JPH10335741A - 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ素子及びその製造方法

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JPH10335741A
JPH10335741A JP15780597A JP15780597A JPH10335741A JP H10335741 A JPH10335741 A JP H10335741A JP 15780597 A JP15780597 A JP 15780597A JP 15780597 A JP15780597 A JP 15780597A JP H10335741 A JPH10335741 A JP H10335741A
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JP
Japan
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semiconductor laser
light emitting
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laser device
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JP15780597A
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Koichi Nitori
耕一 似鳥
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体レ−ザ素子の発光領域に結晶欠陥や転位
を発生させることなく、量産性の高い、アセンブリが可
能な半導体レ−ザ素子を提供する。 【解決手段】 少なくとも、半導体基板2の一面に、第
1クラッド層3、活性層4、第2クラッド層5、電流狭
窄層6、コンタクト層7を順次積層し、かつ他面にnオ
−ミック電極11を形成した半導体レ−ザ素子1であっ
て、この半導体レ−ザ素子1において、前記コンタクト
層7より、少なくとも、第1クラッド層3を分離するよ
う形成された分離部8によって、発光領域Bと電気接続
領域Cとに分離され、かつ前記発光領域にはレ−ザ出射
部Aを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アッセンブリを行
う際の信頼性を向上させるための有効な構造の半導体レ
−ザ素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レ−ザ素子は、光ピックアップや
レ−ザプリンタ等の民生機器用の光源として広く用いら
れ、高い信頼性が求められている。この半導体レ−ザ素
子をアッセンブリする際には、信頼性を低下させる原因
となる結晶欠陥や転位を半導体レ−ザ素子に、特に活性
層に発生させないようにすることが重要である。このた
めの半導体レ−ザ素子の構造やアッセンブリ方法につい
ては、様々な形態のものが考えられている。
【0003】図9は、従来の半導体レ−ザ素子の断面図
である。半導体レ−ザ素子100は、n−GaAs基板
101上に、n−GaAlAsクラッド層102、ノン
ド−プGaAs活性層103、p−GaAlAsクラッ
ド層104を順次積層し、このp−GaAlAsクラッ
ド層104上には、pオ−ミック電極105を形成す
る。なお、積層方向と反対側のn−GaAs基板101
には、nオ−ミック電極106を形成した構造である。
【0004】この半導体レ−ザ素子100のサブマウン
ト基板108へのアッセンブリは以下のようにして行
う。図10は、半導体レ−ザ素子100の第1のアッセ
ンブリ方法を示す断面図であり、図9の構成と同一構成
部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
まず、nオ−ミック電極106側をサブマウント基板1
08と対向配置させて、ろう材107を介してサブマウ
ント基板108に半導体レ−ザ素子100を接着する。
pオ−ミック電極105上には、Auワイヤ109の一
端を超音波ワイヤボンデングし、他端を図示しない外部
装置に超音波ワイヤボンデングし、電気的接続を行う構
成としている。超音波ワイヤボンデングはpオ−ミック
電極105上にAuワイヤ109を接触させた後、Au
ワイヤ109を圧着すると同時に超音波振動させながら
行うので、pオ−ミック電極105上のAuワイヤ10
9の先端は、押しつぶされ、横に広がった形状となる。
一般的にワイヤボンデング方法として、超音波ワイヤボ
ンデングは、半導体レ−ザ素子100に圧着し、超音波
振動を発生するだけで、容易にワイヤボンデングでき、
量産効果が期待できることから、広く、一般的に行われ
ている。
【0005】しかしながら、このような半導体レ−ザ素
子100への超音波ワイヤボンデングでは、ノンド−プ
GaAs活性層103はpオ−ミック電極105から数
十μm以内の位置に形成されているので、超音波ワイヤ
ボンデングの際の荷重や衝撃が直接的に、ノンド−プG
aAs活性層103に加わり、結晶欠陥や転位を発生さ
せる原因となってしまう。このため、半導体レ−ザ素子
100はしきい値電流の増加や熱劣化を生じ、信頼性が
著しく損なわれる。そこで、半導体レ−ザ素子100の
上下を逆にし、超音波ワイヤボンデングの際の荷重や衝
撃を緩和するアッセンブリ方法が考案された。
【0006】図11は、半導体レ−ザ素子100の第2
のアッセンブリ方法を示す断面図であり、図9、図10
の構成と同一構成部分には同一の符号を付し、その詳細
な説明を省略する。図11は、図10において、半導体
レ−ザ素子100の上下を逆にし、pオ−ミック電極1
05側を下方にであるサブマント基板108側に向け
て、このサブマウント基板108にろう材107を介し
て半導体レ−ザ素子100を接着したものである。この
場合には、nオ−ミック電極106側に超音波ワイヤボ
ンデングすることになるため、ノンド−プGaAs活性
層103とワイヤボンデング位置との距離が遠くなるの
で、超音波ワイヤボンデングの際のノンド−プGaAs
活性層103への衝撃は緩和される。しかしながら、半
導体レ−ザ素子100は、pオ−ミック電極105とろ
う材107及びサブマウント基板108との間の合金化
反応によりサブマウント基板108に接着されるが、p
オ−ミック電極105、ろう材107及びサブマウント
基板108との間の熱膨張係数の違いにより、pオ−ミ
ック電極105に熱歪みや応力が生じ、その影響がノン
ド−プGaAs活性層103にも及び、ノンド−プGa
As活性層103に結晶欠陥や転位を発生させる原因と
なってしまう。このように、nオ−ミック電極106側
に超音波ワイヤボンデングするようにしてみても、第1
のアッセンブリ方法と同様に、半導体レ−ザ素子100
は、しきい値電流の増加や熱劣化を生じることになり信
頼性が損なわれる。そこで、更に、超音波ワイヤボンデ
ングの衝撃を緩和し、かつ、pオ−ミック電極105、
ろう材107及びサブマウント基板108との合金化反
応の影響を和らげるために、図10と同様にして、半導
体レ−ザ素子100をサブマウント基板108に載置
し、pオ−ミック電極105上にワイヤボンデングの際
の衝撃が加わらないように超音波を用いないで行うソフ
トボンデングするアッセンブリ方法が考案された。
【0007】図12は半導体レ−ザ素子100の第3の
アッセンブリ方法を示す断面図であり、図9乃至図11
の構成と同一構成部分には同一の符号を付し、説明を省
略する。図12は、図10において、Auワイヤ109
をpオ−ミック電極105上にワイヤボンデングする代
わりに、pオ−ミック電極105上の所定の位置にはん
だ材110を載せ、Auワイヤ109をはんだ材110
に接触させた後、はんだ材110を加熱融着し、その
後、硬化させてワイヤボンデングしたものである。この
ようにした場合は、ワイヤボンデングがソフトボンデン
グになるので、ノンド−プGaAs活性層103への衝
撃が緩和される。また、nオ−ミック電極106側を下
方にした状態で半導体レ−ザ素子100をサブマウント
基板108に接着し、ノンド−プGaAs活性層103
とサブマウント基板108との距離を遠くしているの
で、ろう材107との合金化の際に及ぼされる熱歪みや
応力の影響がノンド−プGaAs活性層103へ伝搬し
にくくなる。このため、熱歪みや応力等によるノンド−
プGaAs活性層103に発生する結晶欠陥や転位の発
生がなく、信頼性の高い半導体レ−ザ素子100が得ら
れる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レ−ザ素子100の寸法は数百μm程度と非常に微小な
大きさであり、はんだ材110が広がり易いため、この
半導体レ−ザ素子100のpオ−ミック電極105上の
所定の位置にはんだ材110を精度良く形成することは
難しく、このため精度の良いソフトボンデングができな
かった。また、Auワイヤ109をはんだ材110に接
触させた後、加熱融着し、その後、硬化させる工程が必
要なため生産性を低下させていた。そこで、本発明は、
上記のような問題点を解消するためになされたもので、
半導体レ−ザ素子の発光領域に結晶欠陥や転位を発生さ
せることなく、量産性の高いアッセンブリを行うことが
可能な構造の半導体レ−ザ素子を提供することを目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明になる半導体レ−
ザ素子は、第1の発明として、少なくとも、半導体基板
の一面に、第1クラッド層、活性層、第2クラッド層、
電流狭窄層、コンタクト層を順次積層し、かつ他面にn
オ−ミック電極を形成した半導体レ−ザ素子であって、
この半導体レ−ザ素子は、前記コンタクト層より少なく
とも第1クラッド層を分離するよう形成された分離部に
よって、発光領域と電気接続領域とに分離され、かつ前
記発光領域にはレ−ザ出射部を設けたことを特徴とす
る。
【0010】第2の発明として、請求項1記載の半導体
レ−ザ素子において、前記分離部は、少なくとも、前記
第1クラッド層の途中までエッチングして形成された溝
であることを特徴とする。
【0011】本発明になる半導体レ−ザ素子の製造方法
は、半導体基板上に、レ−ザ光を出射する発光領域と、
この発光領域に電気的に接続する電気接続領域とを分離
形成する第1の工程と、前記発光領域と前記電気接続領
域とを電気的に接続するための金属層を、前記発光領域
上、前記電気接続領域上、前記発光領域と前記電気接続
領域との間の前記半導体基板上に、一体形成する第2の
工程とを備えたことを特徴とする。
【0012】本発明の半導体レ−ザ素子及びその製造方
法によれば、以下の作用がある。前記レ−ザ光出射部を
設けた前記発光領域とこの発光領域と電気的接続を行う
ための前記電気接続領域が分離部によって分離され、前
記電気接続領域へのワイボンデングの際の前記発光領域
への物理的衝撃が緩和されるので、前記レ−ザ光出射部
への結晶欠陥や転位の発生が大幅に減少し、信頼性の高
い半導体レ−ザ素子が得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明による半導体レ−ザ素子の
一実施例について図を参照しながら以下に説明する。図
1は、本発明の半導体レ−ザ素子1の断面図である。図
2は、本発明の半導体レ−ザ素子1のアッセンブリ方法
を示す断面図である。
【0014】本発明の半導体レ−ザ素子1は、以下に示
す構造である。n−GaAs基板2上に厚さ0.8μm
のn−GaAlAsクラッド層3、厚さ0.06μmの
ノンド−プGaAs活性層4、厚さ0.8μmのp−G
aAlAsクラッド層5、厚さ0.8μmのn一GaA
s電流狭窄層6を順次積層し、このn一GaAs電流狭
窄層6の一部には、p−GaAlAsクラッド層5まで
エッチング除去された溝6aを形成する。このため、n
一GaAs電流狭窄層6は溝6aを挟んで2つの領域6
1、62が形成される。更に、これらn一GaAs電流狭
窄層領域61、62及びp−GaAlAsクラッド層5上
には厚さ1μmのp−GaAlAsコンタクト層7を形
成する。このp−GaAlAsコンタクト層7は、n一
GaAs電流狭窄層領域61、62の形状に沿って積層さ
れているので溝6a上に凹部7aが形成される。
【0015】更に、p−GaAlAsコンタクト層7を
略2分するよう、このp−GaAlAsコンタクト層7
からn−GaAs基板2の途中までをエッチング除去し
て溝8を形成する。従って、このp−GaAlAsコン
タクト層7にも2つの領域71、72が形成される。ここ
で、ノンド−プGaAs活性層4で発光した光について
考察してみる。ノンド−プGaAs活性層4で発光した
光は、積層方向或いは積層方向と逆方向に広がるが、n
−GaAs電流狭窄層領域61、62の屈折率はp−Ga
AlAsクラッド層5よりも高く設計されているため、
n−GaAs電流狭窄層6が吸収層として働き、そこ
に、ノンド−プGaAs活性層4で発光した光は、吸収
されてしまう。その結果、p−GaAlAsクラッド層
5を介して、n−GaAs電流狭窄層領域61、62で挟
持されたp−GaAlAsコンタクト層7下部のノンド
−プGaAs活性層4の領域Aで発光した光だけがレ−
ザ発振に寄与する。このため、ノンド−プGaAs活性
層4の領域Aはレ−ザ出射部となる。このように、溝8
は、レ−ザ光を出射するレ−ザ出射部Aを有する発光領
域Bと、発光に寄与しないがワイヤボンデング等を行っ
て電気接続を行うことに利用できる電気接続領域Cとに
分離する。
【0016】更に、発光領域Bのp−GaAlAsコン
タクト層71の一部、及び溝8、電気接続領域72の全て
を覆うようにして絶縁層9を形成する。次に、p−Ga
AlAsコンタクト層7及び絶縁層9の上にpオ−ミッ
ク電極10を形成する。また、積層方向と反対側のn−
GaAs基板2には、nオ−ミック電極11を形成す
る。
【0017】pオ−ミック電極10から電流が注入され
ると、電流は、pオ−ミック電極10、n−GaAs電
流狭窄層領域61、62で挟まれたp−GaAlAsコン
タクト層7、p−GaAlAsクラッド層5、ノンド−
プGaAs活性層4、n−GaAlAsクラッド層3、
n−GaAs基板2、nオ−ミック電極11を流れ、発
振しきい値以上になると、ノンド−プGaAs活性層4
のレ−ザ出射部Aからレ−ザ光が出射する。
【0018】この半導体レ−ザ素子1のサブマウント基
板13へのアッセンブリは以下のようにして行う。図2
に示すように、nオ−ミック電極11側をサブマウント
基板13と対向配置させて、In、Agペ−スト等のろ
う材12を介して半導体レ−ザ素子1をサブマウント基
板13に接着する。次に、電気接続領域Cのpオ−ミッ
ク電極10上にAuワイヤ14の一端部を超音波ワイヤ
ボンデングし、他端部も図示しない外部接続装置に超音
波ワイヤボンデングして半導体レ−ザ素子1との電気接
続を行う。
【0019】ここで、発光領域Bと電気接続領域Cは、
溝8によって分離されているので、Auワイヤ14を電
気接続領域Cのpオ−ミック電極10へ超音波ワイヤボ
ンデングする際、発光領域Bにその衝撃が伝搬すること
が緩和される。このため、発光領域B、特にノンド−プ
GaAs活性層4での結晶欠陥や転位の発生がなくな
る。また、半導体レ−ザ素子1をnオ−ミック電極11
側を下方にした状態でろう材12を介してサブマウント
基板13に接着しているので、ノンド−プGaAs活性
層4とサブマウント基板13との距離が遠くなり、半導
体レ−ザ素子1、ろう材12及びサブマウント基板13
との合金化の際の熱歪みや応力の影響がノンド−プGa
As活性層4へ伝搬しにくくなり、ノンド−プGaAs
活性層4に発生する結晶欠陥や転位を防止できる。その
結果、半導体レ−ザ素子1は、しきい値電流の増加や熱
劣化がないので、高い信頼性が得られる。なお、溝8
は、電気接続領域Cでの超音波ボンデング時の衝撃がノ
ンド−プGaAs活性層4に伝搬しないように、発光領
域B側と分離されていればよいので、この溝8の深さ
は、少なくとも、n−GaAlAsクラッド層3まで達
していればよい。
【0020】次に、本発明の実施例の半導体レ−ザ素子
1の製造方法について説明する。図3乃至図8は本発明
の半導体レ−ザ素子1の製造工程図である。
【0021】(第1工程)図示しないMOCVD(Me
tal Organic Chemical Vapo
r Deposition)法によりn−GaAs基板
2上に厚さ0.8μmのn−GaAlAsクラッド層
3、厚さ0.06μmのノンド−プGaAs活性層4、
厚さ0.8μmのp−GaAlAsクラッド層5、厚さ
0.8μmのn一GaAs電流狭窄層6を順次積層する
(図3)。
【0022】(第2工程)次に、このn一GaAs電流
狭窄層6上に図示しないフォトレジストを塗布し、フォ
トリソ法によりフォトレジストパタ−ンを形成後、硫
酸:過酸化水素水:水=3:1:1からなる硫酸混合液
を用いて、n一GaAs電流狭窄層6をp−GaAlA
sクラッド層5までエッチングして、溝6aを挟んで2
つのn一GaAs電流狭窄層領域61、62を形成する。
この後、図示しないフォトレジストパタ−ンを有機溶剤
を用いて除去する(図4)。
【0023】(第3工程)次に、図示しないMOCVD
法により第2回目の成長により、n一GaAs電流狭窄
層領域61、62の上に厚さ1μmのp−GaAlAsコ
ンタクト層7を積層する。p−GaAlAsコンタクト
層7は電流狭窄層領域61、62の形状に沿って積層され
るので溝6a上に凹部7aを有した形状となる(図
5)。ここで、p−GaAlAsクラッド層5を介して
n−GaAs電流狭窄層領域61、62に挟持されたp−
GaAlAsコンタクト層7下部のノンド−プGaAs
活性層4はレ−ザ出射部Aとなる。
【0024】(第4工程)次に、このp−GaAlAs
コンタクト層7上に図示しないフォトレジストを塗布
し、フォトレジストパタ−ンを形成し、n−GaAs基
板2の途中まで、燐酸:過酸化水素水:水=8:1:1
からなる燐酸混合液を用いて、エッチング除去して、溝
8を形成する。従って、このp−GaAlAsコンタク
ト層7にも2つの領域71、72が形成される。この後、
図示しないフォトレジストパタ−ンを有機溶剤を用いて
除去する(図6)。こうして、溝8によって、分離され
たレ−ザ出射部Aを有する発光領域Bとワイヤボンデン
グ等を行うことに利用できる電気接続領域Cとが形成さ
れる。燐酸混合液は、GaAs及びGaAlAsに対し
てエッチングレ−トをほぼ等しく、速く、かつ、p−G
aAlAsコンタクト層7、電流狭窄層6、p−GaA
lAs第2クラッド層5、ノンド−プGaAs活性層4
及びn−GaAlAs第1クラッド層3の厚さ合計が4
μm程度と薄いので、短時間のエッチングで溝8を形成
できる。このため、各層のエッチング面と同一面内のサ
イドエッチング量は非常に少なく、設計通りの溝8が形
成できる。
【0025】(第5工程)更に、このp−GaAlAs
コンタクト層7上及び溝8の全てを覆うよう図示しない
スパッタ法によりAl2 3 からなる絶縁層9を形成す
る。次に、この絶縁層9の上に図示しないフォトレジス
トを塗布し、フォトレジストパタ−ンを形成し、発光領
域B上のp−GaAlAsコンタクト層7の凹部7aの
周辺部のみエッチング除去する。この後、図示しないフ
ォトレジストパタ−ンを有機溶剤を用いて除去する(図
7)。
【0026】(第6工程)この後、図示しないスパッタ
法により、このp−GaAlAsコンタクト層7及び絶
縁層9上にAu系のpオ−ミック電極10を形成する
(図8)。更に、積層方向と反対側のn−GaAs基板
2にAu系のnオ−ミック電極11を形成して図1に示
す半導体レ−ザ素子1を得る。
【0027】このように、燐酸混合液は、GaAs及び
GaAlAsに対してのエッチングレ−トがほぼ等し
く、かつ速いので、エッチング面と同一面内のサイドエ
ッチング量が少なくてすみ、安定した形状の溝8が得ら
れる。しかも、この溝8によりレ−ザ光を出射するレ−
ザ出射部Aを有した発光領域Bと発光に寄与しないがワ
イヤボンデング等を行って電気接続を行うことに利用で
きる電気接続領域Cとが形成できる。この結果、電気接
続領域Cに超音波ワイヤボンデングを行った際の超音波
ワイヤボンデングの衝撃が発光領域Bに伝搬しないの
で、ノンド−プGaAs活性層4への結晶欠陥や転位の
発生が防止でき、信頼性の高い半導体レ−ザ素子1を得
ることができる。
【0028】
【発明の効果】本発明の半導体レ−ザ素子及びその製造
方法によれば、レ−ザ光出射部を設けた発光領域とこの
発光領域と同一の積層構成を有する電気接続領域が分離
部によって分離され、前記電気接続領域へのワイボンデ
ングの際の前記発光領域への物理的衝撃が緩和されるの
で、前記活性層への結晶欠陥や転位の発生が大幅に減少
し、信頼性の高い半導体レ−ザ素子が得られる。また、
第1クラッド層、前記活性層及び第2クラッド層に対し
てのエッチングレ−トが等しくかつ、速い燐酸混合液を
用いて、溝を形成するので、エッチング面と同一面内の
サイドエッチング量が非常に少なくできるので安定した
形状の溝が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における半導体レ−ザ素子を示す断面図
である。
【図2】本発明における半導体レ−ザ素子をサブマウン
ト基板に接着し、ワイヤボンデングを行った構造を示す
断面図である。
【図3】本発明における半導体レ−ザ素子の製造工程の
第1工程を示す図である。
【図4】本発明における半導体レ−ザ素子の製造工程の
第2工程を示す図である。
【図5】本発明における半導体レ−ザ素子の製造工程の
第3工程を示す図である。
【図6】本発明における半導体レ−ザ素子の製造工程の
第4工程を示す図である。
【図7】本発明における半導体レ−ザ素子の製造工程の
第5工程を示す図である。
【図8】本発明における半導体レ−ザ素子の製造工程の
第6工程を示す図である。
【図9】従来における半導体レ−ザ素子を示す断面図で
ある。
【図10】従来における半導体レ−ザ素子の第1のアッ
センブリ方法を示す断面図である。
【図11】従来における半導体レ−ザ素子の第2のアッ
センブリ方法を示す断面図である。
【図12】従来における半導体レ−ザ素子の第3のアッ
センブリ方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1…半導体レ−ザ素子、2…n−GaAs基板、3…n
−GaAlAsクラッド層、4…ノンド−プGaAs活
性層、5…p−GaAlAsクラッド層、6…n−Ga
As電流狭窄層、7…p−GaAlAsコンタクト層、
8…溝、9…絶縁層、10…pオ−ミック電極、11…
nオ−ミック電極、12…ろう材、13…マウント基
板、14…Auワイヤ、A…レ−ザ出射部、B…発光領
域、C…電気接続領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、半導体基板の一面に、第1ク
    ラッド層、活性層、第2クラッド層、電流狭窄層、コン
    タクト層を順次積層し、かつ他面にnオ−ミック電極を
    形成した半導体レ−ザ素子であって、この半導体レ−ザ
    素子は、前記コンタクト層より少なくとも第1クラッド
    層を分離するよう形成された分離部によって、発光領域
    と電気接続領域とに分離され、かつ前記発光領域にはレ
    −ザ出射部を設けたことを特徴とする半導体レ−ザ素
    子。
  2. 【請求項2】前記分離部は、少なくとも、前記第1クラ
    ッド層の途中までエッチングして形成された溝であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体レ−ザ素子。
  3. 【請求項3】半導体基板上に、レ−ザ光を出射する発光
    領域と、この発光領域に電気的に接続する電気接続領域
    とを分離形成する第1の工程と、 前記発光領域と前記電気接続領域とを電気的に接続する
    ための金属層を、前記発光領域上、前記電気接続領域
    上、前記発光領域と前記電気接続領域との間の前記半導
    体基板上に、一体形成する第2の工程とを備えたことを
    特徴とする半導体レ−ザ素子の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012524421A (ja) * 2009-04-20 2012-10-11 コーニング インコーポレイテッド 半導体レーザ用耐破損金属膜パターン

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