WO2013011957A1 - 近接場光デバイスの製造方法及び近接場光デバイス - Google Patents

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孝幸 糟谷
杉浦 聡
勝美 吉沢
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パイオニア株式会社
パイオニア・マイクロ・テクノロジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a near-field light device device using a minute spot of near-field light such as HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), SNOM (Scanning Near Field Optical Microscope), etc. About.
  • HAMR Heat Assisted Magnetic Recording
  • SNOM Sccanning Near Field Optical Microscope
  • Patent Literature 1 heat-assisted magnetic recording using near-field light as a light source for heating a magnetic recording medium
  • Non-Patent Document 1 a manufacturing method (see Patent Document 2) that appropriately controls the size of quantum dots and a near-field concentrator using stacked quantum dots have been proposed (see Patent Document 3). Furthermore, an approach has been proposed in which near-field light is generated by a surface-emitting laser and high-density recording is possible with an optical head using the near-field light (Non-Patent Document 1).
  • near-field light generating portion The size of the portion that generates near-field light of the near-field light device (hereinafter referred to as “near-field light generating portion”) is very small in the nano order. Accordingly, there is a problem that it is extremely difficult to mass-produce and form a near-field light device in which a light source that emits light to the near-field light generation unit and the near-field light generation unit are integrated.
  • the present invention has been made in view of the above problems, for example, and an object and problem thereof is to provide a near-field light device manufacturing method and a near-field light device suitable for mass production.
  • the near-field light manufacturing method of the present invention includes a step of forming a near-field light generating portion on one surface of a transparent substrate, a step of forming a light source, and the near-field light generating portion. Bonding the transparent substrate on which the light source is formed and the light source.
  • a near-field light device of the present invention is disposed on a transparent substrate, a near-field light generating portion disposed on one surface of the transparent substrate, and the other surface of the transparent substrate.
  • a light source is disposed on a transparent substrate, a near-field light generating portion disposed on one surface of the transparent substrate, and the other surface of the transparent substrate.
  • FIG. 3 is a process cross-sectional view showing a process that follows the process of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a process cross-sectional view showing a process that follows the process of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a process cross-sectional view showing a process that follows the process of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a process cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 10. It is process sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the near-field optical device which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 13 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 12.
  • FIG. 14 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 13.
  • FIG. 13 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 13.
  • FIG. 15 is a process cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a process cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG. 15.
  • FIG. 17 is a process cross-sectional view illustrating a process that follows the process in FIG. 16. It is a figure which shows the structure of the 1st modification of the near-field light device which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the 1st modification of the near-field light device which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the 1st modification of the near-field light device which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the example which applied the near-field optical device which concerns on this invention to magnetic recording.
  • FIG. 24 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 23.
  • FIG. 25 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 24.
  • FIG. 26 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 25.
  • FIG. 27 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 26.
  • FIG. 31 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 30.
  • FIG. 32 is a process cross-sectional view illustrating a process continued from the process in FIG. 31. It is a figure which shows the structure of the near-field light device which concerns on the modification of 4th Embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a structure of a near-field light device according to the present embodiment.
  • the near-field light device 100 includes: (i) a glass substrate 32, a stopper layer 31 stacked on the glass substrate 32, and a near-field light generating unit 10 stacked on the stopper layer 31. (Ii) an n-GaAs substrate 24, a light source 20 stacked on the n-GaAs substrate 24, a first electrode 41 formed on the light source 20, A member including a second electrode 42 formed on the n-GaAs substrate 24 is bonded to each other through a bonding layer 50.
  • the n-GaAs substrate 24 may be a p-GaAs substrate.
  • the light source 20 is a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER: vertical cavity surface emitting laser). VCSEL configurations are well known to those skilled in the art and will not be described in detail here.
  • the light source 20 includes an upper mirror layer 22, a light emitting layer 21, and a lower mirror layer 23. During operation of the light source 20, power is supplied between the first electrode 41 and the second electrode 42.
  • Near-field optical device manufacturing method Next, a manufacturing method of the near-field light device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a stopper layer 31 containing, for example, GaAs or the like is formed on the n-GaAs substrate 30, a stopper layer 31 containing, for example, GaAs or the like is formed.
  • the GaAs substrate 11, the quantum dot layer 12, and the quantum dot layer 13 are stacked in this order on the stopper layer 31.
  • the upper surface of the quantum dot layer 13 is fixed to the silicon substrate 62 with, for example, wax 61.
  • the n-GaAs substrate 30 is removed by, for example, grinding or chemical etching (see FIG. 5).
  • the glass substrate 32 is bonded to the lower surface of the stopper layer 31. Subsequently, the wax 61 and the silicon substrate 62 are removed (see FIG. 7). Next, as shown in FIG. 8, a metal layer 15 including, for example, gold (Au), copper (Cu), or the like is formed on the quantum dot layer 13.
  • a predetermined mask is formed on the metal layer 15, and the metal layer 15 is etched using the formed mask, thereby forming the metal edge 14 as shown in FIG. .
  • a predetermined mask is formed on the quantum dot layer 13 so as to cover the metal edge 14, and the quantum dot layer 13, the quantum dot layer 12, and the GaAs substrate 11 are etched using the formed mask. As shown in FIG. 10, the near-field light generating unit 10 is formed.
  • the member provided with the near-field light generator 10 and the member provided with the light source 20 are bonded together.
  • the member provided with the light source 20 is manufactured by a process different from the process of manufacturing the near-field light generating unit 10 shown in FIGS.
  • FIGS. 1 A second embodiment of the near-field light device of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment except that the manufacturing process of the near-field light device is partially different. Therefore, in the second embodiment, the description overlapping with that of the first embodiment is omitted, and the common portions in the drawings are denoted by the same reference numerals, and only the differences are basically illustrated in FIGS. The description will be given with reference.
  • the quantum dot layer 12, and the quantum dot layer 13 are stacked in this order on the stopper layer 31 (see FIG. 3), as shown in FIG. A metal layer 15 is formed.
  • a predetermined mask is formed on the metal layer 15, and the metal layer 15 is etched using the formed mask, thereby forming the metal edge 14 as shown in FIG. .
  • a predetermined mask is formed on the quantum dot layer 13 so as to cover the metal edge 14, and the quantum dot layer 13, the quantum dot layer 12, and the GaAs substrate 11 are etched using the formed mask. As shown in FIG. 14, the near-field light generating unit 10 is formed.
  • wax 61 or the like is applied to the upper surface of the stopper layer 31 so as to cover the near-field light generating unit 10, and the silicon substrate 61 is laminated on the wax 61 (see FIG. 15).
  • the n-GaAs substrate 30 is removed by, for example, grinding or chemical etching (see FIG. 16).
  • the glass substrate 32 is bonded to the lower surface of the stopper layer 31. Thereafter, the wax 61 and the silicon substrate 62 are removed.
  • FIG. 18 is a diagram showing a structure of a first modification of the near-field light device according to the embodiment of the present invention.
  • a recess is formed in a part of the n-GaAs substrate 25 of the near-field light device 110 according to the first modification. If comprised in this way, the light radiate
  • FIG. 19 is a diagram showing a structure of a second modification of the near-field light device according to the embodiment of the present invention.
  • a lens 33 is formed on the glass substrate 32 in particular. If comprised in this way, the light radiate
  • the lens 33 is not limited to the convex lens type, and a Fresnel lens may be dug into the glass substrate 32.
  • FIG. 20 is a diagram showing a structure of a third modification of the near-field light device according to the embodiment of the present invention.
  • the near-field light generating unit 10 is stacked on the n-GaAs substrate 34 instead of the glass substrate.
  • the n-GaAs substrate 34 is bonded to the n-GaAs substrate 26 via a bonding layer 52.
  • FIGS. 21A and 21B are diagrams showing an example in which the near-field light device according to the present invention is applied to magnetic recording.
  • FIG. 21 (a) illustrates the following contents.
  • the ON / OFF of the light source 20 of the near-field light device 100 is controlled based on the recording signal corresponding to the information recorded on the recording medium 200, so that the metal end 14 ( Near field light 300 is generated around (see FIG. 1), or the generated near field light 300 disappears.
  • the light source 20 is ON, energy moves from the metal end 14 to the minute spot on the recording medium 200 via the near-field light 300.
  • the near-field light generating part 10 is made up to the height of the upper surface of the metal edge 14 with a coating layer 101 made of a dielectric material such as SiO 2 or a resin such as PMMA (Poly Methyl Methacrylate). Covered. If comprised in this way, it can prevent that this near field light generation part 10 is destroyed.
  • the coating layer 101 may cover not only the near-field light generator 10 but also the surface emitting laser (light source 20).
  • the coercive force of the minute spot is reduced by applying energy to the minute spot of the recording medium 200.
  • Information is recorded on the recording medium 200 by applying a magnetic field to a minute spot with a reduced coercive force by a magnetic head (not shown).
  • the metal edge 14 (see FIG. 1) included in the near-field light generating unit 10 and the recording medium 200 are less than a predetermined distance (for example, 20 nm or less), the metal edge 14 (see FIG. 1) and the metal of the recording medium 200 are used.
  • the area facing the end 14 is integrated to generate the near-field light 300. Due to the integrated near-field light, the region itself facing the metal end 14 of the recording medium 200 generates heat, and the energy utilization efficiency is improved.
  • the size (height direction) of the near-field light device can be adjusted by appropriately adjusting the thickness of the glass substrate 32.
  • FIG. 22 is a diagram showing the structure of the near-field light device according to this embodiment.
  • the near-field light device 140 includes an n-GaAs substrate 30, a lower electrode 44 formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 30, and a light source 20 stacked on the upper surface of the n-GaAs substrate 30.
  • the near-field light generating unit 10 stacked on the light source 20 and the upper electrode 43 formed on the upper surface of the light source 20 are configured.
  • the n-GaAs substrate 30 may be a p-GaAs substrate.
  • the near-field light generating unit 10 includes a GaAs substrate 11, a quantum dot layer 12 stacked on the GaAs substrate 11, a quantum dot layer 13 stacked on the quantum dot layer 12, and the quantum dot layer 13 and a metal end 14 formed on top of 13.
  • the light source 20 includes an upper mirror layer 22, a light emitting layer 21, and a lower mirror layer 23. During operation of the light source 20, power is supplied between the upper electrode 43 and the lower electrode 44.
  • Near-field optical device manufacturing method Next, a manufacturing method of the near-field light device 140 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the lower mirror layer 23, the light emitting layer 21, and the upper mirror layer 22 are laminated in this order on the n-GaAs substrate 30.
  • the GaAs substrate 11, the quantum dot layer 12, the quantum dot layer 13, and the metal layer 15 are laminated on the upper mirror layer 22 in this order.
  • a predetermined mask is formed on the metal layer 15, and etching or the like is performed on the metal layer 15 using the formed mask, thereby forming the metal edge 14 as shown in FIG. .
  • a predetermined mask is formed on the quantum dot layer 13 so as to cover the metal edge 14, and the quantum dot layer 13, the quantum dot layer 12, and the GaAs substrate 11 are etched using the formed mask. As shown in FIG. 26, the near-field light generating unit 10 is formed.
  • a predetermined mask is formed on the upper mirror layer 22 so as to cover the near-field light generating unit 10, and the upper mirror layer 22, the light emitting layer 21, and the lower mirror layer 23 are formed using the formed mask. Etching or the like is performed to form the light source 20 as shown in FIG. Thereafter, the upper electrode 41 is formed on the upper mirror layer 22 (see FIG. 1).
  • the lower electrode 44 is typically formed before the step shown in FIG.
  • the upper electrode 43 and the lower electrode 44 are made of, for example, gold (Au) or copper (Cu).
  • the near-field light device 140 in which the near-field light generator 10 and the light source 20 are integrally formed can be mass-produced relatively easily.
  • n-GaAs substrate 30 may also be etched.
  • etching or the like may be performed so that the upper mirror layer 22 is tapered as shown in FIG.
  • the upper electrode 47 is formed after the oxide film 60 made of, for example, SiO 2 is formed on the upper surface of the light emitting layer 21.
  • FIGS. 30 to 32 A fourth embodiment of the near-field light device of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the fourth embodiment is the same as the third embodiment except that the configuration of the near-field light device is partially different. Accordingly, the description of the fourth embodiment that is the same as that of the third embodiment is omitted, and common portions in the drawings are denoted by the same reference numerals, and only the points that are basically different are shown in FIGS. 30 to 32. The description will be given with reference.
  • a predetermined mask 53 is formed on the upper mirror layer 22 so as to cover the near-field light generating unit 10 and formed. Etching or the like is performed on the upper mirror layer 22 using the mask 53, so that the upper surface of the light emitting layer 21 is exposed as shown in FIG.
  • an oxide film 60 made of, for example, SiO 2 is formed on the exposed upper surface of the light emitting layer 21. Subsequently, as shown in FIG. 31, a metal film 45 made of, for example, gold is formed on the formed oxide film 60.
  • the metal film 45, the oxide film 60, the light emitting layer 21, and the lower mirror layer 23 are etched using a predetermined mask as shown in FIG. Then, the upper electrode 46 and the like are formed.
  • the n-GaAs substrate 30 may be etched or the like as shown in FIG.
  • FIG. 34 is a diagram showing a schematic structure of a near-field light device according to this embodiment.
  • FIG. 34A is a perspective view of the near-field light device according to the present embodiment, and
  • FIG. 34B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
  • the near-field light device 150 includes a light source 20, a transparent substrate 81 stacked on the light source 20, a near-field light generating unit 70 stacked on the transparent substrate 81, and the near-field. And a light shielding plate 82 that surrounds the light generating unit 70 and covers the upper surface of the transparent substrate 81.
  • the transparent substrate 81 may be any substrate that can transmit at least light that can appropriately operate the near-field light generation unit 70 out of the light emitted from the light source 20.
  • the transparent substrate 81 has a high light transmittance such as a glass substrate. It is not restricted to the board
  • FIG. 35 is a diagram showing the structure of the near-field light generator according to this embodiment.
  • the near-field light generator 70 includes a GaAs substrate 72, a GaAs buffer layer 73 stacked on the GaAs substrate 72, an InAs layer 74 stacked on the GaAs buffer layer 73, An InAs quantum dot 75 formed on the InAs layer 74, a GaAs layer 76 laminated so as to cover the InAs quantum dot 75, and a metal edge 77 formed on the GaAs layer 76. It is configured.
  • the metal end 77 is preferably made of a metal (for example, gold (Au)) having an energy band capable of efficiently absorbing near-field light energy, but may be made of a metal other than gold or a semiconductor.
  • the near-field light generating unit 70 is configured by GaAs and InAs.
  • the near-field light generating unit may be configured by a light-transmitting material such as CuCl, GaN, or ZnO. .
  • the light emitted from the light source 20 passes through the transparent substrate 81, the GaAs substrate 72, the GaAs buffer layer 73 and the InAs layer 74 and reaches the InAs quantum dots 75. Then, near-field light is generated around the InAs quantum dots 75. The energy of the generated near-field light moves to the metal end 77, and near-field light is generated around the metal end 77. The energy of the generated near-field light is obtained when the distance between the metal edge 77 and an object (not shown) becomes a distance that causes a near-field interaction (for example, 20 nm (nanometer) or less). Then, it moves from the metal edge 77 to a minute spot on the surface of the object.
  • a distance that causes a near-field interaction for example, 20 nm (nanometer) or less.
  • the diameter of the spot formed on the upper surface of the transparent substrate 81 (that is, the boundary surface between the transparent substrate 81 and the light shielding plate 82) of the light emitted from the light source 20 is assumed to be condensed by a lens or the like. It is several hundred nm to several ⁇ m ( ⁇ m).
  • the size of the near-field light generating unit 70 is several tens nm to several hundreds nm. Then, light that is not incident on the near-field light generator 70 out of the light emitted from the light source 20 may leak from the vicinity of the near-field light generator 70.
  • the light shielding plate 82 since the upper surface of the transparent substrate 81 is covered with the light shielding plate 82, the light emitted from the light source 20 that does not enter the near-field light generator 70 is the near-field light generator 70. It is possible to prevent leakage from the surroundings.
  • a metal, a dielectric multilayer film (so-called dielectric mirror) or the like can be applied to the light shielding plate 82.
  • FIG. 6 A sixth embodiment of the near-field light device of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the sixth embodiment is the same as the fifth embodiment except that the configuration of the near-field light device is partially different. Therefore, the description of the sixth embodiment that is the same as that of the fifth embodiment is omitted, and common portions in the drawing are denoted by the same reference numerals, and only the points that are basically different are described with reference to FIG. explain.
  • FIG. 36 is a diagram showing a schematic structure of a near-field light device according to the present embodiment having the same purpose as FIG.
  • FIG. 36A is a perspective view of the near-field light device according to the present embodiment
  • FIG. 36B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
  • the near-field light device 160 includes a light source 20, a transparent substrate 81 laminated on the light source 20, a near-field light generator 70 laminated on the transparent substrate 81, and the near-field.
  • a horizontal light shielding plate 83 that surrounds the light generation unit 70 and covers the upper surface of the transparent substrate 81, and a vertical light shielding plate 84 that covers the side surface of the near-field light generation unit 70 are configured.
  • a seventh embodiment of the near-field light device of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the seventh embodiment is the same as the configuration of the fifth embodiment except that the configuration of the near-field light device is partially different. Therefore, the description of the seventh embodiment that is the same as that of the fifth embodiment is omitted, and common portions in the drawing are denoted by the same reference numerals, and only fundamentally different points are described with reference to FIG. explain.
  • FIG. 37 is a diagram showing a schematic structure of the near-field light device according to the present embodiment having the same purpose as in FIG.
  • FIG. 37 (a) is a perspective view of the near-field light device according to the present embodiment
  • FIG. 37 (b) is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 37 (a).
  • the near-field light device 170 includes a light source 20, a transparent substrate 81 laminated on the light source 20, a near-field light generator 70 laminated on the transparent substrate 81, and the near-field. And a light shielding plate 85 that surrounds the light generating unit 70 and covers the upper surface of the transparent substrate 81.
  • the thickness of the light shielding plate 85 is equal to or substantially equal to the distance from the bottom surface of the GaAs substrate 72 of the near-field light generating unit 70 to the top surface of the GaAs layer 76.
  • FIG. 8 An eighth embodiment of the near-field light device of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the eighth embodiment is the same as the fifth embodiment except that the configuration of the near-field light device is partially different. Therefore, the description of the eighth embodiment that is the same as that of the fifth embodiment is omitted, and common portions in the drawing are denoted by the same reference numerals, and only fundamentally different points are described with reference to FIG. explain.
  • FIG. 38 is a diagram showing a schematic structure of the near-field light device according to the present embodiment having the same purpose as in FIG.
  • FIG. 38A is a perspective view of the near-field light device according to the present embodiment
  • FIG. 38B is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
  • the near-field light device 180 includes a light source 20, a transparent substrate 81 stacked on the light source 20, a near-field light generating unit 70 stacked on the transparent substrate 81, and the near-field. And a light shielding plate 86 that surrounds the light generation unit 70 and covers the upper surface of the transparent substrate 81.
  • a minute groove 87 is formed between the near-field light generating unit 70 and the light shielding plate 86.
  • the groove part 87 does not need to be formed intentionally, for example, may be formed accidentally during the manufacturing process of the said near field optical device 180.
  • FIG. 39 is a diagram showing an example in which the near-field light device according to the present invention is applied to magnetic recording.
  • ON / OFF of the light source 20 of the near-field light device 150 is controlled, so that the metal end 77 included in the near-field light generating unit 70 (FIG. 35).
  • the near-field light 300 is generated around the reference), or the generated near-field light 300 disappears.
  • the light source 20 is ON, energy moves from the metal edge 77 to the minute spot on the recording medium 200 via the near-field light 300.
  • FIG. 39 illustrates the near-field light device 150 according to the fifth embodiment described above, but the near-field light device according to each of the sixth to eighth embodiments is also applicable.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the near-field light device with such a change
  • the manufacturing method and the near-field optical device are also included in the technical scope of the present invention.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,70 ... Near-field light generation part 20 ... Light source, 21 ... Light emitting layer, 22 ... Upper mirror layer, 23 ... Lower mirror layer, 81 ... Transparent substrate, 82, 85, 86 ... Light-shielding plate, 83 ... Horizontal light-shielding plate 84 ... Vertical light shielding plate, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180 ... Near-field light device

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Abstract

 近接場光デバイスの製造方法は、透明基板(32)の一方の面に近接場光発生部(10)を形成するステップと、光源(20)を形成するステップと、近接場光発生部が形成された透明基板と光源を貼り合わせるステップと、を備える。これにより、量産化に適した近接場光デバイスの製造方法を提供することができる。

Description

近接場光デバイスの製造方法及び近接場光デバイス
 本発明は、例えば、HAMR(熱アシスト磁気記録:Heat Assisted Magnetic Recording)、SNOM(走査型近接場光学顕微鏡:Scanning Near Field Optical Microscope)等の近接場光の微小スポットを利用する近接場光デバイス装置に関する。
 近接場光を利用した、光の回折限界を超えたナノスケールの微小光スポットの利用例として、例えば、近接場光を磁気記録媒体の昇温するための光源として用いる熱アシスト磁気記録(特許文献1参照)が提案されている。
 また、近年の半導体微細加工技術の進歩により、量子力学的効果を利用し、単一電子を制御することにより電子の粒子性を極限まで利用するナノスケールの量子ドットが注目されている。たとえば、量子ドットのサイズを適切に制御する製造方法(特許文献2参照)、および、積層された量子ドットを利用した近接場集光器が提案されている(特許文献3参照)。さらに、面発光レーザにより近接場光を生成し、この近接場光を用いた光ヘッドにて高密度記録を可能にする取り組みも提案されている(非特許文献1)。
特開2003-045004号公報 特開2009-231601号公報 特開2006-080459号公報
微小共振器面発光レーザによる近接場光生成(電子情報通信学会論文誌 C Vol.J83-C No.9 pp.826-834 2000年9月)
 近接場光デバイスの近接場光を発生する部分(以下、“近接場光発生部”と称する)のサイズは、ナノオーダーと大変小さい。従って、かかる近接場光発生部に光を出射する光源と、近接場光発生部と、が一体になった近接場光デバイスを量産形成することは困難性が極めて高いという課題がある。
 本発明は、例えば上記課題に鑑みてなされたものであり、量産化に適した近接場光デバイスの製造方法及び近接場光デバイスを提供することをその目的・課題とする。
 本発明の近接場光の製造方法は、上記課題を解決するために、透明基板の一方の面に近接場光発生部を形成するステップと、光源を形成するステップと、前記近接場光発生部が形成された前記透明基板と前記光源を貼り合わせるステップと、を備える。
 本発明の近接場光デバイスは、上記課題を解決するために、透明基板と、前記透明基板の一方の面に配置された近接場光発生部と、前記透明基板の他方の面に配置された光源と、を備える。
 本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
第1実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 第1実施形態に係る近接場光デバイスの製造方法の一工程を示す工程断面図である。 図2の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図3の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図4の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図5の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図6の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図7の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図8の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図9の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図10の工程に続く工程を示す工程断面図である。 第2実施形態に係る近接場光デバイスの製造方法の一工程を示す工程断面図である。 図12の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図13の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図14の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図15の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図16の工程に続く工程を示す工程断面図である。 本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第1変形例の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第1変形例の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第1変形例の構造を示す図である。 本発明に係る近接場光デバイスを磁気記録に応用した例を示す図である。 第3実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 第3実施形態に係る近接場光デバイスの製造方法の一工程を示す工程断面図である。 図23の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図24の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図25の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図26の工程に続く工程を示す工程断面図である。 第3実施形態の第1変形例に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 第3実施形態の第2変形例に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 第4実施形態に係る近接場光デバイスの製造方法の一工程を示す工程断面図である。 図30の工程に続く工程を示す工程断面図である。 図31の工程に続く工程を示す工程断面図である。 第4実施形態の変形例に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。 第5実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。 第5実施形態に係る近接場光発生部の構造を示す図である。 第6実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。 第7実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。 第8実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。 本発明に係る近接場光デバイスを磁気記録に応用した例を示す図である。
 以下、本発明の近接場光デバイスに係る実施形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下の図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
 <第1実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第1実施形態について、図1乃至図11を参照して説明する。
 (近接場光デバイスの構成)
 先ず、本実施形態に係る近接場光デバイスの構成について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。
 図1において、近接場光デバイス100は、(i)ガラス基板32と、該ガラス基板32の上に積層されたストッパ層31と、該ストッパ層31の上に積層された近接場光発生部10と、を備えてなる部材と、(ii)n-GaAs基板24と、該n-GaAs基板24の上に積層された光源20と、該光源20の上に形成された第1電極41と、n-GaAs基板24の上に形成された第2電極42と、を備えてなる部材と、が互いに貼り合わせ層50を介して張り合わされることによって構成されている。尚、n-GaAs基板24は、p-GaAs基板であってもよい。
 光源20は、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER:垂直共振器面発行レーザ)である。VCSELの構成は当業者にとって周知であるため、ここでは詳述しない。光源20は、上部ミラー層22、発光層21及び下部ミラー層23を備えて構成されている。光源20の動作時には、第1電極41及び第2電極42間に電力が供給される。
 (近接場光デバイスの製造方法)
 次に、本実施形態に係る近接場光デバイス100の製造方法について、図2乃至図11を参照して説明する。
 図2において、n-GaAs基板30の上に、例えばGaAs等を含んでなるストッパ層31が形成される。次に、図3に示すように、該ストッパ層31の上に、GaAs基板11、量子ドット層12及び量子ドット層13が、この順番で積層される。
 次に、図4に示すように、量子ドット層13の上面が、例えばワックス61により、シリコン基板62に固定される。次に、例えば研削、ケミカルエッチング等によりn-GaAs基板30が除去される(図5参照)。
 次に、図6に示すように、ストッパ層31の下面にガラス基板32が接着される。続いて、ワックス61及びシリコン基板62が除去される(図7参照)。次に、図8に示すように、量子ドット層13の上に、例えば金(Au)や銅(Cu)等を含んでなる金属層15が形成される。
 次に、金属層15の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて金属層15にエッチング等が施されることにより、図9に示すように金属端14が形成される。次に、金属端14を覆うように量子ドット層13の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて量子ドット層13、量子ドット層12及びGaAs基板11に対してエッチング等が施されることにより、図10に示すように近接場光発生部10が形成される。
 次に、図11に示すように、近接場光発生部10を備えてなる部材と、光源20を備えてなる部材とが互いに貼り合わせられる。ここで、光源20を備えてなる部材は、図2乃至図10に示した近接場光発生部10を製造する工程とは異なる工程により製造される。
 <第2実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第2実施形態を、図12乃至図17を参照して説明する。第2実施形態では、近接場光デバイスの製造工程の一部異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。よって、第2実施形態について、第1実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図12乃至図17を参照して説明する。
 (近接場光デバイスの製造方法)
 ストッパ層31の上に、GaAs基板11、量子ドット層12及び量子ドット層13が、この順番で積層された後に(図3参照)、図12に示すように、該量子ドット層13の上に金属層15が形成される。
 次に、金属層15の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて金属層15にエッチング等が施されることにより、図13に示すように金属端14が形成される。次に、金属端14を覆うように量子ドット層13の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて量子ドット層13、量子ドット層12及びGaAs基板11に対してエッチング等が施されることにより、図14に示すように近接場光発生部10が形成される。
 次に、ストッパ層31の上面に、近接場光発生部10を覆うように、例えばワックス61等が塗布され、該ワックス61の上にシリコン基板61が積層される(図15参照)。次に、例えば研削、ケミカルエッチング等によりn-GaAs基板30が除去される(図16参照)。
 次に、図17に示すように、ストッパ層31の下面にガラス基板32が接着される。その後、ワックス61及びシリコン基板62が除去される。
 <変形例>
 (第1変形例)
 本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第1変形例について、図18を参照して説明する。図18は、本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第1変形例の構造を示す図である。
 図18に示すように、第1変形例に係る近接場光デバイス110のn-GaAs基板25の一部には、凹部が形成されている。このように構成すれば、光源20から出射された光を比較的効率良く近接場光発生部10に導くことができる。
 (第2変形例)
 本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第2変形例について、図19を参照して説明する。図19は、本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第2変形例の構造を示す図である。
 図19に示すように、第2変形例に係る近接場光デバイス120では特に、ガラス基板32にレンズ33が形成されている。このように構成すれば、光源20から出射された光を近接場光発生部10に集光させることができ、実用上非常に有利である。レンズ33は凸レンズタイプに限らず、フレネルレンズをガラス基板32に掘り込んで形成してもよい。
 (第3変形例)
 本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第3変形例について、図20を参照して説明する。図20は、本発明の実施形態に係る近接場光デバイスの第3変形例の構造を示す図である。
 図20に示すように、第3変形例に係る近接場光デバイス130では、近接場光発生部10が、ガラス基板に代えて、n-GaAs基板34上に積層されている。そして、該n-GaAs基板34は、n-GaAs基板26に、貼り合わせ層52を介して張り合わされている。
 <応用例>
 本発明に係る近接場光デバイスを、磁気ヘッドに適用した例を、図21を参照して説明する。図21(a)、(b)は、本発明に係る近接場光デバイスを磁気記録に応用した例を示す図である。
 図21(a)では、以下の内容を図示している。即ち、記録媒体200に記録される情報に対応する記録信号に基づいて、近接場光デバイス100の光源20のON/OFFが制御されることにより、近接場光発生部10が備える金属端14(図1参照)の周囲に近接場光300が発生したり、該発生した近接場光300が消失したりする。そして、光源20がONである場合には、近接場光300を介して、金属端14から記録媒体200の微小スポットへエネルギーが移動する。
 尚、図21(b)では、近接場光デバイス100の変形例を示している。図21(b)では、例えばSiO等の誘電体や、例えばPMMA(Poly Methyl Methacrylate)等の樹脂等からなるコーティング層101で、金属端14の上表面の高さまで近接場光発生部10が覆われている。このように構成すれば、該近接場光発生部10が破壊されることを防止することができる。コーティング層101により、近接場光発生部10だけでなく、面発光レーザ(光源20)の部分まで覆うように構成してもよい。
 記録媒体200が磁気記録媒体である場合は、記録媒体200の微小スポットにエネルギーが付与されることにより、該微小スポットの保磁力が低減される。そして、保磁力を低減された微小スポットに対して、磁気ヘッド(図示せず)により磁界が加えられることにより、記録媒体200への情報の記録が行われる。
 尚、近接場光発生部10が備える金属端14(図1参照)と記録媒体200が所定距離以下(例えば20nm以下)であるときは、金属端14(図1参照)と記録媒体200の金属端14に対向する領域が一体となって近接場光300を発生する。一体となった近接場光により、記録媒体200の金属端14に対向する領自体が発熱することになり、エネルギーの利用効率が向上する。
 また、近接場光デバイスの周辺に磁気ヘッドなどの磁気デバイスを形成する場合、近接場光デバイスと磁気ヘッドの大きさ(高さ)をあわせる必要がある。VCSELを用いた近接場光デバイスの場合、ガラス基板32の厚みを適宜調整することにより、近接場光デバイスの大きさ(高さ方向)の調整を行うことが可能になる。
 <第3実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第3実施形態について、図22乃至図27を参照して説明する。
 (近接場光デバイスの構成)
 先ず、本実施形態に係る近接場光デバイスの構成について、図22を参照して説明する。図22は、本実施形態に係る近接場光デバイスの構造を示す図である。
 図22において、近接場光デバイス140は、n-GaAs基板30と、該n-GaAs基板30の下面に形成された下部電極44と、該n-GaAs基板30の上面に積層された光源20と、該光源20の上に積層された近接場光発生部10と、該光源20の上面に形成された上部電極43と、を備えて構成されている。尚、n-GaAs基板30は、p-GaAs基板であってもよい。
 近接場光発生部10は、GaAs基板11と、該GaAs基板11の上に積層された量子ドット層12と、該量子ドット層12の上に積層された量子ドット層13と、該量子ドット層13の上に形成された金属端14と、を備えて構成されている。
 光源20は、上部ミラー層22、発光層21及び下部ミラー層23を備えて構成されている。光源20の動作時には、上部電極43及び下部電極44間に電力が供給される。
 (近接場光デバイスの製造方法)
 次に、本実施形態に係る近接場光デバイス140の製造方法について、図23乃至図27を参照して説明する。
 図23において、n-GaAs基板30の上に、下部ミラー層23、発光層21及び上部ミラー層22が、この順番で積層される。次に、図24に示すように、上部ミラー層22の上に、GaAs基板11、量子ドット層12、量子ドット層13及び金属層15が、この順番で積層される。
 次に、金属層15の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて金属層15にエッチング等が施されることにより、図25に示すように金属端14が形成される。次に、金属端14を覆うように量子ドット層13の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて量子ドット層13、量子ドット層12及びGaAs基板11に対してエッチング等が施されることにより、図26に示すように近接場光発生部10が形成される。
 次に、近接場光発生部10を覆うように上部ミラー層22の上に所定のマスクが形成され、該形成されたマスクを用いて上部ミラー層22、発光層21及び下部ミラー層23に対してエッチング等が施されることにより、図27に示すように光源20が形成される。その後、上部ミラー層22の上に上部電極41が形成される(図1参照)。尚、下部電極44は、典型的には、図23に示した工程以前に形成される。また、上部電極43及び下部電極44は、例えば金(Au)又は銅(Cu)等により構成されている。
 上述した製造方法によれば、近接場光発生部10と光源20とが一体に形成された近接場光デバイス140を、比較的容易にして量産することができる。
 <変形例>
 (第1変形例)
 図27に示した工程において、図28に示すように、n-GaAs基板30に対してもエッチング等が施されてもよい。
 (第2変形例)
 或いは、図27に示した工程において、図29に示すように、上部ミラー層22がテーパー状となるようにエッチング等が施されてもよい。この場合、発光層21の上面に、例えばSiO等からなる酸化被膜60が形成された後に、上部電極47が形成される。
 <第4実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第4実施形態を、図30乃至図32を参照して説明する。第4実施形態では、近接場光デバイスの構成が一部異なる以外は、第3実施形態の構成と同様である。よって、第4実施形態について、第3実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図30乃至図32を参照して説明する。
 (近接場光デバイスの製造方法)
 本実施形態では、近接場光発生部10が形成された後(図26参照)、近接場光発生部10を覆うように上部ミラー層22の上に所定のマスク53が形成され、該形成されたマスク53を用いて上部ミラー層22に対してエッチング等が施されることにより、図30に示すように、発光層21の上面が露出される。
 次に、露出された発光層21の上面に、例えばSiO等からなる酸化被膜60が形成される。続いて、図31に示すように、該形成された酸化被膜60の上に、例えば金等からなる金属膜45が形成される。
 次に、マスク53が剥離された後に、所定のマスクを用いて金属膜45、酸化被膜60、発光層21及び下部ミラー層23に対してエッチング等が施されることにより、図32に示すように、上部電極46等が形成される。
 <変形例>
 図32に示した工程において、図33に示すように、n-GaAs基板30に対してもエッチング等が施されてもよい。
 <第5実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第5実施形態について、図34及び図35を参照して説明する。図34は、本実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。図34(a)は、本実施形態に係る近接場光デバイスの斜視図であり、図34(b)は、図34(a)のA-A´線断面図である。
 図34において、近接場光デバイス150は、光源20と、該光源20の上に積層された透明基板81と、該透明基板81の上に積層された近接場光発生部70と、該近接場光発生部70の周囲を囲うと共に透明基板81の上面を覆う遮光板82と、を備えて構成されている。
 光源20には、例えばLED(Light Emitting Diode)、半導体レーザ、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER:垂直共振器面発行レーザ)、有機EL等を適用可能である。透明基板81は、光源20から出射された光のうち、近接場光発生部70を適切に動作可能な光を少なくとも透過させることが可能な基板であればよく、例えばガラス基板等の高光透過率を有する基板に限られない。
 ここで、近接場光発生部70について、図35を参照して説明を加える。図35は、本実施形態に係る近接場光発生部の構造を示す図である。
 図35において、近接場光発生部70は、GaAs基板72と、該GaAs基板72の上に積層されたGaAsバッファ層73と、該GaAsバッファ層73の上に積層されたInAs層74と、該InAs層74の上に形成されたInAs量子ドット75と、該InAs量子ドット75を覆うように積層されたGaAs層76と、該GaAs層76の上に形成された金属端77と、を備えて構成されている。
 金属端77は、近接場光のエネルギーを効率良く吸収できるエネルギーバンドを有する金属(例えば、金(Au))により構成されることが望ましいが、金以外の金属或いは半導体により構成されていてもよい。尚、本実施形態では、GaAs及びInAsにより近接場光発生部70が構成されているが、例えばCuCl、GaN、ZnO等の透光性を有する材料により近接場光発生部が構成されてもよい。
 近接場光デバイス150の動作時には、光源20から出射された光が、透明基板81、GaAs基板72、GaAsバッファ層73及びInAs層74を透過してInAs量子ドット75に到達する。すると、InAs量子ドット75の周囲に近接場光が発生する。該発生した近接場光のエネルギーは金属端77に移動し、該金属端77の周囲に近接場光が発生する。該発生した近接場光のエネルギーは、金属端77と対象物(図示せず)との間の距離が、近接場相互作用を引き起こす距離(例えば、20nm(ナノメートル)以下)となったときに、金属端77から対象物表面の微小スポットへ移動する。
 ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、光源20から出射される光が透明基板81の上面(即ち、透明基板81と遮光板82との境界面)に形成されるスポットの径は、仮にレンズ等により集光されたとしても、数百nm~数μm(μメートル)である。他方、近接場光発生部70の大きさは、数十nm~数百nmである。すると、光源20から出射された光のうち近接場光発生部70に入射しない光が、該近接場光発生部70の周囲から漏れ出る可能性がある。
 しかるに本実施形態では、透明基板81の上面が遮光板82により覆われているので、光源20から出射された光のうち近接場光発生部70に入射しない光が、該近接場光発生部70の周囲から漏れ出ることを防止することができる。遮光板82には、金属や誘電体多層膜(所謂、誘電体ミラー)等を適用可能である。
 <第6実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第6実施形態を、図36を参照して説明する。第6実施形態では、近接場光デバイスの構成が一部異なる以外は、第5実施形態の構成と同様である。よって、第6実施形態について、第5実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図36を参照して説明する。
 図36は、図34と同趣旨の、本実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。図36(a)は、本実施形態に係る近接場光デバイスの斜視図であり、図36(b)は、図36(a)のB-B´線断面図である。
 図36において、近接場光デバイス160は、光源20と、該光源20の上に積層された透明基板81と、該透明基板81の上に積層された近接場光発生部70と、該近接場光発生部70の周囲を囲うと共に透明基板81の上面を覆う水平遮光板83と、近接場光発生部70の側面を覆う垂直遮光板84と、を備えて構成されている。
 <第7実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第7実施形態を、図37を参照して説明する。第7実施形態では、近接場光デバイスの構成が一部異なる以外は、第5実施形態の構成と同様である。よって、第7実施形態について、第5実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図37を参照して説明する。
 図37は、図34と同趣旨の、本実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。図37(a)は、本実施形態に係る近接場光デバイスの斜視図であり、図37(b)は、図37(a)のC-C´線断面図である。
 図37において、近接場光デバイス170は、光源20と、該光源20の上に積層された透明基板81と、該透明基板81の上に積層された近接場光発生部70と、該近接場光発生部70の周囲を囲うと共に透明基板81の上面を覆う遮光板85と、を備えて構成されている。
 本実施形態では特に、遮光板85の厚さは、近接場光発生部70のGaAs基板72の底面からGaAs層76の上面までの距離と、等しい又はほぼ等しい。
 <第8実施形態>
 本発明の近接場光デバイスに係る第8実施形態を、図38を参照して説明する。第8実施形態では、近接場光デバイスの構成が一部異なる以外は、第5実施形態の構成と同様である。よって、第8実施形態について、第5実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図38を参照して説明する。
 図38は、図34と同趣旨の、本実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。図38(a)は、本実施形態に係る近接場光デバイスの斜視図であり、図38(b)は、図38(a)のD-D´線断面図である。
 図38において、近接場光デバイス180は、光源20と、該光源20の上に積層された透明基板81と、該透明基板81の上に積層された近接場光発生部70と、該近接場光発生部70の周囲を囲うと共に透明基板81の上面を覆う遮光板86と、を備えて構成されている。
 本実施形態では特に、近接場光発生部70と遮光板86との間に微小な溝部87が形成されている。尚、溝部87は意図的に形成されなくてもよく、例えば当該近接場光デバイス180の製造工程中に偶発的に形成されてもよい。
 <応用例>
 本発明に係る近接場光デバイスを、磁気ヘッドに適用した例を、図39を参照して説明する。図39は、本発明に係る近接場光デバイスを磁気記録に応用した例を示す図である。
 記録媒体200に記録される情報に対応する記録信号に基づいて、近接場光デバイス150の光源20のON/OFFが制御されることにより、近接場光発生部70が備える金属端77(図35参照)の周囲に近接場光300が発生したり、該発生した近接場光300が消失したりする。そして、光源20がONである場合には、近接場光300を介して、金属端77から記録媒体200の微小スポットへエネルギーが移動する。
 記録媒体200の微小スポットにエネルギーが付与されることにより、該微小スポットの保磁力が低減される。そして、保磁力を低減された微小スポットに対して、磁気ヘッド(図示せず)により磁界が加えられることにより、記録媒体200への情報の記録が行われる。
 尚、図39には、上述した第5実施形態に係る近接場光デバイス150が記載されているが、第6実乃至第8実施形態各々に係る近接場光デバイスも適用可能である。
 本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う近接場光デバイスの製造方法及び近接場光デバイスもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
 10、70…近接場光発生部、20…光源、21…発光層、22…上部ミラー層、23…下部ミラー層、81…透明基板、82、85、86…遮光板、83…水平遮光板、84…垂直遮光板、100、110、120、130、140、150、160、170、180…近接場光デバイス

Claims (4)

  1.  透明基板の一方の面に近接場光発生部を形成するステップと、
     光源を形成するステップと、
     前記近接場光発生部が形成された前記透明基板と前記光源を貼り合わせるステップと、
     を備えることを特徴とする近接場光デバイスの製造方法。
  2.  透明基板と、
     前記透明基板の一方の面に配置された近接場光発生部と、
     前記透明基板の他方の面に配置された光源と、
     を備えたことを特徴とする近接場光デバイス。
  3.  前記近接場光発生部は、前記光源から出射された出射光に基づいて近接場光を発生し、
     前記出射光が外部に漏れ出るのを抑制する遮光部を更に備えた
     ことを特徴とする請求項2に記載の近接場光デバイス。
  4.  前記遮光部は、前記透明基板上に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の近接場光デバイス。
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