(57)【要約】      （修正有）【課題】モード同期動作が不安定になるという問題の発生を抑制することができ、しかも、大きな出力を得ることができる半導体レーザ装置組立体を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置組立体は、（Ａ）モード同期半導体レーザ素子１０、（Ｂ）外部共振器１２０、（Ｃ）モード同期半導体レーザ素子１０と外部共振器１２０の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター１２１、及び、（Ｄ）バンドパスフィルター１２１を移動させる移動装置１２２を備えており、バンドパスフィルター１２１に衝突したレーザ光の一部は外部に出力され、バンドパスフィルター１２１に衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルター１２１を通過し、外部共振器１２０に入射し、外部共振器１２０で反射され、バンドパスフィルター１２２を通過してモード同期半導体レーザ素子１０に戻される。【選択図】図５
2014160859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、
（Ｂ）外部共振器、
（Ｃ）モード同期半導体レーザ素子と外部共振器の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、
（Ｄ）バンドパスフィルターを移動させる移動装置、
を備えた半導体レーザ装置組立体であって、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の一部は外部に出力され、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルターを通過し、外部共振器に入射し、外部共振器で反射され、バンドパスフィルターを通過してモード同期半導体レーザ素子に戻される半導体レーザ装置組立体。
【請求項２】
バンドパスフィルターを通過する位置に依存して、バンドパスフィルターを通過するレーザ光の波長が規定される請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項３】
外部共振器に入射し、外部共振器で反射され、バンドパスフィルターを通過してモード同期半導体レーザ素子に戻されるレーザ光の一部は、バンドパスフィルターによって、外部に出力される光の出射方向と反対向きの方向に反射され、モニター出力光として用いる請求項１又は請求項２に記載に半導体レーザ装置組立体。
【請求項４】
バンドパスフィルターは、低誘電率を有する誘電体薄膜と、高誘電率を有する誘電体薄膜とが積層されて成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載に半導体レーザ装置組立体。
【請求項５】
外部共振器は部分透過ミラーから成る請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項６】
モード同期半導体レーザ素子と外部共振器との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を外部共振器上に結像させる結像手段を有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項７】
モード同期半導体レーザ素子は斜め導波路を有する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。そして、超短パルスレーザは、ピコ秒・フェムト秒といった超高速現象の解明という科学的な関心のみならず，高いピークパワーを活用して、微細加工や２光子イメージングといった実用化への応用研究が盛んに行われている。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、可視光領域全域をカバーするコヒーレント光源として期待されている。
【０００３】
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、低消費電力化、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。
【０００４】
このような４０５ｎｍ帯における高ピークパワー・ピコ秒パルス光源としての全半導体構成を有する半導体レーザ装置組立体は、通常、ＭＯＰＡ（Master Oscillator and Power Amplifier) 構成を有する。具体的には、ピコ秒パルスを発生させる半導体レーザ、及び、発生したピコ秒パルスを増幅する半導体光増幅器（半導体レーザ増幅器，ＳＯＡ，Semiconductor Optical Amplifier）から構成されている。このＭＯＰＡ構成におけるピコ秒パルスを発生するパルス光源の１つとして、具体的には、外部共振器を有するモード同期半導体レーザ装置組立体を挙げることができる。
【０００５】
このモード同期半導体レーザ装置組立体は、例えば、多電極型モード同期半導体レーザ素子、及び、その光軸上に配された外部共振器によって実現される。多電極型モード同期半導体レーザ素子の一方の端面は、屡々、高反射コート層を備え、外部共振器と対向するミラーを兼ねている。そして、回折格子や誘電多層膜から成るバンドパスフィルターといった波長選択素子を配置することによって、発振波長を選択することが可能である。
【０００６】
回折格子を波長選択素子とする場合、外部共振器を回折格子から構成し、１次の回折光を半導体レーザ素子に戻すことで、発振波長を選択することができる。このような配置は、リトロー配置あるいはリットマン配置として知られており、連続発振の波長可変レーザに用いられている（例えば、特開２００１−２８４７１６、文献：Heim et al，エレクトロニクスレターズ誌，３３巻，１６号，１３８７頁，１９９７年、文献：Struckmeier et al，オプティクスレターズ誌，２４巻，２２号，１５７３頁，１９９９年参照）。一方、バンドパスフィルターを波長選択素子とする場合、半導体レーザ素子と外部共振器との間にバンドパスフィルターを配置し、波長選択性を与える（例えば、特開２００２−１６４６１４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８４７１６
【特許文献２】特開２００２−１６４６１４
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Heim et al，エレクトロニクスレターズ誌，３３巻，１６号，１３８７頁，１９９７年
【非特許文献２】Struckmeier et al，オプティクスレターズ誌，２４巻，２２号，１５７３頁，１９９９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、リトロー配置にあっては、波長分解能を高くするために、回折格子に入射させる光はコリメートされた平行光束である。それ故、外部共振器を有するモード同期半導体レーザ装置組立体にリトロー配置を適用すると、外部共振器の機械的振動等に起因した平行光束のずれが、半導体レーザ素子上にフィードバックされる結像点をずらすことになるといった理由により、モード同期動作が不安定になるという問題がある。
【００１０】
一方、バンドパスフィルターを配置する場合、アウトプットカプラとしての部分透過ミラーから成る外部共振器に半導体レーザ素子の光出射端面の像を結像させることで、外部共振器の安定性を向上させることができる。それ故、モード同期動作が不安定になることを抑制することが可能となる。しかしながら、モード同期半導体レーザ素子は、一般に、パルス動作において、パルスの持続時間中に波長が変化する。このような現象はチャーピングと呼ばれる。そして、ピコ秒光パルスに対して、バンドパスフィルターは定常光とは異なる透過特性を示し、予想外の光損失を与えることが判明した。即ち、バンドパスフィルターによって反射され、モード同期半導体レーザ素子に戻されるレーザ光が増加することが判明した。このチャーピングの量は、モード同期半導体レーザ素子の駆動条件（注入電流や逆バイアス電圧）に依存して変化するため、チャーピングの量を予見したバンドパスフィルターを設計することは容易ではない。それ故、バンドパスフィルターを用いた外部共振器を有するモード同期半導体レーザ装置組立体は、構成が単純である一方、大きな出力を得るには適していないといった問題を有する。
【００１１】
従って、本発明の目的は、モード同期動作が不安定になるという問題の発生を抑制することができ、しかも、大きな出力を得ることができる半導体レーザ装置組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、１次以上の回折光をモード同期半導体レーザ素子に戻し、０次の回折光を外部に出力する回折格子、
を備えており、
モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段を有する。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、
（Ｂ）０次の回折光を外部に出力する回折格子、及び、
（Ｃ）回折格子からの１次以上の回折光を反射し、回折格子を経由してモード同期半導体レーザ素子に戻す反射鏡から成る外部共振器、
を備えており、
モード同期半導体レーザ素子と回折格子の間に、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部共振器上で焦点を結ばせる結像手段を有する。
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、
（Ｂ）外部共振器、
（Ｃ）モード同期半導体レーザ素子と外部共振器の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、
（Ｄ）バンドパスフィルターを移動させる移動装置、
を備えており、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の一部は外部に出力され、
バンドパスフィルターに衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルターを通過し、外部共振器に入射し、外部共振器で反射され、バンドパスフィルターを通過してモード同期半導体レーザ素子に戻される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射（衝突）するレーザ光は平行光束ではない。また、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子の間に、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部共振器上で焦点を結ばせる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射（衝突）するレーザ光は平行光束ではない。それ故、外部共振器に機械的な振動等が与えられても、結像レンズの開口から集光光束がずれない範囲であれば、出射端面とその結像は位置を変えないといった理由により、モード同期動作が不安定になることを抑制することができる。
【００１６】
本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と外部共振器（アウトプットカプラ、例えば、部分透過鏡）との間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、バンドパスフィルターを移動させる移動装置を備えている。それ故、モード同期半導体レーザ素子の駆動条件（例えば、注入電流や逆バイアス電圧）に依存してチャーピングの量が変化し、その結果、予期せぬ損失が半導体レーザ装置組立体に与えられたとしても、その損失は反射として半導体レーザ装置組立体から取り出されるため、レーザ出力として有効に利用でき、大きな出力を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１の（Ａ）、並びに、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の半導体レーザ装置組立体の概念図、並びに、実施例１の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図である。
【図２】図２は、実施例１におけるモード同期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３】図３は、実施例１のモード同期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４】図４の（Ａ）、並びに、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例２の半導体レーザ装置組立体の概念図、並びに、実施例１の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の半導体レーザ装置組立体及びその変形例の概念図である。
【図６】図６は、実施例１のモード同期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７】図７は、実施例１のモード同期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８】図８は、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の更に別の変形例におけるリッジ部を上方から眺めた模式図である。
【図９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１のモード同期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】図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、図９の（Ｂ）に引き続き、実施例１のモード同期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１１】図１１は、図１０の（Ｂ）に引き続き、実施例１のモード同期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１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、回折格子の模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３は、従来の半導体レーザ装置組立体の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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３の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体）
３．実施例２（本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体）
４．実施例３（本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体）
５．実施例４（モード同期半導体レーザ素子の変形例）、その他
【００１９】
［本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明］
本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、回折格子を回動させる回動装置を更に備え、回動装置の作動による回折格子の回動によって、モード同期半導体レーザ素子に戻すべきレーザ光の波長を制御する形態とすることが好ましい。ここで、回動装置として、具体的には、圧電素子、モータとギアの組合せ、ヨークコイルを挙げることができる。そして、この場合、回折格子から出力された０次の回折光を反射する反射鏡を更に備え、回動装置の作動による回折格子の回動に起因した、反射鏡によって反射された０次の回折光の光路のずれを補正する補正機構を更に備えていることが好ましい。補正機構として、具体的には、圧電素子、モータとギアの組合せ、ヨークコイルを挙げることができる。
【００２０】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面におけるレーザ光の横方向の長さをＬ1、回折格子上に結したモード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像の横方向の長さをＬ2としたとき、
１×１０≦Ｌ2／Ｌ1≦１×１０2
望ましくは、
２０≦Ｌ2／Ｌ1≦５０
を満足することが好ましい。あるいは又、回折格子に入射（衝突）するレーザ光の中に含まれる回折格子における格子状のパターンの本数として、１２００本乃至３６００本、望ましくは２４００本乃至３６００本を例示することができる。
【００２１】
本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、外部共振器を構成する反射鏡は凹面鏡から成る形態とすることができる。そして、この場合、凹面鏡の曲率半径は、回折格子から凹面鏡までの距離と等しいことが望ましい。即ち、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射（衝突）する回折格子の領域に凹面鏡の曲率中心が含まれることが望ましい。あるいは又、外部共振器を構成する反射鏡は、回動機構付きの平面鏡とすることもできる。更には、これらの好ましい形態、構成を含む本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、回折格子と外部共振器との間には、外部共振器へのレーザ光の入射を規制する複数のアパーチャが配されている構成とすることができ、アパーチャは、例えば、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置から成る形態とすることができる。そして、アパーチャを選択することで、モード同期半導体レーザ素子に戻すべきレーザ光の波長を制御する形態とすることができる。
【００２２】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、結像手段はレンズから成る構成と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、例えば、凹面鏡、凹面鏡とレンズの組合せを用いることもできる。
【００２３】
本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体においては、バンドパスフィルターを通過する位置に依存して、バンドパスフィルターを通過するレーザ光の波長が規定される形態とすることができる。そして、このような形態を含む本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、外部共振器は部分透過ミラー（半透過ミラー、ハーフミラー）から成る形態とすることができる。更には、これらの形態を含む本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体においては、モード同期半導体レーザ素子と外部共振器との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を外部共振器上に結像させる結像手段を有する形態とすることができる。ここで、結像手段として、レンズや凹面鏡、凹面鏡とレンズの組合せを挙げることができる。
【００２４】
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、第２の態様あるいは第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体（以下、これらを総称して、単に『本発明の半導体レーザ装置組立体』と呼ぶ場合がある）において、モード同期半導体レーザ素子は、バイ・セクション型半導体レーザ素子から成り、
バイ・セクション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（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、
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形態とすることができる。
【００２５】
そして、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。尚、このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第１の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ。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。尚、このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第２の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ。
【００２６】
第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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、モード同期動作させることができる。
【００２７】
このような第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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。
【００２８】
また、第１の構成及び第２の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、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。尚、このようなモード同期半導体レーザ素子を、便宜上、『第３の構成のモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある。
【００２９】
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。
【００３０】
ここで、モード同期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、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。
【００３１】
また、第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子において、
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、
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、
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、モード同期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５０％以下、好ましくは１０μｍ以上、共振器長の１０％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。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。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（活性層）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。尚、以下の説明において、共振器長方向をＸ方向とし、積層構造体の厚さ方向をＺ方向とする。
【００３２】
更には、上記の好ましい形態を含む第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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。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。
【００３３】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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。尚、（３）、（５）、（５’）の構造を採用することで、モード同期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。
【００３４】
モード同期半導体レーザ素子は、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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。
【００３９】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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、モード同期半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、モード同期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、モード同期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、モード同期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���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。
【００４０】
第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子にあっては、モード同期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、モード同期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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
第１の構成あるいは第２の構成のモード同期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、レーザ光パルス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、レーザ光パルス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。
【００４５】
本発明の半導体レーザ装置組立体を、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】
【００４６】
実施例１は、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例１の半導体レーザ装置組立体の概念図を図１の（Ａ）に示し、実施例１の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図を図１の（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。また、実施例１におけるモード同期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２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３に示す。尚、図２は、図３の矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な端面図であり、図３は、図２の矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。
【００４７】
実施例１の半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子１０、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、１次以上の回折光（実施例１においては、具体的には、１次の回折光）をモード同期半導体レーザ素子１０に戻し、０次の回折光を外部に出力する回折格子１００、
を備えている。ここで、回折格子１００は、外部共振器を構成し、且つ、アウトプットカプラとして機能し、更には、波長選択素子として機能する。そして、モード同期半導体レーザ素子１０と回折格子１００との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段１０１を有する。
【００４８】
発光波長４０５ｎｍ帯の実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０は、第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子から成り、しかも、バイ・セクション型半導体レーザ素子から成る。ここで、バイ・セクション型半導体レーザ素子は、
（ａ）第１導電型（実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４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あるいは後述する実施例２〜実施例４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。
【００４９】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子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、このモード同期半導体レーザ素子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、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。尚、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０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。
【００５０】
［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
【００５１】
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。
【００５２】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０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、リッジ部（リッジ構造）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。
【００５３】
そして、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０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。
【００５４】
また、実施例１あるいは後述する実施例２の半導体レーザ装置組立体において、回折格子１００は、ホログラフィック型の回折格子から成り、溝が３６００本／ｍｍ、形成されている。
【００５５】
図１２の（Ａ）に示すように、波長λの光が反射型の回折格子に角度αで入射し、角度βで回折するものとする。ここで、角度α，βは回折格子の法線からの角度であり、反時計回りを正とする。するとグレーティング方程式は次のとおりとなる。ここで、Ｎは、回折格子１ｍｍ当たりの溝の本数（回折格子周期の逆数）であり、ｍは回折次数（ｍ＝０，±１，±２・・・である。
ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（β）＝Ｎ・ｍ・λ
【００５６】
溝の斜面に対して、入射光とｍ次の回折光が鏡面反射の関係にあるとき、ｍ次の回折光にエネルギーの大部分が集中する。このときの溝の傾きをブレーズ角と呼び、θBで表すと、
θB＝（α＋β）／２
となる。また、このときの波長をブレーズ波長といい、λBと表すと、
λB＝｛２／（Ｎ・ｍ）｝ｓｉｎ（θB）・ｃｏｓ（α−θB）
となる。ここで、図１２の（Ｂ）に示すように、入射光の方向に＋１次の回折光が戻るときの波長をλ1で表すと、このとき、α＝β＝βBとなるので、結局、
λ1＝（２／Ｎ）ｓｉｎ（θB）    （Ａ）
となる。このときの配置がリトロー配置と呼ばれる。
【００５７】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０において、結像手段１０１と対向する光出射端面には、無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。一方、モード同期半導体レーザ素子１０における光出射端面と対向する端面には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。可飽和吸収領域４２は、モード同期半導体レーザ素子１０における光出射端面と対向する端面の側に設けられている。無反射コート層（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。
【００５８】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０のパルス繰返し周波数を１ＧＨｚとした。尚、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’）
【００５９】
実施例１の半導体レーザ装置組立体において、結像手段１０１は、正のパワーを有するレンズ、具体的には、焦点距離４．５ｍｍの非球面の凸レンズから成る。また、モード同期半導体レーザ素子１０の光出射端面に対向する端面と回折格子１００との間の距離（Ｘ’）は１５０ｍｍである。ここで、実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面におけるレーザ光の横方向の長さをＬ1、回折格子上に結したモード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像の横方向の長さをＬ2としたとき、
Ｌ1＝１．６μｍ
Ｌ2＝５３μｍ
であり、
２０≦Ｌ2／Ｌ1≦５０
を満足している。
【００６０】
ところで、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光の波長は或る波長範囲を有する。そして、実施例１においては、回折格子１００を回動させる回動装置（図示せず）を備えている。ここで、回動装置は圧電素子から構成され、圧電素子に電圧を印加することで生じる圧電素子の変位によって、回折格子１００を回動させる。回動装置によって、回折格子１００は、図１の紙面に垂直な軸線（図示せず）を中心として回動させられる。尚、図１の（Ｃ）には、回折格子１００を回動させる前に回折格子１００に入射角ψ0にて入射したレーザ光を実線で示し、回折格子１００から出力された０次の回折光を点線で示し、回折格子１００を時計方向にθ0度回動させた後の回折格子１００から出力された０次の回折光を実線で示す。そして、回折格子１００の回動の結果、上記の式（Ａ）におけるθBに変化が生じ、λ1に変化が生じる。即ち、１次の回折光をモード同期半導体レーザ素子１０に戻すが、この１次の回折光の波長を変えることができ、回折格子１００は波長選択素子として機能する。こうして、回動装置の作動による回折格子１００の回動によって、モード同期半導体レーザ素子に戻すべきレーザ光の波長を制御することができる。更には、回折格子１００から出力された０次の回折光を反射する反射鏡１０２を更に備え、回動装置の作動による回折格子１００の回動に起因した、反射鏡１０２によって反射された０次の回折光の光路のずれを補正する補正機構（図示せず）を更に備えている。補正機構は、具体的には、圧電素子から成る。反射鏡１０２によって反射されたレーザ光（０次の回折光）は、コリメートレンズ１０３によってコリメートされて、平行光束とされ、レーザ出力として供される。
【００６１】
回折格子１００の角度を変えて選択波長を変化させると、これに伴い、図１の（Ｃ）に図示するように、０次の回折光が出力される方向が変化する。そこで、回折格子１００と平行な関係を保持する反射鏡１０２を配置し、波長選択に伴う０次の回折光の変化を抑制する。回折格子１００と平行に設置された反射鏡１０２は、回折格子１００との間の距離が次式（Ｂ）に従うように調整される補正機構を備えており、回折格子１００の角度変化に伴う０次の回折光の出射位置の変化を補正することができる。具体的には、補正機構によって、反射鏡１０２は、図１の紙面に垂直な軸線（図示せず）を中心として回動させられ、回折格子１００と平行な位置関係を維持し、しかも、反射鏡１０２は回折格子１００の方向に平行移動せられる。
【００６２】
ｄ0・ｓｉｎ（ψ0）／ｓｉｎ（θ0＋ψ0）    （Ｂ）
【００６３】
ここで、
ｄ0：基準とする波長が出力されるときの回折格子１００と反射鏡１０２との間の距離（間隔）
ψ0：基準とするとする波長が出力されるときの回折格子１００へのレーザ光の入射角
θ0：基準とする波長に対する回折格子１００の角度変化量
である。
【００６４】
回折格子１００に入射する光束と反射鏡１０２から出射する光束は互いに平行であり、それぞれの光束の間隔は次式で与えられる。
２ｄ0・ｓｉｎ（ψ0＋θ0）
光束の間隔はθ0に依存するため、θ0の変化に応じて光束の間隔が変化しないように回折格子１００と反射鏡１０２を、互いに平行な関係を保持しつつ、その間隔を変化させればよく、これは上記の式（Ｂ）で与えられる。反射鏡１０２を回折格子１００の方向に平行移動するためには、例えば、反射鏡１０２を回折格子１００と同じ回動する台の上に配置し、回動台の回動に合わせて回折格子１００との間隔が上式（Ｂ）を満足するように、圧電素子等を用いて反射鏡１０２を動かせばよい。
【００６５】
回折格子１００からモード同期半導体レーザ素子１０に戻るレーザ光は、回折格子１００によって空間的に分散されるため、上述したとおり、回折格子１００の角度θ0を適宜設定することでモード同期半導体レーザ素子１０に戻されるレーザ光の波長を選択することができる。そして、回折格子１００からの０次の回折光（回折格子１００における反射光）を、外部共振器としての回折格子１００から、出力として取り出す。
【００６６】
モード同期半導体レーザ素子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、５８０μｍ、１０μｍ、１０μｍとした。このようなモード同期半導体レーザ素子１０を備えた実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、第２電極６２の第１部分６２Ａに流す電流を９０ミリアンペア、第２電極６２の第１部分６２Ａに印加する逆バイアス電圧を１８ボルトとしたとき、１２．２ミリワットの平均パワーが得られた。
【００６７】
一方、同じモード同期半導体レーザ素子１０を用い、同じ駆動条件において、図１３に示すようなバンドパスフィルター（Δλ＝０．８ｎｍ）と部分透過ミラー（反射率２０％）の組合せから成る半導体レーザ装置組立体にあっては、７．７ミリワットの平均パワーが得られたに過ぎなかった。
【００６８】
実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面の像を回折格子上に結像させる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射するレーザ光は平行光束ではない。それ故、モード同期動作が不安定になることを抑制することができる。
【００６９】
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。
【００７０】
ここで、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。
【００７１】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４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。
【００７２】
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。
【００７３】
以下、図９の（Ａ）、（Ｂ）、図１０の（Ａ）、（Ｂ）、図１１を参照して、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３におけるモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図９の（Ａ）、（Ｂ）、図１０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１１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。
【００７４】
［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９の（Ａ）参照）。
【００７５】
［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９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１０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。
【００７６】
［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（具体的には、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１０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。
【００７７】
［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１１参照）。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２及び図３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、モード同期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。
【００７８】
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。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。
【００７９】
［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、モード同期半導体レーザ素子１０を作製することができる。
【００８０】
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。
【００８１】
Ｒ＝（ρ・Ｘ0）／Ｓ
＝Ｘ0／（ｎ・ｅ・μ・Ｓ）
【００８２】
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。
【００８３】
製作したモード同期半導体レーザ素子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、製作したモード同期半導体レーザ素子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。
【実施例２】
【００８４】
実施例２は、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例２の半導体レーザ装置組立体の概念図を図４の（Ａ）に示し、実施例２の半導体レーザ装置組立体における回折格子の部分を拡大した模式図を図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。
【００８５】
実施例２の半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子１０、
（Ｂ）０次の回折光を外部に出力する回折格子１００、及び、
（Ｃ）回折格子１００からの１次以上の回折光を反射し、回折格子を経由してモード同期半導体レーザ素子１０に戻す反射鏡から成る外部共振器１１０、
を備えており、
モード同期半導体レーザ素子１０と回折格子１００の間に、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を外部共振器１１０上で焦点を結ばせる結像手段１０１を有する。ここで、回折格子１００はアウトプットカプラとして機能し、回折格子１００及び外部共振器１１０は波長選択素子として機能する。
【００８６】
実施例２の半導体レーザ装置組立体において、結像手段１０１は、正のパワーを有するレンズ、具体的には、凸レンズから成る。また、外部共振器１１０を構成する反射鏡は凹面鏡から成る。尚、凹面鏡の曲率半径は、回折格子１００から凹面鏡までの距離と等しい。即ち、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光が入射（衝突）する回折格子１００の領域に凹面鏡の曲率中心が含まれる。更には、回折格子１００と外部共振器１１０との間には、外部共振器１１０へのレーザ光の入射を規制する複数のアパーチャ１１１が配されている。アパーチャ１１１は、具体的には、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置１１２から成る。また、回折格子１００によって外部に出力されたレーザ光（０次の回折光）は、必要に応じて反射鏡１０２によって反射され、コリメートレンズ１０３によってコリメートされて、平行光束とされ、レーザ出力として供される。
【００８７】
モード同期半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光の波長は或る波長範囲を有する。従って、回折格子１００において回折された１次の回折光は、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光の波長に依存して、図４の（Ｃ）に示すように、多数の領域で外部共振器１１０に衝突し得る。ここで、図４の（Ｃ）に示すように、多数のセグメントを有する透過型液晶表示装置１１２の所望のセグメント１１１においてレーザ光を透過させることによって、モード同期半導体レーザ素子１０から出射された、所望の波長を有するレーザ光のみが、凹面鏡から成る外部共振器１１０に衝突し、外部共振器１１０によって反射され、透過型液晶表示装置１１２の所望のセグメント１１１を再び通過し、回折格子１００に衝突し、モード同期半導体レーザ素子１０に戻される。このように、アパーチャ１１１を選択することで、モード同期半導体レーザ素子１０に戻すべきレーザ光の波長を制御することができる。
【００８８】
実施例２の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子の間に、モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部共振器上で焦点を結ばせる結像手段を有する。即ち、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射され、回折格子に入射（衝突）するレーザ光は平行光束ではない。それ故、モード同期動作が不安定になることを抑制することができる。また、モード同期半導体レーザ素子から出射され、回折格子に衝突するレーザ光の面積を、実施例１よりも広くすることができ、回折効率の向上を図ることができるし、波長選択性も実施例１より拡大する。また、可動機構も不要である。
【実施例３】
【００８９】
実施例３は、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例３の半導体レーザ装置組立体の概念図を図５の（Ａ）に示す。
【００９０】
実施例３の半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子１０、
（Ｂ）外部共振器１２０、
（Ｃ）モード同期半導体レーザ素子１０と外部共振器１２０の間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター１２１、及び、
（Ｄ）バンドパスフィルター１２１を移動させる移動装置１２２、
を備えている。
【００９１】
そして、バンドパスフィルター１２１に衝突したレーザ光の一部は、出力光１（図５の（Ａ）参照）として、外部に出力される。図５の（Ａ）に示した例では、外部に出力されたレーザ光（出力光１）は、反射鏡１２５によって反射され、所望の領域に導出される。一方、バンドパスフィルター１２１に衝突したレーザ光の残部は、バンドパスフィルター１２１を通過し、外部共振器１２０に入射し、外部共振器１２０で反射され、バンドパスフィルター１２１を通過してモード同期半導体レーザ素子１０に戻される。尚、バンドパスフィルター１２１を通過してモード同期半導体レーザ素子１０に戻されるレーザ光の一部は、バンドパスフィルター１２１によって反射される。このときのバンドパスフィルター１２１によって反射されたレーザ光の出射方向は、出力光１の出射方向と反対向きの方向であり、このようなバンドパスフィルター１２１によって反射されたレーザ光は、例えば、光検出器から構成されたモニター出力光として用いることができる。尚、参照番号１２４は、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を平行光とするためのレンズを示す。
【００９２】
バンドパスフィルター１２１は、例えば、低誘電率を有する誘電体薄膜と、高誘電率を有する誘電体薄膜とを積層することで得ることができるし、膜厚の連続的な変化は、例えば、斜めスパッタリング法等に基づき誘電体薄膜を成膜することで達成することができる。
【００９３】
移動装置１２２は圧電素子から成り、圧電素子に電圧を印加することで生じる圧電素子の変位によって、バンドパスフィルター１２１を、図５の（Ａ）の矢印の方向に移動させる。このように、バンドパスフィルター１２１を移動させることで、誘電体薄膜積層体における異なる膜厚の領域に、モード同期半導体レーザ素子１０から出射したレーザ光を衝突させることができるので、出力光１の波長を選択することができる。即ち、バンドパスフィルター１２１は波長選択素子として機能し、しかも、アウトプットカプラとしても機能する。尚、波長選択に伴う出力光の方向、位置ずれは生じない。
【００９４】
従来の技術にあっては、モード同期半導体レーザ素子における波長選択素子としてバンドパスフィルターを用いると、予想外の光損失を与えることが判明したが、この光損失は、主に、バンドパスフィルターからの反射光に起因するものであり、この反射光はモード同期半導体レーザ素子への戻り光である。一方、実施例３にあっては、波長選択素子であるバンドパスフィルターからの反射光を出力光１として取り出すことで、強い平均光出力、例えば、従来の技術と比較して１．５倍乃至２倍程度、強い平均光出力を得ることができる。
【００９５】
尚、外部共振器１２０を、例えば、反射率２０％程度の部分透過ミラー（半透過ミラー、ハーフミラー）から構成してもよく、これによって、外部共振器１２０に衝突したレーザ光の一部を外部に取り出すことができる（図５の（Ａ）においては、出力光２で示す）。例えば、第２電極６２の第１部分６２Ａに流す電流を１１０ミリアンペア、第２電極６２の第１部分６２Ａに印加する逆バイアス電圧を１３ボルトとしたとき、出力光１の光出力が２０ミリワット、出力光２の光出力が１０ミリワットといった平均光出力を得ることができた。
【００９６】
モード同期半導体レーザ素子１０と外部共振器１２０との間に、具体的には、外部共振器１２０とバンドパスフィルター１２１との間に、モード同期半導体レーザ素子１０の光出射端面の像を外部共振器上に結像させる、正のパワーを有するレンズ、具体的には、凸レンズから成る結像手段１２３を配置してもよく（図５の（Ｂ）参照）、このような結像手段１２３を配置することで、モード同期動作をより一層安定させることができる。
【００９７】
実施例３の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と回折格子との間に配置され、膜厚を連続的に変化させたバンドパスフィルター、及び、バンドパスフィルターを移動させる移動装置を備えている。それ故、モード同期半導体レーザ素子の駆動条件（注入電流や逆バイアス電圧）に依存してチャーピングの量が変化しても、モード同期半導体レーザ素子の光出射端面から出射されたレーザ光の、バンドパスフィルターに衝突する位置を変化させることができるので、モード同期半導体レーザ素子から出射されるレーザ光に対するバンドパスフィルターの特性の最適化を図ることができ、大きな出力を得ることが可能となる。
【実施例４】
【００９８】
実施例４は実施例１において説明したモード同期半導体レーザ素子の変形であり、第３の構成のモード同期半導体レーザ素子に関する。実施例１においては、モード同期半導体レーザ素子１０を、極性を有する結晶面であるｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面、Ｃ面上に設けた。ところで、このような基板を用いた場合、活性層４０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判った。
【００９９】
そして、このような現象の発生を防止するためには、活性層４０を構成する井戸層の厚さの最適化、活性層４０を構成する障壁層における不純物ドーピング濃度の最適化を図ることが好ましいことが判明した。
【０１００】
具体的には、ＧａＩｎＮ量子井戸活性層を構成する井戸層の厚さを、１ｎｍ以上、１０．０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下とすることが望ましい。このように井戸層の厚さを薄くすることによって、ピエゾ分極及び自発分極の影響を低減させることができる。また、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、好ましくは、１×１０19ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下とすることが望ましい。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。そして、障壁層の不純物ドーピング濃度をこのような濃度とすることで、活性層のキャリアの増加を図ることができる結果、ピエゾ分極及び自発分極の影響を低減させることができる。
【０１０１】
実施例４においては、表２に示した層構成における３層の障壁層（Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎから成る）と２層の井戸層（Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ）から成るＧａＩｎＮ量子井戸活性層から構成された活性層４０の構成を以下のとおりとした。また、参考例４のモード同期半導体レーザ素子においては、表２に示した層構成における活性層４０の構成を以下のとおりとした。具体的には、実施例１と同じ構成とした。
【０１０２】
［表２］
実施例４                    参考例４
井戸層                              ８ｎｍ                    １０．５ｎｍ
障壁層                            １２ｎｍ                    １４ｎｍ
井戸層の不純物ドーピング濃度      ノン・ドープ                ノン・ドープ
障壁層の不純物ドーピング濃度      Ｓｉ：２×１０18ｃｍ-3      ノン・ドープ
【０１０３】
実施例４においては井戸層の厚さが８ｎｍであり、また、障壁層にはＳｉが２×１０18ｃｍ-3、ドーピングされており、活性層内のＱＣＳＥ効果が緩和されている。一方、参考例４においては井戸層の厚さが１０．５ｎｍであり、また、障壁層には不純物がドーピングされていない。
【０１０４】
モード同期は、実施例１と同様に、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。実施例４及び参考例４の注入電流と光出力の関係（Ｌ−Ｉ特性）の逆バイアス電圧依存性を測定した。その結果、参考例４にあっては、逆バイアス電圧Ｖsaを増加していくと、レーザ発振が開始する閾値電流が次第に上昇し、更には、実施例４に比べて、低い逆バイアス電圧Ｖsaで変化が生じていることが判った。これは、実施例４の活性層の方が、逆バイアス電圧Ｖsaにより可飽和吸収の効果が電気的に制御されていることを示唆している。但し、参考例４にあっても、可飽和吸収領域に逆バイアスを印加した状態でシングルモード（単一基本横モード）のセルフ・パルセーション動作及びモード同期（モードロック）動作が確認されており、参考例４も本発明に包含されることは云うまでもない。
【０１０５】
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装置組立体、モード同期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。
【０１０６】
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とが設けられたモード同期半導体レーザ素子の模式的な端面図を図６に示す。このモード同期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とが設けられたモード同期半導体レーザ素子の模式的な端面図を図７に示す。このモード同期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。
【０１０７】
モード同期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。このようなモード同期半導体レーザ素子におけるリッジ部５６’を上方から眺めた模式図を図８に示す。このモード同期半導体レーザ素子にあっては、直線状の２つのリッジ部が組み合わされた構造を有し、２つのリッジ部の交差する角度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、半導体レーザ内で周回してしまうレーザ光パルスの発生を防ぐことができ、メインのレーザ光パルスに付随するサブのレーザ光パルスの生成を抑制できるといった利点を得ることができる。
【０１０８】
実施例においては、モード同期半導体レーザ素子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、モード同期半導体レーザ素子１０を設けてもよく、これによって、モード同期半導体レーザ素子１０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モード同期半導体レーザ素子１０を設ける場合、実施例４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】
【０１０９】
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、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、１００・・・回折格子、１０１・・・結像手段、１０２・・・反射鏡、１０３・・・コリメートレンズ、１１０・・・外部共振器、１１１・・・アパーチャ、１１２・・・透過型液晶表示装置、１２０・・・外部共振器、１２１・・・バンドパスフィルター、１２２・・・移動装置、１２５・・・反射鏡
【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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