JP2010016232A - Semiconductor device, and semiconductor light emitting device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device capable of improving carrier concentration, and reducing electric resistance. <P>SOLUTION: An n-type clad layer 12 is formed into a superlattice layer formed by alternately laminating first semiconductor layers 12A and second semiconductor layers 12B. The first semiconductor layer 12A mainly contains a Se mixed crystal without containing Te, and is formed by containing, for instance, Be<SB>x1</SB>Mg<SB>x2</SB>Zn<SB>x3</SB>Se mixed crystal (0≤x1≤1, 0≤x2≤1, 0≤x3≤1 and x1+x2+x3=1). The second semiconductor layer 12B mainly contains a Te mixed crystal, and formed by containing, for instance, a Be<SB>x4</SB>Mg<SB>x5</SB>Zn<SB>x6</SB>Te mixed crystal (0≤x4≤1, 0≤x5≤1, 0≤x6≤1 and x4+x5+x6=1). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超格子層を備えた半導体素子および半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a superlattice layer and a semiconductor light emitting device.

半導体レーザ（Laser Diode ；ＬＤ）は、固体レーザやガスレーザに比べて小型かつ堅牢で高効率であり、通信、記録、加工、医療などのさまざまな産業分野で応用されている。また、ＲＧＢ３原色の可視光レーザを光源として用いることによりディスプレイを実現することが可能であることから、ディスプレイは半導体レーザの将来の応用分野として期待されている。ＲＧＢ３原色の可視光レーザとしては、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた高出力の赤色半導体レーザがすでに実現されている。また、青色レーザには、ＧａＩｎＮなどの窒化物系材料を用いることで高出力な半導体レーザが実現可能と考えられている。しかし、緑色の半導体レーザは、未だ実現されていない。   Semiconductor lasers (Laser Diodes; LDs) are smaller, more robust, and more efficient than solid state lasers and gas lasers, and are applied in various industrial fields such as communications, recording, processing, and medicine. In addition, since a display can be realized by using a visible light laser of three primary colors of RGB as a light source, the display is expected as a future application field of a semiconductor laser. As a visible light laser for the three primary colors of RGB, a high-power red semiconductor laser using an AlGaInP-based material has already been realized. Further, it is considered that a high-power semiconductor laser can be realized by using a nitride-based material such as GaInN for the blue laser. However, a green semiconductor laser has not been realized yet.

半導体レーザでは、活性層の材料のバンドギャップにおいて電子と正孔が再結合するときに放出される光を半導体内で共振させてレーザ光として取り出す。そのため、半導体レーザの波長は、活性層の材料で一意的に決定される。緑色帯（波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）の発光が得られる材料としては、ＩｎＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＺｎＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体がある。   In a semiconductor laser, light emitted when electrons and holes are recombined in the band gap of the material of the active layer is resonated in the semiconductor and extracted as laser light. Therefore, the wavelength of the semiconductor laser is uniquely determined by the material of the active layer. Materials that can emit light in the green band (wavelength of 500 nm to 600 nm) include nitride III-V compound semiconductors such as InGaN and II-VI compound semiconductors such as ZnSe.

前者では、緑色の発光ダイオード(Light Emitting Diode; ＬＥＤ)がすでに実用化されていが、緑色の半導体レーザは実用化されていない。ＩｎＧａＮではＩｎ混晶比２０％程度で緑色の発光が得られるが、このとき結晶内には歪が発生し、これに起因して結晶性の低下や内部電界による発光効率の低下が生じる。近年、非極性面基板を用いて内部電界の発生を防ぐことによって緑色の半導体レーザを実現する試みが盛んであるが、緑色の半導体レーザは未だ実現されていない。   In the former, a green light emitting diode (LED) has already been put into practical use, but a green semiconductor laser has not been put into practical use. InGaN can emit green light with an In mixed crystal ratio of about 20%, but at this time, distortion occurs in the crystal, resulting in a decrease in crystallinity and a decrease in light emission efficiency due to an internal electric field. In recent years, attempts have been made to realize a green semiconductor laser by using a nonpolar plane substrate to prevent the generation of an internal electric field, but the green semiconductor laser has not been realized yet.

後者では、レーザ発振の報告があるが、実用レベルの緑色の半導体レーザは実現されていない。例えば、E.Katoらによって、ＧａＡｓ基板上にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を積層することにより形成された５００ｎｍ付近の青緑色ＬＤにおいて、１ｍＷで約４００時間の室温連続発振を達成したことが報告されている（非特許文献１）が、この材料系では４００時間以上の寿命を得ることができていない。その理由は、結晶欠陥が発生し移動しやすいという、材料の物理的な性質に起因していると考えられている。   In the latter case, laser oscillation has been reported, but a practical level green semiconductor laser has not been realized. For example, E. Kato et al. Reported that a blue-green LD near 500 nm formed by laminating a II-VI compound semiconductor on a GaAs substrate achieved room temperature continuous oscillation for about 400 hours at 1 mW. (Non-Patent Document 1), however, this material system has not been able to obtain a lifetime of 400 hours or more. The reason for this is considered to be due to the physical properties of the material, in which crystal defects are generated and easily move.

ところで、上記の波長領域の発光素子の材料として、Ｂｅを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いることが検討されている。たとえば、非特許文献２では、ＢｅＺｎＳｅＴｅを活性層に使ったＬＥＤで、５，０００時間を超える素子寿命を達成したことが報告されている。Ｂｅを含むことによって結晶の共有結合性が高くなるので、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ではあるが、結晶が硬くなり欠陥生成も抑制されると考えられる。   By the way, the use of a II-VI group compound semiconductor containing Be as a material for a light emitting element in the above-described wavelength region has been studied. For example, Non-Patent Document 2 reports that an LED using BeZnSeTe as an active layer has achieved an element lifetime exceeding 5,000 hours. The inclusion of Be increases the covalent bondability of the crystal, and although it is a II-VI group compound semiconductor, it is considered that the crystal becomes hard and defect generation is suppressed.

さらに、特許文献１では、Ｂｅを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた上で、活性層とガイド層をタイプＩ接合する方策について提案されている。図４は、特許文献１に記載の半導体レーザの断面構成の一例を表したものである。図５は、図４の半導体レーザのバンドラインナップを模式的に示したものである。この半導体レーザでは、ＩｎＰ基板１１０上に、バッファ層１１１、ｎ型クラッド層１１２、ｎ型グレーデッド層１１３、ガイド層１１４、活性層１１５、ガイド層１１６、ｐ型クラッド層１１７およびコンタクト層１１８が積層されている。コンタクト層１１８上にはストライプ状の開口を有する絶縁層１２１が形成されており、その絶縁層１２１上には、絶縁層１２１の開口を介してコンタクト層１１８と接するｐ側電極１２２が形成されている。また、ＩｎＰ基板１１０の裏面には、ｎ側電極１２３が形成されている。   Further, Patent Document 1 proposes a method for performing type I junction between an active layer and a guide layer after using a II-VI group compound semiconductor containing Be. FIG. 4 illustrates an example of a cross-sectional configuration of the semiconductor laser described in Patent Document 1. FIG. 5 schematically shows a band lineup of the semiconductor laser of FIG. In this semiconductor laser, a buffer layer 111, an n-type cladding layer 112, an n-type graded layer 113, a guide layer 114, an active layer 115, a guide layer 116, a p-type cladding layer 117, and a contact layer 118 are formed on an InP substrate 110. Are stacked. An insulating layer 121 having a stripe-shaped opening is formed on the contact layer 118, and a p-side electrode 122 that is in contact with the contact layer 118 through the opening of the insulating layer 121 is formed on the insulating layer 121. Yes. An n-side electrode 123 is formed on the back surface of the InP substrate 110.

この半導体レーザでは、活性層１１５として、緑色で発光し、かつＩｎＰに格子整合するＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０が用いられている。また、図５に示したように、ガイド層１１４として、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０層１１４ＡおよびＭｇＳｅ層１１４Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられ、同様に、ガイド層１１６として、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０層１１６ＡおよびＭｇＳｅ層１１６Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられている。また、ｎ型クラッド層１１２として、Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ層１１２ＡおよびＭｇＳｅ層１１２Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられ、同様に、ｎ型グレーデッド層１１３として、Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ層１１３ＡおよびＭｇＳｅ層１１３Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられている。また、ｐ型クラッド層１１７として、Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ層１１７ＡおよびＭｇＳｅ層１１７Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられている。これにより、活性層１１５とガイド層１１４，１１６をタイプＩ接合させることができる。 In this semiconductor laser, Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 that emits green light and is lattice-matched to InP is used as the active layer 115. Further, as shown in FIG. 5, a superlattice formed by alternately laminating Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 layer 114A and MgSe layer 114B is used as the guide layer 114. Similarly, a superlattice formed by alternately laminating Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 layers 116A and MgSe layers 116B is used as the guide layer 116. Further, as the n-type cladding layer 112, a superlattice formed by alternately laminating Zn _0.48 Cd _0.52 Se layers 112A and MgSe layers 112B is used. Similarly, as the n-type graded layer 113, Zn ₀ A superlattice obtained by alternately stacking _.48 Cd _0.52 Se layers 113A and MgSe layers 113B is used. Further, as the p-type cladding layer 117, a superlattice formed by alternately laminating a Be _0.48 Zn _0.52 Te layer 117A and an MgSe layer 117B is used. Thus, the active layer 115 and the guide layers 114 and 116 can be type I bonded.

E.Kato et al. “Significant progress in II-VI blue-green laser diode lifetime” Electronics Letters 5th February 1998 Vol.34 No.3 p.282-284E.Kato et al. “Significant progress in II-VI blue-green laser diode lifetime” Electronics Letters 5th February 1998 Vol.34 No.3 p.282-284 I.Nomura et al. “Long life operations over 5000 hours of BeZnSeTe/MgZnCdSe visible light emitting diodes on InP substrates” phys.stat.sol(b) 243, No.4(2006) p.924-928I.Nomura et al. “Long life operations over 5000 hours of BeZnSeTe / MgZnCdSe visible light emitting diodes on InP substrates” phys.stat.sol (b) 243, No.4 (2006) p.924-928 T.Maruyama et al. “Compensation centers in ZnSeTe” Journal ofApplied Physics, Vol.86, No.11, 5993-5999(1999)T.Maruyama et al. “Compensation centers in ZnSeTe” Journal of Applied Physics, Vol.86, No.11, 5993-5999 (1999) 特開２００７−２５１０９２号公報JP 2007-255102 A

しかし、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）測定による価電子帯バンド不連続量評価と、ＰＬ(Photoluminescence)測定によるバンドギャップエネルギー評価とを行った結果、ｎ型グレーデッド層１１３の伝導帯下端が、活性層１１５の伝導帯下端よりも低く、ｎ型グレーデッド層１１３と活性層１１５とがタイプＩＩ接合していることが最近の研究から明らかになった。   However, as a result of valence band band discontinuity evaluation by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) measurement and band gap energy evaluation by PL (Photoluminescence) measurement, the conduction band lower end of the n-type graded layer 113 is Recent studies have revealed that the n-type graded layer 113 and the active layer 115 are type II junctions lower than the lower end of the conduction band of the active layer 115.

タイプＩＩ接合界面での発光（タイプＩＩ発光）は空間的に分離した電子と正孔との再結合発光であり、タイプＩＩ発光の発光効率はタイプＩ発光の発光効率と比べて著しく低い。また、光が生成される位置が活性層１１５の中心位置ではないので、活性層１１５への光閉じ込めが不十分となり、レーザ発振を得ることができない。   Light emission at the type II junction interface (type II light emission) is recombination light emission of electrons and holes that are spatially separated, and the light emission efficiency of type II light emission is significantly lower than that of type I light emission. Further, since the position where light is generated is not the center position of the active layer 115, light confinement in the active layer 115 becomes insufficient, and laser oscillation cannot be obtained.

そこで、それらの欠点を克服するために、例えば、図６、図７に示したように、ｎ型グレーデッド層１１３をなくし、さらにｎ型クラッド層１１２としてＭｇ_０．６０Ｚｎ_０．４０Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５を用いることが考えられる。 In order to overcome these drawbacks, for example, as shown in FIGS. 6 and 7, the n-type graded layer 113 is eliminated, and the Mg-type clad layer 112 is Mg _0.60 Zn _0.40 Se _0. It is conceivable to use _.85 Te _0.15 .

以下、Ｍｇ_０．６０Ｚｎ_０．４０Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５が活性層１１５またはガイド層１１４とはタイプＩ接合するか否かについて検証を行った。まず、Ｍｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙ単層をＩｎＰ基板上に結晶成長し、その組成と光学特性を評価した。ＥＤＸ(Energy Dispersive Spectroscopy)測定の結果、ｘは０．５９、ｙは０．８３となり、ＸＲＤ(X-ray Diffraction)測定の結果、ＩｎＰに対する格子不整合は０．４％であった。さらに、反射率分散測定を行った結果、バンドギャップは２．９９ｅＶであった。理論計算では、ｘ＝０．６０、ｙ＝０．８５でＭｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙはＩｎＰとほぼ格子整合し、Ｍｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙのバンドギャップが３．０ｅＶとなることがわかっている。従って、作製したＭｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙ単層の組成、格子定数およびバンドギャップは、理論値とほぼ一致した。 Hereinafter, it was verified whether Mg _0.60 Zn _0.40 Se _0.85 Te _0.15 was type I-bonded with the active layer 115 or the guide layer 114. First, a Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y single layer was grown on an InP substrate, and its composition and optical properties were evaluated. As a result of EDX (Energy Dispersive Spectroscopy) measurement, x was 0.59 and y was 0.83. As a result of XRD (X-ray Diffraction) measurement, the lattice mismatch with respect to InP was 0.4%. Furthermore, as a result of measuring the reflectance dispersion, the band gap was 2.99 eV. In theoretical calculation, when x = 0.60 and y = 0.85, Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y is almost lattice matched with InP, and a band of Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y . It has been found that the gap is 3.0 eV. Therefore, the composition, lattice constant, and band gap of the produced Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y monolayer almost coincided with the theoretical values.

次に、作製したＭｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙ単層に対してＸＰＳ評価を行ったところ、ＭｇＳｅのＶＢＭ(Valence Band Maximum)をゼロとした場合に、ＶＢＭが０．７９ｅＶとなった。ここで、活性層１１５やガイド層１１４の超格子の井戸層に用いられるＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０では、バンドギャップが２．３３、ＶＢＭが１．１４である。これにより、作製したＭｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙ単層とＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０との伝導帯下端の不連続量ΔＥｃは０．３１ｅＶとなり、作製したＭｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙ単層とＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０との価電子帯下端の不連続量ΔＥｖが０．３５ｅＶとなる。従って、作製したＭｇ_ｘＺｎ_１−ｘＳｅ_ｙＴｅ_１−ｙ単層と活性層１１５またはガイド層１１４とはタイプＩ接合することがわかった。 Next, when XPS evaluation was performed on the produced Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y monolayer, VBM was 0.79 eV when MgSe VBM (Valence Band Maximum) was set to zero. became. Here, in Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 used for the well layer of the superlattice of the active layer 115 and the guide layer 114, the band gap is 2.33 and the VBM is 1.14. is there. Thus, the discontinuity ΔEc at the lower end of the conduction band between the produced Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y monolayer and Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 is 0.31 eV. The discontinuous amount ΔEv at the lower end of the valence band between the produced Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y monolayer and Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 is 0.35 eV. It becomes. Therefore, it was found that the produced Mg _x Zn _1-x Se _y Te _1-y single layer and the active layer 115 or the guide layer 114 are type I bonded.

しかし、ＭｇＺｎＳｅＴｅ：Ｃｌでは、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３以下であり、電気抵抗が従来からｎ型クラッド層の材料として用いられてきたＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ超格子の電気抵抗と比べて１桁以上高いという結果が得られた。非特許文献３によれば、ＺｅＳｅＴｅ：Ｃｌでは、Ｃｌから生成される電子が格子間中心に存在するＴｅによって補償されることが示されており、ＭｇＺｎＳｅＴｅ：Ｃｌのキャリア濃度が低い原因も格子間中心に存在するＴｅが電子を補償していることが予想される。 However, in MgZnSeTe: Cl, the carrier concentration is 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less, and the electric resistance is one digit compared with the electric resistance of the MgSe / ZnCdSe superlattice conventionally used as the material of the n-type cladding layer. The result that it was higher was obtained. According to Non-Patent Document 3, it is shown that in ZeSeTe: Cl, electrons generated from Cl are compensated by Te existing in the center of the interstitial, and the cause of the low carrier concentration of MgZnSeTe: Cl is also the interstitial It is expected that Te present in the center compensates for electrons.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャリア濃度を高くすることが可能であり、かつ電気抵抗を低くすることの可能な半導体素子および半導体発光素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor element and a semiconductor light-emitting element capable of increasing the carrier concentration and reducing the electric resistance. It is in.

本発明の半導体素子は、半導体基板上に、第１半導体層および第２半導体層を交互に積層してなる超格子層を備えたものである。第１半導体層および第２半導体層のいずれか一方だけが、キャリアを補償する母体原子を含んでいる。   The semiconductor element of the present invention includes a superlattice layer formed by alternately laminating a first semiconductor layer and a second semiconductor layer on a semiconductor substrate. Only one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer includes a host atom that compensates for carriers.

本発明の半導体発光素子は、半導体基板上に、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層をこの順に含む積層構造を備えたものである。ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層の少なくとも一方は、第１半導体層および第２半導体層を交互に積層してなる超格子層を有しており、第１半導体層および第２半導体層のいずれか一方だけが、キャリアを補償する母体原子を含んでいる。   The semiconductor light emitting device of the present invention has a laminated structure including an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer in this order on a semiconductor substrate. At least one of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer has a superlattice layer formed by alternately laminating the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and any one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer Only one of them contains a host atom that compensates for the carrier.

本発明の半導体素子および半導体発光素子では、第１半導体層および第２半導体層のいずれか一方にだけ、キャリアを補償する母体原子が含まれている。これにより、製造過程において、第１半導体層および第２半導体層のうち、少なくとも母体原子を含まない方の半導体層（非含有層）にドーパントをドーピングすることにより、少なくとも上記非含有層において、ドーパントが上記母体原子によって補償される虞をなくすることができる。ここで、補償とは、例えば、上記母体原子が格子間中心に存在している場合に、その母体原子の周囲にキャリアを捕捉することを指している。   In the semiconductor device and the semiconductor light-emitting device of the present invention, only one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contains a host atom that compensates for carriers. Accordingly, in the manufacturing process, at least in the non-containing layer, the dopant is doped in the semiconductor layer (non-containing layer) which does not contain at least the host atom among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Can be prevented from being compensated by the host atom. Here, compensation refers to trapping carriers around the base atom when the base atom is present at the center of the lattice.

本発明の半導体素子および半導体発光素子によれば、第１半導体層および第２半導体層のいずれか一方にだけ、キャリアを補償する母体原子が含まれるようにしたので、少なくとも、上記非含有層において、ドーパントが上記母体原子によって補償される虞をなくすることができる。これにより、超格子層全体においてドーパントが上記母体原子によって補償されている場合と比べて、超格子層全体のキャリア濃度を高くすることができるので、超格子層全体の電気抵抗を低くすることが可能である。   According to the semiconductor element and the semiconductor light emitting element of the present invention, since only one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer includes the base atom that compensates for carriers, at least in the non-containing layer. The possibility that the dopant is compensated by the host atom can be eliminated. As a result, the carrier concentration of the entire superlattice layer can be increased compared to the case where the dopant is compensated for by the host atoms in the entire superlattice layer, so that the electrical resistance of the entire superlattice layer can be reduced. Is possible.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成を表すものである。図２は、図１の半導体レーザ１のｎ型クラッド層１２（後述）の断面構成を表すものである。図３は、図１の半導体レーザ１の各層のバンド構造の一例を模式的に表すものである。この半導体レーザ１は、エピタキシャル成長法、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ，ＭＯＶＰＥ）法により形成されたものであり、基板の結晶と特定の結晶学的方位関係を保ちつつ結晶膜を堆積成長させたものである。   FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of an n-type cladding layer 12 (described later) of the semiconductor laser 1 of FIG. FIG. 3 schematically shows an example of the band structure of each layer of the semiconductor laser 1 of FIG. The semiconductor laser 1 is formed by an epitaxial growth method, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) method. The crystal film is deposited and grown while maintaining the relationship.

半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、バッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、ガイド層１３、活性層１４、ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６およびコンタクト層１７をこの順に積層して構成された積層構造２０を備えている。   The semiconductor laser 1 is configured by laminating a buffer layer 11, an n-type cladding layer 12, a guide layer 13, an active layer 14, a guide layer 15, a p-type cladding layer 16 and a contact layer 17 in this order on one surface side of a substrate 10. The laminated structure 20 is provided.

基板１０は、例えばｎ型ＩｎＰ基板である。バッファ層１１は、ｎ型クラッド層１２からコンタクト層１７までの各半導体層の結晶成長性を良くするために基板１０の表面に形成されたものである。バッファ層１１は、例えば、基板１０がＩｎＰ基板である場合には、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓ層およびＣｌドープのｎ型ＺｎＣｄＳｅ層を基板１０側から順に積層して構成されている。   The substrate 10 is, for example, an n-type InP substrate. The buffer layer 11 is formed on the surface of the substrate 10 in order to improve the crystal growth of each semiconductor layer from the n-type cladding layer 12 to the contact layer 17. For example, when the substrate 10 is an InP substrate, the buffer layer 11 is configured by sequentially stacking a Si-doped n-type InGaAs layer and a Cl-doped n-type ZnCdSe layer from the substrate 10 side.

ｎ型クラッド層１２は、バンドギャップがガイド層１３および活性層１４のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率がガイド層１３および活性層１４の屈折率よりも小さく、さらに、伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端がガイド層１３および活性層１４の伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端よりも高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成されている。   The n-type cladding layer 12 has a band gap larger than that of the guide layer 13 and the active layer 14 and a refractive index smaller than that of the guide layer 13 and the active layer 14, and further has a lower end of the conduction band or a conduction band. The lower end of the first subband is made of a II-VI group compound semiconductor higher than the lower end of the conduction band of the guide layer 13 and the active layer 14 or the lower end of the first subband of the conduction band.

このｎ型クラッド層１２は、例えば、図２に示したように、第１半導体層１２Ａと第２半導体層１２Ｂとを交互に積層してなる超格子層となっている。ここで、第１半導体層１２Ａは、Ｔｅを含まないＳｅ混晶を主に含んでおり、例えば、ＭｇＺｎＳｅ混晶、ＺｎＳｅ混晶、ＭｇＳｅ混晶、ＢｅＭｇＳｅ混晶、ＢｅＳｅ混晶、ＢｅＺｎＳｅ混晶またはＢｅＭｇＺｎＳｅ混晶などのＢｅ_ｘ１Ｍｇ_ｘ２Ｚｎ_ｘ３Ｓｅ混晶（０≦ｘ１≦１，０≦ｘ２≦１，０≦ｘ３≦１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＝１）を含んで構成されている。一方、第２半導体層１２Ｂは、Ｔｅ混晶を主に含んでおり、例えば、ＭｇＺｎＴｅ混晶、ＺｎＴｅ混晶、ＭｇＴｅ混晶、ＢｅＭｇＴｅ混晶、ＢｅＴｅ混晶、ＢｅＺｎＴｅ混晶またはＢｅＭｇＺｎＴｅ混晶などのＢｅ_ｘ４Ｍｇ_ｘ５Ｚｎ_ｘ６Ｔｅ混晶（０≦ｘ４≦１，０≦ｘ５≦１，０≦ｘ６≦１，ｘ４＋ｘ５＋ｘ６＝１）を含んで構成されている。なお、第２半導体層１２ＢのＴｅ混晶には、Ｓｅが含まれていても構わない。 For example, as shown in FIG. 2, the n-type cladding layer 12 is a superlattice layer formed by alternately laminating first semiconductor layers 12A and second semiconductor layers 12B. Here, the first semiconductor layer 12A mainly contains a Se mixed crystal not containing Te, for example, MgZnSe mixed crystal, ZnSe mixed crystal, MgSe mixed crystal, BeMgSe mixed crystal, BeSe mixed crystal, BeZnSe mixed crystal or Be _x1 Mg _x2 Zn _x3 Se mixed crystal (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ x3 ≦ 1, x1 + x2 + x3 = 1) such as a BeMgZnSe mixed crystal. On the other hand, the second semiconductor layer 12B mainly contains a Te mixed crystal, such as a MgZnTe mixed crystal, a ZnTe mixed crystal, a MgTe mixed crystal, a BeMgTe mixed crystal, a BeTe mixed crystal, a BeZnTe mixed crystal, or a BeMgZnTe mixed crystal. Be _x4 Mg _x5 Zn _x6 Te mixed crystal (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ x5 ≦ 1, 0 ≦ x6 ≦ 1, x4 + x5 + x6 = 1) is included. The Te mixed crystal of the second semiconductor layer 12B may contain Se.

第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂのそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ（ＭＬ：モノレイヤー、１ＭＬ≒０．３ｎｍ）以上１０ＭＬ以下となっており、第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってｎ型クラッド層１２の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂの厚さの比（第１半導体層１２Ａの厚さ／第２半導体層１２Ｂの厚さ）は、バンドギャップがガイド層１３および活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっている。例えば、第１半導体層１２ＡがＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ混晶からなり、第２半導体層１２ＢがＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ混晶からなる場合には、０．８５／０．１５となっている。 Each layer thickness of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B is, for example, 1 ML (ML: monolayer, 1ML≈0.3 nm) or more and 10 ML or less, and the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12A. The effective band gap of the n-type cladding layer 12 can be changed (controlled) by the ratio of the material (composition ratio) and the thickness of each layer 12B. The ratio of the thicknesses of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B (the thickness of the first semiconductor layer 12A / the thickness of the second semiconductor layer 12B) is such that the band gap is the band gap between the guide layer 13 and the active layer 14. It is a value within a range that becomes larger than that. For example, when the first semiconductor layer 12A is made of a Mg _0.6 Zn _0.4 Se mixed crystal and the second semiconductor layer 12B is made of a Mg _0.6 Zn _0.4 Te mixed crystal, 0.85 / 0. .15.

ここで、Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ混晶ではＩｎＰとの格子不整合が６．８％と大きいので、第２半導体層１２ＢとしてＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ混晶を用いた場合には、コヒーレント成長を保つために第２半導体層１２Ｂの厚さを１ｎｍ以下とすることが望ましい。従って、第１半導体層１２ＡとしてＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ混晶を用い、かつ第２半導体層１２ＢとしてＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ混晶を用いた場合には、第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂの厚さの比（第１半導体層１２Ａの厚さ／第２半導体層１２Ｂの厚さ）を８．５ＭＬ／１．５ＭＬとすることが望ましい。これにより、ｎ型クラッド層１２をガイド層１３や活性層１４とタイプＩ接合することができ、しかも結晶欠陥の発生を抑えることができる。なお、超格子の一方の層厚が１ＭＬ程度となっている場合には、超格子は擬似混晶化されている可能性が高い。このことから、Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ（８．５ＭＬ）／Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ（１．５ＭＬ）超格子のバンドギャップやＶＢＭは、Ｍｇ_０．６０Ｚｎ_０．４０Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５混晶のバンドギャップやＶＢＭと同等であると考えられる。 _Since the lattice mismatch with InP is Mg 0.6 _{Zn 0.4} Te mixed crystals as large as 6.8%, was used _Mg 0.6 _{Zn 0.4} Te mixed crystal as the second semiconductor layer 12B In some cases, the thickness of the second semiconductor layer 12B is desirably 1 nm or less in order to maintain coherent growth. Therefore, when the Mg _0.6 Zn _0.4 Se mixed crystal is used as the first semiconductor layer 12A and the Mg _0.6 Zn _0.4 Te mixed crystal is used as the second semiconductor layer 12B, the first semiconductor layer 12A is used. The ratio of the thicknesses of the layer 12A and the second semiconductor layer 12B (the thickness of the first semiconductor layer 12A / the thickness of the second semiconductor layer 12B) is desirably 8.5 ML / 1.5 ML. As a result, the n-type clad layer 12 can be type-I bonded to the guide layer 13 and the active layer 14, and the occurrence of crystal defects can be suppressed. When one layer thickness of the superlattice is about 1 ML, the superlattice is likely to be pseudo-mixed. From this, the band gap and VBM of the Mg _0.6 Zn _0.4 Se (8.5 ML) / Mg _0.6 Zn _0.4 Te (1.5 ML) superlattice are Mg _0.60 Zn _0.40. It is considered that it is equivalent to the band gap and VBM of Se _0.85 Te _0.15 mixed crystal.

第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂのうち、少なくともＴｅを含まない方の半導体層（第１半導体層１２Ａ）には、ドーパントとしてｎ型不純物が少なくとも１種類ドープされている。ｎ型不純物としては、例えば、Ｃｌ、Ｇａ、Ａｌなどが挙げられる。   Of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B, the semiconductor layer (first semiconductor layer 12A) that does not contain at least Te is doped with at least one n-type impurity as a dopant. Examples of the n-type impurity include Cl, Ga, and Al.

ガイド層１３は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４の屈折率よりも小さく、さらに、伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端が活性層１４の伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端よりも高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層となっている。   The guide layer 13 has a band gap larger than that of the active layer 14 and a refractive index smaller than that of the active layer 14, and the lower end of the conduction band or the lower end of the conduction band first subband is the active layer 14. The II-VI group compound semiconductor layer is higher than the lower end of the conduction band or the lower end of the first subband of the conduction band.

このガイド層１３は、例えば、図３に示したように、井戸層１３Ａと障壁層１３Ｂとを交互に積層してなる超格子層となっている。ここで、井戸層１３Ａは、例えば、活性層１４と同一組成の半導体層となっており、例えば、主としてＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んでいる。一方、障壁層１３Ｂは、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。また、井戸層１３Ａおよび障壁層１３Ｂのそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上１０ＭＬ以下となっており、井戸層１３Ａおよび障壁層１３Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってガイド層１３の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層１３Ａおよび障壁層１３Ｂの厚さの比（障壁層１３Ｂの厚さ／井戸層１３Ａの厚さ）は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層１３ＡがＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０混晶からなり、障壁層１３ＢがＭｇＳｅ混晶からなる場合には、２ＭＬ／８ＭＬとなっている。 For example, as shown in FIG. 3, the guide layer 13 is a superlattice layer formed by alternately stacking well layers 13A and barrier layers 13B. Here, the well layer 13A is, for example, a semiconductor layer having the same composition as the active layer 14, and mainly includes, for example, a ZnSeTe mixed crystal or a BeZnSeTe mixed crystal. On the other hand, the barrier layer 13B mainly contains, for example, MgSe. Further, the thickness of each of the well layer 13A and the barrier layer 13B is, for example, 1 ML or more and 10 ML or less, and the guide layer depends on the material (composition ratio) and the ratio of each layer thickness of the well layer 13A and the barrier layer 13B. It is possible to change (control) 13 effective band gaps. The ratio of the thicknesses of the well layer 13A and the barrier layer 13B (the thickness of the barrier layer 13B / the thickness of the well layer 13A) is a value within a range where the band gap is larger than the band gap of the active layer 14. For example, when the well layer 13A is made of a Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 mixed crystal and the barrier layer 13B is made of an MgSe mixed crystal, the thickness is 2ML / 8ML.

なお、ガイド層１３は、上記した井戸層１３Ａおよび障壁層１３Ｂの他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、ガイド層１３は、単層構造であってもよく、例えば、主としてＭｇＺｎＳｅＴｅ混晶またはＭｇＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む単層構造となっていてもよい。   The guide layer 13 may further include some layers in addition to the well layer 13A and the barrier layer 13B described above. The guide layer 13 may have a single layer structure, for example, may have a single layer structure mainly including a MgZnSeTe mixed crystal or a MgBeZnSeTe mixed crystal.

また、ガイド層１３が上記したような積層構造となっている場合には、その積層構造に含まれる全ての層（例えば、井戸層１３Ａ、障壁層１３Ｂ、またはその他の何らかの層）がアンドープとなっていることが好ましい。なお、本明細書において「アンドープ」とは、対象となる半導体層を製造する際に不純物の原料を供給していないことを意味するものであり、対象となる半導体層に不純物が全く含まれていない場合や、他の半導体層などから拡散してきた不純物がわずかに含まれている場合も含まれる概念である。また、ガイド層１３が上記したような単層構造となっている場合には、層全体がアンドープとなっていることが好ましい。   Further, when the guide layer 13 has a laminated structure as described above, all the layers included in the laminated structure (for example, the well layer 13A, the barrier layer 13B, or some other layer) are undoped. It is preferable. In this specification, “undoped” means that no impurity material is supplied when the target semiconductor layer is manufactured, and the target semiconductor layer contains no impurities. It is a concept that includes cases where there is no impurity or impurities that are diffused from other semiconductor layers or the like. In addition, when the guide layer 13 has a single layer structure as described above, the entire layer is preferably undoped.

活性層１４は、所望の発光波長（例えば緑色帯）に対応したバンドギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層となっている。この活性層１４は、例えば、ＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んで構成されており、例えば、緑色帯の波長で発光し、かつＩｎＰと格子整合するＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０混晶により構成されている。なお、活性層１４がＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む量子井戸構造となっていてもよい。また、活性層１４の層全体がアンドープとなっていることが好ましい。 The active layer 14 is a II-VI group compound semiconductor layer having a band gap corresponding to a desired emission wavelength (for example, a green band). The active layer 14 includes, for example, a ZnSeTe mixed crystal or a BeZnSeTe mixed crystal, and emits light with a wavelength in the green band and lattice matches with InP, for example, Be _0.13 Zn _0.87 Se _0. It is composed of ₄₀ Te _0.60 mixed crystal. Note that the active layer 14 may have a quantum well structure containing a ZnSeTe mixed crystal or a BeZnSeTe mixed crystal. The entire active layer 14 is preferably undoped.

ガイド層１５は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４の屈折率よりも小さく、さらに、価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端が活性層１４の価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層となっている。   The guide layer 15 has a band gap larger than the band gap of the active layer 14 and a refractive index smaller than the refractive index of the active layer 14, and the upper end of the valence band or the upper end of the valence band first subband is the active layer. The II-VI group compound semiconductor layer is lower than the upper end of 14 valence bands or the upper end of the first valence band subband.

このガイド層１５は、例えば、図３に示したように、井戸層１５Ａと障壁層１５Ｂとを交互に積層してなる超格子層となっている。ここで、井戸層１５Ａは、例えば、活性層１４と同一組成の半導体層となっており、例えば、主としてＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んでいる。一方、障壁層１５Ｂは、例えば、主としてＭｇＳｅ混晶を含んでいる。また、井戸層１５Ａおよび障壁層１５Ｂのそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上１０ＭＬ以下となっており、井戸層１５Ａおよび障壁層１５Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってガイド層１５の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層１５Ａおよび障壁層１５Ｂの厚さの比（障壁層１５Ｂの厚さ／井戸層１５Ａの厚さ）は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層１５ＡがＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０混晶からなり、障壁層１５ＢがＭｇＳｅ混晶からなる場合には、２ＭＬ／８ＭＬとなっている。 For example, as shown in FIG. 3, the guide layer 15 is a superlattice layer formed by alternately stacking well layers 15A and barrier layers 15B. Here, the well layer 15A is, for example, a semiconductor layer having the same composition as that of the active layer 14, and mainly includes, for example, a ZnSeTe mixed crystal or a BeZnSeTe mixed crystal. On the other hand, the barrier layer 15B mainly includes, for example, a MgSe mixed crystal. The layer thickness of each of the well layer 15A and the barrier layer 15B is, for example, 1 ML or more and 10 ML or less, and the guide layer depends on the material (composition ratio) and the ratio of each layer thickness of the well layer 15A and the barrier layer 15B. It is possible to change (control) 15 effective band gaps. The ratio of the thickness of the well layer 15A and the barrier layer 15B (the thickness of the barrier layer 15B / the thickness of the well layer 15A) is a value within a range where the band gap is larger than the band gap of the active layer 14. For example, when the well layer 15A is made of a Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 mixed crystal and the barrier layer 15B is made of a MgSe mixed crystal, the thickness is 2ML / 8ML.

なお、ガイド層１５は、上記した井戸層１５Ａおよび障壁層１５Ｂの他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、ガイド層１５は、単層構造であってもよく、例えば、主としてＭｇＺｎＳｅＴｅ混晶またはＭｇＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む単層構造となっていてもよい。   The guide layer 15 may further include some layers in addition to the well layer 15A and the barrier layer 15B described above. Further, the guide layer 15 may have a single layer structure, for example, may have a single layer structure mainly including a MgZnSeTe mixed crystal or a MgBeZnSeTe mixed crystal.

また、ガイド層１５が上記したような積層構造となっている場合には、その積層構造に含まれる全ての層（例えば、井戸層１５Ａ、障壁層１５Ｂ、またはその他の何らかの層）がアンドープとなっていることが好ましい。また、ガイド層１５が上記したような単層構造となっている場合には、層全体がアンドープとなっていることが好ましい。   Further, when the guide layer 15 has a laminated structure as described above, all the layers included in the laminated structure (for example, the well layer 15A, the barrier layer 15B, or some other layer) are undoped. It is preferable. Further, when the guide layer 15 has a single-layer structure as described above, the entire layer is preferably undoped.

ｐ型クラッド層１６は、バンドギャップが活性層１４およびガイド層１５のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４およびガイド層１５の屈折率よりも小さいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体となっている。   The p-type cladding layer 16 is a II-VI group compound semiconductor having a band gap larger than that of the active layer 14 and the guide layer 15 and a refractive index smaller than that of the active layer 14 and the guide layer 15. Yes.

このｐ型クラッド層１６は、例えば、図３に示したように、井戸層１６Ａと障壁層１６Ｂとを交互に積層してなる超格子構造となっている。ここで、井戸層１６Ａは、例えば、主としてＢｅＺｎＴｅ混晶を含んでおり、障壁層１６Ｂは、例えば、主としてＭｇＳｅ混晶を含んでいる。また、井戸層１６Ａおよび障壁層１６Ｂのそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上１０ＭＬ以下となっており、井戸層１６Ａおよび障壁層１６Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってｐ型クラッド層１６の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層１６Ａおよび障壁層１６Ｂの厚さの比（障壁層１６Ｂの厚さ／井戸層１６Ａの厚さ）は、バンドギャップが活性層１５およびガイド層１５のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層１６ＡがＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ混晶からなり、障壁層１６ＢがＭｇＳｅ混晶からなる場合には、４ＭＬ／６ＭＬとなっている。 For example, as shown in FIG. 3, the p-type cladding layer 16 has a superlattice structure in which well layers 16A and barrier layers 16B are alternately stacked. Here, the well layer 16A mainly contains, for example, a BeZnTe mixed crystal, and the barrier layer 16B mainly contains, for example, an MgSe mixed crystal. The layer thickness of each of the well layer 16A and the barrier layer 16B is, for example, 1 ML or more and 10 ML or less. The p-type depends on the material (composition ratio) and the ratio of each layer thickness of the well layer 16A and the barrier layer 16B. It is possible to change (control) the effective band gap of the cladding layer 16. The ratio of the thicknesses of the well layer 16A and the barrier layer 16B (the thickness of the barrier layer 16B / the thickness of the well layer 16A) is a value within a range where the band gap is larger than the band gaps of the active layer 15 and the guide layer 15 For example, when the well layer 16A is made of a Be _0.48 Zn _0.52 Te mixed crystal and the barrier layer 16B is made of a MgSe mixed crystal, the thickness is 4ML / 6ML.

なお、ｐ型クラッド層１６は、上記した井戸層１６Ａおよび障壁層１６Ｂの他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、ｐ型クラッド層１６は、単層構造であってもよく、例えば、主としてＭｇＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む単層構造となっていてもよい。   The p-type cladding layer 16 may further include some layers in addition to the well layer 16A and the barrier layer 16B. The p-type cladding layer 16 may have a single-layer structure, for example, a single-layer structure mainly including a MgBeZnSeTe mixed crystal.

また、ｐ型クラッド層１６が上記したような積層構造となっている場合には、その積層構造に含まれる所定の層（例えば、井戸層１６Ａ、障壁層１６Ｂ、またはその他の何らかの層）にｐ型不純物が少なくとも１種類ドープされているか、または積層構造に含まれる所定の層以外の層よりも多くドープされていてもよい。また、ｐ型クラッド層１６が上記したような単層構造となっている場合には、ｐ型不純物が少なくとも１種類、層全体に均一にドープされていてよいし、層内で濃度分布が生じるように不均一にドープされていてもよい。ｐ型不純物としては、例えば、Ｎ、Ｐ、Ｏ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａまたはＫなどが挙げられる。   In addition, when the p-type cladding layer 16 has a laminated structure as described above, p is added to a predetermined layer (for example, the well layer 16A, the barrier layer 16B, or some other layer) included in the laminated structure. At least one type impurity may be doped, or may be doped more than layers other than the predetermined layer included in the stacked structure. Further, when the p-type cladding layer 16 has a single-layer structure as described above, at least one p-type impurity may be uniformly doped in the entire layer, and a concentration distribution is generated in the layer. Thus, it may be doped non-uniformly. Examples of the p-type impurity include N, P, O, As, Sb, Li, Na, or K.

コンタクト層１７は、例えば、ｐ型ＺｎＴｅにより構成されている。   The contact layer 17 is made of, for example, p-type ZnTe.

また、この半導体レーザ１には、積層構造２０の上面にストライプ状の開口を有する絶縁層２１が形成されており、さらに、その開口を含む絶縁層２１の表面全体にｐ側電極２２が形成されている。また、基板１０の裏面には、ｎ側電極２３が形成されている。ｐ側電極２２は、例えば、パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層１７上にこの順に積層したものであり、コンタクト層１７と電気的に接続されている。また、ｎ側電極２３は、例えば、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とをこの順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。このｎ側電極２３は、半導体レーザ１を支持するためのサブマウント(図示せず)の表面に固定されており、さらに、サブマウントを介してヒートシンク（図示せず）の表面に固定されている。   Further, in this semiconductor laser 1, an insulating layer 21 having a stripe-shaped opening is formed on the upper surface of the laminated structure 20, and a p-side electrode 22 is formed on the entire surface of the insulating layer 21 including the opening. ing. An n-side electrode 23 is formed on the back surface of the substrate 10. The p-side electrode 22 is formed, for example, by stacking palladium (Pd), platinum (Pt), and gold (Au) on the contact layer 17 in this order, and is electrically connected to the contact layer 17. The n-side electrode 23 has a structure in which, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) are stacked in this order, Connected. The n-side electrode 23 is fixed to the surface of a submount (not shown) for supporting the semiconductor laser 1, and is further fixed to the surface of a heat sink (not shown) via the submount. .

ところで、上記したｎ型クラッド層１２、ガイド層１３、活性層１４、ガイド層１５およびｐ型クラッド層１６は、基板１０と格子整合していることが好ましい。ここで、基板１０がＩｎＰ基板となっている場合には、他の層はＩｎＰと格子整合する組成比の材料により構成されていることが好ましい。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のうちＩｎＰと格子整合するものとしては、例えば、以下に示した表１の材料が挙げられる。ただし、超格子構造となっている場合には、超格子を構成する各層に格子不整があっても超格子全体として格子不整がゼロ（ネットゼロ歪）となっていればよい。さらに、発光強度の劣化の少ない範囲内で各層が基板１０と格子不整合していてもよく、例えば、活性層１４については、当該活性層１４の基板１０との格子不整合率が１％以下となるような組成比となっていてもよい。   By the way, it is preferable that the n-type cladding layer 12, the guide layer 13, the active layer 14, the guide layer 15, and the p-type cladding layer 16 are lattice-matched with the substrate 10. Here, when the substrate 10 is an InP substrate, the other layers are preferably made of a material having a composition ratio lattice-matched with InP. Examples of II-VI group compound semiconductors that lattice match with InP include the materials shown in Table 1 below. However, in the case of a superlattice structure, even if there is a lattice irregularity in each layer constituting the superlattice, it is sufficient that the lattice irregularity is zero (net zero strain) as a whole superlattice. Furthermore, each layer may be lattice-mismatched with the substrate 10 within a range in which the emission intensity is less deteriorated. For example, for the active layer 14, the lattice mismatch rate of the active layer 14 with the substrate 10 is 1% or less. The composition ratio may be as follows.

なお、表１に示した４元混晶（ＢｅＺｎＳｅＴｅ）のＢｅ組成比をＩｎＰと格子整合条件下で０〜０．３まで変えることができるので、表１に示した４元混晶（ＢｅＺｎＳｅＴｅ）のバンドギャップを、２．０７ｅＶ〜２．６５ｅＶの範囲内の値とすることが可能である。例えば、ＢｅＺｎＳｅＴｅのＢｅ組成比を０．１３とし、Ｓｅ組成比を０．４０とすることにより、ＢｅＺｎＳｅＴｅのバンドギャップを、緑色帯の波長に対応するバンドギャップ（２．３３ｅＶ）とすることができる。   Since the Be composition ratio of the quaternary mixed crystal (BeZnSeTe) shown in Table 1 can be changed from 0 to 0.3 under lattice matching conditions with InP, the quaternary mixed crystal (BeZnSeTe) shown in Table 1 can be changed. Can be set to a value in the range of 2.07 eV to 2.65 eV. For example, by setting the Be composition ratio of BeZnSeTe to 0.13 and the Se composition ratio to 0.40, the band gap of BeZnSeTe can be set to a band gap (2.33 eV) corresponding to the wavelength of the green band. .

また、表１に示した各超格子層では、各層の組成比および層厚を適宜調整することにより、各超格子層のバンドギャップおよびＶＢＭを、タイプＩ接合するような範囲内の値とすることが可能である。例えば、ガイド層１３をＭｇＳｅ（２ＭＬ）／Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０（８ＭＬ）超格子とし、ｎ型クラッド層１２をＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ（８．５ＭＬ）／Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ（１．５ＭＬ）超格子とすることにより、ガイド層１３の伝導帯下端とｎ型クラッド層１２の伝導帯下端との不連続量ΔＥｃを０．３１ｅＶとすることが可能である（図３参照）。このとき、図３に示したように、ガイド層１３の価電子帯上端とｎ型クラッド層１２の価電子帯上端との不連続量ΔＥｖが０．３５ｅＶとなり、ｎ型クラッド層１２の価電子帯上端は、ガイド層１３の価電子帯上端よりも低くなっている。従って、この場合には、十分な正孔の閉じ込めが得られている。 Moreover, in each superlattice layer shown in Table 1, the band gap and VBM of each superlattice layer are set to values within a range that allows type I junction by appropriately adjusting the composition ratio and layer thickness of each layer. It is possible. For example, the guide layer 13 is made of MgSe (2ML) / Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 (8 ML) superlattice, and the n-type cladding layer 12 is made of Mg _0.6 Zn _0.4 Se ( 8.5 ML) / Mg _0.6 Zn _0.4 Te (1.5 ML) superlattice, so that the discontinuity ΔEc between the lower end of the conduction band of the guide layer 13 and the lower end of the conduction band of the n-type cladding layer 12 can be reduced. It can be 0.31 eV (see FIG. 3). At this time, as shown in FIG. 3, the discontinuous amount ΔEv between the valence band upper end of the guide layer 13 and the valence band upper end of the n-type cladding layer 12 becomes 0.35 eV, and the valence electrons of the n-type cladding layer 12 The upper end of the band is lower than the upper end of the valence band of the guide layer 13. Therefore, in this case, sufficient hole confinement is obtained.

なお、ｎ型クラッド層１２として、上記した超格子の代わりに、Ｍｇ_０．６４Ｚｎ_０．３６Ｓｅ（４ＭＬ）／ＺｎＴｅ（１ＭＬ）超格子を用いることによっても、ガイド層１３とｎ型クラッド層１２とをタイプＩ接合することが可能である。 The guide layer 13 and the n-type cladding layer can also be used by using a Mg _0.64 Zn _0.36 Se (4ML) / ZnTe (1ML) superlattice instead of the superlattice described above as the n-type cladding layer 12. 12 can be type I joined.

本実施の形態の積層構造２０は、例えば以下のようにして形成することが可能である。基板１０としてＩｎＰを使い、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）で積層構造２０を成長させる。   The laminated structure 20 of the present embodiment can be formed as follows, for example. Using InP as the substrate 10, the stacked structure 20 is grown by molecular beam epitaxy (MBE).

まず、基板１０としてｎ型ＩｎＰ基板を用意し、この基板１０をＭＢＥチャンバー（図示せず）内に載置する。続いて、熱処理により基板１０の表面酸化物を除去する。これにより、基板１０は表面再配列され、エピタキシャル成長に適した状態となる。   First, an n-type InP substrate is prepared as the substrate 10, and this substrate 10 is placed in an MBE chamber (not shown). Subsequently, the surface oxide of the substrate 10 is removed by heat treatment. Thereby, the substrate 10 is rearranged to be in a state suitable for epitaxial growth.

次に、ＳｉドープＩｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層を約１００ｎｍ、さらにＣｌドープＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ層を約１００ｎｍ成長させることによりバッファ層１１を形成する。ここでの組成比はＩｎＰ基板に格子整合する条件から決まる。なお、以下に記載の組成比についても同様である。 Next, a buffer layer 11 is formed by growing a Si-doped In _0.53 Ga _0.47 As layer to about 100 nm and a Cl-doped Zn _0.48 Cd _0.52 Se layer to about 100 nm. Here, the composition ratio is determined by the condition of lattice matching with the InP substrate. The same applies to the composition ratios described below.

次に、ＣｌドープＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ混晶層（約８．５ＭＬ）とアンドープＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｔｅ層（約１．５ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約６００ｎｍ成長させることにより下部クラッド層１２を形成する。 Next, a Cl-doped Mg _0.6 Zn _0.4 Se mixed crystal layer (about 8.5 ML) and an undoped Mg _0.6 Zn _0.4 Te layer (about 1.5 ML) are alternately stacked to form a superlattice structure. The lower cladding layer 12 is formed by growing about 600 nm.

次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約２ＭＬ）とアンドープＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０混晶層（約８ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約５０ｎｍ成長させることによりガイド層１３を形成する。次に、アンドープＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０混晶層を約１０ｎｍ成長させることにより活性層１５を形成する。次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約２ＭＬ）とアンドープＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０混晶層（約８ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約５０ｎｍ成長させることによりガイド層１５を形成する。次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約４ＭＬ）とＮドープＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ混晶層（約６ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約６００ｎｍ成長させることによりｐ型クラッド層１６を形成する。最後に、ＮドープＺｎＴｅを約５ｎｍ成長させることによりコンタクト層１７を形成する。このようにして、本実施の形態の積層構造２０は形成される。 Next, an undoped MgSe mixed crystal layer (about 2 ML) and an undoped Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 mixed crystal layer (about 8 ML) are alternately stacked to grow a superlattice structure by about 50 nm. By doing so, the guide layer 13 is formed. Next, an active layer 15 is formed by growing an undoped Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 mixed crystal layer by about 10 nm. Next, an undoped MgSe mixed crystal layer (about 2 ML) and an undoped Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 mixed crystal layer (about 8 ML) are alternately stacked to grow a superlattice structure by about 50 nm. By doing so, the guide layer 15 is formed. Next, an undoped MgSe mixed crystal layer (about 4 ML) and an N-doped Be _0.48 Zn _0.52 Te mixed crystal layer (about 6 ML) are alternately stacked to grow a superlattice structure by about 600 nm to form a p-type cladding. Layer 16 is formed. Finally, the contact layer 17 is formed by growing N-doped ZnTe by about 5 nm. In this way, the stacked structure 20 of the present embodiment is formed.

本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極２２と下部電極２３との間に所定の電圧が印加されると、活性層１５に電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じ、端面（図示せず）から例えば青紫色から橙色（４８０ｎｍ〜６００ｎｍ）の範囲内の波長のレーザ光が積層面内方向に向けて射出される。   In the semiconductor laser 1 of the present embodiment, when a predetermined voltage is applied between the upper electrode 22 and the lower electrode 23, a current is injected into the active layer 15, and light emission occurs due to electron-hole recombination, Laser light having a wavelength within a range of, for example, blue-violet to orange (480 nm to 600 nm) is emitted from an end face (not shown) toward the in-plane direction of the stack.

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の効果について、比較例と対比しつつ説明する。   Next, the effect of the semiconductor laser 1 of the present embodiment will be described in comparison with a comparative example.

図４は、比較例１に係る半導体レーザの断面構成を表すものである。図５は、図４の半導体レーザのバンドラインナップの一例を模式的に表すものである。この半導体レーザでは、ＩｎＰ基板１１０上に、バッファ層１１１、ｎ型クラッド層１１２、ｎ型グレーデッド層１１３、ガイド層１１４、活性層１１５、ガイド層１１６、ｐ型クラッド層１１７およびコンタクト層１１８が積層されている。コンタクト層１１８上にはストライプ状の開口を有する絶縁層１２１が形成されており、その絶縁層１２１上には、絶縁層１２１の開口を介してコンタクト層１１８と接するｐ側電極１２２が形成されている。また、ＩｎＰ基板１１０の裏面には、ｎ側電極１２３が形成されている。   FIG. 4 illustrates a cross-sectional configuration of the semiconductor laser according to the first comparative example. FIG. 5 schematically shows an example of the band lineup of the semiconductor laser of FIG. In this semiconductor laser, a buffer layer 111, an n-type cladding layer 112, an n-type graded layer 113, a guide layer 114, an active layer 115, a guide layer 116, a p-type cladding layer 117, and a contact layer 118 are formed on an InP substrate 110. Are stacked. An insulating layer 121 having a stripe-shaped opening is formed on the contact layer 118, and a p-side electrode 122 that is in contact with the contact layer 118 through the opening of the insulating layer 121 is formed on the insulating layer 121. Yes. An n-side electrode 123 is formed on the back surface of the InP substrate 110.

比較例１に係る半導体レーザでは、活性層１１５として、緑色で発光し、かつＩｎＰに格子整合するＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０が用いられている。また、図５に示したように、ガイド層１１４として、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０層１１４ＡおよびＭｇＳｅ層１１４Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられ、同様に、ガイド層１１６として、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０層１１６ＡおよびＭｇＳｅ層１１６Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられている。また、ｎ型クラッド層１１２として、Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ層１１２ＡおよびＭｇＳｅ層１１２Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられ、同様に、ｎ型グレーデッド層１１３として、Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ層１１３ＡおよびＭｇＳｅ層１１３Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられている。また、ｐ型クラッド層１１７として、Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ層１１７ＡおよびＭｇＳｅ層１１７Ｂを交互に積層してなる超格子が用いられている。これにより、活性層１１５とガイド層１１４，１１６をタイプＩ接合させることができ、高い発光効率を得ることができる。 In the semiconductor laser according to Comparative Example 1, Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 that emits green light and lattice matches with InP is used as the active layer 115. Further, as shown in FIG. 5, a superlattice formed by alternately laminating Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 layer 114A and MgSe layer 114B is used as the guide layer 114. Similarly, a superlattice formed by alternately laminating Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 layers 116A and MgSe layers 116B is used as the guide layer 116. Further, as the n-type cladding layer 112, a superlattice formed by alternately laminating Zn _0.48 Cd _0.52 Se layers 112A and MgSe layers 112B is used. Similarly, as the n-type graded layer 113, Zn ₀ A superlattice obtained by alternately stacking _.48 Cd _0.52 Se layers 113A and MgSe layers 113B is used. Further, as the p-type cladding layer 117, a superlattice formed by alternately laminating a Be _0.48 Zn _0.52 Te layer 117A and an MgSe layer 117B is used. As a result, the active layer 115 and the guide layers 114 and 116 can be type-I bonded, and high luminous efficiency can be obtained.

しかし、ＸＰＳ測定による価電子帯バンド不連続量評価と、ＰＬ測定によるバンドギャップエネルギー評価とを行った結果、ｎ型グレーデッド層１１３の伝導帯下端が、活性層１１５の伝導帯下端よりも低く、ｎ型グレーデッド層１１３と活性層１１５とがタイプＩＩ接合していることがわかった。従って、比較例１に係る半導体レーザでは、タイプＩＩ発光が生じ、発光効率が著しく低い。また、光が生成される位置が活性層１１５の中心位置ではないので、活性層１１５への光閉じ込めが不十分となり、レーザ発振を得ることができない。   However, as a result of valence band band discontinuity evaluation by XPS measurement and band gap energy evaluation by PL measurement, the lower end of the conduction band of the n-type graded layer 113 is lower than the lower end of the conduction band of the active layer 115. It was found that the n-type graded layer 113 and the active layer 115 are type II bonded. Therefore, in the semiconductor laser according to Comparative Example 1, type II emission occurs, and the light emission efficiency is extremely low. Further, since the position where light is generated is not the center position of the active layer 115, light confinement in the active layer 115 becomes insufficient, and laser oscillation cannot be obtained.

一方、本実施の形態では、上記したように、ガイド層１３とｎ型クラッド層１２とがタイプＩ接合しているので、高い発光効率を得ることができる。また、光が生成される位置が活性層１４の中心位置となるので、活性層１４へ光を十分に閉じ込めることができ、レーザ発振を得ることができる。   On the other hand, in the present embodiment, as described above, since the guide layer 13 and the n-type cladding layer 12 are type-I bonded, high luminous efficiency can be obtained. Further, since the position where light is generated is the center position of the active layer 14, the light can be sufficiently confined in the active layer 14, and laser oscillation can be obtained.

図６は、比較例２に係る半導体レーザの断面構成を表すものである。図７は、図６の半導体レーザのバンドラインナップの一例を模式的に表すものである。この半導体レーザは、
比較例１に係る半導体レーザにおいて、ｎ型グレーデッド層１１３をなくし、さらにｎ型クラッド層１１２としてＭｇ_０．６０Ｚｎ_０．４０Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５：Ｃｌを用いたものである。比較例２に係る半導体レーザでは、ｎ型クラッド層１１２としてＭｇ_０．６０Ｚｎ_０．４０Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５を用いたので、本実施の形態で示した超格子層（Ｔｅを含まない半導体層を含む超格子層）をｎ型クラッド層１１２に用いなくても、ｎ型クラッド層１１２と活性層１１５またはガイド層１１４とをタイプＩ接合させることが可能である。 FIG. 6 illustrates a cross-sectional configuration of a semiconductor laser according to Comparative Example 2. FIG. 7 schematically shows an example of the band lineup of the semiconductor laser shown in FIG. This semiconductor laser
In the semiconductor laser according to Comparative Example 1, the n-type graded layer 113 is eliminated, and Mg _0.60 Zn _0.40 Se _0.85 Te _0.15 : Cl is used as the n-type cladding layer 112. In the semiconductor laser according to Comparative Example 2, Mg _0.60 Zn _0.40 Se _0.85 Te _0.15 was used as the n-type cladding layer 112, so the superlattice layer (including Te shown in this embodiment) was used. The n-type cladding layer 112 and the active layer 115 or the guide layer 114 can be type-I bonded without using a superlattice layer including a non-semiconductor layer) as the n-type cladding layer 112.

しかし、比較例２に係る半導体レーザでは、ｎ型クラッド層１１２において、ドーパント（Ｃｌ）がＴｅと共に同一層内に混在している。ここで、Ｔｅ原子は、格子間中心に位置する場合に、キャリア（電子）を補償する作用を有しており、格子間中心に位置するＴｅ原子の周囲にキャリア（電子）を捕捉するキャリアキラーとなる。そのため、ドーパント（Ｃｌ）とＴｅとを同一層内に混在させると、Ｔｅ原子がキャリアキラーとなってドーパント（Ｃｌ）を捕捉してしまい、ドーパント（Ｃｌ）の活性が阻害されてしまう。その結果、キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３以下となってしまい、さらに、電気抵抗が従来からｎ型クラッド層の材料として用いられてきたＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ超格子の電気抵抗と比べて１桁以上高くなってしまう。 However, in the semiconductor laser according to Comparative Example 2, in the n-type cladding layer 112, the dopant (Cl) is mixed with Te in the same layer. Here, when Te atoms are located at the center of the lattice, they have a function of compensating carriers (electrons), and a carrier killer that captures carriers (electrons) around Te atoms located at the center of the lattice. It becomes. Therefore, when the dopant (Cl) and Te are mixed in the same layer, Te atoms become carrier killer and trap the dopant (Cl), thereby inhibiting the activity of the dopant (Cl). As a result, the carrier concentration becomes 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ or less, and the electric resistance is one digit as compared with the electric resistance of the MgSe / ZnCdSe superlattice conventionally used as the material of the n-type cladding layer. It will be higher.

一方、本実施の形態では、ｎ型クラッド層１２において、第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂのいずれか一方（第２半導体層１２Ｂ）にだけ、キャリア（電子）を補償する母体原子であるＴｅが格子間中心に含まれており、第１半導体層１２ＡにはＴｅが含まれていない。これにより、製造過程において、第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂのうち、少なくともＴｅを含まない方の半導体層（第１半導体層１２Ａ）に、ドーパントとしてｎ型不純物を少なくとも１種類ドープすることにより、第１半導体層１２Ａにおいてキャリア濃度をかせぐことが可能となる。その結果、比較例２に係る半導体レーザの場合と比べて、ｎ型クラッド層１２全体のキャリア濃度を十分に高濃度にすることができ、さらにｎ型クラッド層１２全体の電気抵抗を十分に低くすることができる。   On the other hand, in the present embodiment, in the n-type cladding layer 12, only one of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B (second semiconductor layer 12B) is a base atom that compensates carriers (electrons). Some Te is included in the center of the interstitial, and Te is not included in the first semiconductor layer 12A. Thus, in the manufacturing process, at least one of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B that does not contain Te (first semiconductor layer 12A) is doped with at least one n-type impurity as a dopant. This makes it possible to increase the carrier concentration in the first semiconductor layer 12A. As a result, the carrier concentration of the entire n-type cladding layer 12 can be made sufficiently high as compared with the semiconductor laser according to Comparative Example 2, and the electrical resistance of the entire n-type cladding layer 12 can be made sufficiently low. can do.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。   While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態では、本発明をＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体レーザに適用した場合について説明したが、他の化合物半導体レーザに対しても適用可能である。また、本発明を半導体レーザのｎ型クラッド層に適用した場合について説明したが、キャリアを補償する母体原子を用いる半導体層全てに対して適用可能である。従って、本発明を半導体レーザとは異なる半導体素子に対しても適用可能であり、また、ｐ型半導体層に対しても適用可能な場合がある。   For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a II-VI group compound semiconductor laser has been described, but the present invention can also be applied to other compound semiconductor lasers. Although the case where the present invention is applied to an n-type cladding layer of a semiconductor laser has been described, the present invention can be applied to all semiconductor layers using base atoms that compensate carriers. Therefore, the present invention can be applied to a semiconductor element different from the semiconductor laser, and may be applicable to a p-type semiconductor layer.

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面構成図である。It is a section lineblock diagram of a semiconductor laser concerning one embodiment of the present invention. 図１の半導体レーザのｎ型クラッド層の断面構成図である。FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of an n-type cladding layer of the semiconductor laser of FIG. 1. 図１の半導体レーザのバンドラインナップの一例を模式的に表した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a band lineup of the semiconductor laser of FIG. 1. 比較例１に係る半導体レーザの断面構成図である。6 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor laser according to Comparative Example 1. FIG. 図４の半導体レーザのバンドラインナップの一例を模式的に表した模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a band lineup of the semiconductor laser of FIG. 4. 比較例２に係る半導体レーザの断面構成図である。6 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor laser according to Comparative Example 2. FIG. 図６の半導体レーザのバンドラインナップの一例を模式的に表した模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing an example of a band lineup of the semiconductor laser of FIG. 6.

符号の説明Explanation of symbols

１…半導体レーザ、１０…基板、１１…バッファ層、１２…ｎ型クラッド層、１２Ａ…第１半導体層、１２Ｂ…第２半導体層、１３，１５…ガイド層、１３Ａ，１５Ａ，１６Ａ…井戸層、１３Ｂ，１５Ｂ，１６Ｂ…障壁層、１４…活性層、１６…ｐ型クラッド層、１７…コンタクト層、２０…積層構造、２１…絶縁層、２２…ｐ側電極、２３…ｎ側電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 10 ... Board | substrate, 11 ... Buffer layer, 12 ... N-type clad layer, 12A ... 1st semiconductor layer, 12B ... 2nd semiconductor layer, 13, 15 ... Guide layer, 13A, 15A, 16A ... Well layer , 13B, 15B, 16B ... barrier layer, 14 ... active layer, 16 ... p-type cladding layer, 17 ... contact layer, 20 ... laminated structure, 21 ... insulating layer, 22 ... p-side electrode, 23 ... n-side electrode.

Claims (12)

半導体基板上に、第１半導体層および第２半導体層を交互に積層してなる超格子層を備え、
前記第１半導体層および前記第２半導体層のいずれか一方だけがキャリアを補償する母体原子を含む半導体素子。 A superlattice layer formed by alternately laminating a first semiconductor layer and a second semiconductor layer on a semiconductor substrate,
A semiconductor element in which only one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer includes host atoms that compensate carriers. 前記母体原子は格子間中心に存在している請求項１に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the base atom exists in the center of the interstitial. 前記第１半導体層および前記第２半導体層はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成される請求項１に記載の半導体素子。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a II-VI group compound semiconductor. 前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち、少なくとも前記母体原子を含まない方の半導体層はドーパントを含む請求項１に記載の半導体素子。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer that does not include the host atom includes a dopant. 前記ドーパントはＣｌである請求項４に記載の半導体素子。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the dopant is Cl. 前記母体原子はＴｅである請求項１に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the base atom is Te. 前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち前記母体原子を含む方の半導体層は、Ｔｅ混晶を主に含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち前記母体原子を含まない方の半導体層は、Ｓｅ混晶を主に含む請求項１に記載の半導体素子。 Of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the semiconductor layer containing the host atom mainly contains a Te mixed crystal,
2. The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor layer that does not include the host atom among the first semiconductor layer and the second semiconductor layer mainly includes a Se mixed crystal. 前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち前記母体原子を含む方の半導体層は、Ｂｅ_ｘ１Ｍｇ_ｘ２Ｚｎ_ｘ３Ｔｅ混晶（０≦ｘ１≦１，０≦ｘ２≦１，０≦ｘ３≦１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＝１）を含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち前記母体原子を含まない方の半導体層は、Ｂｅ_ｘ４Ｍｇ_ｘ５Ｚｎ_ｘ６Ｓｅ混晶（０≦ｘ４≦１，０≦ｘ５≦１，０≦ｘ６≦１，ｘ４＋ｘ５＋ｘ６＝１）を含む請求項７に記載の半導体素子。 Of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the semiconductor layer containing the host atom is a Be _x1 Mg _x2 Zn _x3 Te mixed crystal (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ x3 ≦). 1, x1 + x2 + x3 = 1),
Of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the semiconductor layer that does not include the host atom is a Be _x4 Mg _x5 Zn _x6 Se mixed crystal (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ x5 ≦ 1, 0 ≦ x6). The semiconductor element according to claim 7, which includes ≦ 1, x4 + x5 + x6 = 1). 前記半導体基板はＩｎＰ基板である請求項１に記載の半導体素子。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is an InP substrate. 半導体基板上に、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層をこの順に含む積層構造を備え、
前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層の少なくとも一方は、第１半導体層および第２半導体層を交互に積層してなる超格子層を有し、
前記第１半導体層および前記第２半導体層のいずれか一方だけがキャリアを補償する母体原子を含む半導体発光素子。 A laminated structure including an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer in this order on a semiconductor substrate,
At least one of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer has a superlattice layer formed by alternately stacking first semiconductor layers and second semiconductor layers,
A semiconductor light-emitting element in which only one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer includes a host atom that compensates for carriers. 前記超格子層は、前記ｎ型クラッド層内に形成されている請求項１０に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 10, wherein the superlattice layer is formed in the n-type cladding layer. 前記活性層はＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち前記母体原子を含む方の半導体層は、Ｂｅ_ｘ１Ｍｇ_ｘ２Ｚｎ_ｘ３Ｔｅ混晶（０≦ｘ１≦１，０≦ｘ２≦１，０≦ｘ３≦１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＝１）を含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層のうち前記母体原子を含まない方の半導体層は、Ｂｅ_ｘ４Ｍｇ_ｘ５Ｚｎ_ｘ６Ｓｅ混晶（０≦ｘ４≦１，０≦ｘ５≦１，０≦ｘ６≦１，ｘ４＋ｘ５＋ｘ６＝１）を含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、前記超格子層の伝導体下端が前記活性層の伝導帯下端よりも高い準位となるような組成比および層厚となっている請求項１０に記載の半導体発光素子。 The active layer includes a ZnSeTe mixed crystal or a BeZnSeTe mixed crystal,
Of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the semiconductor layer containing the host atom is a Be _x1 Mg _x2 Zn _x3 Te mixed crystal (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ x3 ≦). 1, x1 + x2 + x3 = 1),
Of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the semiconductor layer that does not include the host atom is a Be _x4 Mg _x5 Zn _x6 Se mixed crystal (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ x5 ≦ 1, 0 ≦ x6). ≦ 1, x4 + x5 + x6 = 1)
11. The composition ratio and layer thickness of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are such that the lower end of the conductor of the superlattice layer is at a higher level than the lower end of the conduction band of the active layer. The semiconductor light-emitting device described in 1.

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