JPS59165027A - 光情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は小出力光源を用いて情報の消去・再書き込みを
行い得る光情報記録媒体に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

光情報記録は一般に磁気情報記録に比して記録密度が高
く、例えば３０ｍ径の光デイスク記録媒体にあっては、
その片面に１０Ｇ〜１００　Ｇビットもの情報記録が可
能である。これ故、大容量記録可能なコンパクトな記録
媒体が実現でき、ビデオ・ディスクや大容量画像ファイ
ル等への応用が期待されている。

ところで光情報記録媒体は大別して固定記録形、追記可
能形、消去・書換え可能形の３種類に分けられるが、中
でもその応用性からして上記消去・書換え可能形の記録
媒体の開発が意欲的に進められている。そして、フォト
クロミック材料、サーモグラスナック材料、強磁性体、
強誘電体、アモルファス半導体等を用いた光情報記録媒
体が種々検討されている。しかして現状では光熱磁気効
果や、結晶・非晶質転移を応用した記録媒体の実用化が
近いと考えられている。

さて、上記光熱磁気効果を利用した光情報記録媒体は例
えばＴｌ）ＧｄＦｅ等からなり、その記録媒体上にレー
ザ光を照射して局所的に加熱（１６５℃以上）し、この
とき外部から与える磁界によって磁化軸の向きを変える
ことで情報記録を行うものである。また結晶・非晶質転
移を利用した記録媒体は例えばＳｂ　−Ｓｅ系合金等の
アモルファス材料によって構成され、レーザ光照射によ
り記録媒体上を局所的に１７０℃前後に加熱し、アモル
ファス状態から結晶状態に転移させて情報記録を行うも
のである。

然し乍ら、上記光熱磁気効果によるＰ比軸の変化によっ
て呈せられる透過光または反射光の偏光面回転角が小さ
い為、その情報読出しのＳハが悪いと云う問題がある。

また結晶・非晶質転移を用込たものにあっては、その相
転移の可逆性が十分でない為、繰返し書換えに対する信
頼性が悪いと云う問題を有している。し７５為も、上記
両者のいずれも、レーザ光照射を熱源として利用してい
る為、基本的に大出力の光源を必要とする不具合を有し
ていた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、大出力の光源を必要とすること
なしに信頼性良く情報の書込みと、その消去・書換えを
行い得る光情報記録媒体を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は所定波長域のＥを吸収して電荷を発生する半導
体基板上に、この半導体基板から注入される電荷を受け
て酸化還元作用を呈し、その光学的性質を変化させる反
応物質を設け、前記半導体基板内に着花する電荷または
上記光の吸収によって発生した電荷の前記反応物質への
注入を制御する所定のバイアス電圧を印加するための前
記半導体基板に対する対向電極を設けた構成の光情報記
録媒体を要旨とするものである。そして、光照射による
半導体基板内における電荷の発生と、この光照射による
発生電荷および基板内に存在する電荷の前記バイアス電
圧による反応物質への注入制御によって、該反応物質に
酸化または還元作用を生じさせ、これによって反応物質
の光学的性質を変化させることにより情報の記録・消去
を行わしめるようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、電荷の注入によって酸化還元
作用を呈して光学的性質を変化させる反応物質に対して
、光の照射とバイアス電圧との制御により半導体基板か
らの電荷の注入を制御するだけで、情報の記録とその消
去を行い得るので、その制御性が非常に良騒。しかも、
光の照射は、半導体基板の光吸収による電荷の発生を担
うものであり、従来の熱源として用いるものとは異って
いる為、小出力の光で十分にその目的が達成される。ま
た反応物質は、注入された電荷に応じて酸化還元作用を
可逆的に呈するので、情報書換えを信頼性良く行い得る
。

つまり、半導体表面上における反応物質の電気化学反応
を利用するので、光情報記録を有効に行い得、実用上多
大な効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第１図は本発明の実施例に係る光情報記録媒体の概略構
成図であり、１は半導体基板である。

この半導体基板１の一面に接して、注入された電荷によ
り酸化・還元作用を呈し、その光学的性質を変化させる
反応物質２が設けられる。しかして上記半導体基板１の
裏面には金（Ａｕ　）等からなる電極３が設けられ、ま
た半導体基板１の表面には前記反応物質２を介してＮＦ
ＳＡガラスからなる透明電極４が設けられている。この
透明電極４は、スペーサ５により支持されて前記半導体
基板１上に設けられたものであって、この透明電極４と
前記半導体基板１との間に前記反応物質２が封入される
ことになる。前記電極３．４は、外部電源６に接続され
て、前記半導体基板１の表裏面間に所定のバイアス電圧
を印加するものであって、このバイアスによって半導体
基板１から反応物質２への電荷注入が制御される。また
前記半導体基板１への光の照射は、前記透明電極４全通
して行われるようになっている。

尚、上記半導体基板１は、例えばＳｔ、Ｇｅ等の半導体
材料や、ＩｎＰ　Ｉ　ＧａＰ　、　Ｚｎ３Ｐ２１　Ａ／
、Ａｓ　１ＧａＡｓ＋　ＣｄＳ　ｒ　ＺｎＳ　ｒ　Ｃｕ
２Ｓ　＋　ＣｄＳｅ　＊　Ｚｎ５ｅ　＋　ＣｄＴｅ　＋
ＺｎＴｅ、　ＴｉＯ２ｒ　ＺｎＯｒ　５ｒＴｉＯ５，Ｆ
ｅ２Ｏ３等の金属燐化物、金属砒化物、金属硫化物、金
属セレン化物、金属テルル化物、金属酸化物ならびにこ
れらの半導体を２元若しくは３元に組合せた半導体から
なる。これらの２元、３元に組合せた半導体とは、Ｇａ
ＡｌＡｓ　ｒ　ＩｎＧａＡｓ　＋　ＩｎＧａＡｓＰ　、
７ＡｓＰ＋ＣｕＩｎ５　　ＣｕＩｎＳｅ２等からなる。

１ また前記反応物質２は、電荷の注入を受けて酸化還元作
用を呈し、屈折率、光吸収係数、旋光性等の光学的性質
を可逆的に変化させるものからなる。この酸化還元作用
には、例えば高分子材料（高分子膜）中に溶存している
物質の光学的性質変化を伴う酸化・還元反応や、溶液中
の金属イオンや有機物イオンの還元析出、酸化溶解反応
等が含まれる。

しかして今、前記半導体基板１が一導電性の半導体から
なる場合、次のようにして情報の書込みと、その消去が
行われる。第２図（ａ）　（ｂ）　（ｄ：その週程を模
式的に示したものである。半導体基板１がｐ型の半導体
からなる場合、電極３に負電圧、透明電極４に正電圧を
供給して前記半導体基板１を負にバイアスした状態で情
報の書込みが行われる。しかしてこの状態で第２図（、
）に示すように光を照射すると、この光を吸収した半導
体基板１の内部に電子と正孔からなる電荷が発生する。

この光照射によって発生した少数キャリアである電子（
ｅ　　）は、前記バイアスによる力を受けて半導体基板
１の表面に運ばれ、゛該基板１に接する反応物質２に注
入される。こ、の電子の注入によって反応物質２は還元
作用を呈し、酸化状態にあるときとは異なる光学的性質
を示すことになる。この還元状態が情報記録とな勺、こ
の状態は還元された物質が安定な限り、前記光の照射を
止めても、ｉたバイアス印加を解除しても保持される。

そして、この記録された情報の読出しは、上記還元状態
と酸化状態との光学的性質の差異を利用して行われる。

一方、前記記録された情報の消去は、前記電極３，４間
に印加するバイアス電圧の極性を逆にし、半導体基板１
を正にバイアスすることによって行われる。この正のバ
イアスによって、第２図（ｂ）に示すように半導体基板
１内に存在する多数キャリアである正孔（ｈ＋）が基板
１の表面に運ばれ、反応物質２に注入される。この正の
電荷を受けて前記反応物質２は酸化作用を呈し、還元状
態にあった物質２が酸化状態に変化する。これにより、
記録情報がその全てに亘って消去されることになる。

このようにして、可逆的な酸化還元作用を呈してその光
学的性質を変化させる反応物質２に、バイアスによって
制御される電荷を選択的に注入することによって、反応
物質２を酸化寸たは還元して情報の記録とその消去を行
うことが可能となる。尚、ここではｐ型半導体を例に説
明したが、ｎ型半導体を用いた場合にも、バイアスの向
きを換えることによって電荷の注入を制御し、その情報
の記録と消去を行い得ることは云う寸でもない。

ちなみに本発明者らの実験によれば、片面に金（Ａｕ　
）を蒸着して電極３を形成したＰ−ＧａＡｓを半導体基
板１とし、２咽厚のス被−サ５を介してネサがラス電極
４を設け、その間に、００１モルノＮ１（Ｎｏ３）２を
含む０１モルテトラブチルアンモニウム・ぐ−クロレー
トのアセトニトリル溶液を充填し、これをアクリル樹脂
で密封した記録媒体を製作した。そして、前記ネサガラ
ス電極４を接地し、金電極３に一１５カルトの電圧を印
加して半導体基板１を負にバイアスし、波長７８０而、
出力５　ｍＷのＧａＡ７ＡＳ半導体レーザ光をパルス照
射したところ、そのレーザ光照射部分にＮ１２＋の還元
反応によるＮｉ析出物が形成された。

そして、とのＮｉ析出物は、レーザ光照射を停止し、ま
たバイアスの印７１ｒＩを停止しても、そのまま保存さ
れた。しかるのち、前記金電極３に＋　０．５　、ｔ’
ルトの電圧を印加し、半導体基板１を正にバイアスした
ところ、前記Ｎｉ析出物はその酸化反応によシ溶解し、
Ｎｌ　　となって記録情報が消去された。そして、この
簡易な実験においては、１０Ｈｚまでのレーザパルス照
射に対して行い得ることが確認された。

ところで、上記した例では、半導体基板１の光吸収によ
って発生した少数キャリアを利用して情報の記録を行っ
たが、半導体基板１の内部に存在する多数キャリアを利
用して情報の１込みを行うこともできる。この場合には
、ホモ接合または一テロ接合を有する多層形の単導体を
半導体基板１として用いるようにすればよい−。

そして、この半導体基板１に、多数キャリアの移動を制
御すると共に、光吸収によって生じた少数キャリアを閉
込める所定のバンドゾロファイルのエネルギー障壁を形
成するようにすね２ばよい。

そこで今、半導体基板１としてｎｐｎ型構造の半導体を
用いるものとすれば、これに負のバイアスを印加したと
き、第３図（ａ）に示す如きエネルギー障壁がｐ型半導
体層に形成される。このとき、該半導体基板ｌに光な照
射すると、この光吸収によって発生した電荷のうち正孔
は、基板表面側のｎ型半導体層１ａからｐ型半導体層１
ｂに移送され、このｐ型半導体層１ｂに形成されたエネ
ルギー障壁部分に閉込められる。この結果、基板裏面側
のｎ型半導体層ＩＣとｐ型半導体層１ｂとの間の伝導帯
の障壁が下り、上記ｎ型半導体層１ｃからｎ型半導体層
１ａへ多数キャリアである電子が移動することになる・
この多数キャリアである電子（ｅ−）は、電極３側より
注入されるものであり、半導体基板１の表面に移送され
、反応物質２に注入される。この結果、前述したように
反応物質２の還元作用が生じ、ここに情報の書込みが行
われることになる。即ち、光照射によって発生した少数
キャリアによってエネルギー障壁が制御され、反応物質
２への電子（多数キャリア）の注入が行われることにな
る。尚、バイアスをかけただけの状態にあっては、エネ
ルギー障壁によって多数キャリアの移動が阻止されるこ
とは云うまでもない。一方、このようにして記録された
情報の消去は、前記半導体基板１を正にバイアスして行
われる。この場合、第３図（ｂ）に示すように、光の照
射によって発生した少数キャリアである正孔が、基板表
面側に向けて移送される。そして、この少数キャリアが
反応物質２に注入されて、前記還元状態にある反応物質
２を酸化することになる。従って、光照射によって少数
キャリアが生成され、その電荷の注入が行われた反応物
質２の部分領域の情報が消去されることになる。

かくしてこのように半導体基板１の多数キャリアを利用
して反応物質２の還元作用を行わせるようにすれば、前
述した少数キャリアを利用したものに比して、電荷量が
多い分だけ高速に、且つ高効率に情報記録を行わしめる
ことが可能となる。しかも、光照射によって発生した少
数キャリアを利用して、部分的な情報消去が可能となる
ので、その実用的利点が高い。尚、ｎｐｎ型半導体に変
えて、ｐｎｐ型半導体を用いることが可能なことは云う
壕でもない。

このような多数キャリアを利用する光情報記録媒体とし
ては、例えば燐（Ｐ）ドープの８１ウエハにホウ素（Ｂ
）ドープのｐ型半導体層を形成し、この上にＣｄＳ層を
蒸着して形成したｎｐｎ構造の半導体基板１を用いれば
よい。そして、この半導体基板１を用いて、先の実験例
と同様な反応物質２を用いて光情報記録媒体を製作した
ところ、次のｉつな実験結果を得た。即ち、。

半導体基板１に−２，０ボルトのバイアスをかけ、波長
７８０　ｎｍ、出力５　ｍＷのＧａＡ／Ａｓ半導体レー
ザ光を照射したところ、Ｎｉ２＋イオンが還元作用を呈
してＮｉが析出した。そしてこの場合、２５Ｈｚまでの
パルス光情報の記録を行い得た。しかるのち前記半導体
基板ＩＶＣ＋１５＆ルトのバイアスを印加して光を照射
したところ、その光照射部分の析出Ｎｉが酸化してＮｉ
２＋イオン化し、溶解して情報の消去がなされた。そし
て、このバイアス電圧の極性反転した印加と光照射によ
り、情報の記録とその消去を繰返し行い得ることが確認
された。

以上のように、本発明に係る光情報記録媒体では、可逆
的に酸化還元作用を呈してその光学的性質を変化させる
反応物質２に対して、バイアスおよび光吸収により発生
する電荷によって制御される半導体基板ｌからの電荷注
入により、前記反応物質２に電気化学反応を起して情報
の記録とその消去が行われる。これ故、従来の光照射に
よる熱的プロセスを辿るものとは異り、小出力の光源を
有効に利用できる。しかも、情報の記録とその消去を簡
易な制御により行い得、・り 繰返し記録に対する信頼性も高い。故に、実用上多大な
効果が奏せられ、ビデオ・ディス・り、大容量画像ファ
イルへの応用が期待できる。

渇、上記実施例では、Ｎｉ２＋イオンとＮｉの析出と云
う酸化還元反応を利用しで、その光学的性質の変化、つ
まり透明・不透明の差異による情報記録を行ったが、屈
折率の変化を呈するものや、光吸収係数の変化を呈する
もの、更には旋光性が変化するもの等を反応物質として
用いることができる。１念ここでは、液状の反応物質２
を用いたものにつき説明したが、反応物質２を高分子膜
内に溶存しでいるもの等を用することか実用上好ましい
。また、ヘゾチルビオログンイオン等の有機物イオンの
還元析出、酸化溶解等を利用することもできる。要する
に本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る元情報記録媒体の概略構
成を示す図、＠２図（ａ）　（ｂ）は少数キャリアを用
いた情報記録とその消去作用を説明する為の図、第３図
（ａ）　（ｂ）は多数キャリアを用いた情報記録とその
消去作用を説明する為の図である。 ｌ・・・半導体基板、２・・・反応物質、３・・・電極
、４・・・透明電極、５・・・スペーサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定波長域の光を吸収して電荷を発生する半導体
   基板と、この半導体基板の一面に接して設けられて一ヒ
   記半導体基板から注入された電荷を受けて酸化還元作用
   を呈して光学的性質を変化させる反応物質と、前記半導
   体基板内に存在する電荷才たは前記光の吸収により半導
   体基板内に発生した電荷の前記反応物質への注入を制御
   する所定のバイアス電圧を印加するための前記半導体基
   板に対する対向電極とを具１箱したことを特徴とする光
   情報記録媒体。
2. （２）半導体基板は、内部に存在する多数キャリアの移
   動を制御すると共に、光吸収によって発生した少数キャ
   リアを閉込める所定のバンドプロファイルのエネルギー
   障壁を形成してなる半導体接合層を有するものである特
   許請求の範囲第１項記載の光情報記録媒体。