JP2000076701A - 記録層と反射層との間に中間層を有する光記録要素 - Google Patents

記録層と反射層との間に中間層を有する光記録要素

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optical recording
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Pranab K Raychaudhuri
クマー レイショウドハーリ プラナブ
Fridrich Vazan
ヴァザン フリードリヒ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、CD-RとDVD-R として有用で安定な光
記録要素を提供する。 【解決手段】基板と、基板上に堆積された光記録層と、
記録層上に堆積された光反射層と、3 から30nmの範囲の
膜厚を有し、記録層と反射層の間に挿入された中間層と
より成り、該光記録層がTea Geb C c H d O e を含み、
a 、b 、c 、d 、e はa+b+c+d+e ＝100 である原子パー
セントであり、10＜a ＜40、10＜b ＜60、5 ＜c ＜35、
10＜d ＜35、e ≧0 であり、該中間層がGew C x H y O
z を含み、ここでw 、x 、y 、z はw+x+y+z ＝100 であ
る原子パーセントであり、15＜w ＜65、5 ＜x ＜35、15
＜y ＜40、z ≧0 であることから成る記録可能要素を用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的記憶用の記
録可能な要素に関する。本発明は1996年4 月12日に出願
されたRaychaudhuriらによる発明の名称“A Method of
Forming Recordable Optical Elements Using Low Abso
rption Materials( 低吸収材料を用いた記録可能な光学
的要素を形成する方法) “の米国特許出願第08/631,352
号、1996年4 月12日に出願されたRaychaudhuriらによる
発明の名称”A Method of FormingRecordable Optical
Elements Using Low Absorption Materials( 低吸収材
料を用いた記録可能な光学的要素を形成する方法) “の
米国特許出願第08/631,754号、1996年10月15日に出願さ
れた Raychaudhuri らによる発明の名称”RecordingMed
ia for Recordable Elements(記録可能な要素のための
記録媒体) “の米国特許第08/732,825号、1997年7 月29
日に出願されたOlinらによる発明の名称”HighPerforma
nce Media for Optical Recording( 光記録のための高
性能媒体) “の米国特許出願第08/902,544号の関連出願
であり、この関連出願の開示内容を参考のため本明細書
に引用する。
【０００２】
【従来の技術】80年代初頭にコンパクトディスク(CD)が
登場して以来、CDはディジタル光学的記憶のために、一
般に普及したフォーマットとして確固たる地位を築いて
きた。ディジタルビデオディスク（DVD ）としても知ら
れているが、ディジタル型多用途ディスクは、現在多様
性のある媒体として出現しており、最終的にはCDに取っ
て代わると信じられている。DVD の記録容量はCDのそれ
の７倍である。容量の増大は主に、短波長レーザの使用
とより狭いトラックピッチにより達成される。しかしな
がら、かなり著しい波長依存性のため、一般的には780n
m での追記型CD（CD-R）用の色素は、635nm 波長周辺で
作動する追記型DVD （DVD-R ）へ応用することができな
い。
【０００３】本出願人よる米国特許第5,585,158 号と19
96年4 月12日に出願されたRaychaudhuriらによる発明の
名称“A Method of Forming Recordable Optical Eleme
ntsUsing Low Absorption Materials( 低吸収材料を用
いた記録可能な光学的要素を形成する方法) “の米国特
許出願第08/631,352号、1996年4 月12日に出願されたRa
ychaudhuriらによる発明の名称”A Method of Forming
Recordable Optical Elements Using Low Absorption M
aterials( 低吸収材料を用いた記録可能な光学的要素を
形成する方法) “の米国特許出願第08/631,754号、1996
年10月15日に出願された Raychaudhuri らによる発明の
名称”Recording Media for RecordableElements(記録
可能な要素のための記録媒体) “の米国特許第08/732,8
25号と1997年7 月29日に出願されたOlinらによる発明の
名称”High Performance Media for Optical Recording
( 光記録のための高性能媒体) “の米国特許出願第08/9
02,544号において、Ge-Te-C-H-O 系に基づく光記録薄層
はCD-R光記録要素における記録層として適していること
が明らかにされている。これらの層は光学的性質があま
り波長に依存せず、成分と膜厚の若干の変更によりDVD-
R 光記録要素としても使用可能であると信じられてい
る。
【０００４】光記録要素は、一つあるいはそれ以上のサ
ブ層から成る光記録薄層から作成され、図1 に示すよう
に金の反射層と保護オーバーコートを有している。サブ
層のそれぞれの成分と膜厚はおおよそRmin反射率に相当
するように選択され、さらに熱処理により変質された光
記録要素の性質を有している。よって、調製された光記
録要素はCD-Rに適用可能であると報告されており、さら
にDVD-R 応用にも有用であると信じられている。
【０００５】CD-RとDVD-R は消費者市場を狙っているの
で、コスト低減することがかなり望まれている。金の反
射層に代わり高価でない金属に交換する試みがなされて
おり、銀が室温で安定であると思われ、要求された反射
率を有していることが発見された。95℃近くの高温での
エージングで、ディスクの反射率（基板から測定した）
が減少したが、一方銀の反射率（透明な保護オーバーコ
ートから測定した）は変化しなかった。このことは記録
層/ 銀界面での相互作用が不安定の主原因であることを
示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の点に
鑑みてなされたものであり、CD-RとDVD-R として有用な
費用のかからない反射層を利用した安定な光記録要素を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、(a) 基
板と、基板上に堆積された光記録層と、記録層上に堆積
された光反射層と、3 から30nmの範囲の膜厚を有し、記
録層と反射層の間に挿入された中間層とより成り、該光
記録層はTea Geb C c H d O e を含み、ここでa 、b 、
c 、d 、e はa+b+c+d+e ＝100 である原子パーセントで
あり、10＜a ＜40、10＜b ＜60、5 ＜c ＜35、10＜d ＜
35、e ≧0 であり、該中間層はGew C xH y O z を含
み、ここでw 、x 、y 、z はw+x+y+z ＝100 である原子
パーセントであり、15＜w ＜65、5 ＜x ＜35、15＜y ＜
40、z ≧0 であり、(b) 性能を改善し安定させるため
に、選択されたある時間と温度での熱処理により変えら
れた特性を有する、ことを特徴とする記録可能要素によ
り達成される。
【０００８】本発明に従って製造された光記録要素は、
熱エージングにおける進歩した反射率安定性を含む性能
要因が改善された。意外なことに、本DVD-R 構造におい
て、銀はコントロールのDVD-R ディスク（中間層を含ま
ない金反射層を有する）よりも10% 高い反射率を示し、
DVD-R 仕様に容易に利用できることを発見した。
【０００９】
【発明の実施の形態】反射率に悪い影響を及ぼさずに、
記録層と反射層の双方に反応しない選択された中間層
は、本発明の重要な特徴である。透明な中間層であるこ
とが望ましいが、記録要素の作動に悪い影響を及ぼさな
いごく僅かな吸収はあってもかまわない。さらに記録層
の膜厚は要素の反射率がRminに近づくように選択され
る。“ Rmin に近づくように”という語の使用は、Rmin
に相当する膜厚の±30％以内であることを意味する。Rm
inという語は文献においてよく理解されている。図2 は
記録要素の記録層の膜厚の関数として、反射率の代表的
なプロットを示す。図2 の記録要素は、ポリカーボネイ
ト基板上に形成された半透明記録層とその記録層上に積
層した金反射層を含む。図2 にプロットされた反射率は
780nm 波長で求め、基板から測定した。記録層の光学的
性質と記録層の膜厚の単位は任意である。しかしなが
ら、曲線はこのタイプの記録層を表している。極大値か
ら始まり、反射率は膜厚の増加とともに減少し極小値に
達し、それから再び降下する前に別の極大値へ上昇し、
よって光干渉効果のために無数の局部的な極小と極大が
生じる。記録層の最も膜厚が薄いところでの極小値は、
第１の反射率極小値であり、以後Rminと呼ぶ。説明のた
め、Rminに相当する膜厚をTminと呼ぶ。好ましくは光記
録の膜厚はTminに近づくように選択される。図2 を参照
するに、Rminは約66% であり、Tminは約58膜厚単位であ
る。プロットの性質は同様のままであるが、成分及び/
又は測定波長が変化すれば、RminとTminは図2 に示した
値とは異なってくるであろうことが指摘される。当業者
には光学定数を選択することにより、またはあるいは積
層された記録層の光学的性質に影響を及ぼすパラメータ
ーを調節することにより、Rminを調整できることが分か
るであろう。
【００１０】光記録要素は、Tminに近い膜厚の同一の記
録層上に中間層と共に又は中間層なしで金と銀反射層を
用いることで作成される。Ge-C-H-O中間薄層は効果的な
バリヤー層として作用することが明らかになった。中間
層は3 から30nmの範囲の膜厚であることが望ましいこと
が分かった。中間層は実質的には透明であるべきであ
り、そのことは関心のある波長においてとるに足らない
量のレーザ光吸収を有することを意味する。中間層を持
たない銀反射層を有する光記録要素は熱エージングによ
り反射率が減少するが、前記中間層を有する光記録要素
は全く反射率の減少を示さない。全く予期しなかったこ
とではあるが、銀反射層と中間層を有する光記録要素の
635nm での反射率は、コントロールディスク（中間層を
持たず金反射層を有するディスク）よりも10% 増加し
た。当業者には反射層が金、銀、銅やアルミニウムとそ
れらの合金で構成されていることは理解できよう。
【００１１】光記録要素を図1 に示す。基板10はその上
に記録層12、中間層14と反射層16と保護オーバーコート
18を有する。光記録層12の膜厚はTminに近づくように選
択される。保護オーバーコートは記録にとっては機能層
ではないので、説明は省略する。記録は記録層12に書き
込みレーザを集光させて、記録層12上にマークすること
により行われる。集光されたレーザビームは記録層12を
熱し、室温以上のかなりの温度に上昇させ、光記録要素
における物理的変化を誘発する。起こりそうな変化は層
中の金属成分の凝集、あるいは材料の分解により気化種
が発生し、泡、ボイド、穴の形で光記録要素の変形を引
き起こす。基板のある種の歪みも誘発される。いずれに
しても、これらの変化のいくつかあるいはすべての組み
合わせによりマークを形成し、それからそのマークは集
光されたリードレーザビームによりリードバックされ
る。
【００１２】光ディスクの構造だけでなく光記録と再生
プロセスの詳細な記述は、アランB. マーチャント(199
0)の“Optical Recording"を参照されたい。基板 基板10は表面処理を施してある、あるいは施してない光
学的に透明な樹脂から成る。基板は透明であり、基板10
を通して記録層12に光照射される。図1 の具体例の好ま
しい樹脂はポリカーボネートあるいはポリアクリレート
であった。基板10はレーザトラッキング用のガイドグル
ーブを含んでもよい。記録層12 本発明ではTea Geb C c H d O e を含むスパッタリング
された層を使用する。ここで、a 、b 、c 、d 、e はa+
b+c+d+e ＝100 である原子パーセントであり、10＜a ＜
40、10＜b ＜60、5 ＜c ＜35、10＜d ＜35、e ≧0 であ
る。好ましい記録層12は複数の層を含むことが可能であ
る。図１には２つの層が示され、それらはサブ層12a と
12b と呼ばれる。記録層堆積の実際の方法は、直流反応
性スパッタリング法であった。合金スパッタリング法
は、TeとGeの双方を含む単一ターゲットを用いることも
できる。合金ターゲットはメルトキャスティングあるい
は粉末冶金技法により調整可能である。記録層12はま
た、単一元素から構成される各ターゲット中でのコスパ
ッタリング（cosputtering）により堆積可能でもある。
雰囲気中にはアルゴンやクリプトンのようなスパッター
ガスとメタン、アセチレン、と他の炭化水素のような反
応性ガスを含む。有用な層は水素や二酸化炭素のような
他のガスを用いることにより調整することもできる。好
ましい実施例においては、サブ層12a は前もって決めら
れた時間の間、低流速のメタンの下で基板10に堆積さ
れ、その後サブ層12a と比べて異なった組成を有するサ
ブ層12b が、高流速でサブ層12a 上に堆積される。換言
すれば、中間層14に相接する記録層12の部分は、基板10
に相接する記録層12の部分よりは炭化水素の含有量が高
い。好ましくは、サブ層12b は増加した流速のメタンで
形成される。組み合わされた層12は、その膜厚がTminに
近くなるようにする。記録層12はさらに、堆積が進行す
ることにより徐々にスパッタリングガスの炭化水素成分
が増大することにより、膜厚に沿ってグレードされた成
分を有する。そのような場合、記録層12はその膜厚に沿
って連続的にグレードされ、Tea Geb C c H d O e を含
み、ここでa 、b、c 、d 、e はa+b+c+d+e ＝100 であ
る原子パーセントであり、10＜a ＜40、10＜b ＜60、5
＜c ＜35、10＜d ＜35、e ≧0 である。中間層14 本発明では、Gew C x H y O z を含む中間層14を用い、
ここでw 、x 、y 、zはw+x+y+z ＝100 である原子パー
セントであり、15＜w ＜65、5 ＜x ＜35、15＜y ＜40、
z ≧0 である。中間層14の堆積方法は、Geターゲットか
らの直流反応性スパッタリング法であった。雰囲気はア
ルゴンやクリプトンのようなスパッターガスとメタン、
アセチレン、と他の炭化水素のような反応性ガスを含
む。有用な中間層14はさらに、水素や二酸化炭素のよう
な他のガスを用いることにより調整できる。具体例にお
いて中間層14は3 から30nmの膜厚の範囲で、実質的に透
明であることが望ましい。反射層16 反射層16は高反射率の金属と合金から成る。有用な層は
真空中で堆積される、あるいはスパッタリングされる。
金が最もよく利用されているが、好ましい反射層16は70
nmであった。保護オーバーコート層18 オーバーコート層18は反射層に対して安定で非反応性材
料から作成される。そのような材料の例としては紫外線
硬化可能な樹脂と数ミクロン膜厚の接着剤がある。熱処理 記録要素は熱処理される。記録要素は熱により改善され
た性質を有することができる。熱処理は少なくとも4 時
間、50℃以上の温度でエアーオーブン（air oven）中で
行われる。一般的にはより高温で、より長い温度で実施
されるほうが有利である。熱処理の温度と時間はポリカ
ーボネート基板の可塑化と反射層16と反応により制限さ
れる。以下の表は、95℃でのさまざまなディスクの異な
った時間熱処理をした結果例を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】サンプル 同一構造とプロセスを利用した14枚のディスクを、各デ
ィスクが635nm 応用でのTminが実質的に同等な膜厚を有
するように調整した。これらの記録層は以下の調整条件
下で、溝のあるポリカーボネート基板上に迅速に次々と
堆積された。調整準備 記録層：サブ層12a 2 つのTeターゲット(WTe) のそれぞれへパワー入力 −
40ワット 2 つのGeターゲット(WGe) のそれぞれへパワー入力 −
180 ワット アルゴンの流速 − 13.3 SCCM （標準cm3/s ） メタンの流速 − 6.0 SCCM 堆積時間 − 3.5 秒記録層：サブ層12b 2 つのTeターゲット(WTe) のそれぞれへパワー入力 −
40ワット 2 つのGeターゲット(WGe) のそれぞれへパワー入力 −
180 ワット アルゴンの流速 − 13.3 SCCM （標準cm3/s ） メタンの流速 − 10.0 SCCM 堆積時間 − 7.0 秒 これら14枚のディスクは3 つのグループに分けられた。
【００１５】グループ１ − ディスク番号＃11、12、
13、14は金コントロールディスクである。ディスクは
金、700 オングストローム膜厚のスパッタリングされた
反射層を有していた。 グループ2 − ディスク番号＃8 、9 、10は銀コント
ロールディスクである。ディスクは銀、700 オングスト
ローム膜厚のスパッタリングされた反射層を有してい
た。
【００１６】グループ３ − ディスク番号＃1 から7
は同じ銀、700 オングストローム膜厚のスパッタリング
された反射層を有し、中間層の膜厚を変化させて作成さ
れた。グループ３ディスクは以下の条件にて別々のコー
ターを用いて、堆積された中間層を有した。 Geターゲットへパワー入力 − 35ワット アルゴンの流速 − 18.0 SCCM メタンの流速 − 7.0 SCCM 堆積時間 − 30、20、15、10と5 秒 中間層の補正された膜厚は、ディスク＃1 で12.6nm、デ
ィスク＃2 で8.4nm 、ディスク＃3 で6.3nm 、ディスク
＃4 と5 で4.2nm とディスク＃6 と7 で2.1nmであっ
た。
【００１７】14枚のディスクはどれも保護膜は有してい
なかった。ディスクは1 日間95℃で熱処理された。ディ
スクの安定性はそれらをエアーオーブン中でエージング
し、定期的にディスクを取りだし、分光光度計を用いて
635nm での反射率を測定することにより求めた。図3
（表1 も参照）を参照すれば、3 つのグループのディス
クには95℃での熱エージングの関数として、635nm での
パーセント反射率を示す。エージングデータは80℃、85
%RH 下での1 日（日３）の定温放置を含む。これらのデ
ータから、グループ1 ディスク（金反射層で中間層を有
しないコントロールディスク）の反射率はエージングと
ともに緩やかに増加し、一方グループ2 のディスク（銀
コントロールディスク）には反対のことが当てはまる。
1 日エージングさせると、銀コントロールディスクの反
射率は金コントロールディスクのそれより約8 から9 ％
低い。光学定数を基礎として、銀コントロールディスク
の反射率は金コントロールディスクより高いことが期待
された。事実は、銀ディスクはエージングの日数により
著しく減少することを示唆していない。4.2nm までの中
間層を有するグループ3 ディスクは、初期には高い反射
率を示すが、エージングにより連続的に減少する。実際
上、それらの反射率は銀コントロールディスクのそれと
同じであり、中間層の薄膜は効果的でないことを示して
いる。しかしながら、6.3nm とそれ以上の厚い中間層の
3 枚のディスクは、12日間のエージング後でも反射率を
保持していた。データはさらに、これらのディスクは別
の長所があると考えられている金コントロールディスク
よりも著しく高い反射率を有することを示す。
【００１８】3 から30nmの範囲の膜厚を有する中間層を
持つ記録要素は、明らかにその性能を改善安定させるた
めに、ある時間と選択された温度での熱処理により改質
された性質を有する。本発明は確実な好ましい具体例に
関連するものとともに詳細に記述されたが、本発明の精
神と意図の範囲内で、変形と変更は実施できるものと理
解されるであろう。
【００１９】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、基板と、
基板上に設けられた光記録層と、記録層上に積層された
光反射層と、3 から30nmの範囲の膜厚を有する中間層が
記録層と反射層の間に挿入されており、光記録層がTea
Geb C c H d O e 、a 、b 、c、d 、とe はa+b+c+d+e
＝100 である原子パーセントであり、10＜a ＜40、10＜
b ＜60、5 ＜c ＜35、10＜d ＜35、e ≧0 である化合物
を含み、中間層がGew C x H y O z 、w 、x 、y 、とz
はw+x+y+z ＝100 である原子パーセントであり、15＜w
＜65、5 ＜x ＜35、15＜y ＜40、z ≧0 である化合物を
含むことから成り、安定な記録要素が作成可能である。
高価な金の反射層に代わり、銀の反射層を用いることで
高い反射率を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った光記録要素を、断面から概略表
現したものである。
【図２】記録層の膜厚に対して、記録要素の反射率をプ
ロットしたものである。
【図３】本発明の記録要素と金と銀コントロールディス
クの熱エージングの関数とした反射率をプロットしたも
のである。
【符号の説明】
１０ 基板 １２a サブ層 １２b サブ層 １４ 中間層 １６ 反射層 １８ オーバーコート

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】(a) 基板と、基板上に堆積された光記録
    層と、記録層上に堆積された光反射層と、3 から30nmの
    範囲の膜厚を有し、記録層と反射層の間に挿入された中
    間層とより成り、該光記録層はTea Geb C c H d O e を
    有し、ここでa 、b 、c 、d 、e はa+b+c+d+e ＝100 で
    ある原子パーセントであり、10＜a ＜40、10＜b ＜60、
    5 ＜c ＜35、10＜d ＜35、e ≧0 であり、該中間層はGe
    w C xH y O z を含み、ここでw 、x 、y 、z はw+x+y+z
    ＝100 である原子パーセントであり、15＜w ＜65、5
    ＜x ＜35、15＜y ＜40、z ≧0 であり、(b) 性能を改
    善し安定させるために、選択されたある時間と温度での
    熱処理により変えられた特性を有する、ことを特徴とす
    る記録可能要素。
  2. 【請求項２】（a ） 基板と、基板上に堆積された光記
    録層と、記録層上に堆積された光反射層と、3 から30nm
    の範囲の膜厚を有し、記録層と反射層の間に挿入された
    中間層とより成り、該記録層が各々Tea Geb C c H d O
    e を含む複数のサブ層を含み、ここでa 、b 、c 、d 、
    e はa+b+c+d+e ＝100 である原子パーセントであり、10
    ＜a ＜40、10＜b ＜60、5 ＜c ＜35、10＜d ＜35、e ≧
    0 であり、該中間層はGew C x H y O z を含み、ここで
    w 、x 、y 、z はw+x+y+z ＝100 である原子パーセント
    であり、15＜w ＜65、5 ＜x ＜35、15＜y ＜40、z ≧0
    であり、(b) 性能を改善し安定させるために、選択さ
    れたある時間と温度での熱処理により変えられた特性を
    有する、ことを特徴とする記録可能要素。
  3. 【請求項３】 中間層に隣るサブ層は基板に隣るサブ層
    よりも多くの炭化水素含有量を有することを特徴とする
    請求項2 記載の記録可能要素。
  4. 【請求項４】 (a) 基板と、基板上に堆積された光記
    録層と、記録層上に堆積された光反射層と、3 から30nm
    の範囲の膜厚を有し、記録層と反射層の間に挿入された
    中間層とより成り、該記録要素はその厚さに沿って連続
    的にグレードされ、Tea Geb C c H d O e を含み、ここ
    でa 、b 、c 、d 、e はa+b+c+d+e ＝100 である原子パ
    ーセントであり、10＜a ＜40、10＜b ＜60、5 ＜c ＜3
    5、10＜d ＜35、e ≧0 であり、該中間層はGew C x H
    y O z を含み、w 、x 、y 、z はw+x+y+z ＝100 である
    原子パーセントであり、15＜w ＜65、5 ＜x ＜35、15＜
    y＜40、z ≧0 であり、(b) 性能を改善し安定させる
    ために、選択されたある時間と温度での熱処理により変
    えられた特性を有する、ことを特徴とする記録可能要
    素。
JP11084145A 1998-04-01 1999-03-26 記録層と反射層との間に中間層を有する光記録要素 Pending JP2000076701A (ja)

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