JPS6154280B2 - - Google Patents
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- JPS6154280B2 JPS6154280B2 JP54094041A JP9404179A JPS6154280B2 JP S6154280 B2 JPS6154280 B2 JP S6154280B2 JP 54094041 A JP54094041 A JP 54094041A JP 9404179 A JP9404179 A JP 9404179A JP S6154280 B2 JPS6154280 B2 JP S6154280B2
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Links
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Classifications
-
- 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
- H01S5/20—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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は基本モード発振する半導体レーザの製
造方法に関する。半導体レーザの基本モード化は
光フアイバー通信に於ける広帯域、長距離伝送
や、低歪アナログ変調等への半導体レーザの実用
化が可能となる。
造方法に関する。半導体レーザの基本モード化は
光フアイバー通信に於ける広帯域、長距離伝送
や、低歪アナログ変調等への半導体レーザの実用
化が可能となる。
発振モードの制御は最初、光の損失と、むだな
再結合を最小にする特定領域に光エネルギー及び
注入電流を閉じ込める、いわゆる電極ストライプ
レーザで実現された。その后、各種のストライプ
レーザが開発され、現在に至つているが、いずれ
もそれぞれの欠点を有し、特性上に不満足なもの
である。
再結合を最小にする特定領域に光エネルギー及び
注入電流を閉じ込める、いわゆる電極ストライプ
レーザで実現された。その后、各種のストライプ
レーザが開発され、現在に至つているが、いずれ
もそれぞれの欠点を有し、特性上に不満足なもの
である。
たとえば電極ストライプレーザ等、単に電流布
のみ閉じ込めた場合には、レーザ光は主として利
得分布によりストライプ方向に導かれるが、この
利得による導波路作用は不安定でもあり容易に高
次横モード発振を起し、再にこれにより電流―光
出力特性が歪む場合も多い。そのため導波路機構
を構造的に半導体レーザの内部に作り込んでこれ
らの特性上の欠点を修正しようとする試みがなさ
れている。いわゆる、リブガイドストライプレー
ザもこうした試みの一つと理解し得る。この構造
は発光領域にリブ構造の導波路を形成して、基本
モード発振を得ようとするものである。
のみ閉じ込めた場合には、レーザ光は主として利
得分布によりストライプ方向に導かれるが、この
利得による導波路作用は不安定でもあり容易に高
次横モード発振を起し、再にこれにより電流―光
出力特性が歪む場合も多い。そのため導波路機構
を構造的に半導体レーザの内部に作り込んでこれ
らの特性上の欠点を修正しようとする試みがなさ
れている。いわゆる、リブガイドストライプレー
ザもこうした試みの一つと理解し得る。この構造
は発光領域にリブ構造の導波路を形成して、基本
モード発振を得ようとするものである。
本発明に先行する従来技術としては、このリブ
ガイドストライプレーザを挙げるべきであり、以
下、まずこの型式の製作方法及び構造等について
簡単に説明する。第1図は、その概略を示す断面
図である。第3図はその重要な製造工程を示す図
である。
ガイドストライプレーザを挙げるべきであり、以
下、まずこの型式の製作方法及び構造等について
簡単に説明する。第1図は、その概略を示す断面
図である。第3図はその重要な製造工程を示す図
である。
先ず第3図Aに示すn型InPでなる半導体基体
1の表面にフオトレジスト膜を付着し、露光した
後、幅5μmの細長い窓を設け、これを選択エツ
チングのマスクとしてストライプ状に矩形状の溝
8を形成する、(第3図B)深さ0.3μm、幅5μ
mの溝寸法とする。残りのフオトレジスト膜を
InP基体1の表面から除し、以下の層が液相エビ
タキシヤル成長によつて連続して成長される。ま
ず光ガイド及びキヤリアを閉じ込めるn型In0.88
Ga0.12 As0.26 P0.74層2(以下光ガイド層と略記
する)を矩形状溝部が完全にうまり全上面が実質
上平担になるまで成長する。次いで、活性層にあ
たるIn0.77 Ga0.23 As0.51 P0.44層3、光及びキヤ
リアを閉じ込めるP型InP層4(以下キヤリア閉
じ込め層と略記する)を成長させる。(第3図
C)P型InP層4上にSiO2膜5を付け、矩形状溝
部の真上の活性層領域に一様に電流が流れるよう
にストライプ状電流域に相当する部にSiO2の窓
を設け電極6,7を取り付けて、リブガイドスト
ライプレーザが出来る。
1の表面にフオトレジスト膜を付着し、露光した
後、幅5μmの細長い窓を設け、これを選択エツ
チングのマスクとしてストライプ状に矩形状の溝
8を形成する、(第3図B)深さ0.3μm、幅5μ
mの溝寸法とする。残りのフオトレジスト膜を
InP基体1の表面から除し、以下の層が液相エビ
タキシヤル成長によつて連続して成長される。ま
ず光ガイド及びキヤリアを閉じ込めるn型In0.88
Ga0.12 As0.26 P0.74層2(以下光ガイド層と略記
する)を矩形状溝部が完全にうまり全上面が実質
上平担になるまで成長する。次いで、活性層にあ
たるIn0.77 Ga0.23 As0.51 P0.44層3、光及びキヤ
リアを閉じ込めるP型InP層4(以下キヤリア閉
じ込め層と略記する)を成長させる。(第3図
C)P型InP層4上にSiO2膜5を付け、矩形状溝
部の真上の活性層領域に一様に電流が流れるよう
にストライプ状電流域に相当する部にSiO2の窓
を設け電極6,7を取り付けて、リブガイドスト
ライプレーザが出来る。
典形的な各層膜は溝の領域でそれぞれ光ガイド
層2が0.5μm、活性層3が0.2μm、キヤリア閉
じ込め層4が1.5μmである。活性層がその両側
を禁制帯幅の大きい光ガイド層2とキヤリア閉じ
込め層4で挾まれている。
層2が0.5μm、活性層3が0.2μm、キヤリア閉
じ込め層4が1.5μmである。活性層がその両側
を禁制帯幅の大きい光ガイド層2とキヤリア閉じ
込め層4で挾まれている。
すなわち、活性層3In0.77 Ga0.23 As0.51 P0.49
の禁制帯0.98eVに対し、光ガイド層2In0.88 Ga0.
12 As0.26 P0.74の禁制帯が1.11lVキヤリア閉じ込
め層InP4の禁制帯1.34eVよりなるヘテロ接合に
より、活性層3に注入されたキヤリアは両側層に
拡散することなく活性層3内に閉じ込められる。
一方活性層3内の再結合により光が発生し、充分
な注入電流によつて、損失に利得がうち勝つた
時、活性層3からレーザ光が生じる。このレーザ
光は光ガイド層2にしみ出す。光ガイド層2は活
性層3で発生したレーザ光(発振波長は約1.26μ
m)に対して、十に透明なため、この光ガイド層
2内でレーザ光が損失することはない。そこでレ
ーザ光は、光ガイド層2と活性層3の間に拡がつ
て伝播する。この際活性層3の屈折率n2≒3.5に
対し、光ガイド層2の屈折率n≒3.46である。こ
の両者の実効屈折率差が小さいことから活性層3
と光ガイド層2の界面での導波作用は非常に弱
い、しかし、光ガイド層2及び活性層3を挾む半
導体基体1とキヤリア閉じ込め層4の屈折率は
(InPの屈折率n=3.2)層2,3の値に比較して
小さいため、強い導波路を形成する。ことにレー
ザ光は屈折率の小さい半導体基体1とキヤリア閉
じ込め層4にガイドされ、光がこの領域に閉じ込
められる。整流接合に対して水平方向のレーザ光
は、光ガイド層2が溝領域と、溝8の外側とで異
なる層厚を有するため、溝領域の屈折率が溝の外
側での屈折率に比べて、実効的に大きくなつたの
と等価な光導波作用を強くうける。すなわち、リ
ブ構造の光導波機構を設けたと同じくなる。その
ため安定した基本モード発振が広い電流領域にわ
たつて得られ、従来のストライプレーザの欠点が
大いに改良された。しかし、この半導体レーザは
製作上に問題があつた。
の禁制帯0.98eVに対し、光ガイド層2In0.88 Ga0.
12 As0.26 P0.74の禁制帯が1.11lVキヤリア閉じ込
め層InP4の禁制帯1.34eVよりなるヘテロ接合に
より、活性層3に注入されたキヤリアは両側層に
拡散することなく活性層3内に閉じ込められる。
一方活性層3内の再結合により光が発生し、充分
な注入電流によつて、損失に利得がうち勝つた
時、活性層3からレーザ光が生じる。このレーザ
光は光ガイド層2にしみ出す。光ガイド層2は活
性層3で発生したレーザ光(発振波長は約1.26μ
m)に対して、十に透明なため、この光ガイド層
2内でレーザ光が損失することはない。そこでレ
ーザ光は、光ガイド層2と活性層3の間に拡がつ
て伝播する。この際活性層3の屈折率n2≒3.5に
対し、光ガイド層2の屈折率n≒3.46である。こ
の両者の実効屈折率差が小さいことから活性層3
と光ガイド層2の界面での導波作用は非常に弱
い、しかし、光ガイド層2及び活性層3を挾む半
導体基体1とキヤリア閉じ込め層4の屈折率は
(InPの屈折率n=3.2)層2,3の値に比較して
小さいため、強い導波路を形成する。ことにレー
ザ光は屈折率の小さい半導体基体1とキヤリア閉
じ込め層4にガイドされ、光がこの領域に閉じ込
められる。整流接合に対して水平方向のレーザ光
は、光ガイド層2が溝領域と、溝8の外側とで異
なる層厚を有するため、溝領域の屈折率が溝の外
側での屈折率に比べて、実効的に大きくなつたの
と等価な光導波作用を強くうける。すなわち、リ
ブ構造の光導波機構を設けたと同じくなる。その
ため安定した基本モード発振が広い電流領域にわ
たつて得られ、従来のストライプレーザの欠点が
大いに改良された。しかし、この半導体レーザは
製作上に問題があつた。
特に液相エピタキシヤル成長でInP基体表面に
光ガイド層を成長させる際、InP基体表面が荒
れ、格子欠陥の多いエピタキシヤル成長層が形成
されることである。すなわち、エピタキシヤル層
を成長する直前まで、InP基体は、高温の水素囲
気中にその表面を露出した状態で放置されてい
る。
光ガイド層を成長させる際、InP基体表面が荒
れ、格子欠陥の多いエピタキシヤル成長層が形成
されることである。すなわち、エピタキシヤル層
を成長する直前まで、InP基体は、高温の水素囲
気中にその表面を露出した状態で放置されてい
る。
InP等の化合物半導体は温度に対して不安定な
性質を有するため、加熱放置の間に結晶表面は熱
分解反応が進み、その表面層は数μmの深さにわ
たつて荒らされ、P原子の解離によるP空格子点
が多数発生した状態となる。このような荒れた半
導体基体に成長を行うと半導体基体と成長層との
界面に多量の格子欠陥が発生し、転位の多いエピ
タキシヤル成長層となる。この事実は、使用する
基体結晶がいかに良質のものであつても、前記の
様な成長条件を経験すれば、基体結晶のごとき良
質のエピタキシヤル成長層が得られないというこ
とであり、このことが重大な技術上の壁となつて
いた。
性質を有するため、加熱放置の間に結晶表面は熱
分解反応が進み、その表面層は数μmの深さにわ
たつて荒らされ、P原子の解離によるP空格子点
が多数発生した状態となる。このような荒れた半
導体基体に成長を行うと半導体基体と成長層との
界面に多量の格子欠陥が発生し、転位の多いエピ
タキシヤル成長層となる。この事実は、使用する
基体結晶がいかに良質のものであつても、前記の
様な成長条件を経験すれば、基体結晶のごとき良
質のエピタキシヤル成長層が得られないというこ
とであり、このことが重大な技術上の壁となつて
いた。
上記の欠点を解決する一方法として、半導体基
体表面を直接囲気ガスにさらさないように、その
表面を保護する方法等が試みられている。しかし
この方法は、かならずしも完全な熱解を防止する
手段にはなり得ていない。広く用いられている方
法は、成長する直前に、その乱れた結晶層をメル
トバツクして本来の半導体基体結晶を出し、その
上に結晶を成長させる手段であり、それなりの成
果を上げている。
体表面を直接囲気ガスにさらさないように、その
表面を保護する方法等が試みられている。しかし
この方法は、かならずしも完全な熱解を防止する
手段にはなり得ていない。広く用いられている方
法は、成長する直前に、その乱れた結晶層をメル
トバツクして本来の半導体基体結晶を出し、その
上に結晶を成長させる手段であり、それなりの成
果を上げている。
しかし、この方法を上記半導体レーザの結晶成
長工程に採用することは難かしい。なぜなら、半
導体基体の表面に設けた矩形状の溝を保ちながら
メルトバツクすることが困難であるためである。
長工程に採用することは難かしい。なぜなら、半
導体基体の表面に設けた矩形状の溝を保ちながら
メルトバツクすることが困難であるためである。
本発明の目的は、上記従来方法における上記難
点を持たず信頼性が高く、かつ容易に実現し得る
リブガイドストライプレーザの製造方法を提供す
ることにある。
点を持たず信頼性が高く、かつ容易に実現し得る
リブガイドストライプレーザの製造方法を提供す
ることにある。
この発明の骨子は、第1段階の液相エピタキシ
ヤル成長工程で活性領域となる層の上に光ガイド
層を成長させ、次いでストライプ状に光ガイド層
をメサエツチングし、再度その層表面に成長層を
積もり、リブ構造を完了しようとするものであ
る。
ヤル成長工程で活性領域となる層の上に光ガイド
層を成長させ、次いでストライプ状に光ガイド層
をメサエツチングし、再度その層表面に成長層を
積もり、リブ構造を完了しようとするものであ
る。
以下この発明をInP―InGaAsPを半導体層とし
て用いた場合の実施例について図面を参照して説
明する。
て用いた場合の実施例について図面を参照して説
明する。
第2図は本発明を実施した場合に得られるリブ
ガイドストライプレーザの概略断面図、第4図は
各主要部の製造過程を示す略線的工程図である。
ガイドストライプレーザの概略断面図、第4図は
各主要部の製造過程を示す略線的工程図である。
先ず第4図Aに示すP型InPで成る半導体基体
9上にP型InP層10(キヤリア閉じ込め層)P
型In0.77 Ga0.23 As0.51 P0.49活性層11、n型
In0.88 Ga0.12 As0.26 P0.74、光ガイド層12、を
第1の液相エピタキシヤル成長により成長させ
る。(第4図B)。
9上にP型InP層10(キヤリア閉じ込め層)P
型In0.77 Ga0.23 As0.51 P0.49活性層11、n型
In0.88 Ga0.12 As0.26 P0.74、光ガイド層12、を
第1の液相エピタキシヤル成長により成長させ
る。(第4図B)。
次に光ガイド層12のその上面に6μm幅の帯
状領域のみにフオトレジストを付け、エツチング
でその帯状領域の側部の光ガイド層を除去する。
エツチングは光ガイド層の中途の深さで終る様、
制御し、メサ形状17の光ガイド層を形成する。
(第4図C)フオトレジスト膜を除去し、結晶表
面の洗浄を充分に行なつた後に、第2段階の液相
エピタキシヤル成長を行う。成長させる結晶はn
型InP層13(キヤリア閉じ込め層)である。
状領域のみにフオトレジストを付け、エツチング
でその帯状領域の側部の光ガイド層を除去する。
エツチングは光ガイド層の中途の深さで終る様、
制御し、メサ形状17の光ガイド層を形成する。
(第4図C)フオトレジスト膜を除去し、結晶表
面の洗浄を充分に行なつた後に、第2段階の液相
エピタキシヤル成長を行う。成長させる結晶はn
型InP層13(キヤリア閉じ込め層)である。
第4図Dに示したように結晶表面が平担になる
ところで成長を終る。最後にn型電極16は
SiO2膜14を介して、又P型電極15は半導体
基体9の裏側に各々形成して目的とするリブガイ
ドストライプレーザが出来あがる(第2図)。
ところで成長を終る。最後にn型電極16は
SiO2膜14を介して、又P型電極15は半導体
基体9の裏側に各々形成して目的とするリブガイ
ドストライプレーザが出来あがる(第2図)。
典形的な各層厚は、それぞれP型InP層10が
4μm、活性層11が0.2μm、光ガイド層12
が0.5μm、n型InP層13が2μmで、光ガイド
層17のメサ形状17の側部層厚は、0.2μmで
ある。
4μm、活性層11が0.2μm、光ガイド層12
が0.5μm、n型InP層13が2μmで、光ガイド
層17のメサ形状17の側部層厚は、0.2μmで
ある。
ところで、本実施例の第4図にて上述せる製法
によれば、半導体基体が溝形状を有しないため、
第1回目の液相エピタキシヤル成長で基体表面の
メルトバツクが充に行なえる。このメルトバツク
工程により、エピタキシヤル成長層内に格子欠陥
が発生するのを防ぐことができる。更に第2回目
の液相エピタキシヤル成長は、活性層1が、
InGaAsP層12で保護されているため活性層の
熱的損傷は無い。これは活性層の上部の層が
InGaAsP層であることに原因する。なぜなら、
InP結晶に比較し、InGaAsP結晶はP成が非常に
少ないため、その熱解が極めて促進されにくいこ
とによる。
によれば、半導体基体が溝形状を有しないため、
第1回目の液相エピタキシヤル成長で基体表面の
メルトバツクが充に行なえる。このメルトバツク
工程により、エピタキシヤル成長層内に格子欠陥
が発生するのを防ぐことができる。更に第2回目
の液相エピタキシヤル成長は、活性層1が、
InGaAsP層12で保護されているため活性層の
熱的損傷は無い。これは活性層の上部の層が
InGaAsP層であることに原因する。なぜなら、
InP結晶に比較し、InGaAsP結晶はP成が非常に
少ないため、その熱解が極めて促進されにくいこ
とによる。
依つて高信頼の高い、再現性が良好なリブガイ
ドストライプレーザが容易に得られる大なる特徴
を有するものである。
ドストライプレーザが容易に得られる大なる特徴
を有するものである。
以上述べたように本発明の実施例にかかる製法
によつて得られる第2図に示すリブガイドストラ
イプレーザによれば、それが第1図に示すと全く
等価の構造として得られるので詳細説明はこれを
省略する。
によつて得られる第2図に示すリブガイドストラ
イプレーザによれば、それが第1図に示すと全く
等価の構造として得られるので詳細説明はこれを
省略する。
尚、以上の実施例ではP型InP基体を用いたが
n型InP基体を用い、P型光ガイド層を設けても
良く、又、成長方法として液相エピタキシヤル法
を用いたが、気相エピタキシヤル法や、分子線エ
ピタキシヤル法等であつても良いことは言うまで
もない。
n型InP基体を用い、P型光ガイド層を設けても
良く、又、成長方法として液相エピタキシヤル法
を用いたが、気相エピタキシヤル法や、分子線エ
ピタキシヤル法等であつても良いことは言うまで
もない。
第1図は従来の半導体レーザの概略的断面図、
第2図は本発明の一実施例により得られた半導体
レーザの概略的断面図、第3図は従来の製造方法
を示す略線的工程図、第4図は本発明の一実施例
の製造方法を示す略線的工程図をそれぞれ示す。 図において、1,9……半導体基体、2,12
……光ガイド層、3,11……活性層、4,1
0,13……光及びキヤリア閉じ込め層、5,1
4……SiO2膜、6,16……n型電極、7,1
5……P型電極、8……矩形状のエツチング溝、
17……メサ形状の光ガイド層、をそれぞれ示
す。
第2図は本発明の一実施例により得られた半導体
レーザの概略的断面図、第3図は従来の製造方法
を示す略線的工程図、第4図は本発明の一実施例
の製造方法を示す略線的工程図をそれぞれ示す。 図において、1,9……半導体基体、2,12
……光ガイド層、3,11……活性層、4,1
0,13……光及びキヤリア閉じ込め層、5,1
4……SiO2膜、6,16……n型電極、7,1
5……P型電極、8……矩形状のエツチング溝、
17……メサ形状の光ガイド層、をそれぞれ示
す。
Claims (1)
- 1 半導体基体上に少なくとも、該半導体基体と
同質の光及びキヤリア閉じ込め層と、該光及びキ
ヤリア閉じ込め層よりも大きな屈折率を有する活
性層と、該光及びキヤリア閉じ込め層よりも大き
な屈折率でかつ、該活性層よりも小さな屈折率を
有する光ガイド層とを順次形成する第1のエピタ
キシヤル成長工程と、前記光ガイド層の一部をス
トライプ状に残して前記光ガイド層の中途に達す
る深さまでエツチングするエツチング工程と、前
記光ガイド層の上に少なくとも該光ガイド層より
も小さな屈折率の光及びキヤリア閉じ込め層を形
成する第2のエピタキシヤル成長工程とから成る
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9404179A JPS5618484A (en) | 1979-07-24 | 1979-07-24 | Manufacture of semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9404179A JPS5618484A (en) | 1979-07-24 | 1979-07-24 | Manufacture of semiconductor laser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5618484A JPS5618484A (en) | 1981-02-21 |
JPS6154280B2 true JPS6154280B2 (ja) | 1986-11-21 |
Family
ID=14099476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9404179A Granted JPS5618484A (en) | 1979-07-24 | 1979-07-24 | Manufacture of semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5618484A (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5873176A (ja) * | 1981-10-27 | 1983-05-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ |
JPS59171896U (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-16 | トキコ株式会社 | 搬送装置 |
JP2543551B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1996-10-16 | キヤノン株式会社 | 半導体レ―ザ― |
JPH084971B2 (ja) * | 1992-07-17 | 1996-01-24 | 有限会社新城製作所 | ナットの多列給送装置 |
JP2003031906A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-31 | Sony Corp | 半導体レーザ |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5419688A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-14 | Philips Nv | Semiconductor |
JPS5451491A (en) * | 1977-09-30 | 1979-04-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
-
1979
- 1979-07-24 JP JP9404179A patent/JPS5618484A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5419688A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-14 | Philips Nv | Semiconductor |
JPS5451491A (en) * | 1977-09-30 | 1979-04-23 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5618484A (en) | 1981-02-21 |
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