JP2004516595A - 光情報媒体及びその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー光波長を有するレーザー光ビームによる消去可能な記録のための光情報媒体に関し、前記媒体は、基板及びそれに提供される層のスタックを有し、スタックは、第一の誘電体層及び第二の誘電体層、第一の誘電体層と第二の誘電体層との間に配置される、無定形及び結晶状態の間で変化することができる記録層、並びに反射層を含む。
【0002】
また、本発明は、高速記録用のこのような光情報媒体の使用にも関する。
【0003】
開始の段落に記載するタイプの光情報媒体は、Applied Physics Letters 49(1986)502.に出版されたM.Chen、K.A.Rubin及びR.W.Bartonによる論文から知られている。
【0004】
相変化の原理に基づく光データ記憶媒体は、それが、ダイレクトオーバーライト(DOW)及び高い記憶密度の可能性を、読み取り専用光データ記憶システムとの容易な互換性と組み合わせるので、魅力的である。相変化光記録は、集束した比較的高いパワーのレーザー光ビームを使用する、結晶の記録層におけるサブミクロンメートルの大きさにある無定形の記録マークの形成を伴う。情報の記録中に、媒体を、記録される情報に従って変調される集束したレーザー光ビームに対して移動させる。高いパワーレーザー光ビームが、結晶の記録層を融解させるとき、マークを形成する。レーザー光ビームが、スイッチを切られる及び/又は引き続き記録層に対して移動するとき、融解したマークの消失は、記録層で起こり、露出してないエリアに結晶を残す記録層の露出したエリアに無定形の情報マークを残す。書き込まれた無定形のマークの消去は、記録層を融解させることなく、より低いパワーレベルにおける同じレーザーでの加熱を通じて、再結晶によって実現される。無定形のマークは、比較的低いパワーの集束したレーザー光ビームによって例えば基板を介して読み取ることができる、データビットを表す。結晶の記録層に対する無定形のマークの反射の差は、記録された情報に従って検出器によって変調された光電流に引き続き変換される、変調されたレーザー光ビームを引き起こす。
【0005】
相変化光記録において最も重要な要求の一つは、データを少なくとも30メガビット/秒の速度で媒体に書き込む及び再書き込みすることができることを意味する、高いデータ転送速度である。このような高いデータ転送速度は、記録層が高い結晶化速度、即ち短い結晶化時間を有することを要求する。以前に記録された無定形のマークをダイレクトオーバーライト中に再結晶させることができることを保証するために、記録層は、レーザー光ビームに対して媒体の速度を調和させるために、適切な結晶化速度を有さなければならない。結晶化速度が十分高くはないとすれば、DOW中に、古いデータを表す、以前の記録からの無定形のマークを完全に消去する(再結晶することを意味する)ことができない。これは、高い雑音レベルを引き起こす。高い結晶化速度は、新世代の高い密度のデジタル・バーサタイル・ディスク+RWの略語である、円盤状のDVD+RW、DVR−赤及び青のような、高密度記録媒体及び高いデータ転送速度の光記録媒体で特に要求され、ここでRWは、このようなディスク、及びディジタル・ビデオ・レコーディング光記憶ディスクの再書き込み可能性(rewritability)を参照し、ここで赤及び青は、使用するレーザー波長を参照する。これらのディスクに対して、完全消去時間(CET)は、高々60nsでなければならない。CETは、静的に測定される、結晶環境における書き込まれた無定形のマークの完全な結晶化に関する消去パルスの最小の持続時間として定義される。120mmのディスク毎に4.7GBの記録密度を有するDVD+RWに対して、33メガビット/秒のデータビット速度が必要とされ、DVR−赤に対しては、前記速度は、35メガビット/秒である。DVR−青のような再書き込み可能な相変化光記録システムに対しては、50メガビット/秒より高いユーザデータ転送速度が要求される。
【0006】
相変化タイプの既知の媒体は、連続して、第一の誘電体、よく定義された相変化化合物GeTeの記録層、第二の誘電体層及び反射層を有する層のスタックを所持する基板を含む。このような層のスタックを、IPIM構造と呼ぶことができ、ここでMは、反射又は鏡層を表し、Iは、第一又は第二の誘電体層を表し、Pは、相変化記録層を表す。Ge及びTeの化合物の記録層は、350−700nmの範囲におけるレーザー光の波長で、無定形及び結晶の相の間における比較的高い相対的な反射の差を有する。加えて、Ge及びTeの化合物の記録層は、約180℃の比較的高い結晶化温度によって良好な熱安定性を有する。高い熱安定性は、一般的に記憶媒体に対する必要条件である、高い記録保存寿命に帰着する。
【0007】
既知の媒体の欠点は、Ge及びTeの化合物の記録層のCETが、組成比に極めて敏感であることである。正確な50:50の比のみが、許容可能な短いCETを与える。この感度が不十分な製造の反復性をもたらすことは欠点である。
【0008】
本発明の目的は、50ns又はそれより短いCET−値を有する、DVR−青のような、高いデータ転送速度の光記録に適する、及び製造することが容易である、開始の段落に記載した種類の光情報媒体を提供することである。
【0009】
この目的は、記録層が、式GexTe100−xの化合物を含み、ここでxは、アト%(at.%)でのGeのフラクションであり、30<x<70であり、第一の誘電体層が、Ta及びSiの酸化物、Si及びAlの窒化物、並びにSiの炭化物からなる群から選択される化合物を含み、記録層と接触して存在することで達成される。
【0010】
第一の誘電体層のこれらの酸化物、窒化物及び炭化物が、記録層のGe及びTeの化合物の使用可能な組成の範囲を大幅に広げることを見出してきた。使用可能な組成の範囲は、低いCETをもつGe及びTeの組成の範囲である。加えて、これらの酸化物、窒化物又は炭化物を使用するとき、CETは、組成の範囲30<x<70に対して、驚いたことに、はるかに、例えばおよそ2倍又はそれ以上で、低くなる。Ge及びTeの化合物の組成を、CETを増加させることなく、かなり変動させてもよいので、広い使用可能な組成の範囲は、製造において有利である。正確な50:50の比、x=50は、良好な結果を得るために、もはや要求されない。
【0011】
実施例において、第一の誘電体層と同様に第二の誘電体層も、Ta及びSiの酸化物、Si及びAlの窒化物、並びにSiの炭化物からなる群から選択される化合物を含み、記録層と接触して存在する。これは、記録層の両側が、Ta及びSiの酸化物、Si及びAlの窒化物、並びにSiの炭化物の誘電体層と接触するという利点を有し、例えばおおよそ3倍で、さらに低いCETに、及び記録層の化合物のいっそう広い組成の範囲に、帰着する。
【0012】
好ましくは、第一の誘電体層及び第二の誘電体層は、Ta2O5及びSi3N4の群から選択される化合物を含む。これらの材料は、容易に製造可能であるという利点を有し、使用可能な組成の範囲を広げること及びCETを低下させることに非常に適することを示してきた。
【0013】
好適な実施例において、第一の誘電体層及び第二の誘電体層は、高々15nmの厚さを有する。Ta2O5及びSi3N4の熱伝導率は、誘電体層において頻繁に使用される材料である(ZnS)80(SiO2)20のものより良好であるので、Ta2O5又はSi3N4層との接触を有する記録層のパワー感度は、より低い。しかしながら、15nmよりも薄いTa2O5−又はSi3N4−層を使用するとき、記録パワー感度における効果は存在しないか又はほとんど存在しない。
【0014】
より好適な実施例において、第一の誘電体層及び第二の誘電体層は、2−10nmの範囲における厚さを有する。2−10nmの範囲における層は、録音パワー感度に顕著な効果を持たない。このような薄い層の厚さの制御は厄介でありこのような薄い層における針穴の可能性はより高いので、2nmより薄い層は、信頼性高く製造することが困難である。
【0015】
40<x<60であることが好ましく、ここでxは、記録層の化合物の式GexTe100−xからの値である。xの値のこの範囲は、高いデータ転送速度の記録に要求される、低いCETを得るために特に適切である。光記録媒体におけるマークの大きさは、実質的に、与えられたレーザー光の波長及び記録レンズの開口数に対して相対的に決められる記録スポットの大きさによって決定されるので、高いデータ転送速度の記録は、高速記録を要求する。高速記録は、この文脈では、少なくとも、コンパクト・ディスクの規格による速度の六倍である、7.2m/sのレーザー光ビームに対する媒体の線速度を意味することが理解され得る。好ましくは、CET−値は、CD−速度の八倍に相当する9.6m/sの線速度に必要な45ns以下、又はさらにCD−速度の十二倍に相当する14.4m/sの線速度に必要な35ns以下であるべきである。媒体のジッタは、低い一定のレベルにあるべきである。さらに、媒体は、良好な熱安定性を有するべきである。
【0016】
加えて、記録層の化合物は、5アト%までの量におけるO又はNを含んでもよい。両方、O及びNの添加は、1.5倍までだけ、より短いCETに帰着する。酸素又は窒素が、0.01及び5アト%の間、好ましくは1.5及び2.0アト%の間の少量で化合物に存在するとき、CET−値を大幅に減少させることができる。0.01アト%よりも低い酸素又は窒素の値は、記録層を得る工程の状況によって、例えば、酸素又は窒素のバックグラウンドの圧力が必然的に存在することになる、不活性ガス雰囲気におけるスパッタリングによっては、ほとんど得ることができない。5アト%以上の酸素又は窒素の濃度では、記録層のCET−値は、50ns以上に上昇し、ジッタ及びDOW繰り返し使用可能性(cyclability)は、悪影響を及ぼされる。また、DOW中における無定形及び結晶の反射の最大の変化は、許容できないほど小さくなる。さらに、酸素又は窒素の含量が高すぎるとき、記録された無定形のマークは、酸化物又は窒化物の形成の容易さのために、不安定になる場合もある。
【0017】
反射層は、Al、Ti、Au、Ag、Cu、Rh、Pt、Pd、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、W、Hf及びTaからなる群から選択される金属(その合金を含む)の少なくとも一つを含んでもよい。
【0018】
追加の誘電体層は、記録層を湿気から保護するために、記録層を基板及び/又は反射層から断熱するために、並びに光学的なコントラストを最適化するために、第一及び/又は第二の誘電体層に隣接して存在してもよい。一般的に、レーザー光は、記録層に到達する前に、最初に第二の誘電体層を通過する。
【0019】
特に、第三の誘電体層は、即ち記録層から遠い側で、第一の誘電体層に隣接して、及び第一の誘電体層と反射層との間に、存在してもよい。厚さは、一般的に10及び50nmの間、好ましくは15及び35nmの間にある。この層が薄すぎるとき、記録層/第一の誘電体層とさらなる層、即ち反射層との間における断熱性は、悪影響を及ぼされる。その結果、記録層の冷却速度は、増加し、それは、遅い再結晶又は消去過程、及び不十分な繰り返し使用可能性をもたらす。冷却速度は、第三の誘電体層の厚さを増加させることによって、減少することになる。
【0020】
第四の誘電体層は、即ち記録層から遠い側で、第二の誘電体層に隣接して、存在してもよい。
【0021】
ジッタの観点から、レーザー光が最初に入射する、誘電体層又は近隣の誘電体層の合計の厚さは、好ましくは、少なくとも70nmである。結晶の環境に無定形の記録マークを読み出すための最適な光学的なコントラストを考慮して、この層又はこれらの層の厚さは、使用するレーザー光の波長及び一つ又は複数の誘電体層の屈折率に依存して、最適な値、70nm以上に設定される。自由選択で、基板と対向するスタックの最も外側の層は、例えばUV光で硬化するポリアクリレート(ポリメタクリレート)の、保護のカバー層によって環境から遮られる。基板及びカバー層を交換してもよく、その場合には、レーザー光は、スタックに入射する前に、最初に基板を通過する。
【0022】
CET−値は、20から200nmまでの範囲における反射層の厚さにほとんど敏感でない。しかし、反射層が60nmよりも薄いとき、繰り返し使用可能性は、冷却速度が低すぎるので、悪影響を及ぼされる。反射層が、160nm又はそれより厚いとき、繰り返し使用可能性は、さらに低下し、記録及び消去のパワーは、増加した熱伝導のために、高くなければならない。好ましくは、反射層の厚さは、80及び120nmの間である。
【0023】
追加の誘電体層、即ち第三及び第四の誘電体層は、ZnS及びSiO2の混合物、例えば(ZnS)80(SiO2)20からなってもよい。
【0024】
反射層及び誘電体層の両方を、蒸着又はスパッタリングによって提供することができる。
【0025】
レーザー光ビームが、情報媒体の基板を通じて最初に入射するとき、それは、レーザーの波長に対して少なくとも透明であり、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、無定形ポリオレフィン、又はガラスで作られる。典型的な例では、基板は、円盤状であり、120mmの直径及び0.1、0.6又は1.2mmの厚さを有する。
【0026】
記録スタックの側における基板の表面には、好ましくは、光学的に走査することができるサーボトラックが提供される。このサーボトラックは、しばしば螺旋形状の溝であり、射出成形又はプレス成形中に、型によって基板に形成される。代わりに、これらの溝を、基板に個別に提供される、透明なスペーサー層の合成樹脂、例えばUV光で硬化可能なアクリレートに複製の工程で形成することができる。高密度記録において、このような溝は、例えば、0.6−0.8μmのピッチ及び0.5μmの幅を有する。
【0027】
短い波長の、例えば670nm又はそれより短い波長をもつ、レーザーを使用することによって、高密度記録及び消去を達成することができる。
【0028】
相変化記録層を、真空蒸着、電子ビーム蒸着、化学気相蒸着、イオンプレーティング又はスパッタリングによって基板に塗布することができる。スパッタリングを使用するとき、酸素又は窒素の所望の量を有するGeTeのスパッタのターゲットを塗布することができるか、又はGe−Teのターゲットを使用することができ、それによって、スパッタリングガスにおける酸素又は窒素の量を制御する。実際には、スパッタリングガスにおける酸素又は窒素の濃度は、ほとんど零及び10体積%の間にあることになる。堆積するような層は、無定形であり、低い反射を示す。高い反射を有する適切な記録層を構成するために、通常初期化と呼ばれる、この層を最初に完全に結晶化しなければならない。この目的のために、記録層を、Ge−Te、Ge−Te−O又はGe−Te−Nの化合物の結晶化温度、例えば190℃、以上の温度まで燃焼室で加熱することができる。代わりに、ポリカーボネートのような合成樹脂基板を十分なパワーのレーザー光ビームによって加熱することができる。これを、例えば記録計において実現することができ、その場合にはレーザー光ビームは、移動する記録層を走査する。次に、無定形の層を、基板が不都合な熱負荷を受けることなく、層を結晶化するために要求される温度まで局所的に加熱する。
【0029】
本発明による光情報媒体は、典型的な実施例によって、及び添付する図面を参照して、より詳細に解明されると思われる。
【0030】
[模範的な実施例]
図1において、レーザー光ビーム10による消去可能な記録のための情報媒体20は、基板1を有する。層のスタック2は、その上に提供される。スタック2は、第一の誘電体層5及び第二の誘電体層7、無定形及び結晶状態の間で変化することができる記録層6を有する。記録層は、第一の誘電体層5及び第二の誘電体層7の間に配置される。反射層3は、存在する。記録層6は、式Ge49.5Te50.5の化合物を含む。加えて、記録層6の化合物は、5アト%までの量でO又はNを含んでもよい。記録層は、670nmのレーザー光の波長に対して最適化された28nmの厚さを有する。
【0031】
第一の誘電体層5及び第二の誘電体層7は、Si3N4であり、記録層6と接触接して存在する。Si3N4に対する良好な代替物は、Ta2O5である。第一の誘電体層5及び第二の誘電体層7は、5nmの厚さを有する。
【0032】
反射層3は、100nmの厚さをもつAlを含む。
【0033】
例えば(ZnS)80(SiO2)20の第三の誘電体層4及び第四の誘電体層8は、それぞれ、第一の誘電体層5及び第二の誘電体層7に隣接して存在する。第三の誘電体層の厚さは、20nmであり、第四の誘電体層の厚さは、90nmである。このようなスタックにおいて、670nmのレーザー光の波長で、無定形の反射Raは、3.8%であり、結晶の反射Rcは、36.5%である。
【0034】
基板1は、120mmの直径及び0.6mmの厚さを有するポリカーボネートの円盤状の基板である。
【0035】
例えば、100μmの厚さをもつUVで硬化する樹脂Daicure SD645で作られるカバー層9は、第四の誘電体層8に隣接して存在する。
【0036】
405nmのレーザー光の波長を使用するとき、記録層6の最適な厚さは、15nmであり、第三及び第四の誘電体層4、8は、それぞれ、20及び135nmの厚さを有する。スタック2及び基板1の他の層は、変化しないままである。このようなスタック2において、405nmのレーザー光の波長で、無定形の反射Raは、0.8%であり、結晶の反射Rcは、22.9%である。
【0037】
図2は、図1によるII’PI’IMスタックにおいて、しかし記録層6への酸素の添加なしで、Si3N4の第一及び第二の誘電体層と接触するGexTe100−xの記録層におけるxの値に対する完全消去時間(CET)の依存性のグラフ21を示す。比較のために、第一及び第二の誘電体層の材料を標準的な材料(ZnS)80(SiO2)20と交換するとき、別のグラフ22を示す。本発明による媒体において、本発明による第一及び第二の誘電体層を使用して、おおよそ3倍のCETの減少が達成されることが結論される。
【0038】
図3は、図1によるスタックにおいて、3.5アト%までの量での記録層6の化合物Ge49.5Te50.5におけるOの存在の(nsでの)CETに対する効果のグラフ23を示す。同様の効果は、窒素の添加で得られる。このようにして、最適な実施例において、記録層6は、式Ge49.5Te50.5のものであり、1.87アト%の酸素が存在する。
【0039】
本発明によれば、広い使用可能な組成の範囲をもつTa及びSiの酸化物、Si及びAlの窒化物、又はSiの炭化物の化合物を含む少なくとも一つの誘電体層と接触する、Ge−Te化合物の記録層をもつ、従って製造することが容易な、低い完全消去時間(CET)の値を有する、ダイレクトオーバーライト及び高いデータ転送速度の記録に適する、並びに7.2m/s又はそれ以上の線速度での良好な繰り返し使用可能性及び低いジッタを示す、DVR−青のような再書き込み可能な相変化光情報媒体が提供される。記録層における酸素又は窒素の存在は、45ns以下の値までのCETの特別な減少を与える。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による光情報媒体の概略の断面図を示す。測定するための寸法を描いてない。
【図2】
既知の媒体のCETを本発明による媒体のCETと比較する、 GexTe100−xの記録層におけるxの値に対する完全消去時間(nsでのCET)の依存性を伴った二つのグラフを示す。
【図3】
本発明による媒体のGe49.5Te50.5の記録層における酸素の量に対する完全消去時間(nsでのCET)の依存性を伴ったグラフを示す。
Claims (10)
- レーザー光の波長を有するレーザー光ビームによる消去可能な記録のための光情報媒体であって、
基板及び該基板に提供される層のスタックを有し、
前記スタックは、第一の誘電体層及び第二の誘電体層、前記第一の誘電体層及び前記第二の誘電体層の間に配置される、無定形及び結晶状態の間で変化することができる記録層、並びに反射層、を含み、
前記記録層は、式GexTe100−xの化合物を含み、
xは、アト%でのGeのフラクションであり、
30<x<70であり、
前記第一の誘電体層は、Ta及びSiの酸化物、Si及びAlの窒化物、並びにSiの炭化物からなる群から選択される化合物を含み、前記記録層と接触して存在することを特徴とする光情報媒体。 - 前記第二の誘電体層は、Ta及びSiの酸化物、Si及びAlの窒化物、並びにSiの炭化物からなる群から選択される化合物を含み、前記記録層と接触して存在することを特徴とする請求項1記載の光情報媒体。
- 前記第一の誘電体層は、Ta2O5及びSi3N4の群から選択される化合物を含み、
前記第二の誘電体層は、Ta2O5及びSi3N4の群から選択される化合物を含むことを特徴とする請求項2記載の光情報媒体。 - 前記第一の誘電体層及び前記第二の誘電体層は、高々15nmの厚さを有することを特徴とする請求項3記載の光情報媒体。
- 前記第一の誘電体層及び前記第二の誘電体層は、2−10nmの範囲における厚さを有することを特徴とする請求項4記載の光情報媒体。
- 40<x<60であることを特徴とする請求項1記載の光情報媒体。
- 前記記録層の前記化合物は、5アト%までの量でOをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の光情報媒体。
- 前記記録層の前記化合物は、5アト%までの量でNをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の光情報媒体。
- 前記反射層は、Al、Ti、Au、Ag、Cu、Rh、Pt、Pd、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、W、Hf及びTaからなる群から選択される金属及び該金属の合金の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1記載の光情報媒体。
- 高速記録用の光情報媒体の使用であって、
前記レーザー光ビーム及び前記媒体の間の相対速度は、少なくとも7.2m/sであり、
請求項1乃至9いずれか1項記載の光情報媒体を使用することを特徴とする使用。
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