JPH06334272A

JPH06334272A - 半導体レーザー

Info

Publication number: JPH06334272A
Application number: JP18443693A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Nakano; 一志中野; Toyoji Ohata; 豊治大畑; Satoru Ito; 哲伊藤; Norikazu Nakayama; 典一中山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1994-12-02
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP3449751B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層
の材料として用いた、青色ないし緑色で発光が可能な低
しきい値電流の半導体レーザーを実現する。【構成】ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＺｎＳｅバッフ
ァ層２を介してｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッ
ド層３、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４、活性層５、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅ光導波層６およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
クラッド層７を順次積層してレーザー構造を形成する。
活性層５は厚さが２〜２０ｎｍの単一のｉ型Ｚｎ_1-zＣ
ｄ_zＳｅ量子井戸層から成るか、合計の厚さが２〜２０
ｎｍの二つのｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザーに関
し、特に、青色ないし緑色で発光が可能な半導体レーザ
ーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクの記録密度の向上やレ
ーザープリンタの解像度の向上を図るために、短波長で
の発光が可能な半導体レーザーに対する要求が高まって
きており、その実現を目指して研究が活発に行われてい
る。

【０００３】このような短波長での発光が可能な半導体
レーザーの作製に用いる材料としては、ＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体が注目されている。そして、最近になって、
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の一種であるＺｎＳＳｅ系化
合物半導体をクラッド層の材料として用いて発振波長が
４９０〜５２０ｎｍの青色ないし緑色発光の半導体レー
ザーを実現することができたとの報告がなされている
（例えば、日経エレクトロニクス、１９９２年４月２７
日号、ｎｏ．５５２、第９０頁〜第９１頁）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体をクラッド層の材料として用いて青
色ないし緑色で発光が可能な半導体レーザーは実現され
ているが、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層
の材料として用いて青色ないし緑色で発光が可能な半導
体レーザーを実現することは困難であった。

【０００５】従って、この発明の目的は、ＺｎＭｇＳＳ
ｅ系化合物半導体をクラッド層の材料として用いた、青
色ないし緑色で発光が可能でしかも低しきい値電流の半
導体レーザーを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ＺｎＳｅ活性層の上下を
ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層とｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層とで挟んだＤＨ構造（Double Heterostructur
e）を有する半導体レーザーと、ＺｎＣｄＳｅ活性層の
上下をｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ光導波層とｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅ光導波層とで挟み、さらにその上下をｎ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層とｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層とで挟
んだＳＣＨ構造（Separated ConfinementHeterostructu
re)を有する半導体レーザーとについてしきい値電流密
度（Ｊ_th）の活性層の厚さ依存性を計算により求めた結
果を図１３に示す。ただし、ＤＨ構造を有する半導体レ
ーザーおよびＳＣＨ構造を有する半導体レーザーとも共
振器長Ｌは５００μｍ、内部損失α_inは１０ｃｍ^-1とし
た。また、ＤＨ構造を有する半導体レーザーについて
は、ＺｎＳｅ活性層とｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層お
よびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層との間の屈折率差Δ
ｎが０．１３である場合と０．２である場合との二通り
について計算を行った。一方、ＳＣＨ構造を有する半導
体レーザーについては、ＺｎＣｄＳｅ活性層とｎ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅ光導波層およびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ光導波層
との間の屈折率差Δｎ_gは０．１、ＺｎＣｄＳｅ活性層
とｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層およびｐ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層との間の屈折率差Δｎ_cは０．２、ｎ型
ＺｎＭｇＳＳｅ光導波層およびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ光導
波層のそれぞれの厚さＷ_gは７５ｎｍとした。

【０００７】図１３からわかるように、ＤＨ構造を有す
る半導体レーザーにおいては、活性層の厚さが３０〜４
０ｎｍのときにしきい値電流密度は極小値をとり、活性
層の厚さがこの極小値を与える厚さの近傍にあるとき、
すなわち活性層の厚さが１５〜６０ｎｍのときにはしき
い値電流密度は十分に低くなる。一方、ＳＣＨ構造を有
する半導体レーザーにおいては、活性層の厚さが約１０
ｎｍになるまでは、活性層の厚さの減少とともにしきい
値電流密度は減少し、活性層の厚さが２〜２０ｎｍのと
きにはしきい値電流密度は十分に低くなる。以上のこと
から、レーザー構造を形成するための材料としてＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体を用いた場合、ＤＨ構造を有する半
導体レーザーにおいても、またＳＣＨ構造を有する半導
体レーザーにおいても、しきい値電流密度を低くするた
めには、活性層の厚さを十分に小さくしてキャリアの注
入効率を高くすることの重要性を理解することができ
る。

【０００８】このように活性層の厚さを小さくしてキャ
リアの注入効率を高くすることの重要性は、以下の実験
結果からも明らかである。すなわち、図１４はＺｎＳＳ
ｅ活性層の上下をｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層とｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層とで挟んだＤＨ構造を有する
半導体レーザーにおける厚さ７０ｎｍのＺｎＳＳｅ活性
層から得られたフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度の減
衰曲線を示す。この図１４に示す減衰曲線の傾きよりＰ
Ｌ強度の減衰の時定数を求めると、約５０ｐｓｅｃとな
る。ＺｎＳｅ結晶の発光再結合寿命は数ｎｓｅｃと予想
されるので、この約５０ｐｓｅｃという時定数での非常
に速いＰＬ強度の減衰は非発光再結合過程に支配されて
いると考えられる。しかしながら、同一の試料を用い
て、光励起によりレーザー発振を実現することもでき
る。これは、試料中の非発光中心の数がＰＬ測定におけ
る弱励起条件の励起光により励起されるキャリアの数と
同程度であるため、強励起条件の光励起時にはトラップ
が飽和してレーザー発振が起こるのに十分なキャリアが
蓄積されるためであると説明される。このようなトラッ
プを含む結晶を用いて作製される半導体レーザーにおい
ては、通常にも増して効率良くキャリアを活性層に注入
することが重要になってくる。この点からも、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体を用いた半導体レーザーのしきい値電
流密度を低くするためには、活性層の厚さを小さくする
ことが有効であることがわかる。

【０００９】さらに、本発明者の知見によれば、ＳＣＨ
構造を有する半導体レーザーにおいて活性層を単一量子
井戸構造または二重量子井戸構造とした場合には、活性
層を三重量子井戸構造とした場合に比べて、しきい値電
流密度はほぼ半減する（ただし、量子井戸層の厚さは同
一とする）。従って、ＳＣＨ構造を有する半導体レーザ
ーのしきい値電流密度を低くするためには、活性層を単
一量子井戸構造または二重量子井戸構造とするのが有効
であることがわかる。

【００１０】この発明は、本発明者の上記知見および検
討に基づき、さらに種々の検討を加えた結果案出された
ものである。

【００１１】すなわち、上記目的を達成するため、この
発明の第１の発明による半導体レーザーは、化合物半導
体基板（１）上に積層された第１導電型の第１のクラッ
ド層（３）と、第１のクラッド層（３）上に積層された
第１の光導波層（４）と、第１の光導波層（４）上に積
層された活性層（５）と、活性層（５）上に積層された
第２の光導波層（６）と、第２の光導波層（６）上に積
層された第２導電型の第２のクラッド層（７）とを有
し、第１のクラッド層（３）、第１の光導波層（４）、
活性層（５）、第２の光導波層（６）および第２のクラ
ッド層（７）はＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ
_1-a-b（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ａ＜
１、０≦ｂ＜１）系化合物半導体から成るとともに、活
性層（５）は単一の量子井戸層（５ｂ）を有し、かつ量
子井戸層（５ｂ）の厚さは２〜２０ｎｍであることを特
徴とするものである。

【００１２】この発明の第２の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第１の発明による半導体レーザーにお
いて、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層
（７）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、第１
の光導波層（４）および第２の光導波層（６）はＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体またはＺｎＳｅ系化合物半導体から
成り、活性層（５）はＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から
成る量子井戸層から成ることを特徴とするものである。

【００１３】この発明の第３の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第１の発明による半導体レーザーにお
いて、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であり、
第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッファ層
（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１のクラ
ッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０＜ｐ≦
０．２、０＜ｑ≦０．３のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
から成り、第１の光導波層（４）および第２の光導波層
（６）は０＜ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uまたはＺｎ
Ｓｅから成り、活性層（５）は０＜ｚ≦０．３のＺｎ
_1-zＣｄ_zＳｅから成る量子井戸層から成り、第１のク
ラッド層（３）および第２のクラッド層（７）と量子井
戸層との間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上で
あり、第１の光導波層（４）および第２の光導波層
（６）と量子井戸層との間のバンドギャップの差は０．
１ｅＶ以上であることを特徴とするものである。

【００１４】この発明の第４の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第１の発明による半導体レーザーにお
いて、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層
（７）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、第１
の光導波層（４）および第２の光導波層（６）はＺｎＭ
ｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、活性層（５）はＺｎ
Ｓｅ系化合物半導体またはＺｎＳＳｅ系化合物半導体か
ら成る量子井戸層から成ることを特徴とするものであ
る。

【００１５】この発明の第５の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第１の発明による半導体レーザーにお
いて、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であり、
第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッファ層
（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１のクラ
ッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．１≦
ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、第１の光導波層（４）および第
２の光導波層（６）は０．０５≦ｐ≦０．１５、０．１
≦ｑ≦０．２のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、
活性層（５）はＺｎＳｅから成る量子井戸層から成り、
第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層（７）
と量子井戸層との間のバンドギャップの差は０．２５ｅ
Ｖ以上であり、第１の光導波層（４）および第２の光導
波層（６）と量子井戸層との間のバンドギャップの差は
０．１ｅＶ以上であることを特徴とするものである。

【００１６】この発明の第６の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第１の発明による半導体レーザーにお
いて、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であり、
第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッファ層
（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１のクラ
ッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．１５
≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、第１の光導波層（４）および第
２の光導波層（６）は０．１≦ｐ≦０．２、０．１５≦
ｑ≦０．２５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、
活性層（５）は０．０１≦ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ
_1-uから成る量子井戸層から成り、第１のクラッド層
（３）および第２のクラッド層（７）と量子井戸層との
間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であり、第
１の光導波層（４）および第２の光導波層（６）と量子
井戸層との間のバンドギャップの差は０．１ｅＶ以上で
あることを特徴とするものである。

【００１７】この発明の第７の発明による半導体レーザ
ーは、化合物半導体基板（１）上に積層された第１導電
型の第１のクラッド層（３）と、第１のクラッド層
（３）上に積層された第１の光導波層（４）と、第１の
光導波層（４）上に積層された活性層（５）と、活性層
（５）上に積層された第２の光導波層（６）と、第２の
光導波層（６）上に積層された第２導電型の第２のクラ
ッド層（７）とを有し、第１のクラッド層（３）、第１
の光導波層（４）、活性層（５）、第２の光導波層
（６）および第２のクラッド層（７）はＺｎ_1-x-yＣｄ
_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b（ただし、０≦ｘ＜１、
０≦ｙ＜１、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１）系化合物半導体
から成るとともに、活性層（５）は二つの量子井戸層
（５ａ、５ｃ）を有し、かつ二つの量子井戸層（５ａ、
５ｃ）の合計の厚さは２〜２０ｎｍであることを特徴と
するものである。

【００１８】この発明の第８の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第７の発明による半導体レーザーにお
いて、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層
（７）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、第１
の光導波層（４）および第２の光導波層（６）はＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体またはＺｎＳｅ系化合物半導体から
成り、活性層（５）はＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から
成る第１の量子井戸層（５ａ）、第１の量子井戸層（５
ａ）上に積層されたＺｎＳｅ系化合物半導体から成る障
壁層（５ｂ）および障壁層（５ｂ）上に積層されたＺｎ
ＣｄＳｅ系化合物半導体から成る第２の量子井戸層（５
ｃ）から成ることを特徴とするものである。

【００１９】この発明の第９の発明による半導体レーザ
ーは、この発明の第７の発明による半導体レーザーにお
いて、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であり、
第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッファ層
（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１のクラ
ッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０＜ｐ≦
０．２、０＜ｑ≦０．３のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
から成り、第１の光導波層（４）および第２の光導波層
（６）は０＜ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uまたはＺｎ
Ｓｅから成り、活性層（５）は０＜ｚ≦０．３のＺｎ
_1-zＣｄ_zＳｅから成る第１の量子井戸層（５ａ）、第
１の量子井戸層（５ａ）上に積層されたＺｎＳｅから成
る障壁層（５ｂ）および障壁層（５ｂ）上に積層された
０＜ｚ≦０．３のＺｎ_1-zＣｄ_zＳｅから成る第２の量
子井戸層（５ｃ）から成り、第１のクラッド層（３）お
よび第２のクラッド層（７）と第１の量子井戸層（５
ａ）および第２の量子井戸層（５ｃ）との間のバンドギ
ャップの差は０．２５ｅＶ以上であり、第１の光導波層
（４）および第２の光導波層（６）と第１の量子井戸層
（５ａ）および第２の量子井戸層（５ｃ）との間のバン
ドギャップの差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とす
るものである。

【００２０】この発明の第１０の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第７の発明による半導体レーザーに
おいて、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド
層（７）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、第
１の光導波層（４）および第２の光導波層（６）はＺｎ
ＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、活性層（５）はＺ
ｎＳｅ系化合物半導体またはＺｎＳＳｅ系化合物半導体
から成る第１の量子井戸層（５ａ）、第１の量子井戸層
（５ａ）上に積層されたＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体
から成る障壁層（５ｂ）および障壁層（５ｂ）上に積層
されたＺｎＳｅ系化合物半導体またはＺｎＳＳｅ系化合
物半導体から成る第２の量子井戸層（５ｃ）から成るこ
とを特徴とするものである。

【００２１】この発明の第１１の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第７の発明による半導体レーザーに
おいて、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．
１≦ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、第１の光導波層（４）およ
び第２の光導波層（６）は０．０５≦ｐ≦０．１５、
０．１≦ｑ≦０．２のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから
成り、活性層（５）はＺｎＳｅから成る第１の量子井戸
層（５ａ）、第１の量子井戸層（５ａ）上に積層された
０．０５≦ｐ≦０．１５、０．１≦ｑ≦０．２のＺｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成る障壁層（５ｂ）および
障壁層（５ｂ）上に積層されたＺｎＳｅから成る第２の
量子井戸層（５ｃ）から成り、第１のクラッド層（３）
および第２のクラッド層（７）と第１の量子井戸層（５
ａ）および第２の量子井戸層（５ｃ）との間のバンドギ
ャップの差は０．２５ｅＶ以上であり、第１の光導波層
（４）および第２の光導波層（６）と第１の量子井戸層
（５ａ）および第２の量子井戸層（５ｃ）との間のバン
ドギャップの差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とす
るものである。

【００２２】この発明の第１２の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第７の発明による半導体レーザーに
おいて、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．
１５≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、第１の光導波層（４）およ
び第２の光導波層（６）は０．１≦ｐ≦０．２、０．１
５≦ｑ≦０．２５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成
り、活性層（５）は０．０１≦ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳ
ｅ_1-uから成る第１の量子井戸層（５ａ）、第１の量子
井戸層（５ａ）上に積層された０．１≦ｐ≦０．２、
０．１５≦ｑ≦０．２５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
から成る障壁層（５ｂ）および障壁層（５ｂ）上に積層
された０．０１≦ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uから成
る第２の量子井戸層（５ｃ）から成り、第１のクラッド
層（３）および第２のクラッド層（７）と第１の量子井
戸層（５ａ）および第２の量子井戸層（５ｃ）との間の
バンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であり、第１の
光導波層（４）および第２の光導波層（６）と第１の量
子井戸層（５ａ）および第２の量子井戸層（５ｃ）との
間のバンドギャップの差は０．１ｅＶ以上であることを
特徴とするものである。

【００２３】この発明の第１３の発明による半導体レー
ザーは、化合物半導体基板（１）上に積層された第１導
電型の第１のクラッド層（３）と、第１のクラッド層
（３）上に積層された活性層（５）と、活性層（５）上
に積層された第２導電型の第２のクラッド層（７）とを
有し、第１のクラッド層（３）、活性層（５）および第
２のクラッド層（７）はＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴ
ｅ_bＳｅ_1-a-b（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０
≦ａ＜１、０≦ｂ＜１）系化合物半導体から成るととも
に、活性層（５）の厚さは１５〜６０ｎｍであることを
特徴とするものである。

【００２４】この発明の第１４の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１３の発明による半導体レーザー
において、第１のクラッド層（３）および第２のクラッ
ド層（７）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、
活性層（５）はＺｎＳＳｅ系化合物半導体、ＺｎＳｅ系
化合物半導体またはＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から成
ることを特徴とするものである。

【００２５】この発明の第１５の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１３の発明による半導体レーザー
において、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．
１≦ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、活性層（５）はＺｎＳｅか
ら成り、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド
層（７）と活性層（５）との間のバンドギャップの差は
０．２５ｅＶ以上であることを特徴とするものである。

【００２６】この発明の第１６の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１３の発明による半導体レーザー
において、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．
１５≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、活性層（５）は０＜ｕ≦
０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uから成り、第１のクラッド層
（３）および第２のクラッド層（７）と活性層（５）と
の間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であるこ
とを特徴とするものである。

【００２７】この発明の第１７の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１３の発明による半導体レーザー
において、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０＜
ｐ≦０．２、０＜ｑ≦０．３のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qから成り、活性層（５）は０＜ｚ≦０．３のＺｎ
_1-zＣｄ_zＳｅから成り、第１のクラッド層（３）およ
び第２のクラッド層（７）と活性層（５）との間のバン
ドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であることを特徴と
するものである。

【００２８】この発明の第１８の発明による半導体レー
ザーは、化合物半導体基板（１）上に積層された第１導
電型の第１のクラッド層（３）と、第１のクラッド層
（３）上に積層された活性層（５）と、活性層（５）上
に積層された第２導電型の第２のクラッド層（７）とを
有し、第１のクラッド層（３）、活性層（５）および第
２のクラッド層（７）はＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴ
ｅ_bＳｅ_1-a-b（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０
≦ａ＜１、０≦ｂ＜１）系化合物半導体から成るととも
に、活性層（５）は複数の量子井戸層を有し、かつ複数
の量子井戸層の合計の厚さは１０〜３５ｎｍであること
を特徴とするものである。

【００２９】この発明の第１９の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１８の発明による半導体レーザー
において、第１のクラッド層（３）および第２のクラッ
ド層（７）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、
活性層（５）は交互に積層されたＺｎＳＳｅ系化合物半
導体またはＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成る複数
の障壁層およびＺｎＳｅ系化合物半導体から成る複数の
量子井戸層から成ることを特徴とするものである。

【００３０】この発明の第２０の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１８の発明による半導体レーザー
において、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．
１≦ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、活性層（５）は交互に積層
された０．０５≦ｐ≦０．４、０．１≦ｑ≦０．４５の
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成る複数の障壁層およ
びＺｎＳｅから成る複数の量子井戸層から成り、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）と量子
井戸層との間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上
であり、障壁層と量子井戸層との間のバンドギャップの
差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とするものであ
る。

【００３１】この発明の第２１の発明による半導体レー
ザーは、この発明の第１８の発明による半導体レーザー
において、化合物半導体基板（１）はＧａＡｓ基板であ
り、第１のクラッド層（３）はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層（２）を介してＧａＡｓ基板上に積層され、第１の
クラッド層（３）および第２のクラッド層（７）は０．
１５≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、活性層（５）は交互に積層
された０．１≦ｐ≦０．５、０．１５≦ｑ≦０．５５の
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成る複数の障壁層およ
び０＜ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uから成る複数の量
子井戸層から成り、第１のクラッド層（３）および第２
のクラッド層（７）と量子井戸層との間のバンドギャッ
プの差は０．２５ｅＶ以上であり、障壁層と量子井戸層
との間のバンドギャップの差は０．１ｅＶ以上であるこ
とを特徴とするものである。

【００３２】

【作用】第１の発明による半導体レーザーによれば、第
１のクラッド層（３）および第２のクラッド層（７）を
Ｚｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b系化合物
半導体においてｘ＝０、ｂ＝０としたもの、すなわちＺ
ｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体で形成することにより、Ｚ
ｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の材料として
用いた、青色ないし緑色で発光が可能なＳＣＨ構造を有
する半導体レーザーを実現することができる。しかも、
活性層（５）は単一の量子井戸層（５ｂ）を有し、かつ
量子井戸層（５ｂ）の厚さは２〜２０ｎｍであることに
より、この半導体レーザーは低しきい値電流である。

【００３３】第２の発明〜第６の発明による半導体レー
ザーによれば、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッ
ド層の材料として用いた、緑色で発光が可能でしかも低
しきい値電流のＳＣＨ構造を有する半導体レーザーを実
現することができる。

【００３４】第７の発明による半導体レーザーによれ
ば、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層
（７）をＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b
系化合物半導体においてｘ＝０、ｂ＝０としたもの、す
なわちＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体により形成するこ
とにより、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層
の材料として用いた、青色ないし緑色で発光が可能なＳ
ＣＨ構造を有する半導体レーザーを実現することができ
る。しかも、活性層（５）は二つの量子井戸層（５ｂ、
５ｄ）を有し、かつ二つの量子井戸層（５ｂ、５ｄ）の
合計の厚さは２〜２０ｎｍであることにより、この半導
体レーザーは低しきい値電流である。

【００３５】第８の発明〜第１２の発明による半導体レ
ーザーによれば、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラ
ッド層の材料として用いた、緑色で発光が可能でしかも
低しきい値電流のＳＣＨ構造を有する半導体レーザーを
実現することができる。

【００３６】第１３の発明による半導体レーザーによれ
ば、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層
（７）をＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b
系化合物半導体においてｘ＝０、ｂ＝０としたもの、す
なわちＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体で形成することに
より、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の材
料として用いた、青色なしい緑色で発光が可能なＤＨ構
造を有する半導体レーザーを実現することができる。し
かも、活性層（５）の厚さは１５〜６０ｎｍであること
により、この半導体レーザーは低しきい値電流である。

【００３７】第１４の発明〜第１７の発明による半導体
レーザーによれば、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をク
ラッド層の材料として用いた、青色ないし緑色で発光が
可能でしかも低しきい値電流のＤＨ構造を有する半導体
レーザーを実現することができる。

【００３８】第１８の発明による半導体レーザーによれ
ば、第１のクラッド層（３）および第２のクラッド層
（７）をＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b
系化合物半導体においてｘ＝０、ｂ＝０としたもの、す
なわちＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体で形成することに
より、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の材
料として用いた、青色ないし緑色で発光が可能なＤＨ構
造を有する半導体レーザーを実現することができる。し
かも、活性層（５）は複数の量子井戸層を有し、かつ複
数の量子井戸層の合計の厚さは１０〜３５ｎｍであるこ
とにより、この半導体レーザーは低しきい値電流であ
る。

【００３９】第１９の発明〜第２１の発明による半導体
レーザーによれば、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をク
ラッド層の材料として用いた、青色ないし緑色で発光が
可能でしかも低しきい値電流のＤＨ構造を有する半導体
レーザーを実現することができる。

【００４０】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。

【００４１】図１はこの発明の第１実施例による半導体
レーザーを示す。この第１実施例による半導体レーザー
はＳＣＨ構造を有するものである。

【００４２】図１に示すように、この第１実施例による
半導体レーザーにおいては、例えばｎ型不純物としてＳ
ｉがドープされた（１００）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、例えばｎ型不純物としてＣｌがドープされたｎ
型ＺｎＳｅバッファ層２、例えばｎ型不純物としてＣｌ
がドープされたｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッ
ド層３、例えばｎ型不純物としてＣｌがドープされたｎ
型ＺｎＳｅ光導波層４、活性層５、例えばｐ型不純物と
してＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ光導波層６、例えば
ｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qクラッド層７および例えばｐ型不純物とし
てＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅキャップ層８が順次積
層されている。

【００４３】さらに、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８上に
は、ストライプ状の開口９ａを有する例えばポリイミ
ド、ＳｉＯ_x膜、ＳｉＮ_x膜などから成る絶縁層９が形
成されている。そして、この開口９ａを通じてｐ型Ｚｎ
Ｓｅキャップ層８に例えばＡｕ／Ｐｄ電極やＡｕ電極の
ようなｐ側電極１０がコンタクトしている。一方、ｎ型
ＧａＡｓ基板１の裏面には、例えばＩｎ電極のようなｎ
側電極１１がコンタクトしている。

【００４４】この第１実施例においては、活性層５は例
えば厚さが６ｎｍのｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層
から成る単一量子井戸構造を有する。この場合、ｎ型Ｚ
ｎＳｅ光導波層４およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層６が障壁
層を構成する。

【００４５】ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層
７のＭｇ組成比ｐは例えば０．０７、またＳ組成比ｑは
例えば０．１４であり、そのときのバンドギャップＥ_g
は約２．８７ｅＶである。これらのＭｇ組成比ｐ＝０．
０７およびＳ組成比ｑ＝０．１４を有するｎ型Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７はＧａＡｓと格子整合す
る。また、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４およびｐ型ＺｎＳｅ
光導波層６のバンドギャップＥ_gは約２．７２ｅＶであ
る。さらに、活性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳ
ｅ量子井戸層のＣｄ組成比ｚは例えば０．１４であり、
そのときのバンドギャップＥ_gは約２．５４ｅＶであ
る。この場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッ
ド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層７と活性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子
井戸層との間のバンドギャップＥ_gの差ΔＥ_gは０．３
３ｅＶであり、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４およびｐ型Ｚｎ
Ｓｅ光導波層６と活性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ
_zＳｅ量子井戸層との間のバンドギャップＥ_gの差ΔＥ
_gは０．１８ｅＶである。ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層３、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４、活性層
５、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層６およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qクラッド層７のエネルギーバンド図をｐ＝
０．０７、ｑ＝０．１４、ｚ＝０．１４のときのこれら
の層のバンドギャップＥ_gの値とともに図２に示す。な
お、図２において、Ｅ_cは伝導帯の下端のエネルギーで
ある（以下同様）。

【００４６】ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層
７の厚さは好適にはそれぞれ０．５μｍ以上に選ばれ、
具体的にはｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層
３の厚さは例えば１μｍ、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層７の厚さは例えば０．６μｍに選ばれ
る。また、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４およびｐ型ＺｎＳｅ
光導波層６の厚さは好適にはそれぞれ２０〜１００ｎｍ
の範囲に選ばれ、具体的には例えばそれぞれ５０ｎｍに
選ばれる。さらに、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８の厚さは
好適には０．５μｍ以上に選ばれる。

【００４７】また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２の厚さ
は、ＺｎＳｅとＧａＡｓとの間にはわずかではあるが格
子不整合が存在することから、この格子不整合に起因し
てこのｎ型ＺｎＳｅバッファ層２及びその上の各層のエ
ピタキシャル成長時に転位が発生するのを防止するため
に、ＺｎＳｅの臨界膜厚（〜１００ｎｍ）よりも十分に
小さく選ばれ、具体的には例えば２ｎｍに選ばれる。

【００４８】次に、上述のように構成されたこの第１実
施例による半導体レーザーの製造方法について説明す
る。

【００４９】この第１実施例による半導体レーザーを製
造するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、例えば分
子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により、ｎ型ＺｎＳｅバ
ッファ層２、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層３、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４、ｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳ
ｅ量子井戸層から成る活性層５、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層
６、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７およ
びｐ型ＺｎＳｅキャップ層８を順次エピタキシャル成長
させる。

【００５０】上述のＭＢＥ法によるエピタキシャル成長
においては、例えば、Ｚｎ原料としては純度９９．９９
９９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純度９９．９％
のＭｇを用い、Ｓ原料としては９９．９９９９％のＺｎ
Ｓを用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳ
ｅを用いる。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚ
ｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｎ型Ｚｎ
Ｓｅ光導波層４のｎ型不純物としてのＣｌのドーピング
は例えば純度９９．９９９９％のＺｎＣｌ₂をドーパン
トとして用いて行い、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層６、ｐ型Ｚ
ｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７およびｐ型Ｚｎ
Ｓｅキャップ層８のｐ型不純物としてのＮのドーピング
は例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により発生
されたＮ₂プラズマを照射することにより行う。

【００５１】次に、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８の全面に
絶縁層９を形成した後、この絶縁層９の所定部分を除去
して開口９ａを形成する。次に、全面にＡｕ／Ｐｄ膜や
Ａｕ膜を真空蒸着してＡｕ／Ｐｄ電極やＡｕ電極のよう
なｐ側電極１０を形成し、その後必要に応じて熱処理を
行って、このｐ側電極１０をｐ型ＺｎＳｅキャップ層８
にオーミックコンタクトさせる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基
板１の裏面にはＩｎ電極のようなｎ側電極１１を形成す
る。

【００５２】この後、以上のようにしてレーザー構造が
形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１を例えばバー状に劈開し
て共振器端面を形成し、このバーを劈開してチップ化
し、パッケージングを行う。

【００５３】この第１実施例による半導体レーザーの光
出力−電流特性の測定結果を図３に示す。この測定に用
いた半導体レーザーの単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の活
性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層の
厚さは６ｎｍである。図３には、比較のために、活性層
が厚さ６ｎｍのｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層と厚
さ４ｎｍのｉ型ＺｎＳｅ障壁層とを交互に積層した三重
量子井戸（ＴＱＷ）構造となっていることを除いてこの
第１実施例による半導体レーザーと同様な構造を有する
半導体レーザーの光出力−電流特性の測定結果も示して
ある。後者の場合には、活性層における三つの量子井戸
層の合計の厚さは６ｎｍ×３＝１８ｎｍである。

【００５４】図３より明らかなように、単一量子井戸構
造の活性層５を構成する量子井戸層の厚さが６ｎｍであ
るときのこの第１実施例による半導体レーザーのしきい
値電流は、三重量子井戸構造の活性層における三つの量
子井戸層の合計の厚さが１８ｎｍである半導体レーザー
のしきい値電流と比較して、ほぼ１／２に低減されてい
る。

【００５５】また、この第１実施例による半導体レーザ
ーの発振波長を測定したところ、室温において約４９８
ｎｍであった。

【００５６】以上のように、この第１実施例によれば、
ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３、ｎ型Ｚ
ｎＳｅ光導波層４、単一量子井戸構造の活性層５、ｐ型
ＺｎＳｅ光導波層６およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層７によりレーザー構造を形成し、しかも
活性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層
の厚さを例えば６ｎｍと小さく選んでいることにより、
ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の材料とし
て用いた、室温において波長約４９８ｎｍで発振可能な
緑色発光でしかも低しきい値電流密度のＳＣＨ構造を有
する半導体レーザーを実現することができる。また、こ
の半導体レーザーは、低しきい値電流密度であることに
より発熱を抑えることができ、寿命特性の向上を図るこ
とができる。さらに、この半導体レーザーは低しきい値
電流であることにより低消費電力である。

【００５７】次に、この発明の第２実施例による半導体
レーザーについて説明する。

【００５８】この第２実施例による半導体レーザーは、
活性層５が図４に示すように二重量子井戸構造を有する
ことを除いて、第１実施例による半導体レーザーと同様
な構造を有する。図４に示すように、この第２実施例に
よる半導体レーザーにおいては、活性層５は、ｉ型Ｚｎ
_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ａ、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５
ｂおよびｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ｃが順次
積層された二重量子井戸構造を有する。ここで、ｉ型Ｚ
ｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ａおよびｉ型Ｚｎ_1-zＣ
ｄ_zＳｅ量子井戸層５ｃの厚さはそれぞれ例えば６ｎｍ
であり、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｂの厚さは例えば４ｎｍ
である。この場合、活性層５における二つのｉ型Ｚｎ
_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ａおよびｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ
_zＳｅ量子井戸層５ｃの合計の厚さは６ｎｍ×２＝１２
ｎｍである。この活性層５のエネルギーバンド図を図５
に示す。

【００５９】この第２実施例による半導体レーザーの製
造方法は、第１実施例による半導体レーザーの製造方法
と同様であるので説明を省略する。

【００６０】この第２実施例によっても、第１実施例に
よる半導体レーザーと同様に、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物
半導体をクラッド層の材料として用いた、室温において
緑色発光が可能でしかも低しきい値電流密度のＳＣＨ構
造を有する半導体レーザーを実現することができる。

【００６１】次に、この発明の第３実施例による半導体
レーザーについて説明する。

【００６２】図６はこの第３実施例による半導体レーザ
ーを示す。この第３実施例による半導体レーザーはＤＨ
構造を有するものである。

【００６３】図６に示すように、この第３実施例による
半導体レーザーにおいては、例えばｎ型不純物としてＳ
ｉがドープされた（１００）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、例えばｎ型不純物としてＣｌがドープされたｎ
型ＺｎＳｅバッファ層２、例えばｎ型不純物としてＣｌ
がドープされたｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッ
ド層３、活性層５、例えばｐ型不純物としてＮがドープ
されたｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７お
よび例えばｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型Ｚｎ
Ｓｅキャップ層８が順次積層されている。

【００６４】ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８上に絶縁層９が
形成され、この絶縁層９に形成されたストライプ状の開
口９ａを通じてｐ型ＺｎＳｅキャップ層８にｐ側電極１
０がコンタクトしていることやｎ型ＧａＡｓ基板１の裏
面にｎ側電極１１がコンタクトしていることは、第１実
施例による半導体レーザーと同様である。

【００６５】この場合、活性層５は、単層のＺｎＳｅ
層、ＺｎＳ_uＳｅ_1-u層またはＺｎ_1-zＣｄ_zＳｅ層に
より形成される。また、この活性層５の厚さは１５〜６
０ｎｍの範囲に選ばれ、好ましくは２０〜４０ｎｍの範
囲に選ばれる。

【００６６】活性層５をＺｎＳｅ層により形成する場
合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およ
びｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７のＭｇ
組成比ｐは例えば０．２３、またＳ組成比ｑは例えば
０．２８である。このときの活性層５のバンドギャップ
Ｅ_gは約２．７２ｅＶ、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層７のバンドギャップＥ_gは約３．０５ｅ
Ｖである。この場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
クラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qク
ラッド層７と活性層５との間のバンドギャップＥ_gの差
ΔＥ_gは０．３３ｅＶである。

【００６７】また、活性層５をｕ＝０．０６のＺｎＳ_u
Ｓｅ_1-u層により形成する場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ
_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_q
Ｓｅ_1-qクラッド層７のＭｇ組成比ｐは例えば０．２
６、またＳ組成比ｑは例えば０．３１である。このとき
の活性層５のバンドギャップＥ_gは約２．７６ｅＶ、ｎ
型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７のバンドギャ
ップＥ_gは約３．１０ｅＶである。この場合、ｎ型Ｚｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７と活性層５との間
のバンドギャップＥ_gの差ΔＥ_gは０．３４ｅＶであ
る。

【００６８】さらに、活性層５をｚ＝０．１４のＺｎ
_1-zＣｄ_zＳｅ層により形成する場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭ
ｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ
_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７のＭｇ組成比ｐは例えば
０．０７、またＳ組成比ｑは例えば０．１４である。こ
のときの活性層５のバンドギャップＥ_gは約２．５４ｅ
Ｖ、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およ
びｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７のバン
ドギャップＥ_gは約２．８７ｅＶである。この場合、ｎ
型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７と活性層５と
の間のバンドギャップＥ_gの差ΔＥ_gは０．３３ｅＶで
ある。

【００６９】ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３、活性層５、ｐ型Ｚｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７およびｐ型ＺｎＳ
ｅキャップ層８の厚さは第１実施例による半導体レーザ
ーと同様の値に選ぶことができる。

【００７０】この第３実施例による半導体レーザーの製
造方法は、第１実施例による半導体レーザーの製造方法
と同様であるので説明を省略する。

【００７１】この第３実施例によれば、単層のＺｎＳｅ
層、ＺｎＳ_uＳｅ_1-u層またはＺｎ_1-zＣｄ_zＳｅ層に
より形成される活性層５の厚さが１５〜６０ｎｍと十分
に小さく選ばれていることにより、第１実施例による半
導体レーザーと同様に、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体
をクラッド層の材料として用いた、室温において青色な
いし緑色で発光が可能な低しきい値電流密度のＤＨ構造
を有する半導体レーザーを実現することができる。

【００７２】次に、この発明の第４実施例による半導体
レーザーについて説明する。

【００７３】この第４実施例による半導体レーザーにお
いては、活性層５がＺｎ_1-sＭｇ_sＳ_tＳｅ_1-tから成
る複数の障壁層とＺｎＳｅまたはＺｎＳ_uＳｅ_1-uから
成る複数の量子井戸層とを交互に積層した多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造を有することを除いて、第３実施例によ
る半導体レーザーと同様な構造を有する。この場合、こ
の活性層５における複数の量子井戸層の合計の厚さは１
０〜３５ｎｍの範囲に選ばれる。

【００７４】活性層５における障壁層をＺｎ_1-sＭｇ_s
Ｓ_tＳｅ_1-tにより形成し、量子井戸層をＺｎＳｅによ
り形成する場合、障壁層を形成するＺｎ_1-sＭｇ_sＳ_t
Ｓｅ_1-tのＭｇ組成比ｓおよびＳ組成比ｔは例えばそれ
ぞれ０．１および０．１６に選ばれるか、例えばそれぞ
れ０．２３および０．２８に選ばれる。また、この場合
のｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３および
ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７のＭｇ組
成比ｐおよびＳ組成比ｑは例えばそれぞれ０．２３およ
び０．２８に選ばれる。このときの活性層５におけるＺ
ｎＳｅ量子井戸層のバンドギャップＥ_gは約２．７２ｅ
Ｖ、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およ
びｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７のバン
ドギャップＥ_gは約３．０５ｅＶである。この場合、ｎ
型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７と活性層５に
おけるＺｎＳｅ量子井戸層との間のバンドギャップＥ_g
の差ΔＥ_gは０．３３ｅＶである。

【００７５】また、活性層５における障壁層をＺｎ_1-s
Ｍｇ_sＳ_tＳｅ_1-tにより形成し、量子井戸層をＺｎＳ
_uＳｅ_1-uにより形成する場合、障壁層を形成するＺｎ
_1-sＭｇ_sＳ_tＳｅ_1-tのＭｇ組成比ｓおよびＳ組成比
ｔは例えばそれぞれ０．１３および０．１９に選ばれる
か、例えばそれぞれ０．２６および０．３１に選ばれ
る。また、この場合のｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
クラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qク
ラッド層７のＭｇ組成比ｐおよびＳ組成比ｑは例えばそ
れぞれ０．２６および０．３１に選ばれる。このときの
活性層５におけるＺｎＳ_tＳｅ_1-t量子井戸層のバンド
ギャップＥ_gは約２．７６ｅＶ、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ
_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_q
Ｓｅ_1-qクラッド層７のバンドギャップＥ_gは約３．１
０ｅＶである。この場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層７と活性層５におけるＺｎＳ_tＳｅ_1-t
量子井戸層との間のバンドギャップＥ_gの差ΔＥ_gは
０．３４ｅＶである。

【００７６】この第４実施例による半導体レーザーの製
造方法は、第１実施例による半導体レーザーの製造方法
と同様であるので説明を省略する。

【００７７】この第４実施例によっても、第１実施例に
よる半導体レーザーと同様に、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物
半導体をクラッド層の材料として用いた、室温において
青色ないし緑色で発光が可能な低しきい値電流密度のＤ
Ｈ構造を有する半導体レーザーを実現することができ
る。

【００７８】次に、この発明の第５実施例による半導体
レーザーについて説明する。

【００７９】図７に示すように、この第５実施例による
半導体レーザーにおいては、例えばｎ型不純物としてＳ
ｉがドープされた（１００）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、例えばｎ型不純物としてＣｌがドープされたｎ
型ＺｎＳｅバッファ層２、例えばｎ型不純物としてＣｌ
がドープされたｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッ
ド層３、例えばｎ型不純物としてＣｌがドープされたｎ
型ＺｎＳｅ光導波層４、活性層５、例えばｐ型不純物と
してＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅ光導波層６、例えば
ｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qクラッド層７、例えばｐ型不純物としてＮ
がドープされたｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２および例え
ばｐ型不純物としてＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅキャ
ップ層８が順次積層されている。ここで、ｐ型ＺｎＳ_v
Ｓｅ_1-v層１２は、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qク
ラッド層７と格子整合をとるための層として用いられる
とともに、補助的なｐ型クラッド層として用いられる。
ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７との格子
整合をとるために、このｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２の
Ｓ組成比ｖは好適には０．０６に選ばれる。

【００８０】この場合、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８およ
びｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２の上層部はストライプ形
状にパターニングされている。このストライプ部の幅は
例えば５μｍである。

【００８１】さらに、上述のストライプ部以外の部分の
ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２上には、例えば厚さが３０
０ｎｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）膜から成る絶縁層９が
形成されている。そして、ストライプ形状のｐ型ＺｎＳ
ｅキャップ層８および絶縁層９上にｐ側電極１０が形成
されている。このｐ側電極１０がｐ型ＺｎＳｅキャップ
層８とコンタクトした部分が電流の通路となる。ここ
で、このｐ側電極１０としては、例えば、厚さが１０ｎ
ｍのＰｄ膜と厚さが１００ｎｍのＰｔ膜と厚さが３００
ｎｍのＡｕ膜とを順次積層したＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄ電極が
用いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、例
えばＩｎ電極のようなｎ側電極１１がコンタクトしてい
る。

【００８２】この第５実施例による半導体レーザーにお
いては、いわゆる端面コーティングが施されている。す
なわち、図８はこの第５実施例による半導体レーザーの
共振器長方向に平行な断面を示す。図８に示すように、
共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のうちレーザー
光が取り出されるフロント側の端面には厚さ７４ｎｍの
Ａｌ₂Ｏ₃膜１３と厚さ３１ｎｍのＳｉ膜１４とから成
る多層膜がコーティングされ、共振器長方向に垂直な一
対の共振器端面のうちレーザー光が取り出されないリア
側の端面には厚さ７４ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜１３と厚さ３
１ｎｍのＳｉ膜１４とを２周期積層した多層膜がコーテ
ィングされている。ここで、Ａｌ₂Ｏ₃膜１３とＳｉ膜
１４とから成る多層膜の厚さは、それに屈折率をかけた
光学的距離が、レーザー光の発振波長の１／４に等しく
なるように選ばれている。この場合、フロント側の端面
の反射率は７０％であり、リア側の端面の反射率は９５
％である。

【００８３】この第５実施例においては、活性層５は例
えば厚さが９ｎｍのｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層
から成る単一量子井戸構造を有する。この場合、ｎ型Ｚ
ｎＳｅ光導波層４およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層６が障壁
層を構成することは第１実施例と同様である。

【００８４】ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド
層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層
７のＭｇ組成比ｐは例えば０．０９、またＳ組成比ｑは
例えば０．１８であり、そのときのバンドギャップＥ_g
は７７Ｋで約２．９４ｅＶである。これらのＭｇ組成比
ｐ＝０．０９およびＳ組成比ｑ＝０．１８を有するｎ型
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚ
ｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７はＧａＡｓと格
子整合する。また、活性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣ
ｄ_zＳｅ量子井戸層のＣｄ組成比ｚは例えば０．１９で
あり、そのときのバンドギャップＥ_gは７７Ｋで約２．
５４ｅＶである。この場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳ
ｅ_1-qクラッド層３およびｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層７と活性層５を構成するｉ型Ｚｎ_1-zＣ
ｄ_zＳｅ量子井戸層との間のバンドギャップＥ_gの差Δ
Ｅ_gは０．４０ｅＶである。

【００８５】この場合、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層３の厚さは例えば１．５μｍであり、不
純物濃度はＮ_D−Ｎ_A（ただし、Ｎ_Dはドナー濃度、Ｎ
_Aはアクセプタ濃度）で例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3であ
る。ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４の厚さは例えば８０ｎｍで
あり、不純物濃度はＮ_D−Ｎ_Aで例えば５×１０¹⁷ｃｍ
^-3である。また、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層６の厚さは例え
ば８０ｎｍであり、不純物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば５
×１０¹⁷ｃｍ^-3である。ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ
_1-qクラッド層７の厚さは例えば０．８μｍであり、不
純物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば２×１０¹⁷ｃｍ^-3であ
る。ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２の厚さは例えば０．８
μｍであり、不純物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば８×１０
¹⁷ｃｍ^-3である。ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８の厚さは例
えば４５ｎｍであり、不純物濃度はＮ_A−Ｎ_Dで例えば
８×１０¹⁷ｃｍ^-3である。なお、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層２の厚さは、例えば３３ｎｍである。

【００８６】この第５実施例による半導体レーザーの共
振器長Ｌは例えば６４０μｍに選ばれ、この共振器長方
向に垂直な方向の幅は例えば４００μｍに選ばれる。

【００８７】次に、上述のように構成されたこの第５実
施例による半導体レーザーの製造方法について説明す
る。

【００８８】この第５実施例による半導体レーザーを製
造するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、例えばＭ
ＢＥ法により例えば成長温度２８０℃で、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層２、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッ
ド層３、ｎ型ＺｎＳｅ光導波層４、ｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_z
Ｓｅ量子井戸層から成る活性層５、ｐ型ＺｎＳｅ光導波
層６、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層７、
ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２およびｐ型ＺｎＳｅキャッ
プ層８を順次エピタキシャル成長させる。

【００８９】上述のＭＢＥ法によるエピタキシャル成長
においては、第１実施例と同様に、Ｚｎ原料としては純
度９９．９９９９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純
度９９．９％のＭｇを用い、Ｓ原料としては９９．９９
９９％のＺｎＳを用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９
９９９％のＳｅを用いる。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層２、ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層３お
よびｎ型ＺｎＳｅ光導波層４のｎ型不純物としてのＣｌ
のドーピングは例えば純度９９．９９９９％のＺｎＣｌ
₂をドーパントとして用いて行う。第１実施例と同様
に、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層６、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_q
Ｓｅ_1-qクラッド層７およびｐ型ＺｎＳｅキャップ層８
のｐ型不純物としてのＮのドーピングは、ＥＣＲにより
発生されたＮ₂プラズマを照射することにより行う。

【００９０】次に、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８上に所定
幅のストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を
形成した後、このレジストパターンをマスクとしてｐ型
ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１２の厚さ方向の途中までウエット
エッチング法によりエッチングする。これによって、ｐ
型ＺｎＳｅキャップ層８およびｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層
１２の上層部がストライプ状にパターニングされる。

【００９１】次に、上述のエッチングに用いたレジスト
パターンを残したまま全面にＡｌ₂Ｏ₃膜を真空蒸着し
た後、このレジストパターンを、その上に形成されたＡ
ｌ₂Ｏ₃膜とともに除去する（リフトオフ）。これによ
って、ストライプ部以外の部分のｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v
層１２上にのみＡｌ₂Ｏ₃膜から成る絶縁層９が形成さ
れる。

【００９２】次に、ストライプ形状のｐ型ＺｎＳｅキャ
ップ層８および絶縁層９の全面にＰｄ膜、Ｐｔ膜および
Ａｕ膜を順次真空蒸着してＡｕ／Ｐｔ／Ｐｄ電極から成
るｐ側電極１０を形成し、その後必要に応じて熱処理を
行って、このｐ側電極１０をｐ型ＺｎＳｅキャップ層８
にオーミックコンタクトさせる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基
板１の裏面にはＩｎ電極のようなｎ側電極１１を形成す
る。

【００９３】この後、以上のようにしてレーザー構造が
形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１を例えば幅６４０μｍの
バー状に劈開して両共振器端面を形成した後、真空蒸着
法により、フロント側の端面にＡｌ₂Ｏ₃膜１３とＳｉ
膜１４とから成る多層膜を形成するとともに、リア側の
端面にＡｌ₂Ｏ₃膜１３とＳｉ膜１４とを２周期繰り返
した多層膜を形成する。このように端面コーティングを
施した後、このバーを例えば幅４００μｍに劈開してチ
ップ化し、パッケージングを行う。

【００９４】この第５実施例による半導体レーザーの室
温（２９６Ｋ）における光出力−電流特性を注入電流を
連続的に流した場合とパルス的に流した場合とについて
測定した結果を図９に示す。測定は、レーザーチップを
例えば銅製のヒートシンク上に、ｐ側電極１０が下側に
なるように、すなわちｐサイド・ダウンでマウントして
行った。図９からわかるように、注入電流を連続的に流
した場合のしきい値電流Ｉ_thは約４５ｍＡであり、これ
は約１．５ｋＡ／ｃｍ²のしきい値電流密度Ｊ_thに対応
する。一方、注入電流をパルス的に流した場合のしきい
値電流Ｉ_thは約４２ｍＡである。ここで、注入電流を連
続的に流した場合の光出力−電流特性の測定は、注入電
流を５００ｍＡ／秒の速さで０から１００ｍＡに増加さ
せて行った。一方、注入電流をパルス的に流した場合の
光出力−電流特性の測定は、注入電流のパルス幅２μ
ｓ、繰り返し速度１ｍｓで行った。図９からわかるよう
に、注入電流をパルス的に流した場合および連続的に流
した場合のスロープ効率Ｓ_dはそれぞれ０．３４Ｗ／Ａ
および０．３１Ｗ／Ａである。レーザー発振のしきい値
におけるｐ側電極１０およびｎ側電極１１間の印加電圧
は約１７Ｖである。

【００９５】図１０はこの第５実施例による半導体レー
ザーを室温（２９６Ｋ）で発振させたときの発光スペク
トルの測定結果を示す。図１０からわかるように、パル
ス動作させた場合および連続動作させた場合においてそ
れぞれ５２１．６ｎｍおよび５２３．５ｎｍの波長で誘
導放出が観測される。

【００９６】以上のことからわかるように、この第５実
施例によれば、室温において波長５２３．５ｎｍで連続
発振可能な緑色発光でしかも低しきい値電流密度のＳＣ
Ｈ構造を有する半導体レーザーを実現することができ
る。

【００９７】以上、この発明の実施例について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。

【００９８】例えば、上述の第１実施例、第２実施例お
よび第５実施例において用いられているｎ型ＺｎＳｅ光
導波層４およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層６の代わりにｉ型
ＺｎＳｅ光導波層を用いてもよい。

【００９９】また、上述の第１実施例においては、活性
層５はｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層だけにより構
成されているが、この活性層５は、場合によっては、図
１１に示すように、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｂ、ｉ型Ｚｎ
_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ａおよびｉ型ＺｎＳｅ障壁
層５ｄを順次積層した単一量子井戸構造としてもよい。
ここで、ｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ａの厚さ
は例えば６ｎｍであり、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｂおよび
ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｄの厚さは例えばそれぞれ４ｎｍ
である。

【０１００】同様に、上述の第２実施例における活性層
５は、場合によっては、図１２に示すように、ｉ型Ｚｎ
Ｓｅ障壁層５ｂ、ｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５
ａ、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｄ、ｉ型Ｚｎ_1-zＣｄ_zＳｅ
量子井戸層５ｃおよびｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｅを順次積
層した二重量子井戸構造としてもよい。ここで、ｉ型Ｚ
ｎ_1-zＣｄ_zＳｅ量子井戸層５ａおよびｉ型Ｚｎ_1-zＣ
ｄ_zＳｅ量子井戸層５ｃの厚さはそれぞれ例えば６ｎｍ
であり、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｂ、ｉ型ＺｎＳｅ障壁層
５ｄおよびｉ型ＺｎＳｅ障壁層５ｅの厚さは例えばそれ
ぞれ４ｎｍである。

【０１０１】また、上述の第１実施例〜第５実施例にお
いて、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８上にこのｐ型ＺｎＳｅ
キャップ層８よりも高不純物濃度のものが容易に得られ
るｐ型ＺｎＴｅキャップ層を形成し、このｐ型ＺｎＴｅ
キャップ層にｐ側電極１０をコンタクトさせるようにし
てもよい。さらに、このｐ型ＺｎＴｅキャップ層とｐ型
ＺｎＳｅキャップ層８との接合部においてｐ型ＺｎＳｅ
キャップ層８側に形成される空乏層内に、ｐ型ＺｎＴｅ
から成る量子井戸層とｐ型ＺｎＳｅから成る障壁層とを
交互に積層した構造の多重量子井戸（ＭＱＷ）層を設
け、このＭＱＷ層のそれぞれの量子井戸層の厚さをその
量子準位がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯
の頂上のエネルギーとほぼ等しくなるように選び、これ
らの量子準位を介して正孔を共鳴トンネリングにより伝
導させるようにしてもよい。このようにすれば、ｐ側電
極１０のコンタクト特性の向上を図ることが可能であ
る。

【０１０２】また、上述の第１実施例〜第５実施例にお
いては、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層６、ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qクラッド層７、ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１
２およびｐ型ＺｎＳｅキャップ層８のｐ型不純物として
のＮのドーピングはＥＣＲにより発生されたＮ₂プラズ
マを照射することにより行っているが、このＮのドーピ
ングは、例えば、高周波プラズマにより励起されたＮ₂
を照射することにより行うようにしてもよい。

【０１０３】さらに、上述の第１実施例〜第５実施例に
おいては、化合物半導体基板としてＧａＡｓ基板を用い
ているが、この化合物半導体基板としては、例えばＧａ
Ｐ基板などを用いてもよい。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体をクラッド層の材料
として用いた、青色ないし緑色で発光が可能な低しきい
値電流の半導体レーザーを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による半導体レーザーを
示す断面図である。

【図２】この発明の第１実施例による半導体レーザーの
エネルギーバンド図である。

【図３】この発明の第１実施例による半導体レーザーの
光出力−電流特性の測定結果の一例を示すグラフであ
る。

【図４】この発明の第２実施例による半導体レーザーに
おける活性層の詳細構造を示す断面図である。

【図５】この発明の第２実施例による半導体レーザーの
活性層のエネルギーバンド図である。

【図６】この発明の第３実施例による半導体レーザーを
示す断面図である。

【図７】この発明の第５実施例による半導体レーザーを
示す断面図である。

【図８】この発明の第５実施例による半導体レーザーを
示す断面図である。

【図９】この発明の第５実施例による半導体レーザーの
室温における光出力─電流特性の測定結果の一例を示す
グラフである。

【図１０】この発明の第５実施例による半導体レーザー
の室温における発光スペクトルの測定結果の一例を示す
グラフである。

【図１１】この発明の第１実施例の変形例を説明するた
めの断面図である。

【図１２】この発明の第２実施例の変形例を説明するた
めの断面図である。

【図１３】ＤＨ構造を有する半導体レーザーおよびＳＣ
Ｈ構造を有する半導体レーザーのしきい値電流密度の活
性層の厚さ依存性を計算により求めた結果を示すグラフ
である。

【図１４】ＤＨ構造を有する半導体レーザーにおける厚
さ７０ｎｍのＺｎＳＳｅ活性層からのフォトルミネッセ
ンス強度の減衰曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１ｎ型ＧａＡｓ基板２ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３ｎ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層４ｎ型ＺｎＳｅ光導波層５活性層６ｐ型ＺｎＳｅ光導波層７ｐ型Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qクラッド層８ｐ型ＺｎＳｅキャップ層９絶縁層９ａ開口１０ｐ側電極１１ｎ側電極１２ｐ型ＺｎＳ_vＳｅ_1-v層１３Ａｌ₂Ｏ₃膜１４Ｓｉ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山典一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板上に積層された第１導
電型の第１のクラッド層と、上記第１のクラッド層上に積層された第１の光導波層
と、上記第１の光導波層上に積層された活性層と、上記活性層上に積層された第２の光導波層と、上記第２の光導波層上に積層された第２導電型の第２の
クラッド層とを有し、上記第１のクラッド層、上記第１の光導波層、上記活性
層、上記第２の光導波層および上記第２のクラッド層は
Ｚｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b（ただ
し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜
１）系化合物半導体から成るとともに、上記活性層は単一の量子井戸層を有し、かつ上記量子井
戸層の厚さは２〜２０ｎｍであることを特徴とする半導
体レーザー。
【請求項２】上記第１のクラッド層および上記第２の
クラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、
上記第１の光導波層および上記第２の光導波層はＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体またはＺｎＳｅ系化合物半導体から
成り、上記活性層はＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から成
る上記量子井戸層から成ることを特徴とする請求項１記
載の半導体レーザー。
【請求項３】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板で
あり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第１
のクラッド層および上記第２のクラッド層は０＜ｐ≦
０．２、０＜ｑ≦０．３のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
から成り、上記第１の光導波層および上記第２の光導波
層は０＜ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uまたはＺｎＳｅ
から成り、上記活性層は０＜ｚ≦０．３のＺｎ_1-zＣｄ
_zＳｅから成る上記量子井戸層から成り、上記第１のク
ラッド層および上記第２のクラッド層と上記量子井戸層
との間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であ
り、上記第１の光導波層および上記第２の光導波層と上
記量子井戸層との間のバンドギャップの差は０．１ｅＶ
以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
ザー。
【請求項４】上記第１のクラッド層および上記第２の
クラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、
上記第１の光導波層および上記第２の光導波層はＺｎＭ
ｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、上記活性層はＺｎＳ
ｅ系化合物半導体またはＺｎＳＳｅ系化合物半導体から
成る上記量子井戸層から成ることを特徴とする請求項１
記載の半導体レーザー。
【請求項５】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板で
あり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第１
のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１≦ｐ
≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ
_qＳｅ_1-qから成り、上記第１の光導波層および上記第
２の光導波層は０．０５≦ｐ≦０．１５、０．１≦ｑ≦
０．２のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、上記活
性層はＺｎＳｅから成る上記量子井戸層から成り、上記
第１のクラッド層および上記第２のクラッド層と上記量
子井戸層との間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以
上であり、上記第１の光導波層および上記第２の光導波
層と上記量子井戸層との間のバンドギャップの差は０．
１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導
体レーザー。
【請求項６】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板で
あり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第１
のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１５≦
ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ
_qＳｅ_1-qから成り、上記第１の光導波層および上記第
２の光導波層は０．１≦ｐ≦０．２、０．１５≦ｑ≦
０．２５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、上記
活性層は０．０１≦ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uから
成る上記量子井戸層から成り、上記第１のクラッド層お
よび上記第２のクラッド層と上記量子井戸層との間のバ
ンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であり、上記第１
の光導波層および上記第２の光導波層と上記量子井戸層
との間のバンドギャップの差は０．１ｅＶ以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー。
【請求項７】化合物半導体基板上に積層された第１導
電型の第１のクラッド層と、上記第１のクラッド層上に積層された第１の光導波層
と、上記第１の光導波層上に積層された活性層と、上記活性層上に積層された第２の光導波層と、上記第２の光導波層上に積層された第２導電型の第２の
クラッド層とを有し、上記第１のクラッド層、上記第１の光導波層、上記活性
層、上記第２の光導波層および上記第２のクラッド層は
Ｚｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ_1-a-b（ただ
し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ａ＜１、０≦ｂ＜
１）系化合物半導体から成るとともに、上記活性層は二つの量子井戸層を有し、かつ上記二つの
量子井戸層の合計の厚さは２〜２０ｎｍであることを特
徴とする半導体レーザー。
【請求項８】上記第１のクラッド層および上記第２の
クラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、
上記第１の光導波層および上記第２の光導波層はＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体またはＺｎＳｅ系化合物半導体から
成り、上記活性層はＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から成
る第１の量子井戸層、上記第１の量子井戸層上に積層さ
れたＺｎＳｅ系化合物半導体から成る障壁層および上記
障壁層上に積層されたＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から
成る第２の量子井戸層から成ることを特徴とする請求項
７記載の半導体レーザー。
【請求項９】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板で
あり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッフ
ァ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第１
のクラッド層および上記第２のクラッド層は０＜ｐ≦
０．２、０＜ｑ≦０．３のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
から成り、上記第１の光導波層および上記第２の光導波
層は０＜ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uまたはＺｎＳｅ
から成り、上記活性層は０＜ｚ≦０．３のＺｎ_1-zＣｄ
_zＳｅから成る第１の量子井戸層、上記第１の量子井戸
層上に積層されたＺｎＳｅから成る障壁層および上記障
壁層上に積層された０＜ｚ≦０．３のＺｎ_1-zＣｄ_zＳ
ｅから成る第２の量子井戸層から成り、上記第１のクラ
ッド層および上記第２のクラッド層と上記第１の量子井
戸層および上記第２の量子井戸層との間のバンドギャッ
プの差は０．２５ｅＶ以上であり、上記第１の光導波層
および上記第２の光導波層と上記第１の量子井戸層およ
び上記第２の量子井戸層との間のバンドギャップの差は
０．１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項７記載の
半導体レーザー。
【請求項１０】上記第１のクラッド層および上記第２
のクラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成
り、上記第１の光導波層および上記第２の光導波層はＺ
ｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、上記活性層はＺ
ｎＳｅ系化合物半導体またはＺｎＳＳｅ系化合物半導体
から成る第１の量子井戸層、上記第１の量子井戸層上に
積層されたＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成る障壁
層および上記障壁層上に積層されたＺｎＳｅ系化合物半
導体またはＺｎＳＳｅ系化合物半導体から成る第２の量
子井戸層から成ることを特徴とする請求項７記載の半導
体レーザー。
【請求項１１】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１≦
ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、上記第１の光導波層および上記
第２の光導波層は０．０５≦ｐ≦０．１５、０．１≦ｑ
≦０．２のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、上記
活性層はＺｎＳｅから成る第１の量子井戸層、上記第１
の量子井戸層上に積層された０．０５≦ｐ≦０．１５、
０．１≦ｑ≦０．２のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから
成る障壁層および上記障壁層上に積層されたＺｎＳｅか
ら成る第２の量子井戸層から成り、上記第１のクラッド
層および上記第２のクラッド層と上記第１の量子井戸層
および上記第２の量子井戸層との間のバンドギャップの
差は０．２５ｅＶ以上であり、上記第１の光導波層およ
び上記第２の光導波層と上記第１の量子井戸層および上
記第２の量子井戸層との間のバンドギャップの差は０．
１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項７記載の半導
体レーザー。
【請求項１２】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１５
≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、上記第１の光導波層および上記
第２の光導波層は０．１≦ｐ≦０．２、０．１５≦ｑ≦
０．２５のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成り、上記
活性層は０．０１≦ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uから
成る第１の量子井戸層、上記第１の量子井戸層上に積層
された０．１≦ｐ≦０．２、０．１５≦ｑ≦０．２５の
Ｚｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成る障壁層および上記
障壁層上に積層された０．０１≦ｕ≦０．１のＺｎＳ_u
Ｓｅ_1-uから成る第２の量子井戸層から成り、上記第１
のクラッド層および上記第２のクラッド層と上記第１の
量子井戸層および上記第２の量子井戸層との間のバンド
ギャップの差は０．２５ｅＶ以上であり、上記第１の光
導波層および上記第２の光導波層と上記第１の量子井戸
層および上記第２の量子井戸層との間のバンドギャップ
の差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項７
記載の半導体レーザー。
【請求項１３】化合物半導体基板上に積層された第１
導電型の第１のクラッド層と、上記第１のクラッド層上に積層された活性層と、上記活性層上に積層された第２導電型の第２のクラッド
層とを有し、上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のク
ラッド層はＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ
_1-a-b（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ａ＜
１、０≦ｂ＜１）系化合物半導体から成るとともに、上記活性層の厚さは１５〜６０ｎｍであることを特徴と
する半導体レーザー。
【請求項１４】上記第１のクラッド層および上記第２
のクラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成
り、上記活性層はＺｎＳＳｅ系化合物半導体、ＺｎＳｅ
系化合物半導体またはＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体から
成ることを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ
ー。
【請求項１５】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１≦
ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、上記活性層はＺｎＳｅから成
り、上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層
と上記活性層との間のバンドギャップの差は０．２５ｅ
Ｖ以上であることを特徴とする請求項１３記載の半導体
レーザー。
【請求項１６】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１５
≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、上記活性層は０＜ｕ≦０．１の
ＺｎＳ_uＳｅ_1-uから成り、上記第１のクラッド層およ
び上記第２のクラッド層と上記活性層との間のバンドギ
ャップの差は０．２５ｅＶ以上であることを特徴とする
請求項１３記載の半導体レーザー。
【請求項１７】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０＜ｐ≦
０．２、０＜ｑ≦０．３のＺｎ_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-q
から成り、上記活性層は０＜ｚ≦０．３のＺｎ_1-zＣｄ
_zＳｅから成り、上記第１のクラッド層および上記第２
のクラッド層と上記活性層との間のバンドギャップの差
は０．２５ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１３
記載の半導体レーザー。
【請求項１８】化合物半導体基板上に積層された第１
導電型の第１のクラッド層と、上記第１のクラッド層上に積層された活性層と、上記活性層上に積層された第２導電型の第２のクラッド
層とを有し、上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のク
ラッド層はＺｎ_1-x-yＣｄ_xＭｇ_yＳ_aＴｅ_bＳｅ
_1-a-b（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ａ＜
１、０≦ｂ＜１）系化合物半導体から成るとともに、上記活性層は複数の量子井戸層を有し、かつ上記複数の
量子井戸層の合計の厚さは１０〜３５ｎｍであることを
特徴とする半導体レーザー。
【請求項１９】上記第１のクラッド層および上記第２
のクラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成
り、上記活性層は交互に積層されたＺｎＳＳｅ系化合物
半導体またはＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成る複
数の障壁層およびＺｎＳｅ系化合物半導体から成る複数
の量子井戸層から成ることを特徴とする請求項１８記載
の半導体レーザー。
【請求項２０】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１≦
ｐ≦０．４、０．１５≦ｑ≦０．４５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、上記活性層は交互に積層された
０．０５≦ｐ≦０．４、０．１≦ｑ≦０．４５のＺｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成る複数の障壁層およびＺ
ｎＳｅから成る複数の量子井戸層から成り、上記第１の
クラッド層および上記第２のクラッド層と上記量子井戸
層との間のバンドギャップの差は０．２５ｅＶ以上であ
り、上記障壁層と上記量子井戸層との間のバンドギャッ
プの差は０．１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項
１８記載の半導体レーザー。
【請求項２１】上記化合物半導体基板はＧａＡｓ基板
であり、上記第１のクラッド層はＺｎＳｅから成るバッ
ファ層を介して上記ＧａＡｓ基板上に積層され、上記第
１のクラッド層および上記第２のクラッド層は０．１５
≦ｐ≦０．５、０．２≦ｑ≦０．５５のＺｎ_1-pＭｇ_p
Ｓ_qＳｅ_1-qから成り、上記活性層は交互に積層された
０．１≦ｐ≦０．５、０．１５≦ｑ≦０．５５のＺｎ
_1-pＭｇ_pＳ_qＳｅ_1-qから成る複数の障壁層および０
＜ｕ≦０．１のＺｎＳ_uＳｅ_1-uから成る複数の量子井
戸層から成り、上記第１のクラッド層および上記第２の
クラッド層と上記量子井戸層との間のバンドギャップの
差は０．２５ｅＶ以上であり、上記障壁層と上記量子井
戸層との間のバンドギャップの差は０．１ｅＶ以上であ
ることを特徴とする請求項１８記載の半導体レーザー。