JP2007038685A - 光学的情報記録用媒体並びにその再生方法及び記録方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板上に少なくとも相変化型記録層を有する光学的情報記録用媒体であって、相変化型記録層が下記一般式(I)で表される組成からなることを特徴とする光学的情報記録用媒体。
((Sbx Te1-x )y Ge1-y )z M1-z
(I)(ただし、xは0.7≦x≦0.85の範囲の数であり、yは0.8≦y<1の範囲の数であり、zは0.88≦z<1の範囲の数である。MはIn及び/又はGaである。)
【選択図】 なし
Description
一般的な相変化媒体は、基板上に、相変化型記録層が設けられ、その両側に誘電体からなる保護層を有している。また、さらに反射層が設けられているのが通常である。また、相変化型の記録層は、通常、未記録・消去状態を結晶状態とし、非晶質のビットを記録マークとして形成している。
一方、本発明者は、このようなSbTeからなる2元合金に注目し、共晶組成近傍の結晶化/非晶質化特性につき、より高密度記録に適した光ディスク評価機を用いて検討を行った。その結果、Sb70Te30共晶組成近傍のSbTe合金を主成分とする記録層は初期結晶化は困難であるものの、一旦初期結晶化してしまえば以後の非晶質−結晶相変化による記録消去は極めて高速に行なうことができることを見出した。共晶点近傍組成を用いる他の利点は、非晶質マークの周辺部あるいは、消去されたマーク内に初期化状態と反射率の異なる粗大グレインが生じにくいということである。これは、結晶成長が相分離によって律速されている共晶点近傍の合金に特有の現象である。さらには、特にマーク間を詰めて記録した場合、上記の組成は、従来のGe2 Sb2 Te5 付近の組成の記録層よりきれいな再生信号が得られるため、高密度化にも適している。
ディスク状の記録媒体では、装置的に好ましい一定角速度でディスクを回転させた場合、ディスク内周部と外周部では通常2倍以上の線速度の違いが生じる。また、線速度一定のシステムとして製品化されたものであっても線速度を上げて記録できるような新製品が望まれる例も多く、この場合、前の古い条件での記録(線速度、パルスストラテジー等)は可能としたまま、速い線速度での記録も可能としなければならない。これらの状況下では、広い線速度に対応できる記録媒体が必要となるが、現在の相変化記録媒体では十分とはいえない。
即ち、本発明の要旨は、基板上に少なくとも相変化型記録層を有する光学的情報記録用媒体であって、相変化型記録層が下記一般式(I)で表される組成からなることを特徴とする光学的情報記録用媒体に存する。
((Sbx Te1-x )y Ge1-y )z M1-z (I)
(ただし、xは0.7≦x≦0.85の範囲の数であり、yは0.8≦y<1の範囲の数であり、zは0.88≦z<1の範囲の数である。MはIn及び/又はGaを表す。)
また、発明の他の要旨は、上記の光学的情報記録用媒体にマーク長変調された情報を記録するに当たり、
結晶状態の部分を未記録状態・消去状態とし、非晶質の部分を記録状態とし、
記録マーク間に対しては、非晶質の部分を結晶化しうる消去パワーPeの記録光を照射し、
記録マークに対しては、記録マークの時間的な長さをnT(Tは基準クロック周期、nは2以上の自然数)としたとき、時間(n−j)Tを
α1 T、β1 T、α2 T、β2 T、・・・・、αm T、βm T、
(ただし、Σαi +Σβi =n−jとする。jは0−2までの任意の数。mはm=n−kを満たす数。kは0−2までの整数。)と分割し、αi T(1≦i≦m)なる時間においては、記録層を溶融させるのに十分な記録パワーPwの記録光を照射し、βi T(1≦i≦m−1)なる時間においては、Pb<PeとなるバイアスパワーPbの記録光を照射する光学的情報記録用媒体の記録方法に存する。
((Sbx Te1-x )y Ge1-y )z M1-z (I)
(ただし、xは0.7≦x≦0.85の範囲の数であり、yは0.8≦y<1の範囲の数であり、zは0.88≦z<1の範囲の数である。MはIn及び/又はGaを表す。)なるものを用いることにある。
ここで、xは0.7−0.85であるが、好ましい下限値は0.71であり、好ましい上限値は0.8である。xが大きすぎると結晶化速度が大きくなりすぎて非晶質が形成しにくい傾向にある。また、小さすぎると結晶化速度が遅すぎて結晶化させにくくなる傾向にある。
(222)、(111)に帰属できる。この回折像で現れるA,B,C,Dの各点に対するミラー指数を矛盾なく説明し、かつ、同様に得られる異なるパターンの回折像をも矛盾なく説明しうるものは、面心立方晶構造であり、Fm3mもしくはF43m空間群に属する結晶構造である。また、電子線回折像には、面方位の回転はあるものの実質的に図5しか得られておらず、ほぼ単一の結晶相から形成されていると推定される。また、X線回折法において、Sb相のような他の結晶構造にかかわる明確なピークは観察されないことも確認した。
記録層の結晶相の形態は、記録層の初期化方法に大きく依存する。即ち、本発明において好ましい上記結晶相を形成させるためには、記録層の初期化方法を下記のように工夫するのが好ましい。
例えば、融点以上に保持する時間は、通常2μs以下、好ましくは1μs以下とすることが好ましい。また、溶融初期化には、レーザ光を用いるのが好ましく、特に、走査方向にほぼ平行に短軸を有する楕円型のレーザ光を用いて初期化を行う(以下この初期化方法を「バルクイレーズ」と称することがある)のが好ましい。この場合、長軸の長さは、通常10〜1000μmであり、短軸の長さは、通常0.1〜10μmである。なお、ここでいうビームの長軸及び短軸の長さは、ビーム内の光エネルギー強度分布を測定した場合の半値幅から定義される。走査速度は、通常1〜10m/s程度である。レーザ光源としては、半導体レーザ、ガスレーザ等各種のものが使用できる。レーザ光のパワーは通常100mWから2W程度である。
溶融再結晶化を行ったかどうかは、実際の1μm程度の記録光で非晶質マークのオーバーライトを行った後の消去状態の反射率R1と、初期化後の未記録状態の反射率R2が実質的に等しいかどうかで判断できる。ここでR1の測定は、非晶質マークが断続的に記録されるような信号パターンを用いた場合、複数回のオーバーライト、通常は5から100回程度のオーバーライト後に行う。こうすることで、一回の記録だけでは未記録状態のまま残りうるマーク間の反射率の影響を除去する。
本発明の記録用媒体の場合、R1とR2の差は小さい方が好ましい。
具体的には、R1とR2とで定義される下記値が10(%)以下、特には5(%)以下となるようにするのが好ましい。
例えば、R1が17%程度の相変化媒体では、概ねR2が16〜18%の範囲にあればよい。
かかる初期化状態を達成するためには、概ね実際の記録条件と等しい熱履歴を初期化によって与えるのが好ましい。
記録層の厚さは、通常5nm以上であるが、10nm以上、特に15nm以上が好ましく、また30nm以下、特に25nm以下が好ましい。あまりに薄いと、結晶と非晶質状態の反射率の間に十分なコントラストが得られ難く、また結晶化速度が遅くなる傾向があり、短時間での記録消去が困難となりやすい。また、反射率が低くなりすぎる傾向にもある。一方、あまりに厚いと、やはり光学的なコントラストが得にくくなり、また、クラックが生じやすくなる。また、熱容量が大きくなり記録感度が悪くなりやすい傾向にもある。さらにまた、相変化に伴う体積変化が著しくなるため、オーバーライトを繰り返した際に、記録層自身やその上下に設けることができる保護層に微視的かつ不可逆な変形が蓄積されノイズとなりやすい。その結果、繰り返しオーバーライト耐久性が低下する傾向にもある。書き換え型DVDのような高密度媒体ではノイズに対する要求はいっそう厳しいために、より好ましい記録層の厚さは25nm以下である。
パッタリングにより得ることができる。
また、記録層の密度はバルク密度の通常80%以上、好ましくは90%以上である。ここでいうバルク密度ρとは、通常下記(II)式による近似値を用いるが、合金塊を作成して実測することもできる。
(ここで、mi は各元素iのモル濃度であり、ρi は元素iの原子量である。)
スパッタ成膜法においては、成膜時のスパッタガス(通常Ar等の希ガス:以下Arの場合を例に説明する)の圧力を低くしたり、ターゲット正面に近接して基板を配置するなどして、記録層に照射される高エネルギーAr量を多くすることによって、記録層の密度を上げることができる。高エネルギーArは、通常スパッタのためにターゲットに照射されるArイオンが一部跳ね返されて基板側に到達するものか、プラズマ中のArイオンが基板全面のシース電圧で加速されて基板に達するものかのいずれかである。このような高エネルギーの希ガスの照射効果をatomic peening効果というが、一般的に使用されるArガスでのスパッタではAtomic peening効果により、Arがスパッタ膜に混入される。膜中のAr量により、Atomic peening効果を見積もることができる。すなわち、Ar量が少なければ、高エネルギーAr照射効果が少ないことを意味し、密度の疎な膜が形成されやすい。一方、Ar量が多ければ、高エネルギーArの照射が激しく密度は高くなるものの、膜中に取り込まれたArが繰り返しオーバーライト時にvoidとなって析出し、繰り返しの耐久性を劣化させやすい(J.Appl.Phys., Vol.78(1995), pp6980-6988 )。従って、記録層中の適当なAr量は、0.1原子%以上、1.5原子%未満である。さらに、直流スパッタリングよりも高周波スパッタリングを用いた方が、膜中Ar量が少なくして、高密度膜が得られるので好ましい。
本発明で使用する基板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリオレフィンなどの透明樹脂、あるいはガラス、アルミニウム等の金属を用いることができる。通常基板には20―80nm程度の案内溝が設けられているので、案内溝を成形によって形成できる樹脂製の基板が好ましい。
ρ=Σmiρi (III)
(ここで、miは各成分iのモル濃度であり、ρiは成分iの単独のバルク密度である。)
保護層の厚さは、一般的に通常10nmから500nmである。あまりに薄いと、基板や記録膜の変形防止効果が不十分であり、保護層としての役目をなさない可能性がある。
また、あまりに厚いと、保護層自体の内部応力や基板との弾性特性の差等が顕著になって、クラックが発生しやすくなる。
本発明の相変化型情報記録用媒体は、さらに反射層を設けることができる。反射層の設けられる位置は、通常再生光の入射方向に依存し、入射側に対して記録層の反対側に設けられる。即ち、基板側から再生光を入射する場合は、基板に対して記録層の反対側に反射層を設けるのが通常であり、記録層側から再生光を入射する場合は記録層と基板との間に反射層を設けるのが通常である。
記録膜用ターゲット、保護膜用ターゲット、必要な場合には反射層材料用ターゲットを
同一真空チャンバー内に設置したインライン装置で膜形成を行うことが各層間の酸化や汚染を防ぐ点で望ましい。また、生産性の面からも優れている。
本発明の記録用媒体の最表面側には、空気との直接接触を防いだり、異物との接触による傷を防ぐため、紫外線硬化樹脂や熱硬化型樹脂からなる保護コートを設けるのが好ましい。保護コートは通常1μmから数百μmの厚さである。また、あるいは、硬度の高い誘電体保護層さらに設けたり、その上にさらに樹脂層を設けることもできる。
なお、期間βm Tなる時間において照射する記録光のパワーPbは、βi T(1≦i≦m−1)の期間と同様、通常Pb<Pe、好ましくはPb≦1/2Peとするが、Pb≦Peとなっていてもよい。
図2にαi =βi =0.5とした時に,Pb=Peとした場合(a)と、Pb≒0(極端な場合)とした場合(b)の記録層の温度変化を模式的に示した。ここでは、3個に分割された分割パルスの、1番目のパルスが照射される位置を想定している。(a)では後続の記録パルスによる加熱の影響が前方に及ぶために、1番目の記録パルス照射後の冷却速度が遅く、かつオフパルス区間でもPeが照射されるため、オフパルス区間での温度降下で到達する最低温度TL が融点近傍に留まっている。一方、(b)では、オフパルス区間のPbがほとんど0のため、TL は融点から十分下がった点まで下がり、かつ、途中の
冷却速度も大きい。非晶質マークは1番目のパルス照射時に溶解し、その後のオフパルス時の急冷によって形成される。本発明の記録層は融点近傍でのみ大きな結晶化速度を示すと考えられるため、(b)に示す温度プロファイルをとることは、再結晶化を抑制し、良好な非晶質マークを得る上で重要なことである。逆に、冷却速度及びTL を制御することで再結晶化をほぼ完全に抑制し、溶融領域とほぼ一致するクリアな輪郭を有する非晶質マークが得られるためマーク端において低ジッタが得られる。従来使用されてきているGeTe−Sb2 Te3 擬似2元系合金の場合では、図2(a),(b)いずれの温度プロファイルでも非晶質マーク形成プロセスに大差がない。なぜなら、速度は若干遅いものの広い温度範囲で再結晶化を示すからである。この場合、パルス分割方法によらずある程度の再結晶化が生じ、これが非晶質マーク周辺の粗大グレインとなってマーク端でのジッタを悪化させる傾向がある。このような記録層組成では、オフパルスは必須ではなく、むしろ従来の2値変調によるオーバーライトが単純で望ましい。すなわち、本発明の記録層にとっては上記の記録方法は極めて有効であるが、従来のGeTe−Sb2 Te3 系記録層を用いた場合や、ピット位置記録に適用した場合についてはこのような記録方法を採用する必然性は全くない。
GeSbTeターゲットとInSbTeターゲットを同時にスパッタリングすることによりGeInSbTe膜を得た。スパッタリング時は、Arガス圧0.4Paとし、GeSbTeターゲットには300WのRF電力を印可した。InSbTeターゲットには電流制御でDC電力を印可し電流値を変化させることにより組成を5種類変化させた。組成分析の結果それらの組成は下記のようであった。
実施例1:Ge5 In1 Sb70Te24(=((Sb0.74Te0.26)0.95Ge0.05)0.99In0.01)
実施例2:Ge5 In3 Sb68Te24(=((Sb0.74Te0.26)0.95Ge0.05)0.97In0.03)
実施例3:Ge5 In7 Sb63Te25(=((Sb0.72Te0.28)0.95Ge0.05)0.93In0.07)
比較例2:Ge4 In12Sb58Te26(=((Sb0.69Te0.31)0.95Ge0.05)0.88In0.12)
次に、下記の方法にて、上記の記録層と同様の方法で製造された記録層を有する相変化型光ディスクを作製した。
即ち、図3(a)に示す単一記録パターン用記録パルスを用いて5回オーバーライトをおこなった部分に、図3(b)に示す単一記録パターン用記録パルスを用いてさらに1回オーバーライト記録をおこなった後、マークジッタを測定した。
ここで、図3(a)は,基準クロック周期Tに対して8Tマークと8Tスペース(マーク間)を交互に繰り返したパターン、図3(b)は11Tマークと11Tスペース(マーク間)を交互に繰り返したパターンである。いずれの場合も本発明の記録方法に準じた記録パターンであり、各マークをm=n個に分割し、すべてのiに対して,一律αi=βi=0.5とした。αiT(i=1〜m)における記録パワーPwはiによらず一定とし、且つ、βiT(i=1〜m)におけるバイアスパワーPbもiによらず一定とした。この際、Pbは0.8mWとし、マーク間における消去パワーPeと記録パワーPwの比Pe/Pwは0.5で一定とした。
また、各線速度vにおいて基準クロック周期Tは、(115.7*2.4)/vナノ秒とし、線速度に反比例させて、マーク長が一定となるようにした。すなわち、8Tマーク及びスペースは約2.2μm、11Tマーク及びスペースは約3.1μmの長さに相当する。これは通常のコンパクトディスクの8T及び11Tマーク長と同等の長さである。
以上の結果を図4に示す。
図4は、上記実施例におけるマークジッタ、記録パワー及び線速度の関係を示す図である。縦軸及び横軸をそれぞれ線速度及び記録パワーとし、マークジッタを等高線で示している。マークジッタの単位はnsである。図4よりInの添加によって使用可能な線速度範囲が広がることがわかる。
Claims (12)
- 基板上に少なくとも相変化型記録層を有する光学的情報記録用媒体であって、該相変化型記録層が下記一般式(I)で表される組成からなることを特徴とする光学的情報記録用媒体。
((Sbx Te1-x )y Ge1-y )z M1-z (I)
(ただし、xは0.7≦x≦0.85の範囲の数であり、yは0.8≦y<1の範囲の数であり、zは0.88≦z<1の範囲の数である。MはIn及び/又はGaを表す。) - 0.7≦x≦0.8である請求項1に記載の光学的情報記録用媒体。
- 0.9≦y<1である請求項1又は2のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- 0.94≦z<1である請求項1乃至3のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- 相変化型記録層は、結晶状態において面心立方晶構造を有する結晶相からなる請求項1乃至4のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- 相変化型記録層の片側又は両側に保護層が設けられている請求項1乃至5のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- さらに反射層が設けられている請求項1乃至6のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- 基板上に、記録再生用光ビームの入射方向から順に、少なくとも第1保護層、相変化型記録層、第2保護層及び反射層をこの順に設けた請求項1乃至7のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- 相変化型記録層の厚さが5−30nmである請求項1乃至8のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- マーク長変調方式による情報が記録される請求項1乃至9のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。
- 請求項1乃至10のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体に対して、波長が350nm以上800nm以下のレーザー光を、開口数NAが0.5以上の対物レンズによって集光した集束光を照射して再生することを特徴とする光学的情報記録用媒体の再生方法。
- 請求項1乃至10のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体にマーク長変調された情報を記録するに当たり、
結晶状態の部分を未記録状態・消去状態とし、非晶質の部分を記録状態とし、
記録マーク間に対しては、非晶質の部分を結晶化しうる消去パワーPeの記録光を照射し、
記録マークに対しては、記録マークの時間的な長さをnT(Tは基準クロック周期、nは2以上の自然数)としたとき、時間(n−j)Tを
α1 T、β1 T、α2 T、β2 T、・・・・、αm T、βm T、(ただし、Σαi +Σβi =n−jとする。jは0−2までの任意の数。mはm=n−kを満たす数。kは0−2までの整数。)と分割し、αi T(1≦i≦m)なる時間においては、記録層を溶融させるのに十分な記録パワーPwの記録光を照射し、βi T(1≦i≦m−1)なる時間においては、Pb<PeとなるバイアスパワーPbの記録光を照射することを特徴とする光学的情報記録用媒体の記録方法。
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