JPH05315710A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその製造方法

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JPH05315710A
JPH05315710A JP4146596A JP14659692A JPH05315710A JP H05315710 A JPH05315710 A JP H05315710A JP 4146596 A JP4146596 A JP 4146596A JP 14659692 A JP14659692 A JP 14659692A JP H05315710 A JPH05315710 A JP H05315710A
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JP
Japan
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layer
substrate
semiconductor laser
quantum well
lower clad
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JP4146596A
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Inventor
Tadashi Kimura
忠 木村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程が容易な、同一基板上に異なる波長
で発振する半導体レーザが集積化された半導体レーザ装
置を得る。 【構成】 同一基板1上に相互に平行に配置された複数
のストライプ形状の下クラッド層2a,2bと、該複数
の下クラッド層のうちの一の下クラッド層2a上に配置
された量子井戸構造の活性層3aと、該複数の下クラッ
ド層のうちの他の下クラッド層2b上に配置された上記
活性層2aとは異なる厚みの量子井戸層を含む量子井戸
構造の活性層2bとを備えた構成とした。 【効果】 特殊な露光装置等を必要とせず、少ない結晶
成長工程数で製造可能な集積型多重波長半導体レーザ装
置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体材料を用いた集
積型多重波長半導体レーザ装置及びその製造方法に関
し、特に〜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、例えばM.ナカオらがインテグ
レーテッドオプティクスアンドオプティカルファイバコ
ミュニケーション(Integrated Optics and Optical Fi
ber Communication 1989,21D3-1)に示した、従来の集
積型多重波長半導体レーザの構造を示す一部切り欠き斜
視図である。図において、31は例えばp型InPから
なる基板である。p型InPバッファ層13は基板31
上に配置され、InGaAsP活性層3はバッファ層1
3上に配置され、n型InPバリア層16は活性層3上
に配置される。InGaAsP回折格子形成層17,2
7はそれぞれ第1の周期,第2の周期でバリア層16上
に配置され、第1のn型InPクラッド層18はバリア
層16上に回折格子形成層17,27を埋め込むように
配置される。これらクラッド層18,回折格子層形成1
7及び27,バリア層16,活性層3,バッファ層1
3,及び基板31の一部はそれぞれ回折格子層形成17
及び27を含むメサストライプ形状に成形されており、
基板31上にこの2本のメサストライプが相互に平行に
配置された構造となっている。また、メサストライプが
配置された領域以外の基板31上にはp型InP埋め込
み層14a,n型InP電流ブロック層15,及びp型
InP電流ブロック層14bが順次積層配置されてお
り、これらの層によりメサストライプが埋め込まれてい
る。第2のn型InPクラッド層19は第1のn型クラ
ッド層18上及びp型InP電流ブロック層14b上に
配置され、n型InGaAsP電極形成層20は第2の
n型InPクラッド層19上に配置される。素子の中央
部分には電極形成層20,第2クラッド層19,p型電
流ブロック層14b,n型電流ブロック層15,及びn
型埋め込み層14aを貫通して基板31に達するストラ
イプ状溝6が設けられており、この溝6により第1の周
期で配置された回折格子形成層17を含むレーザ領域と
第2の周期で配置された回折格子形成層27を含むレー
ザ領域とが分離されている。n側電極8は分離されたそ
れぞれのレーザ領域の電極形成層20上に設けられ、p
側電極7は基板31裏面に設けられる。
【0003】図10は図9の半導体レーザ装置の製造方
法を説明するための図であり、図において、図9と同一
符号は同一又は相当部分である。
【0004】次に、この従来例の製造工程を図10に沿
って説明する。まず、p型InP基板31上に図10
(a) に示すように、p型InPバッファ層13,InG
aAsP活性層3,n型InPバリア層16,及びIn
GaAsP回折格子形成層17,27を順次、例えば有
機金属気相成長法(MOVPE)によりエピタキシャル
成長する。この後、回折格子層形成17,27上にフォ
トレジストを塗布し、このフォトレジストを例えば異な
るピッチの回折格子パターンを含む露光マスクを用いた
一括露光,もしくは複数回の二光束干渉露光により露光
し、現像してレジストパターンを形成する。インテグレ
ーテッドオプティクスアンドオプティカルファイバコミ
ュニケーションの文献では上述の露光をシンクロトロン
オービタルラジエイション(SOR)を用いたX線リソ
グラフィを用いて行なっている。
【0005】次に、このレジストパターンをマスクとし
て回折格子形成層17,27をエッチングし、図10
(b) に示すように、基板上に並列に配置された異なる周
期の回折格子パターンを形成する。この後、図10(c)
に示すように、ウエハ全面に、回折格子パターンが形成
された回折格子形成層17,27を埋め込むようにn型
InPクラッド層18を例えばMOVPEによりエピタ
キシャル成長する。
【0006】次に、図10(d) に示すように、クラッド
層18,回折格子層形成17及び27,バリア層16,
活性層3,バッファ層13の一部をストライプ状に基板
31に達するまでエッチング除去し、それぞれ回折格子
層形成17及び27を含む相互に平行に基板上に配置さ
れたメサストライプを形成する。
【0007】この後、液相エピタキシャル成長(LP
E)法により、p型InP埋め込み層14a,n型In
P電流ブロック層15,及びp型InP電流ブロック層
14bを順次エピタキシャル成長し、これらの層により
メサストライプを埋め込み、さらに、ウエハ全面に、第
2のn型InPクラッド層19,n型InGaAsP電
極形成層20をLPE法等により順次積層形成する。最
後に適当なエッチング工程により素子分離溝6を形成
し、素子分離し、電極7,8形成をして集積型の波長多
重レーザが得られる。
【0008】次に動作について説明する。この従来の集
積型波長多重半導体レーザ装置は、動的単一モード半導
体レーザ素子、特に活性層近傍に回折格子を備えた分布
帰還型(DFB)レーザ素子を複数個同一基板上に集積
したものである。DFBレーザは、その回折格子の周期
により一義的に決定される発振波長で発振する。従っ
て、同一基板上に周期の異なる回折格子を含む複数のD
FBレーザ素子を作り込んだ本従来例装置は、複数の波
長のレーザ光を出射する多重波長レーザ装置として機能
する。なお、個々のレーザ素子は素子分離溝6により素
子分離されており、これにより独立に駆動することが可
能である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の集積型多重波長
半導体レーザ装置は以上のように構成されているので、
回折格子の製造に、干渉露光装置やSOR露光装置のよ
うな特殊な設備,施設を必要とし、また、3回のエピタ
キシャル成長工程を必要とするなど製造工程も複雑なた
め、歩留りが極めて低いという問題点があった。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、簡便な従来技術を用いて生産性
を向上させつつ、同一基板に多数の素子を同時に形成で
きる半導体レーザ装置を得ることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザ装置は、同一基板上に相互に平行に配置された複数
のストライプ形状の下クラッド層と、該複数の下クラッ
ド層のうちの一の下クラッド層上に配置された量子井戸
構造の第1の活性層と、該複数の下クラッド層のうちの
他の下クラッド層上に配置された上記活性層とは異なる
厚みの量子井戸層を含む量子井戸構造の第2の活性層と
を備えたものである。
【0012】また、この発明に係る半導体レーザ装置の
製造方法は、結晶成長の下地となる基板結晶の開口幅を
変えることによる、基板上の結晶成長速度の変化を利用
して、異なる層厚の量子井戸層を含む複数のレーザ能動
部を同時に成長形成するようにしたものである。
【0013】
【作用】この発明においては、同一基板上に相互に平行
に配置された複数のストライプ形状の下クラッド層と、
該複数の下クラッド層のうちの一の下クラッド層上に配
置された量子井戸構造の第1の活性層と、該複数の下ク
ラッド層のうちの他の下クラッド層上に配置された上記
活性層とは異なる厚みの量子井戸層を含む量子井戸構造
の第2の活性層とを備えた構成としたから、上記第1,
第2の活性層が出射するレーザ光の波長を異なるものと
でき、集積型の多重波長半導体レーザ装置を実現でき
る。
【0014】また、この発明においては、結晶成長の下
地となる基板結晶の開口幅を変えることによる、基板上
の結晶成長速度の変化を利用して、異なる層厚の量子井
戸層を含む複数のレーザ能動部を同時に成長形成するよ
うにしたから、集積型の多重波長半導体レーザ装置をき
わめて容易な工程で製造できる。
【0015】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1は本発明の一実施例による半導体レーザ装置
を示す斜視図であり、図において、1は例えばp型In
Pからなる基板である。p型InP下クラッド層2a,
及び2bは基板1上に所定間隔をおいて相互に平行に配
置され、InGaAsP量子井戸層を含む活性層3a,
及び3bはそれぞれ下クラッド層2a,及び2b上に配
置され、n型InP上クラッド層4a,及び4bはそれ
ぞれ活性層3a,及び3b上に配置される。ここで、活
性層3aに含まれる量子井戸層の層厚は活性層3bに含
まれる量子井戸層の層厚よりも厚く形成されている。ま
たn型InP埋め込み層5は、下クラッド層2a,活性
層3a,及び上クラッド層4aからなる第1のレーザ能
動部及び下クラッド層2b,活性層3b,及び上クラッ
ド層4bからなる第2のレーザ能動部を埋め込むように
基板1上に配置される。ストライプ状の素子分離用溝6
は埋め込み層5の表面から基板1に達するように設けら
れ、この溝6により第1のレーザ能動部を含むレーザ領
域と第2のレーザ能動部を含むレーザ領域とが分離され
ている。n側電極8は例えばAu/Ge/Ni等の合金
からなり、分離されたそれぞれのレーザ領域の埋め込み
層5上に設けられる。p側電極7は例えばAu/Zn等
からなり、基板1裏面に設けられる。
【0016】次に動作について説明する。図8はガリウ
ムアーセナイドアンドリレイテッドコンパウンズ 19
90(Gallium Arsenide and Related Compounds 1990
)の534頁に掲載されたIn0.53Ga0.47As量子
井戸層とInP障壁層との積層構造からなる量子井戸活
性層の量子井戸幅(各井戸層の層厚)と出射光波長との
関係を示す図である。この図からわかるように量子井戸
活性層の出射光波長は量子井戸層厚に依存性を持つ。こ
れは、井戸層の厚みを変化させると、井戸層内に形成さ
れる量子準位のエネルギレベルが変化し、これにより井
戸層のバンドギャップエネルギEgが変化するためであ
る。ここで、井戸層厚が薄くなると出射波長は短波長側
にシフトする。
【0017】本実施例の半導体レーザ装置は上述のよう
に同一基板上に相互に異なる層厚の井戸層を含む活性層
をそれぞれ有する複数のレーザ能動部を備えた構造とな
っており、上述の井戸層厚と出射光波長との関係から明
らかなように、各レーザ能動部は相互に異なる波長のレ
ーザ光を出射する。また、各レーザ能動部が分離溝6に
より相互に分離されているので、各レーザ能動部はそれ
ぞれ独立に駆動が可能である。
【0018】次に本実施例の製造工程を図2〜図6に沿
って説明する。まず、図2に示すようにp型InP基板
1の(100)表面上全面に例えばプラズマCVD法に
より絶縁膜として例えば窒化シリコン膜9を形成する。
そしてこの窒化シリコン膜9上に写真製版技術により、
図3に示すように相互に開口幅の異なる、基板の<11
0>方向に伸びるストライプ状溝をを有するマスクパタ
ーン11を形成し、このマスクパターン11をマスクと
して例えばバッファフッ酸等のエッチング液により、パ
ターン開口部の窒化シリコン絶縁膜9を除去した後、マ
スクパターン11を除去する。上述の工程により図4に
示すように絶縁膜9に異なる開口幅w1 ,w2 を有する
開口部10a,10bを形成し、該開口部に基板1表面
を露呈させる。
【0019】この窒化シリコン絶縁膜9の付いた半導体
基板1を有機金属気相成長(MOCVD)装置内に導入
し、開口部10にのみ選択的に結晶成長を行う。ここで
は、図5のようにp型InP下クラッド層2a,2b、
アンドープInP/InGaAsの多層構造からなる量
子活性層3a,3b、及びn型InP上クラッド層4
a,4bを順次成長する。
【0020】図7はエレクトロニクスレターズ,27
巻,23号(Electronics Letters, 7th November 199
1, Vol.27, No.23 )の2138頁に掲載された、In
P基板上にInGaAsを結晶成長させる際の下地基板
の露出領域の幅と該基板上への結晶成長速度との関係を
示すグラフ図である。
【0021】MOCVD成長では、 III族の有機金属化
合物が半導体表面で熱分解し、過剰に供給されているV
族原子と結合して基板上にエピタキシャル結晶が成長す
る。ここでこの成長速度は III族原子の供給量に律速さ
れる。基板表面上に絶縁マスクが存在すると III族有機
金属化合物はその上では熱分解せずマイグレーション
し、基板表面が露出した部分で半導体表面上に捉えられ
ここで熱分解する。この際、開口部の幅が狭いほど周囲
の絶縁マスクの相対面積が増加するため、相対的に III
族原子の供給量が増加する。このため、開口面積が狭い
ほど成長速度が速くなる。
【0022】本実施例では、図4に示すように、開口部
の幅w1 ,w2 が相互に異なり、w1 <w2 の関係とな
っている。このため、それぞれの開口部10a,10b
における基板上への下クラッド層,活性層,上クラッド
層の成長速度が上述の開口幅と成長速度の関係に従って
異なるものとなり、その結果、活性層中の量子井戸層の
厚みが相互に異なるものとなる。即ち、開口部10a上
に形成される活性層中の量子井戸層の厚みが開口部10
b上に形成される活性層中の量子井戸層の厚みよりも厚
くなる。
【0023】また、本実施例のように、<110>方向
に開口したパターンに覆われた基板上に結晶成長を行う
場合、成長の進行に伴って、{111}B面が出現す
る。この{111}B面は非成長面(NGP)と呼ば
れ、その表面には成長が起こらないことが知られてい
る。従って、成長が進むにつれ、結晶成長層は図5に示
すような三角形状となり、三角形の頂点まで結晶成長し
たところで成長が自己完結する。即ち、上クラッド層4
a,4bを結晶成長する際には、開口部10a上の結晶
成長が先に自己完結し、開口部10b上の結晶成長が完
結するまでは開口部10a上には更なる結晶成長は生じ
ない。
【0024】このように本実施例の成長方法によれば、
基板上に該基板の<110>方向に開口したパターンを
形成し、各開口部に露出した基板上に結晶成長を行なう
ようにしたので、従来例のように結晶成長層のメサエッ
チング等を行なうことなく、一回のエピタキシャル成長
工程でそれぞれの開口部に開口部の幅に応じたストライ
プ状のレーザ能動部を独立に形成することができる。
【0025】レーザ能動部の結晶成長工程の後、絶縁膜
9をバッファフッ酸等で除去し、再びウエハをMOCV
D結晶成長装置内に導入し、図6に示すように、ウエハ
全面にn型InPをエピタキシャル成長し、このn型I
nP層5により三角形状のレーザ能動部を埋め込む。
【0026】この後、埋込層5表面から基板1に達する
素子分離溝6を、例えばHCl系エッチング液を用いた
ウエットエッチング、もしくはCHF3 /SF6 系プラ
ズマエッチングにより形成し隣り合うレーザ素子を互い
に分離する。そして、埋込層5上に例えばAu/Ge/
Niからなるn側電極8を、基板1の裏面に例えばAu
/Znからなるp側電極を蒸着等により形成して、図1
に示す集積型多重波長半導体レーザ装置が完成する。
【0027】このように、本実施例の製造方法によれ
ば、特殊な露光装置等を必要とせず、2回のMOCVD
工程により半導体レーザ装置を構成することができ、集
積型多重波長半導体レーザ装置の製造工程を極めて容易
とできる。
【0028】なお、上記実施例では、p型基板上にp型
下クラッド層,活性層,n型上クラッド層からなるレー
ザ能動部を形成し、n型層でレーザ能動部を埋め込むも
のについて説明したが、n型基板上にn型下クラッド
層,活性層,p型上クラッド層からなるレーザ能動部を
形成し、p型層でレーザ能動部を埋め込むようにしても
よい。
【0029】また、上記実施例では、半導体材料として
InP,InGaAsを用いたものについて説明した
が、GaAs,AlGaAs等他の III−V族化合物半
導体を用いてもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
【0030】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、同一
基板上に相互に平行に配置された複数のストライプ形状
の下クラッド層と、該複数の下クラッド層のうちの一の
下クラッド層上に配置された量子井戸構造の第1の活性
層と、該複数の下クラッド層のうちの他の下クラッド層
上に配置された上記活性層とは異なる厚みの量子井戸層
を含む量子井戸構造の第2の活性層とを備えた構成とし
たから、上記第1,第2の活性層が出射するレーザ光の
波長を異なるものとでき、集積型の多重波長半導体レー
ザ装置を実現できる効果がある。
【0031】また、この発明によれば、結晶成長の下地
となる基板結晶の開口幅を変えることによる、基板上の
結晶成長速度の変化を利用して、異なる層厚の量子井戸
層を含む複数のレーザ能動部を同時に成長形成するよう
にしたから、集積型の多重波長半導体レーザ装置をきわ
めて容易な工程で製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による半導体レーザ装置を
示す斜視図である。
【図2】図1の半導体レーザの製造工程の一部を示す断
面図である。
【図3】図1の半導体レーザの製造工程の一部を示す断
面図である。
【図4】図1の半導体レーザの製造工程の一部を示す断
面図及び斜視図である。
【図5】図1の半導体レーザの製造工程の一部を示す断
面図である。
【図6】図1の半導体レーザの製造工程の一部を示す断
面図である。
【図7】下地基板の露出領域の幅と該基板上への結晶成
長速度との関係を示すグラフ図である。
【図8】量子井戸活性層の量子井戸幅と出射光波長との
関係を示すグラフ図である。
【図9】従来の集積型波長多重半導体レーザ装置を示す
一部切り欠き斜視図である。
【図10】図9の半導体レーザ装置の製造工程を示す斜
視図である。
【符号の説明】
1 p型InP基板 2a,2b p型InP下クラッド層 3a,3b InGaAs/InP量子井戸活性層 4a,4b n型InP上クラッド層 5 n型InP埋め込み層 6 素子分離用溝 7 p側電極 8 n側電極 9 絶縁膜 10 開口部 11 ストライプ状パターンマスク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年8月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0001
【補正方法】変更
【補正内容】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体材料を用いた集
積型多重波長半導体レーザ装置及びその製造方法に関
るものである。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】図、従来の集積型多重波長半導体レ
ーザの構造を示す一部切り欠き斜視図である。図におい
て、31は例えばp型InPからなる基板である。p型
InPバッファ層13は基板31上に配置され、InG
aAsP活性層3はバッファ層13上に配置され、n型
InPバリア層16は活性層3上に配置される。InG
aAsP回折格子形成層17,27はそれぞれ第1の周
期,第2の周期でバリア層16上に配置され、第1のn
型InPクラッド層18はバリア層16上に回折格子形
成層17,27を埋め込むように配置される。これらク
ラッド層18,回折格子層形成17及び27,バリア層
16,活性層3,バッファ層13,及び基板31の一部
はそれぞれ回折格子層形成17及び27を含むメサスト
ライプ形状に成形されており、基板31上にこの2本の
メサストライプが相互に平行に配置された構造となって
いる。また、メサストライプが配置された領域以外の基
板31上にはp型InP埋め込み層14a,n型InP
電流ブロック層15,及びp型InP電流ブロック層1
4bが順次積層配置されており、これらの層によりメサ
ストライプが埋め込まれている。第2のn型InPクラ
ッド層19は第1のn型クラッド層18上及びp型In
P電流ブロック層14b上に配置され、n型InGaA
sP電極形成層20は第2のn型InPクラッド層19
上に配置される。素子の中央部分には電極形成層20,
第2クラッド層19,p型電流ブロック層14b,n型
電流ブロック層15,及びn型埋め込み層14aを貫通
して基板31に達するストライプ状溝6が設けられてお
り、この溝6により第1の周期で配置された回折格子形
成層17を含むレーザ領域と第2の周期で配置された回
折格子形成層27を含むレーザ領域とが分離されてい
る。n側電極8は分離されたそれぞれのレーザ領域の電
極形成層20上に設けられ、p側電極7は基板31裏面
に設けられる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】次に、この従来例の製造工程を図10に沿
って説明する。まず、p型InP基板31上に図10
(a) に示すように、p型InPバッファ層13,InG
aAsP活性層3,n型InPバリア層16,及びIn
GaAsP回折格子形成層17,27を順次、例えば有
機金属気相成長法(MOVPE)によりエピタキシャル
成長する。この後、回折格子層形成17,27上にフォ
トレジストを塗布し、このフォトレジストを例えば異な
るピッチの回折格子パターンを含む露光マスクを用いた
一括露光,もしくは複数回の二光束干渉露光により露光
し、現像してレジストパターンを形成する。M.ナカオ
らはインテグレーテッドオプティクスアンドオプティカ
ルファイバコミュニケーション(Integrated Optics an
d OpticalFiber Communication 1989.21D3-1)で上述
の露光をシンクロトロンオービタルラジエイション(S
OR)を用いたX線リソグラフィを用いて行なってい
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に相互に平行に配置された複
    数のストライプ形状の下クラッド層と、 該複数の下クラッド層のうちの一の下クラッド層上に配
    置された量子井戸構造の活性層と、 該複数の下クラッド層のうちの他の下クラッド層上に配
    置された上記活性層とは異なる厚みの量子井戸層を含む
    量子井戸構造の活性層とを備えたことを特徴とする半導
    体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 上記複数のクラッド層上の活性層は同時
    に成長形成されたものであることを特徴とする請求項1
    記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 第1導電型の基板上に絶縁膜を堆積させ
    る工程と、 該絶縁膜に相互に開口幅の異なる相互に平行な複数のス
    トライプ状開口を形成する工程と、 上記開口部に露出した上記基板上に第1導電型の下クラ
    ッド層,量子井戸活性層,及び第2導電型上クラッド層
    を順次結晶成長して複数のレーザ能動部を形成する工程
    とを含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 上記ストライプ状開口を基板の〈11
    0〉方向に形成することを特徴とする請求項3記載の半
    導体レーザ装置の製造方法。
JP4146596A 1992-05-11 1992-05-11 半導体レーザ装置及びその製造方法 Pending JPH05315710A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067639A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法

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