JPH0424977A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JPH0424977A
JPH0424977A JP12477990A JP12477990A JPH0424977A JP H0424977 A JPH0424977 A JP H0424977A JP 12477990 A JP12477990 A JP 12477990A JP 12477990 A JP12477990 A JP 12477990A JP H0424977 A JPH0424977 A JP H0424977A
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Masabumi Ozawa
小沢 正文
Yukitoshi Marutani
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
A 産業上の利用分野 B 発明の概要 C従来の技術 D 発明が解決しようとする課題 E 課題を解決するための手段 F 作用 G 実施例 H発明の効果 A 産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザ、特に例えばAIGaInP系
やGa1nAsP系の化合物半導体による埋め込みへテ
ロ接合型(BH型)半導体レーザに係わる。
B 発明の概要 本発明は、化合物半導体の一主面にストライプ状のメサ
突起が形成され、この化合物半導体の主面側にそれぞれ
化合物半導体層より成る少なくとも第1導電型のクラッ
ド層と、活性層と、第2導電型のクラッド層とが順次エ
ピタキシャル成長されて、このストライプ状のメサ突起
上に他と分断して第1導電型のクラッド層と、活性層と
、第2導電型のクラッド層とが積層されたストライプ状
エピタキシャル成長層が形成され、このメサ突起上に成
長されたストライプ状エピタキシャル成長層を埋め込ん
で半絶縁性化合物半導体層と第2導電型のコンタクト層
とが順次エピタキシャル成長され、この半絶縁性化合物
半導体層の、ストライブ状エピタキシャル成長層上に対
応する位置に第2s電型の不純物が選択的に導入されて
、第2導電型のクラッド層と第22!!電型のコンタク
ト層とが電気的に導通されて成ることにより、リーク電
流を抑制してしきい値電流1 thの低減化をはかり、
特性の向上をはかる。
また他の本発明は、それぞれ化合物半導体層よりなる少
なくともn型クラッド層と、活性層と、これに接するP
型クラッド層と、これの上に形成されたAsを含むP型
のコンタクト層とを有する半導体レーザにおいて、この
コンタクト層を構成する化合物半導体層を、有機ヒ素原
料によって供給されたAsを含むn型の化合物半導体層
によって構成することにより、n型コンタクト層と活性
層との間の低抵抗化及びP型キャリアの制御性の向上を
はかって、特性の向上をはかる。
C従来の技術 低しきい値電流■いを有する半導体レーザとしては、活
性層の横方向にすなわち活性層の面方向と直交する方向
に光及びキャリアの閉し込めを行う埋め込みへテロ接合
型(BH型)半導体レーザがある。
この種のBH型半導体レーザを作製する場合、一般には
1回目の結晶成長で、第1導電型のクラッド層と活性層
と第2導電型のクラッド層とを順次エピタキシャル成長
させてダブルへテロ構造をつくり、その後活性層を横切
るエツチングを行ってストライプ状の活性層を含むスト
ライプ状の突起、いわゆるリッジを形成し、その後2回
目の結晶成長でこのリッジの両側を埋め込んでBH型半
導体レーザを得るという方法が採られる。
しかしながら、この方法による場合、そのエツチングに
よって活性層の一部を除去する作業に当って、残される
活性層自体の端面が酸化され、これが特性及び信頬性に
大きな悪影響をもたらす。
このような特性及び信転性の問題、さらに作業性の煩雑
さを回避する目的をもって本出願人は先に例えば特開昭
61−183987号において1回のエピタキシャル成
長において全層を形成することができるようにしたS 
D H(Separate Double Heter
Junction)型の半導体レーザを提案した。
D 発明が解決しようとする課題 さらに、この種のSDH型半導体レーザとして本出願人
は特願昭61330136号において、例えば第2図に
路線的拡大断面図を示す半導体レーザの提案をなした。
これは第1導電型例えばn型で一主面が(100)結晶
面を有する例えばGaAs化合物半導体基体(11)の
その−主面に第2図でその紙面と直交する[1001結
晶軸方向に延びるストライプ状のメサ突起(2)が形成
され、この突起(2)を有する基体(11)の−主面上
に順次通常のM OCV D (MetalOrgan
ic Chemical Vapor Deposit
ion  :有機金属による化学的気相成長法)すなわ
ちメタル系MOCVDによって連続的に第1導電型例え
ばn型のクラッド層(3)と低不純物濃度ないしはアン
ドープの活性層(4)と第2導電型例えばp型の第1の
クラッド層(15)と、第1導電型例えばn型の電流ブ
ロック層(16)と、第2導電型例えばp型の第2のク
ラッド層(17)と、第2導電型のキャップ層(18)
との各半導体層が1回のエピタキシャル成長によって形
成されてなる。
ここに第1導電型のクラッド層(3)と、第2導電型の
第1及び第2のクラッド層(15)及び(17)と、第
1導電型の電流ブロック層(16)とは、活性層(4)
に比してバンドギャップが大すなわち屈折率が小なる材
料より構成する。
そして、この場合基体(11)及びメサ突起(2)との
、結晶方位、突起(2)の幅及び高さすなわちその両側
のメサ溝の深さ、さらに第1導電型のクラッド層(3)
、活性層(4)及び第2導電型の第1のクラッド層(1
5)等の各層の厚さを選定することによって、メサ突起
(2)上に第1導電型のクラッド層(3)、活性層(4
)、第2導電型の第1のクラッド層(15)を、メサ溝
上におけるそれらと分断するように斜面(9)による断
層を形成し、これら斜面(9)によって分断されたスト
ライプ状エピタキシャル成長層(10)がメサ突起(2
)上に形成されるようにする。これは、通常のMOCV
D、すなわちメチル系の有機金属を原料ガスとして行っ
たMOCVDによる場合、(111)B結晶が一部生じ
ると、この面に関してはエピタキシャル成長が生じにく
いことを利用して、ストライプ状エピタキシャル成長層
(10)を形成するものである。そして、この場合電流
ブロック層(I6)は、ストライプ状エピタキシャル成
長層(10)によってこれを挾んでその両側に分断され
、この分断によって生じた両端面が丁度ストライプ状エ
ピタキシャル成長層(10)における他と分断されたス
トライプ状活性層(4)の両側端面すなわち斜面(9)
に臨む端面に衝合するようになされる。
このようにしてメサ突起(2)上のストライプ状エピタ
キシャル成長層(10)における活性層(4)が、これ
より屈折率の小さい電流ブロック層(16)によって挟
み込まれるように形成されて横方向の閉じ込めがなされ
て発光動作領域となるようにされ、しかもこの電流ブロ
ック層(16)の存在によってストライプ状エピタキシ
ャル成長層(10)の両側においては、第2導電型の第
2のクラッド層(17)と、ブロック層(16)と、第
2導電型の第1のクラッド層(15)と、第1導電型の
クラッド層(3)とによってP−n−p−nサイリスク
が形成されて、ここにおける電流が阻止され、これによ
って二〇メサ突起(2)上のストライプ状エピタキシャ
ル成長層(10)の活性層(4)に電流が集中するよう
になされて、しきい値電流Iいの低減化をはかるように
している。
ところが、上述したSDH構成による場合、第2図中破
線矢印をもって示すように、第2導電型の第2のクラッ
ド層(17)から電流ブロック層(16)を通じで、ス
トライプ状エピタキシャル成長層(10)における動作
領域としての活性層(4)下の第1のクラッド層(3)
にリーク電流が流れることが考えられ、これが十分なI
いの低減化を阻害する恐れがある。またさらにこのリー
ク電流が上述のサイリスクをオンさせる引き金となり、
このサイリスクのオンによって第3図にその光出力−電
流特性曲線図を示すように、本来破線図示であるべき特
性が実線図示に示されるように飽和特性を示すという問
題が生じる。
本発明の1は、上述したようなSDH型半導体レーザに
おける電流ブロック層を通して生しるリーク電流による
サイリスクのオン効果を阻止して、光出力特性の飽和に
関しての改善をはかる。
また、上述したようなSDH構成を採る半導体レーザに
限らないが、AlGa1nP系やGa InAsP系等
の半導体レーザにおいて、そのp型のコンタクト層すな
わちキャンプ層(18)をGaAsやInGaAs等の
Asを含む材料を用いてMOCVDでエピタキシャル成
長させる場合、Asの原料としてはアルシンAsH3を
用いている。
このAsH3のH基はp型のとで、・、デ層(18)の
成長中又は成長後の降温時にp型の第2のクラッド層(
17)に侵入し、このp型のクラッド層(17)中のア
クセプタを不活性にしてしまう。その結果、p型の A
ヤ、・2ア層(18)と、ストライプ状エピタキシャル
成長層(10)の活性層(4)との間の電気的抵抗が大
となって、しきい値の低減化をはかれなくなったり、p
型のクラッド層のキャリア制御が困】になったりする等
の問題が生している。
他の本発明は、SDH型に限らず化合物半導4レーザに
おける上述のAsh3原料のH基にょるアとセプタの不
活性化を回避して、p型コンタクlliと活性層との間
の低抵抗化及びp型キャリアの制御性の向上をはかって
、特性の向上をはかる。
E 課題を解決するための手段 本発明による半導体レーザの要部の路線的拡メ断面図を
第1図に示す。
本発明は、化合物半導体(1)の−主面(1八)にスト
ライブ状のメサ突起(2)が形成され、この化合9半導
体(1)の主面(IA)側にそれぞれ化合物半導付層よ
り成る少なくとも第1導電型のクラッド層(3と、活性
層(4)と、第2導電型のクラッド層(5)と力1+I
Jj 次エピタキシャル成長されて、このストライブ状
のメサ突起(2)上に他と分断して第1導電型のクラッ
ド層(3)と、活性層(4)と、第2導電型のクラッド
層(5)とが積層されたストライプ状エピタキシャル成
長層(10)が形成され、このメサ突起(2)上に成長
されたストライブ状エピタキシャル成長層(1o)を埋
め込んで半絶縁性化合物半導体層(6)と第2導電型の
コンタクト層(7)とが順次エピタキシャル成長され、
この半絶縁性化合物半導体層(6)の、ストライプ状エ
ピタキシャル成長層(10)上に対応する位置に第2導
電型の不純物が選択的に導入されて、第2導電型のクラ
ッド層(5)と第2導電型のコンタクト層(7)とが電
気的に導通されて成る。
また、他の本発明は、それぞれ化合物半導体層よりなる
少なくともn型クラッド層(3)と、活性層(4)と、
これに接するP型りラッド層(5)と、これの上に形成
された^Sを含むp型のコンタクト層(7)とを有する
半導体レーザにおいて、このコンタクト層(7)を構成
する化合物半導体層を、有機ヒ素原料によって供給され
たAsを含むp型の化合物半導体層によって構成する。
F 作用 上述したように本発明によればSDH型の半導体レーザ
において、活性層の横方向の埋め込み層を半絶縁性化合
物半導体層によって構成するため従来のように電流ブロ
ック層等の各化合物半導体層より成るサイリスク構造を
採らない。
従って発光動作時に電流ブロック層等を通して動作領域
としての活性層下の第1導電型のクラッド層にリーク電
流が流れることがなく、Iいが大となることを回避する
ことができる。さらにこのようなリーク電流がサイリス
クをオンさせる引き金となることを回避することができ
、飽和の改善がはかられ、良好な光出力特性を得ること
ができる。
また、この半絶縁性化合物半導体層の形成は、例えばI
nP基板を用いて半導体レーザを作製する場合、鉄Fe
をドープしたInP層により簡単に半絶縁性化合物半導
体層を形成することができる。従ってMOCVDによっ
てこの半導体レーザを作製する場合、1回の結晶成長に
よって作製することができる。
また他の本発明による半導体レーザでは、p型のコンタ
クト層をアルシンAsH3を用いないで、有機ヒ素原料
例えばトリエチルヒ素やトリメチルヒ素等によって作製
するため、AsH,中のHMによってp型のクラッド層
中のアクセプタか不活性化されることを回避することが
でき、p型コンタクト層と活性層との間の低抵抗化及び
p型キャリアの制御性の向上をはかって、特性の向上を
はかることができる。
またこの有機ヒ素原料としては、例えばジエチルアルシ
ン、ターシャリブチルアルシンのように、H基を有する
もその分解温度が低い原料を用いれば、このH基がアク
セプタを不活性化させることなく半導体レーザを作製す
ることができる。
またこの場合、有機ヒ素原料をp型のコンタクト層の成
長にのみ用いるため、純度の低い原料を用いても、不純
物による特性の変動等、素子の信顛性を低下させるよう
な悪影響を与えることがなく、信転性のよい半導体レー
ザを作製することができる。
G 実施例 以下、本発明による半導体レーザの一例を、第1図の断
面図を参照して詳細に説明する。
GaInAsP系の■−v族化合物半導体レーザを作製
する場合で、先ず第1図に示すように第1導電型例えば
n型のInP基体等の化合物半導体(1)を設ける。こ
の化合物半導体(1)は、その−主面(1八)が(10
0)結晶面とされて成るこの化合物半導体(1)の主面
(IA)上に、両側面(23)がなだらかな湾曲凹面と
された順メサに近いストライプ状のメサ突起(2)を形
成する。
このメサ突起(2)の形成方法は、例えば化合物半導体
(1)の主面(IA)上に所要の幅Wをもってストライ
プ上のエツチングマスクを選択的に形成する。
このマスクは例えばフォトレジスト膜の塗布、パターン
露光、現像の各処理によって形成し得る。
この場合紙面に沿う面が(011)面に選ばれ、マスク
のストライプの延長方向は、この面と直交する方向に選
ばれる。次に、化合物半導体(1)に対し、その面(I
A)側から例えば硫酸系エツチング液の、H2SO4と
)120□とH2Oが3:1:1の割合で混合されたエ
ツチング液による結晶学的エツチングを行う。このよう
にすると、マスクによって覆われていない部分からエツ
チングが進行してメサ溝(22)が形成されて、上述の
メサ突起(2)を得ることができる。
この後エツチングマスクを除去し、化合物半導体(1)
の凹凸面上に、MOCVDによって、図示しないが必要
に応じてn型のバッファ層を形成し、次いで例えばn型
のInP等の第1導電型のクラ・ント層(3) ヲエビ
タキシャル成長させる。この場合、エピタキシャル成長
が進行すると、メサ突起(2)の上面では(100)面
に対しての角度が約55度をなす(111)B結晶面よ
り成る斜面(9)が両側に自然発生的に生じてくる。そ
して、このような(111)B面による斜面(9)が存
在している状態でn型クラフト層(3)のエピタキシャ
ル成長を停止する。続いて連続MOCVDによってメサ
突起(2)上の断面台形をなすn型クラッド層(3)上
を含んで、アンドープのGaInAsPより成る活性層
(4)をエピタキシャル成長させる。
この場合、斜面(9)の(111) B結晶面にはMO
CVDによるエピタキシャル成長層が生じにくいので、
活性層(4)はこの斜面(9)上には実質的にはほとん
ど成長せずに、メサ突起(2)上とその両側のメサ溝(
22)の底面にのみ選択的に、互いに分断して形成する
ことができる。
次に化合物半導体で1)上に例えばInPより成る第2
導電型例えばn型のクラッド層(5)をMOCVDによ
ってエピタキシャル成長させる。この場合、n型257
1層(5)の成長が進行してメサ突起(2)上において
その両側の斜面(9)が交叉するような位置までn型2
571層(5)を成長させ、一方メサ溝(22)上にお
いては、メサ突起(2)の両側面(23)が埋め込まれ
る程度まで、特ムこストライプ状エピタキシャル成長層
(10)上の活性層(4)の端面に接触しない程度にn
型2571層(5)を成長させる。
このようにして、化合物半導体(1)のメサ突起(2)
上に、第1導電型すなわちn型のクラッド層(3)と活
性層(4)と第2導電型すなわちn型のクラッド層(5
)とが積層されたストライプ状エピタキシャル成長層(
10)が形成されて成る。
この後例えば鉄FeをドープしたInPより成る半絶縁
性化合物半導体層(6)をMOCVDによってエピタキ
シャル成長させる。このFeのドーピングは例えばフェ
ロセンFe(CJs)zをInPの有機化合物原料に加
えることにより、連続的にMOCVDにより行うことが
できる。この場合、半絶縁性化合物半導体層(6)は、
初期には斜面(9)において成長しないが、成長の進行
により(111)B面以外の結晶面が生じてくると斜面
(9)上を含んで全面に成長する。
そしでメサ突起(2)上のストライプ状エピタキシャル
成長層(10)を全面的に覆った半絶縁性化合物半導体
層(6)の上に全面的に、n型のコンタクト層(7)す
なわちキャップ層をMOCVDにより形成する。
このn型のコンタクト層(7)はAsを含有する例えば
GaInAsPやInGaAs等より成り、その八Sの
原料として、H基を持たないトリエチルヒ素やトリメチ
ルヒ素、或いはH基を持つもその分解温度が低い例えば
ジエチルアルシン、ターシャリブチルアルシン等を用い
て形成する。この場合のヒ素原料はP型のコンタクト層
(7)の形成にのみ用いるため、比較的純度の低い原料
を用いても、半導体装置の緒特性に影響を与えることが
なく、従来通り高信頬性を有する素子半導体レーザを形
成することができる。
この後、P型のコンタクトN(7)上から、半絶縁性化
合物半導体層(6)の、ストライプ状エピタキシャル成
長層(10)上に対応する位置に第2導電型すなわちP
型の不純物例えばZn等が選択的に導入されて不純物導
入層(8)を形成し、P型のクラッド層(5)とp型の
コンタクト層(7)とが電気的に導通される。
そして、図示しないが不純物導入層(8)を含んだP型
のコンタクト層(力士と、化合物半導体(1)の裏面に
それぞれ電極をオーミックに被着して本発明による半導
体レーザ(30)を得る。
ここに、各層(3)、(4)、(5)、(6)、(7)
は一連のMoCVDによってその供給する原料ガスを切
り換えることによって1作業すなわち1回の結晶成長で
形成し得る。
上述の例においてはそれぞれ、各導電型のクラッド層(
3)及び(5)をInP、活性層(4)をGaInAs
P 、コンタクト層(7)をGaInAsPより構成し
たが、その他例えばコンタクト層(7)をGa1nAs
より構成する等、種々の構成を採り得る。
尚、必要に応じて活性層(4)に接して光導波層を連続
MOCVDにより形成することもできる。
また、各層の導電型は、図示とは反対側の導電型とする
こともできるが、特に上述のヒ素を含むコンタクト層(
7)がP型とされる場合は、上述したSDH型の半導体
レーザに限らず、H基を持たない有機ヒ素原料或いはH
基を有するもその分解温度が低いことによりH基がアク
セプタの不活性化を起こさない様な原料を用いてP型コ
ンタクト層(7)を形成することによって、p型コンタ
クト層(7)と活性層(4)との間の抵抗が小でp型キ
ャリアの制御性のよい半導体レーザを得ることができる
H発明の効果 上述したように本発明によればSDH型の半導体レーザ
において、活性層(4)の横方向の埋め込み層を半絶縁
性化合物半導体層(6)によって構成するため、従来の
ように電流ブロック層等の各化合物半導体層より成るサ
イリスタ構造を採らない。
従って発光動作時に電流ブロック層等を通して動作領域
としての活性層(4)下の第1導電型のクラッド層にリ
ーク電流が流れることがなく、Ithが大となることを
回避することができる。さらにこのようなリーク電流が
サイリスクをオンさせる引き金となることを回避するこ
とができ、良好な光出力特性を得ることができる。
また、この半絶縁性化合物半導体層(6)の形成は、例
えばInP基板を用いて半導体レーザを作製する場合、
鉄FeをドープしたInP層により簡単にこの半絶縁性
化合物半導体層(6)を形成することができる。従って
MOCVDによってこの半導体レーザを作製する場合、
1回の結晶成長によって作製することができる。
また他の本発明による半導体レーザでは、P型のコンタ
クト層をアルシンAsh3を用いないで、例えばトリエ
チルヒ素やトリメチルヒ素等の有機ヒ素原料によって作
製するため、H基によるP型のクラッド層中のアクセプ
タの不活性化を回避することができ、P型コンタクト層
と活性層との間の低抵抗化及びp型キャリアの制御性の
向上をはかって、特性の向上をはかることができる。
またこの有機ヒ素原料としては、例えばジエチルアルシ
ン、ターシャリブチルアルシンのようなH基を有するも
その分解温度が低い原料を用いれば、このH基がアクセ
プタを不活性化させることなく半導体レーザを作製する
ことができる。
またこの場合、有機ヒ素原料をp型のコンタクト層の成
長にのみ用いるため、純度の低い原料を用いても高信頬
性の素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体レーザの一例を示す路線的
拡大断面図、第2図は従来の半導体装置ザの一例を示す
路線的拡大断面図、第3図は従来の半導体レーザの光出
力特性を示す特性曲線図である。 (1)は化合物半導体、(IA)は主面、(2)はメサ
突起、(22)はメサ溝、(23)は側面、(3)は第
1導電型のクラッド層、(4)は活性層、(5)は第2
導電型のクラッド層、(6)は半絶縁性化合物半導体層
、(7)は第2導電型のコンタクト層、(8)は不純物
導入層、(9)は斜面、(10)はストライプ状エピタ
キシャル成長層、(11)は基体、(15)は第2導電
型の第1のクラッド層、(16)は電流ブロック層、(
17)は第2導電型の第2のクラッド層、(18)はキ
ャップ層、(30)は半導体レーザである。 代 理 人 松 隈 秀 盛 3o #−111↓し−サ゛

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 化合物半導体の一主面にストライプ状のメサ突起が
    形成され、 上記化合物半導体の上記主面側にそれぞれ化合物半導体
    層より成る少なくとも第1導電型のクラッド層と、活性
    層と、第2導電型のクラッド層とが順次エピタキシャル
    成長されて、上記ストライプ状のメサ突起上に他と分断
    して上記第1導電型のクラッド層と、上記活性層と、上
    記第2導電型のクラッド層とが積層されたストライプ状
    エピタキシャル成長層が形成され、上記メサ突起上に成
    長されたストライプ状エピタキシャル成長層を埋め込ん
    で半絶縁性化合物半導体層と第2導電型のコンタクト層
    とが順次エピタキシャル成長され、 上記半絶縁性化合物半導体層の、上記ストライプ状エピ
    タキシャル成長層上に対応する位置に第2導電型の不純
    物が選択的に導入されて、上記第2導電型のクラッド層
    と上記第2導電型のコンタクト層とが電気的に導通され
    て成ること を特徴とする半導体レーザ。 2 それぞれ化合物半導体層よりなる少なくともn型ク
    ラッド層と、活性層と、これに接するp型クラッド層と
    、これの上に形成されたヒ素Asを含むp型のコンタク
    ト層とを有する半導体レーザにおいて、 上記コンタクト層を構成する化合物半導体層が、有機ヒ
    素原料によって供給されたAsを含むp型の化合物半導
    体層によって構成されたことを特徴とする半導体レーザ
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