(57)【要約】【課題】近接場光を利用することで高密度な記録情報の再生を可能とする新規な信号検出装置及び信号検出方法を提供する。【解決手段】半導体基板３と、半導体基板３上に設けられ、半導体基板３との界面近傍に近接場光を発生させる近接場光発生部１とを有する。また半導体基板３の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し、略１／２の光子エネルギーに対応する波長の光を出力する光源９と、近接場光が発生する際に半導体基板３に生ずる光電流を検出する電流検出部４と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体基板との界面近傍に近接場光を発生させる近接場光発生部と、
前記半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し、略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を出力する光源と、
前記近接場光が発生する際に前記半導体基板に生ずる光電流を検出する電流検出部と、を備える
信号検出装置。
【請求項２】
前記近接場光発生部が、前記光源からの光の電場振動方向に長手方向を有する散乱体である請求項１に記載の信号検出装置。
【請求項３】
前記近接場光発生部が、Ｐｔ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのいずれか一種、又は、Ｐｔ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌの少なくともいずれか一種を含んで成る散乱体である請求項２に記載の信号検出装置。
【請求項４】
前記半導体基板が、ＳｉＣ，ＡｌＰ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＧａＮ，ＴｉＯ２のいずれか一種からなる請求項１に記載の信号検出装置。
【請求項５】
前記光源が、３４４ｎｍ以上９９２ｎｍ以下の波長帯域のいずれかの波長の光を出射光に含む光源とされる請求項４に記載の信号検出装置。
【請求項６】
記録情報に対応して誘電率が変化する記録部を有する記録媒体に対し、半導体基板に設けられた近接場光発生部を対向させて相対的に走行させ、
前記近接場光発生部に、前記半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し、略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を照射して、前記近接場光発生部と前記半導体基板との界面近傍に近接場光を発生させ、
前記記録媒体の誘電率が変化する記録部の表面と、前記近接場光発生部とが相互作用することで、前記半導体基板の内部における近接場光強度を変化させ、
前記半導体基板の内部における近接場光の２光子吸収により励起される光電流の変化を検出して、前記記録媒体の記録情報を検出する
信号検出方法。
【請求項７】
前記記録媒体として、使用波長に対し透明な基板上に、光又は熱で相変化する材料より成る記録微粒子が規則的に配列された記録部を有して成る記録媒体を用いる請求項６に記載の信号検出方法。
【請求項８】
前記記録微粒子が、前記基板に規則的に配列された凹部に埋め込まれて成る請求項７に記載の信号検出方法。
【請求項９】
前記凹部の直径が、前記記録微粒子の外径とほぼ同じである請求項８に記載の信号検出方法。
【請求項１０】
前記記録微粒子の下部に、前記基板と異なる材料より成る誘電体層又は金属層が形成されて成る請求項６に記載の信号検出方法。
【請求項１１】
前記凹部のアスペクト比が１以上１０以下である請求項８に記載の信号検出方法。
【請求項１２】
前記記録微粒子が前記基板に形成された柱状構造の上に配置される請求項７に記載の信号検出方法。
【請求項１３】
前記柱状構造の高さが前記記録微粒子の外径より大として形成される請求項１２に記載の信号検出方法。
【請求項１４】
前記柱状構造の一部が、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのいずれか一つの金属より構成される請求項１２に記載の信号検出方法。
【請求項１５】
記録情報に対応して誘電率が変化する材料より成り、且つ、半導体基板に設けられた近接場光発生部を対向させて相対的に走行させた状態で前記近接場光発生部に前記半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を照射したときに、前記近接場光発生部と前記半導体基板との界面近傍に発生する近接場光強度を前記誘電率に対応して変化させる記録部を有する
記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光を利用して記録媒体に記録された信号を検出する信号検出装置及び信号検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近接場光を利用した光記録再生技術は、通常の光学系では限界とされる高解像度を実現できるため、超高密度ストレージ化を図る技術として注目されている。例えばソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）等のいわゆる近接場光用レンズを用いた場合、スポット径は１００ｎｍ程度まで低減できると考えられている。
【０００３】
しかし、２０１２年頃には、ハードディスクにおいて面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２が実現されると予想されているが、これと同等の記録密度を光ディスクで実現するには、スポット径を２０ｎｍ以下にする必要がある。
そこで、さらなるスポット径の低減を図るため、プラズモン共鳴現象による局所的な光スポット形成を利用した研究・開発が活発になされている。この局所光スポットを例えば相変化型媒体に適応することで、相変化型光記録方式の高密度化が期待される。
【０００４】
一方、超高密度の記録情報を、近接場光を利用して再生することは、近接場光を直接観測することが難しいために、実現が困難とされてきた。
この対策として、試料に観測光を照射すると共に、試料の信号検出位置とは異なる位置や試料に近接配置するカンチレバーに参照光を照射して、参照光と観測光とを比較してその位相差により近接場光を検出する方法が提案されている（非特許文献１及び２参照）。
【０００５】
また、半導体基板上にショットキー接合した散乱体を設け、表面プラズモンを生じさせて半導体基板内にキャリアを励起することによって、近接場プローブとして利用する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【非特許文献１】F. Zenhausern, et al. "Apertureless near-field optical microscope", Appl. Phys. Lett., 65(13), 1994
【非特許文献２】Y. Martin, et al. "Optical data storage read out at 256 Gbits/in.2", Appl. Phys. Lett., 71(1), 1997
【特許文献１】特開２００２−３６８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記非特許文献１及び２に提案されている方法においては、光学系が複雑になってしまうという問題がある。また、検出信号がわずかな位相差で与えられることから、例えばロックインアンプ等にて検波する必要があり、また検出速度（転送速度）などの観点からも問題があった。
【０００７】
また、特許文献１においては、ショットキー接合部で励起されるキャリアを検出することにより、半導体基板と散乱体との間に入射光強度に比例した電流が流れることを見出しているが、この技術を用いた具体的な再生方法は記載されていない。すなわち、記録媒体に記録された情報、例えば凹凸ピットや反射率変化等による記録マーク等を、どのように近接場光の強度に反映させ、それにより入射光強度に比例した電流を変化させて信号を再生するかについては、何ら提案されていない。
【０００８】
以上の問題に鑑みて、本発明は、近接場光を利用することで高密度な記録情報の再生を可能とする新規な信号検出装置及び信号検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明による信号検出装置は、半導体基板と、この半導体基板上に設けられ、半導体基板との界面近傍に近接場光を発生させる近接場光発生部と、を備える。更に、半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し、略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を出力する光源と、近接場光が発生する際に半導体基板に生ずる光電流を検出する電流検出部と、を備える構成とする。
【００１０】
また、本発明による信号検出方法は、記録情報に対応して誘電率が変化する記録部を有する記録媒体に対し、半導体基板に設けられた近接場光発生部を対向させて相対的に走行させる。近接場光発生部に、半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し、略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を照射して、近接場光発生部と半導体基板との界面近傍に近接場光を発生させる。記録媒体の誘電率が変化する記録部の表面と、近接場光発生部とが相互作用することで、半導体基板の内部における近接場光強度を変化させ、半導体基板の内部における近接場光の２光子吸収により励起される光電流の変化を検出して、記録媒体の記録情報を検出する。
【００１１】
更に、本発明による記録媒体は、上述の信号検出方法により記録情報に対応する信号が検出される構成とするものである。すなわち、記録情報に対応して誘電率が変化する材料より成る記録部を有する。そして半導体基板に設けられた近接場光発生部を記録部に対向させて相対的に走行させた状態で近接場光発生部に半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対し略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を照射する。このときに、近接場光発生部と半導体基板との界面近傍に発生する近接場光強度を、記録部の誘電率の変化に対応して変化させるように、記録媒体が構成される。
【００１２】
上述したように、本発明の信号検出装置及び信号検出方法においては、半導体基板に近接場光発生部を設け、この近接場光発生部に対し、半導体基板の材料のバンドギャップ・エネルギーに対して略２分の１の光子エネルギーに対応する波長の光を照射する。
このとき、近接場光発生部と半導体基板との界面近傍において光密度（エネルギー密度）が十分高い状態を近接場光により作ることによって、強いエネルギー密度の領域にて２光子吸収現象が起こり、電子・ホールペアの発生に伴い光電流が発生する。
【００１３】
一方、この近接場光発生部を、記録情報に対応して誘電率が変化する記録部を有する記録媒体に対向させて相対的に移動させる。すると、誘電率が変化する記録部の表面と、近接場光発生部とが相互作用することで、半導体基板の内部における近接場光強度が変化する。この変化により、上述した２光子吸収により励起される光電流も変化する。
したがって、この半導体基板に発生する光電流の変化を検出することによって、記録媒体に記録された記録情報に対応する信号を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、近接場光を利用した高密度に記録された情報信号の再生が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態の例（実施の形態）を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。以下の順序で説明を行う。
１．第１の実施の形態［信号検出装置の構成］
（１）近接場光発生部の構成
（２）近接場光発生部及び電極の材料・配置
（３）近接場光発生部及び電極の平面構成
（４）半導体基板の材料
（５）光源
（６）信号検出装置の構成
（７）信号検出装置の動作（信号検出方法）
【００１６】
２．第２の実施の形態［記録媒体の構成］
（１）記録媒体の第１の構成例（柱状構造に記録微粒子を配置する例）
（２）記録媒体の第２の構成例（基板と異なる材料の柱状構造に記録微粒子を配置する例）
（３）記録媒体の第３の構成例（凹部に記録微粒子を配置する例）
（４）記録媒体の第４の構成例（凹部に基板と異なる材料と記録微粒子を配置する例）
（５）記録微粒子形状の解析例
【００１７】
１．第１の実施の形態［信号検出装置の構成］
（１）近接場光発生部の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る信号検出方法を説明するための図であり、本実施の形態における信号検出装置の要部を模式化した拡大断面図である。図１においては、信号検出装置の半導体基板３に設けられる近接場光発生部１が、記録媒体１００の記録部１０３に対向している状態を示す。半導体基板３には、近接場光発生部１と電極２とが形成され、電極２には電流検出部４が接続される。図示しない光源から入射光Ｌｉが照射され、近接場光発生部１の一端の近接場光発生位置１ｎにおいて近接場光が発生する。入射光Ｌｉは、その電場振動方向ｐが近接場光発生部１における後述する所定の方向に一致するように照射されることで、近接場光強度を高めることができる。記録媒体１００の構成については後述する。
【００１８】
（２）近接場光発生部及び電極の材料・配置
近接場光発生部１としては、入射光Ｌｉの照射によって表面プラズモンの作用により近接場光が発生する散乱体、いわゆるアンテナ（プラズモンアンテナ）を用いることができる。散乱体の材料としては、例えばＰｔ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのいずれか一種、又は、Ｐｔ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌの少なくともいずれか一種を含んで成る材料を用いることができる。近接場光発生部１は記録媒体１００との相互作用を十分に得るために半導体基板３に対して表面に臨む位置に配置されていればよく、表面から突出した形状、或いは少なくとも一部が表面に露出した形状として配置されることがより望ましい。
電極２は導電性材料であればよく、近接場光発生部１と同様の材料でもよく、異なる材料でもよい。また、電極２は図示の例では近接場光発生部１の近傍に形成されているが、半導体基板３内に発生する光電流を検出できる位置であれば他の位置でもよい。例えば、半導体基板３内部における入射光の伝搬を阻害しない範囲で、半導体基板３の内部に延在する形状でもよい。特に、近接場光発生位置１ｎの近傍に一部が延在する形状としてもよい。
なお、記録媒体１００との衝突等による損傷を避けるために、近接場光発生部１や電極２の周囲に多孔質材料等より成るパッドを設けるとか、または、電極２の保護のために誘電体層で電極２を覆う構造などとしてもよい。更に、半導体基板３の裏面の光入射側に、入射光Ｌｉの有効径を妨げない形状の開口を有する遮光膜等を設けてもよい。
【００１９】
（３）近接場光発生部及び電極の平面構成
次に、近接場光発生部１及び電極２の平面構成について図２を参照して説明する。図２Ａ〜Ｃにおいては、近接場光発生部１をほぼ平面三角形状とする例を示すが、これに限定されるものではなく、その他棒状や、或いは先端が先細りで他端が扇形に幅広となる形状等、種々の形状とし得る。この場合、入射光Ｌｉの中心位置となる一方の端部（図２Ａの例では一方の頂点）にプラズモン共鳴によるエネルギー集中が生じるように、先細りの先鋭な形状に加工することが望ましい。これにより、発生する近接場光強度を高めることができる。つまり、近接場光発生位置１ｎとする端部は他の領域と比べて先鋭な形状とすることが望ましい。そしてその対辺に向かう方向を、入射光Ｌｉの電場振動方向ｐに沿う方向（長手方向）として構成する。またこの方向に沿う長さを、表面プラズモンが発生する条件に合わせて選定して構成する。このような構成とすることで、近接場光強度をより高めることができる。
【００２０】
図２Ａに示す例では、電極２を平面四角形状とする例を示すが、近接場光発生部１と同様に三角形状としてもよく、図２Ｂに示すように、端部が丸みを帯びた棒状としてもよい。同様に、近接場光発生部１も図２Ｂに示す例のように、三角形の各頂部が丸みを帯びた形状でもよい。更に、例えば三角形の頂点同士が対向する配置とするとか、或いは図２Ｃに示すように、電極２に入射光Ｌｉの電場振動方向に沿って延在する部分を設けてもよい。つまり電極２の平面形状は、近接場光発生位置１ｎにおける近接場光強度が増強される構成であれば種々の形状とし得る。また前述したように、半導体基板３内部における入射光の伝搬を阻害しない範囲であれば半導体基板３の内部に延在する部分があってもよい。
【００２１】
（４）半導体基板の材料
半導体基板３は、使用する光源の波長に対して十分透過性を有する材料を用いる。そして近接場光発生部１に照射される入射光Ｌｉの光子エネルギーに対してほぼ２倍のバンドギャップを有する材料より構成する。つまり、半導体基板３の材料のバンドギャップ・エネルギーに対して、近接場光発生部１に照射される入射光Ｌｉの光子エネルギーが略２分の１となるように選定する。更に、入射光Ｌｉの光子エネルギーが、半導体基板３の材料のバンドギャップ・エネルギー以下となるように選定する。
【００２２】
すなわち、図３に模式的に示すように、半導体基板３における荷電子帯８１と伝導帯８２とのエネルギーギャップをＥｇとし、光源が、光子エネルギーＥinである波長帯域の光を出射光に含むとする。このとき、Ｅin≦Ｅｇ≦２Ｅinとなるように、光源と半導体基板３とを選定することが望ましい。つまり、Ｅｇ≦２Ｅinである材料の半導体基板３を用いることで、２光子吸収現象を利用することができる。且つ、Ｅin≦Ｅｇである半導体基板３を用いることで、１光子吸収が発生せず、入射光Ｌｉのスポット内におけるエネルギー密度の高い微小領域のみにて光電流を発生することが可能となり、確実に、高密度再生が可能となる。
なお、波長と光子エネルギーの換算は、ｈをプランク定数、ｃを光速、ｅを電荷とし、波長をλとすると、下記の式より近似的に換算される。
Ｅ［ｅＶ］＝ｈ［Ｊｓ］×ｃ［ｍ／ｓ］／（λ［ｍ］×ｅ［Ｃ］）
＝１２４０／λ［ｎｍ］
【００２３】
半導体基板３の材料としては、ＳｉＣ，ＡｌＰ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＧａＮ，ＴｉＯ２のいずれか一種から選択することが望ましい。これらの材料のバンドギャップは下記の通りである。
ＳｉＣ：３．０ｅＶ
ＡｌＰ：２．５ｅＶ
ＺｎＯ：３．２ｅＶ
ＺｎＳ：３．６ｅＶ
ＺｎＳｅ：２．６ｅＶ
ＧａＮ：３．４ｅＶ
ＴｉＯ２：３．０ｅＶ
【００２４】
このバンドギャップの範囲に対応した略２分の１の光子エネルギーで、且つバンドギャップ以下となる波長帯域は３４４ｎｍ〜９９２ｎｍとなり、この範囲の波長であれば上述した波長の条件を満足する。すなわち、この波長範囲の光源を用いることで、上述した半導体材料を用いることが可能となる。
【００２５】
例えば中心波長４００ｎｍの光源を用いる場合、その光子エネルギーは３．１ｅＶ程度に換算される。したがって、上記材料のうちバンドギャップが最大のＺｎＳを半導体基板３の材料として用いる場合、光子エネルギーはバンドギャップ・エネルギーの２分の１以上であり、またバンドギャップ・エネルギー以下となる。半導体基板３としてＧａＮを用いる場合はバンドギャップ・エネルギーが３．４ｅＶであり、同様にバンドギャップ・エネルギーの２分の１以下で、且つバンドギャップ・エネルギー以下となる条件を満たすこととなる。
【００２６】
（５）光源の種類及び配置
半導体基板３を介して近接場光発生部１に光Ｌｉを照射する光源（図示せず）としては、以下に示す波長の光を出射光に含む光源とする。先ず、出射光の電場振動方向ｐを近接場光発生部１の所定の方向に合わせて照射したときに、プラズモン共鳴を起こすようにその形状及び材質に合わせて波長が選択される。更にその波長帯域としては、上述した半導体基板３の材料に対応して下記のように選定される。
【００２７】
上記のＳｉＣ，ＡｌＰ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＧａＮ，ＴｉＯ２の半導体基板材料を用いる場合に適用できる光源としては、３４４ｎｍ以上９９２ｎｍ以下の波長帯域のうち、いずれかの波長、又は所定範囲の波長の光を出射光に含む光源であればよい。例えば、出射光の中心波長が３４０ｎｍである光源において、３４４ｎｍ以上の波長の光が出射光にある程度含まれていれば、例えば半導体基板３の材料としてＺｎＳ（バンドギャップ３．６ｅＶ）を用いる場合に利用可能である。
同様に、出射光の中心波長が１０００ｎｍである光源において、９９２ｎｍ以下の波長の光が出射光にある程度含まれていれば、半導体基板３の材料としてＡｌＰ（バンドギャップ２．５ｅＶ）を用いる場合に利用可能となる。したがって上記の半導体基板材料を用いる場合は、出射光の中心波長が３４０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である光源を用いることが可能である。
【００２８】
光源の種類としては、半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ、その他波長変換により得られる第２高調波、第３高調波等、各種の光源を利用可能である。
なお、光の入射方向は図１に示すように半導体基板３側からに限定されることなく、近接場光発生部１の表面側からでもよい。また、半導体基板３の表面に沿う横方向や、斜め方向等から照射するとか、これらのうち２以上の方向から光を照射する構成としてもよい。
【００２９】
（６）信号検出装置の構成
図４に、ディスク状の記録媒体１００に対向して、本発明の実施の形態に係る信号検出装置５０を対向させた場合の概略構成図を示す。なお、記録媒体１００の構成としては、ディスク状に限定されず、その他例えばカード状であってもよい。この例では、図４に示すように、記録媒体１００は、基板１０１上に、上述した誘電率の変化により信号が記録される記録部１０３を含む構成とされる。この記録媒体１００は、スピンドルモータ等の駆動部２０により回転される支持部２１に固定支持され、一点鎖線Ｃを中心軸として回転するようになされる。
【００３０】
記録媒体１００の記録部１０３に対向して、信号検出装置５０の近接場光発生部１が近接配置される。近接場光発生部１と電極２とが形成された半導体基板３は、図示しないが２軸或いは３軸アクチュエータ等に支持されて、起動時には制御系（図示せず）によって記録部１０３の所望の位置に対向するように近接配置される。半導体基板３の近接場光発生部１と電極２との間に電流検出部４が設けられ、電流変化による信号が検出部５において検出される。
【００３１】
また近接場光発生部１に、半導体基板３を通して入射光Ｌｉが照射されるように、光学系が配置される。図４に示す例では、上述した波長の光を出力する光源９と半導体基板３との間にコリメートレンズ８、偏光子７、集光レンズ６等の光学系が配置される。光源９から出射された光は、コリメートレンズ８により平行光とされ、偏光子７によって所定の偏光方向とされて、集光レンズ６により集光されて、半導体基板３の裏面側から近接場光発生部１に向けて照射される。また、図示しないが信号検出装置５０には例えばその全体をディスク状の記録媒体１００の半径方向に移動可能とする機構が設けられ、記録媒体１００の記録領域の全面にわたって近接場光発生部１が対向配置するようになされる。
【００３２】
（７）信号検出装置の動作（信号検出方法）
本実施の形態に係る信号検出装置５０において、一例として記録媒体１００の相変化材料より成る記録部１０３に記録された信号を検出する動作について再び図１を参照して説明する。
上述した材料及び構成とする近接場光発生部１、半導体基板３、光源９を用いることで、図１に示すように、近接場光発生部１と半導体基板３との界面において近接場光を発生させることができる。そして２光子吸収により発生する光電流を電流検出部４にて検出することができる。この動作態様を以下説明する。
【００３３】
ここで例えばＧａＮ等の半導体基板３上に、Ａｕ等の金属より成る散乱体として近接場光発生部１が形成されるとする。また、半導体基板３上の別の位置に例えば同様の材料より成る電極２が形成される。そしてこれら近接場光発生部１と電極２との間に図示しない電圧印加部によって一定の電圧をかけておく。
【００３４】
記録媒体１００の記録部１０３の材料としては、誘電率の変化による記録がなされる材料であればよく、例えばＧｅＳｂＴｅ等の相変化材料を用いることができる。そして図１に示すように、予め記録情報に対応して、相変化により記録領域１０３ａと未記録領域１０３ｂとを形成しておく。記録部１０３を構成する材料は、相変化材料以外でも十分な誘電率変化が生じる材料であれば適用可能であり、また形状も図１に示すように表面を平坦面とする例に限らず様々な形状とすることができ、凹凸構造等があってもよい。なお、このような記録媒体１００の具体的な構成例については、第２の実施の形態において詳細に説明する。
【００３５】
そして、例えばこの記録領域１０３ａと未記録領域１０３ｂとが形成された記録媒体１００に面して、近接場光発生部１を例えば数ｎｍの距離で対向配置させる。この状態で、半導体基板３側から例えば半導体レーザダイオード等の光源９から光を照射する。上述したように、入射光Ｌｉの電場振動方向ｐと散乱体より成る近接場光発生部１の長手方向とを合わせ、また長手方向の長さ等を適切に選定することで、表面プラズモンが発生する。表面プラズモンの発生により、近接場光発生部１の先鋭化した一端の近接場光発生位置１ｎの近傍において、半導体基板３の内部を含む領域に、近接場光Ｌｎが発生する。なお、このとき図示しないが近接場光発生位置１ｎの記録媒体１００側にも近接場光が発生し、原理的には記録動作も可能である。
【００３６】
このように、近接場光Ｌｎは近接場光発生部１と接している半導体基板３の内部にも強く発生する。ここで上述したように、半導体基板３の材料のバンドギャップ・エネルギーに対しほぼ半分の光子エネルギーとなる波長の光を出射光に含む光源を用いるように光源９及び半導体基板３材料の相互を選定しておく。例えば、ＧａＮより半導体基板３を構成する場合、バンドギャップ・エネルギーが３．４ｅＶ程度であり、対応する光子エネルギーは波長３６５ｎｍであるので、光源としては、波長λ≒７３０ｎｍの光を出射光に含む光源を選定する。このように構成することによって、半導体基板３の内部の強いエネルギー密度の領域において２光子吸収現象が起こり、電子・ホールペアの発生に伴い光電流が発生する。このとき、上述したように、上記波長に対応する光子エネルギーがバンドギャップ・エネルギー以下であることで、２光子吸収現象を支配的に発生させることができる。この電流は、近接場光強度の変化に同調して変動し、記録部１０３における誘電率の変化と近接場光発生部１との相互作用によって、信号の変化に同調して変化する。
【００３７】
これについて説明すると、記録部１０３の記録領域１０３ａと未記録領域１０３ｂとでは誘電率が異なるので、記録媒体１００と信号検出装置５０との相対的移動によって、図５Ａに模式的に示すように、記録部１０３の表面において誘電率が経時的に変化する。誘電率は、電場に対する分極の応答として定まる固有の値である。このため、光電流の差異を生み出す近接場光発生部１と半導体基板３の界面における近接場光強度の違いは、近接場光発生部１の記録媒体１００側に発生する近接場光と、記録媒体１００内の分極との相互作用の程度に起因する。記録部１０３に相変化材料を用いることで、相変化状態の変化により分極状態をいわば局所的に変化させ、これを光電流の変化に反映させて信号を検出することができる。すなわちこの誘電率変化に伴い、近接場光発生部１において近接場光が発生する状態が変化するので、図５Ｂに模式的に示すように、近接場光強度が変化する。つまり、誘電率が変化する記録部１０３の表面と近接場光発生部１との相互作用により、近接場光の強度が変化する。
【００３８】
そして、この近接場光強度の変化に対応して、図５Ｃに模式的に示すように、上述した２光子吸収現象の発生する遷移確率が変動する。この２光子吸収の遷移確率に対応して、すなわち近接場光強度に同調して、図５Ｄに模式的に示すように、半導体基板３において検出される電流も変化することとなる。
【００３９】
したがって、この検出電流の変化は記録媒体１００上の記録領域１０３ａ及び未記録領域１０３ｂを反映した信号となり、近接場光を用いて直接信号の検出ができることとなる。近接場光は極めて局所的な領域に発生する光であることから、記録部１０３における記録領域１０３ａと未記録領域１０３ｂとのピッチが１００ｎｍ以下程度の微小な記録マークを読み取ることが可能となる。
【００４０】
以上説明したように本実施の形態による信号検出装置５０においては、誘電率の変化により情報が記録され、いわば誘電率変化を引き起こす記録媒体１００に対し近接場光発生部１が相互作用することで、半導体基板３内部の近接場光強度が変化する状態を構成する。そして特に、半導体基板３の材料のバンドギャップ・エネルギーに対して、近接場光発生部１に照射する光の光子エネルギーがほぼ２分の１となり、且つ、バンドギャップ・エネルギー以上となるようにその波長を選定する。このようにすることによって、２光子吸収過程を利用して、高密度に記録された情報を、近接場光により高解像度に検出することが可能となる。
【００４１】
［２］第２の実施の形態（記録媒体の構成）
上述した第１の実施の形態に係る信号検出装置５０を用いて誘電率の変化する材料より成る記録部を備える例えば相変化型の記録媒体１００の記録信号を再生することで、相変化型光記録方式の高密度化が期待される。そしてこの実施に際しては更に以下の工夫が加えられることで記録再生特性の向上を期待できる。
上述した記録媒体１００における記録部１０３として、相変化材料より成る連続膜を設ける場合、記録マークの大きさは光スポットの大きさにより決められると考えられる。記録時にも上述した散乱体等によって近接場光を照射する方法とすると、近接場光電界は相変化膜内に入ると急速に低減し、分布領域も広がる場合がある。この結果、相変化膜上で、記録温度まで昇温する領域は、元々の近接場光による光スポット径に比べると、著しく広がってしまう場合がある。この様な場合、上述したプラズモンを発生する散乱体（アンテナ）等、又はＳＩＬ等を利用して記録を行っても、目的とする記録マークの微細化を実現することができなくなる恐れがある。また上述した信号検出装置５０による信号検出時においても、同様にスポット径に対する昇温領域の広がりが考えられ、精度よく信号を再生できなくなる恐れがある。
【００４２】
このリスクを回避するために、本実施の形態においては、光又は熱で相変化する記録微粒子を、使用波長に対し透明な基板の上に、例えば一定の間隔を持って規則配列した構成の記録媒体を用いる。ここで使用波長とは、記録時に用いる記録光の波長が含まれる。また、上述した図４等に示す信号検出装置５０に用いる光源９の出射光の波長も含むことが望ましい。再生時には記録パワーに満たないパワーで光が照射されるが、エネルギー密度の局部的な集中等による不要な相変化を確実に回避することが可能となる。記録と再生で異なる波長帯域の光を用いる場合は、記録時の光の波長に対してのみ透明な材料を用いることも可能である。
【００４３】
図６はこの記録媒体１１０の模式的な断面構成図であり、基板１１１上に記録微粒子１１２が規則配列されて構成される。配列の間隔等は、例えばディスク状やカード状の媒体において、記録トラック方向には一定の間隔をもって配列され、記録トラックを横切る方向では、記録トラック方向と同じ間隔、又は異なる間隔で配列されていてもよい。例えばディスク状とする場合に、内周側と外周側とで記録トラック方向の間隔が徐々に変わるようにして、信号記録時又は再生時の線速に対応して一定となるように配列する構成でもよい。図６においては、この記録媒体１１０の記録微粒子１１２より成る記録部に対向して、上述した信号検出装置５０における近接場光発生部１を対向配置させ、入射光Ｌｉを照射する様子を示す。
【００４４】
記録微粒子１１２の規則配列方法については後述するが、例えば記録微粒子１１２を支持する基板１１１に形成された凹部、又は柱状構造を規則配列し、凹部内又は柱状構造上に記録微粒子１１２を配置することによってなされる。記録媒体１１０をこのような構造とすることにより、上述の信号検出装置５０において発生した近接場光が記録微粒子１１２のみに吸収され、且つ、記録媒体１１０の基板１１１での光吸収、加熱が抑制される。
【００４５】
このため、例えば上述した信号検出装置５０を利用することで、高密度の記録や再生が可能となる。これについて説明すると、近接場光発生部１と記録媒体１１０の記録微粒子１１２とを、波長より十分小さく、エネルギー照射による情報記録再生に十分な相互作用が生じる距離間隔に面するように配置させる。このように配置させた状態で、近接場光発生部１への入射光照射により先鋭な形状とされる近接場光発生位置１ｎに入射光Ｌｉを照射すると、表面プラズモンの発生により上述したように近接場光が発生する。したがって、規則的に配列され空間的に隔てられた記録微粒子１１２に対し選択的にエネルギーを照射することが可能となる。エネルギー注入が光吸収による熱反応である場合には、記録微粒子１１２が使用波長に対し十分透明な基板１１１に支持されているため、熱的にも隔てられ、記録微粒子１１２に対し集中的にエネルギーを与えることができる。記録微粒子１１２に照射される近接場光が記録に達するエネルギーとなるように入射光Ｌｉの強度を調整することで記録が可能となる。その結果、エネルギーの拡散を抑え、高効率、高分解能に記録微粒子１１２の外径サイズに応じた局所的な情報記録が可能となる。
【００４６】
また、同様に配置した状態で、近接場光発生部１に入射光Ｌｉを記録に達しないエネルギーで照射すれば、再生も可能となる。このとき、記録微粒子１１２の相変化状態に対応して近接場光発生位置１ｎにおける近接場光強度が相互作用により影響を受け、信号検出装置５０における半導体基板３内部で発生する２光子吸収の遷移確率が変動する。これにより、記録微粒子１１２に記録された相変化に対応する情報を再生することが可能となる。このとき、記録時と同様に、記録微粒子１１２が隣接する他の記録微粒子１１２とは空間的に隔てられており、半導体基板３の内部における２光子吸収の遷移確率は隣接する記録微粒子１１２の相変化状態に影響を受けることがない。
【００４７】
したがって、上述したような、スポット径に比べて昇温領域が広がる不都合を回避でき、目的とする記録マークの微細化を図ることができ、すなわち面記録密度１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２が実現される。
またこのように記録媒体１１０の記録部を記録微粒子１１２により構成する場合、選択的に記録微粒子１１２の加熱を行うことができるため、光の利用効率がよい。また、記録時に周辺の微粒子への加熱が抑制できるので、記録クロストークが小さい。更に、記録微粒子１１２の加熱に必要な入射光量だけ投入すればよいので、必要な入射光量が小さく、記録パワーを抑えることができる。これにより、記録媒体１１０の基板１１１への熱ダメージの低減も可能となる。
次に、この記録媒体１１０を変形した各構成例について説明する。
【００４８】
（１）記録媒体の第１の構成例
図７は、第１の構成例である記録媒体１２０の断面構成図である。使用波長に対し透明な基板１２１上に、所定の間隔をもって規則的に配列された柱状構造１２１ｐが形成される。そしてこの柱状構造１２１ｐそれぞれの上に、光又は熱で相変化する材料より成る記録微粒子１２３が所定の間隔をもって規則的に配列されて記録部が構成される。
【００４９】
このような柱状構造１２１ｐ上に記録微粒子１２３を規則的に配列する方法としては、以下の方法が挙げられる。
まず、図８Ａに示すように、使用波長に対し透明な基板１２１上に、スピンコート等によりレジスト１２５を塗布する。次に、図８Ｂに示すように、マスク（図示せず）を介した紫外線照射又は電子線照射により、露光領域１２５ａと未露光領域１２５ｂとを所定の配列を成すよう形成する。現像後、例えば露光領域１２５ａ（レジスト１２５の種類により未露光領域１２５ｂでもよい）が残るパターンとする。そして矢印ｅ１で示すように一方向からＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングを施すことで、図８Ｄに示すように、基板１２１上に凸状の柱状構造１２１ｐを形成する。その後、蒸着やスパッタ等により相変化材料より成る記録材料を全面的に形成する。このとき、柱状構造１２１ｐ上に孤立した記録微粒子１２３を形成するため、柱状構造１２１ｐ上の記録微粒子１２３と、柱状構造１２１ｐ間の凹部内に成膜される記録膜１２３ｅとが接触しない程度に、柱状構造１２１ｐの高さと記録材料の厚さを選定する。
【００５０】
この場合、記録微粒子１２３は球状等の粒子状に形成することができる。図示の例では略円形に記録微粒子１２３を示すが、これに限定されるものではなく、断面楕円状であるとか不規則な形状等であってもよく、隣接する他の記録微粒子１２３と分離されている形状であればよい。そしてその外径（特に厚さ方向の径）が、柱状構造１２１ｐの高さより大とされることで、確実に柱状構造１２１ｐ間の記録膜１２３ｅと分離される。また、柱状構造１２１ｐの幅（円柱状とする場合は直径）に対して、記録微粒子１２３の外径が同等以上となるように形成することで、記録微粒子１２３同士を分離しつつ、その体積が確保される。すなわち記録密度の分解能を保持しつつ、近接場光と相変化材料とのカップリングに寄与する分極の数を増大させることができる。したがって、誘電率変化を十分として信号検出精度を向上させることが可能となる。
【００５１】
また、図８Ｃに示す異方性エッチングを施すまでの工程に差し換えて、例えばナノスケール（１００ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ〜５０ｎｍピッチ程度）の凹部、もしくは凸部を有するスタンパーを用いてもよい。この場合、スタンパーの押圧によるインプリント工程にて凹部、もしくは柱状構造を有する基板を作製することができる。ナノインプリント工程を利用することにより、スループットを向上させることができる。
【００５２】
（２）記録媒体の第２の構成例
図９は、第２の構成例である記録媒体１３０の断面構成図である。この場合も、使用波長に対し透明な基板１３１上に、例えば一定の間隔をもって規則的に配列された、基板１３１とは異なる材料より成る柱状構造１３２が形成される。そして柱状構造１３２の上に記録微粒子１３３が形成される。
この柱状構造１３２の材料としては、使用波長に対してプラズモン共鳴を引き起こす金属物質より構成することができる。このような構成とすることで、相変化材料より成る記録微粒子１３３と近接場光発生部１とのより強いカップリングを促すことが期待できる。具体的には例えばＭｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのいずれか一つの金属を用いることができる。
【００５３】
また図１０に示すように、記録媒体１４０の基板１４１に設ける柱状構造１４２として、基板１４１と異なる誘電率を有し使用波長に対し十分透明な材料を用いてもよい。例えば柱状構造１４２の屈折率が基板１４１の屈折率より小さい材質を選択することにより、柱状構造１４２での光の閉じこめ効果によって、高効率に相変化材料より成る記録微粒子１４３へのエネルギー注入を促すことが可能となる。
【００５４】
このような、基板とは異なる材料により柱状構造１３２，１４２を設け、その上に記録微粒子１３３，１４３を配置形成する方法について例示する。
例えば図１１に示すように、使用波長に対し透明な基板１３１上に、スパッタ等により金属（又は誘電体）層１３２Ｌを成膜し、その後図１１Ｂに示すように、その上にスピンコート等によりレジスト１３５を塗布する。マスク（図示せず）を介した紫外線照射もしくは電子線照射により、図１１Ｃに示すように、露光領域１３５ａと未露光領域１３５ｂとが所定の配列となるように露光を行う。現像後、図１１Ｄにおいて矢印ｅ２で示すように、上方向よりＲＩＥ等の異方性エッチングを施す。これにより、図１１Ｅに示すように、金属（又は誘電体）からなる柱状構造１３２を形成する。その後、図１１Ｆに示すように、蒸着等により記録材料を形成する。このとき記録材料は、柱状構造１３２の高さよりも膜厚を小さく選定する。このようにすることで、柱状構造１３２間に成膜される記録膜１３３ｅと柱状構造１３２上の記録微粒子１３３とが接触せず分離され、柱状構造１３２上に孤立した記録微粒子１３３を形成することができる。またこのとき、第１の構成例と同様に、柱状構造１３２の幅に対して記録微粒子１３３の外径が同等以上となるように形成することが望ましい。このように形成することで、記録微粒子１３３の体積を確保され、記録密度の分解能を保持しつつ、近接場光と相変化材料とのカップリングに寄与する分極の数を増大させることができる。したがって、誘電率変化を十分として信号検出精度を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、図１２に示す製造工程も利用することができる。この場合、図１２Ａに示すように、使用波長に対し透明な基板１４１上に、スピンコート等によりレジスト１２５を塗布する。そしてマスク（図示せず）を介した紫外線照射又は電子線照射により、図１２Ｂに示すように、露光領域１４５ａ及び未露光領域１４５ｂを所定の配列をもって形成する。図１２Ｃに示すように現像して例えば露光領域１２５ａを残した後、図１２Ｄに示すように、柱状構造となる誘電体（又は金属）材料、続けて相変化材料より成る記録材料を成膜する。このとき、露光領域１４５ａの間の誘電体（又は金属）材料より成る柱状構造１４２及び記録微粒子１４３と、露光領域１４５ａ上の誘電体（又は金属）膜１４２ｅ及び記録膜１４３ｅとが分離するように、露光領域１４５ａの高さと各材料の厚さを選定する。その後、リフトオフ工程を施すことで、図１２Ｅに示すように、所定の配列をもって柱状構造１４２上に記録微粒子１４３が形成される構成とすることができる。
【００５６】
（３）記録媒体の第３の構成例
図１３は、第３の構成例である記録媒体１５０の断面構成図である。この例においては、使用波長に対し透明な基板１５１上に、所定の間隔をもって配列された凹部１５１ｄが形成される。そして凹部１５１ｄの内側に記録微粒子１５３が配置して形成される。凹部１５１ｄ内に記録微粒子１５３を配置することで、記録微粒子１５３の外径がほぼ凹部１５１の幅と同程度となる。すなわち、凹部１５１ｄを精度良く製造することで、記録微粒子１５３の外径を精度良く形成することができる。
このように基板に凹部を形成する場合、例えば図１４に示すように、基板１６１に幅よりも深さが大きい、すなわち幅に対する深さのアスペクト比が大きい凹部１６１ｄが形成されていてもよい。そしてその内部に、幅よりも深さ方向に高さが高く、すなわち幅に対する高さのアスペクト比が大とされた記録微粒子１６３が配置して形成されてもよい。
更に図１５に示すように、基板１７１上に、同様に幅に対する深さのアスペクト比が大きい凹部１７１ｄが形成され、その内部にほぼ球状の記録微粒子１７３及び１７４が配置される構成とすることもできる。このように凹部１６１ｄ、１７１ｄの深さを大きくし、アスペクト比を持たせることにより、記録密度の分解能を悪化させることなく、近接場光と相変化材料とのカップリングに寄与する分極の数を増大させることができ、信号検出精度を向上させることができる。
【００５７】
この場合の製造方法の一例として、図１４に示す構造を製造する例を説明する。先ず、図１６Ａに示すように、使用波長に対し透明な基板１６１上にスピンコート等によりレジスト１６５を塗布する。なお、図示しないが凹部内に記録微粒子以外の金属層又は誘電体層を設ける場合は、予めスパッタ等により金属材料又は誘電体材料を成膜し、その上にレジスト１６１を形成してもよい。そして、図１６Ｂに示すように、マスク（図示せず）を介した紫外線照射又は電子線照射により、露光領域１６５ａ及び１６５ｂを所定の配列を成すように形成する。現像後、図１６Ｃにおいて矢印ｅ３で示すように、一方向より異方性エッチングを施す。これにより、図１６Ｄに示すように、所定の規則をもって配列された凹部１６１ｄを形成する。その後、蒸着やスパッタ等により、相変化材料より成る記録材料を成膜する。このとき、凹部１６１ｄの深さと記録膜の厚さを選定することで、凹部１６１ｄ内の記録微粒子１６３と凹部１６１ｄ以外に形成される記録膜１６３ｅとが分離される。この後表面研磨を施すことで、図１６Ｆに示すように、凹部１６１ｄ以外の記録膜１６３ｅを取り除く。
なお、凹部の幅と深さとの比を適宜選定することで、図１３に示す例のように、ほぼ球状の記録微粒子１５３とすることも可能である。また、図１６Ｅに示す記録膜の成膜工程を２回以上に分けることで、図１５に示すように、ほぼ球状の記録微粒子１７３及び１７４が層状に凹部１７１ｄ内に形成される構成とすることも可能である。
【００５８】
（４）記録媒体の第４の構成例
図１７は、第４の構成例である記録媒体１８０の断面構成図である。この例においては、使用波長に対し透明な基板１８１上に、所定の間隔をもって配列された凹部１８１ｄが形成される。この凹部１８１ｄは、幅に対して深さが大きい形状である。そしてこの凹部１８１ｄ内に、例えば使用波長に対してプラズモン共鳴を引き起こす金属より成る金属層１８２が形成される。その上に相変化材料より成る記録微粒子１８３が配置され、更に誘電体層１８４が凹部１８１ｄ内の最上部に形成される。このように凹部１８１ｄ内の一部に金属層１８２を設けることで、相変化材料より成る記録微粒子１８３と近接場光発生部１とのより強いカップリングを促すことが期待できる。具体的には例えばＭｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのいずれか一つの金属を用いることができる。また、凹部１８１ｄ内の少なくとも一部に誘電体層１８４として、基板１８１と異なる屈折率を持つ透明部材を配置することで、凹部１８１ｄ内への光の閉じこめ効果を促すことも期待できる。この場合、保護膜としての効果も期待できる。
【００５９】
この場合の製造方法の一例を図１８に示す。先ず、前述の図１６Ａ〜Ｃと同様の工程を経て、基板１８１に凹部１８１ｄを所定の配列をもって形成する。次に、蒸着やスパッタ等により、金属材料、記録材料、誘電体材料を図１８Ｂに示すように成膜する。上述の各例と同様に、凹部１８１ｄ内の金属層１８２、記録微粒子１８３及び誘電体層１８４と、凹部１８１ｄ上の金属材料１８２ｅ、記録材料１８３ｅ、誘電体材料１８４ｅとが分離するように各材料の厚さと凹部１８１ｄの深さとを適宜選定する。その後、表面研磨を行って、図１６Ｃに示すように、凹部１８１ｄ以外の各材料を除去して、図１７に示す構成の記録培地１８０を得ることができる。
なお、基板１８１の凹部１８１ｄの形成方法は、上述したリソグラフィやナノインプリント法による他、陽極酸化法など、他の種々の従来技術により形成することもできる。
【００６０】
（５）記録微粒子形状の解析例
以下に、使用波長に対し十分透明な基板１１１上に記録微粒子１１２を規則配列した記録媒体１１０に対して、近接場光を照射した場合の解析例について説明する。この例では、近接場光を発生する散乱体を用いて記録媒体１１０の記録微粒子１１２にエネルギーを注入することで、高効率、高分解能に記録が可能となることを解析した結果を示す。なお、以下の例では通常のプラズモン共鳴を生じる散乱体により記録を行う場合を解析しているが、記録が良好になされる場合、本発明の信号検出装置及び信号検出方法に用いる記録媒体として、良好な再生が可能であると予測できる。つまり、解析により良好な記録がなされた形状の記録微粒子を有する記録媒体を、本発明の信号検出装置及び信号検出方法に用いることが望ましい。
【００６１】
以下の解析例では、近接場光発生部として、ＳｉＯ２より成る基板上に、材質がＡｕ、基板平面と平行な面が正三角形状（頂点の曲率が１０ｎｍ、各辺の長さが１１５ｎｍ）で、その厚さが３０ｎｍとして形成された散乱体、いわゆるアンテナを用いた。そして正三角形状のアンテナの一つの頂点を照射時の入射光中心位置としたとき、その対辺への垂線方向と入射光の偏光方向とが一致するようアンテナを配置した。基板側から、この構成における共鳴条件付近の波長７８０ｎｍの光を照射し、近接場光スポットを形成する条件とした。
【００６２】
記録媒体としては、照射光に対して光学的に十分透明なＳｉＯ２から成る基板に、基板と同材料の柱状構造を規則配列し、この柱状構造にＧｅＳｂＴｅから成る相変化型の記録微粒子を配置する構成とした。記録微粒子の直径は２０ｎｍφとし、柱状構造の配列ピッチは４０ｎｍとした。またアンテナと記録微粒子との間の距離は５ｎｍとした。
【００６３】
このような構成とする条件下において、近接場光スポットによるＧｅＳｂＴｅ記録微粒子へのエネルギー注入を、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain method）法を用いて計算した。結晶相からアモルファス相への相変化に十分なエネルギー注入を施した時の、熱分布の様子を図１９に示す。図１９Ａにおいては記録媒体及びアンテナを横方向から見た熱分布図、図１９Ｂにおいては上面から見た熱分布図を示す。ＳｉＯ２より成る基板１２１上に柱状構造１２１ｐが形成され、その上に記録微粒子１２３が配置される。近接場光発生部としては、ＳｉＯ２より成る基板２０３上にＡｕより成るアンテナ２０１が設けられる構成とする。アンテナ２０１の先端部での局所的な近接場光スポットにより、中心部でのＧｅＳｂＴｅ記録微粒子１２３が、隣接するＧｅＳｂＴｅ微粒子１２３への昇温を生じることなく、選択的に加熱されていることがわかる。最高到達温度は約５００℃であり、バルクＧｅＳｂＴｅの溶融温度に達することがでる。一方、記録微粒子１２３を支持する部位である柱状構造１２１ｐ及び基板１２１を使用波長に対して透明とすることで、熱の拡散が抑制され、目的とする単一の記録微粒子１２３のみが熱せられ、選択的、高効率に情報記録が可能となることが分かる。
【００６４】
その際のＧｅＳｂＴｅ記録微粒子１２３を基準とした熱分解能を示すグラフを図２０に示す。比較のため、同一の近接場光発生用のアンテナ２０１を用い、厚さ１０ｎｍの一様なＧｅＳｂＴｅ連続膜を、アンテナ２０１の上面と平行に距離５ｎｍの位置に配置した場合の熱分布計算結果を同図中に示す。図２０において、実線ａ１は記録微粒子１２３を柱状構造１２１ｐ上に配置する場合、実線ａ２は連続膜とする場合である。
【００６５】
柱状構造１２１ｐにおける熱分布の半値幅は約３０ｎｍに対し、連続膜の場合、熱分布の半値幅は１００ｎｍ弱である。これは膜内部への熱の拡散が生じるためであり、記録時の相変化する領域が大きくなることが考えられる。よって相変化膜を連続膜としたのでは、局所的な近接場光スポットを用いたとしても、記録密度向上は困難であると考えられる。このことからも相変化材料より成る記録微粒子１２３を支持する部位を使用波長に対して透明な柱状構造１２１ｐとすることで、熱の拡散を抑えることができ、明らかに熱分解能が向上することが分かる。
【００６６】
以上のことは、基板２０３として石英ガラス、ＳｉＣ，ＡｌＰ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＧａＮ，ＴｉＯ２等、使用波長に対して十分透明な材料を用い、アンテナ２０１の材質がＰｔ，Ｍｇ，Ａｌ，Ａｇ等の貴金属である場合も同様であった。また、アンテナ２０１の形状が楕円、鋭角を有する三角形、鈍角を有する三角形であっても、その構成に対し共鳴波長周辺の波長を選択することで、同等の効果を示した。
【００６７】
記録媒体においても同様であった。すなわち、上述した第１〜第４の構成例として示す各記録微粒子の材料・構成とする場合でも、同様の結果を得た。また、アモルファス相から結晶相への相変化の場合でも同様の傾向を示す。
なお、アンテナ２０１における熱の上昇は、記録微粒子１２３における温度変化率及び温度の絶対値と比して小さく、例えばＡｌなど熱伝導の高い物質より成るヒートシンクを接触して設置するなどにより、冷却経路や排熱経路を形成して抑えてもよい。また、アンテナ２０１及び基板２０３の形状、材質等、構成を工夫することで、その昇温の程度及び記録微粒子１２３に対する相対温度を抑制することが期待できる。
【００６８】
以上の効果は、柱状構造１２１ｐのみでなく、図６に示すような基板１１１上に記録微粒子１１２を規則配列する構成、並びに、図１３に示すような凹部１５１ｄへの埋め込み構造による規則配列の場合においても同様に成り立つ。
【００６９】
次に規則配列された凹部内に相変化材料より成る記録微粒子を配置する場合についての解析例を挙げる。ここでは上記と同様のＡｕアンテナ、ＳｉＯ２基板からなる近接場光発生部を用いた。図１３に示すように、凹部１５１ｄ内にＧｅＳｂＴｅ相変化材料より成る記録微粒子１５３を規則配列する場合についても、柱状構造とする場合と同等の効果を見ることができた。
【００７０】
更に図１４に示すように凹部１６１ｄの深さを大きくし、アスペクト比を持たせた相変化記録微粒子１６３を用いることにより、記録密度の分解能を悪化させることなく、近接場光と相変化材料とのカップリングに寄与する分極数の数を増大させることができる。ここでは、図２１に記録微粒子１６３の断面構成を示すように、幅ｗが２０ｎｍで固定であるような棒状のＧｅＳｂＴｅより成る記録微粒子１６３が、図１４に示すように、規則配列された凹部１６１ｄ内へ埋め込まれた例を挙げる。
【００７１】
図２１に示す高さｈを変化させ、図１９の解析例で説明した形状とするアンテナ２０１からの近接場光発生下におけるＧｅＳｂＴｅ記録微粒子１６３の下部での電界増強度の推移を解析した。この結果を図２２に示す。アスペクト比ｈ／ｗが大きくなることで、増強度が倍程度に高まることが分かる。このとき、ＧｅＳｂＴｅより成る記録微粒子１６３のアスペクト比ｈ／ｗが１０程度で、電界増強度はほぼ飽和することが予測される。これはアスペクト比がある程度以上大きくなると、近接場光照射による棒状のＧｅＳｂＴｅ記録微粒子１６３の内部での分極位相の揃いが乱れ、その効果が弱められるためと考えられる。また１０を超えるアスペクト比をもって記録微粒子１６３を製造することは生産上難しい。したがって、記録微粒子１６３のアスペクト比ｈ／ｗは１以上１０以下とすることが望ましい。
【００７２】
また図２３及び２４に、以下で定義される相状態の誘電率の違いによる電界増強の変化率Ｐを、ＧｅＳｂＴｅ記録微粒子１６３の下部、及びＡｕアンテナの先端位置のそれぞれについて示す。Ｉcrystal，Ｉamorphousはそれぞれ記録微粒子１６３が結晶相、アモルファス相である時における強度である。変化率Ｐは下記の数１で表される。
【００７３】
【数１】
2010020879.tif 000003
【００７４】
図２２に示す電界増強度の場合と同様、ＧｅＳｂＴｅ記録微粒子１６３の下部での相状態による変化率Ｐがアスペクト比ｈ／ｗ＝１の場合（ｈ＝２０の変化率０．１５）に比べ、最大で倍程度に高まっていることがわかる。また、Ａｕアンテナ先端位置においては、変化率Ｐがｈ＝２０における変化率０．９程度に比べ、最大で倍以上、３倍近くに高まっていることがわかる。
【００７５】
このことから、相変化材料より成る記録微粒子１６３のアスペクト比（ｈ／ｗ）を大きくすることで、記録時の分解能を悪化させることなく、相状態の変化を、より高効率に検出することが可能となることが分かる。
以上のことから、アスペクト比を高めた記録微粒子１６３を使用波長に対して透明な基板１６１に規則配列された凹部１６１ｄに形成した記録媒体１６０を用いることで、高分解能、高効率に記録再生が可能となることがわかる。
【００７６】
このように、ナノメーターサイズの記録微粒子１６３を高さ方向にアスペクト比を持たせた形状とすることで、近接場光との相互作用に係わる記録微粒子１６３内の分極数を高めることができる。このとき、ビットサイズとなる記録微粒子１６３の面内方向の記録サイズを維持し、分解能を低下させることを回避できる。これにより、信号検出装置５０で再生する際には、記録媒体１６０の状態の違いに応じて、近接場光発生部１と半導体基板３との界面での近接場光発生強度を高めることができる。したがって、精度よく信号を再生することが可能となる。特に、図２３及び２４の結果から、記録マークサイズとなる記録媒体面内方向の記録微粒子サイズを維持しつつアスペクト比を１０近くに高めた場合、発生する近接場光強度の差異が顕著化されることがわかる。これにより、再生信号の検出効率を高めることができる。
【００７７】
以上説明したように、本発明の信号検出装置及び信号検出方法において、上述した各構成の記録媒体を用いることで、従来の相変化光記録方式では実現困難であった、１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２を超える記録密度を実現することができる。すなわち、１０ｎｍオーダーのビットサイズの記録微粒子を備える相変化記録媒体からの光再生信号の増強を可能にし、良好に信号検出を行うことが可能となる。
【００７８】
なお、本発明は上述の実施の形態において説明した構成に限定されるものではなく、例えば近接場光発生部や電極の形状、光源から近接場光発生部に光を導く光学系等において、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
例えば、２光子吸収過程を生じさせるバンドギャップ・エネルギーと波長との関係は、正確に２分の１の関係に限定されるものではなく、２光子吸収過程により得られる光電流の検出において良好な信号出力、再生特性が得られる範囲であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態に係る信号検出装置の要部の拡大断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る信号検出装置の要部の拡大平面図である。
【図３】入射光エネルギーとバンドギャップ・エネルギーとの関係を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る信号検出装置の概略構成図である。
【図５】Ａ〜Ｄは本発明の実施の形態に係る信号検出方法の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図８】Ａ〜Ｅは本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の一製造方法を例示する製造工程図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図１１】Ａ〜Ｆは本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の一製造方法を例示する製造工程図である。
【図１２】Ａ〜Ｅは本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の一製造方法を例示する製造工程図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図１６】Ａ〜Ｆは本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の一製造方法を例示する製造工程図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の断面構成図である。
【図１８】Ａ〜Ｃは本発明の実施の形態に係る信号検出方法に用いる記録媒体の一製造方法を例示する製造工程図である。
【図１９】アンテナにより記録媒体に近接場光を照射する場合の温度分布を解析した結果を示す図である。
【図２０】記録部を微粒子とする場合と連続膜とする場合における温度分布を解析した結果を示す図である。
【図２１】記録微粒子のアスペクト比を説明する図である。
【図２２】記録微粒子の幅を一定とし、高さを変化させた場合の電界増強度を解析した結果を示す図である。
【図２３】記録微粒子の幅を一定とし、高さを変化させた場合の記録微粒子下部における電界増強の変化率を解析した結果を示す図である。
【図２４】記録微粒子の幅を一定とし、高さを変化させた場合のアンテナ先端における電界増強の変化率を解析した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１．近接場光発生部、２．電極、３．半導体基板、４．電流検出部、５．検出部、６．集光レンズ、７．偏光子、８．コリメータレンズ、９．光源、２０．駆動部、２１．支持部、５０．信号検出装置１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０．記録媒体、１０３．記録部、１０３ａ．記録領域、１０３ｂ．未記録領域、１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，１７１，１８１．基板、１１２，１２３，１３３，１４３，１５３，１６３，１７３，１８３．記録微粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１９】
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【図２０】
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