JPH0274918A - 導波路付光デバイス装置の製造方法 - Google Patents
導波路付光デバイス装置の製造方法Info
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- JPH0274918A JPH0274918A JP63226510A JP22651088A JPH0274918A JP H0274918 A JPH0274918 A JP H0274918A JP 63226510 A JP63226510 A JP 63226510A JP 22651088 A JP22651088 A JP 22651088A JP H0274918 A JPH0274918 A JP H0274918A
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- Japan
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- layer
- waveguide
- optical
- modulator
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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】
(産業上の利用分野)
本発明は、光伝送システムあるいは光集積回路において
用いられる、超格子光機能デバイスと先導波路を結合さ
せた導波路付光機能デバイスに関するものである。
用いられる、超格子光機能デバイスと先導波路を結合さ
せた導波路付光機能デバイスに関するものである。
(5従来の技術)
近年、光デバイスの集積化の研究が進められCいる。そ
の中で、超格子を用いた光デ・マイスは注目を浴びてお
り、超格子光デバイスと導波路の結合は、集積化の基本
となると考えられる。一般に、光機能デバイスと導波路
を結合させる場合、導波路部分に対する要求条件として
、 ■使用波長に対して低損失であること ■デバイス部分と導波路部分とで、軸ずれが無いこと が挙げられる。
の中で、超格子を用いた光デ・マイスは注目を浴びてお
り、超格子光デバイスと導波路の結合は、集積化の基本
となると考えられる。一般に、光機能デバイスと導波路
を結合させる場合、導波路部分に対する要求条件として
、 ■使用波長に対して低損失であること ■デバイス部分と導波路部分とで、軸ずれが無いこと が挙げられる。
従来、光デバイスと導波路を結合させる方法としては、
上記の条件を満たすために、導波路層として使用波長に
対して透明な結晶を再成長させる方法がある。その中の
一つとして、バット・ジヨイント構造を取り上げ、Ga
As−AlGaAs系多重量子井戸(MQW)変調器と
人力導波路の集積構造について説明すと。超格子を利用
した変調器は、電界を超格子に印加した時に、吸収端か
長波長側にシフトし、吸収係数が変化すること(量子閉
じ込めシュタルク効果−〇(:SE効果)を利用して光
のオン/オフの変調を行なっている。使用波長は、超格
子吸収端より数nm長波長であるた゛め光が透過するオ
ン状態においても、10〜20cm−’の吸収が存在す
る。このため、導波路部分に変調器と同じ構造のものを
用いると、損失が大ぎくなる。これを解決するために従
来、導波路部分は使用波長に対して透明な結晶を再成長
させて作製している。
上記の条件を満たすために、導波路層として使用波長に
対して透明な結晶を再成長させる方法がある。その中の
一つとして、バット・ジヨイント構造を取り上げ、Ga
As−AlGaAs系多重量子井戸(MQW)変調器と
人力導波路の集積構造について説明すと。超格子を利用
した変調器は、電界を超格子に印加した時に、吸収端か
長波長側にシフトし、吸収係数が変化すること(量子閉
じ込めシュタルク効果−〇(:SE効果)を利用して光
のオン/オフの変調を行なっている。使用波長は、超格
子吸収端より数nm長波長であるた゛め光が透過するオ
ン状態においても、10〜20cm−’の吸収が存在す
る。このため、導波路部分に変調器と同じ構造のものを
用いると、損失が大ぎくなる。これを解決するために従
来、導波路部分は使用波長に対して透明な結晶を再成長
させて作製している。
第6図を参照して従来の集積構造について説明する。
集積構造は、以下のような順序で作製される。
まず最初に、n−GaAs基板1上にn−AlGaAs
クラッド層2、i−超格子層3、p−AlGaAsクラ
ッド層4、p−GaAsキャップ層5を順次成長する(
第6図(A))。次に変調器部分を残して導波路を再成
長する部分をエツチングしてn−Ga八へ基板の上まで
すべて除去する(第6図(B))。さらに、導波路部分
、すなわちn−クラッド層2.導波路層6およびp−ク
ラッド層4を再成長する。その際、導波路層6は、変調
器の超格子に比べて吸収端波長が短い結晶を成長し、透
明な導波路層を形成する(第6図(C))。
クラッド層2、i−超格子層3、p−AlGaAsクラ
ッド層4、p−GaAsキャップ層5を順次成長する(
第6図(A))。次に変調器部分を残して導波路を再成
長する部分をエツチングしてn−Ga八へ基板の上まで
すべて除去する(第6図(B))。さらに、導波路部分
、すなわちn−クラッド層2.導波路層6およびp−ク
ラッド層4を再成長する。その際、導波路層6は、変調
器の超格子に比べて吸収端波長が短い結晶を成長し、透
明な導波路層を形成する(第6図(C))。
(発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記集積構造によれば、導波路部作製時
のエツチングによって結合界面が空気中に露出してしま
うため、導波路を再成長したときに、界面部分に非発光
中心や、光散乱の原因となる欠陥が生じ、デバイスと導
波路の結合効率が劣化するという問題点があった。また
、この結合を行なうには、エツチングが1回、成長が2
回必要であるため、作製方法が煩雑になるという問題点
があった。
のエツチングによって結合界面が空気中に露出してしま
うため、導波路を再成長したときに、界面部分に非発光
中心や、光散乱の原因となる欠陥が生じ、デバイスと導
波路の結合効率が劣化するという問題点があった。また
、この結合を行なうには、エツチングが1回、成長が2
回必要であるため、作製方法が煩雑になるという問題点
があった。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、再成長工程を経る
事なく先導波路部の吸収損失を低減し、かつ光デバイス
部と光導波路部との接続界面の質の向上を図ることので
きる先導波路付光機能デバイスを提供することにある。
事なく先導波路部の吸収損失を低減し、かつ光デバイス
部と光導波路部との接続界面の質の向上を図ることので
きる先導波路付光機能デバイスを提供することにある。
(課題を解決するための手段)
このような目的を達成するために、本発明は異種の半導
体を交互に積層させた超格子の所定部分にSiO2を堆
積させ、熱処理によって部分の超格子を混晶化した導波
路部分と、超格子からなる光デバイス部分とを具えたこ
とを特徴とする。
体を交互に積層させた超格子の所定部分にSiO2を堆
積させ、熱処理によって部分の超格子を混晶化した導波
路部分と、超格子からなる光デバイス部分とを具えたこ
とを特徴とする。
本発明によれば、まず、超格子を有する光機能デバイス
の構造を持つ結晶を成長し、その後、先導波路部の超格
子を混晶化する事により、エツチング、再成長工程を経
ることなく、集積構造を作製することが可能である。ま
た、光機能デバイス部と、光導波路部の界面は、エツチ
ング等で空気中にさらされることがないため、界面にお
いて、非発光中心や、光の散乱の原因となる欠陥が少な
い。従って、光デバイス部と先導波路部の結合効率は、
上昇する。
の構造を持つ結晶を成長し、その後、先導波路部の超格
子を混晶化する事により、エツチング、再成長工程を経
ることなく、集積構造を作製することが可能である。ま
た、光機能デバイス部と、光導波路部の界面は、エツチ
ング等で空気中にさらされることがないため、界面にお
いて、非発光中心や、光の散乱の原因となる欠陥が少な
い。従って、光デバイス部と先導波路部の結合効率は、
上昇する。
(実施例)
第1図は、本発明による導波路付光デバイス装置の第1
の実施例を示す斜視図で、変調器と導波路を集積した例
である。第1図において、1はGaAsからなる基板、
9は基板1上に積層されたn−GaAsからなるバッフ
ァ層、2はバッファ層9上に積層されたn−^lGaA
sからなるクラッド層、3はクラッド層2上に積層され
た超格子でGaAs(80A) AIAS(80A)を
交互に100周期積層させた構造からなっている。その
吸収端λgは、8200人であり、変調器部となる。1
0は超格子を後述する方法で混晶化させた部分で、その
吸収端λ、a l I oyは、7500人であり、光
導波路部を形成する。4は超格子層3、混晶化超格子層
10上に積層されたp−AlGa八Sかへなるクラッド
層、5はクラッド層4上に積層されたp−GaAsから
なるキャップ層、11はキャップ層5上に蒸着したCr
Auからなる7X極である。
の実施例を示す斜視図で、変調器と導波路を集積した例
である。第1図において、1はGaAsからなる基板、
9は基板1上に積層されたn−GaAsからなるバッフ
ァ層、2はバッファ層9上に積層されたn−^lGaA
sからなるクラッド層、3はクラッド層2上に積層され
た超格子でGaAs(80A) AIAS(80A)を
交互に100周期積層させた構造からなっている。その
吸収端λgは、8200人であり、変調器部となる。1
0は超格子を後述する方法で混晶化させた部分で、その
吸収端λ、a l I oyは、7500人であり、光
導波路部を形成する。4は超格子層3、混晶化超格子層
10上に積層されたp−AlGa八Sかへなるクラッド
層、5はクラッド層4上に積層されたp−GaAsから
なるキャップ層、11はキャップ層5上に蒸着したCr
Auからなる7X極である。
また、この導波路付光変調器の構造パラメータは、例え
ば、変調器の長さ100μm、先導波路幅5μm、超格
子層厚1,6μmである。
ば、変調器の長さ100μm、先導波路幅5μm、超格
子層厚1,6μmである。
次に上記構成による導波路付光変調器の作製方法につい
て説明する。
て説明する。
まず、分子線エピタキシー(MBE)あるいは有機金属
気相成長法(MOCVD)等の原子層レベルでの膜厚制
御が可能な結晶成長法を用いて、基板1上に厚さ0.5
μmのn−バッファ層9、厚さ2μmのn−AIGaA
Sクラッド層2、変調器となる厚さ1.6μmの超格子
層3、厚さ1μmのp−へlGaAsクラッド層4、厚
さ0.2 μmのp−GaAsキャップ層5を順次エピ
タキシャル成長させる。次に、プラズマCVD法あるい
はECRプラズマ蒸着装置により、p−GaAsキャッ
プ層5の全面に厚さ0.2 μmのSiO2膜11を形
成する。さらに、変調器となる部分の上部にあるS i
O、、膜を除去して窓を開け、このウェハのSiO2
でコートされたp−GaAsキャップ層7側とGaAs
ウェハとを重ねた状態で、水素τ囲気中で昇温速度30
℃/sec、熱処理温度950℃、熱処理時間30se
cの条件で熱処理する。この熱処理によって5i(h膜
11の下部、すなわち先導波路部分の超格子は混晶化さ
れ、混晶化超格子層IOが形成される。
気相成長法(MOCVD)等の原子層レベルでの膜厚制
御が可能な結晶成長法を用いて、基板1上に厚さ0.5
μmのn−バッファ層9、厚さ2μmのn−AIGaA
Sクラッド層2、変調器となる厚さ1.6μmの超格子
層3、厚さ1μmのp−へlGaAsクラッド層4、厚
さ0.2 μmのp−GaAsキャップ層5を順次エピ
タキシャル成長させる。次に、プラズマCVD法あるい
はECRプラズマ蒸着装置により、p−GaAsキャッ
プ層5の全面に厚さ0.2 μmのSiO2膜11を形
成する。さらに、変調器となる部分の上部にあるS i
O、、膜を除去して窓を開け、このウェハのSiO2
でコートされたp−GaAsキャップ層7側とGaAs
ウェハとを重ねた状態で、水素τ囲気中で昇温速度30
℃/sec、熱処理温度950℃、熱処理時間30se
cの条件で熱処理する。この熱処理によって5i(h膜
11の下部、すなわち先導波路部分の超格子は混晶化さ
れ、混晶化超格子層IOが形成される。
続いて、変調器部分、導波路部分が線状の凸状態(リブ
型導波路)になるように、平滑性に優れた反応性イオン
エツチング法により加工する。最後に、混晶化されなか
った超格子層3の上部のp−GaAsキャップ層5側に
CrAu電極12、n−GaAs基板1側にAuGe旧
電極(図示せず)を蒸着により形成することで作製が完
了する。
型導波路)になるように、平滑性に優れた反応性イオン
エツチング法により加工する。最後に、混晶化されなか
った超格子層3の上部のp−GaAsキャップ層5側に
CrAu電極12、n−GaAs基板1側にAuGe旧
電極(図示せず)を蒸着により形成することで作製が完
了する。
第2図は、上記方法により形成した本実施例の先導波路
部と変調器部の吸収スペクトルを示す図で、横軸が光の
波長、縦軸が相対吸収係数を示している。第2図によれ
ば、変調器部分の吸収端λgは、8200人で、熱処理
後も熱処理前の吸収端位置(8250人)とほとんど変
わらず、超格子の特徴である励起子の吸収ピークも観測
され、超格子の特徴を維持している。先導波路部分に相
当する混晶化された超格子の吸収端λga目0yは75
00人であり、λgに対して700人短波長側ヘシフト
している。このことより、変調器の使用波長(λg近傍
)においては、先導波路部分は透明であることかわかる
。
部と変調器部の吸収スペクトルを示す図で、横軸が光の
波長、縦軸が相対吸収係数を示している。第2図によれ
ば、変調器部分の吸収端λgは、8200人で、熱処理
後も熱処理前の吸収端位置(8250人)とほとんど変
わらず、超格子の特徴である励起子の吸収ピークも観測
され、超格子の特徴を維持している。先導波路部分に相
当する混晶化された超格子の吸収端λga目0yは75
00人であり、λgに対して700人短波長側ヘシフト
している。このことより、変調器の使用波長(λg近傍
)においては、先導波路部分は透明であることかわかる
。
次に、本実施例の動作について説明する。第3図は動作
概念図である。第3図に示すように、変調器部分に変調
電気信号を乗せた逆バイアスを印加し、変調器部分の吸
収端を変化させることにより、使用波長に対する透過率
を変化させる。これにより、導波路を通過してきた光を
オン/オフし、光の変調を行う。第4図は導波路付変調
器の光出力を示す図であり、実線Aが本実施例の光出力
を示しており、点線Bは従来の装置の光出力を示してい
る。第4図に示すように、従来のものでは、変調器への
入射前および入射後の光が、導波路部分で損失を受はオ
ン状態における光出力が減少してしまうのに対して、本
実施例では、変調器への入射前および入射後の光が導波
路部分を通過する際、導波路部分で受ける損失が小さい
ため、出力がほとんど減少しない。本実施例により、オ
ン/オフ比は1桁以上向上する。
概念図である。第3図に示すように、変調器部分に変調
電気信号を乗せた逆バイアスを印加し、変調器部分の吸
収端を変化させることにより、使用波長に対する透過率
を変化させる。これにより、導波路を通過してきた光を
オン/オフし、光の変調を行う。第4図は導波路付変調
器の光出力を示す図であり、実線Aが本実施例の光出力
を示しており、点線Bは従来の装置の光出力を示してい
る。第4図に示すように、従来のものでは、変調器への
入射前および入射後の光が、導波路部分で損失を受はオ
ン状態における光出力が減少してしまうのに対して、本
実施例では、変調器への入射前および入射後の光が導波
路部分を通過する際、導波路部分で受ける損失が小さい
ため、出力がほとんど減少しない。本実施例により、オ
ン/オフ比は1桁以上向上する。
また、この超格子の量子閉じこめシュタルク効果(QC
5E効果)を利用した変調器は、動作速度を遅くすると
、オン/オフスイッチとしても機能するため、本実施例
はスイッチ+導波路としても利用可能である。
5E効果)を利用した変調器は、動作速度を遅くすると
、オン/オフスイッチとしても機能するため、本実施例
はスイッチ+導波路としても利用可能である。
また、本構造をスイッチとして用いた場合、逆バイアス
ではなく、順バイアスをかけて用いることも可能である
。超格子吸収端波長の光を入射した場合、電流を流さな
いときは、スイッチ部(超格子部分)は光を吸収して、
オフとなり、電流を流すとスイッチ部はゲインを生し、
入射光が増幅され、゛オン状態となる。以上により、ス
イッチ動作が行なわれる。
ではなく、順バイアスをかけて用いることも可能である
。超格子吸収端波長の光を入射した場合、電流を流さな
いときは、スイッチ部(超格子部分)は光を吸収して、
オフとなり、電流を流すとスイッチ部はゲインを生し、
入射光が増幅され、゛オン状態となる。以上により、ス
イッチ動作が行なわれる。
第5図は、本発明による導波路型光デバイス装置の第2
の実施例を示す斜視図で、ディテクタと導波路を集積し
た例である。実施例1とほぼ同一構造であるが、導波路
部7がディテクタ部13の片側だけについている。ディ
テクタ部13に逆バイアスを印加しておき、導波路を光
が通過して、ディテクタ部分に到達すると、光電流が流
れ、電気信号として外部に取り出すことができる。この
際、光は、ディテクタ部分と、導波路部分の結合部分で
ほとんど損失を受けない。
の実施例を示す斜視図で、ディテクタと導波路を集積し
た例である。実施例1とほぼ同一構造であるが、導波路
部7がディテクタ部13の片側だけについている。ディ
テクタ部13に逆バイアスを印加しておき、導波路を光
が通過して、ディテクタ部分に到達すると、光電流が流
れ、電気信号として外部に取り出すことができる。この
際、光は、ディテクタ部分と、導波路部分の結合部分で
ほとんど損失を受けない。
以上説明した実施例では、GaAs−AlGaAs系材
料を用いた場合について述べたが、本発明がInGaA
sP−InP、 InGa八5−へnAIAs等の材料
にも適用可能なことは言うまでもない。また、電界印加
の手段として実施例に示したp−n接合の他、ショット
キー接合またはMIS構造も適用可能である。
料を用いた場合について述べたが、本発明がInGaA
sP−InP、 InGa八5−へnAIAs等の材料
にも適用可能なことは言うまでもない。また、電界印加
の手段として実施例に示したp−n接合の他、ショット
キー接合またはMIS構造も適用可能である。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、異種の
半導体を交互に積層させた超格子を用いた光機能デバイ
スと光導波路を結合させた導波路型光デバイス装置にお
いて、超格子の一部を、SiO2を堆積した後、アニー
ルすることにより混晶化させ、超格子吸収端波長の光に
対して、低損失な先導波路を、再成長する事なく、光機
能デバイス部と効率よく結合させて形成できる利点があ
る。
半導体を交互に積層させた超格子を用いた光機能デバイ
スと光導波路を結合させた導波路型光デバイス装置にお
いて、超格子の一部を、SiO2を堆積した後、アニー
ルすることにより混晶化させ、超格子吸収端波長の光に
対して、低損失な先導波路を、再成長する事なく、光機
能デバイス部と効率よく結合させて形成できる利点があ
る。
第1図は導波路型光デバイス装置の第1の実施例である
導波路付変調器の斜視図、 第2図は混晶化した超格子の吸収スペクトルを示す図、 第3図は、導波路付変調器の動作を示す図、第4図は、
導波路付変調器の光出力を示す図、第5図は、導波路型
光デバイス装置の第2の実施例である導波路付ディテク
タの斜視図、第6図は、従来の超格子変調器と導波路の
結合を示す図である。 1 ・・−n−GaAs基板、 2− n−AlGaAsクラッド層、 3・・・i−超格子層、 4・・・p−AlGaAsクラッド層、5−−−p−G
aAsキャップ層、 6・・・導波路層、 7・・・変調器部分、 8・・・導波路部分、 9・・・n−Ga八へバッファ層、 lO・・・i−混晶化超格子層(導波路部)、11・・
・SiO2@、 12・・・p−電極層、 13・・・ディテクタ部。 特許出願人 日本電信電話株式会社
導波路付変調器の斜視図、 第2図は混晶化した超格子の吸収スペクトルを示す図、 第3図は、導波路付変調器の動作を示す図、第4図は、
導波路付変調器の光出力を示す図、第5図は、導波路型
光デバイス装置の第2の実施例である導波路付ディテク
タの斜視図、第6図は、従来の超格子変調器と導波路の
結合を示す図である。 1 ・・−n−GaAs基板、 2− n−AlGaAsクラッド層、 3・・・i−超格子層、 4・・・p−AlGaAsクラッド層、5−−−p−G
aAsキャップ層、 6・・・導波路層、 7・・・変調器部分、 8・・・導波路部分、 9・・・n−Ga八へバッファ層、 lO・・・i−混晶化超格子層(導波路部)、11・・
・SiO2@、 12・・・p−電極層、 13・・・ディテクタ部。 特許出願人 日本電信電話株式会社
Claims (1)
- 1)異種の半導体を交互に積層させた超格子の所定部分
にSiO_2を堆積させ、熱処理によって該部分の超格
子を混晶化した導波路部分と、前記超格子からなる光デ
バイス部分とを具えたことを特徴とする導波路付光デバ
イス装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226510A JP2633921B2 (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 導波路付光デバイス装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226510A JP2633921B2 (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 導波路付光デバイス装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274918A true JPH0274918A (ja) | 1990-03-14 |
| JP2633921B2 JP2633921B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=16846255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63226510A Expired - Fee Related JP2633921B2 (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 導波路付光デバイス装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633921B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0672932A1 (en) * | 1994-02-18 | 1995-09-20 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical modulator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS616876A (ja) * | 1984-06-21 | 1986-01-13 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS621292A (ja) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光電子素子 |
-
1988
- 1988-09-12 JP JP63226510A patent/JP2633921B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS616876A (ja) * | 1984-06-21 | 1986-01-13 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS621292A (ja) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光電子素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0672932A1 (en) * | 1994-02-18 | 1995-09-20 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical modulator |
| US5742423A (en) * | 1994-02-18 | 1998-04-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical modulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2633921B2 (ja) | 1997-07-23 |
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