(57)【要約】【課題】電気伝導度の大きなｐ型クラッド層を備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】上部クラッド層１６内の超格子構造において交互に積層された上部クラッド層１６Ａ（ＭｇＳｅ層）および第２上部クラッド層１６Ｂ（ＢｅＺｎＴｅ層）の間に、中間層１６Ｃ，１６Ｄ（ＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層）が配置されている。さらに、中間層１６Ｃ，１６Ｄ（ＺｎＳｅ層）のうち第２上部クラッド層１６Ｂ（ＢｅＺｎＴｅ層）との界面にＺｎ原子が配置されている。これにより、上部クラッド層１６を形成するに際して、特定的に反応性の高いＢｅとＳｅとが互いに接することがない。【選択図】図３
2010056119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板上にｐ型半導体層を備え
前記ｐ型半導体層は、交互に積層されたＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層を有すると共に前記ＭｇＳｅ層と前記ＢｅＺｎＴｅ層との間にＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層を有する超格子構造を有し、
前記ＺｎＳｅ層は、前記ＢｅＺｎＴｅ層との界面にＺｎ原子を有し、
前記超格子構造の周期は１０ＭＬ（分子層）未満であり、
前記ＺｎＳｅ層および前記ＺｎＴｅ層の厚さは１ＭＬ以上であるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項２】
前記ＭｇＳｅ層の厚さは２ＭＬであり、
前記ＢｅＺｎＴｅ層の厚さは３ＭＬであり、
前記ＺｎＳｅ層および前記ＺｎＴｅ層の厚さはそれぞれ１ＭＬである請求項１に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層は、少なくとも前記ＢｅＺｎＴｅ層に、Ｎ、Ｐ、Ｏ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａおよびＫのうち少なくとも１つをドーパントとして含む請求項１に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項４】
前記ｐ型半導体層は前記ＩｎＰ基板と格子整合している請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記ＩｎＰ基板と前記ｐ型半導体層との間に、ｎ型半導体層と、アンドープ半導体層とを前記ＩｎＰ基板側からこの順に備える請求項１に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項６】
前記ｐ型半導体層のエネルギーギャップは前記アンドープ半導体層のエネルギーギャップよりも大きい請求項５に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項７】
前記アンドープ半導体層は主としてＢｅＺｎＳｅＴｅまたはＺｎＣｄＳｅを含む請求項５に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項８】
前記ｐ型半導体層の価電子帯のサブバンドの上端は前記アンドープ半導体層の価電子帯の上端または前記アンドープ半導体層の価電子帯のサブバンドの上端よりも下側にある請求項５に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項９】
前記アンドープ半導体層は、当該アンドープ半導体層のエネルギーギャップに応じた波長の光を発する活性層である請求項５に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子。
【請求項１０】
Ｍｇ，Ｓｅ，Ｚｎ，ＴｅおよびＢｅを別個に放出する５つの放出セルと、各セルに設けられたシャッタと、基板を載置する載置台とを有する分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ）装置を用意したのち、前記載置台にＩｎＰ基板を載置する第１工程と、
前記ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタを開いたのち、前記ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタを閉じる第２工程と、
前記Ｚｎ、ＴｅおよびＢｅを別個に放出する３つの放出セルに設けられたシャッタをＺｎ、Ｔｅ、Ｂｅの順に開く第３工程と、
前記Ｚｎ、ＴｅおよびＢｅを別個に放出する３つの放出セルに設けられたシャッタをＢｅ、Ｔｅ、Ｚｎの順に閉じたのち、前記ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタを開く第４工程と
を含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩｎＰ基板上にｐ型半導体層を備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ（Laser Diode ；ＬＤ）は、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）またはＢＤ（Blu-ray Disc）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。
【０００３】
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。
【０００４】
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（特許文献１〜３、非特許文献２〜６）。例えば、非特許文献３〜６では、ＢｅＺｎＳｅＴｅを活性層に使ったＬＥＤで、波長５７５ｎｍ、注入電流１３０Ａ／ｃｍ２において５，０００時間を超える室温素子寿命を達成したことが報告されている。ＢｅＺｎＳｅＴｅはＩｎＰと格子整合し得る材料であり、また、ＢｅＺｎＳｅＴｅにはＢｅが含まれており結晶の共有結合性が高く結晶が硬くなることから、結晶欠陥の生成および増殖を抑制できると考えられる。
【０００５】
また、素子を構成するためには、バンドギャップを適切な値に制御できることが望ましい。そのために、バンドギャップの異なる２種類の半導体材料を薄く交互に積層させていわゆる超格子を構成することが行われる。例えば、非特許文献７では、発光素子のｎ側のクラッド層としてＭｇＳｅとＺｎＣｄＳｅとで構成した超格子を、ｐ側のクラッド層としてＭｇＳｅとＢｅＺｎＴｅとで構成した超格子をそれぞれ採用し、波長５６０ｎｍ、閾値電流密度２．５ｋＡ／ｃｍ２、動作電圧３０Ｖにおいて７７Ｋパルス発振に成功したことが報告されている。なお、７７Ｋパルス発振とは、発光素子を７７Ｋに冷却した状態でパルス発振させることを意味する。
【０００６】
ここで、ＢｅＺｎＴｅは、Ｂｅ組成比を約０．４８としたときにＩｎＰ基板と格子整合し、そのときのｐ型ホール濃度はＮをアクセプタとした場合に１×１０１８ｃｍ−３以上（実際には４．８ｘ１０１８ｃｍ−３程度）であり、またそのときのΓ点での直接遷移エネルギーギャップは室温で３．１２ｅＶである（間接遷移エネルギーギャップは室温で２．７７ｅＶである。）。ＭｇＳｅは、ＩｎＰ基板とほぼ格子整合しており、エネルギーギャップは室温で４．０ｅＶである。ＺｎＣｄＳｅは、Ｚｎ組成比を約０．４８としたときにＩｎＰ基板と格子整合し、そのときのエネルギーギャップは室温で２．０６ｅＶである。ＢｅＺｎＳｅＴｅは、Ｂｅ組成比を０．１３とし、Ｓｅ組成比を０．４０としたときにＩｎＰ基板と格子整合し、そのときのエネルギーギャップは室温で２．３３ｅＶである。さらに、超格子の作製により価電子帯および伝導帯にサブバンドが形成され、バンドギャップの制御が可能である。ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子の価電子帯のサブバンドの上端がＢｅＺｎＳｅＴｅの価電子帯上端よりも低い位置になると共に、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子の伝導帯のサブバンドの下端がＢｅＺｎＳｅＴｅの伝導帯下端よりも高い位置になり、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子とＢｅＺｎＳｅＴｅとがタイプＩ接合になることが予想される。従って、ＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ超格子をｎ型クラッド層に適用し、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子をｐ型クラッド層に適用し、かつＢｅＺｎＳｅＴｅを活性層に適用することにより、クラッド層から活性層へのキャリア注入と、活性層へのキャリア閉じ込めを充分に行うことが可能であることがわかる。
【０００７】
【特許文献１】特許第２５８６３４９号
【特許文献２】特表２０００−５００２２８号公報
【特許文献３】特開２００４−９５９２２号公報
【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】A.Waag, et al., Journal of Crystal Growth, vol.184/185, pp.1-10(1998)
【非特許文献３】K.Kishino, et al., Physica Status Solidi(c), vol.1, No.6, pp.1477-1476(2004)
【非特許文献４】速水他、第５２回応用物理学会予稿集３１ｐ−ＺＮ−６
【非特許文献５】Y.Nakai, et al., Physica Status Solidi(a), vol. 201, No.12, pp.2708-2711(2004)
【非特許文献６】I. Nomura, et al., Physica Status Solidi(b), vol. 243, N0.4, pp.924-928(2006)
【非特許文献７】S.Che et al., Appl. Phys. Lett. 81,972(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、ｐ型クラッド層として用いたＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子では、有効質量が大きいので、電気伝導度が小さく、抵抗が大きい。そこで、超格子の周期を小さくすることが考えられる。しかし、従来から、ＭｇＳｅの厚さを４ＭＬとし、ＢｅＺｎＴｅの厚さを６ＭＬとしていたので、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子の周期を従来の１０ＭＬ（＝４ＭＬ＋６ＭＬ）よりも小さくするためには、ＭｇＳｅの厚さを例えば２ＭＬとし、ＢｅＺｎＴｅの厚さを例えば３ＭＬとすることが必要となる。
【０００９】
ＭｇＳｅおよびＢｅＺｎＴｅを上記したような厚さで積層し、ｐ型クラッド層を形成した場合には、ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴｅとの界面の数が増える。ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子を形成するに際して、ＭｇＳｅ層中のＳｅと、ＢｅＺｎＴｅ層中のＢｅおよびＺｎとによって面が形成されるが、このような状況では、特定的に反応性の高いＢｅとＳｅとが優先的に結合する。ＢｅＳｅにおいては基板に対して格子不整合度が大きいので、ひずみが生じ、ｐ型クラッド層として機能する適切な膜厚まで、ＭｇＳｅおよびＢｅＺｎＴｅを上記したような厚さで積層することは困難である。その結果、ｐ型クラッド層の電気伝導度を大きくすることができないという問題があった。
【００１０】
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、電気伝導度の大きなｐ型クラッド層を備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子は、ＩｎＰ基板上にｐ型半導体層を備えたものである。ｐ型半導体層は、交互に積層されたＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層を有すると共に、ＭｇＳｅ層とＢｅＺｎＴｅ層との間にＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層を有する超格子構造を有している。ＺｎＳｅ層は、ＢｅＺｎＴｅ層との界面にＺｎ原子を有している。超格子構造の周期は１０ＭＬ（分子層）未満であり、ＺｎＳｅ層およびＺｎＴｅ層の厚さは１ＭＬ以上である。
【００１２】
本発明のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子では、ｐ型半導体層内の超格子構造において交互に積層されたＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層の間に、ＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層が配置されており、かつ、ＺｎＳｅ層のうちＢｅＺｎＴｅ層との界面にＺｎ原子が配置されている。これにより、ｐ型半導体層を形成するに際して、特定的に反応性の高いＢｅとＳｅとが互いに接することがないので、製造過程において、基板に対し格子不整合度の大きいＢｅＳｅが形成される虞がない。その結果、ＢｅＳｅによる歪みの発生がなく、ｐ型クラッド層として機能する適切な膜厚までｐ型半導体層を積層することが可能になるので、ＺｎＳｅ層およびＺｎＴｅ層の厚さを１ＭＬ以上とした上で、１０ＭＬ未満の周期で超格子構造を形成することができる。
【００１３】
本発明のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の各工程を含むものである。
（Ａ）Ｍｇ，Ｓｅ，Ｚｎ，ＴｅおよびＢｅを別個に放出する５つの放出セルと、各セルに設けられたシャッタと、基板を載置する載置台とを有する分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ）装置を用意したのち、載置台にＩｎＰ基板を載置する第１工程
（Ｂ）ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタを開いたのち、ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタを閉じる第２工程
（Ｃ）Ｚｎ、ＴｅおよびＢｅを別個に放出する３つの放出セルに設けられたシャッタをＺｎ、Ｔｅ、Ｂｅの順に開く第３工程
（Ｄ）Ｚｎ、ＴｅおよびＢｅを別個に放出する３つの放出セルに設けられたシャッタをＢｅ、Ｔｅ、Ｚｎの順に閉じたのち、ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタを開く第４工程
【００１４】
本発明のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子の製造方法では、第２工程においてＭｇＳｅ層が形成されたのちに、第３工程において、Ｚｎ、ＴｅおよびＢｅを別個に放出する３つの放出セルに設けられたシャッタがＺｎ、Ｔｅ、Ｂｅの順に開けられる。これにより、ＢｅＺｎＴｅ層がＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層を介してＭｇＳｅ層上に積層される。ここで、ＺｎＳｅ層中のＺｎがＢｅＺｎＴｅ層側の界面には露出しており、ＺｎＳｅ層中のＳｅはＢｅＺｎＴｅ層側の界面には露出していない。また、ＺｎＴｅ層にはＳｅが含まれていない。そのため、ＭｇＳｅ層中のＳｅおよびＺｎＳｅ層中のＳｅは共に、ＢｅＺｎＴｅ層中のＢｅと直接に接していない。また、第４の工程において、Ｚｎ、ＴｅおよびＢｅを別個に放出する３つの放出セルに設けられたシャッタがＢｅ、Ｔｅ、Ｚｎの順に閉じられたのち、ＭｇおよびＳｅを別個に放出する２つの放出セルに設けられたシャッタが開けられる。これにより、ＭｇＳｅ層がＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層を介してＢｅＺｎＴｅ層上に積層される。ここで、ＺｎＳｅ層中のＺｎがＢｅＺｎＴｅ層側の界面に露出しており、ＺｎＳｅ層中のＳｅはＢｅＺｎＴｅ層側の界面には露出していない。また、ＺｎＴｅ層にはＳｅが含まれていない。そのため、ＭｇＳｅ層中のＳｅおよびＺｎＳｅ層中のＳｅは共に、ＢｅＺｎＴｅ層中のＢｅと直接に接していない。このように、ｐ型半導体層を形成するに際して、特定的に反応性の高いＢｅとＳｅとが互いに接することがないので、製造過程において、基板に対し格子不整合度の大きいＢｅＳｅが形成される虞がない。その結果、ＢｅＳｅによる歪みの発生がなく、ｐ型クラッド層として機能する適切な膜厚までｐ型半導体層を積層することが可能になるので、ＺｎＳｅ層およびＺｎＴｅ層の厚さを１ＭＬ以上とした上で、１０ＭＬ未満の周期で超格子構造を形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子およびその製造方法によれば、ｐ型半導体層内の超格子構造において交互に積層されたＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層の間に、ＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層を配置し、かつ、ＺｎＳｅ層のうちＢｅＺｎＴｅ層との界面にＺｎ原子を配置し、ＺｎＴｅ層のうちＭｇＳｅ層との界面にＺｎ原子を配置するようにしたので、ｐ型半導体層を形成する過程において、ｐ型クラッド層として機能する適切な膜厚までｐ型半導体層を積層することができる。これにより、ＺｎＳｅ層およびＺｎＴｅ層の厚さを１ＭＬ以上とした上で、１０ＭＬ未満の周期で超格子構造を形成することができるので、ｐ型クラッド層の電気伝導度を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１（ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体素子）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の一部（後述の上部クラッド層１６）の断面構成を拡大して表すものである。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（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ）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。
【００１８】
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型半導体層）、下部ガイド層１３、活性層１４（アンドープ半導体層）、上部ガイド層１５、上部クラッド層１６（ｐ型半導体層）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。
【００１９】
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。
【００２０】
下部クラッド層１２は、エネルギーギャップが下部ガイド層１３および活性層１４のエネルギーギャップよりも大きく、かつ屈折率が下部ガイド層１３および活性層１４の屈折率よりも小さく、さらに、伝導帯の下端または伝導帯のサブバンドの下端が下部ガイド層１３および活性層１４の伝導帯の下端または伝導帯のサブバンドの下端よりも高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。これにより、下部ガイド層１３および活性層１４に光とキャリアを閉じ込めることができる。
【００２１】
下部クラッド層１２は、例えば、主としてＺｎｘ１Ｃｄｘ２Ｓｅ（０＜ｘ１＜１，０＜ｘ２＜１，ｘ１＋ｘ２＝１）を含む第１下部クラッド層（図示せず）と、主としてＭｇＳｅを含む第２下部クラッド（図示せず）とを交互に積層してなる超格子構造、または、主としてＭｇｘ３Ｚｎｘ４Ｃｄｘ５Ｓｅ（０＜ｘ３＜１，０＜ｘ４＜１，０＜ｘ５＜１，ｘ３＋ｘ４＋ｘ５＝１）を含む単層構造となっている。
【００２２】
ここで、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。また、第１下部クラッド層および第２下部クラッドが超格子構造となっている場合には、各層の材料（組成比）および各層厚の比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、以下に説明する下部ガイド層１３、活性層１４、上部ガイド層１５または上部クラッド層１６が超格子構造となっている場合にも、各層の材料（組成比）および各層厚の比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。
【００２３】
下部ガイド層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、伝導帯の下端または伝導帯のサブバンドの下端が活性層１４の伝導帯の下端または伝導帯のサブバンドの下端よりも高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。
【００２４】
下部ガイド層１３は、例えば、主としてＢｅｘ６Ｚｎｘ７Ｓｅｘ８Ｔｅｘ９（０＜ｘ６＜１，０＜ｘ７＜１，ｘ６＋ｘ７＝１，０＜ｘ８＜１，０＜ｘ９＜１，ｘ８＋ｘ９＝１）を含む第１下部ガイド層（図示せず）と、主としてＭｇＳｅを含む第２下部ガイド層（図示せず）とを交互に積層してなる超格子構造となっている。
【００２５】
ここで、下部ガイド層１３が上記したような超格子構造となっている場合には、第１下部ガイド層および第２下部ガイド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。
【００２６】
活性層１４は、所望の発光波長に対応したエネルギーギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。活性層１４は、例えば、主としてＢｅｘ１０Ｚｎｘ１１Ｓｅｘ１２Ｔｅｘ１３（０＜ｘ１０＜１，０＜ｘ１１＜１，ｘ１０＋ｘ１１＝１，０＜ｘ１２＜１，０＜ｘ１３＜１，ｘ１２＋ｘ１３＝１）を含む量子井戸構造（井戸層および障壁層を交互に積層した超格子構造）、または、主としてＺｎｘ１４Ｃｄｘ１５Ｓｅ（０＜ｘ１４＜１，０＜ｘ１５＜１，ｘ１４＋ｘ１５＝１）を含む単層構造となっている。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。
【００２７】
活性層１４において、後述するリッジ部１８直下の領域が発光領域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。
【００２８】
上部ガイド層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、価電子帯の上端（ＶＢＭ：valence band maximum）または価電子帯のサブバンドの上端が活性層１４の価電子帯の上端または価電子帯のサブバンドの上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。これにより、活性層１４に光とキャリアを閉じ込めることができる。
【００２９】
上部ガイド層１５は、例えば、主としてＢｅｘ１６Ｚｎｘ１７Ｓｅｘ１８Ｔｅｘ１９（０＜ｘ１６＜１，０＜ｘ１７＜１，ｘ１６＋ｘ１７＝１，０＜ｘ１８＜１，０＜ｘ１９＜１，ｘ１８＋ｘ１９＝１）を含む第１上部ガイド層（図示せず）と、主としてＭｇＳｅを含む第２上部ガイド層（図示せず）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、上部ガイド層１５が上記したような超格子構造となっている場合には、第１上部ガイド層および第２上部ガイド層の双方がアンドープとなっていることが好ましい。
【００３０】
上部クラッド層１６は、エネルギーギャップが活性層１４および上部ガイド層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および上部ガイド層１５の屈折率よりも小さく、さらに、価電子帯の上端または価電子帯のサブバンドの上端が活性層１４および上部ガイド層１５の価電子帯の上端または価電子帯のサブバンドの上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層である。
【００３１】
具体的には、上部クラッド層１６は、図２に示したように、交互に積層された第１上部クラッド層１６Ａおよび第２上部クラッド層１６Ｂを有すると共に、第１上部クラッド層１６Ａと第２上部クラッド層１６Ｂとの間に中間層１６Ｃ，１６Ｄを有する超格子構造となっている。この超格子構造は、第１上部クラッド層１６Ａ、中間層１６Ｃ、第２上部クラッド層１６Ｂおよび中間層１６Ｄを単位とする周期構造となっている。なお、図２には、超格子構造の周期がＤで表されている。
【００３２】
第１上部クラッド層１６Ａは、主としてＭｇＳｅを含んで構成されている。第２上部クラッド層１６Ｂは、主としてＢｅｘ２０Ｚｎｘ２１Ｔｅ（０＜ｘ２０＜１，０＜ｘ２１＜１，ｘ２０＋ｘ２１＝１）を含んで構成されている。中間層１６Ｃ，１６Ｄは、主としてＺｎＳｅまたはＺｎＴｅを含んで構成されている。超格子構造の周期Ｄは、１０ＭＬ（分子層）未満となっている。中間層１６Ｃ，１６Ｄの厚さはそれぞれ、超格子構造の周期Ｄが１０ＭＬ未満を満たす範囲内で、１ＭＬ以上となっている。例えば、第１上部クラッド層１６Ａの厚さが２ＭＬとなっており、第２上部クラッド層１６Ｂの厚さが３ＭＬとなっている場合には、中間層１６Ｃ，１６Ｄの合計厚さが２ＭＬ以上４ＭＬ以下となっていれば、超格子構造の周期Ｄが１０ＭＬ未満となる。
【００３３】
上部クラッド層１６の実効的なエネルギーギャップおよびバンドラインナップを上記した条件に適合させるためには、第１上部クラッド層１６Ａの厚さをＤ１とし、第２上部クラッド層１６Ｂの厚さをＤ２としたときに、厚さの比Ｄ１：Ｄ２を２：３とすることが好ましい。また、上部クラッド層１６の電気伝導度を大きくするためには、Ｄ１，Ｄ２をできるだけ薄くすることが好ましい。例えば、厚さの比Ｄ１：Ｄ２を２：３に固定した場合には、Ｄ１を２ＭＬとし、Ｄ２を３ＭＬとすることが好ましい。なお、後に、Ｄ１，Ｄ２の大きさと電気伝導度との関係について考察する。
【００３４】
なお、第１上部クラッド層１６Ａおよび第２上部クラッド層１６Ｂの少なくとも第２上部クラッド層１６Ｂにｐ型不純物が少なくとも１種類ドープされている。ここで、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。  
【００３５】
図３（Ａ）は、上部クラッド層１６内の原子配列の一例を模式的に表すものである。図３（Ｂ），（Ｃ）は図３（Ａ）に記載の原子配列と、第１上部クラッド層１６Ａ、第２上部クラッド層１６Ｂおよび中間層１６Ｃ，１６Ｄとの対応関係の一例を表すものである。
【００３６】
図３（Ａ）には、左側から順に、３ＭＬのＢｅＺｎＴｅ層の一部と、１ＭＬのＺｎＳｅ層もしくはＺｎＴｅ層と、２ＭＬのＭｇＳｅ層と、１ＭＬのＺｎＳｅ層もしくはＺｎＴｅ層と、３ＭＬのＢｅＺｎＴｅ層と、１ＭＬのＺｎＳｅ層もしくはＺｎＴｅ層と、２ＭＬのＭｇＳｅ層の一部とが積層されている様子が示されている。そして、図３（Ｂ）に示したように、図３（Ａ）の左側から見て最初に登場するＭｇ原子層を第１上部クラッド層１６Ａの一方の界面とみなした場合には、上部クラッド層１６は、２ＭＬのＭｇＳｅからなる第１上部クラッド層１６Ａ、１ＭＬのＺｎＴｅからなる中間層１６Ｃ、３ＭＬのＢｅＺｎＴｅからなる第２上部クラッド層１６Ｂおよび１ＭＬのＺｎＳｅからなる中間層１６Ｄを単位とする周期構造となっている。一方、図３（Ｃ）に示したように、図３（Ａ）の左側から見て最初に登場するＳｅ原子層を第１上部クラッド層１６Ａの一方の界面とみなした場合には、上部クラッド層１６は、２ＭＬのＭｇＳｅからなる第１上部クラッド層１６Ａ、１ＭＬのＺｎＳｅからなる中間層１６Ｃ、３ＭＬのＢｅＺｎＴｅからなる第２上部クラッド層１６Ｂおよび１ＭＬのＺｎＴｅからなる中間層１６Ｄを単位とする周期構造となっている。
【００３７】
ここで、上部クラッド層１６が図３（Ｂ），図３（Ｃ）のいずれの周期構造となっているとみなした場合であっても、ＭｇＳｅ層とＢｅＺｎＴｅ層との間に設けられたＺｎＴｅ層にはＳｅが含まれておらず、また、ＭｇＳｅ層とＢｅＺｎＴｅ層との間に設けられたＺｎＳｅ層では、ＢｅＺｎＴｅ層側の界面にＺｎが露出しており、ＢｅＺｎＴｅ層側の界面にはＳｅが露出していない。そのため、ＭｇＳｅ層中のＳｅおよびＺｎＳｅ層中のＳｅは共に、ＢｅＺｎＴｅ層中のＢｅと直接に接していない。
【００３８】
また、上部クラッド層１６が図３（Ｃ）の周期構造となっているとみなした場合において、ＭｇＳｅ層とＢｅＺｎＴｅ層との間に設けられたＺｎＴｅ層にはＳｅが含まれておらず、また、ＭｇＳｅ層とＢｅＺｎＴｅ層との間に設けられたＺｎＳｅ層では、ＢｅＺｎＴｅ層側の界面にＺｎが露出しており、ＢｅＺｎＴｅ層側の界面にはＳｅが露出していない。そのため、ＭｇＳｅ層中のＳｅおよびＺｎＳｅ層中のＳｅは共に、ＢｅＺｎＴｅ層中のＢｅと直接に接していないので、後述するように、製造過程において、基板に対し格子不整合度の大きいＢｅＳｅが形成される虞がない。その結果、ＢｅＳｅによる歪みの発生がなく、ｐ型クラッド層として機能する適切な膜厚までｐ型半導体層を積層することが可能になる。
【００３９】
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。ここで、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。
【００４０】
また、この半導体レーザ１は、リッジ部１８の上面（コンタクト層１７の表面）に上部電極１９が形成されており、基板１０の裏面に下部電極２０が形成されている。上部電極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、下部電極２０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。この下部電極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。
【００４１】
ところで、上記した下部クラッド層１２、下部ガイド層１３、活性層１４、上部ガイド層１５および上部クラッド層１６は、基板１０と格子整合していることが好ましい。ここで、格子整合とは、完全な格子整合（格子不整０％）だけでなく、製造誤差などにより生じ得る程度の格子不整（例えば±１％程度の格子不整）をも含む概念である。本実施の形態において、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。なお、表１のうち、ＢｅＺｎＴｅは、T.Baronらの文献（Journal of Crystal Growth  184/185,415(1998)）の内容を考慮すると、単層構造および超格子構造のいずれの場合であっても１×１０１８ｃｍ−３以上（例えば４×１０１８ｃｍ−３程度）のホール濃度を得ることができると思われる。
【００４２】
［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）
ＢｅＺｎＴｅ   Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ       ３．１２（Γ点での直接遷移）
ＭｇＳｅ       ＭｇＳｅ                           ４．０
ＢｅＺｎＳｅＴｅ  Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０    ２．３３
ＺｎＣｄＳｅ  Ｚｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ        ２．１
【００４３】
表１から、ＭｇＳｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ超格子構造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４．０ｅＶ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Ｂｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０を含む量子井戸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、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、上部クラッド層１６としてＭｇＳｅ／Ｂｅ０．４８Ｚｎ０．５２Ｔｅ超格子構造を用いた場合には、上部クラッド層１６をＩｎＰと格子整合させつつ、上部クラッド層１６のエネルギーギャップの値を活性層１４のそれよりも大きくすることができる。
【００４４】
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。本実施の形態では、上部クラッド層１６において、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子構造を用いているので、そのような効果が得られることが予想される。
【００４５】
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。以下、最初に概略をひと通り説明した後、上部クラッド層１６の形成方法について詳細に説明する。
【００４６】
上記した各半導体層を、例えば図４に示したようなＭＢＥ装置１００を用いた結晶成長により作製する。
【００４７】
ＭＢＥ装置１００は、試料交換用の準備室（図示せず）と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体専用成長室（図示せず）と、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体専用成長室（図中のチャンバ１１０）とを備えている。チャンバ１１０内には、Ｍｇ，Ｓｅ，Ｚｎ，ＴｅおよびＢｅを別個に放出する５つの放出セル１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、各放出セル１１１〜１１５に設けられたシャッタ１２１，１２２，１２３，１２４，１２５と、基板１０を載置する載置台１３０とが設けられている。
【００４８】
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１００内にセットする。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。
【００４９】
次に、基板１０をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体専用成長室内に搬送し、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。
【００５０】
次に、基板１０をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体専用成長室であるチャンバ１１０の載置台１３０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ＺｎＣｄＳｅ／ＭｇＳｅ超格子構造を０．５μｍ成長させて下部クラッド層１２を形成し、ＢｅＺｎＳｅＴｅ／ＭｇＳｅ超格子構造を７０ｎｍ成長させて下部ガイド層１３を形成し、ＢｅＺｎＳｅＴｅ量子井戸構造を１０ｎｍ成長させて活性層１４を形成し、ＢｅＺｎＳｅＴｅ／ＭｇＳｅ超格子構造を７０ｎｍ成長させて上部ガイド層１５を形成し、Ｎドープのｐ型ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子構造を０．６μｍ成長させて上部クラッド層１６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３０ｎｍ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。
【００５１】
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１８を形成する。さら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）を形成してコンタクト層１７上に、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（図示せず）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（図示せず）を形成する。
【００５２】
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かいする。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。
【００５３】
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。
【００５４】
ところで、本実施の形態では、独自のシャッタ制御を行うことにより上部クラッド層１６を形成する。
【００５５】
図５は、上部クラッド層１６として、厚さが２ＭＬ／１ＭＬ／３ＭＬ／１ＭＬのＭｇＳｅ／（ＺｎＳｅまたはＺｎＴｅ）／ＢｅＺｎＴｅ／（ＺｎＳｅまたはＺｎＴｅ）超格子構造を形成する際のシャッターシーケンスの一例を表すものである。
【００５６】
まず、Ｍｇシャッタ１２１およびＳｅシャッタ１２２を開いて、Ｍｇ放出セル１１１およびＳｅ放出セル１１２からＭｇおよびＳｅを基板１０に向かって放出させたのち、Ｍｇシャッタ１２１およびＳｅシャッタ１２２を閉じる。これにより、結晶成長面上にＭｇＳｅ層（上部クラッド層１６）が形成される。
【００５７】
次に、Ｚｎシャッタ１２３を開いて、Ｚｎ放出セル１１３からＺｎを基板１０に向かって放出させたのち、Ｔｅシャッタ１２４を開いて、Ｔｅ放出セル１１４からＴｅを基板１０に向かって放出させ、続いて、Ｂｅシャッタ１２５を開いて、Ｂｅ放出セル１１５からＢｅを基板１０に向かって放出させる。これにより、ＭｇＳｅ層（上部クラッド層１６）上にＺｎＴｅ層（中間層１６Ｃ）もしくはＺｎＳｅ層（中間層１６Ｃ）が形成され、ＺｎＴｅ層（中間層１６Ｃ）もしくはＺｎＳｅ層（中間層１６Ｃ）上にＢｅＺｎＴｅ層（第２上部クラッド層１６Ｂ）が形成される。
【００５８】
次に、Ｂｅシャッタ１２５を閉じて、Ｂｅ放出セル１１５からのＢｅ放出を止めたのち、Ｔｅシャッタ１２４を閉じて、Ｔｅ放出セル１１４からのＴｅ放出を止め、続いて、Ｚｎシャッタ１２３を閉じて、Ｚｎ放出セル１１３からのＺｎ放出を止める。その後、Ｍｇシャッタ１２１およびＳｅシャッタ１２２を開いて、Ｍｇ放出セル１１１およびＳｅ放出セル１１２からＭｇおよびＳｅを基板１０に向かって放出させる。これにより、ＢｅＺｎＴｅ層（第２上部クラッド層１６Ｂ）上にＺｎＴｅ層（中間層１６Ｄ）もしくはＺｎＳｅ層（中間層１６Ｄ）が形成され、ＺｎＴｅ層（中間層１６Ｄ）もしくはＺｎＳｅ層（中間層１６Ｄ）上にＭｇＳｅ層（上部クラッド層１６）が形成される。このようにして、本実施の形態の上部クラッド層１６が形成される。
【００５９】
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。
【００６０】
本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極１９と下部電極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。
【００６１】
ところで、本実施の形態では、上部クラッド層１６内の超格子構造において交互に積層された上部クラッド層１６Ａ（ＭｇＳｅ層）および第２上部クラッド層１６Ｂ（ＢｅＺｎＴｅ層）の間に、中間層１６Ｃ，１６Ｄ（ＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層）が配置されており、かつ、中間層１６Ｃ，１６Ｄ（ＺｎＳｅ層）のうち第２上部クラッド層１６Ｂ（ＢｅＺｎＴｅ層）との界面にＺｎ原子が配置されている。これにより、上部クラッド層１６を形成するに際して、特定的に反応性の高いＢｅとＳｅとが互いに接することがないので、製造過程において、基板１０に対し格子不整合度の大きいＢｅＳｅが形成される虞がない。その結果、ＢｅＳｅによる歪みの発生がなく、ｐ型クラッド層として機能する適切な膜厚まで上部クラッド層１６を積層することが可能になる。従って、中間層１６Ｃ，１６Ｄ（ＺｎＳｅ層またはＺｎＴｅ層）の厚さを１ＭＬ以上とした上で、１０ＭＬ未満の周期Ｄで超格子構造を形成することができるので、ｐ型クラッド層の電気伝導度を大きくすることができる。
【００６２】
このように、１０ＭＬ未満の周期Ｄで超格子構造を形成することにより上部クラッド層１６の電気伝導度を大きくすることができるが、本発明者らは、超格子構造に含まれる各層の厚さと、電気伝導度との関係について以下のような考察をした結果、そのような知見を得た。
【００６３】
まず、本発明者らは、ｐ型クラッド層として、従来から一般的に用いられている、厚さが４ＭＬ／６ＭＬのＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子構造をＩｎＰ基板上に作製し、ｐ型クラッド層の厚さを変えたときの微分抵抗の値と、抵抗率とを計測してみた。その結果を図６の破線で示した。図６の破線から、ｐ型クラッド層の厚さを増やすにつれて微分抵抗が大きくなることがわかった。また、そのときの抵抗率は４３０Ωｃｍと、高抵抗であった。
【００６４】
次に、本発明者らは、抵抗率の周期依存性に着目し、抵抗率の周期依存性を理論的に計算した。半導体中の一次元周期ポテンシャルである超格子構造は理論的にEsaki と Tsu により１９７０年に既に提案されている（非特許文献：L. Esaki, R. Tsu, IBM journal of Research and Development, Vol. 14, No. 1, Page 61 (1970)参照）。そして、その後の結晶成長技術の進展により、実験的にその効果が確認されるようになってきた。
【００６５】
半導体における電気伝導率σは、以下に示した Drude の公式で与えられる。
σ＝ｎｅ２τ／ｍ＊
【００６６】
ここで、ｎはキャリア濃度、ｅは電気素量、τは散乱時間、ｍ＊は有効質量である。
【００６７】
半導体レーザは、簡単にはｎクラッド層、活性層、ｐクラッド層を積層した構造となっている。レーザデバイスの発振には、典型的には１ｋＡ／ｃｍ２もの電流を流す必要がある。低温発振やパルス発振が可能なデバイスから、室温ＣＷ発振デバイスに到達するためには、ｎクラッド層、ｐクラッド層の電気伝導性を高め、ジュール熱の発生を抑える必要がある。
【００６８】
ここで、ｎクラッド層、ｐクラッド層に超格子構造を導入した場合には、超格子構造の電気伝導率を見積もっておく必要がある。超格子構造の有効質量も、バルク半導体同様に、Ｅ−ｋ曲線の曲率より見積もることが可能である。ただし、超格子の無いバルク結晶では有効質量がｋに対し一定であるのに対し、超格子中ではｋに依存することに注意が必要である。そこで、ここではｋ＝０での有効質量の値を便宜的に採用する。
【００６９】
一般的に、超格子中では、超格子の周期が大きくなるほど、その有効質量は大きくなる。このことは、キャリアが一方の層への局在が強くなっていることを示している。したがって、上で示したDrude の公式から、電気伝導率を大きくするためには超格子の周期を小さくする必要があることがわかる。
【００７０】
次に、本発明者らは、超格子構造の有効質量についても検討した。ＭｇＳｅバルク結晶におけるホールの有効質量は０．７８ｍｅであり、ＢｅＺｎＴｅバルク結晶におけるホールの有効質量は０．６０ｍｅである。ここで、ｍｅは電子の静止質量である。
【００７１】
ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴｅの価電子帯上端でのエネルギー差ΔＥｖは１．２６ｅＶである。この値は、本発明者らがＭＢＥの手法でＩｎＰ基板上にＭｇＳｅ、ＢｅＺｎＴｅの厚さ約５０〜５００ｎｍの膜の結晶成長を行い、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscop）法で共通内郭電子準位に着目し価電子帯準位の相対測定により求めたものである。
【００７２】
本発明者らは、これらの値を用い、ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴeからなる超格子中のホールの有効質量を、クロニッヒー・ペニーモデルを用いて計算した。
【００７３】
図７は、ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴｅの膜厚比を２：３としたときの、超格子中のホールの有効質量と、超格子の周期（ＭｇＳｅ膜厚とＢｅＺｎＴｅ膜厚との和）の関係を表すものである。ＭＬ（分子層）とはＩｎＰの格子定数の１／２、すなわち２．９３５オングストロームの厚みを示す。
【００７４】
図７から、超格子の周期が１０ＭＬ、すなわちＭｅＳｅが４ＭＬとなっており、かつＢｅＺｎＴｅが６ＭＬとなっているとき、超格子中のホールの有効質量は２７ｍｅである。また、超格子の周期が５ＭＬ、すなわちＭｅＳｅが２ＭＬとなっており、ＢｅＺｎＴｅが３ＭＬとなっているとき、超格子中のホールの有効質量は１．４ｍｅである。これらのことから、超格子の周期が短くなると、超格子中のホールの有効質量が小さくなる傾向があることがわかる。
【００７５】
ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴeからなる超格子におけるＭｇＳｅおよびＢｅＺｎＴｅのそれぞれのキャリア濃度および散乱時間を同一と仮定し、ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴｅの膜厚比を２：３とした場合に、超格子の周期が５ＭＬとなっているときの電気伝導率は、超格子の周期が１０ＭＬとなっているときの電気伝導率と比べて、約１９倍となる。
【００７６】
すなわち、超格子の周期を１０ＭＬから５ＭＬにするだけで、電気伝導率が約１９倍にまで大きくなる。従って、結晶成長技術において、超格子の短周期化が重要課題のひとつであることが理解できる。電気伝導率の超格子周期長依存性は、（１）超格子中のキャリアとして電子ではなく、より有効質量の重いホールを対象にしたこと、（２）ＭｇＳｅとＢｅＺｎＴｅの価電子帯上端でのエネルギー差が本発明者によって１．２６ｅＶと求められたこと、の２点によって、具体性をもって明らかになったものである。
【００７７】
そこで、本発明者らは、ｐ型クラッド層として、厚さが２ＭＬ／１ＭＬ／３ＭＬ／１ＭＬのＭｇＳｅ／（ＺｎＳｅまたはＺｎＴｅ）／ＢｅＺｎＴｅ／（ＺｎＳｅまたはＺｎＴｅ）超格子構造をＩｎＰ基板上に作製し、ｐ型クラッド層の厚さを変えたときの微分抵抗の値と、抵抗率とを計測した。その結果を図６の実線で示した。図６の実線から、ｐ型クラッド層の厚さを増やすにつれて微分抵抗が大きくなるものの、抵抗率は、超格子の周期が１０ＭＬとなっているときの抵抗率と比べて、約１／４の１００Ωｃｍとなった。すなわち、超格子の周期を１０ＭＬから５ＭＬにするだけで、抵抗率が約１／４にまで小さくなることがわかる。
【００７８】
このようにして、本発明者らは、１０ＭＬ未満の周期で超格子構造を形成することにより上部クラッド層１６の電気伝導度を大きくすることができることを見いだし、本発明に至ったのである。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【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の半導体レーザの一部を拡大して表した断面図である。
【図３】図１の上部クラッド層内の原子配列の一例を模式的に表した模式図である。
【図４】図１の半導体レーザの製造に用いるＭＢＥ装置の概略図である。
【図５】図４のＭＢＥ装置のシャッターシーケンスの一例を表した流れ図である。
【図６】ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子構造からなるｐ型クラッド層の厚さと、微分抵抗との関係を表す関係図である。
【図７】ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子構造の周期と、超格子中のホールの有効質量との関係を表す関係図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…半導体レーザ、１０…基板、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…バッファ層、１２…下部クラッド層、１３…下部ガイド層、１４…活性層、１４Ａ…発光領域、１５…上部ガイド層、１６…上部クラッド層、１６Ａ…第１上部クラッド層、１６Ｂ…第２上部クラッド層、１６Ｃ，１６Ｄ…中間層、１７…コンタクト層、１８…リッジ部、１９…上部電極、２０…下部電極、１００…ＭＢＥ装置、１１０…チャンバ、１１１…Ｍｇ放出セル、１１２…Ｓｅ放出セル、１１３…Ｚｎ放出セル、１１４…Ｔｅ放出セル、１１５…Ｂｅ放出セル、１２１…Ｍｇシャッタ、１２２…Ｓｅシャッタ、１２３…Ｚｎシャッタ、１２４…Ｔｅシャッタ、１２５…Ｂｅシャッタ。
【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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