CN116613633A - 多光束半导体激光元件及激光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供多光束半导体激光元件及激光装置，课题在于抑制多光束型半导体激光元件的多个光束的出射方向(光轴)的相对差。多光束半导体激光元件(100)是端面发光型，出射多个光束。多个激光谐振器 沿第一方向(x方向)邻接地集成在半导体基板(110)上。多个激光谐振器分别具有沿与第一方向正交的第二方向延伸的条型的电流限制结构。多个激光谐振器各自的延伸方向至少在多光束半导体激光元件的出射端面侧的某区域是非平行的。
Description
技术领域
本公开涉及多光束半导体激光元件。
背景技术
作为高输出的端面发光型激光器，提出了将多个脊条型的激光谐振器以单片形式集成的多光束半导体激光元件。这样的多光束型半导体激光元件有的也能够通过将各个脊部电绝缘地安装而进行多个光束的独立驱动。
在上述的多光束半导体激光元件中，要求在多个光束之间抑制波长、偏光角、发光效率、光输出这些特性的相对差。
作为产生特性相对差的一个重要原因，可以想到的是在将半导体激光器安装于副支架时所受的各种应力。例如，在专利文献1中，被指出了在半导体芯片与副支架的组装时，由于半导体芯片侧的电极材料及半导体材料与副支架侧的焊料材料及副支架材料的热膨胀系数的差异而产生的应力到达脊部，导致产生偏光角特性不良的这一问题。所谓偏光角特性，是指从发射极出射的光的偏振波的角度的特性。
在专利文献1中，公开了抑制偏光角特性在光束之间的相对差的技术。具体而言，通过在夹着槽设于脊部两侧的凸台部上与副支架侧的焊料材料接合，避免焊料材料直接与脊部接合，抑制来自焊料材料的应力所导致的偏光角旋转及偏光角相对差。该结构也被称为浮脊结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-22481号公报
专利文献2：日本特开2010-245207号公报
专利文献3：日本特开2010-080867号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明人对浮脊结构进行了研究，结果意识到了以下的课题。
具有浮脊结构的激光装置存在多个光束的出射角不一致的问题。具体而言，了解到了从多个激光谐振器出射的光束的光轴不与芯片的出射端面垂直，出现其朝向芯片的中心方向倾斜的现象。此外，在与浮脊结构不同的激光装置中也有可能产生同样的问题。此外，该问题不能认为是本领域技术人员共同的技术见解，是本发明人独自意识到的。
本公开的某一方式是在这一状况下作出的，其一个例示性的目的在于提供一种能够使多个光束向同一方向出射的、换言之抑制了多个光束的出射方向(光轴)的相对差的多光束型半导体激光元件。
用于解决课题的手段
本公开的某一方式是端面发光型的多光束半导体激光元件。多光束半导体激光元件具备沿第一方向邻接地集成在半导体基板上的多个激光谐振器。多个激光谐振器分别具有沿与第一方向正交的第二方向延伸的条型的电流限制结构。多个激光谐振器各自的延伸方向至少在出射端面侧的第一区域是非平行的。此外，本公开中的第一区域可以是沿谐振器方向设置且具有调整激光束的出射方向的功能的区域。例如通过对形成于端面附近的脊条结构的沿谐振器方向延伸的角度、条纹宽度等进行调整而实现上述功能的区域可以对应于该第一区域，对此将随后描述细节。
此外，将以上的构成要素任意组合而得的方案、将构成要素、表达在方法、装置、系统等之间相互转换而得的方案作为本发明或本公开的方式也是有效的。而且，该项目(用于解决课题的手段)的记载并不是对本发明不可或缺的全部特征进行说明，因而，所记载的这些特征的子组合也可能是本发明。
发明效果
根据本公开的某一方式，能够抑制多个光束的出射方向的相对差。
附图说明
图1是多光束半导体激光元件的概略立体图。
图2是多光束半导体激光元件的剖面图。
图3是(a)、(b)是对具备多光束半导体激光元件的激光装置的制造工序进行说明的图。
图4的是对图3的激光装置的两个光束的出射方向的差异进行说明的图。
图5是实施例1的多光束半导体激光元件的俯视图。
图6是(a)、(b)是对图5的多光束半导体激光元件的多光束的出射方向的均匀化进行说明的图。
图7的(a)、(b)是对模拟的模型进行说明的图。
图8的是表示比较结构中的光的强度分布的模拟结果的图。
图9的(a)、(b)是表示与实施例1对应的波导的光的强度分布的模拟结果的图。
图10是实施例2的多光束半导体激光元件的俯视图。
图11的是对激光谐振器的延伸方向进行说明的图。
图12是实施例3的多光束半导体激光元件的俯视图。
图13的(a)、(b)是对图5的多光束半导体激光元件及图12的多光束半导体激光元件的晶圆的一部分进行表示的图。
图14是实施例4的多光束半导体激光元件的俯视图。
图15是实施例5的多光束半导体激光元件的俯视图。
图16是实施例6的多光束半导体激光元件的俯视图。
图17的(a)、(b)是表示图16的多光束半导体激光元件的水平方向(x方向)的NFP及FFP的模拟结果的图。
图18是实施例7的多光束半导体激光元件的俯视图。
图19是实施例8的多光束半导体激光元件的俯视图。
图20是实施例9的多光束半导体激光元件的俯视图。
图21是实施例10的多光束半导体激光元件的俯视图。
图22是实施例11的多光束半导体激光元件的俯视图。
图23是实施例12的多光束半导体激光元件的俯视图。
图24的(a)、(b)是表示图23的多光束半导体激光元件的光束的水平方向(x方向)的NFP及FFP的模拟结果的图。
图25的(a)、(b)是变形例的多光束半导体激光元件的俯视图。
附图标记说明
100…多光束半导体激光元件；102…发射极；110…半导体基板；120…多层结构部；122…n型覆盖层；124…发光层；126…p型覆盖层；128…p型接触层；134…绝缘膜；138…p侧电极；139…n侧电极；140…激光谐振器；150…分离槽；200…激光装置；210…支承基板；212…焊料。
具体实施方式
(实施方式的概要)
对本公开的一些例示性的实施方式的概要进行说明。该概要是作为后述的详细说明的引言，出于对实施方式的基本理解的目的而对一个或多个实施方式的一些概念进行简略说明的部分，并不限定发明或公开的范围。另外，该概要不是所能想到的全部实施方式的概括性的概要，不是对实施方式不可或缺的构成要素的限定。为方便起见，“一实施方式”有时被用于指代本说明书所公开的一个实施方式(实施例、变形例)或多个实施方式(实施例、变形例)。
一实施方式的端面发光型的多光束半导体激光元件具备沿第一方向邻接地集成在半导体基板上的多个激光谐振器。多个激光谐振器分别具有沿与第一方向正交的第二方向延伸的条型的电流限制结构。多个激光谐振器各自的延伸方向至少在出射端面侧的第一区域是非平行的。
在芯片在最终产品的状态下其激光谐振器受到应力的情况下，在激光谐振器的波导中，会产生应力所引起的折射率变化。在应力在芯片的面内不均匀的情况下，由于激光谐振器的波导内的折射率变化，光的传播方向会向折射率高的方向弯曲。在一实施方式中，在芯片在最终产品的状态下受到应力的情况下，抑制了来自多个激光谐振器的光束的出射方向的相对差。这能够通过考虑多个激光谐振器各自的波导的折射率分布根据位置单独地设计各激光谐振器的延伸方向来实现。
就激光谐振器的延伸方向而言，例如，在考虑了激光谐振器的宽度方向(第一方向)的中心线时，也可以处理为该中心线所朝向的方向。在中心线包含曲线的情况下，也可以处理为其切线方向。激光谐振器的延伸方向也可以处理为激光谐振器的波导的一个侧方的边界的延伸方向与另一个侧方的边界的延伸方向之间的平均。
在一实施方式中，条型的电流限制结构既可以是脊结构，也可以是埋入结构(也称为埋入脊结构)。
在一实施方式中，在第一区域，多个激光谐振器各自的宽度也可以一定。
在一实施方式中，在第一区域，多个激光谐振器也可以分别具有越靠近出射端面则宽度越宽的锥形形状。在一实施方式中，在第一区域，多个激光谐振器也可以分别具有越靠近出射端面则宽度越窄的锥形形状。
在一实施方式中，多个激光谐振器也可以分别为多光束半导体激光元件的第一端面处的宽度与第二端面处的宽度相等。
在一实施方式中，多个激光谐振器的延伸方向也可以至少变化一次。多个激光谐振器也可以分别为多光束半导体激光元件的第一端面处的第一方向的位置与第二端面处的第一方向的位置相同。此外，本结构的细节将随后使用图13进行描述，所谓第一方向的位置，表示以构成元件的芯片的一个端部为基准的情况下的形成有所述谐振器的部位。具体而言，第一方向上的从芯片的一个端部到谐振器中心为止的距离在第一端面侧和第二端面侧为相同的距离。在制造工序中，在从多个芯片切出晶圆时，在沿第二方向邻接的两个芯片的边界(解理面)，激光谐振器连续，能够改善对解理面相对于第二方向的偏移的容许度。
在一实施方式中，第二区域是在出射端面侧与第一区域邻接的区域，在该第二区域，多个激光谐振器的延伸方向也可以与出射端面垂直。
在一实施方式中，第二区域的第二方向的长度也可以比第一区域的第二方向的长度短。通过使第二区域的长度十分短，光束将会沿与第一区域的延伸方向相应的方向出射。
在一实施方式中，多个激光谐振器也可以包含第一激光谐振器及第二激光谐振器。第一激光谐振器及第二激光谐振器也可以相对于芯片的第一方向上的中心线成线对称地形成。在对象在芯片的中心线上产生应力的情况下，能够简化多光束半导体激光元件的设计。
在一实施方式中，在用与第二方向所成的角度定义激光谐振器的延伸方向时，多个激光谐振器各自的角度也可以为：该激光谐振器距半导体基板的第一方向上的中心线越远，则该角度越大。
一实施方式的激光装置也可以具备多光束半导体激光元件的芯片和支承多光束半导体激光元件的支承基板。多光束半导体激光元件的芯片的热膨胀系数与支承基板的热膨胀系数也可以不同。
(实施方式)
以下，参照附图以优选的实施方式为基础对本公开进行说明。对于各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理，标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，实施方式并不对公开构成限定，而是例示性的，实施方式所描述的全部特征及其组合未必是公开的本质所在。
附图所记载的各部件的尺寸(厚度、长度、宽度等)有时为了容易理解而适当扩大、缩小。而且，多个部件的尺寸未必表示它们的大小关系，在附图上，即使某一部件A被描绘得比另一部件B厚，部件A也有可能比部件B薄。
首先，对多光束半导体激光元件的多个光束的出射方向的不同进行说明。
图1是多光束半导体激光元件100的概略立体图。多光束半导体激光元件100是端面发光型，由沿第一方向(在图中是x方向)邻接的复数n个(n≥2)发射极102_1～102_n构成为能够出射多个光束BM1～BMn。与一个光束对应的结构、功能也被称为沟道。在图1中，例示性地示出了n＝2的结构。
多光束半导体激光元件100具备与n个光束对应的n个激光谐振器140_1～140_n，以单片形式形成在一个半导体基板110上。n个激光谐振器140_1～140_n具有沿第二方向(在图中是y方向)延伸的条状的电流限制结构。作为电流限制结构，可以采用脊结构、埋入结构(埋入脊结构)等。
图2是多光束半导体激光元件100的剖面图。图2的多光束半导体激光元件100具有脊结构。多光束半导体激光元件100具备n＝2个的发射极102_1、102_2，能够出射两根光束。
多光束半导体激光元件100具备半导体基板110、多层结构部120、绝缘膜134、p侧电极138、n侧电极139。多层结构部120例如包含n型覆盖层122、包括导向层及量子阱层的发光层124(也称为光波导芯层)、p型覆盖层126、p型接触层128。各层还根据组成、掺杂浓度而进一步细分。多层结构部120通过例如使用了MOCVD法(Metal Organic Chemical VaporDeposition，有机金属化学气相沉积法)的外延生长而形成。
在多层结构部120，形成有具有脊条结构的激光谐振器(激光结构)140。脊条结构例如可以通过使用光刻技术及蚀刻技术将p型接触层128及p型覆盖层126部分地去除而形成。也可以在向各p型覆盖层126形成脊结构时在各p型覆盖层126形成凸台结构。各凸台既可以设于各脊结构的两侧，也可以设于单侧。或者，凸台结构也可以省略。
在想要能够独立地控制多个激光谐振器140的情况下，也可以形成分离槽150。
p型接触层128的上表面由SiO2等绝缘膜134覆盖。绝缘膜134在激光谐振器140的部分设有开口。形成于绝缘膜134的上层的p侧电极138经由绝缘膜134的开口而与p型接触层128电连接。另外，在半导体基板110的背面形成有n侧电极139，在p侧电极138与n侧电极139之间通电。
此外，图2的多光束半导体激光元件100的剖面结构是例示性的，不在任何含义下对本公开构成限定。
以上是多光束半导体激光元件100的基本结构。多光束半导体激光元件100安装在支承基板上，是激光装置。
图3的(a)、(b)是对具备多光束半导体激光元件100的激光装置200的制造工序进行说明的图。激光装置200具备图1所示的多光束半导体激光元件100和支承多光束半导体激光元件100的支承基板210。支承基板210也被称为副支架。在图3的(a)、(b)中，以与图2上下翻转的朝向表示了多光束半导体激光元件100。
图3的(a)表示芯片接合前的状态，图3的(b)表示芯片接合后的状态。在支承基板210的表面涂布有焊料212。多光束半导体激光元件100以p侧电极138与焊料212接触的朝向安装于支承基板210。
支承基板210可以选择散热性优异的材料。例如，考虑将具备GaAs的半导体基板110的多光束半导体激光元件100的芯片安装于AlN的支承基板210。GaAs的热膨胀系数比AlN的热膨胀系数大，因此在与焊料材料在约400℃下经过熔敷工序之后，在冷却过程中，GaAs与AlN相比更大幅度地收缩。在图3的(b)中，箭头300示意性地表示了半导体基板110的收缩，箭头302示意性地表示了支承基板210的收缩。
半导体基板110及支承基板210的不同的收缩的结果是，对于激光谐振器140即脊结构，施加箭头304所示的剪切应力。剪切应力为：越靠近半导体基板110的中心线112则其越小，则靠近外侧则其越大。
图4的(a)～(d)是对图3的激光装置200的两个光束的出射方向的差异进行说明的图。图4的(a)示出了激光装置200。图4的(a)的激光装置200对图3的(b)的激光装置200进行了上下翻转。将多光束半导体激光元件100的芯片的中心位置设为x0，将激光谐振器140_1、140_2各自的中心位置设为x1、x2。
图4的(b)是表示激光谐振器140_1、140_2各自的波导内的折射率分布的图。在激光谐振器140_1的波导中，越靠近芯片的中央x0，也就是说越为纸面右侧，则折射率越高。在激光谐振器140_2的波导中，越靠近芯片中央x0，也就是说越为纸面左侧，则折射率越高。
在波导内的折射率分布的影响下，在波导内传播的光偏向折射率更高的芯片中央方向。在图4的(c)中，示出了两个激光谐振器140_1、140_2所生成的光束BM1、BM2的近场图(NFP)。NFP表示多光束半导体激光元件100的出射端面处的x方向的强度分布。由于折射率分布的影响，激光谐振器140_1所生成的光束BM1的NFP的峰值漂移到了比x1靠x0侧的位置。同样，激光谐振器140_2所生成的光束BM2的NFP的峰值也漂移到了比x2靠x0侧的位置。
在图4的(d)中，示出了两个激光谐振器140_1、140_2所生成的光束BM1、BM2的远场图(FFP)。FFP将横轴表示为水平方向的出射角θh。各波导内的光的偏移的结果是，各光束相对于芯片的出射端面向不同的倾斜方向(非垂直地)出射。也就是说，产生多个光束各自的出射角不同的状况。
此外，这里说明的多个光束的出射方向的不同这一问题及其机理不能认为是本领域技术人员的一般认识。
以下，基于一些实施例来说明对多个光束之间的出射方向的不同进行抑制的技术。
(实施例1)
图5是实施例1的多光束半导体激光元件100A的俯视图。多光束半导体激光元件100A具备沿第一方向(x方向)邻接地集成在半导体基板110上的多个激光谐振器140_1～140_n。在此，设为n＝2。如上所述，多个激光谐振器140_1～140_n分别具有沿与第一方向(x方向)正交的第二方向(y方向)延伸的条型的电流限制结构。S1表示多光束半导体激光元件100A的出射端面，S2表示与出射端面相反的一侧的面。
具有电流限制结构的激光谐振器140的条纹在宏观观察的情况下沿y方向延伸，但若微观地严格来看则是朝向自y方向偏离的方向延伸。多个激光谐振器140_1～140_n各自的延伸方向(在图中用箭头D1、D2表示)被设计为相互非平行。该设计在多光束半导体激光元件100A的芯片被安装于激光装置200的状态下、换言之在多光束半导体激光元件100A产生应力的状态下使从激光谐振器140_1～140_n出射的多个光束接近平行。此外，在附图中，突出地示出了延伸方向D1、D2的不同，实际上远比图示的不同小，不到1°。将延伸方向D1、D2表示为与平行于y轴的假想线所成的倾斜角度θ1、θ2。
在实施例1中，激光谐振器140_1的宽度在y方向的整个范围是一定的。对于激光谐振器140_2也是相同的。
以上是多光束半导体激光元件100A的结构。接下来，对其动作进行说明。
图6的(a)、(b)是对图5的多光束半导体激光元件100A的多光束的出射方向的均匀化进行说明的图。图6的(a)表示激光谐振器140未受应力的状态下的光束的出射方向。在激光谐振器140未受应力时，因为激光谐振器140内的x方向的折射率分布相同，所以光束BMi(i＝1，2…)的行进方向与激光谐振器140_i的延伸方向Di一致。在未产生应力的状态下，光束BM1、BM2沿方向DO1、DO2放射。由于激光谐振器140与空气的折射率差，光束BM在出射端面S1折射，因此延伸方向Di与放射方向DOi不一致。
图6的(b)表示激光谐振器140受到应力的状态下的光束的出射方向。若激光谐振器140_i受到应力，则激光谐振器140_i内的折射率分布产生倾斜。由此，在激光谐振器140_i内传播的光一边稍微朝向折射率高的芯片的中心方向弯曲一边传播。激光谐振器140i内的光的传播方向Di’相对于谐振器的延伸方向Di朝向芯片的中心线112倾斜Δθi的量。而且，在出射端面S1，沿方向Di’传播的光束BM由于激光谐振器140与空气的折射率差而折射，因此光束BMi沿放射方向DOi’放射。这样，通过根据应力调整激光谐振器的延伸方向Di，从激光谐振器140_1和激光谐振器140_2放射的激光相互平行地出射。
以上是多光束半导体激光元件100A的动作。
通过将多个激光谐振器140_1～140_n的延伸方向D1～Dn(倾斜角θ1～θn)设计为能够消除由基于应力的折射率分布引起的光轴变化量Δθ1～Δθn，在激光谐振器140受到应力的激光装置200的状态下，能够抑制多个光束BM1、BM2的出射方向(光轴)的相对差，能够使多个光束BM1～BMn平行。
考虑以半导体基板110的中心线112为基准左右对称地产生激光谐振器140的应力的分布的情况。此刻，在两个激光谐振器140_1、140_2的发射极102_1、102_2的位置与中心线112为相等距离的情况下，因为对两个激光谐振器140_1、140_2反向地施加相同大小的应力，所以光轴变化量的大小Δθ1和Δθ2相等。因而，以使激光束的出射方向为与端面垂直的方向的方式调整激光谐振器140_1和140_2的延伸方向D1、D2的倾斜角θ1、θ2，在本实施例中，倾斜角θ1、θ2相等。也就是说，只要将激光谐振器140设计为相对于半导体基板110的中心线112成线对称且使激光束的出射方向为与端面垂直的方向即可。
此外，也可能存在半导体基板110的几何学的中心线112与应力的中心不一致情况。在该情况下，只要将多光束半导体激光元件100A设计为以应力的中心线为基准成线对称即可。
对多光束半导体激光元件100A的模拟结果进行说明。图7的(a)、(b)是对模拟的模型进行说明的图。在模拟中，将激光谐振器140处理为以面A为入射端、以面B为出射端的波导WG1。波导WG1的宽度W设为1.5μm，波导WG1的长度L设为300μm。
图7的(b)表示模拟模型中的波导WG1内的x方向的折射率分布。在此。为了简化计算，折射率n被设为在波导内呈阶跃状地变化的参数，在波导WG1中央部为3.20，在芯片的中心侧为3.20+0.0005，在芯片外侧为3.20﹣0.0005。
首先，对使波导WG1的延伸方向与y轴一致的结构(称为比较结构)的模拟进行说明。
图8的(a)～(d)是表示比较结构中的光的强度分布的模拟结果的图。图8的(a)表示向波导WG1的入射端A入射的光的强度分布。在此，假设入射光L1具有高斯分布。在该图中，相对于光强度的峰值为50％的强度的光入射到波导WG1。另外，光强度50％以下的部分表示从波导WG1扩向周围的部分，是自横轴0起约±2μm的范围。
图8的(b)表示波导WG1的出射端B处的水平方向(x方向)的NFP。由于折射率分布的影响，出射端B处的NFP的最大强度偏向芯片的中心附近。
图8的(c)是假定为没有由波导WG1与空气的折射率差导致的折射时的水平方向(x方向)的FFP。可以说这表示了波导WG1内的出射端面的紧前面的光束的指向性。可知：由于波导WG1内的折射率分布的影响，光束BM1的传播方向向中央附近倾斜Δθ＝0.13°。
图8的(d)是考虑了波导WG1与空气的折射率差时的水平方向(x方向)的FFP。由于传播方向的倾斜度Δθ和出射端面B处的折射的影响，光束BM1以向中央附近倾斜0.4°的方式放射。
接下来，参照图9的(a)、(b)对与使波导WG1的延伸方向从y轴倾斜θ＝0.04°的实施例1对应的波导的模拟进行说明。
图9的(a)、(b)是表示与实施例1对应的波导的光的强度分布的模拟结果的图。图9的(a)表示波导WG1的出射端面处的水平方向(x方向)的NFP，图9的(b)表示水平方向(x方向)的FFP。通过使波导WG1相对于y轴倾斜0.04°，能够使FFP的峰值在0°，换言之，能够相对于y轴平行地出射光束。
(实施例2)
图10是实施例2的多光束半导体激光元件100B的俯视图。在实施例1中，激光谐振器140_1、140_2与中心线112的距离相等，但本公开并不限定于此。
在实施例2中，激光谐振器140_1、140_2被配置为距中心线112不同的距离l1、l2。在图10中，l2＞l1成立。如上所述，越远离半导体基板110的中心线112，应力越强，因而激光谐振器140_2中的折射率变化大于激光谐振器140_1中的折射率变化。其结果是，激光谐振器140_2由于折射率变化而产生的光轴变化量Δθ较大(Δθ2＞Δθ1)。在该情况下，激光谐振器140_2的延伸方向D2的倾斜角θ2只要被设计为大于激光谐振器140_1的延伸方向D1的倾斜角θ1即可。
在实施例1、实施例2中，各激光谐振器140_i的宽度是一定的，但本公开并不限定于此。对激光谐振器140的宽度不为一定的情况下的波导的延伸方向进行说明。
图11的(a)～(c)是对激光谐振器140的延伸方向进行说明的图。在图11的(a)～(c)中，示出了激光谐振器140的脊条结构的一部分。D是表示延伸方向的矢量。θ是矢量D与平行于y轴的假想线所成的角度，利用该角度θ，能够表达延伸方向。
图11的(a)表示宽度一定的脊条结构，图11的(b)、(c)表示具有宽度朝向出射端面变宽的锥形形状的脊条结构。如图11的(a)、(b)所示，可以取通过脊条结构的边缘El和Er的中心的假想线CL，将沿着该假想线CL的方向作为激光谐振器140的延伸方向D。
或者，如图11的(c)所示，也可以取脊条结构的边缘El和Er各自的延伸方向Dl、Dr，将通过两个延伸方向Dl、Dr的平均、矢量合成而得的方向作为激光谐振器140的延伸方向D。或者，也可以将延伸方向Dl、Dr的方向θl、θr的平均作为激光谐振器140的延伸方向θ。
此外，激光谐振器140的延伸方向的取法并不限定于此处的说明。例如，在脊条结构包含曲线的情况下，可以取通过中心的假想线CL的切线方向为延伸方向。在以下的说明中，将延伸方向D如图11的(a)、(b)所示那样定义为沿着中心线CL的方向。
(实施例3)
图12是实施例3的多光束半导体激光元件100C的俯视图。在实施例3中，各激光谐振器140_i具有锥形形状，各自的宽度在y方向上逐渐变化。
在实施例3中，激光谐振器140_1、140_2各自的延伸方向D1、D2相互也是非平行的。各激光谐振器140的两个侧方边缘En、Ef中，靠近中心线112的边缘En相对于芯片的出射端面S1是垂直的，远离中心线112的边缘Ef相对于芯片的出射端面S1是倾斜的。
参照图13来说明图12的多光束半导体激光元件100C相对于图5的多光束半导体激光元件100A的优点。该优点与多光束半导体激光元件的制造工艺关联。
图13的(a)、(b)是对图5的多光束半导体激光元件100A及图12的多光束半导体激光元件100C的晶圆的一部分进行表示的图。在前工序完成后，多光束半导体激光元件100C在晶圆内是连续的，通过切割，将其按照芯片进行单片化。在图13的(a)、(b)中，示出了理想的切割线410A和实际的切割线410。
如图13的(a)所示，在实施例1(图5)的结构中，若切割线410从理想的切割线410A向y方向偏移，则激光谐振器140产生不连续412，因此不再作为激光器发挥功能。也就是说，实施例1的结构对切割线的位置是严格的。
如图13的(b)所示，在实施例3(图12)的结构中，即使切割线410在y方向上偏移，在部分414，激光谐振器140的宽度也是阶跃状地变化，但激光谐振器不会像图13的(a)那样中断。也就是说，根据实施例3，与实施例1相比，能够提高切割线的沿y方向的偏移的容许度。
(实施例4)
图14是实施例4的多光束半导体激光元件100D的俯视图。在实施例4中，与实施例3相同，也是各激光谐振器140_i具有锥形形状，激光谐振器140_1、140_2各自的延伸方向D1、D2是非平行的。
在图14中，各激光谐振器140的两个侧方边缘中，远离中心线112的边缘Ef相对于芯片的出射端面S1是垂直的，靠近中心线112的边缘En相对于芯片的出射端面S1是倾斜的。为了设为与图12相同的延伸方向D1、D2，在图14中，越靠近出射端面S1，则激光谐振器140的第一方向(x方向)的宽度越窄，宽度随着远离出射端面S1而变宽。
通过实施例4，也能够使多个光束的出射方向对齐。此外，上述实施例3与实施例4相比具有以下的优点。
若出射端面的宽度窄，换言之，若发射极的面积小，则会发生光的电场集中，另外存在温度上升变大这一问题。在该观点下，通过像实施例3那样使内侧的边缘En与y轴平行，能够在维持对激光的出射方向的调节的状态的前提下加大出射端侧的宽度、也就是发射极的面积，因此能够解决该问题。
(实施例5)
图15是实施例5的多光束半导体激光元件100E的俯视图。在实施例1v实施例4中，在y方向的整个范围，多个激光谐振器140的延伸方向是非平行的。相对于此，在实施例5中，在y方向的一部分范围，多个激光谐振器140的延伸方向是非平行的，但在y方向的另一部分范围，多个激光谐振器140的延伸方向是平行的。具体而言，在靠近出射端面S1的区域A1，多个激光谐振器140的延伸方向D1、D2是非平行的，在远离出射端面S1的区域A2，多个激光谐振器140的延伸方向是平行的。通过该结构，也能够抑制多个光束的出射方向的不同。
(实施例6)
图16是实施例6的多光束半导体激光元件100F的俯视图。实施例6是实施例3与实施例5的组合。即，在区域A1，延伸方向D1、D2是非平行的，在区域A2，延伸方向D1、D2是平行的。另外，在区域A1，激光谐振器140_1、140_2具有锥形形状。
图17的(a)、(b)是表示图16的多光束半导体激光元件100F的水平方向(x方向)的NFP及FFP的模拟结果的图。将区域A2中的激光谐振器140的宽度W2设为1.5μm，将区域A1的出射端面S1处的激光谐振器140的宽度W1设为2.3μm。区域A1的长度为300μm，延伸方向D1、D2的倾斜角设为0.15°。
如图17的(b)所示，通过使激光谐振器140具有锥形形状并设计延伸方向，FFP的峰值为0°方向，能够与y轴平行地出射光束。
(实施例7)
图18是实施例7的多光束半导体激光元件100G的俯视图。在实施例7中，与实施例6相比，追加了区域A3。在区域A3，以在端面S1和端面S2使激光谐振器140_i的宽度相等的方式使激光谐振器140_i具有锥形形状。
根据实施例7，在制造工序中切割线沿y方向偏移的情况下，能够确保波导的连续性。在已经说明的实施例3中，若切割线偏移，则激光谐振器的宽度呈阶跃状地变化，而在实施例7中，即使切割线偏移，激光谐振器的宽度也连续，与实施例3相比是有利的。
(实施例8)
图19是实施例8的多光束半导体激光元件100H的俯视图。在实施例8中，与实施例7相比，追加了区域A0、A4。在区域A0、A4，激光谐振器140_i的宽度是一定的，并且它们的宽度相等，为W1。另外，区域A0、A4中的激光谐振器140_i的延伸方向与y轴方向一致。
在实施例8中，只要区域A0的长度Ls与区域A1的长度Lt相比充分短(Ls＜＜Lt)，光束的出射方向就由区域A1的延伸方向支配性地决定。
根据实施例8，与实施例7相同，在切割线沿y方向偏移的情况下，能够确保波导的连续性。特别是在实施例8中，由于区域A0和A4的宽度相等，为W1，因此即使在切割线沿y方向偏移的情况下，也能够保证出射端的宽度一定。
(实施例9)
图20是实施例9的多光束半导体激光元件100I的俯视图。在实施例9中，与实施例5(图15)相同，激光谐振器140_i的宽度是一定的。在实施例9中，与实施例5相比，追加了区域A3。在该区域A3，激光谐振器140_i的延伸方向是变化的，两个端面S1、S2处的激光谐振器140_i的宽度和位置是相同的。
根据实施例9，通过区域A1中的激光谐振器140_i的延伸方向，能够控制光束的出射方向。另外，通过追加区域A3，在切割线沿y方向偏移的情况下，能够确保波导的连续性。
(实施例10)
图21是实施例10的多光束半导体激光元件100J的俯视图。在实施例10中，与实施例9(图20)相比，追加了区域A0、A4。在区域A0、A4，激光谐振器140_i的宽度是一定的，延伸方向与y轴方向一致。
根据实施例10，与实施例9相同，在切割线沿y方向偏移的情况下，能够确保波导的连续性。特别是在实施例10中，由于区域A0和A4的宽度是一定的，延伸方向与y轴方向一致，因此对切割线的y方向的偏移的容许度更大。
(实施例11)
图22是实施例11的多光束半导体激光元件100K的俯视图。实施例11与实施例3(图21)相比追加了区域A2。在区域A2，激光谐振器140_i的宽度是变化的，两个端面S1、S2处的激光谐振器140_i的宽度和位置是相同的。
根据实施例11，通过区域A1中的激光谐振器140_i的延伸方向Di，能够控制光束的出射方向。另外，通过追加区域A2，在切割线沿y方向偏移的情况下，能够确保波导的连续性。
(实施例12)
图23是实施例12的多光束半导体激光元件100L的俯视图。在到此为止的实施例1～11中，对激光谐振器140的延伸方向进行设计，以与出射端面S2垂直地放射全部的光束，但本公开并不限定于此，也可以将延伸方向设计为向不垂直的相同方向放射全部的光束。
在图23的例子中，激光谐振器140_2的延伸方向与y轴方向一致，激光谐振器140_2的光束BM2向与出射端面S1非垂直的方向放射。激光谐振器140_1的延伸方向D1被设计为使光束BM1的出射方向DO1与光束BM2的出射方向DO2一致。
图24的(a)、(b)是表示图23的多光束半导体激光元件100L的光束BM1的水平方向(x方向)的NFP及FFP的模拟结果的图。与图8的(d)所示的结果相同，激光谐振器140_2的光束BM2的FFP的峰值向中央附近漂移0.4°。在以倾斜角θ1＝0.17°设计激光谐振器140_1的延伸方向D1时，能够输出与激光谐振器140_2平行的光束。图24的(b)所示的光束BM1的FFP漂移了0.4°，能够使两个光束BM1、BM2平行。
(变形例)
上述的实施方式及实施例是例示性的，本领域技术人员能够理解，它们的各构成要素、各处理工艺的组合可以有各种变形例。以下，对这种变形例进行说明。
图25的(a)、(b)是变形例的多光束半导体激光元件的俯视图。图25的(a)的多光束半导体激光元件100a为n＝3，具备三个激光谐振器140_1～140_3，能够出射三根光束BM1～BM3。中央的激光谐振器140_2沿芯片的中心线112以θ2＝0°形成。两端的激光谐振器140_1及140_3以关于中心线112成线对称的方式形成在距芯片的中心线112相等的距离，以使三根光束BM1～BM3为相等间隔。
图25的(b)的多光束半导体激光元件100b为n＝4，具备四个激光谐振器140_1～140_4，能够出射四根光束BM1～BM4。为了使四根光束BM1～BM4的间隔相等，四个激光谐振器1401～140_4的出射端面S1处的中心位置为相等间隔。优选的是，多个激光谐振器140_1～140_4构成为关于中心线112成线对称。另外，远离中心线112的激光谐振器140_1、140_4的倾斜角θ1、θ4被设计为大于靠近中心线112的激光谐振器140_2、140_3的倾斜角θ2、θ3。
实施方式只是示出了本发明的原理、应用，对于实施方式，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可想到多种变形例、配置的变更。
Claims (12)
1.一种端面发光型的多光束半导体激光元件，其特征在于，
具备沿第一方向邻接地集成在半导体基板上的多个激光谐振器，
所述多个激光谐振器分别具有沿与所述第一方向正交的第二方向延伸的条型的电流限制结构，
所述多个激光谐振器各自的延伸方向至少在出射端面侧的第一区域是非平行的。
2.根据权利要求1所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
在所述第一区域，所述多个激光谐振器各自的宽度是一定的。
3.根据权利要求1所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
在所述第一区域，所述多个激光谐振器的宽度分别具有越靠近所述出射端面则宽度越宽的锥形形状。
4.根据权利要求1所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
在所述第一区域，所述多个激光谐振器的宽度分别具有越靠近所述出射端面则宽度越窄的锥形形状。
5.根据权利要求3或4所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
所述多个激光谐振器各自在所述多光束半导体激光元件的第一端面处的宽度与在所述多光束半导体激光元件的第二端面处的宽度相等。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
所述多个激光谐振器的延伸方向至少变化一次。
7.根据权利要求6所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
所述多个激光谐振器各自在所述多光束半导体激光元件的第一端面处的所述第一方向的位置与在所述多光束半导体激光元件的第二端面处的所述第一方向的位置相同。
8.根据权利要求6所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
在与所述第一区域在所述出射端面侧邻接的第二区域，所述多个激光谐振器的延伸方向与所述出射端面垂直。
9.根据权利要求8所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
所述第二区域的所述第二方向的长度比所述第一区域的所述第二方向的长度短。
10.根据权利要求1所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
所述多个激光谐振器包含第一激光谐振器及第二激光谐振器，
所述第一激光谐振器及所述第二激光谐振器以相对于所述半导体基板的所述第一方向上的中心线而线对称的方式形成。
11.根据权利要求1所述的多光束半导体激光元件，其特征在于，
在用与所述第二方向所成的角度定义所述激光谐振器的延伸方向时，
所述多个激光谐振器各自的所述角度为：该激光谐振器距所述半导体基板的所述第一方向上的中心线越远，则该角度越大。
12.一种激光装置，其特征在于，具备：
权利要求1至4中任一项所述的多光束半导体激光元件的芯片；以及
支承所述多光束半导体激光元件的支承基板；
所述多光束半导体激光元件的芯片的热膨胀系数与所述支承基板的热膨胀系数不同。
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