(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の１方向にレーザビームを出射し、その出射方向を変更できる半導体レーザモジュールを提供する。【解決手段】半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０及び平板集光要素２０を具備する。平板集光要素は、半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳと反対側に対物面２１を備える。対物面は、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ活性層が延びる第一方向に平行に配列された複数の曲面２１ａを含む。曲面は、入射するレーザビームに垂直な平面ｆに接する。第一方向に平行な座標軸をＸ軸とし、曲面の曲率半径が、数式2014082257.tif 000006に基づく。ｎ（Ｘ）は位置Ｘにおける平板集光要素の屈折率、θout（Ｘ）は位置Ｘにおいて出射されるレーザビームの光出射端面ＬＥＳの法線に対する角度、ｆ0はθout（Ｘ）＝０の場合の平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離である。【選択図】図１３
2014082257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面発光型の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光出射端面に対向して配置される平板集光要素と、を具備し、
前記半導体レーザ素子は、
基板上に形成された下部クラッド層と、
上部クラッド層と、
前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との間に介在する活性層と、
前記活性層と前記上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在するフォトニック結晶層と、
前記活性層の複数の領域に駆動電流を供給するための複数の駆動電極と、を備え、
前記複数の領域は、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで位置し、前記複数の領域から出射されるレーザビームの前記光出射端面に対する出射方向はそれぞれ異なっており、
前記平板集光要素は、
前記光出射端面に対向する側と反対側に対物面を備え、
前記対物面は、前記光出射端面に直交する方向から見て前記第一方向に平行な方向に配列された複数の曲面を含んでおり、
前記複数の曲面の各々は、前記半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームに垂直な平面に接しており、
前記第一方向に平行な座標軸をＸ軸として、前記Ｘ軸に沿った位置Ｘにおける、前記活性層が延びる方向に平行な平面内における前記複数の曲面の各々の曲率半径ｒ（Ｘ）が、数式
【数１】
2014082257.tif 000005
に基づいて決定され、
前記数式（式１）において、ｎ（Ｘ）は、位置Ｘにおける前記平板集光要素の屈折率であり、θout（Ｘ）は、位置Ｘにおいて前記対物面から出射されるレーザビームが前記光出射端面の法線に対してなす角度であり、ｆ0は、θout（Ｘ）＝０の場合の前記平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離である、
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記複数の曲面の各々は、前記数式（式１）により決定される曲率半径に対して、収差補正のために非球面化されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記複数の曲面は、前記半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームが前記光出射端面の法線に対してなす角度が大きい曲面ほど、前記光出射端面との距離が短い、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記複数の曲面の各々は、前記活性層が延びる方向に垂直な方向の曲率半径を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記活性層は、前記複数の領域として、第１領域と第２領域とを含み、
前記複数の駆動電極は、前記第１領域に駆動電流を供給するための第１駆動電極と、前記第２領域に駆動電流を供給するための第２駆動電極と、を含み、
前記第１駆動電極の長手方向は、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記光出射端面の法線に対して、傾斜しており、
前記フォトニック結晶層の前記第１領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第１及び第２の周期構造を有しており、
前記第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分に応じて、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記第１駆動電極の前記長手方向に対して所定の角度を成す２つ以上のレーザビームが前記半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で前記光出射端面に向かう１つが前記光出射端面に対して屈折角９０度未満となるように設定され、前記光出射端面に向かう別の少なくとも１つが前記光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定されており、
前記第２駆動電極の長手方向は、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記光出射端面の法線に対して、傾斜しており、
前記フォトニック結晶層の前記第２領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第３及び第４の周期構造を有しており、
前記第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分に応じて、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記第２駆動電極の前記長手方向に対して所定の角度を成す２つ以上のレーザビームが前記半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で前記光出射端面に向かう１つが前記光出射端面に対して屈折角９０度未満となるように設定され、前記光出射端面に向かう別の少なくとも１つが前記光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定され、
前記第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分は、前記第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分とは異なる、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者らは、フォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子について提案してきた（特許文献１、非特許文献１）。このような面発光型の半導体レーザ素子は、一度に２方向に向けて同時にレーザビームを出射することができるという画期的な特徴を有している。また、複数に分割された駆動電極に、駆動電流を供給することで、駆動電極毎に２方向のレーザビームを出射することができる。各駆動電極の直下に位置するフォトニック結晶の周期を異ならせておけば、駆動電極毎に、レーザビーム対の出射角が異なることになる。更に、非特許文献１によれば、細分化した駆動電極を設け、複数の駆動電極について同時に電流を流すと共に、その電流バランスを変化させることによって、連続的なビーム方向制御も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７６９００号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】黒坂剛孝他、"On-Chip beam-steeringphotonic-crystal lasers", Nature Photonics, vol. 4, pp.447-450, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、２方向にレーザビームを同時に出射する半導体レーザ素子の場合、実用的な用途が限られてくる。一方、所定の１方向にレーザビームを出射する半導体レーザ素子であれば、すなわち駆動電極毎に所定の１方向のレーザビームを出射できる構造であれば、各駆動電極へ供給される駆動電流を切り替える、更に、駆動電流バランスを変化させることで、レーザビームの走査が可能となる。この場合、従来から使用されている様々なレーザビーム偏向装置等に、当該半導体レーザ素子を適用することが可能となる。レーザビーム数を多くすれば、レーザビーム偏向装置は、高精細なレーザビーム走査装置を構成することも可能である。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、所定の１方向にレーザビームを出射し、また、その出射方向を変更することが可能な半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、基板上に形成された下部クラッド層、上部クラッド層、下部クラッド層と上部クラッド層との間に介在する活性層、活性層と上部及び下部クラッド層の少なくとも一方との間に介在するフォトニック結晶層、並びに活性層の複数の領域に駆動電極を供給するための複数の駆動電極、を備え、活性層の複数の領域が、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで位置し、複数の領域から出射されるレーザビームの光出射端面に対する出射方向がそれぞれ異なる半導体レーザ素子に想到した。この半導体レーザ素子によれば、所定の１方向にレーザビームを出射し、また、その出射方向を変更することが可能となる。
【０００８】
一方で、半導体レーザ素子の光出射端面に対向する平面にレーザビームを照射する場合、光出射端面の近傍に集光要素を配置し、レーザビームの拡がり角を調整する必要がある。上記の半導体レーザ素子に集光要素を組み合わせてモジュール化する場合には、以下のような新たな課題が存在することが判明した。すなわち、光出射端面と、レーザビームが照射される平面との間の距離は、半導体レーザ素子のレーザビームの出射方向に応じて異なる。このため、レーザビームが照射される平面において、レーザビームの出射方向によらずレーザビームの拡がり角を一定にするためには、集光要素の屈折力を、レーザビームの出射方向に応じて調整する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明者らはレーザビームの出射方向によらずレーザビームの拡がり角を一定にするための構成について更に鋭意研究を行い、出射されるレーザビームの方向を所定の１方向としながら出射されるレーザビームの方向を切り替えることができ、かつレーザビームの出射方向によらずレーザビームの拡がり角を一定にすることのできる半導体レーザモジュールに想到するに至った。
【００１０】
本発明に係る半導体レーザモジュールは、端面発光型の半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の光出射端面に対向して配置される平板集光要素と、を具備し、半導体レーザ素子は、基板上に形成された下部クラッド層と、上部クラッド層と、下部クラッド層と上部クラッド層との間に介在する活性層と、活性層と上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在するフォトニック結晶層と、活性層の複数の領域に駆動電流を供給するための複数の駆動電極と、を備え、複数の領域は、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで位置し、複数の領域から出射されるレーザビームの光出射端面に対する出射方向はそれぞれ異なっており、平板集光要素は、光出射端面に対向する側と反対側に対物面を備え、対物面は、光出射端面に直交する方向から見て第一方向に平行な方向に配列された複数の曲面を含んでおり、複数の曲面の各々は、半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームに垂直な平面に接しており、第一方向に平行な座標軸をＸ軸として、Ｘ軸に沿った位置Ｘにおける、活性層が延びる方向に平行な平面内における複数の曲面の各々の曲率半径ｒ（Ｘ）が、数式
【数１】
2014082257.tif 000003
に基づいて決定され、数式（式１）において、ｎ（Ｘ）は、位置Ｘにおける平板集光要素の屈折率であり、θout（Ｘ）は、位置Ｘにおいて対物面から出射されるレーザビームが光出射端面の法線に対してなす角度であり、ｆ0は、θout（Ｘ）＝０の場合の平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離である、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体レーザモジュールによれば、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで活性層に位置する複数の領域から出射されるレーザビームの光出射端面に対する出射方向がそれぞれ異なっている。半導体レーザモジュールが、半導体レーザ素子の光出射端面に対向して配置される平板集光要素を具備しており、平板集光要素が、光出射端面に対向する側と反対側に対物面を備える。この対物面が複数の曲面を含んで形成されており、複数の曲面の各々の曲率半径ｒ（Ｘ）が上記の数式（式１）に基づいて決定される。このため、活性層の複数の領域から光出射端面の法線に対して角度θout（Ｘ）をなして出射されるレーザビームに対して、平板集光要素の焦点距離はｆ0／ｃｏｓ（θout（Ｘ））となる。それゆえ、平板集光要素によって集光される焦点と光出射端面との間の距離は、θout（Ｘ）の値によらずｆ0となり、レーザビームは光出射端面から距離ｆ0の平面に集光される。したがって、レーザビームの出射方向によらずレーザビームの拡がり角を一定とすることができる。
【００１２】
複数の曲面の各々は、数式（式１）により決定される曲率半径に対して、収差補正のために非球面化処理されていてもよい。この場合には、平板集光要素において発生する収差を補正することができる。
【００１３】
複数の曲面は、半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームが光出射端面の法線に対してなす角度が大きい曲面ほど、光出射端面との距離が短くてもよい。この場合には、光出射端面の法線に対してなす角度が大きいレーザビームが入射する曲面と光出射端面との距離が短くなっている。このため、当該曲面を通過するレーザビームと、他の曲面を通過するレーザビームと、の干渉を防ぐことができる。
【００１４】
複数の曲面の各々は、活性層が延びる方向に垂直な方向の曲率半径を有するようにしてもよい。この場合には、曲面が活性層の延びる方向に垂直な方向の曲率半径を有する。このため、活性層が延びる方向に垂直な方向のレーザビームの拡がり角を調整することができる。
【００１５】
活性層は、複数の領域として、第１領域と第２領域とを含み、複数の駆動電極は、第１領域に駆動電流を供給するための第１駆動電極と、第２領域に駆動電流を供給するための第２駆動電極と、を含み、第１駆動電極の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、光出射端面の法線に対して、傾斜しており、フォトニック結晶層の第１領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第１及び第２の周期構造を有しており、第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第１駆動電極の長手方向に対して所定の角度を成す２つ以上のレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で光出射端面に向かう１つが光出射端面に対して屈折角９０度未満となるように設定され、光出射端面に向かう別の少なくとも１つが光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定されており、第２駆動電極の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、光出射端面の法線に対して、傾斜しており、フォトニック結晶層の第２領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第３及び第４の周期構造を有しており、第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第２駆動電極の長手方向に対して所定の角度を成す２つ以上のレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で光出射端面に向かう１つが光出射端面に対して屈折角９０度未満となるように設定され、光出射端面に向かう別の少なくとも１つが光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定され、第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分は、第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分とは異なっていてもよい。
【００１６】
この場合、駆動電極に駆動電流を供給することにより、半導体レーザ素子内部で２つ以上のレーザビームが生成される。生成されたレーザビームの中で光出射端面に向かう１つが光出射端面に対して屈折角９０度未満となり、光出射端面に向かう別の少なくとも１つが光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たす。このため、同時に出射されるレーザビームの方向を所定の１方向とすることができる。第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分が、第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分と異なっている。このため、複数の駆動電極のうちどの電極に駆動電流を供給するかにより、レーザビームの出射方向を切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の態様に係る半導体レーザモジュールによれば、所定の１方向のみにレーザビームを出射し、また、その出射方向を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】半導体レーザモジュール及び焦点面の平面図である。
【図２】半導体レーザ素子の縦断面図である。
【図３】半導体レーザ素子の平面図である。
【図４】半導体レーザ素子内部のレーザビームの進行状態を説明するための素子内部の平面図である。
【図５】単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域の平面図である。
【図６】単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域の平面図である。
【図７】複数の周期構造を有するフォトニック結晶領域の平面図である。
【図８】複数の周期構造を有するフォトニック結晶層領域を、複数有するフォトニック結晶領域群の平面図である。
【図９】フォトニック結晶領域群を有するフォトニック結晶層の平面図である。
【図１０】基準方向からの偏向角δθ（各フォトニック結晶領域内の周期の逆数の差に依存）に対するレーザビームの入射角及び出射角を示すグラフである。
【図１１】様々な形状の異屈折率部（構造体）の平面図である。
【図１２】レーザビーム偏向装置の構成を示す図である。
【図１３】平板集光要素のＸＹ平面内の断面図である。
【図１４】半導体レーザ素子の縦断面図である。
【図１５】半導体レーザ素子内部の平面図である。
【図１６】ｘｙ座標系において、原点ＯからＰ点（βｘ，βｙ）に向かうベクトル。
【図１７】ｘｙ座標系における主要光波の向きを示すグラフである。
【図１８】活性層３Ｂ内の主要光波について説明する素子内部の平面図である。
【図１９】周期構造を有する回折格子層４’の平面図（Ａ）、ＸＺ平面内の断面図（Ｂ）である。
【図２０】レーザビーム出射角（屈折角）θ３と、ストライプの角度θ及び周期Λとの関係を示すグラフである。
【図２１】グラフに用いられるデータを示す図表である。
【図２２】半導体レーザ素子の部分的な領域の断面図である。
【図２３】フォトニック結晶層の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施の形態に係る半導体レーザモジュールについて説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は、半導体レーザモジュール及び焦点面の平面図である。
【００２１】
半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０と、平板集光要素２０とを具備する。半導体レーザ素子１０は、端面発光型の半導体レーザである。半導体レーザ素子１０は、後で詳細に説明する構成により、光出射端面ＬＥＳから所定の１方向にレーザビームＬＢを出射する。平板集光要素２０は、半導体レーザ素子１０により出射されたレーザビームＬＢを焦点面Ｆに集光する。
【００２２】
以下の説明では、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ半導体レーザ素子１０の活性層が延びる方向を第一方向と称する。第一方向に平行な座標軸をＸ軸とし、光出射端面ＬＥＳに垂直な方向をＹ軸とし、活性層が延びる方向に垂直な方向をＺ軸とする。レーザビームＬＢの出射方向を表すために、レーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線Ｎに対してなす角度θoutを用いる。θout＝０の場合の平板集光要素２０のＸ軸方向の焦点距離をｆ0とする。
【００２３】
次に、半導体レーザ素子１０及びこれを用いたレーザビーム偏向装置について詳細に説明する。
【００２４】
図２は、半導体レーザ素子の縦断面図であり、図３は、半導体レーザ素子の平面図である。
【００２５】
半導体レーザ素子１０は、半導体基板１上に順次形成された下部クラッド層２、下部光ガイド層３Ａ、活性層３Ｂ、上部光ガイド層３Ｃ、フォトニック結晶層４、上部クラッド層５、コンタクト層６を備えている。半導体基板１の裏面側には、電極Ｅ１が全面に設けられており、コンタクト層６上には、複数の駆動電極Ｅ２が設けられている。同図では、簡略的に５本の駆動電極Ｅ２が示されているが、実際には更に多くの駆動電極Ｅ２がコンタクト層６上に設けられる。
【００２６】
なお、駆動電極Ｅ２の形成領域以外のコンタクト層６上の表面は、絶縁膜ＳＨによって覆われている。絶縁膜ＳＨは、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ２から形成することができる。
【００２７】
これらの化合物半導体層の材料／厚みは以下の通りである。なお、導電型の記載のないものは不純物濃度が１０１５／ｃｍ３以下の真性半導体である。なお、不純物が添加されている場合の濃度は、１０１７〜１０２０／ｃｍ３である。また、下記は本実施の形態の一例であって、活性層３Ｂおよびフォトニック結晶層４を含む構成であれば、材料系、膜厚、層の構成には自由度を持つ。上部光ガイド層３Ｃは、上層及び下層の２つの層からなる。
・コンタクト層６：Ｐ型のＧａＡｓ／５０〜５００ｎｍ
・上部クラッド層５：Ｐ型のＡｌＧａＡｓ（Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ）／１．０〜３．０μｍ
・フォトニック結晶層４：
基本層４Ａ：ＧａＡｓ／５０〜４００ｎｍ
埋め込み層（異屈折率部）４Ｂ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ）／５０〜４００ｎｍ
・上部光ガイド層３Ｃ：
上層：ＧａＡｓ／１０〜２００ｎｍ
下層：ｐ型または真性のＡｌＧａＡｓ／１０〜１００ｎｍ
・活性層３Ｂ（多重量子井戸構造）：
ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ ＭＱＷ／１０〜１００ｎｍ
・下部光ガイド層３Ａ：ＡｌＧａＡｓ／０〜３００ｎｍ
・下部クラッド層２：Ｎ型のＡｌＧａＡｓ／１．０〜３．０μｍ
・半導体基板１：Ｎ型のＧａＡｓ／８０〜３５０μｍ
【００２８】
電極Ｅ１の材料としては例えばＡｕＧｅ／Ａｕ、電極Ｅ２の材料としては例えばＣｒ／ＡｕやＴｉ／Ａｕを用いることができる。
【００２９】
なお、光ガイド層は省略することも可能である。
【００３０】
この場合の製法において、ＭＯＣＶＤ法によるＡｌＧａＡｓの成長温度は５００℃〜８５０℃であって、実験では５５０〜７００℃を採用し、成長時におけるＡｌ原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ガリウム原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ａｓ原料としてはＡｓＨ3（アルシン）、Ｎ型不純物用の原料としてＳｉ2Ｈ6（ジシラン）、Ｐ型不純物用の原料としてＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を用いることができる。
【００３１】
上下の電極Ｅ１，Ｅ２間に電流を流すと、いずれかの電極Ｅ２の直下の領域Ｒを電流が流れ、この領域が発光して、レーザビームＬＢが基板の側方端面から所定の角度で出力される（図３参照）。駆動電極Ｅ２のいずれに駆動電流を供給するかにより、いずれのレーザビームＬＢが出射されるかが決定される。
【００３２】
半導体レーザ素子の平面形状は長方形であり、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定した場合には、厚み方向をＺ軸、幅方向をＸ軸とし、光出射端面ＬＥＳに垂直な方向をＹ軸とする。ＸＹ平面内において、各駆動電極Ｅ２の延びている長手方向は、Ｙ軸に平行な直線に対して角度φを成している。すなわち、駆動電極Ｅ２の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子の光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、傾斜している。駆動電極Ｅ２は、光出射端面ＬＥＳの位置から逆側の端面に向けて延びているが、半導体レーザ素子を完全に横断することなく、途中で途切れている。
【００３３】
図４は、半導体レーザ素子内部のレーザビームの進行状態を説明するための素子内部の平面図である。
【００３４】
レーザビームは、活性層３Ｂ内において発生するが、活性層３Ｂから染み出した光は、隣接するフォトニック結晶層４の影響を受ける。フォトニック結晶層４内には、周期的屈折率分布構造が形成されている。このフォトニック結晶層により回折を受けた結果、活性層３Ｂの内部では、波数ベクトルｋ１〜ｋ４で示されるレーザビームが発生している。波数ベクトルは、向きが波面の法線方向（つまり波の伝播方向）で、大きさが波数となるベクトルのことである。波数ベクトルｋ１、ｋ２のレーザビームは、光出射端面ＬＥＳに向かっており、波数ベクトルｋ４、ｋ３のレーザビームは、これらとは逆の方向に向かっている。
【００３５】
波数ベクトルｋ１、ｋ２のレーザビームは、ＸＹ平面内において、Ｙ軸に平行な直線と角度φを成すＢ方向に対して、それぞれ±δθの角度を成して進行する。なお、Ｂ方向は、駆動電極Ｅ２の延びている方向である。Ａ方向は、ＸＹ平面内において、Ｂ方向に垂直な方向である。なお、ＸＹＺ直交座標系をＺ軸回りにφだけ回転させた座標系をｘｙｚ直交座標系とする。この場合、Ａ方向はｘ軸正方向に一致し、Ｂ方向はｙ軸負方向に一致する。波数ベクトルｋ１、ｋ２のレーザビームは、光出射端面ＬＥＳに対して入射して外部に出射しようとするが、それぞれの入射角をθ１、θ２とする。波数ベクトルｋ１のレーザビームの屈折角はθ３とする。θ３は、９０度よりも小さい。すなわち、波数ベクトルｋ２のレーザビームの入射角θ２は、全反射臨界角以上であり、光出射端面ＬＥＳにおいて、全反射が生じ、外部には出力されない。一方、波数ベクトルｋ１のレーザビームの入射角θ１は、全反射臨界角未満であり、光出射端面ＬＥＳを透過して、外部に出力される。なお、θ４は、光出射端面ＬＥＳにおいて全反射したレーザビームの進行方向と、Ｙ軸負方向の成す角度であり、９０度以上である。
【００３６】
なお、フォトニック結晶層４は、複数のフォトニック結晶領域４Ｒが集合して形成されている。
【００３７】
図５は、単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域４Ｒの平面図である。
【００３８】
フォトニック結晶は、屈折率が周期的に変化するナノ構造体であり、周期に応じて特定の波長の光を特定の方向へ強め合わせる、すなわち回折させることが出来る。この回折を光の閉じ込めに用い、共振器として利用することで、レーザを実現することが出来る。本実施形態のフォトニック結晶層４は、基本層４Ａと、基本層４Ａ内に周期的に埋め込まれた埋め込み層（異屈折率部）４Ｂからなる。
【００３９】
本実施形態では、閃亜鉛構造の第１化合物半導体（ＧａＡｓ）からなる基本層４Ａ内に複数の穴Ｈを周期的に形成し、穴Ｈ内に、閃亜鉛構造であって第２化合物半導体（ＡｌＧａＡｓ）からなる埋め込み層４Ｂを成長させてなるフォトニック結晶層４を備えている。もちろん、フォトニック結晶を構成するため、第１化合物半導体と、第２化合物半導体の屈折率は異なる。なお、本実施形態では、第２化合物半導体の方が、第１化合物半導体よりも屈折率が低いが、逆に第１化合物半導体の方が、第２化合物半導体よりも屈折率が低くてもよい。
【００４０】
埋め込み層である異屈折率部４Ｂは、Ａ方向及びＢ方向に沿って整列し、２次元周期構造を構成している。ここでは、Ａ方向の異屈折率部４Ｂ間のピッチをａ１、Ｂ方向の異屈折率部４Ｂ間のピッチをｂ１とする。なお、ａ１＝ｂ１であってもよい。ＡＢ平面内における各異屈折率部４Ｂの平面形状として、同図には長方形が示されているが、異屈折率部４Ｂの平面形状はこれに限定されるものではない。
【００４１】
図６は、図５とは異なる単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域４Ｒの平面図である。
【００４２】
埋め込み層である異屈折率部４Ｂは、Ａ方向及びＢ方向に沿って整列し、２次元周期構造を構成している。ここでは、Ａ方向の異屈折率部４Ｂ間のピッチをａ２、Ａ方向の異屈折率部４Ｂ間のピッチをｂ２とする。なお、ａ２＞ａ１の関係を満たしている。ＡＢ平面内における各異屈折率部４Ｂの平面形状として、同図にも長方形が示されているが、異屈折率部４Ｂの平面形状はこれに限定されるものではない。
【００４３】
図７は、複数の周期構造を有するフォトニック結晶領域４Ｒの平面図である。
【００４４】
すなわち、このフォトニック結晶領域４Ｒは、図５に示した周期構造と、図６に示した周期構造とを単一のフォトニック結晶領域４Ｒが含んでおり、周期ａ１と周期ａ２を有している。また、同図には、Ｂ方向の周期は共にｂ２（＝ｂ１）とすることとしたものが示されている。
【００４５】
かかる構造の場合、周期ａ１の逆数（１／ａ１）と、ａ２の逆数（１／ａ２）との差分に応じて、図４におけるδθが決定される。すなわち、周期ａ１とａ２を決定することで、波数ベクトルｋ１，ｋ２で示されるレーザビームの進行方向を決定することができる。なお、δθ＝ｓｉｎ−１（δｋ／ｋ）、δｋ＝｜π｛（１／ａ１）−（１／ａ２）｝｜、ｋ＝２π／λである。λは半導体レーザ素子中のレーザ光の波長、ｋは半導体レーザ素子中のレーザ光の波数である。
【００４６】
本実施形態の場合、上記パラメータθ１、θ２、半導体レーザ素子中の光の等価屈折率ｎｄｅｖの満たすべき不等式は、次の通りである。
【００４７】
０≦θ１＜ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）
【００４８】
θ２≧ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）
【００４９】
また、本発明の通りフォトニック結晶全体がφ傾いていることを考慮すると、各パラメータの満たすべき方程式は次の通りとなる。
δθ＝φ−ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ３／ｎｄｅｖ）
δｋ＝（２π／λ０）ｓｉｎ｛φ−ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ３／ｎｄｅｖ）｝
ｂ１＝ｂ２＝ｂ０／√（１−ｓｉｎ２δθ）
ａ１＝１／｛（δｋ／２π）＋（１／ｂ１）｝
ａ２＝１／｛（１／ｂ２）−（δｋ／２π）｝
【００５０】
なお、ｂ０はＢ方向（格子点の整列方向（異屈折率部の配列方向））に対する基準周期であり、例えば２９０ｎｍ程度である。
【００５１】
すなわち、φは光出射端面ＬＥＳに垂直な方向に対する異屈折率部の配列方向（Ｂ方向）の傾き、θ３はレーザビームの出射角、ｎｄｅｖは半導体レーザ素子中の光の等価屈折率とし、第１及び第２駆動電極に駆動電流を供給した場合において、第１及び第２駆動電極直下の活性層の第１及び第２領域でそれぞれ発生するレーザビームの共振波長が同一となるように、第１、第２、第３及び第４周期構造（後述）において、基本並進ベクトルに沿った方向のうち一つに関して、その周期ｂ１、ｂ２が、√｛１−ｓｉｎ２（φ−ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ３／ｎｄｅｖ））｝に反比例する。周期の設定を変えることで、出射角θ３を変化させることができる。
【００５２】
波数ベクトルｋ２のレーザビームの全反射条件を満たす場合の全反射臨界角θｃは、θｃ＝ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）で与えられ、本例の場合は、φ＝１８．５°、θ２＞θｃ＝１７．６°である。
【００５３】
図８は、複数の周期構造を有するフォトニック結晶層領域４Ｒを、複数有するフォトニック結晶領域群４Ｇの平面図である。フォトニック結晶層領域４Ｒは、Ａ方向に沿って整列して配置されている。
【００５４】
一番左のフォトニック結晶層領域４Ｒを領域Δ１、２番目のフォトニック結晶層領域４Ｒを領域Δ２、２番目のフォトニック結晶層領域４Ｒを領域Δ３、４番目のフォトニック結晶層領域４Ｒを領域Δ４、５番目のフォトニック結晶層領域４Ｒを領域Δ５とする。便宜上、Δ１〜Δ５は、上記周期の逆数のパラメータも示すこととする。
【００５５】
領域Δ１内では、Ａ方向に図７に示した周期ａ１と周期ａ２を満たして異屈折率部４Ｂが配列され、Ｂ方向に周期ｂ２で異屈折率部４Ｂが配列されている。
【００５６】
同様に、領域Δ２内では、Ａ方向に周期ａ１と周期ａ３を満たして異屈折率部４Ｂが配列され、Ｂ方向に周期ｂ２で異屈折率部４Ｂが配列されている。
【００５７】
領域Δ３内では、Ａ方向に周期ａ１と周期ａ４を満たして異屈折率部４Ｂが配列され、Ｂ方向に周期ｂ２で異屈折率部４Ｂが配列されている。
【００５８】
領域Δ４内では、Ａ方向に周期ａ１と周期ａ５を満たして異屈折率部４Ｂが配列され、Ｂ方向に周期ｂ２で異屈折率部４Ｂが配列されている。
【００５９】
領域Δ５内では、Ａ方向に周期ａ１と周期ａ６を満たして異屈折率部４Ｂが配列され、Ｂ方向に周期ｂ２で異屈折率部４Ｂが配列されている。但し、ａ１＜ａ２＜ａ３＜ａ４＜ａ５＜ａ６の関係を満たしている。
【００６０】
一般式を用いて説明すると、領域ΔＮ（Ｎは自然数）が、Ａ方向にそってＮの値が小さい順番に左から右に配列されており、領域ΔＮ内では、Ａ方向に周期ａ１と、周期ａ（Ｎ＋１）を満たして異屈折率部４Ｂが配列され、Ｂ方向に周期ｂ２で異屈折率部４Ｂが配列され、ａＮ＜ａ（Ｎ＋１）を満たしている。
【００６１】
これにより、周期の逆数の差に応じて、異なる方向にレーザビームを出射することができる。
【００６２】
図９は、フォトニック結晶領域群４Ｇを有するフォトニック結晶層の平面図である。
【００６３】
フォトニック結晶層４内において、各領域Δ１〜Δ５は、順番にＡ方向に沿って配置されている。各領域Δ１〜Δ５の長手方向はＢ方向（駆動電極Ｅ２の長手方向）に一致している。各駆動電極Ｅ２に、選択的に駆動電流を供給する（電極Ｅ１と特定の電極Ｅ２の間に駆動電圧を印加する）と、光出射端面ＬＥＳから、それぞれ異なる方向にレーザビームが出射する（図３参照）。
【００６４】
図１０は、基準方向（Ｂ方向）からの偏向角δθ（各フォトニック結晶領域内の周期の逆数の差に依存）に対するレーザビームの入射角及び出射角を示すグラフである。
【００６５】
周期の逆数の差が大きくなり、角度δθが大きくなると、入射角θ１及びθ２が大きくなり、ｋ１ベクトルで示されるレーザビームの屈折角（出射角）が９０°から０°まで減少する。φ＝１８．５°であり、δθは、０°から１８．５°まで変化させた。半導体レーザ素子中の光の等価屈折率ｎｄｅｖは３．３とした。角度δθを調整することで、目的とするレーザビームの出射角は広い範囲で調整することができる。一方、ｋ２ベクトルで示されるレーザビームではδθの値に拘らず、θ２は常に全反射臨界角を超えているため、常に全反射を生じ、外部には出力されない。
【００６６】
図１１は、様々な形状の異屈折率部（構造体）４Ｂの平面図である。
【００６７】
上記では、異屈折率部４ＢのＡＢ平面（ＸＹ平面）内における形状として長方形（Ａ）のものを示したが、これは正方形（Ｂ）、楕円形又は円形（Ｃ）とすることもでき、二等辺や正三角形（Ｄ）とすることもできる。また、三角形の向きとして、底辺がＡ方向に平行なもの（Ｄ）の他、底辺がＢ方向に平行なもの（Ｅ）、（Ｄ）に示す三角形を１８０度回転させたもの（Ｆ）とすることもできる。なお、いずれの図形も回転や寸法比率の変更を行うことができる。なお、これらの図形の配列周期は、各図形の重心間の距離を用いることができる。
【００６８】
なお、２つの周期構造を重畳させるにあたり、周期が異なることにより孔の個数に差異が生じるため、２つの周期構造による回折強度に差が生じる。これを低減するため、周期ａ１の構造に対してはＡ方向の形状長さをａ１／ｂ１倍し、周期ａ２の構造に対してはＡ方向の形状長さをａ２／ｂ２（＝ｂ１）倍することが効果的である。
【００６９】
なお、上述の実施形態では、駆動電極Ｅ２の数が１つの場合には、単一方向のビームのみを出力可能な半導体レーザ素子を構成する。駆動電極Ｅ２の数は、複数であれば、レーザビーム偏向装置を構成することができる。
【００７０】
次に、平板集光要素２０について、図１３を参照して詳細に説明する。図１３の（Ａ）は、半導体レーザ素子１０及び平板集光要素２０をＸＹ平面に平行な面で切断して示す断面図である。図１３の（Ｂ）は、図１３の（Ａ）内に点線で示す楕円Ｒｂ内を拡大して示す図である。図１３の（Ｃ）は、図１３の（Ａ）内に点線で示す楕円Ｒｃ内を拡大して示す図である。半導体レーザ素子１０及び平板集光要素２０は、Ｘ座標が正の領域にも延びているが、その形状は、Ｘ座標が負の領域における形状と同様である。このため、図１３では、半導体レーザ素子１０及び平板集光要素２０のうち、Ｘ座標が正の領域に位置する部分を省略して示している。
【００７１】
平板集光要素２０は、Ｚ軸方向に延びる柱状のフレネルレンズである。平板集光要素２０の屈折率は、Ｘ軸方向に沿って変化する。平板集光要素２０の一方の面は対物面２１であり、他方の面は平面２２である。半導体レーザモジュール１００において、平板集光要素２０は、半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳに対向して配置される。平面２２は、光出射端面ＬＥＳに対向する。平面２２は、光出射端面ＬＥＳと接触していてもよいし、平面２２と光出射端面ＬＥＳとが離れていてもよい。図１３では、平面２２と光出射端面ＬＥＳとが離れている場合を示している。
【００７２】
対物面２１は、光出射端面ＬＥＳに対向する側と反対側に位置する。対物面２１は、複数（ここではＮ枚）の曲面２１ａ１、２１ａ２、・・・、２１ａＸ、・・・、２１ａＮ（以下、曲面２１ａと総称する）を含む。対物面は、隣り合う曲面２１ａ同士を接続する面２１ｂを含む。図１３では２１ｂがｙ軸と平行な場合について示したが、２１ｂはｙ軸と平行でなくとも良い。複数の曲面２１ａは、光出射端面ＬＥＳに直交するＹ軸方向から見て、Ｘ軸方向（第一方向）に並んで位置する。Ｎ枚の曲面２１ａは、それぞれ半導体レーザ素子１０のＮ個のフォトニック結晶領域４Ｒの１つに対応するように設けられる。半導体レーザ素子に含まれる駆動電極Ｅ２の数と曲面２１ａの枚数Ｎは一致する。
【００７３】
図１３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、曲面２１ａの各々は、半導体レーザ素子１０から当該曲面２１ａに入射するレーザビームＬＢに垂直な平面ｆに接している。曲面２１ａの各々に入射するレーザビームＬＢの進行方向は、曲面２１ａごとに異なっており、レーザビームＬＢに垂直な平面ｆがＸＺ平面に対してなす角度も、曲面２１ａごとに異なっている。図１３の（Ｂ）は、Ｘ座標が０の位置に配置された曲面２１ａ１を拡大して示している。曲面２１ａ１には、半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳから出射されて平板集光要素２０内を進行してきたレーザビームＬＢが入射する。このレーザビームＬＢの進行方向は、Ｙ軸に平行である。したがって、曲面２１ａ１は、レーザビームＬＢに垂直な平面ｆ、すなわちＸＺ平面に平行な平面に接する。また、図１３の（Ｃ）は、Ｘ座標がＸの位置に配置された曲面２１ａＸを拡大して示している。曲面２１ａＸには、半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳから出射されて平板集光要素２０内を進行してきたレーザビームＬＢが入射する。このレーザビームＬＢの進行方向は、ＸＹ平面に平行であり、Ｙ軸に対して角度θout（Ｘ）をなしている。したがって、曲面２１ａＸは、レーザビームＬＢに垂直な平面ｆ、すなわちＸＺ平面に対して角θout（Ｘ）をなし、Ｚ軸に平行な平面に接する。
【００７４】
Ｘ軸に沿った位置Ｘにおける、活性層３Ｂが延びる方向に平行なＸＹ平面内における複数の曲面２１ａの各々の曲率半径ｒ（Ｘ）は、次の（式２）である。
【数２】
2014082257.tif 000004
【００７５】
（式２）において、ｎ（Ｘ）は、位置Ｘにおける平板集光要素２０の屈折率である。θout（Ｘ）は、位置Ｘにおいて対物面２１から出射されるレーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線Ｎに対してなす角度である。ｆ0は、θout（Ｘ）＝０の場合の平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離である。
【００７６】
上記の（式２）の導出過程について説明する。一方の面が曲率半径ｒ（Ｘ）を有する球面であり、他方の面が平面であり、屈折率がｎ（Ｘ）であり、焦点距離がｆ（Ｘ）のレンズについて、以下の（式３）が成立することが知られている。
ｒ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ）・｛ｎ（Ｘ）−１｝  …（式３）
【００７７】
図１を参照すると、レーザビームＬＢの出射角度θout（Ｘ）によらず、対物面２２から距離ｆ0だけ離れた焦点面ＦにレーザビームＬＢを集光させるためには、次の（式４）が成立する必要がある。
ｆ（Ｘ）≒ｆ0／ｃｏｓ（θout（Ｘ））  …（式４）
【００７８】
（式４）を（式３）に代入すると、上記の（式２）が得られる。
【００７９】
曲面２１ａの各々は、Ｚ軸方向の曲率半径を有していない。すなわち、Ｚ軸に平行な平面と曲面２１ａとの交線は、直線となる。このため、平板集光要素２０をＸＹ平面に平行な平面で切断した場合、切断面の位置に関わらず、平板集光要素２０の断面形状は同一である。
【００８０】
複数の曲面２１ａは、Ｘ軸の負の側に配置されているものほど、光出射端面ＬＥＳとの距離が短い。すなわち、半導体レーザ素子１０から入射するレーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線、すなわちＹ軸方向に対してなす角度が大きい曲面２１ａほど、光出射端面ＬＥＳとの距離が短い。
【００８１】
本実施形態に係る半導体レーザモジュール１００によれば、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ活性層３Ｂが延びるＸ軸方向に並んで活性層３Ｂに位置する複数の領域から出射されるレーザビームＬＢの光出射端面ＬＥＳに対する出射方向がそれぞれ異なっている。半導体レーザモジュール１００が、半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳに対向して配置される平板集光要素２０を具備しており、平板集光要素２０が、光出射端面ＬＥＳに対向する側と反対側に対物面２１を備える。この対物面２１が複数の曲面２１ａを含んで形成されており、複数の曲面２１ａの各々の曲率半径ｒ（Ｘ）が上記の数式（式２）に基づいて決定される。このため、活性層３Ｂの複数の領域から光出射端面ＬＥＳの法線に対して角度θout（Ｘ）をなして出射されるレーザビームＬＢに対して、平板集光要素ＬＥＳの焦点距離はｆ0／ｃｏｓ（θout（Ｘ））となる。したがって、平板集光要素ＬＥＳによって集光される焦点と光出射端面ＬＥＳとの間の距離は、θout（Ｘ）の値によらずｆ0となり、レーザビームＬＢは光出射端面ＬＥＳから距離ｆ0の平面Ｆに集光される。したがって、レーザビームＬＢの出射方向によらずレーザビームＬＢの拡がり角を一定とすることができる。
【００８２】
半導体レーザ素子１０から入射するレーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線に対してなす角度が大きい曲面２１ａほど、光出射端面ＬＥＳとの距離が短い。このため、当該曲面２１ａを通過するレーザビームＬＢと、他の曲面２１ａを通過するレーザビームＬＢと、の干渉を防ぐことができる。
【００８３】
複数の曲面２１ａの各々は、数式（式２）により決定される曲率半径に対して、収差補正のために非球面化処理されていてもよい。この場合には、平板集光要素２０において発生する収差を補正することができる。
【００８４】
複数の曲面２１ａの各々は、活性層３Ｂが延びる方向に垂直な方向の曲率半径を有するようにしてもよい。この場合には、曲面２１ａが活性層３Ｂの延びる方向に垂直な方向の曲率半径を有する。このため、活性層３Ｂが延びる方向に垂直な方向のレーザビームＬＢの拡がり角を調整することができる。
【００８５】
曲面２１ａの数Ｎは、半導体レーザ素子１０のフォトニック結晶領域４Ｒの数と一致しなくてもよい。特に、曲面２１ａの数Ｎをフォトニック結晶領域４Ｒの数よりも増やしておけば、隣接する２つの駆動電極Ｅ２，Ｅ２に同時に電流を供給することによって、一方の駆動電極Ｅ２に電流を供給した場合のレーザビームＬＢの出射方向と、他方の駆動電極Ｅ２に電流を供給した場合のレーザビームＬＢの出射方向との中間の方向にレーザビームＬＢが出射された場合にも、平板集光要素２０がレーザビームＬＢを好適に集光することができる。
【００８６】
平板集光要素２０の屈折率ｎ（Ｘ）は、Ｘ軸方向に沿って変化するものとしたが、屈折率ｎ（Ｘ）がＸ座標に応じて連続的に変化するようにしてもよいし、特定のＸ座標の位置において不連続に変化するようにしてもよい。また、平板集光要素２０全体を、一定の屈折率ｎを有する単一の材料により構成し、屈折率ｎ（Ｘ）がＸ座標によらず一定となるようにしてもよい。
【００８７】
なお、上記では、１つのフォトニック結晶層４を用いた例について説明したが、これは２つのフォトニック結晶層４を用いて構成してもよい。
【００８８】
図１４は、半導体レーザ素子の縦断面図である。
【００８９】
図２に示したものとの相違点は、クラッド層２と光ガイド層３Ａ（活性層３Ｂ）との間に、第２のフォトニック結晶層４’を備えている点のみである。なお、第２のフォトニック結晶層４’は、第１のフォトニック結晶層４と同じ材料からなる基本層４Ａ’と異屈折率部４Ｂ’とを備えている。
【００９０】
図２に示したフォトニック結晶層４を第１のフォトニック結晶層とすると、このフォトニック結晶層４は、図５に示した単一の周期構造を有する屈折率分布構造を有しており、第２のフォトニック結晶層４’は、図６に示した周期ａ２の単一の周期構造のほか、各領域内の周期がａ３〜ａ４となるものを、Ａ方向に並べた屈折率分布構造を有している。すなわち、半導体レーザ素子の厚み方向から、これらのフォトニック結晶層４，４’の重なりを見ると、図８に示したものと同様に、領域Δ１〜領域Δ５が、Ａ方向に沿って整列していることになる。かかる構造の場合においても、各パラメータを上記のように設定することにより、図２に示した構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
なお、かかる構造を製造する場合、クラッド層２の形成後に、第１のフォトニック結晶層４と同様の製造方法を行い（但し、異屈折率部４Ｂが形成された時点で成長を停止する）、しかる後、この上に、光ガイド層３Ａ以降の各層を、上述の製造方法と同様に製造すればよい。
【００９２】
また、２つの屈折率周期構造を含む第１のフォトニック結晶層４と同一の構造の第２のフォトニック結晶層４’を、第１のフォトニック結晶層４に代えて用いた構造であっても、同様の効果を奏する。
【００９３】
以上、説明したように、上述の半導体レーザ素子は、端面発光型の半導体レーザ素子であって、基板１上に形成された下部クラッド層２と、上部クラッド層５と、下部クラッド層２と上部クラッド層５との間に介在する活性層３Ｂ（光ガイド層を含んでもよい）と、活性層３Ｂと上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在するフォトニック結晶層４，４’と、活性層３Ｂの第１領域Ｒ（１つの駆動電極Ｅ２の直下領域）に駆動電流を供給するための第１駆動電極Ｅ２と、を備え、第１駆動電極Ｅ２の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子の光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、傾斜しており、フォトニック結晶層４，４’の第１領域Ｒに対応する領域Δ１は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第１及び第２の周期構造を有しており、第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期（ａ１、ａ２）の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第１駆動電極Ｅ２の長手方向（Ｂ方向）に対して所定の角度（δθ）を成す２つのレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの一方のみは、全反射条件を満たすように設定され、他方の屈折角θ３は９０度未満となるように設定されることを特徴とする。
【００９４】
すなわち、端面発光型のレーザ素子において、第１駆動電極Ｅ２への駆動電流の供給による発光に関して、レーザ素子内部における一方のレーザビームの光出射端面への入射角θを全反射臨界角以上とすることで、当該レーザビームが外部に出力されないようにすることができる。他方のレーザビームの屈折角θ３は、９０度未満であるため、当該レーザビームは光出射端面を介して外部に出力することができる。
【００９５】
また、本発明の態様に係る半導体レーザ素子は、活性層３Ｂの第２領域Ｒ（２番目の駆動電極Ｅ２の直下の領域）に駆動電流を供給するための第２駆動電極Ｅ２を更に備え、第２駆動電極Ｅ２の長手方向（Ｂ方向）は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子の光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、傾斜しており、フォトニック結晶層の前記第２領域に対応する領域Δ２は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに第３及び第４の周期構造を有しており、前記第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期（ａ１，ａ３）の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第２駆動電極Ｅ２の長手方向に対して所定の角度δθを成す２つのレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの一方のみは、光出射端面において全反射するように設定され、他方の屈折角θ３は９０度未満となるように設定され、第１及び第２の周期構造におけるそれぞれの配列周期（ａ１，ａ２）の逆数の差分は、第３及び第４の周期構造におけるそれぞれの配列周期（ａ１，ａ３）の逆数の差分とは異なる。
【００９６】
端面発光型のレーザ素子において、第２駆動電極Ｅ２への駆動電流の供給による発光に関して、レーザ素子内部における一方のレーザビームの光出射端面への入射角を全反射臨界角以上とすることで、当該レーザビームが外部に出力されないようにすることができる。他方のレーザビームの屈折角は、９０度未満であるため、当該レーザビームは光出射端面を介して外部に出力することができる。
【００９７】
なお、左から３番目以降の駆動電極Ｅ２に関しても同様の作用効果がある。
【００９８】
ここで、それぞれの駆動電極に対応するフォトニック結晶層４，４’内の領域では、異屈折率部４Ｂの配列周期の逆数の差（出射方向決定因子）が異なる。この差の値は、レーザビームの出射方向を決定する。したがって、双方の領域において、この差（出射方向決定因子）の値が異なるため、レーザビームの出射方向は、第１駆動電極Ｅ２に対応する領域Δ１と、第２駆動電極Ｅ２に対応する領域Δ２では異なることとなる。それぞれの領域で発生する一対のレーザビームのうち、一方は全反射臨界角以上で光出射端面に入射するため、外部には出射されない。したがって、各駆動電極への駆動電流の供給を切り替えることにより、異なる方向に１方向のレーザビームのみを出力することができるようになる。
【００９９】
なお、本実施例では周期の異なるフォトニック結晶としてＡ方向とＢ方向の周期が（ｂ１，ｂ１）の正方格子をベースとし、第１周期構造として周期が（ａ１，ｂ１）の長方格子、第２周期構造として周期が（ａ２，ｂ１）の長方格子の場合について説明したが、もちろん三角格子をベースとしてＡ方向の周期を互いに異ならせた構造を用いても良い。
【０１００】
図１５は、図４に示した平面図の天地を反転させ、出射されるビームの屈折角θ３を若干変更して示した素子内部の平面図である。図４においても同様である。
【０１０１】
ｘｙｚ直交座標系は、ＸＹＺ直交座標系をＺ軸の周りに角度＋φだけ回転させた座標系であり、＋ｘ方向は＋Ａ方向に一致し、＋ｙ方向は−Ｂ方向に一致する。フォトニック結晶の孔のパターンの配列は、光出射端面に対して角度φだけ傾斜している。図示のように、波数ベクトルｋ２の反射方向（波数ベクトルｋ２’のレーザビーム進行方向）と光出射端面ＬＥＳの成す角度をθ２’、波数ベクトルｋ１のレーザビームの反射方向（波数ベクトルｋ１’のレーザビーム進行方向）と光出射端面ＬＥＳとの成す角度をθ３’とする。
【０１０２】
上述の実施形態では、素子から出射されるレーザビーム数が１本となるように、波数ベクトルｋ２のレーザビームに関しては、光出射端面ＬＥＳにおいて全反射されるように、設定した。しかしながら、このレーザビームのパワーを、素子内部において再利用することができれば、電気エネルギーからレーザビームへのエネルギー変換効率が高くなるものと考えられる。そこで、反射したレーザビームＹ２’を内部で再利用できる条件について、検討する。なお、波数ベクトルｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｋ１’、ｋ２’に対応するレーザビーム（主要光波とする）を、それぞれＹ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ１’、Ｙ２’とし、これらは光波のベクトルも示しているものとする。また、Ｘ軸と主要光波Ｙ４との成す角度をθｔ、Ｘ軸と主要光波Ｙ３との成す角度をθｒとする。
【０１０３】
各パラメータθｔ、θｒ、θ２’、θ３’は、以下の関係式を満たしている。なお、β０、β１、β２はそれぞれ、Ｂ方向における基本逆格子ベクトル、第１周期構造のＡ方向における基本逆格子ベクトル、第２周期構造のＡ方向における基本逆格子ベクトルを意味するものとし、β０＝２π／ｂ１（＝ｂ２）、β１＝２π／ａ１、β２＝２π／ａ２、Δβ＝β２−β１、α＝β０／Δβとする。
【０１０４】
角度θｒについて説明すると、図１６に示すように、ｘｙ座標系において、原点ＯからＰ点（βｘ，βｙ）に向かうベクトルが、ｘ軸と成す角度θβ＝ｔａｎ−１(βｙ／βｘ)で与えられる。ここで、θｔはθβにおいて、βｘ＝（１／２）×Δβ、βｙ＝β０として、角度φを加えた場合であるから、（式５）で与えられる。残りのパラメータも同様に計算され、（式６）〜（式８）で与えられる。
θｔ＝ｔａｎ−１(２α)＋φ              …（式５）
θｒ＝１８０°−ｔａｎ−１(２α)＋φ    …（式６）
θ２’＝ｔａｎ−１(２α)−φ            …（式７）
θ３’＝１８０°−ｔａｎ−１(２α)−φ  …（式８）
【０１０５】
何らの付加的な構造が存在しない場合、全反射した主要光波Ｙ２’が、レーザ光共振に寄与するためには、主要光波Ｙ２’の角度θ２’と角度θｔが一致する必要がある（θ２’＝θｔ）。この場合、φ＝０となる。また、反射した主要光波Ｙ１’の角度θ３’と角度θｒが一致する必要がある（θ３’＝θｒ）。この場合、φ＝０となる。一方、２つの主要光波Ｙ１，Ｙ２のうち、一方を全反射させるためには、φ≠０である必要がある。したがって、出力されるビーム数を１本となるように全反射を行った場合には、光出射端面にて反射した主要光波をレーザ光共振に有効に寄与させることはできない。
【０１０６】
したがって、反射光を利用可能な付加的な構造について検討する。
【０１０７】
図１７は、ｘｙ座標系における主要光波の向きを示すグラフである。ｘｙ座標系におけるｘ軸は、Ｘ軸に対して角度φだけ回転している。
【０１０８】
反射光としての主要光波Ｙ２’を、共振に供する主要光波Ｙ４に一致させるためには、光波Ｙ２’の向きを角度２φだけ回転させればよい。ｘｙ座標系における主要光波Ｙ４を示すベクトルの先端Ｐ４の座標は（Δβ／２，β０）であり、主要光波Ｙ２’を示すベクトルの先端Ｐ２’の座標は、これを−２φだけ回転した座標である。
【０１０９】
一方、ＸＹ座標系においては、ｘｙ座標系のベクトルＹ４（先端Ｐ４）の座標（Δβ／２，β０）は、これを＋φだけ回転した座標（ＸＡ，ＹＡ）に変換され、ベクトルＹ２’の座標は、ｘｙ座標系のベクトルＹ４の座標を−φだけ回転した座標（ＸＢ，ＹＢ）に変換される。
（ＸＡ，ＹＡ）＝（Δβｃｏｓφ／２−β０ｓｉｎφ，Δβｓｉｎφ／２＋β０ｃｏｓφ）      …（式９）
（ＸＢ，ＹＢ）＝（Δβｃｏｓφ／２＋β０ｓｉｎφ，−Δβｓｉｎφ／２＋β０ｃｏｓφ）      …（式１０）
【０１１０】
ベクトルΔＹに等しい逆格子ベクトルが存在すれば、主要光波Ｙ２’が主要光波Ｙ４に結合する。すなわち、ベクトルＹ２’に、ベクトルΔＹを加えれば、ベクトルＹ４となる。ベクトルΔＹは以下のように表され、このベクトルΔＹに等しい逆格子ベクトルを有する新たな周期構造を付加的に採用すれば、全反射した光波Ｙ２’を共振に寄与させることができる。
ΔＹ＝（ＸＡ−ＸＢ，ＹＡ−ＹＢ）＝（−２β０ｓｉｎφ，Δβｓｉｎφ）
【０１１１】
なお、この新たな周期構造は、異屈折率部がストライプ状に配置されていることが好ましい。ストライプ状の周期構造は、光結合係数の異方性が高く、共振状態のＹ１，Ｙ２が受ける影響を小さくすることができる。
【０１１２】
図１８は、活性層３Ｂ内の主要光波について説明する素子内部の平面図である。
【０１１３】
ＸＹ平面と光出射端面ＬＥＳとの交線はＸ軸に一致している。上述のベクトルΔＹが存在する場合には、座標Ｐ２’に先端がある光波Ｙ２’の波数ベクトルは座標Ｐ４に先端がある光波Ｙ４の波数ベクトルに変換される。ベクトルΔＹに垂直な直線をＬとする。新たな周期構造は、活性層３Ｂ内において、光波が直線Ｌに垂直な方向に進行するように設定すればよい。活性層３Ｂ内の光波の進行方向を制御するため、これに光学的に結合している回折格子層のパターンを制御する。上述の図１４においては、上下のフォトニック結晶層（回折格子層）４，４’を備えることとした。このような構造の場合において、上述の全反射を達成するフォトニック結晶層を上部の回折格子層４内に作製し、反射光を共振に利用するための上記新たな周期構造を回折格子層４’内に作製することができる（もちろん、これらの周期構造はどちらか一方、或いは両方の層に重畳して作製してもよい）。
【０１１４】
図１９（Ａ）は、上記ベクトルΔＹを与える周期構造を有する回折格子層４’の平面図であり、図１９（Ｂ）は、そのＸＺ平面内の断面図である。
【０１１５】
回折格子層４’は、ＸＹ平面内において、直線Ｌに沿ってストライプ状に延びた基本層４Ａ’と異屈折率部４Ｂ’とを備えており、これらの屈折率は異なっている。異屈折率部４Ｂ’は、周期的に基本層４Ａ’内に埋め込まれている。これにより、回折格子層４’内に、ストライプ状の周期的屈折率分布構造が形成され、ΔＹの方向に光波は進行させる回折格子層として機能する。直線Ｌに垂直な方向に沿った基本層４Ａ’の幅がこの周期構造の周期Λに対して占める割合を変化させることにより、本ストライプ状周期的屈折率分布構造による回折の強度を変化させることが出来る。逆格子空間におけるΔＹの逆格子ベクトルの長さＬ２、周期Λ、直線ＬとＸ軸との成す角度θは、以下のように与えられる。
【０１１６】
Ｌ２＝｛（２β０ｓｉｎφ）２＋（Δβｓｉｎφ）２｝１／２      …（式１１）
Λ＝２π／Ｌ２
＝１／｛（２ｓｉｎφ／ａｙ）２＋（（１／ａＩＩ−１／ａＩ）ｓｉｎφ）２｝１／２  …（式１２）
θ＝θｔ−φ
＝ｔａｎ−１(２α)
＝ｔａｎ−１｛（２／ａｙ）／（１／ａＩＩ−１／ａＩ）｝  …（式１３）
【０１１７】
なお、β０＝２π／ａｙ、β１＝２π／ａＩ、β２＝２π／ａＩＩであり、ａｙはＢ方向の周期、ａＩは第１周期構造のＡ方向の周期、ａＩＩは第２周期構造のＡ方向の周期を示している。
【０１１８】
図２０は、レーザビーム出射角（屈折角）θ３と、ストライプの角度θ、周期Λの関係を示すグラフであり、図２１は、このグラフに用いられるデータを示す図表である。θ（°）のデータの縦軸はグラフの左側に示し、Λ（ｎｍ）のデータの縦軸はグラフの右側に示す。
【０１１９】
レーザビームの出射角θ３が大きくなるにつれて、ストライプの角度θは増加し、周期Λは小さくなることが分かる。同グラフでは、角度θ３を０°から７０°まで増加させた場合に、角度θは８４．２７°から８９．５４°まで増加し、周期Λは４８６．０８ｎｍから４６３．４３ｎｍまで減少しているが、現実的に実施可能な数値範囲内に収まっている。
【０１２０】
なお、図１４において、全反射用の周期パターンを双方のフォトニック結晶層４，４’内に作製している場合には、これらとは別に、上記ΔＹを与える新たな周期構造の回折格子層４”（構造は図１９の場合の回折格子層４’と同一）を、上部クラッド層５と回折格子層４との間に作製することができる（図２２（Ａ））。或いは、上記ΔＹを与える新たな周期構造の回折格子層４”（構造は図１９の場合の回折格子層４’と同一）を下部クラッド層２と回折格子層４’との間に形成すればよい（図２２（Ｂ））。このように、上記例では、全反射臨界角条件を満たすことで、光出射端面によって反射されたレーザビームを、活性層内部で共振するレーザビームに結合させ、共振に寄与させる回折格子構造（図１９、図２２の回折格子層）を更に備えている。この場合、エネルギー利用効率が高くなる。
【０１２１】
図２３は、様々な周期構造を有するフォトニック結晶層４の平面図である。いずれのフォトニック結晶層４においても、基本層４Ａ内に周期的に異屈折率部４Ｂが埋め込まれている。図２３（Ａ）には正方格子、図２３（Ｂ）には長方格子、図２３（Ｃ）には三角格子、図２３（Ｄ）には面心長方格子が示されている。上述のように、フォトニック結晶層４においては、周期の異なる２つの周期構造を１つのフォトニック結晶層４内に重畳して含むか、或いは、２つのフォトニック結晶層４，４’内にそれぞれ含ませて平面視において重畳させる構成を採用する。これらの図では、重畳前の各周期構造の例を示しており、２種類の周期構造を、それぞれの基本並進ベクトル（矢印で示す）の向きが一致するように重ねて配置する。
【０１２２】
詳細には、図２３（Ａ）のフォトニック結晶層４では、正方格子の格子点位置に、異屈折率部４Ｂが配置されている。正方格子は、正方形を隙間無く並べてできる形状であり、１つの格子を構成する正方形の一方の辺の長さａは、他方の辺の長さｂに等しい。換言すれば、異屈折率部４Ｂの横方向の配列周期ａは、縦方向の配列周期ｂに等しい。ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。
【０１２３】
図２３（Ｂ）のフォトニック結晶層４では、長方格子の格子点位置に、異屈折率部４Ｂが配置されている。縦横の長さの異なる長方格子は、長方形を隙間無く並べてできる形状であり、１つの格子を構成する長方形の一方の辺の長さａは、他方の辺の長さｂとは異なる。換言すれば、異屈折率部４Ｂの横方向の配列周期ａは、縦方向の配列周期ｂとは異なる。ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。
【０１２４】
図２３（Ｃ）のフォトニック結晶層４では、三角格子の格子点位置に、異屈折率部４Ｂが配置されている。三角格子は、三角形を隙間無く並べてできる形状であり、１つの格子を構成する三角形の底辺の長さをａ、高さをｂとする。三角形が正三角形である場合には、底辺の長さａは換言すれば、異屈折率部４Ｂの横方向の配列周期ａは、縦方向の配列周期ｂはａの√２倍となる。ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。
【０１２５】
図２３（Ｄ）のフォトニック結晶層４では、面心長方格子の格子点位置に、異屈折率部４Ｂが配置されている。面心長方格子は、長方格子の各格子内の中央位置に付加的に格子点を備える格子であり、長方格子自体は長方形を隙間無く並べてできている。ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。
【０１２６】
なお、上述のように、Ａ軸はＸ軸に対して傾斜しており、これらは平行ではない。換言すれば、図２〜図１２及び図１４〜図２３において説明したフォトニック結晶層４は、いずれにおいても、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、フォトニック結晶層４における異屈折率部４Ｂは、その格子構造の格子点位置に配置されており、格子構造の基本並進ベクトル（Ａ軸、Ｂ軸）の方向は、光出射端面ＬＥＳ（図４参照）に平行な方向（Ｘ軸）とは異なっている。この場合、傾きを一定以上にすることで一方のレーザビームが全反射臨界角条件を満たすことができる。
【０１２７】
また、フォトニック結晶層の格子構造は、その厚み方向から見た場合、正方格子と長方格子、長方格子と長方格子、三角格子と面心長方格子、面心長方格子と面心長方格子など、正方格子、長方格子、三角格子、又は、面心長方格子の組み合わせにより構成していることができる。つまり、上記に示した１つの格子に対して、ある一方向に関してピッチが異なる格子を組み合わせて構成することが出来る。
【０１２８】
上述の正方格子（図２３（Ａ））と、長方格子（図２３（Ｂ））を重畳させる場合、フォトニック結晶層４（或いは４，４’）には正方格子及び長方格子の結晶構造が含まれていることとなり、正孔格子の一方の軸方向の周期をａ１、この一方の軸に直交する軸方向の周期をｂ１、長方格子の一方の軸方向の周期をａ２、この一方の軸に直交する軸方向の周期をｂ２とした場合、ａ１＝ｂ１、ａ１≠ａ２、ｂ１＝ｂ２を満たすことができる。この場合、フォトニック結晶層面内には互いに直交しない斜め光波による定在波状態が形成され、この斜め光波が互いに成す角度がａ１とａ２の差分に応じて変化するという効果がある。
【０１２９】
また、２つの長方格子（図２３（Ｂ））を重畳させる場合、フォトニック結晶層４（或いは４，４’）には第１及び第２の長方格子の結晶構造が含まれており、第１の長方格子の一方の軸方向の周期をａ１、この一方の軸に直交する軸方向の周期をｂ１、第２の長方格子の一方の軸方向の周期をａ２、この一方の軸に直交する軸方向の周期をｂ２とした場合、ａ１≠ａ２、ｂ１＝ｂ２を満たすことができる。この場合、フォトニック結晶層面内には互いに直交しない斜め光波による定在波状態が形成され、この斜め光波が互いに成す角度がａ１とａ２の差分に応じて変化するという効果がある。
【０１３０】
また、２つの面心長方格子（図２３（Ｄ））を重畳させる場合、フォトニック結晶層４（或いは４，４’）には、第１及び第２の面心長方格子の結晶構造が含まれており、第１の面心長方格子の一方の軸方向の周期をａ１、この一方の軸に直交する軸方向の周期をｂ１、第２の面心長方格子の一方の軸方向の周期をａ２、この一方の軸に直交する軸方向の周期をｂ２とした場合、ａ１≠ａ２、ｂ１＝ｂ２を満たすことができる。この場合、フォトニック結晶層面内には互いに直交しない斜め光波による定在波状態が形成され、この斜め光波が互いに成す角度がａ１とａ２の差分に応じて変化するという効果がある。
【０１３１】
一方の面心長方格子は、三角格子とすることができる。三角格子は面心長方格子のうち格子を形成する基本並進ベクトルの成す角が６０度となる特別な場合である。
【０１３２】
また、図２に示したように、半導体レーザ素子１０は、活性層３Ｂの駆動電極直下の領域（第１領域、第２領域・・・）Ｒを備えている。活性層３Ｂの第１領域Ｒに対応するフォトニック結晶層の異屈折率部４Ｂと、活性層３Ｂの第２領域Ｒに対応するフォトニック結晶層の異屈折率部４Ｂとは、第１領域Ｒ及び第２領域Ｒそれぞれから出力されるレーザビームの屈折角が異なり、強度が一致するよう、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合の個々の形状が異なるように設定することができる。換言すれば、複数あるフォトニック結晶の回折強度を同一とするよう、孔（異屈折率部）の大きさを変化させる。強度が同じであるため、レーザプリンタやレーダ等の電子機器等への適用が容易である。
【０１３３】
例えば、孔（異屈折率部）は、周期が異なる方の基本並進ベクトルに沿った方向にそった長さを変化させる。具体的には、第１領域Ｒ内では、第１周期構造及び第２周期構造における異屈折率部４Ｂの配列周期が異なる方向（例えばＢ軸）に沿った異屈折率部４Ｂの寸法が、当該異なる方向に沿った位置に応じて異なり、第２領域Ｒ内では、第３及び第４周期構造における異屈折率部４Ｂの配列周期が異なる方向（例えばＢ軸）に沿った異屈折率部４Ｂの寸法が、当該異なる方向に沿った位置に応じて異なる。これにより、第１周期構造及び第２周期構造における回折強度、或いは第３周期構造及び第４周期構造における回折強度をそれぞれ揃えることが可能となり、発振を安定化させることができる。
【０１３４】
また、図１２に示したレーザビーム偏向装置は、半導体レーザ素子１０と、第１駆動電極及び第２駆動電極を含む電極群Ｅ２に選択的に駆動電流を供給する駆動電流供給回路１１とを備えている。駆動電流の供給を制御することで、レーザビームＬＢの出射を制御することができる。ここで、駆動電流供給回路１１は、電極群の各電極Ｅ２に供給する駆動電流の比率を変化させる手段を更に有することができる。すなわち、図１２において、符号ＳＷ１〜ＳＷ５が、スイッチ付きのアンプを示すものとし、電源回路１１Ａから供給される駆動電流の大きさを当該アンプが制御する構成とすることができる。この場合、制御回路１１Ｂは、各アンプの利得を制御することで、各電極Ｅ２に供給される駆動電流の比率を制御することができる。
【０１３５】
また、第１領域Ｒにおける第１周期構造における基本並進ベクトルに沿った周期は、第２領域Ｒにおける第３周期構造に近づくにしたがって連続的に変化させることもできる。この場合、周期の異なるフォトニック結晶同士の界面において反射が生じることを防止できるという効果がある。
【０１３６】
また、図１２に示したレーザビーム偏向装置において、各電極Ｅ２の直下の活性層から出力されるレーザビームの波長は、同一であることが好ましい。ミラー等でレーザビーム走査が行われた場合は、偏向前後のレーザビームの波長は同一であるからである。そこで、第１及び第２駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給した場合において、第１及び第２駆動電極Ｅ２の直下の活性層の第１領域Ｒ及び第２領域Ｒでそれぞれ発生するレーザビームの共振波長が同一となるように、設定することが好ましい。
【０１３７】
すなわち、第１領域Ｒにおいて重畳された周期構造（第１周期構造、第２周期構造）と、第２領域Ｒにおいて重畳された周期構造（第３周期構造、第４周期構造）とは、以下の関係を満たしている。
例えば、長方格子と長方格子の組み合わせからなる構造を考えると、以下の関係式となる。
ｂ１１＝ｂ２１＝ｂ０／√（１−ｓｉｎ２δθ１）
δθ１＝φ−ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ３１／ｎｄｅｖ）
ｂ１２＝ｂ２２＝ｂ０／√（１−ｓｉｎ２δθ２）
δθ２＝φ−ｓｉｎ−１（ｓｉｎθ３２／ｎｄｅｖ）
【０１３８】
但し、第１領域Ｒにおいて重畳された第１の長方格子のＢ軸方向の周期をｂ１１、第２の長方格子のＢ軸方向の周期をｂ２１、第１領域Ｒのビーム出射角をθ３１とし、第２領域Ｒにおいて重畳された第１の長方格子のＢ軸方向の周期をｂ１２、第２の長方格子のＢ軸方向の周期をｂ２２、第２領域Ｒのビーム出射角をθ３２とした。
【０１３９】
なお、上記は、長方格子と長方格子の組み合わせについて示したが、他の格子系においても同様である。
【０１４０】
なお、上述のレーザビーム偏向装置は、素子自体が偏向機能を有するため、小型化が可能であり、高信頼性、高速化も期待することができる。小型であるため、携帯機器に組み込み、また、医療用カプセル内視鏡に組み込んだレーザメスや光線力学的治療（ＰＤＴ：Photo  Dynamic  Therapy）用光源とすることも期待される。もちろん、大型のレーザ走査によるディスプレイへの応用も考えられる。レーザビームの迷光は外部に出力されないので、信頼性の向上も期待される。
【符号の説明】
【０１４１】
１０…半導体レーザ素子、１…半導体基板、２…下部クラッド層、３Ａ…下部光ガイド層、３Ｂ…活性層、３Ｃ…上部光ガイド層、４…フォトニック結晶層、５…上部クラッド層、６…コンタクト層、２０…平板集光要素、２１…対物面、２１ａ，２１ａ１〜２１ａＮ…曲面、Ｅ２…駆動電極、ＬＥＳ…光出射端面、Ｎ…法線、ｆ…平面。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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