特許 6387968 半導体レーザ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6387968

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/22 20060101AFI20180903BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/22

【請求項の数】9

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2015-549063(P2015-549063)

(86)(22)【出願日】2014年11月6日

(86)【国際出願番号】JP2014079409

(87)【国際公開番号】WO2015076110

(87)【国際公開日】20150528

【審査請求日】2017年9月12日

(31)【優先権主張番号】特願2013-239103(P2013-239103)

(32)【優先日】2013年11月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094363

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 孝久

(74)【代理人】

【識別番号】100118290

【弁理士】

【氏名又は名称】吉井 正明

(72)【発明者】

【氏名】和田 伸一

(72)【発明者】

【氏名】倉本 大

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 秀輝

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３８７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４７０２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００ − ５／５０

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）第１導電型を有し、化合物半導体から成る第１化合物半導体層、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、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電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備え、
積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造が形成されており、
リッジストライプ構造の両側には、積層構造体から構成された側部構造体が形成されており、
リッジストライプ構造を構成する第２化合物半導体層上に形成された第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部分とに分離されている半導体レーザ素子であって、
少なくとも一方の側部構造体の、第２電極の第２部分に隣接した部分の上には、保護電極が形成されており、
第２電極及び保護電極が形成されていないリッジストライプ構造の部分の上から側部構造体の部分の上に亙り、酸化物絶縁材料から成る絶縁膜が形成されている半導体レーザ素子。

【請求項2】

酸化物絶縁材料はＳｉＯ_Xから成る請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項3】

第２電極の第１部分は、絶縁膜上に形成された第１引出し配線層によって覆われており、
第２電極の第２部分及び保護電極は、絶縁膜上に形成された第２引出し配線層によって覆われている請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項4】

第１引出し配線層及び第２引出し配線層は、離間した状態で、リッジストライプ構造上から側部構造体上に亙り形成されている請求項３に記載の半導体レーザ素子。

【請求項5】

第２引出し配線層から延びるワイヤボンディング層が、一方の側部構造体上に形成された絶縁膜上に設けられている請求項４に記載の半導体レーザ素子。

【請求項6】

ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている請求項５に記載の半導体レーザ素子。

【請求項7】

光反射端面及び光出射端面を有し、
第２電極の第２部分は、光反射端面の近傍に配設されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項8】

積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項9】

（ａ）第１導電型を有し、化合物半導体から成る第１化合物半導体層、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、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電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備え、
積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造が形成されており、
リッジストライプ構造の両側には、積層構造体から構成された側部構造体が形成されており、
リッジストライプ構造を構成する第２化合物半導体層上に形成された第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部分とに分離されている半導体レーザ素子であって、
第２電極の第１部分は、絶縁膜上に形成された第１引出し配線層によって覆われており、
第２電極の第２部分は、絶縁膜上に形成された第２引出し配線層によって覆われており、
第２引出し配線層から延びるワイヤボンディング層が、一方の側部構造体上に形成された絶縁膜上に設けられており、
ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている半導体レーザ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体レーザ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

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，登録商標）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や、医療分野やバイオイメージング分野等で要求される光源として期待されている。半導体レーザ素子において短パルス光を発生させる方法として、主に、利得スイッチとモード同期の２種類の方法が知られており、モード同期は、更に、能動モード同期と受動モード同期に分類される。能動モード同期に基づき光パルスを発生させるには、ミラーやレンズを用いて外部共振器を構成し、更に、半導体レーザ素子に高周波（ＲＦ）変調を加える必要がある。一方、受動モード同期では、半導体レーザ素子のセルフ・パルセーション動作（Self Pulsation，自励発振動作）を利用することで、単純な直流駆動にて光パルスを生成することができる。

【0003】

半導体レーザ素子をセルフ・パルセーション動作させるためには、半導体レーザ素子に発光領域及び可飽和吸収領域を設ける必要がある。ここで、発光領域及び可飽和吸収領域の配置状態から、半導体レーザ素子は、発光領域と可飽和吸収領域とを垂直方向に配置したＳＡＬ（Saturable Absorber Layer）型やＷＩ（Weakly Index guide）型と、共振器方向に発光領域と可飽和吸収領域とを並置したバイ・セクション（Bi Section）型に分類することができる。バイ・セクション型半導体レーザ素子は、例えば、特開２００４−００７００２、特開２００８−０４７６９２から周知である。バイ・セクション型のＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＳＡＬ型半導体レーザ素子に比べて、可飽和吸収の効果が大きく、幅の狭い光パルスを生成することができるとされている。

【0004】

バイ・セクション型の半導体レーザ素子は、例えば、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であり、図１９及び図２０における矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な断面図）を図１８に示し、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であり、図１８及び図２０における矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な端面図）を図１９に示し、半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図を図２０に示すように、
（ａ）第１導電型を有し、化合物半導体から成る第１化合物半導体層３０、化合物半導体から成る発光領域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４０、並びに、第１導電型と異なる第２導電型を有し、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。そして、積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造７１が形成され、リッジストライプ構造７１の両側には、積層構造体から構成された側部構造体７２（７２Ａ，７２Ｂ）が形成された、所謂Ｗリッジ構造を有する。リッジストライプ構造７１を構成する第２化合物半導体層５０上に形成された第２電極６２は、発光領域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とに、分離溝６２Ｃによって分離されている。

【0005】

そして、更には、第２電極６２が形成されていないリッジストライプ構造７１の部分の上から側部構造体７２の部分の上に亙り、酸化物絶縁材料、例えば、ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜５６が形成されている。また、第２電極６２の第１部分６２Ａは、リッジストライプ構造７１の部分の上から側部構造体７２の部分の上に亙り形成された絶縁膜５６上に設けられた第１引出し配線層６３によって覆われており、第２電極６２の第２部分６２Ｂは、他方の側部構造体７２Ｂから、リッジストライプ構造７１、一方の側部構造体７２Ａに亙り形成された絶縁膜５６上に設けられた第２引出し配線層６４によって覆われている。更には、第２引出し配線層６４から延びるワイヤボンディング層６５が、一方の側部構造体７２Ａ上に形成された絶縁膜５６上に設けられている。尚、図２０においては、第１引出し配線層６３、第２引出し配線層６４及びワイヤボンディング層６５を明示するために、これらに斜線を付し、更に、第２電極の第１部分６２Ａ及び第２部分６２Ｂを併せて示した。また、第１引出し配線層６３及びワイヤボンディング層６５において、点線の円形で囲んだ領域に、例えば、金線がワイヤボンディングされる。ここで、参照番号７３は、リッジストライプ構造７１と側部構造体７２との間に設けられた凹部を示し、参照番号２１は、基板（具体的には、例えば、ｎ型ＧａＮ基板）を指す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−００７００２

【特許文献2】特開２００８−０４７６９２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、Ｗリッジ構造を有する半導体レーザ素子にあっては、屡々、側部構造体７２の肩部領域（図１８において、円形で囲んだ領域）に形成された絶縁膜の部分５６Ａの品質が高くなく、化学的に不安定な膜が形成され易い。通常、第２電極６２の第１部分６２Ａ、第２部分６２Ｂ、第１電極６１に印加される電圧を、それぞれ、Ｖ₂₁，Ｖ₂₂，Ｖ₁とすると、
Ｖ₂₂＜Ｖ₁＜Ｖ₂₁
の関係があり、屡々、Ｖ₁＝０ボルトに設定される。そして、このような絶縁膜の低品質の部分５６Ａが存在すると、第２電極６２の第１部分６２Ａに対向する側部構造体７２の肩部領域においては、第２電極６２の第１部分６２ＡのＶ₂₁（＞Ｖ₁）の電圧が印加されるので、問題が生じないものの、第２電極６２の第２部分６２Ｂに対向する側部構造体７２の肩部領域においては、第２電極６２の第２部分６２ＢのＶ₂₂（＜Ｖ₁）の電圧が印加されるので、以下に説明する問題が生じ得る。即ち、第２電極６２の第２部分６２Ｂに対向する側部構造体７２の肩部領域における絶縁膜の低品質の部分５６Ａにあっては、絶縁膜中の原子間の結合が弱く切れ易く、構成原子がイオン化し易い。絶縁膜は、通常、酸化物から成り、その中の酸素がイオン化し、第２引き出し配線層６４と第１電極６１の間に生じる電界によって絶縁膜の低品質の部分５６Ａの直下の化合物半導体層表面に拡散し、化合物半導体層に蓄積する正孔と共に陽極酸化反応を起こす。そして、その結果、側部構造体７２を構成する化合物半導体が酸化され、化合物半導体に由来した酸化物が生成し、体積膨張が生じ、その上方に形成された第２引出し配線層６４に断線が生じる。この状態を撮影した走査型電子顕微鏡写真を図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃに示す。ここで、図２１Ａは、リッジストライプ構造７１、及び、リッジストライプ構造７１の両側に設けられた側部構造体７２（７２Ａ，７２Ｂ）の走査型電子顕微鏡写真である。また、図２１Ｂは、図２１Ａにおける側部構造体７２Ｂの部分を拡大した走査型電子顕微鏡写真であり、図２１Ｃは、図２１Ａにおける側部構造体７２Ａの部分を拡大した走査型電子顕微鏡写真である。図２１Ａにおいて概ね水平方向に延びる白い帯状の部分、図２１Ｂ及び図２１Ｃにおいて概ね山型に延びる白い帯状の部分は、第２引出し配線層６４である。第２引出し配線層６４には、断線が生じている。また、体積膨張した部分の成分分析結果（走査透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析に基づく成分分析結果）を図２２Ａ、図２２Ｂ、図２２Ｃに示すが、体積膨張した部分はＧａの酸化物であることを示している。尚、図２２Ａに示す分析結果は、図２３（図２１Ｃと同じである）に示す「point２」での分析結果であり、図２２Ｂに示す分析結果は、図２３に示す「point１」での分析結果であり、図２２Ｃに示す分析結果は、図２３に示す「point３」での分析結果である。ここで、「point１」は体積膨張した部分であり、「point２」は体積膨張した部分ではあるが、周辺領域であり、「point３」は体積膨張していない部分である。そして、このような現象が生じる結果、可飽和吸収領域４２に電圧を印加することができなくなり、モード同期動作ができなくなることが判った。

【0008】

また、半導体レーザ素子の製造工程や、半導体レーザ素子を組み込んだ電子機器の使用中において、外部から静電気によるパルス状の電流（以下、ＥＳＤ（Electro-Static Discharge）電流と呼ぶ）に起因したサージ電流が流れる場合がある。このようなサージ電流が、ワイヤボンディング層６５から第２電極６２の第２部分６２Ｂへと流れると、側部構造体７２の肩部領域に形成された絶縁膜の低品質の部分５６Ａにおいて絶縁破壊が生じる結果、半導体レーザ素子に破損が生じる虞がある。

【0009】

従って、本開示の第１の目的は、第２電極の第２部分に対向する側部構造体に損傷が発生し難い構成、構造を有する半導体レーザ素子を提供することにある。また、本開示の第２の目的は、第２電極の第２部分に向かってサージ電流が流れ難い構成、構造を有する半導体レーザ素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の第１の態様あるいは第２の態様係る半導体レーザ素子は、
（ａ）第１導電型を有し、化合物半導体から成る第１化合物半導体層、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、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電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備え、
積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造が形成されており、
リッジストライプ構造の両側には、積層構造体から構成された側部構造体が形成されており、
リッジストライプ構造を構成する第２化合物半導体層上に形成された第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部分とに分離されている半導体レーザ素子である。

【0011】

そして、上記の第１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素子にあっては、
少なくとも一方の側部構造体の、第２電極の第２部分に隣接した部分の上には、保護電極が形成されており、
第２電極及び保護電極が形成されていないリッジストライプ構造の部分の上から側部構造体の部分の上に亙り、酸化物絶縁材料から成る絶縁膜が形成されている。

【0012】

また、上記の第２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素子にあっては、
第２電極の第１部分は、絶縁膜上に形成された第１引出し配線層によって覆われており、
第２電極の第２部分は、絶縁膜上に形成された第２引出し配線層によって覆われており、
第２引出し配線層から延びるワイヤボンディング層が、一方の側部構造体上に形成された絶縁膜上に設けられており、
ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている。

【発明の効果】

【0013】

本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、少なくとも一方の側部構造体の、第２電極の第２部分に隣接した部分の上には、保護電極が形成されている。それ故、側部構造体の肩部領域に形成された絶縁膜の部分の品質が低い場合であっても、第２電極の第２部分のＶ₂₂（＜Ｖ₁）の電圧が印加されたとき、保護電極にもＶ₂₂（＜Ｖ₁）の電圧が印加されるので、絶縁膜の側部構造体の肩部領域において蓄積した正孔が保護電極に引き抜かれる結果、絶縁膜に含まれた酸素イオンが蓄積した正孔と共に化合物半導体層と反応することが無い。従って、絶縁膜の直下の化合物半導体層において陽極酸化反応が生じることが無い。即ち、側部構造体を構成する化合物半導体が酸化され、化合物半導体に由来した酸化物が生成し、体積膨張が生じ、その上方に形成された第２引出し配線層に断線が生じるといった現象の発生を抑制することができる。それ故、可飽和吸収領域に電圧を印加することができなくなり、モード同期動作ができなくなるといった現象が発生することがなく、高い信頼性、長寿命を有する半導体レーザ素子を提供することができる。尚、可飽和吸収領域と同様に、側部構造体を構成する第３化合物半導体層には逆バイアスが印加されるため、側部構造体を構成する第３化合物半導体層への電流注入が行われることはなく、発光領域及び可飽和吸収領域の機能を損なうことはない。また、ノイズ特性、モード同期動作におけるパルス時間幅に関して、試験の結果、保護電極有りと保護電極無しでは、有意な相違は認められなかった。

【0014】

本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている。それ故、半導体レーザ素子の製造工程や半導体レーザ素子を組み込んだ電子機器の使用中において、外部からＥＳＤ電流に起因したサージ電流が、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層に流れ込んできたときであっても、サージ電流は、サージ保護電極から側部構造体を介して第１電極へと流れる。それ故、側部構造体の肩部領域に形成された絶縁膜の部分の品質が低くとも、絶縁破壊が生じることを確実に防ぐことができ、高い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施例１の半導体レーザ素子における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2】図２は、実施例１の半導体レーザ素子における共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。

【図3】図３は、実施例１の半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図である。

【図4】図４は、実施例１の半導体レーザ素子の変形例における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は、実施例１の半導体レーザ素子の別の変形例における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6】図６は、実施例２の半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図である。

【図7】図７は、実施例２の半導体レーザ素子の変形例を上方から眺めた模式図である。

【図8】図８は、実施例１と実施例２の半導体レーザ素子とを組み合わせた半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図である。

【図9】図９は、実施例１と実施例２の半導体レーザ素子とを組み合わせた半導体レーザ素子の変形例を上方から眺めた模式図である。

【図10】図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の半導体レーザ素子を用いて外部共振器を構成し、モード同期動作を行う半導体レーザ素子組立体を模式的に示す図である。

【図11】図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本開示の半導体レーザ素子を用いて外部共振器を構成し、モード同期動作を行う半導体レーザ素子組立体の変形例を模式的に示す図である。

【図12】図１２は、実施例１の半導体レーザ素子の変形例における共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。

【図13】図１３は、実施例１の半導体レーザ素子の別の変形例における共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。

【図14】図１４は、実施例１の半導体レーザ素子の変形例におけるリッジストライプ構造及び側部構造体を上方から眺めた模式図である。

【図15】図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ、実施例１の半導体レーザ素子及び比較例１の半導体レーザ素子の連続動作試験による平均出力測定結果、及び、フォトカレント測定結果を示すグラフである。

【図16】図１６Ａ及び図１６Ｂは、実施例１における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17】図１７は、図１６Ｂに引き続き、実施例１における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18】図１８は、従来のバイ・セクション型の半導体レーザ素子における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19】図１９は、従来のバイ・セクション型の半導体レーザ素子における共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図である。

【図20】図２０は、従来のバイ・セクション型の半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図である。

【図21】図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃは、従来のバイ・セクション型の半導体レーザ素子において、第２引出し配線層に断線が生じる状態を撮影した走査型電子顕微鏡写真である。

【図22】図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃは、それぞれ、従来のバイ・セクション型の半導体レーザ素子において、化合物半導体層の体積膨張した部分等の成分分析結果を示すグラフである。

【図23】図２３は、図２２Ａ、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示した成分分析結果を得た試料の部位を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【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素子、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子）
３．実施例２（本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子）、その他

【0017】

［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素子、全般に関する説明］
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素子において、酸化物絶縁材料は、酸化シリコン（ＳｉＯ_X）から成る形態とすることができる。但し、このような形態に限定するものではなく、酸化物絶縁材料として、その他、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_X）、酸化タンタル（ＴａＯ_X）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_X）を挙げることができる。あるいは又、絶縁膜を構成する材料として、ＺｎＯ_X、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ_X、ＳｃＯ_X、ＹＯ_X、ＭｇＯ_X、ＴｈＯ_X及びＢｉＯ_Xから成る群から選択された少なくとも１種類の材料とすることもできる。絶縁膜は、これらの材料から成る単層構成とすることもできるし、多層構成とすることもできる。ここで、下付き文字「Ｘ」は、各酸化物絶縁材料が、ストイキオメトリ（化学量論的組成）から逸脱した組成をとり得ることを意味する。絶縁膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の各種ＰＶＤ法によって形成することができるし、あるいは又、各種ＣＶＤ法によって形成することができる。また、絶縁膜の上にシリコン層（具体的には、例えばアモルファスシリコン層）を形成してもよい。シリコン層は光吸収層として機能し、シリコン層を設けることによって、１次モードの光に対する吸収が大きくなり、横モードを安定させることができる。

【0018】

絶縁膜をＳｉＯ_Xから構成する場合、ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを、２×１０^-8ｍ乃至３×１０^-7ｍ、好ましくは２×１０^-8ｍ乃至２×１０^-7ｍとすることが望ましい。ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜の上にシリコン層を形成する場合、ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを２×１０^-8ｍ乃至８×１０^-8ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、好ましくは、ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを４×１０^-8ｍ乃至８×１０^-8ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、一層好ましくは、ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを４×１０^-8ｍ乃至８×１０^-8ｍ、シリコン層の厚さを２×１０^-8ｍ以上とすることが望ましい。

【0019】

絶縁膜をＡｌＯ_Xから構成する場合、ＡｌＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを、２×１０^-8ｍ乃至３×１０^-7ｍ、好ましくは２×１０^-8ｍ乃至２×１０^-7ｍとすることが望ましい。ＡｌＯ_Xから成る絶縁膜の上にシリコン層を形成する場合、ＡｌＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを２×１０^-8ｍ乃至１．０×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、好ましくは、ＡｌＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを４×１０^-8ｍ乃至１×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、一層好ましくは、ＡｌＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを４×１０^-8ｍ乃至１×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを２×１０^-8ｍ以上とすることが望ましい。

【0020】

絶縁膜をＴａＯ_Xから構成する場合、ＴａＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを、２×１０^-8ｍ乃至５×１０^-7ｍ、好ましくは２×１０^-8ｍ乃至４×１０^-7ｍとすることが望ましい。ＴａＯ_Xから成る絶縁膜の上にシリコン層を形成する場合、ＴａＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを２×１０^-8ｍ乃至２×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、好ましくは、ＴａＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを２×１０^-8ｍ乃至１×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、一層好ましくは、ＴａＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを２×１０^-8ｍ乃至１×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを２×１０^-8ｍ以上とすることが望ましい。

【0021】

絶縁膜をＺｒＯ_Xから構成する場合、ＺｒＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを、２×１０^-8ｍ乃至３×１０^-7ｍ、好ましくは２×１０^-8ｍ乃至２×１０^-7ｍとすることが望ましい。ＺｒＯ_Xから成る絶縁膜の上にシリコン層を形成する場合、ＺｒＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを２×１０^-8ｍ乃至２×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、好ましくは、ＺｒＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを３×１０^-8ｍ乃至１．１×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを５×１０^-9ｍ以上、一層好ましくは、ＺｒＯ_Xから成る絶縁膜の厚さを６×１０^-8ｍ乃至１．１×１０^-7ｍ、シリコン層の厚さを２×１０^-8ｍ以上とすることが望ましい。

【0022】

上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子において、第２電極の第１部分は、絶縁膜上に形成された第１引出し配線層によって覆われており、第２電極の第２部分及び保護電極は、絶縁膜上に形成された第２引出し配線層によって覆われている形態とすることができる。そして、この場合、第１引出し配線層及び第２引出し配線層は、離間した状態で、リッジストライプ構造上から側部構造体上に亙り形成されている構成とすることができる。更には、係る構成にあっては、第２引出し配線層から延びるワイヤボンディング層が、一方の側部構造体上に形成された絶縁膜上に設けられている構成とすることができ、更には、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている構成とすることができる。尚、このような構成には、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分が、リング状のサージ保護電極によって囲まれている構成も包含される。ここで、１つのサージ保護電極が設けられていてもよいし、複数のサージ保護電極が設けられていてもよく、また、サージ保護電極は、出来るだけ、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分の近くに設けることが好ましい。本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子においても同様である。保護電極は、リッジストライプ構造の両側に設けられた側部構造体の両方に形成されていることが好ましく、更には、側部構造体の肩部近傍まで、あるいは又、側部構造体の肩部まで、あるいは又、側部構造体の肩部を超えて側部構造体の側面まで、設けられている構成とすることができる。尚、保護電極を側部構造体の肩部近傍まで形成する場合、第２電極の第２部分と対向する保護電極の縁部から、リッジストライプ構造と対向する側部構造体の肩部までの距離（Ｌ）を２μｍ以下とすることが好ましい。保護電極の幅は、安定して形成するといった観点から、１μｍ以上、好ましくは１．０μｍ以上であることが好ましい。また、保護電極の長さは、可飽和吸収領域と同じ長さであることが望ましく、あるいは又、第２電極の第２部分と同じ長さであることが望ましい。

【0023】

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子、あるいは又、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子にあっては、光反射端面及び光出射端面を有し、第２電極の第２部分は、光反射端面の近傍に配設されている形態とすることができる。但し、このような形態に限定するものではない。

【0024】

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子において、積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。具体的には、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。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［ＳＱＷ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、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，Ｉｎ_zＧａ_(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。

【0025】

あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様あるいは第２の態様に係る半導体レーザ素子において、積層構造体は、ＧａＡｓ系化合物半導体から成る構成とすることができるし、あるいは又、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、具体的には、例えば、ＺｎＳｅ系化合物半導体から成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（以下、これらを総称して、単に、『本開示の半導体レーザ素子等』と呼ぶ場合がある）を、所謂Ｗリッジ構造を有する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とすることができるし、斜めリッジストライプのＷリッジ構造を有する分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。そして、本開示の半導体レーザ素子等にあっては、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、セルフ・パルセーション動作、モード同期動作させることができる。

【0027】

本開示の半導体レーザ素子等において、第２電極の第１部分と第２部分とは、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。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、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。

【0028】

このように、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１×１０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Ｖ_saの最適化を図ることができるため、例えば、時間幅の短い光パルスを有するシングルモードのモード同期動作を実現できる。そして、第２電極の第１部分と第２部分との間のこのような高い電気抵抗値を、第２電極を第１部分と第２部分とに分離溝によって分離するだけで達成することができる。

【0029】

あるいは又、本開示の半導体レーザ素子等において、第２電極を第１部分と第２部分とに分離する分離溝の幅は、２μｍ以上、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４０％以下、好ましくは１０μｍ以上、共振器長の２０％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。

【0030】

本開示の半導体レーザ素子等において、第２電極、保護電極、サージ保護電極は、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る）から成る構成とすることが好ましい。

【0031】

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、保護電極、サージ保護電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の各種ＰＶＤ法にて成膜することができる。第１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。

【0032】

第１引出し配線層、第２引出し配線層、ワイヤボンディング層、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、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。

【0033】

本開示の半導体レーザ素子等において、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。

【0034】

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。

【0035】

本開示の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、半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。尚、超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができるし、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計として、６０層乃至３００層を例示することができる。また、第３化合物半導体層から第２電極までの距離は１μｍ以下、好ましくは、０．６μｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層から第２電極までの距離を規定することで、抵抗の高いｐ型の第２化合物半導体層の厚さを薄くし、半導体レーザ素子の動作電圧の低減化を達成することができる。尚、第３化合物半導体層から第２電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができる。また、第２化合物半導体層には、Ｍｇが、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上、ドーピングされており、第３化合物半導体層からの波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ^-1である構成とすることができる。このＭｇの原子濃度は、２×１０¹⁹ｃｍ^-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第２化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第２化合物半導体層の吸収係数は、半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、第３化合物半導体層の光の吸収係数が、５０ｃｍ^-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Ｍｇドープ量を故意に２×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のＭｇドープ量は、例えば８×１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、第２化合物半導体層は、第３化合物半導体層側から、ノンドープ化合物半導体層、及び、ｐ型化合物半導体層を有しており、第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離は、１．２×１０^-7ｍ以下である構成とすることができる。このように第３化合物半導体層からｐ型化合物半導体層までの距離を規定することで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制することができ、これにより、レーザ発振が開始される閾値電流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及び側部構造体には、ＳｉＯ_X／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。

【0036】

本開示の半導体レーザ素子等にあっては、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）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、半導体レーザ素子を構成する各種の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。

【0037】

ここで、化合物半導体層としてＧａＮ系化合物半導体層を形成する場合、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。

【0038】

本開示の半導体レーザ素子等は、製造すべき半導体レーザ素子の構成、構造にも依るが、例えば、以下の方法で製造することができる。即ち、
（Ａ）基板上に、第１導電型を有し、化合物半導体（具体的には、例えば、ＧａＮ系化合物半導体）から成る第１化合物半導体層、化合物半導体（具体的には、例えば、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、化合物半導体（具体的には、例えば、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）積層構造体に、リッジストライプ構造及び側部構造体を形成し、次いで、
（Ｃ）全面に、第２電極、保護電極、サージ保護電極を形成すべき部分に開口部が形成された絶縁膜を形成し、その後、
（Ｄ）例えば、リフトオフ法に基づき、第２電極、保護電極、サージ保護電極を形成し、次いで、
（Ｅ）第２電極、保護電極、サージ保護電極及び絶縁膜上に、第１引出し配線層、第２引出し配線層、ワイヤボンディング層を形成する、
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。

【0039】

尚、製造すべき半導体レーザ素子の構成、構造にも依るが、工程（Ｂ）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。

【0040】

本開示の半導体レーザ素子等においては、前述したとおり、第１電極と第２電極の第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、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。

【0041】

本開示の半導体レーザ素子等において、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。

【0042】

本開示の半導体レーザ素子等を、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】

【0043】

実施例１は、本開示の第１の態様に係る半導体レーザ素子に関する。実施例１の半導体レーザ素子における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１に示し、共振器の延びる方向に沿った模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図２に示し、実施例１の半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図を図３に示す。尚、図１は、図２及び図３の矢印Ｉ−Ｉに沿った模式的な端面図であり、図２は、図１及び図３の矢印ＩＩ−ＩＩに沿った模式的な断面図である。

【0044】

実施例１あるいは後述する実施例２の半導体レーザ素子（以下、これらの半導体レーザ素子を総称して、『実施例１等の半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある）１０は、バイ・セクション型半導体レーザ素子から成り、
（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、化合物半導体（具体的には、ＧａＮ系化合物半導体）から成る第１化合物半導体層３０、化合物半導体（具体的には、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、化合物半導体（具体的には、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。そして、
積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造７１が形成されており、
リッジストライプ構造７１の両側には、積層構造体から構成された側部構造体７２（７２Ａ，７２Ｂ）が形成されており、
リッジストライプ構造７１を構成する第２化合物半導体層５０上に形成された第２電極６２は、発光領域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とに分離されている。具体的には、第１部分６２Ａと第２部分６２Ｂとは、分離溝６２Ｃによって分離されている。

【0045】

尚、図３においては、第１引出し配線層６３、第２引出し配線層６４及びワイヤボンディング層６５、更には、後述する保護電極８１を明示するために、これらに斜線を付し、更に、第２電極の第１部分６２Ａ及び第２部分６２Ｂを併せて示した。また、第１引出し配線層６３及びワイヤボンディング層６５において、点線の円形で囲んだ領域に、例えば、金線がワイヤボンディングされる。

【0046】

上述したとおり、積層構造体はリッジストライプ構造７１を有する。具体的には、実施例１等の半導体レーザ素子１０は、所謂Ｗリッジ構造を有する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等の半導体レーザ素子１０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。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、リッジストライプ構造７１、凹部７３及び側部構造体７２が形成されている。そして、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との間に電圧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及びモード同期動作させることができる。尚、リッジストライプ構造７１の幅、凹部７３の幅、保護電極８１の幅及び長さを、以下の表２に示す。

【0047】

［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：Ｇａ_0.92Ｉｎ_0.08Ｎ／障壁層：Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ）
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

【0048】

［表２］
リッジストライプ構造７１の幅：１．５μｍ
凹部７３の幅 ：７．０μｍ
保護電極８１の幅 ：５．０μｍ
保護電極８１の長さ ：３０μｍ

【0049】

そして、少なくとも一方の側部構造体７２（実施例１にあっては、両方の側部構造体７２Ａ，７２Ｂ）の、第２電極６２の第２部分６２Ｂに隣接した（対向した）部分７２’の上には、保護電極８１が形成されており、第２電極６２及び保護電極８１が形成されていないリッジストライプ構造７１の部分の上から側部構造体７２の部分の上に亙り、酸化物絶縁材料、具体的には、ＳｉＯ_Xから成る絶縁膜５６が形成されている。尚、絶縁膜５６上には、アモルファスシリコンから成るシリコン層（図示せず）が形成されている。ここで、リッジストライプ構造７１の有効屈折率と、絶縁膜５６及びシリコン層、全体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７１及び側部構造体７２の頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層５５上には、厚さ０．１μｍのＰｄから成る第２電極（ｐ側オーミック電極）６２及び保護電極８１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。

【0050】

実施例１等の半導体レーザ素子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までの距離を０．１０μｍ、リッジストライプ構造７１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。

【0051】

実施例１等における半導体レーザ素子１０において、前述したとおり、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Ｖ_sa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。

【0052】

実施例１等における半導体レーザ素子１０において、発光領域側の積層構造体の端面（光出射端面）からレーザ光が出射される。この光出射端面には、例えば、反射率０．５％以下、好ましくは反射率０．３％以下の無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されている。一方、半導体レーザ素子１０における光出射端面と対向する光反射端面には、反射率８５％以上、好ましくは反射率９５％以上の高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。尚、これらの無反射コート層（ＡＲ）や低反射コート層、高反射コート層（ＨＲ）の図示は省略している。可飽和吸収領域４２は、半導体レーザ素子１０における光出射端面と対向する光反射端面側に設けられている。また、保護電極８１の長さ及び第２電極の第２部分６２Ｂの長さは、可飽和吸収領域４２の長さと同じである。無反射コート層あるいは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。尚、第２電極６２の第２部分６２Ｂは、光反射端面の近傍に配設されている。

【0053】

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。

【0054】

そして、第２電極６２の第１部分６２Ａは、絶縁膜５６上に形成された第１引出し配線層６３によって覆われており、第２電極６２の第２部分６２Ｂ及び保護電極８１は、絶縁膜５６上に形成された第２引出し配線層６４によって覆われている。ここで、第１引出し配線層６３及び第２引出し配線層６４は、離間した状態で、リッジストライプ構造７１上から側部構造体７２上に亙り形成されている。更には、第２引出し配線層６４から延びるワイヤボンディング層６５が、側部構造体７２上に形成された絶縁膜５６上に設けられている。より具体的には、第２電極６２の第１部分６２Ａは、リッジストライプ構造７１の部分の上から側部構造体７２の部分の上に亙り形成された絶縁膜５６上に設けられた第１引出し配線層６３によって覆われている。また、第２電極６２の第２部分６２Ｂは、他方の側部構造体７２Ｂから、リッジストライプ構造７１、一方の側部構造体７２Ａに亙り形成された絶縁膜５６上に設けられた第２引出し配線層６４によって覆われている。更には、第２引出し配線層６４から延びるワイヤボンディング層６５が、一方の側部構造体７２Ａ上に形成された絶縁膜５６上に設けられている。

【0055】

保護電極８１は、リッジストライプ構造７１の両側に形成された側部構造体７２Ａ，７２Ｂの両方に向けられており、しかも、側部構造体７２の肩部７２”まで設けられている。但し、これに限定するものではなく、図４に示すように、保護電極８１は、側部構造体７２の肩部７２”近傍まで設けられていてもよいし、図５に示すように、保護電極８１は、側部構造体７２の肩部７２”を超えて側部構造体７２の側面（凹部７３の側壁）まで設けられていてもよい。尚、図４に示す距離Ｌ（第２電極の第２部分６２Ｂと対向する保護電極８１の縁部から、側部構造体７２Ａ，７２Ｂの肩部７２”までの距離Ｌ）を２μｍ以下とすることが好ましい。

【0056】

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）までの距離は１．２×１０^-7ｍ以下、具体的には１００ｎｍである。

【0057】

以下、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７を参照して、実施例１における半導体レーザ素子１０の製造方法を説明する。尚、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７は、図２及び図３の矢印Ｉ−Ｉに沿ったと同様の模式的な一部端面図である。

【0058】

［工程−１００］
先ず、基板上、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、化合物半導体（具体的には、例えば、ＧａＮ系化合物半導体）から成る第１化合物半導体層３０、化合物半導体（具体的には、例えば、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、化合物半導体（具体的には、例えば、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。

【0059】

［工程−１１０］
その後、積層構造体に、周知の方法に基づき、リッジストライプ構造７１を形成し、同時に、リッジストライプ構造７１の両側に側部構造体７２Ａ，７２Ｂを形成する（図１６Ａ参照）。

【0060】

［工程−１２０］
その後、全面に、ＣＶＤ法に基づき、絶縁膜５６を形成し、更に、図示しないシリコン層を形成する。そして、第２電極６２、保護電極８１を形成すべき絶縁膜５６及びシリコン層の部分に開口が形成されたレジスト層をフォトリソグラフィ技術に基づき設け、シリコン層及び絶縁膜５６のエッチングを行うことで、第２化合物半導体層５０の一部を露出させる（図１６Ｂ参照）。

【0061】

［工程−１３０］
次いで、所謂リフトオフ法に基づき、露出した第２化合物半導体層５０の上に、第２電極６２及び保護電極８１を形成する（図１７参照）。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、第２電極６２に分離溝６２Ｃを形成することで、第２電極の第１部分６２Ａ第２部分６２Ｂを分離する。

【0062】

［工程−１４０］
その後、周知の方法に基づき、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいは金（Ａｕ）から成る第１引出し配線層６３、第２引出し配線層６４及びワイヤボンディング層６５を形成し、更に、第１電極６１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１０を作製することができる。

【0063】

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（単位：ｃｍ^-3）、電荷量ｅ（単位：Ｃ）、移動度μ（単位：ｍ²／Ｖ秒）を用いて以下のように表される。

【0064】

Ｒ＝（ρ・Ｘ₀）／Ｓ
＝Ｘ₀／（ｎ・ｅ・μ・Ｓ）

【0065】

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、断面積が小さいリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子の電気抵抗値は、上式から、大きな値となることが判る。

【0066】

製作した半導体レーザ素子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Ｖ_sa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。具体的には、光パルスのパルス幅は３０ピコ秒であり、時間平均パワー（６５ミリワット／秒，約７２ピコジュール／パルス）から見積もられたパルスピークパワーは約２．４ワットであった。

【0067】

実施例１の半導体レーザ素子にあっては、少なくとも一方の側部構造体の、第２電極の第２部分に隣接した（対向した）部分の上には、保護電極が形成されている。そして、第２電極の第２部分及び保護電極に同じ値の電圧Ｖ₂₂が印加され、側部構造体の肩部領域における絶縁膜の部分において蓄積した正孔が保護電極に引き抜かれる結果、絶縁膜に含まれた酸素イオンが蓄積した正孔と共に化合物半導体層と反応することが無い。従って、絶縁膜の直下の化合物半導体層において陽極酸化反応が生じることが無く、側部構造体を構成する化合物半導体が酸化され、化合物半導体に由来した酸化物が生成し、体積膨張が生じ、その上方に形成された第２引出し配線層に断線が生じるといった現象の発生を抑制することができる。それ故、可飽和吸収領域に電圧を印加することができなくなり、モード同期動作ができなくなるといった現象が発生することがない。また、可飽和吸収領域と同様に、側部構造体を構成する第３化合物半導体層には逆バイアスが印加されるため、側部構造体を構成する第３化合物半導体層への電流注入が行われることはなく、発光領域及び可飽和吸収領域の機能を損なうことはない。

【0068】

実施例１の半導体レーザ素子、及び、保護電極を備えていないことを除き、実施例１の半導体レーザ素子と同じ構成、構造を有する比較例１の半導体レーザ素子の連続動作試験を行った。具体的には、Ｖ_sa＝−１１ボルトとした。ここで、第２電極６２から発光領域４１を経由して第１電極６１に流れる電流（順バイアス電流Ｉ_gain）は、実施例１にあっては９０ミリアンペア、比較例１にあっては１０５ミリアンペアであった。試験結果を図１５Ａ及び図１５Ｂに示す。ここで、図１５Ａは平均出力（単位：ワット）を示し、図１５Ｂはフォトカレント（単位：ミリアンペア）を示す。比較例１にあっては、試験開始から３３０時間経過後、モード同期動作が停止し、通常のレーザ動作となった。一方、比較例１にあっては、試験開始から８００時間経過後にあっても、モード同期動作が継続され、平均出力は６．７ミリワットであった。

【実施例2】

【0069】

実施例２は、本開示の第２の態様に係る半導体レーザ素子に関する。実施例２の半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図を、図６、図７、図８あるいは図９に示す。尚、図６〜図９においては、第１引出し配線層６３、第２引出し配線層６４及びワイヤボンディング層６５、更には、サージ保護電極９１を明示するために、これらに斜線を付し、更に、第２電極の第１部分６２Ａ及び第２部分６２Ｂを併せて示した。また、第１引出し配線層６３及びワイヤボンディング層６５において、点線の円形で囲んだ領域に、例えば、金線がワイヤボンディングされる。

【0070】

実施例２の半導体レーザ素子にあっては、実施例１の半導体レーザ素子と同様に、第２電極６２の第１部分６２Ａは、絶縁膜５６上に形成された第１引出し配線層６３によって覆われており、第２電極６２の第２部分６２Ｂは、絶縁膜５６上に形成された第２引出し配線層６４によって覆われており、第２引出し配線層６４から延びるワイヤボンディング層６５が、一方の側部構造体７２Ａ上に形成された絶縁膜５６上に設けられている。但し、実施例１の半導体レーザ素子と異なり、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層６５の部分と第２引出し配線層６４との間に位置する一方の側部構造体７２Ａの部分の上には、ワイヤボンディング層６５によって覆われたサージ保護電極９１が形成されている。尚、サージ保護電極９１は、第２電極６２と同様に、厚さ０．１μｍのＰｄから成る。図６に示す例にあっては、サージ保護電極９１は、Ｙ方向に、ワイヤボンディング層６５を横切って形成されている。一方、図７に示す例にあっては、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層６５の部分が、リング状のサージ保護電極９１によって囲まれている。

【0071】

以上の点を除き、実施例２の半導体レーザ素子は、実施例１の半導体レーザ素子と同様の構成、構造を有するし、実施例２の半導体レーザ素子は、実施例１において説明した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ので、詳細な説明は省略する。

【0072】

実施例２の半導体レーザ素子にあっては、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上に、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている。それ故、半導体レーザ素子の製造工程や半導体レーザ素子を組み込んだ電子機器の使用中において、外部からＥＳＤ電流に起因したサージ電流が、ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層に流れ込んできたときであっても、サージ電流は、サージ保護電極から一方の側部構造体を介して第１電極へと流れる。それ故、側部構造体の肩部領域における絶縁膜の部分の品質が低くとも、絶縁破壊が生じることを確実に防ぐことができる。

【0073】

半導体レーザ素子を上方から眺めた模式図を図８、図９に示すように、実施例２におけるサージ保護電極９１と、実施例１における保護電極８１とを組み合わせることもできる。

【0074】

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。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。実施例にあっては、１つのリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子に基づき、説明を行ったが、複数のリッジストライプ構造を有する、所謂マルチビームの半導体レーザ素子とすることもできる。この場合、複数のリッジストライプ構造の両外側に側部構造体を設ければよい。また、例えば、第２電極、保護電極、サージ保護電極を、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。半導体レーザ素子は、モード同期半導体レーザ素子に限定するものではない。

【0075】

本開示の半導体レーザ素子を用いて集光型の外部共振器を構成して、モード同期動作する半導体レーザ素子組立体を、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂに示す。図１０Ａに示す集光型の外部共振器にあっては、可飽和吸収領域側に高反射コート層（ＨＲ）が形成された半導体レーザ素子の端面と外部鏡１０３とで外部共振器が構成され、外部鏡１０３から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側の半導体レーザ素子の端面（光出射端面）には無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。光学フィルター１０２，１１２には、主にバンドパスフィルターが用いられ、レーザの発振波長の制御のために挿入される。参照番号１０１，１０４，１１１，１１４はレンズを指す。尚、モード同期は、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Ｖ_saとによって決定される。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’）

【0076】

あるいは又、本開示の半導体レーザ素子を用いて外部共振器を構成する例の変形例を、図１０Ｂに示す。図１０Ｂに示すコリメート型の外部共振器にあっても、可飽和吸収領域側に高反射コート層（ＨＲ）が形成された半導体レーザ素子の端面と外部鏡１０３とで外部共振器を構成し、外部鏡１０３から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側の半導体レーザ素子の端面（光出射端面）には無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。

【0077】

あるいは又、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す外部共振器にあっては、可飽和吸収領域側（光出射端面）に反射コート層（Ｒ）が形成されたモード同期半導体レーザ素子の端面と外部鏡１１３とで外部共振器を構成し、可飽和吸収領域から光パルスを取り出す。発光領域（利得領域）側のモード同期半導体レーザ素子の端面には低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。尚、図１１Ａに示す例は集光型であり、図１１Ｂに示す例はコリメート型である。あるいは又、図１１Ｃに示すように、モード同期半導体レーザ素子をモノリシック型とすることもできる。

【0078】

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とが設けられた半導体レーザ素子の模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図１２に示す。この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とが設けられた半導体レーザ素子の模式的な端面図（ＸＺ平面にて切断したときの模式的な端面図）を図１３に示す。この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。

【0079】

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。実施例１において説明した半導体レーザ素子に斜め導波路を有する斜めリッジストライプ構造を適用した例を図１４に示すが、この図は、リッジストライプ構造７１、及び、側部構造体７２を上方から眺めた模式図である。この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、主たる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。尚、このような半導体レーザ素子を実施例２にて説明した半導体レーザ素子に適用することができることは云うまでもない。

【0080】

実施例においては、半導体レーザ素子を、ｎ型ＧａＮ基板２１の極性面であるＣ面，｛０００１｝面上に設けた。ところで、このような場合、第３化合物半導体層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ある。このような現象の発生を抑制するためには、｛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、半導体レーザ素子を設ければよい。これによって、半導体レーザ素子の第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半導体レーザ素子を設ける場合、井戸層の厚さの制限（１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下）及び障壁層の不純物ドーピング濃度の制限（２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上、１×１０²⁰ｃｍ^-3以下）を無くすことが可能である。

【0081】

尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《半導体レーザ素子：第１の態様》
（ａ）第１導電型を有し、化合物半導体から成る第１化合物半導体層、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、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電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備え、
積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造が形成されており、
リッジストライプ構造の両側には、積層構造体から構成された側部構造体が形成されており、
リッジストライプ構造を構成する第２化合物半導体層上に形成された第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部分とに分離されている半導体レーザ素子であって、
少なくとも一方の側部構造体の、第２電極の第２部分に隣接した部分の上には、保護電極が形成されており、
第２電極及び保護電極が形成されていないリッジストライプ構造の部分の上から側部構造体の部分の上に亙り、酸化物絶縁材料から成る絶縁膜が形成されている半導体レーザ素子。
［Ａ０２］酸化物絶縁材料はＳｉＯ_Xから成る［Ａ０１］に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０３］酸化物絶縁材料は、酸化アルミニウム、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムから成る群から選択された少なくとも１種類の材料である［Ａ０１］に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０４］酸化物絶縁材料は、ＺｎＯ_X、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ_X、ＳｃＯ_X、ＹＯ_X、ＭｇＯ_X、ＴｈＯ_X及びＢｉＯ_Xから成る群から選択された少なくとも１種類の材料である［Ａ０１］に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０５］第２電極の第１部分は、絶縁膜上に形成された第１引出し配線層によって覆われており、
第２電極の第２部分及び保護電極は、絶縁膜上に形成された第２引出し配線層によって覆われている［Ａ０１］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０６］第１引出し配線層及び第２引出し配線層は、離間した状態で、リッジストライプ構造上から側部構造体上に亙り形成されている［Ａ０５］に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０７］第２引出し配線層から延びるワイヤボンディング層が、一方の側部構造体上に形成された絶縁膜上に設けられている［Ａ０６］に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０８］ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている［Ａ０７］に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ０９］光反射端面及び光出射端面を有し、
第２電極の第２部分は、光反射端面の近傍に配設されている［Ａ０１］乃至［Ａ０８］のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
［Ａ１０］積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る［Ａ０１］乃至［Ａ０９］のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
［Ｂ０１］《半導体レーザ素子：第２の態様》
（ａ）第１導電型を有し、化合物半導体から成る第１化合物半導体層、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、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電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備え、
積層構造体の少なくとも一部から構成されたリッジストライプ構造が形成されており、
リッジストライプ構造の両側には、積層構造体から構成された側部構造体が形成されており、
リッジストライプ構造を構成する第２化合物半導体層上に形成された第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部分とに分離されている半導体レーザ素子であって、
第２電極の第１部分は、絶縁膜上に形成された第１引出し配線層によって覆われており、
第２電極の第２部分は、絶縁膜上に形成された第２引出し配線層によって覆われており、
第２引出し配線層から延びるワイヤボンディング層が、一方の側部構造体上に形成された絶縁膜上に設けられており、
ワイヤボンディングがなされているワイヤボンディング層の部分と第２引出し配線層との間に位置する一方の側部構造体の部分の上には、ワイヤボンディング層によって覆われたサージ保護電極が形成されている半導体レーザ素子。

【符号の説明】

【0082】

１０・・・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・・・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・・・絶縁膜、５６Ａ・・・絶縁膜の低品質の部分、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・・・第１引出し配線層、６４・・・第２引出し配線層、６５・・・ワイヤボンディング層、７１・・・リッジストライプ構造、７２・・・側部構造体、７２’・・・第２電極の第２部分に隣接した（対向した）部分、７２”・・・側部構造体の肩部、７３・・・リッジストライプ構造と側部構造体との間に設けられた凹部、８１・・・保護電極、９１・・・サージ保護電極、１０１，１０４，１１１，１１４・・・レンズ、１０２，１１２・・・光学フィルター、１０３，１１３・・・外部鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】