(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、
上記半導体超格子の障壁層が、ＩｎBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢの厚さを有する第１の半導体層でなり、
上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物をドープしているとともにＤＷの厚さを有する第２の半導体層でなり、
上記半導体超格子の井戸層を構成している第２の半導体層が、それを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、０．９≧Ｗ≧０．２で表される範囲内の値を有し、厚さＤＷについて、１５０Ａ≧ＤＷ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、
上記半導体超格子の障壁層を構成している第１の半導体層が、それを構成しているＩｎBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、Ｗ−０．２≧Ｂ≧０で表される範囲内の値を有し、厚さＤＢについて、ＤＢ＞ＤＷ、２００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有することを特徴とする半導体超格子を有する半導体装置。
【請求項２】
障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、
上記半導体超格子の障壁層が、ＡｌBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢの厚さを有する第１の半導体層でなり、
上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物をドープしているとともにＤＷの厚さを有する第２の半導体層でなり、
上記半導体超格子の障壁層を構成している第１の半導体層が、それを構成しているＡｌBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、０．９≧Ｂ≧０．２で表される範囲内の値を有し、厚さＤＢについて、４００Ａ≧ＤＢ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、
上記半導体超格子の井戸層を構成している第２の半導体層が、それを構成しているＩｎＷＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、１＞Ｗ≧０で表される範囲内の値を有し、厚さＤＷについて、ＤＢ＞ＤＷ、６００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有することを特徴とする半導体超格子を有する半導体装置。
【請求項３】
障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、
上記半導体超格子の障壁層が、ＡｌBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第１の半導体層と、それと同じＡｌBＧａ(1-B)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第２の半導体層とが上記第１の半導体層上に上記第２の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、
上記半導体超格子の井戸層が、ＡｌWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第３の半導体層と、上記第３の半導体層と同じＡｌWＧａ(1-W)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第４の半導体層とが上記第３の半導体層上に上記第４の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、
上記半導体超格子の障壁層を構成している第１及び第２の半導体層が、それらを構成しているＡｌBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、０．９≧Ｂ≧０．２で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢについて、４００Ａ≧ＤＢ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、
上記半導体超格子の井戸層を構成している第３及び第４の半導体層が、それらを構成しているＡｌWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、Ｂ−０．２≧Ｗ≧０で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷについて、ＤＢ＞ＤＷ、６００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有することを特徴とする半導体超格子を有する半導体装置。
【請求項４】
障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、
上記半導体超格子の障壁層が、ＩｎBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第１の半導体層と、それと同じＩｎBＧａ(1-B)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第２の半導体層とが上記第１の半導体層上に上記第２の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、
上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第３の半導体層と、上記第３の半導体層と同じＩｎWＧａ(1-W)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第４の半導体層とが上記第３の半導体層上に上記第４の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、
上記半導体超格子の井戸層を構成している第３及び第４の半導体層が、それらを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、０．９≧Ｗ≧０．２で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷについて、１５０Ａ≧ＤＷ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、
上記半導体超格子の障壁層を構成している第１及び第２の半導体層が、それらを構成しているＩｎBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、Ｗ−０．２≧Ｂ≧０で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢについて、ＤＢ＞ＤＷ、２００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有することを特徴とする半導体超格子を有する半導体装置。
【請求項５】
障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、
上記半導体超格子の障壁層が、ＡｌBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第１の半導体層と、それと同じＡｌBＧａ(1-B)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第２の半導体層とが上記第１の半導体層上に上記第２の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、
上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第３の半導体層と、上記第３の半導体層と同じＩｎWＧａ(1-W)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第４の半導体層とが上記第３の半導体層上に上記第４の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、
上記半導体超格子の障壁層を構成している第１及び第２の半導体層が、それらを構成しているＡｌBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、０．９≧Ｂ≧０．２で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢについて、４００Ａ≧ＤＢ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、
上記半導体超格子の井戸層を構成している第３及び第４の半導体層が、それらを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、１＞Ｗ≧０で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷについて、ＤＢ＞ＤＷ、６００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有することを特徴とする半導体超格子を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１２を伴って次に述べる半導体レ―ザが半導体超格子を有する半導体装置として提案されている。
【０００３】
すなわち、サファイヤでなる単結晶の半導体基板１上に、単結晶のＡｌＧａＮ系でなるバッファ層２を介して、単結晶のＧａＮでなり且つｎ型を有する半導体層３と、ｎ型を有する半導体超格子４Ｇでなる光閉じ込め層４と、単結晶のＩｎy Ｇａ(1-y) Ｎ（ただし、ｙは１以下の数）でなる発光層５と、ｐ型を有する半導体超格子６Ｇでなる光閉じ込め層６とが、それらの順に積層されている積層体７が形成されている。
【０００４】
この場合、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇが、単結晶のＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ（ただし、Ｂ４は、一般に１以下の数）でなり且つｎ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢ４の厚さを有する半導体層４１でなる障壁層４Ｂと、単結晶のＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎ（ただし、Ｗ４は、一般に１以下の数）でなり且つｎ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＷ４の厚さを有する半導体層４２でなる井戸層４Ｗとが交互順次に積層されている構成を有し、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それらをそれぞれ構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４について、０．１５≧Ｂ４＞Ｗ４≧０で表される範囲内の値を有し、また、それらの厚さＤＢ４及びＤＷ４について、２５Ａ≧（ＤＢ４、ＤＷ４）＞０Ａで表される範囲内の値を有しているのを普通とし、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇが、単結晶のＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎ（ただし、Ｂ６は、一般に１以下の数）でなり且つｐ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢ６の厚さを有する半導体層６１でなる障壁層６Ｂと、単結晶のＡｌW6Ｇａ(1-W6)Ｎ（ただし、Ｗ６は、一般に１以下の数）でなり且つｐ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＷ６の厚さを有する半導体層６２でなる井戸層６Ｗとが交互順次に積層されている構成を有し、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それらをそれぞれ構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＢ６及びＷ６について、０．１５≧Ｂ６＞Ｗ６≧０で表される範囲内の値を有し、且つそれらの厚さＤＢ６及びＤＷ６について、２５Ａ≧（ＤＢ６、ＤＷ６）＞０Ａで表される範囲内の値を有しているのを普通とする。
【０００５】
また、発光層５を構成しているＩｎy Ｇａ1-y Ｎにおけるｙについて、発光層５が光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおける井戸層４Ｗを構成している半導体層４２及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおける井戸層６Ｗを構成している半導体層６２よりも狭いエネルギバンドギャップを有するように選定されている値を有する。
【０００６】
さらに、積層体７に、その光閉じ込め層６側から、半導体層３内に達する深さに、半導体層３を外部に臨ませる溝乃至切欠８が形成され、そして、半導体層３に、溝乃至切欠８に臨む領域において、バッファ層２側とは反対側から、電極９が付され、また、積層体７の光閉じ込め層６に、発光層５側とは反対側の面上において、電極１０が付されている。
【０００７】
以上が、従来提案されている、半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザである。
【０００８】
このような半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザによれば、発光層５が、電極９が付されている半導体層３に連接しているｎ型を有する光閉じ込め層４と電極１０が付されているｐ型を有する光閉じ込め層６との間に、それらと連接して配され、且つ光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおける井戸層４Ｗを構成している半導体層４２及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおける井戸層６Ｗを構成している半導体層６２に比し狭いエネルギバンドギャップを有するので、電極９及び１０間に、動作用バイアス電源を、その正極を電極１０側にして接続すれば、発光層５においてキャリアの再結合による発光が得られ、その光が、発光層５を光閉じ込め層４及び６によって閉じ込められてその両端面（図においては、紙面と平行な面）間に繰り返し伝播して増幅され、その光が、発光層５の一方の端面から、レーザ光として、外部に出射する、という半導体レ―ザとしての機能が得られる。
【０００９】
また、半導体層３、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２、発光層５、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおける障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、ともにＮ（窒素）を含むＡｌＧａＮ系で構成されているので、Ｎ（窒素）に代え例えばＡｓ（砒素）を含むＡｌＧａＡｓ系で構成されている場合に比し、エネルギバンドギャップが広いことによるレーザ光短波長化、耐熱性、耐宇宙線性、耐振動性などの点で優れている。
【００１０】
さらに、光閉じ込め層４が半導体超格子４Ｇでなるので、光閉じ込め層４と半導体層３及び発光層５との間の格子不整合状態が、光閉じ込め層４が障壁層４Ｂを構成している半導体層４１と同じＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなる単層でなるとした場合に比し、緩和されているおり、また、光閉じ込め層６も半導体超格子６Ｇでなるので、光閉じ込め層６と発光層５との間の格子不整合状態が、光閉じ込め層６が障壁層６Ｂを構成している半導体層６１と同じＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなる単層でなるとした場合に比し、緩和されているので、上述した半導体レ―ザとしての機能を、光閉じ込め層４及び６がそれぞれ障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び障壁層６Ｂを構成している半導体層６１と同じＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでそれぞれなる単層でなるとした場合に比し、良好に得ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それらをそれぞれ構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４について、０．１５≧Ｂ４＞Ｗ４≧０で表される範囲内の値を有し、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それらをそれぞれ構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＢ６及びＷ６について、０．１５≧Ｂ６＞Ｗ６≧０で表される範囲内の値を有する。
【００１２】
なお、そのように、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２がそれらをそれぞれ構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４について上述した範囲内の値を有するのは、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１が、それを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について０．１５以下という小さな値しか有していず、また、当然ながら、井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それを構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４についても、０．１５以下という小さな値しか有さず、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１が、それを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６について、０．１５以下という小さな値しか有していず、また、当然ながら、井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それを構成しているＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６についても、０．１５よりも小さな値しか有していないことから、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２に結晶性の劣化が認められず、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２に結晶性の劣化が認められず、よって、上述した半導体レ―ザとしての機能が良好に得られなくなることがないと考えられていたことによるものと思われる。
【００１３】
しかしながら、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述したように、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂの半導体層４１を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４及び井戸層４Ｗの半導体層４２を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４が０．１５≧Ｂ４＞Ｗ４≧０で表される範囲内の値を有するので、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂにおける半導体層４１を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４と井戸層４Ｗにおける半導体層４２を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４との間の値の差が、０．１５以下という小さな値しか有していない。このため、障壁層４Ｂと井戸層４Ｗとの間の界面に、格子歪によって生成されるピエゾ電荷による電界が存在しているというピエゾ電界効果が、半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂを構成している半導体層４１の厚さＤＢ４及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２の厚さＤＷ４が２５Ａ以下であるという小さな値しか有しないことと相俟って、実質的に発生している状態までに到っていない。
【００１４】
このようなことから、半導体超格子４Ｇにおいて、エネルギーポテンシャルの溝が、浅くしか形成されていず、このため、半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂから半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かうエレクトロンが、少ない量しか吐き出されないとともに、井戸層４Ｗから半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かうエレクトロンが、ほとんど吐き出されない。
【００１５】
よって、半導体超格子４Ｇ、従って光閉じ込め層４が、低いキャリア（エレクトロン）濃度しか有さず、このため、厚さ方向にみて高い抵抗を有する。
【００１６】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇについて述べた理由に準じた理由で、半導体超格子６Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かう障壁層６Ｂ及び井戸層６Ｗからのホールの吐き出し量が小さく、よって半導体超格子６Ｇ、従って光閉じ込め層６が、低いキャリア（ホール）濃度しか有さず、このため、厚さ方向にみて高い抵抗を有する。
【００１７】
このため、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、電極９及び１０間に上述した半導体レ―ザとしての機能を得るために接続する動作用バイアス電源に高い電圧を必要とし、また上述した半導体レ―ザとしての機能を得ているときに、高い発熱を伴う、という欠点を有していた。
【００１８】
また、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述したように、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１のＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４が０．１５以下であるので、その障壁層４Ｂが低い障壁高さしか有さず、このため、光閉じ込め層４が、発光層５に伝播する光に対する低い光閉じ込め効果しか有しない。
【００１９】
さらに、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１のＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６が０．１５以下という小さな値であるので、その障壁層６Ｂが低い障壁高さしか有さず、このため、光閉じ込め層６が、発光層５に伝播する光に対する低い光閉じ込め効果しか有さない。
【００２０】
以上のことから、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述した半導体レ―ザとしての機能を効果的に得ることができない、という欠点を有していた。
【００２１】
よって、本発明は、半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザでみて上述した欠点を伴うことのない、新規な半導体超格子を有する半導体装置を提案せんとするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置は、障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、（１）上記半導体超格子の障壁層が、ＩｎBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢの厚さを有する第１の半導体層でなり、（２）上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物をドープしているとともにＤＷの厚さを有する第２の半導体層でなり、（３）上記半導体超格子の井戸層を構成している第２の半導体層が、それを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、０．９≧Ｗ≧０．２で表される範囲内の値を有し、厚さＤＷについて、１５０Ａ≧ＤＷ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、（４）上記半導体超格子の障壁層を構成している第１の半導体層が、それを構成しているＩｎBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、Ｗ−０．２≧Ｂ≧０で表される範囲内の値を有し、厚さＤＢについて、ＤＢ＞ＤＷ、２００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有している。
【００２３】
本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置は、障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、（１）上記半導体超格子の障壁層が、ＡｌBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢの厚さを有する第１の半導体層でなり、（２）上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物をドープしているとともにＤＷの厚さを有する第２の半導体層でなり、（３）上記半導体超格子の障壁層を構成している第１の半導体層が、それを構成しているＡｌBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、０．９≧Ｂ≧０．２で表される範囲内の値を有し、厚さＤＢについて、４００Ａ≧ＤＢ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、（４）上記半導体超格子の井戸層を構成している第２の半導体層が、それを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、１＞Ｗ≧０で表される範囲内の値を有し、厚さＤＷについて、ＤＢ＞ＤＷ、６００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有している。
【００２４】
本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置は、障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、（１）上記半導体超格子の障壁層が、ＡｌBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第１の半導体層と、それと同じＡｌBＧａ(1-B)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第２の半導体層とが上記第１の半導体層上に上記第２の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、（２）上記半導体超格子の井戸層が、ＡｌWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第３の半導体層と、上記第３の半導体層と同じＡｌWＧａ(1-W)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第４の半導体層とが上記第３の半導体層上に上記第４の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、（３）上記半導体超格子の障壁層を構成している第１及び第２の半導体層が、それらを構成しているＡｌBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、０．９≧Ｂ≧０．２で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢについて、４００Ａ≧ＤＢ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、（４）上記半導体超格子の井戸層を構成している第３及び第４の半導体層が、それらを構成しているＡｌWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、Ｂ−０．２≧Ｗ≧０で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷについて、ＤＢ＞ＤＷ、６００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有する。
【００２５】
本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置は、障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、（１）上記半導体超格子の障壁層が、ＩｎBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第１の半導体層と、それと同じＩｎBＧａ(1-B)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第２の半導体層とが上記第１の半導体層上に上記第２の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、（２）上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第３の半導体層と、上記第３の半導体層と同じＩｎWＧａ(1-W)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第４の半導体層とが上記第３の半導体層上に上記第４の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、（３）上記半導体超格子の井戸層を構成している第３及び第４の半導体層が、それらを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、０．９≧Ｗ≧０．２で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷについて、１５０Ａ≧ＤＷ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、（４）上記半導体超格子の障壁層を構成している第１及び第２の半導体層が、それらを構成しているＩｎBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、Ｗ−０．２≧Ｂ≧０で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢについて、ＤＢ＞ＤＷ、２００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有する。
【００２６】
本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置は、障壁層と井戸層とが交互順次に積層されている構成を有する半導体超格子を有する半導体装置において、（１）上記半導体超格子の障壁層が、ＡｌBＧａ(1-B)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第１の半導体層と、それと同じＡｌBＧａ(1-B)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第２の半導体層とが上記第１の半導体層上に上記第２の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、（２）上記半導体超格子の井戸層が、ＩｎWＧａ(1-W)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない第３の半導体層と、上記第３の半導体層と同じＩｎWＧａ(1-W)Ｎでなり且つ上記第１の半導体層がドープしている不純物と同じ導電型を与える不純物を意図的にドープしている第４の半導体層とが上記第３の半導体層上に上記第４の半導体層が配されている態様で積層されている構成を有し、（３）上記半導体超格子の障壁層を構成している第１及び第２の半導体層が、それらを構成しているＡｌBＧａ(1-B)ＮにおけるＢについて、０．９≧Ｂ≧０．２で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢについて、４００Ａ≧ＤＢ≧２５Ａで表される範囲内の上記Ｂの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有し、（４）上記半導体超格子の井戸層を構成している第３及び第４の半導体層が、それらを構成しているＩｎWＧａ(1-W)ＮにおけるＷについて、１＞Ｗ≧０で表される範囲内の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷについて、ＤＢ＞ＤＷ、６００Ａ−ＤＢ≧ＤＷで表される範囲内の上記Ｗの値が大きくなるのに応じて小さくなる値を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態１】
次に、図１を伴って本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を述べよう。
【００２８】
図１において、図１２との対応部分には同一符号を付して示す。
図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザは、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、サファイヤでなる単結晶の半導体基板１上に、単結晶のＡｌＧａＮ系でなるバッファ層２を介して、単結晶のＧａＮでなり且つｎ型を有する半導体層３と、ｎ型を有する半導体超格子４Ｇでなる光閉じ込め層４と、単結晶のＩｎy Ｇａ(1-y) Ｎ（ただし、ｙは１以下の数）でなる発光層５と、ｐ型を有する半導体超格子６Ｇでなる光閉じ込め層６とが、それらの順に積層されている積層体７が形成されている。
【００２９】
しかしながら、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇが、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合とは異なり、単結晶のＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ（ただし、Ｂ４は、一般に１以下の数）でなり且つｎ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢ４の厚さを有する半導体層４１でなる障壁層４Ｂと、単結晶のＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎ（ただし、Ｗ４は、一般に１以下の数）でなり且つｎ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＷ４の厚さを有する半導体層４２でなる井戸層４Ｗとが交互順次に積層されている構成を有する。
【００３０】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇも、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合とは異なり、ＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎ（ただし、Ｂ６は、一般に１以下の数）でなり且つｐ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＢ６の厚さを有する単結晶の半導体層６１でなる障壁層６Ｂと、ＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎ（ただし、Ｗ６は、一般に１以下の数）でなり且つｐ型を与える不純物を意図的にドープしているとともにＤＷ６の厚さを有する単結晶の半導体層６２でなる井戸層６Ｗとが交互順次に積層されている構成を有する。
【００３１】
さらに、積層体７に、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層６側から、半導体層３内に達する深さに、半導体層３を外部に臨ませる溝乃至切欠８が形成され、そして、半導体層３に、溝乃至切欠８に臨む領域において、バッファ層２側とは反対側から、電極９が付され、また、積層体７の光閉じ込め層６に、発光層５側とは反対側の面上において、電極１０が付されている。
【００３２】
また、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザは、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、
０．９≧Ｗ４≧０．２        ………（２１）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、厚さＤＷ４について、
１５０Ａ≧ＤＷ４≧２５Ａ    ………（２２）
で表される範囲内の値を有し、また、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１が、それを構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、
Ｗ４−０．２≧Ｂ４≧０      ………（２３）
で表される範囲内の例えば０．１０の値を有し、厚さＤＢ４について、
ＤＢ４＞ＤＷ４              ………（２４）
２００Ａ−ＤＢ４≧ＤＷ４    ………（２５）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１の厚さＤＢ４は、障壁層４Ｂの半導体層４１を構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４の値に応じた、横軸に半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂを構成している半導体層４１の厚さＤＢ４及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２の厚さＤＷ４と後述する光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの障壁層６Ｂを構成している半導体層６１の厚さＤＢ６及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２の厚さＤＷ６とをとり、縦軸に半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂの半導体層４１を構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４及び井戸層４Ｗの半導体層４２を構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４と半導体超格子６Ｇの障壁層６Ｂの半導体層６１を構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６及び井戸層６Ｗの半導体層６２を構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６とをとって、厚さＤＢ４、ＤＷ４、ＤＢ６及びＤＷ６、及びＢ４、Ｗ４、Ｂ６及びＷ６のとり得る値の範囲を表している図２に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば８０Ａの値を有し、また、井戸層４Ｗを構成している半導体層４２の厚さＤＷ４も、その半導体層４２を構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４の値に応じた、図２の条件範囲内の値をとるように、Ｗ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００３３】
さらに、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６について、
０．９≧Ｗ６≧０．２        ………（２６）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、厚さＤＷ６について、
１５０Ａ≧ＤＷ６≧２５Ａ    ………（２７）
で表される範囲内の値を有し、また、障壁層６Ｂを構成している半導体層６１が、それを構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６について、
Ｗ６−０．２≧Ｂ６≧０      ………（２８）
で表される範囲内の例えば０．１０の値を有し、厚さＤＢ６について、
ＤＢ６＞ＤＷ６              ………（２９）
２００Ａ−ＤＢ６≧ＤＷ６    ………（３０）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層６Ｂを構成している半導体層６１の厚さＤＢ６は、その半導体層６１を構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６の値に応じた、上述した図２の条件範囲内の値をとるように、Ｂ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば８０Ａの値を有し、また、井戸層６Ｗを構成している半導体層６２の厚さＤＷ６も、その半導体層６２を構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６の値に応じた、図２の条件範囲内の値をとるように、Ｗ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００３４】
さらに、発光層５を構成しているＩｎyＧａ(1-y)Ｎにおけるｙについて、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じ、発光層５が光閉じ込め層４の半導体超格子４Ｇの井戸層４Ｗを構成している半導体層４２及び光閉じ込め層６の半導体超格子６Ｇの井戸層６Ｗを構成している半導体層６２よりも狭いエネルギバンドギャップを有するように選定されている値を有する。
【００３５】
以上が、本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの第１の実施の形態の構成である。
【００３６】
このような構成を有する本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザによれば、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂ及び井戸層４Ｗをそれぞれ構成している半導体層４１及び４２が、ＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなるに代え、ＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなり、そして、それらＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４が、それぞれ（２３）式及び（２１）式で表される範囲内の値を有し、それぞれの厚さＤＢ４及びＤＷ４が、（２２）式及び（２４）及び（２５）式で表される範囲内の値を有し、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その障壁層６Ｂ及び井戸層６Ｗをそれぞれ構成している半導体層６１及び６２が、ＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＡｌW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなるに代え、ＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなり、そして、それらＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＢ６及びＷ６が、それぞれ（２６）式、及び（２７）式で表される範囲内の値を有し、それぞれの厚さＤＢ６及びＤＷ６が、（２７）式、及び（２９）及び（３０）式で表される範囲内の値を有することを除いて、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レーザの場合と同様に構成を有するので、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様の理由で、同様に、電極９及び１０間に、動作用バイアス電源を、その正極を電極１０側にして接続すれば、発光層５においてキャリアの再結合による発光が得られ、その光が、発光層５を光閉じ込め層４及び６によって閉じ込められてその両端面（図においては、紙面と平行な面）間に繰り返し伝播して増幅され、その光が、発光層５の一方の端面から、レーザ光として、外部に出射する、という半導体レ―ザとしての機能が得られる。
【００３７】
また、半導体層３、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂ及び井戸層４Ｗをそれぞれ構成している半導体層４１及び４２、発光層５、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの障壁層６Ｂ及び井戸層６Ｗをそれぞれ構成している半導体層６１及び６２が、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、ともにＮ（窒素）を含むＩｎＧａＮ系で構成されているので、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、Ｎ（窒素）に代え、例えばＡｓ（砒素）を含むＩｎＧａＡｓ系で構成されている場合に比し、レーザ光の短波長化、耐熱性、耐宇宙線、耐振動性などの点で優れている。
【００３８】
さらに、光閉じ込め層４が、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、半導体超格子４Ｇでなるので、光閉じ込め層４と半導体層３及び発光層５との間の格子不整合状態が、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層４が障壁層４Ｂを構成している半導体層４１と同じＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなる単層でなるとした場合に比し、緩和されており、また、光閉じ込め層６も、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、半導体超格子６Ｇでなるので、光閉じ込め層６と発光層５との間の格子不整合状態が、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層６が障壁層６Ｂを構成している半導体層６１と同じＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなる単層でなるとした場合に比し、緩和されているので、上述した半導体レ―ザとしての機能を、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層４及び６がそれぞれ障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び障壁層６Ｂを構成している半導体層６１と同じＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎでそれぞれなる単層でなるとした場合に比し、良好に得ることができる。
【００３９】
また、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、上述した（２１）式で表される範囲内の値を有し、一方、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１が、それを構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、上述した（２３）式で表される範囲内の値を有するので、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂの半導体層４１を構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４と、井戸層４Ｗの半導体層４２を構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４との間の値の差が、０．２以上という大きな値を有している。
【００４０】
このため、障壁層４Ｂと井戸層４Ｗとの間の界面に格子歪によって生成されるピエゾ電荷による電界が存在しているというピエゾ電界効果が、顕著に発生している状態に到っている。
【００４１】
このようなことから、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、エネルギーポテンシャルの溝が、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおけるエレクトロンエネルギー及びエレクトロン分布、及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおけるホールエネルギー及びホール分布を表している図３に示されているように、深く形成されており、このため、半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂを構成している半導体層４１から、半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かって、エレクトロンが、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し格段的に多くの量で吐き出されるとともに、半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝への井戸層４Ｗを構成している半導体層４２からのエレクトロンの吐き出しも実質的に存在する。
【００４２】
よって、半導体超格子４Ｇ、従って光閉じ込め層４が、図３中に示すようなエレクトロン分布を伴うことによって、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し格段的に高いキャリア（エレクトロン）濃度を有し、このため、厚さ方向にみて、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザに比し格段的に低い抵抗しか有しない。
【００４３】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、詳細説明は省略するが、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇについて述べた理由に準じた理由で、半導体超格子６Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かって、障壁層６Ｂ及び井戸層６Ｗから、ホールが、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し格段的に多い量で、吐き出され、よって、半導体超格子６Ｇ、従って光閉じ込め層６が、図３中に示すようなホール分布を伴うことによって、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し格段的に高いキャリア（ホール）濃度を有し、このため、厚さ方向にみて、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し格段的に低い抵抗しか有しない。
【００４４】
なお、本発明者等は、半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それらをそれぞれ構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮのそれぞれにおけるＢ４及びＷ４について、それぞれ上述した（２３）及び（２１）式で表される範囲内の値を有し且つそれぞれの厚さＤＢ４及びＤＷ４について、（２４）及び（２５）式及び（２２）式で表される範囲内の図２の条件範囲内の値をとる値を有する、ということでない場合、上述した格段的に高いキャリア（エレクトロン）濃度が得られないことから、上述した格段的に低い抵抗が得られないこと、また、半導体超格子６Ｇにおいても、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それらをそれぞれ構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮのそれぞれにおけるＢ６及びＷ６について、それぞれ上述した（２８）及び（２６）式で表される範囲内の値を有し且つそれぞれの厚さＤＢ６及びＤＷ６について、（２９）及び（３０）式及び（２７）式で表される範囲内の図２の条件範囲内の値をとる値を有する、ということでない場合、上述した格段的に高いキャリア（ホール）濃度が得られないことから、上述した格段的に低い抵抗が得られないことを、種々の実験の結果確認した。
【００４５】
以上のことから、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、電極９及び１０間に上述した半導体レ―ザとしての機能を得るために接続する動作用バイアス電源に、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で必要としていたうな高い電圧を必要とせず、また上述した半導体レ―ザとしての機能を得ているときに、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に伴うような高い発熱を伴わない。
【００４６】
また、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述したように、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その井戸層４Ｗを構成している半導体層４２について、それを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４が、０．２以上という大きな値を有するので、光閉じ込め層４が、発光層５に伝播する光に対する高い光閉じ込め効果を有する。
【００４７】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、その井戸層６Ｗを構成している半導体層６２について、それを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６が０．２以上という大きな値を有するので、光閉じ込め層６が、発光層５に伝播する光に対する高い光閉じ込め効果を有する。
【００４８】
このようなことから、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述した半導体レ―ザとしての機能を、図１２に示す従来の半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し効果的に得ることができる。
【００４９】
【発明の実施の形態２】
次に、本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を述べよう。
【００５０】
本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態は、見掛け上、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有するので、図示詳細説明は省略するが、次の事項を除いて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有する。
【００５１】
すなわち、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その井戸層４Ｗを構成している半導体層４２については、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様にＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなるが、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１については、ＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなる図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に代え、ＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなり、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その井戸層６Ｗを構成している半導体層６２については、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、ＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなるが、障壁層６Ｂを構成している半導体層６１については、ＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなる図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に代え、ＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなる。
【００５２】
また、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層４１が、それを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、
０．９≧Ｂ４≧０．２        ………（３１）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、厚さＤＢ４について、
４００Ａ≧ＤＢ４≧２５Ａ    ………（３２）
で表される範囲内の値を有し、井戸層４Ｗを構成している半導体層４２が、それを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、
１＞Ｗ４≧０                ………（３３）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、厚さＤＷ４について、
ＤＢ４＞ＤＷ４              ………（３４）
６００Ａ−ＤＢ４≧ＤＷ４    ………（３５）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１の厚さＤＢ４は、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４の値に応じた、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レーザの説明に用いた厚さＤＢ４及びＢ４のとり得る値の範囲を表している図４の条件範囲内の値をとるように、Ｂ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば２４０Ａの値を有し、また、井戸層４Ｗを構成している半導体層４２の厚さＤＷ４は、井戸層４Ｗを構成している半導体層４２について、それを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４の値に応じた、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レーザの説明に用いた図２の場合と同様に厚さＤＷ４及びＷ４のとり得る値の範囲を表している図５の条件範囲内の値をとるように、Ｗ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００５３】
さらに、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１が、それを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６について、
０．９≧Ｂ６≧０．２        ………（３６）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、厚さＤＢ６について、
４００Ａ≧ＤＢ６≧２５Ａ    ………（３７）
で表される範囲内の値を有し、井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６について、
１＞Ｗ６≧０                ………（３８）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、厚さＤＷ６について、
ＤＢ６＞ＤＷ６              ………（３９）
６００Ａ−ＤＢ６≧ＤＷ６    ………（４０）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層６Ｂを構成している半導体層６１の厚さＤＢ６は、障壁層６Ｂを構成している半導体層６１について、それを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６の値に応じた、上述した図４の条件範囲内の値をとるように、Ｂ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば２４０Ａの値を有し、また、井戸層６Ｗを構成している半導体層６２の厚さＤＷ６は、井戸層６Ｗを構成している半導体層６２について、それを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６の値に応じた、上述した図５の条件範囲内の値をとるように、Ｗ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００５４】
また、発光層５を構成しているＩｎyＧａ(1-y)Ｎにおけるｙについて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じ、発光層５が光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇの井戸層４Ｗを構成している半導体層４２及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの井戸層６Ｗを構成している半導体層６２よりも狭いエネルギバンドギャップを有するように選定されている値を有する。
【００５５】
以上が、本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の構成である。
【００５６】
このような構成を有する本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置しての半導体レ―ザによれば、上述した事項を除いて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有し、そして、半導体超格子４Ｇ及び６Ｇにおいて、それれらのそれぞれの障壁層４Ｂ及び６Ｂをそれぞれ構成している半導体層４１及び６１が、ＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎでそれぞれ構成されている［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合とは異なり、ＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでそれぞれ構成され、また、井戸層４Ｗ及び６Ｗをそれぞれ構成している半導体層４２及び６２が、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体レーザの場合と同様に、ＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎでそれぞれ構成され、ただし、それらにおけるそれぞれのＷ４及びＷ６のとり得る値の上限が［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し高い値を有する、という点で、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザとの場合との間の相違を有するが、一般に、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎの場合、そこにおけるｘの値が大きくなるのに応じて、そのバンドギャップが広くなるのに対し、ＩｎxＧａ(1-x)Ｎの場合、そこにおけるｘの値が大きくなるのに応じ、そのバンドギャップが狭くなり、そして、そのようなＡｌxＧａ(1-x)Ｎで障壁層４Ｂ及び６Ｂをそれぞれ構成している半導体層４１及び６１を構成している、ということ、及び障壁層４Ｂ及び６Ｂをそれぞれ構成している半導体層４１及び６１がそのようにＡｌxＧａ(1-x)Ｎで構成されているのに対し、井戸層４Ｗ及び６Ｗをそれぞれ構成している半導体層４２及び６２が、一般にＡｌxＧａ(1-x)Ｎとの間で顕著なヘテロ界面を形成するＩｎxＧａ(1-x)Ｎで構成されている、ということから、詳細説明は省略するが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合との間で上述した相違を有していても、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザで述べたのに準じた理由で、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様の優れた特徴を得ることができることは明らかである。
【００５７】
【発明の実施の形態３】
次に、図６を伴って本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を述べよう。
【００５８】
図６において、図１との対応部分には同一符号を付して示す。
図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザは、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じて、サファイヤでなる単結晶の半導体基板１上に、単結晶のＡｌＧａＮ系でなるバッファ層２を介して、単結晶のＧａＮでなり且つｎ型を有する半導体層３と、半導体超格子４Ｇでなる光閉じ込め層４と、単結晶のＩｎy Ｇａ(1-y) Ｎ（ただし、ｙは１以下の数）でなる発光層５と、半導体超格子６Ｇでなる光閉じ込め層６とが、それらの順に積層されている積層体７が形成されている。
【００５９】
この場合、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、障壁層４Ｂと井戸層４Ｗとが交互順次に積層されている構成を有し、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、障壁層６Ｂと井戸層６Ｗとが交互順次に積層されている構成を有する。
【００６０】
さらに、積層体７に、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層６側から、半導体層３内に達する深さに、半導体層３を外部に臨ませる溝乃至切欠８が形成され、そして、半導体層３に、溝乃至切欠８に臨む領域において、バッファ層２側とは反対側から、電極９が付され、また、積層体７の光閉じ込め層６に、発光層５側とは反対側の面上において、電極１０が付されている。
【００６１】
しかしながら、図６に示す本発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザは、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂが、ＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ（ただし、Ｂは、一般に１以下の数）でなり且つｎ型を与える不純物例えばＳｉを意図的にドープしている半導体層５１と、その半導体層５１と同じＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなり且つ半導体層５１がドープしている不純物と同じｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２とが半導体層５１上に半導体層５２が配されている態様で積層されている構成を有し、また、井戸層４Ｗが、ＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎ（ただし、Ｗは、一般に１以下の数）でなり且つ障壁層４Ｂを構成している半導体層５１がドープしている不純物と同じｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５３と、その半導体層５３と同じＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなり且つ障壁層４Ｂを構成している半導体層５１がドープしている不純物と同じｎ型を与える不純物例えばＳｉを意図的にドープしている半導体層５４とが半導体層５３上に半導体層５４が配されている態様で積層されている構成を有する。
【００６２】
また、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２が、それらを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、
０．９≧Ｂ４≧０．２        ………（４１）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢ４について、
４００Ａ≧ＤＢ４≧２５Ａ    ………（４２）
で表される範囲内の値を有し、また、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４が、それらを構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、
Ｂ４−０．２≧Ｗ４≧０      ………（４３）
で表される範囲内の例えば０．１０の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷ４について、
ＤＢ４＞ＤＷ４              ………（４４）
６００Ａ−ＤＢ４≧ＤＷ４    ………（４５）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれらのそれぞれの厚さの和ＤＢ４は、障壁層４Ｂの半導体層５１及び５２を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４の値に応じた、横軸に半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれぞれの厚さの和ＤＢ４及び井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４と後述する光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６とをとり、縦軸に半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂの半導体層５１及び５２を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４及び井戸層４Ｗの半導体層５３及び５４を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４と半導体超格子６Ｇの障壁層６Ｂの半導体層７１及び７２を構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６及び井戸層６Ｗの半導体層７３及び７４を構成しているＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６とをとって、厚さの和ＤＢ４、ＤＷ４、ＤＢ６及びＤＷ６、及びＢ４、Ｗ４、Ｂ６及びＷ６のとり得る値の範囲を表している、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた図２に準じた図７に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば２４０Ａの値を有し、また、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４も、それら半導体層５３及び５４を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４の値に応じた、図７の条件範囲内の値をとるように、Ｗ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば１２０Ａの値を有する。
【００６３】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２が、それらを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６について、
０．９≧Ｂ６≧０．２        ………（４６）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢ６について、
４００Ａ≧ＤＢ６≧２５Ａ    ………（４７）
で表される範囲内の値を有し、また、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４が、それらを構成しているＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６について、
Ｂ６−０．２≧Ｗ６≧０      ………（４８）
で表される範囲内の例えば０．１０の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷ６について、
ＤＢ６＞ＤＷ６              ………（４９）
６００Ａ−ＤＢ６≧ＤＷ６    ………（５０）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６は、障壁層６Ｂの半導体層７１及び７２を構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６の値に応じた、上述した図７に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば２４０Ａの値を有し、また、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６も、それら半導体層７２及び７３を構成しているＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６の値に応じた、図７に示す条件範囲内の値をとるように、Ｗ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば１２０Ａの値を有する。
【００６４】
さらに、発光層５を構成しているＩｎyＧａ(1-y)Ｎにおけるｙについて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じ、発光層５が光閉じ込め層４の半導体超格子４Ｇの井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４及び光閉じ込め層６の半導体超格子６Ｇの井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４よりも狭いエネルギバンドギャップを有するように選定されている値を有する。
【００６５】
以上が、本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の構成である。
【００６６】
このような構成を有する本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態は、（ａ）光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇについて、その障壁層４Ｂが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合のＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなる半導体層４１の単層でなるのに代え、ＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなるがｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１とｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２とでなり、井戸層４Ｗが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合のＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなる半導体層４２の単層でなるのに代え、ＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなるがｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５３とｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５４とでなり、また、（ｂ）光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇについて、その障壁層６Ｂが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合のＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなる半導体層６１の単層でなるのに代え、ＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなるがｐ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層７１とｐ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層７２とでなり、井戸層６Ｗが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合のＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなる半導体層６２の単層でなるのに代え、ＡｌW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなるがｐ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層７３とｐ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層７４とでなる構成を有し、そして、（ｃ）後述するところから明らかなように、半導体超格子４Ｇについてみれば、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１及び５４とｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２及び５３とで構成されているとしても、ｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２及び５３にｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１及び５４から吐き出されたエレクトロンが蓄積していることによって、その半導体超格子４Ｇがｎ型であるとして機能し、また、半導体超格子６Ｇについてみれば、ｐ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層７１及び７４とｐ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層７２及び７３とで構成されているとしても、ｐ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層７２及び７３に、ｐ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層７１及び７４から吐き出されたホールが蓄積していることによって、その半導体超格子６Ｇがｐ型であるとして機能する。
【００６７】
このため、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じた理由で、電極９及び１０間に、動作用バイアス電源を、その正極を電極１０側にして接続すれば、発光層５においてキャリアの再結合による発光が得られ、その光が、発光層５を光閉じ込め層４及び６によって閉じ込められてその両端面（図においては、紙面と平行な面）間に繰り返し伝播して増幅され、その光が、発光層５の一方の端面から、レーザ光として、外部に出射する、という半導体レ―ザとしての機能が得られる。
【００６８】
また、半導体層３、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇの障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２及び井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４、発光層５、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４が、ともにＮ（窒素）を含むＡｌＧａＮ系で構成されているので、Ｎ（窒素）に代え、例えばＡｓ（砒素）を含むＡｌＧａＡｓ系で構成されている場合に比し、レーザ光の短波長化、耐熱性、耐宇宙線、耐振動性などの点で優れている。
【００６９】
さらに、光閉じ込め層４が、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、半導体超格子４Ｇでなるので、光閉じ込め層４と半導体層３及び発光層５との間の格子不整合状態が、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層４が障壁層４Ｂを構成している半導体層５１と同じＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなる単層でなるとした場合に比し、緩和されており、また、光閉じ込め層６も、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、半導体超格子６Ｇでなるので、光閉じ込め層６と発光層５との間の格子不整合状態が、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層６が障壁層６Ｂを構成している半導体層７１と同じＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなる単層でなるとした場合に比し、緩和されているので、上述した半導体レ―ザとしての機能を、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、光閉じ込め層４及び６がそれぞれ障壁層４Ｂ及び６Ｂと同じＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでそれぞれなる単層でなるとした場合に比し、良好に得ることができる。
【００７０】
また、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂが、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１とｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２とでなるがそれら半導体層５１及び５２が、それらを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、（４１）式で表される範囲内の値を有し、一方、井戸層４Ｗが、ｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５３とｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５４とでなるがそれら半導体層５３及び５４が、それらを構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、（４３）式で表される範囲内の値を有するので、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂの半導体層５１及び５２を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４と、井戸層４Ｗの半導体層５３及び５４を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４との間の値の差が、０．２以上という大きな値を有している。
【００７１】
このため、障壁層４Ｂと井戸層４Ｗとの間の界面に格子歪によって生成されるピエゾ電荷による電界が存在しているというピエゾ電界効果が、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、顕著に発生している状態に到っている。
【００７２】
このようなことから、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、エネルギーポテンシャルの溝が、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた図２と同様の、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおけるエレクトロンエネルギー及びエレクトロン分布、及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおけるホールエネルギー及びホール分布を表している図８に示されているように、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、深く形成されており、このため、半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂを構成している、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１から、半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かって、エレクトロンが、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、多くの量で、吐き出されるとともに、半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂを構成している、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５４からも、半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かって、エレクトロンが、半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝への井戸層４Ｗを構成している半導体層５１からのエレクトロンの吐き出しと同様に、多くの量で、吐き出され、障壁層４Ｂをｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１とともに構成しているｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２及び井戸層４Ｗをｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５４とともに構成しているｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５３に蓄積される。
【００７３】
よって、半導体超格子４Ｇ、従って光閉じ込め層４が、図８中に示すようなエレクトロン分布を伴うことによって、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合以上に高いキャリア（エレクトロン）濃度を有し、このため、及び障壁層４Ｂを構成している半導体層の一部としての半導体層５２及び井戸層４Ｗを構成している半導体層の一部としての半導体層５３に、ｎ型を与える不純物を含め不純物がドープされていないので、厚さ方向にみて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザ以上に低い抵抗しか有しないとともに、光閉じ込め層４の面に沿う方向にみて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し低い抵抗しか有しない。
【００７４】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、詳細説明は省略するが、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇについて述べた理由に準じた理由で、半導体超格子６Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かって、障壁層６Ｂを構成している、ｐ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層７１、及び井戸層６Ｗを構成している、ｐ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層７４から、ホールが、半導体超格子４Ｇにおけるエネルギーポテンシャルの溝に向かって、障壁層４Ｂを構成している、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１、及び井戸層４Ｗを構成している、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５４から、エレクトロンが、吐き出される場合と同様に、多くの量で吐き出され、よって、半導体超格子６Ｇ、従って光閉じ込め層６が、図８中に示すようなホール分布を伴うことによって、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合以上に高いキャリア（ホール）濃度を有し、このため、及び障壁層６Ｂを構成している半導体層の一部としての半導体層７２及び井戸層６Ｗを構成している半導体層の一部としての半導体層７３に、ｐ型を与える不純物を含め不純物がドープされていないので、厚さ方向にみて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザ以上に低い抵抗しか有しないとともに、光閉じ込め層６の面に沿う方向にみて、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し低い抵抗しか有しない。
【００７５】
なお、本発明者等は、半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２及び井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４が、それらをそれぞれ構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮのそれぞれにおけるＢ４及びＷ４について、それぞれ上述した（４１）式及び（４３）式で表される範囲内の値を有し且つそれらのそれぞれの厚さの和ＤＢ４及びＤＷ４について、（４２）式及び（４４）及び（４５）式で表される範囲内の図７に示す条件範囲内の値をとる値を有する、ということでない場合、上述した格段的に高いキャリア（エレクトロン）濃度が得られないことから、上述した格段的に低い抵抗が得られないこと、また、半導体超格子６Ｇにおいても、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２が、それらをそれぞれ構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮのそれぞれにおけるＢ６及びＷ６について、それぞれ上述した（４６）式及び（４８）式で表される範囲内の値を有し且つそれらのそれぞれの厚さの和ＤＢ６及びＤＷ６について、（４７）式及び（４９）及び（５０）式で表される範囲内の図７に示す条件範囲内の値をとる値を有する、ということでない場合、上述した格段的に高いキャリア（ホール）濃度が得られないことから、上述した格段的に低い抵抗が得られないことを、種々の実験の結果確認した。
【００７６】
以上のことから、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、電極９及び１０間に上述した半導体レ―ザとしての機能を得るために接続する動作用バイアス電源に、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合以上に高い電圧を必要とせず、また上述した半導体レ―ザとしての機能を得ているときに、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合以上に高い発熱を伴わない。
【００７７】
また、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述したように、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２について、それを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４が、０．２以上という大きな値を有するので、光閉じ込め層４が、発光層５に伝播する光に対する高い光閉じ込め効果を有する。
【００７８】
また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいても、その障壁層６Ｂを構成している半導体層６１について、それを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６が、０．２以上という大きな値を有するので、光閉じ込め層６が、発光層５に伝播する光に対する高い光閉じ込め効果を有する。
【００７９】
このようなことから、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合、上述した半導体レ―ザとしての機能を、図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に効果的に得ることができる。
【００８０】
【発明の実施の形態４】
次に、本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を述べよう。
【００８１】
本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態は、見掛け上、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態と同様の構成を有するので、図示詳細説明は省略するが、次の事項を除いて、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態と同様の構成を有する。
【００８２】
すなわち、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している、ｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５１及びｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５２が、ＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなる図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の場合に代え、ＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ（Ｂ４は、一般に、１以下の数）でなり、また、井戸層４Ｗを構成している、ｎ型を与える不純物を含め不純物を意図的にドープしていない半導体層５３及びｎ型を与える不純物を意図的にドープしている半導体層５４が、ＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなる図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの第１の実施の形態の場合に代え、ＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎ（ただし、Ｗ４は、一般に、１以下の数）でなる。
【００８３】
また、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４が、それらを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２１）式と同じ、
０．９≧Ｗ４≧０．２        ………（５１）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷ４について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２２）式と同じ、
１５０Ａ≧ＤＷ４≧２５Ａ    ………（５２）
で表される範囲内の値を有し、また、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２が、それらを構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２３）式と同じ、
Ｗ４−０．２≧Ｂ４≧０      ………（５３）
で表される範囲内の例えば０．１０の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢ４について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２４）及び（２５）式と同じ、
ＤＢ４＞ＤＷ４              ………（５４）
２００Ａ−ＤＢ４≧ＤＷ４    ………（５５）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれぞれの厚さの和ＤＢ４は、それら半導体層５１及び５２を構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４の値に応じた、［発明の実施の形態１］の項に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた図３の場合と同様の、厚さの和ＤＢ４、ＤＷ４、ＤＢ６及びＤＷ６、及びＢ４、Ｗ４、Ｂ６及びＷ６のとり得る値の範囲を表している図９に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば８０Ａの値を有し、また、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４も、それら半導体層５３及び５４を構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４の値に応じた、図９に示す条件範囲内の値をとるように、Ｗ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００８４】
さらに、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４が、それらを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２６）式と同じ、
０．９≧Ｗ６≧０．２        ………（５６）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷ６について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２７）式と同じ、
１５０Ａ≧ＤＷ６≧２５Ａ    ………（５７）
で表される範囲内の値を有し、また、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２が、それらを構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２８）式と同じ、
Ｗ６−０．２≧Ｂ６≧０      ………（５８）
で表される範囲内の例えば０．１０の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢ６について、［発明の実施の形態１］に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた（２９）及び（３０）式と同じ、
ＤＢ６＞ＤＷ６              ………（５９）
２００Ａ−ＤＢ６≧ＤＷ６    ………（６０）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６は、それらの半導体層７１及び７２を構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６の値に応じた、上述した図９に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば８０Ａの値を有し、また、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６も、それら半導体層７３及び７４を構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６の値に応じた、図９に示す条件範囲内の値をとるように、Ｗ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００８５】
さらに、発光層５を構成しているＩｎyＧａ(1-y)Ｎにおけるｙについて、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じ、発光層５が光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇの井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４、及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４よりも狭いエネルギバンドギャップを有するように選定されている値を有する。
【００８６】
以上が、本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の構成である。
【００８７】
このような構成を有する本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置しての半導体レ―ザによれば、上述した事項を除いて、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有し、そして、半導体超格子４Ｇにおいて、その井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４が、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合とは逆に、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２を構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４よりも大きな値を有し、また、半導体超格子６Ｇにおいても、その井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４、及び障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２をそれぞれ構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎ、及びＩｎB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるそれぞれのＷ６、及びＢ６に関し、詳細説明は省略するが、半導体超格子４Ｇの場合と同様である、という点で、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザとの場合との間の相違を有するが、一般に、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎの場合、そこにおけるｘの値が大きくなるのに応じて、そのバンドギャップが広くなるのに対し、ＩｎxＧａ(1-x)Ｎの場合、そこにおけるｘの値が大きくなるのに応じ、そのバンドギャップが狭くなる、ということから、詳細説明は省略するが、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合との間で上述した相違を有していても、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザで述べたのに準じた理由で、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様の優れた特徴を得ることができることは明らかである。
【００８８】
【発明の実施の形態５】
次に、本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を述べよう。
【００８９】
本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態も、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、見掛け上、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有するので、図示詳細説明は省略するが、次の事項を除いて、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有する。
【００９０】
すなわち、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２については、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様にＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎでなるが、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４については、ＡｌW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなる図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に代え、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、ＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎでなり、また、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２については、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、ＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎでなるが、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４については、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、ＡｌW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなる図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に代え、ＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎでなる。
【００９１】
また、光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇにおいて、その障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２については、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、それらを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４について、
０．９≧Ｂ４≧０．２        ………（６１）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢ４について、
４００Ａ≧ＤＢ４≧２５Ａ    ………（６２）
で表される範囲内の値を有するが、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４については、［発明の実施の形態２］に示す本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、それらを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４について、
１＞Ｗ４≧０                ………（６３）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷ４について、
ＤＢ４＞ＤＷ４              ………（６４）
６００Ａ−ＤＢ４≧ＤＷ４    ………（６５）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれぞれの厚さの和ＤＢ４は、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２について、それを構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)ＮにおけるＢ４の値に応じた、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた図７の場合と同様の、厚さの和ＤＢ４及びＤＷ４、及びＢ４及びＷ４のとり得る値の範囲を表している図１０に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば２４０Ａの値を有し、また、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４は、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じて、井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４について、それらを構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるＷ４の値に応じた、［発明の実施の形態２］に示す本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べた図５の場合と同様の、厚さの和ＤＢ４及びＤＷ４、及びＢ４及びＷ４のとり得る値の範囲を表している図１１に示す条件範囲内の値をとるように、Ｗ４の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００９２】
さらに、光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇにおいて、その障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２については、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、それを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６について、
０．９≧Ｂ６≧０．２        ………（６６）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＢ６について、
４００Ａ≧ＤＢ６≧２５Ａ    ………（６７）
で表される範囲内の値を有するが、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４については、［発明の実施の形態２］に示す本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、それらを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６について、
１＞Ｗ６≧０                ………（６８）
で表される範囲内の例えば０．３１の値を有し、それらのそれぞれの厚さの和ＤＷ６について、
ＤＢ６＞ＤＷ６              ………（６９）
６００Ａ−ＤＢ６≧ＤＷ６    ………（７０）
で表される範囲内の値を有する。
ただし、この場合、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６は、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様に、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２について、それらを構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるＢ６の値に応じた、上述した図１０に示す条件範囲内の値をとるように、Ｂ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば２４０Ａの値を有し、また、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６は、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じて、井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４について、それらを構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるＷ６の値に応じた、上述した図１１に示す条件範囲内の値をとるように、Ｗ６の値が大きくなるのに応じて小さくなる、例えば４０Ａの値を有する。
【００９３】
また、発光層５を構成しているＩｎyＧａ(1-y)Ｎにおけるｙについて、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じ、発光層５が光閉じ込め層４を構成している半導体超格子４Ｇの井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４及び光閉じ込め層６を構成している半導体超格子６Ｇの井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４よりも狭いエネルギバンドギャップを有するように選定されている値を有する。
【００９４】
以上が、本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の構成である。
【００９５】
このような構成を有する本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置しての半導体レ―ザによれば、上述した事項を除いて、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザと同様の構成を有し、そして、半導体超格子４Ｇ及び６Ｇにおいて、それれらのそれぞれの井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４が、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に準じて、ＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)Ｎでそれぞれ構成され、ただし、それらにおけるそれぞれのＷ４及びＷ６のとり得る値の上限が［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合に比し高い値を有する、という点で、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザとの場合との間の相違を有するが、［発明の実施の形態４］に示す本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合で述べたように、一般に、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎの場合、そこにおけるｘの値が大きくなるのに応じて、そのバンドギャップが広くなるのに比し、ＩｎxＧａ(1-x)Ｎの場合、そこにおけるｘの値が大きくなるのに応じ、そのバンドギャップが狭くなり、そして、そのようなＩｎxＧａ(1-x)Ｎで井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４を構成している、ということ、及び井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４がそのようにＩｎxＧａ(1-x)Ｎで構成されているのに対し、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２及び障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２が、一般にＩｎxＧａ(1-x)Ｎとの間で顕著なヘテロ界面を形成するＡｌxＧａ(1-x)Ｎで構成されている、ということから、詳細説明は省略するが、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合との間で上述した相違を有していても、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザで述べたのに準じた理由で、図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの場合と同様の優れた特徴を得ることができることは明らかである。
【００９６】
なお、上述においては、本願第１、第２、第３、第４及び第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置のそれぞれを、見掛け上の一例構成を有する半導体レ―ザに適用した場合で説明したが、本願第１、第２、第３、第４及び第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置のそれぞれは、そのような半導体レ―ザに適用する場合ばかりでなく、それ以外の見掛け上の構成を有する、１つまたは複数の半導体超格子を有する半導体レ―ザはもちろん、１つまたは複数の半導体超格子を有する半導体発光装置、ヘテロバイポ―ラトランジスタなどの種々の半導体装置に適用し得ることは明らかであろう。
【００９７】
【発明の効果】
本願第１、第２、第３、第４及び第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置のそれぞれによれば、半導体超格子に、その障壁層と井戸層との間の界面に格子歪によって生成されるピエゾ電荷による電荷が存在しているというピエゾ電界効果が発生している状態に到っていることから、半導体超格子において、エネルギーポテンシャルの溝が顕著に形成されており、このため、そのエネルギーポテンシャルの溝に向かって、障壁層を構成している半導体層から、キャリアが多く吐き出されることによって、半導体超格子が高いキャリア濃度を有し、従って、半導体超格子が厚さ方向にみて格段的に低い抵抗しか有さず、よって、半導体超格子を通じて電流を供給して動作させる場合、その電流電源に高い電圧を必要とせず、また半導体超格子に高い発熱を伴わず、さらに、半導体超格子を光閉じ込め層とする場合、その半導体超格子が高い光閉じ込め効果を呈する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を示す略線的断面図である。
【図２】図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおける、障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び井戸層４Ｗを構成している半導体層４２のそれぞれの厚さＤＢ４及びＤＷ４、及び半導体層４１及び４２をそれぞれ構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４、及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける、障壁層６Ｂを構成している半導体層６１及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２のそれぞれの厚さＤＢ６及びＤＷ６、及び半導体層６１及び６２をそれぞれ構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＢ６及びＷ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図３】図１に示す本願第１番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおけるエレクトロンエネルギー及びエレクトロン分布、及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおけるホールエネルギー及びホール分布を示す図である。
【図４】本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇ及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける、それぞれの障壁層４Ｂを構成している半導体層４１及び障壁層６Ｂを構成している半導体層６１のそれぞれの厚さＤＢ４及びＤＢ６、及びそれぞれの半導体層４１及び６１をそれぞれ構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及びＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＢ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図５】本願第２番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇ及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける、それぞれの井戸層４Ｗを構成している半導体層４２及び井戸層６Ｗを構成している半導体層６２のそれぞれの厚さＤＷ４及びＤＷ６、及びそれぞれの半導体層４２及び６２をそれぞれ構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎ及びＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＷ４及びＷ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図６】本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態を示す略線的断面図である。
【図７】図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおける、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれぞれの厚さの和ＤＢ４及び井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４、及び半導体層５１及び５２を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及び半導体層５３及び５４を構成しているＡｌW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４、及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６、及び半導体層７１及び７２を構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及び半導体層７３及び７４を構成しているＡｌW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＢ６及びＷ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図８】図６に示す本願第３番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおけるエレクトロンエネルギー及びエレクトロン分布、及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおけるホールエネルギー及びホール分布を示す図である。
【図９】本願第４番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおける、障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれぞれの厚さの和ＤＢ４及び井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４、及び半導体層５１及び５２を構成しているＩｎB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及び半導体層５３及び５４を構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＷ４、及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける、障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６及び井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６、及び半導体層７１及び７２を構成しているＩｎB6Ｇａ(1-B6)Ｎ及び半導体層７３及び７４を構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＢ６及びＷ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図１０】本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおける障壁層４Ｂを構成している半導体層５１及び５２のそれぞれの厚さの和ＤＢ４及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける障壁層６Ｂを構成している半導体層７１及び７２のそれぞれの厚さの和ＤＢ６、及び半導体層５１及び５２を構成しているＡｌB4Ｇａ(1-B4)Ｎ及び半導体層７１及び７２を構成しているＡｌB6Ｇａ(1-B6)ＮにおけるそれぞれのＢ４及びＢ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図１１】本願第５番目の発明による半導体超格子を有する半導体装置としての半導体レ―ザの実施の形態の説明に供する、光閉じ込め層４としての半導体超格子４Ｇにおける井戸層４Ｗを構成している半導体層５３及び５４のそれぞれの厚さの和ＤＷ４及び光閉じ込め層６としての半導体超格子６Ｇにおける井戸層６Ｗを構成している半導体層７３及び７４のそれぞれの厚さの和ＤＷ６、及び半導体層５３及び５４を構成しているＩｎW4Ｇａ(1-W4)Ｎ及び半導体層７３及び７４を構成しているＩｎW6Ｇａ(1-W6)ＮにおけるそれぞれのＷ４及びＷ６のとり得る値の範囲としての条件範囲を示す図である。
【図１２】従来の半導体超格子を有する半導体装置を示す略線的断面図である。
【符号の説明】
１          半導体基板
２          バッファ層
３          半導体層
４          光閉じ込め層
４Ｂ        障壁層
４Ｇ        半導体超格子
４Ｗ        井戸層
５          発光層
６          光閉じ込め層
６Ｂ        障壁層
６Ｇ        半導体超格子
６Ｗ        井戸層
７          積層体
８          溝乃至切欠
９、１０    電極
４１        障壁層４Ｂを構成している半導体層
４２        井戸層４Ｗを構成している半導体層
５１、５２  障壁層４Ｂを構成している半導体層
５３、５４  井戸層４Ｗを構成している半導体層
６１        障壁層６Ｂを構成している半導体層
６２        井戸層６Ｗを構成している半導体層
７１、７２  障壁層６Ｂを構成している半導体層
７３、７４  井戸層６Ｗを構成している半導体層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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