JP2709631B2

JP2709631B2 - 光電磁気素子

Info

Publication number: JP2709631B2
Application number: JP19784289A
Authority: JP
Inventors: 光照木村; 真洋大坊
Original assignee: 光照木村
Priority date: 1989-07-29
Filing date: 1989-07-29
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH0362305A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、光電変換素子に光照射して生じた電流を薄
膜コイルに流すことによって、磁路に磁束を生じさせる
光電磁気素子に関するものである。

〈従来の技術〉従来、薄膜コイルや薄膜磁気ヘッド及び薄膜変成器
は、個別には開発されているが、これらのコイルに電流
を供給するための電源は、同一基板上に形成されておら
ず、個別に形成され、リード線で接続するするようにな
っていた。

〈発明が解決しようとする課題〉従来の薄膜磁気ヘッドや薄膜変成器のコイルには、簿
膜コイルに比べて長いリード線が接続されており、この
リード線は薄膜磁気ヘッドや薄膜変成器のインピーダン
ス特性に悪影響を及ぼすと共に、ノイズの原因にもなっ
ていた。また回転ヘッドでは、電磁誘導によって結合し
電流を供給する必要があることから、小型化が困難で多
ヘッド化するには限界があり、クロストークなどのノイ
ズ対策の問題があった。回転体や振動体に、薄膜ヘッド
や薄膜変成器、さらにICなどを組み込むとき、バッテリ
ーなどの電源をも一緒に組み込むことが可能であるが、
その重量のため、高速回転体または振動体に取り付ける
ことは困難である。本発明は、薄膜磁気ヘッドや薄膜変
成器とこれらに電力を供給する電源とを、同一基板上で
一体化させ、リード線の悪影響を除去し、高速回転体や
振動体にもこれらの薄膜磁気ヘッドや薄膜変成器を組み
込むことができるようにすると共に、元の信号源と電気
的に絶縁し、電磁誘導障害も除去できるようにした光電
磁気素子を提供することを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉上記目的を達成させるために本発明は、同一基板に光
電変換素子と薄膜コイルと磁路を形成し、その光電変換
素子に光照射することによって薄膜磁路に磁束を生じさ
せるようにしたものである。

基板は半導体でも磁性体でもよくまたそのいずれでな
くともよいが、特にシリコン（Si）やガリウムひ素（以
下GaAsと記す）などの半導体とした場合には基板中に光
電池などの光電変換素子となるPN接合を作ることがでる
ので都合がよい。基板を磁性体とした場合には、基板自
体を磁路として利用できる。基板を絶縁体とした場合に
は、薄膜コイル間あるいは薄膜コイルと磁路間の電気的
絶縁が簡単にできる。基板にSiやGaAsなどの単結晶を用
いた場合には、異方性エッチングにより、結晶固有の角
度を持つ非常に平坦な｛111｝面などの結晶面を容易に
得ることができ、この面を利用してくさび状の２面を形
成できる。このくさび状の２面上にそれぞれ立体的に接
近する磁路を形成して磁極部をそのくさび状の２面の陵
に形成すれば、磁極をはさむ両側の磁路の漏洩磁束を減
らすことができるので磁気ヘッドなどへの応用には好都
合である。

光電変換素子は光を熱に変換し起電力を発生させる、
いわゆる熱電堆のような熱電型でもよいが、光電池のよ
うにPN接合やPiN接合あるいはショットキー接合に光照
射することによって、接合が順バイアスされ起電力が発
生することを原理とするものが効率がよく、高周波で動
作するためには接合容量を小さくさせる方が好ましく、
表面には反射防止膜をつけるとよい。また電源用の光電
池または光電池とコンデンサを設け、更に光信号によっ
てコイルに流れる電流をスイッチングするフォトダイオ
ードや光電導体を設けて、同一基板上に電源用とスイッ
チング用の２種類の光電変換素子を設けることも可能で
ある。

薄膜コイルは電気抵抗率の小さい金属などを用い、形
状はジグザグ型、スパイラル型、ヘリカル型、マルチタ
ーン型、多層型などのいずれでもよく、巻数については
光電変換素子が発生する電流とコイルのインピーダンス
や必要な磁束などの関係から決めるとよい。薄膜コイル
は光電変換素子と電気的に接続し、光電変換素子に光照
射されることによって生じた電流が薄膜コイルに流れる
ようにする。

磁路は磁束効率を良くするために透磁率が大きく飽和
磁束密度が大きいものが良く、高周波特性の良い材料が
好ましい。磁路は薄膜コイルの中を通して設置し、コイ
ルに電流が流れることによって発生した磁束が磁路を有
効に通るようにする。

薄膜磁気ヘッドとする場合の磁路中の磁極部は、磁路
をくびれさせて断面積の非常に小さい部分を設けたり、
磁路に空隙または透磁率の小さい材質のものを挿入して
漏れ磁界が発生するようにする。磁極部は、磁気ヘッド
と磁気媒体が接するか、あるいは非常に接近し、磁気媒
体に書き込みを行う場所に設置する。

薄膜変成器とする場合では、光電変換素子と電気的に
接続されている方の薄膜コイル（以下１次コイルと記
す）と磁気結合する他の薄膜コイル（以下２次コイルと
記す）は、１次コイルと同様の構造でよいが、その巻数
は２次コイルの両端で発生させる電圧や、１次コイルの
巻数や１次側の入力電圧などで決める。２次コイルは磁
路がその２次コイルの中を通るように設置し、１次コイ
ルで発生した磁束が２次コイルの中を通るようにして１
次コイルと２次コイルの磁気結合を良くさせ、磁束が時
間的に変化した時に２次コイルに誘導電圧が発生するよ
うにする。

［作用］薄膜磁気ヘッドとした場合は、光電変換素子に光照射
すると、光電変換素子に起電力が発生し、直接薄膜コイ
ルに電流が流れるか、あるいはスイッチング用光電変換
素子を通って薄膜コイルに電流が流れて、その電流によ
って磁路に磁束が生じて磁極部で漏れ磁界が発生し、こ
の磁界によって磁気媒体に信号を書き込むことができ
る。

薄膜変成器とした場合は、光電変換素子に光照射する
と、上述の薄膜磁気ヘッドとした光電磁気素子と同様に
して１次コイルに電流が流れ、その電流によって磁路に
磁束が生じ１次コイルと磁気結合された２次コイルに磁
束の時間変化に応じた誘導電圧が生じる。

このように本発明の光電磁気素子は、ｐ−ｎ接合など
の光電変換素子と薄膜コイルなどが近接して形成される
ので、リード線のインピーダンスの影響が無視できるよ
うになり、薄膜コイルに供給する電力も非常に小型の光
電池や光電池とコンデンサの組み合わせから供給される
ので、元の信号源から電気的絶縁がなされ、かつ軽量な
ので、高速回転体などにも取り付けることが可能であ
る。

［実施例］実施例１本発明の光電磁気素子を磁気記録用の薄膜磁気ヘッド
として適用したときの一実施例を第1a,b図に示す。この
時の光電変換素子の一つの製作方法の概要を示すと次の
ようになる。抵抗率ρ＝0.01Ω・cmのｎ型基板上に抵抗
率ρ＝10Ω・cmのｎ型層をエピタキシャル成長させたSi
エピタキシャル基板１をウエット酸化し、厚さ0.5μｍ
のSiO₂膜２を形成する。公知のフォトリソグラフィ技術
によってオーミック接触用の高濃度ｎ型拡散層３を、燐
Ｐの不純物拡散によって深さ0.5μｍに熱拡散する。次
に高濃度ｎ型層拡散のマスクのSiO₂膜２をフッ酸によっ
て除去し、ドライ酸化によって厚さ0.4μｍのSiO₂膜2a
を形成し、それをマスクとして光電変換素子部４となる
ｐ型拡散層５をホウ素Ｂの不純物拡散によって深さ約0.
7μｍ拡散する。次に高周波スパッタリングによって厚
さ約0.5μｍのSiO₂膜2bを堆積して表面全体を保護し、
その上にスパッタリングによって磁路６となるパーマロ
イを厚さ約２μｍ堆積し、フォトリソグラフィ技術と化
学エッチによって下部磁路6aを形成する。パーマロイの
エッチングには例えば、塩酸、硫酸銅、蒸留水、エチル
アルコールの混合液からなるエッチング法を用いるとよ
い。次に高周波スパッタリングによってSiO₂膜2cを0.1
μｍの厚さに堆積して、下部磁路と上部磁路の間に磁気
抵抗の大なる領域７（磁極部）を形成するスペーサを設
ける。このスペーサの厚さが薄膜磁気ヘッドのギャップ
長となる。次にフォトリソグラフィー技術によってスペ
ーサに磁路接続穴８を設け、スパッタリングによってパ
ーマロイを堆積し下部磁路と同様にして上部磁路6bを形
成する。次にコイルの上側半分となる薄膜コイル９と下
部磁路6aとの電気絶縁を確実とするために高周波スパッ
タリングによってSiO₂膜2dを厚さ0.3μｍ堆積し、その
後フォトリソグラフィにより薄膜コイル９が高濃度ｎ型
拡散層３とｐ型拡散層５に電気的接続をするためのコン
タクトホールを設ける。次に薄膜コイルとなるAlをスパ
ッタリングによって厚さ約0.5μｍ堆積し、フォトリソ
グラフィー技術によって薄膜コイル９をパターン形成す
る。Alとシリコン基板とのオーミックを良くするために
420℃シンタリングを行い、最後に磁極先端部を研磨し
て磁気ヘッドを完成する。第1a,b図では示していない
が、光電変換素子の受光表面のSiO₂膜2b,2c,2dの厚み
を、使用光源波長に対して反射防止膜として作用するよ
うに膜厚を設定すれば、高効率の光電変換素子とならし
めることができる。また光源の波長によっては基板にGa
Asを用いることもできる。本実施例ではコイルの巻数は
１回で、その上側半分に薄膜コイルを設け下側半分はSi
エピタキシャル基板のｎ＋層を利用しているが、スパイ
ラルコイルなどの様に基板表面に形成して、基板をコイ
ルの一部として利用する必要のないものであっても構わ
ない。またコイルの巻数は何回巻であっても良いことは
もちろんである。

実施例２本発明の光電磁気素子を磁気ヘッドとして適用した場
合で、くさび状の２面の稜に磁極部を設けた場合の一実
施例を第2a,b,c図に示す。厚さ200μｍの｛100｝面のSi
エピタキシャル基板１を用い、実施例１と同様にして、
高濃度ｎ型拡散層３と光電変換素子部４となるｐ型拡散
層５を形成する。次に基板表面に高周波スパッタリング
によって厚さ0.3μｍのSiO₂膜2bを堆積する。その後、
ｐ型拡散層５を拡散する際のマスクSiO2aと同時に形成
された基板裏面のドライ酸化SiO₂膜2a′をエッチング
し、異方性エッチするためのマスクを設ける。次に基板
裏面からSi異方性エッチングを行う。ここで異方性エッ
チ液として、例えばKOH系を用いることができる。くさ
び状の斜面の角度は固有の角度である。異方性エッチの
終了後、異方性エッチによって現われた｛111｝面にお
ける基板１と下部磁路6aの間の電気的絶縁をするため
に、基板裏面から高周波スパッタリングにより厚さ0.3
μｍのSiO₂膜2eを堆積する。次に薄膜コイル９をｐ型拡
散層５と高濃度ｎ型拡散層３に電気的に接続するための
コンタクトホールを、フォトリソグラフィによりSiO₂膜
2a,2bに設ける。次に基板表面からAlを厚さ0.5μｍスパ
ッタリング堆積して薄膜コイル９を形成し420℃でシン
タリングを行い、その上に上部磁路6bと薄膜コイル９と
の電気的絶縁をとるためのSiO₂膜2dを、高周波スパッタ
リングによって厚さ0.3μｍ堆積する。次に上部磁路6b
と下部磁路6aとの磁気的結合を行うための磁路接続穴を
基板表面からフォトリソグラフィにより穴あけして、そ
れまでダイヤフラム状になっていたSiO₂膜2a,2b,2dを取
り除く。次にギャップ先端付近のSiO₂膜2a,2b,2dをエッ
チングすることによって磁極のギャップ長を0.2μｍに
調節し、磁極部となる磁気抵抗の大なる領域７を設け
る。次に基板表面から磁路６を形成するパーマロイをス
パッタリング法によって堆積形成し上部磁路6bを設け、
その後基板裏面全面にパーマロイをスパッタリングし下
部磁路6aを堆積する。ここで上下それぞれの磁路は、ダ
イアフラム状のSiO₂膜2a,2b,2dがくり貫かれたところで
つながる。上下磁路の接続を確実にするために裏面から
パーマロイをスパッタするときに基板をターゲットに対
して斜めに置いて回転させるとよい。最後にギャップ側
からギャップ先端まで研磨し完成させる。第2a,b,c図で
はスパイラルの複数巻コイルであるがジグザグコイルな
どを用いてもよく、基板にGaAsを使って異方性エッチを
利用したものでもよい。またここではくさび状の斜面を
得るのに単結晶の異方性エッチングを利用したが、プラ
ズマエッチングや機械的に研磨した斜面を利用したもの
などももちろんよい。

実施例３本発明の光電磁気素子を薄膜変成器とした場合の一実
施例を第3a,b図に示す。実施例１と同様にして高濃度ｎ
型拡散領域３と光電変換素子部４となるｐ型拡散層５を
形成する。次にSiO₂膜2bを高周波スパッタリングによっ
て厚さ0.3μｍ堆積させ、その後Alを0.5μｍの厚さにス
パッタリングし、フォトリソグラフィによって下部薄膜
コイル9aを形成する。次に下部薄膜コイル9aと磁路６の
間の電気的絶縁をとるためのSiO₂膜2dを高周波スパッタ
リングにより厚さ0.3μｍに堆積する。次にパーマロイ
をスパッタリングにより厚さ２μｍに堆積し、フォトリ
ソグラフィによって磁路６を設け、次にその上に磁路６
と上部薄膜コイル9bとの電気絶縁をとるためにSiO₂膜2
d′を高周波スパッタリングによって厚さ0.3μｍ堆積す
る。次に上部薄膜コイル9bと下部薄膜コイル9aとの間
と、上部薄膜コイル9bと高濃度ｎ型拡散層３とｐ型拡散
層５との間の電気的接続をするためのコンタクトホール
をSiO₂膜2a,2b,2d,2d′のエッチングによって形成し、
その後その上に厚さ0.5μｍのAlをスパッタリングによ
って堆積する。次にAlをフォトリソグラフィによってパ
ターン化し上部薄膜コイル9bを設け、下部薄膜コイル9a
の上に堆積しているSiO₂膜2d,2d′を取り除きそこから
電極をとるために、SiO₂エッチングをして下部コイル露
出領域10を形成し完成する。第3a,b図には示していない
が薄膜変成器の１次コイルあるいは２次コイルに接続す
るICをモノリシックに構成することもできる。例えば２
次側に整流器を設けると直流電源を得ることができる。
また磁路を形成している磁性材料を適当に選び、磁性体
の非線形を利用したパルスジェネレータや磁気増幅器を
形成することも可能である。

［発明の効果］本発明の光電磁気素子は上述のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。

磁気ヘッドとして適用した場合は次のようになる。信
号源とコイルを電気的に絶縁できるので、磁気媒体から
誘導されて発生する誘導雑音が信号源側に返ってくるこ
とがなく、書き込み信号との干渉をなくすることができ
る。また薄膜磁気ヘッドのコイルに比べて非常に長く高
周波伝送に悪影響を与えていたリード線をなくすことが
でき、薄膜磁気ヘッド本来の高周波特性を活かすことが
できる。また信号を光信号で十分な強度で供給できる場
合には、光ファイバなどを通して信号を伝達し、磁気媒
体のすぐ近くで本発明の光電磁気素子により、簡単に磁
気信号に変換できる。更に回転ヘッドに適用した場合に
は、信号を細く集光させた光で供給できることから、ヘ
ッドの小型化が容易で多ヘッド化に好都合であり、無誘
導のため多ヘッド化によるクロストークなどのノイズの
問題をなくすことができる。

変成器として適用した場合は次のようになる。薄膜変
成器の１次コイルに比べて非常に長く高周波伝送に悪影
響を与えていたリード線をなくすることができる。光電
池などの光電変換素子の出力電圧を昇圧させるなどして
任意に設定でき、ICなどの駆動に十分な電圧を得ること
ができる。また整流器と組み合わせることによって、元
の信号源と電気的に絶縁した状態で任意の電圧の直流電
源を作ることもできる。

【図面の簡単な説明】

図1aは光電磁気素子を磁気ヘッドとして適用した場合の
磁気ヘッド平面図で、図1bはそのＡ−Ａ′断面図であ
る。図2aは磁気ヘッドとして適用した場合で、磁極部を
くさび状２面の稜に設けたものの平面図で、図2bはその
Ｂ−Ｂ′断面図であり、図2cはＢ−Ｂ′断面の拡大図で
ある。図3aは変成器として適用した場合の平面図で、図
3bはＣ−Ｃ′断面図である。１……基板（Siエピタキシャル基板）,2a,2a′,2b,2c,2
d,2d′,2e……SiO₂膜,3……高濃度ｎ型拡散層,4……光
電変換素子部,5……ｐ型拡散層,6,6a,6b……磁路,7……
磁極部となる磁気抵抗の大なる領域,8……磁路接続穴,
9,9a,9b……薄膜コイル,10……下部コイル露出領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一基板に光電変換素子と薄膜コイルと磁
路を形成し、前記光電変換素子に光照射することによっ
て生じた電流を、前記光電変換素子に接続された前記薄
膜コイルに流し、該薄膜コイル中を通る前記磁路に磁束
を生じせしめるようにしたことを特徴とする光電磁気素
子
【請求項２】請求項１記載の光電磁気素子の磁路の一部
に、磁気抵抗の大なる領域から成る磁極部を設たことを
特徴とする光電磁気素子
【請求項３】請求項１記載の光電磁気素子の磁路に、前
記薄膜コイルと磁気結合する少なくとも１つの薄膜コイ
ルを前記薄膜コイルの他に設置して変成器とした光電磁
気素子