光導波路およびそれを用いた熱アシスト磁気記録ヘッド
【課題】レーザ光発生装置の設置を簡単にするため、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させる構造、および、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる光導波路を提供する。
【解決手段】導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、コアは、平板形状で、光が入射される広幅のコア基部と、コア基部に連接されて幅が徐々に絞られる絞り部と、絞り部に連接され延設された先端コア部とを有し、広幅のコア基部の一方の平面上に、グレーティング（格子）を備え、グレーティングは、平面に多数の凹溝を幅方向に有した構成で、グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合できるように構成され、グレーティングの周期は、垂直入射されるレーザ光の波長よりも小さく構成されており、グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たす。
【解決手段】導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、コアは、平板形状で、光が入射される広幅のコア基部と、コア基部に連接されて幅が徐々に絞られる絞り部と、絞り部に連接され延設された先端コア部とを有し、広幅のコア基部の一方の平面上に、グレーティング（格子）を備え、グレーティングは、平面に多数の凹溝を幅方向に有した構成で、グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合できるように構成され、グレーティングの周期は、垂直入射されるレーザ光の波長よりも小さく構成されており、グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路およびそれを用いた熱アシスト磁気記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドおよび媒体を用いた磁気記録の分野においては、磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、薄膜磁気ヘッドおよび磁気記録媒体のさらなる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が積層された構造からなる複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
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。
【０００４】
この問題への対策として、磁性微粒子の磁気異方性エネルギーＫｕを大きくすることが考えられる。しかし、このＫｕの増加は、磁気記録媒体の異方性磁界（保磁力）の増加をもたらす。これに対して、薄膜磁気ヘッドにより書き込み磁界強度の上限は、ヘッド内の磁気コアを構成する軟磁性材料の飽和磁束密度でほぼ決定されてしまう。従って、磁気記録媒体の異方性磁界が、この書き込み磁界強度の上限から決まる許容値を超えると、書き込みが不可能となってしまう。現在、このような熱安定性の問題を解決する１つの方法として、Ｋｕの大きな磁性材料を用いる一方で、書き込み磁界を印加する直前に磁気記録媒体に熱を加えるころによって、異方性磁界を小さくして書き込みを行う、いわゆる熱アシスト磁気記録方式が提案されている。
【０００５】
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、米国特許第６，７６８，５５６号明細書（US Patent No. 6,768,556）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発生素子が開示されている。
【０００６】
また、米国特許出願公開第２００４／０８１０３１号明細書（US Patent Publication No.2004/081031 A1）においては、プラズモン発生素子が、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、米国特許出願公開第２００３／０６６９４４号明細書（US Patent Publication No.2003/066944 A1）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。
【０００７】
本願発明者らもまた、近接場光の照射を利用して磁気記録の可能性を極限まで追求し、より改善された熱アシスト磁気記録ヘッドの開発を進めている。
【０００８】
近接場光の照射を利用した熱アシスト記録を磁気記録ヘッドで行うに際しては、発光素子としてのレーザ発生装置を磁気記録ヘッドに搭載し、レーザ発生装置から発せられたレーザ光を光導波路（光waveguide）に取り込み、磁気記録媒体に対向する位置付近に存在するプラズモン・アンテナまで導く必要性がある。
【０００９】
レーザ発生装置から発せられたレーザ光を光導波路に取り込む際、光導波路の片側平面の上に、grating (格子)を設けて、当該grating (格子)を介して、レーザ光を光導波路に光結合させ、しかる後、光導波路内を伝搬させる手法がある（ＵＳ ６９４４１１２、文献Nature Photonics (Seagate) 2009.03.22など)。
【００１０】
ＵＳ ６９４４１１２に開示の技術は、planer 導波路(平面導波路)に形成された格子に対して、レーザ発生装置から発せられたレーザ光を垂直入射させるものではなく、斜め照射するものである。また、planer 導波路(平面導波路)の外部形態は、放物線形状であり、単一モードに絞り込む形態であるスポットサイズコンバータとは異なる。ＵＳ ６９４４１１２の開示の技術によれば、伝搬される光は、一旦、放物線形状の部分で反射されて、焦点に集光される。
【００１１】
また、文献Nature Photonics (Seagate) に開示の技術は、ＵＳ ６９４４１１２と同様に、平面導波路の外部形態は、放物線形状であり、単一モードに絞り込む形態であるスポットサイズコンバータではない。従って、一旦、放物線形状部分で反射されて、焦点に集光される。また、当該文献においては、２つの格子が並列に配列されたdual offset gratingを備えている。そのため、放物線形状部分で反射された光同士が焦点で交差するために、最終的な光の偏光（振動）方向は、紙面の上での上下方向と同じ方向となる。そのため、ＡＢＳへ向かって導波する表面プラズモンを使用する素子には効率よく結合できないという不都合が生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ ６,９４４,１１２号
【特許文献２】特開２００８−０１００９３
【特許文献３】特開２００８−０１６０９６
【特許文献４】特開２０１０−１０８５８４
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Nature Photonics (Seagate):PUBLISHED ONLINE:22 MARCH 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このような実状のもとに本願発明は創案されたものであって、その目的は、レーザ光発生装置との配置関係をシンプルにして、レーザ光発生装置の設置を簡単に行うことが可能となるように、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させる構造、および、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる光導波路を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の光導波路は、光が伝播される導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、前記コアを構成する材料の屈折率は、前記クラッドを構成する材料の屈折率よりも大きくなっており、前記コアは、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部と、このコア基部に連接されて導波方向に沿って幅が徐々に絞られる絞り部と、この絞り部に連接され導波方向に沿って延設された狭幅の先端コア部とを有し、前記広幅のコア基部の一方の平面の上には、グレーティング（格子）を備えており、当該グレーティングは、平面に多数の断面矩形状の凹溝を幅方向に沿って刻むことによって構成されており、前記グレーティングは、当該グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、前記グレーティングの周期（格子ピッチ：凹溝のピッチ）は、垂直入射されるレーザ光の波長（当該波長はクラッド内での波長として規定される）よりも小さくなるように構成されており、前記グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たすよう形成されてなるように構成される。
【００１６】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記コア基部の導波方向と反対側の端面（後端部）には、反射膜が設けられているように構成される。
【００１７】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記幅細の先端コア部は、前記絞り部の絞られた最終幅と実質的に同じ幅で導波方向に沿って延設されているように構成される。
【００１８】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記グレーティング（格子）は、single grating として構成される。
【００１９】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記グレーティング（格子）は、コア平面の上に凹部溝を形成し、当該凹部内にクラッド材料を埋設させることにより構成される。
【００２０】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記広幅のコア基部の幅Ｗ１は、０．４〜１０．０μｍであり、前記狭幅の先端コア部の幅Ｗ３は、０．３〜１．０μｍであるように構成される。
【００２１】
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドは、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、プラズモンを励起するための光を伝播させる上記記載の光導波路と、前記光とプラズモンモードで結合する部分であるプラズモン発生素子と、を備えてなるように構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させることができるとともに、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる。これにより、光導波路とレーザ光発生装置との配置関係がきわめてシンプルとなり、レーザ光発生装置などの設置を容易に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、発光素子から発せられた光ビームが照射されている本発明の光導波路の模式的断面図を示す図面である。
【図２】図２は、図１に示される本発明の光導波路のα−α断面矢視図であり、クラッドを除いて描いた断面図である。
【図３】図３は、図１に示される光導波路の要部の拡大断面図であり、コアのグレーティング形成面にレーザ光が垂直入射される部分の拡大断面図である。
【図４】図４は、図１に相当する図面であって、コアのグレーティング形成面にレーザ光を垂直入射させる他の方法を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の光導波路を適用させることのできる磁気記録装置およびＨＧＡの一実施形態の要部の構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の光導波路を適用させることのでき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斜視図である。
【図７】図７は、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６のＡ―Ａ面による断面図である。
【図８】図８は、導波路、プラズモン発生素子および主磁極層の構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】図９は、プラズモン発生素子およ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平面図である。
【図１０】図１０は、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。
【図１１】図１１は、図５に示した磁気ディスク装置の記録再生および発光制御回路の回路構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、他の形態のプラズモン発生素子を適用した場合の図８相当図であり、導波路、プラズモン発生素子および主磁極層の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１３】図１３は、他の形態のプラズモン発生素子を適用した場合の図９相当図であり、プラズモン発生素子およ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平面図である。
【図１４】図１４は、図２相当図であり、本発明の光導波路を熱アシスト磁気記録ヘッドに応用する場合、コアの形態の一例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、図２相当図であり、本発明の光導波路を熱アシスト磁気記録ヘッドに応用する場合、コアの形態の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための光導波路の最良の形態について詳細に説明する。
図１は、発光素子から発せられた光ビームが照射されている本発明の光導波路の模式的断面図を示す図面であり、図２は、図１に示される本発明の光導波路のα−α断面矢視図であり、クラッドを除いて描いた断面図であり、図３は、図１に示される光導波路の要部の拡大断面図であり、コアのグレーティング形成面にレーザ光が垂直入射される部分の拡大断面図である。
【００２５】
図１に示されるように、本発明の光導波路１１００は、光を導くための主要部をなす導波路本体であるコア１１５０と、その周囲を囲むクラッド１３００と、を有して構成されている。そして、コア１１５０を構成する材料の屈折率は、クラッド１３００を構成する材料の屈折率よりも大きくなるように、コアおよびクラッドの材料選定が行われる。
【００２６】
コア１１５０は、図１および図２に示されるように、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部１１５１と、このコア基部１１５１に連接されて導波方向（図１および図２における−Ｘ方向）に沿って幅が徐々に絞られる絞り部１１５２と、この絞り部１１５２に連接され導波方向（−Ｘ方向）に沿って延設された狭幅の先端コア部１１５３とを有している。
【００２７】
絞り部１１５２では、主としてシングルモードへの光変換が行われ、狭幅の先端コア部１１５３では、主としてシングルモードでの光伝搬が行われる。シングルモードとは、光を伝搬する経路（モード）が１つであることを言う。光の振動方向を所望の方向に変換するために、狭幅の先端コア部１１５３の途中に、例えば、ＴＥ−ＴＭモード変換素子を設けるようにしてもよい。これによって、例えば、図２におけるＹ方向に振動方向を有する偏光をＺ方向に振動方向を有する偏光に変換させることができる。
【００２８】
図２に示される広幅のコア基部１１５１の幅Ｗ１は、０．４〜１０．０μｍ程度とされ、狭幅の先端コア部の幅Ｗ３は、０．３〜１．０μｍ程度とされる。例えば、幅細の先端コア部１１５３は、絞り部１１５２の絞られた最終幅と実質的に同じ幅で導波方向に沿って延設される。
【００２９】
また、図２に示される導波方向（−Ｘ方向）の各構成部の長さは、広幅のコア基部１１５１の長さＬ１が、２〜２００μｍ程度、絞り部１１５２の長さＬ２が３０〜２００μｍ程度、狭幅の先端コア部の長さＬ３が、０．５〜１００μｍ程度とされる。
【００３０】
広幅のコア基部１１５１の一方の平面の上には、グレーティング（格子）１２００が形成されている。このグレーティング１２００は、平面に多数の断面矩形状の凹溝１２０１を幅方向（Ｙ方向）に沿って刻むことによって構成されている。凹溝１２０１の数は、１０〜２００本程度である。
【００３１】
グレーティング１２００は、コア平面の上に凹部溝を形成し、当該凹部内にクラッド材料を埋設させることにより構成される（図３参照）。なお、広幅のコア基部１１５１の一方の平面の上に凹部溝ではなく突起した凸部を設けるグレーティング構造では、効果的な光結合が実現できないことに注意されたい。
【００３２】
本発明におけるグレーティング１２００は、図１に示されるように、例えば、広幅のコア基部１１５１と対向配置された光源ユニット１４００（例えば、レーザダイオード１４００）から、グレーティング１２００形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、グレーティング１２００の周期（格子ピッチＰ：凹溝１２０１のピッチＰ）は、垂直入射されるレーザ光の波長λcよりも小さくなるように構成される。
【００３３】
つまり、格子ピッチＰ（ｎｍ）＜レーザ光の波長λc（ｎｍ）、の不等式の関係が成立するように構成される。波長λcはクラッド１３００における波長として規定される。なお、本発明において、垂直入射とは、９０°±５°の角度範囲での入射をいう。
【００３４】
ただし、図１に示される形態に限定されるわけではなく、例えば、図４に示されるように、広幅のコア基部１１５１の後方に光源ユニット１４００を配置して、反射膜１４０１の反射を利用して、レーザ光（Ｌ）をグレーティング１２００形成面に対して垂直入射させるようにしてもよい。図４に示される反射膜１４０１の反射を利用する態様によれば、例えば、光源ユニット１４００の設置場所の選定の自由度（Ｚ方向への設置の自由度）が増大するというメリットがある。
【００３５】
本発明において、特に重要なことは、図３に示されるように、グレーティング１２００の凹溝１２０１の深さＨ１は、コア基部１１５１の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係、特に、好ましくは、Ｈ１＝（０．４５〜０．５５）Ｈ２を満たすよう形成されている。
【００３６】
なお、コア基部１１５１の厚さＨ２は、通常、０．３〜３．０μｍ程度とされる。凹溝１２０１の個数は、Ｘ方向に、１０〜２００個程度形成される。
【００３７】
上記Ｈ１とＨ２との厚さ比の関係が必要であるのは、以下の考察に基づく。すなわち、導波路の中で導波するための光の強度分布および位相などと、グレーティング１２００に対して垂直照射されたレーザ光によって凹溝１２０１の下端エッジ近傍で発生するエバネッセント波（近接場光）の強度分布および位相などを一致させることによって、入射されるレーザ光と導波路内の導波光との光の結合を図るという作用が奏される。本願におけるグレーティング１２００を介しての導波路への光結合は、回折によるものではない。凹溝１２０１の下端エッジ近傍で発生する近接場光そのものは伝搬しないが、そのエネルギーが導波路の中で導波するためのエネルギーに変換されるものと考えられる。
【００３８】
なお、入射されるレーザ光の振動方向（偏光方向）は、広幅のコア基部１１５１の幅方向であるＹ方向とすることが好ましい。（例えば、ＴＥ偏波）
【００３９】
また、本発明においてもう一つの重要な点は、コア基部１１５１の導波方向と反対側の端面（後端部）には、Ａｕ膜等からなる反射膜１１５９が設けられていることである。本願発明においては、コア基部１１５１に形成されたグレーティング１２００に対する垂直方向への光入射が基本であるため、反射膜１１５９を設けることによって、確実に、目的とする導波方向（−Ｘ方向）に光を伝搬させるように構成している。
【００４０】
また、本発明におけるグレーティング１２００（格子）は、図２に示されるようにsingle grating であることが望ましい。先行技術に記載したように、Single grating を並列に配置したDual gratingにすると、伝搬方向において、互いの干渉が生じ得るおそれがあるからである。なお、single gratingの格子の長さＷｏ（Ｙ方向）は、０．３４〜９．９０μｍ程度とされる。
【００４１】
このような本発明における光導波路は、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させることができるとともに、光導波路内を目的とする方向に伝搬させることができ、例えば、極小サイズの磁気記録ヘッドであって光導波路を備える熱アシスト磁気記録ヘッド、光伝送部品、Ｓｉ細線導波路などに適用可能である。
【００４２】
なお、レーザ光を発生させるレーザダイオードとしては、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〜１．７μｍの範囲内のいずれの値のものを用いてもよい。
【００４３】
また、図１〜図４に示されるような光導波路の積層構成は、スパッタ、ミリング、ＲＩＥ、フォトレジスト手法等の薄膜製造技術を利用して積層することができる。
【００４４】
以下、本発明の光導波路が好適に適用される熱アシスト磁気記録ヘッドの好適例について説明する。ただし、以下に詳述する熱アシスト磁気記録ヘッドそのものの構造に限定されるものではない。
【００４５】
〔熱アシスト磁気記録ヘッドの説明〕
熱アシスト磁気記録ヘッドの説明をする前に、本明細書において用いられる用語の定義を行う。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も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。
【００４６】
また、磁気ヘッドの実施形態において、必要に応じていくつかの図面中、「Ｘ，Ｙ，Ｚ方向」を規定している。ここで、Ｚ軸方向は、上述の上下方向に対応しており、＋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。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。
【００４７】
また、磁気記録ヘッドの説明において当該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、磁気記録ヘッドの説明における導波路の「上面」または「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。
【００４８】
図５は、磁気記録装置およびＨＧＡ（ヘッドジンバルアセンブリ）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。
【００４９】
図５に示される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の書き込みおよ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および発光制御回路１３とを備えている。
【００５０】
磁気ディスク１０は、本実施の形態において、垂直磁気記録用であり、ディスク基板に、軟磁性裏打ち層、中間層および磁気記録層（垂直磁化層）が順次積層された構造を有している。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。アセンブリキャリッジ装置１２内において、駆動アーム１４は、ピポットベアリング軸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。
【００５１】
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。例えば、磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７および熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、単数であってもよい。
【００５２】
さらに、同様の図５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に固着されておりしかも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、を備えて構成されている。また、フレクシャ２０１上には、リード導体およ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。
【００５３】
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。
【００５４】
図６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。
【００５５】
ただし、図６のヘッドにおいて、光導波路の基部である広幅のコア基部に形成されたグレーティング（格子）に対して、レーザ光を垂直方向に入射させるレーザ光発生装置（光源ユニット）の記載は省略してある。垂直方向に入射されるレーザ光は、単に照射状態を矢印ＬＡで示すに留まっている。
【００５６】
レーザ光発生装置（光源ユニット）は、例えば、図１に示されるように、光導波路のコアに対向するように配置してもよいし、図４に示されるように光導波路のコアの後部に配置されて、反射膜を介してグレーティング（格子）に垂直入射させるようにしてもよい。ヘッド内への取り付け手法には種々の形態が考えられる。レーザ光発生装置（光源ユニット）は、すでに外部で予め形成していたものをヘッド内に取り付けるようにしてもよいし、ヘッド内に成膜技術を応用して薄膜形成するようにしてもよい。
【００５７】
図６に示されるように、熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、スライダ２２を有している。
【００５８】
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。
【００５９】
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および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の双方を備えて構成されるヘッド素子３２と、図示していない光源ユニットに備えられたレーザダイオード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プラズモン発生素子３６と、ＭＲ素子３３、電磁変換素子３４、導波路３５およびプラズモン発生素子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。近接場光発生素子は、プラズモン発生素子と導波路からなる。
【００６０】
ここで、導波路３５は、前記図１〜図４を用いて説明したコア１１５０のコア材料と同じ材料からなり、同義である。導波路３５は、図面の紙面の大きさ等の関係から、必ずしも、図１〜図４に示されるコア形態と同じに描かれていないこともあるが、実際は同じものである。
【００６１】
端子電極３７０および３７１は、フレクシャ２０１（図５参照）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。
【００６２】
ＭＲ素子３３、電磁変換素子３４およびプラズモン発生素子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。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。
【００６３】
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および電磁変換素子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。
【００６４】
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、光源ユニットのレーザダイオードから導波路３５のグレーティング１２００に垂直照射され、導波路３５を通って伝播してきたレーザ光が、後に詳述するように、表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合し、プラズモン発生素子３６に表面プラズモンを励起する。
【００６５】
この表面プラズモンが、後述するプラズモン発生素子３６に設けられた伝播エッジを、ヘッド部端面２２１０に向けて伝播することにより、プラズモン発生素子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。
【００６６】
図７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６のＡ―Ａ面による断面図に相当する。
【００６７】
図７に示されるように、ＭＲ素子３３は、ＭＲ積層体３３２と、対となってＭＲ積層体３３２および絶縁層３８１を挟む位置に配置されている下部シールド層３３０および上部シールド層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および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。
【００６８】
上下部シールド層３３４および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、もしくは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程度とされる。
【００６９】
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効果を利用したＣＩＰ−ＧＭＲ(Current In Plane-Giant Magnetoresistive)積層体、垂直通電型巨大磁気抵抗効果を利用したＣＰＰ−ＧＭＲ(Current perpendicular to Plane-Giant Magnetoresistive)積層体、又はトンネル磁気抵抗効果を利用したＴＭＲ(Tunnel-Magnetoresistive)積層体のいずれであってよい。
【００７０】
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ことができる。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および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および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。
【００７１】
ＭＲ積層体３３２は、例えば、ＴＭＲ積層体である場合、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜１５ｎｍ程度の反強磁性層と、例えばＣｏＦｅ等からなる２つの強磁性層がＲｕ等の非磁性金属層を間に挟んだ構造を有しており、反強磁性層によって磁化方向が固定されている磁化固定層と、例えばＡｌ、ＡｌＣｕ等からなる厚さ０．５〜１ｎｍ程度の金属膜が真空装置内に導入された酸素によって又は自然酸化によって酸化された非磁性誘電材料からなるトンネルバリア層と、例えば強磁性材料である厚さ１ｎｍ程度のＣｏＦｅ等と厚さ３〜４ｎｍ程度のＮｉＦｅ等との２層膜から構成されておりトンネルバリア層を介して磁化固定層との間でトンネル交換結合をなす磁化自由層とが、順次積層された構造を有していてもよい。
【００７２】
同じく図７に示されるように、電磁変換素子３４は、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。
【００７３】
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波路である。
【００７４】
主磁極層３４０は、主磁極３４００および主磁極本体部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、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９を参照）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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である。
【００７７】
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されている。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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およびライトシールド層３４５との間を電気的に絶縁している。
【００８０】
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７に示される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。
【００８１】
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、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。
【００８２】
トレーリングシールド３４５０は、本実施の形態において、絶縁層３４２０および主磁極本体部３４０１とともに平坦化されていて、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。また、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る。
【００８３】
同じく図７に示されるように、導波路３５およびプラズモン発生素子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-Generatorをなす。
【００８４】
ここで、導波路３５（図１〜２、図４における符号１１５０と同義である）は、素子形成面２２０２と平行に形成されており、ヘッド部端面２２１０側の端面３５０まで伸張されている。
【００８５】
また、導波路３５の上面（側面）の一部とプラズモン発生素子３６の（伝播エッジ３６０（図８）を含む）下面の一部とは、所定の間隔をもって対向しており、これら一部に挟まれた部分は、導波路３５の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部５０となっている。
【００８６】
緩衝部５０は、導波路３５を伝播するレーザ光を、表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合させる役割を果たす。なお、この緩衝部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、プラズモン発生素子３６および緩衝部５０については、さらに、図８を参照して説明を加える。
【００８７】
また、本実施形態においては、ＭＲ素子３３と電磁変換素子３４（導波路３５）との間に、絶縁層３８２および３８３に挟まれた素子間シールド層３９が設けられている。この素子間シールド層３９は、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しており、上下部シールド層３３４および３３０と同じ軟磁性材料で形成されていてもよい。なお、素子間シールド層３９は必ずしも必要ではなく、素子間シールド層３９が存在しない形態であってもよい。また、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。
【００８８】
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および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:wide area adjacent track eraser）現象の抑制を図るものである。
【００８９】
なお、図７や図８に示されるヘッドの形態において、導波路３５とプラズモン発生素子３６が結合される領域においては、レーザ光の電場の振動方向が、垂直（Ｚ軸方向：ＴＭモードの偏光）であることが必要である。
【００９０】
図８は、導波路３５、プラズモン発生素子３６および主磁極層３４０の構成を概略的に示す斜視図である。同図においては、書き込み磁界およ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。
【００９１】
図８に示されるように、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(Propagative Edge)３６０を備えたプラズモン発生素子３６とが設けられている。
【００９２】
なお、図８に部分的に示されている導波路３５の箇所は、図１〜図４における狭幅の先端コア部１１５３に相当している。
【００９３】
さらに、導波路３５の側面３５４の一部と、この一部に対向したプラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０を含む下面３６２の一部との間に挟まれた部分が、緩衝部５０となっている。すなわち、伝播エッジ３６０の一部は、緩衝部５０に覆われている。
【００９４】
緩衝部５０は、レーザ光５３を表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合させる役割を果たす。ここで、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およびその反対側の端面（図示していない）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において伝播するレーザ光５３が全反射し得る面となる。
【００９５】
なお、本実施形態において、一部が緩衝部５０に接面した導波路３５の側面３５４は、導波路３５の上面となっている。また、緩衝部５０は、保護層３８（図６参照）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。
【００９６】
プラズモン発生素子３６は、さらに、ヘッド部端面２２１０に達した近接場光発生端面３６ａを備えている。こ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、レーザ光５３と表面プラズモンモードで結合する部分である緩衝部５０に覆われた部分から、近接場光発生端面３６ａまで伸張しており、レーザ光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。
【００９７】
ここで、伝播エッジ３６０のヘッド部端面２２１０側の部分は、近接場光発生端面３６ａに向かうにつれて、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０とは反対側の端面３６１に近づくように伸張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とされる。
【００９８】
また、プラズモン発生素子３６は、本実施の形態において、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）に先細となる形状を有している。
【００９９】
また、プラズモン発生素子３６においては、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９参照）。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。
【０１００】
導波路３５および緩衝部５０は、プラズモン発生素子３６の−Ｚ側（図面の下方側）、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および主磁極本体部３４０１から十分に離隔させることができる。その結果、レーザ光５３の一部が金属からなる主磁極３４００および主磁極本体部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。
【０１０１】
図８に示されるように、導波路３５（ここでは図１〜図４における狭幅の先端コア部１１５３と同義）の形状は直方体でもよいが、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。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、例えば約０．３〜１００μｍとすることができ、（Ｚ軸方向の）厚さＴWGは、例えば０．１〜４μｍとすることができる。（Ｘ軸方向の）高さ（長さ）は、例えば１０〜３００μｍとすることができる。
【０１０２】
また、導波路３５の側面、すなわち上面３５４、下面３５３、およびトラック幅方向（Ｙ軸方向）の両側面３５１は、緩衝部５０と接面した部分を除いて、保護層３８（図６参照）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６３３ｎｍ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レーザ光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、より多くのレーザ光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。
【０１０３】
プラズモン発生素子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、プラズモン発生素子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、例えば約１０〜１００ｎｍ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、例えば約１０〜１００ｎｍとすることができ、（Ｘ軸方向の）長さ（高さ）ＨNFは、例えば約０．８〜６．０μｍとすることができる。
【０１０４】
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６３３ｎｍ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。
【０１０５】
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６）の一部とすることも可能である。
【０１０６】
また、緩衝部５０の（Ｘ軸方向の）長さ、すなわち導波路３５とプラズモン発生素子３６との結合部分の長さＬBFは、０．５〜５μｍであることが好ましい。緩衝部５０の（Ｚ軸方向の）厚さＴBFは、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。これら緩衝部５０の長さＬBFおよび厚さ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。
【０１０７】
また、緩衝部５０のヘッド部端面２２１０側の端は、Ｘ軸方向においてヘッド部端面２２１０から距離ＤBFだけ離隔している。表面プラズモンの伝播距離は、この距離ＤBFによって調整される。
【０１０８】
同じく図８に示されるように、プラズモン発生素子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が設けられることが好ましい。この熱伝導層５１は、保護層３８（図６参照）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、プラズモン発生素子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および主磁極本体部３４０１に逃がすことができる。
【０１０９】
すなわち、主磁極３４００および主磁極本体部３４０１をヒートシンクとして用いることができる。その結果、プラズモン発生素子３６の過度の温度上昇を抑制することができ、近接場光発生端面３６ａの不要な突出や、プラズモン発生素子３６における光利用効率（Optical-Power-Efficiency）の大幅な低下を回避することができる。
【０１１０】
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９参照）に相当し、１００ｎｍ以下の十分に小さい値に設定される。
【０１１１】
さらに、熱伝導層５１の屈折率ｎIN2は、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０を覆う絶縁層５２の屈折率ｎIN1と同じに、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、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０は、自身とは反対側の端面３６１を覆う材料の屈折率ｎIN2と同じか、又はそれよりも高い屈折率ｎIN1を有する材料で覆われていることになる。
【０１１２】
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ｎIN1≧屈折率ｎIN2×１．５であることが好ましいことが分かっている。
【０１１３】
同じく図８に示されるように、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のヘッド部端面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。
【０１１４】
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のヘッド部端面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、プラズモン発生素子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７参照）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から十分に隔離させた上で、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。
【０１１５】
図９は、プラズモン発生素子３６および電磁変換素子３４のヘッド部端面２２１０上での端面の形状を示す平面図である。
【０１１６】
図９に示されるように、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。
【０１１７】
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程度である。
【０１１８】
また、ヘッド部端面２２１０上において、プラズモン発生素子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であって、特に、２０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【０１１９】
本実施形態の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、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。
【０１２０】
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（プラズモン発生素子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。
【０１２１】
また、二等辺三角形の頂点３６０ａにおける頂角θNFは、６０〜１３０度であることが好ましく、特に、８０〜１１０度であることがより好ましい。この頂角θNFを調整することによって、近接場光発生端面３６ａ内における近接場光の発光位置を、トレーリング側にすることが可能となる。
【０１２２】
さらに、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９に示される構成によれば、導波路３５を、主磁極３４００および主磁極本体部３４０１から十分に離隔させることができる。その結果、レーザ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。
【０１２３】
図１０は、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。
【０１２４】
図１０に示されるように、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レーザ光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プラズモン発生素子３６との光学的構成と結びついて、プラズモン発生素子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プラズモン発生素子３６に結合する。
【０１２５】
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、プラズモン発生素子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。しかしながら以後、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も呼ぶ。
【０１２６】
伝播エッジ３６０は、プラズモン発生素子３６の傾斜した下面３６２において導波路３５に最も近い位置にあり、また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。この際、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よりも小さく設定し（ｎBF＜ｎWG）、さらに、上述したように緩衝部５０の（Ｘ軸方向の）高さ、すなわち導波路３５とプラズモン発生素子３６との結合部分の長さＬBFと、（Ｚ軸方向の）緩衝部５０の厚さＴBFとを適切に選択することによって可能となる。この表面プラズモンモードの誘起は、例えば、Michael Hochberg, Tom Baehr-Jones, Chris Walker & Axel Scherer, “Integrated Plasmon and dielectric 導波路s”, OPTICS EXPRESS Vol.12, No.22, pp5481-5486(2004)、およびUS patent Publication No.2005/0249451 A1に記載されている。
【０１２７】
この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、プラズモン発生素子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、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０が自身とは反対側の端面３６１を覆う材料の屈折率ｎIN2と同じか、又はそれよりも高い屈折率ｎIN1を有する材料で覆われている。という条件の下、可能となる。実際には、屈折率ｎIN1≧屈折率ｎIN2×１．５であることが好ましいことが分かっている。図１１においては、熱伝導層５１の屈折率ｎIN2が、近接場光発生層３６の伝播面３６０を覆う絶縁層５２の屈折率ｎIN1よりも低くなるように設定される。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。このような手順を踏んで、熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。
【０１３０】
ここで、上述したように、ヘッド部端面２２１０上での近接場光発生端面３６ａの形状およ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。
【０１３１】
また、上記のプラズモン発生素子３６において、表面プラズモンが伝播する伝播エッジ３６０は、非常に狭いトラック幅方向の幅を有する伝播領域となっている。また、本実施形態においては、プラズモン発生素子３６の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。従って、ヘッド製造の際の研磨加工後のヘッド部端面２２１０において、研磨面として現れる近接場光発生端面３６ａを、所望の形状（本実施形態では三角形状）とし、そのサイズを非常に小さくし、その上で確実に表面プラズモンが伝播されてくるようにすることが可能となる。
【０１３２】
また、以上に述べたような表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録においては、プラズモン発生素子３６における光利用効率（Optical-Power-Efficiency）が、従来のプラズモン発生素子を用いた場合の報告例に見られるように５〜１０％程度又はそれ未満であったのに対して、例えば約２０％前後となり、大幅に向上する。
【０１３３】
これにより、プラズモン発生素子３６が過度に温度上昇することがなく、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る。
【０１３４】
さらに、従来の、導波路を伝播するレーザ光がヘッド端面の位置に設けられたプラズモン発生素子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、プラズモン発生素子内で熱エネルギーに変わってしまう。一方、このプラズモン発生素子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、プラズモン発生素子は非常な高温、例えば５００℃にまで達していた。これに対して、本実施の形態におけ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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
なお、図８〜図１０に示されるようなプラズモン発生素子３６の形態を、図１２〜図１３に示されるようなプラズモン発生素子３６´に変更して使用するようにしてもよい。
【０１３７】
図１２〜図１３に示されるプラズモン発生素子３６´は、ＡＢＳ側の端面３６ａが断面Ｖ字形状であり、かつ、同じ形態がＸ方向に延設された形態を有している。この場合、主磁極３４００の下部は、断面Ｖ字形状の凸部３４００´がーＺ方向に延設された形態を有しており、この断面Ｖ字形状の凸部３４００´に断面Ｖ字形状のプラズモン発生素子３６´が密着される構成となっている。プラズモン発生素子３６´のＶ字の先端が伝播エッジとなり、ここで表面プラズモンモードを誘起する。すなわち、緩衝部の近傍まで進行した導波路３５中のレーザ光は、緩衝部と、プラズモン発生素子３６´との光学的構成と結びついて、プラズモン発生素子３６´の伝播エッジに表面プラズモンモードを誘起する。この誘起された表面プラズモンモードにおいては、表面プラズモンが、プラズモン発生素子３６´の伝播エッジ上に励起され、この伝播エッジ上をＡＢＳ方向（−Ｘ方向）に沿って伝播して、伝播エッジのＡＢＳ端面から磁気記録媒体に向けて、近接場光が発せられる。
【０１３８】
このような形態とすることによって、磁極の近傍に、発光位置が制御された近接場光発光素子を配置することが可能となり、書き込み用の磁極と近接場光発光素子との距離を近づけることができる。
【０１３９】
なお、図１２〜図１３に示されるプラズモン発生素子３６´の形態に限定されることなく、変形例として、断面Ｖ字形状のＶ字の上端部の両側にそれぞれウイング（Ｙ方向、およびーＹ方向）を付加したり、あるいは、ＡＢＳ端面近傍が断面Ｖ字形状であって、奥域（Ｘ方向）に進むにつれてあたかも船状に広がる形態部分を備えるプラズモン発生素子としてもよい。この変形例の場合もやはり、磁極は、プラズモン発生素子の凹部と密着されるような凸形状を有するように構成される。
【０１４０】
図１１は、図５に示した磁気ディスク装置の記録再生および発光制御回路１３の回路構成を示すブロック図である。
【０１４１】
図１１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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
レーザ制御回路９９は、制御ＬＳＩ９０から出力されるレーザＯＮ／ＯＦＦ信号およ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プラズモン発生素子３６に結合する。これにより、プラズモン発生素子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、発振しきい値および光出力−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、およ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信号およ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。
【０１４５】
なお、記録再生および発光制御回路１３の回路構成は、図１１に示したものに限定されるものではないことは明らかである。記録制御信号および再生制御信号以外の信号で書き込み動作および読み出し動作を特定してもよい。
【０１４６】
上記の内容を考慮しつつ、本発明の光導波路を熱アシスト磁気記録ヘッドに応用する場合、コア１１５０の形態は、図１４や図１５に示される形態とすることが望ましい。
【０１４７】
図１４に示されるコア１１５０は、上述してきた伝搬エッジを備えるプラズモン発生素子３６、３６´との組み合わせ使用において、特に、好適である。図１４に示されるコア１１５０は、狭幅の先端コア部１１５３にＴＥ−ＴＭ変換素子７７７を設けており、これにより、コア基部１１５１および絞り部１１５２においてＴＥモードの偏光（振動方向Ｙ方向）で伝搬されているレーザ光を、表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合できるように、ＴＭモードの偏光（振動方向Ｚ方向）に変換している。
【０１４８】
また、図１５に示されるコア１１５０は、狭幅の先端コア部１１５３をさらに細幅に絞り込んだ先端部１１５４を設け、その先端にプラズモン発生素子チップ３６００を直接付着させた構造を備えている。この形態は近接場光を発生させるもっともシンプルかつオーソドックスな形態である。この場合、プラズモン結合させる必要性がないため、ＴＥモードの偏光（振動方向Ｙ方向）のままで、プラズモン発生素子チップに至るまで光伝搬される。
【実施例】
【０１４９】
上述してきた本発明の光導波路について、具体的実施例を示し本発明をさらに詳細に説明する。
【０１５０】
〔実験例Ｉ〕
図１〜図３に示されるような形態の光導波路において、グレーティング１２００に照射された光がどの程度導波路内で光結合して伝搬するのかの指標となる光強度をシミュレーションによって解析した実験例を示す。
【０１５１】
パラメータは、図３に示されるコア基部１１５１の厚さＨ２に対するグレーティング１２００の凹溝１２０１の深さＨ１の比（Ｈ１／Ｈ２）である。
【０１５２】
＜シュミレーション条件＞
・コアの材料：ＴａＯｘ（屈折率：２．１５）
・コア寸法：
広幅のコア基部１１５１（幅Ｗ１＝４μｍ；長さＬ１＝５０μｍ）
絞り部１１５２（長さＬ２＝１００μｍ）
狭幅の先端コア部１１５３（幅Ｗ３＝０．５μｍ；長さＬ３＝３０μｍ）
厚さ（Ｈ２）＝０．３μｍ
・クラッドの材料：ＳｉＯ2 （屈折率：１．４５）
・使用レーザ光：波長８００ｎｍ（クラッド内での換算波長）、ＴＭ偏波
・グレーティング１２００の仕様：
Single grating（格子長Ｗｏ（Ｙ方向）＝１０μｍ）
格子ピッチＰ＝０．５４μｍ
格子の凹溝１２０１の深さＨ１（パラメータ）
凹溝１２０１にクラッド材を充填
凹溝１２０１の個数；２０本
・反射膜１１５９：コア基部の導波方向と反対側の端面に厚さ１００ｎｍのＡｕ
【０１５３】
シミュレーションによって解析した結果を下記表１に示した。なお、光強度の測定位置は、Ｌ２とＬ１の間の場所とした。
【０１５４】
【表１】
【０１５５】
上記表１において、凸２５％とは、コア平面を基準として、コア厚さに対して２５％突出した凸状グレーティングを意味する。凸５０％とは、コア平面を基準として、コア厚さに対して５０％突出した凸状グレーティングを意味する。
【０１５６】
上記の結果より、本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明の光導波路は、光が伝播される導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、前記コアは、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部と、このコア基部に連接されて導波方向に沿って幅が徐々に絞られる絞り部と、この絞り部に連接され導波方向に沿って延設された狭幅の先端コア部とを有し、前記広幅のコア基部の一方の平面の上には、グレーティング（格子）を備えており、当該グレーティングは、平面に多数の断面矩形状の凹溝を幅方向に沿って刻むことによって構成されており、前記グレーティングは、当該グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、前記グレーティングの周期（格子ピッチ：凹溝のピッチ）は、垂直入射されるレーザ光の波長（当該波長はクラッド内での波長として規定される）よりも小さくなるように構成されており、前記グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たすよう形成されているので、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させ、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる。これにより、レーザ光発生装置との配置関係をシンプルにして、レーザ光発生装置の設置を簡単に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明の産業上の利用可能性として、例えば、極小サイズの磁気記録ヘッドであって光導波路を備える熱アシスト磁気記録ヘッド、光伝送部品、Ｓｉ細線導波路などの産業に適用できる。
【符号の説明】
【０１５８】
１１００…光導波路
１１５０…コア
１１５１…コア基部
１１５２…絞り部
１１５３…先端コア部
１２００…グレーティング（格子）
１２０１…凹溝
１３００…クラッド
１４００…光源ユニット
１４０１…反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路およびそれを用いた熱アシスト磁気記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドおよび媒体を用いた磁気記録の分野においては、磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、薄膜磁気ヘッドおよび磁気記録媒体のさらなる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が積層された構造からなる複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
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。
【０００４】
この問題への対策として、磁性微粒子の磁気異方性エネルギーＫｕを大きくすることが考えられる。しかし、このＫｕの増加は、磁気記録媒体の異方性磁界（保磁力）の増加をもたらす。これに対して、薄膜磁気ヘッドにより書き込み磁界強度の上限は、ヘッド内の磁気コアを構成する軟磁性材料の飽和磁束密度でほぼ決定されてしまう。従って、磁気記録媒体の異方性磁界が、この書き込み磁界強度の上限から決まる許容値を超えると、書き込みが不可能となってしまう。現在、このような熱安定性の問題を解決する１つの方法として、Ｋｕの大きな磁性材料を用いる一方で、書き込み磁界を印加する直前に磁気記録媒体に熱を加えるころによって、異方性磁界を小さくして書き込みを行う、いわゆる熱アシスト磁気記録方式が提案されている。
【０００５】
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、米国特許第６，７６８，５５６号明細書（US Patent No. 6,768,556）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発生素子が開示されている。
【０００６】
また、米国特許出願公開第２００４／０８１０３１号明細書（US Patent Publication No.2004/081031 A1）においては、プラズモン発生素子が、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、米国特許出願公開第２００３／０６６９４４号明細書（US Patent Publication No.2003/066944 A1）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。
【０００７】
本願発明者らもまた、近接場光の照射を利用して磁気記録の可能性を極限まで追求し、より改善された熱アシスト磁気記録ヘッドの開発を進めている。
【０００８】
近接場光の照射を利用した熱アシスト記録を磁気記録ヘッドで行うに際しては、発光素子としてのレーザ発生装置を磁気記録ヘッドに搭載し、レーザ発生装置から発せられたレーザ光を光導波路（光waveguide）に取り込み、磁気記録媒体に対向する位置付近に存在するプラズモン・アンテナまで導く必要性がある。
【０００９】
レーザ発生装置から発せられたレーザ光を光導波路に取り込む際、光導波路の片側平面の上に、grating (格子)を設けて、当該grating (格子)を介して、レーザ光を光導波路に光結合させ、しかる後、光導波路内を伝搬させる手法がある（ＵＳ ６９４４１１２、文献Nature Photonics (Seagate) 2009.03.22など)。
【００１０】
ＵＳ ６９４４１１２に開示の技術は、planer 導波路(平面導波路)に形成された格子に対して、レーザ発生装置から発せられたレーザ光を垂直入射させるものではなく、斜め照射するものである。また、planer 導波路(平面導波路)の外部形態は、放物線形状であり、単一モードに絞り込む形態であるスポットサイズコンバータとは異なる。ＵＳ ６９４４１１２の開示の技術によれば、伝搬される光は、一旦、放物線形状の部分で反射されて、焦点に集光される。
【００１１】
また、文献Nature Photonics (Seagate) に開示の技術は、ＵＳ ６９４４１１２と同様に、平面導波路の外部形態は、放物線形状であり、単一モードに絞り込む形態であるスポットサイズコンバータではない。従って、一旦、放物線形状部分で反射されて、焦点に集光される。また、当該文献においては、２つの格子が並列に配列されたdual offset gratingを備えている。そのため、放物線形状部分で反射された光同士が焦点で交差するために、最終的な光の偏光（振動）方向は、紙面の上での上下方向と同じ方向となる。そのため、ＡＢＳへ向かって導波する表面プラズモンを使用する素子には効率よく結合できないという不都合が生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ ６,９４４,１１２号
【特許文献２】特開２００８−０１００９３
【特許文献３】特開２００８−０１６０９６
【特許文献４】特開２０１０−１０８５８４
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Nature Photonics (Seagate):PUBLISHED ONLINE:22 MARCH 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このような実状のもとに本願発明は創案されたものであって、その目的は、レーザ光発生装置との配置関係をシンプルにして、レーザ光発生装置の設置を簡単に行うことが可能となるように、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させる構造、および、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる光導波路を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の光導波路は、光が伝播される導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、前記コアを構成する材料の屈折率は、前記クラッドを構成する材料の屈折率よりも大きくなっており、前記コアは、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部と、このコア基部に連接されて導波方向に沿って幅が徐々に絞られる絞り部と、この絞り部に連接され導波方向に沿って延設された狭幅の先端コア部とを有し、前記広幅のコア基部の一方の平面の上には、グレーティング（格子）を備えており、当該グレーティングは、平面に多数の断面矩形状の凹溝を幅方向に沿って刻むことによって構成されており、前記グレーティングは、当該グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、前記グレーティングの周期（格子ピッチ：凹溝のピッチ）は、垂直入射されるレーザ光の波長（当該波長はクラッド内での波長として規定される）よりも小さくなるように構成されており、前記グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たすよう形成されてなるように構成される。
【００１６】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記コア基部の導波方向と反対側の端面（後端部）には、反射膜が設けられているように構成される。
【００１７】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記幅細の先端コア部は、前記絞り部の絞られた最終幅と実質的に同じ幅で導波方向に沿って延設されているように構成される。
【００１８】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記グレーティング（格子）は、single grating として構成される。
【００１９】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記グレーティング（格子）は、コア平面の上に凹部溝を形成し、当該凹部内にクラッド材料を埋設させることにより構成される。
【００２０】
また、本発明の光導波路の好ましい態様として、前記広幅のコア基部の幅Ｗ１は、０．４〜１０．０μｍであり、前記狭幅の先端コア部の幅Ｗ３は、０．３〜１．０μｍであるように構成される。
【００２１】
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドは、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、プラズモンを励起するための光を伝播させる上記記載の光導波路と、前記光とプラズモンモードで結合する部分であるプラズモン発生素子と、を備えてなるように構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させることができるとともに、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる。これにより、光導波路とレーザ光発生装置との配置関係がきわめてシンプルとなり、レーザ光発生装置などの設置を容易に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、発光素子から発せられた光ビームが照射されている本発明の光導波路の模式的断面図を示す図面である。
【図２】図２は、図１に示される本発明の光導波路のα−α断面矢視図であり、クラッドを除いて描いた断面図である。
【図３】図３は、図１に示される光導波路の要部の拡大断面図であり、コアのグレーティング形成面にレーザ光が垂直入射される部分の拡大断面図である。
【図４】図４は、図１に相当する図面であって、コアのグレーティング形成面にレーザ光を垂直入射させる他の方法を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の光導波路を適用させることのできる磁気記録装置およびＨＧＡの一実施形態の要部の構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の光導波路を適用させることのでき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斜視図である。
【図７】図７は、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６のＡ―Ａ面による断面図である。
【図８】図８は、導波路、プラズモン発生素子および主磁極層の構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】図９は、プラズモン発生素子およ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平面図である。
【図１０】図１０は、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。
【図１１】図１１は、図５に示した磁気ディスク装置の記録再生および発光制御回路の回路構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、他の形態のプラズモン発生素子を適用した場合の図８相当図であり、導波路、プラズモン発生素子および主磁極層の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１３】図１３は、他の形態のプラズモン発生素子を適用した場合の図９相当図であり、プラズモン発生素子およ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平面図である。
【図１４】図１４は、図２相当図であり、本発明の光導波路を熱アシスト磁気記録ヘッドに応用する場合、コアの形態の一例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、図２相当図であり、本発明の光導波路を熱アシスト磁気記録ヘッドに応用する場合、コアの形態の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための光導波路の最良の形態について詳細に説明する。
図１は、発光素子から発せられた光ビームが照射されている本発明の光導波路の模式的断面図を示す図面であり、図２は、図１に示される本発明の光導波路のα−α断面矢視図であり、クラッドを除いて描いた断面図であり、図３は、図１に示される光導波路の要部の拡大断面図であり、コアのグレーティング形成面にレーザ光が垂直入射される部分の拡大断面図である。
【００２５】
図１に示されるように、本発明の光導波路１１００は、光を導くための主要部をなす導波路本体であるコア１１５０と、その周囲を囲むクラッド１３００と、を有して構成されている。そして、コア１１５０を構成する材料の屈折率は、クラッド１３００を構成する材料の屈折率よりも大きくなるように、コアおよびクラッドの材料選定が行われる。
【００２６】
コア１１５０は、図１および図２に示されるように、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部１１５１と、このコア基部１１５１に連接されて導波方向（図１および図２における−Ｘ方向）に沿って幅が徐々に絞られる絞り部１１５２と、この絞り部１１５２に連接され導波方向（−Ｘ方向）に沿って延設された狭幅の先端コア部１１５３とを有している。
【００２７】
絞り部１１５２では、主としてシングルモードへの光変換が行われ、狭幅の先端コア部１１５３では、主としてシングルモードでの光伝搬が行われる。シングルモードとは、光を伝搬する経路（モード）が１つであることを言う。光の振動方向を所望の方向に変換するために、狭幅の先端コア部１１５３の途中に、例えば、ＴＥ−ＴＭモード変換素子を設けるようにしてもよい。これによって、例えば、図２におけるＹ方向に振動方向を有する偏光をＺ方向に振動方向を有する偏光に変換させることができる。
【００２８】
図２に示される広幅のコア基部１１５１の幅Ｗ１は、０．４〜１０．０μｍ程度とされ、狭幅の先端コア部の幅Ｗ３は、０．３〜１．０μｍ程度とされる。例えば、幅細の先端コア部１１５３は、絞り部１１５２の絞られた最終幅と実質的に同じ幅で導波方向に沿って延設される。
【００２９】
また、図２に示される導波方向（−Ｘ方向）の各構成部の長さは、広幅のコア基部１１５１の長さＬ１が、２〜２００μｍ程度、絞り部１１５２の長さＬ２が３０〜２００μｍ程度、狭幅の先端コア部の長さＬ３が、０．５〜１００μｍ程度とされる。
【００３０】
広幅のコア基部１１５１の一方の平面の上には、グレーティング（格子）１２００が形成されている。このグレーティング１２００は、平面に多数の断面矩形状の凹溝１２０１を幅方向（Ｙ方向）に沿って刻むことによって構成されている。凹溝１２０１の数は、１０〜２００本程度である。
【００３１】
グレーティング１２００は、コア平面の上に凹部溝を形成し、当該凹部内にクラッド材料を埋設させることにより構成される（図３参照）。なお、広幅のコア基部１１５１の一方の平面の上に凹部溝ではなく突起した凸部を設けるグレーティング構造では、効果的な光結合が実現できないことに注意されたい。
【００３２】
本発明におけるグレーティング１２００は、図１に示されるように、例えば、広幅のコア基部１１５１と対向配置された光源ユニット１４００（例えば、レーザダイオード１４００）から、グレーティング１２００形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、グレーティング１２００の周期（格子ピッチＰ：凹溝１２０１のピッチＰ）は、垂直入射されるレーザ光の波長λcよりも小さくなるように構成される。
【００３３】
つまり、格子ピッチＰ（ｎｍ）＜レーザ光の波長λc（ｎｍ）、の不等式の関係が成立するように構成される。波長λcはクラッド１３００における波長として規定される。なお、本発明において、垂直入射とは、９０°±５°の角度範囲での入射をいう。
【００３４】
ただし、図１に示される形態に限定されるわけではなく、例えば、図４に示されるように、広幅のコア基部１１５１の後方に光源ユニット１４００を配置して、反射膜１４０１の反射を利用して、レーザ光（Ｌ）をグレーティング１２００形成面に対して垂直入射させるようにしてもよい。図４に示される反射膜１４０１の反射を利用する態様によれば、例えば、光源ユニット１４００の設置場所の選定の自由度（Ｚ方向への設置の自由度）が増大するというメリットがある。
【００３５】
本発明において、特に重要なことは、図３に示されるように、グレーティング１２００の凹溝１２０１の深さＨ１は、コア基部１１５１の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係、特に、好ましくは、Ｈ１＝（０．４５〜０．５５）Ｈ２を満たすよう形成されている。
【００３６】
なお、コア基部１１５１の厚さＨ２は、通常、０．３〜３．０μｍ程度とされる。凹溝１２０１の個数は、Ｘ方向に、１０〜２００個程度形成される。
【００３７】
上記Ｈ１とＨ２との厚さ比の関係が必要であるのは、以下の考察に基づく。すなわち、導波路の中で導波するための光の強度分布および位相などと、グレーティング１２００に対して垂直照射されたレーザ光によって凹溝１２０１の下端エッジ近傍で発生するエバネッセント波（近接場光）の強度分布および位相などを一致させることによって、入射されるレーザ光と導波路内の導波光との光の結合を図るという作用が奏される。本願におけるグレーティング１２００を介しての導波路への光結合は、回折によるものではない。凹溝１２０１の下端エッジ近傍で発生する近接場光そのものは伝搬しないが、そのエネルギーが導波路の中で導波するためのエネルギーに変換されるものと考えられる。
【００３８】
なお、入射されるレーザ光の振動方向（偏光方向）は、広幅のコア基部１１５１の幅方向であるＹ方向とすることが好ましい。（例えば、ＴＥ偏波）
【００３９】
また、本発明においてもう一つの重要な点は、コア基部１１５１の導波方向と反対側の端面（後端部）には、Ａｕ膜等からなる反射膜１１５９が設けられていることである。本願発明においては、コア基部１１５１に形成されたグレーティング１２００に対する垂直方向への光入射が基本であるため、反射膜１１５９を設けることによって、確実に、目的とする導波方向（−Ｘ方向）に光を伝搬させるように構成している。
【００４０】
また、本発明におけるグレーティング１２００（格子）は、図２に示されるようにsingle grating であることが望ましい。先行技術に記載したように、Single grating を並列に配置したDual gratingにすると、伝搬方向において、互いの干渉が生じ得るおそれがあるからである。なお、single gratingの格子の長さＷｏ（Ｙ方向）は、０．３４〜９．９０μｍ程度とされる。
【００４１】
このような本発明における光導波路は、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させることができるとともに、光導波路内を目的とする方向に伝搬させることができ、例えば、極小サイズの磁気記録ヘッドであって光導波路を備える熱アシスト磁気記録ヘッド、光伝送部品、Ｓｉ細線導波路などに適用可能である。
【００４２】
なお、レーザ光を発生させるレーザダイオードとしては、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〜１．７μｍの範囲内のいずれの値のものを用いてもよい。
【００４３】
また、図１〜図４に示されるような光導波路の積層構成は、スパッタ、ミリング、ＲＩＥ、フォトレジスト手法等の薄膜製造技術を利用して積層することができる。
【００４４】
以下、本発明の光導波路が好適に適用される熱アシスト磁気記録ヘッドの好適例について説明する。ただし、以下に詳述する熱アシスト磁気記録ヘッドそのものの構造に限定されるものではない。
【００４５】
〔熱アシスト磁気記録ヘッドの説明〕
熱アシスト磁気記録ヘッドの説明をする前に、本明細書において用いられる用語の定義を行う。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も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。
【００４６】
また、磁気ヘッドの実施形態において、必要に応じていくつかの図面中、「Ｘ，Ｙ，Ｚ方向」を規定している。ここで、Ｚ軸方向は、上述の上下方向に対応しており、＋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。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。
【００４７】
また、磁気記録ヘッドの説明において当該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、磁気記録ヘッドの説明における導波路の「上面」または「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。
【００４８】
図５は、磁気記録装置およびＨＧＡ（ヘッドジンバルアセンブリ）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。
【００４９】
図５に示される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の書き込みおよ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および発光制御回路１３とを備えている。
【００５０】
磁気ディスク１０は、本実施の形態において、垂直磁気記録用であり、ディスク基板に、軟磁性裏打ち層、中間層および磁気記録層（垂直磁化層）が順次積層された構造を有している。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。アセンブリキャリッジ装置１２内において、駆動アーム１４は、ピポットベアリング軸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。
【００５１】
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。例えば、磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７および熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、単数であってもよい。
【００５２】
さらに、同様の図５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に固着されておりしかも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、を備えて構成されている。また、フレクシャ２０１上には、リード導体およ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。
【００５３】
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。
【００５４】
図６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。
【００５５】
ただし、図６のヘッドにおいて、光導波路の基部である広幅のコア基部に形成されたグレーティング（格子）に対して、レーザ光を垂直方向に入射させるレーザ光発生装置（光源ユニット）の記載は省略してある。垂直方向に入射されるレーザ光は、単に照射状態を矢印ＬＡで示すに留まっている。
【００５６】
レーザ光発生装置（光源ユニット）は、例えば、図１に示されるように、光導波路のコアに対向するように配置してもよいし、図４に示されるように光導波路のコアの後部に配置されて、反射膜を介してグレーティング（格子）に垂直入射させるようにしてもよい。ヘッド内への取り付け手法には種々の形態が考えられる。レーザ光発生装置（光源ユニット）は、すでに外部で予め形成していたものをヘッド内に取り付けるようにしてもよいし、ヘッド内に成膜技術を応用して薄膜形成するようにしてもよい。
【００５７】
図６に示されるように、熱アシスト磁気記録ヘッド２１は、スライダ２２を有している。
【００５８】
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。
【００５９】
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および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の双方を備えて構成されるヘッド素子３２と、図示していない光源ユニットに備えられたレーザダイオード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プラズモン発生素子３６と、ＭＲ素子３３、電磁変換素子３４、導波路３５およびプラズモン発生素子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。近接場光発生素子は、プラズモン発生素子と導波路からなる。
【００６０】
ここで、導波路３５は、前記図１〜図４を用いて説明したコア１１５０のコア材料と同じ材料からなり、同義である。導波路３５は、図面の紙面の大きさ等の関係から、必ずしも、図１〜図４に示されるコア形態と同じに描かれていないこともあるが、実際は同じものである。
【００６１】
端子電極３７０および３７１は、フレクシャ２０１（図５参照）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。
【００６２】
ＭＲ素子３３、電磁変換素子３４およびプラズモン発生素子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。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。
【００６３】
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および電磁変換素子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。
【００６４】
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、光源ユニットのレーザダイオードから導波路３５のグレーティング１２００に垂直照射され、導波路３５を通って伝播してきたレーザ光が、後に詳述するように、表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合し、プラズモン発生素子３６に表面プラズモンを励起する。
【００６５】
この表面プラズモンが、後述するプラズモン発生素子３６に設けられた伝播エッジを、ヘッド部端面２２１０に向けて伝播することにより、プラズモン発生素子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。
【００６６】
図７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６のＡ―Ａ面による断面図に相当する。
【００６７】
図７に示されるように、ＭＲ素子３３は、ＭＲ積層体３３２と、対となってＭＲ積層体３３２および絶縁層３８１を挟む位置に配置されている下部シールド層３３０および上部シールド層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および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。
【００６８】
上下部シールド層３３４および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、もしくは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程度とされる。
【００６９】
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効果を利用したＣＩＰ−ＧＭＲ(Current In Plane-Giant Magnetoresistive)積層体、垂直通電型巨大磁気抵抗効果を利用したＣＰＰ−ＧＭＲ(Current perpendicular to Plane-Giant Magnetoresistive)積層体、又はトンネル磁気抵抗効果を利用したＴＭＲ(Tunnel-Magnetoresistive)積層体のいずれであってよい。
【００７０】
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ことができる。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および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および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。
【００７１】
ＭＲ積層体３３２は、例えば、ＴＭＲ積層体である場合、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜１５ｎｍ程度の反強磁性層と、例えばＣｏＦｅ等からなる２つの強磁性層がＲｕ等の非磁性金属層を間に挟んだ構造を有しており、反強磁性層によって磁化方向が固定されている磁化固定層と、例えばＡｌ、ＡｌＣｕ等からなる厚さ０．５〜１ｎｍ程度の金属膜が真空装置内に導入された酸素によって又は自然酸化によって酸化された非磁性誘電材料からなるトンネルバリア層と、例えば強磁性材料である厚さ１ｎｍ程度のＣｏＦｅ等と厚さ３〜４ｎｍ程度のＮｉＦｅ等との２層膜から構成されておりトンネルバリア層を介して磁化固定層との間でトンネル交換結合をなす磁化自由層とが、順次積層された構造を有していてもよい。
【００７２】
同じく図７に示されるように、電磁変換素子３４は、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。
【００７３】
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波路である。
【００７４】
主磁極層３４０は、主磁極３４００および主磁極本体部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、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９を参照）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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である。
【００７７】
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されている。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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およびライトシールド層３４５との間を電気的に絶縁している。
【００８０】
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７に示される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。
【００８１】
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、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。
【００８２】
トレーリングシールド３４５０は、本実施の形態において、絶縁層３４２０および主磁極本体部３４０１とともに平坦化されていて、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。また、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る。
【００８３】
同じく図７に示されるように、導波路３５およびプラズモン発生素子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-Generatorをなす。
【００８４】
ここで、導波路３５（図１〜２、図４における符号１１５０と同義である）は、素子形成面２２０２と平行に形成されており、ヘッド部端面２２１０側の端面３５０まで伸張されている。
【００８５】
また、導波路３５の上面（側面）の一部とプラズモン発生素子３６の（伝播エッジ３６０（図８）を含む）下面の一部とは、所定の間隔をもって対向しており、これら一部に挟まれた部分は、導波路３５の屈折率よりも低い屈折率を有する緩衝部５０となっている。
【００８６】
緩衝部５０は、導波路３５を伝播するレーザ光を、表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合させる役割を果たす。なお、この緩衝部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、プラズモン発生素子３６および緩衝部５０については、さらに、図８を参照して説明を加える。
【００８７】
また、本実施形態においては、ＭＲ素子３３と電磁変換素子３４（導波路３５）との間に、絶縁層３８２および３８３に挟まれた素子間シールド層３９が設けられている。この素子間シールド層３９は、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しており、上下部シールド層３３４および３３０と同じ軟磁性材料で形成されていてもよい。なお、素子間シールド層３９は必ずしも必要ではなく、素子間シールド層３９が存在しない形態であってもよい。また、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。
【００８８】
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および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:wide area adjacent track eraser）現象の抑制を図るものである。
【００８９】
なお、図７や図８に示されるヘッドの形態において、導波路３５とプラズモン発生素子３６が結合される領域においては、レーザ光の電場の振動方向が、垂直（Ｚ軸方向：ＴＭモードの偏光）であることが必要である。
【００９０】
図８は、導波路３５、プラズモン発生素子３６および主磁極層３４０の構成を概略的に示す斜視図である。同図においては、書き込み磁界およ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。
【００９１】
図８に示されるように、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(Propagative Edge)３６０を備えたプラズモン発生素子３６とが設けられている。
【００９２】
なお、図８に部分的に示されている導波路３５の箇所は、図１〜図４における狭幅の先端コア部１１５３に相当している。
【００９３】
さらに、導波路３５の側面３５４の一部と、この一部に対向したプラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０を含む下面３６２の一部との間に挟まれた部分が、緩衝部５０となっている。すなわち、伝播エッジ３６０の一部は、緩衝部５０に覆われている。
【００９４】
緩衝部５０は、レーザ光５３を表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合させる役割を果たす。ここで、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およびその反対側の端面（図示していない）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において伝播するレーザ光５３が全反射し得る面となる。
【００９５】
なお、本実施形態において、一部が緩衝部５０に接面した導波路３５の側面３５４は、導波路３５の上面となっている。また、緩衝部５０は、保護層３８（図６参照）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。
【００９６】
プラズモン発生素子３６は、さらに、ヘッド部端面２２１０に達した近接場光発生端面３６ａを備えている。こ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、レーザ光５３と表面プラズモンモードで結合する部分である緩衝部５０に覆われた部分から、近接場光発生端面３６ａまで伸張しており、レーザ光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。
【００９７】
ここで、伝播エッジ３６０のヘッド部端面２２１０側の部分は、近接場光発生端面３６ａに向かうにつれて、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０とは反対側の端面３６１に近づくように伸張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とされる。
【００９８】
また、プラズモン発生素子３６は、本実施の形態において、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）に先細となる形状を有している。
【００９９】
また、プラズモン発生素子３６においては、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９参照）。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。
【０１００】
導波路３５および緩衝部５０は、プラズモン発生素子３６の−Ｚ側（図面の下方側）、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および主磁極本体部３４０１から十分に離隔させることができる。その結果、レーザ光５３の一部が金属からなる主磁極３４００および主磁極本体部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。
【０１０１】
図８に示されるように、導波路３５（ここでは図１〜図４における狭幅の先端コア部１１５３と同義）の形状は直方体でもよいが、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。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、例えば約０．３〜１００μｍとすることができ、（Ｚ軸方向の）厚さＴWGは、例えば０．１〜４μｍとすることができる。（Ｘ軸方向の）高さ（長さ）は、例えば１０〜３００μｍとすることができる。
【０１０２】
また、導波路３５の側面、すなわち上面３５４、下面３５３、およびトラック幅方向（Ｙ軸方向）の両側面３５１は、緩衝部５０と接面した部分を除いて、保護層３８（図６参照）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６３３ｎｍ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レーザ光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、より多くのレーザ光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。
【０１０３】
プラズモン発生素子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、プラズモン発生素子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、例えば約１０〜１００ｎｍ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、例えば約１０〜１００ｎｍとすることができ、（Ｘ軸方向の）長さ（高さ）ＨNFは、例えば約０．８〜６．０μｍとすることができる。
【０１０４】
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６３３ｎｍ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。
【０１０５】
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６）の一部とすることも可能である。
【０１０６】
また、緩衝部５０の（Ｘ軸方向の）長さ、すなわち導波路３５とプラズモン発生素子３６との結合部分の長さＬBFは、０．５〜５μｍであることが好ましい。緩衝部５０の（Ｚ軸方向の）厚さＴBFは、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。これら緩衝部５０の長さＬBFおよび厚さ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。
【０１０７】
また、緩衝部５０のヘッド部端面２２１０側の端は、Ｘ軸方向においてヘッド部端面２２１０から距離ＤBFだけ離隔している。表面プラズモンの伝播距離は、この距離ＤBFによって調整される。
【０１０８】
同じく図８に示されるように、プラズモン発生素子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が設けられることが好ましい。この熱伝導層５１は、保護層３８（図６参照）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、プラズモン発生素子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および主磁極本体部３４０１に逃がすことができる。
【０１０９】
すなわち、主磁極３４００および主磁極本体部３４０１をヒートシンクとして用いることができる。その結果、プラズモン発生素子３６の過度の温度上昇を抑制することができ、近接場光発生端面３６ａの不要な突出や、プラズモン発生素子３６における光利用効率（Optical-Power-Efficiency）の大幅な低下を回避することができる。
【０１１０】
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９参照）に相当し、１００ｎｍ以下の十分に小さい値に設定される。
【０１１１】
さらに、熱伝導層５１の屈折率ｎIN2は、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０を覆う絶縁層５２の屈折率ｎIN1と同じに、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、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０は、自身とは反対側の端面３６１を覆う材料の屈折率ｎIN2と同じか、又はそれよりも高い屈折率ｎIN1を有する材料で覆われていることになる。
【０１１２】
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ｎIN1≧屈折率ｎIN2×１．５であることが好ましいことが分かっている。
【０１１３】
同じく図８に示されるように、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のヘッド部端面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。
【０１１４】
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のヘッド部端面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、プラズモン発生素子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７参照）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から十分に隔離させた上で、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。
【０１１５】
図９は、プラズモン発生素子３６および電磁変換素子３４のヘッド部端面２２１０上での端面の形状を示す平面図である。
【０１１６】
図９に示されるように、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。
【０１１７】
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程度である。
【０１１８】
また、ヘッド部端面２２１０上において、プラズモン発生素子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であって、特に、２０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【０１１９】
本実施形態の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、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。
【０１２０】
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（プラズモン発生素子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。
【０１２１】
また、二等辺三角形の頂点３６０ａにおける頂角θNFは、６０〜１３０度であることが好ましく、特に、８０〜１１０度であることがより好ましい。この頂角θNFを調整することによって、近接場光発生端面３６ａ内における近接場光の発光位置を、トレーリング側にすることが可能となる。
【０１２２】
さらに、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９に示される構成によれば、導波路３５を、主磁極３４００および主磁極本体部３４０１から十分に離隔させることができる。その結果、レーザ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。
【０１２３】
図１０は、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。
【０１２４】
図１０に示されるように、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レーザ光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プラズモン発生素子３６との光学的構成と結びついて、プラズモン発生素子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プラズモン発生素子３６に結合する。
【０１２５】
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、プラズモン発生素子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。しかしながら以後、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も呼ぶ。
【０１２６】
伝播エッジ３６０は、プラズモン発生素子３６の傾斜した下面３６２において導波路３５に最も近い位置にあり、また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。この際、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よりも小さく設定し（ｎBF＜ｎWG）、さらに、上述したように緩衝部５０の（Ｘ軸方向の）高さ、すなわち導波路３５とプラズモン発生素子３６との結合部分の長さＬBFと、（Ｚ軸方向の）緩衝部５０の厚さＴBFとを適切に選択することによって可能となる。この表面プラズモンモードの誘起は、例えば、Michael Hochberg, Tom Baehr-Jones, Chris Walker & Axel Scherer, “Integrated Plasmon and dielectric 導波路s”, OPTICS EXPRESS Vol.12, No.22, pp5481-5486(2004)、およびUS patent Publication No.2005/0249451 A1に記載されている。
【０１２７】
この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、プラズモン発生素子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、プラズモン発生素子３６の伝播エッジ３６０が自身とは反対側の端面３６１を覆う材料の屈折率ｎIN2と同じか、又はそれよりも高い屈折率ｎIN1を有する材料で覆われている。という条件の下、可能となる。実際には、屈折率ｎIN1≧屈折率ｎIN2×１．５であることが好ましいことが分かっている。図１１においては、熱伝導層５１の屈折率ｎIN2が、近接場光発生層３６の伝播面３６０を覆う絶縁層５２の屈折率ｎIN1よりも低くなるように設定される。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。このような手順を踏んで、熱アシスト磁気記録を行うことが可能となる。
【０１３０】
ここで、上述したように、ヘッド部端面２２１０上での近接場光発生端面３６ａの形状およ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。
【０１３１】
また、上記のプラズモン発生素子３６において、表面プラズモンが伝播する伝播エッジ３６０は、非常に狭いトラック幅方向の幅を有する伝播領域となっている。また、本実施形態においては、プラズモン発生素子３６の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。従って、ヘッド製造の際の研磨加工後のヘッド部端面２２１０において、研磨面として現れる近接場光発生端面３６ａを、所望の形状（本実施形態では三角形状）とし、そのサイズを非常に小さくし、その上で確実に表面プラズモンが伝播されてくるようにすることが可能となる。
【０１３２】
また、以上に述べたような表面プラズモンモードを利用した熱アシスト磁気記録においては、プラズモン発生素子３６における光利用効率（Optical-Power-Efficiency）が、従来のプラズモン発生素子を用いた場合の報告例に見られるように５〜１０％程度又はそれ未満であったのに対して、例えば約２０％前後となり、大幅に向上する。
【０１３３】
これにより、プラズモン発生素子３６が過度に温度上昇することがなく、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る。
【０１３４】
さらに、従来の、導波路を伝播するレーザ光がヘッド端面の位置に設けられたプラズモン発生素子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、プラズモン発生素子内で熱エネルギーに変わってしまう。一方、このプラズモン発生素子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、プラズモン発生素子は非常な高温、例えば５００℃にまで達していた。これに対して、本実施の形態におけ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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
なお、図８〜図１０に示されるようなプラズモン発生素子３６の形態を、図１２〜図１３に示されるようなプラズモン発生素子３６´に変更して使用するようにしてもよい。
【０１３７】
図１２〜図１３に示されるプラズモン発生素子３６´は、ＡＢＳ側の端面３６ａが断面Ｖ字形状であり、かつ、同じ形態がＸ方向に延設された形態を有している。この場合、主磁極３４００の下部は、断面Ｖ字形状の凸部３４００´がーＺ方向に延設された形態を有しており、この断面Ｖ字形状の凸部３４００´に断面Ｖ字形状のプラズモン発生素子３６´が密着される構成となっている。プラズモン発生素子３６´のＶ字の先端が伝播エッジとなり、ここで表面プラズモンモードを誘起する。すなわち、緩衝部の近傍まで進行した導波路３５中のレーザ光は、緩衝部と、プラズモン発生素子３６´との光学的構成と結びついて、プラズモン発生素子３６´の伝播エッジに表面プラズモンモードを誘起する。この誘起された表面プラズモンモードにおいては、表面プラズモンが、プラズモン発生素子３６´の伝播エッジ上に励起され、この伝播エッジ上をＡＢＳ方向（−Ｘ方向）に沿って伝播して、伝播エッジのＡＢＳ端面から磁気記録媒体に向けて、近接場光が発せられる。
【０１３８】
このような形態とすることによって、磁極の近傍に、発光位置が制御された近接場光発光素子を配置することが可能となり、書き込み用の磁極と近接場光発光素子との距離を近づけることができる。
【０１３９】
なお、図１２〜図１３に示されるプラズモン発生素子３６´の形態に限定されることなく、変形例として、断面Ｖ字形状のＶ字の上端部の両側にそれぞれウイング（Ｙ方向、およびーＹ方向）を付加したり、あるいは、ＡＢＳ端面近傍が断面Ｖ字形状であって、奥域（Ｘ方向）に進むにつれてあたかも船状に広がる形態部分を備えるプラズモン発生素子としてもよい。この変形例の場合もやはり、磁極は、プラズモン発生素子の凹部と密着されるような凸形状を有するように構成される。
【０１４０】
図１１は、図５に示した磁気ディスク装置の記録再生および発光制御回路１３の回路構成を示すブロック図である。
【０１４１】
図１１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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
レーザ制御回路９９は、制御ＬＳＩ９０から出力されるレーザＯＮ／ＯＦＦ信号およ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プラズモン発生素子３６に結合する。これにより、プラズモン発生素子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、発振しきい値および光出力−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、およ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信号およ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。
【０１４５】
なお、記録再生および発光制御回路１３の回路構成は、図１１に示したものに限定されるものではないことは明らかである。記録制御信号および再生制御信号以外の信号で書き込み動作および読み出し動作を特定してもよい。
【０１４６】
上記の内容を考慮しつつ、本発明の光導波路を熱アシスト磁気記録ヘッドに応用する場合、コア１１５０の形態は、図１４や図１５に示される形態とすることが望ましい。
【０１４７】
図１４に示されるコア１１５０は、上述してきた伝搬エッジを備えるプラズモン発生素子３６、３６´との組み合わせ使用において、特に、好適である。図１４に示されるコア１１５０は、狭幅の先端コア部１１５３にＴＥ−ＴＭ変換素子７７７を設けており、これにより、コア基部１１５１および絞り部１１５２においてＴＥモードの偏光（振動方向Ｙ方向）で伝搬されているレーザ光を、表面プラズモンモードでプラズモン発生素子３６に結合できるように、ＴＭモードの偏光（振動方向Ｚ方向）に変換している。
【０１４８】
また、図１５に示されるコア１１５０は、狭幅の先端コア部１１５３をさらに細幅に絞り込んだ先端部１１５４を設け、その先端にプラズモン発生素子チップ３６００を直接付着させた構造を備えている。この形態は近接場光を発生させるもっともシンプルかつオーソドックスな形態である。この場合、プラズモン結合させる必要性がないため、ＴＥモードの偏光（振動方向Ｙ方向）のままで、プラズモン発生素子チップに至るまで光伝搬される。
【実施例】
【０１４９】
上述してきた本発明の光導波路について、具体的実施例を示し本発明をさらに詳細に説明する。
【０１５０】
〔実験例Ｉ〕
図１〜図３に示されるような形態の光導波路において、グレーティング１２００に照射された光がどの程度導波路内で光結合して伝搬するのかの指標となる光強度をシミュレーションによって解析した実験例を示す。
【０１５１】
パラメータは、図３に示されるコア基部１１５１の厚さＨ２に対するグレーティング１２００の凹溝１２０１の深さＨ１の比（Ｈ１／Ｈ２）である。
【０１５２】
＜シュミレーション条件＞
・コアの材料：ＴａＯｘ（屈折率：２．１５）
・コア寸法：
広幅のコア基部１１５１（幅Ｗ１＝４μｍ；長さＬ１＝５０μｍ）
絞り部１１５２（長さＬ２＝１００μｍ）
狭幅の先端コア部１１５３（幅Ｗ３＝０．５μｍ；長さＬ３＝３０μｍ）
厚さ（Ｈ２）＝０．３μｍ
・クラッドの材料：ＳｉＯ2 （屈折率：１．４５）
・使用レーザ光：波長８００ｎｍ（クラッド内での換算波長）、ＴＭ偏波
・グレーティング１２００の仕様：
Single grating（格子長Ｗｏ（Ｙ方向）＝１０μｍ）
格子ピッチＰ＝０．５４μｍ
格子の凹溝１２０１の深さＨ１（パラメータ）
凹溝１２０１にクラッド材を充填
凹溝１２０１の個数；２０本
・反射膜１１５９：コア基部の導波方向と反対側の端面に厚さ１００ｎｍのＡｕ
【０１５３】
シミュレーションによって解析した結果を下記表１に示した。なお、光強度の測定位置は、Ｌ２とＬ１の間の場所とした。
【０１５４】
【表１】
【０１５５】
上記表１において、凸２５％とは、コア平面を基準として、コア厚さに対して２５％突出した凸状グレーティングを意味する。凸５０％とは、コア平面を基準として、コア厚さに対して５０％突出した凸状グレーティングを意味する。
【０１５６】
上記の結果より、本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明の光導波路は、光が伝播される導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、前記コアは、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部と、このコア基部に連接されて導波方向に沿って幅が徐々に絞られる絞り部と、この絞り部に連接され導波方向に沿って延設された狭幅の先端コア部とを有し、前記広幅のコア基部の一方の平面の上には、グレーティング（格子）を備えており、当該グレーティングは、平面に多数の断面矩形状の凹溝を幅方向に沿って刻むことによって構成されており、前記グレーティングは、当該グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、前記グレーティングの周期（格子ピッチ：凹溝のピッチ）は、垂直入射されるレーザ光の波長（当該波長はクラッド内での波長として規定される）よりも小さくなるように構成されており、前記グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たすよう形成されているので、光導波路に対して垂直方向のレーザ光入射で、確実に、レーザ光を光導波路に光結合させ、光導波路内を目的とする方向に向けて伝搬させることができる。これにより、レーザ光発生装置との配置関係をシンプルにして、レーザ光発生装置の設置を簡単に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明の産業上の利用可能性として、例えば、極小サイズの磁気記録ヘッドであって光導波路を備える熱アシスト磁気記録ヘッド、光伝送部品、Ｓｉ細線導波路などの産業に適用できる。
【符号の説明】
【０１５８】
１１００…光導波路
１１５０…コア
１１５１…コア基部
１１５２…絞り部
１１５３…先端コア部
１２００…グレーティング（格子）
１２０１…凹溝
１３００…クラッド
１４００…光源ユニット
１４０１…反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が伝播される導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、前記コアを構成する材料の屈折率は、前記クラッドを構成する材料の屈折率よりも大きくなっており、
前記コアは、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部と、このコア基部に連接されて導波方向に沿って幅が徐々に絞られる絞り部と、この絞り部に連接され導波方向に沿って延設された狭幅の先端コア部とを有し、
前記広幅のコア基部の一方の平面の上には、グレーティング（格子）を備えており、
当該グレーティングは、平面に多数の断面矩形状の凹溝を幅方向に沿って刻むことによって構成されており、
前記グレーティングは、当該グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、前記グレーティングの周期（格子ピッチ：凹溝のピッチ）は、垂直入射されるレーザ光の波長（当該波長はクラッド内での波長として規定される）よりも小さくなるように構成されており、
前記グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たすよう形成されてなることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア基部の導波方向と反対側の端面（後端部）には、反射膜が設けられている請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記幅細の先端コア部は、前記絞り部の絞られた最終幅と実質的に同じ幅で導波方向に沿って延設されている請求項１または請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記グレーティング（格子）は、シングル格子（single grating）である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】
前記グレーティング（格子）は、コア平面の上に凹部溝を形成し、当該凹部内にクラッド材料を埋設させることにより構成される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光導波路。
【請求項６】
前記広幅のコア基部の幅Ｗ１は、０．４〜１０．０μｍであり、前記狭幅の先端コア部の幅Ｗ３は、０．３〜１．０μｍである請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光導波路。
【請求項７】
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、
プラズモンを励起するための光を伝播させる請求項１に記載の光導波路と、
前記光とプラズモンモードで結合する部分であるプラズモン発生素子と、を備えてなる熱アシスト磁気記録ヘッド。
【請求項１】
光が伝播される導波路であるコアと、その周囲を囲むクラッドと、を有する光導波路であって、前記コアを構成する材料の屈折率は、前記クラッドを構成する材料の屈折率よりも大きくなっており、
前記コアは、平板形状をなしており、光が入射される広幅のコア基部と、このコア基部に連接されて導波方向に沿って幅が徐々に絞られる絞り部と、この絞り部に連接され導波方向に沿って延設された狭幅の先端コア部とを有し、
前記広幅のコア基部の一方の平面の上には、グレーティング（格子）を備えており、
当該グレーティングは、平面に多数の断面矩形状の凹溝を幅方向に沿って刻むことによって構成されており、
前記グレーティングは、当該グレーティング形成面に垂直入射されるレーザ光との光結合ができるように構成されており、前記グレーティングの周期（格子ピッチ：凹溝のピッチ）は、垂直入射されるレーザ光の波長（当該波長はクラッド内での波長として規定される）よりも小さくなるように構成されており、
前記グレーティングの溝深さＨ１は、コア基部の厚さＨ２に対して、Ｈ１＝（０．３３〜０．６７）Ｈ２の関係を満たすよう形成されてなることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア基部の導波方向と反対側の端面（後端部）には、反射膜が設けられている請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記幅細の先端コア部は、前記絞り部の絞られた最終幅と実質的に同じ幅で導波方向に沿って延設されている請求項１または請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記グレーティング（格子）は、シングル格子（single grating）である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】
前記グレーティング（格子）は、コア平面の上に凹部溝を形成し、当該凹部内にクラッド材料を埋設させることにより構成される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光導波路。
【請求項６】
前記広幅のコア基部の幅Ｗ１は、０．４〜１０．０μｍであり、前記狭幅の先端コア部の幅Ｗ３は、０．３〜１．０μｍである請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光導波路。
【請求項７】
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、
プラズモンを励起するための光を伝播させる請求項１に記載の光導波路と、
前記光とプラズモンモードで結合する部分であるプラズモン発生素子と、を備えてなる熱アシスト磁気記録ヘッド。
【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】
【公開番号】特開２０１２−７９３９８（Ｐ２０１２−７９３９８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７６０４（Ｐ２０１１−１１７６０４）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]