DE112021000652T5

DE112021000652T5 - Lichtquellenmodul

Info

Publication number: DE112021000652T5
Application number: DE112021000652.5T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Kurosaka; Kazuyoshi Hirose; Soh UENOYAMA
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-11-24
Also published as: US20230102430A1; CN115004491A; WO2021149621A1

Abstract

Eine Ausführungsform betrifft ein Lichtquellenmodul, das eine Phasenverteilung von Licht dynamisch steuert. Das Lichtquellenmodul umfasst einen Halbleiterstapelabschnitt. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst einen gestapelten Körper, der eine aktive Schicht und eine photonische Kristallschicht umfasst, die Γ-Punktschwingung bewirkt, und umfasst einen Phasensynchronisationsabschnitt und einen Intensitätsmodulationsabschnitt, die in einer Y-Richtung als eine Resonanzrichtung der photonischen Kristallschicht angeordnet sind. Der gestapelte Körper im Intensitätsmodulationsabschnitt weist M (≥2) Pixels auf, die jeweils in einer X-Richtung angeordnet sind und N1(≥2) Subpixel umfassen. Eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N2(≥2, ≤N1) Subpixel von den N1Subpixeln umfasst, die in der X-Richtung definiert ist, ist kleiner als eine Emissionswellenlänge der aktiven Schicht. Das Lichtquellenmodul gibt Laserlicht von jedem M Pixel, der in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, in einer Richtung aus, die sowohl die X- als auch die Y-Richtung schneidet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Lichtquellenmodul.
Die vorliegende Anmeldung beruft sich auf die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-006906 , eingereicht am 20. Januar 2020, der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020 - 006907 , eingereicht am 20. Januar 2020, und der der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020 - 160719 , eingereicht am 25. September 2020, auf deren Inhalt Bezug genommen wird und deren Inhalt hierin vollumfänglich durch Bezugnahme umfasst wird.
Stand der Technik
Die Patentschrift 1 offenbart eine Technik, die sich auf ein kantenemittierendes Halbleiterlaserelement bezieht. Das Halbleiterlaserelement umfasst eine untere Mantelschicht, die an einem Substrat ausgebildet ist, eine obere Mantelschicht, eine aktive Schicht, die zwischen der unteren Mantelschicht und der oberen Mantelschicht angeordnet ist, eine photonische Kristallschicht, die zumindest zwischen der aktiven Schicht und der oberen Mantelschicht oder zwischen der aktiven Schicht und der unteren Mantelschicht angeordnet ist, und eine erste Ansteuerelektrode, um einem ersten Bereich der aktiven Schicht einen Ansteuerstrom zu liefern. Eine Längsrichtung der ersten Ansteuerelektrode ist bezüglich einer Normallinie einer Lichtausgabestirnfläche des Halbleiterlaserelements aus einer Dickenrichtung des Halbleiterlaserelements gesehen geneigt. Ein Bereich, der dem ersten Bereich der photonischen Kristallschicht entspricht, weist erste und zweite periodische Strukturen auf, in denen sich Anordnungsperioden von Abschnitten verschiedener Brechungsindices, die von der Umgebung verschiedene Brechungsindices aufweisen, voneinander unterscheiden. Zwei oder mehr Laserstrahlen, die einen vorgegebenen Winkel bezüglich der Längsrichtung der ersten Ansteuerelektrode bilden, werden innerhalb des Halbleiterlaserelements gemäß einer Differenz zwischen den Reziproken der Anordnungsperioden in den ersten und zweiten periodischen Strukturen erzeugt. Unter diesen Laserstrahlen beträgt ein Brechungswinkel eines Laserstrahls, der zur Lichtausgabestirnfläche gerichtet ist, bezüglich der Lichtausgabestirnfläche weniger als 90 Grad. Der andere zumindest eine Laserstrahl, der zur Lichtausgabestirnfläche gerichtet ist, erfüllt eine Bedingung für einen für die Totalreflektion kritischen Winkel bezüglich der Lichtausgabestirnfläche.
Die Nicht-Patentschrift 1 offenbart eine Technik, die ein computererzeugtes Hologramm (computer-generated hologram, CGH) betrifft. Ein Pixel wird durch vier Subpixel gebildet, die jeweils ein unabhängiges Reflektionsvermögen aufweisen, die durch Drucken geschaffen werden, und reflektierte Laserstrahlen, die auf eine Mehrzahl von Pixeln emittiert werden, werden kombiniert. In diesem Fall beschreibt die Nicht-Patentschrift 1, dass eine Lichtemissionsrichtung von jedem Pixel beliebig verschoben werden kann. Die Nicht-Patentschrift 2 beschreibt, dass, wenn in der Technik, die in der Nicht-Patentschrift 1 beschrieben wird, jedes Pixel drei Subpixel umfasst, die jeweils ein unabhängiges Reflektionsvermögen aufweisen, die Lichtemissionsrichtung von jedem Pixel beliebig verschoben werden kann.
Liste der Literaturstellen
Patentliteratur
Patentschrift 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-120801 .
Nicht-Patent-Literatur:

Nicht-Patentschrift 1: Wai Hon Lee, „Sampled Fourier Transform Hologram Generated by Computer,“ Applied Optics, Vol. 9, No. 3, S. 639-643, März 1970
Nicht-Patentschrift 2: C. B. Burckhardt, „A Simplification of Lee's Method of Generating Holograms by Computer,“ Applied Optics, Vol. 9, No. 8, S. 1949, August 1970
Nicht-Patentschrift 3: Y. Kurosaka et al., „Effects of non-lasing band in two-dimensional photoniccrystal lasers clarified using omnidirectional band structure,“ Opt. Express 20, 21773-21783 (2012)

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Als Ergebnis des Studiums der oben beschriebenen Standes der Technik sind die Erfinder auf die folgenden Probleme gestoßen. Das heißt, im verwandten Stand der Technik wurde eine Technik des Veränderns einer Lichtfortbewegungsrichtung oder des Erzeugens eines beliebigen optischen Bildes durch Durchführen einer räumlichen Phasenmodulation studiert. Bei einer bestimmten Technik wird eine Phasenmodulationsschicht, die eine Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, in der Nähe einer aktiven Schicht eines Halbleiterlaserelements vorgesehen. Dann wird in einem virtuellen quadratischen Gitter, das beispielsweise auf einer Ebene festgelegt ist, die rechtwinklig zu einer Dickenrichtung der Phasenmodulationsschicht ist, bezüglich einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex der Schwerpunkt jedes der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex in einer Position entfernt von einem Gitterpunkt des virtuellen quadratischen Gitters angeordnet, und ein Winkel eines Vektors, der den entsprechenden Gitterpunkt mit dem Schwerpunkt verbindet, bezüglich des virtuellen quadratischen Gitters wird individuell festgelegt. Wie ein photonisches Kristalllaserelement kann ein solches Element einen Laserlichtstrahl in einer Stapelrichtung ausgeben, räumlich eine Phasenverteilung des Laserlichtstrahls steuern, und den Laserlichtstrahl als ein beliebiges optisches Bild ausgeben.
Da in dem oben beschriebenen Element die Anordnung einer Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex der Phasenmodulationsschicht feststehend ist, kann jedoch nur ein optisches Bild, das im Voraus entworfen wurde, ausgegeben werden. Um das ausgegebene optische Bild und die Lichtfortbewegungsrichtung dynamisch zu verändern, ist es nötig, die Phasenverteilung des ausgegebenen Lichts dynamisch zu steuern.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Lichtquellenmodul bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Phasenverteilung von Licht dynamisch zu steuern.
Lösung des Problems
Ein Lichtquellenmodul nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Halbleiterstapelabschnitt, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen gestapelten Körper, der eine aktive Schicht und eine photonische Kristallschicht umfasst. Der gestapelte Körper, der die aktive Schicht und die photonische Kristallschicht umfasst, ist zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Die photonische Kristallschicht bewirkt eine Schwingung an einem Γ-Punkt. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst einen Phasensynchronisationsabschnitt und einen Intensitätsmodulationsabschnitt, die in einer ersten Richtung, die eine von Resonanzrichtungen der photonischen Kristallschicht ist, angeordnet sind. Ein Abschnitt des gestapelten Körpers, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, weist M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel auf, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die die erste Richtung schneidet. Jedes der M Pixel umfasst N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel, die in der zweiten Richtung angeordnet sind. Eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, die in der zweiten Richtung definiert ist, ist kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht. Die erste Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die zweite Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die dritte Elektrode ist in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen, und ist mit einem von einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Die vierte Elektrode ist mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Das Lichtquellenmodul gibt Licht von jedem der M Pixel, die in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten sind, in einer Richtung aus, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Ein Lichtquellenmodul nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Halbleiterstapelabschnitt, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen gestapelten Körper, der eine aktive Schicht und eine Resonanzmodenbildungsschicht umfasst. Der gestapelte Körper, der die aktive Schicht und die Resonanzmodenbildungsschicht umfasst, ist zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst einen Phasensynchronisationsabschnitt und einen Intensitätsmodulationsabschnitt, die in einer ersten Richtung, die eine von Resonanzrichtungen der Resonanzmodenbildungsschicht ist, angeordnet sind. Ein Abschnitt des gestapelten Körpers, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, weist M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel auf, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die die erste Richtung schneidet. Jedes der M Pixel umfasst N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel, die in der zweiten Richtung angeordnet sind. Eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, die in der zweiten Richtung definiert ist, ist kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht. Die erste Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die zweite Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die dritte Elektrode ist in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen, und ist mit einem von einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Die vierte Elektrode ist mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Die Resonanzmodenbildungsschicht umfasst eine Basisschicht und eine Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet, und zweidimensional auf einer Ebene verteilt sind, die rechtwinklig zu einer Dickenrichtung der Resonanzmodenbildungsschicht ist. Die Anordnung einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex erfüllt eine Bedingung einer M-Punktschwingung. In dem Abschnitt der Resonanzmodenbildungsschicht, der in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, ist in dem virtuellen quadratischen Gitter, das auf der Ebene festgelegt ist, der Schwerpunkt jedes einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex in einem von einem ersten Modus und einem zweiten Modus angeordnet. Im ersten Modus ist der Schwerpunkt jedes einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex entfernt von dem entsprechenden Gitterpunkt angeordnet, und ein Winkel eines Vektors, der den entsprechenden Gitterpunkt mit dem Schwerpunkt verbindet, bezüglich des virtuellen quadratischen Gitters ist individuell festgelegt. Im zweiten Modus ist der Schwerpunkt jedes einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex auf einer geraden Linie angeordnet, die den Gitterpunkt des virtuellen quadratischen Gitters durchläuft und bezüglich des quadratischen Gitters geneigt ist, und ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt von jedem der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex und dem entsprechenden Gitterpunkt ist individuell festgelegt. Die Verteilung des Winkels des Vektors im ersten Modus oder die Verteilung des Abstandes im zweiten Modus erfüllt eine Bedingung dafür, Licht von dem Intensitätsmodulationsabschnitt in einer Richtung auszugeben, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Lichtquellenmodul bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Phasenverteilung von Licht dynamisch zu steuern.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie III-III aus 1 schematisch darstellt.
4 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV aus 1 schematisch darstellt.
Die 5A und 5B sind Diagramme zur Erläuterung von Γ-Punktschwingung in einem realen Raum bzw. einem reziproken Gitterraum.
Die 6A bis 6D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 7A bis 7D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 8A bis 8D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 9A bis 9D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 10A bis 10D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 11A bis 11D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 12A bis 12D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform.
Die 13A und 13B sind Ansichten, die einen Schritt der Flip-Chip-Montage des Lichtquellenmoduls an einer Steuerplatine darstellt.
14 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Lichtquellenmoduls als ein erstes Abwandlungsbeispiel schematisch darstellt.
Die 15A bis 15D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 16A bis 16D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 17A bis 17D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 18A bis 18D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 19A bis 19D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 20A bis 20D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 21A bis 21D sind Diagramme zur Erläuterung eines Schritts der Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem ersten Abwandlungsbeispiel.
Die 22A und 22B sind Ansichten, die einen Schritt der Flip-Chip-Montage des Lichtquellenmoduls an einer Steuerplatine darstellt.
23 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul nach einem zweiten Abwandlungsbeispiel.
24 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls nach dem zweiten Abwandlungsbeispiel.
25 ist eine Draufsicht, die alle der Größen und Positionsbeziehungen eines Bereichs mit modifiziertem Brechungsindex, einer ersten Elektrode, einer dritten Elektrode und eines Schlitzes mit der gleichen Vergrößerung wie ein Beispiel des zweiten Abwandlungsbeispiels darstellt.
Die 26A und 26B sind Diagramme zur Erläuterung einer Wirkung eines Phasenverschiebungsabschnitts.
27 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul nach einem dritten Abwandlungsbeispiel.
28 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls nach dem dritten Abwandlungsbeispiel.
29 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie XXIX-XXIX aus 27 schematisch darstellt.
30 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie XXX-XXX aus 27 schematisch darstellt.
Die 31A und 31B sind Diagramme zur Erläuterung von M-Punktschwingung in einem realen Raum bzw. einem reziproken Gitterraum.
32 ist eine Draufsicht auf eine Resonanzmodenbildungsschicht eines Intensitätsmodulationsabschnitts.
33 ist eine vergrößerte Ansicht eines Einheitsbestandteilsbereichs.
34 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Koordinatentransformation von sphärischen Koordinaten (r, θ_rot, θ_tilt) zu Koordinaten (ξ, η, ζ) in einem orthogonalen X'Y'Z-Koordinatensystem.
35 ist eine Draufsicht, die einen reziproken Gitterraum darstellt, der mit einer Phasenmodulationsschicht einer Lichtemittiervorrichtung in Verbindung steht, die M-Punktschwingung durchführt.
36 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Zustand erläutert, in dem ein Beugungsvektor zu einem in der Ebene liegenden Wellenzahlvektor addiert wird.
37 ist ein Diagramm zur schematischen Erläuterung einer Umfangsstruktur einer Lichtlinie.
38 ist ein Diagramm, das konzeptionell ein Beispiel einer Phasenverteilung φ₂ (x, y) erläutert.
39 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Erläuterung eines Zustands, in dem ein Beugungsvektor zu einem Vektor addiert wird, der erhalten wird, indem eine Wellenzahlstreubreite von in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren in vier Richtungen entfernt wird.
40 ist eine Draufsicht, die einen weiteren Modus einer Resonanzmodenbildungsschicht eines Intensitätsmodulationsabschnitts darstellt.
41 ist ein Diagramm, das eine Anordnung eines Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex in einer Resonanzmodenbildungsschicht 14B darstellt.
42 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul nach einem vierten Abwandlungsbeispiel.
43 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls.
Die 44A bis 44H sind Diagramme zur Erläuterung einer Technik, die in der Nicht-Patentschrift 1 beschrieben wird.
Die 45A und 45B sind Diagramme zur Erläuterung einer Technik, die in der Nicht-Patentschrift 2 beschrieben wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
[Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Zunächst werden die Inhalte der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzeln aufgeführt und beschrieben.
(1) Ein erstes Lichtquellenmodul nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Halbleiterstapelabschnitt, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen gestapelten Körper, der eine aktive Schicht und eine photonische Kristallschicht umfasst. Der gestapelte Körper, der die aktive Schicht und die photonische Kristallschicht umfasst, ist zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Die photonische Kristallschicht bewirkt eine Schwingung an einem Γ-Punkt. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst einen Phasensynchronisationsabschnitt und einen Intensitätsmodulationsabschnitt, die in einer ersten Richtung, die eine von Resonanzrichtungen der photonischen Kristallschicht ist, angeordnet sind. Ein Abschnitt des gestapelten Körpers, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, weist M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel auf, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die die erste Richtung schneidet. Jedes der M Pixel umfasst N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel, die in der zweiten Richtung angeordnet sind. Eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, die in der zweiten Richtung definiert ist, ist kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht. Die erste Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die zweite Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die dritte Elektrode ist in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen, und ist mit einem von einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Die vierte Elektrode ist mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Das Lichtquellenmodul gibt Licht von jedem der M Pixel, die in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten sind, in einer Richtung aus, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Wenn in dem ersten Lichtquellenmodul ein Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode zugeführt wird, emittieren die aktiven Schichten, die in dem Phasensynchronisationsabschnitt und dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten sind, Licht. Das Licht, das von der aktiven Schicht ausgegeben wird, tritt in die photonische Kristallschicht ein und resoniert in zwei Richtungen einschließlich der ersten Richtung, die rechtwinklig zu der Dickenrichtung in der photonischen Kristallschicht sind. Dieses Licht wird zu einem phasenangepassten kohärenten Laserlichtstrahl in der photonischen Kristallschicht des Phasensynchronisationsabschnitts. Da die photonische Kristallschicht, die in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, in der ersten Richtung bezüglich der photonischen Kristallschicht angeordnet ist, die in dem Phasensynchronisationsabschnitt enthalten ist, stimmt ferner eine Phase des Laserlichtstrahls in der photonischen Kristallschicht jedes Subpixels mit einer Phase des Laserlichtstrahls in der photonischen Kristallschicht des Phasensynchronisationsabschnitts überein, und somit werden die Phasen der Laserlichtstrahlen in der photonischen Kristallschicht zwischen den Subpixeln angepasst. Da die photonische Kristallschicht eine Γ-Punktschwingung bewirkt, wird der phasenangepasste Laserlichtstrahl von jedem Subpixel, das in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, in einer Richtung ausgegeben, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet (typischerweise die Dickenrichtung des Intensitätsmodulationsabschnitts).
Die dritte Elektrode ist in eins-zu-eins Entsprechung zu jedem Subpixel vorgesehen. Daher kann die Größe des Stroms, der dem Intensitätsmodulationsabschnitt zugeführt wird, individuell für jedes Subpixel eingestellt werden. Das heißt, die Lichtintensität des Laserlichtstrahls, der von dem Intensitätsmodulationsabschnitt ausgegeben wird, kann individuell (unabhängig) für jedes Subpixel eingestellt werden. Ferner ist in dem ersten Lichtquellenmodul in jedem Pixel eine Länge des Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, in der zweiten Richtung (das heißt, der Anordnungsrichtung der Subpixel) kleiner als die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht, das heißt, die Wellenlänge des Laserlichtstrahls. In einem Fall, in dem die Subpixel, die Licht zur gleichen Zeit ausgeben, auf die aufeinanderfolgenden N₂ Subpixel von den N₁ Subpixeln, die jedes Pixel bilden, beschränkt sind, kann jedes Pixel äquivalent als ein Pixel angesehen werden, das eine einzige Phase aufweist. In einem Fall, in dem die Phasen der Laserlichtstrahlen, die von den N₁ Subpixeln ausgegeben werden, die jedes Pixel bilden, aneinander angepasst sind, wird die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel ausgegeben wird, gemäß einer Intensitätsverteilung bestimmt, die durch die N₁ Subpixel realisiert wird, die das Pixel bilden. Daher kann gemäß dem ersten Lichtquellenmodul die Phasenverteilung des Lichts dynamisch gesteuert werden.
(2) Ein zweites Lichtquellenmodul nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Halbleiterstapelabschnitt, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen gestapelten Körper, der eine aktive Schicht und eine Resonanzmodenbildungsschicht umfasst. Der gestapelte Körper, der die aktive Schicht und die Resonanzmodenbildungsschicht umfasst, ist zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet. Der Halbleiterstapelabschnitt umfasst einen Phasensynchronisationsabschnitt und einen Intensitätsmodulationsabschnitt, die in einer ersten Richtung, die eine von Resonanzrichtungen der Resonanzmodenbildungsschicht ist, angeordnet sind. Ein Abschnitt des gestapelten Körpers, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, weist M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel auf, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die die erste Richtung schneidet. Jedes der M Pixel umfasst N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel, die in der zweiten Richtung angeordnet sind. Eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und Nioder weniger) Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, die in der zweiten Richtung definiert ist, ist kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht. Die erste Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die zweite Elektrode ist mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet. Die dritte Elektrode ist in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen, und ist mit einem von einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Die vierte Elektrode ist mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Die Resonanzmodenbildungsschicht umfasst eine Basisschicht und eine Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet, und zweidimensional auf einer Ebene verteilt sind, die rechtwinklig zu einer Dickenrichtung der Resonanzmodenbildungsschicht ist. Die Anordnung einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex erfüllt eine Bedingung einer M-Punktschwingung. In dem Abschnitt der Resonanzmodenbildungsschicht, der in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, ist in dem virtuellen quadratischen Gitter, das auf der Ebene festgelegt ist, der Schwerpunkt jedes einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex in einem von einem ersten Modus und einem zweiten Modus angeordnet. Im ersten Modus ist der Schwerpunkt jedes einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex entfernt von dem entsprechenden Gitterpunkt angeordnet, und ein Winkel eines Vektors, der den entsprechenden Gitterpunkt mit dem Schwerpunkt verbindet, bezüglich des virtuellen quadratischen Gitters ist individuell festgelegt. Im zweiten Modus ist der Schwerpunkt jedes einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex auf einer geraden Linie angeordnet, die den Gitterpunkt des virtuellen quadratischen Gitters durchläuft und bezüglich des quadratischen Gitters geneigt ist, und ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt von jedem der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex und dem entsprechenden Gitterpunkt ist individuell festgelegt. Die Verteilung des Winkels des Vektors im ersten Modus oder die Verteilung des Abstandes im zweiten Modus erfüllt eine Bedingung dafür, Licht von dem Intensitätsmodulationsabschnitt in einer Richtung auszugeben, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Wenn in dem zweiten Lichtquellenmodul ein Strom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und zwischen der dritten Elektrode und der vierten Elektrode zugeführt wird, emittieren die aktiven Schichten des Phasensynchronisationsabschnitts und des Intensitätsmodulationsabschnitts Licht. Das Licht, das von der aktiven Schicht ausgegeben wird, tritt in die Resonanzmodenbildungsschicht ein und resoniert in zwei Richtungen einschließlich der ersten Richtung, die rechtwinklig zu der Dickenrichtung in der Resonanzmodenbildungsschicht sind. Dieses Licht wird zu einem phasenangepassten kohärenten Laserlichtstrahl in der Resonanzmodenbildungsschicht des Phasensynchronisationsabschnitts. Da jede Resonanzmodenbildungsschicht des Intensitätsmodulationsabschnitts, der in eine Mehrzahl der Subpixel unterteilt ist, in der ersten Richtung bezüglich der Resonanzmodenbildungsschicht des Phasensynchronisationsabschnitts angeordnet ist, stimmt ferner die Phase des Laserlichtstrahls in der Resonanzmodenbildungsschicht jedes Subpixels mit der Phase des Laserlichtstrahls in der Resonanzmodenbildungsschicht des Phasensynchronisationsabschnitts überein, und somit werden die Phasen der Laserlichtstrahlen in der Resonanzmodenbildungsschicht zwischen den Subpixeln angepasst.
Die Resonanzmodenbildungsschicht des zweiten Lichtquellenmoduls bewirkt die M-Punktschwingung, jedoch erfüllt in einem Abschnitt der Resonanzmodenbildungsschicht, der in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, eine Verteilungsform einer Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex eine Bedingung dafür, dass Licht von dem Intensitätsmodulationsabschnitt in einer Richtung ausgegeben wird, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet. Daher wird der phasenangepasste Laserlichtstrahl von jedem Subpixel, das in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten ist, in einer Richtung ausgegeben, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Die dritte Elektrode ist in eins-zu-eins Entsprechung zu jedem Subpixel vorgesehen. Daher kann die Größe des Stroms, der dem Intensitätsmodulationsabschnitt zugeführt wird, individuell für jedes Subpixel eingestellt werden. Das heißt, die Lichtintensität des Laserlichtstrahls, der von dem Intensitätsmodulationsabschnitt ausgegeben wird, kann individuell (unabhängig) für jedes Subpixel eingestellt werden. Ferner ist auch in dem zweiten Lichtquellenmodul in jedem Pixel eine Länge des Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, in der zweiten Richtung (das heißt, der Anordnungsrichtung der Subpixel) kleiner als die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht, das heißt, die Wellenlänge des Laserlichtstrahls. In einem Fall, in dem die Subpixel, die Licht zur gleichen Zeit ausgeben, auf die aufeinanderfolgenden N₂ Subpixel von den N₁ Subpixeln, die jedes Pixel bilden, beschränkt sind, kann jedes Pixel äquivalent als ein Pixel angesehen werden, das eine einzige Phase aufweist. In einem Fall, in dem die Phasen der Laserlichtstrahlen, die von den N₁ Subpixeln ausgegeben werden, die jedes Pixel bilden, aneinander angepasst sind, wird die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel ausgegeben wird, gemäß einer Intensitätsverteilung bestimmt, die durch die N₁ Subpixel realisiert wird, die das Pixel bilden. Daher kann gemäß dem zweiten Lichtquellenmodul die Phasenverteilung des Lichts dynamisch gesteuert werden.
(3) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem zweiten Lichtquellenmodul ein Abschnitt der Resonanzmodenbildungsschicht, der in dem Phasensynchronisationsabschnitt enthalten ist, eine photonische Kristallstruktur aufweisen, in der eine Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex periodisch angeordnet sind. In diesem Fall kann der phasenangepasste Laserlichtstrahl von dem Phasensynchronisationsabschnitt jedem Subpixel zugeführt werden.
(4) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem zweiten Lichtquellenmodul eine Bedingung dafür, dass Licht in einer Richtung, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet, von dem Intensitätsmodulationsabschnitt ausgegeben wird, sein, dass die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren in vier Richtungen, die jeweils eine Wellenzahlstreubreite umfassen, die der Winkelstreubreite des von dem Intensitätsmodulationsabschnitt ausgegebenen Lichts entspricht, an einem reziproken Gitterraum der Resonanzmodenbildungsschicht gebildet sind, und die Größe von zumindest einem in der Ebene liegenden Wellenzahlvektor von den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren in den vier Richtungen kleiner als 2π/λ ist.
(5) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem ersten Lichtquellenmodul die photonische Kristallschicht einen Phasenverschiebungsabschnitt umfassen, der in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen ist, wobei der Phasenverschiebungsabschnitt ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Phasen von Licht, das von jedem Pixel in der ersten Richtung ausgegeben wird, zwischen den N₁ Subpixeln voneinander verschieden sind. In ähnlicher Weise kann als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung in dem zweiten Lichtquellenmodul die Resonanzmodenbildungsschicht einen Phasenverschiebungsabschnitt umfassen, der in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen ist, wobei der Phasenverschiebungsabschnitt ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Phasen von Licht, das von jedem Pixel in der ersten Richtung ausgegeben wird, zwischen den N₁ Subpixeln voneinander verschieden sind. In diesem Fall ist die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel in der ersten Richtung ausgegeben wird, für jedes Subpixel unterschiedlich. Daher ist die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel in einer Richtung ausgegeben wird, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet, ebenfalls für jedes Subpixel unterschiedlich. Die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel ausgegeben wird, wird gemäß der Intensitätsverteilung und der Phasenverteilung der N₁ Subpixel bestimmt, die das Pixel bilden. In diesem Fall ist es möglich, die Phasenverteilung des Lichts in einer Ausgaberichtung dynamisch zu modulieren, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet, und der Freiheitsgrad des Steuerns der Phasenverteilung des Lichts wird weiter erhöht.
(6) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem ersten und dem zweiten Lichtquellenmodul die erste Elektrode mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in Kontakt sein und die gesamte Oberfläche des Abschnitts der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp bedecken, der in dem Phasensynchronisationsabschnitt enthalten ist. Ferner kann die zweite Elektrode mit dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Kontakt sein und die gesamte Oberfläche der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp bedecken, die in dem Phasensynchronisationsabschnitt enthalten ist. In diesem Fall wird der Laserlichtstrahl, der von dem Phasensynchronisationsabschnitt in der Stapelrichtung ausgegeben wird, durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode abgeschirmt. Insbesondere bewirkt in dem ersten Lichtquellenmodul die photonische Kristallschicht des Phasensynchronisationsabschnitts eine Γ-Punktschwingung, und somit ist eine solche Abschirmung durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode effektiv.
(7) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem ersten und dem zweiten Lichtquellenmodul die dritte Elektrode mit einem von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Kontakt sein, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Ferner kann die vierte Elektrode eine Rahmenform aufweisen, die eine Öffnung umgibt, um den Durchgang von Licht zu erlauben, und kann mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Kontakt sein, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. In diesem Fall kann, während ein ausreichender Strom der aktiven Schicht des Intensitätsmodulationsabschnitts zugeführt wird, der Laserlichtstrahl von dem Intensitätsmodulationsabschnitt in einer Richtung ausgegeben werden, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
(8) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem ersten und dem zweiten Lichtquellenmodul der Halbleiterstapelabschnitt eine Mehrzahl von Schlitzen umfassen. Die Subpixel und eine Mehrzahl der Schlitze sind abwechselnd einer nach dem anderen in der zweiten Richtung angeordnet. In diesem Fall kann der Intensitätsmodulationsabschnitt in eine Mehrzahl von Subpixeln mit einem einfachen Aufbau unterteilt werden.
(9) Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann in dem ersten und dem zweiten Lichtquellenmodul sowohl die Anzahl N₁ und die Anzahl N₂, die oben beschrieben werden, drei oder mehr betragen. In diesem Fall kann die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel in der ersten Richtung ausgegeben wird, in einem Bereich von 0° bis 360° gesteuert werden.
Wie oben beschrieben, ist jeder Aspekt, der in dem Abschnitt [Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung] aufgeführt wird, auf jeden der verbleibenden Aspekte oder auf alle Kombinationen dieser verbleibenden Aspekte anwendbar.
[Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
Hiernach wird eine spezifische Struktur des Lichtquellenmoduls nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist, sondern durch die Ansprüche angezeigt wird, und Bedeutungen umfassen soll, die zu den Ansprüchen und allen Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung äquivalent sind. Bei der Beschreibung der Zeichnungen werden ferner die gleichen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird weggelassen.
1 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul 1A nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls 1A. 3 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie III-III aus 1 schematisch darstellt. 4 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV aus 1 schematisch darstellt. In den 1 bis 4 wird ein gemeinsames orthogonales XYZ-Koordinatensystem dargestellt. Das Lichtquellenmodul 1A umfasst einen Halbleiterstapelabschnitt 10, eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22, eine Mehrzahl von dritten Elektroden 23, eine vierte Elektrode 24 und einen Antireflektionsfilm 25. Der Halbleiterstapelabschnitt 10 umfasst ein Halbleitersubstrat 11, das eine Hauptoberfläche 11a und eine der Hauptoberfläche 11a gegenüberliegende rückseitige Oberfläche 11b aufweist, und eine Mehrzahl von Halbleiterschichten, die auf der Hauptoberfläche 11a gestapelt sind. Eine Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 11( das heißt eine Normalenrichtung der Hauptoberfläche 11a) und die Stapelrichtung einer Mehrzahl der Halbleiterschichten fallen mit einer Z-Richtung zusammen. Eine Mehrzahl der Halbleiterschichten des Halbleiterstapelabschnitts 10 umfassen eine erste Mantelschicht 12, eine aktive Schicht 13, eine photonische Kristallschicht 14, eine zweite Mantelschicht 15 und eine Kontaktschicht 16.
Die Hauptoberfläche 11a und die rückseitige Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 sind flach und parallel zueinander. Das Halbleitersubstrat 11 wird dazu verwendet, eine Mehrzahl von Halbleiterschichten des Halbleiterstapelabschnitts 10 epitaktisch aufzuwachsen. In einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterschichten des Halbleiterstapelabschnitts 10 GaAs-basierte Halbleiterschichten sind, ist das Halbleitersubstrat 11 beispielsweise ein GaAs-Substrat. In einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterschichten des Halbleiterstapelabschnitts 10 InP-basierte Halbleiterschichten sind, ist das Halbleitersubstrat 11 beispielsweise ein InP-Substrat. In einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterschichten des Halbleiterstapelabschnitts 10 GaN-basierte Halbleiterschichten sind, ist das Halbleitersubstrat 11 beispielsweise ein GaN-Substrat. Eine Dicke des Halbleitersubstrats 11 liegt beispielsweise in einem Bereich von 50 µm bis 1000 µm. Das Halbleitersubstrat 11 weist eine Leitfähigkeit vom p-Typ oder von n-Typ auf. Eine ebene Form der Hauptoberfläche 11a ist beispielsweise eine rechteckige oder quadratische Form.
Die erste Mantelschicht 12 ist eine Halbleiterschicht, die auf der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 durch Epitaxialwachstum gebildet wurde. Die erste Mantelschicht 12 weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den des Halbleitersubstrats 11 auf. Das Halbleitersubstrat 11 und die erste Mantelschicht 12 bilden die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in der vorliegenden Offenbarung. Die erste Mantelschicht 12 kann durch Epitaxialwachstum direkt auf der Hauptoberfläche 11a bereitgestellt werden, oder kann auf der Hauptoberfläche 11a über eine Pufferschicht bereitgestellt werden, die zwischen der Hauptoberfläche 11a und der ersten Mantelschicht 12 vorgesehen ist. Die aktive Schicht 13 ist eine Halbleiterschicht, die auf der ersten Mantelschicht 12 durch Epitaxialwachstum gebildet wurde. Die aktive Schicht 13 erzeugt Licht, indem sie eine Stromzufuhr empfängt. Die photonische Kristallschicht 14 ist eine Halbleiterschicht, die auf der aktiven Schicht 13 durch Epitaxialwachstum gebildet wurde. Die zweite Mantelschicht 15 ist eine Halbleiterschicht, die auf der photonischen Kristallschicht 14 durch Epitaxialwachstum gebildet wurde. Die Kontaktschicht 16 ist eine Halbleiterschicht, die auf der zweiten Mantelschicht 15 durch Epitaxialwachstum gebildet wurde. Die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 weisen einen Leitfähigkeitstyp auf, der dem der ersten Mantelschicht 12 entgegengesetzt ist. Die zweite Mantelschicht15 und die Kontaktschicht 16 bilden die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der vorliegenden Offenbarung.
Ein Brechungsindex der aktiven Schicht 13 ist größer als die Brechungsindices der ersten Mantelschicht 12 und der zweiten Mantelschicht 15, und eine Bandlücke der aktiven Schicht 13 ist kleiner als Bandlücken der ersten Mantelschicht 12 und der zweiten Mantelschicht 15. Die photonische Kristallschicht 14 kann zwischen der ersten Mantelschicht 12 und der aktiven Schicht 13 oder zwischen der aktiven Schicht 13 und der zweiten Mantelschicht 15 vorgesehen sein. Eine weitere Halbleiterschicht (beispielsweise eine optische Begrenzungsschicht) kann des Weiteren zwischen der aktiven Schicht 13 und der photonischen Kristallschicht 14 und der ersten Mantelschicht 12, zwischen der aktiven Schicht 13 und der photonischen Kristallschicht 14 und der zweiten Mantelschicht 15 oder beidem vorgesehen sein.
Die photonische Kristallschicht 14 weist ein zweidimensionales Beugungsgitter auf. Die photonische Kristallschicht 14 umfasst eine Basisschicht 14a und eine Mehrzahl von Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die innerhalb der Basisschicht 14a vorgesehen sind. Brechungsindices der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex unterscheiden sich von dem Brechungsindex der Basisschicht 14a. Die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex sind in konstanten Abständen in der X-Richtung und der Y-Richtung in der Basisschicht 14a vorgesehen. Jeder der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex kann ein Loch sein, oder kann ausgebildet sein, indem ein Halbleiter in dem Loch eingebettet wird, der einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem der Basisschicht 14a unterscheidet. Die ebene Form jedes der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex kann unterschiedlich sein, wie etwa eine Kreisform, eine mehreckige Form (Dreieck, Viereck und dergleichen) und eine elliptische Form.
Die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex sind in Abständen angeordnet, um eine Bedingung für Γ-Punktschwingung bezüglich der Emissionswellenlänge der aktiven Schicht 13 zu erfüllen. 5A ist ein Diagramm zur Erläuterung der Γ-Punktschwingung im realen Raum. 5B ist ein Diagramm zur Erläuterung der Γ-Punktschwingung in einem reziproken Gitterraum. Die in den 5A und 5B dargestellten Kreise repräsentieren die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex.
5A stellt einen Fall dar, in dem sich der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex an einer Öffnung im Mittelpunkt des Gitterrahmens des quadratischen Gitters im realen Raum befindet, in dem ein dreidimensionales, orthogonales XYZ-Koordinatensystem festgelegt ist. Ein Gitterabstand des quadratischen Gitters ist a, und ein Schwerpunktabstand der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die in einer X-Achsenrichtung und einer Y-Achsenrichtung benachbart sind, ist ebenfalls a. Die Schwingung am Γ-Punkt in der photonischen Kristallschicht 14 tritt in einem Fall auf, in dem λ/n mit a übereinstimmt, in dem die Emissionswellenlänge der aktiven Schicht 13 λ ist, und ein effektiver Brechungsindex der photonischen Kristallschicht 14 bei der Wellenlänge λ n ist. 5B stellt ein reziprokes Gitter des Gitters aus 5A dar, und der Abstand zwischen benachbarten Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex in einer Längsrichtung (Γ-Y) oder einer Querrichtung (Γ-X) beträgt 2π/a. Dieses 2π/a stimmt mit 2n_eπ/λ überein (n_e ist der effektive Brechungsindex der photonischen Kristallschicht 14). Man beachte, dass in diesem Beispiel der Fall beschrieben wurde, in dem sich der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex an der Öffnung in der Mitte des Gitterrahmens des quadratischen Gitters befindet, der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex sich jedoch an der Öffnung in der Mitte des Gitterrahmens eines anderen Gitters befinden kann (beispielsweise eines dreieckigen Gitters).
Es wird erneut auf die 1 bis 4 Bezug genommen. Wie in 1 gezeigt, ist eine kreuzförmige Markierung 19 zur Positionierung, die zum Zeitpunkt der Herstellung des Lichtquellenmoduls 1A verwendet wird, an einer Grenzfläche zwischen der photonischen Kristallschicht 14 und der zweiten Mantelschicht 15 ausgebildet. Bei einem Beispiel sind in einer Draufsicht die Markierungen 19 in der Nähe von vier Ecken des Lichtquellenmoduls 1A ausgebildet, mit Ausnahme eines Bereichs, in dem ein Phasensynchronisationsabschnitt 17 und ein Intensitätsmodulationsabschnitt 18, die später zu beschrieben sind, ausgebildet sind.
Der Halbleiterstapelabschnitt 10 umfasst den Phasensynchronisationsabschnitt 17 und den Intensitätsmodulationsabschnitt 18. Der Phasensynchronisationsabschnitt 17 und der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 sind in einer Y-Richtung (in einer ersten Richtung) angeordnet, die eine der Resonanzrichtungen der photonischen Kristallschicht 14 ist. Bei einem Beispiel sind der Phasensynchronisationsabschnitt 17 und der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 in der Y-Richtung zueinander benachbart. Es kann ein weiterer Abschnitt zwischen dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 und dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 angeordnet sein. Die ebenen Formen des Phasensynchronisationsabschnitts 17 und des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 sind beispielsweise rechteckig oder quadratisch. Bei einem Beispiel weisen der Phasensynchronisationsabschnitt 17 und der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ein Paar Seiten, die einander in der X-Richtung zugewandt sind, und ein Paar Seiten auf, die einander in der Y-Richtung zugewandt sind. Eine Seite des Phasensynchronisationsabschnitts 17 auf der Seite des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in der X-Richtung und eine Seite des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 auf der Seite des Phasensynchronisationsabschnitts 17 in der X-Richtung sind einander zugewandt, während sie voneinander getrennt sind, oder sie fallen zusammen. In dem Beispiel, das in den 1 bis 4 dargestellt wird, sind die Formen des Phasensynchronisationsabschnitts 17 und des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 rechteckige Formen, von denen eine Längsrichtung mit der X-Richtung übereinstimmt, und von denen eine Richtung der kurzen Länge mit der Y-Richtung übereinstimmt. Die Fläche der ebenen Form des Phasensynchronisationsabschnitts 17 kann größer als die Fläche der ebenen Form des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 sein, kann gleich der Fläche der ebenen Form des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 sein, oder kann kleiner als die Fläche der ebenen Form des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 sein.
Wie in den 1 und 4 gezeigt, weisen die aktive Schicht 13 und die photonische Kristallschicht 14 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel Pa auf. Obwohl zwei Pixel Pa beispielhaft in 1 dargestellt sind, und vier Pixel Pa beispielhaft in 4 dargestellt sind, ist die Zahl M der Pixel Pa eine beliebige Zahl von zwei oder mehr. Die Pixel Pa sind in einer Richtung nebeneinander angeordnet, die die Y-Richtung schneidet (zweite Richtung, beispielsweise die X-Richtung). Eine ebene Form jedes Pixels Pa ist beispielsweise rechteckig oder quadratisch. Das heißt, jedes Pixel Pa weist ein Paar Seiten, die einander in der X-Richtung zugewandt sind, und ein Paar Seiten auf, die einander in der Y-Richtung zugewandt sind.
Jedes Pixel Pa umfasst N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel Pb, die in der Anordnungsrichtung (beispielsweise der X-Richtung) des Pixels Pa angeordnet sind. Die 1 und 4 stellen beispielhaft einen Fall dar, in dem die Anzahl N₁ der Pixel Pa drei beträgt, jedoch kann die Anzahl N₁ zwei oder die beliebige Zahl von vier oder mehr sein. Eine ebene Form jedes Subpixels Pb ist eine rechteckige Form, von der eine Längsrichtung mit der Y-Richtung übereinstimmt, und von der eine Richtung der kurzen Länge mit der Anordnungsrichtung der Subpixel Pb (beispielsweise der X-Richtung) übereinstimmt. Eine Seite entlang der Anordnungsrichtung des Phasensynchronisationsabschnitts 17 und eine Seite entlang der Anordnungsrichtung jedes Subpixels Pb sind einander zugewandt, während sie voneinander getrennt sind, oder sie fallen zusammen. Jedes Subpixel Pb ist direkt optisch mit dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 gekoppelt, ohne durch die anderen Subpixel Pb durchzugehen. In jedem Pixel Pa ist eine Länge Da eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) Subpixel Pb umfasst, die in der Anordnungsrichtung (spezifisch ein Abstand zwischen zwei Schlitzen S, die den Bereich umfassen) definiert ist, kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13 (das heißt der Wellenlänge des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird). Hier meint die Wellenlänge λ eine Wellenlänge in der Atmosphäre. Zum Beispiel beträgt in einem Fall, in dem N₁ = 3 und N₂ = 2 die Länge jedes Pixels Pa in der Anordnungsrichtung das 1,5-fache der Länge Da. In einem Fall, in dem zumindest zwei Subpixel, die nicht zueinander in jedem Pixel Pa benachbart sind (die voneinander durch ein weiteres dazwischenliegendes Subpixel Pb getrennt sind), gleichzeitig den Laserlichtstrahl Lausgeben, kann die Länge, die in der Anordnungsrichtung der Pixel Pa definiert ist, kleiner als die Emissionswellenlänge λ sein.
Der Halbleiterstapelabschnitt 10 umfasst des Weiteren eine Mehrzahl der Schlitze S. Jeder der Schlitze S ist eine Nut, die in dem Halbleiterstapelabschnitt 10 gebildet ist, und ist eine Lücke. Die Schlitze S erstrecken sich in der Y-Richtung und in der Z-Richtung, die eine Tiefenrichtung ist, und die Subpixel Pb und die Schlitze S sind abwechselnd einer nach dem anderen in der Anordnungsrichtung der Subpixel Pb (beispielsweise der X-Richtung) angeordnet. Daher befindet sich der Schlitz S zwischen den Subpixeln Pb, die zueinander benachbart sind. Man beachte, dass es sein kann, dass der Schlitz S keine Lücke ist, und beispielsweise mit einem Material gefüllt sein kann, das einen größeren Widerstand und einen höheren Brechungsindex als die aktive Schicht 13 und die photonische Kristallschicht 14 aufweist. Der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ist durch den Schlitz S optisch und elektrisch in eine Mehrzahl der Subpixel Pb unterteilt. Eine Breite jedes Schlitzes S, die in der Anordnungsrichtung der Subpixel Pb definiert ist, ist kleiner als λ/N₁, und ein Abstand zwischen den benachbarten Schlitzen S (das heißt eine Breite jedes Subpixels Pb in der Anordnungsrichtung) ist kleiner als λ/N₁.
Die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 sind Metallelektroden, die in dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 vorgesehen sind. Die erste Elektrode 21 ist mit der Kontaktschicht 16 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 elektrisch verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Elektrode 21 eine Ohmsche Elektrode, die in Kontakt mit einer Oberfläche der Kontaktschicht 16 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 ist und die gesamte Oberfläche der Kontaktschicht 16 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bedeckt. Die zweite Elektrode 22 ist mit dem Halbleitersubstrat 11 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 elektrisch verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Elektrode 22 eine Ohmsche Elektrode, die in Kontakt mit der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 ist und die gesamte rückseitige Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bedeckt. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, und es sein kann, dass die erste Elektrode 21 nur einen Teil der Oberfläche der Kontaktschicht 16 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bedeckt, und die zweite Elektrode 22 nur einen Teil der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bedeckt. Die zweite Elektrode 22 kann in Ohmschen Kontakt mit der ersten Mantelschicht 12 anstatt mit dem Halbleitersubstrat 11 sein.
Die dritte Elektrode 23 und die vierte Elektrode 24 sind Metallelektroden, die in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 vorgesehen sind. Die dritte Elektrode 23 ist mit der Kontaktschicht 16 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 elektrisch verbunden. Bei einem Beispiel ist die dritte Elektrode 23 eine Ohmsche Elektrode, die mit der Oberfläche der Kontaktschicht 16 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in Kontakt ist. Die dritte Elektrode 23 ist in eins-zu-eins Entsprechung zu jedem Subpixel Pb vorgesehen. Das heißt, M × N₁ dritte Elektroden 23 sind auf der Kontaktschicht 16 in Entsprechung zu den jeweiligen Subpixeln Pb vorgesehen. Eine ebene Form jeder der dritten Elektroden 23 ist der ebenen Form jedes Subpixels Pb ähnlich, und ist beispielsweise eine rechteckige Form, von der eine Längsrichtung davon mit der Y-Richtung übereinstimmt.
Die vierte Elektrode 24 ist mit dem Halbleitersubstrat 11 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 elektrisch verbunden. Bei einem Beispiel ist die vierte Elektrode 24 eine Ohmsche Elektrode, die mit der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in Kontakt ist. Die vierte Elektrode 24 weist eine Öffnung 24a auf, durch die der Laserlichtstrahl L läuft, der von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ausgegeben wird. Eine ebene Form der vierten Elektrode 24 ist eine rechteckige oder quadratische Rahmenform, die die Öffnung 24a umgibt. Der Laserlichtstrahl L wird von jedem Pixel Pa in einer Richtung ausgegeben, die sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung schneidet (beispielsweise die Z-Richtung).
Der Antireflektionsfilm 25 ist innerhalb der Öffnung 24a der vierten Elektrode 24 auf der rückseitigen Oberfläche 11b vorgesehen, und verhindert, dass der Laserlichtstrahl L, der von dem Halbleitersubstrat 11 ausgegeben werden soll, durch die rückseitige Oberfläche 11b reflektiert wird. Der Antireflektionsfilm 25 besteht aus einem anorganischen Material, wie etwa einer Siliziumverbindung.
Der Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats 11 und der ersten Mantelschicht 12 ist beispielsweise der n-Typ. Der Leitfähigkeitstyp der zweiten Mantelschicht 15 und der Kontaktschicht 16 ist beispielsweise der p-Typ. Ein spezifisches Beispiel des Lichtquellenmoduls 1A wird unten beschrieben.
(Spezifisches Beispiel)

Das Halbleitersubstrat 11: GaAs-Substrat vom n-Typ (Dicke ungefähr 150 µm)
Die erste Mantelschicht 12: AlGaAs vom n-Typ (Brechungsindex: 3,39, Dicke: 0,5 µm oder mehr und 5 µm oder weniger)
Die aktive Schicht 13: InGaAs/AIGaAs-Struktur mit mehreren Quantentöpfen (Dicke der InGaAs-Schicht: 10 nm, Dicke der AlGaAs-Schicht: 10 nm, und 3 Perioden)
Die zweite Mantelschicht 15: AlGaAs vom p-Typ (Brechungsindex: 3,39, Dicke: 0,5 µm oder mehr und 5 µm oder weniger)
Die Kontaktschicht 16: GaAs vom p-Typ (Dicke: 0,05 µm oder mehr und 1 µm oder weniger)
Die Basisschicht 14a: GaAs vom i-Typ (Dicke: 0,1 µm oder mehr und 2 µm oder weniger)
Der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex: Poren, Anordnungsperiode: 282 nm
Die erste Elektrode 21 und die dritte Elektrode 23: Cr/Au oder Ti/Au
Eine Anordnungsschrittweite der dritten Elektrode 23 (Anordnungsschrittweite der Subpixel Pb) 564 nm
Die Gesamtzahl der dritten Elektroden 23 (die Gesamtzahl M × N₁ der Subpixel Pb): 351
Die Gesamtzahl M der Pixel Pa: 117
Die zweite Elektrode 22 und die vierte Elektrode 24: GeAu/Au
Der Antireflektionsfilm 25: beispielsweise ein Siliziumverbindungsfilm aus SiN, SiO₂ oder dergleichen (Dicke 0,1 µm oder mehr und 0,5 µm oder weniger)
Breiten des Phasensynchronisationsabschnitts 17 und des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in der X-Richtung: 200 µm
Eine Breite des Phasensynchronisationsabschnitts 17 in der Y-Richtung: 150 µm
Eine Breite des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in der Y-Richtung: 50 µm
Eine Chip-Größe: 700 µm an einer Seite

Hier wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Lichtquellenmoduls 1A unter Bezugnahme auf die 6A bis 6D, die 7A bis 7D, die 8A bis 8D, die 9A bis 9D, die 10A bis 10D, die 11A bis 11D und die 12A bis 12D beschrieben. Man beachte, dass 6A eine Draufsicht ist, 6B eine Unteransicht ist, 6C eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 6A und 6D eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 6A ist. 7A ist eine Draufsicht, 7B ist eine Unteransicht, 7C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 7A, und 7D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 7A. 8A ist eine Draufsicht, 8B ist eine Unteransicht, 8C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 8A, und 8D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 8A. 9A ist eine Draufsicht, 9B ist eine Unteransicht, 9C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 9A, und 9D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 9A. 10A ist eine Draufsicht, 10B ist eine Unteransicht, 10C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 10A, und 10D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 10A. 11A ist eine Draufsicht, 11B ist eine Unteransicht, 11C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 11A, und 11D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 11A. 12A ist eine Draufsicht, 12B ist eine Unteransicht, 12C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 12A, und 12D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 12A.
Zunächst wird, wie in den 6A bis 6D dargestellt, ein Epitaxialwachstum durchgeführt, um die erste Mantelschicht 12, die aktive Schicht 13 und die Basisschicht 14a der photonischen Kristallschicht 14 in dieser Reihenfolge auf der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 zu bilden, indem ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (engl. metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) benutzt wird. Die Positionierungsmarkierung 19 wird auf der Oberfläche der Basisschicht 14a ausgebildet. Die Markierung 19 wird beispielsweise mittels Elektronenstrahllithografie und trockenen Ätzens ausgebildet.
Als nächstes werden übrigens, wie in den 7A bis 7D dargestellt, eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex und eine Mehrzahl der Schlitze S gebildet. Spezifisch wird zunächst ein SiN-Film auf der Basisschicht 14a gebildet, und dann wird eine Lackmaske auf dem SiN-Film unter Verwendung einer Elektronenstrahllithografie-Technik mit der Markierung 19 als Bezugspunkt ausgebildet. Diese Lackmaske weist eine Öffnung auf, die der Position und Form des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex, der die Bedingung der Γ-Punktschwingung erfüllt, an einem Abschnitt, der einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bildet, und einem Abschnitt entspricht, der einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in der Basisschicht 14a bildet. Ferner weist die Lackmaske eine Öffnung auf, die der Position und Form des Schlitzes S an einem Abschnitt entspricht, der einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in der Basisschicht 14a bildet. Es wird ein Trockenätzen (beispielsweise reaktives lonenätzen) am SiN-Film über die Lackmaske durchgeführt, und somit wird eine aus SiN bestehende Ätzmaske gebildet. Das Trockenätzen (beispielsweise Ätzen durch induktiv gekoppeltes Plasma) wird an der Basisschicht 14a und der aktiven Schicht 13 über die Ätzmaske durchgeführt. Demgemäß werden Ausnehmungsabschnitte als eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die die Bedingung der Γ-Punktschwingung erfüllen, bis zu einer Tiefe gebildet, die die Basisschicht 14a nicht durchdringt. Gleichzeitig werden die Ausnehmungsabschnitte als eine Mehrzahl der Schlitze S bis auf eine Tiefe gebildet, die die erste Mantelschicht 12 durch die photonische Kristallschicht 14 und die aktive Schicht 13 hindurch erreicht. Indem ein Verhältnis einer seitlichen Breite des Schlitzes S und eines Durchmessers des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex passend festgelegt wird, kann eine Ätzrate des Schlitzes S größer als eine Ätzrate des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex gestaltet werden, und somit wird der Schlitz S sogar während der gleichen Ätzzeit tiefer als der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex ausgebildet. Danach werden die Lackmaske und die Ätzmaske entfernt. Auf diese Weise werden die photonische Kristallschicht 14, die die Basisschicht 14a und eine Mehrzahl von Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, und eine Mehrzahl der Schlitze S ausgebildet. Man beachte, dass der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex gebildet sein kann, indem der Ausnehmungsabschnitt der Basisschicht 14a mit einem Halbleiter gefüllt wird, der einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem der Basisschicht 14a unterscheidet. Ferner kann der Schlitz S mit einem großen Widerstand gefüllt werden, der einen Brechungsindex aufweist, der größer als der der Basisschicht 14a ist. Alternativ kann ein Bereich, der einen hohen Brechungsindex und einen hohen Widerstand aufweist, gebildet werden, indem eine Ionenimplantation (beispielsweise eine Oxid-lonenimplantation) über die Ätzmaske durchgeführt wird, anstatt den Schlitz S auszubilden.
Danach wird, wie in den 8A bis 8D dargestellt, das Epitaxialwachstum durchgeführt, um die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 in dieser Reihenfolge auf der photonischen Kristallschicht 14 zu bilden, indem das MOCVD-Verfahren benutzt wird. Durch die oben beschriebenen Schritte wird der Halbleiterstapelabschnitt 10, der den Phasensynchronisationsabschnitt 17 und den Intensitätsmodulationsabschnitt 18 umfasst, gebildet.
Dann wird, wie in den 9A bis 9D dargestellt, die erste Elektrode 21 an der Kontaktschicht 16 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 gebildet, und eine Mehrzahl der dritten Elektroden 23 wird an der Kontaktschicht 16 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 gebildet. Spezifisch wird zunächst eine Lackmaske, die Öffnungen aufweist, die der ersten Elektrode 21 und der dritten Elektrode 23 entsprechen, auf der Kontaktschicht 16 unter Verwendung einer Elektronenstrahllithografie-Technik mit der Markierung 19 als Bezugspunkt ausgebildet. Nachdem Materialien der ersten Elektrode 21 und der dritten Elektrode 23 durch ein Vakuumabscheidungsverfahren abgeschieden werden, werden die abgeschiedenen Abschnitte mit Ausnahme der ersten Elektrode 21 und der dritten Elektrode 23 zusammen mit der Lackmaske durch ein Lift-Off-Verfahren entfernt.
Dann wird, wie in den 10A bis 10D dargestellt, das Halbleitersubstrat 11 verdünnt, indem die rückseitige Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 poliert wird. Ferner wird die rückseitige Oberfläche 11b hochglanz-poliert. Aufgrund dieses Polierens und Hochglanzpolierens wird eine Absorptionsmenge des Laserlichtstrahls L in dem Halbleitersubstrat 11 verringert, und ferner wird, indem die rückseitige Oberfläche 11b, von der der Laserlichtstrahl L ausgegeben wird, zu einer glatten Oberfläche gemacht wird, die Extraktionseffizienz des Laserlichtstrahls L erhöht.
Dann wird, wie in den 11A bis 11D dargestellt, der Antireflektionsfilm 25 auf der gesamten rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 gebildet, indem ein Plasma-CVD-Verfahren genutzt wird. Eine Lackmaske, die Öffnungen aufweist, die der zweiten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 24 entsprechen, wird auf dem Antireflektionsfilm 25 unter Verwendung einer Photolithografie-Technik mit der Markierung 19 als Bezugspunkt ausgebildet. Indem ein Nassätzen oder Trockenätzen über die Lackmaske durchgeführt wird, werden Öffnungen, die der zweiten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 24 entsprechen, in dem Antireflektionsfilm 25 ausgebildet. In einem Fall, in dem der Antireflektionsfilm 25 ein Siliziumverbindungsfilm ist, kann beispielsweise gepufferte Fluorwasserstoffsäure als ein Ätzmittel des Nassätzens verwendet werden. Ferner kann als ein Ätzgas für das Trockenätzen beispielsweise CF₄-Gas verwendet werden.
Dann wird, wie in den 12A bis 12D dargestellt, die zweite Elektrode 22 auf der rückseitigen Oberfläche 11b eines Abschnitts des Halbleitersubstrats 11 gebildet, das in dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 enthalten ist, und die vierte Elektrode 24 wird auf der rückseitigen Oberfläche 11b eines Abschnitts des Halbleitersubstrats 11 gebildet, das in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 enthalten ist. Spezifisch wird zunächst eine Lackmaske, die Öffnungen aufweist, die der zweiten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 24 entsprechen, auf dem Antireflektionsfilm 25 unter Verwendung einer Photolithografie-Technik mit der Markierung 19 als Bezugspunkt ausgebildet. Nachdem Materialien der zweiten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 24 durch ein Vakuumabscheidungsverfahren abgeschieden werden, werden die abgeschiedenen Abschnitte mit Ausnahme der zweiten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 24 zusammen mit der Lackmaske durch ein Lift-Off-Verfahren entfernt. Schließlich wird ein Annealing-Verfahren durchgeführt, um die erste Elektrode 21, die zweite Elektrode 22, die dritte Elektrode 23 und die vierte Elektrode 24 zu legieren. Das Lichtquellenmodul 1A nach der vorliegenden Ausführungsform wird durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt.
Danach wird, wie in den 13A und 13B dargestellt, das Lichtquellenmodul 1A nach Bedarf an einer Steuerplatine 30 durch Flip-Chip-Montage angebracht. Das heißt, die erste Elektrode 21 und die dritte Elektrode 23 des Lichtquellenmoduls 1A und ein Verdrahtungsmuster auf der Steuerplatine 30, das der ersten Elektrode 21 und der dritten Elektrode 23 entspricht, werden miteinander durch ein leitfähiges Verbindungsmaterial 31, wie etwa ein Lot, verbunden. 13A ist eine schematische Ansicht, die dem Querschnitt I-I entspricht, der in den 6A, 7A, 8A, 9A, 10A, 11A und 12A dargestellt wird, und 13B ist eine schematische Ansicht, die dem Querschnitt II-II entspricht, der in den 6A, 7A, 8A, 9A, 10A, 11A und 12A dargestellt wird. Die zweite Elektrode 22 und die vierte Elektrode 24 sind durch Drahtbonden mit der Steuerplatine 30 verbunden.
Wie oben beschrieben, werden die Betriebseffekte beschrieben, die durch das Lichtquellenmodul 1A nach der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden. Wenn ein Vorstrom zwischen der ersten Elektrode 21 und der zweiten Elektrode 22 und zwischen der dritten Elektrode 23 und der vierten Elektrode 24 zugeführt wird, werden Träger zwischen der ersten Mantelschicht 12 und der zweiten Mantelschicht 15 in jedem von dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 und dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 gesammelt, und Licht wird in der aktiven Schicht 13 effizient erzeugt. Das Licht, das von der aktiven Schicht 13 ausgegeben wird, tritt in die photonische Kristallschicht 14 ein und resoniert in der X-Richtung und in der Y-Richtung, die rechtwinklig zu der Dickenrichtung in der photonischen Kristallschicht 14 sind. Dieses Licht wird zu einem phasenangepassten kohärenten Laserlichtstrahl in der photonischen Kristallschicht 14 des Phasensynchronisationsabschnitts 17.
Da die photonische Kristallschicht 14 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in der Y-Richtung bezüglich der photonischen Kristallschicht 14 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 angeordnet ist, stimmt eine Phase des Laserlichtstrahls in der photonischen Kristallschicht 14 jedes Subpixels Pb mit einer Phase des Laserlichtstrahls in der photonischen Kristallschicht 14 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 überein. Somit werden die Phasen der Laserlichtstrahlen in der photonischen Kristallschicht 14 zwischen den Subpixeln Pb angepasst. Da die photonische Kristallschicht 14 der vorliegenden Ausführungsform eine Γ-Punktschwingung bewirkt, wird der phasenangepasste Laserlichtstrahl L von jedem Subpixel Pb des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in einer Richtung ausgegeben, die sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung schneidet (typischerweise die Z-Richtung). Ein Teil des Laserlichtstrahls L erreicht direkt das Halbleitersubstrat 11 von der photonischen Kristallschicht 14. Ferner erreicht der Rest des Laserlichtstrahls L die dritte Elektrode 23 von der photonischen Kristallschicht 14, wird durch die dritte Elektrode 23 reflektiert, und erreicht dann das Halbleitersubstrat 11. Der Laserlichtstrahl L durchläuft das Halbleitersubstrat 11 und tritt von der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 zur Außenseite des Lichtquellenmoduls 1A durch die Öffnung 24a der vierten Elektrode 24 aus.
Die dritte Elektrode 23 ist in Entsprechung zu jedem Subpixel Pb vorgesehen. Daher kann die Größe des Vorstroms, der dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 zugeführt wird, individuell für jedes Subpixel Pb eingestellt werden. Das heißt, die Lichtintensität des Laserlichtstrahls L, der von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ausgegeben wird, kann individuell (unabhängig) für jedes Subpixel Pb eingestellt werden. Ferner ist in jedem Pixel Pa die Länge Da des Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ Subpixel Pb umfasst, in der Anordnungsrichtung (der X-Richtung) kleiner als die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13, das heißt, die Wellenlänge des Laserlichtstrahls L.
Hier sind die 44A bis 44H Diagramme zur Erläuterung einer Technik, die in der Nicht-Patentschrift 1 beschrieben wird. Die 44A bis 44D stellen ein Pixel 101 dar, das vier Subpixel 102 umfasst, die in einer Richtung angeordnet sind, und das Reflektionsvermögen jedes Subpixels 102 wird durch die Dichte der Schraffierung ausgedrückt. Hier gilt: je gröber die Schraffierung, desto größer das Reflektionsvermögen (das heißt, die Lichtintensität des reflektierten Lichts ist größer). In diesem Fall können vier Subpixel 102 äquivalent als ein Pixel angesehen werden, das eine einzige Phase hat, indem vier Subpixel 102 zusammengefasst werden. In einem Fall, in dem die Phasen der reflektierten Lichtstrahlen von vier Subpixeln 102 aneinander angepasst sind, wird die Phase des Lichts, das von dem Pixel 101 ausgegeben wird, gemäß der Intensitätsverteilung von vier Subpixeln 102 bestimmt. Beispielsweise entsprechen vier Subpixel 102 Phasen von 0°, 90°, 180° und 270°, jeweils von der linken Seite. In diesem Fall werden, wie in 44A dargestellt, die reflektierten Lichtstrahlen nicht von zwei Subpixeln 102 ausgegeben, die jeweils 180° und 270° entsprechen, und durch Steuern eines Intensitätsverhältnisses der reflektierten Lichtstrahlen von zwei Subpixeln 102, die jeweils 0° und 90° entsprechen, wie in 44E dargestellt wird, kann eine Phase θ das Lichts, das von dem Pixel 101 ausgegeben wird, so gesteuert werden, dass sie jeden Wert von 0° bis 90° aufweist. Ferner werden, wie in 44B dargestellt, die reflektierten Lichtstrahlen nicht von zwei Subpixeln 102 ausgegeben, die jeweils 90° und 180° entsprechen, und durch Steuern des Intensitätsverhältnisses der reflektierten Lichtstrahlen von zwei Subpixeln 102, die jeweils 0° und 270° entsprechen, wie in 44F dargestellt wird, kann die Phase θ das Lichts, das von dem Pixel 101 ausgegeben wird, so gesteuert werden, dass sie jeden Wert von 270° bis 0° (360°) aufweist. Ferner werden, wie in 44C dargestellt, die reflektierten Lichtstrahlen nicht von zwei Subpixeln 102 ausgegeben, die jeweils 0° und 90° entsprechen, und durch Steuern des Intensitätsverhältnisses der reflektierten Lichtstrahlen von zwei Subpixeln 102, die jeweils 180° und 270° entsprechen, wie in 44G dargestellt wird, kann die Phase θ das Lichts, das von dem Pixel 101 ausgegeben wird, so gesteuert werden, dass sie jeden Wert von 180° bis 270° aufweist. Ferner werden, wie in 44C dargestellt, die reflektierten Lichtstrahlen nicht von zwei Subpixeln 102 ausgegeben, die jeweils 0° und 270° entsprechen, und durch Steuern des Intensitätsverhältnisses der reflektierten Lichtstrahlen von zwei Subpixeln 102, die jeweils 90° und 180° entsprechen, wie in 44H dargestellt wird, kann die Phase θ das Lichts, das von dem Pixel 101 ausgegeben wird, so gesteuert werden, dass sie jeden Wert von 90° bis 180° aufweist.
Die 45A und 45B sind Diagramme zur Erläuterung einer Technik, die in der Nicht-Patentschrift 2 beschrieben wird. 45A stellt ein Pixel 201 dar, das drei Subpixel 202 umfasst, die in einer Richtung angeordnet sind, und das Reflektionsvermögen jedes Subpixels 202 wird durch die Dichte der Schraffierung ausgedrückt. In diesem Fall können drei Subpixel 202 äquivalent als ein Pixel angesehen werden, das eine einzige Phase hat, indem drei Subpixel 202 zusammengefasst werden. Die Nicht-Patentschrift 2 beschreibt, dass in einem Fall, in dem die Phasen der reflektierten Lichtstrahlen von drei Subpixeln 202 aneinander angepasst sind, die Phase des Lichts, das von dem Pixel 201 ausgegeben wird, gemäß der Intensitätsverteilung von drei Subpixeln 202 bestimmt wird. Beispielsweise entsprechen drei Subpixel 202 Phasen von 0°, 120° und 240°, jeweils von der linken Seite. In diesem Fall wird beispielsweise, wie in 45B dargestellt, das reflektierte Licht nicht von dem Subpixel 202 ausgegeben, das 120° entspricht, und durch Steuern des Intensitätsverhältnisses der reflektierten Lichtstrahlen von zwei Subpixeln 202, die jeweils 0° und 240° entsprechen, kann die Phase θ das Lichts, das von dem Pixel 201 ausgegeben wird, so gesteuert werden, dass sie jeden Wert von 240° bis 0° (360°) aufweist. Man beachte, dass die Intensität eines der drei Subpixel 202 stets null ist.
Jedoch ist in den Verfahren, die in den 44A bis 44H und den 45A und 45B dargestellt werden, das Lichtreflektionsvermögen jedes der Subpixel 102 und 202 ein unsteuerbarer fester Wert. Daher kann die ausgegebene Phase jedes der Pixel 101 und 201 nicht dynamisch gesteuert werden. Andererseits kann das Lichtquellenmodul 1A der vorliegenden Ausführungsform die Intensität der Laserlichtstrahlen L, die von den M × N₁ Subpixeln Pb ausgegeben werden, die in jedem Pixel Pa enthalten sind, für jedes Subpixel Pb unabhängig steuern. Da die Phasen der Laserlichtstrahlen L zwischen N₁ Subpixeln Pb aneinander angepasst sind, wird die Phase des Laserlichtstrahls, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird, gemäß der Intensitätsverteilung im Pixel Pa bestimmt, die durch die N₁ Subpixel Pb realisiert wird. Daher ist es im Lichtquellenmodul 1A der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Phasenverteilung des Laserlichtstrahls L dynamisch zu steuern. Beispielsweise in einem Fall, in dem N₁ drei oder mehr beträgt, kann die Phasenverteilung des Lichts dynamisch in einem Bereich von 0° bis 360° gesteuert werden.
Man beachte, dass, wie oben beschrieben wird, auch in einem Fall, in dem jedes Pixel Pa drei oder mehr Subpixel Pb umfasst, die Anzahl an Subpixeln Pb, die gleichzeitig das Licht ausgeben, auf zwei beschränkt ist. Wenn eine Länge eines Bereichs, der zwei Subpixel umfasst, in der Anordnungsrichtung kleiner als die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13 ist, können die zwei Subpixel Pb äquivalent als Pixel angesehen werden, die einen einzigen Lichtemissionspunkt umfassen. Wenn der Bereich der Phasenverteilung, der dynamisch gesteuert werden kann, kleiner als 360° ist, ist daher die Anzahl an Subpixeln Pb, die gleichzeitig das Licht ausgeben, auf aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) beschränkt, und die Länge Da eines Bereichs, der die aufeinanderfolgenden N₂ Subpixel Pb in der Anordnungsrichtung umfasst, kann so festgelegt werden, dass sie kleiner als die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13 ist. Man beachte, dass, wie oben beschrieben, in einem Fall, in dem sowohl die Anzahl N₁ als auch die Anzahl N₂ drei oder mehr betragen, eine räumliche Phase in der X-Richtung des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird, in einem Bereich von 0° bis 360° dynamisch gesteuert werden kann.
Wie oben beschrieben, ist es im Lichtquellenmodul 1A der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Phasenverteilung des Laserlichtstrahls L dynamisch zu steuern.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die erste Elektrode 21 in Kontakt mit der Kontaktschicht 16 sein und die gesamte Oberfläche der Kontaktschicht 16 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bedecken, und die zweite Elektrode 22 kann in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 11 sein und die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bedecken. In diesem Fall wird der Laserlichtstrahl, der von dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 in der Stapelrichtung (der Z-Richtung) ausgegeben wird, durch die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 abgeschirmt. Die photonische Kristallschicht 14 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bewirkt eine Γ-Punktschwingung, und somit ist eine solche Abschirmung durch die erste Elektrode 21 und die zweite Elektrode 22 effektiv.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die vierte Elektrode 24 eine Rahmenform aufweisen, die in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 11 ist und die Öffnung 24a umgibt, durch die der Laserlichtstrahl L durchläuft. In diesem Fall kann, während ein ausreichender Vorstrom der aktiven Schicht 13 des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 zugeführt wird, der Laserlichtstrahl L durch die Öffnung 24a von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 in einer Richtung ausgegeben werden, die sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung schneidet.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann der Halbleiterstapelabschnitt 10 den Schlitz S aufweisen. Eine Mehrzahl der Subpixel Pb und der Schlitze S können eine Mehrzahl von Schlitzen S aufweisen, die abwechselnd einer nach dem anderen in der Anordnungsrichtung der Subpixel Pb angeordnet sind. In diesem Fall kann der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 in eine Mehrzahl der Subpixel Pb mit einem einfachen Aufbau unterteilt werden.
Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform die dritte Elektrode 23, die jedem Subpixel Pb entspricht, mit der Kontaktschicht 16 in Kontakt, und die rahmenförmige vierte Elektrode 24, die die Öffnung 24a aufweist, ist mit der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 in Kontakt. Bei der vorliegenden Ausführungsform oder in jedem später zu beschreibenden Abwandlungsbeispiel kann die dritte Elektrode, die jedem Subpixel Pb entspricht, auf der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 (oder der ersten Mantelschicht 12) vorgesehen sein, und die rahmenförmige vierte Elektrode, die eine Öffnung aufweist, kann auf der Kontaktschicht 16 vorgesehen sein. Das heißt, die dritte Elektrode, die entsprechend jedem Subpixel Pb vorgesehen ist, ist mit einem Abschnitt (Halbleiterschicht) des Abschnitts der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und des Abschnitts der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 bilden, und die vierte Elektrode ist dem anderen Abschnitt (Halbleiterschicht) des Abschnitts der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und des Abschnitts der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden, die einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden. Dementsprechend ist es möglich, die gleichen Betriebswirkungen wie in der vorliegenden Ausführungsform zu erzielen.
Ferner kann eine Anordnungsschrittweite (Mittenabstand) der dritten Elektroden 23, die in der Anordnungsrichtung der Subpixel Pb definiert ist, ein ganzzahliges Vielfaches eines Gitterabstands a sein. In diesem Fall wird die Lichtintensität des Laserlichtstrahls L, der von jedem Subpixel Pb ausgegeben wird, nahe an einen einheitlichen Zustand gebracht.
(Erstes Abwandlungsbeispiel)
14 ist eine Ansicht, die schematisch einen Querschnitt des Lichtquellenmoduls als das erste Abwandlungsbeispiel der oben beschriebenen Ausführungsform darstellt, und stellt einen Querschnitt dar, der dem Querschnitt IV-IV entspricht, der in 1 dargestellt ist. Dieses Lichtquellenmodul unterscheidet sich von dem der oben beschriebenen Ausführungsform in der Form des Schlitzes. Der Schlitz S der oben beschriebenen Ausführungsform ist innerhalb des Halbleiterstapelabschnitts 10 gebildet, um die aktive Schicht 13 und die photonische Kristallschicht 14 zu teilen (siehe 4), jedoch ist ein Schlitz des vorliegenden Abwandlungsbeispiels von der Oberfläche zum Inneren des Halbleiterstapelabschnitts 10 hin gebildet, um die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 zusätzlich zu der aktiven Schicht 13 und der photonischen Kristallschicht 14 zu teilen. Das heißt, jedes Subpixel Pb des vorliegenden Abwandlungsbeispiels wird durch die aktive Schicht 13, die photonische Kristallschicht 14, die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 gebildet. Man beachte, dass ein weiterer Aspekt des Schlitzes SA dem Aspekt des Schlitzes S der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich ist.
Hier wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Lichtquellenmoduls nach dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 15A bis 15D, die 16A bis 16D, die 17A bis 17D, die 18A bis 18D, die 19A bis 19D, die 20A bis 20D und die 21A bis 21D beschrieben. Man beachte, dass 15A eine Draufsicht ist, 15B eine Unteransicht ist, 15C eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 15A und 15D eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 15A ist. 16A ist eine Draufsicht, 16B ist eine Unteransicht, 16C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 16A, und 16D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 16A. 17A ist eine Draufsicht, 17B ist eine Unteransicht, 17C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 17A, und 17D) ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 17A. 18A ist eine Draufsicht, 18B ist eine Unteransicht, 18C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 18A, und 18D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 18A. 19A ist eine Draufsicht, 19B ist eine Unteransicht, 19C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 19A, und 19D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 19A. 20A ist eine Draufsicht, 20B ist eine Unteransicht, 20C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 20A, und 20D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 20A. 21A ist eine Draufsicht, 21B ist eine Unteransicht, 21C ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie I-I aus 21A, und 21D ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie II-II aus 21A.
Zunächst wird, wie in den 15A bis 15D dargestellt, das Epitaxialwachstum durchgeführt, um die erste Mantelschicht 12, die aktive Schicht 13 und die Basisschicht 14a in dieser Reihenfolge auf der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 zu bilden, indem das MOCVD-Verfahren benutzt wird. Die Positionierungsmarkierung 19 wird auf der Oberfläche der Basisschicht 14a ausgebildet. Als nächstes wird in der Basisschicht 14a eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex in einem Bereich, der als der Phasensynchronisationsabschnitt 17 dient, und einem Bereich gebildet, der als der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 dient. Ein Verfahren zum Bilden des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex ist dem in der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich. Auf diese Weise werden die photonische Kristallschicht 14, die die Basisschicht 14a und eine Mehrzahl von Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, ausgebildet.
Danach wird, wie in den 16A bis 16D dargestellt, das Epitaxialwachstum durchgeführt, um die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 in dieser Reihenfolge auf der photonischen Kristallschicht 14 zu bilden, indem das MOCVD-Verfahren benutzt wird. Wie in den 17A bis 17D dargestellt, wird eine Mehrzahl der Schlitze SA in einem Bereich, der als der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 dient, in der aktiven Schicht 13, der photonischen Kristallschicht 14, der zweiten Mantelschicht 15 und der Kontaktschicht 16 ausgebildet. Spezifisch wird zunächst ein SiN-Film auf der Kontaktschicht 16 gebildet, und dann wird eine Lackmaske auf dem SiN-Film unter Verwendung einer Elektronenstrahllithografie-Technik mit der Markierung 19 als Bezugspunkt ausgebildet. Die Lackmaske weist eine Öffnung auf, die der Position und Form des Schlitzes S an einem Abschnitt entspricht, der als der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 in der Kontaktschicht 16 dient. Es wird ein Trockenätzen (beispielsweise reaktives lonenätzen) am SiN-Film über die Lackmaske durchgeführt, und somit wird eine aus SiN bestehende Ätzmaske gebildet. Es wird ein Trockenätzen (beispielsweise Ätzen durch induktiv gekoppeltes Plasma) an der Kontaktschicht 16, der zweiten Mantelschicht 15, der photonischen Kristallschicht 14 und der aktiven Schicht 13 über die Ätzmaske durchgeführt, und dann werden die Ausnehmungsabschnitte, die als eine Mehrzahl der Schlitze SA dienen, bis auf eine Tiefe gebildet, die die erste Mantelschicht 12 durch die Kontaktschicht 16, die zweite Mantelschicht 15, die photonische Kristallschicht 14 und die aktive Schicht 13 hindurch erreicht. Man beachte, dass der Schlitz SA gebildet werden kann, indem der Ausnehmungsabschnitt mit einem großen Widerstand gefüllt wird, der einen Brechungsindex aufweist, der größer als der der Basisschicht 14a ist. Alternativ kann ein Bereich, der einen hohen Brechungsindex und einen hohen Widerstand aufweist, gebildet werden, indem eine Ionenimplantation (beispielsweise eine Oxid-lonenimplantation) über die Ätzmaske durchgeführt wird, anstatt den Schlitz SA auszubilden. Durch die oben beschriebenen Schritte wird der Halbleiterstapelabschnitt 10, der den Phasensynchronisationsabschnitt 17 und den Intensitätsmodulationsabschnitt 18 umfasst, gebildet.
Dann wird, wie in den 18A bis 18D dargestellt, die erste Elektrode 21 an der Kontaktschicht 16 gebildet, die in dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 enthalten ist, und eine Mehrzahl der dritten Elektroden 23 wird an der Kontaktschicht 16 gebildet, die in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 enthalten ist. Wie in den 19A bis 19D dargestellt, wird das Halbleitersubstrat 11 verdünnt, indem die rückseitige Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 poliert wird. Wie in den 20A bis 20D dargestellt, wird der Antireflektionsfilm 25 auf der gesamten rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 gebildet, indem ein Plasma-CVD-Verfahren genutzt wird. Öffnungen, die der zweiten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 24 entsprechen, werden auf dem Antireflektionsfilm 25 unter Verwendung einer Photolithografie-Technik mit der Markierung 19 als Bezugspunkt ausgebildet. Wie in den 21A bis 21D dargestellt, wird die zweite Elektrode 22 auf der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 gebildet, das in dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 enthalten ist, und die vierte Elektrode 24 wird auf der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 gebildet, das in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 enthalten ist. Das Lichtquellenmodul nach dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel wird durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt. Danach wird, wie in den 22A und 22B dargestellt, das Lichtquellenmodul nach Bedarf an der Steuerplatine 30 durch Flip-Chip-Montage angebracht. Man beachte, dass 22A eine schematische Ansicht ist, die dem Querschnitt I-I entspricht, der in den 15A, 16A, 17A, 18A, 19A, 20A und 21A dargestellt wird, und 22B eine schematische Ansicht ist, die dem Querschnitt II-II entspricht, der in den 15A, 16A, 17A, 18A, 19A, 20A und 21A dargestellt wird. Die zweite Elektrode 22 und die vierte Elektrode 24 sind durch Drahtbonden mit der Steuerplatine 30 verbunden.
Wie bei dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel kann der Schlitz SA so ausgebildet sein, dass er die photonische Kristallschicht 14 und die aktive Schicht 13 von der Oberfläche des Halbleiterstapelabschnitts 10 her teilt. Auch in diesem Fall ist es möglich, die gleichen Betriebswirkungen wie in der oben beschriebenen Ausführungsform zu erzielen. Da der Schlitz SA die zweite Mantelschicht 15 und die Kontaktschicht 16 elektrisch und optisch teilt, wird ferner ein elektrisches und optischen Übersprechen zwischen den zueinander benachbarten Subpixeln Pb weiter verringert.
(Zweites Abwandlungsbeispiel)
23 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul 1B nach einem zweiten Abwandlungsbeispiel der oben beschriebenen Ausführungsform. 24 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls 1B. Man beachte, dass ein Querschnittsaufbau des Lichtquellenmoduls 1B dem der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich ist und daher nicht dargestellt wird.
Ein Unterschied zwischen dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel und der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine Struktur der photonischen Kristallschicht 14 in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18. Das heißt, in dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel umfasst die photonische Kristallschicht 14 einen Phasenverschiebungsabschnitt 14c, der in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln Pb vorgesehen ist, und der Phasenverschiebungsabschnitt 14c bewirkt, dass Phasen der Laserlichtstrahlen L, die von den Pixeln Pa in der Y-Richtung ausgegeben werden, zwischen den N₁ Subpixeln Pb voneinander verschieden sind.
Eine spezifische Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 23 angegeben. Drei Subpixel Pb, die in jedem Pixel Pa enthalten sind, weisen die photonische Kristallschicht 14 auf, die eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex umfasst. Eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die in der photonischen Kristallschicht 14 jedes Subpixels Pb enthalten sind, sind in der Y-Richtung angeordnet. Der Mittenabstand (Gitterpunktabstand), der in der Y-Richtung definiert ist, zwischen einem bestimmten Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex, der in der photonischen Kristallschicht 14 eines Subpixels Pb enthalten ist, und einem weiteren Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex, der sich auf der Seite des Phasensynchronisationsabschnitts 17 (oder innerhalb des Phasensynchronisationsabschnitts 17) bezüglich des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex befindet, ist W1. In ähnlicher Weise werden die Mittenabstände W2 und W3 für die anderen beiden Subpixel Pb festgelegt. In diesem Fall wird der oben beschriebene Phasenverschiebungsabschnitt 14c verwirklicht, indem die Mittenabstände W1 und W3 voneinander unterschiedlich ausgestaltet werden.
Diese Mittenabstände werden derart festgelegt, dass eine Phasendifferenz zwischen den Laserlichtstrahlen L, die von den Subpixeln Pb ausgegeben werden, ein ganzzahliges Vielfaches von 2π/N₁ wird. In einem Fall N₁ = 3 werden die Mittenabstände W1 bis W3 derart festgelegt, dass eine Phasendifferenz zwischen den Laserlichtstrahlen L, die von den Subpixeln Pb ausgegeben werden, ein ganzzahliges Vielfaches von 2π/3 wird. Bei einem Beispiel wird einer der Mittenabstände W1 bis W3 auf das 2/3-Fache (oder 5/3-Fache) des Gitterabstands a festgelegt, ein weiterer wird auf das 4/3-Fache des Gitterabstands a festgelegt, und der verbleibende wird so festgelegt, dass er gleich dem Gitterabstand a ist. Mit anderen Worten werden eine Differenz zwischen dem Mittenabstand W1 und dem Mittenabstand W2 und eine Differenz zwischen dem Mittenabstand W2 und dem Mittenabstand W3 auf das 1/3-Fache des Gitterabstands a festgelegt. Man beachte, dass, wie oben beschrieben, in einem Fall, in dem eine Γ-Punktschwingung in der photonischen Kristallschicht 14 auftritt, der Gitterabstand a gleich λ/n ist (λ: Emissionswellenlänge, n: effektiver Brechungsindex der photonischen Kristallschicht 14). Eine Anordnungsreihenfolge von drei Subpixeln Pb wird ohne Rücksicht auf den Mittenabstand bestimmt.
25 ist eine Draufsicht, die alle der Größen und Positionsbeziehungen des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex, der ersten Elektrode 21, der dritten Elektrode 23 und des Schlitzes S mit der gleichen Vergrößerung wie ein Beispiel des vorliegenden Abwandlungsbeispiels darstellt. In dem in 25 dargestellten Beispiel überlappen die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex von 13 Zeilen und 6 Spalten (insgesamt 78) mit der ersten Elektrode 21, um die photonische Kristallschicht 14 des Phasensynchronisationsabschnitts 17 zu bilden. Ferner überlappen die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex von 2 Zeilen und 11 Spalten (insgesamt 22) mit der dritten Elektrode 23, um die photonische Kristallschicht 14 des Subpixels Pb zu bilden. Ein Abschnitt (Phasenverschiebungsabschnitt 14c), in dem der Abstand zwischen den einander in der Y-Richtung benachbarten Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex für jedes Subpixel Pb anders ist, wird für jedes Subpixel Pb vorgesehen. Bei diesem Beispiel wird der Mittenabstand W1 auf das 2/3-Fache des Gitterabstands a festgelegt, der Mittenabstand W2 wird auf das 4/3-Fache des Gitterabstands a festgelegt, und der Mittenabstand W3 wird so festgelegt, dass er gleich dem Gitterabstand a ist.
Man beachte, dass in dem in 25 dargestellten Beispiel die ebene Form des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex kreisförmig ist, ein Durchmesser davon beispielsweise 71,9 nm beträgt, und der Mittenabstand (das heißt der Gitterabstand a) beispielsweise 285 nm beträgt. Ein Verhältnis (Füllfaktor) des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex im Bereich eines Einheitsbestandteilsbereichs R beträgt beispielsweise 20%. Eine Breite des Schlitzes S, die in der X-Richtung definiert ist, beträgt beispielsweise 65 nm (0,228 a). Man beachte, dass die Breite des Schlitzes S und der Durchmesser des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex basierend auf einer Bedingung bestimmt werden, dass der Ausnehmungsabschnitt des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex innerhalb der Basisschicht 14a liegt und der Ausnehmungsabschnitt des Schlitzes S die erste Mantelschicht 12 erreicht, wenn der Schlitz S und der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex gleichzeitig durch Ätzen gebildet werden. Die Breite der dritten Elektrode 23, die in der X-Richtung definiert ist, beträgt beispielsweise 300 nm.
Wie in dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel kann die photonische Kristallschicht 14 jedes Subpixels Pb den Phasenverschiebungsabschnitt 14c umfassen, um zu bewirken, dass die Phase des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird, zwischen den N₁ Subpixeln Pb voneinander verschieden ist. In diesem Fall ist die Phase des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa in der Y-Richtung ausgegeben wird, für jedes Subpixel Pb unterschiedlich. Die Phase des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa in der Y-Richtung ausgegeben wird, wird gemäß der Intensitätsverteilung und der Phasenverteilung der N₁ Subpixel Pb bestimmt, die das Pixel Pa bilden. In diesem Fall kann die Phase des Laserlichtstrahls L in der Y-Richtung dynamisch moduliert werden, aber eine optische Welle, die sich in der Y-Richtung ausbreitet, wird in der Z-Richtung aufgrund des Beugungseffekts des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 gebeugt. Daher kann als Ergebnis die Phase in der Z-Richtung ebenfalls dynamisch moduliert werden. Das heißt, es ist möglich, die Phasenverteilung des Lichts in einer Ausgaberichtung dynamisch zu modulieren, und der Freiheitsgrad des Steuerns der Phasenverteilung des Laserlichtstrahls L wird weiter erhöht. Das heißt, wie in 26A dargestellt, dass in der oben beschriebenen Ausführungsform eine räumliche Phase eines Lichtemissionspunkts La auf der Oberfläche in einer Hauptrichtung (X-Richtung) gesteuert wird, jedoch im vorliegenden Abwandlungsbeispiel, wie in 26B dargestellt wird, eine Phase einer kombinierten Wellenfront SW aus den Wellenfronten WF1 bis WF3, die sich in einer zu der Ebene (Z-Richtung) rechtwinkligen Richtung von jedem Subpixel Pb ausbreiten, gesteuert werden kann.
(Drittes Abwandlungsbeispiel)
27 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul 1C nach dem dritten Abwandlungsbeispiel der oben beschriebenen Ausführungsform. 28 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls 1C. 29 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie XXIX-XXIX aus 27 schematisch darstellt. 30 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie XXX-XXX aus 27 schematisch darstellt. Das Lichtquellenmodul 1C des vorliegenden Abwandlungsbeispiels umfasst eine Resonanzmodenbildungsschicht 14A anstelle der photonischen Kristallschicht 14 der oben beschriebenen Ausführungsform. Die Anordnung der Resonanzmodenbildungsschicht 14A ist ähnlich wie die der photonischen Kristallschicht 14 der oben beschriebenen Ausführungsform. Andere Strukturen des Lichtquellenmoduls 1C mit Ausnahme der Resonanzmodenbildungsschicht 14A sind denen des Lichtquellenmoduls 1A der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich. Ferner sind eine Form des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex und ein Verfahren zum Bilden des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex denen in der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich.
Die Resonanzmodenbildungsschicht 14A weist ein zweidimensionales Beugungsgitter auf. Die Resonanzmodenbildungsschicht 14A umfasst eine Basisschicht 14a und eine Mehrzahl von Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die innerhalb der Basisschicht 14a vorgesehen sind. Brechungsindices der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex unterscheiden sich von dem Brechungsindex der Basisschicht 14a. Die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex sind in konstanten Abständen in einer bezüglich der X-Richtung um 45° geneigten Richtung und einer zu der Y-Richtung um 45° geneigten Richtung in der Basisschicht 14a vorgesehen. Eine Ausbildung der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex ist der in der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich.
Die Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Phasensynchronisationsabschnitts 17 weist eine photonische Kristallstruktur auf, in der eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex periodisch angeordnet sind. Die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex sind in Abständen angeordnet, um eine Bedingung für M-Punktschwingung bezüglich der Emissionswellenlänge der aktiven Schicht 13 zu erfüllen. 31A ist ein Diagramm zur Erläuterung der M-Punktschwingung im realen Raum. 31B ist ein Diagramm zur Erläuterung der M-Punktschwingung in einem reziproken Gitterraum. Die in den 31A und 31B dargestellten Kreise repräsentieren die Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex.
31A stellt einen Fall dar, in dem sich der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex an einer Öffnung im Mittelpunkt des Gitterrahmens des quadratischen Gitters im realen Raum befindet, in dem ein dreidimensionales, orthogonales XYZ-Koordinatensystem festgelegt ist. Der Gitterabstand des quadratischen Gitters ist a, der Schwerpunktabstand der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung benachbart sind, ist 2^0,5 a, und ein Wert Ä/n, der durch Dividieren der Emissionswellenlänge λ durch einen effektiven Brechungsindex n erhalten wird, ist 2^0,5 mal a (λ/n = a × 2^0,5). In diesem Fall tritt die Schwingung an einem Punkt M in der photonischen Kristallstruktur der Resonanzmodenbildungsschicht 14A auf. Zu diesem Zeitpunkt wird der Laserlichtstrahl in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung ausgegeben, und der Laserlichtstrahl wird nicht in der Z-Achsenrichtung ausgegeben. 31B stellt ein reziprokes Gitter des Gitters aus 31A dar, und der Abstand zwischen den benachbarten Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die in einer Richtung Γ-M benachbart sind, beträgt (2^0,5rr)/a, was mit 2n_e π/λ übereinstimmt (n_e ist der effektive Brechungsindex der photonischen Kristallschicht 14). Man beachte, dass weiße Pfeile in den 31A und 31B Fortbewegungsrichtungen von Lichtwellen anzeigen.
In dem oben beschriebenen Beispiel wurde der Fall beschrieben, in dem sich der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex an der Öffnung in der Mitte des Gitterrahmens des quadratischen Gitters befindet, der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex sich jedoch an der Öffnung in der Mitte des Gitterrahmens eines anderen Gitters befinden kann (beispielsweise eines dreieckigen Gitters).
Der Intensitätsmodulationsabschnitt 18 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Ausbildung als ein sogenannter statisch integrierbarer phasenmodulierender Laser (static-integrable phase modulating laser, S-iPM laser) auf. Jedes Pixel Pa gibt den Laserlichtstrahl L in einer Richtung, die rechtwinklig zu der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 (das heißt die Z-Richtung) ist, in einer Richtung, die bezüglich der Richtung geneigt ist, die rechtwinklig zu der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 ist, oder in einer Richtung aus, die beide Richtungen umfasst. Hiernach wird die Ausbildung der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 detailliert beschrieben.
32 ist eine Draufsicht auf die Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18. Wie in 32 dargestellt, umfasst die Resonanzmodenbildungsschicht 14A eine Basisschicht 14a und eine Mehrzahl von Bereichen 14b mit modifiziertem Brechungsindex, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von dem der Basisschicht 14a unterscheidet. In 32 wird ein virtuelles quadratisches Gitter auf einer X'-Y'-Ebene für die Resonanzmodenbildungsschicht 14A festgelegt. Eine X'-Achse dreht sich um 45° um eine Z-Achse bezüglich der X'-Achse, und eine Y'-Achse dreht sich um 45° um eine Z-Achse bezüglich der Y'-Achse. Eine Seite des quadratischen Gitters ist parallel zu der X'-Achse, und die andere Seite ist parallel zu der Y'-Achse. Quadratisch geformte Einheitsbestandteilsbereiche R (0, 0) bis R (3, 2), die auf einem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters zentriert sind (Schnittpunkt der Linien x0 bis x3 parallel zu der Y'-Achse und der Linien y0 bis y2 parallel zu der X'-Achse), sind zweidimensional über eine Mehrzahl von Spalten entlang der X'-Achse und eine Mehrzahl von Zeilen entlang der Y'-Achse angeordnet. Das heißt, die X'-Y'-Koordinaten jedes Einheitsbestandteilsbereichs R werden durch eine Schwerpunktposition jedes Einheitsbestandteilsbereichs R definiert. Die Schwerpunktpositionen fallen mit dem Gitterpunkt O des virtuellen quadratischen Gitters zusammen. Beispielsweise ist jeder der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex einer nach dem anderen in jedem Einheitsbestandteilsbereich R vorgesehen. Der Gitterpunkt O kann sich außerhalb des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex befinden, oder innerhalb des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex eingeschlossen sein.
33 ist eine vergrößerte Ansicht des Einheitsbestandteilsbereichs R (x, y). Wie in 33 dargestellt, weist jeder der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex einen Schwerpunkt G auf. Die Position in dem Einheitsbestandteilsbereich R (x, y) wird durch Koordinaten definiert, die durch eine s-Achse (zur X'-Achse parallele Achse) und eine t-Achse (zur Y'-Achse parallele Achse) definiert werden. Ein Winkel, der durch einen Vektor von dem Gitterpunkt O zum Schwerpunkt G und die s-Achse (zur X'-Achse parallele Achse) gebildet wird, wird als α (x, y) definiert, x repräsentiert eine Position eines x-ten Gitterpunkts auf der X'-Achse, und y repräsentiert eine Position eines y-ten Gitterpunkts auf der Y'-Achse. In einem Fall, in dem ein Winkel α 0° ist, fällt eine Richtung des Vektors, der den Gitterpunkt O mit dem Schwerpunkt G verbindet, mit einer positiven Richtung der X'-Achse zusammen. Ferner ist eine Länge des Vektors, der den Gitterpunkt O mit dem Schwerpunkt G verbindet, r (x, y). Bei einem Beispiel ist r (x, y) unabhängig von x und y konstant über die gesamte Resonanzmodenbildungsschicht 14A.
Wie in 32 dargestellt, wird die Richtung des Vektors, der den Gitterpunkt O mit dem Schwerpunkt G verbindet, das heißt der Winkel α um den Gitterpunkt O des Schwerpunkts G des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex, individuell für jeden Gitterpunkt O gemäß einer Phasenverteilung φ (x, y) gemäß der gewünschten Form des ausgegebenen Lichts festgelegt. In der vorliegenden Offenbarung wird ein solcher Anordnungsmodus des Schwerpunkts G als ein erster Modus bezeichnet. Die Phasenverteilung φ (x, y) weist einen spezifischen Wert für jede Position auf, die durch die Werte von x und y bestimmt wird, wird jedoch nicht durch eine spezifische Funktion repräsentiert. Eine Winkelverteilung α (x, y) wird bestimmt, indem die Phasenverteilung φ (x, y) aus einer komplexen Amplitudenverteilung extrahiert wird, die durch Fourier-Transformation der gewünschten Form des ausgegebenen Lichts erhalten wird. Wenn die komplexe Amplitudenverteilung aus der gewünschten Form des ausgegebenen Lichts erhalten wurde, kann ein iterativer Algorithmus, wie etwa ein Gerchberg-Saxton-Verfahren (GS-Verfahren), angewandt werden, das im Allgemeinen zum Zeitpunkt der Berechnung für eine Hologrammerzeugung verwendet wird. In diesem Fall ist es möglich, die Reproduzierbarkeit des Strahlmusters zu verbessern.
Die Winkelverteilung α (x, y) des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A wird beispielsweise durch die folgende Prozedur bestimmt.
Als erste Vorbedingung wird ein virtuelles quadratisches Gitter, das durch M1 x N1 (M1 und N1 sind ganze Zahlen von eins oder mehr) Einheitsbestandteilsbereiche R mit einer quadratischen Form gebildet wird, auf einer X'-Y'-Ebene in dem orthogonalen X'Y'Z-Koordinatensystem festgelegt, das durch die Z-Achse, die mit der Normalenrichtung der Hauptoberfläche 11a zusammenfällt, und die X'-Y'-Ebene definiert wird, die mit einer Oberfläche der Resonanzmodenbildungsschicht 14A zusammenfällt, die eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex umfasst.
Als zweite Vorbedingung wird angenommen, dass die Koordinaten (ξ, η, ζ) in dem orthogonalen X'Y'Z-Koordinatensystem die Beziehungen, die durch die folgenden Formeln (1) bis (3) dargestellt werden, bezüglich der sphärischen Koordinaten (r, θ_rot, θ_tilt) erfüllen, die durch eine radiale Länge r, einen Neigungswinkel θ_tilt von der Z-Achse, und einen Drehwinkel θ_rot von der X'-Achse definiert werden, die auf der X'-Y'-Ebene spezifiziert ist, wie in 34 dargestellt ist. 34 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Koordinatentransformation von den sphärischen Koordinaten (r, θ_rot, θ_tilt) zu den Koordinaten (ξ, η, ζ) in dem orthogonalen X'Y'Z-Koordinatensystem, und die Koordinaten (ξ, η, ζ) repräsentieren ein entworfenes optisches Bild auf einer vorgegebenen Ebene, die in dem orthogonalen X'Y'Z-Koordinatensystem festgelegt ist, die ein realer Raum ist. $ξ = r sin θ_{t i l t} cos θ_{r o t}$
$η = r sin θ_{t i l t} sin θ_{r o t}$
$ξ = r cos θ_{t i l t}$
Wenn der Laserlichtstrahl L, der von dem Lichtquellenmodul 1C ausgegeben wird, eine Menge von hellen Punkten ist, die in eine Richtung gerichtet sind, die durch die Winkel θ_tilt und θ_rot definiert wird, werden die Winkel θ_tilt und θ_rot in einen Koordinatenwert kx auf einer der X'-Achse entsprechenden Kx-Achse, der eine normalisierte Wellenzahl ist, die durch die folgende Formel (4) definiert wird, und einen Koordinatenwert ky auf einer der Y'-Achse entsprechenden und zur K_X-Achse orthogonalen K_Y-Achse umgewandelt, der eine normalisierte Wellenzahl ist, die durch die folgende Formel (5) definiert wird. Die normalisierte Wellenzahl meint eine Wellenzahl, die mit einer Wellenzahl 2π/a, die dem Gitterabstand des virtuellen quadratischen Gitters entspricht, auf 1,0 normalisiert wird. Zu diesem Zeitpunkt umfasst in einem Wellenzahlraum, der durch die Kx-Achse und die K_Y-Achse definiert wird, ein spezifischer Wellenzahlbereich, der das dem Laserlichtstrahl L entsprechende Strahlmuster umfasst, M2 × N2 (M2 und N2 sind ganze Zahlen von eins und mehr) Bildbereiche, die jeweils eine quadratische Form aufweisen. Man beachte, dass die ganze Zahl M2 nicht mit der ganzen Zahl M1 übereinstimmen muss. In ähnlicher Weise muss die ganze Zahl N2 nicht mit der ganzen Zahl N1 übereinstimmen. Die Formeln (4) und (5) werden beispielsweise in der oben beschriebenen Nicht-Patentschrift 3 offenbart. $k_{x} = \frac{α}{λ} sin θ_{t i l t} cos θ_{r o t}$
$k_{y} = \frac{α}{λ} sin θ_{t i l t} sin θ_{r o t}$

a: Gitterkonstante des virtuellen quadratischen Gitters
λ: Schwingungswellenlänge des Lichtquellenmoduls 1C
Als eine dritte Vorbedingung wird im Wellenzahlraum eine komplexe Amplitudenverteilung F (x, y), die erhalten wird, indem eine zweidimensionale inverse diskrete Fourier-Transformation jedes der Bildbereiche FR (kx, ky), die durch eine Koordinatenkomponente kx (eine ganze Zahl von null oder mehr und M2-1 oder weniger) in der Kx-Achsenrichtung und eine Koordinatenkomponente ky (eine ganze Zahl von null oder mehr und N2-1 oder weniger) in der K_Y-Achsenrichtung angegeben werden, in einen Einheitsbestandteilsbereich R (x, y) auf der X'-Y'-Ebene durchgeführt wird, der durch eine Koordinatenkomponente x (eine ganze Zahl von null oder mehr und M1-1 oder weniger) in der X'-Achsenrichtung und eine Koordinatenkomponente y (eine ganze Zahl von null oder mehr und N1-1 oder weniger) in der Y'-Achsenrichtung angegeben wird, durch die folgende Formel (6) gegeben, wobei j eine imaginäre Einheit ist. Die komplexe Amplitudenverteilung F (x, y) wird durch die folgende Formel (7) definiert, wenn die Amplitudenverteilung A (x, y) und die Phasenverteilung φ (x, y) ist. Als eine vierte Vorbedingung wird der Einheitsbestandteilsbereich R (x, y) durch eine s-Achse und eine t-Achse definiert, die parallel zu der X'-Achse bzw. zu der Y'-Achse und orthogonal im Gitterpunkt O (x, y) als Mittelpunkt des Einheitsbestandteilsbereichs R (x, y) sind. $F (x, y) = \sum_{k_{x} = 0}^{M 2 - 1} \sum_{k_{y} = 0}^{N 2 - 1} F R (k_{x}, k_{y}) exp [j 2 π [\frac{k_{x}}{M 2} x + \frac{k_{y}}{N 2} y]]$
$F (x, y) = A (x, y) \times exp [j ϕ (x, y)]$
Unter der ersten bis vierten Vorbedingung ist die Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 ausgebildet, die folgende fünfte Bedingung oder sechste Bedingung zu erfüllen. Das heißt, die fünfte Bedingung wird dadurch erfüllt, dass der Schwerpunkt G entfernt von dem Gitterpunkt O (x, y) in dem Einheitsbestandteilsbereich R (x, y) angeordnet wird. Die sechste Bedingung wird erfüllt, indem der entsprechende Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex derart innerhalb des Einheitsbestandteilsbereichs R (x, y) angeordnet wird, dass in einem Zustand, in dem eine Streckenlänge r₂ (x, y) vom Gitterpunkt O (x, y) zum entsprechenden Schwerpunkt G in jedem der M1 x N1 Einheitsbestandteilsbereichen R auf einen gemeinsamen Wert festgelegt wird, ein Winkel α (x, y), der durch eine Strecke, die den Gitterpunkt O (x, y) mit dem entsprechenden Schwerpunkt G verbindet, und die s-Achse gebildet wird, erfüllt: $α (x,y) = C \times φ (x,y) + B,$
mit

C: Proportionale Konstante, beispielsweise 180°/π
B: Beliebige Konstante, beispielsweise null

Als nächstes wird die M-Punktschwingung der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 detailliert beschrieben. Wie oben beschrieben, können für die M-Punktschwingung der Gitterabstand a des virtuellen quadratischen Gitters, die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13 und der äquivalente Brechungsindex n des Modus die Bedingung λ = (2^0,5) n × a erfüllen. 35 ist eine Draufsicht, die den reziproken Gitterraum darstellt, der mit der Phasenmodulationsschicht einer Lichtemittiervorrichtung in Verbindung steht, die M-Punktschwingung durchführt. Ein Punkt P in 35 repräsentiert einen reziproken Gitterpunkt. Pfeile B1 in 35 repräsentieren reziproke Gitterbasisvektoren, und Pfeile K1, K2, K3 und K4 repräsentieren vier in der Ebene liegende Wellenzahlvektoren. Die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 weisen jeweils eine Wellenzahlstreubreite SP aufgrund einer Winkelverteilung α (x, y) auf.
Die Größen der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 (das heißt, die Größe einer stationären Welle in der Richtung in der Ebene) sind kleiner als die Größe eines reziproken Gitterbasisvektors B1. Daher wird eine Vektorsumme der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 und des reziproken Gitterbasisvektors B1 nicht null, und die Wellenzahl in der Richtung in der Ebene kann aufgrund der Beugung nicht null werden, so dass die Beugung nicht in einer zu der Ebene rechtwinkligen Richtung (der Z-Achsenrichtung) auftritt. In diesem Zustand werden nicht nur Licht der nullten Ordnung in der zu der Ebene rechtwinkligen Richtung (der Z-Achsenrichtung), sondern auch Licht der +1. Ordnung und der -1. Ordnung in einer bezüglich der Z-Achsenrichtung geneigten Richtung nicht in jedem Pixel Pa der M-Punktschwingung ausgegeben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Folgende an der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitt 18 durchgeführt, und somit wird ein Teil des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung von jedem Pixel Pa ausgegeben. Das heißt, wie in 36 dargestellt, indem ein Beugungsvektor V1, der eine bestimmte konstante Größe und Richtung aufweist, zu den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 addiert wird, wird die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 (der in der Ebene liegende Wellenzahlvektor K3 in 36) kleiner als 2π/λ (λ: Wellenlänge von Licht, das von der aktiven Schicht 13 ausgegeben wird). Mit anderen Worten fällt zumindest einer der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4, zu denen der Beugungsvektor V1 addiert wird, innerhalb einer Lichtlinie LL, die ein kreisförmiger Bereich ist, der einen Radius von 2π/λ aufweist.
In 36 repräsentieren die durch unterbrochene Linien angezeigten, in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 Werte vor der Addition des Beugungsvektors V1, und durch durchgehende Linien angezeigte, in der Ebene liegende Wellenzahlvektoren K1 bis K4 repräsentieren Werte, die nach der Addition des Beugungsvektors V1 erhalten wurden. Die Lichtlinie LL entspricht einer Totalreflektionsbedingung, und ein Wellenzahlvektor, der die Größe innerhalb der Lichtlinie LL aufweist, weist eine Komponente in der zu der Ebene rechtwinkligen Richtung (der Z-Achsenrichtung) auf. Bei einem Beispiel ist die Richtung des Beugungsvektors V1 entlang der Achse Γ-M1 oder der Achse Γ-M2. Die Größe des Beugungsvektors V1 liegt in einem Bereich von 2π/(2^0,5)a - 2π/λ bis 2π/(2⁰'⁵)a + 2π/λ, und beträgt in einem Beispiel 2π/(2^0,5)a.
Im Folgenden wird die Größe und Richtung des Beugungsvektors V1 zur Unterbringung von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb der Lichtlinie LL untersucht. Die folgenden Formeln (8) bis (11) repräsentieren die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 vor der Addition des Beugungsvektors V1. $K1 = (\frac{π}{a} + Δ k x, \frac{π}{a} + Δ k y)$
$K2 = (- \frac{π}{a} + Δ k x, \frac{π}{a} + Δ k y)$
$K2 = (- \frac{π}{a} + Δ k x, - \frac{π}{a} + Δ k y)$
$K4 = (\frac{π}{a} + Δ k x, - \frac{π}{a} + Δ k y)$
Die Wellenzahlvektorausbreitungen Δkx und Δky erfüllen die folgenden Formeln (12) bzw. (13). Ein Maximalwert Δkx_max der Ausbreitung des in der Ebene liegenden Wellenzahlvektors in der X'-Achsenrichtung und der Maximalwert Δky_max der Ausbreitung des in der Ebene liegenden Wellenzahlvektors in der Y'-Achsenrichtung werden durch die Winkelstreubreite des entworfenen optischen Bildes definiert. $Δ k x_{m a x} \leq Δ k x \leq Δ k x_{m a x}$
$Δ k y_{m a x} \leq Δ k y \leq Δ k y_{m a x}$
Wenn der Beugungsvektor V1 durch die folgende Formel (14) repräsentiert wird, werden die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4, zu denen der Beugungsvektor V1 addiert wird, durch die folgenden Formeln (15) bis (18) repräsentiert. $V = (Vx, Vy)$
$K1 = (\frac{π}{a} + Δ k x + Vx, \frac{π}{a} + Δ k y + Vy)$
$K2 = (- \frac{π}{a} + Δ k x + Vx, \frac{π}{a} + Δ k y + Vy)$
$K3 = (- \frac{π}{a} + Δ k x + Vx, - \frac{π}{a} + Δ k y + Vy)$
$K4 = (\frac{π}{a} + Δ k x + Vx, - \frac{π}{a} + Δ k y + Vy)$
Wird berücksichtigt, dass irgendeiner der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb der Lichtlinie in den oben angegebenen Formeln (15) bis (18) fällt, wird die Beziehung der folgenden Formel (19) festgestellt. ${(\pm \frac{π}{a} + Δ k x + Vx)}^{2} + {(\pm \frac{π}{a} + Δ k y + Vy)}^{2} < {(\frac{2 π}{λ})}^{2}$
Das heißt, indem der Beugungsvektor V1 addiert wird, der die Formel (19) erfüllt, fällt irgendeiner der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb einer Lichtlinie LL, und ein Teil des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung wird ausgegeben.
Die Größe (der Radius) der Lichtlinie LL wird aus den folgenden Gründen auf 2π/λ festgelegt. 37 ist ein Diagramm zur schematischen Erläuterung einer Umfangsstruktur der Lichtlinie. 37 stellt eine Grenze zwischen einer Vorrichtung, die sich in der Z-Richtung befindet, und Luft dar. Die Größe des Wellenzahlvektors des Lichts im Vakuum beträgt 2π/λ, wenn aber das Licht sich durch ein Medium einer Vorrichtung ausbreitet, wie es in 37 dargestellt wird, beträgt die Größe eines Wellenzahlvektors Ka in dem Medium, das einen Brechungsindex n aufweist, 2πn/λ. Damit Licht sich durch die Grenze zwischen der Vorrichtung und der Luft ausbreitet, muss zu diesem Zeitpunkt eine Wellenzahlkomponente, die parallel zu der Grenze ist, durchgehend sein (Wellenzahlerhaltungssatz).
In 37 ist in einem Fall, in dem der Wellenzahlvektor Ka und die Z-Achse einen Winkel θ bilden, eine Länge des Wellenzahlvektors (das heißt des in der Ebene liegenden Wellenzahlvektors) Kb, der auf die Ebene projiziert wird, (2πn/λ) sinθ. Da andererseits der Brechungsindex n des Mediums im Allgemeinen größer als eins ist, gilt der Wellenzahlerhaltungssatz nicht bei einem Winkel, bei dem der in der Ebene liegende Wellenzahlvektor Kb in dem Medium größer als 2π/λ ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Licht totalreflektiert und kann nicht zu einer Luftseite extrahiert werden. Die Größe des Wellenzahlvektors, die der Totalreflektionsbedingung entspricht, ist die Größe der Lichtlinie LL, das heißt 2π/λ.
Als ein Beispiel eines spezifischen Verfahrens des Addierens des Beugungsvektors V1 zu den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 wird ein Verfahren des Überlagerns der Phasenverteilung φ₂ (x, y), die für eine gewünschte Ausgabelichtform irrelevant ist, auf eine Phasenverteilung φ₁ (x, y) gemäß der gewünschten Ausgabelichtform in Betracht gezogen. In diesem Fall wird die Phasenverteilung φ (x, y) der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 als φ (x, y) = φ₁ (x, y) + φ₂ (x, y) repräsentiert. φ₁ (x, y) entspricht einer Phase mit komplexer Amplitude, wenn eine gewünschte Form des ausgegebenen Lichts wie oben beschrieben Fourier-transformiert wird. Ferner ist φ₂ (x, y) eine Phasenverteilung zum Addieren des Beugungsvektors V1, der die oben beschriebene Formel (19) erfüllt. Man beachte, dass die Phasenverteilung φ₂ (x, y) des Beugungsvektors V1 durch ein inneres Produkt eines Beugungsvektors V1 (Vx, Vy) und eines Positionsvektors r (x, y), repräsentiert wird und sich durch die folgende Formel ergibt. $φ_{2} (x,y) = V1 \cdot r = Vxx+Vyy$
38 ist ein Diagramm, das konzeptionell ein Beispiel der Phasenverteilung φ₂ (x, y) erläutert. Im Beispiel von 38 sind ein erster Phasenwert φ_A und ein zweiter Phasenwert φ_B, der einen von dem ersten Phasenwert φ_A verschiedenen Wert aufweist, in einem Schachbrettmuster angeordnet. Bei einem Beispiel beträgt der Phasenwert φ_A null (rad), und der Phasenwert φ_B beträgt π (rad). In diesem Fall ändern sich der erste Phasenwert φ_A und der zweite Phasenwert φ_B um π. Durch eine solche Anordnung der Phasenwerte kann der Beugungsvektor V1 entlang der Achse Γ-M1 oder der Achse Γ-M2 geeignet realisiert werden. Im Fall der schachbrettartigen Anordnung ist V1 = (±π/a, ±π/a), und der Beugungsvektor V1 und ein beliebiger der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in 36 werden exakt aufgerechnet. Daher fällt eine Symmetrieachse des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung mit der Z-Richtung zusammen, das heißt, mit einer Richtung, die zu der Richtung rechtwinklig ist, die auf der Ebene der Resonanzmodenbildungsschicht 14A definiert ist. Ferner kann durch Ändern der Anordnungsrichtung der Phasenwerte φ_A und φ_B von 45° die Richtung des Beugungsvektors V1 in eine beliebige Richtung eingestellt werden. Man beachte, dass, wie oben beschrieben, der Beugungsvektor V1 von (±π/a, ±π/a) verschoben werden kann, solange zumindest einer der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den Bereich der Lichtlinie LL fällt.
Im vorliegenden Abwandlungsbeispiel kann in einem Fall, in dem die Wellenzahlstreubreite, die auf der Winkelstreubreite des ausgegebenen Lichts basiert, in einem Kreis enthalten ist, der einen Radius Δk aufweist, der einen bestimmten Punkt des Wellenzahlraums als Mittelpunkt aufweist, die Wellenzahlstreubreite einfach wie folgt betrachtet werden. Indem der Beugungsvektor V1 zu den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in vier Richtungen addiert wird, wird die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen kleiner als 2π/λ (Lichtlinie LL). Dies kann so betrachtet werden, dass, indem der Beugungsvektor V1 zu einem Vektor addiert wird, der dadurch erhalten wird, dass eine Wellenzahlstreubreite Δk von den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen entfernt wird, die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen kleiner als ein Wert {(2π/λ) - Δk} ist, der erhalten wird, indem die Wellenzahlstreubreite Δk von 2π/λ subtrahiert wird.
39 ist ein Diagramm, das konzeptionell die oben beschriebene Idee erläutert. Wenn, wie in 39 gezeigt, der Beugungsvektor V1 zu den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 addiert wird, die durch Entfernen der Wellenzahlstreubreite Δk erhalten wurden, wird die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 kleiner als {(2π/λ) - Δk}. In 39 ist ein Bereich LL2 ein kreisförmiger Bereich, der einen Radius {(2π/λ) - Δk} aufweist. In 39 repräsentieren die durch unterbrochene Linien angezeigten, in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 Werte vor der Addition des Beugungsvektors V1, und die durch durchgehende Linien angezeigten, in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 repräsentieren Werte, die nach der Addition des Beugungsvektors V1 erhalten wurden. Der Bereich LL2 entspricht einer Totalreflektionsbedingung unter Berücksichtigung der Wellenzahlstreubreite Δk, und ein Wellenzahlvektor, der die Größe innerhalb des Bereichs LL2 aufweist, breitet sich auch in der zu der Ebene rechtwinkligen Richtung (der Z-Achsenrichtung) aus.
In diesem Modus wird die Größe und Richtung des Beugungsvektors V1 zur Unterbringung von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb des Bereichs LL2 erläutert. Die folgenden Formeln (20) bis (23) repräsentieren die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 vor der Addition des Beugungsvektors V1. $K1 = (\frac{π}{a}, \frac{π}{a})$
$K2 = (- \frac{π}{a}, \frac{π}{a})$
$K3 = (- \frac{π}{a}, - \frac{π}{a})$
$K4 = (\frac{π}{a}, \frac{π}{a})$
Wenn hier der Beugungsvektor V1 durch die folgende Formel (14) repräsentiert wird, werden die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4, zu denen der Beugungsvektor V1 addiert wird, durch die folgenden Formeln (24) bis (27) repräsentiert. $K1 = (\frac{π}{a} + Vx, \frac{π}{a} + Vy)$
$K2 = (- \frac{π}{a} + Vx, \frac{π}{a} + Vy)$
$K3 = (- \frac{π}{a} + Vx, - \frac{π}{a} + Vy)$
$K4 = (\frac{π}{a} + Vx, - \frac{π}{a} + Vy)$
Wird berücksichtigt, dass irgendeiner der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb des Bereichs LL2 in den oben angegebenen Formeln (24) bis (27) fällt, wird die Beziehung der folgenden Formel (28) festgestellt. Das heißt, indem der Beugungsvektor V1 addiert wird, der die Formel (28) erfüllt, fällt irgendeiner der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4, der durch Entfernen der Wellenzahlstreubreite Δk erhalten wird, innerhalb des Bereichs LL2. Auch in einem solchen Fall kann ein Teil des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung ausgegeben werden. ${(\pm \frac{π}{a} + Vx)}^{2} + {(\pm \frac{π}{a} + Vy)}^{2} < {(\frac{2π}{λ} - Δ k)}^{2}$
40 ist eine Draufsicht, die eine Resonanzmodenbildungsschicht 14B als einen weiteren Modus der Resonanzmodenbildungsschicht des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 darstellt. 41 ist ein Diagramm, das die Anordnung des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex in der Resonanzmodenbildungsschicht 14B des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 darstellt. Wie in den 40 und 41 dargestellt, kann der Schwerpunkt G jedes der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex der Resonanzmodenbildungsschicht 14B auf einer geraden Linie D angeordnet sein. Die Gitterpunkte O des quadratischen Gitters werden durch Schnittpunkte von Linien x0 bis x3 parallel zu der Y'-Achse und von Linien y0 bis y2 parallel zu der X'-Achse definiert, und in ähnlicher Weise wie bei dem Beispiel der 32 wird ein quadratischer Bereich (quadratisches Gitter), der auf jedem der Gitterpunkte O zentriert ist, als die Einheitsbestandteilsbereiche R (0, 0) bis R (3, 2) festgelegt. Die gerade Linie D ist eine gerade Linie, die den Gitterpunkt O durchläuft, der dem Einheitsbestandteilsbereich R (x, y) entspricht, und die bezüglich jeder Seite des quadratischen Gitters geneigt ist. Das heißt, die gerade Linie D ist eine gerade Linie, die bezüglich sowohl der X'-Achse als auch der Y'-Achse geneigt ist. Ein Neigungswinkel der geraden Linie D bezüglich einer Seite (X'-Achse) des quadratischen Gitters ist β.
In diesem Fall ist der Neigungswinkel β in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 konstant. Der Neigungswinkel β erfüllt 0° < β < 90°, und in einem Beispiel ist β = 45°. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel β 180° < β < 270°, und in einem Beispiel ist β = 225°. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β 0° < β < 90° oder 180° < β < 270° erfüllt, erstreckt sich die gerade Linie D von einem ersten Quadranten zu einem dritten Quadranten einer Koordinatenebene, die durch die X'-Achse und die Y'-Achse definiert wird. Der Neigungswinkel β erfüllt 90° < β < 180°, und in einem Beispiel ist β = 135°. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel β 270° < β < 360°, und in einem Beispiel ist β = 315°. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel β 90° < β < 180° oder 270° < β < 360° erfüllt, erstreckt sich die gerade Linie D von einem zweiten Quadranten zu einem vierten Quadranten der Koordinatenebene, die durch die X'-Achse und die Y'-Achse definiert wird. Wie oben beschrieben, ist der Neigungswinkel β ein Winkel ausschließlich von 0°, 90°, 180° und 270°.
Hier, in dem Einheitsbestandteilsbereich R (x, y), dessen Koordinaten durch die zur X'-Achse parallelen s-Achse und eine zur Y'-Achse parallelen t-Achse definiert werden, ist ein Abstand zwischen dem Gitterpunkt O und dem Schwerpunkt G r (x, y). x ist eine Position eines x-ten Gitterpunkts auf der X'-Achse, und y ist eine Position eines y-ten Gitterpunkts auf der Y'-Achse. In einem Fall, in dem der Abstand r (x, y) ein positiver Wert ist, befindet sich der Schwerpunkt G auf dem ersten Quadranten (oder dem zweiten Quadranten). In einem Fall, in dem der Abstand r (x, y) ein negativer Wert ist, befindet sich der Schwerpunkt G auf dem dritten Quadranten (oder dem vierten Quadranten). In einem Fall, in dem der Abstand r (x, y) null ist, fallen der Gitterpunkt O und der Schwerpunkt G zusammen. Die Neigungswinkel sind bevorzugt 45°, 135°, 225° und 275°. Bei diesen Neigungswinkeln sind nur zwei der vier Wellenzahlvektoren (beispielsweise der in der Ebene liegende Wellenzahlvektor (±π/a, ±π/a)), die die stationäre Welle an einem M-Punkt bilden, phasenmoduliert, und die anderen beiden sind nicht phasenmoduliert. Daher kann eine stabile stationäre Welle gebildet werden.
Der Abstand r (x, y) zwischen dem Schwerpunkt G jedes der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex und dem Gitterpunkt O, der jedem der Einheitsbestandteilsbereiche R entspricht, wird individuell für jeden der Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex gemäß der Phasenverteilung φ (x, y) gemäß einer gewünschten Ausgabelichtform festgelegt. In der vorliegenden Offenbarung wird ein solcher Anordnungsmodus des Schwerpunkts G als ein zweiter Modus bezeichnet. Die Phasenverteilung φ (x, y) und eine Abstandsverteilung r (x, y) weisen einen spezifischen Wert für jede Position auf, die durch die Werte von x und y bestimmt wird, wird jedoch nicht durch eine spezifische Funktion repräsentiert. Eine Verteilung des Abstands r (x, y) wird bestimmt, indem die Phasenverteilung φ (x, y) aus einer komplexen Amplitudenverteilung extrahiert wird, die durch inverse Fourier-Transformation der gewünschten Ausgabelichtform erhalten wird.
Das heißt, in einem Fall, in dem eine Phase φ (x, y) bei bestimmten Koordinaten (x, y) P₀ ist, wird der Abstand r (x, y) auf null festgelegt, in einem Fall, in dem die Phase φ (x, y) π+P₀ ist, wird der Abstand r (x, y) auf den Maximalwert R₀ festgelegt, und in einem Fall, in dem die Phase φ (x, y) -π+P₀ ist, wird der Abstand r (x, y) auf den Minimalwert -R₀ festgelegt. Für eine dazwischenliegende Phase φ (x, y) wird der Abstand r (x, y) derart festgelegt, dass r (x, y) = {φ (x, y) -P₀} × R₀/π. Eine anfängliche Phase P₀ kann beliebig festgelegt werden.
Wenn der Gitterabstand des virtuellen quadratischen Gitters a ist, liegt der Maximalwert R₀ von r (x, y) beispielsweise innerhalb des Bereichs der folgenden Formel (29). Wenn die komplexe Amplitudenverteilung aus einem gewünschten optischen Bild erhalten wird, ist es möglich, die Reproduzierbarkeit des Strahlmusters zu verbessern, indem ein iterativer Algorithmus, wie etwa das GS-Verfahren, angewandt wird, das im Allgemeinen zum Zeitpunkt der Berechnung für eine Hologrammerzeugung verwendet wird. $0 \leq R_{0} \leq \frac{a}{\sqrt{2}}$
Im zweiten Modus kann eine gewünschte Ausgabelichtform erhalten werden, indem die Verteilung des Abstands (x, y) des Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex der Resonanzmodenbildungsschicht 14B bestimmt wird. Unter der ersten bis vierten Vorbedingung ist, wie bei dem oben beschriebenen ersten Modus, die Resonanzmodenbildungsschicht 14B ausgebildet, die folgende Bedingung zu erfüllen. Das heißt, der entsprechende Bereich 14b mit modifiziertem Brechungsindex R ist in dem Einheitsbestandteilsbereich R(x, y) derart angeordnet, dass der Abstand r (x, y) vom Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G des entsprechenden Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex erfüllt: $r (x, y) = C \times (φ (x, y) - P_{0})$
mit

C: Proportionale Konstante, beispielsweise R₀/π
P0: Beliebige Konstante, beispielsweise null

In einem Fall, in dem erwünscht ist, eine gewünschte Ausgabelichtform zu erhalten, kann die Ausgabelichtform einer inversen Fouriertransformation unterzogen werden, um die Verteilung des Abstandes r (x, y) gemäß der φ (x, y) der komplexen Amplitude einer Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex zu ergeben. Die Phase φ (x, y) und der Abstand r (x, y) können zueinander proportional sein.
Ebenfalls erfüllen im zweiten Modus, ähnlich wie im ersten oben beschriebenen Modus, der Gitterabstand a des virtuellen quadratischen Gitters und die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13 die Bedingung der M-Punktschwingung. Wenn man den reziproken Gitterraum in der Resonanzmodenbildungsschicht 14B betrachtet, ist ferner die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen, die jeweils die Wellenzahlstreubreite aufgrund der Verteilung des Abstands r (x, y) umfassen, kleiner als 2π/λ, also der Lichtlinie LL.
Ebenfalls wird im zweiten Modus das Folgende an der Resonanzmodenbildungsschicht 14B in der lichtemittierenden Vorrichtung, die am M-Punkt schwingt, durchgeführt, und somit wird ein Teil des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung von jedem Pixel Pa ausgegeben. Spezifisch wird, wie in 36 dargestellt, indem der Beugungsvektor V1, der eine bestimmte konstante Größe und Richtung aufweist, zu den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 addiert wird, die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 kleiner als 2π/λ. Das heißt, zumindest einer der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4, zu denen der Beugungsvektor V1 addiert wird, fällt innerhalb der Lichtlinie LL, die ein kreisförmiger Bereich ist, der einen Radius von 2π/λ aufweist. Indem der Beugungsvektor V1 addiert wird, der die oben beschriebene Formel (19) erfüllt, fällt irgendeiner der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb einer Lichtlinie LL, und ein Teil des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung wird ausgegeben.
Alternativ kann, wie in 39 dargestellt wird, indem der Beugungsvektor V1 zu einem Vektor addiert wird, der dadurch erhalten wird, dass die Wellenzahlstreubreite Δk von den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen (das heißt den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren in den vier Richtungen in einem quadratischen Gitter PCSEL der M-Punktschwingung) entfernt wird, die Größe von zumindest einem der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen kleiner als ein Wert {(2π/λ) - Δk} sein, der erhalten wird, indem die Wellenzahlstreubreite Δk von 2π/λ subtrahiert wird. Das heißt, indem der Beugungsvektor V1 addiert wird, der die oben beschriebene Formel (28) erfüllt, fällt irgendeiner der in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 innerhalb des Bereichs LL2, und ein Teil des Lichts +1. Ordnung und des Lichts -1. Ordnung wird ausgegeben.
Es werden Betriebseffekte beschrieben, die durch das Lichtquellenmodul 1C nach dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel erhalten werden, das oben beschrieben wird. Wenn ein Vorstrom zwischen der ersten Elektrode 21 und der zweiten Elektrode 22 und zwischen der dritten Elektrode 23 und der vierten Elektrode 24 zugeführt wird, werden Träger zwischen der ersten Mantelschicht 12 und der zweiten Mantelschicht 15 in jedem von dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 und dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 gesammelt, und Licht wird in der aktiven Schicht 13 effizient erzeugt. Das Licht, das von der aktiven Schicht 13 ausgegeben wird, tritt in die Resonanzmodenbildungsschicht 14A ein und resoniert in der X-Richtung und der Y-Richtung, die rechtwinklig zu der Dickenrichtung in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A sind. Dieses Licht wird zu einem phasenangepassten kohärenten Laserlichtstrahl in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Phasensynchronisationsabschnitts 17.
Ein Abschnitt der Resonanzmodenbildungsschicht 14A, der einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 bildet, ist in der Y-Richtung bezüglich eines Abschnitts der Resonanzmodenbildungsschicht 14A angeordnet, der einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts 17 bildet. Daher stimmt die Phase des Laserlichtstrahls in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A jedes Subpixels Pb mit der Phase des Laserlichtstrahls in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Phasensynchronisationsabschnitts 17 überein. Somit werden die Phasen der Laserlichtstrahlen in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A zwischen den Subpixeln Pb angepasst.
Die Resonanzmodenbildungsschicht 14A des vorliegenden Abwandlungsbeispiels bewirkt die Schwingung am M-Punkt, jedoch erfüllt in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 eine Verteilungsform einer Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex eine Bedingung dafür, dass der Laserlichtstrahl L von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 in einer Richtung ausgegeben wird, die sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung schneidet. Daher wird der phasenangepasste Laserlichtstrahl L von jedem Subpixel Pb des Intensitätsmodulationsabschnitts 18 in einer Richtung ausgegeben, die sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung schneidet (beispielsweise in einer bezüglich der Z-Richtung geneigten Richtung). Ein Teil des Laserlichtstrahls L erreicht direkt das Halbleitersubstrat 11 von der Resonanzmodenbildungsschicht 14A. Ferner erreicht der Rest des Laserlichtstrahls L die dritte Elektrode 23 von der Resonanzmodenbildungsschicht 14A, wird durch die dritte Elektrode 23 reflektiert, und erreicht dann das Halbleitersubstrat 11. Der Laserlichtstrahl L durchläuft das Halbleitersubstrat 11 und tritt von der rückseitigen Oberfläche 11b des Halbleitersubstrats 11 zur Außenseite des Lichtquellenmoduls 1C durch die Öffnung 24a der vierten Elektrode 24 aus.
Auch ist in dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel die dritte Elektrode 23 in Entsprechung zu jedem Subpixel Pb vorgesehen. Daher kann die Größe des Vorstroms, der dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 zugeführt wird, individuell für jedes Subpixel Pb eingestellt werden. Das heißt, die Lichtintensität des Laserlichtstrahls L, der von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ausgegeben wird, kann individuell (unabhängig) für jedes Subpixel Pb eingestellt werden. Ferner ist in jedem Pixel Pa die Länge Da des Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ Subpixel Pb umfasst, in der Anordnungsrichtung (der X-Richtung) (siehe 27 und 30) kleiner als die Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht 13, das heißt, die Wellenlänge des Laserlichtstrahls L. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wird, kann in einem Fall, in dem die Subpixel Pb, die Licht zur gleichen Zeit ausgeben, auf die aufeinanderfolgenden N₂ Subpixel Pb von den N₁ Subpixeln Pb, die jedes Pixel Pa bilden, beschränkt sind, jedes Pixel Pa äquivalent als ein Pixel angesehen werden, das eine einzige Phase aufweist. In einem Fall, in dem die Phasen der Laserlichtstrahlen L, die von den N₁ Subpixeln Pb ausgegeben werden, die jedes Pixel Pa bilden, aneinander angepasst sind, wird die Phase des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird, gemäß einer Intensitätsverteilung bestimmt, die durch die N₁ Subpixel Pb realisiert wird, die das Pixel Pa bilden. Daher kann auch im Lichtquellenmodul 1C des vorliegenden Abwandlungsbeispiels die Phasenverteilung des Laserlichtstrahls L dynamisch gesteuert werden. Man beachte, dass die oben beschriebene Wirkung in einer ähnlichen Weise auch in einem Fall erreicht werden kann, in dem die Resonanzmodenbildungsschicht 14B anstelle der Resonanzmodenbildungsschicht 14A bereitgestellt wird.
Wie bei dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel kann die Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B), die in dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 enthalten ist, eine photonische Kristallstruktur aufweisen, in der eine Mehrzahl der Bereiche 14b mit modifiziertem Brechungsindex periodisch angeordnet sind. In diesem Fall kann der phasenangepasste Laserlichtstrahl von dem Phasensynchronisationsabschnitt 17 jedem Subpixel Pb zugeführt werden.
Wie bei dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel kann eine Bedingung dafür, dass der Laserlichtstrahl L in einer Richtung, die sowohl die X-Richtung als auch die Y-Richtung schneidet, von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ausgegeben wird, sein, dass die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren K1 bis K4 in den vier Richtungen, die jeweils eine Wellenzahlstreubreite umfassen, die einer Winkelstreubreite des von dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18 ausgegebenen Laserlichtstrahls L entspricht, an einem reziproken Gitterraum der Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B) gebildet sind, und die Größe von zumindest einem in der Ebene liegenden Wellenzahlvektor kleiner als 2π/λ, das heißt die Lichtlinie LL, ist. Wie oben beschrieben, wird normalerweise in einem stationären Wellenzustand der M-Punktschwingung das sich in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B) ausbreitende Licht total reflektiert, und die Ausgabe sowohl eines Signallichts (beispielsweise zumindest eines von dem Licht der +1. Ordnung und der -1. Ordnung) als auch des Lichts 0. Ordnung wird unterdrückt. Andererseits können in einem S-iPM-Laser die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektor K1 bis K4 wie oben beschrieben eingestellt werden, indem die Anordnung jedes Bereichs 14b mit modifiziertem Brechungsindex berücksichtigt wird. In einem Fall, in dem die Größe von zumindest einem in der Ebene liegenden Wellenzahlvektor kleiner als 2π/λ ist, weist der in der Ebene liegende Wellenzahlvektor eine Komponente in der Dickenrichtung (der Z-Richtung) der Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B) auf, und bewirkt keine Totalreflektion an einer Grenzfläche mit Luft. Somit kann ein Teil des Signallichts als der Laserlichtstrahl L von jedem Pixel Pa ausgegeben werden.
(Viertes Abwandlungsbeispiel)
42 ist eine Draufsicht auf ein Lichtquellenmodul 1D nach dem vierten Abwandlungsbeispiel der oben beschriebenen Ausführungsform. 43 ist eine Unteransicht des Lichtquellenmoduls 1D. Man beachte, dass ein Querschnittsaufbau des Lichtquellenmoduls 1D dem des oben beschriebenen dritten Abwandlungsbeispiels ähnlich ist und daher nicht dargestellt wird.
Ein Unterschied zwischen dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel und dem dritten Abwandlungsbeispiel ist eine Struktur der Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B) in dem Intensitätsmodulationsabschnitt 18. Das heißt, in dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel ist, ähnlich wie in dem oben beschriebenen zweiten Abwandlungsbeispiel, der Phasenverschiebungsabschnitt 14c, um zu bewirken, dass die Phasen der Laserlichtstrahlen L, die von den Pixeln Pa in der Y-Richtung ausgegeben werden, zwischen den N₁ Subpixeln Pb voneinander verschieden sind, in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B) jedes Subpixels Pb enthalten. Details des Phasenverschiebungsabschnitts 14c sind ähnlich denen des zweiten Abwandlungsbeispiels.
Wie in dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel kann der Phasenverschiebungsabschnitt 14c, um zu bewirken, dass die Phasen der Laserlichtstrahlen L, die von den Pixeln Pa in der Y-Richtung ausgegeben werden, zwischen den N₁ Subpixeln Pb voneinander verschieden sind, in der Resonanzmodenbildungsschicht 14A (oder 14B) jedes Subpixels Pb enthalten sein. In diesem Fall ist die Phase des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird, für jedes Subpixel Pb unterschiedlich. Die Phase des Laserlichtstrahls L, der von jedem Pixel Pa ausgegeben wird, wird gemäß der Intensitätsverteilung und der Phasenverteilung der N₁ Subpixel Pb bestimmt, die das Pixel Pa bilden. Daher kann der Freiheitsgrad des Steuerns der Phasenverteilung des Laserlichtstrahls L wird weiter erhöht werden.
Das Lichtquellenmodul nach der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und verschiedene andere Abwandlungen können vorgenommen werden. Beispielsweise wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform und jedem Abwandlungsbeispiel ein Beispiel beschrieben, in dem eine Mehrzahl von Pixeln Pa eindimensional angeordnet ist, jedoch kann eine Mehrzahl der Pixel Pa zweidimensional angeordnet werden. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Lichtquellenmodulen, die in der oben beschriebenen Ausführungsform oder jedem Abwandlungsbeispiel offenbart werden, kombiniert werden. Ferner wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem der Halbleiterstapelabschnitt 10 hauptsächlich einen auf GaAs basierenden Halbleiter umfasst, jedoch kann der Halbleiterstapelabschnitt 10 hauptsächlich einen auf InP basierenden Halbleiter umfassen, oder kann hauptsächlich einen auf GaN basierenden Halbleiter umfassen.
Bezugszeichenliste

1A bis 1D: Lichtquellenmodul
10: Halbleiterstapelabschnitt
11: Halbleitersubstrat (in der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten)
11a: Hauptoberfläche
11b: Rückseitige Oberfläche
12: Erste Mantelschicht (in der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten)
13: Aktive Schicht
14: Photonische Kristallschicht
14A, 14B: Resonanzmodenbildungsschicht
14a: Basisschicht
14b: Bereich mit modifiziertem Brechungsindex
14c: Phasenverschiebungsabschnitt
15: Zweite Mantelschicht (in der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten)
16: Kontaktschicht (in der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten)
17: Phasensynchronisationsabschnitt
18: Intensitätsmodulationsabschnitt
19: Markierung
21: Erste Elektrode
22: Zweite Elektrode
23: Dritte Elektrode
24: Vierte Elektrode
24a: Öffnung
25: Antireflektionsfilm
30: Steuerplatine
31: Leitfähiges Verbindungsmaterial
B1: Reziproker Gitterbasisvektor
D: Gerade Linie
G: Schwerpunkt
K1 bis K4, Ka, Kb: In der Ebene liegender Wellenzahlvektor
L: Laserlichtstrahl
La: Lichtemissionspunkt
LL: Lichtlinie
LL2: Bereich
O: Gitterpunkt
Pa: Pixel
Pb: Subpixel
R: Einheitsbestandteilsbereich
S, SA: Schlitz
SP: Wellenzahlstreubreite
SW: Synthetisierte Wellenfront
V1: Beugungsvektor
WF1 bis WF3: Wellenfront

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020006906 [0002]
JP 2020 [0002]
JP 006907 [0002]
JP 160719 [0002]
JP 2013120801 [0005]

Claims

Lichtquellenmodul, umfassend: einen Halbleiterstapelabschnitt, der ausgebildet ist, eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen gestapelten Körper zu umfassen, der zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist und eine aktive Schicht und eine photonische Kristallschicht umfasst, die Γ-Punktschwingung bewirkt, in dem ein Phasensynchronisationsabschnitt und ein Intensitätsmodulationsabschnitt vorgesehen sind, die in einer ersten Richtung, die eine von Resonanzrichtungen der photonischen Kristallschicht ist, angeordnet sind, ein Abschnitt des gestapelten Körpers, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel aufweist, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die die erste Richtung schneidet, jedes der M Pixel N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel aufweist, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, und eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, die in der zweiten Richtung definiert ist, kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht ist; eine erste Elektrode, die ausgebildet ist, mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts ausbildet; eine zweite Elektrode, die ausgebildet ist, mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet; eine dritte Elektrode, die ausgebildet ist, in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen zu sein, und mit einem von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden; und eine vierte Elektrode, die ausgebildet ist, mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden, wobei Licht von jedem der M Pixel, die in dem Intensitätsmodulationsabschnitt enthalten sind, in einer Richtung ausgegeben wird, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Lichtquellenmodul nach Anspruch 1, wobei die photonische Kristallschicht einen Phasenverschiebungsabschnitt umfasst, der in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen ist, wobei der Phasenverschiebungsabschnitt ausgebildet ist, um zu bewirken, dass Phasen von Lichtstrahlen, die von den M Pixeln in der ersten Richtung ausgegeben werden, zwischen den N₁ Subpixeln voneinander verschieden sind.
Lichtquellenmodul, umfassend: einen Halbleiterstapelabschnitt, der ausgebildet ist, eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einen gestapelten Körper zu umfassen, der zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist und eine aktive Schicht und eine Resonanzmodenbildungsschicht umfasst, in dem ein Phasensynchronisationsabschnitt und ein Intensitätsmodulationsabschnitt vorgesehen sind, die in einer ersten Richtung, die eine von Resonanzrichtungen der Resonanzmodenbildungsschicht ist, angeordnet sind, ein Abschnitt des gestapelten Körpers, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, M (M ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Pixel aufweist, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die die erste Richtung schneidet, jedes der M Pixel N₁ (N₁ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) Subpixel aufweist, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, und eine Länge eines Bereichs, der aufeinanderfolgende N₂ (N₂ ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr und N₁ oder weniger) Subpixel von den N₁ Subpixeln umfasst, die in der zweiten Richtung definiert ist, kleiner als eine Emissionswellenlänge λ der aktiven Schicht ist; eine erste Elektrode, die ausgebildet ist, mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet; eine zweite Elektrode, die ausgebildet ist, mit einem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet; eine dritte Elektrode, die ausgebildet ist, in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen zu sein, und mit einem von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden; und eine vierte Elektrode, die ausgebildet ist, mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden zu sein, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden, wobei die Resonanzmodenbildungsschicht eine Basisschicht und eine Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet, und zweidimensional auf einer Ebene verteilt sind, die rechtwinklig zu einer Dickenrichtung der Resonanzmodenbildungsschicht ist, eine Anordnung der Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex eine Bedingung einer M-Punktschwingung erfüllt, in einem virtuellen quadratischen Gitter, das auf der Ebene eines Abschnitts der Resonanzmodenbildungsschicht festgelegt ist, der zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bildet, ein Schwerpunkt jedes der Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex in einer Position entfernt von einem entsprechenden Gitterpunkt unter den Gitterpunkten des virtuellen quadratischen Gitters angeordnet ist, und jeder der Mehrzahl von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex in einem von einem ersten Modus, in dem ein Winkel eines Vektors, der den entsprechenden Gitterpunkt mit dem Schwerpunkt verbindet, bezüglich des virtuellen quadratischen Gitters individuell festgelegt ist, und einem zweiten Modus angeordnet ist, in dem der Schwerpunkt auf einer geraden Linie angeordnet ist, die den entsprechenden Gitterpunkt durchläuft und bezüglich des quadratischen Gitters geneigt ist, und ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt und dem entsprechenden Gitterpunkt individuell festgelegt ist, und eine Verteilung des Winkels des Vektors im ersten Modus oder eine Verteilung des Abstandes im zweiten Modus eine Bedingung dafür erfüllt, dass Licht von dem Intensitätsmodulationsabschnitt in einer Richtung ausgegeben wird, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet.
Lichtquellenmodul nach Anspruch 3, wobei der Abschnitt der Resonanzmodenbildungsschicht, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet, eine photonische Kristallstruktur aufweist, in der die Mehrzahl der Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex periodisch angeordnet sind.
Lichtquellenmodul nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Resonanzmodenbildungsschicht einen Phasenverschiebungsabschnitt umfasst, der in eins-zu-eins Entsprechung zu den N₁ Subpixeln vorgesehen ist, wobei der Phasenverschiebungsabschnitt ausgebildet ist, um zu bewirken, dass Phasen von Lichtstrahlen, die von den M Pixeln in der ersten Richtung ausgegeben werden, zwischen den N₁ Subpixeln voneinander verschieden sind.
Lichtquellenmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Bedingung dafür, dass Licht von dem Intensitätsmodulationsabschnitt in einer Richtung ausgegeben wird, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung schneidet, ist, dass die in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren in vier Richtungen, die jeweils eine Wellenzahlstreubreite umfassen, die der Winkelstreubreite des von dem Intensitätsmodulationsabschnitt ausgegebenen Lichts entspricht, an einem reziproken Gitterraum der Resonanzmodenbildungsschicht gebildet sind, und eine Größe von zumindest einem in der Ebene liegenden Wellenzahlvektor von den in der Ebene liegenden Wellenzahlvektoren in den vier Richtungen kleiner als 2π/λ ist.
Lichtquellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Elektrode eine gesamte Oberfläche des Abschnitts der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in einem Zustand bedeckt, in dem sie mit dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in Kontakt ist, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet, und die zweite Elektrode eine gesamte Oberfläche des Abschnitts der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einem Zustand bedeckt, in dem sie mit dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Kontakt ist, der zumindest einen Teil des Phasensynchronisationsabschnitts bildet.
Lichtquellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die dritte Elektrode mit einem von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Kontakt ist, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden, die vierte Elektrode eine Rahmenform aufweist, die eine Öffnung umgibt, um den Durchgang von Licht zu erlauben, und mit dem anderen von dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Abschnitt der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Kontakt ist, die zumindest einen Teil des Intensitätsmodulationsabschnitts bilden.
Lichtquellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Halbleiterstapelabschnitt eine Mehrzahl von Schlitzen umfasst, und die N₁ Subpixel und die Mehrzahl von Schlitzen abwechselnd einer nach dem anderen in der zweiten Richtung angeordnet sind.
Lichtquellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die N₁ Subpixel drei oder mehr Subpixel umfassen, und die N₂ Subpixel drei oder mehr Subpixel umfassen.