特許 6202572 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】6202572

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27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 5/18 20060101AFI20170914BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20170914BHJP

   H01S 5/12 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/18

   H01S5/022

   H01S5/12

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-21447(P2014-21447)

(22)【出願日】2014年2月6日

(65)【公開番号】特開2015-149403(P2015-149403A)

(43)【公開日】2015年8月20日

【審査請求日】2016年10月17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】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 明佳

(72)【発明者】

【氏名】黒坂 剛孝

(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】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３４２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１８３５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Yoshitaka Kurosaka et al.，Effects of non-lasing band in two-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectiona，Optics Express，米国，Optical Society of America，２０１２年 ９月 ７日，Vol. 20, Issue 19，21773-21783

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

面発光レーザ素子と、
モニタ用光検出素子と、
格納容器と、
を備え、
前記格納容器は、上壁と底壁とを備え、
前記格納容器は、前記面発光レーザ素子と前記モニタ用光検出素子とを格納し、
前記上壁は、開口を備え、前記底壁と対向し、
前記面発光レーザ素子は、主面と光出射領域と二次元フォトニック結晶層とを備え、前記底壁に設けられ、主ビームと副ビームとを前記光出射領域から出射し、前記主ビームが前記開口を通るように配置され、
前記光出射領域は、前記主面に設けられ、
前記主ビームの第１光軸は、前記主面の垂直方向に沿って延び、
前記副ビームの第２光軸は、前記垂直方向との間で予め定められた角度αを成し、
前記二次元フォトニック結晶層は、複数の孔部を備え、前記主面に沿って延び、
前記複数の孔部は、同一の形状を備え、前記主面に並行に複数の配列方向に沿って格子状に配列され、回折格子を構成し、
前記モニタ用光検出素子は、前記上壁に設けられ、前記第２光軸と前記上壁とが交わる箇所に配置され、
前記モニタ用光検出素子は、光入射面を備え、
前記光入射面は、前記第２光軸と交差し、
前記第１光軸と前記第２光軸とは、基準方向と同一の面にあり、
前記基準方向は、前記複数の配列方向のうち、隣接の格子間隔が最も短い配列方向であり、
前記面発光レーザ素子の駆動電流の増加に伴って、前記主ビームのピーク光強度と前記副ビームのピーク光強度とは共に単調増加し、前記主ビームのピーク光強度と前記副ビームのピーク光強度のうち、一方の値を決めると他方の値を一意的に決めることができる、
半導体レーザモジュール。

【請求項2】

駆動装置と表示装置とを更に備え、
前記駆動装置は、前記面発光レーザ素子に接続され、前記駆動電流を前記面発光レーザ素子に出力し、
前記表示装置は、前記モニタ用光検出素子に接続され、前記モニタ用光検出素子から出力される光強度信号の内容を表示する、
請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項3】

駆動装置と制御装置とを更に備え、
前記駆動装置は、前記面発光レーザ素子に接続され、前記駆動電流を前記面発光レーザ素子に出力し、
前記制御装置は、前記モニタ用光検出素子と前記駆動装置とに接続され、前記モニタ用光検出素子から出力される光強度信号に基づいて前記駆動装置の制御信号を前記駆動装置に出力する、
請求項１に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項4】

前記回折格子が正方格子の場合、前記回折格子の格子間隔は、前記面発光レーザ素子の発振波長と略一致しており、前記面発光レーザ素子は、正方格子に由来する四つの光バンドのうち長波長側から２番目の光バンドで発振する、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の半導体レーザモジュール。

【請求項5】

前記面発光レーザ素子は、活性層を備え、
前記孔部の底面の形状は、直角三角形であり、
前記孔部は、前記回折格子の母材の屈折率とは異なった屈折率を備え、
前記活性層の発光によって前記回折格子に生じる光の定在波の電磁界の節は、前記孔部の直角三角形の重心と、略同じ位置にあり、
前記電磁界における磁界の強度の極値は、前記孔部の周囲に存在する、
請求項１〜請求項４の何れか一項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、半導体レーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、２次元フォトニック結晶面発光レーザを開示する。この２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、キャリアの注入により発光する活性層１２（第１媒質）と、この活性層１２又はその近傍に、屈折率の異なる第２媒質からなるフォトニック結晶周期構造体２１とを、２次元の周期で配列されている。フォトニック結晶２０の格子構造は、正方格子又は直交格子であり、並進対称性を備えるが回転対称性を備えていない。あるいは、フォトニック結晶２０の格子構造は、正方格子又は直交格子であり、２次元文様の分類方法でｐ１、ｐｍ、ｐｇ又はｃｍのいずれかである。格子点の形状は、ほぼ三角形であることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４４８４１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、主ビームの光強度をモニタするためには、面発光されたレーザビームの一部を分岐することが考えられる。しかしながら、レーザビームの一部を分岐すると、２次元フォトニック結晶面発光レーザの光強度が低下し、よって、ビーム品質も低下する。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、主ビームの光強度を低下させずに主ビームの光強度のモニタが可能な面発光レーザを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ＰＣＳＥＬ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：フォトニック結晶面発光レーザ）は、面発光型レーザであり、この面発光型レーザの光出射面の垂直方向に１度未満のビーム拡がり角の単峰ビーム（主ビーム）が光出力として得られるという特徴を有する。発明者は、様々なタイプのＰＣＳＥＬの研究を進めるなかで、デバイス面の垂直方向への主ビームに加えて、ＰＣＳＥＬの光出射面の上部から見て例えば互いに９０度の角度を成す斜め四方向（或いは、ＰＣＳＥＬの光出射面の上部から見て互いに１８０度の角度を成す斜め二方向）に微弱な副ビームが得られる構成を見い出した。発明者は、この斜め方向の副ビームが得られる物理的要因につき鋭意研究を進めた結果、面発光型レーザの光出射面の垂直方向に主ビームが回折する際に、ＰＣＳＥＬの共振器であるフォトニック結晶によってこの主ビームの一部がフォトニック結晶の分散関係を反映した回折を受けた結果、斜め方向に副ビームが得られている、ということを見出した。さらに、発明者は、鋭意検討を進めた結果、面発光型レーザに印加する電流を変化させた場合の主ビームのピーク光強度と副ビームのピーク光強度とを比較すると、両者は互いに単調増加しており、一方を決めると他方を一意に決めることが可能となっていることが分かった。すなわち、予め両者の関係を測定しておくことによって、副ビームのピーク光強度が分かれば、主ビームのピーク光強度を推定することが可能となる。従って、副ビームのピーク光強度を測る手段を用いれば、主ビームの光量を損なうことなく主ビームのピーク光強度を推定ことが出来る。

【0006】

本発明の第一の側面に係る半導体レーザモジュールは、上記のような考察に基づいて成されたものであり、面発光レーザ素子と、モニタ用光検出素子と、格納容器と、を備え、前記格納容器は、上壁と底壁とを備え、前記格納容器は、前記面発光レーザ素子と前記モニタ用光検出素子とを格納し、前記上壁は、開口を備え、前記底壁と対向し、前記面発光レーザ素子は、主面と光出射領域と二次元フォトニック結晶層とを備え、前記底壁に設けられ、主ビームと副ビームとを前記光出射領域から出射し、前記主ビームが前記開口を通るように配置され、前記光出射領域は、前記主面に設けられ、前記主ビームの第１光軸は、前記主面の垂直方向に沿って延び、前記副ビームの第２光軸は、前記垂直方向との間で予め定められた角度αを成し、前記二次元フォトニック結晶層は、複数の孔部を備え、前記主面に沿って延び、前記複数の孔部は、同一の形状を備え、前記主面に並行に複数の配列方向に沿って格子状に配列され、回折格子を構成し、前記モニタ用光検出素子は、前記上壁に設けられ、前記第２光軸と前記上壁とが交わる箇所に配置され、前記モニタ用光検出素子は、光入射面を備え、前記光入射面は、前記第２光軸と交差し、前記第１光軸と前記第２光軸とは、基準方向と同一の面にあり、前記基準方向は、前記複数の配列方向のうち、隣接の格子間隔が最も短い配列方向であり、前記面発光レーザ素子の駆動電流の増加に伴って、前記主ビームのピーク光強度と前記副ビームのピーク光強度とは共に単調増加し、前記主ビームのピーク光強度と前記副ビームのピーク光強度のうち、一方の値を決めると他方の値を一意的に決めることができる。面発光レーザ素子は、単峰ビームに対応する主ビームと、微弱光に対応する副ビームとを出力し、モニタ用光検出素子が、副ビームの光強度を検出するので、このモニタ用光検出素子の出力を用いれば、副ビームを、主ビームの光強度のモニタに用いることができるので、主ビームの光量を損なうことなく、主ビームのピーク光強度を推定することが出来る。

【0007】

本発明の第２の側面に係る半導体レーザモジュールでは、第１の側面に係る半導体レーザモジュールに対し、駆動装置と表示装置とを更に備え、前記駆動装置は、前記面発光レーザ素子に接続され、前記駆動電流を前記面発光レーザ素子に出力し、前記表示装置は、前記モニタ用光検出素子に接続され、前記モニタ用光検出素子から出力される光強度信号の内容を表示する。表示装置が副ビームの光強度を表示できるので、半導体レーザモジュールの操作者は、表示装置の表示内容を参照しながら、面発光レーザ素子に対する駆動信号（面発光レーザ素子の駆動電流）の制御を駆動装置によって行うことができる。

【0008】

本発明の第３の側面に係る半導体レーザモジュールでは、第１の側面に係る半導体レーザモジュールに対し、駆動装置と制御装置とを更に備え、前記駆動装置は、前記面発光レーザ素子に接続され、前記駆動電流を前記面発光レーザ素子に出力し、前記制御装置は、前記モニタ用光検出素子と前記駆動装置とに接続され、前記モニタ用光検出素子から出力される光強度信号に基づいて前記駆動装置の制御信号を前記駆動装置に出力する。制御回路は、副ビームの光強度に基づいて、駆動装置の動作を制御できるので、面発光レーザ素子に対する駆動信号（面発光レーザ素子の駆動電流）が、副ビームの光強度に基づいて、自動的に好適に行える。

【0009】

本発明の第４の側面に係る半導体レーザモジュールでは、前記回折格子が正方格子の場合、前記回折格子の格子間隔は、前記面発光レーザ素子の発振波長と略一致しており、前記面発光レーザ素子は、正方格子に由来する四つの光バンドのうち長波長側から２番目の光バンドで発振する。このように、回折格子が正方格子の場合、正方格子に由来する四つの光バンドのうち長波長側から２番目の光バンドで発振する。

【0010】

本発明の第５の側面に係る半導体レーザモジュールでは、前記面発光レーザ素子は、活性層を備え、前記孔部の底面の形状は、直角三角形であり、前記孔部は、前記回折格子の母材の屈折率とは異なった屈折率を備える。このとき、例えば回折格子が正方格子の場合、正方格子に由来する四つの光バンドのうち長波長側から２番目の光バンドにおいて発振が生じ、上記の第１の側面に係る面発光レーザ素子は主ビームと副ビームとを出力できる。この場合、前記活性層の発光によって前記回折格子に生じる光の定在波の電磁界の節は、前記孔部の直角三角形の重心と、略同じ位置にあり、前記電磁界における磁界の強度の極値は、前記孔部の周囲に存在する、という特徴を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、主ビームの光強度を低下させずに主ビームの光強度のモニタが可能な面発光レーザを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係る面発光レーザ素子の構成を概略的に示す図である。

【図2】実施形態に係る面発光レーザ素子の回折格子の構成の一例を説明するための図である。

【図3】実施形態に係る面発光レーザ素子の回折格子の構成他の一例を説明するための図である。

【図4】実施形態に係る面発光レーザ素子の主ビームを説明するための測定図である。

【図5】実施形態に係る面発光レーザ素子の主ビームを説明するための測定図である。

【図6】実施形態に係る面発光レーザ素子の副ビームを説明するための測定図である。

【図7】実施形態に係る面発光レーザ素子の副ビームを説明するための測定図である。

【図8】実施形態に係る面発光レーザ素子において、主ビームのピーク光強度と副ビームのピーク光強度との相関を示す図である。

【図9】実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成の一例を概略的に示す図である。

【図10】実施形態に係る半導体レーザモジュールの構成の一例を概略的に示す図である。

【図11】実施形態に係る面発光レーザ素子の製造方法の主要な工程を説明するための図である。

【図12】実施形態に係る面発光レーザ素子の製造方法の主要な工程を説明するための図である。

【図13】実施形態に係る面発光レーザ素子の回折格子が正方格子であり格子点が直角三角形の平面形状の孔である場合に、この回折格子によって生じる電磁界を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１〜図５を参照して、実施形態に係る半導体レーザモジュール１００の構成と面発光レーザ素子１の構成とを説明する。図１には、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が示されている。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と面発光レーザ素子１（特に、回折格子６ｂａ、孔部６ｂ）との配置は、図１〜５において、同様とする。

【0014】

面発光レーザ素子１は、再成長型のＰＣＳＥＬ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：フォトニック結晶面発光レーザ）である。面発光レーザ素子１は、半導体積層１ａ、ＡＲコート９ａ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ：無反射）、ｎ側電極９、ｐ側電極１０、絶縁膜１１を備える。半導体積層１ａの材料は、例えば、ＧａＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体である。半導体積層１ａは、支持基体２、積層１ｂ１、二次元フォトニック結晶層６、積層１ｂ２を備える。積層１ｂ１は、ｎ型クラッド層３、活性層４、電子ブロック層５を備える。積層１ｂ２は、ｐ型クラッド層７、コンタクト層８を備える。積層１ｂ１は、支持基体２の主面２ａに設けられている。積層１ｂ２は、二次元フォトニック結晶層６の上に設けられている。二次元フォトニック結晶層６は、積層１ｂ１と積層１ｂ２との間に設けられている。ｎ側電極９は、面発光レーザ素子１の主面１ａ２に設けられている。

【0015】

面発光レーザ素子１の主面１ａ２は、主面２ａの反対側にある支持基体２の表面であり、面発光レーザ素子１の表面１ａ１の反対側にある。ｎ側電極９は、主面１ａ２に接触する。ｎ側電極９は、開口９ｂを囲むような形状を備える。ｎ側電極９は、開口９ｂを画定する。開口９ｂは、主面１ａ２の中心部を含む。ＡＲコート９ａは、主面１ａ２に設けられている。ＡＲコート９ａは、平面視で、主面１ａ２のうちｎ側電極９を除く領域に設けられている。ＡＲコート９ａは、主面１ａ２に接触する。ｐ側電極１０は、半導体積層１ａの表面１ａ１（コンタクト層８の表面）に、設けられている。

【0016】

面発光レーザ素子１は、光出射領域Ｒ１を備える。光出射領域Ｒ１は、主面１ａ２に設けられている。光出射領域Ｒ１は、開口９ｂに形成される。面発光レーザ素子１は、主ビームＬ１と副ビームＬ２とを光出射領域Ｒ１から出射する。主ビームＬ１の第１光軸Ａ２は、主面１ａ２の垂直方向に沿って延び、副ビームＬ２の第２光軸Ａ３は、主面１ａ２の垂直方向（或いは、第１光軸Ａ２）との間で予め定められた角度αを成す。ｎ側電極９とｐ側電極１０とに電圧を印可し、半導体積層１ａに電流を流すと、主面１ａ２の上方向に、主ビームＬ１と、副ビームＬ２とが、光出射領域Ｒ１から出力される。

【0017】

ｎ型クラッド層３、活性層４、電子ブロック層５、二次元フォトニック結晶層６、ｐ型クラッド層７、コンタクト層８は、主面２ａから、ｚ軸方向と逆向き（主面２ａの法線方向）に、順に、エピタキシャル成長によって、積層されている。支持基体２、ｎ型クラッド層３、活性層４、電子ブロック層５、二次元フォトニック結晶層６、ｐ型クラッド層７、コンタクト層８は、ｘｙ面に沿って延びている。主面１ａ２（支持基体２の表面）と、主面２ａと、二次元フォトニック結晶層６のｐ側表面６ａと、表面１ａ１（コンタクト層８の表面）とは、ｘｙ面に沿って延びている。ｎ型クラッド層３は、支持基体２と活性層４とに接触し、活性層４はｎ型クラッド層３と電子ブロック層５とに接触し、電子ブロック層５は、活性層４と二次元フォトニック結晶層６とに接触し、二次元フォトニック結晶層６は、電子ブロック層５とｐ型クラッド層７とに接触し、ｐ型クラッド層７は二次元フォトニック結晶層６とコンタクト層８とに接触する。

【0018】

二次元フォトニック結晶層６は、回折格子６ｂａを備える。回折格子６ｂａは、正方格子配置又は三角格子配置の２次元フォトニック結晶構造を備える。三角格子の場合、単位格子の格子形状は平行四辺形である。回折格子６ｂａの２次元フォトニック結晶構造は、主面１ａ２に沿って延在する。回折格子６ｂａの２次元フォトニック結晶構造は、２次元（ｘｙ面）の結晶構造である。回折格子６ｂａは、二次元フォトニック結晶層６のｐ側表面６ａに設けられる。二次元フォトニック結晶層６の屈折率は、回折格子６ｂａにおいて、主面１ａ２に沿って延びる方向（ｘｙ面内）に周期的に変化する。二次元フォトニック結晶層６は、複数の孔部６ｂを備える。複数の孔部６ｂは、同一の形状（略三角柱状、又は、円柱状）を備える。複数の孔部６ｂは、回折格子６ｂａの母材中において、主面１ａ２に沿って延びるｘｙ面内の複数の配列方向に周期的に設けられている。すなわち、複数の孔部６ｂは、回折格子６ｂａの正方格子又は三角格子に沿って配置される。複数の孔部６ｂは、回折格子６ｂａを構成する。孔部６ｂは、回折格子６ｂａの格子点に対応する。孔部６ｂは、回折格子６ｂａの母材の屈折率とは異なった屈折率を備える。複数の孔部６ｂによって、回折格子６ｂａの屈折率は、同一波長の光において、主面１ａ２に沿って延びる方向（ｘｙ面内）に周期的に変化する。孔部６ｂは、二次元フォトニック結晶層６のｐ側表面６ａに設けられており、孔部６ｂの形状（略三角柱状又は円柱状であってもよい）は、孔部６ｂの底面からｐ側に向けて（ｐ側表面６ａに向けて）延びる。孔部６ｂの底面の形状と孔部６ｂの開口（ｐ側表面６ａにおける孔部６ｂの開口）の形状（孔部６ｂの平面形状）とは、同一の形状を備え、何れも、直角三角形又は円であってもよいが、作製工程において生じる変形は許容するものとする。

【0019】

例えば、回折格子６ｂａが正方格子の場合に、孔部６ｂの平面形状（孔部６ｂの底面の形状）が直角三角形（三つの頂点の形状が丸められている）であって、この直角三角形の直角を挟む二辺の縦横比が１．０以上２．０以下であり、フィリングファクタ（単位格子Ｒ２の面積に対し、孔部６ｂの底面の面積の占める割合（％））が１０％以上３５％以下であり、この直角三角形の三つの頂点の丸みが０．１０×Ｌａ（Ｌａは格子間隔）の程度である場合に、この二次元フォトニック結晶層６の四つの光バンド（後述の図４に示す光バンドＢ１〜Ｂ４）のうち長波長側から２番目のバンド（後述の図４に示すＢ２）において発振が得られる。このとき、二次元フォトニック結晶層６の発光によって、回折格子６ｂａに生じる光の定在波の電磁界の節（後述の図１３に示す電磁界の節Ｒ４）は、孔部６ｂの直角三角形の重心と、略同じ位置にある。この場合、この電磁界における磁界の強度の極値は、孔部６ｂの周囲に存在する。

【0020】

図１３には、回折格子６ｂａが正方格子であり、孔部６ｂの平面形状（孔部６ｂの底面の形状）が直角三角形の場合において、単位格子Ｒ２に配置された孔部６ｂと、単位格子Ｒ２における電界の向きＲ３と、単位格子Ｒ２における磁界分布Ｍ１とが示される。磁界分布Ｍ１は、活性層４の発光によって回折格子６ｂａに生じる光の定在波の電磁界に含まれ、磁界の強度の比較的に強い略円形状の領域を示しており、磁界の強度の極値を含む。面発光レーザ素子１の主ビームＬ１においては、電磁界の節Ｒ４は、孔部６ｂの直角三角形（孔部６ｂの底面の形状）の重心と、ほぼ同じ位置にある。主ビームＬ１の場合、磁界分布Ｍ１（活性層４の発光によって回折格子６ｂａに生じる電磁界における磁界の強度の極値）は、孔部６ｂの周囲に存在する。主ビームＬ１の場合における孔部６ｂの周囲の電界の電界成分は、孔部６ｂの底面の直角三角形の斜辺に交差する方向Ｄｒ１と、この斜辺に沿って延びる方向Ｄｒ２とにおいて、比較的に大きい。

【0021】

支持基体２の材料は、例えば、ｎ型のＧａＡｓである。ｎ型クラッド層３の材料は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓである。ｎ型クラッド層３の厚みは、例えば、２０００［ｎｍ］程度である。例えば、面発光レーザ素子１の発振波長として９８０［ｎｍ］を想定すると、ｎ型クラッド層３の屈折率は、３．１１の程度である。

【0022】

活性層４は、光を発生する。活性層４は、例えば、三つの量子井戸層を備える。活性層４の量子井戸層の材料は、例えば、ｉ型のＩｎＧａＡｓである。活性層４のバリア層の材料は、例えば、ｉ型のＡｌＧａＡｓである。活性層４は、ｎ型クラッド層３に接するガイド層を備えることができる。この活性層４のガイド層の材料は、例えば、ｉ型のＡｌＧａＡｓである。活性層４の厚みは、例えば、１４０［ｎｍ］程度である。活性層４の屈折率は、例えば、面発光レーザ素子１の発振波長９８０［ｎｍ］を想定すると、３．４９の程度である。

【0023】

電子ブロック層５は、ｐ型の導電型のｐ型クラッド層７と、活性層４との間にある。電子ブロック層５の材料は、例えば、ｉ型のＡｌＧａＡｓである。電子ブロック層５は、二次元フォトニック結晶層６に接するガイド層を備えることができる。この電子ブロック層５のガイド層の材料は、例えば、ｉ型のＡｌＧａＡｓである。電子ブロック層５の厚みは、例えば、３５［ｎｍ］程度である。電子ブロック層５の屈折率は、例えば、発振波長９８０［ｎｍ］を想定すると、３．３３の程度である。

【0024】

二次元フォトニック結晶層６は、ｐ型の導電型のｐ型クラッド層７と、活性層４との間にある。二次元フォトニック結晶層６は、２次元フォトニック結晶構造の回折格子６ｂａを備える。二次元フォトニック結晶層６は、電子ブロック層５に接するガイド層を更に備える。二次元フォトニック結晶層６の厚みは、例えば、３００［ｎｍ］程度である。二次元フォトニック結晶層６のガイド層の材料は、例えば、ｉ型のＧａＡｓである。回折格子６ｂａの母材は、例えば、ｉ型のＧａＡｓ、ｉ型のＡｌＧａＡｓ等である。回折格子６ｂａは、複数の孔部６ｂ（空洞）を備える。複数の孔部６ｂは、主面１ａ２に並行に複数の配列方向に沿って格子状に配列されている。複数の孔部６ｂは、回折格子６ｂａの母材中において、ｘｙ面内において（主面１ａ２、ｐ側表面６ａに沿って）周期的に設けられている。複数の孔部６ｂによって、回折格子６ｂａの屈折率は、同一波長の光において、主面１ａ２（ｐ側表面６ａ）に沿って延びる方向に周期的に変化する。回折格子６ｂａの屈折率は、例えば、面発光レーザ素子１の発振波長９８０［ｎｍ］を想定し、孔部６ｂを屈折率＝１の空洞と仮定し、回折格子６ｂａの表面（ｐ側表面６ａに含まれる面領域）に対する孔部６ｂの面積に応じて各部の誘電率（ここでは屈折率の２乗）を平均化して求めた誘電率の値によって、見積もることができる。孔部６ｂの深さは、例えば、２００［ｎｍ］である。二次元フォトニック結晶層６の厚みが３００［ｎｍ］程度であって孔部６ｂの深さが３００［ｎｍ］の場合、二次元フォトニック結晶層６はガイド層を備えない。

【0025】

ｐ型クラッド層７の材料は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓである。ｐ型クラッド層７の厚みは、例えば、２０００［ｎｍ］程度である。ｐ型クラッド層７の屈折率は、例えば、面発光レーザ素子１の発振波長９８０［ｎｍ］を想定すると、３．２７の程度である。ｐ型クラッド層７の導電型とｎ型クラッド層３の導電型とは、互いに異なる。

【0026】

コンタクト層８の材料は、例えば、ｐ型のＧａＡｓである。コンタクト層８の厚みは、例えば、２００［ｎｍ］程度である。コンタクト層８の屈折率は、例えば、面発光レーザ素子１の発振波長９８０［ｎｍ］を想定すると、３．５２の程度である。

【0027】

ｎ側電極９の材料は、ＧａＡｓ系の材料の半導体層に設ける電極の材料が利用できる。ｎ側電極９の材料は、例えば、Ａｕなどの金属とＧｅなどの半導体との混合物であることができる。ｎ側電極は、例えばＡｕＧｅ、ＡｕＧｅ／Ａｕ等であることができる。

【0028】

ｐ側電極１０の材料は、ＧａＡｓ系の材料の半導体層に設ける電極の材料が利用できる。ｐ側電極１０の材料は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒなどの金属であることができる。ｐ側電極１０は、例えば、ＧａＡｓ半導体層側から順番に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等であることができる。ｐ側電極１０に接するコンタクト層８は、１×１０^１９［ｃｍ^−３］以上の高濃度に不純物が添加される。ｐ側電極１０は、例えば、正方形の形状で、面積は例えば２００×２００［μｍ^２］の程度である。

【0029】

図２及び図３を参照して、二次元フォトニック結晶層６の回折格子６ｂａの構成を説明する。図２の（Ａ）部及び図３の（Ａ）部は、回折格子６ｂａを、主面１ａ２の側からみた図である。図２の（Ｂ）部は、図２の（Ａ）部に示す回折格子６ｂａの逆格子空間を示し、図３の（Ｂ）部は、図３の（Ａ）部に示す回折格子６ｂａの逆格子空間を示す。図２の（Ｂ）部及び図３の（Ｂ）部には、逆格子点６ｃが示されている。図２の（Ａ）部及び図３の（Ａ）部に示す孔部６ｂの形状は、ｐ側表面６ａにおける孔部６ｂの開口（ｘｙ面における孔部６ｂの断面）の形状である。

【0030】

図２の（Ａ）部に示す回折格子６ｂａは、正方格子である。図２の（Ａ）部に示す回折格子６ｂａの単位格子Ｒ２の形状は、正方形である。図２の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の配列方向（孔部６ｂの配列方向）は、Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）及びΓ−Ｍ方向を含む。一つの単位格子Ｒ２に、一つの孔部６ｂが配置されている。図２の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の正方形の辺の方向は、Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）である。図２の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の対角線の方向は、Γ−Ｍ方向を含む。図２の（Ａ）部に示すΓ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）は、ｘ軸又はｙ軸と平行である。図２の（Ａ）部に示す基準方向Ａ１は、Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）に平行である。図２の（Ａ）部に示す基準方向Ａ１は、孔部６ｂの複数の配列方向（Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）及びΓ−Ｍ方向）のうち、隣接の格子間隔（格子定数）が最も短い配列方向であり、すなわち、図２の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の正方形の辺の方向でありΓ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）である。図２の（Ａ）部の場合、Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）において、隣接の格子間隔は、Ｌａである。なお、図２の（Ａ）部の場合、Γ−Ｍ方向における隣接の格子間隔は、√２×Ｌａ（Ｌａを２の平方根で乗じた値）であり、Ｌａより長い。図２の（Ｂ）部に示す逆格子点６ｃは、Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）に配置されている。図２の（Ｂ）部の場合、Γ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向）において、隣接の二つの逆格子点６ｃの間隔は、２π／Ｌａである。

【0031】

図３の（Ａ）部に示す回折格子６ｂａは、三角格子である。図３の（Ａ）部に示す回折格子６ｂａの単位格子Ｒ２の形状は、平行四辺形である。図３の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の配列方向（孔部６ｂの配列方向）は、Γ−Ｊ方向及びΓ−Ｘ方向を含む。図３の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の平行四辺形の各頂点に、一つの孔部６ｂが配置されている。図３の（Ａ）部に示すΓ−Ｊ方向、Γ−Ｘ方向は、それぞれ、ｘ軸、ｙ軸と平行である。図３の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の平行四辺形の辺の方向は、Γ−Ｊ方向である。図３の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の平行四辺形の辺に垂直な方向は、Γ−Ｘ方向である。図３の（Ａ）部に示す基準方向Ａ１は、Γ−Ｊ方向に平行である。図３の（Ａ）部に示す基準方向Ａ１は、孔部６ｂの複数の配列方向（Γ−Ｊ方向及びΓ−Ｘ方向）のうち、隣接の格子間隔が最も短い配列方向であり、すなわち、図３の（Ａ）部に示す単位格子Ｒ２の平行四辺形の辺の方向でありΓ−Ｊ方向である。図３の（Ａ）部の場合、Γ−Ｊ方向において、隣接の格子間隔は、Ｌａである。なお、図３の（Ａ）部の場合、Γ−Ｘ方向における隣接の格子間隔は、√３Ｌａ（Ｌａを３の平方根で乗じた値）であり、Ｌａより長い。図３の（Ｂ）部に示す逆格子点６ｃは、Γ−Ｘ方向に配置されている。図３の（Ｂ）部の場合、Γ−Ｘ方向において、隣接の二つの逆格子点６ｃの間隔は、２π／（Ｌａ×ｓｉｎ（π／３））である。

【0032】

次に、面発光レーザ素子１の発光特性について説明する。面発光レーザ素子１は、図２に示すような正方格子の回折格子６ｂａを有する場合、回折格子６ｂａの格子間隔（Ｌａ）は、面発光レーザ素子１の発振波長に略一致しており、図４に示すように、正方格子に由来する四つの光バンドＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４（二次元フォトニック結晶層６の四つの光バンド）を有する。図４は、面発光レーザ素子１の複数の光バンドを示す。図４の横軸は、フォトニック結晶層に沿った方向の波数［２π／Ｌａ］を表し、図４の縦軸は、波長［ｎｍ］を表す。なお、図４〜図８に示す結果は、図２に示すような正方格子の回折格子６ｂａを有する面発光レーザ素子１についての測定結果であるが、図３に示すような三角格子の回折格子６ｂａを有する面発光レーザ素子１についても、同様の主張が可能である。この場合は、六つの光バンドが存在する。

【0033】

図４に示すように、光バンドＢ２のΓ−Ｘ方向に沿った形状は、Γ点から離れるに従って、一旦、長波長の側へ曲がった後に、再び短波長の側へ曲がっている（下に向けた凸形状を有する）。従って、光バンドＢ２において、光バンドＢ２のバンド端（光バンドのΓ点上の部分をバンド端と呼ぶこととする、以下同様。）と周波数の等しい箇所がΓ−Ｘ方向の波数０．０４５「２π／Ｌａ」付近にも存在していることが分かる。

【0034】

図５に、面発光レーザ素子１の発振前後の分光スペクトルを示す。図５の横軸は、波長［ｎｍ］を表し、図５の縦軸（左右）は、光強度を表す。図５に示すピークＰ１，Ｐ２は、面発光レーザ素子１に１６０［ｍＡ］の駆動電流を供給した場合（発振前）のピークであり、図５の縦軸（左）によって規定される。図５に示すピークＰ２１は、面発光レーザ素子１に２１０［ｍＡ］の駆動電流を供給した場合（発振後）のピークであり、図５の縦軸（右）によって規定されている。発振前のピークＰ２と発振後のピークＰ２１は、共に、光バンドＢ２のバンド端の波長と同様の波長にあり、発振前のピークＰ１は、光バンドＢ１のバンド端の波長と同様の波長にある。このことから、発振は光バンドＢ２のバンド端から生じていることが分かる。すなわち、正方格子に由来する四つの光バンドＢ１〜Ｂ４のうち長波長側から２番目の光バンドＢ２で発振する。この面発光レーザ素子１の発振では、光バンドＢ２のバンド端の波長と同一波長の二つのビーム（主ビームＬ１及び副ビームＬ２）が出力される。このとき、主ビームＬ１は、Γ点、すなわち主面１ａ２の垂直方向に出射されるビームであり、副ビームＬ２は、主面１ａ２の垂直方向（主ビームＬ１の第１光軸Ａ２）と基準方向Ａ１（すなわちΓ−Ｘ方向（Γ−Ｙ方向））とによって規定される面において、主面１ａ２の垂直方向（或いは、第１光軸Ａ２）に対し角度α（αは、７度以上９度以下であり、例えば８度程度）だけ傾いた方向に出射される微弱なビームである。

【0035】

一例として、Γ−Ｘ方向における面発光レーザ素子１の出射光の光強度の測定結果を、図６に示す。図６の横軸は、ビーム方向（主面１ａ２の垂直方向からの傾き）［度］を表し、図６の縦軸は、光強度を表す。図６によれば、主面１ａ２の垂直方向から７度以上９度以下（より具体的には８．２度の程度）の方向に微弱なピークＰ３が存在していることがわかり、このピークＰ３が、副ビームＬ２に対応している。

【0036】

次に、副ビームＬ２の発生原因について考察する。面発光レーザ素子１の光バンドを全方向に渡って測定し、光バンドＢ２のバンド端と同一の周波数の断面を切り出して得られた結果を、図７に示す。図７の縦軸は、Γ−Ｘ方向の波数［２π／Ｌａ］を表し、図６の横軸は、Γ−Ｙ方向の波数［２π／Ｌａ］を表す。図７に示す色の濃淡は、光強度を表す。図７は、実測された微弱な副ビームＬ２のパターンと良く一致しており、光バンドＢ２のバンド端で発振した主ビームＬ１が、Γ−Ｘ方向およびΓ−Ｙ方向へ伸びる光バンドＢ２によって回折を受け、微弱な副ビームＬ２が生じたと考えられる。一般に、正方格子においては光バンドＢ２は図４に示すように、Γ−Ｘ方向およびΓ−Ｙ方向に沿って一旦長波長側に曲がった後に再び短波長側に曲がるため、Γ点以外の部分にバンド端と同一波長の部分が存在する。すなわち、光バンドＢ２ではΓ−Ｘ方向およびΓ−Ｙ方向に沿ったΓ点から離れた部分において、Γ点と同一波長の部分が存在する。従って、光バンドＢ２のバンド端すなわちΓ点において発振が得られた場合に、Γ−Ｘ方向およびΓ−Ｙ方向に沿って微弱光が得られやすいと考えられる。同様に、三角格子の場合には、Γ−Ｊ方向に沿って、微弱光が得られ易いと考えられる。

【0037】

ところで、面発光レーザ素子１の駆動電流を変化させて、主面１ａ２の垂直方向に出射される主ビームＬ１のピーク光強度（光強度のピーク値）と微弱な副ビームＬ２のピーク光強度との関係が一意に決まるものであれば、副ビームＬ２を、主ビームＬ１のピーク光強度のモニタに用いることが可能となる。このような観点から、面発光レーザ素子１をパルス駆動した場合の主ビームＬ１のピーク光強度と副ビームＬ２のピーク光強度との電流依存性を光スペクトルアナライザで測定し、その測定結果を図８に示す。図８の横軸は、駆動電流［ｍＡ］を表し、図８の縦軸は、ピーク光強度［ｄＢｍ］を表す。図８に示すように、面発光レーザ素子１の駆動電流の変化に対する主ビームＬ１のピーク光強度の変化（グラフＫ１）と、面発光レーザ素子１の駆動電流の変化に対する副ビームＬ２のピーク光強度の変化（グラフＫ２）とが、互いに相関している。より具体的には、主ビームＬ１のピーク光強度と、副ビームＬ２のピーク光強度とは、共に、駆動電流の増加に伴って単調増加しており、主ビームＬ１のピーク光強度と、副ビームＬ２のピーク光強度との間には一意に決まる関係が認められる。以上は、例としてパルス駆動した場合について説明を行ったが、連続駆動した場合にも同様である。言い換えると、主ビームＬ１のピーク光強度と副ビームＬ２のピーク光強度のうち、一方の値（ピーク光強度の値）を決めると他方の値（ピーク光強度の値）を一意的に決めることができる。従って、副ビームＬ２の第２光軸Ａ３にモニタ用のフォトダイオードを配置し、このモニタ用のフォトダイオードを用いて副ビームＬ２の光強度を測定することによって、副ビームＬ２のピーク光強度のモニタ結果に基づいて主ビームＬ１のピーク光強度のモニタが可能となる。図９及び図１０に示す半導体レーザモジュール１００，１００ａは、面発光レーザ素子１の発光特性に対する上記考察に基づいて実現されたものであり、副ビームＬ２を、主ビームＬ１のピーク光強度のモニタに用いている。

【0038】

まず、図９に示す半導体レーザモジュール１００について説明する。図９に示す半導体レーザモジュール１００は、面発光レーザ素子１と、格納容器１０１と、モニタ用光検出素子１０１ｄと、駆動装置１０２と、表示装置１０３とを備える。格納容器１０１は、底壁１０１ａを備える。格納容器１０１は、上壁１０１ｂを備える。格納容器１０１は、面発光レーザ素子１とモニタ用光検出素子１０１ｄとを格納する。上壁１０１ｂは、開口１０１ｃを備える。上壁１０１ｂは、底壁１０１ａと対向する。面発光レーザ素子１は、底壁１０１ａに設けられる。面発光レーザ素子１は、主ビームＬ１（第１光軸Ａ２）が開口１０１ｃを通るように配置されている。

【0039】

モニタ用光検出素子１０１ｄは、フォトダイオードである。モニタ用光検出素子１０１ｄは、上壁１０１ｂに設けられる。モニタ用光検出素子１０１ｄは、副ビームＬ２（第２光軸Ａ３）と上壁１０１ｂとが交わる箇所に配置される。モニタ用光検出素子１０１ｄは、光入射面１０１ｄａを備える。光入射面１０１ｄａは、第２光軸Ａ３と交差する。第１光軸Ａ２と第２光軸Ａ３とは、基準方向Ａ１と同一の面にある。

【0040】

駆動装置１０２は、面発光レーザ素子１に接続される。駆動装置１０２は、面発光レーザ素子１を駆動する駆動信号Ｇ１を面発光レーザ素子１に出力する。駆動信号Ｇ１は、駆動電流である。表示装置１０３は、モニタ用光検出素子１０１ｄに接続されている。表示装置１０３は、モニタ用光検出素子１０１ｄから出力される光強度信号Ｇ２の内容（光強度値或いは光強度の分光スペクトル）を表示する。半導体レーザモジュール１００の操作者は、表示装置１０３の表示内容を参照しながら、駆動装置１０２の動作を操作する。

【0041】

図１０に示す半導体レーザモジュール１００ａは、図９に示す半導体レーザモジュール１００の変形例である。半導体レーザモジュール１００ａは、面発光レーザ素子１と、格納容器１０１と、モニタ用光検出素子１０１ｄと、駆動装置１０２と、制御装置１０４とを備える。半導体レーザモジュール１００ａは、制御装置１０４を備え、半導体レーザモジュール１００の表示装置１０３を備えない。制御装置１０４は、モニタ用光検出素子１０１ｄと駆動装置１０２とに接続されている。制御装置１０４は、モニタ用光検出素子１０１ｄから出力される光強度信号Ｇ２に基づいて駆動装置１０２の制御信号Ｇ３を駆動装置１０２に出力する。

【0042】

次に、図１１と図１２とを参照して、面発光レーザ素子１の製造方法を説明する。ステップＳ１からステップＳ１１までのそれぞれの工程を順次実行することによって、面発光レーザ素子１の構成を備える基板生産物が製造される。ステップＳ１において、ＭＯＣＶＤ法により、第１エピタキシャル層構造２０を、成長する。第１エピタキシャル層構造２０の層構造は、図１２の（Ａ）部に示されている。第１エピタキシャル層構造２０は、基板２０ａ（ｎ−ＧａＡｓ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、クラッド層２０ｂ（ｎ−ＡｌＧａＡｓ Ｃｌａｄｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、光ガイド層２０ｃ（ｉ−ＡｌＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒ）、多重量子井戸層２０ｄ（ｉ−ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ３ＱＷｓ）、電子ブロック層２０ｅ（ｉ−ＡｌＧａＡｓ Ｃａｒｒｉｅｒ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、光ガイド層２０ｆ（ｉ−ＡｌＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒ）、クラッド層２０ｇ（ｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒ）を備える。基板２０ａは、支持基体２に対応する。クラッド層２０ｂは、ｎ型クラッド層３に対応する。光ガイド層２０ｃと多重量子井戸層２０ｄとから成る層は、活性層４に対応する。電子ブロック層２０ｅと光ガイド層２０ｆとから成る層は、電子ブロック層５に対応する。クラッド層２０ｇは、回折格子６ｂａが形成される層である。第１エピタキシャル層構造２０の表面２０１は、クラッド層２０ｇの表面である。表面２０１は、ｐ側表面６ａに対応する。

【0043】

ステップＳ２において、第１エピタキシャル層構造２０の表面２０１にレジスト２１を塗布する。ステップＳ３において、電子線描画装置を用いてレジスト２１の上にフォトニック結晶パターン２２ａを露光し、現像液で現像する。この現像によって、レジスト２１は、レジスト２２になる。レジスト２２は、フォトニック結晶パターン２２ａを備える。

【0044】

ステップＳ４において、ドライエッチングによって、第１エピタキシャル層構造２０の表面２０１のクラッド層２０ｇに対し、表面２０１の側から、フォトニック結晶パターン２３ａを転写する。第１エピタキシャル層構造２０は、この転写によって、第２エピタキシャル層構造２３になる。第２エピタキシャル層構造２３は、フォトニック結晶パターン２３ａを備える。第２エピタキシャル層構造２３においてフォトニック結晶パターン２３ａの形成されている表面は、図１に示すｐ側表面６ａに対応する。フォトニック結晶パターン２３ａと、フォトニック結晶パターン２２ａとは、表面２０１に直交する方向（ｚ軸方向）から見て、同様のパターンである。フォトニック結晶パターン２３ａの深さは、クラッド層２０ｇの厚みが、例えば、３００［ｎｍ］程度の場合、表面２０１から１００〜３００［ｎｍ］程度、例えば、表面２０１から１００［ｎｍ］程度、表面２０１から２００［ｎｍ］程度、表面２０１から３００［ｎｍ］程度であることができる。ステップＳ４によって、クラッド層２０ｇは、フォトニック結晶パターン２３ａを含まないｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒと、フォトニック結晶パターン２３ａを含むｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒとから成る層になる。ステップＳ４によって、第１エピタキシャル層構造２０は、第２エピタキシャル層構造２３になる。第１エピタキシャル層構造２０は、クラッド層２０ｇを備えるのに対し、第２エピタキシャル層構造２３は、フォトニック結晶パターン２３ａを含まないｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒと、フォトニック結晶パターン２３ａを含むｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒとから成る層を備え、クラッド層２０ｇを備えない。この相違点のみが、第１エピタキシャル層構造２０と第２エピタキシャル層構造２３との相違点である。ステップＳ４の後、ステップＳ５において、レジスト２２を第２エピタキシャル層構造２３から剥離する。

【0045】

ステップＳ６において、一般的な前処理を行った後、図１２の（Ｂ）部に示す第３エピタキシャル層構造２４を、ＭＯＣＶＤ法によって、成長する。第３エピタキシャル層構造２４は、クラッド層２４ａ（ｐ−ＡｌＧａＡｓ Ｃｌａｄｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、コンタクト層２４ｂ（ｐ−ＧａＡｓ Ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｙｅｒ）を備える。クラッド層２４ａは、第２エピタキシャル層構造２３のｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒの表面（フォトニック結晶パターン２３ａが形成されている表面）に成長する。クラッド層２４ａを成長する工程において、フォトニック結晶パターン２３ａには、ＡｌＧａＡｓが付着する。第２エピタキシャル層構造２３に含まれ、フォトニック結晶パターン２３ａを含むｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒは、クラッド層２４ａの成長に伴って、Ａｌを含有するフォトニック結晶層２０ｉ（ｉ−ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＰＣ ｌａｙｅｒであり、回折格子６ｂａに対応）になる。このとき、フォトニック結晶層２０ｉの内部には空洞（孔部６ｂに対応）が形成される。第２エピタキシャル層構造２３のフォトニック結晶パターン２３ａは、クラッド層２４ａの成長に伴って、ＡｌＧａＡｓと空洞（孔部６ｂに対応）とを含むフォトニック結晶パターン２３ａ１になる。フォトニック結晶層２０ｉは、フォトニック結晶パターン２３ａ１を含む層である。結局、第１エピタキシャル層構造２０のクラッド層２０ｇは、フォトニック結晶パターン２３ａの転写とクラッド層２４ａの成長とによって、光ガイド層２０ｈ（ｉ−ＧａＡｓ Ｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒ）とフォトニック結晶層２０ｉとから成る層になり、第１エピタキシャル層構造２０は、第２エピタキシャル層構造２３を経て第４エピタキシャル層構造２３１になる。第１エピタキシャル層構造２０は、クラッド層２０ｇを備えるのに対し、第４エピタキシャル層構造２３１は、光ガイド層２０ｈとフォトニック結晶層２０ｉとから成る層を備え、クラッド層２０ｇを備えない。この相違点のみが、第１エピタキシャル層構造２０と第４エピタキシャル層構造２３１との相違点である。光ガイド層２０ｈとフォトニック結晶層２０ｉとから成る層は、二次元フォトニック結晶層６に対応する。ステップＳ６までの工程によって、ＰＣＳＥＬのエピタキシャル層構造（面発光レーザ素子１の半導体積層１ａに対応）の全体が形成される。

【0046】

ステップＳ７において、第３エピタキシャル層構造２４の表面（表面１ａ１に対応）にＳｉＮ層２５を形成する。

【0047】

ステップＳ８において、通常の露光現像技術と反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：RIE）とを用いて、ＳｉＮ層２５に対し、ｐ側電極２７に対応する形状（２００［μｍ］角の正方形の形状）の開口２６ａを、形成する。開口２６ａの形成によって、ＳｉＮ層２５は、ＳｉＮ層２６になる。ＳｉＮ層２６は、開口２６ａを備える。開口２６ａにおいて、第３エピタキシャル層構造２４の表面は、露出される。

【0048】

ステップＳ９において、リフトオフによって、開口２６ａにｐ側電極２７を形成する。ｐ側電極２７は、開口２６ａを介して、第３エピタキシャル層構造２４のコンタクト層２４ｂに接触する。ｐ側電極２７は、ｐ側電極１０に対応する。

【0049】

ｐ側電極２７の材料は、ＧａＡｓ系の材料の半導体層に設ける電極の材料が利用できる。ｐ側電極２７の材料は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒなどの金属であることができる。ｐ側電極２７は、例えば、ＧａＡｓ半導体層側から順番に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等であることができる。ｐ側電極２７に接する第３エピタキシャル層構造２４は、１×１０^１９「ｃｍ^−３」以上の高濃度に不純物が添加される。

【0050】

ステップＳ１０において、第４エピタキシャル層構造２３１の主面１ａ２を研磨し、露光現像技術を用いて、研磨後の裏面（主面１ａ２に対応）の箇所（ｐ側電極２７の直下に位置する箇所）にＳｉＮ層２８を形成する。ＳｉＮ層２８は、無反射コートとしての機能も備える。ＳｉＮ層２８の光学膜厚は、面発光レーザ素子１の発振波長のλ／４（λは発振波長）である。ＳｉＮ層２８は、開口２８ａを備える。開口２８ａにおいて、第４エピタキシャル層構造２３１の裏面は、露出されている。

【0051】

ステップＳ１１において、リフトオフによって、第４エピタキシャル層構造２３１の裏面上の面出射領域を囲む形状で、ｎ側電極２９を形成する。ｎ側電極２９は、ｎ側電極９に対応する。

【0052】

ｎ側電極２９の材料は、ＧａＡｓ系の材料の半導体層に設ける電極の材料が利用できるｎ側電極２９の材料は、例えば、Ａｕなどの金属とＧｅなどの半導体との混合物であることができる。ｎ側電極は、例えばＡｕＧｅ、ＡｕＧｅ／Ａｕ等であることができる。

【0053】

以上、ステップＳ１の工程からステップＳ１１の工程までを実行することによって、面発光レーザ素子１の構成を備える基板生産物が製造される。ステップＳ１１の後、ステップＳ１１までの工程によって製造された基板生産物を、複数の面発光レーザ素子１のチップに、分割する。

【0054】

以上説明した構成の半導体レーザモジュール１００，１００ａによれば、面発光レーザ素子１が、単峰ビームに対応する主ビームＬ１と、微弱光に対応する副ビームＬ２とを出力し、モニタ用光検出素子１０１ｄが、副ビームＬ２のピーク光強度を検出するので、このモニタ用光検出素子１０１ｄの出力を用いれば、副ビームＬ２を、主ビームＬ１のピーク光強度のモニタに用いることができるので、主ビームＬ１の光量を損なうことなく、主ビームＬ１のピーク光強度を推定することが出来る。

【0055】

半導体レーザモジュール１００の場合、表示装置１０３が副ビームＬ２の光強度（光強度の分光スペクトルであり、光強度信号Ｇ２の内容）を表示できるので、半導体レーザモジュール１００の操作者は、表示装置１０３の表示内容を参照しながら、面発光レーザ素子１に対する駆動信号Ｇ１（面発光レーザ素子１の駆動電流）の制御を駆動装置１０２を介して行うことができる。

【0056】

半導体レーザモジュール１００ａの場合、制御装置１０４は、副ビームＬ２の光強度に基づいて、駆動装置１０２の動作を制御できるので、面発光レーザ素子１に対する駆動信号Ｇ１（面発光レーザ素子１の駆動電流）が、副ビームＬ２の光強度に基づいて、自動的に好適に行える。

【0057】

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

【符号の説明】

【0058】

１…面発光レーザ素子、１０，２７…ｐ側電極、１００，１００ａ…半導体レーザモジュール、１０１…格納容器、１０１ａ…底壁、１０１ｂ…上壁、１０１ｃ…開口、１０１ｄ…モニタ用光検出素子、１０１ｄａ…光入射面、１０２…駆動装置、１０３…表示装置、１０４…制御装置、１１…絶縁膜、１ａ…半導体積層、１ａ１，２０１…表面、１ａ２…主面、１ｂ１，１ｂ２…積層、２…支持基体、２０…第１エピタキシャル層構造、２０ａ…基板、２０ｂ，２０ｇ，２４ａ…クラッド層、２０ｃ，２０ｆ，２０ｈ…光ガイド層、２０ｄ…多重量子井戸層、２０ｅ，５…電子ブロック層、２０ｉ…フォトニック結晶層、２１，２２…レジスト、２２ａ，２３ａ，２３ａ１…フォトニック結晶パターン、２３…第２エピタキシャル層構造、２３１…第４エピタキシャル層構造、２４…第３エピタキシャル層構造、２４ｂ…コンタクト層、２５，２６，２８…ＳｉＮ層、２６ａ，２８ａ…開口、２９，９…ｎ側電極、２ａ…主面、３…ｎ型クラッド層、４…活性層、６…二次元フォトニック結晶層、６ａ…ｐ側表面、６ｂ…孔部、６ｂａ…回折格子、６ｃ…逆格子点、７…ｐ型クラッド層、８…コンタクト層、９ａ…ＡＲコート、９ｂ…開口、Ａ１…基準方向、Ａ２…第１光軸、Ａ３…第２光軸、Ｇ１…駆動信号、Ｇ２…光強度信号、Ｇ３…制御信号、Ｌ１…主ビーム、Ｌ２…副ビーム、Ｍ１…磁界分布、Ｋ１，Ｋ２…グラフ、Ｒ１…光出射領域、Ｒ２…単位格子、Ｒ３…電界の向き、Ｒ４…電磁界の節。

【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】