JP2004503047A - 光学情報媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光ビーム(14, 15)によって再書込み可能な記録用光学情報媒体は、2層の誘電層(9、11)の間にはさまれる相変化型記録層(10)を有する第一記録スタック(8)を有し、かつ2層の誘電層(3, 5)の間にはさまれる相変化型記録層(5)を有する第二記録スタックを有する。透明スペーサ層(7)は、第一記録スタック(8)と第二記録スタック(2)の間に介在している。金属ミラー層(3)は、透明スペーサ層(7)から離れた側で第二記録スタック(2)の近くに存在する。第一記録スタック(8)は、実質上成長主体の結晶化または実質上核生成主体の結晶化を有する相変化型記録層(10)を有する。第二記録スタック(2)は、第一記録スタック(8)に対して選択される種類とは異なる種類の相変化型記録層(5)を有する。最適な記録および消去の作用は、記録層(5, 10)に対して実質上等しいレーザ光書込みパルス条件、および記録速度により達成される。
【選択図】図1
Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、レーザ光ビームによって再書込み可能な記録用光学情報媒体であって、当該媒体が、基板を有し、その基板の一方の側に、
− 2層の誘電層の間にはさまれた相変化型記録層を有する第一記録スタック、
− 2層の誘電層の間にはさまれた相変化型記録層を有する第二記録スタック、
− 前記レーザ光ビームの焦点深度より大きい層厚を有する、前記第一および前記第二記録スタックの間に介在する透明スペーサ層、そして
− 前記第二記録スタックの近傍にありかつ前記透明スペーサ層から離れた前記第二記録スタックの側にある金属ミラー層
を配置させた記録用光学情報媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
このような光学情報媒体は、米国特許第6,190,750号から公知である。当該特許には、片面二重層記録用の光学情報媒体が記載されている。
【0003】
相変化の原理に基づく光学データ記録は、それが、直接重ね書き(DOW)と高記憶密度の可能性を、容易に互換性を維持して、読取り専用光学データ記録システムに結合させるので、魅力的である。相変化光学記録法は、フォーカスされた相対的に強力なレーザ光ビームを使用して、結晶薄膜内にサブマイクロメータのサイズのアモルファス記録マークを形成するものである。情報を記録する間、媒体は、記録される情報に従って変調されるフォーカスされたレーザ光ビームに対して、移動する。これにより、クェンチングが相変化記録層内に起こり、その結果、露出されていない領域内の結晶のままの記録層の露出された領域内に、アモルファス情報マークが形成される。アモルファスマークの消去は、記録層を融解させずに、中間出力レベルで同じレーザーを加熱により再結晶化させることにより実現される。アモルファスマークは、低パワーのフォーカスされたレーザ光ビームにより、例えば、基板を介して、読み出すことができるデータビットを表す。記録層の結晶性の未露光領域とのアモルファスマークの反射差は、レーザ光ビームを変調させ、これは、次いで、検出器により、記録されたデジタル情報に従って変調された光電流に変換される。
【0004】
片面ディスクのDVD−RewritableおよびDVR(デジタルビデオレコーダ)のような光記録媒体の記憶容量を増大させることが、本発明の目的である。これは、レーザ光のスポットサイズが(λ/NA)2に比例するので、レーザ光波長λを低減させおよび/または記録レンズの開口数(NA)を増大させることにより達成することができる。レーザ光スポットのサイズがより小さくなるので、記録されるマークも、より小さくなる。したがって、より多くのマークがディスクの単位面積当たりに適合するので、ディスクの記憶容量は増大する。これの代替方法は、多重記録層の適用である。光ディスクの同じ側面に2層の記録層が使用される際には、これは、二重またはデュアル記録層と呼ばれる。光ディスクの同じ側面に3層以上の記録層を使用する場合、それはマルチ層記録と呼ばれる。これらの新規なディスクに対しては、完全消去時間(CET)は、最大でも60nsでなければならない。CETは、結晶性環境におけるアモルファスマークを完全に結晶化させる消去パルスの最小継続時間として規定され、これは静的に測定される。120mm径のディスク当たり4.7GBの記憶密度を有することができるDVD−Rewritableに対しては、33 Mbit/sのユーザーデータビット伝送速度が必要であり、そしてDVR−赤および−青(赤および青は、使用されるレーザ光波長)に対しては、、当該データビット伝送速度は、それぞれ、35Mbit/sと50Mbit/sである。これらのデータビット伝送速度レートの各々は、いくつかのパラメータ(例えば、使用される記録スタックおよび記録層物質の熱的設計)により影響を受ける最大値CETに、翻訳することができる。
【0005】
二重層記録の場合、第一記録スタックは、第二記録スタックに対する適切な読取り/書込み特性を確保するために十分な透過性を有していなければならない。米国特許第 6,190,750号により公知である媒体は、2層の金属層を有する再書込み可能な相変化記録に対する| IP1IM1I+|S|IP2IM2構造を有する。その第一層(M1)は、相対的に薄くかつ高い透過率を有し、第二層(M2)は、高い光学反射率を有するミラーである。Iは誘電層を表し、I+はレーザ光線が最初に入射するさらなる誘電層(P1)を表し、そしてP2は相変化記録層を表し、かつSは透明スペーサ層を表す。金属層は、反射ミラーとして機能するのみならず、書込みの間に、アモルファス相をクエンチするために急速冷却を確実にするヒートシンクとしても機能する。同一物質または極めて類似した物質からなる2層の記録層P1およびP2の記録および消去の作用は、スタックにおけるそれらの位置により異なる。P1層は、ヒートシンク容量が制限された相対的に薄い金属層M1P2層の近くに存在し、P2層は、記録の間P2層を相当冷却させる相対的に厚い金属ミラー層M2の近くに存在する。記録層の冷却作用により、相当程度、記録の間のレーザ光ビームに必要なレーザ光書込みパルス条件と記録速度が決る。さらに、相対的に薄い金属層M1により、レーザ光の相当部分がP2層で記録パワーを低減させてしまう原因となることが必然的に阻止される。
【0006】
この公知の媒体の問題点は、第一記録層と第二記録層とで、記録および消去の作用が、実質上異なる点である。これは、各々の記録層に対し異なるレーザ光線書込みパルス条件と記録速度を必要とするので、より複雑な記録装置が必要になる。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、最適の記録および消去の作用が、どの記録層にも実質上等しい記録速度と、どの記録層にも実質上等しいレーザ光書込みパルス条件とにより達成される、第一パラグラフに記載されている種類の光学情報媒体を提供することである。
【0008】
この目的は、
− 前記第一記録スタックが、実質上成長主体の結晶化を有する種および実質上核生成主体の結晶化を有する種の相変化型記録層を有し、かつ
− 前記第二記録スタックが、前記第一記録スタックに対して選択された前記種類とは異なる種類の相変化型記録層を有することにより達成される。
【0009】
本発明の光学情報媒体の原理は、例えば、次の層構造により線図的に説明することができる:
| IP1I| S| IP2I |M|
ここで、IP1Iは第一記録スタックで、IP2Iは第二記録スタックで、ここで、IおよびSは、上述した意味を有し、Mは金属ミラー層で、かつP1およびP2は異なる種類の相変化型記録層である。記録および読出しの間、光学レコーダのレーザ光ビームは、第一記録スタックを介して入射する。層構造が配置される基板は、金属層Mに隣接させる(この場合、レーザ光ビームは基板を通過せずに第一記録スタックを介して入射する)、または第一記録スタックに隣接させる(この場合、レーザ光ビームは、基板層を通過した後に第一記録スタックを介して入射する)の何れかに存在させることができる。基板から離れた層構造の側面に、層構造を環境から保護するためにカバー層を、設けることも出来る。
【0010】
本発明は、記録層の結晶化速度を、記録層の物質の選択により記録層に隣接する層の熱および/または光学特性に整合させなければならないと言う洞察に基づいている。結晶化には、成長主体の結晶化、および核生成主体の結晶化と言う2つの機構が、公知である。Mがヒートシンクとして機能するので、金属ミラーMの存在は、第二記録スタックを相対的に速い冷却構造とすることが出来る。他方、第一記録スタックは、金属ヒートシンクが存在しないので相対的に遅い冷却構造となる。換言すれば、書込みの間アモルファス相をクエンチするために重要である冷却速度と記録感度は、記録スタックごとに異なる。これは、記録層に実質上異なる結晶化特性を選択することにより、補償することができる。少なくとも一つの透明でかつしたがって、相対的に薄い金属層を、第一記録スタックに隣接させて追加することも、可能である。このような付加される金属層のヒートシンクの容量は、相対的に低い。したがって、このような層を、光学反射を微調整し、かつ第一記録スタックのヒートシンク容量を微調整するために使用することができる。
【0011】
DOWの間、アモルファス相記録マークを再結晶化させることができるスピードは、CETに反比例するデータレートを決定する。新規なマークの書込みを可能とする前に、既存のマークは完全に消去しなければならない。したがって、消去または再結晶を行うことができるスピードにより、記録媒体の最大データレートが制限される。第一記録スタックは、相対的に遅い冷却構造であり、かつ記録層は、第二記録スタックに充分なレーザ光線を透過させるために薄くなければならない。
【0012】
第二記録スタックの記録層の相変化物質が、核生成主体の結晶化を有し、かつ相対的に低いCETを有する場合、第一記録スタックの記録層の相変化物質の選択は、相対的に低いCETを有する成長主体の結晶化の物質である。層が薄い場合、晶子の核生成が発生しにくいので、核生成主体の結晶化の相変化物質を選択することは、相対的に高いCETをもたらすことになろう。
【0013】
第二記録スタックが、成長主体の結晶化と相対的に大きいCETを有する相変化記録層物質を有する場合、第一記録スタックに薄い結晶化核生成主体の記録層を選択することは、第二記録スタックにおける記録層の作用と整合させるために有利である。
【0014】
誘電層は、ZnSとSiO2の混合体、例えば、(ZnS)80(SiO2)20が好ましい。これに代えて、この層を、それらの非化学量論比の組成を含む、SiO2、Ta2O5、TiO2、ZnS、Si3N4、AlN、Al2O3、MgO、ZnO、SiCとすることができる。特に、Si3N4、AlN、Al2O3、MgO、ZnO、SiCは、それらの熱伝導率が良好であると言う理由から、好ましい。
【0015】
金属ミラー層に対しては、Al、Ti、Au、Ni、Cu、Ag、Rh、Pt、Pd、Ni、Co、MnおよびCr、およびこれらの金属の合金のような金属を、使用することができる。適切な合金の具体例は、AlTi、AlCrおよびAlTaである。この金属ミラー層の層厚は、ほとんどクリティカルでないが、透過率は、最大の反射を得るために実際にはゼロであることが好ましい。実際には、光学透過率がゼロでかつ堆積が容易である約100nmの層が、多用される。
【0016】
一実施例の場合、第一記録スタックは、Q(Qは、AgおよびGeの群から選択される)、In、SbおよびTeの化合物を有する実質上成長主体の結晶化の種類と、Ge、SbおよびTeの化合物を有する実質上核生成主体の結晶化の種類とから選択される種類の相変化型記録層を有する。
【0017】
実質上成長主体の結晶化の記録層としては、Q、In、SbおよびTeの化合物(Qは、Ag、およびGeの群から選択され、そして化合物の原子組成は、組成式QaInbSbcTed、かつ0 < a ≦ 15、0 < b ≦ 6、55 ≦ c ≦ 80、16 ≦ d ≦ 35、a + b + c + d = 100により規定される)が、有用である。
【0018】
国際特許出願公開第WO 01/13370に記載されている化合物は、実質上成長主体の結晶化を有する記録層として特に有用である。この適用例に記載されている化合物の原子組成は、組成式QaInbSbcTed(2 ≦ a ≦ 9、0 < b ≦ 6、55 ≦ c ≦ 80、16 ≦ d ≦ 30、a + b + c + d = 100、かつQが、 AgまたはGeである)により規定されている。これらの化合物の場合、成長主体の結晶化スピードが相対的に速い。
【0019】
Ge、SbおよびTeの化合物が、実質上核生成主体の結晶化を有する相変化型記録層として有用である。ここで、化合物の原子組成は、三元組成ダイアグラムGe−Sb−Teにおける領域により規定され、その領域は、頂点:Sb3Te7、Ge2Te3、Ge3Te2およびSbTeを有する四角形の形状である。
【0020】
米国特許第5,876,822号に記載されている化合物は、実質上核生成主体の結晶化の相変化型記録層として特に有用である。この特許に記載されている化合物の原子組成は、組成式Ge50xSb40−40xTe60−10x、および0.166 ≦ x ≦ 0.444により規定されている。これらの化合物の場合、核生成主体の結晶化スピードは相対的に高い。
【0021】
第一記録スタックの相変化型記録層は、5および15nmの間の層厚を有する。第一記録スタックのより厚い記録層は、レーザ光に対して透過率が低くなりすぎると言う結果になる。第二記録スタックの記録層は、より厚く(例えば、10と35nmの間)することができる。
【0022】
透明スペーサ層は、通常、少なくとも10マイクロメータの層厚を有し、かつ第一記録スタックと第二記録スタックとの間に存在する。層厚は、レーザ光ビームの焦点深度より大である。レーザ光ビームの焦点深度は、組成式λ/(2(NA)2)(λは、レーザ光の波長で、かつNAは、読取り/書込み対物レンズの開口数)により決定される。透明スペーサの層厚がこの焦点深度より実質上大であるため、第一および第二記録スタックが、光学的に分断される、すなわち、第一記録スタックの記録層にフォーカスされるレーザ光ビームは、第二記録スタックの記録層から/へ情報を読取らない/書込まない、およびその逆も成り立つ。このようにして、記憶容量は、単一層の情報媒体に対し、二倍になる。透明スペーサ層の物質は、例えば、UV硬化されたアクリル酸塩接着剤または樹脂である。この場合、サーボトラックは複製プロセスにより設けることができる。
【0023】
第一記録スタックにおいて、レーザ光ビームが最初に入射する誘電層は、記録層を湿度から保護し、隣接層を熱損傷から保護し、かつ光学コントラストを最適化する。ジッターの視点から、この誘電層の層厚は、少なくとも70nmであることが好ましい。ジッターは、記録マークの形状の歪みの尺度であり、そして情報信号における上昇エッジと下降エッジの時間ずれとして測定される。光学コントラストからみて、この層の層厚は、実質上、(70 + λ/2n) nm(λはレーザ光ビームの波長で、nは誘電層の屈折率)に等しいことが好ましい。第二記録スタックにおいて、透明スペーサ層と記録層との間の誘電層は、同じ理由により同じ範囲内の層厚を有する。しかしながら、これらの好ましい値を変更することも可能である。
【0024】
第二記録スタックにおいて、記録層と金属ミラー層との間の誘電層は、10および50nm、好ましくは、20および40nmの間の層厚を有する。この層が10nmより薄い場合、記録層と金属ミラー層の間の熱絶縁は、低くなり過ぎる。この結果、第二記録層の冷却速度が増大するので、結晶化は劣下し、サイクラビリティ(cyclability)も劣下する。この層が50nmより厚い場合、記録層と金属ミラー層の間の熱絶縁は、高くなり過ぎる。冷却速度は減少し、その結果、書込みの間の媒体の記録層のクェンチングスピードが、減少し、アモルファスマークの形成が妨げられる。
【0025】
第一記録層と透明スペーサ層との間に存在する第一記録スタックの誘電層は、最大透過率に対して最適化され、そしてその層厚は誘電物質の屈折率nに依存する。
【0026】
情報媒体の基板は、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、アモルファスポリオレフィンまたはガラスから構成されている。典型的な具体例の場合、基板は、ディスク形状で、120mmの径、かつ0.6または1.2mmの層厚を有する。レーザ光ビームが基板の入射面を介して媒体に入射する場合、第一記録スタックは、基板に隣接して存在し、かつ基板は、少なくともレーザ光に対し透明である。
【0027】
これに代えて、レーザ光が、第一記録スタックに隣接するカバー層を介して、媒体に入射することも可能である。この場合、基板は、金属ミラーに隣接している。例えば、カバー層は、新規な60mm径のデジタルビデオレコーディング(DVR)ディスクに対して使用される。このディスクは、このカバー層を介して書き込まれかつ読み出される。したがって、これは、良好な光学品質を有していなければならない。カバー層として適切な物質は、例えば、紫外線硬化されたポリメトアクリレート(poly(meth)acrylate)である。記録スタックが、カバー層を介して書き込まれ、かつ読み出される場合、基板は、必ずしもレーザ光に対し透明である必要は無い。
【0028】
少なくとも一層の付加的な透明スペーサ層により、第一および第二記録スタックから分離されている少なくとも一つの付加的な記録スタックを設けることができる。付加的な記録スタックの記録層は、第一および第二記録スタックの記録層のレーザ光書込みパルス条件と記録速度に整合する相変化型と結晶化速度を有している。
【0029】
ディスク形状の基板の記録スタック側の表面には、光学的に走査することができるサーボトラックを設けることが好ましい。このサーボトラックは、しばしばらせん形状の溝であり、かつ射出成形またはプレスの間に、モールドによって基板に形成される。これに代えて、これらの溝を、透明スペーサ層(例えば、紫外線硬化可能なアクリル酸塩)の合成樹脂に複製プロセスにより形成することもできる。
【0030】
金属ミラー層と誘電層は、蒸着またはスパッタリングにより設けられた。
【0031】
相変化記録層は、蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学蒸着法、イオンプレーティングまたはスパッタリングにより基板に設けられた。
【0032】
本発明は、例示的な実施例により、かつ添付の図面を参照してより詳細に解明されるであろう。図において、寸法は、比例関係には描かれていない。
【0033】
【発明を実施するための形態】
図1は、レーザ光ビーム14または15によって、再書込み可能な記録用光学情報媒体の層構造を示す。この媒体は、基板1を有する。相変化型記録層10を有する第一記録スタックが、基板の一方の側に存在する。記録層10は、それぞれ、例えば、100nmおよび90nmの層厚を有する、例えば、(ZnS)80(SiO2)20からなる2層の誘電層9および11の間にはさまれている。
【0034】
相変化型記録層5を有する第二記録スタック2も、存在する。記録層5は、それぞれ、例えば、25nmおよび95nmの層厚を有し、例えば、(ZnS)80(SiO2)20からなる2層の誘電層4および6の間にはさまれている。
【0035】
透明スペーサ層7は、第一記録スタック8と第二記録スタック2の間に介在し、かつレーザ光ビーム14または15の焦点深度より大きい層厚を有する。透明スペーサ層7は、例えば、50μmの層厚の、例えば、UV硬化されたアクリル酸塩とすることができる。
【0036】
金属ミラー層3(例えば、100nmの層厚からなるアルミニウム)は、第二記録スタック2の近くでかつ透明スペーサ層7の側とは反対側の第二記録スタックの側に存在する。第一記録スタック8は、実質上成長主体の結晶化の種類、または実質上核生成主体の結晶化の種類の相変化型記録層10を有する。この実施例の場合、第一記録スタック8は、Ge、SbおよびTeの化合物を有する実質上核生成主体の結晶化を有する種類の相変化型記録層10を有する。例えば、7nmの層厚を有する、例えば、化学量論比化合物Ge2Sb2Te5が、適切である。第二記録スタック2は、第一記録スタック8に対して選択された種類とは異なる種類の相変化型記録層5を有する。例えば、原子組成Ge1.9In0.1Sb68Te30を有し、15nmの層厚で、実質上成長主体の結晶化のGe、SbおよびTeの化合物が適切である。
【0037】
基板1は、120mmの径および0.6mmの層厚を有するポリカーボネートディスク形状の基板である。
【0038】
例えば、100μmの層厚の、UV硬化させた樹脂Daicure SD645からなるカバー層12が、誘電層11に隣接する。
【0039】
記録層5および10の初期の結晶状態は、レコーダにおけるフォーカスされたレーザビームにより堆積されたままのアモルファス合金を加熱することにより、得られる。
【0040】
情報の記録、再生および消去のためのレーザ光ビーム14は、第一記録スタック8の記録層10にフォーカスされ、カバー層12を介してスタック8に入射する。レーザ光ビーム15は、第二記録スタック2の記録層5にフォーカスされる。
【0041】
第一記録スタックは、アモルファス状態において約67%の透過率を有し、かつ結晶状態において約47%の透過率を有する。第一記録スタックは、結晶状態において約8.2%の反射率を、かつアモルファス状態において約1.6%の反射率を有する。第二記録スタックは、アモルファス状態において約0.9%の実効反射率、かつ結晶状態において約8.5%の実効反射率を有する。実効的な語は、第一記録スタックを介して「見える」ことを意味する。スタックは、良好な記録特性を有する。4000回の重ね書きサイクル後でも、ジッターは、13%より小さい。
【0042】
本発明は、基板の一方の側に配置された少なくとも2層の記録層を有し、かつそれらの記録層が必要とする記録速度とレーザ光書込みパルス条件が、実質上等しい、DVD−RewritableまたはDVRのような、再書込み可能な相変化光学情報媒体を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学情報媒体の線図的な横断面図を示す。
【符号の説明】
1 基板
2 第二記録スタック
3 金属ミラー層
4 誘電層
5 相変化型記録層
6 誘電層
7 透明スペーサ層
8 第一記録スタック
9 誘電層
10 相変化型記録層
11 誘電層
12 カバー層
14 レーザ光ビーム
15 レーザ光ビーム
Claims (7)
- レーザ光ビームによって再書込み可能な光学情報媒体であって、当該媒体が、基板を有し、その基板の一方の側に、
− 2層の誘電層の間にはさまれた相変化型記録層を有する第一記録スタック、
− 2層の誘電層の間にはさまれた相変化型記録層を有する第二記録スタック、
− 前記レーザ光ビームの焦点深度より大きい層厚を有する、前記第一および前記第二記録スタックの間に介在する透明スペーサ層、そして
− 前記第二記録スタックの近傍にありかつ前記透明スペーサ層から離れた前記第二記録スタックの側にある金属ミラー層
を配置させた光学情報媒体に於て、
− 前記第一記録スタックが、実質上成長主体の結晶化を有する種および実質上核生成主体の結晶化を有する種の相変化型記録層を有し、かつ
− 前記第二記録スタックが、前記第一記録スタックに対して選択された前記種類とは異なる種類の相変化型記録層を有することを特徴とする光学情報媒体。 - 前記第一記録スタックが、Q(Qは、AgおよびGeの群から選択される)、In、SbおよびTeの化合物を有する実質上成長主体の結晶化の種類と、Ge、SbおよびTeの化合物を有する実質上核生成主体の結晶化の種類とから選択される種類の相変化型記録層を有することを特徴とする請求項1に記載の光学情報媒体。
- Q、In、SbおよびTeの前記化合物の原子組成が、組成式QaInbSbcTed、かつ0 < a ≦ 15、0 < b ≦ 6、55 ≦ c ≦ 80、16 ≦ d ≦ 35、a + b + c + d = 100により規定されることを特徴とする請求項2に記載の光学情報媒体。
- Ge、SbおよびTeの前記化合物の原子組成が、三元組成ダイアグラムGe−Sb−Teにおける領域により規定され、その領域が、頂点:Sb3Te7、Ge2Te3、Ge3Te2およびSbTeを有する四角形の形状であることを特徴とする請求項2に記載の光学情報媒体。
- Ge、SbおよびTeの前記化合物の原子組成が、組成式Ge50xSb40−40xTe60−10x、および0.166 ≦ x ≦ 0.444により規定されていることを特徴とする請求項4に記載の光学情報媒体。
- 前記第一記録スタックの前記相変化型記録層が、5および15nmの間の層厚を有し、かつ前記第二記録スタックの前記相変化型記録層が、10および35nmの間の層圧を有することを特徴とする請求項1、2、3、4または5に記載の光学情報媒体。
- 前記透明スペーサ層が、少なくとも10マイクロメータの層厚を有することを特徴とする請求項1に記載の光学情報媒体。
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