(57)【要約】【課題】半導体レーザとＳＩＬとの高精度の位置合わせを可能とし、それによって、微小な近接場光を高効率に発生させることを可能とする光ヘッドおよびその製造方法を提供する。【解決手段】この光ヘッドは、記録媒体上を浮上走行する浮上スライダ８と、浮上スライダ８の後端面８ａに設けられた端面発光型半導体レーザ２２と、端面発光型半導体レーザ２２の出射面２４に形成された誘電体２５と、誘電体２５に埋設され、誘電体２５よりも高い屈折率を有する材料から構成され、半導体レーザ２２からのレーザ光１４を底面に集光するＳＩＬ２７とを有する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上を浮上走行する浮上スライダと、
前記浮上スライダに設けられ、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザの前記出射面に設けられた誘電体と、
前記誘電体の所定の位置に埋設され、前記誘電体よりも高い屈折率を有する材料からなり、前記半導体レーザの前記出射面から出射された前記レーザ光を底面に集光するソリッドイマージョンレンズとを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記半導体レーザの前記出射面と前記ソリッドイマージョンレンズの底面とは、前記ソリッドイマージョンレンズの入射面に対して互いに共役の位置に配置され、
前記ソリッドイマージョンレンズは、前記レーザ光を前記入射面において屈折させて前記底面に集光させ、前記底面から微小サイズのレーザ光を発生させることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記ソリッドイマージョンレンズの入射面は、球面の一部から構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項４】
前記ソリッドイマージョンレンズの入射面は、非球面形状を有することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記誘電体は、ＳｉＯ２を主成分とすることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記誘電体は、スピンオングラスにより形成されたことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記誘電体は、高分子有機材料からなることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項８】
前記ソリッドイマージョンレンズは、結晶材料からなることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項９】
前記ソリッドイマージョンレンズは、アモルファス材料からなることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１０】
前記半導体レーザは、前記レーザ光を活性層の端面から出射する端面発光型半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１１】
前記端面発光型半導体レーザの光共振器は、前記端面発光型半導体レーザの裏面ミラーと前記ソリッドイマージョンレンズの底面により構成されることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１２】
前記端面発光型半導体レーザの光共振器は、前記端面発光型半導体レーザの裏面ミラーと光ディスクの記録層の反射面により構成されることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１３】
前記ソリッドイマージョンレンズの入射面の半径は、３μｍ以下であることを特徴とする請求項１０記載の光ヘッド。
【請求項１４】
前記半導体レーザは、前記レーザ光を活性層に垂直に出射する面発光型半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１５】
前記面発光型半導体レーザの共振器は、前記面発光型半導体レーザの両端の半導体多層膜からなる共振器と前記ソリッドイマージョンレンズの底面により構成される複合共振器であることを特徴とする請求項１４記載の光ヘッド。
【請求項１６】
前記ソリッドイマージョンレンズの底面には、位相調整層が形成されていることを特徴とする請求項１４記載の光ヘッド。
【請求項１７】
前記ソリッドイマージョンレンズの底面には、テーパー型の誘電体開口が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１８】
前記ソリッドイマージョンレンズの底面には、開口を有する金属膜が被着されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項１９】
前記開口は、非対称の形状を有することを特徴とする請求項１８載の光ヘッド。
【請求項２０】
前記ソリッドイマージョンレンズの底面には、複数の金属膜がその先端を近接させて配置されたことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項２１】
前記複数の金属膜は、互いに非対称であることを特徴とする請求項２０記載の光ヘッド。
【請求項２２】
前記ソリッドイマージョンレンズは、底面側に、前記ソリッドイマージョンレンズの屈折率よりも大きな屈折率を有する材料から形成された第２のソリッドイマージョンレンズが埋め込まれ、前記第２のソリッドイマージョンレンズの底面に前記レーザ光が集光されることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項２３】
前記第２のソリッドイマージョンレンズは、半球型を有することを特徴とする請求項２２記載の光ヘッド。
【請求項２４】
前記第２のソリッドイマージョンレンズは、超半球型を有することを特徴とする請求項２２記載の光ヘッド。
【請求項２５】
前記第２のソリッドイマージョンレンズの底面は、前記ソリッドイマージョンレンズの底面と同一平面をなすことを特徴とする請求項２２記載の光ヘッド。
【請求項２６】
前記第２のソリッドイマージョンレンズの直径は、前記ソリッドイマージョンレンズが形成する光スポット径よりも大きいことを特徴とする請求項２２記載の光ヘッド。
【請求項２７】
記録媒体上を浮上走行する浮上スライダと、
前記浮上スライダに設けられ、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザの前記出射面に設けられ、前記レーザ光が伝播するにつれて前記レーザ光のビーム径を小径化させる構造を有するフォトニック結晶とを備えたことを特徴とする光ヘッド。
【請求項２８】
前記フォトニック結晶は、六角形に並べられ、かつ、前記出射面から前記フォトニック結晶の底面に向けて、間隔を狭めながらテーパー状に径を狭めるように複数の穴が形成されていることを特徴とする請求項２７記載の光ヘッド。
【請求項２９】
浮上スライダの後端面に、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザを積層し、
前記半導体レーザの前記出射面に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜をフォトリソグラフィ工程を用いてエッチングすることによりドーム状の穴を形成し、
前記ドーム状の穴に高屈折率媒体を埋め込むことにより前記誘電体膜よりも高い屈折率を有するソリッドエマージョンレンズを形成することを特徴とする光ヘッドの製造方法。
【請求項３０】
前記ドーム状の穴の形成は、イオンミリングあるいはＦＩＢ法を用いて行われることを特徴とする請求項２９記載の光ヘッドの作製方法。
【請求項３１】
前記ソリッドエマージョンレンズの形成は、前記誘電体層に誘電体あるいは半導体からなる前記ソリッドイマージョンレンズを底面が前記誘電体層の底面と面一になるよう埋め込んだ後、前記誘電体層の上面を前記半導体レーザの前記出射面に接合して行われることを特徴とする請求項２９記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項３２】
前記ソリッドエマージョンレンズの形成は、前記誘電体層に誘電体あるいは半導体からなる微小球を埋め込んだ後、前記誘電体層とともに前記微小球を研磨して行われることを特徴とする請求項２９記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項３３】
前記半導体レーザの積層は、磁気ヘッドあるいはＧＭＲセンサの積層を含むことを特徴とする請求項２９記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項３４】
前記磁気ヘッドの磁気ポールおよびヨーク接続部は、前記誘電体あるいはソリッドイマージョンレンズに埋め込まれて形成されることを特徴とする請求項２９記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項３５】
前記磁気ヘッドの前記磁気ポールは、前記ソリッドイマージョンレンズ内のレーザ光の収束角に合わせたけ傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項３４記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項３６】
前記磁気ヘッドの前記ヨーク接続部の表面側は、反強磁性膜により覆われていることを特徴とする請求項３４記載の光ヘッドの製造方法。
【請求項３７】
浮上スライダの後端面に、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザを積層し、
前記半導体レーザの前記出射面に、前記レーザ光が伝播するにつれて前記レーザ光のビーム径を小径化させる構造を有するフォトニック結晶を形成することを特徴とする光ヘッドの製造方法。
【請求項３８】
前記フォトニック結晶の形成は、順次小径化した複数の穴を有する複数の薄膜を準備し、前記複数の薄膜を接合することにより、六角形に並べられ、かつ、前記出射面から前記フォトニック結晶の底面に向けて、間隔を狭めながらテーパー状に径を狭めるように複数の穴を形成することを特徴とする請求項３７記載の光ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光を用いた光ヘッドおよびその製造方法に関し、特に、半導体レーザとＳＩＬとの高精度の位置合わせを可能とし、それによって、微小な近接場光を高効率に発生させることを可能とする光ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、近接場光の形成には、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）や微小開口が用いられてきた。しかし、ＳＩＬでは、単独では集光できず、対物レンズを用いて集光する必要があり、また、ヘッド高さを抑えるためには、折り返しミラーが必要となり、光学素子の数が増え、高精度の位置調整が必要とされ、ヘッド高さが高くなる等の問題があった。近接場光記録では、光ヘッドと記録媒体との距離を１００ｎｍ以下に近付けなければならないため、ディスク可換型とすることが難しく、磁気ハードディスクと同じ固定型となるため、容積密度が重要となり、ヘッド高さの小型化が求められ、ＳＩＬはその点において問題があった。
【０００３】
小型の光ヘッドに向いた従来の光ヘッドとして、例えば、Ｖｅｒｙ　Ｓｍａｌｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｌａｓｅｒ（ＶＳＡＬ）が知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
図９は、その光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、浮上スライダ８の後端面８ａに、端面発光型半導体レーザ２を集積し、端面発光型半導体レーザ２の活性層３の出射位置４に微小開口５を有する金属膜６を設け、そこから近接場光７を発生させるようにしたものである。この光ヘッド１によれば、０．２μｍ幅の開口５において、トラック幅当たり２４ｍＶ／μｍの出力が得られる。この値は、ＧＭＲセンサのそれよりもむしろ大きい。
【０００５】
また、従来の光ヘッドとして、面発光型半導体レーザ２の外側に、ＧａＰなどの高屈折率の結晶で形成したＳＩＬ９を配置して微小サイズの近接場光７を形成する方式が提案されている（例えば、非特許文献２）。
【０００６】
図１０は、その光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、さらに近接場光を微細化するため、ＳＩＬ９の集光位置には、テーパー型の開口１０を設けている。なお、同図において、１１，１２は光共振器用半導体多層膜、１３は発光モード、１４は出射光である。この場合、屈折率３以上の半導体材料を用いて集光を行うため、微小スポットが形成できる。
【０００７】
上記非特許文献２に類似する従来の光ヘッドとして、透明ガラスの上下面に対物レンズとＳＩＬを埋め込んで一体にして形成し、その上に面発光型半導体レーザを、スペーサを介して積層したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
図１１は、その光ヘッドを示す。この光ヘッドは、透明ガラス１５の上下面にそれぞれ対物レンズ１６とＳＩＬ９を埋め込んで一体にして形成し、スペーサ１９を介して面発光型半導体レーザ２を配置したものである。この光ヘッドは、対物レンズ１６とＳＩＬ９の双方で集光するため、原理的にはＳＩＬ９の集光特性を最大に生かし、球面収差なしに回折限界に集光することができる。
【０００９】
従来、近接場光を用いた光記録において、再生には、自己結合効果（ＳｅｌｆＣｏｕｐｌｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｉｃｋｕｐ：　ＳＣＯＯＰ）と称される、所謂戻光による半導体レーザのインピーダンスの変化を用いる方式が最も効率が良く、上記のＶＳＡＬにおいても使用されている（以下「従来例１」という。）。
【００１０】
また、従来、半導体レーザの出射位置周辺に、薄膜磁気ヘッドの磁気ポールや磁気コイルを設けて、光磁気記録や光アシスト磁気記録を行う光ヘッドが提案されている（以下「従来例２」という。）。
【００１１】
【非特許文献１】
ＩＳＯＭ／ＯＤＳ１９９９，ＴｈＣ‐０１，（１９９９）Ｐ．３５２
【非特許文献２】
ＩＳＯＭ／ＯＤＳ２００２、ＷＣ０５，（２００２）Ｐ．２９３
【特許文献１】
特開平１１−２５８９４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記非特許文献１によると、近接場光出力が開口５を狭めるにつれて開口／波長の４乗に比例して低下するため、高密度化を目的として開口径を小さくするにつれて、レーザ内のモードに対する開口径の比が小さくなり、レーザ共振器内のパワーを十分外の取り出せなくなるという問題がある。
【００１３】
上記非特許文献２によると、半導体レーザ２とＳＩＬ９は個別に形成されているため、ＳＩＬ９と半導体レーザ２、およびテーパー部８とＳＩＬ９との３次元的な精密な位置合わせが必要となる。これは、近接場光の微細化を進めるにつれて厳しくなり、それぞれに０．１μｍ程度の位置合わせが求められ、それらのずれに従って大幅に近接場光の発生効率が低下するという問題がある。
【００１４】
上記特許文献１によると、対物レンズ１６とＳＩＬ９を透明ガラス１５の上下に平坦に埋め込むため、透明ガラスはプロセス中におけるハンドリングに耐える必要があり、かなりの厚さ（望ましくは数百μｍ、最低でも１００μｍの厚さ）を必要とする。また、透明ガラス１５にはＢＫ−７（屈折率１．５１１５）が使用され、対物レンズ１６とＳＩＬ９にはＬａＦ−２ガラス（屈折率１．８９２７）が使用されており、両者の屈折率差が０．４以下と小さいため、ＳＩＬ９の底面に集光するためには、対物レンズ１６の出力側の開口数を大きくしなければならない。また、このレンズ構成では、集光焦点距離はそれぞれのレンズ１６，９の曲率の２．５倍以上と長くなる。これらの理由から、対物レンズ１６のサイズおよび半導体レーザ２との距離を大きくするため、全体のヘッド高さが大きくなる。また、プロセス中に両レンズの焦点距離の調整、および両者それぞれと半導体レーザからなる３つの光学素子の３次元の高精度の位置合わせが必要となる。
【００１５】
上記従来例１によると、ＳＣＯＯＰ効果を用いて検出する場合、半導体レーザの共振器と戻光の位相を安定させることが重要であり、この変動が全てノイズの原因となる。この変動を抑えるためには、両者の位相を１／１０波長のレベルで高精度に合わせる必要があり、半導体レーザとＳＩＬを個別に作製し、両者の距離を合わせて組み立てる方法ではそれを達成することは困難である。
【００１６】
上記従来例２によると、出射レーザ光の位置と印加磁界の位置を極力近づけることが重要であり、両者に位置ずれやサイズのずれがあると記録形状が矩形とならず、シェブロン型や三日月状となり、記録密度が低下することは、Ｔ．Ｒａｕｓｃｈらが、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＳＰＩＥ　４３４２，　（２００１）　Ｐ．５０２などで報告している通りである。この位置ずれやサイズずれは、光スポットのサイズかそれ以下に抑える必要があり、高密度化に向けて光スポットのサイズを微小化するにつれて小さくなり、例えば１Ｔｂｉｔ／（ｉｎｃｈ）２の記録密度では、数十ｎｍまで近付ける必要がある。しかし、従来例２の方式では、微小レーザ光形成用の光源として上記ＶＳＡＬなどが用いられ、半導体レーザからの出射光を直接記録媒体に照射する方式であるため、出射位置直前までレーザ共振器があり、そのサイズは１×３μｍ程度と大きく、この共振器に光損失を与えずに、磁気ポールを近づけることは困難である。
【００１７】
従って、本発明の目的は、半導体レーザとＳＩＬとの高精度の位置合わせを可能とし、それによって、微小な近接場光を高効率に発生させることを可能とする光ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、光磁気記録や光アシスト磁気記録において、微小レーザ光照射位置と磁界印加位置を光損失なしに、光スポット径と同程度まで近付けることを可能とすることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、記録媒体上を浮上走行する浮上スライダと、前記浮上スライダに設けられ、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザの前記出射面に設けられた誘電体と、記誘電体に埋設され、前記誘電体よりも高い屈折率を有する材料からなり、前記半導体レーザの前記出射面から出射された前記レーザ光を底面に集光するソリッドイマージョンレンズとを備えたことを特徴とする光ヘッドを提供する。
この構成によれば、半導体レーザからの拡散光を１つのレンズでＳＩＬの集光面（底面）に集光することが可能となる。
【００２０】
本発明は、上記目的を達成するため、記録媒体上を浮上走行する浮上スライダと、前記浮上スライダに設けられ、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザの前記出射面に設けられ、前記レーザ光が伝播するにつれて前記レーザ光のビーム径を微小化する構造を有するフォトニック結晶とを備えたことを特徴とする光ヘッドを提供する。
この構成によれば、半導体レーザからの拡散光をフォトニック結晶だけで集光することが可能となる。
【００２１】
本発明は、上記目的を達成するため、浮上スライダの後端面に、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザを積層し、前記半導体レーザの前記出射面に誘電体膜を形成し、前記誘電体膜をフォトリソグラフィ工程を用いてエッチングすることによりドーム状の穴を形成し、記ドーム状の穴に高屈折率媒体を埋め込むことにより前記誘電体膜よりも高い屈折率を有するソリッドエマージョンレンズを形成することを特徴とする光ヘッドの製造方法を提供する。
この構成によれば、基本的には、半導体レーザやＬＳＩの作製に使用する量産性の高い薄膜プロセスによって作製できるため、低コスト化が可能となる。
【００２２】
本発明は、上記目的を達成するため、浮上スライダの後端面に、出射面からレーザ光を出射する半導体レーザを積層し、前記半導体レーザの前記出射面に、前記レーザ光が伝播するにつれて前記レーザ光のビーム径を小径化させる構造を有するフォトニック結晶を形成することを特徴とする光ヘッドの製造方法を提供する。
この構成によれば、半導体レーザからの拡散光をフォトニック結晶だけで集光することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドを示す。この光ヘッドは、記録媒体上を浮上走行する浮上スライダ８と、浮上スライダ８の後端面８ａに設けられた端面発光型半導体レーザ２２と、端面発光型半導体レーザ２２のレーザ光出射端側に設けられたＳＩＬ２７とを有し、記録媒体にレーザ光を照射して記録再生するものである。
【００２４】
端面発光型半導体レーザ２２は、活性層２３を有する結晶部２０と、結晶部２０の出射面（先端面）２４に被着形成された誘電体２５と、レーザ光１４をＳＩＬ２７の集光面（底面）２８付近に集光するように誘電体２５の表面２６の出射光１４に直対する位置に埋め込まれたＳＩＬ２７とを備える。端面発光型半導体レーザ２２の場合、活性層２３から上面２２’までの距離が１μｍ程度と薄いため、誘電体２５を被着し、ＳＩＬ埋め込みを可能とするための誘電体膜からなるスペーサ２１を有する。また、半導体レーザ２２の出射面２４には反射防止膜３０が形成され、後端面には、裏面ミラー３２が形成されている。従って、半導体レーザ２２の光共振器は、半導体レーザ２２の裏面ミラー３１と、ＳＩＬ２７の入射面２９、あるいは図示しない記録媒体の反射面により形成される。例えば、誘電体２５の厚さを約１０μｍ、ＳＩＬ２７の半径（ｒ）を２．５μｍ、ＳＩＬ２７の面頂から底面までの距離を約５μｍとすることにより、半導体レーザ２２の出力光はＳＩＬ２７の底面２８に集光される。
【００２５】
誘電体２５の材料として、例えば、ＳｉＯ２（屈折率１．４６）を主成分とするＳｉＯ２膜、リンを含有するＰＳＧ膜、ＳｉＯ２を主体とするスピンオングラス等を用いることができる。これらは、ＣＶＤや塗布によって被着できるため、プロセスが簡素化できる。また、高分子有機膜を使用してもよい。これにより、誘電体２５の屈折率を１．４以下に下げられるため、ＳＩＬ２７との屈折率差が大きくとれ、さらに光スポットを微小化できる。
【００２６】
ＳＩＬ２７の材質として、例えば、ＧａＰ（屈折率約３．８）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、単結晶シリコン等を用いることができる。特に、ＣＶＤなどで被着し、水素を含んだａ−Ｓｉ：Ｈの吸収係数は低く、また、屈折率はむしろ単結晶シリコンよりも高いため、本実施の形態に適する。これにより、波長７８０〜８１０ｎｍのＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザの出射光を集光でき、やはり１００ｎｍ径程度の光スポットが得られる。また、より短波長の半導体レーザに使用するためには、ＧａＰが適し、ＩｎＧａＰ系の赤色レーザ（波長６３０〜６７０ｎｍ）は当然のこと、４６０ｎｍにおいても吸収係数は０．０１程度であり、ＩｎＧａＮ系の半導体レーザにも使用可能である。
【００２７】
図２は、異なる屈折率を有する二つの媒体ｎ、ｎ’の界面を半径ｒの曲面としたときの結像関係、すなわち物点Ｐと像点Ｐ’の関係を示す。物点Ｐと像点Ｐ’の関係は、次式で表される。
ｎ’／ｓ’＝（ｎ’−ｎ）／ｒ＋ｎ／ｓ
ここに、ｓは物点Ｐから面頂Ｖまでの距離、ｓ’は像点Ｐ’から面頂Ｖまでの距離である。従って、上式を変形することによって、ｓ’とｓの関係が得られる。すなわち、
ｓ’＝ｎ’・ｒ・ｓ／｛（ｎ’−ｎ）・ｓ＋ｎ・ｒ｝
従って、媒体ｎに対応する誘電体２５にＳｉＯ２（ｎ＝１．４６）、媒体ｎ’に対応するＳＩＬ２７にＧａＰ（ｎ’＝３．８）を使用したとき、曲率半径ｒを２．５μｍ、ｓを７μｍとすると、ｓ’は５．１μｍとなり、その位置にレーザ光は集光される。半導体レーザ２２の出射位置（出射光の広がり角の頂点）は、実際には出射面２４から２μｍほど半導体レーザ２２の内側にあるので、誘電体２５の厚さを１０μｍとすることにより、上記出射位置とＳＩＬ２７の底面２８が互いに共役の関係をなし、レーザ光１４はＳＩＬ２７の底面２８に集光されることになる。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施の形態の一作製法を示す。本作製法においては、まず、図３（ａ）に示すように、結晶部２０の後端面に裏面ミラー３２を被着し、出射面２４に反射防止膜３０を被着した後、ＳｉＯ２を主成分とするＳｉＯ２膜からなる誘電体２５を約５μｍ厚さに蒸着する。誘電体２５としては、ＳｉＯ２膜に限らないが、厚く被着するため、ストレスの小さい膜が好ましく、スピンオンガラスなどを塗布した後、過熱してもよく、高分子有機膜などを使用してもよい。また、燐酸を含むＰＳＧ膜も熱ＣＶＤ法を用いて比較的厚く（数ミクロン）に被着でき、また、ストレスも小さいことから、本誘電体に適するものである。
【００２９】
その誘電体２５の上にフォトレジスト膜５１を形成し、図３（ｂ）に示すように、端面発光型半導体レーザ２２の活性層２３の直下に直径２μｍの開口５２をパターニングし、その開口５２を通して誘電体２５をエッチングし、直径５μｍのドーム型の窪み５３を形成する。開口５２を活性層２３の直下に位置合わせするためには、半導体レーザ２２を発振させ、その出力強度の分布をＣＣＤセンサ付の顕微鏡で観測し、その最大強度の位置を計測して行う。この測定には、走査型近接場顕微鏡を用いてもよい。このエッチングには、異方性エッチングとバッファードフッ酸（ＢＨＦ）などを使用した等方性エッチングを併用して行う。
【００３０】
その窪み５３に、図３（ｃ）に示すように、酸化セリウムなどからなる反射防止膜５４を蒸着した後、ＧａＰ５５をＭＯＣＶＤ技術を用いて被着して埋め込み、フォトレジスト膜５１を含む余分の部分５６を研磨により除去し、図３（ｄ）に示すように、ＧａＰからなるＳＩＬ２７を誘電体２５に埋め込ませた光ヘッド１を作製する。なお、ＭＯＣＶＤで被着する代わりに、ＧａＰの微小結晶を埋め込んでもよい。また、アモルファスシリコンも同様にして埋め込むことができ、また、結晶シリコンを研磨した後に埋め込んでもよい。窪み５３の形成には、数μｍの針を用いて、研削してもよく、さらに放電を印加して電解研磨技術により窪み５３を形成してもよい。これらにより、より高精度に窪み形状の作製が可能となる。
【００３１】
以上詳述したように、本実施の形態の光ヘッドによれば、実微小な光スポットをほとんど光損失なしに得ることが可能となる。光スポットの径（半値全幅）Ｄ１／２は次式で与えられる。
Ｄ１／２＝１／２・λ／（ｎ・ＮＡ）
ここに、λはレーザ光の波長、ｎはＳＩＬ２７の屈折率、ＮＡはＳＩＬ２７の内部での開口である。従来のＳＩＬでは、ＳＩＬの入射面に収束光が入射して、ＳＩＬの中心からｒ／ｎだけ下の位置に集光させる（ｒはＳＩＬの半径、ｎは屈折率）。これはこの位置が不遊点（Ａｐｌａｎａｔｉｃ　Ｐｏｉｎｔ）であり、この位置への集光の場合、球面収差が生じないからである。しかし、本実施の形態では、半導体レーザ２２の拡散光をＳＩＬ２７に直接入射しており、不遊点への集光はできないが、ＳＩＬ２７の半径が例えば２．５μｍと非常に小さいため、球面収差の影響を無視でき、殆ど回折限界までの集光ができる。半導体レーザ２２の広がり角は、８度（活性層に平行）〜２５（活性層に垂直）度であるが、それにより開口数０．５が得られる。これにより、光スポット径Ｄ１／２、約１７０ｎｍ（活性層に垂直）の光スポットが得られる。このスポット径は、半導体レーザ２２からのレーザ光の近視野像の１／１０以下である。また、ＳＩＬ２７のサイズが数ミクロンと小さいため、集光面２８のずれや凹凸はほとんど集光性に影響を与えない。なお、ＳＩＬ２７の入射面２９を非球面とすることにより、作製法は若干複雑となるが、球面収差を抑え、回折限界に集光することも可能である。
【００３２】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る他の作製法を示す。本作製法においては、まず、図４（ａ）に示すように、ＳｉやＧａＰなどからなる微小球を研磨により作成した後、これを冶具に取り付け、所定の高さに研磨して微小裁底球９１を作製する。微小裁底球９１の高さは、半導体レーザ２２からの拡散光が焦点を結ぶ位置に等しくする。次に、図４（ｂ）に示すように、微小裁底球９１をＳｉＯ２を主成分とするスピンオンガラス９２中に埋め込む。この時、微小裁底球９１の底面９３とスピンオンガラス９２の下面９４を同一平面とする。なお、微小裁底球９１の底面９３をスピンオンガラス９２の下面９４よりも数十ｎｍだけ突出させてもよい。次に、スピンオンガラス９２の厚さが所定の厚さになるように、スピンオンガラス９２の上面９５を研磨する。しかる後に、図４（ｃ）に示すように、この上面９５を半導体レーザ２２に貼り付ける。この場合、微小裁底球９１が半導体レーザ２２の活性層２３の直下に来るように位置合わせする。その後、誘電体２５の上にフォトレジスト膜５１を形成し、所定のパターニングを行って、下面９４を除去して第１の実施の形態の半導体レーザ２２が完成する。なお、微小球をスピンオンガラス９２中に埋め込んだ後、その下面９４を研磨して微小裁底球９１を形成してもよい。
【００３３】
本作製法によれば、半導体結晶からなる微小球をソリッドイマージョンレンズの材料として使用でき、また、吸収が少なく、高屈折率の材料を用いてソリッドイマージョンレンズを作製することが可能となる。また、微小球を所定の冶具に１次元ないし２次元状に多数個貼り付けてから埋め込むことにより、量産性をあげることができ、低コスト化が可能となる。
【００３４】
図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係るＳＩＬ２７の底面の構造を示す。この第２の実施の形態は、近接場光形成用の構造体をＳＩＬ２７の底面の集光面２８近傍に設けたものである。
【００３５】
図５（ａ）は、テーパー型の誘電体からなる開口４１を集光面（底面）２８に設けた例を示す。開口４１の上部４２のサイズを光スポットと同程度にし、出射面４３のサイズをその半分程度とすることにより、殆ど光損失なしに、スポット径を半分にすることが可能となる。
【００３６】
図５（ｂ）は、開口４４を有する金属膜４５をＳＩＬ２７の集光面２８に配置した例を示す。これにより、数十ｎｍのサイズの近接場光を形成することができる。また、金属膜４５を半導体レーザの共振器として使用することにより、金属膜４５により遮られたレーザ光は、共振器に戻りレーザ発振に寄与するため、効率の良い近接場光の形成が可能となる。
【００３７】
図５（ｃ）は、金属膜により形成したボータイ型アンテナ４６をＳＩＬ２７の集光面２８に配置した例を示す。これにより、ボータイ型アンテナ４６に照射されたレーザ光１４によりボータイ型アンテナ４６内にプラズモンが励起され、それによってボータイ型アンテナ４６の中心部にさらに微細で強力な近接場光を形成することができる。レーザ光１４の偏光方向４７は、同図に示すように、ボータイ型アンテナ４６の配列方向に一致させるのが望ましい。
【００３８】
図５（ｄ）は、一方の金属膜４８を矩形とし、他方の金属膜４９の先端を先鋭化した一対の金属膜４８，４９をＳＩＬ２７の集光面４８に配置した例を示す。これにより、他方の金属膜４９の先端に強力な近接場光が形成でき、図５（ｃ）に示すボータイ型アンテナ２６に比べてさらに強力で、微細な近接場光が形成できる。なお、金属膜４５やボータイ型アンテナ４６を図５（ａ）の誘電体開口４１の出射面４３に取り付けてもよい。さらに効率良く微小な近接場光を形成することも可能である。
【００３９】
このように第２の実施の形態によれば、光スポット径を１Ｔｂｉｔ／（ｉｎｃｈ）２の記録を行うのに十分な３０ｎｍ程度まで微小化することができる。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図示は省略するが、端面発光レーザ２２の代わりに、活性層に対して垂直方向に出射する面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用してもよい。ＶＣＳＥＬでは、出射光の強度分布が軸対称に２０〜３０度で広がるため、１００ｎｍ以下の近接場光を効率良く集光できる。しかし、ＶＣＳＥＬの場合、出射側のミラーの反射率は９０％以上必要であり、ＳＩＬ２７の集光面２８のみでは反射率が不足であり、従来のＶＣＳＥＬ用の誘電体多層膜を用いた共振器をレーザ発振に使用する必要があるため、複合共振器となる。この場合、誘電体膜の厚さの熱的変動が出力変化を引き起こし、ノイズの原因となる。それを避けるため、誘電体膜の厚さを数ミクロン、ＳＩＬの半径を１〜２μｍと小型化することにより、温度変動による共振器長の変化を抑える。このためＶＣＳＥＬの開口（図略）も２μｍ程度と小型化する。さらにＶＣＳＥＬ使用の場合には、光路長を短くするため、屈折率が低く、かつ、その温度変化の少ないＳｉＯ２膜を使用する。ＳｉＯ２膜の膜厚を４μｍ、曲率半径ｒを１μｍ、ＳＩＬの厚さを２μｍとすることにより、良好な集光特性が得られる。さらに、必要な場合には、ＳＩＬ形成後に、ＳＩＬ底面にＳＩＬと同程度の屈折率を有する膜を被着することにより、ＶＣＳＥＬの共振器内のレーザモードとＳＩＬ底面での反射光の位相の微調を行う。これにより、両者の位相を殆ど一致させることができる。
【００４１】
この第３の実施の形態によれば、ＶＣＳＥＬの単一モード出射は数ミリワットと小さいが、本実施の形態によれば、実質的な光損失なしに微小スポットに集光できるため、光記録に十分な近接場光出力を得ることができる。
【００４２】
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッドを示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。この光ヘッドは、光磁気記録ないし光アシスト磁気記録に適用できるように、スペーサ２１上に薄膜磁気ヘッド６０を集積したものである。この薄膜磁気ヘッド６０は、誘電体スペーサ膜６２を介して配置された一対のヨーク先端部６１，６３と、一対のヨーク先端部６１，６３に接続するように、誘電体２５に埋め込んで形成された一対のヨーク接続部６４，６５と、一方のヨーク接続部６４に接続するように、誘電体２５とＳＩＬ２７に埋め込んで形成されたヨーク水平部６６および磁気ポール６７と、ヨーク水平部６６からの磁界の漏れを防ぐための銅などからなる反強磁性膜６８とを備える。さらに、上記磁気ヘッド６０上にＧＭＲセンサなどの磁気センサを集積することにより、磁気的に信号検出するようにしてもよい。作製は、フォトリソグラフィ工程やイオンミリング法を用いて、誘電体２５等に溝を形成した後、パーマロイ等の軟磁性膜をリフトオフ工程などによって埋め込むことにより行う。
【００４３】
磁気ポール６７は、レーザ光１４の収束角に沿って傾斜面６７ａが設けられており、これにより、光損失なしに、かつ、極限までに磁気ポール６７を光スポットに近づけることが可能となる。この傾斜面６７ａ部の溝形成には、イオンミリング法を用いる。この作製法によれば、磁気ポール６７の先端サイズを数十ｎｍにまで微細化できる。また、磁気ポール６７は、単磁極を構成しており、これと磁気記録膜（図略）とヨーク接続部６５とにより磁気回路を形成し、磁気ポール６７から磁気記録膜に入射する漏れ磁界７１により記録を行う。本光ヘッドからの微小レーザ光７０を照射し、磁気記録膜を加熱することにより、磁気記録膜の抗磁力を低下させることができ、容易に熱的に安定な磁気記録膜に記録することが可能となる。これは、光磁気記録や光アシスト磁気記録として知られた記録方法である。
【００４４】
この第４の実施の形態の光ヘッドによれば、上記したように、微小レーザ光７０と漏れ磁界７１とを極限まで近付けられ、また両者のサイズも同程度にできるため、安定した光磁気記録や光アシスト磁気記録が可能となる。
【００４５】
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る光ヘッドを示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。この光ヘッドは、光磁気記録ないし光アシスト磁気記録に適用され、第４の実施の形態において、近接場光形成部に図５（ａ）に示すテーパー型の開口４１に沿って磁気ポール６７を設けたものである。この第５の実施の形態によっても、上記第４の実施の形態と同様の効果が得られる。また、図５（ｂ）〜図５（ｄ）の各構造を用いても同様の効果が得られる。
【００４６】
図８（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る光ヘッドを示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。この第６の実施の形態は、第１の実施の形態における誘電体２５とＳＩＬ２７の代わりに、フォトニック結晶膜８０を端面発光型半導体レーザ２２の出射面２４に被着し、微小スポットのレーザ光７０を形成したものである。本フォトニック結晶８０は、高屈折率の誘電体ないし半導体層からなるフォトニック結晶形成層８１を有し、フォトニック結晶形成層８１内に、六角形に並べられ、かつ、出射面２４からフォトニック結晶形成層８１の底面８３に向けて、間隔を狭めながらテーパー状に径を狭めるように複数の孔８２を形成している。このテーパー状の孔８２は、順次微細化した孔を有する薄膜を準備し、それらを常温接合することによって形成する。半導体レーザ２２からの出射光は、このフォトニック結晶８０により、その中心部に閉じ込められるとともに、その中を伝播するに連れてサイズを減少し、フォトニック結晶８０の底面８３に至る。
【００４７】
この第６の実施の形態によれば、半導体レーザ２２としてＧａＡｌＡｓ系の波長７８０ｎｍのものを使用し、フォトニック結晶８０の材料としてａ−Ｓｉ：Ｈを使用し、孔８２のサイズとピッチを、それぞれ１μｍ、２μｍから次第に狭めて０．２μｍ、０．４μｍとすることにより、出射レーザ光７０のサイズも０．１μｍに微小化することが可能となる。また、底面８３から出射されないレーザ光の部分は、半導体レーザ２２の活性層２３に戻されることになり、光損失とはならないので、効率のよい微小化が可能となる。なお、フォトニック結晶８０は、面発光型半導体レーザにも使用して、同様の微小レーザ光が得られることは言うまでもない。さらに、フォトニック結晶８０を第１の実施の形態のＳＩＬ２７の底面に取り付けることにより、ＳＩＬ２７からの出力光のさらなる微小化を行うことも可能である。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々変形実施が可能である。例えば、上記ＳＩＬ（第１のＳＩＬ）は、底面側に、第１のＳＩＬの屈折率よりも大きな屈折率を有する材料から形成された第２のＳＩＬが埋め込まれ、第２のＳＩＬの底面にレーザ光が集光されるようにしてもよい。この場合、第２のＳＩＬは、半球型あるいは超半球型を有するものを用いることができる。また、第２のＳＩＬの底面は、第１のＳＩＬの底面と同一平面をなすものでもよい。また、第２のＳＩＬの直径は、第１のＳＩＬが形成する光スポット径よりも大きいことが望ましい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、１００ｎｍ以下のサイズの近接場光を、実質的な光損失がなく、極めて集光効率良く形成することが可能となる。また。光ヘッドの高さはほとんど半導体レーザの高さで決まるため、３００μｍ程度といった非常に小さな光ヘッドの構成が可能となる。さらに、磁気ヘッドやＧＭＲセンサを本光ヘッドに搭載することにより、数十ｎｍといった微小サイズの磁界とレーザ光を極限まで近付けられるため、安定でかつ微小サイズの記録マークが形成でき、高密度の光磁気記録や光アシスト磁気記録が可能となる。また、基本的には、半導体レーザやＬＳＩの作製に使用する量産性の高い薄膜プロセスによって作製できるため、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドを示す要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの集光性を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に係る光ヘッドの一作製法を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの他の作製法を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドを示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッドに関し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る光ヘッドに関し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態に係る光ヘッドに関し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。
【図９】従来の光ヘッドに関し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は要部底面図である。
【図１０】従来の光ヘッドを示す要部断面図である。
【図１１】従来の光ヘッドを示す要部断面図である。
【符号の説明】
１　光ヘッド
２　半導体レーザ
３　活性層
４　レーザ光出射面
５　開口
６　金属膜
７　近接場光
８　浮上スライダ
８ａ　浮上スライダの後端面
９　ＳＩＬ
１０　テーパー型の開口
１１　光共振器用半導体多層膜
１２　光共振器用半導体多層膜
１３　レーザ内のモード
１４　レーザ光
１５　光学素子
１６　対物レンズ
１７　スペーサ
２１　スペーサ
２２　半導体レーザ
２３　活性層
２４　出射面
２５　誘電体
２６　誘電体の表面
２７　ＳＩＬ
２８　ＳＩＬの集光面（底面）
２９　ＳＩＬの入射面
３０　裏面ミラー
３２　反射防止膜
４１　テーパー型開口
４２　テーパー型開口の上部
４３　テーパー型開口の出射面
４４　開口
４５　金属膜
４６　ボータイ型アンテナ
４７　レーザ光の偏光方向
４８　矩形方金属膜パターン
４９　先鋭型金属膜パターン
５１　フォトレジスト膜
５２　開口
５３　ドーム状の窪み
５４　反射防止膜
５５　高屈折率媒体
５６　余分の被着部分
６０　薄膜磁気ヘッド
６１　ヨーク先端部
６２　誘電体スペーサ膜
６３　ヨーク先端部
６４，６５　ヨーク接続部
６６　ヨーク水平部
６７　磁気ポール
６７ａ　傾斜面
６８　反強磁性膜
７０　微小レーザ光
７１　漏れ磁界
８０　フォトニック結晶
８１　フォトニック結晶形成層
８２　テーパー状の孔
８３　フォトニック結晶底面
【図１】
2004118918.tif 000003
【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】
2004118918.tif 000009
【図８】
2004118918.tif 000010
【図９】
2004118918.tif 000011
【図１０】
2004118918.tif 000012
【図１１】
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