[发明专利]光学记录中作为相变媒质的Ⅲ族金属氮化物薄膜

说明书

本发明一般地涉及用于存储应用的光学记录媒质，具体地涉及光学记录中作为相变媒质材料的Ⅲ族金属氮化物，特别是写一次，读多次的光学记录。

在用于存储应用的光学记录中，例如，半导体激光器射出的聚焦入射光束，在适当的材料(媒质)薄膜上读或写数据。写(编码)通常通过改变媒质的磁光特性或媒质的反射率而形成数据，数据是随着其强度以脉冲开关方式变化的波束在媒质表面扫描而受到照射和加热的区域。在读操作中，激光束入射到数据上，由于媒质极性的改变(对磁光学记录)或反射率的改变(对相变合金，有机染料/聚合物，或剥离媒质)，反射光束受到调制。本发明是关于相变媒质。

相变媒质可应用于“写一次读多次”(WORM)和可擦写光学存储中。本发明主要是关于WORM系统。目前使用的典型WORM材料是碲(Te)或硒(Se)基薄膜，它们可利用材料的剥离形成反射率的改变。还在使用的其它材料是InSbSn或其它金属合金，它们利用从非晶态到晶态的相变来得到反射率对比。这些材料有若干缺点。首先，由于相存在再结晶化的可能，存储的稳定性是一个问题。第二，Te和Se在空气中不稳定，而且有毒。第三，这些材料的反射率差异或信号对比(通常定义为｜(R_w-R_s)/(R_w+R_s)｜，其中R_s和R_w分别是起始相反射率和写入相反射率)在20-30％的范围内。因此，需要给相变媒质提供相对于上述三点的改进特性。此外，期望在今后五年中采用短波长(600nm及更短)半导体注入型激光器，以得到更高的存储密度，因此有必要使相变媒质与这些激光器相匹配。

本发明提供了基于Ⅲ族金属氮化物半导体的、用于光学存储的相变媒质。这些宽禁带半导体薄膜的表面通过用能量等于、或大于材料禁带宽度，且能量密度超过临界阈值的光子照射而金属化(通过脱氮作用)。作为这一可写金属化的结果，这些材料成为写一次、读多次存储媒质的极好的选择物，因为金属和相应的宽禁带氮化物之间的反射率差异非常之大。此外，一旦完成脱氮，写操作之后的金属相就不再能够恢复到氮化物相，因此媒质是稳定的、并且是真正的写一次系统。这些材料所提供的、超过目前相变媒质的其它优点包括高的反射率对比差和适用于使用短波长激光二极管(460nm及更短)，在今后5年中，这种二极管将应用在光学记录技术中。Ⅲ族金属氮化物合金的禁带宽度可通过改变Ⅲ族金属的组份进行调节，以便连续地改变禁带宽度，这样使之与具有该范围内光子能量的激光相匹配。对于适当的记录波长，初始相的低吸收率和因此带来的高透射率为这些材料在多记录层格式方面带来了潜在的应用前景。

根据下面结合附图的描述，本发明的上述及其它优点将变得更加明确，其中：

图1是相变光学存储媒质结构的截面简图。

图2是显示了以垂直入射模式拍摄的、Al在AlN上的金属化图样的光反射显微照片。

图3是刻蚀掉图2中的金属化Al之后的、横跨金属化图样表面的表面轮廓轨迹。

图4是显示了以垂直入射模式拍摄的、In在InN上的金属化图样的光反射显微照片。

图5显示了在248nm波长处，计算得到的作为厚度函数的、AlN薄膜的反射率，传输率，和对比度。

图6A,B和C显示了应用本发明相变媒质的多层记录光盘的三种结构。

图7A显示了当记录激光具有单一波长时，图6A,B和C所示多层记录光盘的理想吸收特性。

图7B显示了当记录激光具有多种波长时，图6A,B和C所示多层记录光盘的理想吸收特性。

本发明提供了以周期表中Ⅲ族金属元素和氮构成的氮化物半导体，例如，AlN,InN和GaN，为基础的并用于光学存储的相变媒质。可以利用Ⅲ族金属与氮构成的合金，例如，InGaAlN，并能提供独有的特性，因为它们的禁带宽度可以通过调节合金组份而改变或调节，因此可与写光束的波长匹配。