CN1319843A - 近场记录和重放光头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种近场记录和重放的光头及其制造方法,其中,竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)和一个光检测器形成在滑块上,透镜层、光程控制层和/或线圈件通过薄膜工艺直接沉积在VCSEL和光检测器上。由于把信息记录和重放光学系统与滑块组装在一起,而使光头变小,这与采用彼此分开的滑块和大的光学系统的光头不同。结果改进了光头的动态特性,借此减少了寻找目标记录道所需的时间。因此,该光头适合于微记录和重放信息系统。

Description

近场记录和重放光头及其制造方法
本发明涉及近场记录和重放的小型光头及其制造方法，该光头的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)和光检测器组装在一个滑块上，光记录和重放元件通过薄膜沉积形成在VCSEL和光检测器上。
记录密度比磁记录和重放系统例如硬盘驱动器(HDDs)高的磁-光记录和重放系统在磁光记录介质上记录信息，用光从该介质上重放写入的信息，其中记录介质由来自光源的激光束辐射使其温度高于居里温度而去磁，发生磁场调制。
图1示出了一种普通磁回转臂式的磁光记录和重放系统，该磁光记录和重放系统包括：一个具有一些用于发光的光学元件和接收被光盘1反射的光的光学元件的光学系统，一个以相对基座10可枢轴转动的方式安装的回转臂21，一个向回转臂21提供旋转驱动力的驱动器23，以及安装在回转臂21上的光头30。光盘1包括一个记录和重放由光引起的相位改变信息的光盘和一个记录磁场调制信息和用光重放信息的磁-光盘。
如图2和3所示，光头30包括：有一个滑动部分25a的滑块25，该滑块固定在从图1可滑动伸出的回转臂21的悬臂上(未示出)，以便在滑动部分25a借助空气动压力以一定距离悬浮在磁-光盘1上方的空气中的同时，扫描磁-光盘1的记录道；安装在滑块上的物镜，该物镜使光聚焦的入射光在磁-光盘1上形成光斑，以便从其上面重放信息；以及用于磁场调制的线圈37和39。
线圈37和39位于物镜31与磁光盘之间，并以相反方向缠绕在一对磁极33和35的周围，磁极33和35互相平行，并分开一预定距离固定在滑块25的一侧，以使被物镜31聚焦的光通过。借助随着供给线圈37和39的电流方向不同产生方向不同的水平磁场在磁-光盘1上记录信息。
在具有缠绕在以水平方向配置在物镜31下方的磁极33和35周围的线圈37和39结构的光头30中，限制了尺寸的减少。另外，用水平磁场写入降低了记录效率和近场记录的其它一些性能。而且把线圈37和39绕在磁极33和35上对组装性能、成本和生产率不利，从而使批生产困难。
图4示出了对图2和3的所示了结构进行改进的另一种传统的光头。滑块25在朝向磁-光盘侧有一个折射率比空气大的突起46，如图4所示，具有一个允许被物镜31聚焦的光通过的孔的线圈43，通过孔容纳突起46，并固定在滑块的朝向磁-光盘一侧。突起46的高度与线圈43的高度相对一致。
图4所示的光头比图2和3所示光头小，并且因为用垂直磁场记录信息，所以具有比较高的记录密度。图4所示的光头的缺点在于：线圈43在滑块25形成后固定，从而使组装效率低，制造比较小的突起也困难。
在图2-4所示的传统光头中，用于发光和接收从光盘反射的光的光学系统安装在驱动器上即与光头分开，因此使整个记录和写系统的尺寸增加。并且使结构和制造工艺复杂。
为了解决上述问题，本发明提供近场记录和重放的光头及其制造方法，该光头的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)和光检测器集成在一个滑块上，记录和重放的光学系统通过薄膜沉积形成在VCSEL和光检测器上，从而减小了尺寸，并简化了组装工艺。
按照本发明的一个方面，提供近场记录重放的光头，该光头包括：一个由空气动压力悬浮在记录介质上方的滑块，一个形成在滑块朝向记录介质一侧的光器件组件，该光器件组件包括一个用于半导体材料层重叠方向发光的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)，和一个光检测器，该检测器接收由VCSEL发射后被记录介质反射的入射光；一个利用透明材料沉积在光器件组件上的第一透镜层，该第一透镜层有一个把入射光会聚在相应于VCSEL发射光部分的一部分上的第一透镜；和，在中心有一个全息图并用于控制入射光行程的光程控制层，以使从VCSEL入射的光透过第一透镜射向记录介质，并使入射光在被记录介质反射后射向光检测器；其中VCSEL是包括由具有不同折射率的半导体材料交替重叠形成的一个掺杂的第一分配布拉格反射器(DBR)，一个形成在第一DBR上的有源层，和一个有与第一DBR相反型掺杂的第二DBR，第二DBR由具有不同折射率的半导体材料交替重叠形成，VCSEL通过在第二DBR上的窗口发射光。
优选的是，光程控制层的全息图具有一个同轴的图形，光检测器具有包围VCSEL的环形，并与VCSEL组合形成在一起。另一可供选择的是，光程控制层全息图有一条状图形，光检测器配置在VCSEL的一侧。第一透镜层的第一透镜可以通过限制扩散的蚀刻，以便有一预定曲度。
优选的是，该光头还包括一个在光程控制层一侧并朝向记录介质的由具有比较高折射率的材料构成的第二透镜层，第二透镜层有一个会聚入射光的第二透镜。
优选的是，该光头还包括一个在第一透镜层上的线圈件，该线圈件包括至少一个具有螺旋线结构的线圈层，和一个由允许光透过线圈层中心的透明材料形成的绝缘层，该绝缘层用于保护线圈层和使线圈层相邻部分电绝缘，以便通过磁场调制在介质上记录信息，和从记录介质上通过光重放信息。
优选的是，该光头光程控制的全息图是一个对一个偏振光具有高透射率而对另一偏振光具有高衍射率的偏振全息图，光程控制层还包括一个在光程控制层一侧上的偏振改变层，该偏振改变层朝向记录介质，用于改变入射光的偏振。
本发明的另一方面是提供一种近场记录和重放光头的制造方法，该方法包括：制备衬底；在衬底上形成光器件组件，该光器件组件包括一个用于在半导体材料层重叠方向发光的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)，和一个接收由VCSEL发射后被记录介质反射的入射光的光检测器；通过在光器件组件上沉积一层透光材料形成第一透镜层，第一透镜层在相应于VCSE发光部分有一个会聚入射光的第一透镜；以及形成一个中心有一个全息图的光程控制层，该光程控制层使从VCSEL入射的光经第一透镜层射向记录介质，并使入射光被记录介质反射后射向光检测器。
优选的是，形成具有第一透镜的第一透镜层的步骤包括：用能透过从VCSEL发射的光的透明材料在光器件组件上沉积第一透镜层；在第一透镜层上形成有一开孔的蚀刻掩模，该开孔位于相应VCSEL的发光部分，把带有掩模的第一透镜层浸没在化学蚀刻溶液中，通过限制扩散的蚀刻蚀刻通过开孔暴露的第一透镜层的那部分，借此使第一透镜具有曲度；和去除蚀刻掩模。
优选的是，该光头的制造方法还包括在第一透镜层上形成线圈件的步骤，该线圈件包括至少一个具有螺旋线结构的线圈层，和一个由允许光透过线圈层中心的透明材料形成的绝缘层，该绝缘层用于保护线圈层和使线圈层相邻部分电绝缘。
优选的是，光程控制的全息图是一偏振全息图，该光头的制造方法还包括一个在光程控制层一侧形成偏振改变层，该偏振改变层朝向记录介质，用于改变入射光的偏振。
优选的是，该光头的制造方法还包括：在线圈件上形成一个具有较小开孔的蚀刻掩模，以便通过该开孔暴露绝缘层中心；蚀刻通过开孔暴露绝缘层部分，以便形成具有曲度的第二透镜；去除蚀刻掩模；以及用比绝缘层折率射高的材料在绝缘层上形成第二透镜层。
通过参照下面的附图描述本发明的实施例，可以使本发明的上述的目的和优点更加清楚，这些附图是：
图1是一个普通扫描臂式记录和重放系统的平面图；
图2示出了一个传统光头的例子，图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ线剖切的俯视图；
图4示出了另一个传统光头的例子；
图5是按照本发明的近场记录和重放光头的示意图；
图6是图5所示的光检测器的立体透视图；
图7示出了按照本发明光头的另一实施例，其中，第一透镜层直接形成在竖直空腔表面发射激光器上；
图8-13C示出了用于制造按照本发明的近场记录和重放的光头方法的实施例，图11A-11D示出了具有第一微透镜的第一微透镜层的构成，图13A-13C示出了具有第二微透镜的第二透镜层的构成；
图14是按照本发明光头的另一实施例的示意图。
在图5中示出了按照本发明的近场记录和重放的光头的实施例，该光头采用一个能在磁光记录介质上记录信息和从磁光记录介质重放信息的线圈件，该线圈可以从光头移开以便利用光在相变光记录介质上记录信息和从相变光记录介质重放信息。参看图5，该光头50包括一个滑块51、一个形成在滑块上51上的光器件组件，该光器件组件朝向记录本介质100以便向记录介质100发射激光，然后从介质100反射该激光，一个利用透明材料沉积在光器件组件60上和具有第一微透镜55a的第一透镜55，一个用于改变入射光束通过光程和在中心有一全息图92的光程控制层90，和一个允许通过磁场调制在记录介质100上记录信息的线圈件80。记录介质包括一个利用光记录和重放信息的相改变介质和一个借助磁场调制记录信息和利用光重放信息的介质。
将滑块51安装在例如从回转臂式磁光记录和重放系统的回转臂21(见图1)伸出的悬臂(未示出)上，在借助记录介质旋转时产生的空气动压力悬浮磁记录介质100的上方的预定距离的空气中的同时，扫描记录记录介质100的记录道。
该光器件组件60包括一个用于在半导体材料层重叠方向发光的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)61，和一个光检测器71，该检测器呈类似环状包围VCSEL61并与VCSEL61组装在一起；其中VCSEL61是半导体材料叠层，包括第一分配布拉格反射器(DBR)，一个有源层65，和顺序重叠的第二DBR67；VCSEL61包括在滑块51与第一DBR之间第一电极62，和形成在第二DBR67除窗口69之外上的第二电极68。
掺杂的第一DBR63由具有不同折射率的半导体材料交替重叠形成，并具有例如n型掺杂。与第一DBR63相类似，第二DBR67由不同折射率的半导体材料交替重叠形成，但层数比第一DBR63的层数少，第二DBR67的掺杂与VCSEL61相反即p型。有源层65是借助来自第一和第二DBRs63和67的电子和空穴的复合产生光的区域，该光由第一和第二电极62和68供给的电流产生的。
在VCSEL61中，发射具有符合第一和第二DBR63和67之间共振条件波长的光，并在有源层65中共振，在通过第二DBR67后在半导体材料层重叠方向射向被第二电极68限定的窗口69。
具有包围VCSEL61的环形的光检测器71包括：一个至少一部分与VCSEL61分开一预定距离的第一半导体材料层73，一个顺序沉积在第一半导体材料层73上的第二半导体材料层75和第三半导体材料层77，一个形成在第一半导体材料层73一部分上的第一检测电极72，和一个以确定图形在第三半导体材料层77上形成并暴露第三半导体材料层77的光接收表面的第二检测电极。
光检测器71具有p-i-n结构，其中至少邻近第二半导体材料层75的第一半导体材料层73的一部分用例如p型掺杂，而第三半导体材料层77用例如n型掺杂，第二半导体材料层75是吸收透过光接收表面79的入射光的光吸收层。
在图5中示出了具有与VCSEL61相同的叠层的光检测器71的第一半导体材料层73，具体地说与VCSEL61相同，包括第一DBR63、有源层65和第二DBR67。通过蚀刻第二DBR67、有源层65和第一DBR63的一部分到一个深度，在光检测器71与VCSEL61之间形成沟槽64使第一半导体材料层73的第二DBR67的一部分边缘暴露，并在该暴露的DBR67的一部分边缘上形成第一检测电极72。
光检测器71和VCSEL61的电流通道被沟槽64和第一半导体材料层73的有源层65彼此分开。由第一和第二电极62和63供给的电流流过VCSEL61，因光吸收在第二半导体材料层75上产生的电流流过光检测器71的第一和第二检测电极端72和78。
例如，第二半导体材料层大致与VCSEL61的有源层65的材料和厚度相同。第三半导体材料层77与第一DBR63的材料层相同，但层数比其少。这样可以通过利用叠层半导体结构制造半导体器件的相同沉积工艺同时形成VCSEL61和光器件组件60的光检测器71。
最好通过半导体器件制造工艺把光器件组件60直接沉积在滑块51上。也可以整个光器件组件60组装在滑块51上。可以用一个具有VCSEL叠层的预型件，具体地说，把具有VCSEL叠层的预型件组装在滑块上，然后蚀刻，再沉积光检测器的第二和第三半导体材料层。接着在该最终的结构上形成电极图形，至此完成光器件组件60。
图6示出了一个光检测器71的例子，光检测器71被沿记录介质100记录道方向分成两部分，以便通过边缘从记录介质100检测信息信号。光检测器71最好有排成2×2阵列的四个光接收部分A、B、C和D，这四个部分通过把光检测器71沿记录介质100的记录道和半径两个方向分成两部分得到，以便从记录介质100中检测信息信号和寻道误差信号。该寻道误差信号通过从被光接收部分A和D接收到的信号的和中减去被光接收部分B和C接收到的信号的和检测到。如果本发明的光头只用于相变光记录介质，则不需要沿记录介质记录道方向分割光检测器71。
在图5中，参考数字53代表环绕形成在滑块51上的光器件组件的模制层，模制层53形成在绝缘材料上，并作为用于第一透镜层和在光器件组件/或在光器件组件60上的线圈件80的沉积底层，第一透镜层55由能透过VCSEL61发射的光的电介材料形成在光器件组件60上，并有与VCSEL61发射光部分相对应和用于聚入射光束的第一微透镜55a，第一微透镜55a通过蚀刻沉积在光器件组件60上的第一透镜层55的与VCSEL61发射光部分相对应的一部分形成，以便使其具有由溴限定扩散蚀刻的凸曲率，如果使VCSEL61发射650或680μm的光则透镜层可以用InGaP形成。
在图5中，第一透镜层55覆盖整个光器件组件60，另外，第一透镜层55＇也可以如图7所示，位于VCSEL61的第二DBR67的与第二电极68之间，从而可以把第一微透镜55直接形成在VCSEL61的窗口内。
再参看图5，光程控制层90由介电材料形成，在其中心有同心的全息图91，全息图91使被记录介质100反射的入射光束衍射，从而使入射光束射向环绕环VCSEL61的状光检测器71。优选的是使全息图91与光器件组件60和第一透镜层55离开一预定距离，以便提供一个使经记录介质100反射后又被全息图衍射的光束被光检测器71接收的预定光学宽度。在本实施例中具有全息图91的光程控制层70配置在线圈件80的两个线圈线圈层81和85之间。
优选的是，全息图91是根据入射光的透射和衍射光偏分量选择透射和衍射入射光的偏振全息图。从VCSEL61发射的光几乎具有一个方向的线偏振光，因此使被介质100反射光的大部分被全息图91衍射，射向光检测器71。偏振全息图91对一种偏振光具有相当高的透射率和相当低的衍射率，而对另一种衍射光具有相当低的透射率和相当高的衍射率。
如果偏振全息图91用在光程控制层90中，则需在光程控制层侧配置用于改变入射光束偏振的朝向记录介质100的偏振改变层95。偏振改变层是由具有随厚度各向异性折射率的材料形成，该厚度需厚到能使两束垂直的偏振光之间产生的相差足以达到λ/4相差(波长λ：由VCSEL61发射的光波长)从而使偏振改变层95用作为四分之一波片。
假定从VCSEL61发射的光几乎全是p偏振光束，并且偏振全息图91对该p偏振光束具有相当高的透射率，而对s偏振光束具有相当高的衍射率，则来自VCSEL61入射光束透过偏振全息图91，该p偏振光束通过偏振全息图91经偏振改变层95变成圆偏振光，照射在记录介质100上，该圆偏振光束被介质100反射后，变成另一种圆偏振光束，再经偏振改变层95变成s偏振光束，几乎全部s偏振光束被偏振全息图91衍射，从而使s偏振光束射向环绕VCSEL61的环状光检测器71。
如上所述，如果把偏振全息图91和偏振改变层95作为光程控制手段，则由于偏振全息图对第一级光束的衍射效率比一般非偏振光全息图高得多，而使光检测效率提高。
线圈件80包括至少一个螺旋结构的线圈层，例如重叠的线圈层81和85，和分别覆盖保护绝缘层83、87和使线圈层81、85的每个相邻部分电绝缘的绝缘层83和87。最好是形成一些线圈层并使它们电串联。绝缘层83和87由能透射光的聚合物，例如聚酰亚胺制成，也可把该聚合物涂在线圈件80的中心，结果没有必要形成如图4所示那样的使透射光进入线圈件80中心的突起的台面结构。
最好把由绝缘层87的折射率高的材料形成的具有第二微透镜57a的第二透镜层97沉积在线圈件80的那侧使其朝向记录介质100，使第二微透镜57a与VCSEL61的透射光部分相对应。第二透镜层57最好由具有高折射率和耐久性能高的材料形成，例如第二透镜层57由折射率2.1或更高的材料如SiN或ZnSiO2形成。
作为固体浸没透镜的第二微透镜57a通过各向同性蚀刻与线圈件80相对应的绝缘层87的表面，使其有半球状的凹曲率，然后折射率比绝缘层高的材料在该最后结构上沉积第二透镜层97。通过上述工艺制造的第二微透镜57a使已经被第一微透镜55a预会聚的从VCSEL61发射的光束进一步会聚，从而减缩小了聚焦在记录介质100上的光斑尺寸。结果还使记录和重放密度单会聚透镜情况提高。另外可以通过抛光使第二透镜层表面57偏振化。第二透镜层表面57作为空气支撑面，它使包括滑块52的光头50通过在记录介质100旋转时产生空气动压力悬浮在记录介质100上方。另外，可以把一个分开的空气支撑板固定在滑块51的朝向记录介质100的一侧。
在本发明优选实施例的拾光头50操作中，在电源供给VCSEL61的同时，拾光头50通过记录介质100旋转产生的空气动压力悬浮在记录介质100上方的预定距离上，从VCSEL61射向窗口69的光被形成在第一透镜层上的第一透镜层55上的第一微透镜55a预先会聚，被会聚的光束透过在线圈件80中心的绝缘层83和87、光程控制层90和偏振改变层95第二微透镜57a进一步会聚，在记录介质100上形成一个光斑，从记录介质100反射的光被光程控制层90的偏振全息图91衍射，由具有环绕VCSEL61的环状的光检测器71检测。
当采用由光聚焦在记录介质上使温度升到居里点以上时失去磁性的磁光记录介质100作为记录介质时，线圈件80的线圈层81和85随着电源供给产生磁场，使受光照射的记录100介质那部分的磁性质发生改变，把信息在光记录介质100上。从磁光记录介质上重放信息时，来自磁光记录介质反射光经光程控制层90衍射，衍射后的光束被光检测器71接收。光检测器71检测来自被接收的衍射光束的信息重放信号。
另外，本发明的光头可以采用利用光信号记录和重放相位改变的相位改变光记录介质作为光介质100。
在本发明的图5所示的光头50制造中，把光器件组件60和包括光程控制层90的光学系统通过薄膜沉积直接沉积在滑块51上，以便简化和缩小结构。这样便可把该光头50用于微信息记录和和重放系统。
下面参照图8-13描述制造图5所述光头的方法优选实施例，在该实施例中VCSEL61和光检测器71通过相同半导体制造工艺直接沉积在滑块51上。如图8所示，准备一个待制滑块51的衬底51＇，接着在衬底51＇上形成引线图形，该引线图形使电源供给通过下述工艺形成的光器件组件60和/或线圈件80。
接着如图9所示，用半导体制造工艺在衬底51′上沉积包括VCSEL61的光器件组件60和环绕VCSEL61的环形光检测器71，具体地说，在衬底51＇上形成第一电极62，在第一电极62上顺次形成第一DBR63、有源层65和第二DBR67，从而完成VCSEL61的半导体叠光检测器71的半导体材料层73。接着用大致与形成有源层65相同的材料在第一半导体材料层73上沉积第二半导体材料层75，使其厚度与有源层65大致相同。用大致与形成第一DBR63相同的材料在第二半导体材料层75上沉积第三半导体材料层77但包括的层数比第一DBR63的少。
蚀刻VCSEL61与光检测器71之间的边界，使其深度刚好伸到第一DBR63内部，以使VCSEL61与光检测器71彼此电绝缘。蚀刻属于光检测器71的第三半导体材料层77、第二半导体材料层75和第二DBR67使其深度刚好伸到第二DBR67的内部，从而使第二DBR67在光检测器71的边缘暴露出。
在第二DBR67的暴露部分形成第一检测电极72，在除了光接收面79以外的第三半导体材料层77上形成第二检测电极78。另外第二电极68形成在属于VCSEL67的除了窗口之外的第二DBR61上。在光器件组件60完成后，用绝缘材料模塑光器件组件60，形成如图10所示的模塑层53，模塑层53是底层，在其上面通过连续工艺沉积第一透镜层55或线圈件80。
接着用对VCSEL61的发射具有光高透射率的材料，在光器件组件上形成与VCSEL61光发射部分相对应并具有用于聚焦入射光束的第一微透镜55a的第一透镜层55。下面参照图11A-11D对其描述。
如图11A所示，在光器件组件60上沉积第一透镜层55，接着如图11B所示，在第一透镜层55上形成具有一个开孔56a的蚀刻掩模56，开孔56a暴露与VCSEL61光发射部分相对应的部分，再将蚀刻掩模56浸入化学蚀刻液中规定时间，以通过限制扩散的蚀刻使被开孔56a暴露的第一透镜层55的那部分具有凸曲率，借此得到图11C所示的第一微透镜55a，如图11D所示，在用蚀刻形成第一微透镜55a后，清除掩模56。
如果VCSEL61发射波长约650或680nm的光，则第一透镜层55可以由InGaP形成。蚀刻的掩模56是由Si3N4或SiO2形成的绝缘层，用含溴的溶液作为化学蚀刻溶液。寻找待蚀刻目标的溴借助扩散与通过蚀刻掩模56的开孔56a暴露的第一透镜层55的表面相撞击，蚀刻第一透镜层55的暴露部分。因为在溴达到第一透镜层55暴露的表面中心之前，很可能在蚀刻第一透镜层55暴露部分的边缘过程中消失，所以第一透镜层55的蚀刻深度在通过开孔56a暴露的第一透镜层55的表面边缘比中心深，结果使第一微透镜55a具有凸的曲率。
接着，如图12所示，形成包括具有螺旋结构的叠层的第一和第二线圈层81和85的线圈件80，然后在第一和第二线圈层81和85之间形成在朝向线圈件80中心部分有全息图91的能透光的光程控制层90，用透明材料例如聚合物，如聚酰亚胺形成使进入第一和第二线圈层81和85的光透过的线圈件80的绝缘层83和87，绝缘层83和87覆盖和保护第一和第二线圈层81和85并使第一和第二线圈层81和85相邻部分电绝缘。
在把光程控制层90置于第一和第二线圈层81和85之间时在形成由绝缘层覆盖的第一线圈层81后，形成光程控制层90，然后在光程控制层90上形成由绝缘层87覆盖的第二线圈层83。如果光程控制层90的全息图91是偏振的全息图，则还要在光程控制层90与第二线圈层85之间沉积起四分之一波片作用的偏振改变层95。
接着在线圈朝向介质100的一侧形成具有作为浸埋固体透镜的第二微透镜57a的第二透镜层57。现在参照图13A-13C对其描述。如图13A所述，在线圈件80朝向记录介质100的一侧设置小到能用各向同性蚀刻的开孔的第一蚀刻掩模58，使对应线圈件80的中心绝缘层87的部分通过开孔58a露出。蚀刻掩模58金属例如铬(Cr)制。
接着，如图13B所示，在蚀刻剂例如聚合物蚀刻剂中蚀刻通过开孔58a露出的绝缘层87的部分，形成具有凸曲率的第二微透镜57a。因为用小开孔，所以使绝缘层露出部分各向同性蚀刻，从而使最终的第二微透镜具有半球状凸曲率，最后如图13C所示，从绝缘层87上除去蚀刻掩模58，然后用具有比绝缘层的折射率高的和耐久性能高的介电材料例如SiN或ZnSiO2镀该最终的结构，这样就完成了具有在绝缘层上。形成的半球曲率的固体浸埋透镜的第二微透镜57a的第二透镜层57。在第二透镜层57完成后，通过抛光使第二透镜57的表面偏振化，然后把该最终结构切成每个滑块，得到如图5所示的光头50。
图14示出了本发明近场记录和重放的光头的另一实施例，凡与图5的光头相同的元件用相同的代号，本实施例的特征在于：光器件组件160的光检测器171配置在VCSEL61的一侧，光程控制层190在中心具有条状全息图191，以便使光程控制层190衍射从记录介质100向光检测器171反射的入射光束，光检测器171可以具有传统的结构，或与参照图5描述前一
实施例相同的结构。
可以用半导体制造工艺直接在滑块51上沉积具有VCSEL61和光检测器171的光器件组件160，也可以把完整的光器件组件组装在滑块51上。第一透镜层55、线圈件80光程控制层190偏振改变层95和第二透镜层57的结构和制造与参照图5描述的前一实施例相同，在此不再描述这些元件。
如上所述，在本发明的近场记录和重放的拾光头中，VCSEL和光检测器形成在滑块上，而透镜层、光程控制层和/或线圈件通过薄膜工艺直接沉积在VCSEL和光检测器上。换句话说，由于把信息记录和重放光学系统与滑块组装在一起，而使光头变小，这与采用彼此分开的滑块和大的光学系统的传统光头不同。结果改进了光头的动态特性，借此减少了寻找目标记录道所需的时间。因此，本发明的光头适合于微记录和重放信息系统。
如果采用该线圈件，则可以通过薄膜沉积把线圈件和其它元件同时形成在滑块上，而不需要传统的台面结构，这样就可以省去把线圈件固定在滑块上的步骤，从而简化了制造工艺。
另外，可以通过能批生产的薄膜沉积工艺把具有上述结构的许多光头集成在单个晶片上，简化了组装工艺，从而降低了光头制造成本。
虽然本发明是参考优选的实施例具体描述的，但是需要指出的是，对于本技术领域的普通技术人员，在不偏离权利要求书所限定的精神和范围的条件下可以进行各种形状和细节上的改变。

Claims (23)

1．一种具有由空气动压力悬浮在记录介质上方的滑块的近场记录和重放的光头，其特征在于，包括：
一个形成在滑块朝向记录介质一侧的光器件组件，该光器件组件包括一个用于半导体材料层重叠方向发光的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)，和一个光检测器，该检测器接收由VCSEL发射后被记录介质反射的入射光；
一个利用透明材料沉积在光器件组件上的第一透镜层，该第一透镜层有一个把入射光会聚在与VCSEL发光部分相对应的一部分上的第一透镜；和
在中心有一个全息图并用于控制入射光行程的光程控制层，以使从VCSEL入射的光透过第一透镜层射向记录介质，并使入射光在被记录介质反射后射向光检测器；
其中VCSEL是一个半导体材料层的叠层，该叠层包括：由具有不同折射率的半导体材料交替重叠形成的一个掺杂的第一分配布拉格反射器(DBR)，一个形成在第一DBR上的有源层，和一个有与第一DBR相反型掺杂的第二DBR，第二DBR由具有不同折射率的半导体材料交替重叠形成，VCSEL通过在第二DBR上的窗口发射光。
2．如权利要求1所述的近场记录和重放光头，其中，光程控制层的全息图具有一个同轴的图形，光检测器具有包围VCSEL的环形，并与VCSEL组合形成在一起。
3．如权利要求2所述的近场记录和重放光头，其中，VCSEL具有一个第一电极和一个第二电极，第一电极位于滑块与第一DBR之间，第二电极在第二DBR上形成一个预定的图形，以便暴露第二DBR上的窗口；光检测器环绕VCSEL，并包括：一个至少一部分与VCSEL分开一预定距离的第一半导体材料层，一个形成在第一半导体材料层上的用于吸收光的第二半导体材料层，一个形成在第二半导体材料层上的第三半导体材料层，一个与第一半导体材料层一部分电连接的第一检测电极，和一个为了暴露第三半导体材料层的光接收表面而在第三半导体材料层上形成一预定图形的第二检测电极。
4．如权利要求3所述的近场记录和重放光头，其中，光检测器的第一半导体材料层具有与VCSEL叠层相同的结构，第一半导体材料层一部分在第一DBR的一个预定的层的上方，并与VCSEL分开。
5．如权利要求3所述的近场记录和重放光头，其中，光检测器的第二半导体材料层由与用于形成有源层大致相同的材料构成，并具有与有源层大致相同的厚度，光检测器的第三半导体材料层由与用于形成DBR大致相同的材料构成，并具有少于第一DBR的层数。
6．如权利要求1所述的近场记录和重放光头，其中，光程控制层全息图有一条状图形，光检测器配置在VCSEL的一侧。
7．如权利要求1所述的近场记录和重放光头，其中，第一透镜层的第一透镜通过限制扩散的蚀刻形成，以便有一预定曲度。
8．如权利要求1所述的近场记录和重放光头，其中，VCSEL发射约650nm或680nm波长的光，第一透镜层由InGaP构成。
9．如权利要求1所述的近场记录和重放光头，其中，还包括一个在光程控制层一侧并朝向记录介质的由具有比较高折射率的材料构成的第二透镜层，第二透镜层有一个会聚入射光的第二透镜。
10．如权利要求9所述的近场记录和重放光头，其中，第二透镜层由具有约2.1或更高折射率的材料构成。
11．如权利要求1所述的近场记录和重放光头，其中，还包括一个在第一透镜层上的线圈件，该线圈件包括至少一个具有螺旋线结构的线圈层，和一个由允许光透过线圈层中心的透明材料形成的绝缘层，该绝缘层用于保护线圈层和使线圈层相邻部分电绝缘，以便通过磁场调制在介质上记录信息，和从记录介质上通过光重放信息。
12．如权利要求11所述的近场记录和重放光头，其中，光程控制的全息图是一个对一种偏振光具有高透射率而对另一种偏振光具有高衍射率的偏振全息图，光程控制层还包括一个在光程控制层一侧上的偏振改变层，该偏振改变层朝向记录介质，用于改变入射光的偏振。
13．如权利要求11所述的近场记录和重放光头，其中，形成若干线圈层，使所述光程控制层位于这些线圈层之间。
14．一种由空气动压力悬浮的近场记录和重放光头的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
制备一衬底；
在衬底上形成一光器件组件，该光器件组件包括一个用于在半导体材料层重叠方向发光的竖直空腔表面发射激光器(VCSEL)，和一个接收由VCSEL发射后被记录介质反射的入射光的光检测器；
通过在光器件组件上沉积一层透光材料形成一第一透镜层，第一透镜层在相应于VCSEL发光部分的部分有一个会聚入射光的第一透镜；以及，
形成一个中心有一个全息图的光程控制层，该光程控制层使从VCSEL入射的光经第一透镜层射向记录介质，并使入射光被记录介质反射后射向光检测器。
15．如权利要求14所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，形成具有第一透镜的第一透镜层的步骤包括：
用能透过从VCSEL发射的光的透明材料在光器件组件上沉积第一透镜层；
在第一透镜层上形成有一开孔的蚀刻掩模，该开孔位于与VCSEL的发光部分相对应的部分处；
把带有掩模的第一透镜层浸没在化学蚀刻溶液中，通过限制扩散的蚀刻工艺蚀刻通过开孔暴露的第一透镜层的那部分，借此使第一透镜具有曲度；和
去除蚀刻掩模。
16．如权利要求14所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，光程控制层的全息图有一个同轴图形，光检测器具有包围VCSEL的环状，并与VCSEL组合形成一起。
17．如权利要求16所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，形成光器件组件的步骤包括：
在衬底上形成第一电极；
形成VCSEL叠层和光检测器的第一半导体材料层，VCSEL叠层和第一半导体材料层彼此局部分开一预定距离，VCSEL叠层的每层和第一半导体材料层包括：一个掺杂的第一分配的布拉格反射器(DBR)，一个有源层和一个有与第一DBR相反型掺杂的第二DBR，它们顺序重叠，第一DBR和第二DBR包括具有不同折射率的半导体材料交替的叠层，其中，VCSEL叠层和第一半导体材料层共用第一DBR的一部分；
在环绕VCSEL的光检测器的第二DBR上形成吸收入射光的第二半导体材料层；
在第二半导体材料层上形成与第一DBR掺杂型相同的第三半导体材料层；
以一个伸到第二DBR一部分上的预定深度蚀刻第三，第二半导体材料层和光检测器的第二DBR，以便使光检测器的第二DBR局部暴露；
在不包括第二DBR的窗口的VCSEL的第二DBR上形成第二电极；
在光检测器的第二DBR的暴露部分上形成第一检测电极，以及
在第三半导体材料层上形成第二检测电极，以便暴露第三半导体材料层光接收表面。
18．如权利要求17所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，第二半导体材料层由大致与形成有源层相同的材料形成，并具有与有源层大致相同的厚度，第三半导体材料层由大致与形成第一DBR的材料相同的材料形成，并使其包括的层数比第一DBR的少。
19．如权利要求14、15、16、17或18所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，还包括在第一透镜层上形成线圈件的步骤，该线圈件包括至少一个具有螺旋线结构的线圈层，和一个由允许光透过线圈层中心的透明材料形成的绝缘层，该绝缘层用于保护线圈层和使线圈层相邻部分电绝缘。
20．如权利要求19所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，形成若干线圈层，使所述光程控制层位于这些线圈层之间。
21．如权利要求1所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，光程控制层的全息图是一个偏振全息图，该光头制造方法还包括在光程控制层的一侧形成偏振变换层，该变换层朝向记录介质，用于改变入射光的偏振。
22．如权利要求19所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，还包括：
在线圈件上形成一个具有较小开孔的蚀刻掩模，以便通过该开孔暴露绝缘层中心；
蚀刻通过开孔暴露的绝缘层部分，以便形成具有曲度的第二透镜；
去除蚀刻掩模；以及
用比绝缘层折率射高的材料在绝缘层上形成第二透镜层。
23．如权利要求22所述的近场记录和重放光头的制造方法，其中，使蚀刻掩模的开孔小到能各向同性蚀刻绝缘层暴露部分。
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