JP4387485B2 - エバネッセント光を出射する光源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野光学顕微鏡、近視野光学系を用いた記録装置、露光装置などとして用いられるエバネッセント光出射用等の光源装置、その駆動方法、その製造方法、及び光情報記録装置、露光装置等としてそれを用いる方法などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、尖鋭なプローブ先端の微小開口から染み出すエバネッセント光を用いた光技術、いわゆる近視野（近接場またはニアフィールド）光学系を用いた高分解能観察や次世代用の高密度記録、超微細露光技術等の開発が盛んになってきている。高分解能観察に関しては、資料表面の様子を光プローブで検出して資料表面を調べる走査型近接場光顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）（Ｄｕｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５９，３３１８（１９８６）等）が開発されている。ＳＮＯＭ用の光導入装置については、例えば、特開平５−１００１６８号公報に開示されている。ここでは、図１０のように、Ｓｉ基板１０１上に設けられた円錐形状部材の先端に微小開口１１０が形成され、Ｓｉ基板１０１の裏面側には開口部１０２が形成され、そこに光ファイバ１０３が挿入されて光ファイバ１０３を通して光を出射している。尚、図１０において、１０７は電極、１０８は光導波層、１０９は金属膜、１１１は反射防止膜である。
【０００３】
或は、図１１のように、面発光レーザの出射端面に電極８１１による微小開口８１３を形成したものも提案されている。この例では、近接場光の導入装置のみを提供するものであって、像観察あるいは光情報読み出し用の光検出器については、別の光学系を設ける必要がある。尚、図１１において、８０１はレーザ基板、８０２はバッファ層、８０３は半導体多層膜ミラー、８０４、８０８、８０９は電流狭窄用半導体層、８０５は活性層、８０６はクラッド層、８０７はコンタクト層、８１０は絶縁層、８１２はレーザ電極である。
【０００４】
更には、特開平８−３０６０６２号公報に開示されている如く、図１２のように、端面発光型半導体レーザ２０１の片方の端面に楕円錐形状のプローブ２０３が形成され、これが白金電極２１０等で覆われて先端に微小開口が形成されている構造も提案されている。この例においては、半導体レーザ２０１のプローブが形成されていない端面に光検出器２０２を取り付けて、該半導体レーザ２０１の光出力を検出できるようになっている。すなわち、１つの光学系で、光導入装置と光信号読み出し装置を備えており、光情報の読み出し用のコンパクトな光ヘッドを提供している。尚、図１２において、２０４はエバネッセント光、２０６は浮上スライダー、２０７は光記録媒体、２０９は光記録領域である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近接場光学系では微小開口から僅かに染み出るエバネッセント波を用いるため、光源の効率が要求され、低しきい値で量子効率の高い半導体レーザが必要となる。ところが、図１０の如く光ファイバ１０３などで導波するものは結合損が生じて望ましくなく、また、図１２のような端面発光レーザ２０１を用いたＳＮＯＭヘッドでは、動作電流が大きいため、消費電力が高く、特にマルチ化には適さない。
【０００６】
更に、近接場光学系では、プローブを媒体表面に殆ど接触するような形で走査するため、媒体表面の凹凸の存在を考えると、適当な弾性体によってプローブが支持されている必要がある。また、高速で走査するにはＳＮＯＭヘッドをアレイ化してマルチプローブで同時走査する必要も出て来るが、この際、各々のＳＮＯＭヘッドを別々の弾性体で支持して表面を倣うように走査を行わないと、媒体表面或はプローブ先端を破壊してしまう恐れがある。
【０００７】
図１０や図１１のようなＳＮＯＭヘッドの場合、アレイ化するためには同一基板上に形成することになるが、これでは各々の微小開口部が同一平面上に存在することになるため、媒体表面に対して倣うように走査ができなくなる。また、光検出用の別の光学系を必要とするため、装置が大型化し、特にアレイ化した場合には、互い光の干渉や、観察点から検出系までの距離が離れることなどにより、検出信号の良好なＳ／Ｎを確保することが困難になっている。
【０００８】
一方、図１２のような端面発光型レーザのタイプでは、光検出系が一体化されているために小型化できるが、端面発光型レーザ１つ１つをアレイ化する場合には、各々を支持する弾性体が多数必要になってＳＮＯＭヘッド全体が大型化して重くなってしまい、やはり高速走査が難しくなる。
【０００９】
本発明の目的は、このような課題に鑑み、近接場光学系用の光導入装置および光検出装置が集積化ないし一体化されて小型の弾性体上或は支持基板上に形成され、２次元等にアレイ化した場合にも小型、軽量で高速走査などが可能な近視野光学系用に適した光源装置、その製造方法、及び光情報記録装置、露光装置等としてそれを用いる方法などを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的を達成する光源装置は、基板に一部が支持された弾性体上に、面発光レーザと、該面発光レーザ上に設けられた微小開口を構成する部材と、を備え、前記微小開口を通じてエバネッセント光を出射する光源装置であって、前記面発光レーザの光軸方向であって、前記微小開口を構成する部材とは反対側に前記面発光レーザの光出力を検出する検出器を有することを特徴とするエバネッセント光を出射する光源装置である。任意の基板に支持された弾性体に面型発光装置を備え、面型発光装置の光出力をモニタする光検出器を近傍に集積化させることで、簡単に同一基板上にアレイ化した小型のＳＮＯＭヘッドなどを実現でき、媒体表面を破壊することなく高速に走査ができる。こうして、光デバイスが弾性体に支持されて媒体表面に対して倣うように走査できる発光源と光検出器を備えた近視野光学系用に適した小型の光源装置を提供できる。
【００１１】
上記の基本構成に基づいて、以下のような構成も可能である。
前記面型発光デバイスには微小開口が備えられ、弾性体上及び第１の基板上に形成された電気配線を介して該面型発光デバイスに電流注入或は電圧印加し、微小開口からエバネッセント光を発生させる様にできる。面型発光装置に微小開口を設けることでエバネッセント波の制御を行なって、高分解能の走査を行なえる。こうして、弾性体に支持された光デバイスから発生するエバネッセント光を制御して分解能を上げることができる視野光学系用に適した光源装置を提供できる。
【００１２】
前記面型発光デバイスは半導体で構成された面発光レーザである。ＳＮＯＭヘッドなどの光源を、例えば、微小開口を光出射面に持つ面発光レーザとすることで、エバネッセント波の強度を強くすることができる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどから発生するエバネッセント光の強度を強くしかもエネルギ変換効率を高くできる。
【００１３】
前記面型発光デバイスは半導体薄膜で構成され、前記第１の基板とは異なる該半導体薄膜を形成した第２の基板が前記第１の基板に支持された弾性体上に配置されている様にもできる。
【００１４】
また、前記面型発光デバイスは半導体薄膜で構成され、前記第１の基板とは異なる該半導体薄膜を形成するときに用いた第２の基板が除去されて、該面型光デバイスの機能層のみが前記第１の基板に支持された弾性体上に配置されている様にもできる。面型発光装置を弾性体に貼り付けた後で、該面型発光装置の作製のための基板を除去することで、ＳＮＯＭヘッドなどを小型、軽量化できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを高密度アレイ化するときに、エバネッセント光発生部を小型、軽量化できる。
【００１５】
前記弾性体は、前記第１の基板であるＳｉ基板上に形成された窒化シリコン薄膜であって、一部の領域で該Ｓｉ基板を除去してＳｉ基板に支持される構造を持つ薄膜弾性体である様にできる。Ｓｉ基板上に形成したＳｉＮｘ薄膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、Ｓｉ基板の一部を除去することで、簡易的なカンチレバー型等の薄膜弾性体が作製できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを支持する小型で作製が容易な弾性体を実現できる。
【００１６】
前記弾性体は第１の基板上に形成された金属膜であって、一部の領域で該第１の基板を除去して該第１の基板に支持される構造を持つ薄膜弾性体である様にもできる。基板上に形成した金属膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、該基板の一部を除去することで、強度の高いカンチレバー型等の弾性体が作製できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを支持する小型で作製が容易な弾性体を実現できる。
【００１７】
前記弾性体は、前記第１の基板であるＳｉ基板上にＳｉＯ２薄膜とＳｉ薄膜が順に形成されたＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎ−ＩｎｓｕｌａｔｏｒないしＳｉｌｉｃｏｎ ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のＳｉ薄膜であって、一部の領域で該Ｓｉ基板及びＳｉＯ２薄膜を除去してＳｉ基板に支持される構造を持つ薄膜弾性体である様にもできる。Ｓｉ基板上にＳｉＯ２薄膜を介して形成されたＳｉ薄膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、Ｓｉ基板の一部を除去することで、強度の高いカンチレバー型等の薄膜弾性体が作製できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを支持する小型で作製が容易な弾性体を実現できる。
【００１８】
前記光検出器は、前記薄膜弾性体であるＳｉ薄膜上の該面型発光デバイスからの光出力を検出できる位置に、ドーピング制御によりホトダイオードあるいはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）として集積化されたものであり、該弾性体上および該第１の基板上に形成された電気配線を介して該光検出器が駆動される様にできる。このようなＳｉ薄膜で形成されたカンチレバーなどの場合は、該Ｓｉ薄膜に光検出器を作り込んで該光検出器の上に面型発光装置を接合することで、小型で発光素子、受光素子が一体化されたＳＮＯＭヘッドなどを実現できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００１９】
前記光検出器は、前記薄膜弾性体であるＳｉ薄膜上の該面型発光デバイスからの光出力が検出できる領域に集積化した金属／半導体接触のショットキーバリア型光検出器であり、該弾性体上および該第１の基板上に形成された電気配線を介して該光検出器が駆動される様にもできる。これによっても、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００２０】
前記光検出器は、該面型発光デバイスと積層するように接合されて一体化されており、該一体化された光検出器および面型発光デバイスが該弾性体上に備えられ、該弾性体上および該第１の基板上に形成された電気配線を介して該光検出器および該面型発光デバイスが駆動される様にもできる。光検出器と面型発光装置を接合したものをカンチレバーなどに貼り付けることで、小型で発光素子、受光素子が一体化されたＳＮＯＭヘッドなどを実現できる。これによっても、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００２１】
前記光検出器は、該弾性体を支持する第１の基板とは異なる第３の基板に形成されており、該面型発光デバイスの光出力のうち、近視野光学系用に適した光源となる面とは反対の面から出力されるものをモニタできるようにアライメントされており、該弾性体を支持する第１の基板と該第３の基板が貼り合わされている様にもできる。光検出器を別の基板に作製して、これが面型発光装置の光出力をモニタできる位置に設置されて基板同志を貼り合わせることで、小型で発光素子、受光素子が一体化されたＳＮＯＭヘッドなどを実現できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００２２】
前記面型発光デバイスおよび光検出器の電極配線は、該面型発光デバイスの一方の電極と該光検出器の一方の電極が電気的に接続されて１つの共通電極となり、該面型発光デバイスの他方の電極と該光検出器の他方の電極がそれぞれ独立の配線となって、該弾性体上に３本の配線が形成されている様にできる。面型発光素子と光検出器の一方の電極は直接接合して共通電極とし、もう一方の電極はそれぞれ独立にして３端子とすることで、効率的なＳＮＯＭヘッドなどの駆動が可能となる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどの発光素子、受光素子に電流注入ないし電圧印加するための手段を提供できる。
【００２３】
前記面型発光デバイスへの電気配線は、一方が該面型発光デバイスの基板側電極と導電性接合され、他方が、該面型発光デバイスの端面に形成された段差を緩和するための絶縁材料上を這って上面電極と導電性接合されている様にもできる。
【００２４】
前記面型発光デバイスへの電気配線は、該面型発光デバイスの同じ側に形成された２つの電極と夫々導電性接合されている様にもできる。
【００２５】
前記微小開口は、該面型発光デバイスの光出力部のうち該光検出器が備えられていない側に、微小開口を有する微小突起部材を備えて形成されたものである。先端に微小開口を有する四角錐状の金属薄膜などを面型発光装置の光出射面に圧着することで、ＳＮＯＭヘッド等を構成できる。こうして、エバネッセント波発生のための好適な微小開口部を提供できる。
【００２６】
前記面型光デバイスおよび光検出器は、共通の第１の基板で支持される複数の前記弾性体上に複数アレイ化されている。光検出器は前記第３の基板上にアレイ化されていてもよい。同一支持基板上に複数のＳＮＯＭヘッドなどをアレイ化しておき、格子状等に該基板を除去すれば簡単に高密度にアレイ化された近視野光学系用に適した光源装置が実現できる。この構成は、面型光デバイスと光検出器の各組が各弾性体上に設置された図４の構成にもできるし、面型光デバイスのみが各弾性体上に設置されて各光検出器は各面型光デバイスに対応して第３の基板上にアレイ化された図４の構成と図５の構成を組み合わせた構成にもできる。こうして、高速走査のためのマルチＳＮＯＭヘッド等を提供できる。
【００２７】
前記面型発光デバイスと光検出器或は面型発光デバイスは、１つの前記弾性体上に複数配置されている。この構成は、面型光デバイスと光検出器の複数組が１つの弾性体上に設置された図３の構成にもできるし、複数の面型光デバイスのみが１つの弾性体上に設置されて複数の光検出器は面型光デバイスに対応して第３の基板上に配置された図３の構成と図５の構成を組み合わせた構成にもできる。１つの弾性体に複数の微小開口を有する面型発光装置を備えることで、高密度の配列を実現でき、トラッキングや光検出用のヘッドを同時に備えることができる。
【００２８】
前記弾性体は、例えば、中央がくり貫かれた台形形状の片持ち梁構造を有する様にもできる。
【００２９】
前記弾性体は、その上面と下面には圧電材料層が形成されてバイモルフ構造にされ、両圧電材料層への電界印加によって該弾性体を微動調整できる構造或は該弾性体の微動を両圧電材料層に誘起される電荷で検出できる構造となっている様にもできる。
【００３０】
また、本発明の上記目的を達成する近視野光学系用光源装置の製造方法は、面型発光デバイスの機能層を第２の基板である半導体基板上に成膜して電流注入領域、電極構造を加工する工程と、弾性体上に光検出器と電極配線を作製する工程と、該面型発光デバイスの電極構造と該弾性体上に形成された該光検出器の電極および電極配線とを電気的接触を得ながら接合する工程と、前記第１の基板を該面型光デバイスが形成された面とは反対側の面からエッチングする工程とを少なくとも含むことを特徴とする。例えば、面型発光装置を加工してできた電極と、弾性体上に形成した配線用の電極および光検出器の電極とを電気的接触を得ながら接合して、微小開口部を形成し、弾性体の支持基板をエッチングすることでＳＮＯＭヘッド等が作製できる。
【００３１】
また、本発明の上記目的を達成する近視野光学系用光源装置の作製方法は、面型発光デバイスの機能層を第２の基板である半導導体基板上に成膜して電流注入領域、電極構造を加工する工程と、弾性体上に電極配線を作製する工程と、該面型発光デバイスの電極構造と該弾性体上に形成された電極配線とを電気的接触を得ながら接合する工程と、第１の基板を該面型発光デバイスが形成された面とは反対側の面からエッチングする工程と、該面型発光デバイスが形成された面とは反対側の面において、該第１の基板と光検出器を表面に形成した第３の基板とを、該面型発光デバイスの出力光を該光検出器で検出できる位置にアライメントして、接合する工程とを少なくとも含むことを特徴とする。例えば、面型発光装置を加工してできた電極と、弾性体上に形成した配線用の電極とを電気的接触を得ながら接合して、微小開口部を形成して弾性体の支持基板をエッチングし、エッチングした側に光検出器を備えた別の基板をアライメントして該支持基板と接合することで、ＳＮＯＭヘッド等が作製できる。
【００３２】
本発明の光源装置は、以下の如き使用方法で或は装置として使用できる。
面型発光デバイスからエバネッセント光を媒体表面に照射して、媒体表面からの散乱光の強さによって変動する該面型光デバイスの光出力を、該媒体表面とは反対側に備えてある光検出器によって電気信号に変換し、光情報の検出器として用いる。例えば、面型発光装置に電流注入して媒体表面にエバネッセント光を照射したときの媒体からの戻り光によって発光デバイスの光出力が変動する信号を、光検出器で読み出すことで、ＳＮＯＭヘッド等として駆動できる。こうして、光源と光検出器が一体化されたＳＮＯＭヘッド等の駆動方法を提供できる。
【００３３】
微小突起部材から導電性の媒体表面を通して該面型発光デバイスに電流或はトンネル電流を注入することで、該媒体表面の状態によって変化する電流量で該面型発光デバイスの光出力が変化することを光検出器で検出し、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）として用いる。例えば、面型発光装置上の微小突起を介して媒体表面にトンネル電流を流し、この電流の大きさによって面型発光装置の光出力の変化する信号を光検出器で読み出すことで、ＳＴＭとして駆動できる。こうして、ＳＮＯＭヘッド等を他の観察方法と併用して使用するときの駆動方法を提供できる。
【００３４】
微小突起部材が媒体表面と原子間力相互作用することによって薄膜弾性体が変位するのを、第３の基板に形成された光検出器によって、該薄膜弾性体の変位により該面型発光デバイスから放射される光出力の位置が変動することで検出し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）として用いる。例えば、微小突起と媒体表面との原子間力相互作用でカンチレバーなどが変位するのを、近傍に一体化された光検出器により、面型発光装置のビームの偏向で読み出すことで、ＡＦＭとして駆動できる（この変位は、薄膜弾性体を上記のバイモルフ構造やピエゾ抵抗体などにすることによっても検出できる）。こうして、ＳＮＯＭヘッド等を他の観察方法と併用して使用するときの駆動方法を提供できる。
【００３５】
面型発光デバイスから発生するエバネッセント光によって光情報記録媒体への高密度情報記録を行い、該光源装置を光情報記録装置として用いる。情報再生は、媒体表面からの散乱光の強さを検出すること（これは、発光デバイスの出力のモニタで検出できるのは勿論であるが、或は発光デバイスの両端電圧または電流をモニタしても行なえる）で行える。こうして、ＳＮＯＭヘッド等で光情報の記録、再生を行なうことで、高密度、大容量で高速走査が可能な光情報記録装置を実現できる。
【００３６】
面型発光デバイスから発生するエバネッセント光によって光感光媒体への高精細パターン形成を行い、該光源装置を露光装置として用いる。ＳＮＯＭヘッド等で感光媒体を露光させることで、高速に超微細なパターンを焼き付けられる露光装置を実現できる。
【００３７】
本発明の作用原理の典型例を具体例に沿って説明する。
本発明のＳＮＯＭヘッドは、例えば図１のように、微小なカンチレバーと呼ばれる薄膜弾性体８の先端に、ホトダイオードなどの光検出器２４を集積化して微小開口１８を設けた面発光レーザ４などの光源を貼り付けた構造のものである。面発光レーザ４は貼り付けた後に、必要な領域のみ残す、すなわち５０μｍ□程度にエッチングにより小さくする。カンチレバー８は、例えば図２のプロセスのように、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２膜２５およびＳｉ薄膜２を形成したＳＯＩ基板上でＳｉ薄膜２をカンチレバー形状にパターニングし、基板裏面からバックエッチしてＳｉ薄膜２の一部領域を基板１からフリーな状態にすることで、形成できる。微小開口付き面発光レーザ４は、例えば、ＧａＡｓ基板３０上に形成した図１（ｂ）の断面図のような構造であり、カンチレバー８上に形成した電極５、６とのコンタクトを取る形で接合してある。接合方法は幾つかあり、Ａｕ同士の圧着によるもの、Ａｇペースト等の導電性の接着剤によるもの、ハンダで接合する方法などがある。この面発光レーザ４の接合は、カンチレバー８作製前すなわちＳｉ基板１のエッチング前に行なう。ホトダイオード２４は、Ｓｉ薄膜２で形成されたカンチレバー上のドーピング制御で図１（ｃ）のように作り込むことができ、面発光レーザ４の光出力を検出することができる様になっている。電極の構成は、ホトダイオード２４のカソードと面発光レーザ４のアノードが共通化されて電極配線６となり、その他の電極はそれぞれ配線５、７となって３極構造になっている。
【００３８】
この方法によれば、各々のプローブが独立に薄膜弾性体８に支持されて図４のように高密度にアレイ化することができ、しかも光源と光検出系が一体化された小型、軽量のＳＮＯＭヘッドを提供することができる。また、微小突起部材３を介して媒体との間にトンネル電流を流してＳＴＭとして駆動したり、トンネル電流の大小によって面発光レーザの光出力の強弱を検出する新しい媒体観察／情報記録再生方法を提供できる。
【００３９】
一方、カンチレバー８をＳｉＮなどの絶縁体で構成して、光検出器５２は離れた位置に設置した図５のような構造でもよい。この場合は、レバー８の変位を光検出器５２で検出する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）としても動作させることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００４１】
（第１実施例）
本発明による第１の実施例は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、面発光レーザのエピタキシャル層表面に微小開口を有する突起部材を形成したものをカンチレバーの先端に取り付け、更にカンチレバー上に面発光レーザからの光出力をモニタできるホトダイオードを集積化させた構造のＳＮＯＭヘッド、及びその製造方法に関する。
【００４２】
本実施例で適用した面発光レーザ４は、斜視図である図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である図１（ｂ）の断面図に示すように、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層とＡｌＧａＡｓスペーサ層からなる１波長共振器１１をＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓの１／４波長厚の多層膜（２０〜３０組程度）から成るＤＢＲ（分布反射）ミラー１２（ｎ型）および１０（ｐ型）で挟む構造を有する。これらは、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法などによってｎ−ＧａＡｓ基板（不図示）上にエピタキシャル成長される。ＤＢＲミラー１０の最上層は電極コンタクトを取り易いようにハイドープのｐ−ＧａＡｓ層となっている。発光領域（本実施例では１５μｍφ）に電流狭窄を行なうため、円環状に活性層近傍までエッチングした後、ポリイミド１６で凹部を埋め込んで平坦化している。そして、ＳｉＮｘ等の絶縁膜１３を形成して、光を取り出す窓構造を持つｐ電極（例えばＣｒ／Ａｕから成る）１４を形成している。
【００４３】
本実施例では、ｐ電極１４は、Ｓｉ薄膜２で作製されたカンチレバー８に形成した電極配線６の先端部に圧着等で貼り付けられる。一方、ＧａＡｓ基板は除去してＤＢＲミラー層１２を露出させ、ここに、光が取り出せるように窓構造を設けてＴｉ／Ａｕ薄膜１５が成膜してある。ここで、特に図示していないが、使用時に媒体表面と面発光レーザ４の間で絶縁を取る必要がある場合には、ＤＢＲミラー層１２と金属膜１５の間に絶縁膜を挟めばよい。
【００４４】
この面発光レーザ４の光出射面には、例えば、Ａｕ箔で形成した四角錐の先端に微小開口１８を形成した突起部材３が金属同士の圧着により取り付けられる。該微小開口１８からエバネッセント波が漏れ出るようになっている。本実施例では突起状の微小開口付き突起部材３を用いたが、突起を圧着せずに光出射面全体を電極で覆って中央に微小開口を作製してもよい。
【００４５】
面発光レーザ４のｎ電極は次の様になっている。面発光レーザの外周部に活性層より深く溝２３を形成し、ｎ電極１９（例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を図１（ｂ）のようにＬ字状に成膜し、これをカンチレバー８上に形成した電極配線５と圧着等により接続している。
【００４６】
従って、面発光レーザ４に注入する電流は、中央をくり貫いた台形状のカンチレバー８上に形成された１対の電極パターン５、６を経由させればよい。この電極パターン５、６と面発光レーザ４の電極１４、１９との導電性接合の方法は、圧着以外にも、導電性接着剤、ハンダバンプを用いる方法などがある。
【００４７】
一方、カンチレバー８は、Ｓｉ１上にＳｉＯ２を介してＳｉ薄膜２が形成されたＳＯＩ基板のＳｉ薄膜２で構成され、これが弾性体となってＳＮＯＭヘッドを支持している。このＳｉレバー８上の面発光レーザ４の光出力にあたる領域には上述のようにホトダイオード２４が集積化されている。ホトダイオード２４は、不純物濃度の十分に低いＳｉ薄膜２にｎ＋拡散領域２１およびｐ＋拡散領域２２を形成し、ＳｉＮなどの絶縁膜２０上にｎ側電極兼配線パターン６およびｐ側電極７を形成した構造となっている。電極７もレバー８上の配線を兼ねている。
【００４８】
面発光レーザ４のレバー８側の光出力は、ｎ＋領域２１に入射して光キャリアを生成し、電極７と電極６の間に逆電圧を印加してホトカレントを検出する。この場合、光出力が大きすぎてホトダイオード２４が飽和してしまうので、レバー８側の光出力面上にＡｕ薄膜（２００Å程度）などの光減衰層１７を形成する必要がある。
【００４９】
本実施例では、ホトダイオードとしてｐｉｎ−ＰＤ構造としたが、ＡＰＤ（アバランシェホトダイオード）やＭＳＭ−ＰＤ（金属−半導体−金属ショットキー型ホトダイオード）あるいはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）型としてもよい。
【００５０】
本実施例においては、面発光レーザチップサイズは５０μｍ□、微小開口用の突起部材３の底面の一辺の長さは２０μｍ、微小開口１８は数１０ｎｍφとした。また、カンチレバー８のサイズは、先端部で８０μｍ、根元の部分で１２５μｍ、長さ２５０μｍの台形形状であり、中央部を図１（ａ）のように３角形状にくり貫いた構造を有する。このＳＮＯＭヘッドをアレイ化した様子を図４に示す。横方向のピッチＷは１２５μｍ、縦方向のピッチＬは、カンチレバーの長さ及び支えているＳｉ基板１の領域があるため、５００μｍとした。また、各ＳＮＯＭヘッドの面発光レーザヘの電流注入およびホトダイオードの電流検出配線は、図４のようにマトリックス配線としたが、独立配線にしてもよい。また、Ｓｉレバー１上にＳｉＮ膜２０および金属膜５、６を形成しているため膨張係数の違いなどにより反りが出るが、これが問題になる場合にはＳｉレバー２にドーピングして配線構造を作製し、ＳｉＮ膜、金属膜をなくすこともできる。
【００５１】
次に、本実施例によるＳＮＯＭヘッドの作製プロセスを図２を元に説明する。この図では図１（ａ）で示したＡ−Ａ’断面での図を表している。カンチレバープロセスに用いたＳＯＩ基板は、厚さ１μｍのＳｉ層２、厚さ０．５μｍのＳｉＯ２層２５、厚さ５００μｍのＳｉ基板１から成るものである。
【００５２】
図２（ａ）において、Ｓｉ層２のレバー８になる部分には上記に述べたようにｎ＋ドープ層２１およびｐ＋ドープ層（不図示、図１（ｃ）の２２）をイオン注入などで形成し、絶縁膜としてＳｉＮｘ膜２０を０．１μｍ成膜する。そして、コンタクト領域に窓を開けた後に、電極兼配線パターンとして、レーザｎ電極用配線５、ホトダイオードｎ電極６、ホトダイオードｐ電極７（不図示、図１（ｃ）に記載）をホトリソグラフィーとリフトオフ法などによって形成する。その後、絶縁膜２０およびシリコン層２を、フォトリソグラフィとＳＦ６を用いたドライエッチングによってカンチレバー（片持ち梁）の形状にパターニングする。一方、ＳＯＩ基板の裏面にもＳｉＮｘ２６を成膜して（Ｓｉ薄膜２上に絶縁膜２０を成膜するときに同時にできる）おき、Ｓｉ基板１のエッチング用のマスク形状にパターニングしておく。
【００５３】
次に、ｎ−ＧａＡｓ基板３０上に、ｎ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＝０．３）（厚さ０．１μｍ（不図示））、ｎ−ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＤＢＲミラー１２、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層とＡｌＧａＡｓスペーサ層からなる１波長共振器１１、ｐ−ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＤＢＲミラーおよびｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０を成長したものを用意する。発光領域を、ホトリソグラフィーとＣｌ２系の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）で環状溝部をエッチングすることで、形成して、該溝部をポリイミド１６で埋め込む。そして、ＳｉＮｘなどの絶縁膜１３を窓構造を有するように形成してから、電極１４をやはり窓領域を有するように形成する。その後、光減衰用のＡｕ薄膜１７を成膜する。また、ｎ電極を取り出すためにやはりＲＩＢＥにてエッチングを行い、溝部２３を形成して、絶縁膜１３をエッチング側面に形成してからＬ字状のｎ電極１９を形成する。
【００５４】
次に、電極１４と電極６および電極１９と電極５が電気的導通が得られるようにアライメントして圧着する。
【００５５】
図２（ｂ）において、まず、アンモニア＋過酸化水素水の混合液でＧａＡｓ基板３０をエッチングして、ｎ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＝０．３）層が現れるまで完全に基板を除去する。必要であれば、この面に絶縁膜を形成してから、圧着用で光取り出し用の窓のある金属膜１５（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。次に、カンチレバー先端部の面発光レーザ部４のみ残してその他のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ成長層をホトリソグラフィと硫酸＋過酸化水素水＋水の混合液でエッチングして除去し、素子分離を行なう。さらに、微小開口付き突起部材３をアライメントして圧着する。微小突起部材３は、基板２７上に形成されており、圧力印加後に該基板２７を引き離すことで剥離層２８との界面から剥がれ、微小突起部材３のみを面発光レーザ４上に残すことができる。
【００５６】
ここで、微小突起部材３の作製方法を簡単に述べる。基板２７としてＳｉ（１００）基板を用い、熱酸化膜からなる１辺が２０μｍの正方形のエッチング用窓を、ホトリソグラフィ及びフッ酸とフッ化アンモニウム混合液によるエッチングで形成する。そして、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングにより、（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた深さ約１４μｍの逆ピラミッド状の凹部２９を形成する。次に、該マスク用の熱酸化膜を除去してから基板２７を１０００℃で再び熱酸化して、剥離層２８として二酸化シリコンを４００ｎｍ堆積する。その後、遮光層としてＡｕを蒸着することによりピラミッド形状のＡｕ箔からなる微小突起部材３が形成できるが、蒸着源を基板２７に対して斜めにすることで、凹部２９の先端部分にＡｕの堆積しない部分が形成され、微小開口１８が得られる。このとき、遮光層としてＡｕを用いたが、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属、或は半導体や誘電体を用いてもよい。
【００５７】
図２（ｃ）において、基板表面に、ポリイミド層をスピンコートにより塗布して保護層を形成して、基板裏面の窒化シリコン２６をエッチングマスクにして、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液により裏面からのシリコン基板１のエッチングを行なう。その後に、フッ酸系のウエットエッチングにより二酸化シリコン２５を除去する。最後に酸素プラズマＲＩＥによるエッチングで上記表面保護層を除去して、カンチレバー型ＳＮＯＭヘッドが完成する。
【００５８】
ここで、本発明によるＳＮＯＭヘッドの駆動方法について図８を参照して簡単に述べる。面発光レーザ４のアノード１４と光検出器２４のカソード２１が、共通電極６となってポイントＡから電源Ｖｃｃに接続される。面発光レーザ側の電極５はポイントＢからレーザ駆動用のトランジスタ（図８でバイポーラ型を示したが、ＦＥＴでもよい）に接続されている。そこで、ＬＤ電流制御回路で、入力信号に対してレーザ４に電流注入できるようになっており、エバネッセント光の出力制御ができる。一方、光検出器２４のアノード電極７はポイントＣから抵抗を介してグランドに接続され、ポイントＣの電圧変化分を基準電圧８６との比較で差動アンプの出力として信号を取り出す。
【００５９】
媒体からの情報を取り出す場合には、レーザ４の電流をしきい値近傍にしておき、媒体からの戻り光で発振状態が変化したことを光検出器２４からの電圧信号で取り出すようにすればよい。これは、ＤＣ信号も読み取れる系であるが、コンデンサ結合にしてＡＣ成分のみ取り出す系でもよい。また、Ｓ／Ｎ向上のために、レーザ４を或る周波数で変調しておいて、同期検波による光検出を行なってもよい。このような駆動方法の場合は、媒体が接地されていて導電性を持つ場合には、レーザ４のカソード（ポイントＢ）と媒体の間で電気的にアイソレートする必要があるので、上記で述べたように図１（ｂ）の金属膜１５とＤＢＲミラー１２の間には絶縁膜を入れることが望ましい。
【００６０】
しかし、この絶縁膜を入れないで別の駆動方法を行なうこともできる。すなわち、微小開口１８を有する微小突起部材３をカソード（ｎ側）電極と接続した場合、これを観察あるいは記録などを行なうための媒体表面に接触させることで媒体に電流を流すことができ、トラッキングなどに適用できる。あるいは、完全に接触させなくてもトンネル電流を流すことができ、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）として併用することもできる。
【００６１】
また、媒体表面とレーザ４のｐ側電極６との間に電源を接続して、ｎ側電極としては配線５は接続せずに、微小突起部材３を通してレーザに電流注入するようにレーザを駆動すると、トンネル電流の強弱に応じて面発光レーザ４の光出力が変化するという新しい媒体観察方法を行なうことができる。この場合、図８のポイントＢが媒体と微小突起部材３の間のトンネルコンタクトで接続して駆動していることになる。
【００６２】
本実施例によれば、簡単に光源、光検出器の両方が備わった小型で高効率のＳＮＯＭヘッドを作製することができる。このヘッドを用いて超分解能の像観察、光記録、露光などを行なうことができる。
【００６３】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系すなわち７８０〜８５０ｎｍ帯の面発光レーザに適用したが、４００ｎｍ前後のＩｎＧａＮ／ＧａＮ系、９８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、１．３〜１．５５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ系など、あらゆる波長帯のものを用いることができる。さらには、効率は低下するが、低コスト化するために用途によっては、面型発光ダイオード（前記レーザ構造で多層膜ミラーを除いたようなもの）、半導体以外の材料も含めたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等でもよい。
【００６４】
また、カンチレバーとして台形形状の片持ち梁構造を用いたが、長方形形状等のものでもよいし、さらには弾性体を構成するものであれば、両持ち梁やクロス形状（クロス形状弾性体の交点の部分に面発光レーザが貼り付けられる）のもの、更にはヒンジ付きのもの（弾性体の根元部が１軸の周りで枢動可能であるもの）等でもよい。
【００６５】
さらに本実施例においては、面発光レーザ用の基板に発光領域や電極などの加工を行なってから、電極同士で電気的接合を得ていたが、レーザ基板を加工をせずに先にカンチレバー基板に直接接合し、レーザ基板であるＧａＡｓをすべて除去してから面発光レーザとしての加工を行なう方法もある。この場合、ポリイミド埋め込み層が図１（ｂ）においてｎ−ＤＢＲ層１２に形成されることになる。このような接合の例として、電極なしでＳＯＩ基板のＳｉ薄膜とＧａＡｓの原子レベルの直接固相接合を行なう方法があり、接着強度や耐久性の面で優れているとともに、金属配線が一部省略できるので軽量化などの面でも優れている。
【００６６】
（第２実施例）
本発明による第２の実施例は、図３に示すように、１つのカンチレバー８上に複数の面発光レーザ４、微小開口付き突起部材３および光検出器２４を設けたものである。
【００６７】
ここでは、面発光レーザ４を５０μｍピッチで２×２の２次元アレイ状に作製し、微小開口１８を持つ突起部材３も同様にそれぞれの出射端に取り付け、４つのＳＮＯＭヘッドを１つのカンチレバー８上に取り付けている。面発光レーザ４ヘの配線は、第１実施例のように、アノード１４側をレバー８の両側に共通電極配線３１として形成し、カソード１９側の電極配線３２〜３５を各レーザ４ヘの独立制御ができるように形成している。また、ホトダイオード２４のホトカレントを検出する電極はＳｉレバー８内にｐドープ層を形成して配線構造を４本形成しており（不図示）、独立に読み出すことができる。
【００６８】
その他の構造、プロセス等は第１実施例と同様である。このような構造にすることにより、微小ピッチヘの対応、高速動作などが可能となる。また、すべてをＳＮＯＭ光源とせず、一部は、ホトダイオードのみにして読み出し専用として用いたり、トラッキング用光源などの別機能を持たせることもできる。
【００６９】
（第３実施例）
本発明による第３の実施例は、図５のようにカンチレバー８上ではなく、光軸方向に若干離れた位置に光検出器５２を形成したものである。この場合、カンチレバー８はＳｉ薄膜などの半導体ではなく、ＳｉＮ薄膜５０などの誘電体を用いることができるため、ＳＯＩ基板を用いる場合に比べて低コスト化できる。
【００７０】
本実施例では、ＳｉＮ薄膜５０で形成されたレバー８に面発光レーザ駆動用の配線５、６を形成して、レバー先端に、第１実施例と同様に、微小開口付き突起部材３付きの面発光レーザ４の機能層が貼り付けられている。面発光レーザ４の光出力は微小開口１８を通してエバネッセント波を発生すると同時に、反対側のＳｉＮレバー８を通して光が空気中を伝播して、他のＳｉ基板５１に形成されたホトダイオード５２によって受光される。このとき、レバー８を支持している基板１の厚さは、研磨により１５０μｍ程度まで薄くしている。そのため、面発光レーザ４の出射角が立体角で約１０度、出力端の窓径が１０μｍとした場合に、受光面でのビーム径は約４０μｍ程度である。そこで、ホトダイオード５２の受光面の窓領域は、十分検出できる程度の１００μｍとしている。
【００７１】
ホトダイオード５２は、例えば第１実施例のように、ｎ型領域が受光層になっており、ｎ型電極５３とｐ型電極５４でホトカレントを検出するようになっている。基板１と基板５１はレバー８作成後にアライメントして貼り合わせたものである。本実施例では、ホトダイオードとしてｐｉｎ−ＰＤ構造としたが、ＡＰＤ（アバランシェホトダイオード）やＭＳＭ−ＰＤ（金属−半導体−金属ショットキー型ホトダイオード）あるいはＦＥＴ型としてもよい。
【００７２】
本実施例による光検出器付きＳＮＯＭヘッドの作製方法を図６に沿って説明する。この図は、第１実施例の図２の場合から９０度回転した図５におけるＢ−Ｂ’断面図である（Ｂ−Ｂ’断面は斜めに伸びているのでホトダイオード５２のｎ型電極５３とｐ型電極５４の部分を含む）。
【００７３】
図６（ａ）において、Ｓｉ（１００）基板（厚さ１５０μｍ）１の両面に熱酸化により二酸化シリコン６１を０．３μｍ、化学気相成長（ＣＶＤ）法により窒化シリコン５０を０．５μｍ成膜する。次に、表面の窒化シリコン５０上に配線用の電極パターン６をリフトオフ法により形成した後、フォトリソグラフィとＣＦ４プラズマによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりカンチレバー（図５のような片持ち梁８）の形状にパターニングする。また、基板１の裏面の窒化シリコン５０および二酸化シリコン６１を基板１のバックエッチングのマスク形状にパターニングする。
【００７４】
図６（ｂ）において、第１実施例で説明した方法で面発光レーザ４を電極６上に貼り付ける。貼り付けた後に、さらにホトリソグラフィと硫酸系のウエットエッチングにより、５０μｍ□の大きさに素子分離を行なう。このとき、カンチレバー８の貼り付ける位置に合わせたピッチに面発光レーザ４もＧａＡｓ基板上にアレイ化してあるので、Ｓｉ基板１とレーザ用ＧａＡｓ基板同志をハンドリングすればよい。さらに、第１実施例と同様の方法で、別の基板２７に形成した微小開口１８を有するＡｕ箔等から成る微小突起部材３をカンチレバー上の面発光レーザ４の光出射面に圧着する。
【００７５】
図６（ｃ）において、基板表面に、ポリイミド層をスピンコートにより塗布して保護層６６を形成し、裏面の窒化シリコン５０をエッチングマスクにして、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液により裏面からシリコン基板１のエッチングを行なう。その後、フッ酸系のウエットエッチングにより二酸化シリコン６１を除去する。
【００７６】
図６（ｄ）おいて、Ｓｉ基板５１上にｎ拡散層６３、ｐ拡散層６４を形成して、絶縁膜６２を形成後、電極パターン５３、５４を形成する。受光部となる面には絶縁膜兼反射防止膜６５を形成する。これを、カンチレバー８を形成した基板１とアライメントして、固相接合あるいは接着剤を用いた接合で貼り合わせる。最後に、酸素プラズマＲＩＥによるエッチングで表面保護層６６を除去することで、図５のようなカンチレバー型ＳＮＯＭヘッドが完成する。
【００７７】
本実施例のＳＮＯＭヘッドの駆動は、第１実施例のように行なってもよいが、カンチレバー８上の面発光レーザ４のビームがレバー８の変形によって偏向されることを利用して、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のような形で像観察してもよい。この場合、光検出器５２の受光面を４０μｍ程度に小さくしておいて、レバー８の撓みによってビーム位置が受光面からずれて光検出強度が減少することを利用する。この信号は、第１実施例のようなニアフィールド光の相互作用による面発光レーザ４の光出力変動で媒体表面の情報を検知する信号とは、周波数分離でアイソレートすることができる。すなわち、ビーム偏向による光信号の変動はレバー８のメカニカルな振動に相当しているため、面発光レーザ４の出力変動に比べると低周波の信号となっている。また、ビーム偏向を検知する方法として、受光面が１０μｍφ程度と小さいものをライン状に並べて、ビーム位置検出する方法でもよい。このような方法で駆動すれば、近接場観察とＡＦＭ観察を同時に行なって、媒体を異なる相において多面的に観察することができる。
【００７８】
（第４実施例）
本発明による第４の実施例は、基板を除去しない面発光レーザと光検出器を一体化して、厚膜のカンチレバー上に貼り付けたものであり、図７にその断面図を示す。図７において、第１実施例のものと同一の機能部には同一の符号で示した。
【００７９】
本実施例では面発光レーザとして０．９８μｍ帯の材料を用いており、ＧａＡｓ基板８４を透過して光を取り出すことができる。従って、レーザ基板を除去する工程を省略することができる。しかし、レバー先端に重量の重い素子が乗ることになるので、レバーの強度を上げるために厚さ２０μｍ程度の金属厚膜７０をレバー材としている。これは、ＳｉＮ膜７９の上にＣｒ／Ａｕ電極（メッキ用電極）をカンチレバーの形状にリフトオフ法などで成膜したのちに、厚膜のＮｉウエットメッキを行なうことで形成している。メッキ材は他にＣｕやＡｕなどでもよい。ここで、面発光レーザ部の基板３０は８０μｍ厚、ホトダイオードの基板８４は４０μｍ厚とした。
【００８０】
この金属厚膜レバー７０上には、Ｓｉ基板８４上に形成したホトダイオード及び上で説明した面発光レーザが、それぞれ電極７４、７６の金属を介して圧着されてスタックされている。ホトダイオードはＳｉ基板８４上にｐ型拡散領域７５、ｎ型拡散領域８５を持つ。そして、ｐ側には絶縁膜７７を介して窓構造を有する電極７６が、ｎ側には全面電極７８がそれぞれ形成されている。面発光レーザは、活性層７２が半導体多層膜ミラー７１、７３に挟まれたＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ２重量子井戸構造になっている（こうしてＧａＡｓ基板８４を透過する光を出す様にしている）以外は、第１実施例などと同じである。ｐ側電極として電極１４が、配線８０を介して、レバーを支持する基板の配線に接続されている。この場合、レーザ端面に段差があるため緩和層８３としてポリイミドが形成されている。また、ｎ側電極７４はホトダイオードの電極７６と接続され、絶縁膜８２を介してレバー上に形成された配線８１に接続されている。ここで、第１実施例と同様に光減衰層１７が設けられている。ホトダイオードのｎ側電極７８はレバー７０と接触しているため、レバーそのものを電極配線として用いている。
【００８１】
第１実施例と異なりレーザのｎ側電極７４が光検出器のｐ側電極７６と接触して共通電極８１となっているが、駆動方法は基本的には同様である。
【００８２】
ところで、今までの実施例では、カンチレバーを単なる弾性体として用いていたが、ピエゾ抵抗を形成してカンチレバーの撓み量を検出できるようにし、バイモルフ構造にすることで電界によってレバー本体を上下に駆動できる構造にしてもよい。こうすれば、例えば、使用時に、媒体表面に対する微小開口突起部材３の位置決めが好適に調整できる。
【００８３】
（第５実施例）
本発明による第５の実施例は、図１０に示すように第１乃至第４実施例のＳＮＯＭヘッドを光情報記録装置に適用したものである。
【００８４】
図９において、上記実施例で説明した微小開口突起部材３と面発光レーザ４が一体化されたＳＮＯＭヘッド９０が、Ｓｉ基板１で支持されたカンチレバー８の先端に取り付けられ、このＳＮＯＭヘッド９０から発生したエバネッセント光は、ディスク９３上に形成された相変化記録媒体と相互作用し、光記録ドメイン９２を形成する。
【００８５】
一方、情報再生時には、面発光レーザ４への注入電流をしきい値電流付近まで落とすと、媒体の反射率によってレーザ４の発振状態が変化するので、このことを利用して情報を再生する。すなわち、光記録ドメイン９２があるとエバネッセント光と記録媒体の相互作用が変化し、レーザ４ヘの戻り光量が変化するために、発振状態が大きく変化する。しきい値近傍で戻り光量が増大するとレーザ４の状態が不安定になり、戻り光の遅延時間に応じた振動が引き起こされる。この出力変動を一体化された光検出器で読み取ることで記録情報を読み出せる。
【００８６】
このようなＳＮＯＭヘッド９０で光記録を行なえば、微小開口径が数１０ｎｍの場合に１００Ｇｂ／ｉｎ２以上の記録密度が可能となる。従来のＳＮＯＭヘッド記録装置では、小型化、アレイ化が難しく高速駆動ができなかったが、本発明により小型軽量、２次元アレイ化等が簡単になり、高速アクセスが可能となった。図９においては１つのＳＮＯＭヘッド９０のみ示しているが、図４のようなマルチプローブを用いてもよい。
【００８７】
また、本実施例ではディスク型の回転系を示しているが、それ以外の２次元平行移動型などでもよい。
【００８８】
同様に、本発明によるＳＮＯＭヘッドを用いて近接場光学系を用いた超微細露光装置を構成することができる。任意の基板表面にホトレジストを塗布して、本発明によるＳＮＯＮヘッドアレイを２次元走査しながら、露光パターンを該レジスト上に焼き付けることができる。微細パターン用のレジストが紫外光で主に感光するように作られているので、光源としてＧａＮ系などの紫外材料を用いることが望ましい。しかし、現在、最も効率がよくハイパワーの面発光レーザはＧａＡｓ系の赤外光のため、赤外光で感光する媒体を用いて露光を行なってもよい。従来のＳＮＯＭヘッドでは高密度アレイ化が困難なため、露光パターンを形成するのに非常に時間がかかっていたが、本発明の装置により飛躍的な時間短縮が期待できる。
【００８９】
なお、上記実施例では、近視野光学系用の光源装置として微小開口突起部材を設けた構造で、作用、効果を説明してきたが、微小開口を設けずに通常の光の放射モードを使って、記録再生装置、露光装置などに適用することもできる。面発光レーザの場合は放射角が数度程度と非常に小さいので、そのまま放射光を用いてもよいが、出射面にマイクロレンズ等を貼り付けて媒体表面でビームを絞る形にしてもよい。この場合、光パワーを強くできるため、上記の応用例以外に、原子や分子などの小さい粒子をエバネッセント光でトラップして所望の位置に移動、成長させるための光ピンセットとして利用することも可能である。
【００９０】
また、上記実施例の説明では弾性体の上に面型光デバイスが載った構造となっているが、用途によっては弾性体を用いずに面発光レーザに微小開口突起部材が設けられたのみの構造でも、勿論、使うことができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、近接場光学系用に適した光導入装置および光検出装置が一体化されて小型の弾性体上に形成されているため、アレイ化した場合にも小型、軽量で高速走査が可能な近視野光学系用に適した光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施例の近接場光学系用光源装置の斜視図（ａ）、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）、及びＢ−Ｂ’断面図（ｃ）である。
【図２】本発明による第１実施例の近接場光学系用光源装置の作製プロセスを説明する図である。
【図３】本発明による第２実施例の近接場光学系用光源装置の斜視図である。
【図４】本発明による近接場光学系用光源装置を２次元アレイ状に配置したときの斜視図である。
【図５】本発明による第３実施例の近接場光学系用光源装置の斜視図である。
【図６】本発明による第３実施例の近接場光学系用光源装置の作製プロセスを説明する図である。
【図７】本発明による第４実施例の近接場光学系用光源装置の断面図である。
【図８】本発明による近接場光学系用光源装置の駆動方法を説明する図である。
【図９】本発明による近接場光学系用光源装置を用いた光情報記録装置の概略斜視図である。
【図１０】従来の近接場光学系用光源の例を示す図である。
【図１１】従来の近接場光学系用光源の例を示す図である。
【図１２】従来の近接場光学系用光源の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ Ｓｉ薄膜弾性体
３ 微小開口付き微小突起部材
４ 面発光レーザ
５、６、７、３１、３２、３３、３４、３５、５３、５４、８０、８１ 電極配線
８ カンチレバー
１１、７２ 活性層
１０、１２、７１、７３ 半導体多層膜ミラー
１３、２０、６２、７７、８２ 絶縁膜
１４、１９、７４ レーザ電極
１５ 金属膜
１６ 埋め込み領域
１７ 光減衰層
１８ 微小開口
２１、２２、６３、６４、７５、８５ ドーピング領域
２３ 電極分離溝
２４、５２ ホトダイオード
２５、６１ シリコン酸化膜
２６、５０、７９ 窒化シリコン膜
２７、５１、８４ シリコン基板
２８ 剥離層
２９ 逆ピラミッド型凹部
３０ レーザ基板
６５ 反射防止膜
６６ 保護膜
７０ 金属厚膜
７６、７８ 光検出器電極
８３ ポリイミド層
８６ 基準電圧
９０ ＳＮＯＭヘッド
９１ ＳＮＯＭヘッド支持用アーム
９２、２０９ 光記録領域
９３、２０７ 光記録媒体
１０２ 開口部
１０３ 光ファイバ
１０８ 光導波層
１０９ 金属膜
１１１ 反射防止膜
２０１ 半導体レーザ
２０２ 光検出器
２０３ プローブ
２０４ エバネッセント光
２０６ 浮上スライダー
２１０ 白金膜
８０２ バッファ層
８０４、８０８、８０９ 電流狭窄用半導体層
８０６ クラッド層
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野光学顕微鏡、近視野光学系を用いた記録装置、露光装置などとして用いられるエバネッセント光出射用等の光源装置、その駆動方法、その製造方法、及び光情報記録装置、露光装置等としてそれを用いる方法などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、尖鋭なプローブ先端の微小開口から染み出すエバネッセント光を用いた光技術、いわゆる近視野（近接場またはニアフィールド）光学系を用いた高分解能観察や次世代用の高密度記録、超微細露光技術等の開発が盛んになってきている。高分解能観察に関しては、資料表面の様子を光プローブで検出して資料表面を調べる走査型近接場光顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）（Ｄｕｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５９，３３１８（１９８６）等）が開発されている。ＳＮＯＭ用の光導入装置については、例えば、特開平５−１００１６８号公報に開示されている。ここでは、図１０のように、Ｓｉ基板１０１上に設けられた円錐形状部材の先端に微小開口１１０が形成され、Ｓｉ基板１０１の裏面側には開口部１０２が形成され、そこに光ファイバ１０３が挿入されて光ファイバ１０３を通して光を出射している。尚、図１０において、１０７は電極、１０８は光導波層、１０９は金属膜、１１１は反射防止膜である。
【０００３】
或は、図１１のように、面発光レーザの出射端面に電極８１１による微小開口８１３を形成したものも提案されている。この例では、近接場光の導入装置のみを提供するものであって、像観察あるいは光情報読み出し用の光検出器については、別の光学系を設ける必要がある。尚、図１１において、８０１はレーザ基板、８０２はバッファ層、８０３は半導体多層膜ミラー、８０４、８０８、８０９は電流狭窄用半導体層、８０５は活性層、８０６はクラッド層、８０７はコンタクト層、８１０は絶縁層、８１２はレーザ電極である。
【０００４】
更には、特開平８−３０６０６２号公報に開示されている如く、図１２のように、端面発光型半導体レーザ２０１の片方の端面に楕円錐形状のプローブ２０３が形成され、これが白金電極２１０等で覆われて先端に微小開口が形成されている構造も提案されている。この例においては、半導体レーザ２０１のプローブが形成されていない端面に光検出器２０２を取り付けて、該半導体レーザ２０１の光出力を検出できるようになっている。すなわち、１つの光学系で、光導入装置と光信号読み出し装置を備えており、光情報の読み出し用のコンパクトな光ヘッドを提供している。尚、図１２において、２０４はエバネッセント光、２０６は浮上スライダー、２０７は光記録媒体、２０９は光記録領域である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近接場光学系では微小開口から僅かに染み出るエバネッセント波を用いるため、光源の効率が要求され、低しきい値で量子効率の高い半導体レーザが必要となる。ところが、図１０の如く光ファイバ１０３などで導波するものは結合損が生じて望ましくなく、また、図１２のような端面発光レーザ２０１を用いたＳＮＯＭヘッドでは、動作電流が大きいため、消費電力が高く、特にマルチ化には適さない。
【０００６】
更に、近接場光学系では、プローブを媒体表面に殆ど接触するような形で走査するため、媒体表面の凹凸の存在を考えると、適当な弾性体によってプローブが支持されている必要がある。また、高速で走査するにはＳＮＯＭヘッドをアレイ化してマルチプローブで同時走査する必要も出て来るが、この際、各々のＳＮＯＭヘッドを別々の弾性体で支持して表面を倣うように走査を行わないと、媒体表面或はプローブ先端を破壊してしまう恐れがある。
【０００７】
図１０や図１１のようなＳＮＯＭヘッドの場合、アレイ化するためには同一基板上に形成することになるが、これでは各々の微小開口部が同一平面上に存在することになるため、媒体表面に対して倣うように走査ができなくなる。また、光検出用の別の光学系を必要とするため、装置が大型化し、特にアレイ化した場合には、互い光の干渉や、観察点から検出系までの距離が離れることなどにより、検出信号の良好なＳ／Ｎを確保することが困難になっている。
【０００８】
一方、図１２のような端面発光型レーザのタイプでは、光検出系が一体化されているために小型化できるが、端面発光型レーザ１つ１つをアレイ化する場合には、各々を支持する弾性体が多数必要になってＳＮＯＭヘッド全体が大型化して重くなってしまい、やはり高速走査が難しくなる。
【０００９】
本発明の目的は、このような課題に鑑み、近接場光学系用の光導入装置および光検出装置が集積化ないし一体化されて小型の弾性体上或は支持基板上に形成され、２次元等にアレイ化した場合にも小型、軽量で高速走査などが可能な近視野光学系用に適した光源装置、その製造方法、及び光情報記録装置、露光装置等としてそれを用いる方法などを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的を達成する光源装置は、基板に一部が支持された弾性体上に、面発光レーザと、該面発光レーザ上に設けられた微小開口を構成する部材と、を備え、前記微小開口を通じてエバネッセント光を出射する光源装置であって、前記面発光レーザの光軸方向であって、前記微小開口を構成する部材とは反対側に前記面発光レーザの光出力を検出する検出器を有することを特徴とするエバネッセント光を出射する光源装置である。任意の基板に支持された弾性体に面型発光装置を備え、面型発光装置の光出力をモニタする光検出器を近傍に集積化させることで、簡単に同一基板上にアレイ化した小型のＳＮＯＭヘッドなどを実現でき、媒体表面を破壊することなく高速に走査ができる。こうして、光デバイスが弾性体に支持されて媒体表面に対して倣うように走査できる発光源と光検出器を備えた近視野光学系用に適した小型の光源装置を提供できる。
【００１１】
上記の基本構成に基づいて、以下のような構成も可能である。
前記面型発光デバイスには微小開口が備えられ、弾性体上及び第１の基板上に形成された電気配線を介して該面型発光デバイスに電流注入或は電圧印加し、微小開口からエバネッセント光を発生させる様にできる。面型発光装置に微小開口を設けることでエバネッセント波の制御を行なって、高分解能の走査を行なえる。こうして、弾性体に支持された光デバイスから発生するエバネッセント光を制御して分解能を上げることができる視野光学系用に適した光源装置を提供できる。
【００１２】
前記面型発光デバイスは半導体で構成された面発光レーザである。ＳＮＯＭヘッドなどの光源を、例えば、微小開口を光出射面に持つ面発光レーザとすることで、エバネッセント波の強度を強くすることができる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどから発生するエバネッセント光の強度を強くしかもエネルギ変換効率を高くできる。
【００１３】
前記面型発光デバイスは半導体薄膜で構成され、前記第１の基板とは異なる該半導体薄膜を形成した第２の基板が前記第１の基板に支持された弾性体上に配置されている様にもできる。
【００１４】
また、前記面型発光デバイスは半導体薄膜で構成され、前記第１の基板とは異なる該半導体薄膜を形成するときに用いた第２の基板が除去されて、該面型光デバイスの機能層のみが前記第１の基板に支持された弾性体上に配置されている様にもできる。面型発光装置を弾性体に貼り付けた後で、該面型発光装置の作製のための基板を除去することで、ＳＮＯＭヘッドなどを小型、軽量化できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを高密度アレイ化するときに、エバネッセント光発生部を小型、軽量化できる。
【００１５】
前記弾性体は、前記第１の基板であるＳｉ基板上に形成された窒化シリコン薄膜であって、一部の領域で該Ｓｉ基板を除去してＳｉ基板に支持される構造を持つ薄膜弾性体である様にできる。Ｓｉ基板上に形成したＳｉＮｘ薄膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、Ｓｉ基板の一部を除去することで、簡易的なカンチレバー型等の薄膜弾性体が作製できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを支持する小型で作製が容易な弾性体を実現できる。
【００１６】
前記弾性体は第１の基板上に形成された金属膜であって、一部の領域で該第１の基板を除去して該第１の基板に支持される構造を持つ薄膜弾性体である様にもできる。基板上に形成した金属膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、該基板の一部を除去することで、強度の高いカンチレバー型等の弾性体が作製できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを支持する小型で作製が容易な弾性体を実現できる。
【００１７】
前記弾性体は、前記第１の基板であるＳｉ基板上にＳｉＯ２薄膜とＳｉ薄膜が順に形成されたＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎ−ＩｎｓｕｌａｔｏｒないしＳｉｌｉｃｏｎ ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のＳｉ薄膜であって、一部の領域で該Ｓｉ基板及びＳｉＯ２薄膜を除去してＳｉ基板に支持される構造を持つ薄膜弾性体である様にもできる。Ｓｉ基板上にＳｉＯ２薄膜を介して形成されたＳｉ薄膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、Ｓｉ基板の一部を除去することで、強度の高いカンチレバー型等の薄膜弾性体が作製できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを支持する小型で作製が容易な弾性体を実現できる。
【００１８】
前記光検出器は、前記薄膜弾性体であるＳｉ薄膜上の該面型発光デバイスからの光出力を検出できる位置に、ドーピング制御によりホトダイオードあるいはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）として集積化されたものであり、該弾性体上および該第１の基板上に形成された電気配線を介して該光検出器が駆動される様にできる。このようなＳｉ薄膜で形成されたカンチレバーなどの場合は、該Ｓｉ薄膜に光検出器を作り込んで該光検出器の上に面型発光装置を接合することで、小型で発光素子、受光素子が一体化されたＳＮＯＭヘッドなどを実現できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００１９】
前記光検出器は、前記薄膜弾性体であるＳｉ薄膜上の該面型発光デバイスからの光出力が検出できる領域に集積化した金属／半導体接触のショットキーバリア型光検出器であり、該弾性体上および該第１の基板上に形成された電気配線を介して該光検出器が駆動される様にもできる。これによっても、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００２０】
前記光検出器は、該面型発光デバイスと積層するように接合されて一体化されており、該一体化された光検出器および面型発光デバイスが該弾性体上に備えられ、該弾性体上および該第１の基板上に形成された電気配線を介して該光検出器および該面型発光デバイスが駆動される様にもできる。光検出器と面型発光装置を接合したものをカンチレバーなどに貼り付けることで、小型で発光素子、受光素子が一体化されたＳＮＯＭヘッドなどを実現できる。これによっても、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００２１】
前記光検出器は、該弾性体を支持する第１の基板とは異なる第３の基板に形成されており、該面型発光デバイスの光出力のうち、近視野光学系用に適した光源となる面とは反対の面から出力されるものをモニタできるようにアライメントされており、該弾性体を支持する第１の基板と該第３の基板が貼り合わされている様にもできる。光検出器を別の基板に作製して、これが面型発光装置の光出力をモニタできる位置に設置されて基板同志を貼り合わせることで、小型で発光素子、受光素子が一体化されたＳＮＯＭヘッドなどを実現できる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどを小型集積化するための光検出器を提供できる。
【００２２】
前記面型発光デバイスおよび光検出器の電極配線は、該面型発光デバイスの一方の電極と該光検出器の一方の電極が電気的に接続されて１つの共通電極となり、該面型発光デバイスの他方の電極と該光検出器の他方の電極がそれぞれ独立の配線となって、該弾性体上に３本の配線が形成されている様にできる。面型発光素子と光検出器の一方の電極は直接接合して共通電極とし、もう一方の電極はそれぞれ独立にして３端子とすることで、効率的なＳＮＯＭヘッドなどの駆動が可能となる。こうして、ＳＮＯＭヘッドなどの発光素子、受光素子に電流注入ないし電圧印加するための手段を提供できる。
【００２３】
前記面型発光デバイスへの電気配線は、一方が該面型発光デバイスの基板側電極と導電性接合され、他方が、該面型発光デバイスの端面に形成された段差を緩和するための絶縁材料上を這って上面電極と導電性接合されている様にもできる。
【００２４】
前記面型発光デバイスへの電気配線は、該面型発光デバイスの同じ側に形成された２つの電極と夫々導電性接合されている様にもできる。
【００２５】
前記微小開口は、該面型発光デバイスの光出力部のうち該光検出器が備えられていない側に、微小開口を有する微小突起部材を備えて形成されたものである。先端に微小開口を有する四角錐状の金属薄膜などを面型発光装置の光出射面に圧着することで、ＳＮＯＭヘッド等を構成できる。こうして、エバネッセント波発生のための好適な微小開口部を提供できる。
【００２６】
前記面型光デバイスおよび光検出器は、共通の第１の基板で支持される複数の前記弾性体上に複数アレイ化されている。光検出器は前記第３の基板上にアレイ化されていてもよい。同一支持基板上に複数のＳＮＯＭヘッドなどをアレイ化しておき、格子状等に該基板を除去すれば簡単に高密度にアレイ化された近視野光学系用に適した光源装置が実現できる。この構成は、面型光デバイスと光検出器の各組が各弾性体上に設置された図４の構成にもできるし、面型光デバイスのみが各弾性体上に設置されて各光検出器は各面型光デバイスに対応して第３の基板上にアレイ化された図４の構成と図５の構成を組み合わせた構成にもできる。こうして、高速走査のためのマルチＳＮＯＭヘッド等を提供できる。
【００２７】
前記面型発光デバイスと光検出器或は面型発光デバイスは、１つの前記弾性体上に複数配置されている。この構成は、面型光デバイスと光検出器の複数組が１つの弾性体上に設置された図３の構成にもできるし、複数の面型光デバイスのみが１つの弾性体上に設置されて複数の光検出器は面型光デバイスに対応して第３の基板上に配置された図３の構成と図５の構成を組み合わせた構成にもできる。１つの弾性体に複数の微小開口を有する面型発光装置を備えることで、高密度の配列を実現でき、トラッキングや光検出用のヘッドを同時に備えることができる。
【００２８】
前記弾性体は、例えば、中央がくり貫かれた台形形状の片持ち梁構造を有する様にもできる。
【００２９】
前記弾性体は、その上面と下面には圧電材料層が形成されてバイモルフ構造にされ、両圧電材料層への電界印加によって該弾性体を微動調整できる構造或は該弾性体の微動を両圧電材料層に誘起される電荷で検出できる構造となっている様にもできる。
【００３０】
また、本発明の上記目的を達成する近視野光学系用光源装置の製造方法は、面型発光デバイスの機能層を第２の基板である半導体基板上に成膜して電流注入領域、電極構造を加工する工程と、弾性体上に光検出器と電極配線を作製する工程と、該面型発光デバイスの電極構造と該弾性体上に形成された該光検出器の電極および電極配線とを電気的接触を得ながら接合する工程と、前記第１の基板を該面型光デバイスが形成された面とは反対側の面からエッチングする工程とを少なくとも含むことを特徴とする。例えば、面型発光装置を加工してできた電極と、弾性体上に形成した配線用の電極および光検出器の電極とを電気的接触を得ながら接合して、微小開口部を形成し、弾性体の支持基板をエッチングすることでＳＮＯＭヘッド等が作製できる。
【００３１】
また、本発明の上記目的を達成する近視野光学系用光源装置の作製方法は、面型発光デバイスの機能層を第２の基板である半導導体基板上に成膜して電流注入領域、電極構造を加工する工程と、弾性体上に電極配線を作製する工程と、該面型発光デバイスの電極構造と該弾性体上に形成された電極配線とを電気的接触を得ながら接合する工程と、第１の基板を該面型発光デバイスが形成された面とは反対側の面からエッチングする工程と、該面型発光デバイスが形成された面とは反対側の面において、該第１の基板と光検出器を表面に形成した第３の基板とを、該面型発光デバイスの出力光を該光検出器で検出できる位置にアライメントして、接合する工程とを少なくとも含むことを特徴とする。例えば、面型発光装置を加工してできた電極と、弾性体上に形成した配線用の電極とを電気的接触を得ながら接合して、微小開口部を形成して弾性体の支持基板をエッチングし、エッチングした側に光検出器を備えた別の基板をアライメントして該支持基板と接合することで、ＳＮＯＭヘッド等が作製できる。
【００３２】
本発明の光源装置は、以下の如き使用方法で或は装置として使用できる。
面型発光デバイスからエバネッセント光を媒体表面に照射して、媒体表面からの散乱光の強さによって変動する該面型光デバイスの光出力を、該媒体表面とは反対側に備えてある光検出器によって電気信号に変換し、光情報の検出器として用いる。例えば、面型発光装置に電流注入して媒体表面にエバネッセント光を照射したときの媒体からの戻り光によって発光デバイスの光出力が変動する信号を、光検出器で読み出すことで、ＳＮＯＭヘッド等として駆動できる。こうして、光源と光検出器が一体化されたＳＮＯＭヘッド等の駆動方法を提供できる。
【００３３】
微小突起部材から導電性の媒体表面を通して該面型発光デバイスに電流或はトンネル電流を注入することで、該媒体表面の状態によって変化する電流量で該面型発光デバイスの光出力が変化することを光検出器で検出し、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）として用いる。例えば、面型発光装置上の微小突起を介して媒体表面にトンネル電流を流し、この電流の大きさによって面型発光装置の光出力の変化する信号を光検出器で読み出すことで、ＳＴＭとして駆動できる。こうして、ＳＮＯＭヘッド等を他の観察方法と併用して使用するときの駆動方法を提供できる。
【００３４】
微小突起部材が媒体表面と原子間力相互作用することによって薄膜弾性体が変位するのを、第３の基板に形成された光検出器によって、該薄膜弾性体の変位により該面型発光デバイスから放射される光出力の位置が変動することで検出し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）として用いる。例えば、微小突起と媒体表面との原子間力相互作用でカンチレバーなどが変位するのを、近傍に一体化された光検出器により、面型発光装置のビームの偏向で読み出すことで、ＡＦＭとして駆動できる（この変位は、薄膜弾性体を上記のバイモルフ構造やピエゾ抵抗体などにすることによっても検出できる）。こうして、ＳＮＯＭヘッド等を他の観察方法と併用して使用するときの駆動方法を提供できる。
【００３５】
面型発光デバイスから発生するエバネッセント光によって光情報記録媒体への高密度情報記録を行い、該光源装置を光情報記録装置として用いる。情報再生は、媒体表面からの散乱光の強さを検出すること（これは、発光デバイスの出力のモニタで検出できるのは勿論であるが、或は発光デバイスの両端電圧または電流をモニタしても行なえる）で行える。こうして、ＳＮＯＭヘッド等で光情報の記録、再生を行なうことで、高密度、大容量で高速走査が可能な光情報記録装置を実現できる。
【００３６】
面型発光デバイスから発生するエバネッセント光によって光感光媒体への高精細パターン形成を行い、該光源装置を露光装置として用いる。ＳＮＯＭヘッド等で感光媒体を露光させることで、高速に超微細なパターンを焼き付けられる露光装置を実現できる。
【００３７】
本発明の作用原理の典型例を具体例に沿って説明する。
本発明のＳＮＯＭヘッドは、例えば図１のように、微小なカンチレバーと呼ばれる薄膜弾性体８の先端に、ホトダイオードなどの光検出器２４を集積化して微小開口１８を設けた面発光レーザ４などの光源を貼り付けた構造のものである。面発光レーザ４は貼り付けた後に、必要な領域のみ残す、すなわち５０μｍ□程度にエッチングにより小さくする。カンチレバー８は、例えば図２のプロセスのように、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２膜２５およびＳｉ薄膜２を形成したＳＯＩ基板上でＳｉ薄膜２をカンチレバー形状にパターニングし、基板裏面からバックエッチしてＳｉ薄膜２の一部領域を基板１からフリーな状態にすることで、形成できる。微小開口付き面発光レーザ４は、例えば、ＧａＡｓ基板３０上に形成した図１（ｂ）の断面図のような構造であり、カンチレバー８上に形成した電極５、６とのコンタクトを取る形で接合してある。接合方法は幾つかあり、Ａｕ同士の圧着によるもの、Ａｇペースト等の導電性の接着剤によるもの、ハンダで接合する方法などがある。この面発光レーザ４の接合は、カンチレバー８作製前すなわちＳｉ基板１のエッチング前に行なう。ホトダイオード２４は、Ｓｉ薄膜２で形成されたカンチレバー上のドーピング制御で図１（ｃ）のように作り込むことができ、面発光レーザ４の光出力を検出することができる様になっている。電極の構成は、ホトダイオード２４のカソードと面発光レーザ４のアノードが共通化されて電極配線６となり、その他の電極はそれぞれ配線５、７となって３極構造になっている。
【００３８】
この方法によれば、各々のプローブが独立に薄膜弾性体８に支持されて図４のように高密度にアレイ化することができ、しかも光源と光検出系が一体化された小型、軽量のＳＮＯＭヘッドを提供することができる。また、微小突起部材３を介して媒体との間にトンネル電流を流してＳＴＭとして駆動したり、トンネル電流の大小によって面発光レーザの光出力の強弱を検出する新しい媒体観察／情報記録再生方法を提供できる。
【００３９】
一方、カンチレバー８をＳｉＮなどの絶縁体で構成して、光検出器５２は離れた位置に設置した図５のような構造でもよい。この場合は、レバー８の変位を光検出器５２で検出する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）としても動作させることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００４１】
（第１実施例）
本発明による第１の実施例は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、面発光レーザのエピタキシャル層表面に微小開口を有する突起部材を形成したものをカンチレバーの先端に取り付け、更にカンチレバー上に面発光レーザからの光出力をモニタできるホトダイオードを集積化させた構造のＳＮＯＭヘッド、及びその製造方法に関する。
【００４２】
本実施例で適用した面発光レーザ４は、斜視図である図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である図１（ｂ）の断面図に示すように、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層とＡｌＧａＡｓスペーサ層からなる１波長共振器１１をＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓの１／４波長厚の多層膜（２０〜３０組程度）から成るＤＢＲ（分布反射）ミラー１２（ｎ型）および１０（ｐ型）で挟む構造を有する。これらは、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法などによってｎ−ＧａＡｓ基板（不図示）上にエピタキシャル成長される。ＤＢＲミラー１０の最上層は電極コンタクトを取り易いようにハイドープのｐ−ＧａＡｓ層となっている。発光領域（本実施例では１５μｍφ）に電流狭窄を行なうため、円環状に活性層近傍までエッチングした後、ポリイミド１６で凹部を埋め込んで平坦化している。そして、ＳｉＮｘ等の絶縁膜１３を形成して、光を取り出す窓構造を持つｐ電極（例えばＣｒ／Ａｕから成る）１４を形成している。
【００４３】
本実施例では、ｐ電極１４は、Ｓｉ薄膜２で作製されたカンチレバー８に形成した電極配線６の先端部に圧着等で貼り付けられる。一方、ＧａＡｓ基板は除去してＤＢＲミラー層１２を露出させ、ここに、光が取り出せるように窓構造を設けてＴｉ／Ａｕ薄膜１５が成膜してある。ここで、特に図示していないが、使用時に媒体表面と面発光レーザ４の間で絶縁を取る必要がある場合には、ＤＢＲミラー層１２と金属膜１５の間に絶縁膜を挟めばよい。
【００４４】
この面発光レーザ４の光出射面には、例えば、Ａｕ箔で形成した四角錐の先端に微小開口１８を形成した突起部材３が金属同士の圧着により取り付けられる。該微小開口１８からエバネッセント波が漏れ出るようになっている。本実施例では突起状の微小開口付き突起部材３を用いたが、突起を圧着せずに光出射面全体を電極で覆って中央に微小開口を作製してもよい。
【００４５】
面発光レーザ４のｎ電極は次の様になっている。面発光レーザの外周部に活性層より深く溝２３を形成し、ｎ電極１９（例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を図１（ｂ）のようにＬ字状に成膜し、これをカンチレバー８上に形成した電極配線５と圧着等により接続している。
【００４６】
従って、面発光レーザ４に注入する電流は、中央をくり貫いた台形状のカンチレバー８上に形成された１対の電極パターン５、６を経由させればよい。この電極パターン５、６と面発光レーザ４の電極１４、１９との導電性接合の方法は、圧着以外にも、導電性接着剤、ハンダバンプを用いる方法などがある。
【００４７】
一方、カンチレバー８は、Ｓｉ１上にＳｉＯ２を介してＳｉ薄膜２が形成されたＳＯＩ基板のＳｉ薄膜２で構成され、これが弾性体となってＳＮＯＭヘッドを支持している。このＳｉレバー８上の面発光レーザ４の光出力にあたる領域には上述のようにホトダイオード２４が集積化されている。ホトダイオード２４は、不純物濃度の十分に低いＳｉ薄膜２にｎ＋拡散領域２１およびｐ＋拡散領域２２を形成し、ＳｉＮなどの絶縁膜２０上にｎ側電極兼配線パターン６およびｐ側電極７を形成した構造となっている。電極７もレバー８上の配線を兼ねている。
【００４８】
面発光レーザ４のレバー８側の光出力は、ｎ＋領域２１に入射して光キャリアを生成し、電極７と電極６の間に逆電圧を印加してホトカレントを検出する。この場合、光出力が大きすぎてホトダイオード２４が飽和してしまうので、レバー８側の光出力面上にＡｕ薄膜（２００Å程度）などの光減衰層１７を形成する必要がある。
【００４９】
本実施例では、ホトダイオードとしてｐｉｎ−ＰＤ構造としたが、ＡＰＤ（アバランシェホトダイオード）やＭＳＭ−ＰＤ（金属−半導体−金属ショットキー型ホトダイオード）あるいはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）型としてもよい。
【００５０】
本実施例においては、面発光レーザチップサイズは５０μｍ□、微小開口用の突起部材３の底面の一辺の長さは２０μｍ、微小開口１８は数１０ｎｍφとした。また、カンチレバー８のサイズは、先端部で８０μｍ、根元の部分で１２５μｍ、長さ２５０μｍの台形形状であり、中央部を図１（ａ）のように３角形状にくり貫いた構造を有する。このＳＮＯＭヘッドをアレイ化した様子を図４に示す。横方向のピッチＷは１２５μｍ、縦方向のピッチＬは、カンチレバーの長さ及び支えているＳｉ基板１の領域があるため、５００μｍとした。また、各ＳＮＯＭヘッドの面発光レーザヘの電流注入およびホトダイオードの電流検出配線は、図４のようにマトリックス配線としたが、独立配線にしてもよい。また、Ｓｉレバー１上にＳｉＮ膜２０および金属膜５、６を形成しているため膨張係数の違いなどにより反りが出るが、これが問題になる場合にはＳｉレバー２にドーピングして配線構造を作製し、ＳｉＮ膜、金属膜をなくすこともできる。
【００５１】
次に、本実施例によるＳＮＯＭヘッドの作製プロセスを図２を元に説明する。この図では図１（ａ）で示したＡ−Ａ’断面での図を表している。カンチレバープロセスに用いたＳＯＩ基板は、厚さ１μｍのＳｉ層２、厚さ０．５μｍのＳｉＯ２層２５、厚さ５００μｍのＳｉ基板１から成るものである。
【００５２】
図２（ａ）において、Ｓｉ層２のレバー８になる部分には上記に述べたようにｎ＋ドープ層２１およびｐ＋ドープ層（不図示、図１（ｃ）の２２）をイオン注入などで形成し、絶縁膜としてＳｉＮｘ膜２０を０．１μｍ成膜する。そして、コンタクト領域に窓を開けた後に、電極兼配線パターンとして、レーザｎ電極用配線５、ホトダイオードｎ電極６、ホトダイオードｐ電極７（不図示、図１（ｃ）に記載）をホトリソグラフィーとリフトオフ法などによって形成する。その後、絶縁膜２０およびシリコン層２を、フォトリソグラフィとＳＦ６を用いたドライエッチングによってカンチレバー（片持ち梁）の形状にパターニングする。一方、ＳＯＩ基板の裏面にもＳｉＮｘ２６を成膜して（Ｓｉ薄膜２上に絶縁膜２０を成膜するときに同時にできる）おき、Ｓｉ基板１のエッチング用のマスク形状にパターニングしておく。
【００５３】
次に、ｎ−ＧａＡｓ基板３０上に、ｎ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＝０．３）（厚さ０．１μｍ（不図示））、ｎ−ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＤＢＲミラー１２、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層とＡｌＧａＡｓスペーサ層からなる１波長共振器１１、ｐ−ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＤＢＲミラーおよびｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０を成長したものを用意する。発光領域を、ホトリソグラフィーとＣｌ２系の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）で環状溝部をエッチングすることで、形成して、該溝部をポリイミド１６で埋め込む。そして、ＳｉＮｘなどの絶縁膜１３を窓構造を有するように形成してから、電極１４をやはり窓領域を有するように形成する。その後、光減衰用のＡｕ薄膜１７を成膜する。また、ｎ電極を取り出すためにやはりＲＩＢＥにてエッチングを行い、溝部２３を形成して、絶縁膜１３をエッチング側面に形成してからＬ字状のｎ電極１９を形成する。
【００５４】
次に、電極１４と電極６および電極１９と電極５が電気的導通が得られるようにアライメントして圧着する。
【００５５】
図２（ｂ）において、まず、アンモニア＋過酸化水素水の混合液でＧａＡｓ基板３０をエッチングして、ｎ−ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＝０．３）層が現れるまで完全に基板を除去する。必要であれば、この面に絶縁膜を形成してから、圧着用で光取り出し用の窓のある金属膜１５（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。次に、カンチレバー先端部の面発光レーザ部４のみ残してその他のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ成長層をホトリソグラフィと硫酸＋過酸化水素水＋水の混合液でエッチングして除去し、素子分離を行なう。さらに、微小開口付き突起部材３をアライメントして圧着する。微小突起部材３は、基板２７上に形成されており、圧力印加後に該基板２７を引き離すことで剥離層２８との界面から剥がれ、微小突起部材３のみを面発光レーザ４上に残すことができる。
【００５６】
ここで、微小突起部材３の作製方法を簡単に述べる。基板２７としてＳｉ（１００）基板を用い、熱酸化膜からなる１辺が２０μｍの正方形のエッチング用窓を、ホトリソグラフィ及びフッ酸とフッ化アンモニウム混合液によるエッチングで形成する。そして、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液を用いた結晶軸異方性エッチングにより、（１１１）面と等価な４つの面で囲まれた深さ約１４μｍの逆ピラミッド状の凹部２９を形成する。次に、該マスク用の熱酸化膜を除去してから基板２７を１０００℃で再び熱酸化して、剥離層２８として二酸化シリコンを４００ｎｍ堆積する。その後、遮光層としてＡｕを蒸着することによりピラミッド形状のＡｕ箔からなる微小突起部材３が形成できるが、蒸着源を基板２７に対して斜めにすることで、凹部２９の先端部分にＡｕの堆積しない部分が形成され、微小開口１８が得られる。このとき、遮光層としてＡｕを用いたが、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属、或は半導体や誘電体を用いてもよい。
【００５７】
図２（ｃ）において、基板表面に、ポリイミド層をスピンコートにより塗布して保護層を形成して、基板裏面の窒化シリコン２６をエッチングマスクにして、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液により裏面からのシリコン基板１のエッチングを行なう。その後に、フッ酸系のウエットエッチングにより二酸化シリコン２５を除去する。最後に酸素プラズマＲＩＥによるエッチングで上記表面保護層を除去して、カンチレバー型ＳＮＯＭヘッドが完成する。
【００５８】
ここで、本発明によるＳＮＯＭヘッドの駆動方法について図８を参照して簡単に述べる。面発光レーザ４のアノード１４と光検出器２４のカソード２１が、共通電極６となってポイントＡから電源Ｖｃｃに接続される。面発光レーザ側の電極５はポイントＢからレーザ駆動用のトランジスタ（図８でバイポーラ型を示したが、ＦＥＴでもよい）に接続されている。そこで、ＬＤ電流制御回路で、入力信号に対してレーザ４に電流注入できるようになっており、エバネッセント光の出力制御ができる。一方、光検出器２４のアノード電極７はポイントＣから抵抗を介してグランドに接続され、ポイントＣの電圧変化分を基準電圧８６との比較で差動アンプの出力として信号を取り出す。
【００５９】
媒体からの情報を取り出す場合には、レーザ４の電流をしきい値近傍にしておき、媒体からの戻り光で発振状態が変化したことを光検出器２４からの電圧信号で取り出すようにすればよい。これは、ＤＣ信号も読み取れる系であるが、コンデンサ結合にしてＡＣ成分のみ取り出す系でもよい。また、Ｓ／Ｎ向上のために、レーザ４を或る周波数で変調しておいて、同期検波による光検出を行なってもよい。このような駆動方法の場合は、媒体が接地されていて導電性を持つ場合には、レーザ４のカソード（ポイントＢ）と媒体の間で電気的にアイソレートする必要があるので、上記で述べたように図１（ｂ）の金属膜１５とＤＢＲミラー１２の間には絶縁膜を入れることが望ましい。
【００６０】
しかし、この絶縁膜を入れないで別の駆動方法を行なうこともできる。すなわち、微小開口１８を有する微小突起部材３をカソード（ｎ側）電極と接続した場合、これを観察あるいは記録などを行なうための媒体表面に接触させることで媒体に電流を流すことができ、トラッキングなどに適用できる。あるいは、完全に接触させなくてもトンネル電流を流すことができ、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）として併用することもできる。
【００６１】
また、媒体表面とレーザ４のｐ側電極６との間に電源を接続して、ｎ側電極としては配線５は接続せずに、微小突起部材３を通してレーザに電流注入するようにレーザを駆動すると、トンネル電流の強弱に応じて面発光レーザ４の光出力が変化するという新しい媒体観察方法を行なうことができる。この場合、図８のポイントＢが媒体と微小突起部材３の間のトンネルコンタクトで接続して駆動していることになる。
【００６２】
本実施例によれば、簡単に光源、光検出器の両方が備わった小型で高効率のＳＮＯＭヘッドを作製することができる。このヘッドを用いて超分解能の像観察、光記録、露光などを行なうことができる。
【００６３】
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系すなわち７８０〜８５０ｎｍ帯の面発光レーザに適用したが、４００ｎｍ前後のＩｎＧａＮ／ＧａＮ系、９８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、１．３〜１．５５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ系など、あらゆる波長帯のものを用いることができる。さらには、効率は低下するが、低コスト化するために用途によっては、面型発光ダイオード（前記レーザ構造で多層膜ミラーを除いたようなもの）、半導体以外の材料も含めたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等でもよい。
【００６４】
また、カンチレバーとして台形形状の片持ち梁構造を用いたが、長方形形状等のものでもよいし、さらには弾性体を構成するものであれば、両持ち梁やクロス形状（クロス形状弾性体の交点の部分に面発光レーザが貼り付けられる）のもの、更にはヒンジ付きのもの（弾性体の根元部が１軸の周りで枢動可能であるもの）等でもよい。
【００６５】
さらに本実施例においては、面発光レーザ用の基板に発光領域や電極などの加工を行なってから、電極同士で電気的接合を得ていたが、レーザ基板を加工をせずに先にカンチレバー基板に直接接合し、レーザ基板であるＧａＡｓをすべて除去してから面発光レーザとしての加工を行なう方法もある。この場合、ポリイミド埋め込み層が図１（ｂ）においてｎ−ＤＢＲ層１２に形成されることになる。このような接合の例として、電極なしでＳＯＩ基板のＳｉ薄膜とＧａＡｓの原子レベルの直接固相接合を行なう方法があり、接着強度や耐久性の面で優れているとともに、金属配線が一部省略できるので軽量化などの面でも優れている。
【００６６】
（第２実施例）
本発明による第２の実施例は、図３に示すように、１つのカンチレバー８上に複数の面発光レーザ４、微小開口付き突起部材３および光検出器２４を設けたものである。
【００６７】
ここでは、面発光レーザ４を５０μｍピッチで２×２の２次元アレイ状に作製し、微小開口１８を持つ突起部材３も同様にそれぞれの出射端に取り付け、４つのＳＮＯＭヘッドを１つのカンチレバー８上に取り付けている。面発光レーザ４ヘの配線は、第１実施例のように、アノード１４側をレバー８の両側に共通電極配線３１として形成し、カソード１９側の電極配線３２〜３５を各レーザ４ヘの独立制御ができるように形成している。また、ホトダイオード２４のホトカレントを検出する電極はＳｉレバー８内にｐドープ層を形成して配線構造を４本形成しており（不図示）、独立に読み出すことができる。
【００６８】
その他の構造、プロセス等は第１実施例と同様である。このような構造にすることにより、微小ピッチヘの対応、高速動作などが可能となる。また、すべてをＳＮＯＭ光源とせず、一部は、ホトダイオードのみにして読み出し専用として用いたり、トラッキング用光源などの別機能を持たせることもできる。
【００６９】
（第３実施例）
本発明による第３の実施例は、図５のようにカンチレバー８上ではなく、光軸方向に若干離れた位置に光検出器５２を形成したものである。この場合、カンチレバー８はＳｉ薄膜などの半導体ではなく、ＳｉＮ薄膜５０などの誘電体を用いることができるため、ＳＯＩ基板を用いる場合に比べて低コスト化できる。
【００７０】
本実施例では、ＳｉＮ薄膜５０で形成されたレバー８に面発光レーザ駆動用の配線５、６を形成して、レバー先端に、第１実施例と同様に、微小開口付き突起部材３付きの面発光レーザ４の機能層が貼り付けられている。面発光レーザ４の光出力は微小開口１８を通してエバネッセント波を発生すると同時に、反対側のＳｉＮレバー８を通して光が空気中を伝播して、他のＳｉ基板５１に形成されたホトダイオード５２によって受光される。このとき、レバー８を支持している基板１の厚さは、研磨により１５０μｍ程度まで薄くしている。そのため、面発光レーザ４の出射角が立体角で約１０度、出力端の窓径が１０μｍとした場合に、受光面でのビーム径は約４０μｍ程度である。そこで、ホトダイオード５２の受光面の窓領域は、十分検出できる程度の１００μｍとしている。
【００７１】
ホトダイオード５２は、例えば第１実施例のように、ｎ型領域が受光層になっており、ｎ型電極５３とｐ型電極５４でホトカレントを検出するようになっている。基板１と基板５１はレバー８作成後にアライメントして貼り合わせたものである。本実施例では、ホトダイオードとしてｐｉｎ−ＰＤ構造としたが、ＡＰＤ（アバランシェホトダイオード）やＭＳＭ−ＰＤ（金属−半導体−金属ショットキー型ホトダイオード）あるいはＦＥＴ型としてもよい。
【００７２】
本実施例による光検出器付きＳＮＯＭヘッドの作製方法を図６に沿って説明する。この図は、第１実施例の図２の場合から９０度回転した図５におけるＢ−Ｂ’断面図である（Ｂ−Ｂ’断面は斜めに伸びているのでホトダイオード５２のｎ型電極５３とｐ型電極５４の部分を含む）。
【００７３】
図６（ａ）において、Ｓｉ（１００）基板（厚さ１５０μｍ）１の両面に熱酸化により二酸化シリコン６１を０．３μｍ、化学気相成長（ＣＶＤ）法により窒化シリコン５０を０．５μｍ成膜する。次に、表面の窒化シリコン５０上に配線用の電極パターン６をリフトオフ法により形成した後、フォトリソグラフィとＣＦ４プラズマによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりカンチレバー（図５のような片持ち梁８）の形状にパターニングする。また、基板１の裏面の窒化シリコン５０および二酸化シリコン６１を基板１のバックエッチングのマスク形状にパターニングする。
【００７４】
図６（ｂ）において、第１実施例で説明した方法で面発光レーザ４を電極６上に貼り付ける。貼り付けた後に、さらにホトリソグラフィと硫酸系のウエットエッチングにより、５０μｍ□の大きさに素子分離を行なう。このとき、カンチレバー８の貼り付ける位置に合わせたピッチに面発光レーザ４もＧａＡｓ基板上にアレイ化してあるので、Ｓｉ基板１とレーザ用ＧａＡｓ基板同志をハンドリングすればよい。さらに、第１実施例と同様の方法で、別の基板２７に形成した微小開口１８を有するＡｕ箔等から成る微小突起部材３をカンチレバー上の面発光レーザ４の光出射面に圧着する。
【００７５】
図６（ｃ）において、基板表面に、ポリイミド層をスピンコートにより塗布して保護層６６を形成し、裏面の窒化シリコン５０をエッチングマスクにして、９０℃に加熱した３０％水酸化カリウム水溶液により裏面からシリコン基板１のエッチングを行なう。その後、フッ酸系のウエットエッチングにより二酸化シリコン６１を除去する。
【００７６】
図６（ｄ）おいて、Ｓｉ基板５１上にｎ拡散層６３、ｐ拡散層６４を形成して、絶縁膜６２を形成後、電極パターン５３、５４を形成する。受光部となる面には絶縁膜兼反射防止膜６５を形成する。これを、カンチレバー８を形成した基板１とアライメントして、固相接合あるいは接着剤を用いた接合で貼り合わせる。最後に、酸素プラズマＲＩＥによるエッチングで表面保護層６６を除去することで、図５のようなカンチレバー型ＳＮＯＭヘッドが完成する。
【００７７】
本実施例のＳＮＯＭヘッドの駆動は、第１実施例のように行なってもよいが、カンチレバー８上の面発光レーザ４のビームがレバー８の変形によって偏向されることを利用して、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のような形で像観察してもよい。この場合、光検出器５２の受光面を４０μｍ程度に小さくしておいて、レバー８の撓みによってビーム位置が受光面からずれて光検出強度が減少することを利用する。この信号は、第１実施例のようなニアフィールド光の相互作用による面発光レーザ４の光出力変動で媒体表面の情報を検知する信号とは、周波数分離でアイソレートすることができる。すなわち、ビーム偏向による光信号の変動はレバー８のメカニカルな振動に相当しているため、面発光レーザ４の出力変動に比べると低周波の信号となっている。また、ビーム偏向を検知する方法として、受光面が１０μｍφ程度と小さいものをライン状に並べて、ビーム位置検出する方法でもよい。このような方法で駆動すれば、近接場観察とＡＦＭ観察を同時に行なって、媒体を異なる相において多面的に観察することができる。
【００７８】
（第４実施例）
本発明による第４の実施例は、基板を除去しない面発光レーザと光検出器を一体化して、厚膜のカンチレバー上に貼り付けたものであり、図７にその断面図を示す。図７において、第１実施例のものと同一の機能部には同一の符号で示した。
【００７９】
本実施例では面発光レーザとして０．９８μｍ帯の材料を用いており、ＧａＡｓ基板８４を透過して光を取り出すことができる。従って、レーザ基板を除去する工程を省略することができる。しかし、レバー先端に重量の重い素子が乗ることになるので、レバーの強度を上げるために厚さ２０μｍ程度の金属厚膜７０をレバー材としている。これは、ＳｉＮ膜７９の上にＣｒ／Ａｕ電極（メッキ用電極）をカンチレバーの形状にリフトオフ法などで成膜したのちに、厚膜のＮｉウエットメッキを行なうことで形成している。メッキ材は他にＣｕやＡｕなどでもよい。ここで、面発光レーザ部の基板３０は８０μｍ厚、ホトダイオードの基板８４は４０μｍ厚とした。
【００８０】
この金属厚膜レバー７０上には、Ｓｉ基板８４上に形成したホトダイオード及び上で説明した面発光レーザが、それぞれ電極７４、７６の金属を介して圧着されてスタックされている。ホトダイオードはＳｉ基板８４上にｐ型拡散領域７５、ｎ型拡散領域８５を持つ。そして、ｐ側には絶縁膜７７を介して窓構造を有する電極７６が、ｎ側には全面電極７８がそれぞれ形成されている。面発光レーザは、活性層７２が半導体多層膜ミラー７１、７３に挟まれたＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ２重量子井戸構造になっている（こうしてＧａＡｓ基板８４を透過する光を出す様にしている）以外は、第１実施例などと同じである。ｐ側電極として電極１４が、配線８０を介して、レバーを支持する基板の配線に接続されている。この場合、レーザ端面に段差があるため緩和層８３としてポリイミドが形成されている。また、ｎ側電極７４はホトダイオードの電極７６と接続され、絶縁膜８２を介してレバー上に形成された配線８１に接続されている。ここで、第１実施例と同様に光減衰層１７が設けられている。ホトダイオードのｎ側電極７８はレバー７０と接触しているため、レバーそのものを電極配線として用いている。
【００８１】
第１実施例と異なりレーザのｎ側電極７４が光検出器のｐ側電極７６と接触して共通電極８１となっているが、駆動方法は基本的には同様である。
【００８２】
ところで、今までの実施例では、カンチレバーを単なる弾性体として用いていたが、ピエゾ抵抗を形成してカンチレバーの撓み量を検出できるようにし、バイモルフ構造にすることで電界によってレバー本体を上下に駆動できる構造にしてもよい。こうすれば、例えば、使用時に、媒体表面に対する微小開口突起部材３の位置決めが好適に調整できる。
【００８３】
（第５実施例）
本発明による第５の実施例は、図１０に示すように第１乃至第４実施例のＳＮＯＭヘッドを光情報記録装置に適用したものである。
【００８４】
図９において、上記実施例で説明した微小開口突起部材３と面発光レーザ４が一体化されたＳＮＯＭヘッド９０が、Ｓｉ基板１で支持されたカンチレバー８の先端に取り付けられ、このＳＮＯＭヘッド９０から発生したエバネッセント光は、ディスク９３上に形成された相変化記録媒体と相互作用し、光記録ドメイン９２を形成する。
【００８５】
一方、情報再生時には、面発光レーザ４への注入電流をしきい値電流付近まで落とすと、媒体の反射率によってレーザ４の発振状態が変化するので、このことを利用して情報を再生する。すなわち、光記録ドメイン９２があるとエバネッセント光と記録媒体の相互作用が変化し、レーザ４ヘの戻り光量が変化するために、発振状態が大きく変化する。しきい値近傍で戻り光量が増大するとレーザ４の状態が不安定になり、戻り光の遅延時間に応じた振動が引き起こされる。この出力変動を一体化された光検出器で読み取ることで記録情報を読み出せる。
【００８６】
このようなＳＮＯＭヘッド９０で光記録を行なえば、微小開口径が数１０ｎｍの場合に１００Ｇｂ／ｉｎ２以上の記録密度が可能となる。従来のＳＮＯＭヘッド記録装置では、小型化、アレイ化が難しく高速駆動ができなかったが、本発明により小型軽量、２次元アレイ化等が簡単になり、高速アクセスが可能となった。図９においては１つのＳＮＯＭヘッド９０のみ示しているが、図４のようなマルチプローブを用いてもよい。
【００８７】
また、本実施例ではディスク型の回転系を示しているが、それ以外の２次元平行移動型などでもよい。
【００８８】
同様に、本発明によるＳＮＯＭヘッドを用いて近接場光学系を用いた超微細露光装置を構成することができる。任意の基板表面にホトレジストを塗布して、本発明によるＳＮＯＮヘッドアレイを２次元走査しながら、露光パターンを該レジスト上に焼き付けることができる。微細パターン用のレジストが紫外光で主に感光するように作られているので、光源としてＧａＮ系などの紫外材料を用いることが望ましい。しかし、現在、最も効率がよくハイパワーの面発光レーザはＧａＡｓ系の赤外光のため、赤外光で感光する媒体を用いて露光を行なってもよい。従来のＳＮＯＭヘッドでは高密度アレイ化が困難なため、露光パターンを形成するのに非常に時間がかかっていたが、本発明の装置により飛躍的な時間短縮が期待できる。
【００８９】
なお、上記実施例では、近視野光学系用の光源装置として微小開口突起部材を設けた構造で、作用、効果を説明してきたが、微小開口を設けずに通常の光の放射モードを使って、記録再生装置、露光装置などに適用することもできる。面発光レーザの場合は放射角が数度程度と非常に小さいので、そのまま放射光を用いてもよいが、出射面にマイクロレンズ等を貼り付けて媒体表面でビームを絞る形にしてもよい。この場合、光パワーを強くできるため、上記の応用例以外に、原子や分子などの小さい粒子をエバネッセント光でトラップして所望の位置に移動、成長させるための光ピンセットとして利用することも可能である。
【００９０】
また、上記実施例の説明では弾性体の上に面型光デバイスが載った構造となっているが、用途によっては弾性体を用いずに面発光レーザに微小開口突起部材が設けられたのみの構造でも、勿論、使うことができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、近接場光学系用に適した光導入装置および光検出装置が一体化されて小型の弾性体上に形成されているため、アレイ化した場合にも小型、軽量で高速走査が可能な近視野光学系用に適した光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施例の近接場光学系用光源装置の斜視図（ａ）、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）、及びＢ−Ｂ’断面図（ｃ）である。
【図２】本発明による第１実施例の近接場光学系用光源装置の作製プロセスを説明する図である。
【図３】本発明による第２実施例の近接場光学系用光源装置の斜視図である。
【図４】本発明による近接場光学系用光源装置を２次元アレイ状に配置したときの斜視図である。
【図５】本発明による第３実施例の近接場光学系用光源装置の斜視図である。
【図６】本発明による第３実施例の近接場光学系用光源装置の作製プロセスを説明する図である。
【図７】本発明による第４実施例の近接場光学系用光源装置の断面図である。
【図８】本発明による近接場光学系用光源装置の駆動方法を説明する図である。
【図９】本発明による近接場光学系用光源装置を用いた光情報記録装置の概略斜視図である。
【図１０】従来の近接場光学系用光源の例を示す図である。
【図１１】従来の近接場光学系用光源の例を示す図である。
【図１２】従来の近接場光学系用光源の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ Ｓｉ薄膜弾性体
３ 微小開口付き微小突起部材
４ 面発光レーザ
５、６、７、３１、３２、３３、３４、３５、５３、５４、８０、８１ 電極配線
８ カンチレバー
１１、７２ 活性層
１０、１２、７１、７３ 半導体多層膜ミラー
１３、２０、６２、７７、８２ 絶縁膜
１４、１９、７４ レーザ電極
１５ 金属膜
１６ 埋め込み領域
１７ 光減衰層
１８ 微小開口
２１、２２、６３、６４、７５、８５ ドーピング領域
２３ 電極分離溝
２４、５２ ホトダイオード
２５、６１ シリコン酸化膜
２６、５０、７９ 窒化シリコン膜
２７、５１、８４ シリコン基板
２８ 剥離層
２９ 逆ピラミッド型凹部
３０ レーザ基板
６５ 反射防止膜
６６ 保護膜
７０ 金属厚膜
７６、７８ 光検出器電極
８３ ポリイミド層
８６ 基準電圧
９０ ＳＮＯＭヘッド
９１ ＳＮＯＭヘッド支持用アーム
９２、２０９ 光記録領域
９３、２０７ 光記録媒体
１０２ 開口部
１０３ 光ファイバ
１０８ 光導波層
１０９ 金属膜
１１１ 反射防止膜
２０１ 半導体レーザ
２０２ 光検出器
２０３ プローブ
２０４ エバネッセント光
２０６ 浮上スライダー
２１０ 白金膜
８０２ バッファ層
８０４、８０８、８０９ 電流狭窄用半導体層
８０６ クラッド層
Claims (2)
- 基板に一部が支持された弾性体上に、面発光レーザと、該面発光レーザ上に設けられた微小開口を構成する部材と、を備え、前記微小開口を通じてエバネッセント光を出射する光源装置であって、
前記面発光レーザの光軸方向であって、前記微小開口を構成する部材とは反対側に前記面発光レーザの光出力を検出する検出器を有することを特徴とするエバネッセント光を出射する光源装置。 - 前記光検出器は、前記弾性体上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
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