JPH0632334B2 - 半導体レ−ザ− - Google Patents
半導体レ−ザ−Info
- Publication number
- JPH0632334B2 JPH0632334B2 JP59197318A JP19731884A JPH0632334B2 JP H0632334 B2 JPH0632334 B2 JP H0632334B2 JP 59197318 A JP59197318 A JP 59197318A JP 19731884 A JP19731884 A JP 19731884A JP H0632334 B2 JPH0632334 B2 JP H0632334B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- lattice constant
- semiconductor laser
- active layer
- gaas substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザー、特にAlGaInP系半導体レ
ーザーに係る。
ーザーに係る。
第3図はダブルヘテロ接合型の従来の半導体レーザーの
一例の略線的断面図を示す。これは単結晶基板(1)上に
第1のクラッド層(2)、活性層(3)、第2のクラッド層
(4)、キャップ層(5)が順次エピタキシャル成長によって
形成されて成る。(6)はキャップ層(5)上に形成された絶
縁層で、これに形成されたストライプ状の窓(5a)を通
じてキャップ層(5)に一方の電極(7)がオーミックに被着
される。(8)は他方の電極を示す。
一例の略線的断面図を示す。これは単結晶基板(1)上に
第1のクラッド層(2)、活性層(3)、第2のクラッド層
(4)、キャップ層(5)が順次エピタキシャル成長によって
形成されて成る。(6)はキャップ層(5)上に形成された絶
縁層で、これに形成されたストライプ状の窓(5a)を通
じてキャップ層(5)に一方の電極(7)がオーミックに被着
される。(8)は他方の電極を示す。
このダブルヘテロ接合型半導体レーザーにおいては、活
性層(3)を挟んでその両面にこの活性層(3)に比してエネ
ルギーバンドギャップ(禁止帯福)の大きい第1及び第
2のクラッド層(2)及び(4)が配されて、活性層(3)と第
1及び第2のクラッド層(2)及び(4)との間に第1及び第
2のヘテロ接合JH1及びJH2が形成されてこれらヘテロ
接合JH1及びJH2によって活性層(3)に光及びキャリア
の閉じ込めがなされる。
性層(3)を挟んでその両面にこの活性層(3)に比してエネ
ルギーバンドギャップ(禁止帯福)の大きい第1及び第
2のクラッド層(2)及び(4)が配されて、活性層(3)と第
1及び第2のクラッド層(2)及び(4)との間に第1及び第
2のヘテロ接合JH1及びJH2が形成されてこれらヘテロ
接合JH1及びJH2によって活性層(3)に光及びキャリア
の閉じ込めがなされる。
この種の半導体レーザーの構成材料は、III−V族化合
物半導体が広く用いられるが、特にその基板(1)の構成
材料としては、各種半導体装置に汎用されているGaAs基
板が用いられることが望まれる。この場合、各半導体層
(2)〜(5)は、このGaAs基板上にエピタキシャル成長する
ことができるように、GaAs基板の格子定数と同等ないし
は近似する格子定数を有する材料によって構成する。
物半導体が広く用いられるが、特にその基板(1)の構成
材料としては、各種半導体装置に汎用されているGaAs基
板が用いられることが望まれる。この場合、各半導体層
(2)〜(5)は、このGaAs基板上にエピタキシャル成長する
ことができるように、GaAs基板の格子定数と同等ないし
は近似する格子定数を有する材料によって構成する。
近時、光学式ビデオディスク、或いは光磁気記録等にお
いて、その記録ないしは再生に半導体レーザーが広く用
いられるに至っているが、高密度記録化に伴って短波長
発光の半導体レーザーの要求が高まっている。
いて、その記録ないしは再生に半導体レーザーが広く用
いられるに至っているが、高密度記録化に伴って短波長
発光の半導体レーザーの要求が高まっている。
GaAs基板上に作製したAlGaInPの4元系短波長帯半導
体レーザーは、活性層をGaInPとするとき650 nm程度の
波長の発振が期待される。しかしながら、更にその発振
光を短波長化するには、活性層のバンドギャップを大に
することが必要である。第4図は、InP-GaP-AlPの混晶
体(AlxGa1-x)yIn1-yPにおける各成分InP,GaP及
びAlPの3元図上におけるエネルギーバンドギャップEg
の各値を実線で示したもので同図中破線aは、これよ
り左側で直接遷移を、右側で間接遷移となる境界組成を
示す。したがって短波長帯レーザーを構成するには、こ
の3元図において、破線aより左側で、しかも、できる
だけエネルギーバンドギャップEg が大きい値が示す
組成、つまり破線aに近い組成に選ぶことが望まれる。
第4図において鎖線bは、GaAsの格子定数5.6535Å(30
0K)に一致する格子定数となる組成位置を示すものであ
る。したがってバンドギャップEg を上げるには、図
から明らかなように鎖線b上でAlの添加量を増せば良
いことになる。しかしながらこのように活性層にAlを
含ませることは、このAlが酸素との反応生が強いため
に、高品質の層が得難く、電気的、光学的特性が劣化す
るという欠点があり、加えて、クラッド層(2)及び(4)に
おいては、活性層(3)に比し、より大きなバンドギャッ
プに選ばれる必要があることから、更にAlの添加量を
増加させることが必要となって、Al添加量の増加は急
激な特性劣化を来す。
体レーザーは、活性層をGaInPとするとき650 nm程度の
波長の発振が期待される。しかしながら、更にその発振
光を短波長化するには、活性層のバンドギャップを大に
することが必要である。第4図は、InP-GaP-AlPの混晶
体(AlxGa1-x)yIn1-yPにおける各成分InP,GaP及
びAlPの3元図上におけるエネルギーバンドギャップEg
の各値を実線で示したもので同図中破線aは、これよ
り左側で直接遷移を、右側で間接遷移となる境界組成を
示す。したがって短波長帯レーザーを構成するには、こ
の3元図において、破線aより左側で、しかも、できる
だけエネルギーバンドギャップEg が大きい値が示す
組成、つまり破線aに近い組成に選ぶことが望まれる。
第4図において鎖線bは、GaAsの格子定数5.6535Å(30
0K)に一致する格子定数となる組成位置を示すものであ
る。したがってバンドギャップEg を上げるには、図
から明らかなように鎖線b上でAlの添加量を増せば良
いことになる。しかしながらこのように活性層にAlを
含ませることは、このAlが酸素との反応生が強いため
に、高品質の層が得難く、電気的、光学的特性が劣化す
るという欠点があり、加えて、クラッド層(2)及び(4)に
おいては、活性層(3)に比し、より大きなバンドギャッ
プに選ばれる必要があることから、更にAlの添加量を
増加させることが必要となって、Al添加量の増加は急
激な特性劣化を来す。
一方、第4図から明らかなように、大きなバンドギャッ
プを得るには、Gaの添加量を増せば良いが、この場合
は、GaAs基体上にエピタキシャル成長するに当たっての
結晶性に問題が生じてくる。すなわち、GaAs基板をもち
いる場合において、Ga添加によって破線aの右側に且つ
これに近い大きなエネルギーバンドギャップの得られる
組成を選定すると、その格子定数が、GaAsのそれに比し
て小さくなり格子定数の不一致を来し、これがため結晶
性の低下、従って特性の低下を招来することになる。
プを得るには、Gaの添加量を増せば良いが、この場合
は、GaAs基体上にエピタキシャル成長するに当たっての
結晶性に問題が生じてくる。すなわち、GaAs基板をもち
いる場合において、Ga添加によって破線aの右側に且つ
これに近い大きなエネルギーバンドギャップの得られる
組成を選定すると、その格子定数が、GaAsのそれに比し
て小さくなり格子定数の不一致を来し、これがため結晶
性の低下、従って特性の低下を招来することになる。
本発明は、GaAs基板を用い、しかも上述した諸欠点を解
消することのできる短波長発光の半導体レーザーを提供
するものである。
消することのできる短波長発光の半導体レーザーを提供
するものである。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、GaAs基板を用い、これの上に、AlGaInP系
化合物半導体層によるダブルヘテロ接合型の短波長帯半
導体レーザーを構成するものであるが、本発明において
は、GaAs基板上に、超格子による格子定数遷移層を介し
て第1のクラッド層と、活性層と、第2のクラッド層の
各エピタキシャル成長層を形成するものであり、活性層
及び第1及び第2のクラッド層は、(AlxGa1-x)yI
n1-yPより成り、この組成において、活性層におけるx
の値は0x<1に選定し、第1及び第2のクラッド層
におけるxの値は上述した活性層のxの値より大に選定
するものである。
化合物半導体層によるダブルヘテロ接合型の短波長帯半
導体レーザーを構成するものであるが、本発明において
は、GaAs基板上に、超格子による格子定数遷移層を介し
て第1のクラッド層と、活性層と、第2のクラッド層の
各エピタキシャル成長層を形成するものであり、活性層
及び第1及び第2のクラッド層は、(AlxGa1-x)yI
n1-yPより成り、この組成において、活性層におけるx
の値は0x<1に選定し、第1及び第2のクラッド層
におけるxの値は上述した活性層のxの値より大に選定
するものである。
上述したように、本発明においてはGaAs基板上に、超格
子による格子定数遷移層を設けたことによって第1及び
第2のクラッド層及び活性層の格子定数とGaAs基板の格
子定数との多少の不一致を許容してすぐれた結晶性を有
するエピタキシャル層として形成することができるもの
であり、これによって活性層(3)としては第4図で説明
したAlGaInP系においてAlの添加を減少ないしは回
避しGaの添加によって、エネルギーバンドギャップEg
の増大化をはかり、これによって短波長発光、例えば58
0 nm程度の短波長発光をも可能にするものである。そし
て、このように活性層におけるAlの添加を皆無ないし
は小にとどめ得たことによって、また第1及び第2のク
ラッド層に関してもAlの添加を小にとどめ得たことに
よって安定した光学的、電気的特性を有する半導体レー
ザーを構成することができるものである。
子による格子定数遷移層を設けたことによって第1及び
第2のクラッド層及び活性層の格子定数とGaAs基板の格
子定数との多少の不一致を許容してすぐれた結晶性を有
するエピタキシャル層として形成することができるもの
であり、これによって活性層(3)としては第4図で説明
したAlGaInP系においてAlの添加を減少ないしは回
避しGaの添加によって、エネルギーバンドギャップEg
の増大化をはかり、これによって短波長発光、例えば58
0 nm程度の短波長発光をも可能にするものである。そし
て、このように活性層におけるAlの添加を皆無ないし
は小にとどめ得たことによって、また第1及び第2のク
ラッド層に関してもAlの添加を小にとどめ得たことに
よって安定した光学的、電気的特性を有する半導体レー
ザーを構成することができるものである。
第1図を参照して本発明による半導体レーザーの一例を
説明する。例えばn型のGaAs単結晶基板(11)を設け、
これの上に超格子による格子定数遷移層(12)を形成
し、続いてこれの上に、基板(1)と同導電型の(Ga0.7A
l0.3)0.65In0.35Pより成る第1のクラッド層(13)
と、n型若しくはp型のGa0.65 In0.35Pより成る活性
層(14)とp型の(Ga0.7 Al0.3)0.65In0.35Pより成る
第2のクラッド層(15)と、p型の高不純物濃度のGa
0.65In0.35Pより成るキャップ層(16)とを、順次MOCVD
(Metal Organic Chemical Vapour Deposition)、或
いはMBE(Molecular Beam Epitaxy)によって連続的
にエピタキシャル成長させる。キャップ層(16)にはオ
ーミックに一方の電極(17)を被着し、基板(11)に他
方の電極(18)をオーミックに被着する。図示の例では
キャップ層(16)の表面に絶縁層(19)が被着されてい
て、これに穿設されたストライプ状の電極窓(19a)を通
じてキャップ層(16)に電極(17)オーミックに被着さ
せた場合である。
説明する。例えばn型のGaAs単結晶基板(11)を設け、
これの上に超格子による格子定数遷移層(12)を形成
し、続いてこれの上に、基板(1)と同導電型の(Ga0.7A
l0.3)0.65In0.35Pより成る第1のクラッド層(13)
と、n型若しくはp型のGa0.65 In0.35Pより成る活性
層(14)とp型の(Ga0.7 Al0.3)0.65In0.35Pより成る
第2のクラッド層(15)と、p型の高不純物濃度のGa
0.65In0.35Pより成るキャップ層(16)とを、順次MOCVD
(Metal Organic Chemical Vapour Deposition)、或
いはMBE(Molecular Beam Epitaxy)によって連続的
にエピタキシャル成長させる。キャップ層(16)にはオ
ーミックに一方の電極(17)を被着し、基板(11)に他
方の電極(18)をオーミックに被着する。図示の例では
キャップ層(16)の表面に絶縁層(19)が被着されてい
て、これに穿設されたストライプ状の電極窓(19a)を通
じてキャップ層(16)に電極(17)オーミックに被着さ
せた場合である。
GaAs基板(11)上に形成する格子定数遷移層(12)は、歪
超格子構造とされる。例えば第2図Aに示すように、格
子定数を異にする2種の化合物半導体レーザー材料例え
ば基板に格子整合するGax In1-xPとこれに比し格子定数
の小さいGay In1-yP(y>x)とを夫々単原子層若しく
は、数原子層ないしは多原子層をもって繰返し、積層し
て形成して歪超格子構成とする。或いは同図Bに示すよ
うに、例えば同図Aにおける格子定数の大きい材料層に
関して例えば、ガリウムGaの添加量を漸次増加して格子
定数を下げていきつつ同様に超格子構成とする。あるい
は同図Cに示すように格子定数が相対的に異なる2種の
材料層を繰返し積層すると同時に各層に関し夫々例えば
Gaの添加量を変えた超格子構造とする。更に或いは同図
Dに示すように格子定数が相対的に異なる2種の材料層
に関し一方の格子定数が大なる材料に関しては、漸次、
よりその格子定数が大となるようにたとえばGa量を増
し、他方の格子定数が小なる材料層に関しては、漸次、
よりその格子定数が小となるように例えばInを添加した
超格子構造とする。更にまたは同図E、及びFに示すよ
うに、GaAs基板(1)上に漸次格子定数を小とするよう
に、例えばGaAsにPの添加量を増加させて半導体層を成
長させ、これの上に一部の厚さtに関して例えば第2図
A〜Dで説明した超格子構造部(12a)を形成すること
もできる。また、或る場合は、同図Fに示すように、格
子定数遷移層(14)において格子定数に関しては、漸次
これを変化させるも、その全厚さ或いは上層の一部にエ
ネルギーバンドギャップEg が相違する材料層の繰返え
し積層による超格子構造部(12a)を形成することもで
きる。
超格子構造とされる。例えば第2図Aに示すように、格
子定数を異にする2種の化合物半導体レーザー材料例え
ば基板に格子整合するGax In1-xPとこれに比し格子定数
の小さいGay In1-yP(y>x)とを夫々単原子層若しく
は、数原子層ないしは多原子層をもって繰返し、積層し
て形成して歪超格子構成とする。或いは同図Bに示すよ
うに、例えば同図Aにおける格子定数の大きい材料層に
関して例えば、ガリウムGaの添加量を漸次増加して格子
定数を下げていきつつ同様に超格子構成とする。あるい
は同図Cに示すように格子定数が相対的に異なる2種の
材料層を繰返し積層すると同時に各層に関し夫々例えば
Gaの添加量を変えた超格子構造とする。更に或いは同図
Dに示すように格子定数が相対的に異なる2種の材料層
に関し一方の格子定数が大なる材料に関しては、漸次、
よりその格子定数が大となるようにたとえばGa量を増
し、他方の格子定数が小なる材料層に関しては、漸次、
よりその格子定数が小となるように例えばInを添加した
超格子構造とする。更にまたは同図E、及びFに示すよ
うに、GaAs基板(1)上に漸次格子定数を小とするよう
に、例えばGaAsにPの添加量を増加させて半導体層を成
長させ、これの上に一部の厚さtに関して例えば第2図
A〜Dで説明した超格子構造部(12a)を形成すること
もできる。また、或る場合は、同図Fに示すように、格
子定数遷移層(14)において格子定数に関しては、漸次
これを変化させるも、その全厚さ或いは上層の一部にエ
ネルギーバンドギャップEg が相違する材料層の繰返え
し積層による超格子構造部(12a)を形成することもで
きる。
尚、このような超格子構造はMOCVD法、MBE法におい
てその供給材料の切り換えによって確実容易に各単原子
層、数原子層ないしは多原子層を積層して形成すること
ができるものである。
てその供給材料の切り換えによって確実容易に各単原子
層、数原子層ないしは多原子層を積層して形成すること
ができるものである。
尚、図示の例ではいわゆる電極ストライプ型ダブルテヘ
ロ接合型半導体レーザーに本発明を適用した場合である
が、このように例に限られるものではなく、例えばギャ
ップ層(16)及び第2のクラッド層(15)に中央部をス
トライプ状にして両側に例えばプロトンの打ち込みによ
る高抵抗層或いは、PN接合による電流制限領域を設け
た利得ガイド型の半導体レーザーに適用するとか、或い
は屈曲率ガイド型構成をとるなど種々のダブルヘテロ接
合型の半導体レーザーに適用できるものであり、また、
その各層の導電型も図示とは逆導電型とすることもでき
るなど種々の構成をとり得るものである。
ロ接合型半導体レーザーに本発明を適用した場合である
が、このように例に限られるものではなく、例えばギャ
ップ層(16)及び第2のクラッド層(15)に中央部をス
トライプ状にして両側に例えばプロトンの打ち込みによ
る高抵抗層或いは、PN接合による電流制限領域を設け
た利得ガイド型の半導体レーザーに適用するとか、或い
は屈曲率ガイド型構成をとるなど種々のダブルヘテロ接
合型の半導体レーザーに適用できるものであり、また、
その各層の導電型も図示とは逆導電型とすることもでき
るなど種々の構成をとり得るものである。
上述したように本発明によれば汎用のGaAs基板を用いる
ようにしたので、廉価に製造でき、しかもこのGaAs基板
(11)上に、超格子構造による格子定数遷移層(12)を介
して第1のクラッド層(13)−活性層(14)−第2のク
ラッド層(15)‥‥をエピタキシャル成長させるように
したのでこれら層(13)〜(15)の格子定数がGaAs基板
(11)のそれと不一致であっても、良好にエピタキシャ
ル層を形成できるので、これによって各層(13)〜(1
5)の組成の選定の自由度が大となり、Al添加量の増
加をみることなく、エネルギーバンドギャップEg の大
きい、したがって短波長発光が得られ、光学的、電気的
に安定した特性の半導体レーザーを得ることができる。
ようにしたので、廉価に製造でき、しかもこのGaAs基板
(11)上に、超格子構造による格子定数遷移層(12)を介
して第1のクラッド層(13)−活性層(14)−第2のク
ラッド層(15)‥‥をエピタキシャル成長させるように
したのでこれら層(13)〜(15)の格子定数がGaAs基板
(11)のそれと不一致であっても、良好にエピタキシャ
ル層を形成できるので、これによって各層(13)〜(1
5)の組成の選定の自由度が大となり、Al添加量の増
加をみることなく、エネルギーバンドギャップEg の大
きい、したがって短波長発光が得られ、光学的、電気的
に安定した特性の半導体レーザーを得ることができる。
第1図は本発明による半導体レーザーの一例の略線的拡
大断面図、第2図A〜Fはその格子定数遷移層の説明
図、第3図は従来の半導体レーザーの略線的拡大断面
図、第4図は本発明の説明に供するAlGaInP 系の組成
とエネルギーバンドギャップとの関係を示す図である。 (11)……GaAs基板、(12)……格子定数遷移層、(13)……
第1のクラッド層、(14)……活性層、(15)……第2のク
ラッド層、(16)……キャップ層。
大断面図、第2図A〜Fはその格子定数遷移層の説明
図、第3図は従来の半導体レーザーの略線的拡大断面
図、第4図は本発明の説明に供するAlGaInP 系の組成
とエネルギーバンドギャップとの関係を示す図である。 (11)……GaAs基板、(12)……格子定数遷移層、(13)……
第1のクラッド層、(14)……活性層、(15)……第2のク
ラッド層、(16)……キャップ層。
Claims (1)
- 【請求項1】GaAs基板上に、少なくとも超格子による格
子定数遷移層を介して、第1のクラッド層と、活性層
と、第2のクラッド層の各エピタキシャル成長層を形成
し、上記活性層及び上記第1及び第2のクラッド層は、
(AlxGa1-x)yIn1-yPより成り、上記活性層の上記
xの値は0x<1に選定され、上記第1及び第2のク
ラッド層におけるxの値は上記活性層のxの値より大に
選定された半導体レーザー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59197318A JPH0632334B2 (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 半導体レ−ザ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59197318A JPH0632334B2 (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 半導体レ−ザ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6174385A JPS6174385A (ja) | 1986-04-16 |
| JPH0632334B2 true JPH0632334B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=16372459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59197318A Expired - Lifetime JPH0632334B2 (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 半導体レ−ザ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0632334B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0669113B2 (ja) * | 1986-04-23 | 1994-08-31 | 株式会社日立製作所 | 半導体レ−ザ装置 |
| JP2674043B2 (ja) * | 1987-12-11 | 1997-11-05 | ソニー株式会社 | エピタキシャル成長法 |
| JPH069282B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1994-02-02 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5726490A (en) * | 1980-07-23 | 1982-02-12 | Nec Corp | Visible semiconductor laser |
| JPS584994A (ja) * | 1981-07-01 | 1983-01-12 | Sanyo Electric Co Ltd | パルス発振レ−ザ |
-
1984
- 1984-09-20 JP JP59197318A patent/JPH0632334B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6174385A (ja) | 1986-04-16 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |