JPS5854691A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS5854691A JPS5854691A JP15208181A JP15208181A JPS5854691A JP S5854691 A JPS5854691 A JP S5854691A JP 15208181 A JP15208181 A JP 15208181A JP 15208181 A JP15208181 A JP 15208181A JP S5854691 A JPS5854691 A JP S5854691A
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- JP
- Japan
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- film
- semiconductor laser
- laser device
- output
- end surface
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザ装置の長寿命化と高出力化を可能
にし、特に反射面の端面劣化の防止に関する。
にし、特に反射面の端面劣化の防止に関する。
最近の短波長化によプ半導体レーザの端面保護は不可避
となっている。半導体レーザの劣化原因としては活性層
内に発生した転位に基づく構造欠陥、および不純物に関
係した結晶内部すなわち結晶自体に原因のあるものと反
射面の劣化によるものと大きく2分することができる。
となっている。半導体レーザの劣化原因としては活性層
内に発生した転位に基づく構造欠陥、および不純物に関
係した結晶内部すなわち結晶自体に原因のあるものと反
射面の劣化によるものと大きく2分することができる。
半導体レーザの動作初期の劣化は転位に基づく結晶欠陥
で説明されている。一方、長時間動作による緩やかな劣
化は反射面の劣化に基づくものであると考えられている
。反射面の劣化は活性層端面における酸化反応による酸
化被膜層の形成が原因となっている。
で説明されている。一方、長時間動作による緩やかな劣
化は反射面の劣化に基づくものであると考えられている
。反射面の劣化は活性層端面における酸化反応による酸
化被膜層の形成が原因となっている。
端面での酸化被膜層によプ反射単低下を引き越し、しき
い値電流の増加と端面での吸収増が劣化を促進するもの
と考えられている。
い値電流の増加と端面での吸収増が劣化を促進するもの
と考えられている。
このような保護膜としては8i0,8iへ、A40゜お
よびst、N、膜などが知られている。
よびst、N、膜などが知られている。
WN2図に従来の端面構造を示す7レーず光の進行方向
に平行な面での断面図である。lは半導体レーザ、2F
i活性層(S l O,S L O!、 A40n 1
′/F−はss、N、>、3#i保鰻膜、4Fiレー
ザ光、5および6は電極である。
に平行な面での断面図である。lは半導体レーザ、2F
i活性層(S l O,S L O!、 A40n 1
′/F−はss、N、>、3#i保鰻膜、4Fiレー
ザ光、5および6は電極である。
SiO膜扛吸湿性があり、しかも光透過率が変化するよ
うに変質してしまうので、半導体レーザの長寿命化、高
出力化を期待する保1IilI&にはなりえない*8’
01膜については半導体レーザ結晶との密着性によく、
しかも緻密性もあるので保護作用を期待することができ
る。しかしながら810゜は半導体レーザ材料との熱膨
張係数が約1桁違うため、端面ストレスが大暑いので端
面での転位発生原因ともな〕得る。その上Siへに対す
るQat九はQa、もの溶解度が高いため、動作中和反
射面のGaがStO,膜中に拡散して界面が変質して半
導体レーザの劣化が起こる。A40.膜は安定であシ、
熱膨張係数も半導体レーザ結晶とほぼ同一であるため、
端面ストレスが生じにくい。しかもA40.膜では熱伝
導が大きいので端面での熱放散が期待できる。しかしな
がら、A40.膜は半導体レーザ結晶との密着性が悪く
、たとえば1000A以上になるとこの欠点から実用に
はとても供し得ない。
うに変質してしまうので、半導体レーザの長寿命化、高
出力化を期待する保1IilI&にはなりえない*8’
01膜については半導体レーザ結晶との密着性によく、
しかも緻密性もあるので保護作用を期待することができ
る。しかしながら810゜は半導体レーザ材料との熱膨
張係数が約1桁違うため、端面ストレスが大暑いので端
面での転位発生原因ともな〕得る。その上Siへに対す
るQat九はQa、もの溶解度が高いため、動作中和反
射面のGaがStO,膜中に拡散して界面が変質して半
導体レーザの劣化が起こる。A40.膜は安定であシ、
熱膨張係数も半導体レーザ結晶とほぼ同一であるため、
端面ストレスが生じにくい。しかもA40.膜では熱伝
導が大きいので端面での熱放散が期待できる。しかしな
がら、A40.膜は半導体レーザ結晶との密着性が悪く
、たとえば1000A以上になるとこの欠点から実用に
はとても供し得ない。
これを回避する目的で、第2図のような構造が知られて
−る。すなわち半導体レーザの反射面に接してBiへ薄
膜(nt−被着させ、密着性を向上させたのち、その上
にA40m膜(8)を被着する。この方法は密着性向上
には有効であるが、前記したように半導体・−ザとSi
’O,膜との反応(GJIの拡散を含め)Kついては何
ら対策されたものではない。したがってこのような構造
は半導体レーザの長寿命化と高出力化には期待で亀ない
、一方、si、rq、膜はA40m膜と同様に半導体レ
ーザ結晶との密着性が悪く、A40.、Sly、膜はど
耐熱性を期待することができない。
−る。すなわち半導体レーザの反射面に接してBiへ薄
膜(nt−被着させ、密着性を向上させたのち、その上
にA40m膜(8)を被着する。この方法は密着性向上
には有効であるが、前記したように半導体・−ザとSi
’O,膜との反応(GJIの拡散を含め)Kついては何
ら対策されたものではない。したがってこのような構造
は半導体レーザの長寿命化と高出力化には期待で亀ない
、一方、si、rq、膜はA40m膜と同様に半導体レ
ーザ結晶との密着性が悪く、A40.、Sly、膜はど
耐熱性を期待することができない。
本発明の目的は上述した如き欠点のない保護膜を用い、
端面劣化を防止することにより長寿命化、高出力化上期
待することができる半導体レーザを提供することである
。
端面劣化を防止することにより長寿命化、高出力化上期
待することができる半導体レーザを提供することである
。
A40m膜elGa拡斂防止に秀れ、耐熱性が期待でき
、熱伝導率が大きくかつ熱膨張係数が半導体レーザ材料
に近いために、Qaii−含む半導体レーザ例えげGa
AtAg半導体レーザ用端面劣化防止膜としてとくに期
待される。しかしA40m膜は半導体レーザ材料との密
着性が悪いので、薄膜として利用し、その上に他の酸化
物、窒化物を被着することによシ、所定の厚さを得るも
のである。
、熱伝導率が大きくかつ熱膨張係数が半導体レーザ材料
に近いために、Qaii−含む半導体レーザ例えげGa
AtAg半導体レーザ用端面劣化防止膜としてとくに期
待される。しかしA40m膜は半導体レーザ材料との密
着性が悪いので、薄膜として利用し、その上に他の酸化
物、窒化物を被着することによシ、所定の厚さを得るも
のである。
九七えば保護膜の厚さをレーザの半値波長の膜厚とし、
端面の反射率は保護膜のない場合と同じょうにすること
ができる。したがってしきい筺電流の増加が防止される
。あるいは又、全体の保護膜の整数、λはレーザの発振
波長)となるように選択することによ〕端面の反射率が
最低となりしきi値電流は増加するものの、半導体レー
ザ出力光の微分効率が増大し、過当な電流値にお−て、
保護膜のな一場合に比して大きな出力光を取〕出すこと
ができる。このように種々の膜厚の′&護膜を得ること
ができる。いずれ和しても半導体レーザ材料とA4へ
(181層)との反応性(拡散を含め)の低いことを利
用している。したがって反射面11に81へ膜を被膜し
、その上KA40a膜を被膜するような構造では、その
効果が期待できないのは云うまでもない。上記発明によ
れば半導体レーザ材料と端面で接しているのはA40.
Jil(第1層)を薄い膜とし、A40.膜の接着性
の一点を解決している。そして、半値波長に相幽する膜
厚または前記無反射に必要な膜厚等所定の膜厚を得る丸
めの材料(11g2層)は半導体レーザ光に対する高い
透過率が必要であつ九りtt半導体レーザ材料の電気抵
抗に比べて小さければいずれの材料であってもよいこと
である。IIZ層の材料としでは金属酸化物K B*
On 、 B e O,B It On −ceo、
、 Cod、 Co、 0@ 、 Cr、 0.、 C
r、 O,、cuo。
端面の反射率は保護膜のない場合と同じょうにすること
ができる。したがってしきい筺電流の増加が防止される
。あるいは又、全体の保護膜の整数、λはレーザの発振
波長)となるように選択することによ〕端面の反射率が
最低となりしきi値電流は増加するものの、半導体レー
ザ出力光の微分効率が増大し、過当な電流値にお−て、
保護膜のな一場合に比して大きな出力光を取〕出すこと
ができる。このように種々の膜厚の′&護膜を得ること
ができる。いずれ和しても半導体レーザ材料とA4へ
(181層)との反応性(拡散を含め)の低いことを利
用している。したがって反射面11に81へ膜を被膜し
、その上KA40a膜を被膜するような構造では、その
効果が期待できないのは云うまでもない。上記発明によ
れば半導体レーザ材料と端面で接しているのはA40.
Jil(第1層)を薄い膜とし、A40.膜の接着性
の一点を解決している。そして、半値波長に相幽する膜
厚または前記無反射に必要な膜厚等所定の膜厚を得る丸
めの材料(11g2層)は半導体レーザ光に対する高い
透過率が必要であつ九りtt半導体レーザ材料の電気抵
抗に比べて小さければいずれの材料であってもよいこと
である。IIZ層の材料としでは金属酸化物K B*
On 、 B e O,B It On −ceo、
、 Cod、 Co、 0@ 、 Cr、 0.、 C
r、 O,、cuo。
E’s Os * Eu、 On −0% O@ 、
G@01 、 HfO* ml nl Oae L %
”s # ”II Os Ml 01 m Mo 0
1 @ Nb@ C)H*Pb0.8b曹へ、Stへ、
T町0. 、 Tie、 Tiへ。
G@01 、 HfO* ml nl Oae L %
”s # ”II Os Ml 01 m Mo 0
1 @ Nb@ C)H*Pb0.8b曹へ、Stへ、
T町0. 、 Tie、 Tiへ。
Tie On −V*へ、 WOs 、 Y* Os
* Z’01などがある。
* Z’01などがある。
ま九金属窒化物としてはhlN、 BN、 HfN、
NbN。
NbN。
St、 N4@TaN、TiN、VN、ZrNなどがあ
る。
る。
纂3図に本発明による半導体レーザの端面構造を示す。
第1図と同様レーザ光の進行方向に平行な面での断面図
である。9はAムo畠 薄膜で、10は上記の金属酸化
物または金属窒化物である。
である。9はAムo畠 薄膜で、10は上記の金属酸化
物または金属窒化物である。
1111図と同一符号は同一物を示す。通常実用に供さ
れている半導体レーザはダブルへテロ構造を有するので
、第4図ではこの旨を示している。11は半導体基板、
2は活性層、12.13はクラッド層である614は共
振器用の反射面である。但し、本発明はこの構造に限定
されるものでないことはiうまでもない。Al40.膜
の作成法としてはスパッタリング、電子ビーム蒸着、A
tO熱酸化膜が知られているが、半導体レーザ上での作
成法としては反応性を含めスパッタリング、電子ビーム
蒸着が適している。その上の金属酸化物、金属窒化物の
作成法としては反応性を含めスパッタリング、電子ビー
ム蒸着およびプラズマCVDが適している。j[1層で
あるAt、 0.膜9の膜厚としては5〜1100nが
界面での反応性防止および膜はがれ防止の点から適当で
ある。また低温で緻密性の薄me得えようとすればスパ
ッタ膜がよい。またA40.膜は他の材料に比べて安定
であるので、他の化合物半導体材料を用いた半導体レー
ザたとえばI nGaAII Pなどに使用できること
は云うまでもない。なお結晶端面に自然酸化膜が存在す
るとtkKはAt「Os fllkt”被着する前にス
パツタコツチを入れ、自然酸化膜を除去することは云う
糞でもない。
れている半導体レーザはダブルへテロ構造を有するので
、第4図ではこの旨を示している。11は半導体基板、
2は活性層、12.13はクラッド層である614は共
振器用の反射面である。但し、本発明はこの構造に限定
されるものでないことはiうまでもない。Al40.膜
の作成法としてはスパッタリング、電子ビーム蒸着、A
tO熱酸化膜が知られているが、半導体レーザ上での作
成法としては反応性を含めスパッタリング、電子ビーム
蒸着が適している。その上の金属酸化物、金属窒化物の
作成法としては反応性を含めスパッタリング、電子ビー
ム蒸着およびプラズマCVDが適している。j[1層で
あるAt、 0.膜9の膜厚としては5〜1100nが
界面での反応性防止および膜はがれ防止の点から適当で
ある。また低温で緻密性の薄me得えようとすればスパ
ッタ膜がよい。またA40.膜は他の材料に比べて安定
であるので、他の化合物半導体材料を用いた半導体レー
ザたとえばI nGaAII Pなどに使用できること
は云うまでもない。なお結晶端面に自然酸化膜が存在す
るとtkKはAt「Os fllkt”被着する前にス
パツタコツチを入れ、自然酸化膜を除去することは云う
糞でもない。
本発明を実施例を用いて詳述する。
実施例I
GaAtAa半導体レーザ(λ=780nm)のヘキ開
面(反射面)にスパッタ条件、基板温度100〜250
C,放電電力200W、放電Ar圧4Paで約l sn
mOA40m膜を作成した。
面(反射面)にスパッタ条件、基板温度100〜250
C,放電電力200W、放電Ar圧4Paで約l sn
mOA40m膜を作成した。
ついでスパッタ条件、基板温[25〜250 C。
放電電力250W、放電Ar圧2Paで約255nmの
8iomlIt作成した。全膜厚を発振波長の半値すな
わちλ/2n(λ=780nm% n屈折率)を満たす
270nmとすることにより、反射面の保!1114が
ない場合と同一の端面反射が得られるので電流−光出力
特性が全く同一である。このようなgをもう一方にも被
膜し九GaALAs半導体レーザは長寿命となった上に
高出力化ができるようになった。
8iomlIt作成した。全膜厚を発振波長の半値すな
わちλ/2n(λ=780nm% n屈折率)を満たす
270nmとすることにより、反射面の保!1114が
ない場合と同一の端面反射が得られるので電流−光出力
特性が全く同一である。このようなgをもう一方にも被
膜し九GaALAs半導体レーザは長寿命となった上に
高出力化ができるようになった。
ま、た破壊限界pcの測定によっても保繰膜がSlem
のみの場合に比べて破壊限界pcが高くなった。なお破
壊限界とは半導体V−ザに電流を急激に流すことにより
端面破壊tl&仁したときのレーザ光出力である。いま
本発明による破壊限界をpcとし、保護膜と被着しない
pcをP♂とすればPC/P4!’= Z 5〜3とな
υ、3i0.のみの場合(Pc/Pc’ =1.5〜2
)に比べて高くなった。また、PO/PC’とA40.
膜の膜厚との関係t@4図に示す。これによるとA40
.膜の膜厚が5mm以下では8i0*のみの場合に匹敵
し、1100n以上になると膜はがれt生じ、保−膜が
ない場合と同様であつ九、なおこの場合全体の膜厚は2
70 nmとした。
のみの場合に比べて破壊限界pcが高くなった。なお破
壊限界とは半導体V−ザに電流を急激に流すことにより
端面破壊tl&仁したときのレーザ光出力である。いま
本発明による破壊限界をpcとし、保護膜と被着しない
pcをP♂とすればPC/P4!’= Z 5〜3とな
υ、3i0.のみの場合(Pc/Pc’ =1.5〜2
)に比べて高くなった。また、PO/PC’とA40.
膜の膜厚との関係t@4図に示す。これによるとA40
.膜の膜厚が5mm以下では8i0*のみの場合に匹敵
し、1100n以上になると膜はがれt生じ、保−膜が
ない場合と同様であつ九、なおこの場合全体の膜厚は2
70 nmとした。
実施例2
実施例1と同様にSiへ膜の代わ9にSi、N4膜を用
いても同様の結果を得た。81mN4膜の作成につぎの
ようである。スノくツタ条件、基板温度25〜250C
,放電電力250W、放電N、圧4Paで約190 n
mの81aN4膜を作成した。
いても同様の結果を得た。81mN4膜の作成につぎの
ようである。スノくツタ条件、基板温度25〜250C
,放電電力250W、放電N、圧4Paで約190 n
mの81aN4膜を作成した。
このような膜をもう一方にも被膜し九GaAtAl半導
体レーザは長寿命になったばかりか高出力に4耐えるも
のとなった。またpc/pa’とA40゜膜の膜厚との
間にはBiへと同様に第4図で示したような関係が成り
立った。
体レーザは長寿命になったばかりか高出力に4耐えるも
のとなった。またpc/pa’とA40゜膜の膜厚との
間にはBiへと同様に第4図で示したような関係が成り
立った。
このようにG a AtA a半導体レーザの長寿命化
および高出力化に重要なのは第16CGaAtAa と
接触した材料であることがわかった。したがって他の金
属酸化物および金属窒化物でも同様な結果が出ることは
明らかである。他の金属酸化物としてはB、 O,、B
2O,Bi、 O,、c@へ、 COO、COm 04
eCr、 O,、Cub、 gr、 0. 、 gu
、 o、 、 Qa、 o、 、 Ge o、 。
および高出力化に重要なのは第16CGaAtAa と
接触した材料であることがわかった。したがって他の金
属酸化物および金属窒化物でも同様な結果が出ることは
明らかである。他の金属酸化物としてはB、 O,、B
2O,Bi、 O,、c@へ、 COO、COm 04
eCr、 O,、Cub、 gr、 0. 、 gu
、 o、 、 Qa、 o、 、 Ge o、 。
)ifへ* I ”! Os * L ”@ O@ m
Mg Os Mn 01 * MOOs *Nb、へ
、Pb0,8b、o、、T町へ、 Tie、 Tiへ。
Mg Os Mn 01 * MOOs *Nb、へ
、Pb0,8b、o、、T町へ、 Tie、 Tiへ。
T i @ O@ 、 Vl O@ 、 WO,、Y!
Os * Z r On、他の金属窒化物としてはA
tN、 BN、 Hf N、 NbN、 81m N4
−TaN、TIN、VN、ZrN 等においても同等
の効果を奏する。
Os * Z r On、他の金属窒化物としてはA
tN、 BN、 Hf N、 NbN、 81m N4
−TaN、TIN、VN、ZrN 等においても同等
の効果を奏する。
さらにA40.膜の作成法としてはスノ(ツタ膜、電子
ビーム蒸着があったが、電子ビーム蒸着でも同様な結果
を得ることができた。
ビーム蒸着があったが、電子ビーム蒸着でも同様な結果
を得ることができた。
g1図は従来の半導体レーザの端面部を示したものであ
る。纂2図は従来の複合保饅膜を用いた半導体レーザの
端面部を示したものである。1183図は本発明による
複合保麟膜を用いた半導体レーザの端tSt示したもの
である。第4図は本発明による複合保lI!i膜で反射
面(第1層)にAJ40S膜、第2層!1Csto、膜
を用いた場合の破壊限界Pc/PC’ (re :保−
膜を付けた場合の破壊限界出力、pcO:保−膜のない
場合の破壊限界出力)とA40m膜の膜厚との関係を示
したものである。 1・・・半導体レーザ結晶、2・・・活性層、3・・・
保護膜(810m、A4へ、8i0.Si、N4)、4
・・・レーザ光、5.6・・・電極、9・・・A40n
11&、10・・・他の¥J 1 図 ”r+’iz図 第 4 図
る。纂2図は従来の複合保饅膜を用いた半導体レーザの
端面部を示したものである。1183図は本発明による
複合保麟膜を用いた半導体レーザの端tSt示したもの
である。第4図は本発明による複合保lI!i膜で反射
面(第1層)にAJ40S膜、第2層!1Csto、膜
を用いた場合の破壊限界Pc/PC’ (re :保−
膜を付けた場合の破壊限界出力、pcO:保−膜のない
場合の破壊限界出力)とA40m膜の膜厚との関係を示
したものである。 1・・・半導体レーザ結晶、2・・・活性層、3・・・
保護膜(810m、A4へ、8i0.Si、N4)、4
・・・レーザ光、5.6・・・電極、9・・・A40n
11&、10・・・他の¥J 1 図 ”r+’iz図 第 4 図
Claims (1)
- 半導体レーザ装置における光出力面上にA40゜薄膜と
、該A40.薄膜上に第2の透光性絶縁物層とが形成さ
れて成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15208181A JPS5854691A (ja) | 1981-09-28 | 1981-09-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15208181A JPS5854691A (ja) | 1981-09-28 | 1981-09-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5854691A true JPS5854691A (ja) | 1983-03-31 |
Family
ID=15532631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15208181A Pending JPS5854691A (ja) | 1981-09-28 | 1981-09-28 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5854691A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0204540A2 (en) * | 1985-06-04 | 1986-12-10 | BRITISH TELECOMMUNICATIONS public limited company | Opto-electronic devices |
DE3728568A1 (de) * | 1987-08-27 | 1989-03-16 | Telefunken Electronic Gmbh | Halbleiterlaseranordnung |
JPH02137287A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
US5517039A (en) * | 1994-11-14 | 1996-05-14 | Hewlett-Packard Company | Semiconductor devices fabricated with passivated high aluminum-content III-V material |
KR100813750B1 (ko) | 2005-07-13 | 2008-03-13 | 가부시끼가이샤 도시바 | 레이저 다이오드 및 그 제조 방법과 발광 다이오드 |
-
1981
- 1981-09-28 JP JP15208181A patent/JPS5854691A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0204540A2 (en) * | 1985-06-04 | 1986-12-10 | BRITISH TELECOMMUNICATIONS public limited company | Opto-electronic devices |
US4794607A (en) * | 1985-06-04 | 1988-12-27 | British Telecommunications Public Limited Company | Opto-electronic devices |
DE3728568A1 (de) * | 1987-08-27 | 1989-03-16 | Telefunken Electronic Gmbh | Halbleiterlaseranordnung |
JPH02137287A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
US5517039A (en) * | 1994-11-14 | 1996-05-14 | Hewlett-Packard Company | Semiconductor devices fabricated with passivated high aluminum-content III-V material |
KR100813750B1 (ko) | 2005-07-13 | 2008-03-13 | 가부시끼가이샤 도시바 | 레이저 다이오드 및 그 제조 방법과 발광 다이오드 |
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