JPH0314280A - 大出力半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
大出力半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH0314280A JPH0314280A JP15164989A JP15164989A JPH0314280A JP H0314280 A JPH0314280 A JP H0314280A JP 15164989 A JP15164989 A JP 15164989A JP 15164989 A JP15164989 A JP 15164989A JP H0314280 A JPH0314280 A JP H0314280A
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Landscapes
- 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)
本発明は情報処理等に用いる大出力半導体レーザ及びそ
の製造方法に関する。
の製造方法に関する。
(従来の技術)
半導体レーザの高出力化と共振器端面劣化防止には、発
光端面部に発振波長に対して、透明な窓領域を設け、端
面での発振光の吸収を防ぐ必要がある。この一方法とし
て、共振器端面近傍を活性層のA1混晶比よりも大きな
組成の結晶で埋込んだウィンドウ構造の半導体レーザが
報告されている。
光端面部に発振波長に対して、透明な窓領域を設け、端
面での発振光の吸収を防ぐ必要がある。この一方法とし
て、共振器端面近傍を活性層のA1混晶比よりも大きな
組成の結晶で埋込んだウィンドウ構造の半導体レーザが
報告されている。
例えば、1982年プロウベルト(H,Blauvel
t)らが、アプライド・フィシツクスルター(Appl
、 phys、。
t)らが、アプライド・フィシツクスルター(Appl
、 phys、。
Lett、)巻40.1029ページで提案した「長井
振器AlGaAs埋込みへテロ構造ウィンドウレーザ]
(“Large optical cavity Al
GaAs buried hetero−struct
ure window 1asers”)の共振器方向
断面の構造を第3図に示す。
振器AlGaAs埋込みへテロ構造ウィンドウレーザ]
(“Large optical cavity Al
GaAs buried hetero−struct
ure window 1asers”)の共振器方向
断面の構造を第3図に示す。
第3図のレーザ構造は、次のように製造する。まず、n
形GaAs基板31上に、液相成長法により、n形Al
XGa1−XAsクラッド層32、活性層33、p型A
lyGa1−yAs光ガイド層34まで連続に成長した
後、共振器端部付近25pmをウェットエツチングでn
形GaAs基板31まで除去し、n型AlxGa1−X
Asクラッド層32よりもA1混晶比が小さく、光ガイ
ド層34より、A1混晶比が大きな高抵抗光窓領域p形
Al□Ga1−2As層38、及びn形Al□Ga1−
2As39により、活性層33を共振器方向に埋め込む
。さらに、光カイ、ド層p形Al、Ga1 、As34
、p形AlXlGa1−x・Asクラッド層35、n形
GaAs層36、を成長後Znで選択拡散をして、第3
図のレーザは成る。
形GaAs基板31上に、液相成長法により、n形Al
XGa1−XAsクラッド層32、活性層33、p型A
lyGa1−yAs光ガイド層34まで連続に成長した
後、共振器端部付近25pmをウェットエツチングでn
形GaAs基板31まで除去し、n型AlxGa1−X
Asクラッド層32よりもA1混晶比が小さく、光ガイ
ド層34より、A1混晶比が大きな高抵抗光窓領域p形
Al□Ga1−2As層38、及びn形Al□Ga1−
2As39により、活性層33を共振器方向に埋め込む
。さらに、光カイ、ド層p形Al、Ga1 、As34
、p形AlXlGa1−x・Asクラッド層35、n形
GaAs層36、を成長後Znで選択拡散をして、第3
図のレーザは成る。
この様なウィンドウ構造レーザでは、中央部分の高い注
入キャリア密度によって作られる最大利得波長(発振波
長)に対して、共振器端面近傍が吸収の無い窓領域とな
り、光出力を増大させることができる。第3図のレーザ
構造において、端面破壊レベルが数十mWより、150
mW迄向上した。
入キャリア密度によって作られる最大利得波長(発振波
長)に対して、共振器端面近傍が吸収の無い窓領域とな
り、光出力を増大させることができる。第3図のレーザ
構造において、端面破壊レベルが数十mWより、150
mW迄向上した。
(発明が解決しようとする課題)
共振器両端を活性層よすAl混晶比の大きな結晶で埋め
込んでなる第3図の構造では、窓領域のp形Al□Ga
1−2As38、n形Al。Ga1−2As39の層厚
の制御性が要求され、活性層位置と一致さぜなければ、
結合部分での結合損失が増大し、閾値電流が上昇し、大
出力は、得難い。特に、第3図に示した構造は、液相成
長技術に適した構造であり、層厚制御性が困難な、この
成長技術での製作は難しい。
込んでなる第3図の構造では、窓領域のp形Al□Ga
1−2As38、n形Al。Ga1−2As39の層厚
の制御性が要求され、活性層位置と一致さぜなければ、
結合部分での結合損失が増大し、閾値電流が上昇し、大
出力は、得難い。特に、第3図に示した構造は、液相成
長技術に適した構造であり、層厚制御性が困難な、この
成長技術での製作は難しい。
さらに、情報処理用光源として、ビームの水平横方向モ
ードが制御されていることが、システムの信頼性、光ビ
ームの有効利用上きわめて重要である。第3図に示した
構造では、窓領域の横方向のモード制御機能が無い為、
活性領域でモード制御された光が、窓領域では水平横方
向に広がり、ビーム径をミクロンオーダに絞ることは困
難である。この構造で窓領域にも水平横方向モード制御
構造をさらに付加することは可能であるが、作成上工程
が著しく複雑となる。
ードが制御されていることが、システムの信頼性、光ビ
ームの有効利用上きわめて重要である。第3図に示した
構造では、窓領域の横方向のモード制御機能が無い為、
活性領域でモード制御された光が、窓領域では水平横方
向に広がり、ビーム径をミクロンオーダに絞ることは困
難である。この構造で窓領域にも水平横方向モード制御
構造をさらに付加することは可能であるが、作成上工程
が著しく複雑となる。
本発明の目的は、制御性、量産性に優れたMOVPE技
術を利用し、活性領域と窓領域との結合をスムーズにし
、水平横方向モード制御された大出力の半導体レーザを
実現することにある。
術を利用し、活性領域と窓領域との結合をスムーズにし
、水平横方向モード制御された大出力の半導体レーザを
実現することにある。
(課題を解決するための手段)
前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
活性層上部のクラッド層に形成されたメサと該メサ側面
に電流ブロック層を有し、共振器端面近傍は、活性層よ
りもバンドギャップの広い半導体層で覆われてなる大出
力半導体レーザにおいて、該共振器端面近傍の半導体層
がメサ状であることを特徴とし、その製造方法において
、共振器端面近傍のメサ形成工程において、マスクを用
いること無く電流ブロック層のみ選択的にエツチング液
で除去する工程と、組成依存性の無いエツチング液で少
なくとも活性層を除去する工程を有することを特徴とす
る。
活性層上部のクラッド層に形成されたメサと該メサ側面
に電流ブロック層を有し、共振器端面近傍は、活性層よ
りもバンドギャップの広い半導体層で覆われてなる大出
力半導体レーザにおいて、該共振器端面近傍の半導体層
がメサ状であることを特徴とし、その製造方法において
、共振器端面近傍のメサ形成工程において、マスクを用
いること無く電流ブロック層のみ選択的にエツチング液
で除去する工程と、組成依存性の無いエツチング液で少
なくとも活性層を除去する工程を有することを特徴とす
る。
(作用)
本発明は、活性領域ばかりでなく窓領域の水平横方向の
光ビームのモードを制御するために、窓領域をメサ状に
しており、その製作方法では、A1組成依存性が有るエ
ツチング液と無いエツチング液を併用し、マスクパター
ン無で、活性層上部、のクラッド層の断面形状を下部の
クラッド層に転写し、その深さ方向の制御は、中央部分
のメサトップの深さ制御のみであり、活性領域形成時の
上部クラッド層エツチング条件を利用できる利点がある
。
光ビームのモードを制御するために、窓領域をメサ状に
しており、その製作方法では、A1組成依存性が有るエ
ツチング液と無いエツチング液を併用し、マスクパター
ン無で、活性層上部、のクラッド層の断面形状を下部の
クラッド層に転写し、その深さ方向の制御は、中央部分
のメサトップの深さ制御のみであり、活性領域形成時の
上部クラッド層エツチング条件を利用できる利点がある
。
一方、窓領域と活性領域との結合は、活性層と光ガイド
層がテーパー状に結合されているので、低損失な結合と
なり、水平横モード制御された大出力半導体レーザが実
現できる。
層がテーパー状に結合されているので、低損失な結合と
なり、水平横モード制御された大出力半導体レーザが実
現できる。
(実施例)
以下、第2図を参照して、本発明の一実施例を説明する
。n形GaAs基板1(Siドープ、不純物濃度2×1
018cm−3)上にMOVPE技術により、n形A1
0.45Ga□、55Asクラッド層2(Siドープ、
不純物濃度2X1017cm−3)を211m、次にA
I□、15Ga□、B5As活性層3(ノンドープ)を
400人、p形Al□、45Ga□、55Asクラッド
層4(Mgドープ、不純物濃度I X 1018cm
”)を211m、最後に、p+形GaAsキャップ層5
(Mgドープ、不純物濃度5X1018cm−3)をl
pm、順次連続成長する((a)図)。
。n形GaAs基板1(Siドープ、不純物濃度2×1
018cm−3)上にMOVPE技術により、n形A1
0.45Ga□、55Asクラッド層2(Siドープ、
不純物濃度2X1017cm−3)を211m、次にA
I□、15Ga□、B5As活性層3(ノンドープ)を
400人、p形Al□、45Ga□、55Asクラッド
層4(Mgドープ、不純物濃度I X 1018cm
”)を211m、最後に、p+形GaAsキャップ層5
(Mgドープ、不純物濃度5X1018cm−3)をl
pm、順次連続成長する((a)図)。
次に成長したウェハ表面に5i02膜を4000人形成
、フォトリソグラフィ技術により、<011>方向に幅
6pmのストライプ状のSi○2膜21全21゜そして
、A1組成依存性の無いリン酸系エツチング)夜(H3
P04+H2O2+3CH30H,20°C)テエッチ
ンクしP形りラッド層4をメサストライプ両サイドで、
0.3−0.4pm残す((b)図)。
、フォトリソグラフィ技術により、<011>方向に幅
6pmのストライプ状のSi○2膜21全21゜そして
、A1組成依存性の無いリン酸系エツチング)夜(H3
P04+H2O2+3CH30H,20°C)テエッチ
ンクしP形りラッド層4をメサストライプ両サイドで、
0.3−0.4pm残す((b)図)。
次いで、5i02膜21を伺けたまま再成長を行ない、
n形GaAs電流ブロック層9、(Siドープ、不純物
濃度3×1018cm−3)を選択的に成長し、メサス
トライプ両サイドを埋め込む。
n形GaAs電流ブロック層9、(Siドープ、不純物
濃度3×1018cm−3)を選択的に成長し、メサス
トライプ両サイドを埋め込む。
さらに5i02膜21を除去後、(C)図)、活性領域
のみレジスト22で全面を覆い、300pm間隔に50
pm幅(素子上は25pm長)の窓領域のみエビ結晶表
面を出し、窓領域メサストライプ形成を行なう。
のみレジスト22で全面を覆い、300pm間隔に50
pm幅(素子上は25pm長)の窓領域のみエビ結晶表
面を出し、窓領域メサストライプ形成を行なう。
リン酸系エツチング液(H3PO4+H2O2+3CH
30H,20°C)で、活性領域形成時のp形りラッド
層4の残量よりも0.3pm浅くエツチングする。この
時のエツチング時間は、活性領域形成時のエツチング時
間より0.3pm分少なく時間を見積もっている。
30H,20°C)で、活性領域形成時のp形りラッド
層4の残量よりも0.3pm浅くエツチングする。この
時のエツチング時間は、活性領域形成時のエツチング時
間より0.3pm分少なく時間を見積もっている。
次にアンモニア系エツチング液(NH40H十20H2
02)でp形りラッド層4上のn形GaAs電流ブロッ
ク層9を選択的に除去する。((d)図)。
02)でp形りラッド層4上のn形GaAs電流ブロッ
ク層9を選択的に除去する。((d)図)。
最後に再びリン酸系エツチング液で、メサストライプ上
の活性層を完全に除去する((e)図)。
の活性層を完全に除去する((e)図)。
窓領域の埋め込み成長は、p形Al□、3Ga□、7A
s光ガイド層10(Mgドープ、不純物濃度7×101
7cm−3)を0.2pm、 n形A10.5Ga□、
5As電流ブロック層11(Siドープ、不純物濃度l
X1017cm−3)を211m、最後にn形GaAs
電流ブロック層12(Siドープ、不純物濃度2×10
18cm−3)を111m連続成長する((0図)。
s光ガイド層10(Mgドープ、不純物濃度7×101
7cm−3)を0.2pm、 n形A10.5Ga□、
5As電流ブロック層11(Siドープ、不純物濃度l
X1017cm−3)を211m、最後にn形GaAs
電流ブロック層12(Siドープ、不純物濃度2×10
18cm−3)を111m連続成長する((0図)。
窓領域をレジストで覆い、活性領域(300pm幅)を
p+形GaAsキャップ層5内までリン酸系エツチング
液で除去した後、レジストを除去し、窓領域を完全にS
i○2膜13で覆う。その後p形電極6を活性領域のみ
に形成し、裏面にn形電極7を形成する。
p+形GaAsキャップ層5内までリン酸系エツチング
液で除去した後、レジストを除去し、窓領域を完全にS
i○2膜13で覆う。その後p形電極6を活性領域のみ
に形成し、裏面にn形電極7を形成する。
最後に、窓領域の中央で襞間し、窓領域25pm活性領
域300pm、全体の共振器長350pmの本発明の半
導体レーザは完成する。
域300pm、全体の共振器長350pmの本発明の半
導体レーザは完成する。
次に、第1図を用いて、本発明の半導体レーザの構造の
動作の特徴について述べる。
動作の特徴について述べる。
p側電極6より注入されたキャリアは、はとんど活性領
域に注入される。p形AlXGa1−xAsAsクララ
4よりp形AlyGa1 yAsAsイガ41層10っ
て流れるリーク電流については、光ガイド層が薄いので
、この部分の抵抗は大きく、さらに光ガイド層部分は、
活性層よりもバンドギャップが広いので、この部分でキ
ャリアの再結合する量は無視できると考えられる。活性
領域でキャリアの再結合で発生した光は、水平横方向に
は、n形GaAs電流ブロック層12により、ビーム広
がりを抑制され、活性領域を導波し、光ガイド層部分と
テーパー状に低損失で結合し、窓領域の両端面で反射を
くり返し、光増幅し、レーザ発振が生じる。
域に注入される。p形AlXGa1−xAsAsクララ
4よりp形AlyGa1 yAsAsイガ41層10っ
て流れるリーク電流については、光ガイド層が薄いので
、この部分の抵抗は大きく、さらに光ガイド層部分は、
活性層よりもバンドギャップが広いので、この部分でキ
ャリアの再結合する量は無視できると考えられる。活性
領域でキャリアの再結合で発生した光は、水平横方向に
は、n形GaAs電流ブロック層12により、ビーム広
がりを抑制され、活性領域を導波し、光ガイド層部分と
テーパー状に低損失で結合し、窓領域の両端面で反射を
くり返し、光増幅し、レーザ発振が生じる。
窓領域は、メサ形状をなしているため、光ビームはメサ
トソプ部分で光導波される一方で、水平横方向の導波は
、メサストライプ両側で導波路がわん曲することによる
、屈折率分布のメサストライプ部分が大きくなり、中央
部分に収光され、光の構法がりを抑制している。
トソプ部分で光導波される一方で、水平横方向の導波は
、メサストライプ両側で導波路がわん曲することによる
、屈折率分布のメサストライプ部分が大きくなり、中央
部分に収光され、光の構法がりを抑制している。
(発明の効果)
本発明において、窓領域と活性領域との結合は、順メサ
、逆メサどちらを共振器方向に取るかに依らず、活性層
付近は、テーパー状に結合されるので低損失な結合で、
大出力動作が可能である。
、逆メサどちらを共振器方向に取るかに依らず、活性層
付近は、テーパー状に結合されるので低損失な結合で、
大出力動作が可能である。
また、窓領域の水平横方向モード制御は、活性領域の水
平横方向モード制御のようにn形GaAs電流ブロック
層による損失導波とは異なり、屈折率導波となるため、
活性領域で生じた犬山ノコを高効率に取り出すことが可
能である。
平横方向モード制御のようにn形GaAs電流ブロック
層による損失導波とは異なり、屈折率導波となるため、
活性領域で生じた犬山ノコを高効率に取り出すことが可
能である。
製作上では、窓領域のメサストライプ形成工程で、活性
領域のメサストライプ形成工程の条件を利用できるので
、その深さ方向の制御が比較的容易であり、さらにマス
クレスで窓領域のメサストライプを形成できる利点もあ
る。本発明の構造の大出力レーザでは、水平横方向モー
ド制御された出力300mW以上の大出力が期待できる
。
領域のメサストライプ形成工程の条件を利用できるので
、その深さ方向の制御が比較的容易であり、さらにマス
クレスで窓領域のメサストライプを形成できる利点もあ
る。本発明の構造の大出力レーザでは、水平横方向モー
ド制御された出力300mW以上の大出力が期待できる
。
第1図は、本発明の構造概略図であり、第2図は、その
製造工程概略図である。第3図は、従来の窓領域付半導
体レーザの構造概略図である。 118.n形GaAs基板、2−n形Al、Ga1−y
Asクラッド層、3・・・活性層、4・・・p形Alx
Ga1−XAsクラッド層、5・・・p+形GaAsキ
ャップ層、6・・・p側電極、7・・・n側電極、9・
n形GaAs電流ブロック層、10・p形AlyGa1
−yAs光ガイド層(y<x)、11・n形Al□Ga
1−2As(z<y)電流ブロック層、12・・・n形
GaAs電流ブロック層、13゜21.8i02膜、2
2・・・レジスト、31・n−GaAs基板、32−n
形GaAs基板、32・n形AlXGa1−XAsクラ
ッド層(x’ > x)、33・・・活性層、34−p
形Al、Ga1 yAs光ガイド層(y<z)、35・
p形Alx・Ga1 x・Asクラッド層、36・n形
GaAs、3’l−’Zm拡散領域、38・p形Al□
Ga1−2As、39・n形A1zGaI ZAS、4
0・p形電極、41−n形電極、42・・・絶縁膜。
製造工程概略図である。第3図は、従来の窓領域付半導
体レーザの構造概略図である。 118.n形GaAs基板、2−n形Al、Ga1−y
Asクラッド層、3・・・活性層、4・・・p形Alx
Ga1−XAsクラッド層、5・・・p+形GaAsキ
ャップ層、6・・・p側電極、7・・・n側電極、9・
n形GaAs電流ブロック層、10・p形AlyGa1
−yAs光ガイド層(y<x)、11・n形Al□Ga
1−2As(z<y)電流ブロック層、12・・・n形
GaAs電流ブロック層、13゜21.8i02膜、2
2・・・レジスト、31・n−GaAs基板、32−n
形GaAs基板、32・n形AlXGa1−XAsクラ
ッド層(x’ > x)、33・・・活性層、34−p
形Al、Ga1 yAs光ガイド層(y<z)、35・
p形Alx・Ga1 x・Asクラッド層、36・n形
GaAs、3’l−’Zm拡散領域、38・p形Al□
Ga1−2As、39・n形A1zGaI ZAS、4
0・p形電極、41−n形電極、42・・・絶縁膜。
Claims (2)
- (1)活性層上部のクラッド層に形成されたメサと該メ
サ側面に電流ブロック層を有し、共振器端面近傍は、活
性層よりもバンドギャップの広い半導体層で覆われてな
る大出力半導体レーザにおいて、該共振器端面近傍の半
導体層がメサ状であることを特徴とする大出力半導体レ
ーザ。 - (2)請求項1記載の半導体レーザの製造工程において
、共振器端面近傍のメサ形成工程において、マスクを用
いること無く、電流ブロック層のみ選択的にエッチング
液で除去する工程と、組成依存性の無いエッチング液で
少なくとも活性層を除去する工程を有することを特徴と
する半導体レーザの製造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15164989A JPH0314280A (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | 大出力半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15164989A JPH0314280A (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | 大出力半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0314280A true JPH0314280A (ja) | 1991-01-22 |
Family
ID=15523185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15164989A Pending JPH0314280A (ja) | 1989-06-13 | 1989-06-13 | 大出力半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0314280A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0537092A (ja) * | 1991-07-31 | 1993-02-12 | Nec Corp | 光半導体素子の製造方法 |
-
1989
- 1989-06-13 JP JP15164989A patent/JPH0314280A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0537092A (ja) * | 1991-07-31 | 1993-02-12 | Nec Corp | 光半導体素子の製造方法 |
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