WO2018230612A1

WO2018230612A1 - 発光装置

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Publication number: WO2018230612A1
Application number: PCT/JP2018/022609
Authority: WO
Inventors: 優瀧口; 和義廣瀬; 黒坂　剛孝; 貴浩杉山; 佳朗野本; 聡上野山
Original assignee: 浜松ホトニクス株式会社
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2018-12-20
Also published as: JP2019003041A; US20200209653A1; US11686956B2; JP6959042B2; CN110546564A; CN110546564B; DE112018003033T5

Abstract

本実施形態は、空間光変調素子から出力される変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用の低減を可能にする発光装置に関し、当該発光装置は、光出力面から光を出力する半導体発光素子と、該光を変調する反射型の空間光変調素子を備える。空間変調素子は、半導体発光素子の光入力面の面積よりも大きい面積を有する光入出射面を備え、光入出力面のうち半導体発光素子の光出力面と対面する領域を介して取り込まれた光を変調し、変調後の光を該光入出力面の別の領域から半導体発光素子の光入力面以外の空間に出力する。

Description

発光装置

　本発明は、発光装置に関するものである。

　特許文献１には、半導体レーザチップおよびこの半導体レーザチップに光学的に結合した空間光変調器を備える半導体レーザ装置が記載されている。半導体レーザチップは、活性層と、活性層を挟む一対のクラッド層と、活性層に光学的に結合した回折格子層と、を備える。空間光変調器は、共通電極と、複数の画素電極と、共通電極と画素電極との間に配置された液晶層と、を備える。回折格子層の厚み方向に沿って出力されたレーザ光は、共通電極および画素電極のうちの透明な電極を介して空間光変調器に入力される。空間光変調器は、レーザ光の微小領域ごとの位相、強度、および偏光方向のうち少なくとも一つを、画素電極と共通電極との間に印加される駆動電圧により変調し、外部に出力するため、空間光制御したレーザ光を反射する。

国際公開第２０１５／００８６２７号公報

Y. Kurosaka et al.," Effects of non-lasing band in two-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional band structure," Opt. Express 20, 21773-21783 (2012)

　発明者らは、上記半導体レーザ装置等の従来の発光装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、半導体発光素子と空間光変調素子とを組み合わせた構成を備える従来の発光装置では、半導体発光素子から出力された光が空間光変調素子に入力され、空間光変調素子において該光に任意の位相分布および強度分布が与えられた光が外部に出力される。これにより所望の光像が得られる。

　空間光変調素子には、反射型および透過型が存在する。反射型の空間光変調素子を用いる場合、空間光変調素子と半導体発光素子とを互いに近接させて配置すると、空間光変調素子と半導体発光素子との光結合のための位置調整が容易となり、発光装置の小型化が可能となる。しかしながら、このような反射型の空間光変調素子から出力された変調後の光を装置外部へ出力するためには、装置の構造上、該変調後の光が半導体発光素子を通過しなければならない。この場合、半導体発光素子の遮光性の構成要素（例えば電極等）によって減衰や回折作用などが生じ、光像の質が低下してしまう。また、このような不具合を避けるために反射型の空間光変調素子と半導体発光素子とが互いに離して配置された構成では、該反射型の空間光変調素子と半導体発光素子との光結合のための位置調整が煩雑となり、かつ、装置が大型化してしまう。発光装置が多数の半導体発光素子を備える場合は尚更である。

　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、反射型の空間光変調素子と半導体発光素子とを近接して配置した場合であっても、該空間光変調素子から出力される変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用の低減を可能にするための構造を備えた発光装置を提供することを目的としている。

　上述の課題を解決するため、本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子と、空間光変調素子を備える。半導体発光素子は、光出力面を有し、該光出力面の法線方向に対して傾斜した方向に光を出力する。空間光変調素子は、半導体発光素子の光出力面と少なくとも一部が対面するよう配置された光入出力面を有する反射型の空間光変調素子である。

　上記反射型の空間光変調素子は、光入出力面を介して入力された半導体発光素子からの光の位相および強度の少なくとも一方を変調し、変調された該光を光入出力面から出力する。一方、半導体発光素子は、半導体基板と、活性層および位相変調層を含む半導体積層部と、第１電極と、第２電極と、を少なくとも備える。半導体基板は、主面と、該主面に対向する裏面とを有する。活性層および位相変調層を含む半導体積層部は、該活性層および位相変調層を挟むよう配置された上面および下面含む。また、半導体積層部は、当該半導体積層部の下面と半導体基板の主面とが対面するよう、該半導体基板の主面上に配置されている。第１電極は、半導体積層部の上面上に設けられている。第２電極は、半導体基板の裏面上に設けられている。

　特に、半導体発光素子の光出力面は、半導体積層部の上面または半導体基板の裏面に含まれる。位相変調層は、所定の屈折率を有する基本層と、該基本層の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域とを有する。また、光出力面の法線方向に垂直な位相変調層の設計面上に仮想的な正方格子が設定された状態において、複数の異屈折率領域それぞれは、その重心が仮想的な正方格子の対応する格子点から所定距離だけ離れ、かつ、該対応する格子点から重心へ向かうベクトルが対応する格子点周りに所定の回転角度を有するよう、配置されている。または、光出力面の法線方向に垂直な位相変調層の設計面上に仮想的な正方格子が設定された状態において、複数の異屈折率領域のそれぞれは、その重心が仮想的な正方格子の格子点を通り正方格子に対して傾斜する直線上に配置され、かつ、該対応する格子点から重心へ向かうベクトルが所定の大きさを有するよう、配置されている。上述のような構造を備えた発光素子において、半導体発光素子の光出力面の面積は、空間光変調素子の光入出力面の面積よりも小さい。

　本実施形態に係る発光装置によれば、反射型の空間光変調素子と半導体発光素子とが近接配置された構成であっても、該空間光変調素子から出力される変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用の低減が可能になる。

は、第１実施形態に係る発光装置の断面構成を示す模式図である。は、半導体発光素子を光出力面側から見た上面図である。は、半導体発光素子を反動体基板の裏面側から見た底面図である。は、第１部分に相当する位相変調層における異屈折率領域の配置パターン（回転方式）の一例を説明するための図である。は、回転方式により決定される配置パターンの一例として、異屈折率領域の重心と仮想的な正方格子における格子点との位置関係を説明するための図である。は、位相変調層の振幅分布の例および位相変調層の位相分布の例を示す図である。は、図６（ａ）の振幅分布および図６（ｂ）の位相分布を有する位相変調層によって実現される遠視野像を示す図である。は、半導体発光素子の出力ビームパターン（光像）と、回転角度分布との関係を説明するための図である。は、光像の離散フーリエ変換結果から得られる位相角度分布に基づいて位相分布を求め、異屈折率領域の配置を決める際の留意点を説明する図である。は、第１変形例に係る半導体発光素子の上面図である。は、第２変形例に係る半導体発光素子の底面図である。は、第３変形例に係る発光素子の断面構成を示す模式図である。は、第４変形例に係る発光装置の外観を示す斜視図である。は、図１３に示された発光装置の断面構成を部分的に示す模式図である。は、半導体発光素子の上面（光出力面１０ａ側）の構造の一例を示す拡大図である。は、半導体発光素子の上面（光出力面１０ａ側）の構造の一例を示す拡大図である。は、半導体発光素子の底面（裏面９ｂ側）の構造の一例を示す拡大図である。は、第５変形例に係る発光素子の断面構成を示す模式図である。は、半導体発光素子を光出力面側から見た上面図である。は、半導体発光素子を半導体積層部の表面側から見た底面図である。は、第６変形例に係る発光装置の断面構成を部分的に示す模式図である。は、半導体発光素子の上面（光出力面１０ａ側）の構造の一例を拡大図である。は、半導体発光素子の底面（裏面９ｂ側）の構造の一例を示す拡大図である。は、第２実施形態に係る発光装置の断面構成を示す模式図である。は、第７変形例に係る発光装置の外観を示す斜視図である。は、図２５に示された発光装置の断面構成を部分的に示す模式図である。は、第７変形例の支持基板の構成を示す斜視図と、金属膜および導電性接着剤の平面形状を示す図である。は、第８変形例に係る発光装置の断面構成を示す模式図である。は、第９変形例に係る発光装置の断面構成を示す模式図である。は、光入出力面における第１領域および第２領域の配置例を示す図である（その１）。は、光入出力面における第１領域および第２領域の配置例を示す図である（その２）。は、光入出力面における第１領域および第２領域の配置例を示す図である（その３）。は、光入出力面における第１領域および第２領域の配置例を示す図である（その４）。は、位相変調層の振幅分布の例および位相変調層の位相分布の例を示す図である。は、図３４（ａ）の振幅分布および図３４（ｂ）の位相分布を有する位相変調層によって実現される遠視野像を示す。は、位相変調層の振幅分布の例および位相変調層の位相分布の例を示す図である。は、図３６（ａ）の振幅分布および図３６（ｂ）の位相分布を有する位相変調層によって実現される遠視野像を示す。は、位相変調層の振幅分布の例および位相変調層の位相分布の例を示す図である。は、図３８（ａ）の振幅分布および図３８（ｂ）の位相分布を有する位相変調層によって実現される遠視野像を示す。は、第１１変形例に係る発光装置の断面構成を示す模式図である。は、第１１変形例に係る別の発光装置の断面構成を示す模式図である。は、第１１変形例に係る更に別の発光装置の断面構成を示す斜視図である。は、第１１変形例に係る更に別の発光装置の断面構成を示す斜視図である。は、各波長変換媒質における赤色、緑色および青色の変換領域の配置の例を示す図である。は、Ｘ―Ｙ面上における異屈折領域の平面形状のうち、鏡像対称な形状の例を示す図である。は、Ｘ―Ｙ面上における異屈折領域の平面形状のうち、１８０°の回転対称性を有さない形状の例を示す図である。は、第１３変形例に係る位相変調層の平面図である。は、第１３変形例に係る、位相変調層における異屈折領域の位置関係を示す図である。は、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域の平面形状および相対関係の例を示す図である。は、Ｘ－Ｙ平面上における異屈折領域の平面形状の例を示す図である。は、第１部分に相当する位相変調層における異屈折率領域の配置パターン（軸上シフト方式）の一例を説明するための図である。は、軸シフト方式により決定される配置パターンの一例として、異屈折率領域の重心と仮想的な正方格子における格子点との位置関係を説明するための図である。は、異屈折率領域の平面形状の一例（軸上シフト方式）を示す図である。は、異屈折率領域の平面形状の他の例（軸上シフト方式）を示す図である。は、異屈折率領域の平面形状の更に他の例（軸上シフト方式）を示す図である。は、異屈折率領域の平面形状の応用例（軸上シフト方式）を示す図である。は、図１等に示された電極の平面形状の他の例を示す図である。は、図１等に示された電極の平面形状の更に他の例を示す図である。は、比較例に係る発光装置の断面構成を示す模式図である。は、球面座標（ｄ１，θ_tilt，θ_rot）からＸＹＺ直交座標系における座標（ξ，η，ζ）への座標変換を説明するための図である。

　[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

　（１）本実施形態に係る発光装置は、半導体発光素子と、空間光変調素子を備える。半導体発光素子は、光出力面を有し、該光出力面の法線方向に対して傾斜した方向に光を出力する。空間光変調素子は、半導体発光素子の光出力面と少なくとも一部が対面するよう配置された光入出力面を有する反射型の空間光変調素子である。

　特に、半導体発光素子の光出力面は、半導体積層部の上面または半導体基板の裏面に含まれる。位相変調層は、所定の屈折率を有する基本層と、該基本層の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域とを有する。上述のような構造を備えた発光素子において、半導体発光素子の光出力面の面積は、空間光変調素子の光入出力面の面積よりも小さい。なお、位相変調層における各異屈折率領域の配置方法としては、一例として回転方式または軸上シフト方式が適用可能である。例えば、本実施形態の一態様として、回転方式による配置方法が採用された場合、光出力面の法線方向に垂直な位相変調層の設計面上に仮想的な正方格子が設定された状態において複数の異屈折率領域それぞれは、その重心が、仮想的な正方格子の対応する格子点から所定距離だけ離れ、かつ、該対応する格子点から重心へ向かうベクトルが対応する格子点周りに所定の回転角度を有するよう、配置される。また、本実施形態の一態様として、軸上シフト方式による配置方法が採用された場合、法線方向に垂直な位相変調層の設計面上に仮想的な正方格子が設定された状態において複数の異屈折率領域それぞれは、その重心が、仮想的な正方格子の対応する格子点を中点とした所定の長さを持つ直線上において、所定の位相角度に応じて線形に配置される。

　具体的に、上述のような半導体発光素子の光出力面の面積と空間光変調素子の光入出力面の面積の関係を実現する構造として、当該発光装置の第１の構造では光入出力面が、半導体発光素子と対面した第１領域と、第１領域とは異なる位置に配置された第２領域を含む。この第１構造の発光装置において、空間光変調素子と半導体発光素子の相対位置は、半導体発光素子からの光が第１領域を介して空間光変調素子内に入力される一方、変調された光が第２領域から半導体発光素子の外部へ出力されるよう、設定されている。

　また、当該発光装置の第２構造では、半導体発光素子が、第１部分と第２部分を含む。第１部分は、半導体積層部の上面から半導体基板の裏面まで延びるとともに光出力面を有する。更に、半導体積層部の上面の一部を構成する、第１部分の上面上に第１電極が設けられる一方、半導体基板の裏面の一部を構成する、第１部分の裏面上に第２電極が設けられている。一方、第２部分は、半導体積層部の上面から半導体基板の裏面まで延びるとともに半導体積層部の上面に沿って第１部分とは異なる位置に配置されている。なお、理想的には、位相変調層内に配置される複数の異屈折率領域は、第２部分に含まれる位相変調層の一部に配置されることなく、第１部分に含まれる位相変調層の一部に配置されるのが好ましい。この第２構造の発光装置において、半導体発光素子と空間光変調素子の相対位置は、第１部分の光出力面から空間光変調素子の光入出力面への入力後に変調された光が第２部分を透過するよう、設定されている。

　上述の第１構造および第２構造の発光装置では、位相変調層に含まれる複数の異屈折率領域それぞれの重心は、仮想的な正方格子の対応する格子点からその重心へ向かうベクトルが該対応する格子点周りに設定された回転角度を有する。このような異屈折率領域の配置パターンは、複数の異屈折率領域それぞれの重心が正方格子の対応する格子点上に位置する場合（いわゆるフォトニック結晶レーザ）と比較して、光出力面に垂直な方向に出力する０次光の光強度が減り、該方向に対して傾斜した方向に出力する高次光（例えば１次光および１次光）の光強度が増す。したがって、光出力面に垂直な方向（法線方向）に対して傾斜した方向に光を出力する半導体発光素子を好適に実現することができる。

　更に、第１構造の発光装置では、空間光変調素子の光入出力面が、半導体発光素子と対面する第１領域と、第１領域とは異なる位置に配置された第２領域を含む。また、半導体発光素子からの光は第１領域に入力される一方、変調後の光は第２領域から出力される。このような第１構造により、変調後の光は半導体発光素子を避けて発光装置の外部へ出力され得るので、変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用を低減することができる。

　一方、第２構造の発光装置では、半導体発光素子が第１部分および第２部分を含む。第１電極および第２電極は第１部分に設けられる。また、半導体発光素子内で発生した光は第１部分の光出力面から出力される一方、変調後の光は第２領域を透過するよう空間光変調素子から出力される。このような第２構造により、変調後の光は第１電極および第２電極を避けて発光装置の外部へ出力され得るので、変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用を低減することができる。

　上述のように、第１構造および第２構造の発光装置によれば、空間光変調素子と半導体発光素子とが互いに近接配置された構成であっても、変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用が低減され得る。したがって、空間光変調素子と半導体発光素子との光結合のための位置調整が容易となる。また、当該発光装置自体の小型化が可能になる。また、半導体発光素子の光出力面と空間光変調素子の光入出力面とが互いに平行に対向しているので、光結合のための位置調整が更に容易になる。加えて、空間光変調素子への半導体発光素子の固定が容易になる。

　（２）本実施形態の一態様として、第２構造の発光装置は、半導体積層部の上面の一部を構成する第２部分の上面と、半導体基板の裏面の一部を構成する第２部分の裏面の双方の上に設けられた反射防止膜を更に備えてもよい。この場合、第２部分の表面（半導体積層部の上面の一部）および裏面（半導体基板の裏面の一部）を変調後の光が通過する際の損失が低減され、当該第２構造の発光装置の光出力効率を高めることかできる。

　（３）本実施形態の一態様として、第２構造の発光装置において、位相変調層のうち第２部分に含まれる層部分は、基本層のみで構成されるのが好ましい。すなわち、位相変調層に含まれる複数の異屈折率領域は、第１部分に含まれる位相変調層の一部に配置されるのが好ましい。この場合、変調後の光に対する半導体発光素子による減衰や回折作用が更に低減され得る。

　（４）本実施形態の一態様として、第１構造および第２構造の発光装置は、半導体発光素子と空間光変調素子との間に設けられた、半導体発光素子を空間光変調素子に固定するための光透過性の支持基板を更に備えてもよい。この場合、発光装置の機械的強度が高められ、曲げの力による装置の破損が低減され得る。更に、半導体発光素子の光出力面と空間光変調素子の光入出力面との間隔が、支持基板の厚みによって容易に調整可能になる。また、本実施形態の一態様として、支持基板は、第１電極および第２電極のうち空間光変調素子により近い電極に電流を供給するための配線を有するのが好ましい。この場合、空間光変調素子に覆われた半導体発光素子の電極に対して電流を好適に供給することが可能になる。

　（５）本実施形態の一態様として、第１構造および第２構造の発光装置において、第１電極および第２電極のうち空間光変調素子により近い電極の平面形状（光出力面の法線方向に垂直な面上で規定される形状）は、格子状、ストライプ状、同心円状、放射状、および櫛歯状の何れかであるのが好ましい。これらの平面形状のうち何れかを電極が有する場合、電極の一部を光出力面の中央部付近にも配置することが可能になる。この場合、活性層の中央部付近へ十分に電流を供給できるので、光出力面の面積をより広くすることができる。

　（６）本実施形態の一態様として、第１構造および第２構造の発光装置において、半導体発光素子から出力される光は、１次光および－１次光のうち少なくとも一方であるのが好ましい。上述のように、このような光は、光出力面に垂直な方向（法線方向）に対して傾斜した方向に出力される。したがって、上述の第１構造および第２構造の発光装置を好適に実現することができる。

　（７）なお、位相変調層内における複数の異屈折率領域の配置パターンは、以下のように決定される。すなわち、第１前提条件として、半導体基板の主面の法線方向に一致するＺ軸と、複数の異屈折率領域を含む位相変調層の一方の面に一致した、互いに直交するＸ軸およびＹ軸を含むＸ－Ｙ平面と、により規定されるＸＹＺ直交座標系において、Ｘ－Ｙ平面上に、それぞれが正方形状を有するＭ１（１以上の整数）×Ｎ１（１以上の整数）個の単位構成領域Ｒにより構成される仮想的な正方格子が設定されるものとする。このとき、複数の異屈折率領域の配置パターンは、Ｘ軸方向の座標成分ｘ（０以上Ｍ１－１以下の整数）とＹ軸方向の座標成分ｙ（０以上Ｎ１－１以下の整数）とで特定されるＸ－Ｙ平面上の単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）において、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内に位置する異屈折率領域の重心Ｇが単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の中心となる格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から距離ｒだけ離れ、かつ、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から重心Ｇへ向かうベクトルが特定方向に向くよう、規定される。

　更に、第２前提条件として、ＸＹＺ直交座標系における座標（ξ，η，ζ）は、図６０に示されたように、動径の長さｄ１と、Ｚ軸からの傾き角θ_tiltと、Ｘ－Ｙ平面上で特定されるＸ軸からの回転角θ_rotと、で規定される球面座標（ｄ１,θ_tilt,θ_rot）に対して、以下の式（１）～式（３）で示された関係を満たしているものとする。なお、図６０は、球面座標（ｄ１，θ_tilt，θ_rot）からＸＹＺ直交座標系における座標（ξ，η，ζ）への座標変換を説明するための図であり、座標（ξ，η，ζ）により、実空間であるＸＹＺ直交座標系において設定される所定平面（目標ビーム投射領域）上の設計上の光像が表現される。半導体発光素子から出力される光像に相当する出力ビームパターンを角度θ_tiltおよびθ_rotで規定される方向に向かう輝点の集合とするとき、角度θ_tiltおよびθ_rotは、以下の式（４）で規定される規格化波数であってＸ軸に対応したＫｘ軸上の座標値ｋ_ｘと、以下の式（５）で規定される規格化波数であってＹ軸に対応するとともにＫｘ軸に直交するＫｙ軸上の座標値ｋ_ｙに換算されるものとする。規格化波数は、仮想的な正方格子の格子間隔に相当する波数を１．０として規格化された波数を意味する。このとき、Ｋｘ軸およびＫｙ軸により規定される波数空間において、光像に相当する出力ビームパターンを含む特定の波数範囲が、それぞれが正方形状のＭ２（１以上の整数）×Ｎ２（１以上の整数）個の画像領域ＦＲで構成される。なお、整数Ｍ２は、整数Ｍ１と一致する必要はない。同様に、整数Ｎ２は、整数Ｎ１と一致する必要もない。また、式（４）および式（５）は、例えば、上記非特許文献１に開示されている。

　第３前提条件として、波数空間において、Ｋｘ軸方向の座標成分ｋ_ｘ（０以上Ｍ２－１以下の整数）とＫｙ軸方向の座標成分ｋ_ｙ（０以上Ｎ２－１以下の整数）とで特定される画像領域ＦＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）それぞれを、Ｘ軸方向の座標成分ｘ（０以上Ｍ１－１以下の整数）とＹ軸方向の座標成分ｙ（０以上Ｎ１－１以下の整数）とで特定されるＸ－Ｙ平面上の単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）に二次元逆離散フーリエ変換することで得られる複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）が、ｊを虚数単位として、以下の式（６）で与えられる。また、この複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）は、振幅項をＡ（ｘ，ｙ）とするとともに位相項をＰ（ｘ，ｙ）とするとき、以下の式（７）により規定される。更に、第４前提条件として、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）が、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ平行であって単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の中心となる格子点Ｏ（ｘ，ｙ）において直交するｓ軸およびｔ軸で規定される。

　上記第１～第４前提条件の下、位相変調層における異屈折率領域の配置パターンは、回転方式または軸上シフト方式により決定される。具体的に、回転方式による配置パターンの決定では、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内において、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）と対応する異屈折率領域の重心Ｇとを結ぶ線分と、ｓ軸と、の成す角度φ（ｘ，ｙ）が、
       φ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｂ
       Ｃ：比例定数であって例えば１８０°／π
       Ｂ：任意の定数であって例えば０
なる関係を満たすように、該対応する異屈折率領域が配置される。

　上述のような構造を有する半導体発光素子では、位相変調層において、仮想的な正方格子を構成する各単位構成領域の中心（格子点）と、対応する異屈折率領域の重心Ｇとの距離ｒは、位相変調層全体に亘って一定値であることが好ましい（なお、部分的に距離ｒが異なっていることは排除されない）。これにより、位相変調層全体における位相分布（単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）に割り当てられた複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）における位相項Ｐ（ｘ，ｙ）の分布）が０～２π（ｒａｄ）まで等しく分布している場合、平均すると、異屈折率領域の重心は正方格子における単位構成領域Ｒの格子点に一致することとなる。したがって、上記の位相変調層における二次元分布ブラッグ回折効果は、正方格子の各格子点上に異屈折率領域が配置された場合の二次元分布ブラッグ回折効果に近づくこととなるので、定在波の形成が容易となり、発振のための閾値電流低減を期待できる。

　（８）一方、軸上シフト方式による配置パターンの決定では、上記第１～第４前提条件の下、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）において、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）を通る、ｓ軸から傾斜した直線上に対応する異屈折率領域の重心Ｇが配置される。その際、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）と該対応する異屈折率領域の重心Ｇまでの線分長ｒ（ｘ，ｙ）が、
           ｒ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×（Ｐ（ｘ，ｙ）－Ｐ_０）
           Ｃ：比例定数
           Ｐ_０：任意定数であって例えば０
なる関係を満たすように、該対応する異屈折率領域が単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内に配置される。なお、位相変調層における異屈折率領域の配置パターンが軸上シフト方式により決定された場合でも、上述の回転方式と同様の効果を奏する。

　以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

　［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る発光装置の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

　（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発光装置１Ａの断面構成を示す模式図である。発光装置１Ａは、半導体発光素子１０Ａと、空間光変調素子２０とを備える。なお、図１では、半導体発光素子１０Ａの厚さ方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を定義する。半導体発光素子１０Ａは、Ｘ―Ｙ面に沿って定在波を形成し、位相制御された平面波をＺ軸方向に出力するレーザ光源である。半導体発光素子１０Ａは、Ｘ―Ｙ面に沿った光出力面１０ａを有し、光出力面１０ａに垂直なＺ軸方向に対して傾斜した方向に光Ｌ１を出力する。

　半導体発光素子１０Ａは、半導体基板９と、半導体基板９の主面９ａ上に設けられた半導体積層部１１とを備える。本実施形態において、光出力面１０ａは、半導体基板９とは反対側に位置する半導体積層部１１の表面に含まれる。半導体基板９と半導体積層部１１とを合わせた厚みは、例えば０．１ｍｍ～０．５ｍｍであり、典型的には０．２ｍｍである。また、半導体発光素子１０Ａは、第１部分８ａと、第１部分８ａに対して主面９ａに沿った方向に並ぶ第２部分８ｂとを含む。一例として、本実施形態では、第２部分８ｂは第１部分８ａに対してＹ軸方向に並んでいる。

　半導体積層部１１は、半導体基板９の主面９ａ上に設けられた下部クラッド層１２と、下部クラッド層１２上に設けられた活性層１３と、活性層１３上に設けられた上部クラッド層１４と、上部クラッド層１４上に設けられたコンタクト層１５と、を含む。これら半導体基板９および各層１２～１５は、例えばＧａＡｓ系半導体、ＩｎＰ系半導体、もしくは窒化物系半導体といった化合物半導体によって構成される。下部クラッド層１２のエネルギーバンドギャップおよび上部クラッド層１４のエネルギーバンドギャップの双方は、活性層１３のエネルギーバンドギャップよりも大きい。

　半導体積層部１１は、活性層１３と上部クラッド層１４との間に設けられた位相変調層１６Ａを更に含む。なお、必要に応じて、活性層１３と上部クラッド層１４との間、および、活性層１３と下部クラッド層１２との間のうち少なくとも一方に、光ガイド層１７が設けられてもよい。例えば、光ガイド層１７が活性層１３と上部クラッド層１４との間に設けられた構成では、位相変調層１６Ａは、上部クラッド層１４と光ガイド層１７との間に設けられる。

　なお、位相変調層１６Ａは、上部クラッド層１４と光ガイド層１７との間ではなく下部クラッド層１２と活性層１３との間に設けられてもよい。このように、光ガイド層１７が活性層１３と下部クラッド層１２との間に設けられた構成では、位相変調層１６Ａは、下部クラッド層１２と光ガイド層１７との間に設けられてもよい。

　半導体基板９と該半導体基板９上に設けられた各半導体層との屈折率の関係は次の通りである。すなわち、下部クラッド層１２および上部クラッド層１４の各屈折率は、半導体基板９、活性層１３、およびコンタクト層１５の各屈折率よりも小さい。更に、本実施形態において、上部クラッド層１４の屈折率は、下部クラッド層１２の屈折率と等しいか、それよりも小さい。位相変調層１６Ａの屈折率は、下部クラッド層１２（または上部クラッド層１４）の屈折率より大きくてもよく、小さくてもよい。

　位相変調層１６Ａは、第１屈折率媒質からなる基本層１６ａと、該基本層１６ａ内に存在する複数の異屈折率領域１６ｂとを含んで構成されており、各異屈折率領域１６ｂは、第１屈折率媒質の屈折率とは異なる屈折率を有する第２屈折率媒質からなる。複数の異屈折率領域１６ｂは、略周期構造を含んでいる。位相変調層１６Ａの実効屈折率をｎとした場合、位相変調層１６Ａが選択する波長λ_０（＝ａ×ｎ、ａは格子間隔）は、活性層１３の発光波長範囲内に含まれている。位相変調層（回折格子層）１６Ａは、活性層１３の発光波長のうちの波長λ_０を選択して、外部に出力することができる。本実施形態において、複数の異屈折率領域１６ｂは第１部分８ａの位相変調層１６Ａにのみ形成され、第２部分８ｂの位相変調層１６Ａには形成されていない。

　半導体発光素子１０Ａは、半導体積層部１１の表面上（本実施形態ではコンタクト層１５上）に設けられた電極１８（第１電極）と、半導体基板９の裏面９ｂ上に設けられた電極１９（第２電極）とを更に有する。電極１８はコンタクト層１５とオーミック接触を成しており、電極１９は半導体基板９とオーミック接触を成している。図２は、半導体発光素子１０Ａを光出力面１０ａ側から見た上面図である。図３は、半導体発光素子１０Ａを裏面９ｂ側から見た底面図である。図１～図３に示されたように、電極１８および１９は、半導体発光素子１０Ａの第１部分８ａにのみ設けられ、第２部分８ｂには設けられていない。そして、図２に示されたように、電極１８は、格子状（例えば正方格子状）の平面形状を有しており、Ｘ―Ｙ平面対して平行に２次元状に配列された複数の開口１８ａを有する。なお、図２には、５行５列に配列された計２５個の開口１８ａが例示されているが、開口１８ａの個数および配列は任意である。各開口１８ａの平面形状は、例えば正方形等の四角形である。電極１８の一部は、Ｚ軸方向から見た第１部分８ａの中央部付近に設けられている。また、図３に示されたように、電極１９は、例えば四角形状の平面形状を有しており、Ｚ軸方向から見た第１部分８ａの中央部付近を含む部分を覆っている。

　半導体発光素子１０Ａから出力された光は、電極１８の開口１８ａを通過する。電極１８の開口１８ａを光が通過することにより、電極１８に遮られることなく、光Ｌ１は、半導体積層部１１の表面側から好適に出力され得る。なお、コンタクト層１５は、電極１８と同様の平面形状を有するようにエッチングされていてもよい。すなわち、光出力方向（Ｚ軸方向）から見たコンタクト層１５の平面形状は、電極１８と同じ格子状であってもよい。コンタクト層１５の開口を光が通過することにより、コンタクト層１５における光吸収が回避され、当該半導体発光素子１０Ａの光出力効率を高めることができる。

　図１および図２に示されたように、電極１８の開口１８ａから露出した半導体積層部１１の表面は、反射防止膜３１によって覆われている。そして、反射防止膜３１は、電極１８の外側から第２部分８ｂの半導体積層部１１の表面上にわたって設けられている。換言すれば、反射防止膜３１は、光出力面１０ａ上における電極１８を除く全域に設けられている。また、図１および図３に示されたように、第２部分８ｂの半導体基板９の裏面９ｂ上にも、反射防止膜３２が設けられている。なおこの例では、電極１８の開口１８ａから露出した半導体積層部１１の表面は、反射防止膜３１によって覆われているが、光Ｌ１の光路上さえ覆われていれば、必ずしも全面が覆われる必要はない。

　電極１８と電極１９との間に駆動電流が供給されると、活性層１３内において電子と正孔の再結合が生じる（発光）。このような活性層１３内での発光に寄与する電子および正孔、並びに発生した光は、下部クラッド層１２および上部クラッド層１４の間に効率的に閉じ込められる。活性層１３から出力された光は、位相変調層１６Ａの内部に入力され、位相変調層１６Ａの内部の格子構造に応じた所定のモードを形成する。位相変調層１６Ａ内から出力された光Ｌ１は、電極１８の開口１８ａを通って当該半導体発光素子１０Ａの外部へ出力される。このとき、０次光は、光出力面１０ａに垂直な方向（光出力面１０ａの法線方向）へ出力される。これに対し、高次光（例えば１次光または－１次光）である光Ｌ１は、光出力面１０ａの法線方向に対して傾斜した任意の方向へ出力される。

　或る例では、半導体基板９はＧａＡｓ基板であり、下部クラッド層１２はＡｌＧａＡｓ層である。活性層１３は多重量子井戸構造（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）を有する。位相変調層１６Ａにおいて、基本層１６ａはＧａＡｓからなる層であり、各異屈折率領域１６ｂは空孔である。上部クラッド層１４はＡｌＧａＡｓ層である。コンタクト層１５はＧａＡｓ層である。また、別の例では、半導体基板９はＩｎＰ基板である。下部クラッド層１２はＩｎＰ層である。活性層１３は多重量子井戸構造（障壁層：ＧａＩｎＡｓＰ／井戸層：ＧａＩｎＡｓＰ）を有する。位相変調層１６Ａにおいて、基本層１６ａはＧａＩｎＡｓＰからなる層であり、各異屈折率領域１６ｂは空孔である。上部クラッド層１４はＩｎＰ層である。コンタクト層１５はＧａＩｎＡｓＰ層である。また、更に別の例では、半導体基板９はＧａＮ基板である。下部クラッド層１２はＡｌＧａＮ層である。活性層１３は多重量子井戸構造（障壁層：ＩｎＧａＮ／井戸層：ＩｎＧａＮ）を有する。位相変調層１６Ａにおいて、基本層１６ａはＧａＮからなる層であり、各異屈折率領域１６ｂは空孔である。上部クラッド層１４はＡｌＧａＮ層である。コンタクト層１５はＧａＮ層である。

　なお、下部クラッド層１２には半導体基板９と同じ導電型が付与さる。上部クラッド層１４およびコンタクト層１５には半導体基板９とは逆の導電型が付与される。一例では、半導体基板９および下部クラッド層１２はｎ型であり、上部クラッド層１４およびコンタクト層１５はｐ型である。活性層１３と下部クラッド層１２との間に位相変調層１６Ａが設けられる場合、該位相変調層１６Ａは半導体基板９と同じ導電型を有する。一方、活性層１３と上部クラッド層１４との間に位相変調層１６Ａが設けられる場合、該位相変調層１６Ａは半導体基板９とは逆の導電型を有する。不純物濃度は、例えば１×１０^１７～１×１０^２１／ｃｍ^３である。

　また、上述の構造では、異屈折率領域１６ｂが空孔となっているが、異屈折率領域１６ｂは、基本層１６ａとは屈折率が異なる半導体が空孔内に埋め込まれた領域であってもよい。この場合、例えば基本層１６ａの空孔をエッチングにより形成し、有機金属気相成長法、スパッタ法またはエピタキシャル法を用いて半導体が空孔内に埋め込まれてもよい。基本層１６ａの空孔内に半導体を埋め込んで異屈折率領域１６ｂを形成した後、更に、その上に異屈折率領域１６ｂと同一の半導体が堆積されてもよい。なお、各異屈折率領域１６ｂが空孔である場合、該空孔にアルゴン、窒素、水素といった不活性ガスまたは空気が封入されてもよい。

　反射防止膜３１，３２は、例えば、シリコン窒化物（例えばＳｉＮ）、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ_２）などの誘電体単層膜、或いは誘電体多層膜からなる。誘電体多層膜としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、一酸化シリコン（ＳｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）などの誘電体層群から選択される２種類以上の誘電体層を積層した膜を用いることができる。例えば、波長λの光に対する光学膜厚で、λ／４の厚さの膜を積層する。

　図４は、位相変調層１６Ａの第１部分８ａにおける構成を示す平面図であって、異屈折率領域の配置パターン（回転方式）の一例を説明するための図である。第１部分８ａに相当する位相変調層１６Ａは、第１屈折率媒質からなる基本層１６ａと、第１屈折率媒質の屈折率とは異なる屈折率を有する第２屈折率媒質からなる異屈折率領域１６ｂとを含む。ここで、Ｘ－Ｙ平面に一致した位相変調層１６Ａの設計面上に仮想的な正方格子が設定される。正方格子の一辺はＸ軸と平行であり、他辺はＹ軸と平行であるものとする。このとき、正方格子の格子点Ｏを中心とする正方形状の単位構成領域Ｒが、Ｘ軸に沿った複数列およびＹ軸に沿った複数行にわたって二次元状に設定され得る。複数の異屈折率領域１６ｂは、各単位構成領域Ｒ内に１つずつ設けられる。異屈折率領域１６ｂの平面形状は、例えば円形状である。各単位構成領域Ｒ内において、異屈折率領域１６ｂの重心Ｇは、これに最も近い格子点（単位構成領域Ｒの中心）Ｏから離れて配置される。

　具体的には、図４において、ｘ１～ｘ４で示された破線は単位構成領域ＲにおけるＸ軸方向の中心位置を示し、ｙ１～ｙ３で示された破線は単位構成領域ＲにおけるＹ軸方向の中心位置を示す。したがって、破線ｘ１～ｘ４と破線ｙ１～ｙ３の各交点は、単位構成領域Ｒ（０，０）～Ｒ（３，２）それぞれの中心Ｏ（０，０）～Ｏ（３，２）、すなわち、格子点を示す。この仮想的な正方格子の格子定数はａである。なお、格子定数ａは、発光波長に応じて調整される。

　上記異屈折率領域１６ｂの配置パターンは、目標ビーム投射領域と目標とする出力ビームパターンに応じて、特許文献１に説明されている方法によって定められる。すなわち、Ｘ－Ｙ平面上に規定される位相変調層１６Ａの設計面において、各異屈折率領域１６ｂの重心Ｇを基本層１６ａ中の仮想的な正方格子における各格子点（破線ｘ１～ｘ４と破線ｙ１～ｙ３の交点）からずらす方向を、目標ビーム投射領域と目標とする出力ビームパターンに対応する元パターンを逆フーリエ変換して得られた位相に応じて決定することで、上記配置パターンが決定される。各格子点からずらす距離ｒ（図５参照）は、特許文献１に記載されるように、正方格子の格子定数をａとしたときに０＜ｒ≦０．３ａの範囲とすることが望ましい。各格子点からずらす距離ｒは、全ての位相変調領域、全ての異屈折率領域に渡って同一とされるのが通常であるが、一部の位相変調領域における距離ｒを他の位相変調領域における距離ｒと異なる値としてもよいし、一部の異屈折率領域の距離ｒを他の異屈折率領域の距離ｒと異なる値としてもよい。なお、図５は、回転方式により決定される配置パターン（回転方式）の一例を説明するための図であり、図５中には、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の構成が示されており、格子点から異屈折率領域１６ｂまでの距離ｒは、ｒ（ｘ，ｙ）で示されている。

　図５に示されたように、正方格子を構成する単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）は、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）において互いに直交するｓ軸およびｔ軸によって規定される。なお、ｓ軸はＸ軸に平行な軸であり、図４中に示された破線ｘ１～ｘ４に対応する。ｔ軸はＹ軸に平行な軸であり、図４中に示された破線ｙ１～ｙ３に対応している。このように単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）を規定するｓ－ｔ平面において、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から重心Ｇに向かう方向とｓ軸との成す角度がφ（ｘ，ｙ）で与えられる。回転角度φ（ｘ，ｙ）が０°である場合、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から重心Ｇへ向かうベクトルの方向はｓ軸の正方向と一致する。また、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から重心Ｇへ向かうベクトルの長さ（距離ｒに相当）がｒ（ｘ，ｙ）で与えられる。

　図４に示されたように、位相変調層１６Ａにおいては、異屈折率領域１６ｂの重心Ｇの格子点Ｏ（ｘ，ｙ）周りの回転角度φ（ｘ，ｙ）が、目標とする出力ビームパターン（光像）に応じて単位構成領域Ｒごとに独立して設定される。回転角度φ（ｘ，ｙ）は、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）において特定の値を有するが、必ずしも特定の関数で表わされるとは限らない。すなわち、回転角度φ（ｘ，ｙ）は、出力ビームパターンを波数空間上に変換し、この波数空間の一定の波数範囲を二次元逆離散フーリエ変換して得られる複素振幅の位相項から決定される。なお、目標とする出力ビームパターンから複素振幅分布（単位構成領域Ｒそれぞれの複素振幅）を求める際には、ホログラム生成の計算時に一般的に用いられるGerchberg-Saxton（ＧＳ）法のような繰り返しアルゴリズムを適用することによって、目標とする出力ビームパターンの再現性が向上する。

　図６（ａ）は、位相変調層１６Ａの振幅分布の例を示す図である。図６（ａ）では、振幅が明暗によって示され、値が大きいほど明るくなっている。また、図６（ｂ）は、位相変調層１６Ａの位相分布すなわち回転角度φ（ｘ，ｙ）の分布の例を示す図である。図６（ｂ）では、角度φ（ｘ，ｙ）が明暗によって示され、値が大きいほど明るくなっている。図７は、図６（ａ）の振幅分布および図６（ｂ）の位相分布を有する位相変調層１６Ａによって実現される遠視野像を示す図である。図７において、画像中心は光出力面１０ａに対して垂直方向（光出力面１０ａの法線方向）を表す。図７に示されたように、この例では、図６（ａ）および図６（ｂ）に示された複素振幅を回折計算することで１つのスポットを含む光Ｌ１に対応した遠視野像が得られる。しかしながら、後述するように（図８）、このスポットと同時に、中心Ｑ、および例えば第１象限であれば対向する第３象限にもスポットを含む、１次光および－１次光が半導体発光素子１０Ａから出力される。

　なお、位相変調層１６Ａの全体において、回転角度分布φ（ｘ，ｙ）は０～２π（ｒａｄ）の位相が全て同程度含まれるように設計される。換言すれば、各異屈折率領域１６ｂについて、正方格子の格子点Ｏから異屈折率領域１６ｂの重心Ｇに向かうベクトルＯＧをとり、位相変調層１６Ａ内全てにわたってベクトルＯＧを足し合わせるとゼロに近づく。つまり、平均的には異屈折率領域１６ｂは正方格子の格子点Ｏ上にあると考えることができ、全体としてみれば、格子点Ｏ上に異屈折率領域１６ｂを配置したときと同様の二次元分布ブラッグ回折効果が得られる。そのため、Ｘ－Ｙ平面上での定在波の形成が容易となり、発振のための閾値電流低減を期待できる。

　図８は、発光装置１Ａから出力される目標とする出力ビームパターン（光像）と、位相変調層１６Ａにおける回転角度φ（ｘ，ｙ）の分布との関係を説明するための図である。具体的には、目標とする出力ビームパターンの投射範囲であるビーム投射領域（ＸＹＺ直交座標系における座標（ｘ,ｙ,ｚ）で表現される設計上の光像の設置面）を波数空間上に変換して得られるＫｘ－Ｋｙ平面について考える。このＫｘ－Ｋｙ平面を規定するＫｘ軸およびＫｙ軸は、互いに直交するとともに、それぞれが、目標とする出力ビームパターンの出力方向を光出力面の法線方向（Ｚ軸方向）から該光出力面まで振った時の該法線方向に対する角度に、上記式（１）～式（５）によって対応付けられている。このＫｘ－Ｋｙ平面上において、目標とする出力ビームパターンを含む特定領域が、それぞれが正方形状のＭ２（１以上の整数）×Ｎ２（１以上の整数）個の画像領域ＦＲで構成されるものとする。また、位相変調層１６Ａの設計面に一致するＸ－Ｙ平面上において設定された仮想的な正方格子が、Ｍ１（１以上の整数）×Ｎ１（１以上の整数）個の単位構成領域Ｒにより構成されるものとする。なお、整数Ｍ２は、整数Ｍ１と一致する必要はない。同様に、整数Ｎ２は、整数Ｎ１と一致する必要もない。このとき、Ｋｘ軸方向の座標成分ｋ_ｘ（０以上Ｍ２－１以下の整数）とＫｙ軸方向の座標成分ｋ_ｙ（０以上Ｎ２－１以下の整数）とで特定される、Ｋｘ－Ｋｙ平面における画像領域ＦＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）それぞれを、Ｘ軸方向の座標成分ｘ（０以上Ｍ１－１以下の整数）とＹ軸方向の座標成分ｙ（０以上Ｎ１－１以下の整数）とで特定される単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）に二次元逆離散フーリエ変換した、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）における複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）が、ｊを虚数単位として、以下の式（８）で与えられる。

　また、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）において、振幅項をＡ（ｘ，ｙ）および位相項をＰ（ｘ，ｙ）とするとき、該複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）が、以下の式（９）により規定される。

　図８に示されたように、座標成分ｘ＝０～Ｍ１－１およびｙ＝０～Ｎ１－１の範囲において、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）における振幅項をＡ（ｘ，ｙ）の分布が、Ｘ－Ｙ平面上における強度分布に相当する。また、ｘ＝０～Ｍ１－１，ｙ＝０～Ｎ１－１の範囲において、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）における位相項をＰ（ｘ，ｙ）の分布が、Ｘ－Ｙ平面上における位相分布に相当する。単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）における回転角度φ（ｘ，ｙ）は、後述するように、Ｐ（ｘ，ｙ）から得られ、座標成分ｘ＝０～Ｍ１－１およびｙ＝０～Ｎ１－１の範囲において、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の回転角度φ（ｘ，ｙ）の分布が、Ｘ－Ｙ平面上における回転角度分布に相当する。

　なお、Ｋｘ－Ｋｙ平面上における出力ビームパターンの中心Ｑは第１面１００ａに対して垂直な軸線上に位置しており、図８には、中心Ｑを原点とする４つの象限が示されている。図８では、一例として第１象限および第３象限に光像が得られる場合が示されたが、第２象限および第４象限、あるいは、全ての象限で像を得ることも可能である。本実施形態では、図８に示されたように、原点に関して点対称なパターンが得られる。図８は、一例として、第３象限に文字「Ａ」が、第１象限に文字「Ａ」を１８０°回転したパターンが、それぞれ得られる場合について示されている。なお、回転対称な光像（例えば、十字、丸、二重丸など）である場合には、重なって一つの光像として観察される。

　発光装置１Ａからの出力ビームパターン（光像）は、スポット、３点以上からなるスポット群、直線、十字架、線画、格子パターン、写真、縞状パターン、ＣＧ（コンピュータグラフィクス）、および文字のうち少なくとも１つで表現される設計上の光像（元画像）に対応した光像となる。ここで、目標とする出力ビームパターンを得るためには、以下の手順によって単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）における異屈折率領域１６ｂの回転角度φ（ｘ、ｙ）を決定する。

　単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内では、上述のように、異屈折率領域１６ｂの重心Ｇが格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から距離ｒ（ｒ（ｘ，ｙ）の値）だけ離れた状態で配置されている。このとき、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内には、回転角度φ（ｘ，ｙ）が、以下の関係を満たすように異屈折率領域１６ｂは配置される。
           φ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｂ
           Ｃ：比例定数であって例えば１８０°／π
           Ｂ：任意の定数であって例えば０
なお、比例定数Ｃおよび任意の定数Ｂは、全ての単位構成領域Ｒに対して同一の値である。

　すなわち、所望の光像を得たい場合、該光像を逆フーリエ変換して、その複素振幅の位相に応じた回転角度分布φ（ｘ，ｙ）を、複数の異屈折率領域１６ｂに与えるとよい。なお、レーザビームのフーリエ変換後の遠視野像は、単一若しくは複数の円形、矩形、多角形などのスポット形状をとることができ、スポットのＸ―Ｙ平面上における断面形状はガウス関数形状やトップハット形状などを有してもよい。また、光出力面１０ａに対して垂直方向から傾斜した１次光と、Ｘ―Ｙ平面上で１８０°回転した向きに出力される－１次光との双方が重ならないような形状を有してもよい。

　フーリエ変換で得られた複素振幅分布から強度分布と位相分布を得る方法として、例えば強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）については、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社の数値解析ソフトウェア「ＭＡＴＬＡＢ」のａｂｓ関数を用いることにより計算することができ、位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）については、ＭＡＴＬＡＢのａｎｇｌｅ関数を用いることにより計算することができる。

　ここで、光像のフーリエ変換結果から回転角度分布φ（ｘ，ｙ）を求め、各異屈折率領域１６ｂの配置を決める際に、一般的な離散フーリエ変換（或いは高速フーリエ変換）を用いて計算する場合の留意点を述べる。フーリエ変換前の光像を図９（ａ）のようにＡ１，Ａ２，Ａ３，およびＡ４の４つの象限に分割すると、得られるビームパターンは図９（ｂ）のようになる。つまり、図９（ｂ）において、ビームパターンの第一象限には、図９（ａ）の第一象限のパターンを１８０度回転したパターンと図９（ａ）の第三象限のパターンが重畳したパターンが現れる。ビームパターンの第二象限には、図９（ａ）の第二象限のパターンを１８０度回転したパターンと図９（ａ）の第四象限のパターンが重畳したパターンが現れる。ビームパターンの第三象限には、図９（ａ）の第三象限のパターンを１８０度回転したパターンと図９（ａ）の第一象限のパターンが重畳したパターンが現れる。ビームパターンの第四象限には、図９（ａ）の第四象限のパターンを１８０度回転したパターンと図９（ａ）の第二象限のパターンが重畳したパターンが現れる。

　したがって、逆フーリエ変換前の光像（元の光像）として第一象限のみに値を有するものを用いた場合には、得られるビームパターンの第三象限に元の光像の第一象限が現れ、得られるビームパターンの第一象限に元の光像の第一象限を１８０度回転したパターンが現れる。

　再び図１を参照する。空間光変調素子２０は、半導体発光素子１０Ａから出力された光Ｌ１を空間的に変調した後、該変調後の光を発光装置１Ａの外部へ出力する。これにより、発光装置１Ａの外部において所望の光像が形成される。空間光変調素子２０は、光出力面１０ａに対面する光入出力面２０ａを有する。空間光変調素子２０は、光入出力面２０ａを介して入力された光Ｌ１の位相および強度の少なくとも一方を複数の画素ごとに変調し、該変調後の光（反射光）Ｌ１を光入出力面２０ａから出力する。

　具体的な空間光変調素子２０の構成は次の通りである。空間光変調素子２０は、反射型の空間光変調素子であって、共通電極２１、液晶層２２、反射膜２３、保護膜２４、複数の画素電極２５、および回路基板２６を有する。共通電極２１は、光Ｌ１を透過する透明電極であって、複数の画素に対して共通に設けられている。共通電極２１の液晶層２２とは反対側の表面は、光入出力面２０ａを構成する。液晶層２２は、共通電極２１と反射膜２３との間に配置されている。液晶層２２は、例えばネマチック液晶または強誘電性液晶からなる。液晶層２２の上面および下面には、図示しない配向膜が設けられる。反射膜２３は、誘電体多層膜或いはアルミニウム等の金属膜であり、光Ｌ１の波長を含む波長域の光を反射する。半導体発光素子１０Ａの光出力面１０ａと反射膜２３との距離は、例えば３．０ｍｍ～３．５ｍｍであり、典型的には３．１ｍｍである。複数の画素電極２５は、複数の画素を規定する。複数の画素電極２５は、反射膜２３を挟んで液晶層２２とは反対側に設けられ、反射膜２３と共通電極２１との間に配置された液晶層２２に対して画素毎に電界を印加する。一つの第１部分８ａに対して、画素電極２５は例えば数百個設けられる。一つの画素電極２５の外寸は、例えば５μｍ～４０μｍであり、典型的には２０μｍである。

　光入出力面２０ａを介して入力された光Ｌ１は、共通電極２１を透過した後に液晶層２２に達し、反射膜２３において反射される。そして、反射された光Ｌ１は、共通電極２１に再び達する。このとき、液晶層２２の内部において、画素電極２５および共通電極２１によって印加された電界の強さに応じた位相変化が光Ｌ１に与えられる。各画素電極２５による印加電圧は、所望の光像に基づいて予め算出される。

　上述のような構造を有する本実施形態に係る発光装置１Ａによって得られる効果について、従来の発光装置の課題とともに説明する。図５９は、比較例に係る発光装置１００の断面構成を示す模式図である。この比較例に係る発光装置１００は、半導体発光素子１１０と、空間光変調素子２０とを備える。半導体発光素子１１０は、いわゆるフォトニック結晶レーザであり、次の点を除いて、本実施形態に係る半導体発光素子１０Ａと同様の構成を有する。すなわち、半導体発光素子１１０は、半導体発光素子１０Ａの位相変調層１６Ａに代えて、フォトニック結晶層１０１を有する。フォトニック結晶層１０１では、各異屈折率領域の重心が、仮想的な正方格子の格子点と一致している。また、半導体発光素子１１０は、半導体発光素子１０Ａの電極１９に代えて、電極１０２を有する。電極１０２は開口１０２ａを有しており、該開口１０２ａ内には反射防止膜１０３が設けられている。

　比較例に係る発光装置１００において、電極１８と電極１０２との間に駆動電流が供給されると、活性層１３内において発光が得られる。活性層１３から出力された光Ｌ２は、フォトニック結晶層１０１の内部に入力され、フォトニック結晶層１０１の内部の二次元分布ブラッグ回折効果により所定のモードで発振する。フォトニック結晶層１０１内から出力された光Ｌ２は、電極１８の開口を介して半導体発光素子１１０の外部へ出力される。光Ｌ２は、半導体発光素子１１０の光出力面に垂直な方向（光出力面の法線方向）に沿って出力される。そして、光Ｌ２は、半導体発光素子１１０と対向して設けられた空間光変調素子２０内で変調される。空間光変調素子２０から出力された変調後の光（反射光）Ｌ２は、半導体発光素子１１０を通過した後に当該発光装置１００の外部に出力される。

　しかしながら、このような発光装置１００においては、変調後の光Ｌ２が半導体発光素子１１０を通過する際、半導体発光素子１１０の遮光性の構成要素（例えば電極１８等）によって減衰や回折作用などが生じてしまう。すなわち、光像の質が低下してしまう。また、このような不具合を避けるために空間光変調素子２０と半導体発光素子１１０とが互いに離して配置されると、空間光変調素子２０と半導体発光素子１１０との光結合のための位置調整が煩雑となり、かつ、発光装置１００が大型化してしまう。発光装置１００が多数の半導体発光素子１１０を備える場合は尚更である。

　上述の課題に対し、本実施形態に係る発光装置１Ａにおいて、位相変調層１６Ａに含まれる複数の異屈折率領域１６ｂの重心Ｇは、それぞれ、その重心ＧとＸ－Ｙ平面（設計面）上に設定された仮想的な正方格子の対応する格子点Ｏから重心Ｇへ向かうベクトルが該対応する格子点Ｏ周りに所定の回転角度を有するよう、配置される。この場合、複数の異屈折率領域１６ｂの重心Ｇが正方格子の格子点Ｏ上に位置する半導体発光素子１１０と比較して、光出力面１０ａに垂直な方向（光出力面１０ａの法線方向）に出力される０次光の光強度が減る一方、該法線方向に対して傾斜した方向に出力される高次光（例えば１次光および１次光）の光強度が増す。したがって、光出力面１０ａの法線方向に対して傾斜した方向に光Ｌ１を出力する半導体発光素子１０Ａを好適に実現することができる。

　更に、発光装置１Ａでは、半導体発光素子１０Ａが第１部分８ａおよび第２部分８ｂを含む。電極１８および電極１９は第１部分８ａに設けられ、光Ｌ１は第１部分８ａの光出力面１０ａから出力される。一方、空間光変調素子２０から出力された変調後の光Ｌ１は第２部分８ｂを透過する。半導体発光素子１０Ａの光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとが互いに対面していても、半導体発光素子１０Ａが光出力面１０ａの法線方向に対して傾斜した方向に光Ｌ１を出力するので、このような構成が可能となる。そして、この構成によって、変調後の光Ｌ１が電極１８および電極１９を避けて発光装置１Ａの外部へ出力される。すなわち、本実施形態によれば、変調後の光Ｌ１に対する半導体発光素子１０Ａによる減衰や回折作用が効果的に低減され得る。

　上述のように、本実施形態に係る発光装置１Ａによれば、空間光変調素子２０と半導体発光素子１０Ａとが近接させて配置された構成であっても、変調後の光Ｌ１に対する半導体発光素子１０Ａによる減衰や回折作用が低減される。したがって、空間光変調素子２０と半導体発光素子１０Ａとの光結合のための位置調整が容易となり、また、発光装置１Ａの小型化が可能となる。加えて、半導体発光素子１０Ａ（第１部分８ａ）の光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとが対面しているので、光結合のための位置調整が更に容易になるとともに、半導体発光素子１０Ａを空間光変調素子２０に容易に固定することができる。

　本実施形態のように、発光装置１Ａは、第２部分８ｂにおける半導体積層部１１の表面に設けられた反射防止膜３１、および半導体基板９の裏面９ｂに設けられた反射防止膜３２を備えてもよい。これにより、第２部分８ｂにおける半導体積層部１１の表面および半導体基板９の裏面９ｂを変調後の光Ｌ１が通過する際の損失が低減される（発光装置１Ａの光出力効率が高められる）。

　また、本実施形態のように、第２部分８ｂの位相変調層１６Ａには異屈折率領域１６ｂが形成されなくてもよい。これにより、変調後の光Ｌ１に対する半導体発光素子１０Ａによる減衰や回折作用が更に低減され得る。

　本実施形態のように、電極１８の平面形状は格子状であってもよい。この場合、電極１８の一部は、第１部分８ａの光出力面１０ａの中央部付近にも配置され得る。これにより、第１部分８ａの活性層１３の中央部付近にも電流が十分に供給され、第１部分８ａの光出力面１０ａの面積をより広くすることが可能になる。

　本実施形態のように、半導体発光素子１０Ａから出力される光Ｌ１は、１次光および１次光のうち少なくとも一方であってもよい。このような光成分は、光出力面１０ａの補選方向に対して傾斜した方向に出力される。したがって、上述のような効果を奏する発光装置１Ａが好適に実現され得る。

　（第１変形例）
図１０は、上述の第１実施形態の第１変形例に係る半導体発光素子の上面図である。第１変形例に係る半導体発光素子は、以下の点を除き、上述の第１実施形態と同じ構造を備える。すなわち、図１０に示されたように、本変形例に係る半導体発光素子において、電極１８の平面形状は、格子状ではなく、ストライプ状になっている。具体的には、Ｘ軸方向（またはＹ軸方向）に延びる複数の線状の電極部分がＹ軸方向（またはＸ軸方向）に並んでおり、これらの電極部分は、両端において、Ｙ軸方向（またはＸ軸方向）に延びる別の一対の電極部分を介して互いに連結されている。複数の線状の電極部分の間には、反射防止膜３１が形成されている。当該半導体発光素子がこのような形状の電極１８を有する場合であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を好適に奏することができる。なお、電極１８の形状は上述の第１実施形態および本変形例に限られるものではなく、光Ｌ１を通過可能な様々な形状を適用できる。

　（第２変形例）
図１１は、上述の第１実施形態の第２変形例に係る半導体発光素子の底面図である。第２変形例に係る半導体発光素子も、以下の点を除き、上述の第１実施形態と同じ構造を備える。図１１に示されたように、本変形例に係る半導体発光素子では、電極１９の平面形状が四角形の枠状になっており、第１部分８ａの中心部分を含む開口１９ａが電極１９に設けられている。電極１９は、例えばこのように開口を含む形状を有してもよい。このような構成であっても、活性層１３に電流を好適に供給することができる。開口１９ａを介して素子内部の発光状態をモニターすることができる。また、図８に示された出力ビームパターンの中心Ｑに対応する垂直方向の０次光の半導体基板９への吸収を抑制することもできる。もちろん開口１９ａは無くてもよい。

　（第３変形例）
図１２は、上述の第１実施形態の第３変形例に係る発光装置１Ｂの断面構成を示す模式図である。本変形例に係る発光装置１Ｂは、上述の第１実施形態の発光装置１Ａの構成に加えて、支持基板４０を更に備える。その他の構造については、第１実施形態と同様である。支持基板４０は、板状の部材であって、光Ｌ１を透過する光透過性の材料（例えば石英、サファイア、ダイヤモンド、或いはこれらのうち少なくとも２つを含む複合材料）からなる。半導体発光素子１０Ａは、支持基板４０を介して空間光変調素子２０に固定されている。具体的には、支持基板４０の一方の板面が半導体発光素子１０Ａの光出力面１０ａに反射防止膜３１を介して接合されている。また、支持基板４０の他方の板面が空間光変調素子２０の光入出力面２０ａに接合されている。支持基板４０の一方の板面と他方の板面とは互いに平行である。

　本変形例に係る発光装置１Ｂのように、半導体発光素子１０Ａと空間光変調素子２０とは支持基板４０を介して互いに接合されてもよい。これにより、発光装置１Ｂの機械的強度が高められ、曲げの力による発光装置１Ｂの破損確率が低減され得る。更に、半導体発光素子１０Ａの光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとの間隔が、支持基板４０の厚さによって容易に調整され得る。

　（第４変形例）
図１３は、上述の第１実施形態の第４変形例に係る発光装置１Ｃの外観を示す斜視図である。図１４は、図１３に示された発光装置１Ｃの断面構成を部分的に示す模式図である。図１３および図１４に示されたように、本変形例に係る発光装置１Ｃは、上述の第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａに代えて、半導体発光素子１０Ｂを備える。半導体発光素子１０Ｂは、第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａと同様の構成を備える複数の単位領域Ｄ１がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って二次元状に配列された半導体発光素子アレイである。図１３には、４つの単位領域Ｄ１が代表して示されている。単位領域Ｄ１の一辺の長さは、例えば０．０１ｍｍ～２５ｍｍであり、典型的には１ｍｍである。

　図１５は、半導体発光素子１０Ｂの拡大上面図である。図１５に示されたように、半導体発光素子１０Ｂの光出力面１０ａは複数の単位領域Ｄ１に分割されており、各単位領域Ｄ１には電極１８および反射防止膜３１が設けられている。電極１８は、第１実施形態と同様に、格子状の平面形状を有する。或いは、図１６に示されたように、電極１８は、第１変形例と同様に、ストライプ状の平面形状を有してもよい。また、本変形例では、各単位領域Ｄ１において第１部分８ａと第２部分８ｂとがＹ軸方向に並んでいる。また、隣り合う単位領域Ｄ１の第１部分８ａ同士がＸ軸方向に並んでおり、隣り合う単位領域Ｄ１の第２部分８ｂ同士がＸ軸方向に並んでいる。

　図１７は、半導体発光素子１０Ｂの拡大底面図である。図１７に示されたように、半導体基板９の裏面９ｂもまた、複数の単位領域Ｄ１に分割されている。各単位領域Ｄ１には電極１９および反射防止膜３２が設けられている。電極１９は、第１実施形態と同様に、四角形の平面形状を有する。或いは、電極１９は、第２変形例（図１１を参照）と同様に、開口を有する枠状の平面形状を有してもよい。

　本変形例において、各単位領域Ｄ１の第１部分８ａから出力された光Ｌ１は、各単位領域Ｄ１に対応する空間光変調素子２０の領域に入力される。そして、光Ｌ１の位相は該領域において変調され、変調後の光Ｌ１が当該単位領域Ｄ１の第２部分８ｂを透過した後に発光装置１Ｃの外部へ出力される。本変形例のような構成であっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。本変形例のように半導体発光素子アレイを用いて複数の光Ｌ１を生成することにより、第１実施形態よりも更に大きな面積の光像を得ることができる。また、後述の第７変形例と比較して、発光装置の作製が容易であり、発光領域（第１部分８ａ）を高精度に配置することができる。

　なお、本変形例においても、半導体発光素子１０Ｂと空間光変調素子２０との間に、支持基板４０が設けられてもよい。これにより、発光装置１Ｃの機械的強度を高められる（曲げの力による発光装置１Ｃの破損確率が低減される）。更に、半導体発光素子１０Ｂの光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとの間隔は、支持基板４０の厚みによって容易に調整され得る。

　（第５変形例）
図１８は、上述の第１実施形態の第５変形例に係る発光装置１Ｄの断面構成を示す模式図である。本変形例に係る発光装置１Ｄは、上述の第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａに代えて、半導体発光素子１０Ｃを備える。半導体発光素子１０Ｃは、第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａとは異なり、光Ｌ１を半導体基板９の裏面９ｂから出力する。すなわち、本変形例では、半導体発光素子１０Ｃの光出力面１０ａは、半導体基板９の裏面９ｂに含まれる。したがって、空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、半導体基板９の裏面９ｂに対面している。半導体積層部１１は、半導体基板９に対して空間光変調素子２０とは反対側に設けられている。

　本変形例においても、半導体発光素子１０Ｃは、第１部分８ａと、第１部分８ａに対して主面９ａに沿った方向に並ぶ第２部分８ｂとを含む。第１部分８ａのコンタクト層１５上には電極３３（第１電極）が設けられ、第１部分８ａの半導体基板９の裏面９ｂ上には電極３４（第２電極）が設けられている。電極３３はコンタクト層１５とオーミック接触しており、電極３４は半導体基板９とオーミック接触している。図１９は、半導体発光素子１０Ｃを光出力面１０ａ側（すなわち裏面９ｂ側）から見た上面図である。図２０は、半導体発光素子１０Ｃを半導体積層部１１の表面側から見た底面図である。図１８～図２０に示されたように、電極３３および３４は、半導体発光素子１０Ｃの第１部分８ａにのみ設けられ、第２部分８ｂには設けられていない。そして、図１９に示されたように、電極３４は、四角い枠状の平面形状を有しており、第１部分８ａの中心部分を含む開口３４ａを有する。開口３４ａの内側に位置する裏面９ｂは、反射防止膜３１によって覆われている。第２部分８ｂの裏面９ｂの全面は、反射防止膜３１によって覆われている。換言すれば、反射防止膜３１は、裏面９ｂ（光出力面１０ａ）上における電極３４を除く全域に設けられている。半導体発光素子１０Ｃから出力される光Ｌ１は、電極３４の開口３４ａを通過する。電極３４の開口３４ａを光Ｌ１が通過することにより、電極３４に遮られることなく、光Ｌ１を裏面９ｂ側から好適に出力され得る。なお、電極３４の平面形状は、図２に示された電極１８のような格子状、或いは図１０に示された電極１８のようなストライプ状であってもよい。

　また、図２０に示されたように、半導体積層部１１の表面において、電極３３は例えば四角形の平面形状を有しており、第１部分８ａの中央部付近を含む部分を覆っている。第２部分８ｂにおける半導体積層部１１の表面上には、反射防止膜３２が設けられている。

　なお、本変形例においても、複数の異屈折率領域１６ｂは第１部分８ａの位相変調層１６Ａにのみ形成され、第２部分８ｂの位相変調層１６Ａには形成されていない。

　電極３３と電極３４との間に駆動電流が供給されると、活性層１３内において電子と正孔の再結合が生じる（発光）。活性層１３内における発光に寄与する電子および正孔、並びに発生した光は、下部クラッド層１２および上部クラッド層１４の間に効率的に閉じ込められる。活性層１３から出力された光は、位相変調層１６Ａの内部に入力され、位相変調層１６Ａの内部の格子構造に応じた所定のモードを形成する。位相変調層１６Ａ内から出力された光Ｌ１は、電極３４の開口３４ａを介して半導体発光素子１０Ｃの外部へ出力される。このとき、０次光は、光出力面１０ａに垂直な方向へ出力される。これに対し、高次光（例えば１次光または－１次光）である光Ｌ１は、光出力面１０ａの法線方向に対して傾斜した任意の方向へ出力される。

　本変形例のように、半導体発光素子は裏面出力型であってもよい。このような構成であっても、上述の第１実施形態と同様の効果が好適に得られる。但し、光Ｌ１の波長と半導体基板９の構成材料との組み合わせによっては、半導体基板９における光吸収によって光Ｌ１の損失が大きくなることがある。そのような場合には、第１実施形態のように表面出力型の半導体発光素子が用いられればよい。

　（第６変形例）
図２１は、上述の第１実施形態の第６変形例に係る発光装置１Ｅの断面構成を部分的に示す模式図である。図２１に示されたように、本変形例に係る発光装置１Ｅは、上述の第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａに代えて、半導体発光素子１０Ｄを備える。半導体発光素子１０Ｄは、第４変形例に係る半導体発光素子１０Ｃと同様の構成を備える複数の単位領域Ｄ２がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って二次元状に配列された半導体発光素子アレイである。単位領域Ｄ２の一辺の長さは、例えば０．０１ｍｍ～２５ｍｍであり、典型的には１ｍｍである。

　図２２は、半導体発光素子１０Ｄの拡大上面図である。図２２に示されたように、半導体発光素子１０Ｄの光出力面１０ａは複数の単位領域Ｄ２に分割されており、各単位領域Ｄ２には電極３４および反射防止膜３１が設けられている。電極３４は、第４変形例と同様に、開口３４ａを有する枠状といった平面形状を有する。また、本変形例では、各単位領域Ｄ２において第１部分８ａと第２部分８ｂとがＹ軸方向に並んでいる。また、隣り合う単位領域Ｄ２の第１部分８ａ同士がＸ軸方向に並んでおり、隣り合う単位領域Ｄ２の第２部分８ｂ同士がＸ軸方向に並んでいる。

　図２３は、半導体発光素子１０Ｄの拡大底面図である。図２３に示されたように、半導体基板９の裏面９ｂもまた、複数の単位領域Ｄ２に分割されている。各単位領域Ｄ２には電極３３および反射防止膜３２が設けられている。電極３３は、第５変形例と同様に、四角形の平面形状を有する。或いは、電極３３は、第２変形例（図１１を参照）と同様に、開口を有する枠状の平面形状を有してもよい。

　本変形例において、各単位領域Ｄ２の第１部分８ａから出力された光Ｌ１は、各単位領域Ｄ２に対応する空間光変調素子２０の領域に入力される。そして、光Ｌ１の位相は該領域において変調され、変調後の光Ｌ１は当該単位領域Ｄ２の第２部分８ｂを透過した後に発光装置１Ｅの外部へ出力される。本変形例のような構成であっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本変形例のように半導体発光素子アレイを用いて複数の光Ｌ１を生成することにより、第１実施形態よりも更に大きな面積の光像が得られる。

　なお、本変形例においても、半導体発光素子１０Ｄと空間光変調素子２０との間に、支持基板４０が設けられてもよい。これにより、発光装置１Ｅの機械的強度が高められる（曲げの力による発光装置１Ｅの破損確率が低減され得る）。更に、半導体発光素子１０Ｄの光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとの間隔は、支持基板４０の厚みによって容易に調整され得る。

　（第２実施形態）
図２４は、第２実施形態に係る発光装置１Ｆの断面構成を示す模式図である。本実施形態に係る発光装置１Ｆは、第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａに代えて、半導体発光素子１０Ｅを備える。半導体発光素子１０Ｅは、第１実施形態と異なり、第２部分８ｂを有しておらず第１部分８ａに相当する部分のみを有している。換言すれば、半導体発光素子１０Ｅは、第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａの第１部分８ａと同じ構造を備える一方、空間光変調素子２０から出力された変調後の光Ｌ１を透過させる部分（第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａの第２部分８ｂに相当する部分）を有していない。

　空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、第１領域２７および第２領域２８を含む。第１領域２７および第２領域２８は、例えばＹ軸方向に沿って並んでいる。第１領域２７上には支持基板４０を介して半導体発光素子１０Ｅが配置され、第１領域２７は光出力面１０ａに対面している。第２領域２８上は、何も設けられない空間となっている。第１領域２７および第２領域２８の一辺の長さは例えば１００μｍ～１０００μｍであり、一例では４００μｍである。第１領域２７および第２領域２８の一辺の長さは、等しくてもよく、異なってもよい。

　半導体発光素子１０Ｅから出力された光Ｌ１は、第１領域２７を介して空間光変調素子２０に入力される。そして、光Ｌ１の位相は空間光変調素子２０において変調され、変調後の光Ｌ１が第２領域２８から発光装置１Ｆの外部へ出力される。

　本実施形態のような構成であっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、変調後の光Ｌ１が半導体発光素子１０Ｅを避けて発光装置１Ｆの外部へ出力され得るので、変調後の光Ｌ１に対する半導体発光素子１０Ｅ（特に電極１８，１９）による減衰や回折作用が効果的に低減され得る。このように、発光装置１Ｆによれば、空間光変調素子２０と半導体発光素子１０Ｅとが近接配置された場合であっても、変調後の光Ｌ１に対する半導体発光素子１０Ｅによる減衰や回折作用が低減され得る。したがって、空間光変調素子２０と半導体発光素子１０Ｅとの光結合のための位置調整が容易となり、また、発光装置１Ｆの小型化が可能となる。加えて、半導体発光素子１０Ｅの光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとが対面しているので、光結合のための位置調整が更に容易になる（半導体発光素子１０Ｅが空間光変調素子２０に容易に固定され得る）。

　（第７変形例）
図２５は、上述の第２実施形態の第７変形例に係る発光装置１Ｇの外観を示す斜視図である。図２６は、図２５に示された発光装置１Ｇの断面構成を部分的に示す模式図である。図２５および図２６に示されたように、本変形例に係る発光装置１Ｇは、上述の第１実施形態に係る半導体発光素子１０Ａに代えて、複数の半導体発光素子１０Ｅを備える。また、空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、複数の単位領域Ｄ３を含む。複数の単位領域Ｄ３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って二次元状に配列されている。各単位領域Ｄ３は、第１領域２７および第２領域２８を含む。本変形例では、各単位領域Ｄ３において第１領域２７と第２領域２８とがＹ軸方向に並んでいる。複数の半導体発光素子１０Ｅそれぞれは、複数の単位領域Ｄ３それぞれの第１領域２７上に配置されている。単位領域Ｄ３の一辺の長さは、例えば０．０１ｍｍ～２５ｍｍであり、典型的には１ｍｍである。

　また、本変形例に係る発光装置１Ｇは、１枚の支持基板４１を更に備える。支持基板４１は、板状の部材であって、第３変形例の支持基板４０と同様の材料からなる。支持基板４１は、空間光変調素子２０の複数の単位領域Ｄ３をまとめて覆う。複数の半導体発光素子１０Ｅは、共通の支持基板４１を介して空間光変調素子２０に固定されている。具体的には、支持基板４１の一方の板面が複数の半導体発光素子１０Ｅの光出力面１０ａに電極１８および反射防止膜３１を介して接合されている。一方、支持基板４１の他方の板面が空間光変調素子２０の光入出力面２０ａに接合されている。複数の半導体発光素子１０Ｅは、共通の支持基板４１を介して互いに固定される。支持基板４１の一方の板面と他方の板面とは互いに平行である。

　図２７（ａ）は、本変形例に係る支持基板４１の構成を示す斜視図である。図２７（ａ）に示されたように、支持基板４１の一方の板面上には、複数の素子電極４２と、パッド電極４３とが設けられている。複数の素子電極４２それぞれは、複数の半導体発光素子１０Ｅそれぞれに対応して第１領域２７上に設けられる。各半導体発光素子１０Ｅの電極１８は、対応する素子電極４２に接合される。各素子電極４２は、支持基板４１の一方の板面上に設けられた金属膜４２ａと、金属膜４２ａ上に設けられた導電性接着剤（例えばハンダ）４２ｂとを含む。図２７（ｂ）に示されたように、金属膜４２ａおよび導電性接着剤４２ｂの平面形状は、光Ｌ１を通過させるために電極１８の平面形状（例えば格子状、ストライプ状、枠状など）と略同一になっている。複数の素子電極４２の金属膜４２ａは、支持基板４１の一方の板面上に設けられた配線４４によって互いに電気的に接続されている。パッド電極４３は、支持基板４１の端寄りに設けられ、配線４４の一端に接続されている。各素子電極４２には、パッド電極４３を介して電流が供給される。なお、図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示された支持基板４１上の配線用電極は、半導体発光素子１０Ｅに限らず、半導体発光素子１０Ｆにも適用可能である。その場合、素子電極４２の平面形状はストライプ状ではなく、枠状となる。また、半導体発光素子１０Ｂ、１０Ｄであっても支持基板４０上に同様の配線電極を形成することで、好適に電流を供給することができる。金属膜４２ａおよび導電性接着剤４２ｂの材料は支持基板４１の材質に応じて選択される。一例として、支持基板４１が石英基板である場合、金属膜４２ａにＴｉ／Ａｕ（Ｔｉ厚さ１０ｎｍ／Ａｕ厚さ２００ｎｍ）、導電性接着剤４２ｂにＡｕＳｎはんだ（厚さ３μｍ）などが利用可能である。また、支持基板４１として、放熱のため表面側にダイヤモンド板が組み合わされてもよく、また、表面上にＣＶＤによりダイヤモンド膜が形成されてもよい。

　本変形例において、各半導体発光素子１０Ｅから出力された光Ｌ１は、支持基板４１を透過した後に、対応する単位領域Ｄ３の第１領域２７から空間光変調素子２０に入力される。そして、光Ｌ１の位相は空間光変調素子２０において変調され、変調後の光Ｌ１が第２領域２８から支持基板４１を透過した後に発光装置１Ｇの外部へ出力される。本変形例のような構成であっても、第２実施形態と同様の効果が得られる。また、本変形例のように複数の半導体発光素子１０Ｅが二次元状に並べられることにより、第２実施形態よりも更に大きな面積の光像が得られる。また、前述の第４変形例と比較して、本変形例は、半導体基板９に吸収される波長の光Ｌ１にも適用可能である。

　本変形例においては、複数の半導体発光素子１０Ｅと空間光変調素子２０との間に、支持基板４１が設けられている。これにより、半導体発光素子１０Ｅの光出力面１０ａと空間光変調素子２０の光入出力面２０ａとの間隔が、支持基板４１の厚みによって容易に調整され得る。さらに、支持基板４１は、電極１８に電流を供給するための配線４４を有しているので、空間光変調素子２０に覆われた複数の半導体発光素子１０Ｅの電極１８に対して電流を好適に供給することができる。

　（第８変形例）
図２８は、第２実施形態の第８変形例に係る発光装置１Ｈの断面構成を示す模式図である。本変形例に係る発光装置１Ｈは、上述の第２実施形態に係る半導体発光素子１０Ｅに代えて、半導体発光素子１０Ｆを備える。半導体発光素子１０Ｆは、第２実施形態に係る半導体発光素子１０Ｅとは異なり、光Ｌ１を半導体基板９の裏面９ｂから出力する。すなわち、本変形例では、半導体発光素子１０Ｆの光出力面１０ａは、半導体基板９の裏面９ｂに含まれる。したがって、空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、半導体基板９の裏面９ｂに対面している。半導体積層部１１は、半導体基板９に対して空間光変調素子２０とは反対側に設けられている。コンタクト層１５上には電極３３（第１電極）が設けられ、半導体基板９の裏面９ｂ上には電極３４（第２電極）が設けられている。なお、電極３３，３４の形状などの半導体発光素子１０Ｆの詳細な構成および動作は、前述の第５変形例に係る半導体発光素子１０Ｃと同様である。

　本変形例においても、空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、第１領域２７および第２領域２８を含む。第１領域２７および第２領域２８は、例えばＹ軸方向に沿って並んでいる。第１領域２７上には支持基板４０を介して半導体発光素子１０Ｆが配置され、第１領域２７は光出力面１０ａに対面している。第２領域２８上は、何も設けられない空間となっている。半導体発光素子１０Ｆから出力された光Ｌ１は、支持基板４０を透過した後に、第１領域２７を介して空間光変調素子２０に入力される。そして、光Ｌ１の位相が空間光変調素子２０において変調された後に、変調後の光Ｌ１が第２領域２８から支持基板４０を介して発光装置１Ｈの外部へ出力される。

　本変形例のように、半導体発光素子は裏面出力型であってもよい。このような構成であっても、上述の第２実施形態と同様の効果が好適に得られる。但し、光Ｌ１の波長と半導体基板９の構成材料との組み合わせによっては、半導体基板９における光吸収によって光Ｌ１の損失が大きくなることがある。そのような場合には、第２実施形態のように表面出力型の半導体発光素子が適用されてもよい。

　（第９変形例）
図２９は、第２実施形態の第９変形例に係る発光装置１Ｊの断面構成を示す模式図である。本変形例に係る発光装置１Ｈでは、空間光変調素子２０の光入出力面２０ａが、１つの第１領域２７に対応する複数の第２領域２８を含む。複数の第２領域２８は、第１領域２７の周囲に隣接する任意の位置に設けられる。一例では、図２９に示されたように、一対の第２領域２８が第１領域２７を挟んだ両側に設けられる。或いは、複数の第２領域２８が第１領域２７の複数の辺にそれぞれ隣接して設けられてもよく、更に、別の一または複数の第２領域２８が第１領域２７の対角方向に隣接して設けられてもよい。第１領域２７上には支持基板４０を介して半導体発光素子１０Ｅが配置され、第１領域２７は光出力面１０ａと対面している。なお、複数の第２領域２８上は、何も設けられない空間となっている。

　本変形例のように、空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、第１領域２７の周囲に設けられた複数の第２領域２８を含んでもよい。これにより、半導体発光素子１０Ｅから複数の方向に光Ｌ１が出力され、更に多様な光像を形成することができる。このとき、図８および図２９に示されたように、例えば第１象限への出力ビームに対して、対向する第３象限にもビームが出力されるが、第１領域２７に対して第２領域２８が対向配置されることで、上記対向した象限に出力されるビームを有効利用することができる（出力ビームの損失抑制が可能）。なお、本変形例においても、第７変形例のように複数の半導体発光素子１０Ｅが設けられてもよい。また、第８変形例のように、表面出力型の半導体発光素子１０Ｅに代えて裏面出力型の半導体発光素子１０Ｆが設けられてもよい。

　（第１０変形例）
複数の半導体発光素子１０Ｅ（または１０Ｆ）が光入出力面２０ａ上に設けられる場合の、第１領域２７および第２領域２８の配置例について詳細に説明する。図３０（ａ）～図３３（ｃ）は、光入出力面２０ａにおける第１領域２７および第２領域２８の配置例を示す図である。図３０（ａ）は、第１領域２７および第２領域２８が一対一で対応している場合（第２実施形態を参照）の基本配置を示す図である。この場合、光入出力面２０ａの開口率は５０％となる。第２領域２８からは、１次光および１次光のうちいずれか一方が出力される。図３０（ｂ）および図３０（ｃ）は、或る方向にそれぞれ並ぶ第１領域２７の列および第２領域２８の列を、該方向に直交する方向に交互に配置した例を示す。また、図３０（ｄ）は、第１領域２７および第２領域２８を市松模様のように対角方向に配列した例を示す。

　また、図３１（ａ）～図３１（ｄ）は、一つの第１領域２７に複数の第２領域２８が対応する場合の基本配置を示す図である。図３１（ａ）では、２つの第２領域２８が一つの第１領域２７を挟むように配置されている（図２９を参照）。この場合、光入出力面２０ａの開口率は６６％となる。図３１（ｂ）では、４つの第２領域２８が一つの第１領域２７の４辺にそれぞれ隣接して配置されている。この場合、光入出力面２０ａの開口率は７５％となる。図３１（ｃ）では、図３１（ａ）の配置に加え、更に４つの第２領域２８が第１領域２７の対角方向に配置されている。この場合、一つの第１領域２７に６つの第２領域２８が対応するので、光入出力面２０ａの開口率は８６％となる。図３１（ｄ）では、図３１（ｂ）の配置に加え、更に４つの第２領域２８が第１領域２７の対角方向に配置されている。この場合、一つの第１領域２７に８つの第２領域２８が対応するので、光入出力面２０ａの開口率は８９％となる。

　なお、上述の配置では、一部の第２領域２８から１次光が出力され、残部の第２領域２８から－１次光が出力される。具体的には、図３１（ａ）の配置では、例えば第１領域２７の左側の第２領域２８から－１次光が出力され、第１領域２７の右側の第２領域２８から－１次光が出力される。図３１（ｂ）の配置では、例えば第１領域２７の左側および下側の第２領域２８から－１次光が出力され、第１領域２７の右側および上側の第２領域２８から１次光が出力される。図３１（ｃ）の配置では、例えば第１領域２７の左側、左上および左下の３つの第２領域２８から－１次光が出力され、第１領域２７の右側、右上および右下の３つの第２領域２８から１次光が出力される。図３１（ｄ）の配置では、例えば第１領域２７の左側、左上、左下、および下側の４つの第２領域２８から－１次光が出力され、第１領域２７の右側、右上、右下、および上側の４つの第２領域２８から１次光が出力される。このように、－１次光を出力する第２領域２８と、１次光を出力する第２領域２８とは、第１領域２７に関して対称になるように配置されるとよい。

　図３２（ａ）および図３２（ｂ）は、図３１（ａ）の基本配置を、向きを揃えて複数並べた状態を示す図である。図３２（ａ）では、第１領域２７の位置が、隣接する基本配置同士で揃っている。図３２（ｂ）では、第１領域２７の位置が、隣接する基本配置同士で交互にずれている。図３２（ｃ）は、図３１（ｂ）の基本配置を隙間無く複数並べた状態を示す図である。図３３（ａ）は、図３１（ｂ）および図３１（ｃ）の基本配置を交互に隙間無く並べた状態を示す図である。図３３（ｂ）および図３３（ｃ）は、図３１（ｄ）の基本配置を隙間無く複数並べた状態を示す図である。図３３（ｂ）では、第１領域２７の位置が、隣接する基本配置同士で揃っている。図３３（ｃ）では、第１領域２７の位置が、隣接する基本配置同士で交互にずれている。空間光変調素子２０の光入出力面２０ａは、例えば上述した図３０（ｂ）～３０（ｄ）、図３２または図３３に示された配置を含んでもよい。

　ここで、一つの第１領域２７に複数の第２領域２８が対応する場合の位相変調層１６Ａの振幅分布および位相分布について説明する。図３４（ａ）、図３６（ａ）および図３８（ａ）は、位相変調層１６Ａの振幅分布すなわち線分長ｒ（ｘ，ｙ）の分布の例を示す図である。これらの図では、線分長ｒ（ｘ，ｙ）が明暗によって示され、値が大きいほど明るくなっている。また、図３４（ｂ）、図３６（ｂ）、および図３８（ｂ）は、位相変調層１６Ａの位相分布すなわち回転角度φ（ｘ，ｙ）の分布の例を示す図である。これらの図では、角度φ（ｘ，ｙ）が明暗によって示され、値が大きいほど明るくなっている。図３５は、図３４（ａ）の振幅分布および図３４（ｂ）の位相分布を有する位相変調層１６Ａによって実現される遠視野像を示す。図３５に示されたように、この例では、２つのスポットを含む光Ｌ１が半導体発光素子１０Ｅ（または１０Ｆ）から出力される。図３７は、図３６（ａ）の振幅分布および図３６（ｂ）の位相分布を有する位相変調層１６Ａによって実現される遠視野像を示す。図３７に示されたように、この例では、３つのスポットを含む光Ｌ１が半導体発光素子１０Ｅ（または１０Ｆ）から出力される。図３９は、図３８（ａ）の振幅分布および図３８（ｂ）の位相分布を有する位相変調層１６Ａによって実現される遠視野像を示す。図３９に示されたように、この例では、４つのスポットを含む光Ｌ１が半導体発光素子１０Ｅ（または１０Ｆ）から出力される。

　なお、本変形例では、複数の半導体発光素子１０Ｅ（または１０Ｆ）が光入出力面２０ａ上に設けられる場合における第１領域２７および第２領域２８の配置について説明された。ただし、この配置は、第４変形例（図１３～図１７を参照）のように半導体発光素子１０Ｂが複数の単位領域Ｄ１を含む半導体発光素子アレイである場合における第１部分８ａおよび第２部分８ｂの配置にも応用できる。その場合、上述の配置において、第１領域２７を第１部分８ａに置き換えるとともに、第２領域２８を第２部分８ｂに置き換えて考えるとよい。

　（第１１変形例）
上述の第４変形例（図１３～図１７を参照）では、半導体発光素子１０Ｂとして、光Ｌ１を個々に出力する複数の単位領域Ｄ１を有する半導体発光素子アレイが適用されている。また、第６変形例（図２１～図２３を参照）では、半導体発光素子１０Ｄとして、光Ｌ１を個々に出力する複数の単位領域Ｄ２を有する半導体発光素子アレイが用いられている。更に、第７変形例（図２５～図２６および図２７（ａ）～図２７（ｂ）を参照）では、複数の半導体発光素子１０Ｅが光入出力面２０ａの複数の単位領域Ｄ３上に配列されている。これらの変形例のように光Ｌ１を出力する発光領域が複数存在する場合、それぞれの発光領域の光路上に例えば蛍光体のような波長変換媒質を配置されることにより、発光装置から出力される光Ｌ１の波長が任意に変更可能になる。特に、光Ｌ１の波長を赤色の波長域、緑色の波長域、および青色の波長域にそれぞれ変換する３種類の波長変換媒質が配置されることにより、発光装置のマルチカラー化が可能になる。光Ｌ１の波長が赤色の波長域、緑色の波長域、および青色の波長域の何れかに含まれる場合、当該波長域については、波長変換媒質は省略され得る。また、波長変換媒質は、光Ｌ１の波長よりも長い波長に変換するダウンコンバージョンであってもよく、光Ｌ１の波長よりも短い波長に変換するアップコンバージョンであってもよい。

　図４０は、本変形例に係る発光装置１Ｋの断面構成を示す模式図である。この発光装置１Ｋは、図１４に示された発光装置１Ｃの構成に加えて、複数の波長変換媒質５１を更に備える。各波長変換媒質５１は、各単位領域Ｄ１において第２部分８ｂの反射防止膜３２上に設けられている。各単位領域Ｄ１の第１部分８ａから出力された光Ｌ１は、空間光変調素子２０において変調される。その後、変調後の光Ｌ１は、各単位領域Ｄ１の第２部分８ｂ、波長変換媒質５１を順次通過した後に発光装置１Ｋの外部に出力される。

　図４１は、本変形例に係る別の発光装置１Ｌの断面構成を示す模式図である。この発光装置１Ｌは、図１４に示された発光装置１Ｃの構成から支持基板４０を除き、各単位領域Ｄ１の第１部分８ａと空間光変調素子２０との間に波長変換媒質５１が設けられた構造を有する。例えば、波長変換媒質５１は電極１８の開口１８ａを覆うように光出力面１０ａ上に設けられる。各単位領域Ｄ１の第１部分８ａから出力された光Ｌ１は、波長変換媒質５１を介して空間光変調素子２０に入力され、該空間光変調素子２０において変調される。そして、変調後の光Ｌ１は、各単位領域Ｄ１の第２部分８ｂを透過して当該発光装置１Ｌの外部に出力される。

　上述の発光装置１Ｋおよび１Ｌにおいて、半導体発光素子１０Ｂは第６変形例に係る半導体発光素子１０Ｄに置き換えられてもよい。その場合、発光装置１Ｋにおいて、波長変換媒質５１は各単位領域Ｄ２における第２部分８ｂの反射防止膜３２上に設けられる。また、発光装置１Ｌにおいて、波長変換媒質５１は各単位領域Ｄ２の第１部分８ａと空間光変調素子２０との間に設けられる。例えば、波長変換媒質５１は電極３４の開口３４ａを覆うように裏面９ｂ上に設けられる。

　図４２は、本変形例に係る更に別の発光装置１Ｍの断面構成を示す斜視図である。この発光装置１Ｍは、第７変形例に係る発光装置１Ｇの構成に加えて、複数の波長変換媒質５１を更に備える。各波長変換媒質５１は、各単位領域Ｄ３において光入出力面２０ａの第２領域２８上に設けられる。例えば、各波長変換媒質５１は、支持基板４１の空間光変調素子２０とは反対側の面上に設けられる。各半導体発光素子１０Ｅから出力された光Ｌ１は、空間光変調素子２０に入力される。その後、変調された光Ｌ１は、支持基板４１および波長変換媒質５１を通過して発光装置１Ｍの外部に出力される。

　図４３は、本変形例に係る更に別の発光装置１Ｎの断面構成を示す斜視図である。この発光装置１Ｎは、第７変形例の発光装置１Ｇの構成に加えて、複数の波長変換媒質５１を更に備える。各波長変換媒質５１は、各半導体発光素子１０Ｅと空間光変調素子２０との間に設けられている。例えば、各波長変換媒質５１は、各半導体発光素子１０Ｅと支持基板４１との間に挟まれている。各半導体発光素子１０Ｅから出力された光Ｌ１は、波長変換媒質５１および支持基板４１を通過した後に空間光変調素子２０の第１領域２７に入力される。そして、空間光変調素子２０において変調された光Ｌ１は、第２領域２８から支持基板４１を透過した後に発光装置１Ｎの外部に出力される。

　上述の発光装置１Ｍおよび１Ｎにおいて、半導体発光素子１０Ｅは第８変形例に係る半導体発光素子１０Ｆに置き換えられてもよい。その場合、発光装置１Ｎにおいて、波長変換媒質５１は各半導体発光素子１０Ｆと空間光変調素子２０との間に設けられる。例えば、波長変換媒質５１は電極３４の開口３４ａを覆うように裏面９ｂ上に設けられる。

　図４４（ａ）～図４４（ｃ）は、各波長変換媒質５１における赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の変換領域の配置の例を示す図である。これらの例では、赤色、緑色および青色の変換領域を含む単位領域が或る方向に並んでおり、各単位領域において、赤色、緑色および青色の変換領域が該方向と交差する方向に並んでいる。図４４（ａ）および図４４（ｂ）に示された例では、各単位領域において、赤色、緑色および青色の変換領域が同じ方向に並んでいる。また、図４４（ｃ）に示された例では、変換領域の並び順が、隣接する単位領域同士で互いに異なる。例えばこれらの様に、赤色、緑色および青色の変換領域を互いに隣接させて配置することにより、精細なマルチカラーの光像を得ることができる。これらの変換領域は、例えば空間光変調素子２０の複数の画素電極２５それぞれに対応して（一対一で）設けられるとよい。

　（第１２変形例）
上記実施形態の図４には、Ｘ―Ｙ平面（位相変調層１６Ａの設計面）上における異屈折率領域１６ｂの形状が円形である例が示されているが、異屈折率領域１６ｂは円形以外の形状を有してもよい。例えば、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの形状は、鏡像対称性（線対称性）を有してもよい。ここで、鏡像対称性（線対称性）とは、Ｘ―Ｙ平面に沿った任意の直線を挟んで、該直線の一方側に位置する異屈折率領域１６ｂの平面形状と、該直線の他方側に位置する異屈折率領域１６ｂの平面形状とが、互いに鏡像対称（線対称）となり得ることをいう。鏡像対称性（線対称性）を有する平面形状としては、例えば図４５（ａ）に示された真円、図４５（ｂ）に示された正方形、図４５（ｃ）に示された正六角形、図４５（ｄ）に示された正八角形、図４５（ｅ）に示された正１６角形、図４５（ｆ）に示された長方形、図４５（ｇ）に示された楕円、などが挙げられる。このように、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの平面形状が鏡像対称性（線対称性）を有することにより、位相変調層１６Ａにおいて、仮想的な正方格子の各格子点から対応する各異屈折率領域１６ｂの重心へ向かうベクトルとＸ軸との成す角度φを高精度に定めることができる（高い精度でのパターニングが可能）。

　また、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの平面形状は、１８０°の回転対称性を有さない形状であってもよい。このような形状としては、例えば図４６（ａ）に示された正三角形、図４６（ｂ）に示された直角二等辺三角形、図４６（ｃ）に示された２つの円または楕円の一部分が重なる形状、図４６（ｄ）に示された卵形形状、図４６（ｅ）に示された涙型形状、図４６（ｆ）に示された二等辺三角形、図４６（ｇ）に示された矢印型形状、図４６（ｈ）に示された台形、図４６（ｉ）に示された５角形、図４６（ｊ）に示された２つの矩形の一部分同士が重なる形状、図４６（ｋ）に示された２つの矩形の一部分同士が重なり且つ鏡像対称性を有さない形状、等が挙げられる。なお、卵形形状は、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状である。涙型形状は、楕円の長軸に沿った一方の端部を長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状である。矢印型形状は、矩形の一辺が三角形状に凹みその対向する一辺が三角形状に尖った形状である。このように、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの平面形状が１８０°の回転対称性を有さないことにより、より高い光出力を得ることができる。

　（第１３変形例）
図４７は、上述の各実施形態の第１３変形例に係る位相変調層１６Ｂの平面図である。上記実施形態の位相変調層１６Ａは、本変形例の位相変調層１６Ｂに置き換えられてもよい。本変形例の位相変調層１６Ｂは、上述の各実施形態の位相変調層１６Ａの構成に加えて、複数の異屈折率領域１６ｂとは別の複数の異屈折率領域１６ｃを更に有する。各異屈折率領域１６ｃは、周期構造を含んでおり、基本層１６ａの第１屈折率媒質とは屈折率の異なる第２屈折率媒質からなる。異屈折率領域１６ｃは、異屈折率領域１６ｂと同様に、空孔であってもよく、空孔に化合物半導体が埋め込まれた構造を有してもよい。ここで、図４８に示されたように、本変形例においても、格子点Ｏから重心Ｇに向かうベクトルとｓ軸との成す角度をφ（ｘ，ｙ）とする。なお、座標成分ｘはＸ軸におけるｘ番目の格子点の位置、座標成分ｙはＹ軸におけるｙ番目の格子点の位置を示す。回転角度φが０°である場合、格子点Ｏから重心Ｇへ向かうベクトルの方向はＸ軸の正方向と一致する。また、格子点Ｏから重心Ｇへ向かうベクトルの長さをｒ（ｘ，ｙ）とする。一例では、ｒ（ｘ，ｙ）は座標成分ｘ、ｙによらず（位相変調層１６Ｂ全体に亘って）一定である。

　各異屈折率領域１６ｃは、各異屈折率領域１６ｂにそれぞれ一対一で対応して設けられている。そして、各異屈折率領域１６ｃは仮想的な正方格子の格子点Ｏ上に位置しており、一例では、各異屈折率領域１６ｃの重心は、仮想的な正方格子の格子点Ｏと一致する。異屈折率領域１６ｃの平面形状は例えば円形であるが、異屈折率領域１６ｂと同様に、様々な平面形状を有しうる。図４９（ａ）～図４９（ｋ）に、異屈折率領域１６ｂ，１６ｃのＸ―Ｙ平面上における平面形状および相対関係の例が示されている。図４９（ａ）および図４９（ｂ）は、異屈折率領域１６ｂ，１６ｃが同じ形状の図形を有し、互いの重心が離間した形態を示す。図４９（ｃ）および図４９（ｄ）は、異屈折率領域１６ｂ，１６ｃが同じ形状の図形を有し、互いの重心が離間し、互いの一部分同士が重なる形態を示す。図４９（ｅ）は、異屈折率領域１６ｂ，１６ｃが同じ形状の図形を有し、互いの重心が離間し、各格子点において異屈折率領域１６ｂ，１６ｃの相対角度が任意に設定された（任意の角度だけ回転した）形態を示す。図４９（ｆ）は、異屈折率領域１６ｂ，１６ｃが互いに異なる形状の図形を有し、互いの重心が離間した形態を示す。図４９（ｇ）は、異屈折率領域１６ｂ，１６ｃが互いに異なる形状の図形を有し、互いの重心が離間し、各格子点毎に異屈折率領域１６ｂ，１６ｃの相対角度が任意に設定された（任意の角度だけ回転した）形態を示す。これらのうち、図４９（ｅ）および図４９（ｇ）では、２つの異屈折率領域１６ｂ，１６ｃが互いに重ならないように回転している。

　また、図４９（ｈ）～図４９（ｋ）に示されたように、異屈折率領域１６ｂは、互いに離間した２つの領域１６ｂ１，１６ｂ２を含んで構成されてもよい。そして、領域１６ｂ１，１６ｂ２を合わせた重心と、異屈折率領域１６ｃの重心とが離間し、領域１６ｂ１，１６ｂ２を結ぶ直線のＸ軸に対する角度が格子点ごとに任意に設定されてもよい。また、この場合、図４９（ｈ）に示されたように、領域１６ｂ１，１６ｂ２および異屈折率領域１６ｃは、互いに同じ形状の図形を有してもよい。或いは、図４９（ｉ）に示されたように、領域１６ｂ１，１６ｂ２および異屈折率領域１６ｃのうち２つの図形が他と異なっていてもよい。また、図４９（ｊ）に示されたように、領域１６ｂ１，１６ｂ２を結ぶ直線のＸ軸に対する角度に加えて、異屈折率領域１６ｃのＸ軸に対する角度が格子点ごとに任意に設定されてもよい。また、図４９（ｋ）に示されたように、領域１６ｂ１，１６ｂ２および異屈折率領域１６ｃが互いに同じ相対角度を維持したまま、領域１６ｂ１，１６ｂ２を結ぶ直線のＸ軸に対する角度が格子点ごとに任意に設定されてもよい。なお、これらのうち、図４９（ｊ）および図４９（ｋ）では、領域１６ｂ１，１６ｂ２が異屈折率領域１６ｃと重ならないように回転してもよい。

　Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域の平面形状は、格子点間で互いに同一であってもよい。すなわち、異屈折率領域が全ての格子点において同一図形を有しており、並進操作、または並進操作および回転操作により、格子点間で互いに重ね合わせることができてもよい。その場合、出力ビームパターン内におけるノイズ光およびノイズとなる０次光の発生を抑制できる。或いは、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域の平面形状は格子点間で必ずしも同一でなくともよく、例えば図５０に示されたように、隣り合う格子点間で形状が互いに異なっていてもよい。

　例えば本変形例のような位相変調層の構成であっても、上記実施形態の効果を好適に奏することができる。

　（第１４変形例）
次に、位相変調層１６Ａにおける異屈折率領域１６ｂの配置パターンを軸上シフト方式により決定する場合について説明する。なお、位相変調層１６Ａにおける異屈折率領域１６ｂの配置パターン決定方法として、上述の回転方式に替えて軸上シフト方式が適用された場合でも、得られた位相変調層は上述の種々の実施形態に係る当該半導体発光モジュールに適用される。軸上シフト方式を採用した場合には光源から入射する偏光方向を揃えることが可能となるため、空間光変調素子に入射する光の偏光方向を揃えることが可能となり、光利用効率の改善が出来、また、不要光を抑制できるという効果がある。

　図５１は、位相変調層１６Ａにおける異屈折率領域１６ｂの配置パターン（軸上シフト方式）を説明するための模式図である。位相変調層１６Ａは、基本層１６ａと、基本層１６ａの屈折率とは異なる屈折率を有する異屈折率領域１６ｂとを含む。ここで、位相変調層１６Ａには、図４の例と同様に、Ｘ－Ｙ平面上で規定される仮想的な正方格子が設定される。正方格子の一辺はＸ軸と平行であり、他辺はＹ軸と平行である。このとき、正方格子の格子点Ｏを中心とする正方形状の単位構成領域Ｒが、Ｘ軸に沿った複数列（ｘ１～ｘ４）およびＹ軸に沿った複数行（ｙ１～ｙ３）に亘って二次元状に設定される。それぞれの単位構成領域Ｒの座標をぞれぞれの単位構成領域Ｒの重心位置で与えられることとすると、この重心位置は仮想的な正方格子の格子点Ｏに一致する。複数の異屈折率領域１６ｂは、各単位構成領域Ｒ内に１つずつ設けられる。異屈折率領域１６ｂの平面形状は、例えば円形状である。格子点Ｏは、異屈折率領域１６ｂの外部に位置してもよいし、異屈折率領域１６ｂの内部に含まれていてもよい。

　なお、１つの単位構成領域Ｒ内に占める異屈折率領域１６ｂの面積Ｓの比率は、フィリングファクタ（ＦＦ）と称される。正方格子の格子間隔をａとすると、異屈折率領域１６ｂのフィリングファクタＦＦはＳ／ａ²として与えられる。ＳはＸ－Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの面積であり、異屈折率領域１６ｂの形状が例えば真円の場合、真円の直径Ｄを用いてＳ＝π（Ｄ／２）²として与えられる。また、異屈折率領域１６ｂの形状が正方形の場合、正方形の一辺の長さＬＡを用いてＳ＝ＬＡ²として与えられる。

　図５２は、軸シフト方式により決定される配置パターンの一例として、異屈折率領域１６ｂの重心Ｇと仮想的な正方格子における格子点Ｏ（ｘ，ｙ）との位置関係を説明するための図である。図５２に示されたように、各異屈折率領域１６ｂの重心Ｇは、直線Ｌ上に配置されている。直線Ｌは、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の対応する格子点Ｏ（ｘ，ｙ）を通り、正方格子の各辺に対して傾斜する直線である。換言すれば、直線Ｌは、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）を規定するｓ軸およびｔ軸の双方に対して傾斜する直線である。ｓ軸に対する直線Ｌの傾斜角はθである。傾斜角θは、位相変調層１６Ａ内において一定である。傾斜角θは、０°＜θ＜９０°を満たし、一例ではθ＝４５°である。または、傾斜角θは、１８０°＜θ＜２７０°を満たし、一例ではθ＝２２５°である。傾斜角θが０°＜θ＜９０°または１８０°＜θ＜２７０°を満たす場合、直線Ｌは、ｓ軸およびｔ軸によって規定される座標平面の第１象限から第３象限に亘って延びる。或いは、傾斜角θは、９０°＜θ＜１８０°を満たし、一例ではθ＝１３５°である。あるいは、傾斜角θは、２７０°＜θ＜３６０°を満たし、一例ではθ＝３１５°である。傾斜角θが９０°＜θ＜１８０°または２７０°＜θ＜３６０°を満たす場合、直線Ｌは、ｓ軸およびｔ軸によって規定される座標平面の第２象限から第４象限にわたって延びる。このように、傾斜角θは、０°、９０°、１８０°および２７０°を除く角度である。ここで、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）と重心Ｇとの距離をｒ（ｘ，ｙ）とする。ｘはＸ軸におけるｘ番目の格子点の位置、ｙはＹ軸におけるｙ番目の格子点の位置を示す。距離ｒ（ｘ，ｙ）が正の値である場合、重心Ｇは第１象限（または第２象限）に位置する。距離ｒ（ｘ，ｙ）が負の値である場合、重心Ｇは第３象限（または第４象限）に位置する。距離ｒ（ｘ，ｙ）が０である場合、格子点Ｏと重心Ｇとは互いに一致する。

　図５１に示された、各異屈折率領域１６ｂの重心Ｇと、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の対応する格子点Ｏ（ｘ，ｙ）との距離ｒ（ｘ，ｙ）は、目標とする出力ビームパターン（光像）に応じて異屈折率領域１６ｂごとに個別に設定される。距離ｒ（ｘ，ｙ）の分布は、ｘ（図５１の例ではｘ１～ｘ４）とｙ（図５１の例ではｙ１～ｙ３）の値で決まる位置ごとに特定の値を有するが、必ずしも特定の関数で表わされるとは限らない。距離ｒ（ｘ，ｙ）の分布は、目標とする出力ビームパターンを逆フーリエ変換して得られる複素振幅分布のうち位相分布を抽出したものから決定される。すなわち、図５２に示された、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）における位相Ｐ（ｘ，ｙ）がＰ₀である場合には距離ｒ（ｘ，ｙ）が０に設定され、位相Ｐ（ｘ，ｙ）がπ＋Ｐ₀である場合には距離ｒ（ｘ，ｙ）が最大値Ｒ₀に設定され、位相Ｐ（ｘ，ｙ）が－π＋Ｐ₀である場合には距離ｒ（ｘ，ｙ）が最小値－Ｒ₀に設定される。そして、その中間の位相Ｐ（ｘ，ｙ）に対しては、ｒ（ｘ，ｙ）＝｛Ｐ（ｘ，ｙ）－Ｐ₀｝×Ｒ₀／πとなるように距離ｒ（ｘ，ｙ）が設定される。ここで、初期位相Ｐ₀は任意に設定することができる。正方格子の格子間隔をａとすると、ｒ（ｘ，ｙ）の最大値Ｒ₀は、例えば、以下の式（１０）の範囲である。

なお、目標とする出力ビームパターンから複素振幅分布を求める際には、ホログラム生成の計算時に一般的に用いられるGerchberg-Saxton（ＧＳ）法のような繰り返しアルゴリズムを適用することによって、ビームパターンの再現性が向上する。

　なお、出力ビームパターンとして得られる光像と、位相変調層１６Ａにおける位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）との関係は、上述の回転方式の場合（図５）と同様である。したがって、正方格子を規定する上記第１の前提条件、上記式（１）～式（３）で規定される上記第２の前提条件、上記式（４）および（５）で規定される上記第３の前提条件、および上記式（６）および式（７）で既定される上記第４の前提条件の下、位相変調層１６Ａは、以下の条件を満たすよう構成される。すなわち、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から対応する異屈折率領域１６ｂの重心Ｇまでの距離ｒ（ｘ，ｙ）が、
       ｒ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×（Ｐ（ｘ，ｙ）－Ｐ₀）
       Ｃ：比例定数で例えばＲ₀／π
       Ｐ₀：任意の定数であって例えば０
なる関係を満たすように、該対応する異屈折率領域１６ｂが単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内に配置される。すなわち、距離ｒ（ｘ，ｙ）は、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）における位相Ｐ（ｘ，ｙ）がＰ₀である場合には０に設定され、位相Ｐ（ｘ，ｙ）がπ＋Ｐ₀である場合には最大値Ｒ₀に設定され、位相Ｐ（ｘ，ｙ）が－π＋Ｐ₀である場合には最小値－Ｒ₀に設定される。目標とする出力ビームパターンを得たい場合、該出力ビームパターンを逆フーリエ変換して、その複素振幅の位相Ｐ（ｘ，ｙ）に応じた距離ｒ（ｘ，ｙ）の分布を、複数の異屈折率領域１６ｂに与えるとよい。位相Ｐ（ｘ，ｙ）と距離ｒ（ｘ，ｙ）とは、互いに比例してもよい。

　なお、レーザビームのフーリエ変換後の遠視野像は、単一若しくは複数のスポット形状、円環形状、直線形状、文字形状、二重円環形状、または、ラゲールガウスビーム形状などの各種の形状をとることができる。また、出力ビームパターンは遠方界における角度情報で表わされるものであるので、目標とする出力ビームパターンが二次元的な位置情報で表わされているビットマップ画像などの場合には、一旦角度情報に変換し、その後波数空間に変換した後に逆フーリエ変換を行うとよい。

　逆フーリエ変換で得られた複素振幅分布から強度分布と位相分布を得る方法として、例えば強度分布（Ａ（ｘ，ｙ））については、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社の数値解析ソフトウェア「ＭＡＴＬＡＢ」のａｂｓ関数を用いることにより計算することができ、位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）については、ＭＡＴＬＡＢのａｎｇｌｅ関数を用いることにより計算することができる。

　図５３（ａ）～図５３（ｇ）および図５４（ａ）～図５４（ｋ）は、異屈折率領域の平面形状の種々の例（軸上シフト方式）を示す図である。上述の例では、Ｘ－Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの形状が円形である。しかしながら、異屈折率領域１６ｂは円形以外の形状を有してもよい。例えば、異屈折率領域１６ｂの形状は、鏡像対称性（線対称性）を有してもよい。ここで、鏡像対称性（線対称性）とは、Ｘ－Ｙ平面に沿った或る直線を挟んで、該直線の一方側に位置する異屈折率領域１６ｂの平面形状と、該直線の他方側に位置する異屈折率領域１６ｂの平面形状とが、互いに鏡像対称（線対称）となり得ることをいう。鏡像対称性（線対称性）を有する形状としては、例えば図５３（ａ）に示された真円、図５３（ｂ）に示された正方形、図５３（ｃ）に示された正六角形、図５３（ｄ）に示された正八角形、図５３（ｅ）に示された正１６角形、図５３（ｆ）に示された長方形、および図５３（ｇ）に示された楕円、などが挙げられる。このように、Ｘ－Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの形状が鏡像対称性（線対称性）を有する場合、位相変調層１６Ａの仮想的な正方格子の単位構成領域Ｒそれぞれにおいて、シンプルな形状であるため、格子点Ｏから対応する異屈折率領域１６ｂの重心Ｇの方向と位置を高精度に定めることができる。すなわち、高い精度でのパターニングが可能となる。

　また、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの形状は、１８０°の回転対称性を有さない形状であってもよい。このような形状としては、例えば図５４（ａ）に示された正三角形、図５４（ｂ）に示された直角二等辺三角形、図５４（ｃ）に示された２つの円または楕円の一部分が重なる形状、図５４（ｄ）に示された卵型形状、図５４（ｅ）に示された涙型形状、図５４（ｆ）に示された二等辺三角形、図５４（ｇ）に示された矢印型形状、図５４（ｈ）に示された台形、図５４（ｉ）に示された５角形、図５４（ｊ）に示された２つの矩形の一部分同士が重なる形状、および図５４（ｋ）に示された２つの矩形の一部分同士が重なり且つ鏡像対称性を有さない形状、等が挙げられる。なお、卵型形状は、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状である。涙型形状は、楕円の長軸に沿った一方の端部を長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状である。矢印型形状は、矩形の一辺が三角形状に凹みその対向する一辺が三角形状に尖った形状である。このように、Ｘ―Ｙ平面上における異屈折率領域１６ｂの形状が１８０°の回転対称性を有さないことにより、より強い光出力を得ることができる。なお、異屈折率領域１６ｂは、図５４（ｊ）および図５４（ｋ）に示されたように、複数要素で構成されてもよく、この場合、異屈折率領域１６ｂの重心Ｇは、複数の構成要素の合成重心である。

　図５５（ａ）～図５５（ｋ）は、異屈折率領域の平面形状の更に他の例（軸上シフト方式）を示す図である。また、図５６は、図５１の位相変調層の第２変形例を示す図である。

　これら図５５（ａ）～図５５（ｋ）および図５６に示された例では、各異屈折率領域１６ｂが複数の構成要素１６ｃ、１６ｄ（それぞれが異屈折率領域）で構成される。重心Ｇは全ての構成要素の合成重心であり、直線Ｌ上に位置する。構成要素１６ｃ、１６ｄの双方は、基本層１６ａの屈折率とは異なる屈折率を有する。構成要素１６ｃ、１６ｄの双方は、空孔であってもよく、空孔に化合物半導体が埋め込まれて構成されてもよい。単位構成領域Ｒそれぞれにおいて、構成要素１６ｃは、構成要素１６ｄにそれぞれ一対一で対応して設けられる。そして、構成要素１６ｃ、１６ｄを合わせた重心Ｇは、仮想的な正方格子を構成する単位構成領域Ｒの格子点Ｏを横切る直線Ｌ上に位置している。なお、何れの構成要素１６ｃ、１６ｄも仮想的な正方格子を構成する単位構成領域Ｒの範囲内に含まれる。単位構成領域Ｒは、仮想的な正方格子の格子点間を２等分する直線で囲まれる領域となる。

　構成要素１６ｃの平面形状は例えば円形であるが、図５３（ａ）～図５３（ｇ）および図５４（ａ）～図５４（ｋ）に示された種々の例のように、様々な形状を有し得る。図５５（ａ）～図５５（ｋ）には、Ｘ－Ｙ平面上における構成要素１６ｃ、１６ｄの形状および相対関係の例が示されている。図５５（ａ）および図５５（ｂ）は、構成要素１６ｃ、１６ｄの双方が同じ形状の図形を有する形態を示す。図５５（ｃ）および図５５（ｄ）は、構成要素１６ｃ、１６ｄの双方が同じ形状の図形を有し、互いの一部分同士が重なる形態を示す。図５５（ｅ）は、構成要素１６ｃ、１６ｄの双方が同じ形状の図形を有し、格子点ごとに構成要素１６ｃ、１６ｄの重心間の距離が任意に設定された形態を示す。図５５（ｆ）は、構成要素１６ｃ、１６ｄが互いに異なる形状の図形を有する形態を示す。図５５（ｇ）は、構成要素１６ｃ、１６ｄが互いに異なる形状の図形を有し、格子点ごとに構成要素１６ｃ、１６ｄの重心間の距離が任意に設定された形態を示す。

　また、図５５（ｈ）～図５５（ｋ）に示されたように、異屈折率領域１６ｂの一部を構成する構成要素１６ｄは、互いに離間した２つの領域１６ｄ１、１６ｄ２により構成されてもよい。そして、領域１６ｄ１、１６ｄ２を合わせた重心（単一の構成要素１６ｄの重心に相当）と、構成要素１６ｃの重心との距離が格子点ごとに任意に設定されてもよい。また、この場合、図５５（ｈ）に示されたように、領域１６ｄ１、１６ｄ２および構成要素１６ｃは、互いに同じ形状の図形を有してもよい。または、図５５（ｉ）に示されたように、領域１６ｄ１、１６ｄ２および構成要素１６ｃのうち２つの図形が他と異なっていてもよい。また、図５５（ｊ）に示されたように、領域１６ｄ１、１６ｄ２を結ぶ直線のｓ軸に対する角度に加えて、構成要素１６ｃのｓ軸に対する角度が単位構成領域Ｒごとに任意に設定されてもよい。また、図５５（ｋ）に示されたように、領域１６ｄ１、１６ｄ２および構成要素１６ｃが互いに同じ相対角度を維持したまま、領域１６ｄ１、１６ｄ２を結ぶ直線のｓ軸に対する角度が単位構成領域Ｒごとに任意に設定されてもよい。

　なお、異屈折率領域１６ｂの平面形状は、単位構成領域Ｒ間で互いに同一であってもよい。すなわち、異屈折率領域１６ｂが全ての単位構成領域Ｒにおいて同一図形を有しており、並進操作、または並進操作および回転操作により、格子点間で互いに重ね合わせることが可能であってもよい。その場合、出力ビームパターン内におけるノイズ光およびノイズとなる０次光の発生を抑制できる。または、異屈折率領域１６ｂの平面形状は、単位構成領域Ｒ間で必ずしも同一でなくともよく、例えば図５６に示されたように、隣り合う単位構成領域Ｒ間で形状が互いに異なっていてもよい。なお、図５３（ａ）～図５３（ｇ）、図５４（ａ）～図５４（ｋ）、図５５（ａ）～図５５（ｋ）、および図５６の何れの場合も各格子点Ｏを通る直線Ｌの中心は格子点Ｏに一致するように設定されるのが好ましい。

　上述のように、軸上シフト方式により異屈折率領域の配置パターンが決定された位相変調層の構成であっても、回転方式により異屈折率領域の配置パターンが決定された位相変調層が適用された実施形態と同様の効果を好適に奏することができる。

　（第１５変形例）
図５７（ａ）～図５７（ｅ）および図５８（ａ）～図５８（ｇ）は、図１等に示された電極１８、或いは図１８等に示される電極３４の平面形状の他の例を示す図である。図５７（ａ）および図５７（ｂ）は、互いに直径が異なる複数の円環状の電極部分が同心円として（共通の中心を有するように）配置された平面形状を示す。複数の電極部分同士は、径方向に延びる直線状の電極部分によって互いに連結されている。直線状の電極部分は、図５７（ａ）に示されたように複数設けられてもよく、図５７（ｂ）に示されたように１本のみ設けられてもよい。

　図５７（ｃ）は、複数の線状の電極部分が或る中心点から放射状に拡がる平面形状を示す。これらの電極部分は、両端において、上記中心点を中心とする一対の円環状の電極部分を介して互いに連結されている。図５７（ｄ）は、図１０の複数の線状の電極部分をＸ軸方向（またはＹ軸方向）に対して傾斜させた場合を示す。図５７（ｅ）は、図１０の複数の線状の電極部分同士の間隔を一定ではなくした（非周期的とした）場合を示す。

　図５８（ａ）は、Ｘ軸方向（またはＹ軸方向）に延びる複数の線状の電極部分がＹ軸方向（またはＸ軸方向）に並び、それらの一端がＹ軸方向（またはＸ軸方向）に延びる別の電極部分を介して互いに連結された２つの櫛歯状の電極が対向している平面形状を示す。一方の櫛歯状電極の複数の線状の電極部分と、他方の櫛歯状電極の複数の線状の電極部分とは、Ｙ軸方向（またはＸ軸方向）に沿って交互に配置されている。図５８（ｂ）は、図５８（ａ）に示された一方の櫛歯状電極のみからなる形状を示す。

　図５８（ｃ）は、Ｘ軸方向（またはＹ軸方向）に延びる複数の線状の電極部分がＹ軸方向（またはＸ軸方向）に並び、それらの中央部がＹ軸方向（またはＸ軸方向）に延びる別の電極部分を介して互いに連結されたフィッシュボーン形状を示す。図５８（ｄ）は、Ｘ軸方向（またはＹ軸方向）に延びる複数の線状の電極部分が一端および他端において交互に連結された方形波形状を示す。図５８（ｅ）は、六角形状の単位構造が二次元的に複数並んだハニカム形状を示す。図５８（ｆ）は、渦巻き形状を示す。図５８（ｇ）は、正方格子の枠がＸ軸方向およびＹ軸方向に対して傾斜した斜めメッシュ形状を示す。

　電極１８，３４の平面形状は、上述の第１実施形態のような正方格子状（図２参照）、第１変形例のようなストライプ形状（図１０参照）、第５変形例のような枠状（図１９参照）に限らず、例えば本変形例に示されたような様々な平面形状が適用可能である。本変形例に示された平面形状は、いずれも、活性層１３の中央部付近の上に位置する部分を含んでおり、活性層１３の中央部に電流を効率よく分散させることができる形状である。また、図１０、図５７（ｄ）、または図５７（ｅ）に示されたストライプ形状の場合、活性層１３の中央部への電流供給に関しては、格子状よりも少ない被覆率（換言すれば、格子状よりも大きい開口率）で格子状と同等の効果を奏する（光取り出し効率を増すことができる）。図５８（ａ）または図５８（ｂ）に示された櫛歯状の電極、或いは図５８（ｃ）に示されたフィッシュボーン形状についても同様である。また、図５７（ａ）および図５７（ｂ）に示された同心円形状の場合、窓関数ノイズが低減され得る。ここで、窓関数ノイズとは、開口部が周期的に配置されることによって生じる回折パターンである。この回折パターンは、周期構造が１次元的或いは２次元的に並んでいる場合、その周期構造に沿って生じる。これに対し、周期構造が同心円状に並んでいる場合、回折パターンは円周に垂直な全ての方向に分散するので、窓関数ノイズのピーク値が低減され得る。

　本発明に係る発光装置は、上述の実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、および窒化物系（特にＧａＮ系）の化合物半導体からなる半導体発光素子が例示されたが、本発明の発光装置は、これら以外の様々な半導体材料からなる半導体発光素子を備えることができる。

　また、本発明に係る発光装置に適用可能な半導体発光素子は、材料系、膜厚、および層構成に自由度を有する。ここで、仮想的な正方格子からの異屈折率領域の摂動が０である、いわゆる正方格子フォトニック結晶レーザに関しては、スケーリング則が成り立つ。すなわち、波長が定数α倍となった場合、正方格子構造全体をα倍することによって同様の定在波状態が得られる。同様に、本発明においても、上述の波長以外の波長においてもスケーリング則によって位相変調層の構造を決定することが可能である。したがって、青色、緑色、赤色などの光を発光する活性層を用い、波長に応じたスケーリング則を適用することで、可視光を出力する半導体発光素子の実現が可能になる。

　１Ａ～１Ｎ…発光装置、８ａ…第１部分、８ｂ…第２部分、９…半導体基板、９ａ…主面、９ｂ…裏面、１０Ａ～１０Ｆ…半導体発光素子、１０ａ…光出力面、１１…半導体積層部、１２…下部クラッド層、１３…活性層、１４…上部クラッド層、１５…コンタクト層、１６Ａ，１６Ｂ…位相変調層、１６ａ…基本層、１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…異屈折率領域、１７…光ガイド層、１８，１９，３３，３４…電極、１８ａ，１９ａ，３４ａ…開口、２０…空間光変調素子、２０ａ…光入出力面、２１…共通電極、２２…液晶層、２３…反射膜、２４…保護膜、２５…画素電極、２６…回路基板、２７…第１領域、２８…第２領域、３１，３２…反射防止膜、４０，４１…支持基板、４２…素子電極、４２ａ…金属膜、４２ｂ…導電性接着剤、４３…パッド電極、４４…配線、５１…波長変換媒質、１００…発光装置、１０１…フォトニック結晶層、１０２…電極、１０２ａ…開口、１０３…反射防止膜、１１０…半導体発光素子、Ｄ１～Ｄ３…単位領域、Ｇ…重心、Ｌ…光、Ｏ…格子点、Ｒ…単位構成領域。

Claims

　光出力面を有し、前記光出力面の法線方向に対して傾斜した方向に光を出力する半導体発光素子と、
　前記光出力面と少なくとも一部が対面するよう配置された光入出力面を有する反射型の空間光変調素子であって、前記光入出力面を介して入力された前記半導体発光素子からの前記光の位相および強度の少なくとも一方を変調し、変調された前記光を前記光入出力面から出力する反射型の空間光変調素子と、
　を備え、
　前記半導体発光素子は、
　主面と、前記主面に対向する裏面とを有する半導体基板と、
　活性層および位相変調層を含むとともに、前記活性層および前記位相変調層を挟むよう配置された上面および下面含む半導体積層部であって、前記下面と前記主面とが対面するよう、前記半導体基板の前記主面上に配置された半導体積層部と、
　前記半導体積層部の前記上面上に設けられた第１電極と、
　前記半導体基板の前記裏面上に設けられた第２電極と、
　を備え、
　前記光出力面は、前記半導体積層部の前記上面または前記半導体基板の前記裏面に含まれ、
　前記位相変調層は、所定の屈折率を有する基本層と、前記基本層の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域とを有し、
　前記半導体発光素子の前記光出力面の面積は、前記空間光変調素子の前記光入出力面の面積よりも小さい、ことを特徴とする発光装置。
　前記法線方向に垂直な前記位相変調層の設計面上に仮想的な正方格子が設定された状態において、前記複数の異屈折率領域それぞれは、その重心が、前記仮想的な正方格子の対応する格子点から所定距離だけ離れ、かつ、前記対応する格子点から前記重心へ向かうベクトルが前記対応する格子点周りに所定の回転角度を有するよう、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
　前記法線方向に垂直な前記位相変調層の設計面上に仮想的な正方格子が設定された状態において、前記複数の異屈折率領域それぞれは、その重心が、前記仮想的な正方格子の対応する格子点を中点とした所定の長さを持つ直線上において、所定の位相角度に応じて線形に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
　前記光入出力面は、前記半導体発光素子と対面した第１領域と、前記第１領域とは異なる位置に配置された第２領域を含み、
　前記空間光変調素子と前記半導体発光素子の相対位置は、前記半導体発光素子からの前記光が前記第１領域を介して前記空間光変調素子内へ入力される一方、変調された前記光が前記第２領域から前記半導体発光素子の外部へ出力されるよう、設定されている、ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の発光装置。
　前記半導体発光素子は、前記半導体積層部の前記上面から前記半導体基板の前記裏面まで延びるとともに前記光出力面を有する第１部分と、前記半導体積層部の前記上面から前記半導体基板の前記裏面まで延びるとともに前記半導体積層部の前記上面に沿って前記第１部分とは異なる位置に配置された第２部分を含み、
　前記半導体積層部の前記上面の一部を構成する、前記第１部分の上面上に前記第１電極が設けられる一方、前記半導体基板の前記裏面の一部を構成する、前記第１部分の裏面上に前記第２電極が設けられ、
　前記半導体発光素子と前記空間光変調素子の相対位置は、前記第１部分の前記光出力面から前記空間光変調素子の前記光入出力面への入力後に変調された前記光が前記第２部分を透過するよう、設定されていることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の発光装置。
　前記半導体積層部の前記上面の一部を構成する前記第２部分の上面と、前記半導体基板の前記裏面の一部を構成する前記第２部分の裏面の双方の上に設けられた反射防止膜を更に備える、ことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
　前記第２部分に含まれる前記位相変調層の一部は、前記基本層のみで構成されている、ことを特徴とする請求項５または６に記載の発光装置。
　前記半導体発光素子と前記空間光変調素子との間に設けられた、前記半導体発光素子を前記空間光変調素子に固定するための光透過性の支持基板を更に備える、ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の発光装置。
　前記支持基板は、前記第１電極および前記第２電極のうち前記空間光変調素子により近い電極に電流を供給するための配線を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
　前記第１電極および前記第２電極のうち前記空間光変調素子により近い電極の、前記法線方向に垂直な面上で規定される平面形状は、格子状、ストライプ状、同心円状、放射状、および櫛歯状の何れかである、ことを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の発光装置。
　前記空間光変調素子により近い前記電極の、前記法線方向に垂直な面上で規定される平面形状は、格子状、ストライプ状、同心円状、放射状、および櫛歯状の何れかである、ことを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
　前記半導体発光素子から出力される前記光は、１次光および－１次光のうち少なくとも一方である、ことを特徴とする請求項１～１１の何れか一項に記載の発光装置。