JP6032738B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

本発明は、フォトニック結晶を有する端面発光型の半導体レーザ素子に関する。

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）。このような面発光型の半導体レーザ素子は、一度に２方向に向けて同時にレーザビームを出射することができるという画期的な特徴を有している。また、複数に分割された駆動電極に、駆動電流を供給することで、駆動電極毎に２方向のレーザビームを出射することができる。各駆動電極の直下に位置するフォトニック結晶の周期を異ならせておけば、駆動電極毎に、レーザビーム対の出射角が異なることになる。更に、非特許文献１によれば、細分化した駆動電極を設け、複数の駆動電極について同時に電流を流すと共に、その電流バランスを変化させることによって、連続的なビーム方向制御も可能である。

特開２００９−７６９００号公報

黒坂剛孝他、"On-Chipbeam-steeringphotonic-crystal lasers",Nature Photonics, vol. 4,pp.447-450, 2010

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。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。この場合、従来から使用されている様々なレーザビーム偏向装置等に、当該半導体レーザ素子を適用することが可能となる。レーザビーム数を多くすれば、レーザビーム偏向装置は、高精細なレーザビーム走査装置を構成することも可能である。

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素子を提供することを目的とする。

まず、本発明者らは、所定の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素子について鋭意研究を行った。

その結果、本発明者らは、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流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するに至った。

一般的に、半導体レーザ素子の光出射端面上には、レーザビームの振幅反射率を低減させるためにコーティング膜が設けられる。このようなコーティング膜が光出射端面上に設けられると、コーティング膜を経たレーザビームの出力が、レーザビーム毎で異なってしまい、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保できないという問題が生じることが新たに判明した。これは、コーティング膜の厚みが、コーティング膜全体にわたって同じである場合、各レーザビームがコーティング膜に入射した後にコーティング膜の表面から出るときに、コーティング膜の表面での振幅反射率が、光出射端面に対するレーザビームの出射方向（出射角）により、レーザビーム毎で異なることに起因する。すなわち、コーティング膜の表面での振幅反射率がレーザビーム毎で異なると、その分、コーティング膜から出るレーザビームの出力が異なってしまうため、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができない。

本発明者らは、コーティング膜の厚みが、コーティング膜の表面での各レーザビームの振幅反射率が所望の値となるように、当該振幅反射率に応じて設定することができれば、上述した問題は解決できるという事実を見出すに至った。

本発明に係る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、を有する層構造体と、層構造体の光出射端面上に形成され、該光出射端面における反射光を低減させるためのコーティング膜と、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、複数の領域からのレーザビームは、光出射端面における複数の領域に対応する領域からそれぞれ異なる方向に出射されて、コーティング膜の複数の領域に対応する位置にそれぞれ入射し、コーティング膜の複数の領域に対応する位置における膜厚は、コーティング膜の表面におけるレーザビームの振幅反射率が所望の値となるように、複数の領域に対応する位置におけるレーザビームの屈折方向と光出射端面の法線とがなす角度である屈折角度に応じて、設定されている、ことを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ素子では、光出射端面上に形成されたコーティング膜の厚みが、各レーザビームのコーティング膜における屈折角度に応じて設定されている。これにより、出射方向が異なる各レーザビームに対して、コーティング膜の表面における振幅反射率が所望の値となり、コーティング膜から出る各レーザビームの出力が、光出射端面に対するレーザビームの出射方向によらず、確保される。したがって、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができる。

コーティング膜の複数の領域に対応する位置における膜厚は、振幅反射率が、複数のレーザビームで一定となるように設定されていてもよい。これにより、各レーザビームの出射方向が異なっている場合にも、レーザビーム毎で、コーティング膜の表面における振幅反射率が一定となる。したがって、コーティング膜から出る各レーザビームの出力は、光出射端面に対するレーザビームの出射方向によらず、一定の値に確保できる。

振幅反射率は、該振幅反射率をＲ_Ａとし、フレネル係数をｒ_１及びｒ_２とし、レーザビームの波長をλとし、コーティング膜の屈折率をｎ_１とし、コーティング膜の膜厚をｄとし、屈折角度をφ_１としたときに、

により表される態様としてもよい。上記式に示すように、屈折角度φ_１に応じてコーティング膜の膜厚ｄが設定されることで、所望の振幅反射率Ｒ_Ａのレーザビームを得ることができる。

コーティング膜は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合に、光出射端面の中央に近い領域上に形成されたコーティング膜ほど、膜厚が厚くなるように設定されていてもよい。例えば、各レーザビームの、コーティング膜の表面における振幅反射率を一定としたい場合において、光出射端面の中央に近い領域ほどコーティング膜におけるレーザビームの屈折角度が大きいときには、本態様とすることで、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができる。

コーティング膜は、半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合に、光出射端面の中央に近い領域上に形成されたコーティング膜ほど、膜厚が薄くなるように設定されていてもよい。例えば、各レーザビームの、コーティング膜の表面における振幅反射率を一定としたい場合において、光出射端面の中央に近い領域ほどコーティング膜におけるレーザビームの屈折角度が小さいときには、本態様とすることで、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができる。

フォトニック結晶層の活性層の複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、２つ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、フォトニック結晶層の活性層の複数の領域に対応する領域毎に異なっていてもよい。

それぞれの駆動電極に対応するフォトニック結晶層内の領域では、異屈折率部の配列周期の逆数の差（出射方向決定因子）が異なる。この差の値は、レーザビームの出射方向を決定する。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、各駆動電極に対応する領域で異なることとなる。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、異なる方向にレーザビームを出力することができるようになる。

フォトニック結晶層の活性層の複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、２つ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、複数の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いてもよい。

レーザ素子内部における一方のレーザビームの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。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。すなわち、１方向のみにレーザビームを出射することができ、半導体体レーザ素子の実用的な用途を広げることができる。

複数のレーザビームを生成し、生成した複数のレーザビームを同一の方向に出力する発振部と、発振部から同一の方向に出力された複数のレーザビームをそれぞれ異なる方向に偏向して光出射端面から出射させる偏向部と、を有して構成され、発振部は、下部クラッド層と、上部クラッド層と、活性層と、フォトニック結晶層としての第一フォトニック結晶層と、複数の駆動電極と、を含み、偏向部は、第二フォトニック結晶層を含み、第一フォトニック結晶層は、複数の領域に対応する領域にわたり、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有し、第二フォトニック結晶層は、複数の領域に対応する領域毎に、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が異なる周期構造を有していてもよい。

第一フォトニック結晶層が、複数の領域に対応する領域にわたり、上記異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有しているので、発振部からは、複数の駆動電極毎に同一の方向にレーザビームが出力される。第二フォトニック結晶層が、複数の領域に対応する領域毎に、上記異屈折率部の配列周期が異なる周期構造を有しているので、偏向部からは、発振部から同一の方向に出力された各レーザビームがそれぞれ異なる方向に偏向されて、光出射端面から出射される。

半導体レーザ素子において、発振部と偏向部とが分かれていると共に、第一フォトニック結晶層が、複数の領域に対応する領域にわたり、上記異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有している。このため、発振閾値がレーザビーム毎で一定であり、安定した動作を実現することができる。

第二フォトニック結晶層は、複数の領域に対応する領域毎で、発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、光出射端面からのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせてもよい。この場合、偏向部は、確実に、発振部から同一方向に出力された各レーザビームを異なる方向に偏向して光出射端面から出射させることができる。

本発明の態様に係る半導体レーザ素子及びレーザビーム偏光装置によれば、所定の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である。

半導体レーザ素子の縦断面図である。 半導体レーザ素子の平面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 様々な形状の異屈折率部（構造体）の平面図である。 レーザビーム偏向装置の構成を示す図である。 半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。 半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。 半導体レーザ素子の縦断面図である。 半導体レーザ素子内部の平面図である。 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。 ｘｙ座標系における主要光波の向きを示すグラフである。 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。 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。 レーザビーム出射角（屈折角）θ３と、ストラプの角度θ及び周期Λとの関係を示すグラフである。 グラフに用いられるデータを示す図表である。 半導体レーザ素子の部分的な領域の断面図である。 フォトニック結晶層の平面図である。 半導体レーザ素子の平面図である。 半導体レーザ素子の模式図である。 コーティング膜の一例を説明するための模式図である。 コーティング膜の一例を説明するための模式図である。 コーティング膜の形成方法を示す図である。 図２８に示したコーティング膜の形成方法によって形成されたコーティング膜を表す図である。 コーティング膜の形成方法を示す図である。 図３０に示したコーティング膜の形成方法によって形成されたコーティング膜を表す図である。 屈折角度と膜厚との関係を示す図表である。 本実施形態に係る半導体レーザ素子の概略斜視図である。 図３３に示された半導体レーザ素子のXXXIV−XXXIV線に沿った断面構成を示す図である。 図３３に示された半導体レーザ素子のXXXV−XXXV線に沿った断面構成を示す図である。 図３３に示された半導体レーザ素子の平面図である。 第一フォトニック結晶層の平面図である。 第一フォトニック結晶層の変形例を示す平面図である。 第二フォトニック結晶層の平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、実施の形態に係る端面発光型の半導体レーザ素子１０Ａについて説明するが、ここでは、半導体レーザ素子１０Ａの基本的な構成について説明する。このために、コーティング膜を省略した図面を用いて、半導体レーザ素子１０Ａの構成を説明する（図１〜図２３）。その後、図２４〜図３２を用いて、コーティング膜の詳細について説明する。

図１は、半導体レーザ素子の縦断面図であり、図２は、半導体レーザ素子の平面図である。

半導体レーザ素子１０Ａは、層構造体１００と、後述するコーティング膜１０１とを備えている。層構造体１００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。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。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。上述したとおり、コーティング膜１０１についての説明は図２４〜図２５を用いて行う。

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。絶縁膜ＳＨは、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ_２から形成することができる。

これらの化合物半導体層の材料／厚みは以下の通りである。なお、導電型の記載のないものは不純物濃度が１０^１５／ｃｍ^３以下の真性半導体である。なお、不純物が添加されている場合の濃度は、１０^１７〜１０^２０／ｃｍ^３である。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。上部光ガイド層３Ｃは、上層及び下層の２つの層からなる。
・コンタクト層６：Ｐ型のＧａＡｓ／５０〜５００ｎｍ
・上部クラッド層５：Ｐ型のＡｌＧａＡｓ（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ）／１．０〜３．０μｍ
・フォトニック結晶層４：
基本層４Ａ：ＧａＡｓ／５０〜４００ｎｍ
埋め込み層（異屈折率部）４Ｂ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ）／５０〜４００ｎｍ
・上部光ガイド層３Ｃ：
上層：ＧａＡｓ／１０〜２００ｎｍ
下層：ｐ型または真性のＡｌＧａＡｓ／１０〜１００ｎｍ
・活性層３Ｂ（多重量子井戸構造）：
ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ ＭＱＷ／１０〜１００ｎｍ
・下部光ガイド層３Ａ：ＡｌＧａＡｓ／０〜３００ｎｍ
・下部クラッド層２：Ｎ型のＡｌＧａＡｓ／１．０〜３．０μｍ
・半導体基板１：Ｎ型のＧａＡｓ／８０〜３５０μｍ

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。

なお、光ガイド層は省略することも可能である。

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Ｓｉ₂Ｈ₆（ジシラン）、Ｐ型不純物用の原料としてＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を用いることができる。

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２参照）。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。

半導体レーザ素子１０Ａの平面形状は長方形であり、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定した場合には、厚み方向をＺ軸、幅方向をＸ軸とし、光出射端面ＬＥＳに垂直な方向をＹ軸とする。ＸＹ平面内において、各駆動電極Ｅ２の延びている長手方向は、Ｙ軸に平行な直線に対して角度φを成している。すなわち、駆動電極Ｅ２の長手方向は、半導体レーザ素子１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、傾斜している。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１０Ａを完全に横断することなく、途中で途切れている。

図３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。

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。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。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。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。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。

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。なお、Ｂ方向は、駆動電極Ｅ２の延びている方向である。Ａ方向は、ＸＹ平面内において、Ｂ方向に垂直な方向である。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。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。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。波数ベクトルｋ１のレーザビームの屈折角はθ３とする。θ３は、９０度よりも小さい。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。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。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。

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。

図４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。

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。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。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。

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。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。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。

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。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。なお、ａ１＝ｂ１であってもよい。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。

図５は、図４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。

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。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。なお、ａ２＞ａ１の関係を満たしている。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。

図６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。

すなわち、このフォトニック結晶領域４Ｒは、図４に示した周期構造と、図５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。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。

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３におけるδθが決定される。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。なお、δθ＝ｓｉｎ^−１（δｋ／ｋ）、δｋ＝｜π｛（１／ａ１）−（１／ａ２）｝｜、ｋ＝２π／λである。λは半導体レーザ素子１０Ａ中のレーザ光の波長、ｋは半導体レーザ素子１０Ａ中のレーザ光の波数である。

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１０Ａ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。

０≦θ１＜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。
δθ＝φ−ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ３／ｎ_ｄｅｖ）
δｋ＝（２π／λ_０）ｓｉｎ｛φ−ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ３／ｎ_ｄｅｖ）｝
ｂ１＝ｂ２＝ｂ_０／√（１−ｓｉｎ^２δθ）
ａ１＝１／｛（δｋ／２π）＋（１／ｂ１）｝
ａ２＝１／｛（１／ｂ２）−（δｋ／２π）｝

なお、ｂ_０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。

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１０Ａ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^２（φ−ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ３／ｎ_ｄｅｖ））｝に反比例する。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。

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。

図７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。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。

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。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。

領域Δ１内では、Ａ方向に図６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。

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。

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。

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。

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。但し、ａ１＜ａ２＜ａ３＜ａ４＜ａ５＜ａ６の関係を満たしている。

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。

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。

図８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。

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。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。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２参照）。

図９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。

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の差が大きくなり、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。φ＝１８．５°であり、δθは、０°から１８．５°まで変化させた。半導体レーザ素子１０Ａ中の光の等価屈折率ｎ_ｄｅｖは３．３とした。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。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。

図１０は、様々な形状の異屈折率部（構造体）４Ｂの平面図である。

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。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。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。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。

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。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。

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１０Ａを構成する。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。

図１１は、上記半導体レーザ素子を用いたレーザビーム偏向装置の構成を示す図である。

また、このレーザビーム偏向装置は、上述の半導体レーザ素子１０Ａと、第1駆動電極Ｅ２（一番左の駆動電極）、第２駆動電極（左から２番目の駆動電極）、第３駆動電極（左から３番目の駆動電極）、第４駆動電極（左から４番目の駆動電極）、第５駆動電極（左から５番目の駆動電極）を含む電極群に、選択的に駆動電流を供給する駆動電流供給回路１１を備えている。

駆動電流供給回路１１は、各駆動電極Ｅ２に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を介して、駆動電流を供給する電源回路１１Ａと、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路１１Ｂを備えている。制御回路１１Ｂにより、電源回路１１Ａから供給される駆動電流を切り替えることで、異なる方向に１方向のレーザビームＬＢのみを出力することができるが、これはレーザビームＬＢを擬似的に偏向していることになる。駆動電極の数は、２つでも偏向動作はできるが、これを３以上とすれば、狭いピッチでレーザビームを走査する構造とすることも可能である。

図１２及び図１３は、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。

Ｎ型（第1導電型とする）の半導体基板（ＧａＡｓ）１上に、Ｎ型のクラッド層（ＡｌＧａＡｓ）２、ガイド層（ＡｌＧａＡｓ）３Ａ、多重量子井戸構造（ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）３Ｂ、光ガイド層（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）又はスペーサ層（ＡｌＧａＡｓ）３Ｃ、フォトニック結晶層となる基本層（ＧａＡｓ）４Ａを、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて順次、エピタキシャル成長させる（図１２（Ａ））。

次に、基本層４Ａ上にレジストＲ１を塗布し（図１２（Ｂ））、電子ビーム描画装置で２次元微細パターンを描画し、現像することでレジスト上に２次元微細パターン（異屈折率部の位置に対応）を形成する（図１２（Ｃ））。

その後、ドライエッチングにより１００ｎｍ程度の深さを持つ２次元微細パターンを基本層４Ａ上に転写し（図１２（Ｄ））、レジストを除去する（図１２（Ｅ））。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて再成長を行い、異屈折率部４Ｂを基本層４Ｂ内に形成し、この上にクラッド層５を形成する。

再成長工程では、埋め込み層（ＡｌＧａＡｓ）４Ｂが穴Ｈ内に成長し、続いて、Ｐ型のクラッド層（ＡｌＧａＡｓ）５、Ｐ型のコンタクト層（ＧａＡｓ）６が順次エピタキシャル成長する（図１２（Ｆ））。

次に、Ｐ型コンタクト６上にレジストＲ２を形成し（図１３（Ｇ））、レジストＲ２を光学露光により短冊状のパターンをパターニングして（図１３（Ｈ））、電極ＥをレジストＲ２の上から蒸着し（図１３（Ｉ））、リフトオフにより電極Ｅ２のみを残して、電極材を除去する（図１３（Ｊ））。そして、コンタクト層６の表面上に、電極Ｅ２の形成位置を除いて、絶縁膜ＳＨを形成し（図１３（Ｋ））、最後に、Ｎ型の半導体基板１の裏面を研磨し、Ｎ型の電極Ｅ１を形成し（図１３（Ｌ））、半導体レーザ素子１０Ａが完成する。

なお、穴Ｈの作製方法として、実施の形態では電子ビーム露光法による作製法を説明したが、ナノインプリント、干渉露光、ＦＩＢ、ステッパなどのその他の微細加工技術を用いてもよい。

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４層を用いて構成してもよい。

図１４は、半導体レーザ素子の縦断面図である。

図１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。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。

図１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４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５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。すなわち、半導体レーザ素子１０Ａ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７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。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１に示した構造と同様の作用効果を得ることができる。

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。

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。

以上、説明したように、上述の半導体レーザ素子１０Ａは、端面発光型の半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、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１０Ａ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１０Ａ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。

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。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。

また、本発明の態様に係る半導体レーザ素子１０Ａ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１０Ａの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して、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１０Ａ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素子１０Ａ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。

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。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。

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。

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。この差の値は、レーザビームの出射方向を決定する。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。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。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。

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。

図１５は、図３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。図３においても同様である。

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。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。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。

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。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。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。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。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。

各パラメータθｔ、θｒ、θ２’、θ３’は、以下の関係式を満たしている。なお、β_０、β_１、β_２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_０＝２π／ｂ１（＝ｂ２）、β_１＝２π／ａ１、β_２＝２π／ａ２、Δβ＝β_２−β_１、α＝β_０／Δβとする。

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。ここで、θｔはθβにおいて、βｘ＝（１／２）×Δβ、βｙ＝β_０として、角度φを加えた場合であるから、（式１）で与えられる。残りのパラメータも同様に計算され、（式２）〜（式４）で与えられる。
θｔ＝ｔａｎ^−１(２α)＋φ …（式１）
θｒ＝１８０°−ｔａｎ^−１(２α)＋φ …（式２）
θ２’＝ｔａｎ^−１(２α)−φ …（式３）
θ３’＝１８０°−ｔａｎ^−１(２α)−φ …（式４）

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）。この場合、φ＝０となる。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）。この場合、φ＝０となる。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。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。

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。

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。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。

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。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_０）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。

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_０）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。
（ＸＡ，ＹＡ）＝（Δβｃｏｓφ／２−β_０ｓｉｎφ，Δβｓｉｎφ／２＋β_０ｃｏｓφ
） …（式５）
（ＸＢ，ＹＢ）＝（Δβｃｏｓφ／２＋β_０ｓｉｎφ，−Δβｓｉｎφ／２＋β_０ｃｏｓ
φ） …（式６）

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。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。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。
ΔＹ＝（ＸＡ−ＸＢ，ＹＡ−ＹＢ）＝（−２β_０ｓｉｎφ，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。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。

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。

ＸＹ平面と光出射端面ＬＥＳとの交線はＸ軸に一致している。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。ベクトルΔＹに垂直な直線をＬとする。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。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。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。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）。

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。

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。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。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。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。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。

Ｌ２＝｛（２β_０ｓｉｎφ）^２＋（Δβｓｉｎφ）^２｝^１／２ …（式７）
Λ＝２π／Ｌ２
＝１／｛（２ｓｉｎφ／ａ_ｙ）^２＋（（１／ａ_ＩＩ−１／ａ_Ｉ）ｓｉｎφ）^２｝^１／２ …（式８）
θ＝θｔ−φ
＝ｔａｎ^−１(２α)
＝ｔａｎ^−１｛（２／ａ_ｙ）／（１／ａ_ＩＩ−１／ａ_Ｉ）｝ …（式９）

なお、β_０＝２π／ａ_ｙ、β_１＝２π／ａ_Ｉ、β_２＝２π／ａ_ＩＩであり、ａ_ｙはＢ方向の周期、ａ_Ｉ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。

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。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。

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。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。

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））。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。この場合、エネルギー利用効率が高くなる。

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。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。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。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。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。

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。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。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。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。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。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。

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。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。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。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。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。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。

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。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。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。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。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。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。

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。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。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。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。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。

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。換言すれば、図１〜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１０Ａ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３参照）に平行な方向（Ｘ軸）とは異なっている。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

一方の面心長方格子は、三角格子とすることができる。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。

また、図１に示したように、半導体レーザ素子１０Ａ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。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１０Ａ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。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。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。

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。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。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。

また、図１１に示したレーザビーム偏向装置は、半導体レーザ素子１０Ａ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。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。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。すなわち、図１１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。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。

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。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。

また、図１１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。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。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。

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。
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。
ｂ１１＝ｂ２１＝ｂ_０／√（１−ｓｉｎ^２δθ１）
δθ１＝φ−ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ３１／ｎ_ｄｅｖ）
ｂ１２＝ｂ２２＝ｂ_０／√（１−ｓｉｎ^２δθ２）
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。

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。

また、図１１に示すように、レーザビーム偏向装置は、光出射端面ＬＥＳに近接して配置された単一の集光要素（レンズ）ＬＳを備えることが好ましい。集光要素により、出射光の広がり角を抑制して、遠くまでレーザビームを伝達することができるし、また、焦点位置の調整によって、素子から適当な距離だけ離れた位置に、レーザビームを集光することができる。ここでの集光要素ＬＳは円筒レンズであり、円筒レンズの中心軸Ｘは活性層の厚み方向（Ｚ軸）に垂直であって且つ光出射端面（ＸＺ面）に平行である。円筒レンズの曲率半径は、ＹＺ平面内のみで規定される。

なお、集光要素ＬＳとして、凸レンズを採用することもできる。凸レンズの曲率中心を通る１つの軸（Ｘ軸）は活性層の厚み方向（Ｚ軸）に垂直であって且つ光出射端面（ＸＺ面）に平行であり、この軸（Ｘ軸）周りの曲率半径は、これに垂直な軸（Ｙ軸、Ｚ軸）周りの曲率半径（無限大に近似できる）よりも小さい。言うなれば、円筒レンズの直線的な部分が多少膨らんだ凸レンズを採用することが可能である。

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。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。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。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。

続いて、図２４及び図２５を参照して、コーティング膜１０１の詳細構成について説明する。図２４は、半導体レーザ素子の平面図である。図２５は、半導体レーザ素子の模式図である。

図２４に示されるように、半導体レーザ素子１０Ａは、層構造体１００と、光出射端面ＬＥＳ上に形成されたコーティング膜１０１とを備えている。光出射端面ＬＥＳから出射されたレーザビームは、コーティング膜１０１を通り、半導体レーザ素子１０Ａからの出力（レーザビームＬＢ）として、コーティング膜１０１から出る。

図２５に示されるように、層構造体１００の光出射端面ＬＥＳ上にはコーティング膜１０１が形成されている。光出射端面ＬＥＳからコーティング膜１０１に入射した複数のレーザビーム（図中には、複数のレーザビームのうち、レーザビーム１０３及びレーザビーム１０４を示す）は、コーティング膜１０１中を進んだ後に、空気１０２中に出射されている。層構造体１００の光出射端面ＬＥＳにおける屈折率（絶対屈折率）をｎ_０、コーティング膜１０１における屈折率（絶対屈折率）をｎ_１、空気１０２における屈折率（絶対屈折率）をｎ_２とする。

コーティング膜１０１は、反射光を低減させるために光出射端面ＬＥＳ上に形成される。コーティング膜の材料には、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの、半導体レーザ素子における光出射端面のコーティング膜として一般的に用いられる材料が採用されている。コーティング膜１０１の一方の面は、上述したとおり、光出射端面ＬＥＳを覆っている。他方の面（コーティング膜表面ＣＦＳ）は、空気１０２と接しており、空気１０２中にレーザビームが出射される際の出射面とされる面である。

活性層３Ｂの複数の領域Ｒで発生したレーザビーム１０３及びレーザビーム１０４は、光出射端面ＬＥＳにおける複数の領域Ｒに対応する領域からそれぞれ異なる方向に出射され、コーティング膜１０１における複数の領域Ｒに対応する位置（レーザビーム１０３は入射位置１１３、レーザビーム１０４は入射位置１１４）に入射する。

レーザビーム１０３のコーティング膜１０１への入射光１０３Ａは、コーティング膜１０１の入射位置１１３に入射角度（レーザビーム１０３の入射方向と光出射端面ＬＥＳの法線とがなす角度）φ_αで入射している。入射位置１１３から入射したレーザビーム１０３の一部は屈折光１０３Ｂとしてコーティング膜１０１中を伝搬し、レーザビーム１０３の一部は反射光１０３Ｃとして光出射端面ＬＥＳ上で反射している。屈折光１０３Ｂは、屈折角度（レーザビーム１０３の屈折方向と光出射端面の法線とがなす角度）φ_βでコーティング膜１０１中を伝搬し、出射位置１２３より、入射角度（レーザビーム１０３の入射方向とコーティング膜表面ＣＦＳの法線とがなす角度）φ_βで空気中に入射している。空気中に入射したレーザビーム１０３の一部は屈折光１０３Ｄとして空気中に出射され、レーザビーム１０３の一部は反射光１０３Ｅとしてコーティング膜表面ＣＦＳ上で反射している。

レーザビーム１０４のコーティング膜１０１への入射光１０４Ａは、コーティング膜１０１の入射位置１１４に入射角度（レーザビーム１０４の入射方向と光出射端面ＬＥＳの法線とがなす角度）φ_γで入射している。入射位置１１４から入射したレーザビーム１０４の一部は屈折光１０４Ｂとしてコーティング膜１０１中を伝搬し、レーザビーム１０４の一部は反射光１０４Ｃとして光出射端面ＬＥＳ上で反射している。屈折光１０４Ｂは、屈折角度（レーザビーム１０４の屈折方向と光出射端面の法線とがなす角度）φ_εでコーティング膜１０１中を伝搬し、出射位置１２４より、入射角度（レーザビーム１０４の入射方向とコーティング膜表面ＣＦＳの法線とがなす角度）φ_εで空気中に入射している。空気中に入射したレーザビーム１０４の一部は屈折光１０４Ｄとして空気中に出射され、レーザビーム１０４の一部は反射光１０４Ｅとしてコーティング膜表面ＣＦＳ上で反射している。

レーザビーム１０３及びレーザビーム１０４の光出射端面ＬＥＳにおける入射角度及び屈折角度の関係は、層構造体１００の光出射端面ＬＥＳにおける屈折率ｎ_０、及び、コーティング膜１０１における屈折率（絶対屈折率）ｎ_１を用いて、スネルの法則に従い以下のように示される。

レーザビーム１０３：
ｎ_０ｓｉｎφ_α＝ｎ_１ｓｉｎφ_β
レーザビーム１０４：
ｎ_０ｓｉｎφ_γ＝ｎ_１ｓｉｎφ_ε

コーティング膜表面ＣＦＳにおけるレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａは、フレネル係数ｒ_１，ｒ_２、及び振幅反射率係数δ_１を用いて、以下の（式１０）に示される。

振幅反射率係数δ_１は、以下の（式１１）に示される。λはレーザビームの波長、ｎ_１はコーティング膜１０１の屈折率、ｄはコーティング膜１０１の膜厚、φ_１はレーザビームの屈折角度、をそれぞれ示している。

フレネル係数ｒ_１，ｒ_２は素子材料により決まる値であるため、同一の半導体レーザ素子（半導体レーザ素子１０Ａ）から出射された複数のレーザビームのフレネル係数ｒ_１，ｒ_２は同一である。よって、コーティング膜表面ＣＦＳにおけるレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａは、振幅反射率係数δ_１によって決まることがわかる。上述した（式１１）より、振幅反射率係数δ_１は、波長λ、コーティング膜１０１の屈折率ｎ_１、コーティング膜１０１の膜厚ｄ、及び、レーザビームの入射角度φ_１により決まることがわかる。本実施形態においては、波長λ及びコーティング膜１０１の屈折率ｎ_１を各レーザビームで同一とする。よって、振幅反射率係数δ_１（すなわち、振幅反射率Ｒ_Ａ）は、コーティング膜１０１の膜厚ｄ、及び屈折角度φ_１によって決まる。

すなわち、半導体レーザ素子１０Ａにおいては、コーティング膜１０１の膜厚ｄは、コーティング膜表面ＣＦＳにおけるレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａが所望の値となるように、コーティング膜１０１における複数の領域Ｒに対応する位置（レーザビーム１０３は入射位置１１３、レーザビーム１０４は入射位置１１４）におけるレーザビームの屈折角度に応じて設定される。

よって、レーザビーム１０３に係るコーティング膜１０１の膜厚ｄ１３３（入射位置１１３から出射位置１２３に係るコーティング膜１０１の膜厚）は、入射位置１１３における屈折角度φ_βに応じて設定される。同様に、レーザビーム１０４に係るコーティング膜１０１の膜厚ｄ１３４（入射位置１１４から出射位置１２４に係るコーティング膜１０１の膜厚）は、入射位置１１４における屈折角度φ_εに応じて設定される。

例えば、振幅反射率Ｒ_Ａの値が複数のレーザビームで一定となるように設定したい場合には、ｄｃｏｓφ_１の値が複数のレーザビームで一定となるようにすればよい。レーザビーム１０３とレーザビーム１０４で考えた場合には、ｄ１３３ｃｏｓφ_β＝ｄ１３４ｃｏｓφ_εとなるように、膜厚ｄ１３３及び膜厚ｄ１３４を設定すればよい。

続いて、コーティング膜１０１の別の例について、図２６及び図２７を参照して説明する。図２６及び図２７は、それぞれ、コーティング膜の一例を説明するための模式図である。

特定のレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａを大きくしたい場合には、上記（式１０）に基づいた振幅反射率Ｒ_Ａの計算により特定のレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａが大きくなるように、膜厚ｄを設定すればよい。

特定のレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａを小さくしたい場合には、上記（式１０）に基づいた振幅反射率Ｒ_Ａの計算により特定のレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａが小さくなるように、膜厚ｄを設定すればよい。

上述したように設定されるコーティング膜１０１における複数の領域Ｒに対応する位置の膜厚ｄは、図２６に示すように、半導体レーザ素子１０Ａの厚み方向から見た場合に、光出射端面ＬＥＳの中央に近い領域上ほど厚みが厚くなっていてもよい。図２７に示すように、光出射端面ＬＥＳの中央に近い領域上ほど、膜厚の厚みが薄くなっていてもよい。

つぎに、コーティング膜の形成方法について、図２８〜図３１を用いて説明する。図２８及び図３０は、コーティング膜の形成方法を示す図である。図２９は、図２８に示したコーティング膜の形成方法によって形成されたコーティング膜を表す図である。図３１は、図３０に示したコーティング膜の形成方法によって形成されたコーティング膜を表す図である。

コーティング膜１０１の形成方法（成膜方法）としては、スパッタリング法や蒸着法等が一般的に知られている。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０Ａのコーティング膜１０１についても、これらの方法を用いて形成することができる。しかし、本実施形態に係る半導体レーザ素子１０Ａのコーティング膜１０１は、通常の半導体レーザ素子と異なり、光出射端面ＬＥＳ上に形成するコーティング膜１０１の厚みが不均一（コーティング膜１０１の位置によって、厚みが一定でない）である。よって、以下のような方法でコーティング膜を形成する。

例えばスパッタリング法によりコーティング膜１０１を形成する場合に、図２８に示すように、成膜前半導体レーザ素子２０２を、ソース源（コーティング膜の原料）２０１の堆積（照射）方向に垂直な面に対して傾斜させる。その状態で成膜前半導体レーザ素子２０２に対してソース源２０１を堆積させると、成膜前半導体レーザ素子２０２のうち、傾斜によってソース源２０１と近くなっている部分ほどコーティング膜１０１の厚みが厚くなり、遠い部分ほどコーティング膜１０１の厚みが薄くなる。

このようにしてコーティング膜１０１を形成すると、図２９（Ａ）に示すような、片側（ソース源２０１堆積時にソース源２０１と近くなっていた側）のみコーティング膜１０１が厚くなった半導体レーザ素子１０Ａが形成される。

図２９（Ａ）の半導体レーザ素子１０Ａに対して、コーティング膜が厚くなっていない側をソース源２０１に近づけるように傾斜させてソース源２０１を再度堆積させると、図２９（Ｂ）に示すような、左右対称で両端のコーティング膜１０１が厚くなった半導体レーザ素子１０Ａが形成される。

コーティング膜１０１を形成する他の例について説明する。例えばスパッタリング法によりコーティング膜１０１を形成する場合に、図３０に示すように、ソース源２０１の堆積（照射）範囲３００の中央部からずらした位置に、成膜前半導体レーザ素子２０２をセットする。その状態で成膜前半導体レーザ素子２０２に対してソース源２０１を堆積させると、成膜前半導体レーザ素子２０２のうち、ソース源２０１の堆積（照射）範囲３００の中央部に近い部分ほどコーティング膜１０１の厚みが厚くなり、遠い部分ほどコーティング膜１０１の厚みが薄くなる。

このようにしてコーティング膜１０１を形成すると、図３１（Ａ）に示すような、片側（ソース源２０１の堆積（照射）範囲３００の中央部に近い側）のみコーティング膜１０１が厚くなった半導体レーザ素子１０Ａが形成される。

図３１（Ａ）の半導体レーザ素子１０Ａに対して、コーティング膜が厚くなっていない側をソース源２０１の堆積（照射）範囲３００の中央部に近づけてソース源２０１を再度堆積させると、図３１（Ｂ）に示すような、左右対称で中央のコーティング膜１０１が厚くなった半導体レーザ素子１０Ａが形成される。

以上、説明したように、半導体レーザ素子１０Ａは、コーティング膜１０１の複数の領域に対応する位置における膜厚ｄは、コーティング膜表面ＣＦＳにおけるレーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａが所望の値となるように、複数の領域Ｒに対応する位置におけるレーザビームの屈折方向と光出射端面ＬＥＳの法線とがなす角度である屈折角度に応じて、設定されている。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１０Ａでは、光出射端面ＬＥＳ上に形成されたコーティング膜の厚みｄが、各レーザビームのコーティング膜１０１における屈折角度に応じて設定されている。これにより、出射方向が異なる各レーザビームに対して、コーティング膜表面ＣＦＳにおける振幅反射率Ｒ_Ａが所望の値となり、コーティング膜１０１から出る各レーザビームの出力が、光出射端面ＬＥＳに対するレーザビームの出射方向によらず、確保される。したがって、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができる。

コーティング膜１０１の複数の領域に対応する位置における膜厚ｄは、振幅反射率が、複数のレーザビームで一定となるように設定されていることで、各レーザビームの出射方向が異なっている場合にも、レーザビーム毎で、コーティング膜表面ＣＦＳにおける振幅反射率Ｒ_Ａが一定となる。したがって、コーティング膜１０１から出る各レーザビームの出力は、光出射端面ＬＥＳに対するレーザビームの出射方向によらず、一定の値に確保できる。

振幅反射率をＲ_Ａとし、フレネル係数をｒ_１及びｒ_２とし、レーザビームの波長をλとし、コーティング膜の屈折率をｎ_１とし、コーティング膜の膜厚をｄとし、屈折角度をφ_１としたときに、

により表される、態様とすることで、屈折角度φ_１に応じてコーティング膜の膜厚ｄを設定し、所望の振幅反射率Ｒ_Ａのレーザビームを得ることができる。

半導体レーザ素子１０Ａの厚み方向から見た場合に、光出射端面ＬＥＳの中央に近い領域上に形成されたコーティング膜１０１ほど、膜厚ｄが厚くなるように設定してもよい。例えば、各レーザビームのコーティング膜表面ＣＦＳにおける振幅反射率Ｒ_Ａを一定としたい場合に、図２６に示すように、レーザビーム１０５〜レーザビーム１０９がコーティング膜１０１に入射しているとすると、光出射端面ＬＥＳの中央に近い領域からコーティング膜１０１に入射するレーザビーム１０７が最も入射角度（すなわち屈折角度）が大きく、順次、光出射端面の中央から遠い領域からコーティング膜１０１に入射するレーザビームほど入射角度が小さくなるときには、本態様とすることで、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができる。

半導体レーザ素子１０Ａの厚み方向から見た場合に、光出射端面ＬＥＳの中央に近い領域上に形成されたコーティング膜１０１ほど、膜厚ｄが薄くなるように設定されていてもよい。例えば、各レーザビームのコーティング膜表面ＣＦＳにおける振幅反射率Ｒ_Ａを一定としたい場合に、図２７に示すように、レーザビーム１１０〜レーザビーム１１４がコーティング膜１０１に入射しているとすると、光出射端面ＬＥＳの中央に近い領域からコーティング膜１０１に入射するレーザビーム１０７が最も入射角度（すなわち屈折角度）が小さく、順次、光出射端面の中央から遠い領域からコーティング膜１０１に入射するレーザビームほど入射角度が大きくなるときには、本態様とすることで、半導体レーザ素子として所望の出力特性を確保することができる。

以下、半導体レーザ素子１０Ａのコーティング膜１０１の設計例について説明する。なお、半導体レーザ素子１０Ａはこれらの設計例に限定されない。

各レーザビームの振幅反射率Ｒ_Ａが一定となるように（均一なパワー反射率が得られるように）、各レーザビームの光出射端面ＬＥＳにおける屈折角度φ_１に応じて膜圧ｄが設定されている。所望の振幅反射率Ｒ_Ａは３％とし、半導体レーザ素子１０Ａの光出射端面ＬＥＳにおける材料をＧａＡｓ（屈折率ｎ_０＝３．６）、コーティング膜１０１の材料をＡｌ_２Ｏ_３（屈折率ｎ_１＝１．７）、空気の屈折率をｎ_２＝１．０とし、レーザビーム波長λ＝９００ｎｍとすると、各レーザビームの光出射端面ＬＥＳにおける屈折角度φ_１に応じた膜圧ｄは、図３２に示すようになった。なお、振幅反射率Ｒ_Ａは膜厚ｄに対して周期的に変化するため、異なる膜厚ｄでも振幅反射率３％を得ることは可能である。

つぎに、フォトニック結晶層４として、第一フォトニック結晶層４１と、第二フォトニック結晶層４３と、を含んでいる半導体レーザ素子１０Ｂについて説明する。なお、上述した、半導体レーザ素子１０Ａと重複する説明は省略する。

まず、本実施形態に係る半導体レーザ素子１０Ｂの構成について説明する。図３３は、半導体レーザ素子の概略斜視図である。図３４は、半導体レーザ素子のXXXIV−XXXIV線に沿った断面構成を示す図である。図３５は、半導体レーザ素子のXXXV−XXXV線に沿った断面構成を示す図である。図３６は、半導体レーザ素子の平面図である。

半導体レーザ素子１０Ｂは、端面発光型の半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１０Ｂは、半導体基板１上に順次形成された、下部クラッド層２、下部光ガイド層３Ａ、活性層３Ｂ、上部光ガイド層３Ｃ、フォトニック結晶層４、上部クラッド層５、及びコンタクト層６を備えている。半導体基板１の裏面側には、電極Ｅ１が全面に設けられており、コンタクト層６上には、複数の駆動電極Ｅ２が設けられている。そして、光出射端面ＬＥＳを覆うようにして、コーティング膜１０１が設けられている。

コンタクト層６上の表面は、その一部が絶縁膜ＳＨによって覆われている。絶縁膜ＳＨは、例えば、ＳｉＮやＳｉＯ_２から形成することができる。絶縁膜ＳＨ上には、複数の電極パッドＥＰが配置されている。

半導体レーザ素子１０Ｂの平面形状は長方形であり、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定した場合には、厚み方向をＺ軸、幅方向をＸ軸とし、光出射端面ＬＥＳに垂直な方向をＹ軸とする。ＸＹ平面内において、各駆動電極Ｅ２の延びている長手方向は、Ｙ軸に平行な直線に平行である。

コンタクト層６の上面（絶縁膜ＳＨが形成される面）は、半導体レーザ素子１０Ｂの厚み方向から見て、Ｙ軸方向において、光出射端面ＬＥＳ側から、第一領域６ａ、第二領域６ｂ、及び第三領域６ｃに分けられる。第二領域６ｂは、Ｙ軸方向において、第一領域６ａと第三領域６ｃとの間に位置している。各領域６ａ６ｂ，６ｃは、Ｘ軸方向に、それぞれ伸びている。絶縁膜ＳＨは、コンタクト層６の第三領域６ｃ上に配置されている。

複数の駆動電極Ｅ２は、半導体レーザ素子１０Ｂの厚み方向から見た場合、第二領域６ｂにおいて、Ｘ軸方向に併置されている。各駆動電極Ｅ２は、矩形状を呈し、詳細には、各駆動電極Ｅ２は、Ｙ軸方向を長辺とする長方形状を呈している。すなわち、複数の駆動電極Ｅ２は、駆動電極Ｅ２の短辺方向に併置されている。駆動電極Ｅ２の長手方向は、半導体レーザ素子１０Ｂの厚み方向から見た場合、この半導体レーザ素子１０Ｂの光出射端面ＬＥＳの法線（Ｙ軸）に対して平行である。

上下の電極Ｅ１，Ｅ２間に電流を流すと、いずれかの電極Ｅ２の直下の領域Ｒを電流が流れ、この領域Ｒが発光する。複数の駆動電極Ｅ２は、活性層３Ｂにおける、光出射端面ＬＥＳに平行で且つ活性層３Ｂが延びる方向、すなわちＸ軸方向に並んで位置する複数の領域Ｒに駆動電流を供給する。

各電極パッドＥＰは、図３５及び図３６に示されているように、対応する駆動電極Ｅ２に、絶縁膜ＳＨ上に配置された配線Ｗ１を通して電気的に接続されている。駆動電極Ｅ２の数と電極パッドＥＰの数とは同じである。本実施形態では、複数の電極パッドＥＰは、複数列でＸ軸方向に沿って配置されている。複数の電極パッドＥＰは、第三領域６ｃの上方に位置している。

半導体レーザ素子１０Ｂにおいては、フォトニック結晶層４は、第一フォトニック結晶層４１と、第二フォトニック結晶層４３と、を含んでいる。すなわち、第一フォトニック結晶層４１と第二フォトニック結晶層４３とは、基本層４Ａと、基本層４Ａ内に周期的に埋め込まれた複数の埋め込み層（異屈折率部）４Ｂと、をそれぞれ有している。第一フォトニック結晶層４１と第二フォトニック結晶層４３とは、同一層に位置しており、第二フォトニック結晶層４３は、第一フォトニック結晶層４１よりも光出射端面ＬＥＳ側に位置している。

フォトニック結晶は、屈折率が周期的に変化するナノ構造体であり、周期に応じて特定の波長の光を特定の方向へ強め合わせる、すなわち回折させることができる。たとえば、この回折を光の閉じ込めに用い、共振器として利用することにより、レーザが実現される。

本実施形態では、閃亜鉛構造の第１化合物半導体（ＧａＡｓ）からなる基本層４Ａ内に複数の穴Ｈを周期的に形成し、穴Ｈ内に、閃亜鉛構造であって第２化合物半導体（ＡｌＧａＡｓ）からなる埋め込み層４Ｂを成長させてなるフォトニック結晶層４を備えている。フォトニック結晶を構成するため、第１化合物半導体と、第２化合物半導体の屈折率は異なる。本実施形態では、第２化合物半導体の方が、第１化合物半導体よりも屈折率が低いが、逆に第１化合物半導体の方が、第２化合物半導体よりも屈折率が低くてもよい。

埋め込み層４ＢのＸＹ平面内における形状は、図１０の（Ａ）〜（Ｆ）に示されるように、長方形、正方形、楕円形又は円形、若しくは、二等辺三角形又は正三角形であってもよい。三角形として、底辺がＸ方向に平行な三角形（（Ｄ）に図示）、底辺がＹ方向に平行な三角形（（Ｅ）に図示）、又は、（Ｄ）に示される三角形を１８０度回転させた三角形（（Ｆ）に図示）を採用することもできる。いずれの図形も回転や寸法比率の変更を行うことができる。これらの図形の配列周期は、各図形の重心間の距離を用いることができる。本実施形態では、埋め込み層（異屈折率部）４Ｂの形状として、（Ｃ）に示された円形（真円形）が採用されている。

図３７は、第一フォトニック結晶層の平面図である。

第一フォトニック結晶層４１は、複数の駆動電極Ｅ２の下方に位置する。第一フォトニック結晶層４１では、その厚み方向から見たときに、埋め込み層４Ｂが、正方格子を構成する格子点（Γ点）にそれぞれ配置されている。すなわち、埋め込み層４Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に整列し、２次元周期構造を構成している。これにより、第一フォトニック結晶層４１は、複数の領域Ｒに対応する領域にわたって、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有することとなる。埋め込み層４Ｂの整列方向での周期Ｐ１は、
λ_０／ｎ_１
に設定されている。λ_０は、レーザ光の、真空中での波長である。ｎ_１は、第一フォトニック結晶層４１における光の実行屈折率である。

レーザビームは、活性層３Ｂ内において発生するが、活性層３Ｂから染み出した光は、隣接する第一フォトニック結晶層４１の影響を受ける。第一フォトニック結晶層４１内には、図３７に示されるような周期的屈折率分布構造が形成されている。第一フォトニック結晶層４１により回折を受けた結果、図３７内に矢印で示す方向にレーザビームが発生する。第一フォトニック結晶層４１が、複数の領域Ｒに対応する領域にわたって、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有しているので、各領域Ｒからは、同一の方向にレーザビームが出力される。本実施形態では、Ｙ軸方向、すなわち光出射端面ＬＥＳに向かうレーザビームが利用される。

第一フォトニック結晶層４１における、埋め込み層４Ｂの配置は、図３７に示された配置に限られることなく、図３８の（Ａ）〜（Ｃ）に示された配置であってもよい。

図３８の（Ａ）では、埋め込み層４Ｂは、正方格子のＭ点にそれぞれ配置されている。埋め込み層４Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に４５度傾き且つ互いに直交する２方向において整列している。埋め込み層４Ｂの整列方向での周期Ｐ２は、
２^−１／２×λ_０／ｎ_１
に設定されている。この場合も、主要光波の進行方向は、図中の矢印で示されるように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿う方向となる。

図３８の（Ｂ）では、埋め込み層４Ｂは、三角格子のΓ点にそれぞれ配置されている。埋め込み層４Ｂの周期Ｐ３は、
λ_０／ｎ_１
に設定されている。この場合、主要光波の進行方向は、図中の矢印で示される６０°間隔の方向となる。図３８の（Ｃ）では、埋め込み層４Ｂは、三角格子のＪ点にそれぞれ配置されている。埋め込み層４Ｂの周期Ｐ４は、
２×３^−１／２×λ_０／ｎ_１
に設定されている。この場合、主要光波の進行方向は、図中の矢印で示される６０°間隔の方向となる。

半導体レーザ素子１０Ｂでは、下部クラッド層２、下部光ガイド層３Ａ、活性層３Ｂ、上部光ガイド層３Ｃ、第一フォトニック結晶層４１、上部クラッド層５、及び複数の駆動電極Ｅ２が、発振部を構成する。発振部は、複数のレーザビームを生成し、生成した複数のレーザビームを同一の方向に出力する。

図３９は、第二フォトニック結晶層の平面図である。

第二フォトニック結晶層４３においても、埋め込み層４Ｂは、２次元周期構造を構成している。第二フォトニック結晶層４３における複数の埋め込み層４Ｂは、所定の格子構造の格子点位置に配置されている。この所定の格子構造では、二つの基本並進ベクトルがなす角φは、当該所定の格子構造の一方の基本並進ベクトルに直交する方向とレーザビームの出射方向とがなす角をθとして、
φ＝ｔａｎ^−１｛ｓｉｎθ／（２ｃｏｓ^２（θ／２））｝
を満たしている。

第二フォトニック結晶層４３における埋め込み層４Ｂの格子構造の一方の基本並進ベクトルに沿う方向での格子点の周期Ｐ５は、
λ_０／（ｎ_２×ｓｉｎθ）
を満たしている。第二フォトニック結晶層４３における埋め込み層４Ｂの格子構造の一方の基本並進ベクトルに直交する方向での格子点の周期Ｐ６は、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ-１）×λ_０／（２ｎ_２）
を満たしている。ｎ_２は、第二フォトニック結晶層４３における光の実行屈折率である。

二つの基本並進ベクトルがなす角φ（又は、Ｘ軸方向での埋め込み層４Ｂの間隔）は、Ｘ軸方向での位置に応じ、図３９に示されるように、連続的に変化している。すなわち、第二フォトニック結晶層４３は、複数の領域Ｒに対応する領域毎に、埋め込み層４Ｂの配列周期が異なる上述した周期構造を有している。第二フォトニック結晶層４３は、上記周期構造により、上記発振部から同一の方向に出力された複数のレーザビームをそれぞれ異なる方向に偏向して光出射端面から出射させる偏向部を構成する。

第二フォトニック結晶層４３は、複数の領域Ｒに対応する領域毎で、上記発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、光出射端面ＬＥＳからのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせる。第二フォトニック結晶層４３では、その厚み方向から見たときに、埋め込み層４Ｂは、Ｙ軸方向、すなわち上記発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に対しては、等間隔（同じ配列周期）で並んでいる。Ｙ軸方向での埋め込み層４Ｂの周期は、ｍを任意の自然数としたときに、
（２ｍ-１）×λ_０／（２ｎ_２）
に設定されている。光出射端面ＬＥＳに平行なＸ軸方向での埋め込み層４Ｂの周期は、
λ_０／（ｎ_２×ｓｉｎθ）
に設定されている。

以上のように、半導体レーザ素子１０Ｂでは、第一フォトニック結晶層４１が、複数の領域Ｒに対応する領域にわたり、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有しているので、発振部からは、複数の駆動電極Ｅ２毎に同一の方向にレーザビームが出力される。第二フォトニック結晶層４３が、複数の領域Ｒに対応する領域毎に、埋め込み層４Ｂの配列周期が異なる周期構造を有しているので、偏向部からは、発振部から同一の方向に出力された各レーザビームがそれぞれ異なる方向に偏向されて、光出射端面ＬＥＳから出射される。

半導体レーザ素子１０Ｂでは、発振部と偏向部とが分かれていると共に、第一フォトニック結晶層４１が、複数の領域Ｒに対応する領域にわたり、埋め込み層４Ｂの配列周期が同じとされた周期構造を有している。このため、発振閾値がレーザビーム毎で一定であり、安定した動作を実現することができる。

第二フォトニック結晶層４３は、複数の領域Ｒに対応する領域毎で、発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、光出射端面ＬＥＳからのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせている。これにより、偏向部は、確実に、発振部から同一方向に出力された各レーザビームを異なる方向に偏向して光出射端面から出射させることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…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、４Ｂ…埋め込み層、５…上部クラッド層、６…コンタクト層、４１…第一フォトニック結晶層、４３…第二フォトニック結晶層、１００…層構造体、ＣＦＳ…コーティング膜表面、ｄ，ｄ１３３，ｄ１３４…膜厚、Ｅ２…駆動電極、ＬＥＳ…光出射端面、Ｒ_Ａ…振幅反射率。

Claims (8)

1. 端面発光型の半導体レーザ素子であって、
   基板上に形成された下部クラッド層と、上部クラッド層と、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との間に介在する活性層と、前記活性層と前記上部及び下部クラッド層の少なくともいずれか一方との間に介在するフォトニック結晶層と、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、を有する層構造体と、
   前記層構造体の光出射端面上に形成され、該光出射端面における反射光を低減させるためのコーティング膜と、
   を備え、
   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のレーザビームは、前記光出射端面における前記複数の領域に対応する領域からそれぞれ異なる１方向に出射されて、前記コーティング膜の前記複数の領域に対応する位置にそれぞれ入射し、
   前記コーティング膜の前記複数の領域に対応する位置における膜厚は、前記コーティング膜の表面における前記レーザビームの振幅反射率が、複数の前記レーザビームで一定となるように、前記複数の領域に対応する前記位置における前記レーザビームの屈折方向と前記光出射端面の法線とがなす角度である屈折角度に応じて、設定されている、
   ことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記振幅反射率は、該振幅反射率をＲ_Ａとし、前記光出射端面と前記コーティング膜との界面の反射フレネル係数をｒ_１ 、前記コーティング膜と空気との界面の反射フレネル係数をｒ_２とし、前記レーザビームの波長をλとし、前記コーティング膜の屈折率をｎ_１とし、前記コーティング膜の膜厚をｄとし、前記屈折角度をφ_１としたときに、
   

   

   
   

   

   
   により表される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記コーティング膜は、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合に、前記光出射端面の中央に近い領域上に形成された前記コーティング膜ほど、膜厚が厚くなるように設定されている、
   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素子。
4. 前記コーティング膜は、前記半導体レーザ素子の厚み方向から見た場合に、前記光出射端面の中央に近い領域上に形成された前記コーティング膜ほど、膜厚が薄くなるように設定されている、
   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素子。
5. 前記フォトニック結晶層の前記活性層の前記複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、前記２つ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、前記フォトニック結晶層の前記活性層の前記複数の領域に対応する領域毎に異なる、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
6. 前記フォトニック結晶層の前記活性層の前記複数の領域に対応する領域それぞれが、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２つの周期構造を有しており、前記２つ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、複数の前記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いる、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
7. 前記半導体レーザ素子は、複数のレーザビームを生成し、生成した複数のレーザビームを同一の方向に出力する発振部と、前記発振部から同一の方向に出力された複数のレーザビームをそれぞれ異なる方向に偏向して光出射端面から出射させる偏向部と、を有して構成され、
   前記発振部は、前記下部クラッド層と、前記上部クラッド層と、前記活性層と、前記フォトニック結晶層としての第一フォトニック結晶層と、前記複数の駆動電極と、を含み、
   前記偏向部は、第二フォトニック結晶層を含み、
   前記第一フォトニック結晶層は、前記複数の領域に対応する領域にわたり、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が同じとされた周期構造を有し、
   前記第二フォトニック結晶層は、前記複数の領域に対応する領域毎に、周囲と屈折率が異なる異屈折率部の配列周期が異なる周期構造を有している、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
8. 前記第二フォトニック結晶層は、前記複数の領域に対応する前記領域毎で、前記発振部からのレーザビームの出力方向と同じ方向に透過する光を弱め合う干渉を生じさせると共に、前記光出射端面からのレーザビームの出射方向に回折する光を強め合う干渉を生じさせる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
   

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