WO2016104610A1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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drive electrode
layer
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region
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優 瀧口
和義 廣瀬
黒坂　剛孝
貴浩 杉山
佳朗 野本
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
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    • H01S5/34346—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers
    • H01S5/34353—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser characterised by the materials of the barrier layers based on (AI)GaAs

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device.
  • Patent Document 1 discloses a surface emitting laser element having a two-dimensional periodic structure.
  • This surface emitting laser element includes a photonic crystal layer.
  • the photonic crystal layer disclosed in this document has a structure in which holes are periodically provided in two orthogonal directions.
  • Non-Patent Document 1 discloses an example in which a phase shift region having a period different from that of the periphery is inserted between the hole forming regions. By using the phase shift region, it is possible to obtain a beam pattern different from the case where this is not used.
  • the annular beam is effective for optical tweezers and the like. Although it is difficult to capture an opaque material with a normal unimodal beam, an annular beam can also be used to capture an opaque material (Non-Patent Document 2).
  • Patent Document 2 discloses a projector using a surface emitting laser element.
  • a projector is a device that forms a desired image by selectively transmitting / blocking light for each pixel.
  • the projector does not control the phase of the wavefront for each pixel.
  • the semiconductor laser device is expected to have various applications. It is known that when a hologram is subjected to Fourier transform, a reproduced image is obtained, and such an apparatus is expected to be used for hologram design and the like.
  • the Fourier transform image is also used for image processing and pattern matching in an inspection apparatus.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of forming a desired laser beam pattern that can reduce and change noise light.
  • a first semiconductor laser device includes a semiconductor laser chip and a spatial light modulator optically coupled to the semiconductor laser chip, and is output along the thickness direction of the semiconductor laser chip.
  • a semiconductor laser device that modulates laser light with the spatial light modulator and outputs the laser light to the outside, wherein the semiconductor laser chip includes an active layer, a pair of cladding layers sandwiching the active layer, and the active layer An XYZ optically coupled diffraction grating layer; and a drive electrode disposed between the cladding layer on the spatial light modulator side and the spatial light modulator and for supplying a current to the active layer,
  • the thickness direction of the semiconductor laser chip is the Z-axis direction
  • the plane parallel to the interface between the semiconductor laser chip and the spatial light modulator is the XY plane
  • the moving electrode is located in an XY plane
  • the drive electrode has a plurality of openings when viewed from the Z-axis direction
  • the drive electrode has
  • the noise light has a condition in which the phase of the transmitted laser light at the drive electrode overlaps or the condition of the phase of the reflected laser light overlaps. I discovered that it occurred. That is, in the case where the drive electrode has a plurality of apertures and transmits the aperture, when the aperture arrangement pattern has periodicity during transmission, noise light is generated due to interference of the laser beam. At the time of reflection, if the arrangement pattern of the conductive regions constituting the drive electrode has periodicity, noise light is generated due to interference of laser light.
  • the drive electrode has an aperiodic structure to suppress such interference and suppress generation of noise light.
  • the drive electrode includes a plurality of conductive regions extending linearly along the first direction in the XY plane, and the width of the conductive region in the X-axis direction is set.
  • Xe the interval between the conductive regions in the X-axis direction is Xs
  • N is an integer
  • the width Xe of the Nth conductive region located along the X-axis direction is Xe (N)
  • the X-axis direction is When the interval Xs located Nth along the line is Xs (N), the width Xe has no periodicity, Xe (N) and Xe (N + 1) are different, the interval Xs has no periodicity, and Xs ( N) and Xs (N + 1) are different.
  • the reflected laser beam interferes with the generation of noise light, and the interval Xs between the conductive regions that define the opening has periodicity. Since it does not have, it is suppressed that the laser beam which permeate
  • the noise light suppression effect is the same as described above, and the second conductive region is present, so that the resistance of the drive electrode as a whole can be reduced and the drive current can be efficiently supplied to the active layer. it can.
  • both or one of the first conductive region and the second conductive region extends so as to draw an arc.
  • the regularity between the conductive regions is further reduced as compared with the case where the conductive regions extend linearly, the non-periodicity / randomness of the structure of the drive electrode is improved and noise light is further suppressed,
  • the shape is an arc shape that is a smooth continuous change in direction, there is an advantage that harmonic noise light caused by a sudden change in shape is hardly generated.
  • the drive electrode includes a plurality of first conductive regions extending along the first direction so as to form a plurality of openings positioned two-dimensionally in the XY plane. And a plurality of second conductive regions extending along a second direction different from the first direction, and extending along a third direction different from both the first direction and the second direction. The plurality of third conductive regions are overlapped with each other.
  • the opening is configured by being surrounded by conductive regions extending in several directions, but the number of extending directions of the conductive regions may be three or more.
  • the conductive region extends in more directions, the randomness increases, and it is considered that the generation of noise light is further suppressed.
  • the region where the drive electrode is provided is different from the first region where the conductive region having the first non-periodic structure is formed and the first non-periodic structure. And a second region in which a conductive region having a second non-periodic structure is formed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 4 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 5 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 6 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 7 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 8 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 9 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 10 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 11 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 12 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 13 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 14 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 15 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 16 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 17 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 18 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 19 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 20 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 21 is a plan view of the drive electrode.
  • FIG. 22 is a plan view of the diffraction grating layer.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser device includes a semiconductor laser chip LDC made of a compound semiconductor and a spatial light modulator SLM optically coupled to the semiconductor laser chip LDC.
  • the semiconductor laser chip LDC includes a light emitting layer including the active layer 4, a pair of cladding layers 2 and 7 sandwiching the light emitting layer, and a diffraction grating layer 6 optically coupled to the light emitting layer.
  • the light emitting layer includes an active layer 4 and light guide layers 3 and 5 sandwiching the active layer as necessary.
  • the semiconductor laser chip LDC includes a semiconductor substrate 1. The thickness direction of the semiconductor substrate 1 is taken as the Z axis, and the two directions perpendicular thereto are taken as the X axis and the Y axis.
  • the light emitting layer When a current is supplied from the drive circuit between the first electrode E1 (drive electrode E3) and the second electrode E2, the light emitting layer emits light. That is, when a drive current is supplied between the first electrode E1 and the second electrode E2, recombination of electrons and holes occurs in the active layer 4, and the active layer 4 emits light.
  • the carriers contributing to the light emission and the generated light are efficiently confined between the upper and lower light guide layers 3 and 5 and the cladding layers 2 and 7.
  • the spatial light modulator SLM is attached to the semiconductor laser chip LDC so that the laser light LB output along the thickness direction of the diffraction grating layer 6 is input.
  • the laser light is incident on the liquid crystal layer LC via the transparent one of the common electrode 25 and the pixel electrode 21 of the spatial light modulator SLM.
  • the spatial light modulator SLM modulates the phase of each minute region of the laser light LB with a drive voltage applied between the pixel electrode and the common electrode, reflects the phase-modulated laser light, and converts the semiconductor laser chip Output to the outside.
  • the laser light LB output from the spatial light modulator SLM is superposed with the phase of each minute region adjusted to form various laser beam patterns.
  • a far field image of the superimposed laser beam LB can constitute a specific character.
  • the spatial light modulator SLM includes a transparent common electrode 25, a plurality of transparent pixel electrodes 21, and a liquid crystal layer LC disposed between the common electrode 25 and the pixel electrode 21.
  • the liquid crystal layer LC is made of nematic liquid crystal or ferroelectric liquid crystal.
  • a drive current is supplied from the drive circuit to the semiconductor laser chip constituting the semiconductor laser element via the drive electrode.
  • the laser beam LB is output from the light emitting layer, and the laser beam LB reaches the liquid crystal layer LC through the pixel electrode 21 of the spatial light modulator and is phase-modulated by the liquid crystal layer LC, and then is reflected by the reflecting mirror or the reflecting film. 23, and is output to the outside via the common electrode 25.
  • the common electrode 25 is connected to a fixed potential (ground), and the pixel electrode 21 is connected to the row selection circuit DR1 via a switch element and a row line.
  • a column line extends from the column selection circuit and is connected to the control terminal of the switch element.
  • This switch element is a field effect transistor. In this case, the control terminal is the gate of the transistor.
  • the spatial light modulator when a specific address (x, y) is designated, an ON signal is output from the column selection circuit to the column line at the coordinate x, and a desired potential is applied from the row selection circuit DR1 to the row line at the coordinate y. Given. In this case, a drive voltage is applied between the pixel electrode 21 at the address (x, y) and the common electrode 25, the refractive index of the liquid crystal layer changes, the optical path length changes, and the laser light The phase is adjusted.
  • the row direction and the column direction are determined by the subjectivity, and are directions that can be replaced with each other.
  • the magnitude of the drive voltage is determined by the output potential from the row selection circuit DR1 and the output potential of the column selection circuit, and can be constant. However, when performing more precise phase control, for example, A variable resistor may be connected to each switch element, and the value of the variable resistor may be controlled by a selection circuit having the same configuration.
  • phase distribution of the spatial light modulator is measured in advance so that the device outputs a desired pattern even when the phase of the spatial light modulator has variations in the plane during manufacturing.
  • a drive circuit for a spatial light modulator that generates a drive voltage applied to each pixel electrode via a selection circuit based on data stored in the storage device. That is, this semiconductor laser device measures the phase distribution of the spatial light modulator in advance, stores the initial phase correction value for correcting the in-plane variation of the phase based on the measurement value, and stores the spatial light modulator. It is possible to provide a storage device for providing different initial phases for each pixel electrode. In other words, this device includes a storage device (not shown) that stores the initial correction value of the drive voltage for each pixel electrode.
  • a transparent insulating film 9 made of SiO 2 or SiNx is formed on the drive electrode E3.
  • a common electrode 25 of the spatial light modulator SLM is disposed on the common electrode 25, and a space inside the spacer 24 is filled with a liquid crystal layer LC.
  • a reflective film 23 is formed on the spacer 24 and the liquid crystal layer LC, and a plurality of pixel electrodes 21 are disposed on the reflective film 23 with a protective film 22 interposed therebetween.
  • the pixel electrode 21 is located between the substrate 20 and the protective film 22.
  • the pixel electrode 21 is preferably formed on the substrate 20 made of a semiconductor, and then the protective film 22 is covered with the protective film 22 so that the surface thereof is planarized.
  • a reflective film 23 is formed on the film 22, and the intermediate substrate is inverted and placed on the frame-like spacer 24.
  • An appropriate alignment film is provided on the upper and lower surfaces of the liquid crystal layer LC.
  • the light emitting layer is composed of the active layer 4 and the light guide layers 3 and 5 sandwiching the active layer 4, and the contact layer 8 is provided as necessary.
  • the semiconductor laser chip includes a laser light generation region LD in which an active layer 4 is formed, and the diffraction grating layer 6 is located in the laser light generation region LD, and laser is directed toward the thickness direction of the diffraction grating layer 6.
  • Light LB is emitted.
  • the spatial light modulator SLM is mounted on the laser light generation region LD. In the case of this structure, the apparatus can be reduced in size by arranging the spatial light modulator SLM on the laser light generation region LD.
  • the structure of the drive electrode E3 is an aperiodic structure. Noise light was observed when the condition where the phase of the transmitted laser light in the drive electrode E3 overlaps or the condition where the phase of the reflected laser light overlaps is satisfied. That is, in the case where the drive electrode E3 has a plurality of apertures and transmits the apertures, when the aperture arrangement pattern has periodicity during transmission, the noise light is caused by the interference of the laser beam. If the arrangement pattern of the conductive regions constituting the drive electrode E3 has a periodicity at the time of reflection, noise light is generated due to interference of laser light.
  • the drive electrode E3 has an aperiodic structure, thereby suppressing such interference and suppressing the generation of noise light.
  • a metal such as Ag or Au can be used, but a conductive region is formed in the semiconductor substrate 1 by diffusing impurities at a higher concentration than this. You can also.
  • a transparent electrode such as ITO, ZnO, graphene, or Ag nanowire
  • a low-resistance material is preferable, so a stripe or mesh shape is preferable to the transparent electrode. It is preferable to use an opaque metal material having an opening.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that a quarter-wave plate 26 and a polarizing plate 27 are used, and the other configurations are the same.
  • the diffraction grating layer 6 has a structure in which, for example, triangular shapes are arranged in a square lattice pattern, and diffracts linearly polarized light in the vertical direction. If the polarization transmission axis of linearly polarized light output from the diffraction grating layer 6 at this time is the axis A, the polarization transmission axis of the polarizing plate 27 is set in a direction orthogonal to the axis A (referred to as axis B). Further, the fast axis of the quarter wave plate is set in a direction rotated by 45 ° from the axis A.
  • the laser beam that has entered the spatial light modulator SLM via the quarter-wave plate 26, reciprocated through the spatial light modulator SLM, and again passed through the quarter-wave plate 26 in the opposite direction has a polarization orientation of 90. Rotate degrees. That is, when the laser beam LB is incident on the quarter-wave plate 26 as linearly polarized light having the first polarization direction (axis A), after passing through the quarter wavelength plate 26, the laser light LB changes in the first polarization direction. On the other hand, it becomes linearly polarized light having the second polarization direction (axis B) rotated by 90 degrees.
  • FIG. 22 is a plan view of the diffraction grating layer.
  • the different refractive index region 6B is arranged at the lattice point position of the square lattice, but it may be arranged at the lattice point position of the triangular lattice.
  • the diffraction grating layer 6 has a periodic structure in which the refractive index changes two-dimensionally by embedding the different refractive index region, it functions as a diffraction grating and also as a photonic crystal layer.
  • a periodic structure in which perfect circular holes are arranged in a square lattice is used, but a periodic structure in which triangular holes are arranged in a square lattice may be used, and the semiconductor laser element is a surface emitting laser. Function.
  • the first conductivity type (N-type) impurity or the second conductivity type (P-type) impurity is added to each layer (impurity concentration is 1 ⁇ 10 17 to 1 ⁇ 10 21 / cm 3 ).
  • the semiconductor substrate 1 is N type
  • the lower cladding layer 2 is N type
  • the lower light guide layer 3 is I type
  • the active layer 4 is I type
  • the lower layer of the upper light guide layer 5 is P or I type
  • the upper layer is I type
  • the diffraction grating layer 6 can be I-type
  • the upper cladding layer 7 can be P-type
  • the contact layer 8 can be P-type.
  • a region to which no impurity is intentionally added is intrinsic (I type).
  • the I-type impurity concentration is 1 ⁇ 10 16 / cm 3 or less.
  • the thickness of the semiconductor substrate 1 is 150 ⁇ m (80 ⁇ m to 350 ⁇ m)
  • the thickness of the lower cladding layer 2 is 2 ⁇ 10 3 nm (1 ⁇ 10 3 nm to 3 ⁇ 10 3 nm)
  • the thickness of the active layer 4 is 30 nm (10 nm to 100 nm)
  • the thickness of the lower layer of the upper light guide layer 5 is 50 nm (10 nm to 100 nm)
  • the thickness of the upper layer is 50 nm (10 nm to 200 nm)
  • the thickness of the lattice layer 6 is 100 nm (50 nm to 200 nm)
  • the thickness of the upper cladding layer 7 is 2 ⁇ 10 3 nm (1 ⁇ 10 3 nm to 3 ⁇ 10 3 nm)
  • the thickness of the contact layer 8 is 200 nm (50 nm to 500 nm).
  • the energy band gap of the cladding layer is larger than the energy band gap of the light guide layer, and the energy band gap of the light guide layer is set larger than the energy band gap of the well layer of the active layer 4.
  • the energy band gap and the refractive index can be easily changed by changing the Al composition ratio.
  • Al X Ga 1-X As when the composition ratio X of Al having a relatively small atomic radius is decreased (increased), the energy band gap that is positively correlated with this decreases (increases), and GaAs has an atomic radius. When large In is mixed to make InGaAs, the energy band gap becomes small.
  • the Al composition ratio of the cladding layer is larger than the Al composition ratio of the light guide layer, and the Al composition ratio of the light guide layer is equal to or larger than the barrier layer (AlGaAs) of the active layer.
  • the Al composition ratio of the cladding layer is set to 0.2 to 0.4, and is 0.3 in this example.
  • the Al composition ratio of the barrier layer in the light guide layer and the active layer is set to 0.1 to 0.15, and is 0.1 in this example.
  • a layer of about 10 to 100 nm with an Al composition equivalent to that of the cladding layer is inserted between the second conductivity type (p-type) cladding layer. May be.
  • a columnar different refractive index region in the diffraction grating layer 6 may be a gap and a gas such as air, nitrogen, or argon may be enclosed.
  • a different refractive index region 6 ⁇ / b> B is disposed at a lattice point position of a square lattice or a triangular lattice in the XY plane.
  • the interval between the vertical and horizontal lattice lines in this square lattice is about the wavelength of the laser beam divided by the equivalent refractive index, and is specifically set to about 300 nm.
  • the different refractive index regions can be arranged not at the lattice point positions of the square lattice but at the lattice point positions of the triangular lattice.
  • the interval between the horizontal and oblique lattice lines is a value obtained by dividing the wavelength by the equivalent refractive index and further dividing by Sin 60 °, and is preferably set to about 350 nm.
  • the common electrode and the pixel electrode described above are made of ITO or ZnO when they are transparent. Such a material is transparent to the laser beam and can transmit the laser beam.
  • the material of the high refractive index material layer (nH) is at least one material (for example, Ta 2 ) selected from an oxide group (insulator group) made of Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5, HfO 2, and the like. O 5 ).
  • the total number of layers is 2 ⁇ A ⁇ m.
  • m is a natural number.
  • the lowermost layer is a low refractive index material layer (nL).
  • the low refractive index material layer (nL) is further formed on the high refractive material layer (nH) located on the outermost surface.
  • the total number of layers is 2 ⁇ A ⁇ m + 1.
  • each compound semiconductor layer uses a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Although crystal growth is performed on the (001) plane of the semiconductor substrate 1, it is not limited to this.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the growth temperature of AlGaAs is 500 ° C. to 850 ° C., and 550 to 700 ° C. is used in the experiment, and TMA (trimethylaluminum), gallium raw material is used as the Al raw material during growth.
  • an N-type cladding layer (AlGaAs) 2 is first formed on an N-type semiconductor substrate (GaAs) 1, and then an optical guide layer (AlGaAs) 3 and a multiple quantum well structure (InGaAs / AlGaAs) 4 and light guide layer (GaAs / AaGaAs) 5 are formed, and then a basic layer (GaAs) 6A to be a photonic crystal layer is epitaxially grown sequentially using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). .
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a SiN layer is formed on the basic layer 6A by PCVD (plasma CVD), and then a resist is formed on the SiN layer. Further, the resist is exposed and developed, the SiN layer is etched using the resist as a mask, and a part of the SiN layer is left to form an alignment mark. The remaining resist is removed.
  • PCVD plasma CVD
  • a two-dimensional fine pattern is formed on the resist by drawing and developing a two-dimensional fine pattern on the resist using an electron beam drawing apparatus with reference to the alignment mark.
  • a two-dimensional fine pattern having a depth of about 100 nm is transferred onto the basic layer 6A by dry etching to form a hole (hole), and the resist is removed.
  • the depth of the hole is 100 nm.
  • the compound semiconductor that becomes the different refractive index region 6B AlGaAs
  • an upper cladding layer (AlGaAs) 7 and a contact layer (GaAs) 8 are sequentially formed by MOCVD, and an appropriate electrode material is formed on the upper and lower surfaces of the substrate by vapor deposition or sputtering to form first and second electrodes. Form. Further, if necessary, insulating films can be formed on the upper and lower surfaces of the substrate by sputtering or the like.
  • the diffraction grating layer 6 When the diffraction grating layer 6 is provided below the active layer, the diffraction grating layer may be formed on the lower cladding layer before the formation of the active layer and the lower light guide layer.
  • a quarter-wave plate 26 is disposed on the semiconductor substrate 1 with an insulating film 9 interposed therebetween, and a polarizing plate 27 is disposed on the surface of the contact layer 8.
  • the drive electrode E3 is formed on the semiconductor substrate 1, patterning is performed on the semiconductor substrate 1 using a photolithography method.
  • the light generated in the active layer is modulated by the diffraction grating layer and oscillated in a two-dimensional single mode, and a part of the oscillated light is generated by the diffraction grating layer. It receives second-order diffraction and is incident on the liquid crystal layer as a plane wave. Since the liquid crystal has refractive index anisotropy, the equivalent refractive index in the direction parallel to the light output changes according to the rotation angle. At this time, since the physical length of the liquid crystal layer is constant, the optical path length changes as the refractive index changes. Accordingly, when a plane wave is incident on the liquid crystal layer from below, the optical path length can be changed for each pixel.
  • FIG. 3 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the area is indicated by the same symbol as the width.
  • the width Xe of the conductive region does not have periodicity
  • the laser light reflected thereby interferes with the generation of noise light, and the interval Xs between the conductive regions that define the opening is suppressed.
  • the laser beam does not have periodicity, the generation of noise light due to the interference of the laser light transmitted through the opening is suppressed.
  • each conductive region is the Y-axis direction, and extends along the Y-axis direction.
  • FIG. 4 is a plan view of the drive electrode E3.
  • FIG. 5 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the shape of the semiconductor laser chip in the XY plane is a rectangle, and when the direction parallel to one side of the rectangle is the Y axis, the angle ⁇ formed by the drive electrode extending direction (first direction R) and the Y axis is In the case of FIG. 5, the drive electrode has a linear stripe shape as in FIG. 3, but satisfies ⁇ ⁇ n ⁇ 90 ° (n: an arbitrary integer).
  • ⁇ can basically be set to an arbitrary angle.
  • the drive electrode E3 includes a plurality of first conductive regions (Xe1 (1) extending along a first direction (Y axis in this example) so as to form a plurality of openings positioned two-dimensionally in the XY plane. ) To Xe1 (8)) and a plurality of second conductive regions (Ye1 (1) to Ye1 (8)) extending along a second direction different from the first direction (X-axis in this example). Has a superimposed shape.
  • the width of the first conductive region in the X-axis direction is Xe1
  • the interval between the first conductive regions in the X-axis direction is Xs1
  • N is an integer
  • the first conductive region located at the Nth position along the X-axis direction The width Xe1 is assumed to be Xe1 (N)
  • the interval Xs1 positioned Nth along the X-axis direction is assumed to be Xs1 (N).
  • the width Xe1 has no periodicity, Xe1 (N) and Xe1 (N + 1) are different, and the interval Xs1 has no periodicity, and Xs1 (N) and Xs1 (N + 1) are different.
  • the width of the second conductive region in the Y-axis direction is Ye1
  • the interval in the Y-axis direction between the second conductive regions is Ys1
  • N is an integer
  • the second position located Nth along the Y-axis direction is the second.
  • the width Ye1 of the conductive region is defined as Ye1 (N)
  • the interval Ys1 positioned at the Nth position in the Y-axis direction is defined as Ys1 (N).
  • the width Ye1 has no periodicity, Ye1 (N) and Ye1 (N + 1) are different, and the interval Ys1 has no periodicity, and Ys1 (N) and Ys1 (N + 1) are different.
  • the noise light suppression effect is the same as described above, and the second conductive region is present, so that the resistance of the drive electrode as a whole can be reduced and the drive current can be efficiently supplied to the active layer. it can.
  • each conductive region can extend linearly or curvedly.
  • FIG. 7 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the drive electrode E3 includes a plurality of first conductive regions (linearly extending in the first direction (Y axis in this example) so as to form a plurality of openings positioned two-dimensionally in the XY plane.
  • Xe (N)) and a plurality of second conductive regions (Xe2 (N)) extending linearly along a second direction different from the first direction (direction R forming an angle ⁇ with the Y axis) Has a superimposed shape.
  • the width of the first conductive region in the X-axis direction is Xe1
  • the interval between the first conductive regions in the X-axis direction is Xs1
  • N is an integer
  • the first conductive region located at the Nth position along the X-axis direction The width Xe1 is assumed to be Xe1 (N)
  • the interval Xs1 positioned Nth along the X-axis direction is assumed to be Xs1 (N).
  • the width Xe1 has no periodicity, Xe1 (N) and Xe1 (N + 1) are different, and the interval Xs1 has no periodicity, and Xs1 (N) and Xs1 (N + 1) are different.
  • the noise light suppression effect is the same as described above, and the second conductive region is present, so that the resistance of the drive electrode as a whole can be reduced and the drive current can be efficiently supplied to the active layer. it can.
  • FIG. 8 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the drive electrode E3 includes a plurality of linearly extending along the first direction (in this example, a direction R1 that forms ⁇ 1 with the Y axis) so as to form a plurality of openings that are two-dimensionally positioned in the XY plane.
  • First conductive regions (Xe (N)) and a plurality of second conductive regions (linearly extending along a second direction (direction R2 that forms an angle ⁇ 2 with the Y axis) different from the first direction) Xe2 (N)) is superimposed.
  • the width of the first conductive region in the X-axis direction is Xe1
  • the interval between the first conductive regions in the X-axis direction is Xs1
  • N is an integer
  • the first conductive region located at the Nth position along the X-axis direction The width Xe1 is assumed to be Xe1 (N)
  • the interval Xs1 positioned Nth along the X-axis direction is assumed to be Xs1 (N).
  • the width Xe1 has no periodicity, Xe1 (N) and Xe1 (N + 1) are different, and the interval Xs1 has no periodicity, and Xs1 (N) and Xs1 (N + 1) are different.
  • the width of the second conductive region in the X-axis direction is Xe2
  • the interval in the X-axis direction between the second conductive regions is Xs2
  • N is an integer
  • the second position located Nth along the X-axis direction The width Xe2 of the conductive region is assumed to be Xe2 (N)
  • the interval Xs2 located at the Nth position along the X-axis direction is assumed to be Xs2 (N).
  • the width Xe2 has no periodicity, Xe2 (N) and Xe2 (N + 1) are different, and the interval Xs2 has no periodicity, and Xs2 (N) and Xs2 (N + 1) are different.
  • the noise light suppression effect is the same as described above, and the second conductive region is present, so that the resistance of the drive electrode as a whole can be reduced and the drive current can be efficiently supplied to the active layer. it can.
  • FIG. 9 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the first conductive region shown in FIG. 6 is arcuate, and the radius of curvature of adjacent ones is also different, and the other points are the same as in FIG. That is, one of the first conductive region (Xe1 (N)) and the second conductive region (Ye1 (N)) extends so as to draw an arc. These may extend so that both form an arc.
  • the regularity between the conductive regions is further reduced as compared with the case where the conductive regions extend linearly, the non-periodicity / randomness of the structure of the drive electrode is improved and noise light is further suppressed, Further, since the shape is an arc shape that is a smooth continuous change in direction, there is an advantage that harmonic noise light caused by a sudden change in shape is hardly generated.
  • the first conductive region extending in the vertical direction extends in a substantially oblique direction with respect to the Y axis as compared with that shown in FIG. are the same. In this case, there is an effect similar to that shown in FIG. 9, and both end positions of each first conductive region along the Y-axis direction are shifted along the X-axis direction.
  • FIG. 11 is a plan view of the drive electrode E3.
  • each of the first conductive region and the second region which extend linearly, has an arc shape with a different radius of curvature compared to that shown in FIG.
  • the radius, width and spacing are all different.
  • Other points are the same as in FIG.
  • the arc is drawn, the regularity between the conductive regions is further reduced as compared with the case where the conductive regions extend linearly.
  • the non-periodicity and randomness of the electrode structure is improved, noise light is further suppressed, and the shape is an arc that is a smooth continuous change of direction, so harmonics due to abrupt changes in shape There is an advantage that noise light is hardly generated.
  • the opening is configured by being surrounded by conductive regions extending in several directions, but the number of extending directions of the conductive regions may be three or more.
  • the conductive region extends in more directions, the randomness increases, and it is considered that the generation of noise light is further suppressed.
  • FIG. 13 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the drive electrode E3 includes a plurality of first conductive regions extending along a first direction (Y-axis direction) so as to form a plurality of openings positioned two-dimensionally in the XY plane.
  • a plurality of second conductive regions extending along a second direction different from the first direction in this example, a direction R1 that forms ⁇ 1 with the Y axis
  • both the first direction and the second direction It has a shape in which a plurality of third conductive regions extending along different third directions (in this example, the direction R2 that forms ⁇ 2 with the Y axis) are overlapped.
  • the second conductive region is generally along the direction R2, it is not linear but extends in an arc, the regularity of the opening is lowered, and the generation of noise light is further suppressed. It is thought.
  • the drive electrode E3 includes a plurality of first conductive elements extending along a first direction (in this example, the X axis) so as to form a plurality of openings that are two-dimensionally positioned in the XY plane.
  • a plurality of second conductive regions extending along a region and a second direction different from the first direction (in this example, a direction R1 forming ⁇ 1 with the X axis), and the first direction and the second direction
  • It has a shape in which a plurality of third conductive regions extending along a third direction (in this example, a direction R2 that forms ⁇ 2 with ⁇ -axis) different from each other are overlapped.
  • a third direction in this example, a direction R2 that forms ⁇ 2 with ⁇ -axis
  • FIG. 15 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the region where the drive electrode E3 is provided includes a first region A1 in which a conductive region having a first aperiodic structure is formed, and a conductive material having a second aperiodic structure different from the first aperiodic structure. 2nd area
  • the first area A1 is an area where the value in the Y-axis direction is greater than or equal to a predetermined value
  • the second area A2 is an area where the value in the Y-axis direction is less than the predetermined value, and these areas are positioned above and below.
  • the predetermined value deviates from the median value of the dimension in the Y-axis direction of the drive electrode formation region from the viewpoint of asymmetry for suppressing interference, but may be a median value.
  • FIG. 16 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the various patterns described above can be arranged in the first area A1 and the second area A2 in FIG. That is, this example is an example in which the pattern of FIG. 4 is arranged in the first area A1, and the left / right inversion pattern of FIG. 5 is arranged in the second area A2.
  • FIG. 17 is a plan view of the drive electrode E3. This is an example in which the pattern of FIG. 6 is arranged in the first area A1 and the pattern of FIG. 7 is arranged in the second area A2.
  • FIG. 18 is a plan view of the drive electrode E3.
  • FIG. 19 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the various patterns described above can be arranged in the first area A1 and the second area A2 in FIG. That is, this example is an example in which the pattern of FIG. 9 is arranged in the first area A1 and the pattern of FIG. 10 is arranged in the second area A2.
  • FIG. 20 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the first area A1 is an area where the value in the Y-axis direction is greater than or equal to the first predetermined value
  • the second area A2 is an area where the value in the Y-axis direction is greater than or equal to the second predetermined value and less than the first predetermined value
  • A3 is a region where the value in the Y-axis direction is less than the first predetermined value.
  • FIG. 21 is a plan view of the drive electrode E3.
  • the various patterns described above can be arranged in the first area A1 and the second area A2 in FIG. That is, this example is an example in which the pattern of FIG. 13 is arranged in the first area A1, the pattern of FIG. 6 is arranged in the second area A2, and the pattern of FIG. 12 is arranged in the third area A3.
  • SLM spatial light modulator
  • LDC semiconductor laser chip
  • 4 active layer
  • 2, 7 cladding layer
  • 6 diffraction grating layer.

Landscapes

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Abstract

　この半導体レーザ装置は、半導体レーザチップ及びこの半導体レーザチップに光学的に結合した空間光変調器ＳＬＭを備えている。半導体レーザチップＬＤＣは、活性層４と、活性層４を挟む一対のクラッド層２，７と、活性層４に光学的に結合した回折格子層６と、クラッド層２と空間光変調器ＳＬＭとの間に配置され、活性層４に電流を供給するための駆動電極Ｅ３とを備え、駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内に位置し、Ｚ軸方向から見て、複数の開口を有しており、非周期構造を有している。

Description

半導体レーザ装置
　本発明は、半導体レーザ装置に関する。
　特許文献１は、２次元的な周期構造を備えた面発光型レーザ素子を開示している。この面発光型レーザ素子は、フォトニック結晶層を備えている。同文献に開示されたフォトニック結晶層は、直交する２方向に周期的に孔を設けた構造を有している。非特許文献１は、周囲とは周期の異なる位相シフト領域を孔形成領域間に挿入した例を開示している。位相シフト領域を用いることにより、これを用いない場合とは異なったビームパターンを得ることができる。特に、円環状ビームは、光ピンセットなどに有効である。通常の単峰ビームでは、不透明物質の捕捉は困難であるが、円環状ビームは不透明物質の捕捉にも用いることが可能である（非特許文献２）。なお、特許文献２は、面発光型レーザ素子を用いたプロジェクターを開示している。なお、一般に、プロジェクターは、画素毎に選択的に光を透過／遮断することで、所望の画像を形成する装置であるが、画素毎に波面の位相を制御するものではない。
　二次元的な広がりを有するレーザ光の微小領域毎の波面の位相を制御することができれば、微小領域毎の波面の重ね合わせにより、所望の画像を得ることができる。二次元的な広がりを有するレーザ光の近視野像をフーリエ変換したものがレーザの遠視野像であることを考慮すると、このような半導体レーザ装置は、種々の応用が期待される。ホログラムにフーリエ変換を行うと、再生像が得られることが知られており、このような装置は、ホログラム設計などにも利用することが期待される。また、フーリエ変換像は、検査装置における画像処理や、パターンマッチングなどにも用いられている。
特開２０００－３３２３５１号公報 特開２０１０－２１９３０７号公報
Eiji Miyai他、"Lasers producing tailored beams"、Nature誌441巻946頁（2006）． Kyosuke Sakai他、"Optical trapping of metal particles in doughnut-shaped beam emittedby photonic-crystal laser"、Electronics Letters誌 43巻 107-108頁（2007）
　しかしながら、従来、波面制御すなわち微小領域毎の位相制御が可能な半導体レーザ装置は知られておらず、かかる半導体レーザ装置によって、波面を自由に重ね合わせ、変化可能な所望のレーザビームパターンを形成することはできなかった。本願発明者らは、このような課題を解決するに当たり、半導体レーザチップと空間光変調器とを重ね合わせた半導体レーザ装置を開発してきたが、出力されるレーザ光のノイズ光が含まれることを発見した。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ノイズ光を低減可能で、変化可能な所望のレーザビームパターンを形成することができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
　上述の課題を解決するため、第１の半導体レーザ装置は、半導体レーザチップ及びこの半導体レーザチップに光学的に結合した空間光変調器を備え、前記半導体レーザチップの厚み方向に沿って出力されたレーザ光を、前記空間光変調器で変調して、外部に出力する半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザチップは、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した回折格子層と、前記空間光変調器側の前記クラッド層と前記空間光変調器との間に配置され、前記活性層に電流を供給するための駆動電極とを備え、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定し、前記半導体レーザチップの厚み方向をＺ軸方向とし、前記半導体レーザチップと前記空間光変調器との界面に平行な平面をＸＹ平面とした場合、前記駆動電極は、ＸＹ平面内に位置し、前記駆動電極は、Ｚ軸方向から見て、複数の開口を有しており、前記駆動電極は、非周期構造を有していることを特徴とする。
　本願発明者らが、鋭意検討を行った結果、ノイズ光は、駆動電極における透過レーザ光の位相が重なる条件、又は、反射レーザ光の位相が重なる条件を満たしている場合には、ノイズ光が発生する旨を発見した。すなわち、駆動電極が複数の開口を有しており、これを透過させる構造の場合、透過時においては開口の配列パターンが周期性を有している場合には、レーザ光の干渉によりノイズ光が発生し、反射時においては駆動電極を構成する導電領域の配列パターンが周期性を有している場合には、レーザ光の干渉によりノイズ光が発生する。
　そこで、本発明では、駆動電極を非周期構造とすることで、かかる干渉を抑制し、ノイズ光の発生を抑制することとした。
　好適には、第２の半導体レーザ装置においては、駆動電極は、ＸＹ平面内において第１の方向に沿って直線的に延びた複数の導電領域を備え、前記導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅとし、前記導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓとし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する前記導電領域の幅ＸｅをＸｅ（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔ＸｓをＸｓ（Ｎ）とした場合、幅Ｘeには周期性がなく、Ｘｅ（Ｎ）とＸｅ（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓには周期性がなく、Ｘｓ（Ｎ）とＸｓ（Ｎ＋１）は異なる。
　導電領域の幅Ｘｅが周期性を有していないため、これにより反射されるレーザ光が干渉してノイズ光が発生することが抑制され、開口を規定する導電領域間の間隔Ｘｓが周期性を有していないため、開口を透過したレーザ光が干渉してノイズ光が発生することが抑制される。
　また、半導体レーザ装置においては、前記半導体レーザチップのＸＹ平面内における形状は長方形であり、前記長方形の一辺に平行な方向をＹ軸とした場合、前記第１の方向とＹ軸との成す角度βは、β≠n×９０°（n：任意の整数）であることとしてよい。
　また、第３の半導体レーザ装置においては、前記駆動電極は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向に沿って延びた複数の第１導電領域と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延びた複数の第２導電領域とが重畳した形状を有しており、前記第１導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ１とし、前記第１導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ１とし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する前記第１導電領域の幅Ｘｅ１をＸｅ１（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ１をＸｓ１（Ｎ）とした場合、幅Ｘｅ１には周期性がなく、Ｘｅ１（Ｎ）とＸｅ１（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓ１には周期性がなく、Ｘｓ１（Ｎ）とＸｓ１（Ｎ＋１）は異なることを特徴とする。
　この場合も、上記と同様のノイズ光抑制効果があり、且つ、第２導電領域が存在するため、駆動電極の全体としての抵抗を低下させ、効率的に駆動電流を活性層に供給することができる。
　なお、各導電領域は、直線的に延びることも、曲線的に延びることもできる。
　また、第４の半導体レーザチップにおいては、前記第１導電領域及び前記第２導電領域の双方又はいずれか一方は、弧を描くように延びていることを特徴とする。この場合、導電領域が直線的に延びる場合に比較して、導電領域間の規則性が更に低下するため、駆動電極の構造の非周期性・ランダム性が向上してノイズ光が更に抑制され、また、その形状は、滑らかな連続的方向変化である弧状であるため、形状の急激な変化に起因する高調波ノイズ光も発生しにくいという利点がある。
　また、第５の半導体レーザ装置においては、前記駆動電極は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向に沿って延びた複数の第１導電領域と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延びた複数の第２導電領域と、前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれとも異なる第３の方向に沿って延びた複数の第３導電領域とが重畳した形状を有していることを特徴とする。
　すなわち、幾つかの方向に延びた導電領域によって囲まれることで、上記開口が構成されるが、導電領域の延びる方向は、３つ以上であってもよい。より多くの方向に導電領域が延びた場合には、ランダム性が高くなるため、ノイズ光の発生が更に抑制されると考えられる。
　また、第６の半導体レーザ装置においては、前記駆動電極が設けられる領域は、第１の非周期性構造を有する導電領域が形成される第１領域と、第１の非周期性構造とは異なる第２の非周期性構造を有する導電領域が形成される第２領域とを備えていることを特徴とする。
　第１領域と第２領域とはパターンが異なるので、これらの領域からのレーザ光が全体として干渉して、ノイズ光が発生することが抑制される。
　本発明の半導体レーザ装置によれば、変化可能な所望のレーザビームパターンを形成することができる。
図１は、第１実施形態に係る半導体レーザ装置の縦断面図である。 図２は、第２実施形態に係る半導体レーザ装置の縦断面図である。 図３は、駆動電極の平面図である。 図４は、駆動電極の平面図である。 図５は、駆動電極の平面図である。 図６は、駆動電極の平面図である。 図７は、駆動電極の平面図である。 図８は、駆動電極の平面図である。 図９は、駆動電極の平面図である。 図１０は、駆動電極の平面図である。 図１１は、駆動電極の平面図である。 図１２は、駆動電極の平面図である。 図１３は、駆動電極の平面図である。 図１４は、駆動電極の平面図である。 図１５は、駆動電極の平面図である。 図１６は、駆動電極の平面図である。 図１７は、駆動電極の平面図である。 図１８は、駆動電極の平面図である。 図１９は、駆動電極の平面図である。 図２０は、駆動電極の平面図である。 図２１は、駆動電極の平面図である。 図２２は、回折格子層の平面図である。
　以下、実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。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。
　図１は、第１実施形態に係る半導体レーザ装置の縦断面図である。
　この半導体レーザ装置は、化合物半導体からなる半導体レーザチップＬＤＣ及びこの半導体レーザチップＬＤＣに光学的に結合した空間光変調器ＳＬＭを備えている。
　半導体レーザチップＬＤＣは、活性層４を含む発光層と、発光層を挟む一対のクラッド層２，７と、発光層に光学的に結合した回折格子層６とを備えている。なお、発光層は、活性層４と必要に応じて活性層を挟む光ガイド層３，５とからなる。半導体レーザチップＬＤＣは、半導体基板１を備えている。半導体基板１の厚み方向をＺ軸とし、これに垂直な２方向をＸ軸及びＹ軸とする。
　製造時においては、半導体基板１の－Ｚ軸方向の表面上に、順次、各半導体層がエピタキシャル成長されるものとする。この場合、－Ｚ軸方向を上向きとした場合、半導体基板１上には、下部クラッド層２、発光層（光ガイド層３、活性層４、光ガイド層５）、回折格子層６、上部クラッド層７、及びコンタクト層８が順次形成される。半導体基板１の＋Ｚ軸側の表面上には電極Ｅ１が形成されており、コンタクト層８の－Ｚ軸側の表面上には、電極Ｅ２が形成されている。これらの電極Ｅ１，Ｅ２は駆動電極であり、電極Ｅ１と半導体基板１との間には、半導体基板の全面に広がるストライプ或いはメッシュ状などの複数の開口を有する駆動電極Ｅ３が介在している。
　第１電極Ｅ１（駆動電極Ｅ３）と第２電極Ｅ２との間に、駆動回路から電流を供給すると、発光層が発光する。すなわち、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に駆動電流が供給された場合、活性層４内において電子と正孔の再結合が生じ、活性層４が発光する。これらの発光に寄与するキャリア及び発生した光は、上下の光ガイド層３，５とクラッド層２，７によって、これらの間に効率的に閉じ込められる。
　発光層において発生したレーザ光ＬＢは、回折格子層６内を伝播して、回折格子層６は、レーザ光を厚み方向に垂直な方向、すなわちＺ軸方向に出射する。回折格子層６から出射されたレーザ光は、＋Ｚ軸方向に進行し、クラッド層２、半導体基板１を介して、空間光変調器ＳＬＭに入射する。
　空間光変調器ＳＬＭは、回折格子層６の厚み方向に沿って出力されたレーザ光ＬＢが入力されるように、半導体レーザチップＬＤＣに取り付けられている。レーザ光は、空間光変調器ＳＬＭの共通電極２５及び画素電極２１のうちの透明な方を介して、液晶層ＬＣに入射する。空間光変調器ＳＬＭは、レーザ光ＬＢの微小領域毎の位相を、その画素電極と共通電極との間に印加される駆動電圧により変調し、位相変調したレーザ光を反射させ、半導体レーザチップを介して、外部に出力する。
　空間光変調器ＳＬＭから出力されたレーザ光ＬＢは、微小領域毎の位相が調整された状態で重ね合わせられ、様々なレーザビームパターンを形成する。例えば、重ね合されたレーザビームＬＢの遠視野像が、特定の文字を構成することができる。
　半導体レーザ装置は、半導体レーザチップＬＤＣ上に配置され、所望のアドレスに位置する画素電極と共通電極との間に、選択的に駆動電圧を与える選択回路（行選択回路ＤＲ１，列選択回路（図示せず））を更に備えている。この選択回路を半導体レーザチップ上に設けることにより、大規模な外部配線群を設置することなく、空間光変調器を制御することができる。
　空間光変調器ＳＬＭは、透明な共通電極２５と、透明な複数の画素電極２１と、共通電極２５と画素電極２１との間に配置された液晶層ＬＣとを備えている。液晶層ＬＣは、ネマチック液晶、又は、強誘電性液晶などからなる。駆動回路からは、半導体レーザ素子を構成する半導体レーザチップに、駆動電極を介して、駆動電流が供給される。これにより、発光層からレーザ光ＬＢが出力され、レーザ光ＬＢは、空間光変調器の画素電極２１を介して液晶層ＬＣに至り、液晶層ＬＣで位相変調された後、反射鏡或いは反射膜２３によって反射され、共通電極２５を介して、外部に出力される。共通電極２５は、固定電位（グランド）に接続されており、画素電極２１はスイッチ素子及び行ラインを介して行選択回路ＤＲ１に接続されている。列選択回路からは列ラインが延びており、スイッチ素子の制御端子に接続されている。このスイッチ素子は、電界効果トランジスタである。この場合、制御端子はトランジスタのゲートとなる。
　空間光変調器において、特定のアドレス（ｘ，ｙ）を指定した場合、列選択回路から座標ｘの列ラインにＯＮ信号が出力され、行選択回路ＤＲ１から座標ｙの行ラインに所望の電位が与えられる。この場合、アドレス（ｘ，ｙ）の画素電極２１と共通電極２５との間には、駆動電圧が印加され、液晶層の屈折率が変化することとなり、光路長が変化して、レーザ光の位相が調整される。なお、空間光変調器において、行方向と列方向は主観によって決まるものであり、相互に置換可能な方向である。駆動電圧の大きさは行選択回路ＤＲ１からの出力電位と列選択回路の出力電位によって決定されるものであり、一定とすることができるが、更に精密な位相制御を行う場合には、例えば、上記スイッチ素子毎に可変抵抗を接続し、当該可変抵抗の値を同様の構成からなる選択回路によって制御すればよい。
　なお、製造時に空間光変調器の位相が面内でばらつきを有した際でもデバイスが所望のパターンを出力するように、予め空間光変調器の位相分布を測定しておき、これを補正するための記憶装置と、記憶装置の記憶データに基づいて、各画素電極に選択回路を介して与えられる駆動電圧を生成する空間光変調器用の駆動回路とを設けても良い。すなわち、この半導体レーザ装置は、予め空間光変調器の位相分布を測定しておき、測定値に基づいて位相の面内ばらつきを補正するための初期位相の補正値を記憶し、空間光変調器の画素電極毎に異なる初期位相を与えるための記憶装置を備えることができる。換言すれば、この装置は、駆動電圧の初期補正値を画素電極毎に記憶する記憶装置（図示せず）を備えている。駆動電圧は、制御装置（図示せず）から行及び列選択回路に印加されるが、この駆動電圧及び初期補正値は、記憶装置に記憶される。基準の位相分布と、測定された位相分布とを比較し、各画素毎の位相の差分に対応する駆動電圧の値を初期補正値とすることができ、初期補正値の駆動電圧を画素電極に与えた場合には、基準の位相分布が実現される。所望の位相分布を得るため、初期補正値に対応する駆動電圧に、所望の駆動電圧を重畳することができる。
　回折格子層６から厚み方向に出力されたレーザ光は、共通電極２５（或いは画素電極と位置を入れ替えた場合には画素電極２１）を介して液晶層ＬＣに至る。液晶層ＬＣの誘電率（屈折率）は、画素電極２１への印加電圧によって変化し、したがって、レーザ光に対する液晶層ＬＣの光路長が変化し、位相が変化する。液晶層ＬＣを透過し往復したレーザ光ＬＢの位相は画素電極２１毎に変調される。したがって、微小領域毎の波面制御を行うことができ、波面の重ね合わせにより、変化可能な所望のレーザビームパターンを形成することができる。
　なお、駆動電極Ｅ３上には、ＳｉＯ２又はＳｉＮｘからなる透明絶縁膜９が形成されている。透明絶縁膜９上には、空間光変調器ＳＬＭの共通電極２５が配置されている。共通電極２５上には、液晶を保持するための枠状のスペーサ２４が設けられ、スペーサ２４内部の空間に液晶層ＬＣが充填されている。スペーサ２４及び液晶層ＬＣ上には、反射膜２３が形成され、反射膜２３上には、保護膜２２を介して、複数の画素電極２１が配置されている。画素電極２１は、基板２０と保護膜２２との間に位置している。画素電極２１等の形成時においては、好ましくは半導体からなる基板２０上に、画素電極２１を形成した後、その表面が平坦化するように保護膜２２に画素電極２１を被覆し、更に、保護膜２２上に反射膜２３を形成し、この中間体の基板を反転させて、枠状のスペーサ２４上に配置する。なお、液晶層ＬＣの上下面には適当な配向膜が設けられる。
　液晶層ＬＣ上の反射膜２３で反射されたレーザ光ＬＢは、共通電極２５及び半導体レーザチップＬＤＣを介して、外部に出力される。また、回折格子層６（の厚み方向中央位置）と、コンタクト層８との間の距離ｔ１は、半導体レーザチップにおけるコンタクト層８の露出表面で反射されたレーザ光ＬＢと、回折格子層６から直接、空間光変調器ＳＬＭへと向かう光が強めあうように設定される。すなわち、距離ｔ１は、以下の関係を満たすことができる。２×ｔ１＝λ×Ｎ、または、２×ｔ１＝λ×（Ｎ＋１／２）。但し、λはレーザ光の波長、Ｎは整数を満たすように設定されている。
　発光層は、活性層４及びこれを挟む光ガイド層３，５からなり、コンタクト層８は、必要に応じて設けられる。半導体レーザチップは、活性層４の形成されたレーザ光生成領域ＬＤを備えており、回折格子層６は、レーザ光生成領域ＬＤに位置しており、回折格子層６の厚み方向に向けてレーザ光ＬＢを出射する。空間光変調器ＳＬＭは、レーザ光生成領域ＬＤ上に取り付けられている。この構造の場合、レーザ光生成領域ＬＤ上に空間光変調器ＳＬＭを配置することで、装置を小型化することができる。
　なお、半導体基板１の＋Ｚ側の面には、駆動電極Ｅ３が配置されている。この半導体レーザ装置は、半導体レーザチップＬＤＣ及びこの半導体レーザチップＬＤＣに光学的に結合した空間光変調器ＳＬＭを備え、半導体レーザチップＬＤＣの厚み方向に沿って出力されたレーザ光ＬＢを、空間光変調器ＳＬＭで変調して、外部に出力する半導体レーザ装置であって、半導体レーザチップＬＤＣは、活性層４と、活性層４を挟む一対のクラッド層２，７と、活性層４に光学的に結合した回折格子層６と、空間光変調器ＳＬＭ側のクラッド層２と空間光変調器ＳＬＭとの間に配置され、活性層４に電流を供給するための駆動電極Ｅ３と、を備えている。
　なお、ＸＹＺ三次元直交座標系を設定されているが、半導体レーザチップＬＤＣの厚み方向をＺ軸方向とし、半導体レーザチップＬＤＣと空間光変調器ＳＬＭとの界面に平行な平面をＸＹ平面とした場合、駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内に位置している。また、駆動電極Ｅ３は、Ｚ軸方向から見て、複数の開口を有しており、駆動電極Ｅ３は、非周期構造を有している。
　ここで、レーザ光中に含まれるノイズ光を抑制するため、駆動電極Ｅ３の構造を非周期構造とした。駆動電極Ｅ３における透過レーザ光の位相が重なる条件、又は、反射レーザ光の位相が重なる条件を満たしている場合には、ノイズ光が観察された。すなわち、駆動電極Ｅ３が複数の開口を有しており、これを透過させる構造の場合、透過時においては開口の配列パターンが周期性を有している場合には、レーザ光の干渉によりノイズ光が発生し、反射時においては駆動電極をＥ３構成する導電領域の配列パターンが周期性を有している場合には、レーザ光の干渉によりノイズ光が発生する。
　そこで、本実施形態では、駆動電極Ｅ３を非周期構造とすることで、かかる干渉を抑制し、ノイズ光の発生を抑制している。
　駆動電極Ｅ３を構成する導電領域の材料としては、ＡｇやＡｕなどの金属を用いることができるが、半導体基板１内に、これよりも高濃度の不純物を拡散して、導電領域を形成することもできる。なお、駆動電極Ｅ３の材料として、ＩＴＯ、ＺｎＯ、グラフェン、Ａｇナノワイヤなどの透明電極を用いることも可能ではあるが、低抵抗の材料の方が好ましいため、透明電極よりも、ストライプやメッシュ状の開口を有する不透明金属材料を用いることが好ましい。
　駆動電極Ｅ３上には透明絶縁膜９が形成され、電極Ｅ１は、駆動電極Ｅ３に電気的及び物理的に接続されており、大きな開口形状を有している。空間光変調器ＳＬＭは、電極Ｅ１の開口形状の内部に設けられる。この場合、行選択回路ＤＲ１及び列選択回路は、電極Ｅ１の外部に位置することになるため、これらから画素電極及び共通電極までは、適当な接続配線を施す。また、電極Ｅ２はレーザ光ＬＢについて、一部または全部を透過するように構成されている。電極Ｅ２も駆動電極Ｅ３と同様の構造を採用することができる。
　図２は、第２実施形態に係る半導体レーザ装置の縦断面図である。
　第２実施形態は、第１実施形態と比較して、１／４波長板２６及び偏光板２７を用いた点が異なり、その他の構成は同一である。
　回折格子層６は、例えば三角形形状が正方格子状に並べられたような構造から構成されており、上下方向に直線偏光の光を回折する。このときの回折格子層６から出力される直線偏光の偏光透過軸を軸Ａとすると、偏光板２７の偏光透過軸は軸Ａと直交する方向（軸Ｂとする）に設定されている。また、１／４波長板の速軸は、軸Ａから４５°回転した方向に設定されている。１／４波長板２６を介して空間光変調器ＳＬＭに入射し、空間光変調器ＳＬＭを往復して、再度、１／４波長板２６を逆方向へ通過したレーザ光は、偏光方位が９０度回転する。すなわち、レーザ光ＬＢが、第１の偏光方向（軸Ａ）を有する直線偏光として、１／４波長板２６に入射した場合には、これを２度通過した後には、第１の偏光方向に対して９０度回転した第２の偏光方向（軸Ｂ）を有する直線偏光となる。
　したがって、偏光板２７における偏光方向を、第２の偏光方向（軸Ｂ）に一致させれば、空間光変調器ＳＬＭを往復したレーザ光のみが偏光板２７を透過し、他の偏光方向の成分は偏光板２７によって遮断される。したがって、液晶層ＬＣによる変調を受けていないノイズ成分が、出力画像から除去され、コントラストが改善する。なお、共通電極２５と１／４波長板２６の位置は入れ替えることができる。
　図２２は、回折格子層の平面図である。
　上述の回折格子層６は、例えば、基本層６Ａと異屈折率領域６Ｂとからなる。異屈折率領域６Ｂは所定の深さで基本層６Ａ内に埋め込まれており、これと屈折率が異なる。異屈折率領域６Ｂの平面形状は円形のものが示されているが、三角形や楕円形など他の形状とすることも可能である。例えば、特定の偏光方向の強度を上げるためには、８０度の回転対称性をもたない形状とすることができる。直線偏光を得るためには、この形状は、例えば、二等辺三角形、直角三角形、直角二等辺三角形とすることができる。異屈折率領域６Ｂは、正方格子の格子点位置に配置されているが、これは三角格子の格子点位置に配置されていてもよい。回折格子層６は、異屈折率領域の埋め込みにより、二次元的に屈折率変化する周期構造を有しているため、回折格子として機能すると共に、フォトニック結晶層として機能する。同図では、真円形状孔を正方格子状に並べた周期構造を用いているが、三角形状孔を正方格子状に並べた周期構造を用いても良く、半導体レーザ素子は、面発光レーザとして機能する。
　なお、上述のレーザ素子の材料について説明する。
　レーザ光生成領域ＬＤを構成する半導体レーザ素子の材料の一例として、半導体基板１はＧａＡｓからなり、下部クラッド層２はＡｌＧａＡｓからなり、下部光ガイド層３はＡｌＧａＡｓからなり、活性層４は多重量子井戸構造ＭＱＷ（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）からなり、上部光ガイド層５は、下層ＡｌＧａＡｓ／上層ＧａＡｓからなり、上部クラッド層７がＡｌＧａＡｓからなり、コンタクト層８がＧａＡｓからなる。回折格子層（位相変調層、屈折率変調層）６は基本層６ＡがＧａＡｓ、基本層６Ａ内に埋め込まれた異屈折率領域（埋込層）６ＢがＡｌＧａＡｓからなる。
　なお、各層には、第１導電型（Ｎ型）の不純物又は、第２導電型（Ｐ型）の不純物が添加されており（不純物濃度は１×１０１７～１×１０２１／ｃｍ３）、半導体基板１をＮ型、下部クラッド層２をＮ型、下部光ガイド層３をＩ型、活性層４をＩ型、上部光ガイド層５の下層をＰ又はＩ型、上層をＩ型、回折格子層６をＩ型、上部クラッド層７をＰ型、コンタクト層８をＰ型とすることができる。なお、意図的にはいずれの不純物も添加されていない領域は真性（Ｉ型）となっている。Ｉ型の不純物濃度は１×１０１６／ｃｍ３以下である。
　また、例えば、半導体基板１の厚みを１５０μｍ（８０μｍ～３５０μｍ）、下部クラッド層２の厚みを２×１０３ｎｍ（１×１０３ｎｍ～３×１０３ｎｍ）、下部光ガイド層３の厚みを１５０ｎｍ（０～３００ｎｍ）、活性層４の厚みを３０ｎｍ（１０ｎｍ～１００ｎｍ）、上部光ガイド層５の下層の厚みを５０ｎｍ（１０ｎｍ～１００ｎｍ）、上層の厚みを５０ｎｍ（１０ｎｍ～２００ｎｍ）、回折格子層６の厚みを１００ｎｍ（５０ｎｍ～２００ｎｍ）、上部クラッド層７の厚みを２×１０３ｎｍ（１×１０３ｎｍ～３×１０３ｎｍ）、コンタクト層８の厚みを２００ｎｍ（５０ｎｍ～５００ｎｍ）とすることができる。なお、括弧内は好適値である。
　また、クラッド層のエネルギーバンドギャップは、光ガイド層のエネルギーバンドギャップよりも大きく、光ガイド層のエネルギーバンドギャップは活性層４の井戸層のエネルギーバンドギャップよりも大きく設定されている。ＡｌＧａＡｓにおいては、Ａｌの組成比を変更することで、容易にエネルギーバンドギャップと屈折率を変えることができる。ＡｌＸＧａ１－ＸＡｓにおいて、相対的に原子半径の小さなＡｌの組成比Ｘを減少（増加）させると、これと正の相関にあるエネルギーバンドギャップは小さく（大きく）なり、ＧａＡｓに原子半径の大きなＩｎを混入させてＩｎＧａＡｓとすると、エネルギーバンドギャップは小さくなる。すなわち、クラッド層のＡｌ組成比は、光ガイド層のＡｌ組成比よりも大きく、光ガイド層のＡｌ組成比は、活性層の障壁層（ＡｌＧａＡｓ）と同等か大きい。クラッド層のＡｌ組成比は０．２～０．４に設定され、本例では０．３とする。光ガイド層及び活性層における障壁層のＡｌ組成比は０．１～０．１５に設定され、本例では０．１とする。なお、ガイド層には電子の活性層からのリークを抑制するために、第２導電型(ｐ型)クラッド層との間にクラッド層と同等のＡｌ組成で１０～１００ｎｍ程度の層を挿入しても良い。
　なお、回折格子層６における柱状の異屈折率領域を空隙とし、空気、窒素又はアルゴン等の気体が封入されてもよい。また、回折格子層６においては、ＸＹ平面内における正方格子又は三角格子の格子点位置に異屈折率領域６Ｂが配置されている。この正方格子における縦及び横の格子線の間隔は、レーザ光の波長を等価屈折率で除算した程度であり、具体的には３００ｎｍ程度に設定されることが好ましい。正方格子の格子点位置でなく、三角格子における格子点位置に異屈折率領域を配置することもできる。三角格子の場合の横及び斜めの格子線の間隔は、波長を等価屈折率で除算し、さらにＳｉｎ６０°で除算した程度であり、具体的には３５０ｎｍ程度に設定されることが好ましい。
　なお、格子間隔ａの正方格子の場合、直交座標の単位ベクトルをｘ、ｙとすると、基本並進ベクトルａ１＝ａｘ、ａ２＝ａｙであり、基本並進ベクトルａ１、ａ２に対する基本逆格子ベクトルｂ１＝（２π／ａ）ｙ、ｂ２＝（２π／ａ）ｘである。フォトニック結晶のフォトニックバンドにおけるΓ点、すなわち、波数ベクトルｋ＝ｎｂ１＋ｍｂ２（ｎ、ｍは任意の整数）の場合に、格子間隔ａが波長λに等しい共振モード（ＸＹ平面内における定在波）が得られる。
　また、上述の共通電極及び画素電極は、これらが透明である場合には、ＩＴＯ、又は、ＺｎＯからなる。このような材料は、レーザ光に対して透明であり、レーザ光が透過できる。
　また、上述の反射膜２３は、アルミニウムなど金属の単層膜或いは多層膜ミラーからなり、多層膜ミラーは、高屈折率材料層（＝ｎＨとする）と、これに対して相対的に低い屈折率を有する低屈折率材料層（＝ｎＬとする）とを交互に積層してなる。高屈折率材料層（ｎＨ）の材料は、Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５及びＨｆＯ２等からなる酸化物群（絶縁体群）から選択される少なくとも１つの材料（例えばＴａ２Ｏ５）を含む。低屈折率材料層（ｎＬ）の材料は、ＳｉＯ２及びＭｇＦ２等からなる絶縁体群から選択される少なくとも１つの材料（例えばＳｉＯ２）を含む。高屈折材料層（ｎＨ）及び低屈折率材料層（ｎＬ）のそれぞれの光学膜厚を、レーザ光の波長λの１／４に設定する。これらの誘電体層の積層構造としては、以下の種類が考えられる。
　（１）：第１の構造は、低屈折率材料層（ｎＬ）と高屈折材料層（ｎＨ）とからなる組（＝Ａ）を、ｍ回、繰り返して積層した構造であり、この場合、全体の層数は２×Ａ×ｍとなる。ｍは自然数である。なお、最も下側の層を低屈折率材料層（ｎＬ）とする。
　（２）：第２の構造は、前述の組（Ａ）を、ｍ回、繰り返して積層した後に、最表面に位置する高屈折材料層（ｎＨ）上に更に低屈折率材料層（ｎＬ）を積層した構造であり、この場合、全体の層数は２×Ａ×ｍ＋１となる。
　（３）：上述の（１）又は（２）の構造において、高屈折率材料層（ｎＨ）と低屈折材料層（ｎＬ）の位置を入れ替えた構造も採用することができる。（３）の構造の場合、最も下側の層は高屈折率材料層（ｎＨ）となる。
　最後に、上述の半導体レーザ素子について簡単に説明する。
　半導体レーザ素子の製造においては、各化合物半導体層は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いる。半導体基板１の（００１）面上に結晶成長を行うが、これに限られるものではない。ＡｌＧａＡｓを用いたレーザ素子の製造においては、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ＡｓＨ3（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。ＡｌＧａＡｓの成長においては、ＴＭＡ、ＴＭＧ、アルシンを用い、ＧａＡｓの成長においては、ＴＭＧとアルシンを用いるが、ＴＭＡは用いない。ＩｎＧａＡｓは、ＴＭＧとＴＭＩ（トリメチルインジウム）とアルシンを用いて製造する。絶縁膜の形成は、その構成物質を原料としてターゲットをスパッタして形成すればよい。
　すなわち、半導体レーザ素子は、まず、Ｎ型の半導体基板（ＧａＡｓ）１上に、Ｎ型のクラッド層（ＡｌＧａＡｓ）２を形成した後、光ガイド層（ＡｌＧａＡｓ）３、多重量子井戸構造（ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）４、光ガイド層（ＧａＡｓ／ＡａＧａＡｓ）５を形成し、続いて、フォトニック結晶層となる基本層（ＧａＡｓ）６Ａ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。
　次に、エピタキシャル成長後のアライメントをとるため、ＰＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法により、ＳｉＮ層を基本層６Ａ上に形成し、次に、レジストを、ＳｉＮ層上に形成する。更に、レジストを露光・現像し、レジストをマスクとしてＳｉＮ層をエッチングし、ＳｉＮ層を一部残留させて、アライメントマークを形成する。残ったレジストは除去する。
　次に、基本層６Ａに別のレジストを塗布し、アライメントマークを基準とし、レジスト上に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次元微細パターンを形成する。その後、レジストをマスクとして、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６Ａ上に転写し、孔（穴）を形成し、レジストを除去する。孔の深さは、１００ｎｍである。この孔の中に、異屈折率領域６Ｂ（ＡｌＧａＡｓ）となる化合物半導体を孔の深さ以上に再成長させる。次に、上部クラッド層（ＡｌＧａＡｓ）７、コンタクト層（ＧａＡｓ）８を順次ＭＯＣＶＤで形成し、適当な電極材料を蒸着法又はスパッタ法で基板の上下面に形成して第１及び第２電極を形成する。また、必要に応じて、基板の上下面に絶縁膜をスパッタ法等で形成することができる。
　回折格子層６を活性層の下部に備える場合には、活性層及び下部光ガイド層の形成前に、下部クラッド層上に回折格子層を形成すればよい。
　図２の構造の場合には、半導体基板１上に絶縁膜９を介して１／４波長板２６を配置し、コンタクト層８の表面に偏光板２７を配置する。なお、半導体基板１に駆動電極Ｅ３を形成する場合、フォトリソグラフィ―法を用いて、半導体基板１上にパターニングを行う。
　以上、説明したように、上述の装置によれば、活性層で生じた光は回折格子層による変調を受け、２次元単一モード発振し、発振した光のうち一部は、回折格子層による２次の回折を受け、液晶層に平面波として入射している。液晶は屈折率異方性を有するため、その回転角に応じて光出力と平行な方向の等価的な屈折率が変化する。このとき、液晶層の物理的な長さは一定であるため、屈折率が変化することにより、光路長が変化する。従って、下部から液晶層に平面波を入射すると、画素毎にその光路長を変化させることが出来る。言い換えると、下部から液晶層に平面波を入射すると、画素毎にその位相を変化させることが出来るので、出射波面の形状を制御することが可能となる。このように、２次元単一モード発振するレーザ光は、平面波として液晶層に入射し、画素毎に位相変調された波面が下部から光出力として得られる。
　次に、駆動電極Ｅ３について説明する。
　図３は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において第１の方向に沿って直線的に延びた複数の導電領域（黒色の領域）を備え、導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅとし、導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓとし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する前記導電領域の幅ＸｅをＸｅ（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔ＸｓをＸｓ（Ｎ）とした場合、幅Ｘeには周期性がなく、Ｘｅ（Ｎ）とＸｅ（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓには周期性がなく、Ｘｓ（Ｎ）とＸｓ（Ｎ＋１）は異なる。
　なお、同図では、Ｎ＝１～８とした場合の幅Ｘｅ（１）～Ｘｅ（８）が示され、間隔Ｘｓ（１）～Ｘｓ（７）が示されているが、便宜上、各導電領域は幅と同一符号で示すこととする。例えば、隣接する導電領域（Ｘｅ（１）とＸｅ（２））の間には、隙間となる間隔Ｘｓ（１）（Ｎ＝１，Ｎ＋２＝２）が位置している。
　本例では、導電領域の幅Ｘｅが周期性を有していないため、これにより反射されるレーザ光が干渉してノイズ光が発生することが抑制され、開口を規定する導電領域間の間隔Ｘｓが周期性を有していないため、開口を透過したレーザ光が干渉してノイズ光が発生することが抑制される。
　なお、各導電領域の長手方向は、Ｙ軸方向であり、Ｙ軸方向に沿って延びている。
　同図では、直線的に導電領域が延びているので、作製が簡単であり、且つ開口率を大きく出来るという利点がある。
　図４は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　半導体レーザチップのＸＹ平面内における形状は長方形であり、長方形の一辺に平行な方向をＹ軸とした場合、駆動電極の延びた方向（第１の方向Ｒ）とＹ軸との成す角度βは、図３の場合は０°であるが、図４の場合は、図３と同様に駆動電極は直線状のストライプ形状であるが、β≠n×９０°（n：任意の整数）を満たしている。β＝n×９０°（n:任意の整数）の場合、作製が容易という効果があるが、基本的にβは任意の角度に設定出来る。
　図５は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　半導体レーザチップのＸＹ平面内における形状は長方形であり、長方形の一辺に平行な方向をＹ軸とした場合、駆動電極の延びた方向（第１の方向Ｒ）とＹ軸との成す角度βは、図５の場合は、図３と同様に駆動電極は直線状のストライプ形状であるが、β≠n×９０°（n：任意の整数）を満たしている。
　上述の通り、βは基本的に任意の角度に設定可能である。
　図６は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向（本例ではＹ軸）に沿って延びた複数の第１導電領域（Ｘｅ１（１）～Ｘｅ１（８））と、第１の方向とは異なる第２の方向（本例ではＸ軸）に沿って延びた複数の第２導電領域（Ｙｅ１（１）～Ｙｅ１（８））とが重畳した形状を有している。
　第１導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ１とし、第１導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ１とし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する第１導電領域の幅Ｘｅ１をＸｅ１（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ１をＸｓ１（Ｎ）とする。幅Ｘe１には周期性がなく、Ｘｅ１（Ｎ）とＸｅ１（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓ１には周期性がなく、Ｘｓ１（Ｎ）とＸｓ１（Ｎ＋１）は異なる。
　同様に、第２導電領域のＹ軸方向の幅をＹｅ１とし、第２導電領域間のＹ軸方向の間隔をＹｓ１とし、Ｎを整数として、Ｙ軸方向に沿ってＮ番目に位置する第２導電領域の幅Ｙｅ１をＹｅ１（Ｎ）とし、Ｙ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｙｓ１をＹｓ１（Ｎ）とする。幅Ｙe１には周期性がなく、Ｙｅ１（Ｎ）とＹｅ１（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｙｓ１には周期性がなく、Ｙｓ１（Ｎ）とＹｓ１（Ｎ＋１）は異なる。
　この場合も、上記と同様のノイズ光抑制効果があり、且つ、第２導電領域が存在するため、駆動電極の全体としての抵抗を低下させ、効率的に駆動電流を活性層に供給することができる。
　なお、各導電領域は、直線的に延びることも、曲線的に延びることもできる。
　図７は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向（本例ではＹ軸）に沿って直線的に延びた複数の第１導電領域（Ｘｅ（Ｎ））と、第１の方向とは異なる第２の方向（Ｙ軸と角度βを成す方向Ｒ）に沿って直線的に延びた複数の第２導電領域（Ｘｅ２（Ｎ））とが重畳した形状を有している。
　第１導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ１とし、第１導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ１とし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する第１導電領域の幅Ｘｅ１をＸｅ１（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ１をＸｓ１（Ｎ）とする。幅Ｘe１には周期性がなく、Ｘｅ１（Ｎ）とＸｅ１（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓ１には周期性がなく、Ｘｓ１（Ｎ）とＸｓ１（Ｎ＋１）は異なる。
　同様に、第２導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ２とし、第２導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ２とし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する第２導電領域の幅Ｘｅ２をＸｅ２（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ２をＸｓ２（Ｎ）とする。幅Ｘe２には周期性がなく、Ｘｅ２（Ｎ）とＸｅ２（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓ２には周期性がなく、Ｘｓ２（Ｎ）とＸｓ２（Ｎ＋１）は異なる。
　この場合も、上記と同様のノイズ光抑制効果があり、且つ、第２導電領域が存在するため、駆動電極の全体としての抵抗を低下させ、効率的に駆動電流を活性層に供給することができる。
　図８は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向（本例ではＹ軸とβ１を成す方向Ｒ１）に沿って直線的に延びた複数の第１導電領域（Ｘｅ（Ｎ））と、第１の方向とは異なる第２の方向（Ｙ軸と角度β２を成す方向Ｒ２）に沿って直線的に延びた複数の第２導電領域（Ｘｅ２（Ｎ））とが重畳した形状を有している。
　第１導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ１とし、第１導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ１とし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する第１導電領域の幅Ｘｅ１をＸｅ１（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ１をＸｓ１（Ｎ）とする。幅Ｘe１には周期性がなく、Ｘｅ１（Ｎ）とＸｅ１（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓ１には周期性がなく、Ｘｓ１（Ｎ）とＸｓ１（Ｎ＋１）は異なる。
　同様に、第２導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ２とし、第２導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ２とし、Ｎを整数として、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する第２導電領域の幅Ｘｅ２をＸｅ２（Ｎ）とし、Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ２をＸｓ２（Ｎ）とする。幅Ｘe２には周期性がなく、Ｘｅ２（Ｎ）とＸｅ２（Ｎ＋１）は異なり、間隔Ｘｓ２には周期性がなく、Ｘｓ２（Ｎ）とＸｓ２（Ｎ＋１）は異なる。
　この場合も、上記と同様のノイズ光抑制効果があり、且つ、第２導電領域が存在するため、駆動電極の全体としての抵抗を低下させ、効率的に駆動電流を活性層に供給することができる。
　図９は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　本例では、図６に示した第１導電領域が弧状となり、隣接するもの同士の曲率半径も異なることとしたものであり、その他の点は、図６と同一である。すなわち、第１導電領域（Ｘｅ１（Ｎ））及び第２導電領域（Ｙｅ１（Ｎ））の一方が、弧を描くように延びている。これらは、双方が弧を描くように延びていてもよい。
　この場合、導電領域が直線的に延びる場合に比較して、導電領域間の規則性が更に低下するため、駆動電極の構造の非周期性・ランダム性が向上してノイズ光が更に抑制され、また、その形状は、滑らかな連続的方向変化である弧状であるため、形状の急激な変化に起因する高調波ノイズ光も発生しにくいという利点がある。
　図１０は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　本例は、図９に示したものと比較して、縦方向に延びていた第１導電領域が、Ｙ軸に対して概ね斜め方向に延びたものであり、その他の点は、図９と同一である。この場合、図９に示したものと同様の作用効果があり、また、Ｙ軸方向に沿った各第１導電領域の両端位置がＸ軸方向に沿ってずれている。
　図１１は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　本例は、図８に示したものと比較して、直線的に延びていた各第１導電領域及び第２領域が、それぞれ曲率半径の異なる弧状としたものであり、隣接する導電領域の曲率半径及び幅及び間隔は、全て異なる。その他の点は、図８と同一である。この場合、図８に示したものと同様の作用効果があり、弧を描いているため、導電領域が直線的に延びる場合に比較して、導電領域間の規則性が更に低下するため、駆動電極の構造の非周期性・ランダム性が向上してノイズ光が更に抑制され、また、その形状は、滑らかな連続的方向変化である弧状であるため、形状の急激な変化に起因する高調波ノイズ光も発生しにくいという利点がある。
　図１２は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　半導体レーザ装置において、駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向（Ｙ軸方向）に沿って延びた複数の第１導電領域と、第１の方向とは異なる第２の方向（本例ではＹ軸とβ１を成す方向Ｒ１）に沿って延びた複数の第２導電領域と、第１の方向及び第２の方向のいずれとも異なる第３の方向（本例ではＹ軸とβ２を成す方向Ｒ２）に沿って延びた複数の第３導電領域とが重畳した形状を有している。同図では、各導電領域は、直線的に延びている。
　すなわち、幾つかの方向に延びた導電領域によって囲まれることで、上記開口が構成されるが、導電領域の延びる方向は、３つ以上であってもよい。より多くの方向に導電領域が延びた場合には、ランダム性が高くなるため、ノイズ光の発生が更に抑制されると考えられる。
　図１３は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　半導体レーザ装置において、駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向（Ｙ軸方向）に沿って延びた複数の第１導電領域と、第１の方向とは異なる第２の方向（本例ではＹ軸とβ１を成す方向Ｒ１）に沿って延びた複数の第２導電領域と、第１の方向及び第２の方向のいずれとも異なる第３の方向（本例ではＹ軸とβ２を成す方向Ｒ２）に沿って延びた複数の第３導電領域とが重畳した形状を有している。同図では、第２の導電領域は、おおむね方向Ｒ２に沿っているものの、直線的ではなく、弧を描くように延びており、開口の規則性が低下し、ノイズ光の発生が更に抑制されると考えられる。
　図１４は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　半導体レーザ装置において、駆動電極Ｅ３は、ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、第１の方向（本例ではＸ軸）に沿って延びた複数の第１導電領域と、第１の方向とは異なる第２の方向（本例ではＸ軸とα１を成す方向Ｒ１）に沿って延びた複数の第２導電領域と、第１の方向及び第２の方向のいずれとも異なる第３の方向（本例ではＸ軸とα２を成す方向Ｒ２）に沿って延びた複数の第３導電領域とが重畳した形状を有している。同図では、全ての導電領域は、直線的ではなく、弧を描くように延びており、開口の規則性が低下し、ノイズ光の発生が更に抑制されると考えられる。
　図１５は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３が設けられる領域は、第１の非周期性構造を有する導電領域が形成される第１領域Ａ１と、第１の非周期性構造とは異なる第２の非周期性構造を有する導電領域が形成される第２領域Ａ２とを備えている。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とはパターンが異なるので、これらの領域からのレーザ光が全体として干渉して、ノイズ光が発生することが抑制される。第１領域Ａ１はＹ軸方向の値が所定値以上の領域であり、第２領域Ａ２はＹ軸方向の値が所定値未満の領域であり、これらの領域は上下に位置している。所定値は、駆動電極形成領域のＹ軸方向の寸法の中央値から外れている方が、干渉抑制のための非対称性の面からは好ましいが、中央値であってもよい。
　図１６は、駆動電極Ｅ３の平面図である。図１５の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２には、上述の様々なパターンを配置することができる。すなわち、本例は第１領域Ａ１に図４のパターンを配置し、第２領域Ａ２に図５の左右反転パターンを配置した例である。
　図１７は、駆動電極Ｅ３の平面図である。これは第１領域Ａ１に図６のパターンを配置し、第２領域Ａ２に図７のパターンを配置した例である。
　図１８は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３が設けられる領域は、第１の非周期性構造を有する導電領域が形成される第１領域Ａ１と、第１の非周期性構造とは異なる第２の非周期性構造を有する導電領域が形成される第２領域Ａ２とを備えている。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とはパターンが異なるので、これらの領域からのレーザ光が全体として干渉して、ノイズ光が発生することが抑制される。第１領域Ａ１はＸ軸方向の値が所定値未満の領域であり、第２領域Ａ２はＸ軸方向の値が所定値以上の領域であり、これらの領域は左右に位置している。所定値は、駆動電極形成領域のＸ軸方向の寸法の中央値に位置していても、外れていてもよい。
　図１９は、駆動電極Ｅ３の平面図である。図１８の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２には、上述の様々なパターンを配置することができる。すなわち、本例は第１領域Ａ１に図９のパターンを配置し、第２領域Ａ２に図１０のパターンを配置した例である。
　図２０は、駆動電極Ｅ３の平面図である。
　駆動電極Ｅ３が設けられる領域は、第１の非周期性構造を有する導電領域が形成される第１領域Ａ１と、第１の非周期性構造とは異なる第２の非周期性構造を有する導電領域が形成される第２領域Ａ２と、第１及び第２の非周期性構造のいずれとも異なる第３の非周期性構造を有する導電領域が形成される第３領域Ａ３とを備えている。第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３はパターンが異なるので、これらの領域からのレーザ光が全体として干渉して、ノイズ光が発生することが抑制される。第１領域Ａ１はＹ軸方向の値が第１所定値以上の領域であり、第２領域Ａ２はＹ軸方向の値が第２所定値以上第１所定値未満の領域であり、第３領域Ａ３はＹ軸方向の値が第１所定値未満の領域である。これらの領域は上下に整列して位置している。
　図２１は、駆動電極Ｅ３の平面図である。図２１の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２には、上述の様々なパターンを配置することができる。すなわち、本例は第１領域Ａ１に図１３のパターンを配置し、第２領域Ａ２に図６のパターンを配置し、第３領域Ａ３に図１２のパターンを配置した例である。
　以上、説明したように、いずれの半導体レーザ装置においても、駆動電極が非周期構造を有するため、ノイズ光を低減可能であり、また、空間光変調器に結合することで、変化可能な所望のレーザビームパターンを形成することができる。
　ＳＬＭ…空間光変調器、ＬＤＣ…半導体レーザチップ、４…活性層、２，７…クラッド層、６…回折格子層。

 

Claims (6)

  1. 　半導体レーザチップ及びこの半導体レーザチップに光学的に結合した空間光変調器を備え、前記半導体レーザチップの厚み方向に沿って出力されたレーザ光を、前記空間光変調器で変調して、外部に出力する半導体レーザ装置であって、
    　前記半導体レーザチップは、
    　活性層と、
    　前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
    　前記活性層に光学的に結合した回折格子層と、
    　前記空間光変調器側の前記クラッド層と前記空間光変調器との間に配置され、前記活性層に電流を供給するための駆動電極と、
    を備え、
    　ＸＹＺ三次元直交座標系を設定し、
    　前記半導体レーザチップの厚み方向をＺ軸方向とし、
    　前記半導体レーザチップと前記空間光変調器との界面に平行な平面をＸＹ平面とした場合、
    　前記駆動電極は、ＸＹ平面内に位置し、
    　前記駆動電極は、Ｚ軸方向から見て、複数の開口を有しており、
    　前記駆動電極は、非周期構造を有している、
    ことを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 　前記駆動電極は、ＸＹ平面内において第１の方向に沿って直線的に延びた複数の導電領域を備え、
    　前記導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅとし、
    　前記導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓとし、
    　Ｎを整数として、
    　Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する前記導電領域の幅ＸｅをＸｅ（Ｎ）とし、
    　Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔ＸｓをＸｓ（Ｎ）とした場合、
    　幅Ｘeには周期性がなく、Ｘｅ（Ｎ）とＸｅ（Ｎ＋１）は異なり、
    　間隔Ｘｓには周期性がなく、Ｘｓ（Ｎ）とＸｓ（Ｎ＋１）は異なる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 　前記駆動電極は、
    　ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、
    　第１の方向に沿って延びた複数の第１導電領域と、
    　前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延びた複数の第２導電領域と、が重畳した形状を有しており、
    　前記第１導電領域のＸ軸方向の幅をＸｅ１とし、
    　前記第１導電領域間のＸ軸方向の間隔をＸｓ１とし、
    　Ｎを整数として、
    　Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する前記第１導電領域の幅Ｘｅ１をＸｅ１（Ｎ）とし、
    　Ｘ軸方向に沿ってＮ番目に位置する間隔Ｘｓ１をＸｓ１（Ｎ）とした場合、
    　幅Ｘe１には周期性がなく、Ｘｅ１（Ｎ）とＸｅ１（Ｎ＋１）は異なり、
    　間隔Ｘｓ１には周期性がなく、Ｘｓ１（Ｎ）とＸｓ１（Ｎ＋１）は異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  4. 　前記第１導電領域及び前記第２導電領域の双方又はいずれか一方は、弧を描くように延びていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記駆動電極は、
    　ＸＹ平面内において二次元的に位置する複数の開口を構成するように、
    　第１の方向に沿って延びた複数の第１導電領域と、
    　前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って延びた複数の第２導電領域と、
    　前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれとも異なる第３の方向に沿って延びた複数の第３導電領域と、が重畳した形状を有している、
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　前記駆動電極が設けられる領域は、
    　第１の非周期性構造を有する導電領域が形成される第１領域と、
    　第１の非周期性構造とは異なる第２の非周期性構造を有する導電領域が形成される第２領域と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
     
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