JP4835746B2 - 熱アシスト磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置。 - Google Patents

Description

本発明は、複数の強度ピークを有するレーザ光が照射される回折格子を備えた熱アシスト磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置に関する。

ハードディスク装置の高記録密度化に伴い、薄膜磁気ヘッドのさらなる性能の向上が要求されている。薄膜磁気ヘッドとしては、磁気抵抗（ＭＲ）効果素子等の磁気検出素子と電磁コイル素子等の磁気記録素子とを積層した構造である複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられており、これらの素子によって磁気記録媒体である磁気ディスクにデータ信号が読み書きされる。

一般に、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、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。

磁化の熱安定性の目安は、Ｋ_ＵＶ／ｋ_ＢＴで与えられる。ここで、Ｋ_Ｕは磁性微粒子の磁気異方性エネルギー、Ｖは１つの磁性微粒子の体積、ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。磁性微粒子を小さくするということは、まさにＶを小さくすることであり、そのままではＫ_ＵＶ／ｋ_ＢＴが小さくなって熱安定性が損なわれる。この問題への対策として、同時にＫ_Ｕを大きくすることが考えられるが、このＫ_Ｕの増加は、記録媒体の保磁力の増加をもたらす。これに対して、磁気ヘッドによる書き込み磁界強度は、ヘッド内の磁極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、保磁力が、この書き込み磁界強度の限界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。

このような磁化の熱安定性の問題を解決する方法として、Ｋ_Ｕの大きな磁性材料を用いる一方で、書き込み磁界印加の直前に記録媒体に熱を加えることによって、保磁力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。この方式は、磁気ドミネント記録方式と光ドミネント記録方式とに大別される。磁気ドミネント記録方式においては、書き込みの主体は電磁コイル素子であり、光の放射径はトラック幅（記録幅）に比べて大きくなっている。一方、光ドミネント記録方式においては、書き込みの主体は光放射部であり、光の放射径はトラック幅（記録幅）とほぼ同じとなっている。すなわち、磁気ドミネント記録方式は、空間分解能を磁界に持たせているのに対し、光ドミネント記録方式は、空間分解能を光に持たせている。

特許文献１、及び、特許文献２には、半導体レーザ等の光源と熱アシスト磁気ヘッドとを備えるハードディスク装置が開示されている。特許文献１に記載のハードディスク装置においては、熱アシスト磁気ヘッドと離れた位置に光源が設けられている。この光源からの出射光は、熱アシスト磁気ヘッド内の光導波路に照射され、この光導波路によって媒体対向面に設けられた近接場光発生部（プラズモンアンテナ）に導かれる。そして、近接場光発生部から発生した近接場光によって磁気記録媒体を加熱し、熱アシスト磁気記録を行っている。

また、特許文献２に記載のハードディスク装置においては、光源である半導体レーザと熱アシスト磁気ヘッドとを一体的に形成している。この光源からの出射光を磁気記録媒体に直接照射して加熱することにより熱アシスト磁気記録を行っている。

米国特許第６９４４１１２号明細書 特開２００５−３１７１７８号公報

レーザは回折格子に当たり、偏向して、導波路中を伝播し、一部はプラズモンアンテナの方へ集光される。しかしながら、従来のヘッドでは、記録用磁極などが、光導波路の中央を貫通しており、レーザ光を吸収したり散乱させたりするような、レーザ伝播の障害となる部材として問題になっている。この記録用磁極などが、レーザ光を吸収又は散乱させ、プラズモンアンテナに充分な強度のレーザ光を照射するのを妨げることとなり、プラズモンアンテナから発生する近接場光の強度は充分でなくなってしまうという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、プラズモンアンテナから発生する近接場光の強度が向上し、より高い記録密度に対応可能な熱アシスト磁気ヘッド、これを用いたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明の熱アシスト磁気ヘッドは、記録用磁極などのレーザ光伝播の障害となる部材によるレーザ光の減衰を防止するため、トラック幅方向において、障害部材位置を谷とする２つの強度ピークを有するようなレーザ光強度分布をもたせるようにした。すなわち、本発明の熱アシスト磁気ヘッドは、プラズモンアンテナと、プラズモンアンテナが先端部に設けられた光導波路と、光導波路内又は上に設けられ、これに入射したレーザ光のうち少なくとも一部を光導波路のコアに光結合させ、レーザ光が光導波路のコア内を進み、プラズモンアンテナに照射される回折格子と、回折格子にレーザ光を照射する位置に配置され、フォトニック結晶面発光半導体レーザからなるレーザ素子と、光導波路のコアを厚み方向に貫通し、情報書き込み用のコイルに電流を供給することで発生した書き込み磁界を、媒体対向面まで導き、プラズモンアンテナと媒体対向面において対向する磁極と、を備え、レーザ光が回折格子に重なる照射領域を有し、回折格子の設けられた照射領域におけるレーザ光強度分布は、光導波路の幅方向に沿って少なくとも２つの強度ピークを有し、これらの強度ピーク間の谷の位置からレーザ光が伝播する方向の延長線上に、磁極が配置されていることとした。

この熱アシスト磁気ヘッドによれば、回折格子に照射されたレーザ光は、所望の回折を行って、光導波路内を伝播し、プラズモンアンテナに照射される。ここで、レーザ素子は、フォトニック結晶面発光レーザからなり、レーザ光の障害となる部材（吸収体）位置を谷とする２山のレーザ光強度分布のレーザ光を光導波路に照射する。このレーザ光が伝播していく場合に、その谷の位置に吸収体が位置している。したがって、吸収体に照射されるレーザ光量は減少する。そして、２山のレーザ光強度分布は、吸収体によっては減衰しないため、減衰しなかった多くのレーザ光は、好ましくは導波路側面に設けられた反射体によってプラズモンアンテナに集光され、結果としてプラズモンアンテナから高い強度の近接場光を発生させることができる。

回折格子が設けられた領域上のレーザ光強度分布の二次元形状は、リング状とすることが好ましい。この場合、回折格子の設けられた領域におけるレーザ光強度分布は、光導波路の幅方向に沿って２つの強度ピークを有する。すなわち、レーザ光照射領域におけるレーザ光強度分布は、トラック幅方向において、吸収体位置を谷とする２つの強度ピークを有するので、上述の作用を奏することとなる。

回折格子が設けられた領域上のレーザ光強度分布の二次元形状は、光導波路の幅方向に沿って離間した２つの楕円形状とすることができる。この場合においても、回折格子の設けられた領域におけるレーザ光強度分布は、光導波路のトラック幅方向に沿って、吸収体位置を谷とする２つの強度ピークを有するため、上述の作用を奏することとなる。

更に、レーザ素子は、フォトニック結晶面発光半導体レーザであることが好ましい。フォトニック結晶面発光半導体レーザの場合、フォトニック結晶層の周期的な構造を変更することによって、所望のレーザ光の二次元形状を得ることができ、上述の光強度分布を得るのに好適である。

フォトニック結晶面発光半導体レーザは、化合物半導体からなる下部クラッド層と、化合物半導体からなる上部クラッド層と、下部クラッド層と上部クラッド層との間に設けられた活性層と、上部クラッド層と活性層の間に設けられたフォトニック結晶層とを備えていることが好ましい。このような構造の場合、フォトニック結晶層の構造によって、レーザ光の二次元形状を決定することができる。

フォトニック結晶層は、厚み方向に延びた複数の貫通孔を有しており、各貫通孔の二次元形状は円形状とすることができる。この場合、出射されるレーザ光の二次元形状を、円形状、楕円形状、又はリング状にすることができる。

フォトニック結晶層は、第１領域及び第２領域を有しており、第１及び第２領域のそれぞれは、厚み方向に延びた複数の貫通孔を有しており、各貫通孔の二次元形状は三角形であり、第１及び第２領域は、各領域内で隣接する貫通孔間の距離よりも大きな距離で、離間している、ことを特徴とする。この場合、第１領域及び第２領域に対応して、上記回折格子を含む２つの領域において、２つの楕円形状（円形状を含む）のレーザ光強度分布を形成することができる。

レーザ光の強度分布の谷部の延長上に合うように、障害となる磁極を配置すると、この磁極によるレーザ光の散乱が抑制され、プラズモンアンテナに効率よくレーザ光を集光することができる。

本発明の熱アシスト磁気ヘッドによれば、プラズモンアンテナから発生する近接場光の強度が向上し、これを用いたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置は、より高い記録密度に対応することができる。

実施の形態に係るハードディスク装置の斜視図である。 ＨＧＡの斜視図である。 図２に示したＨＧＡの熱アシスト磁気ヘッド近傍の拡大斜視図である。 図３に示した熱アシスト磁気ヘッドの縦断面図である。 光導波路（コア）の平面図である。 位置Ｙとレーザ光強度Ｉの関係を示すグラフである。 フォトニック結晶面発光半導体レーザの一例の模式的な斜視図である。 図７のフォトニック結晶面発光半導体レーザのフォトニック結晶層近傍の断面図である。 比較例に係るフォトニック結晶層３８の模式的な平面図（ａ）、実施例に係るフォトニック結晶層３８の模式的な平面図（（ｂ）、（ｃ））である。 図９（ａ）の場合のレーザ光強度分布の平面図（ａ）、図９（ｂ）の場合のレーザ光強度分布の平面図(Ｂ),図９（ｃ）の場合のレーザ光強度分布の平面図（ｃ）である。

以下、実施の形態に係る熱アシスト磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスク装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。可能な場合には、同一要素には同一符号を用いる。

図１は、実施の形態に係るハードディスク装置の斜視図である。

ハードディスク装置１００は、スピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する複数の磁気記録媒体からなる磁気ディスク１０、熱アシスト磁気ヘッド２１をトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置１２、この熱アシスト磁気ヘッド２１の書き込み及び読み出し動作を制御し、さらに後に詳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としてのレーザダイオードを制御するための記録再生及び発光制御回路（制御回路）１３を備えている。

アセンブリキャリッジ装置１２には、複数の駆動アーム１４が設けられている。これらの駆動アーム１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってピボットベアリング軸１６を中心にして揺動可能であり、この軸１６に沿った方向に積層されている。各駆動アーム１４の先端部には、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１７が取り付けられている。各ＨＧＡ１７には、熱アシスト磁気ヘッド２１が、各磁気ディスク１０の表面に対向するように設けられている。磁気ディスク１０の表面に対向する面が熱アシスト磁気ヘッド２１の媒体対向面Ｓ（エアベアリング面とも呼ばれる）である。なお、磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及び熱アシスト磁気ヘッド２１は、単数であってもよい。

図２は、ＨＧＡの斜視図である。同図は、ＨＧＡ１７の媒体対向面Ｓを上にして示してある。

ＨＧＡ１７は、サスペンション２０の先端部に、熱アシスト磁気ヘッド２１を固着し、さらにその熱アシスト磁気ヘッド２１の端子電極に配線部材２０３の一端を電気的に接続して構成される。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上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ２０１と、フレックシャの先端に板ばね状に形成されたタング部２０４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、フレクシャ２０１上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２０３とから主として構成されている。

なお、ＨＧＡ１７におけるサスペンションの構造は、以上述べた構造に限定されるものではないことは明らかである。なお、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チップを装着してもよい。

次に、実施の形態に係る熱アシスト磁気ヘッドについて説明する。

図３は、図２に示したＨＧＡの熱アシスト磁気ヘッド近傍の拡大斜視図であり、図４は、図３に示した熱アシスト磁気ヘッドの縦断面図である。図３及び図４においては直交座標系が示されており、トラック幅ＴＲＫの方向をＹ軸方向と設定し、Ｙ軸と直交し、かつ、媒体対向面Ｓと平行な方向をＸ軸と設定している。また、Ｘ軸の正方向は、トレーリング方向（磁気ヘッドに対して磁気記録媒体１０が移動する下流方向）に設定し、Ｘ軸の負方向は、リーディング側（磁気ヘッドに対して磁気記録媒体１０が移動する上流方向）に設定している。なお、図５以下の各図においても、必要に応じて図３及び図４に対応するように直交座標系が示されている。

図２に示すように、サスペンション２０の先端部に熱アシスト磁気ヘッド２１が取り付けられているが、この熱アシスト磁気ヘッド２１は、図４に示すように、スライダ１と面発光半導体レーザ（レーザ素子）３とを備えている。スライダ１の全体の大きさは図３に示されるものよりも大きく、その媒体対向面Ｓには、種々の加工が施されている。また、図３においては、主要構成要素の明確化のため、図４に示したコイル５や面発光半導体レーザ３などの要素を省略して示している。

スライダ１のＺ軸の負方向のＸＹ平面は、媒体対向面Ｓを成している。図４に示すように、スライダ１は、媒体対向面Ｓの一部が形成されたスライダ基板１Ａと、媒体対向面Ｓの他の一部が形成された磁気ヘッド部１Ｂとからなる。スライダ基板１Ａは、例えば、アルティック（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）からなる。

図４に示すように、磁気ヘッド部１Ｂは、絶縁体からなる保護層ＯＣ内に埋設された複数の素子を備えている。これらの素子は、電流の供給によって情報書込み用の磁界を発生する螺旋状のコイル５と、コイル５において発生した磁束を媒体対向面Ｓまで導くようにコイル中心から延びた磁極６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、媒体対向面Ｓ上に露出した磁気感応面を有する磁気抵抗効果素子ＭＲと、周囲の絶縁体をクラッドＣＬ１，ＣＬ２としてＺ軸方向に沿って延びる光導波路のコア４と、図３に示す回折格子４Ｘ，４Ｙである。なお、回折格子４Ｘ，４Ｙは連続していても構わず、また、光進行方向に沿って伝播する光に位相差が生じるように位置がずれていてもよい。また、保護層ＯＣの内部には、必要に応じて例えばヒータ等の抵抗体を形成してもよい。なお、コア４の下面４ＤにはクラッドＣＬ１が接触しており、コア４の上面４ＣにはクラッドＣＬ２が接触している。

磁気ヘッド部１Ｂは、これらの素子等をＸ軸に沿った方向に積層してなるが、この積層方向はトラック内の記録領域Ｒの配列方向に沿っており、トラック幅ＴＲＫはＹ軸に平行である。

磁気抵抗効果素子ＭＲは、図４に示すように、スライダ基板１Ａの積層面１ＡＳに設けられた保護層ＯＣ内に埋設されている。保護層ＯＣは、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。磁気抵抗効果素子ＭＲは、上部シールド電極Ｅａ、下部シールド電極Ｅｂ、及び、上部シールド電極Ｅａと下部シールド電極Ｅｂとの間に介在する磁気抵抗効果層からなる。この磁気抵抗効果層は、２つの磁性層の間に非磁性中間層を設けた積層体であり、例えば、磁化フリー層ＦＲと磁化固定層ＰＮとの間に介在する非磁性中間層ＴＢからなる。非磁性中間層ＴＢは、絶縁体からなるトンネル障壁層、或いは、非磁性金属層などから構成されており、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子を構成している。

磁極６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、保護層ＯＣ内に埋設されている。主磁極６Ａは、Ｚ軸方向に沿って延び、その端面が媒体対向面Ｓに露出している。また、主磁極６Ａは、強磁性材料からなり、具体的には、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つからなる合金、又はこれらを主成分として所定の元素が添加された合金等から構成されている。

コイル５に電流を供給するとコイル５から情報書込み用の磁界が生じる。主磁極６Ａは、この情報書込み用の磁界を、内部の磁極６Ｃから主磁極６Ａの端面までに導き、この端面から磁気ディスク１０の表面にある記録領域Ｒに向かって情報書込み用の磁界を発生する。なお、内部の磁極６Ｃはコア４を厚み方向に貫通しており、コア４の幅方向（Ｙ軸方向）の中央に位置している。内部の磁極６Ｃは貫通孔４Ｈ内に位置する。

また、主磁極６Ａの近傍のＸ軸の正方向又はＸ軸の負方向に離間した位置には、必要に応じて強磁性材料からなる副磁極６Ｂが設けられ、主磁極６Ａからの磁力線（磁束）ＭＦが記録領域Ｒを介して副磁極６Ｂに流れるようにされている。なお、主磁極６Ａは媒体対向面Ｓ側の端面から磁気ディスク１０の表面にある記録領域Ｒに書込み磁界を与えることができる位置であれば、媒体対向面Ｓ上に露出している必要はない。

光導波路のコア４は、保護層ＯＣ内に埋設されており、Ｚ軸方向に沿って延びている。また、光導波路のコア４は、媒体対向面Ｓに第１光出射面４Ｂを有しており、Ｚ軸の正方向のＸＹ平面上に第２光出射面４Ａを有している。第２光出射面４Ａには必要に応じて光モニタを配置することができる。

回折格子４Ｘ，４Ｙは、光導波路のコア４内又はコア４上に設けられている。本実施形態においては、回折格子４Ｘ，４Ｙは光導波路のコア４の内部に作りこまれているが、これは、光路を偏向する作用があれば、コア４とは別体として光入射経路における上部クラッドＣＬ２内又は保護層ＯＣ内に作ってもよい。

光導波路のコア４は、周囲のクラッド層ＣＬ１，ＣＬ２及び保護層ＯＣよりも高屈折率の絶縁体からなる。光導波路のコア４の材料をＡ、クラッドＣＬ１、ＣＬ２及び保護層ＯＣの材料をＢとすると、ＡとＢの組み合わせ（Ａ、Ｂ）として、例えば、（酸化タンタル（ＴａＯ_Ｘ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３））、ＳｉＯ_ＸＮ_Ｙ、ＳｉＯ_２を挙げることができる。なお、添え字のＸ，Ｙは適当な組成比を示す。

光導波路のコア４は、Ｘ軸方向を厚さ方向とする板状を成している。また、光導波路のコア４は、Ｘ軸方向から見ると、Ｚ軸と平行な対称軸を有し、媒体対向面Ｓの外側を頂点とする放物線形状において、頂点付近をＸＹ平面と平行に切断した形状を成している。光導波路のコア４の頂点付近のＸＹ平面と平行な切断面が第１光出射面４Ｂとなる。第１光出射面４Ｂには、近接場光発生部としてのプラズモンアンテナ８が設けられている。プラズモンアンテナ８は、金属からなる。また、プラズモンアンテナ８は、光導波路のコア４の放物線形状における焦点位置又はその近傍に配置されていることが好ましい。光導波路のコア４の第１光出射面４Ｂと対向する面が第２光出射面４Ａとなる。

光導波路のコア４のＸ軸方向の厚さは、例えば、０．０７〜２μｍである。また、第１光出射面４ＢのＹ軸方向の長さは、例えば、０．０７〜２μｍであり、第２光出射面４ＡのＹ軸方向の長さは、例えば、５〜５０μｍである。

一対の回折格子４Ｘ，４Ｙは、図３に示すように、Ｙ軸方向に沿って互いに離間するように、かつ、光導波路のコア４の中心軸に対して互いに対称になるように、光導波路のコア４のＸ軸正方向のＹＺ面４Ｃに設けられている。一対の回折格子４Ｘ，４Ｙは、それぞれ、高屈折率の絶縁体からなる高屈折率層と、低屈折率の絶縁体からなる低屈折率層とが、Ｚ軸に沿った方向に交互に多数積層された積層構造を有している。そのため、一対の回折格子４Ｘ，４Ｙは、それぞれ、Ｚ軸方向に沿って周期的に屈折率が変化している。高屈折率層の材料をＣ，低屈折率層の材料をＤとしたとき、組み合わせ（Ｃ、Ｄ）としては、例えば、（ＴａＯ_Ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３）、（ＳｉＯ_ＸＮ_Ｙ、ＳｉＯ_２）を挙げることができる。

なお、光導波路回折格子においては、一般には、Ｇｅを添加した石英ガラスからコアを作製し、これに紫外線を照射することによって屈折率を変更する処理を行い、回折格子を形成している。

また、各回折格子４Ｘ，４ＹのＸ軸方向の厚さは、例えば、０．１〜１μｍであり、Ｚ軸方向の長さは、例えば、３０〜１００μｍであり、Ｙ軸方向の幅は、例えば、２〜２４μｍである。また、高屈折率層と低屈折率層のＺ軸方向の長さは、後述のように、レーザ光ＬＢの波長に近い値となっており、例えば、それぞれ２００〜１０００ｎｍである。

面発光半導体レーザ３は、図４に示すように、保護層ＯＣのＸ軸正方向のＹＺ面上に固定されている。面発光半導体レーザ３のレーザ光出射方向は、Ｘ軸方向から傾斜しており、レーザ光ＬＢがコア４内に導入されやすい構造となっている。面発光半導体レーザ３は、保護層ＯＣのＹＺ面上に固定された台座ＭＴに一部が載っており、ＵＶ硬化樹脂などの接着剤ＡＤを介して保護層ＯＣに固定されている。

ＵＶ硬化樹脂ＡＤは、レーザ光ＬＢを内部に導入しやすくするため、保護層ＯＣよりも屈折率又は誘電率の低い材料からなることが好ましい。

レーザ光ＬＢは、保護層ＯＣ内を伝播し、回折格子４Ｘ，４Ｙに入射する。回折格子４Ｘ，４Ｙは、これに入射したレーザ光ＬＢのうち少なくとも一部を光導波路のコア４に光結合させる。そして、レーザ光ＬＢのうちの一部は、光導波路のコア４内をＺ軸の負方向に進み、プラズモンアンテナ８に照射される。プラズモンアンテナ８が光導波路のコア４の放物線形状における焦点位置又はその近傍に配置されている場合、光導波路のコア４内をＺ軸の負方向と平行に伝播し、光導波路のコア４と絶縁体層との界面で全反射したレーザ光は、プラズモンアンテナ８に向かって伝播するため、プラズモンアンテナ８に効率よくレーザ光が照射される。コア４のＹ軸方向の両側面４Ｅ，４Ｆは、ＹＺ平面内において放物線を描いており、これらの側面４Ｅ，４Ｆには、図３のような反射膜２０Ａ，２０Ｂが設けられている。反射膜２０Ａ，２０Ｂは例えばＡｌからなるが、これは省略することもできる。なお、反射膜２０Ａ，２０Ｂは、その放物線の頂点位置の近傍において途切れており、かかる位置にプラズモンアンテナ８が設けられている。

プラズモンアンテナ８は、入射したレーザ光ＬＢに共鳴して近接場光ＮＦを発生し、この近接場光ＮＦによって記録領域Ｒが加熱される。プラズモンアンテナ８に近接して主磁極６Ａの先端が位置しているため、プラズモンアンテナ８から発生した近接場光によって磁気記録媒体の記録領域Ｒが加熱されると、記録領域Ｒの温度が元に戻る前に主磁極６Ａからの記録磁界ＭＲを当該記録領域Ｒに印加することができる。

プラズモンアンテナ８は、第１光出射面４Ｂに設けられている。また、プラズモンアンテナ８の形状は、媒体対向面Ｓ（ＸＹ平面）内において、３つの頂点を有する三角形の平板状である。

プラズモンアンテナ８は、主磁極６ＡよりもＺ軸の負方向に設けられている。プラズモンアンテナ８の１つの頂点と主磁極６Ａとは、媒体対向面Ｓにおいて近接して対向している。主磁極６Ａまでの距離が最も近いプラズモンアンテナ８の頂点である第１頂点から主磁極６Ａまでの距離は、例えば、０．０１〜０．２μｍである。

プラズモンアンテナ８の厚さ（Ｚ軸方向厚さ）は、例えば、０．０１〜０．２μｍである。プラズモンアンテナ８の隣接する頂点間の辺の長さは、例えば、０．０１〜０．５μｍである。

このようなプラズモンアンテナ８にレーザ光ＬＢが照射されると、プラズモンアンテナ８内で電荷の集中が起こり、プラズモンアンテナ８から磁気記録媒体１に向けて近接場光ＮＦが照射される。この電荷の集中は、プラズモンアンテナ８の頂点のうち、最も内角の小さい頂点で最も強く生じやすい。そのため、主磁極６Ａに最も近いプラズモンアンテナの第１頂点の内角は、他の頂点の内角よりも小さいことが好ましい。これにより、磁気記録媒体の記録領域Ｒを加熱してから主磁極６Ａからの磁力線ＭＦを記録領域Ｒに与えるまでの時間を短くすることができる。

また、本実施形態では、プラズモンアンテナ８は、主磁極６Ａよりもリーディング側であるＸ軸の負方向に設けられているため、磁気記録媒体の記録領域Ｒを加熱してから主磁極６Ａからの磁力線ＭＦを記録領域Ｒに与えるまでの時間を短くすることができる。

プラズモンアンテナ８を構成する材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は、パラジウム（Ｐｄ）等の金属や、これらの金属の少なくとも１つを含む合金を用いることができる。

次に、回折格子４Ｘ，４Ｙの設けられた領域内へのレーザ光ＬＢの照射領域ＢＳについて説明する。

図５（ａ）は、光導波路（コア）の平面図であり、図６（ａ）は、図５（ａ）において一点鎖線で示した計測ライン上の位置Ｙとレーザ光強度Ｉの関係を示すグラフである。なお、この計測ラインは、図５（ａ）に示すごとく、磁極６Ｃ上を通っておらず、したがって、図６（ａ）に示した光強度分布はレーザ光強度の減衰前の様子を示している。

図５（ａ）において点線で示す領域ＢＳは、比較例に係るレーザ光が照射される領域を示している。比較例では、領域ＢＳの中央領域が最も強度Ｉの高い光分布をもっている。照射されたレーザ光は、領域ＢＳから、Ｚ軸の負方向に沿ってプラズモンアンテナ８の方向に伝播する。

コア４内を伝播するレーザ光ＬＢの伝播の途中に、磁極６Ｃが位置している。したがって、邪魔な磁極６Ｃにより、最も高強度であった中央領域からなるレーザ光が吸収又は矢印で示すように散乱され、プラズモンアンテナ８への到達が阻害され、プラズモンアンテナ８へのエネルギー伝送効率が劣化する。残りのレーザ光は、コア４の側面で反射され、プラズモンアンテナ８に到達する。

図５（ｂ）は、光導波路（コア）の平面図であり、図６（ｂ）は、図５（ｂ）において一点鎖線で示した計測ライン上の位置Ｙとレーザ光強度Ｉの関係を示すグラフである。この計測ラインは、図５（ｂ）に示すごとく、磁極６Ｃ上を通っておらず、したがって、図６（ｂ）に示した光強度分布はレーザ光強度の減衰前の様子を示している。

これは実施形態に係る照射領域ＢＳであり、照射領域ＢＳの中央領域の強度Ｉが低く、周辺領域の強度Ｉが高くなっている。この場合、コア４内を伝播するレーザ光の大部分は磁極６Ｃには照射されず、プラズモンアンテナ８へのエネルギー伝送効率が向上する。

すなわち、本例では、回折格子４Ｘ，４Ｙが設けられた領域上のレーザ光強度分布の二次元形状はリング状である。すなわち、本例では、リング状に光分布を生じさせることのできるレーザ素子を用いており、図６（ｂ）に示すような２つの強度ピークを有する光分布をもっている。この二次元分布は、レーザ素子自体の出射光の強度分布の形状である。なお、この二次元形状は、中心部の強度が低下した円形状又は楕円形状とすることもできる。この場合、回折格子４Ｘ，４Ｙの設けられた領域におけるレーザ光強度分布は、光導波路の幅方向（Ｙ軸方向）に沿って２つの強度ピークを有する。本形態では、大部分のレーザ光ＬＢは、コア４の側面で反射され、プラズモンアンテナ８に集光されて到達する。

図５（ｃ）は、光導波路（コア）の平面図であり、図６（ｃ）は、図５（ｃ）において一点鎖線で示した計測ライン上の位置Ｙとレーザ光強度Ｉの関係を示すグラフである。この計測ラインは、図５（ｂ）に示すごとく、磁極６Ｃ上を通っておらず、したがって、図６（ｂ）に示した光強度分布はレーザ光強度の減衰前の様子を示している。

これは別の実施形態に係る照射領域ＢＳであり、２つの照射領域ＢＳ１、ＢＳ２がＹ軸方向に沿って離間しており、これらの間の領域の強度Ｉが低くなっている。この場合も、コア４内を伝播するレーザ光の大部分は、磁極６Ｃには照射されず、プラズモンアンテナ８へのエネルギー伝送効率が向上する。図６Ｃの形態においても、大部分のレーザ光ＬＢは、コア４の側面で反射され、プラズモンアンテナ８に集光されて到達する。

すなわち、回折格子４Ｘ，４Ｙが設けられた領域上のレーザ光強度分布の二次元形状は、光導波路の幅方向に沿って離間した２つの楕円形状（円形状を含む）である。この二次元分布は、レーザ素子自体の出射光の強度分布の形状である。この場合においても、回折格子４Ｘ，４Ｙの設けられた領域におけるレーザ光強度分布は、光導波路の幅方向に沿って２つの強度ピークを有する。

上述のように、上述の２つの本実施形態（図５（ｂ）及び図５（ｃ））では、２山の強度ピークを有するレーザ素子を用いて、図６（ｂ）又は図６（ｃ）に示したような２山の光分布を得ている。以上、説明したように、上述の熱アシスト磁気ヘッドは、プラズモンアンテナ８と、プラズモンアンテナ８が先端部に設けられた光導波路と、光導波路内又は上に設けられた回折格子４Ｘ，４Ｙと、回折格子４Ｘ，４Ｙにレーザ光を照射する位置に配置されたレーザ素子３（図４参照）と、を備え、回折格子４Ｘ，４Ｙの設けられた領域におけるレーザ光強度分布は、光導波路の幅方向に沿って少なくとも２つの強度ピークを有している。

上述の熱アシスト磁気ヘッドによれば、回折格子４Ｘ，４Ｙに照射されたレーザ光ＬＢは、所望の回折を行って、光導波路内を伝播し、プラズモンアンテナ８に照射される。ここで、レーザ光強度分布は少なくとも２つの強度ピークを有しているため、強度ピーク間の谷の位置からレーザ光が伝播する方向の延長線上に、磁極などのレーザ光吸収・散乱体を配置した場合においても、かかる光吸収体によって吸収又は散乱されるレーザ光量が減少し、多くのレーザ光が、反射体２０Ａ，２０Ｂ（図３参照）で反射され、プラズモンアンテナ８に集光する。したがって、プラズモンアンテナ８にレーザ光を照射することによって発生した近接場光の強度が高くなる。

レーザ素子３は、フォトニック結晶面発光半導体レーザであることが好ましい。フォトニック結晶面発光半導体レーザの場合、フォトニック結晶層の周期的な構造を変更することによって、所望のレーザ光の二次元形状を得ることができ、上述の光強度分布を得るのに好適である。

図７は、フォトニック結晶面発光半導体レーザの一例の模式的な斜視図であり、フォトニック結晶層とその上部の層との間で分離した状態を示している。図８は、図７のフォトニック結晶面発光半導体レーザのフォトニック結晶層近傍の縦断面図である。

図７に示すように、フォトニック結晶面発光半導体レーザ３は、化合物半導体である例えばｎ型ＡｌＧａＡｓからなる下部クラッド層（基板）３０と、化合物半導体である例えばｐ型ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層４４と、下部クラッド層３０及び上部クラッド層４４との間に設けられた化合物半導体からなる活性層３４と、上部クラッド層４４及び活性層３４の間に設けられたフォトニック結晶層３８とを備えている。

活性層３４は、例えばＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層との多層構造からなる多重量子井戸を有する。また、下部クラッド層３０及び活性層３４の間には、例えばｎ型ＧａＡｓからなるスペーサ層３２が設けられ、活性層３４及びフォトニック結晶層３８の間には、例えばｐ型ＧａＡｓからなるスペーサ層３６が設けられ、フォトニック結晶層３８及び上部クラッド層４４の間には、例えばｐ型ＧａＡｓからなるスペーサ層４２が設けられている。また、上部クラッド層４４上には、例えばｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層４６を介して、ｐ型の電極４８が設けられており、下部クラッド層３０の裏面には、ｎ型の電極５０が設けられている。

図７及び図８に示すように、フォトニック結晶層３８は、２次元のフォトニック結晶層である。具体的には、フォトニック結晶層３８は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる母材層３９と、母材層３９内に設けられた複数の空孔（貫通孔）４０とを有する。複数の空孔４０は、母材層３９をその厚さ方向に貫通しており、その断面は例えば円形状である。複数の空孔４０は、母材層３９の面内において２次元的に周期的に配置されており、例えば正方格子の交点位置に２次元的に周期的に配置されている。

フォトニック結晶層３８の厚さは、例えば、０．１〜１μｍである。空孔４０の断面の直径は、例えば、０．０５〜０．５μｍである。フォトニック結晶面発光半導体レーザ３の発振波長は、後述のように空孔４０の配列の周期によって決定される。空孔４０の配列の周期は、例えば、０．１〜０．８μｍである。

フォトニック結晶面発光半導体レーザ３の電極４８と電極５０間に電圧を印加すると、活性層３４で電子と正孔が再結合し、光が生じる。この光のうち、空孔４０の配列の周期と同程度の波長を有する光は、フォトニック結晶層３８内で共振する。

具体的には、空孔４０の配列の周期と同程度の波長を有する光が、ある空孔４０から他の空孔４０に進むと、複数の空孔４０の周期構造の作用で、その進行方向に対して１８０度方向、＋９０度方向、及び、−９０度方向に回折される。そして、これら４方向に伝播する光は互いに結合し、フォトニック結晶層３８内で２次元的に光共振する。さらにこの２次元的に光共振した光は、複数の空孔４０の周期構造の作用でフォトニック結晶層３８の厚さ方向にも回折されるため、コンタクト層４６の表面である光出射面３Ｓから光出射面３Ｓと垂直な方向にレーザ光が出射される。

このようなフォトニック結晶面発光半導体レーザ３は、フォトニック結晶層を有していない面発光半導体レーザと比較して、単一モード動作において出射光のスポット径をより大きくすることが可能であり、出射光の広がり角をより小さくする（即ち、平行度をより高くする）ことが可能であるという特徴を有する。上述のように、回折格子２による光結合の効率は、出射光ＬＢの広がり角が小さい程高くなり、また、出射光ＬＢのスポット径が大きい程高くなる。

そのため、出射光ＬＢのスポット径は、４０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがさらに好ましい。同様に、出射光ＬＢの広がり角は、５度以下であることが好ましく、１．５度以下であることがさらに好ましい。フォトニック結晶面発光半導体レーザ３によれば、出射光ＬＢのスポット径及び広がり角に関するこれらの好ましい条件を容易に満たすことが可能である。フォトニック結晶面発光半導体レーザ３を用い、回折格子４Ｘ．４Ｙによる光結合の効率を高くすることによって、磁気記録媒体１０をより高温に加熱することが可能になるため、より高い記録密度に対応可能な熱アシスト磁気ヘッド２１となる。なお、レーザ光ＬＢのスポット径の上限は特に制限されないが、フォトニック結晶面発光半導体レーザ３を磁気ヘッドに適用する観点から１５０μｍ程度のスポット径が上限と考えられる。

図９（ａ）は、比較例に係るフォトニック結晶層３８の模式的な平面図であり、図１０（ａ）は、図９（ａ）の場合のレーザ光強度分布の平面図である。

空孔４０の平面形状は三角形であり、二次元配列された空孔４０のＹ軸方向に沿った周期（間隔）Ｙ１、空孔４０のＺ軸方向に沿った周期（間隔）Ｚ１が等しいものとする。なお、説明における三角形とは、３つの角部を有する形状を意味することとし、数学的に厳密な三角形である必要はない。この場合、図１０（ａ）に示されるように、円形状のレーザ光強度分布（照射領域）ＢＳが回折格子上で得られる。なお、各距離は空孔４０の重心位置間の距離であるとする。

図９（ｂ）は、実施形態に係るフォトニック結晶層３８の模式的な平面図であり、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の場合のレーザ光強度分布の平面図である。

空孔４０の平面形状は楕円形状（円形状を含む）であり、二次元配列された空孔４０のＹ軸方向に沿った周期（間隔）Ｙ１、空孔４０のＺ軸方向に沿った周期（間隔）Ｚ１は、以下の範囲と関係を有するものとする。
Ｙ１：０．１〜０．８μｍ
Ｚ１：０．１〜０．８μｍ

なお、ここで言う楕円形状とは、実質的な角部を有さないスムーズな閉曲線という意味であり、数学的に厳密な楕円形である必要はない。この場合、図１０（ｂ）に示されるように、リング形状のレーザ光強度分布（照射領域）ＢＳが回折格子上で得られる。

すなわち、フォトニック結晶層３８は、厚み方向に延びた複数の空孔４０を有しており、各空孔４０の二次元形状は円形状であって、この場合には、出射されるレーザ光の二次元形状を、リング状にすることができる。

図９（ｃ）は、別の実施形態に係るフォトニック結晶層３８の模式的な平面図であり、図１０（ｃ）は、図９（ｃ）の場合のレーザ光強度分布の平面図である。

空孔４０の平面形状は三角形であり、二次元配列された空孔４０のＹ軸方向に沿った周期（間隔）Ｙ１、空孔４０のＺ軸方向に沿った周期（間隔）Ｚ１は、以下の範囲と関係を有するものとする。
Ｙ１：０．１〜０．８μｍ
Ｚ１：０．１〜０．８μｍ

また、左側の領域を第１領域、右側の領域を第２領域とすると、第１領域と第２領域との離隔距離Ｙ２は、距離Ｙ１よりも大きく、以下の範囲を有するものとする。
Ｙ２：０．１８〜０．３６μｍ

この場合、図１０（ｃ）に示されるように、円形状又は楕円形状のレーザ光強度分布（照射領域）ＢＳ１、ＢＳ２が回折格子上で得られる。

すなわち、フォトニック結晶層３８は、第１領域及び第２領域を有しており、第１及び第２領域のそれぞれは、厚み方向に延びた複数の空孔４０を有しており、各空孔４０の二次元形状は三角形であり、第１及び第２領域は、各領域内で隣接する貫通孔間の距離Ｙ１よりも大きな距離Ｙ２で、離間している。この場合、第１領域及び第２領域に対応して、上記回折格子を含む２つの領域において、２つの楕円形状（円形状を含む）ＢＳ１，ＢＳ２のレーザ光強度分布を形成することができる。

なお、上述の実施形態では、２つの強度ピークを有するレーザ光を照射しているが、これらよりも小さな強度のピークを有し、合計で３つ以上の強度ピークを有するビーム形状であっても、上述の作用を奏することができる。

８・・・プラズモンアンテナ、４Ｘ，４Ｙ・・・回折格子、３・・・レーザ素子。

Claims (8)

1. 熱アシスト磁気ヘッドにおいて、
   プラズモンアンテナと、
   前記プラズモンアンテナが先端部に設けられた光導波路と、
   前記光導波路内又は上に設けられ、これに入射したレーザ光のうち少なくとも一部を前記光導波路のコアに光結合させ、レーザ光が前記光導波路のコア内を進み、前記プラズモンアンテナに照射される回折格子と、
   前記回折格子に前記レーザ光を照射する位置に配置され、フォトニック結晶面発光半導体レーザからなるレーザ素子と、
   前記光導波路のコアを厚み方向に貫通し、情報書き込み用のコイルに電流を供給することで発生した書き込み磁界を、媒体対向面まで導き、前記プラズモンアンテナと前記媒体対向面において対向する磁極と、
   を備え、
   前記レーザ光が前記回折格子に重なる照射領域を有し、前記回折格子の設けられた領域におけるレーザ光強度分布は、前記光導波路の幅方向に沿って少なくとも２つの強度ピークを有し、これらの強度ピーク間の谷の位置から前記レーザ光が伝播する方向の延長線上に、前記磁極が配置されている、
   ことを特徴とする熱アシスト磁気ヘッド。
2. 前記回折格子が設けられた領域上のレーザ光強度分布の二次元形状は、リング状であることを特徴とする、
   請求項１に記載の熱アシスト磁気ヘッド。
3. 前記回折格子が設けられた領域上のレーザ光強度分布の二次元形状は、光導波路の幅方向に沿って離間した２つの楕円形状である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱アシスト磁気ヘッド。
4. 前記フォトニック結晶面発光半導体レーザは、
   化合物半導体からなる下部クラッド層と、
   化合物半導体からなる上部クラッド層と、
   前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との間に設けられた活性層と、
   前記上部クラッド層と前記活性層の間に設けられたフォトニック結晶層とを備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱アシスト磁気ヘッド。
5. 前記フォトニック結晶層は、厚み方向に延びた複数の貫通孔を有しており、各貫通孔の二次元形状は円形状である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の熱アシスト磁気ヘッド。
6. 前記フォトニック結晶層は、第１領域及び第２領域を有しており、
   前記第１及び第２領域のそれぞれは、厚み方向に延びた複数の貫通孔を有しており、各貫通孔の二次元形状は三角形であり、
   前記第１及び第２領域は、各領域内で隣接する貫通孔間の距離よりも大きな距離で、離間している、
   ことを特徴とする請求項４に記載の熱アシスト磁気ヘッド。
7. 請求項１に記載の熱アシスト磁気ヘッドと、
   前記熱アシスト磁気ヘッドが取り付けられたサスペンションと、
   を備えるヘッドジンバルアセンブリ。
8. 請求項７に記載のヘッドジンバルアセンブリと、
   前記熱アシスト磁気ヘッドの前記媒体対向面に対向する磁気記録媒体と、
   を備えるハードディスク装置。