JP2002347340A - 光記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録マークの消去の可能性が全くなく、高い
記録感度を有する優れた追記型の光記録媒体を提供す
る。 【解決手段】 光を照射することにより、基板上に形成
した記録層に変形を生じさせて記録する追記型の記録媒
体であって、前記記録層がＢｉと、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、
Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種
の元素とからなる構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光等を照射
して記録材料に変化を生じさせ、情報の記録、再生を行
うことが可能な追記型（ライトワンス型）の光記録媒体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ライトワンス型の記録媒体としては、レ
ーザ照射により媒体にビット（穴）をあける方法や、相
変化や合金化等により記録層に構造変化を生じさせて反
射率を変化させて情報を記録させる方法が提案されてい
る。

【０００３】例えば、ビット方式の場合はＴｅ膜を用い
た検討が進み、その中で耐環境性を改善するためにＳｅ
やＣを添加するといった提案やＣＳ_２−Ｔｅ膜の検討も
進められている。（以上、記録・記憶技術ハンドブック
（Ｐ５４３〜５４６）丸善）。 また、相変化方式とし
ては、ＴｅＯｘ及びこれらにＧｅ、Ｓｎ、Ｐｄ等を添加
するとの提案がされている（記録・記憶技術ハンドブッ
ク（ｐ５４６））。

【０００４】また、合金化による方法としては（Ｇｅ、
Ｓｉ、Ｓｎ）の元素群から選択された少なくとも１種類
の元素と（Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ）の元素群から選択
された少なくとも１種類の元素とを主成分とする合金を
記録層として、これにレーザ光を照射して、合金の原子
配列を変化させて、反射率の変化を利用する方法や、こ
れらの２つの元素群を各々積層したものを記録層として
レーザ照射することにより、照射部を合金化させる方法
（特開平４−２２６７８４号公報等）の提案がある。

【０００５】また、２層の記録層を設ける方法として
は、Ｓｂ_２Ｓｅ_３とＢｉ_２Ｔｅ_３とを記録層とする方法
もある（光記録技術と材料、Ｐ９４、シーエムシー
等）。

【０００６】しかしながら、上記特開平４−２２６７８
４号公報に開示されている合金化による方法は、レーザ
照射による反射率の変動が少なく、十分な記録特性を確
保できない。また、Ｓｂ_２Ｓｅ_３とＢｉ_２Ｔｅ_３を積層
化してこれを記録膜とする提案は、Ｓｂ_２Ｓｅ_３の結晶
と非晶間の相転移を利用するものであり、時としてデー
タを消去してしまう危険性がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した追記型の記録
媒体は、ビット方式、相変化方式、合金化方式等、それ
ぞれの特徴を有するが、耐環境性、記録特性、記録マー
クの保存性等に関して十分なレベルにないといった第１
の問題を有している。

【０００８】さらに、現在記録可能なＣＤとしては有機
物質である色素を記録材料として用いたものが市販され
ている。しかしこの材料は光による劣化を起こしたり記
録波長の許容度が極度に狭く、また再生光の波長によっ
て反射率が大きく変わるという問題がある。一方、無機
材料を記録材料として用いる場合は高反射率を得るため
に金属を用いる必要があり、この金属材料の融点が高い
ので記録感度が低いという欠点がある。現在知られてい
る光ディスクを分類するとオーディオコンパクトディス
クに代表される再生専用型、一回記録が可能な追記型、
光磁気効果及び相変化を利用した書き換え可能型のもの
が存在する。

【０００９】追記型の材料である無機材料はＴｅ系を代
表とした穴開け形と相変化形、及び熱拡散のものがあ
る。穴開け形はＴｅＣ、ＴｅＳｅ等であり、相変化形は
ＴｅＯ _２が典型である。熱拡散系はＡｌ又はＡｕとＧｅ
とが相互に熱拡散し、光学定数が変化する。

【００１０】また、インジウムとビスマスの合金からな
る記録層を使用して、異なる結晶状態間での反射率変化
を利用したものが特公平３−５５８９１号公報に開示さ
れている。このインジウムとビスマスの合金は融点が低
い材料であり、低パワーで記録することができる。上記
公報では、高パワー、短パルス光を照射すると反射率の
高い状態になり、低パワー、長パルス光を照射すると反
射率の低い状態となることが明らかにされている。しか
しながら、前述したいずれの場合でも高反射率特性をも
ち、ＲＯＭ互換性がある光記録媒体を形成できないとい
う第２の問題がある。

【００１１】まず、第１の発明の目的は、前述した従来
技術における第１の問題点を解決すべく、記録マークの
消去の可能性が全くなく、高い記録感度を有する信号特
性に優れた追記型の光記録媒体を提供することである。

【００１２】次に、第２の発明の目的は、低融点合金で
あるＢｉＩｎを用いて、高反射率特性を備え、かつＲＯ
Ｍ互換可能な追記型光記録媒体を提供することである。

【００１３】さらに、第２の発明に関連して重要なこと
は層数の少ない構成で高感度の追記型の記録媒体を提供
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は請求項
１に記載の如く、光を照射することにより、基板上に形
成した記録層に変形を生じさせて記録する追記型の記録
媒体であって、前記記録層がＢｉと、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃ
ｄ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも
１種の元素とからなる光記録媒体により達成される。

【００１５】また、請求項２に記載の如く、請求項１に
記載の光記録媒体において、前記記録層は共晶組成であ
り、該記録層にＮ、Ａｒ及びＳからなる群から選択され
る少なくとも１種の元素が添加されている構成とするこ
とが好ましい。

【００１６】また、請求項３に記載の如く、請求項２に
記載の記録媒体において、前記記録層と前記基板との間
に記録層との濡れ性を改善する誘電体層を設けた構成と
してもよい。

【００１７】さらに、上記第２の目的は請求項４に記載
の如く、光を照射することにより、基板上に形成した記
録層に変形を生じさせて記録する追記型の記録媒体であ
って、前記記録層をＢｉとＩｎとの合金で形成し、該記
録層上に反射層を設けた光記録媒体により達成できる。

【００１８】また、請求項５に記載の如く、請求項４に
記載の光記録媒体において、前記反射層がＧｅ、Ｇａ、
Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ及びＰｂから成る群から
選択された１つ又はこれらの合金からなる構成とするこ
とができる。

【００１９】また、請求項６に記載の如く、請求項４又
は５に記載の光記録媒体において、前記記録層の膜厚が
５０ｎｍ以下であるように形成することが好ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する
が、第１の発明と第２の発明を順に説明する。先ず、第
１の発明について説明する。

【００２１】第１の発明は、追記型の光記録媒体におい
て記録層がＢｉと、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎから選択される少
なくとも一種の元素とから成り、その組成が共晶組成の
ものを選び融点を低下させて記録感度を向上させると共
に、Ｎ、Ａｒ、Ｓの中から選ばれる少なくとも一種の元
素を添加することにより、記録層の溶融時での融液の表
面張力を低下させてきれいな変形（又は穴）を生じせし
めて高いＣ／Ｎを実現させるものである。なお、上記
Ｎ、Ａｒ、Ｓが添加されることにより融液の表面張力が
低下できることの理論的な裏付けは今のところ不明であ
る。

【００２２】例えば、提供される記録層としたはＢｉ−
Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｚｎがあり、これにＮ、Ａ
ｒ、Ｓ等が添加される。この時の融点はＢｉ−Ｉｎが７
２℃、Ｂｉ−Ｓｎが１４０℃、Ｂｉ−Ｚｎが２７０℃と
きわめて低い温度で溶融する為、高い記録感度を得るこ
とができるようになる。

【００２３】また、上述のＮ、Ａｒ、Ｓ添加による表面
張力の低下に対しての添加量は１５ｍｏｌ％を越えない
ようにすることが好ましい。これ以上の添加になると共
晶組成近傍組成から、ずれて融点が上昇して記録感度が
低下するからである。

【００２４】また、本第１の発明では記録層と基板の間
にＺｎＳの誘電体層膜を設けることが推奨される。この
膜を設けることにより記録層との濡れ性を向上させ、記
録層の上にきれいな変形を形成することが可能となり、
高い信号特性を得るこができるようになる。

【００２５】図１は、第１の発明に係る実施例の光記録
媒体の構成を示す図である。図１で案内溝を有する基板
１の上に誘電体層２（この層はなくてもよい）、記録層
３、そして環境保護層４が順次設けられている。

【００２６】基板１の材料は通常、ガラス、セラミック
ス、あるいは樹脂が用いられ、樹脂基板が成形性の点で
好ましい。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、ポリエチ
レン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ
素系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる
が、加工性、光学特などの点からポリカーボネート樹脂
が好ましい。また、基板の形状はディスク状、カード状
あるいはシート状であってもよい。

【００２７】記録層はＢｉ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｂｉ−
Ｃｄ、Ｂｉ−Ｐｂ、Ｂｉ−Ｚｎから作られた合金の共晶
組成を中心とした材料が用いられ、これにＮ、Ａｒ、Ｓ
から選ばれた少なくとも一種の元素が添加され、各種気
相成長法、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、電子
ビーム法により膜が形成される。この時の膜厚は５０Å
から５００Å、好ましくは１５０Åから３５０Åがよ
い。これより厚いと、記録が困難となり、これより薄い
と感度が低下する。この記録層の融点は２８０℃以下で
ある。

【００２８】また、基板上に誘電体を設けてから記録層
を形成すると濡れ性が向上し、記録時にきれいな変形を
得ることが可能となり高い信号特性が得られる。この誘
電体層としてはＺｎＳが良く、その膜厚は、２００Åか
ら１０００Å、好ましくは３００Åから６００Åの間が
良い。

【００２９】さらに、第１の発明の具体例を説明する。

【００３０】ピッチ０．７４μｍ、深さ４００Åの溝付
き、厚さ０．６ｍｍ、直径１２０ｍｍφのポリカーボネ
ート基板上に下記の表１に示す構成により、記録層とＺ
ｎＳ誘電体をスパッタ法により成膜し、記録媒体を作成
した。

【００３１】

【表１】 また、得られた記録媒体の信号評価はＣ／Ｎ比と記録前
の反射率、記録前後のモジュレーションで評価し、記録
信号はＥＦＭランダムパターン、記録パワーは８ｍｗ、
９ｍｗ、１０ｍｗ、１１ｍｗ、１２ｍｗ、記録線速６ｍ
／ｓで行ない、再生信号のＣ／Ｎは３Ｔ（基準時間幅Ｔ
は標準速度、つまり１倍速にて周波数４．３２ＭＨｚの
１周期で約２３０ｎｓｅｃ）信号で評価した。

【００３２】ここで実施例１〜３は記録層としてＢｉ−
Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｚｎの共晶合金をスパッタ法
で２００Åの厚みとして作成し、実施例４〜６は、これ
らの共晶合金にＳを５ｍｏｌ％添加したもの、実施例７
はＢｉ−ＳｎにＮを添加した記録層を作成し、実施例
８、９は記録層としてＢｉ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ共晶合金
を用い、さらに誘電体層としてＺｎＳを設けたものを使
用した。比較例は追記型の記録材料として知られている
Ｔｅを用いた。

【００３３】評価結果を下記表２及び表３に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】 以上のように本第１の発明に係る記録媒体を構成する記
録層として、Ｂｉ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｚｎの共
晶組成合金を用い、必要に応じ、Ｓ、Ｎを添加した系の
信号特性はきわめて良好であることが確認できる。

【００３６】また、上記例では示していないが、Ｂｉ−
Ｃｄ、Ｂｉ−Ｐｂの共晶合金材料についても同等な特性
が得られ、Ａｒ添加の場合と同様にＳ、Ｎも同等の効果
を有する。また、上記から明らかなように基板上にＺｎ
Ｓ層を設けると反射率が高くなり、Ｃ／Ｎ及びモジュレ
ーションも向上する。これは濡性の向上と共にＺｎＳ層
と記録層の間の光干渉による効果も加わっているものと
考えられる。

【００３７】さらに、以下では第２の発明について説明
する。

【００３８】図２は、第２の発明に係る実施例の光記録
媒体の構成を示す図である。図２に示す光記録媒体は、
透明な基板１１上にＢｉＩｎ合金からなる記録層１２、
反射層１３をスパッタリングにより順次形成した構成で
ある。

【００３９】反射層１３上には保護用として光硬化性樹
脂膜１４がスピンコート法等により形成される。基板１
１にはアクリル系やポリカーボネート（ＰＣ）などのプ
ラスチック基板を用いることができる。

【００４０】反射層１３は金属系材料により形成するこ
とができる。金属材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐ
ｔ、Ａｌ等から選択された単体或いはこれらの合金から
なる高反射率金属を用いることができる。しかし、これ
らの高反射率金属は熱伝導率が大きいために記録媒体の
記録感度を低下させる場合がある。

【００４１】そこで、記録感度を高くするための反射層
材料としては熱伝導率の小さい金属材料であるＧｅ、Ｇ
ａ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂ等から選択さ
れる元素単体或いはこれらの合金から成る材料を用いる
ことが望ましい。

【００４２】次にＢｉＩｎ合金の記録原理について述べ
る。特公平３−５５８９１号公報に記述されている単膜
の場合は基板を静止した状態で集光ビームを光記録媒体
に照射し、照射レーザビームのパワーとパルス幅を変え
て反射率の変化を測定している。その結果、大パワー、
短パルス幅のレーザー照射後に反射率が低下するのが確
認されている。

【００４３】また、記録媒体の記録部分と未記録部分は
透過型電子顕微鏡の回折パターンから、各々結晶状態と
非結晶状態であることが判明した。

【００４４】本第２の発明は前述の記録原理を基に鋭意
研究して成されたもので、低反射率にある結晶状態を記
録状態にし、成膜後の非晶質状態を未記録状態としたも
のである。

【００４５】図３は、透明基板（ＰＣ基板）上にＢｉＩ
ｎ単膜を配置した構成で、反射率と吸収率を計算した結
果である。

【００４６】この図３は多層成膜の方法でよく知られて
いるマトリックス法を用いて反射率及び吸収率を求め
た。横軸はＢｉＩｎ合金の厚さを表わしている。反射率
はＢｉＩｎの膜厚とともに増加し、ＢｉＩｎの膜厚が７
０ｎｍになると反射率が３３％と最大になり、飽和す
る。ここで計算で用いたＢｉＩｎの屈折率ｎと消衰係数
ｋはガラス基板上にＢｉ_５０Ｉｎ_５０のサンプルを約１
０００Ａの厚さに成膜し、エリプソメータ（Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光源を使用）で測定した。

【００４７】図４（ａ）、（ｂ）はＢｉＩｎ記録層上に
Ｇｅ成膜からなる反射層を設けて、図３の場合と同様に
して反射率と吸収率を求めた実施例である。図４（ａ）
はＢｉＩｎの膜厚を２０ｎｍにして、反射層のＧｅ膜厚
を変えたもので、図４（ｂ）はＧｅ膜厚を３０ｎｍにし
て、記録層のＢｉＩｎ膜厚を変えたものである。両者と
もＢｉＩｎ膜だけの場合に比べ未記録部の反射率（成膜
後のアモルファス状態の反射率）が増加している。

【００４８】図４（ａ）によればＧｅ膜厚が１５ｎｍ〜
５０ｍｎの範囲で反射率が４０％以上となっている。図
４（ｂ）によればＢｉＩｎ膜厚が５０ｎｍ以下であれば
反射率が４０％以上の値になる。

【００４９】図５（ａ）、（ｂ）はＢｉＩｎ記録層上に
Ｓｎ成膜の反射層を設けて反射率、吸収率を求めた実施
例である。

【００５０】図５（ａ）はＢｉＩｎの膜厚を２０ｎｍに
して、反射層のＳｎ膜厚を変えたもので、図５（ｂ）は
Ｓｎ膜厚を３０ｎｍにして記録層のＢｉＩｎ膜厚を変え
たものである。両図ともＢｉＩｎ膜だけの場合に比べ未
記録部の反射率が増加している。

【００５１】図５（ａ）からＳｎ膜厚が１８ｎｍ以上で
あれば反射率が４０％以上となる。図５（ｂ）からＢｉ
Ｉｎ膜厚が３３ｎｍ以下であれば反射率が４０％以上の
値となる。

【００５２】以上に示した図４（ａ）及び（ｂ）、並び
に図５（ａ）及び（ｂ）に示した実施例より記録層Ｂｉ
Ｉｎの膜厚として５０ｎｍ以下が好ましいことが確認で
きる。 また、反射層Ｇｅの膜厚としては１５ｎｍ以上
であればよいがＧｅ膜厚があまり厚くなると感度が低下
するので、あまり厚くすることはできない。高感度、高
反射率のＧｅ膜厚としては、１５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲
内とすることが好ましい。同様に反射層Ｓｎに膜厚とし
て１８ｎｍ以上であればよいが感度の低下を防ぐにはＳ
ｎ膜厚は１８ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内とするが好まし
い。

【００５３】さらに本第２の発明における光記録媒体及
び記録再生の具体的例について説明する。トラッキング
用の溝を設けたポリカーボネート基板上に厚さ２０ｎｍ
のＢｉ_５０Ｉｎ_５０合金からなる記録層、厚さ３０ｎｍ
のＧｅ反射層を順次スパッタリング法により成膜後、Ｇ
ｅ反射層表面を紫外線硬化樹脂でスピンコートした。

【００５４】作製した光ディスクを秒速３．５ｍ／ｓで
回転し、トラック上に１５ＭＨｚの信号を記録した。こ
のときの光学系はλ＝６５０ｎｍ、対物レンズＮＡ＝
０．６、レーザーパワーは５ｍＷに設定した。

【００５５】信号を記録した光ディスクの再生信号から
未記録部の反射率４８％、記録部の反射率は１６％とな
りモジュレーションの値として６７％が得られた。これ
らの実験結果から作成した記録媒体は記録部の反射率が
未記録部の反射率よりも低いＨｉｇｈ ｔｏ Ｌｏｗの
再生信号特性をもつことが確認された。

【００５６】以上本発明の好ましい実施例について詳述
したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の
範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、請求項１から３に記載の発明によれば、追記型記録
媒体において、その記録層にＢｉ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、
Ｂｉ−Ｚｎ等の共晶組成の合金を用い、これにＳ、Ｎ、
Ａｒの中から選ばれた少なくとも一種の元素を添加する
と極めて良好な信号特性を有する記録媒体を実現するこ
とができる。そして、基板上にＺｎＳ等による誘電体層
を設け、その上に前記記録層を設けると信号特性が良好
でかつ反射率の高い特性を有する記録媒体を実現でき
る。

【００５８】また、請求項４から６に記載の発明によれ
ば、基板上にＢｉＩｎ合金からなる記録層と熱伝導率の
低い反射層から構成されているので層数が少なく低価格
化が容易である高反射、高感度のＲＯＭ互換可能な追記
型光記録媒体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る実施例の光記録媒体の構成を
示す図である。

【図２】第２の発明に係る実施例の光記録媒体の構成を
示す図である。

【図３】第２の発明について、基板上にＢｉＩｎ単膜を
配置した構成で、反射率と吸収率について示した図であ
る。

【図４】ＢｉＩｎ記録層上にＧｅ成膜からなる反射層を
設けて、図３の場合と同様にして反射率と吸収率につい
て示した図である。

【図５】ＢｉＩｎ記録層上にＳｎ成膜の反射層を設けて
反射率、吸収率について示した図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 記録層 ３ 誘電層 ４ 環境保護層 １１ 基板 １２ ＢｉＩｎ合金記録層 １３ 反射層 １４ 光硬化性樹脂

フロントページの続き (72)発明者 芝口 孝 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 影山 喜之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H111 EA03 EA12 EA21 EA22 EA33 FA01 FA12 FA21 FB06 FB07 FB10 FB19 FB21 FB27 FB28 FB29 5D029 HA05 JA01 JB28 JB35 LA11 LB01 LB02 LC30 MA13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を照射することにより、基板上に形成
   した記録層に変形を生じさせて記録する追記型の記録媒
   体であって、 前記記録層がＢｉと、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｐｂ及びＺｎ
   からなる群から選択される少なくとも１種の元素とから
   なることを特徴とする光記録媒体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光記録媒体において、 前記記録層は共晶組成であり、該記録層にＮ、Ａｒ及び
   Ｓからなる群から選択される少なくとも１種の元素が添
   加されていること特徴とする光記録媒体。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の記録媒体において、 前記記録層と前記基板との間に記録層との濡れ性を改善
   する誘電体層を設けたことを特徴とする光記録媒体。
4. 【請求項４】 光を照射することにより、基板上に形成
   した記録層に変形を生じさせて記録する追記型の記録媒
   体であって、 前記記録層をＢｉとＩｎとの合金で形成し、該記録層上
   に反射層を設けたことを特徴とする光記録媒体。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の光記録媒体において、 前記反射層がＧｅ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂ
   ｉ及びＰｂから成る群から選択された１つ又はこれらの
   合金からなる、ことを特徴とする光記録媒体。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載の光記録媒体にお
   いて、 前記記録層の膜厚が５０ｎｍ以下であることを特徴とす
   る光記録媒体。