JP4211111B2

JP4211111B2 - 光ヘッド

Info

Publication number: JP4211111B2
Application number: JP01023899A
Authority: JP
Inventors: 博行山崎; 智子宮浦
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP2000215499A; US6252833B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド、特に、光記録媒体への高密度光記録／読取りに用いられる光ヘッドに関する。
【０００２】
【発明の背景】
近年、光学的に情報を記録／読取りする光メモリの分野においては、コンピュータの高速化やマルチメディアの発達に伴い、より大容量の情報を記録できる、即ち、記録密度の著しく向上した光ヘッドが望まれ、近接場光記録技術が提案されている。レーザ光を用いた従来の光メモリにおいて、記録密度は光の回折限界で上限が決まり、光の波長程度（約数１００ｎｍ）のマークしか記録／読取りができなかった。近年提案されている光の近接場光現象を用いた光メモリでは、光の波長以下の微小開口を有するプローブやSolid Immersion Lens（固浸レンズ）を用いて記録媒体（光ディスク）に対して光ヘッドと記録媒体との間隔を数１０ｎｍまで近づけた状態で記録／読取り用の光を照射することで、光の回折限界を超えて数１０ｎｍという小さなマークを信号として書き込み、読み取ることが可能である。
【０００３】
【従来の技術と課題】
ところで、近接場光を用いて記録媒体上の情報を読み取る場合は、記録層で伝搬光に変換された反射光を検出するのであるが、近接場光は本来的に光の利用効率がかなり低く、効率よく反射光を検出する必要がある。
【０００４】
読取り用の反射光の検出技術としては、特開平５−１６４９６８号公報に、微小開口アレイと光電アレイを一体的に形成したニアフィールド顕微鏡が記載されている。また、Applied Physics Letter No．６８，p５７９（１９９６）に、光検出器を一体的に組み込んだ集積化プローブが記載されている。しかしながら、これらの検出技術をもってしても、必ずしも好ましい検出効率を得ることができていないのが現状である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、読取り用の反射光を効率よく検出することのできる近接場光現象を利用した光ヘッドを提供することにある。
【０００６】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る光ヘッドは、近接場領域の近傍に位置する半導体基板に近接場光発生手段である固浸レンズが保持されており、記録層からの反射光を検出する光検出素子が前記半導体基板の裏面側であって前記固浸レンズの周囲に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明において、記録層の情報を読み取るには、記録層で伝搬光に変換された反射光を光検出素子で読み取る。光検出素子は半導体基板の裏面側であって固浸レンズの周囲に形成されているために記録層に極めて近く、従来よりも効率的に反射光を検出することができる。しかも、光検出素子は半導体材料からなる基板に一体的に形成したため、スペース効率がよく、光ヘッドの軽量化に大きく寄与することになる。
【０００８】
さらに、光検出素子は通常の半導体プロセスで製作することができ、量産性に優れている。この点で、光検出素子としては、半導体基板にフォトダイオードを形成することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施形態】
以下、本発明に係る光ヘッドの実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態、図１〜図４参照）
図１において、１は記録媒体、５は光ヘッドを示す。記録媒体１は基板２上に記録層３を形成したもので、回転駆動軸４を中心に回転駆動可能とされている。なお、記録媒体１の構成は任意である。
【００１１】
光ヘッド５は、シリコン基板９に微小開口１５を形成して近接場光発生手段としたものである。図示しない光源（レーザダイオード、発光ダイオード等が用いられる）から放射されて平行光にコリメートされた波長λの光が、ミラー７を介して結像レンズ６に入射する。この入射光は、図２に示すように、角度θ１で微小開口１５に集光される。
【００１２】
微小開口１５の開口径は波長λ以下に形成されているため、近接場光が記録媒体１側に浸み出る。記録媒体１と微小開口１５は、その間隔が波長λ以下（０．０５〜０．１μｍ程度）とされ、近接場光が浸み出る領域に近接されている。従って、近接場光が微小開口１５の開口径とほぼ同じスポットで記録層３を照射し、記録ピット３ａを形成する。微小開口１５の開口径が０．１μｍの場合、近接場光のスポット径（記録ピット３ａの径）は約０．１μｍであり、このときの記録密度は約５０ＧBit／inch²となり、非常に高密度での記録が達成される。
【００１３】
一方、読取り時には、前記記録時と同様に、近接場光が微小開口１５から記録層３に照射され、記録層３で伝搬光に変換されて反射する。この反射光を以下に詳述するフォトダイオード１０で検出し、記録ピット３ａに対応する再生信号を得る。この読取り時において、フォトダイオード１０は反射面、即ち、記録層３に極めて近接しているため、光量の損失が少なく、ＳＮ比の高い良好な再生信号が得られる。
【００１４】
以下、フォトダイオード１０の構成及び製作プロセスについて説明する。
このフォトダイオード１０は、図２に示すように、シリコン基板９とボロン注入層１４とで構成されるｐｎ接合型であり、シリコン基板９には電極１１，１２が形成されている。
【００１５】
製作プロセスは図４に示すとおりである。まず、厚さ２００μｍのｎ型シリコン基板９に異方性エッチングによって角度θ２（図２参照）が約６０°、開口径が０．１μｍの微小開口１５を形成する。
【００１６】
次に、基板９の裏面に熱酸化法によってＳｉＯ₂の絶縁膜１３を０．０２μｍの厚さに形成し、この絶縁膜１３に微小開口１５を中心とする円環状の凹部１３ａをパターニングする。凹部１３ａは内径が２μｍ、外径が１０μｍである。さらに、凹部１３ａにイオン注入法によってボロンを深さ０．２μｍまで注入し、ボロン注入層１４を形成する。これにて、ｐｎ接合型のフォトダイオード１０が形成されたことになる。
【００１７】
電極１１は、アルミニウムを厚さ０．０３μｍでパターニングしたもので、ボロン注入層１４上に形成された円環部１１ａと、絶縁膜１３上に形成された引出し部１１ｂとからなる（図３参照）。いま一つの電極１２は、基板９上にアルミニウムで０．０３μｍの厚さにスパッタリングで形成する。この電極１２は基板９の上面から微小開口１５の先端部にまで延在されている。
【００１８】
最後に、基板９の裏面側にＳｉＯ₂を０．０１μｍの厚さにＣＶＤ法によって成膜し、保護膜１７を形成する。
【００１９】
（第２実施形態、図５〜図７参照）
本第２実施形態である光ヘッド２５は、図１に示した第１実施形態の光ヘッド５と基本的には同様の構成を有し、フォトダイオード３０の電極３１，３２の形状が前記電極１１，１２とは異なっている。従って、図５〜図７においては第１実施形態と同じ部材に同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
図５、図６に示すように、電極３１はボロン注入層１４から絶縁膜１３上をストレートに延在している。電極３２は、ボロン注入層１４の外側にシリコン基板９に接して形成された略円環部３２ａと、絶縁膜１３上に形成された引出し部３２ｂとからなる。
【００２１】
その製作プロセスは図７に示すとおりである。ｎ型のシリコン基板９に微小開口１５を形成する工程、基板９の裏面に絶縁膜１３を形成し、凹部１３ａをパターニングする工程、凹部１３ａにボロン注入層１４を形成してｐｎ接合型のフォトダイオード３０とする工程は数値を含めて前記第１実施形態と同様である。但し、第２実施形態において、凹部１３ａの外径は５μｍとされている。内径は第１実施形態と同様に２μｍである。
【００２２】
さらに、前記絶縁膜１３をパターニングして、内径が６μｍで外径が１０μｍの凹部１３ｂを形成する。この凹部１３ｂは図６に示すように電極３１の近くで欠損した略円環状とされている。
【００２３】
電極３１はアルミニウムを用いてボロン注入層１４から絶縁膜１３上をストレートにパターニングする。電極３２は、前記凹部１３ｂから絶縁膜１３上をアルミニウムを用いてパターニングし、略円環部３２ａ及び引出し部３２ｂを形成する。最後に、基板９の裏面側に保護膜１７を成膜する。
【００２４】
なお、本第２実施形態における近接場光による記録／読取りは前記第１実施形態と同様であり、フォトダイオード３０によって読取り時の反射光を効率的に検出できる作用効果も同様である。特に、第２実施形態においては、電極３１，３２を同一工程で形成できる利点を有している。
【００２５】
（第３実施形態、図８〜図１０参照）
本第３実施形態である光ヘッド４５は、近接場光発生手段として固浸レンズ５５を用いたものであり、固浸レンズ５５はシリコン基板９の開口５６に装着されている。
【００２６】
固浸レンズ５５は、高屈折率物質からなる周知のもので、略半球面から入射した光が底の平面に集光され、近接場光として浸み出る。近接場光が浸み出る領域は、入射光の波長λの１／４以下の領域であり、記録媒体１と固浸レンズ５５は近接場領域に近接されている。
【００２７】
固浸レンズ５５の屈折率をｎとすると、レンズ５５中で入射光の波長は１／ｎとなり、結果的に結像レンズ６の開口数ＮＡがｎ倍されたことになる。即ち、入射光の波長λが０．６３μｍ、固浸レンズ５５の屈折率ｎが１．８、入射角度θ１が３７°の場合、近接場光のスポット径（記録ピット３ａの径）は約０．２９μｍであり、このときの記録密度は約６Ｇbit／inch²と非常に高密度になる。
【００２８】
一方、本第３実施形態において、シリコン基板９は固浸レンズ５５のホルダとして機能するが、その構成は図２、図３に示した第１実施形態の基板９と同一であり、製作プロセスも図４に示したとおりである。従って、フォトダイオード１０の作用効果も第１実施形態と同様である。
【００２９】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る光ヘッドは前記各実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３０】
特に、各実施形態で示したｐｎ接合型のフォトダイオードは円形以外にも角形等種々の形状に製作することができる。微小開口の形状も同様に角形である必要はなく、円形であってもよいことは勿論である。
【００３１】
また、製作プロセスとしては、基板にフォトダイオードを製作した後に、電子ビームやレーザビームを用いて開口を形成してもよい。この場合は、開口形成時にフォトダイオードが短絡しないように考慮する必要がある。
さらに、光検出素子は必ずしもフォトダイオードである必要はなく、開口の近傍に素子材料を設けて製作した光電変換素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である光ヘッドの概略構成図。
【図２】第１実施形態である光ヘッドの詳細を示す断面図。
【図３】第１実施形態である光ヘッドの底面図、保護膜は省略されている。
【図４】第１実施形態でのフォトダイオードの製作プロセスを示す説明図。
【図５】本発明の第２実施形態である光ヘッドの詳細を示す断面図。
【図６】第２実施形態である光ヘッドの底面図、保護膜は省略されている。
【図７】第２実施形態でのフォトダイオードの製作プロセスを示す説明図。
【図８】本発明の第３実施形態である光ヘッドの概略構成図。
【図９】第３実施形態である光ヘッドの詳細を示す断面図。
【図１０】第３実施形態である光ヘッドの底面図、保護膜は省略されている。
【符号の説明】
１…記録媒体
５，２５，４５…光ヘッド
９…シリコン基板
１０，３０…フォトダイオード
１１，１２，３１，３２…電極
１５…微小開口
５５…固浸レンズ

Claims

近接場光発生手段を備え、記録媒体に対して情報の記録／読取りを行う光ヘッドにおいて、
近接場領域の近傍に位置する半導体基板に近接場光発生手段である固浸レンズが保持されており、記録層からの反射光を検出する光検出素子が前記半導体基板の裏面側であって前記固浸レンズの周囲に形成されていること、
を特徴とする光ヘッド。
前記光検出素子は、前記半導体基板に形成されたフォトダイオードであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。