JP2000292338A - 光検出素子、近視野光ヘッドおよび近視野光用光検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＮ比が高い信号を得ることができ、再生信
号の読み出し周波数を高くすることができるとともに、
低コスト化、アレイ化を容易に行うことができる近視野
光ヘッドを得ること。 【解決手段】 本発明は、貫通するテーパ開口部４が微
小開口５を有して形成されたシリコン基板３と、テーパ
開口部４の周壁に形成された遮光膜６と、微小開口５の
開口縁部からテーパ開口部４の周壁に沿って形成された
光導波路７と、微小開口５近傍に生成される近視野光Ｐ
₂と記録媒体１の情報単位との相互作用により生じた散
乱光Ｐ₃を受光する光検出素子８と、光検出素子８と一
体に形成され光検出素子８からの受光信号を増幅する増
幅部１３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を検出し電気信
号として出力するとともに、電極が、増幅器等の外部装
置と近接して接続されるように配置された光検出素子
と、近視野光を利用して記録媒体の情報の記録または再
生を行う近視野光ヘッドと、近視野光が記録媒体の表面
により散乱されることで生じた伝播光を検出するのに最
適な近視野光用光検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、試料の光学特性を観察する光学顕
微鏡は、試料への照射に用いられる可視光、すなわち伝
搬光の回折限界の存在を理由として、数百ナノメートル
以下の構造解析が困難となっている。そこで、近年にお
いては、プローブと試料表面に生成される近視野光との
間に生じる相互作用を検出することで光学顕微鏡におけ
る伝搬光の回折限界を打破し、試料表面の微小な領域の
観察を可能とした近視野顕微鏡が注目されている。

【０００３】この近視野顕微鏡における近視野光利用方
式の一つとして、プローブの微小開口と試料表面との距
離をプローブの微小開口の径程度まで近接させ、プロー
ブを介して且つそのプローブの微小開口に向けて伝搬光
を導入することにより、その微小開口に近視野光を生成
させる方式（イルミネーションモード）がある。この方
式では、生成された近視野光と試料表面との相互作用に
より生じた伝搬光（散乱光）が、試料表面の微細構造を
反映した強度や位相を伴って散乱光検出系において検出
され、光学顕微鏡において実現し得なかった高い分解能
を有した観察を可能にする。

【０００４】また、近視野光を利用した近視野顕微鏡の
他の方式として、試料に向けて伝搬光を照射して試料表
面に近視野光を局在させ、その試料表面にプローブの微
小開口をプローブの微小開口の径程度まで近接させる方
式がある（コレクションモード）。この方式では、局在
した近視野光とプローブの微小開口との相互作用により
生じた伝搬光（散乱光）が、試料表面の微細構造を反映
した強度や位相を伴って、プローブの微小開口を介して
散乱光検出系に導かれ、高分解能な観察を達成する。

【０００５】このような近視野光利用方式を採用した装
置として、例えば、特開平７−１６７７７５号公報に開
示された「光分析用測定器」は、光源手段と、光源手段
からの検査光束を試料の照射面において全反射されるよ
うに導く照射光学系と、上記照射面とは反対側の面にお
いて生成される近視野光を探査するプローブを有する探
査系と、プローブにより近視野光を散乱されることで生
じた伝播光を光電変換して電気信号として取り出す検出
系と、この電気信号を演算処理することによって試料の
光学的分析を行う分析手段とを備えている。

【０００６】他にも、特開平７−１９１０４７号公報に
開示された「ニアフィールド顕微鏡」は、探針を有する
カンチレバーと、測定試料を固定することが可能でかつ
測定試料表面近傍に近視野光を発生させる近視野光発生
手段と、上記探針を測定試料に対して相対的に走査させ
る走査制御部と、近視野光が探針に接することで発生し
た散乱光の強度を検出する検出素子とを備えている。

【０００７】このような近視野顕微鏡においては、光フ
ァイバを先鋭化して周辺を金属でコーティングし、その
先端に微小開口を設けた光ファイバプローブを使用する
ことが多いが、顕微鏡としての利用だけでなく、上述し
たイルミネーションモードにおいて、この光ファイバプ
ローブ内部を通して試料に向けて比較的強度の大きな光
を導入させることにより、光ファイバプローブの微小開
口にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その近視
野光によって試料表面の構造または物性を局所的に変更
させる高密度な光メモリ記憶としての応用も可能であ
る。このように、光ファイバプローブ、またはそれに上
記した散乱光検出系等を設けた構成は、近視野光を利用
した光メモリ（記録媒体）の再生記録を行うための近視
野光ヘッドとして使用することもできる。

【０００８】また、上述した光ファイバプローブのよう
な先鋭化された先端をもたない平面プローブの使用も提
案されている。この平面プローブは、シリコン基板に異
方性エッチングによって逆ピラミッド構造の開口を形成
したものであり、特にその頂点が微小開口として数十ナ
ノメートルの径を有して貫通されている。このような平
面プローブは、半導体製造技術を用いて同一基板上に複
数作成すること、すなわちアレイ化が容易であり、特に
上記した近視野光ヘッドとして使用するのに適してい
る。なお、この平面プローブにおいても、コレクション
モードやイルミネーションモードによる情報の再生に加
えて、上記したようにイルミネーションモードによる情
報の記録も可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近視野
光は通常、その光強度が非常に微弱であり、近視野光が
散乱されることにより生じる伝播光の光強度もまた微弱
となることから、光電変換素子等の光検出手段から出力
される電気信号も微弱となり、ノイズの影響を受けやす
いという問題があった。さらに、この電気信号が増幅器
等の他のデバイスへ導かれる際にも、これらを接続する
ケーブルにおいてノイズが重畳されるため、増幅器等の
他のデバイスから出力される出力信号のＳＮ比の悪化が
避けられないという問題があった。

【００１０】特に、記録媒体の情報の再生記録を行う場
合には、記録媒体に対して近視野光ヘッドの高速な走査
を必要とするが、上記したように光電変換素子と増幅器
との間を接続するケーブルにおいて、その配線抵抗や接
合容量の影響を受けてしまうため電気信号（再生信号）
の読み出し周波数（速度）が低下してしまうという問題
があった。

【００１１】また、光検出素子は、微弱な伝播光を効率
よく受光するために、近視野光ヘッドの微小開口近傍
（詳しくは近視野光が散乱される位置の近傍）に配置さ
れるが、その配置位置近傍には近視野光ヘッドやその他
のレンズ光学系が配置されているために空間的な余裕が
なく、増幅器等の他のデバイスをこの光検出素子に十分
に近接させて配置することにより、上記したケーブル長
を短くしてＳＮ比を向上させることが困難であった。

【００１２】さらに、増幅器がケーブルを介して光検出
素子から比較的離れた位置に別設されているために、微
小開口を２次元的に配列（アレイ化）することが困難と
なり、このアレイ化による、同時に複数の情報の記録・
再生やトラッキングレスの利点を享受することできない
という問題もあった。

【００１３】なお、上述した特開平７−１６７７７５号
公報および特開平７−１９１０４７号公報には、近視野
光が散乱されることにより生じる伝播光を受光する手段
として光検出器を使用することについて記載されている
が、微弱信号の増幅や配線処理に関しては特に言及され
ておらず、上記した問題を解決するものではない。

【００１４】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、ＳＮ比が高い再生信号を得て、再生信号の読み出
し周波数を高くすることができるとともに、低コスト
化、アレイ化を容易に行うことができる近視野光ヘッド
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る光検出素子は、半導体基板中に、第１
の不純物半導体層と、前記第１の不純物半導体層の多数
キャリアと逆極性の電荷を多数キャリアとして有する第
２の不純物半導体層、を備え、前記第２の不純物半導体
層の表面を受光面として光検出をおこなう光検出素子に
おいて、前記第１の不純物半導体層と電気的に接合する
第１の電極と、前記第１の不純物半導体層の内部を通っ
て前記第２の不純物半導体層の裏面と電気的に接合し、
かつ前記第１の不純物半導体層と絶縁する絶縁層を表面
に設けた導電部と、前記導電部と電気的に接合する第２
の電極と、を具備し、前記第１の電極と前記第２の電極
とはともに前記第１の不純物半導体層の表面上に形成さ
れたことを特徴としている。

【００１６】このようにすることにより、本発明に係る
光検出素子によれば、受光面における受光量に応じて生
成される電子−正孔対に基づく電流変化を取り出すため
の第１の電極および第２の電極を、ともに半導体層の同
一表面上に形成しているので、光検出素子から出力され
る電気信号を同一方向から取り出すことができる。

【００１７】また、本発明に係る近視野光ヘッドは、近
視野光を生成または散乱させるための微小開口を有し、
前記近視野光を利用して記録媒体の情報の記録または再
生を行う近視野光ヘッドにおいて、伝播光を受光し電気
信号として出力する光検出手段と、前記光検出手段から
出力された電気信号を増幅する増幅手段と、を備え、前
記光検出手段と前記増幅手段とが、前記微小開口が形成
された基材に一体に形成されたことを特徴としている。

【００１８】このようにすることにより、微小開口に向
けて入射光を照射することで生成される近視野光と記録
媒体との相互作用により生じる伝播光が光検出手段にお
いて電気信号（再生信号）に変換され、この電気信号
は、微小開口が形成された基材に光検出手段と一体に形
成された増幅手段により増幅される。

【００１９】また、本発明に係る近視野光ヘッドは、近
視野光を生成または散乱させるための微小開口を有し、
前記近視野光を利用して記録媒体の情報の記録または再
生を行う近視野光ヘッドにおいて、少なくとも１つの逆
錘状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通し
て形成された平面基板と、前記穴の内壁面に沿って深さ
方向にかつ一端面が前記微小開口の開口縁部に位置する
ように形成された光導波路と、前記光導波路において前
記穴の内壁面に沿う表面に形成された遮光膜と、前記光
導波路の他端面上に形成され、前記光導波路の一端面か
ら導入される伝播光を受光し電気信号として出力する光
検出手段と、前記光検出手段から出力された電気信号を
増幅する増幅手段と、を備えたことを特徴としている。

【００２０】このようにすることにより、本発明に係る
近視野光ヘッドは、微小開口に向けて入射光を照射する
ことにより生成される近視野光と記録媒体との相互作用
により生じる伝播光が光導波路に導入される。そして、
この伝播光が光検出手段により電気信号（再生信号）に
変換され、この電気信号は、光検出手段と一体に形成さ
れた増幅手段により増幅される。

【００２１】また、本発明に係る近視野光ヘッドは、近
視野光を生成または散乱させるための微小開口を有し、
前記近視野光を利用して記録媒体の情報の記録または再
生を行う近視野光ヘッドにおいて、少なくとも１つの逆
錘状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通し
て形成された平面基板と、前記微小開口の上方に設けら
れ、前記近視野光が前記微小開口によって散乱されるこ
とで前記微小開口から導入される伝播光を受光し電気信
号として出力する光検出手段と、前記光検出手段から出
力された電気信号を増幅する増幅手段と、を備えたこと
を特徴としている。

【００２２】このようにすることにより、記録媒体上に
生成される近視野光と微小開口との相互作用により生じ
る伝播光が微小開口を介して開口部の上方に導入され
る。そして、この伝播光が微小開口の上方に配置した光
検出手段により電気信号（再生信号）に変換され、この
電気信号は、光検出手段と一体に形成された増幅手段に
より増幅される。

【００２３】また、本発明に係る近視野光ヘッドは、前
記の近視野光ヘッドにおいて、前記光検出手段が、第１
の不純物半導体層と、前記第１の不純物半導体層の多数
キャリアと逆極性の電荷を多数キャリアとして有し、表
面を光検出のための受光面とした第２の不純物半導体層
と、前記第１の不純物半導体層と電気的に接合し、前記
第１の不純物半導体層の表面上に形成された第１の電極
と、前記第１の不純物半導体層の内部を通って前記第２
の不純物半導体層の裏面と電気的に接合し、かつ前記第
１の不純物半導体層と絶縁する絶縁層を表面に設けた導
電部と、前記導電部と電気的に接合し、前記第１の不純
物半導体層の表面上に形成された第２の電極と、を備
え、前記増幅手段が、前記光検出手段において前記第１
の電極と電気的に接合する第１の入力端子と、前記第２
の電極と電気的に接合する第２の入力端子と、を備える
とともに、前記第１の電極と前記第２の電極との間を通
電し、その電流変化量を増幅することを特徴としてい
る。

【００２４】このようにすることにより、光検出手段
が、受光面における受光量に応じて生成される電子−正
孔対に基づく電流変化を取り出すための第１の電極およ
び第２の電極を、ともに半導体層の同一表面上に形成し
て、光検出素子から出力される電気信号を同一方向から
取り出すことができるので、これに接続される増幅手段
を近接させて一体に形成することができる。

【００２５】また、本発明に係る近視野光ヘッドは、前
記の近視野光ヘッドにおいて、さらに、前記光検出手段
と前記増幅手段とを近接させて固定するとともに、前記
第１の出力端子と前記第１の入力端子とを対向させかつ
前記第２の出力端子と前記第２の入力端子とを対向させ
て互いに電気的に接合する固定導電手段を備え、前記増
幅手段と前記固定導電手段と前記光検出手段とが順に積
層されて一体に形成されたことを特徴としている。

【００２６】このようにすることにより、光検出手段と
増幅手段とを近接させて一体に固定するための支持部と
して機能するとともに、光検出手段の出力と増幅手段の
入力とを電気的に接合する配線部としても機能する。

【００２７】また、本発明に係る近視野光用光検出器
は、近視野光を生成するための微小開口を有し前記近視
野光を利用して記録媒体の情報の記録または再生を行う
ためのプローブに近傍した位置、または前記記録媒体を
挟んで前記プローブに対向した位置、に配置され、前記
近視野光が前記記録媒体の表面で散乱されることにより
生じる伝播光または透過光を検出する近視野光用光検出
器において、前記伝播光を受光し電気信号として出力す
る光検出手段と、前記光検出手段から出力された電気信
号を増幅する増幅手段と、前記電気信号が出力される前
記光検出手段の出力端子と前記電気信号が入力される前
記増幅手段の入力端子とが近接するように、前記光検出
手段と前記増幅手段とを配置する支持手段と、を備え、
前記光検出手段の前記出力端子と前記増幅手段の前記入
力端子とが導線により電気的に接合されたことを特徴と
している。

【００２８】このようにすることにより、プローブの微
小開口に生成された近視野光を散乱して、記録媒体の表
面を散乱する伝播光またはその記録媒体を透過する透過
光を光検出手段によって受光され、受光量に応じて電気
信号に変換されるとともに、この電気信号は、光検出手
段と一体に形成された増幅手段により増幅される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明にか
かる光検出素子、近視野光ヘッドおよび近視野光用光検
出器の実施の形態１〜４について詳述する。

【００３０】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１による近視野光ヘッド２の構成を示す断面図であ
る。この図に示す近視野光ヘッド２は、前述した近視野
顕微鏡のプローブや記録媒体の情報の記録・再生を行う
記録・再生ヘッド等に適用されるものであり、記録・再
生ヘッドとして用いられる場合には、記録媒体１に対し
て近接配置される。この記録媒体１は、例えば、相変化
記録方式を適用できる材料からなり、局所的な光の照射
による情報記録を可能とする。

【００３１】近視野光ヘッド２において、シリコン基板
３には、これを貫通するテーパ開口部４が微小開口５を
有して形成されている。微小開口５は、テーパ開口部４
から導入される入射光Ｐ₁ によって近視野光Ｐ₂ が生成
されるように例えば数十ナノメートルの径を有してい
る。ここで、微小開口５の開口縁部からテーパ開口部４
の内壁に沿って光導波路７が形成されている。微小開口
５近傍に生成された近視野光Ｐ₂と記録媒体１（特に、
ピット等の情報単位を示す構造）との相互作用により生
じた散乱光（伝播光）Ｐ₃は、光導波路７の内部を通っ
て、光導波路７の上端面部に形成された光検出素子８に
導かれる。

【００３２】ここで、光検出素子８は、光電変換により
光を検出するフォトダイオードやフォトトランジスタ等
の光検出デバイスであり、特に高速性を有することから
ｐｉｎ型フォトダイオードやアバランシェ型フォトダイ
オードを用いるのが好ましい。また、この光検出素子８
の構成または製造工程については後述する。

【００３３】さらに、光導波路７の表面には、スパッタ
リングや真空蒸着等の手法により、例えば、Ａｕ／Ｃｒ
等からなる遮光膜６が形成されている。上記テーパ開口
部４、光導波路７および光検出素子８は、例えば、半導
体製造プロセスにおけるフォ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微細加工によって形成
される。

【００３４】ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照し
て上述した光検出素子８の構成について詳述する。図２
（ａ）は光検出素子８として特にフォトダイオードを採
用した場合のその構成を示す断面図であり、図２（ｂ）
は光検出素子８の構成を示す裏面図である。これらの図
において、光検出素子８は、例えばｎ型の半導体基板で
あるシリコン基板９の裏面に、イオン注入等によってｐ
型の半導体領域を形成し、この半導体領域を、散乱光Ｐ
₃（図１参照）を受光する受光面１０としている。ま
た、シリコン基板９には、表面から受光面１０に亘って
テーパ部９ａが形成されており、このテーパ部９ａの内
壁およびテーパ部９ａの開口周縁には、シリコン基板９
と絶縁するための絶縁膜８ａが形成されている。

【００３５】さらに、絶縁膜８ａの表面には、受光面１
０に導通する導電膜８ｂが形成されており、この導電膜
８ｂと電気的に接合された電極１１がテーパ部９ａの周
縁かつシリコン基板９の表面に形成されている。また、
シリコン基板９の表面には、電極１１と対をなす電極１
２が形成されており、この電極１２はシリコン基板９と
電気的に接合されている。このようにシリコン基板９の
表面にはアノード電極およびカソード電極としての電極
１１および電極１２がそれぞれ形成されている。

【００３６】また、上述した光検出素子８は、図３に示
す＜工程１＞〜＜工程１０＞を経て形成される。まず、
ｎ型のシリコン基板９の裏面にｐ型の受光面１０をイオ
ン注入等により形成した後（＜工程１＞）、異方性エッ
チング等により四角錐状のテーパ部９ａを形成する（＜
工程２＞）。特に、このテーパ部９ａは、そのテーパ部
９ａにより構成される四角錐状の頂点において、受光面
１０が露出するように形成される。

【００３７】つぎに、テーパ部９ａを含む表面全体に絶
縁膜８ａを形成した後（＜工程３＞）、この絶縁膜８ａ
にレジストＲ₁を塗布する（＜工程４＞）。この状態に
おいて、テーパ部９ａの内壁およびその近傍部分のみに
レジストＲ₁を残すようにパターニングした後（＜工程
５＞）、絶縁膜８ａをエッチングすることにより、テー
パ部９ａの内壁およびその近傍のみに絶縁膜８ａを残す
（＜工程６＞）。

【００３８】そして、再び、絶縁膜８ａを含む表面にレ
ジストＲ₂を塗布した後（＜工程７＞）、絶縁膜８ａ、
上記した受光面１０の露出部分およびシリコン基板９の
表面の一部以外にレジストＲ₂が残るようにパターニン
グを行う（＜工程８＞）。さらに、導電膜８ｂ、電極１
１および電極１２として機能するＡｌ等の金属を成膜し
た後（＜工程９＞）、レジストＲ₂を除去する（＜工程
１０＞）。よって最終的に、シリコン基板９の表面に
は、導電膜８ｂを介して受光面１０に電気的に接合され
た電極１１と、シリコン基板９に電気的に接合された電
極１２とが形成される。

【００３９】このように、光検出素子８は、受光面１０
における受光量に応じて生成される電子−正孔対に基づ
く電流変化を取り出すための２つの電極を、ともに同一
のシリコン基板９の同一表面上に形成しているので、光
検出素子８から出力される電気信号を入力する増幅器等
を、この光検出素子８に近接させて配置することが可能
となる。

【００４０】なお、上記した説明においては、シリコン
基板９をｎ型の半導体層とし、受光面１０をｐ型の半導
体層としたが、これらの半導体層の極性はこれに限らず
例えば互いに逆の極性の多数キャリアを有する半導体層
としてもよい。特に半導体層の極性の組み合わせは、シ
リコン基板９と受光面１０とにおいてｐｎ接合に基づく
光導電現象を生じさせるものてあれば、限定しない。

【００４１】図１に戻り、増幅部１３は、光検出素子８
において散乱光Ｐ₃を電気信号に変換することで得られ
た再生信号を入力して増幅する増幅器と、光検出素子８
の電極１１および電極１２にそけぞれ対向する位置に配
置された電極１４および電極１５とが形成された基板で
ある。ここで、光検出素子８の電極１１および電極１２
と、増幅部１３の電極１４および電極１５とは、Ａｕ等
からなるバンプ１６を介して電気的に接合されており、
特に、このバンプ１６が介在することにより、光検出素
子８と増幅部１３とが近接した状態で固定され、一体と
なっている。

【００４２】また、光検出素子８としてフォトダイオー
ドを採用した場合、増幅部１３は、このフォトダイオー
ドの両電極に電圧を印加することで通電するとともに、
この通電による電流変化を増幅するように構成すること
もできる。

【００４３】図４は、上述した近視野光ヘッド２を用い
た光記録装置の構成を示すブロック図であり、この図に
おいて図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け
る。図４において、制御部２０は、光源２１、記録媒体
位置制御アクチュエータ２２およびヘッド制御アクチュ
エータ２３の制御、および増幅部１３からの再生信号の
処理等を行う。光源２１は、例えば、レーザ光等の入射
光Ｐ₁を発生し、これを図１に示すテーパ開口部４を介
して微小開口５へ向けて照射する。記録媒体位置制御ア
クチュエータ２２は、記録媒体１の回転制御等の位置制
御を行う。ヘッド制御アクチュエータ２３は、記録媒体
１上における近視野光ヘッド２の位置を制御するもので
ある。

【００４４】つぎに、以上に説明した近視野光ヘッド２
を記録媒体１上に配置し、微小開口５に生成される近視
野光Ｐ₂によって情報の記録および再生を行う方法につ
いて説明する。はじめに、情報の記録を行う場合には、
記録媒体位置制御アクチュエータ２２およびヘッド制御
アクチュエータ２３により、記録媒体１における所望の
情報記録位置に微小開口５（近視野光ヘッド２）が位置
するように制御される。続いて、光源２１からの入射光
Ｐ₁（図１参照）がテーパ開口部４に入射されると、微
小開口５近傍に近視野光Ｐ₂が生成され、この近視野光
Ｐ₂によって記録媒体１の情報単位に情報が記録され
る。この際、近視野光Ｐ₂を生成するための入射光Ｐ1
は、後述する再生の場合に使用される入射光Ｐ₁と比較
して十分大きな強度を有している。

【００４５】このように記録された情報の再生は、ま
ず、上述した制御により微小開口５を記録媒体１上の所
望の情報再生位置に移動させ、微小開口５に向けて入射
光Ｐ₁を照射することにより、微小開口５の近傍に近視
野光Ｐ₂を生成する。これにより、上記近視野光Ｐ₂と記
録媒体１の情報単位との相互作用によって生じた散乱光
Ｐ₃は、その情報単位の記録状態に依存した強度や位相
等の特性を伴って光導波路７に入射する。この散乱光Ｐ
₃は、光検出素子８の受光面１０により受光されて再生
信号に変換される。そして、この再生信号は、バンプ１
６を介して増幅部１３の増幅器へ導かれて増幅された
後、制御部２０に入力される。これにより、制御部２０
においては、増幅された再生信号に対して信号処理が施
され、記録媒体１の情報単位の記録状態が判断される。

【００４６】さらに、上述した近視野光ヘッド２は、半
導体製造プロセスによって形成できるため、近視野光ヘ
ッド２を同一シリコン基板上に２次元的に複数配列させ
ることが容易となる。例として、図５（ａ）は、近視野
光ヘッド２をアレイ化、すなわち２次元アレイ状に配列
した近視野光ヘッドアレイ２４を示している。図５
（ｂ）は上記近視野光ヘッドアレイ２４の断面図であ
る。これらの図において、図１の各部に対応する部分に
は同一の符号を付ける。図５（ａ）に示す光導波路２
５、２５、・・・は、シリコン基板９にそれぞれ形成され
ており、入射光Ｐ₁を微小開口５、５、・・・へそれぞれ導
く。また、近視野光ヘッドアレイ２４においては、各微
小開口５が記録媒体１（図１参照）上の情報記録単位間
隔を考慮した間隔で形成されている。なお、図５（ａ）
においては、近視野光ヘッドアレイ２４の構成が容易に
理解されるように、図５（ｂ）に示す増幅部１３が省略
されている。

【００４７】この近視野光ヘッドアレイ２４を、同心円
状の複数のトラック上に情報を記録した記録媒体１上に
近接配置させ、近視野光ヘッドアレイ２４の各微小開口
５が記録媒体１の各トラック上に唯一位置するように配
置することによって、記録媒体１上におけるヘッド掃引
を最小限に抑え、これによりトラッキングレスが可能と
なり、高速な光記録または再生を行うことができる。

【００４８】なお、図１を参照して説明した近視野光ヘ
ッド２の変形例として、図６に示すようにバンプ１６
（図１参照）に代えて異方性導電膜３０により電極１１
および電極１２と電極１４および電極１５とを電気的に
接合するようにしてもよい。この異方性導電膜３０は、
同図垂直方向のみに導電性を有するという性質の導電性
の膜である。従って、図６に示す例では、電極１１と電
極１４、および電極１２と電極１４とが異方性導電膜３
０を介して電気的に接合されている。

【００４９】以上説明したように、上述した実施の形態
１による近視野光ヘッド２によれば、増幅部１３を光検
出素子８（シリコン基板３）と一体に形成し、バンプ１
６（または異方性導電膜３０）を介して光検出素子８か
らの再生信号を増幅部１３へ導くように構成したので、
光検出素子８と増幅部１３とを近接させて電気的に接合
することができ、従来のように光検出素子と増幅部とを
電気的に接合するケーブルの長さが長くなることによっ
てもたらされるノイズの重畳の問題が解消される。この
ことから、増幅部１３において増幅される再生信号のＳ
Ｎ比が向上するとともに、一体化したことにより低コス
ト化を図ることができ、さらにアレイ化を容易に実現す
ることができる。加えて、長さの長いケーブル接続によ
る配線抵抗、接合容量の影響を受けることがなくなるた
め、再生信号の読み出し周波数（速度）を高く（速く）
することができる。

【００５０】（実施の形態２）図７は、本発明の実施の
形態２による近視野光ヘッド４０の構成を示す断面図で
ある。この図において図１の各部に対応する部分には同
一の符号を付けその説明を省略する。図７に示す近視野
光ヘッド４０においては、増幅部４５が光検出素子４１
と同一平面上、すなわちシリコン基板３の表面に形成さ
れている。上記光検出素子４１は、前述した光検出素子
８（図１参照）と同様にして散乱光Ｐ₃をシリコン基板
４２の裏面側の受光面４３により受光して、電気信号
（再生信号）に変換する機能を備えているが、電極４４
の位置がシリコン基板４２の裏面側に形成されている点
で光検出素子８と相違する。

【００５１】増幅部４５は、シリコン基板４１の近傍で
あってかつシリコン基板３の表面に形成されており、Ａ
ｌ等からなる電極４６、電極４７および電極４４を介し
て光検出素子４１に電気的に接合されている。この増幅
部４５は、光検出素子４１からの電気信号を増幅し、こ
れを制御部２０（図４参照）へ出力する。なお、この実
施の形態２による近視野光ヘッド４０の動作は、前述し
た実施の形態１による近視野光ヘッド２の動作と同様で
あるためその説明を省略する。また、上述した実施の形
態２による近視野光ヘッド４０によれば、光検出素子４
１と増幅部４５とをシリコン基板３に一体に形成し、か
つケーブルを介さずに再生信号を増幅部４５に入力する
ように構成したので、実施の形態１と同様の効果を得る
ことができる。

【００５２】（実施の形態３）図８は本発明の実施の形
態３による近視野光ヘッド５０の構成を示す断面図であ
る。近視野光ヘッド５０において、シリコン基板５１に
は、これを貫通するテーパ開口部５２が、前述した微小
開口５（図１参照）と同径の微小開口５３を有して形成
されている。また、上記テーパ開口部５２の内壁には、
遮光膜５４が形成されている。光検出素子５５は、前述
した光検出素子８（図１参照）と同様の機能を備えてお
り、その受光面５６がテーパ開口部５２の上方にかつシ
リコン基板５１の表面に形成されている。この光検出素
子５５は、微小開口５３に対して近接配置された記録媒
体１の表面に生成される近視野光Ｐ₂が微小開口５３に
おいて散乱されることで生じた散乱光Ｐ₃を受光し、こ
れを電気信号（再生信号）に変換する。ここで、近視野
光Ｐ₂は、記録媒体１に対して、裏面方向から全反射条
件を満たすような入射光Ｐ₁が光源２１（図４参照）か
ら照射されることにより生成される。

【００５３】増幅部５９は、光検出素子５５の上方近傍
に、光検出素子５５と一体に形成されている。この増幅
部５９は、光検出素子５５において出力された電気信号
（再生信号）を増幅する増幅回路、および光検出素子５
５の電極５７および電極５８にそれぞれ対向して配置さ
れる電極６０および電極６１が形成された基板である。
また、光検出素子５５の電極５７および電極５８と、増
幅部８９の電極６０および電極６１とは、前述した実施
の形態１と同様にして、異方性導電膜６２を介して電気
的に接合されている。ここで、図８においては、異方性
導電膜６２に代えて、バンプ１６（図１参照）により接
続を行うように構成してもよい。

【００５４】上記構成において、入射光Ｐ₁が全反射条
件を満たすように記録媒体１に入射されると、記録媒体
１の情報単位近傍には近視野光Ｐ₂が生成される。そし
て、この近視野光Ｐ₂が微小開口５３において散乱され
ることによって、散乱光Ｐ₃が生成された後、この散乱
光Ｐ₃は光検出素子５５の受光面５６により受光され
る。ここで、散乱光Ｐ₃（近視野光Ｐ₂）は、情報単位の
記録状態に依存した強度や位相等の特性をともなう光で
ある。そして、この散乱光Ｐ₃は、光検出素子５５によ
り再生信号に変換され、この再生信号は、異方性導電膜
６２を介して増幅部５９の増幅回路へ導かれて増幅され
た後、制御部２０（図４参照）に入力される。これによ
り、制御部２０においては、増幅された再生信号に対し
て信号処理が施され、記録媒体１の情報単位の記録状態
が判断される。また、上述した実施の形態３により近視
野光ヘッド５０によれば、光検出素子５５と増幅部５９
とを一体に形成し、ケーブルを介することなく再生信号
を増幅部５９に入力するように構成したので、実施の形
態１と同様の効果を得ることができる。

【００５５】（実施の形態４）図９は、本発明の実施の
形態４による近視野光用光検出器７０の構成を示す断面
図であり、図１の各部に対応する部分には同一の符号を
付ける。この実施の形態４による近視野光用光検出器７
０は、光ファイバプローブ等の微小開口を有したプロー
ブによって生成された近視野光が記録媒体等の試料の表
面によって散乱されることにより生じた伝播光を検出す
るためのデバイスであり、特にプローブの近傍に別設に
配置されるものである。よって、図９において、近視野
光Ｐ₂を生成する近視野光生成系である光ファイバプロ
ーブ８０と散乱光Ｐ₃を検出する検出系である近視野光
用光検出器７０とからなる構成が、実施の形態１〜３に
示したような近視野光ヘッドに相当する。

【００５６】図９に示す光ファイバプローブ８０は、先
鋭化された光ファイバ８１の表面に遮光膜８２が薄膜形
成されており、先端部に数十ナノメートルの径の微小開
口８３を有している。この光ファイバプローブ８０は、
光源２１（図４参照）からの入射光Ｐ₁を微小開口８３
へ導くことにより、近接配置された記録媒体１に対して
近視野光Ｐ₂を作用させる。

【００５７】近視野光用光検出器７０は、光ファイバプ
ローブ８０の近傍であって、かつ記録媒体１の表面側に
配設されており、近視野光Ｐ₂と記録媒体１の情報単位
との相互作用により生成される散乱光Ｐ₃を受光した
後、これから得られる再生信号を増幅する機能を備えて
いる。この近視野光用光検出器７０は、セラミックス、
ガラスエポキシ等からなる基板７１の裏面に、接着層７
３および接着層７７を介して接着された光検出素子７２
および増幅部７６から構成されている。

【００５８】光検出素子７２は、前述した光検出素子８
（図１参照）と同様にして散乱光Ｐ ₃を、記録媒体１の
表面および微小開口８３の近傍に位置する受光面７４に
より受光することで、散乱光Ｐ₃を電気信号（再生信
号）に変換する。一方、増幅部７６は、光検出素子７２
に併設されており、前述した増幅部１３（図１参照）と
同様にして、再生信号を増幅する増幅回路を備えてい
る。また、増幅部７６の電極７８と、光検出素子７２の
電極７５とは、金ワイヤ等の導線７９によりボンディン
グされている。すなわち、光検出素子７２と増幅部７６
とは、基板７１によって近接配置して支持され、かつ光
検出素子７２において電気信号が出力される出力端子と
増幅部７６において電気信号が入力される入力端子とが
電気的に接合されている。

【００５９】上記構成において、記録媒体１の情報単位
に記録されている情報を再生する場合には、微小開口８
３を記録媒体１上の所望の情報再生位置に移動させ、微
小開口８３に向けて入射光Ｐ₁を照射することにより、
微小開口８３の近傍に近視野光Ｐ₂を生成する。これに
より、上記近視野光Ｐ₂と記録媒体１の情報単位との相
互作用によって生じた散乱光Ｐ₃は、その情報単位の記
録状態に依存した強度や位相等の特性を伴って光検出素
子７２の受光面７４により受光されて再生信号に変換さ
れる。この再生信号は、導線７９を介して増幅部７６の
増幅回路へ導かれて増幅された後、制御部２０に入力さ
れ、情報単位の記録状態が判断される。なお、記録媒体
１に対して情報記録を行う場合には、前述した動作と同
様にして、再生時より強度が高い入射光Ｐ₁を光ファイ
バプローブ８０に導き、微小開口８３近傍に生成される
近視野光Ｐ₂を記録媒体１の情報単位に作用させればよ
い。また、上述した実施の形態４にかかる近視野光用光
検出器７０によれば、光検出素子７２と増幅部７６とを
一体に形成し、従来のように長さの長いケーブルを用い
ずに、金ワイヤ等の導電特性に優れ、かつ短い導線を用
いることで再生信号を増幅部７６に入力するように構成
したので、実施の形態１と同様の効果を得ることができ
る。

【００６０】また、近視野光用光検出器７０の他の適用
例として、近視野光用光検出器７０を記録媒体１の裏面
側に配置することもできる。図１０はこの場合の近視野
光用光検出器７０の適用例を示す断面図である。この図
において図９の各部に対応する部分には同一の符号を付
けその説明を省略する。図１０においては、光ファイバ
プローブ８０が記録媒体１の表面側に配設されている一
方、近視野光用光検出器７０が記録媒体１の裏面側に配
設されている点で、図９に示したように光ファイバプロ
ーブ８０および近視野光用光検出器７０がともに記録媒
体１の表面側に配設されている場合と異なる。

【００６１】上記構成においては、記録媒体１の情報単
位に記録されている情報を再生する場合には、光ファイ
バプローブ８０の微小開口８３の近傍に近視野光Ｐ₂を
生成する。これにより、上記近視野光Ｐ₂と記録媒体１
の情報単位との相互作用によって生じた散乱光が記録媒
体１を透過光Ｐ₄として透過する。そして、この透過光
Ｐ₄は、情報単位の記録状態に依存した強度や位相等の
特性を伴って光検出素子７２の受光面７４により受光さ
れて再生信号に変換された後、導線７９を介して増幅部
７６の増幅回路へ導かれて増幅される。

【００６２】以上、本発明の実施の形態１〜４について
詳述してきたが、具体的な構成例は、これらの実施の形
態１〜４に限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱
しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した実施の形態１〜４においては、近視野
光ヘッドを光記録装置に適用した例について説明した
が、これに限定されることなく、近視野光学顕微鏡のプ
ローブ、近視野光を利用する計測装置のプローブ等に適
用してもよい。さらに、実施の形態１以外の実施の形態
においても、図５に示すような近視野光ヘッドのアレイ
化を行うように構成してもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる光
検出素子によれば、受光面における受光量に応じて生成
される電子−正孔対に基づく電流変化を取り出すための
第１の電極および第２の電極を、ともに半導体層の同一
表面上に形成しているので、この光検出素子から出力さ
れる電気信号を同一方向から取り出すことができ、この
電気信号を入力して処理する他のデバイスをこの光検出
素子に近接して配置することができ、これにより、光検
出素子と他のデバイスとを電気的に接合するケーブル等
の長さを長くする必要がなくなり、ノイズの混入を低減
することができる。

【００６４】また、本発明に係る近視野光ヘッドは、光
検出手段と増幅手段とを一体に形成したことにより、受
光手段から増幅手段までの電気信号の伝送距離を短くす
ることができるため、従来のケーブル接続に比してノイ
ズの重畳が発生しにくくなり、Ｓ／Ｎが高い信号を得る
ことができるとともに、小型・低コスト化、アレイ化を
図ることができるという効果を奏する。さらに、ケーブ
ル接続による配線抵抗、接合容量の影響を受けることが
ないため、特に記録媒体における再生信号の読み出し周
波数を高くするとができるという効果を奏する。

【００６５】また、本発明に係る近視野光用光検出器
は、プローブの微小開口に生成された近視野光を散乱し
て、記録媒体の表面を散乱する伝播光またはその記録媒
体を透過する透過光を受光して、受光量に応じて電気信
号に変換する光検出手段と、この電気信号を入力して増
幅する増幅手段と、を支持手段上に一体に形成している
のとともに光検出手段の出力端子と増幅手段の入力端子
とを導線により電気的に接合しているので、受光手段か
ら増幅手段までの受光信号の伝送距離を短くすることが
できるとともに、小型・低コスト化を容易に図ることが
でき、特に記録媒体における再生信号の読み出し周波数
を高くすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る近視野光ヘッドの構成を示
す断面図である。

【図２】図１に示す光検出素子の構成を示す図である。

【図３】図２に示す光検出素子の製造工程を示す図であ
る。

【図４】実施の形態１に係る近視野光ヘッドを用いた光
記録装置の構成を示すブロック図である。

【図５】実施の形態１に係る近視野光ヘッドをアレイ化
した場合の構成を示す図である。

【図６】実施の形態１に係る近視野光ヘッドの変形例を
示す断面図である。

【図７】実施の形態２に係る近視野光ヘッドの構成を示
す断面図である。

【図８】実施の形態３による近視野光ヘッドの構成を示
す断面図である。

【図９】実施の形態４による近視野光ヘッドの構成を示
す断面図である。

【図１０】実施の形態４による他の近視野光ヘッドの構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

２，４０，５０ 近視野光ヘッド ３ シリコン基板 ５，８３ 微小開口 ６ 遮光膜 ７，２５ 光導波路 ８，４１，７２ 光検出素子 ８ａ 絶縁膜 ８ｂ 導電膜 ９，４１，５１ シリコン基板 １０，４３，７４ 受光面 １３，４５，７６ 増幅部 １６ バンプ ２４ 近視野光ヘッドアレイ ３０，６２ 異方性導電膜 ７０ 近視野光用光検出器 ７９ 導線 ８０ 光ファイバプローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光岡 靖幸 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 笠間 宣行 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA51 BB01 DD04 FF41 GG04 JJ18 5D119 AA10 AA40 CA09 JA36 KA01 LB06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板中に、第１の不純物半導体層
   と、前記第１の不純物半導体層の多数キャリアと逆極性
   の電荷を多数キャリアとして有する第２の不純物半導体
   層、を備え、前記第２の不純物半導体層の表面を受光面
   として光検出をおこなう光検出素子において、 前記第１の不純物半導体層と電気的に接合する第１の電
   極と、 前記第１の不純物半導体層の内部を通って前記第２の不
   純物半導体層の裏面と電気的に接合し、かつ前記第１の
   不純物半導体層と絶縁する絶縁層を表面に設けた導電部
   と、 前記導電部と電気的に接合する第２の電極と、を具備
   し、 前記第１の電極と前記第２の電極とはともに前記第１の
   不純物半導体層の表面上に形成されたことを特徴とする
   光検出素子。
2. 【請求項２】 近視野光を生成または散乱させるための
   微小開口を有し、前記近視野光を利用して記録媒体の情
   報の記録または再生を行う近視野光ヘッドにおいて、 伝播光を受光し電気信号として出力する光検出手段と、 前記光検出手段から出力された電気信号を増幅する増幅
   手段と、 を備え、 前記光検出手段と前記増幅手段とが、前記微小開口が形
   成された基材に一体に形成されたことを特徴とする近視
   野光ヘッド。
3. 【請求項３】 近視野光を生成または散乱させるための
   微小開口を有し、前記近視野光を利用して記録媒体の情
   報の記録または再生を行う近視野光ヘッドにおいて、 少なくとも１つの逆錘状の穴がその頂部を前記微小開口
   とするように貫通して形成された平面基板と、 前記穴の内壁面に沿って深さ方向にかつ一端面が前記微
   小開口の開口縁部に位置するように形成された光導波路
   と、 前記光導波路において前記穴の内壁面に沿う表面に形成
   された遮光膜と、 前記光導波路の他端面上に形成され、前記光導波路の一
   端面から導入される伝播光を受光し電気信号として出力
   する光検出手段と、 前記光検出手段から出力された電気信号を増幅する増幅
   手段と、 を備えたことを特徴とする近視野光ヘッド。
4. 【請求項４】 近視野光を生成または散乱させるための
   微小開口を有し、前記近視野光を利用して記録媒体の情
   報の記録または再生を行う近視野光ヘッドにおいて、 少なくとも１つの逆錘状の穴がその頂部を前記微小開口
   とするように貫通して形成された平面基板と、 前記微小開口の上方に設けられ、前記近視野光が前記微
   小開口によって散乱されることで前記微小開口から導入
   される伝播光を受光し電気信号として出力する光検出手
   段と、 前記光検出手段から出力された電気信号を増幅する増幅
   手段と、 を備えたことを特徴とする近視野光ヘッド。
5. 【請求項５】 前記光検出手段は、 第１の不純物半導体層と、 前記第１の不純物半導体層の多数キャリアと逆極性の電
   荷を多数キャリアとして有し、表面を光検出のための受
   光面とした第２の不純物半導体層と、 前記第１の不純物半導体層と電気的に接合し、前記第１
   の不純物半導体層の表面上に形成された第１の電極と、 前記第１の不純物半導体層の内部を通って前記第２の不
   純物半導体層の裏面と電気的に接合し、かつ前記第１の
   不純物半導体層と絶縁する絶縁層を表面に設けた導電部
   と、 前記導電部と電気的に接合し、前記第１の不純物半導体
   層の表面上に形成された第２の電極と、 を備え、 前記増幅手段は、 前記光検出手段において前記第１の電極と電気的に接合
   する第１の入力端子と、前記第２の電極と電気的に接合
   する第２の入力端子と、を備えるとともに、前記第１の
   電極と前記第２の電極との間を通電し、その電流変化量
   を増幅することを特徴とする請求項３または４に記載の
   近視野光ヘッド。
6. 【請求項６】 さらに、前記光検出手段と前記増幅手段
   とを近接させて固定するとともに、前記第１の出力端子
   と前記第１の入力端子とを対向させかつ前記第２の出力
   端子と前記第２の入力端子とを対向させて互いに電気的
   に接合する固定導電手段を備え、 前記増幅手段と前記固定導電手段と前記光検出手段とが
   順に積層されて一体に形成されたことを特徴とする請求
   項５に記載の近視野光ヘッド。
7. 【請求項７】 近視野光を生成するための微小開口を有
   し前記近視野光を利用して記録媒体の情報の記録または
   再生を行うためのプローブに近傍した位置、または前記
   記録媒体を挟んで前記プローブに対向した位置、に配置
   され、前記近視野光が前記記録媒体の表面で散乱される
   ことにより生じる伝播光または透過光を検出する近視野
   光用光検出器において、 前記伝播光を受光し電気信号として出力する光検出手段
   と、 前記光検出手段から出力された電気信号を増幅する増幅
   手段と、 前記電気信号が出力される前記光検出手段の出力端子と
   前記電気信号が入力される前記増幅手段の入力端子とが
   近接するように、前記光検出手段と前記増幅手段とを配
   置する支持手段と、 を備え、 前記光検出手段の前記出力端子と前記増幅手段の前記入
   力端子とが導線により電気的に接合されたことを特徴と
   する近視野光用光検出器。