JPH03210506A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH03210506A JPH03210506A JP2007584A JP758490A JPH03210506A JP H03210506 A JPH03210506 A JP H03210506A JP 2007584 A JP2007584 A JP 2007584A JP 758490 A JP758490 A JP 758490A JP H03210506 A JPH03210506 A JP H03210506A
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Classifications
-
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02255—Out-coupling of light using beam deflecting elements
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- 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】
[概要]
光を基板に垂直方向に取り出す光半導体装置に関し。
導波路またはレーザから出射する光を集光して基板に垂
直な方向より取り出し、小接合径の受光素子又は光ファ
イバに受光して、高い外部量子効率、高速応答性を得る
ことを目的とし く1)基板に平行な光を基板に垂直な方向に取り出す装
置であって、該基板に平行に進行した入射光を反射ミラ
ー面で反射させて該基板の表面に形成された凹面鏡に受
け、該凹面鏡により反射集光して該基板の裏面より取り
出せるように構成する。
直な方向より取り出し、小接合径の受光素子又は光ファ
イバに受光して、高い外部量子効率、高速応答性を得る
ことを目的とし く1)基板に平行な光を基板に垂直な方向に取り出す装
置であって、該基板に平行に進行した入射光を反射ミラ
ー面で反射させて該基板の表面に形成された凹面鏡に受
け、該凹面鏡により反射集光して該基板の裏面より取り
出せるように構成する。
(2)前記入射光が該基板表面に形成されたレーザの発
振光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板
に垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成する。
振光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板
に垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成する。
(3)前記入射光が反射集光される該基板裏面に受光装
置が形成されているように構成する。
置が形成されているように構成する。
本発明は光を基板に垂直方向に取り出す光半導体装置に
関する。
関する。
光の周波数1位相を変調するコヒーレント光通信におい
ては、今までにない高性能の半導体装置が要求される。
ては、今までにない高性能の半導体装置が要求される。
本発明は1例えば光ファイバを用いたコヒーレント光通
信において、バランス型受光素子と方向性結合器との結
合等に利用することができる。そのためには、高い外部
量子効率、高速応答、高光入出力でバランスのとれた受
光素子と導波路とがモノリシックに集積される必要があ
る。
信において、バランス型受光素子と方向性結合器との結
合等に利用することができる。そのためには、高い外部
量子効率、高速応答、高光入出力でバランスのとれた受
光素子と導波路とがモノリシックに集積される必要があ
る。
従来の光導波路と受光素子(PIN−PD : PIN
型フォトデテクタ)との結合方法として、■Evane
scent Detector” 、■Butt Co
upled Detector”■ 基板の片面に導波
路を他の面にDetectorを集積する方式3)があ
る。
型フォトデテクタ)との結合方法として、■Evane
scent Detector” 、■Butt Co
upled Detector”■ 基板の片面に導波
路を他の面にDetectorを集積する方式3)があ
る。
■の方式は光導波路と受光素子を違う面に作製するので
、■、■の作製方法に比べて容品であるので、従来例と
して採り上げ第◆図を用いて説明する。
、■、■の作製方法に比べて容品であるので、従来例と
して採り上げ第◆図を用いて説明する。
第5図は光を基板に垂直な方向より取り出す光半導体装
置の従来例として、光導波路と受光素子の集積化を説明
する断面図である。
置の従来例として、光導波路と受光素子の集積化を説明
する断面図である。
図において、1は厚さ220μmのn′″−1nP基板
。
。
2.4は厚さ3.FHtmのn−4nP層、3は厚さ3
゜5μmのn−InGaAsP (&ll成は波長表示
で7μm1.036 μm)層、5は厚さ3μmのn−
−InGaAs層、6はZn拡散層、7はSi、N4膜
、8はp型コンタクト、9はn型コンタクトである。
゜5μmのn−InGaAsP (&ll成は波長表示
で7μm1.036 μm)層、5は厚さ3μmのn−
−InGaAs層、6はZn拡散層、7はSi、N4膜
、8はp型コンタクト、9はn型コンタクトである。
n”−1nP基板lの片面に、コア層としてn−−In
GaAsP層3.この層を挟んでクラッド層としてn−
InP層3,4が形成されて導波路が構成されている。
GaAsP層3.この層を挟んでクラッド層としてn−
InP層3,4が形成されて導波路が構成されている。
基板の反対面にはn−InGaAs層5が被着され。
ここにP型のZn拡散層6を形成して受光素子を構成し
ている。
ている。
光hνは導波路の右側より導波され、導波路に形成され
た■溝の表面で直角に反射されて、基板中を通って受光
素子に到達するように構成されている。
た■溝の表面で直角に反射されて、基板中を通って受光
素子に到達するように構成されている。
ところが、■溝の表面で反射された光は受光素子に至る
までに広がってしまうという欠点があった。
までに広がってしまうという欠点があった。
1) P、Singuino et、al、。
Appl、Phys、Lett、 1(21)、p15
15(1987)。
15(1987)。
2) S、Chandrasekhar et、al、
。
。
ELECTRONIC5LETTERS 2A(23)
p1457(198B)。
p1457(198B)。
3) R,Trommer+
ELECTRONIC5LETTERS 2X(9)p
382(1985)。
382(1985)。
従来の先導波路と受光素子との集積方法では5受光素子
は外部量子効率をよくするために受光径が大きくなって
しまい高速応答性が阻害される。
は外部量子効率をよくするために受光径が大きくなって
しまい高速応答性が阻害される。
本発明は導波路またはレーザから出射する光を集光して
基板に垂直な方向より取り出し、受光径の小さい受光素
子又は光ファイバに受光して、高い外部量子効率、高速
応答性を得ることを目的とする。
基板に垂直な方向より取り出し、受光径の小さい受光素
子又は光ファイバに受光して、高い外部量子効率、高速
応答性を得ることを目的とする。
上記課題の解決は、基板に平行な光を基板に垂直な方向
に取り出す装置であって、該基板に平行に進行した入射
光を反射ミラー面で反射させて該基板の表面に形成され
た凹面鏡に受け、該凹面鏡により反射集光して該基板の
裏面より取り出せるように構成されている光半導体装置
により達成される。
に取り出す装置であって、該基板に平行に進行した入射
光を反射ミラー面で反射させて該基板の表面に形成され
た凹面鏡に受け、該凹面鏡により反射集光して該基板の
裏面より取り出せるように構成されている光半導体装置
により達成される。
又、前記入射光が該基板表面に形成されたレーザの発振
光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板に
垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成する光半
導体装置、或いは前記入射光が反射集光される該基板裏
面に受光装置が形成されている光半導体装置によって達
成される。
光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板に
垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成する光半
導体装置、或いは前記入射光が反射集光される該基板裏
面に受光装置が形成されている光半導体装置によって達
成される。
本発明はレジストパターンを加熱したときにできる凸面
を利用して基板上に凹面鏡を作製し、導波路端面より出
射した光をこの凹面鏡に反射させて基板に垂直の方向に
集光して取り出すようにしたものである。
を利用して基板上に凹面鏡を作製し、導波路端面より出
射した光をこの凹面鏡に反射させて基板に垂直の方向に
集光して取り出すようにしたものである。
〔実施例]
第1図(a)、 (b)は本発明の一実施例による光半
導体装置の断面図である。
導体装置の断面図である。
図において、1は厚さ220 p mのn”−1nP基
板。
板。
2.4は厚さ3.5μmのn−InP層、3は厚さ3゜
5μmのn−11GaAsP (a成は波長表示で7μ
m1.036 μm)層、11は凹面鏡、12はポリイ
ミド補強膜である。
5μmのn−11GaAsP (a成は波長表示で7μ
m1.036 μm)層、11は凹面鏡、12はポリイ
ミド補強膜である。
n”4nP蟇板1の片面に、コア層としてn−−1nG
aAsP層3.この層を挾んでクラッド層としてn−1
nP層3.4が形成されて導波路が構成されている。
aAsP層3.この層を挾んでクラッド層としてn−1
nP層3.4が形成されて導波路が構成されている。
第1図(a)は基板に垂直な端面より出射した光は基板
の斜面で反射されて凹面鏡11で囲む空間を通り凹面鏡
11で再び反射され、再び基板内に入射して基板裏面に
焦点を結ぶように構成されている。
の斜面で反射されて凹面鏡11で囲む空間を通り凹面鏡
11で再び反射され、再び基板内に入射して基板裏面に
焦点を結ぶように構成されている。
第1図b)は基板に斜め下向きに形成された端面より反
射した光は凹面に形成された基板内を通り凹面鏡11で
再び反射され、基板裏面に焦点を結ぶように構成されて
いる。
射した光は凹面に形成された基板内を通り凹面鏡11で
再び反射され、基板裏面に焦点を結ぶように構成されて
いる。
集積する受光素子は、基板裏面の焦点を結んだ位置に第
4図に示した構造のPIN−PDを形成すればよい。
4図に示した構造のPIN−PDを形成すればよい。
ただし、受光径は従来例が100μm程度であるが、実
施例では10〜20μmの小受光径でよい。
施例では10〜20μmの小受光径でよい。
又、レーザ光とファイバの結合の場合は、2はn−−1
nP層、3はn−InGaAsP層、4はp−InP層
で形成してレーザを構成し、光ファイバは図の点線の位
置に挿入される。
nP層、3はn−InGaAsP層、4はp−InP層
で形成してレーザを構成し、光ファイバは図の点線の位
置に挿入される。
次に、実施例の光半導体装置の製造プロセスについて説
明する。
明する。
第2図(1)〜(4)は第1図(a)の実施例の工程を
説明する断面図である。
説明する断面図である。
第2図(1)において、LD(レーザダイオード)又は
光導波路の光出力面として、マイクロクリープ又はCI
2ガスを用いたRIBE (反応性イオンビームエツチ
ング)により基板に垂直なミラー面を形成した後、基板
上部に反射させるための斜面(傾斜角θ)を持つ溝加工
をHCI +CHzCOOH+HzOzの混液で形成し
、斜面にスパッタ法等により5反射ミラー面として厚さ
5000人のAg(又はAI、 Pt等)膜を被着する
。
光導波路の光出力面として、マイクロクリープ又はCI
2ガスを用いたRIBE (反応性イオンビームエツチ
ング)により基板に垂直なミラー面を形成した後、基板
上部に反射させるための斜面(傾斜角θ)を持つ溝加工
をHCI +CHzCOOH+HzOzの混液で形成し
、斜面にスパッタ法等により5反射ミラー面として厚さ
5000人のAg(又はAI、 Pt等)膜を被着する
。
ここで、基板は主面を(100)面とし、溝は<011
>方向(導波方向に垂直な方向)に形成する。
>方向(導波方向に垂直な方向)に形成する。
溝は例えば、深さdは10μm1幅Wは30μm、傾斜
角θは45°に形成する。
角θは45°に形成する。
次に、溝を覆って基板上にレジスト膜13を形成する。
レジスト膜は例えば、八Z4350 (Hoechst
社製)を用い直径100μmのパターンを形成する。
社製)を用い直径100μmのパターンを形成する。
第2図(2)において、基板を200°Cでベーキング
し7.レジスト膜13を高さh=約8μmとした凸面状
にする。
し7.レジスト膜13を高さh=約8μmとした凸面状
にする。
第2図(3)において、凸面状のレジストWI113の
上に、凹面鏡11として厚さ数μmのAg(又はA1.
Pt等)膜を被着する。
上に、凹面鏡11として厚さ数μmのAg(又はA1.
Pt等)膜を被着する。
第2図(4)において、凹面鏡11の上に補強膜12と
して厚さ5μmのポリイミド膜を被着する。
して厚さ5μmのポリイミド膜を被着する。
次いで、基板をレジスト剥離液J100で煮沸してレジ
ストパターン13を溶解除去して、溝内部を空洞とする
。
ストパターン13を溶解除去して、溝内部を空洞とする
。
次に、第2図(1)の溝形成の詳細について第3図を用
いて説明する。
いて説明する。
第3図(1)〜(4)は溝形成工程の詳細を説明する断
面図である。
面図である。
第3図(1)において、二酸化珪素(SiOz)膜16
をマスクにして、光導波路の光出力面として9例えばC
I、ガスを用いたI?TBHにより基板に垂直なミラー
面を形成する。
をマスクにして、光導波路の光出力面として9例えばC
I、ガスを用いたI?TBHにより基板に垂直なミラー
面を形成する。
第3図(2)において、基板の開口部を覆って、基板の
開口部に隣接した領域が開口したレジスト膜17を形成
する。
開口部に隣接した領域が開口したレジスト膜17を形成
する。
レジスト膜17をマスクにしてSiO□膜16膜部6で
エツチングする。
エツチングする。
第3図(3)において、レジスト膜17をマスクにして
、基板をHCI +CH3CO0H+H!Ofの混液で
エツチングして斜面を形成する。
、基板をHCI +CH3CO0H+H!Ofの混液で
エツチングして斜面を形成する。
第3図(4)において、剥離液でレジスト膜17を除去
し9次いでSiO□膜16をエツチング除去する。
し9次いでSiO□膜16をエツチング除去する。
この後は、溝内斜面に反射ミラー面として八g(又はA
I、 Pt等)膜を被着して、第2図(2)の工程につ
ながる。
I、 Pt等)膜を被着して、第2図(2)の工程につ
ながる。
第4図(1)〜(3)は第1図℃)の実施例の工程を説
明する断面図である。
明する断面図である。
第4図(1)において、 LD又は光導波路の上に厚さ
12μmの凸面形成用のInP層14を堆積し、その上
にレジスト膜13を形成する。
12μmの凸面形成用のInP層14を堆積し、その上
にレジスト膜13を形成する。
レジスト膜は1例えばAZ4170を用い、直径140
μmのパターンを形成する。
μmのパターンを形成する。
次いで、基板を200°Cでヘーキングし、レジスト膜
13を高さh=5μmとした凸面状にする。
13を高さh=5μmとした凸面状にする。
第4図(2)において、基板をIBE(イオンビームエ
ツチング)により、凸面状のレジストパターン13が消
滅するまでエツチングして、 InP層14を高さh’
=約11 μmとした凸面状にレンズ加工を行う。
ツチング)により、凸面状のレジストパターン13が消
滅するまでエツチングして、 InP層14を高さh’
=約11 μmとした凸面状にレンズ加工を行う。
第4図(3)において、凸面状のInP層14の上に。
凹面鏡11として厚さ数μmのAg(又はAI、 Pt
等)膜を被着する。
等)膜を被着する。
次に、凸面状のInP層14の上をレジスト膜15で覆
い、 C1!を用いたアングルRIE(傾斜イオンエツ
チング)法4)により基板に斜面エツチングを行い。
い、 C1!を用いたアングルRIE(傾斜イオンエツ
チング)法4)により基板に斜面エツチングを行い。
傾斜角θの逆斜面のミラー面を形成する。
逆斜面は例えば、深さdは約10μm、傾斜角θは45
°に形成する。
°に形成する。
4) Takamori et、al、+App1.P
hys、Lett、 55(11)p1054(198
9)。
hys、Lett、 55(11)p1054(198
9)。
以上説明したように本発明によれば、導波路またはレー
ザから出射する光を集光して基板に垂直な方向より取り
出すことができ、受光径の小さい受光素子又は光ファイ
バに受光して、高い外部量子効率、高速応答性を得るこ
とができる。
ザから出射する光を集光して基板に垂直な方向より取り
出すことができ、受光径の小さい受光素子又は光ファイ
バに受光して、高い外部量子効率、高速応答性を得るこ
とができる。
第1図(a)、 (b)は本発明の一実施例による光半
導体装置の断面図。 第2図(1)〜(4)は第1図(a)の実施例の工程を
説明する断面図。 第3図(1)〜(4)は溝形成工程の詳細を説明する断
面図。 第4図(1)〜(3)は第1図(b)の実施例の工程を
説明する断面図。 第5図は光を基板に垂直な方向より取り出す光半導体装
置の従来例として、先導波路と受光素子の集積化を説明
する断面図である。 図において。 1はn”−1nP基板。 2はn−InP層。 3はn−InGaAsP層。 4はn−InP層又はp−InP層。 11は凹面鏡。 12はポリイミド補強膜 13、15.17はレジスト膜。 14は凸面形成用]nP 層 16は5iO1膜 J 藁先例のR面図 第1図 第1図(ct)の二■説明断僅図 第 閃 シ1噛1〒rジ賎ζζン1詳イ(奪モE1Rでi5【7
]第3図 第1図(b)の二程睨F3A断i図 第4図
導体装置の断面図。 第2図(1)〜(4)は第1図(a)の実施例の工程を
説明する断面図。 第3図(1)〜(4)は溝形成工程の詳細を説明する断
面図。 第4図(1)〜(3)は第1図(b)の実施例の工程を
説明する断面図。 第5図は光を基板に垂直な方向より取り出す光半導体装
置の従来例として、先導波路と受光素子の集積化を説明
する断面図である。 図において。 1はn”−1nP基板。 2はn−InP層。 3はn−InGaAsP層。 4はn−InP層又はp−InP層。 11は凹面鏡。 12はポリイミド補強膜 13、15.17はレジスト膜。 14は凸面形成用]nP 層 16は5iO1膜 J 藁先例のR面図 第1図 第1図(ct)の二■説明断僅図 第 閃 シ1噛1〒rジ賎ζζン1詳イ(奪モE1Rでi5【7
]第3図 第1図(b)の二程睨F3A断i図 第4図
Claims (3)
- (1)基板に平行な光を基板に垂直な方向に取り出す装
置であって、該基板に平行に進行した入射光を反射ミラ
ー面で反射させて該基板の表面に形成された凹面鏡に受
け、該凹面鏡により反射集光して該基板の裏面より取り
出せるように構成されていることを特徴とする光半導体
装置。 - (2)前記入射光が該基板表面に形成されたレーザの発
振光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板
に垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成するこ
とを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。 - (3)前記入射光が反射集光される該基板裏面に受光装
置が形成されていることを特徴とする請求項1記載の光
半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007584A JPH03210506A (ja) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007584A JPH03210506A (ja) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | 光半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03210506A true JPH03210506A (ja) | 1991-09-13 |
Family
ID=11669860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007584A Pending JPH03210506A (ja) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03210506A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07234345A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-09-05 | Nec Corp | 導波路型光デバイスの受光構造 |
WO2001093385A3 (en) * | 2000-05-31 | 2003-11-06 | Nova Crystals Inc | Surface-emitting laser devices with integrated beam-shaping optics and power-monitoring detectors |
JP2013211403A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 半導体面の加工方法 |
-
1990
- 1990-01-16 JP JP2007584A patent/JPH03210506A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07234345A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-09-05 | Nec Corp | 導波路型光デバイスの受光構造 |
WO2001093385A3 (en) * | 2000-05-31 | 2003-11-06 | Nova Crystals Inc | Surface-emitting laser devices with integrated beam-shaping optics and power-monitoring detectors |
JP2013211403A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 半導体面の加工方法 |
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