JP2006331508A - 光照射素子および情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームスポットの照射口を磁気ヘッド等の他のヘッドに隣接させることができ、さらに、近接場光を効率よく発生させることができる光照射素子および情報記録再生装置を提供すること。
【解決手段】近接場光照射素子１００ａは、コア１２２ａを伝搬してきた電磁波を偏向構造１３２ａによって電磁波を基底部１１０ａの方向に大きく偏向させ、基底部１１０ａに面して形成された表面伝搬構造１３１ａにおいてその電磁波を受けて出射開口部から近接場光を照射する。したがって、基底部１１０ａの反対側に磁気ヘッドを作製することにより磁気ヘッドと近接場光の強度中心との距離を最短にすることができる。また、偏向構造１３２ａは、比較的大きな厚みをもつので、表面伝搬構造１３１ａに対して表面伝搬波の発生効率が高い角度で電磁波を入射させることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、近接場光を照射する光照射素子およびその光照射素子を備えた情報記録再生装置に関し、特に、ビームスポットの照射口を基底面に隣接させることができ、さらに、近接場光を効率よく発生させることができる光照射素子および、基底面を磁気ヘッド等にした情報記録再生装置に関するものである。

情報化社会の進展にともない、情報量は増大の一途を辿っており、飛躍的に高い記録密度の情報記録方式および記録再生装置が待望されている。この記録密度を向上させる手段のひとつとして、入射光の波長よりも微小なビームスポットを形成することができる近接場光が注目されている。

近接場光は、光ディスクはもちろんのこと、磁気記録装置にも応用が検討されている。磁気記録媒体に高密度に情報を記録するには、磁気記録媒体に磁気的に安定性の高い素材をもちいることが必要になるが、安定性の高い素材をもちいると、情報を書き込むのが困難になる。そこで、熱（光）アシスト記録方式と呼ばれる記録方式が現在盛んに研究されている。

熱アシスト記録方式は、磁気ヘッドが磁気記録媒体に情報を書き込む直前に、対象箇所にビームスポットを照射して温度を上昇させ、一時的に書込みが容易な状態に変化させる方式である。近接場光を熱アシスト記録方式に応用することにより、１テラビット／平方インチ以上の記録密度の実現が期待されている。

この熱アシスト記録方式においては、磁気ヘッドの磁気コアとビームスポットとの距離の短さが重要となる。この距離が遠いと、上昇させた磁気記録媒体の温度が低下し、磁気記録媒体に情報を書き込むことが困難になってしまう。

そこで、特許文献１では、近接場光を発生させる素子をリソグラフィ技術によって磁気ヘッドと同一のウェハ上に作りこみ、また、近接場光を発生させる素子の積層構造を非対称にすることで、ビームスポットの発生箇所をさらに磁気ヘッドに近づけることができる技術を提案している。

特願２００４−２５５７３２号

しかしながら、特許文献１の技術では、素子に光を伝搬させる光導波路のクラッドの厚さが考慮されていないという問題がある。素子に光を伝える光導波路のコア部で減衰なく光を伝搬させるには、コアの周りをクラッドで覆う必要がある。クラッドは、光の波長程度の厚さが必要とされ、このクラッドの厚さの分だけ磁気ヘッドとビームスポットの距離ができてしまう。

クラッドの厚さを光の波長以下とした場合、それよりも薄く、磁気ヘッドに使用されるような吸収係数の大きい材料と接すると、その面で少しずつ吸収がおきて、光が減衰してしまう。また、吸収により熱が発生し、磁気ヘッドの特性を劣化させてしまう。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、ビームスポットの照射口を磁気ヘッド等の他のヘッドに隣接させることができ、さらに、近接場光を効率よく発生させることができる光照射素子および情報記録再生装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、電磁波を伝搬させる導波手段と、前記導波手段により伝搬された電磁波を基にして近接場光を発生させる照射手段とを基底面上に有する光照射素子であって、前記照射手段は、前記導波手段により伝搬された電磁波を前記基底面方向に偏向させる偏向構造と、前記基底面と前記偏向構造との間に形成され、前記偏向構造により偏向された電磁波から表面伝搬波を発生させ、前記導波手段の反対側に設けられた出射開口部から近接場光を照射する表面伝搬構造とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、偏向構造によって電磁波を基底面方向に大きく偏向させ、基底面に面して形成された表面伝搬構造においてその電磁波を受けて出射開口部から近接場光を照射するように構成したので、基底面と近接場光の強度中心との距離を最短にすることができる。

また、本発明は、上記の発明において、前記偏向構造は、前記導波手段のコアの厚さと、該コアと前記基底面の間に形成された被覆構造の厚さとの和から前記表面伝搬構造の厚さを引いた厚さと同等以上の厚さを有することを特徴とする。

この発明によれば、電磁波を基底面方向に偏向させる偏向構造が比較的大きな厚みをもつように構成したので、表面伝搬構造に対して表面伝搬波の発生効率が高い角度で電磁波を入射させることができる。

また、本発明は、上記の発明において、前記偏向構造は、前記表面伝搬構造に設けられた前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状をもつことを特徴とする。

この発明によれば、偏向構造の幅が開口部に近付くにつれて狭くなるように構成したので、電磁波を開口部近傍に集光させて近接場光の発生効率を向上させることができる。

また、本発明は、上記の発明において、前記表面伝搬構造は、前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状をもつことを特徴とする。

この発明によれば、表面伝搬構造の幅が出射開口部に近付くにつれて狭くなるように構成したので、表面伝搬波を開口部に集光させて近接場光の発生効率を向上させることができる。

また、本発明は、電磁波を伝搬させる導波手段と、前記導波手段により伝搬された電磁波を基にして近接場光を発生させる照射手段とを基底面上に有する光照射素子を備えた情報記録再生装置であって、前記照射手段は、前記導波手段により伝搬された電磁波を前記基底面方向に偏向させる偏向構造と、前記基底面と前記偏向構造との間に形成され、前記偏向構造により偏向された電磁波から表面伝搬波を発生させ、前記導波手段の反対側に設けられた開口部から近接場光を照射する表面伝搬構造とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、偏向構造によって電磁波を基底面方向に大きく偏向させ、基底面に面して形成された表面伝搬構造においてその電磁波を受けて開口部から近接場光を照射するように構成したので、基底面と近接場光の強度中心との距離を最短にすることができ、基底面の反対側に磁気ヘッドを作製することにより磁気ヘッドと近接場光の強度中心との距離を最短にすることができ、もって、熱アシスト方式による高記録密度の情報記録再生装置を実現させることができる。

本発明によれば、偏向構造によって電磁波を基底面方向に大きく偏向させ、基底面に面して形成された表面伝搬構造においてその電磁波を受けて出射開口部から近接場光を照射するように構成したので、基底面と近接場光の強度中心との距離を最短にすることができ、基底面の反対側に磁気ヘッドを作製することにより磁気ヘッドと近接場光の強度中心との距離を最短にすることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、電磁波を基底面方向に偏向させる偏向構造が比較的大きな厚みをもつように構成したので、表面伝搬構造に対して表面伝搬波の発生効率が高い角度で電磁波を入射させることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、偏向構造の幅が開口部に近付くにつれて狭くなるように構成したので、電磁波を開口部近傍に集光させて近接場光の発生効率を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、表面伝搬構造の幅が出射開口部に近付くにつれて狭くなるように構成したので、表面伝搬波を出射開口部に集光させて近接場光の発生効率を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、偏向構造によって電磁波を基底面方向に大きく偏向させ、基底面に面して形成された表面伝搬構造においてその電磁波を受けて出射開口部から近接場光を照射するように構成したので、基底面と近接場光の強度中心との距離を最短にすることができ、基底面の反対側に磁気ヘッドを作製することにより磁気ヘッドと近接場光の強度中心との距離を最短にすることができ、もって、熱アシスト方式による高記録密度の情報記録再生装置を実現させることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る光照射素子および情報記録再生装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、本実施例に係る近接場光発生方式の概要について説明する。図１は、本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの断面の概念図である。同図に示すように、近接場光照射素子１００ａは、磁気ヘッドなどが作製された基底部１１０ａの上に形成され、光導波路部１２０ａと照射素子部１３０ａとを有する。

光導波路部１２０ａは、照射素子部１３０ａに電磁波（光）を伝搬する部分であり、コア１２２ａが、クラッド１２１ａ、クラッド１２３ａによって囲まれた構造となっている。なお、断面図のため図示されていないが、クラッド１２３ａは、コア１２２ａの側面も覆っている。コア１２２ａは、電磁波を伝搬する役割をもち、クラッド１２１ａおよびクラッド１２３ａは、伝搬される電磁波の減衰を防ぐ役割をもつ。

照射素子部１３０ａは、近接場光を発生させる部分であり、基底部１１０ａ上に、表面伝搬構造１３１ａと、偏向構造１３２ａと、エッチングマスク材料１３３ａとを積層させた構造となっている。

表面伝搬構造１３１ａは、入射した電磁波から表面伝搬波を発生させ、光導波路部１２０ａの反対側に設けられた開口部から近接場光を放射する役割をもつ。具体的には、入射する光に対する材料の複素屈折率をｎ−ｊ・ｋで表したとき、ｎが屈折率の実部、ｋが虚数部、ｊがｊ＾２＝−１の虚数として、ｋが小さい透明な誘電体材料を、前記誘電体材料の誘電率ｎ＾２−ｋ＾２より絶対値で大きく、ｋが大きい不透明な材料で挟むかもしくは包むことによって表面伝搬波を発生させる。

表面伝搬構造１３１ａは、たとえば、λ＝４００ｎｍの電磁波を用いる場合、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）、ＭｇＦ２等の透明な材料を、前記材料より相対的に屈折率が高くｋが大きい例えばＳｉ等の誘電体材料で挟むか、包む形で作製される。この表面伝搬構造１３１ａには出射開口が作製され、Ｓｉ層を透過した電磁波によってＳｉＯ２とＳｉの境界で表面伝搬波が発生し、出射開口部から近接場光が放射される。

表面伝搬波を発生させるは、誘電率差が大きいほどよい。たとえば、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）の透明な低屈折率材料とＳｉ（ｎ＝４．３８０，ｋ＝２．０２）の高屈折率材料の境界では、主に屈折率の小さくｋが小さい材料側に表面伝搬波が発生する。

しかし、屈折率が高いＳｉなどの材料は、減衰率を表すｋが大きいために吸収があり、伝搬途中で減衰させてしまう。このため、Ｓｉとの境界で発生する表面伝搬波の伝搬距離は短いほどよく、素子先端部の出射開口付近で表面伝搬波が発生するような構造が望ましい。なお、Ｓｉの吸収には利点もあり、電磁波の他の層への漏れこみが減少されるので、他の層からの強度が減少し、近接領域でのスポットプロファイルを小さくできる。これらは、成膜装置の精度でÅ単位で再現性を確保できる。

もちろん、低屈折率と高屈折率の間に、ｋが小さいかほとんどゼロに等しく中間の屈折率材料（たとえば、ＺｎＳ等）をはさむことで、ＺｎＳとＳｉＯ２の境界で伝搬波が発生し、Ｓｉによる減衰を抑えられ、効率が向上する。しかし、中間屈折率材料の厚さだけ開口部から基底部１１０ａまでの距離が長くなる。

偏向構造１３２ａは、光導波路部１２０ａを通じて伝播された電磁波を表面伝搬構造１３１ａの側に偏向させる役割をもつ。具体的には、屈折率の異なる少なくとも２種以上の誘電体材料の組成比率を逐次または連続的に変える構造、もしくは屈折率の異なる少なくとも２種以上の材料を積層して数回以上繰り返した構造、あるいは１種類の透明な材料であって電磁波を反射させる構造をとる。

エッチングマスク材料１３３ａは、表面伝搬構造１３１ａと偏向構造１３２ａの形状をエッチングにより形成するためのマスクである。

図１に示した通り、本実施例に係る近接場光発生方式では、近接場光を放射する出射開口部が基底部１１０ａに面して設けられている。このため、クラッドの厚みを十分に確保した場合でも、基底部１１０ａに作成された磁気ヘッドと出射開口部との距離を最小化することができる。

なお、出射開口部を基底部１１０ａに面して設けるには、偏向構造１３２ａにおいて電磁波を基底部１１０ａの側に大きく偏向させることが必要となるが、偏向構造１３２ａの材料等や構造を適切に組み合わせることによって実現可能である。

また、本実施例に係る近接場光発生方式では、表面伝搬構造１３１ａが基底部１１０ａに面して薄く形成されるため、光導波路部１２０ａを伝搬されてきた電磁波をロスなく偏向構造１３２ａに伝搬させるには、表面伝搬構造１３１ａの厚さを無視すると、偏向構造１３２ａが、クラッド１２１ａとコア１２２ａの厚みの合計と同等、もしくは、それ以上の厚みを有することが必要になる。

表面伝搬構造１３１ａにおいて表面伝搬波を効率よく発生させるには、入射角が特定の角度であることが必要となるが、本実施例に係る近接場光発生方式では、偏向構造１３２ａが比較的大きな厚みを有するため、偏向による入射角を調整する上でも有利である。なお、この角度は、表面伝搬構造１３１ａと偏向構造１３２ａのそれぞれの実効屈折率によって決まり、たとえば本実施例では、約５５度である。

次に、本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの構造について説明する。図２は、本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの構造を示す斜視図である。同図に示すように、照射素子部１３０ａは、磁気ヘッドなどが作製された基底部１１０ａの上に、二等辺台形とその長い方の底辺を共有する四角形とを組み合わせた多角形柱として形成され、二等辺台形と反対側の面において光導波路部１２０ａのコア１２２ａの先端と接続する。光導波路部１２０ａの他端は、図示していないが、レンズカップリング、端面入射、グレーティング等の方法で、レーザ光とカップリングさせる手段と繋がっている。

照射素子部１３０ａは、基底部１１０ａと接する面に、電磁波の波長以下の厚さで積層された透明な誘電体材料を含む多層構造である表面伝搬構造１３１ａが形成され、その上に実効屈折率分布をもつ多層構造である偏向構造１３２ａが形成され、さらにその上にエッチングマスク材料１３３ａの層が形成された構造をもつ。また、表面伝搬構造１３１ａと偏向構造１３２ａの二等辺台形の二等辺部には、傾斜側面部１３４ａが存在する。

光導波路部１２０ａを伝搬してきた電磁波は、偏向構造１３２ａの多層構造により多角形柱の基底部１１０ａ側に進路を偏向され、さらに、傾斜側面部１３４ａにより内部方向に集光される。表面伝搬構造１３１ａは、偏向構造１３２ａから入射された電磁波を傾斜側面部１３４ａによって内部方向に集光し、波長以下のサイズの出射開口部から近接場光を放射させる。傾斜側面部１３４ａには、出射開口部以外からの伝搬光の染み出しを防止する役割もある。

このような照射素子部１３０ａの構造は、リソグラフィ技術によって作製することができる。たとえば、まず、基底部１１０ａ、表面伝搬構造１３１ａ、偏向構造１３２ａの順にウェハ全体に成膜し、次に、表面伝搬構造１３１ａ、偏向構造１３２ａの多層膜を孤立した多角形柱状にエッチングし、その後に、素子の傾斜側面部１３４ａを成膜する。そして、光導波路部１２０ａのクラッド１２１ａと、コア１２２ａと、クラッド１２３ａとをこの順でリフトオフ法やエッチングによって作製する。

なお、図１では、光導波路部１２０ａのコア１２２ａの下部に存在するクラッド１２１ａと上部に存在するクラッド１２３ａの図示を省略しているが、コア１２２ａがＬ字型に形成され、クラッド１２１ａが照射素子部１３０ａに接続しないようになっている。これは、クラッド１２１ａの成膜時に照射素子部１３０ａとコア１２２ａが接続する箇所がクラッド１２１ａによって覆われないための配慮である。

したがって、照射素子部１３０ａとコア１２２ａの接続箇所を覆わないようにクラッド１２１ａを成膜する、もしくは、接続箇所がクラッド１２１ａに覆われてもコア１２２ａに接続する箇所をエッチング等により切除することができれば、クラッド１２１ａと照射素子部１３０ａを接続させてもよい。ただし、後者の場合、作製工程が増えることになる。

表面伝搬構造１３１ａは、たとえば、厚さが１６ｎｍのＳｉＯ２（ｎ＝１．４８）があり、その両側に隣接して屈折率差が１．０以上あり厚さが２４ｎｍのＳｉ（ｎ＝４．３８０，ｋ＝２．０２）の一対を積層した構成からなる。この場合、表面伝搬構造１３１ａ全体の厚さは、６４ｎｍとなる。

偏向構造１３２ａは、たとえば、表面伝搬構造１３１ａの側から順番に、４４８ｎｍの厚さのＴａ２Ｏ５、２０ｎｍのＳｉＯ２、１００ｎｍのＴａ２Ｏ５、７０ｎｍのＳｉＯ２、７０ｎｍの厚さのＴａ２Ｏ５、１２０ｎｍのＳｉＯ２、２０ｎｍの厚さのＴａ２Ｏ５、２２０ｎｍのＳｉＯ２、といったＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２を繰り返し積層した構成からなる。この場合、偏向構造１３２ａ全体の厚さは、１０６８ｎｍとなる。

このように、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の各層の厚さを変えることで、光導波路部１２０ａを伝搬した電磁波の全体を成膜方向に偏向させ、表面伝搬構造１３１ａの出射開口部近傍に入射させることができる。また、本実施例では、たとえば、成膜方向と垂直な方向の偏向構造１３２ａの幅を１．０μｍ、光導波路部１２０ａのコア１２２ａと接する面から開口部の面までの距離を１．５２μｍ、二等辺の向き合う角度を７５度としている。

上記の構成により、偏向構造１３２ａから表面伝搬構造１３１ａに入射する電磁波の入射角は、表面伝搬構造１３１ａで表面伝搬波の発生効率が最も高くなる角度に近い５５度に設定されることになる。

また、偏向構造１３２ａは、光導波路部１２０ａと接続した面以外は、電磁波の反射率が高い材料群で被覆される。電磁波の反射率が高い材料群としては、開口部以外の二等辺台形の等辺に接する面を傾斜側面として、その傾斜側面の実効屈折率をｎ１と被覆部の誘電体材料をｎ２、傾斜側面に入射する光の角度をθとした場合、ｓｉｎθ＞ｎ２／ｎ１を満たす全反射条件で光を反射する材料が望ましい。

あるいは、負の比誘電率ｎ＾２−ｋ＾２＜０となる材料、たとえば、アルミ（ｎ＝０．４９，ｋ＝４．８６）や金などの材料を傾斜側面部１３４ａにもちいて、少なくとも傾斜側面部１３４ａで表面伝搬構造１３１ａの内部に光を反射させるのが望ましい。

偏向構造１３２ａの上部には、エッチング加工時のマスクとして、１００ｎｍのＡｌ層を成膜している。この層は、エッチングマスク材料１３３ａに相当する。また、一例として、光導波路部のコアにＴａ２Ｏ５、クラッドにＳｉＯ２を使用することができる。

このように、深さ方向にしかパラメータがない２次元パターンを使用するので、従来のＳｉ基板を用いた逆ピラミッド型の光照射素子とは異なり、基板の結晶方位に制約されることがなく、Ｓｉ基板以外の基板も使用することができ、多角形柱の頂角の角度を自由に設定することができる。また、最近の成膜装置の膜厚精度は、結晶のエッチングと異なり、数から数十Åの精度をもつので、作製誤差を著しく小さくすることができる。

このような２次元の多層膜構造から得られる近接場光は、成膜方向に平行な方向のプロファイルは、表面伝搬構造１３１ａの中の透明な誘電体層の厚さによって決まり、成膜方向に垂直な方向のプロファイルは、素子の開口の形状に依存したプロファイルとなる。このように、近接場領域においては、回折限界を越えていて自由空間中の波長より微小なスポットザイスを得ることができる。

このスポットサイズでも１テラビット／平方インチ以上の記録密度を実現することは難しいが、この近接場光を磁気記録媒体に熱を発生させる熱源として、熱アシスト磁気記録再生装置に応用すれば、記録密度は磁気ヘッドのサイズで決まるため、上記の記録密度を実現させることも可能になる。この場合、磁気ヘッドの書込み用磁気コアのサイズは、数十ナノのサイズとなる。このようなサイズの構築物との位置合せは、非常に困難である。そこで、光照射素子を磁気ヘドの書込み用コアと同一形状にできれば、コアと同時に作製でき、位置合せの必要がなくなる。このため、光照射素子は、数十ナノ程度のサイズであることが必要となる。

熱アシスト記録方式では、情報の書きこみ時は、光照射素子から出射された光が磁気記録媒体に照射されて磁気記録媒体の温度を上げ、その直後にコイルで発生された磁界により情報を書きこむため、比較的小さな磁界強度で磁気記録媒体に情報を書きこむことができる。

なお、本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの適用例として熱アシスト磁気記録再生装置について説明したが、本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの適用はこれに限定されるものではなく、微小なビームスポットを形成できるので、相変化型の光ディスク装置や光磁気ディスク装置の光照射素子としても同様に適用可能である。また微小なビームスポットを基底面の近傍に形成できるので、光回路素子としても使用できる。

また、スライダー側から光照射素子、磁気ヘッドの構成の浮上ヘッドにおいて、磁気ヘッドのライトコアより光照射素子の開口径が同一形状にできない、あるいは磁気ヘッドより光照射素子のサイズが大きい場合は、磁気ヘッドを先に作製し、磁気ヘッドの上に光照射素子を作製する。この場合、磁気ヘッドを作製した基盤をスライダーにすると、記録するための光を照射する順番が逆となるので、光照射素子とスライダーを貼り合わせることで記録が行えるようにする。

次に、図２に示した近接場光照射素子１００ａの電場強度（Ｖ／ｍ）＾２のシミュレーション結果の一例として、最大２０（Ｖ／ｍ）＾２のリニアスケールで示したＹＺ面を図３に示す。同図に示すように、Ｚ軸方向に進行してきたλ＝４００ｎｍの電磁波は、ＳｉＯ２の光導波路部１２０ａのコア１２２ａを伝搬し、多層膜構造の偏向構造１３２ａにより積層方向に偏向され、この結果、表面伝搬構造１３１ａの開口部の中心部から真空中に光強度分布ができている。

また、同一の計算結果で、表面伝搬構造１３１ａのＳｉＯ２層を最大１００（Ｖ／ｍ）＾２のリニアスケールで示したＸＺ面を図４に示す。Ｚ軸方向に進行してきたλ＝４００ｎｍの電磁波は、ＳｉＯ２層の開口部付近で収束し、電場強度が増加して、開口部の中心部から真空中に光強度分布ができている。なお、ＹＺ面とＸＺ面でスケールが異なるのは、ＹＺ面のコア１２２ａと偏向構造１３２ａでの電磁波の伝搬を示すためである。

このような構造は、光導波路部１２０ａを伝搬した電磁波に対して、偏向構造１３２ａでは吸収や反射損失が少なく、また最適な角度で表面伝搬構造１３１ａに入射させて表面伝搬波を発生させるので、非常に高効率に開口部から近接場光を発生させることができる。

また、表面伝搬構造１３１ａの開口部の積層方向の厚さと幅を目的に合せて最適化すれば、伝搬効率は変化するが、スポットプロファイルを変えることができる。たとえば、他の構成を同じくし、表面伝搬構造１３１ａのＳｉＯ２のみを薄くすれば、伝搬効率が小さくなるが、スポットプロファイルを縮小できる。また、開口部の幅を狭くすれば、伝搬効率が、層を薄くするより急峻に減少するが、スポットサイズを縮小できる。

この光照射素子の作製手順の一例を示す。まず、磁気ヘッドなどの他のヘッド作製後、近接場光照射素子部分を平坦化し、その上で、リソグラフィ露光工程により、表面伝搬構造１３１ａと偏向構造１３２ａそしてエッチングマスク材料１３３ａをイオンプレーティング法などにより成膜する。

次に、ＥＢ（Electron Beam）などにより、近接場光照射素子の多角形パターン状にレジストを残す。そして、まず、エッチングマスク材料１３３ａをエッチングする。一例として、エッチングマスク材料１３３ａにＡｌを使用した場合、塩素ガスエッチングを行う。続いて、偏向構造１３２ａと表面伝搬構造１３１ａのパターンにハロゲンガスにより一気にエッチングする。これで、照射素子部１３０ａの立体構造が完成する。

次に、光導波路部１２０ａのクラッド１２１ａを成膜とリフトオフ法等により作製し、コア１２２ａを同様に成膜とリフトオフ法等により作製する。そして、光導波路部１２０ａのコア１２２ａをレジスト等で隠し、露出させた多角形柱部の傾斜側面とクラッド１２１aやコア１２２aのパターン上の余計な部分を成膜とリフトオフ法等によりアルミで被覆し、傾斜側面部１３４ａを作製する。そして、コア１２２ａを被服するようにクラッド１２３ａを成膜する。この順番で行うと、クラッド１２１aやコア１２２aのパターン上の余計な部分からの漏れ光を防ぐことができる。最後に、ダイサーで基板をチップ状に切り出し、ＦＩＢやイオンミリング等により光照射開口を削りだす。

なお、本実施例では、偏向構造１３２ａの低屈折率材料であるＳｉＯ２層を３０ｎｍとしたが、この値に固定されるものでなく、たとえば、より大きなプロファイルにするには、ＳｉＯ２層を大きくすればよい。

また、本実施例では、先に他のヘッド（たとえば、磁気ヘッド）が作製された後に、近接場光照射素子１００ａを作製する手順を示したが、逆に、近接場光照射素子１００ａを作製し、その後、他のヘッドを作製しても、なんら問題ない。

上述してきたように、本実施例１では、偏向構造１３２ａによって電磁波を基底部１１０ａの方向に大きく偏向させ、基底部１１０ａに面して形成された表面伝搬構造１３１ａにおいてその電磁波を受けて出射開口部から近接場光を照射するように構成したので、基底部１１０ａと出射開口部から照射した近接場光の強度中心との距離を最短にすることできる、基底部１１０ａの反対側に磁気ヘッドを作製することにより磁気ヘッドと出射開口部から照射した近接場光の強度中心との距離を最短にすることできる。

また、本実施例１では、電磁波を基底部１１０ａの方向に偏向させる偏向構造１３２ａが比較的大きな厚みをもつように構成したので、表面伝搬構造１３１ａに対して表面伝搬波の発生効率が高い角度で電磁波を入射させることができる。

他の実施例を図５に示す。図５は、本実施例に係る近接場光照射素子１００ｂの構造を示す斜視図である。同図に示すように、図５の偏向構造１３２ｂは、図２の偏向構造１３２ａと異なり、成膜方向に光束を偏向させるが、成膜方向に垂直な方向の光束を収束させない構造となっている。具体的には、出射開口部側が二等辺形状をなしておらず、傾斜側面部１３４ａに相当する構造も存在しない。

一方、表面伝搬構造１３１ｂは、図１の表面伝搬構造１３１ａの先端部と同じく、対向した二等辺の一方が狭くなっており、短い方の底辺が出射開口部となった二等辺台形の形状をしている。そして、二等辺に接する面は、内部に電磁波を高効率で反射させる反射材料１３５ｂで覆われている。この反射材料１３５ｂは、たとえば、Ａｌからなる。

本実施例に係る近接場光照射素子１００ｂは、偏向構造１３２ｂで成膜方向に垂直な方向で電磁波を収束させていないので、表面伝搬構造１３１ｂの出射面からの近接場光の発生効率が低下するといった欠点があるが、表面伝搬構造１３１ｂの部分だけが二等辺台形になるので、エッチング時のレジストと素子パターンのアスペクト比を小さくできる等の理由から、二等辺台形の短い方の辺側をより精細にパターニンとエッチングが行えるという利点がある。

なお、図５では、偏向構造１３２ｂは、直方体形状になっているが、必ずしも直方体形状である必要はなく、たとえば、リソグラフィでの作製過程で丸みを帯びた形状となったとしても、光束を成膜方向に偏向する形状であれば問題ない。

また、表面伝搬構造１３１ｂの出射面と偏向構造１３２ｂの出射面側が、必ずしも一致しなくてもよい。偏向構造１３２ｂの出射面側が、表面伝搬構造１３１ｂの二等辺台形内にありながら、導波路側にずれていたとしても、表面伝搬構造１３１ｂの出射面から近接場光を得ることができるので、位置合せ精度を緩和できる。ただし、ずれた分だけ、近接場光の発生効率は低下することになる。

図６は、偏向構造１３２ｃを多層膜ではなく単一層にし、出射開口部に向けて傾斜した形状とし、傾斜面に反射面１３６ｃを取り付けた実施例である。偏向構造１３２ｂを偏向構造１３２ｃのような形状にしたでも、図５と同様な効果を得ることができる。このように、偏向構造と表面伝搬構造は、異なる形状であってもよい。なお、図５および図６では、クラッドと偏向構造の上のエッチングマスク材料の図示を省略している。

上述してきたように、本実施例２では、偏向構造を成膜方向に垂直な方向で電磁波を収束させる形状としていないため、偏向構造と表面伝搬構造との位置合せ精度を緩和することができる。また、表面伝搬構造のみを二等辺多角形に加工するように構成したので、表面伝搬構造の二等辺多角形の短い底辺に作製される出射開口部の加工精度を向上させることができる。

他の実施例を図７に示す。図７は、本実施例に係る近接場光照射素子１００ｄの構造を示す斜視図である。同図に示すように、図７の偏向構造１３２ｄは、図１の偏向構造１３２ａと同様に、成膜方向に光束を偏向し、かつ成膜方向に垂直な方向に光束を収束させる構造となっている。

一方、表面伝搬構造１３１ｄは、図１の表面伝搬構造１３１ａと異なり、平面層構造となっている。表面伝搬構造１３１ｄでは、積極的に成膜方向に垂直な方向の光束を収束させていないので、偏向構造１３２ｄの二等辺台形形状の短い方の底辺の径よりスポットが広がることになる。

しかし、本実施例に係る近接場光照射素子１００ｄは、表面伝搬構造１３１ｄにエッチングが困難な材料を使用できるという利点がある。図１の表面伝搬構造１３１ａでは、透明な誘電体にＳｉＯ２を使用し、不透明な材料にＳｉを使用しているが、この代わりに、たとえば、透明な誘電体にＳｉＯ２より低屈折率のＭｇＦ２を使用し、不透明な材料にＡｌを使用することができる。

このように、透明な誘電体に屈折率の低い材料を使用することにより、誘電率差が開き、表面伝搬波の発生効率を改善することができるが、ＭｇＦ２やＡｌは、素子の大部分を占める酸化物をエッチングするハロゲン系ガスでは、エッチングし難い材料、もしくは加工時に他の材料のサイドエッチングを誘発させるような材料である。

上述してきたように、本実施例３では、表面伝搬構造を成膜方向に垂直な方向で電磁波を収束させる形状としていないため、表面伝搬構造にエッチング加工が困難な材料をもちいることができる。

（付記１）電磁波を伝搬させる導波手段と、前記導波手段により伝搬された電磁波を基にして近接場光を発生させる照射手段とを基底面上に有する光照射素子であって、
前記照射手段は、
前記導波手段により伝搬された電磁波を前記基底面方向に偏向させる偏向構造と、
前記基底面と前記偏向構造との間に形成され、前記偏向構造により偏向された電磁波から表面伝搬波を発生させ、前記導波手段の反対側に設けられた出射開口部から近接場光を照射する表面伝搬構造と
を備えたことを特徴とする光照射素子。

（付記２）前記偏向構造は、前記導波手段のコアの厚さと、該コアと前記基底面の間に形成された被覆構造の厚さとの和から前記表面伝搬構造の厚さを引いた厚さと同等以上の厚さを有することを特徴とする付記１に記載の光照射素子。

（付記３）前記偏向構造は、屈折率の異なる少なくとも２種類の材料からなる層構造により電磁波を前記基底面方向に偏向させることを特徴とする付記１または２に記載の光照射素子。

（付記４）前記偏向構造は、反射面により電磁波を前記基底面方向に偏向させることを特徴とする付記１または２に記載の光照射素子。

（付記５）前記偏向構造は、前記表面伝搬構造に対して最も表面伝搬波の発生効率の高い角度で電磁波を入射させることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光照射素子。

（付記６）前記表面伝搬構造は、電磁波に対する材料の複素屈折率をｎ−ｊ・ｋで表したとき、ｎが屈折率の実部、ｋが虚数部、ｊがｊ＾２＝−１の虚数として、ｋが小さい透明な第１の材料を、前記第１の材料よりも誘電率
ｎ＾２−ｋ＾２
の絶対値が大きい第２の材料で挟んだ、もしくは、包んだ構造を有することを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光照射素子。

（付記７）前記偏向構造は、前記表面伝搬構造に設けられた前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状をもつことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光照射素子。

（付記８）前記偏向構造は、前記表面伝搬構造に設けられた前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状の側面に電磁波を内部方向に反射する構造を有することを特徴とする付記７に記載の光照射素子。

（付記９）前記表面伝搬構造は、前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状をもつことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光照射素子。

（付記１０）前記表面伝搬構造は、前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状の側面に電磁波を内部方向に反射する構造を有することを特徴とする付記９に記載の光照射素子。

（付記１１）電磁波を伝搬させる導波手段と、前記導波手段により伝搬された電磁波を基にして近接場光を発生させる照射手段とを基底面上に有する光照射素子を備えた情報記録再生装置であって、
前記照射手段は、
前記導波手段により伝搬された電磁波を前記基底面方向に偏向させる偏向構造と、
前記基底面と前記偏向構造との間に形成され、前記偏向構造により偏向された電磁波から表面伝搬波を発生させ、前記導波手段の反対側に設けられた出射開口部から近接場光を照射する表面伝搬構造と
を備えたことを特徴とする情報記録再生装置。

以上のように、本発明に係る光照射素子および情報記録再生装置は、近接場光を利用した情報の記録と再生に有用であり、特に、近接場光を熱源として利用した熱アシスト方式による情報の記録に適している。

本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの断面の概念図である。 本実施例に係る近接場光照射素子１００ａの構造を示す斜視図である。 図２に示した近接場光照射素子１００ａの電場強度のシミュレーション結果の一例を示すＹＺ面図である。 図２に示した近接場光照射素子１００ａの電場強度のシミュレーション結果の一例を示すＸＺ面図である。 本実施例に係る近接場光照射素子１００ｂの構造を示す斜視図である。 本実施例に係る近接場光照射素子１００ｃの構造を示す斜視図である。 本実施例に係る近接場光照射素子１００ｄの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 近接場光照射素子
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 基底部
１２０ａ 光導波路部
１２１ａ クラッド
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ コア
１２３ａ クラッド
１３０ａ 照射素子部
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ 表面伝搬構造
１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ 偏向構造
１３３ａ エッチングマスク材料
１３４ａ、１３４ｄ 傾斜側面部
１３５ｂ、１３５ｃ 反射材料
１３６ｃ 反射面

Claims (5)

1. 電磁波を伝搬させる導波手段と、前記導波手段により伝搬された電磁波を基にして近接場光を発生させる照射手段とを基底面上に有する光照射素子であって、
   前記照射手段は、
   前記導波手段により伝搬された電磁波を前記基底面方向に偏向させる偏向構造と、
   前記基底面と前記偏向構造との間に形成され、前記偏向構造により偏向された電磁波から表面伝搬波を発生させ、出射開口部から近接場光を照射する表面伝搬構造と
   を備えたことを特徴とする光照射素子。
2. 前記偏向構造は、前記導波手段のコアの厚さと、該コアと前記基底面の間に形成された被覆構造の厚さとの和から前記表面伝搬構造の厚さを引いた厚さと同等以上の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の光照射素子。
3. 前記偏向構造は、前記表面伝搬構造に設けられた前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状をもつことを特徴とする請求項１または２に記載の光照射素子。
4. 前記表面伝搬構造は、前記出射開口部に近付くにつれて幅が狭まる形状をもつことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光照射素子。
5. 電磁波を伝搬させる導波手段と、前記導波手段により伝搬された電磁波を基にして近接場光を発生させる照射手段とを基底面上に有する光照射素子を備えた情報記録再生装置であって、
   前記照射手段は、
   前記導波手段により伝搬された電磁波を前記基底面方向に偏向させる偏向構造と、
   前記基底面と前記偏向構造との間に形成され、前記偏向構造により偏向された電磁波から表面伝搬波を発生させ、出射開口部から近接場光を照射する表面伝搬構造と
   を備えたことを特徴とする情報記録再生装置。

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