JP2002279692A

JP2002279692A - 光情報記録媒体

Info

Publication number: JP2002279692A
Application number: JP2001080201A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Oshima; 克則大嶋
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】強度を向上させると共に、書き換え特性
を向上させた光情報記録媒体を提供する。【解決手段】基板１上に、少なくとも反射層２、第二
保護層３、記録層４、第一保護層５をこの順に積層して
なり、前記基板１とは異なる側からの光の照射により原
子の配列が変化して情報の記録および消去が行われる光
情報記録媒体１０であって、波長４００〜６５０ｎｍの
光に対する第一保護層５の屈折率を２．１より小にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の照射により原
子の配列が変化して情報の記録および消去が行なわれる
光情報記録媒体であって、特に波長４００ｎｍ付近の光
で良好な光記録、再生を可能にする高密度光情報記録媒
体（光ディスク）に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームの照射による情報の記録、
再生及び消去可能な光メモリー媒体の一つとして、結晶
−非晶質間、あるいは結晶１−結晶２の２つの結晶相間
の転移を利用する、いわゆる相変化型光ディスクがよく
知られている。

【０００３】相変化型光ディスクは、Ｔｅ、Ｓｅ等のカ
ルコゲンを主成分とした記録層と、この記録層を両面か
ら挟み込む透光性誘電体層と、レーザ光の入射側とは反
対側に設けた反射層と、保護膜から構成されている。代
表的な材料系に、ＧｅＳｂＴｅ系、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系
材料が良く知られていて、実用化されている。

【０００４】記録原理は次の通りである。成膜直後の記
録層は、非晶質状態で反射率は低い。まず、初めにレー
ザ光を照射して記録層を加熱し、ディスク全面を反射率
の高い結晶状態にする。すなわち初期化を行なう。初期
化した光ディスクにレーザ光を局所的に照射して、記録
層を溶融、急冷し、アモルファス状態に相変化させる。
相変化に伴い記録層の光学的性質（反射率、透過率、複
素屈折率等）が変化して、情報が記録される。

【０００５】再生は、記録時より弱いレーザ光を照射し
て、結晶とアモルファスとの反射率差、または位相差を
検出して行う。書き換えは、結晶化を引き起こす低エネ
ルギーの消去パワーの上に重畳した記録ピークパワーを
記録層に投入することにより、消去過程を経ることなく
すでに記録された記録マーク上にオーバーライトする。

【０００６】ＤＶＤ−ＲＡＭ等のように、これまで開発
され商品化されてきた光ディスクは、ポリカーボネート
製等の基板上にそれぞれの目的に合った薄膜を成膜する
ことにより作製され、前記基板を通して記録、再生用の
レーザ光が照射されるタイプであった。これらのディス
クの持つ記録密度に於いては、ディスク基板の厚みが問
題になることは少なかった。

【０００７】相変化型光ディスクは、記録容量を決定す
る要素としてレーザ光の波長、集光レンズのＮＡ（開口
数）が大きく作用する。これまでのＤＶＤで用いられて
きた信号フォーマットをそのまま用いて、７〜８ＧＢ以
上の容量をもつ光ディスクを実現するためには、ＮＡを
高くするか，記録再生光を短波長化するしかない。現在
では発振波長６５０ｎｍのレーザを用いた記録再生装置
が商品化されている。

【０００８】更に、高容量の光ディスクを目指しレーザ
の短波長化が盛んに検討されている。中でも４００ｎｍ
付近の波長を持つ半導体レーザの開発が盛んである。レ
ーザの短波長化に伴い、レンズの高ＮＡ化も進められて
いる。しかしながら、高ＮＡ化したレンズと、短波長化
したレーザ光による高密度化が進められると、今度はデ
ィスクのチルト（レーザ光軸に対してディスク面が垂直
からずれる角度）マージン等の都合からディスク基板の
厚みが問題になってくる。

【０００９】この問題を解決する技術としては、これま
での基板側からの記録再生光の照射型ディスクではな
く、積層する膜を逆順に成膜した、即ち基板ー反射層ー
第二保護層ー記録層ー第一保護層の順に積層し、第一保
護層側から記録再生光を照射するタイプの光ディスクに
関する技術が開発されてきている。

【００１０】ところが、この方法によっても、各層材料
はそれまでの基板側照射型と大きな相違はなく、第一保
護層も同じ誘電体を用い、特に、ＺｎＳ、ＳｉＮ等の薄
膜や、これにＳｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属或いは
半導体の酸化物や窒化物を混合したものを用いるのが広
く知られており、その混合比もほとんど統一されている
のが実情である。そのため、保護層の光学定数もほとん
ど同一の値のものが用いられている。

【００１１】現在規格が発表され、商品として販売も行
われているＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ等の書換が可
能な光ディスクの記録再生装置に使用されるレーザ光線
は、波長が６５０〜６８０ｎｍのものである。これらの
光ディスクは、グルーブ（案内溝）を設けた基板上に第
一保護層、記録層、第二保護層、反射層の順に成膜され
ている。

【００１２】更に高密度記録再生を目指して開発が進め
られている光ディスクは、短波長化レーザと高ＮＡ化レ
ンズの光学系を用いたシステムに対応するため、基板上
に反射層、第二保護（誘電体）層、記録層、第一保護
（誘電体）層の順という、これまでとは逆の順番に成膜
され、前記基板とは異なる側から光を照射して情報の記
録及び消去が行なわれているものである。

【００１３】前記した高密度記録再生を目指して開発が
進められている光ディスクは、このような構造をとるこ
とで、短波長化、高ＮＡ化によるディスクチルトマージ
ン等の課題を解決しようとしている。一方、このような
逆順に積層された型の光ディスクでも、各層材料は、そ
れまでの基板側照射タイプのディスクと殆ど同様なもの
である。

【００１４】そして、第一保護層に用いられる材料も、
殆どの相変化型光ディスクではＺｎＳやＳｉＮ等の誘電
体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属或いは半導体の
酸化物や窒化物、またはこれらの混合物を用いている。
この混合物の場合の誘電体と酸化物、窒化物の混合比も
事実上、一定混合比の材料を用いている。このため第一
保護層の光学定数の実数部である屈折率も約２．１〜
２．３程度となっていた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】保護層の役割は、記録
時に基板、記録層などが熱によって変形し記録特性が劣
化することを防止するなど、基板、記録層を熱から保護
するものである。さらに、記録層の結晶化を促進して、
消去率を向上する役割などもある。この他、光学的特性
から生じる光の干渉効果を利用して、記録層に記録レー
ザ光を効率的に吸収させる働きがある。

【００１６】この記録層に記録レーザ光を効率的に吸収
させる保護層の働きは、透過する薄膜の膜厚と透過光波
長の関係により発現する。また、薄膜の膜厚は、光学定
数により値が決まる。これまで殆どの書き換え型相変化
光ディスクで保護層に用いられてきた誘電体と金属酸化
物の混合物は、その混合比が一定であることから、光学
定数も一定値のものが用いられてきた。前記した如く、
この値は屈折率で約２.２程度になる。

【００１７】この保護層に用いられてきた材料を使用し
て、本発明が意図する高密度光ディスクの記録レーザ光
の波長である４００ｎｍ付近の光を効率良く吸収し、良
好な信号を記録再生するためには、第一保護層は、屈折
率との関係より５０ｎｍ以下の膜厚にしなければならな
い。

【００１８】保護層は、繰り返し記録等による記録層の
劣化を防止する働きがあるが、物理的強度を持たせるた
めにも、膜厚は厚い方が有利である。特に、大きな負荷
がかかる繰り返し書き換え時に、それは顕著になる。

【００１９】前記したように、短波長レーザ光を用いる
高密度光ディスクは、許容度を増大させるため、ＤＶＤ
などとは逆の積層順で各層を積層しているので、最後に
積層して最外層になるのが第一保護層である。そして、
本発明にあっては、この第一保護層の上に、更に接着層
と０．０５〜０．２ｍｍ程度の非常に薄いカバー層を設
けているので、第一保護層には更に負荷がかかることに
なる。このため、本発明になる高密度光ディスクにおけ
る第一保護層としては、強度的には不十分であり、繰り
返し書き換え特性も十分とは言えなかった。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる点に鑑み
なされたものであり、請求項１に係る発明として、基板
１上に、少なくとも反射層２、第二保護層３、記録層
４、第一保護層５をこの順に積層してなり、前記基板１
とは異なる側からの光の照射により原子の配列が変化し
て情報の記録および消去が行われる光情報記録媒体１０
であって、波長４００〜６５０ｎｍの光に対する第一保
護層５の屈折率を２．１より小にしたことを特徴とす
る。

【００２１】請求項２に係る発明として、請求項１にお
いて、前記第一保護層５の膜厚が６０ｎｍ以上であるこ
とを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施例を
添付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施
例は本発明の好適な具体例であるから、技術的に好まし
い種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下
の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限
り、これらの態様に限られるものではない。

【００２３】まず、本実施例になる光ディスクをより良
く理解していただくために、その背景につき説明する。
前記した如く、これまでに開発されてきた書き換え型光
ディスクでは、基板上に下保護層、記録層、上保護層、
反射層という順に形成されるのが基本的な構造であっ
た。しかしながら、更なる高密度記録のために、記録レ
ーザ光の短波長化と、集光レンズの高ＮＡ化を進めるた
めには、基板上に積層する各層の順番を逆にする構造が
良いということがわかりだし、この種の光ディスクが盛
んに研究開発されるようになった。

【００２４】この光ディスクでは、最上部（レーザ光入
射側）に下保護層が形成されるが、実用的には、この下
保護層の上に接着層を介して、カバー層となる非常に薄
いシート状の基板を貼り合わせた形で光ディスクとして
完成させている。これまでの基板側入射タイプのディス
クは、基板の厚さが０．６ｍｍ以上あるので、この基板
は、下保護層を支持して強度的補強の役割も兼ねてい
る。しかしながら、本実施例のような、基板と異なる側
から光を照射する光ディスクでは、以下の理由から入射
光側の保護層の強度が必要になる。

【００２５】ここで、保護層としての材料について説明
しておく。保護層としての誘電体層は、ＺｎＳ、ＳｉＯ
₂ 、Ｓｉ₃Ｎ₄などの無機薄膜がある。特に、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａなどの金属あるいは半導体
の酸化物の薄膜、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌなどの金属あるいは
半導体の窒化物の薄膜、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉなどの
金属あるいは半導体の炭化物の薄膜、ＺｎＳ、Ｉｎ
₂Ｓ₃、ＴａＳ₄、ＧｅＳ₂等の金属あるいは半導体の硫化
物の薄膜、及びこれらの化合物の２種類以上の混合物の
膜が、耐熱性が高く、化学的に安定なことから好まし
い。さらに、記録層への保護を行なう必要上、原子の拡
散がないものが好ましい。

【００２６】これら保護層としての酸化物、硫化物、窒
化物、炭化物は、必ずしも化学量論的組成をとる必要は
ない。これまでの書き換え型相変化光ディスクでは、Ｚ
ｎＳ−ＳｉＯ₂の混合物を、保護層として殆どの媒体に
用いてきた。この誘電体材料はＳｉＯ₂の混合比により
光学特性が異なるが、事実上、光学定数の実数部（屈折
率：ｎ）が２．１〜２．３程度になる混合比にして、高
屈折率層として用いてきたものである。

【００２７】この程度の値の屈折率を有する材料を下保
護（第一保護）層として用いた場合、波長４００ｎｍ付
近のレーザ光を効率良く吸収して良好なマークを記録す
るのには、下保護層の膜厚は４０〜６０ｎｍ程度にな
る。しかしながら、この膜厚の下保護層を、本実施例に
なる高密度光ディスクの下保護層としてそのまま使用し
た場合は、強度的に不足するものである。特に信号の繰
返し書き換えの場合、記録層の発熱、膨張収縮などの負
荷が大きくなるので、この膜厚では特性劣化が早まる。

【００２８】そこで、本発明者等は、高屈折率を有しな
がら、なおかつ膜厚としても充分な厚みを有し、高密度
光ディスクの下保護層としての仕様に充分耐えるだけの
誘電材料につき、鋭意研究、開発を進めてきたものであ
る。

【００２９】ところで、光学的膜厚において、屈折率を
小さくすると、光の干渉効果を利用しての記録レーザ光
を膜に効果的に吸収する場合、ｎ＊ｄ（ｎ：屈折率、ｄ：物理的膜厚）の関係があるので、同一波長において同様な吸収を持た
せるには、膜厚が大きくなる。膜厚が大きくなれば、強
度的に向上し、熱負荷などへの耐性が向上する。その結
果として繰返し書き換え特性が向上するものである。

【００３０】本発明は、かかる知見に基づきなされたも
のであり、屈折率の制御のために、保護層を構成するＳ
ｉＯ₂の混合比を変えることにより、結果的に屈折率を
下げることが出来、その結果、物理的膜厚を大にするこ
とができる最適な条件を見出すことができたので、ここ
に出願をするに至ったものである。

【００３１】以下本発明になる光情報記録媒体の好適な
一実施例について、図１、図２を参照して説明する。な
お本発明は、前記した如く以下に述べるような実施例の
構造、使用物質に限定されるものではない。

【００３２】図１は本実施例になる光情報記録媒体１０
の断面模式図である。１は基板であり、この基板１に
は、レーザ光の案内をするための溝１ａ等が形成されて
いる。まず、溝１ａ等が形成されている基板１上に、反
射層２を成膜する。続いてその反射層２上に誘電体から
なる第二保護層（上保護層）３を成膜し、続いて第二保
護層３上に記録層４、この記録層４の上に誘電体からな
る第一保護層（下保護層）５を順次成膜する。実用的に
は、更に、下保護（第一保護）層５上に、記録再生光が
透過する樹脂等からなる接着層６を挟んでガラスやポリ
マー等の薄いカバー層７を設けることにより、キズの防
止は勿論のこと、高ＮＡレンズを用いた場合、ディスク
のチルトマージンに対して非常に有効な本実施例になる
光ディスク１０が完成する。

【００３３】本実施例にあっては、下保護層５に用いる
誘電体の材料を、これまで殆どの書き換え型相変化光デ
ィスクで用いられてきた誘電材料である、ＺｎＳ−Ｓｉ
Ｏ₂を使用し、その屈折率を、従来のそれより小さくす
るよう制御することで、高密度光ディスクとして、同一
波長において同様な吸収を持たせる場合に、下保護層５
の物理的膜厚を大きくすることができたものなのであ
る。なお、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂の屈折率を小さくするのに
は、ＳｉＯ₂の混合比を増加させることで行なう。

【００３４】（実施例）次に、本実施例になる光ディス
ク１０の製造方法について述べる。反射層２、記録層
４、第二、第一保護層３、５などを基板１上に形成する
方法としては、公知の真空中での薄膜形成法である、例
えば真空蒸着法（抵抗加熱型や電子ビーム型）、イオン
プレーティング法、スパッタリング法（直流や交流スパ
ッタリング、反応性スパッタリング）などがあげられ
る。特に組成、膜厚のコントロールが容易であることか
ら、スパッタリング法が好ましい。成膜前の真空度は、
１×１０-4Ｐａ以下にするのが好ましい。

【００３５】真空槽内で複数の基板を同時に成膜するバ
ッチ式や、基板を１枚ずつ処理する枚葉式成膜装置を使
うことが好ましい。

【００３６】形成する反射層２、記録層４、第二、第一
保護層３、５などの厚さの制御は、スパッタ電源の投入
パワーと時間を制御したり、水晶振動型膜厚計などで、
堆積状態をモニタリングすることで、容易に行なうこと
ができる。

【００３７】基板１上への反射層２、記録層４、第二、
第一保護層３、５などの形成は、基板１を固定したま
ま、あるいは移動、回転した状態のどちらでもよい。膜
厚の面内の均一性に優れることから、基板１を自転させ
ることが好ましく、さらに公転を組合わせることが、よ
り好ましい。

【００３８】（実施例１）本実施例の効果を確認すべく
以下のような方法で、サンプルを作成した。先ず、トラ
ックピッチ０．４０μｍの案内溝が形成された厚さ１．
２ｍｍ、直径１２０ｍｍのポリカーボネート製基板の上
に、反射層２としてＡｇを主成分とする合金をスパッタ
リング法により成膜した。成膜は次のような手順で行っ
た。

【００３９】すなわち、基板１を毎分６０回転で遊星回
転させながら、スパッタリング法により真空成膜するに
際し、まず、真空チャンバー内を６×１０-5Ｐａまで排
気した後、１．６×１０-1ＰａのＡｒガスを導入する。
次に、反射層２を直流スパッタ法によって１００ｎｍの
厚さに成膜した。続いて、この反射層２の上に、Ｚｎ
Ｓ−ＳｉＯ₂(２０ｍｏｌ％を含む)を高周波マグネトロ
ンスパッタ法により２０ｎｍの膜厚に成膜し、第ニ保護
層３を形成した。

【００４０】続いて、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｓｂからなる
４元素単一ターゲット（直径２インチ、厚さ３ｍｍ）を
直流電源でスパッタして記録層４を形成した。具体的に
は、組成Ａｇ０．０５、Ｉｎ０．０５、Ｔｅ０．３０、
Ｓｂ０．６０からなる膜厚２３ｎｍの記録層４を形成し
た。最後に第一保護層（下保護層）５として、ＺｎＳ−
ＳｉＯ₂を成膜するものであるが、ＺｎＳとＳｉＯ₂の混
合比を、ここでは従来のものより増加させ、ＳｉＯ₂：
４０ｍｏｌ％とした。

【００４１】この結果、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂の屈折率ｎ
は、従来の約２．２に対し、ｎ＝１．６と小さくするこ
とができた。この材料を用い、高周波マグネトロンスパ
ッタリング法により第一保護層５を成膜するものである
が、前記した屈折率と膜厚との関係より屈折率を下げる
ことができたので、逆に、膜厚を大とすることができ、
結果的には、膜厚７０ｎｍの第一保護層５を成膜するこ
とができた。

【００４２】このディスクを真空容器より取り出した
後、この膜厚が大になり強度が上がった第一保護層５上
に、接着層６としてアクリル系紫外線硬化樹脂をスピン
コートし、更に、カバー層７として、０．１ｍｍのポリ
カーボネート製のシート状基板を貼り合わせ、紫外線照
射により硬化させて接着することにより、本実施例にな
る光ディスク１０を得た。

【００４３】（比較例１）一方、比較例１としては、第
一保護層（下保護層）５のＺｎＳ−ＳｉＯ₂の混合比
を、第ニ保護層（上保護層）３のそれと同様に、従来の
媒体に用いられてきたＳｉＯ₂：２０ｍｏｌ％の材料を
用いて成膜することにより、比較例１になる光ディスク
を得た。

【００４４】この時の下保護層５の膜厚は、ＳｉＯ₂の
混合比が変わらないことより、屈折率ｎが従来と同様
２．２なので、従来のそれと同様５０ｎｍであった。な
お、その他の各層の膜厚は、それぞれ実施例１と同じ膜
厚とした。

【００４５】こうして作製した実施例１になる光ディス
ク１０、比較例１になる光ディスクに、レーザ光やフラ
ッシュランプ等を照射して、記録層４を結晶化温度以上
に加熱し、初期化処理を行う。実用的には初期化装置と
評価機等を用い収束したレーザ光を用いる。

【００４６】先ずは、図示しない初期化装置のスピンド
ルに、前記した実施例１になる光ディスク１０、比較例
１になる光ディスクを装着した後、大出力のレーザ光を
照射し記録層４を加熱することにより、高反射率の状態
に変化させる。光ディスク１０等に照射されるレーザビ
ームは、トラック幅よりも大きなビーム径を有し、好ま
しくは半径方向に長く、光ディスク１０等を回転させな
がら複数のトラックを同時に初期化する。

【００４７】具体的には初期化レーザの波長は、８３０
ｎｍ、照射ビームの形状は、トラック方向が２μｍで半
径方向が２０μｍの幅の広い形をしている。光ディスク
１０等を線速度３ｍ／ｓで回転させ、半径２２．０ｍｍ
から初期化を開始した。初期化レーザは、パワー４００
ｍＷで半径外周方向に３０μｍ／回転の速度で移動さ
せ、半径５８．０ｍｍで初期化を終了した。

【００４８】光ディスク１０等の特性の評価では、波長
４０５ｎｍの光を発振するレーザを搭載し、レンズＮＡ
は０．７のものを用いた評価機を作製して行った。再生
光パワーは０．７ｍＷで線速によらず一定とした。

【００４９】評価はＤ８―１５変調されたランダム信号
を記録し、基準クロックに対するジッタを測定すること
で行なった。繰り返しオーバーライトして書き換え特性
を比較した。記録時のレーザパワーはピーク８ｍＷ、イ
レース４ｍＷで行なった。その結果を図２に示す。この
図２より明らかな如く、本実施例になる光ディスク１０
は、従来の光ディスクに比し、第一保護層の膜厚を大に
することができるので、物理的強度が増加し、その結果
書き換え特性が各段に向上していることがわかる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１に係る発明として、基板上に、
少なくとも反射層、第二保護層、記録層、第一保護層を
この順に積層してなり、前記基板とは異なる側からの光
の照射により原子の配列が変化して情報の記録および消
去が行われる光情報記録媒体であって、波長４００〜６
５０ｎｍの光に対する第一保護層の屈折率を２．１より
小にしたことにより、物理的強度が増加すると共に、書
き換え特性が向上した光情報記録媒体を得ることが出来
る。

【００５１】請求項２に係る発明として、請求項１にお
いて、前記第一保護層５の膜厚を６０ｎｍ以上にしたこ
とにより、より物理的強度が増加すると共に、書き換え
特性が向上した光情報記録媒体を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光情報記録媒体の一実施例を示す
断面模式図である。

【図２】書き換え回数とジッターとの関係を示す特性図
である。

【符号の説明】

１基板１ａ溝２反射層３第二保護層４記録層５第一保護層６接着層７カバー層１０光情報記録媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、少なくとも反射層、第二保護
層、記録層、第一保護層をこの順に積層してなり、前記基板とは異なる側からの光の照射により原子の配列
が変化して情報の記録および消去が行われる光情報記録
媒体であって、波長４００〜６５０ｎｍの光に対する前記第一保護層の
屈折率を２．１より小にしたことを特徴とする光情報記
録媒体。
【請求項２】前記第一保護層の膜厚が６０ｎｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１記載の光情報記録媒体。