(57)【要約】【課題】所定の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素子及びレーザビーム偏向装置を提供する。【解決手段】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Ｅ２と、を備え、駆動電流の供給により複数の領域においてレーザビームを発生し、複数の駆動電極Ｅ２には、隣り合う第一駆動電極と第二駆動電極とが含まれており、第一駆動電極及び第二駆動電極は、隣り合う方向と交差する方向を長手方向として延びる第一電極部分Ｅ２１を有し、第一駆動電極は、第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有する。【選択図】図２４
2014082263.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であって、
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、
前記駆動電流の供給により前記複数の領域においてレーザビームを発生し、
前記複数の駆動電極には、隣り合う第一駆動電極と第二駆動電極とが含まれており、
前記第一及び第二駆動電極は、隣り合う方向と交差する方向を長手方向として延びる第一電極部分を有し、
前記第一駆動電極は、前記第一電極部分から、前記第二駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有する、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第二駆動電極は、前記第二駆動電極の前記第一電極部分から、前記第一駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有し、
前記第一及び第二駆動電極の長手方向と交差する方向である短手方向から見た場合に、前記第一駆動電極の前記第二電極部分と、前記第二駆動電極の前記第二電極部分とは、重なり合う部分を有さない、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第一及び第二駆動電極の長手方向から見た場合に、前記第一駆動電極の前記第二電極部分と、前記第二駆動電極の前記第二電極部分とは、重なり合う部分を有さない、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第一及び第二駆動電極の長手方向から見た場合に、前記第一駆動電極の前記第二電極部分と、前記第二駆動電極の前記第二電極部分とは、重なり合う部分を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第二駆動電極は、前記第二駆動電極の前記第一電極部分から、前記第一駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有し、
前記第一及び第二駆動電極の長手方向と交差する方向である短手方向から見た場合に、前記第一駆動電極の前記第二電極部分と、前記第二駆動電極の前記第二電極部分とは、重なり合う部分を有し、
前記第一及び第二駆動電極の長手方向から見た場合に、前記第一駆動電極の前記第二電極部分と、前記第二駆動電極の前記第二電極部分との間隔は、所定の間隔より大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第二電極部分は、すべて同一の方向に向かって突出している、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第二駆動電極は、前記第一駆動電極の両隣りに位置しており、
前記第一駆動電極は、前記第一駆動電極の前記第一電極部分から、前記第二駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有し、
前記第二駆動電極は、前記第二電極部分を有さない、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記フォトニック結晶層の前記活性層の前記複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、前記２つ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、前記フォトニック結晶層の前記活性層の前記複数の領域に対応する領域毎に異なる、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記フォトニック結晶層の前記活性層の前記複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、前記２つ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、複数の前記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いる、
とを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記半導体レーザ素子は、複数のレーザビームを生成し、生成した複数のレーザビームを同一の方向に出力する発振部と、前記発振部から同一の方向に出力された複数のレーザビームをそれぞれ異なる方向に偏向して光出射端面から出射させる偏向部と、を有して構成され、
前記発振部は、前記下部クラッド層と、前記上部クラッド層と、前記活性層と、前記フォトニック結晶層としての第一フォトニック結晶層と、前記複数の駆動電極と、を含み、
前記偏向部は、第二フォトニック結晶層を含み、
前記第一フォトニック結晶層は、前記複数の領域に対応する領域にわたり、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有し、
前記第二フォトニック結晶層は、前記複数の領域に対応する領域毎に、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が異なる周期構造を有している、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第二フォトニック結晶層は、前記複数の領域に対応する前記領域毎で、前記発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、前記光出射端面からのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶を有する端面発光型の半導体レーザ素子に関する。
【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-Chipbeam-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素子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】
まず、本発明者らは、所定の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素子について鋭意研究を行った。
【０００８】
その結果、本発明者らは、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流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するに至った。この半導体レーザ素子では、駆動電極毎に、異なる出射角のレーザビームを得ることができる。
【０００９】
更に、本発明者らは、レーザビームの細かな出射角制御を実現し得る半導体レーザ素子について鋭意研究を行った。隣り合う駆動電極それぞれに対応するレーザビームの出射角の間の出射角（以下、「中間出射角」と称することがある）を得ることにより、レーザビームの出射角をさらに細かく制御することができる。中間出射角とされたレーザビームを得るためには、隣り合う駆動電極双方に駆動電流を供給すればよい。しかしながら、一般的には、半導体レーザ素子の厚み方向から見て、活性層における、隣り合う駆動電極の間に位置する領域は、十分な駆動電流が流れ難いため、当該領域で得られるゲインは少なく、十分な出力を有するレーザビームを得ることは困難であった。
【００１０】
そこで、本発明者らは、活性層の、隣り合う駆動電極の間に位置する領域においても、十分な駆動電流が供給される得る半導体レーザ素子について鋭意研究を行った結果、本発明を想到するに至った。
【００１１】
本発明に係る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、駆動電流の供給により複数の領域においてレーザビームを発生し、複数の駆動電極には、隣り合う第一駆動電極と第二駆動電極とが含まれており、第一及び第二駆動電極は、隣り合う方向と交差する方向を長手方向として延びる第一電極部分を有し、第一駆動電極は、第一電極部分から、第二駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体レーザ素子では、第一駆動電極が、第一電極部分から、第二駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有している。したがって、活性層の、第一駆動電極の第一電極部分と第二駆動電極の第一電極部分との間に位置する領域にも、上記第二電極部分を通して、十分な駆動電流が供給される。これにより、活性層の、第一駆動電極の第一電極部分と第二駆動電極の第一電極部分との間に位置する領域で得られるゲインが大きくなり、当該領域から十分な出力を有するレーザビームを得ることができる。得られるこのレーザビームの出射角は、第一駆動電極（第一電極部分）に対応するレーザビームの出射角と第二駆動電極（第二電極部分）に対応するレーザビームの出射角との間の出射角とされるため、レーザビームの細かな出射角制御が確実に実現される。
【００１３】
第二駆動電極は、第二駆動電極の第一電極部分から、第一駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有し、第一及び第二駆動電極の長手方向と交差する方向である短手方向から見た場合に、第一駆動電極の第二電極部分と、第二駆動電極の第二電極部分とは、重なり合う部分を有さなくてもよい。この場合、半導体レーザ素子を実装組立する際に、第一駆動電極と第二駆動電極との短絡が生じるのを抑制することができる。
【００１４】
第一及び第二駆動電極の長手方向から見た場合に、第一駆動電極の第二電極部分と、第二駆動電極の第二電極部分とは、重なり合う部分を有さなくてもよい。この場合、半導体レーザ素子を実装組立する際に、第一駆動電極と第二駆動電極との短絡が生じるのをより一層抑制することができる。
【００１５】
第一及び第二駆動電極の長手方向から見た場合に、第一駆動電極の第二電極部分と、第二駆動電極の第二電極部分とは、重なり合う部分を有してもよい。この場合、活性層の、第一駆動電極の第一電極部分と第二駆動電極の第一電極部分との間に位置する領域に、より一層十分な駆動電流が供給される。この結果、活性層の、第一駆動電極の第一電極部分と第二駆動電極の第一電極部分との間に位置する領域で得られるゲインが更に大きくなり、当該領域から出力されるレーザビームの出力を増大させることができる。
【００１６】
第二駆動電極は、第二駆動電極の第一電極部分から、第一駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有し、第一及び第二駆動電極の長手方向と交差する方向である短手方向から見た場合に、第一駆動電極の第二電極部分と、第二駆動電極の第二電極部分とは、重なり合う部分を有し、第一及び第二駆動電極の長手方向から見た場合に、第一駆動電極の第二電極部分と、第二駆動電極の第二電極部分との間隔は、所定の間隔より大きくてもよい。この場合、上述したように、活性層の、第一駆動電極の第一電極部分と第二駆動電極の第一電極部分との間に位置する領域から出力されるレーザビームの出力を増大させることができると共に、半導体レーザ素子を実装組立する際に、第一駆動電極と第二駆動電極との短絡が生じるのを抑制することができる。
【００１７】
第二電極部分は、すべて同一の方向に向かって突出していてもよい。この場合、半導体レーザ素子を実装組立する際に、第一駆動電極と第二駆動電極との短絡が生じるのを抑制することができる。
【００１８】
第二駆動電極は、第一駆動電極の両隣りに位置しており、第一駆動電極は、第一駆動電極の第一電極部分から、第二駆動電極に向かって突出した第二電極部分を有し、第二駆動電極は、第二電極部分を有さなくてもよい。これにより、第一駆動電極の数を少なくしながら、レーザビームの細かな出射角制御を確実に実現することができる。
【００１９】
フォトニック結晶層の活性層の複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、２つ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、フォトニック結晶層の活性層の複数の領域に対応する領域毎に異なってもよい。
【００２０】
それぞれの駆動電極に対応するフォトニック結晶層内の領域では、異屈折率部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、各駆動電極に対応する領域で異なることとなる。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、異なる方向にレーザビームを出力することができるようになる。
【００２１】
フォトニック結晶層の活性層の複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、２つ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、複数の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いてもよい。
【００２２】
レーザ素子内部における一方のレーザビームの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。すなわち、１方向のみにレーザビームを出射することができ、半導体体レーザ素子の実用的な用途を広げることができる。
【００２３】
複数のレーザビームを生成し、生成した複数のレーザビームを同一の方向に出力する発振部と、発振部から同一の方向に出力された複数のレーザビームをそれぞれ異なる方向に偏向して光出射端面から出射させる偏向部と、を有して構成され、発振部は、下部クラッド層と、上部クラッド層と、活性層と、フォトニック結晶層としての第一フォトニック結晶層と、複数の駆動電極と、を含み、偏向部は、第二フォトニック結晶層を含み、第一フォトニック結晶層は、複数の領域に対応する領域にわたり、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有し、第二フォトニック結晶層は、複数の領域に対応する領域毎に、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が異なる周期構造を有していてもよい。
【００２４】
本発明では、第一フォトニック結晶層が、複数の領域に対応する領域にわたり、上記異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有しているので、発振部からは、複数の駆動電極毎に同一の方向にレーザビームが出力される。第二フォトニック結晶層が、複数の領域に対応する領域毎に、上記異屈折率部の配列周期が異なる周期構造を有しているので、偏向部からは、発振部から同一の方向に出力された各レーザビームがそれぞれ異なる方向に偏向されて、光出射端面から出射される。
【００２５】
本発明では、半導体レーザ素子において、発振部と偏向部とが分かれていると共に、第一フォトニック結晶層が、複数の領域に対応する領域にわたり、上記異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有している。このため、発振閾値がレーザビーム毎で一定であり、安定した動作を実現することができる。
【００２６】
第二フォトニック結晶層は、複数の領域に対応する領域毎で、発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、光出射端面からのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせてもよい。この場合、偏向部は、確実に、発振部から同一方向に出力された各レーザビームを異なる方向に偏向して光出射端面から出射させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の態様に係る半導体レーザ素子及びレーザビーム偏光装置によれば、所定の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である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】半導体レーザ素子の縦断面図である。
【図２】半導体レーザ素子の平面図である。
【図３】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４】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】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７】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８】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９】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１０】様々な形状の異屈折率部（構造体）の平面図である。
【図１１】レーザビーム偏向装置の構成を示す図である。
【図１２】半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図１３】半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【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。
【図２４】半導体レーザ素子の平面図である。
【図２５】駆動電極の変形例を示す図である。
【図２６】駆動電極の変形例を示す図である。
【図２７】駆動電極の変形例を示す図である。
【図２８】半導体レーザ素子が実装されるヒートシンクの電極構造を説明するための図である。
【図２９】レーザビームの出射角制御を説明するための模式図である。
【図３０】レーザビームの出射角制御を説明するための模式図である。
【図３１】半導体レーザ素子の実装状態を説明するための図である。
【図３２】本実施形態に係る半導体レーザ素子の概略斜視図である。
【図３３】図３２に示された半導体レーザ素子のXXXIII−XXXIII線に沿った断面構成を示す図である。
【図３４】図３２に示された半導体レーザ素子のXXXIV−XXXIV線に沿った断面構成を示す図である。
【図３５】第一フォトニック結晶層の平面図である。
【図３６】第一フォトニック結晶層の変形例を示す平面図である。
【図３７】第二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】
【００２９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００３０】
まず、実施の形態に係る端面発光型の半導体レーザ素子１０Ａについて説明するが、ここでは、半導体レーザ素子１０Ａの基本的な構成について説明する。このために、駆動電極の構成を簡略化した図面を用いて、半導体レーザ素子１０Ａの構成を説明する（図１〜図２３）。その後、図２４〜図３１を用いて、駆動電極の詳細について説明する。
【００３１】
図１は、半導体レーザ素子の縦断面図であり、図２は、半導体レーザ素子の平面図である。
【００３２】
半導体レーザ素子１０Ａ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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
【００３５】
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。
【００３６】
なお、光ガイド層は省略することも可能である。
【００３７】
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。
【００３８】
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２参照）。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。
【００３９】
半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａを完全に横断することなく、途中で途切れている。
【００４０】
図３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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
図４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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
図５は、図４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。
【００４９】
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。
【００５０】
図６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。
【００５１】
すなわち、このフォトニック結晶領域４Ｒは、図４に示した周期構造と、図５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。
【００５２】
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３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１０子中のレーザ光の波長、ｋは半導体レーザ素子１０Ａ中のレーザ光の波数である。
【００５３】
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１０Ａ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。
【００５４】
０≦θ１＜ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）
【００５５】
θ２≧ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）
【００５６】
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）｝
【００５７】
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。
【００５８】
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１０Ａ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。
【００５９】
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。
【００６０】
図７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。
【００６１】
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。
【００６２】
領域Δ１内では、Ａ方向に図６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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
図８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。
【００７０】
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２参照）。
【００７１】
図９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。
【００７２】
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１０Ａ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。
【００７３】
図１０は、様々な形状の異屈折率部（構造体）４Ｂの平面図である。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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１０Ａ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。
【００７７】
図１１は、上記半導体レーザ素子を用いたレーザビーム偏向装置の構成を示す図である。
【００７８】
また、このレーザビーム偏向装置は、上述の半導体レーザ素子１０Ａと、第1駆動電極Ｅ２（一番左の駆動電極）、第２駆動電極（左から２番目の駆動電極）、第３駆動電極（左から３番目の駆動電極）、第４駆動電極（左から４番目の駆動電極）、第５駆動電極（左から５番目の駆動電極）を含む電極群に、選択的に駆動電流を供給する駆動電流供給回路１１を備えている。
【００７９】
駆動電流供給回路１１は、各駆動電極Ｅ２に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を介して、駆動電流を供給する電源回路１１Ａと、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路１１Ｂを備えている。制御回路１１Ｂにより、電源回路１１Ａから供給される駆動電流を切り替えることで、異なる方向に１方向のレーザビームＬＢのみを出力することができるが、これはレーザビームＬＢを擬似的に偏向していることになる。駆動電極の数は、２つでも偏向動作はできるが、これを３以上とすれば、狭いピッチでレーザビームを走査する構造とすることも可能である。
【００８０】
図１２及び図１３は、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【００８１】
Ｎ型（第1導電型とする）の半導体基板（ＧａＡｓ）１上に、Ｎ型のクラッド層（ＡｌＧａＡｓ）２、ガイド層（ＡｌＧａＡｓ）３Ａ、多重量子井戸構造（ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）３Ｂ、光ガイド層（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）又はスペーサ層（ＡｌＧａＡｓ）３Ｃ、フォトニック結晶層となる基本層（ＧａＡｓ）４Ａを、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて順次、エピタキシャル成長させる（図１２（Ａ））。
【００８２】
次に、基本層４Ａ上にレジストＲ１を塗布し（図１２（Ｂ））、電子ビーム描画装置で２次元微細パターンを描画し、現像することでレジスト上に２次元微細パターン（異屈折率部の位置に対応）を形成する（図１２（Ｃ））。
【００８３】
その後、ドライエッチングにより１００ｎｍ程度の深さを持つ２次元微細パターンを基本層４Ａ上に転写し（図１２（Ｄ））、レジストを除去する（図１２（Ｅ））。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて再成長を行い、異屈折率部４Ｂを基本層４Ｂ内に形成し、この上にクラッド層５を形成する。
【００８４】
再成長工程では、埋め込み層（ＡｌＧａＡｓ）４Ｂが穴Ｈ内に成長し、続いて、Ｐ型のクラッド層（ＡｌＧａＡｓ）５、Ｐ型のコンタクト層（ＧａＡｓ）６が順次エピタキシャル成長する（図１２（Ｆ））。
【００８５】
次に、Ｐ型コンタクト６上にレジストＲ２を形成し（図１３（Ｇ））、レジストＲ２を光学露光により短冊状のパターンをパターニングして（図１３（Ｈ））、電極ＥをレジストＲ２の上から蒸着し（図１３（Ｉ））、リフトオフにより電極Ｅ２のみを残して、電極材を除去する（図１３（Ｊ））。そして、コンタクト層６の表面上に、電極Ｅ２の形成位置を除いて、絶縁膜ＳＨを形成し（図１３（Ｋ））、最後に、Ｎ型の半導体基板１の裏面を研磨し、Ｎ型の電極Ｅ１を形成し（図１３（Ｌ））、半導体レーザ素子１０Ａが完成する。
【００８６】
なお、穴Ｈの作製方法として、実施の形態では電子ビーム露光法による作製法を説明したが、ナノインプリント、干渉露光、ＦＩＢ、ステッパなどのその他の微細加工技術を用いてもよい。
【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４層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１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１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４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５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１０Ａ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７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１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１０Ａ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１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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３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３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１）で与えられる。残りのパラメータも同様に計算され、（式２）〜（式４）で与えられる。
θｔ＝ｔａｎ−１(２α)＋φ              …（式１）
θｒ＝１８０°−ｔａｎ−１(２α)＋φ    …（式２）
θ２’＝ｔａｎ−１(２α)−φ            …（式３）
θ３’＝１８０°−ｔａｎ−１(２α)−φ  …（式４）
【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５）
（ＸＢ，ＹＢ）＝（Δβｃｏｓφ／２＋β０ｓｉｎφ，−Δβｓｉｎφ／２＋β０ｃｏｓ
φ）      …（式６）
【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７）
Λ＝２π／Ｌ２
＝１／｛（２ｓｉｎφ／ａｙ）２＋（（１／ａＩＩ−１／ａＩ）ｓｉｎφ）２｝１／２  …（式８）
θ＝θｔ−φ
＝ｔａｎ−１(２α)
＝ｔａｎ−１｛（２／ａｙ）／（１／ａＩＩ−１／ａＩ）｝  …（式９）
【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１〜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１０Ａ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３参照）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１に示したように、半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａ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１１に示したレーザビーム偏向装置は、半導体レーザ素子１０Ａ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１１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１１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】
また、図１１に示すように、レーザビーム偏向装置は、光出射端面ＬＥＳに近接して配置された単一の集光要素（レンズ）ＬＳを備えることが好ましい。集光要素により、出射光の広がり角を抑制して、遠くまでレーザビームを伝達することができるし、また、焦点位置の調整によって、素子から適当な距離だけ離れた位置に、レーザビームを集光することができる。ここでの集光要素ＬＳは円筒レンズであり、円筒レンズの中心軸Ｘは活性層の厚み方向（Ｚ軸）に垂直であって且つ光出射端面（ＸＺ面）に平行である。円筒レンズの曲率半径は、ＹＺ平面内のみで規定される。
【０１４１】
なお、集光要素ＬＳとして、凸レンズを採用することもできる。凸レンズの曲率中心を通る１つの軸（Ｘ軸）は活性層の厚み方向（Ｚ軸）に垂直であって且つ光出射端面（ＸＺ面）に平行であり、この軸（Ｘ軸）周りの曲率半径は、これに垂直な軸（Ｙ軸、Ｚ軸）周りの曲率半径（無限大に近似できる）よりも小さい。言うなれば、円筒レンズの直線的な部分が多少膨らんだ凸レンズを採用することが可能である。
【０１４２】
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。
【０１４３】
続いて、図２４を参照して、駆動電極Ｅ２の詳細構成について説明する。図２４は、半導体レーザ素子の平面図である。
【０１４４】
図２４に示すように、複数の駆動電極Ｅ２は、それぞれ、第一電極部分Ｅ２１と第二電極部分Ｅ２２とを有し、互いに隣り合っている。複数の駆動電極Ｅ２の第一電極部分Ｅ２１は、隣り合う方向と交差する方向を長手方向として延びている。半導体レーザ素子１０Ａの厚み方向をＺ軸、軸方向をＸ軸、光出射端面ＬＥＳに垂直な方向をＹ軸とした場合に、ＸＹ平面内において、各駆動電極Ｅ２の第一電極部分Ｅ２１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、第一電極部分Ｅ２１の長手方向は、半導体レーザ素子１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、傾斜している。第一電極部分Ｅ２１は、光出射端面ＬＥＳの位置から逆側の側面に向けて一方向に延びているが、半導体レーザ素子１０Ａを完全に横断することなく、途中で途切れている。
【０１４５】
第二電極部分Ｅ２２は、第一電極部分Ｅ２１から、隣り合う駆動電極に向かって、第一電極部分Ｅ２１の短手方向に突出した部分である。第一電極部分Ｅ２１は各駆動電極Ｅ２の全てが有しているのに対し、第二電極部分Ｅ２２は、各駆動電極Ｅ２のうち、少なくとも１つの駆動電極Ｅ２が有していればよい。駆動電流の供給により、第一電極部分Ｅ２１及び第二電極部分Ｅ２２の双方に駆動電流が流れる。
【０１４６】
図２５〜図２７は、駆動電極の変形例を示す図である。
【０１４７】
図２５（Ａ）〜（Ｃ）に示す複数の駆動電極Ｅ２には、隣り合う第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２とが含まれている。第一駆動電極Ｅ２０１は、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極Ｅ２０２に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有する。同様に、第二駆動電極Ｅ２０２は、第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極Ｅ２０１に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有する。
【０１４８】
第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向（第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向と交差する方向）から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは、重なり合う部分を有していない。図２５（Ａ）〜（Ｃ）に示す駆動電極Ｅ２では、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合に、互い違いになっている。
【０１４９】
図２５（Ａ）に示す駆動電極Ｅ２は、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合、及び、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合のいずれの場合にも、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とが重なり合う部分を有さない。第二電極部分Ｅ２２の形状は、長方形である。
【０１５０】
図２５（Ｂ）及び図２５（Ｃ）に示す駆動電極Ｅ２は、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合には、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは重なり合う部分を有さない。一方で、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合には、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは重なり合う部分を有する。図２５（Ｂ）に示す駆動電極Ｅ２は、第二電極部分Ｅ２２の形状が長方形であり、図２５（Ｃ）に示す駆動電極Ｅ２は、第二電極部分Ｅ２２の形状が台形である。
【０１５１】
図２６（Ａ）〜（Ｃ）に示す複数の駆動電極Ｅ２には、隣り合う第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２とが含まれている。第一駆動電極Ｅ２０１は、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極Ｅ２０２に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有する。同様に、第二駆動電極Ｅ２０２は、第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極Ｅ２０１に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有する。
【０１５２】
第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは、重なり合う部分を有している。第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合に、それぞれの駆動電極の第二電極部分Ｅ２２の間隔は、所定間隔よりも大きい。
【０１５３】
図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）に示す駆動電極Ｅ２は、第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２は、三角形形状の第二電極部分Ｅ２２を有しており、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合に、それぞれの駆動電極の第二電極部分Ｅ２２は、重なり合う部分を有している。第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合に、それぞれの駆動電極の第二電極部分Ｅ２２の間隔は、所定間隔よりも大きい。駆動電極間の第二電極部分Ｅ２２の所定の間隔は、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２のうち大きく突出した部分（の、第一電極部分Ｅ２１の長手方向における位置）に対応した、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２は小さく突出させ、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２のうち小さく突出した部分（の、第一電極部分Ｅ２１の長手方向における位置）に対応した、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２は大きく突出させることで保たれている。
【０１５４】
図２６（Ｃ）に示す駆動電極Ｅ２は、第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２の双方が、円形形状の第二電極部分Ｅ２２を有している。上述した図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）に示す駆動電極Ｅ２と同様、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合に、それぞれの駆動電極の第二電極部分Ｅ２２の間隔は、所定間隔よりも大きい。
【０１５５】
図２７（Ａ）に示す駆動電極Ｅ２は、各駆動電極が有する第二電極部分Ｅ２２が、すべて同一の方向に向かって突出している。第二電極部分Ｅ２２の形状は、長方形である。また、図２７（Ｂ）に示す駆動電極Ｅ２は、第二駆動電極Ｅ２０２は、第一駆動電極Ｅ２０１の両隣りに位置しており、第一駆動電極Ｅ２０１は、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極Ｅ２０２に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有している。第二電極部分Ｅ２２の形状は、長方形である。一方で、第二駆動電極Ｅ２０２は、第二電極部分Ｅ２２を有していない。
【０１５６】
図２８は、半導体レーザ素子が実装されるヒートシンクの電極構造を説明するための図である。
【０１５７】
駆動電極Ｅ２は、第一電極部分Ｅ２１と第二電極部分Ｅ２２とからなる駆動電極であるが、半導体レーザ素子１０Ａの実装組立時には、第一電極部分Ｅ２１のみ（第二電極部分Ｅ２２を有さない）の駆動電極を用いて実装組立を行う場合と同様に、ヒートシンク１０１として、電極／ハンダ構造は、図２８に示すような通常の短冊状のものを用いる。
【０１５８】
以上、説明したように、半導体レーザ素子１０Ａの第一駆動電極Ｅ２０１は、第一電極部分Ｅ２１から第二駆動電極Ｅ２０２に向かって突出した、第二電極部分Ｅ２２を有する。
【０１５９】
上記構成により、活性層３Ｂの、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１と第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１との間に位置する領域にも、上記第二電極部分Ｅ２２を通して、十分な駆動電流が供給される。これにより、活性層３Ｂの、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１と第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１との間に位置する領域で得られるゲインが大きくなり、当該領域から十分な出力を有するレーザビームを得ることができる（図２９参照）。得られるこのレーザビームの出射角は、第一駆動電極Ｅ２０１に対応するレーザビームの出射角と第二駆動電極Ｅ２０２に対応するレーザビームの出射角との間の出射角とされるため、レーザビームの細かな出射角制御が確実に実現される。
【０１６０】
レーザビームの出射角は、各駆動電極毎に決まるが、ある任意の駆動電極に係るレーザビームの出射角と、該任意の駆動電極と隣り合う駆動電極に係るレーザビームの出射角との中間の出射角のレーザビームを得たい場合には、図３０（Ａ）に示すように、任意の駆動電極Ｅ２と、任意の駆動電極Ｅ２と隣り合う駆動電極Ｅ２の双方に駆動電流を供給する。そして、より細かい出射角のレーザビームを得たい場合には、図３０（Ｂ）に示すように、幅の細かい駆動電極を多数配置し、それらの間隔（電極ピッチ間隔）を狭くすればよい。
【０１６１】
しかしながら、このような電極ピッチ間隔が狭い半導体レーザ素子を組み立てる場合には、半導体レーザ素子の実装組立工程（駆動電極Ｅ２をヒートシンク１０１に固定する工程）において、図３１（Ａ）に示すジャンクションアップ組立、または、図３１（Ｂ）に示すジャンクションダウン組立のいずれを行う場合にも、ヒートシンク１０１と半導体レーザ素子とを接着するために用いるハンダ材１０２のはみ出しによる、隣り合う駆動電極同士の短絡が問題となっていた。この点、本発明に係る半導体レーザ素子１０Ａは、レーザビームの細かな出射角制御を行う上で、電極ピッチ間隔を狭くせずに第二電極部分Ｅ２２を利用して駆動電流によるゲインが得られる。よって、狭い電極ピッチ間隔は必要とされず、上述したような実装組立時における駆動電極の短絡が問題とならない。
【０１６２】
例えば図２５（Ａ）〜（Ｃ）に示す半導体レーザ素子１０Ａは、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２は第二電極部分Ｅ２２を有し、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは、重なり合う部分を有さない。この場合、半導体レーザ素子１０Ａを実装組立する際に、第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２との短絡が生じるのを抑制することができる。
【０１６３】
例えば図２５（Ａ）に示す半導体レーザ素子１０Ａは、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とが重なり合う部分を有さない。この場合、半導体レーザ素子１０Ａを実装組立する際に、第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２との短絡が生じるのをより一層抑制することができる。
【０１６４】
例えば図２５（Ｂ）及び図２５（Ｃ）に示す半導体レーザ素子１０Ａは、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とが重なり合う部分を有する。この場合、活性層３Ｂの、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１と第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１との間に位置する領域に、より一層十分な駆動電流が供給される。この結果、活性層３Ｂの、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１と第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１との間に位置する領域で得られるゲインが更に大きくなり、当該領域から出力されるレーザビームの出力を増大させることができる。
【０１６５】
例えば図２６（Ａ）〜（Ｃ）に示す半導体レーザ素子１０Ａは、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２は第二電極部分Ｅ２２を有し、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の短手方向から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２とは、重なり合う部分を有し、第一駆動電極Ｅ２０１及び第二駆動電極Ｅ２０２の長手方向から見た場合に、第一駆動電極Ｅ２０１の第二電極部分Ｅ２２と、第二駆動電極Ｅ２０２の第二電極部分Ｅ２２との間隔は、所定の間隔より大きい。この場合、活性層３Ｂの、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１と第二駆動電極Ｅ２０２の第一電極部分Ｅ２１との間に位置する領域から出力されるレーザビームの出力を増大させることができると共に、半導体レーザ素子１０Ａを実装組立する際に、第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２との短絡が生じるのを抑制することができる。
【０１６６】
例えば図２７（Ａ）に示す半導体レーザ素子１０Ａは、第二電極部分Ｅ２２は、すべて同一の方向に向かって突出している。この場合、半導体レーザ素子１０Ａを実装組立する際に、第一駆動電極Ｅ２０１と第二駆動電極Ｅ２０２との短絡が生じるのを抑制することができる。
【０１６７】
例えば図２７（Ｂ）に示す半導体レーザ素子１０Ａは、第二駆動電極Ｅ２０２は、第一駆動電極Ｅ２０１の両隣りに位置しており、第一駆動電極Ｅ２０１は、第一駆動電極Ｅ２０１の第一電極部分Ｅ２１から、第二駆動電極Ｅ２０２に向かって突出した第二電極部分Ｅ２２を有し、第二駆動電極Ｅ２０２は、第二電極部分Ｅ２２を有さない、態様とすることで、第一駆動電極Ｅ２０１の数を少なくしながら、レーザビームの細かな出射角制御を確実に実現することができる。
【０１６８】
つぎに、フォトニック結晶層４として、第一フォトニック結晶層４１と、第二フォトニック結晶層４３と、を含んでいる半導体レーザ素子１０Ｂについて説明する。なお、上述した、半導体レーザ素子１０Ａと重複する説明は省略する。
【０１６９】
まず、本実施形態に係る半導体レーザ素子１０Ｂの構成について説明する。図３２は、半導体レーザ素子の概略斜視図である。図３３は、半導体レーザ素子のXXXIII−XXXIII線に沿った断面構成を示す図である。図３４は、半導体レーザ素子のXXXIV−XXXIV線に沿った断面構成を示す図である。
【０１７０】
半導体レーザ素子１０Ｂは、端面発光型の半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１０Ｂ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、及びコンタクト層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。
【０１７１】
コンタクト層６上の表面は、その一部が絶縁膜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。絶縁膜ＳＨ上には、複数の電極パッドＥＰが配置されている。
【０１７２】
半導体レーザ素子１０Ｂ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軸に平行な直線に平行である。
【０１７３】
コンタクト層６の上面（絶縁膜ＳＨが形成される面）は、半導体レーザ素子１０Ｂの厚み方向から見て、Ｙ軸方向において、光出射端面ＬＥＳ側から、第一領域６ａ、第二領域６ｂ、及び第三領域６ｃに分けられる。第二領域６ｂは、Ｙ軸方向において、第一領域６ａと第三領域６ｃとの間に位置している。各領域６ａ６ｂ，６ｃは、Ｘ軸方向に、それぞれ伸びている。絶縁膜ＳＨは、コンタクト層６の第三領域６ｃ上に配置されている。
【０１７４】
複数の駆動電極Ｅ２は、半導体レーザ素子１０Ｂの厚み方向から見た場合、第二領域６ｂにおいて、Ｘ軸方向に併置されている。各駆動電極Ｅ２は、駆動電極Ｅ２の短辺方向に併置されている。駆動電極Ｅ２の長手方向は、半導体レーザ素子１０Ｂの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ｂの光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して平行である。
【０１７５】
複数の駆動電極Ｅ２は、図２４に示された駆動電極Ｅ２と同じく第一電極部分Ｅ２１と第二電極部分Ｅ２２とを有し、互いに隣り合っている。駆動電極Ｅ２の形状は図２５〜図２７に示された形状であってもよい。
【０１７６】
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Ｒが発光する。複数の駆動電極Ｅ２は、活性層３Ｂにおける、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ活性層３Ｂが延びる方向、すなわちＸ軸方向に並んで位置する複数の領域Ｒに駆動電流を供給する。
【０１７７】
各電極パッドＥＰは、図３４に示されているように、対応する駆動電極Ｅ２に、絶縁膜ＳＨ上に配置された配線Ｗ１を通して電気的に接続されている。駆動電極Ｅ２の数と電極パッドＥＰの数とは同じである。本実施形態では、複数の電極パッドＥＰは、複数列でＸ軸方向に沿って配置されている。複数の電極パッドＥＰは、第三領域６ｃの上方に位置している。本実施形態では、各電極パッドＥＰは、正方形状を呈している。図３２及び図３３では、配線Ｗ１の図示を省略している。
【０１７８】
半導体レーザ素子１０Ｂにおいては、フォトニック結晶層４は、第一フォトニック結晶層４１と、第二フォトニック結晶層４３と、を含んでいる。すなわち、第一フォトニック結晶層４１と第二フォトニック結晶層４３とは、基本層４Ａと、基本層４Ａ内に周期的に埋め込まれた複数の埋め込み層（異屈折率部）４Ｂと、をそれぞれ有している。第一フォトニック結晶層４１と第二フォトニック結晶層４３とは、同一層に位置しており、第二フォトニック結晶層４３は、第一フォトニック結晶層４１よりも光出射端面ＬＥＳ側に位置している。
【０１７９】
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できる。たとえば、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により、レーザが実現される。
【０１８０】
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。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。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。
【０１８１】
埋め込み層４ＢのＸＹ平面内における形状は、図１０の（Ａ）〜（Ｆ）に示されるように、長方形、正方形、楕円形又は円形、若しくは、二等辺三角形又は正三角形であってもよい。三角形として、底辺がＸ方向に平行な三角形（（Ｄ）に図示）、底辺がＹ方向に平行な三角形（（Ｅ）に図示）、又は、（Ｄ）に示される三角形を１８０度回転させた三角形（（Ｆ）に図示）を採用することもできる。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。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。本実施形態では、埋め込み層（異屈折率部）４Ｂの形状として、（Ｃ）に示された円形（真円形）が採用されている。
【０１８２】
図３５は、第一フォトニック結晶層の平面図である。
【０１８３】
第一フォトニック結晶層４１は、複数の駆動電極Ｅ２の下方に位置する。第一フォトニック結晶層４１では、その厚み方向から見たときに、埋め込み層４Ｂが、正方格子を構成する格子点（Γ点）にそれぞれ配置されている。すなわち、埋め込み層４Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に整列し、２次元周期構造を構成している。これにより、第一フォトニック結晶層４１は、複数の領域Ｒに対応する領域にわたって、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有することとなる。埋め込み層４Ｂの整列方向での周期Ｐ１は、
λ０／ｎ１
に設定されている。λ０は、レーザ光の、真空中での波長である。ｎ１は、第一フォトニック結晶層４１における光の実行屈折率である。
【０１８４】
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、隣接する第一フォトニック結晶層４１の影響を受ける。第一フォトニック結晶層４１内には、図３５に示されるような周期的屈折率分布構造が形成されている。第一フォトニック結晶層４１により回折を受けた結果、図３５内に矢印で示す方向にレーザビームが発生する。第一フォトニック結晶層４１が、複数の領域Ｒに対応する領域にわたって、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有しているので、各領域Ｒからは、同一の方向にレーザビームが出力される。本実施形態では、Ｙ軸方向、すなわち光出射端面ＬＥＳに向かうレーザビームが利用される。
【０１８５】
第一フォトニック結晶層４１における、埋め込み層４Ｂの配置は、図３５に示された配置に限られることなく、図３６の（Ａ）〜（Ｃ）に示された配置であってもよい。
【０１８６】
図３６の（Ａ）では、埋め込み層４Ｂは、正方格子のＭ点にそれぞれ配置されている。埋め込み層４Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に４５度傾き且つ互いに直交する２方向において整列している。埋め込み層４Ｂの整列方向での周期Ｐ２は、
２−１／２×λ０／ｎ１
に設定されている。この場合も、主要光波の進行方向は、図中の矢印で示されるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿う方向となる。
【０１８７】
図３６の（Ｂ）では、埋め込み層４Ｂは、三角格子のΓ点にそれぞれ配置されている。埋め込み層４Ｂの周期Ｐ３は、
λ０／ｎ１
に設定されている。この場合、主要光波の進行方向は、図中の矢印で示される６０°間隔の方向となる。図３６の（Ｃ）では、埋め込み層４Ｂは、三角格子のＪ点にそれぞれ配置されている。埋め込み層４Ｂの周期Ｐ４は、
２×３−１／２×λ０／ｎ１
に設定されている。この場合、主要光波の進行方向は、図中の矢印で示される６０°間隔の方向となる。
【０１８８】
半導体レーザ素子１０Ｂでは、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、第一フォトニック結晶層４１、上部クラッド層５、及び複数の駆動電極Ｅ２が、発振部を構成する。発振部は、複数のレーザビームを生成し、生成した複数のレーザビームを同一の方向に出力する。
【０１８９】
図３７は、第二フォトニック結晶層の平面図である。
【０１９０】
第二フォトニック結晶層４３においても、埋め込み層４Ｂは、２次元周期構造を構成している。第二フォトニック結晶層４３における複数の埋め込み層４Ｂは、所定の格子構造の格子点位置に配置されている。この所定の格子構造では、二つの基本並進ベクトルがなす角φは、当該所定の格子構造の一方の基本並進ベクトルに直交する方向とレーザビームの出射方向とがなす角をθとして、
φ＝ｔａｎ−１｛ｓｉｎθ／（２ｃｏｓ２（θ／２））｝
を満たしている。
【０１９１】
第二フォトニック結晶層４３における埋め込み層４Ｂの格子構造の一方の基本並進ベクトルに沿う方向での格子点の周期Ｐ５は、
λ０／（ｎ２×ｓｉｎθ）
を満たしている。第二フォトニック結晶層４３における埋め込み層４Ｂの格子構造の一方の基本並進ベクトルに直交する方向での格子点の周期Ｐ６は、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ-１）×λ０／（２ｎ２）
を満たしている。ｎ２は、第二フォトニック結晶層４３における光の実行屈折率である。
【０１９２】
二つの基本並進ベクトルがなす角φ（又は、Ｘ軸方向での埋め込み層４Ｂの間隔）は、Ｘ軸方向での位置に応じ、図３７に示されるように、連続的に変化している。すなわち、第二フォトニック結晶層４３は、複数の領域Ｒに対応する領域毎に、埋め込み層４Ｂの配列周期が異なる上述した周期構造を有している。第二フォトニック結晶層４３は、上記周期構造により、上記発振部から同一の方向に出力された複数のレーザビームをそれぞれ異なる方向に偏向して光出射端面から出射させる偏向部を構成する。
【０１９３】
第二フォトニック結晶層４３は、複数の領域Ｒに対応する領域毎で、上記発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、光出射端面ＬＥＳからのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせる。第二フォトニック結晶層４３では、その厚み方向から見たときに、埋め込み層４Ｂは、Ｙ軸方向、すなわち上記発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に対しては、等間隔（同じ配列周期）で並んでいる。Ｙ軸方向での埋め込み層４Ｂの周期は、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ-１）×λ０／（２ｎ２）
に設定されている。光出射端面ＬＥＳに平行なＸ軸方向での埋め込み層４Ｂの周期は、
λ０／（ｎ２×ｓｉｎθ）
に設定されている。
【０１９４】
以上のように、半導体レーザ素子１０Ｂでは、第一フォトニック結晶層４１が、複数の領域Ｒに対応する領域にわたり、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有しているので、発振部からは、複数の駆動電極Ｅ２毎に同一の方向にレーザビームが出力される。第二フォトニック結晶層４３が、複数の領域Ｒに対応する領域毎に、埋め込み層４Ｂの配列周期が異なる周期構造を有しているので、偏向部からは、発振部から同一の方向に出力された各レーザビームがそれぞれ異なる方向に偏向されて、光出射端面ＬＥＳから出射される。
【０１９５】
半導体レーザ素子１０Ｂでは、発振部と偏向部とが分かれていると共に、第一フォトニック結晶層４１が、複数の領域Ｒに対応する領域にわたり、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有している。このため、発振閾値がレーザビーム毎で一定であり、安定した動作を実現することができる。
【０１９６】
第二フォトニック結晶層４３は、複数の領域Ｒに対応する領域毎で、発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、光出射端面ＬＥＳからのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせている。これにより、偏向部は、確実に、発振部から同一方向に出力された各レーザビームを異なる方向に偏向して光出射端面から出射させることができる。
【符号の説明】
【０１９７】
１０Ａ，１０Ｂ…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、４Ｂ…埋め込み層、５…上部クラッド層、６…コンタクト層、４１…第一フォトニック結晶層、４３…第二フォトニック結晶層、Ｅ２…駆動電極、Ｅ２１…第一電極部分、Ｅ２２…第二電極部分。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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