(57)【要約】【課題】プリント速度の高速化を図ることが可能なレーザプリンタを提供する。【解決手段】端面発光型の半導体レーザ素子１０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、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からレーザビームを発生させる、端面発光型の半導体レーザ素子１０を含み、複数の領域は、半導体レーザ素子１０の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、複数の領域で発生したレーザビームの光出射端面からの出射方向が、それぞれ異なっている。半導体レーザ素子１０と感光ドラム１０２とは、複数の領域から出射されたレーザビームが、感光ドラムにおける第一方向に平行な方向に沿う異なる位置にそれぞれ照射されるように、配置されている。【選択図】図１
2014079923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体にレーザビームを照射して前記感光体に潜像を作像する露光手段と、レーザビームの照射位置に対して前記感光体を相対的に移動させる移動手段と、を有するレーザプリンタであって、
前記露光手段は、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からレーザビームを発生させる、端面発光型の半導体レーザ素子を含み、
前記複数の領域は、前記半導体レーザ素子の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、前記複数の領域で発生した前記レーザビームの前記光出射端面からの出射方向が、それぞれ異なっており、
前記半導体レーザ素子と前記感光体とは、前記光出射端面から出射された前記レーザビームが、前記感光体における前記第一方向に平行な方向に沿う異なる位置にそれぞれ照射されるように、配置されており、
前記移動手段は、前記光出射端面から出射された前記レーザビームの照射位置に対して前記感光体を前記第一方向に直交する方向に相対的に移動させる、
ことを特徴とするレーザプリンタ。
【請求項２】
前記複数の領域のうち任意の一つの領域で発生した前記レーザビームの前記出射方向よりも、前記任意の一つの領域と前記第一方向で隣り合う領域で発生した前記レーザビームの前記出射方向が、より前記第一方向に傾斜している、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザプリンタ。
【請求項３】
前記移動手段は、前記露光手段によって前記感光体に前記レーザビームが照射される度に、前記感光体を前記第一方向に直交する方向に移動させる、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のレーザプリンタ。
【請求項４】
前記感光体は感光ドラムであり、
前記移動手段は、前記第一方向と平行な方向を回転軸とする回転方向に前記感光ドラムを回転させる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザプリンタ。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子は、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１〜４のいずれか一項に記載のレーザプリンタ。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子は、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、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザプリンタ。
【請求項７】
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１〜４のいずれか一項に記載のレーザプリンタ。
【請求項８】
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７に記載のレーザプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なレーザプリンタでは、半導体レーザ素子から出射されるレーザビームが、ポリゴンミラー等の機械的な構成によって偏向走査され、感光ドラムに照射される。このようなレーザプリンタにおいては、レーザビームを偏向走査する速度（ポリゴンミラーの回転速度など）又はレーザビームをオンオフさせる変調速度などにより、プリント速度が決まる。
【０００３】
レーザプリンタとして、レーザ光源がマルチエミッタ型の半導体レーザ素子とされたものが知られている（例えば特許文献１参照）。マルチエミッタ型の半導体レーザ素子では、１チップ内にｍ個の発光素子が含まれている。したがって、１チップ内に一つの発光素子のみを含むシングルエミッタ型の半導体レーザ素子が用いられる場合に比して、マルチエミッタ型の半導体レーザ素子が用いられる場合、プリント速度が、理論上、ｍ倍となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１５７０７号公報
【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、マルチエミッタ型の半導体レーザ素子に含まれるｍ個の発光素子それぞれでレーザビームをオンオフさせるパルス動作が高速で繰り返された場合には、各発光素子間において電気的及び熱的なクロストークが生じ、各発光素子において、レーザビームのオンオフ制御が適切に行われない虞がある。このため、マルチエミッタ型半導体レーザ素子における各発光素子のレーザビームをオンオフさせるパルス動作は、各発光素子をシングルエミッタ型半導体レーザ素子の発光素子としてそれぞれ用いる場合と比較して、遅くする必要がある。よって、マルチエミッタ型半導体レーザ素子の利点を十分に活かしきれておらず、マルチエミッタ型半導体レーザ素子を採用した場合にもプリント速度の高速化が十分に図られているとは言い難い状況であった。
【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、プリント速度の高速化を図ることが可能なレーザプリンタ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】
本発明に係るレーザプリンタは、感光体にレーザビームを照射して感光体に潜像を作像する露光手段と、レーザビームの照射位置に対して感光体を相対的に移動させる移動手段と、を有するレーザプリンタであって、露光手段は、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からレーザビームを発生させる、端面発光型の半導体レーザ素子を含み、複数の領域は、半導体レーザ素子の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、複数の領域で発生したレーザビームの光出射端面からの出射方向が、それぞれ異なっており、半導体レーザ素子と感光体とは、複数の領域から出射されたレーザビームが、感光体における第一方向に平行な方向に沿う異なる位置にそれぞれ照射されるように、配置されており、移動手段は、複数の領域から出射されたレーザビームの照射位置に対して感光体を第一方向に直交する方向に相対的に移動させる、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るレーザプリンタでは、半導体レーザ素子から出射された出射方向の異なる複数のレーザビームが、感光体における第一方向に平行な方向に沿う異なる位置それぞれに、一括照射される。レーザビームが一括照射されるため、半導体レーザ素子において、パルス動作を高速で繰り返すことなく、プリント速度を向上させることができる。
【０００９】
複数の領域のうち任意の一つの領域で発生したレーザビームの出射方向よりも、任意の一つの領域と第一方向で隣り合う領域で発生したレーザビームの出射方向が、より第一方向に傾斜していてもよい。この場合、各レーザビームと感光体における照射位置との対応が明確にされ、プリントを確実に且つより適切に行うことができる。
【００１０】
移動手段は、露光手段によって感光体にレーザビームが照射される度に、感光体を第一方向に直交する方向に移動させてもよい。また、感光体は感光ドラムであり、移動手段は、第一方向と平行な方向を回転軸とする回転方向に感光ドラムを回転させてもよい。
【００１１】
半導体レーザ素子は、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。
【００１２】
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。
【００１３】
半導体レーザ素子は、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。
【００１４】
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、半導体レーザ素子の実用的な用途を広げることができる。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明によれば、プリント速度の高速化を図ることが可能なレーザプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係るレーザプリンタの概略図である。
【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】半導体レーザ素子の縦断面図である。
【図１３】半導体レーザ素子内部の平面図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】グラフに用いられるデータを示す図表である。
【図２０】半導体レーザ素子の部分的な領域の断面図である。
【図２１】フォトニック結晶層の平面図である。
【図２２】制御回路部の信号処理を示す図である。
【図２３】感光ドラムにおけるレーザビームの照射状態を説明するための図である。
【図２４】半導体レーザ素子の平面図である。
【図２５】マルチエミッタレーザ光源を用いた従来のレーザプリンタの概略図である。
【図２６】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２７】図２６に示された半導体レーザ素子のXXVII−XXVII線に沿った断面構成を示す図である。
【図２８】図２６に示された半導体レーザ素子のXXVIII−XXVIII線に沿った断面構成を示す図である。
【図２９】図２６に示された半導体レーザ素子の平面図である。
【図３０】第一フォトニック結晶層の平面図である。
【図３１】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３２】第二フォトニック結晶層の平面図である。
【図３３】本実施形態の変形例に係るレーザプリンタの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施の形態に係るレーザプリンタについて説明する。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。
【００２２】
まず、図１を参照して、本実施形態に係るレーザプリンタ１００の構成について説明する。図１は、実施形態に係るレーザプリンタの概略図である。
【００２３】
図１に示すように、レーザプリンタ１００は、半導体レーザ素子１０と、制御回路部１０１と、感光ドラム１０２と、ビーム整形レンズ部１０３と、電源１０４と、を備えている。レーザプリンタ１００は、感光ドラム１０２にレーザビームを照射して感光ドラム１０２に潜像を作像する露光部と、レーザビームの照射位置に対して感光ドラム１０２を相対的に移動させる移動部と、を有する。
【００２４】
レーザプリンタ１００は、露光動作（半導体レーザ素子１０が感光ドラム１０２にレーザビームを照射）、現像動作（レーザビームを照射した部分にトナーを付着させる）、転写動作（感光ドラム１０２上のトナーを印刷用紙に転写）を行うように構成されている。レーザプリンタ１００における現像動作及び転写動作は公知のレーザプリンタと同様である。よって、これらの動作については説明を省略することとし、以下では、露光動作に係る構成についての説明を行う。
【００２５】
半導体レーザ素子１０は、感光ドラム１０２にレーザビームを照射して感光ドラム１０２に潜像を作像する。半導体レーザ素子１０は、出射方向が異なる複数のレーザビームを出射する。半導体レーザ素子１０によるレーザビームの出射は、制御回路部１０１のレーザ素子電流供給回路部１１２からの信号に基づいて行われる。
【００２６】
以下、図２〜図２１を用いて、半導体レーザ素子１０の構成について詳細に説明する。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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
【００３０】
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。
【００３１】
なお、光ガイド層は省略することも可能である。
【００３２】
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。
【００３３】
複数の領域Ｒは、半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳに平行で且つ、活性層３Ｂが延びる方向（以下、第一方向Ｄ１と記載する場合がある）に並んで位置している。そして、上下の電極Ｅ１，Ｅ２間に電流を流すと、いずれかの電極Ｅ２の直下の複数の領域Ｒに電流が流れ、この領域Ｒが発光して、レーザビームＬＢが基板の側方端面（光出射端面ＬＥＳ）から所定の出射角度で出射される（図３参照）。光出射端面ＬＥＳから出射される各レーザビームＬＢは、それぞれで出射方向（出射角度）が異なっている。レーザビームＬＢの出射方向は、任意の一つの領域で発生したレーザビームよりも、任意の一つの領域と第一方向Ｄ１で隣り合う領域で発生したレーザビームのほうが、より第一方向Ｄ１に傾斜している。
【００３４】
半導体レーザ素子１０と感光ドラム１０２とは、光出射端面ＬＥＳから出射されたレーザビームＬＢが、感光ドラム１０２における第一方向Ｄ１に平行な方向に沿う異なる位置にそれぞれ照射されるように配置されている。第一方向Ｄ１に平行な方向とはすなわち、感光ドラムの軸方向（行方向）である（図１参照）。半導体レーザ素子１０は、感光ドラム１０２における１行すべての照射位置に対して、同時にレーザビームを一括照射できるように設定されている。半導体レーザ素子１０から出射されるレーザビームによる感光ドラム１０２への一括照射に関しては、後述する制御回路部１０１の説明において詳細を説明する。
【００３５】
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（いずれの領域ＲでレーザビームＬＢが発生するか）が決定される。なお、駆動電極Ｅ２のいずれに駆動電流を供給するかは、制御回路部１０１のレーザ素子電流供給回路部１１２からの信号に基づいて決定される。
【００３６】
半導体レーザ素子１０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。Ｘ軸の方向は、上述した第一方向Ｄ１と平行な方向である。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１０の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０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１０を完全に横断することなく、途中で途切れている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１０中のレーザ光の波長、ｋは半導体レーザ素子１０中のレーザ光の波数である。
【００５０】
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１０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。
【００５１】
０≦θ１＜ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）
【００５２】
θ２≧ｓｉｎ−１（１／ｎｄｅｖ）
【００５３】
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）｝
【００５４】
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。
【００５５】
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１０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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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）。
【００６８】
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。
【００６９】
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の差が大きくなり、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１０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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
図１２は、半導体レーザ素子の縦断面図である。
【００７４】
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。
【００７５】
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１０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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
以上、説明したように、上述の半導体レーザ素子１０は、端面発光型の半導体レーザ素子１０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１０の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０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１０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１０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。
【００７９】
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ＬＥＳ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ＬＥＳを介して外部に出力することができる。
【００８０】
また、本発明の態様に係る半導体レーザ素子１０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１０の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０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１０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１０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ＬＥＳ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。
【００８１】
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ＬＥＳ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ＬＥＳを介して外部に出力することができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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ＬＥＳ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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１３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。
【００８６】
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ＬＥＳ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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
角度θｒについて説明すると、図１４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）
【００９０】
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ＬＥＳ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。
【００９１】
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。
【００９２】
図１５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。
【００９３】
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。
【００９４】
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）
【００９５】
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）
【００９６】
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。
【００９７】
図１６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。
【００９８】
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１２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）。
【００９９】
図１７（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１７（Ｂ）は、そのＸＺ平面内の断面図である。
【０１００】
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。
【０１０１】
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）
【０１０２】
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。
【０１０３】
図１８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１９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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
なお、図１２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１７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２０（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１７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２０（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ＬＥＳ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１７、図２０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。
【０１０６】
図２１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２１（Ａ）には正方格子、図２１（Ｂ）には長方格子、図２１（Ｃ）には三角格子、図２１（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。
【０１０７】
詳細には、図２１（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。
【０１０８】
図２１（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。
【０１０９】
図２１（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。
【０１１０】
図２１（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。
【０１１１】
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２１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１０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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
上述の正方格子（図２１（Ａ））と、長方格子（図２１（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。
【０１１４】
また、２つの長方格子（図２１（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。
【０１１５】
また、２つの面心長方格子（図２１（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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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１０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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
つぎに、図２２を用いて制御回路部の信号処理について説明する。制御回路部１０１は、外部信号により入力されたプリント情報を信号処理することによって、半導体レーザ素子１０によるレーザビームの出射、及び、感光ドラム１０２の移動（回転）を制御する。制御回路部１０１は、信号処理部１１１と、レーザ素子電流供給回路部１１２と、感光ドラム駆動回路部１１３と、を備える。
【０１２１】
信号処理部１１１は、外部信号がプリント情報に係る信号であった場合に、レーザ素子電流供給回路部１１２及び感光ドラム駆動回路部１１３に当該プリント情報に係る信号を入力する。プリント情報に係る外部信号とは、例えば、レーザプリンタ１００に接続された端末を使用するユーザから入力された、印刷指示の信号等をいう。
【０１２２】
信号処理部１１１は、外部信号に基づき、レーザ素子電流供給回路部１１２に対して、半導体レーザ素子１０における一括照射単位ごとのプリント情報に係る信号（すなわち、感光ドラム１０２における１行単位ごとのプリント情報に係る信号）を入力する。信号処理部１１１は、半導体レーザ素子１０による感光ドラムへの１行分のレーザビーム照射が完了したことを受け、感光ドラム駆動回路部１１３に対して、感光ドラム１０２を移動させる旨の信号を入力する。
【０１２３】
レーザ素子電流供給回路部１１２は、信号処理部１１１からの、半導体レーザ素子１０における一括照射単位ごとのプリント情報に係る信号（すなわち、感光ドラム１０２における１行単位ごとのプリント情報に係る信号）を受け、感光ドラム１０２の各行における照射位置に対応した駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給する。
【０１２４】
図２３は、感光ドラムにおけるレーザビームの照射状態を説明するための図である。図２４は、半導体レーザ素子の平面図である。図２３の感光ドラム１０２に描かれたマス、及び、各マスの行番号３０１、列番号３０２は、説明のために記載したものであり、実際には感光ドラム１０２に描かれていない。各マス中の円は、半導体レーザ素子１０によって、レーザビームが照射された箇所を示している。図２３に示すように、各行ごとに１７個（１７列）の異なる位置がある。図２４の駆動電極Ｅ２０１〜Ｅ２１７は、感光ドラム１０２の１〜１７列に係る照射位置にそれぞれ対応した駆動電極Ｅ２である。
【０１２５】
例として、図２３中の１行目のレーザビームの照射イメージを説明する。図２３中の１行目の信号を処理する際は、信号処理部１１１よりレーザ素子電流供給回路部１１２に対して、感光ドラム１０２における１〜３，５〜７，９，１１，１２，１４，１６，１７列目に対してのみ半導体レーザ素子を照射する旨の信号が入力される。レーザ素子電流供給回路部１１２は、当該信号に基づいて、１〜３，５〜７，９，１１，１２，１４，１６，１７列目に対応する半導体レーザ素子１０の駆動電極である、駆動電極Ｅ２０１〜Ｅ２０３，Ｅ２０５〜Ｅ２０７，Ｅ２０９，Ｅ２１１，Ｅ２１２，Ｅ２１４，Ｅ２１６，Ｅ２１７に駆動電流を供給する。当該駆動電流の供給により、半導体レーザ素子１０から、感光ドラム１０２の１〜３，５〜７，９，１１，１２，１４，１６，１７列目に係る照射位置にレーザビームが照射される。
【０１２６】
図２２に戻り、感光ドラム駆動回路部１１３は、信号処理部１１１からの、感光ドラム１０２を移動させる旨の信号を受け、レーザビームの照射位置に対して感光ドラム１０２を１行分回転させる（第一方向に直交する方向に相対的に移動させる）。より具体的には、感光ドラム駆動回路部１１３は、感光ドラム１０２の駆動機構（図示せず）に対して、感光ドラム１０２を１行分回転させる旨の信号を入力し、該駆動機構が感光ドラム１０２を１行分回転させる。感光ドラム駆動回路部１１３が感光ドラム１０２を１行分回転させる信号を入力するタイミングは、半導体レーザ素子１０によって感光ドラム１０２にレーザビームが照射されたタイミングである。
【０１２７】
上述した、信号処理部１１１、レーザ素子電流供給回路部１１２、半導体レーザ素子１０、感光ドラム駆動回路部１１３による処理は、外部信号が信号処理部１１１に入力される間、繰り返して行われる。
【０１２８】
図１に戻り、感光ドラム１０２は、レーザビームが照射されることによって発生した電荷によりトナーを吸着し、印刷媒体にトナーを転写する円筒形の感光体である。感光ドラム１０２は第一方向Ｄ１と平行な方向を回転軸ｌ１とし、図中の矢印の方向（回転方向）に向かって回転する。上述したとおり、感光ドラム１０２は、感光ドラム駆動回路部１１３によって１行ずつ回転させられる。
【０１２９】
ビーム整形レンズ部１０３は、レーザビームを整形するビーム整形光学系としての機能を有し、コリメート用レンズ、集光用レンズ、走査レンズ等を有する。コリメート用レンズはレーザビームを平行光にするレンズである。集光用レンズは、例えばシリンダレンズ等の集光に用いるレンズである。走査レンズは感光ドラムに集光されるレーザビームの集光精度を高め、感光ドラム上へのビームスポットを小さくするレンズである。各レンズは、屈折面を利用した屈折率分布レンズを用いてもよいし、反射面を利用した回折レンズを用いてもよい。
【０１３０】
電源１０４は、制御回路部１０１と接続されており、電源１０４がＯＮされることで、制御回路部１０１による外部信号の処理が行われる。
【０１３１】
以上、説明したように、レーザプリンタ１００では、半導体レーザ素子１０から出射された出射方向の異なる複数のレーザビームが、感光ドラム１０２における第一方向Ｄ１に平行な方向（行方向）に沿う異なる位置それぞれに、一括照射される。
【０１３２】
従来のレーザプリンタに用いられていた半導体レーザ素子は、一方向のみにレーザビームを出射するため、素子構造、ビーム制御光学系の設計によりレーザビーム数（エミッタ数）を増やすことに制限があった。また、プリント速度を高速化するためにはパルス速度を高速化する必要がった。しかし、高速なパルス動作は素子のエミッタ間での電気的・熱的なクロストークを引き起こし、オンオフ信号が不明確となる虞があるため、パルス速度の高速化には限界があり、その結果、プリント速度は十分に高速化が図られていなかった。この点、複数のレーザビームが一括照射されるレーザプリンタ１００では、パルス速度を高速にすることなく、プリント速度を向上させることができる。
【０１３３】
図２５に示すように、従来のレーザプリンタ２００では、半導体レーザ素子２０から出射されたレーザビームは、コリメートレンズ２０１により平行光とされ、さらにシリンダレンズ２０２によって集光された後に、等速回転を行うポリゴンミラー２０３によって正確に反射され、走査レンズ２０４によって感光ドラム２０５に集光されていた。ポリゴンミラー２０３があることにより、ポリゴンミラー２０３の回転速度によっても、プリント速度は制限を受けていた。この点、レーザプリンタ１００はポリゴンミラー等の機械的な駆動系が必要とならないため、上述したプリント速度の制限は問題とならない。
【０１３４】
レーザビームの出射方向は、第一方向Ｄ１で隣り合う領域で発生するレーザビームがより第一方向Ｄ１に傾斜していることで、各レーザビームと感光ドラム１０２における照射位置との対応が明確にされ、プリントを確実に且つより適切に行うことができる。
【０１３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【０１３６】
例えば、レーザプリンタ１００の半導体レーザ素子は、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１０Ａを用いてもよい。
【０１３７】
レーザプリンタ１００は、半導体レーザ素子１０の代わりに、後述する半導体レーザ素子１０Ａを備えていてもよい。以下、図２６〜図３２を用いて、半導体レーザ素子１０Ａの詳細について説明する。
【０１３８】
まず、本実施形態に係る半導体レーザ素子１０Ａの構成について説明する。図２６は、半導体レーザ素子の概略斜視図である。図２７は、半導体レーザ素子のXXVII−XXVII線に沿った断面構成を示す図である。図２８は、半導体レーザ素子のXXVIII−XXVIII線に沿った断面構成を示す図である。図２９は、半導体レーザ素子の平面図である。
【０１３９】
半導体レーザ素子１０Ａ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、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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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軸に平行な直線に平行である。
【０１４２】
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１０Ａ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。
【０１４３】
複数の駆動電極Ｅ２は、半導体レーザ素子１０Ａ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、矩形状を呈し、詳細には、各駆動電極Ｅ２は、Ｙ軸方向を長辺とする長方形状を呈している。すなわち、複数の駆動電極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）に対して平行である。
【０１４４】
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。
【０１４５】
各電極パッドＥＰは、図２８及び図２９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。
【０１４６】
半導体レーザ素子１０Ａ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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
埋め込み層４ＢのＸＹ平面内における形状は、図１１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。
【０１５０】
図３０は、第一フォトニック結晶層の平面図である。
【０１５１】
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における光の等価屈折率である。
【０１５２】
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３０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３０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。
【０１５３】
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３０に示された配置に限られることなく、図３１の（Ａ）〜（Ｃ）に示された配置であってもよい。
【０１５４】
図３１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。
【０１５５】
図３１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３１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。
【０１５６】
半導体レーザ素子１０Ａ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。
【０１５７】
図３２は、第二フォトニック結晶層の平面図である。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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における光の等価屈折率である。
【０１６０】
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３２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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
以上のように、半導体レーザ素子１０Ａ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。
【０１６３】
半導体レーザ素子１０Ａ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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
本実施形態に係るレーザプリンタ１００は、図３３に示すように、複数の半導体レーザ素子１０を備えていてもよい。図３３は、本実施形態の変形例に係るレーザプリンタを説明するための図である。レーザプリンタ１００は、上述した実施形態に係るレーザプリンタ１００と同様に、半導体レーザ素子１０と、制御回路部１０１と、感光ドラム１０２と、ビーム整形レンズ部１０３と、電源１０４と、を備えている。複数の半導体レーザ素子１０（本変形例では、３個の半導体レーザ素子１０）は、第一方向Ｄ１に平行な方向にそって並置されている。各半導体レーザ素子１０から出射されるレーザビームの感光ドラム１０２における照射領域は、半導体レーザ素子１０毎で異なっている。各半導体レーザ素子１０の光出射端面ＬＥＳから出射されたレーザビームは、感光ドラム１０２における第一方向Ｄ１に平行な方向に沿う異なる位置にそれぞれ照射される。
【０１６６】
本変形例のレーザプリンタ１００では、半導体レーザ素子１０を一つだけ備えて構成されるレーザプリンタ１００と比較して、感光ドラム１０２へのレーザビーム照射範囲を大きくすることができる。よって、軸方向に長い感光ドラム１０２に対しても１行分の全照射位置に対するレーザビーム一括照射が可能となる。本変形例では、半導体レーザ素子１０の代わりに、半導体レーザ素子１０Ａが備えられていてもよい。
【符号の説明】
【０１６７】
１０，１０Ａ…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、１００…レーザプリンタ、１０１…制御回路部、１０２…感光ドラム、１０３…ビーム整形レンズ部、１０４…電源、１１１…信号処理部、１１２…レーザ素子電流供給回路部、１１３…感光ドラム駆動回路部、Ｄ１…第一方向、Ｅ２…駆動電極、ｌ１…回転軸、ＬＥＳ…光出射端面。
【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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【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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