(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
第２電極は、発光領域を経由して第１電極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部分と、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分とに、分離溝によって分離されている半導体レーザ素子であって、
リッジストライプ構造の両側には、第２化合物半導体層が露出した第２化合物半導体層露出領域が設けられており、
発光領域を構成する第３化合物半導体層の部分から第２化合物半導体層露出領域の頂面までの平均距離をＬ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界において、可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層の部分から第２化合物半導体層露出領域の頂面までの距離をＬ2としたとき、
１＜Ｌ2／Ｌ1-ave
を満足し、
第２電極の第２部分と分離溝との境界におけるリッジストライプ構造の軸線方向と直交する方向に沿った可飽和吸収領域における第２化合物半導体層露出領域の幅は、リッジストライプ構造の軸線方向と直交する方向に沿った発光領域における第２化合物半導体層露出領域の平均幅よりも狭い半導体レーザ素子。
【請求項２】
１．１≦Ｌ2／Ｌ1-ave≦２．０
を満足する請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
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又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
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以上である請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
発光領域側の積層構造体の端面からレーザ光が出射される請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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や、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。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、半導体レーザ素子のセルフ・パルセーション動作（Self Pulsation，自励発振動作）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。
【０００３】
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。バイ・セクション型の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。
【０００４】
バイ・セクション型のＧａＮ系半導体レーザ素子は、一般に、
（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帯状の第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、
を備えている。そして、第２電極は、発光領域を経由して第１電極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部分と、第１電極から可飽和吸収領域を経由して電界を加えるための第２部分とに、分離溝によって分離されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−００７００２
【特許文献２】特開２００４−１８８６７８
【特許文献３】特開２００８−０４７６９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、バイ・セクション型のＧａＮ系半導体レーザ素子においてパルス動作をさせるためには、可飽和吸収領域に逆バイアスを印加しながら発光領域にキャリアを注入する。それ故、連続発振動作時の半導体レーザ素子に比べて可飽和吸収領域の負荷が大きく、その結果、第２電極の第２部分あるいは可飽和吸収領域に損傷が発生し、長期信頼性に問題が生じ易いことが、本発明者らの検討の結果、判明した。上記の特許公開公報には、このような第２電極の第２部分あるいは可飽和吸収領域に損傷が発生することに関しては、何ら言及されていない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、第２電極の第２部分あるいは可飽和吸収領域に損傷が発生し難い構成、構造を有するバイ・セクション型のＧａＮ系半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第５の態様に係る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（活性層）、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、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
第２電極は、発光領域を経由して第１電極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部分と、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分とに、分離溝によって分離されている半導体レーザ素子である。
【０００９】
そして、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、
リッジストライプ構造の最小幅をＷMIN、第２電極の第２部分と分離溝との境界における第２電極の第２部分のリッジストライプ構造の幅をＷ2としたとき、
１＜Ｗ2／ＷMIN
好ましくは、
１．５≦Ｗ2／ＷMIN≦２０
より好ましくは、
２．０≦Ｗ2／ＷMIN≦１０
を満足する。ここで、Ｗ2／ＷMIN≦２０とすることで、確実にシングルモードを維持することができる。最小幅ＷMINを有するリッジストライプ構造の部分は、発光領域に位置する場合もあるし、可飽和吸収領域に位置する場合もあるが、最も好ましい形態は、最小幅ＷMINを有するリッジストライプ構造の部分が積層構造体の端面に位置する形態である。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、
リッジストライプ構造の両側には、第２化合物半導体層が露出した第２化合物半導体層露出領域が設けられており、
発光領域を構成する第３化合物半導体層の部分から第２化合物半導体層露出領域の頂面までの平均距離をＬ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界において、可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層の部分から第２化合物半導体層露出領域の頂面までの距離をＬ2としたとき、
１＜Ｌ2／Ｌ1-ave
好ましくは、
１．１≦Ｌ2／Ｌ1-ave≦２．０
より好ましくは、
１．１５≦Ｌ2／Ｌ1-ave≦１．２５
を満足する。更には、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、リッジストライプ構造の軸線方向と直交する方向に沿った発光領域における第２化合物半導体層露出領域の平均幅をＤ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界において、リッジストライプ構造の軸線方向と直交する方向に沿った可飽和吸収領域における第２化合物半導体層露出領域の幅をＤ2としたとき、
２．０≦Ｄ1-ave／Ｄ2≦３．５
を満足することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、
発光領域におけるリッジストライプ構造の平均高さをＨ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界における第２電極の第２部分のリッジストライプ構造の高さをＨ2としたとき、
Ｈ2／Ｈ1-ave＜１
好ましくは、
０．８５≦Ｈ2／Ｈ1-ave≦０．９８
より好ましくは、
０．９０≦Ｈ2／Ｈ1-ave≦０．９５
を満足する。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第２部分は複数の部分から成る。ここで、複数の部分の数として、２乃至３を例示することができる。第２電極の第２部分を複数の部分から構成するには、第２電極の第２部分を第２の分離溝によって複数の部分に分離すればよい。
【００１３】
また、本発明の第５の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、可飽和吸収領域の電場が集中する部位には、光閉込め効果を低減する低減手段が設けられている。
【００１４】
ここで、光閉込め効果を低減する低減手段は、例えば、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子の構成要件と組み合わせてもよい。即ち、光閉込め効果を低減する低減手段は、リッジストライプ構造の最小幅をＷMIN、第２電極の第２部分と分離溝との境界における第２電極の第２部分のリッジストライプ構造の幅をＷ2としたとき、
１＜Ｗ2／ＷMIN
好ましくは、
１．５≦Ｗ2／ＷMIN≦２０
より好ましくは、
２．０≦Ｗ2／ＷMIN≦１０
を満足することで具現化することができる。あるいは又、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子の構成要件と組み合わせてもよい。即ち、光閉込め効果を低減する低減手段は、
リッジストライプ構造の両側には、第２化合物半導体層が露出した第２化合物半導体層露出領域が設けられており、
発光領域を構成する第３化合物半導体層の部分から第２化合物半導体層露出領域の頂面までの平均距離をＬ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界において、可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層の部分から第２化合物半導体層露出領域の頂面までの距離をＬ2としたとき、
１＜Ｌ2／Ｌ1-ave
好ましくは、
１．１≦Ｌ2／Ｌ1-ave≦２．０
より好ましくは、
１．１５≦Ｌ2／Ｌ1-ave≦１．２５
を満足することで具現化することができ、更には、リッジストライプ構造の軸線方向と直交する方向に沿った発光領域における第２化合物半導体層露出領域の平均幅をＤ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界において、リッジストライプ構造の軸線方向と直交する方向に沿った可飽和吸収領域における第２化合物半導体層露出領域の幅をＤ2としたとき、
２．０≦Ｄ1-ave／Ｄ2≦３．５
を満足することで具現化することができる。あるいは又、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子の構成要件と組み合わせてもよい。即ち、光閉込め効果を低減する低減手段は、
発光領域におけるリッジストライプ構造の平均高さをＨ1-ave、第２電極の第２部分と分離溝との境界における第２電極の第２部分のリッジストライプ構造の高さをＨ2としたとき、
Ｈ2／Ｈ1-ave＜１
好ましくは、
０．８５≦Ｈ2／Ｈ1-ave≦０．９８
より好ましくは、
０．９０≦Ｈ2／Ｈ1-ave≦０．９５
を満足することで具現化することができる。あるいは又、本発明の第４の態様に係る半導体レーザ素子の構成要件と組み合わせてもよい。即ち、光閉込め効果を低減する低減手段は、第２電極の第２部分を複数の部分から構成することで具現化することができ、ここで、複数の部分の数として、２乃至３を例示することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者らの検討の結果、第２電極の第２部分と分離溝との境界における第２電極の第２部分（以下、『第２電極の第２部分の境界領域』と呼ぶ場合がある）に、屡々、損傷の発生が認められた。本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、Ｗ2／ＷMIN＞１を満足しているので、第２電極の第２部分の境界領域に電界が集中し難くなり、第２電極の第２部分に損傷が発生し難くなる。また、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、Ｌ2／Ｌ1-ave＞１を満足しており、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、Ｈ2／Ｈ1-ave＜１を満足しているので、第２電極の第２部分の境界領域に対応する可飽和吸収領域の部分（以下、『可飽和吸収領域の境界領域』と呼ぶ場合がある）に電界集中が緩和され、可飽和吸収領域に損傷が発生し難くなる。更には、本発明の第４の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第２部分は複数の部分から成るので、第２電極の第２部分に発生した熱が拡散し易くなる結果、第２電極の第２部分に損傷が発生し難くなる。また、可飽和吸収領域が複数の部分から構成されるので、可飽和吸収領域の境界領域に電界が集中し難くなり、可飽和吸収領域の境界領域に損傷が発生し難くなる。本発明の第５の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、可飽和吸収領域の電場が集中する部位には光閉込め効果を低減する低減手段が設けられているので、可飽和吸収領域の境界領域に損傷が発生し難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図２】図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図３】図３は、実施例１の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】図４は、実施例１の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】図５の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例２の半導体レーザ素子の模式的な平面図、及び、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断面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な断面図）である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の半導体レーザ素子の模式的な端面図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の半導体レーザ素子の模式的な端面図である。
【図８】図８は、実施例３の半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の半導体レーザ素子を用いて外部共振器を構成し、モード同期動作を行う半導体レーザ素子組立体を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１の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１１】図１１は、実施例１の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（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）である。
【図１２】図１２は、実施例２の半導体レーザ素子の変形例における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１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の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１４】図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１３の（Ｂ）に引き続き、実施例１の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１５】図１５は、図１４の（Ｂ）に引き続き、実施例１の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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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．本発明の第１の態様〜第５の態様に係る半導体レーザ素子、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の第１の態様及び第５の態様に係る半導体レーザ素子）
３．実施例２（本発明の第２の態様、第３の態様及び第５の態様に係る半導体レーザ素子）
４．実施例３（本発明の第４の態様及び第５の態様に係る半導体レーザ素子）、その他
【００１８】
［本発明の第１の態様〜第５の態様に係る半導体レーザ素子、全般に関する説明］
上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第５の態様に係る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。
【００１９】
このような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、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Ｖsa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。
【００２０】
また、以上の好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第５の態様に係る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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
あるいは又、以上の好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第５の態様に係る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、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。
【００２３】
更には、以上の好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第５の態様に係る半導体レーザ素子においては、発光領域側の積層構造体の端面（光出射端面）からレーザ光が出射されることが好ましい。
【００２４】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様〜第５の態様に係る半導体レーザ素子（以下、これらを総称して、単に、『本発明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。そして、本発明の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。
【００２５】
本発明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。
【００２６】
本発明の半導体レーザ素子において、可飽和吸収領域の長さは発光領域の長さよりも短い構成とすることができる。あるいは又、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（活性層）の長さよりも短い構成とすることができる。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。
【００２７】
尚、第２電極の第２部分が複数存在する場合、少なくとも、積層構造体の光反射端面（積層構造体の光出射端面とは反対側の端面）に最も近い所に位置する第２電極の第２部分が、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子におけるＷ2／ＷMINの規定を満足し、また、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子におけるＬ2／Ｌ1-aveの規定を満足し、また、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子におけるＨ2／Ｈ1-aveの規定を満足し、また、本発明の第４の態様に係る半導体レーザ素子における第２電極の第２部分は複数の部分から成る旨の規定を満足すればよい。
【００２８】
本発明の半導体レーザ素子は、製造すべき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、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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
尚、製造すべき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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、本発明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、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（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。
【００３３】
更には、本発明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。��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。
【００３４】
本発明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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明の半導体レーザ素子においては、前述したとおり、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。
【００３９】
本発明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】
【００４０】
実施例１は、本発明の第１の態様及び第５の態様に係る半導体レーザ素子に関する。実施例１の半導体レーザ素子の模式的な平面図を図１の（Ａ）〜（Ｃ）、図２の（Ａ）〜（Ｃ）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。
【００４１】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の半導体レーザ素子（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、バイ・セクション型半導体レーザ素子から成り、
（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、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（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、
を備えており、
第２電極６２は、発光領域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とに、分離溝６２Ｃによって分離されている。
【００４２】
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。
【００４３】
［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
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（可飽和吸収領域４２に逆バイアス電圧Ｖsa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。
【００４７】
実施例１等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端面（光出射端面）からレーザ光が出射される。この光出射端面には、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。一方、半導体レーザ素子１０における光出射端面と対向する光反射端面には、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、半導体レーザ素子１０における光出射端面と対向する光反射端面側に設けられている。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。
【００４８】
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。
【００４９】
そして、実施例１の半導体レーザ素子１０にあっては、リッジストライプ構造５６の最小幅をＷMIN、第２電極６２の第２部分６２Ｂと分離溝６２Ｃとの境界における第２電極６２の第２部分６２Ｂのリッジストライプ構造５６の幅をＷ2としたとき、
１＜Ｗ2／ＷMIN
好ましくは、
１．５≦Ｗ2／ＷMIN≦２０
より好ましくは、
２．０≦Ｗ2／ＷMIN≦１０
を満足している。
【００５０】
あるいは又、実施例１の半導体レーザ素子１０にあっては、可飽和吸収領域４２の電場が集中する部位には、光閉込め効果を低減する低減手段が設けられている。ここで、この低減手段は、具体的には、リッジストライプ構造５６の最小幅をＷMIN、第２電極６２の第２部分６２Ｂと分離溝６２Ｃとの境界における第２電極６２の第２部分６２Ｂのリッジストライプ構造５６の幅をＷ2としたとき、
１＜Ｗ2／ＷMIN
とすることで具現化されている。
【００５１】
図１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の幅は、最小幅ＷMIN（一定値）と等しい。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂの幅は、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域（図面では、矢印「Ｐ」で示し、『境界領域Ｐ』と呼ぶ場合がある。以下においても同様である）で最も広く、Ｗ2であり、光反射端面に向かって狭くなっている。尚、図１の（Ａ）〜（Ｃ）、図２の（Ａ）〜（Ｃ）、図５の（Ａ）、図８、図１２において、分離溝を明示するために分離溝の領域に斜線を付した。
【００５２】
図１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の幅は、最小幅ＷMIN（一定値）と等しい。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂの幅は、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐから光反射端面に向かって一定値Ｗ2である。
【００５３】
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、第２電極６２の第１部分６２Ａの幅は、光出射端面において最小幅ＷMINであり、光反射端面に向かって広がっている。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂの幅は、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐから光反射端面に向かって広がっており、境界領域Ｐにおける幅はＷ2である。
【００５４】
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の幅は、最小幅ＷMIN（一定値）と等しい領域が存在し、しかも、分離溝６２Ｃの近傍では広がっている。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂの幅は、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐで最も広く、Ｗ2であり、光反射端面に向かって狭くなっている。
【００５５】
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の幅は、最小幅ＷMIN（一定値）と等しい領域が存在し、しかも、分離溝６２Ｃの近傍では広がっている。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂの幅は、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐから光反射端面に向かって一定値Ｗ2である。
【００５６】
図２の（Ｃ）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の幅は、光出射端面において最小幅ＷMINであり、光反射端面に向かって広がっている。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂの幅は、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐで最も広く、Ｗ2であり、光反射端面に向かって狭くなっている。
【００５７】
以上に説明した実施例１の半導体レーザ素子１０において、最小幅ＷMINを有するリッジストライプ構造５６の部分は、発光領域４１に位置し、また、積層構造体の光出射端面に位置する。
【００５８】
このように、実施例１の半導体レーザ素子１０にあっては、Ｗ2／ＷMIN＞１を満足しているので、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐに電界が集中し難くなり、第２電極６２の第２部分６２Ｂに損傷が発生し難くなる。しかも、可飽和吸収領域の境界領域に電界が集中し難くなる結果、光密度の低下を図ることができ、可飽和吸収領域４２の境界領域に損傷が発生し難くなる。尚、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（Ａ）〜（Ｃ）、図２の（Ａ）〜（Ｃ）に図示した例に限定するものではない。
【００５９】
例えば、図２の（Ｃ）に図示した半導体レーザ素子（便宜上、『実施例１Ａ、実施例１Ｂの半導体レーザ素子』と呼ぶ）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、Ｗ1-MIN＝１．５μｍとし、Ｗ2＝２．５μｍ（実施例１Ａ）あるいはＷ2＝５．０μｍ（実施例１Ｂ）とした。
【００６０】
一方、第２電極６２の第１部分６２Ａ、第２部分６２Ｂの幅を一定値（１．５μｍ）とした半導体レーザ素子を比較例１として作製した。
【００６１】
そして、発光領域（利得領域）４１に流す電流Ｉgを増加させ、可飽和吸収領域４２に印加する電圧値Ｖsaを増加させてモード同期動作を行い、実施例１Ａ、実施例１Ｂ及び比較例１の半導体レーザ素子に損傷が発生したときの可飽和吸収領域４２に流れる電流値Ｉsaを測定した。ここで、電流値Ｉsaは、可飽和吸収領域４２が引き抜いた光の量と考えることができる。そして、電界集中による劣化を緩和できれば、電流Ｉg及び電圧値Ｖsaを増加させることができるため、電流値Ｉsaも大きくできると予想される。その結果は、以下のとおりであった。この結果から、Ｗ2の値を大きくするほど、可飽和吸収領域４２に流れることができる電流値（即ち、可飽和吸収領域４２が吸収できる光の量）を増加させることができることが判る。云い換えれば、可飽和吸収領域４２の境界領域に電界が集中し難くなることが判る。
【００６２】
実施例１Ａ    １４ミリアンペア
実施例１Ｂ    ２５ミリアンペア
比較例１      １０ミリアンペア
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
以下、図１３の（Ａ）、（Ｂ）、図１４の（Ａ）、（Ｂ）、図１５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１３の（Ａ）、（Ｂ）、図１４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１５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。
【００６７】
［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１３の（Ａ）参照）。
【００６８】
［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１３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１４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。
【００６９】
［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１４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。
【００７０】
［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１５参照）。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。
【００７１】
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。
【００７２】
［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。
【００７３】
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。
【００７４】
Ｒ＝（ρ・Ｘ0）／Ｓ
＝Ｘ0／（ｎ・ｅ・μ・Ｓ）
【００７５】
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。
【００７６】
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Ｖsa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。具体的には、光パルスのパルス幅は３０ピコ秒であり、時間平均パワー（６４ミリワット／秒，約７２ピコジュール／パルス）から見積もられたパルスピークパワーは約２．４ワットであった。
【実施例２】
【００７７】
実施例２は、本発明の第２の態様、第３の態様及び第５の態様に係る半導体レーザ素子に関する。実施例２の半導体レーザ素子の模式的な平面図を図５の（Ａ）に示し、図５の（Ａ）の矢印Ｅ−Ｅ、矢印Ｆ−Ｆに沿った模式的な断面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図５の（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。また、図５の（Ａ）の矢印Ａ−Ａに沿った模式的な端面図を図６の（Ａ）に示し、図５の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂに沿った模式的な端面図を図６の（Ｂ）に示し、図５の（Ａ）の矢印Ｃ−Ｃに沿った模式的な端面図を図７の（Ａ）に示し、図５の（Ａ）の矢印Ｄ−Ｄに沿った模式的な端面図を図７の（Ｂ）に示す。尚、図６の（Ａ）、（Ｂ）、図７の（Ａ）、（Ｂ）においては、積層絶縁膜５７の図示は省略している。
【００７８】
実施例２の半導体レーザ素子１０Ｂにあっては、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子の表現に沿って説明すれば、
リッジストライプ構造５６の両側には、第２化合物半導体層５０が露出した第２化合物半導体層露出領域５０Ｂが設けられており、
発光領域４１を構成する第３化合物半導体層４０の部分から第２化合物半導体層露出領域５０Ｂの頂面までの平均距離をＬ1-ave、第２電極６２の第２部分６２Ｂと分離溝６２Ｃとの境界（境界領域Ｐ）において、可飽和吸収領域４２を構成する第３化合物半導体層４０の部分から第２化合物半導体層露出領域５０Ｂの頂面までの距離をＬ2としたとき、
１＜Ｌ2／Ｌ1-ave
好ましくは、
１．１≦Ｌ2／Ｌ1-ave≦２．０
を満足している。更には、リッジストライプ構造５６の軸線方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に沿った発光領域４１における第２化合物半導体層露出領域５０Ｂの平均幅をＤ1-ave、第２電極６２の第２部分６２Ｂと分離溝６２Ｃとの境界（境界領域Ｐ）において、リッジストライプ構造５６の軸線方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に沿った可飽和吸収領域４２における第２化合物半導体層露出領域５０Ｂの幅をＤ2としたとき、
２．０≦Ｄ1-ave／Ｄ2≦３．５
を満足している。第２化合物半導体層露出領域５０Ｂを挟んで、第２電極６２の下に位置する第２化合物半導体層５０の部分５０Ａと対向する第２化合物半導体層の部分を、便宜上、第２化合物半導体層対向領域５０Ｃと呼ぶ。また、第２化合物半導体層５０の部分５０Ａと第２化合物半導体層対向領域５０Ｃとで挟まれた領域（第２化合物半導体層露出領域５０Ｂの上方の領域）を、便宜上、『凹部５６’』と呼ぶ。尚、このような構造は、屡々、「Ｗリッジ構造」とも呼ばれる。
【００７９】
また、実施例２の半導体レーザ素子１０Ｂにあっては、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子の表現に沿って説明すれば、
発光領域４１におけるリッジストライプ構造５６の平均高さをＨ1-ave、第２電極６２の第２部分６２Ｂと分離溝６２Ｃとの境界（境界領域Ｐ）における第２電極６２の第２部分６２Ｂのリッジストライプ構造５６の高さをＨ2としたとき、
Ｈ2／Ｈ1-ave＜１
好ましくは、
０．８５≦Ｈ2／Ｈ1-ave≦０．９８
を満足している。
【００８０】
具体的には、実施例２にあっては、
Ｌ2    ＝  ８０μｍ
Ｌ1-ave＝  ６５μｍ
Ｈ2    ＝５８０μｍ
Ｈ1-ave＝５９５μｍ
Ｄ2    ＝    ３μｍ
Ｄ1-ave＝    ７μｍ
とした。
【００８１】
更には、実施例２の半導体レーザ素子１０Ｂにあっても、可飽和吸収領域４２の電場が集中する部位には、光閉込め効果を低減する低減手段が設けられている。ここで、この低減手段は、具体的には、１＜Ｌ2／Ｌ1-ave、あるいは、Ｈ2／Ｈ1-ave＜１とすることで具現化されている。
【００８２】
ここで、１＜Ｌ2／Ｌ1-ave、あるいは、Ｈ2／Ｈ1-ave＜１を満足させるには、半導体レーザ素子の製造工程での第２化合物半導体層５０のドライエッチング時、例えば、マイクロローディング効果を利用すればよい。即ち、幅の狭い溝部の底部に露出した化合物半導体層のエッチングレートは、幅の広い溝部の底部に露出した化合物半導体層のエッチングレートよりも低いことを利用すればよい。そのために、
２．０≦Ｄ1-ave／Ｄ2≦３．５
といった規定を満足することで、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐにおける距離Ｌ2の値と、発光領域４１における平均距離Ｌ1-aveの値とが、
１＜Ｌ2／Ｌ1-ave
を満足する。あるいは又、発光領域４１におけるリッジストライプ構造５６の平均高さＨ1-aveの値と、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐにおけるリッジストライプ構造５６の高さＨ2の値とが、
Ｈ2／Ｈ1-ave＜１
を満足する。
【００８３】
より具体的には、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程において、真空蒸着法に基づきＰｄ層６３を全面に成膜した後、分離溝６２Ｃを含む第２電極６２を形成すべき第２化合物半導体層の領域、及び、第２化合物半導体層対向領域５０Ｃを形成すべき第２化合物半導体層の領域の上に、Ｐｄ層６３を残す。そして、実施例１の［工程−１２０］と同様の工程において、第２電極６２をエッチング用マスクとして、露出した第２化合物半導体層の一部分をエッチングすればよい。
【００８４】
あるいは又、適切なレジスト層を、都度、形成し、第２化合物半導体層を２回、エッチングすることでも、第２電極６２の第２部分６２Ｂの境界領域Ｐにおける距離Ｌ2の値と、発光領域４１における平均距離Ｌ1-aveの値とが、
１＜Ｌ2／Ｌ1-ave
を満足する構造を得ることができる。即ち、第１回目のエッチングによって、第２化合物半導体層に深さＨ2の凹部を形成し、第２回目のエッチングによって、第２化合物半導体層に深さＨ1-aveの凹部を形成すればよい。
【００８５】
あるいは又、実施例１の［工程−１００］と同様の工程を実行した後、深さＨ1-aveの凹部を形成し、次いで、リッジストライプ構造における第２化合物半導体層の一部を厚さ方向に除去することで、
Ｈ2／Ｈ1-ave＜１
を満足する構造を得ることができる。
【００８６】
以上のように、実施例２の半導体レーザ素子１０Ｂにあっては、Ｌ2／Ｌ1-ave＞１を満足しており、また、Ｈ2／Ｈ1-ave＜１を満足しているので、可飽和吸収領域４２の境界領域に電界が集中し難くなり、光閉込め効果が低下し、可飽和吸収領域４２の境界領域に損傷が発生し難くなる。
【実施例３】
【００８７】
実施例３は、本発明の第４の態様及び第５の態様に係る半導体レーザ素子に関する。実施例３の半導体レーザ素子の模式的な平面図を図８に示す。実施例３の半導体レーザ素子１０Ｃにあっては、第２電極６２の第２部分６２Ｂは複数の部分から成る。ここで、複数の部分の数は、図示した例では「３」であるが、これに限定するものではない。第２電極６２の第２部分６２Ｂを複数の部分から構成するために、第２電極６２の第２部分６２Ｂを第２の分離溝６２Ｄによって複数の部分に分離されている。第２の分離溝６２Ｄの幅を２μｍとした。図８において、第２の分離溝６２Ｄを明示するために第２の分離溝６２Ｄの領域に斜線を付した。
【００８８】
更には、実施例３の半導体レーザ素子１０Ｃにあっても、可飽和吸収領域４２の電場が集中する部位には、光閉込め効果を低減する低減手段が設けられている。ここで、この低減手段は、具体的には、第２電極６２の第２部分６２Ｂを複数の部分から構成することで具現化されている。第２の分離溝６２Ｄは、例えば、実施例１の［工程−１３０］と同様の工程において、分離溝６２Ｃを形成するとき、併せて形成すればよい。
【００８９】
実施例３の半導体レーザ素子１０Ｃにあっては、第２電極６２の第２部分６２Ｂが複数の部分から構成されており、第２電極６２の第２部分６２Ｂに発生した熱が拡散し易くなる結果、第２電極の第２部分に損傷が発生し難くなる。また、可飽和吸収領域４２が複数の部分から構成されるので、可飽和吸収領域４２の境界領域に電界が集中し難くなり、可飽和吸収領域４２の境界領域に損傷が発生し難くなる。
【００９０】
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、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。
【００９１】
実施例１にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造と、実施例２にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造とを組み合わせることができるし、実施例１にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造と、実施例３にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造とを組み合わせることができるし、実施例２にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造と、実施例３にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造とを組み合わせることができるし、実施例１にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造と、実施例２にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造と、実施例３にて説明した半導体レーザ素子の構成、構造とを組み合わせることもできる。
【００９２】
本発明の半導体レーザ素子を用いて集光型の外部共振器を構成して、モード同期動作する半導体レーザ素子組立体を、図９の（Ａ）に示す。図９の（Ａ）に示す集光型の外部共振器にあっては、可飽和吸収領域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と外部鏡とで外部共振器が構成され、外部鏡から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側の半導体レーザ素子の端面（光出射端面）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。尚、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Ｖsa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’）
【００９３】
あるいは又、本発明の半導体レーザ素子を用いて外部共振器を構成する例の変形例を、図９の（Ｂ）に示す。図９の（Ｂ）に示すコリメート型の外部共振器にあっても、可飽和吸収領域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と外部鏡とで外部共振器を構成し、外部鏡から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側の半導体レーザ素子の端面（光出射端面）には無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。
【００９４】
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１０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。あるいは又、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１１に示す。この半導体レーザ素子にあっては、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。尚、図１０及び図１１には、境界領域Ｐが２箇所、存在し、これらの境界領域Ｐに対して、実施例１あるいは実施例２の半導体レーザ素子の構成、構造を適用すればよい。あるいは又、図１０に示した半導体レーザ素子にあっては、光反射端面側の境界領域Ｐに対してのみ、実施例１あるいは実施例２の半導体レーザ素子の構成、構造を適用してもよい。また、図１０及び図１１に示した半導体レーザ素子に対して、実施例３にて説明した半導体レーザ素子の第２の分離溝を適用することができることは云うまでもない。
【００９５】
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１２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型を採用することで、無反射コート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、メインのレーザ光に付随するサブのレーザ光の生成を抑制できるといった利点を得ることができる。尚、このような半導体レーザ素子を実施例１あるいは実施例３にて説明した半導体レーザ素子に適用することができることは云うまでもない。
【００９６】
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。
【符号の説明】
【００９７】
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）、４１，４１1，４１2・・・発光領域、４２，４２1，４２2・・・可飽和吸収領域、５０・・・第２化合物半導体層、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、５６’・・・凹部、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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