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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023092214
(43)【公開日】2023-07-03
(54)【発明の名称】マルチビーム半導体レーザ素子およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/22 20060101AFI20230626BHJP
【ＦＩ】
H01S5/22 610
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021207301
(22)【出願日】2021-12-21
(71)【出願人】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】奥村 忠嗣
(72)【発明者】
【氏名】坂井 繁太
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AA08
5F173AD06
5F173AP05
5F173AP23
5F173AR99
(57)【要約】
【課題】複数の発振波長を有する半導体レーザを、容易に、あるいは安価に製造する。
【解決手段】端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子１００において、積層構造１３０は、基板１１０、ｎ型クラッド層１２２、発光層１２４、ｐ型クラッド層１２６を含む。積層構造１３０は、基板１１０とｎ型クラッド層１２２を合わせた高さが、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域において異なっている。ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器１４０が形成される。
【選択図】図２
【解決手段】端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子１００において、積層構造１３０は、基板１１０、ｎ型クラッド層１２２、発光層１２４、ｐ型クラッド層１２６を含む。積層構造１３０は、基板１１０とｎ型クラッド層１２２を合わせた高さが、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域において異なっている。ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器１４０が形成される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子であって、
基板、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層を含む積層構造を備え、
前記積層構造は、前記基板と前記第１導電型クラッド層を合わせた高さが、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっており、
前記ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、前記第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器が形成され、前記ｎ個のレーザ共振器のうち、少なくとも２個の発振波長が異なることを特徴とするマルチビーム半導体レーザ素子。
基板、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層を含む積層構造を備え、
前記積層構造は、前記基板と前記第１導電型クラッド層を合わせた高さが、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっており、
前記ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、前記第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器が形成され、前記ｎ個のレーザ共振器のうち、少なくとも２個の発振波長が異なることを特徴とするマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項2】
前記基板の厚さが、前記ｍ個の領域ごとに異なることを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項3】
前記ｍ個の領域は、隣接する第１領域、第２領域、第３領域を含み、
前記第２領域の前記基板の厚さは、前記第１領域および前記第３領域の前記基板の厚さよりも大きく、
前記第１領域および前記第３領域それぞれに、前記レーザ共振器が形成されることを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
前記第２領域の前記基板の厚さは、前記第１領域および前記第３領域の前記基板の厚さよりも大きく、
前記第１領域および前記第３領域それぞれに、前記レーザ共振器が形成されることを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項4】
前記第１領域の前記発光層および前記第３領域の前記発光層が、前記第２領域における前記基板の表面より低い高さに位置することを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項5】
前記基板は、前記レーザ共振器の発振波長の光を吸収する材料であることを特徴とする請求項４に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項6】
前記基板は、前記レーザ共振器の発振波長が５８０～９００ｎｍの範囲である場合はＧａＡｓを含み、前記発振波長が３６０ｎｍ以下である場合はＧａＮを含むことを特徴とする請求項５に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項7】
前記第１領域の前記基板の厚さと前記第３領域の前記基板の厚さは異なることを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項8】
前記ｍ個の領域は、
前記第１領域に対して前記第２領域とは反対に隣接する第４領域と、
前記第３領域に対して前記第２領域とは反対に隣接する第５領域と、をさらに含み、
前記第１領域と前記第３領域の幅が異なることを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
前記第１領域に対して前記第２領域とは反対に隣接する第４領域と、
前記第３領域に対して前記第２領域とは反対に隣接する第５領域と、をさらに含み、
前記第１領域と前記第３領域の幅が異なることを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項9】
前記第２領域に、前記リッジストライプ構造を有するレーザ共振器がさらに形成されることを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項10】
前記第２領域の前記レーザ共振器の発振波長は、前記第１領域および前記第３領域の前記レーザ共振器の発振波長よりも長いことを特徴とする請求項９に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項11】
前記ｍ個の領域ごとに前記第１導電型クラッド層の厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項12】
前記第２領域に、前記第２方向に伸びる分離溝がさらに形成されることを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項13】
隣接するレーザ共振器の間に、前記レーザ共振器の発振波長の光を吸収する半導体、または金属が配置されることを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム半導体レーザ素子。
【請求項14】
端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子の製造方法であって、
基板と第１導電型クラッド層を含む下地構造体を形成するステップであって、前記下地構造体の厚さは、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっているステップと、
前記下地構造体の上に、発光層および第２導電型クラッド層を形成するステップと、
前記ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、前記第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器を形成するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。
基板と第１導電型クラッド層を含む下地構造体を形成するステップであって、前記下地構造体の厚さは、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっているステップと、
前記下地構造体の上に、発光層および第２導電型クラッド層を形成するステップと、
前記ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、前記第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器を形成するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。
【請求項15】
前記下地構造体を形成するステップは、
前記基板に前記第２方向に伸びる溝を形成するステップと、
前記溝が形成された前記基板の上に、前記第１導電型クラッド層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
前記基板に前記第２方向に伸びる溝を形成するステップと、
前記溝が形成された前記基板の上に、前記第１導電型クラッド層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項16】
前記溝を形成するステップは、幅が異なる複数の溝を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、マルチビーム半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
高出力な端面発光型レーザとして、複数のリッジストライプ型のレーザ共振器がモノリシックに集積化されるマルチビーム半導体レーザが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４５０１３５９号
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Electron Lett., Vol. 30, no.23 pp.1947-1948, Nov. 1994.
【非特許文献2】IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 9, Issue:5, Sept.-Oct. 2003
【非特許文献3】Japanese Journal of Applied Physics, Volume 42, Number 5B
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
（課題１）
マルチビーム半導体レーザを、ディスプレイ用光源などに利用する場合、マルチビームの波長が同一であると、ビーム間の干渉により、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）に好ましくない強度分布（干渉縞）が現れ、ビーム品質が低下するという問題がある。ビーム品質の問題を解決するために、複数チャンネルの発振波長を意図的にシフトさせる必要がある。
マルチビーム半導体レーザを、ディスプレイ用光源などに利用する場合、マルチビームの波長が同一であると、ビーム間の干渉により、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）に好ましくない強度分布（干渉縞）が現れ、ビーム品質が低下するという問題がある。ビーム品質の問題を解決するために、複数チャンネルの発振波長を意図的にシフトさせる必要がある。
【0006】
端面発光型のレーザは、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層の積層構造を有しており、レーザ共振器の発振波長は、主として、発光層のサイズや、発光層の組成によって決まる。したがって異なる発振波長を有する複数のレーザ共振器をモノリシックに形成するためには、共振器毎に選択成長を行うか、あるいは再成長を繰り返す必要がある。
【0007】
選択成長は、ＡｌＧａＩｎＰなど、Ａｌ組成の高い混晶材料では難しい。具体的には、Ａｌ組成が高いと、選択性が低く、選択マスク上にポリ結晶が堆積しやすいという問題がある。また再成長プロセスを採用する場合、コストアップは避けられない。
【0008】
非特許文献１～３には、波長をシフトさせるための技術がいくつか提案されているが、いずれも垂直共振器面発光型レーザに関するものであり、端面発光型レーザに適用できるものではない。
【0009】
（課題２）
マルチビーム半導体レーザ素子は、隣接するチャンネル間の光の漏れ（光のクロストーク）が、ビーム品質に悪影響を及ぼす。隣接するチャンネル間の光の漏れを遮断するために、分離溝を設ける技術が提案されている（特許文献１）。
マルチビーム半導体レーザ素子は、隣接するチャンネル間の光の漏れ（光のクロストーク）が、ビーム品質に悪影響を及ぼす。隣接するチャンネル間の光の漏れを遮断するために、分離溝を設ける技術が提案されている（特許文献１）。
【0010】
分離溝は、光のクロストークを抑制することができるが、それと引き換えに、横方向の熱伝導を妨げるため、エミッタに熱がこもりやすくなる。半導体レーザは、温度が高くなると、出力特性（発光効率）が低下するため、分離溝は、チャンネル間の出力特性のばらつきの原因となりうる。
【0011】
本開示のある態様はかかる状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、上述の課題の少なくともひとつを解決可能なマルチビーム半導体レーザ素子およびその製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本開示のある態様は、端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子に関する。マルチビーム半導体レーザ素子は、基板、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層を含む積層構造を備える。積層構造は、基板と第１導電型クラッド層を合わせた高さが、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっている。ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器が形成され、ｎ個のレーザ共振器のうち、少なくとも２個の発振波長が異なっている。
【0013】
本開示の別の態様は、端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子の製造方法に関する。この製造方法は、基板と第１導電型クラッド層を含む下地構造体を形成するステップであって、下地構造体の厚さは、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっているステップと、下地構造体の上に、発光層および第２導電型クラッド層を形成するステップと、ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器を形成するステップと、を備える。
【0014】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【発明の効果】
【0015】
本開示のある態様によれば、上述の課題の少なくともひとつを解決できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】マルチビーム半導体レーザ素子の概略斜視図である。
【図2】実施例１に係るマルチビーム半導体レーザ素子の断面図である。
【図6】実施例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子の断面図である。
【図8】実施例３に係るマルチビーム半導体レーザ素子の断面図である。
【図10】変形例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、または、実施形態の基本的な理解を目的としている。同概要は、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、または、実施形態の基本的な理解を目的としている。同概要は、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
【0018】
一実施形態に係る端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子は、基板、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層を含む積層構造を備える。積層構造は、基板と第１導電型クラッド層を合わせた高さが、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっており、ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器が形成され、ｎ個のレーザ共振器のうち、少なくとも２個の発振波長が異なる。
【0019】
本発明者らは、高さが異なる構造体（以下、下地構造体という）を下地として、発光層を成膜すると、下地構造体の凹凸に応じて結晶成長の条件、具体的には、ガスの流速、ひいては成膜レートや組成が決まることを独自に認識し、この認識にもとづいて本開示をなした。すなわち、基板とｎ型クラッド層の厚さを領域ごとに不均一とすることで、領域ごとに発光層の成長条件が異なることとなり、発振波長の異なる複数のレーザ共振器を容易に形成することができる。
【0020】
一実施形態において、ｍ個の領域ごとに、基板の厚さが異なっていてもよい。つまり、基板の表面は非平坦であってもよく、第１方向にわたって凹凸を有してもよい。なお、本明細書において、基板の表裏は、レーザ共振器が形成される側を表、その反対側を裏とする。
【0021】
この場合、基板に凹凸を形成した後に、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層を結晶成長させればよいため、複数回に分けた結晶成長プロセスが不要となり、製造コストを下げることができる。
【0022】
一実施形態において、第１領域の基板の厚さと第３領域の基板の厚さは異なっていてもよい。
【0023】
これにより、第１領域と第３領域における発光層の成膜レートが異なることとなり、発振波長をシフトさせることができる。
【0024】
一実施形態において、ｍ個の領域は、隣接する第１領域、第２領域、第３領域を含んでもよい。第２領域の厚さは、第１領域および第３領域の厚さよりも大きく、第１領域および第３領域それぞれに、レーザ共振器が形成されてもよい。
【0025】
第２領域は下地構造体の凸部に対応し、第１領域および第３領域は、下地構造体の凹部に対応する。この構成では凸部である第２領域の基板によって、第１領域および第３領域に形成される２個のレーザ共振器を熱的および／または光学的にアイソレート（分離）することができる。
【0026】
一実施形態において、第１領域の発光層および第３領域の発光層が、第２領域における基板の表面より低い高さに位置してもよい。
【0027】
これにより、第１領域の発光層で生ずる熱と、第３領域の発光層で生ずる熱は、第２領域の基板に伝導することとなり、発光層の温度上昇を抑制できる。
【0028】
一実施形態において、基板は、レーザ共振器の発振波長の光を吸収する材料であってもよい。
【0029】
これにより、基板によって隣接するレーザ共振器の光学的なカップリングを抑制できる。
【0030】
一実施形態において、基板は、発振波長が５８０～９００ｎｍの範囲である場合はＧａＡｓを含み、発振波長が３６０ｎｍ以下である場合はＧａＮを含んでもよい。「材料Ａを含む」とは、材料Ａそのものを含む場合に限定されず、材料Ａの化合物を含む場合や、材料Ａに不純物やその他の材料をドープした材料を含む場合などを含みうる。
【0031】
一実施形態において、ｍ個の領域は、第１領域に対して第２領域とは反対に隣接する第４領域と、第３領域に対して第２領域とは反対に隣接する第５領域と、をさらに含んでもよい。第１領域と第３領域の幅が異なってもよい。
【0032】
第１領域と第３領域の幅を制御することで、第１領域と第３領域における発光層の結晶成長の条件（ガスの流量）を制御することができ、ひいてはレーザ共振器の発振波長を制御できる。
【0033】
一実施形態において、第２領域に、リッジストライプ構造を有するレーザ共振器がさらに形成されてもよい。
【0034】
発光層の結晶成長に際して、凸部に対応する第２領域と、凹部に対応する第１領域および第３領域とでは、結晶成長の条件が異なることとなる。これにより、異なる３波長を容易に実現できる。
【0035】
一実施形態において、第２領域のレーザ共振器の発振波長は、第１領域および第３領域のレーザ共振器の発振波長よりも長くてもよい。
【0036】
凸部と凹部の成膜レートの違いによって、凸部に対応する第２領域には、凹部に対応する第１領域および第３領域に比べて、長波長のレーザ共振器が自動的に形成されることとなる。凸部に対応する第２領域は、放熱の観点からは凹部に対応する第１領域、第３領域に比べて不利であるが、長波長のレーザは、短波長のレーザに比べて温度の影響を受けにくい。したがって、複数のレーザ共振器の温度が不均一となっても、温度差に起因する出力の不均一性を解消できる。
【0037】
一実施形態において、ｍ個の領域ごとに第１導電型クラッド層の厚さが異なってもよい。
【0038】
基板の厚さが領域ごとに異なる場合に比べて、第１導電型クラッド層の厚さを制御するプロセスが必要であるが、発光層を選択成長させる場合に比べれば格段に容易である。
【0039】
一実施形態において、第２領域に、第２方向に伸びる分離溝がさらに形成されてもよい。第２領域に分離溝を形成することで、第１領域のレーザ共振器および第３領域のレーザ共振器から基板に向かう横方向の熱伝導を妨げることなく、複数のレーザ共振器を電気的に分離できる。
【0040】
一実施形態において、隣接するレーザ共振器の間に、レーザ共振器の発振波長の光を吸収する半導体、または金属が配置されてもよい。
【0041】
一実施の形態に係る端面発光型のマルチビーム半導体レーザ素子の製造方法は、基板と第１導電型クラッド層を含む下地構造体を形成するステップであって、下地構造体の厚さは、第１方向に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域ごとに異なっているステップと、下地構造体の上に、発光層および第２導電型クラッド層を形成するステップと、ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向と垂直な第２方向に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器を形成するステップと、を備える。
【0042】
この方法によれば、発光層は、凹凸を有する下地層（以下、下地構造体ともいう）の上に結晶成長することとなり、各領域の結晶成長の条件（ガスの流量など）は、下地構造体の凹凸に応じて決まる。これにより、ｎ個のレーザ共振器の発振波長を、容易に異ならしめることが可能となる。
【0043】
一実施形態において、下地構造体を形成するステップは、基板に第２方向に伸びる溝を形成するステップと、溝が形成された基板の上に、第１導電型クラッド層を形成するステップと、を含んでもよい。この場合、基板に凹凸を形成した後に、第１導電型クラッド層、発光層、第２導電型クラッド層を結晶成長させればよいため、複数回に分けた結晶成長プロセスが不要となり、製造コストを下げることができる。
【0044】
一実施形態において、溝を形成するステップは、幅が異なる複数の溝を形成するステップを含んでもよい。溝の幅を制御することで、各溝における発光層の結晶成長の条件（ガスの流量、流速、濃度など）を制御することができ、ひいては各溝に形成されるレーザ共振器の発振波長を制御できる。
【0045】
（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。
【0046】
図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。
【0047】
図１は、マルチビーム半導体レーザ素子１００の概略斜視図である。マルチビーム半導体レーザ素子１００は、端面発光型であり、第１方向（図中、ｘ方向）に隣接する複数（ｎ個（ｎ≧２））のエミッタ１０２＿１～１０２＿ｎから、複数のビームＢＭ１～ＢＭｎを出射可能に構成される。１個のビームに対応する構成や機能を、チャンネルとも称する。
【0048】
マルチビーム半導体レーザ素子１００は、ｎ個ビームに対応するｎ個のレーザ共振器１４０＿１～１４０＿ｎを備え、ひとつのチップ（ダイ）にモノリシックに形成されている。ｎ個のレーザ共振器１４０＿１～１４０＿ｎは、第２方向（図中、ｙ方向）に伸びるリッジストライプ構造を有する。リッジストライプ構造は、後述するように、ｎ型（第１導電型）クラッド層、発光層、ｐ型（第２導電型）クラッド層を含む結晶層（エピ層）のうち、ｐ型クラッド層を部分的に除去することにより形成したものである。リッジストライプ構造を、単にリッジ、あるいはリッジ構造とも称する。隣接する２個のレーザ共振器１４０の間には、バンク（図１に不図示）が形成されてもよい。
【0049】
以上がマルチビーム半導体レーザ素子１００の基本構造である。本実施形態において、ｎ個のレーザ共振器１４０＿１～１４０＿ｎは異なる発振波長λ１～λｎを有している。発振波長λ１～λｎはすべて異なることが好ましいが、その中のいくつかは同じ波長を有してもよい。以下、実施形態に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００の具体的な構成について、いくつかの実施例をもとに説明する。
【0050】
（実施例１）
図２は、実施例１に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの断面図である。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａは、積層構造１３０を備える。積層構造１３０は、基板１１０、ｎ型クラッド層１２２、発光層（活性層ともいう）１２４、ｐ型クラッド層１２６を含む。後述のように、ｎ型クラッド層１２２、発光層１２４、ｐ型クラッド層１２６は、エピタキシャル成長により形成され、これらの積層をレーザ多層構造１２０と称する。なお、マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａは、基板１１０の裏面に形成される電極や、ｐ型クラッド層１２６の上側に形成される電極あるいはコンタクト層を含みうるが、図２では省略している。
図２は、実施例１に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの断面図である。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａは、積層構造１３０を備える。積層構造１３０は、基板１１０、ｎ型クラッド層１２２、発光層（活性層ともいう）１２４、ｐ型クラッド層１２６を含む。後述のように、ｎ型クラッド層１２２、発光層１２４、ｐ型クラッド層１２６は、エピタキシャル成長により形成され、これらの積層をレーザ多層構造１２０と称する。なお、マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａは、基板１１０の裏面に形成される電極や、ｐ型クラッド層１２６の上側に形成される電極あるいはコンタクト層を含みうるが、図２では省略している。
【0051】
積層構造１３０は、基板１１０とｎ型クラッド層１２２の合計（これら２層の積層を下地構造体１３２と称する）の高さｈが、第１方向（ｘ方向）に隣接するｍ個（ｍ≧２）の領域Ａ１～Ａｍにおいて異なっている。図２では、説明の簡素化および理解の容易化を目的として、ｍ＝３の場合を説明する。実際には、第１領域Ａ１の左側には別の領域が存在してもよく、第３領域Ａ３の右側には別の領域が存在してもよい。
【0052】
ｉ番目の領域Ａｉの、基板１１０の厚さをｔｉ、ｎ型クラッド層１２２の厚さをｄｉと表記する。高さｈｉは、基板１１０の厚さｔｉと、ｎ型クラッド層１２２の厚さｄｉを合わせた高さである。
ｈｉ＝ｔｉ＋ｄｉ
ｈｉ＝ｔｉ＋ｄｉ
【0053】
本実施例では、ｎ型クラッド層１２２の厚さｄ１～ｄ３は実質的に均一であり、基板１１０の厚さｔ１～ｔ３が、３個の領域Ａ１～Ａ３において不均一となっている。具体的には、中央の第２領域Ａ２の基板１１０の厚さｔ２が、それを挟む第１領域Ａ１および第３領域Ａ３の基板１１０の厚さｔ１、ｔ３より大きくなっており、したがって合計の高さｈ２は、ｈ１，ｈ３よりも大きい。
【0054】
ｍ個の領域のうちｎ個（２≦ｎ≦ｍ）に、第１方向（本実施例におけるｘ軸方向）と垂直な第２方向（本実施例におけるｙ軸方向）に伸びるリッジストライプ構造のｎ個のレーザ共振器１４０＿１，１４０＿ｎが形成される。本実施例では、ｎ＝２であり、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３に、レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が形成される。
【0055】
複数のレーザ共振器１４０を独立に駆動したい場合、レーザ共振器１４０＿１～１４０＿ｎを電気的にアイソレートする必要がある。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａは、隣接するレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の間の電気的アイソレーションのための分離溝１５０を備える。この分離溝１５０は、第２領域Ａ２に第２方向（ｙ方向、紙面奥行き方向）に沿って形成される。分離溝１５０の中は空洞であってもよいし、絶縁体が充填されてもよいし、分離溝１５０の表面に絶縁膜が形成されてもよい。
【0056】
以上がマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの構成である。続いてマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの第１の利点を説明する。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの第１の利点は、マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの製造の容易さに関する。
【0057】
本発明者らは、高さが異なる構造体を下地として、発光層を成膜すると、下地構造体の凹凸に応じて結晶成長の条件、具体的には、ガスの流速、ひいては成膜レートや組成が決まることを独自に認識した。
【0058】
実施例１では、領域Ａ１～Ａ３ごとに厚さｔ１～ｔ３が異なる基板１１０とｎ型クラッド層１２２からなる下地構造体１３２を下地として、発光層１２４を成膜している。このような構成とすることで、領域Ａ１～Ａ３ごとに、発光層１２４の結晶成長の条件が異なることとなり、複数の領域Ａ１～Ａ３ごとに、厚さや組成が異なる発光層１２４が形成される。発光層１２４の厚さとは、発光層１２４全体の厚さのみでなく、それに含まれるサブレイヤであるガイド層や量子井戸層の厚さを意味してもよい。そして、厚さや組成が異なる発光層１２４を含むように、複数のレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２を形成することで、複数のレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の発振波長λ１，λ２を容易に異ならしめることができる。
【0059】
ｉ番目（ｉ＝１，２，…ｎ）の領域Ａｉにおける成膜レートは、領域Ａｉの高さｈｉの影響を受ける。
【0060】
ｉ番目（ｉ＝１，２，…ｎ）の領域Ａｉにおける成膜レートは、領域Ａｉの幅ｗｉの影響を受ける。
【0061】
また、ｉ番目（ｉ＝１，２，…ｎ）の領域Ａｉにおける成膜レートは、隣接する領域Ａｉ－１，Ａｉ＋１の影響も受ける。具体的には、領域Ａｉの成膜レートは、隣接する領域Ａｉ－１，Ａｉ＋１の幅ｗｉ－１，ｗｉ＋１の影響を受ける。また領域Ａｉにおける成膜レートは、右に隣接する領域Ａｉ＋１との高低差Δｈｉ＋＝ｈｉ－ｈｉ＋１の影響を受け、同様に、左に隣接する領域Ａｉ－１との高低差Δｈｉ－＝ｈｉ－ｈｉ－１の影響も受ける。
【0062】
まとめると、領域Ａｉにレーザ共振器１４０を形成したときの発振波長は、
（i）領域Ａｉの高さｈｉ
（ii）領域Ａｉの幅ｗｉ
（iii）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の高さｈｉ＋１，ｈｉ－１
（iv）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の幅ｗｉ＋１，ｗｉ－１
の組み合わせによって決まると言える。したがって、下地構造体１３２の複数の領域の高さおよび幅を設計パラメータとして設計することで、発振波長が異なる複数のレーザ共振器１４０を形成することができる。
（i）領域Ａｉの高さｈｉ
（ii）領域Ａｉの幅ｗｉ
（iii）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の高さｈｉ＋１，ｈｉ－１
（iv）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の幅ｗｉ＋１，ｗｉ－１
の組み合わせによって決まると言える。したがって、下地構造体１３２の複数の領域の高さおよび幅を設計パラメータとして設計することで、発振波長が異なる複数のレーザ共振器１４０を形成することができる。
【0063】
続いてマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの第２の利点を説明する。第２の利点は、マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの放熱（冷却）に関する。
【0064】
図３は、図２のマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの放熱を説明する図である。レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２はレーザ発振すると、発光層１２４およびｐ型クラッド層１２６を主たる熱源として発熱する。第１領域Ａ１の発光層１２４で生ずる熱と、第３領域Ａ３の発光層１２４で生ずる熱は周囲に拡散する。図２に示したマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａでは、第１領域Ａ１および第３領域Ａ３の発光層１２４の横には、基板１１０の凸部１１２が存在することとなる。基板１１０の熱伝導率は、分離溝１５０の熱伝導率に比べて大きいため、発光層１２４からの熱Ｈ１，Ｈ２は、分離溝１５０によって遮られることなく、第２領域Ａ２の基板１１０の凸部１１２を経由して放熱される。これが第２の利点である。
【0065】
第２の利点をより享受するためには、図２に示すように、第１領域Ａ１の発光層１２４および第３領域Ａ３の発光層１２４が、第２領域Ａ２における基板１１０の表面の高さ（すなわちｔ２）よりも低い高さに位置することが好ましい。
【0066】
マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの放熱性に関する利点は、比較技術との対比によって明確となる。
【0067】
図４は、実施形態に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａにおける放熱性の改善を説明する図である。図４の上段には、熱源であるレーザ共振器１４０の発光層１２４の横に基板１１０の凸部１１２が存在するモデルが示される。図４の下段には、比較技術に係るマルチビーム半導体レーザ素子のモデルが示される。比較技術では、基板１１０が平坦であり、凸部１１２の代わりに、ＳｉＯ２からなる分離溝１５１によって、隣接するチャンネル間が、電気的（および光学的）にアイソレート（分離）されている。図４の中段には、熱源からの距離を横軸、内部温度を縦軸としたシミュレーション結果が示される。ｘ＝０が熱源の位置であり、ｘ１が、実施形態における基板１１０の凸部１１２の側壁の位置であり、比較技術における分離溝１５１の位置である。
【0068】
分離溝１５１を形成する比較技術では、分離溝１５１が熱抵抗となり、熱源から近い領域の内部温度が相対的に高くなる。これに対して、実施形態では、基板１１０の凸部１１２を介して効率よく放熱されるため、熱源から近い範囲の内部温度を、比較技術に比べて低下させることができる。
【0069】
続いてマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの第３の利点を説明する。第３の利点は、チャンネル間の光クロストークの抑制に関する。
【0070】
図３に戻り、光クロストークの抑制を説明する。レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２それぞれにおいてレーザ光は、紙面奥行き方向（ｙ方向）に導波してエミッタ１０２＿１，１０２＿２からビームＢＭとして放射されるが、自然放出光あるいはレーザ光の一部を含む漏れ光Ｌ１，Ｌ２は、紙面横方向（ｘ方向）にも放射される。基板１１０が、レーザの発振波長を吸収するバンドギャップを有する半導体材料である場合、漏れ光Ｌ１，Ｌ２は、基板１１０の凸部１１２によって吸収されることとなる。したがってマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａによれば、隣接するレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の間の光クロストークを抑制できる。
【0071】
なお、基板１１０の材料は、発振波長λ１～λｎが５８０～９００ｎｍの範囲である場合はＧａＡｓが好適である。また発振波長λ１～λｎが３６０ｎｍ以下である場合はＧａＮが好適である。
【0072】
以上がマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの構成および利点である。続いてその製造方法を説明する。
【0073】
【0074】
図５（ａ）、（ｂ）は、ＧａＡｓの基板（以下、ＧａＡｓ基板ともいう）１１０に凹凸を形成する工程を示す。はじめに、ＧａＡｓ基板１１０上に、ＧａＡｓ基板１１０をエッチングする際のマスクとなる膜２００を成膜し、マルチビームのピッチに合わせてストライプ状にパターニングする。膜２００は、たとえばＳｉＯ２などを用いることができる。図５（ａ）にはパターニング後の膜２００が示される。一例として５０μｍピッチの場合、幅２５μｍのラインアンドスペース(５０μｍピッチ)でパターニングする。膜２００をマスクとし、基板１１０に例えば深さ２μｍの溝２０２を形成する。溝２０２の形成後、ＳｉＯ２層である膜２００はフッ酸系溶液で除去し、表面を清浄化する。
【0075】
図５（ｃ）を参照する。溝を形成したＧａＡｓ基板１１０上に、レーザ多層構造１２０をＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属化学気相成長法）でエピタキシャル成長する。代表的な多層構造は、ｎ型クラッド層１２２、ガイド層及び量子井戸層を含む発光層１２４（光導波路コア層ともいう）、ｐ型クラッド層１２６、ｐ型コンタクト層１２８を含む。各層は組成やドーピング濃度によってさらに細かく分けられる。一例としてｎ型クラッド層１２２の組成は(ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰにおいてｘ＝１，ｙ＝０．５である。ＧａＡｓ基板１１０と格子整合するため、Ｉｎ組成ｙを本実施例では０．５に調整する。またＡｌとＧａの組成比ｘ：１－ｘは、ｘのほうが大きく、ｘ：１－ｘ＝１：０でもよい。ｎ型クラッド層１２２に続けて、下部ガイド層、量子井戸とバリア層、上部ガイド層を成膜し、発光層１２４を形成する。ガイド層はＳＣＨ層や閉じ込め層と呼ばれることもあり、クラッド層１２２，１２６よりも屈折率が高く、量子井戸層よりも屈折率が低い。そのためＡｌ組成比ｘはクラッド層１２２，１２６がもっとも高く、ガイド層あるいはバリア層、量子井戸層の順に低くなるように原料の供給量を調整する。特に量子井戸層はＡｌ組成比ｘが小さく、本実施例ではガイド層及びバリア層の組成はｘ＝０．７，ｙ＝０．５とした。量子井戸層はＧａＩｎＰ（ｘ＝０）として説明する。これらガイド層、バリア層、量子井戸層は、レーザ光が伝搬する光導波路におけるコア層として機能する。コア層の厚さは波長や各層の屈折率にも依存するが、赤色レーザではおおよそ５０ｎｍ～５００ｎｍであり、本実施例では合計約１００ｎｍである。さらにｐ型クラッド層１２６を成膜し、続けてｐ型コンタクト層１２８（キャップ層ともいう）としてｐ型ＧａＡｓを成膜する。一例としてｐ型クラッド層１２６の厚さは１７００ｎｍであり、ｐ型コンタクト層１２８の厚さは３００ｎｍとすることができる。
【0076】
図５（ｃ）に示すように、積層構造１３０は、ＧａＡｓ基板１１０の凹凸にもとづいた凹部２０４および凸部２０６を有することとなる。
【0077】
続けて図５（ｄ）に示すように、積層構造１３０の凹部２０４にリッジストライプ構造を有するレーザ共振器（レーザ構造）１４０を形成する。
【0078】
具体的にはフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、ｐ型コンタクト層１２８およびｐ型クラッド層１２６を部分的に除去することにより、リッジ構造を形成する。なお、各ｐ型クラッド層１２６にリッジ構造を形成する際に各ｐ型クラッド層１２６にバンク構造を形成してもよい。各バンクは、各リッジ構造の両側に設けることができる。
【0079】
複数のレーザ共振器１４０を独立に制御可能としたい場合には、分離溝１５０が形成される。本実施例では、エミッタ（レーザ共振器１４０）の無い凸部２０６に溝を形成することで、電気的アイソレートを確実にすることができる。凸部２０６に分離溝１５０を形成することで、分離溝１５０は、レーザ共振器１４０からの熱が凸部２０６の基板１１０を介して放熱されるのを妨げず、放熱性を維持できる。
【0080】
次に、図５（ｅ）に示すように、プラズマＣＶＤなどの方法により、ＳｉＯ２膜などからなる絶縁膜１３４をリッジ構造及びバンク構造の表面に形成する。
【0081】
次に、図５（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いることにより絶縁膜１３４をパターニングし、各リッジ構造の上面を露出させる開口部を絶縁膜１３４に形成する。次に、スパッタまたは蒸着などの方法を用いることにより、Ａｕなどの金属からなる電極材料を開口部及び絶縁膜１３４上に形成する。さらに、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いることにより絶縁膜１３４上の電極材料をパターニングし、各開口部を介して各リッジ構造に接続された電極１３８を絶縁膜１３４上に形成する。また基板１１０の裏面側にも電極１３９を形成する。さらに、電極１３８が形成された半導体基板をバー状に劈開する。そして、スパッタなどの方法により、バーの端面となる劈開面に端面保護膜を成膜する。劈開面に端面保護膜が形成されたバーを個片化することにより、マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａが完成する。
【0082】
以上がマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａの製造方法である。図５（ｃ）に示すように、レーザ多層構造１２０を、溝付きの、言い換えると凹凸を有するＧａＡｓ基板１１０上に成膜する場合、溝（図２における領域Ａ１～Ａ３）の高さや幅によってＭＯＣＶＤ内でのガス流速が局所的に変化し、溝の高さや幅によって成膜レートを異ならせることができる。この効果を積極的に利用すると、領域ごとに、発光層１２４の厚さや組成に意図的な誤差を導入することができ、これによりビーム間で波長が異なるマルチビーム半導体レーザを実現することができる。
【0083】
なお、成膜レートの局所的変化は、凹凸部の幅が狭いほど顕著であり、成膜レートを均一化したい場合には、凹凸部の幅を広げればよい。
【0084】
この製造方法では、マルチビームを多波長化するために、エピタキシャル成長を複数回に分けて行う必要は無く、エピタキシャル成長は１回行えばよい。これにより低コストで、ビーム間で波長が異なるマルチビーム半導体レーザを製造できる。
【0085】
（実施例２）
図６は、実施例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの断面図である。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの構造について、実施例１（図２）のマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａとの相違点に着目して説明する。
図６は、実施例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの断面図である。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの構造について、実施例１（図２）のマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａとの相違点に着目して説明する。
【0086】
マルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂは、マルチビーム半導体レーザ素子１００Ａと同様に、凹凸を有する積層構造１３０を備え、積層構造１３０は、複数の領域Ａ１～Ａ３ごとに下地構造体１３２の高さが異なっている。
【0087】
実施例２では、ｎ＝３であり、第１領域Ａ１、第３領域Ａ３に加えて、第２領域Ａ２にもレーザ共振器１４０＿３が形成されている。
【0088】
レーザ共振器１４０＿１～１４０＿３を独立に制御可能とするためには、隣接するレーザ共振器１４０の間を電気的にアイソレートする必要がある。そのために、レーザ共振器１４０＿１と１４０＿３の間、レーザ共振器１４０＿２と１４０＿３の間に、分離溝１５０＿１，１５０＿２が形成される。分離溝１５０＿１，１５０＿２は、凸部に相当する第２領域Ａ２に形成するとよい。凸部に分離溝１５０＿１，１５０＿２を形成することで、レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２からの熱は、分離溝１５０＿１，１５０＿２によって妨げられることなく、凸部２０６の基板１１０を介して放熱される。
【0089】
なお凸部である第２領域Ａ２に形成されるレーザ共振器１４０＿３については、発光層１２４の側方に基板１１０が存在せず、さらに熱伝導率の低い分離溝１５０＿１，１５０＿２によって挟まれているため、放熱条件では、図４を参照して説明した比較技術と同等であり、凹部に形成されるレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２に比べて不利である。ところが、この一見、不利に見える点が、以下で説明するように、複数のビーム間の出力のばらつきを抑制する効果を奏する。
【0090】
上述のように、領域Ａ１～Ａ３の高さや幅によってＭＯＣＶＤ内でのガス流速が局所的に変化し、溝の高さや幅によって成膜レートを異ならせることができる。その結果、第２領域Ａ２に形成されるレーザ共振器１４０＿３の発振波長λ３は、第１領域Ａ１、第３領域Ａ３に形成されるレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の発振波長λ１，λ２よりも長くなる。たとえば、λ１、λ２が６４０ｎｍ程度である場合、λ３を６４５ｎｍとすることができる。
【0091】
ここで、温度上昇にともなうビーム出力の低下の度合いは、発振波長が短いほど顕著である。もし仮に、複数のレーザ共振器１４０＿１～１４０＿３の温度上昇が均一であれば、長波長であるレーザ共振器１４０＿３の出力が、短波長であるレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の出力に比べて大きくなり、ビーム間の出力のばらつきが生ずる。これに対して、実施例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂでは、長波長のレーザ共振器１４０＿３の温度上昇が、短波長のレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の温度の温度上昇よりも大きくなるため、３つのビームの出力を均一化することができる。
【0092】
続いて、実施例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの製造方法を説明する。
【0093】
図７（ａ）～（ｄ）は、図６のマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの製造方法を示す図である。図７（ａ）には、凹部２０４および凸部２０６を有する積層構造１３０が示される。積層構造１３０の製造工程は、実施例１と同様であり、図５（ａ）～（ｃ）を参照して説明済みである。
【0094】
なお、実施例２では、凸部２０６にもレーザ共振器を形成するため、ＧａＡｓ基板１１０の溝のラインアンドスペースが実施例１とは異なっていてもよい。一例として、５０μｍピッチの場合、幅５０μｍのラインアンドスペース(１００μｍピッチ)でパターニングすればよい。
【0095】
続いて、図７（ｂ）に示すように、実施例１（図５（ｄ））と同様の工程により、凹部２０４および凸部２０６に、レーザ共振器１４０が形成される。続いて、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、絶縁膜１３４、電極１３８，１３９が形成される。
【0096】
以上がマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｂの製造方法である。この製造方法によれば、実施例１と同様に、発光層１２４が、領域ごとに異なる成膜レートで成長するため、発振波長を容易に異ならせることができる。
【0097】
（実施例３）
図８は、実施例３に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｃの断面図である。実施例３は、実施例１と同様に、凹凸を有する下地構造体１３２Ｃを備えるが、下地構造体１３２Ｃの構造が、実施例１とは異なっている。すなわち実施例３では、下地構造体１３２Ｃは、実質的に平坦な基板１１０の上に、領域Ａ１～Ａ３ごとに厚さｄ１～ｄ３が異なるｎ型クラッド層１２２が形成されている。その他については実施例１と同様である。
図８は、実施例３に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｃの断面図である。実施例３は、実施例１と同様に、凹凸を有する下地構造体１３２Ｃを備えるが、下地構造体１３２Ｃの構造が、実施例１とは異なっている。すなわち実施例３では、下地構造体１３２Ｃは、実質的に平坦な基板１１０の上に、領域Ａ１～Ａ３ごとに厚さｄ１～ｄ３が異なるｎ型クラッド層１２２が形成されている。その他については実施例１と同様である。
【0098】
領域ごとに厚さが異なるｎ型クラッド層１２２の形成方法は特に限定されない。たとえば、全領域にわたって同じ厚さでｎ型クラッド層１２２を形成した後に、領域ごとに、ｎ型クラッド層１２２を選択的に異なる深さにエッチングしてもよい。あるいは、領域ごとに、異なる厚さとなるように、ｎ型クラッド層１２２を選択的に成長させてもよい。
【0099】
実施例３によれば、発光層１２４をエピタキシャル成長する際に、下地となる下地構造体１３２Ｃの凹凸によって、領域Ａ１～Ａ３ごとの成膜レートが異なることとなる。これにより、波長の異なるマルチビームを生成することができる。
【0100】
なお、実施例３では、凹部のレーザ共振器１４０の側方に、基板１１０の凸部が存在しないため、放熱の観点からは実施例１に比べて不利であるが、分離溝１５０による熱の遮断はないため、図４に示した比較技術、すなわち基板１１０を平坦とし、凸部１１２の代わりにＳｉＯ２からなる分離溝１５１を形成した構造よりも放熱の観点で有利である。
【0101】
図８のマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｃにおいて、実施例２と同様に、凸部である第２領域Ａ２にも、レーザ共振器１４０を形成してもよい。
【0102】
（変形例）
上述した実施形態および実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。
上述した実施形態および実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。
【0103】
（変形例１）
下地構造体１３２の断面形状とレーザ共振器１４０の配置は、実施形態で説明したそれに限定されない。上述のように、任意の領域Ａｉにレーザ共振器１４０を形成したときの発振波長は、以下の設計パラメータ（i）～（iv）の組み合わせによって決まる。
（i）領域Ａｉの高さｈｉ
（ii）領域Ａｉの幅ｗｉ
（iii）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の高さｈｉ＋１，ｈｉ－１
（iv）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の幅ｗｉ＋１，ｗｉ－１
したがって複数の領域のうち、パラメータ（i）～（iv）の少なくともひとつが異なるように、レーザ共振器１４０を形成する領域Ａｉ、Ａｊを選べばよい。
下地構造体１３２の断面形状とレーザ共振器１４０の配置は、実施形態で説明したそれに限定されない。上述のように、任意の領域Ａｉにレーザ共振器１４０を形成したときの発振波長は、以下の設計パラメータ（i）～（iv）の組み合わせによって決まる。
（i）領域Ａｉの高さｈｉ
（ii）領域Ａｉの幅ｗｉ
（iii）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の高さｈｉ＋１，ｈｉ－１
（iv）隣接領域Ａｉ＋１、Ａｉ－１の幅ｗｉ＋１，ｗｉ－１
したがって複数の領域のうち、パラメータ（i）～（iv）の少なくともひとつが異なるように、レーザ共振器１４０を形成する領域Ａｉ、Ａｊを選べばよい。
【0104】
【0105】
図９（ａ）は、パラメータ（i）が異なる例である。図９（ａ）のマルチビーム半導体レーザ素子１００ａでは、ｍ＝５、ｎ＝２であり、５個の領域Ａ１～Ａ５と、２つのレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が示される。レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が形成される領域Ａ１，Ａ３は、高さｈ１，ｈ３が異なっている。
【0106】
図９（ｂ）は、パラメータ（ii）が異なる例である。図９（ｂ）のマルチビーム半導体レーザ素子１００ｂでは、ｍ＝５、ｎ＝２であり、５個の領域Ａ１～Ａ５と、２つのレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が示される。レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が形成される領域Ａ１，Ａ３は、幅ｗ１，ｗ３が異なっている。
【0107】
図９（ｃ）は、パラメータ（i）および（ii）が異なる例である。図９（ｃ）のマルチビーム半導体レーザ素子１００ｃでは、ｍ＝３、ｎ＝２であり、３個の領域Ａ１～Ａ３と、２つのレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が示される。レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が形成される領域Ａ２，Ａ３は、高さｈ２，ｈ３および幅ｗ２，ｗ３が異なっている。
【0108】
図９（ｄ）は、パラメータ（i）が異なる例である。図９（ｄ）のマルチビーム半導体レーザ素子１００ｄでは、ｍ＝３、ｎ＝３であり、３個の領域Ａ１～Ａ３と、３つのレーザ共振器１４０＿１～１４０＿３が示される。レーザ共振器１４０＿１～１４０＿３が形成される領域Ａ１～Ａ３は、高さｈ１，ｈ２，ｈ３が異なっている。図９（ｄ）においては、複数の領域Ａ１～Ａ３の幅ｗ１～ｗ３を同一としているが、複数の領域Ａ１～Ａ３の幅ｗ１～ｗ３、すなわちパラメータ（ii）がさらに異なっていてもよい。
【0109】
図９（ｅ）は、パラメータ（iii）が異なる例である。マルチビーム半導体レーザ素子１００ｅでは、ｍ＝６、ｎ＝２であり、６個の領域Ａ１～Ａ６と、２つのレーザ共振器１４０＿１～１４０＿２が示される。レーザ共振器１４０＿１，１４０＿２は、領域Ａ２，Ａ４に形成される。領域Ａ２，Ａ４は、高さｈ２，ｈ４同士が等しく、幅ｗ２，ｗ４同士も等しい。
【0110】
領域Ａ２に着目すると、領域Ａ２と領域Ａ１との高低差Δｈ２－は負であり、領域Ａ２と領域Ａ３との高低差Δｈ２＋は正である。領域Ａ４に着目すると、領域Ａ４と領域Ａ３との高低差Δｈ４－は正であり、領域Ａ４と領域Ａ５との高低差Δｈ４＋は正である。したがって、領域Ａ２とＡ４とでは、パラメータ（iii）が異なっていると言える。
【0111】
図９（ｆ）もまた、パラメータ（iii）が異なる例である。マルチビーム半導体レーザ素子１００ｆでは、ｍ＝５、ｎ＝２であり、５個の領域Ａ１～Ａ５と、２つのレーザ共振器１４０＿１～１４０＿２が示される。領域Ａ２に着目すると、高低差Δｈ２－、Δｈ２＋はいずれも正であり、領域Ａ４に着目すると、高低差Δｈ４－、Δｈ４＋もいずれも正であるが、Δｈ２－、Δｈ２＋の組と、Δｈ４－、Δｈ４＋の組は値が異なっている。したがって、領域Ａ２とＡ４とでは、パラメータ（iii）が異なっていると言える。
【0112】
図９（ｇ）は、パラメータ（iv）が異なる例である。図９（ｇ）のマルチビーム半導体レーザ素子１００ｇでは、ｍ＝５、ｎ＝２であり、５個の領域Ａ１～Ａ５と、２つのレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２が示される。レーザ共振器１４０＿１、１４０＿２が形成される領域Ａ１，Ａ３は、高さ同士が等しく、幅同士も等しい。領域Ａ１と領域Ａ３の成膜レートの違いは、領域Ａ１と左に隣接する領域Ａ４の幅ｗ４と、領域Ａ３と右に隣接する領域Ａ５の幅ｗ５の違いによって導入される。
【0113】
当業者によれば、下地構造体１３２の断面形状およびレーザ共振器１４０の配置には、ここで例示しないさまざまな変形例が存在することが理解され、それらの変形例も本開示および発明の範囲に含まれる。
【0114】
（変形例２）
実施例１に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａに関して、凹部のレーザ共振器１４０からの漏れ光が、凸部の基板１１０によって遮光されることを説明した。この遮光の機能を、凸部の基板１１０とは別の部材によって実現してもよい。
実施例１に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ａに関して、凹部のレーザ共振器１４０からの漏れ光が、凸部の基板１１０によって遮光されることを説明した。この遮光の機能を、凸部の基板１１０とは別の部材によって実現してもよい。
【0115】
図１０は、変形例２に係るマルチビーム半導体レーザ素子１００Ｄの断面図である。マルチビーム半導体レーザ素子１００Ｄは、隣接するレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の間に配置される遮光部材１５２を備える。遮光部材１５２は、レーザ共振器１４０の発振波長の光を吸収する半導体、または金属で構成することができる。遮光部材１５２の下端は、２つのレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の間の光クロストークを抑制するために、少なくとも発光層１２４の下端まで到達していることが好ましい。本変形例２では、遮光部材１５２の下端は、ｎ型クラッド層１２２を貫通し凸部１１２の上面まで形成されている。
【0116】
遮光部材１５２は、図１０に示すように、基板１１０の凹凸が小さく、隣接するレーザ共振器１４０＿１，１４０＿２の漏れ光が、基板１１０の凸部１１２によって吸収されない場合に特に有効である。
【0117】
（変形例３）
実施例１～実施例３において、複数のレーザ共振器１４０の独立駆動が不要な場合には、分離溝１５０を省略してもよい。
実施例１～実施例３において、複数のレーザ共振器１４０の独立駆動が不要な場合には、分離溝１５０を省略してもよい。
【0118】
（変形例４）
これまで説明した実施形態およびいくつかの実施例および変形例では、マルチビームの多波長化に着目して説明したが、多波長化は本開示において必須ではなく、すべてのビームの波長が同一である場合も、本開示あるいは本発明の範囲に含まれうる。たとえば、図２（実施例１）において、ｗ１＝ｗ３、ｈ１＝ｈ３の場合には、λ１＝λ２となる。あるいは、ｗ１≠ｗ３、ｈ１≠ｈ３の場合であっても、ｗ１およびｗ３が十分に大きい場合は、λ１≒λ２となりうる。この場合、実施例１に関して説明した第１の利点は喪失するが、第２の利点、第３の利点、第４の利点の少なくともひとつは依然として奏されることとなり、従来技術に対して優位な効果を発揮することとなる。
これまで説明した実施形態およびいくつかの実施例および変形例では、マルチビームの多波長化に着目して説明したが、多波長化は本開示において必須ではなく、すべてのビームの波長が同一である場合も、本開示あるいは本発明の範囲に含まれうる。たとえば、図２（実施例１）において、ｗ１＝ｗ３、ｈ１＝ｈ３の場合には、λ１＝λ２となる。あるいは、ｗ１≠ｗ３、ｈ１≠ｈ３の場合であっても、ｗ１およびｗ３が十分に大きい場合は、λ１≒λ２となりうる。この場合、実施例１に関して説明した第１の利点は喪失するが、第２の利点、第３の利点、第４の利点の少なくともひとつは依然として奏されることとなり、従来技術に対して優位な効果を発揮することとなる。
【0119】
実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【0120】
１００…マルチビーム半導体レーザ素子、１０２…エミッタ、１１０…基板、１２０…レーザ多層構造、１２２…ｎ型クラッド層、１２４…発光層、１２６…ｐ型クラッド層、１３０…積層構造、１３２…下地構造体、１３４…絶縁膜、１３８…電極、１３９…電極、１４０…レーザ共振器、Ａ１，Ａ２，Ａｍ…領域、１５０…分離溝、１５２…遮光部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】