JP2002312986A - 光記録媒体およびその処理装置ならびに処理方法 - Google Patents
光記録媒体およびその処理装置ならびに処理方法Info
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- JP2002312986A JP2002312986A JP2001118073A JP2001118073A JP2002312986A JP 2002312986 A JP2002312986 A JP 2002312986A JP 2001118073 A JP2001118073 A JP 2001118073A JP 2001118073 A JP2001118073 A JP 2001118073A JP 2002312986 A JP2002312986 A JP 2002312986A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ナノピットから十分な強度の再生信号光を検出
せしめると共に、情報の記録・再生・消去を反復して行
えるテラビット級のリライタブル（再記録可能）な光記
録媒体の処理装置と処理方法を提供する。 【解決手段】光記録媒体（１）の表面に接触、もしくは
トンネル電流が流れる範囲の微小な間隔で、記録媒体の
表面に対向し、電流の相変化記録媒体への注入領域がナ
ノメータサイズの領域内に限定されるように、先鋭化し
た導電性プローブ（１）を有し、相変化記録媒体（４）
の結晶状態を高抵抗結晶から低抵抗結晶へ変化させる温
度まで加熱できるプローブ電流（２）と、相変化記録媒
体の結晶状態を低抵抗結晶から高抵抗結晶へ変化させる
温度まで加熱できるプローブ電流とを流すことができる
バイアス電圧をパルス的に印加できるパルス電源（９）
を備えた光記録媒体の処理（記録、再生、消去）装置と
する。
せしめると共に、情報の記録・再生・消去を反復して行
えるテラビット級のリライタブル（再記録可能）な光記
録媒体の処理装置と処理方法を提供する。 【解決手段】光記録媒体（１）の表面に接触、もしくは
トンネル電流が流れる範囲の微小な間隔で、記録媒体の
表面に対向し、電流の相変化記録媒体への注入領域がナ
ノメータサイズの領域内に限定されるように、先鋭化し
た導電性プローブ（１）を有し、相変化記録媒体（４）
の結晶状態を高抵抗結晶から低抵抗結晶へ変化させる温
度まで加熱できるプローブ電流（２）と、相変化記録媒
体の結晶状態を低抵抗結晶から高抵抗結晶へ変化させる
温度まで加熱できるプローブ電流とを流すことができる
バイアス電圧をパルス的に印加できるパルス電源（９）
を備えた光記録媒体の処理（記録、再生、消去）装置と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】近年のインターネット等の高
速・広域通信網による情報配信量の爆発的な増大や、コ
ンピュータソフトの規模や処理データ量の飛躍的増大な
どにより、これらの情報を記録する光記録装置の大容量
化が強く求められている。また、種々の電子機器の小型
化が進み、衛星や移動体（モバイル、ウェアラブル）通
信機器等への搭載も可能な小型軽量の大容量記憶装置の
ニーズが高まっている。これらを背景にして、要求され
る記録容量は短期間に桁違いに増大しており、１ｍ２当
たり１５５０テラビット〔１平方インチ当り１テラ（１
０１２：Ｔ）ビット〕以上（テラビット級）の超高密度
の実現が切望されており、その利用範囲と市場規模は非
常に大きい（参考資料：光産業技術振興協会編、「光産
業ロードマップ」）。本発明は、このテラビット級の超
高記録面密度を有する再記録可能（リライタブル）な光
記録装置を実現する光記録媒体およびその処理装置なら
びに処理方法に関する。
速・広域通信網による情報配信量の爆発的な増大や、コ
ンピュータソフトの規模や処理データ量の飛躍的増大な
どにより、これらの情報を記録する光記録装置の大容量
化が強く求められている。また、種々の電子機器の小型
化が進み、衛星や移動体（モバイル、ウェアラブル）通
信機器等への搭載も可能な小型軽量の大容量記憶装置の
ニーズが高まっている。これらを背景にして、要求され
る記録容量は短期間に桁違いに増大しており、１ｍ２当
たり１５５０テラビット〔１平方インチ当り１テラ（１
０１２：Ｔ）ビット〕以上（テラビット級）の超高密度
の実現が切望されており、その利用範囲と市場規模は非
常に大きい（参考資料：光産業技術振興協会編、「光産
業ロードマップ」）。本発明は、このテラビット級の超
高記録面密度を有する再記録可能（リライタブル）な光
記録装置を実現する光記録媒体およびその処理装置なら
びに処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、リライタブル記録装置として
は磁性記録材料の磁化方向の差異を記録単位とした磁気
記録方式が主に用いられている。これには記録媒体と信
号検出機構が一体化したハードディスクや、記録媒体を
信号検出機構と分離して持ち運べるフロッピディスクな
どがある。近年では、記録材料にレーザ光をレンズで集
光・照射し、そのとき生じる記録材料の光学特性の差異
を記録単位として記録・再生する光記録方式の発展が著
しい。光記録方式のリライタブル記録装置の例として
は、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディ
スク（ＤＶＤ）、あるいは光磁気ディスク（ＭＯディス
ク）等があり、広く普及している。
は磁性記録材料の磁化方向の差異を記録単位とした磁気
記録方式が主に用いられている。これには記録媒体と信
号検出機構が一体化したハードディスクや、記録媒体を
信号検出機構と分離して持ち運べるフロッピディスクな
どがある。近年では、記録材料にレーザ光をレンズで集
光・照射し、そのとき生じる記録材料の光学特性の差異
を記録単位として記録・再生する光記録方式の発展が著
しい。光記録方式のリライタブル記録装置の例として
は、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディ
スク（ＤＶＤ）、あるいは光磁気ディスク（ＭＯディス
ク）等があり、広く普及している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、テラビット
級の記録面密度では記録単位（ピット）のサイズを２５
ナノメートル（ナノメートル＝１０−９ｍ）程度以下と
極めて小さくしなければならない（以下、本文ではこの
ようなナノメータサイズのピットをナノピットと呼
ぶ）。従来から使用されている磁気記録方式には長手磁
気記録方式と垂直磁気記録方式があるが、現在実用化し
ている長手磁気記録方式ではピットサイズがナノメート
ルレベルになると磁区の反転を保持できなくなる物理的
限界（超磁性限界）がある。これにより磁気記録方式の
記録面密度は１００ギガ（１０９：Ｇ）ビット程度が上
限とされ、磁気記録方式によるテラビット級記録装置の
実用は困難である。さらに高い面記録密度が期待される
垂直磁化方式は長年研究が行われているが、まだ実用化
のめどは立っていない。
級の記録面密度では記録単位（ピット）のサイズを２５
ナノメートル（ナノメートル＝１０−９ｍ）程度以下と
極めて小さくしなければならない（以下、本文ではこの
ようなナノメータサイズのピットをナノピットと呼
ぶ）。従来から使用されている磁気記録方式には長手磁
気記録方式と垂直磁気記録方式があるが、現在実用化し
ている長手磁気記録方式ではピットサイズがナノメート
ルレベルになると磁区の反転を保持できなくなる物理的
限界（超磁性限界）がある。これにより磁気記録方式の
記録面密度は１００ギガ（１０９：Ｇ）ビット程度が上
限とされ、磁気記録方式によるテラビット級記録装置の
実用は困難である。さらに高い面記録密度が期待される
垂直磁化方式は長年研究が行われているが、まだ実用化
のめどは立っていない。
【０００４】一方、光記録方式では、現状のＤＶＤやＣ
Ｄ等の光ディスクではレンズで絞ったレーザ光の回折限
界により光照射範囲を光の波長の半分（サブミクロンレ
ベル）以下にできないため面記録密度は１０Ｇビット程
度が限界とされ、やはりナノピットを必要とするテラビ
ット級記録装置に適用することができない。そこで、ナ
ノピットを効率良く記録・再生する方法として、導電性
プローブの先端から媒体のナノメータ領域に電流を注入
し、この電流により媒体中で光を励起し、この光を検出
する方法（電流励起発光方式）が提案された。この方式
を用いたリライタブル記録装置の媒体としては、基板上
に、電流注入によって発光する層（発光層）と、さらに
その上に電流によって電気抵抗や光透過率が可逆的に相
変化する材料で形成した層（記録層）を積層したものが
用いられる。この方式では、プローブ電流を媒体内のナ
ノメータサイズの領域にほとんど損失せずに集中的に注
入できるためナノピットを高効率で形成できることと、
励起光がないので信号光検出のＳＮ比が高められる利点
がある。しかし、従来のこの記録方式ではピットの形成
に結晶とアモルファスの間の相変化を用いていたため
に、アモルファスと結晶の間で相変化する場合の体積変
化を抑えるための構造や、アモルファス化に必要な高温
にした時に基板等に熱の影響が及ばないようにするため
の構造等が必要となる問題があった。
Ｄ等の光ディスクではレンズで絞ったレーザ光の回折限
界により光照射範囲を光の波長の半分（サブミクロンレ
ベル）以下にできないため面記録密度は１０Ｇビット程
度が限界とされ、やはりナノピットを必要とするテラビ
ット級記録装置に適用することができない。そこで、ナ
ノピットを効率良く記録・再生する方法として、導電性
プローブの先端から媒体のナノメータ領域に電流を注入
し、この電流により媒体中で光を励起し、この光を検出
する方法（電流励起発光方式）が提案された。この方式
を用いたリライタブル記録装置の媒体としては、基板上
に、電流注入によって発光する層（発光層）と、さらに
その上に電流によって電気抵抗や光透過率が可逆的に相
変化する材料で形成した層（記録層）を積層したものが
用いられる。この方式では、プローブ電流を媒体内のナ
ノメータサイズの領域にほとんど損失せずに集中的に注
入できるためナノピットを高効率で形成できることと、
励起光がないので信号光検出のＳＮ比が高められる利点
がある。しかし、従来のこの記録方式ではピットの形成
に結晶とアモルファスの間の相変化を用いていたため
に、アモルファスと結晶の間で相変化する場合の体積変
化を抑えるための構造や、アモルファス化に必要な高温
にした時に基板等に熱の影響が及ばないようにするため
の構造等が必要となる問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであって、ナノピットから十分な強
度の再生信号光を検出せしめると共に、情報の記録・再
生・消去を反復して行えるテラビット級のリライタブル
（再記録可能）な光記録媒体およびその記録・再生・消
去を行う処理装置ならびに処理方法を提供することにあ
る。
題点を解消するものであって、ナノピットから十分な強
度の再生信号光を検出せしめると共に、情報の記録・再
生・消去を反復して行えるテラビット級のリライタブル
（再記録可能）な光記録媒体およびその記録・再生・消
去を行う処理装置ならびに処理方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、請求項１に記載のように、外部
から注入されるエネルギーによって光を発生する発光媒
体の上部に、光透過性があり、かつ外部から注入される
エネルギーによって電気伝導率が可逆的に変化する相変
化記録媒体を積層して構成された光記録媒体であって、
上記相変化記録媒体は、到達する最高温度の差によって
異なる電気抵抗を有する少なくとも２種類の結晶状態を
持つ相変化記録材料よりなる光記録媒体とするものであ
る。
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、請求項１に記載のように、外部
から注入されるエネルギーによって光を発生する発光媒
体の上部に、光透過性があり、かつ外部から注入される
エネルギーによって電気伝導率が可逆的に変化する相変
化記録媒体を積層して構成された光記録媒体であって、
上記相変化記録媒体は、到達する最高温度の差によって
異なる電気抵抗を有する少なくとも２種類の結晶状態を
持つ相変化記録材料よりなる光記録媒体とするものであ
る。
【０００７】また、請求項２に記載のように、請求項１
において、上記発光媒体は電流の注入により発光する直
接遷移型半導体もしくはこれらの材料を含む井戸構造を
有する光記録媒体とするものである。
において、上記発光媒体は電流の注入により発光する直
接遷移型半導体もしくはこれらの材料を含む井戸構造を
有する光記録媒体とするものである。
【０００８】また、請求項３に記載のように、請求項１
または請求項２において、上記相変化記録材料はゲルマ
ニウムとアンチモンとテルルを含む化合物よりなる光記
録媒体とするものである。
または請求項２において、上記相変化記録材料はゲルマ
ニウムとアンチモンとテルルを含む化合物よりなる光記
録媒体とするものである。
【０００９】また、請求項４に記載のように、光記録媒
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体の表面に対向
し、電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメー
タサイズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電
性プローブを有し、上記導電性プローブと上記光記録媒
体との間に、上記相変化記録媒体の結晶状態を高抵抗結
晶から低抵抗結晶へ変化させる温度まで加熱できるプロ
ーブ電流と、上記相変化記録媒体の結晶状態を低抵抗結
晶から高抵抗結晶へ変化させる温度まで加熱できるプロ
ーブ電流と、を流すことができるバイアス電圧をパルス
的に印加することが可能なパルス電源を備えた光記録媒
体の処理装置とするものである。
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体の表面に対向
し、電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメー
タサイズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電
性プローブを有し、上記導電性プローブと上記光記録媒
体との間に、上記相変化記録媒体の結晶状態を高抵抗結
晶から低抵抗結晶へ変化させる温度まで加熱できるプロ
ーブ電流と、上記相変化記録媒体の結晶状態を低抵抗結
晶から高抵抗結晶へ変化させる温度まで加熱できるプロ
ーブ電流と、を流すことができるバイアス電圧をパルス
的に印加することが可能なパルス電源を備えた光記録媒
体の処理装置とするものである。
【００１０】また、請求項５に記載のように、請求項４
において、上記光記録媒体中の発光媒体を励起して発光
を生じせしめる手段と、上記発光媒体からの発光を集光
する手段が、光ファイバもしくは光導波路の端面に透明
電極薄膜をコーティングした構造を有する光記録媒体の
処理装置とするものである。
において、上記光記録媒体中の発光媒体を励起して発光
を生じせしめる手段と、上記発光媒体からの発光を集光
する手段が、光ファイバもしくは光導波路の端面に透明
電極薄膜をコーティングした構造を有する光記録媒体の
処理装置とするものである。
【００１１】また、請求項６に記載のように、光記録媒
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体表面に対向し、
電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメータサ
イズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電性プ
ローブを有する光記録媒体の処理装置を用い、上記相変
化記録媒体の結晶状態を高い電気抵抗を持つ高抵抗結晶
とした光記録媒体の表面部から、記録信号に対応したプ
ローブ電流をパルス的に注入して、高抵抗結晶から低抵
抗結晶へ変化させる温度に加熱して記録信号に対応した
低抵抗結晶のナノピットよりなる記録ピットを形成する
光記録媒体の処理方法とするものである。
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体表面に対向し、
電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメータサ
イズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電性プ
ローブを有する光記録媒体の処理装置を用い、上記相変
化記録媒体の結晶状態を高い電気抵抗を持つ高抵抗結晶
とした光記録媒体の表面部から、記録信号に対応したプ
ローブ電流をパルス的に注入して、高抵抗結晶から低抵
抗結晶へ変化させる温度に加熱して記録信号に対応した
低抵抗結晶のナノピットよりなる記録ピットを形成する
光記録媒体の処理方法とするものである。
【００１２】また、請求項７に記載のように、光記録媒
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体表面に対向し、
電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメータサ
イズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電性プ
ローブを有する光記録媒体の処理装置を用い、上記相変
化記録媒体に記録信号に対応した低抵抗結晶のナノピッ
トよりなる記録ピットを形成した光記録媒体の表面部か
ら、上記相変化記録媒体の低抵抗結晶が変化しない範囲
内のパワーを上記プローブから上記相変化記録媒体の記
録領域に注入し、該記録領域の下部に設けられている発
光媒体からの発光を検出することにより記録の再生を行
う光記録媒体の処理方法とするものである。
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体表面に対向し、
電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメータサ
イズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電性プ
ローブを有する光記録媒体の処理装置を用い、上記相変
化記録媒体に記録信号に対応した低抵抗結晶のナノピッ
トよりなる記録ピットを形成した光記録媒体の表面部か
ら、上記相変化記録媒体の低抵抗結晶が変化しない範囲
内のパワーを上記プローブから上記相変化記録媒体の記
録領域に注入し、該記録領域の下部に設けられている発
光媒体からの発光を検出することにより記録の再生を行
う光記録媒体の処理方法とするものである。
【００１３】また、請求項８に記載のように、光記録媒
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体表面に対向し、
電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメータサ
イズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電性プ
ローブを有する光記録媒体の処理装置を用い、上記相変
化記録媒体の結晶状態を低抵抗結晶から高抵抗結晶へ変
化させる温度まで加熱できるプローブ電流を注入するこ
とにより、記録を消去する光記録媒体の処理方法とする
ものである。
体の表面に接触し、もしくはトンネル電流が流れる範囲
の微小な間隔をおいて、上記光記録媒体表面に対向し、
電流の上記相変化記録媒体への注入領域がナノメータサ
イズの領域内に限定されるように、先鋭化した導電性プ
ローブを有する光記録媒体の処理装置を用い、上記相変
化記録媒体の結晶状態を低抵抗結晶から高抵抗結晶へ変
化させる温度まで加熱できるプローブ電流を注入するこ
とにより、記録を消去する光記録媒体の処理方法とする
ものである。
【００１４】本発明は、光記録媒体の微小領域へ電流を
供給する手段と、該電流の注入によって光を発生する発
光媒体に、電流の注入によって電気伝導率が可逆的に変
化する相変化記録媒体を積層した光記録媒体と、上記発
光媒体からの発光を検出する手段を備えた光記録装置に
おいて、上記相変化記録媒体として、溶融温度より低い
二つの最高到達温度によって電気抵抗が異なる少なくと
も２種類の結晶間の相変化を生じる材料を用い、その２
種類の結晶状態をピットの有無に対応させることによ
り、アモルファス化に必要な高温を用いることなく、体
積変化や耐熱性の問題の生じない、テラビット級のリラ
イタブルな光記録装置を実現するものである。本発明
は、上記した材料および構成を採用することにより、よ
り少ない電流注入で、情報データの光記録・再生・消去
を可能とするテラビット級のリライタブルな光記録・再
生・消去を実現することができる効果がある。
供給する手段と、該電流の注入によって光を発生する発
光媒体に、電流の注入によって電気伝導率が可逆的に変
化する相変化記録媒体を積層した光記録媒体と、上記発
光媒体からの発光を検出する手段を備えた光記録装置に
おいて、上記相変化記録媒体として、溶融温度より低い
二つの最高到達温度によって電気抵抗が異なる少なくと
も２種類の結晶間の相変化を生じる材料を用い、その２
種類の結晶状態をピットの有無に対応させることによ
り、アモルファス化に必要な高温を用いることなく、体
積変化や耐熱性の問題の生じない、テラビット級のリラ
イタブルな光記録装置を実現するものである。本発明
は、上記した材料および構成を採用することにより、よ
り少ない電流注入で、情報データの光記録・再生・消去
を可能とするテラビット級のリライタブルな光記録・再
生・消去を実現することができる効果がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の光記録媒体に用いられる
相変化記録材料として、例えば、Ｇｅ２Ｓｂ ２Ｔｅ
５（以下、単にＧｅＳｂＴｅと略記する）の温度履歴と
電気抵抗の関係を図１に模式的に示す。最初、基板上に
スパッタした直後のＧｅＳｂＴｅ膜はアモルファス状態
にあり、これを使用前に、いったんＴ１（約１５０℃）
とＴ２（約３５０℃）の間の温度範囲（温度領域Ａと呼
ぶ）に加熱した後、室温まで戻すと結晶Ａの状態となる
（図１ではこの過程は省略してある）。結晶Ａは数十ｋ
Ω以上の高い電気抵抗を持つ。次に、Ａ結晶をＴ２から
Ｔｍ（溶融温度：約６００℃）の間の温度範囲（温度領
域Ｂと呼ぶ）に再加熱してから冷却すると結晶Ｂにな
る。結晶Ｂは数十Ωと低い電気抵抗を持つ。結晶Ｂを再
度温度範囲Ａに過熱して冷却すると再度結晶Ａになる。
このようにＧｅＳｂＴｅは経験した温度履歴により結晶
Ａと結晶Ｂの間を相変化し、それに伴って電気抵抗が３
桁程度以上変化する。Ｔｍ以上の高温にしなければアモ
ルファスに戻ることはない。すなわち、ＧｅＳｂＴｅ膜
には、高抵抗の結晶Ａと低抵抗の結晶Ｂが存在し、最高
温度の履歴によって結晶Ａと結晶Ｂとの間を相変化する
ことを示すものである。
相変化記録材料として、例えば、Ｇｅ２Ｓｂ ２Ｔｅ
５（以下、単にＧｅＳｂＴｅと略記する）の温度履歴と
電気抵抗の関係を図１に模式的に示す。最初、基板上に
スパッタした直後のＧｅＳｂＴｅ膜はアモルファス状態
にあり、これを使用前に、いったんＴ１（約１５０℃）
とＴ２（約３５０℃）の間の温度範囲（温度領域Ａと呼
ぶ）に加熱した後、室温まで戻すと結晶Ａの状態となる
（図１ではこの過程は省略してある）。結晶Ａは数十ｋ
Ω以上の高い電気抵抗を持つ。次に、Ａ結晶をＴ２から
Ｔｍ（溶融温度：約６００℃）の間の温度範囲（温度領
域Ｂと呼ぶ）に再加熱してから冷却すると結晶Ｂにな
る。結晶Ｂは数十Ωと低い電気抵抗を持つ。結晶Ｂを再
度温度範囲Ａに過熱して冷却すると再度結晶Ａになる。
このようにＧｅＳｂＴｅは経験した温度履歴により結晶
Ａと結晶Ｂの間を相変化し、それに伴って電気抵抗が３
桁程度以上変化する。Ｔｍ以上の高温にしなければアモ
ルファスに戻ることはない。すなわち、ＧｅＳｂＴｅ膜
には、高抵抗の結晶Ａと低抵抗の結晶Ｂが存在し、最高
温度の履歴によって結晶Ａと結晶Ｂとの間を相変化する
ことを示すものである。
【００１６】図１で示した特性を利用した本発明の基本
的な実施の形態を、図２を用いて説明する。ここで、１
は導電集光プローブ、２はプローブ電流（電子）、３は
表面保護層、４は相変化記録媒体（ＧｅＳｂＴｅ）、４
ａは相変化記録媒体中の結晶Ａの領域（初期状態）、４
ｂは相変化記録媒体中の結晶Ｂの領域（ナノピットと呼
ぶ）、５は発光媒体、６は電極（基板が絶縁性の場
合）、６′は電極（基板が導電性の場合）、７は基板、
８は光、９は正孔、１０はパルス電源、１１は光記録媒
体を示す。
的な実施の形態を、図２を用いて説明する。ここで、１
は導電集光プローブ、２はプローブ電流（電子）、３は
表面保護層、４は相変化記録媒体（ＧｅＳｂＴｅ）、４
ａは相変化記録媒体中の結晶Ａの領域（初期状態）、４
ｂは相変化記録媒体中の結晶Ｂの領域（ナノピットと呼
ぶ）、５は発光媒体、６は電極（基板が絶縁性の場
合）、６′は電極（基板が導電性の場合）、７は基板、
８は光、９は正孔、１０はパルス電源、１１は光記録媒
体を示す。
【００１７】導電集光プローブ１は、例えば先端をピッ
トサイズ程度まで先鋭化した光ファイバの表面に透明導
電膜を被覆した構造とする。プローブ先端は、導電性と
透明性の両方を有し、相変化記録媒体４にトンネル電流
を注入すると同時に発光媒体５からの光を集光する。な
お、この実施の形態では電流注入と集光を同一プローブ
で行う場合について述べているが、電流注入は導電プロ
ーブで行い集光は探針とは別に設置した集光素子（例え
ばレンズや反射鏡）で行う構成も可能である。基板７の
上に電極６（絶縁性基板の場合のみ）と発光媒体５を積
層する。発光媒体５は電流の注入により発光する材料や
構造体であり、例えば直接遷移型半導体であるＡｌＧａ
Ａｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ等や、あるいはこれらの材料を含
んだ井戸構造体よりなる発光媒体５の上に相変化記録媒
体４を積層する。ここでは相変化記録材料としてＧｅＳ
ｂＴｅを用いた場合の例を示す。スパッタで成膜された
直後のＧｅＳｂＴｅはアモルファス状態となっている。
これを基板ごと、いったん温度領域Ａに加熱して室温に
戻すと結晶Ａになる。数十ｋΩ以上の高い電気抵抗を持
つ。これを初期状態とする。
トサイズ程度まで先鋭化した光ファイバの表面に透明導
電膜を被覆した構造とする。プローブ先端は、導電性と
透明性の両方を有し、相変化記録媒体４にトンネル電流
を注入すると同時に発光媒体５からの光を集光する。な
お、この実施の形態では電流注入と集光を同一プローブ
で行う場合について述べているが、電流注入は導電プロ
ーブで行い集光は探針とは別に設置した集光素子（例え
ばレンズや反射鏡）で行う構成も可能である。基板７の
上に電極６（絶縁性基板の場合のみ）と発光媒体５を積
層する。発光媒体５は電流の注入により発光する材料や
構造体であり、例えば直接遷移型半導体であるＡｌＧａ
Ａｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ等や、あるいはこれらの材料を含
んだ井戸構造体よりなる発光媒体５の上に相変化記録媒
体４を積層する。ここでは相変化記録材料としてＧｅＳ
ｂＴｅを用いた場合の例を示す。スパッタで成膜された
直後のＧｅＳｂＴｅはアモルファス状態となっている。
これを基板ごと、いったん温度領域Ａに加熱して室温に
戻すと結晶Ａになる。数十ｋΩ以上の高い電気抵抗を持
つ。これを初期状態とする。
【００１８】図２は、本発明のテラビット級超高密度光
記録装置の構成の一例を示す模式図である。なお、ここ
では集光手段として透明で導電性のプローブを用いてプ
ローブから集光する実施の形態を示したが、電流注入プ
ローブとは別個に集光用のレンズや凹面鏡を設置した構
造であっても適用可能である。
記録装置の構成の一例を示す模式図である。なお、ここ
では集光手段として透明で導電性のプローブを用いてプ
ローブから集光する実施の形態を示したが、電流注入プ
ローブとは別個に集光用のレンズや凹面鏡を設置した構
造であっても適用可能である。
【００１９】（１）記録 結晶Ａの膜の媒体表面上でプローブを走査する。ピット
を形成すべき位置にプローブが来たら、プローブと媒体
表面との間に、ＧｅＳｂＴｅ膜が温度領域Ｂまで加熱さ
れるようなプローブ電流をパルス的に注入する。いった
ん、この温度を経験したＧｅＳｂＴｅは結晶Ｂとなって
室温に戻る。結晶ＢとなったＧｅＳｂＴｅは電気抵抗が
数十Ωまで著しく低下する。一方、光透過率は結晶Ａと
ほとんど変わらない。この結晶Ｂの領域をピットとす
る。サイズはプローブ電流で制御可能であり直径１０ｎ
ｍ程度まで小さくできる。この作業をプローブを移動し
ながら繰り返すことによりＧｅＳｂＴｅ膜上に記録信号
に対応したナノピットが順次形成されてゆく。温度領域
ＢはＧｅＳｂＴｅの溶融温度（約６００℃）より低いの
で、アモルファスを用いる光記録方式よりも少ないプロ
ーブ電流で記録できる。さらに、耐熱のための媒体構造
等も軽減できる利点がある。
を形成すべき位置にプローブが来たら、プローブと媒体
表面との間に、ＧｅＳｂＴｅ膜が温度領域Ｂまで加熱さ
れるようなプローブ電流をパルス的に注入する。いった
ん、この温度を経験したＧｅＳｂＴｅは結晶Ｂとなって
室温に戻る。結晶ＢとなったＧｅＳｂＴｅは電気抵抗が
数十Ωまで著しく低下する。一方、光透過率は結晶Ａと
ほとんど変わらない。この結晶Ｂの領域をピットとす
る。サイズはプローブ電流で制御可能であり直径１０ｎ
ｍ程度まで小さくできる。この作業をプローブを移動し
ながら繰り返すことによりＧｅＳｂＴｅ膜上に記録信号
に対応したナノピットが順次形成されてゆく。温度領域
ＢはＧｅＳｂＴｅの溶融温度（約６００℃）より低いの
で、アモルファスを用いる光記録方式よりも少ないプロ
ーブ電流で記録できる。さらに、耐熱のための媒体構造
等も軽減できる利点がある。
【００２０】（２）再生、 次に、ＧｅＳｂＴｅが温度領域Ａに達しない程度のプロ
ーブ電流を媒体に注入する。ピット形成していない結晶
Ａの上では電気抵抗が高いためプローブ電流が小さく、
発光は検出されない。一方、ピットを形成した結晶Ｂ上
では電気抵抗が小さいため大きなプローブ電流がＧｅＳ
ｂＴｅ層を貫通して流れる。この電流はＧｅＳｂＴｅ層
の下の発光媒体に流入し光が強く放出される。この光を
集光して検出する。発光強度はプローブ電流に比例す
る。結晶Ａと結晶Ｂの抵抗の比は少なくとも３桁以上と
著しく大きいので、発光強度はピットの有無に対応して
大きく変化する。この発光強度の変化を読み取ることに
より記録を再生できる。集光は探針とは別個に設置され
たレンズや凹面鏡で集光することは可能であるが、透明
で導電性があるプローブを用いてそのプローブ先端で集
光する手段を用いた方が、光をより高感度で検出するこ
とができる。なお、発光媒体を電子閉じ込め構造にする
ことにより、注入した電流がプローブ直下の発光媒体の
狭い空間に局在するので、プローブによる集光効率を高
めることができる。
ーブ電流を媒体に注入する。ピット形成していない結晶
Ａの上では電気抵抗が高いためプローブ電流が小さく、
発光は検出されない。一方、ピットを形成した結晶Ｂ上
では電気抵抗が小さいため大きなプローブ電流がＧｅＳ
ｂＴｅ層を貫通して流れる。この電流はＧｅＳｂＴｅ層
の下の発光媒体に流入し光が強く放出される。この光を
集光して検出する。発光強度はプローブ電流に比例す
る。結晶Ａと結晶Ｂの抵抗の比は少なくとも３桁以上と
著しく大きいので、発光強度はピットの有無に対応して
大きく変化する。この発光強度の変化を読み取ることに
より記録を再生できる。集光は探針とは別個に設置され
たレンズや凹面鏡で集光することは可能であるが、透明
で導電性があるプローブを用いてそのプローブ先端で集
光する手段を用いた方が、光をより高感度で検出するこ
とができる。なお、発光媒体を電子閉じ込め構造にする
ことにより、注入した電流がプローブ直下の発光媒体の
狭い空間に局在するので、プローブによる集光効率を高
めることができる。
【００２１】（３）消去 結晶Ｂを再度温度領域Ａまで電流加熱したのち室温まで
冷却すると結晶Ａに相変化し結晶Ｂは消失する。これに
より、ナノピットすなわち記録データを消去できる。室
温では結晶Ａと結晶Ｂのどちらの状態も安定なので、テ
ラビット光記録装置に必要なナノピットの記録、読み出
し（再生）、消去の動作が実現できる。
冷却すると結晶Ａに相変化し結晶Ｂは消失する。これに
より、ナノピットすなわち記録データを消去できる。室
温では結晶Ａと結晶Ｂのどちらの状態も安定なので、テ
ラビット光記録装置に必要なナノピットの記録、読み出
し（再生）、消去の動作が実現できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の光記録媒体およびその処理装置
ならびに処理方法によれば、アモルファス状態を利用す
る光記録装置に比べ、より小さなプローブ電流で安定し
て動作するテラビット級の超高密度のリライタブル光記
録装置を実現することが可能となる。
ならびに処理方法によれば、アモルファス状態を利用す
る光記録装置に比べ、より小さなプローブ電流で安定し
て動作するテラビット級の超高密度のリライタブル光記
録装置を実現することが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態で例示した相変化記録材料
であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の温度履歴と電気抵抗との関
係を示すグラフ。
であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の温度履歴と電気抵抗との関
係を示すグラフ。
【図２】本発明の実施の形態で例示したテラビット級超
高密度光記録装置の構成を示す模式図。
高密度光記録装置の構成を示す模式図。
１…導電集光プローブ ２…プローブ電流（電子） ３…表面保護層 ４…相変化記録媒体 ４ａ…結晶Ａの領域（初期状態） ４ｂ…結晶Ｂの領域（ナノピット） ５…発光媒体 ６…電極（基板が絶縁性の場合） ６′…電極（基板が導電性の場合） ７…基板 ８…光 ９…正孔 １０…パルス電源 １１…光記録媒体
Claims (8)
- 【請求項１】外部から注入されるエネルギーによって光
を発生する発光媒体の上部に、光透過性があり、かつ外
部から注入されるエネルギーによって電気伝導率が可逆
的に変化する相変化記録媒体を積層して構成された光記
録媒体であって、上記相変化記録媒体は、到達する最高
温度の差によって異なる電気抵抗を有する少なくとも２
種類の結晶状態を持つ相変化記録材料よりなることを特
徴とする光記録媒体。 - 【請求項２】請求項１において、上記発光媒体は電流の
注入により発光する直接遷移型半導体もしくはこれらの
材料を含む井戸構造を有することを特徴とする光記録媒
体。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、上記相
変化記録材料はゲルマニウムとアンチモンとテルルを含
む化合物よりなることを特徴とする光記録媒体。 - 【請求項４】光記録媒体の表面に接触し、もしくはトン
ネル電流が流れる範囲の微小な間隔をおいて、上記光記
録媒体の表面に対向し、電流の上記相変化記録媒体への
注入領域がナノメータサイズの領域内に限定されるよう
に、先鋭化した導電性プローブを有し、上記導電性プロ
ーブと上記光記録媒体との間に、上記相変化記録媒体の
結晶状態を高抵抗結晶から低抵抗結晶へ変化させる温度
まで加熱できるプローブ電流と、上記相変化記録媒体の
結晶状態を低抵抗結晶から高抵抗結晶へ変化させる温度
まで加熱できるプローブ電流と、を流すことができるバ
イアス電圧をパルス的に印加することが可能なパルス電
源を備えたことを特徴とする光記録媒体の処理装置。 - 【請求項５】請求項４において、上記光記録媒体中の発
光媒体を励起して発光を生じせしめる手段と、上記発光
媒体からの発光を集光する手段が、光ファイバもしくは
光導波路の端面に透明電極薄膜をコーティングした構造
を有することを特徴とする光記録媒体の処理装置。 - 【請求項６】光記録媒体の表面に接触し、もしくはトン
ネル電流が流れる範囲の微小な間隔をおいて、上記光記
録媒体表面に対向し、電流の上記相変化記録媒体への注
入領域がナノメータサイズの領域内に限定されるよう
に、先鋭化した導電性プローブを有する光記録媒体の処
理装置を用い、上記相変化記録媒体の結晶状態を高い電
気抵抗を持つ高抵抗結晶とした光記録媒体の表面部か
ら、記録信号に対応したプローブ電流をパルス的に注入
して、高抵抗結晶から低抵抗結晶へ変化させる温度に加
熱して記録信号に対応した低抵抗結晶のナノピットより
なる記録ピットを形成することを特徴とする光記録媒体
の処理方法。 - 【請求項７】光記録媒体の表面に接触し、もしくはトン
ネル電流が流れる範囲の微小な間隔をおいて、上記光記
録媒体表面に対向し、電流の上記相変化記録媒体への注
入領域がナノメータサイズの領域内に限定されるよう
に、先鋭化した導電性プローブを有する光記録媒体の処
理装置を用い、上記相変化記録媒体に記録信号に対応し
た低抵抗結晶のナノピットよりなる記録ピットを形成し
た光記録媒体の表面部から、上記相変化記録媒体の低抵
抗結晶が変化しない範囲内のパワーを上記プローブから
上記相変化記録媒体の記録領域に注入し、該記録領域の
下部に設けられている発光媒体からの発光を検出するこ
とにより記録の再生を行うことを特徴とする光記録媒体
の処理方法。 - 【請求項８】光記録媒体の表面に接触し、もしくはトン
ネル電流が流れる範囲の微小な間隔をおいて、上記光記
録媒体表面に対向し、電流の上記相変化記録媒体への注
入領域がナノメータサイズの領域内に限定されるよう
に、先鋭化した導電性プローブを有する光記録媒体の処
理装置を用い、上記相変化記録媒体の結晶状態を低抵抗
結晶から高抵抗結晶へ変化させる温度まで加熱できるプ
ローブ電流を注入することにより、記録を消去すること
を特徴とする光記録媒体の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118073A JP3830771B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 光記録媒体およびその処理装置ならびに処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118073A JP3830771B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 光記録媒体およびその処理装置ならびに処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002312986A true JP2002312986A (ja) | 2002-10-25 |
| JP3830771B2 JP3830771B2 (ja) | 2006-10-11 |
Family
ID=18968520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118073A Expired - Fee Related JP3830771B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 光記録媒体およびその処理装置ならびに処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3830771B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100644887B1 (ko) | 2004-09-07 | 2006-11-15 | 엘지전자 주식회사 | 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치 및 그 정보기록방법 |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118073A patent/JP3830771B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100644887B1 (ko) | 2004-09-07 | 2006-11-15 | 엘지전자 주식회사 | 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치 및 그 정보기록방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3830771B2 (ja) | 2006-10-11 |
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