(57)【要約】【課題】より一層高い光出力を達成し得る、ＧａＮ系化合物半導体から成る半導体光増幅器を提供する。【解決手段】半導体光増幅器２００は、（ａ）ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層、第３化合物半導体層、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２６２、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、光出射端面２０３におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面２０１におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足し、半導体光増幅器の軸線ＡＸ1に沿って光出射端面２０１から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域２０５が設けられており、第２電極２６２は、分離溝２６２Ｃで分離された第１部分２６２Ａ及び第２部分２６２Ｂから構成され、キャリア非注入領域２０５には第２電極の第２部分２６２Ｂが設けられている。【選択図】  図７
2014170958.tif 000002
【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光増幅領域を有する第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、
を備えた半導体光増幅器であって、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足し、
半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域が設けられており、
第２電極は、分離溝で分離された第１部分及び第２部分から構成され、
キャリア非注入領域には第２電極の第２部分が設けられている半導体光増幅器。
【請求項２】
第２電極の第２部分には、ビルトイン電圧以下の電圧が印加される請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
第２電極の第２部分には、０ボルトが印加される請求項２に記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
Ｗoutは５μｍ以上である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項５】
Ｗoutは４×１０2μｍ以下である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項６】
Ｗinは１．４μｍ乃至２．０μｍである請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項７】
半導体光増幅器の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項８】
光入射端面及び光出射端面には、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から成る低反射コート層が形成されている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項９】
半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光強度は、光出射端面を構成する第３化合物半導体層１ｃｍ2当たり６０キロワット以上である請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項１０】
（光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅）／（半導体光増幅器から出力されるレーザ光の幅）の値は１．１乃至１０である請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項１１】
第２電極の第１部分と第１電極との間に電圧が印加されることで、光増幅が行われ、
第２電極の第２部分と第１電極との間を流れる電流が測定されることで、入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の位置調整が行われる請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項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光増幅領域を有する第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、
を備えた半導体光増幅器であって、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足し、
第２電極の幅はリッジストライプ構造の幅よりも狭い半導体光増幅器。
【請求項１３】
（第２電極の幅）／（リッジストライプ構造の幅）の値は、０．２乃至０．９である請求項１２に記載の半導体光増幅器。
【請求項１４】
（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光増幅領域を有する第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、
を備えた半導体光増幅器であって、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足し、
リッジストライプ構造の最大幅をＷmaxとしたとき、Ｗmax＞Ｗoutを満足する半導体光増幅器。
【請求項１５】
０．２≦Ｗout／Ｗmax≦０．９
を満足する請求項１４に記載の半導体光増幅器。
【請求項１６】
半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域が設けられている請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項１７】
キャリア非注入領域には第２電極が設けられていない請求項１６に記載の半導体光増幅器。
【請求項１８】
第２電極は、分離溝で分離された第１部分及び第２部分から構成され、
キャリア非注入領域には第２電極の第２部分が設けられている請求項１６に記載の半導体光増幅器。
【請求項１９】
半導体光増幅器の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項２０】
光入射端面及び光出射端面には、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から成る低反射コート層が形成されている請求項１２乃至請求項１９のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項２１】
半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光強度は、光出射端面を構成する第３化合物半導体層１ｃｍ2当たり６０キロワット以上である請求項１２乃至請求項２０のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項２２】
（光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅）／（半導体光増幅器から出力されるレーザ光の幅）の値は１．１乃至１０である請求項１２乃至請求項２１のいずれか１項に記載の半導体光増幅器。
【請求項２３】
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の半導体光増幅器、
を備えた半導体レーザ装置組立体。
【請求項２４】
半導体光増幅器の第２電極の第１部分と第１電極との間に電圧が印加されることで、光増幅が行われ、
半導体光増幅器の第２電極の第２部分と第１電極との間を流れる電流が測定されることで、モード同期半導体レーザ素子から出射され、半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の位置調整が行われる請求項２３に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項２５】
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）請求項１２乃至請求項２２のいずれか１項に記載の半導体光増幅器、
を備えた半導体レーザ装置組立体。
【請求項２６】
（Ａ）モード同期半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の半導体光増幅器、
を備えた半導体レーザ装置組立体における半導体光増幅器の位置調整方法であって、
半導体光増幅器の第２電極の第１部分と第１電極との間に電圧Ｖ0を印加した状態で、半導体光増幅器にモード同期半導体レーザ素子からレーザ光を入射させずに半導体光増幅器の第２部分と第１電極との間を流れる電流Ｉ1を測定し、
半導体光増幅器の第２電極の第１部分と第１電極との間に電圧Ｖ0を印加した状態で、半導体光増幅器にモード同期半導体レーザ素子からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器の第２部分と第１電極との間を流れる電流Ｉ2を測定し、
（Ｉ2−Ｉ1）の値が最大となるように、モード同期半導体レーザ素子から出射され、半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の位置を調整する半導体光増幅器の位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器及び半導体レーザ装置組立体並びに半導体光増幅器の位置調整方法に関する。
【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。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。
【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、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】
一方、半導体レーザ素子の短パルス化は、通信系の分野で、１９６０年台から活発に研究されてきた。半導体レーザ素子において短パルスを発生させる方法として、利得スイッチング法、損失スイッチング法（Ｑスイッチング法）、モード同期法が知られており、これらの方式にあっては、半導体レーザ素子と半導体増幅器や非線形光学素子、光ファイバー等とを組み合わせて高出力化を目指している。ここで、モード同期は、更に、能動モード同期と受動モード同期に分類される。能動モード同期に基づき光パルスを発生させるには、ミラーやレンズを用いて外部共振器を構成し、更に、半導体レーザ素子に高周波（ＲＦ）変調を加える。一方、受動モード同期では、多電極構造を有する半導体レーザ素子を利用することで、単純な直流駆動にて光パルスを生成することができる。
【０００５】
ところで、レーザ光源においては、ハイパワー化が大きな課題となっている。そして、レーザ光源からの光を増幅する手段として、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier，ＳＯＡ）が、鋭意検討されている。ここで、光増幅器とは、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器の無いレーザ構造を有し、増幅器の光利得で入射光を増幅する。
【０００６】
これまで、光増幅器は主に光通信用の用途で開発されてきたため、４０５ｎｍ帯での半導体光増幅器の実用化は前例が殆どない。ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用い、テーパー状のリッジストライプ構造を有する１．５μｍ帯の半導体光増幅器が、例えば、特開平５−０６７８４５から周知である。この特許公開公報に開示された技術にあっては、半導体光増幅器において、単一モード条件を満たす狭い入力側の光導波路から出力側の光導波路へ光導波路幅をテーパー状に緩やかに広げることで光導波路幅に従ってモードフィールドを拡大させ、半導体光増幅器の最高出力の拡大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−０６７８４５
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】H.Yokoyama, et al: Appl. Phys. Lett. 39 (1981) 525
【非特許文献２】S. Gee and J. E. Bowers: Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 1951.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＧａＮ系化合物半導体から成る半導体光増幅器においては、出射側の光導波路幅を広げても、出射される近視野像の幅が拡大せず、光導波路幅に比べて狭いことが、本発明者らの検討によって明らかとなった。そして、このことは、半導体光増幅器の最高出力の増加を阻害し、しかも、半導体光増幅器から出射されるレーザ光が不安定になる虞がある。
【００１０】
従って、本発明の第１の目的は、より一層高い光出力を達成し得る、ＧａＮ系化合物半導体から成る半導体光増幅器を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、半導体光増幅器から出射されるレーザ光が不安定になる虞の無い半導体光増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の第１及び第２の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器は、
（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光増幅領域（キャリア注入領域、利得領域）を有する第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、
を備えた半導体光増幅器であって、
積層構造体はリッジストライプ構造を有し、
光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足する。
【００１２】
そして、上記の第１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光増幅器においては、半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域が設けられている。
【００１３】
また、上記の第２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光増幅器においては、第２電極の幅はリッジストライプ構造の幅よりも狭い。
【００１４】
更には、上記の第２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光増幅器においては、リッジストライプ構造の最大幅をＷmaxとしたとき、Ｗmax＞Ｗoutを満足する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器にあっては、光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足する。即ち、単一モード条件を満たす幅の狭い光入力側の光導波路から幅の広い光出力側の光導波路へと光導波路幅が広げられている。それ故、光導波路幅に従ってモードフィールドを拡大させることができ、半導体光増幅器の高光出力を達成することができるし、単一横モードを維持したままレーザ光を光増幅することができる。
【００１６】
しかも、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器にあっては、半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域が設けられている。それ故、光出射端面から出射されるレーザ光の幅を広げることができるので、より一層高い光出力を達成することができるし、信頼性の向上を図ることができる。一方、本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器にあっては、第２電極の幅がリッジストライプ構造の幅よりも狭く、本発明の第３の態様にあっては、リッジストライプ構造の最大幅をＷmaxとしたとき、Ｗmax＞Ｗoutを満足する。そして、これによって、安定した横モード増幅光が得られ、半導体光増幅器から出射されるレーザ光が不安定になる虞がない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、半導体光増幅器を含む実施例１の光出力装置の概念図である。
【図２】図２は、実施例１の半導体光増幅器の軸線（Ｚ方向）を含む仮想垂直面（ＹＺ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図である。
【図３】図３は、実施例１の半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（ＸＹ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施例１の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図５】図５は、実施例１の半導体光増幅器におけるリッジストライプ構造の模式的な平面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び比較例１の半導体光増幅器における出射されたレーザ光の近視野像である。
【図７】図７は、半導体光増幅器を含む実施例２の光出力装置の概念図である。
【図８】図８は、実施例２の半導体光増幅器の軸線（Ｚ方向）を含む仮想垂直面（ＹＺ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図である。
【図９】図９は、実施例２の半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（ＸＹ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、実施例２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１１】図１１は、実施例２の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図１２】図１２は、実施例２の半導体光増幅器におけるリッジストライプ構造の模式的な平面図である。
【図１３】図１３は、実施例２の半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電圧を印加し、Ｘ方向にＸＹＺステージを移動させたときの半導体光増幅器に流れる電流の変化を模式的に示すグラフである。
【図１４】図１４の（Ａ）は、実施例２の光出力装置の一変形例の概念図であり、図１４の（Ｂ）は、モノリシック型半導体光増幅器の概念図である。
【図１５】図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３及び実施例４の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図１６】図１６は、図１５の（Ａ）に示した実施例３の半導体光増幅器のリッジストライプ構造の模式的な平面図である。
【図１７】図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３及び実施例４の変形例の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図１８】図１８は、図１７（Ａ）に示した実施例３の変形例の半導体光増幅器のリッジストライプ構造の模式的な平面図である。
【図１９】図１９の（Ａ）及び（Ｂ）は、ぞれぞれ、実施例２及び実施例６におけるモード同期半導体レーザ素子から外部共振器を構成してモード同期駆動を行うシステムを模式的に示す図である。
【図２０】図２０の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例５におけるモード同期半導体レーザ素子から外部共振器を構成してモード同期駆動を行うシステムを模式的に示す図であり、図２０の（Ｃ）は、実施例６におけるモード同期半導体レーザ素子を用いてモード同期駆動を行うシステムを模式的に示す図である。
【図２１】図２１は、実施例７のモード同期半導体レーザ素子におけるリッジ部を上方から眺めた模式図である。
【図２２】図２２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例８及び実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子を用いてモード同期駆動を行うシステムを模式的に示す図である。
【図２３】図２３は、実施例２における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２４】図２４は、実施例２における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２５】図２５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２及び参考例２において、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測定結果を示すグラフである。
【図２６】図２６の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２及び参考例２において発生した光パルスをストリークカメラで測定した結果を示す図である。
【図２７】図２７は、実施例２において得られたモード同期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２８】図２８の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例８及び参考例８のＲＦスペクトルを測定した結果を示すグラフである。
【図２９】図２９の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２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ための基板等の模式的な一部断面図である。
【図３０】図３０の（Ａ）及び（Ｂ）は、図２９の（Ｂ）に引き続き、実施例２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ための基板等の模式的な一部断面図である。
【図３１】図３１は、図３０の（Ｂ）に引き続き、実施例２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】
【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光増幅器、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光増幅器）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（本発明の第２の態様及び第３の態様に係る半導体光増幅器）
５．実施例４（実施例３の変形）
６．実施例５（実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の変形）
７．実施例６（実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の別の変形）
８．実施例７（実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の別の変形）
９．実施例８（実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の別の変形）
１０．実施例９（実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の別の変形）、その他
【００１９】
［本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器、全般に関する説明］
本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器において、Ｗoutは５μｍ以上である形態とすることができる。尚、Ｗoutの上限値として、限定するものではないが、例えば、４×１０2μｍを例示することができる。また、このような形態を含む本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器において、Ｗinは１．４μｍ乃至２．０μｍである形態とすることができる。尚、これらの好ましい形態は、本発明の第２の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器に対しても適用することが可能である。
【００２０】
また、本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器において、（第２電極の幅）／（リッジストライプ構造の幅）の値は、０．２乃至０．９、好ましくは０．６乃至０．９であることが望ましい。ここで、第２電極の幅及びリッジストライプ構造の幅とは、半導体光増幅器の軸線に直交する或る仮想平面で半導体光増幅器を切断したときに得られる、第２電極の幅及びリッジストライプ構造の幅を意味する。
【００２１】
更には、本発明の第３の態様に係る半導体光増幅器においては、
０．２≦Ｗout／Ｗmax≦０．９
好ましくは０．５≦Ｗout／Ｗmax≦０．９
を満足することが望ましい。
【００２２】
上記の各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器にあっては、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器と同様に、半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域が設けられている形態とすることもできる。尚、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器にあっては、更に、半導体光増幅器の軸線に沿って光入射端面から積層構造体の内側の領域にも、キャリア非注入領域が設けられている形態とすることもできる。
【００２３】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器にあっては、キャリア非注入領域には第２電極が設けられていない構成とすることができるし、あるいは又、第２電極は、分離溝で分離された第１部分及び第２部分から構成され、キャリア非注入領域には第２電極の第２部分が設けられている構成とすることができる。ここで、後者の場合、第２電極の第２部分には、ビルトイン電圧以下の電圧を印加することが望ましい。具体的には、（１．２３９８／λ）以下の電圧を印加することが望ましい。尚、λは、半導体光増幅器への入射レーザ光の波長（単位：μｍ）であり、「１．２３９８」は定数である。例えば、０．４μｍ波長のレーザ光を入射した場合は、３．０９９５ボルト以下の電圧を印加することが望ましい。尚、第２電極の第２部分に印加する電圧の下限値として、限定するものではないが、−２０ボルトを例示することができる。第２電極の第１部分に電圧を印加することで、半導体光増幅器の本来の機能である光増幅を行い、第２電極の第２部分に電圧を印加することで、光強度のモニターや、位置調整等のための計測を行うことができる。この点に関しては後に詳しく説明する。また、近視野像を制御することが可能となる。
【００２４】
また、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３の態様に係る半導体光増幅器において、半導体光増幅器の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている構成とすることができる。ここで、所定の角度θとして、０．１度≦θ≦１０度を例示することができる。リッジストライプ構造の軸線とは、光出射端面におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点と、光入射端面におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点とを結ぶ直線である。
【００２５】
更には、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３の態様に係る半導体光増幅器において、光入射端面及び光出射端面には、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から成る低反射コート層が形成されている構成とすることができる。
【００２６】
更には、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３の態様に係る半導体光増幅器において、半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光強度密度は、限定するものではないが、光出射端面を構成する第３化合物半導体層１ｃｍ2当たり６０キロワット以上、好ましくは６００キロワット以上である構成とすることができる。
【００２７】
更には、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３の態様に係る半導体光増幅器において、（光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅）／（半導体光増幅器から出力されるレーザ光の幅）の値は、１．１乃至１０、好ましくは１．１乃至５である構成とすることができる。
【００２８】
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３の態様に係る半導体光増幅器（以下、これらを総称して、単に『本発明の半導体光増幅器』と呼ぶ場合がある）において、半導体光増幅器は、透過型半導体光増幅器から構成されている形態とすることができるが、これに限定するものではなく、例えば、モノリシック型半導体光増幅器から構成されている形態とすることもできる。
【００２９】
本発明の半導体光増幅器においては、光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足するが、このときのリッジストライプ構造の各端部は、１本の線分から構成されていてもよいし（本発明の第１の態様、第２の態様に係る半導体光増幅器）、２本以上の線分から構成されていてもよい（本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器）。前者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、光入射端面から光出射端面に向かって、単調に、テーパー状に緩やかに広げられる。一方、後者の場合であって、本発明の第１の態様、第２の態様に係る半導体光増幅器にあっては、リッジストライプ構造の幅は、例えば、光入射端面から光出射端面に向かって、先ず同じ幅であり、次いで、単調に、テーパー状に緩やかに広げられる。また、後者の場合であって、本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器にあっては、リッジストライプ構造の幅は、例えば、光入射端面から光出射端面に向かって、先ず広げられ、最大幅を超えた後、狭められる。
【００３０】
本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器、あるいは、本発明の第２の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器の好ましい形態において、半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域にはキャリア非注入領域が設けられているが、半導体光増幅器の軸線に沿ったキャリア非注入領域の長さ（キャリア非注入領域の幅）ＬNCとして、０．１μｍ乃至１００μｍを例示することができる。
【００３１】
あるいは又、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器、あるいは、本発明の第２の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器の好ましい形態において、第２電極は分離溝で分離された第１部分及び第２部分から構成され、キャリア非注入領域には第２電極の第２部分が設けられているが、ここで、第１部分の長さをＬAmp-1、第２部分の長さをＬAmp-2としたとき、０．００１≦ＬAmp-2／ＬAmp-1≦０．０１、好ましくは、０．００２５≦ＬAmp-2／ＬAmp-1≦０．０１を満足することが望ましい。半導体光増幅器における第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。あるいは又、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、半導体光増幅器の長さの５０％以下、好ましくは１０μｍ以上、半導体光増幅器の長さの１０％以下とすることが望ましい。あるいは又、分離溝の幅として、３μｍ乃至２０μｍを例示することができるし、第２電極の第２部分の長さＬAmp-2として、３μｍ乃至１００μｍを例示することができる。
【００３２】
本発明の半導体光増幅器において、レーザ光源はモード同期半導体レーザ素子から成り、モード同期半導体レーザ素子が出射するパルスレーザ光が半導体光増幅器に入射する形態とすることができ、この場合、レーザ光源は、モード同期動作に基づきパルスレーザ光を出射する構成とすることができる。但し、レーザ光源はこのような形態に限定するものではなく、連続発振型の周知のレーザ光源、利得スイッチング方式、損失スイッチング方式（Ｑスイッチング方式）等を含む種々の方式・形式の周知のパルス発振型のレーザ光源、チタンサファイヤレーザといったレーザ光源を用いることもできる。尚、本発明における半導体光増幅器は、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器効果を極力排除したレーザ構造を有し、半導体光増幅器の光利得で入射光を増幅する。即ち、本発明における半導体光増幅器は、本発明におけるレーザ光源を構成する半導体レーザ素子と実質的に同じ構成、構造を有する形態とすることができるし、異なる構成、構造を有する形態とすることもできる。
【００３３】
本発明の半導体光増幅器において、レーザ光源を、上述したとおりモード同期半導体レーザ素子から構成する場合、モード同期半導体レーザ素子（以下、『本発明におけるモード同期半導体レーザ素子』と呼ぶ）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を有する第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、極性を有する化合物半導体基板上に形成されており、
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する構成とすることができる。そして、限定するものではないが、
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以下とすることが好ましい。
【００３４】
そして、本発明におけるモード同期半導体レーザ素子の駆動にあっては、第２電極から積層構造体を介して第１電極に電流を流すことで、発光領域において光パルスを発生させる構成とすることができる。また、本発明におけるモード同期半導体レーザ素子にあっては、第２電極から積層構造体を介して第１電極に電流が流されることで、発光領域において光パルスが発生する構成とすることができる。
【００３５】
半導体レーザ素子をモード同期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、一般に、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。モード同期法にあっては、立方晶系（主に、ＧａＡｓ系）の半導体レーザ素子では、時間幅０．６ピコ秒の光パルスが発生できることが確認されている（非特許文献１を参照）。また、六方晶系（主にＧａＮ系）の半導体レーザ素子では、２００１年に、Ｓ．Ｇｅｅらが初めてモード同期法を用いた光パルスの発生を報告している（非特許文献２を参照）。しかしながら、非特許文献２によれば、光パルスの時間幅は３０ピコ秒とまだ長いものである。また、極性を有する基板を用いて多電極型の半導体レーザ素子を作製した場合、具体的には、例えば、ＧａＮ基板の｛０００１｝面（Ｃ面）上に多電極型のＧａＮ系半導体レーザ素子を設けた場合、ピエゾ分極又は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、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。
【００３６】
本発明におけるモード同期半導体レーザ素子にあっては、好ましくは、第３化合物半導体層を構成する井戸層の厚さが１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下と規定され、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が２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下と規定されている。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っている。そして、その結果、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。それ故、例えば、体積型光ディスクシステムにおける光パルスを発生させる発振器として適用することができる。
【００３７】
ここで、本発明におけるモード同期半導体レーザ素子にあっては、
第３化合物半導体層は、可飽和吸収領域を更に備えており、
第２電極は、発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分、及び、可飽和吸収領域に電界を加えるための第２部分に、分離溝によって分離されており、
第２電極の第１部分から発光領域を経由して第１電極に電流を流すことで順バイアス状態とし、且つ、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で可飽和吸収領域に電界を加える形態とすることができる。
【００３８】
第１電極と第２部分との間には、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。
【００３９】
また、これらの好ましい形態、構成を含む本発明におけるモード同期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、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。
【００４０】
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倍以上とする形態を採用することで、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Ｖsaを高くすることができる。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一層容易に実現することができる。
【００４１】
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明におけるモード同期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、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Ｚ方向とし、積層構造体の厚さ方向をＹ方向とする。あるいは又、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化合物半導体層の長さよりも短い構成とすることができる。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）、（２）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。
【００４２】
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明におけるモード同期半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、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、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、光パルスと光信号との間の同期を取ることができる。
【００４３】
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半導体光増幅器、あるいは、本発明におけるモード同期半導体レーザ素子にあっては、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。
【００４４】
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明における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、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明のモード同期半導体レーザ素子は、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。ここで、リッジストライプ構造の高さは、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、リッジストライプ構造の幅として２μｍ以下を例示することができ、リッジストライプ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、リッジストライプ構造の高さに関する規定は、本発明の半導体光増幅器にも適用することができる。
【００４５】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明における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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の半導体光増幅器も、その形態に依存するものの、実質的に、上述した本発明におけるモード同期半導体レーザ素子の製造方法と同様の製造方法で製造することができるが、これに限定するものではない。
【００５０】
本発明における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、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。本発明の半導体光増幅器においても、その形態に依存するものの、実質的に、上述した本発明におけるモード同期半導体レーザ素子における第２電極の構成を適用することができる。
【００５１】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の半導体光増幅器、あるいは、本発明における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、光増幅領域あるいは発光領域（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第３化合物半導体層は、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。
【００５２】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明における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Ｉth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。本発明の半導体光増幅器においても、その形態に依存するものの、実質的に、上述した本発明におけるモード同期半導体レーザ素子における以上に説明した構成を適用することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明の半導体光増幅器、あるいは、本発明における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、本発明の半導体光増幅器、あるいは、本発明における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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
本発明におけるモード同期半導体レーザ素子は、更に、外部反射鏡を備えている形態とすることができる。即ち、外部共振器型のモード同期半導体レーザ素子とすることができる。あるいは又、モノリシック型のモード同期半導体レーザ素子とすることもできる。尚、外部共振器型のモード同期半導体レーザ素子は、集光型であってもよいし、コリメート型であってもよい。外部共振器型のモード同期半導体レーザ素子にあっては、光パルスが出射される積層構造体の一端面の光反射率は０．５％以下であることが好ましい。尚、この光反射率の値は、従来の半導体レーザ素子において光パルスが出射される積層構造体の一端面の光反射率（通常、５％乃至１０％）よりも格段に低い値である。外部共振器型のモード同期半導体レーザ素子にあっては、外部共振器長さ（Ｚ’，単位：ｍｍ）の値は、
０＜Ｚ’＜１５００
好ましくは、
３０≦Ｚ’≦１５０
であることが望ましい。
【００５９】
本発明を、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】
【００６０】
実施例１は、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器に関する。半導体光増幅器を含む実施例１の光出力装置の概念図を図１に示し、半導体光増幅器の軸線（光導波路の延びる方向であり、便宜上、『Ｚ方向』と呼ぶ）を含む仮想垂直面（ＹＺ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図を図２に示し、半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（ＸＹ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器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に沿った模式的な断面図であり、図３は、図２の矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。また、半導体光増幅器の模式的な斜視図を図４に示し、リッジストライプ構造の模式的な平面図を図５に示す。
【００６１】
実施例１の光出力装置は、
（Ａ）レーザ光源１００、及び、
（Ｂ）レーザ光源１００からのレーザ光を光増幅して出射する半導体光増幅器２００、
を備えている。
【００６２】
半導体光増幅器２００は、図１に示すように、透過型半導体光増幅器から構成されている。そして、半導体光増幅器２００の光入射端面２０１、及び、光入射端面２０１に対向する光出射端面２０３には、低反射コート層（ＡＲ）２０２，２０４が形成されている。低反射コート層２０２，２０４は、１層の酸化チタン層と１層の酸化アルミニウム層とが積層された構造を有する。光入力端面２０１側から入射されたレーザ光は、半導体光増幅器２００の内部で光増幅され、反対側の光出射端面２０３から出力される。レーザ光は基本的に一方向にのみ導波される。また、実施例１にあっては、レーザ光源１００は周知の連続発振型のレーザ装置から成り、レーザ装置が出射するレーザ光が半導体光増幅器２００に入射する。
【００６３】
図１に示す実施例１の光出力装置において、レーザ光源１００から出射されたレーザ光は、光アイソレータ１５、反射ミラー１６を介して、反射ミラー２０に入射する。反射ミラー２０によって反射されたレーザ光は、半波長板（λ／２波長板）２１、レンズ２２を通過して、半導体光増幅器２００に入射する。尚、光アイソレータ１５は、半導体光増幅器２００からの戻り光が、レーザ光源１００に向かうことを防止するために配置されている。そして、半導体光増幅器２００において光増幅され、レンズ３０を介して系外に出射される。
【００６４】
半導体光増幅器２００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２３０、ＧａＮ系化合物半導体から成る光増幅領域（キャリア注入領域、利得領域）２４１を有する第３化合物半導体層（活性層）２４０、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２５０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２５０上に形成された第２電極２６２、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層２３０に電気的に接続された第１電極２６１、
を備えている。
【００６５】
実施例１の半導体光増幅器２００において、積層構造体はリッジストライプ構造を有し、光出射端面２０３におけるリッジストライプ構造の幅をＷout、光入射端面２０１におけるリッジストライプ構造の幅をＷinとしたとき、Ｗout＞Ｗinを満足する。具体的には、
Ｗout＝１５μｍ
Ｗin ＝１．４μｍ
である。そして、半導体光増幅器２００の軸線ＡＸ1に沿って光出射端面２０３から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域２０５が設けられている。ここで、半導体光増幅器２００の軸線ＡＸ1に沿ったキャリア非注入領域２０５の長さ（キャリア非注入領域２０５の幅）をＬNCとしたとき、
ＬNC ＝５μｍ
である。キャリア非注入領域２０５には第２電極２６２が設けられていない。半導体光増幅器全体の長さは２．０ｍｍである。尚、半導体光増幅器２００の軸線に沿って光入射端面２０１から積層構造体の内側の領域にも、キャリア非注入領域が設けられている。
【００６６】
実施例１の半導体光増幅器２００は、より具体的には、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。そして、インデックスガイド型のＡｌＧａＩｎＮから成るＧａＮ系半導体レーザ構造と同様の構造を有する。リッジストライプ構造の幅は、光入射端面２０１から光出射端面２０３に向かって、単調に、テーパー状に緩やかに広がっている。また、半導体光増幅器２００の軸線ＡＸ1とリッジストライプ構造の軸線ＡＸ2とは、所定の角度、具体的には、θ＝５．０度で交わっている。尚、軸線ＡＸ1及び軸線ＡＸ2を図５には一点鎖線で示す。
【００６７】
積層構造体は、化合物半導体基板２２１の上に形成されている。具体的には、半導体光増幅器２００は、ｎ型ＧａＮ基板２２１の（０００１）面上に設けられている。尚、ｎ型ＧａＮ基板２２１の（０００１）面は、『Ｃ面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。第１化合物半導体層２３０、第３化合物半導体層２４０、及び、第２化合物半導体層２５０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２２１に近い層である。尚、第３化合物半導体層２４０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。第３化合物半導体層２４０は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有しており、障壁層の不純物（具体的には、シリコン，Ｓｉ）のドーピング濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である。
【００６８】
［表１］
第２化合物半導体層２５０
ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）２５７
ｐ型ＡｌＧａＮ（Ｍｇドープ）クラッド層２５５
ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）層２５４
ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）２５３
第３化合物半導体層２４０
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２３０
ｎ型ＧａＮ層２３２
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３１
但し、
井戸層（２層）：１０ｎｍ［ノン・ドープ］
障壁層（３層）：１２ｎｍ［ドーピング濃度（Ｓｉ）：２×１０18ｃｍ-3］
【００６９】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５７及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５５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（リッジ部２５８）が形成されている。リッジ部２５８の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜２５９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２５８の有効屈折率と積層絶縁膜２５９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２５８の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層２５７からｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５５の頂面の一部に亙り、第２電極（ｐ側オーミック電極）２６２が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板２２１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）２６１が形成されている。実施例１にあっては、第２電極２６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。
【００７０】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５５の厚さは４００ｎｍであり、ｐ型ＧａＮ層２５４の厚さは１００ｎｍであり、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２５３の厚さは２０ｎｍであり、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５７の厚さは１００ｎｍである。更には、第２化合物半導体層２５０を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２５３、ｐ型ＧａＮ層２５４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５５、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５７には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされている。一方、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３１の厚さは２．５μｍであり、ｎ型ＧａＮ層２３２の厚さは２００ｎｍである。そして、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２３１と第３化合物半導体層２４０とによって挟まれたｎ型化合物半導体層の厚さ（ｎ型ＧａＮ層２３２の厚さ）をｔ1、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２５５と第３化合物半導体層２４０とによって挟まれたｐ型化合物半導体層の厚さ（ｐ型ＧａＮ層２５４及びｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層２５３の厚さの合計）をｔ2としたとき、
ｔ1＝２００ｎｍ
ｔ2＝１２０ｎｍ
であり、
０．１≦ｔ2／ｔ1＜１
を満足している。
【００７１】
実施例１にあっては、半導体光増幅器２００に波長４０５ｎｍの単一モード連続発振レーザ光（光出力：１５ミリワット）を入射させた。そして、第２電極２６２から第１電極２６１に向かって６００ミリアンペアの直流電流を流した。尚、この直流電流の値を、光入射端面２０１を構成する第３化合物半導体層２４０、１ｃｍ2当たりに換算すると、３．７×１０3アンペア／ｃｍ2である。このとき、半導体光増幅器２００から出射されたレーザ光の近視野像を図６の（Ａ）に示す。尚、比較例１として、キャリア非注入領域２０５を設けないことを除き、実施例１と同じ構成、構造を有する半導体光増幅器を作製した。そして、第２電極から第１電極に向かって６００ミリアンペアの直流電流を流したときの、比較例１の半導体光増幅器から出射されたレーザ光の近視野像を図６の（Ｂ）に示す。図６の（Ｂ）からも明らかなように、比較例１の半導体光増幅器にあっては近視野像の幅がＷout（１５μｍ）に比べて狭く、１／ｅ2幅で５μｍ（半値幅で３．１μｍ）であった。このような現象は、窒化物半導体系半導体光増幅器に特有の現象であることを本発明者らが初めて発見した。このような狭い近視野像は、増幅光出力の飽和や信頼性に悪影響を及ぼす。尚、比較例１の半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光強度密度は、４７ミリワットであった。一方、図６の（Ａ）からも明らかなように、実施例１の半導体光増幅器２００にあっては、モードフィールドが広がり、近視野像の幅が広く、１／ｅ2幅で１１．５μｍ（半値幅で５．８μｍ）であった。また、実施例１の半導体光増幅器２００から出力されるレーザ光の光強度密度は、１２２ミリワットであり、増幅光出力も、比較例１の半導体光増幅器と比較して高い。このように、キャリア非注入領域２０５を設けることで、増幅光出力が顕著に増大することが確認できた。また、（光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅）／（半導体光増幅器から出力されるレーザ光の幅）の値は１．３であった。ここで、半導体光増幅器から出力されるレーザ光の幅とは、近視野像における１／ｅ2幅、即ち、ピーク強度に対して１／ｅ2の強度になる近視野像の幅を意味する。
【００７２】
キャリア非注入領域２０５を設けることで出射レーザ光の近視野像の幅が広がる理由は、以下のとおりと推測している。即ち、ＸＹ平面での積層構造体内におけるキャリア分布は、入射レーザ光の光強度が低いときには、１つのピークを有する山型となる。ところが、入射レーザ光の光強度が高くなると、半導体光増幅器の積層構造体内におけるキャリアの注入、拡散が追いつかなくなり、２つのピークを有する山型（山／谷／山の光強度パターン）となる。ここで、化合物半導体層内でキャリア数が減少すると、化合物半導体層の相対的な屈折率が高くなることが知られている。それ故、半導体光増幅器の光出射端面から出射されるレーザ光が幅方向に広がり難くなり、近視野像の幅がＷoutに比べて狭くなる。そして、レーザ光が半導体光増幅器から出射される領域の光出射端面を占める面積が小さいが故に、半導体光増幅器の高出力化が図り難い。
【００７３】
一方、実施例１の半導体光増幅器にあっては、光増幅には寄与しないキャリア非注入領域２０５が設けられているので、入射レーザ光の光強度が高くなっても、キャリア分布による相対的な屈折率が高くなるといった現象の発生を抑制することができ、半導体光増幅器の光出射端面から出射されるレーザ光が幅方向に広がり易い。そして、レーザ光が半導体光増幅器から出射される領域の光出射端面を占める面積が大きいが故に、半導体光増幅器の高出力化を図ることができる。
【実施例２】
【００７４】
実施例２は、実施例１の変形である。半導体光増幅器を含む実施例２の光出力装置の概念図を図７に示し、半導体光増幅器の軸線（Ｚ方向）を含む仮想垂直面（ＹＺ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図を図８に示し、半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（ＸＹ平面）で半導体光増幅器を切断したときの半導体光増幅器の模式的な断面図を図９に示す。尚、図８は、図９の矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な断面図であり、図９は、図８の矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。更には、半導体光増幅器の模式的な斜視図を図１１に示し、リッジストライプ構造の模式的な平面図を図１２に示す。
【００７５】
また、レーザ光源を構成す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（ＹＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図１０に示す。尚、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（ＸＹ平面にて切断したときの模式的な断面図）は、参照番号が異なる点を除き、図９と同じである。即ち、図９における二百番台の参照番号を百番台の参照番号に読み替えればよい。図１０は、図９の矢印Ｉ−Ｉに沿ったと同様の模式的な端面図である。また、実施例２のモード同期半導体レーザ素子から外部共振器を構成してモード同期駆動を行うシステムを、図１９の（Ａ）に模式的に示す。
【００７６】
実施例２において、第２電極２６２は、分離溝２６２Ｃで分離された第１部分２６２Ａ及び第２部分２６２Ｂから構成され、キャリア非注入領域２０５には第２電極の第２部分２６２Ｂが設けられている。そして、第２電極の第２部分２６２Ｂには、ビルトイン電圧以下の電圧、具体的には、０ボルトが印加される。第２電極の第１部分２６２Ａに電圧を印加することで、半導体光増幅器２００の本来の機能である光増幅を行い、第２電極の第２部分２６２Ｂに電圧を印加することで、位置調整等のための計測を行うことができる。
【００７７】
実施例２にあっては、第１部分２６２Ａの長さをＬAmp-1、第２部分２６２Ｂの長さをＬAmp-2としたとき、
ＬAmp-1＝１．９７ｍｍ
ＬAmp-2＝０．０１ｍｍ
であり、
０．００１≦ＬAmp-2／ＬAmp-1≦０．０１
を満足している。また、分離溝の幅は０．０２ｍｍである。
【００７８】
実施例２にあっては、第２電極の第２部分に第１部分よりも低い電圧を印加する。これによって、第２部分が含まれたキャリア非注入領域が存在するので、入射レーザ光の光強度が高くなっても、化合物半導体層の相対的な屈折率が高くなるといった現象の発生を抑制することができ、半導体光増幅器の光出射端面から出射されるレーザ光が幅方向に広がり易い。そして、レーザ光が半導体光増幅器から出射される領域の光出射端面を占める面積が大きいが故に、半導体光増幅器の高出力化を図ることができる。
【００７９】
実施例２の光出力装置は、
（Ａ）レーザ光源１００、
（Ｂ）レーザ光源１００からのレーザ光を光増幅して出射する半導体光増幅器２００、
（Ｃ）半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を調整する位置合わせ装置３００、並びに、
（Ｄ）半導体光増幅器２００の動作を制御する半導体光増幅器制御装置４００、
を備えている。
【００８０】
半導体光増幅器制御装置４００は、具体的には、周知の直流電源と電圧測定装置と電流測定装置の組合せから構成されている。そして、半導体光増幅器制御装置４００における電圧モニターの分解能は、１ミリボルト以下、より具体的には０．１ミリボルト以下である。また、半導体光増幅器制御装置４００における電流モニターの分解能は、１００マイクロアンペア以下、より具体的には１０マイクロアンペア以下である。
【００８１】
実施例２において、レーザ光源１００はモード同期半導体レーザ素子から成り、モード同期半導体レーザ素子が出射するパルスレーザ光が半導体光増幅器２００に入射する。ここで、レーザ光源１００は、モード同期動作に基づきパルスレーザ光を出射する。モード同期半導体レーザ素子の詳細については、後述する。実施例２における半導体光増幅器２００は、実施例２におけるレーザ光源１００を構成するモード同期半導体レーザ素子１１０と第２電極の構成、構造を除き、実質的に同じ構成、構造を有する。
【００８２】
図７に示す実施例２の光出力装置において、レーザ光源１００は、モード同期半導体レーザ素子１１０、レンズ１１、光学フィルター１２、外部鏡１３、及び、レンズ１４から構成されている。そして、レーザ光源１００から出射されたレーザ光は、光アイソレータ１５、反射ミラー１６を介して、反射ミラー２０に入射する。反射ミラー２０によって反射されたレーザ光は、半波長板（λ／２波長板）２１、レンズ２２を通過して、半導体光増幅器２００に入射する。そして、半導体光増幅器２００において光増幅され、レンズ３０を介して系外に出射される。反射ミラー２０、半波長板２１及びレンズ２２は、位置合わせ装置３００に載置されている。位置合わせ装置３００は、具体的には、ＸＹＺステージから成る。尚、次に述べる半導体光増幅器２００における積層構造体の厚さ方向をＹ方向、半導体光増幅器２００の軸線方向をＺ方向としたとき、反射ミラー２０及びレンズ２１は、位置合わせ装置３００によって、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させられる。
【００８３】
レーザ光源１００を構成し、発光波長４０５ｎｍ帯の実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０は、
（ａ）第１導電型（実施例２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１３０、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域（利得領域）１４１を有する第３化合物半導体層（活性層）１４０、並びに、第１導電型と異なる第２導電型（実施例２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１５０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１５０上に形成された帯状の第２電極１６２、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層１３０に電気的に接続された第１電極１６１、
を備えている。
【００８４】
積層構造体は、極性を有する化合物半導体基板１２１，２２１の上に形成されている。第３化合物半導体層１４０，２４０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以下であり、障壁層の不純物（具体的には、シリコン，Ｓｉ）のドーピング濃度は、２×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である。
【００８５】
実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０及び半導体光増幅器２００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。より具体的には、インデックスガイド型のＡｌＧａＩｎＮから成るＧａＮ系半導体レーザ構造を有し、直線状のリッジ部（リッジストライプ構造）を有する。そして、モード同期半導体レーザ素子１１０及び半導体光増幅器２００は、ｎ型ＧａＮ基板１２１，２２１の（０００１）面上に設けられており、第３化合物半導体層１４０，２４０は量子井戸構造を有する。尚、ｎ型ＧａＮ基板１２１，２２１の（０００１）面は、『Ｃ面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。第１化合物半導体層１３０，２３０、第３化合物半導体層１４０，２４０、及び、第２化合物半導体層１５０，２５０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２に示す層構成を有する。ここで、表２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１２１，２２１に近い層である。
【００８６】
［表２］
第２化合物半導体層１５０，２５０
ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）１５７，２５７
ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１５６，２５６
ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）１５３，２５３
ノンドープＡｌＧａＮクラッド層１５２，２５２
ノンドープＧａＩｎＮ光ガイド層１５１，２５１
第３化合物半導体層１４０，２４０
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１３０，２３０
ｎ型ＧａＮ層１３２，２３２
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３１，２３１
但し、
井戸層（２層）：  ８ｎｍ［ノン・ドープ］
障壁層（３層）：１０ｎｍ［ドーピング濃度（Ｓｉ）：２×１０18ｃｍ-3］
【００８７】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１５７，２５７及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１５６，２５６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（リッジ部１５８，２５８）が形成されている。リッジ部１５８，２５８の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜１５９，２５９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１５８，２５８の有効屈折率と積層絶縁膜１５９，２５９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１５８，２５８の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層１５７，２５７上には、第２電極（ｐ側オーミック電極）１６２，２６２が形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１２１，２２１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）１６１，２６１が形成されている。具体的には、積層絶縁膜１５９，２５９をＳｉＯ2／Ｓｉ積層構造とした。
【００８８】
また、実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０にあっては、第３化合物半導体層１４０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１５３、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１５６及びｐ型ＧａＮコンタクト層１５７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Ｉthを低減させている。更には、第３化合物半導体層１４０からｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１５３までの距離ｄの値を大きくすることで、内部損失αiは低下するが、ｄの値が或る値以上になると、井戸層へのホールの注入効率が低下する結果、第３化合物半導体層１４０における電子ホールの再結合確率が低下し、内部量子効率ηiが減少することが判った。それ故、第３化合物半導体層１４０からｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１５３までの距離ｄを０．１０μｍ、リッジ部（リッジストライプ構造）の高さを０．３０μｍ、第２電極１６２と第３化合物半導体層１４０との間に位置する第２化合物半導体層１５０の厚さを０．５０μｍ、第２電極１６２の下方に位置するｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１５６の部分の厚さを０．４０μｍとした。ここで、『電子障壁層１５３と第３化合物半導体層１４０との間の距離（ｄ）』とは、第３化合物半導体層１４０に面する電子障壁層１５３の部分（境界面）と、電子障壁層１５３に面する第３化合物半導体層１４０の部分（境界面）との間の距離を意味する。以上に説明したモード同期半導体レーザ素子１１０の構成、構造は、半導体光増幅器２００においても同様である。
【００８９】
実施例２にあっては、第２電極１６２，２６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。また、実施例２にあっては、モード同期半導体レーザ素子１１０を構成する第２電極１６２を第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂとに分離する分離溝１６２Ｃの幅は、１μｍ以上、共振器長の５０％以下である。あるいは又、可飽和吸収領域１４２の長さは発光領域１４１の長さよりも短い。あるいは又、第２電極１６２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１４０の長さよりも短い。具体的には、共振器長Ｚ”を０．６０ｍｍ、第２電極１６２の第１部分１６２Ａの長さを０．５２ｍｍ、第２部分１６２Ｂの長さを０．０６ｍｍ、分離溝１６２Ｃの幅（共振器長方向の長さ）を０．０２ｍｍとした。
【００９０】
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１５６，２５６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１４０，２４０から第２電極１６２，２６２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１５０，２５０を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１５３，２５３、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１５６，２５６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１５７，２５７には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされている。また、第２化合物半導体層１５０，２５０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１５１，２５１及びノンドープＡｌＧａＮクラッド層１５２，２５２）、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１４０からｐ型化合物半導体層（具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１５３，２５３）までの距離（ｄ）は１．２×１０-7ｍ以下、具体的には１００ｎｍである。
【００９１】
そして、実施例２にあっては、半導体光増幅器２００にレーザ光源１００からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器２００の第２部分２６２Ｂに所定の値の電圧（ビルトイン電圧以下の電圧）を印加する。そして、半導体光増幅器２００を流れる電流が最大となるように半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置を調整する。
【００９２】
具体的には、実施例２においては、半導体光増幅器２００にレーザ光源１００からレーザ光を入射させずに半導体光増幅器２００に所定の値の電圧Ｖ0を印加したとき、半導体光増幅器２００の第２部分２６２Ｂを流れる電流をＩ1、半導体光増幅器２００にレーザ光源１００からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器２００に所定の値の電圧Ｖ0を印加したとき、半導体光増幅器２００の第２部分２６２Ｂを流れる電流をＩ2とすれば、ΔＩ＝（Ｉ2−Ｉ1）の値が最大となるように半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置を調整する。
【００９３】
半導体光増幅器２００にレーザ光源１００からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器２００に所定の値の電圧を印加し、Ｘ方向にＸＹＺステージを移動させたときの半導体光増幅器２００を流れる電流ΔＩの変化を模式的に図１３に示す。Ｘ方向へのＸＹＺステージの移動に伴い、半導体光増幅器２００を流れる電流ΔＩは、単調に増加し、最大値を超えると、単調に減少する。このときの半導体光増幅器２００から出射されるレーザ光の光出力の変化も、電流の変化と全く同じ挙動を示す。それ故、半導体光増幅器２００に流れる電流が最大となるように半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置を調整することで、半導体光増幅器２００から出射されるレーザ光の光出力を最大とすることができる。
【００９４】
実施例２の半導体光増幅器２００にあっては、半導体光増幅器２００にレーザ光源１００からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器２００に所定の値の電圧Ｖ0を印加し、Ｘ方向にＸＹＺステージを移動させると、図１３に示すように、半導体光増幅器２００に印加される（加わる）電圧が増加する。これは、ＸＹＺステージを移動させると、半導体光増幅器２００からの光出力が増加していくが、このような現象が生じると、光増幅領域（キャリア注入領域、利得領域）２４１におけるキャリア数が減少するので、係るキャリア数の減少を補償するために、半導体光増幅器２００を流れる電流が増加する。実施例２における半導体光増幅器の位置合わせ方法及び光出力装置は、このような現象に基づいている。尚、位置合わせ装置（ＸＹＺステージ）３００の移動は、作業者が行ってもよいし、電圧の測定結果に基づいて、半導体光増幅器制御装置４００の指示により自動的に行うこともできる。
【００９５】
実施例２にあっては、半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置の調整のために、半導体光増幅器２００に印加される電流を測定するので、外部のモニタリング装置に依存することなく、位置調整のための計測を行うことができる。それ故、高い精度で半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置の調整を行うことが可能である。
【００９６】
また、半導体光増幅器２００の第２部分２６２Ｂを流れる電流Ｉ1，Ｉ2をモニターすることで、半導体光増幅器２００、モード同期半導体レーザ素子１１０の動作の状態を監視することができる。
【００９７】
実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０において、第３化合物半導体層１４０は、可飽和吸収領域１４２を備えている。また、第２電極１６２は、発光領域１４１を経由して第１電極１６１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１６２Ａ、及び、可飽和吸収領域１４２に電界を加えるための第２部分１６２Ｂに、分離溝１６２Ｃによって分離されている。そして、第２電極１６２の第１部分１６２Ａから発光領域１４１を経由して第１電極１６１に電流を流すことで順バイアス状態とし、且つ、第１電極１６１と第２電極１６２の第２部分１６２Ｂとの間に電圧を印加することで可飽和吸収領域１４２に電界を加える。そして、実施例２のモード同期半導体レーザ素子にあっては、第２電極１６２から積層構造体を介して第１電極１６１に電流を流すことで、発光領域１４１において光パルスを発生させる。
【００９８】
具体的には、実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０において、第２電極１６２は、上述したとおり、発光領域（利得領域）１４１を経由して第１電極１６１に直流電流（順バイアス電流Ｉgain）を流すことで順バイアス状態とするための第１部分１６２Ａ、及び、可飽和吸収領域１４２に電界を加えるための第２部分１６２Ｂ（可飽和吸収領域１４２に逆バイアス電圧Ｖsaを加えるための第２部分１６２Ｂ）とに、分離溝１６２Ｃによって分離されている。ここで、第２電極１６２の第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂ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１６２と第１電極１６１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１６２の第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂ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。
【００９９】
また、実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０にあっては、第２化合物半導体層１５０上に、１×１０2Ω以上の分離抵抗値を有する２電極１６２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１５０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１６２を分離溝１６２Ｃで分離することで、第２電極１６２の第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂとの間の電気抵抗値を第２電極１６２と第１電極１６１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１６２の第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂ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。
【０１００】
以下、図２９の（Ａ）、（Ｂ）、図３０の（Ａ）、（Ｂ）、図３１を参照して、実施例２の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２９の（Ａ）、（Ｂ）、図３０の（Ａ）、（Ｂ）は、基板等をＸＹ平面にて切断したときの模式的な一部断面図であり、図３１は、基板等をＹＺ平面にて切断したときの模式的な一部端面図である。
【０１０１】
尚、第２電極１６２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１５０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１５０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１６２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１５０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１５０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。
【０１０２】
［工程−２００］
先ず、基体上、具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１２１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１３０、ＧａＮ系化合物半導体から成る発光領域（利得領域）１４１及び可飽和吸収領域１４２を構成する第３化合物半導体層（活性層）１４０、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１５０が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する（図２９の（Ａ）参照）。
【０１０３】
［工程−２１０］
その後、第２化合物半導体層１５０上に帯状の第２電極１６２を形成する。具体的には、真空蒸着法に基づきＰｄ層１６３を全面に成膜した後（図２９の（Ｂ）参照）、Ｐｄ層１６３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１６３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３０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１５０上に帯状の第２電極１６２を形成してもよい。
【０１０４】
［工程−２２０］
次いで、第２電極１６２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１５０の一部分をエッチングして（実施例２にあっては、第２化合物半導体層１５０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。具体的には、Ｃｌ2ガスを用いたＲＩＥ法に基づき、第２電極１６２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１５０の一部分をエッチングする。こうして、図３０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１６２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１６２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。
【０１０５】
［工程−２３０］
その後、分離溝を第２電極１６２に形成するためのレジスト層１６４を形成する（図３１参照）。尚、参照番号１６５は、分離溝を形成するために、レジスト層１６４に設けられた開口部である。次いで、レジスト層１６４をウエットエッチング用マスクとして、第２電極１６２に分離溝１６２Ｃをウエットエッチング法にて形成し、以て、第２電極１６２を第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂとに分離溝１６２Ｃ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１６２に分離溝１６２Ｃを形成する。そして、その後、レジスト層１６４を除去する。こうして、図１０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１５０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１５０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１６２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１６２と第２化合物半導体層１５０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１６２を確実にエッチングすることができる。
【０１０６】
［工程−２４０］
その後、ｎ側電極１６１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１１０を作製することができる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
Ｒ＝（ρ・Ｘ0）／Ｓ
＝Ｘ0／（ｎ・ｅ・μ・Ｓ）
【０１０９】
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。
【０１１０】
製作した実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０の第２電極１６２の第２部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂとの間の電気抵抗値を４端子法にて測定した結果を、図２７に示す。分離溝１６２Ｃの幅が２０μｍのとき、第２電極１６２の第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂとの間の電気抵抗値は１５ｋΩであった。
【０１１１】
製作した実施例２のモード同期半導体レーザ素子１１０において、第２電極１６２の第１部分１６２Ａから発光領域１４１を経由して第１電極１６１に直流電流を流して順バイアス状態とし、第１電極１６１と第２電極１６２の第２部分１６２Ｂ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１４２に電界を加えることで、モード同期駆動させた。
【０１１２】
しかも、第２電極１６２の第１部分１６２Ａと第２部分１６２Ｂとの間の電気抵抗値は、第２電極１６２と第１電極１６１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１６２の第１部分１６２Ａから第２部分１６２Ｂ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１４１を順バイアス状態とし、しかも、可飽和吸収領域１４２を確実に逆バイアス状態とすることができ、確実にモード同期動作を生じさせることができる。
【０１１３】
尚、半導体光増幅器２００も、第２電極の構成が異なる点を除き、モード同期半導体レーザ素子１１０と同じ製造方法で製造することができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子のより一層の理解を深めるために、参考例２のモード同期半導体レーザ素子を作製した。参考例２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第３化合物半導体層１４０の構成を以下の表３のとおりとした。
【０１１５】
［表３］
実施例２                    参考例２
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
【０１１６】
実施例２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、第３化合物半導体層内のＱＣＳＥ効果が緩和されている。一方、参考例２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。
【０１１７】
そして、実施例２及び参考例２のモード同期半導体レーザ素子から集光型の外部共振器を構成してモード同期駆動させた（図１９の（Ａ）参照）。尚、図１９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）が形成されたモード同期半導体レーザ素子の端面と外部鏡１３とで外部共振器が構成され、外部鏡１３から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側のモード同期半導体レーザ素子の端面（光出射端面）には低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。光学フィルター１２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。外部共振器長さＺ’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・Ｚ’）
【０１１８】
モード同期は、発光領域１４１に印加する直流電流と可飽和吸収領域１４２に印加する逆バイアス電圧Ｖsaとによって決定される。図２５の（Ａ）及び（Ｂ）に、実施例２及び参考例２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測定結果を示す。尚、図２５の（Ａ）及び（Ｂ）において、符号「Ａ」を付した測定結果は、逆バイアス電圧Ｖsa＝０ボルトの結果であり、符号「Ｂ」を付した測定結果は、逆バイアス電圧Ｖsa＝−３ボルトの結果であり、符号「Ｃ」を付した測定結果は、逆バイアス電圧Ｖsa＝−６ボルトの結果であり、符号「Ｄ」を付した測定結果は、逆バイアス電圧Ｖsa＝−９ボルトの結果である。図２５の（Ａ）にあっては、逆バイアス電圧Ｖsa＝０ボルトの測定結果と、逆バイアス電圧Ｖsa＝−３ボルトの測定結果とは、ほぼ、重なっている。
【０１１９】
図２５の（Ａ）及び（Ｂ）を比較すると、参考例２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Ｉthが次第に上昇し、更には、実施例２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る。これは、実施例２の第３化合物半導体層１４０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。
【０１２０】
また、実施例２及び参考例２において発生した光パルスをストリークカメラで測定した結果を、図２６の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。参考例２にて得られた図２６の（Ｂ）では、メインパルスの前後にサブパルス成分が発生しているが、実施例２にて得られた図２６の（Ａ）では、サブパルス成分の発生は抑制されている。これらの結果は、全て、第３化合物半導体層１４０の構成によりＱＣＳＥ効果が緩和されたことにより、可飽和吸収の効果が増強されたことに起因するものと考えられる。
【０１２１】
図１９の（Ａ）に示した実施例２のモード同期半導体レーザ素子の駆動条件等を以下の表４に例示する。尚、Ｉthは閾値電流である。
【０１２２】
［表４］
［モード同期駆動条件］
０＜Ｉgain／Ｉth  ≦５
−２０≦Ｖsa（ボルト）≦０
［高反射コート層（ＨＲ）］
８５≦反射率ＲHR（％）＜１００
［低反射コート層（ＡＲ）］
０＜反射率ＲAR（％）≦０．５
［光学フィルター］
８５≦透過率ＴBPF（％）      ＜１００
０＜半値幅τBPF（ｎｍ）    ≦２．０
４００＜ピーク波長λBPF（ｎｍ）＜４５０
［外部鏡］
０＜反射率ＲOC（％）＜１００
［外部共振器長さＺ’］
０＜Ｚ’（ｍｍ）＜１５００
【０１２３】
より具体的には、実施例２にあっては、一例として、
Ｉgain            ＝１２０ｍＡ
Ｉth              ＝４５ｍＡ
逆バイアス電圧Ｖsa＝−１１（ボルト）
反射率ＲHR        ＝９５（％）
反射率ＲAR        ＝０．３（％）
透過率ＴBPF       ＝９０（％）
半値幅τBPF       ＝１ｎｍ
ピーク波長λBPF   ＝４１０ｎｍ
反射率ＲOC        ＝２０％
外部共振器長さＺ’＝１５０ｍｍ
とした。
【０１２４】
一方、参考例２にあっては、
Ｉgain            ＝９５ｍＡ
Ｉth              ＝５０ｍＡ
逆バイアス電圧Ｖsa＝−１２．５（ボルト）
反射率ＲOC        ＝５０％
とした。それ以外の諸元は、実施例２と同じである。
【０１２５】
尚、図１４の（Ａ）に概念図を示すように、半導体光増幅器２００から出射されるレーザ光の光出力の一部を、ビームスプリッタ３２を用いて取り出し、レンズ３３を介してフォトダイオード３４に入射させることで、半導体光増幅器２００から出射されるレーザ光の光出力を測定してもよい。そして、光出力が所望の値から変化したとき、実施例２の半導体光増幅器の位置合わせ方法を再び実行する。即ち、半導体光増幅器２００にレーザ光源１００からのレーザ光を入射させながら半導体光増幅器２００に所定の値の電圧Ｖ0を印加して、半導体光増幅器２００を流れる電流が最大となるように半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置を再調整する。そして、半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置の再調整の結果が、再調整前の半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置と同じである場合、半導体光増幅器２００から出射されたレーザ光が通過する光路の調整を行う。係る調整は、例えば、反射ミラー３１をＸＹＺステージ３５に載置すればよい。尚、ＸＹＺステージ３５の移動は、作業者が行ってもよいし、電圧及びフォトダイオード３４の測定結果に基づいて、半導体光増幅器制御装置４００の指示により自動的に行うこともできる。尚、図１４の（Ａ）において、半導体光増幅器２００より上流に位置する光出力装置の構成要素は、実施例２の光出力装置の構成要素と同じであるが故に、光出力装置のこれらの構成要素の図示を省略している。ここで、このような方法を採用することで、光出力のモニターに変化が生じたとき、係る変化が、半導体光増幅器２００に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器２００の相対的な位置の変化（即ち、入射レーザ光と半導体光増幅器の光導波路との結合効率の変化）に起因したものであるのか否かの峻別を、容易に行うことができる。
【実施例３】
【０１２６】
実施例３は、本発明の第２の態様及び第３の態様に係る半導体光増幅器に関する。実施例３の本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器の模式的な斜視図及びリッジストライプ構造の模式的な平面図を図１５の（Ａ）及び図１６に示すが、第２電極２６２の幅はリッジストライプ構造の幅よりも狭い。ここで、（第２電極の幅）／（リッジストライプ構造の幅）の値は、０．２乃至０．９を満足している。あるいは又、実施例３の本発明の第３の態様に係る半導体光増幅器の模式的な斜視図及びリッジストライプ構造の模式的な平面図を図１７の（Ａ）及び図１８に示すが、リッジストライプ構造の最大幅をＷmaxとしたとき、Ｗmax＞Ｗoutを満足する。ここで、
０．２≦Ｗout／Ｗmax≦０．９
を満足する。尚、図１８においては、第２電極２６２の図示を省略したが、第２電極２６２は、実施例１と同様に、リッジ部の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層からｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の頂面の一部に亙り形成されている。
【０１２７】
以上の点を除き、また、キャリア非注入領域が設けられていない点を除き、実施例３の半導体光増幅器の構成、構造は、実施例１において説明した半導体光増幅器の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１２８】
図６の（Ｂ）に示したように、近視野像の幅がＷoutに比べて狭い場合、光フィールドが、光密度、キャリアの拡散長、デバイスの温度等、駆動条件や光出力の条件により、不安定になる虞がある。そこで、実施例３にあっては、上述した構成、構造を採用することで、モードの不安定性を緩和させている。
【実施例４】
【０１２９】
実施例４は、実施例３の変形である。図１５の（Ａ）及び図１６に示した半導体光増幅器の変形例の模式的な斜視図を図１５の（Ｂ）に示し、図１７の（Ａ）及び図１８に示した半導体光増幅器の変形例の模式的な斜視図を図１７の（Ｂ）に示すように、実施例４にあっては、実施例３と異なり、半導体光増幅器の軸線に沿って光出射端面から積層構造体の内側の領域には、キャリア非注入領域が設けられている。この点を除き、実施例４の半導体光増幅器の構成、構造は、実施例３において説明した半導体光増幅器の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、実施例４にあっても、実施例２と同様に、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してもよい。
【実施例５】
【０１３０】
実施例５は、実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の変形である。実施例５のモード同期半導体レーザ素子から外部共振器を構成する例を、図１９の（Ｂ）、図２０の（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【０１３１】
図１９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）が形成されたモード同期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）側のモード同期半導体レーザ素子の端面（光出射端面）には低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。尚、図１９の（Ｂ）に示した実施例５のモード同期半導体レーザ素子の駆動条件等は、上述した表４と同様とすることができる。
【０１３２】
一方、図２０の（Ａ）及び（Ｂ）に示す外部共振器にあっては、可飽和吸収領域側（光出射端面）に反射コート層（Ｒ）が形成されたモード同期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、可飽和吸収領域１４２から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側のモード同期半導体レーザ素子の端面には低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。尚、図２０の（Ａ）に示す例は集光型であり、図２０の（Ｂ）に示す例はコリメート型である。尚、図２０の（Ａ）及び（Ｂ）に示した実施例５のモード同期半導体レーザ素子の駆動条件等は、上述した表４と同様とすることができる。但し、反射コート層（Ｒ）に関しては、以下の表５のとおりとすればよい。
【０１３３】
［表５］
［反射コート層（Ｒ）］
０＜反射率ＲR（％）＜１００
【０１３４】
尚、具体的には、
反射率ＲR＝２０％
とした。実施例５におけるモード同期半導体レーザ素子のその他の構成、構造は、実施例２において説明したモード同期半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例６】
【０１３５】
実施例６も実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の変形であるが、実施例６にあっては、図２０の（Ｃ）に示すように、モード同期半導体レーザ素子をモノリシック型とした。尚、実施例６のモード同期半導体レーザ素子の駆動条件等は、上述した表４と同様とすることができる。実施例６におけるモード同期半導体レーザ素子のその他の構成、構造は、実施例２において説明したモード同期半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例７】
【０１３６】
実施例７も実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の変形であるが、実施例７のモード同期半導体レーザ素子は、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である。実施例７のモード同期半導体レーザ素子におけるリッジ部１５８Ａを上方から眺めた模式図を図２１に示す。実施例７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、低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光パルスの発生を防ぐことができ、メインの光パルスに付随するサブの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。尚、実施例７の斜めリッジストライプ型のモード同期半導体レーザ素子を、実施例２、実施例５〜実施例６に適用することができる。実施例７におけるモード同期半導体レーザ素子のその他の構成、構造は、実施例２において説明したモード同期半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例８】
【０１３７】
実施例８も実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の変形であるが、実施例８にあっては、第２電極１６２から発光領域１４１を経由して第１電極１６１に電流を流し、且つ、第２電極１６２から発光領域１４１を経由して第１電極１６１に外部電気信号（ＲＭＳジッタΔsignal）を重畳させる。図２２の（Ａ）に、実施例８のモード同期半導体レーザ素子を用いてモード同期駆動を行うシステムを模式的に示す。外部電気信号は、周知の外部電気信号発生器から第２電極１６２へと送出される。これによって、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。即ち、ＲＭＳタイミングジッタΔｔMLLDを、下記まで抑えることが可能となる。
Δsignal≦ΔｔMLLD
【０１３８】
図２２の（Ａ）に示した実施例８のモード同期半導体レーザ素子の駆動条件等は、上述した表４と同様とすることができる。尚、外部電気信号の電圧最大値Ｖp-p（単位：ボルト）は、
０＜Ｖp-p≦１０
好ましくは、
０＜Ｖp-p≦３
を満足することが望ましい。また、外部電気信号の周波数ｆsignalと光パルス列の繰り返し周波数ｆMLLDとは、
０．９９≦ｆsignal／ｆMLLD≦１．０１
を満足することが望ましい。
【０１３９】
そして、より具体的には、実施例８にあっては、一例として、
Ｉgain            ＝１２０ｍＡ
Ｉth              ＝４５ｍＡ
逆バイアス電圧Ｖsa＝−１１（ボルト）
反射率ＲHR        ＝９５（％）
反射率ＲAR        ＝０．３（％）
透過率ＴBPF       ＝９０（％）
半値幅τBPF       ＝１ｎｍ
ピーク波長λBPF   ＝４１０ｎｍ
反射率ＲOC        ＝２０％
外部共振器長さＺ’＝１５０ｍｍ
Ｖp-p             ＝２．８ボルト
ｆsignal          ＝１ＧＨｚ
ｆMLLD            ＝１ＧＨｚ
Δsignal          ＝１ピコ秒
ΔｔMLLD          ＝１．５ピコ秒
とした。
【０１４０】
一方、参考例８にあっては、第２電極１６２から発光領域１４１を経由して第１電極１６１に外部電気信号を重畳させること無く、第２電極１６２から発光領域１４１を経由して第１電極１６１に電流を流した。そして、ＲＦスペクトルを測定した。実施例８及び参考例８における測定結果を、図２８の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。尚、参考例８にあっては、
反射率ＲOC＝５０％
とした。それ以外の諸元は、実施例８と同じである。
【０１４１】
図２８の（Ａ）及び（Ｂ）から、参考例８と比べて実施例８の方がＲＦスペクトルの裾の成分の面積の低減がみられ、このことは、参考例８と比べて実施例８の方が位相ノイズ及びタイミングジッタが少ない駆動方法であることを示している。
【０１４２】
実施例８におけるモード同期半導体レーザ素子のその他の構成、構造は、実施例２、実施例５〜実施例７において説明したモード同期半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例９】
【０１４３】
実施例９も実施例２におけるモード同期半導体レーザ素子の変形であるが、実施例９にあっては、積層構造体の一端面から光信号を入射させる。図２２の（Ｂ）に、実施例９のモード同期半導体レーザ素子を用いてモード同期駆動を行うシステムを模式的に示す。光信号（ＲＭＳジッタ：Δｔopto）は、半導体レーザ素子から成る光信号発生器から出射され、レンズ、外部鏡、光学フィルター、レンズを介して積層構造体の一端面に入射する。これによって、光パルスと光信号との間の同期を取ることができる。即ち、ＲＭＳタイミングジッタΔｔMLLDを、下記まで抑えることが可能となる。
Δopto≦ΔｔMLLD
【０１４４】
実施例９におけるモード同期半導体レーザ素子のその他の構成、構造は、実施例２、実施例５〜実施例７において説明したモード同期半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１４５】
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光増幅器、光出力装置、レーザ光源、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、使用する半導体光増幅器、光出力装置、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１６２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。
【０１４６】
実施例においては、半導体光増幅器を透過型半導体光増幅器から構成したが、これに限定するものではなく、図１４の（Ｂ）に概念図を示すように、モノリシック型半導体光増幅器から構成することもできる。モノリシック型半導体光増幅器は、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とが一体になったものである。
【０１４７】
実施例においては、モード同期半導体レーザ素子１１０を、ｎ型ＧａＮ基板１２１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１１０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１１０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１１０を設ける場合、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。
【０１４８】
発光領域１４１や可飽和吸収領域１４２の数は１に限定されない。１つの第２電極の第１部分１６２Ａと２つの第２電極の第２部分１６２Ｂ1，１６２Ｂ2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２３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１６２Ａの一端が、一方の分離溝１６２Ｃ1を挟んで、一方の第２部分１６２Ｂ1と対向し、第１部分１６２Ａの他端が、他方の分離溝１６２Ｃ2を挟んで、他方の第２部分１６２Ｂ2と対向している。そして、１つの発光領域１４１が、２つの可飽和吸収領域１４２1，１４２2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１６２Ａ1，１６２Ａ2と１つの第２電極の第２部分１６２Ｂ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２４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１６２Ｂの端部が、一方の分離溝１６２Ｃ1を挟んで、一方の第１部分１６２Ａ1と対向し、第２部分１６２Ｂの他端が、他方の分離溝１６２Ｃ2を挟んで、他方の第１部分１６２Ａ2と対向している。そして、１つの可飽和吸収領域１４２が、２つの発光領域１４１1，１４１2によって挟まれている。
【０１４９】
また、実施例２の変形例として、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電流を流して、半導体光増幅器に印加される（加わる）電圧が最大となるように半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を調整する形態とすることもでき、この場合、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の光出力を測定し、光出力が所望の値から変化したとき、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電流を流して、半導体光増幅器に印加される（加わる）電圧が最大となるように半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を再調整することができ、更には、半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置の再調整の結果が、再調整前の半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置と同じである場合、半導体光増幅器から出射されたレーザ光が通過する光路の調整を行うことができる。具体的には、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させずに半導体光増幅器に所定の値の電流Ｉ0を流したとき、半導体光増幅器に印加される（加わる）電圧をＶ1、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電流Ｉ0を流したとき、半導体光増幅器に印加される（加わる）電圧をＶ2とすれば、ΔＶ＝（Ｖ2−Ｖ1）の値が最大となるように半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を調整する形態とすることができる。ここで、所定の値の電流として、０ミリアンペア＜ΔＩ≦２０ミリアンペアを例示することができる。
【０１５０】
あるいは又、実施例２の変形例として、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電圧を印加して、半導体光増幅器を流れる電流が最大となるように半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を調整する形態とすることもでき、この場合、半導体光増幅器から出射されるレーザ光の光出力を測定し、光出力が所望の値から変化したとき、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電圧を印加して、半導体光増幅器を流れる電流が最大となるように半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を再調整することができ、更には、半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置の再調整の結果が、再調整前の半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置と同じである場合、半導体光増幅器から出射されたレーザ光が通過する光路の調整を行うことができる。具体的には、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させずに半導体光増幅器に所定の値の電圧Ｖ0を印加したとき、半導体光増幅器を流れる電流をＩ1、半導体光増幅器にレーザ光源からレーザ光を入射させながら半導体光増幅器に所定の値の電圧Ｖ0を印加したとき、半導体光増幅器を流れる電流をＩ2とすれば、ΔＩ＝（Ｉ2−Ｉ1）の値が最大となるように半導体光増幅器に入射するレーザ光に対する半導体光増幅器の相対的な位置を調整する形態とすることができる。ここで、所定の値の電圧として、０ボルト≦ΔＶ≦５ボルトを例示することができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１００・・・レーザ光源、２００・・・半導体光増幅器、３００・・・位置合わせ装置（ＸＹＺステージ）、４００・・・半導体光増幅器制御装置、１１，１４，２２，３０，３３・・・レンズ、１２・・・光学フィルター、１３・・・外部鏡、１５・・・光アイソレータ、１６，２０，３１・・・反射ミラー、２１・・・半波長板（λ／２波長板）、３２・・・ビームスプリッタ、３４・・・フォトダイオード、３５・・・ＸＹＺステージ、１１０・・・半導体レーザ素子、１２１，２２１・・・ｎ型ＧａＮ基板、１３０，２３０・・・第１化合物半導体層、１３１，２３１・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１３２，２３２・・・ｎ型ＧａＮ層、１４０，２４０・・・第３化合物半導体層、１４１，１４１1，１４１2・・・発光領域、１４２，１４２1，１４２2・・・可飽和吸収領域、２４１・・・光増幅領域（キャリア注入領域、利得領域）、１５０，２５０・・・第２化合物半導体層、１５１，２５１・・・ノンドープＧａＩｎＮ光ガイド層、１５２，２５２・・・ノンドープＡｌＧａＮクラッド層、１５３，２５３・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）、２５４・・・ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）層、２５５・・・ｐ型ＡｌＧａＮ（Ｍｇドープ）クラッド層、１５６，２５６・・・ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、１５７，２５７・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）、１５８，１５８Ａ，２５８・・・リッジ部、１５９，２５９・・・積層絶縁膜、１６１，２６１・・・第１電極、１６２，２６２・・・第２電極、１６２Ａ，１６２Ａ1，１６２Ａ2，２６２Ａ・・・第２電極の第１部分、１６２Ｂ，１６２Ｂ1，１６２Ｂ2，２６２Ｂ・・・第２電極の第２部分、１６２Ｃ，１６２Ｃ1，１６２Ｃ2，２６２Ｃ・・・分離溝、１６３・・・Ｐｄ単層、１６４・・・レジスト層、１６５・・・開口部
【図１】
2014170958.tif 000003
【図２】
2014170958.tif 000004
【図３】
2014170958.tif 000005
【図５】
2014170958.tif 000006
【図７】
2014170958.tif 000007
【図８】
2014170958.tif 000008
【図９】
2014170958.tif 000009
【図１０】
2014170958.tif 000010
【図１２】
2014170958.tif 000011
【図１３】
2014170958.tif 000012
【図１４】
2014170958.tif 000013
【図１６】
2014170958.tif 000014
【図１８】
2014170958.tif 000015
【図１９】
2014170958.tif 000016
【図２０】
2014170958.tif 000017
【図２１】
2014170958.tif 000018
【図２２】
2014170958.tif 000019
【図２３】
2014170958.tif 000020
【図２４】
2014170958.tif 000021
【図２６】
2014170958.tif 000022
【図２７】
2014170958.tif 000023
【図２８】
2014170958.tif 000024
【図２９】
2014170958.tif 000025
【図３０】
2014170958.tif 000026
【図３１】
2014170958.tif 000027
【図４】
2014170958.tif 000028
【図６】
2014170958.tif 000029
【図１１】
2014170958.tif 000030
【図１５】
2014170958.tif 000031
【図１７】
2014170958.tif 000032
【図２５】
2014170958.tif 000033