JP2812069B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザに関し、
特に、レーザチップ内に独立駆動構造の複数のレーザ共
振器を形成して成るマルチビーム半導体レーザに関す
る。
特に、レーザチップ内に独立駆動構造の複数のレーザ共
振器を形成して成るマルチビーム半導体レーザに関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近、レーザプリンタや光ディスク等の
高出力光源として、マルチビーム半導体レーザが用いら
れている。この種のマルチビーム半導体レーザは、高出
力化のために共通電極で複数のレーザ共振器を同時に駆
動する半導体レーザと異なり、レーザチップ内に独立駆
動構造の複数のレーザ共振器を有している。
高出力光源として、マルチビーム半導体レーザが用いら
れている。この種のマルチビーム半導体レーザは、高出
力化のために共通電極で複数のレーザ共振器を同時に駆
動する半導体レーザと異なり、レーザチップ内に独立駆
動構造の複数のレーザ共振器を有している。
【0003】図6はこの種のマルチビーム半導体レーザ
のチップ断面構造図であり、半導体基板10上に、第一
のバッファ層11、第一のクラッド層12、活性層1
3、第二のクラッド層14、第二のバッファ層15がこ
の順に形成され、第二のバッファ層15及び第二のクラ
ッド層14は、メサエッチングされて複数(図6では二
つ)のストライプ領域をなしている。これらストライプ
領域は電流ブロック層16a〜16cにて所定間隔で分
離され、更にこれら層の表面に、レジスト層17で分離
されたコンタクト層18a、18bが形成されている。
また、コンタクト層18a、18b上面にはp電極19
a、19b、半導体基板10下面には共通n電極19c
が形成されている。なお、第一及び第二のバッファ層1
1、15は、夫々半導体基板10、第二のクラッド層1
4と一体となり、独立に存在しない構造のものもある。
のチップ断面構造図であり、半導体基板10上に、第一
のバッファ層11、第一のクラッド層12、活性層1
3、第二のクラッド層14、第二のバッファ層15がこ
の順に形成され、第二のバッファ層15及び第二のクラ
ッド層14は、メサエッチングされて複数(図6では二
つ)のストライプ領域をなしている。これらストライプ
領域は電流ブロック層16a〜16cにて所定間隔で分
離され、更にこれら層の表面に、レジスト層17で分離
されたコンタクト層18a、18bが形成されている。
また、コンタクト層18a、18b上面にはp電極19
a、19b、半導体基板10下面には共通n電極19c
が形成されている。なお、第一及び第二のバッファ層1
1、15は、夫々半導体基板10、第二のクラッド層1
4と一体となり、独立に存在しない構造のものもある。
【0004】上記構造において、従来は、通常、半導体
基板10にn型(第一導電型、以下同じ)GaAs混
晶、第一のクラッド層12にn型III-V原子の混晶、活
性層13にアンドープのIII-V原子の混晶、第二のクラ
ッド層14にp型(第二導電型、以下同じ)III-V原子
の混晶、電流ブロック層にGaAs混晶が用いられてい
る。
基板10にn型(第一導電型、以下同じ)GaAs混
晶、第一のクラッド層12にn型III-V原子の混晶、活
性層13にアンドープのIII-V原子の混晶、第二のクラ
ッド層14にp型(第二導電型、以下同じ)III-V原子
の混晶、電流ブロック層にGaAs混晶が用いられてい
る。
【0005】このような構造のマルチビーム半導体レー
ザでは、図7の縦方向に電流を流すと、p電極19a、
19bからのキャリアは電流ブロック層16a〜16c
でブロックされ、夫々ストライプ領域の上面を通って第
二のクラッド層14を移動する。その際、キャリアは、
電界により第二のクラッド層14から活性層13、第一
のクラッド層12を横切ってn共通電極19cまでの間
をビーム状に分布する。従って、各ストライプ領域の上
面にその幅で電流が流れ、各電流幅に対応する活性層1
3の領域にて独立にレーザ発振が行われる。即ち、スト
ライプ領域毎に独立駆動可能のレーザ共振器が形成され
る。
ザでは、図7の縦方向に電流を流すと、p電極19a、
19bからのキャリアは電流ブロック層16a〜16c
でブロックされ、夫々ストライプ領域の上面を通って第
二のクラッド層14を移動する。その際、キャリアは、
電界により第二のクラッド層14から活性層13、第一
のクラッド層12を横切ってn共通電極19cまでの間
をビーム状に分布する。従って、各ストライプ領域の上
面にその幅で電流が流れ、各電流幅に対応する活性層1
3の領域にて独立にレーザ発振が行われる。即ち、スト
ライプ領域毎に独立駆動可能のレーザ共振器が形成され
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、マルチビー
ム半導体を駆動する際の問題点の一つに熱クロストーク
がある。これは、例えば図6に示したような二つのレー
ザ共振器を有するマルチビーム半導体レーザでは、一方
のレーザ共振器を駆動してビームを出射させているとき
に、他方のレーザ共振器を駆動すると、通電により発生
した熱が一方のレーザ共振器側に伝導してそのビーム出
力レベルが低下するというものである。
ム半導体を駆動する際の問題点の一つに熱クロストーク
がある。これは、例えば図6に示したような二つのレー
ザ共振器を有するマルチビーム半導体レーザでは、一方
のレーザ共振器を駆動してビームを出射させているとき
に、他方のレーザ共振器を駆動すると、通電により発生
した熱が一方のレーザ共振器側に伝導してそのビーム出
力レベルが低下するというものである。
【0007】従来のマルチビーム半導体レーザの場合
は、駆動電流が大きいことに加え、熱抵抗も比較的大き
いことから、レーザ共振器間で熱伝導が生じ易くなって
いる。そのために、各レーザ共振器から出射されるビー
ムの出力レベルが大幅に変動し、動作信頼性の低下を招
いていた。この熱クロストークの影響を回避するには、
レーザ共振器の形成間隔を大きくしたり、レーザ共振器
間に熱伝導を阻止する部材を配する等の工夫が必要とな
り、製造コストの低減に限界があった。
は、駆動電流が大きいことに加え、熱抵抗も比較的大き
いことから、レーザ共振器間で熱伝導が生じ易くなって
いる。そのために、各レーザ共振器から出射されるビー
ムの出力レベルが大幅に変動し、動作信頼性の低下を招
いていた。この熱クロストークの影響を回避するには、
レーザ共振器の形成間隔を大きくしたり、レーザ共振器
間に熱伝導を阻止する部材を配する等の工夫が必要とな
り、製造コストの低減に限界があった。
【0008】本発明は、かかる背景の下になされたもの
で、その目的とするところは、熱クロストークを有効に
防止し得る構造の半導体レーザを提供することにある。
で、その目的とするところは、熱クロストークを有効に
防止し得る構造の半導体レーザを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来構造の半
導体レーザにおいて、前記電流ブロック層を従来のGa
As混晶に変えて、これよりも熱抵抗値が大きなAlG
aInP、AlInPのいずれかより成る半導体混晶で
形成することを特徴とする。
導体レーザにおいて、前記電流ブロック層を従来のGa
As混晶に変えて、これよりも熱抵抗値が大きなAlG
aInP、AlInPのいずれかより成る半導体混晶で
形成することを特徴とする。
【0010】
【作用】Si3 N4 、SiO2 などの誘電体結晶、ある
いはAlInP、AlGaInPの各混晶は、GaAs
混晶よりも熱抵抗が大きい。したがって、電流ブロック
層にこれらの材料を用いると、通電によりレーザ共振器
で発生した熱は、電流ブロック層を経由して隣接するレ
ーザ共振器へは伝導しにくくなる。その結果、レーザ内
において、活性層の電流ブロック層側を経由して隣の共
振器へ伝わる熱は抑制されるので、隣の共振器へ伝導す
る熱の総量は低減する。したがって、本発明の結晶構造
とすることで従来よりもレーザ共振器間の熱伝導率が小
さくなり、熱クロストークの影響が緩和される。
いはAlInP、AlGaInPの各混晶は、GaAs
混晶よりも熱抵抗が大きい。したがって、電流ブロック
層にこれらの材料を用いると、通電によりレーザ共振器
で発生した熱は、電流ブロック層を経由して隣接するレ
ーザ共振器へは伝導しにくくなる。その結果、レーザ内
において、活性層の電流ブロック層側を経由して隣の共
振器へ伝わる熱は抑制されるので、隣の共振器へ伝導す
る熱の総量は低減する。したがって、本発明の結晶構造
とすることで従来よりもレーザ共振器間の熱伝導率が小
さくなり、熱クロストークの影響が緩和される。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。なお、本発明は、従来のマルチビーム半導体レー
ザの層結晶の組成を代えたものなので、各層の名称、符
号についてはそのまま同一のものを用いて説明する。
する。なお、本発明は、従来のマルチビーム半導体レー
ザの層結晶の組成を代えたものなので、各層の名称、符
号についてはそのまま同一のものを用いて説明する。
【0012】本発明の一実施例に係るマルチビーム半導
体レーザは、図6に示した従来の層構造において、電流
ブロック層16をAlGaInP又はAlInPのいず
れかにて形成したものであるが、まず、電流ブロック層
16をSi3N4誘電体にて形成した例について説明す
る。
体レーザは、図6に示した従来の層構造において、電流
ブロック層16をAlGaInP又はAlInPのいず
れかにて形成したものであるが、まず、電流ブロック層
16をSi3N4誘電体にて形成した例について説明す
る。
【0013】マルチビーム半導体レーザの熱クロストー
クを抑制する一つの手段は、レーザチップからの放熱性
を良くして発熱による温度上昇を小さくすることであ
る。この考えによれば、従来のGaAs混晶よりも熱抵
抗が大きいSi3 N4 誘電体を用いることは不利のよう
にも見える。しかしながら、本発明者らの考察により、
熱伝導の経路を考慮すると、むしろ電流ブロック層の熱
抵抗が大きいことが有利に働くことがわかった。即ち、
レーザ共振器の駆動時に活性層で発生する熱は、図1に
示すように、半導体レーザ内で活性層の電流ブロック層
側を経由する伝導が熱抵抗の大きな誘電体からなる電流
ブロック層で抑止される。従って、従来に比較して隣の
共振器に伝導する熱量は小さくなり、それだけ熱クロス
トークが少なくなる。
クを抑制する一つの手段は、レーザチップからの放熱性
を良くして発熱による温度上昇を小さくすることであ
る。この考えによれば、従来のGaAs混晶よりも熱抵
抗が大きいSi3 N4 誘電体を用いることは不利のよう
にも見える。しかしながら、本発明者らの考察により、
熱伝導の経路を考慮すると、むしろ電流ブロック層の熱
抵抗が大きいことが有利に働くことがわかった。即ち、
レーザ共振器の駆動時に活性層で発生する熱は、図1に
示すように、半導体レーザ内で活性層の電流ブロック層
側を経由する伝導が熱抵抗の大きな誘電体からなる電流
ブロック層で抑止される。従って、従来に比較して隣の
共振器に伝導する熱量は小さくなり、それだけ熱クロス
トークが少なくなる。
【0014】なお、以上は電流ブロック層16をSi3
N4 誘電体にて形成した場合であるが、その外にも、S
iO2 またはポリミイドなどの誘電体で形成した場合も
同様の効果が得られる。
N4 誘電体にて形成した場合であるが、その外にも、S
iO2 またはポリミイドなどの誘電体で形成した場合も
同様の効果が得られる。
【0015】図2は上記本実施例のマルチビーム半導体
レーザの出発材料となるレーザ用エピの層構造断面図で
ある。図2を参照すると、半導体基板10上面に、厚さ
0.23[μm]の第一のバッファ層11、厚さ1.1
[μm]の第一のクラッド層12、歪量子井戸層13a
〜13gから成る活性層部13、厚さ1.1[μm]の
第二のクラッド層14、厚さ0.14[μm]の第二の
バッファ層15が、夫々OMVPE(Organometallic v
apor phase epitaxy)法等の周知の結晶成長手段によっ
てこの順に形成されている。
レーザの出発材料となるレーザ用エピの層構造断面図で
ある。図2を参照すると、半導体基板10上面に、厚さ
0.23[μm]の第一のバッファ層11、厚さ1.1
[μm]の第一のクラッド層12、歪量子井戸層13a
〜13gから成る活性層部13、厚さ1.1[μm]の
第二のクラッド層14、厚さ0.14[μm]の第二の
バッファ層15が、夫々OMVPE(Organometallic v
apor phase epitaxy)法等の周知の結晶成長手段によっ
てこの順に形成されている。
【0016】これら半導体基板10及び各層11〜15
のうち、半導体基板10は電子濃度が2×1018[cm
-3]のSiドープのGaAs混晶、第一のバッファ層1
1は電子濃度が1.5×1018[cm-3]のSiドープ
のGaAs混晶、第一のクラッド層12は電子濃度が2
×1017[cm-3]のSeドープの(Al0.7 G
a0.3 )In0.5 P混晶、活性層部13は、13a及び
13gが厚さ0.08[μm]のアンドープ(Al0.4
Ga0.6 )0.5 In0.5 P層、13c及び13eが厚さ
0.008[μm]のアンドープ(Al0.4 Ga0.6 )
0.5 In0.5 P層、13b,13d,13fが厚さ0.
01[μm]のGa0.43In0.57P層、第二のクラッド
層14は正孔濃度が4×1017[cm-3]のZnドープ
の(Al0.7 Ga0.3 )In0.5 P混晶、第二のバッフ
ァ層15は正孔濃度が1×1018[cm-3]のZnドー
プのGa0.5 In0.5 P混晶から夫々成る。
のうち、半導体基板10は電子濃度が2×1018[cm
-3]のSiドープのGaAs混晶、第一のバッファ層1
1は電子濃度が1.5×1018[cm-3]のSiドープ
のGaAs混晶、第一のクラッド層12は電子濃度が2
×1017[cm-3]のSeドープの(Al0.7 G
a0.3 )In0.5 P混晶、活性層部13は、13a及び
13gが厚さ0.08[μm]のアンドープ(Al0.4
Ga0.6 )0.5 In0.5 P層、13c及び13eが厚さ
0.008[μm]のアンドープ(Al0.4 Ga0.6 )
0.5 In0.5 P層、13b,13d,13fが厚さ0.
01[μm]のGa0.43In0.57P層、第二のクラッド
層14は正孔濃度が4×1017[cm-3]のZnドープ
の(Al0.7 Ga0.3 )In0.5 P混晶、第二のバッフ
ァ層15は正孔濃度が1×1018[cm-3]のZnドー
プのGa0.5 In0.5 P混晶から夫々成る。
【0017】図3〜図5は本実施例のマルチビーム(ダ
ブルビーム)半導体レーザの製造工程図である。以下、
これらの図を参照して各工程を説明する。
ブルビーム)半導体レーザの製造工程図である。以下、
これらの図を参照して各工程を説明する。
【0018】まず、上記レーザ用エピを出発材料とし
(図3(a)参照)、第二のバッファ層15上面にレジ
スト膜20を形成し、その後、レジスト21でパターニ
ングを行う(同(b)参照)。そして、レジスト21で
覆われた部分以外のレジスト膜20をエッチングし、そ
の後、レジスト21を取り除く(同(c)参照)。これ
を50℃の混酸(硫酸:過酸化水素水:水=3:1:
1)で6分間エッチングし、第二のクラッド層14を約
0.2[μm]程残す(同(d)参照)。これにより、
二つのストライプ領域が形成される。
(図3(a)参照)、第二のバッファ層15上面にレジ
スト膜20を形成し、その後、レジスト21でパターニ
ングを行う(同(b)参照)。そして、レジスト21で
覆われた部分以外のレジスト膜20をエッチングし、そ
の後、レジスト21を取り除く(同(c)参照)。これ
を50℃の混酸(硫酸:過酸化水素水:水=3:1:
1)で6分間エッチングし、第二のクラッド層14を約
0.2[μm]程残す(同(d)参照)。これにより、
二つのストライプ領域が形成される。
【0019】次に、Si3 N4 誘電体膜を0.3[μ
m]成長させた後、残部のレジスト膜20をエッチング
する。これにより電流ブロック層16a〜16cが形成
される(図4(a)参照)。その後、電流ブロック層1
6a〜16c及び各ストライプ領域の表面にレジスト膜
22を形成し、その中央部にレジスト23を置く(同
(b)参照)。そしてレジスト23を置いた部分以外の
レジスト膜22をエッチングし(同(c)参照)、その
上面にZnドープのGaAs(正孔濃度4×1017[c
m-3])を1[μm]成長させる。これにより、コンタ
クト層18a、18bが形成される(同(d)参照)。
m]成長させた後、残部のレジスト膜20をエッチング
する。これにより電流ブロック層16a〜16cが形成
される(図4(a)参照)。その後、電流ブロック層1
6a〜16c及び各ストライプ領域の表面にレジスト膜
22を形成し、その中央部にレジスト23を置く(同
(b)参照)。そしてレジスト23を置いた部分以外の
レジスト膜22をエッチングし(同(c)参照)、その
上面にZnドープのGaAs(正孔濃度4×1017[c
m-3])を1[μm]成長させる。これにより、コンタ
クト層18a、18bが形成される(同(d)参照)。
【0020】中央部のレジスト膜22を取り除き、コン
タクト層18a、18b全面に新たに絶縁膜24を形成
する。中央部にはレジスト25をパターニングする(図
5(a)参照)。その後、コンタクト層18a、18b
上面の絶縁膜24をエッチングし(同(b)参照)、全
面にp電極部材26を蒸着する(同(c)参照)。レジ
スト25を取り除き、同時にその上面のp電極部材26
も取り除く。これによりp電極19a、19bが形成さ
れる。更に、基板10を裏からエッチングし、70[μ
m]程度にする。その後、基板10裏面にn共通電極1
9cを蒸着し、窒素雰囲気中、400℃/1分で合金化
する(同(d)参照)。
タクト層18a、18b全面に新たに絶縁膜24を形成
する。中央部にはレジスト25をパターニングする(図
5(a)参照)。その後、コンタクト層18a、18b
上面の絶縁膜24をエッチングし(同(b)参照)、全
面にp電極部材26を蒸着する(同(c)参照)。レジ
スト25を取り除き、同時にその上面のp電極部材26
も取り除く。これによりp電極19a、19bが形成さ
れる。更に、基板10を裏からエッチングし、70[μ
m]程度にする。その後、基板10裏面にn共通電極1
9cを蒸着し、窒素雰囲気中、400℃/1分で合金化
する(同(d)参照)。
【0021】次に、本発明の実施例に関して説明する。
この半導体レーザの構成は上記の一例とほぼ同様であ
り、電流ブロック層の組成のみが異なる。即ち、本実施
例では、図6の電流ブロックの16a〜16cをAlI
nPまたはAlGaInPの混晶にて形成した。このよ
うに電流ブロック層の材料を変更し、上記の一実施例と
同様に図3〜図5の各工程を経ることにより、熱クロス
トークの小さな、マルチビーム半導体レーザが得られ
る。
この半導体レーザの構成は上記の一例とほぼ同様であ
り、電流ブロック層の組成のみが異なる。即ち、本実施
例では、図6の電流ブロックの16a〜16cをAlI
nPまたはAlGaInPの混晶にて形成した。このよ
うに電流ブロック層の材料を変更し、上記の一実施例と
同様に図3〜図5の各工程を経ることにより、熱クロス
トークの小さな、マルチビーム半導体レーザが得られ
る。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、GaAs基板を用いる半導体レーザにおいて、その
電流ブロック層を、熱抵抗の高いAlInP、AlGa
InPの半導体混晶にて形成したので、レーザ共振器間
の熱伝導率が従来構造の半導体レーザよりも小さくな
り、熱クロストークが少なくなる効果がある。
は、GaAs基板を用いる半導体レーザにおいて、その
電流ブロック層を、熱抵抗の高いAlInP、AlGa
InPの半導体混晶にて形成したので、レーザ共振器間
の熱伝導率が従来構造の半導体レーザよりも小さくな
り、熱クロストークが少なくなる効果がある。
【図1】マルチビーム半導体レーザの熱伝達経路の説明
図。
図。
【図2】本発明の一実施例に係るレーザ用エピの層構造
断面図。
断面図。
【図3】本実施例のマルチビーム半導体レーザの製造工
程図。
程図。
【図4】本実施例のマルチビーム半導体レーザの製造工
程図(図3の続き)。
程図(図3の続き)。
【図5】本実施例のマルチビーム半導体レーザの製造工
程図(図4の続き)。
程図(図4の続き)。
【図6】本発明が適用される一般的なマルチビーム半導
体レーザの層構造断面図。
体レーザの層構造断面図。
10…半導体基板、12…第一のクラッド層、13…活
性層、14…第二のクラッド層、16a〜16c…電流
ブロック層、19a〜19c…電極。
性層、14…第二のクラッド層、16a〜16c…電流
ブロック層、19a〜19c…電極。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−281786(JP,A) 特開 平2−257691(JP,A) 特開 平3−203283(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 H01S 3/25
Claims (1)
- 【請求項1】 第一導電型GaAs基板上に、少なくと
も第一導電型半導体混晶の第一のクラッド層と、半導体
混晶の活性層と、第二導電型半導体混晶の第二のクラッ
ド層とが少なくともこの順に形成され、更に、前記第二
のクラッド層表面を電流ブロック層にて所定間隔に分離
された複数のストライプ領域となし、独立駆動構造の複
数のレーザ共振器が形成された半導体レーザにおいて、 前記電流ブロック層が、AlGaInP、AlInPの
いずれかの半導体混晶から形成されることを特徴とする
半導体レーザ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4149493A JP2812069B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体レーザ |
CA002091302A CA2091302A1 (en) | 1992-03-11 | 1993-03-09 | Semiconductor laser and process for fabricating the same |
EP93103939A EP0560358B1 (en) | 1992-03-11 | 1993-03-11 | Laser system |
DE69312767T DE69312767T2 (de) | 1992-03-11 | 1993-03-11 | Lasersystem |
US08/417,272 US5663975A (en) | 1992-03-11 | 1995-04-05 | Multi-beam semiconductor laser with separated contacts characterized by semiconductor mixed crystal and active layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4149493A JP2812069B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05343810A JPH05343810A (ja) | 1993-12-24 |
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Family
ID=15476359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JPH02257691A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-18 | Seiko Epson Corp | 集積型半導体レーザ |
JPH03203283A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-09-04 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
-
1992
- 1992-06-09 JP JP4149493A patent/JP2812069B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05343810A (ja) | 1993-12-24 |
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