特許 5797631 導波路、ヘッドおよびディスクドライブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5797631

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】導波路、ヘッドおよびディスクドライブ

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/31 20060101AFI20151001BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20151001BHJP

   G11B 5/02 20060101ALI20151001BHJP

   G11B 7/135 20120101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/31 Z

   G02B6/12

   G11B5/02 T

   G11B7/135 Z

【請求項の数】13

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-214308(P2012-214308)

(22)【出願日】2012年9月27日

(65)【公開番号】特開2013-77369(P2013-77369A)

(43)【公開日】2013年4月25日

【審査請求日】2013年1月8日

(31)【優先権主張番号】13/248,565

(32)【優先日】2011年9月29日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】500373758

【氏名又は名称】シーゲイト テクノロジー エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チュビン・ペン

【審査官】 斎藤 眞

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１００５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７３１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／００−５／０２４

Ｇ１１Ｂ ５／３１

Ｇ１１Ｂ ７／１２−７／２２

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波路であって、
屈折率ｎ₃を有する第１のクラッディング層と、
前記第１のクラッディング層に隣接して位置する、屈折率勾配層と、
屈折率ｎ₂を有する、前記屈折率勾配層に隣接して位置するアシスト層と、
屈折率ｎ₁を有する、前記アシスト層に隣接して位置するコア層と、
屈折率ｎ₄を有する第２のクラッディング層とを備え、
屈折率ｎ₁は、屈折率ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄よりも大きく、屈折率ｎ₂は、屈折率ｎ₃，ｎ₄よりも大きく、
前記屈折率勾配層は、前記第１のクラッディング層の近くよりも前記アシスト層の近くのほうが大きい屈折率を有する、導波路。

【請求項2】

前記第２のクラッディング層は、前記コア層に隣接して位置する、請求項１に記載の導波路。

【請求項3】

前記屈折率勾配層は、複数の二重層を備える、請求項１または２に記載の導波路。

【請求項4】

前記屈折率勾配層は、少なくとも３つの二重層を備える、請求項３に記載の導波路。

【請求項5】

個々の層の厚みが、前記屈折率勾配層の一方の表面から他方の表面までにわたり変化する、請求項３または４に記載の導波路。

【請求項6】

前記屈折率勾配層は、ともに蒸着される少なくとも２つの材料を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の導波路。

【請求項7】

前記コア層に隣接して位置する第２のアシスト層と、
前記第２のアシスト層に隣接して位置する、第２の屈折率勾配層とをさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の導波路。

【請求項8】

前記第２のアシスト層は、屈折率ｎ₂を有する、請求項７に記載の導波路。

【請求項9】

前記コア層は、テーパのついた領域を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の導波路。

【請求項10】

前記テーパのついた領域の平均幅は、約０．０５μｍから約５０μｍまでの間である、請求項９に記載の導波路。

【請求項11】

ヘッドであって、
光源と、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の導波路とを備え、
前記光源および前記導波路は、前記光源からの光が前記導波路に向けられるように構成される、ヘッド。

【請求項12】

前記光源は、レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、端面発光レーザ（ＥＥＬ)、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および表面発光ダイオードの中から選択される、請求項１１に記載のヘッド。

【請求項13】

ディスクドライブであって、
湾曲部を有する少なくとも１つのアクチュエータアームと、
請求項１１または請求項１２に記載の少なくとも１つのヘッドとを備え、各々の湾曲部は、その遠位端に前記ヘッドを有し、
磁気リーダと、
磁気ライタとをさらに備える、ディスクドライブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導波路、ヘッドおよびディスクドライブに関する。

【背景技術】

【0002】

背景
「熱アシスト磁気記録」、光アシスト記録または熱アシスト記録（本明細書では、まとめてＨＡＭＲと呼ぶ）は、一般に、記録媒体を局部的に加熱して記録媒体の保磁力を減少させて、局部的加熱によって引起される記録媒体の一時的な磁気軟化の間に、印加される記録磁界が、記録媒体の磁化により一層容易に影響を与えることができるという概念を指す。ＨＡＭＲは、十分な熱安定性を確保する、室温でのより大きな磁気異方性により、増加した面密度での記録にとって望ましい小さな粒子媒体を使用可能にする。ＨＡＭＲは、たとえば、傾いた媒体、長手方向の媒体、垂直方向の媒体、および／またはパターン化された媒体を含む任意の種類の記録媒体に適用可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１／０１０３２０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

記録媒体に熱源あるいは光源を適用する場合、記録が行なわれるトラックに熱または光を閉じ込めて、磁気媒体が加熱されるところに近接して記録磁場を生成して、高い面密度の記録を達成することが望ましい。さらに、克服すべき技術上の課題の１つは、十分に小さな光スポットに閉じ込められた記録媒体に、多量の光パワーを伝達するための効率的な技術を提供することである。

【0005】

小さく閉じ込められた加熱領域を実現するための１つの方法は、プラズモン光アンテナまたはアパーチャのような、導波路に集積化された近接場トランスデューサを使用することである。導波路を伝搬する光は、近接場トランスデューサ内の平面固体浸漬ミラーのような集束素子によって合焦させられる。しかしながら、１つの試みは、磁気記録ヘッドに関連付けられたスライダにおける導波路に光を方向付けることを、低コスト、高い位置合わせ許容度および高い光伝達効率で実現することである。レーザをスライダで伝搬することを達成するためのシステムおよび方法が本明細書で開示される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

概要
本明細書において、導波路が開示され、導波路は、屈折率ｎ₃を有する第１のクラッディング層と、第１のクラッディング層に隣接して位置する屈折率勾配層と、屈折率ｎ₂を有する、屈折率勾配層に隣接して位置するアシスト層と、屈折率ｎ₁を有する、アシスト層に隣接して位置するコア層と、屈折率ｎ₄を有する第２のクラッディング層とを備え、屈折率ｎ₁は屈折率ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄より大きく、屈折率ｎ₂は屈折率ｎ₃およびｎ₄より大きい。

【0007】

また、光源および導波路を含むヘッドが開示される。導波路は、屈折率ｎ₃を有する第１のクラッディング層と、第１のクラッディング層に隣接して位置する、屈折率勾配層と、屈折率ｎ₂を有する、屈折率勾配層に隣接して位置するアシスト層と、屈折率ｎ₁を有する、アシスト層に隣接して位置するコア層と、屈折率ｎ₄を有する第２のクラッディング層とを備える。屈折率ｎ₁は、屈折率ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄よりも大きく、屈折率ｎ₂は、屈折率ｎ₃，ｎ₄よりも大きい。光源および導波路は、光源からの光が前記導波路に向けられるように構成される。

【0008】

また、ディスクドライブが開示される。湾曲部を有する少なくとも１つのアクチュエータアームと、少なくとも１つのヘッドとを備え、各々の湾曲部は、その遠位端にヘッドを有する。各々のヘッドは、光源と、導波路とを備え、導波路は、屈折率ｎ₃を有する第１のクラッディング層と、第１のクラッディング層に隣接して位置する、屈折率勾配層と、屈折率ｎ₂を有する、屈折率勾配層に隣接して位置するアシスト層と、屈折率ｎ₁を有する、アシスト層に隣接して位置するコア層と、屈折率ｎ₄を有する第２のクラッディング層とを備える。屈折率ｎ₁は、屈折率ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄よりも大きく、屈折率ｎ₂は、屈折率ｎ₃，ｎ₄よりも大きい。光源および導波路は、光源からの光が導波路に向けられるように構成される。ディスクドライブは、磁気リーダと、磁気ライタとをさらに備える。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】例示的なディスクドライブの平面図である。

【図2】クラッディング層と、コア層と、レーザダイオードと、導波路と、ミラーとが実装された、磁気媒体ディスクに接近して浮上するように構成された、トランスデューサヘッドスライダの後部表面の例示的な部分等角図である。

【図3】本明細書で開示される例示的な光導波路を示す図である。

【図4A】例示的な屈折率勾配（ＧＲＩＮ）層を示す図である。

【図4B】例示的なＧＲＩＮ層のより具体的な実施形態を示す図である。

【図5】本明細書で開示される導波路の例示的実施形態を通り伝搬する光を示す図である。

【図6】本明細書で開示される例示的光導波路を示す図である。

【図7】テーパの付いたコア層を有する開示された導波路を通過して、例示的なミラーを反射する光を示す図である。

【図8A】テーパの付いたコア層と、ＧＲＩＮ層と、アシスト層とを有する導波路の部分の断面図である。

【図8B】テーパの付いたコア層と、ＧＲＩＮ層と、アシスト層とを有する、導波路の部分の異なる断面図である。

【図9】開示された光導波路を用いた場合の、ダイオードの垂直方向の位置に対する光伝達効率を計算した結果を示すグラフである。

【図10】開示された光導波路の垂直方向の許容度に対する結合効率を計算した結果を示すグラフである。

【図11】ＧＲＩＮ層とアシスト層との異なる幅を有する開示された光導波路の垂直方向の位置に対する結合効率を計算した結果を示すグラフである。

【図12】異なるコア層のテーパ開始幅を有する２つのＧＲＩＮ層を有する開示された導波路の垂直方向の許容度に対する結合効率を計算した結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図は拡大縮小される必要はない。図面において用いられる同様の符号は、同様の要素を指す。しかしながら、ある特定の図における要素を指すための符号の使用は、同じ符号が付された別の図の要素に制限することを意図するものではない。

【0011】

詳細な説明
以下の説明において、説明の一部を形成する添付の図面の組が参照され、図面においては、図示によって、いくつかの特定の実施形態が示される。他の実施形態が意図されるとともに本開示の範囲または精神から逸脱することなくなされ得る、ということが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は限定する意味で解釈されるべきではない。

【0012】

それ以外が示されていなければ、明細書および請求項で用いられる形状、量および物理特性を表わすすべての数は、「約（about）」との用語によって、すべての例において変更されるということが理解されるべきである。したがって、逆に示されていなければ、上述の明細書および添付の請求項において説明される数値パラメータは、近似であって、その近似は、本明細書に開示された教示を利用する当業者によって取得されることが目指される、所望の特性に依存して変化し得る。

【0013】

端点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含されるすべての数を含む（たとえば１から５は、１，１．５，２，２．７５，３，３．８０，４および５を含む）とともに、その範囲内の任意の範囲を含む。

【0014】

この明細書および添付の請求項において用いられるように、単数形「ａ」、「an」、「the」は、その内容が明らかにそれ以外を示さない限りは、複数の対象を有する実施形態を包含する。この明細書および添付の請求項において用いられるように、「または（or）」との用語は、その内容が明らかにそれ以外を示さない限りは、概して「および／または（and/or）」を含む意味において用いられる。

【0015】

「含む（include）」、「含んでいる（including）」等の用語は、網羅するものであり、限定するものではない。つまり、上記の用語は、包含するものであり、排他的なものではない。なお、「上（top）」および「下（bottom）」（あるいは「上（upper）」、「下方（lower）」のような他の用語）は、相対的な記載として厳密に用いられるものであり、記載された要素が配置される対象の、あらゆる全体的な方向を含むものではない。

【0016】

図１は、例示的なディスクドライブ１００の平面図である。ディスクドライブ１００は、ディスクドライブ１００のさまざまな要素が実装されるベース１０２を含む。上部カバー１０４は、部分的に切断されて示されているが、ベース１０２とともに、従来の方法で、ディスクドライブのための内部の清浄な環境を形成する。構成要素は、１以上の記録媒体ディスク１０８を一定の高速度で回転させるスピンドルモータ１０６を含む。情報は、アクチュエータアセンブリ１１０の使用によって、ディスク１０８のトラックに書込まれるとともにトラックから読出されるが、アクチュエータアセンブリ１１０はシーク動作の間にディスク１０８に隣接して位置するベアリングシャフトアセンブリ１１２の周りを回転する。アクチュエータアセンブリ１１０は、ディスク１０８に向かって延びる複数のアクチュエータアーム１１４を含み、複数のアクチュエータアーム１１４は、各々のアクチュエータアーム１１４から延びる１以上の湾曲部１１６を有する。各々の湾曲部１１６の遠位端にはヘッド１１８が実装され、ヘッド１１８は空気ベアリングスライダを含み、空気ベアリングスライダは、関連するディスク１０８の対応の表面に接近した状態でヘッド１１８が浮上することを可能にする。浮上する間のヘッド１１８と記録媒体表面との間の距離は、浮上高さと呼ばれる。

【0017】

シーク動作の間、アクチュエータアセンブリ１１０は、ベアリングシャフトアセンブリ１１２の周りで旋回し、トランスデューサヘッド１１８はディスク１０８の表面を横断するように動かされる。フレックスアセンブリ１３０は、動作の間にアクチュエータアセンブリ１１０の旋回動作を可能にしながら、アクチュエータアセンブリ１１０のための必要な電気的接続経路を提供する。フレックスアセンブリ１３０は、また、スライダ実装レーザ光源（on-slider laser light source）のための電力を供給する。

【0018】

１つの実現例において、レーザ光源１１９（たとえばレーザダイオード）または他の光源（たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ））は、ヘッド１１８スライダの後部表面に実装される。レーザ光源１１９からの光は、同じくヘッド１１８スライダの後部表面上にある、導波路に方向付けられる。光は次に、ミラーによって、再度方向付けられる、および／または、ヘッド１１８の書込磁極に近接するディスク１０８の点に焦点を合わせられる。近接場トランスデューサ（ＮＦＴ）をヘッド１１８スライダに実装して、光をさらに、ディスク１０８上の点に集中させてもよい。別の実現例において、１以上のレーザ光源１１９、導波路、ミラーおよび／またはＮＦＴが、スライダから離れたヘッド１１８の領域、または、後部表面とは異なるヘッド１１８スライダ表面上に実装される。

【0019】

図２は、光源（たとえばレーザダイオード）２１４と、導波路２１６と、ミラー２１８，２２０とが実装された、磁気媒体ディスク２０４に接近して浮上するように構成された、トランスデューサヘッドスライダ２０２の後部表面の例示的部分等角図である。レーザダイオード２１４と、導波路２１６と、ミラー２１８，２２０とは、集合的に、スライダ内レーザ光伝達システム２００の１つの実現例を形成する。本明細書で開示される導波路は、例示的な、スライダ内レーザ（laser-in-slider）光伝達システム２００における導波路２１６として利用可能である。

【0020】

スライダ２０２はアクチュエータアームの一方の端に位置するとともに、サスペンション２２２で磁気媒体ディスク２０４上に吊下げられるが、サスペンション２２２は、湾曲部と呼ばれることもある。サスペンション２２２は、ディスク２０４が動作中に回転するのに伴って、スライダ２０２がディスク２０４に接近して浮上することを可能にする。スライダ内レーザ光伝達システム２００は、スライダ２０２の後部表面に取付けられるように示されているが、他の実現例では、システム２００は、スライダ２０２の他の表面および／またはトランスデューサヘッドに取付けられてもよい。

【0021】

レーザ光源（たとえばレーザダイオード２１４）または他の光源（たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ））が、スライダ２０２の後部表面に実装されるように示される。導波路２１６は、レーザダイオード２１４のすぐそばに配置される。

【0022】

光線２３４（図２においては小さな矢印で示されている）は、レーザダイオード２１４（いくつかの実現例においては端面発光レーザダイオード２１４である）から発せられて、概して、Ｚ方向において導波路と結合される。導波路２１６は、本明細書で説明されるような、さまざまな層を含むことができる。

【0023】

実施の形態において、導波路はテーパ部分２１７を有し得る。導波路２１６のテーパ部分２１７は、より縮められたモードプロファイルへと光を閉じ込める機能を有することができる。光の強度に関する、導波路平面（図２においてはＸ方向）に垂直な寸法および形状を、光のモードプロファイルと呼ぶ。図２に示される実現例において、導波路２１６の一部分は、ミラー２１８，２２０によって占有される領域内において損傷を受けない。導波路２１６の別の部分は、エッチングにより取除かれてテーパ部分２１７を形成する。図２の導波路２１６のテーパ部分２１７は、Ｚ方向に直線状のテーパを有し、光が導波路２１６に入る部分であるレーザダイオード２１４の近くの狭い開口部（すなわち導波路入口）と、導波路２１６のテーパ部分２１７から光が出る部分である広い開口部とを有する。しかしながら、他の実現例において、テーパ部分２１７は非線形であってもよく、導波路２１６の一方の部分から他方の部分へと高速のモード伝送を実現するために最適化されたさまざまな形状も採用し得る。

【0024】

導波路２１６のテーパ部分２１７の出口における、テーパ部分２１７の幅は、テーパ部分２１７から出る光線２３４の発散量が最小であるものの、その光線２３４が、なおもシングルモードであるように選択され得る。いくつかの実現例において、テーパ部分２１７から出る光線２３４は、基本モードである。テーパ部分２１７の出口の幅は、光線２３４が、平面内の低い開口数を有するコリメートミラー２１８によってコリメートされて製造許容度を達成できるように、できるだけ広く選ばれてもよい。チャネル導波路を利用して、テーパ部分２１７から近接場トランスデューサが配置され得る空気ベアリング表面、またはその空気ベアリング表面の近くへと光線２３４を導く実現例において、テーパ部分２１７の出口および導波路テーパの幅は、チャネル導波路を伝搬する光線２３４が縮まって閉じ込められるように最適化され得る。

【0025】

テーパ部分２１７を出る光線２３４は、コリメートミラー２１８に向けて方向付けられる。コリメートミラー２１８は、軸ずれした、単一の側壁を持つ放物面ミラーとすることができる。コリメートミラー２１８は、導波路２１６のテーパ部分２１７から出た、発散した光線２３４を、平行またはほぼ平行にして、コリメートされた光線２３４を集束ミラー２２０に再度方向付ける。コリメートされた光線２３４は−Ｙ方向に、集束ミラー２２０に向けて進み、導波路コアによってＸ方向に閉じ込められる。集束ミラー２２０は、二重側壁の放物面ミラーであってもよく、コリメートされた光線２３４を、回折制限された光スポット２２４へと集束する。いくつかの実現例において、回折制限された光スポット２２４を、磁気媒体ディスク２０４上の位置に合焦させることができる。別の実現例において、回折制限された光スポット２２４は、近接場トランスデューサに焦点を合わせられる。近接場トランスデューサは、磁気媒体ディスク２０４上の位置に光線２３４をさらに集めるように機能する。

【0026】

図２は、コリメートミラー２１８および集束ミラー２２０の一方向を示している。しかしながら、他の実現例では、コリメートミラー２１８および集束ミラー２２０のサイズ、形状および／または方向を変更させてもよい。さらに、いくつかの実現例では、光線２３４を再度方向付ける、および／または、光のモードプロファイルに位相シフトをもたらすために、平面ミラーが用いられてもよい。他の実施形態が説明されている、同じく出願番号が付された米国特許出願番号１２／６１３４５８の全体を本明細書に援用する。

【0027】

図３は、例示的な導波路３００を示す。導波路３００は、第１のクラッディング層３１０と、屈折率勾配（本明細書では、「ＧＲＩＮ」とも呼ぶ）層３１５と、アシスト層３２０と、コア層３２５と、第２のクラッディング層３３０とを含むことができる。図３に示されるように、第１のクラッディング層３１０と第２のクラッディング層３３０とは残りの層の両側に位置する。コア層３２５はアシスト層３２０に隣接して位置し、任意選択的に、この実施形態では、コア層３２５は第２のクラッディング層３３０にも隣接して位置する。アシスト層３２０は、概してＧＲＩＮ層３１５とコア層３２５との間に位置する。アシスト層３２０は、また、ＧＲＩＮ層３１５に隣接して位置するように記載され得る。ＧＲＩＮ層３１５は、第１のクラッディング層３１０と隣接して位置するように記載され得る。導波路３００の全体は、基板３０５上に位置するか、あるいは、基板３０５上またはその中に形成され得る。その代わりに、導波路は基板を含むものとして記載されてもよい。

【0028】

導波路３００のさまざまな層は、さまざまな材料から作成可能であるともに、さまざまな屈折率を有し得る。実施の形態において、導波路３００は、第１の屈折率ｎ₁を有するコア層３２５と、第２の屈折率ｎ₂を有するアシスト層３２０と、第３の屈折率ｎ₃を有する第１のクラッディング層３１０と、第４の屈折率ｎ₄を有する第２のクラッディング層３３０とによって説明することができる。第１、第２、第３および第４の屈折率は、さまざまな方法で関連付けることができる。

【0029】

ある実施の形態において、ｎ₁はｎ₂，ｎ₃，ｎ₄よりも大きい。ある実施の形態において、ｎ₁は実質的にｎ₂，ｎ₃，ｎ₄よりも大きい。ある実施の形態において、ｎ₂はｎ₃およびｎ₄よりも大きい。ある実施の形態において、ｎ₂は実質的にｎ₃およびｎ₄よりも大きい。いくつかの実施の形態において、ｎ₁およびｎ₂は独立に、ｎ₃およびｎ₄の両方よりも大きい。いくつかの実施の形態において、ｎ₃およびｎ₄は実質的に同じであってもよい。いくつかの実施の形態において、ｎ₃およびｎ₄は同じであってもよい。いくつかの実施の形態において、第１のクラッディング層３１０と第２のクラッディング層３３０とは同じ材料から形成され、したがって同じ屈折率を有していてもよい。

【0030】

第１のクラッディング層３１０と第２のクラッディング層３３０とは、独立に、所望の屈折率を有する材料から形成される。それらのクラッディング層は、概して誘電体である材料から形成可能であり、低い屈折率を有することができる。例示的な材料は、たとえばＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ），ＳｉＯ₂およびＭｇＦ₂を含むことができる。第１のクラッディング層３１０と第２のクラッディング層３３０とは、同じ材料から形成されてもよく、異なる材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態において、第１のクラッディング層３１０と第２のクラッディング層３３０とは同じ材料から形成される。第１のクラッディング層および第２のクラッディング層は、概して十分に厚く、したがって、その構成は導波路として機能する。

【0031】

アシスト層３２０は、概して誘電体である材料からなるとともに第１のクラッディング層３１０と第２のクラッディング層３３０との屈折率よりも高い屈折率を有し得る。アシスト層３２０は、概して光源（たとえば図２のレーザダイオード２１４）からコア層３２５への光結合効率を高めるように機能することができる材料により形成可能である。例示的な材料は、たとえばＳｉＯＮ_x，ＺｎＳ−ＳｉＯ₂を含み得る。アシスト層３２５の厚みは、導波路３００の入口での導波路のモードプロファイルが、光源（たとえば図２のレーザダイオード２１４）のモードプロファイルに実質的に一致するように選択可能である。

【0032】

コア層３２５は、概して誘電体であり、第１のクラッディング層３１０と、第２のクラッディング層３３０と、アシスト層３２０との屈折率よりも高い、あるいは実質的に高い屈折率を有する材料から形成可能である。コア層３２５の特性と、導波路３００内のコア層３２５の周囲の材料とのため、コア層３２５は、コア層３２５内で光を閉じ込めるように機能することができる材料から形成可能である。したがってコア層３２５は、図２に見られるように、光が導波路３００の外にのみ出ていくことを可能にする。例示的な材料は、たとえばＴａ₂Ｏ₅，ＴｉＯ_x，ＳｉＮ_x，ＳｉＣ，ＺｎＳ，Ｎｂ₂Ｏ₅を含むことができる。コア層３２５の厚みは、導波路３００のモードプロファイルが、光源（たとえば図２のレーザダイオード２１４）のモードプロファイルに実質的に一致するように選択可能である。

【0033】

ＧＲＩＮ層３１５は、概して、局部屈折率が、たとえばＸ軸（図２に示される）のような軸に沿って変化するように作成可能である。可変の屈折率は、概して、第１のクラッディング層３１０の近くよりも、アシスト層３２０の近くにおいて大きい。光の性質により、ＧＲＩＮ層３１５は、光をアシスト層３２０へと屈折させるであろう。ＧＲＩＮ層３１５を形成する１つの例示的な方法は、２つの異なる材料を一緒に蒸着することである。ＧＲＩＮ層３１５を形成するさらに別の例示的な方法は、複数の二重層を蒸着することである。

【0034】

図４Ａは、ＧＲＩＮ層４１５の例示的な実施の形態を示す。このＧＲＩＮ層４１５は、４組の二重層４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ，４１６ｄを含む。いくつかの実施の形態において、ＧＲＩＮ層は、たとえば、複数の二重層、少なくとも３組の二重層、少なくとも４組の二重層、少なくとも５組の二重層、あるいは任意の数の二重層を含み得る。個々の組の二重層、たとえば二重層４１６ａは、第１の層４１７ａと第２の層４１８ａとの２つの層を含む。個々の組の二重層の全体厚みは、任意の他の組の二重層の全体の厚みと同じであってもよく、異なっていてもよい。ある実施の形態において、ＧＲＩＮ層において各組の二重層は、他の組の二重層と同じ厚みを有する。各組の二重層は、光源からの光の波長よりも小さい、全体厚みを有していてもよい。いくつかの実施の形態において、各組の二重層は、光源からの光の波長の１／２よりも小さい、全体厚みを有し得る。

【0035】

明確さのため、図示された実施の形態における各々の二重層での「第１の層」とは、底部または第１のクラッディング層３１０により近い層である。いくつかの実施の形態において、第１の層４１７ａは、第２の層４１８ａと異なる屈折率、異なる材料、異なる厚み、あるいはそれらのいくつかの組合せを有することができる。いくつかの実施の形態において、第１の層４１７ａ，４１７ｂ，４１７ｃ，４１７ｄは、それらの対応する第２の層４１８ａ，４１８ｂ，４１８ｃ，４１８ｄよりも高い屈折率を有することができる。いくつかの実施の形態において、第１の層４１７ａ，４１７ｂ，４１７ｃ，４１７ｄは、それらの対応する第２の層４１８ａ，４１８ｂ，４１８ｃ，４１８ｄと異なる厚みを有することができる。いくつかの実施の形態において、第１の層４１７ａ，４１７ｂ，４１７ｃ，４１７ｄは、それらの対応する第２の層４１８ａ，４１８ｂ，４１８ｃ，４１８ｄと異なる材料から形成されることができる。いくつかの実施の形態において、第１の層４１７ａ，４１７ｂ，４１７ｃ，４１７ｄは、同じ屈折率を有する同じ材料から形成可能であるが、異なる厚みを有していてもよい。第２の層４１８ａ，４１８ｂ，４１８ｃ，４１８ｄは同じ屈折率を有する、同じ材料（ただし第１の層４１７ａ，４１７ｂ，４１７ｃ，４１７ｄの材料とは異なる）から形成可能であるが、異なる厚みを有していてもよい。各組の二重層４１６ａ，４１６ｂ，４１６ｃ，４１８ｄは同じ全体厚みを有していてもよい。

【0036】

図４Ｂは、例示的なＧＲＩＮ層４１５ｂを含む導波路の一部の具体的な実施の形態を示す。導波路のこの部分は、ＳｉＯＮ_xからなり、約５００ｎｍの厚みを有するアシスト層４２０と、Ａｌ₂Ｏ₃からなる第１のクラッディング層４１０とを含む。ＧＲＩＮ層４１５ｂは、５つの二重層４６６ａ，４６６ｂ，４６６ｃ，４６６ｄ，４６６ｅを含む。各々の二重層は、約３５０ｎｍの全体厚みを有する。各々の二重層は、Ａｌ₂Ｏ₃の層と、ＳｉＯＮ_xの層とを含む。図４に見られるように、各々の二重層の個々の層の厚みは、二重層毎に異なっている。

【0037】

いくつかの実施の形態において、横電場（ＴＥ）モードの場合のＧＲＩＮ層の材料の屈折率および各々の層の厚みは、以下の式に従って表わすことができる。ここで、ｎ_effは、二重層の有効屈折率であり、ｎ₁は第１の層の屈折率であり、ｎ₂は、第２の層の屈折率であり、ｔ₁は、第１の層の厚みであり、ｔ₂は第２の層の厚みである。

【0038】

【数1】

【0039】

横磁場（ＴＭ）モードの場合、ｎ_effは次のように表わされる。

【0040】

【数2】

【0041】

材料が決定され、それによってその材料の屈折率が決定される（材料の選択は、少なくとも一部において、導波路の他の材料、製造条件、材料の耐久性、本明細書では記載されていない他の条件、およびこれらの組合せに基づくことができる）と、この式は、二重層における個々の層の厚みを決定するために用いることができる。したがって、第１のクラッディング層３１０の近くよりもアシスト層３２０の近くにおいて概して大きくなる可変の屈折率を有するという、ＧＲＩＮ層全体の機能が達成される。いくつかの実施の形態において、ＧＲＩＮ層のＸ方向に沿った屈折率は、双曲線正割関数に従って変化する。

【0042】

図５は、垂直方向配置（図２に示されるように、Ｘ方向）の場合の光の伝達を示す。光源３４０から出てＧＲＩＮ層３１５に入る光は、光の性質により、アシスト層３２０に向けて方向づけられて、最終的に、コア層３２５に入る（その後で、任意選択的に、さらにミラーで方向付けられることができるが、これについては、同時係属の、出願番号が付された米国特許出願番号１２／６１３４５８に示されている）。

【0043】

図６は、導波路５００の別の実施形態を示す。この例示的な実施形態は、これまでに説明されるように、第１のクラッディング層５１０と、第２のクラッディング層５３０と、コア層５２５とを含む。導波路５００は、また、第１のＧＲＩＮ層５１５を含み、ＧＲＩＮ層５１５は、これまでと同様に第１のクラッディング層５１０に隣接する。導波路５００は、また、第２のＧＲＩＮ層５４０を含み、ＧＲＩＮ層５４０は、第２のクラッディング層５３０に隣接する。第１のＧＲＩＮ層５１５と第２のＧＲＩＮ層５４０とは、同じでも異なっていてもよく、上記のように形成可能である。導波路５００は、また、これまでと同様に、第１のＧＲＩＮ層５１５とコア層５２５とに隣接する第１のアシスト層５２０と、第２のＧＲＩＮ層５４０とコア層５２５とに隣接する第２のアシスト層５３５とを含む。第１のアシスト層５２０と第２のアシスト層５３５とは、同じであっても異なっていてもよく、上記のように形成可能である。第２のアシスト層５３５の屈折率は、第１のアシスト層５２０の屈折率ｎ₂と同じであってもよく、異なる屈折率（ｎ₅）であってもよい。第２のアシスト層５３５が異なる屈折率（ｎ₅）を有するいくつかの実施の形態において、屈折率ｎ₅は、ｎ₁よりも小さく、ｎ₃およびｎ₄よりも大きくてもよい（ここでｎ₁，ｎ₃，ｎ₄は上記のとおりである）。

【0044】

導波路の１以上の部分または層は、Ｚ方向にテーパが付けられる（図２に示す）。図７は、導波路のコア層のみにテーパが付けられた例示的な実施形態を示す。図７に見られるように、コア層３２５は直線的なテーパを有するが、コア層のテーパは、直線的である必要はなく、相対的に高い効率で、アシスト層３２０（図７に示されず）からコア層３２５への高速なモード変換を実現できる任意の形状とすることができる。図７に示されたテーパは、入口（光源３４０に最も近い場所）の方が、その出口よりも狭い。テーパの出口の幅は、導波路がシングルモード導波路となるように設定可能である。チャネル導波路による光伝達が望まれる場合、出口の幅、すなわち後ろの方のチャネル導波路の幅は、強い閉じ込めモードを実現するように選択されてもよい。（たとえばミラー２１８および２２０のような）ミラーが光を集束させるために用いられるならば、出口の幅は、できるだけ広くなるように選ばれて、導波路のテーパから出る光が、低いｆ値を有するミラーでコリメートされてもよい。

【0045】

別の実施形態において、コア層、アシスト層、およびＧＲＩＮ層のすべてにテーパを付けることができる。例示的な実施形態では、図８Ａおよび図８Ｂに見られるように、コア層８２５は、アシスト層８２０およびＧＲＩＮ層８１５とは異なるようにテーパが付けられることができる。図８Ａに見られるように、第１のクラッディング層８１０は、基板８０５上または基板８０５に隣接して位置する。ＧＲＩＮ層８１５は、第１のクラッディング層８１０上または第１のクラッディング層８１０に隣接して位置する。アシスト層８２０は、ＧＲＩＮ層８１５上、またはＧＲＩＮ層８１５に隣接して位置する。コア層８２５は、アシスト層８２０上、またはアシスト層８２０に隣接して位置する。すべての層は、上記のように、それぞれの特性および材料を有することができる。図８Ａおよび図８Ｂに示された実施の形態は、図示されていない別の層、たとえば、第２のクラッディング層、あるいは、第２のクラッディング層と、第２のアシスト層と、第２のＧＲＩＮ層とを有してもよい。

【0046】

図８Ｂに示されるように、コア層８２５は、パターン付けられて、レーザダイオードに対向する幅（ｗ₂）が、導波路の出口の幅（ｗ₃）よりも狭い導波路テーパを形成することができる。レーザダイオードから出た光は、まずアシスト層８２０に結合されて、次に導波路テーパに沿ったモード変換を通じてコア層８２５に結合される。導波路テーパは、直線的であってもよく、高い効率でアシスト層からコア層８２５への高速モード変換を実現できる任意の他の形状であってもよい。ＧＲＩＮ層８１５とアシスト層８２０とは、幅Ｗ₁のチャネル導波路となるようにパターン付けられて、追加のクラッディング材料８５０によって閉じ込められる。追加のクラッディング材料８５０は、第１のクラッディング層８１０および第２のクラッディング層（図示せず）と同じであってもよく、異なっていてもよい。チャネル幅Ｗ₁は、伝達方向に沿って一定であってもよく、最適化された光効率のためにテーパが付けられていてもよい。コア層８２５のテーパは、また、平均幅ｗ_avgによって記述することができる。いくつかの実施の形態において、ｗ_avgは、約０．０５μｍから約５０μｍまでの範囲を取り得る。その中のいくつかの実施の形態において、ｗ_avgの範囲は、約０．１μｍから約０．５μｍまでの範囲を取り得る。

【0047】

図８Ａに示されるように、いくつかの実施の形態において、それぞれの層のさまざまな特性がさまざまな効果をもたらし得る。たとえば、アシスト層８２０の厚みは、ｘ軸における光源の出力のモードプロファイルと一致するように設定可能である。ｗ₁は、ｙ軸における光源のモードプロファイルに一致するように設定可能である。ｗ_avgは、コア層８２５の有効モード指数がアシスト層８２０の有効モード指数と等しくなるように設定可能である。

【0048】

図１で示されるように、本明細書ではヘッドが開示され、ヘッドは本明細書で開示される導波路を含むことができる。そのような例示的なヘッドは、光源も含むことができる。例示的な光源は、たとえば、レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、端面発光レーザダイオード（ＥＥＬ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および表面発光ダイオードを含むことができる。

【0049】

本明細書では、ディスクドライブもまた開示される。そのようなディスクドライブは、本明細書で説明されるような光導波路を含む。図１には、例示的なディスクドライブが示される。ディスクドライブは、湾曲部を有する少なくとも１つのアクチュエータアームと、少なくとも１つのヘッドとを含むことができるが、各々の湾曲部は、その遠位端ヘッドを有し、各々のヘッドは、光源と、磁気リーダと、磁気ライタとを含むことができる。

【0050】

本明細書で開示された導波路の実現例は、具体的には、熱アシスト磁気記録技術の適用に関して説明されているが、ここに開示される技術は、非常に低い損失で正確に光を伝達することが望まれる任意の光学系（たとえばフォトニック集積回路）も同様に適用可能である。たとえば、ここに開示される技術は、光ファイバ通信システム、生物医学装置、およびフォトニック演算装置等に適用されてもよい。

【0051】

本明細書に開示されるような導波路は、一般的に利用可能な技術を用いて作製可能であり、そのような技術は、たとえば、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）および原子層蒸着（ＡＬＤ）のような蒸着技術、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、化学エッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ）のようなエッチング技術を含む。

【0052】

実施例
この開示は特に限定されるものではないが、以下に与えられる実施例の説明を通じて、本開示のさまざまな態様の理解が得られるであろう。

【0053】

実施例１：テーパの付いたコア層を有する光導波路
図４Ｂに記載され、図７と同様にテーパが付けられた（コア層のみにテーパが付けられた）のと同じ導波路が、ＧＲＩＮ層を含むことの利点を示すためにモデルにされた。モデリングにおいて、コア層（図３に示すコア層３２５）は、屈折率ｎ＝２．１０を有する、厚み１２０ｎｍのＴａ₂Ｏ₅とし、クラッディング層（図３における第１のクラッディング層３１０および第２のクラッディング層３３０）は、屈折率ｎ＝１．６５を有するＡｌ₂Ｏ₃とし、アシスト層（図３におけるアシスト層３２０）は、屈折率ｎ＝１．７０を有するＳｉＯＮ_xであるとした。ＧＲＩＮ層は、５つの二重層を含み、各々の二重層は、図４Ｂに示されるように、Ａｌ₂Ｏ₃の層およびＳｉＯＮ_xの層を有した。各々の二重層は、３５０ｎｍの厚みと、それらの間で直線的に変化する厚みの比（図４Ｂに示すとおり）を有し、その結果、横電場（ＴＥ）導波路モードの場合に有効屈折率における直線的な変化を生じさせた。ＧＲＩＮ層において切断はないものとした。コア層は、Ａｌ₂Ｏ₃によって囲まれたＴａ₂Ｏ₅の導波路テーパにより構成された。テーパは直線的であり、開始幅ｗ₂＝１００ｎｍであり、終了幅ｗ₃＝６００ｎｍであり、長さＬ＝１００μｍであった（ｗ₂，ｗ₃，Ｌについては図８Ｂを参照）。レーザダイオードは、導波路平面（ＹＺ平面）に対して平行な接合を有する端面発光素子であった。出力端面における半値全幅ビームサイズは、接合に対して直交する方向に０．４８７μｍであり、接合に対して平行な方向に２．４３μｍであった。

【0054】

図９は、ダイオードの垂直方向の位置Ｘに対する、計算された光伝達効率を示す。効率＜７０％となるに従い、ＧＲＩＮ層が垂直方向の位置を改善していることが明らかである。たとえば、効率＝５０％におけるＸの幅は、１μｍから１．４μｍに増大する。

【0055】

図１０は、上記の導波路とダイオード光源との結合効率を示す。図１０に示されるように、ＧＲＩＮ層を追加することによって、結合効率が高くなるところで、より幅広いピークを得ることができる。これは、光源と導波路との位置合わせにおいて許容度を低くすることができる点において有利である。

【0056】

実施例２：テーパの付いたコア層と、アシスト層と、チャネルを有するコア層とを有する光導波路
この実施例では、屈折率ｎ₁＝２．１０を有する、厚み１２０ｎｍのＴａ₂Ｏ₅のコア層と、パターン化されたＧＲＩＮ層およびアシスト層に対するクラッディング材料と同様であり、屈折率ｎ₃，ｎ₄＝１．６５である、Ａｌ₂Ｏ₃の第１および第２のクラッディング層とがモデルとされた。アシスト層は、屈折率ｎ₂＝１．７０である、厚み５００ｎｍのＳｉＯ_xＮ_yであった。ＧＲＩＮ層は、ｎ（ｘ）＝ｎ₀ｓｅｃｈ［α（ｈ−ｘ）］という双曲線正割屈折率プロファイルを有するものであった。なお、ｎ₀＝１．６９であり、α＝０．１２（μｍ）^-1であった。ｈは、アシスト層と、ＧＲＩＮ層との界面において、ｎ＝ｎ₀となるように定められた。ＧＲＩＮ層の全体厚みは１．７５μｍであり、ＧＲＩＮ層は、５つの［Ａｌ₂Ｏ₃（ｔ₁）／ＳｉＯ_xＮ_y（ｔ₂）］二重層構造を有していた。各々の二重層の厚みは固定されて、波長以下であり、ｔ₁＋ｔ₂＝３５０ｎｍであった。ＴＥ（横電場）モードの場合、１つの二重層における各々の層の局部厚みは、以下の式に従って決定される。

【0057】

【数3】

【0058】

ここで、ｎ₁はＡｌ₂Ｏ₃の屈折率を示し、ｎ₂はＳｉＯ_xＮ_yの屈折率を示す。コア層における導波路テーパは、開始幅Ｗ₂＝１００ｎｍであり、終了幅Ｗ₃＝７００ｎｍであり、長さＬ＝１００μｍであった。レーザダイオードは、導波路平面（ＹＺ平面）に対して平行な接合を有する、ＴＥモードの端面発光素子であった。出力端面における半値全幅ビームサイズは、接合に対して直交する方向に０．４８７μｍであり、接合に対して平行な方向に２．４３μｍであった。

【0059】

図１１に示されるように、ＧＲＩＮ層およびアシスト層の幅Ｗ₁が変化した。図１１は、さまざまなチャネル幅Ｗ₁における、ダイオードの垂直方向位置Ｘに対する、計算された入力結合効率を示す。Ｗ₁が無限大であるとは、ＧＲＩＮ層とアシスト層とがパターン化されていないことを意味する。図１２は、チャネル幅ｗ＝４μｍでのパターニングが、パターニングのない場合（ｗが無限大）に比較して、ピーク効率を２０％高めていることを示し、これは、ＧＲＩＮ層がない場合と同程度にピーク効率を高めている。効率が６４％の場合、パターン化された構造は、また、レーザダイオードと導波路との間の垂直方向の位置の許容範囲を、６０％改善している。

【0060】

繰り返すが、位置の許容度を改善することによって、製造方法におけるより大きな許容度が可能となる。

【0061】

実施例３：２つのＧＲＩＮ層を有する光導波路
この実施例でモデル化された導波路は、屈折率ｎ＝１．６５のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の第１のクラッディング層と、上記の実施例２で説明されたＧＲＩＮ層と、屈折率ｎ₂＝１．７０の、３００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_xＮ_yと、屈折率ｎ₁＝２．１０の厚み１２０ｎｍのＴａ₂Ｏ₅と、屈折率ｎ₂＝１．７０の厚み３００ｎｍのＳｉＯ_xＮ_yと、上記の実施例２で説明されたＧＲＩＮ層と、屈折率ｎ＝１．６５のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の第２のクラッディング層とを含むものであった。コア層（Ｔａ₂Ｏ₅）は、開始幅ｗ₂＝２０ｎｍおよび１００ｎｍ（図１２を参照）、および終了幅ｗ₃＝７００ｎｍのテーパを有し、テーパは、Ｌ＝１００μｍの長さを有する。図１２に示されるように、６４％あるいはそれ以上の効率において、ピーク効率は８７％から８０％まで低下するが、位置合わせの許容度は０．７２μｍから１．３５６μｍまで増大する。

【0062】

このように、光伝達導波路の実施の形態が開示される。上記の実現例および他の実現例は、以下に続く特許請求の範囲の範囲内である。当業者は、この開示がそれら開示以外の実施形態によって実施可能であることを理解するであろう。開示された実施形態は、図示の目的で提示されるものであって制限することを目的とするものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】