CN115004491A - 光源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式涉及能够动态地控制光的相位分布的光源模块。该光源模块包括半导体层叠部。半导体层叠部包括由活性层和产生Γ点振荡的光子晶体层构成的层叠体，具有沿作为光子晶体层的共振方向之一的Y方向排列的相位同步部和强度调制部。构成强度调制部的一部分的层叠体具有沿X方向排列的M个(M为2以上的整数)像素。M个像素分别包含N1个(N1为2以上的整数)子像素。由N1个子像素中连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)子像素构成的区域的沿X方向定义的长度小于活性层的发光波长。该光源模块从包含于强度调制部的M个像素分别沿与X方向和Y方向的双方交叉的方向输出激光。

Description

光源模块
技术领域
本发明涉及光源模块。
本申请主张基于2020年1月20日申请的日本专利申请第2020-006906号、2020年1月20日申请的日本专利申请第2020-006907号和2020年9月25日申请的日本专利申请第2020-160719号的优先权，依据其内容并且参照其全体而引入本说明书。
背景技术
在专利文献1中，公开有关于端面发光型的半导体激光元件的技术。该半导体激光元件包括在基板上形成的下部包覆层、上部包覆层、介于下部包覆层与上部包覆层之间的活性层、介于活性层与上部包覆层之间和活性层与下部包覆层之间的至少任一者的光子晶体层和用于向活性层的第1区域供给驱动电流的第1驱动电极。第1驱动电极的长边方向，在从半导体激光元件的厚度方向看的情况下，相对于该半导体激光元件的光输出端面的法线倾斜。光子晶体层的与第1区域对应的区域具有折射率与周围不同的不同折射率部的排列周期相互不同的第一和第二周期结构。根据第一和第二周期结构中的各个排列周期的倒数的差，在半导体激光元件内部生成相对于第1驱动电极的长边方向形成规定的角度的2个以上激光束。这些激光束中朝向光输出端面的1个激光束相对于光输出端面的折射角小于90度。朝向光输出端面的另外的至少1个激光束相对于光输出端面满足全反射临界角条件。
在非专利文献1中，公开有关于计算机生成全息图(Computer GeneratedHologram：CGH)的技术。由通过印刷制作的、各自具有独立的反射率的4个子像素构成一个像素，合成照射至多个像素的激光的反射光。在这种情况下，在非专利文献1中阐述了能够将来自各像素的发光方向任意移动(shift)。在非专利文献2中阐述了在非专利文献1所记载的技术中，各像素只要包含各自具有独立的反射率的3个子像素，就能够将来自各像素的发光方向任意移动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-120801号公报
非专利文献
非专利文献1：Wai Hon Lee，“Sampled Fourier Transform Hologram Generatedby Computer”，Applied Optics，Vol.9，No.3，pp.639-643，March 1970
非专利文献2：C.B.Burckhardt，“A Simplification of Lee's Method ofGenerating Holograms by Computer”，Applied Optics，Vol.9，No.8，p.1949，August1970
非专利文献3：Y.Kurosaka et al.，"Effects of non-lasing band in two-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional bandstructure，”Opt.Express 20，21773-21783(2012)
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明人们对上述的现有技术进行了研究，结果发现了以下那样的技术问题。即，一直以来，研究通过空间的相位调制使光的行进方向变化或者生成任意的光像等的技术。在某项技术中，在半导体激光元件的活性层的附近设置有包含多个不同折射率区域的相位调制层。于是，在与相位调制层的厚度方向垂直的面上设定的假想的正方晶格中，例如对于多个不同折射率区域，其重心配置在从假想的正方晶格的晶格点离开的位置且个别地设定将对应的晶格点与该重心连结的矢量的、相对于假想的正方晶格的角度。这样的元件能够与光子晶体激光元件同样地将激光沿层叠方向输出并且对激光的相位分布进行空间控制，将激光作为任意的光像输出。
但是，在上述的元件中，因为相位调制层的多个不同折射率区域的配置被固定，所以仅能够输出预先设计的一个光像。为了使输出光像或光的行进方向动态地变化，需要动态地控制输出光的相位分布。
本发明是为了解决上述那样的技术问题而完成的，其目的在于，提供能够动态地控制光的相位分布的光源模块。
解决问题的技术手段
本发明的一个方式所涉及的光源模块，包括半导体层叠部、第1电极、第2电极、第3电极和第4电极。半导体层叠部包含第1导电类型半导体层、第2导电类型半导体层以及由活性层和光子晶体层构成的层叠体。由活性层和光子晶体层构成的层叠体配置在第1导电类型半导体层与第2导电类型半导体层之间。光子晶体层产生Γ点处的振荡。半导体层叠部具有沿光子晶体层的共振方向之一即第1方向排列的相位同步部和强度调制部。构成强度调制部的至少一部分的层叠体的部分具有沿与第1方向交叉的第2方向排列的M个(M为2以上的整数)像素。M个像素分别包含沿第2方向排列的N1个(N1为2以上的整数)子像素。由N1个子像素中连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)子像素构成的区域的沿第2方向定义的长度小于活性层的发光波长λ。第1电极与构成相位同步部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分电连接。第2电极与构成相位同步部的至少一部分的第2导电类型半导体层的部分电连接。第3电极与N1个子像素一对一对应地设置，与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的一方电连接。第4电极与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的另一方电连接。该光源模块从包含于强度调制部的M个像素分别沿与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出光。
本发明的另一方式所涉及的光源模块，包括半导体层叠部、第1电极、第2电极、第3电极和第4电极。半导体层叠部包含第1导电类型半导体层、第2导电类型半导体层以及由活性层和共振模式形成层构成的层叠体。由活性层和共振模式形成层构成的层叠体配置在第1导电类型半导体层与第2导电类型半导体层之间。半导体层叠部具有沿共振模式形成层的共振方向之一即第1方向排列的相位同步部和强度调制部。构成强度调制部的至少一部分的层叠体的部分具有沿与第1方向交叉的第2方向排列的M个(M为2以上的整数)像素。M个像素分别包含沿第2方向排列的N1个(N1为2以上的整数)子像素。由N1个子像素中连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)子像素构成的区域的沿第2方向定义的长度小于活性层的发光波长λ。第1电极与构成相位同步部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分电连接。第2电极与构成相位同步部的至少一部分的第2导电类型半导体层的部分电连接。第3电极与N1个子像素一对一对应地设置，与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的一方电连接。第4电极与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的另一方电连接。共振模式形成层包括基本层和具有与基本层的折射率不同的折射率并且在与共振模式形成层的厚度方向垂直的面上呈二维状分布的多个不同折射率区域。多个不同折射率区域的配置满足M点振荡的条件。在包含于强度调制部的共振模式形成层的部分，在设定于上述面上的假想的正方晶格中，多个不同折射率区域分别以第一方式和第二方式中的任意方式配置其重心。在第一方式中，多个不同折射率区域的各重心离开对应的晶格点地配置，连结该对应的晶格点与重心的矢量的、相对于假想的正方晶格的角度被个别地设定。在第二方式中，多个不同折射率区域的各重心配置在通过假想的正方晶格的晶格点且相对于正方晶格倾斜的直线上，多个不同折射率区域的各重心与对应的晶格点的距离被个别地设定。第一方式中的矢量的角度的分布或第二方式中的距离的分布，满足用于从强度调制部向与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出光的条件。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够进行光的相位分布的动态的控制的光源模块。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的光源模块的俯视图。
图2是一个实施方式所涉及的光源模块的底面图。
图3是示意性地表示沿着图1所示的III-III线的截面的图。
图4是示意性地表示沿着图1所示的IV-IV线的截面的图。
图5的(a)和图5的(b)是用于分别说明实空间和倒晶格空间中的Γ点振荡的图。
图6的(a)～图6的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图7的(a)～图7的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图8的(a)～图8的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图9的(a)～图9的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图10的(a)～图10的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图11的(a)～图11的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图12的(a)～图12的(d)是说明制作一个实施方式所涉及的光源模块的工序的图。
图13的(a)和图13的(b)是表示在控制电路基板上倒装芯片安装光源模块的工序的图。
图14是示意性地表示作为第1变形例的光源模块的截面的图。
图15的(a)～图15的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图16的(a)～图16的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图17的(a)～图17的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图18的(a)～图18的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图19的(a)～图19的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图20的(a)～图20的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图21的(a)～图21的(d)是用于说明制作第1变形例所涉及的光源模块的工序的图。
图22的(a)和图22的(b)是表示在控制电路基板上倒装芯片安装光源模块的工序的图。
图23是表示第2变形例所涉及的光源模块的俯视图。
图24是表示第2变形例所涉及的光源模块的底面图。
图25是作为第2变形例的一个实施方式，以全部相同的放大率表示不同折射率区域、第1电极、第3电极和狭缝的大小和位置关系的俯视图。
图26的(a)和图26的(b)是用于说明相位移动部的效果的图。
图27是表示第3变形例所涉及的光源模块的俯视图。
图28是表示第3变形例所涉及的光源模块的底面图。
图29是示意性地表示沿着图27所示的XXIX-XXIX线的截面的图。
图30是示意性地表示沿着图27所示的XXX-XXX线的截面的图。
图31的(a)和图31的(b)是用于分别说明实空间和倒晶格空间的M点振荡的图。
图32是强度调制部的共振模式形成层的俯视图。
图33是放大表示单位构成区域的图。
图34是用于说明从球面坐标(r、θrot、θtilt)向X’Y’Z正交坐标系中的坐标(ξ、η、ζ)的坐标变换的图。
图35是表示关于进行M点振荡的发光器件的相位调制层的倒晶格空间的俯视图。
图36是说明对面内波数矢量加上衍射矢量后的状态的概念图。
图37是用于示意性地说明光辉线的周边结构的图。
图38是概念性地表示相位分布φ2(x、y)的一个例子的图。
图39是用于说明对从4个方向的面内波数矢量除去波数扩展后的矢量加上衍射矢量后的状态的概念图。
图40是表示强度调制部的共振模式形成层的另一方式的俯视图。
图41是表示共振模式形成层14B中的不同折射率区域14b的配置的图。
图42是表示第4变形例所涉及的光源模块的俯视图。
图43是表示光源模块的底面图。
图44的(a)～图44的(h)是用于说明非专利文献1所记载的技术的图。
图45的(a)和图45的(b)是用于说明非专利文献2所记载的技术的图。
具体实施方式
[本申请发明的实施方式的说明]
首先，分别个别地列举本申请发明的实施方式的内容进行说明。
(1)本发明的一个方式所涉及的第一光源模块，作为其一个方式，包括半导体层叠部、第1电极、第2电极、第3电极和第4电极。半导体层叠部包含第1导电类型半导体层、第2导电类型半导体层以及由活性层和光子晶体层构成的层叠体。由活性层和光子晶体层构成的层叠体配置在第1导电类型半导体层与第2导电类型半导体层之间。光子晶体层产生Γ点处的振荡。半导体层叠部具有沿光子晶体层的共振方向之一即第1方向排列的相位同步部和强度调制部。构成强度调制部的至少一部分的层叠体的部分具有沿与第1方向交叉的第2方向排列的M个(M为2以上的整数)像素。M个像素分别包含沿第2方向排列的N1个(N1为2以上的整数)子像素。由N1个子像素中连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)子像素构成的区域的沿第2方向定义的长度小于活性层的发光波长λ。第1电极与构成相位同步部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分电连接。第2电极与构成相位同步部的至少一部分的第2导电类型半导体层的部分电连接。第3电极与N1个子像素一对一对应地设置，与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的一方电连接。第4电极与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的另一方电连接。该光源模块从包含于强度调制部的M个像素分别沿与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出光。
在该第一光源模块中，当向第1电极与第2电极之间和第3电极与第4电极之间供给电流时，相位同步部和强度调制部所包含的活性层分别发光。从活性层输出的光进入光子晶体层，在光子晶体层内在与厚度方向垂直的、包含第1方向的2个方向上共振。该光在相位同步部的光子晶体层内，成为相位一致的相干的激光。此外，因为包含于强度调制部的光子晶体层相对于包含于相位同步部的光子晶体层在第1方向上排列，所以各子像素的光子晶体层内的激光的相位与相位同步部的光子晶体层内的激光的相位一致，其结果，在子像素相互间光子晶体层内的激光的相位一致。因为光子晶体层产生Γ点振荡，所以从包含于强度调制部的各子像素，相位一致的激光沿与第1方向和第2方向的双方交叉的方向(典型的是强度调制部的厚度方向)输出。
第3电极与各子像素一对一对应地设置。因此，能够按每个子像素个别地调节向强度调制部供给的电流的大小。即，能够按每个子像素个别地(独立地)调节从强度调制部输出的激光的光强度。此外，在第一光源模块中，在各像素中，由N1个子像素中连续的N2个子像素构成的区域的第2方向(即子像素的排列方向)的长度比活性层的发光波长λ即激光的波长小。在构成各像素的N1个子像素中，同时输出光的子像素限定于连续的N2个子像素的情况下，能够将各像素等价地看作具有单一的相位的像素。于是，在从构成各像素的N1个子像素输出的激光的相位相互一致的情况下，从各像素输出的激光的相位由通过构成该像素的N1个子像素实现的强度分布确定。因此，根据第一光源模块，能够动态地控制光的相位分布。
(2)本发明的一个方式所涉及的第二光源模块，作为其一个方式，包括半导体层叠部、第1电极、第2电极、第3电极和第4电极。半导体层叠部包含第1导电类型半导体层、第2导电类型半导体层以及由活性层和共振模式形成层构成的层叠体。由活性层和共振模式形成层构成的层叠体配置在第1导电类型半导体层与第2导电类型半导体层之间。半导体层叠部具有沿共振模式形成层的共振方向之一即第1方向排列的相位同步部和强度调制部。构成强度调制部的至少一部分的层叠体的部分具有沿与第1方向交叉的第2方向排列的M个(M为2以上的整数)像素。M个像素分别包含沿第2方向排列的N1个(N1为2以上的整数)子像素。由N1个子像素中连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)子像素构成的区域的沿第2方向定义的长度小于活性层的发光波长λ。第1电极与构成相位同步部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分电连接。第2电极与构成相位同步部的至少一部分的第2导电类型半导体层的部分电连接。第3电极与N1个子像素一对一对应地设置，与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的一方电连接。第4电极与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的另一方电连接。共振模式形成层包括基本层和具有与基本层的折射率不同的折射率并且在与共振模式形成层的厚度方向垂直的面上呈二维状分布的多个不同折射率区域。多个不同折射率区域的配置满足M点振荡的条件。在包含于强度调制部的共振模式形成层的部分，在设定于上述面上的假想的正方晶格中，多个不同折射率区域分别以第一方式和第二方式中的任意方式配置其重心。在第一方式中，多个不同折射率区域的各重心离开对应的晶格点地配置，连结该对应的晶格点与重心的矢量的、相对于假想的正方晶格的角度被个别地设定。在第二方式中，多个不同折射率区域的各重心配置在通过假想的正方晶格的晶格点且相对于正方晶格倾斜的直线上，多个不同折射率区域的各重心与对应的晶格点的距离被个别地设定。第一方式中的矢量的角度的分布或第二方式中的距离的分布，满足用于从强度调制部向与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出光的条件。
在该第二光源模块中，当向第1电极与第2电极之间和第3电极与第4电极之间供给电流时，相位同步部和强度调制部的活性层分别发光。从活性层输出的光进入共振模式形成层，在共振模式形成层内在与厚度方向垂直的、包含第1方向的2个方向上共振。该光在相位同步部的共振模式形成层内，成为相位一致的相干的激光。此外，因为被分割成多个子像素的强度调制部的各共振模式形成层相对于相位同步部共振模式形成层在第1方向上排列，所以各子像素的共振模式形成层内的激光的相位与相位同步部的共振模式形成层内的激光的相位一致，其结果，在子像素相互间共振模式形成层内的激光的相位一致。
第二光源模块的共振模式形成层产生M点振荡，但是在包含于强度调制部的共振模式形成层的部分，多个不同折射率区域的分布方式满足用于从强度调制部向与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出光的条件。因此，从包含于强度调制部的各子像素，沿与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出相位一致的激光。
第3电极与各子像素一对一对应地设置。因此，能够按每个子像素个别地调节向强度调制部供给的电流的大小。即，能够按每个子像素个别地(独立地)调节从强度调制部输出的激光的光强度。此外，在第二光源模块中，在各像素中，由N1个子像素中连续的N2个子像素构成的区域的第2方向(即子像素的排列方向)的长度也比活性层的发光波长λ即激光的波长小。在构成各像素的N1个子像素中，同时输出光的子像素限定于连续的N2个子像素的情况下，能够将各像素等价地看作具有单一的相位的像素。于是，在从构成各像素的N1个子像素输出的激光的相位相互一致的情况下，从各像素输出的激光的相位由通过构成该像素的N1个子像素实现的强度分布确定。因此，根据第二光源模块，能够动态地控制光的相位分布。
(3)作为本发明的一个方式，在第二光源模块中，包含于相位同步部的共振模式形成层的部分也可以具有周期性地排列有多个不同折射率区域的光子晶体结构。在这种情况下，能够从相位同步部向各子像素供给相位一致的激光。
(4)作为本发明的一个方式，在第二光源模块中，用于从强度调制部向与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出光的条件也可以为，在共振模式形成层的倒晶格空间上形成分别包含与从强度调制部输出的光的角度扩展对应的波数扩展的4个方向的面内波数矢量，这4个方向的面内波数矢量中的至少1个面内波数矢量的大小小于2π/λ。
(5)作为本发明的一个方式，也可以是在第一光源模块中，光子晶体层包括与N1个子像素一对一对应地设置的相位移动部，该相位移动部用于使从各像素输出的光的沿着第1方向的相位在N1个子像素间相互不同。同样的，作为本发明的一个方式，也可以是在第二光源模块中，共振模式形成层包括与N1个子像素一对一对应地设置的相位移动部，该相位移动部用于使从各像素输出的光的沿着第1方向的相位在N1个子像素间相互不同。在这种情况下，从各像素沿第1方向输出的激光的相位按每个子像素不同。因此，从各像素沿与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出的激光的相位也按每个子像素不同。于是，从各像素输出的激光的相位根据构成该像素的N1个子像素的强度分布和相位分布确定。在这种情况下，能够动态地调制沿与第1方向和第2方向的双方交叉的输出方向的光的相位的分布，从而控制光的相位分布的自由度更高。
(6)作为本发明的一个方式，也可以是在第一和第二光源模块中，第1电极与第1导电类型半导体层接触，覆盖包含于相位同步部的第1导电类型半导体层的部分的整个面。此外，也可以是第2电极与第2导电类型半导体层接触，覆盖包含于相位同步部的第2导电类型半导体层的整个面。在这种情况下，从相位同步部沿其层叠方向输出的激光被第1电极和第2电极遮蔽。特别是因为在第一光源模块中相位同步部的光子晶体层产生Γ点振荡，所以这样的利用第1电极和第2电极的遮蔽是有效的。
(7)作为本发明的一个方式，也可以是在第一和第二光源模块中，第3电极与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的一方接触。此外，也可以是第4电极具有包围用于使光通过的开口的框状的形状，并且与构成强度调制部的至少一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的另一方接触。在这种情况下，能够向强度调制部的活性层供给充分的电流，并且从强度调制部沿与第1方向和第2方向的双方交叉的方向输出激光。
(8)作为本发明的一个方式，也可以是在第一和第二光源模块中，半导体层叠部包含多个狭缝。子像素与多个狭缝沿第2方向逐个交替地排列。在这种情况下，能够通过简易的结构将强度调制部分割为多个子像素。
(9)作为本发明的一个方式，也可以是在第一和第二光源模块中，上述的个数N1和个数N2都是3以上。在这种情况下，能够将从各像素输出的激光的相位控制在0°～360°的范围。
以上，该“本申请发明的实施方式的说明”一栏中列举的各方式能够相对于剩余的所有方式的各个、或这些剩余方式的所有组合应用。
[本申请发明的实施方式的详细情况]
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的光源模块的具体的结构进行详细的说明。另外，本发明并不限定于这些例示，意图包含由权利要求书表示并且与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。此外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的光源模块1A的俯视图。图2是光源模块1A的底面图。图3是示意性地表示沿着图1所示的III-III线的截面的图。图4是示意性地表示沿着图1所示的IV-IV线的截面的图。在这些图1～图4中，表示有共同的XYZ正交坐标系。光源模块1A包括半导体层叠部10、第1电极21、第2电极22、多个第3电极23、第4电极24和反射防止膜25。半导体层叠部10包含具有主面11a和与该主面11a相对的背面11b的半导体基板11以及层叠于主面11a上的多个半导体层。半导体基板11的厚度方向(即主面11a的法线方向)和多个半导体层的层叠方向与Z方向一致。半导体层叠部10的多个半导体层包含第1包覆层12、活性层13、光子晶体层14、第2包覆层15和接触层16。
半导体基板11的主面11a和背面11b平坦且相互平行。半导体基板11用于使半导体层叠部10的多个半导体层外延生长。在半导体层叠部10的多个半导体层为GaAs类半导体层的情况下，半导体基板11例如为GaAs基板。在半导体层叠部10的多个半导体层为InP类半导体层的情况下，半导体基板11例如为InP基板。在半导体层叠部10的多个半导体层为GaN类半导体层的情况下，半导体基板11例如为GaN基板。半导体基板11的厚度例如在50μm～1000μm的范围内。半导体基板11具有p型或n型的导电类型。主面11a的平面形状例如为长方形或正方形。
第1包覆层12是在半导体基板11的主面11a上通过外延生长形成的半导体层。第1包覆层12具有与半导体基板11相同的导电类型。半导体基板11和第1包覆层12构成本发明中的第1导电类型半导体层。第1包覆层12既可以通过外延生长，直接设置在主面11a上，也可以隔着设置在主面11a与第1包覆层12之间的缓冲层而设置在主面11a上。活性层13是在第1包覆层12上通过外延生长形成的半导体层。活性层13接受电流的供给而产生光。光子晶体层14是在活性层13上通过外延生长形成的半导体层。第2包覆层15是在光子晶体层14上通过外延生长形成的半导体层。接触层16是在第2包覆层15上通过外延生长形成的半导体层。第2包覆层15和接触层16具有与第1包覆层12相反的导电类型。第2包覆层15和接触层16构成本发明中的第2导电类型半导体层。
活性层13的折射率比第1包覆层12和第2包覆层15的折射率大，活性层13的带隙比第1包覆层12和第2包覆层15的带隙小。光子晶体层14也可以设置在第1包覆层12与活性层13之间和活性层13与第2包覆层15之间的任一者。也可以在活性层13和光子晶体层14与第1包覆层12之间，活性层13和光子晶体层14与第2包覆层15之间，或者其双方，进一步设置有另外的半导体层(例如光关入层)。
光子晶体层14具有二维的衍射晶格。光子晶体层14具有基本层14a和在基本层14a的内部设置的多个不同折射率区域14b。不同折射率区域14b的折射率与基本层14a的折射率不同。不同折射率区域14b在基本层14a内沿X方向和Y方向按一定的周期配置。各不同折射率区域14b既可以是空位，也可以通过在空位内埋入具有与基本层14a不同的折射率的半导体而构成。各不同折射率区域14b的平面形状例如能够为圆形、多边形(三角形，四边形等)、椭圆形等各种各样的形状。
不同折射率区域14b具有相对于活性层13的发光波长满足Γ点振荡的条件的配置和间隔。图5的(a)是用于说明实空间中的Γ点振荡的图。图5的(b)是用于说明倒晶格空间中的Γ点振荡的图。这些图5的(a)和图5的(b)所示的圆表示不同折射率区域14b。
图5的(a)表示在设定了XYZ三维正交坐标系的实空间中，不同折射率区域14b位于正方晶格的晶格框的开口中心的情况。正方晶格的晶格间隔是a，在X轴方向和Y轴方向上相邻的不同折射率区域14b的重心间隔也是a。光子晶体层14中的Γ点处的振荡在令活性层13的发光波长为λ、令该波长λ下的光子晶体层14的有效折射率为n时，在λ/n与a一致的情况下产生。图5的(b)表示图5的(a)的晶格的倒晶格，沿纵向(Γ-Y)或横向(Γ-X)相邻的不同折射率区域14b间之间隔为2π/a。该2π/a与2neπ/λ一致(ne是光子晶体层14的有效折射率)。另外，在该例子中，表示不同折射率区域14b位于正方晶格的晶格框的开口中心的情况，但不同折射率区域14b也可以位于其它晶格(例如三角晶格)的晶格框的开口中心。
再次参照图1～图4。如图1所示，在光子晶体层14与第2包覆层15的界面，形成有在光源模块1A的制作时使用的、定位用的十字形的标记19。在一个例子中，标记19在俯视时在除了下述的相位同步部17和强度调制部18的形成区域的光源模块1A的四个角附近形成。
半导体层叠部10具有相位同步部17和强度调制部18。相位同步部17和强度调制部18沿作为光子晶体层14的共振方向之一的Y方向(第1方向)排列。在一个例子中，相位同步部17和强度调制部18沿Y方向彼此相邻。也可以在相位同步部17与强度调制部18之间介有其它部分。相位同步部17和强度调制部18的平面形状例如为长方形或正方形。在一个例子中，相位同步部17和强度调制部18具有沿X方向彼此相对的一对边和沿Y方向彼此相对的一对边。相位同步部17的沿着X方向的强度调制部18侧的一个边与强度调制部18的沿着X方向的相位同步部17侧的一个边，以相互分离的状态相面对面或一致。在图1～图4所示的例子中，相位同步部17和强度调制部18的形状是长边方向(longitudinal direction)与X方向一致，短边方向(short-length direction)与Y方向一致的长方形。相位同步部17的平面形状的面积既可以比强度调制部18的平面形状的面积大，也可以与强度调制部18的平面形状的面积相同，还可以比强度调制部18的平面形状的面积小。
如图1和图4所示，强度调制部18的活性层13和光子晶体层14具有M个(M为2以上的整数)像素Pa。在图1中例示性地表示2个像素Pa，在图4中例示性地表示4个像素Pa，像素Pa的个数M为2以上的任意的数。像素Pa沿与Y方向交叉的方向(第2方向，例如X方向)排列配置。各像素Pa的平面形状为长方形或正方形。即，各像素Pa具有沿X方向彼此相对的一对边和沿Y方向彼此相对的一对边。
各像素Pa包含沿像素Pa的排列方向(例如X方向)排列的N1个(N1为2以上的整数)子像素Pb。在图1和图4中，例示性地表示像素Pa的个数N1为3的情况，但个数N1既可以为2，也可以为4以上的任意的数。各子像素Pb的平面形状为其长边方向与Y方向一致，其短边方向与子像素Pb的排列方向(例如X方向)一致的长方形。相位同步部17的沿着该排列方向的一个边与各子像素Pb的沿着该排列方向的一个边，彼此分离地相对或一致。各子像素Pb不经由其它子像素Pb而直接与相位同步部17光耦合。在各像素Pa中，由连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)子像素Pb构成的区域的沿上述排列方向定义的长度Da(具体而言，夹着该区域的2个狭缝S间的距离)，比活性层13的发光波长λ(即，从各像素Pa输出的激光L的波长)小。此处，波长λ是指大气中的波长。作为一个例子，在N1＝3，N2＝2的情况下，各像素Pa的排列方向的长度为上述长度Da的1.5倍。在各像素Pa内彼此不相邻(夹着其它子像素Pb相互分离)的至少2个子像素Pb同时输出激光L的情况下，像素Pa的沿排列方向定义的长度也可以比发光波长λ小。
半导体层叠部10还具有多个狭缝S。狭缝S是在半导体层叠部10形成的槽，并且是空隙。狭缝S以Z方向为深度方向地向Y方向延伸，子像素Pb与狭缝S沿子像素Pb的排列方向(例如X方向)逐个交替排列地形成。因此，狭缝S位于彼此相邻的子像素Pb之间。另外，狭缝S也可以不是空隙，例如也可以由比活性层13和光子晶体层14高电阻且高折射率的材料埋入。通过狭缝S，强度调制部18被光学和电地分割为多个子像素Pb。沿子像素Pb的排列方向定义的各狭缝S的宽度小于λ/N1，相邻的狭缝S彼此之间隔(即各子像素Pb的排列方向的宽度)小于λ/N1。
第1电极21和第2电极22是设置在相位同步部17的金属制的电极。第1电极21与相位同步部17的接触层16电连接。在本实施方式中，第1电极21是与相位同步部17的接触层16的表面接触的欧姆电极，覆盖相位同步部17的接触层16的表面的整个面。第2电极22与相位同步部17的半导体基板11电连接。在本实施方式中，第2电极22是与相位同步部17的半导体基板11的背面11b接触的欧姆电极，覆盖相位同步部17的半导体基板11的背面11b的整个面。另外，并不限定于该例子，既可以是第1电极21仅覆盖相位同步部17的接触层16的表面的一部分，也可以是第2电极22仅覆盖相位同步部17的半导体基板11的背面11b的一部分。第2电极22也可以取代半导体基板11而与第1包覆层12欧姆接触。
第3电极23和第4电极24是设置在强度调制部18的金属制的电极。第3电极23与强度调制部18的接触层16电连接。在一个例子中，第3电极23是与强度调制部18的接触层16的表面接触的欧姆电极。第3电极23与各子像素Pb一对一对应设置。即，M×N1个第3电极23与子像素Pb分别对应地设置在接触层16上。各第3电极23的平面形状与各子像素Pb的平面形状相似，例如是其长边方向与Y方向一致的长方形。
第4电极24与强度调制部18的半导体基板11电连接。在一个例子中，第4电极24是与强度调制部18的半导体基板11的背面11b接触的欧姆电极。第4电极24具有用于使从强度调制部18输出的激光L通过的开口24a。第4电极24的平面形状呈包围开口24a的长方形或正方形的框状。从各像素Pa向与X方向和Y方向的双方交叉的方向(例如Z方向)输出激光L。
反射防止膜25设置在背面11b上的第4电极24的开口24a的内侧，防止应该从半导体基板11输出激光L在背面11b反射。反射防止膜25例如由硅化合物等无机材料构成。
半导体基板11和第1包覆层12具有的导电类型例如为n型。第2包覆层15和接触层16具有的导电类型例如为p型。以下表示光源模块1A的具体例。
(具体例)
半导体基板11：n型GaAs基板(厚度150μm左右)
第1包覆层12：n型AlGaAs(折射率3.39，厚度0.5μm以上5μm以下)
活性层13：InGaAs/AlGaAs多重量子阱结构(InGaAs层的厚度10nm，AlGaAs层的厚度10nm，3周期)
第2包覆层15：p型AlGaAs(折射率3.39，厚度0.5μm以上5μm以下)
接触层16：p型GaAs(厚度0.05μm以上1μm以下)
基本层14a：i型GaAs(厚度0.1μm以上2μm以下)
不同折射率区域14b：空位，排列周期282nm
第1电极21和第3电极23：Cr/Au或Ti/Au
第3电极23的排列间距(子像素Pb的排列间距)：564nm
第3电极23的总数(子像素Pb的总数M×N1)：351个
像素Pa的总数M：117个
第2电极22和第4电极24：GeAu/Au
反射防止膜25：例如SiN、SiO2等硅化合物膜(厚度0.1μm以上0.5μm以下)
相位同步部17和强度调制部18的X方向的宽度：200μm
相位同步部17的Y方向的宽度：150μm
强度调制部18的Y方向的宽度：50μm
芯片尺寸：一个边700μm
此处，参照图6的(a)～图6的(d)、图7的(a)～图7的(d)、图8的(a)～图8的(d)、图9的(a)～图9的(d)，图10的(a)～图10的(d)、图11的(a)～图11的(d)和图12的(a)～图12的(d)，说明制作光源模块1A的方法的例子。另外，图6的(a)表示俯视图，图6的(b)表示底面图，图6的(c)分别表示沿着图6的(a)的I-I线的截面的示意图，图6的(d)表示图6的(a)的II-II线的截面的示意图。图7的(a)表示俯视图，图7的(b)表示底面图，图7的(c)分别表示沿着图7的(a)的I-I线的截面的示意图，图7的(d)表示沿着图7的(a)的II-II线的截面的示意图。图8的(a)表示俯视图，图8的(b)表示底面图，图8的(c)分别表示沿着图8的(a)的I-I线的截面的示意图，图8的(d)表示沿着图8的(a)的II-II线的截面的示意图。图9的(a)表示俯视图，图9的(b)表示底面图，图9的(c)分别表示沿着图9的(a)的I-I线的截面的示意图，图9的(d)表示沿着图9的(a)的II-II线的截面的示意图。图10的(a)表示俯视图，图10的(b)表示底面图，图10的(c)分别表示沿着图10的(a)的I-I线的截面的示意图，图10的(d)表示沿着图10的(a)的II-II线的截面的示意图。图11的(a)表示俯视图，图11的(b)表示底面图，图11的(c)分别表示沿着图11的(a)的I-I线的截面的示意图，图11的(d)表示沿着图11的(a)的II-II线的截面的示意图。图12的(a)表示俯视图，图12的(b)表示底面图，图12的(c)分别表示沿着图12的(a)的I-I线的截面的示意图，图12的(d)表示沿着图12的(a)的II-II线的截面的示意图。
首先，如图6的(a)～图6的(d)所示，在半导体基板11的主面11a上，使用有机金属气相生长(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)法，进行依次形成第1包覆层12、活性层13和光子晶体层14的基本层14a的外延生长。然后，在基本层14a的表面形成定位用的标记19。标记19例如通过电子束光刻和干蚀刻形成。
接着，如图7的(a)～图7的(d)所示，同时形成多个不同折射率区域14b和多个狭缝S。具体而言，首先在基本层14a上形成SiN膜后，使用以标记19为基准的电子束光刻技术在SiN膜上形成抗蚀剂掩模。该抗蚀剂掩模在基本层14a中构成相位同步部17的一部分的部分上和构成强度调制部18的一部分的部分上具有与满足Γ点振荡的条件的不同折射率区域14b的位置和形状对应的开口。此外，该抗蚀剂掩模在基本层14a中构成强度调制部18的位置笛的部分上具有与狭缝S的位置和形状对应的开口。然后，通过隔着该抗蚀剂掩模对SiN膜实施干蚀刻(例如反应性离子蚀刻)，形成由SiN构成的蚀刻掩模。然后，隔着该蚀刻掩模对基本层14a和活性层13实施干蚀刻(例如感应耦合等离子体蚀刻)。由此，作为满足Γ点振荡的条件的多个不同折射率区域14b的凹部，形成至不贯通基本层14a的深度。同时，作为多个狭缝S的凹部，形成至贯通光子晶体层14和活性层13而到达第1包覆层12的深度。另外，通过适当地设定狭缝S的横宽与不同折射率区域14b的直径之比，能够使狭缝S的蚀刻率大于不同折射率区域14b的蚀刻率，因此即使相同的蚀刻时间狭缝S也比不同折射率区域14b深地形成。之后，除去抗蚀剂掩模和蚀刻掩模。这样，形成具有基本层14a和多个不同折射率区域14b的光子晶体层14以及多个狭缝S。另外，也可以通过由折射率与基本层14a不同的半导体埋入基本层14a的凹部来构成不同折射率区域14b。此外，也可以由折射率比基本层14a大的高电阻体埋入狭缝S。或者，也可以取代狭缝S的形成，通过隔着蚀刻掩模进行离子注入(例如氧化离子注入)，形成高折射率且高电阻的区域。
接着，如图8的(a)～图8的(d)所示，在光子晶体层14上，使用MOCVD法，进行依次形成第2包覆层15和接触层16的外延生长。经过以上的工序，形成包含相位同步部17和强度调制部18的半导体层叠部10。
接着，如图9的(a)～图9的(d)所示，在相位同步部17的接触层16上形成第1电极21，并且在强度调制部18的接触层16上形成多个第3电极23。具体而言，首先，使用以标记19为基准的电子束光刻技术，在接触层16上形成具有与第1电极21和第3电极23对应的开口的抗蚀剂掩模。然后，利用真空蒸镀法沉积第1电极21和第3电极23的材料后，利用剥离(liftoff)法将第1电极21和第3电极23以外的沉积部分与抗蚀剂掩模一起除去。
接着，如图10的(a)～图10的(d)所示，通过对半导体基板11的背面11b进行研磨，将半导体基板11薄化。再有，背面11b被镜面研磨。通过该研磨和镜面研磨，降低半导体基板11的激光L的吸收量，进一步，通过令输出激光L的背面11b为平滑面，提高激光L的取出效率。
接着，如图11的(a)～图11的(d)所示，在半导体基板11的背面11b的整个面，使用等离子体CVD法形成反射防止膜25。然后，使用以标记19为基准的光刻技术，在反射防止膜25上形成具有与第2电极22和第4电极24对应的开口的抗蚀剂掩模。通过隔着该抗蚀剂掩模实施湿蚀刻或干蚀刻，在反射防止膜25形成与第2电极22和第4电极24对应的开口。在反射防止膜25为硅化合物膜的情况下，例如能够使用缓冲氢氟酸作为湿蚀刻的蚀刻剂。此外，例如能够使用CF4作为干蚀刻的蚀刻气体。
接着，如图12的(a)～图12的(d)所示，在包含于相位同步部17的半导体基板11的部分的背面11b上形成第2电极22，并且在包含于强度调制部18的半导体基板11的部分的背面11b上形成第4电极24。具体而言，首先使用以标记19为基准的光刻技术，在反射防止膜25上形成具有与第2电极22和第4电极24对应的开口的抗蚀剂掩模。然后，利用真空蒸镀法沉积第2电极22和第4电极24的材料后，利用剥离(liftoff)法将第2电极22和第4电极24以外的沉积部分与抗蚀剂掩模一起除去。最后，通过进行退火，使得第1电极21、第2电极22、第3电极23和第4电极24合金化。经过以上的工序，制作本实施方式的光源模块1A。
之后，根据需要，如图13的(a)和图13的(b)所示，在控制电路基板30上倒装芯片安装光源模块1A。即，光源模块1A的第1电极21和第3电极23与对应于第1电极21和第3电极23地设置在控制电路基板30的配线图案，通过焊料等导电性接合材31相互接合。另外，图13的(a)是与图6的(a)、图7的(a)、图8的(a)、图8的(a)、图9的(a)、图10的(a)、图11的(a)和图12的(a)所示的I-I截面对应的示意图，图13的(b)是与图6的(a)、图7的(a)、图8的(a)、图8的(a)、图9的(a)、图10的(a)、图11的(a)和图12的(a)所示的II-II截面对应的示意图。于是，第2电极22和第4电极24通过引线接合与控制电路基板30连接。
如以上的说明那样，对通过本实施方式的光源模块1A获得的作用效果进行说明。当向第1电极21与第2电极22之间和第3电极23与第4电极24之间供给偏置电流时，在相位同步部17和强度调制部18的各个中，在第1包覆层12与第2包覆层15之间汇集载流子，在活性层13高效地产生光。从活性层13输出的光进入光子晶体层14，在光子晶体层14内，在与厚度方向垂直的、X方向和Y方向上共振。该光在相位同步部17的光子晶体层14内，成为相位一致的相干的激光。
强度调制部18的光子晶体层14相对于相位同步部17的光子晶体层14在Y方向上排列，因此各子像素Pb的光子晶体层14内的激光的相位与相位同步部17的光子晶体层14内的激光的相位一致。其结果，在子像素Pb相互间光子晶体层14内的激光的相位一致。因为本实施方式的光子晶体层14产生Γ点振荡，所以从强度调制部18的各子像素Pb，相位一致的激光L向与X方向和Y方向的双方交叉的方向(典型的是Z方向)输出。该激光L的一部分从光子晶体层14直接到达半导体基板11。此外，该激光L的其余部分从光子晶体层14到达第3电极23，并在第3电极23反射，之后到达半导体基板11。激光L透过半导体基板11，从半导体基板11的背面11b通过第4电极24的开口24a向光源模块1A的外部射出。
第3电极23与各子像素Pb对应地设置。因此，能够按每个子像素Pb个别地调整向强度调制部18供给的偏置电流的大小。即，能够对从强度调制部18输出的激光L的光强度，按每个子像素Pb个别地(独立地)进行调整。此外，在各像素Pa中，由连续的N2个子像素Pb构成的区域的排列方向(X方向)的长度Da小于活性层13的发光波长λ即激光L的波长。
此处，图44的(a)～图44的(h)是用于说明非专利文献1中记载的技术的图。在图44的(a)～图44的(d)中，表示由沿一个方向排列的4个子像素102构成的像素101，各子像素102的反射率用阴影线的疏密来表现。此处，阴影线越粗疏表示反射率越大(即反射光的光强度大)。在这种情况下，将4个子像素102集中而等价地看作具有单一的相位的一个像素。于是，在来自4个子像素102的反射光的相位相互一致的情况下，从像素101输出的光的相位由4个子像素102的强度分布确定。例如4个子像素102自左起对应于0°、90°、180°和270°的各相位。在这种情况下，通过如图44的(a)所示，从与180°和270°分别对应的2个子像素102不输出反射光，对与0°和90°分别对应的2个子像素102的反射光的强度比进行控制，如图44的(e)所示，从像素101输出的光的相位θ能够控制为0°与90°之间的任意的值。此外，通过如图44的(b)所示，从与90°和180°分别对应的2个子像素102不输出反射光，对与0°和270°分别对应的2个子像素102的反射光的强度比进行控制，如图44的(f)所示，从像素101输出的光的相位θ能够控制为270°与0°(360°)之间的任意的值。此外，通过如图44的(c)所示，从与0°和90°分别对应的2个子像素102不输出反射光，对与180°和270°分别对应的2个子像素102的反射光的强度比进行控制，如图44的(g)所示，从像素101输出的光的相位θ能够控制为180°与270°之间的任意的值。此外，通过如图44的(d)所示，从与0°和270°分别对应的2个子像素102不输出反射光，对与90°和180°分别对应的2个子像素102的反射光的强度比进行控制，如图44的(h)所示，从像素101输出的光的相位θ能够控制为90°与180°之间的任意的值。
图45的(a)和图45的(b)是用于说明非专利文献2中记载的技术的图。在图45的(a)中，表示由沿一个方向排列的3个子像素202构成的像素201，各子像素202的反射率通过阴影线的疏密来表现。在这种情况下，将3个子像素202集中而等价地看作具有单一的相位的一个像素。在非专利文献2中阐述了，在来自3个子像素202的反射光的相位相互一致的情况下，从像素201输出的光的相位由3个子像素202的强度分布确定。例如3个子像素202自左起对应于0°、120°和240°的各相位。在这种情况下，例如通过如图45的(b)所示，从与120°对应的子像素202不输出反射光，对与0°和240°分别对应的2个子像素202的反射光的强度比进行控制，从像素201输出的光的相位θ能够控制为240°与0°(360°)之间的任意的值。另外，3个子像素202中1个子像素的强度必然为0。
但是，在图44的(a)～图44的(h)、图45的(a)和图45的(b)所示的方式中，子像素102、202的光反射率是不可控制的固定值。因此，不能动态地控制像素101、201的输出相位。与此相对，本实施方式的光源模块1A能够按每个子像素Pb独立控制从包含于各像素Pa的M×N1个子像素Pb输出的激光L的强度。因为激光L的相位在N1个子像素Pb间相互一致，因而从各像素Pa输出的激光L的相位由通过N1个子像素Pb实现的该像素Pa内的强度分布确定。因此，根据本实施方式的光源模块1A，能够实现激光L的相位分布的动态的控制。例如在N1为3以上的情况下，光的相位分布能够在0°～360°的范围内动态地控制。
另外，如上所述，即使在各像素Pa包含3个以上的子像素Pb的情况下，同时输出光的子像素Pb也限于2个。如果由该2个子像素Pb构成的区域的排列方向的长度小于活性层13的发光波长λ，则将该2个子像素Pb等价地看作由单一的发光点构成的像素。因此，只要能够动态地控制的相位分布的范围小于360°足以，则也可以是同时输出光的子像素Pb的个数限定为连续的N2个(N2为2以上N1以下的整数)，并且由连续的N2个子像素Pb构成的区域的排列方向的长度Da设定为小于活性层13的发光波长λ。另外，如上所述，在个数N1和个数N2均为3以上的情况下，从各像素Pa输出的激光L的沿着X方向的空间相位能够在0°～360°的范围动态地控制。
如以上说明的那样，根据本实施方式的光源模块1A，能够实现激光L的相位分布的动态控制。
如本实施方式那样，也可以是第1电极21与接触层16接触，覆盖相位同步部17的接触层16的整个面，第2电极22与半导体基板11接触，覆盖相位同步部17的半导体基板11的整个面。在这种情况下，从相位同步部17沿其层叠方向(Z方向)输出的激光，能够被第1电极21和第2电极22遮蔽。因为相位同步部17的光子晶体层14产生Γ点振荡，所以这样的利用第1电极21和第2电极22的遮蔽是有效的。
如本实施方式那样，也可以是第4电极24与半导体基板11接触，呈包围用于使激光L通过的开口24a的框状。在这种情况下，能够向强度调制部18的活性层13供给充分的偏置电流，从强度调制部18沿与X方向和Y方向的双方交叉的方向，通过开口24a输出激光L。
如本实施方式那样，半导体层叠部10也可以具有狭缝S。多个子像素Pb与狭缝S也可以具有沿子像素Pb的排列方向逐个交替排列的多个狭缝S。在这种情况下，强度调制部18能够通过简易的结构分割为多个子像素Pb。
如上所述，在本实施方式中，与各子像素Pb对应的第3电极23与接触层16接触，具有开口24a的框状的第4电极24与半导体基板11的背面11b接触。在本实施方式或下述的各变形例中，既可以是与各子像素Pb对应的第3电极设置在半导体基板11的背面11b(或第1包覆层12)，也可以是具有开口的框状的第4电极设置在接触层16上。即，与各子像素Pb对应设置的第3电极与构成强度调制部18的一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的一方(半导体层)电连接，第4电极与构成强度调制部的一部分的第1导电类型半导体层的部分和第2导电类型半导体层的部分中的另一方(半导体层)电连接。由此，能够获得与本实施方式同样的作用效果。
此外，沿子像素Pb的排列方向定义的第3电极23的排列间距(中心间隔)也可以为晶格间隔a的整数倍。在这种情况下，从各子像素Pb输出的激光L的光强度接近均匀状态。
(第1变形例)
图14是示意性地表示作为上述实施方式的第1变形例的光源模块的截面的图，表示与图1所示的IV-IV截面对应的截面。在该光源模块中，与上述实施方式不同的点在于狭缝的形状。上述实施方式的狭缝S在半导体层叠部10的内部形成，分割活性层13和光子晶体层14(参照图4)，但本变形例的狭缝SA从半导体层叠部10的表面遍及内部地形成，除了活性层13和光子晶体层14之外，还分割第2包覆层15和接触层16。即，本变形例的各子像素Pb由活性层13、光子晶体层14、第2包覆层15和接触层16构成。另外，其它狭缝SA的方式与上述实施方式的狭缝S相同。
参照图15的(a)～图15的(d)、图16的(a)～图16的(d)、图17的(a)～图17的(d)、图18的(a)～图18的(d)、图19的(a)～图19的(d)、图20的(a)～图20的(d)和图21的(a)～图21的(d)，说明本变形例所涉及的光源模块的制作方法的例子。另外，图15的(a)表示俯视图，图15的(b)表示底面图，图15的(c)表示沿着图15的(a)的I-I线的截面的示意图，图15的(d)表示沿着图15的(a)的II-II线的截面的示意图。图16的(a)表示俯视图，图16的(b)表示底面图，图16的(c)表示沿着图16的(a)的I-I线的截面的示意图，图16的(d)表示沿着图16的(a)的II-II线的截面的示意图。图17的(a)表示俯视图，图17的(b)表示底面图，图17的(c)表示沿着图17的(a)的I-I线的截面的示意图，图17的(d)表示沿着图17的(a)的II-II线的截面的示意图。图18的(a)表示俯视图，图18的(b)表示底面图，图18的(c)表示沿着图18的(a)的I-I线的截面的示意图，图18的(d)表示沿着图18的(a)的II-II线的截面的示意图。图19的(a)表示俯视图，图19的(b)表示底面图，图19的(c)表示沿着图19的(a)的I-I线的截面的示意图，图19的(d)表示沿着图19的(a)的II-II线的截面的示意图。图20的(a)表示俯视图，图20的(b)表示底面图，图20的(c)表示沿着图20的(a)的I-I线的截面的示意图，图20的(d)表示沿着图20的(a)的II-II线的截面的示意图。图21的(a)表示俯视图，图21的(b)表示底面图，图21的(c)表示沿着图21的(a)的I-I线的截面的示意图，图21的(d)表示沿着图21的(a)的II-II线的截面的示意图。
首先，如图15的(a)～图15的(d)所示，在半导体基板11的主面11a上，使用MOCVD法，进行依次形成第1包覆层12、活性层13和基本层14a的外延生长。然后，在基本层14a的表面形成定位用的标记19。接着，在基本层14a中成为相位同步部17的区域和成为强度调制部18的区域，形成多个不同折射率区域14b。不同折射率区域14b的形成方法与上述实施方式相同。这样，形成具有基本层14a和多个不同折射率区域14b的光子晶体层14。
接着，如图16的(a)～图16的(d)所示，在光子晶体层14上，使用MOCVD法进行依次形成第2包覆层15和接触层16的外延生长。然后，如图17的(a)～图17的(d)所示，在活性层13、光子晶体层14、第2包覆层15和接触层16中成为强度调制部18的区域，形成多个狭缝SA。具体而言，首先在接触层16上形成SiN膜，使用以标记19为基准的电子束光刻技术在SiN膜上形成抗蚀剂掩模。该抗蚀剂掩模在接触层16中成为强度调制部18的区域上具有与狭缝S的位置和形状对应的开口。然后，通过隔着该抗蚀剂掩模对SiN膜实施干蚀刻(例如反应性离子蚀刻)，形成由SiN构成的蚀刻掩模。然后，通过隔着该抗蚀剂掩模对接触层16，第2包覆层15，光子晶体层14和活性层13实施干蚀刻(例如感应耦合等离子体蚀刻)，作为多个狭缝SA的凹部形成至贯通接触层16、第2包覆层15、光子晶体层14和活性层13而到达第1包覆层12的深度。另外，狭缝SA也可以通过由折射率大于基本层14a的高电阻体埋入该凹部而形成。或者，也可以通过取代狭缝SA的形成，隔着蚀刻掩模进行离子注入(例如氧化离子注入)，形成高折射率且高电阻的区域。经过以上的工序，形成包含相位同步部17和强度调制部18的半导体层叠部10。
接着，如图18的(a)～图18的(d)所示，在包含于相位同步部17的接触层16上形成第1电极21，并且在包含于强度调制部18的接触层16上形成多个第3电极23。如图19的(a)～图19的(d)所示，通过研磨半导体基板11的背面11b，半导体基板11被薄化。如图20的(a)～图20的(d)所示，在半导体基板11的背面11b上的整个面，使用等离子体CVD法形成反射防止膜25。使用以标记19为基准的光刻技术，在反射防止膜25形成与第2电极22和第4电极24对应的开口。如图21的(a)～图21的(d)所示，在包含于相位同步部17的半导体基板11的背面11b上形成第2电极22，并且在包含于强度调制部18的半导体基板11的背面11b上形成第4电极24。经过以上的工序，制作本变形例的光源模块。之后，根据需要，如图22的(a)和图22的(b)所示，在控制电路基板30上倒装芯片安装光源模块。另外，图22的(a)是与图15的(a)、图16的(a)、图17的(a)、图18的(a)、图19的(a)、图20的(a)和图21的(a)所示的I-I截面对应的示意图，图22的(b)是与图15的(a)、图16的(a)、图17的(a)、图18的(a)、图19的(a)、图20的(a)和图21的(a)所示的II-II截面对应的示意图。于是，第2电极22和第4电极24通过引线接合与控制电路基板30连接。
如本变形例那样，狭缝SA也可以以从半导体层叠部10的表面分割光子晶体层14和活性层13的方式形成。在这种情况下，也能够获得与上述实施方式相同的作用效果。此外，因为狭缝SA还电和光学地分割第2包覆层15和接触层16，所以彼此相邻的子像素Pb间的电和光学的串扰更低。
(第2变形例)
图23是表示上述实施方式的第2变形例所涉及的光源模块1B的俯视图。图24是表示光源模块1B的底面图。另外，光源模块1B的截面结构与上述实施方式相同，因此省略图示。
本变形例与上述实施方式的不同在于，强度调制部18中的光子晶体层14的结构。即，在本变形例中，光子晶体层14包含与N1个子像素Pb一对一对应地的相位移动部14c，相位移动部14c使从各像素Pa输出的激光L的沿着Y方向的相位在N1个子像素Pb间相互不同。
参照图23具体地进行说明。包含于各像素Pa的3个子像素Pb具有包含多个不同折射率区域14b的光子晶体层14。包含于各子像素Pb的光子晶体层14的多个不同折射率区域14b沿Y方向排列。包含于一个子像素Pb的光子晶体层14的某一个不同折射率区域14b，与相对于该不同折射率区域14b位于相位同步部17侧(或相位同步部17内)的其它的不同折射率区域14b的，沿Y方向定义的中心间隔(晶格点间隔)为W1。关于其它2个子像素Pb，也同样地设定中心间隔W2、W3。在这种情况下，上述的相位移动部14c通过使中心间隔W1～W3相互不同来实现。
这些中心间隔以从各子像素Pb输出的激光L彼此的相位差成为2π/N1的整数倍的方式设定。在N1＝3的情况下，中心间隔W1～W3以从各子像素Pb输出的激光L彼此的相位差成为2π/3的整数倍的方式设定。在一个例子中，中心间隔W1～W3中的一个设定为晶格间隔a的2/3倍(或5/3倍)，另一个设定为晶格间隔a的4/3倍，剩下的一个与晶格间隔a相等地设定。换言之，中心间隔W1与中心间隔W2之差和中心间隔W2与中心间隔W3之差，设定为晶格间隔a的1/3倍。另外，如上所述，在光子晶体层14产生Γ点振荡的情况下，晶格间隔a等于与λ/n(λ：发光波长，n：光子晶体层14的有效折射率)。3个子像素Pb的排列顺序与上述中心间隔无关地决定。
图25是作为本变形例的一个实施方式，将不同折射率区域14b、第1电极21、第3电极23和狭缝S的大小和位置关系全部以相同的放大率进行表示的俯视图。在图25所示的例子中，13行6列(共计78个)不同折射率区域14b与第1电极21重叠，构成相位同步部17的光子晶体层14。此外，2行11例(共计22个)不同折射率区域14b与第3电极23重叠，构成子像素Pb的光子晶体层14。于是，沿Y方向彼此相邻的不同折射率区域14b彼此之间隔按每个子像素Pb不同的部分(相位移动部14c)，按每个子像素Pb设置。在该例中，中心间隔W1设定为晶格间隔a的2/3倍，中心间隔W2设定为晶格间隔a的4/3倍，中心间隔W3与晶格间隔a相等地设定。
另外，在图25所示的例子中，不同折射率区域14b的平面形状为圆形，其直径例如为71.9nm，中心间隔(即晶格间隔a)例如为285nm。单位构成区域R的面积中不同折射率区域14b所占的比例(占空因数)例如为20％。狭缝S的沿X方向定义的宽度例如为65nm(0.228a)。另外，狭缝S的宽度与不同折射率区域14b的直径在通过蚀刻同时形成它们时，基于不同折射率区域14b的凹部止于基本层14a内并且狭缝S的凹部到达第1包覆层12那样的条件决定。沿X方向定义的第3电极23的宽度例如为300nm。
如本变形例那样，各子像素Pb的光子晶体层14也可以包含用于使从各像素Pa输出的激光L的相位在N1个子像素Pb间相互不同的相位移动部14c。在这种情况下，从各像素Pa输出的激光L的Y方向的相位按每个子像素Pb不同。于是，从各像素Pa输出的激光L的Y方向的相位根据构成该像素Pa的N1个子像素Pb的强度分布和相位分布确定。在这种情况下，Y方向的激光L的相位能够动态地调制，但是在强度调制部18中，由于不同折射率区域14b的衍射效果，向Y方向行进的光波向Z方向衍射。因此，作为结果，Z方向的相位也能够动态地调制。即，沿着输出方向的光的相位的分布能够动态地调制，控制激光L的相位分布的自由度更高。即，如图26的(a)所示，上述实施方式是控制面上的1次方向(X方向)上的发光点La的空间相位，但本变形例如图26的(b)所示，能够控制从各子像素Pb向面垂直方向(Z方向)行进的波面WF1～WF3的合成波面SW的相位。
(第3变形例)
图27是表示上述实施方式的第3变形例所涉及的光源模块1C的俯视图。图28是表示光源模块1C的底面图。图29是示意性地表示沿着图27所示的XXIX-XXIX线的截面的图。图30是示意性地表示沿着图27所示的XXX-XXX线的截面的图。本变形例的光源模块1C取代上述实施方式的光子晶体层14而具备共振模式形成层14A。共振模式形成层14A的配置与上述实施方式的光子晶体层14相同。除共振模式形成层14A以外的光源模块1C的其它结构与上述实施方式的光源模块1A相同。此外，不同折射率区域14b的方式和形成方法与上述实施方式相同。
共振模式形成层14A具有二维的衍射晶格。共振模式形成层14A具有基本层14a和设置在基本层14a的内部的多个不同折射率区域14b。不同折射率区域14b的折射率与基本层14a的折射率不同。不同折射率区域14b在基本层14a内在相对于X方向倾斜45°的方向和从Y方向倾斜45°的方向上按一定的周期配置。各不同折射率区域14b的结构与上述实施方式相同。
相位同步部17的共振模式形成层14A具有周期性地排列有多个不同折射率区域14b的光子晶体结构。于是，不同折射率区域14b具有相对于活性层13的发光波长满足M点振荡的条件的配置和间隔。图31的(a)是用于说明实空间中的M点振荡的图。图31的(b)是用于说明倒晶格空间中的M点振荡的图。这些图31的(a)、图31的(b)所示的圆表示不同折射率区域14b。
图31的(a)表示在设定了XYZ三维正交坐标系的实空间中，不同折射率区域14b位于正方晶格的晶格框的开口中心的情况。正方晶格的晶格间隔为a，在X轴方向和Y轴方向上相邻的不同折射率区域14b的重心间隔为20.5·a，发光波长λ除以有效折射率n而得的值λ/n为a的20.5倍(λ/n＝a×20.5)。在这种情况下，在共振模式形成层14A的光子晶体结构中产生M点处的振荡。此时向X轴方向和Y轴方向输出激光，向Z轴方向不输出激光。图31的(b)表示图31的(a)的晶格的倒晶格，沿Γ-M方向相邻的不同折射率区域14b间之间隔为(20.5π)/a，与2neπ/λ一致(ne是光子晶体层14的有效折射率)。另外，图31的(a)和图31的(b)中的中空的箭头表示光的波的行进方向。
在上述的例子中表示不同折射率区域14b位于正方晶格的晶格框的开口中心的情况，但不同折射率区域14b也可以位于其它晶格(例如三角晶格)的晶格框的开口中心。
本实施方式的强度调制部18具有作为所谓S-iPM(Static-integrable PhaseModulating(静态可积相位调制))激光器的结构。各像素Pa向与半导体基板11的主面11a垂直的方向(即Z方向)或与之倾斜的方向、或者包含这两者的方向，输出激光L。以下，对强度调制部18的共振模式形成层14A的结构进行详细的说明。
图32是强度调制部18的共振模式形成层14A的俯视图。如图32所示，共振模式形成层14A包含基本层14a和折射率与基本层14a不同的多个不同折射率区域14b。在图32中，对于共振模式形成层14A，设定X’-Y’面上的假想的正方晶格。X’轴相对于X’轴绕Z轴旋转45°，Y’轴相对于Y’轴绕Z轴旋转45°。正方晶格的一个边与X’轴平行，另一个边与Y’轴平行。以正方晶格的晶格点O(与Y’轴平行的线x0～x3和与X’轴平行的线y0～y2的交点)为中心的正方形状的单位构成区域R(0，0)～R(3、2)遍及沿着X’轴的多个列和沿着Y’轴的多个行地呈二维状排列。即，各单位构成区域R的X’-Y’坐标由各个单位构成区域R的重心位置定义。这些重心位置与假想的正方晶格的晶格点O一致。不同折射率区域14b在各单位构成区域R内例如逐个设置。晶格点O既可以位于不同折射率区域14b的外部，也可以包含于不同折射率区域14b的内部。
图33是将单位构成区域R(x，y)放大表示的图。如图33所示，不同折射率区域14b分别具有重心G。单位构成区域R(x，y)内的位置按由s轴(与X’轴平行的轴)和t轴(与Y’轴平行的轴)定义的坐标定义。令从晶格点O朝向重心G的矢量与s轴(X’轴平行的轴)所成的角度为α(x、y)。x表示X’轴上的第x个晶格点的位置，y表示Y’轴上的第y个晶格点的位置。在角度α为0°的情况下，连结晶格点O与重心G的矢量的朝向与X’轴的正方向一致。此外，令连结晶格点O与重心G的矢量的长度为r(x、y)。在一个例子中，r(x、y)不管x、y而均遍及共振模式形成层14A的整体是一定的。
如图32所示，连结晶格点O与重心G的矢量的朝向、即不同折射率区域14b的重心G的晶格点O周围的角度α按照与输出光的所望的形状相应的相位分布φ(x、y)，按每个晶格点O个别地设定。在本发明中，将这样的重心G的配置方式称为第一方式。相位分布φ(x、y)按以x、y的值决定的每个位置具有特定的值，但并非一定限于以特定的函数表示。角度分布α(x、y)由对输出光的所期望的形状进行傅里叶变换而得到的复振幅分布中提取相位分布φ(x、y)后的分布决定。在从输出光的所期望的形状求取复振幅分布时，运用在全息图生成的计算时普遍使用的Gerchberg-Saxton(GS)法那样的迭代算法即可。在这种情况下，能够提高光束图案的再现性。
共振模式形成层14A中的不同折射率区域14b的角度分布α(x，y)例如按以下的顺序决定。
作为第一前提条件，在由与主面11a的法线方向一致的Z轴和与包含多个不同折射率区域14b的共振模式形成层14A的一个面一致的X’-Y’平面定义的X’Y’Z正交坐标系中，在X’-Y’平面上设定由具有正方形状的M1×N1个(M1、N1为1以上的整数)单位构成区域R构成的假想的正方晶格。
作为第二前提条件，X’Y’Z正交坐标系中的坐标(ξ、η、ζ)如图34所示，对于由动径的长度r、自Z轴起的倾斜角θtilt和在X’-Y’平面上被特定的自X’轴起的旋转角θrot定义的球面坐标(r、θrot、θtilt)，满足以以下的式(1)～式(3)表示的关系。图34是用于说明从球面坐标(r、θrot、θtilt)到X’Y’Z正交坐标系中的坐标(ξ、η、ζ)的坐标变换的图，利用坐标(ξ、η、ζ)表现在作为实空间的X’Y’Z正交坐标系中设定的规定平面上的设计上的光像。
[数1]
ξ＝r sinθtilt cosθrot…(1)
[数2]
η＝r sinθtilt sinθrot…(2)
[数3]
ζ＝r cosθtilt…(3)
在令从光源模块1C输出的激光L为朝向以角度θtilt和θrot定义的方向的亮点的集合时，角度θtilt和θrot换算为以以下的式(4)定义的标准化波数、即与X’轴对应的KX轴上的坐标值kx、和以以下的式(5)定义的标准化波数、即与Y’轴对应并且与KX轴正交的KY轴上的坐标值ky。标准化波数是指，令相当于假想的正方晶格的晶格间隔的波数2π/a为1.0而被标准化了的波数。此时，在由KX轴和KY轴定义的波数空间中，包含相当于激光L的光束图案的特定的波数范围，各自由正方形状的M2×N2个(M2、N2为1以上的整数)图像区域构成。另外，整数M2不需要与整数M1一致。同样，整数N2也不需要与整数N1一致。式(4)和式(5)例如在上述非专利文献3被公开。
[数4]
Figure BDA0003753215310000321
[数5]
Figure BDA0003753215310000322
a：假想的正方晶格的晶格常数
λ：光源模块1C的振荡波长
作为第三前提条件，在波数空间中，通过将以KX轴方向的坐标成分kx(0以上M2-1以下的整数)和KY轴方向的坐标成分ky(0以上N2-1以下的整数)特定的图像区域FR(kx、ky)分别二维离散傅里叶逆变换为以X’轴方向的坐标成分x(0以上M1-1以下的整数)和Y’轴方向的坐标成分y(0以上N1-1以下的整数)特定的X’-Y’平面上的单位构成区域R(x、y)而得到的复振幅分布F(x、y)，以j为虚数单位，按以下的式(6)给出。复振幅分布F(x、y)在令振幅分布为A(x、y)并且令相位分布为φ(x、y)时，由以下的式(7)定义。作为第四前提条件，单位构成区域R(x、y)以与X’轴和Y’轴分别平行且在作为单位构成区域R(x、y)的中心的晶格点O(x、y)正交的、s轴和t轴定义。
[数6]
Figure BDA0003753215310000323
[数7]
F(x，y)＝A(x，y)×exp[jφ(x，y)]…(7)
在上述第一～第四前提条件下，强度调制部18的共振模式形成层14A满足以下的第5条件或第6条件。即，第5条件通过在单位构成区域R(x、y)内，以离开晶格点O(x、y)的状态配置重心G来满足。第6条件通过以下方式来满足：以在从晶格点O(x、y)至对应的重心G的线段长r2(x、y)在M1个×N1个单位构成区域R的各个中设定为共同的值的状态下，满足连结晶格点O(x、y)和对应的重心G的线段与s轴所成的角度α(x、y)成为
α(x、y)＝C×φ(x、y)+B
C：比例常数，例如180°/π
B：任意的常数，例如0
的关系的方式，在单位构成区域R(x、y)内配置对应的不同折射率区域14b。
接着，说明强度调制部18的共振模式形成层14A的M点振荡。如上所述，为了进行M点振荡，假想的正方晶格的晶格间隔a、活性层13的发光波长λ和模式的等效折射率n满足λ＝(20.5)n×a这样的条件即可。图35是表示关于进行M点振荡的发光器件的相位调制层的倒晶格空间的俯视图。图35中的点P表示倒晶格点。图35中的箭头B1表示基本倒晶格矢量，箭头K1、K2、K3、和K4表示4个面内波数矢量。面内波数矢量K1～K4分别具有基于角度分布α(x、y)的波数扩展SP。
面内波数矢量K1～K4的大小(即面内方向的驻波的大小)比基本倒晶格矢量B1的大小小。因此，面内波数矢量K1～K4与基本倒晶格矢量B1的矢量和不会成为0，面内方向的波数因衍射而不能为0，因此不产生朝向面垂直方向(Z轴方向)的衍射。就这样，在M点振荡的各像素Pa中，不仅不输出朝向面垂直方向(Z轴方向)的0次光，也不输出朝向相对于Z轴方向倾斜的方向的+1次光和1次光。
在本实施方式中，通过对强度调制部18的共振模式形成层14A实施以下那样的措施，从各像素Pa输出+1次光和1次光的一部分。即，如图36所示，通过对面内波数矢量K1～K4施加具有某一定的大小和朝向的衍射矢量V1，面内波数矢量K1～K4中至少1个(在图36中为面内波数矢量K3)的大小变得小于2π/λ(λ：从活性层13输出的光的波长)。换言之，施加衍射矢量V1后的面内波数矢量K1～K4中的至少1个收敛于作为半径2π/λ的圆形区域的光辉线LL内。
在图36中以虚线表示的面内波数矢量K1～K4表示衍射矢量V1的加法运算前，以实线表示的面内波数矢量K1～K4表示衍射矢量V1的加法运算后。光辉线LL对应于全反射条件，收敛于光辉线LL内的大小的波数矢量具有面垂直方向(Z轴方向)的成分。在一个例子中，衍射矢量V1的方向沿着Γ-M1轴或Γ-M2轴。衍射矢量V1的大小在2π/(20.5)a-2π/λ至2π/(20.5)a+2π/λ的范围内，在一个例子中为2π/(20.5)a。
接着，探讨用于将面内波数矢量K1～K4中至少1个收敛于光辉线LL内的衍射矢量V1的大小和朝向。以下的式(8)～式(11)表示施加衍射矢量V1前的面内波数矢量K1～K4。
[数8]
Figure BDA0003753215310000341
[数9]
Figure BDA0003753215310000342
[数10]
Figure BDA0003753215310000343
[数11]
Figure BDA0003753215310000344
波数矢量的扩展Δkx和Δky分别满足以下的式(12)和式(13)。面内波数矢量的X’轴方向的扩展的最大值Δkxmax和Y’轴方向的扩展的最大值Δkymax由设计的光像的角度扩展定义。
[数12]
-Δkxmax≤Δkx≤Δkxmax…(12)
[数13]
-Δkymax≤Δky≤Δkymax…(13)
在将衍射矢量V1如以下的式(14)那样表示时，施加衍射矢量V1后的面内波数矢量K1～K4成为以下的式(15)～式(18)。
[数14]
V＝(Vx，Vy)…(14)
[数15]
Figure BDA0003753215310000351
[数16]
Figure BDA0003753215310000352
[数17]
Figure BDA0003753215310000353
[数18]
Figure BDA0003753215310000354
在考虑到上述式(15)～式(18)中面内波数矢量K1～K4的任一个收敛于光辉线LL内时，以下的式(19)的关系成立。
[数19]
Figure BDA0003753215310000355
即，通过施加满足式(19)的衍射矢量V1，面内波数矢量K1～K4的任一个收敛于光辉线LL内，输出+1次光和1次光的一部分。
令光辉线LL的大小(半径)为2π/λ是因为以下的理由。图37是用于示意地说明光辉线LL的周边结构的图。在图37中表示位于Z方向的器件与空气的边界。真空中的光的波数矢量的大小为2π/λ，但是当光如图37所示在器件介质中传播时，折射率n的介质内的波数矢量Ka的大小成为2πn/λ。此时，为了光在器件与空气的边界传播，需要与边界平行的波数成分连续(波数守恒定律)。
在图37中，波数矢量Ka与Z轴形成角度θ的情况下，投影于面上的波数矢量(即面内波数矢量)Kb的长度成为(2πn/λ)sinθ。另一方面，因为一般来说介质的折射率n大于1，所以在介质内的面内波数矢量Kb大于2π/λ的角度，波数守恒定律不成立。此时，光进行全反射，不能向空气侧取出。与该全反射条件对应的波数矢量的大小成为光辉线LL的大小、即2π/λ。
作为向面内波数矢量K1～K4施加衍射矢量V1的具体的方式的一个例子，考虑对与所期望的输出光形状相应的相位分布φ1(x、y)重叠与所期望的输出光形状无关的相位分布φ2(x、y)的方式。在这种情况下，强度调制部18的共振模式形成层14A的相位分布φ(x、y)表示为φ(x、y)＝φ1(x、y)+φ2(x、y)。φ1(x、y)相当于如之前说明的那样对输出光的所期望的形状进行傅里叶变换时的复振幅的相位。此外，φ2(x、y)是用于施加满足上述式(19)的衍射矢量V1的相位分布。另外，衍射矢量V1的相位分布φ2(x、y)以衍射矢量V1(Vx、Vy)与位置矢量r(x，y)的内积表示，由下式给出。
φ2(x、y)＝V1·r＝Vxx+Vyy
图38概念性地表示相位分布φ2(x、y)的一个例子的图。在图38的例子中，第一相位值φA和与第一相位值φA不同值的第二相位值φB呈方格图案排列。在一个例子中，相位值φA为0(rad)，相位值φB为π(rad)。在这种情况下，第一相位值φA与第二相位值φB逐次变化π的量。通过这样的相位值的排列，能够适当地实现沿着Γ-M1轴或Γ-M2轴的衍射矢量V1。在方格图案的排列的情况下，V1＝(±π/a、±π/a)，衍射矢量V1与图36的面内波数矢量K1～K4的任一个正好抵消。因此，+1次光和-1次光的对称轴与Z方向、即相对于在共振模式形成层14A的面上定义的方向垂直的方向一致。此外，通过使相位值φA、φB的排列方向从45°变化，能够将衍射矢量V1的朝向调整为任意的朝向。另外，如上所述，衍射矢量V1，只要是面内波数矢量K1～K4中至少1个进入光辉线LL的范围内，也可以从(±π/a、±π/a)移动。
在本变形例中，在基于输出光的角度扩展的波数扩展包含于以波数空间上的某个点为中心的半径Δk的圆的情况下，能够如以下那样简单地考虑。通过向4个方向的面内波数矢量K1～K4施加衍射矢量V1，4个方向的面内波数矢量K1～K4中至少1个的大小变得小于2π/λ(光辉线LL)。这可认为是通过对从4个方向的面内波数矢量K1～K4除去波数扩展Δk后的矢量施加衍射矢量V1，4个方向的面内波数矢量K1～K4中至少1个的大小变得小于从2π/λ减去波数扩展Δk而得的值{(2π/λ)-Δk}。
图39是概念性地表示上述的思考方式的图。如图39所示，当对除去波数扩展Δk后的面内波数矢量K1～K4施加衍射矢量V1时，面内波数矢量K1～K4中至少1个的大小变得小于{(2π/λ)-Δk}。在图39中，区域LL2是半径为{(2π/λ)-Δk}的圆形的区域。在图39中，以虚线表示的面内波数矢量K1～K4表示衍射矢量V1的加法运算前，以实线表示的面内波数矢量K1～K4表示衍射矢量V1的加法运算后。区域LL2对应于考虑了波数扩展Δk的全反射条件，收敛于区域LL2内的大小的波数矢量在面垂直方向(Z轴方向)上也传播。
在该方式中，说明用于使面内波数矢量K1～K4中至少1个收敛于区域LL2内的衍射矢量V1的大小和朝向。以下的式(20)～式(23)表示施加衍射矢量V1前的面内波数矢量K1～K4。
[数20]
Figure BDA0003753215310000371
[数21]
Figure BDA0003753215310000372
[数22]
Figure BDA0003753215310000373
[数23]
Figure BDA0003753215310000374
此处，如上述式(14)那样表示衍射矢量V1时，施加衍射矢量V1后的面内波数矢量K1～K4成为以下的式(24)～式(27)。
[数24]
Figure BDA0003753215310000381
[数25]
Figure BDA0003753215310000382
[数26]
Figure BDA0003753215310000383
[数27]
Figure BDA0003753215310000384
在上述式(24)～式(27)中，在考虑到面内波数矢量K1～K4的任一个收敛于区域LL2内时，以下的式(28)的关系成立。即，通过施加满足式(28)的衍射矢量V1，除去波数扩展Δk后的面内波数矢量K1～K4的任一个收敛于区域LL2内。在这样的情况下，也能够输出+1次光和1次光的一部分。
[数28]
Figure BDA0003753215310000385
图40是作为强度调制部18的共振模式形成层的另外的方式，表示共振模式形成层14B的俯视图。图41是表示强度调制部18的共振模式形成层14B中的不同折射率区域14b的配置的图。如图40和图41所示，共振模式形成层14B的各不同折射率区域14b的重心G也可以配置在直线D上。正方晶格的晶格点O以与Y’轴平行的线x0～x3和与X’轴平行的y0～y2的交点定义，与图32的例子相同，以各晶格点O为中心的正方区域(正方晶格)设定为单位构成区域R(0、0)～R(3、2)。直线D是通过与单位构成区域R(x，y)对应的晶格点O，相对于正方晶格的各边倾斜的直线。即，直线D是相对于X’轴和Y’轴的双方倾斜的直线。直线D相对于正方晶格的一个边(X’轴)的倾斜角为β。
在这种情况下，倾斜角β在强度调制部18的共振模式形成层14B内是一定的。倾斜角β满足0°＜β＜90°，在一个例子中β＝45°。或者，倾斜角β满足180°＜β＜270°，在一个例子中β＝225°。在倾斜角β满足0°＜β＜90°或180°＜β＜270°的情况下，直线D从由X’轴和Y’轴定义的坐标平面的第1象限遍及第3象限地延伸。倾斜角β满足90°＜β＜180°，在一个例子中β＝135°。或者，倾斜角β满足270°＜β＜360°，在一个例子中β＝315°。在倾斜角β满足90°＜β＜180°或270°＜β＜360°的情况下，直线D从由X’轴和Y’轴定义的坐标平面的第2象限遍及第4象限地延伸。这样，倾斜角β成为除0°、90°、180°和270°以外的角度。
此处，在由与X’轴平行的s轴和与Y’轴平行的t轴定义坐标的单位构成区域R(x，y)中，令晶格点O与重心G的距离为r(x、y)。x是X’轴上的第x个晶格点的位置，y是Y’轴上的第y个晶格点的位置。在距离r(x、y)为正的值的情况下，重心G位于第1象限(或第2象限)。在距离r(x、y)为负的值的情况下，重心G位于第3象限(或第4象限)。在距离r(x、y)为0的情况下，晶格点O与重心G相互一致。倾斜角度优选为45°、135°、225°、275°。在这些倾斜角度，仅形成M点的驻波的4个波数矢量(例如面内波数矢量(±π/a、±π/a))中的2个被相位调制，其它2个不被相位调制，因此能够形成稳定的驻波。
各不同折射率区域的重心G与对应于各单位构成区域R的晶格点O的距离r(x、y)按照与所期望的输出光形状相应的相位分布φ(x、y)按每个不同折射率区域14b个别地设定。在本发明中，将这样的重心G的配置方式称为第二方式。相位分布φ(x、y)和距离分布r(x、y)按每个以x、y的值确定的位置具有特定的值，但并非限于以特定的函数表示。距离r(x、y)的分布由对所期望的输出光形状进行傅里叶逆变换而得到的复振幅分布中提取相位分布φ(x、y)后的分布决定。
即，在某个坐标(x、y)下的相位φ(x、y)为P0的情况下，距离r(x、y)设定为0，在相位φ(x、y)为π+P0的情况下，距离r(x、y)设定为最大值R0，在相位φ(x、y)为-π+P0的情况下，距离r(x、y)设定为最小值-R0。于是，对于其中间的相位φ(x、y)，以成为r(x、y)＝{φ(x、y)-P0}×R0/π的方式设定距离r(x、y)。初始相位P0能够任意地设定。
当令假想的正方晶格的晶格间隔为a时，r(x、y)的最大值R0例如成为以下的式(29)的范围内。从所期望的光像求取复振幅分布时，通过运用在全息图生成的计算时普遍使用的GS法那样的迭代算法，能够提高光束图案的再现性。
[数29]
Figure BDA0003753215310000401
在该第二方式中，通过决定共振模式形成层14B的不同折射率区域14b的距离r(x、y)的分布，能够得到所期望的光输出形状。在与上述的第一方式同样的第一～第四前提条件下，共振模式形成层14B被构成为满足以下的条件。即，以满足从晶格点O(x、y)至对应的不同折射率区域14b的重心G的距离r(x、y)成为
r(x、y)＝C×(φ(x、y)-P0)
C：比例常数，例如R0/π
P0：任意的常数，例如0
的关系的方式，在单位构成区域R(x、y)内配置对应的不同折射率区域14b。在要得到所期望的光输出形状的情况下，对该光输出形状进行傅里叶逆变换，将与其复振幅的相位φ(x、y)相应的距离r(x、y)的分布赋予多个不同折射率区域14b即可。相位φ(x、y)与距离r(x、y)也可以相互成比例。
在该第二方式中也与上述的第一方式相同，假想的正方晶格的晶格间隔a和活性层13的发光波长λ满足M点振荡的条件。再有，在共振模式形成层14B中考虑倒晶格空间时，分别包含基于距离r(x、y)的分布的波数扩展的4个方向的面内波数矢量K1～K4中至少1个的大小小于2π/λ即光辉线LL。
在该第二方式中，也通过在M点振荡的发光器件中对共振模式形成层14B实施以下那样的措施，输出+1次光和1次光的一部分。具体而言，如图36所示，通过对面内波数矢量K1～K4施加具有某一定的大小和朝向的衍射矢量V1，面内波数矢量K1～K4中至少1个的大小变得小于2π/λ。即，施加衍射矢量V1后的面内波数矢量K1～K4中至少1个收敛于作为半径2π/λ的圆形区域的光辉线LL内。通过施加满足上述式(19)的衍射矢量V1，面内波数矢量K1～K4的任一个收敛于光辉线LL内，输出+1次光和1次光的一部分。
或者，也可以如图39所示，通过对从4个方向的面内波数矢量K1～K4除去波数扩展Δk后的矢量(即M点振荡的正方晶格PCSEL的4个方向的面内波数矢量)施加衍射矢量V1，使得4个方向的面内波数矢量K1～K4中至少1个的大小变得小于从2π/λ减去波数扩展Δk而得的值{(2π/λ)-Δk}。即，通过施加满足上述式(28)的衍射矢量V1，使得面内波数矢量K1～K4的任一个收敛于区域LL2内，输出+1次光和1次光的一部分。
对利用以上说明的、本变形例的光源模块1C得到的作用效果进行说明。当向第1电极21与第2电极22之间和第3电极23与第4电极24之间供给偏置电流时，在相位同步部17和强度调制部18的各个中，在第1包覆层12与第2包覆层15之间汇集载流子，在活性层13高效地产生光。从活性层13输出的光进入共振模式形成层14A，在共振模式形成层14A内在垂直于厚度方向的X方向和Y方向上共振。该光在相位同步部17的共振模式形成层14A内成为相位一致的相干的激光。
构成强度调制部18的一部分的共振模式形成层14A的部分相对于构成相位同步部17的一部分的共振模式形成层14A的部分沿Y方向排列。因此，各子像素Pb的共振模式形成层14A内的激光的相位与相位同步部17的共振模式形成层14A内的激光的相位一致。其结果，在子像素Pb相互间共振模式形成层14A内的激光的相位一致。
本变形例的共振模式形成层14A在M点振荡，但在强度调制部18的共振模式形成层14A，多个不同折射率区域14b的分布方式满足用于从强度调制部18向与X方向和Y方向的双方交叉的方向输出激光L的条件。因此，从强度调制部18的各子像素Pb，相位一致的激光L向与X方向和Y方向的双方交叉的方向(例如相对于Z方向倾斜的方向)输出。该激光L的一部分从共振模式形成层14A直接到达半导体基板11。此外，该激光L的剩余部分从共振模式形成层14A到达第3电极23，在第3电极23反射后，到达半导体基板11。激光L透过半导体基板11，从半导体基板11的背面11b通过第4电极24的开口24a向光源模块1C的外部射出。
在本变形例中，第3电极23也与各子像素Pb对应地设置。因此，能够按每个子像素Pb个别地调整向强度调制部18供给的偏置电流的大小。即，从强度调制部18输出的激光L的光强度能够按每个子像素Pb个别地(独立地)调整。此外，在各像素Pa中由连续的N2个子像素Pb构成的区域的排列方向(X方向)的长度Da(参照图27和图30)，小于活性层13的发光波长λ即激光L的波长。如在上述实施方式中说明的那样，构成各像素Pa的N1个子像素Pb中，同时输出光的子像素Pb限定于连续的N2个子像素Pb的情况下，各像素Pa等价地看作具有单一的相位的像素。于是，从构成各像素Pa的N1个子像素Pb输出的激光L的相位相互一致的情况下，从各像素Pa输出的激光L的相位由通过构成该像素Pa的N1个子像素Pb实现的强度分布确定。因此，在本变形例的光源模块1C中，也能够动态地控制激光L的相位分布。另外，上述的效果在取代共振模式形成层14A而设置有共振模式形成层14B的情况下也能够同样地获得。
如本变形例那样，包含于相位同步部17的共振模式形成层14A(或14B)也可以具有周期性地排列有多个不同折射率区域14b的光子晶体结构。在这种情况下，能够从相位同步部17向各子像素Pb供给相位一致的激光。
如本变形例那样，用于从强度调制部18向与X方向和Y方向的双方交叉的方向输出激光L的条件也可以是在共振模式形成层14A(或14B)的倒晶格空间上形成分别包含与从强度调制部18输出的激光L的角度扩展对应的波数扩展的4个方向的面内波数矢量K1～K4，至少1个面内波数矢量的大小小于2π/λ、即光辉线LL。如上所述，通常在M点振荡的驻波状态下在共振模式形成层14A(或14B)内传播的光会全反射，信号光(例如+1次光和1次光中的至少一者)和0次光的双方的输出受到抑制。对此，在S-iPM激光器中，通过设法优化各不同折射率区域14b的配置，能够进行上述那样的面内波数矢量K1～K4的调整。于是，在至少1个面内波数矢量的大小小于2π/λ的情况下，该面内波数矢量具有共振模式形成层14A(或14B)的厚度方向(Z方向)的成分，并且在与空气的界面不会发生全反射。其结果，信号光的一部分能够作为激光L从各像素Pa输出。
(第4变形例)
图42是表示上述实施方式的第4变形例所涉及的光源模块1D的俯视图。图43是表示光源模块1D的底面图。另外，光源模块1D的截面结构与上述的第3变形例相同，因此省略图示。
本变形例与上述第3变形例的不同在于，强度调制部18中的共振模式形成层14A(或14B)的结构。即，在本变形例中，与上述的第2变形例相同，用于使从各像素Pa输出的激光L的沿着Y方向的相位在N1个子像素Pb间相互不同的相位移动部14c包含各子像素Pb的共振模式形成层14A(或14B)。相位移动部14c的详细情况与第2变形例相同。
如本变形例那样，用于使从各像素Pa输出的激光L的沿着Y方向的相位在N1个子像素Pb间相互不同的相位移动部14c，也可以包含各子像素Pb的共振模式形成层14A(或14B)。在这种情况下，从各像素Pa输出的激光L的相位按每个子像素Pb不同。于是，从各像素Pa输出的激光L的相位，由构成该像素Pa的N1个子像素Pb的强度分布和相位分布确定。因而，能够更加提高控制激光L的相位分布的自由度。
本发明的光源模块并不限定于上述的实施方式，能够另外进行各种各样的变形。例如在上述实施方式和各变形例中，示出了多个像素Pa呈一维状排列的例子，但多个像素Pa也可以呈二维状排列。在这种情况下，例如也可以将上述实施方式或各变形例中公开的光源模块进行多个组合。此外，在上述实施方式中示出了半导体层叠部10主要包含GaAs类半导体的例子，但半导体层叠部10可以主要包含InP类半导体，也可以主要包含GaN类半导体。
符号的说明
1A～1D…光源模块、10…半导体层叠部、11…半导体基板(包含于第1导电类型半导体层)、11a…主面、11b…背面、12…第1包覆层(包含于第1导电类型半导体层)、13…活性层、14…光子晶体层、14A、14B…共振模式形成层、14a…基本层、14b…不同折射率区域、14c…相位移动部、15…第2包覆层(包含于第2导电类型半导体层)、16…接触层(包含于第2导电类型半导体层)、17…相位同步部、18…强度调制部、19…标记、21…第1电极、22…第2电极、23…第3电极、24…第4电极、24a…开口、25…反射防止膜、30…控制电路基板、31…导电性接合材、B1…基本倒晶格矢量、D…直线、G…重心、K1～K4、Ka、Kb…面内波数矢量、L…激光、La…发光点、LL…光辉线、LL2…区域、O…晶格点、Pa…像素、Pb…子像素、R…单位构成区域、S、SA…狭缝、SP…波数扩展、SW…合成波面、V1…衍射矢量、WF1～WF3…波面。

Claims (10)

1.一种光源模块，其特征在于，
包括：
半导体层叠部，其包含第1导电类型半导体层、第2导电类型半导体层以及配置在所述第1导电类型半导体层与所述第2导电类型半导体层之间并且由活性层和产生Γ点振荡的光子晶体层构成的层叠体，并且具有沿作为所述光子晶体层的共振方向之一的第1方向排列的相位同步部和强度调制部，构成所述强度调制部的至少一部分的所述层叠体的部分具有沿与所述第1方向交叉的第2方向排列的M个像素，所述M个像素分别包含沿所述第2方向排列的N1个子像素，由所述N1个子像素中连续的N2个子像素构成的区域的沿所述第2方向定义的长度小于所述活性层的发光波长λ，其中，M为2以上的整数，N1为2以上的整数，N2为2以上N1以下的整数；
第1电极，其与构成所述相位同步部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的部分电连接；
第2电极，其与构成所述相位同步部的至少一部分的所述第2导电类型半导体层的部分电连接；
第3电极，其与所述N1个子像素一对一对应地设置，与构成所述强度调制部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的部分和所述第2导电类型半导体层的部分中的一方分别电连接；和
第4电极，其与构成所述强度调制部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的所述部分和所述第2导电类型半导体层的所述部分中的另一方电连接，
从包含于所述强度调制部的所述M个像素分别沿与所述第1方向和所述第2方向的双方交叉的方向输出光。
2.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，
所述光子晶体层包含与所述N1个子像素一对一对应地设置的相位移动部，该相位移动部用于使从所述M个像素分别输出的光的沿着所述第1方向的相位在所述N1个子像素间相互不同。
3.一种光源模块，其特征在于，
包括：
半导体层叠部，其包含第1导电类型半导体层、第2导电类型半导体层以及配置在所述第1导电类型半导体层与所述第2导电类型半导体层之间并且由活性层和共振模式形成层构成的层叠体，并且具有沿作为所述共振模式形成层的共振方向之一的第1方向排列的相位同步部和强度调制部，构成所述强度调制部的至少一部分的所述层叠体的部分具有沿与所述第1方向交叉的第2方向排列的M个像素，所述M个像素包含沿所述第2方向排列的N1个子像素，由所述N1个子像素中连续的N2个子像素构成的区域的沿所述第2方向定义的长度小于所述活性层的发光波长λ，其中，M为2以上的整数，N1为2以上的整数，N2为2以上N1以下的整数；
第1电极，其与构成所述相位同步部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的部分电连接；
第2电极，其与构成所述相位同步部的至少一部分的所述第2导电类型半导体层的部分电连接；
第3电极，其与所述N1个子像素一对一对应地设置，与构成所述强度调制部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的部分和所述第2导电类型半导体层的部分中的一方电连接；和
第4电极，其与构成所述强度调制部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的部分和所述第2导电类型半导体层的部分中的另一方电连接，
所述共振模式形成层包括基本层和具有与所述基本层的折射率不同的折射率并且在与所述共振模式形成层的厚度方向垂直的面上呈二维状分布的多个不同折射率区域，
所述多个不同折射率区域的配置满足M点振荡的条件，
构成所述强度调制部的至少一部分的所述共振模式形成层的部分，在设定于所述面上的假想的正方晶格中，所述多个不同折射率区域分别以其重心离开所述假想的正方晶格的晶格点中对应的晶格点地配置并且连结所述对应的晶格点与该重心的矢量的、相对于所述假想的正方晶格的角度被个别地设定的第一方式和其重心配置在通过所述对应的晶格点且相对于所述正方晶格倾斜的直线上并且该重心与所述对应的晶格点的距离被个别地设定的第二方式中的任意方式配置，
所述第一方式中的所述矢量的角度的分布或所述第二方式中的所述距离的分布，满足用于从所述强度调制部向与所述第1方向和所述第2方向的双方交叉的方向输出光的条件。
4.如权利要求3所述的光源模块，其特征在于，
构成所述相位同步部的至少一部分的所述共振模式形成层的部分具有周期性地排列有所述多个不同折射率区域的光子晶体结构。
5.如权利要求3或4所述的光源模块，其特征在于，
所述共振模式形成层包含与所述N1个子像素一对一对应地设置并且用于使从所述M个像素分别输出的光的沿着所述第1方向的相位在所述N1个子像素间相互不同的相位移动部。
6.如权利要求3～5中的任一项所述的光源模块，其特征在于，
用于从所述强度调制部向与所述第1方向和所述第2方向的双方交叉的方向输出光的条件为，在所述共振模式形成层的倒晶格空间上形成分别包含与从所述强度调制部输出的光的角度扩展对应的波数扩展的4个方向的面内波数矢量，所述4个方向的面内波数矢量中的至少1个面内波数矢量的大小小于2π/λ。
7.如权利要求1～6中的任一项所述的光源模块，其特征在于，
所述第1电极以与构成所述相位同步部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的所述部分接触的状态，覆盖所述第1导电类型半导体层的所述部分的整个面，
所述第2电极以与构成所述相位同步部的至少一部分的所述第2导电类型半导体层的所述部分接触的状态，覆盖所述第2导电类型半导体层的所述部分的整个面。
8.如权利要求1～7中的任一项所述的光源模块，其特征在于，
所述第3电极与构成所述强度调制部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的所述部分和所述第2导电类型半导体层的所述部分中的一方接触，
所述第4电极具有包围用于使所述光通过的开口的框状的形状，并且与构成所述强度调制部的至少一部分的所述第1导电类型半导体层的部分和所述第2导电类型半导体层的部分中的另一方接触。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的光源模块，其特征在于，
所述半导体层叠部包含多个狭缝，所述N1个子像素与所述多个狭缝沿所述第2方向逐个交替地排列。
10.如权利要求1～9中的任一项所述的光源模块，其特征在于，
所述N1个子像素包含3个以上子像素，所述N2个子像素包含3个以上子像素。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023028125A (ja) * 2021-08-18 2023-03-03 浜松ホトニクス株式会社 位相変調層の設計方法、及び、発光素子の製造方法
JP2023131320A (ja) * 2022-03-09 2023-09-22 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子
JP2023131321A (ja) * 2022-03-09 2023-09-22 浜松ホトニクス株式会社 位相分布設計方法、位相分布設計装置、位相分布設計プログラム及び記録媒体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330619A (ja) * 1998-05-18 1999-11-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光デバイス
JP4445292B2 (ja) * 2002-02-08 2010-04-07 パナソニック株式会社 半導体発光素子
JP5850366B2 (ja) 2011-12-06 2016-02-03 国立大学法人京都大学 半導体レーザ素子及びレーザビーム偏向装置
US9660415B2 (en) * 2013-04-26 2017-05-23 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor laser device
JP6979059B2 (ja) * 2017-03-27 2021-12-08 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光モジュールおよびその制御方法
US10153614B1 (en) * 2017-08-31 2018-12-11 Apple Inc. Creating arbitrary patterns on a 2-D uniform grid VCSEL array
JP7135519B2 (ja) 2018-07-12 2022-09-13 スズキ株式会社 ホイールハウス構造
JP7137382B2 (ja) 2018-07-12 2022-09-14 Ｋｙｂモーターサイクルサスペンション株式会社 緩衝器支持装置及び懸架装置
JP7252029B2 (ja) 2019-03-26 2023-04-04 本田技研工業株式会社 サーバ装置、情報提供方法、およびプログラム

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