【手続補正書】
【提出日】平成17年3月14日(2005.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振器面発光半導体レーザー素子と、前記垂直共振器面発光半導体レーザー素子の出力側に同軸に配設されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズと同軸にセルフアライメントにより形成される近接場光プローブとにより構成される近接場半導体光プローブ装置。
【請求項２】
前記垂直共振器面発光半導体レーザー素子は８５０nmより短い波長を発振する請求項１記載の近接場半導体光プローブ装置。
【請求項３】
マスクを用いて基板に多数の垂直共振器面発光半導体レーザー素子を形成するステップと、前記マスクを用いて半導体基板の第１面にマイクロレンズを形成するステップと、前記第１面に対面する前記薄い半導体基板の第２面にフォトレジスト膜と赤外線に感光する赤外感光膜とを順次塗布するステップと、前記赤外感光膜を感光するために前記半導体基板の第２面に前記垂直共振器面発光半導体レーザー素子からの６７０nm〜８５０nmのレーザービームのビームウェストを形成するステップと、前記半導体基板の第２面の側から前記フォトレジスト膜を感光する光を照射することによって前記マクロレンズを介した前記垂直共振器面発光半導体レーザー素子のレーザービームの焦点にセルフアライメントによりプローブ先端マスクを形成するステップと、前記プローブ先端マスクを介して前記半導体基板を異方性エッチングすることにより半導体近接場光プローブを形成するステップと、前記プローブの側面を金属膜で被覆するステップと、この金属膜被覆の後に最終的にプローブ先端マスクを除去することによりプローブアパーチャを形成するステップと、により構成される近接場半導体光プローブの製造方法。
【請求項４】
前記垂直共振器面発光半導体レーザー素子は６７０nm前後のレーザー光を出力し、前記薄い半導体基板は厚さ１０μm程度の半導体基板であり、前記フォトレジスト膜は紫外線に感光し、前記赤外線感光膜は６７０nm前後の波長の可視光および近赤外線に感光する請求項３の近接場半導体光プローブの製造方法。
【請求項５】
通常の紫外光で感光するフォトレジスト膜及び赤外線で感光する赤外線感光膜を薄い半導体基板上に順次形成するステップと、前記フォトレジスト膜及び前記赤外線感光膜が順次形成された前記半導体基板面とは反対側の前記半導体基板面の方から赤外線又は近赤外線をマイクロレンズで絞って照射して前記赤外線感光膜を感光するステップと、感光された前記赤外線感光膜の方から紫外光を照射して前記フォトレジスト膜を感光し、マスクを生成するステップとを含む近接場半導体光プローブ用マスク製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直共振器面発光半導体レーザー素子、即ちＶＣＳＥＬ（ビクセル）素子を用いた近接場半導体光プローブ装置および同プローブ装置を製造する方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
近接場光学を利用した光記録再生ヘッドが開発されている。このような記録再生ヘッドは垂直共振器面発光半導体レーザー、即ちＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）を用いている。このＶＣＳＥＬ素子の二次元アレイは高効率近接場光プローブアレイ並びにマイクロレンズアレイと同軸的に組み合わされ、記録再生ヘッドが作製される。この記録再生ヘッドによると、各ＶＣＳＥＬ素子からの１ｍＷ以下の光でも効率よく半導体プローブ先端に集光できる。このプローブ先端に１００nm以下の小さな開口を穿孔することによりその開口から空間へ放射される光はエバネッセント波（近接場光）となる。そのため、記録再生ヘッドはできるだけ光ディスク記録媒体に近づけられるように構成される。即ち、この記録再生ヘッドは、二次元アレイの構成素子数を５０×５０にして、光ディスクの回転の接線方向に対して二次元アレイの非半径方向列の方向を少し傾けることにより、ディスク面上において半径方向に２，５００個の構成素子が連続的に並ぶ同時記録同時再生できる超並列光ヘッドにより構成できる。このような超並列光ヘッドによると、各レーザー素子のパルス変調速度を４Ｍｂｐｓ〜４０Ｍｂｐｓにすれば光ディスクヘの記録並びに再生スピードが１０〜４０Ｇｂｐｓにも達する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
今後十数年後にはパソコンに搭載するメモリデバイスには１００Ｇｂｙｔｅ以上の容量をもち、かつデータレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の超高速な書き込みや再生が可能なメモリデバイスが要求される。このため光ディスク用近接場光半導体プローブの高効率化が望まれている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、垂直共振器面発光半導体レーザー素子と、前記垂直共振器面発光半導体レーザー素子の出力側に同軸的に配設されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズと同軸に一体化して形成され近接場光プローブとにより構成される近接場半導体光プローブ装置を提供する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記構成のＶＣＳＥＬ素子１１の出力部（誘電体ＤＢＲ反射鏡１６）に近接してマイクロレンズ２１が配置される。このマイクロレンズ２１に同軸に半導体ピラミッド型プローブ２２が配置される。このプローブ２２の先端部周辺には金属膜２３が形成されている。プローブ２２の先端には光を出力する開口２４が形成される。この開口２４は大約直径１００nm以下、例えば３０ｎｍのサイズを有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図２は超並列二次元光ヘッドの３個の近接場半導体光プローブ素子の断面を示している。これらのプローブ素子は従来の光ファイバプローブに比較して、３桁から４桁のスループット（効率η）を改善でき、ＶＣＳＥＬ出力の１０％以上を１００nm開口以下、例えば３０ｎｍのプローブ出力光（プローブの外の空中ではエバネッセント波）として発生する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図６に示すように、近接場光プローブの壁に光が全反射角度で入射すると通常の光は全反射するが、壁の垂直方向へはエバネッセント波が発生する。この壁の外側に、あらかじめ金や銀などの金属薄膜をコートしておくと、金属薄膜中にてエバネッセント波は縦波である表面プラズモンに変換される。この表面プラズモンは金属薄膜の表面のみを伝播する。すなわち、表面プラズモンは近接場光プローブの内部を伝播しないので、半導体プローブの先端が狭い開口であってもカットオフ周波数には関係なく、金属薄膜表面を伝播してフラットトップの開口付近に到達する。狭い開口のために（カットオフのために）、開口を通過する光波の効率ηが大幅に低下した場合でも、プローブ内部を通ってきた光波（横波）の位相と前述した表面プラズモン・ポラリトン（縦波）の位相とを図７に示すように合せることができれば、この表面プラズモン・ポラリトン波は再び光波に変換できる。すなわち、図８に示されるように光波が表面プラズモン・ポラリトンによって増強される。これまで、このような手法とは異なるが、表面ブラズモン・ポラリトンの方法によってηを１０％にまで高くさせた事例が報告されている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
ポイント２については、図９に示されるように厚さ１０μm程度の薄い半導体基板４１のマクロレンズ２１のついていない面上に二種類の感光剤、即ち通常のフォトレジスト４２と赤外線に感光する感光剤（写真の赤外線フィルムの感光剤）４３とが順次塗布されている。この面にＶＣＳＥＬ素子１１の出力レーザービームのビームウェストが形成される。赤外線感光剤は６７０nm前後の可視光や近赤外線（約８５０nm）に感度があり、解像度は精々５〜１０μm程度であるので、ＶＣＳＥＬからの６７０nm〜８５０nmのレーザー光を受けたフォトレジスト４２はＶＣＳＥＬ光に全く感じないが、次の層の赤外感光膜には感度がある。そのため、赤外感光膜４３は黒く感光する。しかしながら、このとき、マイクロレンズのビームウェストサイズが２５０nm〜３４０nmであっても赤外感光剤は分解能が不足するためにビームウェストはおおよそ直径が５〜１０μmに大きく広がる。この後、感光済みの赤外感光膜側から紫外光を照射することにより、各マイクロレンズのＶＣＳＥＬレーザーの焦点にセルフアライメントの原理で先に塗布したフォトレジストによるマスク位置決めがされる。これを利用してＳｉＯ２マスクなどを形成することにより異方性エッチングにより図２に示すような半導体近接場光プローブ２２が形成される