JPH10178234A - Surface light-emitting laser - Google Patents

Surface light-emitting laser

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JPH10178234A
JPH10178234A JP33669796A JP33669796A JPH10178234A JP H10178234 A JPH10178234 A JP H10178234A JP 33669796 A JP33669796 A JP 33669796A JP 33669796 A JP33669796 A JP 33669796A JP H10178234 A JPH10178234 A JP H10178234A
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layer
type
emitting laser
reflective film
band gap
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Ko Kurihara
香 栗原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower a drive current with lowering a device resistance. SOLUTION: A surface light-emitting laser compisses an electrode made by partially etching an upper semiconductor multi-layer reflection film 6 and its current is injected by bypassing the upper semiconductor multi-layer reflection film 6. A bandgap is decreased by changing a composition of a layer 20 with a larger bandgap between an electrode forming layer 8 and an active layer 22. In this case, the layer 20 with a larger bandgap can be Al0.4 Ga0.6 As layer with a smaller Al composition.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は面発光レーザ素子に
関し、特に低抵抗な面発光レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting laser device, and more particularly, to a low-resistance surface emitting laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】光情報処理、並列光通信に適した発光デ
バイスの1つとして、面型に並列可能な面発光レーザが
ある。この面発光レーザの従来の技術は、例えばアイオ
ーオーシー '95 テクニカル ダイジェスト TuB
1−2(IOOC '95 technical digest TuB1-2)に報告さ
れている。
2. Description of the Related Art As one of light emitting devices suitable for optical information processing and parallel optical communication, there is a surface emitting laser which can be arranged in a plane type. The conventional technology of this surface emitting laser is, for example, IOC'95 Technical Digest TuB
1-2 (IOOC '95 technical digest TuB1-2).

【0003】図2は、従来例における面発光レーザの構
造を示す断面図である。図2に示した面発光レーザは、
n型GaAs基板1の上に、媒質内波長λの1/4の厚
さでn型にドーピングされたAlAs層とGaAs層と
を交互に積層したn型多層反射膜2と、n型Al0.3
0.7 Asクラッド層3と、In0.2 Ga0.8 As活性
層4と、p型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層5と、媒
質内波長λの1/4の厚さでp型にドーピングされたA
lAs層とGaAs層とを交互に積層したp型多層反射
膜6とが形成されている。ここで、n型多層反射膜2は
AlAs/GaAs25周期からなり、p型多層反射膜
6はGaAs/AlAs20周期からなっている。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional surface emitting laser. The surface emitting laser shown in FIG.
on the n-type GaAs substrate 1, an n-type multilayer reflective film 2 of alternately laminated doped AlAs layer and the GaAs layer to n-type with a thickness of 1/4 of the medium wavelength lambda, n-type Al 0.3 G
a 0.7 As clad layer 3, In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4, p-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 5, and p-type doped A having a thickness of 1 / of the wavelength λ in the medium.
A p-type multilayer reflective film 6 in which an lAs layer and a GaAs layer are alternately laminated is formed. Here, the n-type multilayer reflective film 2 has 25 periods of AlAs / GaAs, and the p-type multilayer reflective film 6 has 20 periods of GaAs / AlAs.

【0004】n型多層反射膜2のn型Al0.3 Ga0.7
Asクラッド層3に近接する層は、ワイドバンドギャッ
プ層であるAlAs層となっている。p型多層反射膜6
内のナローバンドギャップ層であるGaAs層の最下層
は、横方向のシート抵抗値を減少させるために通常の5
倍の厚さの5/4λコンタクト層7となっている。p型
多層反射膜6のp型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層5
に近接する層である最下層のワイドバンドギャップ層
は、AlAs層30となっている。
The n-type Al 0.3 Ga 0.7 of the n-type multilayer reflection film 2
The layer adjacent to the As clad layer 3 is an AlAs layer which is a wide band gap layer. p-type multilayer reflective film 6
The lowermost layer of the GaAs layer, which is a narrow bandgap layer, has a thickness of 5 Å to reduce the sheet resistance in the lateral direction.
This is a 5 / 4λ contact layer 7 having twice the thickness. p-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 5 of p-type multilayer reflective film 6
The AlAs layer 30 is the lowermost wide bandgap layer that is a layer close to.

【0005】素子分離は、p型多層反射膜6を5/4λ
コンタクト層7の手前までエッチングしてメサ21を形
成した後に、メサ21を厚膜のp型電極8で覆い、それ
をマスクとしてIn0.2 Ga0.8 As活性層4の深さの
イオン注入を行って高抵抗領域9を形成することによっ
て行われている。In0.2 Ga0.8 As活性層4のうち
のメサ21の下の領域が、発光に寄与する活性領域22
となる。
For element isolation, the p-type multi-layer reflective film 6 is set to 5 / 4λ.
After the mesa 21 is formed by etching up to just before the contact layer 7, the mesa 21 is covered with a thick p-type electrode 8, and ion implantation of a depth of the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4 is performed using the mesa 21 as a mask. This is performed by forming the high resistance region 9. A region under the mesa 21 in the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4 is an active region 22 contributing to light emission.
Becomes

【0006】電流は主として、p型電極8と5/4λコ
ンタクト層7とが接触するメサ21の周辺部分から、メ
サ21の下の活性領域22に向かって横方向に電流が注
入される。n型電極10は、n型GaAs基板1の一部
の中間層部分をエッチングしてn型半導体多層膜2を露
出させて、その上部に作製する。n型電極10を形成し
た後に、メサ21およびn型電極10の上部にヒートシ
ンクを兼ねた厚膜金属によるボンディングパッド11を
形成する。その後、n型GaAs基板1を研磨して、レ
ーザ光出射面であるn型GaAs基板1の裏面に無反射
コート23を施す。
A current is mainly injected laterally from a peripheral portion of the mesa 21 where the p-type electrode 8 and the 5 / 4λ contact layer 7 are in contact with each other toward the active region 22 below the mesa 21. The n-type electrode 10 is formed on the n-type GaAs substrate 1 by etching a part of the intermediate layer portion to expose the n-type semiconductor multilayer film 2 and exposing it. After the formation of the n-type electrode 10, the bonding pad 11 made of a thick film metal also serving as a heat sink is formed on the mesa 21 and the n-type electrode 10. Thereafter, the n-type GaAs substrate 1 is polished, and a non-reflection coating 23 is applied to the back surface of the n-type GaAs substrate 1 which is a laser light emitting surface.

【0007】このようにすることによって、抵抗値の高
いp型多層反射膜6を迂回して5/4λコンタクト層7
から電流を注入することが可能となる。また、横方向の
シート抵抗は、層の厚さを通常の5倍の5/4λとする
ことによって抵抗値の低減に寄与している。
By doing so, the 5 / 4λ contact layer 7 bypasses the p-type multilayer reflective film 6 having a high resistance value.
Current can be injected from. Further, the sheet resistance in the lateral direction contributes to the reduction of the resistance value by setting the thickness of the layer to 5 / 4λ, which is five times the normal thickness.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
面発光レーザにおいては、In0.2 Ga0.8 As活性層
4の部分に電流を注入するためには、もう1層、5/4
λコンタクト層7の下に位置するワイドバンドギャップ
層であるAlAs層30を通過する必要があるが、その
界面の抵抗値を無視することができないという問題点が
あった。そのため、印加電圧が上昇して消費電力が増す
だけでなく、その部分の抵抗によって熱が発生すると、
In0.2 Ga0.8 As活性層4に近いので微分量子効率
も低下させるなどして、発光効率が低下するという問題
点があった。
In the conventional surface emitting laser as described above, another layer, 5/4, is required to inject a current into the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4.
It is necessary to pass through the AlAs layer 30 which is a wide band gap layer located below the λ contact layer 7, but there is a problem that the resistance value at the interface cannot be ignored. Therefore, not only does the applied voltage rise and power consumption increases, but when heat is generated by the resistance of that part,
Since it is close to the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4, there is a problem that the luminous efficiency is reduced by, for example, reducing the differential quantum efficiency.

【0009】このような点に鑑み本発明は、素子抵抗を
低減して駆動電流を低減した面発光レーザを提供するこ
とを目的とする。
In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a surface emitting laser in which the element resistance is reduced and the driving current is reduced.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の面発光レーザ
は、上部半導体多層反射膜(6)の一部分をエッチング
して電極を形成し、該上部半導体多層反射膜(6)を迂
回して電流の注入を行う面発光レーザであって、電極形
成層(8)と活性層(22)との間のバンドギャップが
大きい層(20)の組成を変更して、該バンドギャップ
を小さくする。
According to the surface emitting laser of the present invention, an electrode is formed by etching a part of the upper semiconductor multilayer reflective film (6), and the current is bypassed by the upper semiconductor multilayer reflective film (6). In this case, the composition of a layer (20) having a large band gap between the electrode forming layer (8) and the active layer (22) is changed to reduce the band gap.

【0011】上記本発明の面発光レーザは、前記バンド
ギャップが大きい層(20)を、Al組成を小さくした
Al0.4 Ga0.6 As層とする。
In the above-described surface emitting laser according to the present invention, the layer having a large band gap (20) is an Al 0.4 Ga 0.6 As layer having a reduced Al composition.

【0012】本発明の面発光レーザによれば、5/4λ
コンタクト層(7)から注入された電流はその下のAl
GaAs層(20)を通過してIn0.2 Ga0.8 As活
性層(4)に注入されるが、5/4λコンタクト層
(7)とその下のAlGaAs層(20)との間の抵抗
値は、ワイドバンドギャップ層にAlAs層(30)を
用いた場合と比較して、バンド構造中のスパイクに相当
する界面の素子抵抗が小さくなる。
According to the surface emitting laser of the present invention, 5 / 4λ
The current injected from the contact layer (7) is
Injected into the In 0.2 Ga 0.8 As active layer (4) through the GaAs layer (20), the resistance between the 5 / 4λ contact layer (7) and the underlying AlGaAs layer (20) is: As compared with the case where the AlAs layer (30) is used for the wide band gap layer, the element resistance at the interface corresponding to the spike in the band structure becomes smaller.

【0013】また、上部半導体多層反射膜(6)のワイ
ドバンドギャップ層全体をAlGaAsにした場合に
は、GaAs層との屈折率差が小さくなるので反射率が
低下して発光効率が減少する。しかし、本発明のように
ワイドバンドギャップ層のうちの1周期だけをAlAs
層(30)からAlGaAs層(20)に変更した場合
には、反射率の低下はわずかであり、発光効率の減少を
抑えることが可能となる。
Further, when the entire wide band gap layer of the upper semiconductor multilayer reflective film (6) is made of AlGaAs, the difference in refractive index from the GaAs layer is reduced, so that the reflectance is reduced and the luminous efficiency is reduced. However, according to the present invention, only one cycle of the wide band gap layer is formed by AlAs.
When the layer (30) is changed to the AlGaAs layer (20), a decrease in reflectance is slight, and a decrease in luminous efficiency can be suppressed.

【0014】このようにして、発光効率の低下を招くこ
となく素子抵抗を低減した面発光レーザを実現すると、
駆動電流を低減することが可能となり、例えばCMOS
レベルで駆動することができる面発光レーザを実現する
ことが可能となる。
As described above, when a surface-emitting laser having a reduced device resistance without lowering the luminous efficiency is realized,
The drive current can be reduced, and for example, CMOS
A surface emitting laser that can be driven at a level can be realized.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】図1は、本発明の一実施の形態における面
発光レーザの構造を示す断面図である。図1に示した面
発光レーザは、n型GaAs基板1の上に、媒質内波長
λの1/4の厚さでn型にドーピングされたAlAs層
とGaAs層とを交互に積層したn型多層反射膜2と、
n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層3と、In0.2
0.8 As活性層4と、p型Al0.3 Ga0.7 Asクラ
ッド層5と、媒質内波長λの1/4の厚さでp型にドー
ピングされたAlAs層とGaAs層とを交互に積層し
たp型多層反射膜6とを形成する構成となっている。こ
こで、n型多層反射膜2はAlAs/GaAs25周期
からなり、p型多層反射膜6はGaAs/AlAs20
周期からなっている。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention. The surface emitting laser shown in FIG. 1 has an n-type GaAs substrate 1 in which an n-type doped AlAs layer and a GaAs layer having a thickness of 1 / of the wavelength λ in the medium are alternately stacked. A multilayer reflective film 2;
n-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 3 and In 0.2 G
a 0.8 As active layer 4, a p-type Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 5, and a p-type AlAs layer and a GaAs layer alternately laminated with a p-type doped layer having a thickness of 波長 of the wavelength λ in the medium. And a multi-layer reflective film 6. Here, the n-type multilayer reflective film 2 is composed of 25 cycles of AlAs / GaAs, and the p-type multilayer reflective film 6 is composed of GaAs / AlAs20.
It consists of a cycle.

【0017】n型多層反射膜2のn型Al0.3 Ga0.7
Asクラッド層3に近接する層は、ワイドバンドギャッ
プ層であるAlAs層となっている。p型多層反射膜6
内のナローバンドギャップ層であるGaAs層の最下層
は、横方向のシート抵抗値を減少させるために通常の5
倍の厚さの5/4λコンタクト層7となっている。p型
多層反射膜6のp型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層5
に近接する層である最下層のワイドバンドギャップ層
は、Al組成を小さくしたAl0.4 Ga0.6 As層20
となっている。
The n-type Al 0.3 Ga 0.7 of the n-type multilayer reflective film 2
The layer adjacent to the As clad layer 3 is an AlAs layer which is a wide band gap layer. p-type multilayer reflective film 6
The lowermost layer of the GaAs layer, which is a narrow bandgap layer, has a thickness of 5 Å to reduce the sheet resistance in the lateral direction.
This is a 5 / 4λ contact layer 7 having twice the thickness. p-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 5 of p-type multilayer reflective film 6
Is a layer close to the bottom layer of the wide bandgap layers, Al 0.4 Ga 0.6 As layer 20 having a small Al composition
It has become.

【0018】素子分離は、p型多層反射膜6を5/4λ
コンタクト層7の手前までエッチングしてメサ21を形
成した後に、メサ21を厚膜のp型電極8で覆い、それ
をマスクとしてIn0.2 Ga0.8 As活性層4の深さの
イオン注入を行って高抵抗領域9を形成することによっ
て行われている。In0.2 Ga0.8 As活性層4のうち
のメサ21の下の領域が、発光に寄与する活性領域22
となる。
In the element isolation, the p-type multilayer reflective film 6 is set to 5 / 4λ.
After the mesa 21 is formed by etching up to just before the contact layer 7, the mesa 21 is covered with a thick p-type electrode 8, and ion implantation of a depth of the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4 is performed using the mesa 21 as a mask. This is performed by forming the high resistance region 9. A region under the mesa 21 in the In 0.2 Ga 0.8 As active layer 4 is an active region 22 contributing to light emission.
Becomes

【0019】電流は主として、p型電極8と5/4λコ
ンタクト層7とが接触するメサ21の周辺部分から、メ
サ21の下の活性領域22に向かって横方向に電流が注
入される。n型電極10は、n型GaAs基板1の一部
の中間層部分をエッチングしてn型半導体多層膜2を露
出させて、その上部に作製する。n型電極10を形成し
た後に、メサ21およびn型電極10の上部にヒートシ
ンクを兼ねた厚膜金属によるボンディングパッド11を
形成する。その後、n型GaAs基板1を研磨して、レ
ーザ光出射面であるn型GaAs基板1の裏面に無反射
コート23を施す。
The current is mainly injected laterally from the peripheral portion of the mesa 21 where the p-type electrode 8 and the 5 / 4λ contact layer 7 are in contact with each other toward the active region 22 below the mesa 21. The n-type electrode 10 is formed on the n-type GaAs substrate 1 by etching a part of the intermediate layer portion to expose the n-type semiconductor multilayer film 2 and exposing it. After the formation of the n-type electrode 10, the bonding pad 11 made of a thick film metal also serving as a heat sink is formed on the mesa 21 and the n-type electrode 10. Thereafter, the n-type GaAs substrate 1 is polished, and a non-reflection coating 23 is applied to the back surface of the n-type GaAs substrate 1 which is a laser light emitting surface.

【0020】このように、ナローバンドギャップ層であ
る5/4λコンタクト層7の下のワイドバンドギャップ
層を、図2に示したAlAs層30から図1に示したA
l組成の小さいAl0.4 Ga0.6 As層20に変更する
ことによって、ナローバンドギャップ層とワイドバンド
ギャップ層との間のGaAs/AlAs界面の抵抗値を
低減し、駆動電流を低減することができる。
As described above, the wide band gap layer below the narrow band gap layer 5 / 4λ contact layer 7 is changed from the AlAs layer 30 shown in FIG. 2 to the A band shown in FIG.
By changing to the Al 0.4 Ga 0.6 As layer 20 having a small 1 composition, the resistance value of the GaAs / AlAs interface between the narrow band gap layer and the wide band gap layer can be reduced, and the drive current can be reduced.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、クラッド
層に近接したワイドバンドギャップ層を、AlAs層か
らAl組成の小さいAl0.4 Ga0.6 As層に変更する
ことによって、ナローバンドギャップ層である5/4λ
コンタクト層とワイドバンドギャップ層であるAlGa
As層との間のGaAs/AlAs界面の抵抗値を低減
し、駆動電流を低減することができるという効果を有す
る。すなわち、ウエハ成長および素子プロセスの工数を
増加することなく、素子抵抗の多くの部分を占めるGa
As/AlAs界面の抵抗値を減少することができ、素
子抵抗を低減し、ひいては駆動電流を低減することがで
きるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, the narrow band gap layer is formed by changing the wide band gap layer adjacent to the cladding layer from an AlAs layer to an Al 0.4 Ga 0.6 As layer having a small Al composition. / 4λ
AlGa as a contact layer and a wide band gap layer
This has the effect of reducing the resistance value of the GaAs / AlAs interface with the As layer and reducing the drive current. That is, Ga, which occupies most of the element resistance, without increasing the number of steps for wafer growth and element processing.
This has the effect of reducing the resistance value at the As / AlAs interface, reducing the element resistance, and thus reducing the drive current.

【0022】また、ワイドバンドギャップ層のうちの1
周期だけをAlAs層からAlGaAs層に変更するこ
とによって、反射率の低下を抑えることができ、発光効
率の減少を防ぐことができるという効果を有する。
Further, one of the wide band gap layers is
By changing only the period from the AlAs layer to the AlGaAs layer, there is an effect that a decrease in reflectance can be suppressed and a decrease in luminous efficiency can be prevented.

【0023】本発明の面発光レーザを用いることによっ
て、例えば低抵抗でCMOSレベルで駆動可能な面発光
レーザを実現することができるという効果を有する。
The use of the surface emitting laser of the present invention has an effect that, for example, a surface emitting laser which can be driven at a low resistance and at the CMOS level can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態における面発光レーザの
構造を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来例における面発光レーザの構造を示す断面
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional surface emitting laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型GaAs基板 2 n型多層反射膜 3 n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層 4 In0.2 Ga0.8 As活性層 5 p型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層 6 p型多層反射膜 7 5/4λコンタクト層 8 p型電極 9 高抵抗領域 10 n型電極 11 ボンディングパッド 20 p型Al0.4 Ga0.6 As層 21 メサ 22 活性領域 23 無反射コート 30 AlAs層Reference Signs List 1 n-type GaAs substrate 2 n-type multilayer reflective film 3 n-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 4 In 0.2 Ga 0.8 As active layer 5 p-type Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 6 p-type multilayer reflective film 7 5 / 4λ contact Layer 8 p-type electrode 9 high-resistance region 10 n-type electrode 11 bonding pad 20 p-type Al 0.4 Ga 0.6 As layer 21 mesa 22 active region 23 anti-reflection coat 30 AlAs layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上部半導体多層反射膜の一部分をエッチ
ングして電極を形成し、該上部半導体多層反射膜を迂回
して電流の注入を行う面発光レーザにおいて、 電極形成層と活性層との間のバンドギャップが大きい層
の組成を変更して、該バンドギャップを小さくすること
を特徴とする、面発光レーザ。
1. A surface emitting laser in which an electrode is formed by etching a part of an upper semiconductor multilayer reflective film and a current is bypassed around the upper semiconductor multilayer reflective film, wherein an electrode is formed between the electrode forming layer and the active layer. Wherein the composition of a layer having a large band gap is changed to reduce the band gap.
【請求項2】 前記バンドギャップが大きい層が、Al
組成を小さくしたAl0.4 Ga0.6 As層である、請求
項1に記載の面発光レーザ。
2. The method according to claim 1, wherein the layer having a large band gap is formed of Al.
2. The surface emitting laser according to claim 1, wherein the surface emitting laser is an Al 0.4 Ga 0.6 As layer having a reduced composition.
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