JP2010040926A

JP2010040926A - Semiconductor element

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Publication number: JP2010040926A
Application number: JP2008204403A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kishino; 克巳岸野; Ichiro Nomura; 一郎野村; Kunihiko Tasai; 邦彦田才; Kyoji Yamaguchi; 恭司山口; Hitoshi Nakamura; 均中村; Sumiko Fujisaki; 寿美子藤崎; Takeshi Kikawa; 健紀川
Original assignee: Hitachi Ltd; Sony Corp; Sophia School Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Sony Corp; Sophia School Corp
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element, where both of an n-type cladding layer and a p-type one are mainly made of the same kind of mixed crystal, resistance can be reduced, and type I junction with an active layer can be achieved. <P>SOLUTION: In a superlattice structure, both of the n- and p-type cladding layers 12, 16 alternately include Mg<SB>x1</SB>Zn<SB>x2</SB>Cd<SB>1-x1-x2</SB>Se mixed crystal layers (first semiconductor layers 12A, 16A) and Mg<SB>x3</SB>Be<SB>x4</SB>Zn<SB>1-x3-x4</SB>Se<SB>x5</SB>Te<SB>1-x5</SB>mixed crystal layers (second semiconductor layers 12B, 16B) mainly. The n-type cladding layer 12 includes n-type impurities at least in the first semiconductor layer 12A of the first and second semiconductor layers 12A, 12B. The p-type cladding layer 16 includes p-type impurities at least in the second semiconductor layer 16B of the first and second semiconductor layers 16A, 16B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、緑色波長帯のバンドギャップを有する活性層を備えた半導体素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including an active layer having a band gap of a green wavelength band.

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されている。しかし、緑色の半導体レーザでは、未だ実用化に至る材料が開発されていない。 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. In addition, a high-power semiconductor laser is realized by using a nitride-based material such as GaInN for the blue laser. However, green semiconductor lasers have not yet been developed for practical use.

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を活性層に用いた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とをタイプ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. As a result, 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およびｎ型クラッド層１１２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およびｎ型クラッド層１１２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, n-type graded layer 113 and n-type clad layer 112 are obtained. Recent studies have revealed that the lower end of the conduction band of the active layer 115 is lower than the lower end of the conductive band of the active layer 115 and that the n-type graded layer 113 and the n-type clad layer 112 and the active layer 115 are in a type II junction. .

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.

また、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、ｐ型クラッド層１１７の価電子帯上端は活性層１１５の価電子帯上端よりも低く、ｐ型クラッド層１１７と活性層１１５とはタイプＩ接合していることが分かった。しかし、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ：Ｎと、ＺｎＣｄＳｅ：Ｃｌとをｐｎ接合させた素子を作製し、ＩＶ測定を行った結果、素子の抵抗率が数百Ω・ｃｍ程度と、高かった。したがって、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅは、p型クラッド層の材料としては不適であることが分かった。 In addition, as a result of evaluation of valence band discontinuity by XPS measurement and band gap energy evaluation by PL measurement, the upper end of the valence band of the p-type cladding layer 117 is lower than the upper end of the valence band of the active layer 115. It was found that the p-type cladding layer 117 and the active layer 115 are type I bonded. However, a device in which MgSe / BeZnTe: N and ZnCdSe: Cl were pn-junctioned was fabricated and subjected to IV measurement. As a result, the resistivity of the device was as high as several hundred Ω · cm. Therefore, it was found that MgSe / BeZnTe is not suitable as a material for the p-type cladding layer.

また、図４の半導体レーザでは、ｎ型クラッド層１１２とｐ型クラッド層１１７とが異なる種類の混晶によって構成されている。これは、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体では、ｎ型不純物をドープし易い材料と、ｐ型不純物をドープし易い材料とが互いに異なっており、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層に同種の混晶を用いることが容易ではなかったからである。しかし、ｎ型クラッド層１１２とｐ型クラッド層１１７とを異なる種類の混晶によって構成した結果、半導体レーザに含まれる層種が多くなり、半導体レーザを作製する上で、レーザ構造の再現性が低下する可能性がある。また、ｎ型クラッド層１１２およびｐ型クラッド層１１７を形成する際に同一の成長条件を用いることができないので、結晶成長を中断したり、界面での供給量を切り替えたりすることが必要となり、結晶品質が低下する可能性がある。 In the semiconductor laser of FIG. 4, the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117 are made of different types of mixed crystals. This is because, in II-VI group compound semiconductors, materials that are easily doped with n-type impurities and materials that are easily doped with p-type impurities are different from each other, and the same kind of mixed crystal is used for the n-type cladding layer and the p-type cladding layer. This is because it was not easy to use. However, as a result of configuring the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117 with different types of mixed crystals, the number of layer types included in the semiconductor laser increases, and the reproducibility of the laser structure is improved in fabricating the semiconductor laser. May be reduced. Further, since the same growth conditions cannot be used when forming the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117, it is necessary to interrupt the crystal growth or switch the supply amount at the interface. Crystal quality may be degraded.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層が共に主として同種の混晶からなり、かつ低抵抗化可能であって活性層とタイプＩ接合し得る半導体素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to make both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer mainly composed of the same kind of mixed crystal and reduce the resistance. An object of the present invention is to provide a semiconductor element that can be bonded.

本発明の半導体素子は、基板上に、ｎ型クラッド層と、緑色波長帯のバンドギャップを有する活性層と、ｐ型クラッド層とをこの順に含む半導体層を備えている。ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層は、第１半導体層および第２半導体層を交互に含む超格子構造を有している。第１半導体層は、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶（０≦ｘ１＜１，０＜ｘ２＜１）を含んでおり、第２半導体層は、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶（０≦ｘ３＜１，０＜ｘ４＜１，０≦ｘ５＜１）を含んでいる。さらに、ｎ型クラッド層は、当該ｎ型クラッド層内の第１半導体層および第２半導体層のうち少なくとも第１半導体層にｎ型不純物を含んでおり、ｐ型クラッド層は、当該ｐ型クラッド層内の第１半導体層および第２半導体層のうち少なくとも第２半導体層にｐ型不純物を含んでいる。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer including an n-type cladding layer, an active layer having a band gap in the green wavelength band, and a p-type cladding layer in this order on a substrate. The n-type cladding layer and the p-type cladding layer have a superlattice structure that alternately includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. The first semiconductor layer mainly includes a Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se mixed crystal (0 ≦ x1 <1, 0 <x2 <1), and the second semiconductor layer mainly includes Mg _x3 Be _x4 Zn. _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal (0 ≦ x3 <1,0 <x4 <1,0 ≦ x5 <1) is included. Further, the n-type cladding layer includes an n-type impurity in at least the first semiconductor layer of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the n-type cladding layer, and the p-type cladding layer includes the p-type cladding layer. Of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the layer, at least the second semiconductor layer contains a p-type impurity.

本発明の半導体素子では、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層が共に、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶を含む第１半導体層と、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶を含む第２半導体層を交互に含む超格子構造を有している。つまり、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層が主として同種の混晶を含んで構成されている。これにより、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を形成する際に同一の成長条件を用いることができるので、結晶成長を中断したり、界面での供給量を切り替えたりする必要がない。その結果、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を異なる種類の混晶によって構成した場合のような結晶品質の低下をなくすることができる。また、第１半導体層は、電子を補償する作用を有するＴｅを主に含んでいないことから、当該ｎ型クラッド層内の第１半導体層および第２半導体層のうち少なくとも第１半導体層にｎ型不純物を含ませることにより、ｎ型クラッド層においてｎ型不純物の活性化が阻害されるのを抑制することができる。その結果、ｎ型クラッド層においてキャリア濃度を十分に高濃度にすることができ、ｎ型クラッド層全体の電気抵抗を十分に低くすることができる。また、ｐ型クラッド層中に含まれるＭｇの割合を、ｐ型クラッド層を従来から用いられてきたＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子によって構成した場合の、ｐ型クラッド層中に含まれるＭｇの割合よりも小さくすることができる。従って、そのようにした場合には、ｐ型クラッド層においてキャリア濃度を十分に高濃度にすることができ、ｐ型クラッド層全体の電気抵抗を十分に低くすることができる。また、Ｍｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ／Ｍｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５超格子は、組成比および層厚を適切に設定することにより、バンドギャップを活性層のバンドギャップよりも大きくすることができ、さらに、伝導帯下端を活性層の伝導帯下端よりも高く、価電子帯上端を活性層の価電子帯上端よりも低くすることができる。従って、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を活性層とタイプＩ接合させることができる。 In the semiconductor device of the present invention, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer both include a first semiconductor layer mainly containing Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se mixed crystal, and mainly Mg _x3 Be _x4 Zn _{1-x3. It} has a superlattice structure that alternately includes second semiconductor layers containing _-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal. That is, the n-type clad layer and the p-type clad layer are mainly composed of the same kind of mixed crystal. Thereby, since the same growth conditions can be used when forming the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, it is not necessary to interrupt the crystal growth or switch the supply amount at the interface. As a result, it is possible to eliminate the deterioration in crystal quality as in the case where the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are composed of different types of mixed crystals. In addition, since the first semiconductor layer mainly does not contain Te having a function of compensating electrons, at least the first semiconductor layer in the n-type cladding layer includes n in the first semiconductor layer. By including the type impurity, it is possible to suppress the inhibition of the activation of the n type impurity in the n type cladding layer. As a result, the carrier concentration in the n-type cladding layer can be made sufficiently high, and the electrical resistance of the entire n-type cladding layer can be made sufficiently low. Further, the proportion of Mg contained in the p-type cladding layer is set to be higher than the proportion of Mg contained in the p-type cladding layer when the p-type cladding layer is constituted by a conventionally used MgSe / BeZnTe superlattice. Can be small. Therefore, in such a case, the carrier concentration in the p-type cladding layer can be made sufficiently high, and the electrical resistance of the entire p-type cladding layer can be made sufficiently low. In addition, the Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se / Mg _x3 Be _x4 Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 superlattice has a band gap by appropriately setting the composition ratio and the layer thickness. The band gap of the active layer can be made larger, the lower end of the conduction band can be higher than the lower end of the conduction band of the active layer, and the upper end of the valence band can be lower than the upper end of the valence band of the active layer. Therefore, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer can be type I bonded to the active layer.

本発明の半導体素子によれば、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を共に、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶を含む第１半導体層と、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶を含む第２半導体層を交互に含む超格子構造によって構成するようにしたので、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を異なる種類の混晶によって構成した場合のような結晶品質の低下をなくすることができ、また、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層全体の電気抵抗を十分に低くすることができる。さらに、Ｍｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ／Ｍｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５超格子の組成比および層厚を適切に設定することにより、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を活性層とタイプＩ接合させることができる。 According to the semiconductor element of the present invention, both the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are mainly composed of the Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se mixed crystal and the Mg _x3 Be _x4 Zn _{1. Since the x-x3-x4} Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal is included in the superlattice structure alternately including the second semiconductor layer, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are configured by different types of mixed crystals. In this case, it is possible to eliminate the deterioration of the crystal quality as in the case of the case, and it is possible to sufficiently reduce the electric resistance of the entire n-type cladding layer and p-type cladding layer. Furthermore, by appropriately setting the composition ratio and the layer thickness of the Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se / Mg _x3 Be _x4 Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 superlattice, the n-type cladding layer And the p-type cladding layer can be type I bonded to the active layer.

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 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を基板１０側からこの順に積層して構成された半導体層２０を備えている。 The semiconductor laser 1 includes 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 from the substrate 10 side on one surface side of the substrate 10. A semiconductor layer 20 formed by stacking 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く、価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端がガイド層１３および活性層１４の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。 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 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, and the upper end of the valence band or the upper end of the first subband is the guide layer 13 and the active layer 14. It is a II-VI group compound semiconductor layer lower than the upper end of the valence band or the upper end of the first subband of the valence 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構造となっている。ここで、第１半導体層１２Ａは、Ｔｅを含まないＳｅ混晶を主として含んで構成されている。第１半導体層１２Ａは、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶（０≦ｘ１＜１，０＜ｘ２＜１、０＜ｘ１＋ｘ２＜１）、具体的には、ＭｇＺｎＣｄＳｅ混晶またはＺｎＣｄＳｅ混晶を含んで構成されている。一方、第２半導体層１２Ｂは、Ｔｅ混晶を主として含んで構成されている。第２半導体層１２Ｂは、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶（０≦ｘ３＜１，０＜ｘ４＜１，０＜ｘ３＋ｘ４＜１，０≦ｘ５＜１）、具体的には、ＭｇＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶、ＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶、ＢｅＺｎＴｅ混晶を含んで構成されている。なお、第２半導体層１２Ｂには、上記したようにＳｅが含まれていても構わない。 The n-type cladding layer 12 has, for example, a superlattice structure in which first semiconductor layers 12A and second semiconductor layers 12B are alternately stacked as shown in FIG. Here, the first semiconductor layer 12A mainly includes a Se mixed crystal not including Te. The first semiconductor layer 12A is mainly composed of Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se mixed crystal (0 ≦ x1 <1, 0 <x2 <1, 0 <x1 + x2 <1), specifically, MgZnCdSe mixed crystal or A ZnCdSe mixed crystal is included. On the other hand, the second semiconductor layer 12B mainly includes a Te mixed crystal. The second semiconductor layer 12B is mainly composed of Mg _x3 Be _x4 Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal (0 ≦ x3 <1,0 <x4 <1,0 <x3 + x4 <1,0 ≦ x5 <1 Specifically, it is configured to include a MgBeZnSeTe mixed crystal, a BeZnSeTe mixed crystal, or a BeZnTe mixed crystal. The second semiconductor layer 12B may contain Se as described above.

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：分子層、１ＭＬ≒０．３ｎｍ）以上１０ＭＬ以下となっている。そのため、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）および各層厚によってｎ型クラッド層１２の実効的なバンドギャップと、第一サブバンドレベルとを変える（制御する）ことが可能となっている。超格子構造の周期長さ（第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂの厚さの合計）および第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り、さらに、ｎ型クラッド層１２の伝導体第一サブバンド下端がガイド層１３および活性層１４の伝導帯下端もしくは伝導帯第一サブバンド下端よりも高い準位となると共に、ｎ型クラッド層１２の価電子帯第一サブバンド上端がガイド層１３および活性層１４の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低い準位となる値となっている。 The thickness of each of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B is, for example, 1 ML (ML: molecular layer, 1 ML≈0.3 nm) or more and 10 ML or less. Therefore, the effective band gap of the n-type cladding layer 12 and the first subband level are changed (controlled) according to the respective materials (composition ratio) and thicknesses of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B. It is possible. The ratio of the periodic length of the superlattice structure (the total thickness of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B) and the thickness of the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B (the thickness of the first semiconductor layer 12A) / Thickness of the second semiconductor layer 12B) is a value within a range where the band gap is larger than the band gaps of the guide layer 13 and the active layer 14, and further the conductor first subband of the n-type cladding layer 12 The lower end is a level 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, and the upper end of the valence band first subband of the n-type cladding layer 12 is the guide layer 13 and the active layer. The level is lower than the upper end of the valence band of the layer 14 or the upper end of the first subband of the valence band.

なお、ｎ型クラッド層１２は、上記した第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂの他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。 The n-type cladding layer 12 may further include some layers in addition to the first semiconductor layer 12A and the second semiconductor layer 12B.

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、Ｉ、Ｇａ、Ａｌなどが挙げられるが、Ｃｌであることが好ましい。 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, I, Ga, Al and the like, and Cl is preferable.

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く、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の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。 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 lower end of the conduction band or the lower end of the first subband of the conduction band, and the upper end of the valence band or the upper end of the first subband of the valence band is lower than the upper end of the valence band or the first subband of the valence band II -Group VI compound semiconductor layer.

このガイド層１３は、例えば、図２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構造となっている。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以下となっている。そのため、井戸層１３Ａおよび障壁層１３Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚によってガイド層１３の実効的なバンドギャップと、第一サブバンドレベルとを変える（制御する）ことが可能となっている。超格子構造の周期長さ（井戸層１３Ａおよび障壁層１３Ｂの厚さの合計）および井戸層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り、さらに、ガイド層１３の伝導体第一サブバンド下端が活性層１４の伝導帯下端もしくは伝導帯第一サブバンド下端よりも高い準位となると共に、ガイド層１３の価電子帯第一サブバンド上端が活性層１４の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低い準位となる値となっている。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、周期長さが１０ＭＬで、厚さの比が２ＭＬ／８ＭＬとなっている。 The guide layer 13 has, for example, a superlattice structure in which well layers 13A and barrier layers 13B are alternately stacked as shown in FIG. 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. Moreover, each layer thickness of the well layer 13A and the barrier layer 13B is 1 ML or more and 10 ML or less, for example. Therefore, the effective band gap of the guide layer 13 and the first subband level can be changed (controlled) according to the respective materials (composition ratio) and thicknesses of the well layer 13A and the barrier layer 13B. Yes. The period length of the superlattice structure (total thickness of the well layer 13A and the barrier layer 13B) and the ratio of the thickness of the well layer 13A and the barrier layer 13B (thickness of the barrier layer 13B / thickness of the well layer 13A) are The band gap becomes a value within a range larger than the band gap of the active layer 14, and the lower end of the conductor first subband of the guide layer 13 is lower than the lower end of the conduction band of the active layer 14 or the lower end of the first subband of the conduction band. And the upper end of the valence band first subband of the guide layer 13 is lower than the upper end of the valence band or the upper end of the valence band first subband 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 periodic length is 10 ML and the thickness is The ratio 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（例えば緑色帯の波長）に対応したバンドギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。この活性層１４は、例えば、主としてＢｅ_ｘ６Ｚｎ_１−ｘ６Ｓｅ_ｘ７Ｔｅ_１−ｘ７混晶（０≦ｘ６＜１，０＜ｘ７＜１）を含む単層構造となっており、例えば、ＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んで構成されている。活性層１４は、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 wavelength). The active layer 14 has, for example, mainly a single-layer structure including a _{_{_{_{Be x6 Zn 1-x6 Se x7}}}} Te 1-x7 mixed crystal (0 ≦ x6 <1,0 <x7 <1), for example, ZnSeTe mixed Or a BeZnSeTe mixed crystal. The active layer 14 is made of, for example, a Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 mixed crystal that emits light with a wavelength in the green band and lattice matches with InP. 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、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く、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の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。 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 lower end of the conduction band or the lower end of the conduction band first subband is that of the active layer 14. The lower end of the conduction band or the lower end of the first subband of the conduction band, and the upper end of the valence band or the upper end of the first subband of the valence band is lower than the upper end of the valence band or the first subband of the valence band II -Group VI compound semiconductor layer.

このガイド層１５は、例えば、図２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構造となっている。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以下となっている。そのため、井戸層１５Ａおよび障壁層１５Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚によってガイド層１５の実効的なバンドギャップと、第一サブバンドレベルとを変える（制御する）ことが可能となっている。超格子構造の周期長さ（井戸層１５Ａおよび障壁層１５Ｂの厚さの合計）および井戸層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り、さらに、ガイド層１５の伝導体第一サブバンド下端が活性層１４の伝導帯下端もしくは伝導帯第一サブバンド下端よりも高い準位となると共に、ガイド層１５の価電子帯第一サブバンド上端が活性層１４の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低い準位となる値となっている。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、周期長さが１０ＭＬで、厚さの比が２ＭＬ／８ＭＬとなっている。 For example, as shown in FIG. 2, the guide layer 15 has a superlattice structure in which well layers 15A and barrier layers 15B are alternately stacked. 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, MgSe. The layer thickness of each of the well layer 15A and the barrier layer 15B is, for example, not less than 1 ML and not more than 10 ML. Therefore, it is possible to change (control) the effective band gap of the guide layer 15 and the first subband level according to the respective materials (composition ratio) and thicknesses of the well layer 15A and the barrier layer 15B. Yes. The period length of the superlattice structure (total thickness of the well layer 15A and the barrier layer 15B) and the ratio of the thickness of the well layer 15A and the barrier layer 15B (thickness of the barrier layer 15B / thickness of the well layer 15A) are The band gap becomes a value within a range larger than the band gap of the active layer 14, and the lower end of the conductor first subband of the guide layer 15 is lower than the lower end of the conduction band of the active layer 14 or the lower end of the first subband of the conduction band. And the upper end of the valence band first subband of the guide layer 15 is lower than the upper end of the valence band or the upper end of the valence band first subband 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 an MgSe mixed crystal, the periodic length is 10 ML and the thickness is The ratio 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、バンドギャップがガイド層１５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１５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１５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く、価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端がガイド層１５および活性層１４の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。 The p-type cladding layer 16 has a band gap larger than that of the guide layer 15 and the active layer 14 and a refractive index smaller than that of the guide layer 15 and the active layer 14. The lower end of the first subband is higher than the lower end of the conduction band of the guide layer 15 and the active layer 14 or the lower end of the first subband of the conduction band, and the upper end of the valence band or the first subband of the valence band is the guide layer 15 and the active layer 14. It is a II-VI group compound semiconductor layer lower than the upper end of the valence band or the upper end of the first subband of the valence band.

このｐ型クラッド層１６は、例えば、図２に示したように、第１半導体層１６Ａと第２半導体層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、第１半導体層１６Ａは、第１半導体層１２Ａと同様、Ｔｅを含まないＳｅ混晶を主として含んで構成されている。第１半導体層１６Ａは、第１半導体層１２Ａと同種の混晶、具体的には、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶（ｘ１，ｘ２の値は第１半導体層１２Ａのｘ１，ｘ２と同じ。）を含んで構成されている。一方、第２半導体層１６Ｂは、第２半導体層１２Ｂと同様、Ｔｅ混晶を主として含んで構成されている。第２半導体層１６Ｂは、第２半導体層１２Ｂと同種の混晶、具体的には、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶（ｘ３，ｘ４，ｘ５の値は第２半導体層１２Ｂのｘ３，ｘ４，ｘ５と同じ。）を含んで構成されている。なお、第２半導体層１６Ｂには、上記したようにＳｅが含まれていても構わない。 For example, as shown in FIG. 2, the p-type cladding layer 16 has a superlattice structure in which first semiconductor layers 16A and second semiconductor layers 16B are alternately stacked. Here, like the first semiconductor layer 12A, the first semiconductor layer 16A mainly includes a Se mixed crystal not containing Te. The first semiconductor layer 16A is the same type of mixed crystal as the first semiconductor layer 12A, specifically, Mg _x1 Zn _x2 Cd _1-x1-x2 Se mixed crystal (the values of x1, x2 are the same as those of the first semiconductor layer 12A. the same as x1 and x2). On the other hand, like the second semiconductor layer 12B, the second semiconductor layer 16B mainly includes a Te mixed crystal. The second semiconductor layer 16B is the same type of mixed crystal as the second semiconductor layer 12B, specifically, Mg _x3 Be _x4 Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal (value of x3, x4, x5). Is the same as x3, x4, and x5 of the second semiconductor layer 12B). The second semiconductor layer 16B may contain Se as described above.

第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂのそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上１０ＭＬ以下となっている。そのため、第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂのそれぞれの材料（組成比）および各層厚によってｐ型クラッド層１６の実効的なバンドギャップと、第一サブバンドレベルとを変える（制御する）ことが可能となっている。超格子構造の周期長さ（第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂの厚さの合計）および第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂの厚さの比（第１半導体層１６Ａの厚さ／第２半導体層１６Ｂの厚さ）は、バンドギャップがガイド層１５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り、さらに、ｐ型クラッド層１６の伝導体第一サブバンド下端がガイド層１５および活性層１４の伝導帯下端もしくは伝導帯第一サブバンド下端よりも高い準位となると共に、ｐ型クラッド層１６の価電子帯第一サブバンド上端がガイド層１５および活性層１４の価電子帯上端もしくは価電子帯第一サブバンド上端よりも低い準位となる値となっている。 Each layer thickness of the first semiconductor layer 16A and the second semiconductor layer 16B is, for example, not less than 1 ML and not more than 10 ML. Therefore, the effective band gap of the p-type cladding layer 16 and the first subband level are changed (controlled) according to the respective materials (composition ratio) and thicknesses of the first semiconductor layer 16A and the second semiconductor layer 16B. It is possible. The ratio of the periodic length of the superlattice structure (the total thickness of the first semiconductor layer 16A and the second semiconductor layer 16B) and the thickness of the first semiconductor layer 16A and the second semiconductor layer 16B (the thickness of the first semiconductor layer 16A) / Thickness of the second semiconductor layer 16B) is a value within a range where the band gap is larger than the band gaps of the guide layer 15 and the active layer 14, and further the conductor first subband of the p-type cladding layer 16 The lower end is a level higher than the lower end of the conduction band of the guide layer 15 and the active layer 14 or the lower end of the first subband of the conduction band, and the upper end of the valence band first subband of the p-type cladding layer 16 is the guide layer 15 and the active layer. The level is lower than the upper end of the valence band of the layer 14 or the upper end of the first subband of the valence band.

なお、ｐ型クラッド層１６は、上記した第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂの他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。 Note that the p-type cladding layer 16 may further include some layers in addition to the first semiconductor layer 16A and the second semiconductor layer 16B described above.

第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂのうち、少なくとも、ＭｇＳｅの含有割合が少ないか、またはＭｇＳｅを含有しない方の半導体層（例えば、第２半導体層１６Ｂ）には、ドーパントとしてｐ型不純物が少なくとも１種類ドープされている。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。 Of the first semiconductor layer 16A and the second semiconductor layer 16B, at least the semiconductor layer containing less MgSe or not containing MgSe (for example, the second semiconductor layer 16B) has a p-type impurity as a dopant. Is doped with at least one kind. 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、半導体層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、Ｐｄ，Ｐｔおよび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、ＡｕとＧｅとの合金，Ｎｉおよび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 semiconductor layer 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 Pd, Pt, and 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 Au and Ge, Ni and Au are stacked in this order, and is electrically connected to the substrate 10. 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.

[表１]
一般式ＩｎＰと格子整合するものエネルギーギャップ（ｅＶ）
ＭｇＺｎＣｄＳｅＭｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ２．５４
ＺｎＣｄＳｅＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ２．１
ＢｅＺｎＳｅＴｅＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０２．３３
ＢｅＺｎＴｅＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ３．１４
ＺｎＳｅＴｅＺｎＳｅ_０．５４Ｔｅ_０．４６２．０９ [Table 1]
General formula Lattice matching with InP Energy gap (eV)
MgZnCdSe Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se 2.54
ZnCdSe Zn _0.48 Cd _0.52 Se 2.1
BeZnSeTe Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 2.33
BeZnTe Be _0.48 Zn _0.52 Te 3.14
ZnSeTe ZnSe _0.54 Te _0.46 2.09

また、表２に示した各超格子では、各層の組成比および層厚を適宜調整することにより、各超格子のバンドギャップおよびサブバンドレベルを、活性層１４に対してタイプＩ接合するような範囲内の値とすることが可能である。 Further, in each superlattice shown in Table 2, the band gap and subband level of each superlattice are type-I bonded to the active layer 14 by appropriately adjusting the composition ratio and layer thickness of each layer. It can be a value within the range.

[表２]
超格子Ａ：Ｍｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ超格子
超格子Ｂ：Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ超格子
超格子Ｃ：ＭｇＳｅ／Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０超格子
超格子Ｄ：ＭｇＳｅ／ＺｎＳｅ_０．５４Ｔｅ_０．４６超格子 [Table 2]
Superlattice A: Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se / Be _0.48 Zn _0.52 Te Superlattice superlattice B: Zn _0.48 Cd _0.52 Se / Be _0.48 Zn _{0. 52} Te superlattice superlattice C: MgSe / Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.40 Te _0.60 superlattice superlattice D: MgSe / ZnSe _0.54 Te _0.46 superlattice

例えば、活性層１４をＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０単層とし、ｎ型クラッド層１２，ｐ型クラッド層１６を超格子Ａとした場合には、超格子Ａの層厚の比を例えば１．５ＭＬ／２．５ＭＬとすることにより、ｎ型クラッド層１２，ｐ型クラッド層１６を活性層１４とタイプＩ接合させることができる。なお、超格子Ａの層厚の比は、以下のようにして導出することが可能である。 For example, in the case where the active layer 14 and _Be 0.13 _Zn 0.87 _Se 0.40 _{Te 0.60} monolayer, and the n-type cladding layer 12, p-type cladding layer 16 and superlattice A superlattice A By setting the ratio of the layer thicknesses to 1.5 ML / 2.5 ML, for example, the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 can be type-I bonded to the active layer 14. The layer thickness ratio of the superlattice A can be derived as follows.

図３は、第１半導体層１２Ａ，１６ＡがＭｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ混晶からなり、第２半導体層１２Ｂ，１６ＢがＢｅ_０．４９Ｚｎ_０．５１Ｔｅ混晶からなる超格子構造の周期長さをＬとして、第１半導体層１２Ａ，１６ＡのＭＬ数と、超格子構造のサブバンドレベルとの関係を、クローニッヒ・ペニーモデルを用いて計算することにより求めたものである。図３には、伝導帯第一サブバンド下端のエネルギーレベルＥｃと、価電子帯第一サブバンド上端のエネルギーレベルＥｖとがそれぞれ示されている。また、図３には、周期長さＬが４ＭＬ，５ＭＬ，６ＭＬとなっている場合のＥｃ、Ｅｖが示されている。また、参考として、活性層１４がＢｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．３８Ｔｅ_０．６２混晶からなる単層構造となっているときの活性層１４の伝導帯下端（３．４７ｅＶ）および価電子帯上端（１．１４ｅＶ）が示されている。ただし、本計算はモデルの一つであって、これによって超格子構造の周期長さおよび第１半導体層１２Ａ，１６ＡのＭＬ数が限定されるものではない。 FIG. 3 shows that the first semiconductor layers 12A and 16A are made of Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se mixed crystal, and the second semiconductor layers 12B and 16B are made of Be _0.49 Zn _0.51 Te mixed crystal. The relationship between the ML number of the first semiconductor layers 12A and 16A and the subband level of the superlattice structure is calculated by using the Kronig-Penny model, where L is the period length of the superlattice structure. It is. FIG. 3 shows the energy level Ec at the lower end of the conduction band first subband and the energy level Ev at the upper end of the valence band first subband. FIG. 3 shows Ec and Ev when the cycle length L is 4ML, 5ML, and 6ML. For reference, the lower end of the conduction band (3.47 eV) of the active layer 14 when the active layer 14 has a single-layer structure composed of Be _0.13 Zn _0.87 Se _0.38 Te _0.62 mixed crystal. And the upper end of the valence band (1.14 eV). However, this calculation is one of models, and does not limit the period length of the superlattice structure and the number of MLs of the first semiconductor layers 12A and 16A.

図３から、周期長さＬが４．０ＭＬで、第１半導体層１２Ａ，１６ＡのＭＬ数が１．５ＭＬ程度となっていれば、言い換えると、超格子Ａの層厚の比が１．５ＭＬ／２．５ＭＬ程度となっていれば、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６が活性層１４とタイプＩ接合することがわかる。 From FIG. 3, if the cycle length L is 4.0 ML and the ML number of the first semiconductor layers 12A and 16A is about 1.5 ML, in other words, the ratio of the layer thickness of the superlattice A is 1.5 ML. If it is about /2.5 ML, it can be seen that the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are type I bonded to the active layer 14.

なお、図３から、第１半導体層１２Ａ，１６Ａまたは第２半導体層１２Ｂ，１６Ｂが上記とは異なる混層からなる場合において、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６が活性層１４とタイプＩ接合するときの周期長さＬおよび第１半導体層１２Ａ，１６ＡのＭＬ数を推測することが可能である。例えば、第１半導体層１２Ａ，１６ＡがＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ混晶からなり、第２半導体層１２Ｂ，１６ＢがＢｅ_０．４９Ｚｎ_０．５１Ｔｅ混晶からなる場合には、第１半導体層１２Ａ，１６ＡにＭｇが含まれていない分だけ、Ｅｃが小さくなる。従って、第１半導体層１２Ａ，１６ＡのＭＬ数がＥｃの減少分に応じて小さくなっていれば、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６が活性層１４とタイプＩ接合することが可能であると推測できる。 3, when the first semiconductor layers 12A and 16A or the second semiconductor layers 12B and 16B are made of a mixed layer different from the above, the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are the type I and the active layer 14. It is possible to estimate the periodic length L when joining and the ML number of the first semiconductor layers 12A and 16A. For example, when the first semiconductor layers 12A and 16A are made of Zn _0.48 Cd _0.52 Se mixed crystal and the second semiconductor layers 12B and 16B are made of Be _0.49 Zn _0.51 Te mixed crystal, Ec is reduced by the amount of Mg not contained in one semiconductor layer 12A, 16A. Therefore, if the ML number of the first semiconductor layers 12A and 16A is reduced in accordance with the decrease in Ec, the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 can be type-I bonded to the active layer. I can guess.

本実施の形態の半導体層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）で半導体層２０を成長させる。 The semiconductor layer 20 of the present embodiment can be formed as follows, for example. The semiconductor layer 20 is grown by molecular beam epitaxy (MBE) using InP as the substrate 10.

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、以下に記載の各層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 ratio of each layer described below.

次に、ＣｌドープＭｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ混晶層（約１．５ＭＬ）とアンドープＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ混晶層（約２．５ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を数百ｎｍ成長させることにより下部クラッド層１２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数十ｎｍ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混晶層を約数十ｎｍ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数十ｎｍ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Ｍｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ混晶層（約１．５ＭＬ）とＮドープＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ混晶層（約２．５ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を数百ｎｍ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を数ｎｍ〜数十ｎｍ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、本実施の形態の半導体層２０は形成される。 Then, Cl doped _Mg _0.33 _Zn 0.34 _Cd 0.33 Se mixed crystal layer (approximately 1.5 mL) undoped _Be 0.48 _{Zn 0.52} Te mixed crystal layer (approximately 2.5 mL) alternately The lower cladding layer 12 is formed by stacking and growing the superlattice structure to several hundred 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 form a superlattice structure of about several tens. The guide layer 13 is formed by growing it to nm. 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 several tens of nanometers. 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 form a superlattice structure of several tens of nm. The guide layer 15 is formed by growing. Next, an undoped Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se mixed crystal layer (about 1.5 ML) and an N-doped Be _0.48 Zn _0.52 Te mixed crystal layer (about 2.5 ML) alternately The p-type cladding layer 16 is formed by stacking and growing the superlattice structure by several hundred nm. Finally, the contact layer 17 is formed by growing N-doped ZnTe from several nm to several tens of nm. In this way, the semiconductor layer 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 structure 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単層が用いられている。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, a single layer of 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. 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型クラッド層１１２および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型クラッド層１１２および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 cladding layer 112 and the n-type graded layer 113 is It was found that the n-type cladding layer 112, the n-type graded layer 113, and the active layer 115 are type II junctions lower than the lower end of the conduction band. 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、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６が緑色体の波長のバンドギャップを有する活性層１４とタイプ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 n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are type-I bonded to the active layer 14 having the band gap of the green body wavelength, high luminous efficiency is achieved. Obtainable. 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.

また、比較例１に係る半導体レーザのｐ型クラッド層１１７（ＭｇＳｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子）とＺｎＣｄＳｅ：Ｃｌとのｐｎ接合を有する素子と、Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ：ＮとＺｎＣｄＳｅ：Ｃｌとのｐｎ接合を有する素子とを作製し、それぞれのＩＶ測定を行ってみたところ、前者の抵抗率が数百Ω・ｃｍであり、後者の抵抗率が数Ω・ｃｍであった。従って、ＭｇＳｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子が高抵抗であることが明らかとなった。高抵抗の原因としては、（１）ＭｇＳｅがｐ型化されない、（２）ＭｇＳｅとＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２ＴｅとのＶＢＭの差が１．２６ｅＶと大きいので、積層方向に対するホールの伝導性が悪い、という２つを挙げることができる。 Further, an element having a pn junction of the p-type cladding layer 117 (MgSe / Be _0.48 Zn _0.52 Te: N superlattice) of the semiconductor laser according to Comparative Example 1 and ZnCdSe: Cl, and Be _0.48 Zn An element having a pn junction of _0.52 Te: N and ZnCdSe: Cl was prepared, and each IV measurement was performed. As a result, the former resistivity was several hundred Ω · cm, and the latter resistivity was It was several Ω · cm. Therefore, it was revealed that the MgSe / Be _0.48 Zn _0.52 Te: N superlattice has a high resistance. The causes of high resistance are: (1) MgSe is not p-type; (2) The difference in VBM between MgSe and Be _0.48 Zn _0.52 Te is as large as 1.26 eV. Two things can be mentioned: Poor nature.

一方、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１６として、例えばＭｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子が用いられるが、この超格子では、Ｍｇ組成比が３３％であり、ＭｇＳｅにおけるＭｇ組成比と比べて小さい。また、Ｍｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３ＳｅとＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２ＴｅとのＶＢＭの差は１．０ｅＶであり、ＭｇＳｅとＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２ＴｅとのＶＢＭの差（１．２６ｅＶ）と比べて、０．２６ｅＶ小さい。これらのことから、Ｍｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子の抵抗率を、ＭｇＳｅとＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅの抵抗率よりも十分に小さくすることが可能である。従って、Ｍｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子は、p型クラッド層の材料として適しているといえる。 On the other hand, in the present embodiment, as the p-type cladding layer 16, for example, Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se / Be _0.48 Zn _0.52 Te: N superlattice is used. In the lattice, the Mg composition ratio is 33%, which is smaller than the Mg composition ratio in MgSe. _The difference between VBM between Mg _{_0.33} Zn _{0.34 Cd} _0.33 Se and _Be 0.48 _{Zn 0.52} Te is 1.0 eV, the MgSe and _Be 0.48 _{Zn 0.52} Te Compared to the difference in VBM (1.26 eV), it is 0.26 eV smaller. Therefore, the resistivity of Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se / Be _0.48 Zn _0.52 Te: N superlattice and the resistance of MgSe and Be _0.48 Zn _0.52 Te It is possible to make it sufficiently smaller than the rate. Therefore, it can be said that the Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se / Be _0.48 Zn _0.52 Te: N superlattice is suitable as a material for the p-type cladding layer.

また、比較例１に係る半導体レーザでは、ｎ型クラッド層１１２とｐ型クラッド層１１７とが異なる種類の混晶によって構成されている。これは、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体では、ｎ型不純物をドープし易い材料と、ｐ型不純物をドープし易い材料とが互いに異なっており、ｎ型クラッド層１１２とｐ型クラッド層１１７に同種の混晶を用いることが容易ではなかったからと思われる。しかし、ｎ型クラッド層１１２とｐ型クラッド層１１７とを異なる種類の混晶によって構成した結果、半導体レーザに含まれる層種が多くなり、半導体レーザを作製する上で、レーザ構造の再現性が低下する可能性がある。また、ｎ型クラッド層１１２およびｐ型クラッド層１１７を形成する際に同一の成長条件を用いることができないので、結晶成長を中断したり、界面での供給量を切り替えたりすることが必要となり、結晶品質が低下する可能性がある。 In the semiconductor laser according to Comparative Example 1, the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117 are made of different types of mixed crystals. This is because, in a II-VI group compound semiconductor, a material that is easily doped with an n-type impurity and a material that is easily doped with a p-type impurity are different from each other, and the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117 are of the same type. It seems that it was not easy to use a mixed crystal. However, as a result of configuring the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117 with different types of mixed crystals, the number of layer types included in the semiconductor laser increases, and the reproducibility of the laser structure is improved in fabricating the semiconductor laser. May be reduced. Further, since the same growth conditions cannot be used when forming the n-type cladding layer 112 and the p-type cladding layer 117, it is necessary to interrupt the crystal growth or switch the supply amount at the interface. Crystal quality may be degraded.

一方、本実施の形態では、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６が共に、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶を含む第１半導体層１２Ａと、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶を含む第２半導体層１２Ｂを交互に含む超格子構造となっている。つまり、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６が主として同種の混晶を含んで構成されている。これにより、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６を形成する際に同一の成長条件を用いることができるので、結晶成長を中断したり、界面での供給量を切り替えたりする必要がない。その結果、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６を異なる種類の混晶によって構成した場合のような結晶品質の低下をなくすることができる。 On the other hand, in this embodiment, n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are both the first semiconductor layer 12A mainly containing _{_{_{Mg x1 Zn x2 Cd 1-x1}}} -x2 Se mixed crystals, mainly _Mg x3 _{Be x4} It has a superlattice structure including alternately the second semiconductor layers 12B containing Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal. That is, the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are mainly configured to include the same kind of mixed crystal. Thereby, since the same growth conditions can be used when forming the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16, there is no need to interrupt the crystal growth or switch the supply amount at the interface. As a result, it is possible to eliminate the deterioration in crystal quality as in the case where the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16 are composed of different types of mixed crystals.

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構造（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 structure of the semiconductor laser of FIG. This semiconductor laser is the same as the semiconductor laser according to Comparative Example 1, except that 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. It was. 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 structure (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キャリア（電子）を捕捉してしまい、活性化率の低下を生じる。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 dopant (Cl) and Te are mixed in the same layer, Te atoms become carrier killer and trap carriers (electrons), resulting in a decrease in activation rate. 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において高い活性化率を得ることが可能となる。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（１×１０^１８ｃｍ^−３以上）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。例えば、Ｍｇ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｃｄ_０．３３Ｓｅ混晶に対してＣｌをドープした場合には、キャリア濃度を３×１０^１８ｃｍ^−３程度と、十分に高濃度にすることができ、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 contained, and Te is not contained 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 obtain a high activation rate 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 (1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more) as compared with the semiconductor laser according to Comparative Example 2, and further the n-type cladding. The electrical resistance of the entire layer 12 can be made sufficiently low. For example, when Cl is doped into Mg _0.33 Zn _0.34 Cd _0.33 Se mixed crystal, the carrier concentration can be sufficiently high, about 3 × 10 ¹⁸ cm ^−3. The electrical resistance of the entire n-type cladding layer 12 can be sufficiently reduced.

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、活性層１４は単層構造となっていたが、図８に示したように、井戸層１４Ａと障壁層１４Ｂとを交互に積層してなる超格子構造となっていてもよい。ここで、井戸層１４Ａを、例えば、ｎ型クラッド層１２，ｐ型クラッド層１６の第１半導体層１２Ａ，１６Ａと同種の混晶、具体的には、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ混晶（ｘ１，ｘ２の値は第１半導体層１２Ａ，１６Ａのｘ１，ｘ２と同じ。）を含んで構成し、さらに、障壁層１４Ｂを、例えば、ｎ型クラッド層１２，ｐ型クラッド層１６の第２半導体層１２Ｂ，１６Ｂと同種の混晶、具体的には、主としてＭｇ_ｘ３Ｂｅ_ｘ４Ｚｎ_{１−ｘ３−ｘ４}Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５混晶（ｘ３，ｘ４，ｘ５の値は第２半導体層１２Ｂ，１６Ｂのｘ３，ｘ４，ｘ５と同じ。）を含んで構成してもよい。これにより、ｎ型クラッド層１２、活性層１４およびｐ型クラッド層１６を形成する際に同一の成長条件を用いることができるので、結晶成長を中断したり、界面での供給量を切り替えたりする必要がない。また、井戸層１４Ａを、例えば、ガイド層１３，１５の井戸層１３Ａ，１５Ａと同種の混晶を含んで構成し、障壁層１４Ｂを、例えば、ガイド層１３，１５の障壁層１３Ｂ，１５Ｂと同種の混晶を含んで構成してもよい。これにより、ガイド層１３、活性層１４およびガイド層１５を形成する際に同一の成長条件を用いることができるので、結晶成長を中断したり、界面での供給量を切り替えたりする必要がない。その結果、これらの半導体層を異なる種類の混晶によって構成した場合のような結晶品質の低下をなくすることができる。 For example, in the above embodiment, the active layer 14 has a single layer structure, but as shown in FIG. 8, it has a superlattice structure in which well layers 14A and barrier layers 14B are alternately stacked. May be. Here, the well layer 14A is made of, for example, the same type of mixed crystal as the first semiconductor layers 12A and 16A of the n-type cladding layer 12 and the p-type cladding layer 16, specifically, Mg _x1 Zn _x2 Cd _{1-x1- x2} Se mixed crystal (the values of x1 and x2 are the same as x1 and x2 of the first semiconductor layers 12A and 16A), and the barrier layer 14B includes, for example, an n-type cladding layer 12 and a p-type cladding. The mixed crystal of the same type as the second semiconductor layers 12B and 16B of the layer 16, specifically, Mg _x3 Be _x4 Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal (the values of x3, x4, and x5 are the first values). 2 semiconductor layers 12B and 16B, which are the same as x3, x4 and x5). Thereby, since the same growth conditions can be used when forming the n-type cladding layer 12, the active layer 14, and the p-type cladding layer 16, the crystal growth is interrupted or the supply amount at the interface is switched. There is no need. Further, the well layer 14A includes, for example, the same type of mixed crystal as the well layers 13A and 15A of the guide layers 13 and 15, and the barrier layer 14B includes, for example, the barrier layers 13B and 15B of the guide layers 13 and 15. You may comprise including the same kind of mixed crystal. Thereby, since the same growth conditions can be used when forming the guide layer 13, the active layer 14, and the guide layer 15, there is no need to interrupt the crystal growth or switch the supply amount at the interface. As a result, it is possible to eliminate the deterioration of crystal quality as in the case where these semiconductor layers are composed of different types of mixed crystals.

また、上記実施の形態では、活性層１４の両脇にガイド層１３，１５を設けていたが、必要に応じてなくしてもよい。 In the above-described embodiment, the guide layers 13 and 15 are provided on both sides of the active layer 14, but may be omitted if necessary.

また、上記実施の形態では、本発明を半導体レーザに適用した場合について説明したが、発光ダイオードや、フォトダイオードなどの他の半導体素子に対しても適用可能である。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser has been described. However, the present invention can also be applied to other semiconductor elements such as a light emitting diode and a photodiode.

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor laser which concerns on one embodiment of this invention. 図１の半導体レーザのバンド構造の一例を模式的に表した模式図である。It is the schematic diagram which represented typically an example of the band structure of the semiconductor laser of FIG. ＭｇＺｎＣｄＳｅのＭＬ数とＥｃおよびＥｖとの関係を表した関係図である。It is a relationship figure showing the relationship between ML number of MgZnCdSe and Ec and Ev. 比較例１に係る半導体レーザの断面図である。6 is a sectional view of a semiconductor laser according to Comparative Example 1. FIG. 図４の半導体レーザのバンド構造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 structure of the semiconductor laser in FIG. 4. 比較例２に係る半導体レーザの断面図である。6 is a sectional view of a semiconductor laser according to Comparative Example 2. FIG. 図６の半導体レーザのバンド構造の一例を模式的に表した模式図である。It is the schematic diagram which represented typically an example of the band structure of the semiconductor laser of FIG. 図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the semiconductor laser of FIG.

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，１６Ａ…第１半導体層、１２Ｂ，１６Ｂ…第２半導体層、１３，１５…ガイド層、１３Ａ，１５Ａ…井戸層、１３Ｂ，１５Ｂ…障壁層、１４…活性層、１６…ｐ型クラッド層、１７…コンタクト層、２０…半導体層、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, 16A ... 1st semiconductor layer, 12B, 16B ... 2nd semiconductor layer, 13, 15 ... Guide layer, 13A, 15A ... Well layer, 13B, 15B ... barrier layer, 14 ... active layer, 16 ... p-type cladding layer, 17 ... contact layer, 20 ... semiconductor layer, 21 ... insulating layer, 22 ... p-side electrode, 23 ... n-side electrode.

Claims

A semiconductor layer including an n-type cladding layer, an active layer having a band gap in the green wavelength band, and a p-type cladding layer in this order on a substrate,
The n-type cladding layer and the p-type cladding layer have a superlattice structure including first semiconductor layers and second semiconductor layers alternately,
Wherein the first semiconductor layer mainly comprises _{_{_{Mg x1 Zn x2 Cd 1-x1}}} -x2 Se mixed crystal (0 ≦ x1 <1,0 <x2 <1),
The second semiconductor layer mainly includes Mg _x3 Be _x4 Zn _1-x3-x4 Se _x5 Te _1-x5 mixed crystal (0 ≦ x3 <1,0 <x4 <1,0 ≦ x5 <1),
The n-type cladding layer includes an n-type impurity in at least the first semiconductor layer of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the n-type cladding layer,
The p-type cladding layer is a semiconductor element including a p-type impurity in at least a second semiconductor layer of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the p-type cladding layer.

The first semiconductor layer mainly includes a MgZnCdSe mixed crystal,
The second semiconductor layer mainly includes a BeZnTe mixed crystal,
In the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the lower end of the conductors of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is higher than the lower end of the conduction band of the active layer, and the n-type cladding layer 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the composition ratio and the layer thickness are such that the upper end of the valence band of the p-type cladding layer is at a level lower than the upper end of the valence band of the active layer.

The first semiconductor layer mainly includes a ZnCdSe mixed crystal,
The second semiconductor layer mainly includes a BeZnTe mixed crystal,
In the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the lower end of the conductors of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is higher than the lower end of the conduction band of the active layer, and the n-type cladding layer 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the composition ratio and the layer thickness are such that the upper end of the valence band of the p-type cladding layer is at a level lower than the upper end of the valence band of the active layer.

The n-type impurity is Cl (chlorine) or I (iodine);
The semiconductor element according to claim 1, wherein the p-type impurity is N (nitrogen).

The active layer is mainly _{_{_{_{Be x6 Zn 1-x6 Se x7}}}} Te 1-x7 mixed crystal (0 ≦ x6 <1,0 <x7 <1) or a single layer structure, including the first semiconductor layer and the second The semiconductor element according to claim 1, which has a superlattice structure including semiconductor layers alternately.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is an InP substrate.