JPH02201990A - 二方向注入型半導体レーザ装置 - Google Patents
二方向注入型半導体レーザ装置Info
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- H01S—DEVICES 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
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- H01S5/22—Structure 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 having a ridge or stripe structure
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は埋込み型半導体レーザに関するものであり、特
にキャリアの注入を二方向から行えるようにした半導体
レーザ装置に関する。
にキャリアの注入を二方向から行えるようにした半導体
レーザ装置に関する。
従来の埋め込み型半導体レーザには縦注入型と横注入型
とがある。
とがある。
第4図は縦注入型半導体レーザ装置の構造を示す図で、
n−GaAs基板301上にnAj!GaAs層302
、GaAs活性層303、p−AβGaAs 304か
らなる二重へテロ構造を形成すると共に、Zn拡散層3
07を形成し、二重へテロ構造の左右にp−Aj!Ga
Asクラッド層306を形成してストライブ構造とした
ものである。
n−GaAs基板301上にnAj!GaAs層302
、GaAs活性層303、p−AβGaAs 304か
らなる二重へテロ構造を形成すると共に、Zn拡散層3
07を形成し、二重へテロ構造の左右にp−Aj!Ga
Asクラッド層306を形成してストライブ構造とした
ものである。
このような半導体レーザにおいて、電極308.309
間に電流を流してZn拡散層307の部分に電流を集中
させると二重へテロ構造により注入キャリアが閉じ込め
られ、さらに横方向においてはストライブ構造により電
流が制限されて大きな電流密度及び内部量子効率が得ら
れる。また、クラッド層により発光が有効に閉じ込めら
れて小さなしきい値電流でレーザ発振が行われる。
間に電流を流してZn拡散層307の部分に電流を集中
させると二重へテロ構造により注入キャリアが閉じ込め
られ、さらに横方向においてはストライブ構造により電
流が制限されて大きな電流密度及び内部量子効率が得ら
れる。また、クラッド層により発光が有効に閉じ込めら
れて小さなしきい値電流でレーザ発振が行われる。
第5図は横注入型半導体レーザ装置の構造を示す図で、
Crドープした半絶縁性GaAs基板401上にアンド
ープAfGaAs層402.404でGaAs活性層4
03をサンドイッチし、活性層の左右にn−Aj!Ga
As層405、p−AlGaAs層407を埋め込み形
成して二重へテロ構造を構成し、その上にキャップ層4
06.408を形成し、さらにその上に電極409.4
10を形成したものである。
Crドープした半絶縁性GaAs基板401上にアンド
ープAfGaAs層402.404でGaAs活性層4
03をサンドイッチし、活性層の左右にn−Aj!Ga
As層405、p−AlGaAs層407を埋め込み形
成して二重へテロ構造を構成し、その上にキャップ層4
06.408を形成し、さらにその上に電極409.4
10を形成したものである。
横注入型半導体レーザにおいては、同一平面に設けられ
た電極409.410間に電流を流し、左右のn−Af
lGaAs層405、p −A II G aAs層4
07から活性層403へのキャリア注入をしている点が
縦注入型のものと異なっている。
た電極409.410間に電流を流し、左右のn−Af
lGaAs層405、p −A II G aAs層4
07から活性層403へのキャリア注入をしている点が
縦注入型のものと異なっている。
また、半絶縁性基板上に形成されているため、素子間の
絶縁をとることができ、その結果集債化を行うことがで
きる特徴を有している。
絶縁をとることができ、その結果集債化を行うことがで
きる特徴を有している。
このような埋め込み型半導体レーザはしきい値電流が小
さくとれるため通信用光源等に広く用いられているが、
第4図あるいは第5図から分かるようにキャリア注入は
一方向であり、いわゆる2端子構成である。このような
2端子の半導体レーザの駆動は、通常、第6図に示すよ
うに直流電流分と交流電流(あるいはパルス電流)分を
外部電子回路で重畳して加える必要がある。
さくとれるため通信用光源等に広く用いられているが、
第4図あるいは第5図から分かるようにキャリア注入は
一方向であり、いわゆる2端子構成である。このような
2端子の半導体レーザの駆動は、通常、第6図に示すよ
うに直流電流分と交流電流(あるいはパルス電流)分を
外部電子回路で重畳して加える必要がある。
すなわち、第6図(a)においては、DC電源によりレ
ーザダイオード500に直流電流を供給すると共に、信
号発生器503から交流電流を重畳して加えており、ま
た第6図(b)においては、レーザダイオードにDC電
源からバイアス電圧を加えると共に、信号発生器511
によりトランジスタ512のインピーダンスを変えて直
流分と電流分が重畳してレーザダイオードを流れるよう
にしている。
ーザダイオード500に直流電流を供給すると共に、信
号発生器503から交流電流を重畳して加えており、ま
た第6図(b)においては、レーザダイオードにDC電
源からバイアス電圧を加えると共に、信号発生器511
によりトランジスタ512のインピーダンスを変えて直
流分と電流分が重畳してレーザダイオードを流れるよう
にしている。
このように、従来の埋め込み型半導体レーザは2端子構
造であるために、その駆動方式が制約を受けてしまうと
いう問題があった。
造であるために、その駆動方式が制約を受けてしまうと
いう問題があった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、キャリア注
入を二方向とすることにより、それぞれ独立したキャリ
ア注入を行うことができ、レーザの駆動方式の自由度を
大きくすることができる二方向注入型半導体レーザ装置
を提供することを目的とする。
入を二方向とすることにより、それぞれ独立したキャリ
ア注入を行うことができ、レーザの駆動方式の自由度を
大きくすることができる二方向注入型半導体レーザ装置
を提供することを目的とする。
本発明の二方向注入型半導体レーザ装置は、キャリアの
注入が左右から独立して行うことができることを特徴と
している。
注入が左右から独立して行うことができることを特徴と
している。
第1図は本発明の二方向注入型半導体レーザ装置の構造
を示す図である。図中、100はCrドープ半絶縁性G
aAs基板、101は高抵抗/IGaAS層、102は
G a A s活性層、103はp−Al1GaAsク
ラッド層、104a、104bはn−Aj!GaAsク
ラッド層、105a、105bはn−GaAsヰ+−/
プ層、106はp−GaAsキ+7プ層、107 a、
107 b、 l O8は電極である。
を示す図である。図中、100はCrドープ半絶縁性G
aAs基板、101は高抵抗/IGaAS層、102は
G a A s活性層、103はp−Al1GaAsク
ラッド層、104a、104bはn−Aj!GaAsク
ラッド層、105a、105bはn−GaAsヰ+−/
プ層、106はp−GaAsキ+7プ層、107 a、
107 b、 l O8は電極である。
図において、半絶縁性基板100上に高抵抗A1!Ga
As層101を形成し、その上に形成された光を発生す
るGaΔS活性層(ノンドープあるいはp型ドープ)1
02の左右両サイドにn−AfGaAsクラッド層10
4a、104bを埋め込み形成し、さらに活性層の上側
にはp−AβGaAsクラッド層が形成すると共に、各
クラッド層上には、それぞれキャップ層n−GaAs1
05a、105b、I)−GaAs106及び、電極1
07a、107b、108を形成した構造となっている
。
As層101を形成し、その上に形成された光を発生す
るGaΔS活性層(ノンドープあるいはp型ドープ)1
02の左右両サイドにn−AfGaAsクラッド層10
4a、104bを埋め込み形成し、さらに活性層の上側
にはp−AβGaAsクラッド層が形成すると共に、各
クラッド層上には、それぞれキャップ層n−GaAs1
05a、105b、I)−GaAs106及び、電極1
07a、107b、108を形成した構造となっている
。
このような構造において、電極108と107a、10
7b間に電流を供給すると、上側のp −A I G
aΔSクラッド層103から正孔が注入され、左側ある
いは右側のn−Aj!GaAsクラッド層から電子が注
入される。したがって、活性層には二方向からキャリア
の注入が行われ、この注入はそれぞれ独立して行うこと
ができる。さらに活性層の下側のAlGaAs層101
は高抵抗層で左右のn−/17GaAsの電気的に分離
できるので、これらの素子を同一基板上に集積化するこ
とが可能である。もちろん、活性層の上側クラッド層を
n型とし、活性層の左右両サイドのクラブド層をp型と
してもよく、また活性層もp型(あるいはp型)として
もよい。また、本例では材料としてGaAs5AlGa
As系を例示しているが、他の材料、例えばInGaA
s、InGaAsP等でも構成できる。
7b間に電流を供給すると、上側のp −A I G
aΔSクラッド層103から正孔が注入され、左側ある
いは右側のn−Aj!GaAsクラッド層から電子が注
入される。したがって、活性層には二方向からキャリア
の注入が行われ、この注入はそれぞれ独立して行うこと
ができる。さらに活性層の下側のAlGaAs層101
は高抵抗層で左右のn−/17GaAsの電気的に分離
できるので、これらの素子を同一基板上に集積化するこ
とが可能である。もちろん、活性層の上側クラッド層を
n型とし、活性層の左右両サイドのクラブド層をp型と
してもよく、また活性層もp型(あるいはp型)として
もよい。また、本例では材料としてGaAs5AlGa
As系を例示しているが、他の材料、例えばInGaA
s、InGaAsP等でも構成できる。
また、さらに本発明の素子は第1図において、p型層の
端子をオープンとし、左右のn型クラッド層間に電圧を
加えると、光入射があるとキャリアが発生し、これが左
右のクラッド層間を通して流れるので、同一構造で光検
出器の1種であるホトトランジスタとしても動作する。
端子をオープンとし、左右のn型クラッド層間に電圧を
加えると、光入射があるとキャリアが発生し、これが左
右のクラッド層間を通して流れるので、同一構造で光検
出器の1種であるホトトランジスタとしても動作する。
そして、本発明の素子は高抵抗層上に形成されているの
で、同一構造の素子を同一基板上に複数個形成し、集積
化が可能である。
で、同一構造の素子を同一基板上に複数個形成し、集積
化が可能である。
第2図は第1図の構造の素子を同一基板上に集積化し、
ホトトランジスタ、半導体レーザ装置を形成したもので
ある。
ホトトランジスタ、半導体レーザ装置を形成したもので
ある。
第2図において、高抵抗層100上に第1図の構造の素
子を複数個タンデム形に形成し、図のように1つの素子
については活性層の上側タララド層上に形成された電極
108aをオーブンとし、電極108bと電極107b
間、電極108bと107c間に図示のような極性の電
圧Va、Vbを接続すると、光トランジスタ部200と
半導体レーザ部201とが形成される。
子を複数個タンデム形に形成し、図のように1つの素子
については活性層の上側タララド層上に形成された電極
108aをオーブンとし、電極108bと電極107b
間、電極108bと107c間に図示のような極性の電
圧Va、Vbを接続すると、光トランジスタ部200と
半導体レーザ部201とが形成される。
即ち、光トランジスタ部200においては、このままで
は電極108bと電極107b間は絶縁されているが、
光入射があって活性層102aにキャリアが発生すると
、クラッド層104a、104bを通して電流が流れる
。一方、半導体レーザ201においては、クラッド層1
03bと104cとからキャリア注入が行われるので、
レーザダイオードとして動作する。
は電極108bと電極107b間は絶縁されているが、
光入射があって活性層102aにキャリアが発生すると
、クラッド層104a、104bを通して電流が流れる
。一方、半導体レーザ201においては、クラッド層1
03bと104cとからキャリア注入が行われるので、
レーザダイオードとして動作する。
以上述べたように、本発明の二方向注入型半導体レーザ
装置は3端子となっており、独立した2つのキャリア注
入が行える利点を有している。
装置は3端子となっており、独立した2つのキャリア注
入が行える利点を有している。
また、第2図に示したように同一構造で、電圧の加え方
により光検出器の1種であるホ))ランジスタとしても
動作する。このように光検出器とレーザが同一構造で1
つの基板の上に製作可能であるので、モノリシック集積
化光送受倍回路を構成することも可能である。
により光検出器の1種であるホ))ランジスタとしても
動作する。このように光検出器とレーザが同一構造で1
つの基板の上に製作可能であるので、モノリシック集積
化光送受倍回路を構成することも可能である。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図に示す構造の素子の製作過程は以下の通りである
。基板はCrドープ半絶縁性GaAsである。この上に
MOCVD法により高抵抗Al1GaAs層(AIl含
有率約0.4.厚さ約1.5μm)、p型GaAs活性
層(厚さ約0.15μm) 、p型AlGaAs層(A
Il含有率約0.4.厚さ約1.0μm> 、p型Ga
Asキャップ層をエピタキシャル成長させる。次にエツ
チングにより第1図に示すn−AlGaAs層を埋め込
むための穴を掘り、n型Ai!GaAs層(Affl含
有率約0.35) 、71型GaAsキャップ層を成長
させる。次にn、p電極を付けた後、それをマスクとし
てn、p接合面に接するキャップ層を部分的にエツチン
グして除去するこれはキャリアがキャップ層間で再結合
するのを防止するためである。活件層幅は約2μ以下が
望ましい。また、活性層としては第3図に示すような通
常の多重量子井戸構造も可能である。
。基板はCrドープ半絶縁性GaAsである。この上に
MOCVD法により高抵抗Al1GaAs層(AIl含
有率約0.4.厚さ約1.5μm)、p型GaAs活性
層(厚さ約0.15μm) 、p型AlGaAs層(A
Il含有率約0.4.厚さ約1.0μm> 、p型Ga
Asキャップ層をエピタキシャル成長させる。次にエツ
チングにより第1図に示すn−AlGaAs層を埋め込
むための穴を掘り、n型Ai!GaAs層(Affl含
有率約0.35) 、71型GaAsキャップ層を成長
させる。次にn、p電極を付けた後、それをマスクとし
てn、p接合面に接するキャップ層を部分的にエツチン
グして除去するこれはキャリアがキャップ層間で再結合
するのを防止するためである。活件層幅は約2μ以下が
望ましい。また、活性層としては第3図に示すような通
常の多重量子井戸構造も可能である。
第3図は多重量子井戸構造を説明するための図である。
活性層の厚みを20nm以下とすると債子効果が出てき
て、電子は極めて限られた準位しかとれなくなり、その
ため限られた準位で遷移が生ずるため発光効率が上がり
、その結果しきい値電流を下げることが可能となる。多
重量子井戸構造はこのようなことを利用したものであり
、図の上下のクラッド層31.32間に形成される活性
層33の厚みを極めて薄くし、AlGaAs層リア層3
4とGaAs量子井戸35を繰り返し形成する。この場
合、光を有効に活性層に閉じ込めるためにバリア層のΔ
βの混晶比をクラッド層のそれよりも小さくしており、
また、通常、縦方向に電流を流す構造では上下の量子井
戸でのキャリア注入が変化してしまうので井戸数、バリ
ア層の厚み、及びバリア層の混晶比に制限がある(通常
、量子井戸数5個、バリア層の厚み6〜20nm。
て、電子は極めて限られた準位しかとれなくなり、その
ため限られた準位で遷移が生ずるため発光効率が上がり
、その結果しきい値電流を下げることが可能となる。多
重量子井戸構造はこのようなことを利用したものであり
、図の上下のクラッド層31.32間に形成される活性
層33の厚みを極めて薄くし、AlGaAs層リア層3
4とGaAs量子井戸35を繰り返し形成する。この場
合、光を有効に活性層に閉じ込めるためにバリア層のΔ
βの混晶比をクラッド層のそれよりも小さくしており、
また、通常、縦方向に電流を流す構造では上下の量子井
戸でのキャリア注入が変化してしまうので井戸数、バリ
ア層の厚み、及びバリア層の混晶比に制限がある(通常
、量子井戸数5個、バリア層の厚み6〜20nm。
バリア層のAfAs比0.2〜0.3)が、横接合型レ
ーザではこれらの制限を受けない。こうして図示するよ
うなコンダクションバンドEcとバレンスパントEvの
エネルギバンド構造が得られ、量子井戸にキャリアが注
入されて電子とホールの再結合による発光が行われ、各
量子井戸間では相互作用があるために出力光のコヒーレ
ンシーが保たれる。なお、クラッド層と最初の量子井戸
との間隔を大きくしているのは、クラッド層のエネルギ
レベルが高いため、他の量子井戸とエネルギバンド構造
の相似性が崩れないようにするためである。また、量子
井戸を活性層に用いることにより電極間容量が極めて小
さな値になる。
ーザではこれらの制限を受けない。こうして図示するよ
うなコンダクションバンドEcとバレンスパントEvの
エネルギバンド構造が得られ、量子井戸にキャリアが注
入されて電子とホールの再結合による発光が行われ、各
量子井戸間では相互作用があるために出力光のコヒーレ
ンシーが保たれる。なお、クラッド層と最初の量子井戸
との間隔を大きくしているのは、クラッド層のエネルギ
レベルが高いため、他の量子井戸とエネルギバンド構造
の相似性が崩れないようにするためである。また、量子
井戸を活性層に用いることにより電極間容量が極めて小
さな値になる。
以上のように本発明によれば、従来不可能であった2つ
の独立したキャリア注入機構を有する半導体レーザ装置
が実現できる。また、同一構造で、電圧の加え方により
光検出器の1種であるホトトランジスタとしても動作す
るので、光検出器とレーザが同一構造で1つの基板の上
に製作してモノリシック集積化光送受信回路を構成する
ことも可能である。
の独立したキャリア注入機構を有する半導体レーザ装置
が実現できる。また、同一構造で、電圧の加え方により
光検出器の1種であるホトトランジスタとしても動作す
るので、光検出器とレーザが同一構造で1つの基板の上
に製作してモノリシック集積化光送受信回路を構成する
ことも可能である。
第1図は本発明の二方向注入型半導体レーザ装置の構造
を示す図、第2図は第1図の構造の素子を同一基板上に
集積化した例を示す図、 第3図は多重量子井戸構造を
説明するだめの図、第4図は縦注入型半導体レーザ装置
の構造を示す図、第5図は横注入型半導体レーザ装置の
構造を示す図、第6図は従来の半導体レーザ層の駆動方
式を示す図でである。 100・−Crドープ半絶縁性GaAs基板、101−
・・高抵抗AJGaAs層、102−GaAs活性層、
103・・・p−AβGaAsクラッド層、104 a
、 104 b−−−n−Af2GaAsクラッド層、
l 05 a、 105 b−n−GaAsキ+−/
ブ層、106・=p−GaAsキ+−/ブ層、107
a。 107b、108・・・電極。 出 願 人 工業技術院長(外1名)第2図
を示す図、第2図は第1図の構造の素子を同一基板上に
集積化した例を示す図、 第3図は多重量子井戸構造を
説明するだめの図、第4図は縦注入型半導体レーザ装置
の構造を示す図、第5図は横注入型半導体レーザ装置の
構造を示す図、第6図は従来の半導体レーザ層の駆動方
式を示す図でである。 100・−Crドープ半絶縁性GaAs基板、101−
・・高抵抗AJGaAs層、102−GaAs活性層、
103・・・p−AβGaAsクラッド層、104 a
、 104 b−−−n−Af2GaAsクラッド層、
l 05 a、 105 b−n−GaAsキ+−/
ブ層、106・=p−GaAsキ+−/ブ層、107
a。 107b、108・・・電極。 出 願 人 工業技術院長(外1名)第2図
Claims (3)
- (1)活性層の上側クラッド層あるいは活性層及び上側
クラッド層をp型(あるいはn型)とし、活性層の左右
両サイドのクラッド層をn型(あるいはp型)とし、活
性層の下側のクラッド層を高抵抗層とした構造を有する
二方向注入型半導体レーザ装置。 - (2)さらに活性層の上側及び左右のクラッド層上に、
キャップ層及び電極を設けた二方向注入型半導体レーザ
装置。 - (3)請求項2記載のレーザ装置を同一基板上に複数個
作製し、一部をレーザダイオード、他をホトダイオード
とした二方向注入型半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2041689A JP2815165B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 二方向注入型半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2041689A JP2815165B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 二方向注入型半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02201990A true JPH02201990A (ja) | 1990-08-10 |
JP2815165B2 JP2815165B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=12026434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2041689A Expired - Lifetime JP2815165B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 二方向注入型半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2815165B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993020604A1 (en) * | 1992-03-31 | 1993-10-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
JPH05315706A (ja) * | 1992-05-11 | 1993-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61264776A (ja) * | 1985-05-20 | 1986-11-22 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
JPS62106687A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体光集積回路装置 |
JPS63104494A (ja) * | 1986-10-22 | 1988-05-09 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
JPS63178577A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-22 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP2041689A patent/JP2815165B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61264776A (ja) * | 1985-05-20 | 1986-11-22 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
JPS62106687A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体光集積回路装置 |
JPS63104494A (ja) * | 1986-10-22 | 1988-05-09 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
JPS63178577A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-22 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993020604A1 (en) * | 1992-03-31 | 1993-10-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
US5544189A (en) * | 1992-03-31 | 1996-08-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
JPH05315706A (ja) * | 1992-05-11 | 1993-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2815165B2 (ja) | 1998-10-27 |
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