JPH05335235A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH05335235A JPH05335235A JP4136882A JP13688292A JPH05335235A JP H05335235 A JPH05335235 A JP H05335235A JP 4136882 A JP4136882 A JP 4136882A JP 13688292 A JP13688292 A JP 13688292A JP H05335235 A JPH05335235 A JP H05335235A
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- Japan
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- phosphorus
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- layer
- algainp
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分子線エピタキシー法により、リンを含む材
料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱領域を通して
基板上に供給して、上記基板にAlGaInP系結晶を成
長させる場合に、結晶性を良好にする。 【構成】 上記加熱領域で、上記リンを700℃以上9
00℃未満の温度に加熱する。これにより、4原子分子
P4と2原子分子P2との両方を適度の割合で基板に供給
する。
料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱領域を通して
基板上に供給して、上記基板にAlGaInP系結晶を成
長させる場合に、結晶性を良好にする。 【構成】 上記加熱領域で、上記リンを700℃以上9
00℃未満の温度に加熱する。これにより、4原子分子
P4と2原子分子P2との両方を適度の割合で基板に供給
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
に関し、より詳しくは、分子線エピタキシー法によりA
lGaInP系結晶を成長させる方法に関する。
に関し、より詳しくは、分子線エピタキシー法によりA
lGaInP系結晶を成長させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光データ処理,光通信その他の分
野で、III−V族半導体レーザが広く利用されている。
なかでも、光ディスクなどの記録密度を高めたり、He
−Neレーザの代替として用いるために、AlGaInP系
の短波長半導体レーザが注目されている。
野で、III−V族半導体レーザが広く利用されている。
なかでも、光ディスクなどの記録密度を高めたり、He
−Neレーザの代替として用いるために、AlGaInP系
の短波長半導体レーザが注目されている。
【0003】例えば、図5に示すように、n型GaAs基
板101上に、分子線エピタキシー法により、AlGaI
nP系結晶150,…,154を成長させたものが知られ
ている。この半導体レーザ(利得導波型)を作製する場
合、まず、分子線エピタキシー法により、n型GaAs基
板101上に、n型GaAsバッファ層102,n型GaIn
Pバッファ層150,n型AlInP第1クラッド層15
1,GaInP活性層152,p型AlInP第2クラッド層
153,p型GaInPコンタクト層154を順次成長す
る。この上に、窒化シリコン膜(SiNx膜)112を設
け、この窒化シリコン膜112に、フォトリソグラフィ
および選択エッチングによって約10μm幅のストライ
プ状の開口112aを形成する。最後に、表面と裏面
に、それぞれp型電極106,n型電極105を設けてい
る。
板101上に、分子線エピタキシー法により、AlGaI
nP系結晶150,…,154を成長させたものが知られ
ている。この半導体レーザ(利得導波型)を作製する場
合、まず、分子線エピタキシー法により、n型GaAs基
板101上に、n型GaAsバッファ層102,n型GaIn
Pバッファ層150,n型AlInP第1クラッド層15
1,GaInP活性層152,p型AlInP第2クラッド層
153,p型GaInPコンタクト層154を順次成長す
る。この上に、窒化シリコン膜(SiNx膜)112を設
け、この窒化シリコン膜112に、フォトリソグラフィ
および選択エッチングによって約10μm幅のストライ
プ状の開口112aを形成する。最後に、表面と裏面
に、それぞれp型電極106,n型電極105を設けてい
る。
【0004】従来、上記AlGaInP系結晶150,…,
154を分子線エピタキシー法により成長するとき、リ
ン材料は、蒸発セルによって通常400℃程度に加熱し
て蒸発させた後、さらにクラッカーゾーン(加熱領域)で
温度950℃に加熱して、4原子分子P4から2原子分
子P2に分解した状態で基板101上へ供給していた。
このように2原子分子P2の状態で供給することによ
り、リン材料の利用効率を高めて、ある程度の結晶性を
有するAlGaInP系結晶を得ていた。
154を分子線エピタキシー法により成長するとき、リ
ン材料は、蒸発セルによって通常400℃程度に加熱し
て蒸発させた後、さらにクラッカーゾーン(加熱領域)で
温度950℃に加熱して、4原子分子P4から2原子分
子P2に分解した状態で基板101上へ供給していた。
このように2原子分子P2の状態で供給することによ
り、リン材料の利用効率を高めて、ある程度の結晶性を
有するAlGaInP系結晶を得ていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によって作製した半導体レーザは、発振寿命が500
0時間以下であり、信頼性面で満足できないものであっ
た。これは、AlGaInP系結晶150,…,154の結
晶性が不十分であることに起因する。
法によって作製した半導体レーザは、発振寿命が500
0時間以下であり、信頼性面で満足できないものであっ
た。これは、AlGaInP系結晶150,…,154の結
晶性が不十分であることに起因する。
【0006】そこで、この発明の目的は、良好な結晶性
を有するAlGaInP系結晶を成長できる半導体装置の
製造方法を提供することにある。
を有するAlGaInP系結晶を成長できる半導体装置の
製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、分子線エピタキシー法により、リンを
含む材料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱領域を
通して基板上に供給して、上記基板にAlGaInP系結
晶を成長させる半導体装置の製造方法において、上記加
熱領域で、上記リンを700℃以上900℃未満の温度
に加熱することを特徴としている。
め、この発明は、分子線エピタキシー法により、リンを
含む材料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱領域を
通して基板上に供給して、上記基板にAlGaInP系結
晶を成長させる半導体装置の製造方法において、上記加
熱領域で、上記リンを700℃以上900℃未満の温度
に加熱することを特徴としている。
【0008】
【実施例】以下、この発明の半導体装置の製造方法を実
施例により詳細に説明する。
施例により詳細に説明する。
【0009】第1実施例として、AlGaInP系結晶層
を有するモニタ用素子を作製して、フォトルミネッセン
スを評価した例について説明する。
を有するモニタ用素子を作製して、フォトルミネッセン
スを評価した例について説明する。
【0010】まず、図1に示すように、分子線エピタキ
シー法により、GaAs基板1上にGaAsバッファ層2
と、厚さ1μmの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層3と、厚さ
1nmのGaInP層4を順次成長させて、モニタ用素子を
作製する。層3と層4を成長するときは、リン材料は、
赤リン(固体)を蒸発セルで約400℃に加熱して蒸発さ
せた後、クラッカーゾーン(加熱領域)で様々な温度に加
熱して基板1に供給した。これにより、リン材料に対す
る加熱温度を変えた複数のモニタ用素子を作製した。な
お、層3と層4を成長するときの基板温度は510℃、
リンのビームフラックス強度は約10-5Pa、成長速度
は1μm/hとした。
シー法により、GaAs基板1上にGaAsバッファ層2
と、厚さ1μmの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層3と、厚さ
1nmのGaInP層4を順次成長させて、モニタ用素子を
作製する。層3と層4を成長するときは、リン材料は、
赤リン(固体)を蒸発セルで約400℃に加熱して蒸発さ
せた後、クラッカーゾーン(加熱領域)で様々な温度に加
熱して基板1に供給した。これにより、リン材料に対す
る加熱温度を変えた複数のモニタ用素子を作製した。な
お、層3と層4を成長するときの基板温度は510℃、
リンのビームフラックス強度は約10-5Pa、成長速度
は1μm/hとした。
【0011】図2(a)は、上記各モニタ用素子について
観測したフォトルミネッセンス強度を示している(励起
光源としてArイオンレーザ(波長488nm)を用い
た。)。この図から分かるように、フォトルミネッセン
ス強度は、加熱温度(クラッキング温度)が700℃以上
900℃未満の範囲で最大値をとる一方、加熱温度が7
00℃未満または900℃以上では急激に低下してい
る。すなわち、加熱温度が700℃以上900℃未満の
範囲で、AlGaInP系結晶層3の結晶性が良好となっ
ている。この現象は次のように説明することができる。
観測したフォトルミネッセンス強度を示している(励起
光源としてArイオンレーザ(波長488nm)を用い
た。)。この図から分かるように、フォトルミネッセン
ス強度は、加熱温度(クラッキング温度)が700℃以上
900℃未満の範囲で最大値をとる一方、加熱温度が7
00℃未満または900℃以上では急激に低下してい
る。すなわち、加熱温度が700℃以上900℃未満の
範囲で、AlGaInP系結晶層3の結晶性が良好となっ
ている。この現象は次のように説明することができる。
【0012】加熱温度が700℃未満の場合、図2(b)
中に示すように、リンは殆んど分解されず、4原子分子
P4の状態で基板表面に供給される。この4原子分子P4
は、付着係数が低く、また、表面反応が複雑となるため
利用効率が低い。このため、基板表面がIII族原子(Al,
Gaなど)過剰の状態となり、この結果、良質の結晶を得
ることができない。なお、たとえリンの供給量を増やし
たとしても、成長表面でリン分子によってIII族原子の
マイグレーションが阻害されるため、良質の結晶を得る
ことができない。一方、加熱温度が900℃以上の場
合、4原子分子P4から2原子分子P2への分解は促進さ
れる。しかし、2原子分子P2が一定量以上存在する場
合はリンとIII族原子との結合が起こる(2原子分子P2
は非常に反応性が強いからである。)。この結果、成長
表面でIII族原子のマイグレーションが阻害されて、良
好な2次元成長が起こらなくなる。このため、良質の結
晶を得ることができない。
中に示すように、リンは殆んど分解されず、4原子分子
P4の状態で基板表面に供給される。この4原子分子P4
は、付着係数が低く、また、表面反応が複雑となるため
利用効率が低い。このため、基板表面がIII族原子(Al,
Gaなど)過剰の状態となり、この結果、良質の結晶を得
ることができない。なお、たとえリンの供給量を増やし
たとしても、成長表面でリン分子によってIII族原子の
マイグレーションが阻害されるため、良質の結晶を得る
ことができない。一方、加熱温度が900℃以上の場
合、4原子分子P4から2原子分子P2への分解は促進さ
れる。しかし、2原子分子P2が一定量以上存在する場
合はリンとIII族原子との結合が起こる(2原子分子P2
は非常に反応性が強いからである。)。この結果、成長
表面でIII族原子のマイグレーションが阻害されて、良
好な2次元成長が起こらなくなる。このため、良質の結
晶を得ることができない。
【0013】これに対して、加熱温度が700℃以上9
00℃未満の場合は、4原子分子P4と2原子分子P2と
の両方を適度の割合で基板1に供給できるので、リンの
利用効率を高めるとともに、成長表面でのマイグレーシ
ョンを起こさせることができる。したがって、良好な結
晶性を有するAlGaInP系結晶を成長させることがで
きる。
00℃未満の場合は、4原子分子P4と2原子分子P2と
の両方を適度の割合で基板1に供給できるので、リンの
利用効率を高めるとともに、成長表面でのマイグレーシ
ョンを起こさせることができる。したがって、良好な結
晶性を有するAlGaInP系結晶を成長させることがで
きる。
【0014】なお、図2(b)で示したデータは、4原子
分子P4と2原子分子P2の分圧を四重極質量分析器を用
いて観測したものである。
分子P4と2原子分子P2の分圧を四重極質量分析器を用
いて観測したものである。
【0015】次に、第2実施例として、AlGaInP系
屈折率導波型可視光半導体レーザを作製して、特性およ
び長期信頼性を評価した例について説明する。
屈折率導波型可視光半導体レーザを作製して、特性およ
び長期信頼性を評価した例について説明する。
【0016】まず、図3(a)に示すように、分子線エピ
タキシー法により、n型GaAs基板1上に、n型GaAsバ
ッファ層2と、n型AlGaInP第1クラッド層31と、
GaInP活性層32と、厚さ0.2μmのp型AlGaInP
第2クラッド層33と、厚さ30Åのp型GaInPエッ
チングストップ層34と、p型AlGaInP上部第2クラ
ッド層35と、厚さ500Åのp型GaInPコンタクト
層36と、p型GaAsコンタクト層37を順次成長す
る。層31乃至層36を成長するとき、リン材料は、第
1実施例と同様に、赤リン(固体)を蒸発セルで約400
℃に加熱して蒸発させた後、クラッカーゾーン(加熱領
域)で様々な温度に加熱して基板1に供給した。次に、
同図(b)に示すように、フォトリソグラフィおよび化学
エッチングにより、層35,…,37のうち両側の不要部
分を除去して、中央にストライプ状のメサ部40を残
す。このとき、エッチングストップ層34によってエッ
チングを停止することができる。次に、同図(c)に示す
ように、再び分子線エピタキシー法により、n型GaAs
電流狭窄層38を成長する。次に、同図(d)に示すよう
に、再びフォトリソグラフィおよび化学エッチングを行
って、電流狭窄層38のメサ部40上の部分を除去す
る。次に、同図(e)に示すように、この上に、分子線エ
ピタキシー法により、p型GaAsキャップ層39を埋め
込むように成長する。最後に、表面,裏面にそれぞれp型
電極6,n型電極5を設ける。このようにして、室温で連
続発振する屈折率導波型半導体レーザ(波長660nm)を
作製した。この半導体レーザでは、活性層32で発生し
た光がストライプ状メサ部40内外の実効屈折率差によ
って導波され、単一横モードで発振した。
タキシー法により、n型GaAs基板1上に、n型GaAsバ
ッファ層2と、n型AlGaInP第1クラッド層31と、
GaInP活性層32と、厚さ0.2μmのp型AlGaInP
第2クラッド層33と、厚さ30Åのp型GaInPエッ
チングストップ層34と、p型AlGaInP上部第2クラ
ッド層35と、厚さ500Åのp型GaInPコンタクト
層36と、p型GaAsコンタクト層37を順次成長す
る。層31乃至層36を成長するとき、リン材料は、第
1実施例と同様に、赤リン(固体)を蒸発セルで約400
℃に加熱して蒸発させた後、クラッカーゾーン(加熱領
域)で様々な温度に加熱して基板1に供給した。次に、
同図(b)に示すように、フォトリソグラフィおよび化学
エッチングにより、層35,…,37のうち両側の不要部
分を除去して、中央にストライプ状のメサ部40を残
す。このとき、エッチングストップ層34によってエッ
チングを停止することができる。次に、同図(c)に示す
ように、再び分子線エピタキシー法により、n型GaAs
電流狭窄層38を成長する。次に、同図(d)に示すよう
に、再びフォトリソグラフィおよび化学エッチングを行
って、電流狭窄層38のメサ部40上の部分を除去す
る。次に、同図(e)に示すように、この上に、分子線エ
ピタキシー法により、p型GaAsキャップ層39を埋め
込むように成長する。最後に、表面,裏面にそれぞれp型
電極6,n型電極5を設ける。このようにして、室温で連
続発振する屈折率導波型半導体レーザ(波長660nm)を
作製した。この半導体レーザでは、活性層32で発生し
た光がストライプ状メサ部40内外の実効屈折率差によ
って導波され、単一横モードで発振した。
【0017】図4は、リン材料に対する加熱温度(クラ
ッキング温度)を様々に変えて作製した上記半導体レー
ザのしきい値電流密度を示している。この図から分かる
ように、加熱温度が700℃以上900℃以下の範囲
で、しきい値電流密度が2.5KA/cm2以下となって良
好な特性を示した。これに対して、加熱温度が700℃
未満であるかまたは950℃を超えた場合、しきい値電
流密度は急激に上昇している。また、長期信頼性につい
ては、加熱温度が900℃未満の場合は5000時間以
上の発振寿命を得ることができたが、加熱温度が900
℃以上の場合は急激に信頼性が低下した。
ッキング温度)を様々に変えて作製した上記半導体レー
ザのしきい値電流密度を示している。この図から分かる
ように、加熱温度が700℃以上900℃以下の範囲
で、しきい値電流密度が2.5KA/cm2以下となって良
好な特性を示した。これに対して、加熱温度が700℃
未満であるかまたは950℃を超えた場合、しきい値電
流密度は急激に上昇している。また、長期信頼性につい
ては、加熱温度が900℃未満の場合は5000時間以
上の発振寿命を得ることができたが、加熱温度が900
℃以上の場合は急激に信頼性が低下した。
【0018】この結果は、第1実施例のフォトルミネッ
センス強度の結果とよく一致している。すなわち、リン
に対する加熱温度を700℃以上900℃未満に設定す
ることによって、4原子分子P4と2原子分子P2との両
方を適度の割合で基板1に供給でき、リンの利用効率を
高めるとともに、成長表面でのマイグレーションを起こ
させることができるのである。したがって、良好な結晶
性を有するAlGaInP系結晶を成長させることがで
き、これにより、信頼性に優れたAlGaInP系可視光
半導体レーザを作製することができる。
センス強度の結果とよく一致している。すなわち、リン
に対する加熱温度を700℃以上900℃未満に設定す
ることによって、4原子分子P4と2原子分子P2との両
方を適度の割合で基板1に供給でき、リンの利用効率を
高めるとともに、成長表面でのマイグレーションを起こ
させることができるのである。したがって、良好な結晶
性を有するAlGaInP系結晶を成長させることがで
き、これにより、信頼性に優れたAlGaInP系可視光
半導体レーザを作製することができる。
【0019】なお、レーザ発光領域の構造は、当然なが
ら、図3に示したものに限られるわけではない。例え
ば、実用的な屈折率導波型半導体レーザを作製するため
には、活性層としてAlGaInPを用いても良く、ま
た、量子井戸構造やSCH構造(セパレート・コンファ
インメント・ヘテロストラクチャ)、超格子構造などを
採用しても良い。さらに、クラッド層をAlInPとして
も良い。また、第2実施例では、ストライプ状メサ部4
0を形成した後、再度分子線エピタキシー法により結晶
成長を行ったが(図3(c))、これに限られるものではな
く、有機金属気相成長法や液相エピタキシー法により結
晶成長を行っても良い。
ら、図3に示したものに限られるわけではない。例え
ば、実用的な屈折率導波型半導体レーザを作製するため
には、活性層としてAlGaInPを用いても良く、ま
た、量子井戸構造やSCH構造(セパレート・コンファ
インメント・ヘテロストラクチャ)、超格子構造などを
採用しても良い。さらに、クラッド層をAlInPとして
も良い。また、第2実施例では、ストライプ状メサ部4
0を形成した後、再度分子線エピタキシー法により結晶
成長を行ったが(図3(c))、これに限られるものではな
く、有機金属気相成長法や液相エピタキシー法により結
晶成長を行っても良い。
【0020】また、第1実施例,第2実施例では、リン
材料として赤リン(固体)を用いたが、PH3(気体)など
を使用することもできる。
材料として赤リン(固体)を用いたが、PH3(気体)など
を使用することもできる。
【0021】さらに、この発明は、第1実施例,第2実
施例の素子に適用されるだけではなく、AlGaInP系
結晶を有する半導体装置の製造に広く適用することがで
きる。
施例の素子に適用されるだけではなく、AlGaInP系
結晶を有する半導体装置の製造に広く適用することがで
きる。
【0022】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置の製造方法は、分子線エピタキシー法により、
リンを含む材料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱
領域を通して基板上に供給して、上記基板にAlGaIn
P系結晶を成長させる場合に、上記加熱領域で、上記リ
ンを700℃以上900℃未満の温度に加熱しているの
で、4原子分子P4と2原子分子P2との両方を適度の割
合で基板に供給することができる。これにより、リンの
利用効率を高めるとともに、成長表面でのマイグレーシ
ョンを起こさせることができ、したがって、良好な結晶
性を有するAlGaInP系結晶を成長させることができ
る。
導体装置の製造方法は、分子線エピタキシー法により、
リンを含む材料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱
領域を通して基板上に供給して、上記基板にAlGaIn
P系結晶を成長させる場合に、上記加熱領域で、上記リ
ンを700℃以上900℃未満の温度に加熱しているの
で、4原子分子P4と2原子分子P2との両方を適度の割
合で基板に供給することができる。これにより、リンの
利用効率を高めるとともに、成長表面でのマイグレーシ
ョンを起こさせることができ、したがって、良好な結晶
性を有するAlGaInP系結晶を成長させることができ
る。
【図1】 この発明を適用して作製したモニタ用素子の
断面構造を示す図である。
断面構造を示す図である。
【図2】 上記モニタ用素子を作製したときのリン加熱
温度(クラッキング温度)とフォトルミネッセンス強度,
リン原子の分圧との関係を示す図である。
温度(クラッキング温度)とフォトルミネッセンス強度,
リン原子の分圧との関係を示す図である。
【図3】 この発明を適用してAlGaInP系屈折率導
波型可視光半導体レーザを作製する過程を示す図であ
る。
波型可視光半導体レーザを作製する過程を示す図であ
る。
【図4】 上記屈折率導波型可視光半導体レーザを作製
したときのリン加熱温度(クラッキング温度)としきい値
電流密度との関係を示す図である。
したときのリン加熱温度(クラッキング温度)としきい値
電流密度との関係を示す図である。
【図5】 従来の可視光半導体レーザの作製過程を説明
する図である。
する図である。
1 GaAs基板 2 GaAsバッファ層 3 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P層 4 GaInP層 5 n型電極 6 p型電極 31 n型AlGaInP第1クラッド層 32 GaInP活性層 33 p型AlGaInP第2クラッド層 34 p型GaInPエッチングストップ層 35 p型AlGaInP上部第2クラッド層 36 p型GaInPコンタクト層 37 p型GaAsコンタクト層 38 n型GaAs電流狭窄層 39 p型GaAsキャップ層 40 ストライプ状メサ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角田 篤男 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 谷 健太郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (1)
- 【請求項1】 分子線エピタキシー法により、リンを含
む材料を蒸発セルで蒸発させた後、所定の加熱領域を通
して基板上に供給して、上記基板にAlGaInP系結晶
を成長させる半導体装置の製造方法において、 上記加熱領域で、上記リンを700℃以上900℃未満
の温度に加熱することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4136882A JP2911077B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4136882A JP2911077B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05335235A true JPH05335235A (ja) | 1993-12-17 |
JP2911077B2 JP2911077B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=15185754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4136882A Expired - Fee Related JP2911077B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2911077B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07226564A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置およびその評価方法 |
-
1992
- 1992-05-28 JP JP4136882A patent/JP2911077B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH07226564A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置およびその評価方法 |
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Publication number | Publication date |
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JP2911077B2 (ja) | 1999-06-23 |
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