(57)【要約】【課題】  レーザ光を光源からヘッド先端へ導く、近接場を用いた光記録ヘッド、または熱アシスト磁気記録ヘッドにおいて、光損失と光部品数を少なくすることである。【解決手段】  出射する光の進行方向をレーザダイオード素子の共振器方向に対して回転し、かつ光をレーザダイオード素子の表面に光を導く反射ミラーが前記レーザダイオード素子にモノリシックに集積されている構造体を、前記レーザダイオード素子の共振器の延在方向が記録媒体の表面に対して平行となる様に、スライダ上に搭載し、かつ前記レーザダイオード素子の基板側がスライダ上面に近接する面と反対側になる方向に搭載する。【選択図】  図６
2008059645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に下部クラッド層、活性層および上部クラッド層が前記基板側から順番に積層され、かつ、少なくとも一端面側の一部または全部を傾斜面とすることにより、前記活性層からの出力光を反射させるミラーを有する半導体レーザ素子を有し、
前記基板側から基板と反対側の面の方向に向かうに従って前記傾斜面は裾野が広がるように設けられ、かつ、前記傾斜面は前記共振器の延在方向に裾野が広がるように設けられ、
スライダの一端面近くには、光導波路が前記スライダの厚さ方向に、かつ、前記スライダを貫通するように設けられ、かつ、前記スライダの浮上面（ABS: Air Bearing Surface）には近接場光発生素子が設けられ、
前記スライダの浮上面に対向する面には前記半導体レーザ素子の前記基板面とは反対側の面が固定され、かつ、前記ミラーからの出射光の光軸と前記光導波路の光軸がほぼ一致するように固定されていることを特徴とする記録用ヘッド。
【請求項２】
前記光導波路の浮上面側端部およびその近くの部分が前記近接場光発生素子となっていることを特徴とする請求項１に記載の記録用ヘッド。
【請求項３】
前記スライダには、磁界発生素子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の記録用ヘッド。
【請求項４】
前記反射ミラーのミラー面が、前記共振器の延在方向に対してほぼ45度の角度をなし、かつ、前記反射ミラーを構成する材料の屈折率は3以上であることを特徴とする請求項1に記載の記録用ヘッド。
【請求項５】
前記反射ミラーは、前記半導体レーザ素子の発光波長に対してほぼ透明な材料で構成されることを特徴とする請求項4に記載の記録用ヘッド。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子のp電極およびn電極の両方が前記基板面とは反対側の面に設けられ、かつ、スライダ上に前記レーザダイオード素子を駆動する電力を供給する電気配線が設けられ、前記半導体レーザ素子のスライダに接する側の面とスライダのレーザダイオード素子に接する面に、搭載したときにお互いに対向する位置となるマーカーが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の記録用ヘッド。
【請求項７】
前記スライダのレーザダイオード素子を実装する部分が他のスライダ表面より低くなっていることを特徴とする請求項6に記載の記録用ヘッド。
【請求項８】
スライダとレーザダイオード素子の間に、サブマウントが挿入されていることを特徴とする請求項7に記載の記録用ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録用ヘッドに関し、特に高記録密度の情報記録装置、光記録媒体と記録媒体にレーザ光によって書き込む手段を備えた光記録装置、および磁気記録媒体と記録媒体に磁界によって書き込む手段および記録媒体をレーザ光によって加熱する手段を備えた光・磁気ハイブリッド記録装置に関する。特に、記録媒体へレーザ光を導く構造を備え、近接場光を利用して記録を行う光ディスク用ヘッド、および記録媒体へレーザ光を導く構造と記録再生用磁極を備え、近接場光を利用して記録を行うハイブリッド磁気記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の発展にともない、音声や映像のデジタル化および高質化が進み、インターネットのデータ通信量が著しく増加している。これにともない、サーバ等に蓄積される電子データ量が増加し、情報記録システムの大容量化が求められている。情報記録装置の１つとして、コンピュータ等に装着されている光ディスクおよび磁気ディスク装置には、装置を大型化することなく膨大な情報を蓄積するために高記録密度化が求められている。高密度化は、記録ビットサイズの微小化を意味する。
【０００３】
光ディスクでは、レーザ光の光スポットをレンズによりビットサイズに絞りこむ方法が用いられる。スポットサイズの微細化にはレーザ光の短波長化が有効である。光をレンズで集光した最小スポット径は、波長と集光に用いるレンズの開口数の比で表され、波長が短いほど高密度化に有利になる。しかし、レーザ光の短波長化による小スポット化では高密度化に限界があり、Tb/in2級の記録密度で求められるビットサイズには、より小さな光スポットが必要である。この問題を解決するために、レンズによる集光ではなく、記録媒体とヘッドの距離を狭め、近接場光を利用したスポットサイズの微細化が検討されている。
【０００４】
磁気ディスク装置の高記録密度化を実現するためには、記録媒体とヘッドの距離を狭め、磁気記録媒体の磁性膜の結晶粒径を微細化することが必要である。磁気記録媒体において、結晶粒径を微細化することは、粒子が熱的に不安定になるという問題をともなう。結晶粒径を微細化して同時に熱安定性を確保するためには、保磁力を大きくすることが有効である。保磁力の増加により、記録に必要なヘッド磁界強度の増加が必要となる。しかし、記録用ヘッドに使われる磁極材料の物性及び、磁気ディスクとヘッドの距離を狭めることに限界があることから、高記録密度化にともなって保磁力を増大させることは困難である。上記の問題を解決するために、光記録技術と磁気記録技術を融合したハイブリッド記録技術が提案されている。記録時に印加磁界発生と同時に媒体を加熱して、媒体の保磁力を低減させる。これにより、従来の磁気ヘッドでは記録磁界強度が不足して記録が困難であった高保磁力の記録媒体にも記録が容易になる。再生は、従来の磁気記録で用いられている磁気抵抗効果を用いる。このハイブリッド記録方法を熱アシスト磁気記録または光アシスト磁気記録と呼ぶ。ここで、光による加熱機構は、従来の光記録で用いられているレーザ光をレンズにより絞りこむ方法を用いることができる。しかし、磁気ディスク装置の高記録密度化には、光ディスクと同様に、従来の方法では絞れるスポット径に限界がある。これを解決する方法として、光ディスクと同様、近接場光を利用する方法が提案されている。
【０００５】
近接場光を用いた光記録、熱アシスト磁気記録は、レーザ光源が発生したレーザ光を記録ヘッドに導き、近接場光を発生させる機能を有する素子（以下、近接場光発生素子）を用いて光スポット径を記録に適した大きさと形に変換して使用する。通常、レーザ光源には、ディスクドライブのパッケージ内で使用する必要性から、レーザ光源の中でも小型で低消費電力の半導体レーザダイオード（以下LDという）が用いられる。
【０００６】
光記録、熱アシスト磁気記録ともに、記録に適した十分な光強度が必要とされる。光記録では、ビットを構成する材料の材質を変化させるのに必要な光強度であり、熱アシスト磁気記録では、記録媒体の磁化反転を容易にさせるのに十分に保磁力を低下させるための加熱に必要となる光強度である。
【０００７】
半導体レーザが発生する光出力は、現在の光記録用光源として最も普及している波長帯である780nm波長帯および650nm波長帯では、通常30-100mW程度である。この光出力が記録媒体表面に到達するまでには光学損失が生じ、数mW程度になる。Tb/in2以上の記録密度を実現する近接場を用いた光記録装置、熱アシスト磁気記録装置で使用する用途でも、記録媒体表面では同程度の光出力が必要とされる。
【０００８】
近接場光発生素子は、比較的大きなスポットサイズの光を、プラズモン共鳴現象を用いて非常に小さなスポットサイズの光を発生する素子である。Tb/in2級の記録密度では、1ビットの大きさは25nm以下であり、近接場光発生素子の大きさは数百nm〜1μm程度である。なお、近接場光発生素子については、たとえば特開2004-51046号公報（特許文献１）に述べられている。
【０００９】
LD素子の発生した光を近接場光発生素子に導くためには光学部品が使用される。LD素子が発生した光を近接場光発生素子に導くまでに光学損失が生じ、さらに、導波路やレンズで絞られる光のスポットサイズは近接場発生素子の大きさに比べて大きく、近接場発生素子に入射する光のうち近接場光に変換されるのは、入射した光の数〜十数パーセント程度である。したがって、LD素子には、記録媒体に到達するまでに生ずる光損失を考慮して十分な光出力が必要とされる。しかし、半導体LD素子の発生できる光強度は無限ではなく、LD素子の定格である一定の駆動電流や消費電力で発生する光出力の中で駆動しなければならない。
【００１０】
LD素子で発生したレーザ光を近接場光発生素子に導く光学部品は、反射ミラー、レンズ、光導波路などである。LD素子が発生した光は、光路に配置された光学部品を伝播して近接場光発生素子、またその先の記録媒体に到達する。光路を通過する途中に光強度は減衰し、LD素子の発生した光出力の数〜数十分の一になる。光強度の減衰の主な原因は、光学部品内を伝搬するときの吸収損失や散乱損失、および光学部品を接続したときに生ずるミスアライメント（光軸のずれやスポットサイズの違い）に起因する結合損失等である。これらの光損失を総称して伝播損失と呼ぶことにする。
【００１１】
記録に必要な十分な光強度を得るには、LD素子が発生する光強度を大きくするか、伝搬損失を低減することが必要になる。LD素子の光出力を大きくするためには、LD素子の大電流での駆動が必要になり、LD素子の高出力化が必要である。しかし、LD素子が発生する光強度には限界があるため、LD素子の光強度ばかりを大きくすることは現実的でない。なぜなら、一般的にLD素子の高出力化には素子の大型化をともなうからである。大型化は、大電流による駆動を必要とし、LD素子の消費電力、発熱の著しい増大を招く。したがって、半導体レーザから発生した光を効率よくヘッド先端まで導く、つまり伝播損失を低減することがキーテクノロジーとなる。
【００１２】
LD素子が発生した光を効率よくヘッド先端まで導くためには、光学部品の内部で生ずる光学損失、および光学部品の接点において生ずる結合損失を少なくすることが求められる。光学部品内部で生ずる光学損失は、その部品を構成する材料の特性による光の吸収や散乱に起因する。光学部品の接点で生ずる結合損失は、光学部品同士のもつ光フィールド形状の不整合や、光学部品を接合する際に生ずる光軸方向の距離や光軸に垂直方向の部品同士のずれが主な要因である。前者の光損失を低減するには、低散乱で低吸収の材料の使用や部品の小型化による光学距離の低減、後者の結合損失を低減するためには、部品の持つ光フィールドの大きさおよび形状のマッチング、部品の軸方向や横方向の光軸ずれの防止が必要である。光学損失を低減すれば、LD素子に必要とされる光出力が小さくなり、記録に必要な光出力が得られる。さらに、LD素子の小型化、低消費電力化が実現でき、その結果、LD素子の大きさに起因する制限が少なくなり、LD素子の配置などの設計の自由度が増す。
【００１３】
LD素子が出射するレーザ光のスポットサイズは、一般に出射面で1μm〜2μm程度であり、出射面から離れるほど拡大するため、そのままでは記録ビットに対して大きすぎる。スポットサイズと形状を変換するためには、近接場光発生素が必要である。LD素子から近接場光発生素子まで光部品を用いる以上、伝播損失を皆無にすることは難しく、材料選択やアライメント技術だけで低減できる光損失には実現上の限界がある。さらに、光記録ヘッドや磁気記録ヘッドそのものがこれらの光学部品に対して小さく、光学部品を配置する際に部品そのものの大きさや光学系に必要なトレランスに起因する実装上の制限が存在し、伝播損失を小さくする構成を実現しにくい。
【００１４】
したがって、光学部品の数量を減少させることが、光源から記録媒体までに生ずる伝播損失の減少を実現し、同時に実装の制限を解決する最良の方法である。よって、光源であるLD素子をヘッド近傍に配置し、LD素子とヘッドの間に光学部品を用いずにヘッド部に結合させることが望ましい。つまり、LD素子はヘッド上に集積することが伝播損失を最小にする方式の一つである。
【００１５】
しかし、特にハードディスクに代表される磁気ディスクでは、記録用ヘッドの主要部品である先端部の大きさは一辺が数百μm程度の直方体であり、その大きさはLD素子と同じオーダーである。したがって、光源であるLD素子をヘッドに実装する場合の配置には、LD素子の大きさに起因する実装上の制限が存在する。
【００１６】
近接場を使用する光ディスクヘッドや熱アシスト磁気記録ヘッドにおいて、実験において構造が実現された例では、LD素子をヘッド外に設置し、光学部品でヘッド先端に設けられた近接場発生素子に導く方式がとられている。たとえば、非特許文献１および２（Japan Journal of Applied Physics, Vol. 42 (2003), pp 5102やOptics Letters, Vol. 25 (2000), pp. 1279）に示されているように、LD素子はヘッド以外の場所に配置し、光ファイバなどの光導波路を用いて光を記録ヘッドに導く方法が用いられている。しかし、実用的な記録ヘッドを想定した場合、前述したように、光源であるLD素子とヘッドの距離が離れ、複数の光学部品を経由すると、伝播損失が大きいと考えられる。
【００１７】
【特許文献１】特開2004-51046号公報
【特許文献２】特開2002-298302号公報
【特許文献３】特開2004-273906号公報
【特許文献４】特開2004-235182号公報
【非特許文献１】Japan Journal of Applied Physics, Vol. 42 (2003), pp 5102
【非特許文献２】Optics Letters, Vol. 25 (2000), pp. 1279
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
LD素子をヘッドから離れた位置に置く方式では、LD素子の大きさや実装形態への制限を緩和する利点があるものの、光部品の数が多く光損失が大きくなるという欠点が存在する。また、光部品の光学系の実装が複雑になるという欠点も有する。この問題を解決するため、光学部品の数を減らした簡易な実装方法で記録用ヘッドを実現する方法が求められる。光部品の数が減少すると、アライメントを必要とする箇所が減少する。したがって、結合損失が減少し、LD素子が発生した光を効率的に導くことができるからである。
【００１９】
ヘッドの近傍に光源を配置することが、光路長を短くし、吸収損失や散乱損失を低減する。また、光学部品数の少ない簡易な実装が、結合損失を低減する。LD素子を最もヘッドの近傍に配置する方法はヘッドに直接LD素子を実装することである。しかし、近接場光を用いた光ヘッドや磁気ヘッドの場合、LD素子の大きさはヘッドに対して同じオーダーであり、無視できない大きさである。したがって、高速に回転するディスクの上に浮上するヘッドに不用意にLD素子を実装することは、ヘッドの動作に影響を与えかねない。LD素子以外の光学部品の実装も同様である。現在、磁気記録に用いられる主要部品であるスライダと呼ばれるヘッド先端部の部品の大きさは、長さと幅が1000μm以下、厚さはせいぜい300μm程度である。さらに今後、ヘッドの小型化が進み、スライダの長さ、幅、厚さともにさらに小さくなることが予想される。
【００２０】
前述のように、スライダと搭載するLD素子の大きさに大きな違いはなく、LD素子を直接スライダに実装する方式では、LD素子の実装の形態はヘッド全体の形状に影響する。最も普及しているLD素子である端面発光型LD素子の光の出射方向は、LD素子の共振器方向である。したがって、通常、LD素子の光をスライダ下部に設けられた近接場発生装置に導くためには、LD素子の共振器を記録媒体の存在する平面に対して垂直になる方向に実装することになる。
【００２１】
一般的な記録用半導体用端面発光型レーザダイオード素子の大きさは、長さが500-1500μm程度、幅が200〜400μm程度、厚さが約100μm程度である。LD素子の長さは共振器の長さを意味し、LD素子が発生できる光出力と密接な関係がある。
【００２２】
LD素子の共振器の長さはスライダの厚さと比較して数倍である。一方、スライダは回転する記録媒体に対して微小間隔を保って、媒体に対して浮上する。これにより、スライダと媒体との位置関係を平行に保つ構造である。10,000rpmを越えるディスクの回転速度においても、空気力学的に安定に浮上するスライダの形状は精密につくられている。スライダ上にLD素子を共振器が記録媒体に垂直になる方向に実装すると、LDを搭載したヘッド全体の形状は、縦方向が最も長い構造となる。この実装方法ではヘッドの媒体に対する浮上の不安定化につながるばかりか、ヘッドの可動しうるスペースを制限することになる。
【００２３】
共振器長が100μm程度の短共振器のLD素子を用いれば、前記問題を解決できる可能性がある。しかし、共振器の長さを短くすると、発生しうる光出力の最大値が小さくなるというトレードオフの関係がある。よって、端面発光型LD素子を短共振器化すると、一般的に用いられる記録用LD素子のような十分な光出力が得られない。また、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)のような面発光型LD素子では、端面発光型LDに対して共振器長を著しく短くすることができるが、短共振器の端面発光型LD素子と同様、LDから出射される時点の光出力で、せいぜい数mWの光出力しか得ることができないため、記録に必要な光出力としては極めて不十分である。したがって、短共振器化のアプローチは、目的には不適切であると言える。
【００２４】
前述したようにスライダは直方体の形状をしており、媒体に垂直な方向と比較して媒体に平行な方向は長い。したがって、スライダ上に共振器を媒体に平行にして実装することは、垂直にして実装するより比較的容易であり、ヘッドの浮上特性や可動性に与える影響は小さい。しかし、LD素子は共振器方向に光を出射するため、水平方向に出射された光の進行方向を約90度回転し、スライダ先端の近接場発生素子へ導くための光学構造を必要とする。
【００２５】
光の方向を短距離で約90度回転させるためには、たとえば、特開2002-298302号公報に示されているように、光学ミラーを用いるのが一般的である。光学ミラーには、光が部品内部を伝播して空間との境界面で反射するミラーと、光が空間を伝播して部品との境界面で反射するミラーが存在する。前者のミラーの場合、プリズムなどガラス系の材料が用いられるのが一般的である。
【００２６】
スライダには浮上面に近接場光発生素子が設けられ、反射ミラーで進行方向を回転された光を入射させる必要がある。スライダ上部からスライダ下部の近接場光発生器まで光を導く方式には、レンズを用いて、近接場光発生素子に集光する方式と、光導波路を用いる方式である。その中では高効率にレーザ光を近接場光発生器に集約できるのは光導波路を用いた方法であろう。光導波路は通常、中心に存在する屈折率の高いコアとそれよりも屈折率の低いクラッドからなり、コアに光を閉じ込める構造である。コアに高屈折率材料を用いることで光のスポットを微小化し、近接場光発生器に効率よく結合して近接場を発生させることができる。
【００２７】
ここで、LD素子からスライダ内に形成された光導波路へ光を導くためには、LD素子と光導波路の効率的な光結合が重要である。2つの導波路が光学的に高効率で結合するためには、結合する側と結合される側の光フィールド同士の形状および大きさが類似しているほどよい。また、結合する側と結合される側の導波路の間の距離が近いほど高効率の結合が得られる。
【００２８】
LD素子から反射ミラーを用いて、スライダ内に形成された導波路へ光を結合させる場合を考える。LD素子が出射した光は反射ミラーを通過する際に、そのミラーの大きさに応じた光路を経由することになる。その反射ミラーの作製上、反射ミラーの大きさは、小さくても光の導波方向となる縦、横の長さが数十μmになるため、光路長は短くても数十μmに達する。ところがLD素子が出射した光が反射ミラーの材料中や空気中を伝播する場合、光のフィールドは急激に拡大し、その光路が長いほど、屈折率が小さいほどその傾向は顕著である。図１に光路長と光スポット径の関係の計算結果を示す。出射面における光スポット径を記録用半導体LD素子で一般的な1μmとし、光スポットを１次元のガウシアン分布として計算した。光路の屈折率による光スポット径の広がりの違いも同時に示した。プリズムなどの反射ミラーの場合、材料がガラス系で、光路が屈折率1.5程度の材料の中を通る自由伝播であるため、反射ミラーを通過する間に光フィールドは著しく拡大する。この結果、スライダ内の光導波路への結合効率は、反射ミラーを経由しない場合に比較して著しく低下する。
【００２９】
この結合効率低下を防止する方法として、コリメートレンズを使用する方法がある。特開2004-51046号公報(特許文献１)に記載されているように、反射ミラーを通過する前後にコリメートレンズを配置し、LDが出射した光を平行光に変換した後、反射ミラーの光路を通過させる。これにより、反射ミラーを通過することで光学距離が生じても光フィールドが拡大するのを防ぎ、反射ミラーを通過した後に再びレンズを用いて集光し、小さなスポット径のスライダ内の光導波路に結合させる。
【００３０】
レンズを用いた方法では、結合効率と実装トレランスが改善されるが、レンズを使用することによる光学距離の増大、実装スペース、部品点数の増加、アライメント箇所の増加という不利益をもたらす。また、実際のレンズの大きさは通常数百μm〜数千μm程度で、前述のスライダを含めた磁気ヘッド上へ実装するためには大きすぎる。このことは、ヘッドの小型化が進んだ場合にはなお深刻になり、実現性は低い。
【００３１】
以上の問題を解決するためには、レーザ光源を共振器が媒体に平行である方向にスライダ上に実装し、レンズを使用せずに高効率でスライダ内の導波路へ結合させることが必要であることを本願発明者らは見出した。本発明の目的は、水平共振器型レーザ光源を共振器が媒体に平行である方向にスライダ上に実装し、レンズを使用せずに高効率でスライダ内の光導波路へ結合させる構成を提供することにある。さらに、近接場光記録および熱アシスト磁気記録に適したレーザ光導入構造を備えた記録用ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、レーザ光を必要とする記録用ヘッドにおいて、LD素子の出射する光を従来よりも低損失でスライダ下部の近接場光発生器等へ導く構成を提供するものである。
【００３３】
光源となるLD素子をスライダ上に搭載する場合、必要な光出力が得られる端面発光型レーザを共振器が記録媒体に平行になる方向に搭載し、LD素子が出射した光をスライダ先端まで導くために、LD素子から出射される光の進行方向を約90度回転してスライダへ結合させるための反射ミラーと、光路中で光スポットが拡大するのを防止するコリメートレンズが必要になることは前述した。しかし、スライダ上にLD素子と反射ミラー、レンズを実装することは、各部品の大きさを考えると現実的に困難であることも前述した。
【００３４】
本発明では、以上の課題を解決するため、次に述べる方式を提供する。
端面発光型LD素子の出射端面に屈折率の高い材料で構成されたマイクロミラーをモノリシックに集積した構造を考える。マイクロミラーはLD素子とモノリシックに集積されることから、LD素子と同一の材料で構成されることが作製上容易である。LD素子の作製プロセスにおいて、活性層を方向性エッチングすることで共振器に直結した反射ミラーとなる。集積するLD素子に使用される材料の中でも透明な材料、つまりLD素子の発振波長のエネルギーより小さなバンドギャップの材料のみで構成されていれば、マイクロミラーを光が通過する際の吸収損失を小さくすることができる。LD素子にモノリシック集積したマイクロミラーは、たとえば、特開2004-273906号公報（特許文献３）や特開2004-235182（特許文献４）に示されているように、方向や配置の形態においてさまざまなバリエーションがある。
【００３５】
前記の構造を用いて、共振器と約45度の角度をなすマイクロミラーを用いて、共振器方向に出射する光を約90度回転して、LD素子の表面から光を出射させることができる。前記のミラー集積LD素子の共振器が記録媒体に平行な方向にスライダ上に実装し、LD素子の表面から出射する光をスライダ内に設けられた光導波構造に直接結合させる。
【００３６】
図２、図３、図４は本発明で提案する方式に使用する反射ミラーをモノリシック集積したLD素子の構造模式図である。図２はLD素子の活性層付近の共振器方向の断面図である。図３はLD素子の表面の見える斜視図である。図４は基板側の面の見える斜視図である。半導体基板101を基に形成された端面発光型LD素子の光出射端面に光の進行方向を約90度回転するマイクロミラー105が集積された形状で、マイクロミラー105で反射された光が表面から出射する。
【００３７】
下部クラッド層103と上部クラッド層104に挟まれたLD素子の活性層102は基板101上にMOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)やMBE(Molecular Beam Epitaxy)などのエピタキシャル結晶成長で作製され、表面から数μmの位置に存在する。基板材料としては、GaAs、InP、GaN、サファイア等を使用することが可能である。基板の厚さは通常100μm程度であるため、マイクロミラー105で方向を変えられた光が基板側を伝搬して表面に達した場合、基板の厚さである100μmと基板の屈折率の積で表される光路長を通過することになり、基板材料によっては伝搬中の損失を生じる。さらに、一般的に基板に用いる化合物半導体の屈折率は3〜4程度、酸化物系の屈折率は1.5〜2.5程度であるが、図１に示した計算結果より光のスポットサイズが広がるため、スライダ内導波路との結合効率が低下するのは明らかである。
【００３８】
したがって、LD素子から出射される光の出射面は、活性層102から近い方の表面、つまり基板101と反対側の表面であることが望ましい。かかる構成にした場合、集積されたマイクロミラー中を光が伝播してLD素子表面から出射するまでの光路長は、LD素子表面からLD素子の活性層までの深さに等しい。
【００３９】
LD素子の活性層が発生する光とスライダ内の光導波路の結合を考えた場合、活性層からスライダ内の導波路に達するまでの光路ができるだけ短い構造がよく、LD素子の活性層102から近い表面を出射面とする場合の光路長は数μmである。一般的なGaAs系やInP系の半導体LD素子の場合はクラッド層104の厚さTに相当し、2μm程度である。また、光路になる材料がLD素子と同じ材料で構成され、屈折率３以上の材料なので光スポットの拡大はわずかである。さらに、光路の材料が発光波長に対して透明であれば、吸収による光損失を削減することができる。
【００４０】
図１に示す光路長と光スポット径の関係の計算結果から見ても、光フィールドはほとんど拡大しない程度の光路長であることがわかる。このLD素子の光出射面をスライダ上面に近接させ、スライダ内の光導波路へ出射光を結合すると、このスライダ内の光導波路を伝播して近接場発生素子に光を導くことができる。
【００４１】
本発明の概要を図６および図７を参照して説明する。
半導体LD素子100は、半導体基板101上に下部クラッド層103、活性層102および上部クラッド層104が設けられ、一端面側の一部または全部が傾斜面（反射ミラー105の傾斜面）であり、この傾斜面は、基板101側から基板と反対側の面（上部クラッド層側の面）の方向に向かうにつれて、共振器の延在方向に裾野が広がるように設けられている。その様子は図6および図７に示す通りである。かかる構造で、活性層102からの出力光をミラー105で反射させ、基板101側の面と反対側の面（上部クラッド層側の面）に導く。
【００４２】
スライダ111の一端面近くには、光導波路113がスライダ111の厚さ方向に、スライダ111を貫通するように設けられ、スライダの浮上面（ABS: Air Bearing Surface）には近接場光発生素子115が設けられている。スライダ111の浮上面に対向する面には、半導体レーザ素子100の基板101側の面と反対側の面（上部クラッド層側の面）が固定され、この面から出射された光の光軸と光導波路113の光軸がほぼ一致するように固定されている。
【００４３】
これらの構成を有する記録用ヘッドが本発明の特徴である。これにより、半導体レーザ素子からの出射光をスライダ内の光導波路113へ直接導くことができるため、半導体レーザ素子が発生した光の伝播損失を従来よりも小さくでき、スライダの浮上面へ記録に十分な光出力を供給できる。
【００４４】
次に半導体LD素子100とスライダ111の接合について述べる。
LD素子をスライダ上に実装し、出射光をスライダ内の光導波路に結合するためには、LD素子の出射光とスライダ内の光導波路の光軸をアライメントする必要がある。そのため、LD素子とスライダの双方にお互いの位置を合わせるマーカーを設ける。このマーカーは電極をパターニングする際に同時に形成する金属パターンでも良いし、LD素子のメサ構造等と同時に形成するインデックスパタンでも良い。スライダ側のマーカーは導波路と同時に作製すると自己整合型になり、搭載位置とマーカーの位置ずれが生じない。
【００４５】
以下、LD素子の結晶成長を行ってできる面、つまり活性層から近い面をLD素子の表面、基板側の面を裏面と呼ぶことにし、LD素子をスライダ上に搭載する状況を考える。LD素子の表面にはマーカーが設けられている。また、スライダ上にはLD素子を搭載する位置を合わせるため、LD素子のマーカーに対応した位置にマーカーが設けられている。LD素子の表面のマーカーとスライダ上面のマーカーの位置を赤外線透過法等のアライメント技法を用いて精密に合わせることで、LDの出射光とスライダ内に設けられた導波路の高効率の光結合を実現することができる。アライメントの精度は、使用するカメラ、移動ステージ等の性能によって異なるが、±1μm以内の高精度な位置合わせが可能である。
さらに、光の進行方向、つまり実装面に垂直な方向のミスアライメントについて考える。このミスアライメントは実装の際にLD素子の光出射面とスライダ上面にできる隙間に起因している。ソルダなどの接着剤を用いてLD素子をスライダ上に実装するが、接着剤の厚さは数μmであるが、接着剤の厚さの分だけ、LD素子の光出射面とスライダの光入射面との間に微小な間隙ができてしまうため、LD素子の光出射面とスライダの光入射面との間で光結合効率低下の懸念がある。スライダ上のLD素子を搭載する面を実装する際に使用する接着剤の厚さに相当する高さ分だけ低くするなど、接着剤の厚さに相当する量をスライダの形状で補償することで、光の出射面と入射面を近接させ、高効率の光結合を得ることも可能である。
【００４６】
また、スライダにはLD素子を駆動するための電気配線を設けることが必要である。LD素子は通常p型の半導体とn型の半導体の積層構造から構成され、基板の極性と表面層の電極の極性は逆である。したがって、多くの半導体LD素子は基板側と活性層に近い表面側に一対の電極を持っている。基板の極性がn型の場合、反対側はp型の極性の電極である。しかし、スライダ上に実装する場合、スライダ上のリードラインから電力を供給されるため、pとnの電極はスライダに接する同じ側の面に形成する必要がある。半導体LD素子において、p電極とn電極を同側の面に形成した例は主流ではないが、サファイアを基板にしたInGaN系レーザダイオードなどで、一般に見ることができる。
【００４７】
さらに高精度に位置合わせをすることも可能である。この方法は光通信用発光部品分野において、半導体LD素子と光ファイバの高結合のために用いられる方法で、アクティヴ・アライメントと呼ばれる。アクティヴ・アライメントは、LD素子を発光させた状態で、光結合させるものを動かして最も光結合効率が大きくなる位置にもって行き、そこで接着剤を用いて固定する方法である。この場合、LD素子を駆動するのに固定された駆動系が必要である。本発明ではLD素子を駆動するために、直接スライダ上に搭載するのではなく、LD素子をサブマウントと呼ばれる台座に実装し、LD素子を搭載したサブマウントをスライダに搭載する方法を提案する。サブマウントにはLD素子を駆動するための電力を供給する配線がパターニングされ、サブマウント上でLD素子を発光させることができる。LD素子を発光させた状態でスライダをアライメントし、スライダ内の光導波路を伝播してスライダ下部から出射される光をモニタして、最も結合効率のよい位置を検知した位置にサブマウントを固定する。これにより、前記のマーカーのみを使用するパッシヴ・アライメント法に比較して、高精度の位置合わせができる。
【００４８】
以上で述べた構造を用いると、光軸のアライメントを要する結合部は、LD素子の光出射面から出る光と近接するスライダに設けられた光導波路の結合のみである。LD素子とスライダ内導波路のフィールド形状のマッチングを図ることで、実装に十分なトレランスで光結合が実現できる。LDの出射面における光スポット形状を一般的な値である縦2μm、横1μmのガウシアン形状とする。そのときのLD素子と導波路の結合効率の計算結果を図５に示す。近接するLD素子の光出射面とスライダの上面が10μm離れている場合においても、横方向に1μmずれた場合の結合損失は2.3dB、縦方向に1μmずれた場合の結合損失は4.6dBである。縦と横がそれぞれ1μmの光軸ずれをしても、それらの和である6.9dBという十分小さな結合損失である。これを結合効率で表すと約20%となり、たとえばLDが50mWの出力を出したとき、10mWが導波路に導かれ、近接場発生素子に十分な光出力を供給できる。
【００４９】
以上では主に熱アシスト磁気記録ヘッドについて述べたが、レーザ光のみで記録を行う光記録ヘッドにも本発明の実施例は適用でき、近接場光記録ヘッドを実現できる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、レーザ光源からの光を近接場光発生素子等へ、従来よりも低損失に導波することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
（実施の形態１）
図６は本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面を示した図である。図７は同構造を示した斜視図である。LD素子は反射ミラー105をモノリシックに集積し、基板101と反対側の面から光を出射する。前記LD素子は、活性層102をスライダ111上面に平行になる方向に搭載し、活性層102に近い側の表面、つまり基板101と反対側の面をスライダ111の上面に近接させ、実装されている。LD素子の光出射位置はスライダ内に形成された光導波路113の光入射位置に合わせて実装される。スライダの上面にはソルダ112が設けられ、LD素子の電極106に溶着させて実装されている。スライダ内には、LD素子で発生した光を近接場発生素子115へ導く光導波路113と、磁気記録に用いる磁界発生素子114が設けられている。
【００５２】
図８はLD素子をスライダ上に実装する様子を示した模式図である。LD素子100は、スライダ111に実装される際には、スライダ上面に設けられたLD駆動電力供給用のリードライン116、117とLDのp、nの電極が接触するようにソルダを用いて溶着する。これにより、p電極とn電極がそれぞれのリードラインに接続される。実装の際の精密な位置合わせには、LDの実装面に設けられたマーカー109と、スライダ上面に設けられたマーカー119が対向するように、実装する。アライナーを用いてマーカーを合わせる際に赤外線透過法などを用いれば、横方向の光軸ずれを1μm以内にすることができ、目的に即した十分な光結合効率が得られる。
【００５３】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面を示した図である。図１０は同構造を示した斜視図である。スライダ上のLD素子を搭載する面を実装する際に使用する接着剤の厚さに相当する高さ分だけ低くした例である。
【００５４】
LD素子をスライダ上に実装する場合、導電性接着剤としてソルダを使用する。ソルダは通常数μmの厚みを持っているため、LD素子の光出射位置とスライダ上の光導波路の入射位置の間にソルダの厚さに相当する分の隙間ができる。この厚さに相当する分を補償して光結合効率を上げるため、スライダ上のLD素子を実装する部分が他のスライダ表面より低くなっている。スライダの低くなっている部分にLDの電極に合わせたソルダ112が設けられている。位置合わせは実施の形態１と同一の方法で行える。
【００５５】
（実施の形態３）
図１１は本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面を示した図である。図１２は同構造を示した斜視図である。LD素子とスライダの間にサブマウント121を挟んだ構造であり、この構造を採用することでアクティヴ・アライメントが行えるようになる。サブマウント121とスライダ111の接合には接着剤122を用いる。接着剤122には金属系のソルダや化学接着系の樹脂などを用いることができる。
【００５６】
図１３はLD素子とサブマウントをスライダに実装する様子を示した模式図である。まず、反射ミラーを集積したLD素子をサブマウント121へ搭載する。サブマウント上にはLD駆動電力供給用のリードライン116、117が設けられていて、LD素子を実装するとp電極とn電極がそれぞれのリードラインに接続される。このリードラインに電力を供給することで、LD素子を発光させることができる。p電極に接続されているリードラインに正電位を加え、n電極に接続されているリードラインを接地するのが通常である。
【００５７】
次にLD素子を搭載したサブマウントをスライダに搭載する。LD素子を発光させた状態で、スライダへ位置合わせを行い搭載するのがアクティヴ・アライメントである。スライダの下面に受光器を配置し、導波路を通過する光の出力を感知できるようにしておく。サブマウントを微小領域で動かしながら、導波路を通過した光が最も大きくなる位置にLD素子を固定する。実施の形態１に示したパッシヴ・アライメントに比較して、結合する光を実際にモニタすることで、より精度のよいアライメントが可能になる。
【００５８】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態である記録用ヘッドと、ヘッドを機械的に駆動するサスペンションを接続した模式図である。LD素子100を搭載したスライダ111がフレクサー132でサスペンション131に接続されている。熱アシスト磁気記録ヘッドの場合、磁界発生コイルとLD素子の駆動電力供給は、フレクサーおよびサスペンションに設けられたリードラインを通して行われる。
【００５９】
（実施の形態５）
図１５は本発明の記録ヘッドを使用した記録用ディスク装置を示した模式図である。記録用ディスク装置の筐体150の中に、記録媒体である記録ディスク142が配置され、スピンドル143で記録ディスク142を回転する。スライダ111にはLD素子100が搭載され、スライダはアーム145に接続されている。アームはボイスコイルモータ141で駆動し、回転するディスクの記録する位置へヘッドを移動させる。記録データの書き込みおよび読み込み情報を処理する信号処理用LSI144も筐体内に配置される。
【００６０】
本発明の実施例により、スライダ上にLD素子を実装する場合、多くの光学部品を使用せずに高い光結合効率で、光を近接場発生素子まで導くことができる。その結果、光記録および熱アシスト磁気記録に適した近接場光を発生する記録用ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】計算した光路長とスポット径の関係を示すグラフ。
【図２】反射ミラーをモノリシック集積した半導体レーザ素子の断面模式図。
【図３】反射ミラーをモノリシック集積した半導体レーザ素子の斜視模式図。
【図４】反射ミラーをモノリシック集積した半導体レーザ素子の斜視模式図。
【図５】計算したLD素子と光導波路の結合効率の軸ずれ依存性を示すグラフ。
【図６】本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面を示した図。
【図７】本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドを示した斜視図。
【図８】LD素子をスライダ上に実装する様子を示した模式図。
【図９】本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面を示した図。
【図１０】本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドを示した斜視図。
【図１１】本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面を示した図。
【図１２】本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装した記録ヘッドを示した斜視図。
【図１３】LD素子とサブマウントをスライダに実装する様子を示した模式図。
【図１４】本発明の実施の形態である記録用ヘッドと、ヘッドを機械的に駆動するサスペンションを接続した模式図。
【図１５】本発明の記録ヘッドを使用した記録用ディスク装置を示した模式図。
【符号の説明】
【００６２】
１００：半導体レーザダイオード素子
１０１：半導体基板
１０２：レーザダイオードの活性層
１０３：レーザダイオードの下部クラッド層
１０４：レーザダイオードの上部クラッド層
１０５：反射ミラー
１０６：レーザダイオードの電極
１０７：レーザダイオードのp電極
１０８：レーザダイオードのn電極
１０９：搭載用位置合わせマーカー
１１１：スライダ
１１２：ソルダ
１１３：光導波路
１１４：磁界発生素子
１１５：近接場光発生素子
１１６：LD駆動電力供給用リードライン
１１７：LD駆動電力供給用リードライン
１１９：搭載用位置合わせマーカー
１２１：サブマウント
１２２：接着剤
１３１：サスペンション
１３２：フレクサー
１４１：ボイスコイルモータ
１４２：記録ディスク
１４３：スピンドル
１４４：信号処理用LSI
１４５：アーム
１５０：記録用ディスク装置筐体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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