JP2005302244A - 光記録媒体、記録再生装置、記録再生方法、再生装置、および再生方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光記録媒体の溶融による収差の問題、およびフォトダイオードによって良好な再生信号を得られないという問題を生じることなく、高密度記録を実現できる光記録媒体および記録再生装置等を提供する。
【解決手段】 光記録媒体10は、サファイア基板11、ノンドープGaN層12、およびGaN:Mg層13によって構成される。記録再生装置30では、Nd:YAGレーザ33からのレーザ光が、ダイクロイックミラー34およびレンズ32を介して光記録媒体10に照射される。また、再生の場合、反射光が、レンズ32およびダイクロイックミラー34を介してフォトディテクタ35で検出される。光記録媒体10は、所定のパワーの光を受光することによってフォトルミネッセンスの変化を生じ、この変化に応じて反射光の強度も変化する。フォトディテクタ35はこの反射光の変化を判断して光記録媒体10の再生を行う。
【選択図】 図1
【解決手段】 光記録媒体10は、サファイア基板11、ノンドープGaN層12、およびGaN:Mg層13によって構成される。記録再生装置30では、Nd:YAGレーザ33からのレーザ光が、ダイクロイックミラー34およびレンズ32を介して光記録媒体10に照射される。また、再生の場合、反射光が、レンズ32およびダイクロイックミラー34を介してフォトディテクタ35で検出される。光記録媒体10は、所定のパワーの光を受光することによってフォトルミネッセンスの変化を生じ、この変化に応じて反射光の強度も変化する。フォトディテクタ35はこの反射光の変化を判断して光記録媒体10の再生を行う。
【選択図】 図1
Description
この発明は、高い記録密度を実現する光記録媒体および、当該光記録媒体に対しデータの記録・再生等を行う記録再生装置、記録再生方法、再生装置、および再生方法に関する。
近年、AV(Audio Visual)機器が一般的に普及し、テレビジョン放送の録画データやビデオカメラで撮影したデータが、DVD(Digital Versatile Disk)等の光記録媒体に記録されることが多くなってきている。しかしながら、現在のDVDの記録容量では、標準的な画質の動画データについては数時間分の記録ができるに過ぎず、こうした記録媒体の更なる高容量化が期待されている。
DVDのような光記録媒体の高容量化を実現するための1つの手段は、光記録において高記録密度化を達成することである。このためには、対物レンズの高NA(Numerical Aperture)化をはかり、記録再生のためのレーザ光を短波長化する必要がある。
対物レンズの高NA化を進めていくと、近接場光学系(ニアフィールド)による記録再生を行うことになる。ニアフィールドは、たとえば、レーザ共振器近傍を指すが、この場合、対物レンズと記録媒体との距離が非常に小さくなるため、読み出し光の焦点(スポット)の大きさが小さくなり、少なくとも記録の際に、記録媒体の溶融が生じるようになる。
このような溶融は、現在の相変化型記録材料の記録において必要なものである。すなわち、このような溶融によって記録媒体表面に凹凸形状が形成され、記録が行われるのである。しかしながら、たとえば、NAが2を超えるような高NAの対物レンズによって形成された凹凸形状は、それ自体が収差の原因となり記録密度を十分高くすることができない。
一方、レーザ光の短波長化を進めていく場合、ピン・フォトダイオードやアバランシェ・フォトダイオードといった、シリコンを活性層とするフォトダイオードでは、たとえば400nm以下の波長に関して量子効率が著しく低下し、十分な再生信号を得ることができないという問題がある。
したがって、この発明の目的は、上記2つの問題点を排除しつつ、光記録媒体の記録密度を高くする光記録媒体、記録再生装置、記録再生方法、再生装置、および再生方法を提供することにある。
第1の実施態様に係る発明は、基板上に、Mgドープ窒化ガリウム層を成膜して成る光記録媒体である。
また、第2の実施態様に係る発明は、レーザ光を射出するレーザ射出部と、レーザ射出部からのレーザ光を受光し、レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるようにレーザ光を反射する反射部とを有し、レンズと光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成されるよう構成された記録再生装置である。
第3の実施態様に係る発明は、レーザ光を射出するレーザ射出ステップと、レーザ光を受光し、レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるようにレーザ光を反射する反射ステップとを有し、レンズと光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成されるように構成された記録再生方法である。
またさらに、第4の実施態様に係る発明は、レーザ光を射出するレーザ射出部と、レーザ射出部からのレーザ光を受光し、レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるようにレーザ光を反射する反射部と、受信した光の強度を検出する光検出部とを有し、レンズと光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成され、反射部は、光記録媒体に照射されたレーザ光により励起された蛍光を透過して光検出部に反射光を提供し、光検出器は、反射光の所定の周波数における強度に基づいて、光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、光記録媒体の再生を行うように構成された再生装置である。
第5の実施態様に係る発明は、レーザ光を射出するレーザ射出ステップと、レーザ光を受光し、レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるようにレーザ光を反射する反射ステップと、光記録媒体に照射されたレーザ光により励起された蛍光を透過する透過ステップと、透過された反射光の強度を検出する光検出ステップとを有し、レンズと光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成され、光検出ステップは、反射光の所定の周波数における強度に基づいて、光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、光記録媒体の再生を行うように構成された再生方法である。
この発明によって、記録媒体の溶融による収差の問題、およびフォトダイオードによって良好な再生信号を得られないという問題を生じることなく、高密度記録を実現できる光記録媒体、記録再生装置、記録再生方法、再生装置、および再生方法が提供される。
この発明では、所定の光パルス照射により、フォトルミネッセンスが消失あるいは誘起される特性を示す光記録媒体を提供する。これにより、再生光の波長よりも長波長のフォトルミネッセンスの有無を検出して記録情報を読み出すことにより、フォトダイオードによって十分なS/N(Signal to Noise)の再生信号を得ることができる。フォトルミネッセンスとは、物質が外部からの光によるエネルギーを受けて励起され、その後、その受け取ったエネルギーを光として放出する現象であり、励起光がその物質に入射されると、その物質に固有で、その励起光より長波長の光が放出される。
また、この発明では、上記のようなフォトルミネッセンスに変化を生じさせながら、記録パルスの照射を受けても溶融あるいは揮発しない記録媒体を提供する。近接場を記録再生光学系に用いると、記録パルスを照射した場合記録媒体の温度上昇は1000K近くにも達するが、この発明の光記録媒体には、そのような温度でも収差の問題を生じるような溶融が生じることはない。
ここで、この発明の光記録媒体の構成を、図1を参照して説明する。図1の光記録媒体10は、サファイア基板11の上に、中間層としてノンドープGaN層12(すなわち、ノンドープ窒化ガリウム層)が形成され、さらに、その上にGaN:Mg層13(すなわち、Mgドープ窒化ガリウム層)が形成される。この発明の本質は、光記録媒体10の表面がGaN:Mg層13によって形成されていることである。したがって、サファイア基板11やノンドープGaN層12は、他の適当な材料とすることもできる。
次に、この発明の光記録媒体の製造方法について説明する。図1に示す光記録媒体10は、たとえば、有機金属気相成長法(OMVPE:OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy)、またはMOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)のような一般的な薄膜形成技術によって製造される。
図2には、OMPVE装置20の例が模式的に表されている。OMPVE装置20は、成長室21、サセプタ22、マスフローコントローラ23、恒温槽24、シリンダ25、およびガス貯蔵室26を含む。基板28は、成長室21内のサセプタ22上に置かれる。通常、膜厚や結晶組成の均一性向上のため、成膜の際に基板28を回転させる。基板28の加熱方法としては、高周波による誘電加熱法が一般的である。
成長温度は通常、600〜800℃に設定される。第III族の有機金属は、シリンダ25に充填され、恒温槽24のなかで温度制御される。通常、有機金属は、マスフローコントローラ23で流量制御された水素(H2)やアルゴン(Ar)などのキャリアガスにより成長室21に送られ、第V族の原料は、ガス貯蔵室26等からマスフローコントローラ23を介して成長室21に提供される。
成長室21内では、第III族の有機金属と第V族の原料ガスが反応を生じ、基板28上に膜を形成する。成長室21には、排気口27が設けられており、他の生成ガス等が排気口27から排気系に供給される。
この発明の光記録媒体10の製造に関しては、最初に、サファイア基板11が基板28としてサセプタ22上に設置され、次に、水素またはアルゴンなどのキャリアガスにより、シリンダ25内のトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)を成長室21に提供するとともに、アンモニア(NH3)がガス貯蔵室26等から成長室21に送られる。これにより、ノンドープGaN層12がサファイア基板11上に形成される。
その後、さらにMgH2がドーパント原料ガスとして成長室21に提供され、その結果、GaN:Mg層13が、ノンドープGaN層(Mgドープ窒化ガリウム)12の上に形成される。
上記のようなOMPVE装置20により製造された光記録媒体10のGaN:Mg層13において、通常、マグネシウムはMgH2の形で結晶格子の間に入っており、活性化されてはいない。ところが、これに高エネルギーの記録パルスを照射(約500℃から600℃といった高温の状態に)すると、Mg−H間の結合が切断され、マグネシウムはイオン化して結晶中に取り込まれ、P型ドーパントとして活性化する。このとき、フォトルミネッセンスが、広範な波長領域で減少するように変化する。
以下では、こうして製造された光記録媒体10の記録再生装置および記録再生方法について説明する。
図3には、この発明の光記録媒体10に対し記録または再生を行う記録再生装置30の概略が示されている。記録再生装置30は、光記録媒体10にデータを書込みまたは読み取るためのレンズ32を有しており、この場合は、このレンズ32が光記録媒体10に極めて近接して設置される近接場光学系31を形成している。Nd:YAGレーザ33からのレーザ光は、データの書込み、または読み取りのためにダイクロイックミラー34を介して光記録媒体10に照射される。ここでは、Nd:YAGレーザ33の4倍波が射出される。Nd:YAGレーザ33の基本波は1064nmであるので、4倍波の周波数は266nmとなる。また、ダイクロイックミラー34は、ある特定波長域の光を反射し、その他の光を透過するミラーである。
Nd:YAGレーザ33の4倍波Aは、ダイクロイックミラー34で反射して、反射光Bとなり、レンズ32を介して光記録媒体10に照射される。光記録媒体10からの蛍光Cは、レンズ32、およびダイクロイックミラー34を介して、フォトディテクタ35で受光される。
ここで、レーザ射出部は、Nd:YAGレーザ33に対応し、反射部はダイクロイックミラー34に対応し、光検出部は、フォトディテクタ35に対応する。ダイクロイックミラー34は、光を透過する機能をも有するが、ここでは便宜的に反射部とする。
また、Nd:YAGレーザ33は、光記録媒体10の記録(書込み)を行う場合は、再生(読み取り)時より大きなパワーでレーザ光を射出する。この高いパワーのレーザ光により、光記録媒体10の表面、すなわちMgドープ窒化ガリウム層が変質してフォトルミネッセンスに変化を生じるのである。また、図3の例では、記録および再生が可能な記録再生装置について説明したが、光記録媒体10の上記特性を利用して、光記録媒体10の再生のみを行う再生装置を構成することも可能である。
次に、図4を参照して、光記録媒体10の記録再生の動作について説明する。光記録媒体10に記録を行う際には、図3に示した記録再生装置30の光学系に離軸法、非点収差法、ナイフエッジ法などを用いてフォーカスサーボをとり、またプッシュプル法や3スポット法を用いてトラッキングサーボをとりながらパルスレーザ(記録パルス)を照射する。たとえば、図4に示す記録マーク41のそれぞれに対応してパルスレーザ42の照射が行われる。このときのレーザは、Nd:YAGレーザの4倍波である波長266nmのレーザ光とし、変調は音響光学素子や電気光学素子により行う。また場合によっては熱的な符号間干渉を避けるため、一つの記録マークを記録する際に、時間軸方向に複数のパルス列を照射する。
再生時は、図5に示すように、図3に示す記録再生装置30の光学系で波長266nmのレーザ光53を光記録媒体10に連続照射し、図3のダイクロイックミラー34で、たとえば波長500nmないし600nmのうちいずれかの光を検出する。この範囲の波長の光を検出するようにしたのは、たとえばシリコン系のフォトディテクタ35では、これらの波長についての感度が比較的高いからである。フォトディテクタ35は、GaN:Mg層からの蛍光52を記録マーク51に対応して検出することにより、良好なS/N比で信号の再生を行う。フォトディテクタ35およびフォトディテクタ35からの信号を受信する制御装置は、記録マーク51に対応する部分について、光の強度が弱いことを検出し、それによって、その部分に記録がされていると判定する。
蛍光52を用いて光記録媒体10に記録されたデータの再生を行う場合、励起光パルスに対する蛍光の時間応答が重要となる。次に、記録材料のフォトルミネッセンスの時間応答(蛍光寿命)の条件について説明する。
光記録媒体10の記録材料は、読み出し光(たとえば、図5のレーザ光53)のスポット(焦点)内を通過する際に、ガウシアンパルスあるいはsinc関数で表される形のパルス照射を受けるが、便宜的に矩形パルスの再生光すなわち励起光の照射を受けると近似して説明する。
たとえば、図6に示すように、矩形の励起光パルス61を照射した場合に、光記録媒体10のGaN:Mg層から受光する蛍光62の立ち上がり時定数をτとする。τは、蛍光62の最大光エネルギーEとすれば、たとえば、この光エネルギーが0からEの80%に達するまでの時間とすることができる。
光記録媒体10の上の一点が読出し励起光スポットを通過する時間τ0に比べて、時定数τが十分短いことが必要である。たとえば、図6の点線63に示すように、時定数τがτ0より長い場合には、十分な蛍光62(すなわち良好な検出信号)が得られる前に、光記録媒体10は読出し励起光スポットを通過してしまう。蛍光62の立ち上がりの時定数は、飽和レベルまで励起する場合には、フォトルミネッセンスの時間応答(いわゆる蛍光寿命)と同等である場合が多い。また、読出し励起光パルス61の波長をλ、対物レンズの開口数をNAとすると、エアリー像である中心スポットのサイズは次の式1で表される。
1.22(λ/NA) ・・・(式1)
1.22(λ/NA) ・・・(式1)
したがって、光記録媒体10の線速度をvとすると、十分な再生信号を得るためには、以下の式2で表される条件を満足しなければならない。
τ<(1.22(λ/NA))/v ・・・(式2)
τ<(1.22(λ/NA))/v ・・・(式2)
この発明の光記録媒体10においては、励起光パルス61の波長が266nm、対物レンズの開口数(NA)が2、線速度が1m/secであるから、スポットの通過時間は162nsecである。これに対して、光記録媒体10のGaN:Mg層からのフォトルミネッセンスの時間応答(蛍光寿命)は約10nsecであるので、上記式2の条件を十分に満たしており、この材料を用いた場合には、十分な再生信号を得ることができる。
この発明の光記録媒体10に光パルスを照射する前後のフォトルミネッセンスのスペクトル変化に関する実験結果を表すグラフが図7に示されている。この発明の光記録媒体10について、たとえば、330nmないし350nmといった比較的短い波長の再生レーザ光を照射した場合の反射光を、2つのパターンについて表したものである。第1のパターンは、光記録媒体10にそのまま上記再生レーザ光を照射した場合の反射光であり、曲線71で表されている。一方、第2のパターンは、光記録媒体10の膜面に、KrFエキシマレーザを用いて、波長248nm、エネルギー密度30mj/cm2、パルス幅20nsecの光パルスを1ショット照射した後に、上記再生レーザ光を照射した場合の反射光であり、曲線72で表されている。
図7を見ると、約400nmないし約650nmの波長の範囲にわたって、曲線72の反射光の強度(蛍光強度)の方が曲線71の強度より小さいことがわかる。また、この例では、青色波長域における強度の差のほうが、赤色波長域における強度の差より大きいという傾向にあることもわかる。
したがって、図3に示すフォトディテクタ35は、330nmないし350nmといった比較的短い波長で微弱パワーの再生レーザ光を照射した場合であっても、約400nmないし約650nmといった、より大きな波長において、光の強度を測定することにより、記録がされているか否か、すなわち、記録されているデータが0か1かの判定を行うことができる。曲線1と曲線2の間隔が大きい周波数帯で上記比較処理を行うことによってより良好な感度を得ることができるが、フォトディテクタ35自体が、良好な感度を提供できる周波数帯を有しているので、両方の事情を考慮して設計をすることが好ましい。
また、測定した強度の値がどのような範囲にある場合に記録がされたと判定するかを、所定のしきい値を設けて判断してもよい。またさらに、曲線71と曲線72についての光の強度の測定を、2つ以上の波長(たとえば2箇所)において行うようにして、記録判定の精度(感度)をさらに高めるようにすることもできる。
また、図7の曲線72の強度を、青色波長域から赤色波長域に順に見ていくと、約430nmから約460nmにかけて、1つのピークを観測することができる。曲線71には、このような大きなピークは見られない。曲線72の形状は、KrFエキシマレーザの出力条件等によって変化しうるが、一定の条件下で、こうしたピークの存在が確認できれば、このピークを認識することにより、記録の有無を判定するように設計することもできる。
10・・・光記録媒体、11・・・サファイア基板、12・・・ノンドープGaN層、13・・・GaN:Mg層、20・・・OMPVE装置、21・・・成長室、22・・・サセプタ、23・・・マスフローコントローラ、24・・・恒温槽、25・・・シリンダ、26・・・ガス貯蔵室、27・・・排気口、30・・・記録再生装置、32・・・レンズ、33・・・Nd:YAGレーザ、34・・・ダイクロイックミラー、35・・・フォトディテクタ
Claims (14)
- 基板上に、Mgドープ窒化ガリウム層を成膜して成る光記録媒体。
- 請求項1に記載の光記録媒体において、
前記基板と前記Mgドープ窒化ガリウム層との間に中間層が設けられ、
前記中間層が、ノンドープ窒化ガリウム層であることを特徴とする光記録媒体。 - 請求項1に記載の光記録媒体において、
前記Mgドープ窒化ガリウム層は、所定のパワーの光を受けた場合に、フォトルミネッセンスが変化することを特徴とする光記録媒体。 - 請求項3に記載の記録再生装置において、
前記フォトルミネッセンスが変化したために、その前後で、所定の励起光に対する蛍光の、所定の周波数における強度が変化することを特徴とする光記録媒体。 - レーザ光を射出するレーザ射出部と、
前記レーザ射出部からのレーザ光を受光し、前記レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるように前記レーザ光を反射する反射部とを有し、
前記レンズと前記光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成されることを特徴とする記録再生装置。 - 請求項5に記載の記録再生装置において、
受信した光の強度を検出する光検出部をさらに有し、
前記反射部は、前記光記録媒体に照射された前記レーザ光により励起された蛍光を透過または反射して前記光検出部に前記反射光を提供し、
前記光検出器は、前記蛍光の所定の周波数における強度に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする記録再生装置。 - 請求項6に記載の記録再生装置において、
前記光検出器は、少なくとも2つの周波数について、前記蛍光の強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする記録再生装置。 - レーザ光を射出するレーザ射出ステップと、
前記レーザ光を受光し、前記レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるように前記レーザ光を反射する反射ステップとを有し、
前記レンズと前記光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成されることを特徴とする記録再生方法。 - 請求項8に記載の記録再生方法において、
前記光記録媒体に照射された前記レーザ光により励起された前記光記録媒体からの蛍光を透過または反射するステップと、
前記透過または反射された前記蛍光の強度を検出する光検出ステップとをさらに有し、
前記光検出ステップは、前記蛍光の所定の周波数における強度に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする記録再生方法。 - 請求項9に記載の記録再生方法において、
前記光検出ステップは、少なくとも2つの周波数について、前記蛍光の強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする記録再生方法。 - レーザ光を射出するレーザ射出部と、
前記レーザ射出部からのレーザ光を受光し、前記レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるように前記レーザ光を反射する反射部と、
受信した光の強度を検出する光検出部とを有し、
前記レンズと前記光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成され、
前記反射部は、前記光記録媒体に照射された前記レーザ光の蛍光を透過または反射して前記光検出部に前記蛍光を提供し、
前記光検出器は、前記蛍光の所定の周波数における強度に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする再生装置。 - 請求項11に記載の再生装置において、
前記光検出器は、少なくとも2つの周波数について、前記蛍光の強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする再生装置。 - レーザ光を射出するレーザ射出ステップと、
前記レーザ光を受光し、前記レーザ光がレンズを介して光記録媒体に照射されるように前記レーザ光を反射する反射ステップと、
前記光記録媒体に照射された前記レーザ光により励起された前記光記録媒体からの蛍光を透過または反射するステップと、
前記透過または反射された蛍光の強度を検出する光検出ステップとを有し、
前記レンズと前記光記録媒体とが近接して配置されることにより近接場光学系が形成され、
前記光検出ステップは、前記蛍光の所定の周波数における強度に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする再生方法。 - 請求項13に記載の再生方法において、
前記光検出ステップは、少なくとも2つの周波数について、前記蛍光の強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記光記録媒体の対応する部分の記録の有無を判定することにより、前記光記録媒体の再生を行うことを特徴とする再生方法。
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CN101847577A (zh) * | 2009-03-24 | 2010-09-29 | 丰田合成株式会社 | Ⅲ族氮化物半导体的制造方法 |
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