JP2001067722A - 光記録媒体 - Google Patents

光記録媒体

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JP2001067722A
JP2001067722A JP24418999A JP24418999A JP2001067722A JP 2001067722 A JP2001067722 A JP 2001067722A JP 24418999 A JP24418999 A JP 24418999A JP 24418999 A JP24418999 A JP 24418999A JP 2001067722 A JP2001067722 A JP 2001067722A
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thermal conductivity
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Tomohiro Okawa
智啓 大川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】記録層の放熱性を改善して記録層の急速な冷却
を可能とし、記録ビット端部のジッター特性を向上さ
せ、また高速記録および高速消去を可能とするととも
に、繰り返し記録再生に対するOW消去特性やジッター
特性の劣化を抑制する。 【解決手段】透明基板11上に第一の界面制御層13、
照射する光の出力に応じて非晶質又は結晶質に相変化す
る記録層14、第二の界面制御層15及び反射層17が
順次積層され、第一の界面制御層13の熱伝導率をσ1
、第二の界面制御層15の熱伝導率をσ2 とした場
合、σ1 /σ2 ≦0.8またはσ1 /σ2 ≧1.2であ
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、照射するレーザ光
等の光線の出力に応じて非晶質または結晶質の2状態に
相変化する記録層を有し、前記2状態における記録ビッ
トの光の反射率差を利用してデジタル情報を記録、再生
するものであって、書き換え可能な光記録媒体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の相転移を利用した書き換え可能な
光記録媒体M(以下、媒体Mという)の部分断面図を図
2に示す。同図において、1はポリカーボネート等の樹
脂、ガラス等から成るディスク状の基板、2はZnS−
SiO2 等から成る第1透明誘電体層、3はGeTe等
から成り非晶質または結晶質の2状態に相変化可能な記
録層、4はZnS−SiO2 等から成る第2透明誘電体
層、5はAl等の高反射率材料から成る反射層である。
【0003】このような書き換え可能な媒体Mにおい
て、記録層3は結晶質状態と非結晶質状態とで光の反射
率が異なっており、一般的には結晶質状態の方が反射率
が高い。そして、媒体Mの動作原理は以下のようなもの
である。まず、記録層3の全ての記録ビットを結晶化し
ておく。即ち、反射率が高い状態とし初期化しておく。
情報の書込には、媒体Mを回転させながら2種のレーザ
パワーにパルス変調されたレーザビームを照射し、高出
力(10数〜20mW程度)のレーザビームが照射され
た記録ビットでは記録層3材料の融点よりも高温にな
り、溶融して急冷され非晶質化する。一方、中出力(5
〜10mW程度)のレーザビームが照射された記録ビッ
トでは、前記融点以下の結晶化可能温度範囲まで昇温さ
れた後、冷却され結晶質状態になる。
【0004】上記の書込動作は、古い情報が残留してい
る上から直接行うことができ、各記録ビットは新しい情
報に対応した状態に変化する。つまり、重ね書きによる
オーバーライト(Over Writeで、以下、OWと略す)が
可能である。再生は、読取用の低出力(1〜2mW程
度)のレーザビームを照射して、高反射率の結晶質相か
低反射率の非晶質相かを判読し、0,1のデジタル情報
として読み取る。
【0005】記録層3の材料としては、Te,Se,S
のうちの1元素を含む材料のカルコゲン化物が適してお
り、カルコゲン化物は非晶質になりやすいという特徴が
ある。具体的には、GeTe系材料、GeSbTe系材
料、InSeTlCo系材料、InSbTe系材料等が
ある。
【0006】そして、従来、このような相変化型の媒体
Mにおいて、相変化型の記録層に接して両側或いは片側
に形成した界面制御層を備え、界面制御層が、1000
℃での標準生成自由エネルギーが−400kJ/mol
2 から−800kJ/molO2 の範囲にある酸化物
からなり、具体的にはCr2 3 ,SiO2 ,Ta2
5 ,TiO2 ,V2 3 のうちのいずれか一種或いはこ
れらの組み合わせとすることにより、界面制御層を熱的
に安定な酸化物とすることで、記録、消去の繰り返しに
よる記録層の破壊が生じ難いものが提案されている(従
来例1:特開平5−144083号公報参照)。
【0007】また、従来例2として、相変化型の記録層
に接して両側或いは片側に形成した界面制御層を備え、
界面制御層の主成分がイオン半径1.0Å以上の陽イオ
ンとO2-イオンの化合した酸化物、即ちY,La,C
e,Gd,Dy,Thのうちのいずれか一種或いはこれ
らの組み合わせとすることにより、界面制御層を熱的に
安定な酸化物とすることで、記録、消去の繰り返しによ
る記録層の破壊が生じ難いものが公知である(従来例
2:特開平5−342632号公報参照)。
【0008】更に、従来例3として、基板上に形成され
た相変化型の記録層と、記録層上及び/又は基板と記録
層との間に形成された誘電体保護層とを具備する情報記
録媒体であって、誘電体保護層と記録層との間に、記録
層材料よりも融点が高く記録層材料と固溶しない金属、
合金又は金属間化合物からなる境界層を有し、該境界層
がW,Ta,Re,Ir,Os,Hf,Mo,Nb,R
u,Tc,Rh,Zr、これら金属の2種以上の合金、
Ta−W,W−Si,Mo−Si及びNb−Alからな
る群から選択されたものからなることにより、誘電体保
護層と記録層との付着性が向上し、優れた繰り返し特性
を有する情報記録媒体が知られている(従来例3:特開
平7−262614号公報参照)。
【0009】従来例4として、相変化型の記録層に隣接
して、金属粒子を誘電体中に分散させた混合膜からな
り、記録層の結晶粒子サイズを制御する作用を有するシ
ード層を設けることにより、微小記録マークを形成した
場合にマークエッジの乱れが小さくジッター特性が良好
なものが公知である(従来例4:特開平10−1060
27号公報参照)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
上記の相変化型の記録層においては、結晶質相と非晶質
相のいずれも再現性良く安定に形成されると共に、両相
間を高速かつ可逆的に転移可能であるという特性が必要
であるのに対し、結晶質相と非晶質相の一方が安定に形
成されても他方が不安定になり易く、また繰り返し記録
再生に対してOW消去特性やジッター特性が劣化し易い
という問題点があった。
【0011】また、上記従来例1〜4は、相変化型の記
録層に接して両側或いは片側に界面制御層を形成するこ
とで、記録、消去の繰り返しによる記録層の破壊を生じ
難くくしたもの、およびジッター特性を良好にしたもの
に関し、記録層の上下に隣接する界面制御層間でその種
類は同一である。即ち、記録層の上側および下側での熱
的条件は同じである。さらに、上述した結晶質相と非晶
質相の一方の形成が不安定になり易いという点について
は、従来例1〜4では全く言及していない。
【0012】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は、相変化型の記録層が結晶
質相と非晶質相の2状態に相変化する際に、前記2状態
のいずれも再現性良く安定に形成され、また繰り返し記
録再生に対するOW消去特性やジッター特性の劣化を抑
制することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の光記録媒体は、
透明基板上に第一の界面制御層、照射する光の出力に応
じて非晶質又は結晶質に相変化する記録層、第二の界面
制御層および反射層が順次積層され、前記第一の界面制
御層の熱伝導率をσ1 、第二の界面制御層の熱伝導率を
σ2 とした場合、σ1 /σ2 ≦0.8またはσ1 /σ2
≧1.2であることを特徴とする。
【0014】本発明は、上記構成により、記録層から第
一の界面制御層と第二の界面制御層への熱伝導性の傾斜
をいずれか一方で大きくすることで、第一の界面制御層
と第二の界面制御層のいずれか一方への放熱性を大きく
する。すると、記録層の急速な冷却が可能となるため、
照射する光の出力を大きくでき記録ビット端部のジッタ
ー特性を改善できる。また、結晶質相と非晶質相の2状
態間の可逆的な相転移が安定的かつ高速に行われるた
め、高速記録および高速消去が可能となるとともに、繰
り返し記録再生に対するOW消去特性やジッター特性の
劣化が抑制できる。
【0015】また本発明において、好ましくは、前記記
録層はカルコゲン化物から成り、前記第一の界面制御層
および第二の界面制御層は、Al,Si,Ti,Co,
Ni,Ga,Ge,Sb,Te,In,Au,Ag,Z
r,Bi,Pt,Pd,Cd,P,Ca,Sr,Cr,
Y,Se,La,Liから成る元素群の各単体、前記元
素群のうち1種以上を含む窒化物、前記元素群のうち1
種以上を含む酸化物、前記元素群のうち1種以上を含む
炭化物または前記元素群のうち1種以上を含む硫化物か
ら選択されることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の媒体M1の基本的な層構
成を図1に示す。同図において、11はポリカーボネー
ト,ポリオレフィン,ポリアセタール,エポキシ樹脂,
アクリル樹脂,ガラス,樹脂層を表面に形成した強化ガ
ラス,透光性セラミックス等から成るディスク状の透明
基板、12はZnS−SiO2 等から成る第一透明誘電
体層、13は第一の界面制御層、14は相変化型の記録
層、15は第二の界面制御層、16はZnS−SiO2
等から成る第二透明誘電体層、17はAl等から成る反
射層である。
【0017】本発明において、記録層14はGeTe,
GeSbTe,InSeTlCo,InSbTe等のカ
ルコゲン化物から成る材料がよく、なかでもGeTe,
GeSbTeが書き換え可能回数が大きく、結晶化する
際に短時間の結晶化が可能であり、非晶質状態の安定性
も高いという点で好ましい。
【0018】また、Gea Sbb Tec {a+b+c=
100at(原子)%}とした場合、5at%≦a≦7
0at%がよく、a<5at%では相変化速度が遅く、
70at%<aでは非晶質状態が不安定になる。0at
%≦b≦50at%がよく、50at%<bでは非晶質
状態が不安定になる。40at%≦c≦70at%がよ
く、c<40at%では結晶化温度が高くなりすぎ、7
0at%<cのときも結晶化温度が高くなりすぎる。ま
た、記録層14の厚さは、5〜50nmがよく、5nm
未満では結晶質状態と非晶質状態間の反射率差が小さく
なり、50nmを超えると繰り返し記録再生によるBE
R(Bit Error Rate)等の特性劣化が大きくなる。より好
ましくは、10〜40nmである。
【0019】上記第一,第二透明誘電体層12,16
は、記録層14および第一,第二の界面制御層13,1
5の保護層として機能するものであり、その材質は、Z
nS−SiO2 ,SiN系材料,SiON系材料,Si
2 ,SiO,TiO2 ,Al2 3 ,Y2 3 ,Ta
N,AlN,ZnS,Sb2 3 ,SnSe2 ,Sb2
Se3 ,CeF3 ,アモルファスSi(以下、a−Si
と表記する),TiB2,B4 C,B,C等が好まし
い。
【0020】特に、ZnS−SiO2 がよく、この材料
は高温での特性変化が少ない。(ZnS)x (Si
2 100-x とした場合、60at%≦x≦95at%
が好適であり、x<60at%では耐熱性が悪く、x>
95at%ではZnSの粒径が大きくなりジッターを劣
化させる。
【0021】また、反射層17は反射率が高いAl,A
lCr合金,AlCu合金,AlTi合金,Au,A
g,AuCu合金,Pt,AuPt合金等が好ましく用
いられる。
【0022】本発明において、第一の界面制御層13の
熱伝導率をσ1 、第二の界面制御層15の熱伝導率をσ
2 とした場合、σ1 /σ2 ≦0.8またはσ1 /σ2 ≧
1.2であり、0.8<σ1 /σ2 <1.2の場合、記
録層14の放熱性が低下するため照射する光の出力を小
さくしなければならず、その結果記録ビット端部のジッ
ター特性が劣化し、また結晶質相と非晶質相の2状態間
の可逆的な相転移が不安定になると共に高速性が失われ
る。そのため、高速記録および高速消去が困難となり、
繰り返し記録再生に対するOW消去特性等も劣化し易
い。好ましくは、0.1≦σ1 /σ2 ≦0.8または
1.2≦σ1 /σ2 ≦10.0であり、σ1/σ2 <
0.1または10.0<σ1 /σ2 の場合、記録層14
における可逆的な相転移が不安定なり、例えば高速記録
は可能だが、消去ができなくなるといった問題が生じ
る。
【0023】また本発明では、照射する光の入射側に位
置する界面制御層の熱伝導率よりも、光の入射側と反対
側に位置する界面制御層の熱伝導率を大きくした方が、
放熱性がさらに向上し、安定かつ高速な相転移がなされ
る。図1の場合、第一の界面制御層13の熱伝導率σ1
よりも第二の界面制御層15の熱伝導率σ2 の方を大き
くするのが良く、従ってσ1 /σ2 ≦0.8とする方が
好ましい。逆に、第二の界面制御層15側より光を入射
する場合、σ1 /σ2 ≧1.2とするのが良い。
【0024】本発明の第一の界面制御層13および第二
の界面制御層15は、Al,Si,Ti,Co,Ni,
Ga,Ge,Sb,Te,In,Au,Ag,Zr,B
i,Pt,Pd,Cd,P,Ca,Sr,Cr,Y,S
e,La,Liから成る元素群の各単体、前記元素群の
うち1種以上を含む窒化物、前記元素群のうち1種以上
を含む酸化物、前記元素群のうち1種以上を含む炭化物
または前記元素群のうち1種以上を含む硫化物から選択
されるのが良く、この元素群を成す各元素およびそれら
の化合物は成膜条件を変えることによりそれらの熱伝導
率を容易に制御できるという点で好ましい。
【0025】そして、本発明では、σ1 /σ2 ≦0.8
またはσ1 /σ2 ≧1.2となるように、第一の界面制
御層13および第二の界面制御層15の組成を、前記元
素群の各単体またはその化合物とから選択する。例え
ば、σ1 /σ2 ≦0.8となる好ましい組み合わせとし
て、GeN(第一の界面制御層13)とGeCrN(第
二の界面制御層15)とする組み合わせ、同様にGaO
とSiN,SiCNとSiN,CrOとSiN,GeT
iNとSiN等がある。このうち、GeNとGeCrN
の組み合わせがより好ましく、この場合GeNとGeC
rNとも屈折率が2.0〜2.3の高屈折率になり、他
の層との界面での光反射性が高まり光のエンハンスメン
ト効果が向上し、その結果C/N比等が向上する。
【0026】またσ1 /σ2 ≧1.2となる好ましい組
み合わせとして、SiN(第一の界面制御層13)と成
膜条件の異なるSiN(第二の界面制御層15)とする
組み合わせ、同様にGeCrNとGeN,YAlSiO
NとGeCrN,SiNとAlSiON,SiTiNと
SiN,InOとSiN,SiCaOとSiN,SiA
lPONとSiN,CrSOとSiN,CoSOとSi
N,SiNiNとSiN,SiAuNとSiN,AgO
とSiN,ZrOとSiN,BiOとSiN,SiPd
NとSiN,SiCdNとSiN,SiSrNとSi
N,SeOとSiN,LaOとSiN,GeLiNとS
iN,ZrOとSiN等がある。このうち、YAlSi
ONとGeCrNの組み合わせがより好ましく、この場
合YAlSiONとGeCrNとも屈折率が2.0〜
2.3の高屈折率になり、他の層との界面での光反射性
が高まり光のエンハンスメント効果が向上し、その結果
C/N比等が向上する。
【0027】このような第一の界面制御層13および第
二の界面制御層15は、1種のターゲット又は複合ター
ゲットを用いたスパッタリング法により成膜され、その
際雰囲気ガスを不活性ガスに窒素,酸素等を混合させて
反応性スパッタリングを行うことによっても成膜するこ
とができる。
【0028】かくして、本発明の光記録媒体は、記録層
の急速な冷却が可能となるため、照射する光の出力を大
きくして記録ビット端部のジッター特性を改善でき、ま
た結晶質相と非晶質相の2状態間の可逆的な相転移が安
定的かつ高速に行われるため、高速記録および高速消去
が可能となり、繰り返し記録再生に対するOW消去特性
等も向上する。
【0029】本発明において、上記各層を透明基板11
の両面に各々積層するか、片面に上記各層を積層した2
枚の透明基板11を貼り付けることにより、2倍の記録
容量としてもよい。また、本発明は、レーザビームをパ
ルス変調する光強度変調方式によるものに限らず、電子
ビーム、電磁波等のエネルギー線による加熱方式も応用
可能である。本発明の媒体M1は書き換え可能な光ディ
スクであり、CD−RW(compact disc rewritable
),DVD−RW(digital versatile disc rewritab
le )等の光ディスクに適用できる。
【0030】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更は何等差し支えない。
【0031】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。
【0032】(実施例)図1の媒体M1(光ディスク)
を以下のようにして構成した。ポリカーボネートから成
る3.5インチ径のディスク状の透明基板11の主面上
に、以下の各層をマグネトロンスパッタリング法により
順次成膜した。
【0033】膜厚約1200Å,(ZnS)80(SiO
2 20から成る第一透明誘電体層12、膜厚約80Åの
各種材料(表1)からなる第一の界面制御層13、膜厚
約160Å,Ge2 Sb2 Te5 から成る記録層14、
膜厚約80Åの各種材料(表1)からなる第二の界面制
御層15、膜厚約200Å,(ZnS)80(SiO2
20から成る第二透明誘電体層16、膜厚約1000Å,
AlCr合金から成る反射層17である。
【0034】そして、これらについて、第一の界面制御
層13の熱伝導率σ1 と第二の界面制御層の熱伝導率σ
2 との比σr 、光ディスクの最外周部のトラックの線速
度が6m/secで再生した場合の記録ビット端部のジ
ッター特性(%)、線速度6m/secで記録再生した
場合のOW消去率(dB)、線速度15m/secで記
録再生した場合の高速OW消去率(dB)を測定した結
果を表1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】尚、上記OW消去率の測定は以下のように
して行った。まず、光ディスクの最外周部のトラックの
線速度を6m/secまたは15m/secとし、光波
長830nmで13mW(非晶質状態に対応)と5mW
(結晶質状態に対応)にパルス変調されたレーザビーム
を照射し、4.91MHz、パルス幅30nsで記録を
行い、次いで1.84MHz、パルス幅30nsでOW
し、OW前の4.91MHzでのキャリアレベルとOW
後の4.91MHzでのキャリアレベルの差をOW消去
率とした。
【0037】表1に示すように、本発明品(NO.1〜
27)はジッター特性が8.8%以下、OW消去率が−
30.2dB以下と小さく、また高速OW消去率も−2
3.0dB以下と小さかった。一方、本発明の範囲外の
もの(NO.28〜30)では、ジッター特性が20.
8%以上、OW消去率が−10.2dB以上、高速OW
消去率が−7.4dB以上と劣化した。
【0038】尚、表1のNO.1で、ととではその
成膜条件が異なる。即ち、の場合、と比較して、A
r,N2 雰囲気中のAr/N2 比が低く、雰囲気の全圧
が高く、成膜時の入力パワーを高くしてあり、その結果
のSiNの方がのSiNよりも緻密な膜となり熱伝
導率が大きくなるようにした。
【0039】
【発明の効果】本発明は、第一の界面制御層の熱伝導率
をσ1 、第二の界面制御層の熱伝導率をσ2 とした場
合、σ1 /σ2 ≦0.8またはσ1 /σ2 ≧1.2であ
ることにより、記録層から第一の界面制御層と第二の界
面制御層への熱伝導性の傾斜をいずれか一方で大きくす
ることで、記録層の放熱性が改善されて記録層の急速な
冷却が可能となるため、照射する光の出力を大きくでき
記録ビット端部のジッター特性が良好なものとなる。ま
た、結晶質相と非晶質相の2状態間の可逆的な相転移が
安定的かつ高速に行われるため、高速記録および高速消
去が可能となるとともに、繰り返し記録再生に対するO
W消去特性やジッター特性の劣化が抑制できるという作
用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光記録媒体M1の部分断面図である。
【図2】従来の光記録媒体Mの部分断面図である。
【符号の説明】
1:透明基板 2:第一透明誘電体層 3:記録層 4:第二透明誘電体層 5:反射層 11:透明基板 12:第一透明誘電体層 13:第一の界面制御層 14:記録層 15:第二の界面制御層 16:第二透明誘電体層 17:反射層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に第一の界面制御層、照射する
    光の出力に応じて非晶質又は結晶質に相変化する記録
    層、第二の界面制御層及び反射層が順次積層され、前記
    第一の界面制御層の熱伝導率をσ1 、第二の界面制御層
    の熱伝導率をσ2 とした場合、σ1 /σ2 ≦0.8また
    はσ1 /σ2 ≧1.2であることを特徴とする光記録媒
    体。
  2. 【請求項2】前記記録層はカルコゲン化物から成り、前
    記第一の界面制御層および第二の界面制御層は、Al,
    Si,Ti,Co,Ni,Ga,Ge,Sb,Te,I
    n,Au,Ag,Zr,Bi,Pt,Pd,Cd,P,
    Ca,Sr,Cr,Y,Se,La,Liから成る元素
    群の各単体、前記元素群のうち1種以上を含む窒化物、
    前記元素群のうち1種以上を含む酸化物、前記元素群の
    うち1種以上を含む炭化物または前記元素群のうち1種
    以上を含む硫化物から選択されることを特徴とする請求
    項1記載の光記録媒体。
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