JP6029098B2 - Semiconductor laser module - Google Patents

Semiconductor laser module

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JP6029098B2
JP6029098B2 JP2012228031A JP2012228031A JP6029098B2 JP 6029098 B2 JP6029098 B2 JP 6029098B2 JP 2012228031 A JP2012228031 A JP 2012228031A JP 2012228031 A JP2012228031 A JP 2012228031A JP 6029098 B2 JP6029098 B2 JP 6029098B2
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明佳 渡邉
和義 廣瀬
和義 廣瀬
貴浩 杉山
貴浩 杉山
野田 進
進 野田
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国立大学法人京都大学
浜松ホトニクス株式会社
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Description

本発明は、半導体レーザモジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser module.

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、非特許文献1)。 The present inventors have proposed a semiconductor laser device using a photonic crystal (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). 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。 Such surface-emitting semiconductor laser element has a revolutionary feature of being able to emit at the same time the laser beam toward the two directions at once. 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。 Further, the driving electrodes divided into a plurality, by supplying the driving current, it can be emitted in two directions of the laser beam for each drive electrode. 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。 If with different period of the photonic crystal located immediately below the respective drive electrodes, each drive electrode, the emission angle of the laser beam pair is different. 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。 Further, according to Non-Patent Document 1, a drive electrode subdivided provided, with electric current at the same time for a plurality of drive electrodes, by changing the current balance, is also possible continuous beam steering.

特開2009−76900号公報 JP 2009-76900 JP

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てくる。 However, in the case of a semiconductor laser device emitting a laser beam simultaneously in two directions, practical applications come limited. 一方、所定の1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1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。 On the other hand, if the semiconductor laser device emitting a laser beam to a predetermined one direction, that is, if a structure that can emit a laser beam of one predetermined direction for each drive electrode, switches the drive current supplied to each of the driving electrodes further, by changing the driving current balance, it is possible to scan the laser beam. 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。 In this case, a variety is conventionally used laser beam deflecting device or the like, it is possible to apply the semiconductor laser element. 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。 If increasing the laser beam number, the laser beam deflection apparatus, it is also possible to constitute a high-resolution laser beam scanning device.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、所定の1方向にレーザビームを出射し、また、その出射方向を変更することが可能な半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and aims to the laser beam emitted in a predetermined one direction, also provides a semiconductor laser module capable of changing the emitting direction to.

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、基板上に形成された下部クラッド層、上部クラッド層、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、活性層と上部及び下部クラッド層の少なくとも一方との間に介在するフォトニック結晶層、並びに活性層の複数の領域に駆動電極を供給するための複数の駆動電極、を備え、活性層の複数の領域が、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで位置し、複数の領域から出射されるレーザビームの光出射端面に対する出射方向がそれぞれ異なる半導体レーザ素子に想到した。 The present inventors have made intense study, a lower cladding layer formed on the substrate, an upper cladding layer, the active layer interposed between the lower cladding layer and the upper cladding layer, active layer and upper and lower cladding photonic crystal layer interposed between at least one layer, and comprises a plurality of drive electrodes for supplying driving electrodes into a plurality of regions of the active layer, a plurality of regions of the active layer, the light emitting end face located side by side in a first direction extending parallel a and active layer, the emission direction with respect to the light emitting facet of the laser beam emitted from the plurality of regions have arrived in different semiconductor laser element. この半導体レーザ素子によれば、所定の1方向にレーザビームを出射し、また、その出射方向を変更することが可能となる。 According to this semiconductor laser device, the laser beam is emitted in a predetermined one direction, it is possible to change the emission direction.

一方で、半導体レーザ素子の光出射端面に対向する平面にレーザビームを照射する場合、光出射端面の近傍に集光要素を配置し、レーザビームの拡がり角を調整する必要がある。 On the other hand, when irradiating the plane facing the light emitting end face of the semiconductor laser element of the laser beam, in the vicinity of the light emitting facet positioned a focusing element, it is necessary to adjust the spread angle of the laser beam. 上記の半導体レーザ素子に集光要素を組み合わせてモジュール化する場合には、以下のような新たな課題が存在することが判明した。 When the module by combining the focusing element to the semiconductor laser element has been found that there is a new problem as follows. すなわち、光出射端面と、レーザビームが照射される平面との間の距離は、半導体レーザ素子のレーザビームの出射方向に応じて異なる。 That is, the distance between the light emitting end face, a plane laser beam is irradiated is different depending on the emission direction of the laser beam of the semiconductor laser element. このため、レーザビームが照射される平面において、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にするためには、集光要素の屈折力を、レーザビームの出射方向に応じて調整する必要がある。 Therefore, in the plane which a laser beam is irradiated, in order to fix the spread angle of the laser beam regardless of the direction of emission of the laser beam, the refractive power of the light collection element, depending on the emission direction of the laser beam adjustment There is a need to.

そこで、本発明者らは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にするための構成について更に鋭意研究を行い、出射されるレーザビームの方向を所定の1方向としながら出射されるレーザビームの方向を切り替えることができ、かつ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にすることのできる半導体レーザモジュールに想到するに至った。 Accordingly, the present inventors have further conducted intensive studies on configuration for a constant spread angle of the laser beam regardless of the direction of emission of the laser beam is emitted while the direction of the laser beam emitted to a predetermined one direction that the laser beam can be switched direction, and led the spread angle of the laser beam regardless of the direction of emission of the laser beam to occur to the semiconductor laser module can be made constant.

本発明に係る半導体レーザモジュールは、端面発光型の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、を具備し、半導体レーザ素子は、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フォトニック結晶層と、活性層の複数の領域に駆動電流を供給するための複数の駆動電極と、を備え、複数の領域は、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで位置し、複数の領域から出射されるレーザビームの光出射端面に対する出射方向はそれぞれ異なっており、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 The semiconductor laser module according to the present invention includes a semiconductor laser element of the edge-emitting, and flat focusing elements arranged opposite to the light emitting facet of the semiconductor laser device, comprising a semiconductor laser element on a substrate a lower cladding layer formed, and an upper cladding layer, photo interposed between the active layer interposed between the lower cladding layer and the upper cladding layer, and at least one of the active layer and the upper and lower clad layers a photonic crystal layer, and a plurality of drive electrodes for supplying the driving current to the plurality of regions of the active layer, a plurality of regions, arranged in the first direction and the active layer parallel to the light emitting end face extends position, and the emission direction with respect to the light emitting facet of the laser beam emitted from the plurality of regions are different, flat focusing elements comprises an object plane on the side opposite to the side facing the light emitting end face, the object plane 、光出射端面に直交する方向から見て第一方向に平行な方向に配列された複数の曲面を含んでおり、複数の曲面の各々は、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に垂直な平面に接しており、第一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)が、数式 It includes a plurality of curved surfaces which are arranged in a direction parallel to the first direction when viewed from the direction perpendicular to the light emitting end face, each of the plurality of curved surfaces, perpendicular to the laser beam incident from the semiconductor laser element to the curved surface a plane in contact, as X-axis parallel axes in the first direction, at the position X along the X axis, of each of the plurality of curved surfaces in the active layer is a direction in parallel planes extending curvature radius r (X ) is, the formula

に基づいて決定され、数式(式1)において、n(X)は、位置Xにおける平板集光要素の屈折率であり、θ out (X)は、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であり、f 0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、ことを特徴とする。 Is determined based on, in Equation (Equation 1), n (X) is the refractive index of the flat plate focusing elements at the position X, theta out (X), the laser beam emitted from the object plane at the position X There is an angle formed with respect to a normal to the light emitting facet, f 0 is the X-axis direction of the focal length of θ out (X) = 0 flat focusing elements in the case of, characterized in that.

本発明に係る半導体レーザモジュールによれば、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで活性層に位置する複数の領域から出射されるレーザビームの光出射端面に対する出射方向がそれぞれ異なっている。 According to the semiconductor laser module according to the present invention, the emission direction with respect to the light emitting facet of the laser beam emitted from a plurality of regions located in the active layer arranged in a first direction and the active layer parallel to the light emitting end face extends They are different from each other. 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。 Comprising a semiconductor laser module, which comprises a flat focusing elements arranged opposite to the light emitting facet of the semiconductor laser element, a flat plate condenser element, a side facing the light emitting end face of the object plane on the opposite side . 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)が上記の数式(式1)に基づいて決定される。 The object plane is formed include a plurality of curved surfaces, curvature of each of the plurality of curved radius r (X) is determined based on the above equation (Equation 1). このため、活性層の複数の領域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f 0 /cos(θ out (X))となる。 Therefore, the laser beam emitted at an angle θ out (X) with respect to a normal to the light emitting end face from a plurality of regions of the active layer, the focal length of the plate condenser element f 0 / cos ( the θ out (X)). 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f 0となり、レーザビームは光出射端面から距離f 0の平面に集光される。 Therefore, the distance between the focal point and the light emitting end face, which is condensed by a flat plate condenser element becomes f 0 regardless of the value of θ out (X), the laser beam plane distance f 0 from the light emitting end face It is focused on. 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。 Therefore, it is possible to a constant divergence angle of the laser beam regardless of the direction of emission of the laser beam.

複数の曲面の各々は、数式(式1)により決定される曲率半径に対して、収差補正のために非球面化処理されていてもよい。 Each of the plurality of curved surface, with respect to a radius of curvature which is determined by the equation (Equation 1), may be treated aspherized for aberration correction. 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。 In this case, it is possible to correct the aberration generated in the flat focusing elements.

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。 A plurality of curved surfaces, the semiconductor laser device a laser beam incident on the curved surface as the curved surface angle is large makes with the normal line of the light emitting end face, the distance between the light emitting end face may be shortened. 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。 In this case, the distance between the curved surface and the light emitting facet of the laser beam angle is large makes with the normal line of the light emitting facet is incident is shortened. 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。 Therefore, it is possible to prevent the laser beam passing through the curved surface, the laser beam passing through the other curved surface, interference.

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半径を有するようにしてもよい。 Each of the plurality of curved surface may have a direction perpendicular radius of curvature in the direction of the active layer extends. 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半径を有する。 In this case, the curved surface has a radius of curvature in the direction perpendicular to the extending direction of the active layer. 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。 Therefore, it is possible to adjust the spread angle of the laser beam in the direction perpendicular to the direction in which the active layer extends.

活性層は、複数の領域として、第1領域と第2領域とを含み、複数の駆動電極は、第1領域に駆動電流を供給するための第1駆動電極と、第2領域に駆動電流を供給するための第2駆動電極と、を含み、第1駆動電極の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、光出射端面の法線に対して、傾斜しており、フォトニック結晶層の第1領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第1及び第2の周期構造を有しており、第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第1駆動電極の長手方向に対して所定の角度を成す2つ以上のレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で光出 Active layer, a plurality of regions, and a first region and a second region, a plurality of drive electrodes, a first driving electrode for supplying the drive current to the first region, the driving current to the second region anda second driving electrode for supplying the longitudinal direction of the first driving electrode, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, with respect to a normal to the light emitting end face is inclined, photonic region corresponding to the first region of the crystalline layer has a first and a second periodic structure array period surrounding the refractive index different from the modified refractive index portions are different from each other, first and second periodic structures according to the difference of the reciprocal of each sequence period in, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, two or more laser beams inside the semiconductor laser element forming a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the first driving electrode in is generated, output light in these laser beams 端面に向かう1つが光出射端面に対して屈折角90度未満となるように設定され、光出射端面に向かう別の少なくとも1つが光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定されており、第2駆動電極の長手方向は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、光出射端面の法線に対して、傾斜しており、フォトニック結晶層の第2領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第3及び第4の周期構造を有しており、第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第2駆動電極の長手方向に対して所定の角度を成す2つ以上のレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で光出射端 One towards the end face is set to be a refraction angle less than 90 degrees with respect to the light emitting end face, but one another at least 1 toward the light emitting end face is set to the total reflection critical angle condition is satisfied with respect to the light emitting end face and, region longitudinal direction of the second driving electrode, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, with respect to a normal to the light emitting end face is inclined, corresponding to the second region of the photonic crystal layer has a third and fourth periodic structure array period surrounding the refractive index different from the modified refractive index portions are different from each other, the difference between the reciprocal of each sequence period in the third and fourth periodic structures Correspondingly, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, two or more laser beams at a predetermined angle relative to the longitudinal direction of the second drive electrode is produced within the semiconductor laser element, in these laser beams in the light emitting end に向かう1つが光出射端面に対して屈折角90度未満となるように設定され、光出射端面に向かう別の少なくとも1つが光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定され、第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分は、第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分とは異なっていてもよい。 One toward but is set to be the refractive angle less than 90 degrees with respect to the light emitting end face, but one another at least 1 toward the light emitting end face is set to the total reflection critical angle condition is satisfied with respect to the light emitting facet, difference of the reciprocal of each sequence period in the first and second periodic structures may be different from the difference between the reciprocal of each sequence period in the third and fourth periodic structure.

この場合、駆動電極に駆動電流を供給することにより、半導体レーザ素子内部で2つ以上のレーザビームが生成される。 In this case, by supplying the driving current to the driving electrode, two or more laser beams are generated in the semiconductor laser device. 生成されたレーザビームの中で光出射端面に向かう1つが光出射端面に対して屈折角90度未満となり、光出射端面に向かう別の少なくとも1つが光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たす。 One toward the light emitting end face becomes refraction angle less than 90 degrees with respect to the light emitting end face in the generated laser beam, another toward the light emitting end face of at least one total reflection critical angle condition with respect to the light emitting end face Fulfill. このため、同時に出射されるレーザビームの方向を所定の1方向とすることができる。 Therefore, it is possible to make the direction of the laser beam with a predetermined one direction emitted simultaneously. 第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分が、第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの配列周期の逆数の差分と異なっている。 Difference of the reciprocal of each sequence period in the first and second periodic structure is different from the difference between the reciprocal of each sequence period in the third and fourth periodic structure. このため、複数の駆動電極のうちどの電極に駆動電流を供給するかにより、レーザビームの出射方向を切り替えることができる。 Therefore, depending on whether a driving current is supplied to any electrode of the plurality of drive electrodes, it is possible to switch the emission direction of the laser beam.

本発明の態様に係る半導体レーザモジュールによれば、所定の1方向のみにレーザビームを出射し、また、その出射方向を変更することができる。 According to the semiconductor laser module according to the embodiment of the present invention, a laser beam is emitted only in one predetermined direction, it is possible to change the emission direction.

半導体レーザモジュール及び焦点面の平面図である。 It is a plan view of a semiconductor laser module and the focal plane. 半導体レーザ素子の縦断面図である。 It is a longitudinal sectional view of a semiconductor laser device. 半導体レーザ素子の平面図である。 It is a plan view of a semiconductor laser device. 半導体レーザ素子内部のレーザビームの進行状態を説明するための素子内部の平面図である。 It is a plan view of an internal device for explaining the progress of the laser beam in the semiconductor laser device. 単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域の平面図である。 It is a plan view of a photonic crystal region having a single periodic structure. 単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域の平面図である。 It is a plan view of a photonic crystal region having a single periodic structure. 複数の周期構造を有するフォトニック結晶領域の平面図である。 It is a plan view of a photonic crystal region having a plurality of periodic structures. 複数の周期構造を有するフォトニック結晶層領域を、複数有するフォトニック結晶領域群の平面図である。 The photonic crystal layer region having a plurality of periodic structures is a plan view of a photonic crystal region group having plural. フォトニック結晶領域群を有するフォトニック結晶層の平面図である。 It is a plan view of a photonic crystal layer having a photonic crystal region group. 基準方向からの偏向角δθ(各フォトニック結晶領域内の周期の逆数の差に依存)に対するレーザビームの入射角及び出射角を示すグラフである。 Is a graph showing an incident angle and exit angle of the laser beam with respect to deflection angle .delta..theta (depending on the difference between the inverse of the period of the photonic crystal region) from the reference direction. 様々な形状の異屈折率部(構造体)の平面図である。 It is a plan view of the modified refractive index portions of various shapes (structures). レーザビーム偏向装置の構成を示す図である。 Is a diagram showing an arrangement of a laser beam deflection apparatus. 平板集光要素のXY平面内の断面図である。 It is a cross-sectional view in the XY plane of the flat focusing elements. 半導体レーザ素子の縦断面図である。 It is a longitudinal sectional view of a semiconductor laser device. 半導体レーザ素子内部の平面図である。 It is a plan view of the semiconductor laser element. xy座標系において、原点OからP点(βx,βy)に向かうベクトル。 In the xy coordinate system, P point from the origin O (βx, βy) the heading vector. xy座標系における主要光波の向きを示すグラフである。 Is a graph showing the orientation of the main light waves in the xy coordinate system. 活性層3B内の主要光波について説明する素子内部の平面図である。 It is a plan view of the internal elements that describe the main optical wave in the active layer 3B. 周期構造を有する回折格子層4'の平面図(A)、XZ平面内の断面図(B)である。 Plan view of the diffraction grating layer 4 'having a periodic structure (A), is a cross-sectional view of the XZ plane (B). レーザビーム出射角(屈折角)θ3と、ストライプの角度θ及び周期Λとの関係を示すグラフである。 A laser beam emitting angle (refraction angle) .theta.3, is a graph showing the relationship between the angle θ and period Λ stripe. グラフに用いられるデータを示す図表である。 Is a table showing the data used in the graph. 半導体レーザ素子の部分的な領域の断面図である。 It is a cross-sectional view of a partial region of the semiconductor laser element. フォトニック結晶層の平面図である。 It is a plan view of a photonic crystal layer.

以下、実施の形態に係る半導体レーザモジュールについて説明する。 Hereinafter, a description will be given of a semiconductor laser module according to the embodiment. なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Note that the same elements will be referred to with the same reference symbols, without redundant description.

図1は、半導体レーザモジュール及び焦点面の平面図である。 Figure 1 is a plan view of a semiconductor laser module and the focal plane.

半導体レーザモジュール100は、半導体レーザ素子10と、平板集光要素20とを具備する。 The semiconductor laser module 100 includes a semiconductor laser element 10, and a flat focusing elements 20. 半導体レーザ素子10は、端面発光型の半導体レーザである。 The semiconductor laser element 10 is an edge-emitting semiconductor laser. 半導体レーザ素子10は、後で詳細に説明する構成により、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。 The semiconductor laser element 10, the configuration described in detail later, to emit a laser beam LB from the light emitting end face LES in a predetermined one direction. 平板集光要素20は、半導体レーザ素子10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。 Flat focusing elements 20 condenses the laser beam LB emitted by the semiconductor laser element 10 in the focal plane F.

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10の活性層が延びる方向を第一方向と称する。 In the following description, the direction in which the active layer extends to and the semiconductor laser element 10 is parallel to the light emitting end face LES referred to the first direction. 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。 Parallel axes in the first direction is X-axis, a direction perpendicular to the light emitting end surface LES and Y-axis, a direction perpendicular to the direction in which the active layer extends to the Z-axis. 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。 To represent the emission direction of the laser beam LB, the laser beam LB is used the angle theta out that makes with the normal line N of the light emitting facet LES. 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f 0とする。 The X-axis direction of the focal length of the theta out = 0 flat focusing elements 20 in the case of the f 0.

次に、半導体レーザ素子10及びこれを用いたレーザビーム偏向装置について詳細に説明する。 It will now be described in detail a laser beam deflecting device using the semiconductor laser element 10 and the same.

図2は、半導体レーザ素子の縦断面図であり、図3は、半導体レーザ素子の平面図である。 Figure 2 is a longitudinal sectional view of a semiconductor laser device, FIG. 3 is a plan view of a semiconductor laser device.

半導体レーザ素子10は、半導体基板1上に順次形成された下部クラッド層2、下部光ガイド層3A、活性層3B、上部光ガイド層3C、フォトニック結晶層4、上部クラッド層5、コンタクト層6を備えている。 The semiconductor laser element 10, the lower clad layer 2 are sequentially formed on the semiconductor substrate 1, the lower optical guide layer 3A, the active layer 3B, an upper optical guide layer 3C, a photonic crystal layer 4, the upper cladding layer 5, a contact layer 6 It is equipped with a. 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。 On the back side of the semiconductor substrate 1, the electrode E1 is provided on the entire surface on the contact layer 6, a plurality of drive electrodes E2 are provided. 同図では、簡略的に5本の駆動電極E2が示されているが、実際には更に多くの駆動電極E2がコンタクト層6上に設けられる。 In the figure, but simplified to five drive electrodes E2 is shown, in practice many more driving electrodes E2 are provided on the contact layer 6.

なお、駆動電極E2の形成領域以外のコンタクト層6上の表面は、絶縁膜SHによって覆われている。 The surface on the contact layer 6 other than the formation region of the driving electrode E2 are covered with the insulating film SH. 絶縁膜SHは、例えば、SiNやSiO から形成することができる。 Insulating film SH, for example, it can be formed of SiN or SiO 2.

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。 Materials / thickness of these compound semiconductor layers are as follows. なお、導電型の記載のないものは不純物濃度が10 15 /cm 以下の真性半導体である。 The impurity concentration of those not described conductivity type is 10 15 / cm 3 or less of the intrinsic semiconductor. なお、不純物が添加されている場合の濃度は、10 17 〜10 20 /cm である。 The concentration when the impurity is added is 10 17 ~10 20 / cm 3. また、下記は本実施の形態の一例であって、活性層3Bおよびフォトニック結晶層4を含む構成であれば、材料系、膜厚、層の構成には自由度を持つ。 The following is an example of this embodiment, with the configuration including the active layer 3B and the photonic crystal layer 4, the material system, the film thickness, the configuration of the layer with flexibility. 上部光ガイド層3Cは、上層及び下層の2つの層からなる。 Upper light guiding layer 3C is formed of a upper and lower two layers.
・コンタクト層6:P型のGaAs/50〜500nm Contact layer 6: P-type GaAs / 50~500nm
・上部クラッド層5:P型のAlGaAs(Al 0.4 Ga 0.6 As)/1.0〜3.0μm Upper clad layer 5: P-type AlGaAs (Al 0.4 Ga 0.6 As) /1.0~3.0μm
・フォトニック結晶層4: Photonic crystal layer 4:
基本層4A:GaAs/50〜400nm The basic layer 4A: GaAs / 50~400nm
埋め込み層(異屈折率部)4B:AlGaAs(Al 0.4 Ga 0.6 As)/50〜400nm Buried layer (modified refractive index portions) 4B: AlGaAs (Al 0.4 Ga 0.6 As) / 50~400nm
・上部光ガイド層3C: - the upper optical guide layer 3C:
上層:GaAs/10〜200nm Upper layer: GaAs / 10~200nm
下層:p型または真性のAlGaAs/10〜100nm Lower layer: p-type or intrinsic of AlGaAs / 10~100nm
・活性層3B(多重量子井戸構造): · Active layer 3B (a multiple quantum well structure):
AlGaAs/InGaAs MQW/10〜100nm AlGaAs / InGaAs MQW / 10~100nm
・下部光ガイド層3A:AlGaAs/0〜300nm And lower optical guide layer 3A: AlGaAs / 0~300nm
・下部クラッド層2:N型のAlGaAs/1.0〜3.0μm And lower clad layers 2: N-type AlGaAs / 1.0 to 3.0 m
・半導体基板1:N型のGaAs/80〜350μm - semiconductor substrate 1: N-type GaAs / 80~350μm

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。 As the material of the electrode E1 for example AuGe / Au, as a material of the electrode E2 may be, for example, Cr / Au or Ti / Au.

なお、光ガイド層は省略することも可能である。 The light guide layer may be omitted.

この場合の製法において、MOCVD法によるAlGaAsの成長温度は500℃〜850℃であって、実験では550〜700℃を採用し、成長時におけるAl原料としてTMA(トリメチルアルミニウム)、ガリウム原料としてTMG(トリメチルガリウム)およびTEG(トリエチルガリウム)、As原料としてはAsH 3(アルシン)、N型不純物用の原料としてSi 26 (ジシラン)、P型不純物用の原料としてDEZn(ジエチル亜鉛)を用いることができる。 In preparation of this case, the growth temperature of AlGaAs is by MOCVD a 500 ° C. to 850 ° C., to adopt 550 to 700 ° C. In the experiment, TMA (trimethyl aluminum) as the Al source during growth, TMG as a gallium source ( trimethyl gallium) and TEG (triethyl gallium), AsH 3 as the as raw material (arsine), Si 2 H 6 as a raw material for N-type impurity (disilane), the use of DEZn (diethyl zinc) as a raw material for P-type impurity can.

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、この領域が発光して、レーザビームLBが基板の側方端面から所定の角度で出力される(図3参照)。 When a current flows between the upper and lower electrodes E1, E2, either current region R immediately below the electrode E2 flows, this region emits light, the laser beam LB output at a predetermined angle from the side edge of the substrate is (see Fig. 3). 駆動電極E2のいずれに駆動電流を供給するかにより、いずれのレーザビームLBが出射されるかが決定される。 By any of whether to supply a driving current of the driving electrodes E2, either or laser beam LB is emitted is determined.

半導体レーザ素子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。 The planar shape of the semiconductor laser element is rectangular, in the case of setting the three-dimensional orthogonal coordinate system XYZ is, Z-axis in the thickness direction, the width direction and X-axis, and Y-axis direction perpendicular to the light-emitting end face LES . XY平面内において、各駆動電極E2の延びている長手方向は、Y軸に平行な直線に対して角度φを成している。 In the XY plane, a longitudinal extending of each drive electrode E2 is angled φ with respect to a straight line parallel to the Y axis. 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。 That is, the longitudinal direction of the drive electrode E2, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, with respect to the normal (Y axis) of the light emitting end face LES of the semiconductor laser element is inclined. 駆動電極E2は、光出射端面LESの位置から逆側の端面に向けて延びているが、半導体レーザ素子を完全に横断することなく、途中で途切れている。 Drive electrodes E2 is extend toward the end face of the opposite side from the position of the light emitting end face LES, without completely across the semiconductor laser element, it is interrupted in the middle.

図4は、半導体レーザ素子内部のレーザビームの進行状態を説明するための素子内部の平面図である。 Figure 4 is a plan view of an internal device for explaining the progress of the laser beam in the semiconductor laser device.

レーザビームは、活性層3B内において発生するが、活性層3Bから染み出した光は、隣接するフォトニック結晶層4の影響を受ける。 The laser beam is generated in the active layer 3B, the light exuding from the active layer 3B is affected by the adjacent photonic crystal layer 4. フォトニック結晶層4内には、周期的屈折率分布構造が形成されている。 The photonic crystal layer 4, the periodic refractive index distribution structure is formed. このフォトニック結晶層により回折を受けた結果、活性層3Bの内部では、波数ベクトルk1〜k4で示されるレーザビームが発生している。 Result of receiving the diffracted by the photonic crystal layer, inside the active layer 3B, the laser beam indicated by the wave vector k1~k4 occurs. 波数ベクトルは、向きが波面の法線方向(つまり波の伝播方向)で、大きさが波数となるベクトルのことである。 Wave vector in an orientation normal line direction of the wavefront (i.e. the direction of propagation of the wave) is that of the vector magnitude is the wave number. 波数ベクトルk1、k2のレーザビームは、光出射端面LESに向かっており、波数ベクトルk4、k3のレーザビームは、これらとは逆の方向に向かっている。 The laser beam wave vectors k1, k2 are toward the light emitting end face LES, the laser beam of the wave vector k4, k3 is toward the opposite direction to these.

波数ベクトルk1、k2のレーザビームは、XY平面内において、Y軸に平行な直線と角度φを成すB方向に対して、それぞれ±δθの角度を成して進行する。 The laser beam wave vectors k1, k2, in the XY plane, the B-direction forming a straight line and the angle φ parallel to the Y axis, travels respectively at an angle of ± .delta..theta. なお、B方向は、駆動電極E2の延びている方向である。 Incidentally, B direction is a direction extending the drive electrode E2. A方向は、XY平面内において、B方向に垂直な方向である。 A direction, in the XY plane is the direction perpendicular to the B direction. なお、XYZ直交座標系をZ軸回りにφだけ回転させた座標系をxyz直交座標系とする。 Incidentally, the coordinate system is rotated by φ the XYZ orthogonal coordinate system about the Z axis and xyz orthogonal coordinate system. この場合、A方向はx軸正方向に一致し、B方向はy軸負方向に一致する。 In this case, A direction coincides with the x-axis positive direction, B direction coincides with the y-axis negative direction. 波数ベクトルk1、k2のレーザビームは、光出射端面LESに対して入射して外部に出射しようとするが、それぞれの入射角をθ1、θ2とする。 The laser beam wave vectors k1, k2 is tries to exit to the outside incident on the light-emitting end face LES, the angles of the incidence .theta.1, and .theta.2. 波数ベクトルk1のレーザビームの屈折角はθ3とする。 Refraction angle of the laser beam of wave vector k1 is a .theta.3. θ3は、90度よりも小さい。 θ3 is less than 90 degrees. すなわち、波数ベクトルk2のレーザビームの入射角θ2は、全反射臨界角以上であり、光出射端面LESにおいて、全反射が生じ、外部には出力されない。 That is, the incident angle θ2 of the laser beam of wave vector k2 is a total reflection critical angle or more, in the light emitting end face LES, total reflection occurs, not output to the outside. 一方、波数ベクトルk1のレーザビームの入射角θ1は、全反射臨界角未満であり、光出射端面LESを透過して、外部に出力される。 On the other hand, the incident angle θ1 of the laser beam of wave vector k1 is less than the total reflection critical angle is transmitted through the light-emitting end face LES, is output to the outside. なお、θ4は、光出射端面LESにおいて全反射したレーザビームの進行方向と、Y軸負方向の成す角度であり、90度以上である。 Incidentally, .theta.4 includes a traveling direction of the laser beam totally reflected at the light emitting end face LES, the angle formed between the Y axis negative direction is not less than 90 degrees.

なお、フォトニック結晶層4は、複数のフォトニック結晶領域4Rが集合して形成されている。 Incidentally, the photonic crystal layer 4, a plurality of photonic crystal region 4R is formed by aggregating.

図5は、単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域4Rの平面図である。 Figure 5 is a plan view of a photonic crystal region 4R having a single periodic structure.

フォトニック結晶は、屈折率が周期的に変化するナノ構造体であり、周期に応じて特定の波長の光を特定の方向へ強め合わせる、すなわち回折させることが出来る。 Photonic crystals are nanostructures which the refractive index changes periodically, align intensified light of a particular wavelength to a specific direction in response to the periodic, i.e. it is possible to diffract. この回折を光の閉じ込めに用い、共振器として利用することで、レーザを実現することが出来る。 Using this diffraction light confinement, the use as a resonator, it is possible to realize a laser. 本実施形態のフォトニック結晶層4は、基本層4Aと、基本層4A内に周期的に埋め込まれた埋め込み層(異屈折率部)4Bからなる。 Photonic crystal layer 4 of the present embodiment is composed of a base layer 4A and the buried layer embedded periodically in the base layer 4A (modified refractive index portions) 4B.

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。 In the present embodiment, a plurality of holes H into the first compound base layer 4A made of a semiconductor (GaAs) of zinc structure periodically formed, in the hole H, a second compound semiconductor a zinc structure ( and a photonic crystal layer 4 formed by growing becomes buried layer 4B from AlGaAs). もちろん、フォトニック結晶を構成するため、第1化合物半導体と、第2化合物半導体の屈折率は異なる。 Of course, to configure the photonic crystal, a first compound semiconductor, the refractive index of the second compound semiconductor are different. なお、本実施形態では、第2化合物半導体の方が、第1化合物半導体よりも屈折率が低いが、逆に第1化合物半導体の方が、第2化合物半導体よりも屈折率が低くてもよい。 In the present embodiment, toward the second compound semiconductor, but a lower refractive index than the first compound semiconductor, toward the first compound semiconductor conversely, a refractive index than the second compound semiconductor may be lower .

埋め込み層である異屈折率部4Bは、A方向及びB方向に沿って整列し、2次元周期構造を構成している。 Modified refractive index portion 4B is a buried layer are aligned along the A direction and the B direction to form a two-dimensional periodic structure. ここでは、A方向の異屈折率部4B間のピッチをa1、B方向の異屈折率部4B間のピッチをb1とする。 Here, the pitch between the pitch between the modified refractive index portion 4B of the A direction a1, B direction of the modified refractive index portions 4B and b1. なお、a1=b1であってもよい。 In addition, it may be a a1 = b1. AB平面内における各異屈折率部4Bの平面形状として、同図には長方形が示されているが、異屈折率部4Bの平面形状はこれに限定されるものではない。 As the planar shape of each modified refractive index portions 4B in the AB plane, but in the figure is shown rectangular, plane shape of the modified refractive index portions 4B is not limited thereto.

図6は、図5とは異なる単一の周期構造を有するフォトニック結晶領域4Rの平面図である。 Figure 6 is a plan view of a photonic crystal region 4R having different single periodic structure from FIG.

埋め込み層である異屈折率部4Bは、A方向及びB方向に沿って整列し、2次元周期構造を構成している。 Modified refractive index portion 4B is a buried layer are aligned along the A direction and the B direction to form a two-dimensional periodic structure. ここでは、A方向の異屈折率部4B間のピッチをa2、A方向の異屈折率部4B間のピッチをb2とする。 Here, the pitch between the modified refractive index portion 4B of the pitch between the modified refractive index portion 4B of the A direction a2, A direction and b2. なお、a2>a1の関係を満たしている。 It should be noted that satisfies the relationship of a2> a1. AB平面内における各異屈折率部4Bの平面形状として、同図にも長方形が示されているが、異屈折率部4Bの平面形状はこれに限定されるものではない。 As the planar shape of each modified refractive index portions 4B in the AB plane, although rectangle shown in the figure, the planar shape of the modified refractive index portions 4B is not limited thereto.

図7は、複数の周期構造を有するフォトニック結晶領域4Rの平面図である。 Figure 7 is a plan view of a photonic crystal region 4R having a plurality of periodic structures.

すなわち、このフォトニック結晶領域4Rは、図5に示した周期構造と、図6に示した周期構造とを単一のフォトニック結晶領域4Rが含んでおり、周期a1と周期a2を有している。 That is, the photonic crystal region 4R has a periodic structure shown in FIG. 5, includes a single photonic crystal region 4R and periodic structure shown in FIG. 6, a period a1 and the period a2 there. また、同図には、B方向の周期は共にb2(=b1)とすることとしたものが示されている。 Further, in the figure, which was the period of the B direction is set to both b2 (= b1) is shown.

かかる構造の場合、周期a1の逆数(1/a1)と、a2の逆数(1/a2)との差分に応じて、図4におけるδθが決定される。 For such a structure, the inverse of the period a1 (1 / a1), according to a difference between the reciprocal of a2 (1 / a2), δθ in FIG 4 is determined. すなわち、周期a1とa2を決定することで、波数ベクトルk1,k2で示されるレーザビームの進行方向を決定することができる。 That is, by determining the period a1 and a2, it is possible to determine the traveling direction of the laser beam indicated by the wave vector k1, k2. なお、δθ=sin −1 (δk/k)、δk=|π{(1/a1)−(1/a2)}|、k=2π/λである。 Incidentally, δθ = sin -1 (δk / k), δk = | π {(1 / a1) - (1 / a2)} |, is k = 2π / λ. λは半導体レーザ素子中のレーザ光の波長、kは半導体レーザ素子中のレーザ光の波数である。 λ is the laser wavelength of the semiconductor laser element, k is the wave number of the laser beam in the semiconductor laser device.

本実施形態の場合、上記パラメータθ1、θ2、半導体レーザ素子中の光の等価屈折率n devの満たすべき不等式は、次の通りである。 In this embodiment, the parameters .theta.1, .theta.2, inequality to be satisfied light equivalent refractive index n dev in the semiconductor laser device is as follows.

0≦θ1<sin −1 (1/n dev 0 ≦ θ1 <sin -1 (1 / n dev)

θ2≧sin −1 (1/n dev θ2 ≧ sin -1 (1 / n dev)

また、本発明の通りフォトニック結晶全体がφ傾いていることを考慮すると、各パラメータの満たすべき方程式は次の通りとなる。 Furthermore, considering that the entire street photonic crystal of the present invention is tilted phi, equations to be satisfied each parameter is as follows.
δθ=φ−sin −1 (sinθ3/n dev δθ = φ-sin -1 (sinθ3 / n dev)
δk=(2π/λ )sin{φ−sin −1 (sinθ3/n dev )} δk = (2π / λ 0) sin {φ-sin -1 (sinθ3 / n dev)}
b1=b2=b /√(1−sin δθ) b1 = b2 = b 0 / √ (1-sin 2 δθ)
a1=1/{(δk/2π)+(1/b1)} a1 = 1 / {(δk / 2π) + (1 / b1)}
a2=1/{(1/b2)−(δk/2π)} a2 = 1 / {(1 / b2) - (δk / 2π)}

なお、b はB方向(格子点の整列方向(異屈折率部の配列方向))に対する基準周期であり、例えば290nm程度である。 Incidentally, b 0 is the reference period for direction B (the alignment direction of the grid points (arrangement direction of the modified refractive index portions)), for example, about 290 nm.

すなわち、φは光出射端面LESに垂直な方向に対する異屈折率部の配列方向(B方向)の傾き、θ3はレーザビームの出射角、n devは半導体レーザ素子中の光の等価屈折率とし、第1及び第2駆動電極に駆動電流を供給した場合において、第1及び第2駆動電極直下の活性層の第1及び第2領域でそれぞれ発生するレーザビームの共振波長が同一となるように、第1、第2、第3及び第4周期構造(後述)において、基本並進ベクトルに沿った方向のうち一つに関して、その周期b1、b2が、√{1−sin (φ−sin −1 (sinθ3/n dev ))}に反比例する。 That, phi is the inclination of the arrangement direction of the modified refractive index portion (B direction) with respect to the direction perpendicular to the light emitting facet LES, .theta.3 the laser beam output angle, n dev the equivalent refractive index of light in the semiconductor laser element, in case of supplying the drive current to the first and second drive electrodes, so that the resonance wavelength of the laser beam generated respectively by the first and second regions of the first and second drive electrodes immediately under the active layer of the same, first, second, the third and fourth periodic structures (described later), with respect to one of the direction along the basic translation vector, its period b1, b2, √ {1- sin 2 (φ-sin -1 (sinθ3 / n dev)) is inversely proportional to}. 周期の設定を変えることで、出射角θ3を変化させることができる。 By changing the setting of the cycle, it is possible to change the output angle .theta.3.

波数ベクトルk2のレーザビームの全反射条件を満たす場合の全反射臨界角θcは、θc=sin −1 (1/n dev )で与えられ、本例の場合は、φ=18.5°、θ2>θc=17.6°である。 The total reflection critical angle .theta.c cases satisfies the total reflection condition of the laser beam of wave vector k2 is given by θc = sin -1 (1 / n dev), the case of this example, φ = 18.5 °, θ2 > is θc = 17.6 °.

図8は、複数の周期構造を有するフォトニック結晶層領域4Rを、複数有するフォトニック結晶領域群4Gの平面図である。 Figure 8 is a photonic crystal layer region 4R having a plurality of periodic structures is a plan view of a photonic crystal region group 4G plurality having. フォトニック結晶層領域4Rは、A方向に沿って整列して配置されている。 Photonic crystal layer region 4R is aligned in the A direction.

一番左のフォトニック結晶層領域4Rを領域Δ1、2番目のフォトニック結晶層領域4Rを領域Δ2、2番目のフォトニック結晶層領域4Rを領域Δ3、4番目のフォトニック結晶層領域4Rを領域Δ4、5番目のフォトニック結晶層領域4Rを領域Δ5とする。 The leftmost photonic crystal layer region 4R regions Δ1,2 th photonic crystal layer region 4R areas Δ2,2 th photonic crystal layer region 4R region Δ3,4 th photonic crystal layer region 4R the region Δ4,5 th photonic crystal layer region 4R and region .DELTA.5. 便宜上、Δ1〜Δ5は、上記周期の逆数のパラメータも示すこととする。 For convenience, Deruta1~deruta5 shall be also indicate the parameters of the inverse of the period.

領域Δ1内では、A方向に図7に示した周期a1と周期a2を満たして異屈折率部4Bが配列され、B方向に周期b2で異屈折率部4Bが配列されている。 Within region .DELTA.1, meet period a1 and the period a2 shown in FIG. 7 modified refractive index portion 4B are arranged in the direction A, the modified refractive index portions 4B at period b2 in the B direction are arranged.

同様に、領域Δ2内では、A方向に周期a1と周期a3を満たして異屈折率部4Bが配列され、B方向に周期b2で異屈折率部4Bが配列されている。 Similarly, within the region Delta] 2, the modified refractive index portions 4B are arranged satisfies the period a1 and the period a3 in the direction A, the modified refractive index portions 4B at period b2 in the B direction are arranged.

領域Δ3内では、A方向に周期a1と周期a4を満たして異屈折率部4Bが配列され、B方向に周期b2で異屈折率部4Bが配列されている。 Within region [Delta] 3, is modified refractive index portions 4B are arranged satisfies the period a1 and the period a4 in the direction A, the modified refractive index portions 4B at period b2 in the B direction are arranged.

領域Δ4内では、A方向に周期a1と周期a5を満たして異屈折率部4Bが配列され、B方向に周期b2で異屈折率部4Bが配列されている。 Within region [Delta] 4, is modified refractive index portions 4B are arranged satisfies the period a1 and the period a5 in the direction A, the modified refractive index portions 4B at period b2 in the B direction are arranged.

領域Δ5内では、A方向に周期a1と周期a6を満たして異屈折率部4Bが配列され、B方向に周期b2で異屈折率部4Bが配列されている。 Within region .DELTA.5, it is modified refractive index portions 4B are arranged satisfies the period a1 and the period a6 in the direction A, the modified refractive index portions 4B at period b2 in the B direction are arranged. 但し、a1<a2<a3<a4<a5<a6の関係を満たしている。 However, satisfy the relationship of a1 <a2 <a3 <a4 <a5 <a6.

一般式を用いて説明すると、領域ΔN(Nは自然数)が、A方向にそってNの値が小さい順番に左から右に配列されており、領域ΔN内では、A方向に周期a1と、周期a(N+1)を満たして異屈折率部4Bが配列され、B方向に周期b2で異屈折率部4Bが配列され、aN<a(N+1)を満たしている。 To explain with reference to general formula, area .DELTA.N (N is a natural number) have been arranged from the left in the order value of N is smaller along the A direction to the right, in the region .DELTA.N, the period a1 in the direction A, period a (N + 1) is modified refractive index portion 4B meets arranged, modified refractive index portions 4B at period b2 in the B direction are arranged satisfies the aN <a (N + 1).

これにより、周期の逆数の差に応じて、異なる方向にレーザビームを出射することができる。 Thus, according to the difference of the inverse of the period, it is possible to emit laser beams in different directions.

図9は、フォトニック結晶領域群4Gを有するフォトニック結晶層の平面図である。 Figure 9 is a plan view of a photonic crystal layer having a photonic crystal region group 4G.

フォトニック結晶層4内において、各領域Δ1〜Δ5は、順番にA方向に沿って配置されている。 In the photonic crystal layer 4, the regions Δ1~Δ5 are arranged along the direction A in order. 各領域Δ1〜Δ5の長手方向はB方向(駆動電極E2の長手方向)に一致している。 Longitudinal direction of each region Δ1~Δ5 are matched to the B direction (longitudinal direction of the drive electrode E2). 各駆動電極E2に、選択的に駆動電流を供給する(電極E1と特定の電極E2の間に駆動電圧を印加する)と、光出射端面LESから、それぞれ異なる方向にレーザビームが出射する(図3参照)。 Each drive electrode E2, and supplies the selectively driving current (applied to the electrode E1 of the driving voltage between the particular electrode E2), from the light emitting end face LES, the laser beam is emitted in different directions (Fig. reference 3).

図10は、基準方向(B方向)からの偏向角δθ(各フォトニック結晶領域内の周期の逆数の差に依存)に対するレーザビームの入射角及び出射角を示すグラフである。 Figure 10 is a graph showing an incident angle and exit angle of the laser beam with respect to deflection angle .delta..theta (depending on the difference between the inverse of the period of the photonic crystal region) from a reference direction (B direction).

周期の逆数の差が大きくなり、角度δθが大きくなると、入射角θ1及びθ2が大きくなり、k1ベクトルで示されるレーザビームの屈折角(出射角)が90°から0°まで減少する。 The difference of the reciprocal of the period is increased, the angle δθ increases, increases the incidence angle θ1 and θ2 is the angle of refraction of the laser beam indicated by k1 vector (output angle) is reduced to 0 ° from 90 °. φ=18.5°であり、δθは、0°から18.5°まで変化させた。 A φ = 18.5 °, δθ was varied from 0 ° to 18.5 °. 半導体レーザ素子中の光の等価屈折率n devは3.3とした。 The equivalent refractive index n dev of light in the semiconductor laser element was 3.3. 角度δθを調整することで、目的とするレーザビームの出射角は広い範囲で調整することができる。 By adjusting the angle .delta..theta, emission angle of the laser beam of interest can be adjusted over a wide range. 一方、k2ベクトルで示されるレーザビームではδθの値に拘らず、θ2は常に全反射臨界角を超えているため、常に全反射を生じ、外部には出力されない。 On the other hand, regardless of the value of δθ is a laser beam represented by k2 vector, .theta.2 since that always exceeds the total reflection critical angle, always cause total reflection, not output to the outside.

図11は、様々な形状の異屈折率部(構造体)4Bの平面図である。 Figure 11 is a plan view of various modified refractive index portion of the shape (structure) 4B.

上記では、異屈折率部4BのAB平面(XY平面)内における形状として長方形(A)のものを示したが、これは正方形(B)、楕円形又は円形(C)とすることもでき、二等辺や正三角形(D)とすることもできる。 In the above description, the intended rectangular (A) a shape in the AB plane of the modified refractive index portion 4B (XY plane), which can also be a square (B), elliptical or circular (C), It can also be a isosceles or equilateral triangle (D). また、三角形の向きとして、底辺がA方向に平行なもの(D)の他、底辺がB方向に平行なもの(E)、(D)に示す三角形を180度回転させたもの(F)とすることもできる。 Moreover, as the orientation of the triangles, other base those parallel to the direction A (D), bottom those parallel to the B direction (E), and a triangle as shown in (D) which is rotated by 180 degrees (F) it is also possible to. なお、いずれの図形も回転や寸法比率の変更を行うことができる。 Incidentally, any of the figures to change the rotation and size ratios. なお、これらの図形の配列周期は、各図形の重心間の距離を用いることができる。 The arrangement period of these shapes may be used the distance between the center of gravity of each shape.

なお、2つの周期構造を重畳させるにあたり、周期が異なることにより孔の個数に差異が生じるため、2つの周期構造による回折強度に差が生じる。 Note that when superposing two periodic structures, since the period is a difference in the number of holes by different occur, the difference in diffraction intensity due to two periodic structure results. これを低減するため、周期a1の構造に対してはA方向の形状長さをa1/b1倍し、周期a2の構造に対してはA方向の形状長さをa2/b2(=b1)倍することが効果的である。 To reduce this, with respect to the structure of the period a1 shape length of A direction a1 / b1 is multiplied by the shape length of the direction A to the structure of the period a2 a2 / b2 (= b1) times it is effective to.

なお、上述の実施形態では、駆動電極E2の数が1つの場合には、単一方向のビームのみを出力可能な半導体レーザ素子を構成する。 In the above embodiment, when the number of drive electrodes E2 is one, in a semiconductor laser device capable of outputting only a single direction of the beam. 駆動電極E2の数は、複数であれば、レーザビーム偏向装置を構成することができる。 The number of drive electrodes E2, if more, it is possible to configure the laser beam deflection apparatus.

次に、平板集光要素20について、図13を参照して詳細に説明する。 Next, the flat focusing elements 20, will be described in detail with reference to FIG. 13. 図13の(A)は、半導体レーザ素子10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。 (A) in FIG. 13 is a sectional view taken in a plane parallel to the XY plane of the semiconductor laser element 10 and the flat plate focusing elements 20. 図13の(B)は、図13の(A)内に点線で示す楕円Rb内を拡大して示す図である。 Figure 13 (B) is an enlarged view showing the inside of an ellipse Rb indicated by a dotted line in FIG. 13 (A). 図13の(C)は、図13の(A)内に点線で示す楕円Rc内を拡大して示す図である。 Figure 13 (C) is an enlarged view showing the inside of an ellipse Rc indicated by a dotted line in FIG. 13 (A). 半導体レーザ素子10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。 The semiconductor laser element 10 and the flat plate condenser element 20 is the X-coordinate is also extended in the positive region, the shape is the same as the shape X coordinates in the negative region. このため、図13では、半導体レーザ素子10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。 Therefore, in FIG. 13, of the semiconductor laser element 10 and the flat plate focusing elements 20, it is not shown the part which X-coordinate is located in the positive region.

平板集光要素20は、Z軸方向に延びる柱状のフレネルレンズである。 Flat focusing elements 20 is a columnar Fresnel lens extending in the Z axis direction. 平板集光要素20の屈折率は、X軸方向に沿って変化する。 Refractive index of the flat plate condenser element 20 varies along the X-axis direction. 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。 One surface of the flat plate focusing elements 20 is the object plane 21, the other surface is a plane 22. 半導体レーザモジュール100において、平板集光要素20は、半導体レーザ素子10の光出射端面LESに対向して配置される。 In the semiconductor laser module 100, flat focusing elements 20 is arranged opposite to the light emitting end face LES of the semiconductor laser device 10. 平面22は、光出射端面LESに対向する。 Plane 22 is opposed to the light emitting end face LES. 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。 Plane 22 may be in contact with the light emitting end face LES, it may be separated and the plane 22 and the light emitting end face LES. 図13では、平面22と光出射端面LESとが離れている場合を示している。 13 shows a case where apart the plane 22 and the light emitting end face LES.

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。 Object plane 21 is located on the side opposite to the side facing the light emitting end face LES. 対物面21は、複数(ここではN枚)の曲面21a1、21a2、・・・、21aX、・・・、21aN(以下、曲面21aと総称する)を含む。 Object plane 21 includes a plurality curved 21a1,21a2 of (where N sheets), ···, 21aX, ···, 21aN (hereinafter collectively referred to as a curved surface 21a). 対物面は、隣り合う曲面21a同士を接続する面21bを含む。 Objective surface includes a surface 21b that connects the curved surface 21a adjacent. 図13では21bがy軸と平行な場合について示したが、21bはy軸と平行でなくとも良い。 Although Figure 13, 21b is shown for the case parallel to the y-axis, 21b may not be parallel to the y-axis. 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。 A plurality of curved surfaces 21a, when viewed from the Y axis direction perpendicular to the light emitting facet LES, located side by side in the X axis direction (first direction). N枚の曲面21aは、それぞれ半導体レーザ素子10のN個のフォトニック結晶領域4Rの1つに対応するように設けられる。 N pieces of curved 21a are respectively provided so as to correspond to one of the N photonic crystal region 4R semiconductor laser device 10. 半導体レーザ素子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。 Number N of the number and the curved surface 21a of the drive electrodes E2 included in the semiconductor laser device is identical.

図13の(B)及び(C)に示すように、曲面21aの各々は、半導体レーザ素子10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。 As shown in (B) and (C) of FIG. 13, each of the curved surface 21a is in contact with the plane perpendicular f the laser beam LB incident from the semiconductor laser element 10 to the curved surface 21a. 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。 Traveling direction of the laser beam LB incident on each of the curved surface 21a is different for each curved surface 21a, the laser beam LB perpendicular to the plane f is also the angle formed with respect to the XZ plane, it is different for each curved surface 21a. 図13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。 (B) of FIG. 13 shows an enlarged curved surface 21a1 which X coordinate is placed at the position of 0. 曲面21a1には、半導体レーザ素子10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。 The curved surface 21a1, the laser beam LB is emitted from the light emitting end surface LES has traveled a flat focusing elements 20 of the semiconductor laser element 10 is incident. このレーザビームLBの進行方向は、Y軸に平行である。 The traveling direction of the laser beam LB is parallel to the Y axis. 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。 Accordingly, the curved surface 21a1 is the laser beam LB perpendicular to the plane f, i.e. in contact with the plane parallel to the XZ plane. また、図13の(C)は、X座標がXの位置に配置された曲面21aXを拡大して示している。 Further, (C) of FIG. 13 shows an enlarged curved 21aX the X-coordinate is positioned at the position of X. 曲面21aXには、半導体レーザ素子10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。 The curved surface 21AX, laser beam LB is emitted from the light emitting end surface LES has traveled a flat focusing elements 20 of the semiconductor laser element 10 is incident. 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。 The traveling direction of the laser beam LB is parallel to the XY plane at an angle θ out (X) with respect to the Y axis. 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。 Accordingly, the curved surface 21aX the laser beam LB perpendicular to the plane f, i.e. an angle θ out (X) with respect to the XZ plane, in contact with a plane parallel to the Z axis.

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2)である。 At the position X along the X axis, each curvature of the plurality of curved surfaces 21a in the active layer 3B is a direction in parallel XY plane extending radially r (X) is the following (Equation 2).

(式2)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。 In (Equation 2), n (X) is the refractive index of the flat plate focusing elements 20 at the position X. 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。 θ out (X) is the angle with respect to the normal N of the laser beam LB light emitting facet LES emitted from the objective surface 21 at position X. 0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。 f 0 is the X-axis direction of the focal length of θ out (X) = 0 flat focusing elements in the case of.

上記の(式2)の導出過程について説明する。 It will be described a procedure of deriving the above equation (2). 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3)が成立することが知られている。 A spherical one surface having a curvature radius r (X), and the other surface is flat, the refractive index of n (X), the lens focal length f (X), following (formula 3 ) it has been known to be established.
r(X)=f(X)・{n(X)−1} …(式3) r (X) = f (X) · {n (X) -1} ... (Equation 3)

図1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f 0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4)が成立する必要がある。 Referring to FIG. 1, regardless of the laser beam LB output angle theta out (X), for focusing the laser beam LB on the focal plane F at a distance f 0 from the object plane 22, the following (formula 4) it must be established.
f(X)≒f 0 /cos(θ out (X)) …(式4) f (X) ≒ f 0 / cos (θ out (X)) ... ( Equation 4)

(式4)を(式3)に代入すると、上記の(式2)が得られる。 Substituting equation (4) to (Equation 3), the equation (2) is obtained.

曲面21aの各々は、Z軸方向の曲率半径を有していない。 Each of the curved surface 21a does not have a curvature radius of the Z-axis direction. 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。 That is, line of intersection between a plane parallel with the curved surface 21a to the Z-axis, a straight line. 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。 Therefore, when cut in a plane parallel to the XY plane flat focusing elements 20, regardless of the position of the cutting plane, the cross-sectional shape of the flat focusing elements 20 are identical.

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。 A plurality of curved surfaces 21a are as those that are located on the negative side of the X-axis, the distance between the light emitting end face LES is short. すなわち、半導体レーザ素子10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。 That is, the laser beam LB incident from the semiconductor laser element 10 is normal to the light emitting facet LES, i.e. more curved 21a angle is large respect to the Y-axis direction, the distance between the light emitting end face LES is short.

本実施形態に係る半導体レーザモジュール100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。 According to the semiconductor laser module 100 according to this embodiment, the laser beam LB emitted from a plurality of regions located in the active layer 3B arranged in the X-axis direction and extends the active layer 3B parallel to the light emitting end face LES light emitting directions are different from each for emitting facet LES. 半導体レーザモジュール100が、半導体レーザ素子10の光出射端面LESに対向して配置される平板集光要素20を具備しており、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を備える。 The semiconductor laser module 100, which comprises a flat focusing elements 20 disposed opposite to the light emitting end face LES of the semiconductor laser device 10, a flat plate condenser element 20 is, the side facing the light emitting end face LES opposite an objective surface 21 in the side. 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)が上記の数式(式2)に基づいて決定される。 The object plane 21 is formed to include a plurality of curved surfaces 21a, each curvature of the plurality of curved surfaces 21a radius r (X) is determined based on the above equation (Equation 2). 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LESの焦点距離はf 0 /cos(θ out (X))となる。 Therefore, with respect to the laser beam LB emitted at an angle θ out (X) from a plurality of regions of the active layer 3B with respect to a normal to the light emitting end face LES, the focal length of the flat focusing elements LES is f 0 / become cos (θ out (X)) . したがって、平板集光要素LESによって集光される焦点と光出射端面LESとの間の距離は、θ out (X)の値によらずf 0となり、レーザビームLBは光出射端面LESから距離f 0の平面Fに集光される。 Accordingly, the distance between the focal point and the light emitting end surface LES is condensed by flat focusing elements the LES, θ out (X) f 0 becomes regardless of the value of the laser beam LB is the distance from the light emitting end face LES f 0 is focused on the plane F of. 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。 Therefore, it is possible to a constant divergence angle of the laser beam LB regardless of the direction of emission of the laser beam LB.

半導体レーザ素子10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。 The semiconductor laser laser beam LB incident from element 10 as the angle is larger curved surface 21a that forms with respect to a normal to the light emitting end face LES, the distance between the light emitting end face LES is short. 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。 Therefore, it is possible to prevent the laser beam LB passing through the curved surface 21a, a laser beam LB passing through the other curved surface 21a, interference.

複数の曲面21aの各々は、数式(式2)により決定される曲率半径に対して、収差補正のために非球面化処理されていてもよい。 Each of the plurality of curved surfaces 21a, relative to a radius of curvature which is determined by the equation (Equation 2), may be treated aspherized for aberration correction. 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。 In this case, it is possible to correct the aberration generated in the flat focusing elements 20.

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半径を有するようにしてもよい。 Each of the plurality of curved surfaces 21a may also be with vertical direction of the radius of curvature in the direction of the active layer 3B extends. 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半径を有する。 In this case, having a vertical direction of the radius of curvature in the direction the curved surface 21a is of extension of the active layer 3B. 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。 Therefore, it is possible to adjust the spread angle of the laser beam LB in the direction perpendicular to the direction in which the active layer 3B extends.

曲面21aの数Nは、半導体レーザ素子10のフォトニック結晶領域4Rの数と一致しなくてもよい。 The number N of the curved surface 21a may not match the number of the photonic crystal region 4R semiconductor laser device 10. 特に、曲面21aの数Nをフォトニック結晶領域4Rの数よりも増やしておけば、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。 In particular, if the number N of the curved surface 21a is increased than the number of photonic crystals areas 4R, by supplying current simultaneously to two adjacent drive electrodes E2, E2, and supplies current to one of the drive electrodes E2 and the direction of emission of the laser beam LB where, even when the laser beam LB is emitted current in the middle direction between the emission direction of the laser beam LB in the case of supply to the other drive electrode E2, flat focusing elements 20 There can be suitably focusing the laser beam LB.

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。 Refractive index of the flat plate focusing elements 20 n (X) has been assumed that changes along the X-axis direction, a refractive index n (X) is may also be continuously changed in accordance with the X-coordinate , it may be changed discontinuously at the position of a particular X coordinate. また、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。 Moreover, the entire flat focusing elements 20, constituted by a single material having a constant refractive index n, the refractive index n (X) may be set to be constant regardless of the X coordinate.

なお、上記では、1つのフォトニック結晶層4を用いた例について説明したが、これは2つのフォトニック結晶層4を用いて構成してもよい。 In the example described above, using a single photonic crystal layer 4, which may be constituted by using two photonic crystal layer 4.

図14は、半導体レーザ素子の縦断面図である。 Figure 14 is a longitudinal sectional view of a semiconductor laser device.

図2に示したものとの相違点は、クラッド層2と光ガイド層3A(活性層3B)との間に、第2のフォトニック結晶層4'を備えている点のみである。 It differs from the one shown in Figure 2, between the cladding layer 2 and the light guide layer 3A (active layer 3B), only that it includes a second photonic crystal layer 4 '. なお、第2のフォトニック結晶層4'は、第1のフォトニック結晶層4と同じ材料からなる基本層4A'と異屈折率部4B'とを備えている。 The second photonic crystal layer 4 'is first made of the same material as the photonic crystal layer 4 basic layer 4A' and a modified refractive index portions 4B 'and.

図2に示したフォトニック結晶層4を第1のフォトニック結晶層とすると、このフォトニック結晶層4は、図5に示した単一の周期構造を有する屈折率分布構造を有しており、第2のフォトニック結晶層4'は、図6に示した周期a2の単一の周期構造のほか、各領域内の周期がa3〜a4となるものを、A方向に並べた屈折率分布構造を有している。 The photonic crystal layer 4 shown in FIG. 2 when the first photonic crystal layer, the photonic crystal layer 4 has a refractive index distribution structure having a single periodic structure shown in FIG. 5 , the second photonic crystal layer 4 ', in addition to a single periodic structure of period a2 shown in FIG. 6, the refractive index distribution period in each region what the A3 and A4, arranged in the direction a It has a structure. すなわち、半導体レーザ素子の厚み方向から、これらのフォトニック結晶層4,4'の重なりを見ると、図8に示したものと同様に、領域Δ1〜領域Δ5が、A方向に沿って整列していることになる。 That is, the thickness direction of the semiconductor laser device, looking at the overlap of these photonic crystal layer 4,4 ', similar to that shown in FIG. 8, region Δ1~ region Δ5 is aligned along the direction A I would have. かかる構造の場合においても、各パラメータを上記のように設定することにより、図2に示した構造と同様の作用効果を得ることができる。 Also in the case of such structure, by setting the parameters as described above, it is possible to obtain the same effects as the structure shown in FIG.

なお、かかる構造を製造する場合、クラッド層2の形成後に、第1のフォトニック結晶層4と同様の製造方法を行い(但し、異屈折率部4Bが形成された時点で成長を停止する)、しかる後、この上に、光ガイド層3A以降の各層を、上述の製造方法と同様に製造すればよい。 In the case of producing such a structure, after the formation of the cladding layer 2, the same manufacturing method as the first photonic crystal layer 4 (however, to stop the growth at the time when the modified refractive index portion 4B is formed) , thereafter, on this, the optical guide layer 3A subsequent layers, may be manufactured in the similar manner as described above.

また、2つの屈折率周期構造を含む第1のフォトニック結晶層4と同一の構造の第2のフォトニック結晶層4'を、第1のフォトニック結晶層4に代えて用いた構造であっても、同様の効果を奏する。 Further, there in the first photonic crystal layer 4 second photonic crystal layer 4 of the same structure as' comprising two refractive index periodic structure, was used in place of the first photonic crystal layer 4 structure even the same effects.

以上、説明したように、上述の半導体レーザ素子は、端面発光型の半導体レーザ素子であって、基板1上に形成された下部クラッド層2と、上部クラッド層5と、下部クラッド層2と上部クラッド層5との間に介在する活性層3B(光ガイド層を含んでもよい)と、活性層3Bと上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在するフォトニック結晶層4,4'と、活性層3Bの第1領域R(1つの駆動電極E2の直下領域)に駆動電流を供給するための第1駆動電極E2と、を備え、第1駆動電極E2の長手方向は、半導体レーザ素子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、傾斜しており、フォトニック結晶層4,4'の第1領域Rに対応する領域Δ1は、周囲と屈折率が As described above, the semiconductor laser device described above, a semiconductor laser device of edge-emitting, the lower cladding layer 2 formed on the substrate 1, and the upper cladding layer 5, the lower cladding layer 2 and the upper an active layer 3B interposed between the cladding layer 5 (which may include a light guide layer), the photonic crystal layer 4, 4 interposed between at least one of the active layer 3B and the upper and lower clad layers includes a ', and the first driving electrode E2 for supplying a driving current to the first region R of the active layer 3B (the region directly under the one drive electrode E2), and the longitudinal direction of the first drive electrode E2 is a semiconductor when viewed from the thickness direction of the laser element, with respect to the semiconductor laser light emitting end face LES normal element (Y-axis) is inclined, corresponding to the first region R of the photonic crystal layer 4,4 ' region Δ1 is the ambient and the refractive index 異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第1及び第2の周期構造を有しており、第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期(a1、a2)の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第1駆動電極E2の長手方向(B方向)に対して所定の角度(δθ)を成す2つのレーザビームが半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの一方のみは、全反射条件を満たすように設定され、他方の屈折角θ3は90度未満となるように設定されることを特徴とする。 Array period of different modified refractive index portions have different first and second periodic structure to each other, according to the difference of the reciprocal of each of the array period of the first and second periodic structures (a1, a2) Te, semiconductor when the laser is viewed from the thickness direction of the element, the two laser beams forming a prescribed angle (.delta..theta) to the longitudinal direction (B direction) of the first drive electrode E2 is generated in the semiconductor laser element, these only one of the laser beam is set so as to satisfy the total reflection condition, the other refraction angle θ3 is characterized in that it is set to be less than 90 degrees.

すなわち、端面発光型のレーザ素子において、第1駆動電極E2への駆動電流の供給による発光に関して、レーザ素子内部における一方のレーザビームの光出射端面への入射角θを全反射臨界角以上とすることで、当該レーザビームが外部に出力されないようにすることができる。 That is, in the laser device of the end face emission type, with respect to light emission by the supply of the drive current to the first drive electrode E2, the incident angle θ of the light emitting end face of one of the laser beam inside the laser element and the total reflection critical angle or more it is may be the laser beam from being output to the outside. 他方のレーザビームの屈折角θ3は、90度未満であるため、当該レーザビームは光出射端面を介して外部に出力することができる。 Refraction angle θ3 of the other laser beam, since less than 90 degrees, the laser beam can be output to the outside via the light emitting facet.

また、本発明の態様に係る半導体レーザ素子は、活性層3Bの第2領域R(2番目の駆動電極E2の直下の領域)に駆動電流を供給するための第2駆動電極E2を更に備え、第2駆動電極E2の長手方向(B方向)は、半導体レーザ素子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、傾斜しており、フォトニック結晶層の前記第2領域に対応する領域Δ2は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに第3及び第4の周期構造を有しており、前記第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期(a1,a3)の逆数の差分に応じて、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、第2駆動電極E2の長手方向に対して所定の角度δθを成す2つのレーザビームが半導体レーザ The semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention further comprises a second drive electrode E2 for supplying a driving current to the second region R of the active layer 3B (a region directly under the second drive electrode E2), longitudinal direction of the second drive electrode E2 (B direction), when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, with respect to a normal to the light emitting end face LES of the semiconductor laser element (Y-axis) is inclined, region Δ2 corresponding to the second region of the photonic crystal layer has a third and fourth periodic structure array period of the modified refractive index portion having a refractive index different from the surrounding each other, the third and according to the difference of the reciprocal of each of the array period (a1, a3) in 4 of the periodic structure, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser device, the predetermined angle δθ to the longitudinal direction of the second drive electrode E2 two laser beams is a semiconductor laser serving 子内部で生成され、これらのレーザビームの一方のみは、光出射端面において全反射するように設定され、他方の屈折角θ3は90度未満となるように設定され、第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの配列周期(a1,a2)の逆数の差分は、第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの配列周期(a1,a3)の逆数の差分とは異なる。 Generated by the child inside, only one is of the laser beam, is set to total reflection at the light emitting end face, the other refraction angle θ3 is set to be less than 90 degrees, the first and second periods difference of the reciprocal of each sequence period in the structure (a1, a2) are different from the third and fourth inverse of the difference of each sequence period in the periodic structure (a1, a3).

端面発光型のレーザ素子において、第2駆動電極E2への駆動電流の供給による発光に関して、レーザ素子内部における一方のレーザビームの光出射端面への入射角を全反射臨界角以上とすることで、当該レーザビームが外部に出力されないようにすることができる。 In the laser device of the edge-emitting, with respect to light emission by the supply of the drive current to the second drive electrode E2, by the incident angle of the light emitting end face of one of the laser beam inside the laser element and the total reflection critical angle or more, the laser beam can be prevented from being output to the outside. 他方のレーザビームの屈折角は、90度未満であるため、当該レーザビームは光出射端面を介して外部に出力することができる。 Refraction angle of the other laser beam, since less than 90 degrees, the laser beam can be output to the outside via the light emitting facet.

なお、左から3番目以降の駆動電極E2に関しても同様の作用効果がある。 Incidentally, the same actions and effects with regard driving electrode E2 of the third and subsequent left.

ここで、それぞれの駆動電極に対応するフォトニック結晶層4,4'内の領域では、異屈折率部4Bの配列周期の逆数の差(出射方向決定因子)が異なる。 Here, in the region of the photonic crystal layer 4, 4 'corresponding to each of the drive electrodes, the difference between the reciprocal of the array period of the modified refractive index portion 4B (emission direction determinants) are different. この差の値は、レーザビームの出射方向を決定する。 The value of this difference determines the emission direction of the laser beam. したがって、双方の領域において、この差(出射方向決定因子)の値が異なるため、レーザビームの出射方向は、第1駆動電極E2に対応する領域Δ1と、第2駆動電極E2に対応する領域Δ2では異なることとなる。 Thus, in both regions, the value of the difference (emitting direction determinants) are different, the direction of emission of the laser beam, the area Δ1 corresponding to the first drive electrode E2, region corresponding to the second drive electrode E2 Delta] 2 In a different thing. それぞれの領域で発生する一対のレーザビームのうち、一方は全反射臨界角以上で光出射端面に入射するため、外部には出射されない。 A pair of laser beams generated in each region, one for entering the light emitting end face by total reflection critical angle or more, is not emitted to the outside. したがって、各駆動電極への駆動電流の供給を切り替えることにより、異なる方向に1方向のレーザビームのみを出力することができるようになる。 Therefore, by switching the supply of the drive current to the drive electrodes, it is possible to output only one direction of the laser beam in different directions.

なお、本実施例では周期の異なるフォトニック結晶としてA方向とB方向の周期が(b1,b1)の正方格子をベースとし、第1周期構造として周期が(a1,b1)の長方格子、第2周期構造として周期が(a2,b1)の長方格子の場合について説明したが、もちろん三角格子をベースとしてA方向の周期を互いに異ならせた構造を用いても良い。 The period of the A direction and the B direction different photonic crystal periodicity is in this embodiment a square lattice of (b1, b1) based, rectangular lattice periodicity as a first periodic structure (a1, b1), has been described cycle as the second periodic structure is rectangular lattice of (a2, b1), may of course be used a structure having different each other period of a direction a triangular lattice as a base.

図15は、図4に示した平面図の天地を反転させ、出射されるビームの屈折角θ3を若干変更して示した素子内部の平面図である。 Figure 15 inverts the top and bottom of the plan view shown in FIG. 4 is a plan view of the internal elements shown in slightly modified refraction angle θ3 of the beam emitted. 図4においても同様である。 The same applies to FIG.

xyz直交座標系は、XYZ直交座標系をZ軸の周りに角度+φだけ回転させた座標系であり、+x方向は+A方向に一致し、+y方向は−B方向に一致する。 xyz orthogonal coordinate system is a coordinate system obtained by rotating the XYZ orthogonal coordinate system about the Z-axis by an angle + phi, + x direction coincides with + A direction, + y direction corresponds to the -B direction. フォトニック結晶の孔のパターンの配列は、光出射端面に対して角度φだけ傾斜している。 Arrangement of the pattern of the photonic crystal holes is inclined by an angle φ with respect to the light emitting facet. 図示のように、波数ベクトルk2の反射方向(波数ベクトルk2'のレーザビーム進行方向)と光出射端面LESの成す角度をθ2'、波数ベクトルk1のレーザビームの反射方向(波数ベクトルk1'のレーザビーム進行方向)と光出射端面LESとの成す角度をθ3'とする。 As shown, the laser reflection direction of wave vector k2 'and the angle between the light emitting end face LES .theta.2 (laser beam traveling direction of the wave vector k2)', reflection direction of the laser beam wave vectors k1 (wave vector k1 ' the angle formed between the beam traveling direction) and the light emitting end face LES and .theta.3 '.

上述の実施形態では、素子から出射されるレーザビーム数が1本となるように、波数ベクトルk2のレーザビームに関しては、光出射端面LESにおいて全反射されるように、設定した。 In the above embodiment, as the laser beam number that is emitted from the element is one, with respect to the laser beam of wave vector k2, as is totally reflected at the light output end face LES, was set. しかしながら、このレーザビームのパワーを、素子内部において再利用することができれば、電気エネルギーからレーザビームへのエネルギー変換効率が高くなるものと考えられる。 However, the power of the laser beam, if it is possible to reuse the internal element, the energy conversion efficiency from electrical energy to the laser beam is considered to be high. そこで、反射したレーザビームY2'を内部で再利用できる条件について、検討する。 Therefore, conditions that can be reused reflected laser beam Y2 'internally discussed. なお、波数ベクトルk1、k2、k3、k4、k1'、k2'に対応するレーザビーム(主要光波とする)を、それぞれY1、Y2、Y3、Y4、Y1'、Y2'とし、これらは光波のベクトルも示しているものとする。 Incidentally, the wave number vector k1, k2, k3, k4, k1 ', k2' laser beams corresponding to (a main light wave), respectively Y1, Y2, Y3, Y4, Y1 ', Y2' and, these light waves shall also shows vector. また、X軸と主要光波Y4との成す角度をθt、X軸と主要光波Y3との成す角度をθrとする。 Further, the angle formed between the X axis and the main light wave Y4 [theta] t, and the angle between the main optical wave Y3 and X-axis [theta] r.

各パラメータθt、θr、θ2'、θ3'は、以下の関係式を満たしている。 Each parameter θt, θr, θ2 ', θ3' satisfies the following relational expression. なお、β 、β 、β はそれぞれ、B方向における基本逆格子ベクトル、第1周期構造のA方向における基本逆格子ベクトル、第2周期構造のA方向における基本逆格子ベクトルを意味するものとし、β =2π/b1(=b2)、β =2π/a1、β =2π/a2、Δβ=β −β 、α=β /Δβとする。 Incidentally, beta 0, beta 1, respectively beta 2 is intended to mean basic reciprocal lattice in the direction B, the basic reciprocal lattice in the A direction of the first periodic structure, the primitive reciprocal lattice vectors in A direction of the second periodic structure and, β 0 = 2π / b1 ( = b2), β 1 = 2π / a1, β 2 = 2π / a2, Δβ = β 2 -β 1, and α = β 0 / Δβ.

角度θrについて説明すると、図16に示すように、xy座標系において、原点OからP点(βx,βy)に向かうベクトルが、x軸と成す角度θβ=tan −1 (βy/βx)で与えられる。 Referring to the angle [theta] r, as shown in FIG. 16, in the xy coordinate system, P point from the origin O (.beta.x, [beta] y) is a vector directed to provide an angle .theta..beta = tan -1 formed with the x-axis ([beta] y / .beta.x) It is. ここで、θtはθβにおいて、βx=(1/2)×Δβ、βy=β として、角度φを加えた場合であるから、(式5)で与えられる。 Here, [theta] t in θβ, βx = (1/2) × Δβ, as [beta] y = beta 0, since it is the case of adding the angle phi, is given by (Equation 5). 残りのパラメータも同様に計算され、(式6)〜(式8)で与えられる。 The remaining parameters are also calculated similarly, given by Equation (6) to (8).
θt=tan −1 (2α)+φ …(式5) θt = tan -1 (2α) + φ ... ( Equation 5)
θr=180°−tan −1 (2α)+φ …(式6) θr = 180 ° -tan -1 (2α ) + φ ... ( Equation 6)
θ2'=tan −1 (2α)−φ …(式7) θ2 '= tan -1 (2α) -φ ... ( Equation 7)
θ3'=180°−tan −1 (2α)−φ …(式8) θ3 '= 180 ° -tan -1 ( 2α) -φ ... ( Equation 8)

何らの付加的な構造が存在しない場合、全反射した主要光波Y2'が、レーザ光共振に寄与するためには、主要光波Y2'の角度θ2'と角度θtが一致する必要がある(θ2'=θt)。 If the any of the additional structure not present, the total reflected main light wave Y2 'is, in order to contribute to the laser beam resonance, primary light wave Y2' angle .theta.2 'and angle θt must match (.theta.2' = θt). この場合、φ=0となる。 In this case, the φ = 0. また、反射した主要光波Y1'の角度θ3'と角度θrが一致する必要がある(θ3'=θr)。 Further, the angle [theta] r 'angle .theta.3 of' primary light wave Y1 reflected must match (θ3 '= θr). この場合、φ=0となる。 In this case, the φ = 0. 一方、2つの主要光波Y1,Y2のうち、一方を全反射させるためには、φ≠0である必要がある。 On the other hand, of the two main optical wave Y1, Y2, in order to totally reflect one needs a phi ≠ 0. したがって、出力されるビーム数を1本となるように全反射を行った場合には、光出射端面にて反射した主要光波をレーザ光共振に有効に寄与させることはできない。 Therefore, when performing total reflection of the beam number output so that one can not be the main light wave reflected by the light-emitting end face contribute effectively to the laser optical resonance.

したがって、反射光を利用可能な付加的な構造について検討する。 Thus, consider the additional structure available reflected light.

図17は、xy座標系における主要光波の向きを示すグラフである。 Figure 17 is a graph showing the orientation of the main light waves in the xy coordinate system. xy座標系におけるx軸は、X軸に対して角度φだけ回転している。 x-axis in the xy coordinate system is rotated by an angle φ with respect to the X axis.

反射光としての主要光波Y2'を、共振に供する主要光波Y4に一致させるためには、光波Y2'の向きを角度2φだけ回転させればよい。 Main light wave Y2 as reflected light 'a, in order to match the main light wave Y4 subjected to resonance, the lightwave Y2' may be rotated to the orientation of the angle 2 [phi. xy座標系における主要光波Y4を示すベクトルの先端P4の座標は(Δβ/2,β )であり、主要光波Y2'を示すベクトルの先端P2'の座標は、これを−2φだけ回転した座標である。 The coordinates of the distal end P4 of the vector showing the main light wave Y4 in the xy coordinate system (Δβ / 2, β 0) are the coordinates of the 'tip P2 of the vector indicating the' main optical wave Y2 are coordinates which was rotated by -2φ it is.

一方、XY座標系においては、xy座標系のベクトルY4(先端P4)の座標(Δβ/2,β )は、これを+φだけ回転した座標(XA,YA)に変換され、ベクトルY2'の座標は、xy座標系のベクトルY4の座標を−φだけ回転した座標(XB,YB)に変換される。 On the other hand, in the XY coordinate system, the coordinates of the vector in the xy coordinate system Y4 (tip P4) (Δβ / 2, β 0) is converted thereto in the + phi only rotated coordinates (XA, YA), the vector Y2 ' coordinates are transformed to the coordinates of the vector Y4 of the xy coordinate system -φ only rotated coordinates (XB, YB) on.
(XA,YA)=(Δβcosφ/2−β sinφ,Δβsinφ/2+β cosφ) …(式9) (XA, YA) = (Δβcosφ / 2-β 0 sinφ, Δβsinφ / 2 + β 0 cosφ) ... ( Equation 9)
(XB,YB)=(Δβcosφ/2+β sinφ,−Δβsinφ/2+β cosφ) …(式10) (XB, YB) = (Δβcosφ / 2 + β 0 sinφ, -Δβsinφ / 2 + β 0 cosφ) ... ( Equation 10)

ベクトルΔYに等しい逆格子ベクトルが存在すれば、主要光波Y2'が主要光波Y4に結合する。 If there is reciprocal lattice equal to the vector [Delta] Y, the main light wave Y2 'is attached to the main light wave Y4. すなわち、ベクトルY2'に、ベクトルΔYを加えれば、ベクトルY4となる。 That is, the vector Y2 ', be added to the vector [Delta] Y, the vector Y4. ベクトルΔYは以下のように表され、このベクトルΔYに等しい逆格子ベクトルを有する新たな周期構造を付加的に採用すれば、全反射した光波Y2'を共振に寄与させることができる。 Vector ΔY is expressed as follows, by employing a new periodic structure having a reciprocal lattice equal to this vector ΔY additionally, it is possible to contribute to the resonance of the light wave Y2 'totally reflected.
ΔY=(XA−XB,YA−YB)=(−2β sinφ,Δβsinφ) ΔY = (XA-XB, YA -YB) = (- 2β 0 sinφ, Δβsinφ)

なお、この新たな周期構造は、異屈折率部がストライプ状に配置されていることが好ましい。 Incidentally, this new periodic structure is preferably modified refractive index portions are arranged in stripes. ストライプ状の周期構造は、光結合係数の異方性が高く、共振状態のY1,Y2が受ける影響を小さくすることができる。 Periodic structure like stripes, high anisotropy of the optical coupling coefficient, it is possible to reduce the Y1, Y2 receives influence of resonance.

図18は、活性層3B内の主要光波について説明する素子内部の平面図である。 Figure 18 is a plan view of the internal elements that describe the main optical wave in the active layer 3B.

XY平面と光出射端面LESとの交線はX軸に一致している。 Line of intersection between the XY plane and the light emitting end face LES are matched to the X-axis. 上述のベクトルΔYが存在する場合には、座標P2'に先端がある光波Y2'の波数ベクトルは座標P4に先端がある光波Y4の波数ベクトルに変換される。 When the above-mentioned vector ΔY is present, the wave number vector of 'light wave Y2 there is tip' coordinate P2 is converted to the wave vector of the light wave Y4 in the tip to the coordinates P4. ベクトルΔYに垂直な直線をLとする。 The straight line perpendicular to L in the vector [Delta] Y. 新たな周期構造は、活性層3B内において、光波が直線Lに垂直な方向に進行するように設定すればよい。 New periodic structure, in the active layer 3B, the light wave may be set to proceed in a direction perpendicular to the straight line L. 活性層3B内の光波の進行方向を制御するため、これに光学的に結合している回折格子層のパターンを制御する。 To control the traveling direction of the light wave in the active layer 3B, to control the pattern of the diffraction grating layer bonded thereto optically. 上述の図14においては、上下のフォトニック結晶層(回折格子層)4,4'を備えることとした。 14 described above, it was decided to include the top and bottom of the photonic crystal layer (diffraction grating layer) 4, 4 '. このような構造の場合において、上述の全反射を達成するフォトニック結晶層を上部の回折格子層4内に作製し、反射光を共振に利用するための上記新たな周期構造を回折格子層4'内に作製することができる(もちろん、これらの周期構造はどちらか一方、或いは両方の層に重畳して作製してもよい)。 In the case of such a structure, to produce a photonic crystal layer to achieve a total reflection above the top of the diffraction grating layer 4, the new periodic structure for utilizing the reflected light in the resonant grating layer 4 can be made in '(of course, it may be made of these periodic structures superimposed on either or both layers).

図19(A)は、上記ベクトルΔYを与える周期構造を有する回折格子層4'の平面図であり、図19(B)は、そのXZ平面内の断面図である。 19 (A) is a plan view of the diffraction grating layer 4 'having a periodic structure that gives the vector [Delta] Y, FIG. 19 (B) is a sectional view in the XZ plane.

回折格子層4'は、XY平面内において、直線Lに沿ってストライプ状に延びた基本層4A'と異屈折率部4B'とを備えており、これらの屈折率は異なっている。 Diffraction grating layer 4 ', in the XY plane, the base layer 4A extending in stripes along the line L' and has a different refractive index portion 4B ', these refractive index is different. 異屈折率部4B'は、周期的に基本層4A'内に埋め込まれている。 Modified refractive index portions 4B 'periodically base layer 4A' are embedded in. これにより、回折格子層4'内に、ストライプ状の周期的屈折率分布構造が形成され、ΔYの方向に光波は進行させる回折格子層として機能する。 Thus, the diffraction grating layer 4 'in the periodic refractive index distribution structure of the stripe is formed, the light wave in the direction of ΔY functions as a diffraction grating layer to proceed. 直線Lに垂直な方向に沿った基本層4A'の幅がこの周期構造の周期Λに対して占める割合を変化させることにより、本ストライプ状周期的屈折率分布構造による回折の強度を変化させることが出来る。 By width of the base layer 4A 'along a direction perpendicular to the straight line L changes the ratio with respect to the period Λ of the periodic structure, varying the intensity of diffraction by the stripe-shaped periodic refractive index distribution structure It can be. 逆格子空間におけるΔYの逆格子ベクトルの長さL2、周期Λ、直線LとX軸との成す角度θは、以下のように与えられる。 The length of the reciprocal lattice of ΔY in reciprocal space L2, the period lambda, the angle formed between the straight line L and the X-axis theta, given as follows.

L2={(2β sinφ) +(Δβsinφ) 1/2 …(式11) L2 = {(2β 0 sinφ) 2 + (Δβsinφ) 2} 1/2 ... ( Equation 11)
Λ=2π/L2 Λ = 2π / L2
=1/{(2sinφ/a +((1/a II −1/a )sinφ) 1/2 …(式12) = 1 / {(2sinφ / a y) 2 + ((1 / a II -1 / a I) sinφ) 2} 1/2 ... ( Equation 12)
θ=θt−φ θ = θt-φ
=tan −1 (2α) = Tan -1 (2α)
=tan −1 {(2/a )/(1/a II −1/a )} …(式13) = Tan -1 {(2 / a y) / (1 / a II -1 / a I)} ... ( Equation 13)

なお、β =2π/a 、β =2π/a 、β =2π/a IIであり、a はB方向の周期、a は第1周期構造のA方向の周期、a IIは第2周期構造のA方向の周期を示している。 Incidentally, β 0 = 2π / a y , β 1 = 2π / a I, a β 2 = 2π / a II, a y is the period of the B direction, a I is A direction of the period of the first periodic structure, a II denotes the a direction of the period of the second periodic structure.

図20は、レーザビーム出射角(屈折角)θ3と、ストライプの角度θ、周期Λの関係を示すグラフであり、図21は、このグラフに用いられるデータを示す図表である。 Figure 20 includes a laser beam emitting angle (refraction angle) .theta.3, the angle of stripe theta, a graph showing the relationship between the period lambda, FIG. 21 is a table showing the data used in this graph. θ(°)のデータの縦軸はグラフの左側に示し、Λ(nm)のデータの縦軸はグラフの右側に示す。 Ordinate data theta (°) is shown on the left side of the graph, the vertical axis of the data lambda (nm) is shown on the right side of the graph.

レーザビームの出射角θ3が大きくなるにつれて、ストライプの角度θは増加し、周期Λは小さくなることが分かる。 As emission angle θ3 of the laser beam is increased, the angle θ of the stripe increased, the period Λ is can be seen that small. 同グラフでは、角度θ3を0°から70°まで増加させた場合に、角度θは84.27°から89.54°まで増加し、周期Λは486.08nmから463.43nmまで減少しているが、現実的に実施可能な数値範囲内に収まっている。 In the graph, the case of increasing the angle θ3 to 70 ° from 0 °, the angle θ was increased to 89.54 ° from 84.27 °, the period Λ has decreased from 486.08nm to 463.43nm but it is within practically feasible value range.

なお、図14において、全反射用の周期パターンを双方のフォトニック結晶層4,4'内に作製している場合には、これらとは別に、上記ΔYを与える新たな周期構造の回折格子層4”(構造は図19の場合の回折格子層4'と同一)を、上部クラッド層5と回折格子層4との間に作製することができる(図22(A))。或いは、上記ΔYを与える新たな周期構造の回折格子層4”(構造は図19の場合の回折格子層4'と同一)を下部クラッド層2と回折格子層4'との間に形成すればよい(図22(B))。 In FIG. 14, when the periodic pattern for total reflection are made in both of the photonic crystal layer 4, 4 'in the Apart from these, the diffraction grating layer of a new periodic structure giving the ΔY 4 "(structure identical to the diffraction grating layer 4 'in the case of FIG. 19) can be produced between the upper cladding layer 5 and the diffraction grating layer 4 (FIG. 22 (a)). Alternatively, the ΔY diffraction grating layer 4 "of a new periodic structure giving the (structure grating layer 4 in the case of FIG. 19 may be formed between the 'identical to) the and the lower clad layer 2 diffraction grating layer 4' (FIG. 22 (B)). このように、上記例では、全反射臨界角条件を満たすことで、光出射端面によって反射されたレーザビームを、活性層内部で共振するレーザビームに結合させ、共振に寄与させる回折格子構造(図19、図22の回折格子層)を更に備えている。 Thus, in the above example, by the total reflection critical angle condition is satisfied, the laser beam reflected by the light emitting end face, is coupled to the laser beam resonating in the inner active layer, a diffraction grating structure to contribute to the resonance (Fig. 19, further includes a diffraction grating layer) in FIG. 22. この場合、エネルギー利用効率が高くなる。 In this case, the energy utilization efficiency is increased.

図23は、様々な周期構造を有するフォトニック結晶層4の平面図である。 Figure 23 is a plan view of a photonic crystal layer 4 having a different periodic structures. いずれのフォトニック結晶層4においても、基本層4A内に周期的に異屈折率部4Bが埋め込まれている。 In any of the photonic crystal layer 4, periodically modified refractive index portions 4B are embedded in the base layer 4A. 図23(A)には正方格子、図23(B)には長方格子、図23(C)には三角格子、図23(D)には面心長方格子が示されている。 Square lattice in FIG. 23 (A), has been shown face-centered rectangular lattice in a triangular lattice, FIG. 23 (D) is a grid, FIG. 23 (C) Nagakata in FIG 23 (B). 上述のように、フォトニック結晶層4においては、周期の異なる2つの周期構造を1つのフォトニック結晶層4内に重畳して含むか、或いは、2つのフォトニック結晶層4,4'内にそれぞれ含ませて平面視において重畳させる構成を採用する。 As described above, in the photonic crystal layer 4, it comprises or by superimposing two periodic structures with different periods one photonic crystal layer 4, or the two photonic crystal layer 4,4 'in moistened respectively to adopt a configuration that superimposes in a plan view. これらの図では、重畳前の各周期構造の例を示しており、2種類の周期構造を、それぞれの基本並進ベクトル(矢印で示す)の向きが一致するように重ねて配置する。 In these figures, it shows an example of the periodic structure before superposition, the two kinds of periodic structure, the orientation of each primitive translation vectors (indicated by arrows) are arranged to overlap so as to coincide.

詳細には、図23(A)のフォトニック結晶層4では、正方格子の格子点位置に、異屈折率部4Bが配置されている。 Specifically, in the photonic crystal layer 4 in FIG. 23 (A), the lattice point position of a square lattice, the modified refractive index portion 4B is disposed. 正方格子は、正方形を隙間無く並べてできる形状であり、1つの格子を構成する正方形の一方の辺の長さaは、他方の辺の長さbに等しい。 Tetragonal lattice has a shape that can be arranged without clearance a square, the length a of one side of the square constituting the one lattice is equal to the length b of the other side. 換言すれば、異屈折率部4Bの横方向の配列周期aは、縦方向の配列周期bに等しい。 In other words, the array period a lateral modified refractive index portion 4B is equal to the longitudinal direction of the arrangement period b. ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。 Here, in the drawing arrows represent primitive translation vectors of the lattice. これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。 Even only pattern integer multiple linear sum of these primitive translation vectors is translated, it overlaps the original pattern. すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。 That is, in this lattice system has translational symmetry defined by the primitive translation vectors.

図23(B)のフォトニック結晶層4では、長方格子の格子点位置に、異屈折率部4Bが配置されている。 In the photonic crystal layer 4 in FIG. 23 (B), the grid point positions rectangular lattice, modified refractive index portion 4B is disposed. 縦横の長さの異なる長方格子は、長方形を隙間無く並べてできる形状であり、1つの格子を構成する長方形の一方の辺の長さaは、他方の辺の長さbとは異なる。 Different lengths rectangular lattice aspect has a shape that can be arranged without clearance a rectangle, the length a of one side of the rectangle constituting the one lattice is different from the length b of the other side. 換言すれば、異屈折率部4Bの横方向の配列周期aは、縦方向の配列周期bとは異なる。 In other words, the array period a lateral modified refractive index portion 4B is different from the longitudinal direction of the arrangement period b. ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。 Here, in the drawing arrows represent primitive translation vectors of the lattice. これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。 Even only pattern integer multiple linear sum of these primitive translation vectors is translated, it overlaps the original pattern. すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。 That is, in this lattice system has translational symmetry defined by the primitive translation vectors.

図23(C)のフォトニック結晶層4では、三角格子の格子点位置に、異屈折率部4Bが配置されている。 In the photonic crystal layer 4 in FIG. 23 (C), the lattice point of the triangular lattice, the modified refractive index portion 4B is disposed. 三角格子は、三角形を隙間無く並べてできる形状であり、1つの格子を構成する三角形の底辺の長さをa、高さをbとする。 Triangular lattice has a shape that can be arranged without gaps triangle, the length of the base of the triangle constituting one grid a, and the height b. 三角形が正三角形である場合には、底辺の長さaは換言すれば、異屈折率部4Bの横方向の配列周期aは、縦方向の配列周期bはaの√2倍となる。 If the triangle is equilateral triangle, in other words the length a of the base, the array period a lateral modified refractive index portions 4B are arrangement period b in the vertical direction is √2 times of a. ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。 Here, in the drawing arrows represent primitive translation vectors of the lattice. これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。 Even only pattern integer multiple linear sum of these primitive translation vectors is translated, it overlaps the original pattern. すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。 That is, in this lattice system has translational symmetry defined by the primitive translation vectors.

図23(D)のフォトニック結晶層4では、面心長方格子の格子点位置に、異屈折率部4Bが配置されている。 In the photonic crystal layer 4 in FIG. 23 (D), the lattice point position of a face-centered rectangular lattice, modified refractive index portion 4B is disposed. 面心長方格子は、長方格子の各格子内の中央位置に付加的に格子点を備える格子であり、長方格子自体は長方形を隙間無く並べてできている。 Face-centered rectangular lattice is a lattice comprising an additional lattice points in a central position within the lattice of the rectangular lattice, rectangular lattice itself are made side by side without gaps rectangle. ここで、図中矢印は格子の基本並進ベクトルを表している。 Here, in the drawing arrows represent primitive translation vectors of the lattice. これら基本並進ベクトルの整数倍の線形和だけパターンを平行移動させても、元のパターンと重なる。 Even only pattern integer multiple linear sum of these primitive translation vectors is translated, it overlaps the original pattern. すなわち、この格子系ではこの基本並進ベクトルで規定される並進対称性を有している。 That is, in this lattice system has translational symmetry defined by the primitive translation vectors.

なお、上述のように、A軸はX軸に対して傾斜しており、これらは平行ではない。 Note that, as described above, A-axis is tilted with respect to the X axis, which are not parallel. 換言すれば、図2〜図12及び図14〜図23において説明したフォトニック結晶層4は、いずれにおいても、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、フォトニック結晶層4における異屈折率部4Bは、その格子構造の格子点位置に配置されており、格子構造の基本並進ベクトル(A軸、B軸)の方向は、光出射端面LES(図4参照)に平行な方向(X軸)とは異なっている。 In other words, the photonic crystal layer 4 described in FIGS. 12 and 14 to 23, in any case, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, the modified refractive index portions in the photonic crystal layer 4 4B is disposed at the lattice point positions of the lattice structure, primitive translation vectors of the lattice structure (a axis, B axis) direction of the light emitting end face LES parallel direction (X axis) (see FIG. 4) It is different from that. この場合、傾きを一定以上にすることで一方のレーザビームが全反射臨界角条件を満たすことができる。 In this case, the laser beam of one by the inclination above a certain level can be total reflection critical angle condition is satisfied.

また、フォトニック結晶層の格子構造は、その厚み方向から見た場合、正方格子と長方格子、長方格子と長方格子、三角格子と面心長方格子、面心長方格子と面心長方格子など、正方格子、長方格子、三角格子、又は、面心長方格子の組み合わせにより構成していることができる。 The lattice structure of the photonic crystal layer, when viewed from the thickness direction, the square lattice and a rectangular lattice, a rectangular lattice and a rectangular lattice, a triangular lattice and a face-centered rectangular lattice, face-centered rectangular lattice and surface such as heart rectangular lattice, square lattice, rectangular lattice, a triangular lattice, or can constitute a combination of a face-centered rectangular lattice. つまり、上記に示した1つの格子に対して、ある一方向に関してピッチが異なる格子を組み合わせて構成することが出来る。 That is, for one lattice shown above, it is possible to pitch in one direction is formed by combining different lattice.

上述の正方格子(図23(A))と、長方格子(図23(B))を重畳させる場合、フォトニック結晶層4(或いは4,4')には正方格子及び長方格子の結晶構造が含まれていることとなり、正孔格子の一方の軸方向の周期をa1、この一方の軸に直交する軸方向の周期をb1、長方格子の一方の軸方向の周期をa2、この一方の軸に直交する軸方向の周期をb2とした場合、a1=b1、a1≠a2、b1=b2を満たすことができる。 A square lattice described above (FIG. 23 (A)), if the superposing rectangular lattice (FIG. 23 (B)), the photonic crystal layer 4 (or 4,4 ') of the square lattice and Nagakata crystal lattice it and will contain structure, one cycle of axial hole grid a1, the period of the axial direction perpendicular to the axis of the one b1, one cycle of axial of rectangular lattice a2, the the period of the axial direction perpendicular to the one axis when a b2, it is possible to satisfy a1 = b1, a1 ≠ a2, b1 = b2. この場合、フォトニック結晶層面内には互いに直交しない斜め光波による定在波状態が形成され、この斜め光波が互いに成す角度がa1とa2の差分に応じて変化するという効果がある。 In this case, the photonic crystal layer plane is the standing wave state formed by oblique light waves that is not orthogonal to each other, the angle formed by the oblique light wave forms to each other there is an effect that varies according to a difference a1 and a2.

また、2つの長方格子(図23(B))を重畳させる場合、フォトニック結晶層4(或いは4,4')には第1及び第2の長方格子の結晶構造が含まれており、第1の長方格子の一方の軸方向の周期をa1、この一方の軸に直交する軸方向の周期をb1、第2の長方格子の一方の軸方向の周期をa2、この一方の軸に直交する軸方向の周期をb2とした場合、a1≠a2、b1=b2を満たすことができる。 In addition, when superposing two rectangular lattice (FIG. 23 (B)), the photonic crystal layer 4 (or 4,4 ') includes a crystal structure of the first and second rectangular lattice , one cycle of axial first rectangular lattice a1, the period of the axial direction perpendicular to the axis of the one b1, one cycle of axial second rectangular lattice a2, of the one If the period of the axial direction perpendicular to the axis was b2, it is possible to satisfy a1 ≠ a2, b1 = b2. この場合、フォトニック結晶層面内には互いに直交しない斜め光波による定在波状態が形成され、この斜め光波が互いに成す角度がa1とa2の差分に応じて変化するという効果がある。 In this case, the photonic crystal layer plane is the standing wave state formed by oblique light waves that is not orthogonal to each other, the angle formed by the oblique light wave forms to each other there is an effect that varies according to a difference a1 and a2.

また、2つの面心長方格子(図23(D))を重畳させる場合、フォトニック結晶層4(或いは4,4')には、第1及び第2の面心長方格子の結晶構造が含まれており、第1の面心長方格子の一方の軸方向の周期をa1、この一方の軸に直交する軸方向の周期をb1、第2の面心長方格子の一方の軸方向の周期をa2、この一方の軸に直交する軸方向の周期をb2とした場合、a1≠a2、b1=b2を満たすことができる。 In addition, when superposing two face-centered rectangular lattice (FIG. 23 (D)), the photonic crystal layer 4 (or 4,4 '), the first and second face-centered rectangular lattice crystal structure are included, one cycle of axial first face-centered rectangular lattice a1, the period of the axial direction perpendicular to the axis of the one b1, one axis of the second face-centered rectangular lattice the direction of the period a2, the cycle of the axial direction perpendicular to the axis of the one case of a b2, it is possible to satisfy a1 ≠ a2, b1 = b2. この場合、フォトニック結晶層面内には互いに直交しない斜め光波による定在波状態が形成され、この斜め光波が互いに成す角度がa1とa2の差分に応じて変化するという効果がある。 In this case, the photonic crystal layer plane is the standing wave state formed by oblique light waves that is not orthogonal to each other, the angle formed by the oblique light wave forms to each other there is an effect that varies according to a difference a1 and a2.

一方の面心長方格子は、三角格子とすることができる。 One face-centered rectangular lattice may be a triangular lattice. 三角格子は面心長方格子のうち格子を形成する基本並進ベクトルの成す角が60度となる特別な場合である。 Triangular lattice is a special case where angle formed by the primitive translation vectors that form the lattice of the face-centered rectangular lattice is 60 degrees.

また、図2に示したように、半導体レーザ素子10は、活性層3Bの駆動電極直下の領域(第1領域、第2領域・・・)Rを備えている。 Further, as shown in FIG. 2, the semiconductor laser element 10, the driving electrode immediately below the region (first region, second region, ...) of the active layer 3B and a R. 活性層3Bの第1領域Rに対応するフォトニック結晶層の異屈折率部4Bと、活性層3Bの第2領域Rに対応するフォトニック結晶層の異屈折率部4Bとは、第1領域R及び第2領域Rそれぞれから出力されるレーザビームの屈折角が異なり、強度が一致するよう、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合の個々の形状が異なるように設定することができる。 A modified refractive index portion 4B of the photonic crystal layer corresponding to the first region R of the active layer 3B, the modified refractive index portion 4B of the photonic crystal layer corresponding to the second region R of the active layer 3B, the first region different refraction angle of the laser beam output from each of R, and the second region R, so that the intensity match, can the individual shape when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element is set to be different. 換言すれば、複数あるフォトニック結晶の回折強度を同一とするよう、孔(異屈折率部)の大きさを変化させる。 In other words, to the diffraction intensity of the plurality of photonic crystals with the same, changing the size of the holes (modified refractive index portions). 強度が同じであるため、レーザプリンタやレーダ等の電子機器等への適用が容易である。 The strength is the same, it is easily applied to electronic devices such as laser printers and radar.

例えば、孔(異屈折率部)は、周期が異なる方の基本並進ベクトルに沿った方向にそった長さを変化させる。 For example, holes (modified refractive index portions) changes the length of cycle along the direction along the primitive translation vectors a different person. 具体的には、第1領域R内では、第1周期構造及び第2周期構造における異屈折率部4Bの配列周期が異なる方向(例えばB軸)に沿った異屈折率部4Bの寸法が、当該異なる方向に沿った位置に応じて異なり、第2領域R内では、第3及び第4周期構造における異屈折率部4Bの配列周期が異なる方向(例えばB軸)に沿った異屈折率部4Bの寸法が、当該異なる方向に沿った位置に応じて異なる。 Specifically, in the first region R, the dimensions of the first periodic structure and the second sequence period is different directions of the modified refractive index portions 4B of the periodic structure (e.g., B-axis) modified refractive index portion 4B along the can, depends on the location along the different directions in the second region R, the modified refractive index portions arrangement period of the modified refractive index portion 4B in the third and fourth periodic structure along different directions (e.g., B-axis) dimensions 4B is different depending on the position along the different directions. これにより、第1周期構造及び第2周期構造における回折強度、或いは第3周期構造及び第4周期構造における回折強度をそれぞれ揃えることが可能となり、発振を安定化させることができる。 Thus, the diffraction intensity in the first periodic structure and the second periodic structure, or it is possible to align the diffraction intensity in the third periodic structure and a fourth periodic structure respectively, it is possible to stabilize the oscillation.

また、図12に示したレーザビーム偏向装置は、半導体レーザ素子10と、第1駆動電極及び第2駆動電極を含む電極群E2に選択的に駆動電流を供給する駆動電流供給回路11とを備えている。 The laser beam deflection apparatus shown in FIG. 12 includes a semiconductor laser element 10, a driving current supply circuit 11 for supplying selectively driving current to the electrode group E2 including a first driving electrode and the second driving electrodes ing. 駆動電流の供給を制御することで、レーザビームLBの出射を制御することができる。 By controlling the supply of the driving current, it is possible to control the emission of the laser beam LB. ここで、駆動電流供給回路11は、電極群の各電極E2に供給する駆動電流の比率を変化させる手段を更に有することができる。 Here, the driving current supply circuit 11 may further comprise means for altering the ratio of the drive current supplied to each electrode E2 of the electrode group. すなわち、図12において、符号SW1〜SW5が、スイッチ付きのアンプを示すものとし、電源回路11Aから供給される駆動電流の大きさを当該アンプが制御する構成とすることができる。 That is, in FIG. 12, reference numeral SW1~SW5 is to denote the amplifier with a switch, the magnitude of the driving current supplied from the power supply circuit 11A may be configured to the amplifier is controlled. この場合、制御回路11Bは、各アンプの利得を制御することで、各電極E2に供給される駆動電流の比率を制御することができる。 In this case, the control circuit 11B, by controlling the gain of each amplifier, it is possible to control the ratio of the drive current supplied to each electrode E2.

また、第1領域Rにおける第1周期構造における基本並進ベクトルに沿った周期は、第2領域Rにおける第3周期構造に近づくにしたがって連続的に変化させることもできる。 The period along the primitive translation vectors in the first periodic structure in the first region R can be continuously changing toward the third periodic structure in the second region R. この場合、周期の異なるフォトニック結晶同士の界面において反射が生じることを防止できるという効果がある。 In this case, there is an effect that can prevent the reflection occurs at the interface of different photonic crystal between periodic.

また、図12に示したレーザビーム偏向装置において、各電極E2の直下の活性層から出力されるレーザビームの波長は、同一であることが好ましい。 Further, the laser beam deflection apparatus shown in FIG. 12, the wavelength of the laser beam output from the active layer right under the respective electrodes E2 are preferably the same. ミラー等でレーザビーム走査が行われた場合は、偏向前後のレーザビームの波長は同一であるからである。 If the laser beam scanning is performed by a mirror or the like, the wavelength of the laser beam before and after the deflection are the same. そこで、第1及び第2駆動電極E2に駆動電流を供給した場合において、第1及び第2駆動電極E2の直下の活性層の第1領域R及び第2領域Rでそれぞれ発生するレーザビームの共振波長が同一となるように、設定することが好ましい。 Therefore, in case of supplying a driving current to the first and second drive electrodes E2, the resonance of the first and the laser beam generated respectively in the first region R and the second region R of the active layer immediately below the second drive electrode E2 as the wavelength becomes the same, it is preferable to set.

すなわち、第1領域Rにおいて重畳された周期構造(第1周期構造、第2周期構造)と、第2領域Rにおいて重畳された周期構造(第3周期構造、第4周期構造)とは、以下の関係を満たしている。 That is, the periodic structure (first periodic structure, the second periodic structure) superimposed in the first region R and, superimposed periodic structure in the second region R (third periodic structure, the fourth periodic structure) The following It meets the relationship.
例えば、長方格子と長方格子の組み合わせからなる構造を考えると、以下の関係式となる。 For example, it is considering a structure comprising a combination of a rectangular lattice and a rectangular lattice, the following relational expression.
b11=b21=b /√(1−sin δθ1) b11 = b21 = b 0 / √ (1-sin 2 δθ1)
δθ1=φ−sin −1 (sinθ31/n dev δθ1 = φ-sin -1 (sinθ31 / n dev)
b12=b22=b /√(1−sin δθ2) b12 = b22 = b 0 / √ (1-sin 2 δθ2)
δθ2=φ−sin −1 (sinθ32/n dev δθ2 = φ-sin -1 (sinθ32 / n dev)

但し、第1領域Rにおいて重畳された第1の長方格子のB軸方向の周期をb11、第2の長方格子のB軸方向の周期をb21、第1領域Rのビーム出射角をθ31とし、第2領域Rにおいて重畳された第1の長方格子のB軸方向の周期をb12、第2の長方格子のB軸方向の周期をb22、第2領域Rのビーム出射角をθ32とした。 However, the B-axis direction of the period of the first rectangular lattice superimposed in the first region R b11, the B-axis direction of the period of the second rectangular lattice b21, the beam emission angle of the first region R Shita31 and then, the first rectangular the B-axis direction of the period of the grating b12 superimposed in the second region R, the B-axis direction of the period of the second rectangular lattice b22, the beam emission angle of the second region R Shita32 and the.

なお、上記は、長方格子と長方格子の組み合わせについて示したが、他の格子系においても同様である。 The above has shown the combination of a rectangular lattice and a rectangular lattice is the same in other grid system.

なお、上述のレーザビーム偏向装置は、素子自体が偏向機能を有するため、小型化が可能であり、高信頼性、高速化も期待することができる。 The laser beam deflection apparatus described above, since the element itself has a deflecting function can be miniaturized, can be highly reliable, even faster expected. 小型であるため、携帯機器に組み込み、また、医療用カプセル内視鏡に組み込んだレーザメスや光線力学的治療(PDT:Photo Dynamic Therapy)用光源とすることも期待される。 Because it is small, embedded in a mobile device, also incorporated in the medical capsule endoscopy laser knife and photodynamic therapy: It is also expected that the (PDT Photo Dynamic Therapy) light source. もちろん、大型のレーザ走査によるディスプレイへの応用も考えられる。 Of course, the application to the display by the laser scanning of large are also contemplated. レーザビームの迷光は外部に出力されないので、信頼性の向上も期待される。 Since stray light of the laser beam is not output to the outside, improving the reliability expected.

10…半導体レーザ素子、1…半導体基板、2…下部クラッド層、3A…下部光ガイド層、3B…活性層、3C…上部光ガイド層、4…フォトニック結晶層、5…上部クラッド層、6…コンタクト層、20…平板集光要素、21…対物面、21a,21a1〜21aN…曲面、E2…駆動電極、LES…光出射端面、N…法線、f…平面。 10 ... semiconductor laser device, 1 ... semiconductor substrate, 2 ... lower cladding layer, 3A ... lower optical guide layer, 3B ... active layer, 3C ... upper light guide layer, 4 ... photonic crystal layer, 5 ... upper cladding layer, 6 ... contact layer, 20 ... flat focusing elements, 21 ... object plane, 21a, 21A1~21aN ... curved, E2 ... driving electrode, LES ... light emitting facet, N ... normal, f ... plane.

Claims (5)

  1. 端面発光型の半導体レーザ素子と、 The semiconductor laser device of edge-emitting,
    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、を具備し、 Anda flat focusing elements arranged opposite to the light emitting end face of said semiconductor laser element,
    前記半導体レーザ素子は、 It said semiconductor laser device,
    基板上に形成された下部クラッド層と、 A lower cladding layer formed on a substrate,
    上部クラッド層と、 And the upper cladding layer,
    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、 An active layer interposed between the upper clad layer and the lower cladding layer,
    前記活性層と前記上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在するフォトニック結晶層と、 A photonic crystal layer interposed between at least one of the upper and lower clad layers and the active layer,
    前記活性層の複数の領域に駆動電流を供給するための複数の駆動電極と、を備え、 And a plurality of drive electrodes for supplying the driving current to the plurality of regions of said active layer,
    前記複数の領域は、光出射端面に平行で且つ活性層が延びる第一方向に並んで位置し、前記複数の領域から出射されるレーザビームの前記光出射端面に対する出射方向はそれぞれ異なった1方向であり Wherein the plurality of regions, and parallel to the light emitting facet positioned side by side in a first direction in which the active layer extends in one direction emission direction is respectively different with respect to the light emitting facet of the laser beam emitted from said plurality of areas It is in,
    前記平板集光要素は、 The flat light collection element,
    前記光出射端面に対向する側と反対側に対物面を備え、 An objective surface on the side opposite to the side facing to the light emitting facet,
    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第一方向に平行な方向に配列された複数の曲面を含んでおり、 The objective surface includes a plurality of curved surfaces which are arranged in a direction parallel to the first direction when viewed from the direction perpendicular to the light emitting facet,
    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、 Each of the plurality of curved surface is in contact with the plane perpendicular to the laser beam incident from the semiconductor laser element to the curved surface,
    前記複数の領域からの異なった1方向の各レーザビームに対し、前記第一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)が、数式 To different one direction the laser beams from the plurality of regions, said the X-axis parallel axes in the first direction, at the position X along the X-axis, a plane parallel to a direction in which said active layer extends the curvature of each of the plurality of curved surface in the inner radius r (X) is formula

    に基づいて決定され、 It is determined on the basis of,
    前記数式(式1)において、n(X)は、位置Xにおける前記平板集光要素の屈折率であり、θ out (X)は、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であり、f は、θ out (X)=0の場合の前記平板集光要素のX軸方向の焦点距離である、 In the above equation (Equation 1), n (X) is the refractive index of the flat focusing elements at the position X, theta out (X), the light is a laser beam emitted from the object plane at the position X is an angle formed with respect to the normal line of the exit end face, f 0 is the focal length of the X-axis direction of the flat focusing elements in the case of θ out (X) = 0,
    ことを特徴とする半導体レーザモジュール。 The semiconductor laser module, characterized in that.
  2. 前記複数の曲面の各々は、前記数式(式1)により決定される曲率半径に対して、収差補正のために非球面化されている、 Each of the plurality of curved surface, with respect to a radius of curvature which is determined by the equation (Equation 1), has an aspherical surface for correction of aberrations,
    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。 The semiconductor laser module according to claim 1, characterized in that.
  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、 Wherein the plurality of curved surfaces, the semiconductor laser element as the curved surface angle is larger forming laser beam incident on the curved surface with respect to the normal line of the light emitting end face, the distance between the light emitting end face is short,
    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。 The semiconductor laser module according to claim 1 or 2, characterized in that.
  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半径を有する、 Each of the plurality of curved surface having a vertical direction of the radius of curvature in the direction in which the active layer extends,
    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。 The semiconductor laser module according to claim 1, characterized in that.
  5. 前記活性層は、前記複数の領域として、第1領域と第2領域とを含み、 The active layer includes, as the plurality of regions includes a first region and a second region,
    前記複数の駆動電極は、前記第1領域に駆動電流を供給するための第1駆動電極と、前記第2領域に駆動電流を供給するための第2駆動電極と、を含み、 Wherein the plurality of driving electrodes may include a first region to a first driving electrode for supplying a driving current, and a second driving electrode for supplying a drive current to said second region,
    前記第1駆動電極の長手方向は、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記光出射端面の法線に対して、傾斜しており、 Longitudinal direction of the first driving electrode, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, with respect to the normal line of the light emitting end face is inclined,
    前記フォトニック結晶層の前記第1領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第1及び第2の周期構造を有しており、 A region corresponding to the first region of the photonic crystal layer has a first and a second periodic structure array period surrounding the refractive index different from the modified refractive index portions are different from each other,
    前記第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分に応じて、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記第1駆動電極の前記長手方向に対して所定の角度を成す2つ以上のレーザビームが前記半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で前記光出射端面に向かう1つが前記光出射端面に対して屈折角90度未満となるように設定され、前記光出射端面に向かう別の少なくとも1つが前記光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定されており、 According to the difference of the reciprocal of the array period of each of said first and second periodic structure, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser device, the predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the first driving electrode two or more laser beams forming the are generated inside the semiconductor laser device, set as one toward the light emitting end face among these laser beams becomes refraction angle less than 90 degrees with respect to the light emitting end face is, is set to the total reflection critical angle condition is satisfied with respect to at least another one of the light emitting end face towards said light emitting facet,
    前記第2駆動電極の長手方向は、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記光出射端面の法線に対して、傾斜しており、 Longitudinal direction of the second driving electrode, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser element, with respect to the normal line of the light emitting end face is inclined,
    前記フォトニック結晶層の前記第2領域に対応する領域は、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が互いに異なる第3及び第4の周期構造を有しており、 Area corresponding to the second region of the photonic crystal layer has a third and fourth periodic structure array period surrounding the refractive index different from the modified refractive index portions are different from each other,
    前記第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分に応じて、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合、前記第2駆動電極の前記長手方向に対して所定の角度を成す2つ以上のレーザビームが前記半導体レーザ素子内部で生成され、これらのレーザビームの中で前記光出射端面に向かう1つが前記光出射端面に対して屈折角90度未満となるように設定され、前記光出射端面に向かう別の少なくとも1つが前記光出射端面に対して全反射臨界角条件を満たすように設定され、 Depending on the third and fourth differential of the reciprocal of the array period of each of the periodic structure, when viewed from the thickness direction of the semiconductor laser device, the predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the second driving electrodes two or more laser beams forming the are generated inside the semiconductor laser device, set as one toward the light emitting end face among these laser beams becomes refraction angle less than 90 degrees with respect to the light emitting end face is, one another at least 1 toward the light emitting end surface is set to the total reflection critical angle condition is satisfied with respect to the light emitting facet,
    前記第1及び第2の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分は、前記第3及び第4の周期構造におけるそれぞれの前記配列周期の逆数の差分とは異なる、 The difference between the inverse of each of the array period of the first and second periodic structures are different from the third and fourth, respectively of the reciprocal of the array period of the periodic structure of the difference,
    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。 The semiconductor laser module according to claim 1, characterized in that.
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