(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも活性層、光ガイド層及びクラッド層が順次積層されてなる半導体層と、
前記半導体層に接触し、この半導体層との接触領域が、前記基板の厚み方向に垂直な一方向に沿って延びている駆動電流用電極と、を備え、前記活性層における前記一方向の一端に位置する端面からレーザ光が出射する端面発光型半導体レーザ素子であって、
前記半導体層内に形成された２次元フォトニック結晶を更に備え、
前記接触領域の前記一方向を長さ方向とし、この長さ方向及び前記基板の厚み方向の双方に垂直な方向を幅方向とした場合、
前記２次元フォトニック結晶は、
前記基板に垂直な方向から見た場合、前記接触領域を含み前記接触領域よりも幅方向に広い領域内に位置し、且つ、
前記一方向に沿った間隔ｄ１毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備え、
ｑ１を自然数、ｎを活性層における光の実効屈折率とした場合、波長λの前記レーザ光に対して、ブラッグの回折条件：
ｄ１＝ｑ１×λ／（２×ｎ）を満たしており、
前記２次元フォトニック結晶は、
前記一方向に交差する方向に沿った間隔ｄ２毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備え、
ｑ２を自然数とした場合、波長λの前記レーザ光に対して、ブラッグの回折条件：
ｄ２＝ｑ２×λ／（２×ｎ）を満たしていることを特徴とする端面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記２次元フォトニック結晶は、前記基板に垂直な方向から見た場合、前記接触領域を含み前記接触領域よりも、前記活性層内に供給されたキャリアが、幅方向の外側に、前記幅方向両端位置からそれぞれ食み出した寸法以上に、幅方向に広い領域内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記寸法は３μｍであることを特徴とする請求項２に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記２次元フォトニック結晶は、前記基板に垂直な方向から見た場合、前記接触領域を含み前記接触領域よりも、前記活性層内で発生した光が、幅方向の外側に、前記幅方向両端位置からそれぞれ染み出した寸法以上に、幅方向に広い領域内に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面発光型半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な半導体レーザ素子は、半導体基板のへき開端面から光を出射するタイプの構造を有しており、端面発光型レーザと呼ばれている。近年、半導体レーザ素子に関して、フォトニック結晶を用いた応用研究（特許文献１〜特許文献４）が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３０６１９号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６０９０号公報
【特許文献３】特開２００４−１７２５０６号公報
【特許文献４】特開２００４−８７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体レーザ素子においては、導波路の幅方向に空間横モード制御するための機能を持たないことがほとんどで、特に導波路幅が広い高出力用半導体レーザの場合には、空間横モードが多数発生し、マルチモード発振となる等、空間横モードを安定化させることができない。横マルチモード発振が不安定に生じた場合には、発光端面における近視野像（ＮＦＰ）、遠視野像（ＦＦＰ）が不均一な形状となり、さらに駆動条件により形状が変化していく。このような不安定な空間横モード動作は、レンズ系による精密な集光、光整形が困難になるため、半導体レーザ素子の応用の阻害要因となっている。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、素子内に生じる光の電磁界分布を規定することのできるフォトニック結晶を用いて、空間横モード動作を安定させることにより、発光形状を均一化し、駆動条件によるモード変化を抑制できる端面発光型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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る端面発光型半導体レーザ素子は、基板上に少なくとも活性層、光ガイド層及びクラッド層が順次積層されてなる半導体層と、前記半導体層に接触し、この半導体層との接触領域が、前記基板の厚み方向に垂直な一方向に沿って延びている駆動電流用電極と、を備え、前記活性層における前記一方向の一端に位置する端面からレーザ光が出射する端面発光型半導体レーザ素子であって、前記半導体層内に形成された２次元フォトニック結晶を更に備え、前記接触領域の前記一方向を長さ方向とし、この長さ方向及び前記基板の厚み方向の双方に垂直な方向を幅方向とした場合、前記２次元フォトニック結晶は、前記基板に垂直な方向から見た場合、前記接触領域を含み前記接触領域よりも幅方向に広い領域内に位置し、且つ、前記一方向に沿った間隔ｄ１毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備え、ｑ１を自然数、ｎを活性層における光の実効屈折率とした場合、波長λの前記レーザ光に対して、ブラッグの回折条件：ｄ１＝ｑ１×λ／（２×ｎ）を満たしており、前記２次元フォトニック結晶は、前記一方向に交差する方向に沿った間隔ｄ２毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備え、ｑ２を自然数とした場合、波長λの前記レーザ光に対して、ブラッグの回折条件：ｄ２＝ｑ２×λ／（２×ｎ）を満たしていることを特徴とする。
【０００７】
この場合の端面発光型半導体レーザ素子では、電極接触領域の外側のキャリアが食み出す領域まで２次元フォトニック結晶が形成され、共振器長方向にブラッグ回折条件が満たされているので、素子内部で生じる光の電磁界分布が規定され、得られるレーザ光の空間横モードが安定し、発光形状を均一化することができる。
【０００８】
上述のように、前記２次元フォトニック結晶は、前記一方向に交差する方向に沿った間隔ｄ２毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備え、ｑ２を自然数とした場合、波長λの前記レーザ光に対して、ブラッグの回折条件：ｄ２＝ｑ２×λ／（２×ｎ）を満たしている。
【０００９】
この場合の端面発光型半導体レーザ素子では、電極接触領域の外側のキャリアが食み出す領域まで２次元フォトニック結晶が形成され、共振器長と交差する方向にもブラッグ回折条件が満たされているので、素子内部で生じる光の電磁界分布が素子面内で２次元的に規定され、得られるレーザ光の空間横モードが安定し、発光形状を均一化することができる。
【００１０】
すなわち、前記２次元フォトニック結晶は、前記基板に垂直な方向から見た場合、前記接触領域を含み前記接触領域よりも、前記活性層内に供給されたキャリアが、幅方向の外側に、前記幅方向両端位置からそれぞれ食み出した寸法以上に、幅方向に広い領域内に位置していることが好ましい。
【００１１】
キャリアが食み出した部分を含むように２次元フォトニック結晶が形成されているため、素子内部で十分に電磁界分布が素子面内で２次元的に規定され、出射するレーザ光モードを安定化、均一化することができる。
【００１２】
この寸法は、キャリアの拡散長に依存し、片側で３μｍ以上あれば、フォトニック結晶は、染み出したキャリアの全体に、影響を与えることができる。
【００１３】
また、前記２次元フォトニック結晶は、前記基板に垂直な方向から見た場合、前記接触領域を含み前記接触領域よりも、前記活性層内で発生した光が、幅方向の外側に、前記幅方向両端位置からそれぞれ染み出した寸法以上に、幅方向に広い領域内に位置していることが好ましい。
【００１４】
この場合、光の染み出した部分を含むように２次元フォトニック結晶が形成されている。フォトニック結晶の形成境界部では、光の反射が生じるために散乱が生じ、これが本来の半導体レーザの発振モードを乱す原因となるが、この場合、光の染み出した部分を含むように２次元フォトニック結晶が形成され、２次元フォトニック結晶が幅方向に広い領域に形成されているため、反射による影響は少なくなり、安定した空間横モード動作を可能にすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の端面発光型半導体レーザ素子によれば、安定で均一な空間横モード動作を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体レーザ素子の正面図である。
【図２】半導体レーザ素子の平面図である。
【図３】フォトニック結晶における格子点の配列を示す図である。
【図４】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５】供給電流Ｊ（ｍＡ）と光出力Ｐ（ｍＷ）の関係を示すグラフである。
【図６】光の波長λ（ｎｍ）と対数表示の強度I（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフである。
【図７】比較例に係る半導体レーザ素子の遠視野像の出射角度θ（°）と強度I（ａ．ｕ．）の光出力依存性の関係を示すグラフである。
【図８】実施例に係る半導体レーザ素子の遠視野像の出射角度θ（°）と強度I（ａ．ｕ．）の光出力依存性の関係を示すグラフである。
【図９】比較例に係る半導体レーザ素子の近視野像の距離Ｄ（μｍ）と強度I（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフである。
【図１０】実施例に係る半導体レーザ素子の近視野像の距離Ｄ（μｍ）とＩ強度（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態に係る端面発光型半導体レーザ素子（以下、単に半導体レーザ素子という）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。
【００１８】
図１は、半導体レーザ素子の正面図である。同図では、ＸＹＺ三次元直交座標系が示されており、基板厚み方向をＺ軸、共振器長方向をＸ軸とし、これらに垂直な幅方向をＹ軸に設定する。
【００１９】
半導体レーザ素子は、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、２次元フォトニック結晶層４、上部クラッド層５、キャップ層（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９が全面に設けられており、キャップ層６のＹ軸方向の中央部では、駆動電流用電極８が接触している。上部の電極８は、キャップ層６上に設けられた絶縁層７上に形成されているが、絶縁層７には、Ｘ軸方向に延びた長方形の開口が形成されており、電極８は、この開口を介して、キャップ層６に接触している。
【００２０】
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。
【００２１】
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。なお、ＭＯＣＶＤ法によるＡｌＧａＡｓの成長温度は５００℃〜８５０℃であって、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）を用いた。ＧａＡｓの形成時には、ＡｌＧａＡｓの形成工程において、Ａｌ原料（ＴＭＡ）の供給を停止する。
【００２２】
・キャップ層６：
Ｐ型のＧａＡｓ／５０〜５００ｎｍ
・上部クラッド層５：
Ｐ型のＡｌＧａＡｓ／１．０〜３．０μｍ
・フォトニック結晶層４：
i型のＧａＡｓ／５０〜５００ｎｍ
・上部光ガイド層３Ｃ：
i型のＡｌＧａＡｓ／１０〜５００ｎｍ
・活性層３Ｂ（多重量子井戸構造）：
i型のＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ  ＭＱＷ／１０〜１００ｎｍ
・下部光ガイド層３Ａ：
i型のＡｌＧａＡｓ／１０〜５０００ｎｍ
・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
【００２３】
なお、電極８は、上述の層２〜６からなる半導体層に接触しており、接触領域はＸ軸に沿って延びている。上下の電極８，９間に電流を流すと、電極８における接触領域の直下の領域（幅Ｗの領域）を電流が流れ、この領域の発光層３が発光して、レーザ光が基板の端面に垂直な方向に向かって出力される。なお、ここで発光層３は、活性層３Ｂと上下のガイド層３Ａ，３Ｃを含む層とする。
【００２４】
なお、フォトニック結晶層４は、もともとある基本層と、基本層に格子点としての孔（穴）を空けてなる層を備えており、孔の形成された位置を凹部４Ｄ、孔の形成されていない位置を凸部４Ｐと呼ぶことにする。
なお、図１ではフォトニック結晶層４は、基本層に格子点として孔（穴）が形成された後、全体にＰ型クラッド層５が形成されている構成を示しているが、凹部４ＤがＰ型クラッド層と異なる材料で埋め込まれていても良いし、凹部４Ｄが埋め込まれずに、空孔が残されたまま上部層が形成されていても良い。
【００２５】
なお、凹凸部の関係は逆転させることも可能である。すなわち、フォトニック結晶層４は、もともとある基本層と、基本層に格子点としての円柱が残留するようにエッチングを施し、周囲を埋める埋め込み層を備えており、この場合、円柱が形成された位置を凸部４Ｐ、円柱が形成されていない位置を凹部４Ｄと呼ぶことにする。
【００２６】
図２は、半導体レーザ素子の平面図である。
【００２７】
レーザ光ＬＴ１は、共振器の一端に位置する前方の素子端面から出射される。もちろん、逆方向の他端に位置する後方の素子端面からもレーザ光ＬＴ２が出射される。この後方端面には高反射膜が設けられ、出力強度は前方への出力強度よりも小さくされる場合もある。
【００２８】
ここで、幅Ｗで規定される電極８の接触領域の直下に電流が流れるが、キャリアは横方向へも若干食み出す。幅Ｗの接触領域から幅方向に食み出してキャリアが流れる領域は、幅Ｗ１で規定されており、線分Ｌ１と線分Ｌ０の間の領域である。幅Ｗ１は、キャリアの拡散長で規定され、一般的には化合物半導体では３μｍである。この寸法Ｗ１が片側で３μｍ以上あれば、フォトニック結晶は、染み出したキャリアの全体に、影響を与えることができる。
【００２９】
更に、活性層３Ｂで発生した光はガイド層３Ａ、３Ｂに沿って発光層３を横方向に広がる。幅Ｗの接触領域から幅方向に染み出して光が広がる領域は、幅Ｗ２で規定されており、線分Ｌ２と線分Ｌ０の間の領域である。この幅Ｗ２は、５０μｍ程度である。
【００３０】
Ｚ軸方向から見た場合に、フォトニック結晶は、幅Ｗ１を規定する線分Ｌ１よりも外側、好ましくは幅Ｗ２を規定する線分Ｌ２よりも外側の領域まで形成されていることが好ましい。
【００３１】
すなわち、２次元フォトニック結晶は、基板１に垂直な方向（Ｚ軸）から見た場合、幅Ｗの接触領域を含み接触領域よりも幅方向に広い領域内に位置し、且つ、Ｘ軸方向に沿った間隔ｄ１毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備えている。間隔ｄ１は、フォトニック結晶層において、屈折率が周囲と異なる格子点の重心間距離（Ｘ軸方向距離）で与えられる。
【００３２】
屈折率周期構造は、ｑ１を自然数、ｎを活性層における光の実効屈折率とした場合、波長λのレーザ光に対して、ブラッグの回折条件：ｄ１＝ｑ１×λ／（２×ｎ）を満たしている。例えば、波長λ=９８０ｎｍ、ｑ１＝２、ｎ＝３．３５、ｄ１＝２９２．５ｎｍである。
【００３３】
この場合の半導体レーザ素子では、電極接触領域の外側のキャリアが食み出す領域まで２次元フォトニック結晶が形成され、共振器長方向にブラッグ回折条件が満たされているので、光のモードが安定し、発光形状を均一化することができる。
【００３４】
また、２次元フォトニック結晶は、Ｘ軸に交差する方向（例：Ｙ軸方向、又は、Ｘ軸と６０度をなす方向）に沿った間隔ｄ２毎に屈折率が周期的に変化する屈折率周期構造を備え、ｑ２を自然数とした場合、波長λのレーザ光に対して、ブラッグの回折条件：ｄ２＝ｑ２×λ／（２×ｎ）を満たしている。
【００３５】
この場合の半導体レーザ素子では、電極接触領域の外側のキャリアが食み出す領域まで２次元フォトニック結晶が形成され、共振器長と交差する方向にもブラッグ回折条件が満たされているので、光のモードが安定し、発光形状を均一化することができる。
【００３６】
すなわち、２次元フォトニック結晶は、基板に垂直な方向から見た場合、幅Ｗで規定される接触領域を含み接触領域よりも、活性層３Ｂ内に供給されたキャリアが、幅方向の外側に、幅方向両端位置からそれぞれ食み出した寸法Ｗ１以上に、幅方向に広い領域内に位置している。
【００３７】
キャリアが食み出した部分を含むように２次元フォトニック結晶が形成されているため、素子内の光電磁界分布が規定されることで、光のモードが安定し、発光形状を均一化することができる。
【００３８】
また、２次元フォトニック結晶は、基板に垂直な方向から見た場合、幅Ｗで規定される接触領域を含み接触領域よりも、活性層３Ｂ内で発生した光が、幅方向の外側に、幅方向両端位置からそれぞれ染み出した寸法Ｗ２以上に、幅方向に広い領域内に位置している。
【００３９】
この場合、光の染み出した部分を含むように２次元フォトニック結晶が形成されているため、フォトニック結晶の形成境界部での反射に起因した発振モードへの影響を無視することができ、安定した空間横モード動作を可能にすることができる。
【００４０】
図３は、フォトニック結晶における格子点の配列を示す図である。ここでは、エッチングによって形成された円形の凹部４Ｄが配列している例を示しているが、エッチングによって円柱状の凸部４Ｐが形成されている構造の場合には、凹部４Ｄの位置を凸部４Ｐに読み替える。
【００４１】
図３（ａ）では、正方格子の格子点位置に凹部４Ｄが位置しており、Ｘ軸方向（共振器方向）には凹部４Ｄは、間隔ａＢ毎に配置されている。間隔ａＢは、上記距離ｄ１に等しい。凹部４Ｄは、Ｙ軸方向に沿っても、等間隔で配置されており、この間隔は上記距離ｄ１に等しい。
【００４２】
図３（ｂ）では、長方格子の格子点位置に凹部４Ｄが位置しており、Ｘ軸方向（共振器方向）には凹部４Ｄは、間隔ａＢ毎に配置されている。間隔ａＢは、上記距離ｄ１に等しい。凹部４Ｄは、Ｙ軸方向に沿っても、等間隔で配置されており、ここでは、Ｙ軸方向の間隔ｄ２の方がＸ軸方向の間隔ｄ１よりも広く設定されているが、狭く設定されていても良い。また、Ｙ軸方向の間隔ｄ２は上記ブラッグ条件を満たしていても良い。
【００４３】
図３（ｃ）では、三角格子の格子点位置に凹部４Ｄが位置しており、Ｘ軸方向（共振器方向）には凹部４Ｄは、間隔ａＢ毎に配置されている。間隔ａＢは、上記距離ｄ１に等しい。凹部４Ｄは、Ｘ軸と６０度をなす方向に沿っても、等間隔で配置されており、この間隔は上記距離ｄ１に等しい。ここでは、交差する方向の間隔とＸ軸方向の間隔ｄ１は等しく設定されている。
【００４４】
図３（ｄ）においても、三角格子の格子点位置に凹部４Ｄが位置しており、Ｘ軸方向（共振器方向）には凹部４Ｄは、間隔ａＢ毎に配置されている。間隔ａＢは、上記距離ｄ１に等しい。凹部４Ｄは、Ｙ軸方向に沿っても、等間隔で配置されており、ここでは、Ｙ軸方向の間隔ｄ２の方がＸ軸方向の間隔ｄ１よりも広く設定されている。図３においてはフォトニック結晶の角格子点形状を円形として示したが、これに限らず三角形、台形、楕円形等の他の形状、あるいは複数点からなる格子点形状を用いても良い。
【００４５】
図４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。
【００４６】
まず、基板１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、下部クラッド層２、発光層３、フォトニック結晶層４を順次積層する（図４（ａ））。次に、レジストをフォトニック結晶層４上に塗布した後、フォトレジストを露光によりパターニングし、次に、これをマスクとしてフォトニック結晶層４をエッチングし、複数の孔４Ｄをエッチングで空ける（図４（ｂ））。レジストの露光は通常の紫外線露光装置を用いることもできるが、電子ビーム描画露光、ナノインプリント法、干渉露光法を用いても良い。また、本作製例では２次元フォトニック結晶を素子全体に形成している。
【００４７】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、この上に上部クラッド層５、キャップ層６を順次積層する（図４（ｃ））。最後に、ＳｉＮからなる絶縁層７をプラズマＣＶＤ法によりキャップ層６上に形成する。絶縁層７には、レジストを塗布し、これを露光・現像してパターニングすることで、Ｘ軸方向に沿った開口が形成されたレジストパターンを得る。次に、このレジストをマスクとして、絶縁層７を反応性イオンエッチングしてパターニングし、Ｘ軸方向に沿った開口を形成する。しかる後、絶縁層７上に電極８を蒸着して形成する（図４（ｄ））。この電極材料としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いることができる。基板１を１５０μｍの厚み以下になるまで研磨し、化学処理を行って、表面の歪み・汚れを除去した後、電極９を基板１の裏面に蒸着する。この電極材料としては、ＡｕＧｅ／Ａｕを用いることができる。以上のようにして作製した素子基板を、所望の素子サイズとなるようにへき開してチップ化する。最後に、必要に応じて、前側の端面に低反射膜、後側の端面に高反射膜を形成することで、図１に示した半導体レーザ素子が完成する。
【００４８】
上記半導体レーザ素子（図３（ａ）：格子点の凹部４Ｄの直径Ｒ＝１３５ｎｍ、Ｘ軸方向の格子間隔ａＢ＝２９２ｎｍ、Ｙ軸方向の格子間隔＝ａＢ）を試作した。なお、フォトニック結晶は、Ｚ軸方向から見て基板全面に形成し、共振器長は２０００μｍ、幅Ｗは１００μｍに設定した。これを実施例とし、同様に、フォトニック結晶層を備えないファブリペロー型半導体レーザ素子も作製し、これを比較例とした。
【００４９】
図５は、実施例に係る半導体レーザ素子の連続ＣＷ駆動時における供給電流Ｊ（ｍＡ）と出力Ｐ（ｍＷ）の関係を示すグラフである。電流の増加と共に、出力は直線的に増加している。
【００５０】
図６は、実施例に係る光の波長λ（ｎｍ）と強度Ｉ（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフである。強度Ｉは対数で示されている。波長９８０ｎｍにおいて単一のピークが得られている。フォトニック結晶のない従来のファブリペロー型素子においては、複数のピークを持つマルチスペクトル発振が生じるため、フォトニック結晶の効果が働くことにより、単一ピークとなっていることが分かる。
【００５１】
図７は、比較例に係るレーザ素子の発光層３に沿った方向の遠視野像の出射角度θ（°）と強度Ｉ（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフ、図８は、実施例に係るレーザ素子の発光層３に沿った方向の遠視野像の出射角度θ（°）とＩ強度（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフである。素子の光出力は、１００ｍＷから１０００ｍＷまで変化させた。角度θは、レーザ放射光の基準軸（Ｙ軸）方向の広がり角度である。
【００５２】
実施例では、比較例よりも、遠視野像において、出射角度（放射角）θ（°）が狭くなっていることが分かる。実施例では、ピーク数も少なく、また、ピーク形状の出力依存性も小さくなっており、光学系レンズによるレーザ光の取り扱いが容易になると考えられる。
【００５３】
図９は、比較例に係るレーザ素子の近視野像の発光層３に沿った方向の距離Ｄ（μｍ）と強度Ｉ（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフ、図１０は、実施例に係るレーザ素子の近視野像の距離Ｄ（μｍ）と強度Ｉ（ａ．ｕ．）の関係を示すグラフである。素子の光出力を１００ｍＷ，５００ｍＷとして測定を行った。距離Ｄは、発光層３の基準軸（Ｙ軸）方向に沿った距離である。比較例では、出力増加に伴って、ピーク数が増加し、発光ピーク位置も変化している。すなわち、空間横モードが安定していない。一方、実施例では、近視野像の強度が均一となっており、発光のばらつきが少なく、空間横モードの変化が抑制され、安定していることが分かる。このような場合、レンズによる集光が精密に行え、位置的に均一な光強度分布が得られるため、応用範囲が広く、デバイスとして優れていると考えられる。
【００５４】
以上のように、実施例の半導体レーザ素子では、単峰性の狭いスペクトル幅で発振動作し、放射パターンが狭く、ピーク数も少なく、且つ、光出力依存性も小さい。また、近視野像においても、均一な光分布を有しており、安定な空間横マルチモードが生じていることが分かる。なお、上述の効果は、フォトニック結晶における共振器長方向の屈折率の周期構造と、フォトニック結晶における共振器の幅方向に広がる領域の存在によって得られていると考えられ、これらの条件が満たされていれば、凹部形状やその配置等が他の構造であっても、同様の効果が得られる。また、製造時のバラツキを考慮すると、製品毎の特性を均一化させるためには、フォトニック結晶の共振器長に対する幅方向の広がりは、発光領域よりも十分に広いことが好ましく、したがって、フォトニック結晶は、活性層の形成領域の全面を覆うように形成されていることが好ましい。
【符号の説明】
【００５５】
４…２次元フォトニック結晶、８…電極、１…半導体基板、２…下部クラッド層、３Ｂ…活性層、５…上部クラッド層、６…キャップ層。
【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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