JPH05343796A - 面出射形半導体レーザ - Google Patents
面出射形半導体レーザInfo
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- JPH05343796A JPH05343796A JP14704992A JP14704992A JPH05343796A JP H05343796 A JPH05343796 A JP H05343796A JP 14704992 A JP14704992 A JP 14704992A JP 14704992 A JP14704992 A JP 14704992A JP H05343796 A JPH05343796 A JP H05343796A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】反射鏡を構成する材料の屈折率の比を大きく
し、少ない積層層厚と優れた反射率特性が期待できる反
射板を用いた低閾値の面出射形半導体レーザを提供する
ことにある。 【構成】本発明による面出射形半導体レーザでは、多層
反射膜11及び13を構成する2種の層のうち低屈折率
層に発振波長より小さいバンドギャップ波長を有しIn
Pに格子整合するII−VI族化合物半導体層を用いて
いる。そのため、従来のIII−V族化合物半導体層を
用いる場合に比べ屈折率が3.17から2.4程度と小
さくできる為、11周期の積層構造で反射率が99.9
%で、積層層厚は3μmと従来にくらべて非常に薄くか
つ高反射率化できる。従って、従来に比べ積層層厚が低
減でき、かつ、反射率を高くできる為発振閾値をより低
減できる。
し、少ない積層層厚と優れた反射率特性が期待できる反
射板を用いた低閾値の面出射形半導体レーザを提供する
ことにある。 【構成】本発明による面出射形半導体レーザでは、多層
反射膜11及び13を構成する2種の層のうち低屈折率
層に発振波長より小さいバンドギャップ波長を有しIn
Pに格子整合するII−VI族化合物半導体層を用いて
いる。そのため、従来のIII−V族化合物半導体層を
用いる場合に比べ屈折率が3.17から2.4程度と小
さくできる為、11周期の積層構造で反射率が99.9
%で、積層層厚は3μmと従来にくらべて非常に薄くか
つ高反射率化できる。従って、従来に比べ積層層厚が低
減でき、かつ、反射率を高くできる為発振閾値をより低
減できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は面出射形半導体レーザに
関するものである。
関するものである。
【0002】
【従来の技術】面出射形半導体レーザは99.9%以上
の高い反射率を持つ反射鏡を共振器に用いることで、従
来の端面出射形半導体レーザに比べ、低駆動電流化、2
次元アレイ化、高速変調等の改善が期待できる。このよ
うな半導体レーザの従来例がアプライドフィジクスレタ
ーズ誌、1990年、57巻、16号、1605−16
07ページに報告されている。この従来の半導体レーザ
は、半導体基板上にフォトリソグラフィーとドライエッ
チングで光出射方向と平行な方向に形成した円柱部分に
発光層及び2つの多層反射鏡が配置された構造になって
いる。反射鏡には砒化アルミニウム(AlAs)と砒化
ガリウム(GaAs)の四分の一波長板を交互に22〜
28層積層した構造を用いることで、99.9%以上の
高い反射率を実現し低閾値電流を得ている。また、光通
信波長帯の面出射形半導体レーザの高反射率反射鏡の例
がアプライドフィジクスレターズ誌、1991年、59
巻、9号、1011−1012ページに報告されてい
る。この従来例ではInGaAlAs、InAlAsか
らなる四分の一波長板を交互に30周期積層して反射鏡
を形成し、99%以上の高い反射率を得ている。
の高い反射率を持つ反射鏡を共振器に用いることで、従
来の端面出射形半導体レーザに比べ、低駆動電流化、2
次元アレイ化、高速変調等の改善が期待できる。このよ
うな半導体レーザの従来例がアプライドフィジクスレタ
ーズ誌、1990年、57巻、16号、1605−16
07ページに報告されている。この従来の半導体レーザ
は、半導体基板上にフォトリソグラフィーとドライエッ
チングで光出射方向と平行な方向に形成した円柱部分に
発光層及び2つの多層反射鏡が配置された構造になって
いる。反射鏡には砒化アルミニウム(AlAs)と砒化
ガリウム(GaAs)の四分の一波長板を交互に22〜
28層積層した構造を用いることで、99.9%以上の
高い反射率を実現し低閾値電流を得ている。また、光通
信波長帯の面出射形半導体レーザの高反射率反射鏡の例
がアプライドフィジクスレターズ誌、1991年、59
巻、9号、1011−1012ページに報告されてい
る。この従来例ではInGaAlAs、InAlAsか
らなる四分の一波長板を交互に30周期積層して反射鏡
を形成し、99%以上の高い反射率を得ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
屈折率の異なる半導体の4分の1波長板を多周期積層し
た構造になる反射鏡は高い反射率を得るためには0.9
μm帯の発光波長用で20周期以上、特に通信波長帯用
のInP基板上の面射出形半導体レーザ用では30周期
以上が必要になる。その結果、以下2つの問題点が生じ
る。第1に、積層層厚が2つの反射板で10〜14μm
必要であるために多大の結晶成長時間を要し平坦性に欠
けること、第2に、多層反射板内での荷電担体や不純物
による吸収が無視できなくなり99.9%以上の高い反
射率が得にくいことである。
屈折率の異なる半導体の4分の1波長板を多周期積層し
た構造になる反射鏡は高い反射率を得るためには0.9
μm帯の発光波長用で20周期以上、特に通信波長帯用
のInP基板上の面射出形半導体レーザ用では30周期
以上が必要になる。その結果、以下2つの問題点が生じ
る。第1に、積層層厚が2つの反射板で10〜14μm
必要であるために多大の結晶成長時間を要し平坦性に欠
けること、第2に、多層反射板内での荷電担体や不純物
による吸収が無視できなくなり99.9%以上の高い反
射率が得にくいことである。
【0004】本発明は以上述べた様な従来の事情に鑑み
てなされたもので、反射鏡を構成する材料の屈折率の比
を大きくできる構造とし、より少ない積層層厚と優れた
反射率特性が期待できる反射板を用いたより平坦な形状
でありかつ低閾値の面出射形半導体レーザを提供するこ
とにある。
てなされたもので、反射鏡を構成する材料の屈折率の比
を大きくできる構造とし、より少ない積層層厚と優れた
反射率特性が期待できる反射板を用いたより平坦な形状
でありかつ低閾値の面出射形半導体レーザを提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、発光層と前記発光層を挟む2つの反射鏡とがInP
基板上に積層された構造を有する面出射形半導体レーザ
において、前記反射鏡のうち少なくとも基板側の反射鏡
が出射光の波長より小さいバンドギャップ波長を有しI
nPに格子整合した組成III−V族化合物半導体層と
II−VI族化合物半導体層との少なくとも1周期の繰
り返しからなる多層反射膜であることを特徴としてい
る。特に前記II−VI族化合物半導体層にInPに格
子整合したII−VI族化合物半導体としてはCdSS
e、ZnTeS、ZnTeSeを用いることを特徴とし
ている。
は、発光層と前記発光層を挟む2つの反射鏡とがInP
基板上に積層された構造を有する面出射形半導体レーザ
において、前記反射鏡のうち少なくとも基板側の反射鏡
が出射光の波長より小さいバンドギャップ波長を有しI
nPに格子整合した組成III−V族化合物半導体層と
II−VI族化合物半導体層との少なくとも1周期の繰
り返しからなる多層反射膜であることを特徴としてい
る。特に前記II−VI族化合物半導体層にInPに格
子整合したII−VI族化合物半導体としてはCdSS
e、ZnTeS、ZnTeSeを用いることを特徴とし
ている。
【0006】
【作用】一般に、4分の1波長の層厚を有する2種類の
誘電体を多周期積層した多層反射膜の反射率は次式で与
えられることが知られている。
誘電体を多周期積層した多層反射膜の反射率は次式で与
えられることが知られている。
【0007】
【0008】式中、R、n0 、ns 、n1 、n2 、及び
Nは、多層反射膜の反射率、入射側の媒質の屈折率、基
板の屈折率、第1の誘電体の屈折率、第2の誘電体の屈
折率、及び、積層した周期数をそれぞれ示す。
Nは、多層反射膜の反射率、入射側の媒質の屈折率、基
板の屈折率、第1の誘電体の屈折率、第2の誘電体の屈
折率、及び、積層した周期数をそれぞれ示す。
【0009】本発明による面出射形半導体レーザでは、
反射鏡を構成する2種類の層に、発振波長より小さいバ
ンドギャップ波長を有する組成でかつ4分の1波長の層
厚を有するInPに格子整合した組成のIII−V族化
合物半導体層とII−VI族化合物半導体層とを用いて
いる。II−VI族化合物半導体層の屈折率n2 は従来
のIII−V族化合物半導体層(たとえばInP)を用
いた場合に比べ、発振波長1.55μmの場合では3.
17から2.4〜2.6の小さいため、少ない積層周期
数で高い反射率が得られる。たとえば、発振波長1.5
5μmの場合、InPとCdSSeとを用いた反射率9
9,9%の多層反射膜では14周期、計4μmの厚さで
済み、従来にくらべて非常に薄くできる。従って、従来
に比べ集積化が容易な平坦な形状にでき、かつ、反射率
を高くできる為、発振閾値をより低減できる。
反射鏡を構成する2種類の層に、発振波長より小さいバ
ンドギャップ波長を有する組成でかつ4分の1波長の層
厚を有するInPに格子整合した組成のIII−V族化
合物半導体層とII−VI族化合物半導体層とを用いて
いる。II−VI族化合物半導体層の屈折率n2 は従来
のIII−V族化合物半導体層(たとえばInP)を用
いた場合に比べ、発振波長1.55μmの場合では3.
17から2.4〜2.6の小さいため、少ない積層周期
数で高い反射率が得られる。たとえば、発振波長1.5
5μmの場合、InPとCdSSeとを用いた反射率9
9,9%の多層反射膜では14周期、計4μmの厚さで
済み、従来にくらべて非常に薄くできる。従って、従来
に比べ集積化が容易な平坦な形状にでき、かつ、反射率
を高くできる為、発振閾値をより低減できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【0011】図1は本発明の実施例を説明するための断
面模式図である。出射光20は基板10の裏面から基板
面に垂直な方向に出射する。基板10は(100)面の
Sドープn形InP基板を用いた。ダブルヘテロ構造1
2はn形InP層、InGaAs発光層16、及びp形
InP層を順次積層した構造で、発光波長が1.55μ
mとなる発光層厚を有する量子井戸構造である。ダブル
ヘテロ構造12を上下から挟む位置に、n形多層反射膜
11及びp形多層反射膜13を形成した。n形多層反射
膜11は、厚さ112nmのn形InGaAsP層18
(バンドギャップ波長1.45μm)と厚さ164nm
のn形CdSSe層19を交互に11周期積層した構造
である。p形多層反射膜13は厚さ112nmのp形I
nAsP層(バンドギャップ波長1.45μm)と厚さ
164nmのp形CdSSe層を15周期積層した後、
10μm角に整形して発振領域を制限している。電流注
入に関しては、InGaAs発光層16に注入される担
体のうち電子は基板裏面のn形電極14から、基板10
を経て、n形多層反射膜11を通じて注入される。一
方、正孔は多層反射膜13上のp形電極15からp形多
層反射膜13を通じて注入される。電子と正孔の再結合
は主に発光領域17で起き、p形多層反射膜13の部分
でのみ共振器が形成されるため、発振以降の注入電流は
発光領域17にのみ流れることになり、低駆動電流、高
効率の発振が可能になる。
面模式図である。出射光20は基板10の裏面から基板
面に垂直な方向に出射する。基板10は(100)面の
Sドープn形InP基板を用いた。ダブルヘテロ構造1
2はn形InP層、InGaAs発光層16、及びp形
InP層を順次積層した構造で、発光波長が1.55μ
mとなる発光層厚を有する量子井戸構造である。ダブル
ヘテロ構造12を上下から挟む位置に、n形多層反射膜
11及びp形多層反射膜13を形成した。n形多層反射
膜11は、厚さ112nmのn形InGaAsP層18
(バンドギャップ波長1.45μm)と厚さ164nm
のn形CdSSe層19を交互に11周期積層した構造
である。p形多層反射膜13は厚さ112nmのp形I
nAsP層(バンドギャップ波長1.45μm)と厚さ
164nmのp形CdSSe層を15周期積層した後、
10μm角に整形して発振領域を制限している。電流注
入に関しては、InGaAs発光層16に注入される担
体のうち電子は基板裏面のn形電極14から、基板10
を経て、n形多層反射膜11を通じて注入される。一
方、正孔は多層反射膜13上のp形電極15からp形多
層反射膜13を通じて注入される。電子と正孔の再結合
は主に発光領域17で起き、p形多層反射膜13の部分
でのみ共振器が形成されるため、発振以降の注入電流は
発光領域17にのみ流れることになり、低駆動電流、高
効率の発振が可能になる。
【0012】本発明の面出射形半導体レーザは、まず、
(100)面を有するn形InP基板10の上に、In
Pに格子整合した厚さ112nmのn形InGaAsP
層18(バンドギャップ波長1,45μm)と厚さ16
4nmのn形CdSSe層19を交互に11周期積層す
る。積層には、独立したIII−V族化合物半導体用成
長室とII−VI族化合物半導体用成長室が真空搬送室
で結合された構造を持つMBE成長装置を用い、それぞ
れの成長室にInP基板10を往復させて積層する。次
に、n形InP層、InGaAs発光層、及びp形In
P層を順次積層し、発光波長が1.55μmとなる発光
層厚を有するダブルヘテロ構造12を成長する。さら
に、p形多層反射膜13は厚さ112nmのp形InG
aAsP層(バンドギャップ波長1.45μm)と厚さ
164nmのp形CdSSe層を15周期積層する。I
II−V族化合物半導体のMBE成長法では、950℃
に加熱したクラッキングセルを通してアルシン、ホスフ
ィンガスを高真空チャンバーに導入し、In、Ga金属
をそれぞれクヌーセンセルで加熱しシャッターで制御し
てInP基板10に照射して成長させる。II−VI族
化合物半導体のMBE成長法ではKセルを加熱してC
d、S、及びSeをInP基板10に照射して成長させ
る。p形多層反射膜13を積層後、通常のフォトリソグ
ラフィーで形成したレジストをマスクとして、p形多層
反射膜13を10μm角にドライエッチングで整形し、
SiO2 層21、n形電極14及びp形電極15を形成
すると図1の半導体レーザが完成する。
(100)面を有するn形InP基板10の上に、In
Pに格子整合した厚さ112nmのn形InGaAsP
層18(バンドギャップ波長1,45μm)と厚さ16
4nmのn形CdSSe層19を交互に11周期積層す
る。積層には、独立したIII−V族化合物半導体用成
長室とII−VI族化合物半導体用成長室が真空搬送室
で結合された構造を持つMBE成長装置を用い、それぞ
れの成長室にInP基板10を往復させて積層する。次
に、n形InP層、InGaAs発光層、及びp形In
P層を順次積層し、発光波長が1.55μmとなる発光
層厚を有するダブルヘテロ構造12を成長する。さら
に、p形多層反射膜13は厚さ112nmのp形InG
aAsP層(バンドギャップ波長1.45μm)と厚さ
164nmのp形CdSSe層を15周期積層する。I
II−V族化合物半導体のMBE成長法では、950℃
に加熱したクラッキングセルを通してアルシン、ホスフ
ィンガスを高真空チャンバーに導入し、In、Ga金属
をそれぞれクヌーセンセルで加熱しシャッターで制御し
てInP基板10に照射して成長させる。II−VI族
化合物半導体のMBE成長法ではKセルを加熱してC
d、S、及びSeをInP基板10に照射して成長させ
る。p形多層反射膜13を積層後、通常のフォトリソグ
ラフィーで形成したレジストをマスクとして、p形多層
反射膜13を10μm角にドライエッチングで整形し、
SiO2 層21、n形電極14及びp形電極15を形成
すると図1の半導体レーザが完成する。
【0013】本発明の面出射形半導体レーザは多層反射
膜に高屈折率層及び低屈折率層としてInGaAsP
(バンドギャップ波長1.45μm)及びCdSSe
(S組成80%}を用いており、その発振波長における
屈折率はそれぞれ3.466及び2.357と互いの屈
折率差が大きい。そのため、11周期であっても99.
9%の高い反射率が得られる。その結果、n形多層反射
膜11の層厚は3μmと、従来に比べ著しく積層層厚が
低減される。また、99.99%以上の非常に高い屈折
率も15周期の多層反射膜で得られ、発振閾値が低減で
きる。
膜に高屈折率層及び低屈折率層としてInGaAsP
(バンドギャップ波長1.45μm)及びCdSSe
(S組成80%}を用いており、その発振波長における
屈折率はそれぞれ3.466及び2.357と互いの屈
折率差が大きい。そのため、11周期であっても99.
9%の高い反射率が得られる。その結果、n形多層反射
膜11の層厚は3μmと、従来に比べ著しく積層層厚が
低減される。また、99.99%以上の非常に高い屈折
率も15周期の多層反射膜で得られ、発振閾値が低減で
きる。
【0014】上記実施例では低屈折率層としてCdSS
eを用いたが、この他にInPに格子整合する組成とし
てZnTeS(Te組成約67%}、ZnTeSe(T
e組成約46%)を用いても良い。
eを用いたが、この他にInPに格子整合する組成とし
てZnTeS(Te組成約67%}、ZnTeSe(T
e組成約46%)を用いても良い。
【0015】上記実施例では上下ともIII−V族化合
物半導体層とII−VI族化合物半導体層とからなる多
層反射膜を用いたが、上記構造の多層反射膜を下側反射
鏡(基板に隣接した反射膜)にのみ用い、上側反射鏡は
誘電体多層反射膜を蒸着等の方法で形成しても良い。特
にII−VI族化合物半導体の高濃度p形またはn形の
一方が結晶の性質上形成しにくい場合、形成し易い導電
形を下側多層反射膜に用いても良い。
物半導体層とII−VI族化合物半導体層とからなる多
層反射膜を用いたが、上記構造の多層反射膜を下側反射
鏡(基板に隣接した反射膜)にのみ用い、上側反射鏡は
誘電体多層反射膜を蒸着等の方法で形成しても良い。特
にII−VI族化合物半導体の高濃度p形またはn形の
一方が結晶の性質上形成しにくい場合、形成し易い導電
形を下側多層反射膜に用いても良い。
【0016】上記実施例では下側多層反射膜をn形とし
たがp形基板を用いればp形n形を変えても同様の効果
が得られる。
たがp形基板を用いればp形n形を変えても同様の効果
が得られる。
【0017】上記実施例ではエピタキシャル成長法に2
成長室を有するMBE法を用いたが、本発明はこれに限
定されるものではない。
成長室を有するMBE法を用いたが、本発明はこれに限
定されるものではない。
【0018】
【発明の効果】本発明による半導体レーザは、反射鏡を
構成する材料の屈折率の比を大きくできる構造であるた
めに、より少ない積層層厚で優れた反射率特性が得ら
れ、その結果、平坦かつ低閾値の面出射形半導体レーザ
を得ることができる。
構成する材料の屈折率の比を大きくできる構造であるた
めに、より少ない積層層厚で優れた反射率特性が得ら
れ、その結果、平坦かつ低閾値の面出射形半導体レーザ
を得ることができる。
【図1】本発明の半導体レーザの一実施例を説明するた
めの断面模式図である。
めの断面模式図である。
10 基板 11 n形多層反射膜 12 ダブルヘテロ構造 13 p形多層反射膜 14 n形電極 15 p形電極 16 InGaAs発光層 17 発光領域 18 n形InGaAsP層 19 n形CdSSe層 20 出射光 21 SiO2 層
Claims (4)
- 【請求項1】 発光層と、前記発光層を挟む2つの反射
鏡とがInP基板上に積層された構造を有する面出射形
半導体レーザにおいて、前記反射鏡のうち少なくとも基
板側の反射鏡が出射光の波長より小さいバンドギャップ
波長を有しInPに格子整合した組成III−V族化合
物半導体層とII−VI族化合物半導体層との少なくと
も1周期の繰り返しからなる多層反射膜であることを特
徴とする面出射形半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記II−VI族化合物半導体層にIn
Pに格子整合した組成のCdSSeを用いた請求項1記
載の面射出形半導体レーザ。 - 【請求項3】 前記II−VI族化合物半導体層にIn
Pに格子整合した組成のZnTeSを用いた請求項1記
載の面射出形半導体レーザ。 - 【請求項4】 前記II−VI族化合物半導体層にIn
Pに格子整合した組成のZnTeSeを用いた請求項1
記載の面射出形半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14704992A JPH05343796A (ja) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | 面出射形半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14704992A JPH05343796A (ja) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | 面出射形半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343796A true JPH05343796A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15421348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14704992A Withdrawn JPH05343796A (ja) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | 面出射形半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343796A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008503090A (ja) * | 2004-06-18 | 2008-01-31 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | InP基板上のII−VI/III−V層状構造 |
| JP2009520377A (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-21 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | InP基板上のII−VI/III−V層状構造体 |
| US8385380B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-02-26 | 3M Innovative Properties Company | Monochromatic light source |
| US8488641B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-07-16 | 3M Innovative Properties Company | II-VI MQW VSEL on a heat sink optically pumped by a GaN LD |
-
1992
- 1992-06-08 JP JP14704992A patent/JPH05343796A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008503090A (ja) * | 2004-06-18 | 2008-01-31 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | InP基板上のII−VI/III−V層状構造 |
| JP2009520377A (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-21 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | InP基板上のII−VI/III−V層状構造体 |
| EP1963094A4 (en) * | 2005-12-20 | 2014-03-19 | 3M Innovative Properties Co | II-VI / III-V-DESIGNED CONSTRUCTION ON AN INP SUBSTRATE |
| US8385380B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-02-26 | 3M Innovative Properties Company | Monochromatic light source |
| US8488641B2 (en) | 2008-09-04 | 2013-07-16 | 3M Innovative Properties Company | II-VI MQW VSEL on a heat sink optically pumped by a GaN LD |
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