JPS60211993A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS60211993A JPS60211993A JP6849284A JP6849284A JPS60211993A JP S60211993 A JPS60211993 A JP S60211993A JP 6849284 A JP6849284 A JP 6849284A JP 6849284 A JP6849284 A JP 6849284A JP S60211993 A JPS60211993 A JP S60211993A
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- JP
- Japan
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- refractive index
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- light
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
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- 230000004807 localization Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
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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
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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、衛星間通信、レーザプリンタ、光情報処理装
置等に用いられる高出力を必要とする半導体レーザに関
するものである。
置等に用いられる高出力を必要とする半導体レーザに関
するものである。
(従来技術とその問題点)
半導体レーザにおいて、高出力を単一モードでめる際に
発振領域を複数のストライプ状にして、光の全出力を増
加させる方法が実現されている。
発振領域を複数のストライプ状にして、光の全出力を増
加させる方法が実現されている。
(アプライド・フィジックス・レター、43巻1096
ページ 1983年) しかし、従来の良好な遠視野像を得る事のできるストラ
イプ状発振領域を複数個単に平行に並べた多重ストライ
プ構造においては、出力レーザ光の遠視野像は良いもの
が得られず、また、これら複数の発振領域が相互に光学
的に結合し、全体としてあたかも1つのレーザのように
コヒーレントに発振する現象も得られにくかった。
ページ 1983年) しかし、従来の良好な遠視野像を得る事のできるストラ
イプ状発振領域を複数個単に平行に並べた多重ストライ
プ構造においては、出力レーザ光の遠視野像は良いもの
が得られず、また、これら複数の発振領域が相互に光学
的に結合し、全体としてあたかも1つのレーザのように
コヒーレントに発振する現象も得られにくかった。
(発明の目的)
本発明の目的は、複数の発振領域の相互の光学的結合に
よりコヒーレントな発振を容易に得る事ができ、微細構
造の少ない遠視野像を持つ半導体レーザを提供する事に
ある。
よりコヒーレントな発振を容易に得る事ができ、微細構
造の少ない遠視野像を持つ半導体レーザを提供する事に
ある。
(発明の構成)
本発明は、多層へテロ構造を備え、互いに平行でかつ相
互に光学的に結合した複数のストライプ状の発振領域を
有する半導体レーザにおいて、各発振領域間lこはさま
れている部分の実効的な屈折率が、発振領域の実効的な
屈折率より低く、かつ、発振領域の外側の領域の実効的
な屈折率より高い事に特徴がある。
互に光学的に結合した複数のストライプ状の発振領域を
有する半導体レーザにおいて、各発振領域間lこはさま
れている部分の実効的な屈折率が、発振領域の実効的な
屈折率より低く、かつ、発振領域の外側の領域の実効的
な屈折率より高い事に特徴がある。
(本発明の作用、原理)
図面を用いて、本発明の詳細な説明する。第4図は、媒
質の屈折率11が空間的一方向において、場所とともに
変化している時の、光の強度分布12を示す図である。
質の屈折率11が空間的一方向において、場所とともに
変化している時の、光の強度分布12を示す図である。
一般に、光の電磁場としての2軸方向の空間分布ψ(Z
lは、次式でめられる。
lは、次式でめられる。
2
ここで、kは2πを真空中での光の波長で除したもの、
εfZ)は誘電率、βは光の伝搬定数である。
εfZ)は誘電率、βは光の伝搬定数である。
屈折率は誘電率の正の根で与えられる。ここで、βをk
で除したものは、屈折率と同じ次元を持つので、以下2
方向の光の等側屈折率と呼ぶ。
で除したものは、屈折率と同じ次元を持つので、以下2
方向の光の等側屈折率と呼ぶ。
(1)式よりまる実際に伝搬する光の等側屈折率は、屈
折率11の最大より小さく最小より大きい。
折率11の最大より小さく最小より大きい。
よって、低屈折率領域13においては、屈折率が光の等
側屈折率14よりも低いので、(1)式よりわかるよう
に、ψ(Z)は指数関数の一次結合で与えられる。
側屈折率14よりも低いので、(1)式よりわかるよう
に、ψ(Z)は指数関数の一次結合で与えられる。
高屈折率領域15においてはこの逆で、ψ(zlは三角
関数の一次結合で与えられる。そして各領域の境界にお
いては、(1)式よりわかるように、ψ<Zjの2階微
分の符号が変わる、つまり光の強度分布12の変曲点に
なっている。
関数の一次結合で与えられる。そして各領域の境界にお
いては、(1)式よりわかるように、ψ<Zjの2階微
分の符号が変わる、つまり光の強度分布12の変曲点に
なっている。
第2図は、第1図の屈折率分布を単に並列させた時の光
の強度分布21を示す図である。これは、従来の多重ス
トライプ型半導体レーザについてあてはまる。この時、
ストライプ状の発振領域22での屈折率nは第1図の場
合と同じく光の等側屈折率24より高く、発振領域以外
のすべての領域25では、この関係は逆になっている。
の強度分布21を示す図である。これは、従来の多重ス
トライプ型半導体レーザについてあてはまる。この時、
ストライプ状の発振領域22での屈折率nは第1図の場
合と同じく光の等側屈折率24より高く、発振領域以外
のすべての領域25では、この関係は逆になっている。
よって、この時の光の強度分布は、谷発振領域の境界で
変曲点を持つ起伏の激しい分布になり、全発憑領域を包
み込む形にはならない事がわかる。
変曲点を持つ起伏の激しい分布になり、全発憑領域を包
み込む形にはならない事がわかる。
第3図は、複数のストライプ状発振領域にはさまれた部
分の屈折率を上昇させ、光の等側屈折率より大きくした
時の光の強度分布を示す図である。
分の屈折率を上昇させ、光の等側屈折率より大きくした
時の光の強度分布を示す図である。
この時、複数の発振領域と、複数の発振領域にはさまれ
る領域を含む全領域31において、屈折率32は光の等
側屈折率33より高く、複数の発振領域の外側の領域3
4においては、この逆の関係ζどなっている。よって、
光の強度分布35は、(1)式より、領域31内におい
ては変曲点を持たず、全発掘領域を包み込む形になる。
る領域を含む全領域31において、屈折率32は光の等
側屈折率33より高く、複数の発振領域の外側の領域3
4においては、この逆の関係ζどなっている。よって、
光の強度分布35は、(1)式より、領域31内におい
ては変曲点を持たず、全発掘領域を包み込む形になる。
このため、出射光の遠視野隊は今までのような分布21
でなく、非常に良好な分布35が得られる。
でなく、非常に良好な分布35が得られる。
又、筆者らは、実際にストライプ状発振領域を作製する
時に生じる発振領域の幅の誤差や、発振領域ごとでの屈
折率の差が、ストライプ状の発振領域の幅の大きい時や
、発振領域と発振領域にはさまれた部分との間での屈折
率差が大きい時には、光の強度が少数の発振領域にほと
んど局在するところのモードが立つ事を数値計算で確め
た。この局在は、発振領域と発振領域にはさまれた部分
との間での屈折率差が小さければ減少するので、第3図
の構造はこの局在の影響をも軽減させる事ができる。従
って、複数の発振領域の相互の光学的結合が局在によっ
て阻害される事が少なくなり、コヒーレントな発振も得
られやすくなっている。
時に生じる発振領域の幅の誤差や、発振領域ごとでの屈
折率の差が、ストライプ状の発振領域の幅の大きい時や
、発振領域と発振領域にはさまれた部分との間での屈折
率差が大きい時には、光の強度が少数の発振領域にほと
んど局在するところのモードが立つ事を数値計算で確め
た。この局在は、発振領域と発振領域にはさまれた部分
との間での屈折率差が小さければ減少するので、第3図
の構造はこの局在の影響をも軽減させる事ができる。従
って、複数の発振領域の相互の光学的結合が局在によっ
て阻害される事が少なくなり、コヒーレントな発振も得
られやすくなっている。
第4図は、半導体基板上41に複数のストライプ状の溝
42を作製し、その複数の溝にはさまれた部分43の障
壁を複数の溝の外側の領域44の障壁より低くし、その
上に光ガイド層45.活性層46.キャップ層47を結
晶成長させて製作した半導体レーザの断面図である。こ
の断面の垂直方向(X方向)に伝搬する光の空間モード
を考える方法としては、空間モードを断面の平面内で2
方向に変数分離する方法が用いられる。つまり、まず、
第4図のX方向に対して、前述した方程式(1)を42
、43 、44の3つの領域に対して解く。こうして
得られるX方向の光の等側屈折率は、領域42で一番犬
きく、領域44で一番小さくなり、領域43においては
、その間の値をとる。次に、2方向に対しても、同様に
方程式(1)を解く。この時、2方向での屈折率は、4
2 、43 、44の3つの領域でのX方向の光の等側
屈折率と同一になる。これは、空間モードを変数分離の
形で考察する事により得られる結果である。
42を作製し、その複数の溝にはさまれた部分43の障
壁を複数の溝の外側の領域44の障壁より低くし、その
上に光ガイド層45.活性層46.キャップ層47を結
晶成長させて製作した半導体レーザの断面図である。こ
の断面の垂直方向(X方向)に伝搬する光の空間モード
を考える方法としては、空間モードを断面の平面内で2
方向に変数分離する方法が用いられる。つまり、まず、
第4図のX方向に対して、前述した方程式(1)を42
、43 、44の3つの領域に対して解く。こうして
得られるX方向の光の等側屈折率は、領域42で一番犬
きく、領域44で一番小さくなり、領域43においては
、その間の値をとる。次に、2方向に対しても、同様に
方程式(1)を解く。この時、2方向での屈折率は、4
2 、43 、44の3つの領域でのX方向の光の等側
屈折率と同一になる。これは、空間モードを変数分離の
形で考察する事により得られる結果である。
従って、本発明で注目している2方向について、方程式
(1)における屈折率の変化は、実効的に第3図におけ
る屈折率32と同じ変化となる。このy方向の光の等側
屈折率による2方向の方程式上の屈折率を実効的な屈折
率と言う。よって、第4図の構造に右いても、2方向に
対しての方程式(1)を解く事によって得られる本発明
で注目している2方向に対する光の等側屈折率と、2方
向に対する実効的な屈折率の各領域ごとでの変化は、第
3図に示したごとき関係になり、2方向に対する光の強
度変化は、第3図35のように全ストライプを包み込む
ようになる。その結果1本発明で注目している2方向、
つまり、活性層平面方向における遠視野像は、良好なも
のが得られる。
(1)における屈折率の変化は、実効的に第3図におけ
る屈折率32と同じ変化となる。このy方向の光の等側
屈折率による2方向の方程式上の屈折率を実効的な屈折
率と言う。よって、第4図の構造に右いても、2方向に
対しての方程式(1)を解く事によって得られる本発明
で注目している2方向に対する光の等側屈折率と、2方
向に対する実効的な屈折率の各領域ごとでの変化は、第
3図に示したごとき関係になり、2方向に対する光の強
度変化は、第3図35のように全ストライプを包み込む
ようになる。その結果1本発明で注目している2方向、
つまり、活性層平面方向における遠視野像は、良好なも
のが得られる。
(実施例)
第5図に、本発明の1実施例の半導体レーザの断面図を
示す。これは、Sドープのn型InP基板51上に、ま
ず2μmのストライプ状の溝52を10本、4μm間隔
に通常のフォトリソグラフィー法で作製し1次に複数の
溝にはさまれた部分53のみマスクをはがし、再びエツ
チングし、2μmのストライプ状の溝52の10本と、
それらにはさまれた部分53の9カ所を基板51より深
くして、その上にInPに格子整合するバンドギャップ
1.08 eV相当のSドープn型のInGaAsP
による光ガイド層54を0.3μm、 同じ(’InP
に格子整合するバンドギャップ0.97 eV (1,
3μm発振用)のノンドープのInGaAsPによる活
性層55をQ、 15 μm、気相成長法により結晶成
長し、その上に、Zn ドープのp型InP 55を同
じく気相成長法で2μm結晶成長し、上下にそれぞれ蒸
着により電極57をつけたものである。この構造の多重
ストライプ型半導体レーザ光 では、発振流の遠視野像が、従来の53の部分のエツチ
ングなしの構造の多重ストライプ型半導体レーザと比べ
、著しく改良された。第6図、第7図に、この遠視野像
を示す。第6図は改良前(従来型)の多重ストライブ型
半島体レーザの遠視野像。
示す。これは、Sドープのn型InP基板51上に、ま
ず2μmのストライプ状の溝52を10本、4μm間隔
に通常のフォトリソグラフィー法で作製し1次に複数の
溝にはさまれた部分53のみマスクをはがし、再びエツ
チングし、2μmのストライプ状の溝52の10本と、
それらにはさまれた部分53の9カ所を基板51より深
くして、その上にInPに格子整合するバンドギャップ
1.08 eV相当のSドープn型のInGaAsP
による光ガイド層54を0.3μm、 同じ(’InP
に格子整合するバンドギャップ0.97 eV (1,
3μm発振用)のノンドープのInGaAsPによる活
性層55をQ、 15 μm、気相成長法により結晶成
長し、その上に、Zn ドープのp型InP 55を同
じく気相成長法で2μm結晶成長し、上下にそれぞれ蒸
着により電極57をつけたものである。この構造の多重
ストライプ型半導体レーザ光 では、発振流の遠視野像が、従来の53の部分のエツチ
ングなしの構造の多重ストライプ型半導体レーザと比べ
、著しく改良された。第6図、第7図に、この遠視野像
を示す。第6図は改良前(従来型)の多重ストライブ型
半島体レーザの遠視野像。
第7図が本実施例の多重ストライプ型半導体レーザの遠
視野像である。但し、横軸は角度である。
視野像である。但し、横軸は角度である。
ここで、電流は全領域にわたって注入しているが、発振
領域のみに電流が流れるように、ストライプ状の窓のあ
いた絶縁体膜のカバーや、ストライプ状の電極等を用い
ると、発振に必要な電流は低減される。又1発振領域を
埋めこんだ埋めこみ構造でも同・際である。
領域のみに電流が流れるように、ストライプ状の窓のあ
いた絶縁体膜のカバーや、ストライプ状の電極等を用い
ると、発振に必要な電流は低減される。又1発振領域を
埋めこんだ埋めこみ構造でも同・際である。
本発明は、複数の発振領域の間の実効的な屈折率を、複
数の発、光領域の実効的な屈折率より低く。
数の発、光領域の実効的な屈折率より低く。
複数の発光領域の外側の実効的な屈折率よりは高くした
事が本質であり、製造方法、材料ストライプ構造等に限
定されないのは明らかである。
事が本質であり、製造方法、材料ストライプ構造等に限
定されないのは明らかである。
(発明の効果)
このような多重ストライプ型半導体レーザは、高出力を
得つつ、良好な遠視野像を持ち、全ての発光領域を包み
込むコヒーレントな発振をしやすいという特徴を持つ。
得つつ、良好な遠視野像を持ち、全ての発光領域を包み
込むコヒーレントな発振をしやすいという特徴を持つ。
第1図は屈折率の空間的変化とそれに伴う光の強度分布
を示す図。第2図は、従来の多lストライプ型半導体レ
ーザの屈折率の空間変化と、それに伴う光の強度分布を
示す図、第3図は、本発明による構造の多重ストライプ
型子導体レーザの屈折率の空間変化と、それに伴う光の
強度分布を示す図。第4図は本発明による構造を有する
多重ストライプ型半導体レーザの断面図の一例を示す図
。 第5図は実施例Iこおける多重ストライプ型半導体レー
ザの断面図。第6図は、従来の多重ストライプ型レーザ
の遠視野酸。第7図は本発明による多重ストライプ型半
導体レーザの遠視野像である。 図において、 11・・・屈折率、12・・・光の強度分布、13・・
・低屈折率領域、14・・・光の等側屈折率、f5・・
・高屈折率領域、21・・・光の強度分布、22・・・
ストライプ状の発光領域、23・・・屈折率、24・・
・光の等側屈折率、25・・・発光領域以外の全領域、
31・・発光領域及び発光領域にはさまねた領域、32
・・・屈折率、33・・・光の弄1111i屈折率、3
4・・・発光領域の外側の低屈折率領域、35・・・光
の強度分布、41・・・半導体基板、42・・・ストラ
イプ状の溝。 43・・・溝にはさまれた領域、44・・・溝の外側の
領域、45・・・光ガイド層、46・・・活性層、47
・・・キャップ層。 51・・・Sドープのn型InP基板、52・・・スト
ライプ状の溝、53・・・連にはさまれた部分、54・
・・InPに格子整合するバンドギャップ1.08eV
のSドープn型InGaAsP 、 55・・・LnP
に格子整合するバンドギャップ0.97 eVのノンド
ープ1nGaAsP、 56−・−Znドープのp型i
nP、57・・・電極。 オ 1 図 1、−;l(2図 オ 3図 5Q 31 34
を示す図。第2図は、従来の多lストライプ型半導体レ
ーザの屈折率の空間変化と、それに伴う光の強度分布を
示す図、第3図は、本発明による構造の多重ストライプ
型子導体レーザの屈折率の空間変化と、それに伴う光の
強度分布を示す図。第4図は本発明による構造を有する
多重ストライプ型半導体レーザの断面図の一例を示す図
。 第5図は実施例Iこおける多重ストライプ型半導体レー
ザの断面図。第6図は、従来の多重ストライプ型レーザ
の遠視野酸。第7図は本発明による多重ストライプ型半
導体レーザの遠視野像である。 図において、 11・・・屈折率、12・・・光の強度分布、13・・
・低屈折率領域、14・・・光の等側屈折率、f5・・
・高屈折率領域、21・・・光の強度分布、22・・・
ストライプ状の発光領域、23・・・屈折率、24・・
・光の等側屈折率、25・・・発光領域以外の全領域、
31・・発光領域及び発光領域にはさまねた領域、32
・・・屈折率、33・・・光の弄1111i屈折率、3
4・・・発光領域の外側の低屈折率領域、35・・・光
の強度分布、41・・・半導体基板、42・・・ストラ
イプ状の溝。 43・・・溝にはさまれた領域、44・・・溝の外側の
領域、45・・・光ガイド層、46・・・活性層、47
・・・キャップ層。 51・・・Sドープのn型InP基板、52・・・スト
ライプ状の溝、53・・・連にはさまれた部分、54・
・・InPに格子整合するバンドギャップ1.08eV
のSドープn型InGaAsP 、 55・・・LnP
に格子整合するバンドギャップ0.97 eVのノンド
ープ1nGaAsP、 56−・−Znドープのp型i
nP、57・・・電極。 オ 1 図 1、−;l(2図 オ 3図 5Q 31 34
Claims (1)
- 1)多層へテロ構造を備え、互いに平行でかつ相互に光
学的に結合した複数のストライプ状の発振領域を有する
半導体レーザにおいて、各発振領域間にはさまれている
部分の実効的な屈折率が、発振領域の実効的な屈折率よ
りも低く、かつ、複数の発振領域の外側の領域の実効的
な屈折率よりも高い事を特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6849284A JPS60211993A (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6849284A JPS60211993A (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60211993A true JPS60211993A (ja) | 1985-10-24 |
Family
ID=13375236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6849284A Pending JPS60211993A (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60211993A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6425591A (en) * | 1987-07-22 | 1989-01-27 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Semiconductor laser |
| US6649938B1 (en) * | 1998-03-12 | 2003-11-18 | D-Led Corporation | Semiconductor optical amplifier |
| US6748002B2 (en) | 1998-08-10 | 2004-06-08 | D-Led Corporation | Injection laser |
-
1984
- 1984-04-06 JP JP6849284A patent/JPS60211993A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6425591A (en) * | 1987-07-22 | 1989-01-27 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Semiconductor laser |
| US6649938B1 (en) * | 1998-03-12 | 2003-11-18 | D-Led Corporation | Semiconductor optical amplifier |
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