JP2011187580A - 自励発振型半導体レーザ素子及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱、劣化といった問題を生じさせることなく、生成される光パルスの短パルス化や高ピーク出力化を達成し得る自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層、発光領域及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層及び第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体；第２化合物半導体層上に形成された第２電極；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、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部分に、分離溝によって分離されている自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流す。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自励発振型半導体レーザ素子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、また、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、半導体レーザ素子において短パルス光を発生させる方法として、主に、利得スイッチとモード同期の２種類の方法が知られており、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）変調を加える必要がある。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。

半導体レーザ素子をセルフパルセーション動作させるためには、半導体レーザ素子に発光領域及び可飽和吸収領域を設ける必要がある。ここで、発光領域及び可飽和吸収領域の配置状態から、半導体レーザ素子は、発光領域と可飽和吸収領域とを垂直方向に配置したＳＡＬ（Saturable Absorber Layer）型やＷＩ（Weakly Index guide）型と、共振器方向に発光領域と可飽和吸収領域とを並置したバイ・セクション（Bi Section）型を含む多電極型に分類することができる。バイ・セクション型半導体レーザ素子は、例えば、特開２００４−００７００２、特開２００４−１８８６７８、特開２００８−０４７６９２から周知である。多電極型のＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＳＡＬ型半導体レーザ素子に比べて、可飽和吸収の効果が大きく、幅の狭い光パルスを生成することができるとされている。

特開２００４−００７００２ 特開２００４−１８８６７８ 特開２００８−０４７６９２

ところで、多電極型半導体レーザ素子を自励発振させるためには、発光領域に順バイアス電流Ｉ_gainを流し、可飽和吸収領域に順バイアス又は逆バイアス電圧Ｖ_saを印加する。従来、多電極型半導体レーザ素子を自励発振させた場合、可飽和吸収領域に印加するバイアス電圧Ｖ_saを一定としたとき、自励発振周波数Ｆと平均光出力Ｌとの間には、（ｄＦ／ｄＬ）＞０といった関係が存在する。即ち、平均光出力Ｌを増加させると、自励発振周波数Ｆも増加する。従って、生成されるレーザパルスのパルス幅やピーク出力は殆ど変化しない。そのため、生成される光パルスの短パルス化や高ピーク出力化を達成するためには、可飽和吸収領域に印加する逆バイアス電圧Ｖ_saの値の絶対値を大きくする必要がある。しかしながら、このような対処では、閾値電流が増大してしまうため、自励発振動作時の順バイアス電流Ｉ_gainを大きくしなければならず、半導体レーザ素子の発熱、劣化が問題となる。

従って、本発明の目的は、発熱、劣化といった問題を生じさせることなく、生成される光パルスの短パルス化や高ピーク出力化を達成し得る自励発振型半導体レーザ素子及びそ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発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法は、
（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、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、
（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、
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部分に、分離溝によって分離された自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法であって、
光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流す。尚、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、自励発振動作させる。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様及び第２の態様に係る自励発振型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、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、
（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、
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部分に、分離溝によって分離されており、
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、
第３化合物半導体層から離れた第２化合物半導体層の領域には、１０ｎｍ以上の厚さを有する電子障壁層が設けられており、
電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離は４．５×１０^-8ｍ以上、８×１０^-8ｍ以下である自励発振型半導体レーザ素子である。

そして、本発明の第１の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流したとき、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとは（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係を有する。また、本発明の第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流したとき、自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとは（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係を有する。

本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流す。また、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流したとき、原因、理由、機構等が未だ明確になっていないが、本発明の第１の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子にあっては、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとは（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係を有し、本発明の第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子にあっては、自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとは（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係を有する。その結果、パルス幅Ｗが平均光出力Ｌの増大と共に狭くなり、また、平均光出力Ｌの増大と共にピーク出力が大幅に増加する。そして、これまでに報告されている如何なる直流電流駆動の自励発振型半導体レーザ素子よりも光パルスの高出力化が可能となった。

図１は、実施例１の自励発振型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である。 図２は、実施例１の自励発振型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である。 図３は、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子のセルフパルセーション動作の評価に用いた測定系を模式的に示す図である。 図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子における発光領域（利得領域）に注入する電流密度Ｊと平均光出力Ｌとの関係を表したＪ−Ｌ特性、平均光出力Ｌと自励発振周波数Ｆとの関係を表したＬ−Ｆ特性、平均光出力Ｌと発生した光パルス幅Ｗの関係を表したＬ−Ｗ特性、及び、平均光出力Ｌとピーク出力Ｐとの関係を表したＬ−Ｐ特性を示すグラフである。 図５は、図４の（Ａ）に示した実施例１の自励発振型半導体レーザ素子におけるＪ−Ｌ特性を拡大したグラフである。 図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示したグラフの横軸を注入電流（順バイアス電流Ｉ_gain）に書き直したグラフである。 図７は、実施例１にて得られた自励発振型半導体レーザ素子の第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値を４端子法にて測定した結果を示すグラフである。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の自励発振型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９の（Ａ）及び（Ｂ）は、図８の（Ｂ）に引き続き、実施例１の自励発振型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１０は、図９の（Ｂ）に引き続き、実施例１の自励発振型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１１は、実施例１の自励発振型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である。 図１２は、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子の別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である。 図１３の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、従来の自励発振型半導体レーザ素子における発光領域（利得領域）に注入する電流密度Ｊと平均光出力Ｌとの関係を表したＪ−Ｌ特性、平均光出力Ｌと自励発振周波数Ｆとの関係を表したＬ−Ｆ特性、平均光出力Ｌと発生した光パルス幅Ｗの関係を表したＬ−Ｗ特性、及び、平均光出力Ｌとピーク出力Ｐとの関係を表したＬ−Ｐ特性を示す模式的に示す図である。 図１４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、比較例１の自励発振型半導体レーザ素子における発光領域（利得領域）に注入する電流密度Ｊと平均光出力Ｌとの関係を表したＪ−Ｌ特性、平均光出力Ｌと自励発振周波数Ｆとの関係を表したＬ−Ｆ特性、平均光出力Ｌと発生した光パルス幅Ｗの関係を表したＬ−Ｗ特性、及び、平均光出力Ｌとピーク出力Ｐとの関係を表したＬ−Ｐ特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明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．本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の自励発振型半導体レーザ素子、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法）、その他

［本発明の自励発振型半導体レーザ素子、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法、全般に関する説明］
本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法、あるいは、本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る本発明の自励発振型半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第２部分に、絶対値が５ボルト以上の逆バイアス電圧Ｖ_saを印加する形態（即ち、第２電極の第２部分に、−５ボルト以下の逆バイアス電圧Ｖ_saを印加する形態）とすることが好ましい。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。

そして、上記の好ましい形態を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、横モードが単一モードである形態とすることができる。

更には、これらの好ましい形態を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとの間に（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係があり、あるいは又、自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとの間に（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係がある構成とすることができる。

更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、
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、
第３化合物半導体層から離れた第２化合物半導体層の領域には、１０ｎｍ以上の厚さを有する電子障壁層が設けられており、
電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離（ｄ）は４．５×１０^-8ｍ（４５ｎｍ）以上、８×１０^-8ｍ（８０ｎｍ）以下である構成とすることができる。尚、電子障壁層の厚さの上限として、限定するものではないが、５×１０^-8ｍ（５０ｎｍ）を挙げることができる。本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子においても同様である。

ここで、『電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離（ｄ）』とは、第３化合物半導体層に面する電子障壁層の部分（境界面）と、電子障壁層に面する第３化合物半導体層の部分（境界面）との間の距離を意味する。電子障壁層は、キャップ層あるいは蒸発防止層とも呼ばれ、ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層からの電子を反射し、電子が第２化合物半導体層を突き抜けること、即ち、電子のオーバーフローを防止するために設けられた層である。電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離（ｄ）を８×１０^-8ｍ（８０ｎｍ）以下とすることで、高電流注入時のエネルギーバンドの曲がりにより電子障壁が低くなることを抑制し、電子障壁層における実効的な障壁高さを高くすることができる。

また、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子にあっては、横モードが単一モードである形態とすることができる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様及び第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子あるいは本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法における自励発振型半導体レーザ素子（以下、これらを総称して、単に、『本発明の自励発振型半導体レーザ素子等』と呼ぶ場合がある）において、障壁層の不純物ドーピング濃度は、０以上、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である構成とすることができる。ここで、不純物として、シリコン（Ｓｉ）あるいは酸素（Ｏ）を挙げることができる。

更には、上記の好ましい構成を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等において、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値は、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。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、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。

ここで、第２電極の第１部分と第２部分との間の電気抵抗値を、１×１０²Ω以上とし、あるいは又、第２電極と第１電極との間の電気抵抗値の１０倍以上とすることで、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、発光領域（キャリア注入領域、利得領域）に注入する電流を大きくできると同時に、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Ｖ_saを高くすることができる。その結果、ピークパワーの強い光パルスを有するシングルモードのセルフパルセーション動作を実現できる。しかも、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。即ち、モード同期による光パルス生成を容易に実現することができる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等において、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、１μｍ以上、共振器長の５０％以下、好ましくは１０μｍ以上、共振器長の１０％以下とすることが望ましい。共振器長として、０．３ｍｍ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。尚、以下の説明において、共振器方向をＸ方向とし、積層構造体の厚さ方向をＺ方向とする。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等にあっては、第２電極の長さ（第１部分と第２部分の総計の長さ）は第３化合物半導体層の長さよりも短い。ここで、第２電極の第１部分と第２部分の配置状態として、
（１）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）
（２）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
（３）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
を挙げることができるが、中でも、（１）の構造とすることが望ましい。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。尚、（１）、（５）、（５’）の構造を採用することで、自励発振型半導体レーザ素子の光出射端面における損傷が発生し難くなる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等は、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。ここで、リッジ構造の高さは、０．１μｍ以上、１０μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以上、１μｍ以下とすることが望ましいが、これに限定するものではない。また、リッジ構造の幅として２μｍ以下を例示することができ、リッジ構造の幅の下限値として、例えば、０．８μｍを挙げることができるが、これに限定するものではない。尚、リッジ部の両側面よりも外側に位置する第２化合物半導体層の部分の頂面から第３化合物半導体層までの距離（Ｄ）は１．０×１０^-7ｍ（０．１μｍ）以上であることが好ましい。距離（Ｄ）をこのように規定することによって、第３化合物半導体層の両脇（Ｙ方向）に可飽和吸収領域を確実に形成することができる。距離（Ｄ）の上限は、閾値電流の上昇、温度特性、長期駆動時の電流上昇率の劣化等に基づき決定すればよい。

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等は、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帯状の第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、帯状の第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構造を形成するので、第２電極とリッジ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、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。

本発明の自励発振型半導体レーザ素子等において、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、前記工程（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、前記工程（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。第２電極の幅は、０．５μｍ以上、５０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上、５μｍ以下であることが望ましい。

以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等において、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、発光領域（利得領域）及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層（この第３化合物半導体層を『活性層』と呼ぶ場合がある）は、量子井戸構造を有する。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、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，Ｉｎ_zＧａ_(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の自励発振型半導体レーザ素子等において、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、自励発振型半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、自励発振型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、自励発振型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。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、自励発振型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発振閾値電流密度Ｊ_thを低減させることができる。また、リッジ部の両側面には、ＳｉＯ₂／Ｓｉ積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており；リッジ部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、１００ｍＷ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。

上述したとおり、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。

自励発振型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。また、自励発振型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。

本発明の自励発振型半導体レーザ素子等を、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、本発明の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法、本発明の第１の態様〜第２の態様に係る自励発振型半導体レーザ素子に関する。実施例１の自励発振型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１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２に示す。尚、図１は、図２の矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な端面図であり、図２は、図１の矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。

発光波長４０５ｎｍ帯の実施例１の自励発振型半導体レーザ素子１０は、
（ａ）第１導電型（実施例１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、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（実施例１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上に形成された帯状の第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。

そして、第２電極６２は、発光領域４１を経由して第１電極６１に電流（順バイアス電流Ｉ_gain）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に、分離溝６２Ｃによって分離されている。具体的には、実施例１にあっては、２つの第２電極の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂と１つの第２電極の第２部分６２Ｂとが設けられている。即ち、第２部分６２Ｂの端部が、一方の分離溝６２Ｃ₁を挟んで、一方の第１部分６２Ａ₁と対向し、第２部分６２Ｂの他端が、他方の分離溝６２Ｃ₂を挟んで、他方の第１部分６２Ａ₂と対向している。そして、１つの可飽和吸収領域４２が、２つの発光領域４１₁，４１₂によって挟まれている。

更には、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子１０における第３化合物半導体層４０は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有し、第３化合物半導体層４０から離れた第２化合物半導体層の領域には、１０ｎｍ以上の厚さを有する電子障壁層５３が設けられており、電子障壁層５３と第３化合物半導体層４０との間の距離（ｄ）は４．５×１０^-8ｍ（４５ｎｍ）以上、８×１０^-8ｍ（８０ｎｍ）以下である。また、量子井戸構造を構成する障壁層の不純物ドーピング濃度は、０以上、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である。

また、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子１０は、具体的には、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、この自励発振型半導体レーザ素子１０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り、リッジ構造（リッジストライプ構造）を有する。そして、自励発振型半導体レーザ素子１０は、ｎ型ＧａＮ基板２１のＣ面である（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。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、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。尚、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。

［表１］

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、幅１．５μｍのリッジ構造（リッジ部５６）が形成されている。リッジ部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、リッジ部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、リッジ部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の自励発振型半導体レーザ素子１０において、第２電極６２は、上述したとおり、発光領域（利得領域）４１₁，４１₂を経由して第１電極６１に直流電流（順バイアス電流Ｉ_gain）を流すことで順バイアス状態とするための第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂、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（可飽和吸収領域４２に逆バイアス電圧Ｖ_saを加えるための第２部分６２Ｂ）とに、分離溝６２Ｃ₁，６２Ｃ₂によって分離されている。ここで、第２電極６２の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂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６２Ａ₁，６２Ａ₂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。

ところで、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を形成する必要がある。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６２Ｃ₁，６２Ｃ₂で分離することで、第２電極６２の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂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６２Ａ₁，６２Ａ₂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。

実施例１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。また、実施例１にあっては、共振器長を０．６０ｍｍ、第２電極６２の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂の長さを０．２６５ｍｍ、第２部分６２Ｂの長さを０．０３ｍｍ、分離溝６２Ｃ₁，６２Ｃ₂の幅（共振器長方向の長さ）を０．０２ｍｍとした。

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０．６μｍ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、活性層側から、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、活性層からｐ型化合物半導体層（具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５３）までの距離は、４．５×１０^-8ｍ（４５ｎｍ）以上、８×１０^-8（８０ｎｍ０ｍ以下、具体的には、６３ｎｍである。また、量子井戸構造を構成する障壁層の不純物（具体的には、酸素，Ｏ）のドーピング濃度は、０以上、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下、具体的には、酸素（Ｏ）のドーピング濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

そして、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極６２の第１部分６２Ａに流す。即ち、光出力−電流特性において直線性が無くなる電流値以上の電流を第２電極６２の第１部分６２Ａに流す。尚、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に電流（順バイアス電流Ｉ_gain）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Ｖ_sa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、自励発振動作させる。また、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極６２の第１部分６２Ａに流したとき、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとは（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係を有する。あるいは又、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極６２の第１部分６２Ａに流したとき、自励発振周波数Ｆと第２電極６２の第１部分６２Ａに流す電流値Ｉとは（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係を有する。

以下、これらの点について説明する。尚、以下の説明においては、電流値Ｉの代わりに、発光領域（利得領域）の単位面積当たりに流れる電流である電流密度Ｊを用いる場合がある。

実施例１の自励発振型半導体レーザ素子１０の動作の評価に用いた測定系を図３に示す。測定では、可飽和吸収領域４２に直流定電圧Ｖ_saを印加し、発光領域（利得領域）４１に直流低電流（電圧Ｖ_gain）を流した。即ち、第２電極６２の第２部分６２Ｂに負の直流定電圧Ｖ_saを印加し、第２電極６２の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂から第１電極６１へと直流低電流（順バイアス電流Ｉ_gain）を流した。そして、自励発振型半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光をレンズでコリメートして光アイソレータを通した後、レンズでシングルモードファイバに結合し、シングルモードファイバからの光を、光検出器及び電気スペクトルアナライザ、並びに、光スペクトルアナライザ、及び、ストリークカメラを用いて評価した。

従来の自励発振型半導体レーザ素子の特性を模式的に図１３の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。また、表１に示した構成を有する比較例１の自励発振型半導体レーザ素子の特性測定結果を、図１４の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。更には、表１に示した構成を有する実施例１の自励発振型半導体レーザ素子の特性測定結果を、図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。また、図５に、図４の（Ａ）に示した実施例１の自励発振型半導体レーザ素子におけるＪ−Ｌ特性を拡大したグラフを示す。更には、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示したグラフの横軸を注入電流（順バイアス電流Ｉ_gain）に書き直したグラフを示す。

ここで、図４の（Ａ）、図１３の（Ａ）及び図１４の（Ａ）に、自励発振型半導体レーザ素子における、発光領域（利得領域）４１に注入する電流密度Ｊと平均光出力Ｌとの関係を表したＪ−Ｌ特性を示す。また、図４の（Ｂ）、図１３の（Ｂ）及び図１４の（Ｂ）に、平均光出力Ｌと自励発振周波数Ｆとの関係を表したＬ−Ｆ特性を示す。更には、図４の（Ｃ）、図１３の（Ｃ）及び図１４の（Ｃ）には、平均光出力Ｌと発生した光パルス幅Ｗの関係を表したＬ−Ｗ特性を示す。また、図４の（Ｄ）、図１３の（Ｄ）及び図１４の（Ｄ）には、平均光出力Ｌとピーク出力Ｐとの関係を表したＬ−Ｐ特性を示す。

従来の自励発振型半導体レーザ素子では、可飽和吸収領域４２に印加する逆バイアス電圧Ｖ_saの絶対値を大きくすると、発光領域（利得領域）４１におけるキャリア寿命が短くなり、発光領域４１を飽和させるために必要な光出力が増大する。その結果、Ｊ−Ｌ特性において発振閾値電流密度Ｊ_thの増大が見られるが、発振時には発光領域４１はレーザ光に対してほぼ透明となっているため、スロープ効率は逆バイアス電圧Ｖ_saに依らず、ほぼ一定となる。また、Ｌ−Ｆ特性においては、逆バイアス電圧Ｖ_saを同じとした場合（値を固定した場合）、平均光出力Ｌが大きくなると、発光領域４１における利得回復時間が早くなり、自励発振周波数Ｆが増大する。従って、（ｄＦ／ｄＬ）＞０という関係が得られる。また、逆バイアス電圧Ｖ_saの絶対値を大きくすると、発光領域４１におけるキャリア寿命が低下するため、発光領域４１における吸収回復時間が長くなり、自励発振周波数Ｆが低下する。セルフパルセーションで生成される光パルス幅Ｗは、光子寿命と発光領域４１におけるキャリア寿命により決定されることが一般に知られている。従って、Ｌ−Ｗ特性において、逆バイアス電圧Ｖ_saを同じとした場合（値を固定した場合）、パルス幅Ｗは殆ど変わらない。一方、逆バイアス電圧Ｖ_saの絶対値を大きくすると、前述したとおり、キャリア寿命が短くなるので、パルス幅Ｗも短くなる。ところで、ピーク出力Ｐは、
Ｐ＝Ｌ／（Ｆ×Ｗ）
と表すことができるので、Ｌ−Ｐ特性は、Ｌ−Ｆ特性及びＬ−Ｗ特性から、逆バイアス電圧Ｖ_saが同じ場合にはほぼ一定となるし、逆バイアス電圧Ｖ_saの絶対値が増加すると増加するという傾向が見られる。

尚、比較例１の自励発振型半導体レーザ素子にあっては、最短のパルス幅は約３０ピコ秒、最高ピーク出力は３ワットであった。

一方、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子にあっては、Ｊ−Ｌ特性においては、逆バイアス電圧Ｖ_saの絶対値を大きくしても、発振閾値電流密度Ｊ_thは殆ど変化せず、スロープ効率が悪化した。そして、逆バイアス電圧Ｖ_saを同じとした場合（値を固定した場合）、Ｌ−Ｆ特性においては、平均光出力Ｌの増大と共に、自励発振周波数Ｆが低下する（ｄＦ／ｄＬ）＜０といったという関係が得られた。また、Ｌ−Ｗ特性においては、パルス幅Ｗは、平均光出力Ｌの増大と共に狭くなる傾向が認められ、Ｌ−Ｐ特性においては、平均光出力Ｌの増大と共に、ピーク出力が大幅に増加する傾向が見られた。また、Ｊ−Ｌ特性においては、横モードが単一モードであるにも拘わらず、（ｄＦ／ｄＬ）＜０となる順バイアス電流Ｉ_gainでキンクが見られた。これは、従来の自励発振型半導体レーザ素子では見られたことのない、全く新しい現象である。また、−６ボルト以下の逆バイアス電圧Ｖ_saを印加したときキンクが明確に見られたことから、絶対値が５ボルト以上の逆バイアス電圧Ｖ_saを印加する（即ち、第２電極の第２部分に、−５ボルト以下の逆バイアス電圧Ｖ_saを印加する）ことが好ましいことが判明した。

このように、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流すと、原因、理由、機構等が未だ明確になっていないが、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとは（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係が得られ、また、自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとは（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係が得られる。そして、その結果、パルス幅Ｗが平均光出力Ｌの増大と共に狭くなり、また、平均光出力Ｌの増大と共にピーク出力が大幅に増加し、これまでに報告されている如何なる直流電流駆動の自励発振型半導体レーザ素子よりも光パルスの高出力化が可能となった。

ここで、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子と比較例１の自励発振型半導体レーザ素子の構成を比較すると、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子における電子障壁層５３の厚さが比較例１よりも厚く、また、電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離が、比較例１よりも長い。従って、電子障壁層の厚さ、並びに、電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離が、光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流したとき、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとは（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係が得られ、また、自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとは（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係が得られることに大きな影響を与えていると推定している。

尚、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子にあっては、最短のパルス幅は約１５ピコ秒、最高ピーク出力は１０ワットであり、これまで報告されてきた自励発振型半導体レーザ素子よりも、格段に自励発振特性が良好であることが確認された。

しかも、第２電極６２の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂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６２Ａ₁，６２Ａ₂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る。

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。

以下、図８の（Ａ）、（Ｂ）、図９の（Ａ）、（Ｂ）、図１０を参照して、実施例１の自励発振型半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図８の（Ａ）、（Ｂ）、図９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１０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８の（Ａ）参照）。

［工程−１１０］
その後、第２化合物半導体層５０上に帯状の第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８の（Ｂ）参照）、Ｐｄ層６３上に、フォトリソグラフィ技術に基づき帯状の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９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上に帯状の第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、少なくとも第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングして（実施例１にあっては、第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングして）、リッジ構造を形成する。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９の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。このように、帯状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構造を形成するので、第２電極６２とリッジ構造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１０参照）。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６２Ｃ₁，６２Ｃ₂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６２Ａ₁，６２Ａ₂と第２部分６２Ｂとに分離溝６２Ｃ₁，６２Ｃ₂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６２Ｃ₁，６２Ｃ₂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１及び図２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、自励発振型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α_i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。

［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、幅１．５μｍ、高さ０．３５μｍといった断面積が小さいリッジ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。

製作した実施例１の自励発振型半導体レーザ素子１０の第２電極６２の第２部分６２Ａ₁，６２Ａ₂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を、図７に示す。分離溝６２Ｃ₁，６２Ｃ₂の幅が２０μｍのとき、第２電極６２の第１部分６２Ａ₁，６２Ａ₂と第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値は１５ｋΩであった。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこ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。実施例においては、自励発振型半導体レーザ素子１０を、ｎ型ＧａＮ基板２１の極性面であるＣ面，｛０００１｝面上に設けたが、代替的に、｛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、自励発振型半導体レーザ素子１０を設けてもよく、これによって、自励発振型半導体レーザ素子１０の活性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、活性層の厚さ方向にピエゾ分極及び自発分極が生じることは無く、活性層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ分極及び自発分極が生じるので、発光波長にシフトが生じたり、動作電圧の上昇、発光効率の低下、輝度飽和といった現象が発生することを抑制することができる。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。

例えば、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の数は２に限定されない。１つの第１電極の第１部分６２Ａと１つの第２電極の第２部分６２Ｂとが設けられた自励発振型半導体レーザ素子の模式的な端面図を図１１に示す。あるいは又、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とが設けられた自励発振型半導体レーザ素子の模式的な端面図を図１２に示す。この自励発振型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。

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、４１，４１₁，４１₂・・・発光領域、４２，４２₁，４２₂・・・可飽和吸収領域、５０・・・第２化合物半導体層、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・・・リッジ部、５７・・・積層絶縁膜、６１・・・第１電極、６２・・・第２電極、６２Ａ，６２Ａ₁，６２Ａ₂・・・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

Claims (19)

1. （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、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、
   （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、
   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部分に、分離溝によって分離された自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法であって、
   光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流す自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
2. 第２電極の第２部分に、絶対値が５ボルト以上の逆バイアス電圧を印加する請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
3. 横モードが単一モードである請求項１又は請求項２に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
4. 自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとの間には、（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係がある請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
5. 自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとの間には、（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係がある請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
6. 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、
   第３化合物半導体層から離れた第２化合物半導体層の領域には、１０ｎｍ以上の厚さを有する電子障壁層が設けられており、
   電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離は４．５×１０^-8ｍ以上、８×１０^-8ｍ以下である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
7. 障壁層の不純物ドーピング濃度は、０以上、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である請求項６に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
8. 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以上である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
9. 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１μｍ以上である請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
10. 第２電極は、第２部分を第１部分で挟んだ構造を有する請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
11. 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請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子の駆動方法。
12. （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、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、
    （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、
    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部分に、分離溝によって分離されており、
    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、
    第３化合物半導体層から離れた第２化合物半導体層の領域には、１０ｎｍ以上の厚さを有する電子障壁層が設けられており、
    電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離は４．５×１０^-8ｍ以上、８×１０^-8ｍ以下であり、
    光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流したとき、自励発振周波数Ｆと平均光出力の値Ｌとは（ｄＦ／ｄＬ）＜０の関係を有する自励発振型半導体レーザ素子。
13. （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、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、
    （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、
    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部分に、分離溝によって分離されており、
    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、
    第３化合物半導体層から離れた第２化合物半導体層の領域には、１０ｎｍ以上の厚さを有する電子障壁層が設けられており、
    電子障壁層と第３化合物半導体層との間の距離は４．５×１０^-8ｍ以上、８×１０^-8ｍ以下であり、
    光出力−電流特性においてキンクが発生する電流値以上の電流を第２電極の第１部分に流したとき、自励発振周波数Ｆと第２電極の第１部分に流す電流値Ｉとには（ｄＦ／ｄＩ）＜０の関係を有する自励発振型半導体レーザ素子。
14. 横モードが単一モードである請求項１２又は請求項１３に記載の自励発振型半導体レーザ素子。
15. 障壁層の不純物ドーピング濃度は、０以上、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子。
16. 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以上である請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子。
17. 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１μｍ以上である請求項１２乃至請求項１６のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子。
18. 第２電極は、第２部分を第１部分で挟んだ構造を有する請求項１２乃至請求項１７のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子。
19. 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請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ素子。