JP2022127863A - 面発光型半導体発光装置 - Google Patents

面発光型半導体発光装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光出力を向上させた面発光型半導体発光装置を提供する。【解決手段】面発光型半導体発光装置は、第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた第２半導体層と、前記第２半導体層上に設けられた凹凸構造と、前記凹凸構造を覆う第１金属層と、前記凹凸構造と前記第１金属層との間に設けられた第２金属層と、を備える。前記第２金属層は、前記凹凸構造における、凹部の底面、凸部の上面および前記凸部の側面のうちのいずれか１つの上に設けられ、前記第２金属層の前記発光層から放射される光に対する反射率は、前記第１金属層の前記光に対する反射率よりも低い。【選択図】図１

Description

実施形態は、面発光型半導体発光装置に関する。
面発光型半導体発光装置には、高い光出力が求められる。
特開２０２０－６８３３０号公報
実施形態は、光出力を向上させた面発光型半導体発光装置を提供する。
実施形態に係る面発光型半導体発光装置は、第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた第２半導体層と、前記第２半導体層上に設けられた凹凸構造と、前記凹凸構造を覆う第１金属層と、前記凹凸構造と前記第１金属層との間に設けられた第２金属層と、を備える。前記第２金属層は、前記凹凸構造における、凹部の底面、凸部の上面および前記凸部の側面のうちのいずれか１つの上に設けられ、前記第２金属層の前記発光層から放射される光に対する反射率は、前記第１金属層の前記光に対する反射率よりも低い。
実施形態に係る面発光型半導体発光装置を示す模式断面図である。 実施形態に係る面発光型半導体発光装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態に係る面発光型半導体発光装置のフォトニック結晶の構造を示す模式断面図である。 実施形態に係るフォトニック結晶の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の第１変形例に係るフォトニック結晶の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の第２変形例に係るフォトニック結晶の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の第３変形例に係るフォトニック結晶の製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の変形例に係るフォトニック結晶を示す模式断面図である。 実施形態の変形例に係る面発光型半導体発光装置を示す模式断面図である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。
図１は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１を示す模式断面図である。面発光型半導体発光装置１は、例えば、面発光ＱＣＬ（Quantum Cascade Laser）である。
面発光型半導体発光装置１は、半導体基板１０と、第１半導体層２０と、発光層３０と、第２半導体層４０と、第３半導体層５０と、表面電極６０と、絶縁膜７０と、裏面電極８０と、を備える。
半導体基板１０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ基板である。また、半導体基板１０は、ｎ形ＧａＡｓ基板であっても良い。
第１半導体層２０は、半導体基板１０の上に設けられる。第１半導体層２０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ層である。半導体基板１０と第１半導体層２０との間に、バッファ層を設けても良い。
発光層３０は、第１半導体層２０の上に設けられる。発光層３０は、例えば、キャリアのサブバンド間遷移を生じさせる量子井戸構造を有する。発光層３０は、例えば、シリコンをドープしたｎ形のIII-V族化合物半導体を含み、電子のサブバンド遷移により発光する。
発光層３０は、例えば、量子井戸層３３および障壁層３５を、第１半導体層２０の上面に直交する方向、例えば、Ｚ方向に交互に積層した量子井戸構造を有する。量子井戸層３３は、例えば、第１化合物半導体（ＩｎＧａＡｓ）からなり、障壁層３５は、例えば、第２化合物半導体（ＡｌＩｎＡｓ）からなる。
発光層３０は、例えば、第１化合物半導体および第２化合物半導体からなる発光多重量子井戸領域と、第１化合物半導体および第２化合物半導体からなる注入多重量子井戸領域と、を含む。さらに、発光層３０は、発光多重量子井戸領域および注入多重量子井戸領域のペアが複数段、積層される構造を有する。
第２半導体層４０は、発光層３０の上に設けられる。第２半導体層４０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ層である。
第３半導体層５０は、第２半導体層４０の上に設けられる。第３半導体層５０は、例えば、ｎ形ＩｎＧａＡｓ層である。第３半導体層５０には、フォトニック結晶（Photonic Crystal：ＰＣ）が設けられる。フォトニック結晶（以下、ＰＣ５０ｆ）は、一定の周期性を有する凹凸構造を含む。ＰＣ５０ｆは、発光層３０から放射される光を、半導体基板１０に向かう方向に導波する。
ＰＣ５０ｆは、フォトニック結晶として、波長を選択し、レーザ光の射出角度を制御する機能を有する。ＰＣ５０ｆの設計に従って所望の波長の光が発光層３０内で共振し、レーザ発振する。レーザ光は、発光層３０と第１半導体層２０との境界に概ね垂直な方向に放出される。ここで、「概ね垂直」とは、発光層３０と第１半導体層２０との境界に対する角度が８１°以上９９°以下であることを表す。
ＰＣ５０ｆは、２次元回折格子として、例えば、周期的に配置された複数の凹部を有する。ＰＣ５０ｆの凹部は、例えば、第３半導体層５０の上面視において、例えば、直角三角形の形状を有する。なお、凹部もしくは凸部の形状および配置は、ここに示す例に限定される訳ではない。
表面電極６０は、第３半導体層５０の上に設けられる。表面電極６０は、ＰＣ５０ｆを覆う。表面電極６０は、発光層３０から放射される光を反射する。
面発光型半導体発光装置１は、第１半導体層２０、発光層３０、第２半導体層４０および第３半導体層５０を含むメサ構造を有する。絶縁膜７０は、メサ構造の側面を覆う。絶縁膜７０は、例えば、シリコン酸化膜である。また、絶縁膜７０は、第１半導体層２０の一部を介して、半導体基板１０の表面を覆う。
裏面電極８０は、半導体基板１０の裏面１０Ｂ上に設けられる。裏面電極８０は、例えば、チタニウム（Ｔｉ）層８１と、金（Ａｕ）層８３と、を含む。Ｔｉ層８１は、半導体基板１０とＡｕ層８３との間に設けられる。
面発光型半導体発光装置１は、表面電極６０と裏面電極８０との間に電流を流すことにより、発光層３０にキャリア（電子）を注入する。発光層３０は、量子井戸３３におけるキャリアのエネルギー緩和により生じた光、および、ＰＣ５０ｆにより導波された光による誘導放出によりＱＣＬ光を発生させる。ＱＣＬ光は、半導体基板１０の裏面１０Ｂから外部に放射される。ＱＣＬ光の波長は、例えば、４．５マクロメートル（μｍ）である。
図２（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１を模式的に示す斜視図である。図２（ａ）は、半導体装置１の裏面側を示す模式図である。図２（ｂ）は、半導体装置１の表面側を示す模式図である。
図２（ａ）に示すように、半導体基板１０の裏面１０ＢからＱＣＬ光が放射される。裏面電極８０は、ＱＣＬ光が放射される領域を囲むように設けられる。
図２（ｂ）に示すように、メサ状の発光領域ＬＥＲが半導体基板１０の表面側に設けられる。絶縁膜７０は、発光領域ＬＥＲの側面および半導体基板１０の表面側を覆うように形成される。
発光領域ＬＥＲは、第１半導体層２０、発光層３０、第２半導体層４０および第３半導体層５０を含む。表面電極６０は、発光領域ＬＥＲの上面においてＰＣ５０ｆを覆うように設けられる。発光領域ＬＥＲの上面は、例えば、１辺の長さが５００μｍの正方形の形状を有する。
図３（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１のＰＣ５０ｆの構造を例示する模式断面図である。ＰＣ５０ｆは、図３（ａ）～（ｃ）に示す構造のいずれかを有する。
ＰＣ５０ｆは、第３半導体層５０の第２半導体層４０とは反対側の上面に設けられる。ＰＣ５０ｆは、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを含む。凸部５０ａは、複数設けられ、凹部５０ｂは、隣り合う凸部５０ａの間に設けられる。複数の凸部５０ａは、第２半導体層４０の上面に沿った方向、例えば、Ｘ方向に並ぶ。凸部５０ａは、一定の周期を持ってＸ方向に並ぶ。また、凸部５０ａは、図示しないＹ方向においても、一定の周期で並ぶ。Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれにおける凸部５０ａの周期幅は、例えば、ＱＣＬ光の波長よりも短い。
表面電極６０は、第１金属層６３と、第２金属層６５と、を含み、ＰＣ５０ｆを覆う。第１金属層６３は、例えば、Ａｕ層である。第２金属層６５は、例えば、Ｔｉ層である。第２金属層６５は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）層もしくはクロム（Ｃｒ）層であっても良い。
第２金属層６５は、第３半導体層５０と第１金属層６３との間に設けられる。第２金属層６５の第３半導体層５０に対する密着強度は、第１金属層６３の第３半導体層５０に対する密着強度よりも高い。言い換えれば、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを含む凹凸構造に対する第２金属層６５の密着強度は、第１金属層６５の凹凸構造に対する密着強度よりも高い。
第２金属層６５の層厚が薄くなると、凹凸構造に対する密着強度が低下する。例えば、Ｔｉ層の層厚が２５ナノメートル（ｎｍ）以下になると、第２金属層６５の凹凸構造に対する密着強度が不足するようになる。
一方、発光層３０の放射されるＱＣＬ光に対する第１金属層６３の反射率は、第２金属層６５のＱＣＬ光に対する反射率よりも高い。すなわち、第２金属層６５におけるＱＣＬ光の吸収率は、第２金属層６３におけるＱＣＬ光の吸収率よりも高い。
例えば、Ｔｉ層（第２金属層６５）の層厚が５０ｎｍである場合、Ｔｉ層とＡｕ層（第１金属層６３）とを積層した電極のＱＣＬ光に対する反射率は、Ｔｉ層を介在させないＡｕ層のみの電極のＱＣＬ光に対する反射率よりも４０％低下する。
図３（ａ）に示す例では、第２金属層６５は、凸部５０ａの上面に設けられ、凸部５０ａの側面上および凹部５０ｂの底面上には設けられない。第２金属層６５の層厚は、例えば、５０ｎｍである。また、第１金属層６３は、凸部５０ａの側面および凹部５０ｂの底面に接する。例えば、第２金属層６５の層厚を５０ｎｍとし、第２金属層６５が凹凸構造の全面を覆うように設ける場合と比較すると、図３（ａ）に示す表面電極６０の反射率は約２０％高くなる。
図３（ｂ）に示す例では、第２金属層６５は、凹部５０ｂの底面上に設けられ、凸部５０ａの上面および側面上には設けられない。第２金属層６５の層厚は、例えば、５０ｎｍである。第１金属層６３は、凸部５０ａの上面および側面に接する。この例においても、第２金属層６５が凹凸構造の全面を覆うように設けられる場合と比較して、表面電極６０の反射率を約２０％高くすることができる。
図３（ｃ）に示す例では、第２金属層６５は、凸部５０ａの側面上に設けられ、凸部５０ａの上面および凹部５０ｂの底面上には設けられない。第２金属層６５の層厚は、例えば、５０ｎｍである。第１金属層６３は、凸部５０ａの上面および凹部５０ｂの底面に接する。この例においても、第２金属層６５が凹凸構造の全面を覆うように設けられる場合と比較して、表面電極６０の反射率を高くすることができる。
また、図３（ａ）および（ｃ）に示す例では、第２金属層６５を部分的に設けることにより、ＰＣ５０ｆの凸部５０ａと凹部５０ｂとの間の実効的な屈折率差を大きくすることが可能である。これにより、ＰＣ５０ｆの機能を向上させることができる。
図４（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係るＰＣ５０ｆの製造方法を示す模式断面図である。
図４（ａ）に示すように、第３半導体層５０の上に、複数の第２金属層６５を形成する。第２金属層６５は、例えば、第３半導体層５０の上面に沿ったＸ方向およびＹ方向において、それぞれ一定の周期性を持って配置される。
図４（ｂ）に示すように、第２金属層６５をエッチングマスクとして、第３半導体層を選択的に除去し、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを形成する。続いて、第１金属層６３を、第２金属層６５および凹部５０ｂの内面を覆うように形成する。これにより、図３（ａ）に示すＰＣ５０ｆおよび表面電極６０を形成することができる。
図５（ａ）～（ｃ）は、実施形態の第１変形例に係るＰＣ５０ｆの製造方法を示す模式断面図である。
図５（ａ）に示すように、第３半導体層５０の上にエッチングマスク５３を形成した後、第３半導体層５０を選択的に除去し、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを形成する。エッチングマスク５３は、例えば、フォトレジストである。
図５（ｂ）に示すように、第２金属層６５を第３半導体層５０の上に形成する。第２金属層６５は、例えば、真空蒸着のような指向性の高い堆積法を用いて形成される。これにより、第２金属層６５は、エッチングマスク５３の上および凹部５０ｂの底面上に形成される。この過程において、第２金属層６５の凸部５０ａの側面への堆積は抑制される。
図５（ｃ）に示すように、エッチングマスク５３の上に形成された第２金属層６５を、エッチングマスク５３と共に除去する。これにより、凹部５０ｂの底面上に第２金属層６５を残し、凸部５０ａの上面および側面を露出させることができる。
続いて、第１金属層６３を、凸部５０ａおよび凹部５０ｂの底面を覆うように形成する。これにより、図３（ｂ）に示すＰＣ５０ｆおよび表面電極６０を形成することができる。
図６（ａ）および（ｂ）は、実施形態の第２変形例に係るＰＣ５０ｆの製造方法を示す模式断面図である。
図６（ａ）に示すように、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを覆うように、第２金属層６５を形成する。第２金属層６５は、凹部５０ｂの内部にスペースを残すように形成される。
凸部５０ａおよび凹部５０ｂは、例えば、エッチングマスク５３を用いて、第３半導体層５０を選択的に除去することにより形成される（図５（ａ）参照）。第２金属層６５は、エッチングマスク５３を除去した後に形成される。第２金属層６５は、例えば、スパッタリングなどのステップカバレッジの良い堆積法を用いて形成される。
図６（ｂ）示すように、凸部５０ａの側面上に形成された部分を残して、第２金属層６５を除去する。第２金属層６５は、例えば、異方性ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いて除去される。続いて、第１金属層６３を、凸部５０ａおよび凹部５０ｂの底面を覆うように形成する。これにより、図３（ｃ）に示すＰＣ５０ｆおよび表面電極６０を形成することができる。
図７（ａ）～（ｄ）は、実施形態の第３変形例に係るＰＣ５０ｆの製造方法を示す模式断面図である。
図７（ａ）に示すように、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを覆うように、絶縁膜５５を形成する。絶縁膜５５は、凹部５０ｂの内部にスペースを残すように形成される。絶縁膜５５は、例えば、シリコン酸化膜である。続いて、犠牲膜５７を絶縁膜５５の上に形成する。犠牲膜５７は、凹部５０ｂを埋め込むように形成される。犠牲膜５７は、例えば、シリコン窒化膜である。
図７（ｂ）に示すように、凹部５０ｂの内部に埋め込まれた部分を残して、絶縁膜５５および犠牲膜５７を除去し、凸部５０ａの上面を露出させる。
続いて、犠牲膜５７を除去した後、図７（ｃ）に示すように、第２金属層６５を形成する。第２金属層６５は、例えば、真空蒸着のような指向性の高い堆積法を用いて形成される。第２金属層６５は、凸部５０ａの上面および凹部５０ｂの底面上に形成される。第２金属層６５の凹部５０ｂの底面上に形成される部分は、絶縁膜５５の上に形成される。
図７（ｄ）に示すように、第２金属層６５の凹部５０ｂの底面上に形成された部分を、絶縁膜５５と共に除去する。絶縁膜５５は、例えば、ウェットエッチングにより除去される。続いて、第１金属層６３を、凸部５０ａおよび凹部５０ｂの底面を覆うように形成する。これにより、図３（ａ）に示すＰＣ５０ｆおよび表面電極６０を形成することができる。
図８（ａ）～（ｃ）は、実施形態の変形例に係るＰＣ５０ｆを示す模式断面図である。
図８（ａ）に示す例では、第３半導体層５０は、ＰＣ５０ｆの凹部５０ｂの底面に第２半導体層４０が露出するようにエッチングされる。第２金属層６５は、ＰＣ５０ｆの凸部５０ａの上面に設けられる。第１金属層６３は、凸部５０ａおよび凹部５０ｂを覆うように設けられ、凹部５０ｂの底面に露出された第２半導体層４０に接する。
図８（ｂ）に示す例では、第２金属層６５は、ＰＣ５０ｆの凸部５０ａの上面に設けられる。さらに、第３金属層６７が凸部５０ａの側面上および凹部５０ｂの底面上に設けられる。第３金属層６７は、第１金属層６３と第３半導体層５０との間に設けられる。第３金属層６７の層厚は、第２金属層６５の層厚よりも薄い。第３金属層６７は、例えば、第２金属層６５と同じ材料を含む。
この例でも、第３金属層６７の層厚を第２金属層６５の層厚よりも薄くすることにより、表面電極６０の反射率を高くすることができる。実施形態に係るＰＣ５０ｆでは、第２金属層６５を設けることにより、ＰＣ５０ｆと表面電極６０との間の所定の密着強度を確保できるが、第１金属層６３が第３半導体層５０に直接接することによる部分的な密着強度の低下を避けることはできない。この例では、第１金属層６３と第３半導体層５０との間に第３金属層６７を設けることにより、凸部５０ａの側面および凹部５０ｂの底面における部分的な密着強度の低下を緩和することが可能となる。
図８（ｃ）に示す例では、第３半導体層５０は設けられず、ＰＣ５０ｆは、第２半導体層４０における発光層３０とは反対側の上面に設けられる。
なお、図８（ｂ）に示す第３金属層６７は、図８（ａ）および（ｃ）に示す例に適用しても良い。また、図８（ａ）～（ｃ）では、第２金属層６５がＰＣ５０ｆの凸部５０ａの上面に設けられる例を示しているが、実施形態はこれらに限定される訳ではない。すなわち、図８（ａ）～（ｃ）の特徴的な構成は、第２金属層６５が凹部５０ｂの底面上または凸部５０ａの側面上に設けられる場合にも適用できる。
図９（ａ）および（ｂ）は、実施形態の変形例に係る面発光型半導体発光装置２および３を示す模式断面図である。
図９（ａ）に示す面発光型半導体発光装置２では、表面電極６０は、絶縁膜７０を介して、メサ構造の発光領域ＬＥＲの側面を覆うように設けられる。これにより、発光領域ＬＥＲの側面から外部に向かって放射される光を発光領域ＬＥＲの内部に戻し、ＱＣＬ光の強度を高くすることができる。
図９（ｂ）に示す面発光型半導体発光装置３でも、表面電極６０は、絶縁膜７０を介して、メサ構造の発光領域ＬＥＲの側面を覆うように設けられる。この例では、表面電極６０の発光領域ＬＥＲの側面上に設けられる部分は、第２金属層６５を含まず、第１金属層６３は、直接、絶縁膜７０に接する。これにより、表面電極６０の発光領域ＬＥＲの側面上に設けられる部分の反射率を向上させ、ＱＣＬ光の強度をさらに高くすることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１、２、３…面発光型半導体発光装置、 １０…半導体基板、 １０Ｂ…裏面、 ２０…第１半導体層、 ３０…発光層、 ３３…量子井戸層、 ３５…障壁層、 ４０…第２半導体層、 ５０…第３半導体層、 ５０ａ…凸部、 ５０ｂ…凹部、 ５３…エッチングマスク、 ５５、７０…絶縁膜、 ５７…犠牲膜、 ６０…表面電極、 ６３…第１金属層、 ６５…第２金属層、 ６７…第３金属層、 ８０…裏面電極、 ８１…Ｔｉ層、 ８３…Ａｕ層、 ＬＥＲ…発光領域、 ５０ｆ…ＰＣ

Claims (9)

  1. 第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に設けられた発光層と、
    前記発光層上に設けられた第２半導体層と、
    前記第２半導体層上に設けられた凹凸構造と、
    前記凹凸構造を覆う第１金属層と、
    前記凹凸構造と前記第１金属層との間に設けられる第２金属層であって、前記凹凸構造における、凹部の底面、凸部の上面および前記凸部の側面のうちのいずれか１つの上に設けられ、前記第２金属層の前記光に対する反射率は、前記第１金属層の前記発光層から放射される光に対する反射率よりも低い、第２金属層と、
    を備えた面発光型半導体発光装置。
  2. 前記第２金属層の前記凹凸構造に対する密着強度は、前記第１金属層の前記凹凸構造に対する密着強度よりも高い請求項１記載の面発光型半導体発光装置。
  3. 前記第１金属層は、前記凹部の底面、前記凸部の上面および前記凸部の側面のうちの前記いずれか１つ以外の面に接する請求項１または２に記載の面発光型半導体発光装置。
  4. 前記凹部の底面、前記凸部の上面および前記凸部の側面のうちの前記いずれか１つ以外の面上に設けられ、前記凹凸構造と前記第１金属層との間に位置し、前記第２金属層よりも薄い層厚を有する第３金属層をさらに備えた請求項１または２に記載の面発光型半導体発光装置。
  5. 前記第３金属層は、前記第２金属層と同じ金属材料からなる請求項４記載の面発光型半導体発光装置。
  6. 前記第２半導体層上に設けられた第３半導体層をさらに備え、
    前記凹凸構造は、前記第３半導体層に設けられる請求項１～５のいずれか１つに記載の面発光型半導体発光装置。
  7. 前記凹凸構造は、複数の前記凸部を有し、前記複数の凸部は、前記第２半導体層の上面に沿った方向に一定の周期性を有して並び、フォトニック結晶構造を構成する請求項１～６のいずれか１つに記載の面発光型半導体発光装置。
  8. 前記複数の凸部の周期は、前記発光層から放射される前記光の波長よりも短い請求項７記載の面発光型半導体発光装置。
  9. 前記発光層は、第１化合物半導体を含む第１層と、前記第１化合物半導体とは異なる第２化合物半導体を含む第２層を含み、前記第１層および前記第２層は、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に交互に積層され、
    量子カスケードレーザとして動作する場合に、前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体からなる発光多重量子井戸領域と、前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体からなる注入多重量子井戸領域と、を含み、
    前記発光多重量子井戸領域および前記注入多重量子井戸領域のペアが複数段積層された構造を有する請求項１～８のいずれか１つに記載の面発光型半導体発光装置。
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JP6818672B2 (ja) * 2017-11-16 2021-01-20 株式会社東芝 面発光量子カスケードレーザ
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