JPH03290984A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH03290984A JPH03290984A JP9243190A JP9243190A JPH03290984A JP H03290984 A JPH03290984 A JP H03290984A JP 9243190 A JP9243190 A JP 9243190A JP 9243190 A JP9243190 A JP 9243190A JP H03290984 A JPH03290984 A JP H03290984A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 15
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 45
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
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、半導体レーザの活性層とクラッド層の境界に
最も大きい禁制帯幅を持つ物質の薄い層を設け、かつク
ラッド層の禁制帯幅は十分に小さくすることによりキャ
リヤーの閉じ込めを強(そして光の閉じ込めを弱くする
ことにより、高効率で大出力の動作をさせる半導体レー
ザに関する。
最も大きい禁制帯幅を持つ物質の薄い層を設け、かつク
ラッド層の禁制帯幅は十分に小さくすることによりキャ
リヤーの閉じ込めを強(そして光の閉じ込めを弱くする
ことにより、高効率で大出力の動作をさせる半導体レー
ザに関する。
従来の技術
従来のダブルへテロ接合半導体レーザは、小さい禁制帯
幅の物質から成る活性層を、それより大きい禁制帯幅の
物質から成るn型およびn型のクラッド層ではさんだ構
造をしている。この構造では、活性層の両側に禁制帯幅
の差によるポテンシャル障壁と屈折率差による全反射面
が生じ、それぞれキャリヤーおよび光の活性層内への閉
じ込めを与え、その結果、高効率で低しきい値電流で動
作をなすレーザ発振が得られる。一般に、大きい禁制帯
幅の物質は小さい屈折率を有し、したがって、キャリヤ
ーの強い閉じ込めと光の強い閉じ込めは密接に関連した
ものである。光の閉じ込めが強いとレーザ光が局所集中
する結果として、レーザ端面に高いレーザ電界が加わり
、レーザの端面破壊が起きやすくなる。すなわち、レー
ザから痔られる最高出力は端面破壊によって決まる。
幅の物質から成る活性層を、それより大きい禁制帯幅の
物質から成るn型およびn型のクラッド層ではさんだ構
造をしている。この構造では、活性層の両側に禁制帯幅
の差によるポテンシャル障壁と屈折率差による全反射面
が生じ、それぞれキャリヤーおよび光の活性層内への閉
じ込めを与え、その結果、高効率で低しきい値電流で動
作をなすレーザ発振が得られる。一般に、大きい禁制帯
幅の物質は小さい屈折率を有し、したがって、キャリヤ
ーの強い閉じ込めと光の強い閉じ込めは密接に関連した
ものである。光の閉じ込めが強いとレーザ光が局所集中
する結果として、レーザ端面に高いレーザ電界が加わり
、レーザの端面破壊が起きやすくなる。すなわち、レー
ザから痔られる最高出力は端面破壊によって決まる。
より大きな最高出力を得るために改良したものが、SC
H(Separate Confinement He
terostracture)レーザ(文献: 1.H
ayashi、tl、s、Patent Th3691
476(1972))であり、以下その構成について第
2図を参照しながら説明する。
H(Separate Confinement He
terostracture)レーザ(文献: 1.H
ayashi、tl、s、Patent Th3691
476(1972))であり、以下その構成について第
2図を参照しながら説明する。
同図(a)において、11は無添加のGaAs活性層、
12および13は第1のn型およびp型Gao、5Ae
O,2Asクラッド層、14および15は第2のn型お
よびp型G ao、sAe o、sA sクラッド層、
16および17はn型およびp型置極層である。各層の
模式的な禁制帯幅を同図(b)に、模式的な屈折率を同
図(C)に示す。2つの第1クラッド層の禁制帯幅が活
性層幅のそれに近いので、両層間の屈折率差も小さく、
したがって光は活性層から洩れ出して第1クラツド層1
2.13−杯に広がるが、第1クラツド層12.13と
第2クラツド層14.15の大きな屈折率差のために、
光は第1クラツド層12.13の範囲内に限定される。
12および13は第1のn型およびp型Gao、5Ae
O,2Asクラッド層、14および15は第2のn型お
よびp型G ao、sAe o、sA sクラッド層、
16および17はn型およびp型置極層である。各層の
模式的な禁制帯幅を同図(b)に、模式的な屈折率を同
図(C)に示す。2つの第1クラッド層の禁制帯幅が活
性層幅のそれに近いので、両層間の屈折率差も小さく、
したがって光は活性層から洩れ出して第1クラツド層1
2.13−杯に広がるが、第1クラツド層12.13と
第2クラツド層14.15の大きな屈折率差のために、
光は第1クラツド層12.13の範囲内に限定される。
一方、禁制帯幅の与えられた差に対する屈折率差は小さ
く、したがって、光の洩れ出しは十分でもキャリヤーは
活性層内に閉じ込められたままになるように適当に禁制
帯幅の差を選ぶようにする。このようにして、キャリヤ
ーの活性層11内への閉じ込めを保ちながら、光は活性
層11にのみ停まらず、第1クラツド層12.13へも
広がるようにしようとするのが5C)Iレーザの基本的
な考え方である。
く、したがって、光の洩れ出しは十分でもキャリヤーは
活性層内に閉じ込められたままになるように適当に禁制
帯幅の差を選ぶようにする。このようにして、キャリヤ
ーの活性層11内への閉じ込めを保ちながら、光は活性
層11にのみ停まらず、第1クラツド層12.13へも
広がるようにしようとするのが5C)Iレーザの基本的
な考え方である。
発明が解決しようとする課題
このような従来の半導体レーザでは、光を洩れ出させた
上でのキャリヤー閉じ込めは不十分であり、キャリヤー
も第1クラツド層12.13内に洩れ出し無効電流とな
る。すなわちこのことはレーザの高効率および低しきい
値電流動作を得ることの障害となり、その上、動作の温
度特性をも悪くする。しきい値電流が小さい程、最高出
力値が大きいことからも、キャリヤーの洩れ出しは最高
出力達成の障害となる。したがって、レーザ動作の効率
、しきい値電流、温度特性、最高出力という点から不満
足なものである。
上でのキャリヤー閉じ込めは不十分であり、キャリヤー
も第1クラツド層12.13内に洩れ出し無効電流とな
る。すなわちこのことはレーザの高効率および低しきい
値電流動作を得ることの障害となり、その上、動作の温
度特性をも悪くする。しきい値電流が小さい程、最高出
力値が大きいことからも、キャリヤーの洩れ出しは最高
出力達成の障害となる。したがって、レーザ動作の効率
、しきい値電流、温度特性、最高出力という点から不満
足なものである。
本発明は上記課題を解決するもので、活性層からの光の
洩れ出しを許しながらもキャリヤーの活性内への閉じ込
めを十分にすることを可能にする構造の半導体レーザを
提供することを目的としている。
洩れ出しを許しながらもキャリヤーの活性内への閉じ込
めを十分にすることを可能にする構造の半導体レーザを
提供することを目的としている。
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するために、活性層の両側にク
ラッド層を設けた半導体レーザにおいて、活性層の両側
に隣接して各層の禁制帯幅の大きさ以上の値の禁制帯幅
で、その厚みが0.03〜0.2μmのnバリヤー層お
よびnバリヤー層を設けた構成による。
ラッド層を設けた半導体レーザにおいて、活性層の両側
に隣接して各層の禁制帯幅の大きさ以上の値の禁制帯幅
で、その厚みが0.03〜0.2μmのnバリヤー層お
よびnバリヤー層を設けた構成による。
作用
本発明は上記した構成により、新たに禁制帯幅が大きく
て、厚みの薄いnバリヤー層およびnバリヤー層を設け
ているので、その2つのバリヤー層の外側のクラッド層
の禁制帯幅選択の自由度が大きくなり、キャリヤーの活
性層内への閉じ込めがより完全になり、活性層がらバリ
ヤー層を通過して外側のクラッド層への光の洩れ出しが
より容易となる。
て、厚みの薄いnバリヤー層およびnバリヤー層を設け
ているので、その2つのバリヤー層の外側のクラッド層
の禁制帯幅選択の自由度が大きくなり、キャリヤーの活
性層内への閉じ込めがより完全になり、活性層がらバリ
ヤー層を通過して外側のクラッド層への光の洩れ出しが
より容易となる。
実施例
以下、本発明の一実施例について第1図(a) 、 (
b) 。
b) 。
(C)を参照しながら、同図(a)で、第2図(a)の
従来例と同一部分には同一番号を付して説明を省略し、
本発明の特徴となる部分について説明する。
従来例と同一部分には同一番号を付して説明を省略し、
本発明の特徴となる部分について説明する。
すなわち本発明の特徴は、同図(a)に示すように、活
性層11と第10クラツド層12の間にnバリヤー層1
を設けたことと、同じく活性層11と第1pクラツド層
13の間にnバリヤー層2を設けたことである。従来例
では各層の名称のみ記述したが、以下その濃度、厚みを
説明する。
性層11と第10クラツド層12の間にnバリヤー層1
を設けたことと、同じく活性層11と第1pクラツド層
13の間にnバリヤー層2を設けたことである。従来例
では各層の名称のみ記述したが、以下その濃度、厚みを
説明する。
すなわち同図(a)において、11は無添加のGaAs
の厚さ0.1μmの活性層、本発明の特徴である1はド
ナー濃度I X 101”。、−3のG ao、4sA
e o、ssA sの厚さ0.08μmのnバリヤー層
、同じく本発明の特徴である2はアクセプター濃度I
X 10 ”cm−3のG ao、4sAl! o、s
sA sの厚さ0.08μmのnバリヤー層、12はド
ナー濃度1 x I Q18CI11−3のG ao、
sAi! 0.2A sの厚さ0.3μmの第1nクラ
ッド層、13はアクセプター濃度I X 10 ”am
−3のG ao、aAe 0.2A sの厚さ0.3μ
mの第1pクラツド層、14はドナー濃度I X 10
18cm−3のGao、5Aeo、sAsの厚さ1μm
の第2nクラッド層、15はアクセプター濃度I X
10 l8cm−3のGao、5Aeo、sAsの厚さ
1μmの第2pクラツド層、16はT i / P t
/Auアロイ型n電極層、そして17はA u /
Z nアロイ型p電極層である。
の厚さ0.1μmの活性層、本発明の特徴である1はド
ナー濃度I X 101”。、−3のG ao、4sA
e o、ssA sの厚さ0.08μmのnバリヤー層
、同じく本発明の特徴である2はアクセプター濃度I
X 10 ”cm−3のG ao、4sAl! o、s
sA sの厚さ0.08μmのnバリヤー層、12はド
ナー濃度1 x I Q18CI11−3のG ao、
sAi! 0.2A sの厚さ0.3μmの第1nクラ
ッド層、13はアクセプター濃度I X 10 ”am
−3のG ao、aAe 0.2A sの厚さ0.3μ
mの第1pクラツド層、14はドナー濃度I X 10
18cm−3のGao、5Aeo、sAsの厚さ1μm
の第2nクラッド層、15はアクセプター濃度I X
10 l8cm−3のGao、5Aeo、sAsの厚さ
1μmの第2pクラツド層、16はT i / P t
/Auアロイ型n電極層、そして17はA u /
Z nアロイ型p電極層である。
同図(b)は各層の模式的な禁制帯幅を示し、同図(C
)は立体構造を示し、Lはキャビティー長で250μm
、Wはレーザ端面幅で20μmであり、レーザ光はWの
面からとり出される。
)は立体構造を示し、Lはキャビティー長で250μm
、Wはレーザ端面幅で20μmであり、レーザ光はWの
面からとり出される。
このような構成で、同図(b)に示すように、新たに設
けたnバリヤー層1とnバリヤー層2の禁制帯幅をでき
る限り大きな値になるようにすると、ポテンシャル障壁
により、キャリヤーの活性層11内への閉じ込めを十分
にすることができ、かつまたそのnバリヤー層1および
nバリヤー層2の厚みを十分薄く、たとえば0.03〜
0.2μmの範囲に選定し、隣接する第1nクラッド層
12と第1pクラツド層13の屈折率を大きくする(禁
制帯幅は逆に小さくなる)ことによって、光は第1n久
ラツド層12および第1pクラツド層13に洩れ出す。
けたnバリヤー層1とnバリヤー層2の禁制帯幅をでき
る限り大きな値になるようにすると、ポテンシャル障壁
により、キャリヤーの活性層11内への閉じ込めを十分
にすることができ、かつまたそのnバリヤー層1および
nバリヤー層2の厚みを十分薄く、たとえば0.03〜
0.2μmの範囲に選定し、隣接する第1nクラッド層
12と第1pクラツド層13の屈折率を大きくする(禁
制帯幅は逆に小さくなる)ことによって、光は第1n久
ラツド層12および第1pクラツド層13に洩れ出す。
第1nクラッド層12と第2nクラッド層14および第
1pクラツド層13と第2pクラツド層15間の大きな
屈折率差のために、光は第1nクラッド層12と第1p
クラ・ンド層13の範囲内に限定される。
1pクラツド層13と第2pクラツド層15間の大きな
屈折率差のために、光は第1nクラッド層12と第1p
クラ・ンド層13の範囲内に限定される。
本実施例のように新しく設けたnノくリヤー層1および
nバリヤー層2の存在により、第1nクラッド層12お
よび第1pクラ・ソド層13の禁制帯幅には関係なく、
キャリヤーは活性層11に閉じ込められるので、第1ク
ラツド層12.13の禁制帯幅選択の自由度が増大する
。したがってこの第1nクラッド層12および第1pク
ラツド層13の禁制帯幅を十分小さく選ぶことができる
。
nバリヤー層2の存在により、第1nクラッド層12お
よび第1pクラ・ソド層13の禁制帯幅には関係なく、
キャリヤーは活性層11に閉じ込められるので、第1ク
ラツド層12.13の禁制帯幅選択の自由度が増大する
。したがってこの第1nクラッド層12および第1pク
ラツド層13の禁制帯幅を十分小さく選ぶことができる
。
またnバリヤー層1およびnバリヤー層2の厚みを極度
に薄くすると、トンネル効果によりキャリヤーは直接第
10クラツド層12および第】pクラッド層13に洩れ
出す。したがって光の洩れ出しを許し、キャリヤーの閉
じ込めを可能にする厚みとして0.03〜0.2μmが
適当であることを確認した。
に薄くすると、トンネル効果によりキャリヤーは直接第
10クラツド層12および第】pクラッド層13に洩れ
出す。したがって光の洩れ出しを許し、キャリヤーの閉
じ込めを可能にする厚みとして0.03〜0.2μmが
適当であることを確認した。
このような構成による半導体レーザの特性を測り、バリ
ヤー層1.2のみを除去した場合の特性と比較すると、
発振しきい値電流で約15%、20〜80℃の間でのし
きい値電流の温度変化で約25%だけ本発明による実施
例の方が低(なり、その優位性を確認した。
ヤー層1.2のみを除去した場合の特性と比較すると、
発振しきい値電流で約15%、20〜80℃の間でのし
きい値電流の温度変化で約25%だけ本発明による実施
例の方が低(なり、その優位性を確認した。
また本実施例では、全面電極型という原型をとり上げた
が、実用的なストライプ構造の場合について本発明を適
用すれば、その優位性は一層顕著になると期待される。
が、実用的なストライプ構造の場合について本発明を適
用すれば、その優位性は一層顕著になると期待される。
また実施例におけるGaAsGaAf!As系のレーザ
以外でも、GaAe As系、InGaAsP系、Ga
AeAsP系。
以外でも、GaAe As系、InGaAsP系、Ga
AeAsP系。
IrrAi!AsP系等その地金ての半導体材料を用い
たレーザの場合にも本発明を適用することが可能であり
、本発明の有用性は大なるものがある。
たレーザの場合にも本発明を適用することが可能であり
、本発明の有用性は大なるものがある。
なお本実施例では、第1クラツド層12.13と第2ク
ラツド層14.15を設けた場合について述べたが、第
2クラツド層14.15を省略しても本発明を適用でき
るものである。
ラツド層14.15を設けた場合について述べたが、第
2クラツド層14.15を省略しても本発明を適用でき
るものである。
発明の効果
以上の実施例から明らかなように本発明は、活性層の両
側にクラッド層を設けた半導体レーザにおいて、活性層
の両側に隣接して各層の禁制帯幅の大きさ以上の値の禁
制帯幅で、その厚みが0.03〜0.2μmのnバリヤ
ー層およびnバリヤー層を設けたものであり、nバリヤ
ー層およびnバリヤー層の外側のクラッド層の禁制帯幅
の値の選択自由度が大きくなり、キャリヤーの活性層内
へのより完全な閉じ詰めと、活性層からバリヤー層を通
過してクラッド層への光の洩れ出しをより容易にする半
導体レーザを提供できるものである。
側にクラッド層を設けた半導体レーザにおいて、活性層
の両側に隣接して各層の禁制帯幅の大きさ以上の値の禁
制帯幅で、その厚みが0.03〜0.2μmのnバリヤ
ー層およびnバリヤー層を設けたものであり、nバリヤ
ー層およびnバリヤー層の外側のクラッド層の禁制帯幅
の値の選択自由度が大きくなり、キャリヤーの活性層内
へのより完全な閉じ詰めと、活性層からバリヤー層を通
過してクラッド層への光の洩れ出しをより容易にする半
導体レーザを提供できるものである。
第1図(a)は本発明の一実施例の半導体レーザの断面
図、同図(b)は同図(a)の各層に対応する禁制帯幅
の模式図、同図(C)は同図(a)の半導体レーザの立
体構造を示す斜視図、第2図(a)は従来の半導体レー
ザの断面図、同図(b)は同図(a)の各層に対応する
禁制帯幅の模式図、同図(C)は同図(b)の禁制帯幅
に対応する屈折率の模式図である。 1・・・・・・nバリヤー層、2・・・・・・nバリヤ
ー層、11・・・・・・活性層、12・・・・・・第1
nクラッド層、13・・・・・・第1pクラツド層、1
4・・・・・・第20クラツド層、15・・・・・・第
2pクラツド層。
図、同図(b)は同図(a)の各層に対応する禁制帯幅
の模式図、同図(C)は同図(a)の半導体レーザの立
体構造を示す斜視図、第2図(a)は従来の半導体レー
ザの断面図、同図(b)は同図(a)の各層に対応する
禁制帯幅の模式図、同図(C)は同図(b)の禁制帯幅
に対応する屈折率の模式図である。 1・・・・・・nバリヤー層、2・・・・・・nバリヤ
ー層、11・・・・・・活性層、12・・・・・・第1
nクラッド層、13・・・・・・第1pクラツド層、1
4・・・・・・第20クラツド層、15・・・・・・第
2pクラツド層。
Claims (1)
- 活性層の両側にクラッド層を設けた半導体レーザにおい
て、前記活性層の両側に隣接して前記各層の禁制帯幅の
大きさ以上の値の禁制帯幅で、その厚みが0.03〜0
.2μmのnバリヤー層およびpバリヤー層を設けた半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9243190A JPH03290984A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9243190A JPH03290984A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03290984A true JPH03290984A (ja) | 1991-12-20 |
Family
ID=14054252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9243190A Pending JPH03290984A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03290984A (ja) |
Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
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EP0772249A3 (en) * | 1995-11-06 | 1998-11-04 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
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-
1990
- 1990-04-06 JP JP9243190A patent/JPH03290984A/ja active Pending
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