JPH06314855A - 半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子とその製造方法Info
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- JPH06314855A JPH06314855A JP10340293A JP10340293A JPH06314855A JP H06314855 A JPH06314855 A JP H06314855A JP 10340293 A JP10340293 A JP 10340293A JP 10340293 A JP10340293 A JP 10340293A JP H06314855 A JPH06314855 A JP H06314855A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体発光素子とその製造方法に関し、平坦
で他の光機能素子と積層集積化が容易で、微小共振器を
容易に形成することができ、無しきい値動作が可能な高
信頼低消費電力の半導体発光素子を提供する。 【構成】 第1導電型半導体基板1上に第1導電型半導
体多層膜反射鏡2を形成し、その上に大きいハンドギャ
ップを有する半導体層からなるブロック層4を形成し、
このブロック層4の一部を除去して開口を形成し、開口
を有するブロック層4の上の全面に共振器構造13を形
成し、この共振器構造13のブロック層4の上に形成さ
れた部分を除去して平坦化し、その上に反対導電型半導
体多層膜反射鏡14を形成し、光の非出射面に電極16
を形成し、光の出射面に電極17と無反射コーティング
18を形成する。第1導電型半導体多層膜反射鏡2の上
に共振器メサを形成した後、その周囲にブロック層を形
成することもできる。
で他の光機能素子と積層集積化が容易で、微小共振器を
容易に形成することができ、無しきい値動作が可能な高
信頼低消費電力の半導体発光素子を提供する。 【構成】 第1導電型半導体基板1上に第1導電型半導
体多層膜反射鏡2を形成し、その上に大きいハンドギャ
ップを有する半導体層からなるブロック層4を形成し、
このブロック層4の一部を除去して開口を形成し、開口
を有するブロック層4の上の全面に共振器構造13を形
成し、この共振器構造13のブロック層4の上に形成さ
れた部分を除去して平坦化し、その上に反対導電型半導
体多層膜反射鏡14を形成し、光の非出射面に電極16
を形成し、光の出射面に電極17と無反射コーティング
18を形成する。第1導電型半導体多層膜反射鏡2の上
に共振器メサを形成した後、その周囲にブロック層を形
成することもできる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微小共振器を有する面
発光半導体レーザ等の半導体発光素子とその製造方法に
関する。近年、光インターコネクションのためのキーデ
バイスとして垂直共振器面発光レーザ(Vertica
l Cavity Surface Emitting
Lasers)の研究の進展が著しい。垂直共振器面発
光レーザは、 1.共振器体積が小さいため極低しきい値動作が可能で
ある 2.共振器長が短いため単一モード動作が容易である という利点を有している。
発光半導体レーザ等の半導体発光素子とその製造方法に
関する。近年、光インターコネクションのためのキーデ
バイスとして垂直共振器面発光レーザ(Vertica
l Cavity Surface Emitting
Lasers)の研究の進展が著しい。垂直共振器面発
光レーザは、 1.共振器体積が小さいため極低しきい値動作が可能で
ある 2.共振器長が短いため単一モード動作が容易である という利点を有している。
【0002】さらに、共振器の大きさが光の波長のオー
ダーになると微小共振器(microcavity)の
効果が顕在化する。理論によれば、微小共振器では自然
放出光が増強され、かつ、自然放出光からレーザモード
への変換効率がバルクの場合よりも大きくなる。したが
って、無しきい値動作も期待できる。
ダーになると微小共振器(microcavity)の
効果が顕在化する。理論によれば、微小共振器では自然
放出光が増強され、かつ、自然放出光からレーザモード
への変換効率がバルクの場合よりも大きくなる。したが
って、無しきい値動作も期待できる。
【0003】
【従来の技術】図6は、従来の典型的な垂直共振器面発
光レーザの構造説明図である。この図において、41は
第1導電型半導体基板、42は第1導電型半導体多層膜
反射鏡、43は微小共振器、44は第2導電型半導体多
層膜反射鏡、45は無反射コーティング膜である。
光レーザの構造説明図である。この図において、41は
第1導電型半導体基板、42は第1導電型半導体多層膜
反射鏡、43は微小共振器、44は第2導電型半導体多
層膜反射鏡、45は無反射コーティング膜である。
【0004】この従来の典型的な垂直共振器面発光レー
ザにおいては、第1導電型半導体基板41の上に、第1
導電型半導体多層膜反射鏡42、メサ型の微小共振器4
3、第2導電型半導体多層膜反射鏡44が積層して形成
され、第1導電型半導体基板41と第2導電型半導体多
層膜反射鏡44に電流を供給するための電極が形成さ
れ、光放出面に無反射コーティング膜45が形成されて
いる。
ザにおいては、第1導電型半導体基板41の上に、第1
導電型半導体多層膜反射鏡42、メサ型の微小共振器4
3、第2導電型半導体多層膜反射鏡44が積層して形成
され、第1導電型半導体基板41と第2導電型半導体多
層膜反射鏡44に電流を供給するための電極が形成さ
れ、光放出面に無反射コーティング膜45が形成されて
いる。
【0005】この垂直共振器面発光レーザは、共振器長
が短く、共振器損失が大きくなるため、第1導電型半導
体多層膜反射鏡42と第2導電型半導体多層膜反射鏡4
4を、バンドギャップが大きい半導体をλ/4膜厚で交
互に積層して形成し、反射率が99.9%を超えるよう
にする必要がある。
が短く、共振器損失が大きくなるため、第1導電型半導
体多層膜反射鏡42と第2導電型半導体多層膜反射鏡4
4を、バンドギャップが大きい半導体をλ/4膜厚で交
互に積層して形成し、反射率が99.9%を超えるよう
にする必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この従来の垂直共振器
面発光レーザにおいては、共振器を微小化するために、
図6のようにメサ加工する方法が最もよく用いられてい
るが、このままでは、素子の表面が平坦でないため、他
の光機能素子と積層集積化する場合等を考えると不利が
残る。また、メサの側面をポリイミド等の樹脂で埋め込
んで平坦化する手法も用いられるが、信頼性の点で難点
がある。本発明は、形状が平坦であるため他の光機能素
子との積層集積化が容易で、微小共振器を容易に形成す
ることができ、無しきい値動作が可能な高信頼低消費電
力面発光半導体レーザを提供することを目的とする。
面発光レーザにおいては、共振器を微小化するために、
図6のようにメサ加工する方法が最もよく用いられてい
るが、このままでは、素子の表面が平坦でないため、他
の光機能素子と積層集積化する場合等を考えると不利が
残る。また、メサの側面をポリイミド等の樹脂で埋め込
んで平坦化する手法も用いられるが、信頼性の点で難点
がある。本発明は、形状が平坦であるため他の光機能素
子との積層集積化が容易で、微小共振器を容易に形成す
ることができ、無しきい値動作が可能な高信頼低消費電
力面発光半導体レーザ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】本発明にかかる半導体発
光素子においては、第1導電型半導体基板上に第1導電
型半導体多層膜反射鏡と半導体微小共振器と反対導電型
半導体多層膜反射鏡とコンタクト層が積層され、該半導
体微小共振器の側面が大きいバンドギャップの半導体に
よって覆われている構成を採用した。
光素子においては、第1導電型半導体基板上に第1導電
型半導体多層膜反射鏡と半導体微小共振器と反対導電型
半導体多層膜反射鏡とコンタクト層が積層され、該半導
体微小共振器の側面が大きいバンドギャップの半導体に
よって覆われている構成を採用した。
【0008】本発明にかかる半導体発光素子の製造方法
においては、第1導電型半導体基板上に第1導電型半導
体多層膜反射鏡を形成する工程と、該第1導電型半導体
多層膜反射鏡の上に大きいバンドギャップを有する半導
体層を形成する工程と、該大きいバンドギャップを有す
る半導体層の一部をエッチング除去する工程と、該一部
エッチング除去された部分を含む大きいバンドギャップ
を有する半導体層の上に共振器構造を形成する工程と、
該共振器構造の上の大きいバンドギャップを有する半導
体層の一部をエッチング除去した領域の直上に耐蝕性マ
スクを形成する工程と、該耐蝕性マスクが形成されてい
ない部分の共振器構造をエッチング除去する工程と、該
マスクを除去する工程と、該大きいバンドギャップを有
する半導体層と共振器構造の上に反対導電型半導体多層
膜反射鏡を形成する工程と、光の非出射面に電極を形成
する工程と、光の出射面に無反射コーティングと電極を
形成する工程を採用した。
においては、第1導電型半導体基板上に第1導電型半導
体多層膜反射鏡を形成する工程と、該第1導電型半導体
多層膜反射鏡の上に大きいバンドギャップを有する半導
体層を形成する工程と、該大きいバンドギャップを有す
る半導体層の一部をエッチング除去する工程と、該一部
エッチング除去された部分を含む大きいバンドギャップ
を有する半導体層の上に共振器構造を形成する工程と、
該共振器構造の上の大きいバンドギャップを有する半導
体層の一部をエッチング除去した領域の直上に耐蝕性マ
スクを形成する工程と、該耐蝕性マスクが形成されてい
ない部分の共振器構造をエッチング除去する工程と、該
マスクを除去する工程と、該大きいバンドギャップを有
する半導体層と共振器構造の上に反対導電型半導体多層
膜反射鏡を形成する工程と、光の非出射面に電極を形成
する工程と、光の出射面に無反射コーティングと電極を
形成する工程を採用した。
【0009】この場合、大きいバンドギャップを有する
半導体層の厚さと、共振器構造の厚さがほぼ等しくなる
ように形成し、該大きいバンドギャップを有する半導体
層の上に形成された共振器構造をエッチング除去する工
程によって、該共振器の上面とその側面を覆う大きいバ
ンドギャップを有する半導体層の上面を平坦化すること
ができる。
半導体層の厚さと、共振器構造の厚さがほぼ等しくなる
ように形成し、該大きいバンドギャップを有する半導体
層の上に形成された共振器構造をエッチング除去する工
程によって、該共振器の上面とその側面を覆う大きいバ
ンドギャップを有する半導体層の上面を平坦化すること
ができる。
【0010】また、第1導電型半導体基板上に第1導電
型半導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該第1導電型
半導体多層膜反射鏡の上に共振器構造を形成する工程
と、該共振器構造の上の共振器を形成する部分に耐蝕性
マスクを形成する工程と、該耐蝕性マスクを用いて共振
器を形成しない部分の共振器構造をエッチング除去して
共振器のメサを形成する工程と、該共振器のメサの周囲
に該耐蝕性マスクを用いて大きいバンドギャップを有す
る半導体層を選択成長して上面を平坦化する工程と、該
耐蝕性マスクを除去する工程と、該大きいバンドギャッ
プを有する半導体層と共振器のメサの上に反対導電型半
導体多層膜反射鏡を形成する工程と、光の非出射面に電
極を形成する工程と、光の出射面に無反射コーティング
と電極を形成する工程を採用した。
型半導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該第1導電型
半導体多層膜反射鏡の上に共振器構造を形成する工程
と、該共振器構造の上の共振器を形成する部分に耐蝕性
マスクを形成する工程と、該耐蝕性マスクを用いて共振
器を形成しない部分の共振器構造をエッチング除去して
共振器のメサを形成する工程と、該共振器のメサの周囲
に該耐蝕性マスクを用いて大きいバンドギャップを有す
る半導体層を選択成長して上面を平坦化する工程と、該
耐蝕性マスクを除去する工程と、該大きいバンドギャッ
プを有する半導体層と共振器のメサの上に反対導電型半
導体多層膜反射鏡を形成する工程と、光の非出射面に電
極を形成する工程と、光の出射面に無反射コーティング
と電極を形成する工程を採用した。
【0011】これらの場合、共振器の側面およびその周
囲を覆う大きいバンドギャップの半導体に代えて、高抵
抗半導体を用いることができる。
囲を覆う大きいバンドギャップの半導体に代えて、高抵
抗半導体を用いることができる。
【0012】
【作用】本発明によると、微小共振器を容易に形成する
ことができるから、無しきい値動作が可能な半導体発光
素子を実現できる。また、装置の形状が平坦であるから
他の光機能素子と容易に積層集積化することができる。
さらに、微小共振器の側面が大きいバンドギャップを有
する高抵抗半導体によって覆われているため、絶縁膜等
による電流狭窄構造を形成する必要がなく、電極形成工
程を容易に行うことができる。
ことができるから、無しきい値動作が可能な半導体発光
素子を実現できる。また、装置の形状が平坦であるから
他の光機能素子と容易に積層集積化することができる。
さらに、微小共振器の側面が大きいバンドギャップを有
する高抵抗半導体によって覆われているため、絶縁膜等
による電流狭窄構造を形成する必要がなく、電極形成工
程を容易に行うことができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図1は、第1実施例の垂直共振面発光レ
ーザの構成説明図である。この図において、1はn型の
半導体基板、2はn型のDBRミラー、21 はn型の第
1半導体層、22 はn型の第2半導体層、3はエッチン
グストップ層、4は半導体ブロック層、6はクラッド
層、7はバリア層、8は歪量子井戸活性層、9はバリア
層、10はクラッド層、11は保護層、13は微小共振
器、14はp型のDBRミラー、141 はp型の第1半
導体層、142 はp型の第2半導体層、15はコンタク
ト層、16はTi/Pt/Au電極、17はAuGe/
Au電極、18は無反射コーティングである。なお、こ
の符号は、第2実施例の符号に一致させたため欠番を生
じている。
ーザの構成説明図である。この図において、1はn型の
半導体基板、2はn型のDBRミラー、21 はn型の第
1半導体層、22 はn型の第2半導体層、3はエッチン
グストップ層、4は半導体ブロック層、6はクラッド
層、7はバリア層、8は歪量子井戸活性層、9はバリア
層、10はクラッド層、11は保護層、13は微小共振
器、14はp型のDBRミラー、141 はp型の第1半
導体層、142 はp型の第2半導体層、15はコンタク
ト層、16はTi/Pt/Au電極、17はAuGe/
Au電極、18は無反射コーティングである。なお、こ
の符号は、第2実施例の符号に一致させたため欠番を生
じている。
【0014】第1実施例の垂直共振面発光レーザにおい
ては、n型GaAsからなるn型の半導体基板1の上
に、厚さが発振波長の1/4で、不純物濃度が2×10
18cm -3のn−GaAsからなるn型の第1半導体層2
1 とn−AlAsからなるn型の第2半導体層22 を交
互に28.5ペア積層したn型のDBRミラー2が形成
されており、素子抵抗を低減するため、n−GaAsか
らなるn型の第1半導体層21 とn−AlAsからなる
n型の第2半導体層22 の間に180Åのグレーデッド
層が挿入されている。また、このn型のDBRミラー2
の上に、厚さ200ÅのGaAsからなるエッチングス
トップ層3が形成されている。
ては、n型GaAsからなるn型の半導体基板1の上
に、厚さが発振波長の1/4で、不純物濃度が2×10
18cm -3のn−GaAsからなるn型の第1半導体層2
1 とn−AlAsからなるn型の第2半導体層22 を交
互に28.5ペア積層したn型のDBRミラー2が形成
されており、素子抵抗を低減するため、n−GaAsか
らなるn型の第1半導体層21 とn−AlAsからなる
n型の第2半導体層22 の間に180Åのグレーデッド
層が挿入されている。また、このn型のDBRミラー2
の上に、厚さ200ÅのGaAsからなるエッチングス
トップ層3が形成されている。
【0015】そして、n型のDBRミラー2の上の一部
に、厚さ1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッ
ド層6、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層7、
厚さ80ÅのInGaAsからなる歪量子井戸活性層
8、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層9、厚さ
1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層10
からなる微小共振器13が形成され、微小共振器13の
周囲は、相対的に大きいバンドギャップを有するノンド
ープInGaPからなる半導体ブロック層4によって覆
われている。
に、厚さ1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッ
ド層6、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層7、
厚さ80ÅのInGaAsからなる歪量子井戸活性層
8、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層9、厚さ
1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層10
からなる微小共振器13が形成され、微小共振器13の
周囲は、相対的に大きいバンドギャップを有するノンド
ープInGaPからなる半導体ブロック層4によって覆
われている。
【0016】そして、その上に、厚さが発振波長の1/
4で、不純物濃度が2×1018cm -3のp−GaAsか
らなるp型の第1半導体層141 とp−AlAsからな
るp型の第2半導体層142 を交互に23ペア積層され
たp型のDBRミラー14が形成されている。この場合
も、素子抵抗を低減するため、このp型のDBRミラー
14のp−GaAsからなるp型の第1半導体層141
とp−AlAsからなるp型の第2の半導体層142 の
間にグレーデッド層が挿入されている。
4で、不純物濃度が2×1018cm -3のp−GaAsか
らなるp型の第1半導体層141 とp−AlAsからな
るp型の第2半導体層142 を交互に23ペア積層され
たp型のDBRミラー14が形成されている。この場合
も、素子抵抗を低減するため、このp型のDBRミラー
14のp−GaAsからなるp型の第1半導体層141
とp−AlAsからなるp型の第2の半導体層142 の
間にグレーデッド層が挿入されている。
【0017】そして、p型のDBRミラー14の上に厚
さが1500Åで不純物濃度が1×1019cm-3より大
きいGaAsからなるコンタクト層15が形成され、p
側にはTi/Pt/Au電極16が、p側にはAuGe
/Au電極17が形成され、光の出射端面に厚さが発振
波長の1/4のSiNからなる無反射コーティング18
が形成されている。
さが1500Åで不純物濃度が1×1019cm-3より大
きいGaAsからなるコンタクト層15が形成され、p
側にはTi/Pt/Au電極16が、p側にはAuGe
/Au電極17が形成され、光の出射端面に厚さが発振
波長の1/4のSiNからなる無反射コーティング18
が形成されている。
【0018】この実施例のように、微小共振器13の側
面が大きいハンドギャップを有するInGaPからなる
半導体ブロック層4によって覆われ、素子抵抗が低減さ
れているため、絶縁体による電流狭窄構造を施す必要は
ない。この場合、ブロック層4を構成する大きいハンド
ギャップを有するInGaP等の半導体を、酸素ドープ
AlGaAs等の高抵抗半導体によって置き換えること
ができる。
面が大きいハンドギャップを有するInGaPからなる
半導体ブロック層4によって覆われ、素子抵抗が低減さ
れているため、絶縁体による電流狭窄構造を施す必要は
ない。この場合、ブロック層4を構成する大きいハンド
ギャップを有するInGaP等の半導体を、酸素ドープ
AlGaAs等の高抵抗半導体によって置き換えること
ができる。
【0019】(第2実施例)図2、図3は、第2実施例
の面発光レーザの製造工程説明図であり、(A)〜
(F)は各工程を示している。この図において、1はn
型の半導体基板、2はn型のDBRミラー、21 はn型
の第1半導体層、22 はn型の第2半導体層、3はエッ
チングストップ、4は半導体ブロック層、5はエッチン
グマスク層、6はクラッド層、7はバリア層、8は歪量
子井戸活性層、9はバリア層、10はクラッド層、11
は保護層、12はレジストパターン、13は微小共振
器、14はp型のDBRミラー、141 はp型の第1半
導体層、142 はp型の第2半導体層、15はp型のコ
ンタクト層である。
の面発光レーザの製造工程説明図であり、(A)〜
(F)は各工程を示している。この図において、1はn
型の半導体基板、2はn型のDBRミラー、21 はn型
の第1半導体層、22 はn型の第2半導体層、3はエッ
チングストップ、4は半導体ブロック層、5はエッチン
グマスク層、6はクラッド層、7はバリア層、8は歪量
子井戸活性層、9はバリア層、10はクラッド層、11
は保護層、12はレジストパターン、13は微小共振
器、14はp型のDBRミラー、141 はp型の第1半
導体層、142 はp型の第2半導体層、15はp型のコ
ンタクト層である。
【0020】この製造工程説明図によって第2実施例の
微小共振器が半導体層によって埋め込まれた0.98μ
m帯の1波長共振器面発光レーザの製造方法を説明す
る。
微小共振器が半導体層によって埋め込まれた0.98μ
m帯の1波長共振器面発光レーザの製造方法を説明す
る。
【0021】第1工程(図2(A)参照) n型GaAsからなるn型の半導体基板1の上に、厚さ
が発振波長の1/4で、不純物濃度が2×1018cm-3
のn−GaAsからなるn型の第1半導体層2 1 とn−
AlAsからなるn型の第2半導体層22 を交互に2
8.5ペア積層してn型のDBRミラー2を形成する。
が発振波長の1/4で、不純物濃度が2×1018cm-3
のn−GaAsからなるn型の第1半導体層2 1 とn−
AlAsからなるn型の第2半導体層22 を交互に2
8.5ペア積層してn型のDBRミラー2を形成する。
【0022】素子抵抗を低減するため、このn型のDB
Rミラー2のn−GaAsからなるn型の第1半導体層
21 とn−AlAsからなるn型の第2半導体層22 の
間に180Åのグレーデッド層を挿入する。これは、G
aAsからAlAsへ組成がリニアに変化する層、ある
いは、超格子で構成される。
Rミラー2のn−GaAsからなるn型の第1半導体層
21 とn−AlAsからなるn型の第2半導体層22 の
間に180Åのグレーデッド層を挿入する。これは、G
aAsからAlAsへ組成がリニアに変化する層、ある
いは、超格子で構成される。
【0023】このn型のDBRミラー2の上に、厚さ2
00ÅのGaAsからなるエッチングストップ層3を形
成する。そして、さらにその上に、厚さ2975Åのノ
ンドープInGaPからなる半導体ブロック層4を成長
する。この場合、半導体ブロック層4は、後の工程で成
長する共振器13と同じ厚さにする。
00ÅのGaAsからなるエッチングストップ層3を形
成する。そして、さらにその上に、厚さ2975Åのノ
ンドープInGaPからなる半導体ブロック層4を成長
する。この場合、半導体ブロック層4は、後の工程で成
長する共振器13と同じ厚さにする。
【0024】第2工程(図2(B)参照) 第1工程で形成した半導体ブロック層4の上に、厚さ2
00ÅのGaAsからなるエッチングマスク層5を形成
し、このエッチングマスク層5の微小共振器13を形成
する予定の部分に、弗酸過酸化水素系エッチャントを用
いて選択的にウェットエッチして開口を形成する。この
開口を有するGaAsからなるエッチングマスク層5を
マスクにして、塩酸を用いてInGaPからなる半導体
ブロック層4をエッチング除去する。この際、DBRミ
ラー2の上に形成されたエッチングストップ層3によっ
てDBRミラー2が保護される。なお、この微小共振器
13を形成するための開口の平面形状は、円形、正方形
等任意である。
00ÅのGaAsからなるエッチングマスク層5を形成
し、このエッチングマスク層5の微小共振器13を形成
する予定の部分に、弗酸過酸化水素系エッチャントを用
いて選択的にウェットエッチして開口を形成する。この
開口を有するGaAsからなるエッチングマスク層5を
マスクにして、塩酸を用いてInGaPからなる半導体
ブロック層4をエッチング除去する。この際、DBRミ
ラー2の上に形成されたエッチングストップ層3によっ
てDBRミラー2が保護される。なお、この微小共振器
13を形成するための開口の平面形状は、円形、正方形
等任意である。
【0025】第3工程(図2(C)、図3(D)参照) 図3(D)は図2(C)の1点鎖線内を拡大して示して
いる。共振器13を形成する予定の部分をエッチング除
去したInGaPからなる半導体ブロック層4の上に、
厚さ1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層
6、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層7、厚さ
80ÅのInGaAsからなる歪量子井戸活性層8、厚
さ100ÅのGaAsからなるバリア層9、厚さ134
7.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層10、厚さ
200ÅのGaAsからなる保護層11をこの順に形成
する。次に、InGaPからなる半導体ブロック層4を
除去した直上の、GaAsからなる保護層11の上にレ
ジストパターン12を形成する。
いる。共振器13を形成する予定の部分をエッチング除
去したInGaPからなる半導体ブロック層4の上に、
厚さ1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層
6、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層7、厚さ
80ÅのInGaAsからなる歪量子井戸活性層8、厚
さ100ÅのGaAsからなるバリア層9、厚さ134
7.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層10、厚さ
200ÅのGaAsからなる保護層11をこの順に形成
する。次に、InGaPからなる半導体ブロック層4を
除去した直上の、GaAsからなる保護層11の上にレ
ジストパターン12を形成する。
【0026】第4工程(図3(E)参照) 第3工程で形成したレジストパターン12をマスクにし
て、InGaPからなる半導体ブロック層4の上に形成
されている、GaAsからなる保護層11、AlGaA
sからなるクラッド層10、GaAsからなるバリア層
9、InGaAsからなる歪量子井戸活性層8、GaA
sからなるバリア層7、AlGaAsからなるクラッド
層6を弗酸過酸化水素系エッチャントを用いてエッチン
グして除去して微小共振器13を形成する。
て、InGaPからなる半導体ブロック層4の上に形成
されている、GaAsからなる保護層11、AlGaA
sからなるクラッド層10、GaAsからなるバリア層
9、InGaAsからなる歪量子井戸活性層8、GaA
sからなるバリア層7、AlGaAsからなるクラッド
層6を弗酸過酸化水素系エッチャントを用いてエッチン
グして除去して微小共振器13を形成する。
【0027】第5工程(図3(F)参照) 第4工程において用いたレジストパターン12を剥離し
た後、全面に、厚さが発振波長の1/4で、不純物濃度
が2×1018cm-3のp−GaAsからなるp型の第1
半導体層141 とp−AlAsからなるp型の第2半導
体層142 を交互に23ペア積層してp型のDBRミラ
ー14を形成する。この場合も、素子抵抗を低減するた
め、p型のこのDBRミラー14のp−GaAsからな
るp型の第1半導体層141 とp−AlAsからなるp
型の第2の半導体層142 の間にグレーデッド層を挿入
する。
た後、全面に、厚さが発振波長の1/4で、不純物濃度
が2×1018cm-3のp−GaAsからなるp型の第1
半導体層141 とp−AlAsからなるp型の第2半導
体層142 を交互に23ペア積層してp型のDBRミラ
ー14を形成する。この場合も、素子抵抗を低減するた
め、p型のこのDBRミラー14のp−GaAsからな
るp型の第1半導体層141 とp−AlAsからなるp
型の第2の半導体層142 の間にグレーデッド層を挿入
する。
【0028】半導体ブロック層4の上の成長速度と、エ
ッチングされないで残ったGaAsからなる保護層1
1、AlGaAsからなるクラッド層10、GaAsか
らなるバリア層9、InGaAsからなる歪量子井戸活
性層8、GaAsからなるバリア層7、AlGaAsか
らなるクラッド層6の上の成長速度が同じであるから、
平坦なp−GaAsからなるp型の第1半導体層141
とp−AlAsからなるp型の第2半導体層142 の積
層構造のp型のDBRミラー14を形成することができ
る。その上に厚さが1500Åで不純物濃度が1×10
19cm-3より大きいGaAsからなるp型のコンタクト
層15を成長して素子の結晶構造が完成する。
ッチングされないで残ったGaAsからなる保護層1
1、AlGaAsからなるクラッド層10、GaAsか
らなるバリア層9、InGaAsからなる歪量子井戸活
性層8、GaAsからなるバリア層7、AlGaAsか
らなるクラッド層6の上の成長速度が同じであるから、
平坦なp−GaAsからなるp型の第1半導体層141
とp−AlAsからなるp型の第2半導体層142 の積
層構造のp型のDBRミラー14を形成することができ
る。その上に厚さが1500Åで不純物濃度が1×10
19cm-3より大きいGaAsからなるp型のコンタクト
層15を成長して素子の結晶構造が完成する。
【0029】この後、図示されていないが、光の出射端
面に厚さが発振波長の1/4のSiNからなる無反射コ
ーティングを形成し、p側にTi/Pt/Au電極、p
側にAuGe/Au電極を形成して素子が完成する。
面に厚さが発振波長の1/4のSiNからなる無反射コ
ーティングを形成し、p側にTi/Pt/Au電極、p
側にAuGe/Au電極を形成して素子が完成する。
【0030】この実施例のように、微小共振器13がI
nGaPからなる半導体ブロック層4によって覆われて
いるためと、素子抵抗が低減されているために、従来の
素子に形成されていた絶縁体による電流狭窄構造は施さ
ない。
nGaPからなる半導体ブロック層4によって覆われて
いるためと、素子抵抗が低減されているために、従来の
素子に形成されていた絶縁体による電流狭窄構造は施さ
ない。
【0031】(第3実施例)図4、図5は、第3実施例
の面発光レーザの製造工程説明図であり、(A)〜
(F)は各工程を示している。この図において、 21
はn型の半導体基板、22はn型のDBRミラー、22
1 はn型の第1半導体層、222 はn型の第2半導体
層、23はクラッド層、24はバリア層、25は歪量子
井戸活性層、26はバリア層、27はクラッド層、28
は保護層、29は耐エッチング膜、30は微小共振器、
31はブロック層、32はp型のDBRミラー、321
はp型の第1半導体層、322 はp型の第2半導体層、
33はp型のコンタクト層である。
の面発光レーザの製造工程説明図であり、(A)〜
(F)は各工程を示している。この図において、 21
はn型の半導体基板、22はn型のDBRミラー、22
1 はn型の第1半導体層、222 はn型の第2半導体
層、23はクラッド層、24はバリア層、25は歪量子
井戸活性層、26はバリア層、27はクラッド層、28
は保護層、29は耐エッチング膜、30は微小共振器、
31はブロック層、32はp型のDBRミラー、321
はp型の第1半導体層、322 はp型の第2半導体層、
33はp型のコンタクト層である。
【0032】この製造工程説明図によって第3実施例の
微小共振器が半導体層によって埋め込まれた0.98μ
m帯の1波長共振器面発光レーザの製造方法を説明す
る。
微小共振器が半導体層によって埋め込まれた0.98μ
m帯の1波長共振器面発光レーザの製造方法を説明す
る。
【0033】第1工程(図4(A),(B)参照) 図4(B)は(A)の1点鎖線内を拡大して示してい
る。n型GaAsからなるn型の半導体基板21の上
に、厚さが発振波長の1/4で、不純物濃度が2×10
18cm-3のn−GaAsからなるn型の第1半導体層2
21 とn−AlAsからなるn型の第2半導体層222
を交互に28.5ペア積層してn型のDBRミラー22
を形成する。
る。n型GaAsからなるn型の半導体基板21の上
に、厚さが発振波長の1/4で、不純物濃度が2×10
18cm-3のn−GaAsからなるn型の第1半導体層2
21 とn−AlAsからなるn型の第2半導体層222
を交互に28.5ペア積層してn型のDBRミラー22
を形成する。
【0034】このn型のDBRミラー22の上に、厚さ
1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層2
3、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層24、厚
さ80ÅのInGaAsからなる歪量子井戸活性層2
5、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層26、厚
さ1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層2
7、厚さ200ÅのGaAsからなる保護層28をこの
順に形成する。
1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層2
3、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層24、厚
さ80ÅのInGaAsからなる歪量子井戸活性層2
5、厚さ100ÅのGaAsからなるバリア層26、厚
さ1347.5ÅのAlGaAsからなるクラッド層2
7、厚さ200ÅのGaAsからなる保護層28をこの
順に形成する。
【0035】第2工程(図4(C)参照) 第1工程で形成した積層体の最上層の保護層28の上に
微小共振器30を形成したい部分にSiO2 からなる耐
エッチング膜29をパターニングする。
微小共振器30を形成したい部分にSiO2 からなる耐
エッチング膜29をパターニングする。
【0036】第3工程(図5(D)参照) 第2工程で形成したSiO2 からなる耐エッチング膜2
9をマスクにして、RIEによって、GaAsからなる
保護層28、AlGaAsからなるクラッド層27、G
aAsからなるバリア層26、InGaAsからなる歪
量子井戸活性層25、GaAsからなるバリア層24、
AlGaAsからなるクラッド層23をエッチングして
微小共振器30のメサを形成する。
9をマスクにして、RIEによって、GaAsからなる
保護層28、AlGaAsからなるクラッド層27、G
aAsからなるバリア層26、InGaAsからなる歪
量子井戸活性層25、GaAsからなるバリア層24、
AlGaAsからなるクラッド層23をエッチングして
微小共振器30のメサを形成する。
【0037】第4工程(図5(E)参照) 第3工程で形成した微小共振器30のメサを有するn型
のDBRミラー22の上に、SiO2 とGaAsの成長
速度の差を利用して厚さ2975Åのi−InGaPか
らなるブロック層31を選択成長する。ここまでの一連
の工程は、微小共振器30の構造にAlGaAsが入っ
ており、酸化されやすいため、外気に触れないようにロ
ードロックで接続された成長装置内で行う。
のDBRミラー22の上に、SiO2 とGaAsの成長
速度の差を利用して厚さ2975Åのi−InGaPか
らなるブロック層31を選択成長する。ここまでの一連
の工程は、微小共振器30の構造にAlGaAsが入っ
ており、酸化されやすいため、外気に触れないようにロ
ードロックで接続された成長装置内で行う。
【0038】第5工程(図5(F)参照) 第4工程で用いたSiO2 からなる耐エッチング膜29
を除去した後、厚さが発振波長の1/4で不純物濃度が
2×1018cm-3のp−GaAsからなるp型の第1半
導体層321 とp−AlAsからなるp型の第2半導体
層322 を交互に23ペア積層してp型のDBRミラー
32を形成する。そして、その上に厚さが1500Åで
p型不純物濃度が1×1019cm-3より大きいGaAs
からなるp型のコンタクト層33を成長して素子の結晶
構造を完成する。
を除去した後、厚さが発振波長の1/4で不純物濃度が
2×1018cm-3のp−GaAsからなるp型の第1半
導体層321 とp−AlAsからなるp型の第2半導体
層322 を交互に23ペア積層してp型のDBRミラー
32を形成する。そして、その上に厚さが1500Åで
p型不純物濃度が1×1019cm-3より大きいGaAs
からなるp型のコンタクト層33を成長して素子の結晶
構造を完成する。
【0039】その後、図示されていないが、光の出射端
面に厚さが発振波長の1/4のSiNからなる無反射コ
ーティングを形成し、p側にTi/Pt/Au電極、p
側にAuGe/Au電極を形成して素子が完成する。
面に厚さが発振波長の1/4のSiNからなる無反射コ
ーティングを形成し、p側にTi/Pt/Au電極、p
側にAuGe/Au電極を形成して素子が完成する。
【0040】第1実施例と同様に、この実施例において
も、微小共振器30がInGaPからなるブロック層3
1によって覆われているため微小共振器30の周囲に絶
縁体による電流狭窄構造を施す必要はない。
も、微小共振器30がInGaPからなるブロック層3
1によって覆われているため微小共振器30の周囲に絶
縁体による電流狭窄構造を施す必要はない。
【0041】上記の各実施例によると、微小共振器を容
易に実現できるため、無しきい値動作の半導体発光素子
を実現でき、形状が平坦であるため他の光機能素子との
積層集積化が容易に行われ、さらに、微小共振器がバン
ドギャップが大きい半導体によって覆われているため、
絶縁体の電流狭窄構造を施す必要がなく、電極形成工程
が容易になり、かつ、複雑な電極構造が不要で素子の高
信頼化につながる。
易に実現できるため、無しきい値動作の半導体発光素子
を実現でき、形状が平坦であるため他の光機能素子との
積層集積化が容易に行われ、さらに、微小共振器がバン
ドギャップが大きい半導体によって覆われているため、
絶縁体の電流狭窄構造を施す必要がなく、電極形成工程
が容易になり、かつ、複雑な電極構造が不要で素子の高
信頼化につながる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
従来実現困難であった微小共振器を容易に形成すること
ができるため、無しきい値動作が可能な低消費電力面発
光半導体レーザが実現でき、装置の形状が平坦であるた
め他の光機能素子との積層集積化が容易で装置のコンパ
クト化が可能になり、さらに、微小共振器がバンドギャ
ップが大きい半導体によって覆われているため、特に絶
縁体からなる電流狭窄構造を形成する必要がなく、複雑
な電極構造が不要であるため、素子を高信頼化すること
ができ、光を用いたインターコネクション等の技術分野
において寄与するところが大きい。
従来実現困難であった微小共振器を容易に形成すること
ができるため、無しきい値動作が可能な低消費電力面発
光半導体レーザが実現でき、装置の形状が平坦であるた
め他の光機能素子との積層集積化が容易で装置のコンパ
クト化が可能になり、さらに、微小共振器がバンドギャ
ップが大きい半導体によって覆われているため、特に絶
縁体からなる電流狭窄構造を形成する必要がなく、複雑
な電極構造が不要であるため、素子を高信頼化すること
ができ、光を用いたインターコネクション等の技術分野
において寄与するところが大きい。
【図1】第1実施例の垂直共振面発光レーザの構成説明
図である。
図である。
【図2】第2実施例の面発光レーザの製造工程説明図
(1)であり、(A)〜(C)は各工程を示している。
(1)であり、(A)〜(C)は各工程を示している。
【図3】第2実施例の面発光レーザの製造工程説明図
(2)であり、(D)〜(F)は各工程を示している。
(2)であり、(D)〜(F)は各工程を示している。
【図4】第3実施例の面発光レーザの製造工程説明図
(1)であり、(A)〜(C)は各工程を示している。
(1)であり、(A)〜(C)は各工程を示している。
【図5】第3実施例の面発光レーザの製造工程説明図
(2)であり、(D)〜(F)は各工程を示している。
(2)であり、(D)〜(F)は各工程を示している。
【図6】従来の典型的な垂直共振器面発光レーザの構造
説明図である。
説明図である。
1 n型の半導体基板 2 n型のDBRミラー 21 n型の第1半導体層 22 n型の第2半導体層 3 エッチングストップ層 4 半導体ブロック層 5 エッチングマスク層 6 クラッド層 7 バリア層 8 歪量子井戸活性層 9 バリア層 10 クラッド層 11 保護層 12 レジストパターン 13 微小共振器 14 p型のDBRミラー 141 p型の第1半導体層 142 p型の第2半導体層 15 コンタクト層 16 Ti/Pt/Au電極 17 AuGe/Au電極 18 無反射コーティング 21 n型の半導体基板 22 n型のDBRミラー 221 n型の第1半導体層 222 n型の第2半導体層 23 クラッド層 24 バリア層 25 歪量子井戸活性層 26 バリア層 27 クラッド層 28 保護層 29 耐エッチング膜 30 微小共振器 31 ブロック層 32 p型のDBRミラー 321 p型の第1半導体層 322 p型の第2半導体層 33 p型のコンタクト層 41 第1導電型半導体基板 42 第1導電型半導体多層膜反射鏡 43 微小共振器 44 第2導電型半導体多層膜反射鏡 45 無反射コーティング膜
Claims (6)
- 【請求項1】 第1導電型半導体基板上に第1導電型半
導体多層膜反射鏡と半導体微小共振器と反対導電型半導
体多層膜反射鏡とコンタクト層が積層され、該半導体微
小共振器の側面が大きいバンドギャップの半導体によっ
て覆われていることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】 共振器の側面およびその周囲を覆う大き
いバンドギャップの半導体に代えて、高抵抗半導体を用
いたことを特徴とする請求項1に記載された半導体発光
素子。 - 【請求項3】 第1導電型半導体基板上に第1導電型半
導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該第1導電型半導
体多層膜反射鏡の上に大きいバンドギャップを有する半
導体層を形成する工程と、該大きいバンドギャップを有
する半導体層の一部をエッチング除去する工程と、該一
部エッチング除去された部分を含む大きいバンドギャッ
プを有する半導体層の上に共振器構造を形成する工程
と、該共振器構造の上の大きいバンドギャップを有する
半導体層の一部をエッチング除去した領域の直上に耐蝕
性マスクを形成する工程と、該耐蝕性マスクが形成され
ていない部分の共振器構造をエッチング除去する工程
と、該マスクを除去する工程と、該大きいバンドギャッ
プを有する半導体層と共振器構造の上に反対導電型半導
体多層膜反射鏡を形成する工程と、光の非出射面に電極
を形成する工程と、光の出射面に無反射コーティングと
電極を形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光
素子の製造方法。 - 【請求項4】 大きいバンドギャップを有する半導体層
の厚さと、共振器構造の厚さがほぼ等しくなるように形
成し、該大きいバンドギャップを有する半導体層の上に
形成された共振器構造をエッチング除去する工程によっ
て、該共振器の上面とそれを囲む大きいバンドギャップ
を有する半導体層の上面を平坦化することを特徴とする
請求項2に記載された半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項5】 第1導電型半導体基板上に第1導電型半
導体多層膜反射鏡を形成する工程と、該第1導電型半導
体多層膜反射鏡の上に共振器構造を形成する工程と、該
共振器構造の上の共振器を形成する部分に耐蝕性マスク
を形成する工程と、該耐蝕性マスクを用いて共振器を形
成しない部分の共振器構造をエッチング除去して共振器
のメサを形成する工程と、該共振器のメサの周囲に該耐
蝕性マスクを用いて大きいバンドギャップを有する半導
体層を選択成長して上面を平坦化する工程と、該耐蝕性
マスクを除去する工程と、該大きいバンドギャップを有
する半導体層と共振器のメサの上に反対導電型半導体多
層膜反射鏡を形成する工程と、光の非出射面に電極を形
成する工程と、光の出射面に無反射コーティングと電極
を形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光素子
の製造方法。 - 【請求項6】 共振器の側面およびその周囲を覆う大き
いバンドギャップの半導体に代えて、高抵抗半導体を用
いることを特徴とする請求項3から請求項5までのいず
れか1項に記載された半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10340293A JPH06314855A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 半導体発光素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10340293A JPH06314855A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 半導体発光素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314855A true JPH06314855A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14353063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10340293A Withdrawn JPH06314855A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 半導体発光素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06314855A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261388A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ素子チップおよび光通信システム |
| JP2002261400A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Ricoh Co Ltd | レーザ、レーザ装置および光通信システム |
| JP2002329928A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-11-15 | Ricoh Co Ltd | 光通信システム |
| JP2008243954A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体光デバイス |
| JP2009038310A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体光デバイス |
| US7590159B2 (en) | 2001-02-26 | 2009-09-15 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode |
| CN111697114A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-09-22 | 东南大学苏州研究院 | 一种垂直结构led芯片及其制备方法 |
-
1993
- 1993-04-30 JP JP10340293A patent/JPH06314855A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7590159B2 (en) | 2001-02-26 | 2009-09-15 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emission laser diode operable in the wavelength band of 1.1-1.7 micrometers and optical telecommunication system using such a laser diode |
| JP2002261388A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Ricoh Co Ltd | 面発光型半導体レーザ素子チップおよび光通信システム |
| JP2002261400A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Ricoh Co Ltd | レーザ、レーザ装置および光通信システム |
| JP2002329928A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-11-15 | Ricoh Co Ltd | 光通信システム |
| JP2008243954A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体光デバイス |
| JP2009038310A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体光デバイス |
| CN111697114A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-09-22 | 东南大学苏州研究院 | 一种垂直结构led芯片及其制备方法 |
| CN111697114B (zh) * | 2020-07-29 | 2021-01-12 | 东南大学苏州研究院 | 一种垂直结构led芯片及其制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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