JP2000195093A - Optical storage head - Google Patents

Optical storage head

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JP2000195093A
JP2000195093A JP10372637A JP37263798A JP2000195093A JP 2000195093 A JP2000195093 A JP 2000195093A JP 10372637 A JP10372637 A JP 10372637A JP 37263798 A JP37263798 A JP 37263798A JP 2000195093 A JP2000195093 A JP 2000195093A
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JP
Japan
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laser
semiconductor laser
optical memory
recording medium
memory head
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JP10372637A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiya Goto
顕也 後藤
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Tokai University
Original Assignee
Tokai University
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical storage head that can efficiently output a laser beam and has structure that can be mass-produced accurately. SOLUTION: In an optical storage head, a number of vertical resonator light-emitting semiconductor laser elements 1 are arranged in nearly a matrix shape, and a laser beam transmission part 3 with conical structure where a tip becomes an output window for outputting evanescent waves is provided on each of the semiconductor laser elements 1. A multi-mode laser wave being generated in each of the semiconductor laser elements 1 is reflected on the inner surface of the laser beam transmission part 3, and an evanescent wave being outputted from the output window at the tip of the laser beam transmission part 3 is directed toward a storage. Therefore, a number of beam spots are formed on the storage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は情報再生用、情報
記録用或いは情報記録再生用光メモリヘッドに関し、例
えば垂直共振器表面発光半導体レーザにより大容量の光
記録媒体及び光磁気記録媒体に情報を再生、或いは、記
録する光記録再生装置に組込まれる光メモリヘッドに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical memory head for reproducing information, recording information or reproducing information, and reproduces information on a large-capacity optical recording medium and a magneto-optical recording medium using, for example, a vertical cavity surface emitting semiconductor laser. Alternatively, the present invention relates to an optical memory head incorporated in an optical recording / reproducing apparatus for recording.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年では、様々な方式の光記録再生装置
が開発されている。従来の光記録再生装置はレーザダイ
オードのような単一の半導体レーザと、この半導体レー
ザから発振されたレーザビームを収束させスポットビー
ムとして例えば、CDやDVDなどのROMディスクや
光記録媒体又は光磁気記録媒体上に照射するレンズのよ
うな収束光学素子とを備える。光記録再生装置は、記録
時にレーザビームを記録すべき情報に応じて変調して記
録媒体に照射し、変調スポットビームに対応する物理的
変化として記録媒体上に情報を記録する。また、この光
記録再生装置は再生時に略一定強度のスポットビームを
記録媒体上に照射し、このビームスポットでの物理的変
化を反映して記録媒体から得られる反射光ビームを復調
することにより記録情報を再生する。現在では、ビーム
スポットを約l[μm]程度の微細な直径に設定するこ
とにより10〜10[bit/cm〕程度の記録
密度を実現している。
2. Description of the Related Art In recent years, various types of optical recording / reproducing apparatuses have been developed. A conventional optical recording / reproducing apparatus uses a single semiconductor laser such as a laser diode, and converges a laser beam oscillated from the semiconductor laser into a spot beam, for example, a ROM disk such as a CD or DVD, an optical recording medium, or a magneto-optical device. And a converging optical element such as a lens that irradiates the recording medium. The optical recording / reproducing apparatus modulates a laser beam at the time of recording according to information to be recorded and irradiates the recording medium with the laser beam, and records the information on the recording medium as a physical change corresponding to the modulated spot beam. In addition, this optical recording / reproducing apparatus irradiates a spot beam of approximately constant intensity onto the recording medium during reproduction, and records by reflecting a physical change in the beam spot and demodulating a reflected light beam obtained from the recording medium. Play information. At present, a recording density of about 10 7 to 10 8 [bit / cm 2 ] is realized by setting a beam spot to a fine diameter of about 1 [μm].

【0003】上述した光メモリヘッドのトラッキング
は、光記録媒体のヘッダ情報或いは媒体に設けられたト
ラッキングガイドから反射された反射レーザビームを検
出し、アクチュエータによって[0.1μm]のオーダ
で制御される。このような制御は通常光メモリヘッドに
組込まれた単体のレーザダイオードから発生されるレー
ザビームを用いて行われるため、記録密度並びに記録再
生レートに限界がある。
The above-described tracking of the optical memory head is performed by detecting header information of an optical recording medium or a reflected laser beam reflected from a tracking guide provided on the medium, and is controlled on the order of [0.1 μm] by an actuator. Since such control is usually performed using a laser beam generated from a single laser diode incorporated in an optical memory head, there are limitations on recording density and recording / reproducing rate.

【0004】また、従来の光記録再生装置は光メモりヘ
ッドが光記録媒体に接触せずに記録再生動作を行う浮上
ヘッド方式であることが殆どであり、現状では光メモリ
ヘッドが光記録媒体に接触しながら記録再生動作を行う
コンタクトヘッド方式については実用化されていない。
Further, most of the conventional optical recording / reproducing apparatuses employ a floating head system in which an optical memory head performs a recording / reproducing operation without contacting the optical recording medium. A contact head system that performs a recording / reproducing operation while making contact has not been put to practical use.

【0005】さらに、従来の光記録再生装置はビームス
ポットの直径が小さい程、多量の情報を光記録媒体等に
記録することができるが、収束光学素子を用いる従来の
古典的な幾何光学原理に従った光メモリヘッドであるた
め、光の波長による回折限界の制限によって、使用され
る光の波長の数分の一程度の直径までしかレーザビーム
を収束させることができない。従って、日常最も使われ
る直径120[mm]の光記録媒体においても、高々1
0[GB〕の記録容量しか確保できず、今日のマルチメ
ディア通信用のメモリ等には、不十分な容量であるとさ
れ、急速な技術的進歩を強力に支援するために更なる記
録容量を確保できる画期的な光メモリヘッドの出現が切
望されている。
Further, the conventional optical recording / reproducing apparatus can record a large amount of information on an optical recording medium or the like as the diameter of the beam spot is small. Since the optical memory head complies with the above requirements, the laser beam can be converged only to a diameter of about a fraction of the wavelength of the light to be used due to the limitation of the diffraction limit due to the wavelength of the light. Therefore, even in an optical recording medium having a diameter of 120 [mm], which is most commonly used every day, at most 1
Only a recording capacity of 0 [GB] can be secured, and it is considered that today's memory for multimedia communication has an insufficient capacity, and further recording capacity is required to strongly support rapid technical progress. The emergence of an epoch-making optical memory head that can be secured is keenly desired.

【0006】本願発明者は、既に光メモリヘッドが記録
再生動作において潤滑剤を介して光記録媒体と接触する
近接場光学分野における「コンタクトヘッド方式」を利
用したシステムを特願平8−298981で提案してい
る。このシステムでは、垂直共振器表面発光半導体レー
ザ(Vertical Cavity Surface
Emitting Laser、単にVCSELと称
する。)原理を利用し、その原理を実現可能な記録再生
用光メモリヘッドとして提案している。この記録再生用
光メモリヘッドでは、格子状に多数の垂直共振器表面発
光半導体レーザ素子が配列され、しかも、各半導体レー
ザ素子のレーザ光送出部に超微細孔が設けられている。
この記録再生用光メモリヘッドによれば、その原理から
明らかな従来の方式に比して飛躍的に記録密度を高める
ことが可能で、膨大な記録容量を確保できることが判明
している。
The inventor of the present application has proposed a system using the "contact head system" in the field of near-field optics in which an optical memory head comes into contact with an optical recording medium via a lubricant in a recording / reproducing operation in Japanese Patent Application No. 8-298981. are doing. In this system, a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (Vertical Cavity Surface) is used.
Emitting Laser, simply referred to as VCSEL. ) Utilizing the principle, an optical memory head for recording / reproducing that can realize the principle is proposed. In this recording / reproducing optical memory head, a large number of vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements are arranged in a lattice pattern, and ultrafine holes are provided in a laser beam transmitting portion of each semiconductor laser element.
According to this recording / reproducing optical memory head, it has been found that the recording density can be dramatically increased as compared with the conventional method evident from the principle, and a huge recording capacity can be secured.

【0007】この記録再生用光メモリヘッド提案によ
り、実際の装置に組み込可能であり、また、高効率でレ
ーザビームが出力され、しかも、より高い精度で大量に
製造することが可能な構造を有する光メモリヘッドの実
現が待たれている。
The proposed optical memory head for recording / reproducing has a structure which can be incorporated into an actual device, and which can output a laser beam with high efficiency and which can be manufactured in large quantities with higher accuracy. The realization of an optical memory head is awaited.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、高効
率でレーザビームが出力され、しかも、より高い精度で
大量に製造することが可能な構造を有する光メモリヘッ
ドを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical memory head having a structure capable of outputting a laser beam with high efficiency and capable of mass-producing with higher accuracy.

【0009】この発明によれば、略マトリックス状に配
置された多数の垂直共振器表面発光半導体レーザ素子が
組み込まれ、そのレーザ素子の光源点からマルチモード
レーザ波が発生されるレーザ素子基板構造と、前記各光
源点に対応して設けられ、先端がエバネッセント波を出
力する出力窓となり、内面がマルチモードレーザ波を反
射する錐状の構造を有するレーザ光送出部が前記レーザ
素子基板構造上に多数マトリックス状に配置され、前記
多数のエバネッセント波が記録媒体に向けられるレーザ
光送出構造体と、レーザ共振器と、から構成される垂直
共振器表面発光半導体レーザアレイを含むことを特徴と
する光メモリヘッドが提供される。
According to the present invention, a plurality of vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements arranged substantially in a matrix are incorporated, and a laser element substrate structure in which a multimode laser wave is generated from a light source point of the laser element. A laser light transmitting portion having a conical structure whose inner surface reflects a multi-mode laser wave is provided on the laser element substrate structure, the tip being an output window for outputting an evanescent wave. An optical memory, comprising: a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array, which is arranged in a large number of matrices, and comprises a laser light transmitting structure in which the large number of evanescent waves are directed to a recording medium, and a laser resonator. A head is provided.

【0010】より具体的には、レーザ光の真空中におけ
る波長よりも短い径のレーザ出力窓をレーザ光送出部に
設ける為に、異方性エッチング可能な結晶、例えば、S
34結晶、シリコン結晶、或いはガリュウム砒素結晶
から角錐状、円錐状のような錐状のレーザ光送出部をマ
トリックス状にアレイしたレーザ光送出構造体をレーザ
素子基板構造上に設けている。このような構造により、
効率のよいかつ精度の高いコンタクト方式の垂直共振器
表面発光半導体レーザアレイを含む光メモリヘッドを実
現している。
More specifically, in order to provide a laser output window having a diameter shorter than the wavelength of the laser light in a vacuum in the laser light transmitting portion, a crystal that can be anisotropically etched, for example, S
A laser light transmitting structure in which pyramid-shaped or pyramid-shaped laser light transmitting portions are arrayed in a matrix from an i 3 N 4 crystal, a silicon crystal, or a gallium arsenide crystal is provided on a laser element substrate structure. . With such a structure,
An optical memory head including an efficient and highly accurate contact type vertical cavity surface emitting semiconductor laser array is realized.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の光
メモリヘッドの一実施形態について説明する。光メモリ
ヘッドの構造は、図1に示されているが、このメモリヘ
ッドは、種々の記録媒体から後に説明するように情報を
再生することができ、或いは、情報を記録媒体に記録す
ることができる。従って、本願の実施形態の光メモリヘ
ッドは、再生用のメモリヘッド、記録用のメモリヘッ
ド、或いは、記録再生用のメモリヘッドとして実現でき
るものである。また、ここで記録媒体は、光学的に再生
或いは記録可能な媒体の総称であって、光記録媒体と
は、いわゆる一度の記録可能な光記録媒体である光ディ
スク(CD−R、DVD−R)、書換え可能な光記録媒
体である相変化光ディスク(PC)、或いは、フォトン
モード記録媒体を含む光ディスク、或いは、光磁気記録
媒体、いわゆる光磁気ディスク(MO)等を含むもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the optical memory head according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Although the structure of the optical memory head is shown in FIG. 1, the memory head can reproduce information from various recording media as described later, or can record information on the recording medium. . Therefore, the optical memory head according to the embodiment of the present invention can be realized as a memory head for reproduction, a memory head for recording, or a memory head for recording and reproduction. In addition, the recording medium is a general term for a medium that can be optically reproduced or recorded, and an optical recording medium is an optical disc (CD-R, DVD-R) that is a so-called once-recordable optical recording medium. A rewritable optical recording medium such as a phase change optical disk (PC), an optical disk including a photon mode recording medium, or a magneto-optical recording medium, a so-called magneto-optical disk (MO).

【0012】図1は本発明の一実施形態に係る光メモリ
ヘッドの構造を原理的に説明するための斜視図、図2は
図1に示した光メモリヘッド一部を示す斜視図、図3は
図1及び図2に示した光メモリヘッドの内部構造を示断
面図である。図1に示す光メモリヘッドでは、垂直共振
器表面発光半導体レーザ(Vertical Cavi
ty Surfase Emitting Lase
r:以下「VCSEL素子」と称する。)が格子状、即
ち、マトリックス状に配列されている。このVCSEL
素子1は、図3に示すようにレーザビームを発振する多
層反射膜レーザ活性層5を含む所定厚さの基板部2に形
成されている。換言すれば、多数のVCSEL素子1が
形成される基板部2には、そのそれぞれからレーザが発
生されるレーザ光源点が多数マトリックスに形成されて
いることとなる。この基板部2上には、VCSEL素子
1に対応して多数のレーザ光送出部3が格子状即ち、行
列に所定ピッチで、例えば、行に沿った一定の行ピッチ
E及び列に沿った一定の列ピッチFで配置されている。
VCSEL素子1から発振されたレーザ光は、このレー
ザ光送出部3から光記録媒体に向けられ、光記録媒体上
にレーザビームスポットを形成することとなる。
FIG. 1 is a perspective view for explaining in principle the structure of an optical memory head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a part of the optical memory head shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a sectional view showing an internal structure of the optical memory head shown in FIGS. 1 and 2. In the optical memory head shown in FIG. 1, a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (Vertical Cavi
ty Surface Emitting Race
r: Hereinafter, referred to as “VCSEL element”. ) Are arranged in a lattice, that is, in a matrix. This VCSEL
The element 1 is formed on a substrate portion 2 having a predetermined thickness including a multilayer reflective film laser active layer 5 for oscillating a laser beam as shown in FIG. In other words, a large number of laser light source points, each of which emits a laser beam, are formed in a matrix on the substrate section 2 on which a number of VCSEL elements 1 are formed. On this substrate section 2, a large number of laser light transmitting sections 3 corresponding to the VCSEL elements 1 are arranged in a grid pattern, that is, in a matrix at a predetermined pitch, for example, a constant row pitch E along a row and a constant row along a column. Are arranged at the column pitch F.
The laser light oscillated from the VCSEL element 1 is directed from the laser light transmitting unit 3 to the optical recording medium, and forms a laser beam spot on the optical recording medium.

【0013】このレーザ光送出部3は、略四角錐状(ピ
ラミッド状)あるいは略円錐状のような錐状の全反射プ
リズムとして形成され、その先端4は各一本のエバネッ
セント光が垂直方向に向けて放出する射出部を有してい
る。レーザ光送出部3は、シリコン(Si)結晶或いは
ガリュウム砒素(GaAs)結晶等を用いて形成でき
る。上述の結晶材料はレーザ光送出部3が接する雰囲気
よりも屈折率が高く、その内部でレーザ波を全反射する
ことができる材料であれば他の結晶材料におきかえても
良い。
The laser beam transmitting section 3 is formed as a substantially pyramid-shaped (pyramid-shaped) or substantially cone-shaped pyramid total reflection prism. It has an emission part for emission toward. The laser beam transmitting section 3 can be formed using silicon (Si) crystal or gallium arsenide (GaAs) crystal or the like. The above-mentioned crystal material may be replaced with another crystal material as long as the material has a higher refractive index than the atmosphere in contact with the laser beam transmitting section 3 and is capable of totally reflecting the laser wave inside.

【0014】カンチレバー構造を有するレーザ光送出部
3の先端4は、一辺が微小面積、例えば、略10から2
0[nm]平方、好ましくは、直径略10[nm]のエ
バネッセント光の通過できる先端部が設けられている。
図3に示すように基板部2で発振されて生じたマルチモ
ード発振レーザ波は、レーザ光送出部3のプリズム面及
び基板部2内で反射が繰り返されてエバネッセント光の
みが通過できる先端部4から射出される。このエバネッ
セント光は、この先端部4から垂直方向に照射されて記
録媒体に向けられる。他のレーザ光は、結晶のプリズム
面で全反射され、反射レーザ光としてその内に封じ込め
られ、レーザ光送出部3外に導出されることが阻止され
る。尚、図1に示される光メモリヘッドにおいては、レ
ーザ光送出部3が一定ピッチで行列に配置されることか
ら、上記行ピッチE及び列ピッチFは、実質的には、レ
ーザ光送出部3の先端部4間の距離と定義される。
The tip 4 of the laser beam transmitting section 3 having a cantilever structure has a small area on one side, for example, about 10 to 2
A tip portion that allows evanescent light of 0 [nm] square, preferably approximately 10 [nm] in diameter, to pass through is provided.
As shown in FIG. 3, the multimode oscillation laser wave generated by the oscillation in the substrate section 2 is repeatedly reflected on the prism surface of the laser beam transmitting section 3 and in the substrate section 2 so that the tip section 4 through which only evanescent light can pass. Emitted from. The evanescent light is radiated vertically from the tip 4 and directed to the recording medium. The other laser light is totally reflected by the prism surface of the crystal, is encapsulated therein as a reflected laser light, and is prevented from being led out of the laser light transmitting unit 3. In the optical memory head shown in FIG. 1, since the laser beam transmitting units 3 are arranged in a matrix at a constant pitch, the row pitch E and the column pitch F are substantially equal to those of the laser beam transmitting unit 3. It is defined as the distance between the tips 4.

【0015】VCSEL素子1の複数が格子状に一定間
隔に配列されて光メモリヘッドとしての垂直共振器表面
発光半導体レーザアレイA(簡略してVCSELアレイ
Aと称する。)を実際に製造するには、通常のエッチン
グ法等によってVCSEL素子1,1,…を格子状に同
時に形成する方法が取られている。概念的には、VCS
ELアレイAの一部は、複数のVCSEL素子1,1,
…が接合されて配列され、この素子1上にレーザ光送出
部3が配置されていることとなる。
In order to actually manufacture a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A (hereinafter simply referred to as VCSEL array A) as an optical memory head in which a plurality of VCSEL elements 1 are arranged at regular intervals in a grid pattern, The VCSEL elements 1, 1,... Are simultaneously formed in a lattice shape by an ordinary etching method or the like. Conceptually, VCS
A part of the EL array A includes a plurality of VCSEL elements 1, 1,
Are joined and arranged, and the laser beam transmitting unit 3 is arranged on the element 1.

【0016】レーザ光送出部3の製造方法について図4
および図5を参照して説明する。
FIG. 4 shows a method of manufacturing the laser beam transmitting section 3.
This will be described with reference to FIG.

【0017】まず、図4(a)に示すように真性半導体
である単結晶シリコン(Si)基板10を用意し、この
基板全体を覆うSiO2膜11を酸化炉で形成する。こ
の後、例えばPMMAのようなレジストをシリコン基板
10の一表面上にスピンコータで塗布し、このシリコン
基板10をオーブンに入れてポストベーキングすること
によりレジスト膜RSを形成する。このレジスト膜RS
は四角または円形のパターンが描かれたガラスマスクを
介して露光機により露光される。四角または円形のパタ
ーンは露光時にレジスト膜RS上で1対1の割合かまた
は縮小される。この露光後、レジスト膜RSは現像処理
により選択的に除去され、四角または円形の形状でSi
2膜11を露出するレジストパターンを形成する。続
いて、フッ酸によるエッチング処理がSiO2膜11の
露出部をエッチングするために行われる。このエッチン
グ処理では、SiO2膜11の下層となるSi基板10
までエッチングされることはない。レジスト膜RSはこ
のエッチング処理後アセトンにより剥離除去される。
First, as shown in FIG. 4A, a single crystal silicon (Si) substrate 10 as an intrinsic semiconductor is prepared, and an SiO 2 film 11 covering the entire substrate is formed by an oxidation furnace. Thereafter, a resist such as PMMA is applied on one surface of the silicon substrate 10 by a spin coater, and the silicon substrate 10 is placed in an oven and post-baked to form a resist film RS. This resist film RS
Is exposed by an exposure machine through a glass mask on which a square or circular pattern is drawn. The square or circular pattern is reduced or reduced by one to one on the resist film RS at the time of exposure. After this exposure, the resist film RS is selectively removed by a developing process, and is formed in a square or circular shape.
A resist pattern exposing the O 2 film 11 is formed. Subsequently, an etching process using hydrofluoric acid is performed to etch the exposed portion of the SiO 2 film 11. In this etching process, the Si substrate 10 as the lower layer of the SiO 2 film 11 is
It is not etched until. After the etching process, the resist film RS is peeled and removed with acetone.

【0018】次に、TMAH:NCWやKOH(水酸化
カリウム水溶液)を用いて、SiO 2膜11でマスクさ
れないシリコン基板10の露出部を選択的にエッチング
処理し、図4(b)に示すように角錐または円錐状の窪み
12を形成する。KOHはシリコンの(100)面に対
して55°の角度でエッチングを行い、TMAHは45
°の角度でエッチングを行う。SiO2膜11はシリコ
ン基板10のエッチング処理後フッ化アンモニウム混合
液にて除去される。
Next, TMAH: NCW or KOH (hydroxylation
(Aqueous potassium solution) TwoMasked with membrane 11
Etching of exposed silicon substrate 10
Treat it as a pyramid or conical depression as shown in FIG.
12 is formed. KOH is applied to the (100) plane of silicon.
And etching at an angle of 55 °.
Etching is performed at an angle of °. SiOTwoThe film 11 is made of silicon
Ammonium fluoride mixed after etching treatment of substrate 10
Removed with liquid.

【0019】次に、こうして得られたシリコン基板10
をスチーム炉で再び酸化させ、図4(c) に示すように
シリコン基板10の全表面を覆う薄いSiO2膜13を
形成する。このSiO2膜13はシリコン基板10を常
温に戻したときにSiとSiO2の膨張率の違いから窪
み12の頂点で割れ目を形成する。この割れ目の上にS
iO2よりも屈折率の高い材料であるSi34をCVD
またはECRスパッタにより堆積し、図5(d) に示す
ように窪み12を全体を埋めるSi34コアPRを形
成する。上述の堆積処理では、Si34の代わりにG
aPのような高屈折率材料を用いてもよい。
Next, the thus obtained silicon substrate 10
Is again oxidized in a steam furnace to form a thin SiO 2 film 13 covering the entire surface of the silicon substrate 10 as shown in FIG. When the silicon substrate 10 is returned to normal temperature, the SiO 2 film 13 forms a crack at the apex of the depression 12 due to the difference in expansion coefficient between Si and SiO 2 . S on this crack
CVD of Si 3 N 4 , a material having a higher refractive index than iO 2
Alternatively, an Si 3 N 4 core PR is formed by ECR sputtering to fill the entire recess 12 as shown in FIG. 5D. In the above deposition process, G 3 was used instead of Si 3 N 4.
A high refractive index material such as aP may be used.

【0020】次に、シリコン基板10の裏側にあるSi
2膜11を除去し、続いて図5(e) に示すように円錐
または角錐状プリズムの先端が突出するよう所定の厚さ
だけシリコン基板10を選択エッチングする。この後、
Si34コア(あるいはGaPコア)PRの表面を反射
防止膜で覆ってレーザ反射鏡を形成する。レーザ光送出
部3に相当するレーザ光送出構造体14はこうして形成
される。図5(f)に示すように、光閉じ込め角度以下
の角度で入射した光は閉じ込められて先端4に導かれて
いく。しかし、光閉じ込め角度限界の角度の光は途中で
全反射条件でなくなってしまうため、プリズムの最も外
側に金属膜を形成することが有効である。
Next, the Si on the back side of the silicon substrate 10
The O 2 film 11 is removed, and then the silicon substrate 10 is selectively etched by a predetermined thickness so that the tip of the conical or pyramidal prism projects as shown in FIG. After this,
A laser reflecting mirror is formed by covering the surface of the Si 3 N 4 core (or GaP core) PR with an antireflection film. The laser beam transmitting structure 14 corresponding to the laser beam transmitting section 3 is formed in this manner. As shown in FIG. 5F, light incident at an angle equal to or smaller than the light confinement angle is confined and guided to the tip 4. However, since the light at the angle of the light confinement angle limit is not fully reflected on the way, it is effective to form a metal film on the outermost side of the prism.

【0021】このレーザ光送出構造体14は基板部2に
密着接合されて垂直共振器表面発光半導体レーザアレイ
Aが作られる。
The laser beam transmitting structure 14 is closely bonded to the substrate section 2 to form a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A.

【0022】図1に示されるVCSELアレイAにおい
ては、同一行に配置されたVCSEL素子1から発射さ
れる一列のエバネッセント光は、図示されていない光記
録媒体又は光磁気記録媒体の記録層上に照射され、その
一列の素子数に対応したビームスポットを形成し、記録
媒体が回転されていれば、その数に対応したビーム軌跡
が記録媒体上に形成される。
In the VCSEL array A shown in FIG. 1, one column of evanescent light emitted from the VCSEL elements 1 arranged in the same row is placed on a recording layer of an optical recording medium or a magneto-optical recording medium (not shown). Irradiated to form a beam spot corresponding to the number of elements in a row, and if the recording medium is rotated, a beam locus corresponding to the number is formed on the recording medium.

【0023】以下、説明を簡単にするために便宜上、V
CSEL素子1が5行5列に配置されているVCSEL
アレイAについて説明する。本明細書において、行Cと
は、光記録媒体の回転方向の接線方向Kに沿って配列さ
れるものを称し、列Lとは、光記録媒体の半径方向に沿
って配列されたものを称する。
Hereinafter, for the sake of convenience, V
VCSEL in which CSEL elements 1 are arranged in 5 rows and 5 columns
The array A will be described. In this specification, a row C refers to a row arranged along a tangential direction K of a rotation direction of the optical recording medium, and a column L refers to a row arranged along a radial direction of the optical recording medium. .

【0024】図1に示される5行5列のVCSELアレ
イAにおける第5行第1列目から第5列目に配列された
5つのVCSEL素子1からは、合計5本のエバネッセ
ント光がVCSELアレイAに対して垂直方向に向かっ
て射出される。従って、このVCSEL素子1と対向し
て配置される光記録媒体の記録層16上には、5個のビ
ームスポットが形成される。通常、光記録媒体は、回転
して情報が記録され、また、再生されることから、その
記録層16上には、5本のエバネッセント光の軌跡が描
かれることとなる。ここで、光記録媒体の回転の接線K
とVCSEL素子1における行方向Lとが平行となるよ
うに、光記録媒体とVCSEL素子1が配置されている
場合には、5個のビームスポットが記録層上で描く軌跡
は重なり合って一本になり、実質的に5個のエバネッセ
ント光で光記録媒体をスキャンすることができない。そ
こで、図1に示されるVCSELアレイAにおいては、
VCSELアレイAの行方向Lが図6にも示すように光
記録媒体の回転の接線Kに対して所定の微小角度(だけ
傾けられている。このように配置する場合には、5個の
ビームスポットは、同列かつ隣り合う行に配置された2
つのVCSEL素子1が形成する2個のビームスポッ
ト、すなわち、前述の場合第4行第1列と第5行第1列
に位置するVCSEL素子1が形成する2個のビームス
ポットの間に重なり合うことなく配置することができ
る。ただし、端点である第3行第1列に位置するVCS
EL素子1が形成する1個のビームスポットは、前記5
個のビームスポットに含めるものとする。従って、図6
に示すように光記録媒体が回転すれば、その記録層上に
5本の重ならない連続した軌跡を描くことができるの
で、5トラックによる情報の記録再生が可能となる。
In the five rows and five columns of the VCSEL array A shown in FIG. 1, a total of five evanescent lights are emitted from the five VCSEL elements 1 arranged in the fifth row and the first column to the fifth column. A is emitted in a direction perpendicular to A. Therefore, five beam spots are formed on the recording layer 16 of the optical recording medium disposed so as to face the VCSEL element 1. Normally, information is recorded and reproduced on the optical recording medium by rotation, so that the locus of five evanescent lights is drawn on the recording layer 16. Here, the tangent K of rotation of the optical recording medium
When the optical recording medium and the VCSEL element 1 are arranged so that the row direction L of the VCSEL element 1 and the row direction L are parallel to each other, the loci drawn by the five beam spots on the recording layer overlap and become one. That is, the optical recording medium cannot be scanned with substantially five evanescent lights. Therefore, in the VCSEL array A shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the row direction L of the VCSEL array A is inclined at a predetermined minute angle (with respect to the tangent line K of rotation of the optical recording medium. In this case, five beams are provided. The spots are arranged in the same row and adjacent rows.
Two beam spots formed by two VCSEL elements 1, that is, overlapping between the two beam spots formed by VCSEL elements 1 located in the fourth row and the first column and the fifth row and the first column in the case described above. It can be arranged without. However, the VCS located at the third row and the first column, which is the end point,
One beam spot formed by the EL element 1 has the above-mentioned 5 spots.
Shall be included in the number of beam spots. Therefore, FIG.
When the optical recording medium rotates as shown in FIG. 5, five continuous non-overlapping trajectories can be drawn on the recording layer, so that information can be recorded / reproduced on five tracks.

【0025】以上の作用に基づき、VCSELアレイA
におけるVCSEL素子1の個数が更に増やされる場合
には、同時に記録再生可能なトラック数を増やすことが
できる。このようにトラック数を増やした実施形態につ
いて、次に説明する。
Based on the above operation, the VCSEL array A
In the case where the number of VCSEL elements 1 is further increased, the number of tracks that can be simultaneously recorded and reproduced can be increased. An embodiment in which the number of tracks is increased as described above will be described next.

【0026】図7には、N行M列のVCSELアレイA
が示されているこのVCSELアレイAは、図8に示す
ように中心Oを回転中心として回転される光ディスク等
の記録媒体15の回転方向の接線Kに対してその行Lが
所定の微小角度(だけ傾けられるように記録媒体15に
対向して配置される。このような配置では、N行M列の
VCSELアレイAによって記録媒体15上にMxN本
のレーザが照射され、その面上にMxN個のビームスポ
ットが形成される。従って、同時にMxN箇所が同時に
検索され、VCSELアレイAによってMxN箇所に情
報が書き込まれ、また、MxN箇所から情報が読み出さ
れる。
FIG. 7 shows a VCSEL array A having N rows and M columns.
In this VCSEL array A, as shown in FIG. 8, a row L of the VCSEL array A has a predetermined minute angle (with respect to a tangent K in a rotation direction of a recording medium 15 such as an optical disk rotated about a center O as a rotation center. In this arrangement, the VCSEL array A of N rows and M columns irradiates the recording medium 15 with MxN lasers, and the surface thereof has MxN lasers. Therefore, the MxN locations are simultaneously searched, and information is written into the MxN locations by the VCSEL array A, and the information is read from the MxN locations.

【0027】図9には、図1に示された記録用のVCS
ELアレイAヘッドで記録された情報を再生する再生シ
ステムが示されている。この再生システムでは、VCS
EL素子1のレーザ発振の有無を監視し、その有無を二
値情報に対応させることで記録媒体15に記録されてい
る情報を読み取っている。具体的には、記録媒体15に
記録された情報ビットの有無に応じて、例えば、情報ビ
ットが存在するときには、情報ビットを高い反射率を有
する結晶状態としておけば、この情報ビットに反射した
光がVCSEL素子1のエッチングで得られる10[n
m]平方または直径10[nm]のレーザ光通過先端部
を通してVCSELアレイAの中に入射し、VCSEL
素子1を励起させてレーザ発振を生じさせる。反対に、
情報ビットが存在しないときは、情報ビットを低い反射
率を有するアモルファス状態としておけば、この情報ビ
ットが存在しない領域でレーザ光の反射が抑制され、情
報ビットで反射した光がVCSEL素子1のレーザ光通
過先端部に戻され、VCSEL素子1内に入射されても
このVCSEL素子1をレーザ発振ならしめることとは
ならない。従って、レーザ発振の有無を監視し、これら
を二値情報に対応させることができ、記録用のVCSE
LアレイAヘッドで記録された情報を読み取ることがで
きる。
FIG. 9 shows the recording VCS shown in FIG.
A reproduction system for reproducing information recorded by an EL array A head is shown. In this playback system, VCS
The information recorded on the recording medium 15 is read by monitoring the presence or absence of laser oscillation of the EL element 1 and making the presence or absence correspond to binary information. Specifically, depending on the presence or absence of the information bits recorded on the recording medium 15, for example, when the information bits are present, if the information bits are set to a crystalline state having a high reflectance, the light reflected on the information bits Is 10 [n] obtained by etching the VCSEL element 1.
m] square or a diameter of 10 [nm], and enters the VCSEL array A through a laser beam passing tip, and
Excitation of the element 1 causes laser oscillation. Conversely,
When the information bit does not exist, the reflection of the laser light is suppressed in a region where the information bit does not exist by setting the information bit in an amorphous state having a low reflectance, and the light reflected by the information bit is emitted from the laser of the VCSEL element 1. Even if the VCSEL element 1 is returned to the light passing front end and enters the VCSEL element 1, it does not cause the VCSEL element 1 to perform laser oscillation. Therefore, the presence or absence of laser oscillation can be monitored, and these can be made to correspond to binary information.
Information recorded by the L array A head can be read.

【0028】尚、VCSEL素子1を構成する結晶の結
晶面を生かしたエッチング処理によりピラミッド状に形
成されるエッチング面は、VCSEL素子1より発射さ
れるレーザ光を完全に反射させるので、特に光の透過を
防ぐための金属薄膜等をVCSEL素子1のレーザ光通
過先端部以外のVCSEL素子1のエッチング面に設け
る必要はない。ここで、VCSEL素子1のレーザ光通
過先端部は、直径10[nm]とし、結晶面のエッチン
グ処理の微調整により残すものとする。
The etching surface formed in a pyramid shape by the etching process utilizing the crystal plane of the crystal constituting the VCSEL element 1 completely reflects the laser light emitted from the VCSEL element 1, and particularly, It is not necessary to provide a metal thin film or the like for preventing transmission on the etched surface of the VCSEL element 1 other than the laser light passing end of the VCSEL element 1. Here, the laser beam passage tip of the VCSEL element 1 has a diameter of 10 [nm], and is left by fine adjustment of the crystal surface etching process.

【0029】再生時には、各VCSEL素子1には、常
時注入電流を流してVCSEL素子1を発振状態に維持
している。この場合、レーザ光通過先端部4の上方に、
光記録媒体15等の記録層に記録された低反射率情報ビ
ットが位置しても、反射光によってVCSEL素子1が
励起されない程度に注入電流が調整される。このよう注
入電流を調整することによって、前述のメカニズムで光
記録媒体に記録された情報ビットを読み取ることが可能
となる。なお、ここでは説明のため記録用光メモリヘッ
ドと再生用光メモリヘッドを個別に記載したが、記録と
再生とを光メモリヘッドに共有させることも可能であ
る。
During reproduction, an injection current is constantly applied to each VCSEL element 1 to maintain the VCSEL element 1 in an oscillation state. In this case, above the laser beam passing tip 4,
Even if a low reflectance information bit recorded on a recording layer such as the optical recording medium 15 is positioned, the injection current is adjusted to such an extent that the VCSEL element 1 is not excited by the reflected light. By adjusting the injection current in this way, it becomes possible to read information bits recorded on the optical recording medium by the mechanism described above. Although the recording optical memory head and the reproduction optical memory head are separately described here for the sake of explanation, it is also possible to share recording and reproduction with the optical memory head.

【0030】従来の発光ダイオード等を用いた光メモリ
ディスク記録再生装置において、従来のヘッド部を本発
明の記録再生用光メモリヘッドに代え、従来技術の空気
流浮上式ヘッドあるいは従来技術の電磁力・バネによる
浮上式ヘッドを従来技術のコンタクトヘッド方式として
採用すれば、本発明の実施形態として、理想的な光メモ
リディスク記録再生装置を構成することができる。ここ
で、コンタクトヘッド方式とは、記録再生用光メモリヘ
ッドを、潤滑剤を介して光記録媒体等に接触させてなる
記録再生方式であり、その実施の形態の概念図が図9に
示されている。光記録媒体15等は、その光ディスク基
板19上に記録面を上にして水平に置かれる。その記録
面なる光ディスク基板19の表面には、厚さ5〜10
[nm]程度の光記録媒体層15が設けられ、この上に
Si34 やSiO2 等で形成された記録媒体保護膜1
0の表面には、厚さ1[nm]程度のパーフロロポリエ
ーテル等の潤滑剤による薄膜14が形成されている。光
メモリヘッド部Aは、レーザ出力部が下方に向くように
配置されている。光メモリヘッド部Aは、底面に設けら
れた、直径100[μm]の、2個所の円形リーディン
グパッド22及び1個所の円形トレーリングパッド23
の計3点のみによって、潤滑剤14を介して光記録媒体
15上で支持され、上方からは市販のものに穴空け加工
を施したサスペンションジンバルによって軽く押さえら
れている。このようにすると、円形トレーリングパッド
13及び円形リーディングパッド12の周囲に、潤滑剤
14の表面張力によって、所謂メニスカスが形成され
る。このメニスカスの張力によって、光記録媒体15等
が回転する際の跳躍量が低減され、光記録再生が安定的
に実行される。
In a conventional optical memory disk recording / reproducing apparatus using a light emitting diode or the like, the conventional head portion is replaced with the recording / reproducing optical memory head of the present invention, and a conventional air flow floating head or a conventional electromagnetic force / spring is used. If the floating head according to the above is adopted as the contact head system of the prior art, an ideal optical memory disk recording / reproducing apparatus can be constituted as an embodiment of the present invention. Here, the contact head method is a recording / reproducing method in which a recording / reproducing optical memory head is brought into contact with an optical recording medium or the like via a lubricant, and a conceptual diagram of the embodiment is shown in FIG. I have. The optical recording medium 15 and the like are placed horizontally on the optical disk substrate 19 with the recording surface facing upward. The surface of the optical disk substrate 19 serving as the recording surface has a thickness of 5 to 10 mm.
An optical recording medium layer 15 of about [nm] is provided, on which a recording medium protective film 1 made of Si 3 N 4 , SiO 2 or the like is formed.
On the surface of No. 0, a thin film 14 of a lubricant such as perfluoropolyether having a thickness of about 1 [nm] is formed. The optical memory head section A is arranged so that the laser output section faces downward. The optical memory head part A includes two circular reading pads 22 and one circular trailing pad 23 having a diameter of 100 [μm] provided on the bottom surface.
Are supported on the optical recording medium 15 via the lubricant 14 by only a total of three points, and are lightly pressed from above by a suspension gimbal obtained by perforating a commercially available one. In this way, a so-called meniscus is formed around the circular trailing pad 13 and the circular leading pad 12 by the surface tension of the lubricant 14. Due to the tension of the meniscus, the amount of jump when the optical recording medium 15 or the like rotates is reduced, and the optical recording / reproduction is stably performed.

【0031】更に、図10に示すように光メモリヘッド
A中に、λ/4膜25、及びファラデーローテータ膜2
6を形成することによって理想的な光磁気メモリヘッド
を提供することができる。再生記録方式は従来技術と同
じであるが、図10に示すようにVCSEL素子1にお
いて、n−AlGaAs/GaAs多層反射ミラーとレ
ーザ活性層とでなる基板部2の間に、ECRスパッター
によってコートされた、配向性を有する所謂λ/4膜1
5、及びファラデーローテータ膜16を形成する。この
VCSEL素子1でTE波が生成されたとすると、この
TE波がλ/4膜を光磁気記録媒体15にて反射し、λ
/4膜に入射してレーザ活性層に戻ったときに光波の電
界成分はTE波と90°振動方向が異なるTM波とな
る。光磁気記録媒体15に磁化方向の向きの違いによる
情報ビットが記録されていれば、光ディスク媒体15で
反射されたVCSELアレイA内で発生しているTE、
TM波間に位相差が現れる。ここで、この多層反射ミラ
ーとGaAs基板の間には、ショットキーダイオードが
挿入されており、光磁気膜の磁化方向に応じて二つの光
波のための周波数に相当する高周波が生成される。従来
技術と同様、この高周波を検出することにより情報の記
録再生が可能となる。尚、本光磁気メモリヘッドを構成
する場合には記録用に磁性体を必要とするので、記録用
及び再生用VCSELアレイAの側周囲を、光磁気光学
記録に必要な磁石又は磁性体で覆っていてファラデー光
学素子の磁界と光磁気光学記録用磁界とを兼用するもの
とする。
Further, as shown in FIG. 10, the λ / 4 film 25 and the Faraday rotator film 2 are provided in the optical memory head A.
By forming 6, an ideal magneto-optical memory head can be provided. The read / write method is the same as that of the prior art. However, as shown in FIG. 10, a VCSEL element 1 is coated by ECR sputtering between a substrate portion 2 comprising an n-AlGaAs / GaAs multilayer reflection mirror and a laser active layer. So-called λ / 4 film 1 having orientation
5, and a Faraday rotator film 16 is formed. Assuming that a TE wave is generated by the VCSEL element 1, the TE wave reflects off the λ / 4 film on the magneto-optical recording medium 15, and
When the light wave enters the 4 film and returns to the laser active layer, the electric field component of the light wave becomes a TM wave having a 90 ° oscillation direction different from that of the TE wave. If information bits due to the difference in the direction of magnetization are recorded on the magneto-optical recording medium 15, TE generated in the VCSEL array A reflected by the optical disk medium 15,
A phase difference appears between the TM waves. Here, a Schottky diode is inserted between the multilayer reflection mirror and the GaAs substrate, and a high frequency corresponding to a frequency for two light waves is generated according to the magnetization direction of the magneto-optical film. As in the prior art, information can be recorded and reproduced by detecting this high frequency. When the present magneto-optical memory head is configured, a magnetic material is required for recording. Therefore, the periphery of the recording and reproducing VCSEL array A is covered with a magnet or a magnetic material necessary for magneto-optical recording. The magnetic field of the Faraday optical element and the magnetic field for magneto-optical recording are also used.

【0032】次に、本実施形態の光メモリヘッドにおけ
る故障素子補償アレイを設けたことを特徴とする光メモ
リヘッドの作用的概念図を図11を参照して説明する。
VCSELアレイAにおいていくつかのVCSEL素子
1が故障した場合、新しいVCSELアレイAに交換せ
ずに、故障した素子を他のVCSEL素子1で代替えす
る。即ち、VCSELアレイAと同一のVCSELアレ
イAを予備的にもう一つ設けておく。具体的には、第1
のVCSELアレイAと、それと同一な予備のものを第
2のVCSELアレイAを有し、第1のVCSELアレ
イAにおける故障素子が第1行10列目にある場合を
(1、10)と表わすことにすれば、第2のVCSEL
アレイAにおいてそれと対応する補償素子は第1行10
列目、即ち(1、10)と表わせる。第1のVCSE
LアレイAの(1、10)のレーザ光が光記録媒体1
5上に描く軌跡は、第2のVCSELアレイAの
(1、10)のレーザ光の軌跡と同一であるから、図示
されていない信号制御部等によって、第1のVCSEL
アレイAの(1、10)の故障を検出すると同時に正
常な第2のVCSELアレイAの(1、10)のVC
SEL素子1を補償用に供することができる。
Next, referring to FIG. 11, a functional conceptual diagram of the optical memory head according to the present embodiment, in which a faulty element compensation array is provided, will be described.
When some VCSEL elements 1 fail in the VCSEL array A, the failed element is replaced with another VCSEL element 1 without replacing with a new VCSEL array A. That is, another VCSEL array A identical to the VCSEL array A is provided in advance. Specifically, the first
Of the first VCSEL array A and a spare element identical to the VCSEL array A, and the first VCSEL array A has a faulty element in the first row and the tenth column as (1, 10). In other words, the second VCSEL
The corresponding compensating element in array A is the first row 10
The column, ie, (1, 10). First VCSE
The laser light of (1, 10) of the L array A is
Since the trajectory drawn on 5 is the same as the trajectory of the (1, 10) laser beam of the second VCSEL array A, the first VCSEL is operated by a signal controller (not shown) or the like.
The VC of (1, 10) of the normal second VCSEL array A is detected at the same time when the failure of (1, 10) of array A is detected.
The SEL element 1 can be used for compensation.

【0033】本実施形態の光メモリヘッドに供するVC
SELアレイAの具体例についてより詳細に説明すれば
下記構造となる。図1及び図2に示したようにVCSE
LアレイAは、複数のVCSEL素子1と個別電極と共
通電極からなり、このVCSEL素子1は、基板部2と
レーザ光送出部3とで構成されている。このVCSEL
素子1は、レーザ光送出部3の直径を1[μm]、各V
CSEL素子の間隔は、2[μm]とする格子状の正方
形をなすことが理想的である。ここでは、最適な構成と
して、行L方向に100個の、列C方向にも100個の
格子状の正方形列となるようにVCSEL素子1を配列
する。各VCSEL素子1に対応するカンチレバー5の
先端4には、一辺10[nm]程度の正方形の超微細レ
ーザ送出孔4を設けている。超微細レーザ送出孔4は、
Si34 固体結晶等をエッチングして複数の超微細レ
ーザ送出孔4を形成し、レーザ光送出部の中心上に位置
するように接近させた後、ゆるやかに押し当てること
で、正確に超微細レーザ送出孔4を設けることができ
る。超微細レーザ送出孔4は、VCSEL素子1が生成
するエバネッセント光波を光ビームとして外部に発射す
るための出力窓として機能するものである。なお、レー
ザ光送出部2は、高さの僅かな円柱をなしているが、こ
の他にも正方形、直方形等の如何なる立体的な形態を取
りうるものとする。
VC provided to the optical memory head of the present embodiment
The structure of the SEL array A will be described below in more detail. VCSE as shown in FIG. 1 and FIG.
The L array A includes a plurality of VCSEL elements 1, individual electrodes, and a common electrode. The VCSEL element 1 includes a substrate unit 2 and a laser beam transmitting unit 3. This VCSEL
The element 1 has a laser beam transmitting unit 3 having a diameter of 1 [μm] and each V
Ideally, the interval between the CSEL elements is a grid-like square of 2 [μm]. Here, as an optimal configuration, the VCSEL elements 1 are arranged so as to form 100 grid square columns in the row L direction and 100 grids in the column C direction. The tip 4 of the cantilever 5 corresponding to each VCSEL element 1 is provided with a square ultrafine laser transmitting hole 4 with a side of about 10 [nm]. The ultrafine laser delivery hole 4 is
A plurality of ultra-fine laser transmission holes 4 are formed by etching a Si 3 N 4 solid crystal and the like, and are brought close to the center of the laser light transmission section, and then gently pressed to precisely form a super-laser. A fine laser delivery hole 4 can be provided. The ultrafine laser transmitting hole 4 functions as an output window for emitting an evanescent light wave generated by the VCSEL element 1 to the outside as a light beam. Although the laser beam transmitting section 2 is formed as a column having a small height, the laser beam transmitting section 2 can take any three-dimensional form such as a square, a rectangular shape, or the like.

【0034】100行100列のVCSELアレイA
は、光記録媒体15に情報を記録する為に図8に示すよ
うに配置され図9に示すようなシステム中に組み込まれ
る。説明の簡単のために、VCSELアレイAは、前述
のように超微細レーザ送出孔4を上にして水平の状態に
され、その微小距離上方に光記録媒体15が記録層が平
行かつ対向するように配置されているものとする。10
0行100列のVCSELアレイAが垂直方向に発射す
る合計10000本のレーザ光は、光記録媒体15の記
録層に幅約200[μm]に亘って合計10000個の
ビームスポットを形成する。尚、ビームスポットが当た
った点は、通常の光記録媒体15における記録方法と同
様に、その記録層の材料によって、くぼみ又は反射率の
変化あるいは変色としての物理的変化が生ずるので、こ
れを2値信号に対応させる周知方法にて情報を記録す
る。
VCSEL array A having 100 rows and 100 columns
Is arranged as shown in FIG. 8 for recording information on the optical recording medium 15, and is incorporated in a system as shown in FIG. For the sake of simplicity, the VCSEL array A is set to be horizontal with the ultrafine laser transmitting hole 4 as described above, and the optical recording medium 15 is positioned above the minute distance so that the recording layers are parallel and opposed. It is assumed that it is arranged in. 10
A total of 10,000 laser beams emitted from the VCSEL array A in the 0th row and 100 columns in the vertical direction form a total of 10,000 beam spots over a width of about 200 [μm] on the recording layer of the optical recording medium 15. Note that, as in the case of the ordinary recording method for the optical recording medium 15, the point at which the beam spot hits causes a depression or a change in reflectance or a physical change as discoloration depending on the material of the recording layer. Information is recorded by a known method corresponding to the value signal.

【0035】ここで、図8に示したように、VCSEL
アレイAが光記録媒体の回転の接線方向(タンジェンシ
ャル方向)に対して微小角度傾けて設置されれば、光記
録媒体15の記録層上に、間隔が約20[nm]幅の、
重ならない連続した10000個のビームスポットによ
る10000本の軌跡を描くことが可能になる。具体的
には、幅200[μm]をなす10000本のビームス
ポットを形成する100行100列のVCSELアレイ
Aを、光記録媒体の回転の接線方向(タンジェンシャル
方向)に対して、θ=arctan(2/199)=
0.57582度だけ傾けて設置する。すると、光記録
媒体の記録層上に、各ビームスポットの間隔が約20
[nm]幅である、重ならない連続した10000本の
軌跡を描くことができる。この状態で各VCSEL素子
1の入出力信号を個別に高速パルス変調すれば、一度に
10000トラック分、即ち10000[bit]の情
報を同時に記録再生することができる。従って、光記録
媒体の記録層上に照射された幅200[μm]をなす1
0000本のレーザビームは、ディスク接線速度が10
[mm/sec]の場合で、1トラックで1[Mbit
/s]、即ち、10000トラックであるから10[G
bit/s]のデータ転送速度を実現することができ
る。結果として直径120[mm]の光記録媒体におい
ては合計で約1[TByte]の情報を記録することが
できる。
Here, as shown in FIG.
If the array A is installed at a small angle with respect to the tangential direction (tangential direction) of rotation of the optical recording medium, the recording layer of the optical recording medium 15 may have an interval of about 20 [nm] width.
It becomes possible to draw 10,000 trajectories by continuous 10,000 beam spots that do not overlap. More specifically, a VCSEL array A of 100 rows and 100 columns forming 10,000 beam spots having a width of 200 [μm] is arranged such that θ = arctan with respect to a tangential direction (tangential direction) of rotation of the optical recording medium. (2/199) =
Install at an angle of 0.57582 degrees. Then, on the recording layer of the optical recording medium, the distance between the beam spots is about 20.
It is possible to draw 10,000 non-overlapping continuous loci having a width of [nm]. If the input / output signals of each VCSEL element 1 are individually subjected to high-speed pulse modulation in this state, information for 10,000 tracks, that is, 10,000 [bits] can be simultaneously recorded and reproduced. Therefore, the light having a width of 200 [μm] irradiated on the recording layer of the optical recording medium is 1
The 0000 laser beams have a disk tangential velocity of 10
[Mm / sec], 1 [Mbit] per track
/ S], that is, 10 [G
bit / s]. As a result, about 1 [TByte] of information can be recorded in total on an optical recording medium having a diameter of 120 [mm].

【0036】ここで、VCSELアレイAを傾ける際の
微小角度の求め方について説明する。VCSELアレイ
Aにおいて、図7に示したように光記録媒体の半径方向
(列方向)に並んだVCSEL素子1数をN、光記録媒
体の回転の接線方向(行方向)に並んだVCSEL素子
1数をMとして、VSELアレイAのレーザ光送出部3
の直径をD、列方向における隣接するレーザ光送出部
3,3の間隔をE、行方向における隣接するレーザ光送
出部3,3の間隔をFとすれば、VCSELアレイAの
行方向の外端間の長さは、MD+(M−1)Fと、列方
向の外端間の長さはND+(N−1)Eと表わされる。
また、列方向の隣接するレーザ光送出部3,3の一つの
内間隔は、E+Dとなる。これより、VCSELアレイ
Aの放射するM×N本のレーザ光全てが連続して重なる
ことなく軌跡を描くことができるときの、光記録媒体の
回転の接線となす角度θは、θ=arctan{(D+
E)/[MD+M−1)F]}の関係を満たす。ただし
θは、VCSELアレイAの行方向と、光記録媒体の回
転の接線方向とがなす角とする。
Here, a method of obtaining a small angle when the VCSEL array A is inclined will be described. In the VCSEL array A, as shown in FIG. 7, N represents the number of VCSEL elements 1 arranged in the radial direction (column direction) of the optical recording medium, and VCSEL elements 1 arranged in the tangential direction (row direction) of rotation of the optical recording medium. Assuming that the number is M, the laser beam transmitting unit 3 of the VSEL array A
Is D, the distance between adjacent laser light transmitting units 3 and 3 in the column direction is E, and the distance between adjacent laser light transmitting units 3 and 3 in the row direction is F. The length between the ends is expressed as MD + (M-1) F, and the length between the outer ends in the column direction is expressed as ND + (N-1) E.
Further, the internal interval of one of the adjacent laser beam transmitting units 3 and 3 in the column direction is E + D. Accordingly, when all the M × N laser beams emitted from the VCSEL array A can draw a trajectory without continuously overlapping, the angle θ that forms a tangent to the rotation of the optical recording medium is θ = arctan { (D +
E) / [MD + M-1) F]} Here, θ is the angle between the row direction of the VCSEL array A and the tangential direction of the rotation of the optical recording medium.

【0037】上述の実施形態によれば、超微細レーザ送
出孔4を有する垂直共振器表面発光半導体レーザ素子
1,1,…を格子状に配列してなる垂直共振器表面発光
半導体レーザアレイAとしてなる記録再生用光メモリヘ
ッドとしたことで、光学素子における理論的限界値以下
のサイズのビームスポットを複数形成することができる
ようになり、従来の光メモリヘッドを使用したときに比
べて飛躍的大容量の光記録媒体又は光磁気記録媒体に記
録再生できる。
According to the above-described embodiment, a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A in which the vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements 1, 1,... By using an optical memory head for recording and reproduction, it becomes possible to form a plurality of beam spots having a size equal to or less than the theoretical limit value in the optical element, and a remarkably large capacity as compared with a conventional optical memory head. Recording and reproduction on an optical recording medium or a magneto-optical recording medium.

【0038】また、垂直共振器表面発光半導体レーザア
レイAは光記録媒体の回転の接線方向に対して所定の微
小角度傾いてなる記録再生用光メモリヘッドとしたこと
で、複数のレーザ光送出部の超微細レーザ送出孔4から
のレーザ光が、光記録媒体又は光磁気記録媒体の記録層
上に多くの記録再生トラックを極めて簡単に形成するこ
とができる。
The vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A is a recording / reproducing optical memory head which is inclined at a predetermined minute angle with respect to the tangential direction of rotation of the optical recording medium. The laser beam from the ultrafine laser delivery hole 4 can easily form many recording / reproducing tracks on the recording layer of the optical recording medium or the magneto-optical recording medium.

【0039】更に、同一行に垂直共振器表面発光半導体
レーザ素子1から発射されるレーザ光のなす複数のビー
ムスポットは、同列かつ隣り合う行に配置された二つの
垂直共振器表面発光半導体レーザ素子1,1の間に配置
されてなる記録再生用光メモリヘッドとしたことで、極
めて多くの記録再生トラックであっても、交差したり、
重なることなく、光記録媒体又は光磁気記録媒体の記録
層上に、確実に形成することができ、且つ最小単位面積
内にての多数のビームスポット構成にすることができ
る。
Further, a plurality of beam spots formed by the laser light emitted from the vertical cavity surface emitting semiconductor laser device 1 in the same row are formed by two vertical cavity surface emitting semiconductor laser devices arranged in the same row and adjacent rows. Since the recording / reproducing optical memory head is disposed between the recording and reproducing tracks 1, 1 and 1, even if the number of recording and reproducing tracks is extremely large,
Without overlapping, it can be reliably formed on the recording layer of the optical recording medium or the magneto-optical recording medium, and can be configured with a large number of beam spots within the minimum unit area.

【0040】また、更に、垂直共振器表面発光半導体レ
ーザアレイAに並列して、別個に、故障した素子を補償
するための垂直共振器表面発光半導体レーザアレイAを
設けてなり、相互間において、同行同列の超微細レーザ
送出孔が同一トラック上に存在するようにしてなる記録
再生用光メモリヘッドとしたことで、補償光メモリヘッ
ドが確保できると共に、従来の光メモリヘッドを使用し
たときに比べて、飛躍的大容量の情報を光記録媒体又は
光磁気記録媒体に、極めて高い確実性及び信頼性におい
て記録再生できる。
Further, a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A for compensating for a failed element is separately provided in parallel with the vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A. The recording / reproducing optical memory head in which the ultra-fine laser emission holes in the same row and the same row are present on the same track can secure a compensating optical memory head and make a leap as compared with the conventional optical memory head. A large amount of information can be recorded and reproduced on an optical recording medium or a magneto-optical recording medium with extremely high reliability and reliability.

【0041】尚、図2では、レーザ光送出部3が略四角
錐状(ピラミッド状)の全反射プリズムとして示された
が、略円錐状の全反射プリズムである場合には図12に
示されるように形成される。
In FIG. 2, the laser beam transmitting section 3 is shown as a substantially quadrangular pyramid (pyramid) total reflection prism. However, when the laser light transmission section 3 is a substantially conical total reflection prism, it is shown in FIG. It is formed as follows.

【0042】また、半導体レーザアレイでは、端面発光
半導体レーザが垂直共振器表面発光半導体レーザの代り
用いられても良い。この場合、反射防止膜が半導体レー
ザを構成する半導体レーザ活性物質のレーザ共振器の端
面屈折率と空気との境界面における反射率が限りなくゼ
ロに近くなるように端面発光体レーザの2つの端面の一
方および錐状の全反射プリズムとなるレーザ光送出部3
の先端4に対面する面をそれぞれ覆って形成され、高反
射率ミラーがレーザ光送出部3の非出力面および端面発
光レーザの他端面をそれぞれ覆って形成され、これによ
りレーザ共振器をこれら高反射率ミラー間に得るように
する。
In the semiconductor laser array, an edge emitting semiconductor laser may be used instead of the vertical cavity surface emitting semiconductor laser. In this case, the two end faces of the edge emitting laser are such that the antireflection film has a semiconductor laser active material constituting the semiconductor laser and the end face refractive index of the laser resonator and the reflectivity at the interface between the air and the interface are infinitely close to zero. Laser beam transmitting section 3 which becomes one of the above and a cone-shaped total reflection prism
And a high-reflectance mirror is formed so as to cover the non-output surface of the laser beam transmitting unit 3 and the other end surface of the edge-emitting laser, respectively. It is obtained between the reflectance mirrors.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザビ
ームを高効率で出力でき、かつより高い精度で大量に製
造できる構造の光メモリヘッドを得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an optical memory head having a structure that can output a laser beam with high efficiency and that can be mass-produced with higher accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明を原理的に説明するための光メモリヘ
ッドの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an optical memory head for explaining the present invention in principle.

【図2】図1に示された光メモリヘッドの一部を示す斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the optical memory head shown in FIG.

【図3】図1に示された光メモリヘッドの内部構造を示
す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an internal structure of the optical memory head shown in FIG.

【図4】(a)から(c)は、図1に示された光メモリ
ヘッドのレーザ光送出部の製造方法を説明するための図
である。
FIGS. 4A to 4C are views for explaining a method of manufacturing the laser beam transmitting section of the optical memory head shown in FIG. 1;

【図5】(d)から(f)は、図1に示された光メモリ
ヘッドのレーザ光送出部の製造方法を説明するための図
である。
5 (d) to 5 (f) are views for explaining a method of manufacturing the laser beam transmitting section of the optical memory head shown in FIG.

【図6】図1に示された光メモリヘッドと光記録媒体と
の配置関係を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an arrangement relationship between the optical memory head shown in FIG. 1 and an optical recording medium.

【図7】図1に示された光メモリヘッドの実際例を示す
平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a practical example of the optical memory head shown in FIG. 1;

【図8】図1に示された光メモリヘッドと光記録媒体と
の平面的配置関係を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a planar arrangement relationship between the optical memory head and the optical recording medium shown in FIG.

【図9】図1に示された光メモリヘッドが組み込まれた
コンタクトヘッド方式を採用したシステムの概要を示す
断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing an outline of a system adopting a contact head system in which the optical memory head shown in FIG. 1 is incorporated.

【図10】図1に示された光メモリヘッドの変形例を示
す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a modification of the optical memory head shown in FIG.

【図11】図1に示された光メモリヘッドを一組用意し
た欠陥に対する補償が可能なシステムの概要を説明する
ための平面図。
FIG. 11 is a plan view for explaining an outline of a system capable of compensating for a defect in which a set of the optical memory head shown in FIG. 1 is prepared.

【図12】レーザ光送出部が円錐状の全反射プリズムで
構成される光メモリヘッドの一部を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a part of an optical memory head in which a laser beam transmitting section is constituted by a conical total reflection prism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…垂直共振器表面発光半導体レーザアレイ 1…垂直共振器表面発光半導体レーザ素子 2…基板部 3…レーザ光送出部 4…超微細レーザ送出先端部。 A: vertical cavity surface emitting semiconductor laser array 1: vertical cavity surface emitting semiconductor laser element 2: substrate unit 3: laser beam sending unit 4: ultra-fine laser sending tip

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 略マトリックス状に配置された多数の垂
直共振器表面発光半導体レーザ素子が組み込まれ、その
レーザ素子の光源点からマルチモードレーザ波が発生さ
れるレーザ素子基板構造と、 前記各光源点に対応して設けられ、先端がエバネッセン
ト波を出力する出力窓となり、内面がマルチモードレー
ザ波を反射する錐状の構造を有するレーザ光送出部が前
記レーザ素子基板構造上に多数マトリックス状に配置さ
れ、前記多数のエバネッセント波が記録媒体に向けられ
るレーザ光送出構造体と、 レーザ共振器と、 から構成される垂直共振器表面発光半導体レーザアレイ
を含むことを特徴とする光メモリヘッド。
1. A laser device substrate structure in which a number of vertical cavity surface emitting semiconductor laser devices arranged in a substantially matrix shape are incorporated, and a multimode laser wave is generated from a light source point of the laser device. Provided corresponding to the point, the tip is an output window for outputting an evanescent wave, the inner surface has a laser beam sending portion having a cone-shaped structure that reflects a multi-mode laser wave, a large number of matrix on the laser element substrate structure. An optical memory head, comprising: a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array, which is arranged and comprises: a laser beam transmitting structure for directing the plurality of evanescent waves toward a recording medium; and a laser resonator.
【請求項2】 前記垂直共振器表面発光半導体レーザア
レイはその出力窓の特定配列方向が光記録媒体の回転の
接線方向に対して所定の微小角度傾くように前記レーザ
光送出部を配置して構成されることを特徴とする請求項
1に記載の光メモリヘッド。
2. The vertical cavity surface emitting semiconductor laser array, wherein the laser beam transmitting section is arranged so that a specific arrangement direction of output windows thereof is inclined at a predetermined minute angle with respect to a tangential direction of rotation of the optical recording medium. The optical memory head according to claim 1, wherein the optical memory head is configured.
【請求項3】 同一行に配置された垂直共振器表面発光
半導体レーザ素子から発せられるレーザ光が形成する複
数のビームスポットは、同列かつ隣り合う行に配置され
た2つの垂直共振器表面発光半導体レーザ素子からから
発せられるレーザ光が形成するビームスポット間に配列
されることを特徴とする請求項1に記載の光メモリヘッ
ド。
3. A plurality of beam spots formed by laser light emitted from a vertical cavity surface emitting semiconductor laser device arranged on the same row are two vertical cavity surface emitting semiconductors arranged on the same row and adjacent rows. 2. The optical memory head according to claim 1, wherein the optical memory head is arranged between beam spots formed by laser light emitted from the laser element.
【請求項4】 前記垂直共振器表面発光半導体レーザア
レイに並列して他の半導体レーザアレイが設けられ、そ
の半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子に欠陥があ
る際にその半導体レーザ素子に代えて他の半導体レーザ
アレイ内の対応する半導体レーザ素子が補完的に作動さ
れて欠陥半導体レーザ素子からのレーザ光が検索すべき
トラックが前記対応する半導体レーザ素子からのレーザ
光で検索されることを特徴とする請求項1に記載の光メ
モリヘッド。
4. A semiconductor laser array is provided in parallel with the vertical cavity surface emitting semiconductor laser array. When a semiconductor laser element in the semiconductor laser array has a defect, the semiconductor laser element is replaced with another semiconductor laser element. The corresponding semiconductor laser element in the semiconductor laser array is operated complementarily, and a track to be searched for the laser light from the defective semiconductor laser element is searched by the laser light from the corresponding semiconductor laser element. The optical memory head according to claim 1.
【請求項5】 略マトリックス状に配置された多数の端
面発光半導体レーザ素子が組み込まれ、そのレーザ素子
の光源点からマルチモードレーザ波が発生されるレーザ
素子基板構造と、 前記各光源点に対応して設けられ、先端がエバネッセン
ト波を出力する出力窓となり内面がマルチモードレーザ
波を反射する錐状の構造を有するレーザ光送出部が前記
レーザ素子基板構造上に多数マトリックス状に配置さ
れ、前記多数のエバネッセント波が記録媒体に向けられ
るレーザ光送出構造体と、 レーザ共振器と、 から構成される端面発光半導体レーザアレイを含むこと
を特徴とする光メモリヘッド。
5. A laser device substrate structure in which a large number of edge emitting semiconductor laser devices arranged substantially in a matrix are incorporated, and a multi-mode laser wave is generated from a light source point of the laser device. Provided, the tip is an output window for outputting an evanescent wave, the inner surface is a large number of laser light transmitting portions having a cone-shaped structure that reflects a multi-mode laser wave are arranged in a matrix on the laser element substrate structure, An optical memory head comprising: an edge emitting semiconductor laser array comprising: a laser beam transmitting structure for directing a large number of evanescent waves to a recording medium; and a laser resonator.
【請求項6】 ギャップが前記端面発光半導体レーザ素
子の一端面および錐状のレーザ光送出部の先端との間に
設けられ、反射防止膜が半導体レーザ素子を構成する半
導体レーザ活性物質のレーザ共振器の端面屈折率と空気
との境界面における反射率が限りなくゼロに近くなるよ
うに前記端面発光半導体レーザ素子の一端面および錐状
のレーザ光送出部の先端に対面する面をそれぞれ覆って
形成され、高反射率ミラーが前記レーザ光送出部の非出
力面および前記端面発光レーザ素子の他端面をそれぞれ
覆って形成され、前記レーザ共振器がこれら高反射率ミ
ラー間に得られることを特徴とする請求項5に記載の光
メモリヘッド。
6. A gap is provided between one end face of the edge emitting semiconductor laser device and a tip of a cone-shaped laser beam transmitting portion, and an antireflection film is formed on a semiconductor laser device. Covering one end face of the edge emitting semiconductor laser element and the face facing the tip of the cone-shaped laser light transmitting portion so that the refractive index at the boundary between the end face refractive index of the vessel and the air is as close to zero as possible. And a high-reflectance mirror is formed so as to cover the non-output surface of the laser beam transmitting section and the other end surface of the edge-emitting laser element, respectively, and the laser resonator is obtained between these high-reflectivity mirrors. The optical memory head according to claim 5, wherein
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