JP2010160872A - 表面プラズモン・アンテナと溝を有する導波路とを備えた近接場光発生素子 - Google Patents

表面プラズモン・アンテナと溝を有する導波路とを備えた近接場光発生素子 Download PDF

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Abstract

【課題】導波路を伝播する光のうちできるだけ多くの量を、プラズモン・アンテナと表面プラズモンモードで結合させることができる近接場光発生素子を提供する。
【解決手段】この近接場光発生素子は、光を伝播させる導波路を備えており、さらに、近接場光発生端まで伸長していて光によって励起される表面プラズモンを伝播させるための伝播面又は伝播エッジを備えているプラズモン・アンテナとを備えている。この導波路の１つの側面には、溝が形成されており、導波路を伝播する光が表面プラズモンモードでプラズモン・アンテナに結合するように、伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、この溝の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながら、この溝に埋め込まれている又はこの溝の直上に設けられている。これにより、伝播面又は伝播エッジは、より多くの光と表面プラズモンモードで結合し得る位置となり、近接場光発生素子の光利用効率が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光を照射されることによって近接場光を発生させるプラズモン・アンテナを備えた近接場光発生素子に関する。また、本発明は、磁気記録媒体に近接場光を照射し、磁気記録媒体の異方性磁界を低下させてデータの記録を行う熱アシスト磁気記録に用いるヘッドに関し、さらに、このようなヘッドを備えた磁気記録装置に関する。
磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、薄膜磁気ヘッド及び磁気記録媒体のさらなる性能の向上が要求されている。薄膜磁気ヘッドとしては、現在、読み出し用の磁気抵抗（ＭＲ）素子と書き込み用の電磁変換素子とを積層した構造である複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
一方、磁気記録媒体は、いわば磁性微粒子が集合した不連続体であり、それぞれの磁性微粒子はほぼ単磁区構造となっている。ここで、１つの記録ビットは、複数の磁性微粒子から構成されている。従って、記録密度を高めるためには、磁性微粒子を小さくして、記録ビットの境界の凹凸を減少させなければならない。しかしながら、磁性微粒子を小さくすると、体積減少に伴う磁化の熱安定性の低下が問題となる。現在、このような熱安定性の問題を解決するための１つの方法として、いわゆる熱アシスト磁気記録方式が提案されている。熱アシスト磁気記録方式は、磁気記録媒体用の材料として、磁性微粒子の磁気異方性エネルギーＫＵの大きな磁性材料を用いて記録ビットの安定を図る一方で、書き込み磁界印加の直前に磁気記録媒体に熱を加えることによって、媒体の異方性磁界を小さくして書き込みを行うものである。
この熱アシスト磁気記録方式においては、照射されたレーザ光によって励起されたプラズモンから近接場光を生成する金属片である近接場光プローブ、いわゆるプラズモン・アンテナを用いる方法が一般に知られている。例えば、特許文献１においては、基板上に形成された円錐体等の形状をした金属の散乱体と、その散乱体の周辺に形成された誘電体等の膜とを備えたプラズモン・アンテナが開示されている。また、特許文献２においては、プラズモン・アンテナが、その照射される面が磁気記録媒体に垂直となるように、垂直磁気記録用ヘッドの主磁極に接する位置に形成された構成が開示されている。また、特許文献３においては、プラズモン・アンテナの先端を優先的に磁気記録媒体に近づけることによって、磁気記録媒体に対してより強い近接場光の照射を試みた技術が開示されている。
特開２００１−２５５２５４号公報 特開２００４−１５８０６７号公報 特開２００３−１１４１８４号公報 米国特許出願公開第２００５／０２４９４５１号明細書 米国特許第７３３０４０４号明細書
MichaelHochberg 他３名，"Integrated Plasmon and dielectric waveguides"，OPTICS EXPRESS ２００４年，第１２巻，第２２号，ｐ．５４８１−５４８６
このように従来、種々のプラズモン・アンテナを用いた熱アシスト磁気記録方式が提案されているが、本願発明者等は、導波路を伝播するレーザ光（導波路光）をプラズモン・アンテナに直接照射するのではなく、この導波路光とプラズモン・アンテナとを表面プラズモンモードで結合させ、励起させた表面プラズモンを媒体対向面にまで伝播させて近接場光を得る近接場光発生素子を考案している。以後、この素子におけるプラズモン・アンテナを表面プラズモン・アンテナと呼ぶ。この近接場光発生素子においては、導波路光が直接表面プラズモン・アンテナに照射されないので、表面プラズモン・アンテナの温度が過度に上昇しない。その結果、プラズモン・アンテナが熱膨張して読み出しヘッド素子の媒体対向面に達した端が相対的に磁気記録媒体から遠ざかってしまい、サーボ信号を良好に読み出すことが困難となる事態が回避され得る。また、プラズモン・アンテナ内の自由電子の熱擾乱が大きくなって近接場光発生素子の光利用効率を劣化させてしまう事態も回避され得る。なお、近接場光発生素子の光利用効率は、ＩＯＵＴ／ＩＩＮ（×１００）と定義される。ここで、ＩＩＮは、導波路に入射するレーザ光の強度であり、ＩＯＵＴは、プラズモン・アンテナにおいてプラズモンに変換された後、近接場光発生端から放射される近接場光の強度である。
なお、表面プラズモンモードの誘起については、例えば、特許文献４、特許文献５、及び非特許文献１に記載されている。
このような近接場光発生素子においては、その光利用効率のさらなる向上が求められている。実際、良好な熱アシスト磁気記録を実現するためには、少なくとも１０％、又はそれを超える光利用効率が必要となることが分かっている。特に、上述した近接場光発生素子においては、導波路光のうちできるだけ多くの量を、プラズモン・アンテナと表面プラズモンモードで結合させることが非常に重要となる。
従って、本発明の目的は、導波路を伝播するレーザ光（導波路光）のうちのより多くの量を、プラズモン・アンテナと表面プラズモンモードで結合させることにあり、さらに、その結果、光利用効率が向上した近接場光発生素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、磁気記録媒体上において書き込み位置を適切に加熱することが可能な熱アシスト磁気記録ヘッドを提供することにあり、このようなヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）を提供することにあり、さらに、このようなＨＧＡを備えた磁気記録装置を提供することにある。
本発明について説明する前に、本明細書において用いられる用語の定義を行う。本発明による磁気記録ヘッドのスライダ基板の素子形成面に形成された積層構造若しくは素子構造において、基準となる層又は素子から見て、基板側を「下方」とし、その反対側を「上方」とする。また、本発明による磁気ヘッドの実施形態において、必要に応じ、いくつかの図面中、「Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向」を規定している。ここで、Ｚ軸方向は、上述した「上下方向」であり、＋Ｚ側がトレーリング側に相当し、−Ｚ側がリーディング側に相当する。また、Ｙ軸方向をトラック幅方向とし、Ｘ軸方向をハイト方向とする。
また、磁気記録ヘッド内に設けられた導波路の「側面」とは、導波路を取り囲む端面のうち、導波路を伝播する光の伝播方向（−Ｘ方向）に垂直な端面以外の端面を指すものとする。従って、「上面」又は「下面」もこの「側面」の１つであり、この「側面」は、コアに相当する導波路において伝播する光が全反射し得る面となる。
本発明によれば、表面プラズモンを励起するための光を伝播させる導波路と、
近接場光が発生する近接場光発生端と、この近接場光発生端まで伸長していて光によって励起される表面プラズモンを伝播させるための伝播面又は伝播エッジとを備えているプラズモン・アンテナと
を備えており、
導波路の１つの側面に溝が形成されており、導波路を伝播する光が表面プラズモンモードでプラズモン・アンテナに結合するように、伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、溝の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながら、溝に埋め込まれている又は溝の直上に設けられている近接場光発生素子が提供される。
このような近接場光発生素子においては、溝に埋め込まれた伝播面又は伝播エッジは、導波路を伝播する光（導波路光）における溝を形成する前の強度分布（一般にガウス分布）の中心のより近くに位置することとなる。すなわち、この伝播面又は伝播エッジは、より多くの光と表面プラズモンモードで結合し得る位置にある。その結果、近接場光発生素子の光利用効率が向上する。
この本発明による近接場光発生素子においては、プラズモン・アンテナの伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部を介して、溝の壁面又は底面と対向していることが好ましい。ここで、この緩衝部は、プラズモン・アンテナにおける伝播面又は伝播エッジとは反対側の端面を覆う材料の屈折率と同じか、又はそれよりも高い屈折率を有することが好ましい。また、この緩衝部は、導波路を覆うように形成された保護層の一部であることも好ましい。
さらに、プラズモン・アンテナの伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、溝内において最も深くに位置することが好ましい。また、プラズモン・アンテナは伝播エッジを有していて、溝は断面がＶ字型の彫り込みであることも好ましい。さらに、プラズモン・アンテナは、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなるグループから選択された１つによって、又はこれら元素のうちの複数の合金によって形成されていることが好ましい。
また、上述した本発明による近接場光発生素子においては、溝が近接場光発生端の近傍まで伸長して形成されており、伝播面又は伝播エッジの全体が、溝の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながら、溝に埋め込まれている又は溝の直上に設けられていることも好ましい。この場合、近接場光発生端に達する表面プラズモンが、伝播の途中、大きく波数ＫＳＰを変化させることなく、小さな伝播損失をもって伝播可能となる。
また、上述した本発明による近接場光発生素子においては、溝の導波路の１つの側面からの深さが、１０ｎｍ（ナノメートル）以上であって３４０ｎｍ以下であることが好ましく、導波路の厚さの２.５％以上であって８５％以下であることが好ましい。これにより、近接場光発生素子において、１０％以上の高い光利用効率を実現することが可能となる。
本発明によれば、さらに、媒体対向面側の端面から書き込み磁界を発生させる磁極と、
表面プラズモンを励起するための光を伝播させる導波路と、
媒体対向面に達しており近接場光が発生する近接場光発生端と、この近接場光発生端まで伸長していて光によって励起される表面プラズモンを伝播させるための伝播面又は伝播エッジとを備えているプラズモン・アンテナと
を備えており、
導波路の１つの側面に溝が形成されており、導波路を伝播する光が表面プラズモンモードでプラズモン・アンテナに結合するように、伝播面若しくは伝播エッジの少なくとも一部を含むプラズモン・アンテナの一部又は全体が、この溝の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながらこの溝に埋め込まれている熱アシスト磁気記録ヘッドが提供される。
この本発明による熱アシスト磁気記録ヘッドにおいて、導波路は、プラズモン・アンテナにおける磁極とは反対側に設けられていることも好ましい。ここで、プラズモン・アンテナの媒体対向面側の部分が、媒体対向面に向かうにつれて、磁極の媒体対向面側の端部に近づくように傾斜していることも好ましい。また、磁極の媒体対向面側の部分が、媒体対向面に向かうにつれて、プラズモン・アンテナの媒体対向面側の端部に近づくように傾斜していることも好ましい。このような構成を用いることによって、プラズモン・アンテナの近接場光発生端を磁極の媒体対向面側の端面の近傍に位置させながら、導波路と磁極との間の距離を十分に大きな値とすることができる。これにより、光の一部が磁極に吸収されて近接場光に変換される光量が低減する事態をより確実に回避することが可能となる。また、プラズモン・アンテナと磁極との間であって、プラズモン・アンテナにおける伝播面又は伝播エッジとは反対側の端面を覆うように熱伝導層が設けられていることも好ましい。
本発明によれば、さらにまた、以上に述べた熱アシスト磁気記録ヘッドと、この熱アシスト磁気記録ヘッドを支持するサスペンションとを備えているＨＧＡが提供される。
本発明によれば、さらにまた、以上に述べたＨＧＡと、少なくとも１つの磁気記録媒体と、この少なくとも１つの磁気記録媒体に対して熱アシスト磁気記録ヘッドが行う書き込み動作を制御するための記録回路とを備えている磁気記録装置であって、この記録回路が、表面プラズモンを励起するための光を発生させる光源の動作を制御するための発光制御回路をさらに備えている磁気記録装置が提供される。
本発明によれば、導波路を伝播するレーザ光（導波路光）のうちのできるだけ多くの量を、プラズモン・アンテナと表面プラズモンモードで結合させることができる。その結果、近接場光発生素子の光利用効率を向上させることが可能となる。
本発明による磁気記録装置及びＨＧＡの一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明による熱アシスト磁気記録ヘッドの一実施形態を示す斜視図である。 本発明による熱アシスト磁気記録ヘッドの要部の構成を概略的に示す、図２のＡ面による断面図である。 本発明に係る導波路、表面プラズモン・アンテナ及び主磁極層の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明に係る導波路、表面プラズモン・アンテナ及び電磁変換素子のヘッド部端面上での端面の形状を示す斜視図である。 本発明に係る導波路及び表面プラズモン・アンテナの構成を概略的に示す、図５ＡのＢ面による断面図である。 本発明に係る導波路及び表面プラズモン・アンテナの構成を概略的に示す、図５ＡのＢ面による断面図である。 本発明に係る表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録を説明するための概略図である。 本発明に係る表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録を説明するための概略図である。 本発明に係る表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録を説明するための概略図である。 本発明に係る表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録を説明するための概略図である。 本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する他の実施形態を示す概略図である。 本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する他の実施形態を示す概略図である。 本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する他の実施形態を示す概略図である。 本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する他の実施形態を示す概略図である。 本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する他の実施形態を示す概略図である。 本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する他の実施形態を示す概略図である。 図１に示した磁気ディスク装置の記録再生及び発光制御回路の回路構成を示すブロック図である。 表１に示された、溝の深さＤＧＲと光利用効率との関係を示すグラフである。 実施例に用いたビットパターンドメディアの構造を概略的に示す断面図及び上面図である。
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
図１は、本発明による磁気記録装置及びＨＧＡの一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。ここで、ＨＧＡの斜視図においては、ＨＧＡの磁気記録媒体表面に対向する側が上になって表示されている。
図１に示した磁気記録装置としての磁気ディスク装置は、スピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する、磁気記録媒体としての複数の磁気ディスク１０と、複数の駆動アーム１４が設けられたアセンブリキャリッジ装置１２と、各駆動アーム１４の先端部に取り付けられており薄膜磁気ヘッドである熱アシスト磁気記録ヘッド２１を備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１７と、熱アシスト磁気記録ヘッド２１の書き込み及び読み出し動作を制御し、さらに、後述する熱アシスト磁気記録用のレーザ光を発生させる光源であるレーザダイオードの発光動作を制御するための記録再生及び発光制御回路１３とを備えている。
磁気ディスク１０は、本実施形態において垂直磁気記録用であり、ディスク基板に、軟磁性裏打ち層と、この層の上方に位置する磁気記録層（垂直磁化層）とが形成された積層構造を有している。アセンブリキャリッジ装置１２は、熱アシスト磁気記録ヘッド２１を、磁気ディスク１０の磁気記録層に形成されており記録ビットが並ぶトラック上に位置決めするための装置である。同装置内において、駆動アーム１４は、ピボットベアリング軸１６に沿った方向にスタックされており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってこの軸１６を中心にして角揺動可能となっている。なお、本発明に係る磁気ディスク装置の構造は、以上に述べた構造に限定されるものではない。磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及び熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、単数であってもよい。
同じく図１によれば、ＨＧＡ１７において、サスペンション２０は、ロードビーム２００と、このロードビーム２００に固着されており弾性を有するフレクシャ２０１と、ロードビーム２００の基部に設けられたベースプレート２０２とを備えている。また、フレクシャ２０１上には、リード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２０３が設けられている。熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、各磁気ディスク１０の表面に対して所定の間隔（浮上量）をもって対向するように、サスペンション２０の先端部であってフレクシャ２０１に固着されている。さらに、配線部材２０３の一端が、熱アシスト磁気記録ヘッド２１の端子電極に電気的に接続されている。なお、サスペンション２０の構造も、以上に述べた構造に限定されるものではない。図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップが装着されていてもよい。
図２は、本発明による熱アシスト磁気記録ヘッド２１の一実施形態を示す斜視図である。
図２によれば、熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、スライダ２２及び光源ユニット２３を備えている。スライダ２２は、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等から形成されており、適切な浮上量を得るように加工された媒体対向面である浮上面（ＡＢＳ）２２００を有するスライダ基板２２０と、ＡＢＳ２２００とは垂直な素子形成面２２０２上に形成されたヘッド部２２１とを備えている。また、光源ユニット２３は、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等から形成されており、接着面２３００を有するユニット基板２３０と、接着面２３００とは垂直な光源設置面２３０２に設けられた光源としてのレーザダイオード４０とを備えている。ここで、スライダ２２と光源ユニット２３とは、スライダ基板２２０の背面２２０１とユニット基板２３０の接着面２３００とを接面させて、互いに接着されている。ここで、スライダ基板２２０の背面２２０１は、スライダ基板２２０のＡＢＳ２２００とは反対側の端面のことである。なお、熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、光源ユニット２３を用いずに、レーザダイオード４０がスライダ２２に直接搭載された形態であってもよい。
スライダ２２のスライダ基板２２０の素子形成面２２０２上に形成されたヘッド部２２１は、磁気ディスクからデータを読み出すためのＭＲ素子３３と磁気ディスクにデータを書き込むための電磁変換素子３４とから構成されるヘッド素子３２と、光源ユニット２３に備えられたレーザダイオード４０からのレーザ光を媒体対向面側に導くための導波路３５と、導波路３５と共に近接場光発生素子を構成する表面プラズモン・アンテナ３６と、ＭＲ素子３３、電磁変換素子３４、導波路層３５及び表面プラズモン・アンテナ３６を覆うように素子形成面２２０２上に形成された保護層３８と、保護層３８の上面に露出しておりＭＲ素子３３に電気的に接続された一対の端子電極３７０と、同じく保護層３８の上面に露出しており電磁変換素子３４に電気的に接続された一対の端子電極３７１とを備えている。これらの端子電極３７０及び３７１は、フレクシャ２０１（図１）に設けられた配線部材２０３の接続パッドに電気的に接続される。
ＭＲ素子３３、電磁変換素子３４及び表面プラズモン・アンテナ３６の一端は、ヘッド部２２１の媒体対向面であるヘッド部端面２２１０に達している。また、後に詳述するように、導波路３５は表面プラズモン・アンテナ３６に沿うように設けられており、本実施形態において、導波路３５の一端もヘッド部端面２２１０に達している。ここで、ヘッド部端面２２１０とＡＢＳ２２００とが熱アシスト磁気記録ヘッド２１全体の媒体対向面をなしている。実際の書き込み又は読み出し時においては、熱アシスト磁気記録ヘッド２１が回転する磁気ディスク表面上において流体力学的に所定の浮上量をもって浮上する。この際、ＭＲ素子３３及び電磁変換素子３４の端が、磁気ディスクの磁気記録層の表面と適当なマグネティックスペーシングを介して対向することになる。この状態において、ＭＲ素子３３が磁気記録層からのデータ信号磁界を感受して読み出しを行い、電磁変換素子３４が磁気記録層にデータ信号磁界を印加して書き込みを行う。ここで、書き込みの際、光源ユニット２３のレーザダイオード４０から導波路３５を通って伝播してきたレーザ光（導波路光）が、後に詳述するように、表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ３６に結合し、表面プラズモン・アンテナ３６に表面プラズモンを励起する。この表面プラズモンが、後述する表面プラズモン・アンテナ３６に設けられた伝播エッジ又は伝播面を、ヘッド部端面２２１０に向けて伝播することにより、表面プラズモン・アンテナ３６のヘッド部端面２２１０側の端において、近接場光が発生する。この近接場光が磁気ディスク表面に達し、磁気ディスクの磁気記録層部分を加熱し、それにより、その部分の異方性磁界（保磁力）が書き込みを行うことが可能な値にまで低下する。その結果、熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。
図３は、熱アシスト磁気記録ヘッド２１の要部の構成を概略的に示す、図２のＡ面による断面図である。
図３によれば、ＭＲ素子３３は、ＭＲ積層体３３２と、対となってＭＲ積層体３３２及び絶縁層３８１を挟む位置に配置されている下部シールド層３３０及び上部シールド層３３４とを含み、素子形成面２２０２上に形成された絶縁層３８０上に形成されている。上下部シールド層３３４及び３３０は、ＭＲ積層体３３２が雑音となる外部磁界を受けることを防止する。上下部シールド層３３４及び３３０は、例えばフレームめっき法又はスパッタリング法等によって形成された磁性層であり、例えばＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＳｉＡｌ（センダスト）、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ若しくはＣｏＺｒＴａＣｒ等、又はこれらの材料の多層膜等の軟磁性材料からなり、厚さは、例えば０.５〜３μｍ（マイクロメートル）程度である。
ＭＲ積層体３３２は、ＭＲ効果を利用して信号磁界を感受する感磁部であり、例えば、面内通電型巨大磁気抵抗（ＣＩＰ-ＧＭＲ）効果を利用したＣＩＰ-ＧＭＲ積層体、垂直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ-ＧＭＲ）効果を利用したＣＰＰ-ＧＭＲ積層体、又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を利用したＴＭＲ積層体であってよい。これらのＭＲ効果を利用したＭＲ積層体３３２はいずれにおいても、高い感度で磁気ディスクからの信号磁界を感受する。なお、ＭＲ積層体３３２がＣＰＰ−ＧＭＲ積層体又はＴＭＲ積層体である場合、上下部シールド層３３４及び３３０は、電極としての役割も果たす。一方、ＭＲ積層体３３２がＣＩＰ−ＧＭＲ積層体である場合、ＭＲ積層体３３２と上下部シールド層３３４及び３３０それぞれとの間には絶縁層が設けられ、さらに、ＭＲ積層体３３２に電気的に接続されたＭＲリード層が設けられる。
同じく図３によれば、電磁変換素子３４は、本実施形態において垂直磁気記録用であって、主磁極層３４０と、ギャップ層３４１と、書き込みコイル層３４３と、コイル絶縁層３４４と、ライトシールド層３４５とを備えている。
主磁極層３４０は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなる絶縁層３８４上に形成されており、書き込みコイル層３４３に書き込み電流を印加することによって発生した磁束を、書き込みがなされる磁気ディスクの磁気記録層（垂直磁化層）まで収束させながら導くための導磁路である。主磁極層３４０は、主磁極３４００及び主磁極本体部３４０１が順次積層された構造を有している。このうち、主磁極３４００は、本実施形態において、ヘッド部端面２２１０に達しておりトラック幅方向の小さな幅ＷＰ（図５Ａ）を有する第１の主磁極部３４００ａと、この第１の主磁極部３４００ａ上であって第１の主磁極部３４００ａの後方（＋Ｘ側）に位置している第２の主磁極部３４００ｂとを有している。このように、第１の主磁極部３４００ａが小さな幅ＷＰを有することによって、微細な書き込み磁界が発生可能となり、トラック幅を高記録密度化に対応した微小値に設定可能となる。主磁極３４００は、主磁極本体部３４０１よりも高い飽和磁束密度を有する軟磁性材料から形成されており、例えば、Ｆｅが主成分である鉄系合金材料である、ＦｅＮｉ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等の軟磁性材料から形成される。第１の主磁極部３４００ａの厚さは、例えば０.１〜０.８μｍ程度である。
ギャップ層３４１は、主磁極層３４０とライトシールド層３４５とをヘッド端面３００近傍において磁気的に分離させるためのギャップを形成する。ギャップ層３４１は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＳｉＯ２（二酸化珪素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）若しくはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の非磁性絶縁材料、又はＲｕ（ルテニウム）等の非磁性導電材料で構成することができる。ギャップ層３４１の厚さは、主磁極層３４０とライトシールド層３４５との間のギャップを規定しており、例えば０.０１〜０.５μｍ程度である。書き込みコイル層３４３は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁材料からなる絶縁層３４２１上において、１ターンの間に少なくとも主磁極層３４０とライトシールド層３４５との間を通過するように形成されており、バックコンタクト部３４０２を中心として巻回するスパイラル構造を有している。この書き込みコイル層３４３は、例えば、Ｃｕ（銅）等の導電材料から形成されている。ここで、加熱キュアされたフォトレジスト等の絶縁材料からなる書き込みコイル絶縁層３４４が、書き込みコイル層３４３を覆っており、書き込みコイル層３４３と主磁極層３４０及びライトシールド層３４５との間を電気的に絶縁している。書き込みコイル層３４３は、本実施形態において１層であるが、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。また、巻き数も図３での数に限定されるものではなく、例えば、２〜７ターンに設定され得る。
ライトシールド層３４５は、ヘッド部端面２２１０に達しており、磁気ディスクの磁気記録層（垂直磁化層）の下方に設けられた軟磁性裏打ち層から戻ってきた磁束のための導磁路としての役割を果たす。ライトシールド層３４５の厚さは、例えば約０.５〜５μｍ程度である。また、ライトシールド層３４５において、主磁極層３４０と対向する部分は、同じくヘッド部端面２２１０に達しており、主磁極層３４０から発して広がった磁束を取り込むためのトレーリングシールド３４５０となっている。トレーリングシールド３４５０は、本実施形態において、第１の主磁極部３４００ａのみならず主磁極本体部３４０１よりも大きなトラック幅方向の幅を有している。このようなトレーリングシールド３４５０を設けることによって、トレーリングシールド３４５０の端部と第１の主磁極部３４００ａとの間において磁界勾配がより急峻になる。この結果、信号出力のジッタが小さくなって読み出し時のエラーレートが低減可能となる。ライトシールド層３４５は、軟磁性材料から形成されるが、特に、トレーリングシールド３４５０は、高飽和磁束密度を有する、ＮｉＦｅ（パーマロイ）又は主磁極３４００と同様の鉄系合金材料等から形成され得る。
同じく図３によれば、導波路３５及び表面プラズモン・アンテナ３６は、ＭＲ素子３３と電磁変換素子３４との間に設けられており、ヘッド部２２１内の光学系である近接場光発生素子をなす。ここで、導波路３５は、素子形成面２２０２と平行であってヘッド部後端面２２１２の一部をなす後端面３５２から、本実施形態においてヘッド部端面２２１０の一部をなす端面３５０まで伸長している。また、導波路３５の表面プラズモン・アンテナ３６に対向する上面（側面）には、後に図４を用いて詳述するように、溝５４が形成されており、表面プラズモン・アンテナ３６の一部が、この溝５４の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながらこの溝５４に埋め込まれている。また、この表面プラズモン・アンテナ３６の一部は、導波路３５の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部５０を介して、この溝５４の壁面又は底面と対向している。従って本実施形態においては、緩衝部５０の一端もヘッド部端面２２１０に達していることになる。この緩衝部５０は、導波路３５を伝播する導波路光を、表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ３６に結合させる役割を果たす。なお、緩衝部５０は、保護層３８の一部である絶縁層３８４の一部であってもよいし、絶縁層３８４とは別に設けられた新たな層であってもよい。これら導波路３５、表面プラズモン・アンテナ３６及び緩衝部５０については、後に図４を用いて詳細に説明を行う。
また、本実施形態のように、ＭＲ素子３３と電磁変換素子３４（導波路３５）との間に、絶縁層３８２及び３８３に挟まれた素子間シールド層３９が設けられていることが好ましい。この素子間シールド層３９は、軟磁性材料で形成されてもよく、電磁変換素子３４より発生する磁界からＭＲ素子３３をシールドする役割を果たす。また、図示されていないが、この素子間シールド層３９と導波路３５との間に、バッキングコイル部が形成されていてもよい。バッキングコイル部は、電磁変換素子３４から発生してＭＲ効果素子３３の上下部シールド層３３４及び３３０を経由する磁束ループを打ち消す磁束を発生させて、磁気ディスクへの不要な書き込み動作又は消去動作である広域隣接トラック消去（ＷＡＴＥ）現象の抑制を図るものである。
同じく図３によれば、光源ユニット２３は、ユニット基板２３０と、ユニット基板２３０の光源設置面２３０２に設けられたレーザダイオード４０と、レーザダイオード４０の下面４０１をなす電極に電気的に接続された端子電極４１０と、レーザダイオード４０の上面４０３をなす電極に電気的に接続された端子電極４１１とを備えている。これらの端子電極４１０及び４１１は、フレクシャ２０１（図１）に設けられた配線部材２０３の接続パッドに電気的に接続されている。この両電極４１０及び４１１を介してレーザダイオード４０に所定の電圧を印加すると、レーザダイオード４０の発光面４００に位置する発光中心からレーザ光が放射される。ここで、図３に示されるようなヘッド構造において、レーザダイオード４０が発生させるレーザ光の電場の振動方向が、活性層４０ｅの積層面に対して垂直（Ｚ軸方向）であることが好ましい。すなわち、レーザダイオード４０が発生させるレーザ光がＴＭモードの偏光であることが好ましい。これにより、導波路光が、緩衝部５０を介して、表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ３６に結合可能となる。
レーザダイオード４０としては、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の、通信用、光学系ディスクストレージ用又は材料分析用等として通常用いられているものが使用可能であり、放射されるレーザ光の波長λＬは、例えば３７５ｎｍ（ナノメートル）〜１.７μｍの範囲内のいずれの値であってもよい。例えば、可能波長領域が１.２〜１.６７μｍとされているＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ４元混晶系レーザダイオードを使用することもできる。レーザダイオード４０は、上部電極４０ａと、活性層４０ｅと、下部電極４０ｉとを含む多層構造を有している。この多層構造の劈開面の前後には、全反射による発振を励起するためのＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等からなる反射層が形成されており、反射層４２には、発光中心４０００を含む活性層４０ｅの位置に、開口が設けられている。ここで、レーザダイオード４０の厚みＴＬＡは、例えば６０〜２００μｍ程度とすることができる。
また、このレーザダイオード４０の駆動においては、磁気ディスク装置内の電源が使用可能である。実際、磁気ディスク装置は、通常、例えば２Ｖ程度の電源を備えており、レーザ発振動作には十分の電圧を有している。また、レーザダイオード４０の消費電力も、例えば、数十ｍＷ程度であり、磁気ディスク装置内の電源で十分に賄うことができる。実際には、下部電極４０ｉに電気的に接続された端子電極４１０と上部電極４０ａに電気的に接続された端子電極４１１との間に、この電源によって所定の電圧を印加し、レーザダイオード４０を発振させることによって、反射層４２の発光中心４０００を含む開口からレーザ光を放射させることが可能である。
なお、レーザダイオード４０及び駆動端子電極４１０及び４１１は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、熱アシスト磁気記録ヘッド２１がレーザダイオード４０を備えておらず、磁気ディスク装置内に設けられたレーザダイオードの発光中心と導波路３５の後端面３５２とが、例えば光ファイバを用いて接続されていてもよい。
以上に述べた光源ユニット２３とスライダ２２とを接続することによって、熱アシスト磁気記録ヘッド２１が構成される。この接続においては、ユニット基板２３０の接着面２３００とスライダ基板２２０の背面２２０１とを接面させるが、その際、レーザダイオード４０から発生したレーザ光が導波路３５におけるＡＢＳ２２００とは反対側の後端面３５２に丁度入射するように、ユニット基板２３０及びスライダ基板２２０の位置が決定される。
なお、スライダ２２及び光源ユニット２３の大きさは任意であるが、例えば、スライダ２２は、トラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅７００μｍ×（Ｚ軸方向の）長さ８５０μｍ×（Ｘ軸方向の）厚み２３０μｍの、いわゆるフェムトスライダであってもよい。この場合、光源ユニット２３は、これよりも一回り小さい大きさ、例えば、トラック幅方向の幅４２５μｍ×長さ３００μｍ×厚み３００μｍであってもよい。
図４は、導波路３５、表面プラズモン・アンテナ３６及び主磁極層３４０の構成を概略的に示す斜視図である。同図においては、書き込み磁界及び近接場光が磁気記録媒体に向かって放射される位置を含むヘッド部端面２２１０が、左側に位置している。
図４によれば、近接場光発生用のレーザ光５３を伝播させるための導波路３５と、レーザ光（導波路光）５３によって励起される表面プラズモンが伝播するエッジである伝播エッジ３６０を備えた表面プラズモン・アンテナ３６とが設けられている。この表面プラズモン・アンテナ３６は、ヘッド部端面２２１０に達した近接場光発生端面３６ａをさらに備えている。また、導波路３５の側面３５４の一部、すなわち側面３５４０及び３５４１に、壁面５４ａ及び５４ｂを備えた溝５４が形成されている。ここで、導波路３５の側面３５４及び溝５４は、本実施形態において、近接場光発生端面３６ａの近傍まで伸長している。また、この溝５４は、本実施形態において、（ＹＺ面による）断面がＶ字型の彫り込みとなっている。なお、導波路３５の側面とは、導波路３５を取り囲む端面のうち、レーザ光５３の伝播方向（−Ｘ方向）に垂直なヘッド部端面２２１０側の端面３５０及びその反対側の後端面３５２以外の端面を指すものとする。この側面は、コアに相当する導波路３５において、導波路光５３が全反射し得る面となる。なお、本実施形態において、溝５４が形成された側面３５４は、導波路３５の上面となっている。
さらに、伝播エッジ３６０を含む表面プラズモン・アンテナ３６の一部が、溝５４の壁面５４ａ及び５４ｂと所定の間隔をもって対向しながら溝５４に埋め込まれている。ここで、伝播エッジ３６０は、導波路３５の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部５０を介して、溝５４の壁面５４ａ及び５４ｂと対向している。従って、伝播エッジ３６０は、緩衝部５０に覆われており、本実施形態において、伝播エッジ３６０及び緩衝部５０の一端はともに、ヘッド部端面２２１０に達している。この緩衝部５０は、導波路光５３を表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ３６（伝播エッジ３６０）に結合させる役割を果たす。また、伝播エッジ３６０は、導波路光５３によって励起される表面プラズモンを近接場光発生端面３６ａまで伝播させる役割を果たす。なお、伝播エッジ３６０は、溝５４の壁面５４ａ及び５４ｂと所定の間隔をもって対向しながら、溝５４の近傍であって直上に位置していてもよい。ここで、溝５４の「直上」とは、溝５４が設けられた側面３５４に垂直であって溝５４から離れる方向を指す。また、緩衝部５０は、保護層３８（図２）の一部であってもよいし、保護層３８とは別に設けられた新たな層であってもよい。
また、表面プラズモン・アンテナ３６の近接場光発生端面３６ａは、主磁極３４００のヘッド部端面２２１０に達した端面３４００ｅに近接している。また、伝播エッジ３６０は、緩衝部５０を介して導波路３５の溝５４の壁面５４ａ及び５４ｂと所定の間隔をもって対向しながら、この近接場光発生端面３６ａまで伸長している。さらに、伝播エッジ３６０の近接場光発生端面３６ａ側（ヘッド部端面２２１０側）の傾斜部分３６００は、近接場光発生端面３６ａに向かうにつれて、表面プラズモン・アンテナ３６における伝播エッジ３６０とは反対側の端面３６１に近づくように伸長している直線状又は曲線状となっている。なお、伝播エッジ３６０の角は、表面プラズモンが伝播エッジ３６０から逃げてしまう現象を防止するために、丸められていてもよい。この際、丸められた角の曲率半径は、例えば５〜５００ｎｍ程度である。
さらに、表面プラズモン・アンテナ３６は、本実施形態において、ヘッド部端面２２１０の近傍において、近接場光発生端面３６ａに向かってハイト方向（Ｚ軸方向）に先細となる形状となっている。また、表面プラズモン・アンテナ３６においては、本実施形態において、ＹＺ面による断面が三角形状を有しており、特にヘッド部端面２２１０の近傍において所定の三角形状を有している。その結果、近接場光発生端面３６ａは、本実施形態において、端面３６ａに達した伝播エッジ３６０の端を１つの頂点とする三角形状を有している（図５Ａ）。ここで、伝播エッジ３６０を伝播する表面プラズモンが近接場光発生端面３６ａに至って、近接場光発生端面３６ａから近接場光が発生する。
導波路３５及び緩衝部５０は、表面プラズモン・アンテナ３６の−Ｚ側、すなわち主磁極３４００とは反対側に設けられている。その結果、緩衝部５０に覆われた伝播エッジ３６０も主磁極３４００とは反対側に位置することになる。このような構成においては、書き込み磁界を発生させる主磁極３４００の端面３４００ｅと近接場光を発生させる近接場光発生端面３６ａとの距離を十分に、好ましくは１００ｎｍ以下に、小さくした状態においても、導波路３５を、主磁極３４００及び主磁極本体部３４０１から十分に離隔させることが可能となる。その結果、導波路光５３の一部が金属からなる主磁極３４００又は主磁極本体部３４０１に吸収されてしまって近接場光に変換される光量が低減してしまう事態を回避することができる。
導波路３５全体の形状は、直方体でもよいが、図４に示すように、ヘッド部端面２２１０側の部分のトラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅が狭くなっていてもよい。導波路３５におけるヘッド部端面２２１０とは反対側の後端面３５２側の部分におけるトラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅ＷＷＧ１は、例えば０.５〜２００μｍ程度とすることができ、端面３５０側の部分におけるトラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅ＷＷＧ２は、例えば０.３〜１００μｍ程度とすることができ、後端面３５２側の部分における（Ｚ軸方向の）厚さＴＷＧは、例えば０.１〜４μｍ程度とすることができ、（Ｘ軸方向の）高さ（長さ）ＨＷＧは、例えば１０〜３００μｍ程度とすることができる。
また、導波路３５の側面、すなわち上面３５４、下面３５３、及びトラック幅方向（Ｙ軸方向）の両側面３５１は、緩衝部５０と接面した溝５４の部分を除いて、保護層３８（図２）と接している。ここで、導波路３５は、保護層３８の構成材料の屈折率ｎＯＣよりも高い屈折率ｎＷＧを有する、例えばスパッタリング法等を用いて形成された材料から構成されている。例えば、レーザ光の波長λＬが６００ｎｍであって、保護層３８が、ＳｉＯ２（ｎ＝１.５）から形成されている場合、導波路３５は、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１.６３）から形成されていてもよい。さらに、保護層３８が、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１.６３）から形成されている場合、導波路３５は、ＳｉＯＸＮＹ（ｎ＝１.７〜１.８５）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２.１６）、Ｎｂ２Ｏ５（ｎ＝２.３３）、ＴｉＯ（ｎ＝２.３〜２.５５）又はＴｉＯ２（ｎ＝２.３〜２.５５）から形成されていてもよい。導波路３５をこのような材料で構成することによって、材料そのものが有する良好な光学特性によって導波路光５３の伝播損失が低く抑えられる。さらに、導波路３５がコアとして働く一方、保護層３８がクラッドとしての機能を果たし、全側面での全反射条件が整うことになる。これにより、より多くの導波路光５３が緩衝部５０の位置に達し、導波路３５の伝播効率が向上する。
ここで、導波路３５が、誘電材料の多層構造を有しており、上方の層ほど屈折率ｎがより高くなる構造を有していてもよい。例えば、ＳｉＯＸＮＹにおいて組成比Ｘ、Ｙの値を適切に変化させた誘電材料を順次積層することにより、このような多層構造が実現する。積層数は、例えば８〜１２層とすることができる。その結果、レーザ光５３がＺ軸方向の直線偏光である場合、レーザ光５３を、Ｚ軸方向においてより緩衝部５０（溝５４）側に伝播させることができる。この際、この多層構造の各層の組成、層厚及び層数を選択することによって、レーザ光５３のＺ軸方向における所望の伝播位置を実現することが可能となる。
表面プラズモン・アンテナ３６は、金属等の導電材料、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ若しくはＡｌ、又はこれら元素のうちの複数の合金から形成されていることが好ましい。また、表面プラズモン・アンテナ３６の上面３６１におけるトラック幅方向（Ｙ軸方向）の幅ＷＮＦは、レーザ光５３の波長よりも十分に小さく、例えば１０〜１００ｎｍ程度とすることができ、（Ｚ軸方向の）厚さＴＮＦ１も、レーザ光５３の波長よりも十分に小さく、例えば１０〜１００ｎｍ程度とすることができ、（Ｘ軸方向の）長さ（高さ）ＨＮＦは、例えば０.８〜６.０μｍ程度とすることができる。
緩衝部５０は、導波路３５の屈折率ｎＷＧよりも低い屈折率ｎＢＦを有する誘電材料で形成されている。例えば、レーザ光の波長λＬが６００ｎｍであって、導波路３５が、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１.６３）から形成されている場合、緩衝部５０は、ＳｉＯ２（ｎ＝１.４６）から形成されていてもよい。また、導波路３５が、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２.１６）から形成されている場合、緩衝部５０は、ＳｉＯ２（ｎ＝１.４６）又はＡｌ２Ｏ３（ｎ＝１.６３）から形成されていてもよい。これらの場合、この緩衝部５０を、ＳｉＯ２（ｎ＝１.４６）又はＡｌ２Ｏ３（ｎ＝１.６３）からなるクラッドとしての保護層３８（図２）の一部とすることも可能である。
また、導波路３５の側面３５４１と伝播エッジ３６０１とに挟まれた緩衝部５０の部分の（Ｘ軸方向の）長さＬＢＦ２は、０．５〜５μｍであることが好ましい。また、緩衝部５０全体、すなわち導波路３５と表面プラズモン・アンテナ３６との間で表面プラズモンモードによる結合がなされる部分の長さ（ＬＢＦ１＋ＬＢＦ２）は、レーザ光５３の波長λＬよりも大きいことが好ましい。この場合、同部分は、例えばレーザ光を緩衝部５０及び表面プラズモン・アンテナ３６に集光させ表面プラズモンモードで結合させる場合の、いわゆる「焦点領域」に比べると、格段に広い領域となっており、非常に安定した表面プラズモンモードによる結合が可能となる。さらに、緩衝部５０における、溝５４の壁面５４ａ及び５４ｂに垂直な方向の厚さＴＢＦは、例えば１０〜２５０ｎｍとすることができる。これら緩衝部５０の長さＬＢＦ１、ＬＢＦ２及び厚さＴＢＦは、表面プラズモンの適切な励起、伝播を得るために重要なパラメータとなる。
同じく図４に示すように、表面プラズモン・アンテナ３６と第１の主磁極部３４００ａとの間であってヘッド部端面２２１０側の位置に、熱伝導層５１が設けられることも好ましい。この熱伝導層５１は、保護層３８（図２）に比べて熱伝導率の高い、例えばＡｌＮ、ＳｉＣ又はＤＬＣ等の絶縁材料で形成されている。このような熱伝導層５１を設けることによって、表面プラズモン・アンテナ３６が近接場光を発生させる際に生じる熱の一部を、この熱伝導層５１を介して主磁極３４００及び主磁極本体部３４０１に逃がすことができる。すなわち、主磁極３４００及び主磁極本体部３４０１をヒートシンクとして用いることができる。その結果、熱伝導層５１は、表面プラズモン・アンテナ３６の過度の温度上昇を抑制し、近接場光発生端面３６ａの不要な突出や表面プラズモン・アンテナ３６における光利用効率の大幅な低下の回避に貢献することができる。
この熱伝導層５１の厚さＴＴＣは、ヘッド部端面２２１０上における近接場光発生端面３６ａと主磁極３４００の端面３４００ｅとの間隔ＤＮ−Ｐ（図５Ａ）に相当し、１００ｎｍ以下の十分に小さい値に設定される。さらに、熱伝導層５１の屈折率ｎＩＮは、表面プラズモン・アンテナ３６の伝播エッジ３６０を覆う緩衝部の屈折率ｎＢＦと同じか、又はそれよりも低くなるように設定されている。すなわち、伝播エッジ３６０は、表面プラズモン・アンテナ３６における伝播エッジ３６０とは反対側の端面３６１を覆う材料の屈折率ｎＩＮと同じか、又はそれよりも高い屈折率ｎＢＦを有する材料で覆われていることになる。これにより、伝播エッジ３６０上を表面プラズモンが安定して伝播することが可能となる。実際には、屈折率ｎＢＦ≧屈折率ｎＩＮ×１.５であることが好ましいことが分かっている。
同じく図４によれば、主磁極層３４０は、上述したように、主磁極３４００と主磁極本体部３４０１とを含む。このうち、主磁極３４００は、ヘッド部端面２２１０に達した端面３４００ｅを有する第１の主磁極部３４００ａと、ヘッド部端面２２１０側の端部が第１の主磁極部３４００ａにおけるヘッド部端面２２１０とは反対側の部分上に重なっている第２の主磁極部３４００ｂとを含む。また、主磁極本体部３４０１のヘッド部端面２２１０側の端部は、第２の主磁極部３４００ｂにおけるヘッド部端面２２１０とは反対側の部分上に重なっている。このように、主磁極層３４０のヘッド部端面２２１０側の部分は、ヘッド部端面２２１０に向かうにつれて、表面プラズモン・アンテナ３６のヘッド部端面２２１０側の端部に近づくように素子形成面２２０２（図３）に対して傾斜している。これにより、主磁極層３４０を導波路３５から十分に離隔させた上で、主磁極３４００の端面３４００ｅと近接場光発生端面３６ａとを十分に近接させることができる。
図５Ａは、導波路３５、表面プラズモン・アンテナ３６及び電磁変換素子３４のヘッド部端面２２１０上での端面の形状を示す斜視図である。同図においては、ヘッド部端面２２１０が正面となっている。また、図５Ｂ及び図５Ｃは、導波路３５及び表面プラズモン・アンテナ３６の構成を概略的に示す、図５ＡのＢ面による断面図である。
図５Ａによれば、電磁変換素子３４においては、主磁極３４００（第１の主磁極部３４００ａ）とライトシールド層３４５（トレーリングシールド３４５０）とがヘッド部端面２２１０に達している。このうち、主磁極３４００のヘッド部端面２２１０上における端面３４００ｅの形状は、例えば、長方形、正方形又は台形である。ここで、上述した幅ＷＰは、この主磁極３４００の端面３４００ｅにおけるリーディング側の辺の長さであり、磁気ドミネント記録の場合には磁気ディスクの磁気記録層に形成されるトラックの幅を規定する。幅ＷＰは、例えば０.０５〜０.５μｍ程度とすることができる。
また、ヘッド部端面２２１０上において、表面プラズモン・アンテナ３６の近接場光発生端面３６ａは、主磁極３４００の端面３４００ｅの近傍にあって、端面３４００ｅのリーディング側（−Ｚ側）に位置している。ここで、近接場光発生端面３６ａと端面３４００ｅとの間隔をＤＮ−Ｐとすると、間隔ＤＮ−Ｐは、１００ｎｍ以下の十分に小さい値に設定されることが好ましい。本発明による熱アシスト磁気記録においては、この近接場光発生端面３６ａが主要な加熱作用部分となり、端面３４００ｅが書き込み部分となるので、このように間隔ＤＮ−Ｐを設定することによって、磁気ディスクの磁気記録層において十分に加熱した部分に、十分に大きな勾配を有する書き込み磁界を印加することができる。これにより、熱アシストによる安定した書き込み動作が確実に実施可能となる。
さらに、近接場光発生端面３６ａは、本実施形態において、ヘッド部端面２２１０上で、底辺３６１ａをトレーリング側（＋Ｚ側）に持ち、伝播エッジ３６０の端３６０ａをリーディング側（−Ｚ側）の頂点とする二等辺三角形となっている。この近接場光発生端面３６ａの高さ（表面プラズモン・アンテナ３６のヘッド部端面２２１０における厚さ）ＴＮＦ２は、３０ｎｍ以下とすることが好ましく２０ｎｍ以下とすることがより好ましい。これにより、近接場光発生端面３６ａ上における近接場光の発光位置が、トレーリング側の端辺３６１ａ近傍となり、より主磁極３４００の端面３４００ｅに近づくこととなる。
また、導波路３５と主磁極３４００との間隔をＤＷ−Ｐとすると、上述したように間隔ＤＮ−Ｐを非常に小さい値に設定した上で、間隔ＤＷ−Ｐを十分に大きくすることができる。すなわち、図４及び図５Ａに示した本発明に係る構成によれば、導波路３５を、主磁極３４００及び主磁極本体部３４０１から十分に離隔させることができる。その結果、導波路光の一部が金属からなる主磁極３４００又は主磁極本体部３４０１に吸収されてしまって近接場光に変換される光量が低減してしまう事態を回避することができる。
同じく図５Ａによれば、近接場光発生端面３６ａのリーディング側（−Ｚ側）となる導波路３５の端面３５０は、本実施形態において、溝５４からなるＶ字型の彫り込み部分５４０を有する。また、近接場光発生端面３６ａは、緩衝部５０の端面５０ａを間に挟んで、頂点３６０ａを先にしながらこの彫り込み部分５４０に嵌り込んでいる。ここで、導波路３５の側面３５４に形成された溝５４は、表面プラズモン・アンテナ３６の伝播エッジ３６０が中に埋め込まれた状態で、近接場光発生端面３６ａの近傍まで伸長している。
さらに、図５Ｂに示すように、この溝５４は、本実施形態において、導波路３５の上面である側面３５４のトラック幅方向（Ｙ軸方向）における中央に位置しており、溝５４の断面は、導波路３５内を伝播する導波路光の強度中心５３０に向かって彫り込まれたＶ字状をなしている。なお、この強度中心５３０は、溝５４が形成される前の位置となっている。また、伝播エッジ３６０は、溝５４内において表面プラズモン・アンテナ３６の中で強度中心５３０の最も近くに位置している。すなわち、伝播エッジ３６０は、表面プラズモン・アンテナ３６の中で最も多くの導波路光と表面プラズモンモードで結合し得る位置にある。また、伝播エッジ３６０は、図５Ｃに示すように、溝５４′の壁面５４ａ′及び５４ｂ′と所定の間隔をもって対向しながら、溝５４′の近傍であって直上に位置していてもよい。ここで、溝５４′の「直上」とは、溝５４′が設けられた側面３５４に垂直であって溝５４′から離れる方向を指す。
以上に述べたように、伝播エッジ３６０を含む表面プラズモン・アンテナ３６の一部を溝５４に埋め込む又は溝５４′の直上に設けることによって、導波路３５を伝播する導波路光５３（図４）のうちできるだけ多くの量を、表面プラズモン・アンテナ３６（伝播エッジ３６０）と表面プラズモンモードで結合させることができ、その結果、近接場光発生素子の光利用効率を向上させることが可能となる。なお、後に実施例を用いて説明するように、溝５４の側面３５４からの深さＤＧＲ（図５Ｂ及び図５Ｃ）は、１０〜３４０ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、伝播エッジ３６０と溝５４、５４′の底との距離ＤＥＧ（図５Ｂ及び図５Ｃ）は、例えば１０〜２５０ｎｍとすることができる。これにより、導波路３５、緩衝部５０及び表面プラズモン・アンテナ３６を含む近接場光発生素子において、１０％以上の高い光利用効率を実現することが可能となる。また、溝５４、５４′及び伝播エッジ３６０はともに、伝播エッジ３６０が溝５４の中に埋め込まれた状態で又は溝５４′の直上に設けられた状態で、ヘッド部端面２２１０まで伸長している。このような構成においては、伝播エッジ３６０を伝播して近接場光発生端面３６ａに達する表面プラズモンが、伝播の途中、エッジ部分３６０１及び３６００のそれぞれ及びそれらの境界において大きく波数ＫＳＰを変化させることなく、小さな伝播損失をもって伝播可能となる。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、本発明に係る表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録を説明するための概略図である。ここで、図６Ａは、近接場光発生素子及び主磁極において溝５４の中心線を通るＺＸ面による断面図となっている。また、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、近接場光発生素子のＹＺ面による断面図となっている。
図６Ａによれば、電磁変換素子３４による磁気ディスク１０の磁気記録層への書き込みの際、最初に、光源ユニット２３のレーザダイオード４０から放射されたレーザ光５３が、導波路３５を伝播する。次いで、緩衝部５０の近傍まで進行した導波路光５３は、屈折率ｎＷＧを有する導波路３５と、屈折率ｎＢＦを有する緩衝部５０と、金属等の導電材料からなる表面プラズモン・アンテナ３６との光学的構成と結びついて、表面プラズモン・アンテナ３６の伝播エッジ３６０に表面プラズモンモードを誘起する。すなわち、表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ３６に結合する。この表面プラズモンモードの誘起は、緩衝部５０の屈折率ｎＢＦを導波路３５の屈折率ｎＷＧよりも小さく（ｎＢＦ＜ｎＷＧ）設定することによって可能となる。実際には、コアである導波路３５と緩衝部５０との光学的な界面条件から、緩衝部５０内にエバネッセント光が励起される。次いで、このエバネッセント光と、表面プラズモン・アンテナ３６の金属表面（伝播エッジ３６０）に励起される電荷のゆらぎとが結合する形で表面プラズモンモードが誘起され、表面プラズモンが励起される。なお、正確には、この系においては素励起である表面プラズモンが電磁波と結合することになるので、励起されるのは表面プラズモン・ポラリトンである。しかしながら本明細書においては、省略して、表面プラズモン・ポラリトンを表面プラズモンと呼ぶ。
ここで、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄを用いて、導波路３５に設けられた本発明による溝５４が、表面プラズモンの励起に及ぼす効果を説明する。図６Ｂによれば、導波路３５′に溝が設けられていない場合、導波路３５′を伝播する導波路光の分布範囲（例えば、導波路３５′内における光強度分布の最大強度を基準としてｅ−２に減衰するまでの範囲）６４は、導波路３５′の外部に染み出すように設定されなければならない。また、表面プラズモン・アンテナ３６′は、伝播エッジ３６０′がこの分布範囲６４内に位置するように設けられることになる。これにより、伝播エッジ３６０′に表面プラズモンを効率良く励起させることが可能となる。しかしながら、導波路３５′の屈折率がより大きく設定されている等の光学的条件によっては、導波路光の分布範囲はより小さくなり、図６Ｃの分布範囲６５のように、導波路３５′の内部に収まる場合も起こり得る。このような場合、伝播エッジ３６０′に十分な量の表面プラズモンを励起させることが困難となる。
これに対して、図６Ｄに示したように、本発明の如く溝５４を導波路３５に設けた場合、伝播エッジ３６０をこの溝５４に埋め込み、溝５４の壁面５４ａ及び５４ｂと対向させることができる。この場合、伝播エッジ３６０は、図６Ｂ及び図６Ｃの伝播エッジ３６０′に比べてより多くの導波路３５の構成材料に取り囲まれている。すなわち、伝播エッジ３６０は、導波路光の強度中心により近づき、より多くの導波路光と表面プラズモンモードで結合し得る位置となっている。特に、伝播エッジ３６０は、導波路３５内においてより下方に位置する伝播領域６６０にある導波路光とも表面プラズモンモードで結合し得る。これにより、図６Ｄに示す分布範囲６６のように、導波路光の分布範囲が導波路３５の内部に収まっている場合においても、伝播エッジ３６０に十分な量の表面プラズモンを励起させることができる。その結果、近接場光発生素子の光利用効率を向上させることが可能となる。なお、伝播エッジ３６０は、角部であって電場が集中しやすいので、表面プラズモンが励起されやすい。しかしながら、後述するように、表面プラズモン・アンテナが伝播面を有していて、この伝播面において表面プラズモンが励起され伝播してもよい。また、伝播エッジ３６０が溝５４に埋め込まれていないが、溝５４の近傍であって直上に位置する場合においても、伝播エッジ３６０は、導波路光の強度中心により近づき、より多くの導波路光と表面プラズモンモードで結合し得る位置となり得る。
図６Ａに戻って、上述した誘起された表面プラズモンモードにおいては、表面プラズモン６０が、表面プラズモン・アンテナ３６の伝播エッジ３６０上に励起され、この伝播エッジ３６０上を矢印６１の方向に沿って伝播する。この表面プラズモン６０の伝播は、伝播エッジ３６０が表面プラズモン・アンテナ３６における伝播エッジ３６０とは反対側の端面３６１を覆う材料の屈折率ｎＩＮと同じか又はそれよりも高い屈折率ｎＢＦを有する緩衝部５０で覆われている、という条件の下で可能となる。実際には、屈折率ｎＢＦ≧屈折率ｎＩＮ×１.５であることが好ましいことが分かっている。
このように表面プラズモン６０が伝播することにより、ヘッド部端面２２１０に達しており伝播エッジ３６０の行き着く先である頂点３６０ａを有する近接場光発生端面３６ａに、表面プラズモン６０すなわち電場が集中することになる。その結果、この近接場光発生端面３６ａから近接場光６２が発生する。この近接場光６２が磁気ディスク１０の磁気記録層に向けて照射され、磁気ディスク１０の表面に達し、磁気ディスク１０の磁気記録層部分を加熱する。これにより、その部分の異方性磁界（保磁力）が書き込みを行うことが可能な値にまで低下する。その直後、この部分に、主磁極３４００から発生する書き込み磁界６３を印加して書き込みを行う。以上、熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。
ここで、ヘッド部端面２２１０上での近接場光発生端面３６ａの形状及びサイズを調整することによって、近接場光発生端面３６ａ上での近接場光６２の発光位置を、第１の主磁極部３４００ａにより近いトレーリング側（端辺３６１ａ側）に位置させることができる。これにより、磁気ディスク１０の磁気記録層における十分に加熱した部分に、十分に大きな勾配を有する書き込み磁界を印加することができる。その結果、熱アシストによる安定した書き込み動作が確実に実施可能となる。
また、従来の、導波路光がヘッド端面の位置に設けられたプラズモン・アンテナに直接照射される形態においては、照射されたレーザ光の多くの部分が、プラズモン・アンテナ内で熱エネルギーに変わってしまう。一方、このプラズモン・アンテナのサイズはレーザ光の波長以下に設定されており、その体積は非常に小さい。従って、この熱エネルギーによって、プラズモン・アンテナは非常な高温、例えば５００℃にまで達していた。これに対して、本発明による熱アシスト磁気記録においては、表面プラズモンモードを利用しており、表面プラズモン６０をヘッド部端面２２１０に向かって伝播させることによって近接場光６２を発生させている。これにより、近接場光発生端面３６ａにおける近接場光発生時の温度が、例えば約１００℃前後となり大幅に低減する。その結果、近接場光発生端面３６ａの磁気ディスク１０に向かう方向の突出が抑制され、良好な熱アシスト磁気記録が可能となる。
さらに、緩衝部５０全体、すなわち導波路３５と表面プラズモン・アンテナ３６との間で表面プラズモンモードによる結合がなされる部分の長さ（ＬＢＦ１＋ＬＢＦ２）は、レーザ光５３の波長λＬよりも大きいことが好ましい。この場合、同部分は、例えばレーザ光を緩衝部５０及び表面プラズモン・アンテナ３６に集光させ表面プラズモンモードで結合させる場合の、いわゆる「焦点領域」に比べると、格段に広い領域となる。すなわち、そのような焦点領域を有する系とは全く異なった構成が実現される。その結果、非常に安定した表面プラズモンモードによる結合が可能となる。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅ及び図７Ｆは、本発明による近接場光発生素子（導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）及び主磁極の形状及び配置に関する種々の実施形態を示す概略図である。なお、図７Ｅ（Ｂ）は、図７Ｅ（Ａ）に示した近接場光発生素子における図７Ｅ（Ａ）のＣ面による断面図となっている。
図７Ａによれば、主磁極７０は、素子形成面２２０２に平行に伸長した１つの層である。また、表面プラズモン・アンテナ７１のヘッド部端面２２１０側の部分は、ヘッド部端面２２１０に向かうにつれて、主磁極７０のヘッド部端面２２１０側の端部に近づくように素子形成面２２０２に対して傾斜している。また、これに伴い、導波路７２の側面に設けられた溝７２０と、この溝７２０に緩衝部７３を介して埋め込まれた表面プラズモン・アンテナ７１の伝播エッジ７１０とがともに、ヘッド部端面２２１０まで伸長している。このような実施形態においても、伝播エッジ７１０に十分な量の表面プラズモンを励起させることができる。さらに、ヘッド部端面２２１０上において、表面プラズモン・アンテナ７１の近接場光発生端面７１ａを主磁極７０の端面７０ｅの近傍に位置させながら、導波路７２と主磁極７０との間のＺ軸方向の距離ＤＷ−Ｐ′を十分に大きな値に設定することができる。これにより、導波路光の一部が主磁極に吸収されて近接場光に変換される光量が低減する事態を、より確実に回避することができる。その結果、近接場光発生素子の光利用効率を向上させることが可能となる。
図７Ｂに示した実施形態においては、主磁極７４、表面プラズモン・アンテナ７５、緩衝部７６及び導波路７７が、スライダ基板２２０側から＋Ｚ方向に向かって順次積層されている。また、表面プラズモンを伝播させる伝播エッジ７５０は、表面プラズモン・アンテナ７５において主磁極７４とは反対側に位置しており、導波路７７の側面に設けられた溝７７０に緩衝部７６を介して埋め込まれている。また、これら伝播エッジ７５０及び溝７７０はともに、ヘッド部端面２２１０まで伸長している。その結果、ヘッド部端面２２１０において、近接場光発生端７５ａは、主磁極７４の端面７４ｅのトレーリング側（＋Ｚ側）に配置される。このような実施形態においても、伝播エッジ７５０に十分な量の表面プラズモンを励起させることができる。その結果、近接場光発生素子の光利用効率を向上させることが可能となる。さらに、近接場光発生端７５ａを主磁極７４の端面７４ｅの十分近くに配置し、磁気ディスクの磁気記録層において十分に加熱した部分に、十分に大きな勾配を有する書き込み磁界を印加することができる。
図７Ｃによれば、本実施形態においては、導波路７８及びその側面に設けられた溝７８０は、ヘッド部端面２２１０に達していない。また、近接場光発生素子３６の伝播エッジ３６０のうち部分３６０１のみが、緩衝部７９を介して溝７８０に埋め込まれている。このような構成においても、伝播エッジ３６０の部分３６０１に励起された表面プラズモンは、伝播エッジ３６０の傾斜部分３６００を伝播して、近接場光発生端面３６ａに到達する。その結果、この近接場光発生端面３６ａにおいて、熱アシスト用の近接場光を発生させることが可能となる。なお、さらに、伝播エッジ３６０の部分３６０１の一部のみが緩衝部７９を介して溝７８０に埋め込まれている形態も可能となる。
図７Ｄに示した実施形態においては、導波路３５、導波路の側面３５４に設けられた溝５４、緩衝部５０、表面プラズモン・アンテナ３６及び主磁極層３４０の配置は、図３及び図４に示した形態と同じであるが、磁気ディスクから戻ってきた磁束を受けるリターンヨークであるライトシールド層８１は、導波路３５及び表面プラズモン・アンテナ３６の主磁極層３４０とは反対側、すなわちリーディング側（−Ｚ側）に設けられている。また、ライトシールド層８１と主磁極層３４０とは、バックコンタクト部８０によって磁気的に接続されている。さらに、書き込みコイル層３４３′は、１ターンの間に少なくとも主磁極層３４０とライトシールド層８１との間を通過するように形成されており、バックコンタクト部８０を中心として巻回するスパイラル構造を有している。このような実施形態においても、本発明に係る表面プラズモンを用いた良好な熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。
図７Ｅ（Ａ）によれば、本実施形態においては、表面プラズモン・アンテナ８４は、近接場光が発生する近接場光発生端面８４ａと、導波路８２を伝播する導波路光によって励起される表面プラズモンを伝播させるための伝播面８４０とを有している。伝播面８４０は、平面であってもよく曲面であってもよい。また、導波路８２の上面である側面８２４に、溝８２０が形成されており、伝播面８４０を含む表面プラズモン・アンテナ８４の一部が、この溝８２０に埋め込まれている。さらに、これら伝播面８４０及び溝８２０はともに、ヘッド部端面２２１０まで伸長している。ここで、図７Ｅ（Ｂ）に示すように、溝８２０の断面は、表面プラズモン・アンテナ８４の伝播面８４０付近の断面形状に合わせた形状となっており、溝８２０は、壁面８２０ａ及び８２０ｂ並びに底面８２０ｃを有している。このように、本発明に係る溝の断面は、矩形状、台形状、Ｕ字状、その他の形状をとり得る。また、表面プラズモン・アンテナ８４の伝播面８４０は、導波路８２の屈折率ｎＷＧよりも低い屈折率ｎＢＦを有する緩衝部８３を介して底面８２０ｃと対向しており、導波路８２を伝播する光が表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ８４に結合することが可能となる。これにより伝播面８４０に発生した表面プラズモンが、伝播面８４０を伝播し、近接場光発生端面８４ａに到達する。なお、表面プラズモン・アンテナ８４の伝播面８４０以外の側面８４１及び８４２における、緩衝部８３を介して壁面８２０ａ及び８２０ｂに対向する部分も、表面プラズモンが励起され伝播する部分となり得る。このような実施形態においても、本発明に係る表面プラズモンを用いた良好な熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。
図７Ｆに示した実施形態においては、導波路８６の側面に溝８６０が形成されており、表面プラズモン・アンテナ８８の伝播エッジ８８０を含めた全体が、緩衝部８７を介してこの溝８６０に埋め込まれている。このような実施形態においても、本発明に係る表面プラズモンを用いた良好な熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。なお、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ及び図７Ｆに示した表面プラズモン・アンテナ７１、７５及び３６、３６及び８８がそれぞれ、伝播エッジ７１０、７５０、３６０、３６０及び８８０の代わりに、導波路７２、７７、３５、７８及び８６の側面に形成された溝に埋め込まれた伝播面を有する形態も、本発明の実施形態となり得る。
図８は、図１に示した磁気ディスク装置の記録再生及び発光制御回路１３の回路構成を示すブロック図である。
図８において、９０は制御ＬＳＩ、９１は、制御ＬＳＩ９０から記録データを受け取るライトゲート、９２はライト回路、９３は、レーザダイオード４０に供給する動作電流値の制御用テーブル等を格納するＲＯＭ、９５は、ＭＲ効果素子３３へセンス電流を供給する定電流回路、９６は、ＭＲ効果素子３３の出力電圧を増幅する増幅器、９７は、制御ＬＳＩ９０に対して再生データを出力する復調回路、９８は温度検出器、９９は、レーザダイオード４０の制御回路をそれぞれ示している。
制御ＬＳＩ９０から出力される記録データは、ライトゲート９１に供給される。ライトゲート９１は、制御ＬＳＩ９０から出力される記録制御信号が書き込み動作を指示するときのみ、記録データをライト回路９２へ供給する。ライト回路９２は、この記録データに従って書き込みコイル層３４３に書き込み電流を流し、主磁極３４００から発生する書き込み磁界により磁気ディスク上に書き込みを行う。
制御ＬＳＩ９０から出力される再生制御信号が読み出し動作を指示するときのみ、定電流回路９５からＭＲ積層体３３２に定電流が流れる。このＭＲ効果素子３３により再生された信号は増幅器９６で増幅された後、復調回路９７で復調され、得られた再生データが制御ＬＳＩ９０に出力される。
レーザ制御回路９９は、制御ＬＳＩ９０から出力されるレーザＯＮ／ＯＦＦ信号及び動作電流制御信号を受け取る。このレーザＯＮ／ＯＦＦ信号がオン動作指示である場合、発振しきい値以上の動作電流がレーザダイオード４０に印加される。これによりレーザダイオード４０が発光し、レーザ光が導波路３５を伝播して、表面プラズモンモードで表面プラズモン・アンテナ３６に結合する。これにより、表面プラズモン・アンテナ３６の端から近接場光が発生し、磁気ディスクの磁気記録層に照射され、磁気記録層を加熱する。この際の動作電流値は、動作電流制御信号に応じた値に制御される。制御ＬＳＩ９０は、記録再生動作とのタイミングに応じてレーザＯＮ／ＯＦＦ信号を発生させ、温度検出器９８によって測定された磁気ディスクの磁気記録層の温度等を考慮し、ＲＯＭ９３内の制御テーブルに基づいて、動作電流値制御信号の値を決定する。ここで、制御テーブルは、発振しきい値及び光出力−動作電流特性の温度依存性のみならず、動作電流値と熱アシスト作用を受けた磁気記録層の温度上昇分との関係、及び磁気記録層の異方性磁界（保磁力）の温度依存性についてのデータも含んでいてもよい。このように、記録／再生動作制御信号系とは独立して、レーザＯＮ／ＯＦＦ信号及び動作電流値制御信号系を設けることによって、単純に記録動作に連動したレーザダイオード４０への通電のみならず、より多様な通電モードを実現することができる。
なお、記録再生及び発光制御回路１３の回路構成は、図８に示したものに限定されるものでないことは明らかである。記録制御信号及び再生制御信号以外の信号で書き込み動作及び読み出し動作を特定してもよい。
以下、本発明による近接場光発生素子（溝を備えた導波路、緩衝部、表面プラズモン・アンテナ）における近接場光の発生を、シミュレーションによって解析し、さらにこの近接場光発生素子を備えたヘッドを用いて、磁気記録媒体に熱アシスト磁気記録を行った実施例を示す。
シミュレーション解析実験は、電磁場解析である３次元の有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）を用いて行われた。シミュレーション解析実験が行われた系は、図４、図５Ａ及び図５Ｂに示された溝５４を備えた導波路３５、緩衝部５０、表面プラズモン・アンテナ３６、主磁極３４００及び保護層３８を含むヘッド部２２１と、ヘッド部端面２２１０上の空気層（屈折率ｎ＝１）とからなるエリアであった。導波路３５に入射されたレーザ光は、波長λＬが６５０ｎｍであって、ＴＭ偏光（レーザ光の電場の振動方向が導波路３５の層面に垂直：Ｚ軸方向）を有するガウシアンビームであった。また、このレーザ光の強度ＩＩＮは、６５５（Ｖ／ｍ）２であった。
導波路３５は、幅ＷＷＧ２（図４及び図５Ｂ）が０.８μｍ、厚さＴＷＧ（図４及び図５Ｂ）が０.４μｍであり、Ｔａ２Ｏ５（屈折率ｎ＝２.１５）で構成されていた。また、表面プラズモン・アンテナ３６は、幅ＷＮＦ（図４）が０.８５μｍ、厚さＴＮＦ１が０.３μｍであり、Ａｇ（屈折率の実数部が０.１３４であって虚数部が４.１３５である）で構成されていた。また、表面プラズモン・アンテナ３６において、近接場光発生端面３６ａから先細となり始める位置までの距離ＤＢＦ（図４）は０.７μｍであり、（Ｘ軸方向の）全長ＨＮＦ（図４）は２.５μｍであった。さらに、近接場光発生端面３６ａの頂点３６０ａにおける頂角θＮＦ（図５Ａ）は１１０度であり、高さＴＮＦ２（図５Ａ）は２０ｎｍであった。また、近接場光発生端面３６ａと主磁極３４００の端面３４００ｅとのヘッド部端面２２１０上での間隔ＤＮ−Ｐ（図５Ａ）は、５０ｎｍであった。さらに、保護層３８は、Ａｌ２Ｏ３（屈折率ｎ＝１.６５）で形成されており、緩衝部５０は、この保護層３８の一部であった。すなわち、緩衝部５０の屈折率ｎＢＦは１.６５であった。
導波路３５に形成された溝５４の深さＤＧＲ（図５Ｂ）は、５０〜４００ｎｍの範囲内で変化させた。この溝５４を形成した後、表面プラズモン・アンテナ３６の伝播エッジ３６０を、緩衝部５０を介してこの溝５４に埋め込んで又は緩衝部５０を介してこの溝５４の直上に位置させて、近接場光発生素子を構成した。ここで、伝播エッジ３６０と溝５４の底との距離ＤＥＧ（図５Ｂ及び図５Ｃ）は５０ｎｍであった。また、主磁極３４００の端面３４００ｅ（図５Ａ）は、表面プラズモン・アンテナ３６側の短辺が１００ｎｍ、反対側の長辺が１９５ｎｍ、高さが３００ｎｍの台形状であり、主磁極３４００はＦｅＣｏ（屈折率の実数部が２.８７であって虚数部が３.６３である）によって形成されていた。
（溝５４の深さＤＧＲと光利用効率との関係）
以上で述べた実験条件の下、導波路３５に形成された溝５４の深さＤＧＲ（図５Ｂ）と、近接場光発生素子の光利用効率との関係をシミュレーションにより測定した。なお、近接場光発生素子の光利用効率は、ＩＯＵＴ／ＩＩＮ（×１００）とした。ここで、ＩＩＮは、導波路３５に入射するレーザ光５３の強度であり、ＩＯＵＴは、レーザ光（導波路光）５３が表面プラズモン・アンテナ３６において表面プラズモンに変換された後、近接場光発生端面３６ａから放射される近接場光の強度である。
表１は、溝５４の深さＤＧＲ（図５Ｂ）と、光利用効率との関係のシミュレーション測定結果を示している。また、図９は、表１に示された、溝５４の深さＤＧＲと光利用効率との関係を示すグラフである。また、表１及び図９はそれぞれ、導波路３５の厚さＴＷＧ（４００ｎｍ）に対する溝５４の深さＤＧＲの割合ＤＧＲ／ＴＷＧと、光利用効率との関係も示している。
Figure 2010160872
表１及び図９によれば、溝５４の深さＤＧＲが１０ｎｍ以上であって３４０ｎｍ以下である場合、ヘッド製造現場において良好な熱アシスト磁気記録を実現するために必要とされる基準である１０％以上の光利用効率が得られている。これは、導波路３５の厚さＴＷＧ（４００ｎｍ）に対する溝５４の深さＤＧＲの割合ＤＧＲ／ＴＷＧが、０.０２５以上であって０.８５以下である場合に相当する。このように溝５４の深さＤＧＲを１０ｎｍ以上の十分な大きさとすることによって、伝播エッジ３６０は、導波路３５のより深くに入り込み、より多くの導波路光と表面プラズモンモードで結合することができる。一方、溝５４の深さＤＧＲを３４０ｎｍ以下に抑えることによって、溝５４の存在による導波路３５自身の伝播損失の増加を、１０％以上の高い光利用効率を確保する許容範囲内に収めることが可能となる。以上、本実施例により、溝５４の深さＤＧＲは、１０ｎｍ以上であって３４０ｎｍ以下であることが好ましく、また、厚さＴＷＧに対する深さＤＧＲの割合ＤＧＲ／ＴＷＧは、２.５％以上であって８５％以下であることが好ましいことが理解される。
（ビットパターンドメディアを用いた熱アシスト磁気記録）
次いで、以上に述べた実施例の近接場光発生素子を備えた熱アシスト磁気記録ヘッドを用いて、ビットパターンドメディアに対して熱アシスト磁気記録をシミュレーションによって行った実施例を示す。
図１０は、実施例に用いたビットパターンドメディアの構造を概略的に示す断面図及び上面図である。
図１０（Ａ）及び（Ｂ）によれば、実施例に用いたビットパターンドメディア１００は、ガラス基板１０００上に形成された、記録ビットを構成する多数のドット１００１と、これらのドット１００１を覆うようにガラス基板１０００上に形成された保護膜１００２とを備えていた。ドット１００１は、（Ｃｏ（０.３ｎｍ）／Ｐｄ（０.７ｎｍ））×２０層の積層体から形成されていた。また、保護膜１００２は、Ｃ（カーボン）から形成されていた。ビットパターンドメディア１００の磁気異方性エネルギーＫＵは、室温において１.０×１０６Ｊ／ｍ３（１.０×１０７ｅｒｇ／ｍ３）であり、飽和磁束密度は、室温において約５００ｅｍｕ／ｃｃであった。また、ビットパターンドメディア１００の保磁力ＨＣは、５０℃において２０ｋＯｅ（エルステッド）であり、１５０℃において１４ｋＯｅであり、３００℃において７ｋＯｅであり、約４００℃（＝ＴＣ）において０ｋＯｅであった。また、図１０（Ｂ）において、ドット１００１のサイズ（直径）は約２０ｎｍであり、ドット１００１同士のピッチ（間隔）は約３０ｎｍであった。
次いで、以上に述べた熱アシスト磁気記録ヘッドを用いて、上述したビットパターンドメディア１００に対して熱アシスト磁気記録をシミュレーションによって行ったところ、ビットパターンドメディア１００の記録対象部分の温度が、約３００℃上昇した。これにより、ドットサイズが約２０ｎｍのビットパターンドメディアに対して、熱アシスト磁気記録が可能となることが確認された。
以上、本発明によれば、導波路光のうちできるだけ多くの量をプラズモン・アンテナと表面プラズモンモードで結合させることができ、光利用効率が向上した近接場光発生素子が得られることが理解される。また、磁気記録媒体上において書き込み位置を適切に加熱することが可能な熱アシスト磁気記録ヘッドが得られることが理解される。これにより、良好な熱アシスト磁気記録を実現することが可能となり、例えば、１Ｔｂｉｔｓ／ｉｎ２を超える記録密度の達成に貢献し得る。
なお、以上に述べた実施形態は全て、本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は、他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。特に、本発明による表面プラズモンモードを利用した近接場光発生素子は、超高速の光変調素子等の、非常に微細な光路を有する光デバイスに応用可能である。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
１０ 磁気ディスク
１１ スピンドルモータ
１２ アセンブリキャリッジ装置
１３ 記録再生及び発光制御回路
１４ 駆動アーム
１５ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１６ ピボットベアリング軸
１７ ＨＧＡ
２０ サスペンション
２１ 薄膜磁気ヘッド
２２ スライダ
２２０ スライダ基板
２２００ ＡＢＳ
２２０１ 背面
２２０２ 素子形成面
２２１ ヘッド部
２２１０、２２１２ ヘッド部端面
２３ 光源ユニット
２３０ ユニット基板
２３００ 接着面
２３０２ 光源設置面
３２ ヘッド素子
３３ 磁気抵抗（ＭＲ）素子
３４ 電磁変換素子
３４０ 主磁極層
３４００、７０、７４、８５ 主磁極
３４００ｅ、７０ｅ、７４ｅ、８５ｅ 端面
３４０１ 主磁極本体部
３４０２、８０ バックコンタクト部
３４５、８１ ライトシールド層
３４５０ トレーリングシールド
３５、７２、７７、７８、８２、８６ 導波路
３５０、３５２ 端面
３５４ 側面
３６、７１、７５、８４、８８ 表面プラズモン・アンテナ
３６０、３６００、３６０１、７１０、７５０、８４０、８８０ 伝播エッジ
３６ａ、７１ａ、７５ａ、８４ａ 近接場光発生端面
３７０、３７１、４１０、４１１ 端子電極
３８ 保護層
３９ 素子間シールド層
４０ レーザダイオード
４００ 発光面
４０００ 発光中心
４０ａ ｎ電極
４０ｅ 活性層
４０ｉ ｐ電極
４２ 反射層
５０、７３、７６、７９、８３、８７ 緩衝部
５１ 熱伝導層
５３ レーザ光
５４、５４′、７２０、７７０、８２０、８６０ 溝
５４ａ、５４ａ′、５４ｂ、５４ｂ′ 溝の壁面
５３０ 導波路光の強度中心
６０ 表面プラズモン
６２ 近接場光
６３ 書き込み磁界
６４、６５、６６ 導波路光の分布範囲
９０ 制御ＬＳＩ
９１ ライトゲート
９２ ライト回路
９３ ＲＯＭ
９５ 定電流回路
９６ 増幅器
９７ 復調回路
９８ 温度検出器
９９ レーザ制御回路
１００ ビットパターンドメディア
１００１ ドット
１００２ 保護膜

Claims (17)

  1. 表面プラズモンを励起するための光を伝播させる導波路と、
    近接場光が発生する近接場光発生端と、該近接場光発生端まで伸長していて前記光によって励起される表面プラズモンを伝播させるための伝播面又は伝播エッジとを備えているプラズモン・アンテナと
    を備えており、
    前記導波路の１つの側面に溝が形成されており、該導波路を伝播する光が表面プラズモンモードで前記プラズモン・アンテナに結合するように、前記伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、該溝の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながら、該溝に埋め込まれている又は該溝の直上に設けられている
    ことを特徴とする近接場光発生素子。
  2. 前記プラズモン・アンテナの伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、前記導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部を介して、前記溝の壁面又は底面と対向していることを特徴とする請求項１に記載の近接場光発生素子。
  3. 前記緩衝部は、前記プラズモン・アンテナにおける前記伝播面又は伝播エッジとは反対側の端面を覆う材料の屈折率と同じか、又はそれよりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の近接場光発生素子。
  4. 前記緩衝部は、導波路を覆うように形成された保護層の一部であることを特徴とする請求項２又は３に記載の近接場光発生素子。
  5. 前記プラズモン・アンテナの伝播面又は伝播エッジの少なくとも一部が、前記溝内において最も深くに位置することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の近接場光発生素子。
  6. 前記プラズモン・アンテナは伝播エッジを有していて、前記溝は断面がＶ字型の彫り込みであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の近接場光発生素子。
  7. 前記溝が前記近接場光発生端の近傍まで伸長して形成されており、前記伝播面又は伝播エッジの全体が、該溝の壁面又は底面と所定の間隔をもって対向しながら、該溝に埋め込まれている又は該溝の直上に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の近接場光発生素子。
  8. 前記溝の前記導波路の１つの側面からの深さが、１０ナノメートル以上であって３４０ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の近接場光発生素子。
  9. 前記溝の前記導波路の１つの側面からの深さが、前記導波路の厚さの２.５％以上であって８５％以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の近接場光発生素子。
  10. 前記プラズモン・アンテナは、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなるグループから選択された１つによって、又はこれら元素のうちの複数の合金によって形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の近接場光発生素子。
  11. 媒体対向面側の端面から書き込み磁界を発生させる磁極と、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載された、前記近接場光発生端が媒体対向面に達している近接場光発生素子と
    を備えていることを特徴とする熱アシスト磁気記録ヘッド。
  12. 前記導波路は、前記プラズモン・アンテナにおける前記磁極とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  13. 前記プラズモン・アンテナの媒体対向面側の部分が、媒体対向面に向かうにつれて、前記磁極の媒体対向面側の端部に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１２に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  14. 前記磁極の媒体対向面側の部分が、媒体対向面に向かうにつれて、前記プラズモン・アンテナの媒体対向面側の端部に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１２に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  15. 前記プラズモン・アンテナと前記磁極との間であって、該プラズモン・アンテナにおける前記伝播面又は伝播エッジとは反対側の端面を覆うように熱伝導層が設けられていることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  16. 請求項１１から１５のいずれか１項に記載の熱アシスト磁気記録ヘッドと、該熱アシスト磁気記録ヘッドを支持するサスペンションとを備えていることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
  17. 請求項１６に記載された、少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリと、少なくとも１つの磁気記録媒体と、該少なくとも１つの磁気記録媒体に対して該熱アシスト磁気記録ヘッドが行う書き込み動作を制御するための記録回路とを備えている磁気記録装置であって、該記録回路が、前記表面プラズモンを励起するための光を発生させる光源の動作を制御するための発光制御回路をさらに備えていることを特徴とする磁気記録装置。
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