光学ヘッドおよび情報記憶装置
【課題】コア内のモード次数が低く、スライダに搭載することができてリソグラフィー技術で作製することができる構造を有した光学ヘッド、およびそのような光学ヘッドを備えて高記録密度で情報を記録することができる情報記憶装置を提供する。
【解決手段】内部に光が入射されてその光をその導波方向に導く導波コアと、上記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、その導波コアにつながり上記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、光を導波コアへと導く傾斜コアと、上記傾斜コアの層に重なった、その傾斜コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド膜と、上記クラッド膜に接した、上記傾斜コアの厚さよりも厚い、光が入射されてその光がクラッド膜越しに上記傾斜コアへと入射する入射コアとを備える。
【解決手段】内部に光が入射されてその光をその導波方向に導く導波コアと、上記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、その導波コアにつながり上記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、光を導波コアへと導く傾斜コアと、上記傾斜コアの層に重なった、その傾斜コアの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド膜と、上記クラッド膜に接した、上記傾斜コアの厚さよりも厚い、光が入射されてその光がクラッド膜越しに上記傾斜コアへと入射する入射コアとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を導いて出射する光学ヘッド、および光を用いて情報を記録媒体に記録する情報記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記憶装置の分野では、コンピュータやＩＴの発達に伴って、記録密度の絶え間ない向上が求められている。現状の磁気記録ヘッドより微細なビットを記録して記録密度の向上を図る方法として、光を記録媒体に照射し、媒体上で局所的に熱を発生させ、その熱により磁気ヘッドでの書き込みを容易にする熱アシスト記録方式が検討されている。この熱アシスト記録に必要な光のスポットサイズは、レンズによる集光スポットで達成できる回折限界以下である。そこで光導波路を用いたヘッドが検討されている。
【０００３】
図１は、熱アシスト記録方式の情報記憶装置を示す図である。
【０００４】
この図１には、情報記憶装置１のヘッド４０周辺が示されている。情報記憶装置１には、図に示す矢印の方向に回転する円盤状の、磁化の向きで情報が記録される情報記録媒体１０と、回転する情報記録媒体１０の表面に生じる空気の流れによって、情報記録媒体１０の表面に近接した状態で表面から浮上するスライダ５０と、情報記録媒体１０の表面に沿って延びて先端にスライダ５０を保持したアーム２０が備えられている。スライダ５０は、情報記録媒体１０表面からの浮上力を生むスライダ本体３０を備え、スライダ本体３０の側面には、情報記録媒体１０に対する情報記録と情報再生を行うヘッド４０が搭載されている。ヘッド４０は、情報記録媒体１０の回転に伴い、情報記録媒体１０上の弧状のトラックに沿って情報の記録再生を行う。
【０００５】
ヘッド４０は、情報記録媒体１０上の磁化の向きを読み取ることで情報を再生する再生ヘッド４１と、情報記録媒体１０に磁場を印加して磁化の向きを変えることで情報を記録する磁気ヘッド４３と、情報記録媒体１０上に光を照射して熱を発生させることで、磁気ヘッド４３による磁化の向きの変更を補助する光学ヘッド４２とで構成されている。なお、光学ヘッド４２の光源については図示を省略したが、半導体レーザが搭載されており、その半導体レーザが出射した光が光学ヘッド４２に導かれる。
【０００６】
光学ヘッド４２の基本構造は、いわゆる光導波路となっており、図１の上方から入射された光を図１の下方へと導いて情報記録媒体１０に向けて出射する。
【０００７】
この光学ヘッド４２の先端（出射端）では、情報記録媒体１０の半径方向（トラック間方向）と円周方向（トラック方向）のそれぞれについて光のスポットサイズを波長以下に絞らなければならないので、光学ヘッド４２を構成する光導波路のコアサイズも波長以下でなければならない。図１で言えば、図の奥行き方向がトラック間方向で、図の左右方向がトラック方向である。
【０００８】
ところが半導体レーザを光源とすると、半導体レーザで発生する光束のサイズは、サブミクロンより大きいため、光学ヘッド４２内部で光束を縮小する構造が必要である。
【０００９】
熱アシスト記録方式を採用していない現状の磁気記録ヘッドは、基板平面上に材料を積層してパターンエッチングするリソグラフィー技術によって作製されており、このリソグラフィー技術は技術的な蓄積が豊富で信頼性や経済性が高い。そのため、熱アシスト記録方式を採用した新たなヘッドも、リソグラフィー技術の応用によって作製可能な構造であることが望ましい。リソグラフィー技術でヘッド４０を作製する場合には、図１の上下と奥行きの方向が積層の面内方向となり、図１の左右方向は積層の層間方向となる。
【００１０】
このリソグラフフィー技術によれば、平面内のパターニングは、電子ビームやステッパ装置により既にサブミクロンの幅（即ち、光の波長以下のサイズ）が実現している。そのためトラック間方向のコアサイズについては、数十ミクロンサイズからサブミクロンにテーパ状パターンをエッチングすることで、容易にサブミクロン幅を実現できる。またテーパ長は、長いほど高い光効率で幅の狭いコアに光を伝搬させることができるが、このような長いテーパ長を作製することも容易である。
【００１１】
一方、トラック方向におけるコアサイズの微細化については、トラック間方向と同様に数十ミクロンサイズからサブミクロンにテーパ状に加工することを考えると、光効率を高めるために長いテーパ面を作製するためには、基板平面の垂線に対して大きい角度のテーパ面を作製しなければならない。しかし、リソグラフィー技術では、このようなテーパ面の作製は難しく、何らかの工夫が必要となる。
【００１２】
そこで、従来、コアの厚さをサブミクロン厚で作製しておいて、そのコアに光を入射させる方法が提案されている。このようなコアに光が入射することを、光学の分野では、コアの内外における光の結合と称する場合がある。コアに光を入射させる方法の代表的な提案としては、端面結合法（非特許文献１参照）、プリズム結合法（非特許文献２参照）、およびグレーティング法（非特許文献３参照）が知られている。
【００１３】
図２は、端面結合法の説明図である。
【００１４】
この図２（および後述の図３〜図５）には、図１に示す光学ヘッド４２に対応する部分が示されているが、説明の便宜上、図の向きが異なっており、図の下方がスライダ本体側で上方がヘッド側となっている。以下説明する図３〜図５でも同様である。
【００１５】
端面結合法は、光源から発射された光束Ｌ１を、レンズ５１等を用いて収束光に変換し、スライダ５２の切断面に露出しているコア５３ａに入射させる方法である。コア５３ａはクラッドに５３ｂに挟まれており、入射した光はコア５３ａ内を伝搬する。
【００１６】
図３は、プリズム結合法の説明図である。
【００１７】
プリズム結合法では、光学ヘッドを構成する光導波路のコア５４に対してプリズム５５を並べ、コア５４とプリズム５５の底面との間に光の波長以下の間隔を設け、プリズム５５底面に当たる光の位相とコア５４内の伝搬光の位相が同じとなるように所定の入射角θで光を底面に照射する方法である。そのような入射角θを得るために、プリズム５５の入射側には斜面５５ａが形成されている。
【００１８】
図４は、グレーティング法の説明図である。
【００１９】
グレーティング法は、コア５６の上面にグレーティング５７を形成し、コア５６内の伝搬光の位相とグレーティング５７に入射する光の位相が同じとなる回折角を用いて光を結合する方法である。
【非特許文献１】Ｓｈｕｂｅｒｔ， Ｒ． Ｈａｒｒｉｓ， Ｊ．Ｈ． ，"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ ｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈ．， １６， １２，ｐｐ． １０４８−１０５４， Ｄｅｃ． １９６８ （ＩＳＳＮ： ００１８−９４８０）
【非特許文献２】Ｊ． Ｈ． Ｈａｒｒｉｓ， Ｒ． Ｓｈｕｂｅｒｔ， ａｎｄ Ｊ． Ｎ． Ｐｏｌｋｙ， "Ｂｅａｍ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｏ Ｆｉｌｍｓ，" Ｊ． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ． ６０， ｐ１００７ （１９７０） （ＩＳＳＮ： ００３０−３９４１）
【非特許文献３】Ｍ． Ｌ． Ｄａｋｓｓ， Ｌ． Ｋｕｈｎ， Ｐ． Ｆ． Ｈｅｉｄｒｉｃｈ， ａｎｄ Ｂ． Ａ． Ｓｃｏｔｔ，"ＧＲＡＴＩＮＧ ＣＯＵＰＬＥＲ ＦＯＲ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＥＸＣＩＴＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＧＵＩＤＥＤ ＷＡＶＥＳ ＩＮ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ"，Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ， Ｌｅｔｔ．， １６， １２， ｐｐ． ５２３−５２５， Ｊｕｎｅ １９７０ （ＩＳＳＮ：０００３−６９５１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記のプリズム結合法は、後述するように作製の容易さという点で欠点を有しているため、リソグラフィー技術での作製が可能な構造に変更することが考えられる。本明細書では、このように構造を変更した結合法（コアへの光の入射方法）をテーパ結合法と称する。
【００２１】
図５は、テーパ結合法の説明図である。
【００２２】
テーパ結合法は、プリズム結合法におけるプリズムに替えて、リソグラフィー技術で作製可能な厚い第１コア５８を用い、プリズム結合法と同様な入射角θでサブミクロン厚の第２コア５９に光を入射させる方法である。
【００２３】
第１コア５８の入射側の端面は入射光に対して垂直となっており、上述の入射角θを得るためにテーパ結合法では、第１コア５８の傾斜面５８ａにおける光反射を用いる。
【００２４】
熱アシスト記録方式に用いられる光学ヘッドの場合、上述したどの結合法でも、入射後の光のモードを考慮する必要がある。
【００２５】
図６は、モード光の電界強度分布を表す模式図である。
【００２６】
図の縦軸は、光の伝搬方向を横切る方向におけるコア内位置を表しており、図の横軸は、各位置における光の電界強度を表している。
【００２７】
モード光の電界強度分布は、基本モードでは山ひとつの分布となるが、１次モードで山２つの分布、２次モードで山３つの分布となる。
【００２８】
熱アシスト記録方式に用いられる光学ヘッドの場合には、同じ出力強度であれば、山ひとつの強度分布を示す基本モードの方が高次のモード光よりも有効である。なぜなら山ひとつの強度分布であれば、情報記録媒体に照射するときの光のピーク強度を強化することができ、情報記録媒体上での温度を局所的に増加できるからである。
【００２９】
このような光のモードも考慮に入れて、上述した各結合法について以下検討する。
【００３０】
まず端面結合法では、スライダの切断面に露出したコアに収束光を照射するが、このとき収束光のＮＡを小さくすることで、コア中に基本モード光を発生させることができる。また、スライダの切断面に光を照射するので、磁気ヘッドや再生ヘッドで必要な書き込み用や読み込み用の電極パットとレイアウトで重ならないといった利点がある。ところが、基本モードを発生するためにＮＡを小さくすると、スライダの入射側の端面における収束光のスポットサイズが大きくなってしまう。例えば、コアの材料がＴｉＯ２、コア厚が０．６μｍ、クラッドの材料がＡｌ２Ｏ３の光導波路に、６６０ｎｍのレーザを照射する場合には、基本モードを発生させるＮＡは０．４８である。このＮＡによって得られるスポットサイズは１．２μｍとなり、コア厚より大きいため、コア内に入射する光量が低下する。逆に、スポットサイズが回折限界の０．６μｍ程度（波長程度）となるようにレーザを集光する場合にはＮＡが０．９以上となり、コア内では高次モード光が発生して伝搬光の強度分布特性が劣化するといった問題がある。
【００３１】
次にプリズム結合法では、低屈折率の薄い層（通常は空気）を挟んで入射光とコア内の導波モードとの位相整合によりモード光を励起するので、コアの厚さが波長以下でも光の結合が可能である。しかし、基本モードを発生するには、プリズム底面に対する入射角θを大きくしなければならず、入射角θが小さいと高次モード光が発生してしまう。例えば、０．４μｍ厚のコアに対して結合を実現するためには、プリズムの屈折率にもよるが、入射角θとしては８０〜８５度以上という大きな角度が必要となる。このように入射角θが大きいと、プリズム底面で全反射する領域が光束径の１／ｃｏｓθ倍に増大する。そのためコアに結合した伝搬光が再びプリズム底面側に戻ってしまい結合効率が低下するという問題がある。光束径を小さくするために集光すると、光束内の光線の傾きに差が発生し、プリズム底面への入射角に差が発生するので、コアとの位相整合が実現するスポット領域が限定されて結合効率が低下する。さらに、プリズムを搭載する面が、書き込みや読み込み用の電極パットと同じ面になるので、スライダに搭載するにはサブミリサイズのプリズムが必要となるが、このような微少なサイズのプリズムを単体として作製するのは難しくて高価であるといった問題がある。
【００３２】
グレーティング法は、プリズム法と同じく基板平面内にグレーティングを作製するので、書き込みや読み込み用の電極パットと同じ面に搭載することになるという問題があるが、プリズム法とは異なり、リソグラフィー技術で作製することができるという利点がある。ところが、グレーティングにおける結合効率を向上するには、グレーティングに照射するスポットサイズを大きくしなければならず、光学理論的には、スポットサイズを無限に大きくすると結合効率が１に漸近する。しかし、当然ながらグレーティングの作製領域は有限サイズでなければならないし、スライダに搭載するにはサブミリサイズでなければならないため、結合効率が低下する。また、グレーティングの格子は間隔がサブミクロンであり、その間隔の深さや幅のバラツキによっても結合効率が低下するので作製が難しい。
【００３３】
テーパ結合法では、光線の入射角θを傾斜面による反射で与えており、入射側の端面は入射光に対して垂直となっている。この構造は、量産加工の点から採用された構造であり、プリズム結合法のように入射側の端面に傾斜面を作製することが難しいため採用されている。また、プリズム結合法と同じく、コア内に基本モードを励起するには入射角θを大きくしなければならない。即ち、図５に示す傾斜面５８ａの傾斜角度αを小さくしなければならないが、エッチングや切削加工において傾斜角度αを小さくすることは難しく、作製上現実的な傾斜角度αを用いるとコア内には高次モードが励起されるという問題がある。
【００３４】
図７は、作製上現実的な傾斜角度αを用いたときの電界強度分布を表した図である。
【００３５】
この図７には、コアの材料がＴｉＯ２、クラッドの材料がＡｌ２Ｏ３、第１コアの厚さが５μｍ、第２コアの厚さが０．７μｍ、第１コアと第２コアとの間の中間クラッドが０．１μｍ、テーパ面の傾斜角α＝２１．２度、レーザの波長が６６０ｎｍでの電界強度分布を計算した結果として、電界強度の高い箇所Ｐが示されている。傾斜角αが２１．２度という小さい角度であっても、図７に示すように第２コア内には３次モード光Ｌ２が励起されている。基本モード光を励起するためには、傾斜角度を１０度以下にしなければならず、工業的量産においては、数ミクロン厚のコアをこのような傾斜角度で加工することは困難である。
【００３６】
本発明は、上記事情に鑑み、コア内のモード次数が低く、スライダに搭載することができてリソグラフィー技術で作製することができる構造を有した光学ヘッド、およびそのような光学ヘッドを備えて高記録密度で情報を記録することができる情報記憶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記目的を達成する本発明の光学ヘッドは、
外部から光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射する光学ヘッドであって、
所定の光学材料からなる、上記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されてその光をその導波方向に導く導波コアと、
上記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、その導波コアに導かれる光の入射側でその導波コアにつながり上記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されてその光を導波コアへと導く傾斜コアと、
上記傾斜コアの層に重なった、その傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
上記クラッド膜に接した、上記傾斜コアの厚さよりも厚い、そのクラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されてその光がクラッド膜越しに上記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたことを特徴とする。
【００３８】
このクラッド層は、厚さがゼロでもよいが、入射光のクラッド層内の波長以下の厚さが望ましい。
【００３９】
本発明の光学ヘッドによれば、入射コアに入射した光は、光の結合によって傾斜コア内に入射する。このとき位相整合に必要な入射角は上述したプリズム結合法における入射角と同じであるが、本発明では、傾斜コアから導波コアへと光が導かれる際にモード次数を低下させることができる。このため、傾斜コアの傾斜角度が、リソグラフィー技術で作製することができる程度に大きい現実的な角度であっても、最終的に導波コア内に励起されるモード光は低次のモード光となる。また、本発明の光学ヘッドは、傾斜コアの傾斜角度を十分に大きくすることができるので、スライダに搭載することができるサイズ内に収まるように作製することができる。さらに、入射コアの厚さを十分に厚くすることができるので、外部から光学ヘッド内への入射光量を十分に多くして光利用効率を向上させることができる。
【００４０】
本発明の光学ヘッドにおいて、
「 上記導波コアおよび上記入射コアが、これら導波コアおよび入射コアを構成するいずれの光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する下部クラッドの上に形成されたものであって、
上記下部クラッドと上記導波コアおよび上記入射コアとの間に、所定の反応性エッチングにおけるエッチング性が上記導波コアおよび上記入射コアのエッチング性よりも低い保護膜を備えた」
という形態は好ましい形態である。
【００４１】
この好ましい形態の光学ヘッドによれば、傾斜コアの傾斜などをエッチングで加工する場合であっても、保護膜によって下部クラッドが保護されるため、下部クラッドを土台として入射コアなどを高い精度で作製することができる。
【００４２】
また、本発明の光学ヘッドにおいて、上記導波コアは、上記導波方向の前方ほど層の広がりが狭くなる先細り部分を有するものであることが好ましい。
【００４３】
このような先細り部分を有することで、導波コア内を伝搬する光が集光されるので、光学ヘッドからの出射光についてスポットサイズ縮小と強度向上とを図ることができる。
【００４４】
また、本発明の光学ヘッドにおいて、上記傾斜コアは、上記入射コア側とは逆側に凸に層が湾曲したものであることが好ましい。
【００４５】
このように傾斜コアが湾曲していることで、入射コアから傾斜コアへと入射した光が湾曲面で反射されて集光されることになる。傾斜コアの湾曲の大きさを調整することによって集光位置を調整することができ、光学ヘッドからの出射光についてスポットサイズ縮小と強度向上とを図ることができる。
【００４６】
上記目的を達成する本発明の情報記憶装置は、
光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射し、記録媒体の表面をその光で加熱する光学ヘッドと、
上記光学ヘッドによって加熱された記録媒体表面に磁場を印加することによってその記録媒体に情報を記録する磁気ヘッドとを備え、
上記光学ヘッドが、
所定の光学材料からなる、上記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されてその光をその導波方向に導く導波コアと、
上記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、その導波コアに導かれる光の入射側でその導波コアにつながり上記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されてその光を導波コアへと導く傾斜コアと、
上記傾斜コアの層に重なった、その傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
上記クラッド膜に接した、上記傾斜コアの厚さよりも厚い、そのクラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されてその光がクラッド膜越しに上記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたものであることを特徴とする。
【００４７】
本発明の情報記憶装置によれば、光学ヘッドによって低次のモード光を記録媒体表面に照射することができ、記録媒体表面を局所的に加熱して高い記録密度で情報を記録することができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明したように、本発明の光学ヘッドは、コア内のモード次数が低く、スライダに搭載することができてリソグラフィー技術で作製することができる構造を有している。また、本発明の情報記憶装置は、高記録密度で情報を記録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００５０】
図８は、本発明の情報記憶装置の第１実施形態を示す図である。
【００５１】
この図８には、図１と同様に、情報記憶装置１００のヘッド１４０周辺が示されている。この図８に示されている情報記憶装置１００は熱アシスト記録方式の情報記憶装置であり、この図８に示されている部分以外の他の部分の構造は、情報記憶装置における周知の構造と同様な構造であるため説明は省略する。また、この図８に示されている情報記憶装置１００の基本構造は、図１に示す情報記憶装置１の基本構造と同様であり、図に示す矢印の方向に回転する円盤状の情報記録媒体１１０と、情報記録媒体１１０の表面に近接した状態で表面から浮上するスライダ１５０と、情報記録媒体１１０の表面に沿って延びて先端にスライダ１５０を保持したアーム１２０が備えられている。
【００５２】
スライダ１５０は、スライダ本体１３０にヘッド１４０が搭載された構成となっており、ヘッド１４０は、再生ヘッド１４１と光学ヘッド１４２と磁気ヘッド１４３とで構成されている。ここで光学ヘッド１４２は、本発明の光学ヘッドの第１実施形態に相当している。
【００５３】
なお、光学ヘッド１４２の光源についてはここでも図示を省略したが、情報記憶装置１００には半導体レーザが搭載されており、その半導体レーザが出射した光が、数十ミクロンの太さの光導波路で光学ヘッド１４２に導かれる構造となっている。
【００５４】
次に、光学ヘッド１４２の構造について説明する。
【００５５】
図９は、光学ヘッドの断面図、図１０は、光学ヘッドの斜視図である。ただし、図９には、光学ヘッドの、主に、光が入射する側の構造が示されており、図１０には、光学ヘッドを構成する導波路の主にコア部分が示されている。また、図８とは異なり、これら図９図１０では、図示の便宜上、光を導く方向が図の横方向となる向きに光学ヘッドが示されている。また、以下の説明では、図９の上下方向をヘッドにおける上下として説明する。
【００５６】
本実施形態の光学ヘッド１４２は、再生ヘッド１４１の上部シールド２０４上に形成されており、上部シールド２０４上には屈折率の低い下部クラッド１４２１が存在し、その下部クラッド１４２１上には保護膜１４２２が設けられている。そして、保護膜１４２２上には、傾斜面を有しミクロンサイズの厚さを有する屈折率の高い第１コア１４２３が存在する。そして、第１コア１４２３の傾斜面上を、屈折率が低く薄膜状の中間クラッド１４２４が覆い、さらにその中間クラッド１４２４上には、第１コア１４２３よりも厚さが薄いサブミクロンサイズで屈折率の高い第２コア１４２５が設けられている。第２コア１４２５は、第１コア１４２３の傾斜面に沿った傾斜部分１４２５ａと、その傾斜部分１４２５ａにつながって保護膜１４２２上を延びた延長部分１４２５ｂとを有しており、延長部分１４２５ｂは、図１０に示すように、テーパ状に先細りの形状を有している。光学ヘッド１４２の最上部は屈折率の低い上部クラッド１４２６で覆われている。
【００５７】
第１コア１４２３は、本発明にいう入射コアの一例に相当し、中間クラッド１４２４は、本発明にいうクラッド膜の一例に相当し、第２コア１４２５の延長部分１４２５ｂは、本発明にいう導波コアの一例に相当し、第２コア１４２５の傾斜部分１４２５ａは、本発明にいう傾斜コアの一例に相当する。
【００５８】
下部クラッド１４２１、中間クラッド１４２４、上部クラッド１４２６の材料としては、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などを用いることができ、第１コア１４２３、第２コア１４２５の材料としては例えばＴｉＯ２を用いることができる。また、保護膜１４２２は、後述するように第１コア１４２３をエッチングで加工する時に下部クラッドを保護するためのものであり、エッチングで用いられる反応ガスの種類に応じた材料を使用することができ、材料によっては膜厚が数十ｎｍ以下で十分に効果がある。例えばＣＦ４反応性ガスを用いるエッチングの場合にはＭｇＦ２などのフッ素系材料で形成することができる。
【００５９】
このような構造の光学ヘッド１４２に対し、光源からの光Ｌ３は図の左側から入射されて第１コア１４２３内を伝搬し、第１コア１４２３の傾斜面に所定の入射角θで照射される。そして、傾斜面での位相整合により、第１コア１４２３内の光と第２コア１４２５の傾斜部分１４２５ａ内の光が結合して効率よく第２コア１４２５内に光が導入される。傾斜面の傾斜角αが、工業的量産に適合可能な十分に大きい角度である場合には、第１コア１４２３の傾斜面から第２コア１４２５内に導入された光は高次モード光となるが、その高次モード光が第２コア１４２５内を伝搬されて傾斜部分１４２５ａの端で伝搬方向が変わると光は低次モード光に変換されて延長部分１４２５ｂを進むこととなる。本実施形態では、第２コア１４２５の延長部分１４２５ｂは、図１０に示すようにテーパ形状に先細りとなっており、延長部分１４２５ｂ内を伝搬される低次モード光はテーパ形状により延長部分１４２５ｂ内部に反射されながら集光され、光学ヘッド１４２の先端部１４２ａから強い光が効率よく媒体に照射される。なお、本実施例では、テーパ形状の先細り構造を一例として採用しているが、楕円や放物線形状の先細り構造を採用しても集光に寄与することができる。
【００６０】
図１１は、図９および図１０に示す構造の光学ヘッドにおける電界強度分布を表した図である。
【００６１】
ここではＦＤＴＤ法を用いて電場強度分布を計算した結果を示しており、第１コアおよび第２コアの材料はＴｉＯ２を用い、下部クラッド、中間クラッド、および上部クラッドの材料はＡｌ２Ｏ３を用い、計算の簡便のため保護膜は省略した。また、第１コアの厚さが１０μｍ、第２コアの厚さが０．７μｍ、中間クラッドの厚さが０．１μｍ、第１コアの傾斜面の傾斜角α＝３８．５度、入射光は６６０ｎｍの波長のレーザであるものとして計算を行った。
【００６２】
この図１１には、計算の結果として電場強度が強い箇所Ｐが示されており、第２コアの傾斜部分内では一度３次モード光Ｌ３＿１が励起され、第２コア内での伝搬方向の屈曲によって主に基本モード光Ｌ３＿２が励起されることを表した強度分布となっている。つまり、本実施形態に示すような光学ヘッド構造を用いると、３８．５度というような十分に大きな傾斜角αであっても光を低次モード光で効率よく光学ヘッド内に励起することができる。
【００６３】
また、ここに結果を示した計算では、簡便のために保護膜を省略した構造が用いられているが、保護膜が存在すると下部クラッドの平滑度が保たれるため、下部クラッド、中間クラッド、および上部クラッドの材料として、例えば、反応ガスによってエッチングされるＳｉＯ２を使用することができる。この結果、コアとクラッドの屈折率差が大きくなって全反射角が小さくなるためコア内の光の伝搬効率が高く、特に、第２コア内で伝搬方向が屈曲する際の伝搬効率が向上する。また、全反射角が小さくなると傾斜面の傾斜角αもさらに大きくすることができるので加工性も向上する。逆に、下部クラッド、中間クラッド、および上部クラッドの材料としてＡｌ２Ｏ３を用い、第１コアおよび第２コアの材料としてＴｉＯ２を用いた場合には、Ａｌ２Ｏ３のエッチング性がＴｉＯ２のエッチング性よりも大幅に低いため保護膜を省略することも可能となる。
【００６４】
また、ここに結果を示した計算では、中間クラッドの材料にその他のクラッドと同じ材料を使用しているが、中間クラッドの材料に、例えば、第１コアや第２コアの屈折率より低い屈折率を有するＭｇＦ２材料のようなフッ素系材料を使用すると、ＣＦ４反応性ガスによる第２コア以外のエッチングを抑制することができる。
【００６５】
次に、本発明の情報記憶装置の第２実施形態について説明する。この第２実施形態の情報記憶装置は、光学ヘッドの第２実施形態を搭載している点を除いて上述の第１実施形態の情報記憶装置と同様の装置であるので、以下では光学ヘッドの第２実施形態について説明する。また、この第２実施形態の光学ヘッドは、第２コアの形状が異なっている点を除いて上述の第１実施形態の光学ヘッドとほぼ同様の構成を有しているので、第２コアの形状に着目して以下説明する。
【００６６】
図１２は、第２実施形態の光学ヘッドの斜視図である。
【００６７】
この図１２には、図１０と同様に、光学ヘッドを構成する導波路の主にコア部分が示されている。
【００６８】
第２実施形態の光学ヘッド２４２では、第１コア２４２３の傾斜面が、光学ヘッド２４２の先端２４２ａ側に凸に湾曲しており、第１実施形態と同様な薄膜状の中間クラッド（図示は省略）を挟んでその傾斜面に沿って第２コア２４２５が形成されている。このため、第２コア２４２５の、その傾斜面に沿った傾斜部分２４２５ａも先端２４２ａ側に凸に湾曲している。また、第２実施形態の光学ヘッド２４２では、傾斜部分２４２５ａの端から延びる延長部分２４２５ｂは、第１実施形態とは異なり矩形状となっている。従って、この第２実施形態の光学ヘッド２４２では、延長部分２４２５ｂの形状による集光効果はないが、第１コア２４２３の傾斜面および第２コア２４２５の傾斜部分２４２５ａが湾曲しているために、この光学ヘッド２４２に入射される光Ｌ４は、傾斜面や傾斜部分２４２５ａで反射され伝搬されることで第２コア２４２５の中心方向に集光されることとなる。延長部分２４２５ｂを伝達された光が延長部分２４２５ｂの端で最もよく集光されるように、傾斜面および傾斜部分２４２５ａの湾曲度と延長部分２４２５ｂの長さとが幾何光学的に設計されており、光学ヘッド２４２の先端２４２ａからは強い光が効率よく出射されることとなる。
【００６９】
なお、この第２実施形態では、傾斜面および傾斜部分２４２５ａの湾曲による集光の効果を明示するために延長部分２４２５ｂの形状に矩形形状を採用しているが、本発明の光学ヘッドでは、第１実施形態のような先細り構造も併用して、傾斜面などの湾曲による集光と、延長部分の先細り構造による集光との双方を利用するものであってもよい。
【００７０】
また、上述した各実施形態では、第１コアが第２コアの傾斜部分の下方に設けられており、光学ヘッドに入射されてくる光の進行方向は光学ヘッドの先端方向とほぼ同じ方向であるが、本発明にいう第１コアは、第２コアの傾斜部分の上方に設けられたものであってもよく、そのような第１コアを備えた光学ヘッドでは、光学ヘッドに入射されてくる光の進行方向は、光学ヘッドの先端方向に対して大きく傾いた方向（図９で言うと傾斜角αの約２倍の角度を持った上方から進入してくる方向）となる。
【００７１】
以下では、上述した各実施形態の構造の製造方法を説明する。
【００７２】
図８に示す情報記憶装置１００のスライダ１５０は、上述したように、スライダ本体１３０にヘッド１４０が搭載された構成となっており、このような構成のスライダ１５０をリソグラフィー技術によって製造する基本的な工程は従来からよく知られている。すなわち、（１）多数のスライダ本体１３０の元となる基板を準備する工程と、（２）その基板上に多数の再生ヘッド１４１を作成する工程と、（３）各再生ヘッド１４１上に光学ヘッド１４２を作成する工程と、（４）各光学ヘッド１４２上に記録ヘッド１４３を作成する工程と、（５）個々のヘッド１４０を基板ごと切り出し、基板部分をスライダ本体１３０に加工してスライダ１５０を完成させる工程である。これらの工程のうち、光学ヘッド１４２を作成する工程を除く他の工程は従来と同様の工程であるのでこれ以上の説明は省略し、以下では光学ヘッド１４２を作成する工程について詳細に説明する。
【００７３】
図１３〜図２４は、第１実施形態の光学ヘッドの製法例を表す工程図であり、各工程図には、側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）が記載されている。また、説明の簡便のために、各工程図では、多数同時に作成される光学ヘッドのうちの１つ分のみが示されている。
【００７４】
図１３には、基板２０１上に再生ヘッド１４１まで形成された状態が示されており、再生ヘッド１４１は、下部シールド２０２と上部シールド２０４とに再生素子２０３が挟まれた構造となっている。光学ヘッドはこの上部シールド２０４上に形成される。
【００７５】
図１４に示すように、上部シールド２０４上には、イオンプレーティング法などによって順に、光学ヘッドの下部クラッドとなるＳｉＯ２の下部クラッド膜２０５と、ＭｇＦ２の保護膜２０６と、光学ヘッドの第１コアに加工されるＴｉＯ２の第１コア膜２０７を成膜する。
【００７６】
次に、第１コア膜２０７を、図９に示す第１コア１４２３の形に加工するために、図１５に示すように、第１コア膜２０７上に、第１コア１４２３の上面の形と同等の形にレジストパターン２０８をステッパ装置等によって形成する。但し、図９では図の右側が光学ヘッドの先端側であったのに対し、この図１５では、図の左側が光学ヘッドの先端側となっている。このため、再生ヘッドの再生素子２０３は、この図１５では図の左側によった位置に形成されており、レジストパターン２０８は右側の端に形成されている。
【００７７】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して５０度〜７０度の角度で基板２０１を設置し、図１６に示すようにレジストパターン２０８をマスクとして斜めに反応性エッチングを行う。この反応性エッチングにおける反応ガスとしては、ここでは一例としてＣＦ４ガスを用いる。このガスは、ＴｉＯ２に反応するが、ＭｇＦ２の保護膜２０６には反応しないので、第１コア膜２０７が台形状に加工されて図９に示す第１コア１４２３の形が出来る。保護膜２０６が存在することで、ＣＦ４ガスに反応するＳｉＯ２の下部クラッド膜２０５が保護されて平滑性が維持されている。第１コア膜２０７の加工後はレジストパターン２０８を除去し、図１７に示すように台形状の第１コア膜２０７（即ち第１コア１４２３）を露出させる。
【００７８】
次に、図１８に示すように、第１コア膜２０７および保護膜２０６の上に、光学ヘッドの中間クラッドとなるＳｉＯ２の中間クラッド膜２０９と、光学ヘッドの第２コアに加工されるＴｉＯ２の第２コア膜２１０を成膜する。そして、第２コア膜２１０を図１０に示す第２コア１４２５の形状に加工するために、図１９に示すように、第２コア１４２５の形状と同様なテーパ形状のレジストパターン２１１をステッパ装置等で第２コア膜２１０上に形成する。このときレジストパターン２１１のテーパ形状（即ち第２コアの延長部分の形状）は、再生素子２０３に対応する位置に光が効率よく集光されるように設計されており、再生素子２０３に対応する設計上の所定位置にレジストパターン２１１を形成する。
【００７９】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して垂直に基板２０１を設置し、図２０に示すようにレジストパターン２１１をマスクとして垂直にＣＦ４ガスで反応性エッチングを行う。ＣＦ４ガスはＴｉＯ２とＳｉＯ２に反応するので中間クラッド膜２０９と第２コア膜２１０がレジストパターン２１１と同様なテーパ形状に加工され、図１０に示す第２コア１４２５の形状が出来る。上述したように保護膜２０６によって下部クラッド膜２０５の平滑性が維持されているため、第２コア１４２５の傾斜部分と延長部分との角度が精度よく得られ、傾斜部分と延長部分との間での光の伝搬や光モードの変換における効率がよい。
【００８０】
このように第２コア膜２１０を加工した後はレジストパターン２１１を除去して図２１に示すようにテーパ形状の第２コア膜２１０（即ち第２コア１４２５）を露出させる。そして図２２に示すように、光学ヘッドの上部クラッドとなるＳｉＯ２の上部クラッド膜２１２を全体に成膜することで光学ヘッドの上述した第１実施形態の構造が完成する。
【００８１】
このように光学ヘッドを形成した後、光学ヘッドの上部クラッド膜２１２のさらに上には、図２３に示すように記録ヘッド１４３を形成する。そして、図２４に示すように、再生素子２０３の位置で切り出し、研磨によって正確なサイズに仕上げることで図８に示すヘッド１４０の構造が完成する。
【００８２】
図２５〜図３２は、第２実施形態の光学ヘッドの製法例を表す工程図であり、これらの工程図にも、側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）が記載され、説明の簡便のために、各工程図では、多数同時に作成される光学ヘッドのうちの１つ分のみが示されている。
【００８３】
この第２実施形態の光学ヘッドの製法例は、上述した第１実施形態の製法例における各工程とほぼ同様の工程を含んでいるので、以下では、第１実施形態の製法例とは異なる箇所に着目して説明する。
【００８４】
第１実施形態の製法例と同様に第１コア膜２０７まで成膜し、第１コア膜２０７を図１２に示す第１コア２４２３の形状に加工するために、図２５に示すように、第１コア膜２０７上に、第１コア２４２３の上面の形と同等の形にレジストパターン２１３を形成する。第２実施形態では第１コア２４２３の傾斜面が湾曲しているのでレジストパターン２１３の縁が丸くなっている。
【００８５】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して５０度〜７０度の角度で基板２０１を設置し、図２６に示すようにレジストパターン２１３をマスクとして斜めに反応性エッチングを行う。これにより第１コア膜２０７が台形状に加工されるとともに斜面は湾曲した面となって図１２に示す第１コア２４２３の形が出来る。第１コア膜２０７の加工後はレジストパターン２１３を除去し、図２７に示すように台形状の第１コア膜２０７（即ち第１コア２４２３）を露出させる。
【００８６】
次に、図２８に示すように、第１コア膜２０７および保護膜２０６の上に、光学ヘッドの中間クラッドとなるＳｉＯ２の中間クラッド膜２１４と、光学ヘッドの第２コアに加工されるＴｉＯ２の第２コア膜２１５を成膜する。そして、図２９に示すように、第２コア２４２５の形状と同様な矩形状のレジストパターン２１６をステッパ装置等で第２コア膜２１５上に形成する。
【００８７】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して垂直に基板２０１を設置し、図３０に示すようにレジストパターン２１６をマスクとして垂直にＣＦ４ガスで反応性エッチングを行い中間クラッド膜２１４と第２コア膜２１５をレジストパターン２１６と同様な矩形状に加工する。これにより、図１２に示す第２コア２４２５の形状が出来る。
【００８８】
このように第２コア膜２１５を加工した後はレジストパターン２１６を除去して図３１に示すように矩形状の第２コア膜２１５（即ち第２コア２４２５）を露出させる。そして図３２に示すように、光学ヘッドの上部クラッドとなるＳｉＯ２の上部クラッド膜２１７を全体に成膜することで図１２に示す第２実施形態の光学ヘッド２４２の構造が完成する。
【００８９】
第３実施形態では、本実施形態１及び２は、再生ヘッド側が平坦で、記録ヘッド側に入射コアがあり、傾斜コアは、磁気ヘッド側に傾斜しているが、これは図３３に示すように、記録ヘッド側が平坦で再生ヘッド側に入射コアがあり、傾斜コアは、再生ヘッド側に傾斜していても、同様の効果を得ることができる。この形態の製法は、再生ヘッド１４１を作製後、再生ヘッド１４１に本実施形態１及び２の反転パターンのエッチングを行う。そして下部クラッド膜２０５と、第２コア膜２１５と、中間クラッド２１４と、第一コア膜２０７を順次成膜する。そして第一コアを平坦処理後に上部クラッド膜２１７を成膜する。
【００９０】
第４実施形態は、図３４に示すように本実施形態１及び２及び３において、中間クラッド層２１４の厚さがゼロの光学ヘッドであり、第２コア膜２１５の屈折率が、第一コア膜２０７より大きい。この製法は、本実施形態１及び２及び３の製法において、中間クラッド層の成膜を省略することで作製できる。この形態においては、光学ヘッドの第１コアに加工されるＴｉＯ２の第１コア膜２０７、第２コア膜に加工されるＳｉ膜２１５を成膜する。
【００９１】
なお、第１コア膜２０７と第２コア膜２１５が同じ材料である場合は、コア径を変換する光導波路になり、傾斜面を階段状にすることで近似することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】熱アシスト記録方式の情報記憶装置を示す図である。
【図２】端面結合法の説明図である。
【図３】プリズム結合法の説明図である。
【図４】グレーティング法の説明図である。
【図５】テーパ結合法の説明図である。
【図６】モード光の電界強度分布を表す模式図である。
【図７】作製上現実的な傾斜角度αを用いたときの電界強度分布を表した図である。
【図８】本発明の情報記憶装置の第１実施形態を示す図である。
【図９】第１実施形態の光学ヘッドの断面図である。
【図１０】第１実施形態の光学ヘッドの斜視図である。
【図１１】図９および図１０に示す構造の光学ヘッドにおける電界強度分布を表した図である。
【図１２】第２実施形態の光学ヘッドの斜視図である。
【図１３】第１実施形態の製法例を表す第１の工程図である。
【図１４】第１実施形態の製法例を表す第２の工程図である。
【図１５】第１実施形態の製法例を表す第３の工程図である。
【図１６】第１実施形態の製法例を表す第４の工程図である。
【図１７】第１実施形態の製法例を表す第５の工程図である。
【図１８】第１実施形態の製法例を表す第６の工程図である。
【図１９】第１実施形態の製法例を表す第７の工程図である。
【図２０】第１実施形態の製法例を表す第８の工程図である。
【図２１】第１実施形態の製法例を表す第９の工程図である。
【図２２】第１実施形態の製法例を表す第１０の工程図である。
【図２３】第１実施形態の製法例を表す第１１の工程図である。
【図２４】第１実施形態の製法例を表す第１２の工程図である。
【図２５】第２実施形態の製法例を表す第１の工程図である。
【図２６】第２実施形態の製法例を表す第２の工程図である。
【図２７】第２実施形態の製法例を表す第３の工程図である。
【図２８】第２実施形態の製法例を表す第４の工程図である。
【図２９】第２実施形態の製法例を表す第５の工程図である。
【図３０】第２実施形態の製法例を表す第６の工程図である。
【図３１】第２実施形態の製法例を表す第７の工程図である。
【図３２】第２実施形態の製法例を表す第８の工程図である。
【図３３】第１及び第２の実施形態において、再生ヘッド側に入射コアがある第３実施形態の形態図である。
【図３４】第１及び第２及び第３の実施形態において、中間クラッドの厚さがゼロである第４実施形態の形態図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００ 情報記憶装置
１１０ 情報記録媒体
１２０ アーム
１３０ スライダ本体
１４０ ヘッド
１４１ 再生ヘッド
１４２ 光学ヘッド
１４３ 磁気ヘッド
１４２１ 下部クラッド
１４２２ 保護膜
１４２３ 第１コア
１４２４ 中間クラッド
１４２５ 第２コア
１４２５ａ 傾斜部分
１４２５ｂ 延長部分
１４２６ 上部クラッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を導いて出射する光学ヘッド、および光を用いて情報を記録媒体に記録する情報記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記憶装置の分野では、コンピュータやＩＴの発達に伴って、記録密度の絶え間ない向上が求められている。現状の磁気記録ヘッドより微細なビットを記録して記録密度の向上を図る方法として、光を記録媒体に照射し、媒体上で局所的に熱を発生させ、その熱により磁気ヘッドでの書き込みを容易にする熱アシスト記録方式が検討されている。この熱アシスト記録に必要な光のスポットサイズは、レンズによる集光スポットで達成できる回折限界以下である。そこで光導波路を用いたヘッドが検討されている。
【０００３】
図１は、熱アシスト記録方式の情報記憶装置を示す図である。
【０００４】
この図１には、情報記憶装置１のヘッド４０周辺が示されている。情報記憶装置１には、図に示す矢印の方向に回転する円盤状の、磁化の向きで情報が記録される情報記録媒体１０と、回転する情報記録媒体１０の表面に生じる空気の流れによって、情報記録媒体１０の表面に近接した状態で表面から浮上するスライダ５０と、情報記録媒体１０の表面に沿って延びて先端にスライダ５０を保持したアーム２０が備えられている。スライダ５０は、情報記録媒体１０表面からの浮上力を生むスライダ本体３０を備え、スライダ本体３０の側面には、情報記録媒体１０に対する情報記録と情報再生を行うヘッド４０が搭載されている。ヘッド４０は、情報記録媒体１０の回転に伴い、情報記録媒体１０上の弧状のトラックに沿って情報の記録再生を行う。
【０００５】
ヘッド４０は、情報記録媒体１０上の磁化の向きを読み取ることで情報を再生する再生ヘッド４１と、情報記録媒体１０に磁場を印加して磁化の向きを変えることで情報を記録する磁気ヘッド４３と、情報記録媒体１０上に光を照射して熱を発生させることで、磁気ヘッド４３による磁化の向きの変更を補助する光学ヘッド４２とで構成されている。なお、光学ヘッド４２の光源については図示を省略したが、半導体レーザが搭載されており、その半導体レーザが出射した光が光学ヘッド４２に導かれる。
【０００６】
光学ヘッド４２の基本構造は、いわゆる光導波路となっており、図１の上方から入射された光を図１の下方へと導いて情報記録媒体１０に向けて出射する。
【０００７】
この光学ヘッド４２の先端（出射端）では、情報記録媒体１０の半径方向（トラック間方向）と円周方向（トラック方向）のそれぞれについて光のスポットサイズを波長以下に絞らなければならないので、光学ヘッド４２を構成する光導波路のコアサイズも波長以下でなければならない。図１で言えば、図の奥行き方向がトラック間方向で、図の左右方向がトラック方向である。
【０００８】
ところが半導体レーザを光源とすると、半導体レーザで発生する光束のサイズは、サブミクロンより大きいため、光学ヘッド４２内部で光束を縮小する構造が必要である。
【０００９】
熱アシスト記録方式を採用していない現状の磁気記録ヘッドは、基板平面上に材料を積層してパターンエッチングするリソグラフィー技術によって作製されており、このリソグラフィー技術は技術的な蓄積が豊富で信頼性や経済性が高い。そのため、熱アシスト記録方式を採用した新たなヘッドも、リソグラフィー技術の応用によって作製可能な構造であることが望ましい。リソグラフィー技術でヘッド４０を作製する場合には、図１の上下と奥行きの方向が積層の面内方向となり、図１の左右方向は積層の層間方向となる。
【００１０】
このリソグラフフィー技術によれば、平面内のパターニングは、電子ビームやステッパ装置により既にサブミクロンの幅（即ち、光の波長以下のサイズ）が実現している。そのためトラック間方向のコアサイズについては、数十ミクロンサイズからサブミクロンにテーパ状パターンをエッチングすることで、容易にサブミクロン幅を実現できる。またテーパ長は、長いほど高い光効率で幅の狭いコアに光を伝搬させることができるが、このような長いテーパ長を作製することも容易である。
【００１１】
一方、トラック方向におけるコアサイズの微細化については、トラック間方向と同様に数十ミクロンサイズからサブミクロンにテーパ状に加工することを考えると、光効率を高めるために長いテーパ面を作製するためには、基板平面の垂線に対して大きい角度のテーパ面を作製しなければならない。しかし、リソグラフィー技術では、このようなテーパ面の作製は難しく、何らかの工夫が必要となる。
【００１２】
そこで、従来、コアの厚さをサブミクロン厚で作製しておいて、そのコアに光を入射させる方法が提案されている。このようなコアに光が入射することを、光学の分野では、コアの内外における光の結合と称する場合がある。コアに光を入射させる方法の代表的な提案としては、端面結合法（非特許文献１参照）、プリズム結合法（非特許文献２参照）、およびグレーティング法（非特許文献３参照）が知られている。
【００１３】
図２は、端面結合法の説明図である。
【００１４】
この図２（および後述の図３〜図５）には、図１に示す光学ヘッド４２に対応する部分が示されているが、説明の便宜上、図の向きが異なっており、図の下方がスライダ本体側で上方がヘッド側となっている。以下説明する図３〜図５でも同様である。
【００１５】
端面結合法は、光源から発射された光束Ｌ１を、レンズ５１等を用いて収束光に変換し、スライダ５２の切断面に露出しているコア５３ａに入射させる方法である。コア５３ａはクラッドに５３ｂに挟まれており、入射した光はコア５３ａ内を伝搬する。
【００１６】
図３は、プリズム結合法の説明図である。
【００１７】
プリズム結合法では、光学ヘッドを構成する光導波路のコア５４に対してプリズム５５を並べ、コア５４とプリズム５５の底面との間に光の波長以下の間隔を設け、プリズム５５底面に当たる光の位相とコア５４内の伝搬光の位相が同じとなるように所定の入射角θで光を底面に照射する方法である。そのような入射角θを得るために、プリズム５５の入射側には斜面５５ａが形成されている。
【００１８】
図４は、グレーティング法の説明図である。
【００１９】
グレーティング法は、コア５６の上面にグレーティング５７を形成し、コア５６内の伝搬光の位相とグレーティング５７に入射する光の位相が同じとなる回折角を用いて光を結合する方法である。
【非特許文献１】Ｓｈｕｂｅｒｔ， Ｒ． Ｈａｒｒｉｓ， Ｊ．Ｈ． ，"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅｓ ｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈ．， １６， １２，ｐｐ． １０４８−１０５４， Ｄｅｃ． １９６８ （ＩＳＳＮ： ００１８−９４８０）
【非特許文献２】Ｊ． Ｈ． Ｈａｒｒｉｓ， Ｒ． Ｓｈｕｂｅｒｔ， ａｎｄ Ｊ． Ｎ． Ｐｏｌｋｙ， "Ｂｅａｍ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｏ Ｆｉｌｍｓ，" Ｊ． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ． ６０， ｐ１００７ （１９７０） （ＩＳＳＮ： ００３０−３９４１）
【非特許文献３】Ｍ． Ｌ． Ｄａｋｓｓ， Ｌ． Ｋｕｈｎ， Ｐ． Ｆ． Ｈｅｉｄｒｉｃｈ， ａｎｄ Ｂ． Ａ． Ｓｃｏｔｔ，"ＧＲＡＴＩＮＧ ＣＯＵＰＬＥＲ ＦＯＲ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＥＸＣＩＴＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＧＵＩＤＥＤ ＷＡＶＥＳ ＩＮ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭＳ"，Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ， Ｌｅｔｔ．， １６， １２， ｐｐ． ５２３−５２５， Ｊｕｎｅ １９７０ （ＩＳＳＮ：０００３−６９５１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記のプリズム結合法は、後述するように作製の容易さという点で欠点を有しているため、リソグラフィー技術での作製が可能な構造に変更することが考えられる。本明細書では、このように構造を変更した結合法（コアへの光の入射方法）をテーパ結合法と称する。
【００２１】
図５は、テーパ結合法の説明図である。
【００２２】
テーパ結合法は、プリズム結合法におけるプリズムに替えて、リソグラフィー技術で作製可能な厚い第１コア５８を用い、プリズム結合法と同様な入射角θでサブミクロン厚の第２コア５９に光を入射させる方法である。
【００２３】
第１コア５８の入射側の端面は入射光に対して垂直となっており、上述の入射角θを得るためにテーパ結合法では、第１コア５８の傾斜面５８ａにおける光反射を用いる。
【００２４】
熱アシスト記録方式に用いられる光学ヘッドの場合、上述したどの結合法でも、入射後の光のモードを考慮する必要がある。
【００２５】
図６は、モード光の電界強度分布を表す模式図である。
【００２６】
図の縦軸は、光の伝搬方向を横切る方向におけるコア内位置を表しており、図の横軸は、各位置における光の電界強度を表している。
【００２７】
モード光の電界強度分布は、基本モードでは山ひとつの分布となるが、１次モードで山２つの分布、２次モードで山３つの分布となる。
【００２８】
熱アシスト記録方式に用いられる光学ヘッドの場合には、同じ出力強度であれば、山ひとつの強度分布を示す基本モードの方が高次のモード光よりも有効である。なぜなら山ひとつの強度分布であれば、情報記録媒体に照射するときの光のピーク強度を強化することができ、情報記録媒体上での温度を局所的に増加できるからである。
【００２９】
このような光のモードも考慮に入れて、上述した各結合法について以下検討する。
【００３０】
まず端面結合法では、スライダの切断面に露出したコアに収束光を照射するが、このとき収束光のＮＡを小さくすることで、コア中に基本モード光を発生させることができる。また、スライダの切断面に光を照射するので、磁気ヘッドや再生ヘッドで必要な書き込み用や読み込み用の電極パットとレイアウトで重ならないといった利点がある。ところが、基本モードを発生するためにＮＡを小さくすると、スライダの入射側の端面における収束光のスポットサイズが大きくなってしまう。例えば、コアの材料がＴｉＯ２、コア厚が０．６μｍ、クラッドの材料がＡｌ２Ｏ３の光導波路に、６６０ｎｍのレーザを照射する場合には、基本モードを発生させるＮＡは０．４８である。このＮＡによって得られるスポットサイズは１．２μｍとなり、コア厚より大きいため、コア内に入射する光量が低下する。逆に、スポットサイズが回折限界の０．６μｍ程度（波長程度）となるようにレーザを集光する場合にはＮＡが０．９以上となり、コア内では高次モード光が発生して伝搬光の強度分布特性が劣化するといった問題がある。
【００３１】
次にプリズム結合法では、低屈折率の薄い層（通常は空気）を挟んで入射光とコア内の導波モードとの位相整合によりモード光を励起するので、コアの厚さが波長以下でも光の結合が可能である。しかし、基本モードを発生するには、プリズム底面に対する入射角θを大きくしなければならず、入射角θが小さいと高次モード光が発生してしまう。例えば、０．４μｍ厚のコアに対して結合を実現するためには、プリズムの屈折率にもよるが、入射角θとしては８０〜８５度以上という大きな角度が必要となる。このように入射角θが大きいと、プリズム底面で全反射する領域が光束径の１／ｃｏｓθ倍に増大する。そのためコアに結合した伝搬光が再びプリズム底面側に戻ってしまい結合効率が低下するという問題がある。光束径を小さくするために集光すると、光束内の光線の傾きに差が発生し、プリズム底面への入射角に差が発生するので、コアとの位相整合が実現するスポット領域が限定されて結合効率が低下する。さらに、プリズムを搭載する面が、書き込みや読み込み用の電極パットと同じ面になるので、スライダに搭載するにはサブミリサイズのプリズムが必要となるが、このような微少なサイズのプリズムを単体として作製するのは難しくて高価であるといった問題がある。
【００３２】
グレーティング法は、プリズム法と同じく基板平面内にグレーティングを作製するので、書き込みや読み込み用の電極パットと同じ面に搭載することになるという問題があるが、プリズム法とは異なり、リソグラフィー技術で作製することができるという利点がある。ところが、グレーティングにおける結合効率を向上するには、グレーティングに照射するスポットサイズを大きくしなければならず、光学理論的には、スポットサイズを無限に大きくすると結合効率が１に漸近する。しかし、当然ながらグレーティングの作製領域は有限サイズでなければならないし、スライダに搭載するにはサブミリサイズでなければならないため、結合効率が低下する。また、グレーティングの格子は間隔がサブミクロンであり、その間隔の深さや幅のバラツキによっても結合効率が低下するので作製が難しい。
【００３３】
テーパ結合法では、光線の入射角θを傾斜面による反射で与えており、入射側の端面は入射光に対して垂直となっている。この構造は、量産加工の点から採用された構造であり、プリズム結合法のように入射側の端面に傾斜面を作製することが難しいため採用されている。また、プリズム結合法と同じく、コア内に基本モードを励起するには入射角θを大きくしなければならない。即ち、図５に示す傾斜面５８ａの傾斜角度αを小さくしなければならないが、エッチングや切削加工において傾斜角度αを小さくすることは難しく、作製上現実的な傾斜角度αを用いるとコア内には高次モードが励起されるという問題がある。
【００３４】
図７は、作製上現実的な傾斜角度αを用いたときの電界強度分布を表した図である。
【００３５】
この図７には、コアの材料がＴｉＯ２、クラッドの材料がＡｌ２Ｏ３、第１コアの厚さが５μｍ、第２コアの厚さが０．７μｍ、第１コアと第２コアとの間の中間クラッドが０．１μｍ、テーパ面の傾斜角α＝２１．２度、レーザの波長が６６０ｎｍでの電界強度分布を計算した結果として、電界強度の高い箇所Ｐが示されている。傾斜角αが２１．２度という小さい角度であっても、図７に示すように第２コア内には３次モード光Ｌ２が励起されている。基本モード光を励起するためには、傾斜角度を１０度以下にしなければならず、工業的量産においては、数ミクロン厚のコアをこのような傾斜角度で加工することは困難である。
【００３６】
本発明は、上記事情に鑑み、コア内のモード次数が低く、スライダに搭載することができてリソグラフィー技術で作製することができる構造を有した光学ヘッド、およびそのような光学ヘッドを備えて高記録密度で情報を記録することができる情報記憶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記目的を達成する本発明の光学ヘッドは、
外部から光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射する光学ヘッドであって、
所定の光学材料からなる、上記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されてその光をその導波方向に導く導波コアと、
上記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、その導波コアに導かれる光の入射側でその導波コアにつながり上記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されてその光を導波コアへと導く傾斜コアと、
上記傾斜コアの層に重なった、その傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
上記クラッド膜に接した、上記傾斜コアの厚さよりも厚い、そのクラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されてその光がクラッド膜越しに上記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたことを特徴とする。
【００３８】
このクラッド層は、厚さがゼロでもよいが、入射光のクラッド層内の波長以下の厚さが望ましい。
【００３９】
本発明の光学ヘッドによれば、入射コアに入射した光は、光の結合によって傾斜コア内に入射する。このとき位相整合に必要な入射角は上述したプリズム結合法における入射角と同じであるが、本発明では、傾斜コアから導波コアへと光が導かれる際にモード次数を低下させることができる。このため、傾斜コアの傾斜角度が、リソグラフィー技術で作製することができる程度に大きい現実的な角度であっても、最終的に導波コア内に励起されるモード光は低次のモード光となる。また、本発明の光学ヘッドは、傾斜コアの傾斜角度を十分に大きくすることができるので、スライダに搭載することができるサイズ内に収まるように作製することができる。さらに、入射コアの厚さを十分に厚くすることができるので、外部から光学ヘッド内への入射光量を十分に多くして光利用効率を向上させることができる。
【００４０】
本発明の光学ヘッドにおいて、
「 上記導波コアおよび上記入射コアが、これら導波コアおよび入射コアを構成するいずれの光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する下部クラッドの上に形成されたものであって、
上記下部クラッドと上記導波コアおよび上記入射コアとの間に、所定の反応性エッチングにおけるエッチング性が上記導波コアおよび上記入射コアのエッチング性よりも低い保護膜を備えた」
という形態は好ましい形態である。
【００４１】
この好ましい形態の光学ヘッドによれば、傾斜コアの傾斜などをエッチングで加工する場合であっても、保護膜によって下部クラッドが保護されるため、下部クラッドを土台として入射コアなどを高い精度で作製することができる。
【００４２】
また、本発明の光学ヘッドにおいて、上記導波コアは、上記導波方向の前方ほど層の広がりが狭くなる先細り部分を有するものであることが好ましい。
【００４３】
このような先細り部分を有することで、導波コア内を伝搬する光が集光されるので、光学ヘッドからの出射光についてスポットサイズ縮小と強度向上とを図ることができる。
【００４４】
また、本発明の光学ヘッドにおいて、上記傾斜コアは、上記入射コア側とは逆側に凸に層が湾曲したものであることが好ましい。
【００４５】
このように傾斜コアが湾曲していることで、入射コアから傾斜コアへと入射した光が湾曲面で反射されて集光されることになる。傾斜コアの湾曲の大きさを調整することによって集光位置を調整することができ、光学ヘッドからの出射光についてスポットサイズ縮小と強度向上とを図ることができる。
【００４６】
上記目的を達成する本発明の情報記憶装置は、
光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射し、記録媒体の表面をその光で加熱する光学ヘッドと、
上記光学ヘッドによって加熱された記録媒体表面に磁場を印加することによってその記録媒体に情報を記録する磁気ヘッドとを備え、
上記光学ヘッドが、
所定の光学材料からなる、上記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されてその光をその導波方向に導く導波コアと、
上記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、その導波コアに導かれる光の入射側でその導波コアにつながり上記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されてその光を導波コアへと導く傾斜コアと、
上記傾斜コアの層に重なった、その傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
上記クラッド膜に接した、上記傾斜コアの厚さよりも厚い、そのクラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されてその光がクラッド膜越しに上記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたものであることを特徴とする。
【００４７】
本発明の情報記憶装置によれば、光学ヘッドによって低次のモード光を記録媒体表面に照射することができ、記録媒体表面を局所的に加熱して高い記録密度で情報を記録することができる。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明したように、本発明の光学ヘッドは、コア内のモード次数が低く、スライダに搭載することができてリソグラフィー技術で作製することができる構造を有している。また、本発明の情報記憶装置は、高記録密度で情報を記録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００５０】
図８は、本発明の情報記憶装置の第１実施形態を示す図である。
【００５１】
この図８には、図１と同様に、情報記憶装置１００のヘッド１４０周辺が示されている。この図８に示されている情報記憶装置１００は熱アシスト記録方式の情報記憶装置であり、この図８に示されている部分以外の他の部分の構造は、情報記憶装置における周知の構造と同様な構造であるため説明は省略する。また、この図８に示されている情報記憶装置１００の基本構造は、図１に示す情報記憶装置１の基本構造と同様であり、図に示す矢印の方向に回転する円盤状の情報記録媒体１１０と、情報記録媒体１１０の表面に近接した状態で表面から浮上するスライダ１５０と、情報記録媒体１１０の表面に沿って延びて先端にスライダ１５０を保持したアーム１２０が備えられている。
【００５２】
スライダ１５０は、スライダ本体１３０にヘッド１４０が搭載された構成となっており、ヘッド１４０は、再生ヘッド１４１と光学ヘッド１４２と磁気ヘッド１４３とで構成されている。ここで光学ヘッド１４２は、本発明の光学ヘッドの第１実施形態に相当している。
【００５３】
なお、光学ヘッド１４２の光源についてはここでも図示を省略したが、情報記憶装置１００には半導体レーザが搭載されており、その半導体レーザが出射した光が、数十ミクロンの太さの光導波路で光学ヘッド１４２に導かれる構造となっている。
【００５４】
次に、光学ヘッド１４２の構造について説明する。
【００５５】
図９は、光学ヘッドの断面図、図１０は、光学ヘッドの斜視図である。ただし、図９には、光学ヘッドの、主に、光が入射する側の構造が示されており、図１０には、光学ヘッドを構成する導波路の主にコア部分が示されている。また、図８とは異なり、これら図９図１０では、図示の便宜上、光を導く方向が図の横方向となる向きに光学ヘッドが示されている。また、以下の説明では、図９の上下方向をヘッドにおける上下として説明する。
【００５６】
本実施形態の光学ヘッド１４２は、再生ヘッド１４１の上部シールド２０４上に形成されており、上部シールド２０４上には屈折率の低い下部クラッド１４２１が存在し、その下部クラッド１４２１上には保護膜１４２２が設けられている。そして、保護膜１４２２上には、傾斜面を有しミクロンサイズの厚さを有する屈折率の高い第１コア１４２３が存在する。そして、第１コア１４２３の傾斜面上を、屈折率が低く薄膜状の中間クラッド１４２４が覆い、さらにその中間クラッド１４２４上には、第１コア１４２３よりも厚さが薄いサブミクロンサイズで屈折率の高い第２コア１４２５が設けられている。第２コア１４２５は、第１コア１４２３の傾斜面に沿った傾斜部分１４２５ａと、その傾斜部分１４２５ａにつながって保護膜１４２２上を延びた延長部分１４２５ｂとを有しており、延長部分１４２５ｂは、図１０に示すように、テーパ状に先細りの形状を有している。光学ヘッド１４２の最上部は屈折率の低い上部クラッド１４２６で覆われている。
【００５７】
第１コア１４２３は、本発明にいう入射コアの一例に相当し、中間クラッド１４２４は、本発明にいうクラッド膜の一例に相当し、第２コア１４２５の延長部分１４２５ｂは、本発明にいう導波コアの一例に相当し、第２コア１４２５の傾斜部分１４２５ａは、本発明にいう傾斜コアの一例に相当する。
【００５８】
下部クラッド１４２１、中間クラッド１４２４、上部クラッド１４２６の材料としては、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などを用いることができ、第１コア１４２３、第２コア１４２５の材料としては例えばＴｉＯ２を用いることができる。また、保護膜１４２２は、後述するように第１コア１４２３をエッチングで加工する時に下部クラッドを保護するためのものであり、エッチングで用いられる反応ガスの種類に応じた材料を使用することができ、材料によっては膜厚が数十ｎｍ以下で十分に効果がある。例えばＣＦ４反応性ガスを用いるエッチングの場合にはＭｇＦ２などのフッ素系材料で形成することができる。
【００５９】
このような構造の光学ヘッド１４２に対し、光源からの光Ｌ３は図の左側から入射されて第１コア１４２３内を伝搬し、第１コア１４２３の傾斜面に所定の入射角θで照射される。そして、傾斜面での位相整合により、第１コア１４２３内の光と第２コア１４２５の傾斜部分１４２５ａ内の光が結合して効率よく第２コア１４２５内に光が導入される。傾斜面の傾斜角αが、工業的量産に適合可能な十分に大きい角度である場合には、第１コア１４２３の傾斜面から第２コア１４２５内に導入された光は高次モード光となるが、その高次モード光が第２コア１４２５内を伝搬されて傾斜部分１４２５ａの端で伝搬方向が変わると光は低次モード光に変換されて延長部分１４２５ｂを進むこととなる。本実施形態では、第２コア１４２５の延長部分１４２５ｂは、図１０に示すようにテーパ形状に先細りとなっており、延長部分１４２５ｂ内を伝搬される低次モード光はテーパ形状により延長部分１４２５ｂ内部に反射されながら集光され、光学ヘッド１４２の先端部１４２ａから強い光が効率よく媒体に照射される。なお、本実施例では、テーパ形状の先細り構造を一例として採用しているが、楕円や放物線形状の先細り構造を採用しても集光に寄与することができる。
【００６０】
図１１は、図９および図１０に示す構造の光学ヘッドにおける電界強度分布を表した図である。
【００６１】
ここではＦＤＴＤ法を用いて電場強度分布を計算した結果を示しており、第１コアおよび第２コアの材料はＴｉＯ２を用い、下部クラッド、中間クラッド、および上部クラッドの材料はＡｌ２Ｏ３を用い、計算の簡便のため保護膜は省略した。また、第１コアの厚さが１０μｍ、第２コアの厚さが０．７μｍ、中間クラッドの厚さが０．１μｍ、第１コアの傾斜面の傾斜角α＝３８．５度、入射光は６６０ｎｍの波長のレーザであるものとして計算を行った。
【００６２】
この図１１には、計算の結果として電場強度が強い箇所Ｐが示されており、第２コアの傾斜部分内では一度３次モード光Ｌ３＿１が励起され、第２コア内での伝搬方向の屈曲によって主に基本モード光Ｌ３＿２が励起されることを表した強度分布となっている。つまり、本実施形態に示すような光学ヘッド構造を用いると、３８．５度というような十分に大きな傾斜角αであっても光を低次モード光で効率よく光学ヘッド内に励起することができる。
【００６３】
また、ここに結果を示した計算では、簡便のために保護膜を省略した構造が用いられているが、保護膜が存在すると下部クラッドの平滑度が保たれるため、下部クラッド、中間クラッド、および上部クラッドの材料として、例えば、反応ガスによってエッチングされるＳｉＯ２を使用することができる。この結果、コアとクラッドの屈折率差が大きくなって全反射角が小さくなるためコア内の光の伝搬効率が高く、特に、第２コア内で伝搬方向が屈曲する際の伝搬効率が向上する。また、全反射角が小さくなると傾斜面の傾斜角αもさらに大きくすることができるので加工性も向上する。逆に、下部クラッド、中間クラッド、および上部クラッドの材料としてＡｌ２Ｏ３を用い、第１コアおよび第２コアの材料としてＴｉＯ２を用いた場合には、Ａｌ２Ｏ３のエッチング性がＴｉＯ２のエッチング性よりも大幅に低いため保護膜を省略することも可能となる。
【００６４】
また、ここに結果を示した計算では、中間クラッドの材料にその他のクラッドと同じ材料を使用しているが、中間クラッドの材料に、例えば、第１コアや第２コアの屈折率より低い屈折率を有するＭｇＦ２材料のようなフッ素系材料を使用すると、ＣＦ４反応性ガスによる第２コア以外のエッチングを抑制することができる。
【００６５】
次に、本発明の情報記憶装置の第２実施形態について説明する。この第２実施形態の情報記憶装置は、光学ヘッドの第２実施形態を搭載している点を除いて上述の第１実施形態の情報記憶装置と同様の装置であるので、以下では光学ヘッドの第２実施形態について説明する。また、この第２実施形態の光学ヘッドは、第２コアの形状が異なっている点を除いて上述の第１実施形態の光学ヘッドとほぼ同様の構成を有しているので、第２コアの形状に着目して以下説明する。
【００６６】
図１２は、第２実施形態の光学ヘッドの斜視図である。
【００６７】
この図１２には、図１０と同様に、光学ヘッドを構成する導波路の主にコア部分が示されている。
【００６８】
第２実施形態の光学ヘッド２４２では、第１コア２４２３の傾斜面が、光学ヘッド２４２の先端２４２ａ側に凸に湾曲しており、第１実施形態と同様な薄膜状の中間クラッド（図示は省略）を挟んでその傾斜面に沿って第２コア２４２５が形成されている。このため、第２コア２４２５の、その傾斜面に沿った傾斜部分２４２５ａも先端２４２ａ側に凸に湾曲している。また、第２実施形態の光学ヘッド２４２では、傾斜部分２４２５ａの端から延びる延長部分２４２５ｂは、第１実施形態とは異なり矩形状となっている。従って、この第２実施形態の光学ヘッド２４２では、延長部分２４２５ｂの形状による集光効果はないが、第１コア２４２３の傾斜面および第２コア２４２５の傾斜部分２４２５ａが湾曲しているために、この光学ヘッド２４２に入射される光Ｌ４は、傾斜面や傾斜部分２４２５ａで反射され伝搬されることで第２コア２４２５の中心方向に集光されることとなる。延長部分２４２５ｂを伝達された光が延長部分２４２５ｂの端で最もよく集光されるように、傾斜面および傾斜部分２４２５ａの湾曲度と延長部分２４２５ｂの長さとが幾何光学的に設計されており、光学ヘッド２４２の先端２４２ａからは強い光が効率よく出射されることとなる。
【００６９】
なお、この第２実施形態では、傾斜面および傾斜部分２４２５ａの湾曲による集光の効果を明示するために延長部分２４２５ｂの形状に矩形形状を採用しているが、本発明の光学ヘッドでは、第１実施形態のような先細り構造も併用して、傾斜面などの湾曲による集光と、延長部分の先細り構造による集光との双方を利用するものであってもよい。
【００７０】
また、上述した各実施形態では、第１コアが第２コアの傾斜部分の下方に設けられており、光学ヘッドに入射されてくる光の進行方向は光学ヘッドの先端方向とほぼ同じ方向であるが、本発明にいう第１コアは、第２コアの傾斜部分の上方に設けられたものであってもよく、そのような第１コアを備えた光学ヘッドでは、光学ヘッドに入射されてくる光の進行方向は、光学ヘッドの先端方向に対して大きく傾いた方向（図９で言うと傾斜角αの約２倍の角度を持った上方から進入してくる方向）となる。
【００７１】
以下では、上述した各実施形態の構造の製造方法を説明する。
【００７２】
図８に示す情報記憶装置１００のスライダ１５０は、上述したように、スライダ本体１３０にヘッド１４０が搭載された構成となっており、このような構成のスライダ１５０をリソグラフィー技術によって製造する基本的な工程は従来からよく知られている。すなわち、（１）多数のスライダ本体１３０の元となる基板を準備する工程と、（２）その基板上に多数の再生ヘッド１４１を作成する工程と、（３）各再生ヘッド１４１上に光学ヘッド１４２を作成する工程と、（４）各光学ヘッド１４２上に記録ヘッド１４３を作成する工程と、（５）個々のヘッド１４０を基板ごと切り出し、基板部分をスライダ本体１３０に加工してスライダ１５０を完成させる工程である。これらの工程のうち、光学ヘッド１４２を作成する工程を除く他の工程は従来と同様の工程であるのでこれ以上の説明は省略し、以下では光学ヘッド１４２を作成する工程について詳細に説明する。
【００７３】
図１３〜図２４は、第１実施形態の光学ヘッドの製法例を表す工程図であり、各工程図には、側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）が記載されている。また、説明の簡便のために、各工程図では、多数同時に作成される光学ヘッドのうちの１つ分のみが示されている。
【００７４】
図１３には、基板２０１上に再生ヘッド１４１まで形成された状態が示されており、再生ヘッド１４１は、下部シールド２０２と上部シールド２０４とに再生素子２０３が挟まれた構造となっている。光学ヘッドはこの上部シールド２０４上に形成される。
【００７５】
図１４に示すように、上部シールド２０４上には、イオンプレーティング法などによって順に、光学ヘッドの下部クラッドとなるＳｉＯ２の下部クラッド膜２０５と、ＭｇＦ２の保護膜２０６と、光学ヘッドの第１コアに加工されるＴｉＯ２の第１コア膜２０７を成膜する。
【００７６】
次に、第１コア膜２０７を、図９に示す第１コア１４２３の形に加工するために、図１５に示すように、第１コア膜２０７上に、第１コア１４２３の上面の形と同等の形にレジストパターン２０８をステッパ装置等によって形成する。但し、図９では図の右側が光学ヘッドの先端側であったのに対し、この図１５では、図の左側が光学ヘッドの先端側となっている。このため、再生ヘッドの再生素子２０３は、この図１５では図の左側によった位置に形成されており、レジストパターン２０８は右側の端に形成されている。
【００７７】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して５０度〜７０度の角度で基板２０１を設置し、図１６に示すようにレジストパターン２０８をマスクとして斜めに反応性エッチングを行う。この反応性エッチングにおける反応ガスとしては、ここでは一例としてＣＦ４ガスを用いる。このガスは、ＴｉＯ２に反応するが、ＭｇＦ２の保護膜２０６には反応しないので、第１コア膜２０７が台形状に加工されて図９に示す第１コア１４２３の形が出来る。保護膜２０６が存在することで、ＣＦ４ガスに反応するＳｉＯ２の下部クラッド膜２０５が保護されて平滑性が維持されている。第１コア膜２０７の加工後はレジストパターン２０８を除去し、図１７に示すように台形状の第１コア膜２０７（即ち第１コア１４２３）を露出させる。
【００７８】
次に、図１８に示すように、第１コア膜２０７および保護膜２０６の上に、光学ヘッドの中間クラッドとなるＳｉＯ２の中間クラッド膜２０９と、光学ヘッドの第２コアに加工されるＴｉＯ２の第２コア膜２１０を成膜する。そして、第２コア膜２１０を図１０に示す第２コア１４２５の形状に加工するために、図１９に示すように、第２コア１４２５の形状と同様なテーパ形状のレジストパターン２１１をステッパ装置等で第２コア膜２１０上に形成する。このときレジストパターン２１１のテーパ形状（即ち第２コアの延長部分の形状）は、再生素子２０３に対応する位置に光が効率よく集光されるように設計されており、再生素子２０３に対応する設計上の所定位置にレジストパターン２１１を形成する。
【００７９】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して垂直に基板２０１を設置し、図２０に示すようにレジストパターン２１１をマスクとして垂直にＣＦ４ガスで反応性エッチングを行う。ＣＦ４ガスはＴｉＯ２とＳｉＯ２に反応するので中間クラッド膜２０９と第２コア膜２１０がレジストパターン２１１と同様なテーパ形状に加工され、図１０に示す第２コア１４２５の形状が出来る。上述したように保護膜２０６によって下部クラッド膜２０５の平滑性が維持されているため、第２コア１４２５の傾斜部分と延長部分との角度が精度よく得られ、傾斜部分と延長部分との間での光の伝搬や光モードの変換における効率がよい。
【００８０】
このように第２コア膜２１０を加工した後はレジストパターン２１１を除去して図２１に示すようにテーパ形状の第２コア膜２１０（即ち第２コア１４２５）を露出させる。そして図２２に示すように、光学ヘッドの上部クラッドとなるＳｉＯ２の上部クラッド膜２１２を全体に成膜することで光学ヘッドの上述した第１実施形態の構造が完成する。
【００８１】
このように光学ヘッドを形成した後、光学ヘッドの上部クラッド膜２１２のさらに上には、図２３に示すように記録ヘッド１４３を形成する。そして、図２４に示すように、再生素子２０３の位置で切り出し、研磨によって正確なサイズに仕上げることで図８に示すヘッド１４０の構造が完成する。
【００８２】
図２５〜図３２は、第２実施形態の光学ヘッドの製法例を表す工程図であり、これらの工程図にも、側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）が記載され、説明の簡便のために、各工程図では、多数同時に作成される光学ヘッドのうちの１つ分のみが示されている。
【００８３】
この第２実施形態の光学ヘッドの製法例は、上述した第１実施形態の製法例における各工程とほぼ同様の工程を含んでいるので、以下では、第１実施形態の製法例とは異なる箇所に着目して説明する。
【００８４】
第１実施形態の製法例と同様に第１コア膜２０７まで成膜し、第１コア膜２０７を図１２に示す第１コア２４２３の形状に加工するために、図２５に示すように、第１コア膜２０７上に、第１コア２４２３の上面の形と同等の形にレジストパターン２１３を形成する。第２実施形態では第１コア２４２３の傾斜面が湾曲しているのでレジストパターン２１３の縁が丸くなっている。
【００８５】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して５０度〜７０度の角度で基板２０１を設置し、図２６に示すようにレジストパターン２１３をマスクとして斜めに反応性エッチングを行う。これにより第１コア膜２０７が台形状に加工されるとともに斜面は湾曲した面となって図１２に示す第１コア２４２３の形が出来る。第１コア膜２０７の加工後はレジストパターン２１３を除去し、図２７に示すように台形状の第１コア膜２０７（即ち第１コア２４２３）を露出させる。
【００８６】
次に、図２８に示すように、第１コア膜２０７および保護膜２０６の上に、光学ヘッドの中間クラッドとなるＳｉＯ２の中間クラッド膜２１４と、光学ヘッドの第２コアに加工されるＴｉＯ２の第２コア膜２１５を成膜する。そして、図２９に示すように、第２コア２４２５の形状と同様な矩形状のレジストパターン２１６をステッパ装置等で第２コア膜２１５上に形成する。
【００８７】
次にＲＩＥ装置に、反応電極に対して垂直に基板２０１を設置し、図３０に示すようにレジストパターン２１６をマスクとして垂直にＣＦ４ガスで反応性エッチングを行い中間クラッド膜２１４と第２コア膜２１５をレジストパターン２１６と同様な矩形状に加工する。これにより、図１２に示す第２コア２４２５の形状が出来る。
【００８８】
このように第２コア膜２１５を加工した後はレジストパターン２１６を除去して図３１に示すように矩形状の第２コア膜２１５（即ち第２コア２４２５）を露出させる。そして図３２に示すように、光学ヘッドの上部クラッドとなるＳｉＯ２の上部クラッド膜２１７を全体に成膜することで図１２に示す第２実施形態の光学ヘッド２４２の構造が完成する。
【００８９】
第３実施形態では、本実施形態１及び２は、再生ヘッド側が平坦で、記録ヘッド側に入射コアがあり、傾斜コアは、磁気ヘッド側に傾斜しているが、これは図３３に示すように、記録ヘッド側が平坦で再生ヘッド側に入射コアがあり、傾斜コアは、再生ヘッド側に傾斜していても、同様の効果を得ることができる。この形態の製法は、再生ヘッド１４１を作製後、再生ヘッド１４１に本実施形態１及び２の反転パターンのエッチングを行う。そして下部クラッド膜２０５と、第２コア膜２１５と、中間クラッド２１４と、第一コア膜２０７を順次成膜する。そして第一コアを平坦処理後に上部クラッド膜２１７を成膜する。
【００９０】
第４実施形態は、図３４に示すように本実施形態１及び２及び３において、中間クラッド層２１４の厚さがゼロの光学ヘッドであり、第２コア膜２１５の屈折率が、第一コア膜２０７より大きい。この製法は、本実施形態１及び２及び３の製法において、中間クラッド層の成膜を省略することで作製できる。この形態においては、光学ヘッドの第１コアに加工されるＴｉＯ２の第１コア膜２０７、第２コア膜に加工されるＳｉ膜２１５を成膜する。
【００９１】
なお、第１コア膜２０７と第２コア膜２１５が同じ材料である場合は、コア径を変換する光導波路になり、傾斜面を階段状にすることで近似することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】熱アシスト記録方式の情報記憶装置を示す図である。
【図２】端面結合法の説明図である。
【図３】プリズム結合法の説明図である。
【図４】グレーティング法の説明図である。
【図５】テーパ結合法の説明図である。
【図６】モード光の電界強度分布を表す模式図である。
【図７】作製上現実的な傾斜角度αを用いたときの電界強度分布を表した図である。
【図８】本発明の情報記憶装置の第１実施形態を示す図である。
【図９】第１実施形態の光学ヘッドの断面図である。
【図１０】第１実施形態の光学ヘッドの斜視図である。
【図１１】図９および図１０に示す構造の光学ヘッドにおける電界強度分布を表した図である。
【図１２】第２実施形態の光学ヘッドの斜視図である。
【図１３】第１実施形態の製法例を表す第１の工程図である。
【図１４】第１実施形態の製法例を表す第２の工程図である。
【図１５】第１実施形態の製法例を表す第３の工程図である。
【図１６】第１実施形態の製法例を表す第４の工程図である。
【図１７】第１実施形態の製法例を表す第５の工程図である。
【図１８】第１実施形態の製法例を表す第６の工程図である。
【図１９】第１実施形態の製法例を表す第７の工程図である。
【図２０】第１実施形態の製法例を表す第８の工程図である。
【図２１】第１実施形態の製法例を表す第９の工程図である。
【図２２】第１実施形態の製法例を表す第１０の工程図である。
【図２３】第１実施形態の製法例を表す第１１の工程図である。
【図２４】第１実施形態の製法例を表す第１２の工程図である。
【図２５】第２実施形態の製法例を表す第１の工程図である。
【図２６】第２実施形態の製法例を表す第２の工程図である。
【図２７】第２実施形態の製法例を表す第３の工程図である。
【図２８】第２実施形態の製法例を表す第４の工程図である。
【図２９】第２実施形態の製法例を表す第５の工程図である。
【図３０】第２実施形態の製法例を表す第６の工程図である。
【図３１】第２実施形態の製法例を表す第７の工程図である。
【図３２】第２実施形態の製法例を表す第８の工程図である。
【図３３】第１及び第２の実施形態において、再生ヘッド側に入射コアがある第３実施形態の形態図である。
【図３４】第１及び第２及び第３の実施形態において、中間クラッドの厚さがゼロである第４実施形態の形態図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００ 情報記憶装置
１１０ 情報記録媒体
１２０ アーム
１３０ スライダ本体
１４０ ヘッド
１４１ 再生ヘッド
１４２ 光学ヘッド
１４３ 磁気ヘッド
１４２１ 下部クラッド
１４２２ 保護膜
１４２３ 第１コア
１４２４ 中間クラッド
１４２５ 第２コア
１４２５ａ 傾斜部分
１４２５ｂ 延長部分
１４２６ 上部クラッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射する光学ヘッドであって、
所定の光学材料からなる、前記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波方向に導く導波コアと、
前記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、該導波コアに導かれる光の入射側で該導波コアにつながり前記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波コアへと導く傾斜コアと、
前記傾斜コアの層に重なった、該傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
前記クラッド膜に接した、前記傾斜コアの厚さよりも厚い、該クラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されて該光が該クラッド膜越しに前記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記導波コアおよび前記入射コアが、これら導波コアおよび入射コアを構成するいずれの光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する下部クラッドの上に形成されたものであって、
前記下部クラッドと前記導波コアおよび前記入射コアとの間に、所定の反応性エッチングにおけるエッチング性が前記導波コアおよび前記入射コアのエッチング性よりも低い保護膜を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記導波コアは、前記導波方向の前方ほど層の広がりが狭くなる先細り部分を有するものであることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記傾斜コアは、前記入射コア側とは逆側に凸に層が湾曲したものであることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項５】
光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射し、記録媒体の表面を該光で加熱する光学ヘッドと、
前記光学ヘッドによって加熱された記録媒体表面に磁場を印加することによって該記録媒体に情報を記録する磁気ヘッドとを備え、
前記光学ヘッドが、
所定の光学材料からなる、前記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波方向に導く導波コアと、
前記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、該導波コアに導かれる光の入射側で該導波コアにつながり前記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波コアへと導く傾斜コアと、
前記傾斜コアの層に重なった、該傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
前記クラッド膜に接した、前記傾斜コアの厚さよりも厚い、該クラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されて該光が該クラッド膜越しに前記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたものであることを特徴とする情報記憶装置。
【請求項６】
前記傾斜コアは、磁気ヘッドあるいは再生ヘッドのいずれかの側に傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記傾斜コアと入射コアの間のクラッド膜の厚さがゼロであることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項１】
外部から光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射する光学ヘッドであって、
所定の光学材料からなる、前記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波方向に導く導波コアと、
前記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、該導波コアに導かれる光の入射側で該導波コアにつながり前記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波コアへと導く傾斜コアと、
前記傾斜コアの層に重なった、該傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
前記クラッド膜に接した、前記傾斜コアの厚さよりも厚い、該クラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されて該光が該クラッド膜越しに前記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記導波コアおよび前記入射コアが、これら導波コアおよび入射コアを構成するいずれの光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する下部クラッドの上に形成されたものであって、
前記下部クラッドと前記導波コアおよび前記入射コアとの間に、所定の反応性エッチングにおけるエッチング性が前記導波コアおよび前記入射コアのエッチング性よりも低い保護膜を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記導波コアは、前記導波方向の前方ほど層の広がりが狭くなる先細り部分を有するものであることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記傾斜コアは、前記入射コア側とは逆側に凸に層が湾曲したものであることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項５】
光が入射され、その入射された光を最終的には所定の導波方向に沿って導いて先端から出射し、記録媒体の表面を該光で加熱する光学ヘッドと、
前記光学ヘッドによって加熱された記録媒体表面に磁場を印加することによって該記録媒体に情報を記録する磁気ヘッドとを備え、
前記光学ヘッドが、
所定の光学材料からなる、前記導波方向に沿って層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波方向に導く導波コアと、
前記導波コアを構成する光学材料と同じ光学材料からなる、該導波コアに導かれる光の入射側で該導波コアにつながり前記導波方向に対して傾いた方向に層状に延びた、内部に光が入射されて該光を該導波コアへと導く傾斜コアと、
前記傾斜コアの層に重なった、該傾斜コアを構成する光学材料の屈折率よりも低い屈折率を有する光学材料からなるクラッド膜と、
前記クラッド膜に接した、前記傾斜コアの厚さよりも厚い、該クラッド膜を構成する光学材料の屈折率よりも高い屈折率を有する光学材料からなる、光が入射されて該光が該クラッド膜越しに前記傾斜コアへと入射する入射コアとを備えたものであることを特徴とする情報記憶装置。
【請求項６】
前記傾斜コアは、磁気ヘッドあるいは再生ヘッドのいずれかの側に傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記傾斜コアと入射コアの間のクラッド膜の厚さがゼロであることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２００９−４８７４２（Ｐ２００９−４８７４２Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６２１１（Ｐ２００７−２１６２１１）
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、「大容量光ストレージ技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、「大容量光ストレージ技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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