JP5743624B2 - 半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法 - Google Patents

半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法 Download PDF

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Description

本開示は、半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法に関する。
今日、パルス時間がアト秒台、フェムト秒台のレーザ光を利用した先端的科学領域の研究に、超短パルス・超高出力レーザが盛んに用いられている。また、ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光波長が４０５ｎｍ帯の高出力超短パルス半導体レーザ素子が、ブルーレイ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）光ディスクシステムの次の世代の光ディスクシステムとして期待されている体積型光ディスクシステムの光源として、あるいは又、医療分野やバイオイメージング分野等で要求される光源として期待されている。
超短パルス・超高出力レーザとして、例えば、チタン／サファイア・レーザが知られているが、係るチタン／サファイア・レーザは、高価で、大型の固体レーザ光源であり、この点が、技術の普及を阻害している主たる要因となっている。もしも超短パルス・超高出力レーザが半導体レーザあるいは半導体レーザ素子によって実現できれば、大幅な小型化、低価格化、高安定性化がもたらされ、これらの分野における広汎な普及を促進させる上でのブレイクスルーになると考えられる。
一方、半導体レーザ素子の短パルス化は、通信系の分野で、１９６０年台から活発に研究されてきた。半導体レーザ素子において短パルスを発生させる方法として、利得スイッチング法、損失スイッチング法（Ｑスイッチング法）、モード同期法が知られており、これらの方式にあっては、半導体レーザ素子と半導体増幅器や非線形光学素子、光ファイバー等とを組み合わせて高出力化を目指している。ここで、モード同期は、更に、能動モード同期と受動モード同期に分類される。能動モード同期に基づき光パルスを発生させるには、ミラーやレンズを用いて外部共振器構造を構成し、更に、半導体レーザ素子に高周波（ＲＦ）変調を加える。一方、受動モード同期では、多電極構造を有する半導体レーザ素子を利用することで、単純な直流駆動にて光パルスを生成することができる。
ところで、レーザ光源においては、ハイパワー化が大きな課題となっている。加えて、光源としての使用の利便性から、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光はシングルモードであることが、屡々、求められる。そして、これらの課題は、レーザ光のパルス発振のみならず、連続発振においても大きな課題となっている。レーザ光源からの光を増幅する一手段として、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier，ＳＯＡ）が検討されている。ここで、光増幅器とは、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器の無いレーザ構造を有し、増幅器の光利得で入射光を増幅する。しかしながら、製造コストの低減といった要請から、光増幅器等の光学部品を削除した簡素な構成の光源に対する強い要望がある。
特開２００２−１６４６１４ 特開２００６−０４１４００
モード同期法に基づく半導体レーザ素子の駆動における安定化や小型化を目的として、外部共振器を備えた半導体レーザ素子組立体が、例えば、特開２００２−１６４６１４や特開２００６−０４１４００から周知である。しかしながら、これらの特許公開公報には、ハイパワー化を達成し得る技術について、何ら言及されていない。
従って、本開示の目的は、ハイパワー化を達成することができるレーザ光を出射し得る半導体レーザ素子組立体、及び、係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体は、
半導体レーザ素子及び光反射装置を備えており、
半導体レーザ素子は、
（ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域を構成する第３化合物半導体層と、
第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
とが、順次、積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えており、
積層構造体はリッジストライプ構造を有している。
そして、本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子組立体にあっては、
リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置においてレーザ光の一部が反射されて半導体レーザ素子に戻され、レーザ光の残部は光反射装置を通して外部に出射され、
リッジストライプ構造の他方の端面においてレーザ光が反射され、
リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足する。尚、限定するものではないが、一方の端面におけるリッジストライプ構造の幅を最大幅Ｗmaxとし、他方の端面におけるリッジストライプ構造の幅を最小幅Ｗminとすることが望ましい。後述する本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法においても同様である。
また、本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体にあっては、
リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
リッジストライプ構造の他方の端面からレーザ光の一部が外部に出射され、
リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足する。尚、限定するものではないが、一方の端面におけるリッジストライプ構造の幅を最大幅Ｗmaxとし、他方の端面におけるリッジストライプ構造の幅を最小幅Ｗminとすることが望ましい。後述する本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法においても同様である。
上記の目的を達成するための本開示の第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体は、
半導体レーザ素子及び外部共振器を備えており、
半導体レーザ素子は、
（ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域を構成する第３化合物半導体層と、
第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
とが、順次、積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えており、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、外部共振器において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
リッジストライプ構造の一方の端面あるいは他方の端面から出射されたレーザ光が外部に出射され、
リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足する。尚、限定するものではないが、一方の端面におけるリッジストライプ構造の幅を最大幅Ｗmaxとし、他方の端面におけるリッジストライプ構造の幅を最小幅Ｗminとすることが望ましい。後述する本開示の第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法においても同様である。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法は、
半導体レーザ素子及び光反射装置を備えており、
半導体レーザ素子は、
（ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域を構成する第３化合物半導体層と、
第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
とが、順次、積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えており、
第３化合物半導体層は、可飽和吸収領域を更に備え、
第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されており、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法にあっては、半導体レーザ素子組立体は、更に、
リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置においてレーザ光の一部が反射されて半導体レーザ素子に戻され、レーザ光の残部は光反射装置を通して外部に出射され、
リッジストライプ構造の他方の端面においてレーザ光が反射され、
リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足する半導体レーザ素子組立体の駆動方法であり、
本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法にあっては、半導体レーザ素子組立体は、更に、
リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
リッジストライプ構造の他方の端面からレーザ光の一部が外部に出射され、
リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足する半導体レーザ素子組立体の駆動方法である。
そして、本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法にあっては、
第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流す一方、第１電極及び可飽和吸収領域を経由して第２電極の第２部分に電流を流して、パルス発振させ、
第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流し、併せて、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流して、若しくは、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流すこと無く、連続発振させる。尚、「電流を流す」とは、電圧を印加することと等価である。以下の説明においても同様である。また、第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流し、併せて、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流す場合、例えば、第２電極の第１部分と第２部分とを短絡させればよい。以下においても同様である。尚、パルス発振は、シングルモードでのパルス発振であることが好ましく、連続発振は、シングルモードでの続発振であることが好ましい。以下においても同様である。
上記の目的を達成するための本開示の第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法は、
半導体レーザ素子及び外部共振器を備えており、
半導体レーザ素子は、
（ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域を構成する第３化合物半導体層と、
第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
とが、順次、積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えており、
第３化合物半導体層は、可飽和吸収領域を更に備え、
第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されており、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、外部共振器において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
リッジストライプ構造の一方の端面あるいは他方の端面から出射されたレーザ光が外部に出射され、
リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足する半導体レーザ素子組立体の駆動方法であって、
第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流す一方、第１電極及び可飽和吸収領域を経由して第２電極の第２部分に電流を流して、パルス発振させ、
第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流し、併せて、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流して、若しくは、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流すこと無く、連続発振させる。
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体あるいはその駆動方法にあっては、外部共振器構造を有し、しかも、最小幅Ｗmin及び最大幅Ｗmaxの関係が規定された、所謂フレア構造を有するリッジストライプ構造を備えているので、ハイパワー化を達成することができる。
図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の半導体レーザ素子組立体の概念図であり、図１の（Ｃ）は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の模式的な平面図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の変形例の模式的な平面図である。 図３は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）である。 図４は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図（ＹＺ平面にて切断したときの模式的な断面図）である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の半導体レーザ素子組立体の概念図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，２．５μｍ）の場合（実施例１Ａ）のパルス発振時及び連続発振時の近視野像を示す図である。 図７の（Ａ）〜（Ｃ）は、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，５．０μｍ）の場合（参考例１Ｂ）のパルス発振時及び連続発振時の近視野像、並びに、比較例１Ｂの近視野像を示す図である。 図８の（Ａ）〜（Ｃ）は、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，１０．０μｍ）の場合（実施例１Ｃ）のパルス発振時及び連続発振時の近視野像、並びに、比較例１Ｃの近視野像を示す図である。 図９の（Ａ）〜（Ｃ）は、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，１５．０μｍ）の場合（実施例１Ｄ）のパルス発振時及び連続発振時の近視野像、並びに、比較例１Ｄの近視野像を示す図である。 図１０の（Ａ）〜（Ｃ）は、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，２０．０μｍ）の場合（実施例１Ｅ）のパルス発振時及び連続発振時の近視野像、並びに、比較例１Ｅの近視野像を示す図である。 図１１の（Ａ）〜（Ｃ）は、（Ｗmin，Ｗmax）＝（２．５μｍ，１５．０μｍ）の場合（実施例１Ｆ）のパルス発振時及び連続発振時の近視野像、並びに、比較例１Ｆの近視野像を示す図である。 図１２は、実施例１の半導体レーザ素子組立体において、リッジストライプ構造の幅と、パルス発振時の半導体レーザ素子組立体から出射されるレーザ光のパルスエネルギーとの関係を示すグラフである。 図１３は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の変形例の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）である。 図１４は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の変形例のリッジストライプ構造を上方から眺めた模式図である。 図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１５の（Ｂ）に引き続き、実施例１における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図１７は、図１６の（Ｂ）に引き続き、実施例１における半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。 図１８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１あるいは実施例２における半導体レーザ素子の変形例の模式的な平面図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様及び第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法）
３．実施例２（本開示の第２の態様及び第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法）、その他
［本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法、全般に関する説明］
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体、又は、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法において、光反射装置あるいは外部共振器は、ミラー（本開示の第１の態様及び第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体、又は、本開示の第１の態様及び第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法にあってはハーフミラー、本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子組立体あるいはその駆動方法にあっては全反射ミラー）、チャープミラー、ボリューム・ブラッグ・グレーティング（ＶＢＧ）、又は、ファイバー・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）から成る構成とすることができる。
上記の好ましい構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体、あるいは、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法において、外部に出射されるレーザ光はシングルモードであることが好ましい。ここで、「シングルモード」（単一横モード）とは、横モードにおける近視野像の光強度分布において少なくとも１つの光強度ピークが存在し、この１つの光強度ピークの光強度が、全光強度の８０％以上、好ましくは９０％以上を占めることを意味する。
上記の好ましい構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体、あるいは、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法において、上述したとおり、リッジストライプ構造は、所謂フレア構造を有しているが、リッジストライプ構造の最小幅Ｗminは、
１×１０-6ｍ≦Ｗmin≦３×１０-6ｍ
を満足することが好ましい。Ｗminの値が１×１０-6ｍ未満であると、所望の光強度を有する半導体レーザ素子組立体を得ることができなくなる虞があるし、Ｗminの値が３×１０-6ｍを越えると、半導体レーザ素子組立体から出射されるレーザ光のシングルモード化が達成できない虞がある。リッジストライプ構造の最小幅Ｗminを上記の範囲内とすることで横シングルモードが許容される。
また、以上に説明した各種の好ましい構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体において、
第３化合物半導体層は、可飽和吸収領域を更に備え、
第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されている形態とすることができる。尚、このような構成、構造の半導体レーザ素子、あるいは又、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法における半導体レーザ素子を、以下、便宜上、『多電極型半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある。そして、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体における多電極型半導体レーザ素子にあっては、外部に出射されるレーザ光はパルス発振レーザ光である形態とすることができる。尚、このような形態を含む多電極型半導体レーザ素子において、あるいは又、上記の好ましい構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体の駆動方法において、可飽和吸収領域は、光反射装置あるいは外部共振器と対向する端面（外部へのレーザ光出射側の端面）とは反対側の端面側に位置する積層構造体の部分に配設されており、あるいは又、可飽和吸収領域は、積層構造体の外部へのレーザ光出射側の端面とは反対側の端面側に配設されていることが好ましい。
あるいは又、以上に説明した好ましい構成、形態、多電極型半導体レーザ素子を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体において、外部に出射されるレーザ光は連続発振レーザ光である形態とすることができる。多電極型半導体レーザ素子において外部に出射されるレーザ光を連続発振レーザ光とする場合、例えば、第２電極の第１部分と第２部分を短絡させればよいし、あるいは又、第２電極の第２部分には電流を流さなければよい。
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体あるいはその駆動方法にあっては、Ｗmin＝Ｗmaxと仮定したときに外部に出射されるレーザ光の光強度をＥ0としたとき、半導体レーザ素子組立体から出射されるレーザ光の光強度Ｅoutは、
Ｅout／Ｅ0≧１．５
を満足することが望ましい。
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む多電極型半導体レーザ素子において、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値は、第２電極と第１電極との間の電気抵抗値の１×１０倍以上、好ましくは１×１０2倍以上、より好ましくは１×１０3倍以上であることが望ましい。あるいは又、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値は、１×１０2Ω以上、好ましくは１×１０3Ω以上、より好ましくは１×１０4Ω以上であることが望ましい。
このような多電極型半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値は、第２電極と第１電極との間の電気抵抗値の１×１０倍以上であり、あるいは又、１×１０2Ω以上である。従って、第２電極の第１部分から第２部分への漏れ電流の流れを確実に抑制することができる。即ち、パルス発振のために、可飽和吸収領域（キャリア非注入領域）へ印加する逆バイアス電圧を高くすることができるため、時間幅の短い光パルスを有するシングルモードのモード同期動作を実現できる。そして、第２電極の第１部分と第２部分との間のこのような高い電気抵抗値を、第２電極を第１部分と第２部分とに分離溝によって分離するだけで達成することができる。
また、以上の好ましい構成、形態を含む多電極型半導体レーザ素子において、限定するものではないが、
第３化合物半導体層は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有し、
井戸層の厚さは、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下であり、
障壁層の不純物ドーピング濃度は、２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下、好ましくは、１×１０19ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である形態とすることができる。
このように、第３化合物半導体層を構成する井戸層の厚さを１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下と規定し、更には、第３化合物半導体層を構成する障壁層の不純物ドーピング濃度を２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下と規定することで、即ち、井戸層の厚さを薄くし、しかも、第３化合物半導体層のキャリアの増加を図ることで、ピエゾ分極の影響を低減させることができ、時間幅が短く、サブパルス成分の少ない単峰化された光パルスを発生させ得るレーザ光源を得ることができる。また、出来るだけ低い逆バイアス電圧でモード同期駆動を達成することが可能となるし、外部信号（電気信号及び光信号）と同期が取れた光パルス列を発生させることが可能となる。障壁層にドーピングされた不純物はシリコン（Ｓｉ）である構成することができるが、これに限定するものではなく、その他、酸素（Ｏ）とすることもできる。
あるいは又、以上の好ましい構成、形態を含む多電極型半導体レーザ素子において、第２電極を第１部分と第２部分とに分離する分離溝の幅は、２μｍ以上、多電極型半導体レーザ素子における共振器長（以下、単に『共振器長』と呼ぶ）の４０％以下、好ましくは１０μｍ以上、共振器長の２０％以下であることが望ましい。共振器長として、０．６ｍｍを例示することができるが、これに限定するものではない。
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体あるいはその駆動方法における半導体レーザ素子（以下、これらを総称して、単に、『本開示の半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある）は、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ構造、Separate Confinement Heterostructure）を有する半導体レーザ素子である形態とすることができる。あるいは又、斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子である形態とすることができる。多電極型半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第１部分から発光領域を経由して第１電極に直流電流を流して順バイアス状態とし、第１電極と第２電極の第２部分との間に電圧（逆バイアス電圧）を印加することによって可飽和吸収領域に電界を加えることで、セルフ・パルセーション動作及びモード同期動作させることができる。
本開示の半導体レーザ素子において、第２電極は、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／白金層の積層構造、又は、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／ニッケル層の積層構造から成る形態とすることができる。尚、下層金属層をパラジウムから構成し、上層金属層をニッケルから構成する場合、上層金属層の厚さを、０．１μｍ以上、好ましくは０．２μｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、第２電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層から成る構成とすることが好ましく、この場合、厚さを、２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、第２電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、又は、下層金属層が第２化合物半導体層に接する下層金属層と上層金属層の積層構造（但し、下層金属層は、パラジウム、ニッケル及び白金から成る群から選択された１種類の金属から構成され、上層金属層は、後述する工程（Ｄ）において第２電極に分離溝を形成する際のエッチングレートが、下層金属層のエッチングレートと同じ、あるいは同程度、あるいは、下層金属層のエッチングレートよりも高い金属から構成されている）から成る構成とすることが好ましい。また、後述する工程（Ｄ）において第２電極に分離溝を形成する際のエッチング液を、王水、硝酸、硫酸、塩酸、又は、これらの酸の内の少なくとも２種類の混合液（具体的には、硝酸と硫酸の混合液、硫酸と塩酸の混合液）とすることが望ましい。
多電極型半導体レーザ素子において、第２電極の第１部分と第２部分の配置状態として、具体的には、
（１）１つの第２電極の第１部分と１つの第２電極の第２部分とが設けられ、第２電極の第１部分と、第２電極の第２部分とが、分離溝を挟んで配置されている状態
（２）１つの第２電極の第１部分と２つの第２電極の第２部分とが設けられ、第１部分の一端が、一方の分離溝を挟んで、一方の第２部分と対向し、第１部分の他端が、他方の分離溝を挟んで、他方の第２部分と対向している状態
（３）２つの第２電極の第１部分と１つの第２電極の第２部分とが設けられ、第２部分の端部が、一方の分離溝を挟んで、一方の第１部分と対向し、第２部分の他端が、他方の分離溝を挟んで、他方の第１部分と対向している状態（即ち、第２電極は、第２部分を第１部分で挟んだ構造）
を挙げることができる。また、広くは、
（４）Ｎ個の第２電極の第１部分と（Ｎ−１）個の第２電極の第２部分とが設けられ、第２電極の第１部分が第２電極の第２部分を挟んで配置されている状態
（５）Ｎ個の第２電極の第２部分と（Ｎ−１）個の第２電極の第１部分とが設けられ、第２電極の第２部分が第２電極の第１部分を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。尚、（４）及び（５）の状態は、云い換えれば、
（４’）Ｎ個の発光領域［キャリア注入領域、利得領域］と（Ｎ−１）個の可飽和吸収領域［キャリア非注入領域］とが設けられ、発光領域が可飽和吸収領域を挟んで配置されている状態
（５’）Ｎ個の可飽和吸収領域［キャリア非注入領域］と（Ｎ−１）個の発光領域［キャリア注入領域、利得領域］とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている状態
である。
多電極型半導体レーザ素子は、製造すべき多電極型半導体レーザ素子の構成、構造にも依るが、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、
（Ａ）基体上に、第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層、並びに、第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を形成した後、
（Ｂ）第２化合物半導体層上に第２電極を形成し、次いで、
（Ｃ）第２電極をエッチング用マスクとして、少なくとも第２化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造を形成した後、
（Ｄ）分離溝を第２電極に形成するためのレジスト層を形成し、次いで、レジスト層をウエットエッチング用マスクとして、第２電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成し、以て、第２電極を第１部分と第２部分とに分離溝によって分離する、
各工程を具備した製造方法に基づき製造することができる。
そして、このような製造方法を採用することで、即ち、第２電極をエッチング用マスクとして、少なくとも第２化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造を形成するので、即ち、パターニングされた第２電極をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジストライプ構造を形成するので、第２電極とリッジストライプ構造との間に合わせずれが生じることがない。また、第２電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成することが好ましい。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第２化合物半導体層に光学的、電気的特性の劣化が生じることを抑制することができる。それ故、発光特性に劣化が生じることを、確実に防止することができる。
尚、製造すべき多電極型半導体レーザ素子の構成、構造にも依るが、工程（Ｃ）にあっては、第２化合物半導体層を厚さ方向に一部分、エッチングしてもよいし、第２化合物半導体層を厚さ方向に全部、エッチングしてもよいし、第２化合物半導体層及び第３化合物半導体層を厚さ方向にエッチングしてもよいし、第２化合物半導体層及び第３化合物半導体層、更には、第１化合物半導体層を厚さ方向に一部分、エッチングしてもよい。
更には、前記工程（Ｄ）において、第２電極に分離溝を形成する際の、第２電極のエッチングレートをＥＲ0、積層構造体のエッチングレートをＥＲ1としたとき、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０、好ましくは、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０2を満足することが望ましい。ＥＲ0／ＥＲ1がこのような関係を満足することで、積層構造体をエッチングすること無く（あるいは、エッチングされても僅かである）、第２電極を確実にエッチングすることができる。
また、本開示の半導体レーザ素子において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。また、第３化合物半導体層（活性層）は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造［ＱＷ構造］を有していてもよいし、多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有していてもよい。量子井戸構造を有する第３化合物半導体層（活性層）は、井戸層及び障壁層が、少なくとも１層、積層された構造を有するが、（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。
更には、本開示の半導体レーザ素子において、第２化合物半導体層は、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層が交互に積層された超格子構造を有し；超格子構造の厚さは０．７μｍ以下である構造とすることができる。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な高屈折率を維持しながら、半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。尚、超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができるし、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計として、６０層乃至３００層を例示することができる。また、第３化合物半導体層から第２電極までの距離は１μｍ以下、好ましくは、０．６μｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層から第２電極までの距離を規定することで、抵抗の高いｐ型の第２化合物半導体層の厚さを薄くし、半導体レーザ素子の動作電圧の低減化を達成することができる。尚、第３化合物半導体層から第２電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができる。また、第２化合物半導体層には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上、ドーピングされており；第３化合物半導体層からの波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1である構成とすることができる。このＭｇの原子濃度は、２×１０19ｃｍ-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第２化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第２化合物半導体層の吸収係数は、半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、第３化合物半導体層の光の吸収係数が、５０ｃｍ-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Ｍｇドープ量を故意に２×１０19ｃｍ-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のＭｇドープ量は、例えば８×１０19ｃｍ-3である。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層、及び、ｐ型化合物半導体層を有しており；第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離は、１．２×１０-7ｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離を規定することで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制することができ、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させることができる。尚、第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、５×１０-8ｍを挙げることができる。また、リッジストライプ構造の両側面には、ＳｉＯ2／Ｓｉ積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており；リッジストライプ構造の有効屈折率と積層絶縁膜の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2である構成とすることができる。このような積層絶縁膜を用いることで、１００ミリワットを超える高出力動作であっても、単一基本横モードを維持することができる。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、例えば、ノンドープＧａＩｎＮ層（ｐ側光ガイド層）、ノンドープＡｌＧａＮ層（ｐ側クラッド層）、ＭｇドープＡｌＧａＮ層（電子障壁層）、ＧａＮ層（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ層の超格子構造（超格子クラッド層）、及び、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が積層されて成る構造とすることができる。第３化合物半導体層における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは、２．４ｅＶ以上であることが望ましい。また、第３化合物半導体層（活性層）から出射されるレーザ光の波長は、３６０ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ乃至４１０ｎｍであることが望ましい。ここで、以上に説明した各種の構成を、適宜、組み合わせることができることは云うまでもない。
本開示の半導体レーザ素子にあっては、半導体レーザ素子を構成する各種のＧａＮ系化合物半導体層を基板に順次形成するが、ここで、基板として、サファイア基板の他にも、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。主に、ＧａＮ系化合物半導体層を基板に形成する場合、ＧａＮ基板が欠陥密度の少なさから好まれるが、ＧａＮ基板は成長面によって、極性／無極性／半極性と特性が変わることが知られている。また、半導体レーザ素子を構成する各種のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、ｎ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。尚、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｅ、Ｓ、Ｏ、Ｐｄ、Ｐｏを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｃ、Ｈｇ、Ｓｒを挙げることができる。
第１導電型をｎ型とするとき、ｎ型の導電型を有する第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。第１電極は第１化合物半導体層に電気的に接続されているが、第１電極が第１化合物半導体層上に形成された形態、第１電極が導電材料層や導電性の基板を介して第１化合物半導体層に接続された形態が包含される。第１電極や第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。
第１電極や第２電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
多電極型半導体レーザ素子においては、パルス発振のために、上述したとおり、第１電極と第２電極の第２部分との間に逆バイアス電圧を印加する構成（即ち、第１電極を正極、第２部分を負極とする構成）とすることが望ましい。尚、第２電極の第２部分には、第２電極の第１部分に印加するパルス電流あるいはパルス電圧と同期したパルス電流あるいはパルス電圧を印加してもよいし、直流バイアスを印加してもよい。また、第２電極から発光領域を経由して第１電極に電流を流し、且つ、第２電極から発光領域を経由して第１電極に外部電気信号を重畳させる形態とすることができる。そして、これによって、レーザ光と外部電気信号との間の同期を取ることができる。あるいは又、積層構造体の一端面から光信号を入射させる形態とすることができる。そして、これによっても、レーザ光と光信号との間の同期を取ることができる。また、第２化合物半導体層において、第３化合物半導体層と電子障壁層との間には、ノンドープ化合物半導体層（例えば、ノンドープＧａＩｎＮ層、あるいは、ノンドープＡｌＧａＮ層）を形成してもよい。更には、第３化合物半導体層とノンドープ化合物半導体層との間に、光ガイド層としてのノンドープＧａＩｎＮ層を形成してもよい。第２化合物半導体層の最上層を、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が占めている構造とすることもできる。
本開示の半導体レーザ素子を、例えば、光ディスクシステム、通信分野、光情報分野、光電子集積回路、非線形光学現象を応用した分野、光スイッチ、レーザ計測分野や種々の分析分野、超高速分光分野、多光子励起分光分野、質量分析分野、多光子吸収を利用した顕微分光の分野、化学反応の量子制御、ナノ３次元加工分野、多光子吸収を応用した種々の加工分野、医療分野、バイオイメージング分野といった分野に適用することができる。
実施例１は、本開示の第１の態様及び第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体に関する。実施例１の半導体レーザ素子組立体の概念図を図１の（Ａ）あるいは図１の（Ｂ）に示し、実施例１における半導体レーザ素子の模式的な平面図を図１の（Ｃ）あるいは図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。また、実施例１における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図３に示し、共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図（ＹＺ平面にて切断したときの模式的な断面図）を図４に示す。尚、図３は、図４の矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な端面図であり、図４は、図３の矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。
実施例１あるいは後述する実施例２における半導体レーザ素子（以下、これらの半導体レーザ素子を総称して、『実施例１等の半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある）は、
半導体レーザ素子１０及び光反射装置７０を備えており、
半導体レーザ素子１０は、
（ａ）第１導電型（各実施例においては、具体的には、ｎ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層３０と、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域（利得領域）４１を構成する第３化合物半導体層（活性層）４０と、
第１導電型と異なる第２導電型（各実施例においては、具体的には、ｐ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層５０、
とが、順次、積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層５０上に形成された第２電極６２、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層３０に電気的に接続された第１電極６１、
を備えている。
あるいは又、実施例１等の半導体レーザ素子は、
半導体レーザ素子１０及び外部共振器７０を備えており、
半導体レーザ素子１０は、
（ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層３０と、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域（利得領域）４１を構成する第３化合物半導体層４０と、
第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層５０、
とが、順次、積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層５０上に形成された第２電極６２、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層３０に電気的に接続された第１電極６１、
を備えている。
実施例１等の半導体レーザ素子は、具体的には、多電極型半導体レーザ素子（より具体的には、バイ・セクション型半導体レーザ素子）から成り、
第３化合物半導体層（活性層）４０は、可飽和吸収領域４２を更に備え、
第２電極６２は、発光領域４１を経由して第１電極６１に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分６２Ａ、及び、可飽和吸収領域４２に電界を加えるための第２部分６２Ｂから構成されており、
第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとは分離溝６２Ｃによって分離されている。
積層構造体はリッジストライプ構造５６を有する。具体的には、実施例１等の半導体レーザ素子は、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ構造）を有する半導体レーザ素子である。より具体的には、この半導体レーザ素子は、ブルーレイ光ディスクシステム用に開発されたインデックスガイド型のＡｌＧａＩｎＮから成るＧａＮ系半導体レーザ素子である。そして、第１化合物半導体層３０、第３化合物半導体層４０、及び、第２化合物半導体層５０は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成り、より具体的には、実施例１等の半導体レーザ素子にあっては、以下の表１に示す層構成を有する。ここで、表１において、下方に記載した化合物半導体層ほど、ｎ型ＧａＮ基板２１に近い層である。第３化合物半導体層４０における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは３．０６ｅＶである。実施例１等における半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面上に設けられており、第３化合物半導体層４０は量子井戸構造を有する。ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面は、『Ｃ面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。
［表１］
第２化合物半導体層５０
ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）５５
ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５４
ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）５３
ノンドープＡｌＧａＮクラッド層５２
ノンドープＧａＩｎＮ光ガイド層５１
第３化合物半導体層４０
ＧａＩｎＮ量子井戸活性層
（井戸層：Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ／障壁層：Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ）
第１化合物半導体層３０
ｎ型ＧａＮクラッド層３２
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１
但し、
井戸層（２層） １０．５ｎｍ ノン・ドープ
障壁層（３層） １４ｎｍ ノン・ドープ
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層５５及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５４の一部は、ＲＩＥ法にて除去されており、リッジストライプ構造５６が形成されている。リッジストライプ構造５６の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜５７が形成されている。尚、ＳｉＯ2層が下層であり、Ｓｉ層が上層である。ここで、リッジストライプ構造５６の有効屈折率と積層絶縁膜５７の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2、具体的には、７×１０-3である。そして、リッジストライプ構造５６の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層５５上には、第２電極（ｐ側オーミック電極）６２が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板２１の裏面には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る第１電極（ｎ側オーミック電極）６１が形成されている。
実施例１等の半導体レーザ素子にあっては、第３化合物半導体層４０及びその近傍から発生した光密度分布に、Ｍｇドープした化合物半導体層である、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５３、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５４及びｐ型ＧａＮコンタクト層５５が出来るだけ重ならないようにすることで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制している。そして、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させている。具体的には、第３化合物半導体層４０からｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５３までの距離ｄを０．１０μｍ、リッジストライプ構造５６の高さを０．３０μｍ、第２電極６２と第３化合物半導体層４０との間に位置する第２化合物半導体層５０の厚さを０．５０μｍ、第２電極６２の下方に位置するｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５４の部分の厚さを０．４０μｍとした。
実施例１等における半導体レーザ素子において、第２電極６２は、発光領域（利得領域）４１を経由して第１電極６１に直流電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分６２Ａと、可飽和吸収領域４２に電界を加えるための第２部分６２Ｂ（パルス発振時、可飽和吸収領域４２に逆バイアス電圧を加えるための第２部分６２Ｂ）とに、分離溝６２Ｃによって分離されている。ここで、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値（『分離抵抗値』と呼ぶ場合がある）は、第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１×１０倍以上、具体的には１．５×１０3倍である。また、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値（分離抵抗値）は、１×１０2Ω以上、具体的には、１．５×１０4Ωである。
図１の（Ａ）に概念図を示す実施例１の半導体レーザ素子組立体は、集光型の外部共振器構造を有する。また、図１の（Ｂ）に概念図を示す実施例１の半導体レーザ素子組立体の変形例は、コリメート型の外部共振器構造を有する。そして、可飽和吸収領域４２側に高反射コート層（ＨＲ）が形成された半導体レーザ素子の端面（他方の端面５７Ｂ）と光反射装置（外部共振器）７０とで外部共振器構造が構成され、光反射装置（外部共振器）７０から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）４１側の半導体レーザ素子の一方の端面（光出射端面）５７Ａには無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。光学フィルターには、主にバンドパスフィルター（例えば、中心波長４１０ｎｍ、光透過率９０％以上、帯域０．８ｎｍ）が用いられ、レーザの発振波長の制御のために挿入される。後述するが、モード同期は、発光領域に印加する直流電流と可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧とによって決定される。外部共振器長さＸ’によって光パルス列の繰り返し周波数ｆが決定され、次式で表される。ここで、ｃは光速であり、ｎは導波路の屈折率である。
ｆ＝ｃ／（２ｎ・Ｘ’）
このように、実施例１の半導体レーザ素子組立体にあっては、リッジストライプ構造５６の一方の端面５７Ａにおいてレーザ光が出射され、光反射装置７０においてレーザ光の一部が反射されて半導体レーザ素子１０に戻され、レーザ光の残部は光反射装置７０を通して外部に出射される。また、リッジストライプ構造５６の他方の端面５７Ｂにおいてレーザ光が反射される。あるいは又、リッジストライプ構造５６の一方の端面５７Ａにおいてレーザ光が出射され、外部共振器７０において反射されて半導体レーザ素子１０に戻され、リッジストライプ構造５６の一方の端面５７Ａあるいは他方の端面５７Ｂから（具体的には、実施例１にあっては、一方の端面５７Ａから）出射されたレーザ光が外部に出射される。そして、リッジストライプ構造５６の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３（＝１０／３）
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３（＝４０／３）
を満足しており、外部に出射されるレーザ光はシングルモードである。
より具体的には、実施例１における半導体レーザ素子において、発光領域側の積層構造体の一方の端面（光出射端面）５７Ａからレーザ光が出射される。この一方の端面（光出射端面）５７Ａには、例えば、反射率０．５％以下、好ましくは反射率０．３％以下の無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されている。また、半導体レーザ素子１０における一方の端面（光出射端面）５７Ａと対向する他方の端面（光反射端面）５７Ｂには、反射率８５％以上、好ましくは反射率９５％以上の高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。尚、これらの無反射コート層（ＡＲ）や低反射コート層、高反射コート層（ＨＲ）の図示は省略している。可飽和吸収領域４２は、外部へのレーザ光出射側の端面（実施例１にあっては、一方の端面５７Ａ）とは反対側の端面（実施例１にあっては、他方の端面５７Ｂ）の側に位置する積層構造体の部分に配設されている。無反射コート層あるいは低反射コート層として、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニア層、酸化シリコン層及び酸化アルミニウム層から成る群から選択された少なくとも２種類の層の積層構造を挙げることができる。
実施例１において、光反射装置７０あるいは外部共振器７０はハーフミラーから成る。
ところで、上述したとおり、第２化合物半導体層５０上に、１×１０2Ω以上の分離抵抗値を有する２電極６２を形成することが望ましい。ＧａＮ系半導体レーザ素子の場合、従来のＧａＡｓ系半導体レーザ素子とは異なり、ｐ型導電型を有する化合物半導体における移動度が小さいために、ｐ型導電型を有する第２化合物半導体層５０をイオン注入等によって高抵抗化することなく、その上に形成される第２電極６２を分離溝６２Ｃで分離することで、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値を第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１０倍以上とし、あるいは又、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値を１×１０2Ω以上とすることが可能となる。
図１の（Ｃ）に模式的な平面図を示す半導体レーザ素子１０では、一方の端面（光出射端面）５７Ａにおけるリッジストライプ構造５６の幅を最大幅Ｗmaxとし、他方の端面（光反射端面）５７Ｂにおけるリッジストライプ構造５６の幅を最小幅Ｗminとしている。所謂フレア構造を有するリッジストライプ構造５６の幅は、一方の端面５７Ａから他方の端面５７Ｂまで、徐々に、直線的に狭くなっている。尚、図１の（Ｃ）、図２の（Ａ）、（Ｂ）、図１４、図１８の（Ａ）、（Ｂ）において、分離溝６２Ｃを明示するために分離溝の領域に斜線を付した。
図２の（Ａ）に模式的な平面図を示す半導体レーザ素子１０では、第２電極６２の第１部分６２Ａにおけるリッジストライプ構造５６の幅は、一方の端面（光出射端面）５７Ａにおいて最大幅Ｗmaxであり、分離溝６２Ｃに面する領域で最小幅Ｗminであり、最大幅Ｗmaxから最小幅Ｗminまで、徐々に、直線的に狭くなっている。第２電極６２の第２部分６２Ｂにおけるリッジストライプ構造５６の幅は、最小幅Ｗmin、一定である。
図２の（Ｂ）に模式的な平面図を示す半導体レーザ素子１０では、第２電極６２の第１部分６２Ａにおけるリッジストライプ構造５６の幅は、一方の端面（光出射端面）５７Ａから或る領域まで最大幅Ｗmaxであり、分離溝６２Ｃに面する領域で最小幅Ｗminであり、この或る領域（最大幅Ｗmax）から最小幅Ｗminまで、徐々に、直線的に狭くなっている。第２電極６２の第２部分６２Ｂにおけるリッジストライプ構造５６の幅は、最小幅Ｗmin、一定である。
但し、第２電極６２の第１部分６２Ａ、第２部分６２Ｂの平面形状は、図１の（Ｃ）、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に図示した例に限定するものではない。
そして、リッジストライプ構造５６は、所謂フレア構造を有しているが、リッジストライプ構造５６の最小幅Ｗminは、
１×１０-6ｍ≦Ｗmin≦３×１０-6ｍ
を満足している。
図２の（Ａ）に図示した半導体レーザ素子において、半導体レーザ素子１０の共振器長を６００μｍ、第２電極６２の第１部分６２Ａ、第２部分６２Ｂ、分離溝６２Ｃのそれぞれの長さを、５６０μｍ、３０μｍ、１０μｍとし、Ｗmin＝１．５μｍとし、Ｗmaxの値を以下の表２に示す値とした半導体レーザ素子を試作した。
［表２］
Ｗmax（μｍ） Ｗmax／Ｗmin
実施例１Ａ ２．５ １．７
参考例１Ｂ ５．０ ３．３
実施例１Ｃ １０．０ ６．７
実施例１Ｄ １５．０ １０．０
実施例１Ｅ ２０．０ １３．３
同様に、図２の（Ａ）に図示した半導体レーザ素子において、半導体レーザ素子１０の共振器長を６００μｍ、第２電極６２の第１部分６２Ａ、第２部分６２Ｂ、分離溝６２Ｃのそれぞれの長さを、５６０μｍ、３０μｍ、１０μｍとし、Ｗmin＝２．５μｍとし、Ｗmaxの値を１５．０μｍ（Ｗmax／Ｗmin＝６．０）とした半導体レーザ素子（実施例１Ｆ）を試作した。
そして、第２電極６２の第１部分６２Ａ及び発光領域４１を経由して第１電極６１に電流Ｉgを流す一方、第１電極６１及び可飽和吸収領域４２を経由して第２電極６２の第２部分６２Ｂに電流を流して（具体的には、第２電極６２の第２部分６２Ｂと第１電極６１との間に逆バイアス電圧を印加して）、シングルモードでパルス発振させる。また、第２電極６２の第１部分６２Ａ及び発光領域４１を経由して第１電極６１に電流Ｉgを流し、併せて、第２電極６２の第２部分６２Ｂ及び発光領域４１を経由して第１電極６１に電流を流して（具体的には、第２電極６２の第２部分６２Ｂと第１電極６１との間に順バイアス電圧を印加して）、若しくは、第２電極６２の第２部分６２Ｂ及び発光領域４１を経由して第１電極６１に電流を流すこと無く、シングルモードで連続発振させる。尚、逆バイアス電圧を印加するとは、第２電極６２の第２部分６２Ｂを負極とし、第１電極６１を正極とし、電位差をＶsa（第２電極６２の第２部分６２Ｂの電位を基準としたとき、Ｖsa＜０）とすることを意味し、正バイアス電圧を印加するとは、第２電極６２の第２部分６２Ｂを正極とし、第１電極６１を負極とし、電位差をＶsa（第１電極６１の電位を基準としたとき、Ｖsa＞０）とすることを意味する。
表３に示すように、各試料に対して電流Ｉgを流し、また、電圧Ｖsaを印加したときの発振形態及び発振モードを評価した。その結果を表３に示すと同時に、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，２．５μｍ）の場合の実施例１Ａの近視野像を図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示し、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，５．０μｍ）の場合の参考例１Ｂ及び比較例１Ｂの近視野像を図７の（Ａ）〜（Ｃ）に示し、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，１０．０μｍ）の場合の実施例１Ｃ及び比較例１Ｃの近視野像を図８の（Ａ）〜（Ｃ）に示し、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，１５．０μｍ）の場合の実施例１Ｄ及び比較例１Ｄの近視野像を図９の（Ａ）〜（Ｃ）に示し、（Ｗmin，Ｗmax）＝（１．５μｍ，２０．０μｍ）の場合の実施例１Ｅ及び比較例１Ｅの近視野像を図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示し、（Ｗmin，Ｗmax）＝（２．５μｍ，１５．０μｍ）の場合の実施例１Ｆ及び比較例１Ｆの近視野像を図１１の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。尚、比較例１Ａ、比較例１Ｂ、比較例１Ｃ、比較例１Ｄ、比較例１Ｅ、比較例１Ｆは、実施例１Ａ、参考例１Ｂ、実施例１Ｃ、実施例１Ｄ、実施例１Ｅ、実施例１Ｆの半導体レーザ素子組立体において、光反射装置７０あるいは外部共振器７０を取り外したものである。
［表３］
ここで、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
即ち、Ｗmax／Ｗmin＝５／３の実施例１Ａにあっては、パルス発振でシングルモードが得られ、また、連続発振でシングルモードが得られた。
また、
３．３≦Ｗmax／Ｗmin＜６
即ち、Ｗmax／Ｗmin＝１０／３の参考例１Ｂ及び比較例１Ｂにあっては、パルス発振あるいは連続発振の状態において、シングルモードが得られず、マルチモードとなった。
更には、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
即ち、Ｗmax／Ｗmin＝２０／３の実施例１Ｃにあっては、パルス発振でシングルモードが得られたが、連続発振ではマルチモードが得られ、Ｗmax／Ｗmin＝３０／３の実施例１Ｄ、Ｗmax／Ｗmin＝４０／３の実施例１Ｅにあっては、パルス発振でシングルモードが得られ、また、連続発振でシングルモードが得られた。一方、比較例１Ｃ、比較例１Ｄ、比較例１Ｅにあっては、シングルモードが得られず、マルチモードとなった。
また、
Ｗmax／Ｗmin＝１５．０μｍ／２．５μｍ＝６．０
の実施例１Ｆにあっては、パルス発振でシングルモードが得られ、また、連続発振でシングルモードが得られた。一方、比較例１Ｆにあっては、シングルモードが得られず、マルチモードとなった。
更には、Ｗmin＝Ｗmaxとした半導体レーザ素子組立体を比較例１として作製した。そして、比較例１の半導体レーザ素子組立体において、外部に出射されるレーザ光の光強度をＥ0としたとき、半導体レーザ素子組立体から出射されるレーザ光の光強度Ｅoutの相対値Ｅout／Ｅ0を求めたところ、結果は、以下のとおりであった。尚、リッジストライプ構造５６の幅と、パルス発振時の半導体レーザ素子組立体から出射されるレーザ光のパルスエネルギーとの関係を図１２に示すが、Ｗmaxの値が大きくなるほど、ゲイン部の面積が増加する結果、レーザ光のパルスエネルギーが大きくなる。
Ｅout／Ｅ0（パルス発振時） Ｅout／Ｅ0（連続発振時）
実施例１Ａ １．６ １．５
実施例１Ｃ ２．３
実施例１Ｄ ２．６ ５．５
実施例１Ｅ ３．２ ７．２
実施例１Ｆ ４．３ ５．８
このように、実施例１の半導体レーザ素子組立体あるいはその駆動方法にあっては、外部共振器構造を有し、しかも、最小幅Ｗmin及び最大幅Ｗmaxの関係が規定された、所謂フレア構造を有するリッジストライプ構造５６を備えているので、ハイパワー化を達成することができ、しかも、シングルモードを有するレーザ光を出射することができた。
ところで、第２電極６２に要求される特性は、以下のとおりである。即ち、
（１）第２化合物半導体層５０をエッチングするときのエッチング用マスクとしての機能を有すること。
（２）第２化合物半導体層５０の光学的、電気的特性に劣化を生じさせることなく、第２電極６２はウエットエッチング可能であること。
（３）第２化合物半導体層５０上に成膜したとき、１０-2Ω・ｃｍ2以下のコンタクト比抵抗値を示すこと。
（４）積層構造とする場合、下層金属層を構成する材料は、仕事関数が大きく、第２化合物半導体層５０に対して低いコンタクト比抵抗値を示し、しかも、ウエットエッチング可能であること。
（５）積層構造とする場合、上層金属層を構成する材料は、リッジストライプ構造を形成する際のエッチングに対して（例えば、ＲＩＥ法において使用されるＣｌ2ガス）に対して耐性があり、しかも、ウエットエッチング可能であること。
実施例１等における半導体レーザ素子にあっては、第２電極６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。
尚、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層が交互に積層された超格子構造を有するｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５４の厚さは０．７μｍ以下、具体的には、０．４μｍであり、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍであり、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍであり、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計は１６０層である。また、第３化合物半導体層４０から第２電極６２までの距離は１μｍ以下、具体的には０．５μｍである。更には、第２化合物半導体層５０を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５３、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５４、ｐ型ＧａＮコンタクト層５５には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされており、波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層５０の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1、具体的には、６５ｃｍ-1である。また、第２化合物半導体層５０は、第３化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層（ノンドープＧａＩｎＮ光ガイド層５１及びノンドープＡｌＧａＮクラッド層５２）、並びに、ｐ型化合物半導体層を有しているが、第３化合物半導体層４０からｐ型化合物半導体層（具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５３）までの距離（ｄ）は１．２×１０-7ｍ以下、具体的には１００ｎｍである。
以下、図１５の（Ａ）、（Ｂ）、図１６の（Ａ）、（Ｂ）、図１７を参照して、実施例１における半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図１５の（Ａ）、（Ｂ）、図１６の（Ａ）、（Ｂ）は、基板等をＹＺ平面にて切断したときの模式的な一部断面図であり、図１７は、基板等をＸＺ平面にて切断したときの模式的な一部端面図である。
［工程−１００］
先ず、基体上、具体的には、ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面上に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、第１導電型（ｎ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層３０、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域（利得領域）４１及び可飽和吸収領域４２を構成する第３化合物半導体層（活性層）４０、並びに、第１導電型と異なる第２導電型（ｐ型導電型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層５０が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する（図１５の（Ａ）参照）。
［工程−１１０］
その後、第２化合物半導体層５０上に第２電極６２を形成する。具体的には、真空蒸着法に基づきＰｄ層６３を全面に成膜した後（図１５の（Ｂ）参照）、Ｐｄ層６３上に、フォトリソグラフィ技術に基づきエッチング用レジスト層を形成する。そして、王水を用いて、エッチング用レジスト層に覆われていないＰｄ層６３を除去した後、エッチング用レジスト層を除去する。こうして、図１６の（Ａ）に示す構造を得ることができる。尚、リフトオフ法に基づき、第２化合物半導体層５０上に第２電極６２を形成してもよい。
［工程−１２０］
次いで、第２電極６２をエッチング用マスクとして、第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングして、リッジストライプ構造５６を形成する。具体的には、Ｃｌ2ガスを用いたＲＩＥ法に基づき、第２電極６２をエッチング用マスクとして用いて、第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングする。こうして、図１６の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。このように、パターニングされた第２電極６２をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジストライプ構造５６を形成するので、第２電極６２とリッジストライプ構造５６との間に合わせずれが生じることがない。
［工程−１３０］
その後、分離溝を第２電極６２に形成するためのレジスト層６４を形成する（図１７参照）。尚、参照番号６５は、分離溝を形成するために、レジスト層６４に設けられた開口部である。次いで、レジスト層６４をウエットエッチング用マスクとして、第２電極６２に分離溝６２Ｃをウエットエッチング法にて形成し、以て、第２電極６２を第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとに分離溝６２Ｃによって分離する。具体的には、王水をエッチング液として用い、王水に約１０秒、全体を浸漬することで、第２電極６２に分離溝６２Ｃを形成する。そして、その後、レジスト層６４を除去する。こうして、図３及び図４に示す構造を得ることができる。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第２化合物半導体層５０の光学的、電気的特性に劣化が生じることがない。それ故、半導体レーザ素子の発光特性に劣化が生じることがない。尚、ドライエッチング法を採用した場合、第２化合物半導体層５０の内部損失αiが増加し、閾値電圧が上昇したり、光出力の低下を招く虞がある。ここで、第２電極６２のエッチングレートをＥＲ0、積層構造体のエッチングレートをＥＲ1としたとき、
ＥＲ0／ＥＲ1≒１×１０2
である。このように、第２電極６２と第２化合物半導体層５０との間に高いエッチング選択比が存在するが故に、積層構造体をエッチングすること無く（あるいは、エッチングされても僅かである）、第２電極６２を確実にエッチングすることができる。尚、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０、好ましくは、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０2を満足することが望ましい。
第２電極６２を、厚さ２０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）から成る下層金属層と、厚さ２００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）から成る上層金属層の積層構造としてもよい。ここで、王水によるウエットエッチングにあっては、ニッケルのエッチングレートは、パラジウムのエッチングレートの約１．２５倍である。
［工程−１４０］
その後、ｎ側電極の形成、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、半導体レーザ素子１０を作製することができる。
一般に、半導体層の抵抗Ｒ（Ω）は、半導体層を構成する材料の比抵抗値ρ（Ω・ｍ）、半導体層の長さＸ0（ｍ）、半導体層の断面積Ｓ（ｍ2）、キャリア密度ｎ（ｃｍ-3）、電荷量ｅ（Ｃ）、移動度μ（ｍ2／Ｖ秒）を用いて以下のように表される。
Ｒ＝（ρ・Ｘ0）／Ｓ
＝Ｘ0／（ｎ・ｅ・μ・Ｓ）
ｐ型ＧａＮ系半導体の移動度は、ｐ型ＧａＡｓ系半導体に比べて、２桁以上小さいため、電気抵抗値が高くなり易い。よって、断面積が小さいリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子の電気抵抗値は、上式から、大きな値となることが判る。
製作した半導体レーザ素子１０の第２電極６２の第２部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値を４端子法にて測定した結果、分離溝６２Ｃの幅が２０μｍのとき、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値は１５ｋΩであった。また、製作した半導体レーザ素子１０において、第２電極６２の第１部分６２Ａから発光領域４１を経由して第１電極６１に直流電流を流して順バイアス状態とし、第１電極６１と第２電極６２の第２部分６２Ｂとの間に逆バイアス電圧を印加することによって可飽和吸収領域４２に電界を加えることで、セルフ・パルセーション動作させることができた。即ち、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値は、第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１０倍以上であり、あるいは又、１×１０2Ω以上である。従って、第２電極６２の第１部分６２Ａから第２部分６２Ｂへの漏れ電流の流れを確実に抑制することができる結果、発光領域４１を順バイアス状態とし、しかも、可飽和吸収領域４２を確実に逆バイアス状態とすることができ、確実にシングルモードのセルフ・パルセーション動作を生じさせることができた。
実施例２は、本開示の第２の態様及び第３の態様に係る半導体レーザ素子組立体に関する。実施例２の半導体レーザ素子組立体の概念図を図５の（Ａ）あるいは図５の（Ｂ）に示す。尚、図５の（Ａ）に示す例は集光型であり、図５の（Ｂ）に示す例はコリメート型である。
実施例２の半導体レーザ素子組立体にあっては、リッジストライプ構造５６の一方の端面５８Ａにおいてレーザ光が出射され、光反射装置７１において反射されて半導体レーザ素子１０に戻され、リッジストライプ構造５６の他方の端面５８Ｂからレーザ光の一部が外部に出射される。また、実施例２にあっては、光反射装置７１あるいは外部共振器７１を全反射ミラーから構成する。そして、可飽和吸収領域側（他方の端面５８Ｂ）に反射コート層（Ｒ）が形成された半導体レーザ素子の他方の端面５８Ｂと光反射装置（外部共振器）７１とで外部共振器構造を構成し、可飽和吸収領域４２から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）４１側の半導体レーザ素子の一方の端面５８Ａには無反射コート層あるいは低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。
以上の点を除き、実施例２の半導体レーザ素子組立体は、実施例１の半導体レーザ素子組立体と同様の構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。尚、実施例２にあっても、リッジストライプ構造５６の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
１＜Ｗmax／Ｗmin＜３．３
又は、
６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
を満足し、
外部に出射されるレーザ光はシングルモードである。
尚、一方の端面５８Ａにおけるリッジストライプ構造５６の幅を最大幅Ｗmaxとし、他方の端面５８Ｂにおけるリッジストライプ構造５６の幅を最小幅Ｗminとする。リッジストライプ構造５６は、所謂フレア構造を有しているが、リッジストライプ構造５６の最小幅Ｗminは、
１×１０-6ｍ≦Ｗmin≦３×１０-6ｍ
を満足している。また、半導体レーザ素子１０は、実施例１と同様に、多電極型半導体レーザ素子（具体的には、バイ・セクション型半導体レーザ素子）から構成されており、可飽和吸収領域４２は、一方の端面５８Ａとは反対側の他方の端面５８Ｂの側に位置する積層構造体の部分に配設されている。実施例２にあっても、各種試験の結果、Ｗmax／Ｗminとパルス発振／連続発振、シングルモード／マルチモードの関係に関して、実施例１と同様の結果が得られた。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体レーザ素子、半導体レーザ素子組立体の構成、構造の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する半導体レーザ素子の仕様が変われば、変わることは当然である。
例えば、図１８の（Ａ）に模式的な平面図を示す半導体レーザ素子１０の変形例にあっては、リッジストライプ構造５６は、一方の端面（光出射端面）５７Ａにおいて最大幅Ｗmaxを有し、他方の端面（光反射端面）５７Ｂにおいて最小幅Ｗminを有する。そして、第２電極６２の第１部分６２Ａにおけるリッジストライプ構造５６の端部とリッジストライプ構造５６の軸線との成す角度は、第２電極６２の第２部分６２Ｂにおけるリッジストライプ構造５６の端部とリッジストライプ構造５６の軸線との成す角度よりも大きい。図１８の（Ａ）に示した半導体レーザ素子１０の変形例を図１８の（Ｂ）に模式的な平面図として示すが、この半導体レーザ素子１０にあっては、第２電極６２の第１部分６２Ａにおけるリッジストライプ構造５６の幅は、一方の端面（光出射端面）５７Ａから或る領域まで最大幅Ｗmaxである。そして、この或る領域から他方の端面（光反射端面）５７Ｂに向けてリッジストライプ構造５６の幅は狭くなっている。ここで、第２電極６２の第１部分６２Ａにおけるリッジストライプ構造５６の端部とリッジストライプ構造５６の軸線との成す角度は、第２電極６２の第２部分６２Ｂにおけるリッジストライプ構造５６の端部とリッジストライプ構造５６の軸線との成す角度よりも大きい。
また、第２電極を、厚さ２０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）から成る下層金属層と、厚さ２００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）から成る上層金属層の積層構造としてもよい。尚、王水によるウエットエッチングにあっては、ニッケルのエッチングレートは、パラジウムのエッチングレートの約１．２５倍である。
発光領域４１や可飽和吸収領域４２の数は１に限定されない。１つの第２電極の第１部分６２Ａと２つの第２電極の第２部分６２Ｂ1，６２Ｂ2とが設けられた半導体レーザ素子の模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図１３に示す。この半導体レーザ素子にあっては、第１部分６２Ａの一端が、一方の分離溝６２Ｃ1を挟んで、一方の第２部分６２Ｂ1と対向し、第１部分６２Ａの他端が、他方の分離溝６２Ｃ2を挟んで、他方の第２部分６２Ｂ2と対向している。そして、１つの発光領域４１が、２つの可飽和吸収領域４２1，４２2によって挟まれている。
半導体レーザ素子を、斜め導波路を有する斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造の半導体レーザ素子とすることもできる。実施例１あるいは実施例２において説明した半導体レーザ素子に斜め導波路を有する斜めリッジストライプ構造を適用した例を図１４に示すが、この図は、リッジストライプ構造５６’を上方から眺めた模式図である。この半導体レーザ素子にあっては、直線状の２つのリッジストライプ構造が組み合わされた構造を有し、２つのリッジストライプ構造の交差する角度θの値は、例えば、
０＜θ≦１０（度）
好ましくは、
０＜θ≦６（度）
とすることが望ましい。斜めリッジストライプ構造を採用することで、無反射コートＡＲをされた端面の反射率を、より０％の理想値に近づけることができ、その結果、半導体レーザ素子内で周回してしまうレーザ光の発生を防ぐことができ、主たるレーザ光に付随する副次的なレーザ光の発生を抑制できるといった利点を得ることができる。
実施例においては、半導体レーザ素子を、ｎ型ＧａＮ基板２１の極性面であるＣ面，｛０００１｝面上に設けた。ところで、このような場合、第３化合物半導体層にピエゾ分極及び自発分極に起因した内部電界によるＱＣＳＥ効果（量子閉じ込めシュタルク効果）によって、電気的に可飽和吸収が制御し難くなる場合がある。即ち、場合によっては、セルフ・パルセーション動作及びモード同期動作を得るために第１電極に流す直流電流の値及び可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧の値を高くする必要が生じたり、メインパルスに付随したサブパルス成分が発生したり、外部信号と光パルスとの間での同期が取り難くなることがある。このような現象の発生を抑制するためには、｛１１−２０｝面であるＡ面、｛１−１００｝面であるＭ面、｛１−１０２｝面といった無極性面上、あるいは又、｛１１−２４｝面や｛１１−２２｝面を含む｛１１−２ｎ｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面といった半極性面上に、半導体レーザ素子を設ければよい。これによって、半導体レーザ素子の第３化合物半導体層にたとえピエゾ分極及び自発分極が生じた場合であっても、第３化合物半導体層の厚さ方向にピエゾ分極が生じることは無く、第３化合物半導体層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ分極が生じるので、ピエゾ分極及び自発分極に起因した悪影響を排除することができる。尚、｛１１−２ｎ｝面とは、ほぼＣ面に対して４０度を成す無極性面を意味する。また、無極性面上あるいは半極性面上に半導体レーザ素子を設ける場合、実施例１にて説明したような、井戸層の厚さの制限（１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下）及び障壁層の不純物ドーピング濃度の制限（２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下）を無くすことが可能である。
１０・・・半導体レーザ素子、２１・・・ｎ型ＧａＮ基板、２２・・・ＧａＮバッファ層、３０・・・第１化合物半導体層、３１・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、３２・・・ｎ型ＧａＮクラッド層、４０・・・第３化合物半導体層（活性層）、４１・・・発光領域、４２，４２1，４２2・・・可飽和吸収領域、５０・・・第２化合物半導体層、５０Ａ・・・第２電極の下に位置する第２化合物半導体層の部分、５０Ｂ・・・第２化合物半導体層露出領域、５０Ｃ・・・第２化合物半導体層対向領域、５１・・・ノンドープＧａＩｎＮ光ガイド層、５２・・・ノンドープＡｌＧａＮクラッド層、５３・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）、５４・・・ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、５５・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）、５６，５６’・・・リッジストライプ構造、５７Ａ，５７Ｂ，５８Ａ，５８Ｂ・・・端面、６１・・・第１電極、６２・・・第２電極、６２Ａ・・・第２電極の第１部分、６２Ｂ，６２Ｂ1，６２Ｂ2・・・第２電極の第２部分、６２Ｃ，６２Ｃ1，６２Ｃ2・・・分離溝、６３・・・Ｐｄ単層、６４・・・レジスト層、６５・・・開口部、７０，７１・・・光反射装置あるいは外部共振器

Claims (16)

  1. 半導体レーザ素子及び光反射装置を備えており、
    半導体レーザ素子は、
    （ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
    ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層と、
    第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
    とが、順次、積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えており、
    積層構造体は、リッジストライプ構造を有し、発光領域を備えており、
    リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置においてレーザ光の一部が反射されて半導体レーザ素子に戻され、レーザ光の残部は光反射装置を通して外部に出射され、
    リッジストライプ構造の他方の端面においてレーザ光が反射され、
    リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
    ６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
    を満足する半導体レーザ素子組立体。
  2. 半導体レーザ素子及び光反射装置を備えており、
    半導体レーザ素子は、
    （ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
    ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層と、
    第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
    とが、順次、積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えており、
    積層構造体は、リッジストライプ構造を有し、発光領域を備えており、
    リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
    リッジストライプ構造の他方の端面からレーザ光の一部が外部に出射され、
    リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
    ６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
    を満足する半導体レーザ素子組立体。
  3. 半導体レーザ素子及び外部共振器を備えており、
    半導体レーザ素子は、
    （ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
    ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層と、
    第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
    とが、順次、積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えており、
    積層構造体は、リッジストライプ構造を有し、発光領域を備えており、
    リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、外部共振器において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
    リッジストライプ構造の一方の端面あるいは他方の端面から出射されたレーザ光が外部に出射され、
    リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
    ６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
    を満足する半導体レーザ素子組立体。
  4. 光反射装置は、ミラー、チャープミラー、ボリューム・ブラッグ・グレーティング、又は、ファイバー・ブラッグ・グレーティングから成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の記載の半導体レーザ素子組立体。
  5. 外部に出射されるレーザ光はシングルモードである請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の記載の半導体レーザ素子組立体。
  6. １×１０-6ｍ≦Ｗmin≦３×１０-6ｍを満足する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子組立体。
  7. 積層構造体は、可飽和吸収領域を更に備え、
    第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
    第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子組立体。
  8. 可飽和吸収領域は、外部へのレーザ光出射側の端面とは反対側の端面側に位置する積層構造体の部分に配設されている請求項７に記載の半導体レーザ素子組立体。
  9. 外部に出射されるレーザ光はパルス発振レーザ光である請求項７に記載の半導体レーザ素子組立体。
  10. 可飽和吸収領域は、外部へのレーザ光出射側の端面とは反対側の端面側に位置する積層構造体の部分に配設されている請求項９に記載の半導体レーザ素子組立体。
  11. 外部に出射されるレーザ光は連続発振レーザ光である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子組立体。
  12. Ｗmin＝Ｗmaxと仮定したときに外部に出射されるレーザ光の光強度をＥ0としたとき、半導体レーザ素子組立体から出射されるレーザ光の光強度Ｅoutは、
    Ｅout／Ｅ0≧１．５
    を満足する請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の記載の半導体レーザ素子組立体。
  13. 半導体レーザ素子及び光反射装置を備えており、
    半導体レーザ素子は、
    （ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
    ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層と、
    第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
    とが、順次、積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えており、
    積層構造体は、リッジストライプ構造を有し、リッジストライプ構造の延びる方向に沿って発光領域及び可飽和吸収領域を備えており、
    第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
    第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されており、
    リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置においてレーザ光の一部が反射されて半導体レーザ素子に戻され、レーザ光の残部は光反射装置を通して外部に出射され、
    リッジストライプ構造の他方の端面においてレーザ光が反射され、
    リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
    ６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
    を満足する半導体レーザ素子組立体の駆動方法であって、
    第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流す一方、第１電極及び可飽和吸収領域を経由して第２電極の第２部分に電流を流して、パルス発振させ、
    第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流し、併せて、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流して、若しくは、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流すこと無く、連続発振させる半導体レーザ素子組立体の駆動方法。
  14. 半導体レーザ素子及び光反射装置を備えており、
    半導体レーザ素子は、
    （ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
    ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層と、
    第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
    とが、順次、積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えており、
    積層構造体は、リッジストライプ構造を有し、リッジストライプ構造の延びる方向に沿って発光領域及び可飽和吸収領域を備えており、
    第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
    第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されており、
    リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、光反射装置において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
    リッジストライプ構造の他方の端面からレーザ光の一部が外部に出射され、
    リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
    ６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
    を満足する半導体レーザ素子組立体の駆動方法であって、
    第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流す一方、第１電極及び可飽和吸収領域を経由して第２電極の第２部分に電流を流して、パルス発振させ、
    第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流し、併せて、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流して、若しくは、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流すこと無く、連続発振させる半導体レーザ素子組立体の駆動方法。
  15. 半導体レーザ素子及び外部共振器を備えており、
    半導体レーザ素子は、
    （ａ）第１導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層と、
    ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層と、
    第１導電型と異なる第２導電型を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層、
    とが、順次、積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えており、
    積層構造体は、リッジストライプ構造を有し、リッジストライプ構造の延びる方向に沿って発光領域及び可飽和吸収領域を備えており、
    第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分から構成されており、
    第２電極の第１部分と第２部分とは分離溝によって分離されており、
    リッジストライプ構造の一方の端面においてレーザ光が出射され、外部共振器において反射されて半導体レーザ素子に戻され、
    リッジストライプ構造の一方の端面あるいは他方の端面から出射されたレーザ光が外部に出射され、
    リッジストライプ構造の最小幅をＷmin、最大幅をＷmaxとしたとき、
    ６≦Ｗmax／Ｗmin≦１３．３
    を満足する半導体レーザ素子組立体の駆動方法であって、
    第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流す一方、第１電極及び可飽和吸収領域を経由して第２電極の第２部分に電流を流して、パルス発振させ、
    第２電極の第１部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流し、併せて、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流して、若しくは、第２電極の第２部分及び発光領域を経由して第１電極に電流を流すこと無く、連続発振させる半導体レーザ素子組立体の駆動方法。
  16. 可飽和吸収領域は、積層構造体の外部へのレーザ光出射側の端面とは反対側の端面側に配設されている請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子組立体の駆動方法。
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