KR19980071505A - 판독/기록 헤드 어셈블리와, 광 디스크의 판독 및 기록 방법 - Google Patents

판독/기록 헤드 어셈블리와, 광 디스크의 판독 및 기록 방법 Download PDF

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KR19980071505A
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시히 유안 왕
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하드캐스틀 아이안
휴렛트-팩카드 캄파니
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Abstract

본 발명은 광 디스크 드라이브(optical disk drives) 및 이와 유사한 수단에서 사용되는 판독/기록 헤드 어셈블리(read/write head assembly)(200, 300)에 관한 것이다. 헤드 어셈블리(200, 300)는 광 디스크(11)의 판독 및 기록을 수행하는 복수의 수직 표면 방사 레이저(vertical surface emitting laser; VSEL)를 포함한다. 판독 및 기록 기능은 서로 다른 VSEL들에 의해 제공된다. VSEL들은 디스크로부터 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 광 검출기(photodetectors)와 함께 공통 기판(common substrate)(201, 301)상에 형성된다. 광 검출기(211) 및 VSEL(212)을 각각 포함하는 복수의 판독 어셈블리들(210, 311, 312)은 동일한 기판(201, 301)상에 구현될 수 있으므로, 디스크로부터의 데이터 판독율이 증가된다. 또한, 디스크의 기록을 수행하는 복수의 VSEL들(331, 332)은 공통 기판(201, 301)상에 구현될 수 있으므로, 디스크의 데이터 기록율이 증가된다.

Description

판독/기록 헤드 어셈블리와, 광 디스크의 판독 및 기록 방법
본 발명은 광 디스크에 관한 것으로, 특히, 광 디스크에서 사용되는 향상된 판독/기록 레이저 어셈블리(read/write laser assembly)에 관한 것이다.
일회 기록되는 광 디스크는 데이터 백업 및 주문형 출판의 수단으로서 널리 사용되어 왔다. 이들 광 디스크 드라이브는 기록 동작 동안 공 디스크(blank disk)의 표면에 손상을 끼칠 수 있는 비교적 높은 전력의 레이저를 사용하고 있다. 데이터는 저전력 레이저와, 디스크 표면에서 반사되는 광의 단편(fraction)을 검출하는 광 검출기를 이용하여 디스크 표면의 반사율(reflectivity)을 검출함으로써 판독된다. 디스크는 2개 이상의 저전력 레이저에 의해 판독되며, 이들 레이저 중 하나는 데이터 비트(data bits) 판독용이고, 다른 하나는 판독 레이저를 위치지정하는데 사용되는 트랙 데이터(track data) 검출용이다. 빔 분할기(beam splitter) 또는 이와 동일한 광 구조체(optical structure)에 의해 단일의 고전력 레이저로부터 다양한 빔(beam)들이 생성된다.
전형적으로, 디스크의 기록을 수행하는데 필요한 전력은 10mW 정도이다. 판독 동작에 필요한 전력은 단지 1mW 정도이다. 그러나, 빔 분할기 본래의 손실을 감안할 경우 고전력 레이저는 일반적으로 30mW의 전력이 요구된다. 이러한 전력 범위로 레이저를 제조하는 것은 어렵다.
에지 방사 레이저 기법(edge emitting laser technology)은 30mW 범위의 고전력 레이저를 제공하는데 필수적으로 사용된다. 단일의 에지 방사 레이저는 트랙 추적 및 판독을 수행하는데 사용되는 빔 분할기 및 광 검출기와 함께 정렬된다.
에지 방사 레이저 기법을 채용하고, 몇가지 형태의 정렬 메카니즘(alignment mechanism)을 제공하면 판독/기록 광 디스크의 비용이 실질적으로 증가되고, 판독/기록 메카니즘은 한번에 하나의 트랙상에서만 동작하는 단일의 헤드(head)까지 한정된다.
광 디스크는 기존의 자기 디스크 드라이브(magnetic disk drives)에 비해 속도가 느린 단점을 갖고 있다. 원칙적으로, 이러한 단점은 복수의 판독/기록 헤드를 사용함으로써 극복될 수 있다. 하지만, 서로에 대한 헤드 정렬이 필수적이고 단일의 에지 방사 레이저를 기반으로 하는 헤드의 비용이 많이 소요되므로, 이러한 시스템은 상업적으로 그다지 매력적이지 않다.
일반적으로, 본 발명의 목적은 광 디스크에 사용되는 향상된 판독/기록 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에지 방사 레이저에 의존하지 않고 형성될 수 있는 판독/기록 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광 디스크상에서 복수의 트랙을 동시에 판독 및/또는 기록을 수행할 수 있는 판독/기록 헤드를 제공하는 것이다.
당업자라면, 본 발명의 다음 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적들을 명백하게 이해할 것이다.
본 발명은 광 디스크 드라이브 및 이와 유사한 수단에서 사용되는 판독/기록 헤드 어셈블리에 관한 것이다. 헤드 어셈블리는 광 디스크의 판독 및 기록을 수행하는 복수의 수직 표면 방사 레이저(vertical surface emitting laser; VSEL)를 포함한다. 판독 및 기록 기능은 서로 다른 VSEL들에 의해 제공된다. VSEL들은 디스크로부터 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 광 검출기와 함께 공통 기판상에 형성된다. 광 검출기 및 VSEL을 각각 포함하는 복수의 판독 어렘블리들은 동일한 기판상에 구현될 수 있으므로, 디스크로부터의 데이터 판독율이 증가된다. 또한, 디스크의 기록을 수행하는 복수의 VSEL들은 공통 기판상에 구현될 수 있으므로, 디스크의 데이터 기록율이 증가된다.
도 1은 종래의 전형적인 판독/기록 광 디스크 어셈블리의 개략도.
도 2는 전형적인 VSEL의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 판독/기록 어셈블리의 블럭도.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 판독/기록 어셈블리의 실시예에 대한 블럭도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 디스크 12 : 레이저
14 : 빔 분할기 112, 201, 301 : 기판
114 : 광 생성 영역 118 : 상부 미러 영역
119 : 하부 미러 영역 122, 127 : 전극
125, 126 : 주입 영역 130 : 윈도우
200, 300 : 헤드 어셈블리
210, 220, 311, 312 : 판독 어셈블리
100 : VSEL 211 : 광 검출기
231, 331, 332 : 기록 레이저 232 : 기록 검출기
본 발명은 종래의 전형적인 판독/기록 광 디스크 어셈블리의 개략도인 도 1을 참조하면 더욱 쉽게 이해될 것이다. 데이터는 레이저(12)로부터 생성되어 빔 분할기(14)를 통과하는 빔들 중 하나에 의해 디스크(11)로부터 기록 또는 판독된다. 빔(15)은 디스크(11)의 기록을 수행하는 고전력 빔이다. 빔(16)은 디스크(11)로부터 데이터를 판독하는 검출기(18)에 광원(light source)을 제공한다. 빔(17)에 대응하는 검출기는 도면에 생략되어 있다.
전술한 바와 같이, 빔(15)은 대략 10mW 정도의 전력을 필요로 한다. 단일의 레이저(12)로부터 빔 분할기를 통해 전술한 전력을 얻기 위해서는 레이저(12)의 출력 전력이 30mW 정도 되어야 한다. 전술한 전력 레벨은 에지 방사 레이저를 이용해야만 경제적으로 얻을 수 있다. 전술한 레이저는 빔(16 및 17)에 의해 요구되는 검출기를 포함하는 어레이 또는 단일 회로 칩상에 구현하기가 용이하지 않다. 결국, 여러 소자들은 개별적으로 형성되어, 전술한 소자들이 서로 적절하게 정렬하는 몇가지 형태의 어셈블리상에 탑재되어야 한다.
본 발명은 디스크의 기록을 수행하는데 필요한 전력, 즉, 10mW가 수직 표면 방사 레이저(VSEL)의 가용 범위내에 있고, 종래의 장치에서 요구되는 전체 전력 30mW가 전술한 가용 범위내에 있지 않은 관측 결과를 기초로 한 것이다. 따라서, 일반적으로 단일의 저전력 레이저로부터 도출되는 여러 가지 기능에 대해 복수의 레이저가 사용되면, 단일 집적 회로 기판상에 복수의 레이저 어렘블리가 형성될 수 있다. VSEL 기반의 어셈블리는 보다 경제적인 레이저 어셈블리를 제공하는 것 이외에도, 본질적으로 서로 정렬된 소자를 구비하고 있다. 따라서, 여러 소자들을 정렬시키는 비용이 제거된다. 마지막으로, 검출기는 레이저와 동일한 기판상에서 형성될 수 있으므로 디스크 헤드를 형성하는데 일반적으로 사용되는 에지 방사 레이저의 일부 비용만으로 단일의 집적 회로 기판상에 기록/판독 디스크 헤드를 구성할 수 있다.
도 2에는 전형적인 VSEL인 종래의 VSEL(100) 단면도가 도시되어 있다. VSEL의 구성은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서 더 이상 상세하게 기술되지 않을 것이다. 본 발명의 설명을 위해, VSEL(100)은 상부 미러 영역(top mirror region)(118), 광 생성 영역(light generation region)(114), 하부 미러 영역(bottom mirror region)(119)을 갖는 p-i-n 다이오드로 간주됨에 유의하여야 한다. 이들 영역은 기판(112)상에 형성된다. 전극들(122 및 127) 사이에 전원이 인가된다. 도시된 여러 층들은 에픽텍셜 성장(epitaxial growth)에 의해 형성된다.
전형적으로 활성 영역(active region)은 미러 영역(118 및 119)으로부터 스페이서(spacer)(115 및 116)에 의해 각각 분리되는 하나 이상의 InGaP, AlInGaP의 양자 웰(quantum wells)로부터 형성된다. 물질의 선택은 VSEL에 의해 방사된 광의 요구되는 파장에 따라 다르다. 또한, 벌크 활성 영역(bulk active regions)을 기반으로 하는 소자들은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있다. 이 층(114)은 p-i-n 다이오드를 순방향으로 바이어싱하여 생성된 전자(electron) 및 정공(hole)을 재조합함으로써 자연 방출(spontaneous emission) 및 유도 방출(stimulated emission)로 인해 광을 생성하는 광 생성층(light generation layer)으로 간주될 수 있다.
미러 영역은 전형적으로 교번층(alternating layer)인 층(120 및 121)으로부터 형성된다. 이들 층은 굴절율이 서로 다르다. 각각의 층의 두께는 1/4 광 파장을 갖도록 선택된다. 스택(stacks)은 브래그 미러(Bragg mirror)를 형성한다. 전형적으로 스택은 AlAs 및 AlGaAs의 교번층으로부터 형성된다. 요구되는 반사율을 얻기 위해서는 전형적으로 30 주기가 필요하다. 전형적으로 상부 미러 영역(118)의 층들은 p 형 반도체가 되도록 도핑되며, 하부 미러 영역(119)의 층들은 n 형 반도체가 되도록 도핑된다. 바람직하게, 기판(112)은 n 형이다. 바람직하게, 하부 전극(127)은 n 형의 옴 접촉부(ohmic contact)이다. 그러나, n-i-p 다이오드 구조는 p 형 기판상에 구조체를 성장시키거나, 자신의 위에 p층이 증착되는 반절연(semi-insulation) 기판을 성장시킴으로써 형성될 수 있다.
전극들(122 및 127) 사이의 전류 흐름은 주입 영역(implanting region)(125 및 126)에 의해 영역(124)까지 한정되며, 이에 따라 이들 영역은 높은 저항성 영역으로 변환된다. 이것은 전형적으로 수소 이온(hydrogen ion)을 주입함으로써 행해진다.
도 2에서 VSEL(100)은 실제 크기로 도시된 것이 아님에 유의하여야 한다. 특히, 미러 영역 및 활성 영역은 도면의 명료성을 위해 확대된 것이다. 실제로, 영역(112)의 두께는 대략 10μm의 두께를 갖는 미러 영역 및 활성 영역과는 달리 전형적으로 150μm의 두께를 갖는다. 상부 전극(122)의 윈도우(130)는 그 직경이 대략 3-6μm이며, 하부 전극(127)은 기판의 바닦을 덮고 있다.
도 3을 참조하면 광 디스크(11)의 판독 및 기록을 수행하는 본 발명에 따른 판독/기록 헤드(200)의 블럭도가 도시되어 있다. 기판(201)상에 판독/기록 헤드(200)의 여러 소자들이 형성되어 있다. 판독/기록 헤드(200)는 참조 번호(210 및 220)로 도시된 2개의 판독 어셈블리와 기록 레이저(231)를 포함한다. 또한, 도 3에는 위치, 전력 또는 기록 레이저(231)를 감시(monitor)하는 광 기록 검출기(232)가 도시되어 있다. 각각의 판독 어셈블리는 디스크(11)로부터 되반사되는 레이저의 출력 세기를 측정하는 하나의 레이저 및 하나 이상의 광 검출기를 포함한다. 어셈블리(210)에 대응하는 각각의 레이저 및 검출기는 도면에서 참조 번호(212 및 211)로 각각 도시되어 있다. 어셈블리(220)에 대응하는 각각의 레이저 및 검출기는 도면에서 참조 번호(221 및 222)로 각각 도시되어 있다.
헤드(200)내에 구비된 레이저는 VSEL로서 형성된다. 검출기는 기존의 광 다이오드(photo-diode)일 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출기 및 레이저는 여러 어셈블리들이 서로에 대해 적절하게 위치되도록 하는 기존의 집적 회로 제조 기법을 이용하여 기판(201)상에 형성된다. 이와 같은 본질적인 정렬로 인해 복수의 트랙상에 동시에 동작하는 판독/기록 헤드의 제조가 용이해진다.
광 디스크는 경제적인 비휘발성 저장 매체를 제공하지만, 이와 같은 소자들의 판독 속도, 특히 기록 속도는 주요 데이터를 저장하는 광 디스크를 사용하는데 커다란 장애가 된다. 이러한 소자들의 유효 속도를 증가시키는 하나의 방법은 다수의 트랙에서 동시에 판독 및 기록을 수행하는 것이다. 이러한 구성은 판독 및/또는 기록 레이저들간에 정확한 정렬이 요구된다. 본 발명은 이와 같은 정렬을 본질적으로 제공하므로, 전술한 판독/기록 헤드를 형성하는데 매우 적합하다.
도 4에는 복수의 판독 및 기록 레이저를 구비한 판독/기록 헤드(300)의 블럭도가 도시되어 있다. 헤드(300)는 어셈블리들(311 및 312)을 예시적으로 도시한 복수의 판독 어셈블리들을 포함한다. 각각의 판독 어셈블리는 하나의 VSEL 레이저 및 하나 이상의 광 검출기를 포함한다. 판독 어셈블리들은 각각의 판독 어셈블리가 다른쪽 어셈블리의 트랙이 아닌 트랙으로부터 데이터를 판독하도록 바람직하게 위치된다.
또한, 헤드(300)는 디스크(11)의 표면에 데이터를 기록하기에 충분한 전력을 갖는 복수의 VSEL을 포함한다. 도 3에는 기록 레이저(332 및 333)가 예시적으로 도시되어 있다. 기록 레이저들이 동시에 턴온(turned-on)될 때, 이들 레이저는 데이터가 서로 다른 비트(bits)로 기록되도록 위치될 수 있다. 이들 비트는 서로 다른 트랙상에 바람직하게 존재하지만, 동일한 트랙상에 복수의 비트가 기록되도록 하는 구성도 또한 가능하다.
또한, 헤드(300)는 디스크(11)로부터 트랙 위치 데이터를 판독하기 위해 레이저(321) 및 광 검출기(322)가 구비된 부가적인 판독 어셈블리를 포함한다. 공통 기판(301)상에는 여러 가지 광 검출기 및 레이저가 형성된다.
당업자라면 전술한 설명 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 여러 가지 변경이 이루어질 수 있음을 명백하게 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 다음의 특허 청구 범위로 정의된다.
본 발명에 따른 광 디스크의 판독/기록 헤드 어셈블리 및 판독 및 기록 방법에 의해 광 검출기 및 VSEL을 각각 포함하는 복수의 판독 어렘블리가 동일한 기판상에 구현되므로 디스크 데이터의 판독율 및 기록율이 증가되는 장점을 갖는다.

Claims (8)

  1. 판독/기록 헤드 어셈블리(read/write head assembly)(200, 300)에 있어서,
    광 디스크(optical disk)(11)에 기록하기에 충분한 전력 레벨을 갖는 제 1 VSEL(vertical surface emitting laser)(231, 331)과, 제 2 VSEL(212, 312)과, 상기 제 2 VSEL(212, 312)에 의해 생성되어 상기 광 디스크(11)로부터 반사되는 광을 검출하는 제 1 광 검출기(photodetector)(211)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 VSEL과, 상기 제 1 광 검출기(211)는 공통 기판(201, 301)상에 형성되는 판독/기록 헤드 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 3 VSEL(311)과, 상기 제 3 VSEL(311)에 의해 생성되어 상기 광 디스크(11)로부터 반사되는 광을 검출하는 제 2 광 검출기(311)를 더 포함하고, 상기 제 3 VSEL(311) 및 상기 제 2 광 검출기(311)는 상기 공통 기판(201, 301)상에 형성되고, 상기 제 1 광 검출기(211) 및 상기 제 2 VSEL(212, 312)이 제 1 트랙(track)으로부터 데이터를 판독할 수 있도록 위치될 때 상기 제 3 VSEL(311) 및 상기 제 2 광 검출기(311)는 상기 광 디스크(11)상의 제 2 트랙으로부터 데이터를 판독할 수 있도록 위치되며, 상기 제 1 트랙은 상기 제 2 트랙과는 다른 판독/기록 헤드 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 4 VSEL(221, 321)과, 상기 제 4 VSEL(221, 321)에 의해 생성되어 상기 광 디스크(11)로부터 반사되는 광을 검출하는 제 3 광 검출기(222, 322)를 더 포함하고, 상기 제 4 VSEL(221, 321) 및 상기 제 3 광 검출기(222, 322)는 상기 공통 기판(201, 301)상에 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 VSEL과 상기 제 1 광 검출기(211)가 상기 광 디스크(11)상의 트랙으로부터 데이터를 판독할 수 있도록 위치될 때 상기 제 4 VSEL(221, 321) 및 상기 제 3 광 검출기(222, 322)는 트랙 위치 데이터(track position data)를 판독할 수 있도록 위치되는 판독/기록 헤드 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 디스크(11)에 기록하기에 충분한 전력 레벨을 갖는 제 5 VSEL(332)을 더 포함하고, 상기 제 5 VSEL(332)은 상기 제 1 및 제 5 VSEL이 동시에 턴온(turned-on)될 때 상기 제 5 VSEL(332)이 상기 광 디스크(11)상에 상기 제 1 VSEL(231, 331)과 다른 비트 위치에 기록할 수 있도록 위치되는 판독/기록 헤드 어셈블리.
  5. 광 디스크(11)의 판독 및 기록 방법에 있어서, 상기 광 디스크(11)에 기록하기에 충분한 전력 레벨을 갖는 제 1 VSEL(231, 331)을 제공하여 상기 광 디스크(11)의 기록을 수행하는 단계와, 제 2 VSEL(212, 312)과, 상기 제 2 VSEL(212, 312)에 의해 생성되어 상기 광 디스크(11)로부터 반사되는 광을 검출하는 제 1 광 검출기(211)를 제공하여 상기 광 디스크(11)의 판독을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 VSEL과, 상기 제 1 광 검출기(211)는 공통 기판(201, 301)상에 형성되는 광 디스크의 판독 및 기록 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 3 VSEL(311)과, 상기 제 3 VSEL(311)에 의해 생성되어 상기 광 디스크(11)로부터 반사되는 광을 검출하는 제 2 광 검출기(311)를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 VSEL(311) 및 상기 제 2 광 검출기(311)는 상기 공통 기판(201, 301)상에 형성되고, 상기 제 1 광 검출기(211) 및 상기 제 2 VSEL(212, 312)이 제 1 트랙으로부터 데이터를 판독할 수 있도록 위치될 때, 상기 제 3 VSEL(311) 및 상기 제 2 광 검출기(311)는 상기 광 디스크(11)상의 제 2 트랙으로부터 데이터를 판독할 수 있도록 위치되며, 상기 제 1 트랙은 상기 제 2 트랙과는 다른 광 디스크의 판독 및 기록 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 제 4 VSEL(221, 321)과, 상기 제 4 VSEL(221, 321)에 의해 생성되어 상기 광 디스크(11)로부터 반사되는 광을 검출하는 제 3 광 검출기(222, 322)를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 4 VSEL(221, 321) 및 상기 제 3 광 검출기(222, 322)는 상기 공통 기판(201, 301)상에 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 VSEL과 상기 제 1 광 검출기(211)가 상기 광 디스크(11)상의 트랙으로부터 데이터를 판독할 수 있도록 위치될 때 상기 제 4 VSEL(221, 321) 및 상기 제 3 광 검출기(222, 322)는 트랙 위치 데이터를 판독할 수 있도록 위치되는 광 디스크의 판독 및 기록 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 광 디스크(11)에 기록하기에 충분한 전력 레벨을 갖는 제 5 VSEL(332)을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 5 VSEL(332)은 상기 제 1 및 제 5 VSEL이 동시에 턴온될 때 상기 제 5 VSEL(332)이 상기 광 디스크(11)상에 상기 제 1 VSEL(231, 331)과 다른 비트 위치에 기록할 수 있도록 위치되는 광 디스크의 판독 및 기록 방법.
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