特許 6028510 半導体レーザモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6028510

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】半導体レーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/026 20060101AFI20161107BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/026 650

【請求項の数】15

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2012-228049(P2012-228049)

(22)【出願日】2012年10月15日

(65)【公開番号】特開2014-82262(P2014-82262A)

(43)【公開日】2014年5月8日

【審査請求日】2015年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124291

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 悟

(72)【発明者】

【氏名】黒坂 剛孝

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 明佳

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 和義

(72)【発明者】

【氏名】杉山 貴浩

(72)【発明者】

【氏名】野田 進

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１８６３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４４６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７６９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１６２１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６６５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４９４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３７４０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 WATANABE et al.，High-efficiency photonic crystal microlaser integrated with a passive waveguide，OPTICS EXPRESS，米国，OSA，２００８年 ２月１８日，Vol.16, No.4，p.2694-p.2698

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｆ １／２９−１／３５５

Ｇ０２Ｂ ６／１０−６／１２

Ｇ０２Ｂ ９／００−１５／２８

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

Ｓｃｉｔａｔｉｏｎ

ＯＳＡ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

端面発光型の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の光出射端面に対向して配置される平板集光要素と、を備え、
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前記光出射端面から出射させる偏向部と、を備え、
前記発振部は、
基板上に形成された下部クラッド層と、
上部クラッド層と、
前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との間に介在する活性層と、
前記活性層と前記上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在する第一フォトニック結晶層と、
前記活性層における、前記光出射端面に平行で且つ前記活性層が延びる方向に並んで位置する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、を有し、
前記偏向部は、
第二フォトニック結晶層を有し、
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、
前記平板集光要素は、前記光出射端面に対向する側と反対側に対物面を有し、
前記対物面は、前記光出射端面に直交する方向から見て前記複数の領域が並ぶ方向に配列された複数の曲面を含んでおり、
前記複数の曲面の各々は、前記半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームに垂直な平面に接しており、
前記複数の領域が並ぶ前記方向に平行な座標軸をＸ軸として、前記Ｘ軸に沿った位置Ｘにおける、前記活性層が延びる方向に平行な平面内における前記複数の曲面の各々の曲率半径ｒ（Ｘ）は、位置Ｘにおける前記平板集光要素の屈折率をｎ（Ｘ）とし、位置Ｘにおいて前記対物面から出射されるレーザビームが前記光出射端面の法線に対してなす角度をθ_ｏｕｔ（Ｘ）とし、θ_ｏｕｔ（Ｘ）＝０である場合の前記平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離をｆ_０として、
ｒ（Ｘ）＝ｆ_０・｛ｎ（Ｘ）−１｝／ｃｏｓ（θ_ｏｕｔ（Ｘ））
に基づいて決定されている、
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。

【請求項2】

前記複数の曲面の各々は、決定された前記曲率半径に基づく曲率に対して、収差補正のために非球面化されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項3】

前記複数の曲面は、前記半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームが前記光出射端面の法線に対してなす角度が大きい曲面ほど、前記光出射端面との距離が短い、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項4】

前記複数の曲面の各々は、前記活性層が延びる方向に垂直な方向の曲率を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項5】

前記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１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項6】

前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、
前記偏向部における光の等価屈折率をｎとし、前記発振部から出力されたレーザビームの波長をλとして、前記第二フォトニック結晶層の前記周期構造が、
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対しては、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ−１）×λ／（２ｎ）
を満たし、前記光出射端面からのレーザビームの出射方向に対しては、
λ／ｎ
を満たしている、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項7】

前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、
前記第二フォトニック結晶層における前記異屈折率部は、その格子構造の格子点位置に配置されており、
前記格子構造の二つの基本並進ベクトルがなす角をφとし、
前記格子構造の一方の前記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／（２ｃｏｓ^２（θ／２））｝
を満たし、
前記偏向部における光の等価屈折率をｎとし、前記発振部から出力されたレーザビームの波長をλとして、
前記格子構造の前記一方の基本並進ベクトルに沿う方向での格子点の周期が、
λ／（ｎ×ｓｉｎθ）
を満たし、前記格子構造の前記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が、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ−１）×λ／（２ｎ）
を満たしている、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項8】

前記第一フォトニック結晶層の格子構造は、正方格子又は三角格子である、
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モジュール。

【請求項9】

前記第一フォトニック結晶層と前記第二フォトニック結晶層とが、同一層に位置している、
こ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モジュール。

【請求項10】

コンタクト層が、前記上部クラッド層上に形成されており、
前記複数の駆動電極は、前記コンタクト層上における前記複数の領域に対応する領域に配置され、
前記コンタクト層上における前記複数の駆動電極が配置された前記領域以外の領域を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置され、前記複数の駆動電極のうち対応する駆動電極と電気的に接続された複数の電極パッドと、を更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項11】

前記複数の駆動電極を覆う絶縁膜を更に備える、
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項12】

前記半導体レーザ素子が実装される基板を更に備え、
前記基板には、前記半導体レーザ素子が備える前記複数の電極パッドのうち対応する電極パッドにそれぞれ電気的に接続される複数の基板側電極パッドと、前記複数の基板側電極パッドに電気的に接続されると共に前記半導体レーザ素子を駆動するための駆動回路と、が配置されている、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項13】

前記複数の電極パッドと前記複数の基板側電極パッドとが、ワイヤボンディングにより接続されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項14】

前記複数の電極パッドと前記複数の基板側電極パッドとが、フリップチップボンディングにより接続されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項15】

記憶手段と、
前記半導体レーザ素子及び前記記憶手段に接続された駆動手段と、を更に備え、
前記記憶手段は、レーザビームを出射する方向に関する情報と、該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極に関する情報と、を対応付けた対応情報を予め記憶しており、
前記駆動手段は、
レーザビームを出射する方向に関する情報及び前記記憶手段に記憶された前記対応情報に基づいて、前記複数の駆動電極から駆動電極を選択する選択部と、
前記選択部により選択された駆動電極に駆動電流を供給する駆動電流供給部と、を有し、
前記対応情報は、前記駆動電極を選択する信号と、前記駆動電極を選択する信号により選択された前記駆動電極に駆動電流が供給されることにより前記半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの方向と、の関係に基づいて予め決定された情報である、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【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、及びこれを用いた半導体レーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

本願発明者らは、フォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子について提案してきた（特許文献１及び非特許文献１など）。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る。一方、所定の一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一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、複数の駆動電極毎に同じ一方向にレーザビームを出射すると共に、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半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、端面発光型の半導体レーザ素子であって、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、を備え、発振部は、基板上に形成された下部クラッド層と、上部クラッド層と、下部クラッド層と上部クラッド層との間に介在する活性層と、活性層と上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在する第一フォトニック結晶領域と、活性層における、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる方向に並んで位置する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、を有し、偏向部は、第二フォトニック結晶層を有し、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る、ことを特徴とする。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、偏向部における光の等価屈折率をｎとし、発振部から出力されたレーザビームの波長をλとして、第二フォトニック結晶層の周期構造が、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、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ−１）×λ／（２ｎ）
を満たし、光出射端面からのレーザビームの出射方向に対しては、
λ／ｎ
を満たしていてもよい。この場合、上述した、光を弱め合う干渉と光を強め合う干渉とを適切に生じさせることができる。

【0012】

半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第二フォトニック結晶層における異屈折率部は、その格子構造の格子点位置に配置されており、格子構造の二つの基本並進ベクトルがなす角をφとし、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／（２ｃｏｓ^２（θ／２））｝
を満たし、

【0013】

偏向部における光の等価屈折率をｎとし、発振部から出力されたレーザビームの波長をλとして、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が、
λ／（ｎ×ｓｉｎθ）
を満たし、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が、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ−１）×λ／（２ｎ）
を満たしていてもよい。この場合、各レーザビームの出射角度を適切に設定することができる。

【0014】

第一フォトニック結晶層の格子構造は、正方格子又は三角格子であってもよい。また、第一フォトニック結晶層と第二フォトニック結晶層とが、同一層に位置していてもよい。

【0015】

コンタクト層が、上部クラッド層上に形成されており、複数の駆動電極は、コンタクト層上における複数の領域に対応する領域に配置されており、コンタクト層上における複数の駆動電極が配置された領域以外の領域を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に配置され、複数の駆動電極のうち対応する駆動電極と電気的に接続された複数の電極パッドと、を更に備えていてもよい。この場合、複数の電極パッドが配置される絶縁膜は、コンタクト層上における複数の駆動電極が配置された領域以外の領域を覆っているので、駆動電極の位置にかかわらず、電気的な接続を確立しやすい位置に電極パッドが配置される。このため、半導体レーザ素子を駆動するための駆動回路と、各駆動電極と、の電気的な接続を容易に確立することができる。

【0016】

複数の駆動電極を覆う絶縁膜を更に備えていてもよい。この場合、半導体レーザ素子を駆動するための駆動回路と、各駆動電極と、を電気的に接続する際に、駆動電極に短絡が生じるのが防がれる。したがって、駆動回路と半導体レーザ素子との電気的な接続を、簡易に且つ確実に実現することができる。

【0017】

本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の光出射端面に対向して配置される平板集光要素と、を備え、平板集光要素は、光出射端面に対向する側と反対側に対物面を備え、対物面は、光出射端面に直交する方向から見て複数の領域が並ぶ方向に配列された複数の曲面を含んでおり、
複数の領域が並ぶ前記方向に平行な座標軸をＸ軸として、Ｘ軸に沿った位置Ｘにおける、活性層が延びる方向に平行な平面内における複数の曲面の各々の曲率半径ｒ（Ｘ）は、位置Ｘにおける平板集光要素の屈折率をｎ（Ｘ）とし、位置Ｘにおいて対物面から出射されるレーザビームが光出射端面の法線に対してなす角度をθ_out（Ｘ）とし、θ_out（Ｘ）＝０である場合の平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離をｆ₀として、
ｒ（Ｘ）＝ｆ₀・｛ｎ（Ｘ）−１｝／ｃｏｓ（θ_out（Ｘ））
に基づいて決定されている、ことを特徴とする。

【0018】

本発明に係る半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ素子において、上述したように、偏向部により、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。半導体レーザモジュールが、半導体レーザ素子の光出射端面に対向して配置される平板集光要素を具備しており、平板集光要素が、光出射端面に対向する側と反対側に対物面を備える。この対物面が複数の曲面を含んで形成されており、複数の曲面の各々の曲率半径ｒ（Ｘ）が上記された式に基づいて決定される。このため、偏向部から光出射端面の法線に対して角度θ_out（Ｘ）をなして出射されるレーザビームに対して、平板集光要素の焦点距離はｆ₀／ｃｏｓ（θ_out（Ｘ））となる。それゆえ、平板集光要素によって集光される焦点と光出射端面との間の距離は、θ_out（Ｘ）の値によらずｆ₀となり、レーザビームは光出射端面から距離ｆ₀の平面に集光される。したがって、レーザビームの出射方向によらずレーザビームの拡がり角を一定とすることができる。

【0019】

複数の曲面の各々は、決定された上記曲率半径に基づく曲率に対して、収差補正のために非球面化されていてもよい。この場合には、平板集光要素において発生する収差を補正することができる。

【0020】

複数の曲面は、半導体レーザ素子から当該曲面に入射するレーザビームが光出射端面の法線に対してなす角度が大きい曲面ほど、光出射端面との距離が短くてもよい。この場合には、光出射端面の法線に対してなす角度が大きいレーザビームが入射する曲面と光出射端面との距離が短くなっている。このため、当該曲面を通過するレーザビームと、他の曲面を通過するレーザビームと、の干渉を防ぐことができる。

【0021】

複数の曲面の各々は、活性層が延びる方向に垂直な方向の曲率を有していてもよい。この場合には、曲面が活性層の延びる方向に垂直な方向の曲率を有する。このため、活性層が延びる方向に垂直な方向のレーザビームの拡がり角を調整することができる。

【0022】

本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記半導体レーザ素子と、記憶手段と、半導体レーザ素子及び記憶手段に接続された駆動手段と、を備え、記憶手段は、レーザビームを出射する方向に関する情報と、該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極に関する情報と、を対応付けた対応情報を予め記憶しており、駆動手段は、レーザビームを出射する方向に関する情報及び記憶手段に記憶された対応情報に基づいて、複数の駆動電極から駆動電極を選択する選択部と、選択部により選択された駆動電極に駆動電流を供給する駆動電流供給部と、を有し、対応情報は、駆動電極を選択する信号と、駆動電極を選択する信号により選択された駆動電極に駆動電流が供給されることにより半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの方向と、の関係に基づいて予め決定された情報である、ことを特徴とする。

【0023】

半導体レーザ素子から出射されるレーザビームの出射方向は、フォトニック結晶層と駆動電極との相対的な位置関係によって定まる。このため、フォトニック結晶層と駆動電極との間に位置ずれが生じた場合には、所望の出射方向を得るための所定の駆動電極に電流を供給した場合にも、所望の出射方向のレーザビームを得ることができなくなるおそれがある。

【0024】

本発明に係る半導体レーザモジュールでは、レーザビームを出射する方向に関する情報と、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極に関する情報と、が対応情報により対応付けられている。ここで、対応情報において、レーザビームを出射する方向と当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極との対応は、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれによって異なる。このため、対応情報には、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれの影響が反映されている。したがって、本発明では、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれの影響が反映された対応情報に基づいて、所望のレーザビームの出射方向に対応する駆動電極が選択される。このため、フォトニック結晶層と駆動電極との間に位置ずれが生じた場合にも、所望の出射方向を得ることができる。

【0025】

本発明に係る半導体レーザ素子の駆動方法は、上記半導体レーザ素子を駆動する方法であって、レーザビームを出射させる方向に関する情報を含む信号が入力された際に、レーザビームを出射させる方向に関する情報と、該方向にレーザビームを出射させるために駆動電流を供給する駆動電極に関する情報と、を対応付けた対応情報に基づいて、複数の駆動電極から駆動電極を選択するステップと、選択された駆動電極に駆動電流を供給するステップと、を含み、駆動電極を選択するステップでは、対応情報として、駆動電極を選択する信号と、駆動電極を選択する信号により選択された駆動電極に駆動電流が供給されることにより半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの方向と、の関係に基づいて予め決定された情報を用いる、ことを特徴とする。

【0026】

上記半導体レーザ素子において、上述したように、偏向部により、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。本発明に係る半導体レーザ素子の駆動方法では、レーザビームを出射させる方向に関する情報と、該方向にレーザビームを出射させるために駆動電流を供給する駆動電極に関する情報と、が対応情報により対応付けられている。対応情報に基づいて、複数の駆動電極から駆動電極が選択される。選択された駆動電極に駆動電流が供給される。駆動電極を選択する際には、対応情報として、駆動電極を選択する信号と、駆動電極を選択する信号により選択された駆動電極に駆動電流が供給されることにより半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの方向と、の関係に基づいて予め決定された信号が用いられる。ここで、対応情報において、レーザビームを出射する方向と、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極との対応は、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれの大きさによって異なる。このため、対応情報には、フォトニック結晶層と駆動電極の位置ずれの影響が反映されている。したがって、本発明では、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれの影響が反映された対応情報に基づいて、所望のレーザビームの出射方向に対応する駆動電極が選択される。このため、フォトニック結晶層と駆動電極との間に位置ずれが生じた場合にも、所望の出射方向を得ることができる。

【0027】

本発明に係る設定方法は、上記半導体レーザ素子の、レーザビームを出射する方向に関する情報を設定するための方法であって、半導体レーザ素子の複数の駆動電極のうち少なくとも一つに駆動電流を供給することによって半導体レーザ素子からレーザビームを出射させ、出射されたレーザビームの方向を測定するステップと、測定されたレーザビームを出射する方向に関する情報と、測定するステップにおいて駆動電流が供給された駆動電極に関する情報と、を対応付けた対応情報を作成するステップと、対応情報を記憶手段に記憶させるステップと、を含む、ことを特徴とする。

【0028】

本発明に係る設定方法では、複数の駆動電極のうち少なくとも一つに駆動電流を供給することによって半導体レーザ素子からレーザビームを出射させる。出射されたレーザビームの方向が測定される。測定されたレーザビームの出射方向に関する情報と、駆動電流が供給された駆動電極に関する情報と、が対応付けられた対応情報が作成される。作成された対応情報が記憶手段に記憶される。ここで、対応情報において、レーザビームを出射する方向と、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極との対応は、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれによって異なる。このため、信号と駆動電極との対応付けを行う情報には、フォトニック結晶層と駆動電極との位置ずれの影響が反映されている。このため、半導体レーザモジュールでは、記憶手段に記憶された情報に基づいて、所望のレーザビームの出射方向に対応する駆動電極が選択されるため、所望の出射方向のレーザビームを確実に得ることができる。

【0029】

本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子が実装される基板と、を備え、基板には、半導体レーザ素子が備える複数の電極パッドのうち対応する電極パッドにそれぞれ電気的に接続される複数の基板側電極パッドと、複数の基板側電極パッドに電気的に接続されると共に半導体レーザ素子を駆動するための駆動回路と、が配置されている、ことを特徴とする。

【0030】

本発明に係る半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ素子と、駆動回路と、が基板に配置されて、モジュール化されている。これにより、半導体レーザ素子の取り扱いが容易となる。

【0031】

複数の電極パッドと複数の基板側電極パッドとが、ワイヤボンディングにより接続されていてもよい。複数の電極パッドと複数の基板側電極パッドとが、フリップチップボンディングにより接続されていてもよい。特に、複数の電極パッドと複数の基板側電極パッドとが、フリップチップボンディングにより接続される場合、絶縁膜により複数の駆動電極が覆われていることが好ましい。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、複数の駆動電極毎に同じ一方向にレーザビームを出射すると共に、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半導体レーザモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】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2】図１に示された半導体レーザ素子のII−II線に沿った断面構成を示す図である。

【図3】図１に示された半導体レーザ素子のIII−III線に沿った断面構成を示す図である。

【図4】図１に示された半導体レーザ素子の平面図である。

【図5】様々な形状の埋め込み層（異屈折率部）を示す平面図である。

【図6】第一フォトニック結晶層の平面図である。

【図7】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8】第二フォトニック結晶層の平面図である。

【図9】本実施形態の変形例に係る半導体レーザ素子の概略斜視図である。

【図10】図９に示された半導体レーザ素子の断面構成を示す図である。

【図11】図９に示された半導体レーザ素子の平面図である。

【図12】第一フォトニック結晶層の平面図である。

【図13】第二フォトニック結晶層の平面図である。

【図14】本実施形態に係る半導体レーザモジュール及び焦点面の平面図である。

【図15】平板集光要素の構成について説明するための図である。

【図16】本実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を説明するための図である。

【図17】駆動電流供給回路の構成を説明するための図である。

【図18】半導体レーザモジュールにおける、対応情報の設定処理を示すフローチャートである。

【図19】半導体レーザモジュールにおける、対応情報の設定処理が実行される際の信号の流れを説明するための図である。

【図20】半導体レーザモジュールにおける、通常時での駆動処理を示すフローチャートである。

【図21】半導体レーザモジュールにおける、駆動処理が実行される際の信号の流れを説明するための図である。

【図22】本実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を説明するための図である。

【図23】本実施形態の変形例に係る半導体レーザ素子の概略斜視図である。

【図24】図２３に示された半導体レーザ素子の半導体レーザ素子のXXIV−XXIV線に沿った断面構成を示す図である。

【図25】図２３に示された半導体レーザ素子のXXV−XXV線に沿った断面構成を示す図である。

【図26】半導体レーザ素子の平面図である。

【図27】本実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を説明するための図である。

【図28】第二フォトニック結晶層の平面図である。

【図29】角度θ_ｄｉｆ，θ_ｉｎ，θ_ｏｕｔと、角度φ及び格子点の周期Ｐ５，Ｐ６と、の関係の一例を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

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。

【0035】

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１は、半導体レーザ素子の概略斜視図である。図２は、半導体レーザ素子のII−II線に沿った断面構成を示す図である。図３は、半導体レーザ素子のIII−III線に沿った断面構成を示す図である。図４は、半導体レーザ素子の平面図である。

【0036】

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。活性層３Ｂは、下部クラッド層２と上部クラッド層５との間に介在している。

【0037】

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ＳｉＯ_２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。

【0038】

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。導電型の記載のないものは不純物濃度が１０^１５／ｃｍ^３以下の真性半導体である。不純物が添加されている場合の濃度は、１０^１７〜１０^２０／ｃｍ^３である。下記は本実施の形態の一例であって、活性層３Ｂ及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、及び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（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ）／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（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ）／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

【0039】

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。

【0040】

光ガイド層３Ａ，３Ｃは、省略することも可能である。

【0041】

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。

【0042】

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６ａ，６ｂ，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。

【0043】

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。複数の駆動電極Ｅ２は、コンタクト層６上における複数の領域Ｒに対応する領域６ｂに配置されている。絶縁膜ＳＨは、コンタクト層６上における複数の駆動電極Ｅ２が配置された領域６ｂ以外の領域６ｃを覆っている。

【0044】

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。

【0045】

各電極パッドＥＰは、図３及び図４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１及び図２では、配線Ｗ１の図示を省略している。

【0046】

本実施形態では、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。第一フォトニック結晶層４１及び第二フォトニック結晶層４３は、活性層３Ｂと上部クラッド層５との間に介在している。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

図５は、様々な形状の埋め込み層（異屈折率部）を示す平面図である。

【0050】

埋め込み層４ＢのＸＹ平面内における形状は、（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。

【0051】

図６は、第一フォトニック結晶層の平面図である。

【0052】

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、
λ_０／ｎ_１
に設定されている。λ_０は、レーザ光の、真空中での波長である。ｎ_１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。

【0053】

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６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６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。

【0054】

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６に示された配置に限られることなく、図７の（ａ）〜（ｃ）に示された配置であってもよい。

【0055】

図７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×λ_０／ｎ_１
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。

【0056】

図７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、
λ_０／ｎ_１
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７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×λ_０／ｎ_１
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。

【0057】

本実施形態では、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。

【0058】

図８は、第二フォトニック結晶層の平面図である。

【0059】

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／（２ｃｏｓ^２（θ／２））｝
を満たしている。

【0060】

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、
λ_０／（ｎ_２×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）×λ_０／（２ｎ_２）
を満たしている。ｎ_２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。

【0061】

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８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。

【0062】

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）×λ_０／（２ｎ_２）
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、
λ_０／（ｎ_２×ｓｉｎθ）
に設定されている。

【0063】

以上のように、本実施形態では、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。

【0064】

本実施形態では、半導体レーザ素子１０Ａ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。

【0065】

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。

【0066】

複数の駆動電極Ｅ２は、コンタクト層６上における複数の領域Ｒに対応する領域６ｂに配置され、複数の電極パッドＥＰが配置される絶縁膜ＳＨは、コンタクト層６上における複数の駆動電極Ｅ２が配置された領域６ｂ以外の領域６ｃを覆っている。これにより、駆動電極Ｅ２の位置にかかわらず、電気的な接続を確立しやすい位置に電極パッドＥＰを配置することができる。このため、半導体レーザ素子１０Ａを駆動するための駆動回路と、駆動電極Ｅ２と、の電気的な接続を容易に確立することができる。

【0067】

駆動電極Ｅ２の数が多く、駆動電極Ｅ２が配置されるピッチが狭い場合、駆動回路と駆動電極Ｅ２とを直接接続することは困難である。半導体レーザ素子１０Ａでは、電極パッドＥＰと駆動回路とが接続されることにより、駆動回路から、電極パッドＥＰ及び配線Ｗ１を通して電流（駆動電流）が供給される。したがって、駆動電極Ｅ２が配置されるピッチが狭い場合でも、駆動回路と駆動電極Ｅ２との電気的な接続を確実に実現できる。

【0068】

次に、本実施形態の変形例に係る半導体レーザ素子１０Ｂの構成について説明する。図９は、半導体レーザ素子の概略斜視図である。図１０は、半導体レーザ素子の断面構成を示す図である。図１１は、半導体レーザ素子の平面図である。

【0069】

本変形例に係る半導体レーザ素子１０Ｂも、図９〜図１１に示されるように、半導体基板１、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（第一及び第二フォトニック結晶層４１，４３）、上部クラッド層５、コンタクト層６、電極Ｅ１、複数の駆動電極Ｅ２、及び、複数の電極パッドＥＰを備えている。

【0070】

図９及び図１１に示されるように、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γを成している。すなわち、駆動電極Ｅ２の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子の光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、傾斜している。

【0071】

図１２は、第一フォトニック結晶層の平面図である。

【0072】

第一フォトニック結晶層４１において、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。ｘｙｚ直交座標系は、ＸＹＺ直交座標系をＺ軸回りに角度γだけ回転させた座標系である。すなわち、埋め込み層４Ｂは、ｘｙｚ直交座標系において、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。活性層３Ｂ内において発生した光は、第一フォトニック結晶層４１により回折を受けた結果、図１２内に矢印で示す方向に向かうレーザビームとして出力される。光出射端面ＬＥＳに向かうレーザビームは、ｙ軸方向、すなわちＹ軸方向から角度γだけ傾いた方向に出力される。

【0073】

図１３は、第二フォトニック結晶層の平面図である。

【0074】

第二フォトニック結晶層４３においては、ｘｙｚ直交座標系において、二つの基本並進ベクトルがなす角φが、
φ＝ｔａｎ^−１｛ｓｉｎθ／（２ｃｏｓ^２（θ／２））｝
を満たし、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が、
λ_０／（ｎ_２×ｓｉｎθ）
を満たし、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が、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ−１）×λ_０／（２ｎ_２）
を満たしている。

【0075】

したがって、本変形例においても、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（上述した実施形態におけるレーザビームの出力方向からＺ軸回りに角度γだけ回転した方向）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。本変形例では、光出射端面ＬＥＳに直交する方向にも、レーザビームが出射される。

【0076】

本変形例でも、半導体レーザ素子１０Ｂにおいて、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。また、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。

【0077】

次に、本実施形態に係る半導体レーザモジュールＬＭ１の構成について説明する。図１４は、本実施形態に係る半導体レーザモジュール及び焦点面の平面図である。

【0078】

半導体レーザモジュールＬＭ１は、半導体レーザ素子１０Ａと、平板集光要素２０と、を備えている。半導体レーザ素子１０Ａは、光出射端面ＬＥＳから所定の１方向にレーザビームＬＢを出射する。平板集光要素２０は、半導体レーザ素子１０Ａにより出射されたレーザビームＬＢを焦点面Ｆに集光する。半導体レーザモジュールＬＭ１は、半導体レーザ素子１０Ａの代わりに、半導体レーザ素子１０Ｂを備えていてもよい。

【0079】

以下の説明では、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ半導体レーザ素子１０Ａの活性層３Ｂが延びる方向を第一方向と称する。第一方向に平行な座標軸をＸ軸とし、光出射端面ＬＥＳに垂直な方向をＹ軸とし、活性層が延びる方向に垂直な方向をＺ軸とする。レーザビームＬＢの出射方向を表すために、レーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線Ｎに対してなす角度θ_outを用いる。θ_out＝０の場合の平板集光要素２０のＸ軸方向の焦点距離をｆ₀とする。

【0080】

図１５を参照して、平板集光要素２０の構成について説明する。図１５の（ａ）は、半導体レーザ素子１０Ａ及び平板集光要素２０をＸＹ平面に平行な面で切断して示す断面図である。図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）内に点線で示す楕円ＸＶｂ内を拡大して示す図である。図１５の（ｃ）は、図１５の（ａ）内に点線で示す楕円ＸＶｃ内を拡大して示す図である。半導体レーザ素子１０Ａ及び平板集光要素２０は、Ｘ座標が正の領域にも延びているが、その形状は、Ｘ座標が負の領域における形状と同様である。このため、図１５では、半導体レーザ素子１０Ａ及び平板集光要素２０のうち、Ｘ座標が正の領域に位置する部分を省略して示している。

【0081】

平板集光要素２０は、Ｚ軸方向に延びる平板状のフレネルレンズである。平板集光要素２０の屈折率は、Ｘ軸方向に沿って変化する。平板集光要素２０の一方の面は対物面２１であり、他方の面は平面２２である。半導体レーザモジュールＬＭ１において、平板集光要素２０は、半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳに対向して配置される。平面２２は、光出射端面ＬＥＳに対向する。平面２２は、光出射端面ＬＥＳと接触していてもよいし、平面２２と光出射端面ＬＥＳとが離れていてもよい。図１５では、平面２２と光出射端面ＬＥＳとが離れた状態で示されている。

【0082】

対物面２１は、光出射端面ＬＥＳに対向する側と反対側に位置する。対物面２１は、複数（ここではＮ枚）の曲面２１ａ_１、２１ａ_２、・・・、２１ａ_Ｘ、・・・、２１ａ_Ｎ（以下、曲面２１ａと総称する）を含む。対物面は、隣り合う曲面２１ａ同士を接続する面２１ｂを含む。図１５では面２１ｂがＹ軸と平行な場合について示したが、面２１ｂはＹ軸と平行でなくともよい。複数の曲面２１ａは、光出射端面ＬＥＳに直交するＹ軸方向から見て、Ｘ軸方向（第一方向）に並んで位置する。Ｎ枚の曲面２１ａは、それぞれ半導体レーザ素子１０Ａにおける複数の領域Ｒ（当該領域Ｒに対応するフォトニック結晶領域）の１つに対応するように設けられる。半導体レーザ素子１０Ａに含まれる駆動電極Ｅ２の数と曲面２１ａの枚数Ｎは一致する。

【0083】

図１５の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、曲面２１ａの各々は、半導体レーザ素子１０Ａから当該曲面２１ａに入射するレーザビームＬＢに垂直な平面ｆに接している。曲面２１ａの各々に入射するレーザビームＬＢの進行方向は、曲面２１ａごとに異なっており、レーザビームＬＢに垂直な平面ｆがＸＺ平面に対してなす角度も、曲面２１ａごとに異なっている。図１５の（ｂ）は、Ｘ座標が０の位置に配置された曲面２１ａ１を拡大して示している。曲面２１ａ１には、半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳから出射されて平板集光要素２０内を進行してきたレーザビームＬＢが入射する。このレーザビームＬＢの進行方向は、Ｙ軸に平行である。したがって、曲面２１ａ１は、レーザビームＬＢに垂直な平面ｆ、すなわちＸＺ平面に平行な平面に接する。

【0084】

図１５の（ｃ）には、Ｘ座標がＸの位置に配置された曲面２１ａＸが拡大されて示されている。曲面２１ａＸには、半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳから出射されて平板集光要素２０内を進行してきたレーザビームＬＢが入射する。このレーザビームＬＢの進行方向は、ＸＹ平面に平行であり、Ｙ軸に対して角度θ_out（Ｘ）をなしている。したがって、曲面２１ａＸは、レーザビームＬＢに垂直な平面ｆ、すなわちＸＺ平面に対して角θ_out（Ｘ）をなし、Ｚ軸に平行な平面に接する。

【0085】

Ｘ軸に沿った位置Ｘにおける、活性層３Ｂが延びる方向に平行なＸＹ平面内における複数の曲面２１ａの各々の曲率半径ｒ（Ｘ）は、次の式（１）である。
ｒ（Ｘ）＝ｆ₀・｛ｎ（Ｘ）−１｝／ｃｏｓ（θ_out（Ｘ） ・・・ （１）

【0086】

式（１）において、ｎ（Ｘ）は、位置Ｘにおける平板集光要素２０の屈折率である。θ_out（Ｘ）は、位置Ｘにおいて対物面２１から出射されるレーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線Ｎに対してなす角度である。ｆ₀は、θ_out（Ｘ）＝０の場合の平板集光要素のＸ軸方向の焦点距離である。

【0087】

上記の式（１）の導出過程について説明する。一方の面が曲率半径ｒ（Ｘ）を有する球面であり、他方の面が平面であり、屈折率がｎ（Ｘ）であり、焦点距離がｆ（Ｘ）のレンズについて、以下の式（２）が成立することが知られている。
ｒ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ）・｛ｎ（Ｘ）−１｝ ・・・ （２）

【0088】

図１４を参照すると、レーザビームＬＢの出射角度θ_out（Ｘ）によらず、対物面２２から距離ｆ₀だけ離れた焦点面ＦにレーザビームＬＢを集光させるためには、次の式（３）が成立する必要がある。
ｆ（Ｘ）≒ｆ₀／ｃｏｓ（θ_out（Ｘ）） ・・・ （３）

【0089】

式（３）を式（２）に代入すると、上記の式（１）が得られる。

【0090】

曲面２１ａの各々は、Ｚ軸方向の曲率を有していない。すなわち、Ｚ軸に平行な平面と曲面２１ａとの交線は、直線となる。このため、平板集光要素２０をＸＹ平面に平行な平面で切断した場合、切断面の位置に関わらず、平板集光要素２０の断面形状は同一である。

【0091】

複数の曲面２１ａは、Ｘ軸の負の側に配置されているものほど、光出射端面ＬＥＳとの距離が短い。すなわち、半導体レーザ素子１０Ａから入射するレーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線、すなわちＹ軸方向に対してなす角度が大きい曲面２１ａほど、光出射端面ＬＥＳとの距離が短い。

【0092】

本実施形態に係る半導体レーザモジュールＬＭ１によれば、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ活性層３Ｂが延びるＸ軸方向に並んで活性層３Ｂに位置する複数の領域から出射されるレーザビームＬＢの光出射端面ＬＥＳに対する出射方向がそれぞれ異なっている。半導体レーザモジュールＬＭ１が、半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳに対向して配置される平板集光要素２０を備えており、平板集光要素２０が、光出射端面ＬＥＳに対向する側と反対側に対物面２１を有している。この対物面２１が複数の曲面２１ａを含んで形成されており、複数の曲面２１ａの各々の曲率半径ｒ（Ｘ）が上記の式（１）に基づいて決定されている。このため、活性層３Ｂの複数の領域から光出射端面ＬＥＳの法線に対して角度θ_out（Ｘ）をなして出射されるレーザビームＬＢに対して、平板集光要素２０の焦点距離はｆ₀／ｃｏｓ（θ_out（Ｘ））となる。レーザビームＬＢは光出射端面ＬＥＳから距離ｆ₀の平面Ｆに集光される。したがって、レーザビームＬＢの出射方向によらずレーザビームＬＢの拡がり角を一定とすることができる。

【0093】

半導体レーザ素子１０Ａから入射するレーザビームＬＢが光出射端面ＬＥＳの法線に対してなす角度が大きい曲面２１ａほど、光出射端面ＬＥＳとの距離が短い。このため、当該曲面２１ａを通過するレーザビームＬＢと、他の曲面２１ａを通過するレーザビームＬＢと、の干渉を防ぐことができる。

【0094】

複数の曲面２１ａの各々は、式（１）により決定される曲率半径に基づく曲率に対して、収差補正のために非球面化処理されていてもよい。この場合には、平板集光要素２０において発生する収差を補正することができる。

【0095】

複数の曲面２１ａの各々は、活性層３Ｂが延びる方向に垂直な方向の曲率を有するようにしてもよい。この場合には、曲面２１ａが活性層３Ｂの延びる方向に垂直な方向の曲率を有する。このため、活性層３Ｂが延びる方向に垂直な方向のレーザビームＬＢの拡がり角を調整することができる。

【0096】

曲面２１ａの数Ｎは、半導体レーザ素子１０Ａにおける複数の領域Ｒ（駆動電極Ｅ２）の数と一致しなくてもよい。たとえば、曲面２１ａの数Ｎが、領域Ｒ（駆動電極Ｅ２）の数より多くてもよい。隣接する２つの駆動電極Ｅ２，Ｅ２に同時に電流を供給することによって、一方の駆動電極Ｅ２に電流を供給した場合のレーザビームＬＢの出射方向と、他方の駆動電極Ｅ２に電流を供給した場合のレーザビームＬＢの出射方向との中間の方向にレーザビームＬＢが出射された場合にも、平板集光要素２０がレーザビームＬＢを好適に集光することができる。

【0097】

平板集光要素２０の屈折率ｎ（Ｘ）は、Ｘ軸方向に沿って変化するものとしたが、屈折率ｎ（Ｘ）がＸ座標に応じて連続的に変化するようにしてもよいし、特定のＸ座標の位置において不連続に変化するようにしてもよい。平板集光要素２０全体を、一定の屈折率ｎを有する単一の材料により構成し、屈折率ｎ（Ｘ）がＸ座標によらず一定となるようにしてもよい。

【0098】

次に、本実施形態に係る半導体レーザモジュールＬＭ２の構成について説明する。図１６は、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を説明するための図である。図１７は、駆動電流供給回路の構成を説明するための図である。図１７では、半導体レーザ素子１０Ａにおいて、電極パッドＥＰ及び配線Ｗ１などの図示を省略している。

【0099】

半導体レーザモジュールＬＭ２は、半導体レーザ素子１０Ａと、記憶装置５０（記憶手段）と、半導体レーザ素子１０Ａを駆動するための駆動回路６０（駆動手段）と、を備えている。半導体レーザモジュールＬＭ２も、半導体レーザ素子１０Ａの代わりに、半導体レーザ素子１０Ｂを備えていてもよい。

【0100】

半導体レーザ素子１０Ａでは、上述したように、選択された少なくとも一つの駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給することにより、選択された駆動電極Ｅ２に対応する領域Ｒからレーザビームが出力され、出力されたレーザビームが偏向部により偏向されて出射される。本実施形態では、駆動電極Ｅ２（領域Ｒ）の数は、半導体レーザ素子１０Ａが出射するレーザビームの方向の所望の範囲を網羅するための必要最低限の数よりも多くされている。

【0101】

記憶装置５０は、半導体レーザ素子１０Ａがレーザビームを出射する方向に関する情報と、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流が供給される駆動電極Ｅ２に関する情報と、を対応付けた対応情報を記憶している。より具体的には、半導体レーザ素子１０Ａがレーザビームを出射する方向に関する情報とは、標準的な半導体レーザ素子１０Ａにおいて、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報である。記憶装置５０に記憶される対応情報は、後述する設定方法により、予め、例えば半導体レーザモジュールＬＭ２の出荷検査時に記憶されている。

【0102】

駆動回路６０は、駆動電流供給回路６１（駆動電流供給部）、信号処理回路６３、及び電極選択駆動回路６５（選択部）を備えている。駆動回路６０は、半導体レーザ素子１０Ａ及び記憶装置５０に接続されている。

【0103】

駆動電流供給回路６１は、駆動電極Ｅ２を選択する情報に基づいて、選択された駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給する。上記の駆動電極Ｅ２を選択する信号は、半導体レーザモジュールＬＭ２の外部から信号処理回路６３を経由して外部信号として入力される信号、又は、電極選択駆動回路６５により出力される信号である。ここで、外部信号とは、標準的な半導体レーザ素子１０Ａにおいて、所定の角度にレーザビームを出射させるために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報を含む信号である。

【0104】

駆動電流供給回路６１は、図１７に示されるように、対応する駆動電極Ｅ２毎に、スイッチＳＷを介して、駆動電流を供給する電源回路６１Ａと、各スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路６１Ｂを備えている。制御回路６１Ｂにより、電源回路６１Ａから供給される駆動電流を切り替えることで、所定の異なる方向にレーザビームを出力することができる。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。

【0105】

信号処理回路６３は、半導体レーザモジュールＬＭ２の外部から入力された信号である外部信号を、駆動電流供給回路６１及び電極選択駆動回路６５のいずれかに振り分ける。信号処理回路６３は、所定の契機で出荷検査モードと通常モードの２種類の動作のモードを切り替える。出荷検査モードは、半導体レーザモジュールＬＭ２の出荷検査時に使用されるモードである。通常モードは、半導体レーザモジュールＬＭ２が通常使用される時に使用されるモードである。

【0106】

出荷検査モードでは、信号処理回路６３は、信号処理回路６３に入力された外部信号を駆動電流供給回路６１へ出力する。通常モードでは、信号処理回路６３は、信号処理回路６３に入力された外部信号を電極選択駆動回路６５へ出力する。信号処理回路６３が動作のモードをどのように切り替えるかについては、適宜定めることができる。たとえば、半導体レーザモジュールＬＭ２にハードウェア的なスイッチを設け、このスイッチを操作することにより信号処理回路６３が動作のモードを出荷検査モードに切り替えるようにしてもよい。半導体レーザモジュールＬＭ２に対して所定の操作を行うことにより、信号処理回路６３が動作のモードを出荷検査モードに切り替えるようにしてもよい。半導体レーザモジュールＬＭ２に、出荷検査モードに切り替えることを指示する信号を入力することにより、信号処理回路６３が動作のモードを出荷検査モードに切り替えるようにしてもよい。

【0107】

電極選択駆動回路６５は、記憶装置５０に記憶された対応情報に基づいて、複数の駆動電極Ｅ２から、レーザビームの出射角度が所望の角度となる駆動電極Ｅ２を選択し、決定する。電極選択駆動回路６５は、選択する駆動電極Ｅ２を示す信号を駆動電流供給回路６１に出力する。

【0108】

次に、図１８及び図１９を参照して、半導体レーザモジュールＬＭ２の、レーザビームを出射する方向に関する情報を設定するための設定方法について説明する。図１８は、半導体レーザモジュールにおける、対応情報の設定処理を示すフローチャートである。図１９は、半導体レーザモジュールにおける、対応情報の設定処理が実行される際の信号の流れを説明するための図である。

【0109】

半導体レーザモジュールＬＭ２における対応情報の設定処理は、たとえば、半導体レーザモジュールＬＭ２の出荷検査の際に行われる。まず、半導体レーザモジュールＬＭ２の信号経路を、出荷検査時の信号経路に切り替える（Ｓ１０１）。図１９に示されるように、出荷検査時の信号経路においては、外部信号は、信号処理回路６３に入力された後、そのまま駆動電流供給回路６１に出力され、電極選択駆動回路６５には出力されない。外部信号は、半導体レーザ素子１０Ａがレーザビームを出射する方向に関する情報を含み、具体的には、半導体レーザ素子１０Ａの複数の駆動電極Ｅ２のうち、どの駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給するかを指定する情報を含んでいる。

【0110】

次に、半導体レーザ素子１０Ａの対応する駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給し、半導体レーザ素子１０Ａから出射されるレーザビームの方向を測定する（Ｓ１０３）。ここで、駆動電流を供給する対象となる駆動電極Ｅ２の選択は、駆動電極Ｅ２を選択する信号を信号処理回路６３に入力することによって行われる。駆動電極Ｅ２の選択の仕方は、適宜定めることができる。たとえば、全ての駆動電極Ｅ２を１つずつ順に選択して駆動電流を供給して、それぞれの駆動電極Ｅ２に対応するレーザビームの出射方向を順に測定するようにしてもよい。両端に位置する駆動電極Ｅ２のみを１つずつ順に選択して駆動電流を供給し、レーザビームの出射方向の両端値を調べるようにしてもよい。

【0111】

次に、測定されたレーザビームの方向に基づいて、対応情報を作成する（Ｓ１０５）。ここで、対応情報とは、次の２つの情報を対応付ける情報である。第１の情報は、基準とする半導体レーザ素子において、所望の方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報である。第２の情報は、設定処理の対象となっている半導体レーザモジュールＬＭ２が備える半導体レーザ素子１０Ａにおいて、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報と、を対応付ける情報である。

【0112】

次に、作成した対応情報を、記憶装置５０に記憶させる（Ｓ１０７）。

【0113】

次に、半導体レーザモジュールＬＭ２の信号経路を、通常使用時の信号経路に切り替える（Ｓ１０９）。後述する図２１に示されるように、通常使用時の信号経路においては、外部信号は、信号処理回路６３に入力された後、電極選択駆動回路６５に出力され、駆動電流供給回路６１には出力されない。

【0114】

次に、図２０及び図２１を参照して、半導体レーザモジュールＬＭ２の通常時での駆動方法について説明する。図２０は、半導体レーザモジュールにおける、通常時での駆動処理を示すフローチャートである。図２１は、半導体レーザモジュールにおける、駆動処理が実行される際の信号の流れを説明するための図である。

【0115】

まず、電極選択駆動回路６５が、信号処理回路６３を介して、入力された外部信号を読み込む（Ｓ２０１）。外部信号とは、半導体レーザモジュールＬＭ２にレーザビームを出射させる方向に関する情報を含む信号である。より具体的には、外部信号とは、基準とする半導体レーザ素子において、所望の方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報を含む信号である。

【0116】

次に、記憶装置５０に記憶された外部信号と駆動電極Ｅ２との対応情報に基づき、電極選択駆動回路６５が、入力された外部信号に対応する駆動電極Ｅ２を選択する（Ｓ２０３）。ここでは、電極選択駆動回路６５が、基準とする半導体レーザ素子において、所望の方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報を、実際に駆動される半導体レーザモジュールＬＭ２に設けられた半導体レーザ素子１０Ａにおいて、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報に変換する。

【0117】

次に、電極選択駆動回路６５が、選択した駆動電極Ｅ２に電流を供給するように、駆動電流供給回路６１を制御する（Ｓ２０５）。これにより、駆動電流供給回路６１が半導体レーザ素子１０Ａに駆動電流を供給し、所望の出射角度のレーザビームが半導体レーザ素子１０Ａから出射される。

【0118】

以上のように、本実施形態では、記憶装置５０において、レーザビームを出射させる方向に関する情報と、該方向にレーザビームを出射させるために駆動電流を供給する駆動電極Ｅ２に関する情報と、が対応情報により対応付けられ、記憶されている。電極選択駆動回路６５は、対応情報に基づいて、複数の駆動電極Ｅ２のうち、実際に駆動する駆動電極Ｅ２を選択する。駆動電流供給回路６１は、選択された駆動電極Ｅ２に駆動電流を供給する。

【0119】

上記対応情報は、駆動電極Ｅ２を選択する信号と、駆動電極Ｅ２を選択する信号により選択された駆動電極Ｅ２に駆動電流が供給されることにより半導体レーザ素子１０Ａから出射されたレーザビームの方向と、の関係に基づいて予め決定された信号が用いられる。上記対応情報において、レーザビームを出射する方向と、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給する駆動電極Ｅ２との対応は、フォトニック結晶層４と駆動電極Ｅ２との位置ずれの大きさによって異なる。このため、対応情報には、フォトニック結晶層４と駆動電極Ｅ２の位置ずれの影響が反映されている。したがって、本実施形態では、フォトニック結晶層４と駆動電極Ｅ２との位置ずれの影響が反映された対応情報に基づいて、所望のレーザビームの出射方向に対応する駆動電極Ｅ２が選択される。このため、フォトニック結晶層４と駆動電極Ｅ２との間に位置ずれが生じた場合にも、所望の出射方向を得ることができる。

【0120】

本実施形態では、複数の駆動電極Ｅ２のうち少なくとも一つに駆動電流を供給することによって半導体レーザ素子１０Ａからレーザビームを出射させる。出射されたレーザビームの方向が測定される。測定されたレーザビームの出射方向に関する情報と、駆動電流が供給された駆動電極Ｅ２に関する情報と、が対応付けられた対応情報が作成される。作成された対応情報が記憶装置５０に記憶される。したがって、半導体レーザモジュールＬＭ２では、上述したように、記憶装置５０に記憶された情報に基づいて、所望のレーザビームの出射方向に対応する駆動電極Ｅ２が選択されるため、所望の出射方向のレーザビームを確実に得ることができる。

【0121】

以上の説明では、対応情報において、半導体レーザ素子１０Ａがレーザビームを出射する方向に関する情報とは、基準とする半導体レーザ素子において、当該方向にレーザビームを出射するために駆動電流を供給すべき駆動電極Ｅ２を示す情報であるものとした。これに代えて、半導体レーザ素子１０Ａがレーザビームを出射する方向に関する情報を、レーザビームを出射する方向そのもの、例えばレーザビームと光出射端面ＬＥＳとの間の角度としてもよい。

【0122】

次に、図２２を参照して、本実施形態に係る半導体レーザモジュールＬＭ３の構成について説明する。図２２は、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を説明するための図である。

【0123】

半導体レーザモジュールＬＭ３は、半導体レーザ素子１０Ａと、平板集光要素２０と、モジュール基板ＭＳと、を備えている。モジュール基板ＭＳは、たとえばシリコン（Ｓｉ）からなる基板である。モジュール基板ＭＳには、記憶装置５０と、駆動回路６０と、複数の基板側電極パッドＥＰ_ＭＳと、が配置されている。半導体レーザモジュールＬＭ３も、半導体レーザ素子１０Ａの代わりに、半導体レーザ素子１０Ｂを備えていてもよい。

【0124】

半導体レーザ素子１０Ａ及び平板集光要素２０は、モジュール基板ＭＳに固定されている。半導体レーザ素子１０Ａ及び平板集光要素２０のモジュール基板ＭＳへの固定は、たとえば、はんだ又は接着剤などを用いた固定により実現できる。半導体レーザ素子１０Ａは、電極Ｅ１が配置された面（駆動電極Ｅ２が配置された面の裏面）が、モジュール基板ＭＳにおける基板側電極パッドＥＰ_ＭＳが配置された面と対向するように実装される。

【0125】

複数の基板側電極パッドＥＰ_ＭＳは、モジュール基板ＭＳに形成された配線を通して、駆動回路６０と電気的に接続されている。複数の基板側電極パッドＥＰ_ＭＳは、対応する電極パッドＥＰ_ＭＳとワイヤボンディングにより接続されている。駆動回路６０は、モジュール基板ＭＳに形成された配線、基板側電極パッドＥＰ_ＭＳ、ボンディングワイヤ、電極パッドＥＰ、及び配線Ｗ１を通して、選択した駆動電極Ｅ２に電流（駆動電流）を供給する。

【0126】

半導体レーザモジュールＬＭ３では、半導体レーザ素子１０Ａと、平板集光要素２０と、記憶装置５０と、駆動回路６０と、がモジュール基板ＭＳに配置されて、モジュール化されている。これにより、半導体レーザ素子１０Ａの取り扱いが容易となる。

【0127】

次に、図２３〜図２６を参照して、半導体レーザ素子１０Ａの変形例に構成について説明する。図２３は、本実施形態の変形例に係る半導体レーザ素子の概略斜視図である。図２４は、半導体レーザ素子のXXIV−XXIV線に沿った断面構成を示す図である。図２５は、半導体レーザ素子のXXV−XXV線に沿った断面構成を示す図である。図２６は、半導体レーザ素子の平面図である。

【0128】

本変形例に係る半導体レーザ素子１０Ａは、半導体基板１、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（第一及び第二フォトニック結晶層４１，４３）、上部クラッド層５、コンタクト層６、電極Ｅ１、複数の駆動電極Ｅ２、及び、複数の電極パッドＥＰを備えている。

【0129】

本変形例に係る半導体レーザ素子１０Ａは、絶縁膜ＳＨと、絶縁膜ＳＨ１と、を備えている。複数の駆動電極Ｅ２は、上述したように、コンタクト層６上における複数の領域Ｒに対応する領域６ｂに配置されている。絶縁膜ＳＨは、コンタクト層６上における複数の駆動電極Ｅ２が配置された領域６ｂ以外の領域６ｃを覆っている。絶縁膜ＳＨ１は、複数の電極パッドＥＰが配置された領域を除く領域、すなわち、コンタクト層６の第一及び第二領域６ａ，６ｂ並びに第三領域６ｃにおける複数の電極パッドＥＰが配置されていない部分の上に位置するように形成されている。これにより、複数の駆動電極Ｅ２及び各配線Ｗ１が、絶縁膜ＳＨ１により覆われる。絶縁膜ＳＨ１は、絶縁膜ＳＨと同様に、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ_２から形成することができる。

【0130】

本変形例では、絶縁膜ＳＨ１が、複数の駆動電極Ｅ２及び各配線Ｗ１を覆っている。これにより、半導体レーザ素子１０Ａを駆動するための駆動回路（たとえば、上記駆動回路６０など）と電極パッドＥＰとの電気的な接続を実現する際に、駆動電極Ｅ２又は配線Ｗ１に短絡が生じることがない。したがって、半導体レーザ素子１０Ａと駆動回路との電気的な接続を容易に且つ確実に実現することができる。

【0131】

本変形例では、半導体レーザ素子１０Ａが絶縁膜ＳＨ１を備えている例を説明したが、これに限られない。半導体レーザ素子１０Ｂが、絶縁膜ＳＨ１を備えていてもよい。この場合でも、駆動回路と電極パッドＥＰとの電気的な接続を実現する際に、駆動電極Ｅ２又は配線Ｗ１に短絡が生じることがなく、半導体レーザ素子１０Ｂと駆動回路との電気的な接続を容易に且つ確実に実現することができる。

【0132】

次に、図２７を参照して、本実施形態に係る半導体レーザモジュールＬＭ４の構成について説明する。図２７は、本実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成を説明するための図である。

【0133】

半導体レーザモジュールＬＭ４は、図２３〜図２６に示された、絶縁膜ＳＨ１を有する半導体レーザ素子１０Ａと、平板集光要素２０と、モジュール基板ＭＳと、を備えている。モジュール基板ＭＳには、記憶装置５０と、駆動回路６０と、複数の基板側電極パッドＥＰ_ＭＳと、が配置されている。半導体レーザモジュールＬＭ４も、半導体レーザ素子１０Ａの代わりに、絶縁膜ＳＨ１を有する半導体レーザ素子１０Ｂを備えていてもよい。

【0134】

複数の基板側電極パッドＥＰ_ＭＳは、対応する電極パッドＥＰ_ＭＳとフリップチップボンディングにより接続されている。駆動回路６０は、モジュール基板ＭＳに形成された配線、基板側電極パッドＥＰ_ＭＳ、電極パッドＥＰ、及び配線Ｗ１を通して、選択した駆動電極Ｅ２に電流（駆動電流）を供給する。半導体レーザ素子１０Ａは、駆動電極Ｅ２が配置された面（電極Ｅ１が配置された面の裏面）が、モジュール基板ＭＳにおける基板側電極パッドＥＰ_ＭＳが配置された面と対向するように実装される。

【0135】

半導体レーザモジュールＬＭ４でも、半導体レーザ素子１０Ａと、平板集光要素２０と、記憶装置５０と、駆動回路６０と、がモジュール基板ＭＳに配置されて、モジュール化されている。これにより、半導体レーザ素子１０Ａの取り扱いが容易となる。

【0136】

絶縁膜ＳＨ１が、駆動電極Ｅ２及び配線Ｗ１を覆っているので、フリップチップボンディングにより対応する電極パッドＥＰ，ＥＰ_ＭＳ同士を接続する際に、駆動電極Ｅ２又は配線Ｗ１に短絡が生じることはない。

【0137】

次に、上述した半導体レーザ素子１０Ｂの変形例の構成について説明する。

【0138】

本変形例に係る半導体レーザ素子１０Ｂも、図９〜図１１に示された半導体レーザ素子１０Ｂと同様に、半導体基板、下部クラッド層、下部光ガイド層、活性層、上部光ガイド層、フォトニック結晶層（第一及び第二フォトニック結晶層）、上部クラッド層、コンタクト層、電極、複数の駆動電極、及び、複数の電極パッドを備えている。第二フォトニック結晶層を除く、半導体基板、下部クラッド層、下部光ガイド層、活性層、上部光ガイド層、フォトニック結晶層（第一フォトニック結晶層）、上部クラッド層、コンタクト層、電極、複数の駆動電極、及び、複数の電極パッドの構成は、図９〜図１１に示された半導体レーザ素子１０Ｂと同じであるため、その説明及び図示を省略する。

【0139】

以下、図２８を参照して、相違点である第二フォトニック結晶層４３の構成について説明する。図２８は、図９〜図１１に示された半導体レーザ素子１０Ｂの変形例における、第二フォトニック結晶層の平面図である。図２８では、レーザビームの方向を図示するため、第二フォトニック結晶層４３における埋め込み層４Ｂの図示を一部（特に、光出射端面ＬＥＳ近傍に位置する埋め込み層４Ｂ）省略している。

【0140】

第二フォトニック結晶層４３においては、光出射端面ＬＥＳから出射されるレーザビームは、半導体レーザ素子１０Ｂの外部においてＹ軸方向から角度θ_ｏｕｔだけ傾いた方向に出力される。第二フォトニック結晶層４３から光出射端面ＬＥＳに至るレーザビームとＹ軸方向とが成す角をθ_ｉｎとすると、スネルの法則より、
θ_ｉｎ＝ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ_ｏｕｔ／ｎ_２）
を満たす。このとき、第二フォトニック結晶層４３から光出射端面ＬＥＳに至るレーザビームとｙ軸方向とが成す角をθ_ｄｉｆとすると、
θ_ｄｉｆ＝γ−θ_ｉｎ
を満たす。

【0141】

ｘｙｚ直交座標系において、二つの基本並進ベクトルがなす角φは、
φ＝ｔａｎ^−１｛ｓｉｎθ_ｄｉｆ／（２ｃｏｓ^２（θ_ｄｉｆ／２））｝
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沿う方向での格子点の周期Ｐ５は、
λ_０／（ｎ_２×ｓｉｎθ_ｄｉｆ）
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が、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ−１）×λ_０／（２ｎ_２）
を満たしている。

【0142】

本変形例においても、発振部からは、複数の駆動電極Ｅ２毎に同一の方向（上述した実施形態におけるレーザビームの出力方向からＺ軸回りに角度γだけ回転した方向）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。本変形例でも、図２８に示されるように、光出射端面ＬＥＳに直交する方向にも、レーザビームが出射される。このとき、
θ_ｄｉｆ＝γ
θ_ｉｎ＝０
θ_ｏｕｔ＝０
を満たす。

【0143】

角度θ_ｄｉｆ、角度θ_ｉｎ、及び角度θ_ｏｕｔと、角度φ、格子点の周期Ｐ５，Ｐ６と、の関係の一例を、図２９に示す。図２９に示された例では、
γ＝４５°
ｎ_２＝３．３６
λ_０＝９７０ｎｍ
に設定されている。

【0144】

本変形例でも、半導体レーザ素子１０Ｂにおいて、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。また、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。

【0145】

本変形例においては、角度γを４５°程度に大きく設定した場合、角度φが１３．９８°〜２２．５０°と比較的大きな値に設定され、格子点の周期Ｐ５と周期Ｐ６とを比較的近い値に設定できる。したがって、埋め込み層４Ｂ同士の接触が回避され、偏向部（第二フォトニック結晶層４３）において、レーザビームの偏向を効果的に行うことができる。

【0146】

本変形例においては、角度γが４５°程度と全反射臨界角以上に設定されると、発振部から入射したレーザビームのうち、偏向部（第二フォトニック結晶層４３）で偏向されなかった直進成分は、光出射端面ＬＥＳで全反射する。これにより、ノイズ光の発生を確実に抑制することができる。

【0147】

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0148】

第一フォトニック結晶層４１及び第二フォトニック結晶層４３は、活性層３Ｂと下部クラッド層２との間に介在していてもよい。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、同一層に位置していなくてもよい。たとえば、第一フォトニック結晶層４１が活性層３Ｂと上部クラッド層５との間に介在し、第二フォトニック結晶層４３が活性層３Ｂと下部クラッド層２との間に介在していてもよい。

【0149】

半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂでは、複数の駆動電極Ｅ２が並ぶ方向で隣り合う二つの駆動電極Ｅ２に駆動電極を供給し、半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂの厚み方向から見て、活性層３Ｂにおける、二つの駆動電極Ｅ２の間に位置する領域にてレーザビームを生じさせてもよい。

【0150】

半導体レーザモジュールＬＭ３では、半導体レーザ素子１０Ａが、図２３〜図２６に示された、絶縁膜ＳＨ１を有する半導体レーザ素子１０Ａ，１０Ｂであってもよい。この場合でも、ボンディングワイヤの接触などにより生じる、駆動電極Ｅ２又は配線Ｗ１の短絡を防ぐことができる。

【符号の説明】

【0151】

１…半導体基板、２…下部クラッド層、３Ｂ…活性層、４…フォトニック結晶層、４Ｂ…埋め込み層（異屈折率部）、５…上部クラッド層、６…コンタクト層、６ａ〜６ｃ…第一〜第三領域、１０Ａ，１０Ｂ…半導体レーザ素子、２０…平板集光要素、４１…第一フォトニック結晶層、４３…第二フォトニック結晶層、５０…記憶装置、６０…駆動回路、６１…駆動電流供給回路、６３…信号処理回路、６５…電極選択駆動回路、Ｅ２…駆動電極、ＥＰ…電極パッド、ＥＰ_ＭＳ…基板側電極パッド、ＬＢ…レーザビーム、ＬＥＳ…光出射端面、ＬＭ１〜ＬＭ４…半導体レーザモジュール、ＭＳ…モジュール基板、Ｒ…領域、ＳＨ，ＳＨ１…絶縁膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】