近場記錄和重放光頭及其制造方法

專利名稱：近場記錄和重放光頭及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及近場記錄和重放的小型光頭及其制造方法，該光頭的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)和光檢測器組裝在一個滑塊上，光記錄和重放元件通過薄膜沉積形成在VCSEL和光檢測器上。
記錄密度比磁記錄和重放系統(tǒng)例如硬盤驅動器(HDDs)高的磁-光記錄和重放系統(tǒng)在磁光記錄介質上記錄信息，用光從該介質上重放寫入的信息，其中記錄介質由來自光源的激光束輻射使其溫度高于居里溫度而去磁，發(fā)生磁場調制。


圖1示出了一種普通磁回轉臂式的磁光記錄和重放系統(tǒng)，該磁光記錄和重放系統(tǒng)包括一個具有一些用于發(fā)光的光學元件和接收被光盤1反射的光的光學元件的光學系統(tǒng)，一個以相對基座10可樞軸轉動的方式安裝的回轉臂21，一個向回轉臂21提供旋轉驅動力的驅動器23，以及安裝在回轉臂21上的光頭30。光盤1包括一個記錄和重放由光引起的相位改變信息的光盤和一個記錄磁場調制信息和用光重放信息的磁-光盤。
如圖2和3所示，光頭30包括有一個滑動部分25a的滑塊25，該滑塊固定在從圖1可滑動伸出的回轉臂21的懸臂上(未示出)，以便在滑動部分25a借助空氣動壓力以一定距離懸浮在磁-光盤1上方的空氣中的同時，掃描磁-光盤1的記錄道；安裝在滑塊上的物鏡，該物鏡使光聚焦的入射光在磁-光盤1上形成光斑，以便從其上面重放信息；以及用于磁場調制的線圈37和39。
線圈37和39位于物鏡31與磁光盤之間，并以相反方向纏繞在一對磁極33和35的周圍，磁極33和35互相平行，并分開一預定距離固定在滑塊25的一側，以使被物鏡31聚焦的光通過。借助隨著供給線圈37和39的電流方向不同產生方向不同的水平磁場在磁-光盤1上記錄信息。
在具有纏繞在以水平方向配置在物鏡31下方的磁極33和35周圍的線圈37和39結構的光頭30中，限制了尺寸的減少。另外，用水平磁場寫入降低了記錄效率和近場記錄的其它一些性能。而且把線圈37和39繞在磁極33和35上對組裝性能、成本和生產率不利，從而使批生產困難。
圖4示出了對圖2和3的所示了結構進行改進的另一種傳統(tǒng)的光頭。滑塊25在朝向磁-光盤側有一個折射率比空氣大的突起46，如圖4所示，具有一個允許被物鏡31聚焦的光通過的孔的線圈43，通過孔容納突起46，并固定在滑塊的朝向磁-光盤一側。突起46的高度與線圈43的高度相對一致。
圖4所示的光頭比圖2和3所示光頭小，并且因為用垂直磁場記錄信息，所以具有比較高的記錄密度。圖4所示的光頭的缺點在于線圈43在滑塊25形成后固定，從而使組裝效率低，制造比較小的突起也困難。
在圖2-4所示的傳統(tǒng)光頭中，用于發(fā)光和接收從光盤反射的光的光學系統(tǒng)安裝在驅動器上即與光頭分開，因此使整個記錄和寫系統(tǒng)的尺寸增加。并且使結構和制造工藝復雜。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供近場記錄和重放的光頭及其制造方法，該光頭的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)和光檢測器集成在一個滑塊上，記錄和重放的光學系統(tǒng)通過薄膜沉積形成在VCSEL和光檢測器上，從而減小了尺寸，并簡化了組裝工藝。
按照本發(fā)明的一個方面，提供近場記錄重放的光頭，該光頭包括一個由空氣動壓力懸浮在記錄介質上方的滑塊，一個形成在滑塊朝向記錄介質一側的光器件組件，該光器件組件包括一個用于半導體材料層重疊方向發(fā)光的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，和一個光檢測器，該檢測器接收由VCSEL發(fā)射后被記錄介質反射的入射光；一個利用透明材料沉積在光器件組件上的第一透鏡層，該第一透鏡層有一個把入射光會聚在相應于VCSEL發(fā)射光部分的一部分上的第一透鏡；和，在中心有一個全息圖并用于控制入射光行程的光程控制層，以使從VCSEL入射的光透過第一透鏡射向記錄介質，并使入射光在被記錄介質反射后射向光檢測器；其中VCSEL是包括由具有不同折射率的半導體材料交替重疊形成的一個摻雜的第一分配布拉格反射器(DBR)，一個形成在第一DBR上的有源層，和一個有與第一DBR相反型摻雜的第二DBR，第二DBR由具有不同折射率的半導體材料交替重疊形成，VCSEL通過在第二DBR上的窗口發(fā)射光。
優(yōu)選的是，光程控制層的全息圖具有一個同軸的圖形，光檢測器具有包圍VCSEL的環(huán)形，并與VCSEL組合形成在一起。另一可供選擇的是，光程控制層全息圖有一條狀圖形，光檢測器配置在VCSEL的一側。第一透鏡層的第一透鏡可以通過限制擴散的蝕刻，以便有一預定曲度。
優(yōu)選的是，該光頭還包括一個在光程控制層一側并朝向記錄介質的由具有比較高折射率的材料構成的第二透鏡層，第二透鏡層有一個會聚入射光的第二透鏡。
優(yōu)選的是，該光頭還包括一個在第一透鏡層上的線圈件，該線圈件包括至少一個具有螺旋線結構的線圈層，和一個由允許光透過線圈層中心的透明材料形成的絕緣層，該絕緣層用于保護線圈層和使線圈層相鄰部分電絕緣，以便通過磁場調制在介質上記錄信息，和從記錄介質上通過光重放信息。
優(yōu)選的是，該光頭光程控制的全息圖是一個對一個偏振光具有高透射率而對另一偏振光具有高衍射率的偏振全息圖，光程控制層還包括一個在光程控制層一側上的偏振改變層，該偏振改變層朝向記錄介質，用于改變入射光的偏振。
本發(fā)明的另一方面是提供一種近場記錄和重放光頭的制造方法，該方法包括制備襯底；在襯底上形成光器件組件，該光器件組件包括一個用于在半導體材料層重疊方向發(fā)光的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，和一個接收由VCSEL發(fā)射后被記錄介質反射的入射光的光檢測器；通過在光器件組件上沉積一層透光材料形成第一透鏡層，第一透鏡層在相應于VCSE發(fā)光部分有一個會聚入射光的第一透鏡；以及形成一個中心有一個全息圖的光程控制層，該光程控制層使從VCSEL入射的光經第一透鏡層射向記錄介質，并使入射光被記錄介質反射后射向光檢測器。
優(yōu)選的是，形成具有第一透鏡的第一透鏡層的步驟包括用能透過從VCSEL發(fā)射的光的透明材料在光器件組件上沉積第一透鏡層；在第一透鏡層上形成有一開孔的蝕刻掩模，該開孔位于相應VCSEL的發(fā)光部分，把帶有掩模的第一透鏡層浸沒在化學蝕刻溶液中，通過限制擴散的蝕刻蝕刻通過開孔暴露的第一透鏡層的那部分，借此使第一透鏡具有曲度；和去除蝕刻掩模。
優(yōu)選的是，該光頭的制造方法還包括在第一透鏡層上形成線圈件的步驟，該線圈件包括至少一個具有螺旋線結構的線圈層，和一個由允許光透過線圈層中心的透明材料形成的絕緣層，該絕緣層用于保護線圈層和使線圈層相鄰部分電絕緣。
優(yōu)選的是，光程控制的全息圖是一偏振全息圖，該光頭的制造方法還包括一個在光程控制層一側形成偏振改變層，該偏振改變層朝向記錄介質，用于改變入射光的偏振。
優(yōu)選的是，該光頭的制造方法還包括在線圈件上形成一個具有較小開孔的蝕刻掩模，以便通過該開孔暴露絕緣層中心；蝕刻通過開孔暴露絕緣層部分，以便形成具有曲度的第二透鏡；去除蝕刻掩模；以及用比絕緣層折率射高的材料在絕緣層上形成第二透鏡層。
通過參照下面的附圖描述本發(fā)明的實施例，可以使本發(fā)明的上述的目的和優(yōu)點更加清楚，這些附圖是圖1是一個普通掃描臂式記錄和重放系統(tǒng)的平面圖；圖2示出了一個傳統(tǒng)光頭的例子，圖3是沿圖2的Ⅲ-Ⅲ線剖切的俯視圖；圖4示出了另一個傳統(tǒng)光頭的例子；圖5是按照本發(fā)明的近場記錄和重放光頭的示意圖；圖6是圖5所示的光檢測器的立體透視圖；圖7示出了按照本發(fā)明光頭的另一實施例，其中，第一透鏡層直接形成在豎直空腔表面發(fā)射激光器上；圖8-13C示出了用于制造按照本發(fā)明的近場記錄和重放的光頭方法的實施例，圖11A-11D示出了具有第一微透鏡的第一微透鏡層的構成，圖13A-13C示出了具有第二微透鏡的第二透鏡層的構成；圖14是按照本發(fā)明光頭的另一實施例的示意圖。
在圖5中示出了按照本發(fā)明的近場記錄和重放的光頭的實施例，該光頭采用一個能在磁光記錄介質上記錄信息和從磁光記錄介質重放信息的線圈件，該線圈可以從光頭移開以便利用光在相變光記錄介質上記錄信息和從相變光記錄介質重放信息。參看圖5，該光頭50包括一個滑塊51、一個形成在滑塊上51上的光器件組件，該光器件組件朝向記錄本介質100以便向記錄介質100發(fā)射激光，然后從介質100反射該激光，一個利用透明材料沉積在光器件組件60上和具有第一微透鏡55a的第一透鏡55，一個用于改變入射光束通過光程和在中心有一全息圖92的光程控制層90，和一個允許通過磁場調制在記錄介質100上記錄信息的線圈件80。記錄介質包括一個利用光記錄和重放信息的相改變介質和一個借助磁場調制記錄信息和利用光重放信息的介質。
將滑塊51安裝在例如從回轉臂式磁光記錄和重放系統(tǒng)的回轉臂21(見圖1)伸出的懸臂(未示出)上，在借助記錄介質旋轉時產生的空氣動壓力懸浮磁記錄介質100的上方的預定距離的空氣中的同時，掃描記錄記錄介質100的記錄道。
該光器件組件60包括一個用于在半導體材料層重疊方向發(fā)光的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)61，和一個光檢測器71，該檢測器呈類似環(huán)狀包圍VCSEL61并與VCSEL61組裝在一起；其中VCSEL61是半導體材料疊層，包括第一分配布拉格反射器(DBR)，一個有源層65，和順序重疊的第二DBR67；VCSEL61包括在滑塊51與第一DBR之間第一電極62，和形成在第二DBR67除窗口69之外上的第二電極68。
摻雜的第一DBR63由具有不同折射率的半導體材料交替重疊形成，并具有例如n型摻雜。與第一DBR63相類似，第二DBR67由不同折射率的半導體材料交替重疊形成，但層數(shù)比第一DBR63的層數(shù)少，第二DBR67的摻雜與VCSEL61相反即p型。有源層65是借助來自第一和第二DBRs63和67的電子和空穴的復合產生光的區(qū)域，該光由第一和第二電極62和68供給的電流產生的。
在VCSEL61中，發(fā)射具有符合第一和第二DBR63和67之間共振條件波長的光，并在有源層65中共振，在通過第二DBR67后在半導體材料層重疊方向射向被第二電極68限定的窗口69。
具有包圍VCSEL61的環(huán)形的光檢測器71包括一個至少一部分與VCSEL61分開一預定距離的第一半導體材料層73，一個順序沉積在第一半導體材料層73上的第二半導體材料層75和第三半導體材料層77，一個形成在第一半導體材料層73一部分上的第一檢測電極72，和一個以確定圖形在第三半導體材料層77上形成并暴露第三半導體材料層77的光接收表面的第二檢測電極。
光檢測器71具有p-i-n結構，其中至少鄰近第二半導體材料層75的第一半導體材料層73的一部分用例如p型摻雜，而第三半導體材料層77用例如n型摻雜，第二半導體材料層75是吸收透過光接收表面79的入射光的光吸收層。
在圖5中示出了具有與VCSEL61相同的疊層的光檢測器71的第一半導體材料層73，具體地說與VCSEL61相同，包括第一DBR63、有源層65和第二DBR67。通過蝕刻第二DBR67、有源層65和第一DBR63的一部分到一個深度，在光檢測器71與VCSEL61之間形成溝槽64使第一半導體材料層73的第二DBR67的一部分邊緣暴露，并在該暴露的DBR67的一部分邊緣上形成第一檢測電極72。
光檢測器71和VCSEL61的電流通道被溝槽64和第一半導體材料層73的有源層65彼此分開。由第一和第二電極62和63供給的電流流過VCSEL61，因光吸收在第二半導體材料層75上產生的電流流過光檢測器71的第一和第二檢測電極端72和78。
例如，第二半導體材料層大致與VCSEL61的有源層65的材料和厚度相同。第三半導體材料層77與第一DBR63的材料層相同，但層數(shù)比其少。這樣可以通過利用疊層半導體結構制造半導體器件的相同沉積工藝同時形成VCSEL61和光器件組件60的光檢測器71。
最好通過半導體器件制造工藝把光器件組件60直接沉積在滑塊51上。也可以整個光器件組件60組裝在滑塊51上?？梢杂靡粋€具有VCSEL疊層的預型件，具體地說，把具有VCSEL疊層的預型件組裝在滑塊上，然后蝕刻，再沉積光檢測器的第二和第三半導體材料層。接著在該最終的結構上形成電極圖形，至此完成光器件組件60。
圖6示出了一個光檢測器71的例子，光檢測器71被沿記錄介質100記錄道方向分成兩部分，以便通過邊緣從記錄介質100檢測信息信號。光檢測器71最好有排成2×2陣列的四個光接收部分A、B、C和D，這四個部分通過把光檢測器71沿記錄介質100的記錄道和半徑兩個方向分成兩部分得到，以便從記錄介質100中檢測信息信號和尋道誤差信號。該尋道誤差信號通過從被光接收部分A和D接收到的信號的和中減去被光接收部分B和C接收到的信號的和檢測到。如果本發(fā)明的光頭只用于相變光記錄介質，則不需要沿記錄介質記錄道方向分割光檢測器71。
在圖5中，參考數(shù)字53代表環(huán)繞形成在滑塊51上的光器件組件的模制層，模制層53形成在絕緣材料上，并作為用于第一透鏡層和在光器件組件/或在光器件組件60上的線圈件80的沉積底層，第一透鏡層55由能透過VCSEL61發(fā)射的光的電介材料形成在光器件組件60上，并有與VCSEL61發(fā)射光部分相對應和用于聚入射光束的第一微透鏡55a，第一微透鏡55a通過蝕刻沉積在光器件組件60上的第一透鏡層55的與VCSEL61發(fā)射光部分相對應的一部分形成，以便使其具有由溴限定擴散蝕刻的凸曲率，如果使VCSEL61發(fā)射650或680μm的光則透鏡層可以用InGaP形成。
在圖5中，第一透鏡層55覆蓋整個光器件組件60，另外，第一透鏡層55＇也可以如圖7所示，位于VCSEL61的第二DBR67的與第二電極68之間，從而可以把第一微透鏡55直接形成在VCSEL61的窗口內。
再參看圖5，光程控制層90由介電材料形成，在其中心有同心的全息圖91，全息圖91使被記錄介質100反射的入射光束衍射，從而使入射光束射向環(huán)繞環(huán)VCSEL61的狀光檢測器71。優(yōu)選的是使全息圖91與光器件組件60和第一透鏡層55離開一預定距離，以便提供一個使經記錄介質100反射后又被全息圖衍射的光束被光檢測器71接收的預定光學寬度。在本實施例中具有全息圖91的光程控制層70配置在線圈件80的兩個線圈線圈層81和85之間。
優(yōu)選的是，全息圖91是根據(jù)入射光的透射和衍射光偏分量選擇透射和衍射入射光的偏振全息圖。從VCSEL61發(fā)射的光幾乎具有一個方向的線偏振光，因此使被介質100反射光的大部分被全息圖91衍射，射向光檢測器71。偏振全息圖91對一種偏振光具有相當高的透射率和相當?shù)偷难苌渎?，而對另一種衍射光具有相當?shù)偷耐干渎屎拖喈敻叩难苌渎省?br> 如果偏振全息圖91用在光程控制層90中，則需在光程控制層側配置用于改變入射光束偏振的朝向記錄介質100的偏振改變層95。偏振改變層是由具有隨厚度各向異性折射率的材料形成，該厚度需厚到能使兩束垂直的偏振光之間產生的相差足以達到λ/4相差(波長λ由VCSEL61發(fā)射的光波長)從而使偏振改變層95用作為四分之一波片。
假定從VCSEL61發(fā)射的光幾乎全是p偏振光束，并且偏振全息圖91對該p偏振光束具有相當高的透射率，而對s偏振光束具有相當高的衍射率，則來自VCSEL61入射光束透過偏振全息圖91，該p偏振光束通過偏振全息圖91經偏振改變層95變成圓偏振光，照射在記錄介質100上，該圓偏振光束被介質100反射后，變成另一種圓偏振光束，再經偏振改變層95變成s偏振光束，幾乎全部s偏振光束被偏振全息圖91衍射，從而使s偏振光束射向環(huán)繞VCSEL61的環(huán)狀光檢測器71。
如上所述，如果把偏振全息圖91和偏振改變層95作為光程控制手段，則由于偏振全息圖對第一級光束的衍射效率比一般非偏振光全息圖高得多，而使光檢測效率提高。
線圈件80包括至少一個螺旋結構的線圈層，例如重疊的線圈層81和85，和分別覆蓋保護絕緣層83、87和使線圈層81、85的每個相鄰部分電絕緣的絕緣層83和87。最好是形成一些線圈層并使它們電串聯(lián)。絕緣層83和87由能透射光的聚合物，例如聚酰亞胺制成，也可把該聚合物涂在線圈件80的中心，結果沒有必要形成如圖4所示那樣的使透射光進入線圈件80中心的突起的臺面結構。
最好把由絕緣層87的折射率高的材料形成的具有第二微透鏡57a的第二透鏡層97沉積在線圈件80的那側使其朝向記錄介質100，使第二微透鏡57a與VCSEL61的透射光部分相對應。第二透鏡層57最好由具有高折射率和耐久性能高的材料形成，例如第二透鏡層57由折射率2.1或更高的材料如SiN或ZnSiO2形成。
作為固體浸沒透鏡的第二微透鏡57a通過各向同性蝕刻與線圈件80相對應的絕緣層87的表面，使其有半球狀的凹曲率，然后折射率比絕緣層高的材料在該最后結構上沉積第二透鏡層97。通過上述工藝制造的第二微透鏡57a使已經被第一微透鏡55a預會聚的從VCSEL61發(fā)射的光束進一步會聚，從而減縮小了聚焦在記錄介質100上的光斑尺寸。結果還使記錄和重放密度單會聚透鏡情況提高。另外可以通過拋光使第二透鏡層表面57偏振化。第二透鏡層表面57作為空氣支撐面，它使包括滑塊52的光頭50通過在記錄介質100旋轉時產生空氣動壓力懸浮在記錄介質100上方。另外，可以把一個分開的空氣支撐板固定在滑塊51的朝向記錄介質100的一側。
在本發(fā)明優(yōu)選實施例的拾光頭50操作中，在電源供給VCSEL61的同時，拾光頭50通過記錄介質100旋轉產生的空氣動壓力懸浮在記錄介質100上方的預定距離上，從VCSEL61射向窗口69的光被形成在第一透鏡層上的第一透鏡層55上的第一微透鏡55a預先會聚，被會聚的光束透過在線圈件80中心的絕緣層83和87、光程控制層90和偏振改變層95第二微透鏡57a進一步會聚，在記錄介質100上形成一個光斑，從記錄介質100反射的光被光程控制層90的偏振全息圖91衍射，由具有環(huán)繞VCSEL61的環(huán)狀的光檢測器71檢測。
當采用由光聚焦在記錄介質上使溫度升到居里點以上時失去磁性的磁光記錄介質100作為記錄介質時，線圈件80的線圈層81和85隨著電源供給產生磁場，使受光照射的記錄100介質那部分的磁性質發(fā)生改變，把信息在光記錄介質100上。從磁光記錄介質上重放信息時，來自磁光記錄介質反射光經光程控制層90衍射，衍射后的光束被光檢測器71接收。光檢測器71檢測來自被接收的衍射光束的信息重放信號。
另外，本發(fā)明的光頭可以采用利用光信號記錄和重放相位改變的相位改變光記錄介質作為光介質100。
在本發(fā)明的圖5所示的光頭50制造中，把光器件組件60和包括光程控制層90的光學系統(tǒng)通過薄膜沉積直接沉積在滑塊51上，以便簡化和縮小結構。這樣便可把該光頭50用于微信息記錄和和重放系統(tǒng)。
下面參照圖8-13描述制造圖5所述光頭的方法優(yōu)選實施例，在該實施例中VCSEL61和光檢測器71通過相同半導體制造工藝直接沉積在滑塊51上。如圖8所示，準備一個待制滑塊51的襯底51＇，接著在襯底51＇上形成引線圖形，該引線圖形使電源供給通過下述工藝形成的光器件組件60和/或線圈件80。
接著如圖9所示，用半導體制造工藝在襯底51′上沉積包括VCSEL61的光器件組件60和環(huán)繞VCSEL61的環(huán)形光檢測器71，具體地說，在襯底51＇上形成第一電極62，在第一電極62上順次形成第一DBR63、有源層65和第二DBR67，從而完成VCSEL61的半導體疊光檢測器71的半導體材料層73。接著用大致與形成有源層65相同的材料在第一半導體材料層73上沉積第二半導體材料層75，使其厚度與有源層65大致相同。用大致與形成第一DBR63相同的材料在第二半導體材料層75上沉積第三半導體材料層77但包括的層數(shù)比第一DBR63的少。
蝕刻VCSEL61與光檢測器71之間的邊界，使其深度剛好伸到第一DBR63內部，以使VCSEL61與光檢測器71彼此電絕緣。蝕刻屬于光檢測器71的第三半導體材料層77、第二半導體材料層75和第二DBR67使其深度剛好伸到第二DBR67的內部，從而使第二DBR67在光檢測器71的邊緣暴露出。
在第二DBR67的暴露部分形成第一檢測電極72，在除了光接收面79以外的第三半導體材料層77上形成第二檢測電極78。另外第二電極68形成在屬于VCSEL67的除了窗口之外的第二DBR61上。在光器件組件60完成后，用絕緣材料模塑光器件組件60，形成如圖10所示的模塑層53，模塑層53是底層，在其上面通過連續(xù)工藝沉積第一透鏡層55或線圈件80。
接著用對VCSEL61的發(fā)射具有光高透射率的材料，在光器件組件上形成與VCSEL61光發(fā)射部分相對應并具有用于聚焦入射光束的第一微透鏡55a的第一透鏡層55。下面參照圖11A-11D對其描述。
如圖11A所示，在光器件組件60上沉積第一透鏡層55，接著如圖11B所示，在第一透鏡層55上形成具有一個開孔56a的蝕刻掩模56，開孔56a暴露與VCSEL61光發(fā)射部分相對應的部分，再將蝕刻掩模56浸入化學蝕刻液中規(guī)定時間，以通過限制擴散的蝕刻使被開孔56a暴露的第一透鏡層55的那部分具有凸曲率，借此得到圖11C所示的第一微透鏡55a，如圖11D所示，在用蝕刻形成第一微透鏡55a后，清除掩模56。
如果VCSEL61發(fā)射波長約650或680nm的光，則第一透鏡層55可以由InGaP形成。蝕刻的掩模56是由Si3N4或SiO2形成的絕緣層，用含溴的溶液作為化學蝕刻溶液。尋找待蝕刻目標的溴借助擴散與通過蝕刻掩模56的開孔56a暴露的第一透鏡層55的表面相撞擊，蝕刻第一透鏡層55的暴露部分。因為在溴達到第一透鏡層55暴露的表面中心之前，很可能在蝕刻第一透鏡層55暴露部分的邊緣過程中消失，所以第一透鏡層55的蝕刻深度在通過開孔56a暴露的第一透鏡層55的表面邊緣比中心深，結果使第一微透鏡55a具有凸的曲率。
接著，如圖12所示，形成包括具有螺旋結構的疊層的第一和第二線圈層81和85的線圈件80，然后在第一和第二線圈層81和85之間形成在朝向線圈件80中心部分有全息圖91的能透光的光程控制層90，用透明材料例如聚合物，如聚酰亞胺形成使進入第一和第二線圈層81和85的光透過的線圈件80的絕緣層83和87，絕緣層83和87覆蓋和保護第一和第二線圈層81和85并使第一和第二線圈層81和85相鄰部分電絕緣。
在把光程控制層90置于第一和第二線圈層81和85之間時在形成由絕緣層覆蓋的第一線圈層81后，形成光程控制層90，然后在光程控制層90上形成由絕緣層87覆蓋的第二線圈層83。如果光程控制層90的全息圖91是偏振的全息圖，則還要在光程控制層90與第二線圈層85之間沉積起四分之一波片作用的偏振改變層95。
接著在線圈朝向介質100的一側形成具有作為浸埋固體透鏡的第二微透鏡57a的第二透鏡層57?，F(xiàn)在參照圖13A-13C對其描述。如圖13A所述，在線圈件80朝向記錄介質100的一側設置小到能用各向同性蝕刻的開孔的第一蝕刻掩模58，使對應線圈件80的中心絕緣層87的部分通過開孔58a露出。蝕刻掩模58金屬例如鉻(Cr)制。
接著，如圖13B所示，在蝕刻劑例如聚合物蝕刻劑中蝕刻通過開孔58a露出的絕緣層87的部分，形成具有凸曲率的第二微透鏡57a。因為用小開孔，所以使絕緣層露出部分各向同性蝕刻，從而使最終的第二微透鏡具有半球狀凸曲率，最后如圖13C所示，從絕緣層87上除去蝕刻掩模58，然后用具有比絕緣層的折射率高的和耐久性能高的介電材料例如SiN或ZnSiO2鍍該最終的結構，這樣就完成了具有在絕緣層上。形成的半球曲率的固體浸埋透鏡的第二微透鏡57a的第二透鏡層57。在第二透鏡層57完成后，通過拋光使第二透鏡57的表面偏振化，然后把該最終結構切成每個滑塊，得到如圖5所示的光頭50。
圖14示出了本發(fā)明近場記錄和重放的光頭的另一實施例，凡與圖5的光頭相同的元件用相同的代號，本實施例的特征在于光器件組件160的光檢測器171配置在VCSEL61的一側，光程控制層190在中心具有條狀全息圖191，以便使光程控制層190衍射從記錄介質100向光檢測器171反射的入射光束，光檢測器171可以具有傳統(tǒng)的結構，或與參照圖5描述前一可以用半導體制造工藝直接在滑塊51上沉積具有VCSEL61和光檢測器171的光器件組件160，也可以把完整的光器件組件組裝在滑塊51上。第一透鏡層55、線圈件80光程控制層190偏振改變層95和第二透鏡層57的結構和制造與參照圖5描述的前一實施例相同，在此不再描述這些元件。
如上所述，在本發(fā)明的近場記錄和重放的拾光頭中，VCSEL和光檢測器形成在滑塊上，而透鏡層、光程控制層和/或線圈件通過薄膜工藝直接沉積在VCSEL和光檢測器上。換句話說，由于把信息記錄和重放光學系統(tǒng)與滑塊組裝在一起，而使光頭變小，這與采用彼此分開的滑塊和大的光學系統(tǒng)的傳統(tǒng)光頭不同。結果改進了光頭的動態(tài)特性，借此減少了尋找目標記錄道所需的時間。因此，本發(fā)明的光頭適合于微記錄和重放信息系統(tǒng)。
如果采用該線圈件，則可以通過薄膜沉積把線圈件和其它元件同時形成在滑塊上，而不需要傳統(tǒng)的臺面結構，這樣就可以省去把線圈件固定在滑塊上的步驟，從而簡化了制造工藝。
另外，可以通過能批生產的薄膜沉積工藝把具有上述結構的許多光頭集成在單個晶片上，簡化了組裝工藝，從而降低了光頭制造成本。
雖然本發(fā)明是參考優(yōu)選的實施例具體描述的，但是需要指出的是，對于本技術領域的普通技術人員，在不偏離權利要求書所限定的精神和范圍的條件下可以進行各種形狀和細節(jié)上的改變。
權利要求
1．一種具有由空氣動壓力懸浮在記錄介質上方的滑塊的近場記錄和重放的光頭，其特征在于，包括一個形成在滑塊朝向記錄介質一側的光器件組件，該光器件組件包括一個用于半導體材料層重疊方向發(fā)光的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，和一個光檢測器，該檢測器接收由VCSEL發(fā)射后被記錄介質反射的入射光；一個利用透明材料沉積在光器件組件上的第一透鏡層，該第一透鏡層有一個把入射光會聚在與VCSEL發(fā)光部分相對應的一部分上的第一透鏡；和在中心有一個全息圖并用于控制入射光行程的光程控制層，以使從VCSEL入射的光透過第一透鏡層射向記錄介質，并使入射光在被記錄介質反射后射向光檢測器；其中VCSEL是一個半導體材料層的疊層，該疊層包括由具有不同折射率的半導體材料交替重疊形成的一個摻雜的第一分配布拉格反射器(DBR)，一個形成在第一DBR上的有源層，和一個有與第一DBR相反型摻雜的第二DBR，第二DBR由具有不同折射率的半導體材料交替重疊形成，VCSEL通過在第二DBR上的窗口發(fā)射光。
2．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭，其中，光程控制層的全息圖具有一個同軸的圖形，光檢測器具有包圍VCSEL的環(huán)形，并與VCSEL組合形成在一起。
3．如權利要求2所述的近場記錄和重放光頭，其中，VCSEL具有一個第一電極和一個第二電極，第一電極位于滑塊與第一DBR之間，第二電極在第二DBR上形成一個預定的圖形，以便暴露第二DBR上的窗口；光檢測器環(huán)繞VCSEL，并包括一個至少一部分與VCSEL分開一預定距離的第一半導體材料層，一個形成在第一半導體材料層上的用于吸收光的第二半導體材料層，一個形成在第二半導體材料層上的第三半導體材料層，一個與第一半導體材料層一部分電連接的第一檢測電極，和一個為了暴露第三半導體材料層的光接收表面而在第三半導體材料層上形成一預定圖形的第二檢測電極。
4．如權利要求3所述的近場記錄和重放光頭，其中，光檢測器的第一半導體材料層具有與VCSEL疊層相同的結構，第一半導體材料層一部分在第一DBR的一個預定的層的上方，并與VCSEL分開。
5．如權利要求3所述的近場記錄和重放光頭，其中，光檢測器的第二半導體材料層由與用于形成有源層大致相同的材料構成，并具有與有源層大致相同的厚度，光檢測器的第三半導體材料層由與用于形成DBR大致相同的材料構成，并具有少于第一DBR的層數(shù)。
6．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭，其中，光程控制層全息圖有一條狀圖形，光檢測器配置在VCSEL的一側。
7．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭，其中，第一透鏡層的第一透鏡通過限制擴散的蝕刻形成，以便有一預定曲度。
8．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭，其中，VCSEL發(fā)射約650nm或680nm波長的光，第一透鏡層由InGaP構成。
9．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭，其中，還包括一個在光程控制層一側并朝向記錄介質的由具有比較高折射率的材料構成的第二透鏡層，第二透鏡層有一個會聚入射光的第二透鏡。
10．如權利要求9所述的近場記錄和重放光頭，其中，第二透鏡層由具有約2.1或更高折射率的材料構成。
11．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭，其中，還包括一個在第一透鏡層上的線圈件，該線圈件包括至少一個具有螺旋線結構的線圈層，和一個由允許光透過線圈層中心的透明材料形成的絕緣層，該絕緣層用于保護線圈層和使線圈層相鄰部分電絕緣，以便通過磁場調制在介質上記錄信息，和從記錄介質上通過光重放信息。
12．如權利要求11所述的近場記錄和重放光頭，其中，光程控制的全息圖是一個對一種偏振光具有高透射率而對另一種偏振光具有高衍射率的偏振全息圖，光程控制層還包括一個在光程控制層一側上的偏振改變層，該偏振改變層朝向記錄介質，用于改變入射光的偏振。
13．如權利要求11所述的近場記錄和重放光頭，其中，形成若干線圈層，使所述光程控制層位于這些線圈層之間。
14．一種由空氣動壓力懸浮的近場記錄和重放光頭的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟制備一襯底；在襯底上形成一光器件組件，該光器件組件包括一個用于在半導體材料層重疊方向發(fā)光的豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，和一個接收由VCSEL發(fā)射后被記錄介質反射的入射光的光檢測器；通過在光器件組件上沉積一層透光材料形成一第一透鏡層，第一透鏡層在相應于VCSEL發(fā)光部分的部分有一個會聚入射光的第一透鏡；以及，形成一個中心有一個全息圖的光程控制層，該光程控制層使從VCSEL入射的光經第一透鏡層射向記錄介質，并使入射光被記錄介質反射后射向光檢測器。
15．如權利要求14所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，形成具有第一透鏡的第一透鏡層的步驟包括用能透過從VCSEL發(fā)射的光的透明材料在光器件組件上沉積第一透鏡層；在第一透鏡層上形成有一開孔的蝕刻掩模，該開孔位于與VCSEL的發(fā)光部分相對應的部分處；把帶有掩模的第一透鏡層浸沒在化學蝕刻溶液中，通過限制擴散的蝕刻工藝蝕刻通過開孔暴露的第一透鏡層的那部分，借此使第一透鏡具有曲度；和去除蝕刻掩模。
16．如權利要求14所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，光程控制層的全息圖有一個同軸圖形，光檢測器具有包圍VCSEL的環(huán)狀，并與VCSEL組合形成一起。
17．如權利要求16所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，形成光器件組件的步驟包括在襯底上形成第一電極；形成VCSEL疊層和光檢測器的第一半導體材料層，VCSEL疊層和第一半導體材料層彼此局部分開一預定距離，VCSEL疊層的每層和第一半導體材料層包括一個摻雜的第一分配的布拉格反射器(DBR)，一個有源層和一個有與第一DBR相反型摻雜的第二DBR，它們順序重疊，第一DBR和第二DBR包括具有不同折射率的半導體材料交替的疊層，其中，VCSEL疊層和第一半導體材料層共用第一DBR的一部分；在環(huán)繞VCSEL的光檢測器的第二DBR上形成吸收入射光的第二半導體材料層；在第二半導體材料層上形成與第一DBR摻雜型相同的第三半導體材料層；以一個伸到第二DBR一部分上的預定深度蝕刻第三，第二半導體材料層和光檢測器的第二DBR，以便使光檢測器的第二DBR局部暴露；在不包括第二DBR的窗口的VCSEL的第二DBR上形成第二電極；在光檢測器的第二DBR的暴露部分上形成第一檢測電極，以及在第三半導體材料層上形成第二檢測電極，以便暴露第三半導體材料層光接收表面。
18．如權利要求17所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，第二半導體材料層由大致與形成有源層相同的材料形成，并具有與有源層大致相同的厚度，第三半導體材料層由大致與形成第一DBR的材料相同的材料形成，并使其包括的層數(shù)比第一DBR的少。
19．如權利要求14、15、16、17或18所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，還包括在第一透鏡層上形成線圈件的步驟，該線圈件包括至少一個具有螺旋線結構的線圈層，和一個由允許光透過線圈層中心的透明材料形成的絕緣層，該絕緣層用于保護線圈層和使線圈層相鄰部分電絕緣。
20．如權利要求19所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，形成若干線圈層，使所述光程控制層位于這些線圈層之間。
21．如權利要求1所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，光程控制層的全息圖是一個偏振全息圖，該光頭制造方法還包括在光程控制層的一側形成偏振變換層，該變換層朝向記錄介質，用于改變入射光的偏振。
22．如權利要求19所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，還包括在線圈件上形成一個具有較小開孔的蝕刻掩模，以便通過該開孔暴露絕緣層中心；蝕刻通過開孔暴露的絕緣層部分，以便形成具有曲度的第二透鏡；去除蝕刻掩模；以及用比絕緣層折率射高的材料在絕緣層上形成第二透鏡層。
23．如權利要求22所述的近場記錄和重放光頭的制造方法，其中，使蝕刻掩模的開孔小到能各向同性蝕刻絕緣層暴露部分。
全文摘要
一種近場記錄和重放的光頭及其制造方法,其中,豎直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)和一個光檢測器形成在滑塊上,透鏡層、光程控制層和/或線圈件通過薄膜工藝直接沉積在VCSEL和光檢測器上。由于把信息記錄和重放光學系統(tǒng)與滑塊組裝在一起,而使光頭變小,這與采用彼此分開的滑塊和大的光學系統(tǒng)的光頭不同。結果改進了光頭的動態(tài)特性,借此減少了尋找目標記錄道所需的時間。因此,該光頭適合于微記錄和重放信息系統(tǒng)。
文檔編號H01S5/026GK1319843SQ0110170
公開日2001年10月31日 申請日期2001年1月20日 優(yōu)先權日2000年1月20日
發(fā)明者鄭永民, 李定觀 申請人:三星電子株式會社