(57)【要約】【課題】超解像光記録媒体を提供する。【解決手段】本発明は、光情報記録の分野に関する。  本発明によれば、物理的マークであって、その幾何学的構成が、記録された情報を画定する物理的マークを備えた基板（１０）と、基板マークの上における３層の重なりと、この重なりの上の透明な保護層と、を含む光記憶構造であって、この重なりが、２つのＺｎＳ／ＳｉＯ２誘電体層（１２、１６）間に挿入されたアンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウムの層（１４）を含む光記憶構造が提案される。このアンチモン化物層は、５〜５０ナノメートルの平均結晶粒径を備えた多結晶構造を有する。読み出しレーザ下における３層の重なりの非線形的挙動によって、読み出しシステムの理論的解像度より小さいサイズを有する情報を読み出すことが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高解像度情報の光記憶のための構造であって、前記構造が、物理的マークであって、その幾何学的構成が前記記録された情報を画定する物理的マークを備えた基板（１０）と、前記基板マークの上における３層（１２、１４、１６）の重なりと、この重なりの上の透明な保護層（１８）と、を含み、前記重なりが、硫化亜鉛および酸化シリコン（ＺｎＳ／ＳｉＯ２）化合物の２つの誘電体層（１２、１６）間に挿入されたアンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウムの層（１４）を含み、このアンチモン化物層が、５〜５０ナノメートルの平均結晶粒径を備えた多結晶構造を有する、構造
【請求項２】
前記アンチモン化物層（１４）におけるアンチモンの原子比が、４５％〜５５％であり、インジウムまたはガリウムの比率が、４５％と、１００％から前記アンチモンの比率を引いた残りとの間である、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記アンチモン化物層（１４）が、化学量論的ＩｎＳｂまたはＧａＳｂ層である、請求項２に記載の構造。
【請求項４】
前記ＩｎＳｂまたはＧａＳｂアンチモン化物層の厚さが１０〜５０ナノメートルであり、前記平均結晶粒径はほぼその厚さに等しい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造。
【請求項５】
前記ＩｎＳｂまたはＧａＳｂアンチモン化物層の厚さが２０〜３０ナノメートルであり、前記平均結晶粒径は約２０ナノメートルである、請求項４に記載の構造。
【請求項６】
前記ＺｎＳ／ＳｉＯ２誘電体層が、それぞれ、２０〜１００ナノメートルの厚さを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造。
【請求項７】
前記基板マークを覆う前記下側ＺｎＳ／ＳｉＯ２層（１２）が、約５０〜７０ナノメートルの厚さを有する、請求項６に記載の構造。
【請求項８】
前記上側ＺｎＳ／ＳｉＯ２層（１６）が、約５０〜６０ナノメートルの厚さを有する、請求項６および７のいずれか一項に記載の構造。
【請求項９】
ＺｎＳおよびＳｉＯ２の原子比が、ＺｎＳ８５ａｔ％／ＳｉＯ２  １５ａｔ％（８５／１５の比率）〜ＺｎＳ７０ａｔ％／ＳｉＯ２  ３０ａｔ％（７０／３０の比率）の範囲から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１０】
前記活性アンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウム層が、１〜１５％の間で変化可能なパーセンテージの不純物をさらに含み、これらの不純物が、前記層における電子移動度を低減する役割をし、かつ次の群、すなわちテルル、セレン、硫黄、ヒ素、リン、窒素、キセノン、フッ素、臭素、塩素およびヨウ素から取られる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の構造。
【請求項１１】
青色レーザリーダによって超解像で読み出されるように意図された光ディスクを製造するための、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の構造であって、前記物理的マークのうちのいくつかが、１００ナノメートル未満の長さおよび幅を有する構造の適用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクに記録される情報の密度を増加させることが求められる場合に、この目的は、一般に、情報読み出し装置の性能によって制限される。基本原理は、次の通りである。すなわち、ディスクに書き込まれる物理的情報は、そのサイズが、この情報を読み出すために用いられる光学系の解像限界より小さい場合には、大きな困難を払ってのみ読み出すことができるということである。典型的には、６５０ｎｍの波長および０．６の開口数を有する赤色レーザで読み出す場合には、通常、０．４ミクロン未満または限界である０．３ミクロンのサイズを有する情報を正確に読み出せる見込みはない。
【０００３】
しかしながら、超解像法として既知の方法が、波長より小さいかまたはさらにはるかに小さい物理的サイズの情報を読み出すために考案された。これらの方法は、ある材料の非線形光特性に基づいている。「非線形特性」という表現は、材質におけるある光特性が、それらが受ける光の強度に依存して変化するという事実を意味すると理解される。読み出しレーザ自体は、読み出しレーザスポットの寸法より小さな寸法に対する熱、光、熱光学および／またはオプトエレクトロニクス効果によって、材料の光特性を局所的に変更する。特性の変化ゆえに、この非常に小さな量に存在する情報片が検出可能になるのに対して、それは、この変化なしでは検出できなかったであろう。
【０００４】
利用される現象は、主として、用いられる読み出しレーザの２つの特性に基づいている。
−  一方で、レーザは、（波長のオーダの）極度に小さな断面を有するように非常に高度に集光されるが、しかしそのパワー分布はガウス分布であり、その中心で非常に強く、周囲で非常に減衰される。
−  他方で、読み出しレーザパワーは、次のように選択される。すなわち、ビームの中心における、断面の小さな部分にわたるパワー密度が、層の光特性を著しく変更するのに対して、この小さな断面部分の外側のパワー密度が、この光特性をそれほど変更しないように選択される。光特性は、この変更なしでは読み出しできないであろう読み出すべき情報を可能にするのに役立つ方向に変更される。
【０００５】
たとえば、変化する光特性は、光透過の増加、すなわち光ディスク上に形成された物理的マークによって構成される１ビットの読み出しが、この物理的マークへのレーザビームの透過を必要とする場合における光透過の増加である。次に、非線形層が、物理的マークへのビーム経路に差し挟まれる。レーザビームの中心は、この層を通過することにより入射光の強度が、前記層をより透明にするという事実ゆえに、この層を通過してマークまで至ることができるのに対して、ビームの周辺部は、層をより透明にするほど十分に層の光屈折率を変更しないので、通過しない。次に、ビームの波長が可能にする直径よりもはるかに小さな直径に集光されるビームが用いられたかのように、全てが行われる。
【０００６】
これらの原理を実施するために様々な理論的な提案が策定されたが、しかしどれも、産業的発展のきっかけとならなかった。（特許文献１）は、この理論を想起させる。（特許文献２）は、非線形反射特性を有するフィルムの例を挙げている。（特許文献３）は、様々な結晶の相変化材料を提案している。
【０００７】
現在、最も大きな可能性を提供する技術の中に、硫化亜鉛および酸化シリコンの化合物の２層間に保持された酸化白金（ＰｔＯｘ）層の利用があり、このアセンブリが、ＡｇＩｎＳｂＴｅまたはＧｅＳｂＴｅ化合物の２層間に挿入され、またこのアセンブリが、再び、硫化亜鉛および酸化シリコンの化合物の層間に挿入される。ＡｇＩｎＳｂＴｅまたはＧｅＳｂＴｅ材料は、強力なレーザ照射の影響下では、相変化特性を有する。例が、（非特許文献１）、ならびにまた非特許文献２および同じジャーナルの（非特許文献３）に見出される。また、（非特許文献４）を参照されたい。
【０００８】
これらの論文に記載された構造は、主として、自身を囲む層間に閉じ込められた酸化白金膨張泡の形成に依存する。これらの泡は、レーザ書き込み中に形成され、泡のサイズの数倍に等しい波長を有する読み出しレーザを用いてさえ、読み出し中に認識することが可能である。
【０００９】
しかし、これらの構造は作製するのが難しく、泡体積の制御は、特に慎重に行わなければならない。読み出し中に超解像効果を得るためにレーザパワーを調節することがまた、特に困難であり、低すぎるレーザパワーは、どんな結果ももたらさず、高すぎるレーザパワーは、可能な読み出しサイクル数をかなり低減する。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５  １５３  ８７３号明細書
【特許文献２】米国特許第５  ３８１  ３９１号明細書
【特許文献３】米国特許第５  ５６９  ５１７号明細書
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．９、２００３年９月、Ｊｏｏｈｏ  Ｋｉｍら、「Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ  Ｂｕｂｂｌｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ＰｔＯｘ  ａｎｄ  ＡｇＩｎＳｂＴｅ  Ｌａｙｅｒｓ」
【非特許文献２】ｔｈｅ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．７Ｂ、２００４年、Ｊｏｏｈｏ  Ｋｉｍら、「Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｄｉｓｋ  ｉｎ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」
【非特許文献３】ｔｈｅ  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．７Ｂ、２００４年、Ｄｕｓｅｏｐ  Ｙｏｏｎら、「Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｄｉｓｋ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」
【非特許文献４】Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．２Ｂ、２００６年、Ｈｙｕｎｋｉ  Ｋｉｍら、「Ｒａｎｄｏｍ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｄｉｓｋ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、はるかに単純で、実現がより容易な構造であって、適度な読み出しレーザパワーを要求し、読み出し信号の実質的な劣化なしに非常に多くの読み出しサイクルにさらすことが可能な構造を提供する。本発明による構造は、ある一定の材料の非線形特性に直接依存するが、これらの材料なしでは、制御が難しすぎる泡膨張状況に材料をさらすことが必要であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、物理的マークであって、その幾何学的構成が、記録された情報を画定する物理的マークを備えた基板と、基板マークの上における３層の重なりと、この重なりの上の透明な保護層と、を含む高解像度光情報記憶装置用の構造であって、この重なりが、硫化亜鉛および酸化シリコン（ＺｎＳ／ＳｉＯ２）化合物の２つの誘電体層間に挿入されたアンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウムの層を含み、このアンチモン化物層が、５〜５０ナノメートルの平均結晶粒径を備えた多結晶構造を有する構造が提供される。
【００１３】
このアンチモン化物層の回りにおけるＺｎＳ／ＳｉＯ２層の存在によって、満足な信号／雑音比で超解像情報を読み出すのに必要な読み出しレーザパワーをかなり低減することが可能になることが観察された。しかしながら、読み出しパワーの問題は、非常に重要である。なぜなら、一方では、比較的高いパワーが、光特性の局所的な変化を介して超解像効果を得るために必要であるが、しかし他方では、高パワーは、記録された情報を徐々に破壊する傾向があり、できるだけ高い読み出しサイクル数が望ましいにもかかわらず、可能な読み出しサイクル数を制限するからである。
【００１４】
アンチモン化物層の厚さは粒径に近く、その結果、層は、実際には、横に並置されて積み重ねられていない結晶粒の単一層から構成されている。ＩｎＳｂまたはＧａＳｂ層の厚さは、約１０〜５０ナノメートルが好ましく、２０〜３０ナノメートルが最適である。典型的には、アンチモン化物層の厚さは、約２０ナノメートルであり、粒径は、２０ナノメートルに近い。
【００１５】
この活性アンチモン化物層のこの大きな粒径によって超解像情報の読み出しが可能になることが観察された。
【００１６】
基板は、ポリカーボネート、プラスチック、またはポリマーで作製されるのが好ましい。
【００１７】
化合物におけるアンチモンの原子比は、約４５％〜５５％が好ましい。次に、インジウムまたはガリウムの比率は、４５％と、１００％からアンチモンの比率を引いた残りとの間である。化学量論的化合物Ｉｎ５０Ｓｂ５０またはＧａ５０Ｓｂ５０が特に適切であるが、しかし化学量論における小さな差異は許容できる。
【００１８】
ＺｎＳ−ＳｉＯ２誘電体層は、好ましくは、それぞれ２０〜１００ナノメートルの厚さ、最適には５０〜７０ナノメートルの厚さを有する。ＺｎＳおよびＳｉＯ２の原子比は、ＺｎＳ８５ａｔ％／ＳｉＯ２  １５ａｔ％（８５／１５の比率）と、ＺｎＳ７０ａｔ％／ＳｉＯ２  ３０ａｔ％（７０／３０の比率）との間の範囲から選択するのが好ましい。
【００１９】
本発明の重要な一態様によれば、１〜１５％間で変化可能なパーセンテージの不純物を、活性アンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウム層に加えることが提案されるが、これらの不純物は、層における電子移動度を低減する役割をする。これらの不純物は、次のもの、すなわちテルル、セレン、硫黄、ヒ素、リン、窒素、キセノン、フッ素、臭素、塩素およびヨウ素であってもよい。
【００２０】
本発明は、典型的には約４００ナノメートルの波長を備えた青色レーザを用いて情報を読み出すことに特に適用可能であるが、その場合には、光ディスクに予め記録される情報は、おそらく１００ナノメートルまたはそれ未満、すなわち読み出し波長の４分の１〜５分の１のサイズ（幅および長さ）を有する。しかし、本発明はまた、赤色レーザ（６００〜８００ナノメートルの波長）を用いて読み出すことに適用可能であり、これは、標準解像度の、従来の光ディスクリーダとの互換性を可能にするためには非常に有利である。全く同一のリーダが、標準解像情報を保持するディスクおよび超解像情報を保持するディスクを読み出すことができる。
【００２１】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に関連して作成された下記の詳細な記載を読むことによって、明らかになるであろう。
【００２２】
図１に、本発明による光情報記憶媒体の一般的な構造を示す。この構造には基板１０が含まれるが、この基板１０は、有機材料、特に、光ディスク用に従来的に用いられているポリカーボネートであるのが好ましい。基板は、実際には、平らなディスク形状であり、情報は、従来的には、ほぼ同心トラックに沿ってディスク上に書き込まれる。ディスクの正面に配置され、矢印２０で表わされた読み出しレーザビームが、ディスクの回転中に情報が自身の前を通過するのを見る。
【００２３】
基板１０には、記録された情報を画定する物理的マークが含まれ、この例では、物理的マークは、基板の上面に刻印されたレリーフの形状で構成される。このレリーフは、たとえば、ピットで構成され、これらのピットの幅は、書き込まれる全ての情報に対してほぼ固定されるが、情報の移動方向におけるピットの長さおよび間隔は、書き込まれる情報の内容を画定する。情報の読み出しは、構造によって反射されるレーザビームの相、すなわち各物理的マークの通過の最初および最後に変化する相を分析することによって実行される。ピットの通過は、たとえば、非常に高い解像度の電子ビームエッチングツールで作製されたニッケル型を用いて、ポリカーボネートまたはプラスチック基板をプレスして予め記録してもよい。
【００２４】
物理的マークの幅、長さおよび間隔は、それらを読み出すために用いられる光読み出しシステムの理論的な光解像度より小さくてもよい。典型的には、このシステムが、開口数０．８５の集光光学装置と共に用いられる、約４００ナノメートルの波長を備えた青色レーザである場合には、理論的な物理的解像限界は、約１２０ナノメートルである。ここでは、マークは、長さまたは間隔において８０ナノメートル未満の解像度で予め記録してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
従来の光ディスクの場合に、レリーフは、アルミニウムの単一層で覆われることになるであろうが、しかしこのアルミニウム層ゆえに、１００ナノメートルに等しい寸法および間隔を備えたマークを青色レーザで検出することが不可能ことになる。
【００２６】
本発明によれば、マークは、順番に、ＺｎＳ−ＳｉＯ２化合物の誘電体層１２、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）またはアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）の層１４、およびＺｎＳ／ＳｉＯ２化合物の誘電体層１６で構成された３層で覆われる。このアセンブリは、透明な保護層１８によって覆われる。
【００２７】
ＩｎＳｂまたはＧａＳｂで作製された層１４は、非線形光特性を有する層であり、またＧａＳｂまたはＩｎＳｂ層が２つのＺｎＳ／ＳｉＯ２誘電体層に囲まれた３層構造の反射率が、１〜２ミリワットのパワー（実際には、約７ミリワット平方ミクロンのパワー密度に対応する）を有するレーザビームによってこの構造が照射された場合に、非常に大幅に増加し得ることが観察された。
【００２８】
例として、ＺｎＳ／ＳｉＯ２の下側層１２の厚さは、７０ナノメートルであり、この層には、（原子百分率で）約８０％のＺｎＳおよび２０％のＳｉＯ２が含まれる。上側層１６は同じ組成を有し、厚さが５０ナノメートルである。中間層は、２０ナノメートルの厚さおよびほぼ化学量論的組成を備えたＩｎＳｂによって作製される。ＩｎＳｂ層は、高度に多結晶であり、平均粒径は、ほぼ層の厚さに等しいが、これは、図１において、並置された粒子の単一層を形成することにより表されている。
【００２９】
図２は、３つの層１２、１４、１６の重なりを堆積する前に、基板に予め記録される情報を構成可能な方法を想起させる。すなわち、可変長さおよび間隔のブラインドホールである。この例では、１００ナノメートルで規則的に離間配置された１００ナノメートルのホールを備えた実験的サンプルが示されている。
【００３０】
実施した試験によれば、青色レーザおよび赤色レーザの両方に対して、本発明による構造における層の最適な厚さは、次の通りであることが示された。すなわち、
−  下側ＺｎＳ／ＳｉＯ２層。約５０〜７０ナノメートル。
−  ＧａＳｂまたはＩｎＳｂ層。２０〜３０ナノメートル。次に、結晶粒径は、平均で２０ナノメートルにほぼ等しいのが好ましい。
−  上側ＺｎＳ／ＳｉＯ２層。約５０〜６０ナノメートル。
【００３１】
ＺｎＳ−ＳｉＯ２化合物の好ましい原子組成は、約８０％のＺｎＳおよび２０％のＳｉＯ２である。
【００３２】
また、マークを読み出すことの有効性が、読み出しが行われると共に向上する傾向があることが観察された。図３は、超解像読み出しに対して最適な読み出しレーザパワーで実行された、読み出し回数の関数としてプロットされた２つの測定曲線を表わす。第１の曲線（図では下側の曲線、右目盛り）は、繰り返し読み出された周期信号の振幅を表わす。この振幅は、数回の読み出し後に実質的に増加する。第２の曲線（上側の曲線、左目盛り）は、デシベルで搬送波対雑音比ＣＮＲを表わすが、これもまた、最初の方の読み出し後に増加する。読み出しレーザが、アンチモン化物層の結晶粒の成長に影響すること、および読み出しレーザが、数十ナノメートルの直径を有する、十分に大きな粒子の形成を強める傾向があることが考えられる。
【００３３】
Ｘ線回折分光測定が、この推移を確認するのに役立つ。特定の偏向ピークが、多少の読み出し（約１０回）後に表れ、これらのピークの細かさが、アンチモン化物層における数十ナノメートルの直径を有する粒子の存在を示すのに役立つ。これらのピークは、記録媒体の最初の方の読み出しを行なうとすぐに、より細かくなる傾向があり、また個々の結晶のサイズにおける増加を示す傾向がある（約１０回の読み出し後に、粒子が、２回の読み出し後より、ほぼ２倍大きいことが観察される）。
【００３４】
したがって、最初の方の読み出しは、超解像読み出しの質に最も好都合な粒径をアンチモン化物層に与えることによって、アンチモン化物層を結晶化することに寄与する。
【００３５】
さらに、多結晶粒間の電子移動度を低減することが役割である不純物をアンチモン化物層に取り込むことによって読み出しを改善することが可能である。これらの不純物は、多量である（１〜１５％）。したがって、それは、アンチモン化物をドープするという問題ではなく、追加材料を層に組み込む問題である。図４は、図１の場合には単独で存在したＩｎＳｂまたはＧａＳｂ粒子間に配置された、小さな追加粒子の形状をした不純物のこの追加を象徴的に表わす。不純物は、次のリスト、すなわちＴｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｘｅ、Ｆ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉから選択される。
【００３６】
アンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウム層の堆積は、望ましい材料（典型的にはＩｎ５０ａｔ％Ｓｂ５０ａｔ％）を含むターゲットからスパッタリングによって実行するのが好ましい。堆積圧力は、約３×１０−３ミリバールでもよく、直流電流強度は、約８０ｍＡ、典型的には７８ｍＡであってもよい。
【００３７】
ＺｎＳ−ＳｉＯ２層は、スパッタリングまたはプラズマ気相成長によって堆積してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による光情報記憶構造を示す。
【図２】８０ナノメートルだけ離間配置された、１００ナノメートルのマークが予め形成された基板の原子間力顕微鏡図を示す。
【図３】最初の方の読み出し後の、信号、およびコントラスト対ノイズ比における改善を示す曲線を表わす。
【図４】不純物がアンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウム層と混合された構造を表わす。
【符号の説明】
【００３９】
１０  基板
１２  ＺｎＳ／ＳｉＯ２の下側誘電体層
１４  アンチモン化物層
１６  ＺｎＳ／ＳｉＯ２の上側誘電体層
１８  保護層
２０  読み出しレーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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