(57)【要約】【課題】  高密度媒体や超高密度媒体でのアブレーションおよび化学的変性を阻止し、同時に、比較的に効率的なやり方で、近接場光および電子ビームによる上記媒体の加熱書込みおよび消去を可能にするようにしたデータ記憶・検索媒体およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  エネルギー・ビームの印加を通じて、データを記憶、消去することができるデータ層３０３と、前記エネルギー・ビームを比較的通す、前記データ層上に被着させた別のキャッピング層３０６であって、エピタキシャル材料、導電材料、堅牢な高融点材料、および、薄い誘電体層と組み合わされた堅牢な高融点材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む別のキャッピング層３０６とを備えるようにした。を備える【選択図】        図３
2005116156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー・ビームの印加を通じて、データを記憶、消去することができるデータ層と、
前記エネルギー・ビームを比較的通す、前記データ層上に被着させた別のキャッピング層であって、エピタキシャル材料、導電材料、堅牢な高融点材料、および、薄い誘電体層と組み合わされた堅牢な高融点材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む別のキャッピング層と、
を備えるデータ記憶・検索媒体。
【請求項２】
前記エピタキシャル層が、シリコン１１１（Ｓｉ（１１１））上に単結晶形態で成長することができるエピタキシャル材料を含む請求項１に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項３】
前記エピタキシャル材料がフッ化カルシウムである請求項２に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項４】
前記導電材料がグラファイトを含む請求項１に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項５】
前記導電材料が炭素を含む請求項１に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項６】
前記エネルギー・ビームが、近接場光の非回折制限ビームを含む請求項１に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項７】
前記エネルギー・ビームが、電子ビームを含む請求項１に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項８】
前記堅牢な高融点材料がＭｏを含む請求項１に記載のデータ記憶・検索媒体。
【請求項９】
エネルギー・ビームの印加を通じて変えることのできるデータ層を提供するステップと、
エピタキシャル材料、導電材料、異方性の強い層状材料、堅牢な高融点材料、および、誘電体層と組み合わされた堅牢な高融点材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む、前記エネルギー・ビームを比較的通すキャッピング層を、前記データ層上に被着させるステップと、
を有する、データ記憶・検索媒体を製造する方法。
【請求項１０】
前記堅牢な高融点材料がモリブデンを含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高密度データ媒体の加熱書込みの分野に関し、詳細には、近接場光（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｏｐｔｉｃａｌ）および電子ビームの書込みにおいて使用する高密度データ記録製品の特定の組成、および、その製品を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化型媒体は、高密度のデータ記憶を行う広範に利用できる手段である。このような媒体には、とりわけ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷのフォーマットがあるかもしれない。このようなタイプの媒体では、データは、特定の記憶場所（通常、ミクロンのサイズである）に記憶され、また、ターゲット領域のマイクロ構造に基づいて、記憶と消去が行われる。マイクロ構造は、結晶状態か、アモルファス状態のいずれかである。結晶媒体へのビット書込みは、所望の領域を溶融し、次に、この領域をガラス状の状態に急冷することを必要とする。ビット消去は、比較的に低速の緩やかな加熱を用いて、このようなガラス状の状態から遷移して、再結晶を生じさせることになる。それゆえ、書込みプロセスや消去プロセスは、かなり多くの量のエネルギーを、相変化型媒体に入れることを必要とする。この相変化型媒体はまた、相変化層または相変化データ層とも呼ばれ、過去においては、通常、ゲルマニウム、アンチモン、テルルの三元化合物、すなわちＧｅＳｂＴｅ（ＧＳＴとしても知られている）であった。
【０００３】
このような状況では、相変化型媒体のアブレーション、あるいは相変化型媒体にもたらされる化学変化は、非常に望ましくないこともあり、また、相変化型媒体に欠陥をもたらし、かつ／または、データ・ビットを相変化型媒体上に書き込んだり、データ・ビットを消去することができなくなる場合がある。過去において、望ましくないアブレーションまたは化学変化を防止するには、硫化亜鉛・酸化シリコン（ＺｎＳ−ＳｉＯ2）のアモルファス誘電体材料の厚い被膜間にＧＳＴ層を被覆（クラッディング）することが必要であった。これらのクラッディング層は、相変化型媒体に対してアブレーションおよび化学変化を防止しやすく、また、クラッディング層に可視光を通すことにより、記録プロセスと両立できる。さらに、これらのクラッディング層は、融点の低いＧＳＴ層から伝導される熱に対してかなり大きい耐熱性を与える。このような光学的積層はまた、ミラーの働きをするアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）の層も含むことがあり、他の層に対しては、高コンダクタンスのヒートシンクを提供できる。代表的なＺｎＳ−ＳｉＯ2／ＧＳＴ／ＺｎＳ−ＳｉＯ2／Ａｌ積層は、耐久性目的と、エンドユーザまたはカスタマによる使い易さのために、ポリカーボネートに埋め込まれることがある。
【０００４】
さらに最近のメモリ設計は、加熱書込みにおいて、近接場光ビームまたは電子ビームを使い始めた（例えば、特許文献１を参照のこと）。特許文献１は、複数の電子放出装置（ｅｍｉｔｔｅｒ）が、可動プラトフォーム上の情報記憶媒体エリアに電子ビームを発生させて、情報を記憶および検索することを可能にしている。ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）技術に基づくマイクロ・ムーバ（ｍｉｃｒｏ  ｍｏｖｅｒ）は、電子放出装置に対して可動プラトフォームを移動させて、可動プラトフォーム上の選択された記憶媒体エリアと、パラレルにやり取りできるようにする。特許文献１では、データ記憶媒体は、一番上の層が、結晶状態とアモルファス状態間で（あるいは、電気的性質が異なる２つの結晶状態の間で）可逆に変化させることのできる相変化材料でできているダイオードを含む。データは、電子ビームを用いて、相変化層に状態変化を局部的に行って、書き込まれる。ビットは、このダイオードに誘導された電流を監視しながら、電子ビームを用いてビットに問い合わせることで、検出される。この誘導電流は、問い合された領域内の相変化層の局部状態によって決まる。
【０００５】
近接場光および電子ビームの加熱書込みシステムでは、前述の厚い積層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2／ＧＳＴ／ＺｎＳ−ＳｉＯ2／Ａｌ、またはＺｎＳ−ＳｉＯ2／ＧＳＴ／ＺｎＳ−ＳｉＯ2）は、様々な理由で使用できない。第１に、近接場光の書込みには、光プローブが、その媒体表面から、１波長よりもさらに短い範囲内で通過することが必要である。ただし、このことは、一般に、その媒体を覆うのに使用されるポリカーボネートとは両立できないだけでなく、用いられる代表的なＺｎＳ−ＳｉＯ2クラッディング厚さとも両立できない。電子ビームの加熱書込みでは、電子ビームは、通常、きわめて高いビーム・エネルギーが用いられない限り、比較的厚いクラッディング層に侵入することができない。これは、実用にならない。さらに、厚い絶縁クラッディング層は、電子ビームを帯電させて、偏向させがちである。これも望ましくない。
【０００６】
しかしながら、近接場光および電子ビームの加熱記録方式に直面して、データ層のアブレーションおよび化学的変性の問題が残る。
【０００７】
高密度媒体や超高密度媒体でのアブレーションおよび化学的変性を阻止し、同時に、比較的に効率的なやり方で、近接場光および電子ビームによる上記媒体の加熱書込みおよび消去を可能にすることに関連する利点を持つ設計を提供することが有利となろう。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５５７，５９６号「超高密度記憶素子」（１９９６年９月１７日、発明者、Ｇａｒｙ  Ａ．Ｇｉｂｓｏｎ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高密度媒体や超高密度媒体でのアブレーションおよび化学的変性を阻止し、同時に、比較的に効率的に、近接場光および電子ビームによる上記媒体の加熱書込みおよび消去を可能にするデータ記憶・検索媒体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面によれば、データ記憶・検索媒体（ｄａｔａ  ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  ｒｅｔｒｉｅｖａｌ  ｍｅｄｉｕｍ）が提供されている。このデータ記憶・検索媒体は、エネルギー・ビームの印加を通じて、データを記憶、消去することのできるデータ層と、このデータ層上に被着させた別のキャッピング層を含む。ただし、この別のキャッピング層は、エネルギー・ビームを比較的通すものであって、エピタキシャル材料、導電材料、堅牢な高融点材料、および、薄い誘電体層と組み合わされた堅牢な高融点材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む。
【００１１】
本発明の第２の側面によれば、エネルギー・ビームが変えることのできる変更可能なデータ層と、このデータ層上に被着させた別のキャッピング層とを含むデータ記憶・検索媒体が提供される。ただし、この別のキャッピング層は、エネルギー・ビームを比較的通すものであって、堅牢な高融点材料、導電材料、エピタキシャル材料、および、薄い誘電体層と組み合わされた堅牢な高融点材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む。
【００１２】
本発明の第３の側面によれば、エネルギー・ビームの印加を通じて変えることのできるデータ層を提供することと、このデータ層上にキャッピング層を被着させることを含む、データ記憶・検索媒体を製造する方法が提供される。ただし、このキャッピング層は、エネルギー・ビームを比較的通すものであって、堅牢な高融点材料、導電材料、異方性の強い層状材料、および、エピタキシャル材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む。
【００１３】
本発明の第４の側面によれば、エネルギー・ビームの印加を通じて変えることのできるデータ層を提供することと、このデータ層上にキャッピング層を被着させることを含む、データ記憶・検索媒体を製造する方法が提供される。ただし、このキャッピング層は、エネルギー・ビームを比較的通すものであって、エピタキシャル材料、導電材料、異方性の強い層状材料、堅牢な高融点材料、および、誘電体層と組み合わされた堅牢な高融点材料から成るグループから、少なくとも１つの材料を含む。
【００１４】
本発明のあらゆる側面に関する上記および他の利点は、以下の図面に示される好ましい実施形態の以下の詳細な開示を読んだ後で、当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、異なる材料を用いる様々なキャッピング層を含み、しかも、これらの材料を用いると、近接場光および電子ビームで記録する素子に直面して、媒体に読み書きを行う総体的な効率が向上しやすい。本明細書中に用いられる「ｍａｔｅｒｉａｌｓ（材料）」という語は、あらゆる種類およびタイプの化合物、合金、および、他の要素組合せを含む。さらに、本明細書中に用いられる「ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ（クラッディング層）」と「ｃａｐｐｉｎｇ  ｌａｙｅｒ（キャッピング層）」という語は、取り替えても使え、また双方の語は、この積層のうち、ベース層の上方にあるか、あるいはベース層から離れている一番上の層または一番外の層を示している。さらに、本明細書中に用いられる「ｄａｔａ  ｌａｙｅｒ（データ層）」という語は、同様または様々な材料の複数の物理層を意味するものと解されることがある。実際には、「データ層」は、多くの場合に、異なる材料から成る多数の薄膜層を含むことがある。
【００１６】
異なる形態のデータ記憶・検索素子には、例えば、フォトダイオードとカソードダイオード、フォトトランジスタとカソードトランジスタ、光導電形素子とカソード導電形素子、フォト・ルミネセント素子とカソード・ルミネセント素子、並びに、これらの組合せおよび変形物がある。さらに、様々なタイプの接合は、所望の検出結果を得るために、ヘテロ接合のように、上記素子の１つまたは複数といっしょに形成されている。ヘテロ接合では、この接合の両側に、２つの異なる半導体を使用する。これらの接合の形成と、それら接合の性質は、現行設計を用いる媒体から恩恵を得ることができる。この現行設計は、いくつかの面で、これらの素子および接合の構造を利用して、前に利用できた媒体よりも向上している。
【００１７】
図１は、代表的なフォトダイオード（光ビーム）またはカソードダイオード（電子ビーム）式のデータ記憶・検索素子１３０を示している。データ記憶層１３２を、追加層１３４上に被着させて、ダイオード１３５を形成する。このダイオードは、使用される材料に応じて、ｐ−ｎ接合素子、ｐｉｎ接合素子、またはショットキ−・バリヤ素子のように、電荷キャリヤを分離するビルトイン電界を提供する任意タイプのものであることもある。
【００１８】
放射装置１３８は、光ビームまたは電子ビームを記憶層１３２上に向ける。このシステムは、記憶層１３２のエリア１４２の状態を局部的に変えることで、データ・ビットを書き込む。記憶エリア１４２の状態が異なれば、読出し作業の間中、ビット検出の差異がもたらされる。
【００１９】
読出し作業の間中、放射装置１３８は、さらに低い電力密度のビームを放射して、ダイオード１３５の記憶エリア１４１および１４２内の電荷キャリアを局部的に励起する。記憶層１３２中で、キャリアを励起する場合には、生み出されるキャリアの数（「発生効率」）は、光ビームまたは電子ビーム１４０が入射する記憶エリア１４１、１４２の状態によって決まることになる。
【００２０】
この発生効率に影響を及ぼすファクタの中には、記憶層のバンド構造と、対になった（ｇｅｍｉｎａｔｅ）再結合がある。ビルトイン電界の影響のもとに、いずれかの符号の発生キャリア（電子またはホール）の或る一部を、ダイオード界面１３６に走らせることになる（「収集効率」）。電圧源１４４により、追加電界が界面１３６を横切って印加されることがある。ダイオード界面１３６を横切るキャリアから得られる電流を、ダイオード界面１３６を横切って受け取られる検出信号により監視すれば、データ記憶エリア１４１、１４２の状態を決定できる。この収集効率は、とりわけ、読出しフォトンが入射するエリア内と、そのエリアの周りでの再結合レートと移動度、および、ビルトイン電界の効果によって決まる。
【００２１】
したがって、読出しフォトンまたは読出し電子が、ダイオード１３５を横切って発生させる電流の変化は、局部発生効率と局部収集効率の両方によって決まることもある。これらのファックタは両方とも、フォトンまたは電子が入射する領域の状態の影響を受ける。記憶層１３２の相変化材料は、バンドギャップ、移動度、キャリア・ライフタイム、キャリア密度のような適切な電気的性質を持ついくつかの相変化材料（例えば、カルコゲン化物をベースとする相変化材料）から成ることもある。
【００２２】
現行設計は、従来の光記録媒体中に伝統的に用いられたＺｎＳ−ＳｉＯ2クラッディング層を、近接場の光記録の近接要件、および／または電子ビーム記録の電子透過要件と両立できるクラッディング層に代えている。光記録では、キャッピング層またはクラッディング層は、これらの層に素子の書込みビームと読出しビームをできる限り通すときに、このような設計に対して恩恵を与える。クラッディング層は、書込みプロセスの影響を受けないように、高温において溶融し、データ層とは化学的に反応せず、データ層とは相互拡散せず、さらに、機械的安定性などの優れた機械的性質を与えることがある。近接場光の記録では、このクラッディング層は薄いことがある。電子ビームの記録では、このクラッディング層は薄く、かつ、原子番号の小さい元素、および／または、質量密度の低い元素から成って、電子を、最大限通すことがある。本明細書中に用いられる、原子番号の「小さい」元素または材料は、この元素または材料の原子番号が、一般に７５よりも小さく、タングステンをともなわない場合には、一般に４５よりも小さいことを意味している。さらに、本明細書中に用いられる「質量密度が低い」という語は、一般に、Ｓｉ（約２．３３ｇ／ｃｍ3であり、かつ、原子番号が１４である）よりも低いか、またはそれと同じである質量密度を意味している。以前に従来の光記録に用いられたクラッディング層とは異なるタイプのキャッピング層を、近接場光および電子ビームの記録に用いることがある。本明細書中に用いられる「エネルギー・ビーム」という語は、従来の光記録において用いられたビームとは区別される集束エネルギー・ビーム（例えば、近接場光の非回折制限ビームまたは電子ビーム）を表わすために用いられる。
【００２３】
図２は、従来の光記録媒体に用いられた以前の層状構造を示している。底にアルミニウム層２０１があり、その上に１層の硫化亜鉛・酸化シリコン層２０２があり、硫化亜鉛・酸化シリコン層２０２の上にＧＳＴ相変化層２０３を被着させ、また、ＧＳＴ相変化層２０３の上に、第２の硫化亜鉛・酸化シリコン層２０４を被着させているＺｎＳ−ＳｉＯ2／ＧＳＴ／ＺｎＳ−ＳｉＯ2／Ａｌ構造が提示されている。
【００２４】
相変化層として、これらの二次元材料が用いられる場合には、このような層は、主として、ただし完全ではないが、カルコゲン化物をベースとする材料を含むことがある。これらの二次元層状材料には、以下のクラスの材料がある。
・ＩＩＩ−ＶＩ族系化合物ＩｎＴｅ、ＩｎＳｅ、ＧａＳｅ、ＧａＳ、および、ＧａＴｅの六方晶（順安定）形態、
・ＩＶ−ＶＩ族系化合物ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＳ2、ＳｎＳｅ2、ＳｎＳｅ2-xＳx、
・ジカルコゲン金属ＳｎＳ2、ＳｎＳｅ2、ＷＳ2、ＷＳｅ2、ＭｏＳ2、ＭｏＳｅ2、
・カルコゲン遷移金属ＴｉＳ2、ＴｉＳ3、ＺｒＳ2、ＺｒＳ3、ＺｒＳｅ2、ＺｒＳｅ3、ＨｆＳ2、ＨｆＳ3、ＨｆＳｅ2、ＨｆＳｅ3、
・Ｇａ2Ｓ3、Ｇａ2Ｓｅ3、Ｇａ2Ｔｅ3、Ｉｎ2Ｓ3、Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｉｎ2Ｔｅ3、ＧｅＳ2、ＧｅＡｓ2、Ｆｅ3Ｓ4のいくつかの変性（例えば、いくつかの結晶構造）、
および、ＺｎＩｎ2Ｓ4やＭｎＩｎ2Ｓｅ4などの二次元層構造を持つ三元カルコゲン化物を含め、二次元層構造を持つあらゆる三元材料。この積層中に用いられることがあるさらなる材料は、「超高密度とデータ記憶用の二次元材料および方法」と称する２００２年１０月３１日出願された現在係属中の米国特許出願第１０／２８６，０１０号（発明者Ｇａｒｙ  Ａ．Ｇｉｂｓｏｎ氏）に説明されている。
【００２５】
一般に、前述の材料および材料組合せの上にあるキャッピング層は、記憶・検索媒体に対して、いくつかの恩恵を与えることができる。第１に、キャッピング層は、記憶・検索媒体に対して、データの書込み、消去、または読出しを行っている最中に、アブレーションまたは周囲異物との反応などの不利な状態からの損傷を防止することができる。一般に、書込み（アモルファス化）プロセスは、記憶・検索媒体に対して、最大の損傷をもたらし、その後で消去（再結晶化）が行われ、次に読出しが行われる。キャップはまた、記憶・検索媒体を使用していない間、記憶・検索媒体に対して、ゆっくりした不可逆変化も防止することができる。このようなゆっくりした不可逆変化には、上記の構成要素のアウトガス、室温での周囲異物との反応、および、他の悪影響があることがある。
【００２６】
第２に、キャッピング層は、記憶・検索媒体全体に広がるような導電性の接触を与えることができる。相変化層の抵抗率が比較的に高いときには、キャップでの導電率が重要である。相変化層が比較的に高い抵抗率を呈しているときには、データ記憶が行われる領域から離れている、すなわち、その領域から「側方に離れている（ｏｆｆ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｓｉｄｅ）」ダイオードの一番上の層（一番上の相変化層）との接触により、このデータ領域と、上記接触部分との間の直列抵抗を比較的に高めることができ、このことは好都合となり得る。
【００２７】
第３に、キャッピング層は、書込みプロセスまたは消去プロセスに役立つことがある。例えば、キャッピング層は、これらのプロセスの間、より有利な温度分布をもたらす熱的性質を提供するか、あるいは、ある場合に、消去の間、相変化層の再結晶化用のテンプレートの働きをすることがある。
【００２８】
キャッピング層の構造および性能は、一般に、直面する特定の状況に、上述の３つの潜在的な恩恵のうちのどれが施されるによって決まる。あらゆる場合に、電子ビームの大部分がキャップに侵入しない限り、ビットを読み取ることができず、したがって、このキャップは、一般に、比較的に薄いか、あるいは、侵入深さの長い材料でできていなければならない。長い侵入深さであるには、一般に、この材料の平均原子番号が比較的に小さく、かつ／または、その質量密度が低いことが要求される。一般に、この材料が薄ければ薄いほど、使用できる質量密度および／または電子番号が大きくなる。さらに、ビーム・エネルギーが高ければ高いほど、それだけ質量密度と原子番号の要件が緩和されることがある。さらに、このキャッピング層（１つまたは複数）は、多くの場合に、相変化層に比較的によく接着しなければならない。損傷を防止するために、このキャッピング材料は、比較的に堅牢であり、しかも、書込みプロセスと消去プロセスに耐えるために、比較的に高い融点を持つことが必要である。
【００２９】
上の説明に基づいて、モリブデン（Ｍｏ）は、比較的に堅牢で、耐熱性の高い材料である。Ｍｏは、比較的に薄い層状プロセスにおいて層状にされることがある。Ｍｏは、書込みプロセスに耐えるであろう。Ｍｏはまた、妥当な導電率も呈する。キャッピング層として用いられる可能性がある、質量密度が低く、かつ原子番号が小さいいくつかの材料は、一般に、Ｍｏほど堅牢ではなく、したがって、これらの材料をキャッピング層として使用するには、書込みプロセスの間、耐えるように、厚さをかなり厚くする必要があるかもしれず、そのために、質量密度が低いことに関連する恩恵が無効になる。
【００３０】
本発明では、キャップは、超高密度プローブ（近接場光プローブまたは集束電子ビーム）に恩恵を与えるように構成されている。一般に、適切な波長のフォトン、あるいは適切なエネルギーの電子を、導電材料に充分通さなければ、この導電材料は、適切に動作しないことがある。このような環境における重要な設計パラメータは、単に、使用される材料ではなくて、用いられている層の特性である。材料は、所与のエネルギーの電子に対して、長い侵入深さを持つことがあるが、ただし、層に電子を充分通すだけである。また、この層が、侵入深さと厚さを適切に組み合わせたものを有する場合には、この層は、所与の状態で、適切に動作できるにすぎない。
【００３１】
本発明は、エピタキシャル材料、導電材料、平均原子番号が比較的に小さく、かつ／または、質量密度が低い材料、および／または、ほどよく電子を通すくらい薄い堅牢な高融点材料（例えば、Ｍｏ）といった属性を有する、上に略述されたものなどの恩恵を与える層状構造を使用している。以前に説明されたＺｎＳ−ＳｉＯ2設計などの以前のいくつかの層状設計は、原子番号レベルが小さいことがある。ただし、このような層は、通常、大きな厚みで用いられるので、例えば電子ビームの用途に用いられる低エネルギー電子を充分通すことはできない。
【００３２】
一般に、質量密度が低く、かつ原子番号が小さい材料は、比較的に長い電子侵入深さを与える傾向がある条件に一致する。電子侵入深さの長さは、入射電子のエネルギーだけでなく、上記のファクタ（質量密度と原子番号）の両方によっても決まる。したがって、本発明は、エネルギー・ビームを比較的通すキャッピング層に用いられることがある。ここで、「比較的通す」とは、このエネルギー・ビームのエネルギーの大部分がキャッピング層に侵入できることを示している。このエネルギー・ビームが電子ビームであるときには、質量密度が低く、かつ原子番号が小さい特性が、主として重要である。一般に、質量密度が低く／原子番号が小さい属性は、光に対しては長い侵入深さを与えない。しかしながら、本発明に用いられる材料と層は、一般に、用いられるエネルギー・ビームを「比較的通す」と理解されるべきである。
【００３３】
本発明に用いられるエピタキシャル材料は、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などのエピタキシャル立方晶系材料を含むことがある。ＣａＦ2は、Ｓｉ（１１１）、すなわち、この材料の表面に平行な１１１のシリコン平面を持つ一般に利用できるシリコン基板の上に単結晶形態で成長する。ＣａＦ2は、Ｓｉ（１１１）上でエピタキシャル成長が行われる薄膜に、格子整合のキャッピング層を与える。Ｓｉ（１１１）上にエピタキシャル成長が行われる薄膜の例として、インジウム・セレン（ＩｎＳｅ）とガリウム・セレン（ＧａＳｅ）がある。約１４００℃で溶融するＣａＦ2は、一般に反応せず、原子番号が比較的に小さい元素から成っており、しかも、一般に可視光を通す。ＣａＦ2はまた、バッファ層の要望があれば、ＩｎＳｅ／ＧａＳｅのヘテロ接合と基板シリコンとを電気的に隔離するために、このようなバッファ層として用いられてもよい。
【００３４】
図３は、ＣａＦ2などのエピタキシャル立方晶系材料を用いる媒体の代表的な構造を示している。図２から、Ｓｉ（１１１）層３０１が、ボトム層を形成している。ｐ型ＧａＳｅの第１の薄膜層３０２が、Ｓｉ（１１１）層３０１上で成長する。格子の不整合にもかかわらず、Ｓｉ（１１１）層３０１上で、ＧａＳｅのエピタキシャル成長が容易に行われる。次に、ｎ型ＩｎＳｅの第２の薄膜層３０３が、ＧａＳｅの第１の薄膜層３０２上で成長する。別法として、ＩｎＳｅは、シリコン基板を使用せずに、ＧａＳｅ結晶のすぐ上で、成長することがある。
【００３５】
このような配置構成では、ＩｎＳｅの第２の薄膜層３０３が、この媒体用の相変化層または記録層を形成している。その結果として、ここで得られる構造は、三次元の異方性構造である。また、キャッピング材料は、このような三次元の異方性構造の上で、ＩｎＳｅの第２の薄膜層３０３のすぐ上に付けられることがある。
【００３６】
ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ／Ｓｉの組合せは、界面と表面の再結合が小さく、空間均一性が高く、移動度が比較的に高く、キャリアのライフタイムが長く、かつ、結晶粒界がほとんどないＩｎＳｅ／ＧａＳｅ界面３０４とＧａＳｅ／Ｓｉ界面３０５に接合を形成する。ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ／Ｓｉの積層はまた、欠陥密度が比較的に低い滑らかな表面も持っている。
【００３７】
ＩｎＳｅの相変化層すなわち第２の薄膜層３０３の上には、エピタキシャル立方晶系材料（この例では、ＣａＦ2）のキャッピング層３０６が付けられる。エピタキシャル・キャップ層は、アモルファス・ビットの再結晶化の間、成長テンプレートの働きをすることがある。このようなテンプレートは、消去速度を増すか、あるいは、この再結晶化された材料に、周囲マトリクスと同じ向きをもたせるように仕向けることがある。再結晶化されたビットの正しい向きは、ある種の欠陥の形成を妨げることもある。例えば、この再結晶化された材料と、このマトリクスとの間にある、角度の大きい結晶粒界は、初期電気的性質の回復を防止し、したがって、完全な消去を防止するかもしれない。角度の大きい結晶粒界は、ＩｎＳｅなどの異方性材料では、特に有害であることもある。
【００３８】
ＣａＦ2と同様な性質を持つ他の立方晶系材料は、それらの材料が、一般に、開示されているＩｎＳｅ／ＧａＳｅ層に格子整合され、また、反応せず、質量密度が低く、原子番号が比較的に小さい元素から成り、しかも、許容できるように可視光を通すことなど、光学媒体の用途に基づく必要な有利な性質を提供しさえすれば、本発明に用いることができる。
【００３９】
使用されることがある第２のタイプのキャッピング層は、グラファイトまたはｓｐ2結合アモルファス炭素などの導電性の多結晶キャップ層またはアモルファス・キャップ層である。ｓｐ2結合アモルファス炭素は、一般に、反応しないものであって、妥当な導電率を提供しながら、比較的に高い温度で溶融する。グラファイトは、可視光を強力に吸収し、かつ適度の導電率を持つ半金属である。
【００４０】
使用されることがある代替タイプのキャッピング層は、ベリリウム、ｓｐ3結合アモルファス炭素、または、アモルファス窒化ホウ素などの電気的に絶縁するキャッピング層である。ベリリウムは、ｓｐ3結合炭素のように、優れた熱伝導体でもある電気絶縁体である。
【００４１】
電子ビーム記録では、ｓｐ2結合アモルファス炭素とベリリウム、およびそれらの混成物は、それらの原子番号が比較的に小さく、かつ、それらの質量密度が比較的に低いことにより、このような配列において、いくつかの利点を与える。アルミニウムなど、原子番号の小さい他の選択は、データ記憶層の相変化材料と反応する可能性があるために、最適ではない。
【００４２】
導電性のキャップ層は、側方のキャリア輸送の必要性を少なくすることで、また、どんなダイオード・バイアスも、一般に、さらに側方に均一にすることで、ヘテロ接合ダイオードの収集効率を高めることができる。キャッピング層の熱伝導率が高いことから、媒体構造の総体的な信頼性は、書込みプロセスと消去プロセスの間、このビットの深さにわたって、温度をさらに均一にすることで、高められ、それにより、過度の表面温度による損傷が防止されることがある。言い替えれば、高い熱伝導率を呈する材料は、読出し作業か、書込み作業のいずれかを行っているときに、より有利に熱を消散しやすく、それにより、高温に直面することでもたらされる損傷または過度の材料変化を防止して、これらのビットの書込みや読出しを、さらに制御する。しかしながら、熱伝導率が高すぎると、これらのビットの最小限のサイズおよび空間が制限されることもある。
【００４３】
図４は、導電性の多結晶キャッピング層またはアモルファス・キャッピング層を用いる素子の代表的な構造を示している。この場合も、シリコンＳｉ（１１１）層４０１は、ボトム層を形成している。ｐ型ＧａＳｅの第１の薄膜層４０２は、シリコンＳｉ（１１１）層４０１上に成長する。次に、ｎ型ＩｎＳｅの第２の薄膜層４０３は、ＧａＳｅの第１の薄膜層４０２上に成長する。別法として、ＩｎＳｅは、シリコン基板を使用せずに、ＧａＳｅ結晶のすぐ上に成長することがある。ＩｎＳｅおよびＧａＳｅ以外の相変化材料が、記憶媒体に用いられることもある。
【００４４】
このような配置構成では、ＩｎＳｅの第２の薄膜層４０３が、やはり、この媒体用の相変化層または記録層を形成している。その結果として、ここで得られる構造は、三次元の等方性構造である。また、キャッピング材料は、このような三次元の等方性構造の上で、ＩｎＳｅの第２の薄膜層４０３のすぐ上に付けられることがある。
【００４５】
ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ／Ｓｉの組合せは、上述の有利な性質を持つＩｎＳｅ／ＧａＳｅ界面４０４とＧａＳｅ／Ｓｉ界面４０５に接合を形成する。ＩｎＳｅの相変化層すなわち第２の薄膜層４０３の上には、グラファイトまたはｓｐ2結合アモルファス炭素の導電性キャッピング層４０６が付けられる。ある場合に、グラファイトをベリリウムと組み合わせて、キャッピング層４０６を形成することがある。ｓｐ2結合アモルファス材料の使用は、電子ビームの書込みおよび読出しに関連して、有利に用いられることがある。別法として、ＩｎＳｅの相変化層すなわち第２の薄膜層４０３の上には、ｓｐ3結合炭素、あるいは、ベリリウムまたはアモルファス窒化ホウ素の絶縁キャッピング層４０６が付けられることがある。ｓｐ3結合アモルファス炭素は、通常、導電性のものではなく、したがって、その使用は、導電性でないという欠点を蒙りながらも、いくつかの恩恵（化学的に不活性であることと、質量密度が低いこと）を与える。
【００４６】
このような配置構成において、キャッピング層として用いられることがある第３の層状構成は、グラファイトと同様な異方性の強い層状材料である。ＧａＳｅ、ＷＳｅ2、ＭｏＳ2、ＭｏＴｅ2、ＧａＳ、ＩｎＳを含む（ただし、それらには限定されない）様々な層状カルコゲン化物が用いられることがある。層状カルコゲン化物のさらなる説明は、Ｈ．Ｐ  ＨｕｇｈｅｓとＨ．Ｉ．Ｓｔａｒｎｂｅｒｇ（Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ、２０００年）により監修された「低次元材料に適用される電子分光学（ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｅｓ）」に発表された「ファン・デル・ワールスのエピタキシー薄膜および界面の電子的性質」（Ｗ．Ｊａｅｇｅｒｍａｎｎ共著）に記載されている。これらの六方晶系材料は、単一配向で、かつ連続層で成長する強力な熱力学的傾向がある。したがって、ある場合には、アモルファスまたは多結晶の等方性材料を用いて構成できるものよりも薄い上記異方性材料の連続層が構成されることがある。アモルファスまたは多結晶の等方性薄膜は、前述の異方性材料の連続層と比較して、比較的に粗いこともある。これらの異方性材料はまた、その終端面における未結合手（ダングリングボンド）の密度が比較的に低く、したがって、反応しなくて、かつ、低い界面再結合レートを呈する根強い傾向を与える。さらに、グラファイト、ＭｏＴｅ2、ＳｎＳｅ2などの層状材料の多くは、層面が比較的に導電する小さいバンドギャップを持っている。このような導電率は、ＩｎＳｅやＧａＳｅのように、薄膜形式ではドープしにくいこともある半導体に基づいて、ヘテロ接合素子を設計できるようにするのに役立つかもしれない。これらの層状異方性材料のいくつかは、ＧａＳｅのように、ＩｎＳｅなどのデータ層材料上でエピタキシャル成長が行われ、また、上述のエピタキシャル立方晶系材料に関して述べられた有利な効果の一部を提供することがある。
【００４７】
図５は、キャッピング層として、層状カルコゲン化物などの異方性の強い層状材料を用いる設計を提示している。シリコンＳｉ（１１１）層５０１は、ボトム層を形成している。ｐ型ＧａＳｅの第１の薄膜層５０２は、シリコンＳｉ（１１１）層５０１上で成長する。次に、ｎ型ＩｎＳｅの第２の薄膜層５０３は、ＧａＳｅの第１の薄膜層５０２上で成長する。ＩｎＳｅは、シリコン基板を使用せずに、ＧａＳｅ結晶のすぐ上で成長することがある。
【００４８】
ＩｎＳｅの第２の薄膜層５０３が、この媒体用の相変化層または記録層を形成している。ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ／Ｓｉの組合せは、上述の有利な性質を持つＩｎＳｅ／ＧａＳｅ界面５０４とＧａＳｅ／Ｓｉ界面５０５に接合を形成する。ＩｎＳｅの相変化層すなわち第２の薄膜層５０３の上には、ＧａＳｅ、ＷＳｅ2、ＭｏＳ2、ＭｏＴｅ2、ＧａＳ、ＩｎＳを含む（ただし、それらには限定されない）グラファイトまたは様々な層状カルコゲン化物と同様な、異方性の強い層状材料のキャッピング層５０６が被着される。
【００４９】
本発明は、ある場合には、モリブデン（Ｍｏ）などの堅牢な導電材料の超薄膜層と、酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの任意選択の薄い誘電体層をいっしょに含んで、図６に示されるように、化学的および機械的な安定性を高めることがある。図６から、Ｓｉ（１１１）層６０１は、ＧａＳｅ薄膜層６０２で覆われ、また、ＧａＳｅ薄膜層６０２は、ＩｎＳｅから成るデータ層６０３で覆われる。ＩｎＳｅデータ層６０３上に被着させるものは、薄い誘電体層６０５で覆われた堅牢な導電層６０４である。このような配置構成では、Ｍｏは、その原子番号が比較的に大きく、Ｍｏは、あいにく、電子の伝達を制限することがある。しかしながら、ＭｏとＳｉＯ2誘電体キャップを兼ね備えることにより、ビットの完全消去が可能となり、また、書込みと消去を繰り返すサイクルに直面して、損傷が抑えられる。堅牢なＭｏ層といっしょに、薄い誘電体層を使用すれば、Ｍｏ層をさらに薄くすることができる。さらに薄いＭｏ層を使用すれば、キャッピング層の充分な総体的堅牢性をなお維持しながら、電子伝達または光伝達を向上させることができる。さらに、この誘電体層は、書込みプロセスまたは消去プロセスの間、周囲環境との破壊的な反応から、Ｍｏ層を保護するのに役立つこともある。
【００５０】
本発明は、炭素−ＳｉＯ2の二重層など、本明細書中にリストされた２つ以上の材料から成るキャッピング層をさらに用いることがある。それゆえ、本発明は、高速で、かつ高密度の光学式書込み・消去を行うために、本明細書中に開示された性質および機能を持つ他の材料を用いる他の層状設計に使用できることが、当業者には理解されよう。
【００５１】
本発明を効果的に使用できるやり方を例示する目的で、特別のキャッピング層を用いて、相変化型媒体用の性能を高める方法が、上に述べられてきたが、本発明は、その方法には限定されないことが理解されよう。よって、当業者が考えつくかもしれないすべての変更、変形、またはそれらと同等の配置構成は、併記の特許請求の範囲に定められる本発明の範囲内にあるものと見なされるべきである。
【００５２】
本発明は、以下の添付図面の図に、限定するものとしてではなく、例示として示される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】代表的なフォトダイオード（光ビーム）またはカソードダイオード（電子ビーム）のデータ記憶・検索素子を示す概念図である。
【図２】従来の光記録媒体に用いられる、以前の層状構造、具体的に言えばＺｎＳ−ＳｉＯ2／ＧＳＴ／ＺｎＳ−ＳｉＯ2／Ａｌ構造を示す断面図である。
【図３】キャッピング層としてエピタキシャル材料を用いる媒体の構造を示す断面図である。
【図４】多結晶キャッピング層または導電性アモルファス・キャッピング層などの導電性キャッピング層を用いる媒体の層状構造を示す断面図である。
【図５】異方性の強いキャッピング層（例えば、層状カルコゲン化物から成るもの）を用いる媒体の層状構造を表す断面図である。
【図６】任意選択で薄い誘電体層で覆われる堅牢な高融点材料（例えば、Ｍｏ）の極薄膜層から成るキャッピング層を用いて、再書込み可能な光媒体を形成するように層状にされた材料を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１３０                データ記憶・検索素子
１３２                データ記憶層
１３４                追加層
１３５                ダイオード
１３６                ダイオード界面
１４１、１４２        記憶エリア
１４４                電圧源
２０１                アルミニウム層
２０２                硫化亜鉛・酸化シリコン層
２０３                ＧＳＴ相変化層
２０４                第２の硫化亜鉛・酸化シリコン層
３０１                Ｓｉ（１１１）層
３０２                薄膜層
３０３                第２の薄膜層
３０４                ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ界面
３０５                ＧａＳｅ／Ｓｉ界面
３０６                キャッピング層
４０１                Ｓｉ（１１１）層
４０２                第１の薄膜層
４０３                第２の薄膜層
４０４                ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ界面
４０５                ＧａＳｅ／Ｓｉ界面
４０６                キャッピング層
５０１                Ｓｉ（１１１）層
５０２                第１の薄膜層
５０３                第２の薄膜層
５０４                ＩｎＳｅ／ＧａＳｅ界面
５０５                ＧａＳｅ／Ｓｉ界面
５０６                キャッピング層
６０１                Ｓｉ（１１１）層
６０２                ＧａＳｅ薄膜層
６０３                データ薄膜層
６０４                導電層
６０５                誘電体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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