(57)【要約】【課題】表面から目標とするビームパターンを出射することができる半導体発光素子の応用範囲を拡げることが可能な半導体発光装置を提供する。【解決手段】目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンの光を出力することが可能な複数の半導体発光素子１００−１，１００−２と、複数の駆動電極１１−１，１１−２を有し、複数の半導体発光素子１００−１，１００−２を載置可能な支持基板１１と、半導体発光素子１００−１，１００−２を発光させるための駆動電流を複数の駆動電極１１−１，１１−２のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路１４３と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面とを有し、前記第１面から光を出力する複数の半導体発光素子と、
第３面と第４面とを有するとともに前記第３面上に配置された複数の駆動電極を有し、前記複数の半導体発光素子を載置可能な支持基板と、
前記半導体発光素子を発光させるための駆動電流を前記複数の駆動電極のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路と、
を備え、
前記複数の半導体発光素子のそれぞれが、
活性層と、
前記活性層と光学的に結合される位相変調層と、
前記活性層と前記位相変調層の前記第１面側に位置する第１のクラッド層と、
前記活性層と前記位相変調層の前記第２面側に位置する第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層の前記第２面側に位置する、第２面側電極と、
前記第１のクラッド層の前記第１面側に位置する、第１面側電極と、
を有し、
前記半導体発光素子のそれぞれの前記第２面側電極は、対応する前記駆動電極に接続され、
前記位相変調層は、第１屈折率を有する基本領域と前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の異屈折率領域とを含み、前記複数の異屈折率領域は、それぞれの重心が前記基本領域中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するような配置パターンに従って前記基本領域中に配置され、
前記配置パターンは、対応する前記駆動電極から駆動電流が供給されたときに前記第１面から出力される光のビーム投射領域とビーム投射パターンが目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンとなるように定められている、
半導体発光装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記半導体発光素子において、
前記位相変調層の厚み方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹ平面内において、格子定数ａの仮想的な正方格子を設定した場合、
前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離ｒだけずれるように、配置されており、
距離ｒは、０＜ｒ≦０．３ａであり、
出射されるビーム投射パターンは、
少なくとも１つの：
スポット、
３点以上からなるスポット群、
直線、線画、
十字架、
図形、
写真、
ＣＧ（コンピュータグラフィックス）、又は、
文字、
を含み、
前記目標とするビーム投射領域の内の特定の領域における目標とするビーム投射パターンを無限遠方に射影し、無限遠方における複素振幅を２次元フーリエ変換したＸＹ平面内における複素振幅Ｆ（Ｘ，Ｙ）は、ｊを虚数単位として、ＸＹ平面内の強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ）と、ＸＹ平面内の位相分布Ｐ（Ｘ，Ｙ）を用いて：
Ｆ（Ｘ，Ｙ）＝Ｉ（Ｘ，Ｙ）×exp｛Ｐ（Ｘ，Ｙ）ｊ｝で与えられ、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、Ｘ軸との成す角度をφとし、
定数をＣとし、
Ｘ軸方向におけるｘ番目、Ｙ軸方向におけるｙ番目の仮想的な正方格子点の位置を（ｘ，ｙ）とし、位置（ｘ，ｙ）における角度をφ（ｘ，ｙ）とすると、
φ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×Ｐ（ｘ，ｙ）を満たす、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
少なくとも１つの前記半導体発光素子の位相変調層におけるＸＹ平面内において、全ての前記異屈折率領域は、
同一の図形、
同一の面積、及び／又は、
同一の距離ｒ、
を有しており、
複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作及び回転操作により、重ね合わせることができる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
それぞれの前記異屈折率領域のＸＹ平面内の形状は、真円、正方形、正六角形、正八角形、正１６角形、正三角形、直角二等辺三角形、長方形、楕円、２つの円又は楕円の一部分が重なる形状、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状（卵形）、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状（涙形）、二等辺三角形、矩形の一方が三角形でくり抜かれ、その対向する方向が三角形を付加したような形状（矢印形）、台形、５角形、又は、２つの矩形の一部分が重なる形状、であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体発光装置。
【請求項５】
少なくとも１つの前記半導体発光素子において、前記ビーム投射領域と前記ビーム投射パターンを生成するための前記複数の異屈折率領域を含む領域の外周部に、当該複数の異屈折率領域を含む領域を取り囲むように、前記仮想的な正方格子における格子点位置に重心を有する複数の周辺格子点異屈折率領域を含む領域が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記半導体発光素子において、前記複数の異屈折率領域に加えて、前記仮想的な正方格子における格子点上に格子点異屈折率領域が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者らは、本願前に特許文献１に記載の半導体発光素子を開発、提案した。特許文献１に記載の半導体発光素子は、活性層と、活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えている。位相変調層は、基本層と、基本層内に配置されている複数の異屈折率領域と、を有している。特許文献１に記載の半導体発光素子は、複数の異屈折率領域の配置パターンに対応したビームパターンの光を出射する。すなわち、複数の異屈折率領域の配置パターンは、目標とするビームパターンに応じて設定される。特許文献１には、そのような半導体発光素子の応用例についても記載されている。その応用例は、それぞれが出射するレーザビームの方向が異なる複数の半導体発光素子を支持基板上に一次元又は二次元に配列したものである。そしてその応用例は、配列した複数の半導体発光素子を順次点灯することで、レーザビームを対象物に対して走査するように構成されている。その応用例は、レーザビームを対象物に対して走査することで、対象物までの方向に応じた距離を測定したり、対象物をレーザ加工したりするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１６／１４８０７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された半導体発光素子は、種々の応用が可能な素子であるにもかかわらず、特許文献１に記載された応用例はごく限られている。そのため、特許文献１に記載された半導体発光素子の応用範囲を更に拡げることができる半導体発光装置が求められていた。
【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、特許文献１に記載された半導体発光素子の応用範囲を更に拡げることができる半導体発光装置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】
本発明の半導体発光装置は、第１面と第２面とを有し、第１面から光を出力する複数の半導体発光素子と、第３面と第４面とを有するとともに第３面上に配置された複数の駆動電極を有し、複数の半導体発光素子を載置可能な支持基板と、半導体発光素子を発光させるための駆動電流を複数の駆動電極のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路と、を備え、複数の半導体発光素子のそれぞれが、活性層と、活性層と光学的に結合される位相変調層と、活性層と位相変調層の第１面側に位置する第１のクラッド層と、活性層と位相変調層の第２面側に位置する第２のクラッド層と、第２のクラッド層の第２面側に位置する、第２面側電極と、第１のクラッド層の第１面側に位置する、第１面側電極と、を有し、半導体発光素子のそれぞれの第２面側電極は、対応する駆動電極に接続され、位相変調層は、第１屈折率を有する基本領域と第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の異屈折率領域とを含み、複数の異屈折率領域は、それぞれの重心が基本領域中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するような配置パターンに従って基本領域中に配置され、配置パターンは、対応する駆動電極から駆動電流が供給されたときに第１面から出力される光のビーム投射領域とビーム投射パターンが目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンとなるように定められている。
【０００７】
この半導体発光装置では、半導体発光素子を発光させるための駆動電流を複数の駆動電極のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路を備えているので、特許文献１に記載された半導体発光素子の、特許文献１に記載された応用例（レーザビームを対象物に対して走査するようにした応用例）以外への各種の応用が可能となる。例えば、スクリーンの同じ領域に複数のパターンを切替表示するタイプの各種表示装置への応用、ＳＴＥＤ（StimulatedEmission Depletion）顕微鏡用の光源への応用、一箇所又は複数箇所に同じパターンの光を継続的あるいは断続的に照射するタイプの各種照明への応用、一箇所に同じパターンのパルス光を連続的に照射することで対象物に目標とするパターンの孔を穿設するタイプのレーザ加工への応用等が可能になる。
【０００８】
本発明の半導体発光装置では、少なくとも１つの半導体発光素子において、位相変調層の厚み方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹ平面内において、格子定数ａの仮想的な正方格子を設定した場合、異屈折率領域は、その重心位置が、仮想的な正方格子における格子点位置から距離ｒだけずれるように、配置されており、距離ｒは、０＜ｒ≦０．３ａであり、出射されるビーム投射パターンは、少なくとも１つの：スポット、３点以上からなるスポット群、直線、線画、十字架、図形、写真、ＣＧ（コンピュータグラフィックス）、又は、文字、を含み、目標とするビーム投射領域の内の特定の領域における目標とするビーム投射パターンを無限遠方に射影し、無限遠方における複素振幅を２次元フーリエ変換（より厳密には２次元逆フーリエ変換）したＸＹ平面内における複素振幅Ｆ（Ｘ，Ｙ）は、ｊを虚数単位として、ＸＹ平面内の強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ）と、ＸＹ平面内の位相分布Ｐ（Ｘ，Ｙ）を用いて：Ｆ（Ｘ，Ｙ）＝Ｉ（Ｘ，Ｙ）×exp｛Ｐ（Ｘ，Ｙ）ｊ｝で与えられ、仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの異屈折率領域の重心へ向かう方向と、Ｘ軸との成す角度をφとし、定数をＣとし、Ｘ軸方向におけるｘ番目、Ｙ軸方向におけるｙ番目の仮想的な正方格子点の位置を（ｘ，ｙ）とし、位置（ｘ，ｙ）における角度をφ（ｘ，ｙ）とすると、φ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×Ｐ（ｘ，ｙ）を満たすように定められていてもよい。これによれば、所望のビーム投射パターンを高いＳ／Ｎ比で得ることが可能である。
【０００９】
本発明の半導体発光装置では、少なくとも１つの半導体発光素子の位相変調層におけるＸＹ平面内において、全ての異屈折率領域は、同一の図形、同一の面積、及び／又は、同一の距離ｒ、を有しており、複数の異屈折率領域は、並進操作又は並進操作及び回転操作により、重ね合わせることができるように形成されていてもよい。ここで前述の図形には、複数の要素から構成される組合せ形状も含む。これによれば、ビーム投射領域内におけるノイズ光及びノイズとなる０次光の発生を抑制することができる。ここで０次光とは、Ｚ方向に平行に出力する光であり、位相変調層において位相変調されない光のことである。
【００１０】
本発明の半導体発光装置では、それぞれの異屈折率領域のＸＹ平面内の形状は、真円、正方形、正六角形、正八角形、正１６角形、長方形、楕円、であってもよい。これによれば、異屈折率領域のＸＹ平面内の形状が鏡像対称（線対称）となるので、位相変調層において、仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの異屈折率領域の重心へ向かう方向と、Ｘ軸との成す角度φを高精度に定めることができる。また本発明の半導体発光装置では、それぞれの異屈折率領域のＸＹ平面内の形状は、180°の回転対称性を備えない形状であってもよい。180°の回転対称性を備えない形状の例としては、例えば正三角形、直角二等辺三角形、２つの円又は楕円の一部分が重なる形状、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状（卵形）、又は、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状（涙形）、二等辺三角形、矩形の一方が三角形でくり抜かれ、その対向する方向が三角形を付加したような形状（矢印形）、台形、５角形、２つの矩形の一部分が重なる形状等がある。これによれば、より高い光出力を得ることができる。
【００１１】
本発明の半導体発光装置では、少なくとも１つの半導体発光素子において、ビーム投射領域とビーム投射パターンを生成するための複数の異屈折率領域を含む領域の外周部に、当該複数の異屈折率領域を含む領域を取り囲むように、仮想的な正方格子における格子点位置に重心を有する複数の周辺格子点異屈折率領域を含む領域が設けられてもよい。これによれば、面内方向への光漏れが抑制され、発振閾値電流を低減することができる。
【００１２】
本発明の半導体発光装置では、少なくとも１つの半導体発光素子において、複数の異屈折率領域に加えて、仮想的な正方格子上に格子点異屈折率領域が設けられてもよい。これによれば、異屈折率領域と格子点異屈折率領域が全体として180°の回転対称性を備えなくなるので、より高い光出力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特許文献１に記載された半導体発光素子の応用範囲を更に拡げることができる半導体発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を半導体発光素子の第１面側から見た図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を支持基板の第４面側から見た図である。
【図３】図１、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面図である。
【図４】位相変調層における異屈折率領域の配置パターンを説明するための模式図である。
【図５】異屈折率領域の重心と仮想的な正方格子における格子点との位置関係を説明するための図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体発光装置において目標とするビーム投射パターンの一例と、それに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布を示す図である。
【図７】第１実施形態に係る半導体発光装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を半導体発光素子の第１面側から見た図である。
【図９】第２実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を支持基板の第４面側から見た図である。
【図１０】図８、図９のＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。
【図１１】第２、第３実施形態に係る半導体発光装置において目標とするビーム投射パターンの一例と、それに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布を示す図である。
【図１２】第２、第３実施形態に係る半導体発光装置において目標とするビーム投射パターンの図１１とは異なる一例と、それに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布を示す図である。
【図１３】第２実施形態に係る半導体発光装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】第３実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を半導体発光素子の第１面側から見た図である。
【図１５】第３実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を支持基板の第４面側から見た図である。
【図１６】図１４、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿っての断面図である。
【図１７】第３実施形態に係る半導体発光装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】第４実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を半導体発光素子の第１面側から見た図である。
【図１９】第４実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子を支持基板の第４面側から見た図である。
【図２０】図１８、図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿っての断面図である。
【図２１】異屈折率領域のＸＹ面内形状のうち、１８０°の回転対称性を備えないものの例を示す図である。
【図２２】位相変調層の第１の変形例を示す図である。
【図２３】異屈折率領域（変位異屈折率領域）に加えて格子点異屈折率領域を設ける場合の、異屈折率領域（変位異屈折率領域）の重心と格子点異屈折率領域との位置関係を説明するための図である。
【図２４】異屈折率領域（変位異屈折率領域）に加えて格子点異屈折率領域を設ける場合の、異屈折率領域（変位異屈折率領域）と格子点屈折率領域の組合せの例を示す図である。
【図２５】異屈折率領域（変位異屈折率領域）に加えて格子点異屈折率領域を設ける場合の、変形例を示す図である。
【図２６】位相変調層の第２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
［第１実施形態］
【００１６】
図１〜図３を参照して、第１実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子からなる部分（以下、「半導体発光モジュール１」という。）の構成を説明する。図１は、半導体発光モジュール１を半導体発光素子の第１面側から見た図、図２は、半導体発光モジュール１を支持基板の第４面側から見た図、図３は、図１、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面図である。
【００１７】
図１〜図３に示されるように、半導体発光モジュール１は、１対の半導体発光素子１００−１，１００−２と、支持基板１１と、を備える。各半導体発光素子１００−１，１００−２は、特許文献１の図２と同じ層構成を有していてもよいが、必ずしも、それと同じ層構成である必要はない。半導体発光素子１００−１，１００−２のそれぞれは、第１面１００−１ａ，１００−２ａと第２面１００−１ｂ，１００−２ｂとを有し、第１面１００−１ａ，１００−２ａから光を出力する。支持基板１１は、第３面１１ａと第４面１１ｂとを有するとともに第３面上に配置された１対の駆動電極１１−１，１１−２を有し、１対の半導体発光素子１００−１，１００−２を載置可能である。半導体発光素子１００−１，１００−２のそれぞれは、活性層１０３−１，１０３−２と、活性層１０３−１，１０３−２と光学的に結合される位相変調層１０４−１，１０４−２と、第１のクラッド層１０２−１，１０２−２と、第２のクラッド層１０６−１，１０６−２と、第２面側電極１０８−１，１０８−２と、第１面側電極１１０−１，１１０−２と、を有する。半導体発光素子１００−１，１００−２のそれぞれの第２面側電極１０８−１，１０８−２は、対応する駆動電極１１−１，１１−２に接続される。位相変調層１０４−１，１０４−２のそれぞれは、第１屈折率を有する基本領域１０４−１ａ，１０４−２ａと第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の異屈折率領域１０４−１ｂ，１０４−２ｂとを含み、複数の異屈折率領域１０４−１ｂ，１０４−２ｂは、それぞれの重心が基本領域１０４−１ａ，１０４−２ａ中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するような配置パターンに従って基本領域１０４−１ａ，１０４−２ａ中に配置されている。配置パターンは、対応する駆動電極１１−１，１１−２から駆動電流が供給されたときに第１面１００−１ａ，１００−２ａから出力される光のビーム投射領域とビーム投射パターンが目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンとなるように定められている。
【００１８】
なお、本明細書でいう「ビーム投射領域」は１つの駆動電極から駆動電流が供給されたときに半導体発光モジュールから出力される光の投射範囲を指し、「ビーム投射パターン」は、上記投射範囲内における光の投射パターン（光の強弱のパターン）を指す。
【００１９】
半導体発光素子１００−１における目標とするビーム投射領域及び目標とするビーム投射パターンは、半導体発光素子１００−２における目標とするビーム投射パターン領域及び目標とするビーム投射パターンと同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００２０】
半導体発光素子１００−１の発光波長と半導体発光素子１００−２の発光波長は同じであってもよいし、異なっていてもよい。半導体発光素子の発光波長は、活性層の材料及び位相変調層の基本領域中の仮想的な正方格子の格子定数等により調整することが可能である。
【００２１】
第１面側電極１１０−１，１１０−２は、図１、３に示されるように、中央部に光を出射するための開口部１１０−１ａ，１１０−２ａを有している。第１面側電極１１０−１，１１０−２は開口部を有する電極とする代わりに、透明電極としてもよい。
【００２２】
活性層１０３−１，１０３−２と位相変調層１０４−１，１０４−２の上下関係は、図３に示される上下関係と逆であってもよい。また、図３には、基板層１０１−１，１０１−２、上部光ガイド層１０５ｂ−１，１０５ｂ−２、下部光ガイド層１０５ａ―１，１０５ａ―２、コンタクト層１０７−１，１０７−２、絶縁層１０９−１，１０９−２、反射防止層１１１−１，１１１−２も記載されているが、半導体発光素子１００−１，１００−２は、必ずしもこれらを備えている必要はない。
【００２３】
これまでに説明した各層、各領域の構成材料、形状、寸法、製造方法等は、特許文献１の記載内容に基づいて当業者が適宜選択可能であるが、以下にその一部の例を示す。すなわち、図３に示される各層の材料ないし構造の一例は、次のとおりである。基板層１０１−１，１０１−２はＧａＡｓ、第１のクラッド層１０２−１，１０２−２はＡｌＧａＡｓ、活性層１０３−１，１０３−２は多重量子井戸構造ＭＱＷ（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）、位相変調層１０４−１，１０４−２は基本領域１０４−１ａ，１０４−２ａがＧａＡｓ、基本領域１０４−１ａ，１０４−２ａ内に埋め込まれた複数の異屈折率領域１０４−１ｂ，１０４−２ｂがＡｌＧａＡｓ、上部光ガイド層１０５ｂ−１，１０５ｂ−２及び下部光ガイド層１０５ａ―１，１０５ａ―２はＡｌＧａＡｓ、第２のクラッド層１０６−１，１０６−２はＡｌＧａＡｓ、コンタクト層１０７−１，１０７−２はＧａＡｓ、絶縁層１０９−１，１０９−２はＳｉＯ２又はシリコン窒化物、反射防止層１１１−１，１１１−２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電体単層膜或いは誘電体多層膜。複数の異屈折率領域１０４−１ｂ，１０４−２ｂは、アルゴン、窒素又は空気等が封入された空孔であってもよい。
【００２４】
一例では、基板層１０１−１，１０１−２、第１のクラッド層１０２−１，１０２−２にはＮ型の不純物が添加されており、第２のクラッド層１０６−１，１０６−２、コンタクト層１０７−１，１０７−２にはＰ型の不純物が添加されている。また、第１のクラッド層１０２−１，１０２−２と第２のクラッド層１０６−１，１０６−２のエネルギーバンドギャップは、上部光ガイド層１０５ｂ−１，１０５ｂ−２と下部光ガイド層１０５ａ―１，１０５ａ―２のエネルギーバンドギャップよりも大きく、上部光ガイド層１０５ｂ−１，１０５ｂ−２と下部光ガイド層１０５ａ―１，１０５ａ―２のエネルギーバンドギャップは活性層１０３−１，１０３−２の井戸層のエネルギーバンドギャップよりも大きく設定されている。
【００２５】
次に、図４、図５を参照して、位相変調層における複数の異屈折率領域の配置パターンについて説明する。図４は、位相変調層における異屈折率領域の配置パターンを説明するための模式図であり、図５は、異屈折率領域の重心と仮想的な正方格子における格子点との位置関係を説明するための図である。図４には、異屈折率領域は１２個しか示されていないが、実際には、多数の異屈折率領域が設けられる。一例では７０４×７０４の異屈折率領域が設けられる。なお、ここで説明する配置パターンは、第１実施形態に特有の配置パターンではなく、後述する第２〜第４実施形態の配置パターンでもある。そのため、図４では、位相変調層、基本領域、複数の異屈折率領域、のそれぞれを表す符号を一般化し、位相変調層をｎ０４−ｍ、基本領域をｎ０４−ｍａ、複数の異屈折率領域をｎ０４−ｍｂで表している。
【００２６】
図４において、ｘ１〜ｘ４、ｙ１〜ｙ３の符号で示される各破線で構成される格子は、基本領域中の仮想的な正方格子を表している。この仮想的な正方格子は、位相変調層の厚み方向をＺ軸方向として設定されたＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面内の格子であり、その格子定数はａである。Ｒ１１〜Ｒ３４は、その仮想的な正方格子の各格子点を取り囲む単位構成領域を表している。図４に示されるように、位相変調層ｎ０４−ｍは、第１屈折率媒質からなる基本領域ｎ０４−ｍａと、第１屈折率媒質とは異なる第２屈折率媒質からなる複数の異屈折率領域ｎ０４−ｍｂとを有している。複数の異屈折率領域ｎ０４−ｍｂのそれぞれは、各単位構成領域Ｒ１１〜Ｒ３４内に１つずつある。各単位構成領域Ｒ１１〜Ｒ３４内における、各異屈折率領域ｎ０４−ｍｂの重心Ｇは、これに最も近い仮想的な正方格子の格子点Ｏ（図５参照）から、所定の距離だけシフトした位置にある。
【００２７】
上記異屈折率領域ｎ０４−ｍｂの配置パターンは、目標とするビーム投射領域とビーム投射パターンに応じて、特許文献１に説明されている方法によって定められる。すなわち各異屈折率領域ｎ０４−ｍｂの重心を基本領域ｎ０４−ｍａ中の仮想的な正方格子における各格子点からずらす方向を、目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた位相に応じて決定することで、上記配置パターンが決定される。各格子点からずらす距離ｒ（図５参照）は、特許文献１に記載されるように、正方格子の格子定数をａとしたときに０＜ｒ≦０．３ａの範囲とすることが望ましい。各格子点からずらす距離ｒは、全ての位相変調層、全ての異屈折率領域に渡って同一とされるのが通常であるが、一部の位相変調層における距離ｒを他の位相変調層における距離ｒと異なる値としてもよいし、一部の異屈折率領域の距離ｒを他の異屈折率領域の距離ｒと異なる値としてもよい。
【００２８】
図５において、Ｏは仮想的な正方格子における格子点、Ｇは異屈折率領域の重心、ｘはＸ軸におけるｘ番目の格子点、ｙはＹ軸におけるｙ番目の格子点、をそれぞれ表している。また、ｒは格子点Ｏと重心Ｇの間の距離、Ｄは異屈折率領域が円形の場合の直径、φは格子点Ｏから重心Ｇに向かう方向とＸ軸とのなす角度、Ｃはすべての位置（ｘ，ｙ）に対して同じ値を持つ定数、Ｐ（Ｘ，Ｙ）は目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンに対応する元パターン（目標とするビーム投射領域の内の特定の領域における目標とするビーム投射パターンを無限遠方に射影したパターン）をフーリエ変換（より厳密には２次元逆フーリエ変換）して得られる複素振幅分布のうちの位相分布、をそれぞれ表している。上記元パターンを２次元逆フーリエ変換したＸＹ平面内における複素振幅Ｆ（Ｘ，Ｙ）は、ｊを虚数単位として、ＸＹ平面内の強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ）と、ＸＹ平面内の位相分布Ｐ（Ｘ，Ｙ）を用いて、Ｆ（Ｘ，Ｙ）＝Ｉ（Ｘ，Ｙ）×exp｛Ｐ（Ｘ，Ｙ）ｊ｝で与えられる。図５に示される式φ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×Ｐ（Ｘ，Ｙ）により各異屈折率領域ｎ０４−ｍｂの配置パターンを定めれば、半導体発光素子の第１面から目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンを有する光の出力が得られる。目標とするビーム投射パターンは、設計者が任意に定めることが可能で、スポット、３点以上からなるスポット群、直線、線画、十字架、図形、写真、ＣＧ（コンピュータグラフィックス）、文字、等であり得る。各位相変調層のＸＹ平面内において、全ての異屈折率領域は、同一の図形、同一の面積、及び／又は、同一の距離ｒ、を有しており、複数の異屈折率領域は、並進操作又は並進操作及び回転操作により、重ね合わせることができるように形成されていてもよい。これによれば、ビーム投射領域内におけるノイズ光及びノイズとなる０次光の発生を抑制することができる。ここで０次光とは、Ｚ方向に平行に出力する光であり、位相変調層において位相変調されない光のことである。
【００２９】
ここで、図６に、目標とするビーム投射パターンと、それに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布の一例を示す。図６（ａ）は駆動電極１１−１から駆動電流が供給されたときに得られる目標とするビーム投射パターンの一例、図６（ｂ）は駆動電極１１−２から駆動電流が供給されたときに得られる目標とするビーム投射パターンの一例を示している。図６（ｃ）、図６（ｄ）は、それぞれ、図６（ａ）、図６（ｂ）の各ビーム投射パターンに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布を示している。図６（ｃ）、図６（ｄ）は、いずれも７０４×７０４の要素で構成されており、色の濃淡によって０〜２πの角度の分布を表している。色が黒い部分が角度０を表している。
【００３０】
次に図７を参照して、第１実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図７は第１実施形態に係る半導体発光装置１４０の構成を示すブロック図である。図７に示されるように、半導体発光装置１４０は、半導体発光モジュール１と、電源回路１４１と、制御信号入力回路１４２と、駆動回路１４３と、を備える。電源回路１４１は、駆動回路１４３と半導体発光モジュール１に電源を供給する。制御信号入力回路１４２は、半導体発光装置１４０の外部から供給される制御信号あるいは半導体発光装置１４０内部で生成される制御信号を駆動回路１４３へ伝達する。駆動回路１４３は、制御信号に応じて半導体発光モジュール１に駆動電流を供給する。制御信号は、半導体発光素子１００−１，１００−２それぞれの発光タイミングを指定する信号である。駆動回路１４３と半導体発光モジュール１とは、駆動電流を供給する２本の駆動ライン１４４−１，１４４−２と２本の共通電位ライン１４５−１，１４５−２により接続されている。駆動ライン１４４−１，１４４−２のそれぞれは駆動電極１１−１，１１−２のそれぞれに接続され、共通電位ライン１４５−１，１４５−２のそれぞれは第１面側電極１１０−１，１１０−２のそれぞれに接続されている。なお、図７において、駆動回路１４３の上に示される半導体発光モジュール１と駆動回路１４３の下に示される半導体発光モジュール１は、それぞれ、１つの半導体発光モジュール１の半導体発光素子１００−１，１００−２側（第１面側）と支持基板１１側（第４面側）を表している。図７においては、２本の共通電位ライン１４５−１，１４５−２のそれぞれが第１面側電極１１０−１，１１０−２のそれぞれに接続されているが、２本の共通電位ラインを設ける代わりに１本の共通電位ラインを設け、その１本の共通電位ラインを第１面側電極１１０−１，１１０−２のいずれか一方に接続すると共に、第１面側電極１１０−１，１１０−２を別の接続ラインで相互に接続するようにしてもよい。
【００３１】
駆動回路１４３は、制御信号により指定された任意のタイミングで、駆動ライン１４４−１，１４４−２を経由して半導体発光素子１００−１，１００−２のそれぞれに駆動電流を供給する。駆動ライン１４４−１，１４４−２は、用途に応じて、択一的に駆動されてもよいし、同時に駆動されてもよい。また、駆動回路１４３は、半導体発光モジュール１とは別体で構成されてもよいし、半導体発光モジュール１の支持基板１１上に一体的に形成されてもよい。
【００３２】
以上のように構成された半導体発光モジュール１を備える半導体発光装置１４０は、次のように動作する。すなわち、駆動回路１４３から駆動ライン１４４−１，１４４−２のいずれかと共通電位ライン１４５−１，１４５−２の間に駆動電流が供給されると、駆動電流が供給された駆動ラインに駆動電極を介して第２面側電極が接続された半導体発光素子における活性層において電子と正孔の再結合が生じ、その半導体発光素子における活性層が発光する。その発光により得られた光は、第１のクラッド層１０２−１，１０２−２と第２のクラッド層１０６−１，１０６−２によって効率的に閉じ込められる。活性層１０３−１，１０３−２から出射された光は、対応する位相変調層の内部に入射し、位相変調層による２次元的なフィードバックによる閉じ込め効果によって所定のモードを形成する。活性層に十分な電子と正孔を注入することによって、位相変調層に入射した光は所定のモードで発振する。所定の発振モードを形成した光は、異屈折率領域の配置パターンに応じた位相変調を受け、位相変調を受けた光が、配置パターンに応じたビーム投射領域とビーム投射パターンを有する光として第１面側電極側から外部に出射される。
【００３３】
本実施の形態では、半導体発光素子を発光させるための駆動電流を２つの駆動電極のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路を備えているので、特許文献１に記載された半導体発光素子の、特許文献１に記載された応用例（レーザビームを対象物に対して走査するようにした応用例）以外への各種の応用が可能となる。例えば、次のような応用が可能になる。
【００３４】
ア．スクリーンの同じ領域に２つのパターンを切替表示するタイプの各種表示装置への応用
【００３５】
このタイプの応用の例としては、図６（ａ）に示されるようなＯＦＦという文字パターンと図６（ｂ）に示されるようなＯＮという文字パターンを、ユーザの指示または適宜のタイミングでスクリーンの同じ位置に切替表示するような応用がある。この際、半導体発光素子１００−１，１００−２の発光色は相互に異なる色にすることも可能であるから、例えばＯＦＦは赤色で表示し、ＯＮは青色で表示するようにすることも可能である。
【００３６】
イ．ＳＴＥＤ（StimulatedEmission Depletion）顕微鏡用の光源への応用
【００３７】
例えば、半導体発光素子１００−１の発光波長とビーム投射パターンをＳＴＥＤ顕微鏡用の励起光に適した発光波長と投射パターンとし、半導体発光素子１００−２の発光波長とビーム投射パターンをＳＴＥＤ顕微鏡用の誘導放出光に適した発光波長と投射パターンとすることで、半導体発光モジュール１をＳＴＥＤ顕微鏡用の光源として用いることができる。半導体発光モジュール１をＳＴＥＤ顕微鏡用の光源として用いる場合には、検出点の走査をガルバノミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により行うことも可能である。
【００３８】
ウ．一箇所又は二箇所に同じパターンの光を継続的あるいは断続的に照射するタイプの各種照明への応用
【００３９】
このタイプの応用の例としては、半導体発光素子１００−１における異屈折率領域１０４−１ｂの配置パターンと半導体発光素子１００−２における異屈折率領域１０４−２ｂの配置パターンの両方を、同じビーム投射領域、同じビーム投射パターン（ビーム投射パターンは例えばビーム投射領域の全体あるいは一部にわたって均一な明るさを有するようなビーム投射パターンとする）が得られるように定め、明るい照明が必要な場合には駆動電極１１−１，１１−２の両方から駆動電流を供給し、暗い照明で足りる場合には駆動電極１１−１，１１−２のいずれか一方のみから駆動電流を供給する、といった応用がある。また、半導体発光素子１００−１における異屈折率領域１０４−１ｂの配置パターンと半導体発光素子１００−２における異屈折率領域１０４−２ｂの配置パターンを、相互に異なるビーム投射領域が得られるように定め、各ビーム投射領域に対応する二箇所のそれぞれを任意のタイミングで照らす、といった照明への応用もある。
【００４０】
エ．一箇所に同じパターンのパルス光を連続的に照射することで対象物に目標とするパターンの穴を穿設するタイプのレーザ加工への応用
【００４１】
このタイプの応用の例としては、半導体発光素子１００−１における異屈折率領域１０４−１ｂの配置パターンと半導体発光素子１００−２における異屈折率領域１０４−２ｂの配置パターンの両方を、同じビーム投射領域同じビーム投射パターン（ビーム投射領域は被加工物の穴を穿設したい位置に合わせ、ビーム投射パターンは穿設したい穴の形状のパターンとする）が得られるように定め、駆動電極１１−１，１１−２の双方から交互にパルス電流を供給する、といった応用がある。この場合、それぞれの素子のパルス間隔を長く出来るため、それぞれの素子からより高いピーク出力を得ることが可能となり、より大出力を得ることが可能となる。
［第２実施形態］
【００４２】
第２実施形態は、第１実施形態において２つ（１対）とされていた半導体発光素子と駆動電極の数を３つ以上とし、それらを１次元に配置した実施形態であり、そのように変更した点以外は第１実施形態と同様である。
【００４３】
図８〜図１０を参照して、第２実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子からなる部分（以下、「半導体発光モジュール２」という）の構成を説明する。図８は、半導体発光モジュール２を半導体発光素子の第１面側から見た図、図９は、半導体発光モジュール２を支持基板の第４面側から見た図、図１０は、図８、図９のＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。図８〜図１０には５つの半導体発光素子と５つの駆動電極が直線上に並んでいる例が示されているが、半導体発光素子と駆動電極の数は５つ以外であってもよく、また、一次元の配置は曲線上であってもよい。
【００４４】
図８〜図１０に示されるように、半導体発光モジュール２は、複数の半導体発光素子２００−１〜２００−５と、支持基板２１と、を備える。各半導体発光素子２００−１〜２００−５は、特許文献１の図２と同じ層構成を有していてもよいが、必ずしも、それと同じ層構成である必要はない。半導体発光素子２００−１〜２００−５のそれぞれは、第１面２００−１ａ〜２００−５ａと第２面２００−１ｂ〜２００−５ｂとを有し、第１面２００−１ａ〜２００−５ａから光を出力する。支持基板２１は、第３面２１ａと第４面２１ｂとを有するとともに第３面上に配置された複数の駆動電極２１−１〜２１−５を有し、複数の半導体発光素子２００−１〜２００−５を載置可能である。半導体発光素子２００−１〜２００−５のそれぞれは、活性層２０３−１〜２０３−５と、活性層２０３−１〜２０３−５と光学的に結合される位相変調層２０４−１〜２０４−５と、第１のクラッド層２０２−１〜２０２−５と、第２のクラッド層２０６−１〜２０６−５と、第２面側電極２０８−１〜２０８−５と、第１面側電極２１０−１〜２１０−５と、を有する。半導体発光素子２００−１〜２００−５のそれぞれの第２面側電極２０８−１〜２０８−５は、対応する駆動電極２１−１〜２１−５に接続される。位相変調層２０４−１〜２０４−５のそれぞれは、第１屈折率を有する基本領域２０４−１ａ〜２０４−５ａと第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の異屈折率領域２０４−１ｂ〜２０４−５ｂとを含み、複数の異屈折率領域２０４−１ｂ〜２０４−５ｂは、それぞれの重心が基本領域２０４−１ａ〜２０４−５ａ中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するような配置パターンに従って基本領域２０４−１ａ〜２０４−５ａ中に配置されている。配置パターンは、対応する駆動電極２１−１〜２１−５から駆動電流が供給されたときに第１面２００−１ａ〜２００−５ａから出力される光のビーム投射領域とビーム投射パターンが目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンとなるように定められている。
【００４５】
半導体発光素子２００−１〜２００−５における目標とするビーム投射パターンと目標とするビーム投射領域は、全て同じであってもよいし、一部が他と異なっていてもよい。
【００４６】
半導体発光素子２００−１〜２００−５の発光波長は、全てが同じであってもよいし、一部が他と異なっていてもよい。半導体発光素子の発光波長は、活性層の材料及び位相変調層の基本領域中の仮想的な正方格子の格子定数等により調整することが可能である。
【００４７】
第１面側電極２１０−１〜２１０−５は、図８、１０に示されるように、中央部に光を出射するための開口部２１０−１ａ〜２１０−５ａを有している。第１面側電極２１０−１〜２１０−５は開口部を有する電極とする代わりに、透明電極としてもよい。
【００４８】
活性層２０３−１〜２０３−５と位相変調層２０４−１〜２０４−５の上下関係は、図１０に示される上下関係と逆であってもよい。また、図１０には、基板層２０１−１〜２０１−５、上部光ガイド層２０５ｂ−１〜２０５ｂ−５、下部光ガイド層２０５ａ―１〜２０５ａ―５、コンタクト層２０７−１〜２０７−５、絶縁層２０９−１〜２０９−５、反射防止層２１１−１〜２１１−５も記載されているが、半導体発光素子２００−１〜２００−５は、必ずしもこれらを備えている必要はない。
【００４９】
これまでに説明した各層、各領域の構成材料、形状、寸法、製造方法等は、特許文献１の記載内容に基づいて当業者が適宜選択可能であるが、以下にその一部の例を示す。すなわち、図１０に示される各層の材料ないし構造の一例は、次のとおりである。基板層２０１−１〜２０１−５はＧａＡｓ、第１のクラッド層２０２−１〜２０２−５はＡｌＧａＡｓ、活性層２０３−１〜２０３−５は多重量子井戸構造ＭＱＷ（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）、位相変調層２０４−１〜２０４−５は基本領域２０４−１ａ〜２０４−５ａがＧａＡｓ、基本領域２０４−１ａ〜２０４−５ａ内に埋め込まれた複数の異屈折率領域２０４−１ｂ〜２０４−５ｂがＡｌＧａＡｓ、上部光ガイド層２０５ｂ−１〜２０５ｂ−５、下部光ガイド層２０５ａ―１〜２０５ａ―５はＡｌＧａＡｓ、第２のクラッド層２０６−１〜２０６−５はＡｌＧａＡｓ、コンタクト層２０７−１〜２０７−５はＧａＡｓ、絶縁層２０９−１〜２０９−５はＳｉＯ２又はシリコン窒化物、反射防止層２１１−１〜２１１−５は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電体単層膜或いは誘電体多層膜。複数の異屈折率領域２０４−１ｂ〜２０４−５ｂは、アルゴン、窒素又は空気等が封入された空孔であってもよい。
【００５０】
一例では、基板層２０１−１〜２０１−５、第１のクラッド層２０２−１〜２０２−５にはＮ型の不純物が添加されており、第２のクラッド層２０６−１〜２０６−５、コンタクト層２０７−１〜２０７−５にはＰ型の不純物が添加されている。また、第１のクラッド層２０２−１〜２０２−５と第２のクラッド層２０６−１〜２０６−５のエネルギーバンドギャップは、上部光ガイド層２０５ｂ−１〜２０５ｂ−５、下部光ガイド層２０５ａ―１〜２０５ａ―５のエネルギーバンドギャップよりも大きく、上部光ガイド層２０５ｂ−１〜２０５ｂ−５、下部光ガイド層２０５ａ―１〜２０５ａ―５のエネルギーバンドギャップは活性層２０３−１〜２０３−５の井戸層のエネルギーバンドギャップよりも大きく設定されている。
【００５１】
ここで、図１１、図１２に、本実施形態及び後述する第３実施形態において目標とするビーム投射パターンと、それに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布の例を示す。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、それぞれ、駆動電極２１−１，２１−３，２１−５から駆動電流が供給されたときに得られる目標とするビーム投射パターンの一例を示しており、図１１（ｄ）〜図１１（ｆ）は、それぞれ、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の各ビーム投射パターンに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布を示している。図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、それぞれ、駆動電極２１−１，２１−３，２１−５から駆動電流が供給されたときに得られる目標とするビーム投射パターンの別の一例を示しており、図１２（ｄ）〜図１２（ｆ）は、それぞれ、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の各ビーム投射パターンに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた複素振幅分布のうちの位相分布を示している。図１１（ｄ）〜図１１（ｆ），図１２（ｄ）〜図１２（ｆ）は、いずれも７０４×７０４の要素で構成されており、色の濃淡によって０〜２πの角度の分布を表している。色が黒い部分が角度０を表している。
【００５２】
次に図１３を参照して、第２実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１３は第２実施形態に係る半導体発光装置２４０の構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、半導体発光装置２４０は、半導体発光モジュール２と、電源回路２４１と、制御信号入力回路２４２と、駆動回路２４３と、を備える。電源回路２４１は、駆動回路２４３と半導体発光モジュール２に電源を供給する。制御信号入力回路２４２は、半導体発光装置２４０の外部から供給される制御信号あるいは半導体発光装置２４０内部で生成される制御信号を駆動回路２４３へ伝達する。駆動回路２４３は、制御信号に応じて半導体発光モジュール２に駆動電流を供給する。制御信号は、半導体発光素子２００−１〜２００−５それぞれの発光タイミングを指定する信号である。駆動回路２４３と半導体発光モジュール２とは、駆動電流を供給する複数の駆動ライン２４４−１〜２４４−５と複数の共通電位ライン２４５−１〜２４５−５により接続されている。駆動ライン２４４−１〜２４４−５のそれぞれは、駆動電極２１−１〜２１−５のそれぞれに接続され、共通電位ライン２４５−１〜２４５−５のそれぞれは、第１面側電極２１０−１〜２１０−５のそれぞれに接続されている。なお、図１３において、駆動回路２４３の上に示される半導体発光モジュール２と駆動回路２４３の下に示される半導体発光モジュール２は、それぞれ、１つの半導体発光モジュール２の半導体発光素子２００−１〜２００−５側（第１面側）と支持基板２１側（第４面側）を表している。図１３においては、複数の共通電位ライン２４５−１〜２４５−５のそれぞれが第１面側電極２１０−１〜２１０−５のそれぞれに接続されているが、複数の共通電位ラインを設ける代わりに１本の共通電位ラインを設け、その１本の共通電位ラインを第１面側電極２１０−１〜２１０−５のいずれか一つに接続すると共に、第１面側電極２１０−１〜２１０−５を別の接続ラインで相互に接続するようにしてもよい。
【００５３】
駆動回路２４３は、制御信号により指定された任意のタイミングで、駆動ライン２４４−１〜２４４−５を経由して半導体発光素子２００−１〜２００−５のそれぞれに駆動電流を供給する。駆動ライン２４４−１〜２４４−５は、用途に応じて、択一的に駆動されてもよいし、複数が同時に駆動されてもよい。また、駆動回路２４３は、半導体発光モジュール２とは別体で構成されてもよいし、半導体発光モジュール２の支持基板２１上に一体的に形成されてもよい。
【００５４】
以上のように構成された半導体発光モジュール２を備える半導体発光装置２４０は、次のように動作する。すなわち、駆動回路２４３から駆動ライン２４４−１〜２４４−５のいずれかと共通電位ライン２４５−１〜２４５−５の間に駆動電流が供給されると、駆動電流が供給された駆動ラインに駆動電極を介して第２面側電極が接続された半導体発光素子における活性層において電子と正孔の再結合が生じ、その半導体発光素子における活性層が発光する。その発光により得られた光は、第１のクラッド層２０２−１〜２０２−５と第２のクラッド層２０６−１〜２０６−５によって効率的に閉じ込められる。活性層２０３−１〜２０３−５から出射された光は、対応する位相変調層の内部に入射し、位相変調層による２次元的なフィードバックによる閉じ込め効果によって所定のモードを形成する。活性層に十分な電子と正孔を注入することによって、位相変調層に入射した光は所定のモードで発振する。所定の発振モードを形成した光は、異屈折率領域の配置パターンに応じた位相変調を受け、位相変調を受けた光が、配置パターンに応じたビーム投射領域とビーム投射パターンを有する光として第１面側電極側から外部に出射される。
【００５５】
本実施の形態では、半導体発光素子を発光させるための駆動電流を複数の駆動電極のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路を備えているので、特許文献１に記載された半導体発光素子の、特許文献１に記載された応用例（レーザビームを対象物に対して走査するようにした応用例）以外への各種の応用が可能となる。例えば、次のような応用が可能になる。
【００５６】
ア．スクリーンの同じ領域に３つ以上の複数のパターンを切替表示するタイプの各種表示装置への応用
【００５７】
このタイプの応用の例としては、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示されるような段階的に変化するインジケータ用の記号の切替表示、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示されるような複数種類の情報の切替表示、少しずつ異なるパターンを連続的に切替表示することで1つの領域にアニメーションを表示するような応用等がある。これらの表示は、通常のスクリーンへの表示としてもよいし、ヘッドアップディスプレイの透過型スクリーンへの表示としてもよい。各半導体発光素子２００−１〜２００−５の発光色を相互に異なる色とすることも可能である。
【００５８】
イ．ＳＴＥＤ（StimulatedEmission Depletion）顕微鏡用の光源への応用
【００５９】
半導体発光モジュール２における半導体発光素子の数を複数対（偶数）とし、各対の半導体発光素子を、検出点が相互に少しずつ異なるＳＴＥＤ顕微鏡用の光源としてもよい。これによれば、複数の検出点を同時に観測することができるので、ＳＴＥＤ顕微鏡による対象物全体の走査を高速化することができる。
【００６０】
ウ．一箇所又は複数箇所に同じパターンの光を継続的あるいは断続的に照射するタイプの各種照明への応用
【００６１】
このタイプの応用の例としては、第１実施形態の説明においてウ．の応用例として示した照明を、多段階に切替可能に変更したような応用がある。
【００６２】
エ．一箇所に同じパターンのパルス光を連続的に照射することで対象物に目標とするパターンの穴を穿設するタイプのレーザ加工への応用
【００６３】
このタイプの応用の例としては、第１実施形態の説明においてエ．の応用例として示したレーザ加工を、複数の駆動電極を順次パルス駆動するように変更したような応用がある。この場合、それぞれの素子のパルス間隔を長く出来るため、それぞれの素子からより高いピーク出力を得ることが可能となり、より大出力を得ることが可能となる。
【００６４】
［第３実施形態］
第３実施形態は、第２実施形態において１次元とされていた半導体発光素子と駆動電極の配置を２次元とした実施形態であり、そのように変更した点以外は第２実施形態と同様である。
【００６５】
図１４〜図１６を参照して、第３実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子からなる部分（以下、「半導体発光モジュール３」という）の構成を説明する。図１４は、半導体発光モジュール３を半導体発光素子の第１面側から見た図、図１５は、半導体発光モジュール３を支持基板の第４面側から見た図、図１６は、図１４、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿っての断面図である。図１４〜図１６には１５の半導体発光素子と駆動電極が３行５列に並んでいる例が示されているが、半導体発光素子と駆動電極の数は１５以外であってもよく、また、二次元の配置は任意でよい。
【００６６】
図１４〜図１６に示されるように、半導体発光モジュール３は、複数の半導体発光素子３００−１〜３００−１５と、支持基板３１と、を備える。各半導体発光素子３００−１〜３００−１５は、特許文献１の図２と同じ層構成を有していてもよいが、必ずしも、それと同じ層構成である必要はない。半導体発光素子３００−１〜３００−１５のそれぞれは、第１面３００−１ａ〜３００−１５ａと第２面３００−１ｂ〜３００−１５ｂとを有し、第１面３００−１ａ〜３００−１５ａから光を出力する。支持基板３１は、第３面３１ａと第４面３１ｂとを有するとともに第３面上に配置された複数の駆動電極３１−１〜３１−１５を有し、複数の半導体発光素子３００−１〜３００−１５を載置可能である。半導体発光素子３００−１〜３００−１５のそれぞれは、活性層３０３−１〜３０３−１５と、活性層３０３−１〜３０３−１５と光学的に結合される位相変調層３０４−１〜３０４−１５と、第１のクラッド層３０２−１〜３０２−１５と、第２のクラッド層３０６−１〜３０６−１５と、第２面側電極３０８−１〜３０８−１５と、第１面側電極３１０−１〜３１０−１５と、を有する。半導体発光素子３００−１〜３００−１５のそれぞれの第２面側電極３０８−１〜３０８−１５は、対応する駆動電極３１−１〜３１−１５に接続される。位相変調層３０４−１〜３０４−１５のそれぞれは、第１屈折率を有する基本領域３０４−１ａ〜３０４−１５ａと第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の異屈折率領域３０４−１ｂ〜３０４−１５ｂとを含み、複数の異屈折率領域３０４−１ｂ〜３０４−１５ｂは、それぞれの重心が基本領域３０４−１ａ〜３０４−１５ａ中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するような配置パターンに従って基本領域３０４−１ａ〜３０４−１５ａ中に配置されている。配置パターンは、対応する駆動電極３１−１〜３１−１５から駆動電流が供給されたときに第１面３００−１ａ〜３００−１５ａから出力される光のビーム投射領域とビーム投射パターンが目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンとなるように定められている。
【００６７】
半導体発光素子３００−１〜３００−１５における目標とするビーム投射パターンと目標とするビーム投射領域は、全て同じであってもよいし、一部が他と異なっていてもよい。
【００６８】
半導体発光素子３００−１〜３００−１５の発光波長は、全てが同じであってもよいし、一部が他と異なっていてもよい。半導体発光素子の発光波長は、活性層の材料及び位相変調層の基本領域中の仮想的な正方格子の格子定数等により調整することが可能である。
【００６９】
第１面側電極３１０−１〜３１０−１５は、図１４、１６に示されるように、中央部に光を出射するための開口部３１０−１ａ〜３１０−１５ａを有している。第１面側電極３１０−１〜３１０−１５は開口部を有する電極とする代わりに、透明電極としてもよい。
【００７０】
活性層３０３−１〜３０３−１５と位相変調層３０４−１〜３０４−１５の上下関係は、図１６に示される上下関係と逆であってもよい。また、図１６には、基板層３０１−１〜３０１−１５、上部光ガイド層３０５ｂ−１〜３０５ｂ−１５、下部光ガイド層３０５ａ―１〜３０５ａ―１５、コンタクト層３０７−１〜３０７−１５、絶縁層３０９−１〜３０９−１５、反射防止層３１１−１〜３１１−１５も記載されているが、半導体発光素子３００−１〜３００−１５は、必ずしもこれらを備えている必要はない。
【００７１】
これまでに説明した各層、各領域の構成材料、形状、寸法、製造方法等は、特許文献１の記載内容に基づいて当業者が適宜選択可能であるが、以下にその一部の例を示す。すなわち、図１６に示される各層の材料ないし構造の一例は、次のとおりである。基板層３０１−１〜３０１−１５はＧａＡｓ、第１のクラッド層３０２−１〜３０２−１５はＡｌＧａＡｓ、活性層３０３−１〜３０３−１５は多重量子井戸構造ＭＱＷ（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）、位相変調層３０４−１〜３０４−１５は基本領域３０４−１ａ〜３０４−１５ａがＧａＡｓ、基本領域３０４−１ａ〜３０４−１５ａ内に埋め込まれた複数の異屈折率領域３０４−１ｂ〜３０４−１５ｂがＡｌＧａＡｓ、上部光ガイド層３０５ｂ−１〜３０５ｂ−１５、下部光ガイド層３０５ａ―１〜３０５ａ―１５はＡｌＧａＡｓ、第２のクラッド層３０６−１〜３０６−１５はＡｌＧａＡｓ、コンタクト層３０７−１〜３０７−１５はＧａＡｓ、絶縁層３０９−１〜３０９−１５はＳｉＯ２又はシリコン窒化物、反射防止層３１１−１〜３１１−１５は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電体単層膜或いは誘電体多層膜。複数の異屈折率領域３０４−１ｂ〜３０４−１５ｂは、アルゴン、窒素又は空気等が封入された空孔であってもよい。
【００７２】
一例では、基板層３０１−１〜３０１−１５、第１のクラッド層３０２−１〜３０２−１５にはＮ型の不純物が添加されており、第２のクラッド層３０６−１〜３０６−１５、コンタクト層３０７−１〜３０７−１５にはＰ型の不純物が添加されている。また、第１のクラッド層３０２−１〜３０２−１５と第２のクラッド層３０６−１〜３０６−１５のエネルギーバンドギャップは、上部光ガイド層３０５ｂ−１〜３０５ｂ−１５、下部光ガイド層３０５ａ―１〜３０５ａ―１５のエネルギーバンドギャップよりも大きく、上部光ガイド層３０５ｂ−１〜３０５ｂ−１５、下部光ガイド層３０５ａ―１〜３０５ａ―１５のエネルギーバンドギャップは活性層３０３−１〜３０３−１５の井戸層のエネルギーバンドギャップよりも大きく設定されている。
【００７３】
次に図１７を参照して、第３実施形態に係る半導体発光装置について説明する。図１７は第３実施形態に係る半導体発光装置３４０の構成を示すブロック図である。図１７に示されるように、半導体発光装置３４０は、半導体発光モジュール３と、電源回路３４１と、制御信号入力回路３４２と、駆動回路３４３と、を備える。電源回路３４１は、駆動回路３４３と半導体発光モジュール３に電源を供給する。制御信号入力回路３４２は、半導体発光装置３４０の外部から供給される制御信号あるいは半導体発光装置３４０内部で生成される制御信号を駆動回路３４３へ伝達する。駆動回路３４３は、制御信号に応じて半導体発光モジュール３に駆動電流を供給する。制御信号は、半導体発光素子３００−１〜３００−１５それぞれの発光タイミングを指定する信号である。駆動回路３４３と半導体発光モジュール３とは、駆動電流を供給する複数の駆動ライン３４４−１〜３４４−１５と１本の共通電位ライン３４５により接続されている。第１面側電極３１０−１〜３１０−１５は接続ライン３４６で相互に接続されている。駆動ライン３４４−１〜３４４−１５のそれぞれは、駆動電極３１−１〜３１−１５のそれぞれに接続され、共通電位ライン３４５は、第１面側電極３１０−１〜３１０−１５のいずれか一つ（図１７では３１０−１５）に接続されている。なお、図１７において、駆動回路３４３の上に示される半導体発光モジュール３と駆動回路３４３の下に示される半導体発光モジュール３は、それぞれ、１つの半導体発光モジュール３の半導体発光装置３００−１〜３００−１５側（第１面側）と支持基板３１側（第４面側）を表している。図１７においては、第１面側電極３１０−１〜３１０−１５が接続ライン３４６で相互に接続され、１本の共通電位ライン３４５が１つの第１面側電極３１０−１５に接続されているが、そのように接続する代わりに、共通電位ラインを第１面側電極の数分設け、駆動回路３４３と各第１面側電極３１０−１〜３１０−１５とを別々の共通電位ラインで接続するようにしてもよい。
【００７４】
駆動回路３４３は、制御信号により指定された任意のタイミングで、駆動ライン３４４−１〜３４４−１５を経由して半導体発光素子３００−１〜３００−１５のそれぞれに駆動電流を供給する。駆動ライン３４４−１〜３４４−１５は、用途に応じて、択一的に駆動されてもよいし、複数が同時に駆動されてもよい。また、駆動回路３４３は、半導体発光モジュール３とは別体で構成されてもよいし、半導体発光モジュール３の支持基板３１上に一体的に形成されてもよい。
【００７５】
以上のように構成された半導体発光モジュール３を備える半導体発光装置３４０は、次のように動作する。すなわち、駆動回路３４３から駆動ライン３４４−１〜３４４−１５のいずれかと共通電位ライン３４５の間に駆動電流が供給されると、駆動電流が供給された駆動ラインに駆動電極を介して第２面側電極が接続された半導体発光素子における活性層において電子と正孔の再結合が生じ、その半導体発光素子における活性層が発光する。その発光により得られた光は、第１のクラッド層３０２−１〜３０２−１５と第２のクラッド層３０６−１〜３０６−１５によって効率的に閉じ込められる。活性層３０３−１〜３０３−１５から出射された光は、対応する位相変調層の内部に入射し、位相変調層による２次元的なフィードバックによる閉じ込め効果によって所定のモードを形成する。活性層に十分な電子と正孔を注入することによって、位相変調層に入射した光は所定のモードで発振する。所定の発振モードを形成した光は、異屈折率領域の配置パターンに応じた位相変調を受け、位相変調を受けた光が、配置パターンに応じたビーム投射領域とビーム投射パターンを有する光として第１面側電極側から外部に出射される。
【００７６】
本実施の形態においても、半導体発光素子を発光させるための駆動電流を複数の駆動電極のそれぞれに対して任意のタイミングで供給可能な駆動回路を備えているので、特許文献１に記載された半導体発光素子の、特許文献１に記載された応用例（レーザビームを対象物に対して走査するようにした応用例）以外への各種の応用が可能となる。可能な応用は、第２実施形態と同様である。
[第４実施形態]
【００７７】
第４実施形態は、第１実施形態では基板層１０１−１，１０１−２側から取り出していた光出力を基板層１０１−１，１０１−２とは反対側から取り出すように変更したものである。これによれば、光出力が基板層を通過しないため基板層による出力光の吸収をなくすことが出来、出力光の減衰や基板層の発熱を防止することが出来る。そのように変更した点以外は第１実施形態と同様である。
【００７８】
図１８〜図２０を参照して、第４実施形態に係る半導体発光装置が備える支持基板と半導体発光素子からなる部分（以下、「半導体発光モジュール１Ｂ」という。）の構成を説明する。図１８は、半導体発光モジュール１Ｂを半導体発光素子の第１面側から見た図、図１９は、半導体発光モジュール１Ｂを支持基板の第４面側から見た図、図２０は、図１８、図１９のＸＸ−ＸＸ線に沿っての断面図である。
【００７９】
図１８〜図２０に示されるように、半導体発光モジュール１Ｂは、１対の半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２と、支持基板１１Ｂと、を備える。各半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２は、特許文献１の図２と同じ層構成を有していてもよいが、必ずしも、それと同じ層構成である必要はない。半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２のそれぞれは、第１面１００Ｂ−１ａ，１００Ｂ−２ａと第２面１００Ｂ−１ｂ，１００Ｂ−２ｂとを有し、第１面１００Ｂ−１ａ，１００Ｂ−２ａから光を出力する。支持基板１１Ｂは、第３面１１Ｂａと第４面１１Ｂｂとを有するとともに第３面上に配置された１対の駆動電極１１Ｂ−１，１１Ｂ−２を有し、１対の半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２を載置可能である。半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２のそれぞれは、活性層１０３Ｂ−１，１０３Ｂ−２と、活性層１０３Ｂ−１，１０３Ｂ−２と光学的に結合される位相変調層１０４Ｂ−１，１０４Ｂ−２と、第１のクラッド層１０２Ｂ−１，１０２Ｂ−２と、第２のクラッド層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２と、第２面側電極１０８Ｂ−１，１０８Ｂ−２と、第１面側電極１１０Ｂ−１，１１０Ｂ−２と、を有する。半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２のそれぞれの第２面側電極１０８Ｂ−１，１０８Ｂ−２は、対応する駆動電極１１Ｂ−１，１１Ｂ−２に接続される。位相変調層１０４Ｂ−１，１０４Ｂ−２のそれぞれは、第１屈折率を有する基本領域１０４Ｂ−１ａ，１０４Ｂ−２ａと第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する複数の異屈折率領域１０４Ｂ−１ｂ，１０４Ｂ−２ｂとを含み、複数の異屈折率領域１０４Ｂ−１ｂ，１０４Ｂ−２ｂは、それぞれの重心が基本領域１０４Ｂ−１ａ，１０４Ｂ−２ａ中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するような配置パターンに従って基本領域１０４Ｂ−１ａ，１０４Ｂ−２ａ中に配置されている。配置パターンは、対応する駆動電極１１Ｂ−１，１１Ｂ−２から駆動電流が供給されたときに第１面１００Ｂ−１ａ，１００Ｂ−２ａから出力される光のビーム投射領域とビーム投射パターンが目標とするビーム投射領域と目標とするビーム投射パターンとなるように定められている。
【００８０】
半導体発光素子１００Ｂ−１における目標とするビーム投射領域及び目標とするビーム投射パターンは、半導体発光素子１００Ｂ−２における目標とするビーム投射パターン領域及び目標とするビーム投射パターンと同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００８１】
半導体発光素子１００Ｂ−１の発光波長と半導体発光素子１００Ｂ−２の発光波長は同じであってもよいし、異なっていてもよい。半導体発光素子の発光波長は、活性層の材料及び位相変調層の基本領域中の仮想的な正方格子の格子定数等により調整することが可能である。
【００８２】
第１面側電極１１０Ｂ−１，１１０Ｂ−２は、図１８、２０に示されるように、中央部に光を出射するための開口部１１０Ｂ−１ａ，１１０Ｂ−２ａを有している。第１面側電極１１０Ｂ−１，１１０Ｂ−２は開口部を有する電極とする代わりに、透明電極としてもよい。
【００８３】
活性層１０３Ｂ−１，１０３Ｂ−２と位相変調層１０４Ｂ−１，１０４Ｂ−２の上下関係は、図２０に示される上下関係と逆であってもよい。また、基板層１０１Ｂ−１，１０１Ｂ−２での光の吸収を低減する目的で基板層１０１Ｂ−１，１０１Ｂ−２と第１のクラッド層１０２Ｂ−１，１０２Ｂ−２の間にＤＢＲ層１２０Ｂ−１，１２０Ｂ−２があっても良い。ＤＢＲ層１２０Ｂ−１，１２０Ｂ−２は位相変調層１０４Ｂ−１，１４０Ｂ−２と基板層１０１Ｂ−１，１０１Ｂ−２の間であればこれ以外の場所にあっても良い。また、図２０には、基板層１０１Ｂ−１，１０１Ｂ−２、上部光ガイド層１０５Ｂａ−１，１０５Ｂａ−２、下部光ガイド層１０５Ｂｂ―１，１０５Ｂｂ―２、コンタクト層１０７Ｂ−１，１０７Ｂ−２、絶縁層１０９Ｂ−１，１０９Ｂ−２、反射防止層１１１Ｂ−１，１１１Ｂ−２も記載されているが、半導体発光素子１００Ｂ−１，１００Ｂ−２は、必ずしもこれらを備えている必要はない。
【００８４】
これまでに説明した各層、各領域の構成材料、形状、寸法、製造方法等は、特許文献１の記載内容に基づいて当業者が適宜選択可能であるが、以下にその一部の例を示す。すなわち、図２０に示される各層の材料ないし構造の一例は、次のとおりである。基板層１０１Ｂ−１，１０１Ｂ−２はＧａＡｓ、第１のクラッド層１０２Ｂ−１，１０２Ｂ−２はＡｌＧａＡｓ、活性層１０３Ｂ−１，１０３Ｂ−２は多重量子井戸構造ＭＱＷ（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）、位相変調層１０４Ｂ−１，１０４Ｂ−２は基本領域１０４Ｂ−１ａ，１０４Ｂ−２ａがＧａＡｓ、基本領域１０４Ｂ−１ａ，１０４Ｂ−２ａ内に埋め込まれた複数の異屈折率領域１０４Ｂ−１ｂ，１０４Ｂ−２ｂがＡｌＧａＡｓ、上部光ガイド層１０５Ｂａ−１，１０５Ｂａ−２及び下部光ガイド層１０５Ｂｂ―１，１０５Ｂｂ―２はＡｌＧａＡｓ、第２のクラッド層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２はＡｌＧａＡｓ、コンタクト層１０７Ｂ−１，１０７Ｂ−２はＧａＡｓ、絶縁層１０９Ｂ−１，１０９Ｂ−２はＳｉＯ２又はシリコン窒化物、反射防止層１１１Ｂ−１，１１１Ｂ−２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの誘電体単層膜或いは誘電体多層膜。複数の異屈折率領域１０４Ｂ−１ｂ，１０４Ｂ−２ｂは、アルゴン、窒素又は空気等が封入された空孔であってもよい。
【００８５】
一例では、基板層１０１Ｂ−１，１０１Ｂ−２、第１のクラッド層１０２Ｂ−１，１０２Ｂ−２にはＮ型の不純物が添加されており、第２のクラッド層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２、コンタクト層１０７Ｂ−１，１０７Ｂ−２にはＰ型の不純物が添加されている。また、第１のクラッド層１０２Ｂ−１，１０２Ｂ−２と第２のクラッド層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２のエネルギーバンドギャップは、上部光ガイド層１０５Ｂａ−１，１０５Ｂａ−２と下部光ガイド層１０５Ｂｂ―１，１０５Ｂｂ―２のエネルギーバンドギャップよりも大きく、上部光ガイド層１０５Ｂａ−１，１０５Ｂａ−２と下部光ガイド層１０５Ｂｂ―１，１０５Ｂｂ―２のエネルギーバンドギャップは活性層１０３Ｂ−１，１０３Ｂ−２の井戸層のエネルギーバンドギャップよりも大きく設定されている。
【００８６】
以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明は、上述した第１〜第４実施形態に限定されるものではない。
【００８７】
例えば、図４、図５には異屈折率領域が円形の例が示されていたが、異屈折率領域は円形以外の形状であってもよい。例えば、正方形、正六角形、正八角形、正１６角形、長方形、楕円、であっても良い。これらの形状のように異屈折率領域のＸＹ平面内の形状を鏡像対称（線対称）とすれば、位相変調領域において、仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの異屈折率領域の重心へ向かう方向と、Ｘ軸との成す角度φを高精度に定めることができる。また、異屈折率領域は、正三角形、直角二等辺三角形、２つの円又は楕円の一部分が重なる形状、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状（卵形）、楕円の長軸に沿った一方の端部を長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状（涙形）、二等辺三角形、矩形の一方が三角形でくり抜かれ、その対向する方向が三角形を付加したような形状（矢印形）、台形、５角形、又は、２つの矩形の一部分が重なる形状等であってもよい。これらの図形のように異屈折率領域のＸＹ平面内の形状を180°の回転対称性を備えない形状とすれば、より高い光出力を得ることが出来る。これらの図形の例を図２1に示す。
【００８８】
また、第１〜第３実施形態は、いずれも各半導体発光素子の基板層側から光出力を取り出すように構成されていたが、第４実施形態のように基板層とは反対側から光出力を取り出すようにしてもよい。第４実施形態においては、半導体発光素子の数が２つ（１対）であったが、第２、第３実施形態と同様に、それを３つ以上、一次元又は２次元に配置するようにしてもよい。基板層とは反対側から光出力を取り出すようにした場合には、光出力が基板層を通過しないため基板層による出力光の吸収をなくすことが出来、出力光の減衰や基板層の発熱を防止することが出来る。
【００８９】
また、位相変調層には、図２２に示す第１の変形例のように、ビーム投射領域とビーム投射パターンを生成するための複数の異屈折率領域を含む領域Ａの外周部に、当該複数の異屈折率領域を含む領域Ａを取り囲むように、仮想的な正方格子における格子点位置に重心を有する複数の周辺格子点異屈折率領域を含む領域Ｂが設けられてもよい。図２２は、位相変調領域の変形例を層厚方向から見た形態を示している。図２２において、外側の輪郭は、位相変調領域を表している。位相変調領域内の中心部の領域Ａは、第１〜第４実施形態に関して説明したような、ビーム投射領域とビーム投射パターンを生成するための複数の異屈折率領域を含む領域である。位相変調領域内の外周部の領域Ｂは、仮想的な正方格子における格子点位置に重心を有する複数の周辺格子点異屈折率領域を含む領域である。一例では、領域Ｂにおける仮想的な正方格子の格子定数は領域Ａにおける仮想的な正方格子の格子定数と等しく、領域Ｂにおける各周辺格子点異屈折率領域の形状および大きさは、領域Ａにおける異屈折率領域の形状及び大きさと等しい。この変形例によれば、面内方向への光漏れが抑制され、発振閾値電流を低減することができる。
【００９０】
また、図４、５には、基本領域中の仮想的な正方格子における各格子点から所定の距離だけずれた場所に重心を有する異屈折率領域（以下、「変位異屈折率領域」という。）が、各格子点に１つずつ設けられる例が示されていたが、変位異屈折率領域は、全体の重心が上記各格子点から所定の距離だけずれた場所に位置するように、複数個に分割して設けられてもよい。また、変位異屈折率領域に加えて、各格子点上に格子点異屈折率領域が設けられてもよい。格子点異屈折率領域は、変位異屈折率領域と同様に基本領域の屈折率（第１屈折率）とは異なる屈折率を有する領域であるが、変位異屈折率領域と同じ材料（同じ屈折率の材料）で構成されてもよいし、その一部が変位異屈折率領域の一部と重なっていてもよい。
【００９１】
ここで、図２３〜図２５を参照して、変位異屈折率領域に加えて格子点異屈折率領域を設ける場合の例について説明する。図２３は、変位異屈折率領域に加えて格子点異屈折率領域を設ける場合の、変位異屈折率領域の重心と格子点異屈折率領域との位置関係を説明するための図であり、図２４は、変位異屈折率領域に加えて格子点異屈折率領域が設けられる場合の、変位異屈折率領域と格子点屈折率領域の組合せの例を示す図であり、図２５は、変位異屈折率領域に加えて格子点異屈折率領域を設ける場合の、変形例を示す図である。これらの図において、Ｏは格子点、Ｇは変位屈折率領域の重心をそれぞれ表している。図２３に示されるように、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂの重心Ｇと格子点Ｏとの位置関係は図５と同じであるが、図２３では、それに加えて格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが設けられている。図２３では、格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃの重心は格子点Ｏにあるが、図２５に示すように、その重心は必ずしも格子点Ｏの上になくても良い。図２３では、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃはいずれも円形で両者は相互に重なっていないが、両者の組合せはこれに限られない。図２４に示されるように、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃの組合せとしては種々の組合せが考えられる。図２４（ａ）は図２３の組合せである。図２４（ｂ）は変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが共に正方形の組合せである。図２４（ｃ）は、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが共に円形であるが、両者の一部どうしが重なっている組合せである。図２４（ｄ）は、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが共に正方形で、両者の一部どうしが重なっている組合せである。図２４（ｅ）は、図２４（ｄ）の変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃをそれぞれ重心Ｇ、格子点Ｏを中心に任意に回転させ、両者が相互に重ならないようにした組合せである。図２４（ｆ）は、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂが三角形で、格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが正方形の組合せである。図２４（ｇ）は、図２４（ｆ）の変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃをそれぞれ重心Ｇ、格子点Ｏを中心に任意に回転させ、両者が相互に重ならないようにした組合せである。図２４（ｈ）は、図２４（ａ）の変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂが二つの円形の領域に分割された組合せである。図２４（ｉ）は、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂが正方形と三角形に分割され、格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが三角形とされた組合せである。図２４（ｊ）は、図２４（ｉ）の変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃをそれぞれ重心Ｇ、格子点Ｏを中心に任意に回転させた組合せである。２４（ｋ）は、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂと格子点異屈折率領域ｎ０４−ｍｃが共に正方形で、変位異屈折率領域ｎ０４−ｍｂは２つの正方形に分割されており、各正方形の辺の方向が同一方向を向いている組み合せである。変位異屈折率領域に加えて格子点異屈折率領域が設けられる場合には、その両者を合わせた異屈折率領域全体が180°の回転対称性を備えなくなるので、より高い光出力を得ることができる。
【００９２】
異屈折率領域（周辺格子点異屈折率領域、格子点異屈折率領域を含む。）の形状が直線状の辺を有する形状とされる場合には、その辺の方向を、基板層を構成する結晶の特定の面方位に揃える事が望ましい。そうすれば、異屈折率領域をアルゴン、窒素又は空気等が封入された空孔とする場合に、空孔の形状の制御が容易になり、空孔の上に成長させる結晶層の欠陥を抑制することができる。
【００９３】
なお、各格子点に対応して設けられる異屈折率領域（周辺格子点異屈折率領域、格子点異屈折率領域を含む）の形状や数は、１つの位相変調領域内で必ずしも同一である必要はない。図２６に示すように、格子点毎に異屈折率領域の形状や数が異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１，２，３，１Ｂ…半導体発光モジュール、１１，２１，３１，１１Ｂ…支持基板、１００−ｍ（ｍは整数），２００−ｍ，３００−ｍ，１００Ｂ−ｍ…半導体発光素子、１０２−ｍ，２０２−ｍ，３０２−ｍ，１０２Ｂ−ｍ…第１のクラッド層、１０３−ｍ，２０３−ｍ，３０３−ｍ，１０３Ｂ−ｍ…活性層、１０４−ｍ，２０４−ｍ，３０４−ｍ，１０４Ｂ−ｍ…位相変調層、１０４−ｍａ，２０４−ｍａ，３０４−ｍａ，１０４Ｂ−ｍａ…基本領域、１０４−ｍｂ，２０４−ｍｂ，３０４−ｍｂ，１０４Ｂ−ｍｂ…複数の異屈折率領域、１０６，２０６，３０６，１０６Ｂ−ｍ…第２のクラッド層、１０８−ｍ，２０８−ｍ，３０８−ｍ，１０８Ｂ−ｍ…第２面側電極、１１０−ｍ，２１０−ｍ，３１０−ｍ，１１０Ｂ−ｍ…第１面側電極。
【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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