JPH05100168A - ニアフイールド光学顕微鏡用光導入装置 - Google Patents

ニアフイールド光学顕微鏡用光導入装置

Info

Publication number
JPH05100168A
JPH05100168A JP3262235A JP26223591A JPH05100168A JP H05100168 A JPH05100168 A JP H05100168A JP 3262235 A JP3262235 A JP 3262235A JP 26223591 A JP26223591 A JP 26223591A JP H05100168 A JPH05100168 A JP H05100168A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
opening
optical waveguide
optical microscope
field optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3262235A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3268797B2 (ja
Inventor
Yoshinori Ota
好紀 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP26223591A priority Critical patent/JP3268797B2/ja
Priority to US07/957,404 priority patent/US5294790A/en
Publication of JPH05100168A publication Critical patent/JPH05100168A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3268797B2 publication Critical patent/JP3268797B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/04—Measuring microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3616—Holders, macro size fixtures for mechanically holding or positioning fibres, e.g. on an optical bench
    • G02B6/3624—Fibre head, e.g. fibre probe termination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/86—Scanning probe structure
    • Y10S977/862—Near-field probe

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】ニアフィールド光学顕微鏡において安定にエバ
ネッセント光を試料に照射する光導入装置を提供する。 【構成】シリコン基板１０１にはこれを貫通する開口部
１０２が形成されている。シリコン基板１０１の一方の
面には絶縁膜１０６が形成されていて、これにより開口
部１０２の一方の開口が閉塞されている。この閉塞面に
は反射防止膜１１１が形成されている。この開口部１０
２には光ファイバー１０３が挿入され固定されている。
開口部１０２の反対側の絶縁膜１０６の上には円錐形状
の光導波層１０８が形成されている。光導波層１０８は
先端を除いて金属膜１０９で覆われていて、これにより
先端には光を透過する微小な開口１１０が形成されてい
る。金属膜１０９は、開口１１０を試料の近傍に配置す
るために利用するトンネル電流を取り出すための電極１
０７に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非常に高い分解能を有
するニアフィールド顕微鏡において、試料に光を照射す
るための光導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、サブミクロンの形状観察は、通常
の光学顕微鏡では光の回折により限界がありλ／２程度
以下の位置分解能は不可能とされてきた。ところが近
年、微小なピンホールから放射されるエバネッセント光
を利用し、試料表面に数ｎｍ程度の近傍から試料に光を
照射し、その透過光あるいは反射光を光電子増倍管で検
出するニアフィールド顕微鏡が提案され、０．１μｍ程
度の微細パターンの形状観察が可能であることが示され
た。
【０００３】デューリッヒらの論文に掲載された走査型
ニアフィールド顕微鏡を図９に示す。試料はバイモルフ
で駆動されるｘｙ走査系に配置され、試料の近傍には光
を試料に照射する探針が配置されている。探針は光を通
す開口を先端に有し、この開口からエバネッセント光が
照射される。開口からの距離に対するエバネッセント光
の光対数強度を図１０に示す。このグラフでは横軸は、
開口からの距離ｚを開口径ａで割った規格化距離ζで示
してある。規格化距離ζに対する光強度の関係は、３つ
の領域（第３図のＰＲＯＸ，ＮＥＡＲ，ＦＡＲに対応す
る）に分けることができ、ζ＝０．３〜１（実際の距離
にして２〜５ｎｍに相当する）ではエバネッセント光の
強度はほぼ一定である。図９に示したニアフィールド顕
微鏡では、試料と探針の間の距離をＰＲＯＸ領域に設定
している。このため、試料は導電性とし、導電性試料と
探針との間に流れるトンネル電流が一定になるように探
針のｚ方向の位置を制御している。
【０００４】探針の先端から試料に入射したエバネッセ
ント光は対物レンズで集光され光電子増倍管で増幅され
る。このようにして、試料表面の光学的情報を含んだ光
が対物レンズで集められる。探針と試料の間の距離をＰ
ＲＯＸ領域に維持しつつ試料をｘｙ走査することにより
ニアフィールドの光学像を得ることができる。ニアフィ
ールド光学顕微鏡の位置分解能は探針先端の開口の大き
さや検出器の感度などによって決まり、実際には２０ｎ
ｍ程度の解像度が得られるものと期待されている。
【０００５】サブミクロンオーダーでの形状観察はＳＥ
ＭやＴＥＭ等の電子線を使った方法に限られ、真空を必
要とする上に得られる情報は電気的情報である。最近で
はＳＴＭ，ＡＦＭ等のトンネル電流や原子間力を利用し
た方法も実用化されつつあるが、光を使ってのサブミク
ロン観察は、空気中で行なえる上に、生体や細胞等の観
察が困難な材料をも観察対象にできるため、その応用範
囲は広い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ニアフィールド顕微鏡
では、ｘｙ方向の走査系や探針のｚ方向の位置決めはＳ
ＴＭ等で用いているピエゾ素子やバイモルフを利用でき
るが、エバネッセント光を放射する探針の製作が問題で
ある。
【０００７】その一例を図１１に示す。まず、同図
（ａ）に示すように機械加工等で先端を鋭利にした石英
チップの表面にアルミニウム膜を蒸着で被着形成する。
その後、同図（ｂ）に示すようにこれを試料に押し付け
てアルミニウム膜の先端をつぶすことによって、先端部
に開口を有する探針が得られる。この方法で作製した探
針は、先端の開口の大きさが不明確である上に、使用中
に開口の径が増大する（アルミニウムの内部ストレスが
原因と推定される）ため、その寿命が数時間しかないと
いう不都合がある。
【０００８】本発明は、安定にエバネッセント光を試料
に照射する、ニアフィールド光学顕微鏡の光導入装置の
提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の光導入装置は、
半導体基板と、半導体基板の表面に形成した絶縁膜と、
表面の反対側から開けた半導体基板を貫通する開口部
と、開口部に装着した光ファイバーと、開口部の反対側
に位置する絶縁膜上に形成した円錐形状の光導波層と、
光導波層の表面を除いて光導波層の表面を覆う金属膜と
を備えている。
【００１０】別の光導入装置は、半導体基板と、一方の
開口の寸法が光の波長同等以下である半導体基板を貫通
する開口部と、他方の開口から開口部に装着される光フ
ァイバーとを備えている。
【００１１】さらに別の光導入装置は、基板と、基板上
に形成した光導波路とを備えており、光導波路は、入射
端と射出端とを有し、射出端近傍では側面が金属膜で覆
われ、射出端の寸法が光の波長同等以下であることを特
徴とする。
【００１２】また、さらに別の光導入装置は、周期構造
を持つ導波路型分布反射器を有し、光を射出する射出端
の寸法が光の波長同等以下である半導体レーザーで構成
されている。
【００１３】他の光導入装置は、発光面を有する面発光
レーザーと、発光面を覆う金属電極と、金属電極に設け
た光の波長同等以下の径のピンホールとを有している。
【００１４】さらに他の光導入装置は、基板と、基板上
に形成した光導波路と、光導波路を覆う金属膜と、光の
波長同等以下の径を有し、金属膜を貫通して光導波路に
達するピンホールとを備えている。
【００１５】
【作用】ニアフィールド顕微鏡において、試料を照明す
る光は試料の近傍に配置された微小開口からの放射光で
あれば良い。開口の大きさは信号強度や解像度を決める
上に重要であり、その形状制御・寸法制御の高精度化が
求められている。この要求を満たすためにホトリソグラ
フィーやシリコン異方性エッチングなどを用いたマイク
ロマシーニングを応用した三次元微細加工を利用する。
ホトリソグラフィーを利用すれば、試料を照明する光の
波長程度の開口を形状制御性・寸法制御性よく形成する
ことができる。
【００１６】
【実施例】本発明によるニアフィールド光学顕微鏡用光
導入装置の第１実施例を図１に示す。同図（ａ）は本実
施例の装置の斜視図で、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図
である。本実施例の光導入装置はシリコン基板１０１を
有し、シリコン基板１０１にはこれを貫通する開口部１
０２が形成されている。シリコン基板１０１の一方の面
には絶縁膜１０６が形成されていて、これにより開口部
１０２の一方の開口が閉塞されている。開口部１０２の
底面すなわち絶縁膜１０６で閉塞された面には反射防止
膜１１１が形成されている。この開口部１０２には、コ
ア１０４とクラッド１０５を有する光ファイバー１０３
が挿入され固定されている。開口部１０２の反対側の絶
縁膜１０６の上には円錐形状の光導波層１０８が形成さ
れている。光導波層１０８は先端を除いて金属膜１０９
で覆われ、これにより光を透過する開口１１０が先端に
設けられている。この結果、光ファイバー１０３から光
導波層１０８に導入された光は、その先端の開口１１０
からエバネッセント光として放射される。光導波層１０
８を覆う金属膜１０９は、開口１１０を試料の近傍に配
置するために利用するトンネル電流を取り出すための電
極１０７に接続されている。
【００１７】次に図１に示した光導入装置の製造方法に
ついて図２を参照しながら説明しよう。まず（ａ）に示
すように、ｎ型あるいはｐ型の結晶面（１００）を有す
るシリコン基板２０１の表面に熱酸化膜２０３とシリコ
ン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）２０４を形成する。シリコン窒化
膜の屈折率は通常２程度なので、熱酸化膜（屈折率ｎ＝
１．４６）の膜厚を１００ｎｍ程度に選ぶと、波長λ＝
０．６３μｍの光に対して反射防止膜として機能する。
また、シリコン基板２０１の裏面には次に行なう異方性
エッチングのマスクとなる材料の膜２０２たとえば熱酸
化膜やＡｕ／Ｃｒ膜などを設け、この膜２０２に正方形
に開口２０６を形成する。
【００１８】次に（ｂ）に示すように、ＫＯＨやエチレ
ンジアミン／ピロカテコール／水混合液などの異方性エ
ッチング液を用いてシリコン基板２０１をエッチングす
る。このとき、シリコン窒化膜２０４はエッチング液に
溶解しないので、シリコン基板２０１は膜２０２をマス
クとして裏面からエッチングされ、四角錘台の開口部２
０５が形成される。このとき、シリコン基板２０１の厚
さｔに対して、膜２０２に形成する開口２０６の一辺の
長さＬをＬ＞２1/2ｔに設定しておく。これにより開口
部２０５はシリコン窒化膜２０４まで達する。シリコン
窒化膜２０４は１ＧＰａ程度の残留引張り応力を有して
いるので、シリコン窒化膜の開口された部分２０７は平
坦のままに保たれる。
【００１９】続いて（ｃ）に示すように、シリコン窒化
膜２０４の上にホトリソグラフィーで電極２０８を形成
する。
【００２０】その後（ｄ）に示すように、開口部２０５
の底面２１０よりも広い円形の穴２１１を有するマスク
２０９をシリコン基板２０１の表側に距離ｄだけ離して
配置する。
【００２１】そして（ｅ）に示すように、電子ビーム蒸
着あるいはスパッタ等の方法でマスク２０９を介してシ
リコン窒化膜２０４の上にガラスを堆積させる。この
間、マスク２０９の穴２１１の側面２１２にもガラスが
堆積するため、穴２１１の直径は徐々に小さくなり、穴
２１１がガラスで密閉された時点で鋭く尖った円錐形状
の光導波層２１３がシリコン窒化膜２０４上に形成され
る。
【００２２】続いて（ｆ）に示すように、光導波層２１
３の底部よりも大きい径の円形の穴を有するマスク２１
４を穴の内側に光導波層２１３が位置するように配置
し、これをマスクとして金属を蒸着して、光導波層２１
３と電極２０８の一部を覆う金属膜２１５を形成する。
【００２３】その後（ｇ）に示すように、金属膜２１５
の先端をイオンミリング等の物理的方法を用いて、その
膜厚に相当する分だけエッチングして光導波層２１３の
先端を露出させ開口２１６を形成する。エッチングの
際、必要であれば先端付近にのみマスクをかけてもよ
い。
【００２４】最後に（ｈ）に示すように、シリコン基板
２０１に開けた開口部２０５に、コア２１８とクラッド
２１９を有する光ファイバー２２０を挿入し、接着剤で
固定して、図１に示した光導入装置が作られる。
【００２５】なお、上述の説明では電極２０８を先に形
成しておき、後に金属膜２１５を形成したが、電極２０
８と金属膜２１５は光導波層２１３の表面に金属を蒸着
する際に電極パターンも含めたマスクを用いることによ
り一回の蒸着で同時に形成してもよい。
【００２６】次に本発明の第２実施例である別の光導入
装置の製造方法について図３を参照しながら説明する。
本実施例は、光導波層の表面を覆う金属膜とシリコン基
板とを電気的に接続し、シリコン基板を介してトンネル
電流を取り出す点が第１実施例と異なる。
【００２７】まず（ａ）に示すように、ｎ型あるいはｐ
型のシリコン基板３０１の表面に厚さ約０．１μｍの熱
酸化膜３０４とシリコン窒化膜３０５を形成する。本実
施例ではシリコン基板３０１には不純物濃度が１０17ｃ
ｍ-3程度以上の高濃度基板を用いる。シリコン基板３０
１の裏面には容易にオーミック接触のとれる金属膜３０
２たとえばＡｕ／Ｃｒ膜を設け、この金属膜３０２に正
方形の開口３０３を形成する。
【００２８】次に（ｂ）に示すように、金属膜３０２お
よびシリコン窒化膜３０５をマスクとしてシリコン基板
３０１を異方性エッチングし、四角錘台形状の開口部３
０６を形成する。
【００２９】続いて（ｃ）に示すように、ホトリソグラ
フィーによりシリコン基板３０１の表側に形成した絶縁
膜３０４と３０５に開口３０７を形成してシリコン基板
３０１の一部を露出させる。
【００３０】その後（ｄ）と（ｅ）に示すように、円形
の開口を有するマスク３０８をシリコン基板３０１の表
側に配置し、電子ビーム蒸着あるいはスパッタ等の方法
でマスク２０８を介してシリコン窒化膜３０５の上にガ
ラスを堆積させ、円錐形状の光導波層３０９を形成す
る。
【００３１】続いて（ｆ）に示すように、マスク３１０
をマスクとして金属を蒸着し、光導波路３０９と開口３
０７を覆う金属膜３１１を形成する。このとき金属膜３
１１の材料には、シリコン基板３０１と容易にオーミッ
ク接触のとれるものを選ぶ。
【００３２】そして（ｇ）に示すように、マスク３１２
を用いてイオンミリング等のドライエッチングで光導波
層３０９の先端部の金属膜３１１だけ膜厚相当分エッチ
ングし、光導波層３０９の先端を露出させ開口３１３を
形成する。
【００３３】最後に（ｈ）に示すように、シリコン基板
３０１に形成した開口部３０６にコア３１５とクラッド
３１６からなる光ファイバー３１７を挿入し、接着剤で
固定する。
【００３４】本発明の第３実施例である光導入装置の製
造方法を図４に示す。本実施例は、異方性エッチングと
側壁保護膜が堆積する反応性イオンエッチングを併用し
てシリコン基板に貫通孔を形成し、開口の広い側を光フ
ァイバーからの光入力側とし、反対側を微小な光射出側
とする。
【００３５】まず（ａ）に示すように、ｎ型あるいはｐ
型で結晶面（１００）面を有するシリコン基板４０１の
表裏面に熱酸化膜４０２と４０３を形成し、シリコン基
板４０１の表面に形成した熱酸化膜４０２に正方形の開
口４０３を形成する。このとき開口４０３の一辺の長さ
Ｌは、シリコン基板４０１の厚さｔに対して、Ｌ＜２
1/2ｔとなるように選ぶ。
【００３６】次に（ｂ）に示すように、熱酸化膜４０２
をマスクとしてシリコン基板４０１に対して異方性エッ
チングを行ない、（１１１）面で囲まれる四角錘形状の
孔４０４を形成する。この孔４０４の先端は、開口４０
３の一辺の長さＬをＬ＜２1/ 2ｔに設定しているため、
シリコン基板４０１内側で止まる。例えば４００μｍ厚
のシリコン基板に対して一辺が５５２μｍの開口を用い
て異方性エッチングすれば裏面から１０μｍの深さの位
置に孔の先端が止まることになる。
【００３７】続いて（ｃ）およびその円内を拡大した
（ｄ）に示すように、シリコン基板４０１に設けた孔４
０４に対して側壁保護膜４０５が堆積する条件で反応性
イオンエッチングを行ない、シリコン基板４０１に貫通
孔４０６を形成する。側壁保護膜４０５が堆積する反応
性イオンエッチングでは、イオン衝撃のある孔４０４の
先端部のみ選択的にエッチングが進行するため、原理的
にサブミクロンのピンホールを貫通孔４０６の先端に形
成することができる。
【００３８】最後に（ｅ）に示すように、貫通孔４０６
の内側の側壁保護膜４０５と熱酸化膜４０２を除去し、
貫通孔４０６に光ファイバー４０７を挿入し固定する。
これにより貫通孔４０６の先端には微小な開口４０９が
形成され、光ファイバー４０７から導入された光がこの
開口４０９からエバネッセント光として放射される。
【００３９】本発明による光導入装置の第４実施例を図
５に示す。図において（ａ）は外観図、（ｂ）は線Ａ−
Ａに沿って切った断面図である。基板５０１の上には、
バッファー層５０２と第１クラッド層５０３とコア層５
０４と第２クラッド層５０５と金属膜５０６とが積層さ
れている。この積層構造体の一端面には金属膜あるいは
光吸収膜５１０が形成されている。そして、金属膜５０
６と第２クラッド層５０５には、コア層５０４に達する
ピンホール５０７が形成されている。このピンホール５
０７は、ホトリソグラフィーにより使用する光の波長程
度の径に形成されている。この装置では、コア層５０４
に導入された光がピンホール５０７からエバネセント光
として放射される。本実施例によれば、光伝搬媒体に平
面型の光導波路を用いているので、ホトリソグラフィー
により波長程度以下のピンホールを寸法制御性よく開け
ることができ、従って最適なＳ／Ｎと解像度を得ること
ができる。
【００４０】本発明による光導入装置の第５実施例を図
６に示す。図において、（ａ）は外観図、（ｂ）は先端
付近の拡大図、（ｃ）は線Ａ−Ａに沿って切った断面
図、（ｄ）は線Ｂ−Ｂに沿って切った断面図、（ｅ）は
線Ｃ−Ｃに沿って切った断面図である。本実施例では、
シリコン基板６０１の上には光導波路６０２が設けら
れ、光導波路６０２の上には電極６０５と半導体レーザ
ー６０３が設けられている。光導波路６０２は、バッフ
ァー層６０７と第１クラッド層６０８とコア層６０９と
第２クラッド層６１０とで構成されている。第１クラッ
ド層６０９と第２クラッド層６１０は先端に近づくにつ
れて次第に薄くなり、先端部では光導波路はコア層６０
９だけとなり、このコア層６０９はその周囲が電極６０
５で覆われている。この電極６０５は、先端６１１と試
料との間の距離を制御するために使用するトンネル電流
のモニター端子として使用される。半導体レーザー６０
３から射出された光６０４は、光導波路６０２のコア層
６０９の内部を伝搬して、先端からエバネッセント光６
０６として放射される。
【００４１】本発明による光導入装置の第６実施例を図
７に示す。本実施例は、一方の光射出端側の活性層幅を
波長同等以下としたＤＦＢレーザーで構成されている。
図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は線Ａ−Ａに沿っ
て切ったＤＦＢレーザー領域（Ｉ）の断面図、（ｃ）は
線Ｂ−Ｂに沿って切ったリッジ型導波路の横寸法を細く
絞り込んだ領域（ＩＩ）の断面図である。
【００４２】本実施例は、ｎ型ＧａＡｓ基板７０１の上
にｎ型ＧａＡｓバッファー層７０２とｎ型Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓ第１クラッド層７０３とＧａＡｓ活性層７０４
とｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層７０５とｐ型Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ａｓガイド層７０６とｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ第２クラッド層７０７とｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第
３クラッド層７０８とｐ型ＧａＡｓコンタクト層７０９
を順に積層し、領域（Ｉ）では第２クラッド層７０７ま
でエッチングし、領域（ＩＩ）では基板７０１までエッ
チングしてリッジを形成した後、上面を除いてリッジの
覆う絶縁膜７１０を設け、コンタクト層７０９に接触す
るＡｕ／ＣｒやＡｕ／Ｚｎ／Ａｕなどのｐ型金属電極７
１１と、基板７０１に接触するＡｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅな
どのｎ型金属電極７１２とを設けて構成される。ガイド
層７０６の内部には、周期ｍ×λ／２ｎeff（ここでｍ
＝１，２，…、λ：空気中での波長、ｎeff：活性層の
実効屈折率）の回折格子７１３が形成されている。領域
（ＩＩ）の光導波路は、その幅が徐々に細くなり、最終
的に波長程度以下の幅で一定になるように作り、一定と
なったところで劈開されている。この結果、本実施例で
ある半導体レーザーの端面からはエバネッセント光が放
射される。本実施例によれば、光源を試料の間近に直接
配置できるので、光ファイバーや光学系を途中に挿入す
る必要がないという利点がある。
【００４３】本発明による光導入装置の第７実施例を図
８に示す。面発光レーザーの発光面をピンホールを有す
る膜で覆って構成され、このピンホールからエバネッセ
ント光を放射する。
【００４４】ｎ型ＧａＡｓ基板８０１の上には、ｎ型Ｇ
ａＡｓバッファー層８０２、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ／
ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡８０３、ｐ型ＧａＡｓ８０
４、活性層８０５、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラッド層
８０６、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓキャップ層８０７、ｎ
型ＧａＡｓ８０８、ｐ型ＧａＡｓ８０９、絶縁膜８１
０、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕなどのｐ型金属電極８１１が順に
積層され、基板８０１の下面にＡｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅな
どのｎ型金属電極８１２が設けられている。ｎ型ＧａＡ
ｓ８０８は電流挟窄層を形成し、ｐ型電極８１１からｐ
型ＧａＡｓ８０９、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ８０７、ｐ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ８０６を経由して活性層８０５へ
注入された電荷は、ここで再結合し発光する。活性層８
０５での発光した光は半導体多層膜８０３とｎ型金属電
極８１１とで構成される共振器で往復し誘導放出を起こ
す。活性層８０５上のｎ型電極８１１の中央部にはホト
リソグラフィで形成された波長同等以下のピンホール８
１３が開けられており、このピンホール８１３からエバ
ネッセント光が放射される。本実施例によれば、第６実
施例と同様に光源を試料の間近に直接配置できるので、
光ファイバーや光学系を途中に挿入する必要がないとい
う利点がある。
【００４５】
【発明の効果】本発明では、その製造においてホトリソ
グラフィ等のマイクロマシーニング技術を用いているた
め、光を射出する微小開口が形状および寸法の制御性良
く形成されている光導入装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光導入装置の第１実施例を示す。
【図２】図１の装置の製造方法を説明するための図であ
る。
【図３】本発明の第２実施例である光導入装置の製造工
程を説明するための図である。
【図４】本発明の第３実施例である光導入装置の製造工
程を説明するための図である。
【図５】本発明による光導入装置の第４実施例を示す。
【図６】本発明による光導入装置の第５実施例を示す。
【図７】本発明による光導入装置の第６実施例を示す。
【図８】本発明による光導入装置の第７実施例を示す。
【図９】ニアフィールド顕微鏡の構成を示す。
【図１０】開口からの距離に対するエバネッセント光の
光対数強度を示すグラフである。
【図１１】ニアフィールド顕微鏡で使用する、エバネッ
セント光を放射する探針の一例を示す。
【符号の説明】
１０１…シリコン基板、１０２…開口部、１０３…光フ
ァイバー、１０８…光導波層、１０９…金属膜。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ニアフィールド光学顕微鏡において試料
    に光を導く装置であって、半導体基板と、半導体基板の
    表面に形成した絶縁膜と、表面の反対側から開けた半導
    体基板を貫通する開口部と、開口部に装着した光ファイ
    バーと、開口部の反対側に位置する絶縁膜上に形成した
    円錐形状の光導波層と、光導波層の先端を除いて光導波
    層の表面を覆う金属膜とを備えているニアフィールド光
    学顕微鏡用光導入装置。
  2. 【請求項２】 開口部内の絶縁膜表面に反射防止膜が設
    けられている請求項１記載のニアフィールド光学顕微鏡
    用光導入装置。
  3. 【請求項３】 ニアフィールド光学顕微鏡において試料
    に光を導く装置であって、半導体基板と、一方の開口の
    寸法が光の波長同等以下である半導体基板を貫通する開
    口部と、他方の開口から開口部に装着される光ファイバ
    ーとを備えているニアフィールド光学顕微鏡用光導入装
    置。
  4. 【請求項４】 ニアフィールド光学顕微鏡において試料
    に光を導く装置であって、基板と、基板上に形成した光
    導波路とを備えており、光導波路は、入射端と射出端と
    を有し、射出端近傍では側面が金属膜で覆われ、射出端
    の寸法が光の波長同等以下であることを特徴とするニア
    フィールド光学顕微鏡用光導入装置。
  5. 【請求項５】 ニアフィールド光学顕微鏡において試料
    に光を導く装置であって、周期構造を持つ導波路型分布
    反射器を有し、光を射出する射出端の寸法が光の波長同
    等以下である半導体レーザーで構成されるニアフィール
    ド光学顕微鏡用光導入装置。
  6. 【請求項６】 ニアフィールド光学顕微鏡において試料
    に光を導く装置であって、発光面を有する面発光レーザ
    ーと、発光面を覆う金属電極と、金属電極に設けた光の
    波長同等以下の径のピンホールとを有しているニアフィ
    ールド光学顕微鏡用光導入装置。
  7. 【請求項７】 ニアフィールド光学顕微鏡において試料
    に光を導く装置であって、基板と、基板上に形成した光
    導波路と、光導波路を覆う金属膜と、光の波長同等以下
    の径を有し、金属膜を貫通して光導波路に達するピンホ
    ールとを備えているニアフィールド光学顕微鏡用光導入
    装置。
JP26223591A 1991-10-09 1991-10-09 光導入装置 Expired - Fee Related JP3268797B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26223591A JP3268797B2 (ja) 1991-10-09 1991-10-09 光導入装置
US07/957,404 US5294790A (en) 1991-10-09 1992-10-06 Probe unit for near-field optical scanning microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26223591A JP3268797B2 (ja) 1991-10-09 1991-10-09 光導入装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05100168A true JPH05100168A (ja) 1993-04-23
JP3268797B2 JP3268797B2 (ja) 2002-03-25

Family

ID=17372958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP26223591A Expired - Fee Related JP3268797B2 (ja) 1991-10-09 1991-10-09 光導入装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5294790A (ja)
JP (1) JP3268797B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08304423A (ja) * 1995-05-12 1996-11-22 Olympus Optical Co Ltd 集積型ｓｐｍセンサ
JP2000022277A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Toshiba Corp 発光素子及びその製造方法
US6835963B2 (en) 1999-12-22 2004-12-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Light-emitting element and method of fabrication thereof
US6852968B1 (en) 1999-03-08 2005-02-08 Canon Kabushiki Kaisha Surface-type optical apparatus
DE102021108647A1 (de) 2021-04-07 2022-10-13 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und verfahren zum messen zumindest einer kennlinie eines optoelektronischen bauelementes

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3213436B2 (ja) * 1993-05-24 2001-10-02 シャープ株式会社 光プローブ素子、光プローブ素子を用いた記録再生装置、および光プローブ素子の製造方法
US5410151A (en) * 1993-07-15 1995-04-25 Sumitomo Electric Lightwave Corp. Fiber optic probe and method of making same
EP0722574B1 (en) * 1993-10-04 1998-09-09 International Business Machines Corporation Near-field optical microscope
US5793743A (en) * 1993-11-03 1998-08-11 International Business Machines Corporation Reading a magnetic storage medium with a probe that detects tunneling current induced in a magnetic layer by a non-ionizing light beam
US5929438A (en) * 1994-08-12 1999-07-27 Nikon Corporation Cantilever and measuring apparatus using it
JPH0862230A (ja) * 1994-08-24 1996-03-08 Olympus Optical Co Ltd 集積型ｓｐｍセンサー
US5488681A (en) * 1994-09-09 1996-01-30 Deacon Research Method for controllable optical power splitting
US5838005A (en) * 1995-05-11 1998-11-17 The Regents Of The University Of California Use of focused ion and electron beams for fabricating a sensor on a probe tip used for scanning multiprobe microscopy and the like
US5859364A (en) * 1995-06-05 1999-01-12 Olympus Optical Co., Ltd. Scanning probe microscope
DE19531802A1 (de) * 1995-08-30 1997-03-06 Guenter Guttroff Verfahren zur Steigerung des optischen Auflösungsvermögens
US5625617A (en) * 1995-09-06 1997-04-29 Lucent Technologies Inc. Near-field optical apparatus with a laser having a non-uniform emission face
US5874726A (en) * 1995-10-10 1999-02-23 Iowa State University Research Foundation Probe-type near-field confocal having feedback for adjusting probe distance
JP3290586B2 (ja) * 1996-03-13 2002-06-10 セイコーインスツルメンツ株式会社 走査型近視野光学顕微鏡
JP3260619B2 (ja) * 1996-03-19 2002-02-25 セイコーインスツルメンツ株式会社 光導波路プロ−ブおよび光システム
JP3618896B2 (ja) * 1996-03-29 2005-02-09 キヤノン株式会社 微小開口を有するプローブの作製法とそれによるプローブ、並びに該プローブを用いた走査型近接場光顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡との複合装置、および該プローブを用いた記録再生装置
JP3264824B2 (ja) * 1996-04-11 2002-03-11 セイコーインスツルメンツ株式会社 光伝搬体プローブと走査型近視野顕微鏡及び光伝搬体プローブの透過孔形成方法
US5990474A (en) * 1996-05-15 1999-11-23 Atia; Walid A. Near field optical probe for simultaneous phase and enhanced amplitude contrast in reflection mode using path matched differential interferometry and method of making it
DE19628141A1 (de) * 1996-07-12 1998-01-22 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Optische Nahfeldsonde und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19701701A1 (de) * 1997-01-21 1998-07-23 Zeiss Carl Fa Sondenarray für ein Rastersondenmikroskop
JPH10293134A (ja) 1997-02-19 1998-11-04 Canon Inc 光検出または照射用のプローブ、及び該プローブを備えた近視野光学顕微鏡・記録再生装置・露光装置、並びに該プローブの製造方法
KR100209688B1 (ko) * 1997-04-12 1999-07-15 구자홍 근접장 광학현상을 이용한 광 저장장치 및이를 이용한 트랙킹 제어방법
JP3697034B2 (ja) * 1997-08-26 2005-09-21 キヤノン株式会社 微小開口を有する突起の製造方法、及びそれらによるプローブまたはマルチプローブ
JP3524343B2 (ja) * 1997-08-26 2004-05-10 キヤノン株式会社 微小開口の形成方法と微小開口を有する突起、及びそれらによるプローブまたはマルチプローブ、並びに該プローブを用いた表面観察装置、露光装置、情報処理装置
DE19741122C2 (de) * 1997-09-12 2003-09-25 Forschungsverbund Berlin Ev Anordnung zur Vermessung und Strukturierung (Nahfeldanordnung)
JPH11166935A (ja) * 1997-09-25 1999-06-22 Canon Inc 光検出または照射用の光プローブと該プローブを備えた近視野光学顕微鏡、及該光プローブの製造方法とその製造に用いる基板
JP3862845B2 (ja) * 1998-02-05 2006-12-27 セイコーインスツル株式会社 近接場用光プローブ
JP4083330B2 (ja) * 1998-02-25 2008-04-30 セイコーインスツル株式会社 近視野光メモリヘッド
JP2000036128A (ja) * 1998-05-11 2000-02-02 Seiko Instruments Inc 近視野光学ヘッドおよび再生方法
JP4144819B2 (ja) * 1998-06-05 2008-09-03 キヤノン株式会社 近接場光学顕微鏡装置
JP3002977B1 (ja) * 1998-07-08 2000-01-24 セイコーインスツルメンツ株式会社 走査用プローブおよび走査型プローブ顕微鏡
JP2000048393A (ja) * 1998-07-28 2000-02-18 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光プローブ
JP3069900B2 (ja) * 1998-08-25 2000-07-24 セイコーインスツルメンツ株式会社 光プローブとその製造方法および走査型近接場光顕微鏡
DE19926601B4 (de) * 1998-09-12 2007-03-29 Witec Wissenschaftliche Instrumente Und Technologie Gmbh Apertur in einem Halbleitermaterial sowie Herstellung der Apertur und Verwendung
EP1727138B1 (en) 1998-11-09 2009-03-11 Seiko Instruments Inc. Near-field optical head and method for manufacturing same
JP2001108598A (ja) * 1999-10-12 2001-04-20 Japan Science & Technology Corp 走査トンネル顕微鏡発光集光装置
JP4472863B2 (ja) 1999-12-20 2010-06-02 セイコーインスツル株式会社 近視野光プローブおよびその近視野光プローブを用いた近視野光装置
JP4648512B2 (ja) * 2000-03-07 2011-03-09 セイコーインスツル株式会社 近視野光発生素子の製造方法
US6595698B2 (en) * 2000-06-13 2003-07-22 Siwave, Inc. High density fiber terminator/connector
WO2003008943A1 (en) * 2001-07-19 2003-01-30 Tufts University Optical array device and methods of use thereof for screening, analysis and manipulation of particles
KR20030010148A (ko) * 2001-07-25 2003-02-05 주식회사 하이닉스반도체 이미지 센서
JP2005106790A (ja) 2003-01-09 2005-04-21 Univ Kanazawa 走査型プローブ顕微鏡および分子構造変化観測方法
US7239599B2 (en) * 2003-03-28 2007-07-03 Fujitsu Limited Light irradiation head and information storage apparatus
JP4217564B2 (ja) * 2003-08-08 2009-02-04 キヤノン株式会社 近接場露光用のマスクの製造方法
US7586583B2 (en) 2005-09-15 2009-09-08 Franklin Mark Schellenberg Nanolithography system
WO2010096593A2 (en) * 2009-02-18 2010-08-26 Northwestern University Beam pen lithography
EP2926197A4 (en) 2012-10-29 2016-09-07 Univ Northwestern PROJECTED AND HEAT-ACTIVATED LITHOGRAPHY SYSTEMS AND METHODS
US11320608B1 (en) 2020-09-17 2022-05-03 Waymo Llc Metal coated spike array
US11307144B1 (en) * 2020-09-17 2022-04-19 Waymo Llc Evanescent wave based optical profiler array

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3772573D1 (de) * 1987-09-25 1991-10-02 Ibm Sensor zur umsetzung eines abstandes in optische und weiterhin in elektrische energie
US5018865A (en) * 1988-10-21 1991-05-28 Ferrell Thomas L Photon scanning tunneling microscopy

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08304423A (ja) * 1995-05-12 1996-11-22 Olympus Optical Co Ltd 集積型ｓｐｍセンサ
JP2000022277A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Toshiba Corp 発光素子及びその製造方法
US6852968B1 (en) 1999-03-08 2005-02-08 Canon Kabushiki Kaisha Surface-type optical apparatus
US6974712B2 (en) 1999-03-08 2005-12-13 Canon Kabushiki Kaisha Method of fabricating a surface-type optical apparatus
US6835963B2 (en) 1999-12-22 2004-12-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Light-emitting element and method of fabrication thereof
DE102021108647A1 (de) 2021-04-07 2022-10-13 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und verfahren zum messen zumindest einer kennlinie eines optoelektronischen bauelementes

Also Published As

Publication number Publication date
JP3268797B2 (ja) 2002-03-25
US5294790A (en) 1994-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3268797B2 (ja) 光導入装置
US6982419B2 (en) Probe with hollow waveguide and method for producing the same
US6215114B1 (en) Optical probe for detecting or irradiating light and near-field optical microscope having such probe and manufacturing method of such probe
US6408123B1 (en) Near-field optical probe having surface plasmon polariton waveguide and method of preparing the same as well as microscope, recording/regeneration apparatus and micro-fabrication apparatus using the same
JP3262909B2 (ja) 光学システム
US6408122B1 (en) Probe for irradiating with or detecting light and method for manufacturing the same
US6337477B1 (en) Probe having micro-projection and manufacturing method thereof
EP0593835B1 (en) Scanning near-field optical microscope
Heisig et al. Scanning near-field optical microscopy in the near-infrared region using light emitting cantilever probes
EP1455213B1 (en) Optical waveguide probe and scanning near-field optical microscope
US7297933B2 (en) Probe, near-field light generation apparatus including probe, exposure apparatus, and exposing method using probe
US6600856B1 (en) Lensed optical fibers and unique micropipettes with subwavelength apertures
US6396050B1 (en) Self-emitting optical probe, method for producing the same, and scanning near-field optical microscope
JP4778616B2 (ja) 準波長域の開口を備えたレンズを有する光ファイバ及び独特のマイクロピペット
EP1010983B1 (en) Probe with optical waveguide and method of producing the same
JP3189245B2 (ja) 近接視野顕微鏡
JP3117667B2 (ja) 光ファイバプローブ及びその製造方法
JP2003194697A (ja) グレーティングカップラを有する探針及びその製造方法、該探針を有するプローブ、及び該プローブを有する情報処理装置、表面観察装置、露光装置、該露光装置による光学素子
US20080073520A1 (en) Tip structure for scanning devices, method of its preparation and devices thereon
JP3143884B2 (ja) 発光走査型トンネル顕微鏡
Song et al. Minimization of cut-off effect by use of self-focusing effect to enhance throughput on near-field aperture
JP2004020349A (ja) 導波路層構造、導波路層構造を有するプローブの製造方法、該導波路層構造を有するプローブ、該プローブを有するストレージ装置、表面観察装置、露光装置、デバイス製造方法
JPH10104243A (ja) 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
JP2004085220A (ja) 透光孔付きカンチレバー及びその製造方法並びにそれを用いたビーム測定方法
JP2002148174A (ja) 近接場プローブおよび近接場プローブ製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20011218

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080118

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090118

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees