JP2006099905A - 光記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】高線速での記録時や低パワーのレーザーでの記録時、または片面2層媒体のように第1情報層を通して第2情報層に記録する場合に、良好な記録マークを形成できる光記録媒体を提供する。
【解決手段】記録膜の両側または片側に2層以上の誘電体膜の積層膜を有し、前記各々の誘電体膜の材料は無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物および無機フッ化物からなる群より選択される1種の化合物または2種以上の化合物の混合物を主成分とし、かつ互いに積層された誘電体膜材料AおよびBの屈折率をそれぞれnAおよびnBとしたとき、(nA−nB)/(nA+nB)≦0.05の関係を満たすことを特徴とする光記録媒体。
【選択図】 図1
【解決手段】記録膜の両側または片側に2層以上の誘電体膜の積層膜を有し、前記各々の誘電体膜の材料は無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物および無機フッ化物からなる群より選択される1種の化合物または2種以上の化合物の混合物を主成分とし、かつ互いに積層された誘電体膜材料AおよびBの屈折率をそれぞれnAおよびnBとしたとき、(nA−nB)/(nA+nB)≦0.05の関係を満たすことを特徴とする光記録媒体。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光ビームを照射することで状態を変化させ、情報を記録する光記録媒体に関する。
公知の記録可能な光記録媒体の構造を簡単に説明する。
CD−Rなどは、基板上に記録膜および反射膜を積層した構造を有する。DVD−RWなどは、基板上に、透明誘電体膜、記録膜、透明誘電体膜および反射膜を積層した構造を有する。
CD−Rなどは、基板上に記録膜および反射膜を積層した構造を有する。DVD−RWなどは、基板上に、透明誘電体膜、記録膜、透明誘電体膜および反射膜を積層した構造を有する。
HD DVDでは、基板上に、高屈折率透明誘電体膜、低屈折率透明誘電体膜、高屈折率透明誘電体膜、記録膜、透明誘電体膜および反射膜を積層した構造のものが知られている(非特許文献1参照)。
DVD−RAMでは、基板上に、透明誘電体膜、界面膜、記録膜、界面膜、透明誘電体膜、吸収率調整膜および反射膜を積層した構造を有するものが知られている(非特許文献2参照)。
これらの光記録媒体は、記録膜をはさむ膜材料の熱伝導率が高いため照射したレーザービームにより与えられた熱の拡散が激しく、条件によっては十分な感度が得られずに良好な記録マークを形成できなくなるという問題を有する。このことは、たとえば高線速で記録する場合や、出力パワーの低いレーザーを用いて記録する場合に特に問題になる。なお、大きな出力パワーが得られるにしても高価なレーザーを用いるのでは根本的な問題の解決にはならない。
また、片面2層媒体(たとえば非特許文献3参照)では、光入射側の第1情報層を通して第2情報層に光を照射して記録する場合、第1情報層はある程度の光吸収性を有するため第2情報層に達するまでに光強度のかなりの減衰が見込まれる。このような場合にも、記録膜をはさむ膜材料における熱の拡散によって十分な感度が得られずに良好な記録マークを形成できなくなることは重大な問題となる。
Ohkuboほか、第14回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、p.92,2002 Kitauraほか、第11回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、p.89,1999 Tsukamotoほか、第14回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、p.20,2002
Ohkuboほか、第14回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、p.92,2002 Kitauraほか、第11回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、p.89,1999 Tsukamotoほか、第14回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、p.20,2002
本発明の目的は、高線速での記録時や低パワーのレーザーでの記録時、または片面2層媒体のように第1情報層を通して第2情報層に記録する場合に、良好な記録マークを形成できる光記録媒体を提供することにある。
本発明の一態様に係る光記録媒体は、記録膜の両側または片側に2層以上の誘電体膜の積層膜を有し、前記各々の誘電体膜の材料は無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物および無機フッ化物からなる群より選択される1種の化合物または2種以上の化合物の混合物を主成分とし、かつ互いに積層された誘電体膜材料AおよびBの屈折率をそれぞれnAおよびnBとしたとき、
(nA−nB)/(nA+nB)≦0.05
の関係を満たすことを特徴とする。
(nA−nB)/(nA+nB)≦0.05
の関係を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、光記録媒体の光学特性を確保した上で、透明誘電体膜の熱伝導を低減でき、高速記録に適した、高感度の光記録媒体が提供できる。
熱伝導は物質の格子振動および電子運動の伝達によって説明される。しかし、これまでは異種材料間の界面熱伝導を正確に測定することは困難であった。光記録媒体に関しても、膜材料の界面の熱伝達が調べられた例はなかった。
そこで本発明者らは、レーザービームを10-12秒オーダーの非常に短いパルスとし、膜面に照射することでナノ薄膜の熱伝導を調べた。その結果、10〜100nmの薄膜どうしの積層膜では、薄膜自体の熱伝導率と、異種材料からなる2種の膜間の界面で発生する熱抵抗とが実質的に同程度であることを見出した。
本発明の実施形態に係る光記録媒体においては、光入射側から見て記録膜の両側または片側に形成される2層以上の誘電体膜の積層膜に含まれる各々の誘電体膜の材料は無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物および無機フッ化物からなる群より選択される1種の化合物または2種以上の化合物の混合物を主成分とする。ここで、無機酸化物はHf−O、Zr−O、Y−O、Cr−O、Nb−O、Ta−O、In−O、Al−O、Ti−O、Sn−O、Mg−O、Ce−O、Bi−O、Ga−OおよびSi−Oからなる群より選択され、無機窒化物はSi−N、Ge−N、Sn−N、B−N、C−NおよびAl−Nからなる群より選択され、無機硫化物はZn−Sなどからなる群より選択され、無機フッ化物はMg−FおよびCa−Fからなる群より選択される。より具体的には、無機酸化物はHfO2、Al2O3、TiO2、ITO、MgO、CeO2、Bi2O3およびSiO2などからなる群より選択され、無機窒化物はSiNおよびAlNなどからなる群より選択され、無機硫化物はZnSなどからなる群より選択され、無機フッ化物はMgF2およびCaF2などからなる群より選択される。なお、これらのうち1種の化合物または2種以上の化合物の混合物に、さらにSiCなどの無機炭化物を混合してもよい。
特に、界面の熱抵抗は、積層する異種材料が(1)2族〜16族元素の酸化物、(2)13族〜16族元素の窒化物、(3)12族〜16族元素の硫化物から選択され、(1)と(2)、(1)と(3)、または(2)と(3)の組み合わせである場合に特に大きいことが判明した。特に、適切に材料を選択することで、これまでに知られている誘電体の熱伝導率を下回る実効的な熱伝導率を得ることができる。したがって、記録膜の両側または片側にこれらの異種材料の積層膜を設けると、記録膜に吸収された熱の拡散が少ないので記録膜が高温に達する。すなわち、低いレーザーパワーでも記録が行われる。
一方、これらの異種材料の屈折率が著しく異なる場合には、界面において光の反射が起こる。しかし、実質的に同一の屈折率を持つ場合、界面での反射を無視でき、入射する光のパワーを最大限に利用することができる。光記録媒体の応用上、実質的に同一とみなせるのは、異種材料AおよびBの屈折率をそれぞれnAおよびnBとしたとき、(nA−nB)/(nA+nB)≦0.05の関係を満たす場合である。この場合、実質的に界面の反射を無視でき、感度を確保することができる。
本発明の実施形態に係る光記録媒体において、記録膜は相変化記録膜(GeSbTe、AgInSbTe、AgInSbTeV、GeSbTeBi、GeSbTeSn、GeBiTeなど)、または色素膜、またはPdTeOx、PdOx、PtOx、Te−C、Cu/Si積層膜、AlSi膜などの無機膜のいずれであってもよい。すなわち、記録膜が光を吸収・発熱して記録が行われる場合には本発明を適用可能であることは明らかである。
本発明の実施形態に係る光記録媒体は、反射膜があってもなくてもよいが、十分な光学反射率を確保し、それによって良好な再生信号を得る上では、Al系、Ag系などの金属からなる反射膜を備えていることが好ましい。さらに、記録膜と反射膜との間に、本発明の実施形態に係る積層誘電体膜を備えていることが最も好ましい。
次に、図1〜図8を参照して本発明の実施形態に係る光記録媒体の層構成の例を説明する。ただし、本発明の光記録媒体はこれらの例に限定されない。
図1の光記録媒体は、ポリカーボネート(PC)基板1上に、透明誘電体膜(B)11、記録膜12、透明誘電体膜(B)13、透明誘電体膜(A)14、反射膜15を積層したものである。すなわち、この媒体では、記録膜12と反射膜15との間に透明誘電体膜(B)13と透明誘電体膜(A)14との積層膜が形成されている。
図2の光記録媒体は、PC基板1上に、透明誘電体膜(A)21、透明誘電体膜(B)22、記録膜23、透明誘電体膜(B)24、反射膜25を積層したものである。すなわち、この媒体では、記録膜23の光入射側に透明誘電体膜(A)21と透明誘電体膜(B)22との積層膜が形成されている。
図3の光記録媒体は、PC基板1上に、透明誘電体膜(A)31、透明誘電体膜(B)32、記録膜33、透明誘電体膜(B)34、透明誘電体膜(A)35、反射膜36を積層したものである。すなわち、この媒体では、記録膜33の上下両側に光入射側に透明誘電体膜(A)と透明誘電体膜(B)との積層膜が形成されている。
図4の光記録媒体は、図3の光記録媒体の層構成に加えて、記録膜33の上下両面に界面膜37a、37bを形成したものである。界面膜には、相変化記録膜の結晶化を促進する作用を有する材料として、たとえばGeN、SiN、SiCなどの材料が用いられる。
図5の光記録媒体は、PC基板1上に、透明誘電体膜(A)41、透明誘電体膜(B)42、記録膜43、透明誘電体膜(B)44、透明誘電体膜(A)45、透明誘電体膜(B)46、透明誘電体膜(A)47、反射膜48を積層したものである。
図6の光記録媒体は、図5の光記録媒体の層構成に加えて、記録膜43の上下両面に界面膜49a、49bを形成したものである。
図7の光記録媒体は片面2層媒体である。一方のPC基板1上に、透明誘電体膜(B)51、記録膜52、透明誘電体膜(B)53、透明誘電体膜(A)54、半透明反射膜55を積層している。他方のPC基板2上に、反射膜61、透明誘電体膜(A)62、透明誘電体膜(B)63、記録膜64、透明誘電体膜(B)65を積層している。これら2つのPC基板の成膜面を対向させて、UV硬化樹脂を硬化させた中間分離層70によって貼り合わせている。
図8の光記録媒体は、PC基板3上に、反射膜81、透明誘電体膜(A)82、透明誘電体膜(B)83、記録膜84、透明誘電体膜(B)85、カバーシート86を積層したものである。この媒体では、高開口数(NA)の対物レンズを通してカバーシート86側からレーザー光を入射する。
図1〜図8に示したような、透明誘電体膜(A)と透明誘電体膜(B)との組み合わせに用いられる異種材料を選択する方法を説明する。ここでは、下記に示す無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物、または無機フッ化物を用い、これらの混合物を調製して、他の化合物または混合物と屈折率を一致させるようにする。
酸化物の例:Al2O3(屈折率1.67)、TiO2(屈折率2.8)、ITO(In2O3−SnO2複合酸化物)(屈折率1.8)、MgO(屈折率1.7)、CeO2(屈折率2.4)、Bi2O3(屈折率2.5)、SiO2(屈折率1.48)
硫化物の例:ZnS(屈折率2.4)
窒化物の例:SiN(屈折率2)、AlN(屈折率2.2)
フッ化物の例:MgF2(屈折率1.38)、CaF2(屈折率1.44)。
硫化物の例:ZnS(屈折率2.4)
窒化物の例:SiN(屈折率2)、AlN(屈折率2.2)
フッ化物の例:MgF2(屈折率1.38)、CaF2(屈折率1.44)。
表1にこれらの化合物を含む屈折率(合成屈折率)=2の透明誘電体を示す。表2にこれらの化合物を含む屈折率(合成屈折率)=2.2の透明誘電体を示す。
表1の化合物1−1〜1−4のいずれか2つを選択して、図1〜図8に示した透明誘電体膜(A)と透明誘電体膜(B)との組み合わせとして用いることができる。同様に、表2の化合物2−1〜2−4のいずれか2つを選択して、図1〜図8に示した透明誘電体膜(A)と透明誘電体膜(B)との組み合わせとして用いることができる。
なお、これらの化合物は必ずしも化学量論組成である必要はない。本発明の規定する範囲を満たす屈折率が得られ、かつ使用する光源波長において実質的に透明であればよい。表1および表2において、例えばSiO2と記載した化合物は、分析の結果Si:Oが必ずしも整数比の1:2である必要はなく、1:1.9〜1:2.1程度の範囲で変わってもよい。
また、これらの化合物はかならずしも酸化物のみ、窒化物のみ、硫化物のみ、フッ化物のみの純物質ないし混合物である必要はない。例えば表1の化合物1−3、表2の2−3のように酸化物とフッ化物、表2の化合物2−1のように硫化物と酸化物、のように異種化合物を混合したものであってもよい。この場合は主成分(50at.%以上含有する化合物)となる化合物に注目し、例えばそれが酸化物であれば、窒化物・フッ化物・硫化物を主成分とする材料と組み合わせることが好ましい。
以上のように、記録膜の両側または片側に、屈折率が同じであるが異種材料からなる透明誘電体膜(A)と透明誘電体膜(B)との積層膜を設けることにより、光学的には従来と同等の特性を確保しながら、熱伝導を低くすることができ、高感度の光記録媒体を提供できる。
以下のようにして、実施例、比較例1および比較例2の光記録媒体を作製した。
ランド・グルーブ記録時にトラックピッチ0.34μmとなるようにプリグルーブを作製した、厚さ0.6mmのポリカーボネート基板上に、マグネトロンスパッタによって、第1誘電体膜、AgInSbTeからなる相変化記録膜、第2誘電体膜、AgNdCuからなる反射膜を順次成膜した。記録膜の両側の第1誘電体膜および第2誘電体膜として下記の材料を用いた。これらの誘電体膜はコンポジットターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタリングにより成膜した。
ランド・グルーブ記録時にトラックピッチ0.34μmとなるようにプリグルーブを作製した、厚さ0.6mmのポリカーボネート基板上に、マグネトロンスパッタによって、第1誘電体膜、AgInSbTeからなる相変化記録膜、第2誘電体膜、AgNdCuからなる反射膜を順次成膜した。記録膜の両側の第1誘電体膜および第2誘電体膜として下記の材料を用いた。これらの誘電体膜はコンポジットターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタリングにより成膜した。
実施例
透明誘電体膜AとしてZnS(80at%):SiO2、屈折率≒2.2
透明誘電体膜BとしてHfO2(95at%):SiC、屈折率≒2.2
を用いて、第1誘電体膜および第2誘電体膜を形成し、図3に示す構造を有する光記録媒体を作製した。この場合、(nA−nB)/(nA+nB)≒0である。
透明誘電体膜AとしてZnS(80at%):SiO2、屈折率≒2.2
透明誘電体膜BとしてHfO2(95at%):SiC、屈折率≒2.2
を用いて、第1誘電体膜および第2誘電体膜を形成し、図3に示す構造を有する光記録媒体を作製した。この場合、(nA−nB)/(nA+nB)≒0である。
比較例1
透明誘電体膜としてZnS(80at%):SiO2のみを用い、単層の第1誘電体膜および第2誘電体膜を形成して従来の光記録媒体を作製した。
透明誘電体膜としてZnS(80at%):SiO2のみを用い、単層の第1誘電体膜および第2誘電体膜を形成して従来の光記録媒体を作製した。
比較例2
透明誘電体膜AとしてZnS(80at%):SiO2、屈折率≒2.2
透明誘電体膜BとしてCeO2(70at%):Al2O3、屈折率≒1。98
を用いて、第1誘電体膜および第2誘電体膜を形成し、図3に示す構造を有する光記録媒体を作製した。この場合、(nA−nB)/(nA+nB)≒0.07>0.05である。
透明誘電体膜AとしてZnS(80at%):SiO2、屈折率≒2.2
透明誘電体膜BとしてCeO2(70at%):Al2O3、屈折率≒1。98
を用いて、第1誘電体膜および第2誘電体膜を形成し、図3に示す構造を有する光記録媒体を作製した。この場合、(nA−nB)/(nA+nB)≒0.07>0.05である。
これらの光記録媒体を、評価装置としてDDU−1000(パルステック(株))を用いて評価した。この評価装置は、光源として波長405nmのレーザーダイオードおよびNA=0.65の対物レンズを備えたピックアップを有する。光源としてのレーザーダイオードは、記録時のパルス照射により媒体面上で最大15mWが得られる。
高速記録が可能かどうかを調べるため、評価装置のスピンドル回転数を変化させ、線速11.2m/sまたは22.4m/sで記録実験を行った。記録は、単純なパルス列に変調したレーザービーム照射で行った。図9にライトストラテジーを示す。表3に、線速がそれぞれ11.2m/sまたは22.4m/sであるとき、図9に示した各パラメータの値を示す。記録後、読み出しレーザーパワーPr=0.5mWで読み出し、CNRを測定した。
図10に、実施例および比較例1の光記録媒体について、線速22.4m/sで記録したときの、記録パワーとCNRとの関係を示す。図10から以下のことがわかる。
CNRが飽和するのに、比較例1の光記録媒体では5.5mWの記録パワーが必要なのに対し、実施例の光記録媒体では3.5mWで十分である。このように、従来の光記録媒体を速い線速で回転させながら記録した場合、十分なCNRを得るには高い記録パワーレベルを必要とする。なお、線速が11.2m/sの条件では、比較例1の光記録媒体でも3.5mWのパワーで52dBのCNRが得られ、線速を下げれば感度を上げることができることがわかっている。両者の比較から、高速記録のために高線速での動作を必要とする場合、本実施例の光記録媒体の層構成が非常に有効であることが示された。
図11に、実施例および比較例2の光記録媒体について、線速22.4m/sで記録したときの、記録パワーとCNRとの関係を示す。図11から以下のことがわかる。
図10との比較から、比較例2の光記録媒体は、比較例1の光記録媒体に比べれば感度が向上している。しかし、比較例2の光記録媒体では、CNRの飽和値が低くなっており、再生信号の品質が不十分であることを示している。この原因は、透明誘電体膜AのZnS(80at%):SiO2と透明誘電体膜BのCeO2(70at%):Al2O3との界面で反射が発生し、信号の変調度が低下したことによるものである。
1、2、3…PC基板、
11…透明誘電体膜B、12…記録膜、13…透明誘電体膜B、14…透明誘電体膜A、15…反射膜、
21…透明誘電体膜A、22…透明誘電体膜B、23…記録膜、24…透明誘電体膜B、25…反射膜、
31…透明誘電体膜A、32…透明誘電体膜B、33…記録膜、34…透明誘電体膜B、35…透明誘電体膜A、36…反射膜、37a、37b…界面膜、
41…透明誘電体膜A、42…透明誘電体膜B、43…記録膜、44…透明誘電体膜B、45…透明誘電体膜A、46…透明誘電体膜B、47…透明誘電体膜A、48…反射膜、49a、49b…界面膜、
51…透明誘電体膜B、52…記録膜、53…透明誘電体膜B、54…透明誘電体膜A、55…半透明反射膜、61…反射膜、62…透明誘電体膜A、63…透明誘電体膜B、64…記録膜、65…透明誘電体膜B、70…中間分離層、
81…反射膜、82…透明誘電体膜A、83…透明誘電体膜B、84…記録膜、85…透明誘電体膜B、86…カバーシート。
11…透明誘電体膜B、12…記録膜、13…透明誘電体膜B、14…透明誘電体膜A、15…反射膜、
21…透明誘電体膜A、22…透明誘電体膜B、23…記録膜、24…透明誘電体膜B、25…反射膜、
31…透明誘電体膜A、32…透明誘電体膜B、33…記録膜、34…透明誘電体膜B、35…透明誘電体膜A、36…反射膜、37a、37b…界面膜、
41…透明誘電体膜A、42…透明誘電体膜B、43…記録膜、44…透明誘電体膜B、45…透明誘電体膜A、46…透明誘電体膜B、47…透明誘電体膜A、48…反射膜、49a、49b…界面膜、
51…透明誘電体膜B、52…記録膜、53…透明誘電体膜B、54…透明誘電体膜A、55…半透明反射膜、61…反射膜、62…透明誘電体膜A、63…透明誘電体膜B、64…記録膜、65…透明誘電体膜B、70…中間分離層、
81…反射膜、82…透明誘電体膜A、83…透明誘電体膜B、84…記録膜、85…透明誘電体膜B、86…カバーシート。
Claims (2)
- 記録膜の両側または片側に2層以上の誘電体膜の積層膜を有し、前記各々の誘電体膜の材料は無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物および無機フッ化物からなる群より選択される1種の化合物または2種以上の化合物の混合物を主成分とし、かつ互いに積層された誘電体膜材料AおよびBの屈折率をそれぞれnAおよびnBとしたとき、
(nA−nB)/(nA+nB)≦0.05
の関係を満たすことを特徴とする光記録媒体。 - 前記無機酸化物はHf−O、Zr−O、Y−O、Cr−O、Nb−O、Ta−O、In−O、Al−O、Ti−O、Sn−O、Mg−O、Ce−O、Bi−O、Ga−OおよびSi−Oからなる群より選択され、前記無機窒化物はSi−N、Ge−N、Sn−N、B−N、C−NおよびAl−Nからなる群より選択され、前記無機硫化物はZn−Sであり、前記無機フッ化物はMg−FおよびCa−Fからなる群より選択されることを特徴とする請求項1に記載の光記録媒体。
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