DE69818166T2 - Filme aus Metall(III)-nitrid als Phasenwechsel-Medium für optische Aufzeichnung - Google Patents

Filme aus Metall(III)-nitrid als Phasenwechsel-Medium für optische Aufzeichnung Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft allgemein optische Aufzeichnungsmedien für Speicheranwendungen und insbesondere die Verwendung von Nitriden der Metalle der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente für Phasenwechselmedien zur optischen Aufzeichnung, insbesondere für die optische Aufzeichnung zum einmaligen Beschreiben und zum mehrmaligen Lesen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei der optischen Aufzeichnung für Speicheranwendungen schreibt ein auftreffender fokussierter Lichtstrahl z. B. aus einem Halbleiterlaser Bits in eine Dünnschicht eines geeigneten Material (Mediums) oder liest sie heraus. Das Schreiben (Codieren) erfolgt im Allgemeinen durch Ändern der magnetooptischen Eigenschaften oder aber des Reflexionsgrades des Mediums, um ein Bit zu bilden, das aus dem Bereich des Materials besteht, der durch den fokussierten Lichtstrahl bestrahlt und erhitzt wird, während dieser die Oberfläche des Mediums überstreicht (abrastert) und dabei seine Intensität impulsartig ein- und ausschaltet. Bei der Leseoperation trifft der Laserstrahl auf das Bit auf, und der reflektierte Strahl wird entweder durch einen geänderten Polarisationszustand (bei der magnetooptischen Aufzeichnung) oder durch den Reflexionsgrad moduliert (bei Phasenwechsellegierungen, organischen Farbstoff-/Polymermedien oder Abtragungsmedien). Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Phasenwechselmedien.
  • Phasenwechselmedien können bei Anwendungen wie „Einmal schreiben, mehrmals lesen" (Write Once Read Many, WORM) sowie bei der löschbaren optischen Speicherung eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie WORM-Systeme. Gegenwärtig verwendete typische WORM-Materialien sind Schichten auf Basis von Tellur (Te) oder Selen (Se), die auf der Abtragung von Material zum Erzeugen einer Änderung des Reflexionsgrades beruhen. Ferner werden InSbSn oder andere Metalllegierungen verwendet, die zur Erzeugung des unterschiedlichen Reflexionsgrades auf einem Übergang zwischen einer amorphen und einer kristallinen Phase beruhen. Diese Materialien besitzen jedoch einige Nachteile. Erstens ist die Stabilität der Speicherung zu nennen, da die Phasen einer Umkristallisation unterliegen können. Zweitens sind Te und Se an der Luft instabil und giftig. Drittens liegt die Differenz des Reflexionsgrades oder des Signalkontrasts (der üblicherweise als |(Rw – Rs)/(Rw + Rs)| definiert ist, wobei Rs und Rw der Reflexionsgrad der Ausgangsphase bzw. der Schreibphase sind) dieser Materialien im Bereich von 20 bis 30%. Somit besteht ein Bedarf an Phasenwechselmedien mit gegenüber den oben erwähnten drei Punkten verbesserten Eigenschaften. Außerdem wird erwartet, dass in den nächsten fünf Jahren Halbleiterinjektionslaser mit geringeren Wellenlängen (600 nm und darunter) zur Erreichung höherer Speicherdichten eingeführt werden, sodass Phasenwechselmedien benötigt werden, die mit diesen Lasern kompatibel sind.
  • In der Japanischen Patentanmeldung JP-A-61 177285 wird ein Datenaufzeichnungsmedium mit einer Aufzeichnungsschicht offengelegt, welches feine Partikel eines in einer Metallnitridmatrix verteilten Metalls umfasst, wobei die Schicht zur Verbesserung der Aufzeichnungsempfindlichkeit und zur Verlängerung der Lebensdauer des Mediums auf ein Substrat aufgebracht ist.
  • In der Patentanmeldung WO-A-95 20695 wird ein Verfahren zur Herstellung von Artikeln aus binären oder ternären Galliumnitrid-Einkristallen, z. B. Substraten aus GaN-Einkristallen, offengelegt.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, ein System zur Datenverarbeitung nach Anspruch 5 und eine optische Aufzeichnungsplatte mit mehreren Schichten nach Anspruch 19 bereitgestellt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt Phasenwechselmedien zur optischen Speicherung auf der Grundlage von Halbleitern der Metallnitride der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente bereit. Die Oberfläche von Dünnschichten dieser Halbleiter mit einer breiten Bandlücke können durch Bestrahlung mit Photonen oder gleichwertige Energieeinwirkung und mit Energiedichten oberhalb eines kritischen Schwellenwertes metallisiert werden (durch Desorption des Stickstoffs). Wegen dieses Schreibvorgangs durch Metallisierung eignen sich diese Materialien ausgezeichnet für Speichermedien zum einmaligen Beschreiben und mehrmaligen Lesen, da sich die Reflexionsgrade des Metalls und seines entsprechenden Nitrids mit breiter Bandlücke sehr stark voneinander unterscheiden. Außerdem kann die beschriebene metallische Phase nicht wieder in die Nitridphase zurückgeführt werden, nachdem der Stickstoff desorbiert wurde, sodass das Medium stabil ist und ein echtes Einmal-Schreib-System darstellt. Weitere Vorteile dieser Materialien gegenüber den heutzutage verwendeten Phasenwechselmedien sind der höhere Reflexionskontrast und ihre Eignung für kürzerwellige Laserdioden (460 nm und darunter), deren Einführung in die optische Aufzeichnungstechnologie in den nächsten fünf Jahren erwartet wird. Die Bandlücke von Nitridlegierungen der Metalle der dritten Hauptgruppe kann durch Änderung der relativen Anteile der Metalle der dritten Hauptgruppe kontinuierlich verändert werden, sodass die Legierungen auf Laser mit Photonenenergien innerhalb dieses Bereichs abgestimmt werden können. Der niedrige Absorptionsgrad und der sich daraus ergebende hohe Transmissionsgrad bei der bestimmten Aufzeichnungswellenlänge der Ausgangsphase lässt auch die Anwendung dieser Materialien in Systemen mit mehreren Aufzeichnungsschichten möglich erscheinen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 ein schematischer Querschnitt einer optischen Speicherstruktur mit Phasenwechselmedien ist;
  • 2 eine bei senkrechtem Lichteinfall aufgenommene Mikrofotografie der optischen Reflexion ist, die metallisierte Muster von Al auf AlN zeigt;
  • 3 ein Profil der Oberfläche des metallisierten Musters von 2 nach dem Abätzen des metallisierten Aluminiums ist;
  • 4 eine bei senkrechtem Lichteinfall aufgenommene Mikrofotografie ist, die die metallisierten Muster von In auf InN zeigt;
  • 5 den berechneten Reflexionsgrad, den Transmissionsgrad und den Kontrast für eine AlN-Schicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke bei einer Wellenlänge von 248 nm zeigt;
  • die 6A, B oder C drei Anordnungen von optischen Platten mit mehreren Aufzeichnungsschichten sind, die die Phasenwechselmedien der Erfindung verwenden;
  • 7A den gewünschten Absorptionsverlauf der optischen Platten mit mehreren Aufzeichnungsschichten der 6A, B und C zeigt, wenn der Aufzeichnungslaser eine einzelne Wellenlänge aufweist; und
  • 7B den gewünschten Absorptionsverlauf der optischen Platten mit mehreren Aufzeichnungsschichten der 6A, B und C zeigt, wenn der Aufzeichnungslaser mehrere Wellenlängen aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt Phasenwechselmedien für optische Speicher auf der Grundlage von Halbleitern bereit, die aus Metallnitriden der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente gebildet sind, wie z. B. AlN, InN und GaN. Legierungen der Metallnitride der dritten Hauptgruppe wie beispielsweise InGaAlN haben sich als brauchbar erwiesen und insofern einzigartige Eigenschaften gezeigt, als ihre Bandlücke durch Ändern der Legierungszusammensetzung eingestellt oder abgestimmt werden kann, um so eine Abstimmung auf die Wellenlänge des zum Schreiben verwendeten Laserstrahls zu erreichen.
  • 1 zeigt die Struktur eines AlN-Phasenwechselmediums als schematischen Querschnitt. Um diese Struktur zu bilden, wurde AlN auf einem Saphirsubstrat abgeschieden, indem Aluminium unter Hochvakuum in einer durch HF-Entladung reaktiven Stickstoffatmosphäre auf das Substrat aufgebracht wurde. Es können unterschiedliche Substrate ausgewählt werden; Saphir dient lediglich als Beispiel. Ebenso dient das HF-Abscheidungsverfahren nur als Beispiel, und es können andere Abscheidungsverfahren verwendet werden. Die AlN-Dünnschicht war in diesem Fall 200 nm dick. Nach der Abscheidung wurde die Probe der Vakuumkammer entnommen und die Oberfläche des AlN mit W-Licht der Wellenlänge 248 nm aus einem Excimerlaser bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgte in kurzen Nanosekundenimpulsen mit einer Energiedichte von 100 bis 200 mJ/cm2. Die Bestrahlung bewirkte eine bevorzugte Desorption des Stickstoffs und hinterließ metallisches Aluminium, was vermutlich auf den schnellen Aufheizungseffekt des Laserstrahls zurückzuführen ist. Die Strahlung wurde durch ein optisches Mikroskopsystem fokussiert und der Brennfleck der Wellenlänge 248 nm wurde in geeigneter Weise über die Oberfläche geführt, um Bits zu schreiben die, wie in 1 gezeigt aus einzelnen Bereichen hochreflektierenden Aluminiums in einer nichtreflektierenden AlN-Matrix bestehen. Solche durch nichtreflektierende (oder schwächer reflektierende) Matrixbereiche unterbrochenen reflektierenden AlN-Bereiche stellen codierte (gespeicherte) Daten in Form von „Einsen" und „Nullen" (oder Bits) dar.
  • Die Leseoperation kann durch Abtasten mittels desselben Laserstrahl bei einem niedrigeren Leistungsniveau, das weit genug unterhalb des Schreibschwellenwertes des Mediums liegt, und durch Erkennen der Änderung des Reflexionsgrades zwischen den Al-Bits und der AlN-Matrix durchgeführt werden. 2 zeigt eine in einem Auflichtmikroskop in Reflexion mit einer 80-fachen Vergrößerung aufgenommene Mikrofotografie von Al-Strukturen, die durch den oben erwähnten Prozess auf eine AlN-Dünnschicht aufgebracht wurden. Die seitlichen Dimensionen der metallisierten Bereiche sind wie in 2 gezeigt den seitlichen Dimensionen des fokussierten Lichtstrahls des Lasers vergleichbar.
  • Um die Metallisierungstiefe z zum zu ermitteln, wurde das Aluminium mit Königswasser weggeätzt und die Ätztiefe durch einen Oberflächenprofilmesser gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 gezeigt und ergeben für z einen wert von ungefähr 150 bis 200 nm. Es wird angenommen, dass die Metallisierungstiefe durch die Absorptionstiefe der Photonen begrenzt ist.
  • Bei einem Halbleiter mit direkter Bandlücke ist der Absorptionskoeffizient fast null und das Licht wird durchgelassen, wenn die Photonenenergie geringer als die Bandlücke des Halbleiters ist. Bei Photonen mit Energien nahe oder oberhalb der Bandlücke bleibt der Absorptionskoeffizient nicht bei null, und es kommt zur Absorption des Lichtes. Bei der AlN-Schicht führt die Absorption der Photonen der Wellenlänge 248 nm zur vorzugsweisen Desorption des Stickstoffs und zur Bildung von Aluminium. Nachdem die Al-Schicht gebildet wurde, wird das einfallende Licht infolge ihres hohen Reflexionsgrades reflektiert, und der Metallisierungsprozess begrenzt sich selbst. Die Bandlücke von AlN beträgt bei Raumtemperatur 6,2 eV, was einer Photonenwellenlänge von 200 nm entspricht. Die Absorption hingegen erfolgt bei 248 nm bzw. der Äquivalenzenergie von 5 eV. Es wird angenommen, dass die Absorption bei diesem niedrigeren Wert auf die Anwesenheit von Energieniveaus in der Bandlücke sowie auf den starken Nichtgleichgewichtscharakter der Reaktion zurückzuführen ist. Durch das Auftreffen kurzer intensiver Strahlungsimpulse können kurzzeitige lokale Temperaturspitzen entstehen und somit die Bandlücke nach niedrigeren Energien verschoben werden. Die Bänderkante kann auch durch die Störung der lokalen Bindungsverhältnisse während der Lichtabsorption verschoben werden. Die Temperaturabhängigkeit der Bandlücke des AlN ist nicht bekannt. Geht man von dem Wert für GaN aus, der bei 6 × 10–4 eV/K liegt, so findet man, dass sich die Bandlücke bei einem Temperaturanstieg von 1000 K um etwa 0,65 eV verringert. Dies erklärt, dass die Temperatureffekte auch zum Teil zur Absorption bei geringeren Wellenlängen beitragen können. Um dieses Materialsystem ferner auf einen Aufzeichnungsmedium mit mehreren Schichten anzuwenden, müsste ein Material ausgewählt werden, dessen Bandlückenenergie knapp oberhalb der Photonenenergie des Aufzeichnungslichtes liegt, um einen möglichst hohen Transmissionsgrad zu erreichen.
  • Der oben erwähnte Metallisierungsprozess kann auch für die Verbindungen InN und GaN dargestellt werden. 4 zeigt zum Beispiel eine optische Mikrofotografie mit 80-facher Vergrößerung von Strukturen, die auf eine InN-Dünnschicht metallisiert wurden. Ähnliche Ergebnisse wurden mit GaN-Schichten erreicht. Man kann daher erwarten, dass die laufende Reihe von InGaAlN-Legierungen ebenfalls ein ähnliches Metallisierungsverhalten aufweist.
  • Obwohl die Bandlücken der einzelnen Metallnitride der dritten Hauptgruppe jeweils bestimmte werte aufweisen, wie beispielsweise 1,9 eV für InN, 3,4 eV für GaN und 6,2 eV für AlN, wurde gefunden, dass Legierungen dieser Metalle mit Stickstoff Bandlücken aufweisen, die durch Veränderung der Metallanteile in der Legierung eingestellt (abgestimmt) werden können. Daher können gemäß der vorliegenden Erfindung optische Phasenwechselmedien aus diesen Legierungen hergestellt werden, deren Zusammensetzung auf eine gewünschte Bandlücke abgestimmt ist, um beliebige aus dem Bandlückenbereich auswählbare Photonenenergien verwenden zu können. Im Falle des InGaAlN kann dieser Bereich zwischen 1,9 eV und 6,2 eV schwanken. Dies ist besonders vorteilhaft, da erwartet wird, dass in Kürze kurzwellige Halbleiter-Injektionslaser für die optische Aufzeichnung eingeführt werden, deren Photonenenergien 2,9 eV (420 nm) und mehr entsprechen; die Phasenwechselmedien auf Basis InGaAlN sind daher zu diesen Lasern kompatibel. Wenn zum Beispiel die Laserwellenlänge 380 nm (oder 3,25 eV Photonenenergie) beträgt, kann eine Legierung In0,7Al0,3N als Phasenwechselmedium verwendet werden, da diese einer Bandlückenenergie von 3,25 eV entspricht. Das nach dem Denitrieren zurückbleibende Metall wäre eine Legierung von Al und In. Allgemein haben diese Legierungen eine Zusammensetzung von AxByC1-x-yN, wobei A, B und C verschiedene Metalle der dritten Hauptgruppe und x und y Zahlen zwischen 0 und 1 sind.
  • Die obige Erörterung geht davon aus, dass für die Metallisierung Photonen mit Energien nahe oder oberhalb der Bandlücke des Nitridhalbleiters erforderlich sind, sodass es zur Absorption kommen kann, die zur Metallisierung führt. Um zu zeigen, dass diese Annahme zutreffend ist, wurde Licht der Wellenlänge 355 nm aus einem Dreiwellenlängen-Nd-YAG-Laser zur Bestrahlung einer GaN-Dünnschicht und einer AlN-Dünnschicht mit derselben Strahlungsleistung, d. h. 200 mJ/cm2, verwendet. Die Bandlücke des GaN liegt beträgt 3,4 eV, was einer Photonenwellenlänge von 360 nm entspricht. Die auftreffende Strahlung weist somit eine Energie nahe der Bandlücke des GaN auf. Die Bandlücke des AlN hingegen beträgt 6,2 eV, was einer Photonenwellenlänge von 200 nm entspricht. Die auftreffende Strahlung entspricht somit einer Energie, die wesentlich geringer als die AlN-Bandlücke ist und daher keine Absorption im AlN erwarten ließ. Nach Bestrahlung wurde gefunden, dass die Oberfläche des GaN leicht zu Ga metallisiert worden war, während an der AlN-Oberfläche keine Veränderung beobachtet wurde, was in völliger Übereinstimmung mit den Erwartungen lag. Daraus ergibt sich, dass die Bandlücke des Nitridmediums nahe oder unterhalb der Photonenenergie liegen muss, damit es zur Metallisierung kommt.
  • Die Medien der Erfindung auf Nitridbasis weisen gegenüber den derzeitigen Phasenwechselmedien mehrere Vorteile auf. Erstens hängt die Änderung des Reflexionsgrades von einer chemischen Umwandlung vom Metallnitrid zum Metall ab. Diese Umwandlung ist wesentlich robuster und stabiler und echt irreversibel im Gegensatz zu den derzeit verwendeten Phasenwechselmedien, die von einer kristallinen Phase zu einer amorphen Phase (oder umgekehrt) wechseln, wobei immer die Möglichkeit einer Umkristallisation besteht. Daraus ergibt sich, dass die Materialsysteme der Erfindung für WORM-Anwendungen wesentlich vorteilhafter sind. Im Falle des AlN ist das metallisierte Aluminium unter Raumbedingungen über 2 Monate hinweg stabil und für das Auge durchsichtig geblieben, und es wird erwartet, dass dies so bleibt, da das Aluminium durch eine sehr dünne (selbstbegrenzende) Schicht aus Aluminiumoxid geschützt wird, die bis zu Wellenlängen von 180 nm transparent ist.
  • Zweitens beträgt der Reflexionsgrad einer 20 nm dicken Al-Schicht bei senkrechtem Lichteinfall für Photonen der Wellenlängen im Bereich von 200 nm bis 700 nm ungefähr 80%. Bei AlN beträgt der Reflexionsgrad für eine 20 nm dicke Schicht ungefähr 28%, was wie in 5 gezeigt für das System Al/AlN zu einem berechneten Kontrastwert von ungefähr 48% führt. Dieser hohe Wert des Signalkontrasts führt zu einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis für dieses Materialsystem und ist wesentlich höher als bei derzeit verwendeten Phasenwechselmedien, deren typischer Signalkontrast im Bereich von 20 bis 30% liegt.
  • Drittens sind die oben beschriebenen Nitridhalbleiter hart, chemisch inert und ungiftig. Somit weisen sie wesentlich beständigere physikalische Eigenschaften auf als die derzeitigen Phasenwechselmedien auf der Grundlage von Se und Te, die sich an Luft zersetzen und giftig sind.
  • Schreib- oder Metallisierungsoperationen erfordern, wie oben erwähnt, Energiedichten von ungefähr 100 mJ/cm2. Die Impulslängen liegen bei ungefähr 10–9 s. Der Leistungsbedarf beträgt demzufolge etwa 1 × 108 W/cm2. Bei der optischen Aufzeichnung bei der Wellenlänge von 400 nm ist der Durchmesser des Brennflecks (bei Verwendung eines Fokussierungsobjektivs mit einer numerischen Apertur von 0,5) auf ungefähr 400 nm beugungsbegrenzt, d. h. auf eine Brennfleckfläche von 1,2 × 10–9 cm2. Hierfür wird ein Laser mit einer Ausgangsleistung von ungefähr 125 mW benötigt, wobei die Leistung nicht als Dauerstrichleistung, sondern im Impulsbetrieb bereitgestellt werden muss. Ferner wurde bei diesem Leistungsniveau wie oben beschrieben Stickstoff aus einer ungefähr 150 nm dicken AlN-Schicht desorbiert. Zur praktischen Anwendung in einem optischen Speichermedium ist eine Schichtdicke von 15 nm vollkommen ausreichend. Zum Desorbieren des Stickstoffs bei 15 nm wäre eine wesentliche geringere Energie zu erwarten. Daher würden die Lichtimpulse bei einem niedrigeren Leistungsniveau etwa 25 bis 30 mW betragen.
  • Das oben beschriebene (InGaAl)N-System kann auch für WORM-Anwendungen mit mehreren Schichten eingesetzt werden. Bei einer Mehrfachschichtanwendung hat die optische Speicherplatte ein lichtdurchlässiges Substrat, auf das das Laserlicht auftrifft. Das Substrat trägt mindestens zwei räumlich voneinander getrennte aktive Aufzeichnungsmedien. Die Platte mit einer Mittelbohrung 80 zur Befestigung auf der Antriebswelle in einem Laufwerk kann entweder eine Luftspaltstruktur, bei der jedes Aufzeichnungsmedium durch ein eigenes Substrat gehaltert wird (6A), oder eine kompakte Struktur aufweisen, bei der eine feste lichtdurchlässige Abstandsschicht die Aufzeichnungsmedien voneinander trennt (6B und 6C). In 6A trifft der Lese-/Schreib-Laserstrahl durch ein lichtdurchlässiges Substrat 56 auf die Platte 12 auf. Der Brennpunkt des Laserstrahls kann so eingestellt werden, dass er auf eines der aktiven Medien 94 bzw. 96 trifft. Wenn er auf das Medium 94 fokussiert ist, befindet sich das Medium 96 nicht im Brennpunkt, sodass das Übersprechen von dieser Schicht minimal ist, wenn der Abstand zwischen den beiden Aufzeichnungsmedien (in diesem Falle der Luftspalt 78) mehr als 10 μm beträgt. Im umgekehrten Falle, also wenn der Strahl auf das Medium 96 fokussiert ist, ist das durch das Medium 94 hindurchtretende Licht ausreichend defokussiert, sodass es nicht zu dem vom Medium 96 empfangenen dynamischen Signal beiträgt.
  • Die Platte 12 kann durch Abscheiden der aktiven Medien 94 und 96 auf zwei getrennte Substrate 56 bzw. 62 hergestellt werden, um ein Schicht-/Substrat-Paar zu bilden. Die beiden Substrate können dann zusammengesetzt (aufeinander gestapelt) werden und so einen Luftspalt 78 bilden, wobei die aktiven Medien durch einen äußeren und einen inneren Abstandsring 58 bzw. 60 gegeneinander geklebt sind. Alternativ kann eine in den 6B und 6C gezeigte kompakte Struktur gebildet werden. In 6B können die aktiven Medien 194 und 196 auf zwei getrennte Substrate 156 bzw. 162 abgeschieden werden. Dann können die beiden Substrate mittels einer Klebeschicht 122, die für die Lese-/Schreibstrahlen durchlässig ist, so aneinander befestigt werden, dass sich die aktiven Medien gegenüber liegen. Zum Erzielen der Schichtdickengleichmäßigkeit kann die lichtdurchlässige Klebeschicht durch Schleuderbeschichtung auf das Medium 194 aufgebracht und dieses dann frontal mit dem Medium 196 verbunden oder auf andere Weise darauf gestapelt werden. Eine weitere Möglichkeit ist in 6C gezeigt. In diesem Falle wird das aktive Aufzeichnungsmedium 294 auf dem lichtdurchlässigen Substrat 256 abgeschieden. Dann wird auf dem Medium 294 eine lichtdurchlässige Abstandsschicht 222 abgeschieden. Nun kann ein zweites Aufzeichnungsmedium 296 auf der Abstandsschicht 222 abgeschieden werden. Anschließend wird auf dem obersten Medium 296 ein Schutzüberzug 262 abgeschieden.
  • Es gibt zwei Verfahren, um auf die oben beschriebenen Mehrfachschichtplatten zuzugreifen. Bei dem einen Verfahren wird eine Laserlichtquelle mit einer einzigen Wellenlänge und bei dem anderen Verfahren eine Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen (wie z. B. zwei getrennte Laserdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen) verwendet. Bei dem ersten Verfahren mit dem Laser mit einer einzigen Aufzeichnungswellenlänge muss die der Lichtquelle am nächsten gelegene Aufzeichnungsschicht (zum Beispiel das Medium 94) halbdurchlässig sein, damit genügend Photonen hindurchtreten und die zweite Schicht (Medium 96) zum Schreiben und Lesen mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis erreichen können. Das Medium 94 kann jedoch nicht vollständig lichtdurchlässig sein, da es über eine ausreichende Absorption verfügen muss, damit es seine Phase bei einem vertretbaren Energieniveau des auftreffenden Laserstrahls ändern kann. Deshalb müssen der Absorptionsgrad und der Transmissionsgrad der Medien 94 und 96 entsprechend eingestellt werden. Der wünschenswerte Transmissionsgrad der Schicht 94 sollte irgendwo zwischen 40 und 80% liegen. Der Absorptionsgrad der Schicht 96 sollte möglichst hoch sein, um ein empfindliches Aufzeichnungsmedium zu erhalten, da durch die Schicht 94 nur ein Teil des auftreffenden Lichts zu dieser Schicht gelangen kann. Der Transmissionsgrad des Mediums 96 ist unkritisch, da die Schicht 96 die letzte Aufzeichnungsschicht der Platte 12 ist. Das wünschenswerte Absorptionsverhalten der Medien 94 und 96 ist in 7A schematisch dargestellt. Bei der Aufzeichnungswellenlänge λ1 ist der Absorptionsgrad des Mediums 94 niedrig (gestrichelte Kurve) und für das Medium 96 sehr hoch (ausgezogene Linie). Das Materialsystem AxByC1-x-yN ist für diese Anwendung besonders geeignet, insbesondere wenn die Anzahl der gewünschten Schichten mehr als zwei beträgt, da die Bandlücke und somit der Absorptionsgrad für jedes einzelne Aufzeichnungsmedium durch Zusammensetzung eingestellt und beeinflusst werden kann.
  • Bei einem zweiten Verfahren, das mehrere Aufzeichnungswellenlängen verwendet, muss die Bandlücke des Mediums 94 größer sein als diejenige des Mediums 96. Zum Lesen und zum Beschreiben des Mediums 94 wird ein Aufzeichnungslaser mit einer Wellenlänge λ1 verwendet. Zum Lesen und zum Beschreiben des Mediums 96 hingegen wird ein zweiter Aufzeichnungslaser mit einer Wellenlänge λ2 (mit λ2 > λ1) verwendet. Dies ist in 7B schematisch gezeigt. Wenn λ2 > λ1 ist, können die Photonen von dem zweiten Laser ungestört durch das Medium 94 hindurchtreten und frei auf das Medium 96 zugreifen. Der erste Laser mit λ1 kann nur auf das Medium 94 zugreifen. Dies lässt sich erreichen, indem die Verschiebung des Fokussierungsobjektivs für den ersten Laser so eingeschränkt wird, dass der Strahl nicht auf das Medium 96 fokussiert werden kann. Da das Medium 94 jedoch bei λ1 stark absorbiert, sollte die Transmission auf jeden Fall relativ gering und die Anzahl der durch das Medium 94 hindurchtretenden Photonen bei λ1 möglichst klein sein.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mittels bevorzugter und alternativer Ausführungsarten beschrieben worden ist, kann ein Fachmann viele Änderungen anbringen, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel können andere Strahlmittel wie beispielsweise ein fokussierter Elektronenstrahl in geeigneter weise zum Beschreiben eingesetzt werden. Außerdem braucht nicht notwendigerweise derselbe Laser oder dasselbe Strahlmittel zum Lesen eingesetzt zu werden, das zum Schreiben verwendet wird, da es von Vorteil sein kann, einen Laser zum Schreiben und einen anderen Laser zum Lesen oder ein Strahlmittel zum Schreiben und ein Strahlmittel einer anderen Art zum Lesen zu verwenden. Ferner kann die Erfindung, obwohl sie anhand von WORM-Anwendungen beschrieben wurde, auch zum erstmaligen Beschreiben einer Masterplatte (Originalplatte) verwendet werden, die anschließend zur Herstellung vieler Nur-Lese-Platten verwendet wird.

Claims (22)

  1. Optisches Aufzeichnungsmedium, das entweder aus einer Dünnschicht eines Metallnitrids der Zusammensetzung MN, wobei M ein aus der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente ausgewähltes Metall und N Stickstoff ist, oder aus einer Dünnschicht einer Metalllegierung der Zusammensetzung AxByD1-x-yN besteht, in der A, B und C verschiedene Metalle der dritten Hauptgruppe sind, x und y Zahlen zwischen 0 und 1 sind und N Stickstoff ist, wobei sich die Dünnschicht auf einem Substrat befindet, auf dem die Dünnschicht bestimmte Flächen aufweist, von denen der Stickstoff desorbiert ist, um metallisierte Flächen mit hohem Reflexionsgrad zu bilden.
  2. Optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem M ein aus der Gruppe Aluminium, Gallium und Indium ausgewähltes Metall ist.
  3. Optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem A Indium, B Gallium und C Aluminium sind.
  4. Optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem das Substrat Saphir ist.
  5. System zur Datenverarbeitung, das Folgendes umfasst: a) ein optisches Aufzeichnungsmedium, das entweder aus einer Dünnschicht eines Metallnitrids der Zusammensetzung MN, wobei M ein aus dritten Hauptgruppe ausgewähltes Metall und N Stickstoff ist, oder aus einer Dünnschicht einer Metalllegierung der Zusammensetzung AxByD1-x-yN besteht, in der A, B und C verschiedene Metalle der dritten Hauptgruppe sind, x und y Zahlen zwischen 0 und 1 sind und N Stickstoff ist, wobei sich die Dünnschicht auf einem Substrat befindet; b) ein Strahlmittel zum selektiven Bestrahlen von Gebieten auf dem Medium, um bestimmte Gebiete des Mediums selektiv in das Metallnitrid umzuwandeln und dadurch metallisierte Gebiete mit hohem Reflexionsgrad zu bilden, die in die Metallnitridmatrix eingebettet sind, wobei die metallisierten Gebiete und die Matrixgebiete codierte Informationen darstellen; und c) ein Mittel zum Abtasten der Oberfläche des Mediums durch das Strahlmittel.
  6. System nach Anspruch 5, bei dem durch die Bestrahlung eine lokale Erwärmung hervorgerufen wird.
  7. System nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem die seitlichen Abmessungen der metallisierten Gebiete mit den seitlichen Abmessungen des Strahls vergleichbar sind.
  8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Bestrahlungsmittel ein Laser ist.
  9. System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die zum Codieren erforderliche Energiedichte des Strahls in der Größenordnung von 100 mJ/cm2 liegt und der Strahl mit einer Impulsdauer von einigen Nanosekunden bereitgestellt wird.
  10. System nach Anspruch 8, bei dem die Lichtwellenlänge im Bereich von 200 nm bis 650 nm liegt.
  11. System nach Anspruch 8, bei der zum Codieren der Informationen verwendete Laser Licht einer Wellenlänge mit einer Energie aussendet, die ungefähr gleich der oder größer als die Energiebandlücke des NM-Mediums ist.
  12. System nach Anspruch 8, bei dem der zum Codieren der Informationen verwendete Laser Licht einer Wellenlänge von 200 nm bis 650 nm aussendet und die Gallium-/Aluminium-/Indium-Zusammensetzung des Aufzeichnungsmediums so gewählt ist, dass das AlxGayIn1-x-yN eine Bandlücke aufweist, die ungefähr gleich der Photonenenergie des Lasers ist.
  13. System nach Anspruch 9, bei dem der Durchmesser des fokussierten Strahls mit der Wellenlänge des Strahls vergleichbar ist.
  14. System nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei dem die Dicke der Metallnitridschicht im Bereich von ungefähr 10 nm bis 300 nm liegt.
  15. System nach einem der Ansprüche 5 bis 14, bei dem die Dicke der metallisierten Gebiete kleiner als oder gleich ungefähr gleich ungefähr 200 nm ist.
  16. System nach einem der Ansprüche 5 bis 15, bei dem das Strahlmittel auch zum Lesen der Informationen verwendet wird.
  17. System nach Anspruch 16, bei dem das Strahlmittel ein Laser ist und die gespeicherte Informationen durch Abrastern des Mediums durch den Strahl aus dem Laser und durch Erkennen der Änderungen des Reflexionsgrades zwischen den Metallflächen mit hohem Reflexionsgrad und dem Metallnitrid mit niedrigem Reflexionsgrad gelesen wird.
  18. System nach einem der Ansprüche 5 bis 15, das ferner ein zusätzliches Strahlmittel zum Lesen der Informationen enthält.
  19. Optische Mehrschicht-Aufzeichnungsplatte, die eine Vielzahl von Schichten eines optischen Aufzeichnungsmediums nach Anspruch 1 umfasst.
  20. Platte nach Anspruch 19, bei der sich jede Schicht auf einem Substrat befindet und die Schicht-/Substratpaare mit einem Luftspalt dazwischen übereinandergestapelt sind.
  21. Platte nach Anspruch 19, bei der sich jede Schicht auf einem Substrat befindet und die Schicht-/Substratpaare mit einer Schicht lichtdurchlässigen Klebers dazwischen übereinandergestapelt sind.
  22. Platte nach Anspruch 19, bei der sich eine erste Schicht auf einem Substrat befindet und jede nachfolgende Schicht mit einem lichtdurchlässigen Material dazwischen daraufgestapelt ist.
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