JPH05291698A - 面型光半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
面型光半導体素子およびその製造方法Info
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- JPH05291698A JPH05291698A JP11819092A JP11819092A JPH05291698A JP H05291698 A JPH05291698 A JP H05291698A JP 11819092 A JP11819092 A JP 11819092A JP 11819092 A JP11819092 A JP 11819092A JP H05291698 A JPH05291698 A JP H05291698A
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低い電流で動作するInP系の面型光半導体
素子を実現する。 【構成】 n型DBR102はGaAs系半導体で作ら
れ、低温成長で形成したn−InPバッファー層103
を介してInGaAs活性層106が形成され、さらに
その上方にp型DBR109が形成されている。
素子を実現する。 【構成】 n型DBR102はGaAs系半導体で作ら
れ、低温成長で形成したn−InPバッファー層103
を介してInGaAs活性層106が形成され、さらに
その上方にp型DBR109が形成されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は機器間の光インターコネ
クションなどに使われる半導体面型光素子に関する。
クションなどに使われる半導体面型光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】面型光素子とは、半導体基板と垂直方向
に光を出す素子であり、垂直共振器型の面発光レーザ
(VCSELD)や、半導体多層膜から成る分布反射鏡
(DBR)の間にpnpn構造を形成した垂直共振器型
面入出力光電融合素子(VSTEP)などを指す。面型
光素子の特徴は基板と垂直方向に光が取り出せ、素子サ
イズ自体も小型にできるということから、2次元集積化
が可能になるという点にある。VCSELDやVC−V
STEPの材料系としては主としてGaAs系が用いら
れているが、InP系でのVCSELDも試作され始め
ている。
に光を出す素子であり、垂直共振器型の面発光レーザ
(VCSELD)や、半導体多層膜から成る分布反射鏡
(DBR)の間にpnpn構造を形成した垂直共振器型
面入出力光電融合素子(VSTEP)などを指す。面型
光素子の特徴は基板と垂直方向に光が取り出せ、素子サ
イズ自体も小型にできるということから、2次元集積化
が可能になるという点にある。VCSELDやVC−V
STEPの材料系としては主としてGaAs系が用いら
れているが、InP系でのVCSELDも試作され始め
ている。
【0003】図2はInP系で作ったVCSELDの素
子構造を示してある。光スイッチング研究会(PST1
9−12、1991年)に報告されているものである。
材料系にInP系を用いると、光通信用光源として重要
な1μmの波長帯域がこれによってカバーできることに
なるので各所で関心が持たれている。
子構造を示してある。光スイッチング研究会(PST1
9−12、1991年)に報告されているものである。
材料系にInP系を用いると、光通信用光源として重要
な1μmの波長帯域がこれによってカバーできることに
なるので各所で関心が持たれている。
【0004】図2において、21は基板のn−InP、
22はn−InGaAaSP/InP−DBRで周期数
は30.5対である。23はn−InPでクラッド層、
24はp−InGaAsPで活性層、31はp−InP
でクラッド層、25はp−InGaAsPでコンタクト
層、26はα−Si/Si02多層膜でp側の反射鏡と
して働く。27、28はそれぞれp電極、n電極であ
る。29、30はそれぞれp−InP、n−InPでこ
の部分に流れる電流を阻止する役目を果たす。
22はn−InGaAaSP/InP−DBRで周期数
は30.5対である。23はn−InPでクラッド層、
24はp−InGaAsPで活性層、31はp−InP
でクラッド層、25はp−InGaAsPでコンタクト
層、26はα−Si/Si02多層膜でp側の反射鏡と
して働く。27、28はそれぞれp電極、n電極であ
る。29、30はそれぞれp−InP、n−InPでこ
の部分に流れる電流を阻止する役目を果たす。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のInP系面型光
素子の問題点は、99.9%といった高い反射率を有し
たDBRを作製するのが難しいという点にあった。その
理由はInP/InGaAsP系ではInPとInGa
AsPの間の屈折率差が小さいことにあった。もちろん
DBRの層数を増やせば反射率を上げることが可能であ
るが、厚みも増えるので、成長に時間がかかり、プロセ
スも段差がついて難しくなる。
素子の問題点は、99.9%といった高い反射率を有し
たDBRを作製するのが難しいという点にあった。その
理由はInP/InGaAsP系ではInPとInGa
AsPの間の屈折率差が小さいことにあった。もちろん
DBRの層数を増やせば反射率を上げることが可能であ
るが、厚みも増えるので、成長に時間がかかり、プロセ
スも段差がついて難しくなる。
【0006】例えばGaAs系では15−20対で十分
な反射率が実現できるのに対して、InP系では40対
前後の半導体多層膜が必要となる。また1μm帯のIn
P系では0.8μm帯のGaAs系に比べて1層当りの
膜厚(λ/4波長)が厚くなるので、その分でも厚みが
余計いることになる。
な反射率が実現できるのに対して、InP系では40対
前後の半導体多層膜が必要となる。また1μm帯のIn
P系では0.8μm帯のGaAs系に比べて1層当りの
膜厚(λ/4波長)が厚くなるので、その分でも厚みが
余計いることになる。
【0007】本発明の目的は、DBRの層数が増大し、
成長やプロセスが難しくなるといった従来の1μm帯の
面型光半導体素子の課題を解決することにある。
成長やプロセスが難しくなるといった従来の1μm帯の
面型光半導体素子の課題を解決することにある。
【0008】
【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面型半導体素子は、GaAs又は
AlGaAsの基板の上にAlxGa1-xAs(0≦x≦
1)とAlyGa1-yAs(0≦y≦1)とを交互に積層
し、それぞれの厚さを媒質内の光の波長の1/4とした
半導体分布反射鏡と、この半導体分布反射鏡の上に55
0゜C以下での温度で成長させたInPバッファー層
と、このバッファー層の上に形成されInzGa1-zAs
wP1-w活性層(0≦z,w≦1)を含む中間層と、この
中間層の上に形成された多層膜反射鏡とでなることを特
徴とする。
めに本発明が提供する面型半導体素子は、GaAs又は
AlGaAsの基板の上にAlxGa1-xAs(0≦x≦
1)とAlyGa1-yAs(0≦y≦1)とを交互に積層
し、それぞれの厚さを媒質内の光の波長の1/4とした
半導体分布反射鏡と、この半導体分布反射鏡の上に55
0゜C以下での温度で成長させたInPバッファー層
と、このバッファー層の上に形成されInzGa1-zAs
wP1-w活性層(0≦z,w≦1)を含む中間層と、この
中間層の上に形成された多層膜反射鏡とでなることを特
徴とする。
【0009】前述の課題を解決するために本発明が提供
する面型半導体素子の製造方法は、GaAs又はAlG
aAsの基板の上にAlxGa1-xAs(0≦x≦1)と
AlyGa1-yAs(0≦y≦1)とを交互に積層し、そ
れぞれの厚さを媒質内の光りの波長の1/4として半導
体分布反射鏡を形成し、その上に550゜C以下でIn
Pバッファー層を形成し、その上にInzGa1-zAsw
P1-w活性層(0≦z,w≦1)を含む中間層を形成
し、さらにその上に多層膜反射鏡が形成することを特徴
とする。
する面型半導体素子の製造方法は、GaAs又はAlG
aAsの基板の上にAlxGa1-xAs(0≦x≦1)と
AlyGa1-yAs(0≦y≦1)とを交互に積層し、そ
れぞれの厚さを媒質内の光りの波長の1/4として半導
体分布反射鏡を形成し、その上に550゜C以下でIn
Pバッファー層を形成し、その上にInzGa1-zAsw
P1-w活性層(0≦z,w≦1)を含む中間層を形成
し、さらにその上に多層膜反射鏡が形成することを特徴
とする。
【0010】
【作用】基板側のDBRをGaAs系で作製した製造と
するので1μm:e帯の波長に対して屈折率差を大きく
とれる。それによってInP系でDBRを作製した時と
比べて高 反射率を得るのに必要な層数を減らすことが
できる。AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs−DBR
の上に550゜C以下という比較的に低温でInPバッ
ファー層を形成しておくと、その上にInP系半導体
を、鏡面状にきれいに成長させることができる。InP
バッファー層を600〜700゜Cといった通常の温度
でGaAs系半導体の上に成長させると大きな島状にI
nPの成長が進行してしまい表面が凸凹してしまう。そ
れに対して550゜C以下といった低温でInPバッフ
ァー層を成長させると島の大きさが小さくなり、短時間
に島同志が一緒になって成長表面が平坦になってしま
う。そして、この様なInPバッファー層を間に入れる
ことによってInP系半導体を格子定数の異なるGaA
s系半導体の上に鏡面状に成長させることが可能とな
る。
するので1μm:e帯の波長に対して屈折率差を大きく
とれる。それによってInP系でDBRを作製した時と
比べて高 反射率を得るのに必要な層数を減らすことが
できる。AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs−DBR
の上に550゜C以下という比較的に低温でInPバッ
ファー層を形成しておくと、その上にInP系半導体
を、鏡面状にきれいに成長させることができる。InP
バッファー層を600〜700゜Cといった通常の温度
でGaAs系半導体の上に成長させると大きな島状にI
nPの成長が進行してしまい表面が凸凹してしまう。そ
れに対して550゜C以下といった低温でInPバッフ
ァー層を成長させると島の大きさが小さくなり、短時間
に島同志が一緒になって成長表面が平坦になってしま
う。そして、この様なInPバッファー層を間に入れる
ことによってInP系半導体を格子定数の異なるGaA
s系半導体の上に鏡面状に成長させることが可能とな
る。
【0011】
【実施例】図1は本発明に関わる一実施例である。同図
において101はn−GaAs、102はλ/4厚のA
lAs(Siドープ、ドーピング濃度N=2x1018c
m-3)、GaAs(Siドープ、N=2x1018c
m-3)が交互に積層されて形成されたn型DBRであ
る。λはInGaAs活性層106による発振(波長は
1.5μm)に対応する媒質内の波長を表す。InGa
As活性層106の層厚は100Aで、アンドープであ
る。103はn−InPバッファー層(N=2x1018
cm-3、層厚は200A)で、この部分は500゜Cで
成長してある。成長にはMOCVD法を用いているが、
ここ以外は650゜Cで成長してある。104はn−I
nP(Siドープ、N=2x1018cm-3、層厚は(λ
−δ))である。105、107はそれぞれn−InG
aAsP、p−InGaAsPであり、両、方とも層厚
はδであり、ドーピング濃度は2x1018cm-3(10
5はSiドープ、107はZnドープ)である。n−I
nGaAsP105、p−InGaAsP107は組成
を放物線状に変化させてあり、活性層106に接する側
のバンドギャップ波長は1.3μm、反対側のバンドギ
ャップ波長はInPと同じにしてある。115は厚さ2
00Aのp−InGaAsP(バンドギャップ波長は
1.3μm、N=2x1019cm-3)であり、コンタク
ト層として働く。109はp型DBRでλ/4厚のα−
Si116とSiO2117が3周期、繰り返して積層
され形成されている。110はCr/Au、111はn
−GaAs113の上に形成されたAuGe−Ni/A
uであり、それぞれp型、n型の電極となる。光出力は
基板側から得られる。
において101はn−GaAs、102はλ/4厚のA
lAs(Siドープ、ドーピング濃度N=2x1018c
m-3)、GaAs(Siドープ、N=2x1018c
m-3)が交互に積層されて形成されたn型DBRであ
る。λはInGaAs活性層106による発振(波長は
1.5μm)に対応する媒質内の波長を表す。InGa
As活性層106の層厚は100Aで、アンドープであ
る。103はn−InPバッファー層(N=2x1018
cm-3、層厚は200A)で、この部分は500゜Cで
成長してある。成長にはMOCVD法を用いているが、
ここ以外は650゜Cで成長してある。104はn−I
nP(Siドープ、N=2x1018cm-3、層厚は(λ
−δ))である。105、107はそれぞれn−InG
aAsP、p−InGaAsPであり、両、方とも層厚
はδであり、ドーピング濃度は2x1018cm-3(10
5はSiドープ、107はZnドープ)である。n−I
nGaAsP105、p−InGaAsP107は組成
を放物線状に変化させてあり、活性層106に接する側
のバンドギャップ波長は1.3μm、反対側のバンドギ
ャップ波長はInPと同じにしてある。115は厚さ2
00Aのp−InGaAsP(バンドギャップ波長は
1.3μm、N=2x1019cm-3)であり、コンタク
ト層として働く。109はp型DBRでλ/4厚のα−
Si116とSiO2117が3周期、繰り返して積層
され形成されている。110はCr/Au、111はn
−GaAs113の上に形成されたAuGe−Ni/A
uであり、それぞれp型、n型の電極となる。光出力は
基板側から得られる。
【0012】n型DBR102の周期数は24.5であ
りこれで99.9%の反射率が実現できる。InP系で
同じ反射率を得ようとすると40周期は必要であるの
で、成長層厚が大幅に薄くできる。図1のような構造と
することによって素子の全体の高さは2μm程度と低く
抑えることができた。発振閾値電流はメサ径が10μm
の素子で約1mAであった。
りこれで99.9%の反射率が実現できる。InP系で
同じ反射率を得ようとすると40周期は必要であるの
で、成長層厚が大幅に薄くできる。図1のような構造と
することによって素子の全体の高さは2μm程度と低く
抑えることができた。発振閾値電流はメサ径が10μm
の素子で約1mAであった。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば光通信用光源として重要
な1μmの波長帯域でレーザ光が得られ、素子の全体の
高さが低く抑えられた低閾値で動作する面型光半導体素
子が実現できる。本実施例ではVCSELDについて説
明したがVSTEPへの適用も可能であることはもちろ
んである。
な1μmの波長帯域でレーザ光が得られ、素子の全体の
高さが低く抑えられた低閾値で動作する面型光半導体素
子が実現できる。本実施例ではVCSELDについて説
明したがVSTEPへの適用も可能であることはもちろ
んである。
【図1】本発明の一実施例を示す断面図。
【図2】従来例を示す斜示図。
101 n−GaAs 102 n型DBR 103 n−InPバッファー層 104,21,23,30 n−InP 105 n−InGaAsP 106 InGaAsP化活性層 107,115,24,25 p−InGaAsP 108,29,31 p−InP 109 p型DBR 110 cr/Au 111 AuGe−Ni/Au 112 SiN 113 n−GaAs 114 p−GaAs 116 α−Si 117 SiO2 22 n−GaInAsP/InP−DBR 26 α−Si/SiO多層膜 27 p電極 28 n電極
Claims (2)
- 【請求項1】 GaAs又はAlGaAsの基板の上に
AlxGa1-xAs(0≦x≦1)とAlyGa1-yAs
(0≦y ≦1)とを交互に積層し、それぞれの厚さを媒
質内の光の波長の1/4とした半導体分布反射鏡と、こ
の半導体分布反射鏡の上に550゜C以下での温度で成
長させたInPバッファー層と、このバッファー層の上
に形成されInzGa1-zAswP1-w活性層(0≦z,w
≦1)を含む中間層と、この中間層の上に形成れた多層
膜反射鏡とでなることを特徴とする面型光半導体素子。 - 【請求項2】 GaAs又はAlGaAsの基板の上に
AlxGa1-xAs(0≦x≦1)とAlyGa1-yAs
(0≦y≦1)とを交互に積層し、それぞれの厚さを媒
質内の光の波長の1/4として半導体分布反射鏡を形成
し、その上に550゜C以下でInPバッファー層を形
成し、その上にInzGa1-zAswP1-w活性層(0≦
z,w≦1)を含む中間層を形成し、さらにその上に多
層膜反射鏡が形成することを特徴とする面型光半導体素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11819092A JP2871288B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 面型光半導体素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11819092A JP2871288B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 面型光半導体素子およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05291698A true JPH05291698A (ja) | 1993-11-05 |
JP2871288B2 JP2871288B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=14730388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11819092A Expired - Fee Related JP2871288B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 面型光半導体素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2871288B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0822630A1 (en) * | 1996-07-30 | 1998-02-04 | Hewlett-Packard Company | A long-wavelength infra-red vertical cavity surface-emitting laser on a gallium arsenide substrate |
EP0829934A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-18 | Alcatel | Procédé de fabrication d'un composant optoélectronique à semiconducteur et composant et matrice de composants fabriqués selon ce procédé |
FR2753576A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-20 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un laser semiconducteur a emission de surface |
EP0869593A1 (fr) * | 1997-04-03 | 1998-10-07 | Alcatel | Laser semiconducteur à émission de surface |
JP2002026392A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-25 | Toshiba Corp | 半導体発光素子とその製造方法、及び半導体発光装置 |
KR100404043B1 (ko) * | 2001-10-19 | 2003-11-03 | 주식회사 비첼 | 수직으로 집적화된 고출력 면발광 반도체 레이저 장치 및그 제조 방법 |
KR100550513B1 (ko) * | 2001-09-05 | 2006-02-13 | 히다찌 케이블 리미티드 | 발광 소자 및 이의 제조 방법 |
KR100726324B1 (ko) * | 2005-12-05 | 2007-06-11 | 주식회사 레이칸 | 산화막 구경을 갖는 장파장 표면방출 레이저 소자 및 그제조방법 |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP11819092A patent/JP2871288B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0822630A1 (en) * | 1996-07-30 | 1998-02-04 | Hewlett-Packard Company | A long-wavelength infra-red vertical cavity surface-emitting laser on a gallium arsenide substrate |
US5805624A (en) * | 1996-07-30 | 1998-09-08 | Hewlett-Packard Company | Long-wavelength infra-red vertical cavity surface-emitting laser on a gallium arsenide substrate |
EP0829934A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-18 | Alcatel | Procédé de fabrication d'un composant optoélectronique à semiconducteur et composant et matrice de composants fabriqués selon ce procédé |
FR2753576A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-20 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un laser semiconducteur a emission de surface |
FR2753577A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-20 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un composant optoelectronique a semiconducteur et composant et matrice de composants fabriques selon ce procede |
EP0869593A1 (fr) * | 1997-04-03 | 1998-10-07 | Alcatel | Laser semiconducteur à émission de surface |
FR2761822A1 (fr) * | 1997-04-03 | 1998-10-09 | Alsthom Cge Alcatel | Laser semiconducteur a emission de surface |
AU738427B2 (en) * | 1997-04-03 | 2001-09-20 | Alcatel | Surface emitting semiconductor laser |
JP2002026392A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-25 | Toshiba Corp | 半導体発光素子とその製造方法、及び半導体発光装置 |
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KR100404043B1 (ko) * | 2001-10-19 | 2003-11-03 | 주식회사 비첼 | 수직으로 집적화된 고출력 면발광 반도체 레이저 장치 및그 제조 방법 |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2871288B2 (ja) | 1999-03-17 |
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A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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