加工头和激光加工装置的制作方法

1.本发明涉及加工头和激光加工装置。


背景技术：

2.已知有利用了光子晶体效应的光子晶体表面发射激光器(pcsel：photonic crystal surface emitting laser)。pcsel例如应用于对加工对象物照射激光的激光加工装置的加工头。
3.例如在专利文献1中记载了具备多个pcsel的激光器模块。pcsel具有基板和层叠于基板的光子晶体层。光子晶体层是通过对板坯(slab)层进行蚀刻而形成空孔来制作而成的。
4.专利文献1：日本特开2018-56148号公报


技术实现要素：

5.在上述那样的具备多个pcsel的加工头中，设置于基板的周边部的pcsel的振荡波长偏移等，难以具有所希望的特性。例如，当层叠有光子晶体层的基板发生翘曲时，与板坯层的中央部相比，在周边部蚀刻量变大，无法形成所希望的直径的空孔。因此，在周边部无法形成所希望的特性的pcsel。若无法形成所希望的特性的pcsel，则加工头的加工精度变低。
6.用于解决课题的手段
7.本发明的加工头的一个方式具有：第一激光器阵列元件，其在第一方向上排列有多个第一光子晶体激光器；以及第二激光器阵列元件，其在所述第一方向上排列有多个第二光子晶体激光器，所述第一激光器阵列元件以及所述第二激光器阵列元件一边相对于加工对象物在与所述第一方向交叉的第二方向上相对地移动，一边朝向所述加工对象物沿与所述第一方向以及所述第二方向交叉的第三方向照射激光，所述多个第一光子晶体激光器中的第一端光子晶体激光器位于所述多个第一光子晶体激光器中的最靠与所述第一方向相反的方向的位置，所述多个第一光子晶体激光器中的第二端光子晶体激光器位于所述多个第一光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第一光子晶体激光器中的第一中间光子晶体激光器位于所述第一端光子晶体激光器与所述第二端光子晶体激光器之间，所述多个第二光子晶体激光器中的第三端光子晶体激光器位于所述多个第二光子晶体激光器中的最靠所述相反的方向的位置，所述多个第二光子晶体激光器中的第四端光子晶体激光器位于所述多个第二光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第二光子晶体激光器中的第二中间光子晶体激光器位于所述第三端光子晶体激光器与所述第四端光子晶体激光器之间，从所述第二方向观察，所述第二端光子晶体激光器与所述第二中间光子晶体激光器重叠。
8.本发明的激光加工装置的一个方式具有所述加工头的一个方式。
附图说明
9.图1是示意性地示出第一实施方式的加工头的俯视图。
10.图2是示意性地示出第一实施方式的加工头的第一光子晶体激光器的俯视图。
11.图3是示意性地示出第一实施方式的加工头的第一光子晶体激光器的剖视图。
12.图4是示意性地示出第一实施方式的加工头的制造工序的剖视图。
13.图5是示意性地示出第一实施方式的加工头的制造工序的剖视图。
14.图6是示意性地示出第一实施方式的加工头的制造工序的剖视图。
15.图7是示意性地示出第一实施方式的加工头的制造工序的剖视图。
16.图8是示意性地示出第一实施方式的第一变形例的加工头的俯视图。
17.图9是示意性地示出第一实施方式的第二变形例的加工头的俯视图。
18.图10是示意性地示出第一实施方式的第二变形例的加工头的第一光子晶体激光器的俯视图。
19.图11是示意性地示出第二实施方式的激光加工装置的立体图。
20.图12是第二实施方式的激光加工装置的功能框图。
21.标号说明
22.2：抗蚀剂层；4：开口部；10：基板；20：激光器阵列元件；20a：第一激光器阵列元件；20b：第二激光器阵列元件；20c：第三激光器阵列元件；20d：第四激光器阵列元件；20e：第五激光器阵列元件；31：第一pcsel；31a：第一端pcsel；31b：第二端pcsel；31c、31c1、31c2：第一中间pcsel；32：第二pcsel；32a：第三端pcsel；32b：第四端pcsel；32c、32c1、32c2：第二中间pcsel；33：第三pcsel；33a：第五端pcsel；33b：第六端pcsel；33c：第三中间pcsel；34：第四pcsel；34a：第七端pcsel；34b：第八端pcsel；34c：第四中间pcsel；35：第五pcsel；35a：第九端pcsel；35b：第十端pcsel；35c：第五中间pcsel；41：dbr层；42：第一半导体层；43：第一引导层；44：量子阱层；45：第二引导层；46：第二半导体层；47：基板；50：第一电极；52：第二电极；54：贯通孔；60：开口部；100、110、120：加工头；200：激光加工装置；210：移动机构；220：聚光透镜；230：工作台；232：基座；234：升降机构；240：输入缓冲存储器；242：存储部；244：加工头位置检测部；246：基座位置检测部；248：控制部。
具体实施方式
23.以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式并不对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当限定。此外，以下所说明的全部结构并不一定都是本发明的必要结构要件。
24.1.第一实施方式
25.1.1.加工头
26.首先，参照附图对第一实施方式的加工头进行说明。图1是示意性地示出第一实施方式的加工头100的俯视图。此外，在图1中，作为相互垂直的3个轴，图示了x轴、y轴以及z轴。
27.如图1所示，加工头100例如具有基板10和激光器阵列元件20。
28.基板10支撑激光器阵列元件20。基板10的材质没有特别限定。
29.激光器阵列元件20设置于基板10。激光器阵列元件20例如与基板10接合。在图示
的例子中，激光器阵列元件20的平面形状是具有与x轴平行的长边的长方形。
30.激光器阵列元件20相对于未图示的加工对象物在与第一方向交叉的第二方向上相对移动。可以在加工对象物被固定的状态下使激光器阵列元件20移动，也可以在激光器阵列元件20被固定的状态下使加工对象物移动。激光器阵列元件20例如与基板10一起移动。激光器阵列元件20和基板10通过未图示的移动机构移动。
31.激光器阵列元件20一边相对于加工对象物相对地移动，一边朝向加工对象物沿与第一方向及第二方向交叉的第三方向照射激光。第一方向、第二方向以及第三方向例如是相互垂直的方向。在图示的示例中，第一方向为+x轴方向。第二方向是+y轴方向。第三方向是+z轴方向。
32.激光器阵列元件20设置有多个。激光器阵列元件20的数量只要是多个即可，没有特别限定。在图示的例子中，设置5个激光器阵列元件20作为第一激光器阵列元件20a、第二激光器阵列元件20b、第三激光器阵列元件20c、第四激光器阵列元件20d和第五激光器阵列元件20e。
33.第一激光器阵列元件20a、第三激光器阵列元件20c和第五激光器阵列元件20e沿+x轴方向排列。第三激光器阵列元件20c设置在第一激光器阵列元件20a和第五激光器阵列元件20e之间。在图示的例子中，第三激光器阵列元件20c设置在第一激光器阵列元件20a的+x轴方向上。例如，第一激光器阵列元件20a与第三激光器阵列元件20c之间的距离等于第三激光器阵列元件20c与第五激光器阵列元件20e之间的距离。
34.第二激光器阵列元件20b和第四激光器阵列元件20d沿+x轴方向排列。在图示的例子中，第四激光器阵列元件20d设置在第二激光器阵列元件20b的+x轴方向上。例如，第二激光器阵列元件20b与第四激光器阵列元件20d之间的距离等于第一激光器阵列元件20a与第三激光器阵列元件20c之间的距离。
35.第二激光器阵列元件20b设置在激光器阵列元件20a、20c的-y轴方向上。第四激光器阵列元件20d设置在激光器阵列元件20c、20e的-y轴方向上。
36.第一激光器阵列元件20a具有多个第一光子晶体激光器31。第二激光器阵列元件20b具有多个第二光子晶体激光器32。第三激光器阵列元件20c具有多个第三光子晶体激光器33。第四激光器阵列元件20d具有多个第四光子晶体激光器34。第五激光器阵列元件20e具有多个第五光子晶体激光器35。光子晶体激光器31、32、33、34、35是pcsel。以下，也将“光子晶体激光器”称为“pcsel”。
37.pcsel31、32、33、34、35的平面形状例如是正方形。从z轴方向观察，pcsel31、32、33、34、35的大小例如彼此相同。
38.第一pcsel31设置有多个。第一pcsel31只要设置3个以上，其数量没有特别限定。在图示的例子中，第一pcsel31设置有5个。同样地，pcsel32、33、34、35分别设置有多个。
39.多个第一pcsel31在x轴方向上以第一间距p排列。多个第一pcsel31呈直线状排列。另外，“第一间距p”是指在x轴方向上相邻的第一pcsel31的中心之间的距离。在第一pcsel31的平面形状是圆的情况下，“第一pcsel31的中心”是该圆的中心，在第一pcsel31的平面形状不是圆的情况下，“第一pcsel31的中心”是最小包含圆的中心。例如，在第一pcsel31的平面形状为多边形的情况下，第一pcsel31的中心是在内部包含该多边形的最小圆的中心，在第一pcsel31的平面形状为椭圆的情况下，第一pcsel31的中心是在内部包含
该椭圆的最小圆的中心。
40.同样地，多个第二pcsel32、多个第三pcsel33、多个第四pcsel34以及多个第五pcsel35在x轴方向上以第一间距p排列。多个第二pcsel32呈直线状排列。多个第三pcsel33呈直线状排列。多个第四pcsel34呈直线状排列。多个第五pcsel35呈直线状排列。
41.多个第一pcsel31中的第一端pcsel31a位于多个第一pcsel31中的最靠-x轴方向的位置。多个第一pcsel31中的第二端pcsel31b位于多个第一pcsel31中的最靠+x轴方向的位置。多个第一pcsel31中的第一中间pcsel31c位于第一端pcsel31a与第二端pcsel31b之间。在图示的例子中，第一中间pcsel31c设置有3个。
42.多个第二pcsel32中的第三端pcsel32a位于多个第二pcsel32中的最靠-x轴方向的位置。多个第二pcsel32中的第四端pcsel32b位于多个第二pcsel32中的最靠+x轴方向的位置。多个第二pcsel32中的第二中间pcsel32c位于第三端pcsel32a与第四端pcsel32b之间。在图示的例子中，第二中间pcsel32c设置有3个。
43.多个第三pcsel33中的第五端pcsel33a位于多个第三pcsel33中的最靠-x轴方向的位置。多个第三pcsel33中的第六端pcsel33b位于多个第三pcsel33中的最靠+x轴方向的位置。多个第三pcsel33中的第三中间pcsel33c位于第五端pcsel33a与第六端pcsel33b之间。在图示的例子中，第三中间pcsel33c设置有3个。
44.多个第四pcsel34中的第七端pcsel34a位于多个第四pcsel34中的最靠-x轴方向的位置。多个第四pcsel34中的第八端pcsel34b位于多个第四pcsel34中的最靠+x轴方向的位置。多个第四pcsel34中的第四中间pcsel34c位于第七端pcsel34a与第八端pcsel34b之间。在图示的例子中，第四中间pcsel34c设置有3个。
45.多个第五pcsel35中的第九端pcsel35a位于多个第五pcsel35中的最靠-x轴方向的位置。多个第五pcsel35中的第十端pcsel35b位于多个第五pcsel35中的最靠+x轴方向的位置。多个第五pcsel35中的第五中间pcsel35c位于第九端pcsel35a与第十端pcsel35b之间。在图示的例子中，第五中间pcsel35c设置有3个。
46.从+y轴方向观察，第二端pcsel31b与第二中间pcsel32c重叠。在图示的例子中，第二端pcsel31b与多个第二中间pcsel32c中的最靠-x轴方向的第二中间pcsel32c重叠。
47.从+y轴方向观察，第三端pcsel32a与第一中间pcsel31c重叠。在图示的例子中，第三端pcsel32a与多个第一中间pcsel31c中的最靠+x轴方向的第一中间pcsel31c重叠。
48.从+y轴方向观察，第四端pcsel32b与第三中间pcsel33c重叠。在图示的例子中，第四端pcsel32b与多个第三中间pcsel33c中的最靠-x轴方向的第三中间pcsel33c重叠。
49.从+y轴方向观察，第五端pcsel33a与第二中间pcsel32c重叠。在图示的例子中，第五端pcsel33a与多个第二中间pcsel32c中的最靠+x轴方向的第二中间pcsel32c重叠。
50.从+y轴方向观察，第六端pcsel33b与第四中间pcsel34c重叠。在图示的例子中，第六端pcsel33b与多个第四中间pcsel34c中的最靠-x轴方向的第四中间pcsel34c重叠。
51.从+y轴方向观察，第七端pcsel34a与第三中间pcsel33c重叠。在图示的例子中，第七端pcsel34a与多个第三中间pcsel33c中的最靠+x轴方向的第三中间pcsel33c重叠。
52.从+y轴方向观察，第八端pcsel34b与第五中间pcsel35c重叠。在图示的例子中，第八端pcsel34b与多个第五中间pcsel35c中的最靠-x轴方向的第五中间pcsel35c重叠。
53.从+y轴方向观察，第九端pcsel35a与第四中间pcsel34c重叠。在图示的例子中，第
九端pcsel35a与多个第四中间pcsel34c中的最靠+x轴方向的第四中间pcsel34c重叠。
54.从y轴方向观察，第二端pcsel31b的中心α与第二中间pcsel32c的中心β重叠。这样，在从y轴方向观察时重叠的2个pcsel中，一个pcsel的中心与另一个pcsel的中心重叠。
55.端pcsel31a、31b、32a、32b、33a、33b、34a、34b、35a、35b不被驱动。中间pcsel31c、32c、33c、34c、35c被驱动。
56.这里，图2是示意性地示出1个第一pcsel31的俯视图。图3是示意性地示出1个第一pcsel31的沿图2的iii-iii线的剖视图。pcsel32、33、34和35具有与第一pcsel31基本相同的配置。
57.如图2和图3所示，第一pcsel31例如具有dbr(distributed bragg reflector：分布式布拉格反射器)层41、第一半导体层42、第一引导层43、量子阱层44、第二引导层45、第二半导体层46、基板47、第一电极50以及第二电极52。
58.dbr层41使由量子阱层44产生的光反射。在图示的例子中，dbr层41使由量子阱层44产生的光朝向+z轴方向反射。
59.如图3所示，第一半导体层42设置在dbr层41上。第一半导体层42设置在dbr层41与第一引导层43之间。第一半导体层42是第一导电型的半导体层。第一半导体层42例如是掺杂有mg的p型的半导体层。
60.另外，在“1.1.加工头”中，在z轴方向上，在以量子阱层44为基准的情况下，将从量子阱层44朝向第二引导层45的方向设为“上”，将从量子阱层44朝向第一引导层43的方向设为“下”来进行说明。另外，将与z轴方向垂直的方向也称为“面内方向”。
61.第一引导层43设置在第一半导体层42上。第一引导层43设置在第一半导体层42与量子阱层44之间。第一引导层43例如具有由未有意掺杂杂质的i型gan层和ingan层构成的sl(semiconductor superlattice：半导体超晶格)结构。构成第一引导层43的gan层和ingan层的数量没有特别限定。
62.在第一引导层43设置有开口部60。开口部60例如是空孔。在图2所示的例子中，开口部60的平面形状为圆。开口部60的直径例如为50nm以上且500nm以下。
63.另外，在开口部60的平面形状为圆的情况下，“开口部60的直径”是指直径，在开口部60的平面形状为非圆的形状的情况下，“开口部60的直径”是指最小包含圆的直径。例如，在开口部60的平面形状为多边形的情况下，开口部60的直径是在内部包含该多边形的最小的圆的直径，在开口部60的平面形状为椭圆的情况下，开口部60的直径是在内部包含该椭圆的最小的圆的直径。
64.开口部60设置有多个。多个开口部60相互隔离开。相邻的开口部60的间隔例如为1nm以上且500nm以下。从z轴方向观察，多个开口部60在规定的方向上以规定的间距排列。多个开口部60例如呈正三角格子状、正方格子状排列。在图示的例子中，多个开口部60呈正方格子状排列。多个开口部60能够显现光子晶体效应。
65.另外，“开口部60的间距”是指在规定的方向上相邻的开口部60的中心之间的距离。在开口部60的平面形状为圆的情况下，“开口部60的中心”为该圆的中心，在开口部60的平面形状为非圆的形状的情况下，“开口部60的中心”为最小包含圆的中心。例如，在开口部60的平面形状为多边形的情况下，开口部60的中心是在内部包含该多边形的最小的圆的中心，在开口部60的平面形状为椭圆的情况下，开口部60的中心是在内部包含该椭圆的最小
的圆的中心。
66.量子阱层44设置在第一引导层43上。量子阱层44设置在第一引导层43与第二引导层45之间。量子阱层44通过被注入电流而产生光。量子阱层44例如具有阱层和阻挡层。阱层和阻挡层是未有意掺杂杂质的i型半导体层。阱层例如为ingan层。阻挡层例如为gan层。量子阱层44具有由阱层和阻挡层构成的mqw(multiple quantum well：多量子阱)结构。
67.另外，构成量子阱层44的阱层和阻挡层的数量没有特别限定。例如，阱层也可以仅设置1层，在该情况下，量子阱层44具有sqw(single quantum well：单量子阱)结构。
68.第二引导层45设置在量子阱层44上。第二引导层45设置在量子阱层44与第二半导体层46之间。第二引导层45具有例如由未有意掺杂杂质的i型gan层和ingan层构成的sl结构。构成第二引导层45的gan层和ingan层的数量没有特别限定。第一引导层43和第二引导层45具有增大第一pcsel31的光限制系数的功能。
69.此外，虽然未图示，但多个开口部60也可以不设置于第一引导层43，而设置于第二引导层45。
70.第二半导体层46设置在第二引导层45上。第二半导体层46设置在第二引导层45与基板47之间。第二半导体层46是与第一导电型不同的第二导电型的半导体层。第二半导体层46例如是掺杂有si的n型的gan层。第一半导体层42和第二半导体层46是具有将光限制在量子阱层44中的功能的覆层。
71.在第一pcsel31中，由p型的第一半导体层42、有意未掺杂杂质的i型的量子阱层44和引导层43、45、以及n型的第二半导体层46构成pin二极管。在第一pcsel31中，若在第一电极50与第二电极52之间施加pin二极管的正向偏置电压，则电流被注入到量子阱层44而在量子阱层44中发生电子与空穴的复合。通过该复合而产生发光。在量子阱层44中产生的光在面内方向上传播，通过多个开口部60的光子晶体效应而形成驻波，在量子阱层44中接受增益而进行激光振荡。并且，第一pcsel31将+1级衍射光和-1级衍射光作为激光向z轴方向射出。
72.在第一pcsel31中，能够通过dbr层41使朝向-z轴方向的激光向+z轴方向反射。由此，在第一pcsel31中，能够向+z轴方向射出激光。
73.基板47设置在第二半导体层46上。基板47设置在第二半导体层46与第二电极52之间。基板47例如是掺杂有si的n型半导体基板。
74.第一电极50设置于dbr层41之下。dbr层41也可以与第一电极50欧姆接触。第一电极50经由dbr层41与第一半导体层42电连接。第一电极50例如是从dbr层41侧起依次层叠ni层、au层而成的。第一电极50是用于向量子阱层44注入电流的一个电极。
75.第二电极52设置在基板47上。基板47也可以与第二电极52欧姆接触。第二电极52经由基板47与第二半导体层46电连接。第二电极52例如是从基板47侧起依次层叠cr层、ni层、au层而成的。第二电极52是用于向量子阱层44注入电流的另一个电极。
76.在第二电极52设置有贯通孔54。贯通孔54沿z轴方向贯通第二电极52。在图2所示的例子中，贯通孔54的形状为正方形。由量子阱层44产生的光通过贯通孔54而射出。
77.例如，在构成第一激光器阵列元件20a的多个第一pcsel31中，dbr层41是公共层，第一半导体层42是公共层，第一引导层43是公共层，量子阱层44是公共层，第二引导层45是公共层，第二半导体层46是公共层，并且基板47是公共基板。
78.在构成第一激光器阵列元件20a的多个第一pcsel31中可以为：第一电极50是公共电极，第二电极52是单独的电极。在构成第一激光器阵列元件20a的多个第一pcsel31中，也可以为：多个第一电极50彼此连续，多个第二电极52彼此隔离开。在该情况下，从z轴方向观察，与第二电极52以及贯通孔54重叠的部分构成1个第一pcsel31。多个第一pcsel31能够由第二电极52单独地驱动。
79.或者，在构成第一激光器阵列元件20a的多个第一pcsel31中也可以为：第一电极50是单独的电极，第二电极52是公共电极。在构成第一激光器阵列元件20a的多个第一pcsel31中也可以为：多个第一电极50彼此隔离开，多个第二电极52彼此连续。在该情况下，从z轴方向观察，与第一电极50重叠的部分构成1个第一pcsel31。多个第一pcsel31能够由第一电极50单独地驱动。
80.1.2.加工头的制造方法
81.接着，参照附图对第一实施方式的加工头100的制造方法进行说明。图4-图7是示意性地示出第一实施方式的加工头100的制造工序的剖视图。另外，为了方便，在图4-图7中，与图3上下反转地进行图示。
82.如图4所示，在基板47上外延生长第二半导体层46、第二引导层45、量子阱层44以及第一引导层43。作为外延生长的方法，例如可举出mocvd(metal organic chemical vapor deposition：金属有机化合物化学气相沉淀)法、mbe(molecular beam epitaxy：分子束外延)法等。
83.另外，在“1.2.加工头的制造方法”中，将从量子阱层44朝向第一引导层43的方向设为“上”，将从量子阱层44朝向第二引导层45的方向设为“下”来进行说明。
84.例如，通过外延生长时的加热以及之后的冷却，在基板47上产生翘曲。在图示的例子中，产生基板47的中央部比基板47的周边部靠上方那样的翘曲。随着基板47的翘曲，第二半导体层46、第二引导层45、量子阱层44以及第一引导层43也产生翘曲。另外，为了方便，在图3中省略了基板47的翘曲。
85.如图5所示，在第一引导层43上涂敷抗蚀剂层2。抗蚀剂层2例如通过旋涂法进行涂布。由于基板47的翘曲，抗蚀剂层2的周边部的厚度变得比抗蚀剂层2的中央部的厚度小。抗蚀剂层2的材质例如是性质因uv(ultraviolet)而变化的光致抗蚀剂。
86.如图6所示，对抗蚀剂层2进行图案化。图案化例如通过纳米压印法进行。纳米压印法能够一并加工大面积。
87.如图7所示，将抗蚀剂层2作为掩模，对第一引导层43进行干式蚀刻，在第一引导层43形成多个开口部60。如上所述，抗蚀剂层2的周边部的厚度比抗蚀剂层2的中央部的厚度小，因此在干式蚀刻中，抗蚀剂层2的周边部被除去。由此，第一引导层43的周边部被侧蚀刻，周边部的开口部60的直径d1比中央部的开口部60的直径d2大。然后，通过公知的方法除去抗蚀剂层2。
88.如图7所示，在形成开口部60之后，进一步使第一引导层43外延生长。由此，开口部60被密闭。作为外延生长的方法，例如可以举出mocvd法、mbe法等。
89.接着，在第一引导层43上依次外延生长出第一半导体层42、dbr层41。作为外延生长的方法，例如可以举出mocvd法、mbe法等。
90.接着，在dbr层41形成第一电极50。接着，在基板47上形成第二电极52。第一电极50
和第二电极52例如通过真空蒸镀法形成。另外，第一电极50和第二电极52的形成顺序没有特别限定。
91.接下来，对第二电极52形成图案，从而形成贯通孔54。图案化例如通过光刻以及蚀刻来进行。
92.通过以上的工序，能够形成具有将基板47作为公共基板的多个第一pcsel31的第一激光器阵列元件20a。
93.通过重复上述步骤，可以形成具有多个第二pcsel32的第二激光器阵列元件20b、具有多个第三pcsel33的第三激光器阵列元件20c、具有多个第四pcsel34的第四激光器阵列元件20d和具有多个第五pcsel35的第五激光器阵列元件20e。
94.接着，在基板10上接合激光器阵列元件20a、20b、20c、20d、20e。例如，通过未图示的焊料将激光器阵列元件20a、20b、20c、20d、20e的第一电极50与基板10接合。
95.通过以上的工序，能够制造加工头100。
96.1.3.作用效果
97.加工头100包括在+x轴方向上排列有多个第一pcsel31的第一激光器阵列元件20a和在+x轴方向上排列有多个第二pcsel32的第二激光器阵列元件20b。第一激光器阵列元件20a和第二激光器阵列元件20b一边相对于加工对象物沿+y轴方向相对移动，一边朝向加工对象物沿+z轴方向照射激光。从+y轴方向观察，第二端pcsel31b与第二中间pcsel32c重叠。
98.在此，第二端pcsel31b比第一中间pcsel31c靠周边部，因此，如上所述，开口部60的直径大于期望的值。因此，在第二端pcsel31b中，振荡波长、振荡阈值、光的强度等偏离期望的值。
99.如上所述，在加工头100中，从+y轴方向观察，第二端pcsel31b与第二中间pcsel32c重叠，因此不从第二端pcsel31b照射激光，而从在从+y轴方向观察时与第二端pcsel31b重叠的第二中间pcsel32c照射激光，由此能够对加工对象物的第二端pcsel31b通过的区域进行激光加工。因此，在加工头100中，能够以高精度对加工对象物进行加工。
100.在加工头100中，从+y轴方向观察，第三端pcsel32a与第一中间pcsel31c重叠。因此，在加工头100中，不从第三端pcsel32a照射激光，而从在从+y轴方向观察时与第三端pcsel32a重叠的第一中间pcsel31c照射激光，由此能够对加工对象物的第三端pcsel32a所通过的区域进行激光加工。
101.在加工头100中，多个第三pcsel33具有在+x轴方向上排列的第三激光器阵列元件20c。第三激光器阵列元件20c一边相对于加工对象物沿+y轴方向相对地移动，一边朝向加工对象物沿+z轴方向照射激光。从+y轴方向观察，第四端pcsel32b与第三中间pcsel33c重叠。因此，在加工头100中，不从第四端pcsel32b照射激光，而从在从+y轴方向观察时与第四端pcsel32b重叠的第三中间pcsel33c照射激光，由此能够对加工对象物的第四端pcsel32b所通过的区域进行激光加工。此外，通过设置第三激光器阵列元件20c，可以增加加工对象的加工区域和生产速度。
102.在加工头100中，从+y轴方向观察，第五端pcsel33a与第二中间pcsel32c重叠。因此，在加工头100中，不从第五端pcsel33a照射激光，而从在从+y轴方向观察时与第五端pcsel33a重叠的第二中间pcsel32c照射激光，由此能够对加工对象物的第五端pcsel33a所通过的区域进行激光加工。
103.在加工头100中，第一pcsel31和第三pcsel33在+x轴方向上排列。因此，在加工头100中，与第一pcsel和第三pcsel未在+x轴方向上排列的情况相比，能够减小加工头100的+y轴方向的大小。
104.在加工头100中，多个第一pcsel31以第一间距p排列，多个第二pcsel32以第一间距p配置。因此，在加工头100中，能够以等间隔对加工对象物照射激光。
105.在加工头100中，从+y轴方向观察，第二端pcsel31b的中心α与第二中间pcsel32c的中心β重叠。因此，在加工头100中，能够更可靠地以等间隔对加工对象物照射激光。
106.此外，如上所述，对通过在第一引导层43形成多个开口部60来显现光子晶体效应的例子进行了说明，但也可以通过形成多个柱状部来显现光子晶体效应。多个柱状部通过以未图示的掩模层为掩模的外延生长而形成。多个柱状部中的周边部的柱状部与中央部的柱状部相比，用于生长的气体被过渡地供给，容易异常生长。因此，即使在通过形成多个柱状部而显现光子晶体效应的情况下，在第二端pcsel31b中，振荡波长、振荡阈值、光的强度等也容易偏离所希望的值。因此，即使在这样的情况下，从+y轴方向观察，通过将第二端pcsel31b与第二中间pcsel32c重叠，也能够以高精度对加工对象物进行加工。
107.1.4.加工头的变形例
108.1.4.1.第一变形例
109.接着，参照附图对第一实施方式的第一变形例的加工头进行说明。图8是示意性地示出第一实施方式的第一变形例的加工头110的俯视图。
110.以下，在第一实施方式的第一变形例所涉及的加工头110中，对具有与上述的第一实施方式的加工头100的构成部件相同的功能的部件标注相同的标号，并省略其详细的说明。这在后述的第一实施方式的第二变形例的加工头中相同。
111.在上述加工头100中，如图1所示，从+y轴方向观察，第一激光器阵列元件20a的第一中间pcsel31c不与第二激光器阵列元件20b的第二中间pcsel32c重叠。
112.与此相对，在加工头110中，如图8所示，从+y轴方向观察，第一中间pcsel31c与第二中间pcsel32c重叠。在图示的例子中，第一中间pcsel31c设置有7个。第二中间pcsel32c设置有7个。
113.在图示的例子中，从+y轴方向观察，多个第一中间pcsel31c中的最靠+x轴方向的第一中间pcsel31c1与多个第二中间pcsel32c中的靠-x轴方向的第二个第二中间pcsel32c2重叠。
114.从+y轴方向观察，多个第一中间pcsel31c中的靠+x轴方向的第二个第一中间pcsel31c2与多个第二中间pcsel32c中的最靠-x轴方向的第二中间pcsel32c1重叠。中间pcsel31c1、32c1不被驱动。
115.在加工头110中，不从第一中间pcsel31c1照射激光，而从在从y轴方向观察与第一中间pcsel31c1重叠的第二中间pcsel32c2照射激光，由此能够对加工对象物的第一中间pcsel31c1通过的区域进行激光加工。并且，不从第二中间pcsel32c1照射激光，而从在从y轴方向观察与第二中间pcsel32c1重叠的第一中间pcsel31c2照射激光，由此能够对加工对象物的第二中间pcsel32c1通过的区域进行激光加工。
116.1.4.2.第二变形例
117.接着，参照附图对第一实施方式的第二变形例的加工头进行说明。图9是示意性地
示出第一实施方式的第二变形例的加工头120的俯视图。图10是示意性地示出第一实施方式的第二变形例的加工头120的第一pcsel31的俯视图。
118.在上述加工头100中，如图1和图2所示，第一pcsel31的平面形状为正方形。
119.另一方面，在加工头120中，如图9和图10所示，第一pcsel31的平面形状是圆。同样地，pcsel32、33、34、35的平面形状为圆。
120.2.第二实施方式
121.接着，参照附图对第二实施方式的激光加工装置进行说明。图11是示意性地示出第二实施方式的激光加工装置200的立体图。图12是第二实施方式的激光加工装置200的功能框图。
122.激光加工装置200例如是利用了激光熔融法(selective laser melting：slm)的金属3d打印机。如图11和图12所示，激光加工装置200例如具有加工头100、移动机构210、聚光透镜220、工作台230、输入缓冲存储器240、存储部242、加工头位置检测部244、基座位置检测部246和控制部248。
123.如图11所示，移动机构210支承加工头100。在图示的例子中，加工头100位于移动机构210的+z轴方向。移动机构210使加工头100在y轴方向上移动。在图示的例子中，移动机构210具有沿y轴方向延伸的形状。移动机构210例如构成为包括未图示的马达。
124.聚光透镜220对从加工头100射出的激光进行聚光。在图示的例子中，聚光透镜220位于加工头100的+z轴方向。聚光透镜220随着加工头100的移动而在y轴方向上移动。聚光透镜220例如被未图示的移动机构支承。
125.工作台230例如具有基座232和升降机构234。向基座232供给作为加工对象物的金属粒子g。对金属粒子g照射从聚光透镜220射出的激光。升降机构234使基座232在z轴方向上移动。
126.输入缓冲存储器240从未图示的外部信息处理装置接收与加工头100的激光照射相关的数据、即描绘图案数据。如图12所示，输入缓冲存储器240将描绘图案数据供给至控制部248。控制部248将描绘图案数据存储于存储部242。输入缓冲存储器240以及存储部242例如由ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)构成。
127.加工头位置检测部244检测加工头100在y轴方向上的位置，并将检测信号输入到控制部248。基座位置检测部246检测基座232在z轴方向上的位置，将检测信号输入到控制部248。加工头位置检测部244和基座位置检测部246例如由线性编码器、激光测长器等构成。
128.控制部248根据加工头位置检测部244和基座位置检测部246的检测信号，对移动机构210和升降机构234进行控制。并且，控制部248读出存储于存储部242的描绘图案数据，并基于读出的描绘图案数据来控制加工头100。控制部248例如由cpu(central processing unit：中央处理单元)、专用的电路构成。
129.在激光加工装置200中，首先，向基座232供给成为加工对象物的第一层的金属粒子g。接着，控制部248一边控制移动机构210而使加工头100向+y轴方向移动，一边基于描绘图案数据控制加工头100来进行对成为第一层的金属粒子g照射激光的照射处理。金属粒子g的被照射了激光的部分被熔融及固化。
130.接着，控制部248控制移动机构210而使加工头100向-y轴方向移动，使加工头100返回初始的位置，并且控制工作台230的升降机构234来进行使基座232向+z轴方向移动一层的量的移动处理。
131.然后，控制部248基于描绘图案数据，反复进行上述的照射处理和移动处理，直到判定为形成了加工对象物的全部层为止。
132.在判定为形成了加工对象物的所有层之后，例如通过鼓风等除去金属粒子g的未熔融及未固化的部分。
133.通过以上，能够造型出所希望的形状的加工对象物。
134.在激光加工装置200中，具有加工头100。因此，能够降低金属粒子g的熔融程度的偏差。
135.在激光加工装置200中，与使用光纤激光器的情况不同，不需要设置检流计扫描器(galvanometer scanner)和fθ透镜，因此能够相应地实现小型化和低成本化。
136.另外，本发明的激光加工装置并不限定于金属3d打印机。本发明的激光加工装置例如也可以是利用激光除去附着于金属的锈等的激光清洁器。而且，本发明的激光加工装置也可以是利用激光对金属、树脂的表面进行加热的激光退火装置。
137.上述的实施方式以及变形例为一例，并不限定于此。例如，也能够适当组合各实施方式以及各变形例。
138.本发明包括与在实施方式中说明的结构实质上相同的结构，例如功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构。此外，本发明包括对在实施方式中所说明的结构的非本质部分进行了置换的结构。另外，本发明包括起到与在实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者能够实现相同的目的的结构。另外，本发明包括对在实施方式中说明的结构附加了公知技术的结构。
139.根据上述的实施方式以及变形例导出以下的内容。
140.加工头的一个方式具有：第一激光器阵列元件，其在第一方向上排列有多个第一光子晶体激光器；以及第二激光器阵列元件，其在所述第一方向上排列有多个第二光子晶体激光器，所述第一激光器阵列元件以及所述第二激光器阵列元件一边相对于加工对象物在与所述第一方向交叉的第二方向上相对地移动，一边朝向所述加工对象物沿与所述第一方向以及所述第二方向交叉的第三方向照射激光，所述多个第一光子晶体激光器中的第一端光子晶体激光器位于所述多个第一光子晶体激光器中的最靠与所述第一方向相反的方向的位置，所述多个第一光子晶体激光器中的第二端光子晶体激光器位于所述多个第一光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第一光子晶体激光器中的第一中间光子晶体激光器位于所述第一端光子晶体激光器与所述第二端光子晶体激光器之间，所述多个第二光子晶体激光器中的第三端光子晶体激光器位于所述多个第二光子晶体激光器中的最靠所述相反的方向的位置，所述多个第二光子晶体激光器中的第四端光子晶体激光器位于所述多个第二光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第二光子晶体激光器中的第二中间光子晶体激光器位于所述第三端光子晶体激光器与所述第四端光子晶体激光器之间，从所述第二方向观察，所述第二端光子晶体激光器与所述第二中间光子晶体激光器重叠。
141.根据该加工头，能够以高精度对加工对象物进行加工。
142.在所述加工头的一个方式中，从所述第二方向观察，所述第三端光子晶体激光器与所述第一中间光子晶体激光器也可以重叠。
143.根据该加工头，从在从第二方向观察时与第三端光子晶体激光器重叠的第一中间光子晶体激光器照射激光，能够对加工对象物的第三端光子晶体激光器通过的区域进行激光加工。
144.在所述加工头的一个方式中，也可以为：具有在所述第一方向上排列有多个第三光子晶体激光器的第三激光器阵列元件，所述第三激光器阵列元件一边相对于所述加工对象物在所述第二方向上相对地移动，一边朝向所述加工对象物沿所述第三方向照射激光，所述多个第三光子晶体激光器中的第五端光子晶体激光器位于所述多个第三光子晶体激光器中的最靠所述相反的方向的位置，所述多个第三光子晶体激光器中的第六端光子晶体激光器位于所述多个第三光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第三光子晶体激光器中的第三中间光子晶体激光器位于所述第五端光子晶体激光器与所述第六端光子晶体激光器之间，从所述第二方向观察，所述第四端光子晶体激光器与所述第三中间光子晶体激光器重叠。
145.根据该加工头，通过从在从第二方向观察时与第四端光子晶体激光器重叠的第三中间光子晶体激光器照射激光，能够对加工对象物的第四端光子晶体激光器通过的区域进行激光加工。
146.在所述加工头的一个方式中，从所述第二方向观察，所述第五端光子晶体激光器与所述第二中间光子晶体激光器也可以重叠。
147.根据该加工头，通过从在从第二方向观察时与第五端光子晶体激光器重叠的第二中间光子晶体激光器照射激光，能够对加工对象物的第五端光子晶体激光器所通过的区域进行激光加工。
148.在所述加工头的一个方式中，也可以是，所述第一激光器阵列元件和所述第三激光器阵列元件在所述第一方向上排列。
149.根据该加工头，能够减小第二方向的大小。
150.在所述加工头的一个方式中，也可以是，所述多个第一光子晶体激光器以第一间距排列，所述多个第二光子晶体激光器以所述第一间距配置。
151.根据该加工头，能够以等间隔对加工对象物照射激光。
152.在所述加工头的一个方式中，也可以是，从所述第二方向观察，所述第二端光子晶体激光器的中心与所述第二中间光子晶体激光器的中心重叠。
153.根据该加工头，能够更可靠地以等间隔对加工对象物照射激光。
154.激光加工装置的一个方式具有所述加工头的一个方式。

技术特征：
1.一种加工头，所述加工头具有：第一激光器阵列元件，其在第一方向上排列有多个第一光子晶体激光器；以及第二激光器阵列元件，其在所述第一方向上排列有多个第二光子晶体激光器，所述第一激光器阵列元件以及所述第二激光器阵列元件一边相对于加工对象物在与所述第一方向交叉的第二方向上相对地移动，一边朝向所述加工对象物沿与所述第一方向以及所述第二方向交叉的第三方向照射激光，所述多个第一光子晶体激光器中的第一端光子晶体激光器位于所述多个第一光子晶体激光器中的最靠与所述第一方向相反的方向的位置，所述多个第一光子晶体激光器中的第二端光子晶体激光器位于所述多个第一光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第一光子晶体激光器中的第一中间光子晶体激光器位于所述第一端光子晶体激光器与所述第二端光子晶体激光器之间，所述多个第二光子晶体激光器中的第三端光子晶体激光器位于所述多个第二光子晶体激光器中的最靠所述相反的方向的位置，所述多个第二光子晶体激光器中的第四端光子晶体激光器位于所述多个第二光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第二光子晶体激光器中的第二中间光子晶体激光器位于所述第三端光子晶体激光器与所述第四端光子晶体激光器之间，从所述第二方向观察，所述第二端光子晶体激光器与所述第二中间光子晶体激光器重叠。2.根据权利要求1所述的加工头，其中，从所述第二方向观察，所述第三端光子晶体激光器与所述第一中间光子晶体激光器重叠。3.根据权利要求1或2所述的加工头，其中，所述加工头具有第三激光器阵列元件，所述第三激光器阵列元件在所述第一方向上排列有多个第三光子晶体激光器，所述第三激光器阵列元件一边相对于所述加工对象物在所述第二方向上相对地移动，一边朝向所述加工对象物沿所述第三方向照射激光，所述多个第三光子晶体激光器中的第五端光子晶体激光器位于所述多个第三光子晶体激光器中的最靠所述相反的方向的位置，所述多个第三光子晶体激光器中的第六端光子晶体激光器位于所述多个第三光子晶体激光器中的最靠所述第一方向的位置，所述多个第三光子晶体激光器中的第三中间光子晶体激光器位于所述第五端光子晶体激光器与所述第六端光子晶体激光器之间，从所述第二方向观察，所述第四端光子晶体激光器与所述第三中间光子晶体激光器重叠。4.根据权利要求3所述的加工头，其中，从所述第二方向观察，所述第五端光子晶体激光器与所述第二中间光子晶体激光器重
叠。5.根据权利要求3所述的加工头，其中，所述第一激光器阵列元件和所述第三激光器阵列元件在所述第一方向上排列。6.根据权利要求1或2所述的加工头，其中，所述多个第一光子晶体激光器以第一间距排列，所述多个第二光子晶体激光器以所述第一间距配置。7.根据权利要求6所述的加工头，其中，从所述第二方向观察，所述第二端光子晶体激光器的中心与所述第二中间光子晶体激光器的中心重叠。8.一种激光加工装置，其具有权利要求1-7中的任意1项所述的加工头。

技术总结
加工头和激光加工装置，能够以高精度对加工对象物进行加工。一种加工头，其具有：第一激光器阵列元件，其在第一方向上排列有多个第一光子晶体激光器；以及第二激光器阵列元件，其在所述第一方向上排列有多个第二光子晶体激光器，所述第一激光器阵列元件以及所述第二激光器阵列元件一边相对于加工对象物在与所述第一方向交叉的第二方向上相对地移动，一边朝向所述加工对象物沿与所述第一方向以及所述第二方向交叉的第三方向照射激光，从所述第二方向观察，第二端光子晶体激光器与第二中间光子晶体激光器重叠。子晶体激光器重叠。子晶体激光器重叠。


技术研发人员：熊井启友
受保护的技术使用者：精工爱普生株式会社
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/9/26