JP2010045165A - 半導体素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ｎ型クラッド層に要求される特性を有するｎ型クラッド層またはｐ型クラッド層に要求される特性を有するｐ型クラッド層を備えた半導体素子を提供する。
【解決手段】ｎ型第１クラッド層１２Ａにおいて、ｎ型キャリア密度をｎ型第２クラッド層１２Ｂよりも高くし、かつ層厚をｎ型第２クラッド層１２Ｂよりも厚くすることにより、ｎ型クラッド層１２全体のキャリア伝導性を確保する。ｎ型第２クラッド層１２Ｂにおいて、伝導帯サブレベル下端を活性層１４よりも高くすることにより、キャリア閉じ込めに十分な電子障壁を確保し、さらにタイプＩＩ発光を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩｎＰ基板上にｎ型およびｐ型の半導体層を備えた半導体素子に関する。

半導体レーザ（Laser Diode ；ＬＤ）は、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）またはブルーレイディスク（Blu-ray Disc; ＢＤ）のような光ディスク装置における光源としての用途のほか、光通信、固体レーザ励起、材料加工、センサ、測定器、医療、印刷機器、ディスプレイなど様々な分野に応用されている。また、発光ダイオード(Light Emitting Diode; ＬＥＤ)は、電化製品などの表示灯や、赤外線通信、印刷機器、ディスプレイ、照明などの分野に応用されている。

しかし、ＬＥＤでは、人間の視感度が最も高い緑色において、効率が他の色と比較してあまり高くなく、一方、ＬＤでは、純青色（４８０ｎｍ強）から橙色（６００ｎｍ強）までの可視光範囲において実用に耐え得る特性が得られていない。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、この材料系では結局それ以上の特性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る。

ところで、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体では、一般的に、ｐ型伝導性制御が容易でなく、特にエネルギーギャップが大きくなるにしたがってｐ型キャリア濃度が小さくなる傾向がある。例えば、上記非特許文献１においてｐ型クラッド層として用いられているＺｎＭｇＳＳｅでは、Ｍｇ組成比を大きくするにつれてエネルギーギャップが大きくなる。しかし、エネルギーギャップが約３ｅＶ以上になるとｐ型キャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３よりも小さな値となってしまい、ＺｎＭｇＳＳｅをｐ型クラッド層として用いることが容易ではなくなる。これは、ｐ型ドーパントの窒素（Ｎ）がＺｎＭｇＳＳｅ中に原子として入っているものの、その多くがＶＩ族サイト以外の格子間位置に存在しておりキャリアになっていない、つまりｐ型ドーパントの活性化率が低い（１％よりも大幅に低い）ためと考えられる。また、このように格子間位置に多数の原子が存在することは結晶欠陥生成の大きな原因になると考えられる。

また、上記非特許文献１において、活性層として用いられているＺｎＣｄＳｅは、ＧａＡｓ基板と完全には格子整合できていないので、歪を持っている。一般的に、発光素子や受光素子においては、最も結晶欠陥の多い領域から熱、電気伝導、歪などの影響により欠陥が伝播拡散して活性層に到達し、素子の劣化や、短寿命化を引き起こす。そのため、上記非特許文献１のように、活性層に歪を持たせた場合に、ｐ型クラッド層などに結晶欠陥が存在するときには、結晶欠陥に起因して素子の劣化が生じる可能性が高い。

そこで、本願発明者らと国内外の幾つかの研究グループとが、黄色から緑色で発光する光学素子を形成するための材料の候補として、Ｍｇ_ｘＺｎ_ｙＣｄ_{１−ｘ−ｙ}ＳｅＩＩ−ＶＩ族化合物半導体（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ≦１）に着目し研究開発を行ってきた（非特許文献２、３）。このＭｇ_ｘＺｎ_ｙＣｄ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｅ（以下、単に「ＭｇＺｎＣｄＳｅ」と記載する。）は、各組成ｘ、ｙが以下の関係式を満たす場合にＩｎＰに格子整合し、各組成ｘ、ｙを（ｘ＝０、ｙ＝０．４７）から（ｘ＝０．８、ｙ＝０．１７）まで変えることによりエネルギーギャップを２．１ｅＶから３．６ｅＶまで制御することができるという特徴を有している。
ｙ＝０．４７−０．３７ｘ
組成ｘは０以上０．８以下
組成ｙは０．１７以上０．４７以下

また、上記の組成範囲において禁制帯は全て直接遷移型を示し、エネルギーギャップを波長に換算すると５９０ｎｍ（燈色）から３４４ｎｍ（紫外）までとなることから、黄色から緑色までの間で発光する発光素子の活性層およびクラッド層を、ＭｇＺｎＣｄＳｅの組成ｘ、ｙを変えるだけで実現できることを示唆している。

実際に、T.Moritaらによって、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法によりＩｎＰ基板上に成長させたＭｇＺｎＣｄＳｅに対してフォトルミネッセンス測定が行われ、組成ｘ、ｙの異なるＭｇＺｎＣｄＳｅにおいてピーク波長が５７１ｎｍから３９７ｎｍまでの良好な発光特性が得られたことが報告されている（非特許文献３）。

また、L.Zengらによって、ＭｇＺｎＣｄＳｅを用いて作製した量子井戸構造において、赤色、緑色および青色の各波長帯において光励起によるレーザ発振に成功したことが報告されている（非特許文献４）。

一方、これまでＭｇＺｎＣｄＳｅだけで構成されたＬＤの電流駆動によるレーザ発振は報告されていない。その主な原因はＭｇＺｎＣｄＳｅの不純物ドーピングによるｐ型伝導性制御が困難であることによると考えられる。

そこで、本願発明者らはｎ型クラッド層としてＭｇＺｎＣｄＳｅを用いた上で、活性層やｐ型クラッド層などに最適な材料を探す研究を行ってきた。その結果、活性層としてＺｎ_ｓＣｄ_１−ｓＳｅ（０＜ｓ＜１）（以下、単に「ＺｎＣｄＳｅ」と記載する。）を用い、ｐクラッド層としてＢｅ_ｔＺｎ_１−ｔＴｅ層（０＜ｔ＜１）（以下、単に「ＢｅＺｎＴｅ」と記載する。）およびＭｇＳｅ層を交互に積層したＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ積層構造を用いることにより、５６０ｎｍの黄緑色ＬＤの７７Ｋ発振に成功した。なお、７７Ｋ発振とは、発光素子を７７Ｋに冷却した状態で発振させることを意味する。また、活性層としてＺｎＣｄＳｅの代わりにＢｅ_ｕＺｎ_１−ｕＳｅ_ｗＴｅ_１−ｗ（０＜ｕ＜１，０＜ｗ＜１）（以下、単に「ＢｅＺｎＳｅＴｅ」と記載する。）を用いることにより、５９４、５７５、５４２ｎｍの橙色から黄緑色の単峰性発光を観測し、５７５ｎｍＬＥＤにおいて、室温で５０００時間以上発光させることに成功した。

さらに、本願発明者らはｎクラッド層がＭｇＺｎＣｄＳｅ単層構造あるいはＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ超格子構造からなり、活性層がＢｅＺｎＳｅＴｅ単層構造からなるＬＥＤ素子を作製し、その発光メカニズムを詳細に検討した。その結果、発光波長の駆動電流依存性が大きいことがわかり、ｎクラッド層から活性層付近までのヘテロ界面においてＴｙｐｅＩＩ発光が生じていることが示唆された。

次に、本願発明者らは、ＩｎＰに格子整合するｎ型およびｐ型クラッド層として、キャリア閉じ込めと光閉じ込めが可能なエネルギーギャップと屈折率を有すること、充分なキャリア濃度までドーピングが可能であることなどを指針として考察した。

その結果、本願発明者らは、ｎ型クラッド層としてＭｇＺｎＳｅＴｅを主に用い、ｐ型クラッド層としてＢｅＭｇＺｎＴｅを主に用いることにより上記要求を満足させることができることを見出した。さらに、本願発明者らは、このｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層と活性層材料としてＢｅＺｎＳｅＴｅを用いた緑色発振可能な半導体レーザを提案するに至った。

E.Kato et al. "Significant progress in II-VI blue-green laser diode lifetime" Electronics Letters 5th February 1998 Vol.34 No.3 p.282-284 N.Dai et al. "Molecular beam epitaxial growth of high quality Zn1-xCdxSe on InP substrates" Appl.Phys.Lett. 66, 2742(1995) T.Morita et al. "Molecular Beam Epitaxial Growth of MgZnCdSe on (100)InP Substrates" J.Electron.Mater. 25, 425(1996) L.Zeng et al. "Red-green-blue photopumped lasing from ZnCdMgSe/ZnCdSe quantum well laser structure grown on InP" Appl.Phys.Lett. 72, 3136(1998)

その後、本願発明者らは、ＭＢＥ法を用いて上記材料を結晶成長し、評価した。その結果、ＭｇＺｎＳｅＴｅを主成分とするｎ型クラッド層において、光閉じ込めに十分な屈折率を得ることができ、かつキャリア閉じ込めに十分な電子障壁を得ることができることがわかった。しかし、成長条件が完全に最適化されていない可能性があるが、現時点では、キャリア濃度が１ｘ１０^１７ｃｍ^−３程度までしか得られず、キャリアの伝導にはまだ不十分であることがわかった。また、結晶性が良好な状態で、クラッド層として閉じ込めに必要な厚さ（例えば１μｍ程度の厚さ）まで結晶成長させることができないことがわかった。一方、ＢｅＭｇＺｎＴｅを主成分とするｐ型クラッド層においては、キャリアの伝導には十分なキャリア濃度（１ｘ１０^１8ｃｍ^−３以上）を得ることができ、かつ光閉じ込めに十分な屈折率を得ることができることがわかった。しかし、現時点では、結晶性が良好な状態で、クラッド層として閉じ込めに必要な厚さ（例えば１μｍ程度の厚さ）まで結晶成長させることができないことと、キャリア閉じ込めには不十分なホール障壁しか得られないことがわかった。

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型クラッド層に要求される特性を有するｎ型クラッド層またはｐ型クラッド層に要求される特性を有するｐ型クラッド層を備えた半導体素子を提供することにある。

本発明の半導体素子は、ＩｎＰ基板上に、ｎ型第１クラッド層、ｎ型第２クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層を順に含む半導体層を備えたものである。ｎ型第１クラッド層およびｎ型第２クラッド層が以下の式（１）〜(４)を満たすか、またはｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層が以下の式（５）〜（８）を満たしている。

１×１０^１７ｃｍ^−３≦Ｎ１≦１×１０^２０ｃｍ^−３…（１）
Ｎ１＞Ｎ２…（２）
Ｄ１＞Ｄ２…（３）
Ｅｃ１＜Ｅｃ３＜Ｅｃ２…（４）
１×１０^１７ｃｍ^−３≦Ｎ４≦１０^２０ｃｍ^−３…（５）
Ｎ３＜Ｎ４…（６）
Ｄ３＜Ｄ４…（７）
Ｅｖ１＜Ｅｖ３＜Ｅｖ２…（８）

ここで、Ｎ１は、ｎ型第１クラッド層のｎ型キャリア密度である。Ｎ２は、ｎ型第２クラッド層のｎ型キャリア密度である。Ｄ１は、ｎ型第１クラッド層の層厚である。Ｄ２は、ｎ型第２クラッド層の層厚である。Ｅｃ１は、ｎ型第１クラッド層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端である。Ｅｃ２は、ｎ型第２クラッド層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端である。Ｅｃ３は、活性層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端である。Ｎ３は、ｐ型第１クラッド層のｐ型キャリア密度である。Ｎ４は、ｐ型第２クラッド層のｐ型キャリア密度である。Ｄ３は、ｐ型第１クラッド層の層厚である。Ｄ４は、ｐ型第２クラッド層の層厚である。Ｅｖ１は、ｐ型第１クラッド層の価電子上端または価電子帯サブレベル上端である。Ｅｖ２は、ｐ型第２クラッド層の価電子上端または価電子帯サブレベル上端である。Ｅｖ３は、活性層の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端である。

本発明の半導体素子では、ｎ型クラッド層またはｐ型クラッド層が主たる機能別に２つに分けられている。例えば、ｎ型クラッド層が主たる機能別に２つに分けられている場合には、一方のｎ型クラッド層（ｎ型第１クラッド層）において、ｎ型キャリア密度を他方のｎ型クラッド層（ｎ型第２クラッド層）のｎ型キャリア密度よりも高くし、かつ層厚をｎ型第２クラッド層の層厚よりも厚くすることにより、ｎ型クラッド層全体のキャリア伝導性が確保される。また、ｎ型第２クラッド層において、伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端を活性層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端よりも高くすることにより、キャリア閉じ込めに十分な電子障壁が確保されると共に、タイプＩＩ発光が抑制される。また、例えば、ｐ型クラッド層が主たる機能別に２つに分けられている場合には、一方のｐ型クラッド層（ｐ型第２クラッド層）において、ｐ型キャリア密度を他方のｐ型クラッド層（ｐ型第１クラッド層）のｐ型キャリア密度よりも高くし、かつ層厚をｐ型第１クラッド層の層厚よりも厚くすることにより、キャリアの伝導に十分なｐ型キャリア密度が確保される。また、ｐ型第１クラッド層において、価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端を活性層の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも低くすることにより、キャリア閉じ込めに十分なホール障壁が確保されると共に、タイプＩＩ発光が抑制される。

本発明の半導体素子によれば、ｎ型クラッド層またはｐ型クラッド層を主たる機能（キャリア伝導性と、キャリア閉じ込め性およびタイプＩＩ発光抑制との２種類）別に２つに分けるようにしたので、キャリア伝導性、キャリア閉じ込め性、タイプＩＩ発光抑制および光閉じ込め性の全ての特性を、ｎ型クラッド層またはｐ型クラッド層として適した値にすることが可能となる。その結果、ｎ型クラッド層に要求される特性を有するｎ型クラッド層またはｐ型クラッド層に要求される特性を有するｐ型クラッド層を備えた半導体素子を実現することが可能である。

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。

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１（半導体素子）の断面構成を表すものである。図２は、図２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１０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。

半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、バッファ層１１、下部クラッド層１２、ｎ側ガイド層１３、活性層１４、ｐ側ガイド層１５、上部クラッド層１６およびコンタクト層１７をこの順に積層して構成されている。

基板１０はＩｎＰ基板である。バッファ層１１は、下部クラッド層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り、例えばバッファ層１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを基板１０側からこの順に積層して形成されている。ここで、バッファ層１１Ａは、例えばＳｉドープのｎ型ＩｎＰからなり、バッファ層１１Ｂは、例えばＳｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓからなり、バッファ層１１Ｃは、例えばＣｌドープのｎ型ＺｎＣｄＳｅからなる。

下部クラッド層１２は、ｎ型第１クラッド層１２Ａおよびｎ型第２クラッド層１２Ｂを前記活性層１４とは反対側（本実施の形態では基板１０側）から順に積層して構成されたものである。

ｎ型第１クラッド層１２Ａは、ｎ型第２クラッド層１２Ｂとの関係で主として下部クラッド層１２のキャリア（電子）伝導性を確保するものである。このｎ型第１クラッド層１２Ａでは、ｎ型キャリア密度が１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下の範囲内の値となっており、かつｎ型第２クラッド層１２Ｂのｎ型キャリア密度よりも高い値となっている。また、ｎ型第１クラッド層１２Ａの厚さがｎ型第２クラッド層１２Ｂの厚さよりも厚くなっている。また、エネルギーギャップがｎ側ガイド層１３および活性層１４のエネルギーギャップよりも大きく、かつ屈折率がｎ側ガイド層１３および活性層１４の屈折率よりも小さくなっている。さらに、伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端が活性層１４の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端よりも低くなっている。

ｎ型第１クラッド層１２Ａは、例えば、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ（０＜ｘ１＜１，０＜ｘ２＜１，０＜１−ｘ１−ｘ２＜１）を含む単層構造を有するか、または主としてＭｇＳｅ／Ｚｎ_ｘ３Ｃｄ_１−ｘ３Ｓｅ（０＜ｘ３＜１）超格子を含む積層構造を有している。

ｎ型第２クラッド層１２Ｂは、ｎ型第１クラッド層１２Ａとの関係で、主として下部クラッド層１２のキャリア（電子）閉じ込め性を確保すると共に、タイプＩＩ発光を抑制するものである。このｎ型第２クラッド層１２Ｂでは、伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端がｎ側ガイド層１３および活性層１４の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端よりも高くなっている。また、エネルギーギャップがｎ側ガイド層１３および活性層１４のエネルギーギャップよりも大きく、かつ屈折率がｎ側ガイド層１３および活性層１４の屈折率よりも小さくなっている。さらに、ｎ型キャリア密度がｎ型第１クラッド層１２Ａのｎ型キャリア密度よりも低い値となっている。また、ｎ型第２クラッド層１２Ｂの厚さはｎ型第１クラッド層１２Ａの厚さよりも薄くなっている。なお、価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端がｎ側ガイド層１３および活性層１４の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも低くなっている。

ｎ型第２クラッド層１２Ｂは、例えば、主としてＭｇ_ｘ４Ｚｎ_１−ｘ４Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５（０＜ｘ４＜１，０．５＜ｘ５＜１）を含む単層構造を有するか、または主としてＭｇＳｅ／Ｍｇ_ｘ６Ｚｎ_１−ｘ６Ｓｅ_ｘ７Ｔｅ_１−ｘ７（０＜ｘ６＜１，０．５＜ｘ７＜１）超格子を含む積層構造を有している。

ここで、第１下部クラッド層１２Ａまたは第２下部クラッド１２Ｂが超格子を含む場合には、超格子に含まれる各層の材料（組成比）および各層厚によって実効的なエネルギーギャップを変える（制御する）ことが可能である。なお、以下で説明する各半導体層が超格子を含んでいる場合においても、超格子に含まれる各層の材料（組成比）および各層厚によって実効的なエネルギーギャップを変える（制御する）ことが可能である。また、下部クラッド層１２に含まれるｎ型不純物としては、例えばＣｌなどが挙げられる。

なお、第１下部クラッド層１２Ａおよび第２下部クラッド１２Ｂについて記載した内容を式で表すと、以下の式（１）〜（４）で表すことができる。
１×１０^１７ｃｍ^−３≦Ｎ１≦１×１０^２０ｃｍ^−３…（１）
Ｎ１＞Ｎ２…（２）
Ｄ１＞Ｄ２…（３）
Ｅｃ１＜Ｅｃ３＜Ｅｃ２…（４）

ここで、Ｎ１は、ｎ型第１クラッド層１２Ａのｎ型キャリア密度である。Ｎ２は、ｎ型第２クラッド層１２Ｂのｎ型キャリア密度である。Ｄ１は、ｎ型第１クラッド層１２Ａの層厚である。Ｄ２は、ｎ型第２クラッド層１２Ｂの層厚である。Ｅｃ１は、ｎ型第１クラッド層１２Ａの伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端である。Ｅｃ２は、ｎ型第２クラッド層１２Ｂの伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端である。Ｅｃ３は、活性層１４の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端である。

ｎ側ガイド層１３は、エネルギーギャップが活性層１４のエネルギー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サブレベル下端が活性層１４の伝導帯の下端または伝導帯のサブレベルの下端よりも高い半導体層である。なお、価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端が活性層１４の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも低くなっていることが好ましい。

ｎ側ガイド層１３は、例えば、主としてＭｇＳｅ／Ｂｅ_ｘ１９Ｚｎ_{１−ｘ１９}Ｓｅ_ｘ２０Ｔｅ_{１−ｘ２０}（０＜ｘ１９＜１，０＜ｘ２０＜１）超格子を含む積層構造を有している。ただし、ｎ側ガイド層１３が上記したような超格子を含む場合には、ＭｇＳｅ層およびＢｅ_ｘ１９Ｚｎ_{１−ｘ１９}Ｓｅ_ｘ２０Ｔｅ_{１−ｘ２０}層の双方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ドーパント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。

活性層１４は、所望の発光波長（例えば緑色帯の波長）に対応したエネルギーギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。この活性層１４は、例えば、主としてＢｅ_ｘ１３Ｚｎ_{１−ｘ１３}Ｓｅ_ｘ１４Ｔｅ_{１−ｘ１４}（０＜ｘ１３＜１，０＜ｘ１４＜１）を含む単層構造を有するか、主としてＭｇＳｅ／Ｂｅ_ｘ１５Ｚｎ_{１−ｘ１５}Ｓｅ_ｘ１６Ｔｅ_{１−ｘ１６}（０＜ｘ１５＜１，０＜ｘ１６＜１）超格子を含む積層構造を有するか、または主としてＺｎＳｅ／Ｂｅ_ｘ１７Ｚｎ_{１−ｘ１７}Ｓｅ_ｘ１８Ｔｅ_{１−ｘ１８}（０＜ｘ１７＜１，０≦ｘ１８＜１）超格子を含む積層構造を有している。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。

活性層１４において、後述するリッジ部１８に対向する領域が発光領域１４Ａとなる。この発光領域１４Ａは、対向するリッジ部１８の底部と同等の大きさのストライプ幅を有しており、リッジ部１８で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。

ｐ側ガイド層１５は、エネルギーギャップが活性層１４のエネルギー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サブレベル上端が活性層１４の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも低い半導体層である。なお、伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端が活性層１４の伝導帯の下端または伝導帯のサブレベルの下端よりも高くなっていることが好ましい。

ｐ側ガイド層１５は、例えば、主としてＭｇＳｅ／Ｂｅ_ｘ２１Ｚｎ_{１−ｘ２１}Ｓｅ_ｘ２２Ｔｅ_{１−ｘ２２}（０＜ｘ２１＜１，０＜ｘ２２＜１）超格子を含む積層構造を有している。ただし、ｐ側ガイド層１５が上記したような超格子を含む場合には、ＭｇＳｅ層およびＢｅ_ｘ２１Ｚｎ_{１−ｘ２１}Ｓｅ_ｘ２２Ｔｅ_{１−ｘ２２}層の双方がアンドープとなっていることが好ましい。

上部クラッド層１６は、ｐ型第１クラッド層１６Ａおよびｐ型第２クラッド層１６Ｂを前記活性層１４側から順に積層して構成されたものである。

ｐ型第１クラッド層１６Ａは、ｐ型第２クラッド層１６Ｂとの関係で、主として上部クラッド層１６のキャリア（ホール）閉じ込め性を確保すると共に、タイプＩＩ発光を抑制するものである。このｐ型第１クラッド層１６Ａでは、価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端が活性層１４、ｐ側ガイド層１５およびｐ型第２クラッド層１６Ｂの価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも低くなっている。また、伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端が活性層１４およびｐ側ガイド層１５の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端よりも高くなっている。また、エネルギーギャップが活性層１４およびｐ側ガイド層１５のエネルギーギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４およびｐ側ガイド層１５の屈折率よりも小さくなっている。さらに、ｐ型キャリア密度がｐ型第２クラッド層１６Ｂのｐ型キャリア密度よりも低い値となっている。また、ｐ型第１クラッド層１６Ａの厚さはｐ型第２クラッド層１６Ｂの厚さよりも薄くなっている。

ｐ型第１クラッド層１６Ａは、例えば、主としてＭｇＳｅ／Ｂｅ_ｘ８Ｚｎ_１−ｘ８Ｔｅ（０＜ｘ８＜１）超格子を含む積層構造を有している。なお、ＭｇＳｅ層がアンドープとなっていることが好ましい。

ｐ型第２クラッド層１６Ｂは、ｐ型第１クラッド層１６Ａとの関係で主として上部クラッド層１６のキャリア（ホール）伝導性を確保するものである。このｐ型第２クラッド層１６Ｂでは、ｐ型キャリア密度が１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下の範囲内の値となっており、かつｐ型第１クラッド層１６Ａのｐ型キャリア密度よりも高い値となっている。また、ｐ型第２クラッド層１６Ｂの厚さはｐ型第１クラッド層１６Ａの厚さよりも厚くなっている。また、エネルギーギャップが活性層１４およびｐ側ガイド層１５のエネルギーギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４およびｐ側ガイド層１５の屈折率よりも小さくなっている。さらに、価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端が活性層１４の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも高くなっている。

ｐ型第２クラッド層１６Ｂは、例えば、主としてＢｅ_ｘ９Ｍｇ_１−ｘ９Ｔｅ／Ｂｅ_ｘ１０Ｚｎ_{１−ｘ１０}Ｔｅ（０＜ｘ９＜１，０＜ｘ１０＜１）超格子を含む積層構造を有するか、または主としてＢｅ_ｘ１１Ｍｇ_ｘ１２Ｚｎ_{１−ｘ１１−ｘ１２}Ｔｅ（０＜ｘ１１＜１，０＜ｘ１２＜１，０＜１−ｘ１１−ｘ１２＜１）を含む単層構造を有している。

なお、ｐ型クラッド層１６（および以下で説明するコンタクト層１７）に含まれる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。

なお、ｐ型第１クラッド層１２Ａおよびｐ型第２クラッド層１６Ｂについて記載した内容を式で表すと、以下の式（５）〜（８）で表すことができる。
１×１０^１７ｃｍ^−３≦Ｎ４≦１０^２０ｃｍ^−３…（５）
Ｎ３＜Ｎ４…（６）
Ｄ３＜Ｄ４…（７）
Ｅｖ１＜Ｅｖ３＜Ｅｖ２…（８）

ここで、Ｎ３は、ｐ型第１クラッド層１６Ａのｐ型キャリア密度である。Ｎ４は、ｐ型第２クラッド層１６Ｂのｐ型キャリア密度である。Ｄ３は、ｐ型第１クラッド層１６Ａの層厚である。Ｄ４は、ｐ型第２クラッド層１６Ｂの層厚である。Ｅｖ１は、ｐ型第１クラッド層１６Ａの価電子上端または価電子帯サブレベル上端である。Ｅｖ２は、ｐ型第２クラッド層１６Ｂの価電子上端または価電子帯サブレベル上端である。Ｅｖ３は、活性層１４の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端である。

コンタクト層１７は、例えば、ｐ型ＢｅＺｎＴｅと、ｐ型ＺｎＴｅとを交互に積層して形成されたものである。

また、この半導体レーザ１において、上部クラッド層１６の上部およびコンタクト層１７には、上記したように、軸方向に延在するストライプ状のリッジ部１８が形成されている。このリッジ部１８は、活性層１４の電流注入領域を制限する。

さらに、リッジ部１８の表面上にｐ側電極１９が形成されており、基板１０の裏面にｎ側電極２０が形成されている。このｐ側電極１９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２０は、例えば、ＡｕとＧｅとの合金，ＮｉおよびＡｕとを基板１０の裏面上にこの順に積層したものであり、基板１０と電気的に接続されている。このｎ側電極２０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。

ところで、上記したｎ型第１クラッド層１２Ａ、ｎ型第２クラッド層１２Ｂ、ｎ側ガイド層１３、活性層１４、ｐ側ガイド層１５、ｐ型第１クラッド層１６Ａおよびｐ型第２クラッド層１６Ｂ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はＩｎＰ基板であることから、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、以下の表１に示した材料が挙げられる。

［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）
ＭｇＺｎＣｄＳｅ Ｍｇ_０．３３Ｃｄ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｓｅ ２．６４
ＺｎＣｄＳｅ Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ ２．１
ＭｇＺｎＳｅＴｅ Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ_０．８５ＳｅＴｅ_０．１５ ３．０
ＢｅＺｎＴｅ Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ ３．１２（Γ点）
ＢｅＭｇＴｅ Ｂｅ_０．３６Ｍｇ_０．６４Ｔｅ ３．７
ＢｅＺｎＳｅＴｅ Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０ ２．３３

ここで、例えば、ＩｎＰと格子整合するＢｅ_０．３６Ｍｇ_０．６４Ｔｅのエネルギーギャップの値は、２元混晶であるＢｅＴｅおよびＭｇＴｅのエネルギーギャップの値から内挿して求めたものであり、３元混晶に多少なりとも見られるボーイング効果については考慮されていない。また、表１に示した他の３元混晶、４元混晶のエネルギーギャップの値についても、ボーイング効果については考慮されていない。

また、ＩｎＰと格子整合するＢｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅにおいて、Γ点での直接遷移エネルギーギャップは、約３．１２ｅＶと見積もることができる。これにより、Ｂｅ_０．３６Ｍｇ_０．６４Ｔｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ超格子のエネルギーギャップの値は、超格子層厚の組み合わせ比率により、３．１２ｅＶと３．７ｅＶとの間の値になりうる。

また、ＭｇＳｅ／Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ超格子のエネルギーギャップの値は、超格子層厚の組み合わせ比率により、３．１２ｅＶと３．６ｅＶとの間の値になりうる。また、ＭｇＳｅ／Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ_０．８５ＳｅＴｅ_０．１５超格子のエネルギーギャップの値は、超格子層厚の組み合わせ比率により、３．０ｅＶと３．６ｅＶとの間の値になりうる。また、ＭｇＳｅ／Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ超格子のエネルギーギャップの値は、超格子層厚の組み合わせ比率により、２．１ｅＶと３．６ｅＶとの間の値になりうる。

一方、活性層１４として、例えば、主としてＢｅ_ｘ１３Ｚｎ_{１−ｘ１３}Ｓｅ_ｘ１４Ｔｅ_{１−ｘ１４}を含む単層構造を用いた場合には、活性層１４のエネルギーギャップの値は、ＩｎＰとの格子整合条件下で、橙色（６００ｎｍ）〜青緑色（４８０ｎｍ）の範囲内の波長に相当するエネルギーギャップの値（２．０６〜２．５８ｅＶ）になりうる。したがって、上で例示した超格子を、ｎ型第１クラッド層１２Ａ、ｎ型第２クラッド層１２Ｂ、ｎ側ガイド層１３、ｐ側ガイド層１５、ｐ型第１クラッド層１６Ａおよびｐ型第２クラッド層１６Ｂに用いた場合には、ＩｎＰと格子整合させつつ、活性層１４のエネルギーギャップよりも大きなエネルギーギャップにすることができる。

また、ＭｇＳｅとＭｇＴｅは同程度、大気中では吸湿性を有しているが、ＣｄＭｇＴｅにおいてＭｇの組成比が７５％以下であればジンクブレンド（ＺＢ）構造でありかつ酸化反応が起きないとしている（J.M.Hartmann等、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８０、６２５７（１９９６）参照）。一方、ＢｅＭｇＴｅにおいてＩｎＰに格子整合するのはＭｇ組成比が６４％程度のときであり、このときのＭｇ組成比は７５％よりも十分に小さい。したがって、ＩｎＰに格子整合するＢｅ_０．３６Ｍｇ_０．６４Ｔｅは、酸化および吸湿についてＭｇＳｅより耐性を有していると考えられる。同様に、Ｍｇ_０．３３Ｃｄ_０．３３Ｚｎ_０．３４Ｓｅや、Ｍｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５についても、酸化および吸湿についてＭｇＳｅより耐性を有していると考えられる。

ところで、本実施の形態では、ｐ型キャリア濃度が大きく、電気伝導性に関わるｐ型第２クラッド層１６ＢにおいてＭｇＳｅが使用されていない。これにより、ｐ型第２クラッド層１６Ｂにおいて酸化および吸湿による劣化に起因して電気伝導性が低下する虞がない。

また、ＢｅとＳｅが反応性の高いことが経験上知られており、従来のＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子では界面にＢｅＳｅが形成される可能性がある。しかし、例えば、ＢｅＺｎＴｅ層のうちＭｇＳｅ側の界面にＺｎ原子を配列させるかなど、ＢｅとＳｅが直接接しないようにすることにより、ＢｅＳｅの形成を抑制することができる。なお、ＭＢＥ装置におけるシャッター操作を利用することにより、上記したような原子配列を形成することが可能である。

また、ＳｅとＴｅが同時に存在する状況では、Ｓｅが優先的にＩＩ族と結合して、Ｔｅがはいりにくい現象、あるいは、ＳｅとＴｅの析出現象などが危惧される。しかし、この問題についても、例えば、ＭＢＥ装置におけるシャッター操作を利用して、ＳｅとＴｅが同時に存在しないようにすることにより、ＳｅとＴｅの競合反応や分離析出などが生じるのを抑制することが可能である。

また、Ｂｅカルコゲナイド系では、Ｂｅイオンが酸素以外の他のＶＩ族（ＳｅやＴｅなど）に比較して、イオン半径が極端に小さく結果的に共有結合度が高い。結晶自体の強度が高く転位など欠陥の発生や伝播を抑えられるといわれている。ＢｅＺｎＴｅ／ＢｅＭｇＴｅ超格子構造を形成することにより、ＢｅＺｎＴｅ／ＭｇＳｅ超格子構造を使った従来構造より、さらに効果があることが予想される。ＢｅＺｎＴｅ／ＢｅＭｇＴｅ超格子構造では、超格子構造の両方の層にＢｅが存在するので、結晶欠陥の伝播はより少なくなることが期待される。

このような構成の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

上記した各半導体層を２成長室分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置を用いた結晶成長により作製する。まず、ＩｎＰからなる基板１０に対して最適な表面処理を行ったのちに、基板１０をＭＢＥ装置内へセットする。次に、基板１０を試料交換用の準備室に入れて真空ポンプで１０^−３Ｐａ以下まで真空引きし、１００℃まで加熱し残留水分および不純物ガスを脱離させる。

次に、基板１０をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体専用成長室に搬送し、基板１０の表面に、Ｐ分子線を当てながら、基板１０の温度を５００℃に加熱する。これにより、基板１０の表面の酸化膜を除去する。その後、基板１０の温度を４５０℃に加熱し、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰを３０ｎｍ成長させてバッファ層１１Ａを形成したのち、続いて、基板１０の温度を４７０℃に加熱し、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓを２００ｎｍ成長させてバッファ層１１Ｂを形成する。

次に、基板１０をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体専用成長室に搬送し、バッファ層１１Ｂの表面に、Ｚｎ分子線を当てながら、基板１０の温度を２００℃に加熱した上で、Ｃｌドープのｎ型ＺｎＣｄＳｅを５ｎｍ成長させたのち、基板温度を２８０℃に加熱し、Ｃｌドープのｎ型ＺｎＣｄＳｅを１００ｎｍ成長させてバッファ層１１Ｃを形成する。続いて、基板温度を２８０℃にした状態で、Ｃｌドープのｎ型Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ／ＭｇＳｅ超格子を１μｍ成長させてｎ型第１クラッド層１２Ａを形成し、ＣｌドープのＭｇ_０．６Ｚｎ_０．４Ｓｅ_０．８５Ｔｅ_０．１５を０．６μｍ成長させてｎ型第２クラッド層１２Ｂを形成し、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０／ＭｇＳｅ超格子を７０ｎｍ成長させてｎ側ガイド層１３を形成し、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０（３ｎｍ）／ＭｇＳｅ量子井戸を３層（３ウェル）成長させて活性層１４を形成し、Ｂｅ_０．１３Ｚｎ_０．８７Ｓｅ_０．４０Ｔｅ_０．６０／ＭｇＳｅ超格子を７０ｎｍ成長させてｐ側ガイド層１５を形成し、Ｎドープのｐ型Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ／ＭｇＳｅ超格子構造を０．１μｍ成長させて上部第１クラッド層１６Ａを形成し、Ｎドープのｐ型Ｂｅ_０．４８Ｚｎ_０．５２Ｔｅ／Ｂｅ_０．３６Ｍｇ_０．６４Ｔｅ超格子を０．３μｍ成長させて上部第２クラッド層１６Ｂを形成し、Ｎドープのｐ型ＢｅＺｎＴｅを３０ｎｍ成長させ、続いて、Ｎドープのｐ型ＢｅＺｎＴｅ／ＺｎＴｅ積層構造を５００ｎｍ成長させ、さらに、Ｎドープのｐ型ＺｎＴｅを３０ｎｍ成長させてコンタクト層１７を形成する。

次に、コンタクト層１７上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成してリッジ部１７を形成することとなるストライプ状の領域以外の領域を覆った後に、真空蒸着により、全面に例えばＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ多層膜（図示せず）を積層する。この後、レジストパターンを、その上に堆積したＰｄ/Ｐｔ/Ａｕ積層膜とともにリフトオフにより除去する。これにより、コンタクト層１７上にｐ側電極１９が形成される。この後、必要に応じて熱処理を行って、オーミック接触させる。続いて、基板１０の裏面に、真空蒸着により、全面に例えばＡｕＧｅ合金またはＮｉ/Ａｕ多層膜（図示せず）を積層して、ｎ側電極２０を形成する。

次に、ダイヤモンドカッタでウェーハの端部に傷をつけ、圧力をかけて傷を開くように割ることによりへき開する。次に、蒸着あるいはスパッタリングを用いて、光射出側の端面（前方端面）に５％程度の低反射コーティング（図示せず）を形成し、前方端面とは反対側の端面（後方端面）に９５％程度の高反射コーティング（図示せず）を形成する。次に、リッジ部１７のストライプ方向にけがいてチップを割り出す。

次に、チップを発光点の位置と端面の角度を合わせながらサブマウント（図示せず）上に配置したのち、ヒートシンク（図示せず）上に配置する。続いて、チップ上のｐ側電極１９とステム（図示せず）上の端子を金ワイヤでつないだのち、レーザ光の出口になるウィンドーキャップをステムに対してかぶせて気密封止を行う。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用・効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ１では、ｐ側電極１９とｎ側電極２０との間に所定の電圧が印加されると、活性層１４に電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じ、前方端面のうち発光領域１４Ａに対応する部分（発光スポット）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。

ところで、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がそれぞれ、主たる機能別に２つに分けられている。

ｎ型第１クラッド層１２Ａにおいて、ｎ型キャリア密度をｎ型第２クラッド層１２Ｂのｎ型キャリア密度よりも高くし、かつ層厚をｎ型第２クラッド層１２Ｂの層厚よりも厚くすることにより、ｎ型クラッド層１２全体のキャリア伝導性が確保されている。また、ｎ型第２クラッド層１２Ｂにおいて、伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端を活性層１４の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端よりも高くすることにより、キャリア閉じ込めに十分な電子障壁が確保されており、さらにタイプＩＩ発光が抑制されている。

一方、ｐ型第２クラッド層１６Ｂにおいて、ｐ型キャリア密度をｐ型第１クラッド層１６Ａのｐ型キャリア密度よりも高くし、かつ層厚をｐ型第１クラッド層１６Ａの層厚よりも厚くすることにより、キャリアの伝導に十分なｐ型キャリア密度が確保されている。また、ｐ型第１クラッド層１６Ａにおいて、価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端を活性層の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端よりも低くすることにより、キャリア閉じ込めに十分なホール障壁が確保されており、さらにタイプＩＩ発光が抑制されている。

これにより、本実施の形態では、キャリア伝導性、キャリア閉じ込め性、タイプＩＩ発光抑制および光閉じ込め性の全ての特性を、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６として適した値にすることが可能となる。その結果、ｎ型クラッド層に要求される特性を有するｎ型クラッド層１２またはｐ型クラッド層に要求される特性を有するｐ型クラッド層１６を備えた半導体レーザ１を実現することが可能である。

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。

例えば、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（ＬＥＤ）や、受光素子（Photo Detector;ＰＤ）などの半導体素子に対してももちろん適用可能である。

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。 図１の半導体レーザのバンド構造を説明するための概念図である。

符号の説明

１…半導体レーザ、２…半導体素子、１０…基板、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…バッファ層、１２…ｎ型クラッド層、１２Ａ…ｎ型第１クラッド層、１２Ｂ…ｎ型第２クラッド層、１３…ｎ側ガイド層、１４…活性層、１４Ａ…発光領域、１５…ｐ側ガイド層、１６…ｐ型クラッド層、１６Ａ…ｐ型第１クラッド層、１６Ｂ…ｐ型第２クラッド層、１７…コンタクト層、１８…リッジ部、１９…ｐ側電極、２０…ｎ側電極。

Claims (4)

1. ＩｎＰ基板上に、ｎ型第１クラッド層、ｎ型第２クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層を順に含む半導体層を備え、
   前記ｎ型第１クラッド層および前記ｎ型第２クラッド層が以下の式（１）〜(４)を満たすか、または前記ｐ型第１クラッド層および前記ｐ型第２クラッド層が以下の式（５）〜（８）を満たす半導体素子。
   １×１０^１７ｃｍ^−３≦Ｎ１≦１×１０^２０ｃｍ^−３…（１）
   Ｎ１＞Ｎ２…（２）
   Ｄ１＞Ｄ２…（３）
   Ｅｃ１＜Ｅｃ３＜Ｅｃ２…（４）
   １×１０^１７ｃｍ^−３≦Ｎ４≦１０^２０ｃｍ^−３…（５）
   Ｎ３＜Ｎ４…（６）
   Ｄ３＜Ｄ４…（７）
   Ｅｖ１＜Ｅｖ３＜Ｅｖ２…（８）
   Ｎ１：前記ｎ型第１クラッド層のｎ型キャリア密度
   Ｎ２：前記ｎ型第２クラッド層のｎ型キャリア密度
   Ｄ１：前記ｎ型第１クラッド層の層厚
   Ｄ２：前記ｎ型第２クラッド層の層厚
   Ｅｃ１：前記ｎ型第１クラッド層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端
   Ｅｃ２：前記ｎ型第２クラッド層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端
   Ｅｃ３：前記活性層の伝導帯下端または伝導帯サブレベル下端
   Ｎ３：前記ｐ型第１クラッド層のｐ型キャリア密度
   Ｎ４：前記ｐ型第２クラッド層のｐ型キャリア密度
   Ｄ３：前記ｐ型第１クラッド層の層厚
   Ｄ４：前記ｐ型第２クラッド層の層厚
   Ｅｖ１：前記ｐ型第１クラッド層の価電子上端または価電子帯サブレベル上端
   Ｅｖ２：前記ｐ型第２クラッド層の価電子上端または価電子帯サブレベル上端
   Ｅｖ３：前記活性層の価電子帯上端または価電子帯サブレベル上端
2. 前記ｎ型第１クラッド層および前記ｎ型第２クラッド層が式（１）〜(４)を満たす場合に、
   前記ｎ型第１クラッド層が、主としてＭｇ_ｘ１Ｚｎ_ｘ２Ｃｄ_{１−ｘ１−ｘ２}Ｓｅ（０＜ｘ１＜１，０＜ｘ２＜１，０＜１−ｘ１−ｘ２＜１）を含む単層構造を有するか、または主としてＭｇＳｅ／Ｚｎ_ｘ３Ｃｄ_１−ｘ３Ｓｅ（０＜ｘ３＜１）超格子を含む積層構造を有し、
   前記ｎ型第２クラッド層が、主としてＭｇ_ｘ４Ｚｎ_１−ｘ４Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_１−ｘ５（０＜ｘ４＜１，０．５＜ｘ５＜１）を含む単層構造を有するか、または主としてＭｇＳｅ／Ｍｇ_ｘ６Ｚｎ_１−ｘ６Ｓｅ_ｘ７Ｔｅ_１−ｘ７（０＜ｘ６＜１，０．５＜ｘ７＜１）超格子を含む積層構造を有する請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記ｐ型第１クラッド層および前記ｐ型第２クラッド層が式（５）〜（８）を満たす場合に、
   前記ｐ型第１クラッド層が、主としてＭｇＳｅ／Ｂｅ_ｘ８Ｚｎ_１−ｘ８Ｔｅ（０＜ｘ８＜１）超格子を含む積層構造を有し、
   前記ｐ型第２クラッド層が、主としてＢｅ_ｘ９Ｍｇ_１−ｘ９Ｔｅ／Ｂｅ_ｘ１０Ｚｎ_{１−ｘ１０}Ｔｅ（０＜ｘ９＜１，０＜ｘ１０＜１）超格子を含む積層構造を有するか、または主としてＢｅ_ｘ１１Ｍｇ_ｘ１２Ｚｎ_{１−ｘ１１−ｘ１２}Ｔｅ（０＜ｘ１１＜１，０＜ｘ１２＜１，０＜１−ｘ１１−ｘ１２＜１）を含む単層構造を有する請求項１に記載の半導体素子。
4. 前記活性層は、主としてＢｅ_ｘ１３Ｚｎ_{１−ｘ１３}Ｓｅ_ｘ１４Ｔｅ_{１−ｘ１４}（０＜ｘ１３＜１，０＜ｘ１４＜１）を含む単層構造を有するか、主としてＭｇＳｅ／Ｂｅ_ｘ１５Ｚｎ_{１−ｘ１５}Ｓｅ_ｘ１６Ｔｅ_{１−ｘ１６}（０＜ｘ１５＜１，０＜ｘ１６＜１）超格子を含む積層構造を有するか、または主としてＺｎＳｅ／Ｂｅ_ｘ１７Ｚｎ_{１−ｘ１７}Ｓｅ_ｘ１８Ｔｅ_{１−ｘ１８}（０＜ｘ１７＜１，０≦ｘ１８＜１）超格子を含む積層構造を有する請求項１に記載の半導体素子。

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