JP2005310274A

JP2005310274A - 光メモリ、光メモリ記録装置、光メモリ記録方法、光メモリ再生装置、および光メモリ再生方法

Info

Publication number: JP2005310274A
Application number: JP2004126266A
Authority: JP
Inventors: Isamu Nakao; 勇中尾
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

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メモリを提供する。
【解決手段】光メモリ１０は、半導体層１１と記録層１２を含み、半導体層１１は、真性半導体またはＰ型半導体からなり、記録層１２は半導体層１１と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜される。光メモリ１０は、記録処理の際に、半導体層１１に記録励起光を受けると、半導体層１１の伝導帯および記録層１２のポテンシャル障壁を介して電子が記録層１２の量子ドットに移動する。この状態で、記録層１２側から再生励起光を照射すると、量子ドットに移動した電子のためにフォトルミネッセンスを生じない。この原理を利用して、光メモリ１０の再生処理では、フォトルミネッセンスの強度やスペクトルの変化に応じて光メモリ１０への記録の有無を判定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、高い記録密度を実現する光メモリと、その光メモリに対して記録・再生を行う光メモリ記録装置、光メモリ記録方法、光メモリ再生装置、および光メモリ再生方法に関する。

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、対物レンズと記録媒体が波長オーダー以下の距離に接近した近接場光学系（ニアフィールド）による記録再生を行うことになる。この場合、通常の相変化型記録媒体を用いると、記録層溶融後の結晶アモルファス状態によって凹凸ができる。

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、ニアフィールドの場合、こうした凹凸さえも収差の原因となり、良好な信号再生の妨げとなる。

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、記録密度を高くする光メモリ、光メモリ記録装置、光メモリ記録方法、光メモリ再生装置、および光メモリ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、真性半導体またはＰ型半導体からなる半導体層と、半導体層と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜される記録層を含み、量子ドットの結晶サイズが、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであるように構成された光メモリである。

第２の実施態様に係る発明は、光メモリの半導体層に接続された第１の電極と光メモリの記録層に接続された第２の電極との間に所定の電圧を加える電圧提供手段と、電圧提供手段により、第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧が加えられている状態で、半導体層に向けて記録励起光を照射する記録励起光照射手段とを有するよう構成された光メモリ記録装置である。

第３の実施態様に係る発明は、光メモリの半導体層に接続された第１の電極と光メモリの記録層に接続された第２の電極との間に所定の電圧を加える電圧提供ステップと、電圧提供ステップにより、第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧が加えられている状態で、半導体層に向けて記録励起光を照射する記録励起光照射ステップとを有するよう構成された光メモリ記録方法である。

第４の実施態様に係る発明は、半導体層と記録層を含む光メモリの記録層に向けて再生励起光を照射する再生励起光照射手段と、照射によるフォトルミネッセンスを検出する検出手段と、検出されたフォトルミネッセンスの強度またはスペクトルの変化によって光メモリへの記録の有無を判定する記録判定手段を有するよう構成された光メモリ再生装置である。

第５の実施態様に係る発明は、半導体層と記録層を含む光メモリの記録層に向けて再生励起光を照射する再生励起光照射ステップと、照射によるフォトルミネッセンスを検出する検出ステップと、検出されたフォトルミネッセンスの強度またはスペクトルの変化によって光メモリへの記録の有無を判定する記録判定ステップを有するように構成された光メモリ再生方法である。

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メモリが提供される。より詳細には、短波長化した場合の受光素子の感度の低下を補い、記録によって形状変化の生じにくい記録媒体を提供することによって、高密度光記録が実現される。

最初に、この発明の一実施形態に係る光メモリ１０のデバイス構造の一部におけるエネルギーと実空間の関係を、図１を参照して説明する。図１の縦軸はエネルギーの大きさを表している。また、横軸は実空間を示しており、この場合は、光メモリ１０のディスク表面に直交する方向である。光メモリ１０は、たとえば真性半導体またはＰ型半導体からなる半導体層１１と、半導体層１１に隣接する、量子ドットを含む層（以降では、これを記録層１２と呼ぶことにする）を備えている。

半導体層１１と記録層１２はヘテロ結合により結合される。図１から分かるように、光メモリ１０は、エネルギー準位でみると、半導体層１１の伝導帯１３に隣接して、エネルギーの高いポテンシャル障壁１５Ａと、ポテンシャル障壁１５Ａよりエネルギーの低い量子ドット１６Ａが交互に現れるよう構成される。一方、半導体層１１の価電子帯１４に隣接する部分は、エネルギーの低いポテンシャル障壁１５Ｂと、ポテンシャル障壁１５Ｂよりエネルギーの高い量子ドット１６Ｂが交互に現れるよう構成される。

次に、この発明の第１の実施形態に係る光メモリ２０の製造方法およびデバイス構造について、図２を参照して説明する。最初に、真性あるいはＰ型Ｓｉ基板２４上に、アルゴン（Ａｒ）をキャリアガスとし、Ｎ₂Ｏ、ＳｉＨ₄などを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）または減圧ＣＶＤを実施する。これによって、たとえば、１００ｎｍのＳｉＯｘ（ただし、ｘは２．０未満）を成膜する。また、このような成膜は、反応性ＲＦ（Radio Frequency）スパッタを用いて行うことも可能である。

成膜後、たとえば、１１００℃、１時間のアニール処理を施すことにより、シリコン（Ｓｉ）の量子ドット（小結晶）が、ＳｉＯ₂中に析出して、最終的に、Ｓｉ量子ドットが分散して含まれるＳｉＯ₂膜が形成される。ここでは、この膜をＳｉ量子ドット・ＳｉＯ₂膜２３と呼ぶことにする。

量子ドットの結晶サイズは、基本的に、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであることが好ましい。ここで、励起子ボーア半径ａ_Bは、以下の式１のように定義される。
ａ_B＝ｋ・η²／（μ・ｅ²）・・・(式１)
ただし、ｋは誘電率、η＝ｈ／（２π）、ｈはプランク定数、μ＝１／（ｍ_e ^-1＋ｍ_h ^-1）、ｍ_eは電子の有効質量、ｍ_hはホールの有効質量、ｅは電子の電荷である。

その後、Ｓｉ量子ドット・ＳｉＯ₂膜２３上に、ＳｉＯ₂絶縁膜２２を成膜する。これは、反対側の電極（後で説明する、Ｔｉ膜２５とＡｕ膜２６からなる電極）から電子が入ってこないように、ポテンシャル障壁を厚くすることを目的としている。

そのＳｉＯ₂絶縁膜２２の上に、さらにＩＴＯ膜２１（透明導電膜−透明電極を構成する）を成膜する。ＩＴＯ膜２１の厚さは、たとえば２５０ｎｍである。こうした、ＳｉＯ₂絶縁膜２２、およびＩＴＯ膜２１の成膜は、たとえばＲＦスパッタ等の方法により行われる。

Ｐ型Ｓｉ基板２４の裏面には、たとえば３０ｎｍのＴｉ膜２５および１００ｎｍのＡｕ膜２６が、ＲＦスパッタ等の方法により成膜される。Ｔｉ膜２５とＡｕ膜２６によりオーミック電極が構成される。図２では、各膜がほぼ同じ厚さで示されているが、これは説明の便宜のためであり、この発明の光メモリ２０は、図２に示す厚さに限定されるものではない。たとえば、上で例示した各膜の厚さを含め、さまざまな厚さのパターンを採用することが可能である。

このようにして製造された光メモリ２０を、近紫外光で励起させたときのフォトルミネッセンススペクトルの測定結果が図３の実線３１で表されている。また、電極間に約５Ｖの電圧を加え、波長７８０ｎｍのパルスレーザをおよそ２０ｍＪ／ｃｍ²で照射したときのスペクトルが、図３の破線３２で示されている。図３に示した実線３１のピークはＳｉ量子ドットとＳｉＯ₂の界面準位によるものであるが、光メモリ２０への記録（書き込み）により、電子が量子ドットの最低励起準位を占有しているためにフォトルミネッセンスが消失し、そのために記録情報が再生されうる。記録処理および再生処理の原理は、後で詳細に説明する。なお、図３は、波長ごとのフォトルミネッセンスの強度（PL Intensity）を示すものであり、横軸の単位はｎｍ、縦軸の単位は、たとえばａ．ｕ．（arb. units）である。

次に、この発明の第２の実施形態に係る光メモリ４０の製造方法およびデバイス構造について、図４を参照して説明する。最初に、真性あるいはＰ型Ｓｉ基板上に、アルゴン（Ａｒ）をキャリアガスとして、Ｎ₂Ｏ、ＳｉＨ₄などを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）または減圧ＣＶＤを実施する。これによって、たとえば、１００ｎｍのＳｉＯｘ（ただし、ｘは２．０未満）を成膜する。また、このような成膜は、反応性ＲＦスパッタを用いて行うことも可能である。

次に、Ｓｉの量子ドットの周辺に発光中心イオンを配置する。これは、たとえば、イオン注入によりＥｒ³⁺などの希土類金属（または遷移金属）を上記ＳｉＯｘ中に注入し、これに対してさらに、１１００℃で１時間のアニール処理を行うことによって実現される。そうすると、Ｓｉの量子ドットがＳｉＯ₂中に析出され、注入されたイオンはＳｉＯ₂またはＳｉ量子ドットの結晶中に取り込まれる。これにより、Ｓｉ量子ドットを含み、注入されたイオンが取り込まれたＳｉＯ₂膜が成膜される。ここでは、この膜をＳｉ量子ドット・Ｅｒ³⁺・ＳｉＯ₂膜４３と呼ぶことにする。

その後、Ｓｉ量子ドット・Ｅｒ³⁺・ＳｉＯ₂膜４３上に、ＳｉＯ₂絶縁膜４２を成膜する。そのＳｉＯ₂絶縁膜４２の上に、さらにＩＴＯ膜４１（透明導電膜）を成膜する。ＩＴＯ膜４１の厚さは、たとえば２５０ｎｍである。こうした、ＳｉＯ₂絶縁膜４２、およびＩＴＯ膜４１の成膜は、たとえばＲＦスパッタ等の方法により行われる。

Ｐ型Ｓｉ基板４４の裏面には、たとえば３０ｎｍのＴｉ膜４５および１００ｎｍのＡｕ膜４６が、ＲＦスパッタ等の方法により成膜される。

この場合には、記録前はＥｒ³⁺からのフォトルミネッセンスが得られるが、記録によりＥｒ³⁺の発光強度が減少する。

次に、図５ないし図７を参照して、この発明の一実施形態に係る光メモリに対する記録処理および再生処理の原理を説明する。ここでは、図２または図４に示したようなディスク構造の光メモリへの記録・再生処理を例にとって説明する。

図５には、光メモリへの記録処理の態様が示されている。また、図５の表記形式は、図１と同様のものである。すなわち、図５の光メモリは、半導体層５１の伝導帯５３に隣接して、エネルギーの高いポテンシャル障壁５５Ａと、ポテンシャル障壁５５Ａよりエネルギーの低い量子ドット５６Ａが交互に現れるよう構成される。一方、半導体層５１の価電子帯５４に隣接する部分は、エネルギーの低いポテンシャル障壁５５Ｂと、ポテンシャル障壁５５Ｂよりエネルギーの高い量子ドット５６Ｂが交互に現れるよう構成される。

光メモリ（記録媒体）の両面に形成された二つの電極（不図示）には、所定の電気回路により、たとえば１Ｖないし１０Ｖ程度の電圧が加えられ、これにより電場６４が形成される。さらに、半導体レーザ（不図示）から、波長約７８０ｎｍの記録励起光５７（レーザ光）を、対物レンズにより集光して、光メモリ上に照射する。記録励起光５７は、光メモリのＡｕ膜（図２のＡｕ膜２６、図４のＡｕ膜４６）側から半導体層５１（たとえば、図２のＰ型Ｓｉ基板２４や図４のＰ型Ｓｉ基板４４）に対して照射される。すなわち、記録励起光５７は、記録層５２（たとえば、図２のＳｉ量子ドット・ＳｉＯ₂膜２３や図４のＳｉ量子ドット・Ｅｒ³⁺・ＳｉＯ₂膜４３）とは反対側の面から半導体層５１に照射される。

この照射により、半導体層５１の伝導帯５３では、矢印５８に示すように価電子帯５４から電子６０が移動して、光励起された電子６０の密度が増大する。その結果、価電子帯５４には、ホール５９が生じる。また、記録層５２の量子ドット５６Ｂ内には、基底状態の電子６１が存在する。

このとき、電子６０は、矢印６３に示すように、印加された電場６４に起因するトンネル効果によって、ポテンシャル障壁５５Ａを通過し、量子ドット５６Ａ内の最低励起準位に捕獲される。この原理を用い、記録励起光５７を記録情報に応じて変調する、あるいは光メモリに印加する電場６４を記録情報に応じて変調することで、光メモリ上の所定の量子ドット内に電子を配置するよう制御することができる。

次に、図６を参照して、上述のように光メモリに情報が記録されている場合の読出しについて説明する。図６に示す光メモリは、図５に示すものと同様のディスク構造であり、また図５と同様の表記形式をとっている。図５に関連して説明したように、情報の記録が行われた光メモリの部分では、電子８０が、量子ドット７６Ａ内の最低励起準位に捕獲された状態となっている。電子８０は、図５において、量子ドット５６Ａ内の最低励起準位に捕獲された電子６０に対応する。また、このときは、図５に示したような電場６４は存在しない。

ここで、図６に示すように、たとえば、波長約４０５ｎｍの再生励起光７７が半導体レーザから射出され、対物レンズを介して光メモリのＩＴＯ膜側から、すなわち、半導体層７１と逆の面から記録層７２に照射される。再生励起光７７が照射されると、バンドギャップがたとえば、およそ３．０ｅＶに設計された量子ドットは、この再生励起光７７を吸収し、量子ドット７６Ｂ内の基底状態の電子８１（図５の電子６１に対応する）は、量子ドット７６Ａ内の最低励起準位に遷移しようとする。しかしながら、すでに量子ドット７６Ａ内の最低励起準位は、図５に示す記録処理で電子８０によって占有されており、基底状態の電子８１は遷移することができない。したがって、この場合、直接遷移型の半導体量子ドットであっても蛍光を示さない。この現象は、フォトルミネッセンスの消失として捉えることができる。

次に、図７を参照して、光メモリに情報が記録されていない場合の読出しについて説明する。図７に示すように、たとえば、波長約４０５ｎｍの再生励起光９７を、対物レンズを用いて光メモリに集光する。この再生励起光９７が、光メモリのＩＴＯ膜側から入射されると、バンドギャップが、およそ３．０ｅＶに設計された量子ドットはこの光を吸収し、量子ドット９６Ｂ内にある基底状態の電子１０１（図５の電子６１に対応する）は、量子ドット９６Ａ内の最低励起準位に遷移し、その結果、蛍光９８を発する。これは、再生励起光９７の入射に応じて発光するので、フォトルミネッセンスの変化（光の波長の変化または強度の変化）として捉えることができる。

この場合、再生励起光９７の照射によって、その照射部分から蛍光が発生すれば、その箇所に記録処理が行われていないということがわかる。以上より、記録処理を行う箇所（たとえば、ピット）を０とし、記録処理を行わない箇所を１とすれば、これによって光メモリに、０と１からなる所定の情報を記録することができる。もちろん、０と１を、これとは逆のパターンで記録することも可能である。

また、上述したように、記録励起光５７や、光メモリに印加する電場６４を変調したり、検出した蛍光９８の波長や強度にしきい値を設ける等して、２値以上のパターンで記録を行うことも考えられる。

また、この例では、記録励起光５７として波長約７８０ｎｍの光を用い、再生励起光７７および再生励起光９７として波長約４０５ｎｍの光を用いているが、半導体層および記録層に用いる材料に応じて最適な波長の記録励起光および再生励起光が調整される。さらに、この例では、記録励起光の波長の方が、再生励起光の波長より大きいが、再生励起光の波長が大きい方が好ましい場合もある。また、本来、間接遷移型半導体のＳｉでも、量子ドットとすることにより蛍光を示すことが知られている。

次に、図８ないし図１０を参照して、この発明の光メモリの記録・再生装置の構成について説明する。図８ないし図１０では、同じ構成要素には同じ符号が付されている。たとえば、記録・再生装置は、対物レンズ１１０、ダイクロイックミラー１１１、ダイクロイックミラー１１２、半導体レーザ１１３、フォトディテクタ１１４、および半導体レーザ１１５を含む。また、記録処理および再生処理が行われる記録媒体は、光メモリ１１６として表されている。さらに、図８の記録・再生装置には、電気回路１１７が含まれる。

図８は、光メモリ１１６に情報を記録するためのレーザ光（すなわち、記録励起光）を光メモリ１１６に照射するための構成を表したものである。半導体レーザ１１５から射出されたレーザ光Ａ１は、ダイクロイックミラー１１２を介し（レーザ光Ａ２）、さらに、ダイクロイックミラー１１１を介して（レーザ光Ａ３）対物レンズ１１０に到達する。対物レンズ１１０を通過したレーザ光Ａ４は、光メモリ１１６のＡｕ膜（たとえば、図２のＡｕ膜２６、図４のＡｕ膜４６）側から、光メモリ１１６の面に対してほぼ垂直に照射される。この場合、半導体レーザ１１３とフォトディテクタ１１４は使用されない。

また、電気回路１１７は、光メモリ１１６の両面に電位差を生じさせるよう、光メモリ１１６のそれぞれの面に端子を接触させる。このようにして、図５に示すような記録励起光５７および電場６４が形成される。光メモリ１１６への情報の記録は、図５について述べた通りである。

図９は、光メモリ１１６に記録された情報を読み出すためのレーザ光（すなわち、再生励起光）を照射するための構成を表している。半導体レーザ１１３から射出されたレーザ光Ｂ１は、ダイクロイックミラー１１１を介し（レーザ光Ｂ２）、対物レンズ１１０に到達する。対物レンズ１１０を通過したレーザ光Ｂ３は、光メモリ１１６のＩＴＯ膜（たとえば、図２のＩＴＯ膜２１、図４のＩＴＯ膜４１）側から、光メモリ１１６の面に対してほぼ垂直に照射される。この場合、ダイクロイックミラー１１２、フォトディテクタ１１４、および半導体レーザ１１５は使用されない。

このような構成によって、図６および図７に示すような再生励起光７７および再生励起光９７が形成される。

図１０は、図９の構成によって光メモリ１１６に照射されたレーザ光（再生励起光）に応答して発光する光が、どのように検出されるかを示している。図７に関連して説明した通り、光メモリ１１６に対して記録処理がされていない場合は、光メモリ１１６から蛍光９８が生じる。図１０では、この蛍光９８が光Ｃ１として示されている。光Ｃ１は、その後、対物レンズ１１０、およびダイクロイックミラー１１１を介してダイクロイックミラー１１２に到達する（光Ｃ２、光Ｃ３）。ダイクロイックミラー１１２において、光Ｃ３は屈折し、光Ｃ４としてフォトディテクタ１１４に入射される。ここでは、半導体レーザ１１５は使用されない。

光メモリ１１６は回転され、所定の領域すべてについて、図１０に示すような読み取りが行われる。前述のように、情報の記録されていない部分について蛍光９８が生じるため、フォトディテクタ１１４において、所定のレベルの光が検出された場合には、対応する光メモリ１１６の部分に記録処理がされていない（逆に言えば、検出された光が所定のレベル以下である場合は、対応する部分に記録処理がされている）と判定することができる。

光メモリ１１６への記録のための記録励起光の照射、再生のための再生励起光の照射、および発生した蛍光の検出を、便宜上、図８ないし図１０により、それぞれ別に説明してきたが、ここでは、原則として各処理を同じ装置で実現する。そのため、記録励起光、再生励起光、再生時の蛍光が同一の対物レンズ１１０を通る光学系となり、ダイクロイックミラーを使用して合波等を行っている。しかしながら、記録処理と再生処理をそれぞれ別の光学ピックアップを用いて行うこともでき、その場合には、ダイクロイックミラーを、例示したものとは別の態様で配置することができる。

また、この発明の光メモリ１１６の記録時および再生時には、必要に応じてフォーカスサーボやトラッキングサーボをかけることができる。

これまで説明してきた光メモリでは、半導体層としてＰ型Ｓｉ基板を使用しているが、これは単なる例示に過ぎない。半導体層の材料の例としては、他にも以下のようなものが挙げられる。
（１）Ｓｉ、ＧｅなどのＩＶ族半導体
（２）ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＮなどのIII−Ｖ族半導体
（３）ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳｂなどのII−ＶI族半導体

また、この発明の光メモリでは、記録層の量子ドットの材料にＳｉを用いているが、これも単なる例示に過ぎず、他にも以下のような材料を採用することができる。
（１）Ｓｉ、ＧｅなどのＩＶ族半導体
（２）ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＮなどのIII−Ｖ族半導体
（３）ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳｂなどのII−ＶI族半導体

またさらに、ポテンシャル障壁の材料としては、ＳｉＯ₂の他に、Ｓｉ₃Ｎ₄などの各種酸化物、窒化物等が挙げられる。

この発明の一実施形態に係る光メモリのエネルギーと実空間の関係を示した略線図である。この発明の第一の実施形態に係る光メモリのディスク構成を示す略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリにおける波長ごとのフォトルミネッセンスの強度を示す略線図である。この発明の第二の実施形態に係る光メモリのディスク構成を示す略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリの記録の態様を説明するために用いる略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリにおいて、記録がされている場合の再生処理の態様を説明するために用いる略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリにおいて、記録がされていない場合の再生処理の態様を説明するために用いる略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリに記録処理を施すための記録・再生装置の構成を示す略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリに再生励起光を照射するための記録・再生装置の構成を示す略線図である。この発明の一実施形態に係る光メモリから射出された蛍光を検出するための記録・再生装置の構成を示す略線図である。

符号の説明

１０、１１６・・・光メモリ、１１・・・半導体層、１２・・・記録層、１３・・・伝導帯、１４・・・価電子帯、１１０・・・対物レンズ、１１１，１１２・・・ダイクロイックミラー、１１３，１１５・・・半導体レーザ、１１４・・・フォトディテクタ、１１７・・・電気回路

Claims

真性半導体またはＰ型半導体からなる半導体層と、
前記半導体層と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜される記録層を含み、
前記量子ドットの結晶サイズが、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであることを特徴とする光メモリ。
請求項１に記載の光メモリにおいて、
前記半導体層に接続された第１の電極と前記記録層に接続された第２の電極との間に所定の電圧を加えた状態で、前記半導体層に記録励起光を照射した場合に、電子が前記半導体層の伝導帯から前記記録層の量子ドット内に移動されて記録部分が形成されることを特徴とする光メモリ。
請求項１に記載の光メモリにおいて、
前記半導体層に接続された第１の電極と前記記録層に接続された第２の電極との間に所定の電圧を加えた状態で、前記半導体層に記録励起光を照射した場合に、電子が前記半導体層の伝導帯から前記記録層の量子ドット内に移動されて記録部分が形成され、
前記記録層に再生励起光を照射した場合に、前記記録部分と前記記録部分以外の部分に関して、フォトルミネッセンスの強度またはスペクトルが異なることを特徴とする光メモリ。
請求項１に記載の光メモリにおいて、
前記量子ドットがシリコンであることを特徴とする光メモリ。
請求項１に記載の光メモリにおいて、
前記量子ドットの周辺に、発光中心イオンを配置するよう前記記録層を構成することを特徴とする光メモリ。
請求項５に記載の光メモリにおいて、
前記発光中心イオンが、希土類金属または遷移金属であることを特徴とする光メモリ。
光メモリの半導体層に接続された第１の電極と前記光メモリの記録層に接続された第２の電極との間に所定の電圧を加える電圧提供手段と、
前記電圧提供手段により、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記所定の電圧が加えられている状態で、前記半導体層に向けて記録励起光を照射する記録励起光照射手段とを有することを特徴とする光メモリ記録装置。
請求項７に記載の光メモリ記録装置において、
前記記録励起光照射手段は、前記記録層の反対側から前記記録励起光を前記半導体層に向けて照射することを特徴とする光メモリ記録装置。
請求項７に記載の光メモリ記録装置において、
前記半導体層は、真性半導体またはＰ型半導体からなり、
前記記録層は、前記半導体層と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜され、
前記量子ドットの結晶サイズが、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであることを特徴とする光メモリ記録装置。
光メモリの半導体層に接続された第１の電極と前記光メモリの記録層に接続された第２の電極との間に所定の電圧を加える電圧提供ステップと、
前記電圧提供ステップにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記所定の電圧が加えられている状態で、前記半導体層に向けて記録励起光を照射する記録励起光照射ステップとを有することを特徴とする光メモリ記録方法。
請求項１０に記載の光メモリ記録方法において、
前記記録励起光照射ステップは、前記記録層の反対側から前記記録励起光を前記半導体層に向けて照射することを特徴とする光メモリ記録方法。
請求項１０に記載の光メモリ記録方法において、
前記半導体層は、真性半導体またはＰ型半導体からなり、
前記記録層は、前記半導体層と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜され、
前記量子ドットの結晶サイズが、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであることを特徴とする光メモリ記録方法。
半導体層と記録層を含む光メモリの前記記録層に向けて再生励起光を照射する再生励起光照射手段と、
前記照射によるフォトルミネッセンスを検出する検出手段と、
前記検出されたフォトルミネッセンスの強度またはスペクトルの変化によって前記光メモリへの記録の有無を判定する記録判定手段を有することを特徴とする光メモリ再生装置。
請求項１３に記載の光メモリ再生装置において、
前記再生励起光照射手段は、前記半導体層の反対側から前記再生励起光を前記記録層に向けて照射することを特徴とする光メモリ再生装置。
請求項１３に記載の光メモリ再生装置において、
前記半導体層は、真性半導体またはＰ型半導体からなり、
前記記録層は、前記半導体層と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜され、
前記量子ドットの結晶サイズが、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであることを特徴とする光メモリ再生装置。
請求項１３に記載の光メモリ再生装置において、
前記記録判定手段は、前記フォトルミネッセンスの強度が所定のレベル以下である前記光メモリの部分については、記録が有ったものと判定し、前記フォトルミネッセンスの強度が前記所定のレベルより大きい前記光メモリの部分については、記録が無かったものと判定することを特徴とする光メモリ再生装置。
半導体層と記録層を含む光メモリの前記記録層に向けて再生励起光を照射する再生励起光照射ステップと、
前記照射によるフォトルミネッセンスを検出する検出ステップと、
前記検出されたフォトルミネッセンスの強度またはスペクトルの変化によって前記光メモリへの記録の有無を判定する記録判定ステップを有することを特徴とする光メモリ再生方法。
請求項１７に記載の光メモリ再生方法において、
前記再生励起光照射ステップは、前記半導体層の反対側から前記再生励起光を前記記録層に向けて照射することを特徴とする光メモリ再生方法。
請求項１７に記載の光メモリ再生方法において、
前記半導体層は、真性半導体またはＰ型半導体からなり、
前記記録層は、前記半導体層と接し、かつ量子ドットを分散して含むように成膜され、
前記量子ドットの結晶サイズが、励起子ボーア半径の４倍以下のサイズであることを特徴とする光メモリ再生方法。
請求項１７に記載の光メモリ再生方法において、
前記記録判定ステップは、前記フォトルミネッセンスの強度が所定のレベル以下である前記光メモリの部分については、記録が有ったものと判定し、前記フォトルミネッセンスの強度が前記所定のレベルより大きい前記光メモリの部分については、記録が無かったものと判定することを特徴とする光メモリ再生方法。