JP2000323790A

JP2000323790A - 半導体近接場光源、その製造方法、及びこれを用いた近接場光学システム

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Publication number: JP2000323790A
Application number: JP11133416A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Uchida; 護内田; Akira Kuroda; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP4250257B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率で、アレイ化可能で、作製の容易な半導
体近接場光源、その製造方法、及びこれを用いた近接場
光学システムである。【解決手段】半導体近接場光源は、化合物半導体基板１
１表面の正三角形の基板露出面上に、その露出面を１面
として有する三角錐構造の化合物半導体層が積層され、
三角錐構造が、層厚方向に積層された一対の半導体多層
膜反射鏡及び活性層を少なくとも含む面発光レーザ構造
１２を有する。三角錐構造の頂点近傍に面発光レーザ１
２の発振波長オーダ以下の微小開口１３が形成され、面
発光レーザ１２の発振光が微小開口１３に導かれて近接
場光を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超高分解顕微鏡や
超高分解フォトリソグラフィなどに用いることができる
半導体近接場光源の構造、その製造方法、及びこれを用
いた近接場光学システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光を利用して波長以下の分解能で測定及
び加工を可能にする近接場光学系及びその応用システム
が、近年、活発に提案されている。

【０００３】これらに用いられる近接場光発生装置は幾
つかの例がある。例えば、ファイバプローブ（Ｓ．Ｍ
ｏｎｏｎｏｂｅｅｔａｌ．ＡｐｐｌｉｅｄＯｐ
ｔｉｃｓ３６，１４９６（１９９７））は、コアに
ＧｅＯ_２を分布を持たせドーピングした石英ファイバを
選択的にエッチングして、微小突起及び微小開口を形成
するものである。極めて細い開口のピンホールが作製で
きるだけでなく、不純物分布を制御することで多段テー
パ構造にできることから、微小開口近傍の光強度の減衰
率を小さくすることが出来る。よって、近接場発生効率
を高くすることが出来る。

【０００４】反面、生産性が低く、特に、今後多くのア
プリケーションで必須と思われるアレイ化に対しては適
していないことや、開口形状に自由度が少ないなど、将
来的には問題が多い。

【０００５】また、半導体プロセスを用いてアレイ化を
考慮した例として、特開平５−１００１６８号公報に開
示されたもの（図９参照）がある。この文献には、「面
発光レーザの活性層８０５上に電極中央部にホトリソグ
ラフィにより形成された波長同等以下のピンホール８１
３が開けられており、このピンホールからエバネッセン
ト光が放射される」と記載されているのみで、具体的な
デバイス構造や製作方法については記載されていない。
また、効率良く近接場光を取り出す方法も述べられてい
ないため、現実的な構成とはいえない。尚、図９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、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。

【０００６】よって、本発明の目的は、高効率で、アレ
イ化可能で、作製の容易な半導体近接場光源の構造、そ
の製造方法、及びこれを用いた近接場光学システムを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体近接場光源は、化合物半導体基板表面の正三
角形の基板露出面上に、その露出面を１面として有する
三角錐構造の化合物半導体層が積層され、該三角錐構造
が、層厚方向に積層された一対の半導体多層膜反射鏡及
び活性層を少なくとも含む面発光レーザ構造を有し、該
三角錐構造の頂点近傍に該面発光レーザの発振波長オー
ダ以下の微小開口が形成され、該面発光レーザの発振光
が該微小開口に導かれて近接場光を発生することを特徴
とする。

【０００８】この基本構成に基づいて下記の如き態様が
可能である。前記化合物半導体基板は（１１１）面を有
する化合物半導体基板であり、前記三角錐構造は、該化
合物半導体基板表面上に選択成長マスクとして形成され
た正三角形の基板露出面を有する誘電体膜を用いて該基
板露出面上に選択的に形成されたものである。このと
き、前記正三角形の基板露出面の１辺が〈−１１０〉方
向に沿う様に設定されている。

【０００９】また、前記面発光レーザ構造は、ＩＩＩ−
ＶＮ材料（ＩＩＩ族及びＶ族からなる化合物半導体材料
のうち、Ｖ族材料としてＮ（窒素）を含むものを本明細
書ではこう表記する）を含む活性層を有する。この効果
については、後述の実施例の説明中に述べられている。

【００１０】前記三角錐構造は、前記微小開口を除い
て、電極と光シールド膜を兼ねる金属膜で覆われてい
る。この効果についても、後述の実施例の説明中に述べ
られている。

【００１１】前記微小開口は以下の様な方法で作製され
得る。第１に、前記微小開口は、前記三角錐構造を頂点
まで完全に形成した後、この頂点付近が他に比べ薄くな
るように金属を蒸着した後、ドライエッチング、収束イ
オンビームなどで頂点付近の金属及び半導体を除去して
形成された発振波長オーダ以下の微小開口である（後述
する第１実施例参照）。

【００１２】第２に、前記微小開口は、前記三角錐構造
を頂点まで完全に形成した後、この頂点付近が他に比べ
薄くなるように金属を蒸着した後、ドライエッチング、
収束イオンビームなどで頂点付近の金属及び半導体を除
去して発振波長オーダ程度或は以上の開口部を形成した
後、塩素などのエッチングガス中で、該三角錐構造の面
発光レーザを発光させながら、光熱励起エッチングを行
うことで前記開口部に形成された発振波長オーダ以下の
微小開口である（後述する第２実施例参照）。

【００１３】第３に、前記微小開口は、前記三角錐構造
が頂点を形成する前に結晶成長を停止し、発振波長オー
ダ以下の微小開口を開けてから、該微小開口を含む頂点
付近が他に比べ薄くなるように金属を蒸着した後、ドラ
イエッチングなどにより頂点付近のみ該金属を除去して
前記微小開口を露出させることで形成された発振波長オ
ーダ以下の微小開口である（後述する第３実施例参
照）。

【００１４】また、前記微小開口は、前記三角錐構造が
頂点を形成する前に結晶成長を停止し、発振波長オーダ
以下の微小開口を開けてから、該微小開口を含む頂点付
近が他に比べ薄くなるように金属を蒸着した後、塩素な
どのエッチングガス中で、該三角錐構造の面発光レーザ
を発光させながら、光熱励起エッチングを行うことで頂
点付近のみ該金属を除去して前記微小開口を露出させる
ことで形成された発振波長オーダ以下の微小開口である
（後述する第３実施例参照）。

【００１５】更に、上記目的を達成する本発明の半導体
近接場光源の製造方法は、（１１１）面を有する化合物
半導体基板表面上に正三角形の基板露出面を有する誘電
体膜を形成する工程と、該誘電体膜を選択成長マスクと
して用いることで、一対の半導体多層膜反射鏡及びそれ
に挟まれた活性層を少なくとも含む面発光レーザ構造を
結晶成長して前記基板露出面上にのみ三角錐構造を選択
的に形成する工程と、該三角錐構造の頂点近傍に面発光
レーザの発振波長オーダ以下の微小開口を作製する工程
を有することを特徴とする。

【００１６】本発明の半導体近接場光源の製造方法にお
いても、この基本構成に基づいて下記の如き態様が可能
である。前記正三角形の基板露出面の１辺が〈−１１
０〉方向に沿う様に設定される。前記活性層は、ＩＩＩ
−ＶＮ材料を含んで成膜される。前記三角錐構造を、電
極と光シールド膜を兼ねる金属膜で覆う工程を有する。
また、前記微小開口は上記の如き方法で作製され得る。

【００１７】更に、上記目的を達成する本発明の近接場
光学システムは、同一平面上にアレイ化された上記の半
導体近接場光源、及び該半導体近接場光源が独立或はマ
トリクス駆動可能になる様に形成された電極を有し、該
半導体近接場光源アレイに近接配置した被加工物に対
し、高密度に且つ高速に加工、露光、記録或は読み取り
などの作業を行うことを特徴としたり、曲面形状の基板
に接合（接着材を用いないで圧着される）或は接着（接
着材を用いる）されたアレイ化された上記の半導体近接
場光源、及び該半導体近接場光源が独立或はマトリクス
駆動可能になる様に形成された電極を有し、該半導体近
接場光源アレイに近接配置した曲面を有する被加工物に
対し、高密度に且つ高速に加工、露光、記録或は読み取
りなどの作業を行うことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明は、典型的には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体が成長条件によって大幅に成長速度の面方位依存性
が大きくなることを利用し、面発光レーザと微小開口を
ほぼ同時に化合物半導体で作製するものである。図１は
面発光レーザと微小開口の関係を模式的に示したもので
ある。化合物半導体基板１１上に、選択成長マスクを介
して、層面に垂直な方向に面発光レーザ１２の層構成を
成長すると、基板温度とＶ族、ＩＩＩ族ソースなどの結
晶成長条件で成長速度の面方位依存性を利用することに
より、正三角形で囲まれた三角錐構造になる。三角錐構
造の面発光レーザは、頂点付近に光が集中するため、頂
点付近に微小開口１３を作製すれば極めて高効率の近接
場発生光源が実現できる。微小開口１３はドライエッチ
ングなどでも作製できるが、微小開口位置を発振ビーム
でセルフアライン方式で特定できれば、さらに高効率で
近接場光が発生できる。

【００１９】面発光レーザの作製プロセスによれば、２
次元アレイ化が容易なため、平面に高密度に近接場光源
を配置できる。また、エピタキシャルリフトオフ等のプ
ロセスを適用すれば、曲面にも近接場光源をアレイ化し
て配置できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に沿って説明する。

【００２１】［第１実施例］第１実施例は、正三角錐状
に半導体層を成長してから頂点部に微小開口を作る例に
係る。図１は本発明の第１の実施例を説明する模式的斜
視図である。図１において、１１は基板であり、１２は
基板１１上に積層された正三角錐形状の面発光レーザで
あり、１３はその頂点部に形成された微小開口１３であ
る。図２は製造工程を説明する図である。

【００２２】図２に沿って作製方法を説明しつつ構造に
ついて説明する。ＭＯＣＶＤやＣＢＥなどのガスソース
系結晶成長法では、面方位に依存して選択的に結晶成長
面を得ることが出来る（例えば、文献Ｆｕｋｕｉ他、Ｅ
ｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ誌、２５巻、
４１０頁、１９８９年参照）。本実施例ではこのことを
利用する。

【００２３】（１）選択成長マスク作製先ず、（１１１）Ｂ面を有するｎ型ＧａＡｓ基板１０１
上に、１辺が５μｍの正三角形の基板露出面をもつＳｉ
Ｏ_２膜（厚さ約２００ｎｍ）１０２を形成する。この
際、図２（ｂ）に示す様に三角形の１辺が〈−１１０〉
方向に沿うように設定する。

【００２４】（２）選択成長による面発光レーザ構造作
製前記基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ或はＣＢＥなどを用い
て、選択的に面発光レーザ構造の半導体層を積層する。
高温低砒素圧下（例えば、基板温度７５０℃、Ｖ族ＩＩ
Ｉ族比５）で成長することにより、露出面（図２（ｂ）
で三角形に見える３つの面）が（１１０）ファセットに
なった三角錐構造をエピタキシャルに形成することが出
来る。

【００２５】このときの層構造は以下の通りである。ｎ
型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層多層膜反射層１０３、ＡｌＧａ
Ａｓ／ＧａＩｎＮＡｓＭＱＷ活性層１０４、ｐ型Ａｌ
Ａｓ／ＧａＡｓ層多層膜反射層１０５及びｐ型ＡｌＧａ
Ａｓキャップ層１０６を積層する（図２（ａ）正面断面
図、図２（ｂ）平面図）。ｐ型キャップ層１０６が３つ
の露出面からなる頂点部（各面の角度約１００度）を形
成すると、成長は自動的に停止するため、この方法は極
めて制御性が高い。

【００２６】また、近接場発生光源の設計面からは、頂
点部が３面で構成されるため、４面以上で構成される頂
点部より先端の開口径を小さくすることができ、近接場
光源としての分解能を上げるのに有効な構造となってい
る。

【００２７】本実施例の場合、活性層をＡｌＧａＡｓ／
ＧａＩｎＮＡｓＭＱＷ活性層１０４（Ｖ族元素にＮを
含むＩＩＩ−Ｖ半導体材料から成る活性層）としている
が、これは以下の２つの観点による。１つは、ＧａＡｓ
基板１０１を用いていながら発振波長を長波長化（本実
施例では１．３μｍ）でき、微小開口を作製する上で、
０．６μｍや０．８μｍなどの短波光源に比べ、許容度
が大きい。

【００２８】第２に、近接場光源同士の近接配置を可能
にすることである。後述するように、半導体近接場光源
は２次元的にアレイ配置できるだけでなく、物理的には
数１０μｍ間隔で近接配置することも可能である。しか
し、実際の配置間隔は、熱、電気及び光のクロストーク
で決まる。特に熱に関しては、低消費電力及び温度特性
の優れた（周囲温度が変化しても特性が変わりにくいこ
と）レーザ構造を選ぶことが必要である。井戸が深いＧ
ａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＡｓ活性層１０４を用いた面発
光レーザはこの要求を満たすものである。これ以外のも
の、例えば、１．３μｍ帯で通常用いられているｌｎＧ
ａＡｓＰ／ｌｎＧａＡｓ系の面発光レーザでは、消費電
力及び温度特性両方が悪いため、熱的クロストークによ
る特性の劣化が無視できず、このような近接配置は極め
て困難である。

【００２９】無論、用途に応じて波長は任意に選択して
よい。例えば、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷを活性
層に選べば３００ｎｍ帯の波長を選べるし、ＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓＭＱＷを活性層に選べば８００ｎｍ帯の
波長を選ぶことが出来る。本実施例の場合、発振波長に
合わせてｐ型及びｎ型多層膜層１０３、１０５の層厚や
組成も最適化してある。

【００３０】（３）電極形成ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層多層膜反射層１０３及び活性
層１０４を完全に覆うようにＳｉＮ膜等の絶縁膜１０７
を形成した後、全体を覆うようにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜１
０８を蒸着する（図２（ｃ））。このとき、スパッタ或
は電子ビーム蒸着などを用いた斜め蒸着法やマスク蒸着
法を用いることで、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜１０８は頂点付
近のみ薄く成膜する。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜１０８の夫々
の金属の厚さは、斜面部で５０ｎｍ／５０ｎｍ／２００
ｎｍ程度である。この金属膜１０８は、正電極の機能及
び内部で発生した光のシールド膜の機能の両方を兼ねて
いる。又、基板１０１裏面には負電極１０９を形成し
た。

【００３１】（４）微小開口作製微小開口１１０を作製するため、Ａｒ−イオンミリング
を用いて基板１０１に対して垂直にＡｒビームを照射す
ることで、先端部において最初に金属膜１０８が剥離さ
れる。これは先端部の金属膜１０８が最も薄いためであ
る。引き続きＡｒプラズマでＡｌＧａＡｓ層１０６をエ
ッチングすることで、開口径１００ｎｍ程度の微小開口
１１０を形成することが出来る（図２（ｄ））。

【００３２】次に本実施例の動作原理について説明す
る。正電極１０８と負電極１０９の間に電圧をかけ、数
ｍＡの電流を流すことで、ｐ型多層膜１０５及びｎ型多
層膜１０３を介して活性層１０４にキャリアが注入さ
れ、しきい電流密度に至ると面に垂直な方向に発振を開
始する。発振光の波長は空気中で１３００ｎｍに設定し
てあるが、レーザ内では、半導体積層構造の屈折率との
関係で約４００ｎｍである。

【００３３】発振光は微小開口１１０に至ると、近接場
成分のみが開口から染み出し、他の光は、一部共振器で
吸収されるが、シールド膜である金属膜１０８で反射さ
れて活性層１０４に戻り、再利用される。この様に、微
小開口部以外の斜面に到達した光は反射されて、結局、
活性層１０４に吸収され再び発振に寄与するため、単に
面発光レーザの表面に微小開口を形成しただけの場合に
比べ、極めて光の利用効果が高くなっている。

【００３４】［第２実施例］第２実施例は、正三角錐状
に半導体層を成長してから頂点部に下記のセルフアライ
ン方式で微小開口を開ける例に係る。第１実施例の微小
開口形成方法は、工程は簡単であるが、微小開口の形成
プロセスの終点（ＡｌＧａＡｓ層１０６のエッチングの
終点）を確認するには、時間制御で行う必要があった。
本実施例は、微小開口形成プロセス工程は増えるが、確
実に微小開口作製を行うとともに、さらに高性能の近接
場光発生光源を実現できる例である。

【００３５】図３はその作製工程を示す模式的断面図で
ある。図３において、図２に示す部分と同一の機能部分
は同一の符号で示す。電極形成工程（３）までは第１実
施例と同様である。工程（４）において、金属膜１０８
が除去された後、開口径が約３００〜４００ｎｍ（内部
波長程度）になるまでオーバーエッチングすることで、
ＡｌＧａＡｓ１０６もエッチングされ、図３（ａ）のよ
うな状態になる。このあと、該サンプルをドライエッチ
ングチャンバ２００に装填する（図３（ｂ））。このと
き、例えば、塩素ガス雰囲気２０１中で該面発光レーザ
に通電して発振状態にすることで、光密度が高い部分の
み塩素によるエッチングが進行し（光熱アシスト効
果）、微小開口２０４が形成される（図３（ｃ））。こ
のプロセスの終点検出は、近接場プローブで行ってもよ
いし（形成される微小開口２０４から染み出す近接場光
をプローブで検出する）、時間制御で行ってもよい。

【００３６】本実施例特有の効果として下記の効果があ
る。（１）近接場発生効率が高い光源を容易に作製できる。
従来、微小開口から漏れ出す近接場光の取り出し効率は
１０^−５程度であるが、本実施例では１０^−３程度に飛
躍的に改善される。

【００３７】（２）発振によるセルフアラインで開口個
所を設定できるため、プロセスが容易である。（３）微小開口形成プロセス終点を容易に確認できる。（４）駆動時の電流を制御することで、任意の開口形な
いし径を制御性良く作製できる。（５）光源をアレイ化した場合に各光源の駆動電流を制
御することで、それぞれに独立に開口（例えば、径の異
なる所望の微小開口）を作製できる。（６）発振光の偏光やニアフィールドパターンに応じた
形状の微小開口を開けられる。これにより、例えば、使
用時の発振光の偏光に応じて微小開口から近接場光が出
たり出なかったりできる。

【００３８】［第３実施例］第３実施例は、１回の結晶
成長でＶＣＳＥＬと微小開口を同時に形成する例に係
る。図４は本発明の第３の実施例を説明する模式的断面
図である。図３において、図２に示す部分と同一の機能
部分は同一の符号で示す。本実施例においても、工程
（１）と工程（２）の選択成長による面発光レーザ構造
作製工程の途中までは第１及び第２実施例と同じであ
る。

【００３９】（２）選択成長によるＶＣＳＥＬ構造作製前記基板１０１上にＭＯＣＶＤ或はＣＢＥなどを用いて
選択的にＶＣＳＥＬ構造のエピを積層する。高温低砒素
圧下（例えば、基板温度７５０℃、Ｖ族ＩＩＩ族比５）
で成長することにより、選択マスク１０２の開口部だけ
に（１１０）ファセットからなる三角錐構造（正確には
頂点部が未形成の三角錐構造）をエピキシャルに形成で
きる（図４（ａ））。

【００４０】このときの層構造は以下の通りである。上
記実施例とは電流狭窄構造の存否の点で異なるが、この
構造を上記実施例で採用してもよい。ｎ型ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓ多層膜反射層１０３、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩ
ｎＡｓＭＱＷ活性層１０４、ｐ型ＡｌＡｓ電流狭窄層
１１１、ｐ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ層多層膜反射層１
０５及びｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層１０６を積層す
る。

【００４１】第１実施例では、完全に頂点部が形成され
るまでＡｌＧａＡｓキャップ層１０６の成長を行った
が、本実施例では、時間制御により、頂点付近の径が約
１００ｎｍ以下になった時点で成長を停止する（図４
（ａ））。成長の終点判断が簡単ではない点や開口形状
が三角形に制限されるという制約はあるが、１回の成長
でレーザ構造と微小開口１１０を同時に作製できるとい
うメリットがある。

【００４２】本実施例では、電流狭窄層として、ＡｌＡ
ｓ層１１１を導入して一層の低消費電力化を図ってい
る。この形成は以下の様に行なわれる。

【００４３】（３）電流狭窄層酸化高温水蒸気中で、熱処理することで、ｐ型ＡｌＡｓ層１
１１のみを外部から内部に向かって部分的に酸化する
（図４（ａ）中の層１１１で黒く塗った部分）。本実施
例では電流経路が１μｍφ程度になるまで酸化を行っ
た。こうして電流狭窄構造が作製できる。

【００４４】（４）電極形成ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層多層膜反射層１０３及び活性
層１０４を完全に覆うようにＳｉＮ膜等の絶縁膜１０７
を形成した後、全体を覆うようにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜１
０８を蒸着する（図４（ｂ））。このとき、スパッタ或
は電子ビーム蒸着などを用いることで頂点付近のみ薄く
成膜する。それぞれの厚さは斜面部で５０ｎｍ／５０ｎ
ｍ／２００ｎｍ程度である。この金属膜１０８は正電極
及び内部で発生した光のシールド膜を兼ねている。これ
らのことは、上記実施例と同じである。

【００４５】（４）微小開口作製微小開口１１０（径が約１００ｎｍのキャップ層１０６
の頂上面）はすでに開いているので、開口を覆っている
金属膜１０８を除去すればよい。第１実施例の方法（ド
ライエッチング）でも、第２実施例の方法（光熱アシス
トドライエッチング）でも、どちらの方法でも可能であ
るが、除去部と光軸を合わせるという観点からは後者の
方法が望ましい。

【００４６】本実施例では、電流狭窄構造が存在するこ
ともあって、極めて微小電流（１ｍＡ以下）且つ高効率
（＞１０^−２）で近接場光が発生できることが大きな特
徴である。

【００４７】［第４実施例］第４実施例は、本発明の近
接場光源をアレイ化した例に係る。図５は第４の実施例
を説明する模式的平面図である。図５において、５０２
は２次元アレイ状に並べられた微小開口５０１を有する
面発光レーザであり、５０３は各面発光レーザ５０２を
マトリクス態様（電圧のかけられた行と列の電極配線が
交差する所のレーザ５０２が励起される態様）で駆動す
る為のマトリスク配線であり、５０４はマトリスク配線
５０３を施した基板である。基板５０４は、面発光レー
ザ５０２を成長した基板そのものを用いてもよい。

【００４８】ここでは、各デバイス５０２を５０μｍ間
隔で４×４＝１６個２次元アレイ状に配置した例を示し
たが、間隔やレイアウトはこれに限るものではない。

【００４９】本実施例の動作は、例えば、縦・横（行・
列）の電極それぞれに電気信号を印加することで、或る
時間に１つの近接場光源５０２を選択的に駆動できる。
ここではマトリスク配線５０３の例を示したが、独立配
線で各面発光レーザ５０２を独立に駆動する方法も、無
論、可能である。

【００５０】図６には、この様な近接場光源アレイの実
際の使用の一例を示した。正面図である図６において、
６０１は基板上の該近接場光源アレイであり、６０２は
このアレイ６０１を支え、機械移動するための支持体で
あり、６０３は被加工物或はサンプルである。

【００５１】例えば、サンプル６０３が、レジストを塗
布したサンプルとすると、近接場光源アレイ６０１を近
接して近づけることにより、１００ｎｍ以下の分解能を
有するレジストパターンを高速に露光することが出来
る。また、６０３を回転する記録媒体としてみると、６
０１及び６０２は光ピックアップとなり、やはり高速且
つ高密度にデータを書き込み且つ読み出すことが出来
る。

【００５２】［第５実施例］第５実施例は、他の応用例
として、曲面に本発明の近接場光源をアレイ化した例に
係る。図７はその使用例を模式的に示したものである。
一部正面図である図７において、７０１は本発明の近接
場光源であり、７０２は、近接場光源７０１がアレイ状
に配置されて貼り付けられた曲面形状を有する基板であ
り、７０３は、例えばボール状の、曲面形状を有する被
加工物体である。

【００５３】この様な配置を用いれば、第４実施例の平
面のときと同様に、曲面にも高速で高密度の記録或は加
工が可能である。

【００５４】近接場光源７０１を曲面に配置する方法に
ついて簡単に説明する。図８はその工程を示す模式的断
面図である。この方法はエピタキシャルリフトオフ法と
して知られている方法（例えば、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓ誌、５１巻、２２２２ページ（１９８７年）
参照）である。まず、（１１１）Ｂ面を有するＧａＡｓ
基板９００上にＡｌＡｓ犠牲層（厚さ０．５μｍ）９０
２及びＧａＡｓバッファ層（厚さ１μｍ）を積層してお
き、この基板を用いて第１乃至第３実施例のいずれかの
方法で近接場光源アレイ９０１を作製する。このあと、
犠牲層９０２を完全に貫くように、各レーザを分離する
平面パターンで素子分離溝９０３を形成する（図８
（ａ））。

【００５５】次に、ワックス９０５などを介して仮支持
基板（例えばＳｉ基板）９０４に近接場光源アレイ９０
１を貼り付けたあと、ＨＦなどを用いて、ＡｌＡｓ犠牲
層９０２のみをエッチングして完全に基板９００から各
素子９０１を分離する（図８（ｂ）参照）。そして、最
終的な支持基板９０６に接合或は接着により近接場光源
９０１を貼り付ける（図８（ｃ））。

【００５６】支持基板９０６は、曲面形状をした固いも
のでもよいし、フレキシブルなフィルムな様なものでも
よい。後者の場合、さらに所望の形状をした固い基板に
貼り付けてもよい。何れの方法でも、図７に示したよう
な基板７０２に支持された近接場光源アレイが実現でき
る。使用法は第４実施例と同じである。

【００５７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば以下
の通りの効果が奏される。（１）近接場光発生効率が高い光源を実現できる。（２）近接場光発生用の微小開口を容易に作製できる。（３）微小開口と半導体レーザを同時に作製できる（第
３実施例参照）。（４）駆動電流を制御することで、任意の開口径ないし
形の近接場光発生用微小開口を作製できる（第２実施例
参照）。（５）同じく駆動電流を制御することで、近接場光源ア
レイにおいて夫々に独立に開口（径ないし形の異なる近
接場光発生用微小開口）を作製できる（第２実施例参
照）。（６）平面でも曲面上でもアレイ化して近接場光源を配
置できる（第４及び第５実施例参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の半導体近接場光源（面発光レー
ザ）の模式的斜視図である。

【図２】図２は本発明の第１実施例の作製工程図であ
る。

【図３】図３は本発明の第２実施例の作製工程を示す模
式的断面図である。

【図４】図４は本発明の第３実施例の作製工程を示す模
式的断面図である。

【図５】図５は本発明の第４実施例を示す模式的平面図
である。

【図６】図６は本発明の第４実施例を示す模式的正面図
である。

【図７】図７は本発明の第５実施例を示す模式的正面図
である。

【図８】図８は本発明の第５実施例の作製工程例を示す
模式的断面図である。

【図９】図９は従来例を説明する断面図である。

【符号の説明】

１１、１０１、５０４、９００基板１２、５０２近接場光源（面発光レーザ）１３、１１０、２０４、５０１微小開口１０２選択成長マスク１０３、１０５ＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
ｂｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）多層膜１０４活性層１０６キャップ層１０７絶縁膜１０８正電極１０９負電極１１１電流狭窄層２００ドライエッチングチャンバ２０１塩素ガス雰囲気２０２通電装置２０３発振光５０３マトリクス配線６０１、７０１、９０１近接場光源アレイ６０２、７０２、９０６支持体（支持基板）６０３、７０３被加工物体９０２犠牲層９０３素子分離溝９０４仮支持基板９０５ワックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 AA00 AA07 AC33 AC34 5F046 AA02 AA10 DA27 5F073 AA74 AA89 AB05 AB16 BA09 CA04 CA07 CA17 DA05 DA27 DA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板表面の正三角形の基板露
出面上に、その露出面を１面として有する三角錐構造の
化合物半導体層が積層され、該三角錐構造が、層厚方向
に積層された一対の半導体多層膜反射鏡及び活性層を少
なくとも含む面発光レーザ構造を有し、該三角錐構造の
頂点近傍に該面発光レーザの発振波長オーダ以下の微小
開口が形成され、該面発光レーザの発振光が該微小開口
に導かれて近接場光を発生することを特徴とする半導体
近接場光源。
【請求項２】前記化合物半導体基板は（１１１）面を有
する化合物半導体基板であり、前記三角錐構造は、該化
合物半導体基板表面上に選択成長マスクとして形成され
た正三角形の基板露出面を有する誘電体膜を用いて該基
板露出面上に選択的に形成されたものであることを特徴
とする請求項１に記載の半導体近接場光源。
【請求項３】前記正三角形の基板露出面の１辺が〈−１
１０〉方向に沿う様に設定されていることを特徴とする
請求項２に記載の半導体近接場光源。
【請求項４】前記面発光レーザ構造は、ＩＩＩ−ＶＮ材
料を含む活性層を有することを特徴とする請求項１、２
または３に記載の半導体近接場光源。
【請求項５】前記三角錐構造は、前記微小開口を除い
て、電極と光シールド膜を兼ねる金属膜で覆われている
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導
体近接場光源。
【請求項６】前記微小開口は、前記三角錐構造を頂点ま
で完全に形成した後、この頂点付近が他に比べ薄くなる
ように金属を蒸着した後、ドライエッチング、収束イオ
ンビームなどで頂点付近の金属及び半導体を除去して形
成された発振波長オーダ以下の微小開口であることを特
徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の半導体近接場
光源。
【請求項７】前記微小開口は、前記三角錐構造を頂点ま
で完全に形成した後、この頂点付近が他に比べ薄くなる
ように金属を蒸着した後、ドライエッチング、収束イオ
ンビームなどで頂点付近の金属及び半導体を除去して発
振波長オーダ程度或は以上の開口部を形成した後、塩素
などのエッチングガス中で、該三角錐構造の面発光レー
ザを発光させながら、光熱励起エッチングを行うことで
前記開口部に形成された発振波長オーダ以下の微小開口
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
の半導体近接場光源。
【請求項８】前記微小開口は、前記三角錐構造が頂点を
形成する前に結晶成長を停止し、発振波長オーダ以下の
微小開口を開けてから、該微小開口を含む頂点付近が他
に比べ薄くなるように金属を蒸着した後、ドライエッチ
ングなどにより頂点付近のみ該金属を除去して前記微小
開口を露出させることで形成された発振波長オーダ以下
の微小開口であることを特徴とする請求項１乃至５の何
れかに記載の半導体近接場光源。
【請求項９】前記微小開口は、前記三角錐構造が頂点を
形成する前に結晶成長を停止し、発振波長オーダ以下の
微小開口を開けてから、該微小開口を含む頂点付近が他
に比べ薄くなるように金属を蒸着した後、塩素などのエ
ッチングガス中で、該三角錐構造の面発光レーザを発光
させながら、光熱励起エッチングを行うことで頂点付近
のみ該金属を除去して前記微小開口を露出させることで
形成された発振波長オーダ以下の微小開口であることを
特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の半導体近接
場光源。
【請求項１０】請求項１乃至９の何れかに記載の半導体
近接場光源の製造方法であって、（１１１）面を有する
化合物半導体基板表面上に正三角形の基板露出面を有す
る誘電体膜を形成する工程と、該誘電体膜を選択成長マ
スクとして用いることで、一対の半導体多層膜反射鏡及
びそれに挟まれた活性層を少なくとも含む面発光レーザ
構造を結晶成長して前記基板露出面上にのみ三角錐構造
を選択的に形成する工程と、該三角錐構造の頂点近傍に
面発光レーザの発振波長オーダ以下の微小開口を作製す
る工程を有することを特徴とする半導体近接場光源の製
造方法。
【請求項１１】前記正三角形の基板露出面の１辺が〈−
１１０〉方向に沿う様に設定されることを特徴とする請
求項１０に記載の半導体近接場光源の製造方法。
【請求項１２】前記活性層は、ＩＩＩ−ＶＮ材料を含ん
で成膜されることを特徴とする請求項１０または１１に
記載の半導体近接場光源の製造方法。
【請求項１３】前記三角錐構造を、電極と光シールド膜
を兼ねる金属膜で覆う工程を有することを特徴とする請
求項１０、１１または１２に記載の半導体近接場光源の
製造方法。
【請求項１４】前記微小開口を作製する方法が、前記三
角錐構造を頂点まで完全に形成した後、この頂点付近が
他に比べ薄くなるように金属を蒸着した後、ドライエッ
チング、収束イオンビームなどで頂点付近の金属及び半
導体を除去して発振波長オーダ以下の微小開口を開ける
工程を有することを特徴とする請求項１０乃至１３の何
れかに記載の半導体近接場光源の製造方法。
【請求項１５】前記微小開口を作製する方法が、前記三
角錐構造を頂点まで完全に形成した後、この頂点付近が
他に比べ薄くなるように金属を蒸着した後、ドライエッ
チング、収束イオンビームなどで頂点付近の金属及び半
導体を除去して発振波長オーダ程度或は以上の開口部を
形成した後、塩素などのエッチングガス中で、該三角錐
構造の面発光レーザを発光させながら、光熱励起エッチ
ングを行うことで前記開口部に発振波長オーダ以下の微
小開口を開ける工程を有することを特徴とする請求項１
０乃至１３の何れかに記載の半導体近接場光源の製造方
法。
【請求項１６】前記微小開口を作製する方法が、前記三
角錐構造が頂点を形成する前に結晶成長を停止し、発振
波長オーダ以下の微小開口を開ける工程と、該微小開口
を含む頂点付近が他に比べ薄くなるように金属を蒸着し
た後、ドライエッチングなどにより頂点付近のみ該金属
を除去して前記微小開口を露出させる工程を有すること
を特徴とする請求項１０乃至１３の何れかに記載の半導
体近接場光源の製造方法。
【請求項１７】前記微小開口を作製する方法が、前記三
角錐構造が頂点を形成する前に結晶成長を停止し、発振
波長オーダ以下の微小開口を開ける工程と、該微小開口
を含む頂点付近が他に比べ薄くなるように金属を蒸着し
た後、塩素などのエッチングガス中で、該三角錐構造の
面発光レーザを発光させながら、光熱励起エッチングを
行うことで頂点付近のみ該金属を除去して前記微小開口
を露出させる工程を有することを特徴とする請求項１０
乃至１３の何れかに記載の半導体近接場光源の製造方
法。
【請求項１８】同一平面上にアレイ化された請求項１乃
至９の何れかに記載の半導体近接場光源、及び該半導体
近接場光源が独立或はマトリクス駆動可能になる様に形
成された電極を有し、該半導体近接場光源アレイに近接
配置した被加工物に対し、高密度に且つ高速に加工、露
光、記録或は読み取りなどの作業を行うことを特徴とす
る近接場光学システム。
【請求項１９】曲面形状の基板に接合或は接着されたア
レイ化された請求項１乃至９の何れかに記載の半導体近
接場光源、及び該半導体近接場光源が独立或はマトリク
ス駆動可能になる様に形成された電極を有し、該半導体
近接場光源アレイに近接配置した曲面を有する被加工物
に対し、高密度に且つ高速に加工、露光、記録或は読み
取りなどの作業を行うことを特徴とする近接場光学シス
テム。