる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0011】(実施例1)図2は、本実施例のダブルヘ
テロ構造の半導体レーザ素子の製造工程における縦断面
図である。この半導体レーザ素子は、n型の半導体基板
1の上にn型のクラッド層2、アンドープの活性層3、
p型のクラッド層4、p型のエッチングストップ層5、
n型の電流狭窄層6がこの順に形成されている。また、
電流狭窄層6にはストライプ溝7が形成されている。
テロ構造の半導体レーザ素子の製造工程における縦断面
図である。この半導体レーザ素子は、n型の半導体基板
1の上にn型のクラッド層2、アンドープの活性層3、
p型のクラッド層4、p型のエッチングストップ層5、
n型の電流狭窄層6がこの順に形成されている。また、
電流狭窄層6にはストライプ溝7が形成されている。
【0012】このような構造の半導体レーザ素子は、以
下のようにして製造される。
下のようにして製造される。
【0013】まず、n型GaAs半導体基板1の上に、
n型Al0.5In0.5Pクラッド層2、アンドープのGa
0.5In0.5P活性層3、p型Al0.5In0.5Pクラッド
層4、p型Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層5、
n型GaAs電流狭窄層6を順次エピタキシャル成長さ
せることにより積層する。次いで、ホトリソグラフと化
学エッチング技術により、n型GaAs電流狭窄層6に
幅4.5μmのストライプ状開口部を形成し、ストライ
プ溝7とする。
n型Al0.5In0.5Pクラッド層2、アンドープのGa
0.5In0.5P活性層3、p型Al0.5In0.5Pクラッド
層4、p型Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層5、
n型GaAs電流狭窄層6を順次エピタキシャル成長さ
せることにより積層する。次いで、ホトリソグラフと化
学エッチング技術により、n型GaAs電流狭窄層6に
幅4.5μmのストライプ状開口部を形成し、ストライ
プ溝7とする。
【0014】次に、このウエハを10-4Paに排気した
石英管に入れ、真空雰囲気下、温度450℃で15分間
熱処理を行う。この場合、ストライプ溝7においてはエ
ッチングストップ層5が露出している。エッチングスト
ップ層5はレーザの吸収を抑えるために設けられた厚さ
30オングストロームの薄膜であるので、ストライプ溝
7の下方にあるクラッド層4中の水素原子も熱処理によ
りエッチングストップ層5を経て層外に排出される。ク
ラッド層4のキャリア濃度は、上述した結晶成長直後に
は3×1017cm-3であったものが熱処理後には8×1
017cm-3となる。
石英管に入れ、真空雰囲気下、温度450℃で15分間
熱処理を行う。この場合、ストライプ溝7においてはエ
ッチングストップ層5が露出している。エッチングスト
ップ層5はレーザの吸収を抑えるために設けられた厚さ
30オングストロームの薄膜であるので、ストライプ溝
7の下方にあるクラッド層4中の水素原子も熱処理によ
りエッチングストップ層5を経て層外に排出される。ク
ラッド層4のキャリア濃度は、上述した結晶成長直後に
は3×1017cm-3であったものが熱処理後には8×1
017cm-3となる。
【0015】しかる後、図示しないがp型Al0.5In
0.5Pクラッド層、p型GaAsコンタクト層を2回目
の結晶成長工程で積層し、ダブルヘテロ型半導体レーザ
素子を得る。この構造の半導体レーザ素子においては、
注入電流がストライプ溝7を流れるため、熱処理によっ
て高いキャリア濃度が得られたことがより効果的に表れ
る。
0.5Pクラッド層、p型GaAsコンタクト層を2回目
の結晶成長工程で積層し、ダブルヘテロ型半導体レーザ
素子を得る。この構造の半導体レーザ素子においては、
注入電流がストライプ溝7を流れるため、熱処理によっ
て高いキャリア濃度が得られたことがより効果的に表れ
る。
【0016】(実施例2)図3は、本実施例のリッジス
トライプ型ダブルヘテロ構造の半導体レーザ素子の製造
工程における縦断面図である。この半導体レーザ素子
は、n型の半導体基板10の上にn型クラッド層11、
アンドープの活性層12、p型のクラッド層13、p型
の中間バンドギャップ層14、p型のキャップ層15、
絶縁層16がこの順に形成されている。クラッド層13
の一部と中間バンドギャップ層14、キャップ層15、
絶縁層16はストライプ状のメサ部17を構成してい
る。
トライプ型ダブルヘテロ構造の半導体レーザ素子の製造
工程における縦断面図である。この半導体レーザ素子
は、n型の半導体基板10の上にn型クラッド層11、
アンドープの活性層12、p型のクラッド層13、p型
の中間バンドギャップ層14、p型のキャップ層15、
絶縁層16がこの順に形成されている。クラッド層13
の一部と中間バンドギャップ層14、キャップ層15、
絶縁層16はストライプ状のメサ部17を構成してい
る。
【0017】このような構造の半導体レーザ素子は、以
下のようにして製造される。
下のようにして製造される。
【0018】まず、n型GaAs半導体基板10の上に
n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層11、
アンドープGa0.5In0.5P活性層12、p型(Al
0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層13、p型Ga
0.5In0.5P中間バンドギャップ層14、p型GaAs
キャップ層15をエピタキシャル成長させることにより
順次積層する。次いで、SiO2からなる絶縁層16を
形成し、絶縁層16をマスクとしてホトリソグラフ、化
学エッチング技術によりクラッド層13の一部を残して
ストライプ状のメサ部17を形成する。
n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層11、
アンドープGa0.5In0.5P活性層12、p型(Al
0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層13、p型Ga
0.5In0.5P中間バンドギャップ層14、p型GaAs
キャップ層15をエピタキシャル成長させることにより
順次積層する。次いで、SiO2からなる絶縁層16を
形成し、絶縁層16をマスクとしてホトリソグラフ、化
学エッチング技術によりクラッド層13の一部を残して
ストライプ状のメサ部17を形成する。
【0019】次に、このウエハを少量の赤リンと共にア
ンプル封止し、温度600℃で10分間熱処理を施す。
この場合、電流経路となるクラッド層13は表面に露出
しているので、メサ部17の水素原子はメサ側面から離
脱して効果的な熱処理が可能となる。クラッド層13の
キャリア濃度は、上述した結晶成長直後には5×1017
cm-3であったものが熱処理後には1.5×1018cm
-3となる。また、熱処理時の雰囲気はリン蒸気が満たさ
れているため、ウエハからのリン(P)原子の離脱が抑
制され、熱処理によるダメージは受けない。さらに、キ
ャップ層15の上には絶縁層16が存在するので、ヒ素
(As)原子とリン(P)原子との置換等による変成層
も形成されない。
ンプル封止し、温度600℃で10分間熱処理を施す。
この場合、電流経路となるクラッド層13は表面に露出
しているので、メサ部17の水素原子はメサ側面から離
脱して効果的な熱処理が可能となる。クラッド層13の
キャリア濃度は、上述した結晶成長直後には5×1017
cm-3であったものが熱処理後には1.5×1018cm
-3となる。また、熱処理時の雰囲気はリン蒸気が満たさ
れているため、ウエハからのリン(P)原子の離脱が抑
制され、熱処理によるダメージは受けない。さらに、キ
ャップ層15の上には絶縁層16が存在するので、ヒ素
(As)原子とリン(P)原子との置換等による変成層
も形成されない。
【0020】しかる後、このウエハに対し、2回目の結
晶成長を行う。この場合、絶縁層16は選択成長マスク
としての役割を果たすので、メサ部17以外の領域にn
型GaAs層(図示せず)を成長させれば電流狭窄構造
が得られる。
晶成長を行う。この場合、絶縁層16は選択成長マスク
としての役割を果たすので、メサ部17以外の領域にn
型GaAs層(図示せず)を成長させれば電流狭窄構造
が得られる。
【0021】なお、上記実施例においては半導体レーザ
素子について説明したが、本発明はその他に発光ダイオ
ード等、p型AlGaInP混晶を用いる半導体装置で
あればいずれにも適用することができる。
素子について説明したが、本発明はその他に発光ダイオ
ード等、p型AlGaInP混晶を用いる半導体装置で
あればいずれにも適用することができる。
【0022】また、熱処理の条件について、温度は30
0℃以上700℃以下であれば水素原子の離脱が可能で
あり、結晶の分解も生じない。雰囲気は上記実施例の
他、窒素ガス等の不活性ガス気流中としてもよく、また
MBE(分子線エピタキシャル)装置中でリン分子線照
射等の手段を用いてもよい。
0℃以上700℃以下であれば水素原子の離脱が可能で
あり、結晶の分解も生じない。雰囲気は上記実施例の
他、窒素ガス等の不活性ガス気流中としてもよく、また
MBE(分子線エピタキシャル)装置中でリン分子線照
射等の手段を用いてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体装置の製造方法によれば、p型AlGaInP
混晶中のp型不純物の活性化率が改善されて、高いキャ
リア濃度を有する半導体装置が得られる。また、注入キ
ャリアのオーバーフローが抑制されて無効電流を小さく
することが可能となり、例えば半導体レーザ素子の短波
長化および高出力化等、半導体装置の高性能化を図るこ
とができる。
の半導体装置の製造方法によれば、p型AlGaInP
混晶中のp型不純物の活性化率が改善されて、高いキャ
リア濃度を有する半導体装置が得られる。また、注入キ
ャリアのオーバーフローが抑制されて無効電流を小さく
することが可能となり、例えば半導体レーザ素子の短波
長化および高出力化等、半導体装置の高性能化を図るこ
とができる。
【図1】半導体結晶中の不純物濃度とキャリア濃度との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図2】実施例1に係る半導体レーザ素子の製造工程を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図3】実施例2に係る半導体レーザ素子の製造工程を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
1、10 半導体基板 2、4、11、13 クラッド層 3、12 活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−181485(JP,A) Electron.Lett.23[18 ](1987)p.938−939 J.Crystal Growth 123(1992)p.181−187 Inst.Phys.Conf.Se r.No106 Chapter8(1989) p.575−580 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (3)
- 【請求項1】p型AlGaInP系混晶からなる半導体
層とこの半導体層上に積層された他の半導体層とを含む
複数層の半導体層を積層状態で結晶成長させる工程と、 p型AlGaInP系混晶からなる半導体層、または、
この半導体層に積層された水素原子が通過する半導体層
が露出するように、ストライプ溝を形成する工程と、 結晶成長雰囲気中から取り込まれた水素がp型AlGa
InP系混晶からなる半導体層から離脱可能であり、か
つ結晶を構成するリン元素が分解しない条件である30
0℃〜700℃の温度範囲で、水素を含まない雰囲気中
において熱処理を行う工程と、 を含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】p型AlGaInP系混晶からなる半導体
層とこの半導体層上に積層された他の半導体層とを含む
複数層の半導体層を積層状態で結晶成長させる工程と、 p型AlGaInP系混晶からなる半導体層が露出する
ように、ストライプ状のメサ部を形成する工程と、 p結晶成長雰囲気中から取り込まれた水素がp型AlG
aInP系混晶からなる半導体層から離脱可能であり、
かつ結晶を構成するリン元素が分解しない条件である3
00℃〜700℃の温度範囲で、水素を含まない雰囲気
中において熱処理を行う工程と、 を含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記メサ部が、p型AlGaInP系混
晶からなる半導体層によって構成されたp型クラッド層
と、このp型クラッド層に積層された活性層と、この活
性層に積層されたn型クラッド層とによってダブルへテ
ロ型構造になっている請求項2に記載の半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5054379A JP3050715B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5054379A JP3050715B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06268324A JPH06268324A (ja) | 1994-09-22 |
JP3050715B2 true JP3050715B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=12969051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5054379A Expired - Fee Related JP3050715B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3050715B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3672106B2 (ja) * | 1994-09-28 | 2005-07-13 | シャープ株式会社 | 端面成長窓型半導体レーザ素子の製造方法 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5054379A patent/JP3050715B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Electron.Lett.23[18](1987)p.938−939 |
Inst.Phys.Conf.Ser.No106 Chapter8(1989)p.575−580 |
J.Crystal Growth 123(1992)p.181−187 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06268324A (ja) | 1994-09-22 |
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