JP3731637B2 - 光磁気ディスク用メモリヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に光磁気ディスクに対して情報の記録および再生を行う光磁気ディスク用メモリヘッドに関し、特に半導体レーザ素子により超高密度で光磁気ディスクに記録された情報を再生するための光磁気ディスク用メモリヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、光磁気ディスクを記録媒体とする様々な方式のメモリヘッドが開発されている。典型的なメモリヘッドは、単一の半導体レーザ素子から発振されたレーザ光を例えばレンズにより収束し記録媒体にスポットビームとして照射するよう構成され、このレーザ光の照射による記録媒体の物理的な変化として情報を記録する。この構成では、開口数の大きなレンズを使用してもレーザ光の回折現象により波長の数分の１程度までしかビーム径を絞れない。このため、たとえ波長４１０ｎｍの紫色レーザ光を利用しても、直径１２０ｍｍの記録媒体の記録容量は１０〜３０ギガバイト程度に制約される。
【０００３】
最近では、近接場光学の応用により、潤滑保護膜で覆われた記録媒体に接触するコンタクト方式のメモリヘッドが記録媒体の記録密度を飛躍的に増大可能であるとして注目されている。このメモリヘッドは、垂直共振器表面発光（ＶＣＳＥＬ; Vertical Cavity Surface Emitting Laser）半導体レーザ素子を光源として用い、この半導体レーザ素子と一体的な錐状の全反射プリズムの内面でレーザ光を全反射させて閉じ込めることにより強い定在波の発生を促し、この全反射プリズムの先端からレーザ光のエバネッセント波を記録媒体に向けて照射する。この構成では、レーザ光のビーム径を波長の２０分の１から１００分の１程度に設定することができる。レーザ光の波長が例えば８３０ｎｍである場合には、適切な条件において直径４０ｎｍから１０ｎｍとなるエバネッセント波を記録媒体上で得ることができる。ここで直径１０ｎｍのビームスポットに対応するよう幅１０〜２０ｎｍの記録トラックを隙間なく並べたとすると、直径１２０ｍｍの記録媒体は１〜２テラバイトの記録容量を持つことができる。
【０００４】
ところで、上述したコンタクト方式のメモリヘッドは再生用コンポーネントを付加することで、物理的変化として記録媒体に記録された情報を再生するためにも利用可能である。光磁気ディスクの記録情報は、例えばＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子から光磁気ディスクにレーザ光を照射し、この光磁気ディスクで反射され全反射プリズムの先端に入射する反射光に基づくレーザ発振の変化を、ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子の非出力側ミラーの後ろに光の位相変化を考慮して配置されるフォトダイオードで検出することにより再生される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光磁気ディスクのような記録媒体では、非常に僅かな量の反射光に基づいて記録情報を再生しなくてはならず、必要な再生精度に対して十分な信号ノイズ比を得ることが難しい。
【０００６】
本発明の目的は、より高い精度で記録情報を再生することができる光磁気ディスク用メモリヘッドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光磁気ディスクの半径方向に並ぶ複数の記録トラックに対向するベース部材と、これら記録トラックに記録された情報を再生するためにベース部材に固定される磁気再生部とを備え、この磁気再生部は複数の記録トラックに情報として記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出する複数の磁気抵抗素子を略マトリクス状に配置した再生素子アレイを含み、この再生素子アレイはこれら磁気抵抗素子を互いに異なる記録トラックに割当てるために光磁気ディスクの半径方向に直角なタンジェンシャル方向に対して微小角度の傾きを持つ光磁気ディスク用メモリヘッドが提供される。
【０００８】
このメモリヘッドでは、記録情報に対応する光磁気ディスクの物理的変化を光磁気ディスクからの僅かな量の反射光から間接的に検出する代りに、磁気抵抗素子によりこの物理的変化である磁化方向の変化を電気抵抗の変化として直接的に検出する。加えて、磁気抵抗素子は高感度であるため、反射光を利用する場合よりも極めて高い信号ノイズ比で検出動作が可能である。従って、記録情報の再生精度を十分高めることができる。
【０００９】
さらに、再生素子アレイが複数の磁気抵抗素子を互いに異なる記録トラックに割当てるために光磁気ディスクの半径方向に直角なタンジェンシャル方向に対して微小角度の傾きを持つ。すなわち、多数の記録トラックが列方向に並ぶ磁気抵抗素子間に存在する場合でも、これら記録トラックを行方向の磁気抵抗素子でトレースすることができる。また、これら記録トラックについて一括してメモリヘッドのトラッキング制御を行うことが可能であるため、各記録トラック毎にトラッキングエラーが発生しない。従って、このようなトラッキングエラーによる再生精度の低下を伴わずに記録情報の再生速度を飛躍的に向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光磁気ディスク用メモリヘッドを図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は光磁気ディスク用メモリヘッドＨＤの断面構造を示し、図２は光磁気ディスク１０とメモリヘッドＨＤとの平面的な位置関係を示す。このメモリヘッドＨＤは図２に示すように中心軸Ｏを中心に一方向に回転する光磁気（ＭＯ）ディスク１０に対して情報の記録および再生を行うために用いられる。光磁気ディスク１０はディスク基板１１、同心円を描いて半径方向Ｒに並ぶ複数の記録トラック１０Ｔを得るためにこのディスク基板１１上に形成される光磁気記録媒体層１２、この光磁気記録媒体層１２上に形成される潤滑保護膜１３、および所定数（例えばＭ×Ｎ）本の記録トラック１０Ｔ毎にディスク基板１１に埋込まれこれら記録トラック１０Ｔに対して同心円を描くよう半径方向Ｒに並ぶトラッキング制御用磁性層１４で構成される。
【００１２】
尚、Ｍ×Ｎ本の記録トラック１０Ｔが光磁気記録媒体層１２においてスパイラル状に設定される場合には、トラッキング制御用磁性層１４も同様に光磁気記録媒体層１２においてこれら記録トラック１０Ｔに沿ってスパイラル状に設定される。
【００１３】
光磁気記録媒体層１２はＴｂＦｅＣｏ等で構成され、５〜１０ｎｍ程度の厚さに設定される。潤滑保護膜１３はＳｉ3 Ｎ4 膜，ＳｉＯ2膜，アモルファスカーボン膜等で構成され、パーフロロポリエーテル等の潤滑剤をこのような膜に塗布することにより得られる厚さ１ｎｍ程度の潤滑表面１５を有する。
【００１４】
メモリヘッドＨＤは光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに移動可能なように構成されると共に、複数の記録トラック１０Ｔに対向する支持ベースＢＳと、支持ベースＢＳの底面に固定される２個の円柱状リーディングパッドＬＰおよび１個の円柱状トレーリングパッドＴＰで構成される３点支持スペーサＳＰとをベース部材として備える。この支持ベースＢＳの上面はサスペンションＳＰの先端に一体的に設けられるジンバルＧＢに固定され、３点支持スペーサＳＰが光磁気ディスク１０の潤滑保護膜１３に接触した状態に維持されるようサスペンションＳＰの弾力性にを利用して軽く押さえられる。さらにパッドＬＰおよびＴＰの周囲には、メニスカスが潤滑保護膜１３の潤滑表面１５を構成する潤滑剤の表面張力により生じ、光磁気ディスク１０の回転に伴うメモリヘッドＨＤの飛躍量を低減する。
【００１５】
メモリヘッドＨＤはさらに複数の記録トラック１０Ｔに情報を記録するために支持ベースＢＳの底面に固定される光記録部ＷＡと、これら記録トラック１０Ｔに記録された情報を再生するために光記録部ＷＡに対して並列的に支持ベースＢＳの底面に固定される磁気再生部ＲＡとを備える。ちなみに、光記録部ＷＡはレーザ注入電流のうちの無効電流のために動作中に発熱して高温になることから、支持ベースＢＳはジンバルＧＢおよびサスペンションＳＰと協力して光記録部ＷＡのヒートシンクとして機能する。
【００１６】
光記録部ＷＡは、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０をマトリクス状に配置した記録素子アレイ２０Ａを含み、所定の外部磁界が光磁気ディスク１０に印加される状態を維持しながらこれらＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の発振により情報に対応して発生されるレーザ光のエバネッセント波を光磁気ディスク１０に向けて垂直に照射する。他方、磁気再生部ＲＡは少なくともＭ×Ｎ個のスピンバルブ巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；Giant Magneto Resistance)素子３０を記録素子アレイ２０Ａと同様にマトリクス状に配置した再生素子アレイ３０Ａを含み、レーザ照射により記録トラック１０Ｔに情報として記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出する。エバネッセント波は光磁気ディスク１０の光磁気記録媒体層１２上で幅約１０ｎｍの矩形ビームスポット（または直径約１０ｎｍの円形ビームスポット）を形成し、記録トラック１０Ｔが情報に対応した磁化方向に磁化されるよう光磁気記録媒体層１２を加熱する。この場合、複数の記録トラック１０Ｔはビームサイズに基づいて決定された例えば２０ｎｍの幅で半径方向Ｒに隙間なく並べられる。ちなみに、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａは、図１に示す３点支持スペーサＳＰが光磁気ディスク１０に接触した状態で光磁気記録媒体層１２に対して実質的に水平に維持される。
【００１７】
図２に示すように、記録素子アレイ２０Ａは光記録部ＷＡとして支持ベースＢＳに固定され、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０を互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てるために光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向（接線方向）Ｋに対して微小角度θの傾きを持つ。再生素子アレイ３０Ａは磁気再生部ＲＡとして支持ベースＢＳに固定され、少なくともＭ×Ｎ個のＧＭＲ素子３０を互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てるために記録素子アレイ２０Ａと同様に光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θの傾きを持つ。尚、図１および図２では、光記録部ＷＡおよび磁気再生部ＲＡの構造が実際よりも簡略化して示される。ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０およびＧＭＲ素子３０の数を、より具体的に示せばＭ＝１００個，Ｎ＝１００個である。
【００１８】
図３は複数の記録トラック１０Ｔに対するＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０およびＧＭＲ素子３０の配置を詳細に示す。ここで、ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０およびＧＭＲ素子３０は互いに同一の平面サイズに設定され、エバネッセント波の発射ポイントは各ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心に設定され、磁化方向変化の検出ポイントは各ＧＭＲ素子３０の中心に設定される。
【００１９】
記録素子アレイ２０Ａが図３に示すようにＭ列×Ｎ行に配列されたＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０のマトリクスである場合、各列はＮ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成され、各行はＭ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成される。各列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ１と平行に設定され、各行のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ２と平行に設定される。これにより、Ｍ本の記録トラック１０Ｔが各行毎にＭ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心にそれぞれ対向し、記録素子アレイ２０Ａ全体でＭ×Ｎ本の記録トラック１０ＴがＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心にそれぞれ対向する。
【００２０】
また、再生素子アレイ３０Ａが図３に示すようにＭ列×（Ｎ＋２）行に配列されたＧＭＲ素子３０のマトリクスである場合、各列はＮ＋２個のＧＭＲ素子３０で構成され、各行はＭ個のＧＭＲ素子３０で構成される。各列のＧＭＲ素子３０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ１と平行に設定され、各行のＧＭＲ素子３０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ２と平行に設定される。これにより、Ｍ本の記録トラック１０Ｔが各行毎にＭ個のＧＭＲ素子３０の中心にそれぞれ対向し、再生素子アレイ３０Ａ全体でＭ×Ｎ本の記録トラック１０ＴがＭ×Ｎ個のＧＭＲ素子３０の中心にそれぞれ対向する。ここで、第１行目のＧＭＲ素子３０および第Ｎ＋２行目のＧＭＲ素子３０はトラッキング制御用に残される。
【００２１】
さらに、図３から判るように、各記録トラック１０Ｔは対応ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心と対応ＧＭＲ素子３０の中心の両方に対向する。これは、光磁気ディスク１０の回転に伴ってＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で記録トラック１０Ｔに情報を記録した直後にこの記録トラック１０Ｔに記録された情報をＧＭＲ素子３０で再生可能にするためである。
【００２２】
尚、図３に示す再生素子アレイ３０Ａの構成では、トラッキング制御用を除くＧＭＲ素子３０の素子数が発明を理解し易くするために半導体レーザ素子２０の素子素子数に等しいＭ×Ｎ個に設定されている。実際には、光磁気ディスク１０を回転させたときの偏心により生じるトラッキングエラーを補償するために半導体レーザ素子２０の素子数の２倍程度に設定することが好ましい。すなわち、記録トラック１０Ｔが極めて狭い幅で並んでいることから、光磁気ディスク１０Ｔの偏心によるトラッキングエラーを解消するようヘッド位置を機械的に修正することが事実上不可能であり、上述したＧＭＲ素子３０の冗長性はこれらＧＭＲ素子３０から並列的に出力される信号をトラッキングエラーに基づいてシフトされる所定範囲において有効にするような電気的なトラッキング処理を行うために必要となる。
【００２３】
図４は光記録部ＷＡの構造を詳細に示す。この光記録部ＷＡは支持ベースＢＳの底面に固定される外部磁界発生部２１と、この外部磁界発生部２１の底面に固定される記録素子アレイ２０Ａとを備える。外部磁界発生部２１は所定の外部磁界を発生する磁石，磁性体，またはコイルで構成され、記録素子アレイ２０Ａは基板部２２およびレーザ送出部２５を一体化して得られるＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成される。基板部２２はレーザ光を発生するレーザ発振を起させるためにレーザ活性層２３およびＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの多層反射ミラー２３を有し、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０にそれぞれ対応するＭ×Ｎ個の個別電極および単一の共通電極を介して駆動される。記録素子アレイ２０Ａでは、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０が隙間なくマトリクス状に配置される。各ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０は例えば２μｍの幅の正方形である。レーザ光送出部２５は例えばこれらＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の配置に対応して基板部２２と一体化したカンチレバーとなるＭ×Ｎ個の全反射プリズム２６で構成される。これら全反射プリズム２６はシリコン（Ｓｉ）結晶あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）結晶等を用いて形成される四角錐（または円錐）であり、最も広い部分で１μｍの幅（または直径）を持つ。各全反射プリズム２６の先端には、幅１０ｎｍ程度の正方形または直径１０ｎｍ程度の円形ビーム窓２７が配置される。尚、全反射プリズム２６の底部は角柱状（あるいは円柱状）であっても良い。また、全反射プリズム２６の結晶材料はこの全反射プリズム２６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置換えても良い。さらに、全反射プリズム２６は例えば直径１０ｎｍの同軸光ファイバチューブを内蔵して先端から突出するエバネッセント波発射ロッドを持つように形成されても良い。図３では、全反射プリズム２６が四角錐として示される。
【００２４】
レーザ光が基板部２２で発生されると、全反射プリズム２６のプリズム面および基板部２２内で反射が繰り返され、このレーザ光のエバネッセント波がビーム窓２７（または同軸光ファイバチューブ）を通過し光磁気ディスク２０に向けて垂直に発射され、光磁気ディスク１０の光磁気媒体層１２上にビームスポットを形成する。他のレーザ波は全反射プリズム２６のプリズム面で全反射され、外部に出ないよう反射レーザ波として内部に閉じこめられ、強い定在波の発生に寄与する。エバネッセント波のビームスポットは外部磁界発生部２１からの磁界の下で光磁気記録媒体層１２の記録トラック１０Ｔの磁化方向を反転させて情報ビットを記録する。
【００２５】
図５は磁気再生部ＲＡの構造を詳細に示す。この磁気再生部ＲＡは再生素子アレイ３０Ａを構成するよう重ねて貼り合わされ端部において支持ベースＢＳの底面に固定されるＭ枚のアレイ基板ＡＳで構成される。各アレイ基板ＡＳはシールド板３１Ａおよび３１Ｂと、これらシールド板３１Ａおよび３１Ｂ間に保持される（Ｎ＋２）個のスピンバルブＧＭＲ素子３０とを備える。各アレイ基板ＡＳにおいて、（Ｎ＋２）個のスピンバルブＧＭＲ素子３０は一列に並ぶように配置される。第１番目のＧＭＲ素子３０および第Ｎ＋２番目のＧＭＲ素子３０はＭ×Ｎ本の記録トラック１０Ｔの両側において光磁気ディスク１０のディスク基板１１に埋込まれた１対の磁性層１４にトラッキング制御信号として記録された磁化方向を電気抵抗の変化として検出し、第２番目から第Ｎ＋１番目のＧＭＲ素子３０は光磁気記録媒体層１２においてＭ×Ｎ本の記録トラック１０Ｔに情報ビットとして記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出する。
【００２６】
尚、磁気再生部ＲＡは再生素子アレイ３０Ａを構成するよう重ねて貼り合わされ端部において支持ベースＢＳの底面に固定される（Ｎ＋２）枚のアレイ基板ＡＳで構成され、各アレイ基板ＡＳがシールド板３１Ａおよび３１Ｂと、これらシールド板３１Ａおよび３１Ｂ間に保持されるＭ個のスピンバルブＧＭＲ素子３０とを備えるようにしてもよい。
【００２７】
各ＧＭＲ素子３０は磁化方向の変化を電気抵抗の変化に変換するＭＲ(Magneto Resistance)素子部３２、このＭＲ素子部３２の両側に配置される永久磁石３３、この永久磁石上に形成されＭＲ素子部３２を介してセンス電流を流すセンス電極３４Ａおよび３４Ｂで構成される。ＭＲ素子部３２は磁化自由層３２Ａ、磁気分離層３２Ｂ、磁化固定層３２Ｃ、および反強磁性層３２Ｄをシールド層３１Ａおよび３１Ｂ間において順番に重ねた構造を有する。より具体的な構成例を示すと、磁化自由層３２Ａは厚さ７０オングストロームのＮｉＦｅからなり、磁気分離層３２Ｂは厚さ２５オングストロームのＣｕからなり、磁化固定層３２Ｃは厚さ６０オングストロームのＣｏからなり、反強磁性層３２Ｄは厚さ１２０オングストロームのＦｅＭｎからなる。
【００２８】
磁化固定層３２Ｃの磁化方向は反強磁性層３２Ｄにより固定され、磁化自由層３２Ａの磁化方向は記録トラック１０Ｔからの外部磁界により変化する。磁化固定層３２Ｃの磁化方向は外部磁界の変化方向と平行とし、磁化自由層３２Ａの異方性磁化方向はセンス電流方向となる外部磁界方向と直角に設定される。この磁化自由層３２Ａの磁化方向が外部磁界により磁化固定層３２Ｃの磁化方向とほぼ平行およびほぼ反平行のいずれかに変化することで、抵抗値も変化する。永久磁石３３は強い一方向性一軸異方性磁界を発生することにより磁化自由層３２Ａを単磁区構造とする磁区制御を行い、主として磁化自由層３２Ａの磁区の磁壁移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制する。
【００２９】
ここで、上述のように記録素子アレイ２０Ａが１００行１００列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成され、再生素子アレイ３０Ａが１０２行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０で構成される場合の動作を説明する。合計１００００本のエバネッセント波レーザビームがこれら１００行１００列の半導体レーザ素子２０から光磁気ディスク１０に向けて発射されると、この光磁気ディスク１０の光磁気記録媒体層１２において幅約２００μｍにわたる合計１００００本の記録トラック１０Ｔ上に合計１００００個のビームスポットを形成し、これら記録トラック１０Ｔに情報ビットとして磁化方向を記録する。さらに、これら記録トラック１０Ｔに記録された情報ビットは１０２行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０のうちのトラッキング制御用を除く１００行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０で電気抵抗の変化として検出される。
【００３０】
このような動作は、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａが光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋに対する微小角度の傾きを持ち、光磁気ディスク１０の記録媒体層１２上に約２０ｎｍの幅で重ならない連続した１００００個のビームスポットによる１００００本の軌跡を描きこれをトレースできるようになって初めて実現される。具体的には、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａは、光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋに対して、θ＝ａｒｃｔａｎ（２／１９９）＝０．５７５８２度だけ傾けて設置される。この状態では、一度に１００００トラック分、すなわち１００００ビットの情報の同時記録および同時再生が可能となる。従って、１００００本のレーザビームが合計で２００μｍの幅を持ち、ディスク接線速度が１０ｍｍ／ｓｅｃの場合には、１個あたり１メガビット／秒で１００００トラックを同時にトレースすることで１０ギガビット／秒のデータ転送速度を得ることができる。また、光磁気ディスク１０が例えば直径１２０ｍｍであるとすると、この光磁気ディスク１０の記録容量は合計で約１〜２テラバイトに達する。
【００３１】
ここで、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａを傾ける際の微小角度の求め方について説明する。例えば記録素子アレイ２０Ａが、図３に示したように、Ｎ行およびＭ列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成されるとし、各ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０のビーム窓２７の寸法（幅または直径）をＤ、および軸Ｌ１に平行な列方向においてビーム窓２７の間隔をＥ、軸Ｌ２に平行な行方向においてビーム窓２７の間隔をＦとすれば、記録素子アレイ２０Ａは行方向においてＭＤ＋（Ｍ−１）Ｆの長さを持ち、列方向においてＮＤ＋（Ｎ−１）Ｅの長さを持つ。各ビーム窓２７は列方向で互いにＥ＋Ｄの距離毎に設けられることになることから、ビーム窓２７の全てから発射されるＭ×Ｎ本のレーザ光が互いに重ならずに連続した軌跡を描くためには、記録素子アレイ２０Ａは光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋとなす角度θが、θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｄ＋Ｅ）／［ＭＤ＋Ｍ−１）Ｆ］｝の関係を満たすことになる。ここで、θは厳密には軸Ｌ２と光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋとのなす角度である。
【００３２】
再生素子アレイ３０Ａのタンジェンシャル方向に対する傾きは上述のようにして得られる記録素子アレイ２０Ａの傾きに一致するように決定される。
【００３３】
尚、上述の実施形態において、記録素子アレイ２０ＡがＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成される場合に、再生素子アレイ３０Ａが少なくともＭ×Ｎ個のスピンバルブＧＭＲ素子３０で構成される。すなわち、少なくとも１００行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０が１００行１００列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０に対して設けられる。しかし、前述したトラッキングエラーを考慮して再生素子アレイ３０Ａは記録素子アレイ２０Ａを構成するＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の数とは独立に例えば２００行２００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０で構成してもよい。この場合、磁性層１４の位置が著しく基準位置からずれている状態においてメモリヘッドＨＤを光磁気ディスク１０の半径方向に機械的にシフトしてこの位置ずれを縮小する粗いトラッキング制御が行われ、位置ずれが縮小した状態でこの位置ずれ量（トラッキングエラー）に基づいて電気的にシフトされる所定範囲についてＧＭＲ素子３０からの並列的な出力信号を有効にする細かなトラッキング制御が行われる。
【００３４】
また、上述の実施形態では、スピンバルブＧＭＲ素子３０がＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０に対して十分に小さいと仮定して説明したが、実際の製造プロセスにおいて微細化する場合には、様々な寸法的な制約を受ける。現状では、ＭＲ素子部３２が２５ｎｍ×１００ｎｍという長方形のＧＭＲ素子３０が開発されている。このような寸法のＧＭＲ素子３０を比較的狭い幅の記録トラック１０Ｔに適用する場合には、各々Ｍ個のＧＭＲ素子３０を備えた（Ｎ＋２）枚のアレイ基板ＡＳを重ねて再生素子アレイ３０Ａを構成し、上述した再生素子アレイ３０Ａの傾きに加えてこの再生素子アレイ３０ＡのＧＭＲ素子３０（具体的にはＭＲ素子部３２）を一律に図６に示す向きに設定すれば、各ＭＲ素子部３２を対応記録トラック１０Ｔに割当てることが可能な実効寸法を得ることができる。
【００３５】
さらに上述の実施形態では、スピンバルブＧＭＲ素子３０が再生素子アレイ３０Ａを構成するために用いられたが、一般的な磁気抵抗素子（ＭＲ）、スピントンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、セラミック磁気抵抗素子（ＣＭＲ）、その他に置換えても良い。
【００３６】
以上のように、本実施形態のメモリヘッドＨＤでは、記録情報に対応する光磁気ディスク１０の物理的変化を光磁気ディスク１０からの僅かな量の反射光から間接的に検出する代りに、ＧＭＲ素子３０によりこの物理的変化である磁化方向の変化を電気抵抗の変化として直接的に検出する。加えて、ＧＭＲ素子３０は超高感度であるため、反射光を利用する場合よりも極めて高い信号ノイズ比で検出動作が可能である。従って、記録情報の再生精度を十分高めることができる。
【００３７】
また、再生素子アレイ３０Ａが複数のＧＭＲ素子を互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てるために光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θの傾きを持つ。すなわち、多数の記録トラック１０Ｔが列方向に並ぶＧＭＲ素子間に存在する場合でも、これら記録トラック１０Ｔを行方向のＧＭＲ素子でトレースすることができる。また、これら記録トラック１０Ｔについて一括してメモリヘッドＨＤのトラッキング制御を行うことが可能であるため、各記録トラック１０Ｔ毎にトラッキングエラーが発生しない。従って、このようなトラッキングエラーによる再生精度の低下を伴わずに記録情報の再生速度を飛躍的に向上できる。
【００３８】
さらに、複数のＧＭＲ素子３０をマトリクス状に配置してそれぞれ互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てることにより、所定量の記録情報を再生する際にこれらＧＭＲ素子３０の１個あたりのビットレートを１／全ＧＭＲ素子数に低減できることから、全記録情報を単一のＧＭＲ素子で再生する場合に必要とされるアンプに対して極めて狭い帯域幅のアンプを使用することが可能となる。このため、最終的に得られる記録情報の信号ノイズ比を飛躍的に向上できる。
【００３９】
尚、上述した実施形態では、メモリヘッドＨＤが支持ベースＢＳに並列的に固定される光記録部ＷＡおよび磁気再生部ＲＡを備えるが、さらに並列的に同一構造の光記録部を予備ユニットとして付加してもよい。すなわち、製造プロセスにおいて光記録部ＷＡのＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０のいずれかに欠陥が発生した場合に、欠陥半導体レーザ素子２０に代って対応記録トラック１０Ｔに対する記録を行わせるためである。また、磁気再生部ＲＡについても同様に予備ユニットを設けてもよい。このような構成により、メモリヘッドＨＤの歩留りを飛躍的に向上できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、より高い精度で記録情報を再生することができる光磁気ディスク用メモリヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光磁気ディスク用メモリヘッドＨＤの構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す光磁気ディスクとメモリヘッドとの位置関係を示す平面図である。
【図３】図２に示す複数の記録トラックに対するＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子およびＧＭＲ素子の配置を詳細に示す平面図である。
【図４】図３に示す光記録部の構造を詳細に示す部分的な断面図である。
【図５】図３に示す磁気再生部の構造を詳細に示す部分的な斜視図である。
【図６】図３に示す再生素子アレイの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
ＨＤ…メモリヘッド
ＢＳ…支持ベース
ＳＰ…３点支持スペーサ
１０…光磁気ディスク
１０Ｔ…記録トラック
１１…ディスク基板
１２…光磁気記録媒体層
１３…潤滑保護膜
１４…トラッキング制御用磁性層
２０…ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子
２０Ａ…記録素子アレイ
３０…スピンバルブＧＭＲ素子
３０Ａ…再生素子アレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に光磁気ディスクに対して情報の記録および再生を行う光磁気ディスク用メモリヘッドに関し、特に半導体レーザ素子により超高密度で光磁気ディスクに記録された情報を再生するための光磁気ディスク用メモリヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、光磁気ディスクを記録媒体とする様々な方式のメモリヘッドが開発されている。典型的なメモリヘッドは、単一の半導体レーザ素子から発振されたレーザ光を例えばレンズにより収束し記録媒体にスポットビームとして照射するよう構成され、このレーザ光の照射による記録媒体の物理的な変化として情報を記録する。この構成では、開口数の大きなレンズを使用してもレーザ光の回折現象により波長の数分の１程度までしかビーム径を絞れない。このため、たとえ波長４１０ｎｍの紫色レーザ光を利用しても、直径１２０ｍｍの記録媒体の記録容量は１０〜３０ギガバイト程度に制約される。
【０００３】
最近では、近接場光学の応用により、潤滑保護膜で覆われた記録媒体に接触するコンタクト方式のメモリヘッドが記録媒体の記録密度を飛躍的に増大可能であるとして注目されている。このメモリヘッドは、垂直共振器表面発光（ＶＣＳＥＬ; Vertical Cavity Surface Emitting Laser）半導体レーザ素子を光源として用い、この半導体レーザ素子と一体的な錐状の全反射プリズムの内面でレーザ光を全反射させて閉じ込めることにより強い定在波の発生を促し、この全反射プリズムの先端からレーザ光のエバネッセント波を記録媒体に向けて照射する。この構成では、レーザ光のビーム径を波長の２０分の１から１００分の１程度に設定することができる。レーザ光の波長が例えば８３０ｎｍである場合には、適切な条件において直径４０ｎｍから１０ｎｍとなるエバネッセント波を記録媒体上で得ることができる。ここで直径１０ｎｍのビームスポットに対応するよう幅１０〜２０ｎｍの記録トラックを隙間なく並べたとすると、直径１２０ｍｍの記録媒体は１〜２テラバイトの記録容量を持つことができる。
【０００４】
ところで、上述したコンタクト方式のメモリヘッドは再生用コンポーネントを付加することで、物理的変化として記録媒体に記録された情報を再生するためにも利用可能である。光磁気ディスクの記録情報は、例えばＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子から光磁気ディスクにレーザ光を照射し、この光磁気ディスクで反射され全反射プリズムの先端に入射する反射光に基づくレーザ発振の変化を、ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子の非出力側ミラーの後ろに光の位相変化を考慮して配置されるフォトダイオードで検出することにより再生される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光磁気ディスクのような記録媒体では、非常に僅かな量の反射光に基づいて記録情報を再生しなくてはならず、必要な再生精度に対して十分な信号ノイズ比を得ることが難しい。
【０００６】
本発明の目的は、より高い精度で記録情報を再生することができる光磁気ディスク用メモリヘッドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光磁気ディスクの半径方向に並ぶ複数の記録トラックに対向するベース部材と、これら記録トラックに記録された情報を再生するためにベース部材に固定される磁気再生部とを備え、この磁気再生部は複数の記録トラックに情報として記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出する複数の磁気抵抗素子を略マトリクス状に配置した再生素子アレイを含み、この再生素子アレイはこれら磁気抵抗素子を互いに異なる記録トラックに割当てるために光磁気ディスクの半径方向に直角なタンジェンシャル方向に対して微小角度の傾きを持つ光磁気ディスク用メモリヘッドが提供される。
【０００８】
このメモリヘッドでは、記録情報に対応する光磁気ディスクの物理的変化を光磁気ディスクからの僅かな量の反射光から間接的に検出する代りに、磁気抵抗素子によりこの物理的変化である磁化方向の変化を電気抵抗の変化として直接的に検出する。加えて、磁気抵抗素子は高感度であるため、反射光を利用する場合よりも極めて高い信号ノイズ比で検出動作が可能である。従って、記録情報の再生精度を十分高めることができる。
【０００９】
さらに、再生素子アレイが複数の磁気抵抗素子を互いに異なる記録トラックに割当てるために光磁気ディスクの半径方向に直角なタンジェンシャル方向に対して微小角度の傾きを持つ。すなわち、多数の記録トラックが列方向に並ぶ磁気抵抗素子間に存在する場合でも、これら記録トラックを行方向の磁気抵抗素子でトレースすることができる。また、これら記録トラックについて一括してメモリヘッドのトラッキング制御を行うことが可能であるため、各記録トラック毎にトラッキングエラーが発生しない。従って、このようなトラッキングエラーによる再生精度の低下を伴わずに記録情報の再生速度を飛躍的に向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光磁気ディスク用メモリヘッドを図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は光磁気ディスク用メモリヘッドＨＤの断面構造を示し、図２は光磁気ディスク１０とメモリヘッドＨＤとの平面的な位置関係を示す。このメモリヘッドＨＤは図２に示すように中心軸Ｏを中心に一方向に回転する光磁気（ＭＯ）ディスク１０に対して情報の記録および再生を行うために用いられる。光磁気ディスク１０はディスク基板１１、同心円を描いて半径方向Ｒに並ぶ複数の記録トラック１０Ｔを得るためにこのディスク基板１１上に形成される光磁気記録媒体層１２、この光磁気記録媒体層１２上に形成される潤滑保護膜１３、および所定数（例えばＭ×Ｎ）本の記録トラック１０Ｔ毎にディスク基板１１に埋込まれこれら記録トラック１０Ｔに対して同心円を描くよう半径方向Ｒに並ぶトラッキング制御用磁性層１４で構成される。
【００１２】
尚、Ｍ×Ｎ本の記録トラック１０Ｔが光磁気記録媒体層１２においてスパイラル状に設定される場合には、トラッキング制御用磁性層１４も同様に光磁気記録媒体層１２においてこれら記録トラック１０Ｔに沿ってスパイラル状に設定される。
【００１３】
光磁気記録媒体層１２はＴｂＦｅＣｏ等で構成され、５〜１０ｎｍ程度の厚さに設定される。潤滑保護膜１３はＳｉ3 Ｎ4 膜，ＳｉＯ2膜，アモルファスカーボン膜等で構成され、パーフロロポリエーテル等の潤滑剤をこのような膜に塗布することにより得られる厚さ１ｎｍ程度の潤滑表面１５を有する。
【００１４】
メモリヘッドＨＤは光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに移動可能なように構成されると共に、複数の記録トラック１０Ｔに対向する支持ベースＢＳと、支持ベースＢＳの底面に固定される２個の円柱状リーディングパッドＬＰおよび１個の円柱状トレーリングパッドＴＰで構成される３点支持スペーサＳＰとをベース部材として備える。この支持ベースＢＳの上面はサスペンションＳＰの先端に一体的に設けられるジンバルＧＢに固定され、３点支持スペーサＳＰが光磁気ディスク１０の潤滑保護膜１３に接触した状態に維持されるようサスペンションＳＰの弾力性にを利用して軽く押さえられる。さらにパッドＬＰおよびＴＰの周囲には、メニスカスが潤滑保護膜１３の潤滑表面１５を構成する潤滑剤の表面張力により生じ、光磁気ディスク１０の回転に伴うメモリヘッドＨＤの飛躍量を低減する。
【００１５】
メモリヘッドＨＤはさらに複数の記録トラック１０Ｔに情報を記録するために支持ベースＢＳの底面に固定される光記録部ＷＡと、これら記録トラック１０Ｔに記録された情報を再生するために光記録部ＷＡに対して並列的に支持ベースＢＳの底面に固定される磁気再生部ＲＡとを備える。ちなみに、光記録部ＷＡはレーザ注入電流のうちの無効電流のために動作中に発熱して高温になることから、支持ベースＢＳはジンバルＧＢおよびサスペンションＳＰと協力して光記録部ＷＡのヒートシンクとして機能する。
【００１６】
光記録部ＷＡは、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０をマトリクス状に配置した記録素子アレイ２０Ａを含み、所定の外部磁界が光磁気ディスク１０に印加される状態を維持しながらこれらＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の発振により情報に対応して発生されるレーザ光のエバネッセント波を光磁気ディスク１０に向けて垂直に照射する。他方、磁気再生部ＲＡは少なくともＭ×Ｎ個のスピンバルブ巨大磁気抵抗（ＧＭＲ；Giant Magneto Resistance)素子３０を記録素子アレイ２０Ａと同様にマトリクス状に配置した再生素子アレイ３０Ａを含み、レーザ照射により記録トラック１０Ｔに情報として記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出する。エバネッセント波は光磁気ディスク１０の光磁気記録媒体層１２上で幅約１０ｎｍの矩形ビームスポット（または直径約１０ｎｍの円形ビームスポット）を形成し、記録トラック１０Ｔが情報に対応した磁化方向に磁化されるよう光磁気記録媒体層１２を加熱する。この場合、複数の記録トラック１０Ｔはビームサイズに基づいて決定された例えば２０ｎｍの幅で半径方向Ｒに隙間なく並べられる。ちなみに、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａは、図１に示す３点支持スペーサＳＰが光磁気ディスク１０に接触した状態で光磁気記録媒体層１２に対して実質的に水平に維持される。
【００１７】
図２に示すように、記録素子アレイ２０Ａは光記録部ＷＡとして支持ベースＢＳに固定され、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０を互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てるために光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向（接線方向）Ｋに対して微小角度θの傾きを持つ。再生素子アレイ３０Ａは磁気再生部ＲＡとして支持ベースＢＳに固定され、少なくともＭ×Ｎ個のＧＭＲ素子３０を互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てるために記録素子アレイ２０Ａと同様に光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θの傾きを持つ。尚、図１および図２では、光記録部ＷＡおよび磁気再生部ＲＡの構造が実際よりも簡略化して示される。ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０およびＧＭＲ素子３０の数を、より具体的に示せばＭ＝１００個，Ｎ＝１００個である。
【００１８】
図３は複数の記録トラック１０Ｔに対するＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０およびＧＭＲ素子３０の配置を詳細に示す。ここで、ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０およびＧＭＲ素子３０は互いに同一の平面サイズに設定され、エバネッセント波の発射ポイントは各ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心に設定され、磁化方向変化の検出ポイントは各ＧＭＲ素子３０の中心に設定される。
【００１９】
記録素子アレイ２０Ａが図３に示すようにＭ列×Ｎ行に配列されたＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０のマトリクスである場合、各列はＮ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成され、各行はＭ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成される。各列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ１と平行に設定され、各行のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ２と平行に設定される。これにより、Ｍ本の記録トラック１０Ｔが各行毎にＭ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心にそれぞれ対向し、記録素子アレイ２０Ａ全体でＭ×Ｎ本の記録トラック１０ＴがＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心にそれぞれ対向する。
【００２０】
また、再生素子アレイ３０Ａが図３に示すようにＭ列×（Ｎ＋２）行に配列されたＧＭＲ素子３０のマトリクスである場合、各列はＮ＋２個のＧＭＲ素子３０で構成され、各行はＭ個のＧＭＲ素子３０で構成される。各列のＧＭＲ素子３０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ１と平行に設定され、各行のＧＭＲ素子３０は光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θだけ傾いた軸Ｌ２と平行に設定される。これにより、Ｍ本の記録トラック１０Ｔが各行毎にＭ個のＧＭＲ素子３０の中心にそれぞれ対向し、再生素子アレイ３０Ａ全体でＭ×Ｎ本の記録トラック１０ＴがＭ×Ｎ個のＧＭＲ素子３０の中心にそれぞれ対向する。ここで、第１行目のＧＭＲ素子３０および第Ｎ＋２行目のＧＭＲ素子３０はトラッキング制御用に残される。
【００２１】
さらに、図３から判るように、各記録トラック１０Ｔは対応ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の中心と対応ＧＭＲ素子３０の中心の両方に対向する。これは、光磁気ディスク１０の回転に伴ってＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で記録トラック１０Ｔに情報を記録した直後にこの記録トラック１０Ｔに記録された情報をＧＭＲ素子３０で再生可能にするためである。
【００２２】
尚、図３に示す再生素子アレイ３０Ａの構成では、トラッキング制御用を除くＧＭＲ素子３０の素子数が発明を理解し易くするために半導体レーザ素子２０の素子素子数に等しいＭ×Ｎ個に設定されている。実際には、光磁気ディスク１０を回転させたときの偏心により生じるトラッキングエラーを補償するために半導体レーザ素子２０の素子数の２倍程度に設定することが好ましい。すなわち、記録トラック１０Ｔが極めて狭い幅で並んでいることから、光磁気ディスク１０Ｔの偏心によるトラッキングエラーを解消するようヘッド位置を機械的に修正することが事実上不可能であり、上述したＧＭＲ素子３０の冗長性はこれらＧＭＲ素子３０から並列的に出力される信号をトラッキングエラーに基づいてシフトされる所定範囲において有効にするような電気的なトラッキング処理を行うために必要となる。
【００２３】
図４は光記録部ＷＡの構造を詳細に示す。この光記録部ＷＡは支持ベースＢＳの底面に固定される外部磁界発生部２１と、この外部磁界発生部２１の底面に固定される記録素子アレイ２０Ａとを備える。外部磁界発生部２１は所定の外部磁界を発生する磁石，磁性体，またはコイルで構成され、記録素子アレイ２０Ａは基板部２２およびレーザ送出部２５を一体化して得られるＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成される。基板部２２はレーザ光を発生するレーザ発振を起させるためにレーザ活性層２３およびＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの多層反射ミラー２３を有し、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０にそれぞれ対応するＭ×Ｎ個の個別電極および単一の共通電極を介して駆動される。記録素子アレイ２０Ａでは、Ｍ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０が隙間なくマトリクス状に配置される。各ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０は例えば２μｍの幅の正方形である。レーザ光送出部２５は例えばこれらＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の配置に対応して基板部２２と一体化したカンチレバーとなるＭ×Ｎ個の全反射プリズム２６で構成される。これら全反射プリズム２６はシリコン（Ｓｉ）結晶あるいはガリウム砒素（ＧａＡｓ）結晶等を用いて形成される四角錐（または円錐）であり、最も広い部分で１μｍの幅（または直径）を持つ。各全反射プリズム２６の先端には、幅１０ｎｍ程度の正方形または直径１０ｎｍ程度の円形ビーム窓２７が配置される。尚、全反射プリズム２６の底部は角柱状（あるいは円柱状）であっても良い。また、全反射プリズム２６の結晶材料はこの全反射プリズム２６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置換えても良い。さらに、全反射プリズム２６は例えば直径１０ｎｍの同軸光ファイバチューブを内蔵して先端から突出するエバネッセント波発射ロッドを持つように形成されても良い。図３では、全反射プリズム２６が四角錐として示される。
【００２４】
レーザ光が基板部２２で発生されると、全反射プリズム２６のプリズム面および基板部２２内で反射が繰り返され、このレーザ光のエバネッセント波がビーム窓２７（または同軸光ファイバチューブ）を通過し光磁気ディスク２０に向けて垂直に発射され、光磁気ディスク１０の光磁気媒体層１２上にビームスポットを形成する。他のレーザ波は全反射プリズム２６のプリズム面で全反射され、外部に出ないよう反射レーザ波として内部に閉じこめられ、強い定在波の発生に寄与する。エバネッセント波のビームスポットは外部磁界発生部２１からの磁界の下で光磁気記録媒体層１２の記録トラック１０Ｔの磁化方向を反転させて情報ビットを記録する。
【００２５】
図５は磁気再生部ＲＡの構造を詳細に示す。この磁気再生部ＲＡは再生素子アレイ３０Ａを構成するよう重ねて貼り合わされ端部において支持ベースＢＳの底面に固定されるＭ枚のアレイ基板ＡＳで構成される。各アレイ基板ＡＳはシールド板３１Ａおよび３１Ｂと、これらシールド板３１Ａおよび３１Ｂ間に保持される（Ｎ＋２）個のスピンバルブＧＭＲ素子３０とを備える。各アレイ基板ＡＳにおいて、（Ｎ＋２）個のスピンバルブＧＭＲ素子３０は一列に並ぶように配置される。第１番目のＧＭＲ素子３０および第Ｎ＋２番目のＧＭＲ素子３０はＭ×Ｎ本の記録トラック１０Ｔの両側において光磁気ディスク１０のディスク基板１１に埋込まれた１対の磁性層１４にトラッキング制御信号として記録された磁化方向を電気抵抗の変化として検出し、第２番目から第Ｎ＋１番目のＧＭＲ素子３０は光磁気記録媒体層１２においてＭ×Ｎ本の記録トラック１０Ｔに情報ビットとして記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出する。
【００２６】
尚、磁気再生部ＲＡは再生素子アレイ３０Ａを構成するよう重ねて貼り合わされ端部において支持ベースＢＳの底面に固定される（Ｎ＋２）枚のアレイ基板ＡＳで構成され、各アレイ基板ＡＳがシールド板３１Ａおよび３１Ｂと、これらシールド板３１Ａおよび３１Ｂ間に保持されるＭ個のスピンバルブＧＭＲ素子３０とを備えるようにしてもよい。
【００２７】
各ＧＭＲ素子３０は磁化方向の変化を電気抵抗の変化に変換するＭＲ(Magneto Resistance)素子部３２、このＭＲ素子部３２の両側に配置される永久磁石３３、この永久磁石上に形成されＭＲ素子部３２を介してセンス電流を流すセンス電極３４Ａおよび３４Ｂで構成される。ＭＲ素子部３２は磁化自由層３２Ａ、磁気分離層３２Ｂ、磁化固定層３２Ｃ、および反強磁性層３２Ｄをシールド層３１Ａおよび３１Ｂ間において順番に重ねた構造を有する。より具体的な構成例を示すと、磁化自由層３２Ａは厚さ７０オングストロームのＮｉＦｅからなり、磁気分離層３２Ｂは厚さ２５オングストロームのＣｕからなり、磁化固定層３２Ｃは厚さ６０オングストロームのＣｏからなり、反強磁性層３２Ｄは厚さ１２０オングストロームのＦｅＭｎからなる。
【００２８】
磁化固定層３２Ｃの磁化方向は反強磁性層３２Ｄにより固定され、磁化自由層３２Ａの磁化方向は記録トラック１０Ｔからの外部磁界により変化する。磁化固定層３２Ｃの磁化方向は外部磁界の変化方向と平行とし、磁化自由層３２Ａの異方性磁化方向はセンス電流方向となる外部磁界方向と直角に設定される。この磁化自由層３２Ａの磁化方向が外部磁界により磁化固定層３２Ｃの磁化方向とほぼ平行およびほぼ反平行のいずれかに変化することで、抵抗値も変化する。永久磁石３３は強い一方向性一軸異方性磁界を発生することにより磁化自由層３２Ａを単磁区構造とする磁区制御を行い、主として磁化自由層３２Ａの磁区の磁壁移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制する。
【００２９】
ここで、上述のように記録素子アレイ２０Ａが１００行１００列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成され、再生素子アレイ３０Ａが１０２行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０で構成される場合の動作を説明する。合計１００００本のエバネッセント波レーザビームがこれら１００行１００列の半導体レーザ素子２０から光磁気ディスク１０に向けて発射されると、この光磁気ディスク１０の光磁気記録媒体層１２において幅約２００μｍにわたる合計１００００本の記録トラック１０Ｔ上に合計１００００個のビームスポットを形成し、これら記録トラック１０Ｔに情報ビットとして磁化方向を記録する。さらに、これら記録トラック１０Ｔに記録された情報ビットは１０２行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０のうちのトラッキング制御用を除く１００行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０で電気抵抗の変化として検出される。
【００３０】
このような動作は、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａが光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋに対する微小角度の傾きを持ち、光磁気ディスク１０の記録媒体層１２上に約２０ｎｍの幅で重ならない連続した１００００個のビームスポットによる１００００本の軌跡を描きこれをトレースできるようになって初めて実現される。具体的には、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａは、光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋに対して、θ＝ａｒｃｔａｎ（２／１９９）＝０．５７５８２度だけ傾けて設置される。この状態では、一度に１００００トラック分、すなわち１００００ビットの情報の同時記録および同時再生が可能となる。従って、１００００本のレーザビームが合計で２００μｍの幅を持ち、ディスク接線速度が１０ｍｍ／ｓｅｃの場合には、１個あたり１メガビット／秒で１００００トラックを同時にトレースすることで１０ギガビット／秒のデータ転送速度を得ることができる。また、光磁気ディスク１０が例えば直径１２０ｍｍであるとすると、この光磁気ディスク１０の記録容量は合計で約１〜２テラバイトに達する。
【００３１】
ここで、記録素子アレイ２０Ａおよび再生素子アレイ３０Ａを傾ける際の微小角度の求め方について説明する。例えば記録素子アレイ２０Ａが、図３に示したように、Ｎ行およびＭ列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成されるとし、各ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０のビーム窓２７の寸法（幅または直径）をＤ、および軸Ｌ１に平行な列方向においてビーム窓２７の間隔をＥ、軸Ｌ２に平行な行方向においてビーム窓２７の間隔をＦとすれば、記録素子アレイ２０Ａは行方向においてＭＤ＋（Ｍ−１）Ｆの長さを持ち、列方向においてＮＤ＋（Ｎ−１）Ｅの長さを持つ。各ビーム窓２７は列方向で互いにＥ＋Ｄの距離毎に設けられることになることから、ビーム窓２７の全てから発射されるＭ×Ｎ本のレーザ光が互いに重ならずに連続した軌跡を描くためには、記録素子アレイ２０Ａは光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋとなす角度θが、θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｄ＋Ｅ）／［ＭＤ＋Ｍ−１）Ｆ］｝の関係を満たすことになる。ここで、θは厳密には軸Ｌ２と光磁気ディスク１０のタンジェンシャル方向Ｋとのなす角度である。
【００３２】
再生素子アレイ３０Ａのタンジェンシャル方向に対する傾きは上述のようにして得られる記録素子アレイ２０Ａの傾きに一致するように決定される。
【００３３】
尚、上述の実施形態において、記録素子アレイ２０ＡがＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０で構成される場合に、再生素子アレイ３０Ａが少なくともＭ×Ｎ個のスピンバルブＧＭＲ素子３０で構成される。すなわち、少なくとも１００行１００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０が１００行１００列のＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０に対して設けられる。しかし、前述したトラッキングエラーを考慮して再生素子アレイ３０Ａは記録素子アレイ２０Ａを構成するＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０の数とは独立に例えば２００行２００列のスピンバルブＧＭＲ素子３０で構成してもよい。この場合、磁性層１４の位置が著しく基準位置からずれている状態においてメモリヘッドＨＤを光磁気ディスク１０の半径方向に機械的にシフトしてこの位置ずれを縮小する粗いトラッキング制御が行われ、位置ずれが縮小した状態でこの位置ずれ量（トラッキングエラー）に基づいて電気的にシフトされる所定範囲についてＧＭＲ素子３０からの並列的な出力信号を有効にする細かなトラッキング制御が行われる。
【００３４】
また、上述の実施形態では、スピンバルブＧＭＲ素子３０がＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０に対して十分に小さいと仮定して説明したが、実際の製造プロセスにおいて微細化する場合には、様々な寸法的な制約を受ける。現状では、ＭＲ素子部３２が２５ｎｍ×１００ｎｍという長方形のＧＭＲ素子３０が開発されている。このような寸法のＧＭＲ素子３０を比較的狭い幅の記録トラック１０Ｔに適用する場合には、各々Ｍ個のＧＭＲ素子３０を備えた（Ｎ＋２）枚のアレイ基板ＡＳを重ねて再生素子アレイ３０Ａを構成し、上述した再生素子アレイ３０Ａの傾きに加えてこの再生素子アレイ３０ＡのＧＭＲ素子３０（具体的にはＭＲ素子部３２）を一律に図６に示す向きに設定すれば、各ＭＲ素子部３２を対応記録トラック１０Ｔに割当てることが可能な実効寸法を得ることができる。
【００３５】
さらに上述の実施形態では、スピンバルブＧＭＲ素子３０が再生素子アレイ３０Ａを構成するために用いられたが、一般的な磁気抵抗素子（ＭＲ）、スピントンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、セラミック磁気抵抗素子（ＣＭＲ）、その他に置換えても良い。
【００３６】
以上のように、本実施形態のメモリヘッドＨＤでは、記録情報に対応する光磁気ディスク１０の物理的変化を光磁気ディスク１０からの僅かな量の反射光から間接的に検出する代りに、ＧＭＲ素子３０によりこの物理的変化である磁化方向の変化を電気抵抗の変化として直接的に検出する。加えて、ＧＭＲ素子３０は超高感度であるため、反射光を利用する場合よりも極めて高い信号ノイズ比で検出動作が可能である。従って、記録情報の再生精度を十分高めることができる。
【００３７】
また、再生素子アレイ３０Ａが複数のＧＭＲ素子を互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てるために光磁気ディスク１０の半径方向Ｒに直角なタンジェンシャル方向Ｋに対して微小角度θの傾きを持つ。すなわち、多数の記録トラック１０Ｔが列方向に並ぶＧＭＲ素子間に存在する場合でも、これら記録トラック１０Ｔを行方向のＧＭＲ素子でトレースすることができる。また、これら記録トラック１０Ｔについて一括してメモリヘッドＨＤのトラッキング制御を行うことが可能であるため、各記録トラック１０Ｔ毎にトラッキングエラーが発生しない。従って、このようなトラッキングエラーによる再生精度の低下を伴わずに記録情報の再生速度を飛躍的に向上できる。
【００３８】
さらに、複数のＧＭＲ素子３０をマトリクス状に配置してそれぞれ互いに異なる記録トラック１０Ｔに割当てることにより、所定量の記録情報を再生する際にこれらＧＭＲ素子３０の１個あたりのビットレートを１／全ＧＭＲ素子数に低減できることから、全記録情報を単一のＧＭＲ素子で再生する場合に必要とされるアンプに対して極めて狭い帯域幅のアンプを使用することが可能となる。このため、最終的に得られる記録情報の信号ノイズ比を飛躍的に向上できる。
【００３９】
尚、上述した実施形態では、メモリヘッドＨＤが支持ベースＢＳに並列的に固定される光記録部ＷＡおよび磁気再生部ＲＡを備えるが、さらに並列的に同一構造の光記録部を予備ユニットとして付加してもよい。すなわち、製造プロセスにおいて光記録部ＷＡのＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子２０のいずれかに欠陥が発生した場合に、欠陥半導体レーザ素子２０に代って対応記録トラック１０Ｔに対する記録を行わせるためである。また、磁気再生部ＲＡについても同様に予備ユニットを設けてもよい。このような構成により、メモリヘッドＨＤの歩留りを飛躍的に向上できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、より高い精度で記録情報を再生することができる光磁気ディスク用メモリヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光磁気ディスク用メモリヘッドＨＤの構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す光磁気ディスクとメモリヘッドとの位置関係を示す平面図である。
【図３】図２に示す複数の記録トラックに対するＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子およびＧＭＲ素子の配置を詳細に示す平面図である。
【図４】図３に示す光記録部の構造を詳細に示す部分的な断面図である。
【図５】図３に示す磁気再生部の構造を詳細に示す部分的な斜視図である。
【図６】図３に示す再生素子アレイの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
ＨＤ…メモリヘッド
ＢＳ…支持ベース
ＳＰ…３点支持スペーサ
１０…光磁気ディスク
１０Ｔ…記録トラック
１１…ディスク基板
１２…光磁気記録媒体層
１３…潤滑保護膜
１４…トラッキング制御用磁性層
２０…ＶＣＳＥＬ半導体レーザ素子
２０Ａ…記録素子アレイ
３０…スピンバルブＧＭＲ素子
３０Ａ…再生素子アレイ
Claims (5)
- 半導体レーザのエバネッセント波の照射により磁化方向の変化として情報を記録する複数の記録トラックおよび各々所定数の記録トラック毎に埋め込まれる複数のトラッキング制御用磁性層を半径方向に並べた光磁気ディスク用メモリヘッドであって、前記光磁気ディスクに対向するベース部材と、前記所定数の記録トラックに記録された情報を再生するために前記ベース部材に固定される磁気再生部とを備え、前記磁気再生部は前記所定数の記録トラックに情報として記録された磁化方向の変化を電気抵抗の変化として検出すると共に前記トラッキング制御用磁性層を検出する複数の巨大磁気抵抗素子を略マトリクス状に配置した再生素子アレイを含み、前記再生素子アレイは前記複数の巨大磁気抵抗素子のうちの少なくとも前記所定数を前記所定数の記録トラックに割り当てると共に前記複数の巨大磁気抵抗素子のうちの残りを前記トラッキング制御用磁性層に割り当てるように前記半径方向に直角なタンジェンシャル方向に対して微小角度の傾きを持つことを特徴とする光磁気ディスク用メモリヘッド。
- 前記再生素子アレイは各々１行分の巨大磁気抵抗素子を並べて形成した複数の基板を重ねて構成されることを特徴とする請求項１に記載の光磁気ディスク用メモリヘッド。
- 前記複数の巨大磁気抵抗素子が長方形である場合にこれら巨大磁気抵抗素子は前記記録トラックの幅に適合する実効寸法の得られる向きに一律に設定されることを特徴とする請求項１に記載の光磁気ディスク用メモリヘッド。
- さらに前記エバネッセント波を前記光磁気ディスクに照射して前記所定数の記録トラックに情報を記録するために前記ベース部材に固定される光記録部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光磁気ディスク用メモリヘッド。
- 前記光記録部は前記所定数の記録トラック用に前記エバネッセント波を発生する所定数の半導体レーザ素子を略マトリクス状に配置した記録素子アレイを含み、前記記録素子アレイは前記所定数の半導体レーザ素子を前記所定数の記録トラックにそれぞれ割当てるように前記再生素子アレイの傾きに一致する微小角度の傾きを持つことを特徴とする請求項４に記載の光磁気ディスク用メモリヘッド。
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