JP2004355730A

JP2004355730A - 相変化型記録媒体

Info

Publication number: JP2004355730A
Application number: JP2003152867A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Ishii; 紀彦石井; Nobuhiro Kinoshita; 延博木下; Ryuji Sato; 龍二佐藤; Naoki Shimizu; 直樹清水
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】複数層に記録されたデータをフォーカスジャンプすることなく一度に書き込み、読み取ることが可能な相変化型記録媒体を提供すること。
【解決手段】所定の光線を入射してデータを記録する複数の記録層４、６を有し、各記録層４、６が相変化し、相に応じたデータを保持する相変化型記録媒体１００において、各記録層４、６の融点がそれぞれ異なると共に、各記録層４、６における結晶化可能温度範囲がそれぞれ異なり、光線のパワー及び光線のパワーの時間変化に応じて各記録層４、６に個別にデータを記録でき、各記録層４、６は、入射する光線の焦点近傍に位置するように形成される構成を有している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、書き込み及び消去が可能な記録媒体に関し、特に相変化を利用して書き込み消去を可能とする相変化型記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）−ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＷ（Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）などの書き換え型光ディスクでは、ディスク基板に設けてあるトラックサーボ用の溝、いわゆるグルーブに従ってレーザを集光し、その集光したレーザにより、集光部の温度制御を行い、結晶と非晶質との可逆変化による情報の記録が行われてきた。
【０００３】
光ディスクへの記録は、通常、結晶状態と非晶質の状態との反射率の差を利用して行う。一般に、初期状態が結晶（反射率高い）である媒体に、レーザ光を照射することにより所定温度以上に温度を上昇させ、非晶質（反射率低い）のマークを形成することにより記録がなされる。また、オーバーライトの場合は、非晶質のマークを結晶状態へと結晶化させ、消去してから書き込むことが行われる。
【０００４】
近年の大容量、高記録密度化の要請から、記録マークを小さくすることや多層化して記録層を増加させることなどが行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。ここで、多層化した光ディスクに記録し、読み出すことは、記録および読み出しのための光学系を調整し、焦点を各層に合わせてから行っていた。したがって、読み出し書き込みのために、いわゆるフォーカスジャンプを行っていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６００６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８５５１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の相変化型記録媒体では、各記録層間の熱干渉を防止するのに記録層を数十μｍ離していたため、その間をフォーカスジャンプする必要があると共に、各層に記録されたデータを一度に読み出すことができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、複数層に記録されたデータをフォーカスジャンプすることなく一度に書き込み、読み取ることが可能な相変化型記録媒体を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、所定の光線を入射してデータを記録する複数の記録層を有し、各前記記録層が相変化し、相に応じたデータを保持する相変化型記録媒体において、各前記記録層の融点がそれぞれ異なると共に、各前記記録層における結晶化可能温度範囲がそれぞれ異なり、前記光線のパワー及び前記光線のパワーの時間変化に応じて各前記記録層に個別にデータを記録できる構成を有している。
この構成により、記録層に応じた温度でデータを書き込むことができるため、複数層に記録されたデータをフォーカスジャンプすることなく一度に書き込み、読み取ることが可能な相変化型記録媒体を実現することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、各前記記録層は、入射する前記光線の焦点内に位置するように形成される構成を有している。
この構成により、請求項１の効果に加え、各記録層が焦点近傍に位置するように形成されるため、各記録層の温度をほぼ一様に上昇させることが可能な相変化型記録媒体を実現することができる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、請求項１において、各前記記録層の屈折率および屈折損失は、各前記記録層間でそれぞれ異なる構成を有している。
この構成により、請求項１の効果に加え、各記録層の屈折率および屈折損失が各記録層間でそれぞれ異なるため、読み取りが容易なデータの記録をすることが可能な相変化型記録媒体を実現することができる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、請求項１において、各前記記録層は、ＧｅＳｂＴｅ系化合物またはＧｅＧａＳｂＴｅ系化合物によって形成される構成を有している。
この構成により、請求項１の効果に加え、書き込み及び読み取りの条件を具備した膜を形成できると共に、成膜の設計の自由度を確保することが可能な相変化型記録媒体を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る相変化型記録媒体の断面構造を示す概念的な説明図である。相変化型記録媒体１００は、支持基板１の上に順次反射層２、第１の保護層３、第１の記録層４、第２の保護層５、第２の記録層６、第３の保護層７、および光透過層８が積層された構造を有する。なお、図１には、記録層が２層の場合を例に取り記載したが、本発明の適用は、２層の場合に限るものではなく、複数層とするのでもよい。その場合は、第３の保護層７の上に順次記録層と保護層を交互に繰り返して所望の層数だけ積層すればよい。また、図１では、発明の趣旨とは関係のない部分の構造は、省略した。
【００１３】
図１において、対物レンズ１０によって集光されたレーザ光は、層厚方向で記録層４、６近傍に焦点が合うようになっている。具体的には、第２の保護層の中心（層厚方向で）近傍に焦点が合うのでもよい。これによりレーザ光のパワーを増加させた場合に１度に両方の記録層４、６を加熱し、温度を上昇させることができるようになっている。これによりフォーカスジャンプすることなく読み出し、書き込み、消去等の際の集光を可能としている。なお、対物レンズ１０に入射するレーザ光の生成方法については、周知であり、その説明を省略する。
【００１４】
本発明の相変化型記録媒体１００を構成する記録層４、６は、異なる融点を有するものであり、また、融解後に結晶化することが可能な温度範囲（以下、単に「結晶化可能温度範囲」という。）も異なるものである。また、各記録層の結晶化可能温度範囲は、重なりを有するものとする。なお、いうまでもなく各記録層の結晶化可能温度範囲は、融点よりも低い温度に位置する。図２を用いて、記録層の融点と結晶化可能温度範囲について説明する。
【００１５】
図２では、縦方向が温度で横方向が時間である。図２に示す例では、第１の記録層４の融点が第２の記録層６の融点よりも低くなっており、結晶化可能温度範囲は記録層間で重なりを有し、第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１は第２の記録層６の結晶化可能温度範囲２２０の下端２２１よりも低い温度となっている。
【００１６】
ここで、第１の記録層４を、例えば、Ｇｅ_７Ｇａ_８Ｓｂ_６０Ｔｅ_２５によって形成し、第２の記録層６を、例えば、Ｇｅ_１０Ｓｂ_６５Ｔｅ_２５によって形成して、上記の融点と結晶化可能温度範囲とを有する層を実現するのでもよい。また、保護層３、５、７を、例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２によって形成するのでもよい。ここで、Ｇｅ_ｘＳｂ_ｙＴｅ_{（１−ｘ−ｙ）}にＧａを適量添加することにより、融点および結晶化可能温度範囲を下げることができる。
【００１７】
これらの層を形成するための成膜は、ＲＦスパッタ法、ＤＣスパッタ法、真空蒸着法、イオンビームスパッタ法、その他の成膜方法によって形成するのでもよい。その際、元素毎のターゲットや蒸着源を用いて成膜すること以外に、化合物のターゲットを用いてスパッタし、化合物の蒸着源を用いて蒸着するのでも、所定の元素のターゲットと化合物のターゲットを組み合わせてスパッタし、所定の元素の蒸着源と化合物の蒸着弦を組み合わせて蒸着するのでもよい。
【００１８】
以下、図２を用いて本発明の相変化型記録媒体への書き込み動作について説明する。なお、読み込み動作については、結晶状態と非晶質の状態における反射率の差異を利用して読み込み動作を行う方法が公知であり、以下では、その説明を省略する。なお、第１の記録層４と第２の記録層６との初期状態は、結晶状態とする。また、記録層に形成されたマークが結晶状態であるとき、この状態のマークをデータ「０」に対応付けるものとする。反対に、記録層に形成されたマークが非晶質の状態であるときは、データ「１」に対応付けるものとする。
【００１９】
図２に、レーザ光照射による４つの温度変化パターン（以下、単に「パターン」という。）を示す。まず、第１のパターン２０１は、第１の記録層４と第２の記録層６内のレーザ光照射された部分の温度が、第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０と第２の記録層６の結晶化可能温度範囲２２０とが重なる温度範囲内に入るようにレーザ光照射するものである。以下、第１のパターンで実現される温度を「第１温度」という。
【００２０】
第２のパターン２０２は、第１温度から第２の記録層６の融点以上となるように温度が上がり、その後、第２の記録層６の結晶化可能温度範囲２２０以下、かつ、第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０内の温度に低下するようにレーザ光照射するものである。
【００２１】
第３のパターン２０３は、第１温度から温度を上昇させて第１の記録層４の融点以上、かつ、第２の記録層６の融点以下の温度とし、その後、両方の記録層４、６の結晶化可能温度範囲以下の温度に低下するようにレーザ光照射するものである。
【００２２】
第４のパターン２０４は、第１温度から第２の記録層６の融点以上となるように温度が上がり、その後、両方の記録層４、６の結晶化可能温度範囲以下の温度に低下するようにレーザ光照射するものである。
【００２３】
データ消去用の第１のパターン２０１を得るためのレーザ光照射の例を図３（ａ）に示す。データ消去の場合、第１の記録層４および第２の記録層６は、所定時間、結晶化可能温度範囲内の温度に維持され、結晶化する。図３（ａ）では、上記の第１の温度を維持するために２．８ｍＷのパワーを出力した例が示されている。
【００２４】
次に、第２の記録層６にデータ「１」を記録し、第１の記録層４にデータ「０」を記録することは、第２のパターン２０２を得るためのレーザ光照射を行うことによって実現できる。第２のパターン２０２は、図３（ｂ）に示すような時系列パターンでレーザ光照射することによって実現できた。すなわち、はじめに第１の温度を達成すべく２．８ｍＷのパワーでレーザ光照射し、その後、第２の記録層６の融点以上に温度を上げるため６．８ｍＷにパワーを増加させ、第２の記録層６内で融解が起こるまでの時間、出力を維持し、その後、第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１と第２の記録層６の結晶化可能温度範囲２２０の下端２２１との間の温度に維持するために０．５ｍＷのパワーでレーザ光照射する。
【００２５】
第２のパターン２０２を得るためのレーザ光照射では、第２の記録層６の融点以上に温度を上げてから急激に第２の記録層６の結晶化可能温度範囲２２０の下端２２１より下の温度に下げるため、第２の記録層６内では、結晶化せず、非晶質となる。その結果、第２の記録層６にはデータ「１」が記録される。一方、第１の記録層４に関しては、０．５ｍＷのパワーの出力が維持されると、温度が結晶化可能温度範囲２１０に維持されるため、結晶化が起こる。これにより第１の記録層４には、データ「０」が維持される。
【００２６】
次に、第２の記録層６にデータ「０」を記録し、第１の記録層４にデータ「１」を記録することは、第３のパターン２０３を得るためのレーザ光照射を行うことによって実現できる。第３のパターン２０３は、図３（ｃ）に示すような時系列パターンでレーザ光照射することによって実現できた。すなわち、はじめに第１の温度を達成すべく２．８ｍＷのパワーでレーザ光照射し、その後、第１の記録層４の融点以上かつ第２の記録層６の融点未満に温度を上げるため６．０ｍＷにパワーを増加させ、第１の記録層４内で融解が起こるまでの時間、出力を維持し、その後、第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１以下の温度に温度を維持するために０．２ｍＷのパワーでレーザ光照射する。
【００２７】
第３のパターン２０３を得るためのレーザ光照射では、第１の記録層４の融点以上に温度を上げてから急激に結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１より下の温度に下げるため、第１の記録層４内では、結晶化せず、非晶質となる。その結果、第１の記録層４にはデータ「１」が記録される。一方、第２の記録層６に関しては、６．０ｍＷのパワーの出力では、第２の記録層６の融点まで温度が上昇せず、第２の記録層６内では結晶の状態が維持されることになる。これにより第２の記録層６には、データ「０」が維持される。
【００２８】
次に、第２の記録層６にデータ「１」を記録し、第１の記録層４にデータ「１」を記録することは、第４のパターン２０４を得るためのレーザ光照射を行うことによって実現できる。第４のパターン２０４は、図３（ｄ）に示すような時系列パターンでレーザ光照射することによって実現できた。すなわち、はじめに第１の温度を達成すべく２．８ｍＷのパワーでレーザ光照射し、その後、第２の記録層６の融点以上に温度を上げるため６．８ｍＷにパワーを増加させ、第２の記録層６内で融解が起こるまでの時間、出力を維持し、その後、第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１以下の温度に温度を維持するために０．２ｍＷのパワーでレーザ光照射する。
【００２９】
第４のパターン２０４を得るためのレーザ光照射では、第２の記録層６の融点以上に温度を上げてから急激に第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１より下の温度に下げるため、第２の記録層６内では、結晶化せず、非晶質となる。その結果、第２の記録層６にはデータ「１」が記録される。同様に、第１の記録層４内では、いったん融解した後、急激に第１の記録層４の結晶化可能温度範囲２１０の下端２１１未満の温度に冷却されるため、結晶化せず、非晶質となる。これにより第１の記録層４にも、データ「１」が記録される。
【００３０】
以上のようなパターンのレーザ光照射を行うことによって各記録層に選択的にデータを記録できる。読み出しは、上記のようにして生成した結晶状態のマークの屈折率と非晶質のマークの屈折率との差異を利用して行う。具体例としては、第１の記録層４の結晶状態での反射率を２５％、非晶質での反射率を１５％とし、第２の記録層６についての結晶状態での反射率を１８％、非晶質での反射率を１０％とすると、入力光に対する反射光の比である読み出し効率は、それぞれ、図３（ａ）に対して０．１８×０．２５＝０．０４５、図３（ｂ）に対して０．１０×０．２５＝０．０２５、図３（ｃ）に対して０．１８×０．１５＝０．０２７、図３（ｄ）に対して０．１０×０．１５＝０．０１５となる。
【００３１】
したがって、反射光の光量である読み出し光量の差異によって各記録層の相の状態を判別でき、判別された相に応じたデータを読み取ることができる。なお、上記の読み出し効率の例の場合、読み出しのレーザ光のパワーは、０．５ｍＷとすることによってデータを読み出すことができた。
【００３２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る相変化型記録媒体は、記録層に応じた温度でデータを書き込むことができるため、複数層に記録されたデータをフォーカスジャンプすることなく一度に書き込み、読み取ることができる。
また、各記録層が焦点近傍に位置するように形成されるため、各記録層の温度をほぼ一様に上昇させることができる。
また、各記録層の屈折率および屈折損失が各記録層間でそれぞれ異なるため、読み取りが容易なデータの記録をすることができる。
さらに、書き込み及び読み取りの条件を具備した膜を形成できると共に、成膜の設計の自由度を確保することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、複数層に記録されたデータをフォーカスジャンプすることなく一度に書き込み、読み取ることが可能な相変化型記録媒体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る相変化型記録媒体の断面構造を示す概念的な説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る相変化型記録媒体におけるデータの書き込みを説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る相変化型記録媒体におけるデータの書き込みを行うためのレーザ光照射の一例を示す図である。
【符号の説明】
１支持基盤
２反射層
３、５、７保護層
４、６記録層
８光透過層
１０対物レンズ
１００相変化型記録媒体
２０１第１のパターン
２０２第２のパターン
２０３第３のパターン
２０４第４のパターン
２１０第１記録層の結晶化可能温度範囲
２２０第２記録層の結晶化可能温度範囲
２１１第１記録層の結晶化可能温度範囲の下端
２２１第２記録層の結晶化可能温度範囲の下端

Claims

所定の光線を入射してデータを記録する複数の記録層を有し、各前記記録層が相変化し、相に応じたデータを保持する相変化型記録媒体において、
各前記記録層の融点がそれぞれ異なると共に、各前記記録層における結晶化可能温度範囲がそれぞれ異なり、前記光線のパワー及び前記光線のパワーの時間変化に応じて各前記記録層に個別にデータを記録できることを特徴とする相変化型記録媒体。
各前記記録層は、入射する前記光線の焦点内に位置するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化型記録媒体。
各前記記録層の屈折率および屈折損失は、各前記記録層間でそれぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載の相変化型記録媒体。
各前記記録層は、ＧｅＳｂＴｅ系化合物またはＧｅＧａＳｂＴｅ系化合物によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化型記録媒体。