JPH049395B2 - - Google Patents
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- JPH049395B2 JPH049395B2 JP22214085A JP22214085A JPH049395B2 JP H049395 B2 JPH049395 B2 JP H049395B2 JP 22214085 A JP22214085 A JP 22214085A JP 22214085 A JP22214085 A JP 22214085A JP H049395 B2 JPH049395 B2 JP H049395B2
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- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、発光あるいはレーザ発振をする半導
体発光素子に関する。
体発光素子に関する。
(従来技術とその問題点)
光情報処理の光源として可視光半導体発光素子
はその重要性を増している。波長0.58μm〜
0.68μm可視光半導体発光素子として、活性層に
Ga0.5In0.5Pまたは、(AlxGa1-x)0.5In0.5P(0<x
<1)も用いたダブルヘテロ構造発光素子が注目
されている。クラツド層としては(AlyGa1-y)0.5
In0.5P(x<y<1)またはAlzGa1-zAs(0<z
≦1)が用いられる(アプライド・フイジクス・
レターズ(AppI.Phys.Lett.)第43巻pp.987−989
(1983),第32回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集p.157(1985))。(AlyGa1-y)0.5In0.5Pをクラ
ツ
ド層とした場合の従来例を第3図に示す。n型
GaAs基板301上に順次厚さ1.0μmn型GaAsバ
ツフア層302、厚さ1.0μmn型(Al0.3Ga0.7)0.5
In0.5Pクラツド層303、厚さ0.2μmアンドープ
Ga0.5In0.5P活性層304、厚さ1.0μmp型(Al0.3
Ga0.7)0.5In0.5Pクラツド層305、厚さ1.0μmp型
GaAsキヤツプ層306が形成されている。クラ
ツド層のAl組成yを適当に選ぶことにより、こ
の従来例のように活性層への注入キヤリアおよび
光の閉じ込みを充分に行なうことができる。とこ
ろが、(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pのように4元混晶を
活性層より上のクラツド層に用いた場合、この層
の熱抵抗が高い。このため連続動作させた場合、
素子の温度上昇が大きく、高性能、高信頼の素子
を得ることができなかつた。また一方、クラツド
層としてAlzGa1-zAsを用いた場合、熱抵抗は
(AlyGa1-y)0.5In0.5Pの場合よりも低くすることが
できるが、エネルギギヤツプの大きさを余り大き
くすることができないため、活性層とのエネルギ
ギヤツプ差を充分にとることができず。0.62μm
程度以下の短い波長を得ることが困難であつた。
従来技術は以上説明したような欠点を有してい
る。
はその重要性を増している。波長0.58μm〜
0.68μm可視光半導体発光素子として、活性層に
Ga0.5In0.5Pまたは、(AlxGa1-x)0.5In0.5P(0<x
<1)も用いたダブルヘテロ構造発光素子が注目
されている。クラツド層としては(AlyGa1-y)0.5
In0.5P(x<y<1)またはAlzGa1-zAs(0<z
≦1)が用いられる(アプライド・フイジクス・
レターズ(AppI.Phys.Lett.)第43巻pp.987−989
(1983),第32回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集p.157(1985))。(AlyGa1-y)0.5In0.5Pをクラ
ツ
ド層とした場合の従来例を第3図に示す。n型
GaAs基板301上に順次厚さ1.0μmn型GaAsバ
ツフア層302、厚さ1.0μmn型(Al0.3Ga0.7)0.5
In0.5Pクラツド層303、厚さ0.2μmアンドープ
Ga0.5In0.5P活性層304、厚さ1.0μmp型(Al0.3
Ga0.7)0.5In0.5Pクラツド層305、厚さ1.0μmp型
GaAsキヤツプ層306が形成されている。クラ
ツド層のAl組成yを適当に選ぶことにより、こ
の従来例のように活性層への注入キヤリアおよび
光の閉じ込みを充分に行なうことができる。とこ
ろが、(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pのように4元混晶を
活性層より上のクラツド層に用いた場合、この層
の熱抵抗が高い。このため連続動作させた場合、
素子の温度上昇が大きく、高性能、高信頼の素子
を得ることができなかつた。また一方、クラツド
層としてAlzGa1-zAsを用いた場合、熱抵抗は
(AlyGa1-y)0.5In0.5Pの場合よりも低くすることが
できるが、エネルギギヤツプの大きさを余り大き
くすることができないため、活性層とのエネルギ
ギヤツプ差を充分にとることができず。0.62μm
程度以下の短い波長を得ることが困難であつた。
従来技術は以上説明したような欠点を有してい
る。
(発明の目的)
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
し、発光効率の高い高性能、高信頼性の半導体発
光素子を提供することにある。
し、発光効率の高い高性能、高信頼性の半導体発
光素子を提供することにある。
(発明の構成)
本発明は、半導体基板上にGaxIn1-xP(0<x
<1)または(AlyGa1-y)xIn1-xP(0<y≦1,
0<X<1)を活性層とするダブルヘテロ構造を
もち、活性層を挟む2つのクラツド層のうち基板
とは反対側に位置するクラツド層が、AlZGa1-z
As(0≦z≦1)層およびこのAlzGa1-zAs層と活
性層の間に挟まれかつ厚さが電子のド=ブロイ波
長よりも大きく0.1程度以下の(AluGa1-u)vIn1-v
P(0<u≦1,0<v<1)より成る点に特徴
がある。
<1)または(AlyGa1-y)xIn1-xP(0<y≦1,
0<X<1)を活性層とするダブルヘテロ構造を
もち、活性層を挟む2つのクラツド層のうち基板
とは反対側に位置するクラツド層が、AlZGa1-z
As(0≦z≦1)層およびこのAlzGa1-zAs層と活
性層の間に挟まれかつ厚さが電子のド=ブロイ波
長よりも大きく0.1程度以下の(AluGa1-u)vIn1-v
P(0<u≦1,0<v<1)より成る点に特徴
がある。
(実施例)
本発明は上述の構成をとることにより従来技術
の問題点を解決したものである。
の問題点を解決したものである。
以下に、実施例を用いて本発明の原理を説明す
る。本発明の実施例の模式図を第1図に示す。本
実施例は、波長0.633μmで発振する赤色可視半導
体レーザに本発明を適用したものである。構成お
よび形成法を第1図を用いて次に示す。n型
GaAs基板101上にエピタキシヤル成長法によ
り、厚さ1.0μmのn型GaAsバツフア層102、
厚さ1.0μmのn型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層103、
厚さ0.1μmのアンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層
104、厚さ100Åのp型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P
層105、厚さ1.0μmのp型Al0.7Ga0.3As層10
6、厚さ1.0pμmのp型GaAs層107を順次形成
する。エピタキシヤル成長法としては、気相成長
法(有機金属熱分解法−MOCVD−、ハロゲン
輸送法−HT.VPE−)、分子ビーム法(MBE)、
液相成長法(LPE)のどれかいずれでもよい。
各層のうちレーザ活性層は、アンドープ(Al0.1
Ga0.9)0.5In0.5P層104で、ここに注入キヤリア
および発光された光が閉じ込められてレーザ発振
が生ずる。エピタキシヤル法によつて各層が形成
されたのち、ストライプ状の窓115をもつ
SiO2膜108、Au/Zn合金によるp電極10
9、Au/Ge合金によるn電極110を形成し
て、アンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P104活性
層をストライプ状115に電流注入励起して効率
よい発振が可能となるようにする。第2図aに成
長層方向の距離xに対するエネルギバンドダイヤ
グラムを、第2図bに距離xに対する屈折率ダイ
ヤグラムを示す。p型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層1
05の厚さを100Åとしてあり、これはド=ブロ
イ波長の10倍程度なので電子の障壁としては十分
な厚さとなつている。また活性層104と、p型
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層105或いはn型(Al0.5
Ga0.5)0.5In0.5P層103とのエネルギギヤツプ差
は約0.4eVとなるので、注入されたキヤリアはほ
ぼ完全に活性層104に閉じこめられる。さらに
第2図bにみられるように活性層104を挟むn
型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層103およびp型
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層105、p型Al0.7Ga0.5As
層106は、活性層104と較べていずれも20%
程度大きな屈折率をもつため、光は活性層104
でガイドされる。このように注入キヤリアおよび
光の閉じ込めについては、第3図に示したような
従来のダブルヘテロ構造の機能を全く損なうもの
ではなく、さらに以下に述べるように、従来技術
の問題点を克服した機能をもつ。従来技術の問題
点の項で述べたように(AluGa1-u)vIn1-vP4元混
晶は熱抵抗が大きい。多元混晶は、構成元素の種
類の少ない混晶と較べて一般に熱抵抗が大きい。
これは多元になる程結晶格子の乱雑さが増すため
で、4元の(AluGa1-u)0.5In0.5Pの場合、x=0.5
附近で熱抵抗率は極大値をもち、約14deg・cm/
Wとなる。熱抵抗率は、x依存性があり、8〜
14deg・cm/Wの範囲の値をもつ。また、Alz
Ga1-zAs(0≦z≦1)の場合は、3元なので、
熱抵抗率の極大値がz=0.5附近の約8deg・cm/
Wで、2〜8deg・cm/Wの範囲の値をもつ。こ
れは4元(AluGa1-u)0.5In0.5Pのいかなる組成の
ものよりも小さい。そこで放熱する側の半導体層
は、3元以下の組成にすることの望ましいことが
わかる。注入キヤリアの閉じこめの要請からは、
エネルギギヤツプの大きな(AluGa1-u)0.5In0.5P
を用いる必要があるが、本発明のように、この4
元層の厚さを薄くすれば、4元層を用いたことに
よる熱抵抗の上昇を低減させることができる。さ
らに最適厚さについて、本発明者らは次の検討を
行なつた。光・キヤリアの閉じ込めを厚さ1μmの
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5のみで行なつた場合、電流注
入領域115の面積を20μm×200μmとすると熱
抵抗は35deg/Wとなる。一方光・キヤリアの閉
じ込めを厚さ1μmのAl0.7Ga0.3As(熱抵抗7deg・
cm/W)のみで行なつたとすると、熱抵抗
17.5deg/Wとなる。さらに熱抵抗2deg・cm/W
のAlAsで行なえば熱抵抗は、5deg/Wとなる。
そこで、本発明の如く薄い(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P
を、Al0.7Ga0.3AsまたはAlAsと活性層との間に挟
んだ場合、その熱抵抗が、5deg/Wの20分の1
程度以下になるようにすれば、熱抵抗率の大きな
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの熱抵抗に対する寄与が無
視できる。つまり、0.25deg/W程度以下にすれ
ばよい。(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの厚さを100Åとす
れば熱抵抗は0.35deg/Wとなり、(Al0.5Ga0.5)0.5
In0.5Pの厚さを100Å以下とすれば熱抵抗全体に
対する(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの影響を無視するこ
とができる。用いるAIZGa1-zAS層(AluGa1-u)v
In1-vP層の組成により、(AluGa1-u)vIn1-vPの最
適厚さの範囲は異なるが、光・キヤリアの閉じ込
めを交率よく行ない、かつ熱抵抗の低下の効果の
大きな組合せのとき、4元層の厚みを0.2μm程度
以下、かつ電子のド=ブロイ波長以上の厚さの範
囲が最適厚さ範囲となる。第1図に示した実施例
の場合、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pのみをクラツド層
として用いた場合と較べて、熱抵抗は35deg/W
から17.9deg/Wとすることができ、活性層の温
度上昇を約2分の1にすることがきた。さらにp
型Al0.7Ga0.3As層の代わりにp型AlAs層を用いる
と、熱抵抗は、5.4deg/Wとなり、活性層の温度
上昇は6分の1以下となつた。本実施例では、各
層の組成、導電型を特定したが、本発明は他の組
成、導電型にも適用できる。
る。本発明の実施例の模式図を第1図に示す。本
実施例は、波長0.633μmで発振する赤色可視半導
体レーザに本発明を適用したものである。構成お
よび形成法を第1図を用いて次に示す。n型
GaAs基板101上にエピタキシヤル成長法によ
り、厚さ1.0μmのn型GaAsバツフア層102、
厚さ1.0μmのn型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層103、
厚さ0.1μmのアンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層
104、厚さ100Åのp型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P
層105、厚さ1.0μmのp型Al0.7Ga0.3As層10
6、厚さ1.0pμmのp型GaAs層107を順次形成
する。エピタキシヤル成長法としては、気相成長
法(有機金属熱分解法−MOCVD−、ハロゲン
輸送法−HT.VPE−)、分子ビーム法(MBE)、
液相成長法(LPE)のどれかいずれでもよい。
各層のうちレーザ活性層は、アンドープ(Al0.1
Ga0.9)0.5In0.5P層104で、ここに注入キヤリア
および発光された光が閉じ込められてレーザ発振
が生ずる。エピタキシヤル法によつて各層が形成
されたのち、ストライプ状の窓115をもつ
SiO2膜108、Au/Zn合金によるp電極10
9、Au/Ge合金によるn電極110を形成し
て、アンドープ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P104活性
層をストライプ状115に電流注入励起して効率
よい発振が可能となるようにする。第2図aに成
長層方向の距離xに対するエネルギバンドダイヤ
グラムを、第2図bに距離xに対する屈折率ダイ
ヤグラムを示す。p型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層1
05の厚さを100Åとしてあり、これはド=ブロ
イ波長の10倍程度なので電子の障壁としては十分
な厚さとなつている。また活性層104と、p型
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層105或いはn型(Al0.5
Ga0.5)0.5In0.5P層103とのエネルギギヤツプ差
は約0.4eVとなるので、注入されたキヤリアはほ
ぼ完全に活性層104に閉じこめられる。さらに
第2図bにみられるように活性層104を挟むn
型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層103およびp型
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層105、p型Al0.7Ga0.5As
層106は、活性層104と較べていずれも20%
程度大きな屈折率をもつため、光は活性層104
でガイドされる。このように注入キヤリアおよび
光の閉じ込めについては、第3図に示したような
従来のダブルヘテロ構造の機能を全く損なうもの
ではなく、さらに以下に述べるように、従来技術
の問題点を克服した機能をもつ。従来技術の問題
点の項で述べたように(AluGa1-u)vIn1-vP4元混
晶は熱抵抗が大きい。多元混晶は、構成元素の種
類の少ない混晶と較べて一般に熱抵抗が大きい。
これは多元になる程結晶格子の乱雑さが増すため
で、4元の(AluGa1-u)0.5In0.5Pの場合、x=0.5
附近で熱抵抗率は極大値をもち、約14deg・cm/
Wとなる。熱抵抗率は、x依存性があり、8〜
14deg・cm/Wの範囲の値をもつ。また、Alz
Ga1-zAs(0≦z≦1)の場合は、3元なので、
熱抵抗率の極大値がz=0.5附近の約8deg・cm/
Wで、2〜8deg・cm/Wの範囲の値をもつ。こ
れは4元(AluGa1-u)0.5In0.5Pのいかなる組成の
ものよりも小さい。そこで放熱する側の半導体層
は、3元以下の組成にすることの望ましいことが
わかる。注入キヤリアの閉じこめの要請からは、
エネルギギヤツプの大きな(AluGa1-u)0.5In0.5P
を用いる必要があるが、本発明のように、この4
元層の厚さを薄くすれば、4元層を用いたことに
よる熱抵抗の上昇を低減させることができる。さ
らに最適厚さについて、本発明者らは次の検討を
行なつた。光・キヤリアの閉じ込めを厚さ1μmの
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5のみで行なつた場合、電流注
入領域115の面積を20μm×200μmとすると熱
抵抗は35deg/Wとなる。一方光・キヤリアの閉
じ込めを厚さ1μmのAl0.7Ga0.3As(熱抵抗7deg・
cm/W)のみで行なつたとすると、熱抵抗
17.5deg/Wとなる。さらに熱抵抗2deg・cm/W
のAlAsで行なえば熱抵抗は、5deg/Wとなる。
そこで、本発明の如く薄い(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P
を、Al0.7Ga0.3AsまたはAlAsと活性層との間に挟
んだ場合、その熱抵抗が、5deg/Wの20分の1
程度以下になるようにすれば、熱抵抗率の大きな
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの熱抵抗に対する寄与が無
視できる。つまり、0.25deg/W程度以下にすれ
ばよい。(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの厚さを100Åとす
れば熱抵抗は0.35deg/Wとなり、(Al0.5Ga0.5)0.5
In0.5Pの厚さを100Å以下とすれば熱抵抗全体に
対する(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの影響を無視するこ
とができる。用いるAIZGa1-zAS層(AluGa1-u)v
In1-vP層の組成により、(AluGa1-u)vIn1-vPの最
適厚さの範囲は異なるが、光・キヤリアの閉じ込
めを交率よく行ない、かつ熱抵抗の低下の効果の
大きな組合せのとき、4元層の厚みを0.2μm程度
以下、かつ電子のド=ブロイ波長以上の厚さの範
囲が最適厚さ範囲となる。第1図に示した実施例
の場合、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pのみをクラツド層
として用いた場合と較べて、熱抵抗は35deg/W
から17.9deg/Wとすることができ、活性層の温
度上昇を約2分の1にすることがきた。さらにp
型Al0.7Ga0.3As層の代わりにp型AlAs層を用いる
と、熱抵抗は、5.4deg/Wとなり、活性層の温度
上昇は6分の1以下となつた。本実施例では、各
層の組成、導電型を特定したが、本発明は他の組
成、導電型にも適用できる。
(発明の効果)
以上述べたように、本発明によれば光およびキ
ヤリアの閉じ込めについては従来ある通常のダブ
ルヘテロ構造の機能を全く損わず、熱抵抗を下げ
ることにより特性および信頼性を向上させた半導
体発光素子を提供することができる。
ヤリアの閉じ込めについては従来ある通常のダブ
ルヘテロ構造の機能を全く損わず、熱抵抗を下げ
ることにより特性および信頼性を向上させた半導
体発光素子を提供することができる。
第1図は本発明の実施例を示す模式図、第2図
aは実施例のエネルギバンドダイラグラムを示す
図、第2図bは実施例の屈折率ダイヤグラムを示
す図、第3図は従来の半導体発光素子の例を示す
断面図である。 101,301…n−GaAs基板、102,3
02…n−GaAsバツフア層、103…n−
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層、104…アンドープ
(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層、105…p−(Al0.5
Ga0.5)0.5In0.5P層、106…p−Al0.7Ga0.3As層、
107,306…p−GaAs層、108…SiO2
膜、109…p電極、110,309…n電極、
303…n−(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P層、304…
アンドープGa0.5In0.5P活性層、305…p−
(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P層、115…ストライプ状
窓。
aは実施例のエネルギバンドダイラグラムを示す
図、第2図bは実施例の屈折率ダイヤグラムを示
す図、第3図は従来の半導体発光素子の例を示す
断面図である。 101,301…n−GaAs基板、102,3
02…n−GaAsバツフア層、103…n−
(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層、104…アンドープ
(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P層、105…p−(Al0.5
Ga0.5)0.5In0.5P層、106…p−Al0.7Ga0.3As層、
107,306…p−GaAs層、108…SiO2
膜、109…p電極、110,309…n電極、
303…n−(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P層、304…
アンドープGa0.5In0.5P活性層、305…p−
(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P層、115…ストライプ状
窓。
Claims (1)
- 1 半導体基板上にGaxIn1-XP(0<x<1)ま
たは(AlyGa1-y)xIn1-xP(0<y≦1,0<x<
1)を活性層とするダブルヘテロ構造をもち、当
該活性層を挟み込んでいる2つのクラツド層のう
ち基板とは反対側に位置するクラツド層が、Alz
Ga1-zAs(0≦z≦1)層およびこのAlzGa1-zAs
層と活性層の間に挟まれかつ厚さが電子のド=ブ
ロイ波長よりも大きく0.2μm程度以下の(Alu
Ga1-u)vIn1-vP(0<u1,0<v<1)より
成ることを特徴とした半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60222140A JPS6281783A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60222140A JPS6281783A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6281783A JPS6281783A (ja) | 1987-04-15 |
JPH049395B2 true JPH049395B2 (ja) | 1992-02-20 |
Family
ID=16777799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60222140A Granted JPS6281783A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6281783A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63236385A (ja) * | 1987-03-25 | 1988-10-03 | Hitachi Ltd | 半導体発光素子 |
-
1985
- 1985-10-04 JP JP60222140A patent/JPS6281783A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6281783A (ja) | 1987-04-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |