JPS60110188A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
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- JPS60110188A JPS60110188A JP58218276A JP21827683A JPS60110188A JP S60110188 A JPS60110188 A JP S60110188A JP 58218276 A JP58218276 A JP 58218276A JP 21827683 A JP21827683 A JP 21827683A JP S60110188 A JPS60110188 A JP S60110188A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
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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
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- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
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- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- Y10S148/05—Etch and refill
-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は半導体レーザ素子に関するもので、特にレーザ
発振の横モード制御及び=黴?a、流の低減に有効な構
造を有し、MBEあるいはMO−CVD等の新しい成長
技術によって製造可能な半導体レーザの素子114造に
関するものである。
発振の横モード制御及び=黴?a、流の低減に有効な構
造を有し、MBEあるいはMO−CVD等の新しい成長
技術によって製造可能な半導体レーザの素子114造に
関するものである。
〈従来技術〉
近年、分子線エピタキシー(MBE)法あるいは有機金
属を用いた気4゛l」成長(MO’−CVD)法などの
薄膜単結晶成長技術の進歩は著しく、これらの成長技術
を用いれば10λ程度の薄いエピタキシャル成長層を得
ることが可能となっている。
属を用いた気4゛l」成長(MO’−CVD)法などの
薄膜単結晶成長技術の進歩は著しく、これらの成長技術
を用いれば10λ程度の薄いエピタキシャル成長層を得
ることが可能となっている。
このような製造技術の進歩は、半導体レーザにおいても
従来の液+11エピタキシャル成長?1LPE)では製
作が困9!11であった極めて薄いノ曽を有する素子1
’!li造に結く新しい効果を利用したレーザ素子の製
作を[、+J能とした、その代表的なものは面子井戸(
Quautum Well;略してQW)レーザである
。このQ wレーザは従来の二重へテロ接合(DH)レ
ーザでは数百A以上あった活性層厚を100A程度ある
いはそれ以下とすることによって、活性層中にht子化
準位が形成されることを利用しており、従来のDHレー
ザに比べて閾値電流が下がる、温度特性が艮い、あるい
は過渡特性に優れている等の数々の利点を有している。
従来の液+11エピタキシャル成長?1LPE)では製
作が困9!11であった極めて薄いノ曽を有する素子1
’!li造に結く新しい効果を利用したレーザ素子の製
作を[、+J能とした、その代表的なものは面子井戸(
Quautum Well;略してQW)レーザである
。このQ wレーザは従来の二重へテロ接合(DH)レ
ーザでは数百A以上あった活性層厚を100A程度ある
いはそれ以下とすることによって、活性層中にht子化
準位が形成されることを利用しており、従来のDHレー
ザに比べて閾値電流が下がる、温度特性が艮い、あるい
は過渡特性に優れている等の数々の利点を有している。
(参考文#:)
1) W、T、T sang、 A11ysics L
etters、 vol。
etters、 vol。
39、 No、 10 pp、 786(1981)。
2) N、に、DutLa、 Journal of
AppliedPllysics、 vol、53.
No、 11. pp、 7211(1982)。
AppliedPllysics、 vol、53.
No、 11. pp、 7211(1982)。
3) H,Iwamura、 T、 5aku、 T、
l5bibashi。
l5bibashi。
K、0Lsuka、 Y、Horikoshi、 El
ectronicsLetters、 vol、19.
No、 5. pp、 180(1983)。
ectronicsLetters、 vol、19.
No、 5. pp、 180(1983)。
このように、MBEやM O−CV Dなどの薄膜単結
晶成長技術を用いることにより、新しい多層構造を有す
る高性能半導体レーザの実用化への道が開けてきた。
晶成長技術を用いることにより、新しい多層構造を有す
る高性能半導体レーザの実用化への道が開けてきた。
一方、従来の半導体レーザも多くの改良が積み重ねられ
て実用化に至っているが、その中の重要−な要素として
横モードの安定化がある。ストライブ状の電極を形成す
ることにより電流のみを制限した初期の電極ストライプ
型半導体レーザにおいては、レーザ発振の閾値電流のわ
ずか上の電流領域ではストライプ直下の姑性領域でのみ
発振に必要な利得が損失を上まわるので零次あるいは基
本横モードで発振する。しかし駆動電流を増加していく
と活性層への注入キャリアはしだいにストライプ領域の
両側へ拡がるため、高利得領域が拡がり、横モードの拡
がりやに次横モード発振を招く。
て実用化に至っているが、その中の重要−な要素として
横モードの安定化がある。ストライブ状の電極を形成す
ることにより電流のみを制限した初期の電極ストライプ
型半導体レーザにおいては、レーザ発振の閾値電流のわ
ずか上の電流領域ではストライプ直下の姑性領域でのみ
発振に必要な利得が損失を上まわるので零次あるいは基
本横モードで発振する。しかし駆動電流を増加していく
と活性層への注入キャリアはしだいにストライプ領域の
両側へ拡がるため、高利得領域が拡がり、横モードの拡
がりやに次横モード発振を招く。
このような横モードの不安定性と駆動電流依存性は駆動
電流とレーザ出力の直線性を悪化させパルス電流により
父調を行なった場合、レーザ出力に不安定な変動を生じ
信号対雑音比を劣化させる。
電流とレーザ出力の直線性を悪化させパルス電流により
父調を行なった場合、レーザ出力に不安定な変動を生じ
信号対雑音比を劣化させる。
捷た出力光の指向性を不安定にするのでレーザ出力を光
ファイバ苛:の光学系に効率よく安定に導くことを困難
にするなど実用上多くの障害があった。
ファイバ苛:の光学系に効率よく安定に導くことを困難
にするなど実用上多くの障害があった。
この点に関して、電流のみでなく光も横方向に閉じ込め
ることにより槓モードを安定化妊せる多くのl:、l、
+)造がLPHにより作製したGaAlAs系及びIn
GaAsP系の半導体レーザについて提案されてきた。
ることにより槓モードを安定化妊せる多くのl:、l、
+)造がLPHにより作製したGaAlAs系及びIn
GaAsP系の半導体レーザについて提案されてきた。
しかしながらこれらの構造の多くは溝、メサあるいは段
差加工をした基板上にLPEの特殊性を利用して製作す
るものが多い。代表例として、cspレーザ(K、 A
i k i + M、NakamuraT、Kuro
da、and J−Umeda、Appl ied P
hysicsLetters、vol、30.No、1
2.pp、649(1977))。
差加工をした基板上にLPEの特殊性を利用して製作す
るものが多い。代表例として、cspレーザ(K、 A
i k i + M、NakamuraT、Kuro
da、and J−Umeda、Appl ied P
hysicsLetters、vol、30.No、1
2.pp、649(1977))。
CDHレーザ(D、Botez、Appl ied P
hysics Letters。
hysics Letters。
vol、33.pp、872(1978))、’1’S
レーザ(T、 Sug ino。
レーザ(T、 Sug ino。
M、Wada、H,Shimizu、に、Itoh、a
ndl、Teramoto。
ndl、Teramoto。
Applied Physics Letteys、v
ol、34.No、4゜(1979))はいずれも液相
成長の成長速度の異方性を利用することによって製作可
能な(イ4造である。
ol、34.No、4゜(1979))はいずれも液相
成長の成長速度の異方性を利用することによって製作可
能な(イ4造である。
従って、これらの構造の大半はMBEやM O−CVD
などの成長法をもっては製作不+jJ能なものである。
などの成長法をもっては製作不+jJ能なものである。
第1図は、LPHによって製作された横モード安定化レ
ーザの一例としてのV S I S (V −CI+a
nneledsubstrate 1nner 5tr
ipe)5半導体レーザ(S。
ーザの一例としてのV S I S (V −CI+a
nneledsubstrate 1nner 5tr
ipe)5半導体レーザ(S。
Yamamoto、 H,HayashL s、 Ya
no、 ′r、 5akura i、 and1’、
Hi jikata、 Applied Physic
s Letters、 vol。
no、 ′r、 5akura i、 and1’、
Hi jikata、 Applied Physic
s Letters、 vol。
40、 pp、 372(1982)。)を示す断面構
造図である。
造図である。
P−GaAs基板1上にn−GaAs2を成長した後、
V形の溝9を化学エッチにより形成し、その上にP−G
aAIAsクラッド層3.GaAlAs活性層4.n−
GaAgAsクラッド層5゜n −G a A sキャ
ン1層6を連続成長させてDH型多層結晶構造を構成し
、電極7,8を形成している。P−GaA#Asクラッ
ド層3の成長の際、成長速度の異方性により溝9上で速
く成長するため、活性層4を平坦に形成できる。活性層
が平坦で■溝外の光吸収により横モードが安定化されて
いるため、20mW以上の光出力まで基本横モードで発
振する素子が得られる。
V形の溝9を化学エッチにより形成し、その上にP−G
aAIAsクラッド層3.GaAlAs活性層4.n−
GaAgAsクラッド層5゜n −G a A sキャ
ン1層6を連続成長させてDH型多層結晶構造を構成し
、電極7,8を形成している。P−GaA#Asクラッ
ド層3の成長の際、成長速度の異方性により溝9上で速
く成長するため、活性層4を平坦に形成できる。活性層
が平坦で■溝外の光吸収により横モードが安定化されて
いるため、20mW以上の光出力まで基本横モードで発
振する素子が得られる。
第2図は第1図と同様の4H造をM O−CV Dによ
り製作した場合の素子の断面」イ1)造園である。
り製作した場合の素子の断面」イ1)造園である。
LPEと比べてMO−CVDでは成長速度の異方性が小
さいため、P−GaAIAsクラッド層3成長の際■形
溝9を埋めることができず、従って粘性層4はV形にわ
ん曲して成長する。第1図に示したLPEの場合と異な
りこのように活性層が大きくわん曲すると、光導波路と
しての等価屈折率の変化が大きくなるため、レーザ光は
活性層のV形の先端部に強く導波されることとなシ、そ
の結果高次横モードが発振しやすくなる。また発振ヌポ
ット径が小さくなるため、光密度が高くなシ高出力動作
が困難となる等の欠点を生ずる。成長法としてMU E
を用いても IG 2図と同様の形状となる。このよう
な欠点は、溝、メサあるいは段差加工をした基板上にM
BEあるいはMO−CVDを用いて半導体レーザ用多層
結晶を製作する際に結晶が基板の形状を引き継いで成長
さ扛ることより一般に問題となる。
さいため、P−GaAIAsクラッド層3成長の際■形
溝9を埋めることができず、従って粘性層4はV形にわ
ん曲して成長する。第1図に示したLPEの場合と異な
りこのように活性層が大きくわん曲すると、光導波路と
しての等価屈折率の変化が大きくなるため、レーザ光は
活性層のV形の先端部に強く導波されることとなシ、そ
の結果高次横モードが発振しやすくなる。また発振ヌポ
ット径が小さくなるため、光密度が高くなシ高出力動作
が困難となる等の欠点を生ずる。成長法としてMU E
を用いても IG 2図と同様の形状となる。このよう
な欠点は、溝、メサあるいは段差加工をした基板上にM
BEあるいはMO−CVDを用いて半導体レーザ用多層
結晶を製作する際に結晶が基板の形状を引き継いで成長
さ扛ることより一般に問題となる。
〈発明の目的〉
本発明は、以上のような問題に鑑み、AI B Eある
いはMO−c V Dによって製作nJ能でかつ1Mモ
ードが安定化された半導体レーザの構造及び製造法を提
供することを目的とする。
いはMO−c V Dによって製作nJ能でかつ1Mモ
ードが安定化された半導体レーザの構造及び製造法を提
供することを目的とする。
〈実施例〉
第3図乃至第5図は本発明の一実施例の半導体レーザの
製造工程を示す断面]¥/J成図である。先ず、第3図
に示すようにn−GaAs基板11上にn 7 G a
n、r+5A I211.46 A Sクラッド層(
1μm厚)12、アンドープG ao、ss A (l
o、+、A s活性層(0,05μml享) 13 、
P−G’ao、55Alo、、5A sクラッド層(
0,1ttm厚)14.P−GaAs酸化防止層(0,
005μ?FL厚) 15 + n G a 093A
no、yAs電流阻止層(0,8μm厚)16+n−G
aAs酸化防止層(0,005ttrtL厚)17をM
B E法により連続的に成長する。次に第4図に示す
ように、フォトリングラフィ法によりヌトライブ状の満
20を酸化防止層17及び電流阻止M16を貫通し酸化
防止層15に達するまで形成する。この際、最初にGa
Asを選択的にエツチングするエツチング故(H20□
:NH,0H=5 :1)で酸化防止層17をエツチン
グ除去し、次にG ao、s A s 1.6を酸化防
止層15でエツチングが停止するよう、フッ酸によ−っ
て選択的に工・ノチンクする。このようにすると、酸化
しやすいAlを含んだ層(GaAβAs)が溝20の側
面を除いて表面に露出していないため、次に成長するク
ラッド層及びクラッド層との界面の結晶性が悪くならな
い。特に活性層13に近い酸化防止層15は活性層13
近傍の結晶性の劣化を防止し、レーザ素子の信頼性を向
上させるために不可欠である。
製造工程を示す断面]¥/J成図である。先ず、第3図
に示すようにn−GaAs基板11上にn 7 G a
n、r+5A I211.46 A Sクラッド層(
1μm厚)12、アンドープG ao、ss A (l
o、+、A s活性層(0,05μml享) 13 、
P−G’ao、55Alo、、5A sクラッド層(
0,1ttm厚)14.P−GaAs酸化防止層(0,
005μ?FL厚) 15 + n G a 093A
no、yAs電流阻止層(0,8μm厚)16+n−G
aAs酸化防止層(0,005ttrtL厚)17をM
B E法により連続的に成長する。次に第4図に示す
ように、フォトリングラフィ法によりヌトライブ状の満
20を酸化防止層17及び電流阻止M16を貫通し酸化
防止層15に達するまで形成する。この際、最初にGa
Asを選択的にエツチングするエツチング故(H20□
:NH,0H=5 :1)で酸化防止層17をエツチン
グ除去し、次にG ao、s A s 1.6を酸化防
止層15でエツチングが停止するよう、フッ酸によ−っ
て選択的に工・ノチンクする。このようにすると、酸化
しやすいAlを含んだ層(GaAβAs)が溝20の側
面を除いて表面に露出していないため、次に成長するク
ラッド層及びクラッド層との界面の結晶性が悪くならな
い。特に活性層13に近い酸化防止層15は活性層13
近傍の結晶性の劣化を防止し、レーザ素子の信頼性を向
上させるために不可欠である。
第5図に示すように、P G a o、ss A l
O,45A sクラッド層18.P−GaAsキャップ
層19を成長させた後、電極21.22を形成してデバ
イスが完成する。″電流阻止層16は溝部20に有効に
電流注入する作用を有すると同時に、端1価的な屈折率
分布を形成し、溝部20下の活性層に有効にレーザ光を
導波し横モードが安定される。つくり伺けの屈折率差が
層14の厚みあるいは層16のAl混晶比を変えること
により精度良く制御され、各層の厚みがki B E成
長によシ精度良く制御されているため、横モードが安定
化された素子が少ないばらつきで得られる。尚、第6図
に示すように、n G a O,3A lO,7A 8
層16を0.005μmエツチング停止層として薄(n
−GaAs層17を0.8μm、と厚く成長して電流阻
止層とする、、、′ 、 ことも可能である。この場合□、n’−G’aAs層1
7はV−ザ光を吸収するので溝部20以外のレーザ光が
吸収され高次モードの発振を有効に抑制することができ
る。また2回目の成長の際にA(lを含む層がほとんど
露出していないため結晶性の劣化が少ない。
O,45A sクラッド層18.P−GaAsキャップ
層19を成長させた後、電極21.22を形成してデバ
イスが完成する。″電流阻止層16は溝部20に有効に
電流注入する作用を有すると同時に、端1価的な屈折率
分布を形成し、溝部20下の活性層に有効にレーザ光を
導波し横モードが安定される。つくり伺けの屈折率差が
層14の厚みあるいは層16のAl混晶比を変えること
により精度良く制御され、各層の厚みがki B E成
長によシ精度良く制御されているため、横モードが安定
化された素子が少ないばらつきで得られる。尚、第6図
に示すように、n G a O,3A lO,7A 8
層16を0.005μmエツチング停止層として薄(n
−GaAs層17を0.8μm、と厚く成長して電流阻
止層とする、、、′ 、 ことも可能である。この場合□、n’−G’aAs層1
7はV−ザ光を吸収するので溝部20以外のレーザ光が
吸収され高次モードの発振を有効に抑制することができ
る。また2回目の成長の際にA(lを含む層がほとんど
露出していないため結晶性の劣化が少ない。
以上の2つの実施例においてはGaAβAsがほとんど
露出していないため2回目の成長はMBEを用いず、L
PEによっても可能である。第5図の実施例においては
、GaAs層17を成長しなくても、MBEあるいはM
O−CVDを用いればG an、3 A Ilo、v
A s電流阻止層16上に直接クラッド層18を成長さ
せることが可能である。この場合さらに酸化防止層15
が無くても成長は可能であるが、活性層近傍の結晶性を
損なうため素子の信頼性の面からは好ましくない。本実
施例は光学的にはほとんど影響を及はさない100A程
度以下の酸化防止層15を挿入することにより、2回成
長に伴う活性層近傍の結晶性劣化を抑制したことを特徴
として有する。
露出していないため2回目の成長はMBEを用いず、L
PEによっても可能である。第5図の実施例においては
、GaAs層17を成長しなくても、MBEあるいはM
O−CVDを用いればG an、3 A Ilo、v
A s電流阻止層16上に直接クラッド層18を成長さ
せることが可能である。この場合さらに酸化防止層15
が無くても成長は可能であるが、活性層近傍の結晶性を
損なうため素子の信頼性の面からは好ましくない。本実
施例は光学的にはほとんど影響を及はさない100A程
度以下の酸化防止層15を挿入することにより、2回成
長に伴う活性層近傍の結晶性劣化を抑制したことを特徴
として有する。
以上、本発明の実施例をM B Eにより作製したGa
AdAs系半導体レーザについて示したが、M O−C
V Dやあるいは一部LPEを用いても成長可能であり
、製造方法はこれらの成長法に限定されるものではない
。またGaAlAs系以外の例えばInGaAlP、I
nGaAsP等の半導体混晶を組み合わせて構成するこ
ともできる。
AdAs系半導体レーザについて示したが、M O−C
V Dやあるいは一部LPEを用いても成長可能であり
、製造方法はこれらの成長法に限定されるものではない
。またGaAlAs系以外の例えばInGaAlP、I
nGaAsP等の半導体混晶を組み合わせて構成するこ
ともできる。
さらに、活性領域に量子井戸構造等を用いることにより
素子特性の向」二が計れることは当然である。
素子特性の向」二が計れることは当然である。
〈発明の効果〉
以上詳説した如く本発明によればMBE法あるいはM
O−CV D法等の最新薄膜成長技術を用いて半導体レ
ーザ素子を作製することができ]い“【モードの安定な
出力特性を得ることができる。
O−CV D法等の最新薄膜成長技術を用いて半導体レ
ーザ素子を作製することができ]い“【モードの安定な
出力特性を得ることができる。
4、図面の16“1単な1況明
第1図はLPEによって製作した従来の半導U・レーザ
の断面(1G成図である。第2図はIvl O−CVD
によって製作した従来の半4体レーザの1.(J[而4
I“jj構成図ある。第3図、第4図及び第5図は本発
明の一実施例を説明する半導体レーザの製造」二程の断
面構成図である。第6図は本発明の他の実施例を示す半
導体レーザの断ii′Jj構成図である。
の断面(1G成図である。第2図はIvl O−CVD
によって製作した従来の半4体レーザの1.(J[而4
I“jj構成図ある。第3図、第4図及び第5図は本発
明の一実施例を説明する半導体レーザの製造」二程の断
面構成図である。第6図は本発明の他の実施例を示す半
導体レーザの断ii′Jj構成図である。
1] ・n−GaAs基板 12−n−クラッド層 1
3・活性層 14・P−クラッド層 15−P−酸化防
止層 16・電6ε阻止層 17 ・11−酸化防止層 代理人 弁理士 幅 士 愛 彦(イI!22名)第5
図 第2因 第6r21
3・活性層 14・P−クラッド層 15−P−酸化防
止層 16・電6ε阻止層 17 ・11−酸化防止層 代理人 弁理士 幅 士 愛 彦(イI!22名)第5
図 第2因 第6r21
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、Alを含む半導体混晶をクラッド層とする発振用多
層結晶構造にAffを含まない第1の半N4体混晶を薄
く積層し、更に逆極性接合となる第2の半導体混晶をス
トライブ状の電流通路領域以外の部分に堆積されかつ1
JiJ記第1の半導体混晶と同心′准型の層で埋設され
ていることを特徴とする半導体レーザ素子。 2 第2の半導体混晶としてAlを含む半導体混晶とA
6を匁まない半導体混晶を交互に堆積した特許請求の範
囲第1項記載の半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58218276A JPS60110188A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 半導体レ−ザ素子 |
US06/671,951 US4567060A (en) | 1983-11-18 | 1984-11-16 | Method of producing a semiconductor laser device |
EP84113950A EP0142845B1 (en) | 1983-11-18 | 1984-11-17 | Method of producing a semiconductor laser device |
DE8484113950T DE3485924T2 (de) | 1983-11-18 | 1984-11-17 | Verfahren zur herstellung einer halbleiterlaservorrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58218276A JPS60110188A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60110188A true JPS60110188A (ja) | 1985-06-15 |
JPH0118590B2 JPH0118590B2 (ja) | 1989-04-06 |
Family
ID=16717324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58218276A Granted JPS60110188A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4567060A (ja) |
EP (1) | EP0142845B1 (ja) |
JP (1) | JPS60110188A (ja) |
DE (1) | DE3485924T2 (ja) |
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- 1984-11-17 EP EP84113950A patent/EP0142845B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-11-17 DE DE8484113950T patent/DE3485924T2/de not_active Expired - Lifetime
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