JP2022101223A - 半導体レーザ装置および光学機器装置 - Google Patents

半導体レーザ装置および光学機器装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022101223000001
【課題】視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供すること。
【解決手段】半導体レーザ装置ＬＤ００１は、基板１と、前記基板１の主面に積層される、第１導電型の第１クラッド層２と第２導電型の第２クラッド層３と、前記第１クラッド層２と前記第２クラッド層３とに挟まれるように形成され前記基板主面に平行な第１の面上において形成される発光層ＥＬと、を有する。前記発光層ＥＬは、赤色領域のレーザ光を放射する複数の発光領域を有し、前記複数の発光領域から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上である。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体レーザ装置および光学機器装置に関する。
近年、半導体レーザ装置（以下、単に「半導体ＬＤ」または「ＬＤ」とも称す）を用いたプロジェクタ等のディスプレイ装置の市場が拡大している。
また、近年、様々な分野において、拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、代替現実（ＳＲ：Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）といったリアリティ化技術が実用化されており、これらの技術を用いたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ－ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＡＲグラス等のディスプレイ装置が商品化されている。
例えば、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）では、光源にＲＧＢ（赤色・緑色・青色）の３色のレーザ光を用い、画像表示用の空間変調素子であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）により画像を作成し、導波路（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を通して網膜等に投影する技術が知られている。このＭＥＭＳを用いたシステムは、広色域、高解像度、広視野角などで利点があると言われている。一方で、広色域、高解像度、広視野角など画像の高性能化のために、ＲＧＢの各色においてマルチビームＬＤ（複数の半導体レーザ装置)を用いていたが、各色の波長は同一であった。全ビームの波長が揃っていると（即ち、波長が同一であると）、レーザ光の干渉性による画質低下が生じることになる。
特許文献１は、ＡＲまたはＶＲイメージ等を生成する際、ＲＧＢの３色のレーザ光を１５ｎｓ（ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｓ）以下の短いパルス幅で照射することで、スペクトル幅の広帯域化を図っている。例えば、スペクトル幅は半値全幅で１．０～５．０ｎｍとしている。そして、導波路内での明暗の干渉縞のフリンジ（ニュートンリング）の抑制を図り、画質の改善を図っている。
ＵＳ２０１９－０３７２３０６Ａ１号公報
画質（解像度・フレームレート）向上のため、狭ピッチでマルチエミッタ（複数の発光部）を独立駆動するモノリシック構造の横シングルモードＬＤが求められる。しかしながら横シングルモードレーザは波長スペクトルが狭く干渉性が高いため画質悪化が課題になっている。
また、ディスプレイ装置の高性能化として、レーザ光の干渉を抑制し、広色域、高解像度、広視野角などの視感度や画質の更なる向上が求められている。視感度や画質の更なる向上には、例えば、ＲＧＢの３色のレーザ光を用いた光源の各色において、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射することのできる半導体レーザ装置であることが、前述したレーザ光の干渉性による画質低下の抑制の観点から好ましい。
しかしながら、特許文献１では、ＲＧＢの３色のそれぞれのレーザ光をマルチビーム化しているが、各色のレーザ光の波長は同一である。前述したように、全ビームの波長が同一であると、例えば導波路を通した場合、導波路内でのレーザ光の干渉が生じ、明暗の干渉縞のフリンジ（ニュートンリング）が画像に映り込み、結果として画質が低下してしまう。このように、画質の改善としては改善の余地がある。
また、特許文献１では、ＬＤの駆動電流に対して１５ｎｓ以下のパルス幅の高周波重畳を掛けることで、波長変調を行ってスペクトル幅を広帯域化することを述べている。しかし、本発明者らの検討によれば、１５ｎｓ以下のパルス幅は非常に短いパルス幅であることから専用の駆動回路が必要となる。また、ＬＤに高周波重畳を掛けるためには、ＬＤのインピーダンス整合をとる必要があるため、専用駆動回路はＬＤの素子特性に応じたカスタム設計となり、コストが非常に高額となる。更には、高周波重畳のみでスペクトル幅の拡大を実現する場合、半値全幅を形成した画像にフリンジが生じない程度に拡大（１．５ｎｍより拡大）するには、１５ｎｓより短いパルス幅での駆動が必要となるが、高電流での駆動と短パルスでの駆動を両立できる駆動回路は、技術的な難易度が高く、実現性の面で大きな障害となっている。
本発明の課題は、視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供することである。その他の課題および新規な特徴は、本明細書および図面の記載から明らかになる。
本発明の一つの実施形態に係る半導体レーザ装置は、基板と、前記基板の主面に積層される、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層と、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層とに挟まれるように形成され前記基板主面に平行な第１の面上において形成される発光層と、を有し、前記発光層は、赤色領域の波長のレーザ光を放射する複数の発光領域を有し、前記複数の発光領域から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上であることを特徴とする。
本発明の一つの実施形態に係る半導体レーザ装置では、視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供することができる。
一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。 一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置における発光層ＥＬ０１～ＥＬ０４の構成の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法の変形例１に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法の変形例２に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置における発光層ＥＬ１１～ＥＬ１３の構成の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。 他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。 選択成長法によって形成された量子井戸層ＱＷにおけるＩｎ組成比と発振波長との関係を示している図である。 選択成長法によって形成された量子井戸層ＱＷにおけるＩｎ組成比と発振波長との関係を示している図である。 量子井戸層ＱＷのＩｎ組成比に対するＧａ１－ｙＩｎｙＰの歪量を示す図である。 他の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を用いたシステム概略図である。 他の実施の形態３に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。
以下、実施の形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要件または対応する構成要件には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。また、各実施の形態と各変形例との少なくとも一部は、互いに任意に組み合わされてもよい。なお、符号においては、形成箇所が異なる等の理由で個別に説明する必要がある際には、例えば、発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３など、それぞれで異なる符号を付して説明するが、本来部材が持つ機能として説明する際には、例えば、発光部ＥＭ、と表現する場合もある。
［本発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成］
図１Ａは、一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成の一例を示す要部斜視図である。図１Ｂは、一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。
なお、図１Ａに示されるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸については、ｘは水平方向／幅方向／横方向、ｙは奥行方向／縦方向、ｚは垂直方向／厚さ方向／高さ方向、をそれぞれ意味するものとする。この方向に関する定義については、他の図においても同様である。
図１Ａに示されるように、一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置ＬＤ００１は、ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型クラッド層２、発光層ＥＬおよびｐ型クラッド層３が形成されている。また、レーザ光を放射する４つの発光部ＥＭ００１、ＥＭ００２、ＥＭ００３、ＥＭ００４が、図１Ａ中でｘ方向において所定の間隔にて形成されている。
発光部ＥＭからは、赤色領域のレーザ光（波長λ＝６００ｎｍ～７００ｎｍ）が放射される。好ましくは、発光部ＥＭ００１、ＥＭ００２、ＥＭ００３、ＥＭ００４からは、赤色領域の波長の範囲内において、それぞれ異なる波長λ００１～λ００４のレーザ光が放射される。なお、発光部ＥＭから放射するレーザ光の波長λは、その全てで異なっている必要はなく、少なくとも一つの波長がその他の波長と異なっていれば良い。ここで示される波長λとは、発光部ＥＭから放射されるレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長の値（Ｐ）を示しており、以下に示す他の実施の形態１～３においても同様である。
また、図１Ｂには、各発光部ＥＭから放射されるレーザ光の光スペクトルの一例を示す。各発光部ＥＭから放射されるレーザ光の光スペクトルのピーク値は、Ｐ００１が、波長λ＝６４０ｎｍ、Ｐ００２が、波長λ＝６４１．５ｎｍ、Ｐ００３が、波長λ＝６４３ｎｍ、Ｐ００４が、波長λ＝６４４．５ｎｍ、となっている。
図１Ｂでは、一つのレーザ光の波長λ００１のピーク値Ｐ００１（６４０ｎｍ）と、他のレーザ光の波長λ００２のピーク値Ｐ００２（６４１．５ｎｍ）との差（Δλ０１２）は、１．５ｎｍである。また、一つのレーザ光の波長λ００１のピーク値Ｐ００１（６４０ｎｍ）と、他のレーザ光の波長λ００３のピーク値Ｐ００３（６４３ｎｍ）との差（Δλ０１２＋Δλ０２３）は、３．０ｎｍである。各発光部ＥＭから放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上の差を有していれば、該半導体レーザ装置を用いた画像装置等で干渉縞などを生じない良質の画像が提供できる。
更なる例としては、発光部ＥＭから放射される４つのレーザ光の波長λは、その全てで異なっている必要はなく、λ００１とλ００２が６４０ｎｍ、λ００３とλ００４が６４１．５ｎｍ、であっても良い。このように、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上の差を有していれば良い。
なお、図１Ａでは、リッジ構造を持つ半導体レーザ装置について説明したが、その他、リッジ構造を持たない半導体レーザ装置、例えば、電流狭窄層を持つ埋め込み構造型の半導体レーザ装置等においても適用することができる。
［他の実施の形態１］
他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１を図２Ａに示す。半導体レーザ装置ＬＤ０１では、赤色領域におけるレーザ光（波長λ＝６００ｎｍ～７００ｎｍ）を放射する４つの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＭ０４が形成されている。発光部ＥＭから放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差は、レーザ光同士の干渉を抑制する観点からは、１．５ｎｍ以上であることが望ましく、単色として認識できる範囲、例えば赤色として視認される範囲であることが望ましい。かかる観点からピーク波長の差は３０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。
また、それぞれの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＭ０４の発光層ＥＬの幅（ＥＷ０１、ＥＷ０２、ＥＷ０３、ＥＷ０４）が異なっている。また、それぞれの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＭ０４における発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４の結晶層の厚さＥＨが異なっている。また、それぞれの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＭ０４からは異なる波長λのレーザ光が放射される。
（半導体レーザ装置の構成）
図２Ａは、他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１の構成の一例を示す要部斜視図である。図２Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置における発光層ＥＬ０１～ＥＬ０４の構成の一例を示す要部断面図である。図２Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。
図２Ａに示されるように、半導体レーザ装置ＬＤ０１は、ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型クラッド層２（厚さ２μｍ）、発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４およびｐ型クラッド層３（リッジ部の頂部までを含めた厚さ２μｍ）が形成されている。発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４は、（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の結晶層から構成されている。また、発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４は、ｎ型クラッド層２の同一面上に形成されている。すなわち、発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４の下面位置は、垂直方向または厚さ方向（図１Ａのｚ方向に相当する）において同じである。
また、半導体レーザ装置ＬＤ０１には、４つの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＬ０４が形成され、それぞれの発光部ＥＭにおける発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４の幅ＥＷは（図１Ａの中で示されるｘ方向（水平方向）の大きさに相当する）異なっている。本実施形態における幅ＥＷは、同図右側から、ＥＷ０４＜ＥＷ０３＜ＥＷ０２＜ＥＷ０１、の関係になっている。一例として、幅ＥＷ０４の長さは１５μｍ、幅ＥＷ０３の長さは２５μｍ、幅ＥＷ０２の長さは３５μｍ、幅ＥＷ０１の長さは４５μｍ、となる。また、発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４の結晶層の厚さＥＨ（図１Ａの中で示されるｚ方向（垂直方向）の大きさに相当する）が異なっている。具体的には、発光層ＥＬの厚さＥＨは、同図左側から、ＥＨ０１＜ＥＨ０２＜ＥＨ０３＜ＥＨ０４、の関係になっている。一例として、発光層ＥＬ０１の厚さＥＨ０１は１００ｎｍ、発光層ＥＬ０２の厚さＥＨ０２は１１０ｎｍ、発光層ＥＬ０３の厚さＥＨ０３は１２０ｎｍ、発光層ＥＬ０４の厚さＥＨ０４は１３０ｎｍ、となる。
それぞれの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＬ０４には、ｐ型クラッド層３の一部をエッチング除去して形成したリッジ部が形成されている。このリッジ部は、電流狭窄構造（電流注入構造）としての役割と、横方向（図１Ａのｘ方向）の光閉じ込めのための構造としての役割とを兼ねている。リッジ４の上面には、ｐ側電極７Ｐが形成され、ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ側電極７Ｎが形成されている。
ｎ側電極とｐ側電極に電流を印加することで、４つの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＭ０４に形成される発光領域ＥＲ０１、ＥＲ０２、ＥＲ０３、ＥＲ０４から、赤色領域におけるレーザ光（波長：６００ｎｍ～７００ｎｍ）が放射される。発光領域ＥＲから放射される波長λは、発光部ＥＭのそれぞれで異なっている。具体的には、波長λは、図２Ａの左から、λ０１＜λ０２＜λ０３＜λ０４、の関係となっている。一例として、λ０１：６４０ｎｍ、λ０２：６４１．５ｎｍ、λ０３：６４３ｎｍ、λ０４：６４４．５ｎｍ、の波長のレーザ光が放射される。このように、本実施の形態１では、複数のレーザ光は、光スペクトルにおけるピーク値の間隔が（Δλ１２、Δλ２３、Δλ３４）、それぞれ１．５ｎｍで設定されているが、１．５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲で適宜選択可能である。また、発光層ＥＬの厚さＥＨが厚くなるほど、波長λの値も大きくなっている。
複数の発光領域ＥＲの中心位置（またはリッジ４の中心位置）のそれぞれのピッチ間隔は、５μｍ以上、１００μｍ以下の範囲から選択されている。なお、赤色領域のレーザ光（６００～７００ｎｍ）を横シングルモードで発振させるには、高次モードのカットオフ条件を満足するように、リッジ幅（図１Ａのｘ方向に相当）を２μｍ程度にする必要がある。よって、マルチビームの複数リッジのラインアンドスペースを考慮すると、複数の発光領域ＥＲの中心位置（またはリッジ４の中心位置）のそれぞれのピッチ間隔の最小値を５μｍ程度とすることが好ましい。一方、レーザ光をコリメートレンズに透過させて、ＭＥＭＳミラーに入射し、ビームを走査し画像化するシステムの場合、ビームピッチが広いとコリメートレンズ透過後のビームの並行性が悪化する。そのため、ビームピッチが広くなると画像化した際に、画素のピッチが一定でなくなり、画質が低下する。かかる観点からピッチ間隔は、１００μｍ以下であることが好ましい。
また、実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１は、種々の端面共振型レーザ装置に適用することが可能である。一例として、ファブリペロー型（Ｆｅｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ）のレーザダイオードに適用することができる。また、ファブリペロー型ＬＤの発光領域から放射されるレーザ光のビームのスペクトル線幅は、０．０１ｎｍ以上、１ｎｍ以下である。なお、シングルモードＬＤの場合は０．０５～０．１ｎｍ程度で、マルチモードＬＤの場合は１ｎｍ程度となる。
他の例として、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）または分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）のレーザダイオードに適用することができる。また、これらのＬＤの発光領域から放射されるレーザ光のビームのスペクトル線幅は、０．０００１ｎｍ以上、０．０１ｎｍ以下である。
図２Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置における発光層ＥＬ０１～ＥＬ０４の構成の一例を示す要部断面図である。
図２Ｂに示されるように、発光層ＥＬは、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ（数１０ｎｍ）、量子井戸層ＱＷ（数ｎｍ～数１０ｎｍ）、バリア層ＢＬ（数ｎｍ～数１０ｎｍ）、量子井戸層ＱＷ（数ｎｍ～数１０ｎｍ）および上部ｐ側ガイド層ｐＧＬ（数１０ｎｍ）から構成され、トータルで１００ｎｍ程度の厚さで形成されている。図２Ａに示される発光領域ＥＲ０１、ＥＲ０２、ＥＲ０３、ＥＲ０４は、量子井戸層ＱＷの所望領域に相当する。図２Ｂにおいては、量子井戸層ＱＷは、多重量子井戸層（ＭＱＷ）として示されているが、単一量子井戸層（ＳＱＷ）であっても良い。
なお、本実施の形態にて発光層ＥＬと表現する場合は、発光層ＥＬに上述の下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ、量子井戸層ＱＷ、バリア層ＢＬおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬを全て含むことを意味する他、量子井戸層ＱＷとバリア層ＢＬを含むことを意味する場合、または、ｐ型クラッド層３、ｎ型クラッド層２の少なくともどちらか一方の一部をも含むことを意味する場合もある。
次に、赤色領域のレーザ光（波長λ＝６００ｎｍ～７００ｎｍ）において、一つのＬＤチップから、ピーク波長の異なる複数のレーザ光を放射していることに関して説明する。
図２Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。
前述したように、本実施の形態１では、一例として、λ０１：６４０ｎｍ、λ０２：６４１．５ｎｍ、λ０３：６４３ｎｍ、λ０４：６４４．５ｎｍ、のピーク波長のレーザ光が、発光部ＥＭから放射される。また、複数のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク値のそれぞれの間隔は（Δλ１２、Δλ２３、Δλ３４）、１．５ｎｍで設定されている。
本発明者らの検討に基づくと、レーザ光の波長の光スペクトルの半値全幅を拡大すれば（１．５ｎｍ以上）、画質の向上が図れることが見出された。
しかしながら、ＡｌＧａＩｎＰ材料系からなる赤色のＬＤは、ＩｎＧａＮ系材料からなる青色ＬＤや緑色ＬＤと比較し、基板面内での材料の組成や膜厚の揺らぎが少ないため、基板面内でのピーク波長のばらつきは約１ｎｍ程度と小さい。そのため、一つのチップに複数の発光部を形成する場合では、一つのチップ内での発光部の位置が近接しているため、ピーク波長のばらつきは１ｎｍ以下（例えば、波長の光スペクトルの半値全幅が０．０１～１ｎｍ程度）となることが通常である。このように、赤色領域のレーザ光の光スペクトルの半値全幅は非常に小さいため（０．０１～１ｎｍ程度）、半値全幅を１．５ｎｍ以上に拡げるのは容易ではない。
また、前述したように、ＬＤの駆動電流に対して１５ｎｓ以下のパルス幅の高周波重畳を掛けることで、波長変調を行ってスペクトル幅を広帯域化することは可能である。しかしながら、１５ｎｓ以下のパルス幅は非常に短いパルス幅であることから専用の駆動回路が必要となる。また、ＬＤに高周波重畳を掛けるためには、ＬＤのインピーダンス整合をとる必要があるため、専用駆動回路はＬＤの素子特性に応じたカスタム設計となり、コストが非常に高額となる。更には、高周波重畳のみでスペクトル幅の拡大を実現する場合、半値全幅を１．５ｎｍより拡大するには、１５ｎｓより短いパルス幅での駆動が必要となるが、高電流での駆動と短パルスでの駆動を両立できる駆動回路は、技術的な難易度が高く、実現性の面で大きな障害となっている。
そこで本発明者らは、ピーク値をずらした複数波長のレーザ光を照射することで、波長の半値全幅を拡大したと同等の効果を得ることができ、実質的に半値全幅を拡大することが実現できることに着目した。
このように、本実施の形態の半導体レーザ装置は、たとえ半値全幅の小さなレーザ光であっても、ピーク波長の異なる複数のレーザ光を放射する構成を採用しているため、高周波重畳を掛けるための専用の駆動回路を用いなくても、スペクトル幅を広帯域化することができる。すなわち、本実施の形態の半導体レーザ装置の構成は、半値全幅を拡大したと同等の効果を得ることができる。これにより、システム全体の構成を簡素化することができる。また、拡張現実／仮想現実（ＡＲ／ＶＲ）用のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）では、人間の頭部に身に着けるため、小型化、軽量化は非常に重要な要素であり、システム全体の構成の簡素化は大きな利点である。更には、ピーク波長を変えてスペクトル幅を広帯域化する方が、よりフリンジ低減の効果が得られ、画質改善が実現できる。
また、本実施の形態１では、複数のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク値の間隔は（Δλ１２、Δλ２３、Δλ３４）、それぞれ１．５ｎｍで設定されているが、１．５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲で適宜選択可能である。
前述のように、本発明者らの検討の結果、ピーク値の間隔が少なくとも１．５ｎｍで設定されていれば、フリンジ低減の効果が得られ、画質の向上が可能であることを見出した。すなわち、ピーク値の差の下限値は、１．５ｎｍであることが好ましい。
また、それぞれのレーザ光の波長を異ならせて、レーザ光間での波長差を３ｎｍ以上確保すると、レーザ光の干渉を更に抑制することができる。これにより、導波路内でのフリンジ発生を大きく抑制することができ、人間の目で視認できるレベルにおいては、画像へのフリンジの影響をなくすることができる。なお、赤色領域よりも長い波長の赤外ＬＤでは、視感度が低く、人間の目では視認できないため、そもそも波長に起因したフリンジによる画質低下の問題は生じない。
また、ピーク値の間隔の最大値は、３０ｎｍであることが好ましい。この理由は、赤色光の視認性に起因するものである。すなわち、３０ｎｍよりも波長差が大きくなると、視感度が悪くなることに起因する。同じ光出力の光を見た場合でも、人間の目の視感度は５５５ｎｍをピークに波長が離れるにつれて低下し、見た目の明るさは光出力のみならず波長にも依存する。
なお、波長が６００ｎｍ～７００ｎｍの赤色ＬＤの場合、波長が長波長化するほど視感度は低下するため、同じ光出力の場合はより暗く見える。例えば、６４０ｎｍ波長と、これより３０ｎｍ長い６７０ｎｍ波長とを比較した場合、６７０ｎｍ波長における視感度は、６４０ｎｍにおける視感度の１／５程度まで低下する。
一方、赤色ＬＤの場合、波長が短いほど活性層のバンドギャップとクラッド層のバンドギャップとの差であるバンドギャップのヘテロ障壁の高さが確保できなくなるため、光出力が得られなくなる。特に高温ほどその差は顕著となり、高出力化のためには長波長が有利である。長波長化すると視感度は低下するが、高い光出力を出すことができるため、視感度の低下を補うことができる。一般的に、レーザの温度特性を示す特性温度で見た場合、６７０ｎｍ波長は、６４０ｎｍ波長に対して５倍程度、特性温度が優れている。よって、６７０ｎｍ波長は、高温での光出力確保の観点から、６４０ｎｍ波長に対して、５倍以上優位であり、また５倍の光出力を出すことができる。
このように、波長差が３０ｎｍ以下であれば、長波長化による視感度の低下は光出力の増加で補うことができるので、６７０ｎｍ波長であっても６４０ｎｍ波長と同等の視認性を得ることができる。このため、波長差が３０ｎｍ以下であれば、同一の画像内の各画素では同一のコントラストの画像を得ることができ、画質の低下を抑えることができる。
なお、複数波長のレーザ光を組み合わせることで、短波長側のレーザ光は視感度を確保でき、長波長側のレーザ光が高温動作を確保できる。このため、短波長と長波長を組み合わせることで赤色ＬＤの特有の課題であった明るさと高温動作との両立が実現できる。
（半導体レーザ装置の製造方法）
次に、他の実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１の製造方法の一例について説明する。図３～図７は、半導体レーザ装置ＬＤ０１の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。
実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１の製造方法は、主として、（１）ＧａＡｓ基板１の上にｎ型クラッド層２を形成する工程と、（２）マスクＭＫを形成する工程と、（３）発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４を選択成長法にて形成する工程、（４）ｐ型クラッド層３およびキャップ層５を形成する工程（マスクＭＫの除去工程を含む）、（５）リッジおよび電極を形成して個片化する工程、とを含む。
（１）ＧａＡｓ基板１の上にｎ型クラッド層２を形成する工程
まず、図３Ａに示されるように、ＧａＡｓ基板１の上に厚さ約２μｍのｎ型クラッド層２をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長する。ｎ型クラッド層２の組成は（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であり、ここではｘ＝１、ｙ＝０．５とした。本実施の形態では、ＧａＡｓ基板１との格子整合を考慮し、Ｉｎ組成ｙは０．５に調整している。また、ＡｌとＧａの組成比（ｘ：１－ｘ）は、ｘの方が大きいことが好ましく、（ｘ：１－ｘ）＝１：０でも良い。
（２）マスクＭＫを形成する工程
次に、図３Ｂに示すように、ｎ型クラッド層２を形成した後、ｎ型クラッド層２の表面にマスクＭＫとして機能する酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜ＭＫ０をＣＶＤ法にて形成する。このＳｉＯ２膜ＭＫ０は結晶成長を阻害する膜であり、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を用いても良い。
ＳｉＯ２膜を形成後、図４に示されるように、リソグラフィー法を用いてＳｉＯ２膜に複数のストライプ状の開口部（本実施の形態では４つの開口部）を形成する。４つの開口部の幅は（図１Ａの中で示されるｘ方向（水平方向）の大きさに相当する）それぞれ異なり、図４の左側の幅ＥＷ０１が最も広く、最も右側の幅ＥＷ０４が最も狭くなるように形成する。すなわち、幅は、ＥＷ０４＜ＥＷ０３＜ＥＷ０２＜ＥＷ０１、の関係となるように（図２Ａ参照）、マスクＭＫ０１～ＭＫ０５を形成する。
（３）発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４を選択成長法にて形成する工程
次に、図５に示されるように、マスクＭＫの開口部の領域に、発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４を形成する。この発光層ＥＬは、図２Ｂで示したように、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ、量子井戸層ＱＷ、バリア層ＢＬおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬから成る。これらの層の形成には選択成長と呼ばれる方法にて実施する。選択成長法は、マスクＭＫの上面には結晶が成膜されないことを利用して、マスクＭＫの開口部の領域のみに所望の膜を形成するものである。
選択成長法にて成長する結晶は（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であり、使用される原料ガスは、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）などである。
選択成長法により、マスクＭＫの開口部の領域に、図２Ｂで示すように、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ、量子井戸層ＱＷ、バリア層ＢＬ、量子井戸層ＱＷおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬの順で成膜をする。一例として、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬは、（ＡｌｘＧａ1－ｘ）１－ｙＩｎｙＰから成り、組成比ｘ＝０．７、ｙ＝０．５で、共に膜厚は５０ｎｍ～６０ｎｍである。量子井戸層ＱＷは、ＧａＩｎＰから成り、膜厚は、５ｎｍ～６ｎｍである。バリア層ＢＬは、（ＡｌｘＧａ1－ｘ）１－ｙＩｎｙＰから成り、組成比ｘ＝０．７、ｙ＝０．５で、共に膜厚は５ｎｍ～６ｎｍである。マスクＭＫの開口部が最も広い領域（ＥＷ０１）には発光層ＥＬ０１が形成され、マスクＭＫの開口部が最も狭い領域（ＥＷ０４）には発光層ＥＬ０４が形成される。なお、選択成長法により発光層ＥＬを形成する際、発光層ＥＬには傾斜面１１が形成される。すなわち、発光層ＥＬは、前記リッジの長手方向（図１Ａおよび図９Ａのｙ方向に相当）において延びる側面を有し、この側面が発光層ＥＬの厚みが増すにしたがい内側に傾斜している。
この発光層ＥＬを形成する工程では、（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰを選択成長法により形成するが、元素の組成割合を示すｘとｙの値は次のように設定している。
ガイド層ＧＬはＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層や閉じ込め層と呼ばれることもあり、クラッド層２（３）よりも屈折率が高く、量子井戸層ＱＷよりも屈折率が低いことが好ましい。そのため、クラッド層２（３）に比べてＡｌ組成比ｘが小さくなるように原料の供給比を調整する。例えば、Ａｌ組成比ｘはクラッド層２（３）がもっとも高く、ガイド層ＧＬまたはバリア層ＢＬ、量子井戸層ＱＷの順に低くなるように原料ガスの供給量を調整する。
本実施の形態では、ガイド層ＧＬ及びバリア層ＢＬの組成はｘ＝０．７、ｙ＝０．５とした。また、量子井戸層ＱＷの成長においては原料ガスのＴＭＡの供給を行わず、量子井戸層ＱＷはＡｌを含有しない（即ち、ｘ＝０）ＧａＩｎＰとしている。量子井戸層ＱＷの厚さは５ｎｍ～６ｎｍの範囲で形成されている。
選択成長法にて形成される発光層ＥＬは、光導波路におけるコア層として機能する。発光層ＥＬの厚さは波長や各層の屈折率にも依存するが、赤色レーザでは約５０ｎｍ～約５００ｎｍの範囲から選ばれ、本実施の形態では合計約１００ｎｍの厚さとしている。
また、選択成長法にて形成される発光層ＥＬの厚さＥＨは、それぞれの発光層ＥＬにおいて異なっている。すなわち、マスクＭＫの開口部の大きさにより、選択成長される発光層ＥＬの厚さに違いが生じ、発光層ＥＬの幅ＥＷが狭いほど発光層ＥＬの厚さＥＨが厚くなっている。具体的には、図５の左側から厚さＥＨは、ＥＨ０１＜ＥＨ０２＜ＥＨ０３＜ＥＨ０４、の関係になっている。
上述したように、マスクＭＫの異なる開口領域に、選択成長法により発光層ＥＬを堆積すると、発光層ＥＬの膜厚が異なる。このメカニズムについては明らかではないが、次の（ｉ）～（ｉｖ）であると想定することができる。
（ｉ）選択成長法ではマスクＭＫの表面では膜成長が生じないため、マスクＭＫの表面に供給された原料ガスは、マスクＭＫの表面上を移動して（ｍｉｇｒａｔｅ）、マスクＭＫの開口部の領域に移動する。（ｉｉ）マスクＭＫの表面積が大きいほど、移動する原料ガスの量が多くなる。（ｉｉｉ）表面積が大きなマスクＭＫに隣接するマスクＭＫの開口部の領域には、より多くの量の原料ガスが開口部に移動し、開口部における原料ガスの濃度が高くなる。また、マスクＭＫの開口部が小さければ原料ガスの濃度もより高くなる。（ｉｖ）結果として、マスクＭＫの開口部が最も狭い領域に形成される発光層、図５ではＥＬ０４により多くの原料が供給されることになる。
（４）ｐ型クラッド層３およびキャップ層５を形成する工程（マスクＭＫの除去工程を含む）
次に、図６に示されるように、マスクＭＫを除去する。そして、図７Ａに示されるように、厚さ約２μｍのｐ型クラッド層３をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長し、続けて０．５μｍのキャップ層５を形成する。なお、ｐ型クラッド層３の形成の途中には、エッチストップ層６を形成する工程を含んでいる。エッチストップ層６は、次の工程（５）でｐ型クラッド層３をエッチングしてリッジ４を形成する際のエッチング停止層として機能するものである。各層の一例としては、ｐ型クラッド層３は、ＡｌＩｎＰから成り、その膜厚は２μｍである。また、エッチストップ層６は、ＧａＩｎＰから成り、その膜厚は２ｎｍである。
（５）リッジおよび電極を形成して個片化する工程
次に、図７Ｂに示すように、ｐ型クラッド層３を所定形状にエッチング加工して、発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４のそれぞれに対してリッジ４を形成する。尚、図７Ｂにおいて、クラッド層２の上面からリッジ４の上端（ｐ側電極７Ｐ側端部）までの厚みを誇張して記載しているが、エッチングにより形成されるリッジ４の高さ（厚み方向の距離）は、例えば１μｍ程度である。そして、図示しないＳｉＯ２等のパッシベーション酸化膜を成膜し、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いてリッジ上部に酸化膜の開口部を設け、その上にｐ側電極７Ｐを形成する。図７Ｃが、電極まで形成した半導体レーザＬＤ０１を示す概略断面図であり、この形状が図２Ａに斜視図として示した半導体レーザＬＤ０１に相当している。その後、ＧａＡｓ基板を劈開し、劈開面に端面コーティングなどを形成することで、図２Ａに示すような複数の異なる成る波長のレーザ光を出射する半導体レーザ装置ＬＤ０１が形成される。
このように、本実施の形態１においては、選択成長法により堆積する層は、工程（３）で形成される比較的に薄い発光層ＥＬである。一方で、工程（１）および工程（４）で形成される厚いｎ型クラッド層２やｐ型クラッド層３は、選択成長法を用いることなく形成される。
ここで、最も厚い発光層ＥＬ０４は、最も薄い発光層ＥＬ０１での厚さの約１．２～１．３倍である。これは、２０～３０ｎｍ程度の厚さの違いを意味することになり、ＧａＡｓ基板１をも含めたトータル厚さ（数μｍ（数１０００ｎｍ））と比較しても、僅かな厚さである。例えば、ｎ型クラッド層２の下面からキャップ層５の上面までの厚さＴＨが４～５μｍ（４０００～５０００ｎｍ）である場合、最も厚い発光層ＥＬ０４と最も薄い発光層ＥＬ０１との厚みの違い（２０～３０ｎｍ）は、厚さＴＨの１％にも満たないことになる。このように、発光層ＥＬのみを選択成長法により形成することで、それぞれの発光部ＥＭの高さの違いを抑制することができる。
このように、同一面上に形成された発光層ＥＬ０１、ＥＬ０２、ＥＬ０３、ＥＬ０４の厚さに応じて、レーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長の値を異ならせることができる。また、半導体レーザ装置の製造過程で、選択成長法にて形成されるのは発光層ＥＬのみであるため（ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層は選択成長法では形成しない）、チップ全体の高さに占める段差が低減される。このように、結晶成長を３回（ｎ型クラッド層、発光層ＥＬ、ｐ型クラッド層）に分けて実施することで、ｎ型／ｐ型クラッド層（約４μｍ）には膜厚の差が生じず、相対的に薄く形成される発光層（約１００ｎｍ）における膜厚のみに差が生じることになる。よって、発光部ＥＭから放射されるそれぞれのビーム位置の高さの差が抑制される。更には、ジャンクションダウン（Ｊ－ｄｏｗｎ）実装の時の半田の濡れ性を均一にでき、また、チップが傾斜するのを防ぐことができ、不具合を生じることはない。
（効果）
４つの発光部ＥＭ０１、ＥＭ０２、ＥＭ０３、ＥＭ０４から光スペクトルにおけるピーク波長が所定の範囲で異なるレーザ光を放射することができる。これにより、レーザ光の干渉による画質低下が抑制でき、広色域、高解像度、広視野角などの視感度や画質の更なる向上が可能となる。すなわち、実施の形態１では、視感度や画質の向上に寄与する半導体レーザ装置を提供することができる。
（変形例１）
実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１の製造方法の変形例１について説明する。図８Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法の変形例１に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。
実施の形態１の変形例１では、図８Ａに示されるように、工程（１）の直後、および、工程（３）の直後において、バッファ層ＢＡＬ（または再成長界面層とも言う）を形成している。すなわち、バッファ層ＢＡＬ（厚さ３ｎｍ）は、ｎ型クラッド層２の表面と、発光層ＥＬの表面に形成されている。
前述したように、赤色領域のレーザ装置は、Ａｌを含む（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰの結晶層から構成され、Ａｌは非常に酸化し易い。よって、バッファ層ＢＡＬは、工程間における結晶成長界面の酸化を抑制するための酸化防止層として形成される。Ａｌの酸化が生じるとキャリアの非発光再結合の割合が増え、発光効率の低下などの性能低下が生じるため好ましくない。また、バッファ層ＢＡＬは、Ａｌを含まない、または、Ａｌ混晶比が少ない材料から選択され、例えば、ＧａＩｎＰまたはＧａＡｓが選択される。なお、バッファ層ＢＡＬとしてＧａＡｓを選択した場合は、バッファ層ＢＡＬを形成した後に引き続く工程の直前でエッチング除去しても良い。これは、ＧａＡｓは光を吸収してしまうため、工程間においてのＡｌ酸化を抑制すれば、完成品においては存在していなくても良いからである。
（変形例２）
実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１の製造方法の変形例２について説明する。図８Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法の変形例２に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。
実施の形態１の変形例２では、図８Ｂに示されるように、実施の形態１の工程（１）と工程（４）の途中で、バッファ層ＢＡＬを形成している。すなわち、ｎ型クラッド層２の形成途中でバッファ層ＢＡＬを形成し、その上にマスクＭＫを形成した後に、残りのｎ型クラッド層２、発光層ＥＬ、ｐ型クラッド層３の一部、バッファ層ＢＡＬを一貫して選択成長する。そして、マスクＭＫの除去工程の後に、残りのｐ型クラッド層３、キャップ層５を一貫して結晶成長する。なお、ｐ型クラッド層３中にエッチストップ層６を含んでも良い。これらの工程を経ることで、バッファ層ＢＡＬは、ｎ型クラッド層２の内部と、ｐ型クラッド層３の内部において、発光層ＥＬの界面から所定の距離をおいて形成されている。このように、発光層ＥＬの界面から所定の距離を持ってバッファ層ＢＡＬを設けることで、光の吸収を低減させること、および、屈折率の分布を調整することができる。
なお、上述した変形例１、２は、以下に示す他の実施の形態２においても適用可能である。
［他の実施の形態２］
他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１では、赤色領域におけるレーザ光（波長λ＝６００ｎｍ～７００ｎｍ）を放射する３つの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３が形成されている。発光部ＥＭから放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲である。
また、それぞれの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３の幅（ＥＷ１１、ＥＷ１２、ＥＷ１３）の大きさが異なっている。また、それぞれの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３からは異なる波長のレーザ光が放射される。また、それぞれの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３における発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３の結晶層の厚さＥＨが異なることに加え、それぞれの発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３の結晶層の組成比も異なっている。
実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１は、それぞれの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３の結晶層の組成比を異ならせたことを除き、実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１と同じ構成である。よって、特に言及しない限り、以下では、実施の形態１と異なる点について主に説明し、同じ説明の繰り返しは省略する。なお、実施の形態２においては、実施の形態１の左右の構成が反対になっており、実施の形態１で示された構成の内、発光部の数、およびエッチストップ膜６は、説明の都合上、省略されている。
詳細は後述するが、赤色領域のレーザ光では、半導体レーザ装置の結晶層においてＡｌ（アルミニウム）とＩｎ（インジウム）が添加されている。実施の形態２に係る半導体レーザ装置では、結晶層を構成する組成の内、取り分け、Ｉｎ（インジウム）の組成比をも変えることにより、異なる波長の複数のレーザ光を一つのチップから放射することを可能としているものである。
（半導体レーザ装置の構成）
図９Ａは、他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１の構成の一例を示す要部斜視図である。図９Ｂは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置における発光層ＥＬ１１～ＥＬ１３の構成の一例を示す要部断面図である。
図９Ａに示されるように、半導体レーザ装置ＬＤ１は、ＧａＡｓ基板１の上に、ｎ型クラッド層２、発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３およびｐ型クラッド層３が形成されている。また、半導体レーザ装置ＬＤ１には、３つの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３が形成され、それぞれの発光部ＥＭにおける発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３の幅は（図１Ａの中で示されるｘ方向（水平方向）の大きさに相当する）異なっている。すなわち、幅は、ＥＷ１３＜ＥＷ１２＜ＥＷ１１、の関係になっている。また、発光層ＥＬの厚さＥＨも実施の形態１と同じく、それぞれで異なっているが、実施の形態２では特に言及しない限り、厚さに関する説明を省略する。なお、厚さＥＨは、ＥＨ１１＜ＥＨ１２＜ＥＨ１３、の関係になっている。更には、発光層ＥＬの上端のエッジ部には、実施の形態１と同じく、傾斜面１１が形成されているが、実施の形態２では省略して説明する。
また、それぞれの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３には、ｐ型クラッド層３の一部をエッチング除去して形成した電流狭窄構造（電流注入構造）および横方向（図１Ａのｘ方向）の光閉じ込めのための構造としてのリッジ４が形成されている。なお、ＧａＡｓ基板１の裏面とリッジ４の上面には、ｎ側電極７Ｎとｐ側電極７Ｐが形成されている。
ｎ側電極７Ｎとｐ側電極７Ｐに電流を印加することで、３つの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３に形成される発光領域ＥＲ１１、ＥＲ１２、ＥＲ１３から、赤色領域におけるレーザ光（波長：６００ｎｍ～７００ｎｍ）が放射される。放射される波長λは、発光部ＥＭ１３＞発光部ＥＭ１２＞発光部ＥＭ１１、の関係となっている。一例として、発光領域ＥＲ１１からは６５４ｎｍ、ＥＲ１２からは６５８ｎｍ、ＥＲ１３からは６６２ｎｍの波長のレーザ光がそれぞれ放射される。
なお、上述の例では、それぞれの波長は４ｎｍ毎の差異で設定されているが、これらの波長の差異は、１．５ｎｍ～３０ｎｍの間で適宜選択することができ。例えば、波長の差を１．５ｎｍとした場合は、発光領域ＥＲ１１からは６２０ｎｍ、ＥＲ１２からは６２１．５ｎｍ、ＥＲ１３からは６２３ｎｍの波長のレーザ光がそれぞれ放射される。また、波長の差を３０ｎｍとした場合は、発光領域ＥＲ１１からは６３０ｎｍ、ＥＲ１２からは６６０ｎｍ、ＥＲ１３からは６９０ｎｍの波長のレーザ光がそれぞれ放射される。
また、発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３の結晶層は（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の結晶層から構成され、それぞれの発光層ＥＬにおける結晶層のＩｎ組成比（ｙ）が異なっている。一例として、発光層ＥＬ１１のＩｎ組成比（ｙ）は０．５１、発光層ＥＬ１２のＩｎ組成比（ｙ）は０．５５、発光層ＥＬ１３のＩｎ組成比（ｙ）は０．５９である。このＩｎ組成比（ｙ）は、詳細は後述するが、０．３５～０．６５の範囲から選択することが好ましい。また、後述するように発光層ＥＬは複数の層から構成されており、 Ａｌ組成（ｘ）は量子井戸層ＱＷが最も小さくなる。なお、Ａｌ組成（ｘ）が約０．５よりも大きくなると間接遷移型となるため、量子井戸層ＱＷのＡｌ組成（ｘ）は０．５以下となる。
発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３の構成の一例を図９Ｂにより説明する。図９Ｂに示されるように、発光層ＥＬは、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ（数１０ｎｍ）、量子井戸層ＱＷ（数ｎｍ～数１０ｎｍ）、バリア層ＢＬ（数ｎｍ～数１０ｎｍ）および上部ｐ側ガイド層ｐＧＬ（数１０ｎｍ）から構成され、トータルで１００ｎｍ程度の厚さで形成されている。図９Ａに示される発光領域ＥＲ１１、ＥＲ１２、ＥＲ１３は、量子井戸層ＱＷの所望領域に相当する。図９Ｂにおいては、量子井戸層ＱＷは、量子井戸層ＱＷは、単一量子井戸層（ＳＱＷ）として示されているが、多重量子井戸層（ＭＱＷ）であっても良い。
なお、本実施の形態にて発光層ＥＬと表現する場合は、発光層ＥＬに上述の下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ、量子井戸層ＱＷ、バリア層ＢＬおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬを全て含むことを意味する他、量子井戸層ＱＷとバリア層ＢＬを含むことを意味する場合、または、ｐ型クラッド層３の一部をも含むことを意味する場合もある。
（半導体レーザ装置の製造方法）
次に、他の実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１の製造方法の一例について説明する。図１０～図１４は、半導体レーザ装置ＬＤ１の製造方法に含まれる工程の一例を示す模式図である。図１０Ａ～図１４Ａは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部断面図である。図１０Ｂ～図１４Ｂは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す要部斜視図である。
実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１の製造方法は、主として、（１）ＧａＡｓ基板１の上にｎ型クラッド層２を形成する工程と、（２）マスクＭＫを形成する工程と、（３）発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３を選択成長法にて形成する工程、（４）ｐ型クラッド層３およびキャップ層５を形成する工程（マスクＭＫの除去工程を含む）、（５）リッジおよび電極を形成して個片化する工程、とを含む。
（１）ＧａＡｓ基板１の上にｎ型クラッド層２を形成する工程
まず、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、ＧａＡｓ基板１の上に厚さ約２μｍのｎ型クラッド層２をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長する。ｎ型クラッド層２の組成は（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜１）であり、ここではｘ＝１、ｙ＝０．５とした。本実施の形態では、ＧａＡｓ基板１との格子整合を考慮し、Ｉｎ組成ｙは０．５に調整している。また、ＡｌとＧａの組成比（ｘ：１－ｘ）は、ｘの方が大きいことが好ましく、（ｘ：１－ｘ）＝１：０でも良い。
（２）マスクＭＫを形成する工程
次に、図１０Ｃおよび図１０Ｄに示すように、ｎ型クラッド層２を形成した後、ｎ型クラッド層２の表面にマスクＭＫとして機能する酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜ＭＫ０をＣＶＤ法にて形成する。このＳｉＯ２膜ＭＫ０は結晶成長を阻害する膜であり、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を用いても良い。
ＳｉＯ２膜を形成後、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、リソグラフィー法を用いてＳｉＯ２膜に複数のストライプ状の開口部（本実施の形態では３つの開口部）を形成する。３つの開口部の幅は（図１Ａの中で示されるｘ方向（水平方向）の大きさに相当する）それぞれ異なり、図１１Ａおよび図１１Ｂの左側から順に広くなるように形成する。すなわち、幅は、ＥＷ１３＜ＥＷ１２＜ＥＷ１１、の関係となるように形成される。また、３つの開口部を形成するマスクＭＫのそれぞれの幅は（図１Ａの中で示されるｘ方向（水平方向）の大きさに相当する）、図１１Ａおよび図１１Ｂの左側から順に狭くなるように形成する。一例として、それぞれのマスク幅は、ＭＫ４：５０μｍ、ＭＫ３：３５μｍ、ＭＫ２：３０μｍ、ＭＫ１：１５μｍとした。
（３）発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３を選択成長法にて形成する工程
次に、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、マスクＭＫの開口部の領域に、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ、量子井戸層ＱＷ、バリア層ＢＬおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬからなる発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３を形成する。これらの層の形成には選択成長と呼ばれる方法にて実施する。選択成長法は、マスクＭＫの上面には結晶が成膜されないことを利用して、マスクＭＫの開口部の領域のみに所望の膜を形成するものである。
選択成長法にて成長する結晶は（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であり、使用される原料ガスは、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）などである。
選択成長法により、マスクＭＫの開口部の領域に、下部ｎ側ガイド層ｎＧＬ、量子井戸層ＱＷ、バリア層ＢＬおよび上部ｐ側ガイド層ｐＧＬの順で成膜をする。マスクＭＫの開口部が最も広い領域（ＥＷ１１）には発光層ＥＬ１１が形成され、マスクＭＫの開口部が最も狭い領域（ＥＷ１３）には発光層ＥＬ１３が形成される。また、中間の開口部の領域（ＥＷ１２）には発光層ＥＬ１２が形成される。
この発光層ＥＬを形成する工程では、（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰを選択成長法により形成するが、元素の組成割合を示すｘとｙの値は次のように設定している。
ガイド層ＧＬはＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層や閉じ込め層と呼ばれることもあり、クラッド層２（３）よりも屈折率が高く、量子井戸層ＱＷよりも屈折率が低いことが好ましい。そのため、クラッド層２（３）に比べてＡｌ組成比ｘが小さくなるように原料の供給比を調整する。例えば、Ａｌ組成比ｘはクラッド層２（３）がもっとも高く、ガイド層ＧＬまたはバリア層ＢＬ、量子井戸層ＱＷの順に低くなるように原料ガスの供給量を調整する。
本実施の形態では、ガイド層ＧＬ及びバリア層ＢＬの組成は（ＡｌｘＧａ1－ｘ）１－ｙＩｎｙＰから成り、組成比をｘ＝０．７、ｙ＝０．５とし、膜厚は、例えば５０ｎｍ～６０ｎｍとした。また、量子井戸層ＱＷの成長においては原料ガスのＴＭＡの供給を行わず、量子井戸層ＱＷはＡｌを含有しない（即ち、ｘ＝０）とし、層の組成はＧａＩｎＰとしている。量子井戸層ＱＷの厚さは５ｎｍ～６ｎｍの範囲で形成されている。
選択成長法にて形成される発光層ＥＬは、光導波路としてはコア層として機能する。発光層ＥＬの厚さは波長や各層の屈折率にも依存するが、赤色レーザでは約５０ｎｍ～約５００ｎｍの範囲から選ばれ、本実施の形態では合計約１００ｎｍの厚さとしている。
この発光層ＥＬを形成する工程では、選択成長による成長レートを通常のレートよりも高めて実施している。例えば、通常の成長レートが１～２μｍ／ｈの場合であれば、本実施の形態では原料ガスの供給量を増加させて１．２～１．８程度に成長レートを高めた。このように成長レートを高めることにより、発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３におけるＩｎ組成を制御することができた。具体的には、Ｉｎ組成は、マスクＭＫの開口部が最も狭い領域（ＥＷ１３）に形成される発光層ＥＬ１３では一番高く、次いで、発光層ＥＬ１２、発光層ＥＬ１１の順でＩｎ組成が低くなる。このように、マスクＭＫの開口幅が狭いストライプにおけるＩｎ組成が高くなる条件を用いている。
発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３のそれぞれでＩｎ組成が制御できるメカニズムについては明らかではないが、次の（ｉ）～（ｉｖ）であると想定することができる。
（ｉ）選択成長法ではマスクＭＫの表面では膜成長が生じないため、マスクＭＫの表面に供給された原料ガスは、マスクＭＫの表面上を移動して（ｍｉｇｒａｔｅ）、マスクＭＫの開口部の領域に移動する。（ｉｉ）マスクＭＫの表面積が大きいほど、移動する原料ガスの量が多くなる。（ｉｉｉ）表面積が大きなマスクＭＫに隣接するマスクＭＫの開口部の領域には、より多くの量の原料ガスが開口部に移動し、開口部における原料ガスの濃度が高くなる。また、マスクＭＫの開口部が小さければ原料ガスの濃度もより高くなる。（ｉｖ）結果として、マスクＭＫの開口部が最も狭い領域に形成される発光層ＥＬ１３により多くのＩｎが取り込まれることになる。このように、マスクＭＫの表面上での原料ガスの横方向拡散を促進させ、特に横方向拡散の影響を受けやすい原料（例えばＩｎを含むＴＭＩ）の組成が高くなるという現象を利用して、各開口部の組成比を調整している。
なお、発光層ＥＬの厚さは、発光層ＥＬ１１＜発光層ＥＬ１２＜発光層ＥＬ１３、の関係になっている。
（４）ｐ型クラッド層３およびキャップ層５を形成する工程（マスクＭＫの除去工程を含む）
次に、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、マスクＭＫを除去する。そして、図１４Ａおよび図１４Ｂに示されるように、厚さ約２μｍのｐ型クラッド層３をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長し、続けて０．５μｍのキャップ層を形成する。
（５）リッジおよび電極を形成して個片化する工程
次に、図１４Ｃおよび図１４Ｄに示すように、ｐ型クラッド層３を所定形状にエッチング加工して、発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３のそれぞれに対してリッジ４を形成する。尚、図１４Ｃにおいて、クラッド層２の上面からリッジ４の上端（図９Ａに示すｐ側電極７Ｐ側端部）までの厚みを誇張して記載しているが、エッチングにより形成されるリッジ４の高さ（厚み方向の距離）は、例えば１μｍ程度である。そして、図示しないＳｉＯ２等のパッシベーション酸化膜を成膜し、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いてリッジ上部に酸化膜の開口部を設け、その上にｐ側電極７Ｐを形成する。その後、ＧａＡｓ基板を劈開し、劈開面に端面コーティングなどを形成することで、図９Ａに示すような半導体レーザ装置ＬＤ１が形成される。
（発振波長と組成比（Ｉｎ組成比）との関係）
次に、図１５～図１７を用いて、発振波長と組成比（Ｉｎ組成比）との関係について説明する。図１５と図１６は、選択成長法によって形成された量子井戸層ＱＷにおけるＩｎ組成比と発振波長との関係を示している図である。図１７は、量子井戸層ＱＷのＩｎ組成比に対するＧａ１－ｙＩｎｙＰの歪量を示す図である。
なお、図１５と図１６は、発振波長と組成比（Ｉｎ組成比）との原理的な関係を示すため、量子井戸層ＱＷの膜厚が発振波長に影響しないよう、量子井戸層ＱＷの膜厚を厚く（例えば、２０ｎｍ以上の厚さ）形成することにより得られたデータである（実施の形態２の量子井戸層ＱＷは５ｎｍ～６ｎｍ）。よって、図１５と図１６は、実施の形態２の半導体レーザ装置ＬＤ１における構造（寸法等）と完全に一致するものではない。
図１５には、異なる幅（図１１Ａおよび図１１ＢにおけるマスクＭＫの開口幅ＥＷに相当）の発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３に対して、工程（３）における選択成長の条件を、横方向拡散を大きくした場合と（図中の◆のプロット）、横方向拡散を小さくした場合（図中の■のプロット）の結果が示されている。図１６には、図１５の具体的な数値結果が示されている。図１５に示されるように、横方向拡散を小さくした場合には（図中の■のプロット）、発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３における発振波長の変化は殆ど見られない。一方、横方向拡散を大きくした場合には（図中の◆のプロット）、発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３のそれぞれで発振波長が変化していることが理解できる。図１６に具体的に示されるように、発光部ＥＭ１１における量子井戸層ＱＷ（Ｇａ１－ｙＩｎｙＰ）のＩｎ組成比ｙは０．５１で、発振波長は６５４ｎｍである。発光部ＥＭ１２における量子井戸層ＱＷ（Ｇａ１－ｙＩｎｙＰ）のＩｎ組成比ｙは０．５５で、発振波長は６５８ｎｍである。また、発光部ＥＭ１３における量子井戸層ＱＷ（Ｇａ１－ｙＩｎｙＰ）のＩｎ組成比ｙは０．５９で、発振波長は６６２ｎｍである。このように、量子井戸層ＱＷ（Ｇａ１－ｙＩｎｙＰ）のＩｎ組成比ｙを変化させることで、発振波長を制御することができる。なお、上述のＩｎ組成比は、リッジ４の下方位置の活性層ＥＬにおける値を示している。
図１７は、量子井戸層ＱＷのＩｎ組成比に対するＧａ１－ｙＩｎｙＰの歪量を示す図である。図１７に示されるように、Ｉｎ組成比を０．５（歪量０％）から変化させることで、歪量も変化している。図１５および図１６に示されるように、Ｉｎ組成比によって発振波長を調整できるが、歪量が大きくなると活性層の品質が劣化し、発光効率が低下してしまう。したがって、Ｇａ１－ｙＩｎｙＰの膜厚にも依存するが、膜厚１０ｎｍ程度の量子井戸層ＱＷの歪量は、－２．０％～＋２．５％の範囲が好ましく、その場合におけるＩｎ組成比は０．３５～０．６５となる。すなわち、発光層ＥＬにおける量子井戸層ＱＷのＩｎ組成比は０．３５～０．６５の範囲から選択することが好ましい。なお、量子井戸層ＱＷのＩｎ組成比が０．３５の場合の発振波長は６２０ｎｍで、Ｉｎ組成比が０．６５の場合の発振波長は６９０ｎｍとなる。このように、Ｉｎ組成比を変更することで、発振波長を少なくとも６２０ｎｍから６９０ｎｍの範囲で制御することが可能となる。
次に、本発明者らが、実施の形態２において、発光層の膜厚を変化させることに加え、発光層ＥＬの結晶の組成比をも変えることで発振波長を変化（制御）させるに至った経緯を説明する。
本発明者らは、波長を変化させる方法として、発光層の膜厚を変化させること、および、発光層の組成を変化させること、があると認識していた。また、本発明者らの検討によれば、波長が短いほど、発光層の膜厚に対する波長の変化量が小さいといことが見出された。例えば、赤色領域の波長帯の場合、量子井戸層ＱＷは５ｎｍ付近の厚さであり、膜厚の調整では波長の変化量（調整範囲）に限界があり、膜厚の調整のみでは十分な波長差を確保できない可能性があるとの結論に至った。
そこで、本発明者らは、発光層の膜厚を変化させることに加え、発光層の組成差を利用することで、エネルギーバンドギャップを変化させて、波長の制御を行うことに着目した。
ここで、赤色波長帯の（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ活性層に対しては、少なくともＡｌとＩｎから構成される（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ混晶のクラッド層が必要である。エネルギーバンドギャップを変化させるため、Ａｌの組成比（導入量）を増加させると、次の（１）（２）で示すようなプロセス上での技術的困難さを生じる場合がある。（１）Ａｌは酸化しやすいため選択成長工程における界面処理が難しくなる。（２）Ａｌは選択成長時のマスク上にポリ（ｐｏｌｙ）堆積物を形成し易く、成長させる結晶の組成制御が難しくなる。そこで、本発明者らは、エネルギーバンドギャップを変えるため、取り分け、結晶中のＩｎ組成比を調整することで、波長変化量の制御性とプロセス上の有利さの両方に有効であることを見出した。すなわち、結晶層を構成する組成の内、Ｉｎ組成比を変えることにより、一つのチップから異なる波長の複数のレーザ光を容易に放射することが更に可能となる。
（効果）
実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１も、実施の形態１に係る半導体レーザ装置ＬＤ０１と同様の効果を奏する。なお、実施の形態２に係る半導体レーザ装置ＬＤ１においては、発光層ＥＬ１１、ＥＬ１２、ＥＬ１３の幅に応じて、それぞれの組成比が異なる発光層ＥＬを形成することで、３つの発光部ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３から放射される波長を変えることができる。これにより、レーザ光の干渉による画質低下が抑制でき、広色域、高解像度、広視野角などの視感度や画質の更なる向上も可能となる。
［他の実施の形態３］
次に、他の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を、光学機器装置であるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ－ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＡＲグラス等のディスプレイ装置に適用した形態を説明する。実施の形態３に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ装置に印加する電流に高周波を更に重畳することを除き、他の実施の形態１，２に係る半導体レーザ装置と同じ構成である。よって、特に言及しない限り、以下では、実施の形態１，２と異なる点について主に説明し、同じ説明の繰り返しは省略する。
図１８は、他の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を用いた光学機器装置のシステム概略図である。図１９は、実施の形態３に係る半導体レーザ装置におけるレーザ光の光スペクトル分布を示す概略図である。
図１８に示される光学機器装置は、ＲＧＢ（赤色・緑色・青色）の３色のレーザ光を放射する、赤色・緑色・青色のＬＤ（ＬＤＲ、ＬＤＧ、ＬＤＢ）から構成されるＬＤモジュール（ＬＤＭ）を備えている。ＬＤモジュール（ＬＤＭ）には、ＬＤ駆動回路（ＤＲＣ）が接続されている。ＬＤ駆動回路（ＤＲＣ）は、赤色ＬＤ（ＬＤＲ）、緑色ＬＤ（ＬＤＧ）および青色ＬＤ（ＬＤＢ）に電流を印加して駆動を制御する、赤色・緑色・青色用のＬＤ駆動回路（ＤＲＣＲ、ＣＲＣＧ、ＤＥＣＢ）を備えている。ＬＤ駆動回路（ＤＲＣ）には、高周波重畳回路（ＨＦＣ）が接続されている。高周波重畳回路（ＨＦＣ）は、赤色・緑色・青色用のＬＤ駆動回路（ＤＲＣＲ、ＣＲＣＧ、ＤＥＣＢ）に高周波を重畳する、赤色・緑色・青色用の高周波重畳回路（ＨＥＣＲ、ＨＦＣＧ、ＨＦＣＢ）を備えている。また、ＬＤモジュール（ＬＤＭ）から放射された赤色・緑色・青色のレーザ光は、コリメートレンズＣＬを通って、画像表示用の空間変調素子であるＭＥＭＳに入力する。ＭＥＭＳから出力されたＲＧＢ（赤色・緑色・青色）の３色のレーザ光（ＲＧＢ－Ｌ）は、入射側グレーティングＩＧから導波路ＷＧに入射する。その後、導波路ＷＧ内を通って、出射側グレーティングＯＧから出射したレーザ光は、網膜等に投影部ＰＲに投影される。
図１９は、ＲＧＢ（赤色・緑色・青色）の３色のレーザ光の内、赤色ＬＤ（ＬＤＲ）におけるレーザ光のスペクトル分布を示している。図１９に示されるように、赤色ＬＤ（ＬＤＲ）には、赤色用の高周波重畳回路（ＨＥＣＲ）によって駆動電流に高周波が重畳されているので、赤色ＬＤ（ＬＤＲ）から放射されるレーザ光の波長のスペクトルの半値全幅ＦＷＨＭが１．０ｎｍに拡大されている。赤色ＬＤ（ＬＤＲ）から放射されるレーザ光のそれぞれの波長は、例えば、λ３１：６４０ｎｍ、λ３２：６４３ｎｍ、λ３３：６４６ｎｍ、λ３４：６４９ｎｍ、である。すなわち、それぞれの波長λ３１～λ３４のピーク値（Ｐ３１～Ｐ３４）の間隔（Δλ３１２、Δλ３２３、Δλ３３４）は、３ｎｍに設定されている。
このように、高周波重畳をかけた場合、レーザ光のスペクトルの半値全幅ＦＷＨＭを拡大することができる。このため、高周波重畳をかけない場合のスペクトルの半値全幅ＦＷＨＭが狭い場合と比較し、全体のスペクトルの分布をより均等化することができる。スペクトル分布を均等化することで、同一画像内の波長差に起因した色味の違い（色温度の違い）を生じにくくすることができ、画質の向上を図ることができる。
なお、レーザ光の波長を変えずに、高周波重畳のみでスペクトル幅の拡大を実現する場合、１．５ｎｍより拡大するためには、１５ｎｓより短パルスでの駆動が必要となる。更には、高電流での駆動を行いつつ、短パルス駆動を両立することができる駆動回路は、技術的な難易度が高く、実現が難しくなる。よって、その場合は、スペクトル分布は１．５ｎｍ程度にとどまる。しかしながら、本実施の形態３のように、高周波重畳に加えて、複数のレーザ光の波長を変えて広帯域化することで、フリンジ低減の効果が図れ、より明確な画質改善が実現できる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更され得る。たとえば、上記実施の形態では、赤色領域の半導体レーザ装置に関して説明したが、赤色以外の可視光領域であれば、他の色領域の半導体レーザ装置においても適用することが可能である。また、上記実施の形態では、ピーク波長を変える方法として発光層の幅、厚さ、または組成比を制御したが、回折格子を用いてレーザ光のピーク波長を変えても良い。また、上記実施の形態では、ＧａＡｓ（基板）／ＡｌＧａＩｎＰ（結晶層）の半導体レーザ装置について説明したが、ＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓＰの半導体レーザ装置においても適用することが可能である。
また、上記実施の形態では、一つの半導体レーザ装置から波長の異なる３つまたは４つのレーザ光を出射する場合について説明したが、出射するレーザ光は５つ以上であってもよい。
また、特定の数値例について記載した場合であっても、理論的に明らかにその数値に限定される場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値であってもよい。また、成分については、「Ａを主要な成分として含むＢ」などの意味であり、他の成分を含む態様を排除するものではない。
また、上記実施の形態では、以下の形態を含む。
（付記１）
基板と、
前記基板の主面に積層される、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層と、
前記第１クラッド層と前記第２クラッド層とに挟まれるように形成され、前記基板主面に平行な第１の面上において形成される、発光層と、を有し、
前記発光層は、レーザ光を放射する複数の発光部を有し、
前記複数の発光領域から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上である、
半導体レーザ装置。
（付記２）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、前記発光層は、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の範囲の波長の赤色領域のレーザ光を放射する。
（付記３）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、前記発光部は３つ以上である。
（付記４）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の発光部から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、３ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲である。
（付記５）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の発光部から放射されるレーザ光の内、最も長い波長を放射するレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、最も短い波長を放射するレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲である。
（付記６）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の発光部は、隣接する発光部との間の距離が５μｍ以上、１００μｍ以下の範囲で形成されている。
（付記７）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザ装置はファブリペロー型（Ｆｅｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ）のレーザダイオードであり、前記複数の発光部から放射されるそれぞれのレーザ光のビームのスペクトル線幅は、０．０１ｎｍ以上、１ｎｍ以下、である。
（付記８）
付記１に記載の半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザ装置は分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）または分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）のレーザダイオードであり、前記複数の発光部から放射されるそれぞれのレーザ光のビームのスペクトル線幅は、０．０００１ｎｍ以上、０．０１ｎｍ以下である。
（付記９）
基板の主面上に形成され、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の範囲の波長のレーザ光を放射する、複数の発光部を有し、
前記複数の発光部から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上であり、
前記発光部に高周波を重畳された電流を印加することにより、前記レーザ光のスペクトル幅が拡げられ、
前記発光部から放射された前記レーザ光が導波路を通して投影部に照射される、
半導体レーザ装置。
（付記１０）
半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置に電流を印加して前記半導体レーザ装置を駆動させる駆動回路と、
前記駆動回路に接続される高周波重畳回路と、
前記半導体レーザ装置から放射されたレーザ光を案内する導波路と、
前記導波路にて案内されたレーザ光を投影する投影部と、
を有し、
前記半導体レーザ装置は、
基板の主面上に形成され、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の範囲の波長のレーザ光を放射する、複数の発光部を有し、
前記複数の発光部から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上であり、
前記高周波重畳回路により前記電流に高周波を重畳させることで前記レーザ光のスペクトル幅を拡げる、
光学機器装置。
ＢＬ バリア層
ＢＡＬ バッファ層
ＥＭ 発光部
ＥＬ 発光層
ＥＲ 発光領域
ＥＷ 発光層の幅
ＥＨ 発光層の厚さ
ＬＤ 半導体レーザ装置
ＱＷ 量子井戸層
ＭＫ マスク
ｎＧＬ 下部ｎ側ガイド層
ｐＧＬ 上部ｐ側ガイド層
ＬＤＭ ＬＤモジュール
ＬＤＲ 赤色ＬＤ
ＬＤＢ 青色ＬＤ
ＬＤＧ 緑色ＬＤ
ＨＦＣ 高周波重畳回路
ＨＦＣＲ 赤色ＬＤ用の高周波重畳回路
ＨＦＣＢ 青色ＬＤ用の高周波重畳回路
ＨＦＣＧ 緑色ＬＤ用の高周波重畳回路
ＤＲＣ ＬＤ駆動回路
ＤＲＣＲ 赤色ＬＤ用の駆動回路
ＤＲＣＢ 青色ＬＤ用の駆動回路
ＤＲＣＧ 緑色ＬＤ用の駆動回路
ＣＬ コリメートレンズ
ＩＧ 入射側グレーティング
ＯＧ 出射側グレーティング
ＷＧ 導波路
ＰＲ 投影部
１ ＧａＡｓ基板
２ ｎ型クラッド層
３ ｐ型クラッド層
４ リッジ
５ キャップ層
６ エッチストップ層
７Ｐ ｐ側電極
７Ｎ ｎ側電極
１１ 傾斜面

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板の主面に積層される、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層と、
    前記第１クラッド層と前記第２クラッド層とに挟まれるように形成され、前記基板主面に平行な第１の面上において形成される、発光層と、
    を有し、
    前記発光層は、赤色領域のレーザ光を放射する複数の発光領域を有し、
    前記複数の発光領域から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上である、
    半導体レーザ装置。
  2. 前記発光層は、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の範囲の波長のレーザ光を放射する、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記発光領域は３つ以上である、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記複数の発光領域から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、３ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲である、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記複数の発光領域から放射されるレーザ光の内、最も長い波長を放射するレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、最も短い波長を放射するレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲である、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記複数の発光領域は、隣接する発光領域との間の距離が５μｍ以上、１００μｍ以下の範囲で形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記複数の発光領域から放射されるそれぞれのレーザ光のビームのスペクトル線幅は、０．０１ｎｍ以上、１ｎｍ以下、である、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  8. 前記複数の発光領域から放射されるそれぞれのレーザ光のビームのスペクトル線幅は、０．０００１ｎｍ以上、０．０１ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  9. 基板の主面上に形成され、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の範囲の波長のレーザ光を放射する、複数の発光部を有し、
    前記複数の発光部から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上であり、
    前記発光部に高周波を重畳された電流を印加することにより、前記レーザ光のスペクトル幅が拡げられ、
    前記発光部から放射された前記レーザ光が導波路を通して投影部に照射される、
    半導体レーザ装置。
  10. 半導体レーザ装置と、
    前記半導体レーザ装置に電流を印加して前記半導体レーザ装置を駆動させる駆動回路と、
    前記駆動回路に接続される高周波重畳回路と、
    前記半導体レーザ装置から放射されたレーザ光を案内する導波路と、
    前記導波路にて案内されたレーザ光を投影する投影部と、
    を有し、
    前記半導体レーザ装置は、
    基板の主面上に形成され、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の範囲の波長のレーザ光を放射する、複数の発光部を有し、
    前記複数の発光部から放射されるレーザ光の内、少なくとも一つのレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長と、その他のレーザ光の光スペクトルにおけるピーク波長との差が、１．５ｎｍ以上であり、
    前記高周波重畳回路により前記電流に高周波を重畳させることで前記レーザ光のスペクトル幅を拡げる、
    光学機器装置。
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