JP2011096857A - 光素子集積装置およびその製造方法、並びに面発光レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他の光学部品への集光特性を向上させることが可能な面発光レーザ装置を提供する。
【解決手段】面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接、光導波路１２０を設けて、そのコア層１２１の径を、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さくする。面発光レーザ素子１１０で発生した光は、出射して広がってしまう前に、すなわちニアフィールドパターンでまだ広がらない状態で、光導波路１２０のコア層１２１に入る。コア層１２１に入った光は、ニアフィールドパターンから広がらない状態のまま、コア層１２１を導かれ、次の光学部品へ光結合される。よって、出射光の拡大が抑えられ、次の光学部品への集光特性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光レーザ素子および光導波路を備えた面発光レーザ装置、並びにこの面発光レーザ装置を本体に搭載した光素子集積装置およびその製造方法に関する。

従来から、面発光レーザ素子の出射面にレンズを形成し、このレンズによりレーザ光を集光することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４０７４４９８号

しかしながら、面発光レーザ素子の出射面に曲率半径を制御しながらレンズを形成することは、加工プロセスでは極めて困難であり、曲率半径のばらつきによりレーザ光の焦点距離が変わり、他の光学部品に光結合させる際に所望の集光特性が得られなくなってしまっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、面発光レーザ素子の集光特性を向上させることが可能な光素子集積装置およびその製造方法、並びに面発光レーザ装置を提供することにある。

本発明の光素子集積装置は、以下の（Ａ），（Ｂ）の構成要素を備えたものである。
（Ａ）第１光導波路を有し、表面に第１光導波路の光入射口が露出すると共に第１電極を有する本体
（Ｂ）表面に前記第２電極を有する面発光レーザ素子、および面発光レーザ素子の光出射面に直接設けられ、面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する第２光導波路を有し、第２光導波路の光出射口が第１光導波路の光入射口に接合されると共に、第２電極が第１電極に接続された面発光レーザ装置

この光素子集積装置では、面発光レーザ素子で発生した光は、出射して広がってしまう前に、すなわちニアフィールドパターンでまだ広がらない状態で、第２光導波路のコア層に入り、第２光導波路の光出射口に直接接合された本体側の第１光導波路へ入射される。よって、出射光の拡大が抑えられ、本体側の第１光導波路への集光特性が向上する。

本発明の光素子集積装置の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含むものである。
（Ａ）本体の表面に第１電極を形成すると共に表面に光入射口が露出するよう第１光導波路を形成する工程
（Ｂ）表面に第２電極を有する面発光レーザ素子の光出射面に直接、面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する第２光導波路を設けることにより、面発光レーザ素子の光出射面に第２光導波路を有する面発光レーザ装置を形成する工程
（Ｃ）面発光レーザ装置を反転し、第２光導波路の光出射口を本体の光入射口に接合させると共に、第２電極を第１電極に接続させる工程

本発明の面発光レーザ装置は、面発光レーザ素子と、面発光レーザ素子の光出射面に直接設けられ、面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する光導波路とを備えたものである。

この面発光レーザ装置では、面発光レーザ素子で発生した光は、出射して広がってしまう前に、すなわちニアフィールドパターンでまだ広がらない状態で、光導波路のコア層に入る。よって、出射光の拡大が抑えられ、集光特性が向上する。

本発明の光素子集積装置、または本発明の光素子集積装置の製造方法によれば、表面に第２電極を有する面発光レーザ素子の光出射面に直接、面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する第２光導波路を設け、この第２光導波路の光出射口を本体の光入射口に接合させると共に、第２電極を第１電極に接続させるようにしたので、出射光の拡大を抑え、本体側の第１光導波路への集光特性を向上させることが可能となる。

本発明の面発光レーザ装置によれば、面発光レーザ素子の光出射面に直接、面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する光導波路を設けるようにしたので、出射光の拡大を抑え、面発光レーザ素子の集光特性を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の構成を表す断面図である。 図１に示した面発光レーザ装置の上面図である。 図１に示した面発光レーザ装置を他の光導波路に接続した構成を表す断面図である。 図１に示した面発光レーザ装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 変形例に係る面発光レーザ装置の構成を表す断面図である。 図９に示した面発光レーザ装置の上面図である。 図９に示した面発光レーザ装置を他の光導波路に接続した構成を表す断面図である。 本発明の光素子集積装置の基本構成を説明するための図である。 図１２に示した光素子集積装置に適用可能な電極パッドの一例を表す斜視図および断面図である。 電極パッドの他の例を表す斜視図および断面図である。 電極パッドの更に他の例を表す斜視図および断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光素子集積装置の構成を表す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光素子集積装置の構成を表す図である。 図１７に示した光素子集積装置の製造工程の一例を説明するための図である。 図１８に続く工程を説明するための図である。 図１９に続く工程を説明するための図である。 図２０に続く工程を説明するための図である。 図２１に続く工程を説明するための図である。 第４の実施の形態に係る光素子集積装置の構成を表す図である。 図２３に示した光素子集積装置の製造工程の一例を説明するための図である。 図２４に続く工程を説明するための図である。 図２５に続く工程を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（面発光レーザ装置；光導波路が、コア層の周囲にクラッド層を有する例）
２．変形例（面発光レーザ装置；光導波路が、コア層と空気との屈折率差により光を閉じ込める例）
３．光素子集積装置の基本構成
４．第２の実施の形態（光素子集積装置；本体としてのスライダに面発光レーザ装置を搭載した例）
５．第３の実施の形態（光素子集積装置；本体の光入射口に親水性領域、その周囲に疎水性領域をそれぞれ有し、第２光導波路の光出射口に親水性領域を有する例）
６．第４の実施の形態（光素子集積装置；本体の第１電極と、面発光レーザ装置の第２電極とを熱硬化型の導電性接着剤により接続する例）

（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る面発光レーザ装置の断面構成および上面構成をそれぞれ表したものである。なお、図１および図２は、模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。この面発光レーザ装置は、例えばプラズモン磁気ヘッド（熱アシスト磁気ヘッド）、表示装置用バックライト、または通信システムに用いられるものであり、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに光導波路１２０を一体的に備えている。

面発光レーザ素子１１０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓよりなる基板１１１上に、ｎ型ＤＢＲ層１１２、活性層１１３、電流狭窄層１１４およびｐ型ＤＢＲ層１１５を基板１１１側からこの順に積層した構造を有している。活性層１１３ないしｐ型ＤＢＲ層１１５は、円柱状の柱状部１１６（メサ形状）とされている。

ｎ型ＤＢＲ層１１２は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ１（λ０は発振波長、ｎ１は屈折率）のｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ２（ｎ２は屈折率）のｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）によりそれぞれ構成されている。

活性層１１３は、例えばアンドープのＡｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３≦１）により構成されている。

電流狭窄層１１４は、中央に電流注入領域１１４Ａを有し、電流注入領域１１４Ａの外縁に電流狭窄領域１１４Ｂを有している。電流注入領域１１４Ａは、例えばｐ型Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ（０＜ｘ４≦１）により構成されている。電流狭窄領域１１４Ｂは、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、柱状部１１６の側面から電流狭窄層１１４に含まれる高濃度のアルミニウム（Ａｌ）を酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層１１４は電流を狭窄する機能を有し、活性層１１３のうち電流注入領域１１４Ａと対向する領域が発光領域１１３Ａとなっている。

ｐ型ＤＢＲ層１１５は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されたものである。この低屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ３ （ｎ３ は屈折率）のｐ型Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ４(ｎ４は屈折率）のｐ型Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）によりそれぞれ構成されている。

この面発光レーザ素子１１０はまた、光出射面１１０Ａ、すなわちｐ型ＤＢＲ層１１５の表面にｐ側電極１１７、基板１１１の裏面にｎ側電極１１８をそれぞれ有している。ｐ側電極１１７は、例えばチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をｐ側コンタクト層側からこの順に積層した構造を有しており、ｐ型ＤＢＲ層１１５と電気的に接続されている。ｐ側電極１１７は、例えば、発光領域１１３Ａに対応して開口部１１７Ａを有するドーナツ形状となっている。ｎ側電極１１８は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１１１側からこの順に積層した構造を有しており、基板１１１を介してｎ型ＤＢＲ層１１２と電気的に接続されている。

光導波路１２０は、例えば、コア層１２１の周囲にクラッド層１２２を有し、これらコア層１２１とクラッド層１２２との屈折率差により光を閉じ込めるものである。この光導波路１２０は、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接一体的に設けられており、そのコア層１２１の径は、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターン（ＮＦＰ）と同等またはニアフィールドパターンよりも小さくなっている。これによりこの面発光レーザ装置では面発光レーザ素子１１０の集光特性を向上させることが可能となる。

光導波路１２０は、例えば、樹脂材料、誘電体材料または半導体材料により構成されている。コア層１２１を構成する樹脂材料としては例えばアクリル，エポキシまたはシリコーンが挙げられ、誘電体材料としては例えば窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）が挙げられ、半導体材料としては例えばレーザ光を吸収しない材料、具体的にはＡｌＧａＡｓ等が挙げられる。クラッド層１２２を構成する樹脂材料としては例えばアクリル，エポキシまたはシリコーンが挙げられ、誘電体材料としては例えば酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）が挙げられ、半導体材料としては例えばレーザ光を吸収せず、屈折率がコア層１２１の構成材料よりも小さい材料、具体的にはＡｌＧａＡｓ等が挙げられる。

コア層１２１の形状は、円柱または角柱など、ニアフィールドパターンに合わせて調整することが可能である。コア層１２１の寸法（径）は、例えばニアフィールドパターンが５μｍである場合には、５μｍないし３μｍ程度とすることが可能である。

図３は、図１に示した面発光レーザ装置と他の光学部品１３０との接続構成の一例を表したものである。光学部品１３０は、例えば、コア層１３１の周囲にクラッド層１３２を有する光導波路である。光導波路１２０のコア層１２１の先端は、光学部品１３０のコア層１３１に直接接合されている。光導波路１２０と光学部品１３０とは、例えば、光吸収の小さい樹脂系光学接着剤（図示せず）により直接接触させて接合することが可能であり、結合効率を高く維持した状態で光結合が可能となっている。また、従来のようにレンズの焦点距離と実装距離を精密に制御する必要はなくなり、光導波路１２０の長さＬを調整することにより光学部品１３０の実装位置を容易に調整することができる。光導波路１２０の長さＬは、面発光レーザ装置の用途によって任意に選ぶことが可能である。

なお、図３の光学部品１３０としては、光導波路のほか、例えばプラズモン磁気ヘッド用のグレーティングカプラを、光導波路１２０のコア層１２１の先端に直接接合することも可能である。

この面発光レーザ装置は、例えば、次のようにして製造することができる。

図４ないし図８は、この面発光レーザ装置の製造方法を工程順に表したものである。面発光レーザ素子１１０を製造するためには、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１１１上に、ＧａＡｓ系化合物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、ＧａＡｓ系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン (ＡｓＨ₃)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素（Ｈ₂ Ｓｅ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いる。

具体的には、まず、図４に示したように、基板１１１上に、ｎ型ＤＢＲ層１１２，活性層１１３，電流狭窄層１１４，ｐ型ＤＢＲ層１１５を基板１１１側からこの順に積層する。

次いで、同じく図４に示したように、ｐ型ＤＢＲ層１１５の表面のうち所定の領域にマスク（図示せず）を形成したのち、例えばドライエッチング法によりｐ型ＤＢＲ層１１５，電流狭窄層１１４および活性層１１３を選択的に除去して柱状部１１６（メサ形状）を形成し、マスクを除去する。

続いて、同じく図４に示したように、水蒸気雰囲気中において高温で酸化処理を行い、柱状部１１６（メサ）の側面から電流狭窄層１１４を選択的に酸化する。これにより電流狭窄層１１４の外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となって電流狭窄領域１１４Ｂが形成され、中央の未酸化領域が電流注入領域１１４Ａとなる。

そののち、同じく図４に示したように、例えば蒸着法により、出射面１１０Ａすなわちｐ型ＤＢＲ層１１５の表面に、開口部１１７Ａを有するｐ側電極１１７を形成する。また、基板１１１の裏面にｎ側電極１１８を形成する。これにより、図１に示した面発光レーザ素子１１０が形成される。

面発光レーザ素子１１０を形成したのち、図５に示したように、例えばスピンコート法により、上述した樹脂材料を面発光レーザ素子１１０に塗布して樹脂層１２１Ａを形成し、フォトリソグラフィによる露光、現像および焼成を行う。これにより図６に示したように、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層１２１が形成される。

コア層１２１を形成したのち、図７に示したように、例えばスピンコート法により、上述した樹脂材料を面発光レーザ素子１１０に塗布して樹脂層１２２Ａを形成し、フォトリソグラフィによる露光、現像および焼成を行う。これにより図８に示したように、コア層１２１の周囲にクラッド層１２２を有する光導波路１２０が形成される。必要に応じて、図３に示したように、コア層１２１の先端に光学部品１３０を接着剤（図示せず）で接合してもよい。以上により、図１ないし図３に示した面発光レーザ装置が完成する。

なお、光導波路１２０を誘電体材料または半導体材料により構成する場合には、スピンコート法に代えて蒸着など他の方法により成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングしてもよい。

この面発光レーザ装置では、ｐ側電極１１７とｎ側電極１１８との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１１４により狭窄された電流が活性層１１３の利得領域である発光領域１１３Ａに注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光には誘導放出によって生じた光だけでなく、自然放出によって生じた光も含まれているが、素子内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長λ０でレーザ発振が生じ、波長λ０を含む光が出射面１１０Ａから外部へ出力される。

ここでは、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接、光導波路１２０が設けられ、そのコア層１２１の径は面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さくなっている。そのため、面発光レーザ素子１１０で発生した光は、出射して広がってしまう前に、すなわちニアフィールドパターンでまだ広がらない状態で、光導波路１２０のコア層１２１に入る。コア層１２１に入った光は、ニアフィールドパターンから広がらない状態のまま、コア層１２１を導かれ、次の光学部品１３０へ光結合される。よって、出射光の拡大が抑えられ、次の光学部品１３０への集光特性が向上する。

このように本実施の形態では、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層１２１を有する光導波路１２０を設けるようにしたので、出射光の拡大を抑え、次の光学部品１３０への集光特性を向上させることが可能となる。また、従来のように光出射面１１０Ａにレンズを設けることは不要となり、製造工程が簡素になると共に、レンズの曲率半径のばらつきによる焦点距離の変動がなくなり、所望の集光特性を確実に得ることが可能となる。

（変形例）
なお、上記実施の形態では、光導波路１２０がコア層１２１の周囲にクラッド層１２２を有し、コア層１２１とクラッド層１２２との屈折率差により光を閉じ込める場合について説明したが、図９および図１０に示したように、光導波路１２０は、クラッド層１２２を有さず、コア層１２１と空気との屈折率差により光を閉じ込めるものであってもよい。この場合も、図１１に示したように、光導波路１２０のコア層１２１の先端は、他の光学部品１３０に直接接合されていてもよい。本変形例の面発光レーザ装置は、上記実施の形態と同様にして図４ないし図６に示した工程により製造することが可能であり、その作用および効果も上記実施の形態と同様である。

以下、この面発光レーザ装置を備えた光素子集積装置について説明する。

（光素子集積装置の基本構成）
図１２は本発明の光素子集積装置１の基本構成を表したものである。この光素子集積装置１は、本体１０に対して光源（光素子）として、上記第１の実施の形態の面発光レーザ装置２０を一体化したものである。本体１０には第１光導波路１１が設けられ、この第１光導波路１１の光入射口１１Ａが本体１０の表面に露出している。面発光レーザ装置２０は、第１の実施の形態と同様に、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに第２光導波路１２０を有するものであり、この第２光導波路１２０の光出射口２０Ａが第１光導波路１１の光入射口１１Ａに接合されるよう反転して本体１０に搭載されている。

本体１０は、後述の近接場光を用いた記録ヘッドまたは熱アシスト磁気記録ヘッドに用いられるスライダなどの、第１光導波路１１による光導波機能以外に本来の機能（記録機能，記録再生機能等など）を有するものをいう。例えば、本来の機能として光データ信号処理を行う光送受信モジュールなども、本発明の本体に含まれるものである。

面発光レーザ装置２０は、第１の実施の形態と同様に、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに第２光導波路１２０を一体的に備えている。第２光導波路１２０は、第１の実施の形態と同様に、コア層１２１の周囲にクラッド層１２２を有し、これらコア層１２１とクラッド層１２２との屈折率差により光を閉じ込めるものである。この第２光導波路１２０は、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接一体的に設けられており、そのコア層１２１の径は、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターン（ＮＦＰ）と同等またはニアフィールドパターンよりも小さくなっている。これによりこの光素子集積装置では、面発光レーザ素子１１０の集光特性を向上させることが可能となる。

面発光レーザ素子１１０はまた、図１２には示していないが、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａと同一の面、すなわち面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａと同一の面に、一対の電極のうち少なくとも１つの電極（あるいは電極パッド）を有している。図１３（Ａ），（Ｂ）〜図１５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ具体的な電極配置例を表したものであり、いずれの態様も本発明に適用可能である。

図１３（Ａ），（Ｂ）の配置例は、２つの電極パッド２７（ｐ側電極２７Ａおよびｎ側電極２７Ｂ）を光出射面１１０Ａと同一面に設けたものである。ｎ側電極２７Ｂは基板２１に達するよう設けられた開口内に埋設されており、その表面がｐ側電極２７Ａと同一面に露出している。図１４（Ａ），（Ｂ）の配置例は、一方の電極パッド（ｐ側電極２７Ａ）を光出射面１１０Ａと同一面に、他方の電極パッド（ｎ側電極２７Ｂ）を基板２１の裏面に設けたものである。図１５（Ａ），（Ｂ）の配置例は、２つの電極パッド（ｐ側電極２７Ａ，ｎ側電極２７Ｂ）を共に基板２１の裏面に設けたものであるが、ｐ側電極２７Ａは基板２１の裏面から表面にかけて設けられた貫通電極により基板２１の表面に露出している。

この光素子集積装置１では、上記のように第２光導波路１２０の光出射口２０Ａを第１光導波路１１の光入射口１１Ａに直接（あるいは高屈折率接着剤を介して）接合させると共に、本体１０側の表面（光入射口１１Ａが形成された面）の面発光レーザ装置２０の電極（電極パッド）に対向する位置に対向電極（電極パッド）を設け、これら電極同士を直接に接続させるものである。これにより光の利用効率および生産効率が向上する。
なお、本明細書では、本体１０側の表面に設けた１または１組の電極を「第１電極」、面発光レーザ素子１１０の表面に設けた１または１組の電極を「第２電極」という。

以下、光素子集積装置の具体的な実施の形態（第２ないし第４の実施の形態）について説明する。

（第２の実施の形態）
図１６（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る光素子集積装置２を表したものである。この光素子集積装置２は本体としてのスライダ１０に面発光レーザ装置２０を搭載したものであり、図１６（Ａ）は面発光レーザ装置２０をスライダ１０に搭載する前の状態、図１６（Ｂ）は面発光レーザ装置２０を搭載したのちのスライダ１０の前方から見た状態をそれぞれ表している。なお、図１６は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。

スライダ１０は、例えばプラズモン磁気ヘッド（熱アシスト磁気記録ヘッド）に用いられるもので、下面１０Ａに磁気記録部（図示せず）を有すると共に内部に上面から下面にかけて前述の第１光導波路１１を有している。スライダ１０は例えばＡｌＴｉＣ（アルミニウム・チタニウム・カーボン）により構成されている。スライダ１０には支軸（図示せず）を介してアクチュエータが接続されており、支軸を中心として矢印Ａ方向（トラッキング方向）に回転可能となっている。スライダ１０の下方には回転可能な記録媒体Ｍが配置されている。スライダ１０に設けられた磁気記録部は、回転する記録媒体Ｍに対して浮上しながら相対的に移動可能となっている。

第１光導波路１１は、例えば、高屈折率材料からなるコア層を低屈折率材料からなるクラッド層で覆ったものである。コア層およびクラッド層の構成材料は、例えば、第１の実施の形態で説明した第２光導波路１２０のコア層１２１およびクラッド層１２２の構成材料と同様である。この第１光導波路１１をスライダ１０の内部に埋設することにより、面発光レーザ装置２０から出射されたレーザ光をスライダ１０を介して記録媒体Ｍに導くようになっている。これによりこのスライダ１０では磁気記録部による記録媒体Ｍへのデータの記録に先立ち、当該箇所を加熱して磁気記録のアシストを行うようになっている。

第１光導波路１１のコア層の寸法（径）は特に限定されないが、例えば２μｍないし８μｍ程度である。第１光導波路１１の形状は、特に限定されないが、例えば円柱または角柱などに調整することが可能である。

スライダ１０の表面には、後述の面発光レーザ素子１１０側の電極パッド２７（ｐ側電極２７Ａおよびｎ側電極２７Ｂ）に対向する位置に一組の電極パッド１２（１２Ａ，１２Ｂ）が設けられている。これら電極パッド１２Ａ，１２Ｂにはそれぞれ駆動配線１３Ａ，１３Ｂを介して駆動電源が供給され、これにより面発光レーザ装置２０が駆動され発光するようになっている。

面発光レーザ装置２０は、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに光導波路１２０を一体的に備えている。

面発光レーザ素子１１０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓよりなる基板２１上に、ｎ型ＤＢＲ層２２、活性層２３、電流狭窄層２４およびｐ型ＤＢＲ層２５を基板２１側からこの順に積層した構造を有している。活性層２３ないしｐ型ＤＢＲ層２５は円柱状の柱状部２６（メサ形状）となっている。

ｎ型ＤＢＲ層２２は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ１（λ０は発振波長、ｎ１は屈折率）のｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ２（ｎ２は屈折率）のｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）によりそれぞれ構成されている。

活性層２３は、例えばアンドープのＡｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３≦１）により構成されている。電流狭窄層２４は、中央に電流注入領域２４Ａを有し、電流注入領域２４Ａの外縁に電流狭窄領域２４Ｂを有している。電流注入領域２４Ａは、例えばｐ型Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ（０＜ｘ４≦１）により構成されている。電流狭窄領域２４Ｂは、例えばＡｌ２ Ｏ３ （酸化アルミニウム）を含んで構成され、柱状部２６の側面から電流狭窄層２４に含まれる高濃度のアルミニウム（Ａｌ）を酸化することにより得られるものである。すなわち電流狭窄層２４は電流を狭窄する機能を有し、活性層２３のうち電流注入領域２４Ａと対向する領域が発光領域１３Ａとなっている。

ｐ型ＤＢＲ層２５は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されたものである。この低屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ３（ｎ３は屈折率）のｐ型Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ０／４ｎ４( ｎ４は屈折率）のｐ型Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）によりそれぞれ構成されている。

ｐ側電極２７Ａは、例えばチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層した構造を有する。ｎ側電極２７Ｂは、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とをこの順に積層した構造を有している。

本実施の形態の面発光レーザ素子１１０は、図１３に示した電極配置構造、すなわち光出射面１１０Ａの両脇に、第２電極としてｐ側電極２７Ａおよびｎ側電極２７Ｂが配置された構造を有するものである。

第２光導波路１２０は、第１の実施の形態と同様に、コア層１２１の周囲にクラッド層１２２（いずれも図１６には図示せず、図１２参照。）を有し、これらコア層１２１とクラッド層１２２との屈折率差により光を閉じ込めるものである。この第２光導波路１２０は、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接一体的に設けられており、そのコア層１２１の径は、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターン（ＮＦＰ）と同等またはニアフィールドパターンよりも小さくなっている。これによりこの面発光レーザ装置では面発光レーザ素子１１０の集光特性を向上させることが可能となる。

この光素子集積装置２は、例えば次のようにして製造することができる。まず、第１の実施の形態と同様にして、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに第２光導波路１２０を有する面発光レーザ装置２０を形成する。その際、第２光導波路１２０のコア層１２１の径を、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターン（ＮＦＰ）と同等またはニアフィールドパターンよりも小さくする。次いで、面発光レーザ装置２０を反転し、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａを第１光導波路１１の光入射口１１Ａに接合する。また、第２電極（ｐ側電極２７Ａおよびｎ側電極２７Ｂ）を第１電極（電極パッド１２Ａ，１２Ｂ）に電気的に接続する。これにより、面発光レーザ素子装置２０がスライダ１０に搭載される。なお、この面発光レーザ装置２０のスライダ１０に対する位置決めおよび接合方法については後述の第３および第４の実施の形態の方法によることが望ましい。

本実施の形態の光素子集積装置２では、スライダ１０の駆動配線１３Ａ，１３Ｂおよび電極パッド１２Ａ，１２Ｂを通じて面発光レーザ素子１１０のｐ側電極２７Ａとｎ側電極２７Ｂとの間に所定の電圧が印加される。これにより電流狭窄層２４により狭窄された電流が活性層２３の利得領域である発光領域２３Ａに注入され、電子と正孔の再結合による発光が生じる。この面発光レーザ素子１１０で発生したレーザ光は第２光導波路１２０およびスライダ１０の第１光導波路１１を経て、スライダ１０の下方に配置された記録媒体Ｍに照射される。これにより磁気記録部による磁気記録に先立つ熱アシストが行われる。

ここでは、面発光レーザ素子１１０の光出射面に直接、第２光導波路１２０が設けられており、この第２光導波路１２０のコア層が、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さいので、面発光レーザ素子１１０で発生した光は、出射して広がってしまう前に、すなわちニアフィールドパターンでまだ広がらない状態で、第２光導波路１２０のコア層１２１に入り、更にスライダ１０側の第１光導波路１１へ入射される。よって、出射光の拡大が抑えられ、スライダ１０側の第１光導波路１１への集光特性が向上する。

また、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａがスライダ１０に設けられた第１光導波路１１の光入射口１１Ａに接合されているので、面発光レーザ素子１１０で発生したレーザ光は直接光導波路１１へ入射される。そのため光損失が低減され、光結合効率が更に向上する。

このように本実施の形態では、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに直接、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層１２１を有する第２光導波路１２０を設けるようにしたので、スライダ１０側の第１光導波路１１への集光特性を向上させることが可能となる。

また、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａをスライダ１０の光入射口１１Ａに接合させると共に、面発光レーザ装置２０側の第２電極（ｐ側電極２７Ａおよびｎ側電極２７Ｂ）をスライダ１０側の第１電極（電極パッド１２Ａ，１２Ｂ）に接続させるようにしたので、光損失を低減し、光結合効率を更に向上させることが可能となる。更に、光源として面発光レーザ素子１１０を用いるので、光出射口２０Ａと光入射口１１Ａとの位置合わせが容易になると共に、端面発光型レーザ素子のような劈開作業が不要となるため、ウエハ段階での検査が可能となる。よって、歩留まりおよび製造効率が向上する。

（第３の実施の形態）
図１７は本発明の第３の実施の形態に係る光素子集積装置３の断面構成を表したものである。この光素子集積装置３は、基本的には上記光素子集積装置２と共通するが、製造歩留り向上のために次の点において異なっている。すなわちこの光素子集積装置３では、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａは親水処理がなされた親水性領域３１Ａ、スライダ１０の光入射口１１Ａも同じく親水処理がなされた親水性領域３１Ｂとなっている。

一方、スライダ１０の表面の光入射口１１Ａを除く領域は疎水処理がなされた疎水性領域３２となっている。この疎水性領域３２は少なくとも光入射口１１Ａの近傍にあればよい。また、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａおよび第１光導波路１１の光入射口１１Ａは高屈折率接着剤３３によって互いに接合されている。電極パッド１２Ａとｐ側電極２７Ａ、電極パッド１２Ｂとｎ側電極２７Ｂとはそれぞれ低融点はんだ３４により接合されている。

親水性領域３１Ａ，３１Ｂは、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａおよび第１光導波路１１の光入射口１１Ａに対してそれぞれ例えば酸素プラズマ処理を施すことによって形成されるものである。

疎水性領域３２は、疎水性材料、例えば、パーフルオロアルカン系（ｎ−Ｃｍ Ｈ２ｍ−２）などのフッ素系溶剤を塗布することにより形成される。この疎水性領域３２は、ナノインプリント技術を用いることによって疎水性材料を第１光導波路１１の光入射口１１Ａ以外の領域に転写することによって形成するようにしてもよい。

高屈折率接着剤３３は後述のように硬化されたのちは第１光導波路１１の一部となり、面発光レーザ装置２０から出射されるレーザ光をスライダ１０の第１光導波路１１に入射させる機能を有している。この高屈折率接着剤３３としては、例えば光学屈折率が１．１以上を有するエポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂またはアクリル系樹脂が挙げられる。但し、エポキシ系樹脂は青色光によって劣化し、屈折率が１．３〜１．４であり、これに対してシリコーン系樹脂は屈折率１．５前後の高い特性を有するためシリコーン系樹脂を用いることが好ましい。また、各色光に耐性を有し、光学的な反射を抑えるため各材料の屈折率に近い屈折率を有する接着剤であれば、エポキシ系、シリコーン系またはアクリル系樹脂以外の樹脂を用いてもよい。

次に、図１８ないし図２０を参照してこの光素子集積装置３の製造方法について説明する。

まず、図１８（Ａ），（Ｂ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに第２光導波路１２０を有する面発光レーザ装置２０を形成する。その際、第２光導波路１２０のコア層１２１の径を、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターン（ＮＦＰ）と同等またはニアフィールドパターンよりも小さくする。次いで、同じく図１８（Ａ），（Ｂ）に示したように、スライダ１０の第１光導波路１１の近傍に一組の電極パッド１２Ａ，１２Ｂを形成したのち、これら電極パッド１２Ａ，１２Ｂ上に低融点はんだ３４を蒸着する。一方、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａおよびスライダ１０に形成された第１光導波路１１の光入射口１１Ａに対して、例えば酸素プラズマ処理による親水性処理を施すことにより親水性領域３１Ａ，３１Ｂを形成する。また、スライダ１０の表面の電極パッド１２Ａ，１２Ｂおよび光入射口１１Ａを除く領域に、例えばフッ素系溶剤を塗布することにより疎水性領域３２を形成する。

続いて、図１９（Ａ），（Ｂ）に示したように、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａに、その表面張力により中後部が盛り上がる形状をなすように熱硬化型の高屈折率接着剤３３を滴下する。そののち、図２０（Ａ），（Ｂ）に示したように、面発光レーザ装置２０を、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａが下になるように反転させ、スライダ１０の光入射口１１Ａに合うように軽く載せる。

このとき本実施の形態では、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａおよびスライダ１０の光入射口１１Ａに親水性領域３１Ａ，３１Ｂが形成される一方、光入射口１１Ａの周囲が疎水性領域３２となっている。これにより高屈折率接着剤３３の表面張力によって第２光導波路１２０２０の光出射口２０Ａとスライダ１０の光入射口１１Ａとが自動的に光路軸上で一致するようになる（図２１（Ａ），（Ｂ）、図２２（Ａ），（Ｂ））。ここに、図２１（Ａ），（Ｂ）はスライダ１０を正面から見た状態、図２２（Ａ），（Ｂ）は同じく横から見た状態を表し、各図において（Ｂ）は（Ａ）の要部（高屈折率接着剤３３）を拡大して表したものである。このとき電極パッド１２Ａ，１２Ｂおよびｐ側電極２７Ａ，ｎ側電極２７Ｂは、硬化前の高屈折率接着剤３３が不安定にならないように高屈折率接着剤３３の両サイドで面発光レーザ装置２０を支える役割を持つ。

このようにして第２光導波路１２０の光出射口２０Ａとスライダ１０の光入射口１１Ａとが光路軸上で一致したのち、高屈折率接着剤３３および電極パッド１２Ａ，１２Ｂに蒸着させた低融点はんだ３４に熱処理を施す。具体的には、１００〜１５０℃の温度で加熱して高屈折率接着剤３３を硬化させ、次いで、２００℃以上で加熱し、面発光レーザ装置２０のｐ側電極２７Ａ，ｎ側電極２７Ｂとスライダ１０の電極パッド１２Ａ，１２Ｂをそれぞれはんだ溶融により接合させる。これにより図１７に示した光素子集積装置３が形成される。

このように本実施の形態では、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａおよびスライダ１０の光入射口１１Ａに親水性領域３１Ａ，３１Ｂを形成すると共にスライダ１０の光入射口１１Ａの周囲に疎水性領域３２を形成したので、面発光レーザ装置２０をスライダ１０に搭載させる際に、高屈折率接着剤３３の表面張力によって自動的に光学的な位置合わせが行われ、精密な光学調整が可能となる。よって、より製造歩留りが向上する。

（第４の実施の形態）
図２３は、本発明の第４の実施の形態に係る光素子集積装置４の断面構成を表したものである。この光素子集積装置４は、上記光素子集積装置３の低融点はんだ３４に代えて、熱硬化型の導電性接着材３５を用いたものである。

導電性接着材３５としては、例えば、銀（Ａｇ）ペースト、Ａｇ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｎ等のはんだシートを挙げることができる。

次に、図２４ないし図２６を参照して、本実施の形態の光素子集積装置４の製造方法の一例について説明する。

まず、図２４（Ａ），（Ｂ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして、面発光レーザ素子１１０の光出射面１１０Ａに第２光導波路１２０を有する面発光レーザ装置２０を形成する。その際、第２光導波路１２０のコア層１２１の径を、面発光レーザ素子１１０のニアフィールドパターン（ＮＦＰ）と同等またはニアフィールドパターンよりも小さくする。次いで、同じく図２４（Ａ），（Ｂ）に示したように、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａおよびスライダ１０の光導波路１１に、それぞれ親水性領域３１Ａ，３１Ｂを形成すると共に、スライダ１０の電極パッド１２Ａ，１２Ｂおよび光入射口１１Ａを除く領域に疎水性領域３２を形成する。

続いて、図２５（Ａ），（Ｂ）に示したように、第２光導波路１２０の光出射口２０Ａに熱硬化型の高屈折率接着剤３３を滴下し、電極パッド１２Ａ，１２Ｂには導電性接着材３５を滴下する。そののち、図２６（Ａ），（Ｂ）に示したように、面発光レーザ装置２０を光出射口２０Ａが下になるように反転させ、光出射口２０Ａおよびｐ側電極２７Ａ，ｎ側電極２７Ｂを、対応するスライダ１０の光入射口１１Ａおよび電極パッド１２Ａ，１２Ｂに軽く載せる。

そののち、熱処理を施すことにより第２光導波路１２０の光出射口２０Ａとスライダ１０の光入射口１１Ａとを接合させると共に、電極パッド２７（ｐ側電極２７Ａ，ｎ側電極２７Ｂ）と電極パッド１２（電極パッド１２Ａ，１２Ｂ）とを接合させる。具体的には、１００〜１５０℃の温度で加熱し、高屈折率接着剤３３を硬化させたのち、１５０〜１６０℃程度（最高１８０℃）の温度で加熱することにより導電性接着材３５を硬化させる。これにより面発光レーザ装置２０およびスライダ１０を電気的および光学的に接合させる（図２３）。

このように本実施の形態では、導電性接着材３５を用いることにより、２００℃以下の低温の熱処理によって電極パッド２７と電極パッド１２とを接合させることができる。これにより、高屈折率接着剤３３の表面張力を利用した第２光導波路１２０の光出射口２０Ａとスライダ１０の光入射口１１Ａとの位置合わせを阻害することなく、電極パッド２７と電極パッド１２とを電気的に接合させることが可能となる。更に、光出射口２０Ａおよび光入射口１１Ａ、電極パッド２７Ａおよび電極パッド１２Ａ、電極パッド２７Ｂおよび電極パッド１２Ｂの３点で位置合わせを行うことにより、より精密な位置合わせが可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態においては本体１０として熱アシスト磁気記録ヘッドに用いられるスライダを例に挙げて説明したが、このほか、光送受信モジュールを用いることも可能である。

また、例えば、上記実施の形態では、面発光レーザ素子１０の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。

更に、例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料としてもよく、または他の成膜方法としてもよい。

加えて、例えば、上記実施の形態では、面発光レーザ素子１１０をＧａＡｓ系化合物半導体により構成した場合について説明したが、他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系（赤系）材料またはＡｌＧａＡｓ系（赤外系）や、ＧａＮ系（青緑色系）などにより構成することも可能である。

１〜４…光素子集積装置、１０…本体（スライダ）、１１…第１光導波路、１１Ａ…光入射口、１２…電極パッド（１２Ａ…ｐ側電極、１２Ｂ…ｎ側電極）、２０…面発光レーザ装置、２０Ａ…光出射口、２１…基板、２２…ｎ型ＤＢＲ層、２３…活性層、２４…電流狭窄層、２４Ａ…電流注入領域、２４Ｂ…電流狭窄領域、２５…ｐ型ＤＢＲ層、２６…柱状部、２７…電極パッド（２７Ａ…ｐ側電極、２７Ｂ…ｎ側電極）、２７Ｃ…開口部、３１Ａ，３１Ｂ…親水性領域、３２Ａ，３２Ｂ…疎水性領域、３３…高屈折率接着剤、３４…低融点はんだ、３５…導電性接着材、１１０…面発光レーザ素子、１１０Ａ…光出射面、１１１…基板、１１２…ｎ型ＤＢＲ層、１１３…活性層、１１４…電流狭窄層、１１４Ａ…電流注入領域、１１４Ｂ…電流狭窄領域、１１５…ｐ型ＤＢＲ層、１１６…柱状部、１１７…ｐ側電極、１１７Ａ…開口部、１１８…ｎ側電極、１２０…第２光導波路。

Claims (13)

1. 第１光導波路を有し、表面に前記第１光導波路の光入射口が露出すると共に第１電極を有する本体と、
   表面に前記第２電極を有する面発光レーザ素子、および前記面発光レーザ素子の光出射面に直接設けられ、前記面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する第２光導波路を有し、前記第２光導波路の光出射口が前記第１光導波路の光入射口に接合されると共に、前記第２電極が前記第１電極に接続された面発光レーザ装置と
   を備えた光素子集積装置。
2. 前記第２光導波路の光出射口および前記本体の光入射口は、高屈折率接着剤により接合されている
   請求項１記載の光素子集積装置。
3. 前記高屈折率接着剤は、光学屈折率が１．１以上のエポキシ系樹脂，シリコーン系樹脂またはアクリル系樹脂である
   請求項２記載の光素子集積装置。
4. 前記本体の光入射口に親水性領域、前記光入射口の周囲に疎水性領域をそれぞれ有する
   請求項１記載の光素子集積装置。
5. 前記第２導波路の光出射口に親水性領域を有する
   請求項４記載の光素子集積装置。
6. 前記本体は、近接場光を用いた記録ヘッドまたは熱アシスト磁気記録ヘッドに用いられるスライダである
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光素子集積装置。
7. 本体の表面に第１電極を形成すると共に前記表面に光入射口が露出するよう第１光導波路を形成する工程と、
   表面に前記第２電極を有する面発光レーザ素子の光出射面に直接、前記面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する第２光導波路を設けることにより、前記面発光レーザ素子の光出射面に前記第２光導波路を有する面発光レーザ装置を形成する工程と、
   前記面発光レーザ装置を反転し、前記第２光導波路の光出射口を前記本体の光入射口に接合させると共に、前記第２電極を前記第１電極に接続させる工程と
   を含む光素子集積装置の製造方法。
8. 前記第２光導波路の光出射口および前記本体の光入射口にそれぞれ親水性領域を形成すると共に、前記光入射口の周囲に疎水性領域を形成したのち、前記光出射口に高屈折率接着剤を滴下し、前記高屈折率接着剤を介して前記光出射口と前記光入射口とを接合させる
   請求項７記載の光素子集積装置の製造方法。
9. 前記疎水性領域をコーティング法またはナノインプリント技術による転写法により形成する
   請求項８に記載の光素子集積装置の製造方法。
10. 前記本体は、近接場光を用いた記録ヘッドまたは熱アシスト磁気記録ヘッドに用いられるスライダである
    請求項７ないし９のいずれか１項に記載の光素子集積装置の製造方法。
11. 面発光レーザ素子と、
    前記面発光レーザ素子の光出射面に直接設けられ、前記面発光レーザ素子のニアフィールドパターンと同等またはニアフィールドパターンよりも小さい径のコア層を有する光導波路と
    を備えた面発光レーザ装置。
12. 前記光導波路は、前記コア層と空気との屈折率差により光を閉じ込める
    請求項１１記載の面発光レーザ装置。
13. 前記光導波路は、前記コア層の周囲にクラッド層を有し、前記コア層と前記クラッド層との屈折率差により光を閉じ込める
    請求項１１記載の面発光レーザ装置。

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