(57)【要約】【課題】簡素な構成、構造であるにも拘わらず、一層高いピークパワーを有するパルスレーザ光を出射し得る超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子は、（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層３０、量子井戸構造を有する活性層４０、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層５０から成る積層構造体、（Ｂ）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、並びに、（Ｃ）第２化合物半導体層５０に電気的に接続された第２電極６２を備えており、第２化合物半導体層５０には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層５３が設けられており、半導体レーザ素子は、閾値電流の値の１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられており、
閾値電流の値の１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子。
【請求項２】
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられており、
閾値電圧の値の２倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子。
【請求項３】
電子障壁層から活性層までの距離は８×１０-8ｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されている請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
第２電極の長さは活性層の長さよりも短い請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
第２電極は、第１部分と第２部分とに分離溝によって分離されている請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
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を有し、
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活性層までの距離は１．０×１０-7ｍ以上である請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
積層構造体は、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
第２化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、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、
電子障壁層は、ｐ型ＡｌＧａＮ層から成り、
電子障壁層におけるＡｌの組成割合は、クラッド層におけるＡｌの平均組成割合よりも高い請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられている半導体レーザ素子の駆動方法であって、
閾値電流の値の１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動する半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１１】
パルス電流の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振する請求項１０に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１２】
パルス電流の立下がりと同時、若しくは、立下がり後においてレーザ発振する請求項１０に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１３】
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられている半導体レーザ素子の駆動方法であって、
閾値電圧の値の２倍以上の値を有するパルス電圧で駆動する半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１４】
パルス電圧の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振する請求項１３に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１５】
パルス電圧の立下がりと同時、若しくは、立下がり後においてレーザ発振する請求項１０に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１６】
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられており、
半導体レーザ素子は、閾値電流の値の１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
【請求項１７】
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられており、
半導体レーザ素子は、閾値電圧の値の２倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置に関する。
【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。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によって実現できれば、大幅な小型化、低価格化、高安定性化がもたらされ、この分野の高度な科学技術を普及させる上でのブレイクスルーになることが期待されている。
【０００３】
一方、半導体レーザの短パルス化は、通信系の分野で、１９６０年台から活発に研究されてきた。半導体レーザにおいて短パルスを発生させる方法として、利得スイッチング法、損失スイッチング法（Ｑスイッチング法）、モード同期法が知られており、これらの方式にあっては、半導体レーザと半導体増幅器や非線形光学素子、光ファイバー等とを組み合わせて高出力化を目指している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J. Ohya et al., Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56.
【非特許文献２】J. AuYeung et al., Appl. Phys. Lett. 38 (1981) 308.
【非特許文献３】N. Yamada et al., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583.
【非特許文献４】J.E. Ripper et al., Appl. Phys. Lett. 12 (1968) 365.
【非特許文献５】"Ultrafast diode lasers", P. Vasil'ev, Artech House Inc., 1995
【非特許文献６】Peter P. Vasil'EV IEEE Journal of Quantum Electronics Vol.24 No.12 p.2386 (1988)
【非特許文献７】"12W peak-power 10ps duration optical pulse generation by gain switching of a single-transverse-mode GaInN blue laser diode", S. Kono, et al., Applied Physicis Letters 93, 131113(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このうち、一番簡単な方法である利得スイッチング法においては、半導体レーザを短パルス電流で駆動することにより、２０ピコ秒〜１００ピコ秒程度のパルス幅を有する光パルスを発生させることができる（例えば、非特許文献１として J. Ohya et al., Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56.、非特許文献２として J. AuYeung et al., Appl. Phys. Lett. 38 (1981) 308.、非特許文献３として N. Yamada et al., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583.、非特許文献４として J.E. Ripper et al., Appl. Phys. Lett. 12 (1968) 365.、非特許文献５として "Ultrafast diode lasers", P. Vasil'ev, Artech House Inc., 1995 を参照）。そして、この利得スイッチング法においては、市販の半導体レーザを短パルス電流で駆動するだけなので、極めて単純な装置構成でピコ秒クラスの短パルス光源を実現することが可能である。しかしながら、光パルスのピーク出力は、８５０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザでは０．１ワット〜１ワット程度、また、１．５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザでは１０ミリワット〜１００ミリワット程度である。それ故、例えば２光子吸収に用いられる高いピーク出力が必要とされる光源としては、光出力が不十分である。従って、ピーク出力を増加させるために、例えば、モード同期法と半導体増幅器あるいは光ファイバーアンプとを組み合わせた複雑で難しい構成が必要とされる。
【０００６】
これまで、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子では、３電極型によるパッシブＱ−Ｓ法により、ピークパワー１０ワット、光パルス幅５ピコ秒、１パルス当たりのエネルギー５０ピコジュールの値が得られている（非特許文献６として、Peter P. Vasil'EV IEEE Journal of Quantum Electronics Vol.24 No.12 p.2386 (1988) 参照）。また、ＧａＮ系半導体レーザ素子では、強励起利得スイッチ法により、ピークパワー１２ワット、光パルス幅１０ピコ秒、１パルス当たりのエネルギー１２０ピコジュールの値が得られている（非特許文献７として、"12W peak-power 10ps duration optical pulse generation by gain switching of a single-transverse-mode GaInN blue laser diode", S. Kono, et al., Applied Physicis Letters 93, 131113(2008) 参照）。
【０００７】
このように、究極的な小型化に必須の要件である「全半導体」に基づき高出力を目指した例、即ち、機械部品や光学部品を必要とせず、半導体レーザ、あるいは、半導体レーザと半導体デバイスとの組合せのみから構成された半導体レーザ装置は、特に、ＧａＮ系化合物半導体から構成された４０５ｎｍ帯の半導体レーザにおいては、殆ど報告例がない。然るに、４０５ｎｍ帯において、高いピーク出力を有する「全半導体」パルスレーザが実現できれば、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用いることができるだけでなく、可視光域の全波長帯をカバーした手軽な超短パルス・超高出力光源を実現することが可能となり、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を提供することが可能となる。また、ナノ加工分野においても高精細な加工装置が期待できる。
【０００８】
また、上述した非特許文献６及び非特許文献７には、高いピークパワーを有する半導体レーザ素子が開示されている。しかしながら、更に一層高いピークパワーを有するパルスレーザ光を出射し得る半導体レーザ素子が強く求められている。
【０００９】
従って、本発明の目的は、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、一層高いピークパワーを有するパルスレーザ光を出射し得る超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、係る半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子、あるいは又、上記の目的を達成するための本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法における半導体レーザ素子、あるいは又、上記の目的を達成するための本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子は、
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層から成る積層構造体、
（Ｂ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極、
を備えており、
第２化合物半導体層には、厚さ１．５×１０-8ｍ（１５ｎｍ）以上の電子障壁層が設けられている。尚、このような構成を有する半導体レーザ素子を、以下、『本発明の半導体レーザ素子等』と呼ぶ場合がある。電子障壁層の厚さの上限は、駆動電圧の上昇、第２化合物半導体層における歪みの発生状態等を鑑みながら、各種の試験を行い、適宜、決定すればよい。
【００１１】
そして、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子は、閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値、好ましくは２０倍以上の値、より好ましくは５０倍以上の値を有するパルス電流で駆動され、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子は、閾値電圧の値Ｖthの２倍以上の値、好ましくは４倍以上の値、より好ましくは１０倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される。
【００１２】
また、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値、好ましくは２０倍以上の値、より好ましくは５０倍以上の値を有するパルス電流で半導体レーザ素子を駆動し、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法にあっても、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、閾値電圧の値Ｖthの２倍以上の値、好ましくは４倍以上の値、より好ましくは１０倍以上の値を有するパルス電圧で半導体レーザ素子を駆動する。
【００１３】
更には、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置は、パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、半導体レーザ素子は、閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値、好ましくは２０倍以上の値、より好ましくは５０倍以上の値を有するパルス電流で駆動される。また、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置も、パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、半導体レーザ素子は、閾値電圧の値Ｖthの２倍以上の値、好ましくは４倍以上の値、より好ましくは１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動される。
【００１４】
ここで、閾値電流の値Ｉthとは、レーザ発振が開始されるときの半導体レーザ素子に流れる電流を指し、閾値電圧の値Ｖthは、そのときに半導体レーザ素子に印加されている電圧を指し、半導体レーザ素子の内部抵抗をＲ（Ω）としたとき、
Ｖth＝Ｒ×Ｉth＋Ｖ0
の関係がある。尚、Ｖ0は、ｐ−ｎ接合のビルドインポテンシャルである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る半導体レーザ装置において、第２化合物半導体層には厚さ１．５×１０-8ｍ以上の電子障壁層が設けられている。そして、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置にあっては、半導体レーザ素子を閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動し、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置にあっては、半導体レーザ素子を閾値電圧Ｖthの値の２倍以上の値を有するパルス電圧で駆動する。その結果、７０ワット以上のピークパワーを有するレーザ光を出射する、超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を得ることができた。そして、市販の電気駆動系エレクトロニクスとの簡単な組合せで、容易にワット級あるいはそれ以上のピーク光強度を有する半導体レーザ装置（半導体レーザ光源）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の半導体レーザ装置の回路図であり、図１の（Ｃ）及び（Ｄ）は、半導体レーザ素子に印加される矩形状のパルス電圧を模式的に示す図である。
【図２】図２は、共振器の延びる方向と直交する仮想平面で切断したときの実施例１の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図３】図３は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例１の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図４】図４は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例１の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。
【図５】図５は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例２の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図６】図６は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例２の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。
【図７】図７は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例２の半導体レーザ素子の別の変形例の模式的な断面図である。
【図８】図８は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの図５に示した実施例２の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。
【図９】図９は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの図６に示した実施例２の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの図７に示した実施例２の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例３の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例３の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例３の半導体レーザ素子の別の変形例の模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、実施例１の半導体レーザ素子のピークパワーの測定結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例１の半導体レーザ素子において、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅（１．５ナノ秒、２．０ナノ秒及び２．５ナノ秒）とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例１の半導体レーザ素子において、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅（３．０ナノ秒、３．５ナノ秒及び４．０ナノ秒）とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、実施例１の半導体レーザ素子において、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅（４．５ナノ秒）とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図１８】図１８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図１９】図１９の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１８の（Ｂ）に引き続き、実施例３の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。
【図２０】図２０は、図１９の（Ｂ）に引き続き、実施例３の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置、全般に関する説明
２．実施例１（半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置）
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、その他）
【００１８】
［本発明の半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置、全般に関する説明］
本発明の半導体レーザ素子等において、電子障壁層から活性層までの距離（ｄ）は８×１０-8ｍ（８０ｎｍ）以下である形態とすることができる。ここで、『電子障壁層から活性層までの距離（ｄ）』とは、活性層に面する電子障壁層の部分（境界面）と、電子障壁層に面する活性層の部分（境界面）との間の距離を意味する。電子障壁層から活性層までの距離（ｄ）を「０」とすることもできる。即ち、電子障壁層が活性層と接して設けられている形態とすることもできる。電子障壁層は、キャップ層あるいは蒸発防止層とも呼ばれ、ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層からの電子を反射し、電子が第２化合物半導体層を突き抜けること、即ち、電子のオーバーフローを防止するために設けられた層である。電子障壁層から活性層までの距離（ｄ）を８×１０-8ｍ（８０ｎｍ）以下とすることで、高電流注入時のエネルギーバンドの曲がりにより電子障壁が低くなることを抑制し、電子障壁層における実効的な障壁高さを高くすることができる。
【００１９】
上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ素子等において、活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第１の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。第１の構成の半導体レーザ素子は、共振器の延びる方向（以下、『共振器方向』と呼ぶ場合がある）にキャリア注入領域（発光領域、利得領域）とキャリア非注入領域（可飽和吸収領域）とが並置されたマルチセクション（多領域）型半導体レーザ素子の一種に分類することができる。キャリア注入領域とキャリア非注入領域の配置状態として、
（１）Ｎ個のキャリア注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア非注入領域とが設けられ、キャリア注入領域がキャリア非注入領域を挟んで配置されている状態
（２）Ｎ個のキャリア非注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。キャリア非注入領域の上方に位置する第２化合物半導体層の部分に、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）等のイオンをイオン注入することで、高抵抗化を図ってもよい。尚、以下の説明において、共振器方向をＸ方向とし、積層構造体の厚さ方向をＺ方向とする。
【００２０】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ素子等において、第２電極の長さは活性層の長さよりも短い構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第２の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。第２電極は、１つであってもよいし、複数に分割されていてもよい。第２の構成の半導体レーザ素子も、共振器方向に発光領域（第２電極の直下に位置する活性層の部分）と可飽和吸収領域（活性層のそれ以外の部分）とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種に分類することができる。発光領域と可飽和吸収領域の配置状態として、
（１）Ｎ個の発光領域と（Ｎ−１）個の可飽和吸収領域とが設けられ、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
（２）Ｎ個の可飽和吸収領域と（Ｎ−１）個の発光領域とが設けられ、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
を挙げることができる。尚、（２）の構造を採用することで、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。可飽和吸収領域の上方に位置する第２化合物半導体層の部分に、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）等のイオンをイオン注入することで、高抵抗化を図ってもよい。
【００２１】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ素子等において、第２電極は、第１部分と第２部分とに分離溝によって分離されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第３の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。第２電極の第１部分にパルス電流あるいはパルス電圧を印加することで、レーザ発振を生じさせる。分離溝の幅は、１μｍ以上、共振器長の５０％以下、好ましくは１０μｍ以上、共振器長の１０％以下であることが望ましいが、これに限定するものではない。
【００２２】
第３の構成の半導体レーザ素子も、共振器方向に発光領域（第２電極の第１部分の直下に位置する活性層の部分）と可飽和吸収領域（第２電極の第２部分の直下に位置する活性層の部分）とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種に分類することができる。ここで、第２電極の第１部分と第２部分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。そして、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。尚、第２電極の第２部分への印加電圧は順バイアスであってもよいし、逆バイアスであってもよい。ここで、第２電極の第１部分に印加する電圧は、第２電極の第２部分に印加する電圧よりも高いことが望ましい。第２電極の第１部分と第２部分の配置状態として、
（１）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
（２）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。
【００２３】
第２電極をエッチングすることで第２電極に分離溝を形成することができるが、この場合、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。そして、この場合、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、第２電極をエッチングするとき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。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。また、第２電極をエッチングするときのエッチング液を、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。
【００２４】
以上に説明した好ましい形態、第１の構成の半導体レーザ素子〜第３の構成の半導体レーザ素子を含む本発明の半導体レーザ素子等において、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）を有し、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活性層までの距離（Ｄ）は１．０×１０-7ｍ（０．１μｍ）以上である構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第４の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。距離（Ｄ）をこのように規定することによって、活性層の両脇（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。リッジ部は、第２化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、例えば、ＲＩＥ法にて除去することで、形成することができる。リッジストライプ構造におけるリッジ部の幅として２μｍ以下を例示することができる。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、７０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。リッジ部の幅の下限値として、限定するものではないが、例えば、０．８μｍを挙げることができる。
【００２５】
以上に説明した好ましい形態、構成、第１の構成の半導体レーザ素子〜第３の構成の半導体レーザ素子を含む本発明の半導体レーザ素子等において、積層構造体はＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。即ち、半導体レーザ素子はＧａＮ系半導体レーザ素子である構成とすることができる。より具体的には、例えば、
第２化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、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、
電子障壁層は、ｐ型ＡｌＧａＮ層から成り、
電子障壁層におけるＡｌの組成割合は、クラッド層におけるＡｌの平均組成割合よりも高い構成とすることができる。尚、電子障壁層におけるＡｌの組成割合として、具体的には、電子障壁層の組成をＡｌxＧａ1-xＮと表したとき、０．０５≦ｘ≦０．５、好ましくは０．１５≦ｘ≦０．２５、より好ましくは０．１８≦ｘ≦０．２０を例示することができる。
【００２６】
ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体として、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、量子井戸構造を有する活性層は、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。半導体レーザ素子の積層構造体を構成するＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体を、以下、『ＧａＮ系化合物半導体』と呼ぶ場合があるし、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体層を、以下、『ＧａＮ系化合物半導体層』と呼ぶ場合がある。
【００２７】
電子障壁層と第２電極との間に位置する第２化合物半導体層の部分は、上述したとおり、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クラッド層とすることができるが、クラッド層の厚さを０．７μｍ以下とすることが好ましい。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な高屈折率を維持しながら、半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。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２電極は第２化合物半導体層上に設けられており、活性層から第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。このように活性層から第２電極までの距離を規定することで、抵抗の高いｐ型の第２化合物半導体層の厚さを薄くし、半導体レーザ素子の動作電圧の低減を達成することができる。活性層から第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、活性層からの波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1である構成とすることができる。このＭｇの原子濃度は、２×１０19ｃｍ-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第２化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第２化合物半導体層の吸収係数は、半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、活性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。
【００２８】
第２化合物半導体層において、活性層と電子障壁層との間には、下層クラッド層としての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、活性層と下層クラッド層との間に、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。また、半導体レーザ素子の端面から出射されるレーザ光の垂直方向のビーム放射半値角θ⊥は２５度以下、好ましくは２１度以下である構成とすることができる。ビーム放射半値角θ⊥の下限値として、限定するものではないが、例えば、１７度を挙げることができる。共振長として０．３ｍｍ乃至２ｍｍを例示することができる。活性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、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。
【００２９】
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半導体レーザ素子を用いた本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法においては、パルス電流の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振する形態とすることができるし、あるいは又、パルス電流の立下がりと同時、若しくは、立下がり後においてレーザ発振する形態とすることができ、これによって、所謂ジッタの発生を確実に抑制することができる。尚、パルス電流のパルス幅は、自然放出光が再結合するのに要する時間であるキャリアライフタイム（例えば、１ナノ秒乃至２ナノ秒）以上であることが好ましい。
【００３０】
一方、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半導体レーザ素子を用いた本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法においては、パルス電圧の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振する形態とすることができるし、あるいは又、パルス電圧の立下がりと同時、若しくは、立下がり後においてレーザ発振する形態とすることができ、これによって、所謂ジッタの発生を確実に抑制することができる。尚、電気パルス幅を減らす要請がある場合は、印加電圧を上げればよい。また、パルス電圧のパルス幅は、キャリアライフタイム（例えば、１ナノ秒乃至２ナノ秒）以上であることが好ましい。
【００３１】
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の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ装置（以下、これらを総称して、『本発明の第１の態様』と呼ぶ場合がある）において、パルス電流の値は、０．４アンペア以上、好ましくは０．８アンペア以上である形態とすることができる。あるいは又、パルス電流の値は、活性層１ｃｍ2当たり（接合領域面積１ｃｍ2当たり）に換算したとき、即ち、電流密度（動作電流密度であり、単位はアンペア／ｃｍ2）にて換算したとき、３．５×１０4アンペア／ｃｍ2以上、好ましくは７×１０4アンペア／ｃｍ2以上である形態とすることができる。
【００３２】
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２の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ装置（以下、これらを総称して、『本発明の第２の態様』と呼ぶ場合がある）において、パルス電圧の値は、８ボルト以上、好ましくは１６ボルト以上である形態とすることができる。
【００３３】
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の態様若しくは第２の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る半導体レーザ装置（以下、これらを総称して、単に『本発明』と呼ぶ場合がある）において、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、基板として、ＧａＮ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ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。また、半導体レーザ素子を構成する各種のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
ｐ型の導電型を有する第２化合物半導体層に電気的に接続された第２電極（あるいは、コンタクト層上に形成された第２電極）は、一般に、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）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していることが好ましく、あるいは又、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料を用いることもできる。一方、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法にて形成（成膜）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２電極は第２化合物半導体層上に形成されているが、場合によっては、第２電極は導電材料層を介して第２化合物半導体層に接続されていてもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
本発明を、例えば、光ディスクシステム、通信分野、光情報分野、光電子集積回路、非線形光学現象を応用した分野、光スイッチ、レーザ計測分野や種々の分析分野、超高速分光分野、多光子励起分光分野、質量分析分野、多光子吸収を利用した顕微分光の分野、化学反応の量子制御、ナノ３次元加工分野、多光子吸収を応用した種々の加工分野、医療分野、バイオイメージング分野といった分野に適用することができる。
【実施例１】
【００３８】
実施例１は、本発明の第１の態様、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法並びに半導体レーザ装置に関し、更には、第１の構成、第２の構成及び第４の構成の半導体レーザ素子に関する。実施例１の半導体レーザ装置の概念図を図１の（Ａ）あるいは（Ｂ）に示し、半導体レーザ素子に印加される矩形状のパルス電圧を模式的に図１の（Ｃ）あるいは（Ｄ）に示す。また、実施例１の半導体レーザ素子の共振器方向（Ｘ方向）と直交する仮想垂直平面（ＹＺ平面）で半導体レーザ素子を切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を図２に示し、半導体レーザ素子の共振器方向を含む仮想垂直平面（ＸＺ平面）で半導体レーザ素子を切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を図３に示す。
【００３９】
実施例１の超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置は、図１の（Ａ）に示すように、パルス発生器１０、及び、このパルス発生器１０からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子２０から構成されている。具体的には、半導体レーザ装置は、発光波長４０５ｎｍ帯のＧａＮ系半導体レーザ素子２０と、このＧａＮ系半導体レーザ素子２０を利得スイッチング動作させる高出力のパルス発生器１０から構成されている。尚、直流定電流電源１１を備えているが、図１の（Ｂ）に示すように、直流定電流電源１１を備えていなくともよい。ここで、直流定電流電源１１は周知の回路構成であり、パルス発生器１０としては、低電圧のパルス発生器と高出力電圧増幅器を組み合わせた構成とすることができる。
【００４０】
半導体レーザ素子２０に印加される電圧（駆動パルス）は、図１の（Ｃ）に示すように、時間幅（パルス幅）ｔpの矩形状のパルス電圧Ｖ2である。尚、直流定電流電源１１を備えているので、直流電圧Ｖ1に時間幅ｔpの矩形状のパルス電圧Ｖ2を加えたものとなる。ここで、直流電圧Ｖ1は、直流定電流電源１１から供給される電流（値：Ｉ1）と半導体レーザ素子２０の内部抵抗Ｒとｐ−ｎ接合のビルドインポテンシャルＶ0から、
Ｖ1＝Ｒ×Ｉ1＋Ｖ0≒Ｖ0＝３ボルト
で与えられる。但し、配線抵抗、配線と半導体レーザ素子２０との接触抵抗等は無視している。図１の（Ｂ）に示した回路構成にあっては、図１の（Ｄ）に示すように、半導体レーザ素子２０に印加される電圧は、時間幅ｔpの矩形状のパルス電圧Ｖ2である。
【００４１】
実施例１の半導体レーザ素子２０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。具体的には、この半導体レーザ素子２０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、リッジストライプ構造を有する。そして、その仕様は、絶対最大定格の光出力が、連続動作で１２０ミリワット、パルス駆動時（７．５ナノ秒、デューティ比５０％）で２５０ミリワットである。発光波長の標準値は４０５ｎｍ、閾値電流の値Ｉth（発振開始電流の標準値）は４０ミリアンペア、半導体レーザ素子２０の端面から出射されるレーザ光の活性層に平行な放射角（水平方向のビーム放射半値角θ//）及び垂直な放射角（垂直方向のビーム放射半値角θ⊥）の標準値は、それぞれ、８度及び２１度であり、後述する化合物半導体層の積層方向（縦方向）に光閉じ込めを弱くした高出力仕様の半導体レーザ素子である。また、共振長は０．８ｍｍである。
【００４２】
模式的な断面図を図２に示すように、実施例１の半導体レーザ素子２０は、ｎ型ＧａＮ基板２１の（０００１）面上に設けられており、
（Ａ）ｎ型不純物を含有する第１化合物半導体層３０、量子井戸構造を有する活性層４０、及び、ｐ型不純物を含有する第２化合物半導体層５０から成る積層構造体、
（Ｂ）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、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層５０に電気的に接続された第２電極６２、
を備えている。第１化合物半導体層３０、活性層４０、及び、第２化合物半導体層５０は、ＧａＮ系化合物半導体、具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る。
【００４３】
そして、第２化合物半導体層５０には、厚さ１．５×１０-8ｍ（１５ｎｍ）以上の電子障壁層５３、具体的には、厚さ１５ｎｍあるいは厚さ３０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層５３が設けられている。また、電子障壁層５３から活性層４０までの距離（ｄ）は、８×１０-8ｍ（８０ｎｍ）以下、具体的には、４０ｎｍである。
【００４４】
半導体レーザ素子２０は、より具体的には、以下の表１に示す層構成を有する。ここで、表１において、下方に記載した化合物半導体層ほど、ｎ型ＧａＮ基板２１に近い層である。尚、活性層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。電子障壁層５３におけるＡｌの組成割合は、クラッド層５４におけるＡｌの平均組成割合よりも高い。具体的には、電子障壁層５３におけるＡｌの組成割合は０．１８（Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ）であり、クラッド層５４におけるＡｌの平均組成割合は０．０３である。
【００４５】
［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Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ電子障壁層（Ｍｇドープ）５３
ノンドープＡｌＧａＮ下層クラッド層５２
ノンドープＧａＩｎＮ光ガイド層５１
活性層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
【００４６】
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、幅１．４μｍのリッジ部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の両側面よりも外側に位置する第２化合物半導体層５０の部分の頂面から活性層４０までの距離（Ｄ）は１．０×１０-7ｍ以上、具体的には１２０ｎｍである。また、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、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕから成る第２電極（ｐ型オーミック電極、ｐ側電極）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型オーミック電極、ｎ側電極）６１が形成されている。
【００４７】
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、活性層４０から第２電極６２までの距離は１μｍ以下、具体的には０．６μｍ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）、ドーピングされている。また、第２化合物半導体層５０は、活性層４０と電子障壁層５３との間には、活性層側から、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下層クラッド層５２）が設けられている。
【００４８】
実施例１の半導体レーザ素子は、第１の構成の半導体レーザ素子であり、活性層４０は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されている。即ち、実施例１の半導体レーザ素子は、共振器方向にキャリア注入領域（発光領域，利得領域４０Ａ）とキャリア非注入領域（可飽和吸収領域４０Ｂ）とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種である。ここで、キャリア注入領域とキャリア非注入領域の配置状態は、具体的には、図３に示すように、Ｎ個（但し、実施例１にあっては、Ｎ＝２）のキャリア非注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。キャリア非注入領域は共振器の端部に位置し、長さは５μｍである。
【００４９】
あるいは又、実施例１の半導体レーザ素子は、第２の構成の半導体レーザ素子であり、第２電極６２の長さは活性層４０の長さよりも短い。即ち、共振器方向に発光領域４０Ａ（第２電極６２の直下に位置する活性層４０の部分）と可飽和吸収領域４０Ｂ（活性層４０のそれ以外の部分）とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種である。ここで、Ｎ個（但し、実施例１にあっては、Ｎ＝２）の可飽和吸収領域４０Ｂと（Ｎ−１）個の発光領域４０Ａとが設けられ、可飽和吸収領域４０Ｂが発光領域４０Ａを挟んで配置されている。尚、このような構造を採用することで、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。
【００５０】
実施例１の半導体レーザ素子あるいはその駆動方法にあっては、閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値、好ましくは２０倍以上の値、より好ましくは５０倍以上の値を有するパルス電流で半導体レーザ素子を駆動する。この電流値は、定格光出力を得るのに必要な電流値（定格電流）を遥かに超えた値である。あるいは又、実施例１の半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、閾値電圧の値Ｖthの２倍以上の値、好ましくは４倍以上の値、より好ましくは１０倍以上の値を有するパルス電圧で半導体レーザ素子を駆動する。また、実施例１の半導体レーザ素子２０、あるいは、実施例１の半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子２０は、閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値、好ましくは２０倍以上の値、より好ましくは５０倍以上の値を有するパルス電流で駆動され、また、定格電流を遙かに超えるパルス電流で駆動される。あるいは又、実施例１の半導体レーザ素子２０、あるいは、実施例１の半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子２０は、閾値電圧の値Ｖthの２倍以上の値、好ましくは４倍以上の値、より好ましくは１０倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される。
【００５１】
実施例１の半導体レーザ素子にあっては、電子障壁層５３の厚さが規定されている。また、電子障壁層５３と活性層４０との間の距離（ｄ）が規定されており、更には、リッジ部５６の両側面よりも外側に位置する第２化合物半導体層５０の部分の頂面から活性層４０までの距離（Ｄ）が規定されている。即ち、発光領域４０Ａは可飽和吸収領域４０Ｂに取り囲まれている。より具体的には、発光領域４０Ａ（キャリア注入領域が相当する）は、Ｘ方向にあっても、Ｙ方向にあっても、可飽和吸収領域４０Ｂ（キャリア非注入領域が相当する）に取り囲まれている。そして、このように発光領域４０Ａが可飽和吸収領域４０Ｂによって取り囲まれているが故に、高電流注入時に可飽和吸収領域４０Ｂのキャリアが発光領域４０Ａに流れ込むことが可能となり、Ｑスイッチ効果が大幅に増大し、ピークパワーがより一層増加したと考えられる。
【００５２】
実施例１において、電子障壁層５３の厚さを、７．５ｎｍ、１０ｎｍ，１２．５ｎｍ、１５ｎｍ、３０ｎｍとし、電子障壁層５３と活性層４０との間の距離（ｄ）を４０ｎｍとした半導体レーザ素子を作製した。そして、第２電極６２への印加電圧を４８ボルト、第１電極６１を接地した状態とし、パルス電流及びパルス電圧のパルス幅を６ナノ秒とし、半導体レーザ素子のピークパワーを室温にて測定した。尚、パルス電流の値を２．５アンペア、活性層１ｃｍ2当たり（接合領域面積１ｃｍ2当たり）に換算したとき、即ち、電流密度（動作電流密度であり、単位はアンペア／ｃｍ2）にて換算したとき、約２．２×１０5アンペア／ｃｍ2とした。その結果を、図１４に、白抜きの菱形印で示す。電子障壁層５３の厚さを３０ｎｍとすることで、ピークパワー１２０ワットを達成することができた。尚、パルスレーザ光の波長は４０５±５ｎｍであった。パルス電流及びパルス電圧のパルス幅を４ナノ秒としたときでも、電子障壁層５３の厚さを３０ｎｍとすることで、ピークパワー９０ワットを達成することができた（白抜きの円印参照）。尚、電子障壁層５３の厚さが１２．５ｎｍまではピークパワーの値は４ワット程度と低い。然るに、電子障壁層５３の厚さを１５ｎｍにすると、ピークパワーは７０ワットへと急激に増加した。また、電子障壁層５３と活性層４０との間の距離（ｄ）を８２ｎｍとした場合には、電子障壁層５３の厚さが２０ｎｍでも、高いピークパワーを得ることは出来なかった。
【００５３】
このような構成の実施例１の半導体レーザ素子にあっては、第２化合物半導体層５０に厚さ１．５×１０-8ｍ（１５ｎｍ）以上の電子障壁層５３を設け、半導体レーザ素子を閾値電流の値Ｉthの１０倍以上の値を有するパルス電流で駆動し、あるいは又、半導体レーザ素子を閾値電圧Ｖthの値の２倍以上の値を有するパルス電圧で駆動することで、７０ワット以上のピークパワーを有するレーザ光を出射する、超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を得ることができた。
【００５４】
パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を、図１５図、図１６及び図１７に示す。これらの図面から明らかなように、パルス幅が１．５ナノ秒から３．５ナノ秒においては、パルス電流あるいはパルス電圧の立下がりと同時に、あるいは又、立下がり後において、レーザ発振が生じている。また、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅が長くなるほど、レーザ光のピークパワーは増加している。また、光パルス幅は、１ピコ秒〜３０ピコ秒である。一方、パルス幅が４．０ナノ秒及び４．５ナノ秒においては、パルス電流あるいはパルス電圧の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振が生じている。レーザ光のピークパワーの増加は顕著ではない。また、複数のピークが生じている。これらの結果から、半導体レーザ素子において、このような試験を行うことで、所望とするピークパワーを得るための最適なパルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅を求めることができる。
【００５５】
尚、実施例１の半導体レーザ素子の変形例として、図４に共振器方向を含む仮想垂直平面（ＸＺ平面）で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を示すように、キャリア非注入領域の上方に位置する第２化合物半導体層５０の部分に、あるいは又、可飽和吸収領域４０Ｂの上方に位置する第２化合物半導体層５０の部分に、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）等のイオンをイオン注入することで高抵抗領域５０Ａを形成し、これによって、可飽和吸収領域４０Ｂへ流れ込む電流を一層確実に制限（抑制）する構造を採用してもよい。
【実施例２】
【００５６】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっては、図５に共振器方向を含む仮想垂直平面（ＸＺ平面）で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を示すように、Ｎ個（但し、実施例２にあっては、Ｎ＝２）のキャリア注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア非注入領域とが設けられ、キャリア注入領域がキャリア非注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、Ｎ個の発光領域（利得領域）４０Ａと（Ｎ−１）個の可飽和吸収領域４０Ｂとが設けられ、発光領域４０Ａが可飽和吸収領域４０Ｂを挟んで配置されている。
【００５７】
あるいは又、実施例２の半導体レーザ素子にあっては、第２電極６２は、２つのに分離溝６３によって分離されている。分離溝６３の幅は、具体的には２０μｍである。
【００５８】
実施例２の半導体レーザ素子の構成、構造は、第２電極６２の構造が異なる点を除き、実施例１の半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。また、実施例２の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置も、実施例１の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
共振器方向を含む仮想垂直平面（ＸＺ平面）で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図である図６〜図１０を参照して、実施例２の半導体レーザ素子の変形例を、以下、説明する。
【００６０】
図６に示す半導体レーザ素子は、図５に示した半導体レーザ素子の変形である。この半導体レーザ素子にあっては、Ｎ個（但し、この場合にあっては、Ｎ＝３）のキャリア非注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、Ｎ個（＝３）の可飽和吸収領域と（Ｎ−１）個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている。
【００６１】
図７に示す半導体レーザ素子も、図５に示した半導体レーザ素子の変形である。この半導体レーザ素子にあっては、Ｎ個（但し、この場合にあっては、Ｎ＝４）のキャリア非注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、Ｎ個（＝４）の可飽和吸収領域と（Ｎ−１）個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている。
【００６２】
図８、図９及び図１０に示す半導体レーザ素子は、図５、図６及び図７に示した半導体レーザ素子の変形である。これらの半導体レーザ素子にあっては、キャリア非注入領域の上方に位置する第２化合物半導体層５０の部分に、あるいは又、可飽和吸収領域４０Ｂの上方に位置する第２化合物半導体層５０の部分に、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）等のイオンをイオン注入することで高抵抗領域５０Ａが形成されている。そして、これによって、可飽和吸収領域４０Ｂへ流れ込む電流を一層確実に制限（抑制）することができる。
【実施例３】
【００６３】
実施例３も実施例１の変形であるが、更には、第３の構成の半導体レーザ素子に関する。実施例３にあっては、図１１に共振器方向を含む仮想垂直平面（ＸＺ平面）で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を示すように、第２電極は、第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとに分離溝６３によって分離されている。分離溝の幅は２０μｍである。図１１に示した例では、第２電極の２つの第１部分６２Ａが１つの第２部分６２Ｂを挟んでいる。
【００６４】
尚、実施例３にあっても、Ｎ個（但し、実施例３にあっては、Ｎ＝２）のキャリア注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア非注入領域とが設けられ、キャリア注入領域がキャリア非注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、Ｎ個の発光領域（利得領域）４０Ａと（Ｎ−１）個の可飽和吸収領域４０Ｂとが設けられ、発光領域４０Ａが可飽和吸収領域４０Ｂを挟んで配置されている。あるいは又、第２電極の長さ全体は、活性層の長さよりも短い。
【００６５】
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。
【００６６】
そして、実施例３の半導体レーザ素子にあっては、第２電極の第１部分６２Ａにパルス電流あるいはパルス電圧を加える一方、第２電極の第２部分６２Ｂに電流を流し、あるいは、第２電極の第２部分６２Ｂに電圧を印加することで、可飽和吸収領域４０Ｂに電界を加える。第２電極の第２部分６２Ｂには、第２電極の第１部分６２Ａ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。第２電極の第２部分６２Ｂへの印加電圧は順バイアスであってもよいし、逆バイアスであってもよい。第２電極の第１部分６２Ａに印加する電圧は、第２電極の第２部分６２Ｂに印加する電圧よりも高い。そして、このように第２電極の第２部分６２Ｂの適切な制御によって、高電流注入時に可飽和吸収領域４０Ｂのキャリアが発光領域４０Ａに流れ込むことが可能となり、Ｑスイッチ効果が大幅に増大し、ピークパワーをより一層増加させることができる。
【００６７】
ところで、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を形成することが好ましいが、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６３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。
【００６８】
ここで、第２電極６２は、以下の特性を有することが望ましい。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。
【００６９】
実施例３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。
【００７０】
実施例３の半導体レーザ素子の基本的な構成、構造は、第２電極６２の構造が異なる点を除き、実施例１の半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。また、実施例３の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置も、実施例１の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００７１】
共振器方向を含む仮想垂直平面（ＸＺ平面）で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図である図１２及び図１３を参照して、実施例３の半導体レーザ素子の変形例を、以下、説明する。
【００７２】
図１２に示す半導体レーザ素子にあっては、第２電極の２つの第２部分６２Ｂが１つの第１部分６２Ａを挟んでいる。図１３に示す半導体レーザ素子にあっては、第２電極の４つの第２部分６２Ｂと３つの第１部分６２Ａが設けられており、第２部分６２Ｂが第１部分６２Ａを挟んでいる。尚、これらの場合にあっても、Ｎ個のキャリア非注入領域と（Ｎ−１）個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、Ｎ個の可飽和吸収領域と（Ｎ−１）個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている。あるいは又、あるいは又、第２電極の長さ全体は、活性層の長さよりも短い。
【００７３】
以下、図１８の（Ａ）、（Ｂ）、図１９の（Ａ）、（Ｂ）、図２０を参照して、実施例３の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図１８の（Ａ）、（Ｂ）、図１９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２０は、基板等をＸＺ平面にて切断したときの模式的な一部端面図である。
【００７４】
［工程−３００］
先ず、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）４０Ａ及び可飽和吸収領域４０Ｂを構成する活性層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１８の（Ａ）参照）。
【００７５】
［工程−３１０］
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６２Ｃを全面に成膜した後（図１８の（Ｂ）参照）、Ｐｄ層６２Ｃ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６２Ｃ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１９の（Ａ）に示す構造を得ることができる。尚、リフトオフ法に基づき、第２化合物半導体層５０上に帯状の第２電極６２を形成してもよい。
【００７６】
［工程−３２０］
次いで、第２電極６２をエッチング用マスクとして第２化合物半導体層５０の一部分をエッチングして、リッジ構造を形成する。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１９の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。このように、帯状にパターニングされた第２電極６２をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジ構造を形成するので、第２電極６２とリッジ構造との間に合わせずれが生じることがない。
【００７７】
［工程−３３０］
その後、分離溝６３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２０参照）。尚、参照番号６５は、分離溝６３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６３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６３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６３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１１に示す構造を得ることができる。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第２化合物半導体層５０の光学的、電気的特性に劣化が生じることがない。それ故、半導体レーザ素子の発光特性に劣化が生じることがない。尚、ドライエッチング法を採用した場合、第２化合物半導体層５０の内部損失αiが増加し、閾値電圧が上昇したり、光出力の低下を招く虞がある。ここで、第２電極６２のエッチングレートをＥＲ0、積層構造体のエッチングレートをＥＲ1としたとき、
ＥＲ0／ＥＲ1≒１×１０2
である。このように、第２電極６２と第２化合物半導体層５０との間に高いエッチング選択比が存在するが故に、積層構造体をエッチングすること無く（あるいは、エッチングされても僅かである）、第２電極６２を確実にエッチングすることができる。
【００７８】
［工程−３４０］
その後、ｎ側電極の形成、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、半導体レーザ素子を作製することができる。
【００７９】
このように実施例３の半導体レーザ素子の製造方法にあっては、帯状の第２電極をエッチング用マスクとして第２化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジ構造を形成する。このように、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構造を形成するので、第２電極とリッジ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、半導体レーザ素子の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。
【００８０】
また、実施例３の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、発光領域（利得領域）に注入する電流を大きくできると同時に、可飽和吸収領域へ印加する例えば逆バイアス電圧を高くすることができるため、よりピークパワーの強いパルスレーザ光を出射することができる。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。
【００８１】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する半導体レーザ素子の仕様が変われば、変わることは当然である。例えば、実施例３において、第２電極を、厚さ２０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）から成る下層金属層と、厚さ２００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）から成る上層金属層の積層構造としてもよい。尚、王水によるウエットエッチングにあっては、ニッケルのエッチングレートは、パラジウムのエッチングレートの約１．２５倍である。
【符号の説明】
【００８２】
１０・・・パルス発生器、１１・・・直流定電流電源、２０・・・半導体レーザ素子、２１・・・ｎ型ＧａＮ基板、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・・・活性層、４０Ａ・・・発光領域（キャリア注入領域）、４０Ｂ・・・可飽和吸収領域（キャリア非注入領域）、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下層クラッド層、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・・・第２電極の第１部分、６２Ｂ・・・第２電極の第２部分、６２Ｃ・・・Ｐｄ層、６４・・・レジスト層、６５・・・開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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