JPH06334256A - 半導体光反射層の製造方法 - Google Patents
半導体光反射層の製造方法Info
- Publication number
- JPH06334256A JPH06334256A JP11613893A JP11613893A JPH06334256A JP H06334256 A JPH06334256 A JP H06334256A JP 11613893 A JP11613893 A JP 11613893A JP 11613893 A JP11613893 A JP 11613893A JP H06334256 A JPH06334256 A JP H06334256A
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- Japan
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- semiconductor light
- layer
- reflective layer
- light reflective
- reflecting layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 MOCVD法を用いて、高反射率を維持で
き、しかも低抵抗な半導体光反射層を製造し得る方法を
提供する。 【構成】 MOCVD法によりZnをp型ドーパントと
して用いてAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y As
(X>Y,0≦X,Y≦1)からなる半導体光反射層を
形成する際、成長温度をn型のAlX Ga1-X As/A
lY Ga1-Y Asからなる半導体光反射層12を形成す
る際の成長温度より少なくとも150 ℃下げるとともに、
AlY Ga1-Y Asに比べてAlX Ga1-X Asの方に
より多くのZnをドーピングすることにより、高反射率
で且つ極めて低抵抗な半導体光反射層14を得る。
き、しかも低抵抗な半導体光反射層を製造し得る方法を
提供する。 【構成】 MOCVD法によりZnをp型ドーパントと
して用いてAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y As
(X>Y,0≦X,Y≦1)からなる半導体光反射層を
形成する際、成長温度をn型のAlX Ga1-X As/A
lY Ga1-Y Asからなる半導体光反射層12を形成す
る際の成長温度より少なくとも150 ℃下げるとともに、
AlY Ga1-Y Asに比べてAlX Ga1-X Asの方に
より多くのZnをドーピングすることにより、高反射率
で且つ極めて低抵抗な半導体光反射層14を得る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOCVD法によりZ
nをp型ドーパントとして用いてAlX Ga1-X As/
AlY Ga1-Y Asからなる半導体光反射層を製造する
方法に関するものである。
nをp型ドーパントとして用いてAlX Ga1-X As/
AlY Ga1-Y Asからなる半導体光反射層を製造する
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】面発光レーザは、結晶成長等の技術によ
り、光共振器を基板主面に対して垂直に形成し、レーザ
光を前記基板主面に対して垂直方向に取り出すようにし
たものであり、その構造から基板上に容易に高密度二次
元集積することが可能である。該面発光レーザは、最近
では0.78μmから1.55μmまでの発振波長に対応した様
々な材料系で試みられており、しかも通常のレーザと比
較してその体積が小さいため、1mAを下回る極めて低
い閾値電流を有するレーザが実現可能となっている。
り、光共振器を基板主面に対して垂直に形成し、レーザ
光を前記基板主面に対して垂直方向に取り出すようにし
たものであり、その構造から基板上に容易に高密度二次
元集積することが可能である。該面発光レーザは、最近
では0.78μmから1.55μmまでの発振波長に対応した様
々な材料系で試みられており、しかも通常のレーザと比
較してその体積が小さいため、1mAを下回る極めて低
い閾値電流を有するレーザが実現可能となっている。
【0003】前記面発光レーザにおいてレーザ発振させ
るためには、該面発光レーザを構成するエタロンのQ
値、即ち第1及び第2の半導体光反射層の反射率を極め
て高いものにしなければならない。このため、通常、半
導体光反射層は格子定数が整合する条件で第1の屈折率
n1 、第2の屈折率n2 (n1 >n2 )を有する半導体
を、発振波長の1/4光学波長の膜厚で交互に分布させ
て構成していた。具体的には、例えばAl0.2 Ga0.8
As/GaAs量子井戸層(QWs)を活性層に有する
発振波長0.85μm面発光レーザにおいては、高い反射率
(99%以上)を実現するため、反射層は発振波長にお
いて吸収がほとんど無視でき、可能な限り屈折率差を大
きくとったAl0.15Ga0.85As(屈折率3.58)とAl
As(屈折率2.98)とから構成していた。
るためには、該面発光レーザを構成するエタロンのQ
値、即ち第1及び第2の半導体光反射層の反射率を極め
て高いものにしなければならない。このため、通常、半
導体光反射層は格子定数が整合する条件で第1の屈折率
n1 、第2の屈折率n2 (n1 >n2 )を有する半導体
を、発振波長の1/4光学波長の膜厚で交互に分布させ
て構成していた。具体的には、例えばAl0.2 Ga0.8
As/GaAs量子井戸層(QWs)を活性層に有する
発振波長0.85μm面発光レーザにおいては、高い反射率
(99%以上)を実現するため、反射層は発振波長にお
いて吸収がほとんど無視でき、可能な限り屈折率差を大
きくとったAl0.15Ga0.85As(屈折率3.58)とAl
As(屈折率2.98)とから構成していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記半導体
光反射層を通して電流を注入する場合、半導体光反射層
を構成する第1及び第2の半導体の禁制帯幅が大きく異
なった(ΔEg〜0.7 eV)20〜30対のヘテロ接合
により形成されているため、特にp型ではバンド不連続
性からメサ径20〜30μmサイズで数kΩと極めて高
抵抗になることが知られている。このため、MBE法で
製造する場合は前記第1及び第2の半導体の間にAl組
成中間層あるいはAl組成傾斜層を導入することによっ
て、低抵抗化を図っていた。
光反射層を通して電流を注入する場合、半導体光反射層
を構成する第1及び第2の半導体の禁制帯幅が大きく異
なった(ΔEg〜0.7 eV)20〜30対のヘテロ接合
により形成されているため、特にp型ではバンド不連続
性からメサ径20〜30μmサイズで数kΩと極めて高
抵抗になることが知られている。このため、MBE法で
製造する場合は前記第1及び第2の半導体の間にAl組
成中間層あるいはAl組成傾斜層を導入することによっ
て、低抵抗化を図っていた。
【0005】しかしながら、前記MBE法と比較して量
産性に富んでいるMOCVD法の場合、MBE法とは成
長機構(あるいは成長条件)が異なり、また、一般的に
用いられるドーパント種が比較的拡散しやすいZnであ
るため、前記半導体光反射層の構造を変化させても、ほ
とんど低抵抗化することができないという問題があっ
た。
産性に富んでいるMOCVD法の場合、MBE法とは成
長機構(あるいは成長条件)が異なり、また、一般的に
用いられるドーパント種が比較的拡散しやすいZnであ
るため、前記半導体光反射層の構造を変化させても、ほ
とんど低抵抗化することができないという問題があっ
た。
【0006】本発明は前記従来の問題点に鑑み、MOC
VD法を用いて、高反射率を維持でき、しかも低抵抗な
半導体光反射層を製造し得る方法を提供することを目的
とする。
VD法を用いて、高反射率を維持でき、しかも低抵抗な
半導体光反射層を製造し得る方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、MOCVD法によりZnをp型ドーパント
として用いてAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y As
(X>Y,0≦X,Y≦1)からなる半導体光反射層を
形成する半導体光反射層の製造方法において、成長温度
をn型のAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y Asから
なる半導体光反射層を形成する際の成長温度より少なく
とも150 ℃下げるとともに、AlY Ga1-Y Asに比べ
てAlX Ga1-X Asの方により多くのZnをドーピン
グするようになした半導体光反射層の製造方法を提案す
る。
成するため、MOCVD法によりZnをp型ドーパント
として用いてAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y As
(X>Y,0≦X,Y≦1)からなる半導体光反射層を
形成する半導体光反射層の製造方法において、成長温度
をn型のAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y Asから
なる半導体光反射層を形成する際の成長温度より少なく
とも150 ℃下げるとともに、AlY Ga1-Y Asに比べ
てAlX Ga1-X Asの方により多くのZnをドーピン
グするようになした半導体光反射層の製造方法を提案す
る。
【0008】
【作用】本発明によれば、量産に適したMOCVD法に
より、従来のものと比べて高反射率を維持でき且つ極め
て低抵抗な半導体光反射層を得ることができる。
より、従来のものと比べて高反射率を維持でき且つ極め
て低抵抗な半導体光反射層を得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明による半導体光反射層を用いた
実施例として、AlGaAs/GaAs超格子を活性層
として用いた発振波長0.85μm面発光レーザの場合につ
いて説明する。なお、実施例は一つの例示であって、本
発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更あるいは改良
を行い得ることは言うまでもない。
実施例として、AlGaAs/GaAs超格子を活性層
として用いた発振波長0.85μm面発光レーザの場合につ
いて説明する。なお、実施例は一つの例示であって、本
発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更あるいは改良
を行い得ることは言うまでもない。
【0010】図1はp型半導体光反射層の成長温度に対
する抵抗依存性をチェックするための素子の一例を示す
もので、p型GaAs基板1上にp型Al0.15Ga0.85
As/AlAs10対からなる半導体光反射層2を形成
し、その後、GaAs基板1までエッチオフし、さらに
構造表面及び裏面にそれぞれ、AuZnNi/Auから
なるオーミック電極3及び4を形成したものである。
する抵抗依存性をチェックするための素子の一例を示す
もので、p型GaAs基板1上にp型Al0.15Ga0.85
As/AlAs10対からなる半導体光反射層2を形成
し、その後、GaAs基板1までエッチオフし、さらに
構造表面及び裏面にそれぞれ、AuZnNi/Auから
なるオーミック電極3及び4を形成したものである。
【0011】図2は図1の素子の抵抗値をI−V測定に
より評価し、成長温度に対する依存性を表したもので、
横軸は素子のメサ半径、縦軸は抵抗値である。同図よ
り、成長温度が750 ℃の場合は抵抗値が高すぎて測定で
きなかったが、成長温度を下げるにつれて素子抵抗がl
ogスケールで下がることがわかる。そして、成長温度
をn型半導体光反射層を形成する際の温度(750 ℃)か
ら120 ℃下げたところ(630 ℃)で、MBE法で報告さ
れている値とほぼ等しくなり、素子抵抗が飽和した。な
お、図中の「Graded」とはAl0.15Ga0.85As
層とAlAs層との間の組成変化がなだらかである場合
を、また、また、「Abrupt」とは前記組成変化が
急である場合をそれぞれ示す。
より評価し、成長温度に対する依存性を表したもので、
横軸は素子のメサ半径、縦軸は抵抗値である。同図よ
り、成長温度が750 ℃の場合は抵抗値が高すぎて測定で
きなかったが、成長温度を下げるにつれて素子抵抗がl
ogスケールで下がることがわかる。そして、成長温度
をn型半導体光反射層を形成する際の温度(750 ℃)か
ら120 ℃下げたところ(630 ℃)で、MBE法で報告さ
れている値とほぼ等しくなり、素子抵抗が飽和した。な
お、図中の「Graded」とはAl0.15Ga0.85As
層とAlAs層との間の組成変化がなだらかである場合
を、また、また、「Abrupt」とは前記組成変化が
急である場合をそれぞれ示す。
【0012】この際、Al0.15Ga0.85Asのドーピン
グ濃度が1×1019cm-3以上となり、発振波長850 n
mにおけるフリーキャリア吸収が1000cm-3程度になっ
てしまうため、1%程度の反射率の低下が生じた。そこ
で、成長温度を前記n型半導体光反射層を形成する際の
温度(750 ℃)から150 ℃下げ(600 ℃)、Al0.15G
a0.85Asに比べてAlAsの方により多くのZnを導
入する変調ドーピングを行ったところ、同様の抵抗値を
得た。
グ濃度が1×1019cm-3以上となり、発振波長850 n
mにおけるフリーキャリア吸収が1000cm-3程度になっ
てしまうため、1%程度の反射率の低下が生じた。そこ
で、成長温度を前記n型半導体光反射層を形成する際の
温度(750 ℃)から150 ℃下げ(600 ℃)、Al0.15G
a0.85Asに比べてAlAsの方により多くのZnを導
入する変調ドーピングを行ったところ、同様の抵抗値を
得た。
【0013】以上のことからも明らかなように、少なく
ともp型半導体光反射層の形成時の成長温度をn型半導
体光反射層を形成する際の温度から150 ℃下げ、且つ、
前記Al0.15Ga0.85Asに比べてAlAsの方により
多くのZnをドーピングすることが必要である。
ともp型半導体光反射層の形成時の成長温度をn型半導
体光反射層を形成する際の温度から150 ℃下げ、且つ、
前記Al0.15Ga0.85Asに比べてAlAsの方により
多くのZnをドーピングすることが必要である。
【0014】図3は本発明方法により製造した半導体光
反射層を備えた面発光レーザの一実施例を示すものであ
る。
反射層を備えた面発光レーザの一実施例を示すものであ
る。
【0015】これを製造するには、まず、厚さ350 μm
のn型GaAs結晶基板11上に、減圧MOCVD法に
よって成長温度750 ℃でn型GaAsバッファ層を成長
させる。次に、同様の成長温度で各層の膜厚がλ/4n
(nは屈折率)からなるドーピング濃度1×1018cm
-3のn型Al0.15Ga0.85As/AlAs34.5対からな
る第1の半導体光反射層12を形成する。
のn型GaAs結晶基板11上に、減圧MOCVD法に
よって成長温度750 ℃でn型GaAsバッファ層を成長
させる。次に、同様の成長温度で各層の膜厚がλ/4n
(nは屈折率)からなるドーピング濃度1×1018cm
-3のn型Al0.15Ga0.85As/AlAs34.5対からな
る第1の半導体光反射層12を形成する。
【0016】次に、Al0.3 Ga0.7 As層13a,活
性層として6対からなるAl0.2 Ga0.8 As/GaA
s超格子層13b及びAl0.3 Ga0.7 As層13cか
らなる全体が発振波長の光学膜厚であるキャビティー層
13を形成する。その後、成長温度を600 ℃に降温さ
せ、同様に各層の膜厚がλ/4nからなるp型Al0.15
Ga0.85As(p〜1018cm-3)/AlAs(p〜1
019cm-3)27対からなる第2の半導体光反射層14
を、DEZの流量を変調させて形成し、金属(Au)と
の位相マッチング及びコンタクト層を兼ねたp++型Al
0.15Ga0.85Asからなるマッチング層15を形成す
る。
性層として6対からなるAl0.2 Ga0.8 As/GaA
s超格子層13b及びAl0.3 Ga0.7 As層13cか
らなる全体が発振波長の光学膜厚であるキャビティー層
13を形成する。その後、成長温度を600 ℃に降温さ
せ、同様に各層の膜厚がλ/4nからなるp型Al0.15
Ga0.85As(p〜1018cm-3)/AlAs(p〜1
019cm-3)27対からなる第2の半導体光反射層14
を、DEZの流量を変調させて形成し、金属(Au)と
の位相マッチング及びコンタクト層を兼ねたp++型Al
0.15Ga0.85Asからなるマッチング層15を形成す
る。
【0017】次に、こうして得られた結晶に対し、ま
ず、基板11の裏面をブロムメタノールにより研磨す
る。続いて、基板11の裏面にコーティングによりSi
O2 からなるAR層16及び蒸着シンターによりAuG
eNi/Auからなるn電極17を形成し、その後、結
晶上部にリフトオフにより補助反射ミラーを兼ねた厚さ
数10nm、5〜40μm径の半透明Auからなるp電
極18を形成する。
ず、基板11の裏面をブロムメタノールにより研磨す
る。続いて、基板11の裏面にコーティングによりSi
O2 からなるAR層16及び蒸着シンターによりAuG
eNi/Auからなるn電極17を形成し、その後、結
晶上部にリフトオフにより補助反射ミラーを兼ねた厚さ
数10nm、5〜40μm径の半透明Auからなるp電
極18を形成する。
【0018】最後に、レジストパターニングにより前記
p電極18上にマスクを形成し、マスクされていない部
分を塩素ガスによるECRエッチングにより第1の半導
体光反射層12の途中までドライエッチングし、さらに
ドライエッチングによるダメージを除去するために硫酸
系によるスライトエッチングを行って、製造を完了す
る。
p電極18上にマスクを形成し、マスクされていない部
分を塩素ガスによるECRエッチングにより第1の半導
体光反射層12の途中までドライエッチングし、さらに
ドライエッチングによるダメージを除去するために硫酸
系によるスライトエッチングを行って、製造を完了す
る。
【0019】なお、エッチングを前記第1の半導体光反
射層12の途中まで行ったのは、光学的導波路ロスを増
やすことなく抵抗値増大を避けるためのものである。
射層12の途中まで行ったのは、光学的導波路ロスを増
やすことなく抵抗値増大を避けるためのものである。
【0020】前述した面発光レーザに対して電流を注入
し、I−L特性を調べたところ、従来、報告されている
値と同様な低い閾値である2〜10mAにおいてI−L
曲線が立ち上がり、レーザ発振に至ることが確認され
た。また、閾値付近における電圧は2〜2.5Vにな
り、従来のMOCVD法で作成されたものと比較すると
2桁以上改善された。
し、I−L特性を調べたところ、従来、報告されている
値と同様な低い閾値である2〜10mAにおいてI−L
曲線が立ち上がり、レーザ発振に至ることが確認され
た。また、閾値付近における電圧は2〜2.5Vにな
り、従来のMOCVD法で作成されたものと比較すると
2桁以上改善された。
【0021】図4は図3の面発光レーザの抵抗値をI−
V測定により評価し、成長温度に対する依存性を表した
もので、横軸は素子のメサ半径、縦軸は抵抗値である。
同図より、本実施例によれば、従来のMBE法に比べて
高反射率で且つ低抵抗な半導体光反射層が得られること
が分かる。なお、図中の「Modulated A」及
び「Modulated B」とは、両者とも前述した
DEZの流量の変調を行っていることを示しているが、
それぞれ変調量は異なる。
V測定により評価し、成長温度に対する依存性を表した
もので、横軸は素子のメサ半径、縦軸は抵抗値である。
同図より、本実施例によれば、従来のMBE法に比べて
高反射率で且つ低抵抗な半導体光反射層が得られること
が分かる。なお、図中の「Modulated A」及
び「Modulated B」とは、両者とも前述した
DEZの流量の変調を行っていることを示しているが、
それぞれ変調量は異なる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、量
産に適したMOCVD法により、従来のものと比べて高
反射率を維持でき且つ極めて低抵抗な半導体光反射層を
得ることができ、半導体光反射層を用いた面発光レーザ
等の光デバイスを安価に提供でき、多数のレーザ等の光
源を必要とする光交換、光ニューラルネットワーク、光
情報処理の実現に非常に大きな経済的な効果を得ること
ができる。
産に適したMOCVD法により、従来のものと比べて高
反射率を維持でき且つ極めて低抵抗な半導体光反射層を
得ることができ、半導体光反射層を用いた面発光レーザ
等の光デバイスを安価に提供でき、多数のレーザ等の光
源を必要とする光交換、光ニューラルネットワーク、光
情報処理の実現に非常に大きな経済的な効果を得ること
ができる。
【図1】p型半導体光反射層の成長温度に対する抵抗依
存性をチェックするための素子の一例を示す構造図
存性をチェックするための素子の一例を示す構造図
【図2】図1の素子の成長温度に対する抵抗値の依存性
を示す図
を示す図
【図3】本発明方法により製造した半導体光反射層を備
えた面発光レーザの一実施例を示す構造図
えた面発光レーザの一実施例を示す構造図
【図4】図3の素子の成長温度に対する抵抗値の依存性
を示す図
を示す図
1…p型GaAs基板、2…半導体光反射層、3,4…
オーミック電極、11…n型GaAs基板、12…第1
の半導体光反射層、13…キャビティー層、14…第2
の半導体光反射層、15…マッチング層、16…AR
層、17…n電極、18…p電極。
オーミック電極、11…n型GaAs基板、12…第1
の半導体光反射層、13…キャビティー層、14…第2
の半導体光反射層、15…マッチング層、16…AR
層、17…n電極、18…p電極。
Claims (1)
- 【請求項1】 MOCVD法によりZnをp型ドーパン
トとして用いてAlXGa1-X As/AlY Ga1-Y A
s(X>Y,0≦X,Y≦1)からなる半導体光反射層
を形成する半導体光反射層の製造方法において、 成長温度をn型のAlX Ga1-X As/AlY Ga1-Y
Asからなる半導体光反射層を形成する際の成長温度よ
り少なくとも150 ℃下げるとともに、 AlY Ga1-Y Asに比べてAlX Ga1-X Asの方に
より多くのZnをドーピングするようになしたことを特
徴とする半導体光反射層の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11613893A JPH06334256A (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 半導体光反射層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11613893A JPH06334256A (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 半導体光反射層の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06334256A true JPH06334256A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14679681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11613893A Pending JPH06334256A (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 半導体光反射層の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06334256A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100224878B1 (ko) * | 1996-07-25 | 1999-10-15 | 윤종용 | 표면광 레이저 |
KR100224877B1 (ko) * | 1996-07-18 | 1999-10-15 | 윤종용 | 표면광 레이저 |
JP2006351799A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 表面発光型半導体素子アレイ |
US9640944B2 (en) | 2015-09-08 | 2017-05-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Method of manufacturing optical semiconductor element |
-
1993
- 1993-05-18 JP JP11613893A patent/JPH06334256A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100224877B1 (ko) * | 1996-07-18 | 1999-10-15 | 윤종용 | 표면광 레이저 |
KR100224878B1 (ko) * | 1996-07-25 | 1999-10-15 | 윤종용 | 표면광 레이저 |
JP2006351799A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Fuji Xerox Co Ltd | 表面発光型半導体素子アレイ |
US9640944B2 (en) | 2015-09-08 | 2017-05-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Method of manufacturing optical semiconductor element |
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