(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示すモード同期半導体レーザ素子、
（Ｂ）外部共振器、及び、
（Ｃ）波長選択素子、
を備えた半導体レーザ装置組立体であって、
モード同期半導体レーザ素子から外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を波長選択素子によって抽出し、外部に出力し、
長波シフト後のスペクトルにおいて、スペクトルの包絡線が、シフト後の波長をピークとしてピークの半値まで低下している場合、包絡線の半値が与えるスペクトル幅を、外部に出力する波長とする半導体レーザ装置組立体。
【請求項２】
（Ａ）光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示すモード同期半導体レーザ素子、
（Ｂ）外部共振器、及び、
（Ｃ）波長選択素子、
を備えた半導体レーザ装置組立体であって、
モード同期半導体レーザ素子から外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を波長選択素子によって抽出し、外部に出力し、
長波シフト後のスペクトルにおいて、スペクトルの包絡線が、ピークの半値まで低下せずに、異なるピークへと連続している場合、包絡線の極小を与える波長と包絡線の半値を与える波長の間にあるスペクトル成分を、あるいは又、包絡線の極小を与える波長と包絡線の極小を与える波長の間にあるスペクトル成分を、外部に出力する波長とする半導体レーザ装置組立体。
【請求項３】
モード同期半導体レーザ素子から外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の光出力スペクトルには複数のピークが含まれ、該複数のピークの内の１つのピークを波長選択素子によって抽出し、外部に出力する請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項４】
外部共振器は回折格子から成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の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３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】
波長選択素子はバンドパスフィルターから成る請求項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】
波長選択素子は、回折格子、及び、回折格子から出射された１次以上の回折光を選択するアパーチャから成る請求項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８】
モード同期半導体レーザ素子と外部共振器との間に第２の波長選択素子を備えている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項９】
第２の波長選択素子の波長選択スペクトル幅は、波長選択素子の波長選択スペクトル幅よりも広い請求項８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及び半導体光増幅器組立体に関する。
【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。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、モード同期半導体レーザ素子あるいは半導体レーザ増幅器においては、光パルスの発生・増幅の際に、活性媒質内のキャリア数がサブピコ秒からピコ秒という非常に短い時間で変動する。このキャリア数の時間変化は、発生・増幅する光の波長を決定するキャリアのエネルギー分布を変化させるため、光パルスの持続時間内で波長が変化する原因となる。また、キャリア数の変化は活性媒質の屈折率が変化することに相当し、この変化も、光パルスの持続時間内で波長が変調する原因となる。これらの現象は自己位相変調と呼ばれ、光出力のスペクトルが長波シフト（長い波長側への波長のシフト）を示す。モード同期半導体レーザ素子あるいは半導体レーザ増幅器における光パルスの発生・増幅過程ではこのように複雑な過程が関与するため、光パルスの持続時間内で波長が一定であり、しかも、位相の揃った光パルスを発生・増幅させることが難しいという問題がある。
【００１０】
そして、このような自己位相変調に起因して、モード同期半導体レーザ素子あるいは半導体レーザ増幅器から出射される光パルスはパルスの持続時間内で光強度に揺らぎを含む成分が本質的に存在するが故に、例えば、高いピークパワーを必要とする２光子吸収等の非線形光学現象に利用するためには不適切な場合がある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示すモード同期半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器において、出射されるパルス状のレーザ光の持続時間内での光強度の揺らぎを無くし得る半導体レーザ装置組立体及び半導体光増幅器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半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示すモード同期半導体レーザ素子、
（Ｂ）外部共振器、及び、
（Ｃ）波長選択素子、
を備えた半導体レーザ装置組立体であって、
モード同期半導体レーザ素子から外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を波長選択素子によって抽出し、外部に出力する。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の半導体光増幅器組立体は、
（Ａ）光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示す半導体光増幅器、及び、
（Ｂ）波長選択素子、
を備えた半導体光増幅器組立体であって、
半導体光増幅器から出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を波長選択素子によって抽出し、外部に出力する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体レーザ装置組立体にあっては、光パルスの発生・増幅の際に、活性媒質内のキャリア数がサブピコ秒からピコ秒という非常に短い時間で変動する。このキャリア数の時間変化は、発生・増幅する光の波長を決定するキャリアのエネルギー分布を変化させるため、光パルスの持続時間内で波長が変化する結果、不所望の波長成分が多数、含まれている。即ち、モード同期半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器から出射されたレーザ光はノイズィーな状態にある。このようなキャリア数の変動を原因とする現象として自己位相変調があるが、モード同期半導体レーザ素子は、光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示し、また、本発明の半導体光増幅器組立体にあっては、半導体光増幅器の光出力スペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示す。この長波シフト成分はコヒーレントなパルスを形成することが実験的に解っており、モード同期半導体レーザ素子であれば外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を、また、半導体光増幅器の場合には出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を、波長選択素子によって抽出し、外部に出力することで、出射されるレーザ光の持続時間内での光強度の揺らぎを無くすことができ、外部に出力されたレーザ光は所望の波長を有する。しかも、パルスの時間幅を短くすることができるし、レーザ光のコヒーレンスを向上させることができ、高いスループットを保持したままレーザ光を圧縮することが可能であり、高いピークパワーを得ることができる。尚、一般に、短波成分よりも長波成分の方が、ノイズの少ない、ピュアーな波長成分を有している。そして、以上の結果として、種々の技術分野での使用に最適なレーザ光を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１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２】図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の半導体光増幅器組立体における光出力のスペクトルを示す図である。
【図３】図３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４】図４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５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２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の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の半導体レーザ装置組立体の別の変形例の概念図である。
【図７】図７は、半導体光増幅器を含む実施例４の半導体光増幅器組立体の概念図である。
【図８】図８は、実施例４の半導体光増幅器の軸線（Ｘ方向）を含む仮想垂直面（ＸＺ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４の半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（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１０】図１０は、実施例４の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図１１】図１１は、実施例４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１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例４及び比較例４Ａ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１３】図１３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例４の半導体光増幅器組立体における光出力のスペクトルを示す図である。
【図１４】図１４は、半導体光増幅器を含む実施例５の半導体光増幅器組立体の概念図である。
【図１５】図１５は、実施例５の半導体光増幅器の軸線（Ｘ方向）を含む仮想垂直面（ＸＺ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１６】図１６は、実施例５の半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（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１７】図１７は、実施例５の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図１８】図１８は、実施例５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１９】図１９は、実施例５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、Ｙ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２０】図２０は、実施例５の半導体光増幅器組立体の一変形例の概念図である。
【図２１】図２１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６及び実施例７の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図２２】図２２は、図２１の（Ａ）に示した実施例６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２３】図２３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６及び実施例７の変形例の半導体光増幅器の模式的な斜視図である。
【図２４】図２４は、図２３（Ａ）に示した実施例６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２５】図２５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２６】図２６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２７】図２７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２８】図２８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２９】図２９の（Ａ）及び（Ｂ）は、図２８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３０】図３０は、図２９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３１】図３１の（Ａ）及び（Ｂ）は、回折格子の模式的な一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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．本発明の半導体レーザ装置組立体及び半導体光増幅器組立体、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の半導体レーザ装置組立体）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体）
６．実施例５（実施例４の変形）
７．実施例６（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組立体）
８．実施例７（実施例６の変形）、その他
【００１７】
［本発明の半導体レーザ装置組立体及び半導体光増幅器組立体、全般に関する説明］
本発明の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から外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の光出力スペクトルには複数のピークが含まれ、該複数のピークの内の１つのピークを波長選択素子によって抽出し、外部に出力する形態とすることができる。
【００１８】
上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ装置組立体において、外部共振器は回折格子から成る構成とすることができるし、あるいは又、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）から成る構成とすることができる。
【００１９】
また、以上の好ましい形態、構成を含む本発明の半導体レーザ装置組立体において、波長選択素子はバンドパスフィルターから成る構成とすることができるし、あるいは又、波長選択素子は、回折格子、及び、回折格子から出射された１次以上の回折光を選択するアパーチャから成る構成とすることができる。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。バンドパスフィルターは、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。また、パルス状のレーザ光のバンドパスフィルターへの入射角を変えることで、バンドパスフィルターから出射するレーザ光の波長を選択することができる。
【００２０】
更には、以上の好ましい形態、構成を含む本発明の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と外部共振器との間に第２の波長選択素子を備えている構成とすることができ、この場合、第２の波長選択素子の波長選択スペクトル幅は、波長選択素子の波長選択スペクトル幅よりも広い構成とすることができる。このように、第２の波長選択素子を備えることで、外部共振器から出射するレーザスペクトルのうち、自己位相変調による長波シフト成分のみを抽出し、コヒーレントなパルスを形成できるといった利点を発揮することができる。
【００２１】
本発明の半導体光増幅器組立体にあっては、半導体光増幅器から出射されたパルス状のレーザ光の光出力スペクトルには複数のピークが含まれ、該複数のピークの内の１つのピークを波長選択素子によって抽出し、外部に出力する形態とすることができる。
【００２２】
上記の好ましい形態を含む本発明の半導体光増幅器組立体において、波長選択素子はバンドパスフィルターから成る構成とすることができるし、あるいは又、波長選択素子は、回折格子、及び、回折格子から出射された１次以上の回折光を選択するアパーチャから成る構成とすることができる。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。
【００２３】
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レーザ装置組立体と、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組立体とを、適宜、組み合わせることができる。
【００２４】
本発明の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は、光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示し、また、本発明の半導体光増幅器組立体において、半導体光増幅器は、光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示すが、どの程度の長波シフトを示すかは、モード同期半導体レーザ素子を連続発振させて光出力のスペクトルを評価することで、あるいは、パルスレーザ光を入射させて半導体光増幅器から出射されるレーザ光の光出力スペクトルを入射光パルスのスペクトルと比較することで、調べることができる。尚、長波シフト後のスペクトルにおいて、スペクトルの包絡線が、シフト後の波長をピークとしてピークの半値まで低下している場合には、包絡線の半値が与えるスペクトル幅を、外部に出力する波長とすればよい。一方、スペクトルの包絡線が、ピークの半値まで低下せずに、異なるピークへと連続している場合には、包絡線の極小を与える波長と包絡線の半値を与える波長の間にあるスペクトル成分を、あるいは又、包絡線の極小を与える波長と包絡線の極小を与える波長の間にあるスペクトル成分を、外部に出力する波長とすればよい。
【００２５】
本発明の半導体レーザ装置組立体において外部共振器を回折格子から構成する場合、回折格子は、モード同期半導体レーザ素子から出射されたパルス状のレーザ光の内、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次の回折光を波長選択素子へと出力する構成とすることができる。ここで、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構成とすることができる。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。この場合、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。尚、この場合、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。あるいは又、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からのレーザ光を平行光とするためのレンズが配置されている構成とすることもできる。
【００２６】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む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等』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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、時間的に短いレーザ光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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明の半導体光増幅器組立体において、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、
を備えており、
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を満足する構成とすることができる。
【００４１】
そして、このような構成の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ことが望ましい。尚、このような本発明の半導体光増幅器組立体を、便宜上、『本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体』と呼ぶ。
【００４２】
あるいは又、このような構成の半導体光増幅器において、第２電極の幅はリッジストライプ構造の幅よりも狭いことが望ましい。尚、このような本発明の半導体光増幅器組立体を、便宜上、『本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器組立体』と呼ぶ。
【００４３】
あるいは又、このような構成の半導体光増幅器において、リッジストライプ構造の最大幅をＷmaxとしたとき、Ｗmax＞Ｗoutを満足することが望ましい。尚、このような本発明の半導体光増幅器組立体を、便宜上、『本発明の第３の態様に係る半導体光増幅器組立体』と呼ぶ。
【００４４】
本発明の第１の態様〜第３の態様に係る半導体光増幅器組立体にあっては、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。
【００４５】
しかも、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体にあっては、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組立体にあっては、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、半導体光増幅器組立体から出射されるレーザ光が不安定になる虞がない。
【００４６】
本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体において、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組立体において、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組立体に対しても適用することが可能である。
【００４７】
また、本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器組立体において、（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。
【００４８】
更には、本発明の第３の態様に係る半導体光増幅器組立体においては、
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。
【００４９】
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組立体にあっては、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体と同様に、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組立体にあっては、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。
【００５０】
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組立体にあっては、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。また、近視野像を制御することが可能となる。
【００５１】
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組立体において、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。
【００５２】
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組立体において、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。
【００５３】
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組立体において、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。
【００５４】
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組立体において、（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。
【００５５】
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組立体（以下、これらを総称して、単に『本発明の半導体光増幅器組立体等』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い。
【００５６】
本発明の半導体光増幅器組立体等においては、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組立体）、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組立体）。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組立体にあっては、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組立体にあっては、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。
【００５７】
本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体、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組立体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。
【００５８】
あるいは又、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体、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組立体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。
【００５９】
本発明の半導体光増幅器組立体等において、レーザ光源を、本発明の半導体レーザ装置組立体等から構成することができる。あるいは又、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状の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、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組立体は、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、本発明の半導体光増幅器組立体等における半導体光増幅器は、本発明の半導体レーザ装置組立体等におけるモード同期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。
【００６０】
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、並びに、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と実質的に同じ構成、構造を有する本発明の半導体光増幅器組立体等における半導体光増幅器を総称して、以下、『本発明におけるモード同期半導体レーザ素子等』、あるいは、単に、『モード同期半導体レーザ素子等』と呼ぶ場合がある。
【００６１】
本発明におけるモード同期半導体レーザ素子等において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。また、発光領域あるいは光増幅領域（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。
【００６２】
更には、本発明におけるモード同期半導体レーザ素子等において、第２化合物半導体層は、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層が交互に積層された超格子構造を有し；超格子構造の厚さは０．７μｍ以下である構造とすることができる。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な高屈折率を維持しながら、モード同期半導体レーザ素子等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等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等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等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縁膜の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2である構成とすることができる。このような積層絶縁膜を用いることで、１００ミリワットを超える高出力動作であっても、単一基本横モードを維持することができる。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、例えば、ノンドープＧａＩｎＮ層（ｐ側光ガイド層）、ノンドープＡｌＧａＮ層（ｐ側クラッド層）、ＭｇドープＡｌＧａＮ層（電子障壁層）、ＧａＮ層（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ層の超格子構造（超格子クラッド層）、及び、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が積層されて成る構造とすることができる。第３化合物半導体層における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは、２．４ｅＶ以上であることが望ましい。また、第３化合物半導体層（活性層）から出射されるレーザ光の波長は、３６０ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ乃至４１０ｎｍであることが望ましい。ここで、以上に説明した各種の構成を、適宜、組み合わせることができることは云うまでもない。
【００６３】
本発明におけるモード同期半導体レーザ素子等にあっては、モード同期半導体レーザ素子等を構成する各種の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等を構成する各種の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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、本発明におけるモード同期半導体レーザ素子等にあっては、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。
【００６８】
以上に説明したとおり、本発明の半導体光増幅器組立体における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。また、本発明の半導体光増幅器組立体における半導体光増幅器も、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。
【００６９】
本発明の半導体レーザ装置組立体や半導体光増幅器組立体を、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】
【００７０】
実施例１は、本発明の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。
【００７１】
実施例１の半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示すモード同期半導体レーザ素子１０、
（Ｂ）外部共振器８０、及び、
（Ｃ）波長選択素子８２、
を備えている。そして、モード同期半導体レーザ素子１０から外部共振器８０を介して出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を波長選択素子８２によって抽出し、外部に出力する。
【００７２】
ここで、実施例１の半導体レーザ装置組立体において、外部共振器８０は回折格子８１から成る。回折格子８１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の内、１次以上の回折光（各実施例においては、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次の回折光を波長選択素子８２へと出力する。回折格子８１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する。波長選択素子８２はバンドパスフィルターから成る。モード同期半導体レーザ素子１０と回折格子８１との間には、モード同期半導体レーザ素子１０からのレーザ光を平行光とするための正のパワーを有するレンズ７１が配置されている。回折格子８１から出射した０次の回折光は、反射鏡７２によって反射され、コリメートレンズ７３によってコリメートされて、平行光束とされ、波長選択素子８２を通過して、レーザ出力として供される。
【００７３】
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３におけるモード同期半導体レーザ素子１０、あるいは、所望に応じて、後述する本発明の半導体光増幅器組立体におけるレーザ光源１００（以下これらを総称して、『実施例１等におけるモード同期半導体レーザ素子１０』と呼ぶ場合がある）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（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。
【００７４】
実施例１等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、実施例１あるいは後述する実施例２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。
【００７５】
［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
【００７６】
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。
【００７７】
実施例１等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。
【００７８】
そして、実施例１等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。
【００７９】
また、実施例１の半導体レーザ装置組立体において、回折格子８１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。
【００８０】
図３１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    （Ａ）
【００８１】
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３１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）    （Ｂ）
となる。このときの配置がリトロー配置と呼ばれる。
【００８２】
実施例１等におけるモード同期半導体レーザ素子１０において、レンズ７１と対向する光出射端面には、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、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。
【００８３】
実施例１等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。ここで、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外部共振器との間の距離（Ｘ’）は１５０ｍｍである。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’）
【００８４】
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。即ち、モード同期半導体レーザ素子１０においてレーザ光の発生の際に、自己位相変調が発生し、光出力のスペクトルが長波シフトを示す。そして、発生したレーザ光は、持続時間内で波長が一定でなく、しかも、位相が揃っていない。また、不所望の波長成分が多数、含まれている。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はノイズィーな状態にある。然るに、モード同期半導体レーザ素子１０から外部共振器８０を介して出射されたパルス状のこのようなレーザ光の長波成分を、実施例１にあっては、波長選択素子８２によって抽出し、外部に出力する。それ故、外部に出力されたレーザ光は、出射されたレーザ光の持続時間内での光強度の揺らぎを無くすことができ、外部に出力されたレーザ光は所望の波長を有するし、パルスの時間幅を短くすることができ、また、レーザ光のコヒーレンスを向上させることができるし、高いスループットを保持したままレーザ光を圧縮することが可能であり、高いピークパワーを得ることができる。
【００８５】
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、５５０μｍ、３０μｍ、２０μｍ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おいて、第２電極６２の第１部分６２Ａに流す電流を１００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１７．５ボルト（−１７．５ボルト）としたとき、動作温度２５゜Ｃにおいて、５．９ミリワットの平均パワーが得られた。
【００８６】
図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に、実施例１の半導体光増幅器組立体における光出力のスペクトルを示す。尚、図２の（Ａ）は、モード同期半導体レーザ素子１０を連続発振させたときに得られたレーザ光の光出力スペクトルを示す図であり、図２の（Ｂ）は、モード同期半導体レーザ素子１０をパルス発振させたときのレーザ光の光出力スペクトルを示す図であり、図２の（Ｃ）は、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたパルス状のレーザ光においてバンドパスフィルターから成る波長選択素子８２によって長波側のメインピークを抽出したレーザ光の光出力スペクトルを示す。図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示した状態における各種諸元を以下の表２に示す。尚、表２中、『電流１』とは、第２電極６２の第１部分６２Ａに流す電流（単位：ミリアンペア）を意味し、『逆バイアス電圧』とは、第２電極６２の第１部分６２Ａに印加する逆バイアス電圧（ボルト）を意味し、正の値は第２電極６２の第１部分６２Ａから第１電極６１へと印加する電圧の値、負の値は第１電極６１から第２電極６２の第１部分６２Ａへと印加する電圧の値である。
【００８７】
［表２］
図２の（Ａ）        図２の（Ｂ）        図２の（Ｃ）
電流１                １２０ｍＡ          １２０ｍＡ          １２０ｍＡ
逆バイアス電圧          ＋４Ｖ            −１８Ｖ            −１８Ｖ
平均パワー              ４５．６ｍＷ        １６．１６ｍＷ        ７．８ｍＷ
ピーク波長            ４０２．２４ｎｍ    ４０２．８７ｎｍ    ４０２．８７ｎｍ
Δλ                                                              ０．３４ｎｍ
パルス幅                                      １．６８ｐ秒        １．３１ｐ秒
ピークパワー                                  ９．６Ｗ            ５．９５Ｗ
【００８８】
このように、レーザ光のピーク波長は、モード同期半導体レーザ素子１０を連続発振させた状態からパルス状に発振させた状態に変更したとき、長波長側に０．６３ｎｍ、シフトした。また、モード同期半導体レーザ素子１０をパルス発振させたときのレーザ光（図２の（Ｂ）参照）のパルス幅は１．６８ピコ秒である。これに対して、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたパルス状のレーザ光から波長選択素子８２によって長波側のメインピークを抽出したレーザ光（図２の（Ｃ）参照）のパルス幅は１．３１ピコ秒であり、波長選択素子８２によるスペクトル抽出の結果、発生したレーザ光の時間幅が狭くなっていることが分かる。即ち、コヒーレントな短いパルス時間幅のレーザ光出力が得られることが判る。ここで使用した波長選択素子８２の透過スペクトル幅はΔλ＝０．４０ｎｍである。また、波長選択素子８２を通過した後の実際のスペクトル幅はΔλ＝０．３４ｎｍであった。
【００８９】
更には、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたパルス状のレーザ光から波長選択素子８２によって長波側のメインピークを抽出したレーザ光の平均パワーは７．８ミリワットであった。一方、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたパルス状のレーザ光の平均パワーは１６．１６ミリワットであった。これらの平均パワーを、レーザ光の特性を特徴付けるピークパワーに換算すると、それぞれ、５．９５ワット及び９．６ワットである。このように、実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、波長選択素子８２の使用によって、平均パワーの減少分よりもピークパワーの減少分の方が少なくなっており、コヒーレントなレーザ光の生成に寄与していることが判る。
【００９０】
モード同期半導体レーザ素子１０から外部共振器を介して出射されたパルス状のレーザ光の光出力スペクトルには複数のピークが含まれている場合、これらの複数のピークの内の１つのピークを波長選択素子８２によって抽出し、外部に出力することもできる。例えば、パルス状のレーザ光の光出力スペクトルに４０２．４ｎｍ、４０２．８７ｎｍといった複数のピークが主に含まれている場合、これらの複数のピークの内の１つのピークである４０２．８７ｎｍｎｍのピークを波長選択素子８２によって抽出し、外部に出力することができる。
【００９１】
また、図１の（Ｂ）に概念図を示すように、モード同期半導体レーザ素子１０と回折格子８１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回折格子８１の上に結像させる結像手段７４を配置してもよい。結像手段７４は、正のパワーを有するレンズ、具体的には、例えば、焦点距離４．５ｍｍの非球面の凸レンズから成る。モード同期半導体レーザ素子１０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８１の上に結したモード同期半導体レーザ素子１０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。このように、モード同期半導体レーザ素子１０の光出射端面から出射され、回折格子８１に入射するレーザ光を平行光束とはしないことで、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
実施例１等におけるモード同期半導体レーザ素子１０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。
【００９５】
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。
【００９６】
以下、図２８の（Ａ）、（Ｂ）、図２９の（Ａ）、（Ｂ）、図３０を参照して、実施例１等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２８の（Ａ）、（Ｂ）、図２９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３０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。
【００９７】
［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２８の（Ａ）参照）。
【００９８】
［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２８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２９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。
【００９９】
［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２９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。
【０１００】
［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３０参照）。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、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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
［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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
Ｒ＝（ρ・Ｘ0）／Ｓ
＝Ｘ0／（ｎ・ｅ・μ・Ｓ）
【０１０５】
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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例１にあっては、外部共振器を回折格子８１から構成した。一方、実施例２にあっては、外部共振器９０を部分透過ミラー（反射率２０％）から構成する。実施例２の半導体レーザ装置組立体の概念図を図５の（Ａ）に示す。実施例２にあっては、部分透過ミラーから成る外部共振器９０は、アウトプットカプラとして機能する。そして、実施例１と同様に、モード同期半導体レーザ素子１０から外部共振器９０を介して出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を、バンドパスフィルターから成る波長選択素子９２によって抽出し、外部に出力する。
【０１０８】
この点を除き、実施例２の半導体レーザ装置組立体の構成、構造は、実施例１の半導体レーザ装置組立体の構成、構造と、基本的に同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１０９】
尚、実施例２の半導体レーザ装置組立体の変形例の概念図を図５の（Ｂ）に示すように、モード同期半導体レーザ素子１０と外部共振器９０との間に第２の波長選択素子９３を備えている構成とすることもできる。尚、この場合、第２の波長選択素子９３の波長選択スペクトル幅は、波長選択素子９２の波長選択スペクトル幅よりも広い。具体的には、例えば、波長選択素子９２の波長選択スペクトル幅をΔλ＝０．８０ｎｍとし、第２の波長選択素子９３の波長選択スペクトル幅をΔλ＝０．４０ｎｍとした。
【０１１０】
あるいは又、波長選択素子を、バンドパスフィルターから構成する代わりに、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回折格子９４、及び、回折格子９４から出射された１次以上の回折光（実施例２においては、１次の回折光）を選択するアパーチャ９６から成る構成とすることもできる。アパーチャ９６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９７から成る。尚、回折格子９４とアパーチャ９６との間には、レンズ９５が配されている。
【０１１１】
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９４において回折された１次の回折光は、図６の（Ａ）に示すように、多数の領域でアパーチャ９６に衝突し得る。即ち、前述した式（Ａ）において、複数の角度αが存在するが故に、複数の角度βが存在する。尚、図６の（Ａ）及び（Ｂ）においては、レンズ９５による光路の収束、発散は無視している。また、回折格子９４から出射された０次の回折光の図示も省略している。ここで、図６の（Ｂ）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９７の所望のセグメント９６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、最終的に外部に出力される。このように、アパーチャ９６を選択することで、波長選択を行うことができる。
【０１１２】
尚、第２の波長選択素子９３と組み合わせる外部共振器として、また、回折格子９４及びアパーチャ９６と組み合わせる外部共振器として、実施例１にて説明した回折格子を用いることもできる。
【実施例３】
【０１１３】
実施例３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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
実施例３においては、表３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３のモード同期半導体レーザ素子においては、表３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。
【０１１７】
［表３］
実施例３                    参考例３
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
【０１１８】
実施例３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３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。
【０１１９】
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３及び参考例３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３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３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３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３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３も本発明に包含されることは云うまでもない。また、実施例３において説明したモード同期半導体レーザ素子を、実施例２、実施例４〜実施例７におけるモード同期半導体レーザ素子に適用することができる。
【実施例４】
【０１２０】
実施例４は、本発明の半導体光増幅器組立体、具体的には、本発明の第１の態様に係る半導体光増幅器組立体に関する。半導体光増幅器組立体を含む実施例４の半導体光増幅器組立体の概念図を図７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、Ｘ方向）を含む仮想垂直面（ＸＺ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（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。また、半導体光増幅器の模式的な斜視図を図１０に示し、リッジストライプ構造の模式的な平面図を図１１に示す。
【０１２１】
実施例４の半導体光増幅器組立体は、
（Ａ）光出力のスペクトルが自己位相変調によって長波シフトを示す半導体光増幅器２００、及び、
（Ｂ）波長選択素子２１０、
を備えている。そして、半導体光増幅器２００から出射されたパルス状のレーザ光の長波成分を波長選択素子２１０によって抽出し、外部に出力する。
【０１２２】
半導体光増幅器２００は、図７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４にあっては、レーザ光源１００は、実施例１〜実施例３において説明したモード同期半導体レーザ素子１０と外部共振器８０，９０との組合せから成り、モード同期半導体レーザ素子１０が出射するレーザ光（より具体的には、外部共振器８０，９０が出射するレーザ光）が半導体光増幅器２００に入射する。
【０１２３】
図７に示す実施例４の半導体光増幅器組立体において、レーザ光源１００は、モード同期半導体レーザ素子１０、レンズ７１、外部共振器９０（あるいは外部共振器８０）、及び、レンズ１０１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１０２、反射ミラー１０３を介して、反射ミラー１０４に入射する。反射ミラー１０４によって反射されたレーザ光は、半波長板（λ／２波長板）１０５、レンズ１０６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１０２及び半波長板１０５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たパルス状のレーザ光は、レンズ２１１、波長選択素子２１０を通過して、外部に出力される。波長選択素子２１０は、実施例１と同様にバンドパスフィルターから成る。但し、これに限定されず、実施例２の変形例で説明したと同様に、回折格子９４、及び、回折格子９４から出射された１次以上の回折光（具体的には１次の回折光）を選択するアパーチャ９６から成る構成とすることもできる。
【０１２４】
半導体光増幅器２００は、
（ａ）第１導電型（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。より具体的には、実施例４における半導体光増幅器２００は、実施例１におけるモード同期半導体レーザ素子１０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。
【０１２５】
実施例４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。
【０１２６】
実施例４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１１には一点鎖線で示す。
【０１２７】
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４に示す層構成を有する。ここで、表４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。
【０１２８】
［表４］
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］
【０１２９】
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４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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
実施例４にあっては、試験のために、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１２の（Ａ）に示す。尚、比較例４Ａ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４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４Ａ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１２の（Ｂ）に示す。図１２の（Ｂ）からも明らかなように、比較例４Ａ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４Ａ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１２の（Ａ）からも明らかなように、実施例４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４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４Ａ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。
【０１３２】
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、ＹＺ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。
【０１３３】
一方、実施例４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。
【０１３４】
ところで、実施例１〜実施例３にて説明した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が故に、半導体光増幅器２００から出射されるレーザ光の波長も或る波長範囲を有する。即ち、半導体光増幅器２００における光増幅の発生の際に、自己位相変調が発生し、光出力のスペクトルが長波シフトを示す。そして、発生したレーザ光は、持続時間内で波長が一定でなく、しかも、位相が揃っていない。また、不所望の波長成分が多数、含まれている。即ち、半導体光増幅器２００から出射されたレーザ光はノイズィーな状態にある。然るに、半導体光増幅器２００から出射されたパルス状のこのようなレーザ光の長波成分を、実施例４にあっては、波長選択素子２１０によって抽出し、外部に出力する。それ故、外部に出力されたレーザ光は、出射されたレーザ光の持続時間内での光強度の揺らぎを無くすことができ、外部に出力されたレーザ光は所望の波長を有するし、パルスの時間幅を短くすることができ、また、レーザ光のコヒーレンスを向上させることができるし、高いスループットを保持したままレーザ光を圧縮することが可能であり、高いピークパワーを得ることができる。
【０１３５】
図１３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に、実施例４の半導体光増幅器組立体における光出力のスペクトルを示す。尚、図１３の（Ａ）は、実施例１におけるモード同期半導体レーザ素子１０を連続発振させたときに得られたレーザ光が半導体光増幅器２００に入射され、半導体光増幅器２００から出射されたときの光出力スペクトルを示す図であり、図１３の（Ｂ）は、モード同期半導体レーザ素子１０をパルス発振させたときのレーザ光が半導体光増幅器２００に入射され、半導体光増幅器２００から出射されたときの光出力スペクトルを示す図であり、図１３の（Ｃ）は、モード同期半導体レーザ素子１０をパルス発振させたときのレーザ光が半導体光増幅器２００に入射され、半導体光増幅器２００から出射され、波長選択素子２１０に入射され、波長選択素子２１０から出射されたときの光出力スペクトルを示す図である。ここで、自己位相変調によって長波側にスペクトルシフトしたものの内、強度の最も高いピーク成分を波長選択素子２１０によって抽出した。図１３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示した状態における各種諸元を以下の表５に示す。尚、表５中、『電流２』とは、第２電極２６２に流す電流（単位：ミリアンペア）を意味する。
【０１３６】
［表５］
図１３の（Ａ）      図１３の（Ｂ）      図１３の（Ｃ）
電流２                                    １０５０ｍＡ        １０５０ｍＡ
平均パワー                                  ２４１ｍＷ            ９０ｍＷ
ピーク波長            ４０２．７５ｎｍ    ４０３．１０ｎｍ    ４０３．１０ｎｍ
Δλ                                                              ０．３２ｎｍ
パルス幅                                      １．２０ｐ秒        １．００ｐ秒
ピークパワー                              ２００Ｗ              ９０Ｗ
【０１３７】
このように、レーザ光のピーク波長は、モード同期半導体レーザ素子１０を連続発振させた状態からパルス状に発振させた状態に変更したとき、長波長側に０．３５ｎｍ、シフトした。また、モード同期半導体レーザ素子１０をパルス発振させたときのレーザ光（図１３の（Ｂ）参照）のパルス幅は１．２０ピコ秒である。これに対して、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたパルス状のレーザ光から波長選択素子２１０によって長波側のメインピークを抽出したレーザ光（図１３の（Ｃ）参照）のパルス幅は１．００ピコ秒であり、波長選択素子２１０によるスペクトル抽出の結果、発生したレーザ光の時間幅が狭くなっていることが分かる。即ち、コヒーレントな短いパルス時間幅のレーザ光出力が得られることが判る。ここで使用した波長選択素子２１０の透過スペクトル幅はΔλ＝０．４０ｎｍである。また、波長選択素子８２を通過した後の実際のスペクトル幅はΔλ＝０．３２ｎｍであった。
【０１３８】
更には、モード同期半導体レーザ素子１０から出射されたパルス状のレーザ光から波長選択素子２１０によって長波側のメインピークを抽出したレーザ光の平均パワーは９０ミリワットであった。一方、半導体光増幅器２００から出射されたパルス状のレーザ光の平均パワーは２４１ミリワットであった。これらの平均パワーを、レーザ光の特性を特徴付けるピークパワーに換算すると、それぞれ、９０ワット及び２００ワットである。実施例４の半導体光増幅器組立体にあっては、波長選択素子２１０の使用によって、平均パワーの減少分よりもピークパワーの減少分の方が少なくなっており、コヒーレントなレーザ光の生成に寄与していることが判る。尚、波長選択素子２１０の透過スペクトル幅の値は、このような値に限定するものではなく、自己位相変調によるスペクトル広がりに対応して、適宜、値を選ぶことで、最適なパルスの時間幅を得ることが可能になる。
【０１３９】
半導体光増幅器２００から出射されたパルス状のレーザ光の光出力スペクトルには複数のピークが含まれている場合、これらの複数のピークの内の１つのピークを波長選択素子２１０によって抽出し、外部に出力することもできる。例えば、パルス状のレーザ光の光出力スペクトルに４０３．１７ｎｍ、４０３．３４ｎｍ、４０３．８１ｎｍといった複数のピークが主に含まれている場合、これらの複数のピークの内の１つのピークである４０３．８１ｎｍｎｍのピークを波長選択素子２１０によって抽出し、外部に出力することができる。
【実施例５】
【０１４０】
実施例５は、実施例４の変形である。半導体光増幅器を含む実施例５の半導体光増幅器組立体の概念図を図１４に示し、半導体光増幅器の軸線（Ｘ方向）を含む仮想垂直面（ＸＺ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１５に示し、半導体光増幅器の軸線と直交する仮想垂直面（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１６に示す。尚、図１５は、図１６の矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な断面図であり、図１６は、図１５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１７に示し、リッジストライプ構造の模式的な平面図を図１８に示す。
【０１４１】
尚、レーザ光源を構成するモード同期半導体レーザ素子の構成、構造は、実施例１〜実施例３にて説明したモード同期半導体レーザ素子の構成、構造と同様である。即ち、実施例５において、モード同期半導体レーザ素子が出射するレーザ光が半導体光増幅器２００に入射する。
【０１４２】
実施例５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。
【０１４３】
実施例５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。
【０１４４】
実施例５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。
【０１４５】
そして、実施例５の半導体光増幅器組立体は、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の相対的な位置を調整する位置合わせ装置３００、並びに、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を更に備えている。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。
【０１４６】
図１４に示す実施例５の半導体光増幅器組立体も、実施例４にて説明した半導体光増幅器組立体と同様の構成を有する。ここで、反射ミラー１０４、半波長板１０５及びレンズ１０６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Ｚ方向、半導体光増幅器２００の軸線方向をＸ方向としたとき、反射ミラー１０４及びレンズ１０６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。
【０１４７】
そして、実施例５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。
【０１４８】
具体的には、実施例５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。
【０１４９】
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、Ｙ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１９に示す。Ｙ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。
【０１５０】
実施例５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、Ｙ方向にＸＹＺステージを移動させると、図１９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５における半導体光増幅器の位置合わせ方法及び半導体光増幅器組立体は、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。
【０１５１】
実施例５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。
【０１５２】
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１０の動作の状態を監視することができる。
【０１５３】
半導体光増幅器２００は、第２電極の構成が異なる点を除き、実施例１にて説明したモード同期半導体レーザ素子１０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。
【０１５４】
尚、図２０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２１３を用いて取り出し、レンズ２１４を介してフォトダイオード２１５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５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２１２をＸＹＺステージ２１６に載置すればよい。尚、ＸＹＺステージ２１６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２１５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２０において、半導体光増幅器２００より上流に位置する半導体光増幅器組立体の構成要素は、実施例５の半導体光増幅器組立体の構成要素と同じであるが故に、半導体光増幅器組立体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６】
【０１５５】
実施例６は、実施例４の変形であるが、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組立体に関する。実施例６の本発明の第２の態様に係る半導体光増幅器組立体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２１の（Ａ）及び図２２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６の本発明の第３の態様に係る半導体光増幅器組立体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２３の（Ａ）及び図２４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２４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４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。
【０１５６】
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６の半導体光増幅器の構成、構造は、実施例４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。
【０１５７】
図１２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６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７】
【０１５８】
実施例７は、実施例６の変形である。図２１の（Ａ）及び図２２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２１の（Ｂ）に示し、図２３の（Ａ）及び図２４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２３の（Ｂ）に示すように、実施例７にあっては、実施例６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７の半導体光増幅器の構成、構造は、実施例６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７にあっても、実施例５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。
【０１５９】
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、半導体光増幅器組立体、モード同期半導体レーザ素子、半導体光増幅器の構成、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や半導体光増幅器の仕様が変われば、変わることは当然である。
【０１６０】
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２５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２６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。
【０１６１】
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２７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。
【０１６２】
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３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。
【０１６３】
また、実施例５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。
【０１６４】
あるいは又、実施例５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】
【０１６５】
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、７１・・・レンズ、７２・・・反射鏡、７３・・・コリメートレンズ、７４・・・結像手段、８０，９０・・・外部共振器、８１・・・回折格子、８２，９２・・・波長選択素子、９３・・・第２の波長選択素子、９４・・・回折格子、９５・・・レンズ、９６・・・アパーチャ、９７・・・透過型液晶表示装置、１００・・・レーザ光源、１０１・・・レンズ、１０２・・・光アイソレータ、１０３・・・反射ミラー、１０４・・・反射ミラー、１０５・・・半波長板（λ／２波長板）、１０６・・・レンズ、２００・・・半導体光増幅器、２１０・・・波長選択素子、２１１・・・レンズ、２１２・・・反射ミラー、２１３・・・ビームスプリッタ、２１４・・・レンズ、２１５・・・フォトダイオード、２１６・・・ＸＹＺステージ、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
【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１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１７】
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【図２１】
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【図２３】
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