JPH0697579A - 半導体レーザアレイ - Google Patents
半導体レーザアレイInfo
- Publication number
- JPH0697579A JPH0697579A JP24529892A JP24529892A JPH0697579A JP H0697579 A JPH0697579 A JP H0697579A JP 24529892 A JP24529892 A JP 24529892A JP 24529892 A JP24529892 A JP 24529892A JP H0697579 A JPH0697579 A JP H0697579A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- microcavity
- layer
- substrate
- channel
- 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.)
- Pending
Links
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
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
- H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体基板上に集積化されたマイクロキャビ
ティレーザを任意に駆動することができ、機能の柔軟性
と集積化が容易な半導体レーザアレイを提供すること。 【構成】 半導体基板上にマイクロキャビティレーザを
集積化した半導体レーザアレイにおいて、半導体基板1
0内に2次元電子ガスのチャネル13を形成すると共
に、電子エミッタ17及び方向制御電極18を形成し、
2次元電子ガスのチャネル13を介して各マイクロキャ
ビティレーザ20への電流注入,共通アース及びスイッ
チング制御などを行うことを特徴とする。
ティレーザを任意に駆動することができ、機能の柔軟性
と集積化が容易な半導体レーザアレイを提供すること。 【構成】 半導体基板上にマイクロキャビティレーザを
集積化した半導体レーザアレイにおいて、半導体基板1
0内に2次元電子ガスのチャネル13を形成すると共
に、電子エミッタ17及び方向制御電極18を形成し、
2次元電子ガスのチャネル13を介して各マイクロキャ
ビティレーザ20への電流注入,共通アース及びスイッ
チング制御などを行うことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光インターコ
ネクション,光情報処理等に利用される半導体レーザに
係わり、特に集積化に適した低しきい値のマイクロキャ
ビティレーザを用いた半導体レーザアレイに関する。
ネクション,光情報処理等に利用される半導体レーザに
係わり、特に集積化に適した低しきい値のマイクロキャ
ビティレーザを用いた半導体レーザアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロキャビティレーザは、活性層か
らの自然放出光を効率的に発振共振器モードに結合させ
ることにより、原理的にはしきい値のないレーザを実現
するものであり、一般に活性層を分布反射膜(DBR)
で挟んで構成される。従来、このようなレーザを集積化
する場合、図5に示すように、半導体基板上に複数のマ
イクロキャビティレーザを設置し、その上下に共通電極
を設けて各素子への給電を行っている。
らの自然放出光を効率的に発振共振器モードに結合させ
ることにより、原理的にはしきい値のないレーザを実現
するものであり、一般に活性層を分布反射膜(DBR)
で挟んで構成される。従来、このようなレーザを集積化
する場合、図5に示すように、半導体基板上に複数のマ
イクロキャビティレーザを設置し、その上下に共通電極
を設けて各素子への給電を行っている。
【0003】なお、図中50はn−GaAs基板、51
はn−AlAsとn−AlGaAsを交互に積層したD
BR反射鏡、52はGaAsからなる単一量子井戸活性
層、53はp−AlAsとp−AlGaAsを交互に積
層したDBR反射鏡、54はイオン注入による高抵抗
層、55はZn拡散によるp−GaAs層、56は基板
下面に被着されたAu−Ge電極、57は基板上面に被
着されて光出力窓を有するAu−Cr電極を示してい
る。
はn−AlAsとn−AlGaAsを交互に積層したD
BR反射鏡、52はGaAsからなる単一量子井戸活性
層、53はp−AlAsとp−AlGaAsを交互に積
層したDBR反射鏡、54はイオン注入による高抵抗
層、55はZn拡散によるp−GaAs層、56は基板
下面に被着されたAu−Ge電極、57は基板上面に被
着されて光出力窓を有するAu−Cr電極を示してい
る。
【0004】しかしながら、この種の装置にあっては次
のような問題があった。即ち、半導体基板上に2次元配
列されている各レーザに対して、通常の金属配線で給電
するため、全てのレーザを同時に駆動することはできる
が、特定レーザを選択的に発振させることは困難であ
り、機能の発展性が少ない。また、電極の一方を各レー
ザ毎に分離することにより選択的駆動は可能であるが、
この場合は基板表面上に多数の電極の取出し配線が必要
となり、さらに外部回路と接続するための多数のボンデ
ィングパッドも必要となる。そして、集積化するマイク
ロキャビティレーザの数が増えてこれらの間隔が短くな
るに伴い、上記の配線やボンディングパッドを形成する
のは実質的に困難となる。
のような問題があった。即ち、半導体基板上に2次元配
列されている各レーザに対して、通常の金属配線で給電
するため、全てのレーザを同時に駆動することはできる
が、特定レーザを選択的に発振させることは困難であ
り、機能の発展性が少ない。また、電極の一方を各レー
ザ毎に分離することにより選択的駆動は可能であるが、
この場合は基板表面上に多数の電極の取出し配線が必要
となり、さらに外部回路と接続するための多数のボンデ
ィングパッドも必要となる。そして、集積化するマイク
ロキャビティレーザの数が増えてこれらの間隔が短くな
るに伴い、上記の配線やボンディングパッドを形成する
のは実質的に困難となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、マイ
クロキャビティレーザを集積化した半導体レーザアレイ
においては、半導体基板上に2次元配列されている各レ
ーザに対して、特定レーザを選択的に駆動するのは困難
であり、機能の発展性が少ないという問題があった。
クロキャビティレーザを集積化した半導体レーザアレイ
においては、半導体基板上に2次元配列されている各レ
ーザに対して、特定レーザを選択的に駆動するのは困難
であり、機能の発展性が少ないという問題があった。
【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、基板上に集積化された
マイクロキャビティレーザを選択的に駆動することがで
き、機能の柔軟性と集積化が容易な半導体レーザアレイ
を提供することにある。
ので、その目的とするところは、基板上に集積化された
マイクロキャビティレーザを選択的に駆動することがで
き、機能の柔軟性と集積化が容易な半導体レーザアレイ
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、2次元
電子ガスのチャネルを用いてマイクロキャビティレーザ
を駆動することにある。即ち本発明は、半導体基板上に
マイクロキャビティレーザを集積化した半導体レーザア
レイにおいて、半導体基板内に2次元電子ガスのチャネ
ルを形成し、この2次元電子ガスのチャネルを介して各
マイクロキャビティレーザへの電流注入を行うことを特
徴とする。
電子ガスのチャネルを用いてマイクロキャビティレーザ
を駆動することにある。即ち本発明は、半導体基板上に
マイクロキャビティレーザを集積化した半導体レーザア
レイにおいて、半導体基板内に2次元電子ガスのチャネ
ルを形成し、この2次元電子ガスのチャネルを介して各
マイクロキャビティレーザへの電流注入を行うことを特
徴とする。
【0008】
【作用】本発明によれば、2次元電子ガス(2DEG)
のチャネルを内蔵する半導体基板上にマイクロキャビテ
ィレーザを形成することにより、以下のような作用が生
じる。 (1) 各マイクロキャビティレーザのアース電極を2DE
Gチャネルにオーミック接続することにより、各アース
を半導体基板内部に形成できる。そしてこの場合は、マ
イクロキャビティレーザの同時駆動が可能となる。 (2) 2DEGチャネルに入力端子(ソース),制御端子
(ゲート)及び出力端子(ドレイン)を設けることによ
り、各マイクロキャビティレーザへの注入電流のオン・
オフ制御が可能となる。そしてこの場合は、マイクロキ
ャビティレーザの選択的駆動が可能となる。 (3) 2DEGチャネルを配線空間としてフレシキブルな
量子配線(電子の波動性/粒子性を制御して電子の伝搬
方向を制御する)により、マイクロキャビティレーザの
選択的励起が可能になる。
のチャネルを内蔵する半導体基板上にマイクロキャビテ
ィレーザを形成することにより、以下のような作用が生
じる。 (1) 各マイクロキャビティレーザのアース電極を2DE
Gチャネルにオーミック接続することにより、各アース
を半導体基板内部に形成できる。そしてこの場合は、マ
イクロキャビティレーザの同時駆動が可能となる。 (2) 2DEGチャネルに入力端子(ソース),制御端子
(ゲート)及び出力端子(ドレイン)を設けることによ
り、各マイクロキャビティレーザへの注入電流のオン・
オフ制御が可能となる。そしてこの場合は、マイクロキ
ャビティレーザの選択的駆動が可能となる。 (3) 2DEGチャネルを配線空間としてフレシキブルな
量子配線(電子の波動性/粒子性を制御して電子の伝搬
方向を制御する)により、マイクロキャビティレーザの
選択的励起が可能になる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の第1の実施例に係わる半導体レ
ーザアレイの概略構成を説明するためのもので、(a)
は斜視断面図、(b)は平面図である。図中10はGa
As基板であり、この基板10上にアンドープGaAs
層11,n−AlGaAs層12が形成されている。そ
して、GaAs層11とAlGaAs層12で挟まれた
領域に2DEGチャネル13が形成されるものとなって
いる。
する。図1は、本発明の第1の実施例に係わる半導体レ
ーザアレイの概略構成を説明するためのもので、(a)
は斜視断面図、(b)は平面図である。図中10はGa
As基板であり、この基板10上にアンドープGaAs
層11,n−AlGaAs層12が形成されている。そ
して、GaAs層11とAlGaAs層12で挟まれた
領域に2DEGチャネル13が形成されるものとなって
いる。
【0010】AlGaAs層12上には、複数のマイク
ロキャビティレーザ20が形成されている。マイクロキ
ャビティレーザ20は、GaAs活性層21をn型クラ
ッド層22,p型クラッド層23で挟み、さらにこのダ
ブルヘテロ構造部をn型の分布ブラッグ反射膜(DBR
反射鏡)24とp型のDBR反射鏡25で挟んだもので
あり、基板10に対して垂直に立つ円柱状に形成されて
いる。
ロキャビティレーザ20が形成されている。マイクロキ
ャビティレーザ20は、GaAs活性層21をn型クラ
ッド層22,p型クラッド層23で挟み、さらにこのダ
ブルヘテロ構造部をn型の分布ブラッグ反射膜(DBR
反射鏡)24とp型のDBR反射鏡25で挟んだもので
あり、基板10に対して垂直に立つ円柱状に形成されて
いる。
【0011】各々のマイクロキャビティレーザ20間に
は、誘電体層15が埋込み形成されている。そして、こ
れらの上に金属電極16が形成され、電極16の一部に
はマイクロキャビティレーザ20からの光を取出すため
の光取出し窓16aが形成されている。また、基板10
上の一部には、電子を放出する電子エミッタ17及び放
出された電子の方向を制御する方向制御電極18が形成
されている。なお、n−AlGaAs層12のマイクロ
キャビティレーザ20と接する領域は、不純物拡散等に
よりn+ 層となっている。
は、誘電体層15が埋込み形成されている。そして、こ
れらの上に金属電極16が形成され、電極16の一部に
はマイクロキャビティレーザ20からの光を取出すため
の光取出し窓16aが形成されている。また、基板10
上の一部には、電子を放出する電子エミッタ17及び放
出された電子の方向を制御する方向制御電極18が形成
されている。なお、n−AlGaAs層12のマイクロ
キャビティレーザ20と接する領域は、不純物拡散等に
よりn+ 層となっている。
【0012】マイクロキャビティレーザ20の円柱及び
電子エミッタ17の位置関係は図1(b)に示す通りで
あり、電子エミッタ17には方向制御電極18が側面配
置されている。そして、電子エミッタ17から放出され
る電子の軌道を方向制御電極18により制御し、図中破
線に示すようにマイクロキャビティレーザ20のいずれ
かを選択的に駆動するものとなっている。
電子エミッタ17の位置関係は図1(b)に示す通りで
あり、電子エミッタ17には方向制御電極18が側面配
置されている。そして、電子エミッタ17から放出され
る電子の軌道を方向制御電極18により制御し、図中破
線に示すようにマイクロキャビティレーザ20のいずれ
かを選択的に駆動するものとなっている。
【0013】上記の構造を作成するには、まずGaAs
基板10上に、分子ビームエピタキシー法(MBE)や
有機金属気相成長法(MOCVD)により、アンドープ
GaAs層11とn−AlGaAs層12を成長して2
DEGチャネル13を形成する。この上に、n型DBR
反射鏡24(AlAs/AlGaAs),n型クラッド
層22(バリア層),活性層21(GaAs単一量子井
戸:SQW),p型クラッド層23(バリア層)及びp
型DBR反射鏡25((AlAs/AlGaAs)を順
次成長形成する。
基板10上に、分子ビームエピタキシー法(MBE)や
有機金属気相成長法(MOCVD)により、アンドープ
GaAs層11とn−AlGaAs層12を成長して2
DEGチャネル13を形成する。この上に、n型DBR
反射鏡24(AlAs/AlGaAs),n型クラッド
層22(バリア層),活性層21(GaAs単一量子井
戸:SQW),p型クラッド層23(バリア層)及びp
型DBR反射鏡25((AlAs/AlGaAs)を順
次成長形成する。
【0014】次いで、円形パターンのマスクを用いて上
記各層25,23,21,22,24をパターニング
し、マイクロキャビティのアレイ構造を形成する。さら
に、マイクロキャビティの間にSiO2 等の誘電体層1
5を埋込み表面を平坦化する。そして、表面に金属電極
16を形成し、この電極16のマイクロキャビティレー
ザ20上の部分に光取出し用の窓16aを形成すること
により、図1に示す構造が得られる。
記各層25,23,21,22,24をパターニング
し、マイクロキャビティのアレイ構造を形成する。さら
に、マイクロキャビティの間にSiO2 等の誘電体層1
5を埋込み表面を平坦化する。そして、表面に金属電極
16を形成し、この電極16のマイクロキャビティレー
ザ20上の部分に光取出し用の窓16aを形成すること
により、図1に示す構造が得られる。
【0015】このように本実施例によれば、GaAs基
板10上に2DEGチャネル13を形成すると共に、電
子エミッタ17及び方向制御電極18を形成し、その上
に複数のマイクロキャビティレーザ20を集積化してい
るので、電子エミッタ17から電子を放出し方向制御電
極18により電子の方向を制御することにより、基板1
0上に集積された複数のマイクロキャビティレーザ20
を選択的に発振させることができる。そしてこの場合、
レーザ毎に独立した電極を設ける必要もないので、集積
化に際しても有効である。また、方向制御電極18に印
加する電圧を変えるのみで、駆動するレーザを順次切り
替えることができる利点がある。
板10上に2DEGチャネル13を形成すると共に、電
子エミッタ17及び方向制御電極18を形成し、その上
に複数のマイクロキャビティレーザ20を集積化してい
るので、電子エミッタ17から電子を放出し方向制御電
極18により電子の方向を制御することにより、基板1
0上に集積された複数のマイクロキャビティレーザ20
を選択的に発振させることができる。そしてこの場合、
レーザ毎に独立した電極を設ける必要もないので、集積
化に際しても有効である。また、方向制御電極18に印
加する電圧を変えるのみで、駆動するレーザを順次切り
替えることができる利点がある。
【0016】図2は、本発明の第2の実施例の要部構成
を説明するためのもので、(a)は平面図、(b)は断
面図である。この実施例は、基板表面又はn−AlGa
As層12上に制御電極19を形成したものである。こ
の場合、制御電極19に負バイアスを印加することによ
り、2DEGチャネル13に空乏層13aが形成され、
この空乏層13aが電子反射鏡となる。そして、この電
子反射鏡を利用して電子エミッタ17から放出される電
子の軌道を変えることができる。このため、制御電極1
9のバイアスのオン・オフにより、図中に示すように駆
動するマイクロキャビティレーザ20を切り替えること
も可能となる。また、電子エミッタ17からマイクロキ
ャビティレーザ20までの経路を各種選択することがで
き、これにより電子エミッタ17の配置の自由度が増す
利点がある。
を説明するためのもので、(a)は平面図、(b)は断
面図である。この実施例は、基板表面又はn−AlGa
As層12上に制御電極19を形成したものである。こ
の場合、制御電極19に負バイアスを印加することによ
り、2DEGチャネル13に空乏層13aが形成され、
この空乏層13aが電子反射鏡となる。そして、この電
子反射鏡を利用して電子エミッタ17から放出される電
子の軌道を変えることができる。このため、制御電極1
9のバイアスのオン・オフにより、図中に示すように駆
動するマイクロキャビティレーザ20を切り替えること
も可能となる。また、電子エミッタ17からマイクロキ
ャビティレーザ20までの経路を各種選択することがで
き、これにより電子エミッタ17の配置の自由度が増す
利点がある。
【0017】図3は、本発明の第3の実施例の要部構成
を示す断面図である。この実施例では、図1の構成に加
え、基板10とGaAs層11との間にn+ 型のGaA
s層31を形成している。また、n−AlGaAs層1
2の下にアンドープのAlGaAs層32を形成してい
る。
を示す断面図である。この実施例では、図1の構成に加
え、基板10とGaAs層11との間にn+ 型のGaA
s層31を形成している。また、n−AlGaAs層1
2の下にアンドープのAlGaAs層32を形成してい
る。
【0018】このような構成であれば、電子エミッタ1
7による選択的な励起時は、図4(a)のバンド図に示
すように、電子エミッタ17からの電子が2DEGチャ
ネル13を通ってマイクロキャビティレーザ20に供給
される。従って、第1の実施例と同様な効果が得られ
る。さらに、n+ −GaAs層31を設け、これに負バ
イアスを強く印加することにより、図4(b)のバンド
図に示すように、2DEGチャネル13の全体が低抵抗
化する。この場合は、全てのマイクロキャビティレーザ
20を同時に駆動することができる。
7による選択的な励起時は、図4(a)のバンド図に示
すように、電子エミッタ17からの電子が2DEGチャ
ネル13を通ってマイクロキャビティレーザ20に供給
される。従って、第1の実施例と同様な効果が得られ
る。さらに、n+ −GaAs層31を設け、これに負バ
イアスを強く印加することにより、図4(b)のバンド
図に示すように、2DEGチャネル13の全体が低抵抗
化する。この場合は、全てのマイクロキャビティレーザ
20を同時に駆動することができる。
【0019】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。基板上に設置するマイクロキャビテ
ィレーザの数や配置関係は図1に何等限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。また、2D
EGチャネルを利用して共通アースにしたり、各々のマ
イクロキャビティレーザにHEMTなどのトランジスタ
を形成して、マイクロキャビティレーザのスイッチング
制御を行うことも可能である。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
れるものではない。基板上に設置するマイクロキャビテ
ィレーザの数や配置関係は図1に何等限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。また、2D
EGチャネルを利用して共通アースにしたり、各々のマ
イクロキャビティレーザにHEMTなどのトランジスタ
を形成して、マイクロキャビティレーザのスイッチング
制御を行うことも可能である。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、マ
イクロキャビティレーザを集積化するための半導体基板
内に2次元電子ガスのチャネルを形成することにより、
半導体基板上に2次元配列されているマイクロキャビテ
ィレーザに対して、特定レーザの選択的発振,光強度変
調などが容易で機能の発展性がある半導体レーザアレイ
を実現することが可能となる。
イクロキャビティレーザを集積化するための半導体基板
内に2次元電子ガスのチャネルを形成することにより、
半導体基板上に2次元配列されているマイクロキャビテ
ィレーザに対して、特定レーザの選択的発振,光強度変
調などが容易で機能の発展性がある半導体レーザアレイ
を実現することが可能となる。
【図1】第1の実施例に係る半導体レーザアレイの概略
構成を示す斜視図及び平面図。
構成を示す斜視図及び平面図。
【図2】第2の実施例の要部構成を示す平面図及び断面
図。
図。
【図3】第3の実施例の要部構成を示す断面図。
【図4】第3の実施例の作用を説明するための模式図。
【図5】従来の半導体レーザアレイの概略構成を斜視
図。
図。
10…GaAs基板、 11…GaAs層、 12…n−AlGaAs層、 13…2DEGチャネル、 15…誘電体層、 16…金属電極、 16a…光取出し窓、 17…電子エミッタ、 18…方向制御電極、 20…マイクロキャビティレーザ、 21…SQW活性層、 22,23…クラッド層、 24,25…DBR反射鏡。
Claims (1)
- 【請求項1】2次元電子ガスのチャネルを有する半導体
基板と、この基板上に形成された複数のマイクロキャビ
ティレーザとを具備してなり、前記2次元電子ガスのチ
ャネルを介して各マイクロキャビティレーザへの電流注
入を行うことを特徴とする半導体レーザアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24529892A JPH0697579A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24529892A JPH0697579A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697579A true JPH0697579A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17131595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24529892A Pending JPH0697579A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 半導体レーザアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697579A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1075014A (ja) * | 1996-07-17 | 1998-03-17 | Motorola Inc | 不動態化垂直空洞面発光レーザ |
| KR20200071557A (ko) * | 2018-12-11 | 2020-06-19 | 한국전력공사 | 스마트 바이패스 장치 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24529892A patent/JPH0697579A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1075014A (ja) * | 1996-07-17 | 1998-03-17 | Motorola Inc | 不動態化垂直空洞面発光レーザ |
| KR20200071557A (ko) * | 2018-12-11 | 2020-06-19 | 한국전력공사 | 스마트 바이패스 장치 |
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