JPS58115877A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
半導体レ−ザ素子Info
- Publication number
- JPS58115877A JPS58115877A JP21463281A JP21463281A JPS58115877A JP S58115877 A JPS58115877 A JP S58115877A JP 21463281 A JP21463281 A JP 21463281A JP 21463281 A JP21463281 A JP 21463281A JP S58115877 A JPS58115877 A JP S58115877A
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- JP
- Japan
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- doped
- shaped groove
- semiconductor laser
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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
- H01S5/24—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 having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
Landscapes
- Semiconductor Lasers (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】
本発明は可視光半導体レーザ素子の寿命特性及び雑音特
性の改良に関し、特に結晶組成に技術的手段を駆使した
GaI−1AlzAs系ダブルへテロ接合型半導体レー
ザ素子に関するものである0発光波長が800OA帯に
あるGaI−xAlzAs系の発光素子は近年急速な進
歩を遂げ、特に半導体レーザ素子は室温に於いてtof
t〜106時間の推定寿命が報告されるに至り、光通信
用の光源として実用化が促進されつつある。発光素子の
長寿命化の達成は、結晶成長技術の改善や成長系中の酸
素の低減により成長結晶中の欠陥密度を減少させ、ダー
クラインやダークスポット等の発生を抑制することが可
能になったこと及び共、振端面を誘電体膜で保護するこ
とにより端面腐蝕を防止したことが主な成功の要因とな
っている。しかしながら、発振波長が800OA以上の
赤外レーザ素子に於いては高い信頼性が確立されている
が、発振波長80ωA未満の可視光レーザ素子に関して
は赤外レーザ素子に比較して寿命が短かく信頼性が薄い
現状にある。この点に関し、結晶成長用基板としてP型
基板を使用し結晶性に問題のあるTe又はSe ドープ
n型クラッド層を活性層形成後にエピタキシャル成長さ
せることにより活性層の結晶性を向上させ、Ga1−x
AlzAB系可視光レーザ素子の信頼性を飛躍的に改善
する技術が本出願人により特願昭55−166124号
及び特願昭56−44775号にて出願されている。し
かしながらこの技術を用いたとしても赤外レーザ素子に
比職するとやや劣化率が大きくなる傾向がある。また活
性層には従来よりSiがドープされていたが、このよう
なレーザ素子ではIEEE、ジャーナル・オプ・カンタ
ムエレクトロニクス、 Vol、 QE−15、No、
8.pp、 74 B(+979)にて報告されてい
るようにサブモードの抑圧が小さいため、縦モードジャ
ンプ時にモード競合雑音を生じ、実用化に際して支障が
あった。
性の改良に関し、特に結晶組成に技術的手段を駆使した
GaI−1AlzAs系ダブルへテロ接合型半導体レー
ザ素子に関するものである0発光波長が800OA帯に
あるGaI−xAlzAs系の発光素子は近年急速な進
歩を遂げ、特に半導体レーザ素子は室温に於いてtof
t〜106時間の推定寿命が報告されるに至り、光通信
用の光源として実用化が促進されつつある。発光素子の
長寿命化の達成は、結晶成長技術の改善や成長系中の酸
素の低減により成長結晶中の欠陥密度を減少させ、ダー
クラインやダークスポット等の発生を抑制することが可
能になったこと及び共、振端面を誘電体膜で保護するこ
とにより端面腐蝕を防止したことが主な成功の要因とな
っている。しかしながら、発振波長が800OA以上の
赤外レーザ素子に於いては高い信頼性が確立されている
が、発振波長80ωA未満の可視光レーザ素子に関して
は赤外レーザ素子に比較して寿命が短かく信頼性が薄い
現状にある。この点に関し、結晶成長用基板としてP型
基板を使用し結晶性に問題のあるTe又はSe ドープ
n型クラッド層を活性層形成後にエピタキシャル成長さ
せることにより活性層の結晶性を向上させ、Ga1−x
AlzAB系可視光レーザ素子の信頼性を飛躍的に改善
する技術が本出願人により特願昭55−166124号
及び特願昭56−44775号にて出願されている。し
かしながらこの技術を用いたとしても赤外レーザ素子に
比職するとやや劣化率が大きくなる傾向がある。また活
性層には従来よりSiがドープされていたが、このよう
なレーザ素子ではIEEE、ジャーナル・オプ・カンタ
ムエレクトロニクス、 Vol、 QE−15、No、
8.pp、 74 B(+979)にて報告されてい
るようにサブモードの抑圧が小さいため、縦モードジャ
ンプ時にモード競合雑音を生じ、実用化に際して支障が
あった。
一方、活性層にドーピングを行なわず高純度にした場合
には縦モードの温度変化にヒステリシスが現出し縦モー
ドジャンプ時のモード競合雑音は解消されるもののレー
ザ光の単色性が強くなるため光学部品等からの反射レー
ザ光による自己結合効果によって極めて高いレベルの高
周波雑音を発生することとなり同様に実用化が阻害され
る結果となる。
には縦モードの温度変化にヒステリシスが現出し縦モー
ドジャンプ時のモード競合雑音は解消されるもののレー
ザ光の単色性が強くなるため光学部品等からの反射レー
ザ光による自己結合効果によって極めて高いレベルの高
周波雑音を発生することとなり同様に実用化が阻害され
る結果となる。
本発明は上述の問題点に鑑み、従来の可視光半導体レー
ザ素子の信頼性を改善するとともに雑音特性が小さく抑
制され実用化が容易に行なえる新規有用な半導体レーザ
素子を提供することを目的とするものである。
ザ素子の信頼性を改善するとともに雑音特性が小さく抑
制され実用化が容易に行なえる新規有用な半導体レーザ
素子を提供することを目的とするものである。
以下、本発明を実施例に従って図面を参照しながら詳説
する。
する。
第1図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の断
面構成図である。
面構成図である。
p型GaAs基板1に電流狭窄用ストライプ構造を形成
するためにn型GaAsの電流制限層2が成長された後
エツチングによシミ流制限層2表面よりGaAs基板1
に達するV字形溝が加工されている。このV字形溝及び
電流制限層2上にはP型不純物であるMgがl018c
rn″″3ドープされたGaO,45AI□、55As
のP型クラッド層8、Mgが5 X I O’r’cm
−3ドープされたGa o、sり A 10.+5 A
sのP型活性層4、Teが10+8crn=8ドープ
されたG ao、45 A Io、55 A SOn型
クラッド層5、Teが10!8cIn−8ドープされた
GaAsのn型キャップ層6が連続液相エピタキシャル
成長法により順次積層されている。電流制限層2は注入
電流に対して逆導電型に接合されているためこの部分に
は電流が流れず、電流制限層2が除去されたV字形溝の
部分に集中して電流が流れる電流通路7が構成される。
するためにn型GaAsの電流制限層2が成長された後
エツチングによシミ流制限層2表面よりGaAs基板1
に達するV字形溝が加工されている。このV字形溝及び
電流制限層2上にはP型不純物であるMgがl018c
rn″″3ドープされたGaO,45AI□、55As
のP型クラッド層8、Mgが5 X I O’r’cm
−3ドープされたGa o、sり A 10.+5 A
sのP型活性層4、Teが10+8crn=8ドープ
されたG ao、45 A Io、55 A SOn型
クラッド層5、Teが10!8cIn−8ドープされた
GaAsのn型キャップ層6が連続液相エピタキシャル
成長法により順次積層されている。電流制限層2は注入
電流に対して逆導電型に接合されているためこの部分に
は電流が流れず、電流制限層2が除去されたV字形溝の
部分に集中して電流が流れる電流通路7が構成される。
GaAs基板l基板上ャップ層6にはそれぞれp側電極
8、n側電極9が蒸着形成されている。
8、n側電極9が蒸着形成されている。
ストライブ構造とな不電流通路7の形成はアンモニア水
と過酸化水素水と水の混合比が1:]:50のエツチン
グ液ヲ用い、フォトリソグラフィ法で電流制限層2表面
からV字形に溝加工することにより行なう。これによっ
てp型クラッド層3の厚さはV字形溝部以外では薄くV
字形溝部では厚く層設されるため活性層4内の発振光は
V字形溝部以外ではp型クラッド層8を介して電流制限
層2に迄滲み出す。捉って、活性層4の横方向に実効的
な屈折率差が設けられることとなり横モードが安定化さ
れ室温連続発振時には第2図(A)(B)に示す如(2
0mW以上迄基本横モードで発振する。尚、第2図(A
)(B)は駆動電流対光出力特性及び各光出力における
p−n接合に水平方向の遠視野像を示す説明図である。
と過酸化水素水と水の混合比が1:]:50のエツチン
グ液ヲ用い、フォトリソグラフィ法で電流制限層2表面
からV字形に溝加工することにより行なう。これによっ
てp型クラッド層3の厚さはV字形溝部以外では薄くV
字形溝部では厚く層設されるため活性層4内の発振光は
V字形溝部以外ではp型クラッド層8を介して電流制限
層2に迄滲み出す。捉って、活性層4の横方向に実効的
な屈折率差が設けられることとなり横モードが安定化さ
れ室温連続発振時には第2図(A)(B)に示す如(2
0mW以上迄基本横モードで発振する。尚、第2図(A
)(B)は駆動電流対光出力特性及び各光出力における
p−n接合に水平方向の遠視野像を示す説明図である。
上記実施例の半導体レーザ素子は発振波長が約780
nmであり、これを70℃に於いて光出力5mWの条件
で駆動した場合の駆動電流の経時変化を第3図に示す。
nmであり、これを70℃に於いて光出力5mWの条件
で駆動した場合の駆動電流の経時変化を第3図に示す。
この図より、p型不純物としてMgを用いた本実施例の
半導体レーザ素子は3000時間迄はとんど劣化は認め
られず極めて安定な動作状態を維持することができる。
半導体レーザ素子は3000時間迄はとんど劣化は認め
られず極めて安定な動作状態を維持することができる。
尚、活性層をSiドープあるいは無添加とした場合には
他の条件が同一であっても寿命特性は上記実施例の素子
より劣る。第4図は活性層にSiを5×1O17crI
r3添加した場合のレーザ素子を70℃に於いて光出力
3mWの条件で駆動した場合の駆動電流の経時変化を示
す説明図そある。
他の条件が同一であっても寿命特性は上記実施例の素子
より劣る。第4図は活性層にSiを5×1O17crI
r3添加した場合のレーザ素子を70℃に於いて光出力
3mWの条件で駆動した場合の駆動電流の経時変化を示
す説明図そある。
次に上記実施例の半導体レーザ素子の雑音特性について
実験データに基いて説明する。
実験データに基いて説明する。
第5図は第1図に示す半導体レーザ素子の発振波長の直
流駆動電流依存性を示す。電流増減に伴なう素子温度の
変化によりヒステリシスを有するモードジャンプが認め
られる。従来の活性層が無添加の半導体レーザ素子で説
明した如く横モードが安定化された半導体レーザ素子に
於いて縦モードの温度変化にヒステリシスが現われると
モードジャンプ時に雑音が出ないことが知られている。
流駆動電流依存性を示す。電流増減に伴なう素子温度の
変化によりヒステリシスを有するモードジャンプが認め
られる。従来の活性層が無添加の半導体レーザ素子で説
明した如く横モードが安定化された半導体レーザ素子に
於いて縦モードの温度変化にヒステリシスが現われると
モードジャンプ時に雑音が出ないことが知られている。
本実施例では活性層に不純物としてMgを添加した場合
でも縦モード温度変化にヒステリシスが現われることを
利用してモードジャンプ時のモード競合雑音を解消しか
つ被照射体からの反射光に対しても従来の無添加活性層
のレーザ素子に比較してその鋭敏性を低減したものであ
る。
でも縦モード温度変化にヒステリシスが現われることを
利用してモードジャンプ時のモード競合雑音を解消しか
つ被照射体からの反射光に対しても従来の無添加活性層
のレーザ素子に比較してその鋭敏性を低減したものであ
る。
第6図は1.5MHz 、 30KHz幅の雑音対光出
力(N/S)比の温度特性について第1図の半導体レー
ザ素子(破線)と活性層にSi を5 X 1017c
rn−3添加した半導体レーザ素子(実線)を比較して
説明する特性図である。本実施例の半導体レーザ素子で
は雑音レベルの変化はほとんど現われていない。
力(N/S)比の温度特性について第1図の半導体レー
ザ素子(破線)と活性層にSi を5 X 1017c
rn−3添加した半導体レーザ素子(実線)を比較して
説明する特性図である。本実施例の半導体レーザ素子で
は雑音レベルの変化はほとんど現われていない。
活性層4に添加するMgの濃度を変化させて実験した結
果、I X 1017cIn−8以上に添加した場合に
再現性良くヒステリシス特性が実現されることが判明し
た。
果、I X 1017cIn−8以上に添加した場合に
再現性良くヒステリシス特性が実現されることが判明し
た。
第7図は被照射体からの反射光(戻り光)が半導体レー
ザ素子に与える影響を測定する光学系の構成図である。
ザ素子に与える影響を測定する光学系の構成図である。
半導体レーザ素子11から出力されたレーザ光を対物レ
ンズ(NA=0.25 ) I 2で集束させ、反射率
が75%のハーフミラ−13を介してPINダイオード
14等の光検出器で出力光強度を検出し検出結果をスペ
クトラムアナライザ15でデータとして記録する。ハー
フミラ−13で反射された光は対物レンズ12を介して
半導体レーザ素子11へ帰還されるがこの反射光による
出力特性の変動がスペクトラムアナライザ15に記録さ
れる。
ンズ(NA=0.25 ) I 2で集束させ、反射率
が75%のハーフミラ−13を介してPINダイオード
14等の光検出器で出力光強度を検出し検出結果をスペ
クトラムアナライザ15でデータとして記録する。ハー
フミラ−13で反射された光は対物レンズ12を介して
半導体レーザ素子11へ帰還されるがこの反射光による
出力特性の変動がスペクトラムアナライザ15に記録さ
れる。
活性層を無添加とした場合の半導体レーザ素子を第7図
の測定系で測定した結果、第8図に示す如く反射光の存
在により極めて不安定な強い高周波雑音が発生した。こ
れに対して第1図の半導体レーザ素子では第9図に示す
如く雑音レベルが低くまた安定していることが確められ
た。このような雑音特性が得られる理由は、活性層4が
p型不純物を含有する場合にはエネルギーバンドの乱れ
が比較的少ないことによるものと考えられる。
の測定系で測定した結果、第8図に示す如く反射光の存
在により極めて不安定な強い高周波雑音が発生した。こ
れに対して第1図の半導体レーザ素子では第9図に示す
如く雑音レベルが低くまた安定していることが確められ
た。このような雑音特性が得られる理由は、活性層4が
p型不純物を含有する場合にはエネルギーバンドの乱れ
が比較的少ないことによるものと考えられる。
以上詳説した如く本発明によれば70℃程度の高温下に
於いても数千時間にわたりほとんど経時変化がなく極め
て高い信頼性を維持することができ、また温度変化に伴
なうモード競合雑音がなくかつ被照射体からの反射光が
帰還された場合にも雑音の発生は軽減されるため非常に
実用的価値の高い半導体レーザ素子を確立することがで
きる。
於いても数千時間にわたりほとんど経時変化がなく極め
て高い信頼性を維持することができ、また温度変化に伴
なうモード競合雑音がなくかつ被照射体からの反射光が
帰還された場合にも雑音の発生は軽減されるため非常に
実用的価値の高い半導体レーザ素子を確立することがで
きる。
第1図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ素子の断
面構成図である。第2図は第1図に示す半導体レーザ素
子の駆動電流対光出力特性及びp−n接合に平行な遠視
野像を示す説明図である。第3図は第1図に示す半導体
レーザ素子の駆動電流の経時変化を示す特性図である。 第4図は従来の半導体レーザ素子の駆動電流の経時変化
を示す特性図である。第5図は第1図に示す半導体レー
ザ素子の発振波長の直流駆動電流依存性を示す特性図で
ある。第6図は雑音対直流光出力比の温度依存性を示す
特性図である。第7図は雑音特性を測定する光学系の構
成図である。第8図は従来の半導体レーザ素子の雑音電
力の駆動電流依存性を示す特性図である。第9図は第1
図に示す半導体レーザ索子の雑音電力の駆動電流依存性
を示す特性図である。 1・・・GaAs基板、2・・・電流制限層、3・・・
p型クラッド層、4・・・活性層、5・・・n型クラッ
ド層、6・・・キャップ層、7・・・電流通路。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦 第5図 −(會オ龜シ尤 (mA)1度
CC>
面構成図である。第2図は第1図に示す半導体レーザ素
子の駆動電流対光出力特性及びp−n接合に平行な遠視
野像を示す説明図である。第3図は第1図に示す半導体
レーザ素子の駆動電流の経時変化を示す特性図である。 第4図は従来の半導体レーザ素子の駆動電流の経時変化
を示す特性図である。第5図は第1図に示す半導体レー
ザ素子の発振波長の直流駆動電流依存性を示す特性図で
ある。第6図は雑音対直流光出力比の温度依存性を示す
特性図である。第7図は雑音特性を測定する光学系の構
成図である。第8図は従来の半導体レーザ素子の雑音電
力の駆動電流依存性を示す特性図である。第9図は第1
図に示す半導体レーザ索子の雑音電力の駆動電流依存性
を示す特性図である。 1・・・GaAs基板、2・・・電流制限層、3・・・
p型クラッド層、4・・・活性層、5・・・n型クラッ
ド層、6・・・キャップ層、7・・・電流通路。 代理人 弁理士 福 士 愛 彦 第5図 −(會オ龜シ尤 (mA)1度
CC>
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 GaAlAsを主として成る混晶で構成された
可視領域のレーザ光を発振する活性層に不純物としてM
gを添加したことを特徴とする半導体レーザ素子。 2、Mgの添加濃度をI X 10IT tM−s以上
に設定した特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ素
子0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21463281A JPS58115877A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 半導体レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21463281A JPS58115877A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 半導体レ−ザ素子 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9400287A Division JPS62247584A (ja) | 1987-04-16 | 1987-04-16 | 半導体レ−ザ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58115877A true JPS58115877A (ja) | 1983-07-09 |
JPS6124840B2 JPS6124840B2 (ja) | 1986-06-12 |
Family
ID=16658948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21463281A Granted JPS58115877A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 半導体レ−ザ素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58115877A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0160490A2 (en) * | 1984-04-24 | 1985-11-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | A semiconductor laser |
JPS60225490A (ja) * | 1984-04-24 | 1985-11-09 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子の製造方法 |
JPS62247584A (ja) * | 1987-04-16 | 1987-10-28 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
US5136601A (en) * | 1984-11-19 | 1992-08-04 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5060189A (ja) * | 1973-09-26 | 1975-05-23 | ||
JPS50144393A (ja) * | 1974-05-10 | 1975-11-20 | ||
JPS5236988A (en) * | 1975-09-18 | 1977-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor laser |
JPS52114289A (en) * | 1976-03-22 | 1977-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor light emittiing element |
JPS5348669A (en) * | 1976-10-15 | 1978-05-02 | Mitsubishi Electric Corp | Growth method of semiconductor crystal |
JPS5628390A (en) * | 1979-08-10 | 1981-03-19 | Nissan Motor | Supporting structure of main body of internal combustion engine |
-
1981
- 1981-12-28 JP JP21463281A patent/JPS58115877A/ja active Granted
Patent Citations (6)
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JPS60225490A (ja) * | 1984-04-24 | 1985-11-09 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子の製造方法 |
US4792960A (en) * | 1984-04-24 | 1988-12-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser |
JPH0564478B2 (ja) * | 1984-04-24 | 1993-09-14 | Sharp Kk | |
US5136601A (en) * | 1984-11-19 | 1992-08-04 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser |
JPS62247584A (ja) * | 1987-04-16 | 1987-10-28 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6124840B2 (ja) | 1986-06-12 |
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