JPH05129727A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
Semiconductor light emitting deviceInfo
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- JPH05129727A JPH05129727A JP18442691A JP18442691A JPH05129727A JP H05129727 A JPH05129727 A JP H05129727A JP 18442691 A JP18442691 A JP 18442691A JP 18442691 A JP18442691 A JP 18442691A JP H05129727 A JPH05129727 A JP H05129727A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置、特
に、半導体レーザ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor laser device.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4は、従来の半導体レーザ装置の基本
構成説明図である。この図において、21はn型InP
基板、22はn型InPクラッド層、23はInGaA
sP活性層、24はp型InPクラッド層、25はIn
GaAsPコンタクト層である。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a diagram showing the basic structure of a conventional semiconductor laser device. In this figure, 21 is n-type InP
Substrate, 22 is n-type InP clad layer, 23 is InGaA
sP active layer, 24 is p-type InP clad layer, 25 is In
It is a GaAsP contact layer.
【0003】この装置は、基本的には、n型InP基板
21の上に、Siをドーピングしたn型InPクラッド
層22、ノンドープのInGaAsP活性層23、Zn
をドーピングしたp型InPクラッド層24、InGa
AsPコンタクト層25が成長された構成を有してい
る。This device basically has an n-type InP substrate 21, a Si-doped n-type InP clad layer 22, a non-doped InGaAsP active layer 23, and a Zn layer.
Doped p-type InP clad layer 24, InGa
It has a structure in which the AsP contact layer 25 is grown.
【0004】この装置の構成は、活性層を除いては、後
に説明する本発明と本質的に変わるところがないが、活
性層には、希望する導電型とキャリア濃度を得るために
不純物を添加しないか、もしくは単一種類の不純物のみ
を添加していた。The structure of this device is essentially the same as that of the present invention described later except for the active layer, but no impurities are added to the active layer in order to obtain a desired conductivity type and carrier concentration. Or, only a single type of impurity was added.
【0005】図5は、従来の発展型半導体レーザ装置の
構成説明図である。この図において31はn型InP基
板、32はn型InPクラッド層、33はInGaAs
P活性層、34はp型InP層、35はn型InP層、
36はp型InP層、37はInGaAsPコンタクト
層である。FIG. 5 is a diagram showing the structure of a conventional advanced semiconductor laser device. In this figure, 31 is an n-type InP substrate, 32 is an n-type InP clad layer, and 33 is InGaAs.
P active layer, 34 p-type InP layer, 35 n-type InP layer,
36 is a p-type InP layer and 37 is an InGaAsP contact layer.
【0006】この発展型半導体レーザ装置においては、
n型InP基板31の上に、Siをドープしたn型In
Pクラッド層32、ノンドープのInGaAsP活性層
33を成長し、メサ型にエッチングし、その斜面にZn
をドーピングしたp型InP層34とSiをドーピグし
たn型InP層35を成長し、その上にp型InP層3
6とInGaAsPコンタクト層37を成長して構成さ
れる。In this advanced semiconductor laser device,
Si-doped n-type In on the n-type InP substrate 31
A P-clad layer 32 and a non-doped InGaAsP active layer 33 are grown and etched into a mesa type, and Zn is formed on the slope.
A p-type InP layer 34 doped with Si and an n-type InP layer 35 doped with Si are grown, and the p-type InP layer 3 is formed thereon.
6 and the InGaAsP contact layer 37 are grown.
【0007】この発展型半導体レーザ装置の特徴は、p
型InP層34とn型InP層35によって電流狭窄領
域を形成して、電流を活性層33に集中して発光効率を
改善していることである。The characteristics of this advanced semiconductor laser device are p
That is, the current confinement region is formed by the type InP layer 34 and the n-type InP layer 35, and the current is concentrated in the active layer 33 to improve the light emission efficiency.
【0008】図6は、従来の半導体レーザ装置の電流光
出力特性図である。この図に見られるように、従来の半
導体レーザ装置の特性は、発振しきい値電流が10〜1
5mA程度と小さく、図には示されていないが、発光効
率は、0.220mW/mA以上あり、非常に良好な特
性を示している。FIG. 6 is a current light output characteristic diagram of a conventional semiconductor laser device. As shown in this figure, the characteristic of the conventional semiconductor laser device is that the oscillation threshold current is 10 to 1
Although it is as small as about 5 mA and is not shown in the figure, the luminous efficiency is 0.220 mW / mA or more, which is a very good characteristic.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
半導体レーザ装置を使用する場合、駆動回路によって
は、しきい値電流が低すぎるために、低レベルのノイズ
によって発光したり、駆動回路に使用される能動素子の
動作点と整合しない等使いづらい場合があった。However, when the conventional semiconductor laser device is used, since the threshold current is too low depending on the driving circuit, light is emitted due to low level noise, or the semiconductor device is used in the driving circuit. In some cases, it is difficult to use because it does not match the operating point of the active element.
【0010】また、この半導体レーザ装置にしきい値電
流を超える電流を供給すると発熱して寿命を短縮するこ
とにもなっていた。したがって、本発明は、しきい値電
流を任意の値に調節した半導体発光装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。Further, when a current exceeding the threshold current is supplied to this semiconductor laser device, heat is generated and the life is shortened. Therefore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device having a threshold current adjusted to an arbitrary value and a method for manufacturing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体発
光装置の製造方法においては、第1の導電型の化合物半
導体基板と、その上に形成された第1の導電型で任意の
キャリア濃度、屈折率、エネルギー幅を有するクラッド
層と、その上に形成された任意の導電型、キャリア濃
度、屈折率、エネルギー幅を有する活性層と、その上に
形成された第2の導電型で任意のキャリア濃度、屈折
率、エネルギー幅を有するクラッド層と、その上に形成
された第2の導電型のコンタクト層を有し、所望の発振
しきい値電流が得られるように、該活性層あるいはクラ
ッド層の全体もしくは一部に所期の導電型とキャリア濃
度を維持しながら、第1の導電型および第2の導電型の
不純物が共に導入され、活性層あるいはクラッド層の不
純物による吸収損失が調節されるように構成した。In a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, a compound semiconductor substrate of a first conductivity type and an arbitrary carrier concentration of the first conductivity type formed thereon, A clad layer having a refractive index and an energy width, an arbitrary conductivity type formed on the clad layer, an active layer having a carrier concentration, a refractive index and an energy width, and a second conductivity type formed on the clad layer. The active layer or the clad layer has a clad layer having a carrier concentration, a refractive index, and an energy width, and a second conductivity type contact layer formed on the clad layer so as to obtain a desired oscillation threshold current. Impurities of the first conductivity type and the second conductivity type are introduced together while maintaining the desired conductivity type and carrier concentration in all or part of the layer, and absorption loss due to impurities in the active layer or the clad layer is caused. It was configured to be section.
【0012】[0012]
【作用】上記のように、活性層あるいはクラッド層の導
電型およびキャリア濃度を維持しながら、n型不純物と
p型不純物を共に導入することによって吸収損失を調節
し、半導体発光装置の寿命特性や他の光特性を変えない
で、しきい値電流のみを任意の値に調節することができ
る。As described above, while maintaining the conductivity type and carrier concentration of the active layer or the clad layer, the absorption loss is adjusted by introducing the n-type impurity and the p-type impurity together, and the life characteristics of the semiconductor light emitting device and Only the threshold current can be adjusted to an arbitrary value without changing other optical characteristics.
【0013】すなわち、半導体レーザ装置の発振条件
は、閉じ込め係数をΓV 、しきい値増幅利得をgth、吸
収損失を afc、ヘテロ界面での散乱損失を asc、反射率
をR、共振器長をLとするとき、 ΓV ・gth=ΓV ・ afc(活性層)+(1−ΓV )・ afc(クラッド層) + asc+(ln(1/R)/L) で示される。That is, the oscillation conditions of the semiconductor laser device are that the confinement coefficient is Γ V , the threshold amplification gain is g th , the absorption loss is a fc , the scattering loss at the hetero interface is asc , the reflectance is R, and the resonance is resonance. When the device length is L, Γ V · g th = Γ V · a fc (active layer) + (1-Γ V ) · a fc (cladding layer) + a sc + (ln (1 / R) / L ).
【0014】ΓV ・gthが大きいほど発振しにくく、し
きい値電流が大きくなるから、活性層またはクラッド層
に、n型およびp型の不純物をキャリア補償して導入す
ることによって損失を調節し、しきい値電流を任意の値
に調節することができる。Since the larger Γ V · g th is, the more difficult it is to oscillate and the larger the threshold current is, the loss is controlled by introducing n-type and p-type impurities into the active layer or the clad layer by carrier compensation. However, the threshold current can be adjusted to any value.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1
(A)〜(E)は、第1実施例の半導体レーザ装置の製
造工程説明図である。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Figure 1
(A)-(E) is a manufacturing process explanatory drawing of the semiconductor laser device of 1st Example.
【0016】この図において、1はp−InP基板、2
はp−InPクラッド層、3はInGaAsP活性層、
4はn−InPクラッド層、5はInGaAsPキャッ
プ層、6はSiO2 膜、7はp−InP層、8はn−I
nP層、9はp−InP層、10はn−InGaAsP
層、11はn−InGaAsPコンタクト層である。In this figure, 1 is a p-InP substrate, 2 is
Is a p-InP clad layer, 3 is an InGaAsP active layer,
4 is an n-InP clad layer, 5 is an InGaAsP cap layer, 6 is a SiO 2 film, 7 is a p-InP layer, and 8 is an n-I.
nP layer, 9 is p-InP layer, 10 is n-InGaAsP
Layer 11 is an n-InGaAsP contact layer.
【0017】第1工程(図1(A)参照) p−InP基板1上にZnをドーピングしたp−InP
クラッド層2、SiとZnを図2に示した量だけドーピ
ングしたInGaAsP活性層3、Siをドーピングし
たn−InPクラッド層4、ノンドープのInGaAs
Pキャップ層5を有機金属気相成長法(MOCVD法)
によって成長する。First Step (see FIG. 1A) p-InP substrate 1 on which Zn is doped p-InP
Cladding layer 2, InGaAsP active layer 3 doped with Si and Zn in the amounts shown in FIG. 2, n-InP cladding layer 4 doped with Si, undoped InGaAs
The P cap layer 5 is formed by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).
To grow by.
【0018】第2工程(図1(B)参照) InGaAsPキャップ層5の上にCVD法によってS
iO2 膜6を形成し、パターニングして一部に残す。Second step (see FIG. 1B) S is formed on the InGaAsP cap layer 5 by the CVD method.
An iO 2 film 6 is formed, patterned and left partially.
【0019】第3工程(図1(C)参照) 一部に残されたSiO2 膜6をマスクにしてInGaA
sPキャップ層5、n−InPクラッド層4、InGa
AsP活性層3、p−InPクラッド層2とp−InP
基板1の一部をブロム(Br)系エッチャントを使用し
てエッチングしてメサ型構造を形成する。Third step (see FIG. 1C) InGaA using the SiO 2 film 6 left partially as a mask
sP cap layer 5, n-InP clad layer 4, InGa
AsP active layer 3, p-InP clad layer 2 and p-InP
A part of the substrate 1 is etched using a brom (Br) based etchant to form a mesa structure.
【0020】上記のInGaAsPキャップ層5は、こ
のエッチャントによるエッチングレートがInP層4よ
り大きく、このエッチングによって不所望な逆メサ型構
造が生じるのを防ぐために設けられている。The InGaAsP cap layer 5 has a higher etching rate by the etchant than the InP layer 4, and is provided to prevent an undesired inverted mesa structure from being formed by this etching.
【0021】第4工程(図1(D)参照) 上記の工程によって形成したメサ型構造の斜面の上に液
相エピタキシャル(LPE)法によってCdをドーピン
グしたp−InP層7、Teをドーピングしたn−In
P層8、Cdをドーピングしたp−InP層9を成長し
て、電流狭窄領域を形成する。Fourth Step (see FIG. 1D) The p-InP layer 7 and Te doped with Cd by the liquid phase epitaxial (LPE) method are doped on the slope of the mesa structure formed by the above steps. n-In
A P-layer 8 and a Cd-doped p-InP layer 9 are grown to form a current confinement region.
【0022】第5工程(図1(E)参照) SiO2 膜6、InGaAsPキャップ層5をエッチン
グ除去する。その上にLPE法によってTeをドーピン
グしたn−InGaAsP層10、n−InGaAsP
コンタクト層11を成長する。上記のn−InGaAs
P層10は、n−InPクラッド層4の幅が10μm程
度と微小面積で、電極の形成が困難であるため、その面
積を拡大するために形成されている。Fifth step (see FIG. 1E) The SiO 2 film 6 and the InGaAsP cap layer 5 are removed by etching. An n-InGaAsP layer 10 and n-InGaAsP doped with Te by the LPE method are formed thereon.
The contact layer 11 is grown. N-InGaAs above
Since the width of the n-InP clad layer 4 is as small as about 10 μm and the electrode is difficult to form, the P layer 10 is formed to increase the area.
【0023】図2は、本発明の実施例の半導体レーザ装
置の製造条件説明図である。図中の(a)は従来例であ
り、活性層3の成長するときp型ドーパントとして30
0ppmのジメチル亜鉛(DMZn)だけを添加してい
るのに対して、本発明の第1実施例である(b)では、
活性層3を成長するとき、n型ドーパントとして40p
pmのSiH4 を9.8ccmの流量で、また、p型ド
ーパントとして300ppmのジメチル亜鉛(DMZ
n)を50ccmの流量で共に供給している。FIG. 2 is an explanatory view of manufacturing conditions of the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention. In the figure, (a) is a conventional example, and when the active layer 3 is grown, the p-type dopant is 30
Whereas only 0 ppm of dimethyl zinc (DMZn) is added, in the first embodiment of the present invention (b),
When growing the active layer 3, 40 p as an n-type dopant
pm SiH 4 at a flow rate of 9.8 ccm and 300 ppm dimethyl zinc (DMZ) as a p-type dopant.
n) are supplied together at a flow rate of 50 ccm.
【0024】また本発明の第2実施例である(c)で
は、活性層3を成長するとき、n型ドーパントとして4
0ppmのSiH4 を34ccmの流量で、また、p型
ドーパントとして300ppmのジメチル亜鉛(DMZ
n)を100ccmの流量で共に供給している。そし
て、その他の層の成長条件は同じにしてある。Further, in (c) which is the second embodiment of the present invention, when the active layer 3 is grown, the n-type dopant is 4
0 ppm SiH 4 at a flow rate of 34 ccm and 300 ppm dimethylzinc (DMZ) as a p-type dopant.
n) are supplied together at a flow rate of 100 ccm. The growth conditions of the other layers are the same.
【0025】その図において明らかなように、(a)、
(b)、(c)を通じて、導電型はすべてp型であり、
そのキャリア濃度は、等しく4.0×1017cm-3であ
る。これらの実施例においては、活性層のみに本発明に
従った不純物の導入を行っているが、活性層の他にクラ
ッド層にも本発明に従った不純物の導入を行うことがで
きる。また、活性層やクラッド層の全体に本発明に従っ
た不純物の導入を行う代わりに、これらの層の一部に本
発明に従った不純物の導入を行うこともできる。As is clear from the figure, (a),
Through (b) and (c), all conductivity types are p-type,
The carrier concentration is equal to 4.0 × 10 17 cm −3 . In these examples, the impurities according to the present invention are introduced into only the active layer, but the impurities according to the present invention can be introduced into the clad layer in addition to the active layer. Further, instead of introducing the impurities according to the present invention into the entire active layer or cladding layer, the impurities according to the present invention can be introduced into part of these layers.
【0026】図3は、本発明の実施例の半導体レーザ装
置の電流光出力特性図である。この特性図によると、図
2に示された製造条件にしたがって、p型、n型の合計
の不純物量を多くするにしたがって、キャリア濃度が等
しくても、しきい値電流が高くなっていることが判る。FIG. 3 is a current / light output characteristic diagram of the semiconductor laser device of the embodiment of the present invention. According to this characteristic diagram, the threshold current becomes higher as the total impurity amount of p-type and n-type is increased according to the manufacturing conditions shown in FIG. 2 even if the carrier concentrations are equal. I understand.
【0027】この特性を用いると、発光特性を大きく変
えることなく、回路上の要望に対応してしきい値電流を
調節することができる。本実施例では、活性層を成長す
る方法としてMOCVD法を用いているが、LPE法で
も同様の結果が得られる。By using this characteristic, the threshold current can be adjusted according to the demands of the circuit without largely changing the light emitting characteristic. In this embodiment, the MOCVD method is used as the method for growing the active layer, but the same result can be obtained by the LPE method.
【0028】また、上記の実施例の導電型を逆にした場
合でも上記と同様の効果を生じることはいうまでもな
く、説明の便宜上、n型およびp型、またはその逆導電
型を、第1の導電型、第2の導電型と称することができ
る。また、一方または両方のクラッド層の活性層側の一
部を、活性層よりも屈折率が小さく、クラッド層よりも
屈折率が大きい結晶で置換することによって、活性層か
らの光のしみだしを大きくでき、このことにより、レー
ザ光の放射角を小さくし大きな光出力を得ることができ
る。また、上記の実施例においては半導体レーザについ
て説明したが、本発明はそれに限られず広く半導体発光
装置に適用できる。Needless to say, even if the conductivity type of the above embodiment is reversed, the same effect as described above is obtained. It can be referred to as a first conductivity type and a second conductivity type. Also, by replacing a part of one or both of the clad layers on the active layer side with a crystal having a smaller refractive index than the active layer and a larger refractive index than the clad layer, the leakage of light from the active layer is prevented. It is possible to make it large, and this makes it possible to reduce the radiation angle of the laser light and obtain a large optical output. Further, although the semiconductor laser has been described in the above embodiments, the present invention is not limited thereto and can be widely applied to semiconductor light emitting devices.
【0029】[0029]
【発明の効果】前記説明のように、本発明によって半導
体レーザ等の半導体発光素子のしきい値電流を任意の値
に制御することが可能で、光通信技術、光信号処理技術
等において寄与するところが大きい。As described above, according to the present invention, it is possible to control the threshold current of a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser to an arbitrary value, which contributes to optical communication technology, optical signal processing technology and the like. However, it is big.
【図1】(A)〜(E)は、本発明の実施例の半導体レ
ーザ装置の製造工程説明図である。1A to 1E are explanatory views of a manufacturing process of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例の半導体レーザ装置の製造条件
説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of manufacturing conditions of the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例の半導体レーザ装置の電流光出
力特性図である。FIG. 3 is a current light output characteristic diagram of the semiconductor laser device of the embodiment of the present invention.
【図4】従来の半導体レーザ装置の基本構成説明図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a basic configuration of a conventional semiconductor laser device.
【図5】従来の発展型半導体レーザ装置の構成説明図で
ある。FIG. 5 is a configuration explanatory view of a conventional advanced semiconductor laser device.
【図6】従来の半導体レーザ装置の電流光出力特性図で
ある。FIG. 6 is a current light output characteristic diagram of a conventional semiconductor laser device.
1 p−InP基板 2 p−InPクラッド層 3 InGaAsP活性層 4 n−InPクラッド層 5 InGaAsPキャップ層 6 SiO2 膜 7 p−InP層 8 n−InP層 9 p−InP層 10 n−InGaAsP層 11 n−InGaAsPコンタクト層1 p-InP substrate 2 p-InP clad layer 3 InGaAsP active layer 4 n-InP clad layer 5 InGaAsP cap layer 6 SiO 2 film 7 p-InP layer 8 n-InP layer 9 p-InP layer 10 n-InGaAsP layer 11 n-InGaAsP contact layer
Claims (2)
の上に形成された第1の導電型で任意のキャリア濃度、
屈折率、エネルギー幅を有するクラッド層と、その上に
形成された任意の導電型、キャリア濃度、屈折率、エネ
ルギー幅を有する活性層と、その上に形成された第2の
導電型で任意のキャリア濃度、屈折率、エネルギー幅を
有するクラッド層と、その上に形成された第2の導電型
のコンタクト層を有し、所望の発振しきい値電流が得ら
れるように、該活性層あるいはクラッド層の全体もしく
は一部に所期の導電型とキャリア濃度を維持しながら、
第1の導電型および第2の導電型の不純物が共に導入さ
れ、活性層あるいはクラッド層の不純物による吸収損失
が調節されてなることを特徴とする半導体発光装置。1. A compound semiconductor substrate of a first conductivity type, and an arbitrary carrier concentration of the first conductivity type formed thereon,
A clad layer having a refractive index and an energy width, an arbitrary conductivity type formed on the clad layer, an active layer having a carrier concentration, a refractive index and an energy width, and a second conductivity type formed on the clad layer. The active layer or the clad layer has a clad layer having a carrier concentration, a refractive index, and an energy width, and a second conductivity type contact layer formed on the clad layer so as to obtain a desired oscillation threshold current. While maintaining the desired conductivity type and carrier concentration in all or part of the layer,
A semiconductor light emitting device characterized in that impurities of the first conductivity type and the second conductivity type are both introduced, and absorption loss due to impurities in the active layer or the cladding layer is adjusted.
の一部が、活性層よりも屈折率が小さく、クラッド層よ
りも屈折率が大きい結晶で置換された構造を有すること
を特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。2. One or both of the clad layers has a structure in which a part of the clad layer on the active layer side is replaced with a crystal having a smaller refractive index than the active layer and a larger refractive index than the clad layer. The semiconductor light emitting device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18442691A JPH05129727A (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18442691A JPH05129727A (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Semiconductor light emitting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05129727A true JPH05129727A (en) | 1993-05-25 |
Family
ID=16152950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18442691A Withdrawn JPH05129727A (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Semiconductor light emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05129727A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0851255A (en) * | 1993-11-01 | 1996-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser and its manufacturing method |
US5856207A (en) * | 1993-11-01 | 1999-01-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing a semiconductor laser |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP18442691A patent/JPH05129727A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981008 |