JP7314037B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

特許文献１には、ダブルヘテロ構造の積層体内において発振されたレーザ光を回折格子によって回折させることで積層方向に出力する半導体レーザが記載されている。特許文献２には、ダブルヘテロ構造の積層体が分離領域によって利得領域と損失領域とに電気的に分離された端面発光型の光半導体素子が記載されている。この光半導体素子は、時間的にインコヒーレントな光を出力するスーパールミネッセントダイオードとして機能し得る。

米国特許第４２８６２３２号公報 特開２０１８－１８２３０６号公報

半導体発光素子として、インコヒーレントな光を積層方向に出力可能なものが求められている。また、そのような半導体発光素子には、レーザ発振された光が混入することにより生じるスペックルノイズの低減が併せて求められる。そこで、本発明は、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明の半導体発光素子は、活性層、活性層を挟む第１クラッド層及び第２クラッド層、並びに、活性層と第１クラッド層との間、又は活性層と第２クラッド層との間に設けられた光回折層を有する積層体と、第２クラッド層上に設けられた第１電極と、積層体に対して第１電極とは反対側に設けられた少なくとも１つの対向電極とを備え、積層体において、第１電極下の第１領域を含む部分は、第１領域において発生した光の共振を抑制することによって、積層体の積層方向に垂直な第１方向に沿って光を出力するスーパールミネッセントダイオードとして機能するように構成されており、光回折層は、基本層と、基本層の屈折率とは異なる屈折率を有し、基本層において基本層の厚さ方向に垂直な平面に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域と、を有し、複数の異屈折率領域は、基本層において、第１領域に対して第１方向の一方側に位置する部分に少なくとも設けられており、複数の異屈折率領域は、異屈折率領域の対を複数含んでおり、スーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力される光の中心波長をλとすると、複数の異屈折率領域の対の各々に含まれる２つの異屈折率領域の重心は、互いにλ／４だけ離れている。

この半導体発光素子では、積層体においてスーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力されるインコヒーレントな光が、光回折層において回折され、積層方向に出射する。また、複数の異屈折率領域の対の各々に含まれる２つの異屈折率領域の重心が、互いにλ／４だけ離れている。これにより、２つの異屈折率領域において入射方向とは反対側に回折された戻り光の位相が互いにλ／２だけずれ、戻り光同士が打ち消し合う。そのため、戻り光により定在波が形成されるのを抑制することができる。その結果、戻り光が積層体内において共振してレーザ発振するのを抑制することができ、レーザ発振された光の出力光への混入を抑制することができる。よって、この半導体発光素子によれば、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。

複数の異屈折率領域の対において、第１方向に隣り合う異屈折率領域の対を第１対及び第２対とし、ｎを自然数とすると、第１対に含まれる２つの異屈折率領域の重心は、第２対に含まれる２つの異屈折率領域の重心からｎλだけ離れていてもよい。この場合、出力光の発光強度を高めることができる。

複数の異屈折率領域は、第１方向において第１領域から離れるほど回折効率が大きくなるように、構成されていてもよい。この場合、出力光の面内強度分布を均一化することができる。

第１方向において第１領域から離れるほど、積層方向における異屈折率領域の長さが長くなっていてもよい。この場合、出力光の面内強度分布を一層確実に均一化することができる。

第１方向において第１領域から離れるほど、第１方向における異屈折率領域の長さが長くなっていてもよい。この場合、出力光の面内強度分布をより一層確実に均一化することができる。

複数の異屈折率領域の各々は、積層方向及び第１方向に垂直な第２方向に沿って延在していてもよい。この場合、積層体内において光が共振してレーザ発振するのを一層確実に抑制することができる。

複数の異屈折率領域の各々は、第２方向における積層体の両側面に至っていてもよい。この場合、積層体内において光が共振してレーザ発振するのをより一層確実に抑制することができる。

複数の異屈折率領域の配置は、所定の変調パターンに従って設定されていてもよい。この場合、変調パターンに応じた形状の光を積層方向に出力することができる。

本発明の半導体発光素子は、第１電極に対して第１方向の他方側に位置するように第２クラッド層上に設けられた第２電極を更に備え、積層体には、第１電極下の第１領域と第２電極下の第２領域との間を電気的に分離する第１分離領域が設けられていてもよい。この場合、第１電極と少なくとも１つの対向電極との間に順バイアスをかけて第１領域を利得領域として機能させると共に、第２電極と少なくとも１つの対向電極との間に逆バイアスをかけて第２領域を損失領域として機能させることで、第１領域において発生した光の共振を第２領域によって抑制することができ、その結果、インコヒーレントな光を第１方向に出力することができる。すなわち、第１領域及び第２領域をスーパールミネッセントダイオードとして機能させることができる。

第１領域は、第１電極と少なくとも１つの対向電極との間に順バイアスがかけられることにより、利得領域として機能し、第２領域は、第２電極と少なくとも１つの対向電極との間に逆バイアスがかけられることにより、損失領域として機能してもよい。この場合、上述したとおり、第１領域及び第２領域をスーパールミネッセントダイオードとして機能させることができる。

本発明の半導体発光素子は、第１電極に対して第１方向の一方側に位置するように第２クラッド層上に設けられた第３電極を更に備え、積層体には、第１電極下の第１領域と第３電極下の第３領域との間を電気的に分離する第２分離領域が設けられていてもよい。この場合、第１電極と少なくとも１つの対向電極との間に順バイアスをかけて第１領域を利得領域として機能させると共に、第３電極と少なくとも１つの対向電極との間に互いに大きさが異なる第１バイアス及び第２バイアスを交互にかけて第３領域を変調領域として機能させることで、第３領域側に出力された光を高速で変調することができる。

第１領域は、第１電極と少なくとも１つの対向電極との間に順バイアスがかけられることにより、利得領域として機能し、第３領域は、第３電極と少なくとも１つの対向電極との間に互いに大きさが異なる第１バイアス及び第２バイアスが交互にかけられることにより、変調領域として機能してもよい。この場合、上述したとおり、第３領域側に出力された光を高速で変調することができる。

本発明の半導体発光素子は、積層体を複数備え、複数の積層体は、積層方向及び第１方向に垂直な第２方向に沿って並んでいてもよい。この場合、出力光の出射範囲を第２方向に広げることができる。

複数の積層体の光回折層は、互いに一体に形成されており、複数の異屈折率領域の各々は、複数の積層体にわたって延在していてもよい。この場合、積層体内において光が共振してレーザ発振するのを一層確実に抑制することができる。

本発明の半導体発光素子は、活性層、活性層を挟む第１クラッド層及び第２クラッド層、並びに、第２クラッド層上に設けられたコンタクト層を有する積層体と、コンタクト層上に設けられた第１電極と、積層体に対して第１電極とは反対側に設けられた少なくとも１つの対向電極とを備え、積層体において、第１電極下の第１領域を含む部分は、第１領域において発生した光の共振を抑制することによって積層体の積層方向に垂直な第１方向に沿って光を出力するスーパールミネッセントダイオードとして機能するように構成されており、第２クラッド層及びコンタクト層の少なくとも一方は、基本層と、基本層の屈折率とは異なる屈折率を有し、基本層において基本層の厚さ方向に垂直な平面に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域と、を有し、複数の異屈折率領域は、基本層において、第１領域に対して第１方向の一方側に位置する部分に少なくとも設けられており、複数の異屈折率領域は、異屈折率領域の対を複数含んでおり、スーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力される光の中心波長をλとすると、複数の異屈折率領域の対の各々に含まれる２つの異屈折率領域の重心は、互いにλ／４だけ離れている。

この半導体発光素子では、積層体においてスーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力されるインコヒーレントな光が、第２クラッド層及びコンタクト層の少なくとも一方において回折され、積層方向に出射する。また、複数の異屈折率領域の対の各々に含まれる２つの異屈折率領域の重心が、互いにλ／４だけ離れている。これにより、２つの異屈折率領域において入射方向とは反対側に回折された戻り光の位相が互いにλ／２だけずれ、戻り光同士が打ち消し合う。そのため、戻り光により定在波が形成されるのを抑制することができる。その結果、戻り光が積層体内において共振してレーザ発振するのを抑制することができ、レーザ発振された光の出力光への混入を抑制することができる。よって、この半導体発光素子によれば、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。

本発明によれば、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる半導体発光素子を提供することが可能となる。

実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図１のII－II線に沿っての断面図である。 光回折層における異屈折率領域の配置を示す平面図である。 異屈折率領域において生じる戻り光を示す平面図である。 第１変形例における異屈折率領域の配置を示す平面図である。 第２変形例に係る半導体発光素子の断面図である。 第２変形例の光回折層における異屈折率領域の配置を示す平面図である。 第３変形例に係る半導体発光素子の斜視図である。 第３変形例に係る半導体発光素子の斜視図である。 変調パターンに基づく異屈折率領域の配置を説明するための図である。 変調パターンに基づく異屈折率領域の配置を説明するための図である。 第４変形例に係る半導体発光素子の平面図である。 第５変形例に係る半導体発光素子の平面図である。 第６変形例に係る半導体発光素子の平面図である。 第７変形例に係る半導体発光素子の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［半導体発光素子の構成］

図１及び図２に示されるように、半導体発光素子１Ａは、半導体基板２と、積層体１０と、を備えている。積層体１０は、下側クラッド層１１（第１クラッド層）、活性層１２、光回折層１３、上側クラッド層１４（第２クラッド層）及びコンタクト層１５が、この順に半導体基板２の表面２ａ上に積層されることにより構成されている。すなわち、積層体１０は、下側クラッド層１１が上側クラッド層１４に対して半導体基板２側に位置するように、半導体基板２上に配置されている。活性層１２は、下側クラッド層１１と上側クラッド層１４との間に挟まれている。光回折層１３は、活性層１２と上側クラッド層１４との間に設けられている。以下、積層体１０の積層方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な一の方向をＸ方向（第１方向）とし、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向（第２方向）として説明する。半導体基板２及び各層１１～１５の厚さ方向は、積層体１０の積層方向に平行である。半導体基板２の長さ方向はＸ方向に平行であり、半導体基板２の幅方向はＹ方向に平行である。

光回折層（回折格子層）１３は、基本層２１と、基本層２１に設けられた複数の異屈折率領域２２と、を有している。異屈折率領域２２は、基本層２１の屈折率とは異なる屈折率を有する領域である。異屈折率領域２２は、基本層２１において、基本層２１の厚さ方向に垂直な平面（ＸＹ平面）に沿って、周期的に配列されている。光回折層１３の詳細については後述する。

半導体基板２及び各層１１～１５は、例えばＧａＡｓ系半導体、ＩｎＰ系半導体、窒化物系半導体等の化合物半導体によって構成されている。一例として、半導体基板２はＧａＡｓ基板である。下側クラッド層１１、活性層１２、光回折層１３、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５は、III族元素のＧａ，Ａｌ，Ｉｎ及びＶ族元素のＡｓからなる群に含まれる元素により構成される化合物半導体層である。具体例として、下側クラッド層１１はＡｌＧａＡｓ層であり、活性層１２は多重量子井戸構造（例えば、障壁層がＡｌＧａＡｓからなり、井戸層がＩｎＧａＡｓからなる）を有し、上側クラッド層１４はＡｌＧａＡｓ層であり、コンタクト層１５はＧａＡｓ層である。

下側クラッド層１１には半導体基板２と同じ導電型が付与されており、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５には半導体基板２とは逆の導電型が付与されている。一例では、半導体基板２及び下側クラッド層１１はｎ型であり、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５はｐ型である。光回折層１３は、半導体基板２とは逆の導電型を有する。不純物濃度は、例えば１×１０^１７～１×１０^２１／ｃｍ^３である。積層体１０は、半導体基板２上においてリッジ構造として構成されている。すなわち、積層体１０の幅は、下側クラッド層１１における半導体基板２側の部分を除いて、半導体基板２の幅よりも小さくされている。

一例として、基本層２１はＧａＡｓからなり、異屈折率領域２２は空隙である。異屈折率領域２２は、基本層２１とは屈折率が異なる半導体が空孔内に埋め込まれることにより構成されていてもよい。この場合、基本層２１の空孔はエッチングにより形成されてもよい。有機金属気相成長法、スパッタ法又はエピタキシャル法を用いて半導体が空孔内に埋め込まれてもよい。基本層２１の空孔内に半導体を埋め込むことにより異屈折率領域２２が形成された後、更に、その上に異屈折率領域２２と同一の半導体が堆積されてもよい。異屈折率領域２２が空隙である場合、該空孔にアルゴン、窒素、水素といった不活性ガス又は空気が封入されていてもよい。

半導体発光素子１Ａは、第１電極（ゲイン電極）５と、第２電極（吸収電極）６と、第３電極（変調電極）７と、対向電極８と、を更に備えている。第１電極５、第２電極６及び第３電極７の各々は、コンタクト層１５を介して上側クラッド層１４上に設けられており、コンタクト層１５を介して上側クラッド層１４と電気的に接続されている。対向電極８は、半導体基板２の裏面２ｂ上に設けられており、半導体基板２と電気的に接続されている。すなわち、対向電極８は、積層体１０に対して第１電極５、第２電極６及び第３電極７とは反対側に設けられている。第１電極５、第２電極６、第３電極７及び対向電極８は、例えばＡｕ系の金属からなる。対向電極８は、積層体１０内から半導体基板２の裏面２ｂに至った光を反射する反射ミラーとしても機能する。

第１電極５、第２電極６及び第３電極７は、Ｘ方向に沿って並んでいる。第３電極７は、第１電極５に対してＸ方向の一方側（図２中の右側）に位置している。第２電極６は、第１電極５に対してＸ方向の他方側（図２中の左側）に位置している。対向電極８は、半導体基板２及び積層体１０を介して、第１電極５、第２電極６及び第３電極７と向かい合っている。コンタクト層１５上には反射防止層９が更に設けられている。反射防止層９は、第３電極７に対してＸ方向の一方側に位置している。反射防止層９は、コンタクト層１５の表面１５ａで光が反射されて積層体１０内に戻るのを抑制する。

第１電極５と第２電極６との間、及び第１電極５と第３電極７との間には、Ｙ方向に延在する隙間が形成されている。つまり、第１電極５、第２電極６及び第３電極７は、積層体１０の上面（対向電極８とは反対側の表面）の一部を覆うように形成された金属層が上記隙間によって分離されることにより、形成されている。

積層体１０には、第１分離領域１７と、第２分離領域１８と、が設けられている。第１分離領域１７は、積層体１０において、第１電極５下の第１領域１０１と第２電極６下の第２領域１０２とを電気的に分離している。第２分離領域１８は、積層体１０において、第１電極５下の第１領域１０１と第３電極７下の第３領域１０３とを電気的に分離している。

第１領域１０１は、Ｚ方向から見た場合に積層体１０において第１電極５と重なる領域であって、対向電極８と第１電極５とで挟まれた領域である。第２領域１０２は、Ｚ方向から見た場合に積層体１０において第２電極６と重なる領域であって、対向電極８と第２電極６とで挟まれた領域である。第３領域１０３は、Ｚ方向から見た場合に積層体１０において第３電極７と重なる領域であって、対向電極８と第３電極７とで挟まれた領域である。

第１分離領域１７及び第２分離領域１８の各々は、Ｘ方向に垂直なＹＺ平面に沿って平面状に延在している。第１分離領域１７及び第２分離領域１８の各々は、Ｚ方向においては、コンタクト層１５の表面１５ａから光回折層１３に至っている。Ｚ方向における第１分離領域１７及び第２分離領域１８の各々の端部は、光回折層１３の中間点を超えて、活性層１２の近傍に至っている。第１分離領域１７及び第２分離領域１８の各々は、Ｙ方向においては、積層体１０の両側面に至っている。

第１分離領域１７及び第２分離領域１８の各々は、例えば、イオン注入によってプロトン、ボロン等が積層体１０に添加されることにより形成されたイオン注入領域である。第１分離領域１７及び第２分離領域１８がイオン注入領域によって構成されていることにより、第１分離領域１７と第１領域１０１及び第２領域１０２との間の屈折率差、並びに第２分離領域１８と第１領域１０１及び第３領域１０３との間の屈折率差を小さくすることができ、第１分離領域１７及び第２分離領域１８での光の反射を抑制することができる。

図２及び図３を参照しつつ、光回折層１３の詳細を説明する。上述したとおり、光回折層１３は、基本層２１と、基本層２１の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域２２と、を有している。各異屈折率領域２２は、Ｘ方向に垂直なＹＺ平面に沿って延在しており、Ｚ方向から見た場合に例えば長方形状を呈している。各異屈折率領域２２は、Ｚ方向においては、基本層２１における上側クラッド層１４側の表面２１ａから延在している。各異屈折率領域２２は、Ｙ方向においては、積層体１０の両側面に至っている。

複数の異屈折率領域２２は、異屈折率領域２２の対ＰＲを複数含んでいる。各対ＰＲは、Ｘ方向に隣り合う２つの異屈折率領域２２からなる。複数の異屈折率領域２２の対ＰＲは、Ｘ方向に沿って並んでいる。後述するように半導体発光素子１Ａの駆動時にスーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力される光の中心波長をλとすると、複数の異屈折率領域２２の対ＰＲの各々に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｇは、互いにλ／４だけ離れている。すなわち、各対ＰＲにおいては、一方の異屈折率領域２２の重心Ｇが、他方の異屈折率領域２２の重心Ｇから、Ｘ方向にλ／４だけ離れている。

複数の異屈折率領域２２の対ＰＲにおいて、Ｘ方向に隣り合う異屈折率領域２２の対ＰＲを第１対ＰＲ１及び第２対ＰＲ２とし、ｎを自然数とすると、第１対ＰＲ１に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒは、第２対ＰＲ２に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒからｎλだけ離れている。この例では、ｎは１であり、第１対ＰＲ１に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒは、第２対ＰＲ２に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒから、Ｘ方向にλだけ離れている。換言すれば、複数の異屈折率領域２２の対ＰＲは、互いの重心Ｒ間の距離がλとなるように並んでいる。

図２に示されるように、複数の異屈折率領域２２は、基本層２１において、第３領域１０３に対してＸ方向の一方側に位置する部分にわたって設けられている。この例では、複数の異屈折率領域２２は、基本層２１において反射防止層９と重なる部分にわたって設けられている。なお、図２では異屈折率領域２２が概略的に示されているが、実際には図示された間隔よりも短い間隔で、多数の異屈折率領域２２が配列されている。

複数の異屈折率領域２２は、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど回折効率（光結合効率）が大きくなるように、構成されている。この例では、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど、異屈折率領域２２の深さ（Ｚ方向における長さ）が深くなっている。すなわち、Ｘ方向において第１領域１０１から遠くに配置された異屈折率領域２２の対ＰＲほど、異屈折率領域２２の深さが深くなっている。各対ＰＲに含まれる２つの異屈折率領域２２の深さは、互いに等しい。各異屈折率領域２２の幅（Ｘ方向における長さ）は、互いに等しい。
［半導体発光素子の駆動方法］

半導体発光素子１Ａの駆動方法の一例を説明する。第１電極５と対向電極８との間に順バイアスがかけられる。例えば、対向電極８を接地電位として第１電極５に正電圧（例えば＋１．５～＋２Ｖ）が印加される。これにより、第１領域１０１が利得領域（ゲイン領域）として機能し、当該利得領域がレーザダイオードとして光を共振させて発振させようとする。その一方で、第２電極６と対向電極８との間に逆バイアスがかけられる。例えば、対向電極８を接地電位として第２電極６に負電圧（例えば－５Ｖ）が印加される。これにより、第２領域１０２が損失領域（吸収領域）として機能し、当該損失領域がレーザダイオードとしての光発振を止めようとする。その結果、第１領域１０１及び第２領域１０２がスーパールミネッセントダイオードとして機能し、時間的にインコヒーレントな光が第１領域１０１の端面からＸ方向に沿って第３領域１０３側へ出力される。図２では、活性層１２のうち駆動時に利得領域として機能する領域が符号１２ａで示され、損失領域として機能する領域が符号１２ｂで示されている。

このとき、第３電極７と対向電極８との間には、順バイアス及び逆バイアスが交互にかけられる。すなわち、第３電極７と対向電極８との間には、順バイアスである第１バイアスと、逆バイアスである第２バイアスとが交互にかけられる。例えば、対向電極８を接地電位として第３電極７に正電圧（例えば、＋１Ｖ）及び負電圧（例えば－５Ｖ）がサブナノ秒レベルの周期で交互に印加される。これにより、第３領域１０３が変調領域として機能し、当該変調領域が出力光を高速で変調する。その結果、例えば、図２に矢印Ａで示されるように、サブナノ秒レベルのパルス幅に変調された光が第３領域１０３の端面からＸ方向に沿って出射される。図２では、活性層１２のうち駆動時に変調領域として機能する領域が符号１２ｃで示されている。

第１領域１０１から出力され、第３領域１０３において変調された光は、光回折層１３において、光回折層１３の格子構造（異屈折率領域２２の配列パターン）に応じて垂直方向に回折される。これにより形成された平面状の光は、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５を通り、図２に矢印Ｂで示されるように、反射防止層９の表面からＺ方向に沿って出力される。また、一部の光は、下側クラッド層１１側に向かって進行し、対向電極８で反射された後に、反射防止層９の表面からＺ方向に沿って出力される。
［作用及び効果］

半導体発光素子１Ａでは、積層体１０においてスーパールミネッセントダイオードとして機能する部分（第１領域１０１及び第２領域１０２）から出力されるインコヒーレントな光が、光回折層１３において回折され、Ｚ方向に出射する。また、複数の異屈折率領域２２の対ＰＲの各々に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｇが、互いにλ／４だけ離れている。これにより、図４に示されるように、２つの異屈折率領域２２において入射方向とは反対側に回折された（すなわち１８０°回折された）戻り光ＲＬの位相が互いにλ／２だけずれ、戻り光ＲＬ同士が打ち消し合う。すなわち、戻り光ＲＬ同士を消失性干渉させることができる。そのため、戻り光ＲＬにより定在波が形成されるのを抑制することができる。その結果、戻り光ＲＬが積層体１０内において共振してレーザ発振するのを抑制することができ、レーザ発振された光の出力光への混入を抑制することができる。よって、半導体発光素子１Ａによれば、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向（Ｚ方向）に出力することができる。なお、積層体１０においてスーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力される光の中心波長λは、印加電圧の大きさに応じて数％程度変化し得る。「各対ＰＲに含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｇが、互いにλ／４だけ離れている」ことには、このような数％程度のずれを有する場合が含まれる。同様に、「第１対ＰＲ１に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒが、第２対ＰＲ２に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒからｎλだけ離れている」ことには、このような数％程度のずれを有する場合が含まれる。

Ｘ方向に隣り合う第１対ＰＲ１及び第２対ＰＲ２において、第１対ＰＲ１に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒが、第２対ＰＲ２に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｒからｎλだけ離れている。これにより、異屈折率領域２２において回折された光が強め合うため、出力光の発光強度を高めることができる。

複数の異屈折率領域２２が、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど回折効率が大きくなるように、構成されている。具体的には、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど、異屈折率領域２２の深さが深くなっている。これにより、出力光の面内強度分布を均一化することができる。すなわち、例えば、各異屈折率領域２２の回折効率が互いに等しい場合、第１領域１０１（第３領域１０３）から離れるほど、異屈折率領域２２による垂直方向への回折により、光強度が弱まってしまう。これに対し、第１領域１０１から離れるほど異屈折率領域２２の回折効率が大きくなっていることにより、出力光の面内強度分布を均一化することができる。

各異屈折率領域２２が、Ｙ方向に沿って延在している。これにより、積層体１０内において光が共振してレーザ発振するのを抑制することができる。また、各異屈折率領域２２が、Ｙ方向における積層体１０の両側面に至っている。これにより、積層体１０内において光が共振してレーザ発振するのを一層確実に抑制することができる。例えば、図５に示される第１変形例では、各異屈折率領域２２が、Ｙ方向における積層体１０の両側面に至るように延在しておらず、複数の異屈折率領域２２がＹ方向に沿って並んでいる。第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。ただし、第１変形例では、Ｙ方向における異屈折率領域２２の端部において光が反射することで、Ｙ方向に沿って光が共振する可能性があるのに対し、上記実施形態では、そのような光の共振を確実に抑制することができる。

半導体発光素子１Ａが、第１電極５と、Ｘ方向において第１電極５に対して光回折層１３とは反対側に設けられた第２電極６と、を備え、積層体１０には、第１電極５下の第１領域１０１と第２電極６下の第２領域１０２との間を電気的に分離する第１分離領域１７が設けられている。これにより、上述したとおり、第１領域１０１及び第２領域１０２をスーパールミネッセントダイオードとして機能させることができる。

第１領域１０１が、第１電極５と対向電極８との間に順バイアスがかけられることにより利得領域として機能し、第２領域１０２が、第２電極６と対向電極８との間に逆バイアスがかけられることにより損失領域として機能する。これにより、上述したとおり、第１領域１０１及び第２領域１０２をスーパールミネッセントダイオードとして機能させることができる。

半導体発光素子１Ａが、第１電極５と、Ｘ方向において第１電極５と光回折層１３との間に設けられた第３電極７と，を備え、積層体１０には、第１電極５下の第１領域１０１と第３電極７下の第３領域１０３との間を電気的に分離する第２分離領域１８が設けられている。これにより、上述したとおり、第３領域１０３側に出力された光を高速で変調することができる。

第１領域１０１が、第１電極５と対向電極８との間に順バイアスがかけられることにより利得領域として機能し、第３領域１０３が、第３電極７と対向電極８との間に互いに大きさが異なる第１バイアス及び第２バイアスが交互にかけられることにより、変調領域として機能する。これにより、上述したとおり、第３領域１０３側に出力された光を高速で変調することができる。
［変形例］

図６及び図７に示される第２変形例の半導体発光素子１Ｂでは、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど、異屈折率領域２２の幅が広くなっている。第２変形例においても、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど、異屈折率領域２２の回折効率が大きくなっている。Ｘ方向において第１領域１０１から遠くに配置された異屈折率領域２２の対ＰＲほど、異屈折率領域２２の幅が広くなっている。各対ＰＲに含まれる２つの異屈折率領域２２の幅は、互いに等しい。各異屈折率領域２２の深さは、互いに等しい。

第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。また、Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど異屈折率領域２２の幅が広くなっているため、出力光の面内強度分布を均一化することができる。

図８及び図９に示される第３変形例の半導体発光素子１Ｃは、半導体基板２及び積層体１０の各々を複数備えている。複数の半導体基板２及び複数の積層体１０は、Ｙ方向に沿って並んでいる。複数の積層体１０は、Ｘ方向の一方側において互いに一体化されている。これにより、複数の積層体１０の光回折層１３は、互いに一体に形成されている。各異屈折率領域２２は、複数の積層体１０にわたって延在している。

第３変形例の半導体発光素子１Ｃでは、各異屈折率領域２３の配置が所定の変調パターンに従って設定されている。第３変形例の半導体発光素子１Ｃでは、Ｚ方向に垂直なＸＹ平面に沿って光回折層１３に仮想的な格子点Ｏの群が設定された場合に、各異屈折率領域２２の格子点Ｏに対する位置が、所定の変調パターンに従って設定されている。換言すれば、各異屈折率領域２２の位置が、所定の変調パターンに従って格子点Ｏからずれている。これにより、変調パターンに応じて出力光の位相を変調することができ、変調パターンに応じた形状の光を積層方向に出力することができる。すなわち、第３変形例では、光回折層１３は、位相変調層としても機能する。例えば、半導体発光素子１Ｃでは、ホログラフィックに変調された波面を積層方向に出力することができる。

図１０及び図１１を参照しつつ、異屈折率領域２２の配置例を説明する。この例では、各格子点Ｏは、正方格子を構成している。正方格子の一辺はＸ方向に平行であり、他辺はＹ方向に平行である。格子点Ｏを中心とする正方形状の単位構成領域Ｔが、Ｘ方向に沿った複数列及びＹ方向に沿った複数行に配置され、２次元状に設定されている。この仮想的な正方格子の格子定数はａである。格子定数ａは、中心波長λに応じて調整される。異屈折率領域２２の配置は、所定の変調パターンに従って定められる。変調パターンは、例えば、出力光の目標形状（目標画像）をフーリエ変換して得られる２次元の位相分布である。変調パターン上における位置は、光回折層１３上における位置と一対一に対応付けられる。

単位構成領域Ｔ内に、格子点Ｏにおいて互いに直交するｓ軸及びｔ軸が規定される。ｓ軸はＸ方向に平行な軸であり、ｔ軸はＹ方向に平行な軸である。ｓｔ平面において、格子点Ｏを通る直線Ｌとｓ軸との成す角度φが規定される。角度φは、位相分布上の対応する位置における位相値である。直線Ｌと半径ｄの円との交点をＰとすると、異屈折率領域２２は、Ｙ方向に並んだ複数の単位構成領域Ｔの各々における点Ｐを中心とする半径ｒの円を通るように配置される。半径ｄ，ｒは設計パラメータであり、適宜設定される。第３変形例においても、各対ＰＲに含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｇは、互いにλ／４だけ離れていてもよい。この場合、Ｘ方向における発振を抑制することができる。

第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。また、複数の積層体１０がＹ方向に沿って並んでいるため、出力光の出射範囲をＹ方向に広げることができる。また、複数の積層体１０の光回折層１３が互いに一体に形成されており、各異屈折率領域２２が複数の積層体１０にわたって延在しているため、積層体１０内において光が共振してレーザ発振するのを一層確実に抑制することができる。

更に、各異屈折率領域２２の配置が、所定の変調パターンに従って設定されている。これにより、変調パターンに応じた形状の光を積層方向に出力することができる。なお、第３変形例のように、各異屈折率領域２２の配置が所定の変調パターンに従って設定されている構成についても、複数の異屈折率領域２２が基本層２１において基本層２１の厚さ方向に垂直な平面（ＸＹ平面）に沿って周期的に配列されている構成に含まれる。

図１２に示される第４変形例の半導体発光素子１Ｄでは、積層体１０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３と、を備えている。第１部分３１、第２部分３２及び第３部分３３は、Ｘ方向に沿って並ぶように半導体基板２上に設けられている。第１部分３１、第２部分３２及び第３部分の各々の層構造は、上述した半導体発光素子１Ａの積層体１０の層構造と同一である。第１部分３１及び第２部分３２の光導波方向Ｃは、Ｘ方向に平行である。

第１部分３１における半導体基板２とは反対側の表面には、第１電極５が設けられている。第２部分３２における半導体基板２とは反対側の表面には、第３電極７が設けられている。第３部分３３における半導体基板２とは反対側の表面には、反射防止層９が設けられている。半導体基板２の裏面（半導体基板２において、第１部分３１及び第２部分３２が設けられた表面とは反対側の面）には、対向電極８（図示省略）が設けられている。

Ｘ方向における第１部分３１の両端面には、低反射層４１が設けられている。第１部分３１の両端面は、第１部分３１の光導波方向Ｃに垂直な面である。Ｘ軸方向における第２部分３２の両端面には、低反射層４２が設けられている。低反射層４１は、第１部分３１の端面で光の一部が反射されて第１部分３１内に戻るのを抑制する。低反射層４２は、第２部分３２の端面で光の一部が反射されて第２部分３２内に戻るのを抑制する。低反射層４１，４２は、例えば、ＡＲコーティングと称される誘電体多層膜である。第２部分３２の両端面は、第２部分３２の光導波方向Ｃに垂直な面である。低反射層４１と低反射層４２との間には、屈折率差低減層４３が隙間なく配置されている。屈折率差低減層４３は、活性層１２と同等の屈折率を有する材料（少なくとも、空気よりも活性層１２との屈折率差が小さい材料）からなる。第３部分３３の光回折層１３には、複数の異屈折率領域２２が設けられている。

半導体発光素子１Ｄでは、第１部分３１に順バイアスがかけられる。これにより、第１部分３１（第１領域１０１）が利得領域として機能し、当該利得領域がレーザダイオードとして光を発振させようとする。しかし、低反射層４１によって光の共振が抑制される。これにより、第１部分３１及び低反射層４１がスーパールミネッセントダイオードとして機能し、時間的にインコヒーレントな光がＸ方向に沿って出力される。出力光は、低反射層４１、屈折率差低減層４３及び低反射層４２を介して第２部分３２に導光される。このとき、第２部分３２には、順バイアス及び逆バイアスが交互にかけられる。これにより、第２部分３２（第３領域１０３）が変調領域として機能し、当該変調領域が出力光を高速で変調する。変調された出力光は、第２部分３２から低反射層４２を介して第３部分３３に入射する。第１部分３１から出力され、第２部分３２において変調された光は、第３部分３３の光回折層１３において回折され、反射防止層９の表面からＺ方向に沿って出力される。このように、第４変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。なお、第１部分３１と第２部分３２との間には、低反射層４１、低反射層４２及び屈折率差低減層４３に代えて、上記実施形態の第１分離領域１７又は第２分離領域１８と同様の分離領域が設けられていてもよい。

図１３に示される第５変形例の半導体発光素子１Ｅでは、積層体１０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３と、を備えている。第１部分３１、第２部分３２及び第３部分３３は、Ｘ方向に沿って並ぶように半導体基板２上に設けられている。第１部分３１、第２部分３２及び第３部分の各々の層構造は、上述した半導体発光素子１Ａの積層体１０の層構造と同一である。第１部分３１の光導波方向Ｃは、Ｘ方向に対して傾いている。第２部分３２の光導波方向Ｃは、Ｘ方向に平行である。

第１部分３１における半導体基板２とは反対側の表面には、第１電極５が設けられている。第２部分３２における半導体基板２とは反対側の表面には、第３電極７が設けられている。第３部分３３における半導体基板２とは反対側の表面には、反射防止層９が設けられている。半導体基板２の裏面（半導体基板２において、第１部分３１及び第２部分３２が設けられた表面とは反対側の面）には、対向電極８（図示省略）が設けられている。

Ｘ方向における第１部分３１の両端面は、Ｘ方向に垂直な面であり、第１部分３１の光導波方向Ｃに垂直な面ではなく、Ｘ方向から見た場合に互いにずれている。Ｘ方向における第２部分３２の両端面は、第２部分３２の光導波方向Ｃに垂直な面である。Ｘ方向における第２部分３２の一端面には、低反射層４２が設けられている。互いに向かい合う第１部分３１の一端面と第２部分３２の他端面との間には、屈折率差低減層４３が隙間なく配置されている。第３部分３３の光回折層１３には、複数の異屈折率領域２２が設けられている。

半導体発光素子１Ｅでは、第１部分３１に順バイアスがかけられる。これにより、第１部分３１（第１領域１０１）が利得領域として機能し、当該利得領域がレーザダイオードとして光を発振させようとする。しかし、Ｘ方向における第１部分３１の両端面が、第１部分３１の光導波方向Ｃに垂直な面ではなく、Ｘ方向から見た場合に互いにずれているため、光の共振が抑制される。これにより、第１部分３１がスーパールミネッセントダイオードとして機能し、時間的にインコヒーレントな光がＸ方向に沿って出力される。出力光は、屈折率差低減層４３を介して第２部分３２に導光される。このとき、第２部分３２には、順バイアス及び逆バイアスが交互にかけられる。これにより、第２部分３２（第３領域１０３）が変調領域として機能し、当該変調領域が出力光を高速で変調する。変調された光は、第２部分３２から低反射層４２を介して第３部分３３に入射する。第１部分３１から出力され、第２部分３２において変調された光は、第３部分３３の光回折層１３において回折され、反射防止層９の表面からＺ方向に沿って出力される。このように、第５変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。なお、第１部分３１と第２部分３２との間には、屈折率差低減層４３に代えて、上記実施形態の第１分離領域１７又は第２分離領域１８と同様の分離領域が設けられていてもよい。

図１４に示される第６変形例の半導体発光素子１Ｆでは、積層体１０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３と、を備えている。第１部分３１、第２部分３２及び第３部分３３は、Ｘ方向に沿って並ぶように半導体基板２上に設けられている。第１部分３１、第２部分３２及び第３部分の各々の層構造は、上述した半導体発光素子１Ａの積層体１０の層構造と同一である。第１部分３１の光導波方向Ｃは、Ｘ方向に対して変化している。第２部分３２の光導波方向Ｃは、Ｘ方向に平行である。

第１部分３１における半導体基板２とは反対側の表面には、第１電極５が設けられている。第２部分３２における半導体基板２とは反対側の表面には、第３電極７が設けられている。第３部分３３における半導体基板２とは反対側の表面には、反射防止層９が設けられている。半導体基板２の裏面（半導体基板２において、第１部分３１及び第２部分３２が設けられた表面とは反対側の面）には、対向電極８（図示省略）が設けられている。

Ｘ方向における第１部分３１の一端面（第２部分３２側の端面）は、当該一端面の近傍部分の光導波方向Ｃに垂直な面である。Ｘ方向における第１部分３１の他端面（第２部分３２とは反対側の端面）は、当該他端面の近傍部分の光導波方向Ｃに垂直な面ではない。Ｘ方向における第１部分３１の一端面及び他端面は、Ｘ方向から見た場合に互いにずれている。Ｘ方向における第２部分３２の両端面は、第２部分３２の光導波方向Ｃに垂直な面である。Ｘ方向における第２部分３２の一端面には、低反射層４２が設けられている。互いに向かい合う第１部分３１の一端面と第２部分３２の他端面との間には、屈折率差低減層４３が隙間なく配置されている。第３部分３３の光回折層１３には、複数の異屈折率領域２２が設けられている。

半導体発光素子１Ｆでは、第１部分３１に順バイアスがかけられる。これにより、第１部分３１（第１領域１０１）が利得領域として機能し、当該利得領域がレーザダイオードとして光を発振させようとする。しかし、Ｘ軸方向における第１部分３１の他端面が、当該他端面の近傍部分の光導波方向Ｃに垂直な面ではなく、Ｘ方向における第１部分３１の一端面及び他端面がＸ方向から見た場合に互いにずれているため、光の共振が抑制される。これにより、第１部分３１がスーパールミネッセントダイオードとして機能し、時間的にインコヒーレントな光がＸ方向に沿って出力される。出力光は、屈折率差低減層４３を介して第２部分３２に導光される。このとき、第２部分３２には、順バイアス及び逆バイアスが交互にかけられる。これにより、第２部分３２（第３領域１０３）が変調領域として機能し、当該変調領域が出力光を高速で変調する。変調された光は、第２部分３２から低反射層４２を介して第３部分３３に入射する。第１部分３１から出力され、第２部分３２において変調された光は、第３部分３３の光回折層１３において回折され、反射防止層９の表面からＺ方向に沿って出力される。このように、第６変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。なお、第１部分３１と第２部分３２との間には、屈折率差低減層４３に代えて、上記実施形態の第１分離領域１７又は第２分離領域１８と同様の分離領域が設けられていてもよい。

図１５に示される第７変形例の半導体発光素子１Ｇでは、積層体１０は、光回折層１３を備えておらず、下側クラッド層１１、活性層１２、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５が、この順に半導体基板２の表面２ａ上に積層されている。

複数の異屈折率領域２２は、上側クラッド層１４、コンタクト層１５及び反射防止層９に設けられている。すなわち、上側クラッド層１４は、基本層１４ｂと、基本層１４ｂの屈折率とは異なる屈折率を有し、基本層１４ｂにおいてＸＹ平面に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域１４ｃと、を備えている。コンタクト層１５は、基本層１５ｂと、基本層１５ｂの屈折率とは異なる屈折率を有し、基本層１５ｂにおいてＸＹ平面に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域１５ｃと、を備えている。反射防止層９は、基本層９ｂと、基本層９ｂの屈折率とは異なる屈折率を有し、基本層９ｂにおいてＸＹ平面に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域９ｃと、を備えている。対応する異屈折率領域１４ｃ，１５ｃ，９ｃは、Ｚ方向に並んで配置されており、１つの異屈折率領域２２を構成している。

各異屈折率領域２２は、Ｚ方向において、反射防止層９におけるコンタクト層１５とは反対側の表面９ａから延在している。各異屈折率領域２２は、Ｚ方向に沿って反射防止層９及びコンタクト層１５を貫通し、上側クラッド層１４に至っている。この例においても、複数の異屈折率領域２２の対ＰＲの各々に含まれる２つの異屈折率領域２２の重心は、互いにλ／４だけ離れている。Ｘ方向において第１領域１０１から離れるほど、異屈折率領域２２の深さが深くなっている。第７変形例によっても、上記実施形態と同様に、スペックルノイズが低減されたインコヒーレントな光を積層方向に出力することができる。なお、複数の異屈折率領域２２の少なくとも１つのＺ方向における端部は、上側クラッド層１４に至らずにコンタクト層１５内で留まっていてもよい。複数の異屈折率領域２２は、反射防止層９、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５の少なくとも１つに設けられていればよい。或いは、複数の異屈折率領域２２は、上側クラッド層１４及びコンタクト層１５の少なくとも一方に設けられていてもよい。この場合、反射防止層９は設けられなくてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

第１分離領域１７及び第２分離領域１８は、不純物ドーピングによって深い準位が形成された不純物拡散領域によって構成されてもよい。不純物拡散領域は、例えば、熱拡散又はイオン注入により、鉄、酸素、クロム等が積層体１０にドープされることによって形成される。或いは、第１分離領域１７及び第２分離領域１８は、上側クラッド層１４とは伝導型が異なる半導体領域によって構成されてもよい。例えば、上側クラッド層１４がｐ型の半導体である場合、第１分離領域１７及び第２分離領域１８は、ｎ型の半導体領域によって構成されてもよい。第１分離領域１７及び第２分離領域１８が不純物拡散領域、又は上側クラッド層１４とは伝導型が異なる半導体領域によって構成されている場合でも、第１分離領域１７及び第２分離領域１８での光の反射を抑制することができ、第１領域１０１において発生した光の共振を効果的に抑制することができる。第１分離領域１７及び第２分離領域１８は、空隙によって構成されてもよい。

第１領域１０１、第２領域１０２及び第３領域１０３は、Ｘ方向の一方側に向かうにつれてＸ方向に垂直な断面が拡がるように構成されていてもよい。例えば、第１領域１０１、第２領域１０２及び第３領域１０３は、Ｘ方向の一方側に向かうにつれて、Ｙ方向及びＺ方向の少なくとも一方に拡大していてもよい。この場合、波数拡がりを小さくすることができる。

図８及び図９に示される第３変形例の半導体発光素子１Ｂにおいて、複数の積層体１０の第２領域１０２が、互いに一体に形成されてもよい。この場合、複数の積層体１０上にわたって、１つの第２電極６が設けられてもよい。半導体発光素子１Ｂにおいて、複数の積層体１０の光回折層１３が、互いに部分的に分離されていてもよい。例えば、複数の積層体１０の光回折層１３の間に、第３領域１０３側からＸＺ平面に沿って延在する隙間が形成されていてもよい。第３変形例では、格子点Ｏが正方格子を構成していたが、格子点Ｏは、三角格子又は六方格子を構成するものであってもよい。

上記実施形態及び変形例では、１つの対向電極８が共通電極として半導体基板２の裏面２ｂ上に設けられていたが、複数の対向電極８が半導体基板２の裏面２ｂ上に設けられてもよい。各異屈折率領域２２の形状（長さ、深さ、幅）は、互いに同一であってもよい。すなわち、各異屈折率領域２２は、互いの回折効率が等しくなるように構成されてもよい。第３電極７（第３領域１０３）は設けられなくてもよい。

上記実施形態及び変形例において、各対ＰＲに含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｇは、必ずしも互いにλ／４だけ離れていなくてもよい。例えば、各対ＰＲに含まれる２つの異屈折率領域２２の重心Ｇは、λ／４よりも大きな距離だけ離れていてもよいし、λ／４よりも小さな距離だけ離れていてもよい。この場合でも、インコヒーレントな光を積層方向に出力し得る。積層体１０は、スーパールミネッセントダイオードとして機能する部分を含んでいなくてもよい。例えば、上記実施形態において第２電極６（第２領域１０２）が設けられず、第１領域１０１がレーザダイオードとして機能してもよい。この場合、レーザ発振された光を積層方向に出力することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…半導体発光素子、５…第１電極、６…第２電極、７…第３電極、８…対向電極、９…反射防止層、１０…積層体、１１…下側クラッド層（第１クラッド層）、１２…活性層、１３…光回折層、１４…上側クラッド層（第２クラッド層）、１５…コンタクト層、１７…第１分離領域、１８…第２分離領域、２１…基本層、２２…異屈折率領域、１０１…第１領域、１０２…第２領域、１０３…第３領域、ＰＲ…異屈折率領域の対、ＰＲ１…第１対、ＰＲ２…第２対、Ｇ…重心、Ｒ…重心。

Claims (15)

1. 活性層、前記活性層を挟む第１クラッド層及び第２クラッド層、並びに、前記活性層と前記第１クラッド層との間、又は前記活性層と前記第２クラッド層との間に設けられた光回折層を有する積層体と、
   前記第２クラッド層上に設けられた第１電極と、
   前記積層体に対して前記第１電極とは反対側に設けられた少なくとも１つの対向電極とを備え、
   前記積層体において、前記第１電極下の第１領域を含む部分は、前記第１領域において発生した光の共振を抑制することによって前記積層体の積層方向に垂直な第１方向の一方側に光を出力するスーパールミネッセントダイオードとして機能するように構成されており、
   前記光回折層は、基本層と、前記基本層の屈折率とは異なる屈折率を有し、前記基本層において前記第１方向に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域と、を有し、
   前記複数の異屈折率領域は、前記基本層において、前記第１領域に対して前記第１方向の前記一方側に位置する部分に少なくとも設けられており、
   前記複数の異屈折率領域は、異屈折率領域の対を複数含んでおり、前記スーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力される光の中心波長をλとすると、前記複数の異屈折率領域の対の各々に含まれる２つの異屈折率領域の重心は、互いにλ／４だけ離れている、半導体発光素子。
2. 前記複数の異屈折率領域の対において、前記第１方向に隣り合う異屈折率領域の対を第１対及び第２対とし、ｎを自然数とすると、前記第１対に含まれる２つの異屈折率領域の重心は、前記第２対に含まれる２つの異屈折率領域の重心からｎλだけ離れている、請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記複数の異屈折率領域の対においては、前記第１方向において前記第１領域から遠くに配置された前記異屈折率領域の対ほど回折効率が大きくなっている、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記複数の異屈折率領域の対においては、前記第１方向において前記第１領域から遠くに配置された前記異屈折率領域の対ほど前記積層方向における前記異屈折率領域の長さが長くなっている、請求項３に記載の半導体発光素子。
5. 前記複数の異屈折率領域の対においては、前記第１方向において前記第１領域から遠くに配置された前記異屈折率領域の対ほど前記第１方向における前記異屈折率領域の長さが長くなっている、請求項３又は４に記載の半導体発光素子。
6. 前記複数の異屈折率領域の各々は、前記積層方向及び前記第１方向に垂直な第２方向に沿って延在している、請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
7. 前記複数の異屈折率領域の各々は、前記第２方向における前記積層体の両側面に至っている、請求項６に記載の半導体発光素子。
8. 前記複数の異屈折率領域の配置は、所定の変調パターンに従って設定されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
9. 前記第１電極に対して前記第１方向の他方側に位置するように前記第２クラッド層上に設けられた第２電極を更に備え、
   前記積層体には、前記第１電極下の前記第１領域と前記第２電極下の第２領域との間を電気的に分離する第１分離領域が設けられている、請求項１～８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
10. 前記第１領域は、前記第１電極と前記少なくとも１つの対向電極との間に順バイアスがかけられることにより、利得領域として機能し、
    前記第２領域は、前記第２電極と前記少なくとも１つの対向電極との間に逆バイアスがかけられることにより、損失領域として機能する、請求項９に記載の半導体発光素子。
11. 前記第１電極に対して前記第１方向の前記一方側に位置するように前記第２クラッド層上に設けられた第３電極を更に備え、
    前記積層体には、前記第１電極下の前記第１領域と前記第３電極下の第３領域との間を電気的に分離する第２分離領域が設けられている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
12. 前記第１領域は、前記第１電極と前記少なくとも１つの対向電極との間に順バイアスがかけられることにより、利得領域として機能し、
    前記第３領域は、前記第３電極と前記少なくとも１つの対向電極との間に互いに大きさが異なる第１バイアス及び第２バイアスが交互にかけられることにより、変調領域として機能する、請求項１１に記載の半導体発光素子。
13. 前記積層体を複数備え、
    前記複数の積層体は、前記積層方向及び前記第１方向に垂直な第２方向に沿って並んでいる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
14. 前記複数の積層体の前記光回折層は、互いに一体に形成されており、
    前記複数の異屈折率領域の各々は、前記複数の積層体にわたって延在している、請求項１３に記載の半導体発光素子。
15. 活性層、前記活性層を挟む第１クラッド層及び第２クラッド層、並びに、前記第２クラッド層上に設けられたコンタクト層を有する積層体と、
    前記コンタクト層上に設けられた第１電極と、
    前記積層体に対して前記第１電極とは反対側に設けられた少なくとも１つの対向電極とを備え、
    前記積層体において、前記第１電極下の第１領域を含む部分は、前記第１領域において発生した光の共振を抑制することによって前記積層体の積層方向に垂直な第１方向の一方側に光を出力するスーパールミネッセントダイオードとして機能するように構成されており、
    前記第２クラッド層及び前記コンタクト層の少なくとも一方は、基本層と、前記基本層の屈折率とは異なる屈折率を有し、前記基本層において前記第１方向に沿って周期的に配列された複数の異屈折率領域と、を有し、
    前記複数の異屈折率領域は、前記基本層において、前記第１領域に対して前記第１方向の前記一方側に位置する部分に少なくとも設けられており、
    前記複数の異屈折率領域は、異屈折率領域の対を複数含んでおり、前記スーパールミネッセントダイオードとして機能する部分から出力される光の中心波長をλとすると、前記複数の異屈折率領域の対の各々に含まれる２つの異屈折率領域の重心は、互いにλ／４だけ離れている、半導体発光素子。

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