JP5028177B2

JP5028177B2 - Semiconductor element

Info

Publication number: JP5028177B2
Application number: JP2007193794A
Authority: JP
Inventors: 克巳岸野; 一郎野村; 均中村; 庸紀朝妻; 邦彦田才; 好司玉村
Original assignee: Hitachi Ltd; Sony Corp; Sophia School Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Sony Corp; Sophia School Corp
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: JP2009032817A

Description

本発明は、第１の半導体層と第２の半導体層とを交互に繰り返し積層してなる積層構造を備えた半導体素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor element having a stacked structure in which a first semiconductor layer and a second semiconductor layer are alternately and repeatedly stacked.

半導体レーザ（Laser Diode ；ＬＤ）は、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）またはブルーレイディスク（Blu-ray Disc; ＢＤ）のような光ディスク装置における光源としての用途のほか、光通信、固体レーザ励起、材料加工、センサ、測定器、医療、印刷機器、ディスプレイなど様々な分野に応用されている。また、発光ダイオード(Light Emitting Diode; ＬＥＤ)は、電化製品などの表示灯や、赤外線通信、印刷機器、ディスプレイ、照明などの分野の応用されている。 Semiconductor lasers (Laser Diodes; LDs) are used as light sources in optical disk devices such as CDs (Compact Disks), DVDs (Digital Versatile Disks), and Blu-ray Discs (BDs), as well as optical communications and solid-states. It is applied to various fields such as laser excitation, material processing, sensors, measuring instruments, medical care, printing equipment, and displays. Light emitting diodes (LEDs) are applied in fields such as indicator lamps for electrical appliances, infrared communication, printing equipment, displays, lighting, and the like.

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。 However, in LED, the efficiency is not so high in green, which has the highest human visibility, compared to other colors, while in LD, the visible light range from pure blue (above 480 nm) to orange (over 600 nm). In this case, characteristics that can withstand practical use have not been obtained. For example, E. Kato et al. Reported that a blue-green LD near 500 nm formed by laminating a II-VI compound semiconductor on a GaAs substrate achieved room temperature continuous oscillation for about 400 hours at 1 mW. (Non-Patent Document 1), however, this material system has not been able to obtain further characteristics. The reason for this is considered to be due to the physical properties of the material, in which crystal defects are generated and easily move.

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を活性層に使った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。 By the way, the use of a II-VI group compound semiconductor containing Be as a material for a light emitting element in the above-described wavelength region has been studied. For example, Non-Patent Document 2 reports that an LED using BeZnSeTe as an active layer has achieved an element lifetime exceeding 5,000 hours. The inclusion of Be increases the covalent bondability of the crystal, and although it is a II-VI group compound semiconductor, it is considered that the crystal becomes hard and defect generation is suppressed.

E.Kato et al. “Significant progress in II-VI blue-green laser diode lifetime” Electronics Letters 5th February 1998 Vol.34 No.3 p.282-284E.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 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.924I.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 W.Shinozaki et al. “Growth and Characterization of Nitrogen-Doped MgSe/ZnSeTe Superlattice Quasi-Quaternary on InP Substrates and Fabrication of Light Emitting Diodes” Jpn.J.Appl.Phys. Vol.38, (1999) p.2598W.Shinozaki et al. “Growth and Characterization of Nitrogen-Doped MgSe / ZnSeTe Superlattice Quasi-Quaternary on InP Substrates and Fabrication of Light Emitting Diodes” Jpn.J.Appl.Phys. Vol.38, (1999) p.2598 T.Baron et al. “Nitrogen doping in molecular-beam epitaxy growth of II-VI semiconductors” J.Cryst. Growth, 184/185(1998) p.415T. Baron et al. “Nitrogen doping in molecular-beam epitaxy growth of II-VI semiconductors” J. Cryst. Growth, 184/185 (1998) p.415

このように、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を使って素子を作る場合には、ｐ型の導電性を持たせるための不純物として、Ｎ（窒素）が使われることが多い。このことは、Ｂｅを含む場合も含まない場合も同様であり、上記の非特許文献１および非特許文献２においてもＮがｐ型の不純物として用いられている。 As described above, when an element is made using a II-VI group compound semiconductor, N (nitrogen) is often used as an impurity for providing p-type conductivity. This is the same with and without Be, and N is also used as a p-type impurity in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 described above.

一方、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３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、またｐ側のクラッド層としてＭｇＳｅとＺｎＳｅＴｅとで構成した超格子をそれぞれ採用している。このような構成とした場合には、超格子構造の各層厚の比によって実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能であり、このことは素子への応用の観点から重要である。 On the other hand, in order to configure the element, it is desirable that the band gap can be controlled to an appropriate value. For this purpose, a so-called superlattice is formed by laminating two types of semiconductor materials having different band gaps alternately and thinly. For example, Non-Patent Document 3 employs a superlattice composed of MgSe and ZnCdSe as the n-side cladding layer of the light-emitting element, and a superlattice composed of MgSe and ZnSeTe as the p-side cladding layer, respectively. . In such a configuration, the effective band gap can be changed (controlled) by the ratio of the thicknesses of the superlattice structures, which is important from the viewpoint of application to devices.

さらに、非特許文献３では、ｐ側のクラッドとして用いているＭｇＳｅとＺｎＳｅＴｅとで構成した超格子について、両方の材料にｐ型の不純物としてＮを添加した場合（一様ドーピング）と、ＭｇＳｅ層をアンドープにし、ＺｎＳｅＴｅ層だけにＮを添加した場合（変調ドーピング）とを比較している。その結果、一様ドーピングの方が変調ドーピングよりキャリア（正孔）密度が高く、その意味でより望ましい特性を示している、と報告されている。その理由について、ＺｎＳｅＴｅ層だけに添加したＮがＭｇＳｅ層に拡散することにより、ＺｎＳｅＴｅ層におけるＮの濃度が下がってしまう可能性が示唆されている。 Furthermore, in Non-Patent Document 3, for a superlattice composed of MgSe and ZnSeTe used as a p-side cladding, when N is added as a p-type impurity to both materials (uniform doping), the MgSe layer Is compared with the case where N is added to only the ZnSeTe layer (modulation doping). As a result, it has been reported that uniform doping has a higher carrier (hole) density than modulation doping and exhibits more desirable characteristics in that sense. For this reason, it is suggested that N added only to the ZnSeTe layer may diffuse into the MgSe layer, thereby lowering the concentration of N in the ZnSeTe layer.

これに関わる資料として、非特許文献４においては、Ｎを添加したＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＣｄＭｇＳｅ超格子の結晶性について、ＭｇとＮが結合しやすく、その結果生じたＭｇ_３Ｎ_２が原因で結晶欠陥が発生し、その欠陥により超格子構造の規則性が低下する、と報告されている。これが、上記非特許文献３に記されたＮの拡散の可能性を支持するものとして引用されている。 As a document related to this, in Non-Patent Document 4, regarding the crystallinity of the ZnCdSe / ZnCdMgSe superlattice doped with N, Mg and N are likely to be bonded, and the resulting Mg ₃ N ₂ causes crystal defects. However, it has been reported that the regularity of the superlattice structure decreases due to the defects. This is cited as supporting the possibility of diffusion of N described in Non-Patent Document 3 above.

以上に示したように、Ｍｇを結晶構成元素として含むＩＩ−ＶＩ族半導体にドーパントであるＮが拡散する可能性が示唆されており、それによって、特にｐ側のクラッド層として想定している超格子構造の電気的特性および結晶構造の規則性が損なわれることが危惧される。 As shown above, it is suggested that the dopant N may diffuse into the II-VI group semiconductor containing Mg as a crystal constituent element. There is concern that the electrical properties of the lattice structure and the regularity of the crystal structure may be impaired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、不純物が拡散することによる電気的特性の低下や、結晶構造の規則性および安定性の低下を抑制することの可能な半導体素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is a semiconductor capable of suppressing deterioration of electrical characteristics due to diffusion of impurities and deterioration of regularity and stability of crystal structure. It is to provide an element.

本発明の半導体素子は、基板上に、第１の半導体層と第２の半導体層とを交互に繰り返し積層してなる積層構造を備えると共に、第１の半導体層と第２の半導体層との間に第３の半導体層を備えたものである。第１の半導体層および第２の半導体層の少なくとも一方は、Ｎを不純物として含んでいる。第１の半導体層は、Ｂｅ _x1 Ｍｇ _x2 Ｚｎ _x3 Ｃｄ _x4 Ｓｅ _x5 Ｔｅ _x6 （０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１，０＜ｘ３＜１，０≦ｘ４＜１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＝１，０≦ｘ５＜１，０＜ｘ６＜１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＝１）で表されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでいる。第２の半導体層は、Ｂｅ _x7 Ｍｇ _x8 Ｓｅ _x9 Ｔｅ _x10 （０≦ｘ７＜１，０＜ｘ８＜１，ｘ７＋ｘ８＝１，０＜ｘ９＜１，０≦ｘ１０＜１，ｘ９＋ｘ１０＝１）で表されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでいる。第３の半導体層は、ＭｇおよびＴｅを除くＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでいる。 The semiconductor device of the present invention, on a substrate, Rutotomoni comprises a layered structure formed by repeatedly alternately laminating a first semiconductor layer and the second semiconductor layer, a first semiconductor layer and the second semiconductor layer A third semiconductor layer is provided therebetween . At least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer contains N as an impurity . The first semiconductor layer is made of Be _x1 Mg _x2 Zn _x3 Cd _x4 Se _x5 Te _x6 (0 <x1 <1,0 ≦ x2 <1,0 <x3 <1,0 ≦ x4 <1, x1 + x2 + x3 + x4 = 1,0 ≦ The main component is a II-VI group compound semiconductor represented by x5 <1, 0 <x6 <1, x1 + x2 + x3 + x4 = 1). The second semiconductor layer is represented by Be _x7 Mg _x8 Se _x9 Te _x10 (0 ≦ x7 <1, 0 <x8 <1, x7 + x8 = 1, 0 <x9 <1, 0 ≦ x10 <1, x9 + x10 = 1). II-VI group compound semiconductor is contained as a main component. The third semiconductor layer contains a II-VI group compound semiconductor excluding Mg and Te as a main component.

本発明の半導体素子では、第１の半導体層および第２の半導体層との間に、ＭｇおよびＴｅを除くＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含む第３の半導体層が設けられている。これにより、第３の半導体層が設けられていない場合と比べて、ＭｇおよびＴｅと親和性を有する特定の不純物（Ｎ）が第１の半導体層および第２の半導体層の少なくとも一方から第３の半導体層を介して他の層に拡散するのが抑制される。
In the semiconductor element of the present invention, a third semiconductor layer containing a II-VI group compound semiconductor excluding Mg and Te as a main component is provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer . Thereby, compared with the case where the third semiconductor layer is not provided, the specific impurity (N) having an affinity for Mg and Te is removed from at least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Diffusion to other layers through the semiconductor layer is suppressed.

本発明の半導体素子によれば、第３の半導体層が設けられていない場合と比べて、ＭｇおよびＴｅと親和性を有する特定の不純物が第１の半導体層および第２の半導体層の少なくとも一方から第３の半導体層を介して他の層に拡散するのを抑制することができるので、その特定の不純物が拡散することによって第１の半導体層および第２の半導体層の電気的特性が低下したり結晶構造の規則性および安定性が低下することを抑制することができる。 According to the semiconductor element of the present invention, the specific impurity having affinity for Mg and Te is at least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer as compared with the case where the third semiconductor layer is not provided. Can be prevented from diffusing to other layers through the third semiconductor layer, and the electrical characteristics of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are reduced by the diffusion of the specific impurity. Or a decrease in regularity and stability of the crystal structure can be suppressed.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子１の断面構成を表すものである。図２は、図１の半導体レーザ素子１の一部の断面構成を拡大して表すものである。図３および図４は、図２の各層のバンド構造の一例を模式的に表すものである。この半導体レーザ素子１は、エピタキシャル成長法、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ，ＭＯＶＰＥ）法により形成されたものであり、基板１０の結晶と特定の結晶学的方位関係を保ちつつ結晶膜を堆積成長させたものである。 FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a partial cross-sectional configuration of the semiconductor laser device 1 of FIG. 3 and 4 schematically illustrate an example of the band structure of each layer in FIG. The semiconductor laser device 1 is formed by an epitaxial growth method, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) method, and the crystal of the substrate 10 and a specific crystallography. A crystal film is deposited and grown while maintaining a proper orientation relationship.

半導体レーザ素子１は、基板１０の一面側に、バッファ層１１、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、上部クラッド層１６およびコンタクト層１７をこの順に積層して構成されている。 The semiconductor laser device 1 includes a buffer layer 11, a lower cladding layer 12, a lower guide layer 13, an active layer 14, an upper guide layer 15, an upper cladding layer 16, and a contact layer 17 stacked in this order on one side of the substrate 10. It is configured.

基板１０は、例えばｎ型ＩｎＰ基板である。バッファ層１１は、下部クラッド層１２からコンタクト層１７までの各半導体層の結晶成長性を良くするために基板１０の表面に形成されたものであり、例えばバッファ層１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを基板１０側からこの順に積層して形成されている。ここで、バッファ層１１Ａは、例えばＳｉドープのｎ型ＩｎＰからなり、バッファ層１１Ｂは、例えばＳｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓからなり、バッファ層１１Ｃは、例えばＣｌドープのｎ型ＺｎＣｄＳｅからなる。 The substrate 10 is, for example, an n-type InP substrate. The buffer layer 11 is formed on the surface of the substrate 10 in order to improve the crystal growth of each semiconductor layer from the lower cladding layer 12 to the contact layer 17. For example, the buffer layers 11 A, 11 B, and 11 C are formed on the substrate 10. The layers are stacked in this order from the side. Here, the buffer layer 11A is made of, for example, Si-doped n-type InP, the buffer layer 11B is made of, for example, Si-doped n-type InGaAs, and the buffer layer 11C is made of, for example, Cl-doped n-type ZnCdSe.

下部クラッド層１２は、禁制帯幅が下部ガイド層１３および活性層１４の禁制帯幅よりも大きく、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レベル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レベルの下端よりも高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。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。 The lower cladding layer 12 has a forbidden band width larger than the forbidden band widths of the lower guide layer 13 and the active layer 14 and a refractive index smaller than the refractive indexes of the lower guide layer 13 and the active layer 14. The lower end or lower end of the conduction band sub-level mainly includes a II-VI group compound semiconductor that is higher than the lower end of the conduction band of the lower guide layer 13 and the active layer 14 or the lower end of the sub-level of the conduction band. Thereby, light and carriers can be confined in the lower guide layer 13 and the active layer 14.

この下部クラッド層１２は、例えば、第１下部クラッド層１２Ａと第２下部クラッド１２Ｂとを基板１０側からこの順に交互に積層してなる積層構造となっている。ここで、第１下部クラッド層１２Ａは、例えば、主としてＺｎ_ｘ１１Ｃｄ_ｘ１２Ｓｅ（０＜ｘ１１＜１，０＜ｘ１２＜１，ｘ１１＋ｘ１２＝１）を含んでいる。また、第２下部クラッド１２Ｂは、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。なお、下部クラッド層１２は、主としてＭｇ_ｘ１３Ｚｎ_ｘ１４Ｃｄ_ｘ１５Ｓｅ（０＜ｘ１３＜１，０＜ｘ１４＜１，０＜ｘ１５＜１，ｘ１３＋ｘ１４＋ｘ１５＝１）を含む単層構造となっていてもよい。 The lower clad layer 12 has a laminated structure in which, for example, the first lower clad layer 12A and the second lower clad 12B are alternately laminated in this order from the substrate 10 side. Here, the first lower cladding layer 12A mainly includes, for example, Zn _x11 Cd _x12 Se (0 <x11 <1, 0 <x12 <1, x11 + x12 = 1). Further, the second lower cladding 12B mainly includes, for example, MgSe. The lower cladding layer 12 may have a single-layer structure mainly including Mg _x13 Zn _x14 Cd _x15 Se (0 <x13 <1, 0 <x14 <1, 0 <x15 <1, x13 + x14 + x15 = 1). .

ただし、下部クラッド層１２が上記したような積層構造となっている場合には、第１下部クラッド層１２Ａおよび第２下部クラッド１２Ｂの少なくとも一方にｎ型不純物が少なくとも１種類ドープされていればよい。また、下部クラッド層１２が上記したような単層構造となっている場合には、ｎ型不純物が少なくとも１種類、層全体に均一にドープされていてよいし、層内で濃度分布が生じるように不均一にドープされていてもよい。ここで、ｎ型不純物としては、例えば、Ｃｌ、Ｇａ、Ａｌなどが挙げられる。 However, when the lower clad layer 12 has a laminated structure as described above, it is sufficient that at least one of the first lower clad layer 12A and the second lower clad 12B is doped with at least one n-type impurity. . Further, when the lower cladding layer 12 has a single layer structure as described above, at least one type of n-type impurity may be uniformly doped in the entire layer, and a concentration distribution may be generated in the layer. May be doped non-uniformly. Here, examples of the n-type impurity include Cl, Ga, and Al.

また、第１下部クラッド層１２Ａおよび第２下部クラッド１２Ｂの各層厚は、１分子層（モノレイヤ）以上２０分子層以下であってもよい。この場合には、第１下部クラッド層１２Ａおよび第２下部クラッド１２Ｂが超格子構造となるので、各層の材料（組成比）および各層厚の比によって実効的な禁制帯幅を変える（制御する）ことが可能となる（図３の破線参照）。 Further, the thickness of each of the first lower clad layer 12A and the second lower clad 12B may be not less than one molecular layer (monolayer) and not more than 20 molecular layers. In this case, since the first lower clad layer 12A and the second lower clad 12B have a superlattice structure, the effective forbidden band width is changed (controlled) according to the ratio of each layer material (composition ratio) and each layer thickness. (See the broken line in FIG. 3).

下部ガイド層１３は、禁制帯幅が活性層１４の禁制帯幅よりも大きく、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レベルの下端が活性層１４の伝導帯の下端または伝導帯のサブレベルの下端よりも高いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。 The lower guide layer 13 has a forbidden band width larger than the forbidden band width of the active layer 14 and a refractive index smaller than the refractive index of the active layer 14, and further has a lower end of the conduction band or a lower end of a sub-level of the conduction band. The active layer 14 mainly includes a II-VI group compound semiconductor higher than the lower end of the conduction band or the lower end of the sub-level of the conduction band.

下部ガイド層１３は、例えば、第１下部ガイド層１３Ａと第２下部ガイド層１３Ｂとを基板１０側からこの順に交互に積層してなる積層構造となっている。ここで、第１下部ガイド層１３Ａは、例えば、主としてＢｅ_ｘ１６Ｚｎ_ｘ１７Ｓｅ_ｘ１８Ｔｅ_ｘ１９（０＜ｘ１６＜１，０＜ｘ１７＜１，ｘ１６＋ｘ１７＝１，０＜ｘ１８＜１，０＜ｘ１９＜１，ｘ１８＋ｘ１９＝１）またはＺｎ_ｘ２０Ｃｄ_ｘ２１Ｓｅ（０＜ｘ２０＜１，０＜ｘ２１＜１，ｘ２０＋ｘ２１＝１）を含んでいる。また、第２下部ガイド層１３Ｂは、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。なお、下部ガイド層１３は、主としてＢｅ_ｘ２２Ｍｇ_ｘ２３Ｚｎ_ｘ２４Ｓｅ_ｘ２５Ｔｅ_ｘ２６（０＜ｘ２２＜１，０≦ｘ２３＜１，０＜ｘ２４＜１，ｘ２２＋ｘ２３＋ｘ２４＝１，０＜ｘ２５＜１，０≦ｘ２６＜１，ｘ２５＋ｘ２６＝１）を含む単層構造となっていてもよい。 The lower guide layer 13 has, for example, a laminated structure in which the first lower guide layer 13A and the second lower guide layer 13B are alternately laminated in this order from the substrate 10 side. Here, the first lower guide layer 13A is mainly formed of, for example, Be _x16 Zn _x17 Se _x18 Te _x19 (0 <x16 <1, 0 <x17 <1, x16 + x17 = 1, 0 <x18 <1, 0 <x19 <1. , X18 + x19 = 1) or Zn _x20 Cd _x21 Se (0 <x20 <1, 0 <x21 <1, x20 + x21 = 1). The second lower guide layer 13B mainly includes, for example, MgSe. The lower guide layer 13 is mainly _{_{_{_{Be x22 Mg x23 Zn x24 Se x25}}}} Te x26 (0 <x22 <1,0 ≦ x23 <1,0 <x24 <1, x22 + x23 + x24 = 1,0 <x25 <1,0 ≦ It may be a single layer structure including x26 <1, x25 + x26 = 1).

ただし、下部ガイド層１３が上記したような積層構造となっている場合には、第１下部ガイド層１３Ａおよび第２下部ガイド層１３Ｂ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、下部ガイド層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。また、図２には、第１下部ガイド層１３Ａと第２下部ガイド層１３Ｂとをそれぞれ１層ずつ設けたケースが例示されているが、第１下部ガイド層１３Ａと第２下部ガイド層１３Ｂとをそれぞれ２層以上ずつ設けてもよい。また、超格子構造とするために、第１下部ガイド層１３Ａおよび第２下部ガイド層１３Ｂの各層厚を１分子層以上２０分子層以下としてもよい。なお、図３および図４では、下部ガイド層１３の内部構成が省略されている。 However, when the lower guide layer 13 has a laminated structure as described above, it is preferable that both the first lower guide layer 13A and the second lower guide layer 13B are undoped. In this specification, “undoped” means that no impurity material is supplied when the target semiconductor layer is manufactured, and the target semiconductor layer contains no impurities. It is a concept that includes cases where there is no impurity or impurities that are diffused from other semiconductor layers or the like. Further, when the lower guide layer 13 has a single-layer structure as described above, the entire layer is preferably undoped. FIG. 2 illustrates a case in which the first lower guide layer 13A and the second lower guide layer 13B are provided one by one, but the first lower guide layer 13A and the second lower guide layer 13B Two or more layers may be provided. Further, in order to obtain a superlattice structure, the thickness of each of the first lower guide layer 13A and the second lower guide layer 13B may be not less than 1 molecular layer and not more than 20 molecular layers. 3 and 4, the internal configuration of the lower guide layer 13 is omitted.

活性層１４は、所望の発光波長に対応した禁制帯幅を有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されており、例えば、主としてＢｅ_ｘ２７Ｚｎ_ｘ２８Ｓｅ_ｘ２９Ｔｅ_ｘ３０（０＜ｘ２７＜１，０＜ｘ２８＜１，ｘ２７＋ｘ２８＝１，０＜ｘ２９＜１，０＜ｘ３０＜１，ｘ２９＋ｘ３０＝１）、またはＺｎ_ｘ３１Ｃｄ_ｘ３２Ｓｅ（０＜ｘ３１＜１，０＜ｘ３２＜１，ｘ３１＋ｘ３２＝１）を含む単層構造となっている。なお、活性層１４が量子井戸構造となっていてもよい。また、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。また、図３および図４では、活性層１４の内部構成が省略されている。 The active layer 14 mainly includes a II-VI group compound semiconductor having a forbidden band width corresponding to a desired emission wavelength. For example, the active layer 14 mainly includes Be _x27 Zn _x28 Se _x29 Te _x30 (0 <x27 <1 , 0 <x28 <1, x27 + x28 = 1, 0 <x29 <1, 0 <x30 <1, x29 + x30 = 1), or Zn _x31 Cd _x32 Se (0 <x31 <1, 0 <x32 <1, x31 + x32 = 1) ). The active layer 14 may have a quantum well structure. The entire active layer 14 is preferably undoped. 3 and 4, the internal structure of the active layer 14 is omitted.

活性層１４のうち後述するリッジ部１８に対向する領域が発光領域１４Ａである。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。 A region facing the ridge portion 18 described later in the active layer 14 is a light emitting region 14A. The light emitting region 14A has a stripe width of the same size as the bottom of the opposing ridge portion 18 and corresponds to a current injection region into which a current confined in the ridge portion 18 is injected.

上部ガイド層１５は、禁制帯幅が活性層１４の禁制帯幅よりも大きく、かつ屈折率が活性層１４の屈折率よりも小さく、さらに、価電子帯の上端または価電子帯のサブレベルの上端が活性層１４の価電子帯の上端または価電子帯のサブレベルの上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。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。 The upper guide layer 15 has a forbidden band width larger than the forbidden band width of the active layer 14 and a refractive index smaller than the refractive index of the active layer 14, and further has an upper end of the valence band or a sublevel of the valence band. The upper layer is mainly composed of a II-VI group compound semiconductor whose upper end is lower than the upper end of the valence band of the active layer 14 or the upper end of the sub-level of the valence band. Thereby, light and carriers can be confined in the active layer 14.

上部ガイド層１５は、例えば、第１上部ガイド層１５Ａと第２上部ガイド層１５Ｂとを基板１０側からこの順に交互に積層してなる積層構造となっている。ここで、第１上部ガイド層１５Ａは、例えば、主としてＢｅ_ｘ３３Ｚｎ_ｘ３４Ｓｅ_ｘ３５Ｔｅ_ｘ３６（０＜ｘ３３＜１，０＜ｘ３４＜１，ｘ３３＋ｘ３４＝１，０＜ｘ３５＜１，０＜ｘ３６＜１，ｘ３５＋ｘ３６＝１）またはＺｎ_ｘ３７Ｃｄ_ｘ３８Ｓｅ（０＜ｘ３７＜１，０＜ｘ３８＜１，ｘ３７＋ｘ３８＝１）を含んでいる。また、第２上部ガイド層１５Ｂは、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。なお、上部ガイド層１５は、主としてＢｅ_ｘ３９Ｍｇ_ｘ４０Ｚｎ_ｘ４１Ｓｅ_ｘ４２Ｔｅ_ｘ４３（０＜ｘ３９＜１，０≦ｘ４０＜１，０＜ｘ４１＜１，ｘ３９＋ｘ４０＋ｘ４１＝１，０＜ｘ４２＜１，０≦ｘ４３＜１，ｘ４２＋ｘ４３＝１）を含む単層構造となっていてもよい。 For example, the upper guide layer 15 has a laminated structure in which the first upper guide layer 15A and the second upper guide layer 15B are alternately laminated in this order from the substrate 10 side. Here, the first upper guide layer 15A is mainly formed of, for example, Be _x33 Zn _x34 Se _x35 Te _x36 (0 <x33 <1, 0 <x34 <1, x33 + x34 = 1, 0 <x35 <1, 0 <x36 <1. , X35 + x36 = 1) or Zn _x37 Cd _x38 Se (0 <x37 <1, 0 <x38 <1, x37 + x38 = 1). Further, the second upper guide layer 15B mainly includes, for example, MgSe. The upper guide layer 15 is mainly _{_{_{_{Be x39 Mg x40 Zn x41 Se x42}}}} Te x43 (0 <x39 <1,0 ≦ x40 <1,0 <x41 <1, x39 + x40 + x41 = 1,0 <x42 <1,0 ≦ A single-layer structure including x43 <1, x42 + x43 = 1) may be employed.

ただし、上部ガイド層１５が上記したような積層構造となっている場合には、第１上部ガイド層１５Ａおよび第２上部ガイド層１５Ｂの双方がアンドープとなっていることが好ましい。また、上部ガイド層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。また、図２には、第１上部ガイド層１５Ａと第２上部ガイド層１５Ｂとをそれぞれ１層ずつ設けたケースが例示されているが、第１上部ガイド層１５Ａと第２上部ガイド層１５Ｂとをそれぞれ２層以上ずつ設けてもよい。また、超格子構造とするために、第１上部ガイド層１５Ａおよび第２上部ガイド層１５Ｂの各層厚を１分子層以上２０分子層以下としてもよい。なお、図３および図４では、上部ガイド層１５の内部構成が省略されている。 However, when the upper guide layer 15 has a laminated structure as described above, it is preferable that both the first upper guide layer 15A and the second upper guide layer 15B are undoped. Further, when the upper guide layer 15 has a single-layer structure as described above, the entire layer is preferably undoped. FIG. 2 illustrates a case in which the first upper guide layer 15A and the second upper guide layer 15B are provided one by one, but the first upper guide layer 15A and the second upper guide layer 15B Two or more layers may be provided. In order to obtain a superlattice structure, the thickness of each of the first upper guide layer 15A and the second upper guide layer 15B may be not less than 1 molecular layer and not more than 20 molecular layers. 3 and 4, the internal configuration of the upper guide layer 15 is omitted.

上部クラッド層１６は、禁制帯幅が活性層１４および上部ガイド層１５の禁制帯幅よりも大きく、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レベルの上端が活性層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レベルの上端よりも低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。 The upper cladding layer 16 has a forbidden band width larger than the forbidden band widths of the active layer 14 and the upper guide layer 15 and a refractive index smaller than the refractive indexes of the active layer 14 and the upper guide layer 15, and further has a valence band. The upper end of the valence band or the upper end of the sublevel of the valence band mainly includes a II-VI group compound semiconductor lower than the upper end of the valence band or the upper end of the sublevel of the valence band of the active layer 14 and the upper guide layer 15. Has been.

上部クラッド層１６は、拡散抑制層１６Ａ（第３の半導体層）、第１上部クラッド層１６Ｂ、拡散抑制層１６Ｃ（第３の半導体層）および第２上部クラッド層１６Ｄを基板１０側からこの順に積層してなる積層構造を一組として、これを複数組分積層して形成されている。なお、拡散抑制層１６Ａのうち上部ガイド層１５と接する層については、なくてもかまわない。 The upper cladding layer 16 includes a diffusion suppression layer 16A (third semiconductor layer), a first upper cladding layer 16B, a diffusion suppression layer 16C (third semiconductor layer), and a second upper cladding layer 16D in this order from the substrate 10 side. It is formed by stacking a plurality of sets of stacked structures formed as a set. Note that the layer in contact with the upper guide layer 15 in the diffusion suppression layer 16A may not be provided.

ここで、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃは、ＭｇおよびＴｅを除くＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主として含んでおり、例えば、Ｂｅ、ＺｎおよびＣｄのうち少なくとも１つをＩＩ族元素として含むと共にＳｅ、ＯおよびＳのうち少なくとも１つをＶＩ族元素として含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主として含んでいる。 Here, the diffusion suppression layers 16A and 16C mainly include II-VI group compound semiconductors excluding Mg and Te. For example, the diffusion suppression layers 16A and 16C include at least one of Be, Zn, and Cd as a group II element and Se, O And a group II-VI compound semiconductor containing at least one of S and S as a group VI element.

また、第１上部クラッド層１６Ｂおよび第２上部クラッド層１６Ｄについては、これらの少なくとも一方がＢｅをＩＩ族元素として含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含むと共に、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも１つをｐ型不純物として含んでいる。例えば、第１上部クラッド層１６Ｂは、Ｂｅ_ｘ１Ｍｇ_ｘ２Ｚｎ_ｘ３Ｃｄ_ｘ４Ｓｅ_ｘ５Ｔｅ_ｘ６（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１，０＜ｘ３＜１，０≦ｘ４＜１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＝１，０≦ｘ５＜１，０＜ｘ６＜１，ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＝１，ｘ５＋ｘ６＝１）で表されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでおり、一方、第２上部クラッド層１６Ｄは、Ｂｅ_ｘ７Ｍｇ_ｘ８Ｓｅ_ｘ９Ｔｅ_ｘ１０（０≦ｘ７＜１，０＜ｘ８＜１，ｘ７＋ｘ８＝１，０＜ｘ９＜１，０≦ｘ１０＜１，ｘ９＋ｘ１０＝１）で表されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでいる。 Further, for the first upper cladding layer 16B and the second upper cladding layer 16D, at least one of them contains a II-VI group compound semiconductor containing Be as a group II element as a main component, and N, P, As, Sb , Li, Na, and K are included as p-type impurities. For example, the first upper cladding layer 16B is made of Be _x1 Mg _x2 Zn _x3 Cd _x4 Se _x5 Te _x6 (0 <x1 <1,0 ≦ x2 <1,0 <x3 <1,0 ≦ x4 <1, x1 + x2 + x3 + x4 = 1 , 0 ≦ x5 <1, 0 <x6 <1, x1 + x2 + x3 + x4 = 1, x5 + x6 = 1) as a main component, while the second upper cladding layer 16D includes Be _{_{_{_{x7 Mg x8 Se x9 Te x10 (}}}} 0 ≦ x7 <1,0 <x8 <1, x7 + x8 = 1,0 <x9 <1,0 ≦ x10 <1, x9 + x10 = 1) II-VI group represented by compound semiconductor Is included as a main component.

なお、仮に拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃの禁制帯幅が隣接する他の層の禁制帯幅と比べて小さい場合には、それによる影響を最低限に抑えるために、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃのそれぞれの厚さを、第１上部クラッド層１６Ａおよび第２上部クラッド層１６Ｂの各層厚よりも薄くすることが好ましい。また、超格子構造とするために、第１上部クラッド層１６Ｂおよび第２上部クラッド層１６Ｄの各層厚を１分子層以上２０分子層以下とすると共に、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃのそれぞれの厚さを、１分子層以上５分子層以下としてもよい。 If the forbidden bandwidth of the diffusion suppression layers 16A and 16C is smaller than the forbidden bandwidth of other adjacent layers, each of the diffusion suppression layers 16A and 16C may be suppressed in order to minimize the influence of the forbidden bandwidth. Is preferably thinner than the thicknesses of the first upper cladding layer 16A and the second upper cladding layer 16B. Further, in order to obtain a superlattice structure, the thicknesses of the first upper clad layer 16B and the second upper clad layer 16D are set to be not less than 1 molecular layer and not more than 20 molecular layers, and the respective thicknesses of the diffusion suppression layers 16A and 16C. May be from 1 molecular layer to 5 molecular layers.

コンタクト層１７は、例えば、ｐ型ＢｅＺｎＴｅと、ｐ型ＺｎＴｅとを基板１０側からこの順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。 The contact layer 17 is formed, for example, by stacking p-type BeZnTe and p-type ZnTe in this order from the substrate 10 side. Here, as described above, the striped ridge portion 18 extending in the axial direction is formed on the upper portion of the upper cladding layer 16 and the contact layer 17. The ridge portion 18 limits the current injection region of the active layer 14.

また、この半導体レーザ素子１は、リッジ部１８の表面上にｐ側電極（図示せず）が形成されており、基板１０の裏面にｎ側電極（図示せず）が形成されている。このｐ側電極は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（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側電極は、例えば、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（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。 In the semiconductor laser device 1, a p-side electrode (not shown) is formed on the surface of the ridge portion 18, and an n-side electrode (not shown) is formed on the back surface of the substrate 10. The p-side electrode is formed by, for example, laminating titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) on the contact layer 17 in this order, and is electrically connected to the contact layer 17. The n-side electrode has a structure in which, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) are stacked in this order, It is connected to the. The n-side electrode is fixed to the surface of a submount (not shown) for supporting the semiconductor laser 1, and is further fixed to the surface of a heat sink (not shown) via the submount.

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、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。 Incidentally, it is preferable that the lower clad layer 12, the lower guide layer 13, the active layer 14, the upper guide layer 15, and the upper clad layer 16 described above are lattice-matched with the substrate 10. Here, since the substrate 10 is an InP substrate, the other layers are preferably made of a material having a composition ratio lattice-matched with InP. Examples of II-VI group compound semiconductors that lattice match with InP include the materials shown in Table 1 below.

なお、表１に示した３元混晶（ＺｎＣｄＳｅ，ＺｎＭｎＳｅ，ＢｅＺｎＴｅ）および４元混晶（ＢｅＺｎＳｅＴｅ）のそれぞれの禁制帯幅は、図５に示したように、主に、２元混晶（ＺｎＳｅ，ＭｎＳｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＴｅ，ＢｅＴｅ，ＢｅＳｅなど）の禁制帯幅を、ボーイングがないものとして内挿することにより求めたものである。そのため、実際に多少なりともボーイングがある場合には、ＩｎＰと実際に格子整合する組成比における禁制帯幅が表１に示した値とは多少異なる値となる可能性がある。 The forbidden band widths of the ternary mixed crystal (ZnCdSe, ZnMnSe, BeZnTe) and the quaternary mixed crystal (BeZnSeTe) shown in Table 1 are mainly binary mixed crystals ( (ZnSe, MnSe, CdSe, ZnTe, BeTe, BeSe, etc.) is obtained by interpolating the forbidden bandwidth as having no bowing. Therefore, when there is actually some bowing, the forbidden band width in the composition ratio that actually lattice matches with InP may be slightly different from the values shown in Table 1.

［表１］
一般式ＩｎＰと格子整合するもの禁制帯幅（ｅｖ）
ＺｎＣｄＳｅＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ約２．１３
ＺｎＭｎＳｅＺｎ_０．３３Ｍｎ_０．６７Ｓｅ約２．８７
ＢｅＺｎＴｅＢｅ_０．５Ｚｎ_０．５Ｔｅ約３．１５
ＢｅＺｎＳｅＴｅＢｅ_０．０６Ｚｎ_０．９４Ｓｅ_０．３５Ｔｅ_０．６５
〜Ｂｅ_０．２０Ｚｎ_０．８０Ｓｅ_０．５０Ｔｅ_０．５０
約２．１５〜約２．５８ [Table 1]
General formula Lattice matching with InP Forbidden band width (ev)
ZnCdSe Zn _0.48 Cd _0.52 Se About 2.13
ZnMnSe Zn _0.33 Mn _0.67 Se About 2.87
BeZnTe Be _0.5 Zn _0.5 Te about 3.15
BeZnSeTe Be _0.06 Zn _0.94 Se _0.35 Te _0.65
~ Be _0.20 Zn _0.80 Se _0.50 Te _0.50
About 2.15 to about 2.58

ここで、以下の表２に示した各層を表２に示した材料で構成した場合には、各層の禁制帯幅および屈折率が以下の表３に示したようになる。このときの各層のバンド構造を模式的に表すと図３のようになる。 Here, when each layer shown in Table 2 below is made of the material shown in Table 2, the forbidden band width and refractive index of each layer are as shown in Table 3 below. The band structure of each layer at this time is schematically shown in FIG.

表２に示した材料により構成された上部クラッド層１６の電気的特性について、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、下部クラッド層１２、下部ガイド層１３、活性層１４および上部ガイド層１５をなくした簡易な構造をベースとして、コンタクト層１７上に金属電極１９を設け、コンタクト層１７のうち金属電極１９と接触していない部分を取り除いた構成の下で、ホール測定（Van der Pauw法）を行った。なお、図６（Ａ）は簡易な構造を備えた半導体素子２の断面構成を、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の半導体素子２の上面構成をそれぞれ表している。 As shown in FIGS. 6A and 6B, regarding the electrical characteristics of the upper clad layer 16 made of the material shown in Table 2, the lower clad layer 12, the lower guide layer 13, the active layer 14, and the upper Based on a simple structure without the guide layer 15, a metal electrode 19 is provided on the contact layer 17, and a hole measurement (Van is performed under a configuration in which a portion of the contact layer 17 that is not in contact with the metal electrode 19 is removed. der Pauw method). 6A shows a cross-sectional configuration of the semiconductor element 2 having a simple structure, and FIG. 6B shows a top configuration of the semiconductor element 2 in FIG. 6A.

このとき、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃ（Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ）の厚さを１分子層（約０．３ｎｍ）とし、第１上部クラッド層１６Ｂ（Ｂｅ_０．５Ｚｎ_０．５Ｔｅ）の厚さを７分子層（約２ｎｍ）とし、第２上部クラッド層１６Ｄ（ＭｇＳｅ）の厚さを３分子層（約０．９ｎｍ）とした。その結果、上部クラッド層１６がｐ型の導電性を示し、上部クラッド層１６のキャリア濃度が約２×１０^１８ｃｍ^−３程度となった。つまり、拡散抑制層１６Ａ，１６ＣのＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅは上部クラッド層１６の電気的特性に悪影響を与えていないことがわかる。 At this time, the thickness of the diffusion suppression layers 16A and 16C (Zn _0.48 Cd _0.52 Se) is one molecular layer (about 0.3 nm), and the first upper cladding layer 16B (Be _0.5 Zn _{0.5 0.5).} The thickness of Te) was 7 molecular layers (about 2 nm), and the thickness of the second upper cladding layer 16D (MgSe) was 3 molecular layers (about 0.9 nm). As a result, the upper clad layer 16 showed p-type conductivity, and the carrier concentration of the upper clad layer 16 was about 2 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ . That is, it can be seen that Zn _0.48 Cd _0.52 Se of the diffusion suppression layers 16A and 16C does not adversely affect the electrical characteristics of the upper cladding layer 16.

また、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃの材料を、表２のＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅから、表４のＺｎ_０．３３Ｍｎ_０．６７Ｓｅに置き換えた場合には、上部クラッド層１６の禁制帯幅および屈折率が以下の表５に示したようになる。このときの各層のバンド構造を模式的に表すと図４のようになる。なお、表３，表５には活性層１４を除く各層が超格子構造となっている場合の数値が例示されている。 Further, when the material of the diffusion suppressing layers 16A and 16C is replaced with Zn _0.38 Md _0.67 Se in Table 4 from Zn _0.48 Cd _0.52 Se in Table 2, the upper cladding layer 16 The forbidden bandwidth and refractive index are as shown in Table 5 below. FIG. 4 schematically shows the band structure of each layer at this time. Tables 3 and 5 exemplify numerical values when each layer except the active layer 14 has a superlattice structure.

これにより、上部クラッド層１６の禁制帯幅を活性層１４および上部ガイド層１５の禁制帯幅よりも大きくすることができ、かつ上部クラッド層１６の屈折率を活性層１４および上部ガイド層１５の屈折率よりも小さくすることができ、さらに、上部クラッド層１６の価電子帯のサブレベルの上端を活性層１４および上部ガイド層１５の価電子帯のサブレベルの上端よりも低くすることができる。また、下部クラッド層１２の禁制帯幅を下部ガイド層１３および活性層１４の禁制帯幅よりも大きくすることができ、かつ下部クラッド層１２の屈折率を下部ガイド層１３および活性層１４の屈折率よりも小さくすることができ、さらに、下部クラッド層１２の伝導帯のサブレベルの下端を下部ガイド層１３および活性層１４の伝導帯のサブレベルの下端よりも高くすることができる。従って、活性層１４に光とキャリアを充分に閉じ込めることが可能である。 Thereby, the forbidden band width of the upper clad layer 16 can be made larger than the forbidden band width of the active layer 14 and the upper guide layer 15, and the refractive index of the upper clad layer 16 can be increased between the active layer 14 and the upper guide layer 15. The refractive index can be made smaller than the refractive index, and the upper end of the valence band sublevel of the upper cladding layer 16 can be made lower than the upper end of the valence band sublevel of the active layer 14 and the upper guide layer 15. . Further, the forbidden band width of the lower clad layer 12 can be made larger than the forbidden band widths of the lower guide layer 13 and the active layer 14, and the refractive index of the lower clad layer 12 is made to be the refraction of the lower guide layer 13 and the active layer 14. The lower end of the conduction band of the lower cladding layer 12 can be made higher than the lower end of the sublevel of the conduction band of the lower guide layer 13 and the active layer 14. Therefore, it is possible to sufficiently confine light and carriers in the active layer 14.

また、下部クラッド層１２、下部ガイド層１３および上部ガイド層１５の少なくとも１つを、表２に示した構造および材料から表６に示した構造および材料に置き換えた場合には、各層の禁制帯幅および屈折率が以下の表７に示したようになる。これにより、このような構造および材料に置き換えた場合であっても、上記の場合と同様、活性層１４に光とキャリアを充分に閉じ込めることが可能である。 In addition, when at least one of the lower cladding layer 12, the lower guide layer 13, and the upper guide layer 15 is replaced with the structure and material shown in Table 6 from the structure and material shown in Table 2, the forbidden band of each layer is used. The width and refractive index are as shown in Table 7 below. Thus, even when the structure and material are replaced, light and carriers can be sufficiently confined in the active layer 14 as in the case described above.

［表２］
各層の材料
第１下部クラッド層１２ＡＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
第２下部クラッド１２ＢＭｇＳｅ
第１下部ガイド層１３ＡＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
第２下部ガイド層１３ＢＭｇＳｅ
活性層１４Ｂｅ_０．０６Ｚｎ_０．９４Ｓｅ_０．３５Ｔｅ_０．６５
〜Ｂｅ_０．２０Ｚｎ_０．８０Ｓｅ_０．５０Ｔｅ_０．５０
第１上部ガイド層１５ＡＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
第２上部ガイド層１５ＢＭｇＳｅ
拡散抑制層１６Ａ，１６ＣＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
第１上部クラッド層１６ＢＢｅ_０．５Ｚｎ_０．５Ｔｅ
第２上部クラッド層１６ＤＭｇＳｅ [Table 2]
Material of each layer First lower cladding layer 12A Zn _0.48 Cd _0.52 Se
Second lower cladding 12B MgSe
First lower guide layer 13A Zn _0.48 Cd _0.52 Se
Second lower guide layer 13B MgSe
Active layer 14 Be _0.06 Zn _0.94 Se _0.35 Te _0.65
~ Be _0.20 Zn _0.80 Se _0.50 Te _0.50
First upper guide layer 15A Zn _0.48 Cd _0.52 Se
Second upper guide layer 15B MgSe
Diffusion suppression layer 16A, 16C Zn _0.48 Cd _0.52 Se
First upper cladding layer 16B Be _0.5 Zn _0.5 Te
Second upper cladding layer 16D MgSe

［表３］
禁制帯幅(ｅＶ) 屈折率
下部クラッド層１２（超格子構造） 2.1〜4.0 2.3〜2.9
下部ガイド層１３（超格子構造） 2.1〜4.0 2.5〜3.1
活性層１４（単層構造） 2.2〜2.5 2.7〜3.2
上部ガイド層１５（超格子構造） 2.1〜4.0 2.5〜3.1
上部クラッド層１６（超格子構造） 2.1〜4.0 2.3〜2.9 [Table 3]
Forbidden band width (eV) Refractive index lower cladding layer 12 (superlattice structure) 2.1 to 4.0 2.3 to 2.9
Lower guide layer 13 (superlattice structure) 2.1-4.0 2.5-3.1
Active layer 14 (single layer structure) 2.2 to 2.5 2.7 to 3.2
Upper guide layer 15 (superlattice structure) 2.1-4.0 2.5-3.1
Upper cladding layer 16 (superlattice structure) 2.1-4.0 2.3-2.9

［表４］
材料
拡散抑制層１６Ａ，１６ＣＺｎ_０．３３Ｍｎ_０．６７Ｓｅ [Table 4]
Material diffusion suppression layer 16A, 16C Zn _0.33 Mn _0.67 Se

［表５］
禁制帯幅(ｅＶ) 屈折率
上部クラッド層１６（超格子構造） 3.0〜4.0 2.3〜2.6 [Table 5]
Forbidden band width (eV) Refractive index upper cladding layer 16 (superlattice structure) 3.0 to 4.0 2.3 to 2.6

［表６］
各層の材料
下部クラッド層１２（単層構造）Ｍｇ_０Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
〜Ｍｇ_０．８Ｚｎ_０．１７Ｃｄ_０．０３Ｓｅ
下部ガイド層１３（単層構造）Ｍｇ_０Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
〜Ｍｇ_０．７Ｚｎ_０．２８Ｃｄ_０．０２Ｓｅ
上部ガイド層１５（単層構造）Ｍｇ_０Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ
〜Ｍｇ_０．７Ｚｎ_０．２８Ｃｄ_０．０２Ｓｅ [Table 6]
Material of each layer Lower clad layer 12 (single layer structure) Mg ₀ Zn _0.48 Cd _0.52 Se
~Mg _0.8 Zn _0.17 Cd _0.03 Se
Lower guide layer 13 (single layer structure) Mg ₀ Zn _0.48 Cd _0.52 Se
~Mg _0.7 Zn _0.28 Cd _0.02 Se
Upper guide layer 15 (single layer structure) Mg ₀ Zn _0.48 Cd _0.52 Se
~Mg _0.7 Zn _0.28 Cd _0.02 Se

［表７］
禁制帯幅(ｅＶ) 屈折率
下部クラッド層１２ 2.13〜3.7 2.4〜2.9
下部ガイド層１３ 2.13〜3.6 2.5〜3.0
上部ガイド層１５ 2.13〜3.6 2.5〜3.0 [Table 7]
Forbidden band width (eV) Refractive index lower cladding layer 12 2.13 to 3.7 2.4 to 2.9
Lower guide layer 13 2.13 to 3.6 2.5 to 3.0
Upper guide layer 15 2.13 to 3.6 2.5 to 3.0

このような構成の半導体レーザ素子１は、例えば次のようにして製造することができる。 The semiconductor laser device 1 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

上記の構成で例示した各半導体層を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により形成する。まず、基板１０の表面に対して前処理を行う。具体的には、基板１０としてＩｎＰ基板を用意し、この基板１０の表面をアセトンなどの溶媒で洗浄して脱脂、乾燥したのち、ＭＢＥチャンバー（図示せず）内に載置する。なお、あらかじめ表面前処理が施された基板を用いる場合にはこの脱脂洗浄過程は省いてもよい。 Each semiconductor layer exemplified in the above structure is formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method. First, pretreatment is performed on the surface of the substrate 10. Specifically, an InP substrate is prepared as the substrate 10, and the surface of the substrate 10 is washed with a solvent such as acetone, degreased and dried, and then placed in an MBE chamber (not shown). In addition, when using the board | substrate with which surface pre-processing was performed previously, you may skip this degreasing cleaning process.

次に、試料交換用の準備室に入れて、真空ポンプで１×１０^−３Ｐａ以下まで真空引きし、基板１０を１００℃まで加熱する。これにより、基板１０の残留水分や、不純物ガスを脱離させる。 Next, it puts in the preparation room for sample replacement | exchange, and it evacuates to 1x10 < ^-3 > Pa or less with a vacuum pump, The board | substrate 10 is heated to 100 degreeC. Thereby, residual moisture and impurity gas of the substrate 10 are desorbed.

次に、基板１０をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体専用成長室に搬送し、基板１０の表面に、Ｐ分子線を当てながら、基板１０の温度を５００℃に加熱する。これにより、基板１０の表面の酸化膜を除去する。その後、基板１０の温度を４５０℃に加熱し、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰを２００ｎｍ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Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓを２００ｎｍ成長させてバッファ層１１Ｂを形成する。 Next, the substrate 10 is transported to a group III-V compound semiconductor dedicated growth chamber, and the temperature of the substrate 10 is heated to 500 ° C. while applying a P molecular beam to the surface of the substrate 10. Thereby, the oxide film on the surface of the substrate 10 is removed. Thereafter, the temperature of the substrate 10 is heated to 450 ° C., Si-doped n-type InP is grown to 200 nm to form the buffer layer 11A, and then the temperature of the substrate 10 is heated to 470 ° C. Type In _0.53 Ga _0.47 As is grown by 200 nm to form the buffer layer 11B.

次に、基板１０をＩＩ−ＶＩ族化合物半導体専用成長室に搬送し、バッファ層１１Ｂの表面に、Ｚｎ分子線を当てながら、基板１０の温度を２００℃に加熱した上で、Ｃｌドープのｎ型Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅを１０ｎｍ成長させたのち、基板温度を２８０℃に加熱し、Ｃｌドープのｎ型Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅを１００ｎｍ成長させてバッファ層１１Ｃを形成する。 Next, the substrate 10 is transported to a II-VI group compound semiconductor dedicated growth chamber, and the temperature of the substrate 10 is heated to 200 ° C. while applying a Zn molecular beam to the surface of the buffer layer 11B. After growing 10 nm of type Zn _0.48 Cd _0.52 Se, the substrate temperature is heated to 280 ° C., and 100 nm of Cl-doped n type Zn _0.48 Cd _0.52 Se is grown to form the buffer layer 11C. To do.

次に、基板温度を２８０℃にした状態で、Ｃｌドープのｎ型Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ（４分子層、約１．２ｎｍ）と、アンドープのＭｇＳｅ（２分子層、約０．６ｎｍ）とを交互に４４０サイクル積層し厚さ約８００ｎｍの超格子構造を形成することにより下部クラッド層１２を形成する。続いて、アンドープのＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ（５分子層、約１．５ｎｍ）と、アンドープのＭｇＳｅ（１分子層、約０．３ｎｍ）とを交互に１７サイクル積層し厚さ約３０ｎｍの超格子構造を形成することにより下部ガイド層１３を形成する。 Next, in a state where the substrate temperature is 280 ° C., Cl-doped n-type Zn _0.48 Cd _0.52 Se (4 molecular layers, about 1.2 nm) and undoped MgSe (bimolecular layer, about 0.2 nm). 6 nm) alternately to form a superlattice structure having a thickness of about 800 nm to form the lower cladding layer 12. Subsequently, 17 cycles of undoped Zn _0.48 Cd _0.52 Se (5 molecular layers, about 1.5 nm) and undoped MgSe (1 molecular layer, about 0.3 nm) are alternately stacked for 17 thicknesses. The lower guide layer 13 is formed by forming a 30 nm superlattice structure.

次に、基板温度を３００℃に加熱し、アンドープのＢｅ_０．１１Ｚｎ_０．８９Ｓｅ_０．４１Ｔｅ_０．５９を７．５ｎｍ成長させて活性層１４を形成する。続いて、アンドープのＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ（５分子層、約１．５ｎｍ）と、アンドープのＭｇＳｅ（１分子層、約０．３ｎｍ）とを交互に３サイクル積層し厚さ約５．４ｎｍの超格子構造を形成することにより上部ガイド層１５を形成する。 Next, the substrate temperature is heated to 300 ° C., and undoped Be _0.11 Zn _0.89 Se _0.41 Te _0.59 is grown by 7.5 nm to form the active layer 14. Subsequently, three cycles of undoped Zn _0.48 Cd _0.52 Se (5 molecular layers, about 1.5 nm) and undoped MgSe (single molecular layer, about 0.3 nm) are alternately stacked for about three thicknesses. The upper guide layer 15 is formed by forming a superlattice structure of 5.4 nm.

その後、アンドープのＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ（１分子層、約０．３ｎｍ）、アンドープのＭｇＳｅ（３分子層、約０．９ｎｍ）、アンドープのＺｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅ（１分子層、約０．３ｎｍ）およびＮドープのｐ型Ｂｅ_０．５Ｚｎ_０．５Ｔｅ（７分子層、約２ｎｍ）を基板１０側からこの順に積層してなる積層構造（約３．５ｎｍ）を一組として、これを１４３サイクル積層し厚さ約５００ｎｍの超格子構造を形成することにより上部クラッド層１６を形成する。なお、上部クラッド層１６を形成する際に、Ｚｎ_０．４８Ｃｄ_０．５２Ｓｅの代わりにＺｎ_０．３３Ｍｎ_０．６７Ｓｅを用いてもよい。さらに、Ｎドープのｐ型Ｂｅ_０．５Ｚｎ_０．５Ｔｅを３０ｎｍ成長させ、続いて、Ｎドープのｐ型ＺｎＴｅを５ｎｍ成長させてコンタクト層１７を形成する。 Then, undoped Zn _0.48 Cd _0.52 Se (single molecular layer, about 0.3 nm), undoped MgSe (trimolecular layer, about 0.9 nm), undoped Zn _0.48 Cd _0.52 Se ( 1 molecular layer, about 0.3 nm) and N-doped p-type Be _0.5 Zn _0.5 Te (7 molecular layer, about 2 nm) stacked in this order from the substrate 10 side (about 3.5 nm) ) Are stacked as a set to form a superlattice structure having a thickness of about 500 nm to form the upper clad layer 16. In forming the upper cladding layer 16, Zn _0.33 Mn _0.67 Se may be used instead of Zn _0.48 Cd _0.52 Se. Further, a contact layer 17 is formed by growing N-doped p-type Be _0.5 Zn _0.5 Te by 30 nm and subsequently growing N-doped p-type ZnTe by 5 nm.

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を形成することとなるストライプ状の領域以外の領域を覆った後に、真空蒸着により、全面に例えばＴｉ/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Ｔｉ/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/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。 Next, a resist pattern (not shown) having a predetermined shape is formed on the contact layer 17 by lithography to cover a region other than the stripe-shaped region where the ridge portion 18 is to be formed. For example, a Ti / Pt / Au multilayer film (not shown) is laminated. Thereafter, the resist pattern is removed together with the Ti / Pt / Au laminated film deposited thereon by lift-off. As a result, a p-side electrode (not shown) is formed on the contact layer 17. Thereafter, heat treatment is performed as necessary to make ohmic contact. Subsequently, for example, an AuGe alloy / Ni / Au multilayer film (not shown) is laminated on the entire surface of the back surface of the substrate 10 by vacuum deposition to form an n-side electrode (not shown).

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。 Next, the edge of the wafer is scratched with a diamond cutter, and scratched by cracking so as to open the scratch by applying pressure. Next, a low reflection coating (not shown) of about 5% is formed on the end surface (front end surface) on the light emission side by vapor deposition or sputtering, and 95 on the end surface (rear end surface) opposite to the front end surface. % Reflective coating (not shown) is formed. Next, the chip is indexed in the stripe direction of the ridge portion 17.

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素子１が製造される。 Next, the chip is placed on a submount (not shown) while adjusting the position of the light emitting point and the angle of the end face, and then placed on a heat sink (not shown). Subsequently, after the p-side electrode on the chip and the terminal on the stem (not shown) are connected by a gold wire, a window cap serving as an exit of the laser beam is placed on the stem to perform airtight sealing. In this way, the semiconductor laser device 1 of the present embodiment is manufactured.

本実施の形態の半導体レーザ素子１では、ｐ側電極とｎ側電極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。 In the semiconductor laser device 1 of the present embodiment, when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode and the n-side electrode, a current is injected into the active layer 14 and light emission occurs due to electron-hole recombination. In the front end face, a laser beam having a wavelength within a range of, for example, blue-violet to orange (480 nm to 600 nm) is emitted from the portion corresponding to the light emitting region 14A (light emitting spot) toward the in-plane direction of the laminated surface.

ところで、本実施の形態では、上部クラッド層１６が、拡散抑制層１６Ａ、第１上部クラッド層１６Ｂ、拡散抑制層１６Ｃおよび第２上部クラッド層１６Ｄを基板１０側からこの順に積層してなる積層構造を一組として、これを複数組分積層して形成されており、さらに、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃが、ＭｇおよびＴｅを除くＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでいる。そこで、以下、ＭｇおよびＴｅを除くＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含む拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃを、第１上部クラッド層１６Ｂと第２上部クラッド層１６Ｄとの間に設ける意義について説明する。 By the way, in the present embodiment, the upper clad layer 16 is formed by laminating the diffusion suppression layer 16A, the first upper clad layer 16B, the diffusion suppression layer 16C, and the second upper clad layer 16D in this order from the substrate 10 side. Are formed by laminating a plurality of sets, and the diffusion suppression layers 16A and 16C contain a II-VI group compound semiconductor excluding Mg and Te as a main component. Therefore, hereinafter, the significance of providing the diffusion suppression layers 16A and 16C containing the II-VI group compound semiconductor excluding Mg and Te as the main component between the first upper cladding layer 16B and the second upper cladding layer 16D will be described. .

例えば、アンドープのＺｎＣｄＳｅおよびアンドープのＭｇＳｅが基板１０側から交互に積層された下部クラッド層１２と、ＢｅＺｎＳｅＴｅを含む活性層１４と、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃが含まれておらず、ＢｅＺｎＴｅを含む第１上部クラッド層１６およびＭｇＳｅを含む第２上部クラッド層１６Ｄが基板１０側から交互に直接積層されると共にこれらの層にＮがドープされた上部クラッド層１６とを基板１０側からこの順に備えた比較例１に係る半導体レーザ素子と、下部クラッド層１２、活性層１４、上部クラッド層１６を比較例１と同様に備えると共に、上部クラッド層１６と活性層１４との間に、アンドープのＺｎＣｄＳｅを含む中間層２０を備えた比較例２に係る半導体レーザ素子との２つの素子について、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて、積層方向における各種元素の濃度分布を計測した。なお、比較例１の結果を図７に、比較例２の結果を図８にそれぞれ示す。 For example, the lower cladding layer 12 in which undoped ZnCdSe and undoped MgSe are alternately stacked from the substrate 10 side, the active layer 14 including BeZnSeTe, and the diffusion suppression layers 16A and 16C are not included, and the first layer including BeZnTe is included. The first upper clad layer 16 and the second upper clad layer 16D containing MgSe are alternately laminated directly from the substrate 10 side, and the upper clad layer 16 doped with N in these layers is provided in this order from the substrate 10 side. The semiconductor laser device according to Comparative Example 1, the lower cladding layer 12, the active layer 14, and the upper cladding layer 16 are provided in the same manner as in Comparative Example 1, and undoped ZnCdSe is provided between the upper cladding layer 16 and the active layer 14. 2 elements of the semiconductor laser element according to the comparative example 2 including the intermediate layer 20 including SIMS (secondary Using on-mass spectrometry) was measured the concentration distribution of various elements in the stacking direction. The result of Comparative Example 1 is shown in FIG. 7, and the result of Comparative Example 2 is shown in FIG.

図７では、上部クラッド層と活性層１４との間において、Ｎの濃度勾配に変化はあまりないが、図８では、上部クラッド層と活性層１４との間（中間層２０およびその近傍）においてＮの濃度勾配が大きく下がっているのがわかる。このことから、中間層２０によって、上部クラッド層１６側から活性層１４側へのＮの拡散が抑制されているのがわかる。また、図７および図８の双方において、活性層１４と下部クラッド層１２との境界付近でＮの濃度勾配が大きく下がっている。この付近には、下部クラッド層１２内のアンドープのＺｎＣｄＳｅ層が積層されており、このアンドープのＺｎＣｄＳｅ層によって、活性層１４側から下部クラッド層１２側へのＮの拡散が抑制されているのがわかる。これらのことから、アンドープのＺｎＣｄＳｅがＮの拡散を抑制する作用を有していると言えるので、上部クラッド層１６内の拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃについても、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃに含まれるアンドープのＺｎＣｄＳｅが、第１上部クラッド層１６Ｂ側から第２上部クラッド層１６Ｄ側へのＮの拡散や、第２上部クラッド層１６Ｄ側から第１上部クラッド層１６Ｂ側へのＮの拡散を抑制する作用を有していると言える。 In FIG. 7, there is not much change in the N concentration gradient between the upper cladding layer and the active layer 14, but in FIG. 8, between the upper cladding layer and the active layer 14 (intermediate layer 20 and the vicinity thereof). It can be seen that the concentration gradient of N is greatly reduced. From this, it can be seen that the intermediate layer 20 suppresses the diffusion of N from the upper cladding layer 16 side to the active layer 14 side. Further, in both FIG. 7 and FIG. 8, the N concentration gradient is greatly reduced near the boundary between the active layer 14 and the lower cladding layer 12. In this vicinity, an undoped ZnCdSe layer in the lower cladding layer 12 is laminated, and the diffusion of N from the active layer 14 side to the lower cladding layer 12 side is suppressed by this undoped ZnCdSe layer. Recognize. From these facts, it can be said that the undoped ZnCdSe has an action of suppressing the diffusion of N, and therefore the diffusion suppression layers 16A and 16C in the upper cladding layer 16 are also undoped in the diffusion suppression layers 16A and 16C. ZnCdSe suppresses N diffusion from the first upper cladding layer 16B side to the second upper cladding layer 16D side and N diffusion from the second upper cladding layer 16D side to the first upper cladding layer 16B side It can be said that it has.

なお、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃには、ＭｇおよびＴｅが含まれていないことから、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃは、ＭｇおよびＴｅと親和性を有するＮ以外の不純物についても、同様の作用を有していると言える。また、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃを、ＺｎＣｄＳｅの代わりにＺｎＭｎＳｅで構成した場合についても、ＺｎＭｎＳｅはＺｎＣｄＳｅと同様、ＭｇおよびＴｅを含んでいないことから、ＺｎＣｄＳｅと同様の作用を有していると言える。 Since the diffusion suppression layers 16A and 16C do not contain Mg and Te, the diffusion suppression layers 16A and 16C have the same effect on impurities other than N having affinity with Mg and Te. I can say that. Also, when the diffusion suppression layers 16A and 16C are made of ZnMnSe instead of ZnCdSe, it can be said that ZnMnSe has the same action as ZnCdSe because ZnMnSe does not contain Mg and Te like ZnCdSe. .

従って、本実施の形態では、上部クラッド層１６内に拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃが設けられていない場合と比べて、ＭｇおよびＴｅと親和性を有する特定の不純物（例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａまたはＫなど）が第１上部クラッド層１６Ｂおよび第２上部クラッド層１６Ｄの少なくとも一方から拡散抑制層１６Ａまたは１６Ｃを介して他の層に拡散するのを抑制することができる。その結果、上記した特定の不純物が拡散することによって上部クラッド層１６の電気的特性が低下したり結晶構造の規則性および安定性が低下することを低減することができる。 Therefore, in the present embodiment, compared to the case where the diffusion suppression layers 16A and 16C are not provided in the upper cladding layer 16, specific impurities having an affinity for Mg and Te (for example, N, P, As, Sb, Li, Na, or K) can be prevented from diffusing from at least one of the first upper cladding layer 16B and the second upper cladding layer 16D to the other layers via the diffusion suppression layer 16A or 16C. As a result, it is possible to reduce the deterioration of the electrical characteristics of the upper cladding layer 16 and the regularity and stability of the crystal structure due to the diffusion of the specific impurities.

また、本実施の形態において、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃが、Ｂｅ、ＺｎおよびＣｄのうち少なくとも１つをＩＩ族元素として含むと共にＳｅ、ＯおよびＳのうち少なくとも１つをＶＩ族元素として含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主成分として含んでいる場合には、Ｂｅを含むことによって拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃにおける結晶の共有結合性が高くなるので、結晶が硬くなり、欠陥生成を抑制することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the diffusion suppression layers 16A and 16C include at least one of Be, Zn, and Cd as a group II element and include at least one of Se, O, and S as a group VI element. In the case where a group VI compound semiconductor is contained as a main component, the inclusion of Be increases the covalent bonding of the crystals in the diffusion suppression layers 16A and 16C, so that the crystals become hard and defect generation is suppressed. It becomes possible.

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。 While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態では、拡散抑制層１６Ａ，１６Ｃを上部クラッド層１６内に設けていたが、下部クラッド層１２や、下部ガイド層１３、上部ガイド層１５などの活性層１４以外の層内で、特定の不純物（例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａまたはＫなど）の拡散を抑制したい場合には、これらの層内に設けるようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, the diffusion suppression layers 16A and 16C are provided in the upper cladding layer 16, but in the layers other than the active layer 14 such as the lower cladding layer 12, the lower guide layer 13, and the upper guide layer 15. Thus, when it is desired to suppress the diffusion of specific impurities (for example, N, P, As, Sb, Li, Na, or K), they may be provided in these layers.

また、上記実施の形態では、第１上部クラッド層１６Ａおよび第２上部クラッド層１６Ｂを基板１０側からこの順に交互に積層していたが、これらを逆の順番で交互に積層してもよい。 In the above embodiment, the first upper cladding layer 16A and the second upper cladding layer 16B are alternately stacked in this order from the substrate 10 side. However, they may be alternately stacked in the reverse order.

また、上記実施の形態では、本発明を半導体レーザ素子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。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser element has been described. However, the present invention can of course be applied to a semiconductor element such as a light emitting diode (LED) or a light receiving element (Photo Detector; PD). is there.

例えば、図６に示したように、基板１０上に、バッファ層１１、上部クラッド層１６およびコンタクト層１７を基板１０側からこの順に積層することにより、発光ダイオードや受光素子などを形成することが可能である。 For example, as shown in FIG. 6, a buffer layer 11, an upper cladding layer 16, and a contact layer 17 are laminated on the substrate 10 in this order from the substrate 10 side, thereby forming a light emitting diode, a light receiving element, or the like. Is possible.

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成図である。1 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. 図１の半導体レーザ素子の一部を拡大して表した断面構成図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional configuration diagram illustrating a part of the semiconductor laser element of FIG. 1. 図１の半導体レーザ素子のバンド構造の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of the band structure of the semiconductor laser element of FIG. 図１の半導体レーザ素子のバンド構造の他の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the other example of the band structure of the semiconductor laser element of FIG. ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の格子定数と禁制帯幅との関係を表す関係図である。It is a relationship figure showing the relationship between the lattice constant of a II-VI group compound semiconductor, and a forbidden bandwidth. 上部クラッド層のキャリア濃度の計測に用いられた素子の断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram of the element used for the measurement of the carrier concentration of an upper clad layer. 比較例１に係る半導体レーザ素子における各種元素の濃度分布図である。6 is a concentration distribution diagram of various elements in a semiconductor laser device according to Comparative Example 1. FIG. 比較例２に係る半導体レーザ素子における各種元素の濃度分布図である。6 is a concentration distribution diagram of various elements in a semiconductor laser device according to Comparative Example 2. FIG.

Explanation of symbols

１…半導体レーザ素子、２…半導体素子、１０…基板、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…バッファ層、１２…下部クラッド層、１２Ａ…第１下部クラッド層、１２Ｂ…第２下部クラッド層、１３…下部ガイド層、１３Ａ…第１下部ガイド層、１３Ｂ…第２下部ガイド層、１４…活性層、１４Ａ…発光領域、１５…上部ガイド層、１５Ａ…第１上部ガイド層、１５Ｂ…第２上部ガイド層、１６…上部クラッド層、１６Ａ，１６Ｃ…拡散抑制層、１６Ｂ…第１上部クラッド層、１６Ｄ…第２上部クラッド層、１７…コンタクト層、１８…リッジ部、１９…金属電極、２０…中間層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser element, 2 ... Semiconductor element, 10 ... Substrate, 11, 11A, 11B, 11C ... Buffer layer, 12 ... Lower clad layer, 12A ... 1st lower clad layer, 12B ... 2nd lower clad layer, 13 ... Lower guide layer, 13A ... first lower guide layer, 13B ... second lower guide layer, 14 ... active layer, 14A ... light emitting region, 15 ... upper guide layer, 15A ... first upper guide layer, 15B ... second upper guide 16 ... upper clad layer, 16A, 16C ... diffusion suppression layer, 16B ... first upper clad layer, 16D ... second upper clad layer, 17 ... contact layer, 18 ... ridge, 19 ... metal electrode, 20 ... middle layer.

Claims

On a substrate, first between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer comprises a laminated repeatedly by formed by laminating structure alternately and Rutotomoni, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer 3 With a semiconductor layer of
At least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer includes N as an impurity ;
The first semiconductor layer is made of Be _x1 Mg _x2 Zn _x3 Cd _x4 Se _x5 Te _x6 (0 <x1 <1,0 ≦ x2 <1,0 <x3 <1,0 ≦ x4 <1, x1 + x2 + x3 + x4 = 1,0 ≦ x5 <1, 0 <x6 <1, x1 + x2 + x3 + x4 = 1) as a main component.
The second semiconductor layer is Be _x7 Mg _x8 Se _x9 Te _x10 (0 ≦ x7 <1, 0 <x8 <1, x7 + x8 = 1, 0 <x9 <1, 0 ≦ x10 <1, x9 + x10 = 1). II-VI group compound semiconductor represented as a main component,
The third semiconductor layer is a semiconductor element including a II-VI group compound semiconductor excluding Mg and Te as a main component .

On the substrate, a lower clad layer, a lower guide layer, an active layer, an upper guide layer and an upper clad layer are provided in this order from the substrate side,
The laminated structure and the third semiconductor layer, the lower cladding layer, the lower guide layer, the upper guide layer and a semiconductor device of claim 1, wherein at least that contained more in the upper cladding layer.

The thickness of the third semiconductor layer, said first and second semiconductor layers of the semiconductor device according to the thin yet claim 1 than the respective thicknesses.

Each of the first and second semiconductor layers has a thickness of 1 to 20 molecular layers,
The thickness of the third semiconductor layer, the semiconductor device according to Der Ru claim 1 or less per molecule layer or 5 molecular layers.

It said first, second and third semiconductor layers The semiconductor device according to claim 1 that has no superlattice structure.

The third semiconductor layer is mainly composed of a II-VI group compound semiconductor containing at least one of Be, Zn and Cd as a group II element and at least one of Se, O and S as a group VI element. the semiconductor device according to claim 1 shall be the.

It said third semiconductor layer, the semiconductor device according to claim 6 shall be the main component ZnCdSe.

Said third semiconductor layer, the semiconductor device according to claim 6 shall be the main component ZnMnSe.

Wherein the first, respectively the second and third semiconductor layers, a semiconductor device according to claim 1 wherein you are substrate lattice-matched.

The first semiconductor layer mainly includes Be _0.5 Zn _0.5 Te,
The second semiconductor layer mainly includes MgSe;
It said third semiconductor layer is mainly a semiconductor device according to Zn _0.48 Cd _0.52 Se in including claim 9.

The first semiconductor layer mainly includes Be _0.5 Zn _0.5 Te,
The second semiconductor layer mainly includes MgSe;
It said third semiconductor layer is mainly a semiconductor device according to Zn _0.33 Mn _0.67 Se in including claim 9.