JP2005025848A - 光情報記録媒体、光情報記録装置及び光情報記録媒体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】照射するレーザー強度が低く、記録層間のクロストークが少ない多層光記録情報媒体を得る。
【解決手段】各光情報記録層の下部に、低屈折率層と高屈折率層の積層体及びレーザー照射によって屈折率の変化する屈折率変化膜からなる誘電体多層反射膜を設け、この誘電体多層反射膜は、レーザーが集光照射され、読書きがなされる部位は反射率が高く、それ以外の部位は透過率が高い多層光情報記録媒体。
【選択図】 図１
【解決手段】各光情報記録層の下部に、低屈折率層と高屈折率層の積層体及びレーザー照射によって屈折率の変化する屈折率変化膜からなる誘電体多層反射膜を設け、この誘電体多層反射膜は、レーザーが集光照射され、読書きがなされる部位は反射率が高く、それ以外の部位は透過率が高い多層光情報記録媒体。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２層以上の多層光情報記録層を有する光情報記録媒体に関し、特に反射率が変化する誘電体多層反射層を有する大容量光情報記録媒体、及びこの誘電体多層反射層を形成するのに適した光情報記録媒体の製法、及びこの媒体を記録再生するのに適した光情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信を用いた情報化社会の発展により、大容量の情報を高速で通信できる通信システムの構築が必要となっている。このような大容量高速光通信を展開するために必要不可欠な光デバイスとして、大容量の光情報を蓄積するための光情報記録媒体が挙げられる。更にテレビ画像などの映像のデジタル化、高精細化などの高画質化に伴い、これらの高画質状態を保ち、かつ長時間記録可能な大容量光情報記録媒体の開発が急務である。
【０００３】
現在、光情報記録媒体として、片面４．７ＧＢの容量を有するＤＶＤが実用化され、コンピューター用途のほか、ビデオなどの大容量動画を扱うための媒体として広く普及している。このＤＶＤは、直接基板に情報が書き込まれた読み出し専用のＲＯＭ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）の他、書換え可能な記録再生媒体としても実用化が進んでいる。
【０００４】
このような光情報記録媒体の高記録密度化を目的とした開発が行われており、情報記録の高密度化を達成する手段として、ＣＤなどに使われていたレーザー（７８０ｎｍ）よりも短波長の６５０ｎｍのレーザー光を用いている。しかし、コンピューターグラフィックスやデジタルハイビジョン映像等の大容量の情報を扱うためには、更にその４〜５倍の高記録密度化を達成する必要がある。これを達成するため、更に短波長の青色半導体レーザー（波長４０５ｎｍ）を用いる光ディスクの開発が行われ、片面２７ＧＢの光ディスクの実用化が進められている。
【０００５】
更なる光ディスク大容量化の技術として、多層記録、多値記録、超解像記録などの開発が行われている。これらの次世代の大容量化を担う技術として、多層記録技術は最も有力な大容量化技術の一つである。
【０００６】
しかしながら、この多層記録では、光入射方向に対して手前に存在する光記録層による光の吸収により、それより奥に位置する記録層へ達する光強度が低下するため、非常に大出力のレーザーが必要であるという課題を有していた。また読取りを行う層以外の情報が信号として検出されるクロストークが起こり易いという課題を有していた。
【０００７】
このため、例えば特許文献１記載のように半透明の反射層を設けて透過率を向上させる方法や、特許文献２記載のように、波長を多重にし、それぞれの記録層の前にフィルター層を設けて情報を読まない層からのクロストークを低減するなどの方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１５４６４号公報（要約）
【特許文献２】
特開２００２−１１７５８５号公報（要約）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開２００２−１５４６４号記載の方法では、各層からの反射光量が不十分であり、また半透明であるため第２層への光透過率がいまだ不十分であった。また特開２００２−１１７５８５号記載の方法では、複数の波長のレーザー搭載が必要になり、駆動系の簡略化が難しかった。本発明の目的は、レーザー発振器の出力を上げることなく、クロストークが少なく高Ｓ／Ｎ比の光情報記録が可能な記録媒体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光情報記録媒体は、光信号が記録される光記録膜と、該光記録膜に直接又は他の膜を介して積層された誘電体多層反射層とを含む光情報記録層ユニットを透明中間層を介して、基板上に複数形成した光情報記録媒体であって、上記誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、該誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜を有するものである。
【００１１】
また、この誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、この誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜とから構成され、読書きに用いられるレーザーが集光照射される光情報記録層の部位の反射率がそれ以外の部位の反射率よりも高いことが好ましい。
【００１２】
本発明の記録媒体の特徴部となる光記録層の構成は、以下のとおりである。
【００１３】
（１）２以上の光記録層が設けてあり、１枚のディスクの記録容量を増大する。記録層の数は任意であり、２層以上１０層程度設けられる。通常、各記録層の両側には保護膜が形成される。
【００１４】
（２）上記光記録層の記録又は読み出しの光源とは反対側（光源から遠い側）に、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層したフォトニッククリスタル又は誘電体多層膜が配置される。その総数は合計で９層以上であることが好ましく、特に１３層以上が好ましい。各誘電体多層膜と記録層が交互に積層され、光源に対して順次配置される。
【００１５】
（３）上記誘電体多層膜の中に、複素屈折率が非線形かつ可逆的に変化する屈折率変化膜が介挿される。この屈折率変化膜の屈折率はレーザーなどの照射光の強度に応じて変化し、透過性膜と反射膜のいずれかに変化する。例えば特定波長の光で第１記録層を読書きしている時は、その第１記録層の誘電体多層膜の屈折率変化膜は透明であり、第２、第３記録層については、それらの誘電体多層膜内の屈折率変化膜はその波長の光に対して反射膜となるように、屈折率が変化する。このため、記録層間のクロストークが防止できる。また、上記の作用により、レーザーの出力を大きくしなくとも、クロストークが防止できるから、高いＳ／Ｎ比で情報を読書きすることができる。なお、本発明では、上記（２）と（３）を合わせて、誘電体多層反射膜と称する。
【００１６】
（４）上記記録層―誘電体多層膜―屈折率変化膜のユニットの間には透明中間層が挿入され、またディスクの最外層にはカバー層が形成される。上記情報記録層に形成される誘電体多層反射層は、レーザーが読書きのために集光照射される部位の反射率Ｒ２と、それ以外の部分の反射率Ｒ１の反射率差ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１が０．８以上である。更に上記誘電体多層反射層を構成する低屈折率膜の屈折率ｎ１と、高屈折率膜の屈折率ｎ２の比ｎ１／ｎ２が０．８０以下である。
【００１７】
また、低屈折率膜の屈折率ｎ１、高屈折率膜の屈折率ｎ２と、低屈折率膜の膜厚ｄ１、高屈折率膜の膜厚ｄ２との積ｎ１ｄ１及びｎ２ｄ２が、読書きに用いられるレーザー波長の０．１５〜０．３５倍の範囲内にあることが望ましい。
【００１８】
上記誘電体多層反射層を構成する屈折率変化膜がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素、あるいはそれらの酸化物、窒化物または硫化物の粒子を含む薄膜である。また、上記低屈折率膜はＳｉＯ２が好ましい。上記高屈折率膜としてはＴｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＴａ２Ｏ５のいずれか又は２種以上を含有する薄膜である。
【００１９】
本発明の光情報記録媒体の上記中間層は、非晶質の誘電体薄膜が好ましく、この中間層の膜厚は０．３μｍ以上３μｍ以下が適切である。
【００２０】
本発明の光情報記録媒体の製造方法は、基板上に化学気相堆積法を用いて誘電体多層反射膜を形成する工程と、スパッタリング法を用いて屈折率変化膜を形成する工程と、保護膜、及び光記録膜を形成する工程と、から構成され、これらの工程を繰り返し行って多層の記録層を形成する光情報記録媒体の製造方法であり、上記化学気相堆積法は原料ガスを交互に入れ替えることにより多層構造を形成する。上記化学気相堆積法、及びスパッタリング法による成膜時に、上記基板が自転ならびに公転する。
【００２１】
更に、本発明の光情報記録装置は、少なくとも光情報記録媒体より光情報を読書きするためのピックアップと、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるスピンドル及びスピンドルモータとから構成される光情報記録装置であり、上記ピックアップは自動焦点機構ならびに上記光情報記録媒体の傾きに対してピックアップから照射されるレーザー光の光軸と光情報記録媒体との角度を自動で垂直に保持するレーザー照射角度保持機構を有する。
【００２２】
上記レーザー照射角度保持機構はレーザーの強度分布を入力信号としてピックアップの角度を制御することにより行われる。また、上記光情報記録媒体は２層以上の多層の光情報記録層を有し、各光情報記録層には誘電体多層反射層を有し、かつこの誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、この誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜とから構成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。図１に、本発明で作製した読書き、消去可能な２層構造の光記録層を有する光情報記録媒体の断面構成図を示す。図１において、１は基板であり、２は第１層目の光情報記録層である。また３は、第１層目の光情報記録層２の、光源に対して下部に設けられる誘電体多層反射層である。また２’、３’は第２層目の光記録層及びその下部に設けられる誘電体多層反射層であり、第１層目の光情報記録層よりも光源に対して下側に設けられる。
【００２４】
４、６は保護膜、５は光記録膜であり、光情報記録層２は、これら４，５，６から構成される。また７は低屈折率膜、８は高屈折率膜、９は屈折率変化膜であり、これら７、８、９により、誘電体多層反射層３が形成される。この図のように、屈折率変化膜９は、低屈折率膜７、高屈折率膜８の繰り返し周期構造中に形成される薄膜である。
【００２５】
このように屈折率や消衰係数の異なる誘電体（７、８）の周期構造をもつ積層体から構成される層は、一般に、一次元のフォトニッククリスタル、あるいは誘電体多層膜と呼ばれる。
【００２６】
第１層目の光情報記録層２、３と第２層目の光情報記録層２’、３’の間には、光のフォーカスポイントをずらして２層同時に読書きが行われることを防ぐため、１００ｎｍ〜１μｍの中間層１０が形成されている。また第１層目の光情報記録層２のレーザー入射方向に対して上部にはカバー層１１が形成されている。読書きに用いるレーザー光はカバー層１１側から入射され、各層を透過し、また各層界面で反射したのち、図には示されていない光検出器に入る。本実施例では、入射されるレーザー光には波長４０５ｎｍの半導体レーザーを用いて実験を行った。
【００２７】
本発明では、１の基板に厚さ１．１ｍｍ、直径１２０ｍｍのポリカーボネートの基板を用いた。この基板は内径に基板チャックのための１５ｍｍφの穴が形成されている。保護膜４、６として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）薄膜を用いた。膜厚は、光学的に反射率が高くなるように調整するが、その範囲は２０ｎｍ〜１００ｎｍの間で行った。光記録膜５には１０Ｇｅ−７０Ｓｂ−２０Ｔｅ（ｍｏｌ比）からなる記録層を１０ｎｍ形成した。
【００２８】
誘電体多層反射層３を構成する低屈折率膜７として、ＳｉＯ２を、高屈折率膜８として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５から選ばれる薄膜材料を用いた。これらの材料を用いることにより、低屈折率膜の屈折率ｎ１と高屈折率膜屈折率ｎ２の比ｎ１／ｎ２を０．８０以下とすることができる。このような屈折率比の大きい材料系を選択することにより、トータル層数が少なくても効率的な誘電体多層膜を形成することが可能となる。
【００２９】
また所望の波長において大きな反射率比の得られる誘電体多層反射層を作製するためには、各層の屈折率と反射率の積が用いる波長の４分の１程度になることが好ましい。用いるレーザー波長が４０５ｎｍであり、低屈折率膜７のＳｉＯ２の屈折率が１．４８であることから、膜厚を５８ｎｍとした。また高屈折率膜８として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２を選択した場合、の８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２の屈折率が２．５６であることから、膜厚を３７ｎｍとした。屈折率変化膜９にはコバルト酸化物Ｃｏ３Ｏ４を７０ｎｍ形成した。図１では、この低屈折率膜７と高屈折率膜８を交互に４層積層した後、屈折率変化膜９を形成し、更に７及び８を９層形成した例について示した。
【００３０】
上記のような誘電体多層反射層を反射層とする光情報記録層を、図１に示す多層薄膜構造の基板に近い側から順次成膜を行った。すなわち、基板に近い第２層目の多層反射層３’、第２層目の記録層２’を形成したのち、中間層１０を形成した。本実施例では、中間層としてＳｉＯ２薄膜を４００ｎｍから１０μｍ形成した。その後、更に第１層目の誘電体多層反射層３と記録層２を、上述の方法と同様の方法で積層し、２層型光記録媒体を作製した。
【００３１】
本実施例では、すべての成膜をスパッタリング法及び化学気相堆積法（ＣＶＤ法、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて行った。スパッタリングターゲットとして各薄膜材料と同じ組成を有するターゲット材料を配した。本実施例では、ディスク構成に用いる材料はＳｉＯ２、８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、１０Ｇｅ−７０Ｓｂ−２０Ｔｅの４種類であるので、４つのターゲットをスパッタリングチャンバー内に配置し、前記積層構造を自動プログラミングによって膜厚を制御することによって作製した。
【００３２】
光記録膜５はＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、また他の層はＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。各層ともスパッタガスとしてアルゴンガスを用い、ガス圧を約０．７Ｐａとして用いた。各層とも１５２．４ｍｍφのターゲットに０．２ｋＷから１ｋＷのパワーを印加し、基板を自転、公転させて成膜した。
【００３３】
更に、本実施例では、誘電体多層反射膜をより効率的に作製するため、誘電体多層反射膜作製チャンバーを設けた成膜装置を作製した。図１８、図１９に作製した成膜装置の外観図を示す。図１８は、誘電体多層反射層作製部としてスパッタリングを用いる方式の装置図であり、図１９は、化学気相堆積法（ＣＶＤ法、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いる方式の装置図である。図１８において、３０１は基板導入のためのロードロック室、３０２はスパッタ成膜室、３０３は誘電体多層反射層形成用チャンバー、３０４は基板を各ターゲット上に運搬するための回転基板ホルダー、３０５は保護層、記録層などを形成するターゲットである。また３０６は誘電体多層反射層を形成するためのターゲット、３０７は光ディスク基板である。
【００３４】
更に３１０は中間層形成用チャンバーである。また図１９において、３０８は誘電体多層反射層を形成するための原料供給源、３０９はその原料を誘電体多層反射形成用チャンバー３０３に導入するための導入管である。
【００３５】
基板はロードロック室３０１から導入され、誘電体多層反射層形成用チャンバー３０３に入る。そこで基板が自転し、更に低屈折率層、光屈折率層、屈折率変化膜を用いて所望の積層体を構成できるように各ターゲットが所定の時間シーケンシャルに放電し、積層体を形成する。その後、基板はスパッタ成膜室３０２に入り、記録層が形成される。その後、更に中間層形成用チャンバーに入り、中間層が形成される。
【００３６】
図１９は、誘電体多層形成方式としてＣＶＤを用いるタイプであり、成膜シーケンスに従って所望の原料が原料供給源３０８から導入され、基板上に堆積される。また中間層形成チャンバーは、スパッタあるいはＣＶＤのいずれを用いてもよい。更に、中間層形成後、誘電体多層反射層形成チャンバー３０３と薄膜形成チャンバーであるスパッタ成膜室３０２に基板を導入し、２層目の光記録層を作成した。
【００３７】
上記のような成膜装置を用いて保護膜、記録膜などを形成する通常のスパッタによる成膜室と、誘電体多層反射層、中間層を形成する成膜室を分け、更にこれらを円形に配置することによって効率のよい積層体形成を行うことが可能であった。また、これらを円形に配置していることにより、この多層記録層を理論的には何層も形成することが可能である。
【００３８】
誘電体多層反射層形成部及び中間層形成部にＣＶＤ法を用いることによりスパッタリング法に比べて高速に成膜が可能であった。このことから、ＣＶＤ法を用いることにより更に効率的に成膜することが可能である。ＣＶＤ法の原料としては、低屈折率膜であるＳｉＯ２、高屈折率膜であるＴａ２Ｏ５、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４のいずれか、屈折率変化膜であるＣｏ３Ｏ４、ＺｎＯなどを含有する気体及び液体原料であればどのようなものでもよい。
【００３９】
これらの層を形成した後、カバー層１１として外径１２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートシートを貼り付けた。成膜の終了した基板材料に紫外線硬化接着剤をスピンコートにより塗布した後、上面からカバー層１１としてポリカーボネートシートを載せ、基板とシートを均一に加圧した後、紫外線照射することによって、気泡を抱き込まないでシートを張り付けた。また基板とシートの位置ずれをなくすため、基板内径部分に位置決め用の外径１５ｍｍφのポールを立て、そのポールをガイドとして基板をセットし、更にカバー層１１をこのポールをガイドとしてセットし、上部から均一に加圧して張り付けた。
【００４０】
図２に、この光ディスクの断面の鳥瞰図を示す。図２において、１は基板、２００は図１に示す２〜１１の各層からなる２層記録光記録層であり、２０１は情報をもって記録された記録パターンである。図２に示すように、本実施例で検討した光ディスクは、ランド−グルーブ構造を有しており、ランド部及びグルーブ部ともに記録される。
【００４１】
この積層体に波長４０５ｎｍの半導体レーザーを開口数０．８５の集光レンズを用いて成膜面側から集光照射し、光情報の記録、再生、消去を行い、光ディスクの特性評価を行った。
【００４２】
本発明の光情報記録媒体では、この誘電体多層反射層のうち、屈折率変化膜９は、その屈折率及び消衰係数がレーザー照射時にその強度に応じて可逆的に変化する。まず、この屈折率変化膜９単層の膜について、レーザー照射による屈折率変化を求めた。その結果を図４、図５及び図６に示した。なお、図４、図５及び図６は、２００２年８月に発刊された刊行物（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１巻６号９９９ページ〜１００１ページ）に本発明者らが記述したデータで、本発明が利用する現象の一部を説明するために引用した。
【００４３】
図３に、屈折率及び消衰係数変化の測定に用いたエリプソメーターの模式図を示す。図３において、１は基板、１１は屈折率変化膜、１２はパルス発生器、１３は光源、１４は偏光子、１５は入射光、１６は反射光、１７は検光子、１８はフィルター、１９は受光器、２０はデジタルオシロスコープ、２１は制御用コンピューター、２２は焦点レンズである。光源１３として波長６５０ｎｍ及び４０５ｎｍの半導体レーザーを用いた。
【００４４】
このレーザーを、パルス発生器１２を用いて所望の強度、時間を有するパルス光とした。このパルス光を偏光子を用いて光の振動面が試料表面に平行な光（ｓ偏光）と垂直な光（ｐ偏光）になるように偏光させた。また焦点レンズ２２を用いてこのレーザー光を試料表面に集光させた。このとき、波長が６５０ｎｍの場合は集光部のレーザー径は０．９μｍであった。また波長が４０５ｎｍのとき、０．６ｎｍであった。
【００４５】
このような偏光を試料に照射すると、試料の膜厚、屈折率、及び消衰係数によってｓ偏光とｐ偏光の反射率と位相が異なる。従って、膜厚を予め測定しておき、ｓ偏光とｐ偏光の反射率比、位相を求めることにより、屈折率と消衰係数を推定できる。ここで、一般的に複素数表示された屈折率の実部が屈折率、虚部が消衰係数であり、材料の光の吸収に関するパラメータである。
【００４６】
反射光の受光側に検光子１７を置き、検光子の角度を回転させ、それぞれの検光子角度で得られる反射光量からｓ偏光とｐ偏光の反射率比、位相を求めた。検光子角度は一回転を１２分割した各角度で測定した。また受光器は許容量以上の光が入射されると適切な解析が不能になるため、各パルス光の強度に応じたフィルター１８を設置して受光器に入る反射光量を調節した。
【００４７】
反射光は受光器に導入される光をデジタルオシロスコープ２０で時間分割し、２ｎｓごとに測定した。またパルス光が入射される５０ｎｓ前から測定を開始し、パルスが発生してから１００ｎｓの間測定した。また一回の測定ではレーザーや受光器のばらつきや電気的なノイズによりＳＮ比が低く、精密な測定ができないため、それぞれの測定を１２８回積算してその平均値として求めた。
【００４８】
図４に、この屈折率変化膜９としてＣｏ３Ｏ４を用いた場合の、この膜単層のレーザー強度に対する屈折率、及び消衰係数の変化を示す。レーザー波長は４０５ｎｍである。図４において、横軸は時間であり、時刻０からレーザーパルスが立ち上がる。レーザーパルスを発生させないときの光強度は０．１６ＧＷ／ｍ２であり、このときの屈折率は１．９であった。
【００４９】
レーザーパルス強度上昇によって屈折率は大きく上昇し、レーザーパルス強度が８．２ＧＷ／ｍ２のとき２．７と、その変化量は４２％となった。またレーザーパルス強度が１．０ＧＷ／ｍ２のときの屈折率は約２．１であり、１０．５％程度の屈折率変化が見られた。また消衰係数もレーザー強度変化に応じて変化しており、０．８５から０．６５と、約２４％低下していた。この屈折率の変化の応答速度は図４のパルス立ち上がりに対するレーザー強度の立ち上がり速度から、ナノ秒以下であることが推定される。
【００５０】
レーザーパルス強度に対する屈折率及び消衰係数の関係を図５及び図６に示す。これらの図には図３の装置を用いて図４と同様の測定を波長６５０ｎｍの赤色レーザー場合について行った結果についても同時に示す。波長４０５ｎｍの青色レーザーの場合は図４で述べたように屈折率が１．９から２．７に上昇するが、波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合は、屈折率は３．３から３．０に低下した。一方、消衰係数は４０５ｎｍでは０．８５から０．６５に、また６５０ｎｍの場合は１．１５から０．６に、いずれも低下した。
【００５１】
図６に示すように、本発明で用いた集光機能層は消衰係数がいずれの波長においても低下した。また、図５に示すように、屈折率は波長４０５ｎｍの青色レーザー照射の場合は上昇し、波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合は低下していた。この材料の上記のような屈折率変化は、バンドフィリング現象と呼ばれるメカニズムによって生じている。
【００５２】
図７及び図８に、バンドフィリング現象を説明する図を示す。図７は、消衰係数の波長依存性、図８には屈折率の波長依存性を示す。本実施例で用いたＣｏ３Ｏ４薄膜は、丁度６５０ｎｍに相当するエネルギーを有する光学バンドギャップを有している。
【００５３】
そのため、この波長より短い、つまりエネルギーの高い光を照射した場合にはこのバンドギャップに相当する位置に存在する電子が光を吸収し、励起状態となる。従って図７に示すように、長い波長の光は消衰係数が小さく、短い波長の光に対する消衰係数は大きい。
【００５４】
電子が励起されると徐々にエネルギーの低い準位に存在する電子が励起状態に達するが、この場合、最初に励起された電子よりも高いエネルギーの励起準位に励起される。すなわち、バンドギャップのエネルギーは最初に励起された電子に比べて高くなっていることが分かる。そうすると、エネルギーの低い長波長の光は吸収されなくなるため、光の吸収係数、つまり消衰係数が低下することになる。このような傾向は全波長域について起こるため、全ての波長に対して消衰係数は低下することになる。また、より低いエネルギーの光は吸収されなくなるため、全体的に光の吸収は短波長側にシフトしたともいうことができる。
【００５５】
一方、図８に示すように、屈折率は消衰係数のクラマース・クローニッヒの関係を用いて算出され、バンドギャップエネルギーにおいてピークを持つ。屈折率の波長依存性も、消衰係数の短波長側へのシフトに伴い同様にシフトする。その結果、バンドギャップ近傍では屈折率は低下し、バンドギャップより短い波長域では逆に屈折率は上昇するということが分かる。つまり、バンドフィリング現象による屈折率変化では、高強度のレーザー光照射によって全波長域で消衰係数は低下し、屈折率は波長によって上昇したり低下したりする。
【００５６】
このようにレーザー光照射によって屈折率が変化する薄膜を、低屈折率膜と高屈折率膜の積層構造中に一層のみ成膜して誘電体多層膜を形成し、その反射特性を評価した。図９に、本特性を評価するために作製した多層膜構造の断面の模式図を示す。図９に示す多層膜構造は、図１に示す光記録媒体の誘電体多層反射層と同じ構成である。
【００５７】
すなわち、低屈折率膜７のＳｉＯ２の屈折率が１．４８であることから、膜厚を５８ｎｍとした。また高屈折率膜８の８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２の屈折率が２．５６であることから、膜厚を３７ｎｍとした。屈折率変化膜９にはコバルト酸化物Ｃｏ３Ｏ４を７０ｎｍ形成した。この低屈折率膜７と高屈折率膜８を交互に４層積層した後、屈折率変化膜９を形成し、更に低屈折率膜７及び高屈折率膜８をそれぞれ９層づつ形成した。
【００５８】
図９に示す誘電体多層反射層の定常状態と励起状態における分光光学特性を評価した。この分光特性は、以下に示す方法により測定した。図１０に、本測定の光学系を示す。図１０において、２１０は励起用光源、２１１は測定用光源、２１２は図９に示す基板上に形成された誘電体多層膜、２１３、２１４は光学フィルター、２１５はハーフミラー、２１６はデジタルオシロスコープ、２１７、２１７’は光ディテクター、２１８はミラー、２１９および２２０は集光用レンズである。また２２１は遅延発生器である。
【００５９】
本実施例では、この励起用光源２１０及び測定用光源２１１にパルス幅５ｎｓの波長可変装置（ＯＰＯ）を搭載したＹＡＧレーザーを用いた。この励起用光源及び信号光源の時間的同期をとるため、ディテクター２１７、２１７’の信号をオシロスコープ２１６に導入してモニターしながら、遅延発生器２２１の遅延時間を制御することによって励起用光源２１０と測定用光源２１１の時間の同期を図った。
【００６０】
また集光用レンズ２１９、２２０を用いて双方のレーザー光を約２５μｍφに絞り、試料表面に集光した。また、それぞれの光源２１０、２１１の光強度を測定のために最適化した。具体的には、光学フィルター２１３、２１４を配置し、試料へのダメージを抑制した。更に、励起用光源２１０のＯＮ、ＯＦＦにより、励起状態、定常状態の光スペクトルを測定することができる。なお、リファレンスとしてＡｌ膜を形成した場合についてあらかじめ反射光量スペクトル強度を測定しておき、それに対する誘電体多層積層膜を測定した場合の反射光量スペクトル強度の比をもって反射率とした。
【００６１】
なお、励起用光源からの光がディテクター２１７に入らないように光学系のセットアップを行った。測定用光源の波長は、波長可変用ＯＰＯをパソコンにて操作することにより、波長を３８０ｎｍから４４０ｎｍまでスキャンしてスペクトルを測定した。
【００６２】
図１１に、図９に示す誘電体多層反射膜の反射率スペクトルを示す。励起光を入れない場合には波長４０５ｎｍにおいて急峻な反射率低下部が存在しており、４０５ｎｍにおける反射率の値は０．００５であった。一方、励起光を入れた場合にはこの波長スペクトルが全体的に長波長側にシフトしており、反射率の低下する部分は４１０ｎｍ程度にシフトしていた。またこのとき波長４０５ｎｍにおける反射率は０．９程度と、ほぼ１．０に近い反射率を有することが分かった。この変化は、屈折率反射膜にレーザー光が照射された場合、図３、図４及び図５に示す屈折率変化が生じるため、誘電体多層膜の反射率が変化し、その結果反射スペクトルが変化するものと考えられる。
【００６３】
シミュレーションにより図１１に示す構造によって各光学定数のフィッティングを行ったところ、図１１の場合、屈折率変化膜の屈折率が励起用光源２１０を照射しない定常状態では１．９０であり、励起用光源２１０を照射した励起状態では１．９５と、２％程度の屈折率変化をしていることが分かった。
【００６４】
次に、誘電体多層反射膜を構成する低屈折率膜７と高屈折率膜８の膜総数と、屈折率変化膜９の反射率変化の関係について検討を行った。図１２に、低屈折率膜と高屈折率膜の積層膜総数を変化させたときの屈折率変化膜９の屈折率に対する誘電体多層反射層の反射率の関係を示す。ここで、積層膜総数とは、繰り返し形成された低屈折率膜、高屈折率膜及び屈折率変化膜の合計の膜総数である。この３種類の積層膜が多層誘電膜反射層を構成する。本発明の記録媒体においては、この多層誘電膜反射層と記録層との組み合わせからなるユニットが基板上に２以上、特に５以上形成されている。なお、ユニット間には中間層が挿入されている。
【００６５】
図１２に示すように、膜総数が３のときは、屈折率変化膜９の屈折率が１．９のとき、誘電体多層反射層の反射率を０．０５と小さくすることができた。そして、この屈折率変化膜９の屈折率が２．７に変化すると反射率が０．２７に上昇する。また５層とすると反射率変化量は０．０５から０．５２と、３層の場合に比べて更に大きな反射率比が得られた。
【００６６】
従って膜総数を３層から５層に増加させるだけで、同じ屈折率変化のとき、より大きな反射率変化が得られる。更にサイクル数を増加していくと、２１層では屈折率を１．９から２．２に変化させることにより反射率を約０．０５からほぼ０．９２と非常に大きく変化させることができた。図１２を見ると、積層数が多いほど屈折率変化膜９の屈折率変化が小さくても大きな反射率変化が得られることが分かる。
【００６７】
次に、低屈折率膜７、高屈折率膜８の膜厚変動による反射率変化を検討した。図１３に、膜総数を１１としたときの低屈折率膜７及び高屈折率膜８の膜厚に対する反射率の変化を示す。横軸には波長（λ）に対する膜厚（ｄ）と屈折率（ｎ）の積の比（ｄｎ／λ）をプロットした。この図のように、ｄｎ／λが約０．２５のとき、反射率を０．０５程度まで小さくできるが、この値から外れると反射率が大きくなった。この結果、屈折率変化が生じても反射率の変化としては大きく現れず、好ましくない。
【００６８】
図１３より、低屈折率膜７、高屈折率膜８とも、ｄｎ／λが０．１５以上０．３５以下であれば、反射率は０．１０以下となり、良好であった。一方、ｄｎ／λが０．１５未満あるいは０．３５を超える場合には反射率が０．１０を超えるため、反射率変化を大きくすることができず、好ましくなかった。以上より、低屈折率膜７、高屈折率膜８の膜厚はｄｎ／λが０．１５以上０．３５以下であることが好ましい。
【００６９】
次に、屈折率変化膜９として、いろいろな酸化物について検討を行った。表１に、本発明で検討した屈折率変化膜９を用いて作製した誘電体多層反射層の屈折率変化及び反射率変化を示す。レーザー波長は４０５ｎｍとし、強度は１．０ＧＷ／ｍ２とした。高屈折率膜８には８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）を用い、膜厚は３８ｎｍとした。また低屈折率膜７にはＳｉＯ２を用い、膜厚を５３ｎｍとして誘電体多層反射層を作製した。屈折率変化膜９の膜厚は各実施例ともｎｄ／λ＝０．２５となる膜厚とした。膜総数を３１層とした。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表１において、ｎ１、ｋ１、Ｒ１はレーザー強度０．１６ＧＷ／ｍ２で測定される屈折率、消衰係数及び反射率であり、ｎ２、ｋ２、Ｒ２はレーザー強度１．０ＧＷ／ｍ２で測定される屈折率、消衰係数及び反射率である。また屈折率変化量Δｎ、消衰係数変化量Δｋは以下の式によって求めた。
Δｎ＝（ｎ２−ｎ１）／ｎ１×１００
Δｋ＝（ｋ２−ｋ１）／ｋ１×１００
また反射率差ΔＲは，
ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１
として求めた。評価の項目では、反射率差ΔＲが０．９以上の場合を◎、０．８以上、０．９未満の場合を○、０．８未満の場合を×として評価した。
【００７２】
表１の実施例１〜９は、電子励起による吸収の変化による屈折率変化を示す材料であり、いずれも消衰係数が低下する材料である。このうち、実施例１〜８は遷移金属酸化物の薄膜を屈折率変化膜９として作製した誘電体多層反射層についての評価結果である。
【００７３】
また実施例９はカドミウム硫化物薄膜を用いた場合の評価結果であり、更に実施例１０〜１２は金、銀、銅の微粒子をＳｉＯ２ガラス中に分散させて形成した薄膜を用いた場合である。また比較例として、ＳｉＯ２を屈折率変化膜９として用いた場合について示した。
【００７４】
表１の実施例１のコバルト酸化物であるＣｏ３Ｏ４を用いた場合、屈折率、消衰係数の変化量も大きく、反射率差は０．９３と非常に良好な結果が得られた。また実施例３のＦｅ２Ｏ３を用いた場合にも、反射率差が０．９１と、大きな値が得られ、良好であった。
【００７５】
また実施例２及び４〜１２の酸化物、ＣｄＳ及び金属微粒子を分散したガラス薄膜では、屈折率変化量Δｎは約３〜９％程度であり、反射率差は０．８０〜０．８９であった。また比較例１のＳｉＯ２の場合は、レーザー光強度を変化させても屈折率、消衰係数はほとんど変化せず、反射率差も０．０１と低かった。
【００７６】
以上のように、屈折率変化量が３％程度の薄膜材料を用いて誘電体多層反射層を作製した場合、８０％以上の大きな反射率変化を得ることができた。反射率差が大きい材料としては、コバルト酸化物及び鉄酸化物が最も良好であった。またニッケル、バナジウム、クロム、亜鉛、マンガンの酸化物、またはカドミウム硫化物も良好であることが分かった。またＳｉＯ２ではほとんど屈折率が変化せず、良好ではなかった。
【００７７】
以上より、屈折率（反射率）変化膜用材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＣｄから選ばれる遷移金属酸化物、あるいは硫化物が好ましい。特に好ましくはコバルト酸化物または鉄酸化物であり、これらにより非常に大きな反射率差を得ることができた。
【００７８】
次に図１１を用いて、屈折率変化膜をＣｏ３Ｏ４と固定した際、膜総数と反射率差ΔＲとの関係について調べた。図４及び図５より、屈折率変化膜の屈折率は１．９から２．７に変化させることができる。このような状態のとき、３層構造では、反射率差ΔＲは０．２である。また５層では０．４５、１１層では０．９と層数が多いほど同じ屈折率変化でもΔＲが大きく取れる事が分かった。
【００７９】
図２０に、屈折率変化膜９の屈折率変化が１．９から２．７のときの反射率差ΔＲを示す。層数が上昇するほどΔＲが上昇し、９層以上のとき、ΔＲが０．８以上となることが分かった。従って、積層膜総数は９層以上とすることが好ましい。
【００８０】
更に、図４及び図５より、レーザー照射パワーが低いと屈折率変化膜９の屈折率上昇分は小さい。このような小さな屈折率変化においても大きな反射率変化を示す場合について検討する。図４及び図５より、０．１ＧＷ／ｍ２の光を照射したとき、屈折率変化膜の屈折率は１．９から２．１と、約１０％変化している。図２０に、１．９から２．１に変化したときのΔＲも同時に示す。このとき、反射率差ΔＲは２１層では０．６５、３１層では０．８、４１層では０．９０と変化した。図２０の曲線より、小さい屈折率で０．８以上の大きなΔＲをとるためには、膜の層数を３１層以上とすることがより好ましい。
【００８１】
（実施例２）
次に、上記誘電体多層反射層を搭載した図１及び図２に示す２層の光記録層を有する光ディスクの記録再生特性を評価した。
【００８２】
図１４に、本実施例で使用した光情報記録再生装置のブロック図を示す。光記憶媒体としての光ディスク（１００）の種類を判別する媒体判別手段（１０１）を有している。光ディスクは、モータ回路制御手段（１０２）により制御されるモータ（１０３）の回転軸に、直接または間接に接続された回転機構に一時的に固定される。ピックアップ（１０４）内の光源であるレーザーと反射光を検知する検知部により、光ディスクの情報を光信号として読取る。
【００８３】
また、ピックアップ内の光源により、光ディスクに情報を記憶する。またピックアップはピックアップ移動ドライバ（１２３）によりトラック方向の位置決めがなされる。
【００８４】
光信号は、プリアンプ（１０５）、読出し信号処理手段（１０６）、アドレス読取手段（１０７）、クロック同期信号読取り手段（１０８）を経て、再生信号復調手段（１０９）を介し、再生データ送出手段（１１０）により、装置外へ出力される。再生データは、表示装置やスピーカ等の所定の出力手段により出力されるか、または、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置により、データ処理が行われる。
【００８５】
本実施例では、通常の記録再生に用いられる回路系のほか、任意のレーザー波長を選択可能なレーザー選択手段（１１１）を設けた。レーザー選択手段の出力に基づき、レーザーパワー制御情報解析手段（１１２）の解析に基づいて、ピークパワー決定手段（１１３）にて使用されるピークパワーが決定される。また、同様に読み出しパワー決定手段（１１９）にて読み出しパワーが決定される。
【００８６】
ピークパワー決定手段（１１３）の出力がパワー比決定手段（１１４）を介して記録パワーＤＣアンプ（１１５）と消去パワーＤＣアンプ（１１６）を経由してレーザードライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。同様に読み出しパワーＤＣアンプ（１１８）を介して読み出しパワー決定手段（１１９）の出力はレーザードライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。また、実際のレーザーとしては６５０ｎｍ、４０５ｎｍの半導体レーザーを搭載した。
【００８７】
更に本発明の光情報記録媒体は多層構造であるため、どの記録層を読書きするかにより焦点や焦点深度が異なるため、光記録層の選択に伴いオートフォーカシング機構可能な構造とした。更に本多層記録媒体ではディスクのティルトによる反射率の変動が従来の光記録媒体よりも大きいため、この誤差を補正する必要がある。
【００８８】
そこで、このオートフォーカシング機構にディスクティルト検出器構を形成した。そしてディスクティルト検出器構の信号の情報より光ピックアップから照射されるレーザー光が常に光ディスクに対して垂直に照射するようにピックアップの角度調節する機構を設けた。これにより、媒体の傾きが生じても常に垂直にレーザー光が入射するため、反射率変調の少ない光記録装置を構成することが可能となった。
【００８９】
更に、トラッキング誤差検出手段（１２６）に高密度記録用のものを別に設け、媒体にあわせたトラッキングができるようにした。このトラッキング誤差検出手段（１２６）の情報はコントローラ（１２４）、ピックアップ制御回路（１２５）を介してピックアップに伝達される。また、媒体の反射率差を利用して媒体の種別判別機構を設け、これにより媒体種の違いにあわせてオートでトラッキングできるように設計した。
【００９０】
データ記録の際は、記録データ受入手段（１２０）から記録データが入力され、記録データ変調手段（１２１）でデータ変調され、記録タイミング補正手段（１２２）を介してレーザードライバに入力され、ピックアップ内の光源を制御する。
【００９１】
図１４のような構成とすることにより、多層の光記録媒体をコンパチブルに使用できるだけでなく、大容量化などにより記録容量の異なるディスクを一台の装置で取り扱うことが可能となる。なお、光情報再生記録装置は、その目的・用途により、適宜その構成に変更を加えて使用しても良い。
【００９２】
本実施例では、屈折率変化膜９としてＣｏ３Ｏ４薄膜を用いた。実施例として、誘電体多層反射膜を構成する低屈折率層と高屈折率層の積層数を３層から６１層まで変化させたものを用いた。
【００９３】
比較例として、本実施例の多層反射膜の代わりに、通常の金属反射膜を反射膜とする２層記録媒体も作製した。金属反射膜としては、銀系の合金を用い、一層目の下の膜厚を２０ｎｍ、二層目の下の膜厚を１００ｎｍとした。ここにマーク長０．１４９μｍの繰り返し記録マークを書き込み、この信号のＳ／Ｎ比を評価した。
【００９４】
ディスク回転線速度は１０ｍ／ｓとした。この記録の際の記録ストラテジーを図１５に示す。図１５において、横軸は時間、縦軸はレーザーパワーであり、Ｐｗが記録パワー、Ｐｒは再生パワーである。τｗは書き込み時間、τｒは書き込みをしない時間であるが、本実施例はτｗ＝τｒとし、一定のマーク間隔で記録を行った。書き込み後、強度Ｐｒの連続光を照射し、反射光量を読取り、信号とノイズの比Ｓ／Ｎ比を評価した。
【００９５】
表２に、実施例で作製した屈折率変化膜を有する誘電体多層反射層を有する２層記録媒体の低屈折率層と高屈折率層との積層総数を示す。同時に、屈折率変化膜９の屈折率が１．９から２．１と、１０％変化したときの反射率差ΔＲを示す。
【００９６】
【表２】
【００９７】
図２０に示した積層膜総数と反射率差ΔＲの関係より、積層膜総数が６１層では屈折率変化ΔＲは０．９であり、３１層では０．８、２１層では０．７、１１層では０．３、５層では０．１である。まず、第１記録層に関して、Ｐｗを５ｍＷと固定して記録を行い、再生時の再生パワーＰｒを０．１〜１．０ｍＷと変化させてＳ／Ｎ比をプロットした。結果を図１６に示す。実施例１３〜１７において、積層膜総数が増加するほどＳ／Ｎ比が向上していた。
【００９８】
更に読み出しパワーが増加するほどＳ／Ｎ比が向上することが分かった。再生パワーを１．０ｍＷとしたとき、十分なＳ／Ｎ比である４０ｄＢを超えるのは積層数が３１層以上であるときであった。従って、積層膜総数は３１層以上であり、ΔＲが０．８以上であることが好ましい。
【００９９】
図１１に示すように、本実施例では、レーザーパワーが小さく、屈折率変化膜の屈折率が変化しない状態では反射率が低く、透過率を高くしているため、低パワー側で十分なＳ／Ｎが得られないと考えられる。積層数が少ないと、再生パワーを増加させても反射率の変化量が小さいため、十分なＳ／Ｎ比が得られないと考えられる。
【０１００】
一方、積層膜総数を増加させると、再生パワーの増加により急激に反射率が増加するため、徐々にＳ／Ｎ比が良好になると考えられる。特に層数６１層では０．２ｍＷ程度で十分なＳ／Ｎ比が得られており、良好であった。また積層膜総数が３１層のときは再生パワーが１．０ｍＷで４０ｄＢが得られたので、十分実用に供し得ることが分かった。それ以下の層数の場合は再生パワーが大きくなるため、好ましくない。また、比較例では、逆に再生パワーが大きくなるとＳ／Ｎ比が低下する現象が見られた。これは再生パワーが大きくなると２層目のクロストークが発生するためと考えられる。
【０１０１】
次に、第２記録層の記録再生特性を評価した。まず記録パワー依存性を評価するため、記録焦点を第２層に合わせ、記録パワーＰｗを２ｍＷから２２ｍＷまで変化させて記録したのち、再生パワーを１ｍＷと固定して評価を行った。また比較例は１ｍＷでは２層目の読み出しができなかったので、４ｍＷで読み出しを行った結果について示す。結果を図１７に示す。
【０１０２】
誘電体多層反射層を形成した実施例１３〜１７では、記録パワーが５ｍＷ〜６ｍＷでＳ／Ｎが上昇し始め、記録がなされていることが分かった。これは、図１６に示した一層目の記録再生実験で用いた記録パワーである５ｍＷとほぼ等しく、一層目による光の損失がなく２層目の記録層に到達していることを示している。
【０１０３】
一方、比較例では２０ｍＷを超えたところから急激に記録がなされた。これは、一層目により光が吸収され、２層目に到達できる光の量が少ないため、これほどの光量が必要であることを示している。
【０１０４】
また実施例１３〜１７では、第１層目の下の誘電体多層反射膜の透過率が高いため、低パワーでの記録が可能であったと考えられる。しかしながら、反射層の積層総数が減少するにつれて読み出し時のＳ／Ｎが低下していた。これは、読み出しパワーが１ｍＷであるため、積層総数が少ない実施例では読み出し時の反射率が低いため、Ｓ／Ｎが低下したものと考えられる。
【０１０５】
以上のように、誘電体多層反射膜を用いた光ディスクでは、１層目、２層目とも、従来の光ディスク並みの非常に低いパワーで記録再生が可能であることが分かった。そして積層総数が多いほどＳ／Ｎ比が高く、情報を読み出すことができるが、特に３１層以上であれば良好なＳ／Ｎ比を得ることができた。
【０１０６】
以上の実施例では、２層の光情報記録層を有する光情報記録媒体について述べてきたが、図１８、１９に示す成膜装置を用いて、同様に３層、４層、５層、６層と、積層数を増加した光情報記録媒体についても同様な実験を行った。その結果、記録層数の増加に伴ってよりレーザー光入射方向に対して深い位置にある記録層のＳ／Ｎ比が劣化していく現象が見られ、１１層以上のときに０．１４９μｍの記録再生試験において４０ｄＢ以上を得ることができなかった。従って、記録層数は１０層以下であることが好ましかった。
【０１０７】
更に、中間層膜厚について検討を行った。本実施例では中間層膜厚を０．３μｍから３μｍの間で変化させた。０．３μｍ以下では、隣り合う２層が一つのレーザー焦点深度内に存在するため、いずれも高温状態となってしまい、記録が２層に渡っておこなわれてしまうため、好ましくなかった。０．３μｍを超えると二つの記録層が一つの焦点内に収まることがなくなるため、記録を単一の層にのみ行うことが可能であり、良好であった。
【０１０８】
また中間層厚みを３μｍ以上とすると中間層の成膜に時間がかかり、高い生産性を維持することが不可能であるため、好ましくなかった。また記録層数を増やした際、より深い層を読書きするときにレーザーのピックアップが光ディスクの上部カバー層に物理的に接触する恐れが出てくるため、好ましくなかった。
【０１０９】
以上の検討より、中間層膜厚は０．３μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましかった。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明の誘電体多層反射膜を有する光情報記録媒体を用いれば、高Ｓ／Ｎで、かつ低パワーのレーザー強度で記録再生可能な多層光記録媒体が得られる。また各層間のクロストークが少ない光ディスクが得られる。また層間の中間層の膜厚を薄くできるので、すべて真空プロセスを利用した成膜が可能となる。更に、本発明の誘電体多層反射膜を有する光情報記録媒体を再生するための光情報記録再生装置は、ディスクティルトを検知してピックアップの角度を変更可能な機構を有しているため、安定した反射率での読書きが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で作製した２層記録媒体の模式図。
【図２】本発明の実施例で作製した２層記録媒体の鳥瞰図。
【図３】本発明の非線形光学薄膜の評価光学系の模式図。
【図４】図３に示す評価光学系から得られたパルス光照射による屈折率と消衰係数の時間変化を示す図。
【図５】図４に示す屈折率のレーザーパルス強度に対する屈折率の関係を示す図。
【図６】図４に示す屈折率のレーザーパルス強度に対する消衰係数の関係を示す図。
【図７】本発明で用いた集光機能層の消衰係数の波長依存性を表す図。
【図８】本発明で用いた集光機能層の屈折率の波長依存性を表す図。
【図９】本発明で作製した誘電体多層反射膜の断面の模式図。
【図１０】レーザー照射中の励起状態における透過率を測定する装置の光学系の模式図。
【図１１】本発明で作製した誘電体多層反射膜の励起光の有無による反射率の変化を示す図。
【図１２】集光機能層を構成する誘電体層のサイクル数を変化させたときの屈折率変化膜６の屈折率変化による反射率の変化を示す図。
【図１３】誘電体層のｄｎ／λを変化させたときの反射率の変化を示す図。
【図１４】本発明で作製した光情報記録装置のブロック図。
【図１５】記録時の記録ストラテジーを示す図。
【図１６】本発明で作製した２層光記録媒体の１層目の再生パワーに対するＳ／Ｎの変化を示す図。
【図１７】本発明で作製した２層光記録媒体の２層目の記録パワーに対するＳ／Ｎの変化を示す図。
【図１８】本発明で作製した多層光記録媒体作製用成膜装置の構造の模式図。
【図１９】本発明で作製した化学気相堆積法を利用した多層光記録媒体作製用成膜装置の構造の模式図。
【図２０】積層膜総数を変化させたときの屈折率変化膜の各屈折率変化に対応した反射率差ΔＲを示す図。
【符号の説明】
１…基板、２…光記録層、３…誘電体多層反射層、４…保護膜、５…記録膜、６…保護膜、７…低屈折率膜、８…高屈折率膜、９…屈折率変化膜、１０…中間層、１１…カバー層、１２…パルス発生器、１３…光源、１４…偏光子、１５…入射光、１６…反射光、１７…検光子、１８…フィルター、１９…受光器、２０…デジタルオシロスコープ、２１…制御用コンピューター、２２…焦点レンズ、１００…光ディスク、１０１…媒体判別手段、１０２…モータ回路制御手段、１０３…モータ、１０４…ピックアップ、１０５…プリアンプ、１０６…読出し信号処理手段、１０７…アドレス読取手段、１０８…クロック同期信号読取り手段、１０９…再生信号復調手段、１１０…再生データ送出手段、１１１…レーザー選択手段、１１２…レーザーパワー制御情報解析手段、１１３…ピークパワー決定手段、１１４…パワー比決定手段、１１５…記録パワーＤＣアンプ、１１６…消去パワーＤＣアンプ、１１７…レーザードライバ、１１８…読み出しパワーＤＣアンプ、１１９…読み出しパワー決定手段、１２０…記録データ受入手段、１２１…記録データ変調手段、１２２…記録タイミング補正手段、１２３…ピックアップ移動ドライバ、１２４…情報はコントローラ、１２５…ピックアップ制御回路、１２６…トラッキング誤差検出手段、２００…多層膜、２０１…記録ピット、２１０…励起用光源、２１１…測定用光源、２１２…基板上に形成された誘電体多層膜、２１３、２１４…光学フィルター、２１５…ハーフミラー、２１６…デジタルオシロスコープ、２１７、２１７’…光ディテクター、２１８…ミラー、２１９、２２０…集光用レンズ、２２１…遅延発生器、３０１…ロードロック室、３０２…スパッタ成膜室、３０３…誘電体多層反射層形成用チャンバー、３０４…回転基板ホルダー、３０５…スパッタ用ターゲット、３０６…誘電体多層反射層形成用ターゲット、３０７…光ディスク基板、３０８…誘電体多層反射層形成用原料供給源、３０９…原料導入管、３１０…中間層形成用チャンバー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、２層以上の多層光情報記録層を有する光情報記録媒体に関し、特に反射率が変化する誘電体多層反射層を有する大容量光情報記録媒体、及びこの誘電体多層反射層を形成するのに適した光情報記録媒体の製法、及びこの媒体を記録再生するのに適した光情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信を用いた情報化社会の発展により、大容量の情報を高速で通信できる通信システムの構築が必要となっている。このような大容量高速光通信を展開するために必要不可欠な光デバイスとして、大容量の光情報を蓄積するための光情報記録媒体が挙げられる。更にテレビ画像などの映像のデジタル化、高精細化などの高画質化に伴い、これらの高画質状態を保ち、かつ長時間記録可能な大容量光情報記録媒体の開発が急務である。
【０００３】
現在、光情報記録媒体として、片面４．７ＧＢの容量を有するＤＶＤが実用化され、コンピューター用途のほか、ビデオなどの大容量動画を扱うための媒体として広く普及している。このＤＶＤは、直接基板に情報が書き込まれた読み出し専用のＲＯＭ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）の他、書換え可能な記録再生媒体としても実用化が進んでいる。
【０００４】
このような光情報記録媒体の高記録密度化を目的とした開発が行われており、情報記録の高密度化を達成する手段として、ＣＤなどに使われていたレーザー（７８０ｎｍ）よりも短波長の６５０ｎｍのレーザー光を用いている。しかし、コンピューターグラフィックスやデジタルハイビジョン映像等の大容量の情報を扱うためには、更にその４〜５倍の高記録密度化を達成する必要がある。これを達成するため、更に短波長の青色半導体レーザー（波長４０５ｎｍ）を用いる光ディスクの開発が行われ、片面２７ＧＢの光ディスクの実用化が進められている。
【０００５】
更なる光ディスク大容量化の技術として、多層記録、多値記録、超解像記録などの開発が行われている。これらの次世代の大容量化を担う技術として、多層記録技術は最も有力な大容量化技術の一つである。
【０００６】
しかしながら、この多層記録では、光入射方向に対して手前に存在する光記録層による光の吸収により、それより奥に位置する記録層へ達する光強度が低下するため、非常に大出力のレーザーが必要であるという課題を有していた。また読取りを行う層以外の情報が信号として検出されるクロストークが起こり易いという課題を有していた。
【０００７】
このため、例えば特許文献１記載のように半透明の反射層を設けて透過率を向上させる方法や、特許文献２記載のように、波長を多重にし、それぞれの記録層の前にフィルター層を設けて情報を読まない層からのクロストークを低減するなどの方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１５４６４号公報（要約）
【特許文献２】
特開２００２−１１７５８５号公報（要約）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開２００２−１５４６４号記載の方法では、各層からの反射光量が不十分であり、また半透明であるため第２層への光透過率がいまだ不十分であった。また特開２００２−１１７５８５号記載の方法では、複数の波長のレーザー搭載が必要になり、駆動系の簡略化が難しかった。本発明の目的は、レーザー発振器の出力を上げることなく、クロストークが少なく高Ｓ／Ｎ比の光情報記録が可能な記録媒体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光情報記録媒体は、光信号が記録される光記録膜と、該光記録膜に直接又は他の膜を介して積層された誘電体多層反射層とを含む光情報記録層ユニットを透明中間層を介して、基板上に複数形成した光情報記録媒体であって、上記誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、該誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜を有するものである。
【００１１】
また、この誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、この誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜とから構成され、読書きに用いられるレーザーが集光照射される光情報記録層の部位の反射率がそれ以外の部位の反射率よりも高いことが好ましい。
【００１２】
本発明の記録媒体の特徴部となる光記録層の構成は、以下のとおりである。
【００１３】
（１）２以上の光記録層が設けてあり、１枚のディスクの記録容量を増大する。記録層の数は任意であり、２層以上１０層程度設けられる。通常、各記録層の両側には保護膜が形成される。
【００１４】
（２）上記光記録層の記録又は読み出しの光源とは反対側（光源から遠い側）に、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層したフォトニッククリスタル又は誘電体多層膜が配置される。その総数は合計で９層以上であることが好ましく、特に１３層以上が好ましい。各誘電体多層膜と記録層が交互に積層され、光源に対して順次配置される。
【００１５】
（３）上記誘電体多層膜の中に、複素屈折率が非線形かつ可逆的に変化する屈折率変化膜が介挿される。この屈折率変化膜の屈折率はレーザーなどの照射光の強度に応じて変化し、透過性膜と反射膜のいずれかに変化する。例えば特定波長の光で第１記録層を読書きしている時は、その第１記録層の誘電体多層膜の屈折率変化膜は透明であり、第２、第３記録層については、それらの誘電体多層膜内の屈折率変化膜はその波長の光に対して反射膜となるように、屈折率が変化する。このため、記録層間のクロストークが防止できる。また、上記の作用により、レーザーの出力を大きくしなくとも、クロストークが防止できるから、高いＳ／Ｎ比で情報を読書きすることができる。なお、本発明では、上記（２）と（３）を合わせて、誘電体多層反射膜と称する。
【００１６】
（４）上記記録層―誘電体多層膜―屈折率変化膜のユニットの間には透明中間層が挿入され、またディスクの最外層にはカバー層が形成される。上記情報記録層に形成される誘電体多層反射層は、レーザーが読書きのために集光照射される部位の反射率Ｒ２と、それ以外の部分の反射率Ｒ１の反射率差ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１が０．８以上である。更に上記誘電体多層反射層を構成する低屈折率膜の屈折率ｎ１と、高屈折率膜の屈折率ｎ２の比ｎ１／ｎ２が０．８０以下である。
【００１７】
また、低屈折率膜の屈折率ｎ１、高屈折率膜の屈折率ｎ２と、低屈折率膜の膜厚ｄ１、高屈折率膜の膜厚ｄ２との積ｎ１ｄ１及びｎ２ｄ２が、読書きに用いられるレーザー波長の０．１５〜０．３５倍の範囲内にあることが望ましい。
【００１８】
上記誘電体多層反射層を構成する屈折率変化膜がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素、あるいはそれらの酸化物、窒化物または硫化物の粒子を含む薄膜である。また、上記低屈折率膜はＳｉＯ２が好ましい。上記高屈折率膜としてはＴｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＴａ２Ｏ５のいずれか又は２種以上を含有する薄膜である。
【００１９】
本発明の光情報記録媒体の上記中間層は、非晶質の誘電体薄膜が好ましく、この中間層の膜厚は０．３μｍ以上３μｍ以下が適切である。
【００２０】
本発明の光情報記録媒体の製造方法は、基板上に化学気相堆積法を用いて誘電体多層反射膜を形成する工程と、スパッタリング法を用いて屈折率変化膜を形成する工程と、保護膜、及び光記録膜を形成する工程と、から構成され、これらの工程を繰り返し行って多層の記録層を形成する光情報記録媒体の製造方法であり、上記化学気相堆積法は原料ガスを交互に入れ替えることにより多層構造を形成する。上記化学気相堆積法、及びスパッタリング法による成膜時に、上記基板が自転ならびに公転する。
【００２１】
更に、本発明の光情報記録装置は、少なくとも光情報記録媒体より光情報を読書きするためのピックアップと、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるスピンドル及びスピンドルモータとから構成される光情報記録装置であり、上記ピックアップは自動焦点機構ならびに上記光情報記録媒体の傾きに対してピックアップから照射されるレーザー光の光軸と光情報記録媒体との角度を自動で垂直に保持するレーザー照射角度保持機構を有する。
【００２２】
上記レーザー照射角度保持機構はレーザーの強度分布を入力信号としてピックアップの角度を制御することにより行われる。また、上記光情報記録媒体は２層以上の多層の光情報記録層を有し、各光情報記録層には誘電体多層反射層を有し、かつこの誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、この誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜とから構成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。図１に、本発明で作製した読書き、消去可能な２層構造の光記録層を有する光情報記録媒体の断面構成図を示す。図１において、１は基板であり、２は第１層目の光情報記録層である。また３は、第１層目の光情報記録層２の、光源に対して下部に設けられる誘電体多層反射層である。また２’、３’は第２層目の光記録層及びその下部に設けられる誘電体多層反射層であり、第１層目の光情報記録層よりも光源に対して下側に設けられる。
【００２４】
４、６は保護膜、５は光記録膜であり、光情報記録層２は、これら４，５，６から構成される。また７は低屈折率膜、８は高屈折率膜、９は屈折率変化膜であり、これら７、８、９により、誘電体多層反射層３が形成される。この図のように、屈折率変化膜９は、低屈折率膜７、高屈折率膜８の繰り返し周期構造中に形成される薄膜である。
【００２５】
このように屈折率や消衰係数の異なる誘電体（７、８）の周期構造をもつ積層体から構成される層は、一般に、一次元のフォトニッククリスタル、あるいは誘電体多層膜と呼ばれる。
【００２６】
第１層目の光情報記録層２、３と第２層目の光情報記録層２’、３’の間には、光のフォーカスポイントをずらして２層同時に読書きが行われることを防ぐため、１００ｎｍ〜１μｍの中間層１０が形成されている。また第１層目の光情報記録層２のレーザー入射方向に対して上部にはカバー層１１が形成されている。読書きに用いるレーザー光はカバー層１１側から入射され、各層を透過し、また各層界面で反射したのち、図には示されていない光検出器に入る。本実施例では、入射されるレーザー光には波長４０５ｎｍの半導体レーザーを用いて実験を行った。
【００２７】
本発明では、１の基板に厚さ１．１ｍｍ、直径１２０ｍｍのポリカーボネートの基板を用いた。この基板は内径に基板チャックのための１５ｍｍφの穴が形成されている。保護膜４、６として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）薄膜を用いた。膜厚は、光学的に反射率が高くなるように調整するが、その範囲は２０ｎｍ〜１００ｎｍの間で行った。光記録膜５には１０Ｇｅ−７０Ｓｂ−２０Ｔｅ（ｍｏｌ比）からなる記録層を１０ｎｍ形成した。
【００２８】
誘電体多層反射層３を構成する低屈折率膜７として、ＳｉＯ２を、高屈折率膜８として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５から選ばれる薄膜材料を用いた。これらの材料を用いることにより、低屈折率膜の屈折率ｎ１と高屈折率膜屈折率ｎ２の比ｎ１／ｎ２を０．８０以下とすることができる。このような屈折率比の大きい材料系を選択することにより、トータル層数が少なくても効率的な誘電体多層膜を形成することが可能となる。
【００２９】
また所望の波長において大きな反射率比の得られる誘電体多層反射層を作製するためには、各層の屈折率と反射率の積が用いる波長の４分の１程度になることが好ましい。用いるレーザー波長が４０５ｎｍであり、低屈折率膜７のＳｉＯ２の屈折率が１．４８であることから、膜厚を５８ｎｍとした。また高屈折率膜８として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２を選択した場合、の８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２の屈折率が２．５６であることから、膜厚を３７ｎｍとした。屈折率変化膜９にはコバルト酸化物Ｃｏ３Ｏ４を７０ｎｍ形成した。図１では、この低屈折率膜７と高屈折率膜８を交互に４層積層した後、屈折率変化膜９を形成し、更に７及び８を９層形成した例について示した。
【００３０】
上記のような誘電体多層反射層を反射層とする光情報記録層を、図１に示す多層薄膜構造の基板に近い側から順次成膜を行った。すなわち、基板に近い第２層目の多層反射層３’、第２層目の記録層２’を形成したのち、中間層１０を形成した。本実施例では、中間層としてＳｉＯ２薄膜を４００ｎｍから１０μｍ形成した。その後、更に第１層目の誘電体多層反射層３と記録層２を、上述の方法と同様の方法で積層し、２層型光記録媒体を作製した。
【００３１】
本実施例では、すべての成膜をスパッタリング法及び化学気相堆積法（ＣＶＤ法、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて行った。スパッタリングターゲットとして各薄膜材料と同じ組成を有するターゲット材料を配した。本実施例では、ディスク構成に用いる材料はＳｉＯ２、８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、１０Ｇｅ−７０Ｓｂ−２０Ｔｅの４種類であるので、４つのターゲットをスパッタリングチャンバー内に配置し、前記積層構造を自動プログラミングによって膜厚を制御することによって作製した。
【００３２】
光記録膜５はＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、また他の層はＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。各層ともスパッタガスとしてアルゴンガスを用い、ガス圧を約０．７Ｐａとして用いた。各層とも１５２．４ｍｍφのターゲットに０．２ｋＷから１ｋＷのパワーを印加し、基板を自転、公転させて成膜した。
【００３３】
更に、本実施例では、誘電体多層反射膜をより効率的に作製するため、誘電体多層反射膜作製チャンバーを設けた成膜装置を作製した。図１８、図１９に作製した成膜装置の外観図を示す。図１８は、誘電体多層反射層作製部としてスパッタリングを用いる方式の装置図であり、図１９は、化学気相堆積法（ＣＶＤ法、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いる方式の装置図である。図１８において、３０１は基板導入のためのロードロック室、３０２はスパッタ成膜室、３０３は誘電体多層反射層形成用チャンバー、３０４は基板を各ターゲット上に運搬するための回転基板ホルダー、３０５は保護層、記録層などを形成するターゲットである。また３０６は誘電体多層反射層を形成するためのターゲット、３０７は光ディスク基板である。
【００３４】
更に３１０は中間層形成用チャンバーである。また図１９において、３０８は誘電体多層反射層を形成するための原料供給源、３０９はその原料を誘電体多層反射形成用チャンバー３０３に導入するための導入管である。
【００３５】
基板はロードロック室３０１から導入され、誘電体多層反射層形成用チャンバー３０３に入る。そこで基板が自転し、更に低屈折率層、光屈折率層、屈折率変化膜を用いて所望の積層体を構成できるように各ターゲットが所定の時間シーケンシャルに放電し、積層体を形成する。その後、基板はスパッタ成膜室３０２に入り、記録層が形成される。その後、更に中間層形成用チャンバーに入り、中間層が形成される。
【００３６】
図１９は、誘電体多層形成方式としてＣＶＤを用いるタイプであり、成膜シーケンスに従って所望の原料が原料供給源３０８から導入され、基板上に堆積される。また中間層形成チャンバーは、スパッタあるいはＣＶＤのいずれを用いてもよい。更に、中間層形成後、誘電体多層反射層形成チャンバー３０３と薄膜形成チャンバーであるスパッタ成膜室３０２に基板を導入し、２層目の光記録層を作成した。
【００３７】
上記のような成膜装置を用いて保護膜、記録膜などを形成する通常のスパッタによる成膜室と、誘電体多層反射層、中間層を形成する成膜室を分け、更にこれらを円形に配置することによって効率のよい積層体形成を行うことが可能であった。また、これらを円形に配置していることにより、この多層記録層を理論的には何層も形成することが可能である。
【００３８】
誘電体多層反射層形成部及び中間層形成部にＣＶＤ法を用いることによりスパッタリング法に比べて高速に成膜が可能であった。このことから、ＣＶＤ法を用いることにより更に効率的に成膜することが可能である。ＣＶＤ法の原料としては、低屈折率膜であるＳｉＯ２、高屈折率膜であるＴａ２Ｏ５、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４のいずれか、屈折率変化膜であるＣｏ３Ｏ４、ＺｎＯなどを含有する気体及び液体原料であればどのようなものでもよい。
【００３９】
これらの層を形成した後、カバー層１１として外径１２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートシートを貼り付けた。成膜の終了した基板材料に紫外線硬化接着剤をスピンコートにより塗布した後、上面からカバー層１１としてポリカーボネートシートを載せ、基板とシートを均一に加圧した後、紫外線照射することによって、気泡を抱き込まないでシートを張り付けた。また基板とシートの位置ずれをなくすため、基板内径部分に位置決め用の外径１５ｍｍφのポールを立て、そのポールをガイドとして基板をセットし、更にカバー層１１をこのポールをガイドとしてセットし、上部から均一に加圧して張り付けた。
【００４０】
図２に、この光ディスクの断面の鳥瞰図を示す。図２において、１は基板、２００は図１に示す２〜１１の各層からなる２層記録光記録層であり、２０１は情報をもって記録された記録パターンである。図２に示すように、本実施例で検討した光ディスクは、ランド−グルーブ構造を有しており、ランド部及びグルーブ部ともに記録される。
【００４１】
この積層体に波長４０５ｎｍの半導体レーザーを開口数０．８５の集光レンズを用いて成膜面側から集光照射し、光情報の記録、再生、消去を行い、光ディスクの特性評価を行った。
【００４２】
本発明の光情報記録媒体では、この誘電体多層反射層のうち、屈折率変化膜９は、その屈折率及び消衰係数がレーザー照射時にその強度に応じて可逆的に変化する。まず、この屈折率変化膜９単層の膜について、レーザー照射による屈折率変化を求めた。その結果を図４、図５及び図６に示した。なお、図４、図５及び図６は、２００２年８月に発刊された刊行物（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１巻６号９９９ページ〜１００１ページ）に本発明者らが記述したデータで、本発明が利用する現象の一部を説明するために引用した。
【００４３】
図３に、屈折率及び消衰係数変化の測定に用いたエリプソメーターの模式図を示す。図３において、１は基板、１１は屈折率変化膜、１２はパルス発生器、１３は光源、１４は偏光子、１５は入射光、１６は反射光、１７は検光子、１８はフィルター、１９は受光器、２０はデジタルオシロスコープ、２１は制御用コンピューター、２２は焦点レンズである。光源１３として波長６５０ｎｍ及び４０５ｎｍの半導体レーザーを用いた。
【００４４】
このレーザーを、パルス発生器１２を用いて所望の強度、時間を有するパルス光とした。このパルス光を偏光子を用いて光の振動面が試料表面に平行な光（ｓ偏光）と垂直な光（ｐ偏光）になるように偏光させた。また焦点レンズ２２を用いてこのレーザー光を試料表面に集光させた。このとき、波長が６５０ｎｍの場合は集光部のレーザー径は０．９μｍであった。また波長が４０５ｎｍのとき、０．６ｎｍであった。
【００４５】
このような偏光を試料に照射すると、試料の膜厚、屈折率、及び消衰係数によってｓ偏光とｐ偏光の反射率と位相が異なる。従って、膜厚を予め測定しておき、ｓ偏光とｐ偏光の反射率比、位相を求めることにより、屈折率と消衰係数を推定できる。ここで、一般的に複素数表示された屈折率の実部が屈折率、虚部が消衰係数であり、材料の光の吸収に関するパラメータである。
【００４６】
反射光の受光側に検光子１７を置き、検光子の角度を回転させ、それぞれの検光子角度で得られる反射光量からｓ偏光とｐ偏光の反射率比、位相を求めた。検光子角度は一回転を１２分割した各角度で測定した。また受光器は許容量以上の光が入射されると適切な解析が不能になるため、各パルス光の強度に応じたフィルター１８を設置して受光器に入る反射光量を調節した。
【００４７】
反射光は受光器に導入される光をデジタルオシロスコープ２０で時間分割し、２ｎｓごとに測定した。またパルス光が入射される５０ｎｓ前から測定を開始し、パルスが発生してから１００ｎｓの間測定した。また一回の測定ではレーザーや受光器のばらつきや電気的なノイズによりＳＮ比が低く、精密な測定ができないため、それぞれの測定を１２８回積算してその平均値として求めた。
【００４８】
図４に、この屈折率変化膜９としてＣｏ３Ｏ４を用いた場合の、この膜単層のレーザー強度に対する屈折率、及び消衰係数の変化を示す。レーザー波長は４０５ｎｍである。図４において、横軸は時間であり、時刻０からレーザーパルスが立ち上がる。レーザーパルスを発生させないときの光強度は０．１６ＧＷ／ｍ２であり、このときの屈折率は１．９であった。
【００４９】
レーザーパルス強度上昇によって屈折率は大きく上昇し、レーザーパルス強度が８．２ＧＷ／ｍ２のとき２．７と、その変化量は４２％となった。またレーザーパルス強度が１．０ＧＷ／ｍ２のときの屈折率は約２．１であり、１０．５％程度の屈折率変化が見られた。また消衰係数もレーザー強度変化に応じて変化しており、０．８５から０．６５と、約２４％低下していた。この屈折率の変化の応答速度は図４のパルス立ち上がりに対するレーザー強度の立ち上がり速度から、ナノ秒以下であることが推定される。
【００５０】
レーザーパルス強度に対する屈折率及び消衰係数の関係を図５及び図６に示す。これらの図には図３の装置を用いて図４と同様の測定を波長６５０ｎｍの赤色レーザー場合について行った結果についても同時に示す。波長４０５ｎｍの青色レーザーの場合は図４で述べたように屈折率が１．９から２．７に上昇するが、波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合は、屈折率は３．３から３．０に低下した。一方、消衰係数は４０５ｎｍでは０．８５から０．６５に、また６５０ｎｍの場合は１．１５から０．６に、いずれも低下した。
【００５１】
図６に示すように、本発明で用いた集光機能層は消衰係数がいずれの波長においても低下した。また、図５に示すように、屈折率は波長４０５ｎｍの青色レーザー照射の場合は上昇し、波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合は低下していた。この材料の上記のような屈折率変化は、バンドフィリング現象と呼ばれるメカニズムによって生じている。
【００５２】
図７及び図８に、バンドフィリング現象を説明する図を示す。図７は、消衰係数の波長依存性、図８には屈折率の波長依存性を示す。本実施例で用いたＣｏ３Ｏ４薄膜は、丁度６５０ｎｍに相当するエネルギーを有する光学バンドギャップを有している。
【００５３】
そのため、この波長より短い、つまりエネルギーの高い光を照射した場合にはこのバンドギャップに相当する位置に存在する電子が光を吸収し、励起状態となる。従って図７に示すように、長い波長の光は消衰係数が小さく、短い波長の光に対する消衰係数は大きい。
【００５４】
電子が励起されると徐々にエネルギーの低い準位に存在する電子が励起状態に達するが、この場合、最初に励起された電子よりも高いエネルギーの励起準位に励起される。すなわち、バンドギャップのエネルギーは最初に励起された電子に比べて高くなっていることが分かる。そうすると、エネルギーの低い長波長の光は吸収されなくなるため、光の吸収係数、つまり消衰係数が低下することになる。このような傾向は全波長域について起こるため、全ての波長に対して消衰係数は低下することになる。また、より低いエネルギーの光は吸収されなくなるため、全体的に光の吸収は短波長側にシフトしたともいうことができる。
【００５５】
一方、図８に示すように、屈折率は消衰係数のクラマース・クローニッヒの関係を用いて算出され、バンドギャップエネルギーにおいてピークを持つ。屈折率の波長依存性も、消衰係数の短波長側へのシフトに伴い同様にシフトする。その結果、バンドギャップ近傍では屈折率は低下し、バンドギャップより短い波長域では逆に屈折率は上昇するということが分かる。つまり、バンドフィリング現象による屈折率変化では、高強度のレーザー光照射によって全波長域で消衰係数は低下し、屈折率は波長によって上昇したり低下したりする。
【００５６】
このようにレーザー光照射によって屈折率が変化する薄膜を、低屈折率膜と高屈折率膜の積層構造中に一層のみ成膜して誘電体多層膜を形成し、その反射特性を評価した。図９に、本特性を評価するために作製した多層膜構造の断面の模式図を示す。図９に示す多層膜構造は、図１に示す光記録媒体の誘電体多層反射層と同じ構成である。
【００５７】
すなわち、低屈折率膜７のＳｉＯ２の屈折率が１．４８であることから、膜厚を５８ｎｍとした。また高屈折率膜８の８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２の屈折率が２．５６であることから、膜厚を３７ｎｍとした。屈折率変化膜９にはコバルト酸化物Ｃｏ３Ｏ４を７０ｎｍ形成した。この低屈折率膜７と高屈折率膜８を交互に４層積層した後、屈折率変化膜９を形成し、更に低屈折率膜７及び高屈折率膜８をそれぞれ９層づつ形成した。
【００５８】
図９に示す誘電体多層反射層の定常状態と励起状態における分光光学特性を評価した。この分光特性は、以下に示す方法により測定した。図１０に、本測定の光学系を示す。図１０において、２１０は励起用光源、２１１は測定用光源、２１２は図９に示す基板上に形成された誘電体多層膜、２１３、２１４は光学フィルター、２１５はハーフミラー、２１６はデジタルオシロスコープ、２１７、２１７’は光ディテクター、２１８はミラー、２１９および２２０は集光用レンズである。また２２１は遅延発生器である。
【００５９】
本実施例では、この励起用光源２１０及び測定用光源２１１にパルス幅５ｎｓの波長可変装置（ＯＰＯ）を搭載したＹＡＧレーザーを用いた。この励起用光源及び信号光源の時間的同期をとるため、ディテクター２１７、２１７’の信号をオシロスコープ２１６に導入してモニターしながら、遅延発生器２２１の遅延時間を制御することによって励起用光源２１０と測定用光源２１１の時間の同期を図った。
【００６０】
また集光用レンズ２１９、２２０を用いて双方のレーザー光を約２５μｍφに絞り、試料表面に集光した。また、それぞれの光源２１０、２１１の光強度を測定のために最適化した。具体的には、光学フィルター２１３、２１４を配置し、試料へのダメージを抑制した。更に、励起用光源２１０のＯＮ、ＯＦＦにより、励起状態、定常状態の光スペクトルを測定することができる。なお、リファレンスとしてＡｌ膜を形成した場合についてあらかじめ反射光量スペクトル強度を測定しておき、それに対する誘電体多層積層膜を測定した場合の反射光量スペクトル強度の比をもって反射率とした。
【００６１】
なお、励起用光源からの光がディテクター２１７に入らないように光学系のセットアップを行った。測定用光源の波長は、波長可変用ＯＰＯをパソコンにて操作することにより、波長を３８０ｎｍから４４０ｎｍまでスキャンしてスペクトルを測定した。
【００６２】
図１１に、図９に示す誘電体多層反射膜の反射率スペクトルを示す。励起光を入れない場合には波長４０５ｎｍにおいて急峻な反射率低下部が存在しており、４０５ｎｍにおける反射率の値は０．００５であった。一方、励起光を入れた場合にはこの波長スペクトルが全体的に長波長側にシフトしており、反射率の低下する部分は４１０ｎｍ程度にシフトしていた。またこのとき波長４０５ｎｍにおける反射率は０．９程度と、ほぼ１．０に近い反射率を有することが分かった。この変化は、屈折率反射膜にレーザー光が照射された場合、図３、図４及び図５に示す屈折率変化が生じるため、誘電体多層膜の反射率が変化し、その結果反射スペクトルが変化するものと考えられる。
【００６３】
シミュレーションにより図１１に示す構造によって各光学定数のフィッティングを行ったところ、図１１の場合、屈折率変化膜の屈折率が励起用光源２１０を照射しない定常状態では１．９０であり、励起用光源２１０を照射した励起状態では１．９５と、２％程度の屈折率変化をしていることが分かった。
【００６４】
次に、誘電体多層反射膜を構成する低屈折率膜７と高屈折率膜８の膜総数と、屈折率変化膜９の反射率変化の関係について検討を行った。図１２に、低屈折率膜と高屈折率膜の積層膜総数を変化させたときの屈折率変化膜９の屈折率に対する誘電体多層反射層の反射率の関係を示す。ここで、積層膜総数とは、繰り返し形成された低屈折率膜、高屈折率膜及び屈折率変化膜の合計の膜総数である。この３種類の積層膜が多層誘電膜反射層を構成する。本発明の記録媒体においては、この多層誘電膜反射層と記録層との組み合わせからなるユニットが基板上に２以上、特に５以上形成されている。なお、ユニット間には中間層が挿入されている。
【００６５】
図１２に示すように、膜総数が３のときは、屈折率変化膜９の屈折率が１．９のとき、誘電体多層反射層の反射率を０．０５と小さくすることができた。そして、この屈折率変化膜９の屈折率が２．７に変化すると反射率が０．２７に上昇する。また５層とすると反射率変化量は０．０５から０．５２と、３層の場合に比べて更に大きな反射率比が得られた。
【００６６】
従って膜総数を３層から５層に増加させるだけで、同じ屈折率変化のとき、より大きな反射率変化が得られる。更にサイクル数を増加していくと、２１層では屈折率を１．９から２．２に変化させることにより反射率を約０．０５からほぼ０．９２と非常に大きく変化させることができた。図１２を見ると、積層数が多いほど屈折率変化膜９の屈折率変化が小さくても大きな反射率変化が得られることが分かる。
【００６７】
次に、低屈折率膜７、高屈折率膜８の膜厚変動による反射率変化を検討した。図１３に、膜総数を１１としたときの低屈折率膜７及び高屈折率膜８の膜厚に対する反射率の変化を示す。横軸には波長（λ）に対する膜厚（ｄ）と屈折率（ｎ）の積の比（ｄｎ／λ）をプロットした。この図のように、ｄｎ／λが約０．２５のとき、反射率を０．０５程度まで小さくできるが、この値から外れると反射率が大きくなった。この結果、屈折率変化が生じても反射率の変化としては大きく現れず、好ましくない。
【００６８】
図１３より、低屈折率膜７、高屈折率膜８とも、ｄｎ／λが０．１５以上０．３５以下であれば、反射率は０．１０以下となり、良好であった。一方、ｄｎ／λが０．１５未満あるいは０．３５を超える場合には反射率が０．１０を超えるため、反射率変化を大きくすることができず、好ましくなかった。以上より、低屈折率膜７、高屈折率膜８の膜厚はｄｎ／λが０．１５以上０．３５以下であることが好ましい。
【００６９】
次に、屈折率変化膜９として、いろいろな酸化物について検討を行った。表１に、本発明で検討した屈折率変化膜９を用いて作製した誘電体多層反射層の屈折率変化及び反射率変化を示す。レーザー波長は４０５ｎｍとし、強度は１．０ＧＷ／ｍ２とした。高屈折率膜８には８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）を用い、膜厚は３８ｎｍとした。また低屈折率膜７にはＳｉＯ２を用い、膜厚を５３ｎｍとして誘電体多層反射層を作製した。屈折率変化膜９の膜厚は各実施例ともｎｄ／λ＝０．２５となる膜厚とした。膜総数を３１層とした。
【００７０】
【表１】
表１において、ｎ１、ｋ１、Ｒ１はレーザー強度０．１６ＧＷ／ｍ２で測定される屈折率、消衰係数及び反射率であり、ｎ２、ｋ２、Ｒ２はレーザー強度１．０ＧＷ／ｍ２で測定される屈折率、消衰係数及び反射率である。また屈折率変化量Δｎ、消衰係数変化量Δｋは以下の式によって求めた。
Δｎ＝（ｎ２−ｎ１）／ｎ１×１００
Δｋ＝（ｋ２−ｋ１）／ｋ１×１００
また反射率差ΔＲは，
ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１
として求めた。評価の項目では、反射率差ΔＲが０．９以上の場合を◎、０．８以上、０．９未満の場合を○、０．８未満の場合を×として評価した。
【００７２】
表１の実施例１〜９は、電子励起による吸収の変化による屈折率変化を示す材料であり、いずれも消衰係数が低下する材料である。このうち、実施例１〜８は遷移金属酸化物の薄膜を屈折率変化膜９として作製した誘電体多層反射層についての評価結果である。
【００７３】
また実施例９はカドミウム硫化物薄膜を用いた場合の評価結果であり、更に実施例１０〜１２は金、銀、銅の微粒子をＳｉＯ２ガラス中に分散させて形成した薄膜を用いた場合である。また比較例として、ＳｉＯ２を屈折率変化膜９として用いた場合について示した。
【００７４】
表１の実施例１のコバルト酸化物であるＣｏ３Ｏ４を用いた場合、屈折率、消衰係数の変化量も大きく、反射率差は０．９３と非常に良好な結果が得られた。また実施例３のＦｅ２Ｏ３を用いた場合にも、反射率差が０．９１と、大きな値が得られ、良好であった。
【００７５】
また実施例２及び４〜１２の酸化物、ＣｄＳ及び金属微粒子を分散したガラス薄膜では、屈折率変化量Δｎは約３〜９％程度であり、反射率差は０．８０〜０．８９であった。また比較例１のＳｉＯ２の場合は、レーザー光強度を変化させても屈折率、消衰係数はほとんど変化せず、反射率差も０．０１と低かった。
【００７６】
以上のように、屈折率変化量が３％程度の薄膜材料を用いて誘電体多層反射層を作製した場合、８０％以上の大きな反射率変化を得ることができた。反射率差が大きい材料としては、コバルト酸化物及び鉄酸化物が最も良好であった。またニッケル、バナジウム、クロム、亜鉛、マンガンの酸化物、またはカドミウム硫化物も良好であることが分かった。またＳｉＯ２ではほとんど屈折率が変化せず、良好ではなかった。
【００７７】
以上より、屈折率（反射率）変化膜用材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＣｄから選ばれる遷移金属酸化物、あるいは硫化物が好ましい。特に好ましくはコバルト酸化物または鉄酸化物であり、これらにより非常に大きな反射率差を得ることができた。
【００７８】
次に図１１を用いて、屈折率変化膜をＣｏ３Ｏ４と固定した際、膜総数と反射率差ΔＲとの関係について調べた。図４及び図５より、屈折率変化膜の屈折率は１．９から２．７に変化させることができる。このような状態のとき、３層構造では、反射率差ΔＲは０．２である。また５層では０．４５、１１層では０．９と層数が多いほど同じ屈折率変化でもΔＲが大きく取れる事が分かった。
【００７９】
図２０に、屈折率変化膜９の屈折率変化が１．９から２．７のときの反射率差ΔＲを示す。層数が上昇するほどΔＲが上昇し、９層以上のとき、ΔＲが０．８以上となることが分かった。従って、積層膜総数は９層以上とすることが好ましい。
【００８０】
更に、図４及び図５より、レーザー照射パワーが低いと屈折率変化膜９の屈折率上昇分は小さい。このような小さな屈折率変化においても大きな反射率変化を示す場合について検討する。図４及び図５より、０．１ＧＷ／ｍ２の光を照射したとき、屈折率変化膜の屈折率は１．９から２．１と、約１０％変化している。図２０に、１．９から２．１に変化したときのΔＲも同時に示す。このとき、反射率差ΔＲは２１層では０．６５、３１層では０．８、４１層では０．９０と変化した。図２０の曲線より、小さい屈折率で０．８以上の大きなΔＲをとるためには、膜の層数を３１層以上とすることがより好ましい。
【００８１】
（実施例２）
次に、上記誘電体多層反射層を搭載した図１及び図２に示す２層の光記録層を有する光ディスクの記録再生特性を評価した。
【００８２】
図１４に、本実施例で使用した光情報記録再生装置のブロック図を示す。光記憶媒体としての光ディスク（１００）の種類を判別する媒体判別手段（１０１）を有している。光ディスクは、モータ回路制御手段（１０２）により制御されるモータ（１０３）の回転軸に、直接または間接に接続された回転機構に一時的に固定される。ピックアップ（１０４）内の光源であるレーザーと反射光を検知する検知部により、光ディスクの情報を光信号として読取る。
【００８３】
また、ピックアップ内の光源により、光ディスクに情報を記憶する。またピックアップはピックアップ移動ドライバ（１２３）によりトラック方向の位置決めがなされる。
【００８４】
光信号は、プリアンプ（１０５）、読出し信号処理手段（１０６）、アドレス読取手段（１０７）、クロック同期信号読取り手段（１０８）を経て、再生信号復調手段（１０９）を介し、再生データ送出手段（１１０）により、装置外へ出力される。再生データは、表示装置やスピーカ等の所定の出力手段により出力されるか、または、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置により、データ処理が行われる。
【００８５】
本実施例では、通常の記録再生に用いられる回路系のほか、任意のレーザー波長を選択可能なレーザー選択手段（１１１）を設けた。レーザー選択手段の出力に基づき、レーザーパワー制御情報解析手段（１１２）の解析に基づいて、ピークパワー決定手段（１１３）にて使用されるピークパワーが決定される。また、同様に読み出しパワー決定手段（１１９）にて読み出しパワーが決定される。
【００８６】
ピークパワー決定手段（１１３）の出力がパワー比決定手段（１１４）を介して記録パワーＤＣアンプ（１１５）と消去パワーＤＣアンプ（１１６）を経由してレーザードライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。同様に読み出しパワーＤＣアンプ（１１８）を介して読み出しパワー決定手段（１１９）の出力はレーザードライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。また、実際のレーザーとしては６５０ｎｍ、４０５ｎｍの半導体レーザーを搭載した。
【００８７】
更に本発明の光情報記録媒体は多層構造であるため、どの記録層を読書きするかにより焦点や焦点深度が異なるため、光記録層の選択に伴いオートフォーカシング機構可能な構造とした。更に本多層記録媒体ではディスクのティルトによる反射率の変動が従来の光記録媒体よりも大きいため、この誤差を補正する必要がある。
【００８８】
そこで、このオートフォーカシング機構にディスクティルト検出器構を形成した。そしてディスクティルト検出器構の信号の情報より光ピックアップから照射されるレーザー光が常に光ディスクに対して垂直に照射するようにピックアップの角度調節する機構を設けた。これにより、媒体の傾きが生じても常に垂直にレーザー光が入射するため、反射率変調の少ない光記録装置を構成することが可能となった。
【００８９】
更に、トラッキング誤差検出手段（１２６）に高密度記録用のものを別に設け、媒体にあわせたトラッキングができるようにした。このトラッキング誤差検出手段（１２６）の情報はコントローラ（１２４）、ピックアップ制御回路（１２５）を介してピックアップに伝達される。また、媒体の反射率差を利用して媒体の種別判別機構を設け、これにより媒体種の違いにあわせてオートでトラッキングできるように設計した。
【００９０】
データ記録の際は、記録データ受入手段（１２０）から記録データが入力され、記録データ変調手段（１２１）でデータ変調され、記録タイミング補正手段（１２２）を介してレーザードライバに入力され、ピックアップ内の光源を制御する。
【００９１】
図１４のような構成とすることにより、多層の光記録媒体をコンパチブルに使用できるだけでなく、大容量化などにより記録容量の異なるディスクを一台の装置で取り扱うことが可能となる。なお、光情報再生記録装置は、その目的・用途により、適宜その構成に変更を加えて使用しても良い。
【００９２】
本実施例では、屈折率変化膜９としてＣｏ３Ｏ４薄膜を用いた。実施例として、誘電体多層反射膜を構成する低屈折率層と高屈折率層の積層数を３層から６１層まで変化させたものを用いた。
【００９３】
比較例として、本実施例の多層反射膜の代わりに、通常の金属反射膜を反射膜とする２層記録媒体も作製した。金属反射膜としては、銀系の合金を用い、一層目の下の膜厚を２０ｎｍ、二層目の下の膜厚を１００ｎｍとした。ここにマーク長０．１４９μｍの繰り返し記録マークを書き込み、この信号のＳ／Ｎ比を評価した。
【００９４】
ディスク回転線速度は１０ｍ／ｓとした。この記録の際の記録ストラテジーを図１５に示す。図１５において、横軸は時間、縦軸はレーザーパワーであり、Ｐｗが記録パワー、Ｐｒは再生パワーである。τｗは書き込み時間、τｒは書き込みをしない時間であるが、本実施例はτｗ＝τｒとし、一定のマーク間隔で記録を行った。書き込み後、強度Ｐｒの連続光を照射し、反射光量を読取り、信号とノイズの比Ｓ／Ｎ比を評価した。
【００９５】
表２に、実施例で作製した屈折率変化膜を有する誘電体多層反射層を有する２層記録媒体の低屈折率層と高屈折率層との積層総数を示す。同時に、屈折率変化膜９の屈折率が１．９から２．１と、１０％変化したときの反射率差ΔＲを示す。
【００９６】
【表２】
図２０に示した積層膜総数と反射率差ΔＲの関係より、積層膜総数が６１層では屈折率変化ΔＲは０．９であり、３１層では０．８、２１層では０．７、１１層では０．３、５層では０．１である。まず、第１記録層に関して、Ｐｗを５ｍＷと固定して記録を行い、再生時の再生パワーＰｒを０．１〜１．０ｍＷと変化させてＳ／Ｎ比をプロットした。結果を図１６に示す。実施例１３〜１７において、積層膜総数が増加するほどＳ／Ｎ比が向上していた。
【００９８】
更に読み出しパワーが増加するほどＳ／Ｎ比が向上することが分かった。再生パワーを１．０ｍＷとしたとき、十分なＳ／Ｎ比である４０ｄＢを超えるのは積層数が３１層以上であるときであった。従って、積層膜総数は３１層以上であり、ΔＲが０．８以上であることが好ましい。
【００９９】
図１１に示すように、本実施例では、レーザーパワーが小さく、屈折率変化膜の屈折率が変化しない状態では反射率が低く、透過率を高くしているため、低パワー側で十分なＳ／Ｎが得られないと考えられる。積層数が少ないと、再生パワーを増加させても反射率の変化量が小さいため、十分なＳ／Ｎ比が得られないと考えられる。
【０１００】
一方、積層膜総数を増加させると、再生パワーの増加により急激に反射率が増加するため、徐々にＳ／Ｎ比が良好になると考えられる。特に層数６１層では０．２ｍＷ程度で十分なＳ／Ｎ比が得られており、良好であった。また積層膜総数が３１層のときは再生パワーが１．０ｍＷで４０ｄＢが得られたので、十分実用に供し得ることが分かった。それ以下の層数の場合は再生パワーが大きくなるため、好ましくない。また、比較例では、逆に再生パワーが大きくなるとＳ／Ｎ比が低下する現象が見られた。これは再生パワーが大きくなると２層目のクロストークが発生するためと考えられる。
【０１０１】
次に、第２記録層の記録再生特性を評価した。まず記録パワー依存性を評価するため、記録焦点を第２層に合わせ、記録パワーＰｗを２ｍＷから２２ｍＷまで変化させて記録したのち、再生パワーを１ｍＷと固定して評価を行った。また比較例は１ｍＷでは２層目の読み出しができなかったので、４ｍＷで読み出しを行った結果について示す。結果を図１７に示す。
【０１０２】
誘電体多層反射層を形成した実施例１３〜１７では、記録パワーが５ｍＷ〜６ｍＷでＳ／Ｎが上昇し始め、記録がなされていることが分かった。これは、図１６に示した一層目の記録再生実験で用いた記録パワーである５ｍＷとほぼ等しく、一層目による光の損失がなく２層目の記録層に到達していることを示している。
【０１０３】
一方、比較例では２０ｍＷを超えたところから急激に記録がなされた。これは、一層目により光が吸収され、２層目に到達できる光の量が少ないため、これほどの光量が必要であることを示している。
【０１０４】
また実施例１３〜１７では、第１層目の下の誘電体多層反射膜の透過率が高いため、低パワーでの記録が可能であったと考えられる。しかしながら、反射層の積層総数が減少するにつれて読み出し時のＳ／Ｎが低下していた。これは、読み出しパワーが１ｍＷであるため、積層総数が少ない実施例では読み出し時の反射率が低いため、Ｓ／Ｎが低下したものと考えられる。
【０１０５】
以上のように、誘電体多層反射膜を用いた光ディスクでは、１層目、２層目とも、従来の光ディスク並みの非常に低いパワーで記録再生が可能であることが分かった。そして積層総数が多いほどＳ／Ｎ比が高く、情報を読み出すことができるが、特に３１層以上であれば良好なＳ／Ｎ比を得ることができた。
【０１０６】
以上の実施例では、２層の光情報記録層を有する光情報記録媒体について述べてきたが、図１８、１９に示す成膜装置を用いて、同様に３層、４層、５層、６層と、積層数を増加した光情報記録媒体についても同様な実験を行った。その結果、記録層数の増加に伴ってよりレーザー光入射方向に対して深い位置にある記録層のＳ／Ｎ比が劣化していく現象が見られ、１１層以上のときに０．１４９μｍの記録再生試験において４０ｄＢ以上を得ることができなかった。従って、記録層数は１０層以下であることが好ましかった。
【０１０７】
更に、中間層膜厚について検討を行った。本実施例では中間層膜厚を０．３μｍから３μｍの間で変化させた。０．３μｍ以下では、隣り合う２層が一つのレーザー焦点深度内に存在するため、いずれも高温状態となってしまい、記録が２層に渡っておこなわれてしまうため、好ましくなかった。０．３μｍを超えると二つの記録層が一つの焦点内に収まることがなくなるため、記録を単一の層にのみ行うことが可能であり、良好であった。
【０１０８】
また中間層厚みを３μｍ以上とすると中間層の成膜に時間がかかり、高い生産性を維持することが不可能であるため、好ましくなかった。また記録層数を増やした際、より深い層を読書きするときにレーザーのピックアップが光ディスクの上部カバー層に物理的に接触する恐れが出てくるため、好ましくなかった。
【０１０９】
以上の検討より、中間層膜厚は０．３μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましかった。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明の誘電体多層反射膜を有する光情報記録媒体を用いれば、高Ｓ／Ｎで、かつ低パワーのレーザー強度で記録再生可能な多層光記録媒体が得られる。また各層間のクロストークが少ない光ディスクが得られる。また層間の中間層の膜厚を薄くできるので、すべて真空プロセスを利用した成膜が可能となる。更に、本発明の誘電体多層反射膜を有する光情報記録媒体を再生するための光情報記録再生装置は、ディスクティルトを検知してピックアップの角度を変更可能な機構を有しているため、安定した反射率での読書きが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で作製した２層記録媒体の模式図。
【図２】本発明の実施例で作製した２層記録媒体の鳥瞰図。
【図３】本発明の非線形光学薄膜の評価光学系の模式図。
【図４】図３に示す評価光学系から得られたパルス光照射による屈折率と消衰係数の時間変化を示す図。
【図５】図４に示す屈折率のレーザーパルス強度に対する屈折率の関係を示す図。
【図６】図４に示す屈折率のレーザーパルス強度に対する消衰係数の関係を示す図。
【図７】本発明で用いた集光機能層の消衰係数の波長依存性を表す図。
【図８】本発明で用いた集光機能層の屈折率の波長依存性を表す図。
【図９】本発明で作製した誘電体多層反射膜の断面の模式図。
【図１０】レーザー照射中の励起状態における透過率を測定する装置の光学系の模式図。
【図１１】本発明で作製した誘電体多層反射膜の励起光の有無による反射率の変化を示す図。
【図１２】集光機能層を構成する誘電体層のサイクル数を変化させたときの屈折率変化膜６の屈折率変化による反射率の変化を示す図。
【図１３】誘電体層のｄｎ／λを変化させたときの反射率の変化を示す図。
【図１４】本発明で作製した光情報記録装置のブロック図。
【図１５】記録時の記録ストラテジーを示す図。
【図１６】本発明で作製した２層光記録媒体の１層目の再生パワーに対するＳ／Ｎの変化を示す図。
【図１７】本発明で作製した２層光記録媒体の２層目の記録パワーに対するＳ／Ｎの変化を示す図。
【図１８】本発明で作製した多層光記録媒体作製用成膜装置の構造の模式図。
【図１９】本発明で作製した化学気相堆積法を利用した多層光記録媒体作製用成膜装置の構造の模式図。
【図２０】積層膜総数を変化させたときの屈折率変化膜の各屈折率変化に対応した反射率差ΔＲを示す図。
【符号の説明】
１…基板、２…光記録層、３…誘電体多層反射層、４…保護膜、５…記録膜、６…保護膜、７…低屈折率膜、８…高屈折率膜、９…屈折率変化膜、１０…中間層、１１…カバー層、１２…パルス発生器、１３…光源、１４…偏光子、１５…入射光、１６…反射光、１７…検光子、１８…フィルター、１９…受光器、２０…デジタルオシロスコープ、２１…制御用コンピューター、２２…焦点レンズ、１００…光ディスク、１０１…媒体判別手段、１０２…モータ回路制御手段、１０３…モータ、１０４…ピックアップ、１０５…プリアンプ、１０６…読出し信号処理手段、１０７…アドレス読取手段、１０８…クロック同期信号読取り手段、１０９…再生信号復調手段、１１０…再生データ送出手段、１１１…レーザー選択手段、１１２…レーザーパワー制御情報解析手段、１１３…ピークパワー決定手段、１１４…パワー比決定手段、１１５…記録パワーＤＣアンプ、１１６…消去パワーＤＣアンプ、１１７…レーザードライバ、１１８…読み出しパワーＤＣアンプ、１１９…読み出しパワー決定手段、１２０…記録データ受入手段、１２１…記録データ変調手段、１２２…記録タイミング補正手段、１２３…ピックアップ移動ドライバ、１２４…情報はコントローラ、１２５…ピックアップ制御回路、１２６…トラッキング誤差検出手段、２００…多層膜、２０１…記録ピット、２１０…励起用光源、２１１…測定用光源、２１２…基板上に形成された誘電体多層膜、２１３、２１４…光学フィルター、２１５…ハーフミラー、２１６…デジタルオシロスコープ、２１７、２１７’…光ディテクター、２１８…ミラー、２１９、２２０…集光用レンズ、２２１…遅延発生器、３０１…ロードロック室、３０２…スパッタ成膜室、３０３…誘電体多層反射層形成用チャンバー、３０４…回転基板ホルダー、３０５…スパッタ用ターゲット、３０６…誘電体多層反射層形成用ターゲット、３０７…光ディスク基板、３０８…誘電体多層反射層形成用原料供給源、３０９…原料導入管、３１０…中間層形成用チャンバー。
Claims (19)
- 光信号が記録される光記録膜と、該光記録膜に直接又は他の膜を介して積層された誘電体多層反射層とを含む光情報記録層ユニットを透明中間層を介して、基板上に複数形成した光情報記録媒体であって、上記誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、該誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜を有することを特徴とする光情報記録媒体。
- 読書きに用いられるレーザーが集光照射される光情報記録層の部位の反射率がそれ以外の部位の反射率よりも高いことを特徴とする請求項１記載の光情報記録媒体。
- 上記ユニットの数が２〜１０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。
- 上記ユニット内の上記低屈折率膜、高屈折率膜及び屈折率変化膜の総数が９〜２０であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
- 上記情報記録層に形成される誘電体多層反射層は、レーザーが読書きのために集光照射される部位の反射率Ｒ２と、それ以外の部分の反射率Ｒ１の反射率差ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１が０．８以上であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
- 上記誘電体多層反射層を構成する低屈折率膜の屈折率ｎ１と、高屈折率膜の屈折率ｎ２の比ｎ１／ｎ２が０．８０以下であり、かつそれぞれの屈折率ｎとそれぞれの膜厚ｄとの積ｎｄが読書きに用いられるレーザー波長の０．１５〜０．３５倍であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
- 上記誘電体多層反射層を構成する屈折率変化膜がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素、あるいはそれらの酸化物、窒化物または硫化物の粒子を含む薄膜であり、かつ上記低屈折率膜はＳｉＯ２であり、かつ上記高屈折率膜はＴｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及びＴａ２Ｏ５の一種以上を含有する薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
- 上記中間層は非晶質の誘電体薄膜であり、かつこの中間層の膜厚が０．３μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
- 基板上に、化学気相堆積法を用いて誘電体多層反射膜を形成する工程と、スパッタリング法を用いて屈折率変化膜を形成する工程と、保護膜及び光記録膜を形成する工程を含み、これらの工程を繰り返し行って多層の記録層を形成する光情報記録媒体の製造方法であり、上記化学気相堆積法は原料ガスを真空チャンバーに交互に入れ替えることにより多層構造を形成することを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
- 上記化学気相堆積法又はスパッタリング法による成膜時に、上記基板が自転及び公転することを特徴とする請求項９に記載の光情報記録媒体の製造方法。
- 光信号が記録される光記録膜と、該光記録膜に直接又は他の膜を介して積層された誘電体多層反射層とを含む光情報記録層ユニットの複数個を透明中間層を介して、基板上に形成した光情報記録媒体であって、上記誘電体多層反射層は低屈折率膜と高屈折率膜を繰り返し積層した誘電体多層膜と、該誘電体多層膜中に形成され、光照射により複素屈折率が非線形に変化する屈折率変化膜を有する光情報記録媒体と、該光情報記録媒体より光情報を読書きするためのピックアップと、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるスピンドルモータを有し、上記ピックアップは自動焦点機構ならびに上記光情報記録媒体の傾きに対して、ピックアップから照射されるレーザー光の光軸と上記光情報記録媒体との角度を自動で実質的に垂直に保持するレーザー照射角度保持機構を有することを特徴とする光情報記録装置。
- 上記レーザー照射角度保持機構はレーザーの強度分布を入力信号としてピックアップの角度を制御することにより行われることを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体は、読書きに用いられるレーザーが集光照射される光情報記録層の部位の反射率がそれ以外の部位の反射率よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体の上記ユニットの数が２〜１０であることを特徴とする請求項１１記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体の上記ユニット内の上記低屈折率膜、高屈折率膜及び屈折率変化膜の総数が９〜２０であることを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体は、上記情報記録層に形成される誘電体多層反射層は、レーザーが読書きのために集光照射される部位の反射率Ｒ２と、それ以外の部分の反射率Ｒ１の反射率差ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１が０．８以上であることを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体は、上記誘電体多層反射層を構成する低屈折率膜の屈折率ｎ１と、高屈折率膜の屈折率ｎ２の比ｎ１／ｎ２が０．８０以下であり、かつそれぞれの屈折率ｎとそれぞれの膜厚ｄとの積ｎｄが読書きに用いられるレーザー波長の０．１５〜０．３５倍であることを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体は、上記誘電体多層反射層を構成する屈折率変化膜がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素、あるいはそれらの酸化物、窒化物または硫化物の粒子を含む薄膜であり、かつ上記低屈折率膜はＳｉＯ２であり、かつ上記高屈折率膜はＴｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５を含有する薄膜であることを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
- 上記光情報記録媒体の上記中間層は非晶質の誘電体薄膜であり、かつこの中間層の膜厚が０．３μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の光情報記録装置。
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