JP5854936B2 - 垂直共振器面発光レーザ、導波路、および結合器を備える装置、垂直共振器面発光レーザ、導波路、結合器、および反射器を備える装置、ならびに記憶媒体、記録ヘッド、およびアームを備える装置 - Google Patents

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Description

背景
熱アシスト磁気記録(heat assisted magnetic recording)(HAMR)は概して、熱源によって引起こされる媒体の一時的な磁気的軟化中に、与えられた書込磁界が媒体の磁化をより容易に誘導することができるように、記録媒体を局所的に熱して媒体の保磁力を低下させるという概念を指す。厳しく制限された高出力レーザ光点を用いて記録媒体の一部分を熱し、熱せられた部分の保磁力を実質的に低下させる。次いで熱せられた部分は、熱せられた部分の磁化の方向を設定する磁界を受ける。このように、周囲温度における媒体の保磁力は、記録中の保磁力よりはるかに高くなる可能性があり、それにより、記録されたビットの安定性が、はるかに高い記録密度でかつはるかに小さなビットセルで可能となる。
平面導波路上に製造された平面固体液浸ミラー(PSIM)またはレンズと、PSIM焦点の付近に配置された、分離された金属ナノ構造の形態の近距離トランスデューサ(NFT)とを用いて、記録媒体上に光を誘導することができる。近距離トランスデューサは、指定された光波長で局在表面プラズモン(LSP)条件に到達するように設計される。LSPでは、金属中の電子の集団振動により、近距離トランスデューサを包囲する高磁界が出現する。磁界の一部は、隣接する媒体へと貫通して吸収され、記録のために媒体の温度を局所的に上昇させる。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]米国特許第5837561号明細書
[特許文献2]米国特許第6021146号明細書
[特許文献3]米国特許第6026111号明細書
[特許文献4]米国特許第6064783号明細書
[特許文献5]米国特許第6236773号明細書
[特許文献6]米国特許第6584135号明細書
[特許文献7]米国特許第6628695号明細書
[特許文献8]米国特許第6944112号明細書
[特許文献9]米国特許第6963530号明細書
[特許文献10]米国特許第6975661号明細書
[特許文献11]米国特許第7022539号明細書
[特許文献12]米国特許第7133230号明細書
[特許文献13]米国特許第7180927号明細書
[特許文献14]米国特許第7218660号明細書
[特許文献15]米国特許第7327667号明細書
[特許文献16]米国特許第7443898号明細書
[特許文献17]米国特許第7609480号明細書
[特許文献18]米国特許第7643248号明細書
[特許文献19]米国特許第7949218号明細書
[特許文献20]米国出願公開2007/0081427号明細書
[特許文献21]米国出願公開2007/0159720号明細書
[特許文献22]米国出願公開2009/0073858号明細書
[特許文献23]米国出願公開2010/0214685号明細書
磁気媒体の迅速な加熱をもたらすために、高レベルの光放射がHAMRヘッドにおいて必要とされる。
概要
一局面において、開示は、光を生成し、能動領域、能動領域の第1の側に隣接して位置決めされた第1の反射器、能動領域の第2の側に隣接して位置決めされた拡張共振器、および光の第1の部分を拡張共振器に反射しかつ光の第2の部分を透過する第2の反射器を有する拡張共振器垂直共振器面発光レーザと、拡張共振器垂直共振器面発光レーザに隣接して位置決めされた平面導波路と、拡張共振器垂直共振器面発光レーザからの光の第2の部分を導波路に結合するように構成された水平結合器と、を含む装置を提供する。
図面の簡単な説明
この開示の局面に従って構成される記録ヘッドを含むことができるディスクドライブの形態のデータ記憶装置の図である。 記録ヘッドの一部分の横断面図である。 図2の記録ヘッドにおいて使用され得る導波路の立面図である。 垂直共振器面発光レーザを含む記録ヘッドの一部分の側面図である。 垂直共振器面発光レーザを含む別の記録ヘッドの一部分の側面図である。 垂直共振器面発光レーザを含む別の記録ヘッドの一部分の側面図である。
詳細な説明
図1は、開示の局面に従って構成される記録ヘッドを利用することができるディスクドライブ10の形態のデータ記憶装置の図である。ディスクドライブ10は、ディスクドライブのさまざまな構成要素を内蔵するようにサイズ決めされかつ構成される筐体12を含む(この図では上部分が取り外され下部分が見えるようになっている)。ディスクドライブ10は、筐体内で少なくとも1つの磁気記録媒体16を回転させるためのスピンドルモータ14を含む。少なくとも1つのアーム18が筐体12に内蔵され、各々のアーム18は、記録ヘッドまたはスライダ22を有する第1の端20と、軸受26によって軸上に回動するように搭載される第2の端24とを有する。アクチュエータモータ28は、アーム18を回動させてディスク16の所望のトラック27の上に記録ヘッド22を位置決めするためにアームの第2の端24に位置する。アクチュエータモータ28は、この図では示されないが、当該技術分野で周知のコントローラによって調整される。
熱アシスト磁気記録(HAMR)では、たとえば可視、赤外線または紫外線の電磁波がデータ記憶媒体の面上に方向付けされ、媒体の局所的な領域の温度を上昇させ、当該領域の磁化の切換を容易にする。HAMR記録ヘッドの近年の設計はスライダ上に薄膜導波路を含み、記憶媒体の局所的な加熱のために記憶媒体に光を誘導する。当該分野で知られているように、熱アシスト磁気記録は熱的(thermally)アシスト磁気記録とも呼ばれる。この説明では、熱アシスト磁気記録は、上昇した温度でデータが記録される装置および方法を包含する。
図2は、熱アシスト磁気記録で使用される記録ヘッドの一例の横断面図である。記録ヘッド30は、基板32と、基板上のベースコート34と、ベースコート上の底部磁極36と、ヨークまたは台座40を介して底部磁極に磁気的に結合される頂部磁極38とを含む。導波路42が頂部磁極と底部磁極との間に位置決めされる。導波路は、コア層44と、コア層の両側のクラッド層46および48とを含む。ミラー50がクラッド層の一方に隣接して位置決めされる。頂部磁極は、エアーベアリング表面(air bearing surface)56から離間された第1の端部54を有する第1の部分すなわち磁極本体52と、第1の部分から延在し底部磁極に向かう方向に傾けられた第2の部分すなわち傾斜磁極片58とを含むツーピース磁極である。第2の部分は、記録ヘッドのエアーベアリング表面56に隣接した端部を含むように構成され、当該端部は頂部磁極の第1の部分よりも導波路に近い。平面コイル60も頂部磁極と底部磁極との間、および台座の周囲に延在する。近距離トランスデューサ(NFT)62がエアーベアリング表面に隣接してクラッド層46に位置決めされる。絶縁材料64がコイル巻線を隔てる。絶縁材料の別の層66が頂部磁極に隣接して位置決めされる。
記録媒体68が記録ヘッド30に隣接してまたは記録ヘッド30の下に位置決めされる。この例における記録媒体68は、基板70と、基板70上の軟性磁気下地層72と、軟性下地層72上の硬性磁気記録層74とを含む。
光導波路は、導波路に電磁放射を透過する電磁放射源に関連して機能する。説明の目的で、電磁放射を光と称する。光は、回折格子などの結合手段によって光導波路に結合される。光は光導波路を介して記録媒体に向かって伝播し、記録層の局所的な領域を加熱する。この開示の一局面では、光源は垂直共振器面発光レーザダイオードである。記録ヘッドは垂直磁気記録ヘッドであり得、記憶媒体は垂直磁気記録媒体であり得るが、開示は、熱アシスト記録を採用することが望ましい場合がある他の種類の記録ヘッドおよび/または記録媒体と共に使用され得ることが認識されるであろう。
図3は、記録ヘッド82における導波路80の立面図である。導波路は、エアーベアリング表面94においてまたはエアーベアリング表面94の付近において光90を焦点92に反射するように成形された概ね放物線状のエッジ86および88を有する平面コア層84を含む。回折格子96および98がコア層上に位置決めされ、コア層に光を結合するのに使用される。導波路の2つの側の光の電気的成分が焦点で重ね合わさるように、回折格子を互いに対してオフセットすることができる。回折格子に衝突する光は、スポット100として示される。反射コーティング102は、Auであり得るが、コア層のエッジに沿って設けられる。この配置は固体液浸ミラーを形成する。リターン磁極104がエアーベアリング表面に隣接して位置決めされる。
一実施形態において、光は、導波路の面に対して実質的に垂直な方向から回折格子に衝突する。エアーベアリング表面に向かって光を方向付けるには、直入射レーザ源を結合するためのいくつかの方法のうちの1つを採用する必要があるだろう。たとえば、角のあるブレーズド回折格子などの直入射回折格子結合器を使用することができる。
垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)は、エッジ発光レーザで行われるように、側面ではなく装置の頂部または底部のいずれかにおいて典型的に円形のアパーチャから光が発せられる一種の半導体レーザである。VCSELの形状は、製造コストを低下させ、歩留まりを増大させ、より狭い線幅や、非点収差がないことや、フィードバックノイズに対する感度低下などを含む多くの他の利点を有する。開示の一局面では、VCSELは記録ヘッドに搭載される。
垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)は、HAMRシステムへの組立に多くの利点をもたらす。HAMRに必要とされる力を出力することができるVCSELアセンブリ、たとえば外部共振器VCSELがHAMRのための光源として提案されている。長さ約0.5mm〜約1mmというそれらの寸法により、VCSELを既存のHAMRスライダ設計に組込むことは困難である。高出力単一モード光を生成するために、外部共振器VCSELを使用することができる。
一局面において、開示は、外部共振器VCSELと、導波路と、VCSELからの光を導波路に結合するための結合器とを含むトランスデューサアセンブリを提供する。図4は、導波路124上に搭載された拡張共振器垂直共振器面発光レーザダイオード122を有するトランスデューサアセンブリを含むスライダ120の一部分の側面図である。導波路は、サブマウントまたは記録ヘッド126に搭載される。レーザダイオードは、光を生成するのに使用されるVCSELの既知の能動素子を含む能動部分128と、拡張共振器部分130とを含む。拡張共振器部分は、透明なスタンドオフ132および第1のミラー134(反射器とも称する)を含む。第1のミラー134は、導波路124に隣接して位置決めされる。能動部分は、導波路に対向するVCSELの端部の付近に位置する。第2のミラー136(反射器とも称する)は、拡張共振器に面する側に対向する側において能動領域に隣接して位置決めされる。第2のミラーは、光の第1の部分を拡張共振器に反射し、光の第2の部分を導波路に向けて透過する。
回折格子結合器138は、レーザからの光140を導波路に結合するために含まれる。回折格子結合器は水平結合素子として機能し、たとえばブレーズド回折格子であり得る。電気接点142および144は、導電性接着剤またははんだ150および152によってバイア146および148に電気的に接続される。VCSELの能動領域は、当該バイアに電気的に接続される。図4の透明なスタンドオフ132とミラー134との間の空間154は、開いた空間(空気または真空)、または透明材料(たとえばエポキシ樹脂またはシリコーン)であり得る。
レーザ構造のための外部共振器を作成するために別個のミラーを使用するのではなく、第2のミラー134がレーザのヒートシンクマウントまたはサブマウントに一体化され、出力結合ミラーとして機能する。透明なスタンドオフがVCSELとサブマウントとの間に位置決めされ、適切な光出力のレーザに必要とされる共振器長をもたらす。出力結合ミラーは、サブマウント面上に堆積された誘電材料の積層スタックであり得、高反射率ミラーを形成する。
導波路は、矢印156によって例示されるように、記録ヘッドのエアーベアリング表面に向けて光を透過する。エアーベアリング表面から発せられた光を用いて、この図には示されない隣接する記録媒体の一部分を加熱する。記録ヘッドは、書込磁極において磁界を生成するためのコイル、読出センサ、および関連付けられた構成要素などの、既知の記録ヘッドに見られる他の要素を含むことができる。スライダは、ジンバルアセンブリによって作動アームに結合される。データ記憶装置において使用される場合、レーザ共振器の軸は、記録媒体の面と実質的に平行となるように、アームとジンバルとによって位置決めされることになる。
ミラーは、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、アモルファスシリコン、硫化亜鉛、二酸化チタン、酸化タンタル、フッ化セリウム、二酸化ジルコニウム、または他の材料を含む、高屈折率誘電材料および低屈折率誘電材料の単一の層または互い違いの層で構成され得る。図4のVCSELはエピタキシャル成長半導体を含み、1対の分布型ブラッグ反射器ミラーと金属化された電気接点との間に能動発光領域が挟まれており、能動領域に電流が供給される。VCSELエピタキシャル層をその上に成長させる基板は、図4に示されるように透明でもよいし、エピタキシャル側がサブマウントに面する状態で搭載されるように、VCSELを反転させてもよい。
水平光結合器(たとえば回折格子結合器138)がサブマウントに組込まれ、図4に示されるように、サブマウントにも一体化される導波路への発光を可能とする。HAMR記録ヘッドの場合、記録ヘッド自身がレーザサブマウントとして機能し、したがって外部共振器出力結合ミラー、水平光結合器、および導波路はすべて記録ヘッド上に一体化される。
VCSELへの電気接続は、VCSELに直接ワイヤボンディングすることによって、または図4に示されるようにスタンドオフ内で金属バイアを用いることによって行われ得る。熱伝導は、電気接続、ワイヤボンド、または金属バイアを介する。
代替的な実施形態は、誘電導波路コアに適切な回折格子を作成することによって記録ヘッドに一体化された導波路において分布型ブラッグ反射器(DBR)ミラーを含む。
図5は、同じ参照番号で表される図4の要素の多くを含むトランスデューサアセンブリを含む別のスライダ160の一部分の側面図である。しかし、図5はスタンドオフの下方のミラーを含まない。代わりに、分布型ブラッグ反射器(DBR)162が導波路124に位置決めされる。DBRは光の一部分164を結合器138に向けて反射し戻し、結合器138は光をレーザ共振器に結合し戻す。
ブラッグ反射器は、導波路内の、水平結合器のディスク側にある。導波路コアとは異なる屈折率を有する誘電材料で充填された導波路の一部分にエッチングされた規則的なパターンで構成され、矢印156の反対の方向に光を反射するように設計された回折格子を形成する。この例では、水平結合器は光を導波路に結合し、ブラッグ反射器によって反射された光も、導波路からレーザダイオードの能動領域に向けて結合する。
たとえばスタンドオフとサブマウントとの間の間隙にレンズをパターニングすることによって、ビームが小さなスポットに合焦されれば、傾斜したミラーを使用することもできる。図6は、同じ参照番号で表される図4の要素の多くを含むトランスデューサアセンブリを含む別のスライダ170の一部分の側面図である。図6の実施形態は、傾斜したミラー174上に光を合焦させるレンズ172を含み、傾斜したミラー174は導波路124に光を結合するための水平結合器として機能する。図6では、レンズはスタンドオフの下方のミラー134に隣接して位置決めされる。しかし、スタンドオフの発光面に隣接して(つまりスタンドオフの底部出力に隣接して)レンズを位置決めすることもできる。
水平結合器とのVCSELアセンブリの位置合せは受動的であってもよく、たとえばセルフアライメント機能およびストッパが、サブマウント上と、VCSEL上と、スタンドオフ上とに含まれる。代替的に、まずスタンドオフをVCSELに接合し、次いでアセンブリをサブマウントに取付けている間に導波路からの光出力などの性能パラメータを監視することによって、能動的な位置合せが行われ得る。性能パラメータが最大化されたとき、またはたとえば所望の出力パワーに達すると位置合せを固定するように硬化される導電性接着剤を使用してもよい。最適の位置合せを決定するために、多くの他のパラメータ、たとえば、装置がレージングを開始する閾値電流、サブマウントに対向するVCSEL表面から発せられた光出力、ダイオードの両端電圧、中心波長ピークの幅および光学スペクトル分析からのサイドモードの抑制、ならびにサブマウントに対向するVCSEL表面からの発光のビームプロファイルを測定することもできる。
レーザはトランスデューサアセンブリに結合され、光ビームは外部の光学的構造の必要なしに導波路に直接結合される。光ビームが導波路に結合されると、光は、記録ヘッドのエアーベアリング表面(ABS)に隣接して形成される導波路の切頭端部に向かって導波路を伝播する。媒体が記録ヘッドに対して移動するにつれて、光が導波路の端部から出て、媒体の一部分を加熱する。図2に示されるように、エアーベアリング表面の近傍にさらに光を集中させるために、近距離トランスデューサを導波路内にまたは導波路に隣接して位置決めすることができる。
別の局面において、開示は、上記のトランスデューサアセンブリを含むデータ記憶装置を包含する。データ記憶装置は、記憶媒体と、記録ヘッドと、記録ヘッドを記憶媒体に隣接して位置決めするためのアームとを含み、記録ヘッドは、平面導波路と、導波路に電磁放射を結合するように構成された水平結合器と、能動領域、能動領域の第1の側に隣接して位置決めされた第1のミラー、能動領域の第2の側に隣接して位置決めされた拡張共振器、および拡張共振器の一端の付近にかつ水平結合器に隣接して位置決めされた第2のミラーを有する拡張共振器垂直共振器面発光レーザと、を含むトランスデューサアセンブリを含む。
本発明のさまざまな実施形態の数多くの特性および利点を、発明のさまざまな実施形態の構造および機能の詳細とともに以上の説明で述べたが、この詳細な説明は例示にすぎず、詳細において、特に部品の構造および配置の事項において、添付の請求項を表現する用語の広い一般的な意味が示す全範囲に本発明の原則の範囲内で変更がなされ得ることを理解すべきである。たとえば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、特定の要素は特定の適用例に依存して異なってもよい。
上記の実現例および他の実現例は、添付の請求項の範囲内にある。
30 記録ヘッド、32 基板、34 ベースコート、36 底部磁極、38 頂部磁極、40 台座、42 導波路、44 コア層、46,48 クラッド層、50 ミラー、52 磁極本体、54 第1の端部、56 エアーベアリング表面、58 傾斜磁極片、60 平面コイル、62 近距離トランスデューサ、64 絶縁材料、66 絶縁材料の別の層、68 記録媒体、70 基板、72 軟性磁気下地層、74 硬性磁気記録層。

Claims (21)

  1. 装置であって、
    光を生成し、能動領域、前記能動領域の第1の側に隣接して位置決めされた第1の反射器、前記能動領域の第2の側に隣接して位置決めされた拡張共振器、および光の第1の部分を前記拡張共振器に反射しかつ光の第2の部分を透過する第2の反射器を有する拡張共振器垂直共振器面発光レーザと、
    前記拡張共振器垂直共振器面発光レーザに隣接して位置決めされた平面導波路と、
    前記拡張共振器垂直共振器面発光レーザからの光の第2の部分を前記導波路に結合するように構成された水平結合器と、
    ヒートシンクマウントまたはサブマウントと、を備え、
    前記第2の反射器は前記ヒートシンクマウントまたは前記サブマウントに一体化されている、装置。
  2. 前記水平結合器は角のあるブレーズド回折格子を含む、請求項1に記載の装置。
  3. 前記拡張共振器は透明なスタンドオフを含む、請求項1または2に記載の装置。
  4. 前記拡張共振器は、前記透明なスタンドオフと前記第2の反射器との間に間隙を含む、請求項3に記載の装置。
  5. 前記間隙は透明材料で充填される、請求項4に記載の装置。
  6. 前記水平結合器上に光を合焦させるレンズを前記拡張共振器内にさらに備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置。
  7. 前記水平結合器は傾斜したミラーを含む、請求項6に記載の装置。
  8. 前記拡張共振器垂直共振器面発光レーザは、硬化可能な導電性接着剤を用いて前記導波路に搭載され、前記接着剤を硬化させる前に性能パラメータを最大化するように前記導波路と位置合せされる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置。
  9. 装置であって、
    光を生成し、能動領域、前記能動領域の第1の側に隣接して位置決めされた第1の反射器、および前記能動領域の第2の側に隣接して位置決めされた拡張共振器を有する拡張共振器垂直共振器面発光レーザと、
    平面導波路と、
    前記導波路に、かつ前記導波路から前記能動領域に向けて光を結合するように構成された水平結合器と、
    前記導波路内に位置決めされ、光の第1の部分を前記水平結合器に向けて反射し、かつ光の第2の部分を透過する第2の反射器と、を備える、装置。
  10. 前記第2の反射器は分布型ブラッグ反射器を含む、請求項9に記載の装置。
  11. 前記水平結合器は角のあるブレーズド回折格子を含む、請求項9または10に記載の装置。
  12. 前記拡張共振器は透明なスタンドオフを含む、請求項9〜11のいずれか1項に記載の装置。
  13. 前記拡張共振器は、前記透明なスタンドオフと前記第2の反射器との間に間隙を含む、請求項12に記載の装置。
  14. 前記間隙は透明材料で充填される、請求項13に記載の装置。
  15. 前記拡張共振器の第1のバイアおよび第2のバイアを介して前記能動領域に電気的に接続される第1の電気接点および第2の電気接点をさらに備える、請求項9〜14のいずれか1項に記載の装置。
  16. 前記拡張共振器垂直共振器面発光レーザは、硬化可能な導電性接着剤を用いて前記導波路に搭載され、前記接着剤を硬化させる前に前記導波路と位置合せされる、請求項9〜15のいずれか1項に記載の装置。
  17. 装置であって、
    記憶媒体と、
    記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドを前記記憶媒体に隣接して位置決めするためのアームとを備え、
    前記記録ヘッドは、光を生成し、能動領域、前記能動領域の第1の側に隣接して位置決めされた第1の反射器、前記能動領域の第2の側に隣接して位置決めされた拡張共振器、および光の第1の部分を前記拡張共振器に反射しかつ光の第2の部分を透過する第2の反射器を有する拡張共振器垂直共振器面発光レーザと、平面導波路と、光の第2の部分を前記導波路に結合するように構成された水平結合器と、ヒートシンクマウントまたはサブマウントとを含むトランスデューサアセンブリを含み、前記第2の反射器は前記ヒートシンクマウントまたは前記サブマウントに一体化されている、装置。
  18. 前記水平結合器は角のあるブレーズド回折格子を含む、請求項17に記載の装置。
  19. 前記第2の反射器は複数の層を含む、請求項17または18に記載の装置。
  20. 前記第2の反射器は分布型ブラッグ反射器を含む、請求項17〜19のいずれか1項に記載の装置。
  21. 前記装置は、熱アシスト磁気記録装置である、請求項1〜20のいずれか1項に記載の装置。
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