(57)【要約】半導体レーザ装置組立体は、（Ａ）半導体レーザ素子１０、及び、（Ｂ）外部共振器を構成し、０次以外の回折光を半導体レーザ素子１０に戻し、０次回折光を外部に出力する回折格子１０１を備えており、回折格子１０１の回折面の延びる方向と、回折格子１０１に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である。
2013153999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、０次以外の回折光を半導体レーザ素子に戻し、０次回折光を外部に出力する回折格子、
を備えており、
回折格子の回折面の延びる方向と、回折格子に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である半導体レーザ装置組立体。
【請求項２】
半導体レーザ素子は、能動モード同期動作又は受動モード同期動作をするように駆動される請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項３】
回折格子の回折格子周期の逆数Ｎ0は、１．０×１０3ｍｍ-1以上である請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項４】
回折格子は、反射型であってブレーズ型の回折格子から成る請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項５】
回折格子におけるブレーズ波長は、回折格子に入射するレーザ光の波長以下である請求項４に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項６】
回折格子はリトロー配置されている請求項４に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項７】
半導体レーザ素子から出射され、回折格子へ入射するレーザ光（波長：λｎｍ）の回折格子への入射角をΦin、出射角をΦout、回折格子の回折格子周期の逆数をＮ0（単位：ｍｍ-1）とし、回折格子の法線に対して時計周りの角度の符号を正とし、正の角度からレーザ光を入射したとき、＋１次回折光の出射角Φoutは以下の式（１）の関係を満足し、−１次回折光の出射角Φoutは以下の式（２）の関係を満足し、＋２次回折光の出射角Φoutは以下の式（３）の関係を満足し、以て、回折格子に衝突したレーザ光の内、＋１次回折光が半導体レーザ素子に戻される請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
−９０＜Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］＜９０  （１）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（−１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≦−９０        （２）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋２）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≧９０          （３）
【請求項８】
半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系を更に備えており、
回折格子は分散補償光学系の一部を構成する請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項９】
分散補償光学系は、更に、反射鏡から構成され、
半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は回折格子に衝突し、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次以外の回折光は、反射鏡に入射し、反射鏡によって反射され、回折格子に入射し、半導体レーザ素子に戻され、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される請求項８に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項１０】
外部に出射される０次回折光の波長を選択する波長選択手段を更に備えている請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項１１】
半導体レーザ素子の主面と平行な平面に含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項１２】
半導体レーザ素子と回折格子との間に配された半波長板を更に備えており、
半導体レーザ素子の軸線方向をＸ方向、厚さ方向をＺ方向、幅方向をＹ方向としたとき、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の電界の主たる振動はＸＹ平面に含まれ、
半波長板を通過したレーザ光の電界の主たる振動はＸＺ平面に含まれ、
回折格子の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子の回折面の延びる方向はＺ方向と概ね平行である請求項１に記載の半導体レーザ装置組立体。
【請求項１３】
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、入射したレーザ光の一部を半導体レーザ素子に戻し、入射したレーザ光の残りを外部に出力する光学素子、
を備えており、
半導体レーザ素子の主面と平行な平面に含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い半導体レーザ装置組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体レーザ装置組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、パルス時間幅がアト秒台、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、超短パルスレーザにあっては、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。また、励起には連続光を発振する別の固体レーザを必要とし、エネルギー効率が必ずしも高くない。しかも、大型の共振器は機械的な安定を図ることが容易ではなく、メンテナンスの上で専門的な知識が必要とされる。もしも超短パルス・超高出力レーザが半導体レーザ素子（ＬＤ）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】
ところで、光パルスのピークパワーは、平均出力／（繰り返し周波数×パルス幅）で表すことができる。従って、高ピークパワー化には平均出力を高くすることが有効である。従来、回折格子によって外部共振器構造が構成される場合、例えば、１次回折光を半導体レーザ素子に戻して、０次回折光を外部に取り出す技術が周知である。一般に、回折格子においては、ブレーズ波長での回折効率が最も高く、また、レーザ光における電界（以下、単に『電界』と呼ぶ場合がある）の振動方向と回折格子の刻線とが平行である偏光光（便宜上、『平行偏光光』と呼ぶ）よりも、電界の振動方向と回折格子の刻線とが直交する偏光光（便宜上、『直交偏光光』と呼ぶ）の方が、回折効率が高い。そして、回折格子に直交偏光光の光を入射させて回折効率を向上させる技術が、例えば、特開平３−１４５１７４から周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１４５１７４
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Schlauch et al., Optics Express, Vol. 18, p 24136 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、平均出力を高くするためには、０次の回折光をより多く外部に出力することが重要である。即ち、２次以上の高次の回折光が無く、しかも、１次の回折効率を低くすることが有効である。更には、回折格子に入射するレーザ光の波長とブレーズ波長とを異ならせることが有効である。然るに、この特許公開公報に開示された技術にあっては、専ら、半導体レーザ素子に戻す光の効率（反射回折効率）に着目しており、ブレーズ波長で、直交偏光光を回折格子に入射させている。回折格子によって外部共振器構造を構成するとき、敢えて、回折効率を下げるために、平行偏光光を用いる技術、あるいは又、回折格子に入射するレーザ光の波長とブレーズ波長とを異ならせる技術は、本発明者らが調べた限りでは知られていない。【０００８】
従って、本開示の目的は、回折格子あるいは光学素子によって外部共振器構造が構成されており、平均出力を増加させ得る構成、構造を有する半導体レーザ装置組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、０次以外の回折光を半導体レーザ素子に戻し、０次回折光を外部に出力する回折格子、
を備えており、
回折格子の回折面の延びる方向と、回折格子に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である。【００１０】
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、入射したレーザ光の一部を半導体レーザ素子に戻し、入射したレーザ光の残りを外部に出力する光学素子、
を備えており、
半導体レーザ素子の主面と平行な平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、回折格子の回折面の延びる方向と、回折格子に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である。また、本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体にあっては、半導体レーザ素子の主面と平行な平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い。それ故、半導体レーザ素子から外部に出力されるレーザ光の平均出力を増加させることができる。そして、例えば、高ピーク出力を有する４００ｎｍ波長帯のパルスレーザをモード同期半導体レーザ素子によって実現可能であるが故に、フェムト秒オーダーの超短パルス光源の普及を促進することができるし、モード同期半導体レーザ素子単体で数十Ｗ以上のパルスレーザが実現でき、システムの小型化やコスト削減を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の半導体レーザ装置組立体の概念図、及び、光強度測定を行うための実施例１の半導体レーザ装置組立体における各種構成要素の配置を模式的に示す図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、半導体レーザ素子と回折格子あるいは光学素子の配置状態を模式的に示す図である。
【図３】図３は、実施例１の半導体レーザ装置組立体の変形例の概念図である。
【図４】図４は、実施例２の半導体レーザ装置組立体の概念図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、実施例４の半導体レーザ装置組立体における波長選択手段の概念図である。
【図６】図６は、実施例１における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。
【図７】図７は、実施例１における半導体レーザ素子の共振器の延びる方向と直角方向に沿った模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施例１のモード同期半導体レーザ素子の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９】図９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１０】図１０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ストライプ構造を上方から眺めた模式図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂ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１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１１Ｂ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１３】図１３は、図１２Ｂ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１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施例１の半導体レーザ装置組立体における逆バイアス電圧と平均出力の関係、逆バイアス電圧と光パルスの持続時間の関係を求めた結果を示すグラフである。
【図１５】図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ、実施例２の半導体レーザ装置組立体において、距離Ｌと光パルスの半値全幅の関係を求めた結果、及び、距離Ｌと平均出力の関係を求めた結果を示す図である。
【図１６】図１６Ａ及び図１６Ｂ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】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示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．本開示の第１の態様及び第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様及び第２の態様に係る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（実施例１〜実施例３の変形）、その他
【００１４】
［本開示の第１の態様及び第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体、全般に関する説明］
半導体レーザ素子を用いて時間幅が数ピコ秒程度の光パルスを発生する方法として、モード同期法が知られている。モード同期法には、外部共振器構造内における周回時間と同じ周期で利得又は損失を変調する能動（アクティブ）モード同期と、半導体レーザ素子内に非線形光学応答を示す可飽和吸収体等を設けることによって動作させる受動（パッシブ）モード同期とがあるが、受動モード同期は、数ピコ秒程度あるいはそれ以下のパルス時間幅の光パルスを発生するのに一層適している。本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、半導体レーザ素子は、能動モード同期動作又は受動モード同期動作をするように駆動される構成とすることができる。尚、以下、特に断りの無い限り、『モード同期半導体レーザ素子』とは、受動モード同期動作をするように駆動される半導体レーザ素子を指す。
【００１５】
上記の好ましい構成を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、回折格子の回折格子周期の逆数Ｎ0（刻線数とも呼ばれる）は、１．０×１０3ｍｍ-1以上であることが望ましい。具体的には、Ｎ0の値として、１２００ｍｍ-1乃至４５００ｍｍ-1、望ましくは２４００ｍｍ-1乃至３６００ｍｍ-1を例示することができる。
【００１６】
また、以上に説明した好ましい構成を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、回折格子は、反射型であってブレーズ型の回折格子から成る形態とすることができる。そして、この場合、回折格子におけるブレーズ波長λBは、回折格子に入射するレーザ光の波長λに対して、
λB＜λ＋５０（ｎｍ）
好ましくは、回折格子に入射するレーザ光の波長λ以下、より好ましくは、
λB＜λ−１００（ｎｍ）
である形態とすることが望ましい。更には、これらの場合、回折格子はリトロー配置（リットマン配置とも呼ばれる）されてい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構成を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は回折格子に衝突し、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次以外の回折光（例えば、１次回折光）は半導体レーザ素子に戻され、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される形態とすることができる。
【００１７】
あるいは又、以上に説明した好ましい構成を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、ブレーズ型以外の回折格子にあっては、半導体レーザ素子から出射され、回折格子へ入射するレーザ光（波長：λｎｍ）の回折格子への入射角をΦin、出射角をΦout、回折格子の回折格子周期の逆数をＮ0（単位：ｍｍ-1）、回折光の次数をｎとしたとき、以下の式（０）の関係を満足し、以て、回折格子に衝突したレーザ光の内、ｎ次回折光は半導体レーザ素子に戻され、０次回折光は外部に出力される形態とすることができる。より具体的には、＋１次回折光のみを取り出すためには、回折格子の法線に対して時計周りの角度の符号を正とし、正の角度からレーザ光を入射したとき、−１次回折光の出射角Φoutが−９０°以下であり（例えば、−１００°や−１１０°）、＋２次回折光の出射角Φoutが９０°以上であり（例えば、１００°や１１０°）、しかも、＋１次回折光の出射角Φoutが−９０°を越え、＋９０°未満であればよい。よって、以下の式（１）、式（２）及び式（３）の関係を満たすような回折格子周期の逆数Ｎ0、波長λ、入射角Φinを選択すればよい。ここで、式（１）は、＋１次回折光（ｎ＝＋１）の出射角Φoutに関する式であり、式（２）は、−１次回折光（ｎ＝−１）の出射角Φoutに関する式であり、式（３）は、＋２次回折光（ｎ＝＋２）の出射角Φoutに関する式である。
【００１８】
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・ｎ・λ−ｓｉｎ（Φin）］                      （０）
−９０＜Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］＜９０  （１）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（−１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≦−９０        （２）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋２）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≧９０          （３）
【００１９】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系を更に備え、回折格子は分散補償光学系の一部を構成する形態とすることができる。そして、この場合、分散補償光学系は、更に、反射鏡から構成され；半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は回折格子に衝突し、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次以外の回折光（例えば、１次回折光）は、反射鏡に入射し、反射鏡によって反射され、回折格子に入射し、半導体レーザ素子に戻され、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される形態とすることができる。尚、以上に説明した好ましい構成を含む本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体においても、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系を更に備え；光学素子は分散補償光学系の一部を構成する形態とすることができる。そして、この場合、分散補償光学系は、更に、反射鏡から構成され；半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は光学素子に衝突し、光学素子に衝突したレーザ光の内、一部は、反射鏡に入射し、反射鏡によって反射され、光学素子に入射し、半導体レーザ素子に戻され、光学素子に衝突したレーザ光の内、残りの光は外部に出力される形態とすることができる。反射鏡は、例えば、平面反射鏡、具体的には、例えば、誘電多層膜反射鏡から成る。また、分散補償光学系は、回折格子と反射鏡との間に配された集光手段（具体的には、レンズ）を更に備えていることが望ましい。集光手段と反射鏡との間の距離を固定した状態で回折格子と集光手段との間の距離を変えることで、分散補償光学系における群速度分散値を変えることができる。
【００２０】
更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、外部に出射される０次回折光の波長を選択する波長選択手段を更に備えている形態とすることができる。また、以上に説明した好ましい構成を含む本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体においても、外部に出射される光の波長を選択する波長選択手段を更に備えている形態とすることができる。そして、波長選択手段は、例えば、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。あるいは又、波長選択手段は、バンドパスフィルタから成る構成とすることができるし、ロングパスフィルタやプリズムから成る構成とすることもできる。バンドパスフィルタは、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への入射角を変えることで、バンドパスフィルタから出射するレーザ光の波長を選択することもできる。
【００２１】
ところで、光パルスを発生する半導体レーザ素子にあっては、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、例えば、モード同期半導体レーザ素子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波長選択手段によって抽出し、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。
【００２２】
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調べることができる。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。
【００２３】
波長選択手段を備えた半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子と、回折格子あるいは光学素子（以下、これらを総称して、『回折格子等』と呼ぶ場合がある）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等の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、回折格子等に入射（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、回折格子等の上に結像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、モード同期半導体レーザ素子と回折格子等との間に、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。
【００２４】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体においては、半導体レーザ素子の主面と平行な平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率（ＥffTM）が、半導体レーザ素子の主面と直交する平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率（ＥffTE）よりも高い形態、具体的には、例えば、
２≦ＥffTM／ＥffTE
を満足する形態とすることができる。以上の説明は、本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体に対して、回折格子を光学素子と読み替えることで、同様に適用することができる。
【００２５】
更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、
半導体レーザ素子と回折格子との間に配された半波長板を更に備えており、
半導体レーザ素子の軸線方向をＸ方向、厚さ方向をＺ方向、幅方向をＹ方向としたとき、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の電界の主たる振動方向はＸＹ平面に含まれ、
半波長板を通過したレーザ光の電界の主たる振動方向はＸＺ平面に含まれ、
回折格子の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子の回折面の延びる方向はＺ方向と概ね平行である形態とすることができる。尚、半導体レーザ素子と回折格子等との間に種々の光学的要素（例えば、ミラー等）が存在すると、半導体レーザ素子における３次元空間の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、回折格子等における３次元空間の座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の方向が不一致となる場合がある。このような場合には、回折格子等における３次元空間の座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を適切に変換することで、半導体レーザ素子における３次元空間の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致させることができる。「回折格子の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき」とは、このような座標系を適切に変換することを意味する。以下においても同様である。
【００２６】
また、本開示において、半波長板を備えていない場合、
半導体レーザ素子の軸線方向をＸ方向、厚さ方向をＺ方向、幅方向をＹ方向としたとき、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の電界の主たる振動方向はＸＹ平面に含まれ、
回折格子の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子の回折面の延びる方向はＹ方向と概ね平行である形態とすることができる。
【００２７】
あるいは又、本開示において、半波長板を備えていない場合、
半導体レーザ素子は支持部材によって支持されており、
半導体レーザ素子の軸線方向をＸ方向、厚さ方向をＺ方向、幅方向をＹ方向としたとき、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の電界の主たる振動はＸＹ平面に含まれ、
支持部材の半導体レーザ素子支持面の法線はＹ方向と平行であり、
回折格子の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子の回折面の延びる方向はＹ方向と概ね平行である形態とすることができる。
【００２８】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体を、以下、単に、『本開示の第１の態様』と呼ぶ場合があるし、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体を、以下、単に、『本開示の第２の態様』と呼ぶ場合があるし、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の第１の態様及び第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体を、総称して、以下、単に、『本開示』と呼ぶ場合がある。
【００２９】
本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光には、ＸＹ平面（半導体レーザ素子の主面）と平行な仮想平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分（便宜上、『電界平行レーザ光成分』と呼ぶ）、及び、ＸＹ平面（半導体レーザ素子の主面）と直交する仮想平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分（便宜上、『電界直交レーザ光成分』と呼ぶ）が含まれる。ここで、（電界平行レーザ光成分／電界平行レーザ光成分＋電界直交レーザ光成分）の値（割合）は、半導体レーザ素子の構成、構造によって変化する。例えば、ＧａＮ系化合物半導体から構成された半導体レーザ素子にあっては、ほぼ「１」である。本開示の第１の態様に係る半導体レーザ装置組立体において、回折格子の回折面の延びる方向と、回折格子に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行であるが、ここで、「主たる振動方向」とは、例えば、半導体レーザ素子の構成、構造に依存するが、
０．８≦（電界平行レーザ光成分／電界平行レーザ光成分＋電界直交レーザ光成分）≦１．０
を意味する。また、「概ね平行」であるとは、電界の振動方向と、回折格子の回折面の延びる方向との成す角度をηとしたとき、
｜η｜＜４５度
好ましくは、
｜η｜≦１０度
であることを意味する。
【００３０】
本開示において、半導体レーザ素子は、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、発光領域を含む第３化合物半導体層（活性層）、及び、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層、
が、順次、積層されて成る積層構造体を有する構成とすることが好ましい。
【００３１】
ところで、パルス当たりのエネルギーが同じである場合、光パルスのピークパワーは、パルス時間幅が狭いほど高く、非線形現象がより顕著に発現される。従って、超短パルス光源の性能指標の１つとして、狭いパルス時間幅を挙げることができる。受動モード同期のチタン／サファイア・レーザでは、１０フェムト秒程度のパルス時間幅を有する光パルスを発生するものが市販されている。これに対して、受動モード同期に基づき動作する半導体レーザ素子では、電流注入型の量子井戸レーザのパルス時間幅は１ピコ秒乃至２ピコ秒程度が一般的である。半導体レーザ素子は、利得帯域が十分に広いため、サブピコ秒の光パルスを発生させる能力を潜在的に有しているが、このようなサブピコ秒の光パルスの発生報告例は殆ど知られていない。
【００３２】
モード同期法に基づく半導体レーザ素子の駆動において、パルス時間幅がサブピコ秒以下の光パルスの発生を妨げる主な原因として、パルス発生に伴う光パルスの受けるチャープを挙げることができる。半導体レーザ素子にあっては、パルス発生に伴って活性層（ゲイン部）のキャリア密度が時間的に変化し、その結果、活性層の屈折率が変化する。そのため、半導体レーザ素子で発生する光パルスの周波数がパルスの持続時間内で変化する。この周波数変化はチャープと呼ばれ、チャープが強い場合、共振器内を周回する光パルスの各周波数における位相を揃えることが難しく、パルス時間幅を狭くすることが困難となる。
【００３３】
このようなチャープに起因してパルス時間幅を狭くすることが困難になるといった問題を解決するために、外部共振器内に分散補償光学系を設ける方法がある。この方法は、モード同期のチタン／サファイア・レーザでは多く用いられているが、モード同期に基づき動作する半導体レーザ素子での報告例は多くない。この方法は、利得媒質や可飽和吸収体の種類や励起方法に依存しないため、適用範囲が広く、有利である。非特許文献１「T. Schlauch et al., Optics Express, Vol. 18, p 24136 (2010)」には、回折格子を用いた分散補償光学系によって、モード同期に基づき動作する半導体レーザから発生する光パルスのパルス時間幅を制御する試みが報告されている。ここで、この非特許文献１においては、発生する光パルスのスペクトルが分散補償量に依存して変化することが報告されているが、パルス時間幅については変化が見られず、パルス時間幅がピコ秒以下の光パルスの発生には至っていない。
【００３４】
それ故、超短パルスのレーザ光を出力し得る構成、構造を有する電流注入型の半導体レーザ装置組立体を提供するためには、
半導体レーザ素子が、光密度が、１×１０10ワット／ｃｍ2以上、好ましくは１．４×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型の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から出射されたレーザ光が入出射される前述した分散補償光学系を備えている構成とすることが好ましい。尚、このような構成を、『分散補償光学系を備えた第１の構成の半導体レーザ装置組立体』と呼ぶ。
【００３５】
あるいは又、
半導体レーザ素子は、電流注入型の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から出射されたレーザ光が入出射される前述した分散補償光学系を備えており、
分散補償光学系の群速度分散値を、第１の所定値ＧＶＤ1から第２の所定値ＧＶＤ2（但し、｜ＧＶＤ1｜＜｜ＧＶＤ2｜）まで単調に変化させたとき、モード同期半導体レーザ素子から外部（系外）に出力されるレーザ光のパルス時間幅は、減少し、極小値ＰＷminを超えて増加する構成とすることが好ましい。尚、単調に変化させるとは、ＧＶＤ1＜ＧＶＤ2の場合、単調に増加させることを意味し、ＧＶＤ1＞ＧＶＤ2の場合、単調に減少させることを意味する。尚、このような構成を、『分散補償光学系を備えた第２の構成の半導体レーザ装置組立体』と呼ぶ。
【００３６】
半導体レーザ素子にあっては、半導体レーザ素子における活性層（ゲイン部）の光パワー密度及びキャリア密度が特定の値を超えるとき、キャリアが誘導放出によって消費される結果、活性層における屈折率が動的に変化し、発振スペクトルが広がる。このような現象は自己位相変調と呼ばれる。自己位相変調による発振スペクトル幅の増大はパルス時間幅の狭隘化に寄与し、自己位相変調に対して、分散補償光学系によって適切な群速度分散を与えることで適切なスペクトル幅が得られ、サブピコ秒台の光パルスを発生させることができる。このような特性は、自己位相変調と適切な群速度分散とが共振器内で相互作用するときに見られるソリトン・モード同期の特徴に類似しており、発生する光パルスの時間幅をサブピコ秒（例えば、２００フェムト秒）以下まで狭くする方法として極めて有効である。上記の半導体レーザ素子が電流注入型の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から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系を備えている構成とすることで、モード同期半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光密度が規定され、且つ、モード同期半導体レーザ素子におけるキャリア密度の値が規定されているので、高い光パワー密度及び高いキャリア密度において自己位相変調を発生させ、これに対して適切な群速度分散を与えることでサブピコ秒台の光パルスを確実に発生させることができる。あるいは又、分散補償光学系の群速度分散値とモード同期半導体レーザ素子から外部（系外）に出力されるレーザ光のパルス時間幅との関係が規定されているので、確実に、安定したサブピコ秒台の光パルスを発生させることができるし、発生した光パルスにおけるノイズの低減を図ることができる。そして、このようなサブピコ秒台の光パルスといった光パルス時間幅の狭隘化に加えて、モード同期半導体レーザ素子が電流注入型であるが故に、モード同期に基づき動作する光励起型の半導体レーザ素子に比較してエネルギー効率が高いといった利点を有する。
【００３７】
分散補償光学系を備えた第２の構成の半導体レーザ装置組立体において、外部に出力されるレーザ光のパルス時間幅が極小値ＰＷminとなるときの分散補償光学系の群速度分散極小値をＧＶＤminとし、分散補償光学系の群速度分散値が負の第１の所定値ＧＶＤ1であるときのレーザ光のパルス時間幅をＰＷ1、分散補償光学系の群速度分散値が負の第２の所定値ＧＶＤ2であるときのレーザ光のパルス時間幅をＰＷ2としたとき、例えば、
（ＰＷ1−ＰＷmin）／｜ＧＶＤmin−ＧＶＤ1｜
≧２×（ＰＷ2−ＰＷmin）／｜ＧＶＤ2−ＧＶＤmin｜
但し、
｜ＧＶＤ1／ＧＶＤmin｜＝０．５
｜ＧＶＤ2／ＧＶＤmin｜＝２
を満足することが好ましい。
【００３８】
上記の好ましい形態を含む分散補償光学系を備えた第２の構成の半導体レーザ装置組立体にあっては、外部に出力されるレーザ光のパルス時間幅が最小値ＰＷminとなる群速度分散極小値ＧＶＤminあるいはその近傍において動作させられる形態とすることが好ましい。後述するように、群速度分散値が減少（群速度分散値の絶対値が増加）すると共に、時間ゼロの主パルス以外のサブパルスの個数が減少するが、サブパルスが観察されなくなったときの群速度分散値の上限値をＧＶＤSとしたとき、『群速度分散極小値ＧＶＤminの近傍』とは、
ＧＶＤS±｜ＧＶＤmin−ＧＶＤS｜
で定義される。
【００３９】
更には、以上に説明した好ましい形態を含む分散補償光学系を備えた第２の構成の半導体レーザ装置組立体において、外部に出力されるレーザ光の主発振周波数に対する雑音成分は−６０ｄＢ以下、好ましくは−７０ｄＢ以下である形態とすることができる。
【００４０】
分散補償光学系を備えた第１の構成あるいは第２の構成の半導体レーザ装置組立体にあっては、モード同期半導体レーザ素子は、後述するように、可飽和吸収領域を有する形態とすることができる。尚、従来のモード同期に基づき動作する光励起型の半導体レーザ素子では発振特性を制御するのに半導体可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭＥ）の温度特性を利用するが、可飽和吸収領域を有する形態にあっては、可飽和吸収領域への逆バイアス電圧、及び、分散補償光学系の群速度分散値に基づき発振特性を制御することができるので、発振特性の制御が容易である。分散補償光学系における群速度分散値は負である構成とすることが好ましい。但し、群速度分散値は、モード同期半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置組立体の構成、構造、駆動方法（例えば、キャリア注入領域（利得領域）に印加する電流量、可飽和吸収領域（キャリア非注入領域）に印加する逆バイアス電圧、駆動温度）等に基づき全体で決定すればよく、モード同期半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置組立体の構成、構造、駆動方法等に依存して、正の値も取り得る。
【００４１】
更には、以上に説明した好ましい構成を含む分散補償光学系を備えた第１の構成の半導体レーザ装置組立体にあっては、外部に出力されるレーザ光のパルス時間幅が最小値となる群速度分散値あるいはその近傍において動作させられることが好ましい。尚、『群速度分散値の近傍』とは、上述した群速度分散極小値ＧＶＤminの近傍と同意である。
【００４２】
分散補償光学系を備えた第２の構成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出射されるレーザ光の光密度は、レーザ光のパワー（単位はワットであり、パルスの場合はピークパワー）をモード同期半導体レーザ素子端面における近視野像の断面積（ピーク強度に対して１／ｅ2となる領域）で除することによって得ることができる。また、キャリア密度は、キャリア寿命を測定し、注入電流量をゲイン部の電極（例えば、後述する第２電極の第１部分）の面積で除した値にキャリア寿命を乗ずることで得ることができる。更には、群速度分散値は、被測定光パルスを、既知の分散量を有する媒質を透過させた後にみられるパルス幅の変化を測定する方法や、周波数分解型光ゲート法（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇａｔｉｎｇ，ＦＲＯＧ）で得ることができる。また、１ピコ秒程度あるいはそれ以下の時間パルス幅は、ＳＨＧ強度相関測定装置を用いて測定することができる。
【００４３】
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む分散補償光学系を備えた第１の構成あるいは第２の構成の半導体レーザ装置組立体にあっても、
波長選択手段を備えており、
波長選択手段は、外部に出力されるレーザ光の短波長成分を抽出する構成とすることができる。
【００４４】
半導体レーザ素子を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は、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）型のモード同期半導体レーザ素子から成り、
バイ・セクション型のモード同期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、
を備えており、
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。
【００４５】
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倍以上であることが望ましい。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以上であることが望ましい。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。
【００４６】
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、受動モード同期動作させることができる。
【００４７】
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を、第２電極と第１電極との間の電気抵抗値の１０倍以上とし、あるいは又、１×１０2Ω以上とすることで、第２電極の第１部分から第２部分への漏れ電流の流れを確実に抑制することができる。即ち、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、パルス時間幅のより短い光パルスを有する受動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。
【００４８】
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。尚、活性層に量子井戸構造を採用することで、量子ドット構造を採用するよりも高い注入電流量を実現することができ、容易に高出力を得ることができる。
【００４９】
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、パルス時間幅が短く、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受動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。
【００５０】
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。即ち、モード同期半導体レーザ素子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（便宜上、『第２端面』と呼ぶ場合がある）におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点と、光出射端面（第２端面）とは反対側の積層構造体の端面（便宜上、『第１端面』と呼ぶ場合がある）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。また、モード同期半導体レーザ素子の軸線とは、第１端面及び第２端面に直交する軸線を指す。リッジストライプ構造の平面形状は、直線状であってもよいし、湾曲していてもよい。
【００５１】
あるいは又、モード同期半導体レーザ素子において、第２端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷ2、第１端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷ1としたとき、Ｗ1＝Ｗ2であってもよいし、Ｗ2＞Ｗ1としてもよい。尚、Ｗ2は５μｍ以上である形態とすることができ、Ｗ2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、Ｗ1は１．４μｍ乃至２．０μｍである形態とすることができる。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、２本以上の線分から構成されていてもよい。前者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２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構成することができる。一方、後者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２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、あるいは又、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、先ず広げられ、最大幅を超えた後、狭められる構成とすることができる。
【００５２】
モード同期半導体レーザ素子にあっては、光ビーム（光パルス）が出射される積層構造体の第２端面の光反射率は０．５％以下であることが好ましい。具体的には、第２端面には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。ここで、低反射コート層は、例えば、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。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ビーム（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。また、第１端面は、高い光反射率、例えば、反射率８５％以上、好ましくは反射率９５％以上の高い反射率を有することが好ましい。
【００５３】
外部共振器における外部共振器長さ（Ｘ’，単位：ｍｍ）の値は、
０＜Ｘ’＜１５００
好ましくは、
３０≦Ｘ’≦５００
であることが望ましい。ここで、外部共振器は、モード同期半導体レーザ素子の第１端面と、外部共振器構造を構成する反射鏡あるいは部分反射鏡によって構成され、外部共振器長さとは、モード同期半導体レーザ素子の第１端面と、外部共振器構造を構成する反射鏡あるいは部分反射鏡との間の距離である。
【００５４】
モード同期半導体レーザ素子において、積層構造体は、少なくとも第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有するが、このリッジストライプ構造は、第２化合物半導体層のみから構成されていてもよいし、第２化合物半導体層及び第３化合物半導体層（活性層）から構成されていてもよいし、第２化合物半導体層、第３化合物半導体層（活性層）、及び、第１化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されていてもよい。
【００５５】
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、限定するものではないが、
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、
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。リッジストライプ構造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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
半導体レーザ素子において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。また、発光領域（利得領域）及び可飽和吸収領域を構成する第３化合物半導体層（活性層）は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造［ＱＷ構造］を有していてもよいし、多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有していてもよい。量子井戸構造を有する第３化合物半導体層（活性層）は、井戸層及び障壁層が、少なくとも１層、積層された構造を有するが、（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。
【００６３】
更には、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、モード同期半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、モード同期半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。尚、超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができるし、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計として、６０層乃至３００層を例示することができる。また、第３化合物半導体層から第２電極までの距離は１μｍ以下、好ましくは、０．６μｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層から第２電極までの距離を規定することで、抵抗の高いｐ型の第２化合物半導体層の厚さを薄くし、モード同期半導体レーザ素子の動作電圧の低減化を達成することができる。尚、第３化合物半導体層から第２電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができる。また、第２化合物半導体層には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上、ドーピングされており；第３化合物半導体層からの波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1である構成とすることができる。このＭｇの原子濃度は、２×１０19ｃｍ-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第２化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第２化合物半導体層の吸収係数は、モード同期半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、第３化合物半導体層の光の吸収係数が、５０ｃｍ-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Ｍｇドープ量を故意に２×１０19ｃｍ-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のＭｇドープ量は、例えば８×１０19ｃｍ-3である。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層、及び、ｐ型化合物半導体層を有しており；第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離は、１．２×１０-7ｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離を規定することで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制することができ、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流密度を低減させることができる。尚、第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、５×１０-8ｍを挙げることができる。また、リッジストライプ構造の両側面には、ＳｉＯ2／Ｓｉ積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており；リッジストライプ構造の有効屈折率と積層絶縁膜の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2��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）、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。
【００６４】
モード同期半導体レーザ素子にあっては、モード同期半導体レーザ素子を構成する各種のＧａＮ系化合物半導体層を基板に順次形成するが、ここで、基板として、サファイア基板の他にも、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。主に、ＧａＮ系化合物半導体層を基板に形成する場合、ＧａＮ基板が欠陥密度の少なさから好まれるが、ＧａＮ基板は成長面によって、極性／無極性／半極性と特性が変わることが知られている。また、モード同期半導体レーザ素子を構成する各種の化合物半導体層（例えば、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
第１の構成あるいは第２の構成のモード同期半導体レーザ素子においては、前述したとおり、第１電極と第２部分との間に逆バイアス電圧を印加する構成（即ち、第１電極を正極、第２部分を負極とする構成）とすることが望ましい。尚、第２電極の第２部分には、第２電極の第１部分に印加するパルス電流あるいはパルス電圧と同期したパルス電流あるいはパルス電圧を印加してもよいし、直流バイアスを印加してもよい。また、第２電極から発光領域を経由して第１電極に電流を流し、且つ、第２電極から発光領域を経由して第１電極に外部電気信号を重畳させる形態とすることができる。そして、これによって、レーザ光パルスと外部電気信号との間の同期を取ることができる。あるいは又、積層構造体の一端面から光信号を入射させる形態とすることができる。そして、これによっても、レーザ光パルスと光信号との間の同期を取ることができる。また、第２化合物半導体層において、第３化合物半導体層と電子障壁層との間には、ノンドープ化合物半導体層（例えば、ノンドープＧａＩｎＮ層、あるいは、ノンドープＡｌＧａＮ層）を形成してもよい。更には、第３化合物半導体層とノンドープ化合物半導体層との間に、光ガイド層としてのノンドープＧａＩｎＮ層を形成してもよい。第２化合物半導体層の最上層を、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が占めている構造とすることもできる。
【００６９】
モード同期半導体レーザ素子は、バイ・セクション型（２電極型）の半導体レーザ素子に限定するものではなく、その他、マルチセクション（多電極型）型の半導体レーザ素子、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、リッジストライプ構造に沿って可飽和吸収領域を設けたＷＩ（Weakly Index guide）型の半導体レーザ素子を採用することもできる。
【００７０】
本開示を、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】
【００７１】
実施例１は、本開示の第１の態様及び第２の態様に係る半導体レーザ装置組立体に関する。実施例１の半導体レーザ装置組立体の概念図を図１Ａに示し、半導体レーザ素子と回折格子あるいは光学素子の配置状態を、模式的に、図２Ａ、図２Ｂあるいは図２Ｃに示し、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を図６に示し、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を図７に示す。【００７２】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４の半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、０次以外の回折光を半導体レーザ素子に戻し、０次回折光を外部に出力する回折格子１０１、
を備えている。あるいは又、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４の半導体レーザ装置組立体は、
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、入射したレーザ光の一部を半導体レーザ素子に戻し、入射したレーザ光の残りを外部に出力する光学素子、
を備えている。【００７３】
ここで、外部に出力されたレーザ光は、例えば、平面鏡２０１、光アイソレータを通過し、集光レンズによってマルチモード光ファイバに集光されるが、図１Ａにおいて、これらの一部は図示していない。【００７４】
また、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４において、半導体レーザ素子は、具体的には、受動モード同期動作をするように駆動される。以下、このような半導体レーザ素子を、モード同期半導体レーザ素子１０と呼ぶ。【００７５】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４において、モード同期半導体レーザ素子１０は、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型を有する第１化合物半導体層３０、
ＧａＮ系化合物半導体から成る第３化合物半導体層（活性層）４０、及び、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１導電型とは異なる第２導電型を有する第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有する。【００７６】
より具体的には、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４において、モード同期半導体レーザ素子１０は可飽和吸収領域を有する。具体的には、モード同期半導体レーザ素子１０は、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・セクション型のモード同期半導体レーザ素子１０から成る。具体的には、発光波長４０５ｎｍ帯のバイ・セクション型のモード同期半導体レーザ素子１０は、図６及び図７に示すように、
（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。【００７７】
図１Ａに示すように、外部共振器は、回折格子１０１（光学素子）から構成されている。そして、回折格子１０１は、後述する実施例１Ａ、実施例１Ｂ、実施例１Ｃにあっては、反射型であってブレーズ型の回折格子から成り、回折格子１０１はリトロー配置（リットマン配置とも呼ばれる）されている。あるいは又、回折格子１０１は、後述する実施例１Ｄ、実施例１Ｅ、実施例１Ｆにあっては、反射型であって刻線型の回折格子から成る。尚、後述する比較例１Ａ、比較例１Ｂ、比較例１Ｃ、比較例１Ｇ1、比較例１Ｇ2、比較例１Ｈ1、比較例１Ｈ2にあっては反射型であってブレーズ型の回折格子から成り、回折格子はリトロー配置されている。一方、後述する比較例１Ｄ、比較例１Ｅ、比較例１Ｆにあっては反射型であって刻線型の回折格子から成る。【００７８】
ところで、図１６Ａ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、Ｎ0は、回折格子１ｍｍ当たりの溝の本数（回折格子周期の逆数。刻線数とも呼ばれる）であり、ｎは回折次数（ｎ＝０，±１，±２・・・）である。
ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（β）＝Ｎ0・ｎ・λ【００７９】
溝の斜面に対して、入射光とｎ次の回折光が鏡面反射の関係にあるとき、ｎ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／（Ｎ0・ｎ）｝ｓｉｎ（θB）・ｃｏｓ（α−θB）
となる。ここで、図１６Ｂに示すように、入射光の方向に＋ｎ次の回折光が戻るときの波長をλnで表すと、このとき、α＝β＝θBとなるので、結局、
λn＝（２／Ｎ0・ｎ）ｓｉｎ（θB）    （Ａ）
となる。このときの配置がリトロー配置と呼ばれる。【００８０】
従って、実施例１においては、後述する表１に示すブレーズ波長λBから、ｎ＝１，λn＝λBとおいて式（Ａ）からθBを求め、レーザ光の入射が係るブレーズ角θBとなるように回折格子１０１を配置することで、光強度の測定を行った。【００８１】
また、回折格子１０１を反射型であって刻線型の回折格子から構成する場合、半導体レーザ素子から出射され、回折格子１０１へ入射するレーザ光（波長：λｎｍ）の回折格子１０１への入射角をΦin、出射角をΦout、回折格子１０１の回折格子周期の逆数をＮ0（単位：ｍｍ-1）、回折光の次数をｎとしたとき、以下の式（０）の関係を満足することで、回折格子１０１に衝突したレーザ光の内、ｎ次の回折光は半導体レーザ素子に戻され、０次回折光は外部に出力される。より具体的には、＋１次回折光のみを取り出すためには、回折格子１０１の法線に対して時計周りの角度の符号を正とし、正の角度からレーザ光を入射したとき、−１次回折光の出射角Φoutが−９０°以下であり、＋２次回折光の出射角Φoutが９０°以上であり、しかも、＋１次回折光の出射角Φoutが−９０°を越え、＋９０°未満であればよい。よって、以下の式（１）、式（２）及び式（３）の関係を満たすような回折格子周期の逆数Ｎ0、波長λ、入射角Φinを選択すればよい。ここで、式（１）は、＋１次回折光（ｎ＝＋１）の出射角Φoutに関する式であり、式（２）は、−１次回折光（ｎ＝−１）の出射角Φoutに関する式であり、式（３）は、＋２次回折光（ｎ＝＋２）の出射角Φoutに関する式である。【００８２】
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・ｎ・λ−ｓｉｎ（Φin）］                      （０）
−９０＜Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］＜９０  （１）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（−１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≦−９０        （２）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋２）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≧９０          （３）【００８３】
あるいは又、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は回折格子１０１に衝突し、回折格子１０１に衝突したレーザ光の内、０次以外の回折光（例えば、１次の回折光）は半導体レーザ素子に戻され、回折格子１０１に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される。【００８４】
半導体レーザ素子（モード同期半導体レーザ素子１０）の軸線方向をＸ方向、厚さ方向をＺ方向、幅方向をＹ方向としたとき、ＧａＮ系化合物半導体から成る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電界の主たる振動方向はＸＹ平面に含まれる。即ち、（電界平行レーザ光成分／電界平行レーザ光成分＋電界直交レーザ光成分）の値（割合）は、ほぼ「１」である。図２）図２Ｂ、図２Ｃにおいて、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において、電界平行レーザ光成分を『平行成分』で表し、電界直交レーザ光成分を『直交成分』で表す。【００８５】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４にあっては、回折格子１０１の回折面の延びる方向と、回折格子１０１に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である。あるいは又、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４にあっては、半導体レーザ素子の主面と平行な平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分（電界平行レーザ光成分）の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分（電界直交レーザ光成分）の外部への取出し効率よりも高い。【００８６】
即ち、図２Ａに示すように、回折格子１０１の回折面の延びる方向を矢印「Ａ」で表すと、回折格子１０１に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向（図２Ａでは「平行成分」で示している）とは概ね平行である。云い換えれば、回折格子１０１の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子１０１の回折面の延びる方向はＹ方向と概ね平行である。ここで、実施例１にあっては、電界の振動方向と、回折格子１０１の回折面の延びる方向との成す角度をηとしたとき、｜η｜＜４５度、好ましくは｜η｜≦１０度であることが望ましく、実施例１にあっては、η＝０度とした。以下の説明においても同様である。尚、このような回折格子１０１の構成を、後述する実施例２〜実施例４の回折格子１０１にも適用することができる。【００８７】
あるいは又、図２Ｂに示すように、モード同期半導体レーザ素子１０は支持部材１０’によって支持されており、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電界の主たる振動はＸＹ平面に含まれ、支持部材１０’の半導体レーザ素子支持面の法線はＹ方向と平行であり、回折格子１０１の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子１０１の回折面の延びる方向はＹ方向と概ね平行である。尚、このような回折格子１０１の構成を、後述する実施例２〜実施例４の回折格子１０１にも適用することができる。【００８８】
あるいは又、図２Ｃに示すように、モード同期半導体レーザ素子１０と回折格子１０１との間に配された半波長板（λ／２波長板）１０２を更に備えており、半波長板１０２を通過したレーザ光の電界の主たる振動方向はＸＺ平面に含まれ、回折格子１０１の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子１０１の回折面の延びる方向はＺ方向と概ね平行である。尚、このような回折格子１０１の構成を、後述する実施例２〜実施例４の回折格子１０１にも適用することができる。ところで、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光の楕円のモードフィールドの長軸はＺ方向と概ね平行であり、短軸はＹ方向と概ね平行である。そして、レーザ光は、半波長板１０２を通過して回折格子１０１に衝突する。ここで、半波長板１０２を通過しても、回折格子１０１に衝突するレーザ光の楕円のモードフィールドの長軸の向きに変化は生ぜず、Ｚ方向と概ね平行である。従って、レーザ光の楕円のモードフィールドの長軸は、回折格子の回折面の延びる方向（矢印Ａ参照）と概ね平行となる。しかも、回折格子１０１に衝突するレーザ光の電界の主たる振動方向（図２Ｃでは「平行成分」で示している）は、楕円のモードフィールドの長軸と概ね平行である。【００８９】
図２Ｃに示した構成に基づき、種々の回折格子周期の逆数（刻線数）Ｎ0、ブレーズ波長λBを有する回折格子１０１を用いて、取出し効率の測定を行った。その結果を、以下の表１に示す。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ピーク波長（λである）を４０３ｎｍとした。尚、回折格子１０１を厳密にリトロー配置とすると、１次の回折光の光強度の測定ができなくなるので、実際には、回折格子１０１を、出来るだけリトロー配置に近づけ、且つ、１次の回折光の光強度の測定ができるように配置した。光強度測定を行うための実施例１の半導体レーザ装置組立体における各種構成要素の配置を模式的に図１Ｂに示す。モード同期半導体レーザ素子１０から出射された、あるいは、モード同期半導体レーザ素子１０に戻されるレーザ光の光強度を測定するための光強度測定装置（１）、回折格子１０１によって回折された１次の回折光の光強度を測定するための光強度測定装置（２）、及び、回折格子１０１によって外部に出力された０次の回折光の光強度を測定するための光強度測定装置（３）が配置されている。【００９０】
また、表１において、回折格子の回折面の延びる方向と電界の振動方向とが平行である偏光光を「平行偏光光」で表し、回折格子の回折面の延びる方向と電界の振動方向とが直交する偏光光を「直交偏光光」で表すが、「平行偏光光」が実施例に該当し、「直交偏光光」が比較例に該当する。半波長板１０２を通過した直後のレーザ光の平均出力Ｐoutを光強度測定装置（１）によって求め、１次の回折光の平均出力Ｐ1を光強度測定装置（２）によって求め、０次の回折光の平均出力Ｐ0を光強度測定装置（３）によって求めた。そして、「取出し効率」（単位：％）を（Ｐ0／Ｐout×１００）から求め、「共振器反射率」（単位：％）を（Ｐ1／Ｐout×１００）から求めた。また、「損失」（単位：％）は、（１００−共振器反射率−取出し効率）から求められた値である。【００９１】
［表１］
2013153999.tif 000003
【００９２】
表１において、実施例１Ａと比較例１Ａ、実施例１Ｂと比較例１Ｂ、実施例１Ｃと比較例１Ｃ、実施例１Ｄと比較例１Ｄ、実施例１Ｅと比較例１Ｅ、実施例１Ｆと比較例１Ｆを比較すると、いずれの場合にあっても、平行偏光光である実施例の方が、直交偏光光である比較例よりも、取出し効率が高い。また、実施例において、ブレーズ波長λBを同じとした場合、回折格子周期の逆数（刻線数）Ｎ0の値が大きいほど、取出し効率が高い。更には、回折格子周期の逆数（刻線数）Ｎ0の値が同じである場合、（λ−λB）の値が大きいと、取出し効率は高い。比較例１Ｇ1、比較例１Ｇ2、比較例１Ｈ1、比較例１Ｈ2にあっては、（λ−λB）の値が負であり、直交偏光光である場合の方が、平行偏光光である場合よりも、取出し効率が高いが、損失の値が大き過ぎ、実用的ではない。以上のとおり、取出し効率を５０％程度まで高くするには、回折格子周期の逆数（刻線数）Ｎ0の値を１２００ｍｍ-1以上、ブレーズ波長λBが発振波長と同じあるいは発振波長より短波長のである回折格子を、平行偏光光が得られるように配置すればよいことが判った。【００９３】
実施例１Ａ及び比較例１Ａの半導体レーザ装置組立体において、可飽和吸収領域４２に印加する逆バイアス電圧Ｖsaと平均出力の関係、逆バイアス電圧Ｖsaと光パルスの持続時間の関係を求めた結果を、図１４Ａ及び図１４Ｂのグラフに示す。尚、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、四角印は実施例１Ａのデータであり、菱形印は比較例１Ａのデータである。平行偏光光である実施例１Ａは、直交偏光光である比較例１Ｂよりも、平均出力が大幅に増加している。然るに、光パルス幅は実施例１Ａと比較例１Ｂで殆ど相違がない。【００９４】
場合によっては、図３に示すように、外部共振器は、モード同期半導体レーザ素子１０の第１端面と、外部共振器構造を構成する反射鏡１０３によって構成されている構成を採用することもできる。ここで、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、回折格子１０１（光学素子）に衝突し、回折格子１０１（光学素子）からの１次の回折光は、反射鏡１０３に衝突して反射され、回折格子１０１（光学素子）に入射し、モード同期半導体レーザ素子１０へと戻される。一方、回折格子１０１に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される。【００９５】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０は、具体的には、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ構造）を有する半導体レーザ素子である。より具体的には、このモード同期半導体レーザ素子１０は、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、リッジストライプ構造を有する。そして、第１化合物半導体層３０、第３化合物半導体層４０、及び、第２化合物半導体層５０は、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成り、より具体的には、以下の表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あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０は、ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面上に設けられており、第３化合物半導体層４０は量子井戸構造を有する。ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面は、『Ｃ面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。【００９６】
［表２］
第２化合物半導体層５０
ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）５４
ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３
ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）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）      ８ｎｍ    ノン・ドープ
障壁層（３層）    １４ｎｍ    Ｓｉドープ【００９７】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層５４及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３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５５が形成されている。リッジストライプ構造５５の両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜５６が形成されている。尚、ＳｉＯ2層が下層であり、Ｓｉ層が上層である。ここで、リッジストライプ構造５５の有効屈折率と積層絶縁膜５６の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2、具体的には、７×１０-3である。そして、リッジストライプ構造５５の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層５４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。【００９８】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０にあっては、第３化合物半導体層４０及びその近傍から発生した光密度分布に、Ｍｇドープした化合物半導体層である、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５２、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３及びｐ型ＧａＮコンタクト層５４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５２までの距離ｄを０．１０μｍ、リッジストライプ構造５５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５３の部分の厚さを０．４０μｍとした。また、リッジストライプ構造５５は、端面反射を軽減させるために、第２端面に向かって湾曲しているが、このような形状に限定するものではない。【００９９】
そして、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０において、第２電極６２は、発光領域（利得領域）４１を経由して第１電極６１に直流電流を流すことで順バイアス状態とするための第１部分６２Ａと、可飽和吸収領域４２に電界を加えるための第２部分６２Ｂ（可飽和吸収領域４２に逆バイアス電圧Ｖsaを加えるための第２部分６２Ｂ）とに、分離溝６２Ｃによって分離されている。ここで、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値（『分離抵抗値』と呼ぶ場合がある）は、第２電極６２と第１電極６１との間の電気抵抗値の１×１０倍以上、具体的には１．５×１０3倍である。また、第２電極６２の第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとの間の電気抵抗値（分離抵抗値）は、１×１０2Ω以上、具体的には、１．５×１０4Ωである。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、５６０μｍ、３０μｍ、１０μｍとした。また、リッジストライプ構造５５の幅を１．４μｍとした。【０１００】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０において、コリメート手段１１と対向する光出射端面（第２端面）には、無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。一方、モード同期半導体レーザ素子１０における光出射端面（第２端面）と対向する端面（第１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における第１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。【０１０１】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子１０のパルス繰返し周波数を１ＧＨｚとした。尚、外部共振器長さＸ’（第１端面と反射鏡１１３との間の距離）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は共振器の実効的な屈折率である。
ｆ＝ｃ／（２ｎ・Ｘ’）【０１０２】
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。【０１０３】
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。【０１０４】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４にあっては、第２電極６２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。【０１０５】
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５３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５２、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層５３、ｐ型ＧａＮコンタクト層５４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５２）までの距離（ｄ）は１．２×１０-7ｍ以下、具体的には１００ｎｍである。【０１０６】
以下、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３を参照して、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４におけるモード同期半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂ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１３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。【０１０７】
［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１１Ａ参照）。【０１０８】
［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１１Ｂ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１２Ａ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。【０１０９】
［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１２Ｂ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ストライプ構造を形成するので、第２電極６２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。【０１１０】
［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１３参照）。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６及び図７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。【０１１１】
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。【０１１２】
［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。【０１１３】
以上のように、実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっては、回折格子の回折面の延びる方向と、回折格子に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である。あるいは又、半導体レーザ素子の主面と平行な平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する平面に振動方向が含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い。それ故、半導体レーザ素子から外部に出力されるレーザ光の平均出力を増加させることができる。
【実施例２】
【０１１４】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の半導体レーザ装置組立体は、分散補償光学系を備えた第１の構成の半導体レーザ装置組立体、及び、分散補償光学系を備えた第２の構成の半導体レーザ装置組立体である。具体的には、実施例２の半導体レーザ装置組立体は、概念図を図４に示すように、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系１１０を更に備えており、回折格子１０１は分散補償光学系１１０の一部を構成する。実施例２において、モード同期半導体レーザ素子１０は、光密度が、１×１０10ワット／ｃｍ2以上、好ましくは１．４×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型であって受動モード同期のモード同期半導体レーザ素子である。また、分散補償光学系１１０の群速度分散値を、第１の所定値ＧＶＤ1から第２の所定値ＧＶＤ2（但し、｜ＧＶＤ1｜＜｜ＧＶＤ2｜）まで単調に変化させたとき、モード同期半導体レーザ素子１０から外部（系外）に出力されるレーザ光のパルス時間幅は、減少し、極小値ＰＷminを超えて増加する。【０１１５】
ここで、分散補償光学系１１０における群速度分散値は負である。即ち、０＞ＧＶＤ1＞ＧＶＤ2であるが故に、分散補償光学系１１０の群速度分散値を、第１の所定値ＧＶＤ1から第２の所定値ＧＶＤ2まで単調に減少させる。【０１１６】
実施例２において、分散補償光学系１１０は、実施例１と同様の構成を有するホログラフィック型の回折格子（あるいは光学素子）１０１、集光手段（具体的には、レンズ）１１２、及び、反射鏡（平面反射鏡であり、具体的には、例えば、誘電多層膜反射鏡）１１３から構成されている。そして、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、分散補償光学系１１０に入射され、分散補償光学系１１０に入射したレーザ光の一部は、分散補償光学系１１０から出射され、モード同期半導体レーザ素子１０に戻され、分散補償光学系１１０に入射したレーザ光の残りは、外部（系外）に出力される。即ち、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は回折格子１０１に衝突し、回折格子１０１に衝突したレーザ光の内、０次以外の回折光（例えば、１次の回折光）は、集光手段１１２を介して反射鏡１１３に入射し、反射鏡１１３によって反射され、集光手段１１２を介して回折格子１０１に入射し、半導体レーザ素子に戻される。一方、回折格子１０１に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される。尚、外部共振器は、反射鏡１１３とモード同期半導体レーザ素子１０の第１端面とから構成される。モード同期半導体レーザ素子１０と回折格子１０１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束とするためのコリメート手段１１である焦点距離４．０ｍｍの非球面の凸レンズが配されている。回折格子１０１の回折格子周期の逆数Ｎ0（刻線数）を、実施例２にあっては、２４００ｍｍ-1とした。【０１１７】
集光手段１１２と反射鏡１１３との間の距離を固定し、回折格子１０１と集光手段１１２及び反射鏡１１３との間の距離を、周知の移動手段を用いて変えることで、分散補償光学系１１０における群速度分散値（分散補償量）を変えることができる。具体的には、集光手段１１２と反射鏡１１３とを、一体として、集光手段１１２の光軸上（１次の回折光の光路上）を移動させることで、分散補償光学系１１０に入射するレーザ光と出射するレーザ光とにおいて、相互に分散の変化を生じさせる。実施例２にあっては、集光手段１１２と反射鏡１１３との間の距離を１００ｍｍとし、凸のパワーを有する集光手段（レンズ）１１２の焦点距離を１００ｍｍとした。即ち、集光手段１１２と反射鏡１１３との間の距離と、凸のパワーを有する集光手段（レンズ）１１２の焦点距離とは一致しており、レーザ光の像は、集光手段１１２によって反射鏡１１３において結像する。集光手段１１２に入射する光と出射する光とは、倍率１．０の望遠鏡における入射光と出射光の関係にある。【０１１８】
例えば、回折格子１０１と集光手段１１２との間の距離が集光手段１１２の焦点距離と等しい場合、回折格子１０１から集光手段１１２に向かうレーザ光と反射鏡１１３で反射されて集光手段１１２を経由して回折格子１０１に入射するレーザ光の角度分散は変化しない。従って、この場合、分散補償光学系が与える分散補償量はゼロである。一方、回折格子１０１と集光手段１１２との距離が集光手段１１２の焦点距離よりも長い場合、回折格子１０１で回折されたレーザ光の内、長波長成分の光路は短波長成分の光路よりも長くなり、この場合、負の群速度分散を形成する。即ち、群速度分散値は負となる。以下の説明において、回折格子１０１と集光手段１１２との距離を『距離Ｌ』と呼ぶ。距離Ｌ＝０ｍｍとは、回折格子１０１と集光手段１１２との距離が集光手段１１２の焦点距離と同じことを意味し、距離Ｌの値（Ｌ＞０）は、回折格子１０１と集光手段１１２との距離が集光手段１１２の焦点距離よりもＬｍｍ長いことを意味する。分散補償量は、後述する距離Ｌに比例する量である。距離Ｌが正の値において分散補償光学系１１０が与える分散は負の群速度分散である。【０１１９】
実施例２の半導体レーザ装置組立体にあっては、更に、波長選択手段２００を備えている。そして、波長選択手段２００は、系外に出力されるレーザ光の短波長成分を抽出する。波長選択手段２００は、具体的には、バンドパスフィルタから成る。これによって、インコヒーレントな光パルス成分が除去され、コヒーレントな光パルスを得ることができる。バンドパスフィルタは、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。尚、実施例１の半導体レーザ装置組立体にあっても、このような波長選択手段２００を備えていてもよい。【０１２０】
ところで、レーザ発振に必要な光学利得を得るためには活性層４０内に高密度のキャリアを注入（励起）し、反転分布を形成する必要がある。ここで、電子及び正孔の有効質量が大きいＧａＮ系化合物半導体から半導体レーザ素子を構成する場合、光学利得が正の値を取るには活性層４０のキャリア密度が１０19／ｃｍ3を超える必要がある（例えば、高橋清監修、吉川明彦、長谷川文夫編著「ワイドギャップ半導体  光・電子デバイス」、森北出版、p.124-126 参照）。この反転分布キャリア密度は、例えば、前述した非特許文献１に示されるＧａＡｓ系化合物半導体から成る半導体レーザ素子と比較して、１桁程度高く、ＧａＮ系化合物半導体から成る半導体レーザ素子の発振には非常に高密度のキャリア密度を注入する必要がある。実施例２のモード同期半導体レーザ素子にあっては、キャリア密度（反転分布キャリア密度）は約１．７×１０19／ｃｍ3と見積もられる。【０１２１】
実施例１Ｄ及び比較例１Ｄの半導体レーザ装置組立体において、逆バイアス電圧Ｖsa＝−７ボルト、ゲイン電流Ｉ＝１３０ミリアンペアの条件において、距離Ｌと光パルスの半値全幅の関係を求めた結果を図１５Ａに示し、距離Ｌと平均出力の関係を求めた結果を図１５Ｂに示す。図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、菱形印は実施例１Ｄのデータであり、四角印は比較例１Ｄのデータである。ここで、距離Ｌと群速度分散値との間には、
群速度分散値（ｐｓ2）＝−５．３５２×１０-3×Ｌ（ｍｍ）
といった関係が存在する。尚、
群速度分散値＝−（λ3／（π・ｃ2・ｄG2・ｃｏｓ2θr））・２・Ｌ
で一般的には与えられる。尚、
λ ：波長
ｃ ：光速
ｄG：回折格子の溝の間隔
θr：回折格子の法線に対する回折光の角度
である。【０１２２】
図１５Ａから、或る距離Ｌに向かってパルス半値全幅が急激に減少し、極小値を取ることが判る。このパルス半値全幅の極小値に対応する分散補償量（『分散補償極小量』と呼び、図１５Ａに示した例では、距離Ｌ＝１５ｍｍ）近傍に対応する分散補償量の僅かな変化でサイドパルスが現れることが判った。また、分散補償極小量よりも大きな分散補償量では、分散補償極小量よりも小さな分散補償量の範囲におけるパルス半値全幅の変化よりも、分散補償量に対するパルス半値全幅の変化は小さい。そして、分散補償極小量よりも大きな分散補償量の範囲では、分散補償量を変化させることで発生するパルスのチャープを調整することが可能である。パルス半値全幅が極小値の光パルスを波長選択手段２００を通過させて、短波長成分のみを抽出することで、裾のないクリーンな光パルスを示す相関波形を得ることができる。更には、パルス時間幅が極小となる群速度分散値から負の側の群速度分散値において、裾のないクリーンな光パルスを示す相関波形を得ることができる。尚、実施例１Ｄ及び比較例１Ｄでパルス半値全幅に差異は認められない。一方、図１５Ｂに示すように、実施例１Ｄにおける平均出力は、比較例１Ｄにおける平均出力の約３倍であった。【０１２３】
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３】
【０１２４】
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。【０１２５】
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。【０１２６】
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。【０１２７】
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。【０１２８】
［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【０１２９】
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。【０１３０】
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も本開示に包含されることは云うまでもない。
【実施例４】
【０１３１】
実施例４は、実施例１〜実施例３の変形である。実施例４にあっては、波長選択手段を、バンドパスフィルタから構成する代わりに、図５Ａ及び図５Ｂに概念図を示すように、回折格子２１０、及び、回折格子２１０から出射された１次以上の回折光（実施例４においては、１次の回折光）を選択するアパーチャ２１１から成る構成とすることもできる。アパーチャ２１１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２１２から成る。尚、回折格子２１０とアパーチャ２１１との間には、レンズ２１３が配されている。また、回折格子２１０の回折面の延びる方向と、回折格子２１０に入射するレーザ光（回折格子１０１から出力された０次の回折光）の電界の主たる振動方向とが概ね垂直となるように、回折格子２１０を配置することが好ましい。【０１３２】
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１０１において回折された１次の回折光は、図５Ａに示すように、多数の領域でアパーチャ２１１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５Ａ及び図５Ｂにおいては、レンズ２１３による光路の収束、発散は無視している。また、回折格子１０１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５Ｂ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２１２の所望のセグメント（アパーチャ２１１を構成する）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２１１を選択することで、波長選択を行うことができる。【０１３３】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体レーザ装置組立体、モード同期半導体レーザ素子の構成、構造の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する半導体レーザ素子の仕様が変われば、変わることは当然である。実施例においては、半導体レーザ素子として専らモード同期半導体レーザ素子を使用したが、半導体レーザ素子はこれに限定するものではない。また、実施例においては、光学素子を、回折格子から構成したが、その他、フォトニック結晶や金属プラズモン現象を利用した素子、アウトプットカップラ、体積グレーティングを挙げることができる。更には、回折格子として、反射型の回折格子だけでなく、透過型の回折格子を用いることもできる。【０１３４】
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（マルチセクション（多電極型）型の半導体レーザ素子）の模式的な端面図を図８及び図９に示す。図８に示す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９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。【０１３５】
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ストライプ構造５５’を上方から眺めた模式図を図１０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つのリッジストライプ構造が組み合わされた構造を有し、２つのリッジストライプ構造の交差する角度θの値は、例えば、
０＜θ≦１０（度）
好ましくは、
０＜θ≦６（度）
とすることが望ましい。斜めリッジストライプ型を採用することで、無反射コートをされた第２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、モード同期半導体レーザ素子内で周回してしまうレーザ光の発生を防ぐことができ、メインのレーザ光に付随する副次的な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。【０１３６】
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。【０１３７】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［１］《半導体レーザ装置組立体：第１の態様》
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、０次以外の回折光を半導体レーザ素子に戻し、０次回折光を外部に出力する回折格子、
を備えており、
回折格子の回折面の延びる方向と、回折格子に入射するレーザ光の電界の主たる振動方向とは概ね平行である半導体レーザ装置組立体。
［２］半導体レーザ素子は、能動モード同期動作又は受動モード同期動作をするように駆動される［１］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［３］回折格子の回折格子周期の逆数Ｎ0は、１．０×１０3ｍｍ-1以上である［１］又は［２］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［４］回折格子は、反射型であってブレーズ型の回折格子から成る［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［５］回折格子におけるブレーズ波長は、回折格子に入射するレーザ光の波長以下である［４］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［６］回折格子はリトロー配置されている［４］又は［５］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［７］半導体レーザ素子から出射され、回折格子へ入射するレーザ光（波長：λｎｍ）の回折格子への入射角をΦin、出射角をΦout、回折格子の回折格子周期の逆数をＮ0（単位：ｍｍ-1）とし、回折格子の法線に対して時計周りの角度の符号を正とし、正の角度からレーザ光を入射したとき、＋１次回折光の出射角Φoutは以下の式（１）の関係を満足し、−１次回折光の出射角Φoutは以下の式（２）の関係を満足し、＋２次回折光の出射角Φoutは以下の式（３）の関係を満足し、以て、回折格子に衝突したレーザ光の内、＋１次回折光が半導体レーザ素子に戻される乃至［３］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
−９０＜Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］＜９０  （１）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（−１）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≦−９０        （２）
Φout＝ｓｉｎ-1［Ｎ0・（＋２）・λ−ｓｉｎ（Φin）］≧９０          （３）
［８］半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系を更に備えており、
回折格子は分散補償光学系の一部を構成する［１］乃至［７］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［９］分散補償光学系は、更に、反射鏡から構成され、
半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は回折格子に衝突し、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次以外の回折光は、反射鏡に入射し、反射鏡によって反射され、回折格子に入射し、半導体レーザ素子に戻され、回折格子に衝突したレーザ光の内、０次回折光は外部に出力される［８］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１０］外部に出射される０次回折光の波長を選択する波長選択手段を更に備えている［１］乃至［９］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１１］半導体レーザ素子の主面と平行な平面に含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い［１］乃至［１０］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１２］半導体レーザ素子と回折格子との間に配された半波長板を更に備えており、
半導体レーザ素子の軸線方向をＸ方向、厚さ方向をＺ方向、幅方向をＹ方向としたとき、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の電界の主たる振動はＸＹ平面に含まれ、
半波長板を通過したレーザ光の電界の主たる振動はＸＺ平面に含まれ、
回折格子の回折面の延びる方向をＹＺ平面と等価の平面に射影したとき、回折格子の回折面の延びる方向はＺ方向と概ね平行である［１］乃至［１１］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１３］《半導体レーザ装置組立体：第２の態様》
（Ａ）半導体レーザ素子、及び、
（Ｂ）外部共振器を構成し、入射したレーザ光の一部を半導体レーザ素子に戻し、入射したレーザ光の残りを外部に出力する光学素子、
を備えており、
半導体レーザ素子の主面と平行な平面に含まれる電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率は、半導体レーザ素子の主面と直交する電界を有するレーザ光成分の外部への取出し効率よりも高い半導体レーザ装置組立体。
［１４］半導体レーザ素子は、光密度が１×１０10ワット／ｃｍ2以上であり、且つ、キャリア密度が１×１０19／ｃｍ3以上である電流注入型の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から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系、を更に備えており、
回折格子によって分散補償光学系が構成される［１］乃至［１２］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１５］モード同期半導体レーザ素子は可飽和吸収領域を有する［１４］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１６］分散補償光学系における群速度分散値は負である［１４］又は［１５］に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１７］系外に出力されるレーザ光のパルス時間幅が最小値となる群速度分散値あるいはその近傍において動作させられる［１４］乃至［１６］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１８］波長選択手段を備えており、
波長選択手段は、系外に出力されるレーザ光の短波長成分を抽出する［１４］乃至［１７］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［１９］モード同期半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、分散補償光学系に入射され、
分散補償光学系に入射したレーザ光の一部は、分散補償光学系から出射され、モード同期半導体レーザ素子に戻され、分散補償光学系に入射したレーザ光の残りは、系外に出力される［１４］乃至［１８］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［２０］半導体レーザ素子は電流注入型の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から出射されたレーザ光が入出射される分散補償光学系を更に備えており、
分散補償光学系の群速度分散値を、第１の所定値ＧＶＤ1から第２の所定値ＧＶＤ2（但し、｜ＧＶＤ1｜＜｜ＧＶＤ2｜）まで単調に変化させたとき、モード同期半導体レーザ素子から系外に出力されるレーザ光のパルス時間幅は、減少し、極小値ＰＷminを超えて増加する［１］乃至［１２］のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置組立体。
［２１］系外に出力されるレーザ光のパルス時間幅が最小値ＰＷminとなる群速度分散極小値ＧＶＤminあるいはその近傍において動作させられる［２０］に記載の半導体レーザ装置組立体。
【符号の説明】
【０１３８】
１０・・・モード同期半導体レーザ素子、１０’・・・支持部材、１１・・・コリメート手段、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・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（Ｍｇドープ）、５３・・・ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、５４・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）、５５，５５’・・・リッジストライプ構造、５６・・・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、１０１・・・回折格子、１０２・・・半波長板（λ／２波長板）、１０３・・・反射鏡、１１０，１２０・・・分散補償光学系、１１２・・・集光手段（レンズ）、１１３・・・反射鏡（誘電多層膜反射鏡）、２００・・・波長選択手段（波長選択装置）、２０１・・・平面鏡、２１０・・・波長選択手段を構成する回折格子、２１１・・・アパーチャ、２１２・・・透過型液晶表示装置、２１３・・・レンズ
【図１】
2013153999.tif 000004
【図２】
2013153999.tif 000005
【図３】
2013153999.tif 000006
【図４】
2013153999.tif 000007
【図５】
2013153999.tif 000008
【図６】
2013153999.tif 000009
【図７】
2013153999.tif 000010
【図８】
2013153999.tif 000011
【図９】
2013153999.tif 000012
【図１０】
2013153999.tif 000013
【図１１】
2013153999.tif 000014
【図１２】
2013153999.tif 000015
【図１３】
2013153999.tif 000016
【図１６】
2013153999.tif 000017
【図１４】
2013153999.tif 000018
【図１５】
2013153999.tif 000019
【国際調査報告】
2013153999.tif 000020
2013153999.tif 000021
2013153999.tif 000022
2013153999.tif 000023
2013153999.tif 000024
2013153999.tif 000025
2013153999.tif 000026
2013153999.tif 000027
2013153999.tif 000028
2013153999.tif 000029