(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ混晶層（第１半導体層１２Ａ，１６Ａ）と、主としてＭｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−ｘ５混晶層（第２半導体層１２Ｂ，１６Ｂ）を交互に含む超格子構造となっている。ｎ型クラッド層１２は、第１半導体層１２Ａおよび第２半導体層１２Ｂのうち少なくとも第１半導体層１２Ａにｎ型不純物を含んでいる。ｐ型クラッド層１６は、第１半導体層１６Ａおよび第２半導体層１６Ｂのうち少なくとも第２半導体層１６Ｂにｐ型不純物を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ｎ型クラッド層および前記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、
前記第１半導体層は、主としてＭｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ混晶（０≦ｘ１＜１，０＜ｘ２＜１）を含み、
前記第２半導体層は、主としてＭｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−ｘ５混晶（０≦ｘ３＜１，０＜ｘ４＜１，０≦ｘ５＜１）を含み、
前記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半導体層にｎ型不純物を含み、
前記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型不純物を含む半導体素子。
【請求項２】
前記第１半導体層は主としてＭｇＺｎＣｄＳｅ混晶を含み、
前記第２半導体層は主としてＢｅＺｎＴｅ混晶を含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層の伝導体下端が前記活性層の伝導帯下端よりも高い準位となると共に、前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層の価電子帯上端が前記活性層の価電子帯上端よりも低い準位となるような組成比および層厚となっている請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第１半導体層は主としてＺｎＣｄＳｅ混晶を含み、
前記第２半導体層は主としてＢｅＺｎＴｅ混晶を含み、
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層の伝導体下端が前記活性層の伝導帯下端よりも高い準位となると共に、前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層の価電子帯上端が前記活性層の価電子帯上端よりも低い準位となるような組成比および層厚となっている請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記ｎ型不純物はＣｌ（塩素）またはＩ（ヨウ素）であり、
前記ｐ型不純物はＮ（窒素）である請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記活性層は、主としてＢｅｘ６Ｚｎ１−ｘ６Ｓｅｘ７Ｔｅ１−ｘ７混晶（０≦ｘ６＜１，０＜ｘ７＜１）を含む単層構造、または、前記第１半導体層および前記第２半導体層を交互に含む超格子構造を有する請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記基板はＩｎＰ基板である請求項１に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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、Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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、Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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、Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ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、Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ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、Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ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。
【０００９】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】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.924-928
【非特許文献３】T.Maruyama et al. “Compensation centers in ZnSeTe” Journal ofApplied Physics, Vol.86, No.11, 5993-5999(1999)
【特許文献１】特開２００７−２５１０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ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Ｍｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【００１６】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ混晶を含む第１半導体層と、主としてＭｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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、Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ／Ｍｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【発明の効果】
【００１７】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ混晶を含む第１半導体層と、主としてＭｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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、Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ／Ｍｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ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Ｍｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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Ｂｅｘ６Ｚｎ１−ｘ６Ｓｅｘ７Ｔｅ１−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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ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Ｍｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
コンタクト層１７は、例えば、ｐ型ＺｎＴｅにより構成されている。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
[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    Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ      ２．５４
ＺｎＣｄＳｅ        Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ                  ２．１
ＢｅＺｎＳｅＴｅ    Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０   ２．３３
ＢｅＺｎＴｅ        Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ                  ３．１４
ＺｎＳｅＴｅ        ＺｎＳｅ０．５４Ｔｅ０．４６                  ２．０９
【００４５】
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。
【００４６】
[表２]
超格子Ａ：Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ超格子
超格子Ｂ：Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ超格子
超格子Ｃ：ＭｇＳｅ／Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０超格子
超格子Ｄ：ＭｇＳｅ／ＺｎＳｅ０．５４Ｔｅ０．４６超格子
【００４７】
例えば、活性層１４をＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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。
【００４８】
図３は、第１半導体層１２Ａ，１６ＡがＭｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ混晶からなり、第２半導体層１２Ｂ，１６ＢがＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．３８Ｔｅ０．６２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。
【００４９】
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。
【００５０】
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Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ混晶からなり、第２半導体層１２Ｂ，１６ＢがＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、ＳｉドープＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層を約１００ｎｍ、さらにＣｌドープＺｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ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。
【００５４】
次に、ＣｌドープＭｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ混晶層（約１．５ＭＬ）とアンドープＢｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ混晶層（約１．５ＭＬ）とＮドープＢｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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、Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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、Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０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、Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ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、Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ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、Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子）とＺｎＣｄＳｅ：Ｃｌとのｐｎ接合を有する素子と、Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ：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／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ：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Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ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。
【００６２】
一方、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１６として、例えばＭｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ：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、Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３ＳｅとＢｅ０．４８Ｚｎ０．５２ＴｅとのＶＢＭの差は１．０ｅＶであり、ＭｇＳｅとＢｅ０．４８Ｚｎ０．５２ＴｅとのＶＢＭの差（１．２６ｅＶ）と比べて、０．２６ｅＶ小さい。これらのことから、Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ：Ｎ超格子の抵抗率を、ＭｇＳｅとＢｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ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、Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ：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。
【００６３】
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。
【００６４】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ混晶を含む第１半導体層１２Ａと、主としてＭｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【００６５】
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Ｍｇ０．６０Ｚｎ０．４０Ｓｅ０．８５Ｔｅ０．１５：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Ｍｇ０．６０Ｚｎ０．４０Ｓｅ０．８５Ｔｅ０．１５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。
【００６６】
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１×１０１７ｃｍ−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。
【００６７】
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（１×１０１８ｃｍ−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、Ｍｇ０．３３Ｚｎ０．３４Ｃｄ０．３３Ｓｅ混晶に対してＣｌをドープした場合には、キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−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。
【００６８】
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。
【００６９】
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Ｍｇｘ１Ｚｎｘ２Ｃｄ１−ｘ１−ｘ２Ｓｅ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Ｍｇｘ３Ｂｅｘ４Ｚｎ１−ｘ３−ｘ４Ｓｅｘ５Ｔｅ１−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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】ＭｇＺｎＣｄＳｅのＭＬ数とＥｃおよびＥｖとの関係を表した関係図である。
【図４】比較例１に係る半導体レーザの断面図である。
【図５】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。
【図６】比較例２に係る半導体レーザの断面図である。
【図７】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。
【図８】図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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