JPS5961981A - 半導体レ−ザ− - Google Patents

半導体レ−ザ−

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JPS5961981A
JPS5961981A JP57172201A JP17220182A JPS5961981A JP S5961981 A JPS5961981 A JP S5961981A JP 57172201 A JP57172201 A JP 57172201A JP 17220182 A JP17220182 A JP 17220182A JP S5961981 A JPS5961981 A JP S5961981A
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
region
light
refractive index
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Application number
JP57172201A
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English (en)
Inventor
Masamichi Sakamoto
坂本 政道
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to KR1019830004536A priority patent/KR850002705A/ko
Priority to DE19833335372 priority patent/DE3335372A1/de
Priority to NL8303339A priority patent/NL8303339A/nl
Priority to GB08326054A priority patent/GB2129212B/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/1053Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/1064Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode

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  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Semiconductor Lasers (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は例えば光学式ビデオディスク、デシクルオーデ
ィオディスク等の記録、或いは再生装置において、その
記録或いは読出しの光源として用いられて好適な半導体
レーザーに係る。
11景技術とその問題点 従来一般の半導体レーザーは、その垂直方向のモードの
閉じ込め機構によって屈折率カイト(インデックスガイ
ド)型と利得ガイド(ゲインガイド)型に大別される。
屈折率ガイド型の半導体レーザーの例としては、例えば
第1図にボずものが挙げられる。この半導体レーザーは
N型のGaAs基板fJ、)上に、N型のへIyGa1
−y八Sよりなる第1クラツドJ偕(2)と、N型のA
lxGa1−yΔSよりなる活性層(3)と、N型の同
様にへ1yGa1−y八Sよりなる第2のクラッド層(
4)とN型のGaAsギヤノブ層(5)が順次エピクキ
シャ店成長され、その例えば中央に第1図においてa、
而と直交する方向に延長してストライプ状にP型の不純
物のZnが選択的拡散等によって注入されてなる高屈折
率層(6)が形成されてなる。この高屈折率層(6)の
深さは、活性層(3月I)に入り込む深さか或いはこれ
より数千人だけ第1のクラット層(2)に入り込む程度
の深さに選定される。半導体!tJ (51の表面には
5iCh等の絶III!、層(7)が形成され、これに
穿設された電極窓を通じて高屈折率層(6)上にオーミ
ックに電極(8)が被着され、基板+11の裏面に他方
の電極(9)が同様にオーミックに被着されてなる。こ
のようにして活性層(3)に層(6)が存在する部分と
存在しない部分との間に屈折率差を形成してこれによっ
て発光領域の規制がなされる。
また、利1ηガイド型の半導体レーザーの例としては、
例えば第2図に示すものが挙げられる。この場合におい
ても例えはN型のGaAs基板(1)上にN型のAly
 Ga1−y 八sよりなる第1のクラッド層(2)が
形成されこれの上にN型若しくはP型のAIX Ga1
.、y Asよりなる活性層(3)、更にこれの上に1
)型のへ1yGal−y八Sよりなる第2のクラッド層
(4)、更にこれの上にN型のGaAsキ十ツブ層(5
)が夫々順次エピタキシャル成長されて形成され、例え
ば中央には同様に第2図において紙面と直交する方向に
延在するストライプ状のP型の不純物例えばZnが選択
的に拡散された領域00)が形成される。この領域aO
+の深さは、第2のクラッド層(4)中に至る深さに選
定される。この場合におい′Cも、半導体層(5)上に
絶縁層(7)が被着され、これに穿設されたストライブ
状の電極窓を通じて領域00)上に一方の電極(8)が
オーミック接続をもつ一ζ被着され、また基板(1)の
裏面に他方の電極(9)がオーミック接続をもって被着
されてなる。このような構成による半導体レーザーにお
いζは、そのストライプ伏領域001によって動作電流
の築中がなされこのストライブ直下例近に注入される動
作電流により活性層内でレーザー発振が行われるように
なされる。すなわち活性層の注入キャリアの横方向の濃
度分布に起因するゲイン分布が横モードを決めるように
なされている。
上述した屈折率ガイド型の半導体レーザー及び利得ガイ
ド型半導体レーザーは、夫々利点を有する反面人々欠点
を有する。すなわち、屈折率ガイド型によるものにおい
°ζは、その縦モードが単一モードであるため例えば光
学式ビデオディスク等においてのその書込み或いは続出
し用光源として用いた場合に戻り光によるノイズに弱い
という欠点がある反面、いわゆるビームウェスト位置(
beam waist position )が発光領
域の先端面近傍に存するために実際の使用に当っての焦
点位置の設定がし易いという利点を有する。更にまた接
合に平行方向に関する断面における遠距離像、いわゆる
ファーフィールドパターン(far fieldpat
tern )が左右対称的であって同様に例えば実際の
使用における読出し或いは書込み光として歪力の小さい
スポット形状を得易いという利点がある。これに比し上
述した利得ガイド型半導体レーザーにおいては、ビーム
ウェスト位置が発光領域の光端面より内側20μm程度
のとごろに存在し′Cしまい、更にまたファーフィール
ドパターンが左右非対称であるために非点収差が人でス
ポット歪のが比較的大きくなるという欠点がある。しか
しながらこの利得ガイド型半導体レーザーにおい−Cは
、その紺モードがマルチモードであって前述した戻り光
によるノイスに強いという利点を有する。
発明の目的 本発明は、上述した屈折率型半導体レーザーと利得ガイ
ド型半導体レーザーの両者の利点を生かし、両者の欠点
を相補うようにして例えば光学式ビデオディスク或いは
デジタルオーディオディスク等のν(込め或いは読出し
光源としてそのスポット形状に優れ、光学式レンズ等の
設剖を容易にし、更に優れたビームスポット形状が容易
に得られるようにした半導体レーザーを提供するもので
ある。
発明の概要 本発明においては、平坦な活性層にストライブ状の発光
領域が形成され、この発光領域の光端面部において屈折
率ガイド的に動作させる手段を有すると共に、この発光
領域の光端面部より内側に相当する中央部において利得
ガイド的に動作させる手段を設ける。
実施例 第3図及び第4図を参照して本発明の詳細な説明しよう
。第3図は本発明による半導体レーザーの一例の拡大路
線的斜視図で、第4図はその鎖線aに沿う面で切断した
拡大路線的斜視図である。
本発明においても、箱1導電型の基板(11)、例えば
N型のGaAs単結晶基板を設け、その−主面−にに基
板(11)と同導電型を有しバッファ層兼第1クラッド
層となる第1の半導体IW(12)、例えばN型の^1
yGal−yΔS層をエピタキシャル成長し、更にこれ
の上に第1導電型或いはこれとは逆の第2導電型を有す
る活性層となる第2の半導体層(13)i列えばへ1x
Gal−yへs層をエビクキシャル成I司し、史にこれ
のにに第2導電型の第2のクラッド層となる第3の半導
体層(14)例えばP型の八Iy Ga1y八s1へを
コニピタキシャル成1良し、史にこれの一ヒに第1導電
型のキャップ層となる第4の半導体1m (15) 、
例えばN型のGHzb層を同様にエピタキシャル成長す
る。これら半導体層(12)〜(15)の各エピタキシ
ャル成長は、例えばトリメチルアルミニウム、トリメチ
ルガリウム、アルシンを反応ガスとする熱分解法或いは
液晶エピタキシ中ル法等によっζ一連の連続した作業に
よって形成し得る。尚、実際上半導体レーザーを得るに
当たっては、」二連したように基体(11)上に各半導
体層(12)〜(15)をエピタキシャル成長して得た
半導体ウェファ−より複数個の半導体レーザーをいわゆ
るペレソタイズし′(得るものであり、この場合レーザ
ー光のとり出し側となる相対向するi’1j(16a)
及び(16b)においては、臂開面がその切断面とし°
ζ生ずるようになされ、他の相対向する側面(16C,
)及び(16d)におい”Cは機械的切断法等の任意°
の方法によって分W1されてなる。
そして、例えばこのペレノクイスn;1におIJるウェ
ファ状において、側面(16a)及び(16b)を形成
する方向に沿って所要の間隔lをもつ一ζ所要の幅の溝
を例えば選択的にエツチングJることによって、この半
導体j響(15)に、中央部に肉厚部(15f)を、そ
の両側に肉薄部(15t+)及び(15t2)を形成す
る。その後、キャップIts(15)の表面側より選択
的に肉薄部(15tユ)、肉厚部(]5f)、肉薄部(
15L2)に差渡っ゛(ストライプ状にP型すなわち第
2導電型の不純物のZnを拡11&法或いはイオン注入
法等によって導入する。この場合、導入の表if+iか
らの深さは各部はぼ一様になして、肉jマ部(15f)
を有する部分と肉a1部(15t+ )及び(15h)
を有する部分とで不純物導入領域(17)の底面位置を
異ならしめる。すなわちこの場合例えば、これの後にペ
レソタイズされ゛(生ずる側面(16a)及び(16b
)に接する部分においζは、活性層(13)を横切るか
、活性層(11)か、或いは第1のクラッド141 (
12) 中に数十へ程度の深さに入り込むようにじてこ
の両側面(16a)及び(16b)に接する部分、すな
わち端面において第1し1で説明した屈折率ガイド機構
的作用をなす手段(113a)及び(18b)を形成し
、またこれより内側の肉厚部(15f)を有する中央部
においては不純物導入領域(17)が活性層に達するこ
となくその底面が第2のクラッド層(14)中に存在す
るようになし−ご第2図で説明した利得ガイド的動作を
行わしめる手段(18c)を構成する。そして図示しな
いがごのストライブ状の領域(17)上に一方の電極を
オーミック接続をもって被着し、基鈑(11)の裏面に
他方の電極をオーミック接続をもって被着する。
」二連の本発明による半導体レーザーによれば、屈折率
ガイド型Wt成と利得ガイド型構成との両育が1つの半
導体レーザーに組込まれた構成を自するものである。ず
なわぢ、本発明においては、ストライブ状の領域(17
)によっ°ζ電流通路の制限がなされて活性層に所要の
幅に規制された領域が形成されるものごあり、従ってそ
の発振姿態の縦モードは、マルチモードとされこれがた
め前述したように戻り光によるノイズの影響が小さくで
きるという利益を奏することができる。また、この発振
領域の側面、すなわち光導出面(16a)、(16b)
の光端面部におい゛ζ屈折率ガイド動作手段が設けられ
たことによってそのビームウェストポジションをこの端
面位置に持ち来すことができる効果が奏され、またファ
ーフィールドパターンの左右対称性の向上ができ、これ
がためこの半導体レーザーを用いた場合のビームスポッ
トの焦点の形成、設定が止確且つ容易となり、またその
スポット形状は歪みの少ないスポット形状となすことが
できる。
尚、屈折率ガイド的動作を行わしめる手段としては上述
したような活性層に至るZn導入領域(17)による形
成に限らず、例えば第2のクラッド層中に埋込まれた光
吸収層によって形成した作り付けの屈折率差による屈折
率ガイド動作手段を構成するごともできる。この場合の
一例を第5図ないし第7図を参照して説明するに第5図
はその半導体レーザーの拡大路線的平面図を示し、第6
図及び第7図は第5図へ−へ線上及びT3− B線上の
拡大lUi面図を示ず。尚、第5図ないし第7図におい
て第3図及び第4図の各部と対応する部分には同一符号
を41し“ζ重複説明を省略するも、この例においCは
、第2のクラッド層(14)内に光吸収層(18)を埋
込め形成した場合である。この光吸収層<1f3)は、
その禁II−帯1lVifが4!1性屓(13)におけ
るそれと同じかそれより人の高屈折率を有する。
そしてこの例においては、キャップ層(15)の表面は
、平坦に形成され、その両側面(1(ia)及び(16
b)に差渡って所要の狭小の鳴1をもってストライブ状
に第2導電型の例えば不純物、例えばZnの導入領域(
19)が設りられる。光吸収IN (Illは、第5図
に破線によってそのパターンをネオようにストライプ領
域域(19)の両側トに、ずなゎらストライブ領域(1
9)の直十を挾んごその両側に配置されるものであり、
特にこの両側に配置された光吸収層口1;分CIt))
間の間隔は、発光領域の両端向、ずなわら側面(16a
)及び(16b)に臨む端部にオフいては、両者の間隔
が狭められてストライプ領域(19)の直[・に迫るか
ないしは入込むようになされた小なる間隔11nを有し
、これより内側(中央部側)においてはストライプ領域
(19)の直下よりAll INj Lだ位置に配置さ
れるような犬なる間隔1)wを自するパターンとなされ
る。またごごに光吸収層(j8)と活性層(13)との
間隔は、活性jtFt(13)から発振する光が、光吸
収層(18)に到達しくMる距離で、その波長程度の距
離に選定される。
このような構成によれは、ストライブ領域(19)の存
在によって電流通路の制限、−3なゎt)?lil集流
がなされ゛(その利得ガイド′釣動作によ−、て活f2
1゛1m(13)の中央部に限定的にキ、トリア注入に
よる動作電流が集中し、ごごに実効的発光領域が形成さ
れるものであるが、加えてこのような構成による場合そ
のストライブの両端におりる光吸収層(18)が、スト
ライプ領域(19)l−に迫るようにストライプ領域(
19)直−トに臨む部53においては実質的にこれによ
る影響によって屈折4!i差によるガイド動作が生じる
。そしてこの両端より内(則の中央部では光吸収層(1
8)が領域(19)直下より充分遠去りらられ“ζいる
ことによってストライプ領域(19)による利得ガイド
動作のめが寄与するごとになる。すなわち活性層(13
)の発光領域から発生した光が光吸収1m(18)の存
在する部分に達する部分においζは、実質的に光の吸収
がなされ、ストライプ領域(19)の直ト部とこれを挾
む両側の領域におい′ζ屈折率の差が生じ、結果的に作
り付けの屈折率差が形成されるごとによってこの部分に
おける従っζ特に発光領域の端面においてはJ1■折率
ガイド動作が生じるごとになる。
従ってこの場合においても第3図及び第4図で訝1明し
た例におけると同様に屈折率ガイド型半導体レーザーの
特徴と利得ガイド型半導体レーザーにおける特性とが相
俟って優れたレーデ−スポットを得ることのできる半導
体レーザーが構成される。
面、光吸収層(18)のパターンは、第8図に示すよう
にストライブの両端で小間隔Dnとするが、これより内
側で大小側間隔Div、 rlnが交」に配置されたジ
グザクパターンとすることもできる。
尚、上述した光吸収層(18)の形成方法としては、半
導体基板(11)上に半導体層(12)  <13)及
び第2のクラッド1if(14)の一部の厚さをエピタ
キシャル成長し、これの上に光吸収層(1B)を構成す
る半導体層を続いてエピタキシャル成長し、その後この
光吸収層を構成するエピタキシャル層を第5図ないし第
8図で示したような前述したパターンにエツチング除去
し、ごのエツチングIt iされた部分に1ガび第2の
クラッド層を構成する半導体層(14)を、光吸収H(
18)のエツチング除去された部分を埋込むようにエピ
タキシャル成島し、これの上にキャップ層(15)をコ
ニビタキシャル成長する。その後不純物Znの選択的拡
散或いは選1フク的イオン注入によってストライブ状の
領域(19)を形成して得ることができる。
尚、第5図ないし第7図、及び第8図で説明したような
光吸収層(18)が埋込まれた構造を採る場合、各半導
体層(12)〜(15)を連続したエピタキシャル成長
によって形成することができず、途中に例えばエソチン
クエ稈を介在さ−ヒるためにごのj−稈において例えば
特に41を含む半導体層におい“(はごれが酸化され易
いために酸化膜が生じたりあるいはtlj染などが生し
て特性劣化を来す恐れがあ己〕。このような恐れがある
場合は、この光吸収wJ(18)をクラッド層中に埋込
んだ形態を採らずに虜面に最終的に形成するようになず
こともできる。第9図及び第10図は、この場合の例を
示し、第1]図は発光領域の他面近傍の拡大断面図、第
10図はそれより内側におりる拡大W「面図で、第1)
図及び第10図において第6図及び第7図と対応」゛る
部分には同一符号を伺し′ζ車複説明を省1■8′□J
るも、ごの場合においては、光吸収Iff(1B)をク
ラッド層(14)中に埋込むことなく半導体層(12)
〜(15)のエビクキシャル成長]−稈を終’j’L、
’(後、キャップ層(i5)上よりクラット層(14)
に至る深さにメザエノ千ングを施し、これの−1−に光
吸収層(18)となる半導体層をエピタキシートル成1
ηしてその後にス)・ライブ領域(19)の選択的不純
物導入を行うようにすることもできる°・。この場合に
おい′Cも光吸収層のパターン、ずなわちメザエ・7チ
ングのパターンは第5図及び第8図で説明したと同様に
ス1−ライブ領域(19)を挾むその両側の間隔が発光
領域の両1瑞而においてストライプ直トにすなわち電流
通路に臨む幅狭部とし中ソ4部においては幅広ないしは
ジグザグパターンとする。
発明の効果 」二連したように本発明による半導体レーザーによれば
、発光領域の両端に屈折率ガイi゛動作機構を右する部
分を設け、これより内側の少なくとも一部には利得ガイ
ド動作機構を有する部分を設けたので両者の特徴が相俟
つ’r aFする。すなわち、不発19Bこれいては、
発光領域の端面にビームウェス1−位置が得られて史に
ファーフィールドパターンの対称性にすぐれていること
から、スポット中が少い焦点の出し易い光学的設計の容
易な半導体レーザーを構成することができ、また戻り先
のノイズが小さい半導体レーザーがiVられるので光パ
j4式ビデオディスク等の記録或いは読出し光源として
用いてその記録及び読出しを正確に行わしめるごとがC
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図G、1人々従来の半導体レーザーの各
別のtlj、人Iυ「面図、第3図及び第4図は本発明
によるi1≧導体レーデ−の−例の拡大斜視図及びその
−・j’ilを切lvi した拡大斜視図、第5図は本
発明による半導体レーデ−の他の例の拡大111面図、
第〔5図及び第7しIは第5図へ−へ線]二及び13−
13線上の拡大断1f11図、第8図は他の例の拡大3
11曲図、第9図及び第10図は本発明による半導体レ
ーザーの史に他の例の夫々異なる曲におりる拡大1tl
E面図である。 (11)は基板、(12)〜(15)は)1部専体1−
である。 同  松隈秀盛−2 第1図 ツ 第2図 第3図 手続補正書 1.事イ11の表示 昭和57年特許願第 172201  号2、発明の名
称半導体ッーザー 3、 ?ili jFヲ1− ル者 4、代 理 人 東京都新宿区西新°宿IJ’l」8計
1号(n山l(ニル)置東φ((03)343−582
] を代表)6、補正により増加する発明の数 7、補正の月 象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 (II  E!A細書中、第7頁、9行「液晶ゴを「液
相」と訂正する。 (2)同、第11頁、8行「それより大の高屈折率を有
する。」を1それより小で、屈折率が活性層(13にお
けるそれと同じかそれより高い屈折率を有する。」と訂
正する。 以   上 手続補正書 昭和58年3月28日 1、事件の表示 昭和57年特許願第 172201 号2、発明の名称
 半導体ッーヤ1.− 3、補正をする者 5、補正命令のrJ (=J    昭和  年  月
  日6、袖正により増加する発明の数 +l)  明細書中、第8頁18〜19行F活性層(1
3)を横切るか・・・(111か、」を1活性層(13
)か、」と訂正する。 (2)同、第9 Rlfi〜20行「本発明においては
、・・・マルチモード」を[本発明においては、キャビ
ティ内の主要部を占める利得ガイドが発掘態様の縦モー
ドを決めるので、マルチモート−1と削正する。 (3)  図面中、第2図、第3図及び第4図を象付図
面のように補正する。 以   上 第2図 8 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. はぼ平坦な活性層にストライプ状の発光領域が形成され
    、該発光領域の先端面部におい゛ζ屈折率カイト的に動
    作させる手段を有すると共に、上記発光領域の中火部に
    おいて利得ガイド的に動作させる手段を有する半導体レ
    ーザー。
JP57172201A 1982-09-30 1982-09-30 半導体レ−ザ− Pending JPS5961981A (ja)

Priority Applications (8)

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