JP2002260274A

JP2002260274A - 相変化型光記録媒体

Info

Publication number: JP2002260274A
Application number: JP2001059314A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Onaki; 伸晃小名木; Hiroshi Miura; 博三浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】相変化型光記録媒体に高密度記録する時の熱
干渉で生ずるクロスライトの問題点を解決する方法にお
いて、相変化型光記録媒体のトラック間に記録消去に関
わらず、非晶質状態を維持する領域を設けることによ
り、隣接トラックへの熱干渉のために生ずるクロスライ
トを減らすことができる光記録媒体を提供する。【解決手段】結晶構造の変化を利用する相変化型光記
録媒体において、記録トラックの間に、非晶質状態を保
持するガードバンド領域を持つことを特徴とする光記録
媒体を主たる構成にしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光記録媒体に関
し、さらに詳しくは、相変化型光記録媒体のトラックと
トラック間構成に特徴を有する相変化型光記録媒体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】相変化型光記録媒体は、近年ＣＤ−Ｒ
Ｗ，ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷなどとして実用化さ
れ、コンピューターのデータファイル、ビデオの録画用
などとして幅広く用いられている。

【０００３】レーザー光をディスク盤面上に集光し、パ
ルスの時間とパワーを制御することで急冷した場合は、
非晶質化し、記録マークとなし、徐冷した場合は結晶状
態となり消去状態となる。このように光を用いた記録で
あるが、本質は熱記録である。再生は、結晶と非晶質の
間で反射率や、位相が異なることで反射率が変化し、再
生することができる。

【０００４】相変化型光ディスクにより多くのデータを
記録しようとした場合、記録マークのマークピッチを短
くすると共に、トラックピッチを短くする必要がある。
マークピッチを短くすることは記録パルスのパルス幅を
短くし、より細かいマルチパルスで記録すると共に記録
パルスの立ち上がり、立ち下がりを高速化することであ
る程度は可能である。トラックに沿った方向の熱の流れ
は、パルスである程度制御が利く。

【０００５】これに対し、トラックピッチの方向の熱の
流れは光パルスでは制御できない。熱がにじんでいくこ
とは膜の熱伝導によって自由であって、このために記録
すると、隣接トラックの記録マークが細くなってしまう
などの影響を受ける。繰り返し記録すると、隣接トラッ
クのエラーが増加するという問題がある。これを防ぐに
はトラッキングのために設けられているグルーブの深さ
を深くする手法が唯一知られている方法であった。

【０００６】しかし、グルーブの深さは光学的な理由に
よって最適値が存在し、熱設計のみで決められない。ま
た、熱干渉を防ぐためのグルーブ深さはかなり深くする
必要があって、基板の成形が困難になる問題点があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題点を解決し、相変化型光記録媒体を用いる時にトラッ
ク間に記録消去に関わらず、非晶質状態を維持する領域
を設けることにより、相変化型光記録媒体に対して高密
度記録する時に隣接トラックへの熱干渉のために生ずる
クロスライトを減らすことができる相変化型光記録媒体
を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、下
記の手段により達成される。本発明によれば、請求項１
では、結晶構造の変化を利用する相変化型光記録媒体に
おいて、記録トラックの間に、非晶質状態を保持するガ
ードバンド領域を持つことを特徴とする。

【０００９】第二に、上記請求項１に示す光記録媒体に
おいて、相変化型記録層がＳｂ₃Ｔｅ準安定相を基本と
する材料であることを特徴とする。

【００１０】第三に、上記請求項２に示す光記録媒体に
おいて、相変化型記録層の組成比が全元素量中のSbTe以
外の添加元素の含有量が１５ａｔ％以内である材料であ
ることを特徴とする。

【００１１】第四に、上記請求項２に示す光記録媒体に
おいて記録マークが非晶質であり、消去領域が結晶質で
あり、かつ記録マークの反射率が消去領域の反射率より
も高いか、同じであることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶ
Ｄ＋ＲＷなどはグルーブに記録している。ランドは、信
号は全く記録していない。このようなグルーブ記録の光
ディスクのトラックピッチを詰める場合は、ランドを非
晶質状態のままとする。

【００１３】ＤＶＤ−ＲＡＭは、グルーブ、ランドの両
方にマークを記録している。このようなランド＆グルー
ブ記録の光ディスクの場合は、グルーブとランドの間の
斜面を非晶質状態とする。

【００１４】より効果的な方法は、上記ディスクは記録
マークが非晶質であって、反射率が低いのであるが、光
学的な干渉を利用して、逆相とし、非晶質が高反射とな
るようにする。こうすると、成膜直後の相変化膜は全面
非晶質かつ高反射率となり、通常行う初期化という全面
結晶化過程を行わなくてもドライブで記録再生できるよ
うになる。この状態のメディアで記録トラックのみを記
録再生する。トラック間はレーザー照射を受けないため
に必然的に成膜直後の非晶質状態となる。

【００１５】非晶質と結晶質では熱伝導率が圧倒的に結
晶質の方が大きい。したがってトラック間の非晶質部分
は、熱伝導率が小さいためにトラック間の熱干渉を遮断
するガードバンドとして機能する。

【００１６】光学的な干渉を利用して、逆相とし、非晶
質が高反射となるようしたメディアの場合は、成膜直後
の相変化膜は全面非晶質かつ高反射率となり、通常行う
初期化という全面結晶化過程を行わなくてもドライブで
記録再生できるようになる。この状態のメディアで記録
トラックのみを記録再生すると、トラック間はレーザー
照射を受けないために必然的に成膜直後の非晶質状態と
なっている。成膜後に初期化を行い、その後、トラック
間を再び非晶質化する手順が不用になる。

【００１７】ガードバンドとして機能する成膜直後の非
晶質相は、一旦初期化工程を経て再びレーザー光による
急冷で非晶質化した相と構造が微視的に異なり、より熱
伝導が低く、かつ結晶化しにくいのでガードバンドとし
て用いるに好適である。

【００１８】さらに相変化記録層をＡｇＩｎＳｂＴｅや
ＡｇＩｎＳｂＴｅＧｅ、ＧｅＩｎＳｂＴｅなどのＳｂ₃
Ｔｅ基の準安定相を骨格とした材料を用いた場合、本案
はさらに効果的となる。実用的な相変化材料としては、
大きく分けてＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ5ノ化合物組成を用いる材
料と、Ｓｂ₃Ｔｅ準安定相を骨格とする材料の２つがあ
る。Ｓｂ₃Ｔｅ材料は結晶状態の熱伝導率がＧｅ₂Ｓｂ
₂Ｔｅ₅材料の結晶状態の熱伝導率よりも大きい。すな
わち、熱干渉しやすい。しかし、非晶質相ではきわめて
熱伝導が小さくなり、Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅と同等にな
る。したがってガードバンドの効果がより大きい。

【００１９】またＳｂ₃Ｔｅ基の熱伝導を小さくするた
めには、全元素量中のSbTe以外の添加元素の含有量を１
０ａｔ（原子）％以内（以下）にすると特に効果的であ
ることが分かった。またＡｇ、Ｉｎを少な目、Ｇｅを多
目とすると、熱伝導を小さくするために効果的であっ
た。

【００２０】本発明の光記録媒体の層構成を図１に示
す。基板（１）の材料は通常、ガラス、セラミックス、
あるいは樹脂であり、樹脂基板が成形性、コストの点で
好適である。樹脂の代表例としては、ポリカーボネート
樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹
脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、ポリエ
チレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコン系樹脂、フ
ッ素系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ウレタン樹脂などがあげられ
るが、加工性、光学特性などの点でポリカーボネート樹
脂、アクリル系樹脂が好ましい。

【００２１】第１保護層（２）、及び、第２保護層
（４）の材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ・Ｓ
ｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、
ＺｒＯ₂などの金属酸化物、Ｓｉ₂Ｎ₄ 、ＡｌＮ、Ｔ
ｉＮ、ＢＮ、ＺｒＮなどの窒化物、ＺｎＳ、Ｉｎ
₂Ｓ₃、ＴａＳ₄ などの硫化物、ＳｉＣ、ＴａＣ、Ｂ₄
Ｃ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣなどの炭化物やダイヤモンド
状カーボンあるいはこれら上記したそれらの混合物が挙
げられる。これらの材料は単体で保護層とすることもで
きるが、お互いの混合物としてもよい。また、必要に応
じて不純物を含んでいてもよい。ただし、耐熱保護層の
融点は記録層の融点よりも高いことが必要であり、さら
に、熱膨張係数が小さく、密着性が良いことも要求され
る。また、必要に応じて保護層を多層化することもでき
る。

【００２２】第１保護層の膜厚としては２０〜２５０ｎ
ｍ、好適には３０〜１００ｎｍとするのがよい。２０ｎ
ｍよりも薄くなると、耐環境性保護機能の低下、耐熱性
低下、蓄熱効果の低下となり、保護層としての機能を果
たさなくなる。逆に２５０ｎｍよりも厚くなると、成膜
過程において膜温度の上昇により膜剥離やクラックが発
生したり、記録時の感度の低下をきたしたりするので好
ましくない。上記膜厚の範囲内で反射率とモジュレーシ
ョンが大きくなるように膜厚を設定できる。なお使用す
る光の波長によって最適膜厚は異なる。光の干渉を用い
て変調度を増幅しているためである。使用する波長域に
おいて基板より屈折率が大きい材料を用いることが必要
である。

【００２３】第２保護層の膜厚としては、４ｎｍより薄
いと基本的に耐熱性が低下し、好ましくない。１００ｎ
ｍを越えると温度上昇による膜剥離、変形、放熱性の低
下によりオーバーライト特性が悪くなる。上記膜厚の範
囲内で反射率とモジュレーションが大きく、また、反射
放熱層への放熱が良好になるように膜厚を設定できる。
熱干渉を押さえるためには、熱伝導率を小さくして記録
マーク形成への温度上昇を短時間で行い、その後反射放
熱層で、できるだけ速やかに冷却する必要がある。

【００２４】記録層（４）には所定組成のＳｂ₃Ｔｅ基
合金を用いる。膜厚は、５〜５０ｎｍ、好ましくは、６
〜２５ｎｍとする。５ｎｍより薄いと均一な膜になりに
くく、記録層としての機能を果たさなくなる。５０ｎｍ
より厚いと、信号のジッターが大きくなり、くり返し書
き換え性能が低下する。

【００２５】反射放熱層（５）の材料としては、Ａｌ、
Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属を中心とした材料の単体、あ
るいは合金を用いることができる。必要に応じて、異な
る金属、合金を複数積層しても良い。この層は、熱を効
率的に逃がすことが重要であり、膜厚は２０〜２５０ｎ
ｍとする。好ましくは３０〜１５０ｎｍが良い。膜厚が
厚すぎると、放熱効率が良すぎて感度が悪くなり、薄す
ぎると感度は良いがオーバーライト特性が悪くなる。特
性としては、熱伝導率が高く、好ましくは１００Ｗ／ｍ
ｋ以上であり、また、高融点で保護層材料との密着性が
良いこと等が要求される。

【００２６】このような保護層や反射放熱層、また、記
録層は、各種気相成長法、例えば真空蒸着法、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、イオンプレ
ーティング法、電子ビーム蒸着法などによって形成でき
る。また、本発明の光情報記録媒体は、これまで説明し
てきたような各種の層を有するものに限定されるもので
はなく、例えば反射放熱層の上に有機保護膜を設けても
よく、また、それらを接着剤によって貼り合わせてもよ
い。

【００２７】相変化型記録層の熱伝導率について小さな
値であって、測定が困難だったので、電気伝導度で代用
した。金属の場合、熱伝導も電気伝導も同じ自由電子が
伝導の主体であるためである。測定によれば、Ｓｂ₃Ｔ
ｅ系合金薄膜は電気伝導度が結晶−非晶質間で５桁以上
異なることが確認できた。Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅系の化合
物系も同様であった。全体的にＳｂ₃Ｔｅ基材料の方が
電気伝導は良かったため、熱伝導も大きいと考えられ
る。

【００２８】（実施例）次に実施例によって本発明をさ
らに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に
より限定されるものではない。

【００２９】実施例１〜６直径12cm、厚さ0.6mm 、トラックピッチ0.７μm のグル
ーブ付きポリカーボネートディスク基板を高温で脱水処
理した後、スパッタにより第１保護層、記録層、第２保
護層、反射放熱層を順次成膜した。第１保護層としては
ＺｎＳ・ＳｉＯ ₂ターゲットを用い、８０ｎｍ厚さとし
た。記録層は、所定の組成比のSbTe系合金ターゲットを
アルゴンガス圧３×１０^-3ｔｏｒｒ、ＤＣパワー０．４
ｋＷでスパッタし、膜厚２０ｎｍとした。第２保護層
は、ＺｒＯ₂・ＳｉＯ₂ターゲット用い、厚さ１５ｎｍ
とした。反射放熱層としては、Ａｇ-1.5at% Ｃｕ合金タ
ーゲットを用い、厚さ１２０ｎｍとした。さらに、反射
放熱層上にアクリル系紫外線硬化樹脂からなる有機保護
膜をスピナーによって１０μｍに塗布し、紫外線硬化さ
せた。ここの面にさらに、直径12cm、厚さ0.6mm のポリ
カーボネートディスクを接着シートにより張り合わせ、
半導体レーザーにより記録層を初期結晶化して光記録媒
体とした。

【００３０】この後波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５のピ
ックアップを用いたドライブにて DC 光１０ｍW を照射
しながら線速度１２ｍ／ｓでディスクを回転させ、ラン
ドをすべて非晶質化した。記録再生には、波長６６０ｎ
ｍ、ＮＡ０．６５のピックアップを用いた。記録方式は
パルス変調法を用い、変調方式はＥＦＭ＋変調方式で行
った。記録パワー／消去パワーの比を約１．８〜２．
２にし、再生パワーは０．７ｍＷで行った。線密度は
０．２６７μm ／ｂｉｔとし、オーバーライトも同様の
条件で行った。ジッターは、ｄａｔａｔｏｃｌｏｃ
ｋを測定し、記録再生は全て３．５ｍ／ｓで行った。な
お、実施例１の記録層がＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅のディスク
は線密度を０．４μm ／ｂｉｔで評価した。これは０．
２６７μm ／ｂｉｔの記録密度だと、初期ジッターが１
６％程度に達し、エラーが発生し始めるからである。Ｇ
ｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅記録層は熱伝導がＳｂ₃Ｔｅ基の記録
層に比べて小さい。したがってクロスライト、クロスイ
レーズという、トラックピッチ方向の熱にじみは、もと
もと小さい。しかし線方向の熱干渉に弱く、記録密度が
上げにくい。

【００３１】本発明の熱遮断領域はＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅
系ディスクにも有効ではあるが、このように線密度が上
げにくいので記録層はＳｂ₃Ｔｅ系の方がより好まし
い。評価項目は、クロスイレーズである。５トラック記
録して真ん中の第３トラックを１０００回オーバーライ
トする。この時の隣接トラックである、第２、第４トラ
ックのジッターの上昇の平均値を観察した。表１に結果
を示した。ジッターは、記録ストラテジ、記録パワーを
実施例毎に最適化して記録した場合のｄａｔａｔｏ
ｃｌｏｃｋジッターσをウィンドウ幅Ｔｗで規格化した
値σ／Ｔｗである。

【００３２】

【表１】

【００３３】実施例７記録層の結晶領域が低反射率で、非晶質領域が高反射率
である場合である。直径12cm、厚さ0.6mm 、トラックピ
ッチ0.６μm のランド＆グルーブ記録用ポリカーボネー
トディスク基板を高温で脱水処理した後、スパッタによ
り半透明金属層、第１保護層、記録層、第２保護層、反
射放熱層を順次成膜した。成膜はマグネトロンスパッタ
リングを用いた。ここでトラックピッチ0.６μm のラン
ド＆グルーブ記録用基板とは、グルーブのピッチは１．
２μm であり、グルーブとランドが半分ずつを占めてい
る基板である。基板上に半透明金属層として Ag-1wt%Pd
-0.9wt%Cu を１５ｎｍ、第１保護層としてＺｎＳ−Ｓｉ
Ｏ₂を１００ｎｍ、記録層としてＡｇ₁Ｉｎ₃Ｓｂ₆₅Ｔ
ｅ₂₇Ｇｅ₄at%を１７ｎｍ、第２保護層として GeNx-CrNx
混合膜を１６ｎｍ、反射層として純Ａｇを１５０ｎｍ成
膜した。この後ＵＶ樹脂を用いて０．６ｍｍのポリカー
ボネートのダミー板と貼り合せて１．２ｍｍ厚さのディ
スクとした。

【００３４】このディスクを通常の大口径レーザーによ
る初期化工程を経ることなく、すぐにドライブで記録を
行う。初期の記録層が非晶質の状態で反射率が高いから
である。記録再生には、波長６６０ｎｍ、ＮＡ０．６５
のピックアップを用いた。記録方式はパルス変調法を用
い、変調方式はＥＦＭ＋変調方式で行った。記録パワー
／消去パワーの比を約１．８〜２．２にし、再生パワー
は０．７ｍＷで行った。線密度は０．２６７μm ／ｂｉ
ｔとし、オーバーライトも同様の条件で行った。ジッタ
ーは、ｄａｔａｔｏｃｌｏｃｋを測定し、記録再生
は全て３．５ｍ／ｓで行った。

【００３５】評価項目は、クロスイレーズである。ラン
ド、グルーブ、ランド、グルーブ、ランドと５トラック
記録して真ん中の第３トラックを１０００回オーバーラ
イトする。この時の隣接トラックである、第２第４トラ
ックのジッターの上昇の平均値を観察した。ジッター上
昇は０．５％であった。トラックピッチが狭いにもかか
わらず、ジッタ上昇は、１％以下と小さかった。これ
は、成膜直後の非晶質相がグルーブとランドの境界に残
り、熱遮断していることに有効であったと考えられる。

【００３６】比較例として、表２に実施例１から６のデ
ィスクに対し、初期化後にランドを非晶質化しなかった
場合を示す。クロスイレーズが実施例よりも大きい。同
じディスクであるが、ランドというガードバンドが結晶
か非晶質かで熱伝導が違うことでクロスイレーズの様子
が異なることがわかる。

【００３７】

【表２】

【００３８】さらに表３に比較例７〜１０として記録層
の組成が添加元素が１５ａｔ％以上であった場合を示
す。この場合は、ランドの非晶質化は行ったが、記録層
の組成的な面で熱伝導が大きくなりすぎてクロスイレー
ズが大きくなった例である。ＳｂとＴｅの母相に対して
添加元素が多くなると、ジッター上昇が大きい。これら
の組成でも非晶質では結晶より熱伝導が小さいことは同
様であるが、元々の熱伝導が大きくなるために熱のにじ
みが大きくなりすぎる。また、特にＩｎの増加は、結晶
化温度が著しく上昇し、記録消去の動作温度が高くなり
すぎるためと考えられる。Ａｇは、結晶化温度は上げな
いがそれ自身の熱伝導が大きいために、あまり多量に添
加することは記録層の熱伝導を大きくしすぎる。Ｇｅ
は、単体での熱伝導が小さく、記録膜に添加した時の熱
伝導も下げる働きがあるので、副作用は小さい。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【発明の効果】請求項１の結晶構造の変化を利用する相
変化型光記録媒体において、記録トラックの間に、非晶
質状態を保持するガードバンド領域を持つことを特徴と
する光記録媒体に示す発明によれば、記録時の熱にじみ
のトラックピッチ方向への拡散を小さくでき、高密度記
録に適す、光ディスクがえられる。

【００４１】請求項２の請求項１に示す光記録媒体にお
いて相変化型記録層がＳｂ３Ｔｅ準安定相を基本とする
材料であることを特徴とする光記録媒体に示す光ディス
クによれば、Ｓｂ３Ｔｅ基の記録層を用いることで線方
向の記録密度をも高めることができてより高密度記録す
ることができた。

【００４２】請求項３の請求項２に示す光記録媒体にお
いて相変化型記録層の組成比が全元素量中のＳｂＴｅ以
外の添加元素の含有量が１５ａｔ％以内である材料であ
ることを特徴とする光記録媒体に示す光ディスクによれ
ば、Ｓｂ３Ｔｅ基の記録層を用いた場合、添加物を１５
％以下になすことによって記録層の熱伝導率を小さく押
さえることができて小さなクロスイレーズとすることが
できた。

【００４３】請求項４の請求項２に示す光記録媒体にお
いて記録マークが非晶質であり、消去領域が結晶質であ
り、かつ記録マークの反射率が消去領域の反射率よりも
高いか、同じであることを特徴とする光記録媒体に示す
光ディスクによれば、初期化工程を経ずに、直接記録消
去用のドライブで信号を記録でき、そのためにトラック
間の部分は成膜直後の非晶質のままとできる。これによ
り、ドライブを用いてガードバンドとする非晶質部分を
形成する手間がなくなり、かつ成膜直後の非晶質相はレ
ーザーの急冷で作る非晶質相よりもより低熱伝導率であ
ることから、クロスイレーズがより小さくでき、結果高
密度記録に適応できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光記録媒体の層構成の一例を示す断面
図である。

【図２】本発明の光記録媒体の層構成で反射放熱層を有
する例の断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶構造の変化を利用する相変化型光記
録媒体において、記録トラックの間に、非晶質状態を保
持するガードバンド領域を有することを特徴とする相変
化型光記録媒体。
【請求項２】請求項１に記載の相変化型光記録媒体に
おいて、相変化型記録層がＳｂ₃Ｔｅ準安定相を基本と
する材料であることを特徴とする相変化型光記録媒体。
【請求項３】請求項２に記載の相変化型光記録媒体に
おいて、相変化型記録層の組成比が全元素中のＳｂＴｅ
以外の添加元素の含有量が１５原子％以下である材料で
あることを特徴とする相変化型光記録媒体。
【請求項４】請求項２に記載の相変化型光記録媒体に
おいて、記録マークが非晶質であり、消去領域が結晶質
であり、かつ記録マークの反射率が消去領域の反射率よ
りも高いか、同じであることを特徴とする相変化型光記
録媒体。