JPS60189977A - Light emitting diode - Google Patents

Light emitting diode

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JPS60189977A
JPS60189977A JP59045631A JP4563184A JPS60189977A JP S60189977 A JPS60189977 A JP S60189977A JP 59045631 A JP59045631 A JP 59045631A JP 4563184 A JP4563184 A JP 4563184A JP S60189977 A JPS60189977 A JP S60189977A
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JP
Japan
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semi
light emitting
emitting diode
electrode
reflective film
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JP59045631A
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Inventor
Shigero Hayashi
茂郎 林
Hisashi Takada
高田 寿士
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To contrive the improvement in coupling efficiency with an optical fiber by a method wherein the surface of the LED on the photo lead out side is provided with a conductive semi-reflection film. CONSTITUTION:The first conductive semi-reflection film 14 constitutes the other electrode forming a pair with an electrode 12. The first semi-reflection film 14, a transparent material layer 16 and the second semi-reflection film 18 constitute the photo resonator. Therefore, it is not always necessary that the first and second semi-reflection films 14 and 18 are in parallel as long as they constitute the photo resonator, however, resonance effect is more excellent in the case of parallel construction. When a voltage is impressed across the electrode 12 of the LED and the first reflection film 14, current flows through a semiconductor layer 10 by intensive passage through the shortest path between the projection 12A of the electrode 12 and the first semi-reflection film 14, because the whole surface of the LED on the photo lead out side is covered with the first conductive semi-reflection film 14, according to the property of current intensively flowing through the shortest path, consequently, the light emitting region 20 becomes restricted to a small range without spreading. Therefore, the coupling efficiency with the optical fiber increases.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、発光ダイオードに関するものであり、詳述す
るならば、面発光型の発光ダイオードに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a light emitting diode, and more specifically to a surface emitting type light emitting diode.

従来技術 従来の面発光型の発光ダイオードは、第1図に示す如<
、PN接合部を含む半導体層1が一対の電極2及び3に
挟まれる型に形成されていた。そして、発光ダイオード
の光取り出し側の電極3は、光を取り出すために、半導
体層1中の発光領域4に最も近い部分に窓5が形成され
ている。また、反対側の電極2には、発光領域4を集中
させるために半導体層1内へ突き出した部分6が形成さ
れている。
Prior Art A conventional surface-emitting type light emitting diode is shown in FIG.
, a semiconductor layer 1 including a PN junction was sandwiched between a pair of electrodes 2 and 3. The electrode 3 on the light extraction side of the light emitting diode has a window 5 formed in the portion of the semiconductor layer 1 closest to the light emitting region 4 in order to extract light. Furthermore, a portion 6 protruding into the semiconductor layer 1 is formed on the opposite electrode 2 in order to concentrate the light emitting region 4.

このように電極3に窓5が形成されていると、第1図に
矢印で示すように、半導体層1を流れる電流Iが拡がっ
てしまい、そのために発光領域4も太き(なってしまう
。この問題は、電極2に突起部6を設けるこきにより、
突起部6がない場合に比べて多少抑えることができるが
、突起部6はその問題の完全な解決にはなっていない。
When the window 5 is formed in the electrode 3 in this way, the current I flowing through the semiconductor layer 1 spreads as shown by the arrow in FIG. 1, and the light emitting region 4 also becomes thicker. This problem can be solved by providing the protrusion 6 on the electrode 2.
Although the problem can be suppressed somewhat compared to the case without the protrusion 6, the protrusion 6 does not completely solve the problem.

そのように発光領域が拡がっていると、開口数に制約か
ある光ファイバとの結合に際し、発光ダイオードと光フ
ァイ)<との結合効率が低くならざるを得ない。
If the light emitting region is expanded in this way, the coupling efficiency between the light emitting diode and the optical fiber must become low when coupling with an optical fiber whose numerical aperture is limited.

また、発光ダイオードは大きなスペクトル幅を持ってお
り、そのまま光ファイバに結合すると光ファイバの伝送
帯域を狭くすることとなる。そのために、スペクトル幅
を狭くするために発光ダイオードからの光を一旦フィル
タを通す必要があるが、そのようにフィルタを介在させ
ると発光ダイオードと光ファイバとの結合効率が更に悪
くなる問題がある。
Furthermore, a light emitting diode has a large spectral width, and if it is directly coupled to an optical fiber, the transmission band of the optical fiber will be narrowed. For this purpose, it is necessary to pass the light from the light emitting diode through a filter in order to narrow the spectral width, but when such a filter is interposed, there is a problem that the coupling efficiency between the light emitting diode and the optical fiber becomes worse.

発明の目的 そこで、本発明は、光ファイバとの結合効率を高められ
るように発光領域が小さい面発光型の発光ダイオードを
提供せんとするものである。
OBJECT OF THE INVENTION Therefore, the present invention aims to provide a surface-emitting type light emitting diode with a small light emitting area so as to improve coupling efficiency with an optical fiber.

更に、本発明は、独立したフィルタの使用を不要にして
光ファイバとの結合効率の低下を防止するように、出力
光のスペクトル幅の狭い面発光型の発光ダイオードを提
供せんとするものである。
Furthermore, the present invention aims to provide a surface-emitting light emitting diode with a narrow spectral width of output light so as to eliminate the need to use an independent filter and prevent a decrease in coupling efficiency with an optical fiber. .

発明の構成 すなわち、本発明によるならば、PN接合部を含む半導
体層と、該半導体層の一方の面に形成された第1電極と
、該第1電極との間で前記PN接合部を挟むように前記
半導体層の光取り出し側の面に形成されて第2電極をな
す導電性の第1半反射膜と、該第1半反射膜上に形成さ
れた透明材料層と、該透明材料層上に形成された第2半
反射膜とを具備し、前記第1半反射膜と前記透明材料層
と前記第2半反射膜とが光共振器を構成していることを
特徴とする発光ダイオードが提供される。
In other words, according to the present invention, a semiconductor layer including a PN junction, a first electrode formed on one surface of the semiconductor layer, and the PN junction is sandwiched between the first electrode. a conductive first semi-reflective film forming a second electrode formed on the light extraction side surface of the semiconductor layer, a transparent material layer formed on the first semi-reflective film, and the transparent material layer. a second semi-reflective film formed thereon, the first semi-reflective film, the transparent material layer and the second semi-reflective film forming an optical resonator. is provided.

以上の如く、発光ダイオードの光取り出し側の面に導電
性の半反射膜を設けることにより、電流は最短距離を流
れ且つ集中するので発光領域を小さくすることができる
。更に、その導電性半反射膜を含む光共振器は、非共振
波長の光成分を弱め、一方、共振波長の光成分を発光ダ
イオード表面でのフレネルロスなく通すので、共振波長
の光成分は、光共振器がない場合と比するなら、強めら
れて出力されるから、スペクトル幅の狭い光出力を外部
に取り出すことができる。
As described above, by providing a conductive semi-reflective film on the light extraction side of the light emitting diode, the current flows over the shortest distance and is concentrated, so that the light emitting area can be made smaller. Furthermore, the optical resonator containing the conductive semi-reflective film attenuates the light component at the non-resonant wavelength, while passing the light component at the resonant wavelength without Fresnel loss on the surface of the light emitting diode, so the light component at the resonant wavelength is Compared to the case without a resonator, the light is output intensified, so that the light output with a narrow spectrum width can be extracted to the outside.

実施例 以下添付図面を参照して本発明による発光ダイオードの
実施例を説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of a light emitting diode according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第2図は、本発明による面発光型の発光ダイオードの一
例を示す断面図である。図示の発光ダイオードは、PN
接合部を含む半導体層10の下面に電極12が形成され
ており、その電極12は、半導体層1(]内に突出する
突出部12Aを有している。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a surface-emitting type light emitting diode according to the present invention. The illustrated light emitting diode is PN
An electrode 12 is formed on the lower surface of the semiconductor layer 10 including the bonding portion, and the electrode 12 has a protrusion 12A that protrudes into the semiconductor layer 1 ( ).

その半導体層10の構造を例示するならば、GaAs発
光ダイオードにあっては、例えば、p−GaAs層、n
−GaAs層及びn”GaAs層で構成され、また、I
nGa八sPへ光ダイオードにあっては、例えばn−1
nP基板、n−InP層、n−1nGaAsP活性層、
p−InP層、p−1nGaAsP層で構成され、更に
、(ia[へS発光ダイオードにあっては、例えばn−
GaAs層、p−Ga%As活性層、p−Ga%As層
及びp−GaAs層で構成される。
To illustrate the structure of the semiconductor layer 10, in a GaAs light emitting diode, for example, a p-GaAs layer, an n
- It is composed of a GaAs layer and an n''GaAs layer, and is also composed of an I
For an nGa 8sP photodiode, for example, n-1
nP substrate, n-InP layer, n-1nGaAsP active layer,
It is composed of a p-InP layer and a p-1nGaAsP layer.
It is composed of a GaAs layer, a p-Ga%As active layer, a p-Ga%As layer, and a p-GaAs layer.

そして、半導体層10中のPN接合部を電極12との間
で挟むように、半導体層10の光取り出し側の面1i1
1ら−に面に、導電性の第1半反°射膜14が形成され
ている。その第1反射膜14の上には、透明材料層16
が形成され、更にその上に第2半反射膜18が形成され
ている。
Then, the light extraction side surface 1i1 of the semiconductor layer 10 is sandwiched between the PN junction in the semiconductor layer 10 and the electrode 12.
A conductive first semi-reflective film 14 is formed on the first side. On the first reflective film 14, a transparent material layer 16 is provided.
is formed, and a second semi-reflective film 18 is further formed thereon.

以−りの如き構成において、導電性の第1半反射膜14
が、電極12に対して対をなす他方の電極を構成してい
る。そして、第1半反射膜14と透明材料層16と第2
半反射膜18とが、光共振器を構成している。従って、
光共振器を構成する限り、第1と第2の半反射膜14及
び18が必ずしも平行である必要はないが、平行にした
場合の方が共振効果が優れている。
In the configuration as described above, the conductive first semi-reflective film 14
constitutes the other electrode paired with the electrode 12. Then, the first semi-reflective film 14, the transparent material layer 16 and the second
The semi-reflective film 18 constitutes an optical resonator. Therefore,
Although the first and second semi-reflective films 14 and 18 do not necessarily have to be parallel as long as they constitute an optical resonator, the resonance effect is better when they are parallel.

以上の如き発光ダイオードの電極12と第1反射膜14
との間に電圧を印加すると、発光ダイオードの光取り出
し側の面全体を導電性の第1半反射膜14が覆っている
ために、最短距離経路に集中的に流れる電流の性質によ
り、電流は、電極12の突起部12.Aと第1半反射膜
14との間の最短経路を集中的に通って半導体層10中
を流れ、その結果、発光領域20は拡がることなく小さ
な範囲に止まる。それ故、光ファイバとの結合効率は、
従来のものに比べて高くなる。
Electrode 12 and first reflective film 14 of the light emitting diode as described above
When a voltage is applied between , the conductive first semi-reflective film 14 covers the entire surface of the light extraction side of the light emitting diode, and due to the nature of the current flowing concentratedly in the shortest path, the current , the protrusion 12 of the electrode 12 . The light flows through the semiconductor layer 10 through the shortest path between A and the first semi-reflective film 14, and as a result, the light emitting region 20 does not spread and remains within a small range. Therefore, the coupling efficiency with optical fiber is
It is more expensive than the conventional one.

また、光共振器により、発光スペクトルの内の共振波長
の光のみがフレネルロスなく出力されるため、発光ダイ
オードの発光スペクトル幅は従来のものに比べて小さく
なる。その結果、フィルタを介することがないだけ結合
効率の低下を避けることができる。
Furthermore, since the optical resonator outputs only light at a resonant wavelength within the emission spectrum without Fresnel loss, the emission spectrum width of the light emitting diode is smaller than that of the conventional light emitting diode. As a result, a decrease in coupling efficiency can be avoided since there is no need to pass through a filter.

以上の2つの効果により、上記した本発明の発光ダイオ
ードは、従来フィルタを使用して得てl、Nだ狭いスペ
クトル幅の光を、従来フィルりを介することな(光ファ
イバに結合していたときの結合効率より高い結合効率で
光ファイ/ <に結合することができる。換言するなら
ば、従来より高し)光ファイバとの結合効率と光ファイ
)<の帯域の幅広し1活用とが同時に実現できる。 。
As a result of the above two effects, the light-emitting diode of the present invention described above can transmit light with a narrower spectral width than can be obtained using a conventional filter, without having to pass it through a conventional filter (as opposed to being coupled to an optical fiber). It is possible to couple to an optical fiber with a coupling efficiency higher than the coupling efficiency when using an optical fiber. It can be achieved at the same time. .

ここで、第1及び第2の半反射膜X4及び18と力く距
離dだけ離れて平行になっている場合の光共振器の透過
率Pは、次の式で表される。
Here, the transmittance P of the optical resonator when it is parallel to the first and second semi-reflective films X4 and 18 and separated by a distance d is expressed by the following equation.

ただし、R;半反射膜の反射率 λ:光の波長 n:整数 上記の式(1)かられかるように、反射膜の反射率Rを
変えることによって、発光ダイオードの発光スペクトル
幅を制御することができる。式(1)に基づいて得られ
る透過率Pと波長との関係を第3図゛のグラフに示す。
However, R: reflectance of the semi-reflective film λ: wavelength of light n: integer As can be seen from the above equation (1), the emission spectrum width of the light emitting diode is controlled by changing the reflectance R of the reflective film. be able to. The relationship between the transmittance P obtained based on equation (1) and the wavelength is shown in the graph of FIG. 3.

また、透過材料層16は、光損失の大きくない固体材料
であればよい。例えば、InP、 Si、酸化■圭素、
窒化珪素、鮫、00、透明ガラス、透明樹脂が使用でき
る。
Further, the transparent material layer 16 may be any solid material that does not cause large optical loss. For example, InP, Si, Keishin oxide,
Silicon nitride, shark, 00, transparent glass, and transparent resin can be used.

そして、透明材料層16の厚さ即ち2つの半反射膜間距
離dは、必要とする光出力のスペク)/しの中心波長に
応じて決定する。
The thickness of the transparent material layer 16, ie, the distance d between the two semi-reflective films, is determined depending on the center wavelength of the required optical output spectrum.

なお、第1半反射膜14は、極めて薄いものであり、極
めて導電度の高い材料を使用しても電極としての電気抵
抗はある程度高くならざるを愚ない。
Note that the first semi-reflective film 14 is extremely thin, and even if a material with extremely high conductivity is used, the electrical resistance as an electrode is inevitably high to some extent.

そこで、透明材料層16に、光損失の少な0導電性固体
材料を使用して、第1反射膜14と透明材料層16とを
併せて第2の電極として使用することにより、電極の電
気抵抗を小さくすることができる。
Therefore, by using a zero-conductivity solid material with low optical loss for the transparent material layer 16 and using the first reflective film 14 and the transparent material layer 16 together as a second electrode, the electrical resistance of the electrode can be reduced. can be made smaller.

そのような透明材料16の材料としては、例えば、半導
体化したInPやSiを使用することができる。
As a material for such a transparent material 16, for example, semiconductor InP or Si can be used.

更に、透明材料層16だけでなく第2半反射膜18も導
電材料で形成することにより、コンタクトを第2半反射
膜18に設けることができ、電気接続が便利になる。
Furthermore, by forming not only the transparent material layer 16 but also the second semi-reflective film 18 from a conductive material, contacts can be provided to the second semi-reflective film 18, making electrical connection convenient.

第1半反射膜14及び第2反射膜1Bは、導電材料で形
成でき、反射率は、第3図のグラフかられかるように、
必要とする光出力のスペクトル幅に応じて決める。そし
て、その反射率は、半反射膜の1“ノさを変えることに
よって変えることができる。
The first semi-reflective film 14 and the second reflective film 1B can be formed of a conductive material, and the reflectance is as shown in the graph of FIG.
Decide according to the required spectral width of the optical output. The reflectance can be changed by changing the thickness of the semi-reflective film.

即し、半反射膜を厚くすると反射率が大きくなる。That is, as the thickness of the semi-reflective film increases, the reflectance increases.

’1I−rst 射11q (D Ha’ )l′Nミ
l トシ−Cハ、八8、へu−Ge、%等が使用できる
'1I-rst Injection 11q (D Ha')l'Nmil Toshi-C Ha, 88, Heu-Ge, %, etc. can be used.

鬼門の効果 以」二の説明から明らかなように、本発明による発光ダ
イオードは、光ファイバとの結合効率を高められるよう
に発光領域が小さく且つ出力光のスペクトル幅が狭い。
The Demon Effect As is clear from the second explanation, the light emitting diode according to the present invention has a small light emitting region and a narrow spectrum width of output light so that the coupling efficiency with an optical fiber can be increased.

従って、本発明による発光ダイオードを使用するならば
、従来フィルタを使用して得ていた狭いスペクトル幅の
光を、従来フィルタを介することなく光ファイバに結合
していたときの結合効率より高い結合効率で光ファイバ
に結合することができる。換言するならば、従来より高
い光ファイバとの結合効率と光ファイバの帯域の幅広い
活用とが同時に実現できる。
Therefore, if the light emitting diode according to the present invention is used, the coupling efficiency is higher than the coupling efficiency when light with a narrow spectral width obtained using a conventional filter is coupled to an optical fiber without passing through a filter. can be coupled to optical fiber. In other words, it is possible to simultaneously achieve higher coupling efficiency with optical fibers than before and wide utilization of the optical fiber bandwidth.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の面発光型発光ダイオードの断面図、第
2図は、本発明による面発光型発光ダイオードの一実施
例の断面図、そして、第3図は、本発明による発光ダイ
オードの光共振器の光透過率と波長との関係を示すグラ
フである。 く主な参照番号) 1・・半導体層、 2.3・・電極、 4・・発光領域、5・・窓、 6・・突出部、 10・・光導体層、 12・・電極、 14・・第1半反射膜、16・・透明
材料層、 18・・第2半反射膜、20・・発光領域 特許出願人 住友電気工業株式会社 代 理 人 弁理士 新居正彦 第1図 第2図 八
FIG. 1 is a sectional view of a conventional surface-emitting type light emitting diode, FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of a surface-emitting type light emitting diode according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an embodiment of a surface-emitting type light emitting diode according to the present invention. It is a graph showing the relationship between the light transmittance of an optical resonator and the wavelength. Main reference numbers) 1. Semiconductor layer, 2. 3. Electrode, 4. Light emitting region, 5. Window, 6. Projection, 10. Photoconductor layer, 12. Electrode, 14.・First semi-reflective film, 16...Transparent material layer, 18...Second semi-reflective film, 20...Light emitting region Patent applicant Sumitomo Electric Industries, Ltd. Representative Patent attorney Masahiko Arai Figure 1 Figure 2 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (]) PN接合部を含む半導体層と、該半導体層の一
方の面に形成された第1電極と、該第1電極との間で前
記PN接合部を挟むように前記半導体層の光取り出し側
の而に形成されて第2電極をなす導電性の第1半反射膜
と、該第1半反射膜上に形成された透明材料層と、該透
明材料層上に形成された第2半反射膜とを具備し、前記
第1半反射膜と前記Hs明材利層と前記第2半反射膜と
が光共振器をも14成していることを特徴とする発光ダ
イオード。 (2)前記透明材料層は、導電性を有しており、該透明
材料層と前記第1半反射膜との両方が第2電極゛を構成
し−Cいることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の発光ダイオード。 (3)前記透明材1’1層及び前記第2半反射膜は、導
電性を有しており、それら透明材料層及び第2半反射膜
と前記第1半反射膜との王者が第2電極を構成している
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の発光ダイ
オード。 (4)前記透明材料層は、lnP、 Si、酸化珪素、
窒化珪素、敲、03、透明ガラス及び透明樹脂からなる
グループの少なくとも1つから形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれ
かに記載の発光ダイオード。 (5)前記第1及び第2半反射膜は、静、Ac+−Ge
及びMからなるグループの少なくとも1つから形成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第4
項までのいずれかに記載の発光ダイオード。 (6) 前記第1及び第2半反射膜は平行であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項から第5項までのいず
れかに記載の発光ダイオード。 (7)前記第1電極は、前記半導体層中の発光領域に向
かって該半導体層内へ突き出した部分を有していること
を特徴とする特許請求の範囲第1項から第6項までのい
ずれかに記載の発光ダイオード。
[Claims] (]) A semiconductor layer including a PN junction, a first electrode formed on one surface of the semiconductor layer, and a semiconductor layer with the PN junction sandwiched between the first electrode. a conductive first semi-reflective film formed on the light extraction side of the semiconductor layer and serving as a second electrode; a transparent material layer formed on the first semi-reflective film; and a transparent material layer formed on the transparent material layer. a second semi-reflective film formed thereon, and the first semi-reflective film, the Hs bright material layer, and the second semi-reflective film also form an optical resonator. light emitting diode. (2) The transparent material layer has conductivity, and both the transparent material layer and the first semi-reflective film constitute a second electrode. A light emitting diode according to scope 1. (3) The first layer of the transparent material 1' and the second semi-reflective film have conductivity, and the champion of the transparent material layer, the second semi-reflective film and the first semi-reflective film is the second one. The light emitting diode according to claim 1, characterized in that the light emitting diode constitutes an electrode. (4) The transparent material layer is made of lnP, Si, silicon oxide,
4. The light emitting diode according to claim 1, wherein the light emitting diode is made of at least one of the group consisting of silicon nitride, silicon nitride, transparent glass, and transparent resin. (5) The first and second semi-reflective films are static, Ac+-Ge
Claims 1 to 4 are formed from at least one of the group consisting of
The light emitting diode described in any of the preceding paragraphs. (6) The light emitting diode according to any one of claims 1 to 5, wherein the first and second semi-reflective films are parallel. (7) The first electrode has a portion that protrudes into the semiconductor layer toward a light emitting region in the semiconductor layer. The light emitting diode according to any one of the above.
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