JPH08264877A

JPH08264877A - 半導体レーザ素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08264877A
Application number: JP6044295A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Otsuka; 健一大塚; Masayuki Imaizumi; 昌之今泉; Yasuyuki Endo; 康行遠藤; Muneyoshi Fukita; 宗義吹田; Toshiro Isu; 俊郎井須; Kazumasa Mitsunaga; 一正光永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】低抵抗で且つバンドギャップが広いクラッド
層を形成することにより、短波長で長時間安定して動作
する半導体レーザ素子を得る。レーザの発振しきい値電
流を十分に低減できる電流狭窄構造を得る。信頼性の高
いシャッタを使った超格子構造の製造方法を提供する。【構成】クラッド層を不純物を添加した第１の層とこ
の第１の層に比しバンドギャップが大なる第２の層とを
交互に積層して形成することにより、クラッド層全体と
しては低抵抗で且つバンドギャップが大きいものが得ら
れる。ｐ型クラッド層のうち発光領域に対応する部分に
第２のｐ型半導体層を形成し、この第２のｐ型半導体層
とｐ型クラッド層の両者に隣接して第３のｐ型半導体層
を形成し、且つバンドギャップの大きさをｐ型クラッド
層＞第２の半導体層＞第３の半導体層とする。一方向に
連続回転するシャッタにより原料の供給を制御して超格
子構造を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子およ
びその製造方法、特に青色から青緑色の光を放出する半
導体レーザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、例えば刊行物（“Ｒｏｏｍ
ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐ
ｅｒａｔｉｏｎｏｆｂｌｕｅ−ｇｒｅｅｎｌａｓ
ｅｒｄｉｏｄｅｓ”Ｎ．Ｎａｋａｙａｍａｅｔ．ａｌ
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ２９（１９
９３）１４８８．）に示された従来の半導体素子（レー
ザ）の断面図である。図において、１００はｎ型ＧａＡ
ｓ基板に対するＩｎ電極、２００はｎ型ＧａＡｓ基板、
３００はｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、４６はｎ型Ｚ
ｎＳｅ光ガイド層、１０５はノンドープＺｎＣｄＳｅ単
一量子井戸活性層、４７はｐ型ＺｎＳｅ光ガイド層、４
８はｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、８０はｐ型ＺｎＳ
Ｓｅ層、９０はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、１１０は電
流狭窄のための絶縁膜、１１１はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕｐ型
電極である。

【０００３】また、図１９は、第２５回半導体専門講習
会（１９８５年８月、山形）予稿集４３頁に示された従
来の結晶成長装置の成長室の構成図である。図におい
て、３３０は超高真空槽すなわち成長室、３４０は基板
ホルダ、３５０は基板ホルダに装着された基板結晶、３
６０、３７０、３８０、３９０、４００は分子線源、４
９０、５００、５１０、５２０、５３０は分子線の供給
をＯＮ・ＯＦＦするシャッタである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の半
導体レーザでは、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４８の
アクセプタ不純物濃度が１．５×１０¹⁷ｃｍ^-3と低いた
めに抵抗が大きく発熱の問題が生じ、長時間の安定動作
が困難であった。また量子井戸活性層１０５での発振波
長をより短波長とするためには、それに対応してｐ型ク
ラッド層４８のバンドギャップを大きくすることが必要
であり、よりＭｇならびにＳの組成の大きいＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層が必要となるが、このＺｎＭｇＳＳｅ結
晶はＭｇならびにＳの組成の増加とともにアクセプタ不
純物濃度が急激に低下し、すなわち抵抗が増加するた
め、発熱の問題がより顕著となる。加えて、上記構成で
は、電流狭窄がコンタクト層近傍に絶縁膜１１０によっ
てしかなされていないため、発光領域で十分な電流密度
が得られにくく、レーザの発振しきい値電流を十分に低
減することが困難であった。

【０００５】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、クラッド層をはじめとしてｐ型半
導体層のアクセプタ不純物濃度が低下しない低抵抗結晶
とすることを第１の目的としている。また、活性層近傍
にも電流狭窄構造を導入し、レーザの動作電流を低くし
て熱発生を抑え、消費電力が小さく長寿命のレーザを実
現することを第２の目的としている。

【０００６】また、上記のような構成の結晶成長方法で
は、シャッタ４９０、５００、５１０、５２０、５３０
の開閉により、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅ、Ｎ
などの供給を制御して、多層の素子構造を基板結晶上に
作製する。通常の装置では、破線で示されたＯＮの状態
からわかるように、シャッタの動作は、４９０ならびに
５００のように分子線の向きに対して垂直方向に往復し
てスライドするか、あるいは５１０、５２０ならびに５
３０のように分子線の向きに平行な平面内を約９０°往
復回転することによって行われていた。したがって、シ
ャッタの停止位置を厳密に制御する必要があり、超格子
のような多層構造の作製においては、シャッタの開閉回
数が非常に多くなるので、シャッタの動作の信頼性が十
分でないと良質の超格子を再現性よく作製できないとい
う問題があった。即ち、スライドや回転の往復を行うシ
ャッタでは、シャッタの停止位置は開閉を繰り返すこと
によってわずかではあるが変動して停止位置が一定に保
たれず、分子線のＯＮ・ＯＦＦを正確に制御できない。
本発明は、かかる問題点を解決するためにもなされたも
のであり、シャッタの構成を変えることにより、動作の
信頼性が高まり、超格子構造を再現性よく作製できる製
造方法を提供することを付加的な目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１は、レーザ光を
発振する活性領域と、この活性領域を挟み互に異なる導
電型の半導体で形成された第１および第２のクラッド層
とを備えた半導体レーザ素子において、前記クラッド層
のいずれかが不純物を添加した第１の層と第１の層に比
しバンドギャップが大なる第２の層とを交互に積層して
形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子であ
る。

【０００８】請求項２は、請求項１において、積層して
形成されるクラッド層がII−VI族半導体で形成され、そ
の第１の層に不純物としてＮが添加されているものであ
る。

【０００９】請求項３は、請求項１において、積層して
形成されるクラッド層がII−VI族半導体で形成され、そ
の第２の層にはアクセプタ不純物が添加されていないも
のである。

【００１０】請求項４は、更に第１の層のII−VI族半導
体がＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）結晶、第２の層の
II−VI族半導体がＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦
ａ、ｂ≦１）結晶であることを特徴とする。

【００１１】請求項５は、更に第１の層のII−VI族半導
体がＺｎＴｅ結晶、第２の層のII−VI族半導体がＺｎ_a
Ｍｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶であるこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項６は、更に積層して形成されるクラ
ッド層が超格子層で形成されるものである。

【００１３】請求項７は、レーザ光を発振する活性領域
と、この活性領域に隣接しｐ型の導電型の半導体で形成
されたｐ型クラッド層と、このｐ型クラッド層の一部に
隣接し且つｐ型クラッド層より小なるバンドギャップの
半導体で形成された第２のｐ型半導体層と、この第２の
ｐ型半導体層と前記ｐ型クラッド層に隣接し前記第２の
ｐ型半導体層より小なるバンドギャップの半導体で形成
された第３のｐ型半導体層と、この第３のｐ型半導体層
に電流を流通せしめる電極と、前記活性領域を前記ｐ型
クラッド層とで挟む位置に設けられたｎ型の導電型の半
導体で形成されたｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド
層に電流を流通せしめる電極とを備えた半導体レーザ素
子である。

【００１４】請求項８は、レーザ光を発振する活性領域
と、この活性領域に隣接しｐ型の導電型の半導体で形成
されたｐ型クラッド層と、このｐ型クラッド層の一部に
隣接し且つｐ型クラッド層より小なるバンドギャップの
半導体で形成された第２のｐ型半導体層と、前記ｐ型ク
ラッド層の他の部分に隣接しｎ型の導電型の半導体で形
成されたブロッキング層と、このブロッキング層および
前記第２のｐ型半導体層に隣接し前記第２のｐ型半導体
層より小なるバンドギャップの半導体で形成された第３
の半導体層と、この第３のｐ型半導体層に電流を流通せ
しめる電極と、前記活性領域を前記ｐ型クラッド層とで
挟む位置に設けられｎ型導電型の半導体で形成されたｎ
型クラッド層と、このｎ型クラッド層に電流を流通せし
める電極とを備えた半導体レーザ素子である。

【００１５】請求項９は、請求項７または請求項８にお
いて、ｐ型クラッド層がＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ
_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶であることを特徴とする。

【００１６】請求項１０は、請求項７〜９のいずれかに
おいて、第２のｐ型半導体層が、Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳ
ｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶であることを特徴とす
る。

【００１７】請求項１１は、請求項７〜１０のいずれか
において、第３のｐ型半導体層がＺｎＳ_XＳｅ_1-x（０
≦ｘ≦１）結晶またはＺｎＴｅ結晶であることを特徴と
する。

【００１８】請求項１２は、請求項７〜１１のいずれか
において、第２のｐ型半導体層が、バンドギャップが異
なる半導体層を積層して形成した超格子層であることを
特徴とする。

【００１９】請求項１３は、ｐ型クラッド層よりもバン
ドギャップが小なる第２のｐ型半導体層をｐ型クラッド
層上に形成するステップと、形成した第２のｐ型半導体
層のうち発光領域に対応する部分以外をエッチングによ
り除去するステップとにより請求項７または請求項８の
第２のｐ型半導体層を形成する半導体レーザ素子の製造
方法である。

【００２０】請求項１４は、エッチングが水素を含むガ
スを用いたドライエッチングであることを特徴とする請
求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法である。

【００２１】請求項１５は、バンドギャップが異なる複
数の半導体層を交互に繰り返し積層する工程において、
原料供給部分と半導体層が形成される基板との間に一方
向に連続回転するシャッタを設けて原料の供給を制御す
ることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法であ
る。

【００２２】

【作用】請求項１ないし請求項６は、不純物を添加した
第１の層とこの層に比しバンドギャップが大なる第２の
層とを交互に積層してクラッド層を形成したので、第１
の層は電気的に低抵抗となり、第２の層は活性領域での
短波長発振に適した広いバンドギャップとなり、クラッ
ド層全体としては、電気的に低抵抗で且つ広いバンドギ
ャップのものが実現できる。

【００２３】請求項２は、ＩＩ−ＩＶ族半導体を積層し
てクラッド層を形成し、且つクラッド層の第１の層に不
純物としてＮを添加したので、バンドギャップが大きく
且つ低抵抗のクラッド層が得られ、青色から青緑色のレ
ーザ発振を長時間安定的に行うことができる。請求項３
ないし請求項５のいずれかの構成をクラッド層に採用す
ることにより、同様に、バンドギャップが大きく且つ低
抵抗のクラッド層が得られ、青色から青緑色のレーザ発
振を長時間安定的に行うことができる。

【００２４】請求項６は、請求項１ないし請求項５のい
ずれかのクラッド層を超格子層で形成したので、バンド
ギャップの大きな半導体においてもｐｎ接合を有する素
子の動作を可能にする。

【００２５】請求項７は、ｐ型クラッド層の一部に隣接
して第２のｐ型半導体層を、第２のｐ型半導体層とｐ型
クラッドの両方に隣接して第３のｐ型半導体層を形成
し、バンドギャップの大小関係をｐ型クラッド層＞第２
のｐ型半導体層＞第３のｐ型半導体層としたので、ｐ型
クラッド層と第３のｐ型半導体層が隣接する部分はバン
ドギャップの差が大きく、電位障壁が高くなり、電位障
壁が低いｐ型クラッド層、第２のｐ型半導体層、第３の
ｐ型半導体層の経路に電流が集中する電流狭窄構造が実
現できる。第２のｐ型半導体層を発光領域に対応した部
分だけに設ければ、発光領域に注入電流が集中し、レー
ザ発振のしきい値電流を下げることができる。

【００２６】請求項８は、ｐ型クラッド層に隣接して第
２のｐ型半導体層とｎ型半導体のブロッキング層とを形
成し、これら両層に隣接して第３のｐ型半導体層を設
け、バンドギャップの大小関係をｐ型クラッド層＞第２
のｐ型半導体層＞第３のｐ型半導体層としたので、ブロ
ッキング層とｐ型クラッド層とが接する部分は電位障壁
が高くなり、電位障壁が低いｐ型クラッド層、第２のｐ
型半導体層、第３の半導体層の経路に電流が集中する電
流狭窄構造が得られる。第２のｐ型半導体層を発光領域
に対応した部分だけに設ければ、発光領域に注入電流が
集中し、レーザ発振のしきい値電流を下げることができ
る。

【００２７】請求項９、１０、１１は、請求項７または
８の構造に加えて、青色から青緑色でレーザ発振を行う
のに適したII−VI族半導体材料をｐ型クラッド層、第２
のｐ型半導体層、第３のｐ型半導体層に用いるものであ
る。

【００２８】請求項１２は、請求項７ないし１１のいず
れかの第２のｐ型半導体層を超格子層で形成したので、
しきい値電流が低減された青色から青緑色のレーザが実
現される。

【００２９】請求項１３は、請求項７、請求項８の電流
狭窄構造に適した製造方法であり、ｐ型クラッド層上に
形成した第２のｐ型半導体のうち発光領域に対応する部
分以外をエッチングにより除去することによりエッチン
グ表面に高抵抗領域を形成し、電流狭窄の効果をより強
めるものである。

【００３０】請求項１４は、請求項１３のエッチングを
原子量が小さい水素ガスを用いたドライエッチングとす
ることにより、エッチングにより半導体が受けるダメー
ジを少なくできる。

【００３１】請求項１５は、原料供給部分と半導体が形
成される基板との間に一方向に連続するシャッタを設け
て原料の供給を制御するようにしたので、シャッタの位
置ずれが少なくなり良質の超格子構造を作成することが
できる。

【００３２】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例による半導体素子
（レーザ）を示した断面図である。図１において、１は
ｎ型ＧａＡｓ基板に対するＩｎ電極、２はｎ型ＧａＡｓ
基板、３はｎ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、
ｂ≦１）クラッド層、４はｎ型ＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦
ｘ≦１）光ガイド層、５はノンドープＺｎ_1-cＣｄ_cＳ
ｅ（０≦ｃ≦１）単一量子井戸活性層、６はｐ型ＺｎＳ
_XＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）光ガイド層、７はｐ型ＺｎＳ
_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）／Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ
_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子クラッド層、８はｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ層、９はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、１０は絶
縁膜、１１はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕｐ型電極である。１２は
活性領域であってｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層４とノンド
ープＺｎＣｄＳｅ単一量子井戸活性層５とｐ型ＺｎＳＳ
ｅ光ガイド層６とから構成される。

【００３３】本実施例の超格子層の動作を説明するため
に、図２に、ｐ型ＺｎＳＳｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子ク
ラッド層７のエネルギー構造図を示す。上部は伝導帯の
エネルギー準位を、下部は価電子帯のエネルギー準位
を、そして両者の差がバンドギャップを示す。図２にお
いて１３はバンドギャップが小で比較的低抵抗のｐ型の
窒素ドープＺｎＳＳｅ層、１４はバンドギャップが大で
且つ真性半導体若しくはｐ型半導体であって比較的高抵
抗のＺｎＭｇＳＳｅ層である。これは、少なくとも、Ｚ
ｎＳＳｅ層１３に窒素がドーピングされていることを示
す。クラッド層７は一部に真性半導体層を含んでいても
全体としてはｐ型半導体として機能する。ｐ型層として
作用するためのキャリアである正孔は、窒素ドープＺｎ
ＳＳｅ層１３から発生供給される。一方、ＺｎＭｇＳＳ
ｅ層１４のバンドギャップを大きくすることによって、
ｐ型ＺｎＳＳｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子クラッド層７全
体としてのバンドギャップを大きくすることができる。
このようにクラッド層７をバンドギャップが小でキャリ
アを発生させるＮドープＺｎＳＳｅ層１３とバンドギャ
ップが大で短波長発振に適したＺｎＭｇＳＳｅ層１４と
を交互に積層させてそれぞれ分けて機能させることによ
り、単にＺｎＭｇＳＳｅ結晶に窒素をドープする場合の
アクセプタ不純物濃度１．５×１０¹⁷ｃｍ^-3と比べて、
アクセプタ不純物濃度を１０¹⁸ｃｍ^-3程度までは容易に
高めることができて、大きなバンドギャップにおける低
抵抗結晶を実現することができる。超格子とは、ポテン
シャル障壁を多数繰り返して構成したもので、異なるバ
ンドギャップを持つ異種の半導体薄膜を積層したヘテロ
構造により作製される。

【００３４】ここで超格子層７中、バンドギャップの大
きいII−VI族半導体に相当するＺｎＭｇＳＳｅ層１４に
も窒素をドーピングしてよいかどうかは、バンドギャッ
プの大きいII−VI族半導体の特性に依存する。具体的に
は、バンドギャップの大きいII−VI族半導体に窒素等の
アクセプタ不純物をドーピングしたときに深い欠陥準位
が形成されるかどうかで決まり、本実施例のＺｎＭｇＳ
Ｓｅ混晶ではその組成、すなわちバンドギャップによっ
て決まる。ＺｎＭｇＳＳｅ層１４のバンドギャップが
３．０ｅＶ程度の値以下となるような組成であれば、Ｚ
ｎＭｇＳＳｅ層１４に窒素を添加しても深い欠陥準位は
それほど導入されないため、超格子クラッド層７全体に
窒素が添加されるようなものでも差しつかえない。それ
に対して、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４のバンドギャップがも
っと大きい値、たとえば４．０ｅＶとなるような組成で
あれば、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４に窒素を添加したときに
深い欠陥準位が導入される可能性が高く、超格子クラッ
ド層７全体に窒素がドープされているものでは、ＺｎＳ
Ｓｅ層１３から発生した正孔が欠陥準位に捕獲されて高
抵抗化してしまうため、ＺｎＳＳｅ層１３にのみ窒素が
ドープされてＺｎＭｇＳＳｅ層１４はアクセプタ不純物
がドープされていない真性半導体層とした超格子クラッ
ド層が望ましい。

【００３５】したがって、以下、超格子層への窒素ドー
ピングについては、本実施例中上記に記載したように、
バンドギャップの小さいII−VI族半導体層のみ窒素ドー
プ層として示し（たとえば、本実施例では窒素ドープＺ
ｎＳＳｅ層１３）、バンドギャップの大きいII−VI族半
導体層は材料名のみで示して（たとえば、本実施例では
ＺｎＭｇＳＳｅ層１４）、少なくともバンドギャップの
小さいII−VI族半導体層に窒素がドーピングされている
ことを示すこととする。

【００３６】図１において素子としての動作は、電極１
および１１より電流を流すことにより、活性領域１２に
キャリアを注入して発光再結合させるとともに、レーザ
発振するだけの利得を得るように図の紙面に対する垂直
方向に共振器を形成しておくことにより半導体レーザと
して機能する。ここでクラッド層として機能する超格子
クラッド層７のバンドギャップを大きくし、かつ低抵抗
化が計れることから、発振しきい値電流の低減や発光効
率の上昇が可能で、消費電力が小さく長寿命のレーザを
実現することができる。

【００３７】実施例２．上記実施例１ではｐ型超格子ク
ラッド層として、ＺｎＳＳｅとＺｎＭｇＳＳｅからなる
ものを示したが、本実施例はＺｎＴｅとＺｎＭｇＳＳｅ
から構成したものである。図３は本実施例による半導体
素子を示した断面図である。図３において、１はｎ型Ｇ
ａＡｓ基板に対するＩｎ電極、２はｎ型ＧａＡｓ基板、
３はｎ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦
１）クラッド層、８はｐ型ＺｎＳＳｅ層、９はｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層、１０は絶縁膜、１１はＰｄ／Ｐｔ／
Ａｕｐ型電極、１２はＺｎＳ_XＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）
／Ｚｎ_1-cＣｄ_cＳｅ（０≦ｃ≦１）単一量子井戸型活
性領域、１５はｐ型ＺｎＴｅ／Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ
_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子クラッド層である。

【００３８】また、上記実施例１にならって、図４にｐ
型ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子クラッド層１５のエ
ネルギー構造図を示す。図において１６は窒素ドープＺ
ｎＴｅ層、１４はＺｎＭｇＳＳｅ層である。これは、少
なくとも、ＺｎＴｅ層１６に窒素がドーピングされてい
ることを示す。ここでは価電子帯と伝導帯との位置関係
が実施例１とは異なり、価電子帯の井戸と伝導帯の井戸
とが空間的に分離された超格子となるが、ｐ型層として
作用するためのキャリアである正孔は、窒素ドープＺｎ
Ｔｅ層１６から発生供給され、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４の
バンドギャップを大きくすることによって、ｐ型ＺｎＴ
ｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子クラッド層１５全体としての
バンドギャップを大きくなるという動作・機能は同様で
ある。このようにキャリア発生とバンドギャップ拡大と
を窒素ドープＺｎＴｅ層１６とＺｎＭｇＳＳｅ層１４と
に分けて機能させることにより、単にＺｎＭｇＳＳｅ結
晶に窒素をドープする場合と比べて、大きなバンドギャ
ップにおける低抵抗結晶を実現することができる。

【００３９】図３における素子としての動作は、上記実
施例１と同様である。また、本実施例ではｐ型ＺｎＴｅ
／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子層をクラッド層として用いる構
造を示したが、ＺｎＳｅならびにＺｎＳＳｅよりも小さ
いバンドギャップを有するＺｎＴｅとの組み合わせであ
るｐ型ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子層を、ｐ型Ｚｎ
ＳＳｅ層８やｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９の部分に用い
ても、バンドギャップを大きくするとともに低抵抗化を
計れるという動作は同じであり、発振しきい値電流の低
減や発光効率の上昇によって消費電力が小さく長寿命の
レーザを実現を可能とする。

【００４０】実施例３．本実施例は活性層近傍に電流狭
窄構造を設けた構造である。図５は本実施例による半導
体素子を示した断面図である。図５において、１はｎ型
ＧａＡｓ基板に対するＩｎ電極、２はｎ型ＧａＡｓ基
板、３はｎ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ
≦１）クラッド層、９はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、１
０は絶縁膜、１１はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕｐ型電極、１２は
ＺｎＳ_xＳｅ_1-X（０≦ｚ≦１）／Ｚｎ_1-cＣｄ_cＳｅ
（０≦ｃ≦１）単一量子井戸型活性領域、１７はｐ型Ｚ
ｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）クラッド
層、１８はＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７より小さなバ
ンドギャップを有するｐ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1- _b
（０≦ａ、ｂ≦１）層、１９はｐ型ＺｎＳ_xＳｅ
_1-X（０≦ｘ≦１）層である。

【００４１】本実施例の電流狭窄の動作を説明するため
に、図６に、図５中破線２０で示される活性領域部断面
のエネルギー構造図を、図７に、図５破線２１で示され
る電流狭窄部断面のエネルギー構造図を示す、図６にお
いて、２２はｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７とｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅ層１８との間の価電子帯不連続、２３は
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８とｐ型ＺｎＳＳｅ層１９との
間の価電子帯不連続である。図７において、２４はｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７と、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１
９との間の価電子帯不連続である。

【００４２】ここで、図７に示された破線２１の部分で
は、価電子帯不連続２４が大きく電流が流れにくい。そ
れに対して、図７に示された破線２０の部分では価電子
帯不連続が２２と２３とに分割されているため、第７図
に示された破線２１の部分に比べて小さい印加電圧で電
流が流れる。したがって、第５図における素子としての
動作において、電極１および１１より電流を流すことに
より、活性領域１２にキャリアを注入し、発光再結合す
るとともに、レーザ発振するだけの利得を得るように図
の紙面に対する垂直方向に共振器を形成しておくことに
より半導体レーザとして機能するが、破線２１の部分に
比べて、破線２０の部分の方がより電流が流れやすく、
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８の存在する部分に電流が集中
する。そのため、より有効に発光領域にキャリアが注入
されるので、発振しきい値電流の低減や発光効率の上昇
が可能となり、消費電力が小さく長寿命のレーザを実現
することができる。

【００４３】また、本実施例ではｐ型層１９としてはＺ
ｎＳ_XＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層のものを説明したが、
ＺｎＴｅ層を用いても、同様の効果が得られ、発振しき
い値電流の低減や発光効率の上昇が可能となり、消費電
力が小さく長寿命のレーザを実現することができる。

【００４４】実施例４．本実施例は実施例３に示した活
性層近傍にも電流狭窄構造を設けた構造において、発光
領域上のみに存在するｐ型層として、Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ
_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）層に代えて、ＺｎＳＳｅ
／ＺｎＭｇＳＳｅ超格子層とした構造である。図８は本
実施例による半導体素子を示した断面図である。図８に
おいて、１はｎ型ＧａＡｓ基板に対するＩｎ電極、２は
ｎ型ＧａＡｓ基板、３はｎ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ
_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）クラッド層、９はｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層、１０は絶縁膜、１１はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ
ｐ型電極、１２はＺｎＳＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ単一量子井
戸型活性領域、１７はｐ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1- _b
（０≦ａ、ｂ≦１）クラッド層、１９はｐ型ＺｎＳ_xＳ
ｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層、２５はｐ型ＺｎＳ_xＳｅ_1-x
（０≦ｘ≦１）／Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦
ａ、ｂ≦１）超格子層である。

【００４５】本実施例の電流狭窄の動作を説明するため
に、図７に、図８破線２１で示される電流狭窄部断面の
エネルギー構造図を、図９に、図８中破線２６で示され
る活性領域部断面のエネルギー構造図を示す。図９にお
いて、２７は窒素ドープＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦
１）層、２８はＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、
ｂ≦１）層であって、この２つの層によりｐ型超格子層
２５が構成されている。これは、少なくとも、ＺｎＳＳ
ｅ層２７に窒素がドーピングされていることを示してお
り、超格子層２５がｐ型層として機能することは実施例
１に記載したとおりである。

【００４６】図７において、２４はｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ
クラッド層１７と、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１９との間の価電
子帯不連続である。ここで、図７に示された破線２１の
部分では、価電子帯不連続２４大きく電流が流れにく
い。それに対して、図９に示された破線２６の部分では
傾斜バンド構造に近い構造となっていて、価電子帯不連
続がｐ型超格子層２５によって緩和されているため、図
７に示された破線２１の部分に比べて小さい印加電圧で
電流が流れる。したがって、図８における素子としての
動作において、電極１および１１より電流を流すことに
より、活性領域１２にキャリアを注入し、発光再結合す
るとともに、レーザ発振するだけの利得を得るように図
の紙面に対する垂直方向に共振器を形成しておくことに
より半導体レーザとして機能するが、破線２１の部分に
比べて、破線２６の部分の方がより電流が流れやすく、
ｐ型超格子層２５の存在する部分に電流が集中する。そ
のため、発光領域にキャリアがより有効に注入されるの
で、発振しきい値電流の低減や発光効率の上昇が可能と
なり、消費電力が小さく長寿命のレーザを実現すること
ができる。

【００４７】また、本実施例ではｐ型層１９としてはＺ
ｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層のものを説明したが、
ＺｎＴｅ層を用いても、同様の効果が得られ、発振しき
い値電流の低減や発光効率の上昇が可能となり、消費電
力が小さく長寿命のレーザを実現することができる。ま
た、本実施例ではｐ型超格子層２５としては実施例１に
記載したＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）／Ｚｎ_aＭｇ
_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子層のものを
説明したが、実施例２に記載したＺｎＴｅ／Ｚｎ_aＭｇ
_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子層を用いて
も、同様の効果が得られ、発振しきい値電流の低減や発
光効率の上昇が可能となり、消費電力が小さく長寿命の
レーザを実現することができる。

【００４８】実施例５．本実施例は、実施例４における
ｐ型超格子層を構成する井戸層および障壁層の層厚を積
層方向に変化させた構成にして、発光領域直上のｐ−Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層とｐ−ＺｎＳＳｅ層との間の価
電子帯不連続をさらに緩和して、電流狭窄効果を高めた
ものである。図１０は本実施例による半導体素子を示し
た断面図である。図１０において、１はｎ型ＧａＡｓ基
板に対するＩｎ電極、２はｎ型ＧａＡｓ基板、３はｎ型
Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）クラッ
ド層、９はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、１０は絶縁膜、
１１はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕｔ型電極、１２はＺｎＳＳｅ／
ＺｎＣｄＳｅ単一量子井戸型活性領域、１７はｐ型Ｚｎ
_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）クラッド
層、１９はｐ型ＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層、２
９はｐ型ＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）／Ｚｎ_aＭｇ
_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子層である。

【００４９】本実施例の電流狭窄の動作を説明するため
に、図７に、図１０中破線２１で示される電流狭窄部断
面のエネルギー構造図を、図１１に、図１０破線３０で
示される活性領域部断面のエネルギー構造図を示す。図
１１において、２７は窒素ドープＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０
≦ｘ≦１）層、２８はＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０
≦ａ、ｂ≦１）層であって、この２つの層によりｐ型超
格子層２５が構成されている。これは、少なくとも、Ｚ
ｎＳＳｅ層１３に窒素がドーピングされていることを示
しており、超格子層２がｐ型層として機能することは実
施例１に記載したとおりである。

【００５０】本実施例が実施例４と異なるところは、ｐ
型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７からｐ型ＺｎＳＳｅ層
１９に向かって、窒素ドープＺｎＳＳｅ層２７の層厚は
徐々に厚く、ＺｎＭｇＳＳｅ層２８の層厚は徐々に薄く
なるような構成にしている。このような構成とすると、
実施例４と比べて傾斜バンド構造にさらに近い状態とな
って正孔にとっての価電子帯不連続が極めて小さくする
ことができる。図７において、２４はｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層１７と、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１９との間の価
電子帯不連続である。ここで、図７に示された破線２１
の部分では、価電子帯不連続２４が大きく電流が流れに
くい。それに対して、図１１に示された破線３０の部分
では価電子帯不連続がｐ型超格子層２９によって緩和さ
れているため、図７に示された破線２１の部分に比べて
小さい印加電圧で電流が流れる。したがって、図１１に
おける素子としての動作において、電極１および１１よ
り電流を流すことにより、活性領域１２にキャリアを注
入し、発光再結合するとともに、レーザ発振するだけの
利得を得るように図の紙面に対する垂直方向に共振器を
形成しておくことにより半導体レーザとして機能する
が、破線２１の部分に比べて、破線３０の部分の方がよ
り電流が流れやすく、ｐ型超格子層２９の存在する部分
に電流が集中する。そのため、より有効に発光領域にキ
ャリアが注入されるので、発振しきい値電流の低減や発
光効率の上昇が可能となり、消費電力が小さく長寿命の
レーザを実現することができる。

【００５１】また、本実施例ではｐ型層１９としてはＺ
ｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層のものを説明したが、
ＺｎＴｅ層を用いても、同様の効果が得られ、発振しき
い値電流の低減や発光効率の上昇が可能となり、消費電
力が小さく長寿命のレーザを実現することができる。ま
た、本実施例ではｐ型超格子層１９としては実施例１に
記載したＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）／Ｚｎ_aＭｇ
_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子層のものを
説明したが、実施例２に記載したＺｎＴｅ／Ｚｎ_aＭｇ
_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）超格子層を用いて
も、同様の効果が得られ、発振しきい値電流の低減や発
光効率の上昇が可能となり、消費電力が小さく長寿命の
レーザを実現することができる。

【００５２】実施例６．本実施例は、実施例３、４なら
びに５に記載した電流狭窄構造の動作をさらに安定させ
るために、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造をも取り込んだ構成にし
たものである。図１２は本発明の一実施例による半導体
素子を示した断面図である。図１２において、１はｎ型
ＧａＡｓ基板に対するＩｎ電極、２はｎ型ＧａＡｓ基
板、３はｎ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ
≦１）クラッド層、９はｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、１
０は絶縁膜、１１はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕｐ型電極、１２は
ＺｎＳＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ単一量子井戸型活性領域、１
７はｐ型Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦
１）クラッド層、１８はＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７
より小さなバンドギャップを有するｐ型Ｚｎ_aＭｇ_1-a
Ｓ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）層、１９はｐ型ＺｎＳ
_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層、３１はｎ型ＺｎＳ_xＳｅ
_1-x（０≦ｘ≦１）ブロッキング層である。

【００５３】本実施例の電流狭窄の動作を説明するため
に、図６に、図１２中破線２０で示される活性領域部断
面のエネルギー構造図を、図１３に、図１２破線３２で
示される電流狭窄部断面のエネルギー構造図を示す。図
１３において、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７と、
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１９との間に挿入されたｎ型ブロ
ッキング層３１が正孔のｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１７への流れをブロックすることになって、ｎ型ブロッ
キング層３１を持たない素子構造である実施例３におけ
る図５中破線２１の部分よりもさらに電流が流れにく
い。そのため、図６に示された破線２０の部分では図１
３に示された破線３２の部分に比べて小さい印加電圧で
電流が流れる。したがって、図１２における素子として
の動作において、電極１および１１より電流を流すこと
により、活性領域１２にキャリアを注入し、発光再結合
するとともに、レーザ発振するだけの利得を得るように
図の紙面に対する垂直方向に共振器を形成しておくこと
により半導体レーザとして機能するが、破線３２の部分
に比べて、破線２０の部分の方がより電流が流れやす
く、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８の存在する部分に電流が
集中する。そのため、より有効に発光領域にキャリアが
注入されるので、発振しきい値電流の低減や発光効率の
上昇が可能となり、消費電力が小さく長寿命のレーザを
実現することができる。

【００５４】また、本実施例ではｐ型層１９としてはＺ
ｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦１）層のものを説明したが、
ＺｎＴｅ層を用いても、同様の効果が得られ、発振しき
い値電流の低減や発光効率の上昇が可能となり、消費電
力が小さく長寿命のレーザを実現することができる。ま
た、本実施例ではｐ型層１８としてはＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層１７より小さなバンドギャップを有するｐ型Ｚ
ｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）層のもの
を説明したが、実施例１に記載したｐ型ＺｎＳ_xＳｅ
_1-x（０≦ｘ≦１）／Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０
≦ａ、ｂ≦１）超格子層、実施例２に記載したｐ型Ｚｎ
Ｔｅ／Ｚｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）
超格子層を用いると、実施例４ならびに５に記載したよ
うに、価電子帯不連続を緩和することができて、より一
層発振しきい値電流の低減や発光効率の上昇が可能とな
り、消費電力が小さく長寿命のレーザを実現することが
できる。

【００５５】実施例７．本実施例は上記実施例３、４な
らびに５に記載された電流狭窄構造の製造方法に関する
ものである。実施例３の素子構造を例にとって説明す
る。まず、図１４に示された層構造を１回目のエピタキ
シャル成長でｎ型ＧａＡｓ基板上に作製する。図１４に
おいて、２はｎ型ＧａＡｓ基板、３はｎ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層、１２はＺｎＳＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ単一量
子井戸型活性領域、１７はｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層、１８はＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７より小さなバ
ンドギャップを有するｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層である。そ
のあと、水素を含んだガスによるドライエッチング、た
とえばエタンガスと水素ガスとの混合ガスを用いた反応
性イオンエッチングにより、発光領域部分にエッチング
マスク、たとえばシリコン酸化膜を形成して、発光領域
を除いてｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８の全てとｐ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層１７の一部をエッチング除去し、さ
らにエッチングマスクを除去して図１５に示される構造
を作製する。

【００５６】このとき、エッチングされたｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層１７の表面から深さ１μｍ程度までの
領域が高抵抗化する。水素を含むガスをエッチングガス
とする理由は、水素は原子量が小さくエッチング対象に
与えるダメージが少ないからである。このあと、ｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ層１９、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９を２回目
のエピタキシャル成長で作製し、絶縁膜１０、Ｐｄ／Ｐ
ｔ／Ａｕｐ型電極１１ならびにｎ型ＧａＡｓ基板に対す
るＩｎ電極１を形成して図５に示された構造が得られ
る。本実施例の作製方法によれば２回目のエピタキシャ
ル成長する表面が高抵抗化しているため、活性領域以外
の部分で電流がより流れにくくなっているため、電流狭
窄効果がより高められる。

【００５７】本実施例は上記実施例３を例に説明した
が、実施例４ならびに５に記載したような、より価電子
帯不連続を緩和することができるｐ型超格子層を、ｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅ層の代わりに用いた構造においても、水
素を含んだガスによるドライエッチングによる製造方法
を用いることにより導入される高抵抗領域によって電流
狭窄構造の動作の安定化が可能になる。

【００５８】また、本実施例ではｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層
１８の全てとｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７の一部
をエッチング除去した構造について説明したが、エッチ
ングの精度ならびに選択性が確保されるならば、ｐ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅ層１８だけをエッチングしてｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層１７は全くエッチングしない構造でも
よく、同様の効果が得られる。

【００５９】実施例８．本実施例は上記実施例６に記載
された電流狭窄構造の製造方法に関するものである。ま
ず、図１４に示された層構造を１回目のエピタキシャル
成長でｎ型ＧａＡｓ基板上に作製する。図１４におい
て、２はｎ型ＧａＡｓ基板、３はｎ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層、１２はＺｎＳＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ単一量子井
戸型活性領域、１７はｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層、
１８はＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７より小さなバンド
ギャップを有するｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層である。そのあ
と、水素を含んだガスによるドライエッチング、たとえ
ばエタンガスと水素ガスの混合ガスを用いた反応性イオ
ンエッチングにより、発光領域部分にエッチングマス
ク、たとえばシリコン酸化膜を形成して、発光領域を除
いてｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８の全てとｐ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層１７の一部をエッチング除去して、図１
５に示される構造を作製する。このとき、エッチングさ
れたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７の表面から深さ
１μｍ程度までの領域が高抵抗化する。

【００６０】このあと、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８上に
マスクを施した上で、すなわちたとえばエッチングマス
クをそのまま利用して、ｎ型ＺｎＳＳｅブロッキング層
３１をエッチングされたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１７上にのみ２回目のエピタキシャル成長で形成し、マ
スクを除去して図１６に示された構造を作製する。その
あと、ｐ型ＺｎＳＳｅ層１９、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層９を３回目のエピタキシャル成長で作製し、絶縁膜１
０、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕｐ型電極１１ならびにｎ型ＧａＡ
ｓ基板に対するＩｎ電極１を形成して図１２に示された
構造が得られる。本実施例の作製方法によれば２回目の
エピタキシャル成長する表面が高抵抗化しているため、
活性領域以外の部分で電流がより流れにくくなっている
ため、電流狭窄効果がより高められる。

【００６１】また、本実施例では、発光領域以外のｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅ層１８の全てとｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層１７の一部をエッチング除去した構造について説
明したが、エッチングの精度ならびに選択性が確保され
るならば、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ層１８だけをエッチング
してｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１７は全くエッチン
グしない構造でもよく、同様の効果が得られる。

【００６２】実施例９．本実施例は分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）技術を使用したｐ型超格子層の製造方法に関
するものである。図１７は本実施例を示した結晶成長装
置の成長室の構成図である。図１７において、３３は超
高真空槽すなわち成長室、３４は基板ホルダ、３５は基
板ホルダに装着された基板結晶、３６、３７、３８、３
９、４０はＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅ等のII−
VI族材料やドーパントを供給する分子線源、４１、４
２、４３、４４、４５は一方向に連続回転して分子線の
供給をＯＮ・ＯＦＦするシャッタである。ここで、シャ
ッタの開閉により、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓ、Ｔ
ｅ、Ｎなどの供給のＯＮ・ＯＦＦを制御して、上記の各
実施例に記載された多層の素子構造を基板結晶上に作製
する。

【００６３】本実施例では、破線で示されたＯＮの状態
からわかるように、シャッタの動作は分子線の向きに対
して平行でない平面内、たとえば分子線の向きに対して
垂直な水平面で一方向に連続回転する構造となってい
る。超格子のような多層構造の作製においては、シャッ
タの開閉回数が非常に多くなるが、本実施例の方式では
開閉に際して、一方向に連続回転しており、往復動作は
せずにシャッタを停止することなく原料供給をＯＮ・Ｏ
ＦＦするので、シャッタ停止位置のずれの問題は無く、
動作の信頼性を確保することができ、良質の超格子を再
現性よく作製することが可能である。

【００６４】

【発明の効果】請求項１ないし請求項６は、不純物を添
加した第１の層とこの層に比しバンドギャップが大なる
第２の層とを交互に積層してクラッド層を形成したの
で、第１の層は電気的に低抵抗となり、第２の層は活性
領域での短波長発振に適した広いバンドギャップとな
り、クラッド層全体としては、電気的に低抵抗で且つ広
いバンドギャップのものが実現できる。

【００６５】請求項２は、II−VI族半導体を積層してク
ラッド層を形成し、且つクラッド層の第１の層に不純物
としてＮを添加したので、バンドギャップが大きく且つ
低抵抗のクラッド層が得られ、青色から青緑色のレーザ
発振を長時間安定的に行うことができる。請求項３ない
し請求項５のいずれかの構成をクラッド層に採用するこ
とにより、同様に、バンドギャップが大きく且つ低抵抗
のクラッド層が得られ、青色から青緑色のレーザ発振を
長時間安定的に行うことができる。

【００６６】請求項６は、請求項１ないし請求項５のい
ずれかのクラッド層を超格子層で形成したので、バンド
ギャップの大きな半導体においてもｐｎ接合を有する素
子の動作を可能にする。

【００６７】請求項７は、ｐ型クラッド層の一部に隣接
して第２のｐ型半導体層を、第２のｐ型半導体層とｐ型
クラッドの両方に隣接して第３のｐ型半導体層を形成
し、バンドギャップの大小関係をｐ型クラッド層＞第２
のｐ型半導体層＞第３のｐ型半導体層としたので、ｐ型
クラッド層と第３のｐ型半導体層が隣接する部分はバン
ドギャップの差が大きく、電位障壁が高くなり、電位障
壁が低いｐ型クラッド層、第２のｐ型半導体層、第３の
ｐ型半導体層の経路に電流が集中する電流狭窄構造が実
現できる。第２のｐ型半導体層を発光領域に対応した部
分だけに設ければ、発光領域に注入電流が集中し、レー
ザ発振のしきい値電流を下げることができる。

【００６８】請求項８は、ｐ型クラッド層に隣接して第
２のｐ型半導体層とｎ型半導体のブロッキング層とを形
成し、これら両層に隣接して第３のｐ型半導体層を設
け、バンドギャップの大小関係をｐ型クラッド層＞第２
のｐ型半導体層＞第３のｐ型半導体層としたので、ブロ
ッキング層とｐ型クラッド層が接する部分は電位障壁が
高くなり、電位障壁が低いｐ型クラッド層、第２のｐ型
半導体層、第３の半導体層の経路に電流が集中する電流
狭窄構造が得られる。第２のｐ型半導体層を発光領域に
対応した部分だけに設ければ、発光領域に注入電流が集
中し、レーザ発振のしきい値電流を下げることができ
る。

【００６９】請求項９、１０、１１は、請求項７または
８の構造に加えて、青色から青緑色でレーザ発振を行う
のに適したII−VI族半導体材料をｐ型クラッド層、第２
のｐ型半導体層、第３のｐ型半導体層に用いるものであ
る。

【００７０】請求項１２は、請求項７ないし１１のいず
れかの第２のｐ型半導体層を超格子層で形成したので、
しきい値電流が低減された青色から青緑色のレーザが実
現できる。

【００７１】請求項１３は、請求項７、請求項８の電流
狭窄構造に適した製造方法であり、ｐ型クラッド層上に
形成した第２のｐ型半導体のうち発光領域に対応する部
分以外をエッチングにより除去することによりエッチン
グ表面に高抵抗領域を形成し、電流狭窄の効果をより強
めるものである。

【００７２】請求項１４は、請求項１３のエッチングを
原子量が小さい水素ガスを用いたドライエッチングとす
ることにより、エッチングにより半導体が受けるダメー
ジを少なくできる。

【００７３】請求項１５は、原料供給部分と半導体が形
成される基板との間に一方向に連続するシャッタを設け
て原料の供給を制御するようにしたので、シャッタの位
置ずれが少なくなり良質の超格子構造を作成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による半導体レーザ素子
を示す断面構造図である。

【図２】図１における超格子層のエネルギー構造図で
ある。

【図３】この発明の他の実施例による半導体レーザ素
子を示す断面構造図である。

【図４】図３における超格子層のエネルギー構造図で
ある。

【図５】この発明の他の実施例による半導体レーザ素
子を示す断面構造図である。

【図６】図５ならびに図１２における電流集中部のエ
ネルギー構造図である。

【図７】図５、図８ならびに図１０における電流狭窄
部のエネルギー構造図である。

【図８】この発明の他の実施例による半導体レーザ素
子を示す断面構造図である。

【図９】図８における電流集中部のエネルギー構造図
である。

【図１０】この発明の他の実施例による半導体レーザ
素子を示す断面構造図である。

【図１１】図１０における電流集中部のエネルギー構
造図である。

【図１２】この発明の他の実施例による半導体レーザ
素子を示す断面構造図である。

【図１３】図１２における電流狭窄部のエネルギー構
造図である。

【図１４】図５、図８、図１０、図１２の電流狭窄構
造を作る半導体製造方法における、１回目成長後の断面
構造図である。

【図１５】図５、図８、図１０、図１２の電流狭窄構
造を作る半導体製造方法における、エッチング処理後の
断面構造図である。

【図１６】図１２の電流狭窄構造を作る半導体製造方
法における、２回目成長後の断面構造図である。

【図１７】この発明の半導体製造方法における成長装
置構成図である。

【図１８】従来の半導体レーザ素子を示す断面構造図
である。

【図１９】従来の半導体製造方法における成長装置構
成図である。

【符号の説明】

１電極２ｎ型基板３ｎ
型クラッド層４光ガイド層５活性層６光
ガイド層７ｐ型クラッド層８ｐ型層９ｐ
型コンタクト層１０絶縁層１１電極１２
活性領域１３クラッド層のＮをドープした第１の層１４
クラッド層の第２の層１５ｐ型クラッド層１６
ＮドープＺｎＴｅ層１７ｐ型クラッド層１８
第２のｐ型半導体層１９第３のｐ型半導体層３１
ｎ型ブロッキング層３３超高真空槽３４基板ホルダ３５
基板３６分子線源３７分子線源３８
分子線源３９分子線源４０分子線源４１
シャッタ４２シャッタ４３シャッタ４４
シャッタ４５シャッタ

フロントページの続き (72)発明者吹田宗義尼崎市塚口本町八丁目１番１号三菱電機株式会社半導体基礎研究所内 (72)発明者井須俊郎尼崎市塚口本町八丁目１番１号三菱電機株式会社半導体基礎研究所内 (72)発明者光永一正尼崎市塚口本町八丁目１番１号三菱電機株式会社半導体基礎研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を発振する活性領域と、この活
性領域を挟み互いに異なる導電型の半導体で形成された
第１および第２のクラッド層とを備えた半導体レーザ素
子において、前記クラッド層のいずれかが、不純物を添
加した第１の層と第１の層に比しバンドギャップが大な
る第２の層とを交互に積層して形成されていることを特
徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】積層して形成されるクラッド層がII−VI
族半導体で形成され、その第１の層に不純物としてＮが
添加されていることを特徴とする請求項１に記載の半導
体レーザ素子。
【請求項３】積層して形成されるクラッド層がII−VI
族半導体で形成され、その第２の層にはアクセプタ不純
物が添加されていないことを特徴とする請求項１に記載
の半導体レーザ素子。
【請求項４】第１の層のII−VI族半導体がＺｎＳ_xＳ
ｅ_1-x（０≦ｘ≦１）結晶、第２の層のII−VI族半導体
がＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶
であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】第１の層のII−VI族半導体がＺｎＴｅ結
晶、第２の層のII−VI族半導体がＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳ
ｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体レー
ザ素子。
【請求項６】積層して形成されるクラッド層が超格子
層で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請
求項５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】レーザ光を発振する活性領域と、この活
性領域に隣接しｐ型の導電型の半導体で形成されたｐ型
クラッド層と、このｐ型クラッド層の一部に隣接し且つ
ｐ型クラッド層より小なるバンドギャップの半導体で形
成された第２のｐ型半導体層と、この第２のｐ型半導体
層と前記ｐ型クラッド層に隣接し前記第２のｐ型半導体
層より小なるバンドギャップの半導体で形成された第３
のｐ型半導体層と、この第３のｐ型半導体層に電流を流
通せしめる電極と、前記活性領域を前記ｐ型クラッド層
とで挟む位置に設けられｎ型の導電型の半導体で形成さ
れたｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層に電流を流
通せしめる電極とを備えた半導体レーザ素子。
【請求項８】レーザ光を発振する活性領域と、この活
性領域に隣接しｐ型の導電型の半導体で形成されたｐ型
クラッド層と、このｐ型クラッド層の一部に隣接し且つ
ｐ型クラッド層より小なるバンドギャップの半導体で形
成された第２のｐ型半導体層と、前記ｐ型クラッド層の
他の部分に隣接しｎ型の導電型の半導体で形成されたブ
ロッキング層と、このブロッキング層および前記第２の
ｐ型半導体層に隣接し前記第２のｐ型半導体層より小な
るバンドギャップの半導体で形成された第３の半導体層
と、この第３のｐ型半導体層に電流を流通せしめる電極
と、前記活性領域を前記ｐ型クラッド層とで挟む位置に
設けられｎ型導電型の半導体で形成されたｎ型クラッド
層と、このｎ型クラッド層に電流を流通せしめる電極と
を備えた半導体レーザ素子。
【請求項９】ｐ型クラッド層がＺｎ_aＭｇ_1-aＳ_bＳ
ｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶であることを特徴とする
請求項７または請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】第２のｐ型半導体層がＺｎ_aＭｇ_1-a
Ｓ_bＳｅ_1-b（０≦ａ、ｂ≦１）結晶であることを特徴
とする請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の半導
体レーザ素子。
【請求項１１】第３のｐ型半導体層がＺｎＳ_xＳｅ
_1-x（０≦ｘ≦１）結晶またはＺｎＴｅ結晶であること
を特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれかに記
載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】第２のｐ型半導体層が、バンドギャッ
プが異なる半導体層を積層して形成した超格子層である
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか
に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】ｐ型クラッド層よりもバンドギャップ
が小なる第２のｐ型半導体層をｐ型クラッド層上に形成
するステップと、形成した第２のｐ型半導体層のうち発
光領域に対応する部分以外をエッチングにより除去する
ステップとにより請求項７または請求項８の第２のｐ型
半導体層を形成する半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】エッチングが水素を含むガスを用いた
ドライエッチングであることを特徴とする請求項１３に
記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】バンドギャップが異なる複数の半導体
層を交互に積層する工程において、原料供給部分と半導
体層が形成される基板との間に一方向に連続回転するシ
ャッタを設けて原料の供給を制御することを特徴とする
半導体レーザ素子の製造方法。