JP4029538B2

JP4029538B2 - 半導体レーザ、光ヘッド、光ディスク装置、および半導体レーザの製造方法

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Publication number: JP4029538B2
Application number: JP2000056362A
Authority: JP
Inventors: 喜一上柳
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: JP2001244564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己結合効果を利用してレーザ光を出射する半導体レーザ、光ヘッド、光ディスク装置、および半導体レーザの製造方法に関し、特に、微小開口から放射されるレーザ光の強度を増大させることにより、記録媒体の高記録密度化が可能となり、小型化およびデータ転送レートの向上を図った半導体レーザ、光ヘッド、光ディスク装置、および半導体レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置においては、光ディスクはコンパクトディスク（ＣＤ）からディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）へと高密度・大容量化が進められているが、コンピュータの高性能化やディスプレイ装置の高精細化に伴い、ますます大容量化が求められている。
【０００３】
光ディスクの記録密度は、基本的には記録媒体上に形成される光スポットの径で抑えられる。レーザ光の回折限界以下の光スポットを得る手段として、微小開口を透明集光用媒体の光スポット位置に設け、そこから染み出す近接場光を利用する方法が注目を集めている。しかし、この方法では、光利用効率が小さいため、染み出す近接場光の強度が低く、まだ従来のレンズによる集光で得られる記録マーク（約０．１μｍ）よりも小さな記録マークは得られていない。
【０００４】
この問題を解決する手段として、半導体レーザの自己結合効果（ＳＣＯＯＰ効果）を利用して記録・再生する方法が提案されている。すなわち、この方法は、半導体レーザの出力面のスポット位置に微小開口を形成し、そこから放射されるレーザ光を記録・再生に使用する方法であり、特に再生時には、記録媒体からの反射光を微小開口を通してレーザの共振器内に再入射し、それによって生じるレーザの発振状態の変調を電気的・光学的に検出するものである。この検出方式によれば、感度が高いため、再入射光が微弱でも再生することが可能となる。
【０００５】
この方式を用いた従来の光ヘッドとして、例えば、Ａ．Ｐａｒｔｏｖｉにより発表された「Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ＩＳＯＭ／ＯＤＳ '９９、ＴｈＣ−１(1999)ｐ．３５２.」（以下「文献I」という。）、およびＳ.Ｓｈｉｍａｄａにより発表された「Ｊｐｎ．Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ．３８（１９９９）Ｐｔ．２，Ｎｏ．１１Ｂ，ｐ．L１３２７.」（以下「文献II」という。）に示されたものがある。
【０００６】
図８は、上記文献Iに記載された従来の光ヘッドを示す。この光ヘッド１は、浮上スライダ１１の後端部１１ａに、端面発光型半導体レーザ２を配置したものである。この端面発光型半導体レーザ２は、発振波長９８０ｎｍの共振器を構成する高反射多層膜１０ａおよび低反射多層膜１０ｂを発振領域８の後端面と先端面にそれぞれ配置し、その低反射多層膜１０ｂの表面に、Ｇａイオンの収束イオンビーム（Focused Ion Beam:FIB）を用いたエッチングにより微小開口５が形成された金属遮光体４を配置したものである。このような構成において、微小開口５から放射される微小サイズのレーザ光６を光ディスク７の相変化型記録媒体７ａに照射することにより、記録・再生を行う。再生時には、記録媒体７ａからの反射光を微小開口５を通して半導体レーザ２の共振器内に再入射させ、自己結合効果、すなわち、再入射光による半導体レーザ２の変調を電気的あるいは光学的に検出することにより情報の再生を行う。微小開口５によって微小化されたレーザ光６を記録・再生に用いることにより、高記録密度化が図れる。
【０００７】
図９は、上記文献IIに記載された従来の半導体レーザを示す。この半導体レーザ２は、ＡｌＧａＡｓ系の半導体結晶からなる８５０ｎｍの波長で発振する面発光型半導体レーザ２であり、ＧａＡｓ基板１１に、高反射多層膜１０ａ、Ｐ型ＡｌＡｓ層３３、Ｐ型スペーサ層３４、部分透過率を有する高反射多層膜１０ｃおよび位相調整層３５を順次形成し、半導体レーザ２の出力面３に、収束イオンビームを用いたエッチングにより発振領域８の上部に微小開口６が形成された金属遮光体４を配置したものである。共振器を構成する高反射多層膜１０ａおよび高反射層膜１０ｃは、１／４波長厚のＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層を交互に積層して構成されている。出力側の共振器用ミラーは、上記の高反射多層膜１０ｃと金属遮光体４とで構成されている。また、金属遮光体４での反射は位相が反転するので、光路長が1／４波長となる厚さのＡｌＧａＡｓからなる位相調整層３５を挟み、両者の反射が強め合うように調整されている。微小開口５によって微小化されたレーザ光６を記録・再生に用いることにより、高記録密度化が図れる。
【０００８】
一方、自己結合効果を利用してレーザ光を出射する半導体レーザではあるが、上記２つの従来例とは異なる構成の半導体レーザとして、例えば、第７３回微小光学研究会資料、ｐ．２７、（１９９９、９月）に示されるものがある。
【０００９】
図１２は、その半導体レーザを示す。この半導体レーザ２は、面発光型半導体レーザであり、レーザ２の出力面に設けられた半導体材料で形成するトータルレフレクションチップ（Total Refrection Tip）と称する角錐状の集光体６１と、集光体６１の先端に設けられた円錐状の中心金属体６６と、中心金属体６６の先端に形成されたカーボンナノチューブからなる微小同軸体６５と、これらの集光体６１、中心金属体６６および微小同軸体６５の周囲に誘電体層６２を介して形成された金属膜６３とを有する。この構成によれば、図１３に示すように、
微小同軸体６５から微小サイズの伝播光（ＴＥＭ００モード）を得ようとするものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８および図９に示す従来の半導体レーザによると、レーザ光の出力面に設けた金属遮光体の厚さ分記録媒体との間にエアギャップが形成されるので、記録密度を高めるために微小開口のサイズを小さくしても、開口の面積に反比例する以上に急激に出力パワーが低下し、記録密度の向上を図ることができないという問題がある。
【００１１】
すなわち、単純開口の場合、マイクロ波の導波管からも類推されるように、開口が波長の１／２以下ではカットオフとなり、開口が狭くなるにつれて通過し得るレーザ光は指数関数的に減少する。また、その場合、レーザ光は主に近接場光として界面付近に界在するが、その広がり長さは開口サイズ程度である。開口幅を１００ｎｍとした場合、図１０（ａ）に示すように、奥行きと開口幅が同程度の長さとなり、近接場光は、同図（ｂ）に示すように、開口法線方向に指数関数的に強度が減少し、金属遮光体４の表面４ａより外側には殆ど届かなくなる。このことから、上述したように開口サイズを小さくすると、急激にパワーが低下する。
【００１２】
図１１は、その開口サイズと光出力パワーとの関係を示す。記録再生型の光記録媒体としては、ＧｅＳｂＴｅ等を主体とする相変化型記録媒体とＦｅＴｂＣｏ等を主体とする光磁気記録媒体とがあるが、いずれも記録には、３×１０⁶Ｗ/ｃｍ²（光スポット径１μｍの場合、２０ｍＷ）程度の光パワー密度を必要とする。これに対し、同図に示すように、開口サイズが０．１μｍと０．０５μｍの場合、出力パワーはそれぞれ０．１ｍＷ、０．０１ｍＷ、光パワー密度はそれぞれ１．８×１０⁶Ｗ/ｃｍ²、０．７×１０⁶Ｗ/ｃｍ²と急激に低下し、記録に必要な光パワー密度の数分の一以下となり、出力不足となる。
【００１３】
図１３は、図１２に示す従来の面発光型半導体レーザ２の問題点を示す。面発光型半導体レーザ２の出力光の大半は、同図に示すように、角錐状の集光体６１の斜面６１ａにおいて、２回全反射して面発光型半導体レーザ２に戻るように構成され、この斜面６１ａ自体がレーザ２の出力側共振器の反射鏡の一部を担っている。そのため、斜面６１ａの傾き角は４５度に形成されている。その外側に誘電体層６２が設けられているが、蒸着やスパッタにより形成され得る誘電体層６２の屈折率は、高いものでもせいぜい２．２であり、一方、レーザ用半導体の屈折率は３．５程度であり、入射臨界角は３８度程度となるので、４５度入射では、確かに、全反射の条件を満たし、半導体の集光体６１の斜面６１ａで全反射される。そして、出力光は、角錐状の集光体６１の頂点の傾斜が鈍って曲率を帯びている部分から放出されることになる。しかし、その頂点の部分に同軸の中心金属体６６が形成されており、殆どの出力光がこの中心金属体６６により反射ないし吸収されることになり、微小同軸体６５には殆ど光が到達し得ない構造である。仮に、集光体６１の斜面６１ａから漏れ出したとしても、金属膜６３によりレーザ方向に反射されるか、微小テーパー型プローブにおいてよく知られているように吸収されて、やはり殆ど微小同軸体６５にはレーザ光は到達せず、必要な光強度が得られていない。
【００１４】
従って、本発明の目的は、微小開口から放射されるレーザ光の強度を増大させることにより、記録媒体の高記録密度化が可能となり、小型化およびデータ転送レートの向上を図った半導体レーザ、光ヘッド、光ディスク装置、および半導体レーザの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、レーザ光出射側に位置する平坦な面に共振器の一部を構成する１００ｎｍ以下のサイズを有する微小開口が形成された金属遮光体を備え、前記微小開口の中心に中心金属体が設けられるとともに、前記微小開口内に前記金属遮光体の表面とほぼ同一の面となるようにレーザ光透光性の材料が埋め込まれてなることを特徴とする半導体レーザを提供する。
上記構成によれば、開口内のレーザ光の波長が、レーザ光透過性の材料の屈折率に反比例して短くなるため、波長に対する開口幅の比がそれに比例して大きくなり、レーザ光が開口を通過し易くなる。微小開口と中心金属体とから同軸開口が形成され、この同軸開口から伝播光が出力される。この伝播光を出力する表面が、元のレーザ光出力面から微小開口内に埋め込まれた材料の表面まで移動するため、伝播光を出力する面と記録媒体との距離を近づけられることになり、伝播光を効率良く記録媒体内に入射することが可能となる。なお、微小開口内に埋め込むレーザ光透過性の材料としては、半導体レーザ構造の一部を構成する材料や反射防止膜がある。半導体レーザ構造としては、反射膜や多層反射膜、活性層やクラッド層、あるいは活性層より広いバンドギャップを有し、活性層の端面に設けられる窓材料があり、これらの１つあるいは複数が微小開口内に埋め込まれるように構成されるものである。また、反射防止膜としてはＳｉＯ₂などの誘電体材料を用いることができる。
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、レーザ光出力側に位置する平坦な面に共振器の一部を構成する１００ｎｍ以下のサイズを有する微小開口が形成された金属遮光体を備え、前記微小開口の中心に中心金属体が設けられるとともに、前記微小開口内に前記金属遮光体の表面とほぼ同一の面となるようにレーザ光透過性の材料が埋め込まれてなる半導体レーザと、前記半導体レーザを保持するとともに、光ディスク上を浮上走行する浮上スライダとを備えたことを特徴とする光ヘッドを提供する。
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するため、記録媒体が形成された光ディスクと、レーザ光出力側に位置する平坦な面に共振器の一部を構成する１００ｎｍ以下のサイズを有する微小開口が形成された金属遮光体を備え、前記微小開口の中心に中心金属体が設けられるとともに、前記微小開口内に前記金属遮光体の表面とほぼ同一の面となるようにレーザ光透過性の材料が埋め込まれてなる半導体レーザと、前記半導体レーザを保持するとともに、光ディスク上を浮上走行する浮上スライダとを有する光ヘッドを備えたことを特徴とする光ディスク装置を提供する。
【００１８】
本発明は、上記目的を達成するため、レーザ光出力面を有する半導体レーザ材料を準備し、前記レーザ光出力面上に設定されたドーナツ状領域を除く部分をエッチングすることにより凹部を形成し、前記凹部にフォトリソグラフィ工程あるいは収束イオンビーム法によって金属体を被着することにより、請求項１に記載の半導体レーザを製造することを特徴とする半導体レーザの製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の第1の実施の形態に係る光ヘッドを示し、同図（ｂ）は、それに用いる半導体レーザの要部を示す。なお、それぞれの部品のサイズは寸法通りではなく、小さく薄い部品ほど拡大されている。本光ヘッド１は、浮上スライダ１１を有し、この浮上スライダ１１の後端部１１に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体結晶から構成された波長６５０ｎｍで発振する端面発光型半導体レーザ２を配置したものである。
【００２０】
端面発光型半導体レーザ２は、同図（ａ）に示すように、レーザ２の共振器を構成する高反射多層膜１０ａおよび低反射多層膜１０ｂを結晶部２０の後端面と先端面にそれぞれ配置し、その低反射多層膜１０ｂの表面に同軸開口１５を有する金属遮光体４を配置したものである。同軸開口１５は、矩形状の開口５０と、開口５０の中心に同軸的に配置された同じく矩形状の中心金属体５１とから構成されている。
【００２１】
高反射多層膜１０ａは、９５％程度の反射率を有する。一方、低反射多層膜１０ｂは、結晶ヘキ開面２６上に形成され、高屈折率のＴｉＯ₂と低屈折率のＳｉＯ₂の誘電体膜からなり、２０〜３０％程度の反射率を有する。
【００２２】
金属遮光体４は、厚さ６０ｎｍのＡｇからなり、レーザ光のかなりの部分をレーザ２内に反射し、低反射多層膜１０ｂとともに複合共振器を構成する。なお、金属遮光体４は、被着性が良好であれば他の金属でもよい。同軸開口１５の中心に配置されている中心金属体５１は、開口５０の１／３程度のサイズのとき、レーザ光の同軸による減衰は最も小さくなるが、２０ｎｍ程度あるいはそれ以下であれば、減衰は無視できる程度であるので、２０ｎｍのサイズとしている。開口５０の辺の長さには、特に限定はないが、５０〜１００ｎｍ程度が安定して作製するには、好適である。各辺は光ディスク７の記録トラック（図示せず）と平行あるいは垂直となるように配置されている。
【００２３】
結晶部２０は、同図（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板結晶２１の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２、ＧａＩｎＰ活性層２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２４、およびＧａＡｓキャップ層２５を順次積層したものである。結晶部２０の先端面には、上記金属遮光体４が形成され、同軸開口１５および金属遮光体４は、ＳｉＯ₂からなる反射防止膜２７で覆われている。
【００２４】
同軸開口１５内には、同図（ｂ）に示すように、低反射多層膜１０ｂの表面（出力面）３と金属遮光体４の表面４ａとがほぼ同一平面となるように低反射多層膜１０ｂが埋め込まれ、同軸開口１５内に埋め込まれた開口部５ａの表面３側には、高屈折率（約２．２５）のＴｉＯ₂膜５ｂを配置している。
【００２５】
この同軸開口１５の形成方法の一例を説明する。低反射多層膜１０ｂのうち同軸開口１５内に埋め込まれるドーナツ状の開口部５ａ以外の部分をエッチングにより除去し、その除去した部分に金属遮光体４および中心金属体５１を被着する。エッチングには、フォトリソグラフィ工程を用いることも可能であるが、端面発光型半導体レーザの端面幅は０．５ｍｍ以下と狭いため、Ｇａイオンを用いた収束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ法）により行うのが好ましい。金属遮光体４および中心金属体５１の被着には、エッチングと同様にＦＩＢ法を用いるとよい。金属遮光体４は、６０ｎｍの厚さを有するので、ほぼこの部分からのレーザ光の漏れを防ぐことができる。
【００２６】
次に、本実施の形態の光ヘッド１の動作を説明する。ここでは、光ディスク７として、基板７ｂ上にＧｅＳｂＴｅからなる相変化型記録媒体７ａが形成されたものを記録・再生の対象として説明する。本光ヘッド１は、浮上スライダ１１によってディスク７の記録媒体７ａ上を数十ｎｍの浮上高で浮上走行する。端面発光型半導体レーザ２は、順方向の電流が印加されると、共振器を構成する反射多層膜１０ａ，１０ｂ間でレーザ発振を行う。記録用情報に基づいて端面発光型半導体レーザ２の入力が変調されると、その変調によってレーザ光６が伝播光として同軸開口１５から放射される。この伝播光を記録媒体７ａに照射することにより、記録がなされる。再生時には、レーザ２は変調せず、連続光を記録媒体７ａに照射し、その記録媒体７ａからの反射光を同軸開口１５を通してレーザ２内に再入射させる。この再入射光により、レーザ２自体の発振状態が変調され（自己結合効果）、それをレーザ２の入力端子（図示せず）から電気的に検出することにより、情報の再生が行われる。
【００２７】
上述した第１の実施の形態によれば、同軸開口１５内に半導体レーザ材料である低反射多層膜１０ｂを埋め込み、さらに、開口部５ａの表面（出力面）３側に高屈折率のＴｉＯ₂膜５ｂを配置しているので、このＴｉＯ₂膜５ｂ中でのレーザ光の波長は短くなり（３００ｎｍ以下）、レーザ光は同軸開口１５から放射され易くなる。また、矩形状の同軸開口１５を用いることにより、放射光も矩形状となり、記録トラック幅を狭めても隣接トラックとのクロストークが少なく、また、トラック方向の記録密度を上げることができ、高速・高密度の記録が可能となる。また、同軸開口１５の表面３には、反射防止膜２７を設けているので、同軸開口１５でのレーザ２内部の反射を低減でき、光利用効率をより高めることができる。また、反射防止膜２７で金属遮光体４全体を覆っているので、反射防止膜２７の被着時にフォトリソグラフィ工程を不要にでき、金属遮光体４の保護膜としての効果も有する。
なお、レーザ２の後端部の高反射多層膜１０ａの外側に光検出器（図示せず）設け、その光検出器によりレーザ２の変調状態を検出してもよい。この場合、高反射多層膜１０ａの反射率は少し低下させて透過率を１０％以上に上げることにより、再生信号のＳＮ比を上げることができる。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの要部を示す。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様の端面発光型半導体レーザ２であるが、同軸開口１５を短手方向の辺がレーザ２の共振器内での波長の１／２よりも短く、長手方向の辺がレーザ２の共振器内での波長の１／２よりも長い長方形にしたものであり、本実施の形態の開口５０は、例えば、５０ｎｍ×１５０ｎｍの長方形有する。微小金属体５１は、同じく開口５０に沿った長方形を有する。この端面発光型半導体レーザ２は、リッジ２８によって発振領域８が限定される屈折率導波型構造を有し、活性層２３には、約１０ｎｍ幅の量子井戸を使用している。発振領域８は、活性層２３を中心とする水平方向に２〜３μｍ、縦方向に１μｍの楕円状を有する。同軸開口１５は、同図（ａ）に示すように、発振領域８のほぼ中心に設けられ、長手方向の辺が活性層２３と平行になっている。このような同軸開口１５の配置により、同軸開口１５に入射するレーザ光の強度は最大となる。また、開口５０の長手方向の辺は、同図（ｂ）に示すように、活性層２３に対して垂直としてもよい。これにより、レーザ２の光ヘッドに取り付ける方向を変えずに、記録トラックに対する同軸開口１５の向きを変えることができる。
【００２９】
上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、同軸開口１５内を半導体レーザ材料で埋めているので、レーザ光が同軸開口１５から放射され易くなる。なお、光ディスクあるいはハードディスクに用いられている磁気記録媒体等を記録再生に使用する場合には、同軸開口１５の長手方向を記録トラックと平行方向としてもよい。光ディスクあるいはハードディスクに用いられている磁気記録媒体の記録においては、磁界を変調して記録がなされるため、磁界が反転される度にその直前に記録したマークの後部を次のマークが消しながら記録がなされるので、実質的には記録密度を下げることなく、光利用効率を上げることができる。
【００３０】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの要部を示す。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態において、金属遮光体４の開口５０側の縁部４ｂに斜面５０ａを形成して縁部４ｂをレーザ２内部に向かって広がるテーパー形状にし、中央金属体５１の周辺に斜面５１ａを形成して中央金属体５１の周辺をレーザ２内部に向かって狭くなるテーパー形状にし、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。これにより、金属遮光体４の縁部４ｂ、および中央金属体５１の周辺に集光効果を持たせることができ、同軸開口１５からのレーザ光の強度を増すことができる。
【００３１】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザの要部を示す。この第４の実施の形態は，第１の実施の形態において、同軸開口１５の内部に半導体材料のＡｌＧａＩｎＰを埋め込んだものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００３２】
図４（ａ）に示す半導体レーザ２は、レーザ結晶のヘキ開面２６をＦＩＢ法によりエッチングして、ドーナツ状の開口部５ａ以外の部分を除去し、その除去した部分にＳｉＮ膜からなる絶縁膜２９を介してＡｇからなる金属遮光体４を被着し、同軸開口１５および金属遮光体４をＳｉＯ₂からなる反射防止膜２７で覆ったものである。また、このレーザ２の共振器は、金属遮光体４と、後端面の高反射多層膜１０ｂ（図示せず）により一方の共振器用ミラーを構成している。
【００３３】
図４（ｂ）に示す半導体レーザ２は、ヘキ開面２６上にノンドープの高抵抗のＡｌＧａＩｎＰ層２９ａを再成長し、そのＡｌＧａＩｎＰ層２９ａのドーナツ状の開口部５ａ以外の部分をエッチングして除去し、その除去した部分に金属遮光体４および中心金属体５１を被着したものである。
【００３４】
上述した第４の実施の形態によれば、同軸開口１５内に屈折率の高い（約３．５）半導体材料ＡｌＧａＩｎＰを埋め込んでいるので、この中での波長は２００ｎｍ以下と短くなり、同軸開口１５とのカップリング効率を上げることができる。従って、開口５０のサイズを第１の実施の形態と同様に５０ｎｍとした場合、レーザ光の透過率を大幅に上げることができる。また、同軸開口１５および金属遮光体４を反射防止膜２７で覆っているので、レーザ２の共振器内部に反射される割合を減らすことができ、光利用効率が向上するとともに、半導体結晶の劣化を防ぐことができる。
【００３５】
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る半導体レーザの要部を示す。この第５の実施の形態は、半導体レーザとして活性層に垂直にレーザ発振を行う面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）２を使用している以外は、第４の実施の形態と同様である。この面発光型半導体レーザ２は、ＧａＡｓ基板１１の上に、高反射多層膜１０ａ、ｎ型スペーサ層３１、ＡｌＧａＩｎＰ活性層３２、ｐ型ＡｌＡｓ層３３、スペーサ層３４、部分透過率を有する高反射多層膜１０ｃ、およびＡｌＧａＩｎＰからなる位相調整層３５を順次積層し、位相調整層３５のドーナツ状の開口部５ａ以外をエッチングによって除去した部分にｐ型電極３８、金属遮光体４および中心金属体５１を設け、同軸開口１５および金属遮光体４の表面を反射防止膜３９によって覆ったものである。
【００３６】
位相調整層３５は、発振波長の１／４の厚さに金属遮光体４の厚さを加えた厚さを有し、エッチング深さを金属遮光体４の厚さに等しくしている。これにより、開口部５ａの表面（出力面）３と金属遮光体４の表面４ａとを同一平面上に形成することができる。また、位相調整層３５によって金属遮光体４での反射と高反射多層膜１０ｂでの反射の位相を揃えることができ、両者により、９９％以上の高反射を達成することができる。開口部５ａはそれよりも反射率が低くなり、比較的高強度のレーザ光が開口部５ａに達する。このレーザ光の波長は、位相調整層３５の屈折率に反比例して短くなっており、１８０ｎｍ程度である。このため、一辺５０ｎｍの同軸開口１５においても比較的強力な伝播光を発生させることができる。
【００３７】
図６は、同軸開口１５を示す。同軸開口１５は、図６（ａ）に示すように、直径３μｍの発振領域８の中心に設けられており、開口５０は一辺５０ｎｍの正方形を有する。また、発振領域を１μｍ以下と狭めた場合は、共振器内の光強度に対して、同軸開口１５から再入射する光の割合が増加し、自己結合効果が高まるため、再生信号のＳＮが大きくでき、好適である。しかし、この場合、レーザ発振の横モードは、同図（ｂ）の４０で示すように、ＴＥＭ０１モードとなり、中心強度が低下し、発振領域８の半径１／２あたりが強度が最大となる。このため、開口同軸１５は、同図（ｂ）に示すように、中心から半径１／２の距離だけずらした位置に設定することにより、同軸開口１５からの光の発生を最大にできる。また、ＴＥＭ０１モードは、発振強度分布が不安定なため、共振器の出力側に反射率を部分的に低下させる部分を設け、発振位置を固定してもよい。
【００３８】
次に、この面発光型半導体レーザ２の製造方法の一例について説明する。ＧａＡｓ基板１１の上に、１／４波長厚さのｎ型ＡｉＧａＰ層とｎ型ＧａＩｎＰ層からなる高反射多層膜１０ａ、ｎ型スペーサ層３１、ＡｌＧａＩｎＰ活性層３２、ｐ型ＡｌＡｓ層３３、スペーサ層３４、１／４波長厚さのｐ型ＡｉＧａＰ層とｐ型ＧａＩｎＰ層からなる高反射多層膜１０ｃ、およびＡｌＧａＩｎＰからなる位相調整層３５を順次結晶成長により積層させた後、エッチングによりレーザ２のポート部分３６以外を除去し、さらにＡｌＡｓ層３３を水蒸気を用いた熱酸化により、周囲から酸化させ、ＡｌＯｘ層３７を形成する。ＡｉＯｘは、ＡｌＧａＩｎＰ層に比べて屈折率が低いため、導波路が形成され、また、絶縁性であるため、同時に電流狭窄もなされるので、これにより発振領域８を形成することができる。その後、位相調整層３５をそのドーナツ状の開口部５ａと電極部分を残してエッチングにより除去し、その除去した部分にｐ型電極３８、金属遮光体４および中心金属体５１を被着する。なお、ＶＣＳＥＬの場合は、ヘキ開をせずに、ウェハ単位でプロセスができるため、フォトリソグラフィ工程を用いて同軸開口１５を形成することができるが、ＦＩＢ法を用いてもよい。その後、同軸開口１５および金属遮光体４の表面４ａに反射防止膜３９を被着する。
【００３９】
上述した第５の実施の形態によれば、同軸開口１５内に屈折率の高い（約３．５）ＡｌＧａＩｎＰからなる位相調整層３５を埋め込んでいるので、効率良くレーザ光を放射することができる。
【００４０】
図７は、本発明の第６の実施の形態に係るディスク装置を示す。このディスク装置１００は、回転軸１３０によって回転する光ディスク７と、第１の実施の形態と同様の光ヘッド１を回動軸１３３ａを中心に回動可能に支持するサスペンション１３３と、サスペンション１３３を回動させる回転型リニアモータ１４３とを有する。
【００４１】
光ディスク７は、ＧｅＳｂＴｅからなる相変化型記録媒体を有する。半導体レーザの自己結合効果を用いて、光ディスク７からの反射光を半導体レーザ２の後部に設けた光検出器で検出する場合、光検出器でレーザ光を分割できないため、トラッキング誤差信号の形成にはサンプルサーボ法を使用している。すなわち、光ディスク７上に設けた千鳥型のマーク（図示せず）を使用し、光スポットが左右の千鳥マークを通過する時の反射光の大小から位置ずれを検出する。
【００４２】
上述した第６の実施の形態によれば、回転型リニアモータ１４３は、光ディスク７の外側に配置できるため、光ヘッド１を薄型にでき、ディスク装置１００全体を小型化できる。また、これにより、光ディスク７を高速（３６００ｒｐｍ）で回転させることができ、平均３６０Ｍｂｐｓ以上のデータ転送レートが可能となる。
なお、圧電素子を介して半導体レーザ２を浮上スライダに取り付け、圧電素子にサーボ信号を印加することにより、高周波領域のトラッキングを行うことも可能である。
また、記録媒体に、磁気ハードディスク用の磁気記録媒体あるいはＧａＦｅＣｏ等の光磁気記録媒体を使用し、スライダに磁気抵抗効果により信号検出を行うＧＭＲセンサ（図示せず）を取り付けて記録信号の再生を行うことも可能である。これにより、記録再生の高転送レート化が図れ、また、レーザ２は記録のみに使用し、再入射光は使用しないため、共振器の反射率を高めるなど記録用のレーザ光を出力するための最適化ができる。
また、上記光ディスク装置１００において、第２から第５の実施の形態の半導体レーザを用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同軸開口内にレーザ光透過性を有する材料を埋め込んだので、記録媒体に入射するレーザ光の強度を大幅に増大させることができ、それにより記録媒体の高記録密度化が可能となり、小型化およびデータ転送レートの向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドを示す図、（ｂ）は、それに用いる半導体レーザの要部を示す図
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザを示す図
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの要部を示す図
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザの要部を示す図
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る半導体レーザを示す図
【図６】（ａ），（ｂ）は同軸開口の位置を示す図
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る光ディスク装置を示す斜視図
【図８】従来の光ヘッドを示す断面図
【図９】従来の半導体レーザを示す断面図
【図１０】（ａ），（ｂ）は従来の問題点を説明するための図
【図１１】開口サイズと光出力パワーとの関係を示す図
【図１２】 (ａ）は同軸開口を有する従来の半導体レーザを示す図、(ｂ）は(ａ）のＡ部詳細を示す図
【図１３】図１２に示す半導体レーザの問題点を示す図
【符号の説明】
１光ヘッド
２半導体レーザ
３半導体レーザの出力面
４金属遮光体
５ａ開口部
５ｂＴｉＯ₂膜
６出力レーザ光
７光ディスク
７ａ記録媒体
７ｂ基板
８レーザの発振領域
１０ａ，１０ｃ高反射多層膜
１０ｂ低反射多層膜
１１浮上スライダ
１５同軸開口
２０半導体レーザ用結晶部
２１レーザ用基板
２２ｎ型クラッド層
２３活性層
２４ｐ型クラッド層
２５キャップ層
２６ヘキ開面
２７反射防止膜
２８リッジ
２９ＡｉＧａＩｎＰ層
３１スペーサ層
３２活性層
３３ＡｌＡｓ層
３４スペーサ層
３５位相調整層
３６レーザ用ポート
３７ＡｌＯｘ層
３８ｐ電極
３９反射防止膜
４０半導体レーザの横モード
５０開口
５０ａ斜面
５１中心金属体
５１ａ斜面
６１集光体
６１ａ集光体の斜面
６２誘電体層
６３金属膜
６５微小同軸体
６６中心金属体
１００ディスク装置
１３０回転軸
１３３サスペンション
１３３ａ回動軸
１４３回転型リニアモータ

Claims

レーザ光出射側に位置する平坦な面に共振器の一部を構成する１００ｎｍ以下のサイズを有する微小開口が形成された金属遮光体を備え、
前記微小開口の中心に中心金属体が設けられるとともに、
前記微小開口内に前記金属遮光体の表面とほぼ同一の面となるようにレーザ光透光性の材料が埋め込まれてなることを特徴とする半導体レーザ。
前記材料は、半導体レーザ構造の一部を構成することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
前記微小開口内に埋め込まれている半導体レーザ構造は、反射膜、多層反射膜、活性層、クラッド層あるいは窓材料のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ。
前記材料は、反射防止膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
前記材料は、その表面が前記金属遮光体の表面とほぼ同一面となるように構成された請求項１記載の半導体レーザ。
前記材料は、その表面に反射防止膜が形成された構成の請求項１記載の半導体レーザ。
前記微小開口は、矩形状を有する構成の請求項１記載の半導体レーザ。
前記微小開口は、長辺が共振器内での波長の１／２よりも長い長方形を有する構成の請求項１記載の半導体レーザ。
前記金属遮光体は、前記微小開口の周辺部にレーザ内部に向かって広がるテーパー形状を有する構成の請求項１記載の半導体レーザ。
前記中心金属体は、周辺部にレーザ内部に向かって狭くなるテーパー形状を有する構成の請求項９記載の半導体レーザ。
前記半導体レーザは、端面発光型半導体レーザである構成の請求項１記載の半導体レーザ。
前記半導体レーザは、面発光型半導体レーザである構成の請求項１記載の半導体レーザ。
前記微小開口は、前記面発光型半導体レーザの発振領域の中心から発振領域の半径の１／２程度離れた位置に形成された構成の請求項１２記載の半導体レーザ。
レーザ光出力側に位置する平坦な面に共振器の一部を構成する１００ｎｍ以下のサイズを有する微小開口が形成された金属遮光体を備え、前記微小開口の中心に中心金属体が設けられるとともに、前記微小開口内に前記金属遮光体の表面とほぼ同一の面となるようにレーザ光透過性の材料が埋め込まれてなる半導体レーザと、
前記半導体レーザを保持するとともに、光ディスク上を浮上走行する浮上スライダとを備えたことを特徴とする光ヘッド。
前記微小開口は、長手方向が前記光ディスクの記録トラックに対して垂直方向の長方形を有する構成の請求項１４記載の光ヘッド。
前記微小開口は、長手方向が前記光ディスクの記録トラックに対して平行方向の長方形を有する構成の請求項１４記載の光ヘッド。
前記半導体レーザは、前記浮上スライダの後端部に取り付けられた構成の請求項１４記載の光ヘッド。
記録媒体が形成された光ディスクと、
レーザ光出力側に位置する平坦な面に共振器の一部を構成する１００ｎｍ以下のサイズを有する微小開口が形成された金属遮光体を備え、前記微小開口の中心に中心金属体が設けられるとともに、前記微小開口内に前記金属遮光体の表面とほぼ同一の面となるようにレーザ光透過性の材料が埋め込まれてなる半導体レーザと、前記半導体レーザを保持するとともに、光ディスク上を浮上走行する浮上スライダとを有する光ヘッドを備えたことを特徴とする光ディスク装置。
レーザ光出力面を有する半導体レーザ材料を準備し、
前記レーザ光出力面上に設定されたドーナツ状領域を除く部分をエッチングすることにより凹部を形成し、前記凹部にフォトリソグラフィ工程あるいは収束イオンビーム法によって金属体を被着することにより、請求項１に記載の半導体レーザを製造することを特徴とする半導体レーザの製造方法。