JPS61220392A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPS61220392A JPS61220392A JP60061495A JP6149585A JPS61220392A JP S61220392 A JPS61220392 A JP S61220392A JP 60061495 A JP60061495 A JP 60061495A JP 6149585 A JP6149585 A JP 6149585A JP S61220392 A JPS61220392 A JP S61220392A
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- Japan
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- type
- region
- semiconductor
- conductivity type
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-
- 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
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (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】
〔発明の技術分野〕
本発明は半導体発光素子、特に屈折率導波による横モー
ド制御型の半導体レーデ素子の改良に関する。
ド制御型の半導体レーデ素子の改良に関する。
半導体レーデは光通信用あるいは光デイスク用の光源と
して用いられる。この何れの用途に使用する場合にも安
定した横モードで発振することが要求さ、れ、横モード
制御型の半導体レーデ素子として第2図および第3図の
ものが従来知られている。
して用いられる。この何れの用途に使用する場合にも安
定した横モードで発振することが要求さ、れ、横モード
制御型の半導体レーデ素子として第2図および第3図の
ものが従来知られている。
第2図のレーデ素子では、同図囚に示すようにn型Ga
As基板1の上にn MI At、Ga 、−、As層
からなる第一クラッド層2、アンドープAjxGa、、
Asからなる活性層3、p型紅zGa 1−z Asか
らなる高屈折率の光ガイド層4およびn mGaAsか
らなる電流狭搾層5を頴次MO−CVD (Metal
OrganlcCh@m1cal Vapor De
posltion)法によシ積層形成し念後、電流狭搾
層5を選択的にエツチングして同図(B) K示すよう
にストライプ溝を形成し、更にp型紅yG’ 1−アA
3からなる第二クラッド層6およびp型GaAsからな
るコンタクト層を形成し九構造を有している(第2図(
C)図示)。
As基板1の上にn MI At、Ga 、−、As層
からなる第一クラッド層2、アンドープAjxGa、、
Asからなる活性層3、p型紅zGa 1−z Asか
らなる高屈折率の光ガイド層4およびn mGaAsか
らなる電流狭搾層5を頴次MO−CVD (Metal
OrganlcCh@m1cal Vapor De
posltion)法によシ積層形成し念後、電流狭搾
層5を選択的にエツチングして同図(B) K示すよう
にストライプ溝を形成し、更にp型紅yG’ 1−アA
3からなる第二クラッド層6およびp型GaAsからな
るコンタクト層を形成し九構造を有している(第2図(
C)図示)。
とのレーザ素子では、活性層3とその両側の第一クラッ
ド層2および光ガイド層4とのダブルへテロ接合によっ
てキャリアが活性層3内に閉じ込められる。そして、活
性層3の膜厚方向の横モードは、活性層3の膜厚を充分
に薄く(通常Fi0.2μm)することで略単−モード
が達成されている。他方、活性層3の接合面に平行な方
向の横モードについては電流狭搾層5によって制御され
る。即ち、GaAsは光を吸収するため、電流狭搾層5
が存在しないストライプ溝の内側領域では溝の外側領域
よシも屈折率が高くなシ、屈折率導波による横モード制
御が行なわれる。また、電流狭搾層5によシミ流がスト
ライプ溝領域に狭搾される結果、キャリアがこの領域に
のみ注入されてストライプ溝の外側との間で光の利得差
が生じるから、利得導波による横そ一ド制御も寄与する
。
ド層2および光ガイド層4とのダブルへテロ接合によっ
てキャリアが活性層3内に閉じ込められる。そして、活
性層3の膜厚方向の横モードは、活性層3の膜厚を充分
に薄く(通常Fi0.2μm)することで略単−モード
が達成されている。他方、活性層3の接合面に平行な方
向の横モードについては電流狭搾層5によって制御され
る。即ち、GaAsは光を吸収するため、電流狭搾層5
が存在しないストライプ溝の内側領域では溝の外側領域
よシも屈折率が高くなシ、屈折率導波による横モード制
御が行なわれる。また、電流狭搾層5によシミ流がスト
ライプ溝領域に狭搾される結果、キャリアがこの領域に
のみ注入されてストライプ溝の外側との間で光の利得差
が生じるから、利得導波による横そ一ド制御も寄与する
。
なお、光の進行方向(ストライプ溝の方向に一致)での
モード、即ち縦モードについては、結晶端面での無限回
反射によシ定在波が形成され、単一モードによるレーデ
発振が行なわれる。
モード、即ち縦モードについては、結晶端面での無限回
反射によシ定在波が形成され、単一モードによるレーデ
発振が行なわれる。
次に、第3図のレーデ素子について説明すると、この素
子構造では活性層3の直上に第二クラッド層6が形成さ
れておシ、この場合には活性層3とその両側のクラッド
層2,6がダブル−\テロ接合?形成している。また、
第二クラッド層6の上に成長された電流狭搾層5の表面
からストライプ溝が形成され、この場合は第二クラッド
層6の一部膜厚に亘ってストライプ溝が形成される。そ
の後、光ガイド層4、p型uyGa、−yAsからなる
第三クラッド層8、コンタクト層7を順次積層成長させ
た構造になっている。
子構造では活性層3の直上に第二クラッド層6が形成さ
れておシ、この場合には活性層3とその両側のクラッド
層2,6がダブル−\テロ接合?形成している。また、
第二クラッド層6の上に成長された電流狭搾層5の表面
からストライプ溝が形成され、この場合は第二クラッド
層6の一部膜厚に亘ってストライプ溝が形成される。そ
の後、光ガイド層4、p型uyGa、−yAsからなる
第三クラッド層8、コンタクト層7を順次積層成長させ
た構造になっている。
上記第3図のレーデ素子の場合、高屈折率の光ガイド層
4がストライプ溝の領域でのみ活性層3に近接して存在
するから、光が感じる屈折率はストライプ溝の内側の方
が外側よシも高くなシ、屈折率導波による横モード制御
が行なわれる。また、活性層3で発生し九九がストライ
プ溝領域で光ガイド層6に導波されるため、活性層3に
対して垂直な方向での発光領域が拡大されたのと等価な
状況が得られる結果、外部に照射されるレーザビームの
円形性が改善されることになる。
4がストライプ溝の領域でのみ活性層3に近接して存在
するから、光が感じる屈折率はストライプ溝の内側の方
が外側よシも高くなシ、屈折率導波による横モード制御
が行なわれる。また、活性層3で発生し九九がストライ
プ溝領域で光ガイド層6に導波されるため、活性層3に
対して垂直な方向での発光領域が拡大されたのと等価な
状況が得られる結果、外部に照射されるレーザビームの
円形性が改善されることになる。
第2図(Qのレーデ素子構造ではn型GaAs電流狭搾
層5の光吸収でストライプ溝領域の内側と外側との屈折
率差を得ているため、横モード安定化のための所要の屈
折率差を得るためには電流狭搾層5を活性層3に充分近
づけなければならない。これは光吸収のために電流の注
入効率が低下することを意味し、従って発振閾値が高く
なるという問題が生じている。
層5の光吸収でストライプ溝領域の内側と外側との屈折
率差を得ているため、横モード安定化のための所要の屈
折率差を得るためには電流狭搾層5を活性層3に充分近
づけなければならない。これは光吸収のために電流の注
入効率が低下することを意味し、従って発振閾値が高く
なるという問題が生じている。
他方、第3図の半導体レーデ素子では光吸収を生じる電
流狭搾層5を活性層3から充分に離間させることができ
るから、屈折率導波による横モードの制御と同時に発振
閾値の低下を図ることができる。しかし、この場合の水
平横モードの安定性はストライプ溝領域における第二ク
ラッド層6の厚さhに大きく依存することから、次のよ
うな問題があった。
流狭搾層5を活性層3から充分に離間させることができ
るから、屈折率導波による横モードの制御と同時に発振
閾値の低下を図ることができる。しかし、この場合の水
平横モードの安定性はストライプ溝領域における第二ク
ラッド層6の厚さhに大きく依存することから、次のよ
うな問題があった。
即ち、第3図の素子構造における上記りの制御は、スト
ライプ溝を形成する際のメサエッチングで行なわなけれ
ばならない。ところが、このメサエッチングの速度制御
は容易でなく、設定通シの深さでストライプ溝外形成す
るのは極めて困難である。また、エツチングのばらつき
が大きいため、同一のウェハー内でさえもストライで溝
の深さが異なってしまうことが多い。
ライプ溝を形成する際のメサエッチングで行なわなけれ
ばならない。ところが、このメサエッチングの速度制御
は容易でなく、設定通シの深さでストライプ溝外形成す
るのは極めて困難である。また、エツチングのばらつき
が大きいため、同一のウェハー内でさえもストライで溝
の深さが異なってしまうことが多い。
その結果、レーデの特性もウェハー内で均一性が悪く、
MO−CVD法で結晶の均一性を向上させてもその利点
がメサエッチングのばらつきで相殺されてしまい、MO
−CVD法の特性が生かされないのが実情であった。
MO−CVD法で結晶の均一性を向上させてもその利点
がメサエッチングのばらつきで相殺されてしまい、MO
−CVD法の特性が生かされないのが実情であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、横モードの
制御性に優れると共に、低閾値および円形に近いビーム
形状を得ることができ、且つ均一な特性で製造できる半
導体発光素子を提供するものである。
制御性に優れると共に、低閾値および円形に近いビーム
形状を得ることができ、且つ均一な特性で製造できる半
導体発光素子を提供するものである。
本発明による半導体発光素子は、第1導電型の半導体基
板上に第1導電型半導体層からなる第一クラッド層、半
導体活性層、第2導電型半導体層からなる第二クラッド
層、第2導電屋の方が第1導電型よシも屈折率が高くな
る性質をもった高屈折率の第1導電型半導体層からなる
光ガイド層および第1導電型半導体層からなるコンタク
ト層を順次積層成長させ、且つ前記コンタクト層表面の
ストライブ状領域から選択的に第2導電型不純物を拡散
することによシ前記第二クラッド層に達する第2導電屋
領域を形成したことを特徴とするものである。
板上に第1導電型半導体層からなる第一クラッド層、半
導体活性層、第2導電型半導体層からなる第二クラッド
層、第2導電屋の方が第1導電型よシも屈折率が高くな
る性質をもった高屈折率の第1導電型半導体層からなる
光ガイド層および第1導電型半導体層からなるコンタク
ト層を順次積層成長させ、且つ前記コンタクト層表面の
ストライブ状領域から選択的に第2導電型不純物を拡散
することによシ前記第二クラッド層に達する第2導電屋
領域を形成したことを特徴とするものである。
上記本発明を適用した半導体レーザ素子では、不純物の
拡散領域でのみ電流が流れ得るから、従来のように特別
の電流挟挿層を形成しなくても電流挟挿機能が得られる
。即ち、本発明では第2導電型の不純物領域が従来のス
トライプ溝と作用的には等価となシ、発光領域を限定す
ることとなる。
拡散領域でのみ電流が流れ得るから、従来のように特別
の電流挟挿層を形成しなくても電流挟挿機能が得られる
。即ち、本発明では第2導電型の不純物領域が従来のス
トライプ溝と作用的には等価となシ、発光領域を限定す
ることとなる。
また、光ガイド層は発光領域の第2導電型部分とその外
側の部分で屈折率に差が生じ、屈折率導波による横モー
ド制御が行なわれる。
側の部分で屈折率に差が生じ、屈折率導波による横モー
ド制御が行なわれる。
従って、本発明を半導体レーデ素子に適用すれば活性層
近くに光吸収性の電流挟挿層を設ける必要がないため低
閾値を達成でき、また横モードの安定性に大きく影響す
る光ガイド層と活性層との間の距離は第二クラッド層結
晶成長によ〕容易に制御できる。
近くに光吸収性の電流挟挿層を設ける必要がないため低
閾値を達成でき、また横モードの安定性に大きく影響す
る光ガイド層と活性層との間の距離は第二クラッド層結
晶成長によ〕容易に制御できる。
第1図囚、(B)は本発明の一実施例になる半導体レー
デ素子を説明するための断面図である。
デ素子を説明するための断面図である。
この実施例では、第1図(4)の積層構造を形成した後
、同図(B)に斜線を付した領域に選択的に不純物を拡
散した構造になっている。そこで、まず第1図(囚につ
いて説明すると、同図において11はn屋GaAs基板
である。該n型GaAs基板上にはn型uyGa 、−
アAsからなる第一クラッド層12、アンドーグAZx
Ga 、−xA畠からなる活性層13、p型AZyG
a 、−アA8からなる第二クラッド層14が順次積層
されている。更に、その上にはn+型MzG a 1−
、A mからなる光ガイド層15およびn型GaAs
からなるコンタクト層16が積層成長されている。即ち
、この段階で第3図の従来例と比較し死場合、光ガイド
層15がn型、コンタクト層16がn型として形成され
ているのがこの実施例の特徴になっている。そして、第
1図(B)に示すようにコンタクト層I6の表面からp
型不純物である亜鉛を選択的に拡散することによシ、第
二クラッド層14に達するストライプ状のp+型領領域
図中斜線を付して示す領域)17が形成されている。従
って、この実施例ではp+型領領域17通してのみ電流
が流れることとなり、このp+11拡散領域17自身の
積極的電流挟挿機能によりストライプ状の発光領域が限
定されている。また、この亜鉛拡散によって光ガイド層
15はストライプ領域のみがP+型化され、その周囲は
n+2のtt残されている。
、同図(B)に斜線を付した領域に選択的に不純物を拡
散した構造になっている。そこで、まず第1図(囚につ
いて説明すると、同図において11はn屋GaAs基板
である。該n型GaAs基板上にはn型uyGa 、−
アAsからなる第一クラッド層12、アンドーグAZx
Ga 、−xA畠からなる活性層13、p型AZyG
a 、−アA8からなる第二クラッド層14が順次積層
されている。更に、その上にはn+型MzG a 1−
、A mからなる光ガイド層15およびn型GaAs
からなるコンタクト層16が積層成長されている。即ち
、この段階で第3図の従来例と比較し死場合、光ガイド
層15がn型、コンタクト層16がn型として形成され
ているのがこの実施例の特徴になっている。そして、第
1図(B)に示すようにコンタクト層I6の表面からp
型不純物である亜鉛を選択的に拡散することによシ、第
二クラッド層14に達するストライプ状のp+型領領域
図中斜線を付して示す領域)17が形成されている。従
って、この実施例ではp+型領領域17通してのみ電流
が流れることとなり、このp+11拡散領域17自身の
積極的電流挟挿機能によりストライプ状の発光領域が限
定されている。また、この亜鉛拡散によって光ガイド層
15はストライプ領域のみがP+型化され、その周囲は
n+2のtt残されている。
Aj、Ga、−、Asはn型の場合に屈折率が小さく、
p型の場合に屈折率が大きいことが知られており、従っ
て上記実施例における光ガイド層15には水平方向に屈
折率分布を有している。
p型の場合に屈折率が大きいことが知られており、従っ
て上記実施例における光ガイド層15には水平方向に屈
折率分布を有している。
上記第1図(B)の実施例になる半導体レーデ素子では
、従来のようにGaAsによるブロック状の電流挟挿層
を用いていない。従って、従来のように活性層13で発
生した光が電流挟挿層で吸収されることはなく、また第
二クラッド層14と光ガイド層15の厚さをうまく設定
すればGaAsコンタクト層による光吸収も回避できる
。
、従来のようにGaAsによるブロック状の電流挟挿層
を用いていない。従って、従来のように活性層13で発
生した光が電流挟挿層で吸収されることはなく、また第
二クラッド層14と光ガイド層15の厚さをうまく設定
すればGaAsコンタクト層による光吸収も回避できる
。
また、上述のように光ガイド層15はストライプ状の発
光領域で屈折率が高く、その周囲で屈折率が低くなって
いるから、屈折率導波による横モード制御が行なわれる
。従って、安定した横モード制御と発振閾値の低下が達
成され、また光ガイド層15への導波によシ円形に近い
ビームが得られる。
光領域で屈折率が高く、その周囲で屈折率が低くなって
いるから、屈折率導波による横モード制御が行なわれる
。従って、安定した横モード制御と発振閾値の低下が達
成され、また光ガイド層15への導波によシ円形に近い
ビームが得られる。
更に、上記実施例の構造では光ガイド層15と活性層1
3の間の距離が第二クラッド層14の結晶成長によって
のみ決まるから、メサエッチングで制御する第3図の従
来例に較べて制御性、均−性共に優れた素子を得ること
が可能である。
3の間の距離が第二クラッド層14の結晶成長によって
のみ決まるから、メサエッチングで制御する第3図の従
来例に較べて制御性、均−性共に優れた素子を得ること
が可能である。
加えて、従来のように途中でストライプ溝形成のための
メサエッチングを行なうことなく、−回の結晶成長で製
造できるため、生産性の点でも大きな利点を有している
。
メサエッチングを行なうことなく、−回の結晶成長で製
造できるため、生産性の点でも大きな利点を有している
。
なお、第1図(B)の実施例で第二クラッド層14およ
び光ガイド層15の厚さが素子の特性を決める重要な要
素となる。両者の厚さがそれ程厚くできない場合には活
性層13で発生した光がn型GaAsコンタクト層16
に吸収され、発振閾値の上昇を招く。このような場合に
は第4図の他の実施例になる素子構造が有効である。
び光ガイド層15の厚さが素子の特性を決める重要な要
素となる。両者の厚さがそれ程厚くできない場合には活
性層13で発生した光がn型GaAsコンタクト層16
に吸収され、発振閾値の上昇を招く。このような場合に
は第4図の他の実施例になる素子構造が有効である。
第4図の他の実施例では光ガイド層1“5とコンタクト
層16の間に、n型AlyGa 、□Asからなる第三
クラッド層14′が介在されており、その他の構成は総
て第1図(B)の実施例と同じである。
層16の間に、n型AlyGa 、□Asからなる第三
クラッド層14′が介在されており、その他の構成は総
て第1図(B)の実施例と同じである。
この第三クラッド層14′ヲ介在させることでn型Ga
Asコンタクト層を光ガイド層15から離間させ、コン
タクト層による光吸収を回避することができる。
Asコンタクト層を光ガイド層15から離間させ、コン
タクト層による光吸収を回避することができる。
以上詳述したように、本発明による半導体発光素子の構
造は、これを半導体レーザ素子に適用して安定した横モ
ード制御、低閾値お″よび円形に近いビーム形状を得る
ことができ、且つ特性の均一化および生産性の向上に寄
与する等、顕著な効果を奏するものである。
造は、これを半導体レーザ素子に適用して安定した横モ
ード制御、低閾値お″よび円形に近いビーム形状を得る
ことができ、且つ特性の均一化および生産性の向上に寄
与する等、顕著な効果を奏するものである。
第1図(4)、ノ)は本発明の一実施例になる半導体レ
ーデ素子の構造を説明するための断面図、第2図囚〜働
は従来の半導体レーザ素子の構造をその製造工程と共に
示す断面図、第3図は従来の半導体レーデ素子の他の例
を示す断面図、第4図は本発明の他の実施例になる半導
体レーデ素子を示す断面図である。 11・・・n型GaAs基板、12・・・第一クラッド
層(n型AlzGa1−zAs )、1 j ・・・活
性層(アンド−7’ AlxGa1−、As )、14
−・第二クラッド層(p型AlyGa 、−yAs )
、14’・・・第三クラッド層(n型AtyGa、−y
A−)、15・・・光ガイド層(n+型AZ、Ga、−
zAs )、16−・・コンタクト層(n型GaAs
)。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第2図 (A) (B)(C)
ーデ素子の構造を説明するための断面図、第2図囚〜働
は従来の半導体レーザ素子の構造をその製造工程と共に
示す断面図、第3図は従来の半導体レーデ素子の他の例
を示す断面図、第4図は本発明の他の実施例になる半導
体レーデ素子を示す断面図である。 11・・・n型GaAs基板、12・・・第一クラッド
層(n型AlzGa1−zAs )、1 j ・・・活
性層(アンド−7’ AlxGa1−、As )、14
−・第二クラッド層(p型AlyGa 、−yAs )
、14’・・・第三クラッド層(n型AtyGa、−y
A−)、15・・・光ガイド層(n+型AZ、Ga、−
zAs )、16−・・コンタクト層(n型GaAs
)。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第2図 (A) (B)(C)
Claims (2)
- (1)第1導電型の半導体基板上に第1導電型半導体層
からなる第一クラッド層、半導体活性層、第2導電型半
導体層からなる第二クラッド層、第2導電型の方が第1
導電型よりも屈折率が高くなる性質をもった高屈折率の
第1導電型半導体層からなる光ガイド層および第1導電
型半導体層からなるコンタクト層を順次積層成長させ、
且つ前記コンタクト層表面のストライプ状領域から選択
的に第2導電型不純物を拡散することにより前記第二ク
ラッド層に達する第2導電型領域を形成したことを特徴
とする半導体発光素子。 - (2)前記半導体基板としてGaAs、前記第一クラッ
ド層および第二クラッド層として Al_yGa_1_−_yAs、前記半導体活性層とし
てAl_xGa_1_−_xAs、前記光ガイド層とし
てAl_zGa_1_−_zAsを用い、且つx<z<
y、x≧0としたことを特徴とする特許請求の範囲第(
1)項記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60061495A JPS61220392A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60061495A JPS61220392A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220392A true JPS61220392A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13172730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60061495A Pending JPS61220392A (ja) | 1985-03-26 | 1985-03-26 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61220392A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2647966A1 (fr) * | 1989-06-02 | 1990-12-07 | Thomson Hybrides | Laser semiconducteur a localisation de courant |
| US5559819A (en) * | 1994-04-19 | 1996-09-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
-
1985
- 1985-03-26 JP JP60061495A patent/JPS61220392A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2647966A1 (fr) * | 1989-06-02 | 1990-12-07 | Thomson Hybrides | Laser semiconducteur a localisation de courant |
| US5036522A (en) * | 1989-06-02 | 1991-07-30 | Thomson Hybrides | Semiconductor laser with localization of current |
| US5559819A (en) * | 1994-04-19 | 1996-09-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
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