JPH08306062A

JPH08306062A - 光ヘッド及び光情報記録再生装置

Info

Publication number: JPH08306062A
Application number: JP7111580A
Authority: JP
Inventors: Akitomo Itou; 顕知伊藤; Toshimichi Shintani; 俊通新谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】超高密度、かつ、小型の光情報記録再生装置に
用いるのに適した、光の利用効率を高めた光ヘッドを提
供すること。【構成】半導体レーザ１の一方向のミラー側に、そこか
ら出射するレーザ光を検出する光検出器２を、このミラ
ーと反対の側に、エバネセント光４を発生させる手段と
して半導体材料からなるプローブを設けるようにした光
ヘッド。半導体レーザ１の一方の端面自体をプローブと
してもよい。プローブから発生したエバネセント光４に
より、記録媒体に情報を記録することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報の記録、再生等
に用いる光ヘッド及びそれを用いた光情報記録再生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光情報記録再生装置の一つである光ディ
スク装置は、これまで大容量の記録媒体として注目され
てきた。しかし、最近の磁気ディスク装置は、急速に大
容量化に進展し、記録密度は１ギガビット／平方インチ
となり、光ディスク装置とほぼ同等となった。そして、
その大容量化の進展速度の差から、ここ数年で記録密度
は光ディスク装置を追い抜くのは確実な状況となってい
る。

【０００３】一方、光ディスク装置の高密度化は、使用
する半導体レーザ光の短波長化、微小な情報記録マーク
を形成する技術及び光スポット径より小さい情報記録マ
ークを精度よく再生する技術の３つの方向から推進され
てきた。第１のアプローチについては、最近II−VI族の
半導体による緑色レーザの室温連続発振、ガリウム・窒
素系のIII−Ｖ族半導体による青色発光ダイオードの製
品化など画期的な進歩があり、第２、第３のアプローチ
も着実な進歩を遂げているが、これらを総合してもやっ
と１桁の記録密度向上が計れる程度であると推定されて
いる。この根本的な原因は、光の回折現象により、光を
光の波長より小さいビーム径に絞り込むことができない
ためである。

【０００４】この限界を打ち破り、記録密度を現状より
２桁向上する方法として、近接場（エバネセント場）を
利用した光記録再生方法が注目されている。例えば、ア
プライド・フィジクス・レターズ、６１巻、２号、１４
２頁から１４４頁（Appl．Phys．Lett．，Vol．61，N
o．2，pp．142〜144，1992）に記載されているように、
光ファイバの先端をコーン状に加工し、その先端の数１
０ｎｍの領域以外を金属の被膜で覆ったプローブを作製
し、これをピエゾ素子を用いた精密アクチュエータに搭
載して位置を制御して、直径６０ｎｍの記録マークをプ
ラチナ／コバルトの多層膜上に記録再生した例が報告さ
れている。この例の場合、記録密度は４５ギガビット／
平方インチに達し、現状の約５０倍とすることができ
る。さらに最近、アプライド・フィジクス・レターズ、
６３巻、２６号、３５５０頁から３５５２頁（Appl．Ph
ys．Lett．，Vol．63，No．26，pp．3550〜3552，199
3）には、上記光ファイバとしてネオジウムがドープさ
れているものを用い、レーザ発振を利用してＳ／Ｎ比を
向上した例が報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、以下
のような問題があった。まず第一に、信号レベルが小さ
いことが挙げられる。上記第２の従来例では、金の薄膜
を成膜したガラス基板上に、プロ−ブ先端の開口の回り
がアルミニウムでコーティングされた光ファイバプロー
ブを接近させ、１０ｎｍ程度基板表面と垂直方向にプロ
ーブを移動させることで、約３０％の強度変調シグナル
を検出しているが、検出パワーは、入射光４５ｍＷに対
し０．３ｍＷと小さい。これは、光ファイバの屈折率が
小さいため、入射した光が十分にプローブの先端まで伝
搬しないためである。上記従来例では、その効率はわず
か１％程度と見積もられている。第２に、ファイバレー
ザの緩和周波数が９２ＫＨｚと極めて小さく、高速な情
報転送が困難であることが挙げられる。

【０００６】第３に、基板とプローブの距離をスキャニ
ング・フォース顕微鏡を用いて、極めて精密に制御する
必要があるため、例えば、光情報を記録したディスクを
高速に回転した場合、ディスクの偏心によって生じる高
い周波数の基板とプローブの距離の変動を制御しきれな
いという問題がある。第４に、上記従来例では情報を記
録する際の光強度の変調を、音響光学効果を用いた偏向
器で行うため、数１０ＭＨｚ以上の変調が困難であると
いう問題がある。

【０００７】本発明の第１の目的は、超高密度、かつ、
小型の光情報記録再生装置に用いるのに適した、光の利
用効率を高めた光ヘッドを提供することにある。本発明
の第２の目的は、そのような光ヘッドを用いた、高速記
録可能な光情報記録再生装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の光ヘッドは、半導体レーザの一方向
のミラー側に、そこから出射するレーザ光を検出する検
出器を、このミラーと反対の側に、エバネセント光を発
生させる手段として半導体材料からなるプローブを設け
るようにしたものである。

【０００９】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の光ヘッドは、半導体レーザの一方向のミラー側
に、そこから出射するレーザ光を検出する検出器を設
け、このミラーと反対の側の端面をエバネセント光を発
生させるためのプローブを構成するようにしたものであ
る。上記プローブは、錐形状、例えば、楕円錐形状、円
錐形状等とすることが好ましい。プローブを半導体から
構成することは、屈折率の高いために適切である。

【００１０】さらに、上記第２の目的を達成するため
に、本発明の光情報記録再生装置は、光情報記録媒体に
情報を記録、再生するための光ヘッドとして上記のいず
れかの光ヘッドを用い、光情報記録媒体と光ヘッドの相
対的位置を移動させるための移動手段と、情報の記録、
再生及び上記移動手段を制御するための制御手段とから
構成するようにしたものである。

【００１１】上記光ヘッドは、浮上スライダーに搭載さ
れていることが好ましい。光ヘッドを浮上スライダーに
搭載し、エアー浮上させれば記録媒体の高速の移動に追
従させることができる。

【００１２】

【作用】半導体レーザの検出器を設けた側と反対側に、
半導体で形成されたプローブを設置するか又は半導体レ
ーザの検出器を設けた側と反対側の端面自体をプローブ
にすることにより、入射した光を効率よくプローブの先
端まで伝搬させることができる。また、エバネセント光
と光情報記録媒体の相互作用の変化によって生じた僅か
の変化を増幅し、大きな光出力変化として取り出すこと
ができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。〈実施例１〉図１は本発明の第１の実施例の光情報記録
再生装置の光ヘッド近傍の斜視図である。波長８３０ｎ
ｍの半導体レーザ１で発生させられた光は、レーザ後方
に設置された光検出器２でその出力をモニタされる。光
検出器側の端面は、１０％の反射率になるようにコーテ
ィングされている。一方半導体レーザの他方の端面は、
楕円錐形状のプローブ３に加工されている。プローブ先
端の開口のまわりには白金膜１０がコーティングされて
いる。このプローブよりエバネセント光４を発生するこ
とができる。発生されたエバネセント光は、基板７上に
形成された相変化記録媒体８と相互作用し、光記録ドメ
イン９を形成する。

【００１４】一方、情報再生時には、半導体レーザの注
入電流を略しきい値まで落とし、記録情報の再生を行
う。上記の光記録により、媒体の反射率が変化している
ので、記録媒体とエバネセント光の相互作用の大きさが
変化し、その結果、レーザ共振器の反射率が変化する。
この僅かな変化がレーザ共振器により大きく増幅され、
共振器からのレーザ光５のパワーが大きく変調される。
このレーザ光５は、光検出器２に導かれて検出される。
また、プローブ付きの半導体レーザ１、光検出器２は、
高さ約０．５ｍｍ、長さ約２ｍｍ、幅約１．５ｍｍの浮
上スライダ６上に搭載されており、記録媒体とプローブ
の距離を一定距離に保つことができる。その分解能は、
開口の大きさで決まるが、現状では約５０ｎｍの開口の
プローブの作製が可能であり、記録密度として１００ギ
ガビット／平方インチ以上が可能となる。

【００１５】さらに、本実施例によれば光ヘッドの大幅
な小型化が可能である。従来の光ヘッドは、プローブと
して光ファイバを用いていたため、装置が大規模であっ
た。しかし本実施例では、小型のプローブ付き半導体レ
ーザ１、光検出器２が、浮上スライダ６上に搭載されて
おり、その大きさは現状の磁気ディスクと変わらない、
極めて小さいものとすることができた。

【００１６】次に、エバネセント光発生に用いる半導体
プローブについて説明する。図２は、上記実施例で用い
たプローブ付き半導体レーザの斜視図と断面図である。
２１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ約０．３ｍｍ）、２２は
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（厚さ１０μｍ）で、Ａｌ
とＧａの組成比は０．５：０．５である。２３はＡｌＧ
ａＡｓの活性層（厚さ０．３μｍ）で、ＡｌとＧａの組
成比は０．１４：０．８６である。２４はｐ型ＡｌＧａ
Ａｓのクラッド層（図の左右の部分の厚さ１μｍ）で、
ＡｌとＧａの組成比は０．５：０．５である。２５はｐ
型ＧａＡｓのコンタクト層（厚さ０．１μｍ）、２６は
ｎ型ＧａＡｓ層からなる電流障壁層（厚さ１０μｍ）、
２７はｐ型ＧａＡｓのキャップ層（厚さ０．１μｍ）で
ある。

【００１７】プローブ部の作製方法の概略は以下の通り
である。まずｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、上記の各層を
コンタクト層２５まで積層する。クラッド層２４、コン
タクト層２５を図のようにパターニングし、この部分に
電流障壁層２６を選択成長させる。活性層に垂直な方向
のテーパは、上記パターニングの際、活性層２３、クラ
ッド層２４、コンタクト層２５を同時にエッチングす
る。表面を平坦化し、キャップ層２７を形成する。

【００１８】活性層に平行な方向のテーパは、異方性エ
ッチングを用いて形成する。すなわち、エッチング前に
基板の上面、下面及び加工する端面の反対側の端面を耐
エッチング材料であるＳｉＯ₂で覆い、次にこれを緩衝
エッチング液（Ｈ₂Ｏ：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ₂＝５：１：１）に
浸漬する。このとき、エッチング速度はＡｌの組成の小
さい活性層部分の方が遅いので、周辺部からエッチング
が進行する。このようにして、最終的には略楕円錐形状
のプローブが形成される。電流注入用の金電極２８を形
成したのち、最後にプローブに白金を蒸着し、イオンビ
ームエッチングで白金をエッチングして開口を作製す
る。このプローブ付き半導体レーザの大きさは、厚さ約
３００μｍ、幅約３００μｍ、長さ約３００μｍであっ
た。

【００１９】〈実施例２〉図３は、本発明の第２の実施
例の光情報記録再生装置の光ヘッド近傍の斜視図であ
る。波長８３０ｎｍの半導体レーザ３１は、そのプロー
ブ側端面がＡＲ（アンチレフレクション）コーティング
され、光検出器側の端面は、１０％の反射率になるよう
にコーティングされている。半導体レーザ３１で発生し
た光は、レーザ後方に設置された光検出器２でその出力
をモニタされる。半導体レーザ３１から出射した光は、
半導体で形成された楕円錐形状のプローブ３２に結合さ
れる。プローブ３２の加工方法は、実施例１と同様であ
る。プローブの開口と反対側の端面はＡＲコーティング
されている。

【００２０】このプローブ３２より発生されたエバネセ
ント光は、基板７上に形成された相変化記録媒体８と相
互作用し、光記録ドメイン９を形成する。また情報再生
時には、半導体レーザの注入電流を略しきい値まで落と
し、記録情報の再生を行う。上記の光記録により、媒体
の反射率が変化しているので、記録媒体とエバネセント
光の相互作用の大きさが変化し、その結果、レーザ共振
器の反射率が変化する。この僅かな変化がレーザ共振器
により大きく増幅され、共振器からのレーザ光５のパワ
ーが大きく変調される。このレーザ光５は、光検出器２
に導かれて検出される。

【００２１】次に、この光情報記録再生装置の記録再生
の原理について説明する。図４は、この光ヘッドにおけ
る半導体レーザの駆動状態を説明した図である。まず記
録時には、注入電流をしきい値電流より十分大きくバイ
アスし、光記録に必要なレーザパワーとする。実施例１
で、共振器長Ｌは３００μｍ、半導体レーザの吸収係数
αはＧａＡｓを想定して２０（／ｃｍ）、光検出器側の
半導体レーザの反射率Ｒ１は前記のように０．１とす
る。一方プローブ側も、光導波路がテーパ状になってお
り、かつ白金がコーティングされているため、プローブ
の近くに媒体がない場合でも、反射率Ｒ２は０．２程度
である。図２又は図３に示したプローブで、直径５０ｎ
ｍのエバネセント光を発生させる場合、媒体とプロ−ブ
間の距離ｄ＝５０ｎｍとし、記録ドメインの有無による
実効的なプローブ側の反射率変動は、従来の０．０１に
くらべて大きく、０．０３程度となる。このとき、スロ
ープ効率は０．３１（Ｗ／Ａ）となり、Ｉｔｈ＝３５．
６（ｍＡ）となる。

【００２２】光情報記録媒体として相変化媒体を想定し
た場合、記録速度１００Ｍｂｐｓの条件では、記録パワ
ー４０ｍＷが必要である。本実施例では、波長７８０ｎ
ｍ、対物レンズのＮＡ０．５５の現行装置の記録光スポ
ット面積１．５平方μｍに対し、スポットサイズが０．
００２平方μｍと約１／１０００であるから、記録パワ
ーとして、約０．０４ｍＷが必要となる。このとき共振
器内の光パワーとして１．３ｍＷ、従って注入電流をし
きい値電流より、約４ｍＡ大きなところへ設定すればよ
い。また、記録に必要な５００Ｍｂｐｓ以上の高速変調
は、半導体レーザの強度の直接変調で実現できる。従っ
て、従来の音響光学素子を用いた変調器は不要となるだ
けでなく、将来の記録速度の向上にも１Ｇｂｐｓ程度ま
では十分対応が可能となる。

【００２３】一方上記プローブを用いた光ヘッドを用い
れば、再生にはさらに大きなメリットがある。本光ヘッ
ドの再生原理を図５を用いて説明する。再生時には、半
導体レーザの注入電流はしきい値電流Ｉｔｈにバイアス
する。すでに述べたように、本光ヘッドでは、図５に示
すように、半導体レーザ１の光検出器２側のミラーと、
相変化記録媒体８の記録層の間で共振器が構成されてい
る。情報ドメイン９の有無により、媒体の屈折率が変化
する。その変化量は約５０％であり、情報ドメインの有
無により、実効的な反射率Ｒ２は０．０３から０．０１
５に変化する。このときしきい値電流Ｉｔｈは、上記の
場合、３５．６から３５．９に０．３ｍＡ増える。そこ
で、上記バイアス電流を３５．９ｍＡに設定した場合、
ピットがある場合の光出力は０．１ｍＷとなり、十分検
出可能な値となる。実際は、自然放出光のためしきい値
電流においても光出力はゼロでないため、変調度は６０
％程度となるが、従来の３０％に比べると大きな変調度
が期待できる。また、半導体レーザのキャリヤの緩和周
波数は、ｎｓオーダであるから、その応答周波数は１Ｇ
Ｈｚ程度までは十分可能であり、従来例では不可能であ
った、高速再生、高速転送が可能となる。

【００２４】〈実施例３〉図７は、本発明の光情報記録
再生装置の一実施例の模式図である。ディスク６３の上
に、光ヘッドを搭載したスライダ７２が配置され、この
スライダ７２は、トラッキング／アクセスドライバ７３
とアーム（図示せず）により連結されている。光ヘッド
への書き込み信号、光ヘッドからの再生信号は、信号処
理回路７５により制御、検出される。また、信号処理回
路７５は、走査制御回路７４を制御し、走査制御回路７
４がモータ７１、トラッキング／アクセスドライバ７３
を作動させて光ヘッドとディスク６３の相対的位置を移
動させる。

【００２５】次に、位置決め、サーボ技術について説明
する。前記従来の光記録、再生は、単に数１０ｎｍ離れ
た点に次々に情報ピットを記録、再生したものである
が、本実施例では以下のようにしてトラッキングを行
う。図６に示すように、まず、ディスク６３には、プリ
ピット６１が予め形成されているサーボ領域６４と、デ
ータ領域６５がある。プリピット６１はトラック中心６
２から、その中心が左右に一定距離ずれたところに配置
されたウォブルピットである。この上を光ビームが走査
された場合、もし光ビーム６６がトラック中心からずれ
ていると、連続した２つのプリピットからの信号にアン
バランスが生じ、これらの信号の差をとってトラッキン
グ誤差信号とする。その場合、前述のような光ビーム６
６、例えば、ビーム径ａ＝０．０５μｍのものを用いれ
ば、トラックピッチ０．１μｍとすることができ、ウォ
ブルピットのウォブル幅を０．０２５μｍ程度とする。
この大きさは、現状の光ディスク原盤作製装置で作製可
能であり、特別の技術を用いずに大量のレプリカ円板を
容易に作製することができる。このときの記録密度とし
ては前述のように約１００ギガビット／平方インチが可
能である。本実施例では、上記トラッキング誤差信号を
用いてサンプル・トラッキングにより、トラック上への
光ビームの位置決めを行う。また、通常の光情報記録再
生装置とは異なり、ディスクとプローブの距離は空気浮
上で制御するため、いわゆるフォーカシング・サーボ動
作は不要である。以上のように、本実施例では位置決め
方式が極めて簡単となっており、超高密度の光情報記録
再生装置に特有の複雑な位置決め、サーボを行う必要が
ないという特徴を持つ。

【００２６】最後に、本光情報記録再生装置のノイズに
ついて説明する。本実施例においては、情報の再生時に
半導体レーザを略しきい値電流で駆動する。半導体レー
ザのノイズは、半導体レーザを略しきい値電流で駆動す
る場合に著しく増加する。半導体レーザを略しきい値電
流で駆動し、かつノイズの増加を抑圧するため、再生時
は縦モードをマルチモードとして駆動することが望まし
い。具体的には、しきい値電流付近で１００から６００
ＭＨｚ程度の高周波で電流値を変調する。これにより半
導体レーザの縦モードをマルチ化し、再生時におけるノ
イズを大幅に低減することができる。

【００２７】なお、上記各実施例は、記録媒体として相
変化型の材料を用いた例を示したが、本発明では記録媒
体として、相変化型の材料の外に、例えば、ポリカーボ
ネート円板にあけられた穴の有無で情報を得る穴あけ型
の記録媒体、或はガラスやシリコン基板上に、例えば原
子間力顕微鏡等で形成された金等の金属ドットを情報担
体とする記録媒体も適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、１００ギガビット／平
方インチクラスの超高記録密度を持ち、かつ、小型で、
実用に十分なＳ／Ｎを持つ光情報記録再生装置を得るこ
とができた。また、それに用いるのに適した光ヘッドを
得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光情報記録再生装置の
光ヘッド近傍の斜視図である。

【図２】本発明で用いるプローブ付き半導体レーザの斜
視図と断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の光情報記録再生装置の
光ヘッド近傍の斜視図である。

【図４】本発明の光情報記録再生装置の記録、再生原理
を説明する図である。

【図５】本発明の光ヘッドの光情報再生の原理を説明す
る図である。

【図６】本発明の光情報記録再生装置のトラッキング方
式の一例を説明する図である。

【図７】本発明の光情報記録再生装置の一実施例の模式
図である。

【符号の説明】

１、３１…半導体レーザ２…光検出器３、３２…プローブ４…エバネセント光５…レーザ光６…浮上スライダ７…基板８…相変化記録媒体９…光記録ドメイン１０…白金膜２１…ｎ型ＧａＡｓ基板２２、２４…クラッド層２３…活性層２５…コンタクト層２６…電流障壁層２７…キャップ層２８…金電極６１…プリピット６２…トラック中心６３…ディスク６４…サーボ領域６５…データ領域６６…光ビーム７１…モータ７２…スライダ７３…トラッキング／アクセスドライバ７４…走査制御回路７５…信号処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、該半導体レーザの一方向
のミラーから出射するレーザ光を検出する検出器と、上
記半導体レーザの上記ミラーと反対の側に配置されたエ
バネセント光を発生させる手段とを有し、該エバネセン
ト光を発生させる手段は、半導体材料からなるプローブ
であること特徴とする光ヘッド。
【請求項２】半導体レーザと、該半導体レーザの一方向
のミラーから出射するレーザ光を検出する検出器とを有
し、上記半導体レーザの上記ミラーと反対の側の端面が
エバネセント光を発生させるためのプローブを構成する
こと特徴とする光ヘッド。
【請求項３】上記プローブは、錐形状であること特徴と
する請求項１又は２記載の光ヘッド。
【請求項４】光情報記録媒体、該光情報記録媒体に情報
を記録、再生するための光ヘッド、上記光情報記録媒体
と上記光ヘッドの相対的位置を移動させるための移動手
段並びに情報の記録、再生及び上記移動手段を制御する
ための制御手段を有する光情報記録再生装置において、
上記光ヘッドは、請求項１から３のいずれか一に記載の
光ヘッドであることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項５】上記光ヘッドは、浮上スライダーに搭載さ
れたことを特徴とする請求項４記載の光情報記録再生装
置。
【請求項６】上記光情報記録媒体は、相変化型光情報記
録媒体であることを特徴とする請求項４又は５記載の光
情報記録再生装置。
【請求項７】上記光情報記録媒体は、穴あけ型光情報記
録媒体であることを特徴とする請求項４又は５記載の光
情報記録再生装置。
【請求項８】上記光情報記録媒体は、金属ドットを情報
担体とする光情報記録媒体であることを特徴とする請求
項４又は５記載の光情報記録再生装置。