(57)【要約】【課題】近接場光デバイスにおいて、エネルギー効率を高める。【解決手段】近接場光デバイスは、基板（１２）上に配置されており、量子ドット（１６）を含み、基板により導かれる入射光をエネルギー源として量子ドットの光発生作用により近接場光（１８）を発生可能な量子ドット層（１３、１４、１５）を備える。近接場光デバイスは更に、量子ドット層上に配置されており、量子ドット層で発生された近接場光をエネルギー源として近接場光（６５）を発生可能且つ外部へ出力可能な出力端（１７）を備える。【選択図】図１
2013038227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置されており、第１量子ドットを含み、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として前記第１量子ドットの光発生作用により第１近接場光を発生可能な量子ドット層と、
前記量子ドット層上に配置されており、第２量子ドットを含み、前記量子ドット層で発生された前記第１近接場光をエネルギー源として前記第２量子ドットの光発生作用により第２近接場光を発生可能且つ外部へ出力可能な出力端と
を備えることを特徴とする近接場光デバイス。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に配置されており、量子ドットを含み、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として前記量子ドットの光発生作用により近接場光を発生可能な量子ドット層と、
前記量子ドット層上に配置されており、前記量子ドット層で発生された前記近接場光を外部へ出力可能な出力端と、
前記基板と前記量子ドット層との間に配置されており、前記導かれた入射光のエネルギーを前記量子ドット層及び前記出力端の少なくとも一つへ向けて集中させるエネルギー集中層と
を備えることを特徴とする近接場光デバイス。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に配置されており、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として近接場光を発生可能であると共に、該発生された近接場光を前記基板と反対側を向く出力端から外部へ出力可能な近接場光発生部と
を備え、
前記近接場光発生部は、保護層と前記保護層内に離散的に配置されており量子ドットとして各々機能する複数の金属ナノ粒子とを含み、
前記保護層には、その外観形状において、前記基板側から前記出力端側に向かうに連れて幅が狭くなるようにテーパが設けられている
ことを特徴とする近接場光デバイス。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に配置されており、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として近接場光を発生可能であると共に、該発生された近接場光を前記基板と反対側を向く出力端から外部へ出力可能な近接場光発生部と、
前記基板と前記近接場光発生部との間に配置されており、前記導かれた入射光を前記基板側から前記近接場光発生部側へ向けて透過すると共に、前記近接場光発生部で発生された前記近接場光を前記近接場光発生部側へ向けて反射する反射層と
を備えることを特徴とする近接場光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、HAMR（熱アシスト磁気記録:  Heat  Assisted  Magnetic Recording）、SNOM（走査型近接場光学顕微鏡：Scanning  Near  Field  Optical  Microscope)等の近接場光の微小スポットを利用する近接場光デバイス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体微細加工技術の進歩により、量子力学的効果を利用し、単一電子を制御することにより電子の粒子性を極限まで利用するナノスケールの量子ドットが注目されている。たとえば、量子ドットのサイズを適切に制御する製造方法（特許文献１参照）、および、積層された量子ドットを利用した近接場集光器が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３１６０１号公報
【特許文献２】特開２００６−０８０４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
背景技術にある近接場光デバイスでは、入射光が近接場光に変換する割合（エネルギー効率）を向上させることが困難であるといった課題が発生する。
【０００５】
本発明は、例えば上記課題に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率を高めることができる近接場光デバイスおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
＜１＞
本発明の第１の近接場光デバイスは上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に配置されており、第１量子ドットを含み、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として前記第１量子ドットの光発生作用により第１近接場光を発生可能な量子ドット層と、前記量子ドット層上に配置されており、第２量子ドットを含み、前記量子ドット層で発生された前記第１近接場光をエネルギー源として前記第２量子ドットの光発生作用により第２近接場光を発生可能且つ外部へ出力可能な出力端とを備える。
【０００７】
第１の近接場光デバイスによれば、その動作時には、基板により入射光が、量子ドット層へと導かれる。ここに「基板」に関し、例えば透明基板である基板本体により、入射光が（例えば基板の鉛直方向に）導かれてもよい。或いは、基板に設けられた導光路、導波路、グレーチング等の光学部材により、入射光が（例えば基板に沿った方向に）導かれた後に、角度を変えられてもよい。
【０００８】
量子ドット層では、この入射光がエネルギー源とされて、第１量子ドットの光発生作用により第１近接場光が発生される。ここに第１量子ドットの「光発生作用」とは、近接場光発生作用（言い換えれば「量子力学的効果或いは作用」）の意味である。
【０００９】
更に、出力端では、この近接場光がエネルギー源とされて、第２量子ドットの光発生作用により第２近接場光が発生され、外部へと出力される。ここに第２量子ドットの「光発生作用」とは、近接場光発生作用の意味である。また「外部」とは、典型的には、近接配置された記録媒体の表面や、出力用導波路の入力端などである。出力端からは、このような外部に対し、近接場光が出力される。
【００１０】
本願発明者の研究によれば、第１の近接場光デバイスの如く「第２量子ドット」を含んでなる出力端を用いると、単なる金属端からなる出力端を用いる場合に比べて、第１量子ドットで発生された近接場光が出力端を介して外部へ出力されるまでの間におけるエネルギー効率が顕著に改善されることが判明している。即ち、本発明によれば、近接場光デバイスにおけるエネルギー効率を、「第２量子ドット」等の作用により顕著に高められる。
＜２＞
本発明の第２の近接場光デバイスは上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に配置されており、量子ドットを含み、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として前記量子ドットの光発生作用により近接場光を発生可能な量子ドット層と、前記量子ドット層上に配置されており、前記量子ドット層で発生された前記近接場光を外部へ出力可能な出力端と、前記基板と前記量子ドット層との間に配置されており、前記導かれた入射光のエネルギーを前記量子ドット層及び前記出力端の少なくとも一つへ向けて集中させるエネルギー集中層とを備える。
【００１１】
第２の近接場光デバイスによれば、その動作時には、基板により入射光が、量子ドット層へと導かれる。ここに「基板」に関し、例えば透明基板である基板本体により、入射光が（例えば基板の鉛直方向に）導かれてもよい。或いは、基板に設けられた導光路、導波路、グレーチング等の光学部材により、入射光が（例えば基板に沿った方向に）導かれた後に、角度を変えられてもよい。
【００１２】
量子ドット層では、この入射光がエネルギー源とされて、量子ドットの光発生作用により近接場光が発生される。ここに量子ドットの「光発生作用」とは、近接場光発生作用の意味である。
【００１３】
ここで特に、基板と量子ドット層との間に配置されたエネルギー集中層によって、基板により導かれた入射光のエネルギーが、量子ドット層及び出力端の少なくとも一つへ向けて集中される。
【００１４】
更に、出力端では、この近接場光が外部へと出力される。ここに「外部」とは、典型的には、近接配置された記録媒体の表面や、出力用導波路の入力端などである。また「出力端」は、金属端でもよいし、例えば他の量子ドットを含む非金属端でもよい。
【００１５】
従って、仮にエネルギー集中層が存在しない場合と比較すると、量子ドット層或いは出力端に向けて集中されることなく素通り或いは発散してしまうであろう、入射光成分或いは入射光に係るエネルギー成分が、顕著に減ぜられる。ここに「エネルギー集中層」は、例えば、平面内において、金属部と非金属部とがエネルギーを出力端へ集中する所定パターン或いは所定平面パターンを有するアンテナ層から構成される。このようなパターンとしては、アンテナの技術分野における電磁波を所望箇所に集中させるために用いられる周知の又は既存の各種パターンを採用可能である。
【００１６】
このように本発明によれば、近接場光デバイスにおけるエネルギー効率を、「エネルギー集中層」等の作用により顕著に高められる。
＜３＞
本発明の第３の近接場光デバイスは上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に配置されており、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として近接場光を発生可能であると共に、該発生された近接場光を前記基板と反対側を向く出力端から外部へ出力可能な近接場光発生部とを備え、前記近接場光発生部は、保護層と前記保護層内に離散的に配置されており量子ドットとして各々機能する複数の金属ナノ粒子とを含み、前記保護層には、その外観形状において、前記基板側から前記出力端側に向かうに連れて幅が狭くなるようにテーパが設けられている。
【００１７】
第３の近接場光デバイスによれば、その動作時には、基板により入射光が、近接場光発生部へと導かれる。ここに「基板」に関し、例えば透明基板である基板本体により、入射光が（例えば基板の鉛直方向に）導かれてもよい。或いは、基板に設けられた導光路、導波路、グレーチング等の光学部材により、入射光が（例えば基板に沿った方向に）導かれた後に、角度を変えられてもよい。
【００１８】
ここで特に、近接場光発生部は、例えばシリケートガラスなどを含んでなる保護層内に、量子ドットとして各々機能する複数の金属ナノ粒子が離散的に配置されてなる。金属ナノ粒子では、入射光がエネルギー源とされて、量子ドットとしての近接場光発生作用により近接場光が発生される。
【００１９】
例えば、保護層内には、単位体積(1立方μm)当たり１３万個(20nm微粒子20nm間隔)〜１６０万個(5nm微粒子5nm間隔)の金属ナノ粒子が３次元的に散布されてもよい。このようにすると、効率的な近接場光の伝播ができる。
【００２０】
更に、内部にこのように金属ナノ粒子が離散的に配置された保護層には、その外観形状において、基板側から前記出力端側に向かうに連れて幅が狭くなるように、即ち外部へ向けて尖るように、テーパが設けられている。即ち、保護層の外観形状は、典型的には、円錐台状、角錐台状、土手状などとなる。
【００２１】
すると、基板と反対側を向く出力端では、このように複数の金属ナノ粒子から発生された近接場光が外部へと出力される。ここに「外部」とは、典型的には、近接配置された記録媒体の表面や、出力用導波路の入力端などである。また「出力端」は、金属端でもよいし、例えば他の量子ドットを含む非金属端でもよい。更に「出力端」は、近接場光発生部の幅細の先端部位に、保護層とは別に金属端、量子ドット等が取り付けられて構成されてもよい。或いは、保護層における幅細の先端部位がそのまま出力端として機能してもよい。いずれの場合にも、その根元に比べて細く尖った出力端の先端側からは、基板を背にして基板と反対側にある外部へ向けて、近接場光が出力される。
【００２２】
本願発明者の研究によれば、第２の近接場光デバイスの如く「保護層内に離散的に配置された金属ナノ粒子」を含んでなると共に「テーパ」を有する近接場光発生部を用いると、単なる量子ドットやテーパがない形状を用いる場合に比べて、近接場光発生部で発生された近接場光が出力端を介して外部へ出力されるまでの間におけるエネルギー効率が顕著に改善されることが判明している。即ち、本発明によれば、近接場光デバイスにおけるエネルギー効率を、「保護層内に離散的に配置された金属ナノ粒子」及び「テーパ」等の作用により顕著に高められる。
＜４＞
本発明の第４の近接場光デバイスは上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に配置されており、前記基板により導かれる入射光をエネルギー源として近接場光を発生可能であると共に、該発生された近接場光を前記基板と反対側を向く出力端から外部へ出力可能な近接場光発生部と、前記基板と前記近接場光発生部との間に配置されており、前記導かれた入射光を前記基板側から前記近接場光発生部側へ向けて透過すると共に、前記近接場光発生部で発生された前記近接場光を前記近接場光発生部側へ向けて反射する反射層とを備える。
【００２３】
第４の近接場光デバイスによれば、その動作時には、基板により入射光が、近接場光発生部へと導かれる。ここに「基板」に関し、例えば透明基板である基板本体により、入射光が（例えば基板の鉛直方向に）導かれてもよい。或いは、基板に設けられた導光路、導波路、グレーチング等の光学部材により、入射光が（例えば基板に沿った方向に）導かれた後に、角度を変えられてもよい。
【００２４】
すると、基板と反対側を向く出力端では、近接場光発生部で発生された近接場光が外部へと出力される。ここに「近接場光発生部」は典型的には、量子ドットを含んでなり近接場光発生作用により近接場光を発生させる部分である。「外部」とは、典型的には、近接配置された記録媒体の表面や、出力用導波路の入力端などである。また「出力端」は、金属端でもよいし、例えば他の量子ドットを含む非金属端でもよい。
【００２５】
ここで特に、基板と近接場光発生部との間には反射層が配置されている。ここに「反射層」とは、誘電体ミラーなど、周波数依存性或いは波長依存性を有し、選択的に反射したり透過したりする反射層或いは半透過反射層である。入射光の波長或いは周波数に関して、基板側から近接場光発生部側へ向けて透過する際の反射層の透過率は、その逆である近接場光発生部側から基板側へ向けて透過する際の透過率よりも高く、例えば、５０％以上の値である。更に、近接場光の波長或いは周波数に関して、近接場光を近接場光発生部側へ向けて反射する際の反射層の反射率は、入射光を基板側へ向けて反射する際の反射率或いは仮想的に近接場光を基板側へ向けて反射する際のよりも高く、例えば、５０％以上の値である。
【００２６】
よって、基板により導かれた入射光は、基板と近接場光発生部との間に配置された反射層によって、基板側から近接場光発生部側へ向けて透過される。即ち、近接場光発生部では、近接場光を発生させるに必要なエネルギーを、反射層を介して入射される入射光から得ることができる。他方、近接場光発生部で発生され（出力端側に直接進もうとする成分ではなくて）基板側に戻ろうとする成分は、基板と近接場光発生部との間に配置された反射層によって、近接場光発生部側へ向けて反射される。即ち、基板側に戻ろうとする成分についても、反射層における反射作用によって、出力端側に進もうとする成分に多少なりとも変えることが可能となる。
【００２７】
従って、仮に反射層が存在しない場合と比較すると、基板側に戻ってしまう或いは出力端から（外部へ向けて出力されずに）発散してしまうことになる、近接場光成分が、顕著に減ぜられる。このように本発明によれば、近接場光デバイスにおけるエネルギー効率を、「反射層」等の作用により顕著に高められる。
【００２８】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す、図式的な断面図である。
【図２】第１実施形態に係る近接場光デバイスの変形例を示す、図１と同趣旨の図である。
【図３】第２実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す、斜視図（図３（ａ））及び断面図（図３（ｂ））である。
【図４】第２実施形態に係るアンテナ層の各種パターンを示す、図式的な平面図（図４（ａ）〜図４（ｆ））である。
【図５】第３実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す、図式的な断面図である。
【図６】第３実施形態に係る近接場光デバイスの製造工程を示す、工程図である。
【図７】第３実施形態に係る近接場光デバイスの変形例を示す、図５と同趣旨の図である。
【図８】第４実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す、斜視図（図８（ａ））及び断面図（図８（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の近接場光デバイスに係る実施形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下の図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
【００３１】
＜第１実施形態＞
本発明の近接場光デバイスに係る第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。まず、本発明を適用した量子ドットを利用した図１の近接場光デバイスについて説明する。近接場光デバイスは、近接場光発生部１を有し、図１に示すように、光源１１、GaAs基板１２、GaAsバッファ層１３、InAs層１４、GaAs層１５、InAs量子ドット１６、及び金属端１７から構成されている。
【００３２】
本実施形態は、本発明に係る第１の近接場光デバイスの実施形態であり、「GaAs基板１２」が本発明に係る「基板」の一例を構成し、「InAs量子ドット１６」が本発明に係る「第１量子ドット」の一例を構成し、「GaAsバッファ層１３、InAs層１４、GaAs層１５及びInAs量子ドット１６」が本発明に係る「量子ドット層」の一例を構成している。
【００３３】
光源１１とGaAs基板１２は図１では接合されているが、離間していてもよい。光源１１はＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよいし、半導体レーザ、面発光レーザでもよい。GaAs基板１２は光源１１からの入射光が透過する厚さに設計されている。金属端１７は、近接場光のエネルギーを効率よく吸収できるエネルギーバンドを持つ金属（例えば金（Ａｕ））が好ましいが、それに限ることなく、金（Ａｕ）以外の金属でも良い。また各種の半導体でもかまわない。図１に示す量子ドット構造は、例えば特開２００９−２３１６０１号公報に記載されている方法で製造される。
【００３４】
尚、図１の近接場光デバイスの例では、GaAsやInAsを用いたが、これらの材料に限らず、CuCl、GaNまたはZnOなど透光性のある量子ドットとして機能する材料を用いることができる。
【００３５】
次に、図１の近接場光デバイス１が光源１１からの入射光のエネルギーを移動させる方法について説明する。光源１１からの入射光はGaAs基板１２、GaAsバッファ層１３、InAs層１４を透過し、InAs量子ドット１５に到達し、InAs量子ドット１５の周囲に近接場光１８が発生する。発生した近接場光１８のエネルギーは金属端１７に移動し近接場光６５となる。金属端１７に移動した近接場光６５は、対象物である記録媒体６０１と金属端１７との距離が近接場相互作用を引き起こす距離（例えば２０ｎｍ（ナノメートル）以下）であるとき、金属端１７から記録媒体６０１の表面における、微小スポットを構成する金属領域６０３ａ、６０３b、６０３c、…（図１の状態では、金属領域６０３ａ）に近接場光６５が移動する（すなわちエネルギーが移動する）。微小スポットを構成する金属領域６０３ａ、６０３b、６０３c、…は、光の回折限界より小さいナノオーダーのスポットである。
【００３６】
記録媒体６０１が磁気記録媒体であるならば、微小スポットを構成する金属領域６０３ａ、６０３b、６０３c、…に、熱などのエネルギーが照射されることになり、昇温する領域を小さくすることができ、小さい面積（体積）の磁気記録ビッドを形成することができる。
【００３７】
光源１１のＯＮ／ＯＦＦを制御部７０にて制御することにより、金属端１７から金属領域６０３ａ、６０３b、６０３c、…へのエネルギー移動を制御する。これにより、例えば磁気記録ビットの記録を行う。
【００３８】
記録媒体６０１は非金属領域６０２と島状に離散した金属領域６０３ａ〜６０３ｃから構成されている。非金属領域６０２は樹脂やガラスなどから構成され、近接場光発生部１の金属端１７と一体となって近接場光を発生しない材料から構成される。金属領域６０３ａ、６０３b、６０３ｃ、…は、近接場光発生部１の金属端１７と一体となって近接場光を発生する金（Au）などの金属を含んだ磁性体である。各々の金属領域６０３ａ、６０３b、６０３ｃ、…は非金属領域６０２で隔離されている。また非金属領域６０２は非金属だけでなく、近接場光発生部１の金属端１７と一体となって近接場光を発生しない非磁性体で構成してもよい。
【００３９】
このように構成された近接場光デバイスにより記録媒体６０１に情報を記録する場合、近接場光発生部１の先端の金属端１７と記録媒体６０１の間の距離を所定距離以下（例えば２０nm以下）に保ち、制御部７０により光源１１をＯＮとする。入射光によりInAs量子ドット１６に近接場光１８が発生し、近接場光１８のエネルギーは金属端１７に移動する。そして、金属端１７と記録媒体６０１の金属領域６０３ａと取り囲むように近接場光６５が発生する。金属端１７と金属領域６０３ａとが一体となり近接場光６５が発生する。近接場光６５のエネルギーにより、金属領域６０３ａ自体（金属領域６０３ａとその周辺）が発熱する。すると金属領域６０３ａの保持力が下がり図示せぬ記録ヘッドにより派生する磁界に応じて磁気記録を行うことが可能となる。
【００４０】
図２は、図１に示した第１実施形態の変形例であり、図１では出力端１７が金属であったものが図２では出力端を量子ドット１７ｄにしたものである。量子ドット１７ｄは、InAs量子ドット１６と同様に製造される。即ち、量子ドット１７ｄは、例えば、InAs量子ドット等として構成される。
【００４１】
本変形例は、本発明に係る第１の近接場光デバイスの他の実施形態であり、「量子ドット１７ｄ」が本発明に係る「第２量子ドット」の一例を構成している。
【００４２】
本変形例によれば、このように構成された近接場光デバイスにより記録媒体６０１に情報を記録する場合、出力端を構成する量子ドット１７ｄでは、本発明に係る「第１近接場光」の一例である近接場光１８がエネルギー源とされて、光発生作用（即ち「量子力学的効果」）により、本発明に係る「第２近接場光」の一例である近接場光６５が発生される。更に、この近接場光６５は、本発明に係る「外部」の一例である記録媒体６０１へと出力される。
【００４３】
本願発明者の研究によれば、図２の変形例の如く量子ドット１７ｄを含んでなる出力端を用いると、図１の実施形態の如く単なる金属端１７からなる出力端を用いる場合に比べて、InAs量子ドット１６で発生された近接場光１８が出力端を介して近接場光６５として記録媒体６０１へ出力されるまでの間におけるエネルギー効率が顕著に改善されることが判明している。即ち、本変形例によれば、近接場光デバイスにおけるエネルギー効率を、量子ドット１７の作用により顕著に高められ、図１の実施形態の場合よりも、エネルギー効率の観点からは顕著に有利となる。
【００４４】
これに対し図１の実施形態の場合、出力端を単に金属端１７から構成すればよいので、図２の変形例の場合と比べて、その製造を比較的容易とすることも可能となる。
【００４５】
以上詳細に説明したように第１実施形態或いはその変形例によれば、主に金属端１７或いは量子ドット１７ｄの作用により、エネルギー効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
本発明の近接場光デバイスに係る第２実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。第２実施形態では、近接場光デバイスの構成が一部異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図３を参照して説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、本実施形態に係る近接場光デバイスの斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。
【００４８】
図３において、近接場光デバイス１００は、光源２０と、該光源２０の上に積層された透明基板２１と、該透明基板２１の上に積層された近接場光発生部１と、該近接場光発生部１の周囲を囲うと共に透明基板２１の上面を覆うアンテナ層２２とを備えて構成されている。
【００４９】
本実施形態は、本発明に係る第２の近接場光デバイスの実施形態であり、アンテナ層２２が本発明に係る「エネルギー集中層」の一例を構成している。
【００５０】
光源２０には、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発行レーザ）、有機ＥＬ等を適用可能である。透明基板２１は、光源２０から出射された光のうち、近接場光発生部１を適切に動作可能な光を少なくとも透過させることが可能な基板であればよく、例えばガラス基板等の高光透過率を有する基板に限られない。
【００５１】
図３の、近接場発生部１は、図１で説明した近接場デバイス１のGaAs基板１２〜金属端１７までを含むものとして表現している。なお、出力端については、図２の変形例の如く（金属端１７ではなく）量子ドット１７ｄから構成されてもよい。
【００５２】
ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、光源２０から出射される光が透明基板２１の上面（即ち、透明基板２１とアンテナ層２２との境界面）に形成されるスポットの径は、仮にレンズ等により集光されたとしても、数百ｎｍ〜数μｍ（μメートル）である。他方、近接場光発生部１の大きさ（即ち、平面視した場合における一片の長さ）は、数十ｎｍ〜数百ｎｍである。すると、光源２０から出射された光のうち近接場光発生部１に入射しない光が、該近接場光発生部１の周囲から漏れ出る可能性がある。しかるに本実施形態では、透明基板２１の上面にアンテナ層２２を設け、入射光のエネルギーをアンテナによる吸収し近接場発生部に集中させることができる。
【００５３】
図４（ａ）〜（ｆ）は、アンテナ層２２のバリエーションを示す
これら各図において、アンテナ層２２は、金属部分２２ａ及び非金属部分２２ｂが、所定の平面パターンをなすように構成されている。金属部分２２ａは、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属から構成されている。非金属部分２２ｂは、例えば、ガリウム砒素シリコン等の半導体から構成されている。金属部分２２ａの厚みについては、例えば５０ｎｍであり、非金属部分２２ｂの厚みについても、例えば５０ｎｍである。これらにより、二種類の材料部分を含んでなるアンテナ層２２は、例えば厚み味５０ｎｍの平坦且つ均一の厚みを有する層として構成される。
【００５４】
なおこれら各図において、近接場光発生部１の大きさ（即ち、平面視した場合における一片の長さ）は、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍであり、金属端１７の大きさ（即ち、平面視した場合における一片の長さ）は、近接場光発生部１よりも小さい例えば数ｎｍ〜数十ｎｍである。これに対し、アンテナ層２２の大きさ（即ち、平面視した場合における一片の長さ）は、例えば数μｍのオーダであり、近接場光発生部１や金属端１７と比べて、遥かに大きい。
【００５５】
具体的には、図４（ａ）は、概ね２本の対角線を境界線として、交互に約半分（図中上下を占める２つの領域）を金属部分２２ａとし且つ残余部分を非金属部分２２ｂとしたパターンである。図４（ｂ）は、概ね２本の対角線を境界線として、交互に約半分（図中左右を占める２つの領域）を金属部分２２ａとし且つ残余部分を非金属部分２２ｂとしたパターンである。図４（ｃ）は、近接場光発生部１を囲む円内を非金属部分２２ｂとし且つ残余部分を金属部分２２ａとしたパターンである。図４（ｄ）は、同心円状に交互に、金属部分２２ａと非金属部分２２ｂとをレイアウトしたパターンである。図４（ｄ）は、環状に金属部分２２ａを配置し且つ残余部分を非金属部分２２ｂとしたパターンである。図４（ｆ）は、斜め上下左右に細く伸びる星状に非金属部分２２ｂをレイアウトし且つ残余部分を金属部分２２ａとしたパターンである。
【００５６】
本願発明者の研究によれば、これら各図に示すパターンは、いずれも電波受信用のアンテナにて電波のエネルギーを中央寄りに集中させるパターンとして既存のものであるが、本実施形態における近接場光１８を発生させるための入射光のエネルギーを、アンテナ層２２上で平面視した場合における近接場光発生部１の中央寄り位置（即ち、平面視しての最中央位置としての金属端１７の位置）に向けて集中するパターンとしても応用可能である。理論的には、電磁波の一種である光（ここでは入射光）は、ナノオーダである近接場光発生部１に向けて、アンテナ層２２の平面に沿った電磁波成分に変換されて、中央寄りに集中される。
【００５７】
また、図４の例では透明基板２１と近接場発生部１との間にアンテナ層２２を設けた例を示したが、これに限らず、透明基板２１の内部、あるいは近接場発生部１のGaAs基板１２〜量子ドット層（出力端１７の下の部分）の部分に形成するようにしてもよい。
【００５８】
以上詳細に説明したように第２実施形態によれば、主にアンテナ層２２の作用により、エネルギー効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００５９】
＜第３実施形態＞
本発明の近接場光デバイスに係る第３実施形態を、図５を参照して説明する。
【００６０】
図５は、図１と同趣旨の、本実施形態に係る近接場光デバイスの概略構造を示す図である。図５において、近接場光デバイス３００は、透明基板であるガラス基板３０と、該ガラス基板３０の上に形成された、複数の金属ナノ粒子３１が保護層３２に含有された順テーパ形状からなるテーパ部３４を備えて構成されている。
【００６１】
本実施形態は、本発明に係る第３の近接場光デバイスの実施形態であり、テーパ部３４が本発明に係る「近接場光発生部」の一例を構成している。
【００６２】
図５に示すように、テーパ部近３４は、例えばシリケートガラスなどを含んでなる保護層３２内に、量子ドットとして各々機能する多数の金属ナノ粒子３１が離散的に配置されてなる。金属ナノ粒子３１では、入射光がエネルギー源とされて、量子力学的効果により近接場光１８が、テーパ部３４の先端にて発生される。
【００６３】
例えば、保護層３２内には、単位体積(1立方μm)当たり１３万個(20nm微粒子20nm間隔)〜１６０万個(5nm微粒子5nm間隔)の金属ナノ粒子が３次元的に散布されてもよい。このようにすると、効率的な近接場光の伝播ができ。或いは、単位面積当たり（具体的には１μｍ四方辺り）２００〜８００個の金属ナノ粒子が２次元的に散布されたものが、該２次元の面の方線方向に複数積層される形で構成されてもよい。
【００６４】
金属ナノ粒子３１は、例えば直径１０〜５０nｍ程度の粒子でも構成することができ、金属ナノ粒子３１間には、同程度のオーダの隙間が存在する。テーパ部３４の高さは、例えば数十〜数百ｎｍ程度であり、金属ナノ粒子３１の直径と比べて十分に大きい。テーパ部３４の根元における幅は、例えば１００ｎｍであり、順テーパがつけられることで幅狭に形成された先端における幅は、例えば、２０〜３０ｎｍ程度である。テーパ部３４の全体形状は、３次元的に見て、円錐台や角錐台（典型的には四角錐台）やいずれかの方向に長手状に伸びる土手型などの形状である。
【００６５】
テーパ部３４の先端（図５中で上端）には、金属端１７（図１参照）や量子ドット１７ｂ（図２参照）などの出力端が別途設けられてもよい。或いは、例えば、テーパ部３４における先端が十分に（具体的には、近接場光１８を記録媒体側に伝えるのに十分に）幅狭に突出して構成されるならば、そのような先端における突出部或いは突起部が、そのまま出力端として用いられてもよい。このように構成すると、近接場光１８がそのまま記録媒体６０１（図１及び図２参照）に出力されることも可能となる。いずれの場合にも、その根元に比べて細く尖ったテーパ部３４の先端側からは、ガラス基板３０を背にしてガラス基板３０と反対側（図５中上側）にある外部へ向けて、近接場光１８が出力される。
【００６６】
本願発明者の研究によれば、以上のように構成すると、テーパ部３４内における金属ナノ粒子３１における量子力学的効果が相互に作用しあうことで、入射光のエネルギーをテーパ部３４全体に分散している金属ナノ粒子３１を介して極めて効率よくテーパ３４の先端に集中させることができる。この結果、高エネルギー効率にて入射光から近接場光１８を発生できる。特に、図５に示した如き、順テーパが設けられていない場合や、金属ナノ粒子３１ではなく単なる量子ドット１６（図１参照）を利用する場合に比べて、テーパ部３４で発生された近接場光が外部へ出力されるまでの間におけるエネルギー効率が顕著に改善されることが判明している。
【００６７】
ここで図６を参照して、以上のように構成された第３実施形態の製造方法について説明を加える。ここに図６は、図５の近接場光デバイス３００を、ガラス基板上に形成するプレーナプロセスを工程Ｓ１〜Ｓ６まで順を追って示す工程図である。
【００６８】
図６に示すように先ず、工程Ｓ１において、ガラス基板３０が切り出されることになるガラス基板３０１が用意される。ガラス基板３０１は、ガラス基板３０を多数含む大盤サイズであり、以降に示す工程Ｓ２〜Ｓ６により、図５に示す如き近接場光デバイス３００が、同時に多数形成されることになる。
【００６９】
続いて工程Ｓ２において、金属ナノ粒子３１が所定濃度で概ね一様に散布されている、保護膜３２の前躯体である（即ち液体状態にある）シリケートガラス３０２が、ガラス基板３０１上にスピンコートされる。ここでの膜厚は、例えば、テーパ部３４の高さと同程度の数十から数百ｎｍとなるように、スピンコートが行われる。
【００７０】
続いて工程Ｓ３において、シリケートガラス３０２に対して、所定の焼成温度にてアニール処理が施され、シリコン酸化膜３０３の状態とされる。即ち、テーパ部３４の高さと同程度の数十から数百ｎｍとなると共に、内部に金属ナノ粒子３１が所定濃度で概ね一様に離散的に配置されたシリコン酸化膜３０３が生成される。
【００７１】
続いて工程Ｓ４において、シリコン酸化膜３０３上に、これをフォトリソグラフィ及びエッチング処理を施すためのレジスト３０４がコートされる。なお、メタルマスクによるリフトオフを用いることも可能である。
【００７２】
続いて工程Ｓ５において、レジスト３０４に対して、ドライエッチング若しくはウエットエッチングを施すことで、又はイオントリミングを施すことにより、テーパ部３４を形成すべき微小領域にレジスト３０５を残し、焼成処理を施す。
【００７３】
続いて工程Ｓ６において、パターンニングされた後に焼き固められたレジスト３０５を介して、シリコン酸化膜３０３に対して、ドライエッチング若しくはウエットエッチング等を施すことで、テーパ部３４を形成する。この際、エッチングの時間管理により、テーパ部３４における順テーパの程度（即ちどの程度斜めになるのか）を調整することも可能である。このようにフォトリソグラフィ及びエッチング処理を用いることで、レジスト３０５に対応する領域に、メサ構造体であると共に順テーパが設けられたテーパ部３４が形成される。
【００７４】
その後、ガラス基板３０１の切断処理等が行われ、図５に示した如き内部に多数の金属ナノ粒子３１が離散的に配置されたテーパ部３４が、ガラス基板３０上に形成された近接場光デバイス３００が完成される。
【００７５】
次に図７を参照して変形例について説明を加える。
【００７６】
図７において、変形例に係る近接場光デバイス３５０の場合、入射光がガラス基板３０の上面に設けられた導波路３５４を介して、ガラス基板３０の平面に沿って入射される。更に、導波路３５４で導かれた入射光は、グレーチングによって、テーパ部３４側（図７中上側）に曲げられることにより、テーパ部３４から見る限りにおいて図５の場合と同様の鉛直方向上向き（図中下側から上側に向っての）入射光として入射される。その他の構成及び動作については、図５に示した第３実施形態の場合と同様である。なお、グレーチングに代えて、散乱板を用いることも可能である。
【００７７】
このように変形例の場合、入射光の光路の自由度が増し、光源の種類や光学設計の自由度等が格段に増すので、実践上大変有利である。
【００７８】
以上詳細に説明したように第３実施形態及びその変形例によれば、主に金属ナノ粒子３１が散布された保護層３２からなるテーパ部３４を採用することにより、エネルギー効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００７９】
＜第４実施形態＞
本発明の近接場光デバイスに係る第４実施形態を、図８を参照して説明する。
【００８０】
図８（ａ）は、本実施形態に係る近接場光デバイスの斜視図であり、図８（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ´線断面図である。
【００８１】
図８において、近接場光デバイス４００は、光源４０と、該光源４０の上に積層された透明基板４１と、該透明基板４１の上に積層された近接場光発生部１と、透明基板４１上で平面視して近接場光発生部１の周囲を囲うと共に、透明基板４１の上面全域を覆う反射層４２と、を備えて構成されている。
【００８２】
本実施形態は、本発明に係る第４の近接場光デバイスの実施形態であり、反射層４２が本発明に係る、基板側からの入射光を選択的に透過すると共に近接場光発生部側からの光を選択的に反射する「反射層」の一例を構成している。
【００８３】
光源２０には、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発行レーザ）、有機ＥＬ等を適用可能である。透明基板２１は、光源２０から出射された光のうち、近接場光発生部１を適切に動作可能な光を少なくとも透過させることが可能な基板であればよく、例えばガラス基板等の高光透過率を有する基板に限られない。
【００８４】
図８の、近接場発生部１は、図１で説明した近接場デバイス１のGaAs基板１２〜金属端１７までを含むものとして表現している。なお、出力端については、図２の変形例の如く（金属端１７ではなく）量子ドット１７ｄから構成されてもよい。
【００８５】
反射層４２は、屈折率の相異なる誘電体薄膜が積層されてなる誘電体ミラーなど、周波数依存性或いは波長依存性を有し、選択的に反射したり透過したりする反射層或いは半透過反射層である。透明基板４１側からの入射光の波長或いは周波数に関して、透明基板４１側から近接場光発生部１側（即ち図８中で上側）へ向けて透過する際の反射層の透過率は、その逆である近接場光発生部１側から透明基板４１側（即ち図８中下側）へ向けて透過する際の透過率よりも高く、例えば、５０％以上の値である。入射光の利用効率の観点から言えば、ここでの透過率の値は、高ければ高い程よい。
【００８６】
更に、近接場光の波長或いは周波数に関して、近接場光を近接場光発生部１側（即ち図８中上側）へ向けて反射する際の反射層４２の反射率は、入射光を透明基板４１側（即ち図８中下側）へ向けて反射する際の反射率或いは仮想的に入射光に代えて近接場光を透明基板４１側から入射させた場合における透明基板４１側へ向けて反射する際のよりも高く、例えば、５０％以上の値である。近接場光の利用効率の観点から言えば、ここでの反射率の値は、高ければ高い程よい。
【００８７】
よって、透明基板４１により導かれた入射光は、透明基板４１と近接場光発生部１との間に配置された反射層４２によって、透明基板４１側から近接場光発生部１側へ向けて透過される。即ち、近接場光発生部１では、近接場光を発生させるに必要なエネルギーを、反射層４２を透過して入射される入射光から得ることができる。
【００８８】
他方、近接場光発生部１で発生され（出力端側に直接進もうとする成分ではなくて）透明基板４１側に戻ろうとする成分は、透明基板４１と近接場光発生部１との間に配置された反射層４２における反射作用によって、近接場光発生部１側へ向けて反射される。即ち、透明基板４１側に戻ろうとする（即ち図８中下側へ向う）成分についても、反射層４２における反射作用によって、出力端側に進もうとする（即ち図８中上側へ向う）成分に変えることが可能となる。
【００８９】
従って、仮に反射層４２が存在しない場合と比較すると、透明基板４１側に戻ってしまう或いは出力端から（外部へ向けて出力されずに）発散してしまうことになる、近接場光成分が、顕著に減ぜられる。
【００９０】
以上詳細に説明したように第４実施形態によれば、主に反射層４２を採用することにより、エネルギー効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００９１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う近接場光デバイス及びその製造方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９２】
１…近接場光発生部、１１…光源、１２…透明基板、１３…GaAsバッファ層、１４…InAs層、１５…GaAs層、１６…InAs量子ドット、１７…金属端、１７b…量子ドット、２０…光源、２１…透明基板、２２…アンテナ層、３１…金属ナノ粒子、３２…保護層、３４…テーパ部、３０…ガラス基板、３５…導波路、３６…グレーチング、４０…光源、４１…透明基板、４２…反射層、１００…近接場光デバイス、３００…近接場光デバイス、３５０…近接場光デバイス、４００…近接場光デバイス
【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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