JPH1117248A - High reflecting film structure for semiconductor laser and semiconductor laser - Google Patents

High reflecting film structure for semiconductor laser and semiconductor laser

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JPH1117248A
JPH1117248A JP16839997A JP16839997A JPH1117248A JP H1117248 A JPH1117248 A JP H1117248A JP 16839997 A JP16839997 A JP 16839997A JP 16839997 A JP16839997 A JP 16839997A JP H1117248 A JPH1117248 A JP H1117248A
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JP
Japan
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index layer
semiconductor laser
refractive index
layer
refractive
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JP16839997A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Sugo
満 須郷
Akihiko Nishitani
昭彦 西谷
Tatsuya Takeshita
達也 竹下
Ryuzo Iga
龍三 伊賀
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high reflecting film structure for a high output semicon ductor laser and a high output semiconductor laser. SOLUTION: In a high reflecting film structure for a semiconductor laser in which a low refractive index layer and a high reflective index layer are alternately laminated, a first low refractive index layer 2 brought into contact with a semiconductor laser 1 is constituted of materials with higher radioactive than that of at least SiO2 , and a low refractive index layer 8 after a second low refractive index layer close to the semiconductor laser 1 is constituted of materials with lower refractive index than that of the first low refractive index layer 2.

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、高出力半導体レー
ザ用高反射膜構造および高出力半導体レーザに関する。
The present invention relates to a high-reflection film structure for a high-power semiconductor laser and a high-power semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザ後端面に高反射膜を備えた
半導体レーザが種々提案されている。このような半導体
レーザによれば、GaAs基板上に積層されたGaAs
/AlGaAs,InGaPを活性層とした0.6〜
0.8μm帯のレーザは光情報記録、光情報記録再生に
用いられている。さらには、光情報記録の記録密度を上
げるために半導体レーザの短波長化が求められており、
ZnSe系、GaN系活性層を有する短波長レーザが提
案されている。また近年、GaAs基板上に積層された
InGaAs/GaAs歪量子井戸層を活性層とした
0.8から1.1μmまでの波長帯のレーザはEDFA
およびPDFAファイバーアンプ用の励起光源として用
いられるようになっている。これらのレーザには高出力
化が求められており、このため効率良くレーザ前端面方
向に光を出射させるためにレーザ後端面に高反射膜を備
えた構成としている。しかし、高出力動作においても十
分な信頼性を有する半導体レーザが得にくいという問題
があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, various semiconductor lasers having a highly reflective film on the rear end face of a laser have been proposed. According to such a semiconductor laser, GaAs laminated on a GaAs substrate
/ AlGaAs, InGaP having an active layer of 0.6 to
The 0.8 μm band laser is used for optical information recording and optical information recording / reproduction. Furthermore, in order to increase the recording density of optical information recording, a shorter wavelength of a semiconductor laser is required,
A short wavelength laser having a ZnSe-based or GaN-based active layer has been proposed. In recent years, a laser in a wavelength band from 0.8 to 1.1 μm using an InGaAs / GaAs strained quantum well layer stacked on a GaAs substrate as an active layer is an EDFA.
And an excitation light source for a PDFA fiber amplifier. These lasers are required to have a high output. Therefore, in order to efficiently emit light toward the front end face of the laser, a high reflection film is provided on the rear end face of the laser. However, there is a problem that it is difficult to obtain a semiconductor laser having sufficient reliability even in a high output operation.

【0003】半導体レーザの劣化姿態についてはこれま
でいくつかの検討が行われてきている。これらの劣化の
うちでとりわけ短波長レーザで顕著に見られるものとし
てレーザ後端面に備えた高反射膜に起因した劣化が挙げ
られている。この高反射膜に起因した劣化の一つは半導
体レーザの後端面での発熱による活性層内の転位欠陥の
発生、それに伴うダークライン劣化である。このため、
高反射膜、とりわけ半導体レーザに接する第一の低屈折
率層にはAl2 3 などの高い放熱性を示す材料が用い
られていた。高反射膜に起因した劣化の二つ目は低屈折
率層と高屈折率層を交互に積層し構成している高反射膜
の高屈折率層がレーザ光に対して吸収媒体になっている
ことによる。これは高反射膜の反射率は低屈折率層と高
屈折率層の屈折率差が大きいほど大きくなるため非晶質
シリコン(a−Si)のように屈折率は大きいがレーザ
光に対して吸収を持つ材料を用いるためである。この高
屈折率層のレーザ光の吸収は発熱を伴い、高屈折率層自
体の変質による高反射膜の反射率の変化、半導体レーザ
後端面の劣化に結び付く。
Several studies have been made on the state of deterioration of a semiconductor laser. Among these deteriorations, the deterioration caused by the high reflection film provided on the rear end face of the laser is particularly noticeable in the short wavelength laser. One of the deteriorations caused by the high reflection film is the generation of dislocation defects in the active layer due to heat generation at the rear end face of the semiconductor laser, and the dark line deterioration accompanying the generation. For this reason,
A material exhibiting high heat dissipation, such as Al 2 O 3, has been used for the high reflection film, especially for the first low refractive index layer in contact with the semiconductor laser. The second deterioration caused by the high-reflection film is that the low-refractive-index layer and the high-refractive-index layer are alternately stacked, and the high-refractive-index layer of the high-reflection film is an absorption medium for laser light. It depends. This is because the higher the refractive index difference between the low-refractive-index layer and the high-refractive-index layer becomes, the larger the refractive index of the high-reflection film becomes. This is because a material having absorption is used. The absorption of the laser beam by the high refractive index layer involves heat generation, which leads to a change in the reflectivity of the high reflection film due to deterioration of the high refractive index layer itself and deterioration of the rear end face of the semiconductor laser.

【0004】これまでの高反射膜は低屈折率層としてA
2 3 を用い、高屈折率層としてa−Siを用いる層
構成のものが主に用いられてきた(図9参照)。図9に
おいて、1は半導体レーザ、2はAl2 3 第一の低屈
折率層、3はa−Si第一の高屈折率層、4はAl2
3 第二の低屈折率層、5は非晶質シリコン(a−Si)
第二の高屈折率層を示す。この高反射膜には上述の吸収
の問題を含んでいるが、放熱性には優れていたためこれ
までの光出力レベルではさほど問題とならずにこれまで
来ていた。しかし、高出力レーザの開発が進むにつれ、
高反射膜の吸収の問題が表面化するようになってきてい
る。
[0004] Conventionally, a high reflection film has a low refractive index layer of A
Layers using l 2 O 3 and a-Si as the high refractive index layer have been mainly used (see FIG. 9). In FIG. 9, 1 is a semiconductor laser, 2 is a first low refractive index layer of Al 2 O 3 , 3 is a first high refractive index layer of a-Si, and 4 is Al 2 O
3 Second low refractive index layer, 5 is amorphous silicon (a-Si)
3 shows a second high refractive index layer. Although this high-reflection film has the above-mentioned problem of absorption, it has been excellent in heat dissipation, so that it has not been a serious problem at the conventional light output level. However, with the development of high power lasers,
The problem of absorption of a highly reflective film has come to the surface.

【0005】これまでのもう一つの高反射膜として低屈
折率層としてSiO2 を用い、高屈折率層としてTiO
2 を用いる層構成のものも用いられている。この高反射
膜は主にInP基板を用いて作製される1.3μm以上
の長波長帯レーザに用いられている。ここで用いられて
いる高屈折率層はレーザ光に対する吸収がないため高出
力レーザに対しても上述の吸収の問題の解決を与えるも
のと考えられる。
As another conventional high reflection film, SiO 2 is used as a low refractive index layer, and TiO is used as a high refractive index layer.
A layer configuration using 2 is also used. This high reflection film is mainly used for a long wavelength band laser of 1.3 μm or more manufactured using an InP substrate. Since the high refractive index layer used here does not absorb laser light, it is considered that the above-mentioned problem of the absorption can be solved even for a high output laser.

【0006】また、高反射膜にとってもう一つ重要な問
題は応力である。この高反射膜から発生する応力によっ
て半導体層内に転位欠陥が発生し、ダークライン劣化の
原因ともなっている。この半導体層に働く応力は高反射
膜内の歪・膜厚に依存する。高反射膜の反射率は低屈折
率層、高屈折率層の繰り返し数が多ければ多いほど大き
くなって行くが、半導体層に働く応力も大きくなって行
くため低屈折率層、高屈折率層の繰り返し数も制限され
ている。
Another important problem for a highly reflective film is stress. Dislocation defects occur in the semiconductor layer due to the stress generated from the high reflection film, which causes dark line degradation. The stress acting on the semiconductor layer depends on the strain and the film thickness in the highly reflective film. The reflectivity of the high-reflection film increases as the number of repetitions of the low-refractive-index layer and the high-refractive-index layer increases, but the stress acting on the semiconductor layer also increases. Is also limited.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の高出力
半導体レーザ用高反射膜構造のうちで低屈折率層として
Al2 3 を用い、高屈折率層としてa−Siを用いる
層構成の場合、優れた放熱性を備えているため、半導体
レーザの後端面での発熱による劣化の防止には効果があ
る。しかし、高屈折率層自体のレーザ光の吸収に起因し
た発熱により高屈折率層自体の変質による反射率の変
化、半導体レーザ後端面の劣化をもたらすという欠点を
有していた。このため高屈折率層をレーザ光に対して吸
収の無いTiO2 とすることで吸収を防ぐ試みがなされ
ている(図10参照)。図10において、1は半導体レ
ーザ、2はAl2 3 第一の低屈折率層、6はTiO2
第一の高屈折率層、4はAl2 3 第二の低屈折率層、
7はTiO2 第二の高屈折率層を示す。
In the above-described conventional high-reflection film structure for a high-power semiconductor laser, a layer structure in which Al 2 O 3 is used as a low-refractive-index layer and a-Si is used as a high-refractive-index layer. In this case, since the semiconductor laser has excellent heat dissipation, it is effective in preventing deterioration due to heat generation at the rear end face of the semiconductor laser. However, there is a drawback that the heat generated by the absorption of the laser beam by the high refractive index layer itself causes a change in the reflectance due to the deterioration of the high refractive index layer itself and the deterioration of the rear end face of the semiconductor laser. For this reason, attempts have been made to prevent the absorption by making the high refractive index layer TiO 2 that does not absorb laser light (see FIG. 10). In FIG. 10, 1 is a semiconductor laser, 2 is a first low refractive index layer of Al 2 O 3 , and 6 is TiO 2
A first high refractive index layer, 4 is Al 2 O 3 second low refractive index layer,
Reference numeral 7 denotes a TiO 2 second high refractive index layer.

【0008】しかし、この層構成では低屈折率層と高屈
折率層の屈折率差が小さいため、十分な反射率が得られ
ないという欠点を有していた。図11に図10の場合の
反射率の波長依存性を示す。反射率のピーク値として約
76%と低い値を示している。この層構成でさらに反射
率を上げるためには低屈折率層、高屈折率層の繰り返し
数を増やすことで容易に行えるが、半導体層に働く応力
も大きくなるため応力によって半導体層内に転位欠陥が
発生し、ダークライン劣化をもたらすという欠点を有し
ていた。
However, this layer configuration has a disadvantage that a sufficient reflectance cannot be obtained because the difference in refractive index between the low refractive index layer and the high refractive index layer is small. FIG. 11 shows the wavelength dependence of the reflectance in the case of FIG. The peak value of the reflectance is as low as about 76%. In order to further increase the reflectance in this layer configuration, it is easy to increase the number of repetitions of the low refractive index layer and the high refractive index layer. However, since the stress acting on the semiconductor layer also increases, dislocation defects are generated in the semiconductor layer due to the stress. And the disadvantage of causing dark line degradation.

【0009】従来の高出力半導体レーザ用高反射膜構造
のうちで低屈折率層としてSiO2を用い、高屈折率層
としてTiO2 を用いる層構成の場合、レーザ光に対す
る吸収がないため高出力レーザに対しても上述の吸収の
問題の解決を与えるものがある。さらに低屈折率層と高
屈折率層間に十分な屈折率差があるため、2程度の低屈
折率層、高屈折率層の繰り返し数であっても十分な反射
率が得られている。しかし、SiO2 は放熱性が悪いた
め半導体レーザの後端面での発熱にたいしては低減する
効果が少なく、高出力動作時には半導体レーザの後端面
での発熱による活性層内の転位欠陥の発生、それに伴う
ダークライン劣化引き起こされるという欠点を有してい
た。
In the conventional high-reflection film structure for a high-power semiconductor laser, a low-refractive-index layer using SiO 2 and a high-refractive-index layer using TiO 2 has no high absorption because it does not absorb laser light. Some lasers also provide a solution to the absorption problem described above. Furthermore, since there is a sufficient difference in the refractive index between the low refractive index layer and the high refractive index layer, a sufficient reflectance is obtained even when the number of repetition of the low refractive index layer and the high refractive index layer is about 2. However, since SiO 2 has poor heat dissipation, it has little effect on reducing heat generation at the rear end face of the semiconductor laser. At the time of high power operation, dislocation defects occur in the active layer due to heat generation at the rear end face of the semiconductor laser. It had the disadvantage of causing dark line degradation.

【0010】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規な高出力半導体レーザ用高反射膜構造およびそれを
備えた半導体レーザを提案せんとするものである。
Thus, the present invention is free of the above-mentioned disadvantages,
A novel high-reflection film structure for a high-power semiconductor laser and a semiconductor laser having the same are proposed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する半導
体レーザ用高反射膜構造および半導体レーザの発明は以
下により特定されるものである。 (1)[請求項1]の半導体レーザ用高反射膜構造の発
明は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層し構成する
半導体レーザ用高反射膜構造において、半導体レーザに
接する第一の低屈折率層が少なくともSiO2 よりも放
熱性の高い材料から構成され、次いで半導体レーザに近
い第二の低屈折率層以降の低屈折率層が該第一の低屈折
率層より屈折率の低い材料から構成されていることを特
徴とする。
The invention of a high-reflection film structure for a semiconductor laser and a semiconductor laser which solves the above-mentioned problems is specified below. (1) The invention of a high-reflection film structure for a semiconductor laser according to claim 1 is a semiconductor laser high-reflection film structure in which a low-refractive-index layer and a high-refractive-index layer are alternately laminated. One low-refractive-index layer is made of a material having a higher heat-radiating property than at least SiO 2 , and then the low-refractive-index layers subsequent to the second low-refractive-index layer close to the semiconductor laser are refracted by the first low-refractive-index layer. It is characterized by being composed of a material having a low rate.

【0012】(2)[請求項2]の発明は、前記[請求
項1]において、第一の低屈折率層がAl2 3 から構
成され、第二の低屈折率層以降の低屈折率層がSiO2
から構成されていることを特徴とする。
(2) In the invention of [claim 2], in the above [claim 1], the first low refractive index layer is made of Al 2 O 3, and the low refractive index after the second low refractive index layer. The rate layer is SiO 2
It is characterized by being comprised from.

【0013】(3)[請求項3]の発明は、低屈折率層
と高屈折率層を交互に積層し構成する半導体レーザ用高
反射膜構造において、低屈折率層が少なくとも一つのA
2 3 層と少なくとも一つのSiO2 層とから構成さ
れていることを特徴とする。
(3) The invention according to claim 3 is a high-reflection film structure for a semiconductor laser constituted by alternately stacking low-refractive-index layers and high-refractive-index layers, wherein the low-refractive-index layer has at least one A layer.
It is characterized by comprising an l 2 O 3 layer and at least one SiO 2 layer.

【0014】(4)前記[請求項4]の発明は、請求項
1から3の半導体レーザ用高反射膜構造において、高屈
折率層がTiO2 から構成されていることを特徴とす
る。
(4) The invention of [Claim 4] is characterized in that, in the high reflection film structure for a semiconductor laser according to any one of claims 1 to 3, the high refractive index layer is made of TiO 2 .

【0015】(5)[請求項5]の半導体レーザの発明
は、[請求項1]から[請求項4]に記載の高反射構成
膜を備えていることを特徴とする。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser comprising the high reflection constituent film according to the first to fourth aspects.

【0016】[作用]本発明による半導体レーザ用高反
射膜構造および半導体レーザによれば、従来の半導体レ
ーザ用高反射膜構造のように、高屈折率層としてa−S
iを用いていないため、高屈折率層自体のレーザ光の吸
収に起因した発熱により高屈折率層自体の変質による反
射率の変化、半導体レーザ後端面の劣化を防止すること
が可能である。また低屈折率層としてAl2 3 を用
い、高屈折率層としてTiO2 を用いる場合のように、
低屈折率層と高屈折率層の屈折率差が小さいために、十
分な反射率が得られないという欠点も回避できる。図1
に本発明の試験例1による図2の場合の反射率の波長依
存性を示す。試験例1の高反射膜構造の断面を示す図2
において、符号1は半導体レーザ、2はAl2 3 第一
の低屈折率層、6はTiO2 第一の高屈折率層、8はS
iO2 第二の低屈折率層、7はTiO2 第二の高屈折率
層を各々図示する。反射率のピーク値として約83%と
十分な値を示している。また、図3に本発明の試験例2
による図4の場合の反射率の波長依存性を示す。試験例
2の高反射膜構造の断面を示す図4において、符号1は
半導体レーザ、9は第一の低屈折率層Al2 3 部、1
0は第一の低屈折率層SiO2 部、6はTiO2 第一の
高屈折率層、8はSiO2 第二の低屈折率層、7はTi
2 第二の高屈折率層を各々図示する。反射率のピーク
値として85%以上の十分な値を示している。
[Operation] According to the high-reflection film structure for a semiconductor laser and the semiconductor laser according to the present invention, as in the conventional high-reflection film structure for a semiconductor laser, a high refractive index layer is aS
Since i is not used, it is possible to prevent a change in reflectance due to deterioration of the high-refractive-index layer itself due to heat generation due to absorption of laser light by the high-refractive-index layer itself, and deterioration of the rear end face of the semiconductor laser. Also, as in the case of using Al 2 O 3 as the low refractive index layer and using TiO 2 as the high refractive index layer,
Since the difference in refractive index between the low-refractive-index layer and the high-refractive-index layer is small, the disadvantage that a sufficient reflectivity cannot be obtained can be avoided. FIG.
2 shows the wavelength dependence of the reflectance in the case of FIG. 2 according to Test Example 1 of the present invention. FIG. 2 showing a cross section of the high reflection film structure of Test Example 1
In the figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor laser, 2 denotes a first low refractive index layer of Al 2 O 3 , 6 denotes a first high refractive index layer of TiO 2 , and 8 denotes S
iO 2 second low refractive index layer, 7 respectively illustrates the TiO 2 second high refractive index layer. It shows a sufficient value of about 83% as the peak value of the reflectance. FIG. 3 shows Test Example 2 of the present invention.
5 shows the wavelength dependence of the reflectance in the case of FIG. In FIG. 4 showing a cross section of the high reflection film structure of Test Example 2, reference numeral 1 denotes a semiconductor laser, 9 denotes a first low refractive index layer Al 2 O 3 part,
0 is a first low refractive index layer of SiO 2 , 6 is TiO 2 first high refractive index layer, 8 is SiO 2 second low refractive index layer, 7 is Ti
Each of the O 2 second high refractive index layers is illustrated. A sufficient value of 85% or more is shown as the peak value of the reflectance.

【0017】本発明による半導体レーザ用高反射膜構造
および半導体レーザによれば、従来の高出力半導体レー
ザ用高反射膜構造のうちで低屈折率層としてSiO2
用いる層構成の場合のように、放熱性の悪いSiO2
半導体レーザに接する第一の低屈折率層としていないた
め、半導体レーザの後端面での発熱にたいしては低減す
る効果が少なく、高出力動作時においても半導体レーザ
の後端面での発熱による活性層内の転位欠陥の発生、そ
れに伴うダークライン劣化が引き起こされるという欠点
のない、信頼性の高い高出力半導体レーザを提供する事
ができる。
According to the high-reflection film structure for a semiconductor laser and the semiconductor laser according to the present invention, as in the case of the conventional high-reflection semiconductor laser high-reflection film structure having a low refractive index layer made of SiO 2. In addition, since SiO 2 having poor heat dissipation is not used as the first low refractive index layer in contact with the semiconductor laser, the effect of reducing heat generation at the rear end face of the semiconductor laser is small. It is possible to provide a high-reliability high-output semiconductor laser free from the drawback that dislocation defects are generated in the active layer due to heat generated in the active layer and dark line deterioration is caused.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面を参照し
て説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

【0019】[実施例1]図5は、本発明の第一の実施
例による半導体レーザの積層構造の断面図である。図5
において、符号11はn+ −GaAs基板、12はn−
GaAsバッファ層、13はn−AlGaAsクラッド
層、14および18はAlGaAsガイド層、15およ
び17はAlGaAsSCH(Separate Confinement He
terostructure)層、16はInGaAs歪量子井戸活性
層、19はp−AlGaAsクラッド層、20はp+
GaAsコンタクト層を各々図示する。この構造を実現
するために、エピタキシャル結晶成長装置(MOCVD
法:有機金属気相成長装置あるいはMBE法:分子線エ
ピタキシー法)により、n+ −GaAs基板11上にエ
ピ層2から11まで成長する。MOVPE法では、半導
体薄膜成長用の原料としてトリメチルインジウム(TM
I)、トリエチルガリウム(TEG)、トリメチルアル
ミニウム(TMA)、アルシン(AsH3 )を、n型ド
ーパントとして硫化セレン(H2 Se)、p型ドーパン
トとしてジエチルジンク(DEZn)を利用した。エピ
タキシャル成長温度は約700℃、成長圧力は約0.1
気圧、キャリヤガスは水素である。MBE法では原料と
して金属ガリウム(Ga)、インジウム(In)、アル
ミニウム(Al)、砒素(As固体)を、n型ドーパン
トとしてシリコン(Si)、p型ドーパントとして亜鉛
(Zn)を利用した。エピタキシャル成長温度は約65
0℃、成長圧力は約10-5Torrとしている。
Embodiment 1 FIG. 5 is a sectional view of a laminated structure of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. FIG.
In the figure, reference numeral 11 denotes an n + -GaAs substrate, and 12 denotes an n-
GaAs buffer layer, 13 is an n-AlGaAs cladding layer, 14 and 18 are AlGaAs guide layers, 15 and 17 are AlGaAs SCH (Separate Confinement He
terostructure) layer, 16 is an InGaAs strained quantum well active layer, 19 is a p-AlGaAs cladding layer, 20 is p +
Each of the GaAs contact layers is illustrated. In order to realize this structure, an epitaxial crystal growth apparatus (MOCVD
Method: a metalorganic vapor phase epitaxy apparatus or MBE method: molecular beam epitaxy method) to grow epi layers 2 to 11 on an n + -GaAs substrate 11. In the MOVPE method, trimethyl indium (TM) is used as a raw material for growing a semiconductor thin film.
I), triethyl gallium (TEG), trimethyl aluminum (TMA), arsine (AsH 3), selenium sulfide as n-type dopant (H 2 Se), using diethyl zinc (DEZn) as p-type dopant. The epitaxial growth temperature is about 700 ° C. and the growth pressure is about 0.1
Atmospheric pressure, carrier gas is hydrogen. In the MBE method, metallic gallium (Ga), indium (In), aluminum (Al), and arsenic (As solid) were used as raw materials, silicon (Si) as an n-type dopant, and zinc (Zn) as a p-type dopant. Epitaxial growth temperature is about 65
At 0 ° C., the growth pressure is about 10 −5 Torr.

【0020】成長後、GaAsコンタクト層20並びに
クラッド層19を加工して、幅1.5〜3μm程度のリ
ッジを形成する。そのためにフォトリソグラフィーでレ
ジストパターニングし、これをマスクにウエットあるい
はドライエッチングで20,19層をエッチングする。
リッジ形成後、スパッタリング等で絶縁膜21(SiO
2 等)を表面全体に形成し、リッジ上部のSiO2 をエ
ッチオフした後、Cr/AuあるいはTi/Pt/Au
等のp電極22、AuGeNi等のn電極23を形成す
る。その後、オーミックシンターし電極部を形成する。
図6は、本発明の第一の実施例による半導体レーザの共
振器方向の断面図である。
After the growth, the GaAs contact layer 20 and the cladding layer 19 are processed to form a ridge having a width of about 1.5 to 3 μm. For this purpose, resist patterning is performed by photolithography, and using this as a mask, the 20 and 19 layers are etched by wet or dry etching.
After forming the ridge, the insulating film 21 (SiO
2 ) is formed on the entire surface and SiO 2 on the ridge is etched off, and then Cr / Au or Ti / Pt / Au
Are formed, and an n-electrode 23 such as AuGeNi is formed. Thereafter, ohmic sintering is performed to form an electrode portion.
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention in a cavity direction.

【0021】次いで、へき開により共振器長のピッチで
レーザの端面を形成する。その後、レーザ前端面にはA
2 3 反射防止膜を形成し、レーザ後端面にはECR
スパッタ法によりAl2 3 第一の低屈折率層、TiO
2 第一の高屈折率層、SiO 2 第二の低屈折率層、Ti
2 第二の高屈折率層からなる図2に記載した構成の高
反射膜を形成した。ここで各層の厚さdは以下の式で表
わされる値とした。 d=λ/4n ここで、λは発振波長、nは各層の屈折率である。
Next, by cleavage, at the pitch of the resonator length
Form the end face of the laser. Then, A
lTwoOThreeAn anti-reflection film is formed, and ECR is
Al by sputteringTwoOThreeFirst low refractive index layer, TiO
TwoFirst high refractive index layer, SiO TwoSecond low refractive index layer, Ti
OTwoThe height of the configuration shown in FIG. 2 comprising the second high refractive index layer
A reflective film was formed. Here, the thickness d of each layer is expressed by the following equation.
Value. d = λ / 4n Here, λ is the oscillation wavelength, and n is the refractive index of each layer.

【0022】本発明の実施例1によるレーザは同一ウエ
ハを用いて高反射膜を低屈折率層としてAl2 3 を用
い、高屈折率層としてa−Siを用いる層構成の従来の
レーザと比較して同等の発光強度を示していた。このこ
とは本実施例の高反射膜の反射率が従来の高反射膜と比
較して十分な反射率であることを示している。さらに本
実施例のレーザは従来のレーザと比較して劣化率の小さ
い安定な動作が可能である。たとえば、50℃、150
mWで出力一定の条件で、駆動電流の増加率は従来のレ
ーザでは約5×10-5-1であるのに対して本実施例の
レーザは1×10-5-1以下の増加率を示していた。こ
れは、高屈折率層としてa−Siを用いていないため、
高屈折率層自体のレーザ光の吸収に起因した発熱により
高屈折率層自体の変質による反射率の変化、半導体レー
ザ後端面の劣化を防止できたためである。
The laser according to the first embodiment of the present invention uses the same wafer as the conventional laser having a layer structure in which a high-reflection film uses Al 2 O 3 as a low-refractive-index layer and a-Si as a high-refractive-index layer. In comparison, the same luminescence intensity was shown. This indicates that the reflectivity of the high-reflection film of this embodiment is more than that of the conventional high-reflection film. Further, the laser of the present embodiment can perform a stable operation with a small deterioration rate as compared with the conventional laser. For example, 50 ° C, 150
Under the condition that the output is constant at mW, the increase rate of the driving current is about 5 × 10 −5 h −1 in the conventional laser, whereas the increase in the laser of the present embodiment is 1 × 10 −5 h −1 or less. Rate was showing. This is because a-Si is not used as the high refractive index layer,
This is because a change in reflectivity due to deterioration of the high-refractive-index layer itself due to heat generation due to absorption of laser light by the high-refractive-index layer itself and deterioration of the rear end face of the semiconductor laser could be prevented.

【0023】[実施例2]図7は、本発明の第二の実施
例による半導体レーザの積層構造の断面図である。図7
において、符号24はn+ −GaAs基板、25はn−
GaAsバッファ層、26はn−InGaAlPクラッ
ド層、27および29はInGaAlPガイド層、28
はInGaP/InGaAlP歪多重量子井戸活性層、
30はp−InGaAlPクラッド層、31はp+ −G
aAsコンタクト層を各々図示する。
[Embodiment 2] FIG. 7 is a sectional view of a laminated structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention. FIG.
In the figure, reference numeral 24 denotes an n + -GaAs substrate, and 25 denotes an n-
GaAs buffer layer, 26 is an n-InGaAlP cladding layer, 27 and 29 are InGaAlP guide layers, 28
Is an InGaP / InGaAlP strained multiple quantum well active layer;
30 is a p-InGaAlP cladding layer, 31 is p + -G
Each of the aAs contact layers is illustrated.

【0024】この構造を実現するために、エピタキシャ
ル結晶成長装置(MOCVD法:有機金属気相成長装置
あるいはMBE法:分子線エピタキシー法)により、n
+ −GaAs基板24上にエピ層2から11まで成長す
る。MOVPE法では、半導体薄膜成長用の原料として
トリメチルインジウム(TMI)、トリエチルガリウム
(TEG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、ホス
フィン(PH3 )を、n型ドーパントとして硫化セレン
(H2 Se)、p型ドーパントとしてジエチルジンク
(DEZn)を利用した。エピタキシャル成長温度は約
700℃、成長圧力は約0.1気圧、キャリヤガスは水
素である。MBE法では原料として金属ガリウム(G
a)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ホ
スヒィン(PH3 )を、n型ドーパントとしてシリコン
(Si)、p型ドーパントとして亜鉛(Zn)を利用し
た。エピタキシャル成長温度は約650℃、成長圧力は
約10 -5Torrとしている。
In order to realize this structure, an epitaxy
Crystal growth equipment (MOCVD method: metal organic chemical vapor deposition equipment)
Alternatively, MBE method: molecular beam epitaxy method)
+-Grow epi layers 2 to 11 on GaAs substrate 24
You. In MOVPE method, it is used as raw material for semiconductor thin film growth.
Trimethylindium (TMI), triethylgallium
(TEG), trimethylaluminum (TMA), phos
Fin (PHThree) As selenium sulfide as n-type dopant
(HTwoSe), diethyl zinc as a p-type dopant
(DEZn) was used. Epitaxial growth temperature is about
700 ° C., growth pressure is about 0.1 atm, carrier gas is water
Is prime. In the MBE method, metallic gallium (G
a), indium (In), aluminum (Al),
Suhin (PHThree) With silicon as n-type dopant
(Si), using zinc (Zn) as a p-type dopant
Was. The epitaxial growth temperature is about 650 ° C and the growth pressure is
About 10 -FiveTorr.

【0025】成長後、GaAsコンタクト層31並びに
クラッド層30を加工して、幅2〜5μm程度のリッジ
を形成する。そのためにフォトリソグラフィーでレジス
トパターニングし、これをマスクにウエットあるいはド
ライエッチングで31,30層をエッチングする。リッ
ジ形成後、スパッタリング等で絶縁膜32(SiO
2等)を表面全体に形成し、リッジ上部のSiO2 をエ
ッチオフした後、Cr/AuあるいはTi/Pt/Au
等のp電極33、AuGeNi等のn電極34を形成す
る。その後、オーミックシンターし電極部を形成する。
図8は、本発明の第二の実施例による半導体レーザの共
振器方向の断面図である。
After the growth, the GaAs contact layer 31 and the cladding layer 30 are processed to form a ridge having a width of about 2 to 5 μm. For this purpose, resist patterning is performed by photolithography, and using this as a mask, 31 or 30 layers are etched by wet or dry etching. After forming the ridge, the insulating film 32 (SiO
2 ) is formed on the entire surface and SiO 2 on the ridge is etched off, and then Cr / Au or Ti / Pt / Au
And an n-electrode 34 of AuGeNi or the like. Thereafter, ohmic sintering is performed to form an electrode portion.
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention in the direction of the resonator.

【0026】次いで、へき開により共振器長のピッチで
レーザの端面を形成する。その後、レーザ前端面にはA
2 3 反射防止膜を形成し、レーザ後端面にはECR
スパッタ法によりAl2 3 とSiO2 からなる第一の
低屈折率層、TiO2 第一の高屈折率層、SiO2 第二
の低屈折率層、TiO2 第二の高屈折率層からなる図4
に記載した構成の高反射膜を形成した。ここで第一の低
屈折率層以外の各層の厚さdは以下の式で表わされる値
とした。 d=λ/4n ここで、λは発振波長、nは各層の屈折率である。ま
た、第一の低屈折率層のAl2 3 層の層厚d1とSi
2 層の層厚d2には以下の関係のもとに決定した。 λ=4n1d1+4n2d2 ここで、n1 ,n2 はそれぞれAl2 3 層、SiO2
層の屈折率である。
Next, an end face of the laser is formed at a pitch of the cavity length by cleavage. Then, A
l 2 O 3 anti-reflection film is formed, and ECR is
First low-refractive index layer of Al 2 O 3 and SiO 2 by a sputtering method, TiO 2 first high refractive index layer, SiO 2 second low refractive index layer, the TiO 2 second high refractive index layer Fig. 4
The highly reflective film having the configuration described in (1) was formed. Here, the thickness d of each layer other than the first low refractive index layer was a value represented by the following equation. d = λ / 4n Here, λ is the oscillation wavelength, and n is the refractive index of each layer. The thickness d1 of the Al 2 O 3 layer of the first low refractive index layer and Si
The thickness d2 of the O 2 layer was determined based on the following relationship. λ = 4n 1 d 1 + 4n 2 d 2 where n 1 and n 2 are Al 2 O 3 layers, SiO 2
The refractive index of the layer.

【0027】本発明の実施例1によるレーザは同一ウエ
ハを用いて高反射膜を低屈折率層としてAl2 3 を用
い、高屈折率層としてa−Siを用いる層構成の従来の
レーザと比較して同等の発光強度を示していた。このこ
とは本実施例の高反射膜の反射率が従来の高反射膜と同
等の反射率であることを示している。
The laser according to the first embodiment of the present invention uses the same wafer as the conventional laser having a layer structure in which a high-reflection film uses Al 2 O 3 as a low-refractive-index layer and a-Si as a high-refractive-index layer. In comparison, the same luminescence intensity was shown. This indicates that the reflectivity of the high-reflection film of this embodiment is equivalent to that of the conventional high-reflection film.

【0028】さらに本実施例のレーザは従来のレーザと
比較して安定な動作が可能である。たとえば、50℃、
50mWで出力一定の条件で、駆動電流の増加が所期値
の1.2倍になった時点を寿命とした場合、従来のレー
ザの寿命は1000時間程度であるのに対して本実施例
のレーザは2000時間以上の安定な動作を示してい
た。これは、高屈折率層としてa−Siを用いていない
ため、高屈折率層自体のレーザ光の吸収に起因した発熱
により高屈折率層自体の変質による反射率の変化、半導
体レーザ後端面の劣化を防止できたためである。
Further, the laser of the present embodiment can operate more stably than the conventional laser. For example, 50 ° C,
Under the condition that the output is constant at 50 mW, when the time when the increase of the drive current becomes 1.2 times the expected value is the life, the life of the conventional laser is about 1000 hours, whereas the life of the conventional laser is about 1000 hours. The laser showed stable operation for over 2000 hours. This is because a-Si is not used as the high-refractive-index layer, so that heat generated due to the absorption of laser light by the high-refractive-index layer itself causes a change in reflectance due to deterioration of the high-refractive-index layer itself, and a change in the rear end face of the semiconductor laser. This is because deterioration could be prevented.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明による半導体レーザの積層構造に
よれば、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層し構成す
る半導体レーザ用高反射膜構造において、半導体レーザ
に接する第一の低屈折率層が放熱性の高い材料から構成
され、次いで半導体レーザに近い第二の低屈折率層以降
の低屈折率層が該第一の低屈折率層より屈折率の低い材
料から構成している。これにより、高反射膜の反射率の
低下によるレーザの発光強度を劣化させることなく、従
来問題になっていた半導体レーザの後端面での発熱によ
る活性層内の転位欠陥の発生、それに伴うダークライン
劣化を抑制することと、高屈折率層のレーザ光の吸収は
発熱を伴う、高屈折率層自体の変質による高反射膜の反
射率の変化、半導体レーザ後端面の劣化を同時に抑制す
ることが可能になった。この結果、レーザの信頼性につ
いては従来技術の約5倍以上の劣化率低減効果が達成さ
れた。
According to the laminated structure of a semiconductor laser according to the present invention, in a high-reflection film structure for a semiconductor laser constituted by alternately laminating a low refractive index layer and a high refractive index layer, the first low refractive index layer in contact with the semiconductor laser. The refractive index layer is composed of a material having a high heat dissipation property, and then the second low refractive index layers near the semiconductor laser are formed of a material having a lower refractive index than the first low refractive index layer. I have. As a result, the occurrence of dislocation defects in the active layer due to heat generation at the rear end face of the semiconductor laser, which has conventionally been a problem, without causing deterioration in the laser emission intensity due to a decrease in the reflectivity of the highly reflective film, and the resulting dark line In addition to suppressing deterioration, the absorption of laser light in the high-refractive-index layer involves heat generation, and simultaneously suppresses changes in the reflectivity of the high-reflection film due to deterioration of the high-refractive-index layer itself and deterioration of the rear end face of the semiconductor laser. It is now possible. As a result, with respect to the reliability of the laser, a deterioration rate reduction effect of about five times or more of the conventional technology was achieved.

【0030】上記実施例はGaAs基板上に積層された
InGaAs/GaAsおよびInGaP/InGaA
lP歪量子井戸層を活性層とした0.6から1μm以上
の波長帯の半導体レーザに関するものであるが、同様の
効果はGaAs基板上に積層されたGaAs/AlGa
As、AlGaAsを活性層とした半導体レーザにおい
ても有効である。また、さらに短波長のZnSe系、ま
たはGaN系活性層を有する半導体レーザにおいても有
効である。
In the above embodiment, InGaAs / GaAs and InGaP / InGaAs laminated on a GaAs substrate are used.
Although the present invention relates to a semiconductor laser having a wavelength band of 0.6 to 1 μm or more using an 1P strained quantum well layer as an active layer, a similar effect is obtained with GaAs / AlGa stacked on a GaAs substrate.
It is also effective in a semiconductor laser using As and AlGaAs as active layers. It is also effective for a semiconductor laser having a ZnSe-based or GaN-based active layer with a shorter wavelength.

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

【図1】本発明の試験例1の高反射膜構造の反射率の波
長依存性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the wavelength dependence of the reflectance of a highly reflective film structure of Test Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の試験例1の高反射膜構造の断面を示す
図である。
FIG. 2 is a view showing a cross section of a high reflection film structure of Test Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の試験例2の高反射膜構造の反射率の波
長依存性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence of the reflectance of a highly reflective film structure of Test Example 2 of the present invention.

【図4】本発明の試験例2の高反射膜構造の断面を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a high reflection film structure of Test Example 2 of the present invention.

【図5】本発明の第一の実施例による半導体レーザの積
層構造の断面を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of the laminated structure of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第一の実施例による半導体レーザの共
振器方向の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention in a resonator direction.

【図7】本発明の第二の実施例による半導体レーザの積
層構造の断面を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a cross section of a laminated structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第二の実施例による半導体レーザの共
振器方向の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention in a resonator direction.

【図9】従来の高反射膜構造の断面を示す図である。FIG. 9 is a view showing a cross section of a conventional high reflection film structure.

【図10】改良された従来の高反射率構造の断面を示す
図である。
FIG. 10 is a diagram showing a cross section of an improved conventional high reflectivity structure.

【図11】改良された従来の高反射膜構造の反射率の波
長依存性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the wavelength dependence of the reflectance of the improved conventional high reflection film structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ 2 Al2 3 第一の低屈折率層 3 a−Si第一の高屈折率層 4 Al2 3 第二の低屈折率層 5 a−Si第二の高屈折率層 6 TiO2 第一の高屈折率層 7 TiO2 第二の高屈折率層 8 SiO2 第二の低屈折率層 9 第一の低屈折率層Al2 3 部 10 第一の低屈折率層SiO2 部 11 n+ −GaAs基板 12 n−GaAsバッファ層 13 n−AlGaAsクラッド層 14 AlGaAsガイド層 15 AlGaAsSCH層 16 InGaAs歪量子井戸活性層 17 AlGaAsSCH層 18 AlGaAsガイド層 19 p−AlGaAsクラッド層 20 p+ −GaAsコンタクト層 21 絶縁膜 22 p電極 23 n電極 24 n+ −GaAs基板 25 n−GaAsバッファ層 26 n−InGaAlPクラッド層 27 InGaAlPガイド層 28 InGaP/InGaAlP歪量子井戸活性層 29 InGaAlPガイド層 30 p−InGaAlPクラッド層 31 p+ −GaAsコンタクト層 32 絶縁膜 33 p電極 34 n電極Reference Signs List 1 semiconductor laser 2 Al 2 O 3 first low refractive index layer 3 a-Si first high refractive index layer 4 Al 2 O 3 second low refractive index layer 5 a-Si second high refractive index layer 6 TiO 2 first high refractive index layer 7 TiO 2 second high refractive index layer 8 SiO 2 second low refractive index layer 9 first low refractive index layer Al 2 O 3 part 10 first low refractive index layer SiO 2 part 11 n + -GaAs substrate 12 n-GaAs buffer layer 13 n-AlGaAs cladding layer 14 AlGaAs guide layer 15 AlGaAsSCH layer 16 InGaAs strain quantum well active layer 17 AlGaAsSCH layer 18 AlGaAs guide layer 19 p-AlGaAs clad layer + -GaAs contact layer 21 an insulating layer 22 p electrode 23 n electrode 24 n + -GaAs substrate 25 n-GaAs buffer layer 26 n-InGaAlP cladding layer 7 InGaAlP guide layer 28 InGaP / InGaAlP strained quantum well active layer 29 InGaAlP guide layer 30 p-InGaAlP cladding layer 31 p + -GaAs contact layer 32 an insulating layer 33 p electrode 34 n electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊賀 龍三 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Ryuzo Iga Inventor, Nippon Telegraph and Telephone Corporation, 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低屈折率層と高屈折率層を交互に積層し
構成する半導体レーザ用高反射膜構造において、 半導体レーザに接する第一の低屈折率層が少なくともS
iO2 よりも放熱性の高い材料から構成され、次いで半
導体レーザに近い第二の低屈折率層以降の低屈折率層が
該第一の低屈折率層より屈折率の低い材料から構成され
ていることを特徴とする半導体レーザ用高反射膜構造。
In a high-reflection film structure for a semiconductor laser in which a low-refractive-index layer and a high-refractive-index layer are alternately stacked, at least a first low-refractive-index layer in contact with the semiconductor laser has at least S
It is composed of a material having a higher heat dissipation property than iO 2 , and then the second low refractive index layer and subsequent low refractive index layers close to the semiconductor laser are composed of a material having a lower refractive index than the first low refractive index layer. A highly reflective film structure for a semiconductor laser.
【請求項2】 請求項1において、 第一の低屈折率層がAl2 3 から構成され、第二の低
屈折率層以降の低屈折率層がSiO2 から構成されてい
ることを特徴とする半導体レーザ用高反射膜構造。
2. The low-refractive-index layer according to claim 1, wherein the first low-refractive-index layer is made of Al 2 O 3, and the low-refractive-index layers subsequent to the second low-refractive-index layer are made of SiO 2. High-reflection film structure for a semiconductor laser.
【請求項3】 低屈折率層と高屈折率層を交互に積層し
構成する半導体レーザ用高反射膜構造において、 低屈折率層が少なくとも一つのAl2 3 層と少なくと
も一つのSiO2 層とから構成されていることを特徴と
する半導体レーザ用高反射膜構造。
3. A high-reflection film structure for a semiconductor laser comprising low-refractive-index layers and high-refractive-index layers alternately stacked, wherein the low-refractive-index layers are at least one Al 2 O 3 layer and at least one SiO 2 layer. And a highly reflective film structure for a semiconductor laser.
【請求項4】 請求項1から3の半導体レーザ用高反射
膜構造において、 高屈折率層がTiO2 から構成されていることを特徴と
する半導体レーザ用高反射膜構造。
4. The high-reflection film structure for a semiconductor laser according to claim 1, wherein the high-refractive-index layer is made of TiO 2 .
【請求項5】 レーザ後端面に高反射膜を備えた半導体
レーザにおいて、 請求項1から4に記載の高反射構成膜を備えていること
を特徴とする半導体レーザ。
5. A semiconductor laser provided with a highly reflective film on the rear end face of the laser, comprising the highly reflective constituent film according to claim 1.
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