JP2000258442A

JP2000258442A - 近視野光学系用光源装置、その製造方法、その使用方法、及びそれを用いた装置

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Publication number: JP2000258442A
Application number: JP11059535A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Onouchi; 敏彦尾内; Yasuhiro Shimada; 康弘島田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP4387485B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光導入デバイスおよび光検出デバイスが集積化
ないし一体化されて小型、軽量な構成にできる近視野光
学系用に適した光源装置である。【解決手段】光源装置は、第１の基板１に支持された弾
性体８上に面型発光デバイス４を備え、弾性体８及び第
１の基板１上に形成された電気配線５、６、７を介して
面型発光デバイス４に電流注入或は電圧印加する。面型
発光デバイス４の出力光をモニタする光検出器２４が面
型発光デバイス４近傍に備えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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）
（Ｄｕｒｉｎｇｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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、１０
７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、８
０４、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２
０３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２
０１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ＳＮ
ＯＭ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、第１の基板に支持された弾性体の一部
に面型発光デバイスを備え、該弾性体上及び該第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する手段を有し、該面型発光デ
バイスの出力光をモニタする光検出器が該面型発光デバ
イス近傍に備えられていることを特徴とする。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ＳＮ
ＯＭ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ＳｉＮ_ｘ薄膜にＳＮＯＭヘッドなどを形成して、Ｓ
ｉ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ＳｉＯ_２薄膜とＳｉ薄膜が順に形成されたＳＯ
Ｉ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｎ−Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒないしＳｉｌｉｃｏｎｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板のＳｉ薄膜であって、一部の領域で該Ｓｉ基板
及びＳｉＯ_２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Ｓ
ｉＯ_２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Ｓ
ｉ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Ｓ
ｉ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ＳＮ
ＯＭ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、ＳＮＯ
Ｍ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ＳｉＯ_２
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−Ｇａ
Ａｓ層となっている。発光領域（本実施例では１５μｍ
φ）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、ＳｉＮ_ｘ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Ｓｉ
Ｏ_２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２
０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ｐｉ
ｎ−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８０
μｍ、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１２５μ
ｍ、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ＳｉＯ_２層２５、厚さ５０
０μｍ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ＳｉＮ_ｘ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Ｓ
Ｆ_６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ＳｉＮ_ｘ２６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、Ｓ
ｉ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−Ａ
ｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ（ｘ＝０．３）（厚さ０．１μ
ｍ（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１
１、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Ｃｌ_２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１
６で埋め込む。そして、ＳｉＮ_ｘ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−Ａｌ_ｘＧａ_{（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、Ｌ
Ｄ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、ＳＴ
Ｍ（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、９８０
ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、１．３〜１．５５
μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＩｎＧａＮＡｓ／Ｇ
ａＡｓ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Ｓ
ｉＮ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１００
μｍ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５
３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ＣＦ
４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０．９８
μｍ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３
０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／ＡｌＧａＡ
ｓ２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ＳＮＯ
Ｍ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
／ｉｎ^２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２Ｓｉ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、５
４、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９０ＳＮＯＭヘッド９１ＳＮＯＭ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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/187 Ｈ０１Ｓ 3/18 ６５４Ｆターム(参考） 5D119 AA11 AA22 AA43 BA01 CA06 CA10 DA01 DA05 FA05 FA21 FA30 HA68 JA34 JC04 KA02 KA43 LB07 MA05 MA06 5F073 AA74 AB17 AB21 BA04 CA04 CB02 DA25 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板に支持された弾性体の一部に面
型発光デバイスを備え、該弾性体上及び該第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する手段を有し、該面型発光デバイ
スの出力光をモニタする光検出器が該面型発光デバイス
近傍に備えられていることを特徴とする近視野光学系用
光源装置。
【請求項２】前記面型発光デバイスには微小開口が備え
られ、該弾性体上及び該第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、該微小開口からエバネッセント光を発生させるこ
とを特徴とする請求項１記載の近視野光学系用光源装
置。
【請求項３】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ことを特徴とする請求項１または
２記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項４】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
配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れ
かに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項５】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ことを特徴とする請求項１乃至４の
何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項６】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ことを特徴とする請求項１乃至
５の何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項７】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こ
とを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の近視野
光学系用光源装置。
【請求項８】前記弾性体は、前記第１の基板であるＳｉ
基板上にＳｉＯ_２薄膜とＳｉ薄膜が順に形成されたＳＯ
Ｉ基板のＳｉ薄膜であって、一部の領域で該Ｓｉ基板及
びＳｉＯ_２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ことを特徴とする請求項１乃至５
の何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項９】前記光検出器は、前記薄膜弾性体であるＳ
ｉ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ことを特徴とする請求項８記載の近
視野光学系用光源装置。
【請求項１０】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
れることを特徴とする請求項８記載の近視野光学系用光
源装置。
【請求項１１】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しており、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
が駆動されることを特徴とする請求項請求項１乃至７の
何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項１２】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
た光源となる該面型発光デバイスの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ことを特徴とする請求項請求項１
乃至７の何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項１３】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ことを特徴とする請求
項請求項９乃至１１の何れかに記載の近視野光学系用光
源装置。
【請求項１４】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
性接合されていることを特徴とする請求項１乃至１３の
何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項１５】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ことを特徴とする請求項１乃
至１３の何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項１６】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
あることを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載
の近視野光学系用光源装置。
【請求項１７】前記面型発光デバイスおよび光検出器
は、共通の前記第１の基板で支持される複数の前記弾性
体上或は前記第３の基板上に複数アレイ化されているこ
とを特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載の近視
野光学系用光源装置。
【請求項１８】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
ていることを特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記
載の近視野光学系用光源装置。
【請求項１９】前記弾性体は、中央がくり貫かれた台形
形状の片持ち梁構造を有することを特徴とする請求項１
乃至１８の何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項２０】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ことを特徴とする請求項１
乃至１９の何れかに記載の近視野光学系用光源装置。
【請求項２１】請求項１乃至１１及び請求項１３乃至２
０の何れかに記載の近視野光学系用光源装置の製造方法
であって、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製
造方法。
【請求項２２】請求項１２記載の近視野光学系用光源装
置の作製方法であって、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製造方法。
【請求項２３】前記面型発光デバイスの光出射面に微小
開口を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項
２１または２２記載の製造方法。
【請求項２４】請求項１乃至２０の何れかに記載の近視
野光学系光源装置の使用方法において、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
用いることを特徴とする使用方法。
【請求項２５】請求項１６乃至２０の何れかに記載の近
視野光学系光源装置の使用方法において、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として用いる
ことを特徴とする使用方法。
【請求項２６】請求項１６乃至２０の何れかに記載の近
視野光学系光源装置の使用方法において、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、原子間力顕微鏡として用いることを特徴とする使用
方法。
【請求項２７】請求項１乃至２０の何れかに記載の近視
野光学系用光源装置の使用方法において、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ことを特徴とする使用方法。
【請求項２８】媒体表面からの散乱光の強さを検出する
ことで情報再生を行うことを特徴とする請求項２７記載
の使用方法。
【請求項２９】請求項１乃至２０の何れかに記載の近視
野光学系用光源装置の使用方法において、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
として用いることを特徴とする使用方法。