(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板層と、
前記基板層上のトラックに配置された、データを伴うピット／ランドデータ構造を有する読出し専用のデータ層と、
前記データ層上に配置された超解像構造を持つ非線形層と、
を含む光記憶媒体であって、
単一のトラックに沿って、前記データを読み取るためのピックアップの回折限界を超えるサイズを有するランドが前記データ層の第１の面を確立し、
前記回折限界を超えるサイズを有するピットが第２の面を構成し、
前記回折限界未満のサイズを有するピットが前記データ層の第３の面を構成し、並びに、
前記回折限界未満のサイズを有するランドが前記データ層の第４の面を構成し、
前記第１の面が前記データ層の基準面であり、前記第２の面が前記第１の面内にピットとして設計され、前記第３の面が前記第１の面上にバンプとして設計され、および、前記第４の面が前記第２の面内にピットとして設計される、前記光記憶媒体。
【請求項２】
前記超解像構造は相変化材料を含む、請求項１に記載の光記憶媒体。
【請求項３】
前記相変化材料はＡｇＩｎＳｂＴｅである、請求項２に記載の光記憶媒体。
【請求項４】
前記非線形層の上にカバー層をさらに含み、最初に前記カバー層を貫通するレーザービームで動作するように設計される、請求項１から３のいずれか一項に記載の光記憶媒体。
【請求項５】
前記非線形層と前記データ層との間に配置された第１の誘電体層、および、前記非線形層と前記カバー層との間に配置された第２の誘電体層をさらに含む、請求項４に記載の光記憶媒体。
【請求項６】
前記回折限界未満のサイズを有するトラックの前記ピットおよびランドは、２Ｔおよび／または３Ｔのピットおよびランドである、請求項１から５のいずれか一項に記載の光記憶媒体。
【請求項７】
前記回折限界はラムダ／４ＮＡとして定義される、請求項１から６のいずれか一項に記載の光記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板層、データ層、及びデータ層上に配置された超解像構造を持つ非線形層を含む光記憶媒体に関する。データ層は、特に、データ層に配置されたデータを読み取るためのピックアップの回折限界を超えるサイズを有するピット及びランド並びに回折限界未満のサイズを有するピット及びランドを含む。
【背景技術】
【０００２】
光記憶媒体は、ピックアップ内に統合されているレーザーと光学検出器、例えばフォトディテクター、を使って光学的に読取り可能な方法でデータが記憶される媒体である。検出器は、記憶媒体のデータを読み取るときにレーザービームの反射光を検出するのに使用される。一方では、多種多様の光記憶媒体が知られており、それらは様々なレーザー波長で作動され、１ギガバイト未満から５０ギガバイト（ＧＢ）までの記憶容量を提供する様々なサイズを有する。フォーマットには、オーディオＣＤ及びビデオＤＶＤなどの読出し専用フォーマット、ＣＤ−Ｒ及びＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒなどの一回書込み型光学媒体、並びにＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、及びＤＶＤ＋ＲＷのような書き換え可能フォーマットが含まれる。デジタルデータが、これらの媒体に、トラックに沿って媒体の１つまたは複数の層に記憶される。
【０００３】
最も高いデータ容量を持つ記憶媒体は、現在、ブルーレイディスク（ＢＤ）であり、２層ディスクに約５０ＧＢまで記憶することが可能である。ブルーレイディスクの読取り及び書込みのために、４０５ｎｍのレーザー波長及び０．８５の開口数を持つ光ピックアップが使用される。ブルーレイディスクにおいて、３２０ｎｍのトラックピッチ及び２Ｔから８Ｔまたは９Ｔまでのマーク長が使用され、ここで、Ｔはチャネルビット長であり、２Ｔは１３８〜１６０ｎｍの最小マーク長に対応する。
【０００４】
アッベ理論で説明されるような光学機器の空間解像限界はおよそラムダ／２ＮＡであり、レーザー波長のラムダ＝４０５ｎｍ及び開口数ＮＡ＝０．８５を有するブルーレイタイプピックアップではラムダ／２ＮＡ＝２３８ｎｍである。ブルーレイディスクの高周波（ＨＦ）データ信号の読出しの回折限界では、レーザービームがブルーレイディスクのトラックのピット及びランドを移動するとき、差動信号検出のために、より高い解像度を得ることができる。ＨＦ読出し信号用の基準レベルを設けることによって、ピット及びランドの異なる反射率に基づいて非常に小さい振幅変化を検出することができ、それにより、理論的には、およそラムダ／４ＮＡ＝１２０ｎｍのサイズを有するピットをブルーレイタイプピックアップにより検出することができる。
【０００５】
超解像構造を持つ新しい光記憶媒体は、ブルーレイディスクと比較して、光記憶媒体のデータ密度を１次元で２倍から４倍増加させる可能性を与える。これは非線形層を含むことによって可能であり、非線形層は光記憶媒体のデータ層の上に配置され、光記憶媒体から読み取るまたはそれに書き込むために使用される光スポットの実効サイズを著しく低減する。非線形層はデータ層の上に配置されるのでマスク層として理解することができ、幾つかの特定の材料では、レーザービームの高強度の中心部分しかマスク層を貫通することができない。さらに、半導体材料、例えばＩｎＳｂは、非線形層として使用することができ、合焦されたレーザービームの中心部分でより高い反射率を示し、その中心反射率は対応するデータ層のピット構造に依存する。したがって、超解像効果により、対応する光ピックアップの回折限界のラムダ／４ＮＡ未満のサイズを有する光ディスクのマークに記憶されるデータの記録及び読取りが可能になる。
【０００６】
非線形層はしばしば超解像近接場構造（超ＲＥＮＳ）層と呼ばれるが、それは、幾つかの特定の材料では、レーザービームの実効スポットサイズを低減する光学効果がデータ層のマーク及びスペースと非線形層との間の近接場相互作用に基づくと想定されるからである。金属酸化物、高分子化合物、またはＧｅＳｂＴｅ若しくはＡｇＩｎＳｂＴｅを含む相変化層で形成された超解像近接場構造を含む超ＲＥＮＳ光ディスクが知られている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
光記憶媒体は、基板層と、基板層のトラックに配置されたピット／ランドデータ構造を有するデータ層と、データ層上に配置された超解像構造を持つ非線形層とを含み、データ層のデータを読み取るための対応するピックアップの回折限界を超えるサイズを有するピット及びランドがデータ層の第１のレベル及び第２のレベルに対応し、ピックアップの回折限界未満のサイズを有するピット及びランドがデータ層のさらに別のレベルに配置される。超解像構造は、特に、ピックアップの高強度レーザービームで照射されたとき「開口」型超解像機構をもたらす相変化材料、例えばカルコゲナイド材料を含む。回折限界未満のサイズを有するピット及びランドの追加のレベルを用いて、反転データ構造が光記憶媒体の最も小さいピット及びランドに与えられ、光記憶媒体のデータを読み取るときの読出し信号の最も小さいピット及びランドの反転信号の問題が解決される。これにより、光記憶媒体のデータ層のトラックに配置された通りのデータの正しい復号が可能になる。
【０００８】
好ましい実施形態では、回折限界を超えるサイズを有するランドはデータ層の第１のレベルを構成し、回折限界を超えるサイズを有するピットはデータ層の第２のレベルを構成し、回折限界未満のサイズを有するピットは第３のレベルを構成し、回折限界未満のサイズを有するランドは前記データ層の第４のレベルを構成する。光記憶媒体は、特に、読出し専用光ディスクであり、光ディスクのデータ層は、対応する４レベルデータ構造を含むスタンパを使用して型押しされる。回折限界未満のサイズを有するピット及びランドは、特に、２Ｔ及び／または３Ｔのピット及びランドであり、回折限界を超えるサイズを有するピット及びランドはトラックの４Ｔから８Ｔのピット及びランドである。
【０００９】
高周波データ信号の読出しでは、レーザービームが光記憶媒体のトラックのピット及びランドを移動するとき、差動信号検出のためにより高い解像度を得ることができる。高周波読出し信号用の基準レベルを設けることによって、ランドに関するピットの異なる反射率に基づいて非常に小さい振幅変化を検出することができ、それにより、およそラムダ／４ＮＡ＝１２０ｎｍのサイズを有するピットをブルーレイタイプピックアップにより検出することができる。
【００１０】
次に本発明の好ましい実施形態が、概略図を参照しながら例として、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】基板、データ層、及び非線形層を含む層スタックを持つ光記憶媒体の断面図である。
【図２】非線形ＡｇＩｎＳｂＴｅ層及び非線形ＩｎＳｂ層を含む超解像ディスクのＨＦデータ信号のスペクトル分布を示す図である。
【図３】各々２Ｔランドだけ隔てられた２０個の２Ｔピットのシーケンスを含むＡｇＩｎＳｂＴｅ超解像ディスク及びＩｎＳｂ超解像ディスクの信号振幅を示す図である。
【図４】ＩｎＳｂ非線形層を含む超解像ディスクのピット及びランドのランダムシーケンスに対して計算されたＨＦ信号を示す図である。
【図５】ＡｇＩｎＳｂＴｅ非線形層を含む超解像ディスクのピット及びランドのランダムシーケンスに対して計算されたＨＦ信号を示す図である。
【図６】超解像層としての相変化材料を持つ非線形層を含む光記憶媒体の４レベルデータ層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１において、光記憶媒体１が簡略化されて断面図で示される。光記憶媒体１は、例えば読出し専用（ＲＯＭ）光記憶ディスクである。基板２上に、データ層３が配置され、それは反射性金属層、例えばアルミニウムまたは銀層を含むことができる。データ層３は、本質的にパラレルトラックに配置されたマーク及びスペースからなるデータ構造を有する。ＲＯＭディスクの場合、マーク及びスペースはピット及びランドからなり、ピットは、データ層３に相当する基板２の表面に成型または型押しされる。データ層３上に、第１の誘電体層５が配置され、誘電体層５上に、非線形層４が配置され、超解像効果を利用するためのマスク層の機能を与える。非線形層４は、例えば、超解像構造、例えば超解像近接場構造（超ＲＥＮＳ）を含むマスク層である。光記憶媒体１は、特に、ＢＤ及びＣＤと同様のサイズを有する光ディスクである。
【００１３】
非線形層４の上に、第２の誘電体層６が配置される。さらなる層として、カバー層７が保護層として第２の誘電体層５上に配置される。データ層３のデータを読み取るために、レーザービームがこの実施形態では記憶媒体１の上部から与えられ、最初にカバー層７を貫通する。第１の誘電体層５及び第２の誘電体層６は、例えば材料ＺｎＳ−ＳｉＯ2を含む。基板２及びカバー層７は、ＤＶＤ及びＣＤで知られているようなプラスチック材料からなることができる。他の実施形態では、加熱効果による透過率の増加はもたらさないが、別の非線形効果で機能する、例えば、レーザービームで照射されたとき非線形層４の反射率の増加をもたらす効果を活用する、超解像近接場構造が使用される場合、反射性金属層を省略することができる。記憶媒体１の層は、特に、層スタックとして配置される。
【００１４】
超解像効果により、光記憶媒体のデータを読み取るための対応する装置の回折限界未満であるサイズ、特に長さを有するピットを検出することが可能になる。相変化材料または半導体材料を含む光ディスクの超解像検出は、非線形層４の光学的性質の局所変化に関連することが実証された。相変化材料、例えばＡｇＩｎＳｂＴｅでは、焦点レーザースポットによる温度上昇が超解像効果を担い、それがレーザースポットの小さい中央にのみ開口を与えることが想定される。これは、材料の低い熱伝導率及び強力な光学非線形により演繹的である。
【００１５】
この効果は、硫黄、セレン、テルルのようなカルコゲナイド元素を含む他のカルコゲナイド材料、及びヒ素、ゲルマニウム、燐、またはアンチモンのような１つまたは幾つかのより大きい電気陽性の元素についても想定される。カルコゲナイド材料は、２つの安定的な相、すなわちアモルファス相及び結晶相を示すガラス様材料である。カルコゲナイド材料を高強度レーザービームで加熱することによって、結晶相からアモルファス相への相転移が行われる。超解像光ディスクでは、対応する光ピックアップのレーザービームの強度は、「開口型」超解像効果をもたらすために記憶媒体上のレーザースポットの小さい中心部分についてのみ相転移が行われるように、調整される。
【００１６】
さらに、超解像構造として半導体材料を含む光超解像ディスクが研究され、特に、低活性化閾値を有するＩＩＩ−Ｖ半導体、例えばＩｎＳｂでは、良好な結果を得ることができた。半導体材料では、レーザービームの高光強度が電子を価電子帯から伝導帯に移動させ、それが半導体材料の反射率を増加させることが想定される。反射率の変化は、ピットまたはランドがデータ層上で近接場において下方に配置されているかどうかに依存する。
【００１７】
データ層に８０ｎｍピット及びランドの交互パターンを含むＲＯＭディスクで、十分に高いレーザーパワーを供給して超解像効果をトリガした場合、約４０ｄｂの搬送波対雑音比を、超解像構造としてのＩｎＳｂ並びにＡｇＩｎＳｂＴｅで得ることができた。試験がさらにランダムなピット／ランドパターンで行われ、約１×１０-3のビット誤り率が半導体ベースＩｎＳｂディスクで得られた。しかし、相変化ベースＡｇＩｎＳｂＴｅディスクのデータパターンを復号することはできなかった。
【００１８】
超解像ディスクのランダムなデータパターンに対応する高周波（ＨＦ）データ信号のスペクトル分布を研究すると、図２に示されるように、驚くべき効果がＡｇＩｎＳｂＴｅ材料によるディスクで示された。信号Ｓ１はＩｎＳｂ超解像ディスクのＨＦ信号のスペクトル分布であり、１０ＭＨｚを超える周波数で滑らかな減衰を示す。しかし、ＡｇＩｎＳｂＴｅ相変化材料によるディスクでは、くぼみが約１８ＭＨｚで生じ、信号Ｓ２、その周波数は光ピックアップの回折限界に本質的に対応する。さらに、長さが８０ｎｍの２ＴピットのＨＦ信号に対応する３０．７ＭＨｚの周波数において、信号Ｓ２の振幅は信号Ｓ１の振幅の約７．５ｄＢ下にある。したがって、ＡｇＩｎＳｂＴｅディスクでは、ピックアップの回折限界を超えるサイズを有するピット及びランドと回折限界未満のサイズを有するピット及びランドとの間の検出で干渉が生じており、それが回折限界未満のサイズを有するピットの検出の可能性を低下させているようである。
【００１９】
信号Ｓ１及びＳ２を得るために、超解像ディスクは、４０ｎｍのチャネルビット長に基づいたピット及びランドを持つランダムなデータパターンで使用された。さらに、ビット誤り率がディスクに対して測定された。半導体ベースディスクでは、１×１０-3の低さのビット誤り率が得られたが、ＡｇＩｎＳｂＴｅ相変化材料によるディスクでは復号が可能でなかった。その他の場合は、ＡｇＩｎＳｂＴｅ材料によるディスクは高い搬送波対雑音比を示した。
【００２０】
この効果をより詳細に検討するために、２Ｔランドによって各々隔てられており、１９Ｔランドと、２０Ｔピットと後続の１９Ｔランドとの間に配置されている、２Ｔ＝１００ｎｍの長さを持つ２０ピットのシーケンスを含む超解像ディスクが、ＩｎＳｂ及びＡｇＩｎＳｂＴｅの両方の材料について製造された。結果が図３に示される。予想通りに、回折限界を超えるサイズを有するピット及びランドでは、信号振幅は回折限界未満のピット及びランドのものよりも非常に大きい。ＩｎＳｂディスクの１９個の２Ｔランドは、２つの１９Ｔランドのより高い反射率に対応して、２Ｔピットに関してより高い反射率を示し、信号Ｓ３、１９Ｔランドと２０Ｔピットとの間の２０個の２Ｔピットは明確に分離されている。
【００２１】
しかし、ＡＩＳＴディスクの２０個の２Ｔピット、信号Ｓ４はより悪い挙動を示している。２つの１９Ｔランドは同様により高い反射率を示しているが、ＡｇＩｎＳｂＴｅディスクの２０個の２Ｔランドは、ＩｎＳｂディスクの２０個の２Ｔのランド、信号Ｓ３とは異なり、より低い反射率を示している。２Ｔピットの反転信号Ｓ４のために、ＡｇＩｎＳｂＴｅディスクでは、１９個の２Ｔピットしか分離することができない。したがって、データによるランダムシーケンスが供給され、回折限界未満のピットと回折限界を超えるピットとを有する場合、データは、ＡｇＩｎＳｂＴｅディスクでは正確に復号することができない。
【００２２】
この挙動を説明するために、数値シミュレーションが開口型超解像ディスク、すなわちＡｇＩｎＳｂＴｅに対して行われたが、それは、ピット及びランドが回折限界未満である場合、反射率がピットでは増加し、ランドでは減少し、ピット及びランドが回折限界を超える場合、反射率がピットでは減少し、ランドでは増加する結果をもたらした。ピットが回折限界に対応するサイズを有する場合、材料ＡｇＩｎＳｂＴｅでは、より大きいピットの検出を担う回折読出しと、回折限界未満のピットの検出を担う超解像機構との間で競合がある。ＩｎＳｂ層を含む超解像ディスクに関して、結果はピットの回折読出しと一致しており、回折読出しは、ランド及びピットが回折限界未満またはそれを超えるサイズを有しているかどうかと無関係にランドでは反射率の増加を、ピットでは反射率の減少をもたらしている。したがって、ＡｇＩｎＳｂＴｅ超解像ディスクの２Ｔピットの信号は、図３で分かるように、２０Ｔピットに関して反転される。
【００２３】
図４において、ＩｎＳｂマスク層を含む超解像ディスクについて、ピット及びランドのランダムシーケンス、グラフＳ５に対して計算されたＨＦ信号Ｓ６が示される。グラフＳ６のピット及びランドは図示のように２Ｔから５Ｔのサイズを有し、ランドは論理「１」で表され、ピットは「０」で表される。シミュレーション結果、グラフＳ６は、回折限界を超えるサイズを有するピット及び回折限界未満のサイズを有するピットに対して明確により低い反射を示しており、すべてのサイズのランドについてより高い反射を示している。したがって、ＩｎＳｂ超解像ディスクのトラックに配置されたグラフＳ５のデータを読み取る場合、すべてのピットは明確に分離され、その結果、ピックアップで検出することができる。
【００２４】
超解像層としてＡｇＩｎＳｂＴｅマスク層を含む超解像ディスクの状況が図５に示される。グラフＳ７は、図４のグラフＳ５の同じピット及びランドのシーケンスに対応し、信号Ｓ８は、ＡｇＩｎＳｂＴｅディスクのそれぞれの計算されたＨＦ信号を示す。５Ｔランド及び３Ｔランドはより高い反射率に対応してより高い振幅を有し、４Ｔピットはより低い反射率に対応してより低い振幅を有する。しかし、上述のように、回折限界未満のサイズを有するピット及びランドの信号の反転に起因して、２Ｔピットはより高い反射率を示し、２Ｔランドはより低い反射率を示し、したがって、それらの信号がより大きいピット及びランドに含まれているので、それらは復号することができない。信号Ｓ８に含まれる２Ｔピット及び２Ｔランドは分離することができない。
【００２５】
この問題を克服するために、対応する光ピックアップの回折限界未満のサイズを有するピット及びランドは、光記憶媒体のデータ層のさらに別のレベルに配置される。例えば、回折限界未満のサイズを有するピットはデータ層の第３のレベルに配置され、回折限界未満のサイズを有するランドはデータ層の第４のレベルに配置される。
【００２６】
４レベルデータ層を持つ光記憶媒体の一例が図６に示される。グラフＳ９は、図４及び５のグラフＳ５及びＳ７に関して説明されたような、対応する光ピックアップの回折限界を超えるサイズを有するピット及びランド、並びに回折限界未満のサイズを有する２Ｔのピット及びランドを含むデータのシーケンスを示す。データ信号Ｓ６は、光記憶媒体において、グラフＳ１０で示されるような４レベルデータ層を有するトラック内に符号化される。ランドレベルＬ１は、基板層の面に対応する光記憶媒体の基準面であり、その後、データ層が、グラフＳ９に対応するピット構造を基板層にスタンパで型押しすることによって生成される。ランドレベルＬ１は、回折限界を超えるサイズを有するトラックのランド、図示の実施形態では論理「１」を表すグラフＳ９の３Ｔランド及び５Ｔランドを表す。
【００２７】
データ層の第２のレベルは、回折限界を超えるサイズを有するピット、この例では論理「０」を表すグラフＳ９の４Ｔピットを表すピットレベルＬ２である。回折限界未満のサイズを有する２Ｔのピットは、データ層の第３のレベルＬ３、すなわち超解像ピットレベルを表すランドレベルＬ１上のバンプＢとして配置される。グラフＳ６の２Ｔランドは、第４のレベルＬ４、すなわち超解像ランドレベルを表すピットレベルＬ２の下のピットＰとして表される。したがって、バンプＢ及びピットＰは、グラフＦ６の２Ｔピット、及び回折限界を超えるサイズを有するデータ層Ｓ８のピット及びランドに関して反転され、それにより４レベルデータ層がもたらされる。
【００２８】
図６に示されるような超解像層としてのＡｇＩｎＳｂＴｅマスク層と、データ層とを含む光記憶媒体のデータを読み取る場合、図３に関して説明されたように、データ層の２Ｔのピット及びランドのデータ信号Ｓ８は反転され、２Ｔのピット及びランドの反転ピット及びバンプ構造のために、正確なデータ信号Ｓ９が２重反転のために復号されることになる。したがって、データ層、グラフＳ１０の復号信号は、図５に示されたグラフＳ８ではなく図４に示されたグラフＳ６に対応することになる。
【００２９】
図６に関して説明されたような光記憶媒体の４レベルデータ層を生成するために、４レベルのピット及びランド構造を有する対応するスタンパを使用することができる。
【００３０】
さらに、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者は本発明の他の実施形態を利用することができる。説明された光記憶媒体は、特に、読出し専用光ディスクであるが、本発明は、３または４レベルの記録可能データ層を含む記録可能光記憶媒体にも適用することができる。したがって、本発明は添付の本明細書の特許請求の範囲に存在する。
【図１】
0005539905.tif 000002
【図２】
0005539905.tif 000003
【図３】
0005539905.tif 000004
【図４】
0005539905.tif 000005
【図５】
0005539905.tif 000006
【図６】
0005539905.tif 000007