JP5085988B2

JP5085988B2 - 光素子集積ヘッドの製造方法

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Inventors: 淳一郎清水; 正人宍倉
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Description

本発明は、光素子集積ヘッドに関し、特に、高記録密度の情報記録装置、光記録媒体と記録媒体にレーザ光によって書き込む手段を備えた光記録装置、および磁気記録媒体と記録媒体に磁界によって書き込む手段および記録媒体をレーザ光によって加熱する手段を備えた光・磁気ハイブリッド記録装置における記録媒体へレーザ光を導く構造を備えた光素子集積ヘッドに関する。

近年の情報化社会の発展にともない、音声や映像のデジタル化および高質化が進み、インターネットのデータ通信量が著しく増加している。これにともない、サーバ等に蓄積される電子データ量が増加し、情報記録システムの大容量化が求められている。情報記録装置の１つとして、コンピュータ等に装着されている光ディスクおよび磁気ディスク装置には、装置を大型化することなく膨大な情報を蓄積するために高記録密度化が求められている。高密度化は、記録ビットサイズの微小化を意味する。

光ディスクでは、レーザ光の光スポットをレンズによりビットサイズに絞りこむ方法が用いられる。スポットサイズの微細化にはレーザ光の短波長化が有効である。光をレンズで集光した最小スポット径は、波長と集光に用いるレンズの開口数の比で表され、波長が短いほど高密度化に有利になる。しかし、レーザ光の短波長化による小スポット化では高密度化に限界があり、Tb/in²級の記録密度で求められるビットサイズには、より小さな光スポットが必要である。この問題を解決するために、レンズによる集光ではなく、記録媒体とヘッドの距離を狭め、近接場光を利用したスポットサイズの微細化が検討されている。
磁気ディスク装置の高記録密度化を実現するためには、記録媒体とヘッドの距離を狭め、磁気記録媒体の磁性膜の結晶粒径を微細化することが必要である。磁気記録媒体において、結晶粒径を微細化することは、粒子が熱的に不安定になるという問題をともなう。結晶粒径を微細化して同時に熱安定性を確保するためには、保磁力を大きくすることが有効である。保磁力の増加により、記録に必要なヘッド磁界強度の増加が必要となる。
しかし、記録用ヘッドに使われる磁極材料の物性及び、磁気ディスクとヘッドの距離を狭めることに限界があることから、高記録密度化にともなって保磁力を増大させることは困難である。

上記の問題を解決するために、光記録技術と磁気記録技術を融合したハイブリッド記録技術が提案されている（非特許文献１を参照）。記録時に印加磁界発生と同時に媒体を加熱して、媒体の保磁力を低減させる。これにより、従来の磁気ヘッドでは記録磁界強度が不足して記録が困難であった高保磁力の記録媒体にも記録が容易になる。再生は、従来の磁気記録で用いられている磁気抵抗効果を用いる。このハイブリッド記録方法を熱アシスト磁気記録または光アシスト磁気記録と呼ぶ。ここで、光による加熱機構は、従来の光記録で用いられているレーザ光をレンズにより絞りこむ方法を用いることができる。しかし、磁気ディスク装置の高記録密度化には、光ディスクと同様に、従来の方法では絞れるスポット径に限界がある。これを解決する方法として、光ディスクと同様、近接場光を利用する方法が提案されている。

近接場光を用いた光記録、熱アシスト磁気記録は、レーザ光源が発生したレーザ光を記録ヘッドに導き、近接場光を発生させる機能を有する素子（以下、近接場光発生素子）を用いて光スポット径を記録に適した大きさと形に変換して使用する。通常、レーザ光源には、ディスクドライブのパッケージ内で使用する必要性から、レーザ光源の中でも小型で低消費電力の半導体レーザダイオード（以下LDという）が用いられる。
光記録、熱アシスト磁気記録ともに、記録に適した十分な光強度が必要である。光記録では、ビットを構成する材料の材質を変化させるのに必要な光強度であり、熱アシスト磁気記録では、記録媒体の磁化反転を容易にさせるのに十分に保磁力を低下させるための加熱に必要となる光強度である。

半導体レーザが発生する光出力は、現在の光記録用光源として最も普及している波長帯である780nm波長帯および650nm波長帯では、通常30-100mW程度である。この光出力が記録媒体表面に到達するまでには光学損失が生じ、数mW程度になる。Tb/in²以上の記録密度を実現する近接場を用いた光記録装置、熱アシスト磁気記録装置で使用する用途でも、記録媒体表面では同程度の光出力が必要とされる。

近接場光発生素子は、比較的大きなスポットサイズの光を、表面プラズモン共鳴現象を用いて非常に小さなスポットサイズの光を発生する素子である。Tb/in²級の記録密度では、1ビットの大きさは数十nmであり、近接場光発生素子の大きさは数百nm程度である。
LD素子の発生した光を近接場光発生素子に導くためには光学部品が使用される。LD素子が発生した光を近接場光発生素子に導くまでに光学損失が生じ、さらに、導波路やレンズで絞られる光のスポットサイズは近接場発生素子の大きさに比べて大きく、近接場発生素子に入射する光のうち近接場光に変換されるのは、入射した光の数〜十数パーセント程度である。したがって、LD素子には、記録媒体に到達するまでに生ずる光損失を考慮して十分な光出力が必要とされる。しかし、半導体LD素子の発生できる光強度は無限に大きくできるわけではなく、LD素子の定格である一定の駆動電流や消費電力で発生する光出力の中で駆動しなければならない。

LD素子で発生したレーザ光を近接場光発生素子に導く光学部品は、反射ミラー、レンズ、光導波路などである。LD素子が発生した光は、光路に配置された光学部品を伝播して近接場光発生素子、またその先の記録媒体に到達する。光路を通過する途中に光強度は減衰し、LD素子の発生した光出力の数〜数十分の一になる。光強度の減衰の主な原因は、光学部品内を伝搬するときの吸収損失や散乱損失、および光学部品を接続したときに生ずるミスアライメント（光軸の位置ずれやスポットサイズの違い）に起因する結合損失等である。これらの光損失を総称して伝播損失と呼ぶことにする。

記録に必要な十分な光強度を得るには、LD素子が発生する光強度を大きくするか、伝搬損失を低減することが必要になる。LD素子の光出力を大きくするためには、LD素子の大電流での駆動が必要になり、LD素子の高出力化が必要である。しかし、LD素子が発生する光強度には限界があるため、LD素子の光強度ばかりを大きくすることは現実的でない。なぜなら、一般的にLD素子の高出力化は素子の大型化をともなうからである。大型化は、LD素子の消費電力、発熱の著しい増大を招く。したがって、半導体レーザから発生した光を効率よくヘッド先端まで導く、つまり伝播損失を低減することがキーテクノロジーとなる。

Hideki Saga, et al.,"New Recording Method Combining Thermo-Magnetic Writing and Flux Detection", Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.38(1999), p.1839-1840

LD素子が発生した光を効率よくヘッド先端まで導くためには、光学部品の内部で生ずる光学損失、および光学部品の接点において生ずる結合損失を少なくすることが求められる。光学部品内部で生ずる光学損失は、その部品を構成する材料の特性による光の吸収や散乱に起因する。光学部品の接点で生ずる結合損失は、光学部品同士のもつ光フィールド形状の不整合や、光学部品を接合する際に生ずる光軸方向の距離や光軸に垂直方向の部品同士の位置ずれが主な要因である。前者の光損失を低減するには、低散乱で低吸収の材料の使用や部品の小型化による光学距離の低減、後者の結合損失を低減するためには、部品の持つ光フィールドの大きさおよび形状のマッチング、部品の軸方向や横方向の光軸ずれの防止が必要である。光学損失を低減すれば、LD素子に必要とされる光出力が小さくなり、記録に必要な光出力が得られる。さらに、LD素子の小型化、低消費電力化が実現でき、その結果、LD素子の大きさに起因する制限が少なくなり、LD素子の配置などの設計の自由度が増す。

LD素子が出射するレーザ光のスポットサイズは、一般に出射面で1〜2μm程度であり、出射面から離れるほど拡大するため、そのままでは記録ビットに対して大きすぎる。スポットサイズと形状を変換するためには、近接場光発生素が必要である。LD素子から近接場光発生素子まで光部品を用いる以上、伝播損失を皆無にすることは難しく、材料選択やアライメント技術だけで低減できる光損失には実現上の限界がある。さらに、光記録ヘッドや磁気記録ヘッドそのものがこれらの光学部品に対して小さく、光学部品を配置する際に部品そのものの大きさや光学系に必要なトレランスに起因する実装上の制限が存在し、伝播損失を小さくする構成を実現しにくい。

したがって、光学部品の数量を減少させることが、光源から記録媒体までに生ずる伝播損失の減少を実現し、同時に実装の制限を解決する最良の方法である。よって、光源であるLD素子をヘッド近傍に配置し、LD素子とヘッドの間に光学部品を用いずにヘッド部に結合させることが望ましい。つまり、LD素子はヘッド上に集積することが伝播損失を最小にする方式の一つである。

しかし、特にハードディスクに代表される磁気ディスクでは、記録用ヘッドの主要部品である先端部の大きさは一辺が数百μm程度の直方体であり、その大きさはLD素子の大きさと同じオーダーである。したがって、光源であるLD素子をヘッドに実装する場合の配置には、LD素子の大きさに起因する実装上の制限が存在する。
近接場光を用いた光ヘッドや磁気ヘッドの場合、LD素子の大きさはヘッドに対して同じオーダーであるため、高速に回転するディスクの上に浮上するヘッドに不用意にLD素子を実装することは、ヘッドの動作に影響を与えかねない。LD素子以外の光学部品をヘッドに実装する場合も同様である。現在、磁気記録に用いられる主要部品であるスライダと呼ばれるヘッド先端部の部品の大きさは、長さと幅が1000μm以下、厚さは300μm程度である。さらに今後、ヘッドの小型化が進み、スライダの長さ、幅、厚さともにさらに小さくなることが予想される。

前述のように、スライダと搭載するLD素子の大きさのオーダーに違いはなく、LD素子を直接スライダに実装する方式では、LD素子の実装の形態はヘッド全体の形状に影響する。最も普及しているLD素子である端面発光型LD素子の形状は直方体であり、光の出射方向は、LD素子の共振器方向である長さ方向である。したがって、通常、LD素子の光をスライダ下部に設けられた近接場発生装置に導くためには、LD素子の長さ方向を記録媒体の存在する平面に対して垂直になる方向に実装することになる。

一般的な記録用半導体用端面発光型レーザダイオード素子の大きさは、長さが500-1500μm程度、幅が200〜400μm程度、厚さが約100μm程度である。LD素子の長さは共振器の長さを意味し、LD素子が発生できる最大光出力と密接な関係がある。
LD素子の共振器の長さはスライダの厚さと比較して数倍である。一方、スライダは回転する記録媒体に対して微小間隔を保って浮上する。これにより、スライダと媒体との位置関係を平行に保つ構造である。10,000rpmを越えるディスクの回転速度においても、空気力学的に安定に浮上するスライダの形状は精密につくられている。スライダ上にLD素子を共振器が記録媒体に垂直になる方向に実装すると、LDを搭載したヘッド全体の形状は、縦方向が最も長い構造となる。この実装方法ではヘッドの媒体に対する浮上の不安定化につながるばかりか、ヘッドの可動しうるスペースを制限することになる。

共振器長が100μm程度の短共振器のLD素子を用いれば、前記問題を解決できる可能性がある。しかし、共振器の長さを短くすると、発生しうる光出力の最大値が小さくなるというトレードオフの関係がある。よって、端面発光型LD素子を短共振器化すると、一般的に用いられる記録用LD素子のような十分な光出力が得られない。また、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)のような面発光型LD素子では、端面発光型LDに対して共振器長を著しく短くすることができるが、短共振器の端面発光型LD素子と同様、LDから出射される時点の光出力で、せいぜい数mWの光出力しか得ることができないため、記録に必要な光出力としては極めて不十分である。したがって、短共振器化のアプローチは、目的には不適切であると言える。

前述したようにスライダは直方体の形状をしており、媒体に垂直な方向と比較して媒体に平行な方向は長い。したがって、スライダ上に共振器を媒体に平行にして実装することは、垂直にして実装するより比較的容易であり、ヘッドの浮上特性や可動性に与える影響は小さい。しかし、LD素子は共振器方向に光を出射するため、水平方向に出射された光の進行方向を約90度回転し、スライダ先端の近接場発生素子へ導くための光学構造を必要とする。光の方向を短距離で約90度回転させるためには、プリズムなどガラス系の材料の光学ミラーを用いるのが一般的である。

スライダには浮上面に近接場光発生素子が設けられ、反射ミラーで進行方向を回転された光を入射させる必要がある。スライダ上部からスライダ下部の近接場光発生器まで光を導く方式には、レンズを用いて、近接場光発生素子に集光する方式と、光導波路を用いる方式である。その中では高効率にレーザ光を近接場光発生器に集約できるのは光導波路を用いた方法であろう。光導波路は通常、中心に存在する屈折率の高いコアとそれよりも屈折率の低いクラッドからなり、コアに光を閉じ込める構造である。コアに高屈折率材料を用いることで光のスポットを微小化し、近接場光発生器に効率よく結合して近接場を発生させることができる。

ここで、LD素子からスライダ内に形成された光導波路へ光を導くためには、LD素子と光導波路の効率的な光結合が重要である。一般に、２つの導波路が光学的に高効率で結合するためには、結合する側と結合される側の光フィールド同士の形状および大きさが類似しているほどよい。また、結合する側と結合される側の導波路の間の距離が近いほど高効率の結合が得られる。

LD素子から反射ミラーを用いて、スライダ内に形成された導波路へ光を結合させる場合を考える。LD素子が出射した光は反射ミラーを通過する際に、そのミラーの大きさに応じた光路を経由することになる。反射ミラーの大きさは、作製上、小さくても光の導波方向となる縦、横の長さが数十μmになるため、光路長は短くても数十μmに達する。ところがLD素子が出射した光が反射ミラーの材料中や空気中を伝播する場合、光のフィールドは急激に拡大し、その光路が長いほど、屈折率が小さいほどその傾向は顕著である。

この結合効率低下を防止する方法として、コリメートレンズを使用する方法がある。反射ミラーを通過する前後にコリメートレンズを配置し、LDが出射した光を平行光に変換した後、反射ミラーの光路を通過させる。これにより、反射ミラーを通過することで光学距離が生じても光フィールドが拡大するのを防ぎ、反射ミラーを通過した後に再びレンズを用いて集光し、小さなスポット径のスライダ内の光導波路に結合させる。

この際、スライダ内の光導波路に結合するためには、光軸を高精度に合わせることが必要とされる。特に使用する光学部品点数が多い場合は、いくつかの部品を最初に組み合わせて複合部品化した後、最後に２つになった複合部品の光軸を精密に合わせる方法が用いられる。光軸を精密に合わせるためには、光学部品に光を通してアライメントする方法が用いられる。

たとえば、LD素子、ミラー、レンズを用いて、スライダ内の光導波路との光学アライメントを実現する場合、初めにLD素子、ミラーおよびレンズを組み立て、一つの複合部品にしておく。この複合部品、またはスライダ内の光導波路から光を導入することで、両者の光軸を精密に合わせて組み立て、一つのヘッドを完成することができる。このように、光を用いて光軸を合わせる方法をアクティヴ・アライメント法という。

しかし、レンズを用いると、レンズを使用することによる光学距離の増大、実装スペース、部品点数の増加という不都合をもたらす。また、実際のレンズの大きさは通常数百μm〜数千μm程度で、前述のスライダを含めた磁気ヘッド上へ実装するためには大きすぎる。このことは、ヘッドの小型化が進んだ場合にはなお深刻になる。

よって、本発明の目的は、部品点数を少なくし、コンパクトなアクティヴ・アライメント法による実装により、光源から記録媒体までに生ずる伝播損失の低減した光の利用効率の高い光素子集積ヘッドを実現することである。

部品点数を減らすには、まず、それぞれの機能を有する部品どうしをモノリシックに集積することが有効である。次に、アクティヴ・アライメントを行うためには、LDを搭載し駆動するためのサブマウントを使用することが有効である。
本発明は、光部品をモノリシック集積し、アクティヴ・アライメントを行う構造を提供することであり、その方法を以下に述べる。

第一に、LD素子と反射ミラーモノリシックに集積する構造を用いた実装方法について説明する。図１および図２は、LD素子をまずサブマウントに実装し、次にLD素子を搭載したサブマウントをスライダに搭載する構造を示した斜視図である。

まず、図１のように、端面発光型LD素子の出射端面に、共振器の延在方向に対して約４５度の角度をなす屈折率の高い材料で構成されたマイクロミラー105をその共振器と共にモノリシックに集積し、本来なら共振器方向に出射する光を約90度回転して、LD素子の表面から光を出射させる構造にする。このミラー集積LD素子100によって部品点数を少なくでき、実装スペースの問題を解決できる。そして、前記のミラー集積LD素子100の共振器方向をスライダに平行な方向にサブマウント120上に実装する。このとき、LD素子100とサブマウント120は高精度な搭載を必要としないため、位置合わせ用のマーカー等を目印に実装する方法で十分である。
次に、図２に示すように、サブマウント120に実装されたミラー集積LD素子100の表面から出射された光がサブマウント120を通過して、スライダ110を貫通する方向に設けられた光導波路113の光入射面に導き、前記光導波路113に結合させるように実装する。光結合を確保するためのアライメントが必要な箇所が１箇所だけであることで、高精度な実装を実現できる。さらに、この構造を採用すると、LD素子100をサブマウント120に搭載したCOC（チップ・オン・キャリア）構造を用いたアライメントを行うので、LD素子100を発光させた状態で搭載するアクティヴ・アライメント法が採用できるため、高精度な実装が可能になる。また、LD素子100がスライダ110に平行になることと、サブマウント120の厚さはLD素子100の厚さと同等、または、薄くできるので、ヘッドの浮上特性や可動性に与える影響は小さい。

図３は、完成した光素子集積ヘッドの斜視図であり、図４Ａは図３のLD素子100の共振器方向に沿った断面を示した図である。ここで、サブマウント120にはLD素子の搭載とアライメント作業に耐えうる強度が必要なため、厚さは少なくとも数十ミクロン必要であり、LD素子100の光出射面107とスライダの光導波路の入射面117が隔離することになる。一般にLD素子の微小な発光部から出射された光は、空間を伝播するとその光フィールドサイズが大きくなるため、光導波路113と良好な結合を得るためには、前記のフィールドの広がりを防止する、または補償する構造が必要になる。したがって、サブマウントの厚さに相当する光学的距離があっても、その距離を補償して高い光結合効率が得られる構造があってはじめてアクティヴ・アライメント法による実装の効果が得られる。

このため、サブマウント120に次の構造を設ける。まず、LD素子100が表面から出射した光をスライダの光導波路の入射面117に導くために、サブマウント120に、LD素子100を搭載する第１の表面121からそれに対向する第２の表面122に向かって光を通過させることのできる構造123を設ける。記録用や通信用LD素子用に用いられる通常のサブマウントは、LD素子に対して熱膨張の差が小さく実装後に応力がかからない、熱伝導率がよいなどの観点から、銅合金、珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムなどが用いられている。通常、サブマウントに実装されたLD素子は、端面発光型のLD素子では端面からサブマウントに平行な方向に、面発光型のLD素子ではサブマウントと反対側の面からサブマウントと垂直な方向に光を出射する。

したがって、通常サブマウントは光を通過させる機能を必要としない。よって、サブマウント内部に光を通過させる機能を付加する必要がある。そのために、サブマウント120の厚さ方向に光のスポットサイズより大きな貫通穴を設ける、または、LD素子100の出射する光に対して透明な材料で作成したサブマウントを用いるなどが必要になる。後者の場合、サブマウント全体が透明な材料で構成されていなくとも、LD素子100が出射する光が通過する部分が透明であればよい。

前記の方法では、LD素子100が出射した光を通過させることはできるが、サブマウント120の厚さに相当する光学距離を通過することで、光スポットサイズの拡大による結合効率の低下を招く。したがって、光スポットサイズの拡大を防止する機能、または拡大したスポットをスライダの導波路との光結合に適した小さなスポットに絞り込む機能を有するレンズ構造129を付加することで解決できる。ここで、レンズ構造とは、非平面を利用して光線の方光を変化させる構造のことを指す。集積マイクロレンズ構造は、樹脂成型や切削加工で作製できる。

図４Ａは、光を通過させる構造127の例である貫通穴に樹脂を埋め込んだレンズ構造129の例を示した。また、図５はサブマウント120を加工し、マイクロレンズ構造129を作りこんだ構造の例である。図６Ａは、図５のLD素子100の共振器方向に沿った断面を示した図である。マイクロレンズ構造129および光を通過させる構造127はLD素子の光に対して透明な材料で形成されている。

また、前記の第一の方法と異なる構成の第二の方法として、図７に示すように１つの独立した部品である反射ミラー131にマイクロレンズ構造132をモノリシック集積した構造を用いる方法がある。図８Ａは、図７のLD素子10の共振器方向に沿った断面を示した図である。サブマウント120上にレンズ構造132を集積した反射ミラー131と端面発光型LD素子10を搭載する。このサブマウント上でLD素子10を発光させることで、反射ミラー131を介して光がサブマウントの第２の表面122に導かれ、図３および図５で示した構造と同様に、COC構造でアクティヴ・アライメント法での搭載が可能になる。このようなレンズ集積ミラー構造を用いれば、実装する部品が端面発光型LD素子10とレンズ集積反射ミラー131の２点になるので、実装スペースは確保できる。

次に、図９Ａ〜Ｄを用いて、アクティヴ・アライメント法による実装の手順を説明する。まず、図９Ａで、マイクロミラーを集積した表面発光型LD素子100をサブマウント120の上に搭載する。ここで、サブマウント120には光を通過させる構造とレンズ構造が設けられており、サブマウント120のLD素子を搭載する第一の表面121には電力供給用の配線126が設けられている。LD素子100の光出射面107がサブマウント120の光を通過させる構造127の位置とほぼ一致するように搭載する。この際、LD素子とサブマウントの位置合わせは、LD素子とサブマウントの双方に形成された搭載用のインデックスマーカー等を用いた赤外線透過法などで行う。サブマウントにはLD素子を駆動するための一対の電力供給用配線が設けられており、配線のひとつがLD素子のp電極に、他方がLD素子のn電極に接続されるように搭載される。搭載後に、配線126はソルダ125を介してLD素子の電極106と接続される。

次に、図９Ｂで、LD素子100を搭載したサブマウント120をスライダ110に搭載する。この際、サブマウント120の第２の表面122をスライダ110に接触させる。図９Ｃで、電力供給用の配線126に外部電源から電力を供給すると、LD素子100が発光する。LD素子を発光させた状態でサブマウント120とスライダ110を相対的に動かす。図９Ｄで、スライダに設けられた光導波路113の光軸と合うと、光108が光導波路113を伝播してスライダ下部から出射される。ABS面111から出る光118を受光素子130で感知し、最も強い光を感知した位置にスライダ110を固定する。このようにして、発光したLD素子100とスライダに設けられた導波路113の光軸が合ったところで接着剤112を用いてスライダ110を固定する。

本発明の構造と実装手順を用いることで、アクティヴ・アライメント法によるLD素子のスライダへの高精度の搭載が可能になり、光の利用効率の高い光素子集積ヘッドを実現することができる。

以下、図を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
＜実施の形態１＞
図３は本発明の実施の形態である、反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子をサブマウントに実装し、そのサブマウントをスライダに実装してできた光素子集積ヘッドを模式的に示した斜視図である。図４ＡはLD素子の共振器方向に沿った断面を示した図である。なお、図４Ｂには、図４Ａに実装される磁界発生素子およびコイルの斜視図を示す。

LD素子は反射ミラー105をモノリシックに集積し、光出射面107から発光する。LD素子100は、サブマウント120の第一の表面121に、サブマウントの光を通過させる構造127を光が通るような位置関係で実装されている。サブマウント120の第一の表面121には、LDを駆動する電気配線126 (126-1, 126-2)が設けられ、ソルダ125を介してLD素子の電極106に溶着させて実装されている。スライダ110内には、厚さ方向を貫通するように導く光導波路113が設けられ、サブマウント120の第二の表面122にはスライダ110が実装され、LD素子の光出射面107から出た光がサブマウントを通過してスライダの光入射面117に導かれ、光導波路113に結合するようにお互いの光軸が合わせられている。

高密度記録を実現する熱アシスト磁気記録用のヘッドでは、光導波路113に導かれた光を小さなスポットサイズに変化する近接場光発生素子115が光導波路113のABS面111付近に設けられ、その近傍には記録用の磁界発生素子114と再生用の磁気抵抗センサ116が設けられる。

サブマウント120には光を通過させる構造127として厚さ方向に貫通する穴を設け、その穴にはマイクロレンズ構造129を作りこんでいる。マイクロレンズ構造は樹脂整形などで作りこむことができる。
LD素子100をいったんサブマウント120に搭載し、COC構造を作ることで、アクティヴ・アライメント法による実装が行える。サブマウント120とスライダ110の接合には化学接着系樹脂などの接着剤112を用いる。

また、サブマウントを用いることによって、半導体LD素子の初期特性による良品の選別ができる。ウェハプロセスを経て完成したLD素子の不良品を選別する工程において、半導体光素子であるLD素子は通常、光出力特性、変調特性、初期信頼性試験などをサブマウントなどの台座に搭載後した状態で測定する必要がある。チップ状態では、簡易な特性スクリーニングしかできないため、スライダ上にLD素子を直接搭載すると、不良品をスライダ上に搭載してしまう確率が高まる。また、パッシヴ・アライメント法による搭載であるため、搭載時の位置ずれによる不良品の確率も高い。スライダに搭載後の試験で初めてLD素子の特性を詳細に測定し、不良品を選別することになり、不良品はスライダごと廃棄することになる。このため、製品の歩留まりが低下する可能性がある。

本発明のように、サブマウント上にLD素子を搭載するCOC（チップ・オン・キャリア）構造を中間的に作製することで、COCで不良品を選別できる。また、アクティヴ・アライメント法で位置あわせを行うため、位置ずれによる不良が少なく、歩留まりを向上できる。
＜実施の形態２＞
図５は本発明の実施の形態である反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子をサブマウントに実装し、そのサブマウントをスライダに実装してできた光素子集積ヘッドを模式的に示した斜視図である。図６ＡはLD素子の共振器方向に沿った断面を示した図である。なお、図６Ｂには、図６Ａに実装される磁界発生素子およびコイルの斜視図を示す。

前記の実施の形態1とはサブマウントの構造が異なる。本構造では、サブマウント120を切削加工してマイクロレンズ構造129を形成する。光を通過させる構造127はLD素子の発光波長に対して透明な材料、つまりバンドギャップの大きな材料を用いればよい。
＜実施の形態３＞
図７は本発明の実施の形態である、LD素子、反射ミラー、サブマウント、スライダを用いて、アクティヴ・アライメントを実現する構造を表す斜視図である。図８ＡはLD素子の共振器方向に沿った断面を示した図である。なお、図８Ｂには、図８Ａに実装される磁界発生素子およびコイルの斜視図を示す。

実施の形態１のLDにミラーを集積した表面発光型LD素子の変わりに、端面発光型LD素子10とLD素子の光の進行方向を変換する反射ミラー131を用いてアクティヴ・アライメントを行い、実装する。実装スペースの観点から、レンズ構造132がミラーに集積されている。LD素子10と反射ミラー131をサブマウント120上に搭載する際に、ミラー131はサブマウントに設けられた溝128に固定するのが簡易な方法である。図ではミラーの底部が平坦である例のため、溝128は平坦であるが、ミラーが円柱形状である場合は固定しやすいようV型溝が用いられることもある。COC構造とスライダ110の実装では、実施の形態1と同様に光軸が合わされ、LD素子10が発光した光がミラー131とサブマウントに設けられた穴などの光を通過させる構造127を通過してスライダ内の光導波路113に結合される。
＜実施の形態４＞
図１０Ａは、本発明の実施の形態である光素子集積ヘッドとヘッドを機械的に駆動するサスペンションを接続した模式図である。各部品の細かい構成要素は省略または簡略化している。LD素子100を搭載したサブマウント120がスライダ110と接続されて光素子集積ヘッドが構成され、前記光素子集積ヘッドがフレクサー147でサスペンション146に接続されている。LD素子への電力供給は、フレクサーおよびサスペンションに設けられたリードラインを通して行われるため、フレクサーがサブマウント上の電力供給配線に電気的に接続されることが必要である。そのためには、フレクサー147はサブマウント120に直接的に接続される。

図１０Ｂは、本発明の実施の形態である光素子集積ヘッドとヘッドを機械的に駆動するサスペンションを接続した模式図である。LD素子10およびレンズ集積ミラー131を搭載したサブマウント120がスライダ110と接続され、光素子集積ヘッドが構成される。図１０Ａと同様に、フレクサー147はサブマウント120に直接的に接続される。
＜実施の形態５＞
図１１Ａは、本発明の実施の形態である光素子集積磁気ヘッドとヘッドを機械的に駆動するサスペンションを接続した模式図である。各部品の細かい構成要素は省略または簡略化している。LD素子100を搭載したサブマウント120がスライダ110と接続されて光素子集積磁気ヘッドが構成され、前記光素子集積磁気ヘッドがフレクサーでサスペンション146に接続されている。磁界発生素子とLD素子の駆動電力供給、および磁気抵抗センサの電気信号伝達は、フレクサーおよびサスペンションに設けられたリードラインを通して行われるため、ヘッド上にあるそれぞれのリードラインに接続しなければならない。磁界発生素子と磁気抵抗センサのリードラインはスライダ上に存在するが、LDのリードラインである電力供給配線はサブマウント上に存在する。

したがって、フレクサーがスライダとサブマウントの両方にあるリードラインに電気的に接続されるためには、フレクサー147は少なくとも２本必要であり、第一のフレクサー147-1はスライダ110に、第二のフレクサー147-2はサブマウント120にそれぞれ接続されている。

図１１Ｂは、本発明の実施の形態である光素子集積磁気ヘッドとヘッドを機械的に駆動するサスペンションを接続した模式図である。LD素子10およびレンズ集積ミラー131を搭載したサブマウント120がスライダ110と接続されて光素子集積磁気ヘッドが構成される。図１１Ａと同様に、第一のフレクサー147-1はスライダ110に、第二のフレクサー147-2はサブマウント120にそれぞれ接続されている。
＜実施の形態６＞
図１２は、本発明の光集積ヘッドを使用した記録用ディスク装置を示した模式図である。記録用ディスク装置の筐体150の中に、記録媒体である記録ディスク142が配置され、スピンドル143で記録ディスク142を回転する。スライダ111にはLD素子100が搭載され、スライダはアーム145に接続されている。アームはボイスコイルモータ141で駆動し、回転するディスクの記録する位置へヘッドを移動させる。記録データの書き込みおよび読み込み情報を処理する信号処理用LSI144も筐体内に配置される。

厚さ方向に光を通過させる構造およびレンズ構造を有するサブマウントに反射ミラーをモノリシック集積した半導体LD素子を実装する様子を示した斜視図。光導波路を有するスライダに半導体LD素子を実装したサブマウントを実装する様子を示した斜視図。半導体LD素子を実装したサブマウントをスライダに実装した構造体である光素子集積ヘッドを示した斜視図。半導体LD素子を実装したサブマウントをスライダに実装した構造体である光素子集積ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面図。図４Ａの光素子集積ヘッドに実装された磁界発生素子を示す斜視図。半導体LD素子を実装したサブマウントをスライダに実装した構造体である光素子集積ヘッドを示した斜視図。半導体LD素子を実装したサブマウントをスライダに実装した構造体である光素子集積ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面図。図６Ａの光素子集積ヘッドに実装された磁界発生素子を示す斜視図。半導体LD素子とレンズ構造集積反射ミラーを実装したサブマウントをスライダに実装した構造体である光素子集積ヘッドを示した斜視図。半導体LD素子とレンズ構造集積反射ミラーを実装したサブマウントをスライダに実装した構造体である光素子集積ヘッドの、LD素子の共振器方向に沿った断面図。図８Ａの光素子集積ヘッドに実装された磁界発生素子を示す斜視図。 LD素子、サブマウント、およびスライダを実装する手順を示した模式図。 LD素子、サブマウント、およびスライダを実装する手順を示した模式図。 LD素子、サブマウント、およびスライダを実装する手順を示した模式図。 LD素子、サブマウント、およびスライダを実装する手順を示した模式図。光素子集積ヘッドと、ヘッドを駆動するサスペンションを接続した構造の模式図。光素子集積ヘッドと、ヘッドを駆動するサスペンションを接続した構造の模式図。光素子集積磁気ヘッドと、ヘッドを駆動するサスペンションを接続した構造の模式図。光素子集積磁気ヘッドと、ヘッドを駆動するサスペンションを接続した構造の模式図。本発明の光素子集積ヘッドを使用した記録用ディスク装置を示した模式図。

符号の説明

１：光素子集積ヘッド、
１０：端面発光型半導体LD素子、
１００：ミラー集積半導体LD素子、
１０１：半導体基板、
１０２：半導体LD素子の活性層、
１０３：半導体光素子の第１のクラッド層、
１０４：半導体光素子の第２のクラッド層、
１０５：集積反射ミラー、
１０６：半導体LD素子の電極、
１０６−１：半導体LD素子のp電極、
１０６−２：半導体光素子のn電極、
１０７：光出射面、
１０８：LD素子が発した光、
１１０：スライダ、
１１１：ABS面、
１１２：接着剤、
１１３：光導波路、
１１４：磁界発生素子、
１１４−２：コイル、
１１５：近接場光発生素子、
１１６：磁気抵抗センサ、
１１７：光入射面、
１１８：ABS面から出た光、
１２０：サブマウント、
１２１：サブマウントの第一の表面、
１２２：サブマウントの第二の表面、
１２５：ソルダ、
１２６：駆動電力供給用配線、
１２６−１：LD素子駆動電力供給用配線(p)、
１２６−２：LD素子駆動電力供給用配線(n)、
１２７：光を通過させる構造、
１２８：溝、
１２９：レンズ構造、
１３０：受光素子、
１３１：レンズ集積反射ミラー、
１３２：レンズ構造、
１４１：ボイスコイルモータ、
１４２：記録ディスク、
１４３：スピンドル、
１４４：信号処理用LSI、
１４５：アーム、
１４６：サスペンション、
１４７：フレクサー、
１４７−１：第一のフレクサー、
１４７−２：第二のフレクサー、
１５０：記録用ディスク装置筐体。

Claims

スライダと、前記スライダ上に搭載されたサブマウントと、前記サブマウント上に搭載された半導体光素子とを有する光素子集積ヘッドの製造方法において、
前記半導体光素子は、半導体基板上に設けられた第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２のクラッド層とを有し、
前記スライダに、前記半導体光素子から出力された光を前記スライダの厚さ方向に通過させるように前記スライダを貫通して光導波路を設け、
前記サブマウントの第１主表面に、記録動作中に前記半導体光素子への電力供給を行うための配線を介して前記半導体光素子を固定し、
前記配線に電力供給することによって、前記半導体光素子を発光させた状態で、前記サブマウントと前記スライダを相対的に動かしながら、
前記サブマウントの第２主表面の所望の位置に光学的アライメントを用いて、前記光導波路の光軸が、
前記半導体光素子から出力された光の光軸とほぼ一致するように前記サブマウントを前記スライダに固定することを特徴とする光素子集積ヘッドの製造方法。
前記半導体光素子に、少なくとも一端面に前記活性層と近接するか、又はその近傍に位置するように傾斜面を設け、前記傾斜面には、前記活性層からの出力光を前記サブマウントの第１主表面に向けて反射させるべく傾きを有するミラー部を設けることを特徴とする請求項１に記載の光素子集積ヘッドの製造方法。
前記サブマウントに、前記半導体光素子に接する側に位置する前記サブマウントの第１主表面から前記第１主表面に対向する第２主表面に向かって、前記サブマウントを貫通して光を通過させる構造を設けることを特徴とする請求項１に記載の光素子集積ヘッドの製造方法。
前記光を通過させる構造にはレンズを設けることを特徴とする請求項３に記載の光素子集積ヘッドの製造方法。