JP2010141241A - 発光装置の製造方法および発光装置 - Google Patents

発光装置の製造方法および発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】出射光を上方に出射させる発光装置において、簡易なプロセスで反射防止膜を形成することができる発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光装置100の製造方法は、第1クラッド層104および第2クラッド層108によって挟まれた活性層106を含み、活性層106内で生じる光を、活性層106の側面106a,106bにおいて反射させて、上方に出射させる発光装置100の製造方法であって、エピタキシャル成長法によって、基板102の上方に、第1クラッド層104、活性層106、第2クラッド層108、および反射防止膜118を順次形成する工程と、反射防止膜118をパターニングして、光の出射部を形成する工程と、活性層106をエッチングして、少なくとも活性層106の側面106a,106bを上下方向に対して45度傾斜させる工程と、を含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、発光装置の製造方法および発光装置に関する。
従来のスーパールミネッセントダイオード(SLD)は、出射面が前後に配置しているため出射光が2方向に分かれる。大きな光出力を必要とする場合は、SLDから得られる光を無駄なく利用するために、2つの方向に分かれた光を同じ方向に向ける方が望ましい。出射光の出射方向を揃えるには、反射ミラー等の光学部品が必要なためコスト高となる。また、その光学部品とSLDとの間の光学的なアライメントに要する工数、コストも問題である。さらに、全体としてサイズが大きくなるため、小型・軽量には不向きである。
出射光の方向を揃える方法として、特許文献1のように基板側面に傾斜ミラーを設け、出射光を上方へ反射させる構造がある。この場合、両側面に傾斜ミラーを設けることで、両出射光ともに上方へ向けることができる。
特開平8−288543号公報
しなしながら、特許文献1に開示された技術では、レーザー発振を抑制するための反射防止膜を、基板表面(出射面)に素子作製プロセスの一工程として形成している。すなわち、特許文献1に開示された技術では、反射防止膜を成膜するための専用の工程が必要となるので、プロセスが複雑化し、製造コストが高くなってしまう場合がある。
本発明の目的の1つは、出射光を上方に出射させる発光装置において、簡易なプロセスで反射防止膜を形成することができる発光装置の製造方法を提供することにある。
本発明に係る発光措置の製造方法は、
第1クラッド層および第2クラッド層によって挟まれた活性層を含み、前記活性層内で生じる光を、前記活性層の側面において反射させて、上方に出射させる発光装置の製造方法であって、
エピタキシャル成長法によって、基板の上方に、前記第1クラッド層、前記活性層、前記第2クラッド層、および反射防止膜を順次形成する工程と、
前記反射防止膜をパターニングして、光の出射部を形成する工程と、
前記活性層をエッチングして、少なくとも前記活性層の側面を上下方向に対して45度傾斜させる工程と、
を含む。
本発明に係る発光装置の製造方法は、出射光を上方に出射させる発光装置において、簡易なプロセスで反射防止膜を形成することができる。
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下「B」という)を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A上に直接Bを形成するような場合と、A上に他のものを介してBを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
本発明に係る発光装置の製造方法において、
前記45度傾斜させる工程では、
前記活性層の第1側面と、前記第1側面と平行となる前記活性層の第2側面と、を45度傾斜させることができる。
本発明に係る発光装置の製造方法において、
前記反射防止膜は、AlGa1−xAsからなり、
xは、0<x<1.0を満たすことができる。
本発明に係る発光装置の製造方法において、
前記エピタキシャル成長法によって、前記第2クラッド層と前記反射防止膜との間にコンタクト層を形成し、
前記コンタクト層は、GaAsからなり、
前記第2クラッド層は、AlGa1−yAsからなり、
yは、0<y<1.0を満たし、
前記反射防止膜を構成するAlGa1−xAsのxの値は、前記第2クラッド層を構成するAlGa1−yAsのyの値より大きいことができる。
本発明に係る発光装置の製造方法において、
前記反射防止膜を酸化する工程を、さらに含むことができる。
本発明に係る発光装置の製造方法において、
前記第1クラッド層に電気的に接続する第1電極と、前記第2クラッド層に電気的に接続する第2電極と、を形成する工程を、さらに含むことができる。
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材(以下「C部材」という)に「電気的に接続」された他の特定の部材(以下「D部材」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、C部材とD部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、C部材とD部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
本発明に係る発光装置の製造方法によって製造される発光装置は、スーパールミネッセントダイオードであることができる。
本発明に係る発光装置は、
第1クラッド層と、
前記第1クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第2クラッド層と、
前記第2クラッド層の上方に形成された反射防止膜と、
を含み、
前記活性層の側面は、上下方向に対して45度傾斜しており、
前記活性層内で生じた光は、前記活性層の側面において反射して上方に進行し、前記反射防止膜を介して出射され、
前記反射防止膜は、AlGa1−xAsからなり、
xは、0<x<1.0を満たす。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
1. 発光装置
まず、本実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る発光装置100を模式的に示す平面図であり、図2は、本実施形態に係る発光装置100を模式的に示す図1のII−II線断面図であり、図3は、本実施形態に係る発光装置100を模式的に示す図1のIII−III線断面図である。なお、図1では、便宜上、第2電極114の図示を省略している。
発光装置100は、図1〜図3に示すように、基板102と、第1クラッド層104と、活性層106と、第2クラッド層108と、反射防止膜118と、を有する。発光装置100は、さらに、コンタクト層110と、絶縁層116と、第1電極112と、第2電極114と、を有することができる。発光装置100は、例えば、スーパールミネッセントダイオード(SLD)である。
基板102は、例えば、第1導電型(例えばn型)のGaAs基板などからなる。基板102は、第1電極112とオーミックコンタクトする層であることができる。
第1クラッド層104は、基板102上に形成されている。第1クラッド層104は、例えば、n型のAlGaAs(より具体的にはAl0.5Ga0.5As)などからなる。
活性層106は、第1クラッド層104上に形成されている。活性層106は、例えば、AlGaAsバリア層とGaAs井戸層から構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸(MQW)構造を有する。活性層106の形状は、例えば直方体(立方体である場合を含む)である。活性層106は、第1側面106aと、図1に示すように平面視において第1側面106aと平行となる第2側面106bと、を有する。側面106a,106bは、図2に示すように、上下方向(Z方向)に対して45度傾斜している。側面106a,106bは、上方(+Z方向)に向けて徐々に活性層106の幅(活性層106のX方向の長さ)が大きくなるように傾斜している。例えば、活性層106の第1側面106aと、第1クラッド層102の第1側面、第2クラッド層108の第1側面、およびコンタクト層110の第1側面とは、連続しており、第1の45度傾斜面109aを形成することができる。例えば、活性層106の第2側面106bと、第1クラッド層102の第2側面、第2クラッド層108の第2側面、およびコンタクト層110の第2側面とは、連続しており、第2の45度傾斜面109bを形成することができる。
活性層106の一部は、図1〜図3に示すように、導波領域107を構成する。導波領域107内を、光は進行することができる。導波領域107は、活性層106の第1側面106aから第2側面106bまで設けられている。すなわち、導波領域107の第1端面は第1側面106aに設けられ、導波領域107の第2端面は第2側面106bに設けられている。導波領域107の平面形状は、図1に示すように矩形であり、第1側面106aと直交する方向(X方向)に向かって設けられていてもよい。導波領域107は、活性層106のうち、第1電極112と、コンタクト層110と第2電極114との接触面およびコンタクト層110と反射防止膜118と、に挟まれた領域ともいえる。
導波領域107の一部は、利得領域105を構成している。利得領域105は、活性層106の第1側面106aから第2側面106bに向かって設けられている。利得領域105の平面形状は、図1に示すように矩形であり、第1側面106aと直交する方向に向かって設けられていてもよい。利得領域105は、図2に示すように、光10を生じさせることができ、光10は、利得領域105内で利得を受けることができる。利得領域105は、導波領域107のうち、第1電極112と、コンタクト層110と第2電極114との接触面と、に挟まれた領域ともいえる。
第2クラッド層108は、活性層106上に形成されている。第2クラッド層108は、例えば、第2導電型(例えばp型)のAlGaAs(より具体的にはAl0.5Ga0.5As)などからなる。
例えば、p型の第2クラッド層108、不純物がドーピングされていない活性層106、およびn型の第1クラッド層104により、pinダイオードが構成される。第1クラッド層104および第2クラッド層108の各々は、活性層106よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層106は、光を増幅する機能を有する。第1クラッド層104および第2クラッド層108は、活性層106を挟んで、注入キャリア(電子および正孔)並びに光を閉じ込める機能を有する。
発光部120では、第1電極112と第2電極114との間に、pinダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層106の利得領域105において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域105内で光の強度が増幅される。例えば、利得領域105に生じた第1波長の光10は、図3に示すように、利得領域105内を側面106a,106bに向けて進行する。このように第1波長の光10は、利得領域105内を平面方向(X方向)に進行することによって、光の強度が増加される。そして光10は、45度傾斜面109a,109b(側面106a,106b)において反射(全反射)して上方(+Z方向)に進行する。上方に進行した光10は、反射防止膜118を介して上方に出射される。
コンタクト層110は、図2〜図4に示すように、第2クラッド層108上に形成されている。コンタクト層110は、例えば、p型のGaAsなどからなる。コンタクト層110としては、第2電極114とオーミックコンタクトする層を用いることができる。
反射防止膜118は、コンタクト層110上に形成されている。反射防止膜118は、図2に示すように、第1側面106aに設けられた導波領域107の第1端面の上方と、第2側面106bに設けられた導波領域107の第2端面の上方と、に位置している。反射防止膜118の光10に対する透過率は、100%もしくはそれに近いことが望ましい。反射防止膜118の膜厚は、反射防止膜118の屈折率をn、光10の波長をλとした場合、λ/(4n)であることが望ましい。反射防止膜118によって、発光装置100は、光10を共振させることなく(レーザー発振させることなく)出射させることができる。
上述のとおり、光10は、反射防止膜118を介して外部に出射される。すなわち、反射防止膜118は、出射部118ともいえる。反射防止膜118の屈折率は、反射防止膜118の上面と接している外部の屈折率(空気の場合は1)より大きく、反射防止膜118の下面と接しているコンタクト層110より小さい。反射防止膜118は、例えば、AlGa1−xAs(0<x<1.0)からなる。より具体的には、反射防止膜118がAlGa1−xAs(0<x<1.0)からなり、コンタクト層110がGaAsからなり、第2クラッド層108がAlGa1−yAs(0<y<1.0)からなる場合には、xの値は、yの値より大きいことが好ましい。以下にその理由を説明する。
一般的に、AlGa1−zAs系においては、zの値と屈折率は単調減少の関係にあり、Al比が大きくなるほど(すなわちzの値が大きくなるほど)、屈折率は小さくなる。したがって、コンタクト層110がGaAsからなる場合は、AlGa1−xAs(0<x<1.0)からなる反射防止膜118を用いれば、反射防止膜118の屈折率はコンタクト層110の屈折率より小さくなる。そのため、コンタクト層110と反射防止膜118との接触面において、光10は反射することなく外部に出射されることができる。しかしながら、コンタクト層110の厚みは例えば100nm程度と薄い場合は、コンタクト層110の屈折率は、第2クラッド層108の影響を受け小さくなる場合がある。したがって、反射防止膜118を構成するAlGa1−xAsのxの値が、第2クラッド層108を構成するAlGa1−yAsのyの値より大きければ、例え第2クラッド層108の影響を受けコンタクト層110の屈折率が小さくなったとしても、反射防止膜118の屈折率は、コンタクト層110の屈折率より小さくなることはない。これにより、確実に反射防止膜118から光10を出射させることができる。より具体的には、第2クラッド層108はAlGa1−yAs(0.3<y<0.5)からなり、反射防止膜118はAlGa1−xAs(0.5<x<1.0)からなる。
なお、反射防止膜118は、例えばAlGa1−xAs(0.5<x<1.0)を酸化した材質からなっていてもよい。酸化されることにより屈折率が小さくなるので、反射防止膜118は、いっそう確実にコンタクト層110より小さい屈折率を得ることができる。
絶縁層116は、図1および図3に示すように、コンタクト層110上に形成されている。ただし、絶縁層116は、導波領域107の上方には形成されていない。絶縁層116は、例えば、窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリイミドなどからなる。
第1電極112は、図2および図3に示すように、基板102の下に形成されている。第1電極112は、該第1電極112とオーミックコンタクトする層(図示の例では、基板102)と接していることができる。第1電極112は、基板102を介して、第1クラッド層104と電気的に接続されている。第1電極112は、発光装置100を駆動するための一方の電極である。第1電極112は、例えば、基板102側からCr層、AuGe層、Ni層、Au層の順序で積層したものなどからなる。
第2電極114は、コンタクト層110上および絶縁層116上に形成されている。第2電極114は、コンタクト層110を介して、第2クラッド層108と電気的に接続されている。第2電極114は、発光装置100を駆動するための他方の電極である。第2電極114は、例えば、コンタクト層110側からCr層、AuZn層、Au層の順序で積層したものなどからなる。
なお、発光装置100としては、発光利得領域が可能なあらゆる半導体材料を用いることができる。
また、本実施形態では、発光装置100をいわゆる利得導波型として説明したが、発光装置100はいわゆる屈折率導波型であってもよい。
2. 発光装置の製造方法
次に、本実施形態に係る光発光装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図4〜図6は、本実施形態に係る発光装置100の製造工程を模式的に示す断面図である。
図4に示すように、エピタキシャル成長法によって、基板102上に、第1クラッド層104、活性層106、第2クラッド層108、コンタクト層110、および反射防止膜118を順次形成する。エピタキシャル成長法としては、例えば、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などを用いる。より具体的には、例えばMOCVD法において、噴射させるガスの種類を変えて、AlGa1−xAs(0<x<1.0)からなる反射防止膜118を、第1クラッド層104、活性層106、第2クラッド層108およびコンタクト層110の成長と一連の工程で成膜させることができる。
図5に示すように、反射防止膜118をパターニングする。パターニングは、光が出射される部分以外の反射防止膜118を除去するように行われる。すなわち、該パターニングによって、反射防止膜からなる出射部118が形成される。なお、パターニングは、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により形成される。
次に、反射部防止膜118(出射部118)を酸化する。酸化は、例えば、400度程度の水蒸気雰囲気で行われる。これにより、特にAl1−xGaAs(0<x<1.0)からなる反射部防止膜118を酸化させることができ、確実に、反射防止膜118の屈折率をコンタクト層110の屈折率より小さくすることができる。なお、反射部防止膜118を酸化する工程は、反射防止膜118をパターニングする前に行ってもよい。
次に、コンタクト層110上に絶縁層116(図5では図示せず)を形成する。絶縁層116は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、塗布法、スパッタ法などにより全面に絶縁層を形成した後、該絶縁層をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて所定の形状にパターニングすることにより形成される。
図6に示すように、コンタクト層110上および絶縁層116(図6では図示せず)上に第2電極114を形成する。第2電極114は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法などにより形成される。
次に、基板102の下に第1電極112を形成する。第1電極112の製法は、例えば、上述した第2電極114の製法の例示と同じである。なお、第1電極112と第2電極114との形成順序は、特に限定されない。
図2に示すように、活性層106をエッチングして、少なくとも活性層106の側面106a,106bを上下方向(Z方向)に対して45度傾斜させる。より具体的には、例えば、コンタクト層110、第2クラッド層108、活性層106および第1クラッド層104をエッチングして、活性層の第1側面106a、および第1側面106a側の各層104,108,110の側面を第1の45度傾斜面109aとし、活性層の第2側面106b、および第2側面106b側の各層104,108,110の側面を第2の45度傾斜面109bとする。45傾斜面109a,109bをウェットエッチングにより形成する場合は、エッチング液として、例えば、HSOとHとHOとの混合液を用いることができる。これにより、各層104,106,108,110を構成する材料の結晶方位によって、上下方向に対して45度に傾斜した45傾斜面109a,109bを形成することができる。なお、45度傾斜面109a,109bを形成する工程は、第1電極112および第2電極114を形成する工程の前に行ってもよい。
以上の工程により、発光装置100を製造することができる。
発光装置100の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
発光装置100の製造方法によれば、反射防止膜118を、エピタキシャル成長によって形成させることができる。より具体的には、例えばMOCVD法において、噴射させるガスの種類を変えて、AlGa1−xAs(0<x<1.0)からなる反射防止膜118を、第1クラッド層104、活性層106、第2クラッド層108およびコンタクト層110の成長と一連の工程で成膜させることができる。したがって、反射防止膜を成膜するために専用の工程を設ける場合に比べて、簡易なプロセスで反射防止膜を形成することができ、製造コストを低減させることができる。
発光装置100の製造方法によれば、反射防止膜118をエピタキシャル成長によって形成させることができるので、反射防止膜118の膜厚を精度良く制御することできる。そのため、歩留まりを向上させることができる。
発光装置100の製造方法によれば、反射防止膜118はAlGa1−xAs(0<x<1.0)からなり、コンタクト層110はGaAsからなり、第2クラッド層108は、AlGa1−yAs(0<x<1.0)からなることができる。そして、反射防止膜118を構成するAlGa1−xAsのxの値を、第2クラッド層104を構成するAlGa1−yAsのyの値より大きくすることができる。これにより、上述とおり、確実に、反射防止膜118の屈折率は、コンタクト層110の屈折率より小さくなる。したがって、確実に、反射防止膜118(出射部118)から上方に向けて光10を出射することができる。
発光装置100の製造方法によれば、反射防止膜118を酸化させることができる。これにより、特にAl1−xGaAs(0<x<1.0)からなる反射部防止膜118を酸化させることができ、いっそう確実に、反射防止膜118の屈折率をコンタクト層110の屈折率より小さくすることができる。
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
本実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
符号の説明
10 光、100 発光装置、102 基板、104 第1クラッド層、105 利得領域、106 活性層、106a 活性層の第1側面、106b 活性層の第2側面、107 導波領域、108 第2クラッド層、109a 第1の45度傾斜面、109b 第2の45度傾斜面、110 コンタクト層、112 第1電極、114 第2電極、116 絶縁層、118 反射防止膜

Claims (8)

  1. 第1クラッド層および第2クラッド層によって挟まれた活性層を含み、前記活性層内で生じる光を、前記活性層の側面において反射させて、上方に出射させる発光装置の製造方法であって、
    エピタキシャル成長法によって、基板の上方に、前記第1クラッド層、前記活性層、前記第2クラッド層、および反射防止膜を順次形成する工程と、
    前記反射防止膜をパターニングして、光の出射部を形成する工程と、
    前記活性層をエッチングして、少なくとも前記活性層の側面を上下方向に対して45度傾斜させる工程と、
    を含む、発光装置の製造方法。
  2. 請求項1において、
    前記45度傾斜させる工程では、
    前記活性層の第1側面と、前記第1側面と平行となる前記活性層の第2側面と、を45度傾斜させる、発光装置の製造方法。
  3. 請求項1または2において、
    前記反射防止膜は、AlGa1−xAsからなり、
    xは、0<x<1.0を満たす、発光装置の製造方法。
  4. 請求項3において、
    前記エピタキシャル成長法によって、前記第2クラッド層と前記反射防止膜との間にコンタクト層を形成し、
    前記コンタクト層は、GaAsからなり、
    前記第2クラッド層は、AlGa1−yAsからなり、
    yは、0<y<1.0を満たし、
    前記反射防止膜を構成するAlGa1−xAsのxの値は、前記第2クラッド層を構成するAlGa1−yAsのyの値より大きい、発光装置の製造方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
    前記反射防止膜を酸化する工程を、さらに含む、発光装置の製造方法。
  6. 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
    前記第1クラッド層に電気的に接続する第1電極と、前記第2クラッド層に電気的に接続する第2電極と、を形成する工程を、さらに含む、発光装置の製造方法。
  7. 請求項1ないし6のいずれかの製造方法によって製造される発光装置は、スーパールミネッセントダイオードである、発光装置の製造方法。
  8. 第1クラッド層と、
    前記第1クラッド層の上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第2クラッド層と、
    前記第2クラッド層の上方に形成された反射防止膜と、
    を含み、
    前記活性層の側面は、上下方向に対して45度傾斜しており、
    前記活性層内で生じた光は、前記活性層の側面において反射して上方に進行し、前記反射防止膜を介して出射され、
    前記反射防止膜は、AlGa1−xAsからなり、
    xは、0<x<1.0を満たす、発光装置。
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