JP2007062319A - 光記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】DVD−ROM並の高密度、大容量の記録媒体であり、少なくともDVD8倍速以上の高線速記録でのオーバーライトが可能であり、十分な変調度を確保し、保存信頼性に優れた相変化型光記録媒体を提供する。
【解決手段】基板1上に少なくとも第1保護層2、記録層3、第2保護層4、反射層6をこの順に或いは逆順に有し、電磁波の照射により記録層3に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる光記録媒体において、記録層3が水素を含むことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】基板1上に少なくとも第1保護層2、記録層3、第2保護層4、反射層6をこの順に或いは逆順に有し、電磁波の照射により記録層3に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる光記録媒体において、記録層3が水素を含むことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、光記録媒体に関し、さらに詳しくは、光ビームを照射することにより相変化材料からなる記録層に光学的な変化を生じさせることにより、少なくとも情報の記録と再生を行う書換え可能な光情報記録媒体に関するものである。
従来、電磁波、特にレーザ光等の光ビームを照射することにより、少なくとも情報の記録、再生、消去およびオーバーライト(書換え)が可能な光記録媒体の一例として、結晶相―非晶相間、または、結晶相―結晶相間の相転移を利用する、相変化型光ディスク等の相変化型光記録媒体が知られている。この相変化型光記録媒体は、単一ビームによるオーバーライトが可能であり、ドライブ型装置の光学系が単純なため、コンピュータや映像・音響関連の記録媒体として使用されている。
前記の相変化型光記録媒体の記録材料としては、従来、Ge―Te系、Ge―Te―Se系、In―Sb系、Ga―Sb系、Ge―Sb―Te系、Ag―In―Sb―Te系等の相変化記録材料が用いられている。特に、Ag―In―Sb―Te系相変化記録材料は、記録感度が高く、非晶(アモルファス)状態の記録マークの輪郭が明確であるという特徴を有するので、マークエッジ記録用材料として有用であることが知られており(特許文献1,2,3)、既にマークエッジ記録用材料として使用されている。また、類似した系であるAg―Sb―Te系の相変化記録用材料も開示されている(特許文献4および5)。
しかし、前記記録材料は、CD―RW等の比較的低い密度を有する記録媒体に用いられるものであって、より高い記録密度を有する記録媒体であるDVD―RAMやDVD−RW等を用いると、記録線速が3.5m/s程度の低速ではオーバーライトが可能であるが、7.0m/s(2倍速)以上になると、オーバーライト特性が劣化する。この特性劣化の原因は、前記相変化記録材料の結晶化速度が遅いため、高記録線速でのオーバーライトが困難になるからである。
この特性劣化を防止するために、前記相変化記録材料の組成分であるSbの組成量を増加することにより、該相変化記録材料の結晶化速度を速くすることもできるが、その場合にはSb量が増加することにより結晶化速度が低下してしまい、記録マークの保存特性の低下がより顕著になる。
この保存特性の低下を予防する方法としては、Ag―In―Ge―Sb−Te系相変化材料を用いる方法が開示されている(特許文献6)。しかし、この記録材料を有してなる相変化型記録媒体は、該記録媒体への記録線速が3.0〜20m/sの範囲ではオーバーライトが可能であるが、より高記録線速の場合、例えば、20m/sよりも高速の場合にはオーバーライトすることができない。
高記録線速でのオーバーライトに対応した材料としては、Ga―Sb系相変化記録材料が報告されている(非特許文献1)。このGa―Sb系相変化記録材料は、結晶化速度が極めて速いと報告されているが、結晶化温度が350℃と非常に高いため、記録材料を未記録状態とするための初期化工程における初期結晶化が困難である。また、Ga−Sb系相変化記録材料は共晶組成でも融点が630℃と比較的高いので、高記録線速での記録感度に問題を有する。
他にも、Ga―Sb系相変化記録材料に、例えば、Mo、W、Ta、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Tl、Si、Ge、Sn、As、Bi、S、Se、Te等の金属元素を組成分として加えて、特性の向上を試みたものが開示されている(特許文献7および8)。しかし、このような相変化記録材料を有してなる記録媒体は、高記録線速でのオーバーライトの際に、十分な変調度を確保し、オーバーライト特性および保存特性を同時に満足するものではない。
又、Ga―Sb系相変化記録材料と同族のIn―Sb系相変化記録に関しては、オーバーライトが可能で記録状態の安定の向上を試みたものが開示されている(特許文献9および10)が、高記録線速でのオーバーライトにおいて十分な変調度を確保できず、保存性も十分なものでない。
上記のように種々の相変化記録材料が報告されているが、いずれもオーバーライト可能な相変化型記録材料として要求される特性を全て満足するものではなかった。特に、DVD―ROM等の高密度、・大容量の記録媒体であり、記録媒体に対する記録線速が高速化(〜56m/s)された場合にも対応でき、十分な変調度を確保し、オーバーライト特性、記録感度および保存特性を同時に満足するオーバーライト可能な相変化型記録媒体の開発が課題となっている。
本発明の目的は、DVD−ROM並の高密度、大容量の記録媒体であり、少なくともDVD8倍速以上の高線速記録でのオーバーライトが可能であり、十分な変調度を確保し、保存信頼性に優れた相変化型光記録媒体を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、上記課題は次の(1)〜(20)の発明によって解決されることを見出した。すなわち、
(1) 基板上に少なくとも第1保護層、記録層、第2保護層、反射層をこの順に或いは逆順に有し、電磁波の照射により記録層に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる光記録媒体において、
前記記録層が水素を含むことを特徴とする光記録媒体。
(2) 前記記録層の水素含有量が、0.001〜1.0原子%であることを特徴とする(1)に記載の光記録媒体。
(3) 前記記録層が還元雰囲気下で気相成長法により成膜されてなることを特徴とする(1)または(2)に記載の光記録媒体。
(4) 前記気相成長法はスパッタ法であることを特徴とする(3)に記載の光記録媒体。
(5) 前記還元雰囲気は、ArとH2の混合ガスで形成されていることを特徴とする(3)に記載の光記録媒体。
(6) 前記H2ガスの分圧が、1×10−5〜9×10−3Torrであることを特徴とする(5)に記載の光記録媒体。
(7) 前記記録層が、Sbを主成分とする材料からなることを特徴とする(1)〜(6)の何れかに記載の光記録媒体。
(8) 前記記録層が、InSb系相変化材料からなることを特徴とする(7)に記載の光記録媒体。
(9) 前記記録層は、組成がInαSbβM1γ(α、β、γは原子%、M1は、In、Sb以外の元素又はそれらの混合物)で表され、次の条件を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜されてなることを特徴とする(4)に記載の光記録媒体。
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
α+β+γ=100
(10) 前記添加元素M1が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(9)に記載の光記録媒体。
(11) 前記記録層の組成が、InαSbβM2γHδ(α、β、γ、δは原子%、M2はIn、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)で表され、
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
0.001≦δ≦1
α+β+γ+δ=100
であることを特徴とする(8)に記載の光記録媒体。
(12) 前記添加元素M2が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(11)に記載の光記録媒体。
(13) 前記記録層が、GaSb系相変化材料からなることを特徴とする(7)に記載の光記録媒体。
(14) 前記記録層は、組成がGaaSbbM3c(a,b,cは原子%、M3は、Ga、Sb、In以外の元素又はそれらの混合物)で表され、次の条件を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜されてなることを特徴とする(4)に記載の光記録媒体。
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
a+b+c=100
(15) 前記添加元素M3が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(14)に記載の光記録媒体。
(16) 前記記録層の組成が、GaaSbbM4cHd(a,b,c,dは原子%、M4はGa、In、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)で表され、
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
0.001≦d≦1
a+b+c+d=100
であることを特徴とする(13)に記載の光記録媒体。
(17) 前記添加元素M4が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(16)に記載の光記録媒体。
(18) 少なくとも28m/s以上の線速で繰り返し記録が可能なことを特徴とする(1)〜(17)の何れかに記載の光記録媒体。
(19) 前記電磁波の走行方向長さが0.4μm以下の非晶質マークが記録可能であることを特徴とする(1)〜(18)の何れかに記載の光記録媒体。
(20) 前記電磁波の記録波長が600〜700nmであることを特徴とする(1)〜(19)の何れかに記載の光記録媒体。
(1) 基板上に少なくとも第1保護層、記録層、第2保護層、反射層をこの順に或いは逆順に有し、電磁波の照射により記録層に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる光記録媒体において、
前記記録層が水素を含むことを特徴とする光記録媒体。
(2) 前記記録層の水素含有量が、0.001〜1.0原子%であることを特徴とする(1)に記載の光記録媒体。
(3) 前記記録層が還元雰囲気下で気相成長法により成膜されてなることを特徴とする(1)または(2)に記載の光記録媒体。
(4) 前記気相成長法はスパッタ法であることを特徴とする(3)に記載の光記録媒体。
(5) 前記還元雰囲気は、ArとH2の混合ガスで形成されていることを特徴とする(3)に記載の光記録媒体。
(6) 前記H2ガスの分圧が、1×10−5〜9×10−3Torrであることを特徴とする(5)に記載の光記録媒体。
(7) 前記記録層が、Sbを主成分とする材料からなることを特徴とする(1)〜(6)の何れかに記載の光記録媒体。
(8) 前記記録層が、InSb系相変化材料からなることを特徴とする(7)に記載の光記録媒体。
(9) 前記記録層は、組成がInαSbβM1γ(α、β、γは原子%、M1は、In、Sb以外の元素又はそれらの混合物)で表され、次の条件を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜されてなることを特徴とする(4)に記載の光記録媒体。
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
α+β+γ=100
(10) 前記添加元素M1が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(9)に記載の光記録媒体。
(11) 前記記録層の組成が、InαSbβM2γHδ(α、β、γ、δは原子%、M2はIn、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)で表され、
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
0.001≦δ≦1
α+β+γ+δ=100
であることを特徴とする(8)に記載の光記録媒体。
(12) 前記添加元素M2が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(11)に記載の光記録媒体。
(13) 前記記録層が、GaSb系相変化材料からなることを特徴とする(7)に記載の光記録媒体。
(14) 前記記録層は、組成がGaaSbbM3c(a,b,cは原子%、M3は、Ga、Sb、In以外の元素又はそれらの混合物)で表され、次の条件を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜されてなることを特徴とする(4)に記載の光記録媒体。
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
a+b+c=100
(15) 前記添加元素M3が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(14)に記載の光記録媒体。
(16) 前記記録層の組成が、GaaSbbM4cHd(a,b,c,dは原子%、M4はGa、In、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)で表され、
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
0.001≦d≦1
a+b+c+d=100
であることを特徴とする(13)に記載の光記録媒体。
(17) 前記添加元素M4が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする(16)に記載の光記録媒体。
(18) 少なくとも28m/s以上の線速で繰り返し記録が可能なことを特徴とする(1)〜(17)の何れかに記載の光記録媒体。
(19) 前記電磁波の走行方向長さが0.4μm以下の非晶質マークが記録可能であることを特徴とする(1)〜(18)の何れかに記載の光記録媒体。
(20) 前記電磁波の記録波長が600〜700nmであることを特徴とする(1)〜(19)の何れかに記載の光記録媒体。
本発明によれば、DVD−ROM並の高密度、大容量の記録媒体であり、少なくともDVD8倍速以上の高線速でのオーバーライトが可能であり、十分な変調度を確保でき、保存信頼性に優れた相変化型光記録媒体の提供できるので、光情報記録分野の発展に寄与するところは極めて大きい。
以下、本発明に係る光記録媒体について詳しく説明する。
図1に、本発明の光記録媒体の構成例を示す。
光記録媒体は、基板1上に第1保護層2、記録層3、第2保護層4、第3保護層5、反射層6がこの順番で設けられ、電磁波(例えばレーザ光)の照射により記録層3に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じさせ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる相変化型光記録媒体である。なお、基板1上に前記各層を逆順に設けるようにしてもよい。
図1に、本発明の光記録媒体の構成例を示す。
光記録媒体は、基板1上に第1保護層2、記録層3、第2保護層4、第3保護層5、反射層6がこの順番で設けられ、電磁波(例えばレーザ光)の照射により記録層3に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じさせ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる相変化型光記録媒体である。なお、基板1上に前記各層を逆順に設けるようにしてもよい。
ここで、記録層3は、水素を含むことを特徴とする。これにより、DVD-ROM並の高密度、大容量の記録媒体であり、少なくともDVD8倍速以上の高線速記録でのオーバーライトが可能であり、十分な変調度を確保し、保存信頼性に優れた相変化型光記録媒体を実現可能とするものである。
高線速下でのオーバーライトを実現するためには、高い結晶化速度を有する記録材料を用いる必要がある。Ga―Sb、In―Sb等のSbをベースにSb以外の元素を構成元素としたSbを主成分とした相変化材料は、高い結晶化速度を有するため、高線速下でのオーバーライトに適した材料である。しかし、その反面、非晶質相の形成能力や安定性との両立が難しい。
そこで鋭意検討した結果、本発明者らは、記録材料に水素を0.001〜1.0atom%含ませることにより、結晶化速度を保ったまま記録感度を高めるとともに非晶質相の保存信頼性を高められることを見出した。
水素は非晶質状態の記録層3に存在するダングリングボンドを補償して構造欠陥密度を減少させると考えられる。また、ダングリングボンドを補償することにより非晶質状態が安定となって保存信頼性が向上し、記録感度が向上すると考えられる。
また、水素は膜中に含まれる酸素を還元除去すると予想される。記録層3の内部や界面には、微量の酸素が取り込まれていると予想され保存信頼性を低下させる一因となっている可能性がある。水素は酸素を還元するので保存信頼性が向上するものと考えられる。ここで、微量の酸素は、成膜雰囲気中の残留酸素や、記録層3の原材料や層中に含まれる不純物酸素、あるいは記録層3の上下に接して設けられた層の原材料や層中に含まれる遊離酸素などが考えられる。
記録層3に水素を含ませるには、記録材料を各種気相成長法により還元雰囲気下で成膜することが効果的である。
また、記録層3は、各種気相成長法、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマCVD法、光CVD法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法などによって形成できるが、中でもスパッタリング法が、量産性、膜質等に優れており好ましい。
前記還元雰囲気としては、ArとH2の混合ガスを用いると、十分な効果が得られ、扱いが比較的容易であり、また十分なスパッタ速度を確保でき、量産に適するので好ましい。
またこのとき、H2ガスの分圧は、1×10−5〜9×10−3Torrであることが好ましい。分圧がこの範囲より低いと保存信頼性の向上効果が明確に現れず、この範囲より高いと再生光安定性が悪化するなどの不具合が生じる。分圧が上記範囲にあれば、確実に相変化記録層の保存信頼性を高めることができる。なお、記録層3の形成に際し、スパッタリングターゲットにHを含む場合には、Arガスのみの雰囲気中でスパッタしてもよい。
またこのとき、H2ガスの分圧は、1×10−5〜9×10−3Torrであることが好ましい。分圧がこの範囲より低いと保存信頼性の向上効果が明確に現れず、この範囲より高いと再生光安定性が悪化するなどの不具合が生じる。分圧が上記範囲にあれば、確実に相変化記録層の保存信頼性を高めることができる。なお、記録層3の形成に際し、スパッタリングターゲットにHを含む場合には、Arガスのみの雰囲気中でスパッタしてもよい。
ところで、特開2000−182286号公報には、記録層をスパッタリング法で製造し、かつそのスパッタリングガスが少なくとも水素を含むことを特徴とする相変化型光記録媒体の製造方法が開示されている。しかしながら、この実施例に開示された記録材料は、Pd,Ge,Sb,TeからなるGeSbTe系材料のみであり、Ga−SbやIn−Sb等のSbベースの高速材料については開示されておらず、適用できるかどうかは不明である。また、特開平10−208296号公報には、少なくともTeを含む光記録層で、光記録層を水素ガスを含む雰囲気中でスパッタすることによって作製できる、30〜10000ppmの水素を含有することを特徴とする短波長レーザ用光記録媒体が開示されている。しかしながら、Ga−SbやIn−Sb等のSbベースの高速材料や赤色レーザ用光記録媒体については開示されておらず、適用できるかどうかは不明である。
記録層3には、例えば、Ge−Te、Ge−Te−Se、In−Sb、Ga−Sb、Ge−Sb−Te、Ag−In−Sb−Te等を用いることができるが、高速記録を実現する記録材料としては、Sbベースの材料が好ましく、中でもInSb系相変化材料が好ましい。
InSb系相変化材料は、結晶化速度が大きい上に記録感度が高いので良好な高線速記録特性を示す。したがって、記録層3の成膜用としてInSb系相変化材料からなるスパッタリングターゲットを用いればよいが、特に、該スパッタリングターゲットの組成をInαSbβM1γ(α、β、γは原子%、M1はIn、Sb以外の元素又はそれらの混合物)として、次の条件を満たすものとすることが好適である。
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
α+β+γ=100
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
α+β+γ=100
InSbの共晶組成はIn32Sb68付近であるが、本発明者らが検討した結果によると、共晶組成を中心にして、InとSb量の和に対するSb量の割合、β/(α+β)が増すにつれて結晶化速度が増すことが分った。β/(α+β)の好ましい範囲は、0.73≦β/(α+β)≦0.90である。0.73未満では結晶化速度が不足し、16倍速以上の線速下でのオーバーライトが難しくなる。また、0.90を越えると、保存信頼性が低下する。更に好ましくは0.80<β(α+β)≦0.90である。β/(α+β)の範囲を0.80<β/(α+β)として、結晶化速度に余裕を持たせることで媒体設計上のマージンが広がる。例えば、光記録媒体を構成する際に、記録層3の膜厚や他の層の材料、膜厚のマージンが広がる。
また、InSbに元素M1を添加することにより、更に特性を向上させることが可能である。ここで、添加元素M1は、In、Sb以外の元素又はそれらの混合物であり、Ge、Al、Ag、Mn、Cu、Au、N、Te、H、Sn、Pd、La、Ti,O,S,Se,Znよりなる群から選ばれた少なくとも1種の元素であることが好ましい。M1の添加量γが20原子%を越えるとオーバーライト特性が低下する。また、添加による十分な効果を得るには添加量γを2原子%以上とすることが好ましい。
Hを含むInSb系の記録層3は、InSbM2H(M2はIn、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)からなり、その組成が、InαSbβM2γHδ(α、β、γ、δは原子%)として、
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
0.001≦δ≦1
α+β+γ+δ=100
であることが好ましい。
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
0.001≦δ≦1
α+β+γ+δ=100
であることが好ましい。
Hの含有量δが1原子%を越えると再生光劣化が生じ、膜の密着性も低下してしまう。また、添加による十分な効果を得るには含有量δを0.001原子%以上とすることが好ましい。
また、高速記録を実現する記録材料としては、GaSb系相変化材料が好ましい。GaSb系相変化材料は結晶化速度が極めて速く、高速結晶化材料として適している。したがって、記録層3の成膜用としてGaSb系相変化材料からなるスパッタリングターゲットを用いればよいが、特に、該スパッタリングターゲットの組成をGaaSbbM3c(a,b,cは原子%、M3はGa、Sb、In以外の元素又はそれらの混合物)として、次の条件を満たすものとすることが好適である。
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
a+b+c=100
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
a+b+c=100
aが5原子%より小さいと保存信頼性が低下し、高線速下での記録・再生が困難になり、また、aが20原子%より大きいとオーバーライトの繰り返し回数が低下する。
bが70原子%より小さいと記録マークの反射率と、未記録部の反射率との変調度が0.4以下と小さくなってしまい、また、bが90原子%より大きいとオーバーライトの繰り返し回数が低下する。
更に、cが30原子%より大きいと、繰り返し特性が劣化してしまう。
bが70原子%より小さいと記録マークの反射率と、未記録部の反射率との変調度が0.4以下と小さくなってしまい、また、bが90原子%より大きいとオーバーライトの繰り返し回数が低下する。
更に、cが30原子%より大きいと、繰り返し特性が劣化してしまう。
また、添加元素M3としては、Mg、Al、Si、Ca、Cr、Mn、Co、Cu、Ge、Se、Te、Pd、Ag、Sn、O,S,Zn,Au,N,希土類元素等から選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましい。
Hを含むGaSb系の記録層3は、GaSbM4H(M4はGa、In、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)からなり、その組成が、GaaSbbM4cHd(a,b,c,dは原子%)として、
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
0.001≦d≦1
a+b+c+d=100
であることが好ましい。
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
0.001≦d≦1
a+b+c+d=100
であることが好ましい。
Hの含有量dが1原子%を越えると再生光劣化が生じ、膜の密着性も低下してしまう。また、添加による十分な効果を得るには含有量dを0.001原子%以上とすることが好ましい。
水素量の測定は二次イオン質量分析装置(SIMS:装置名PHI社製SIMS6800T)を用いた。定量にあたっては標準試料として水素化アモルファスシリコンを用いた。SIMSは試料の母材の違いにより二次イオンの感度が変化するマトリックス効果があり正確な定量値とはならないため、標準試料を基準とした定量値となる。Ga―Sb、In―Sb等のSbベースの材料では、0.001〜1.0原子%はおよそ0.1〜100ppmに相当する。
記録層3の昇温速度10℃/分での結晶化温度は150〜250℃であることが好ましい。これにより、高い保存信頼性を確保することができ、十分なアモルファスマークの安定性を確保することができる。上記スパッタリングターゲット中の添加元素の添加量を調整することにより上記結晶化温度範囲内とすることができる。
記録層3の膜厚は、6〜22nmとすることが好ましく、更に好ましくは8〜18nmである。6nm未満では相変化記録層としての機能を果さないし、22nmを越えると記録感度の低下や繰り返し特性の低下を招く。
第1保護層2、第2保護層4を構成する材料としては、SiO2、ZnO、SnO2、Al2O3、TiO2、In2O3、MgO、ZrO2、Ta2O5等の金属酸化物、Si3N4、AlN、TiN、BN、ZrN等の窒化物、ZnS、TaS4等の硫化物、SiC、TaC、B4C、WC、TiC、ZrC等の炭化物が挙げられる。これらの材料は、単体で各保護層として用いることができ、また、混合物として用いることもできる。例えば、混合物としては、ZnSとSiO2、Ta2O5とSiO2が挙げられる。
これらの材料を第1、第2保護層2,4として用いる際に考慮すべき材料物性としては、熱伝導率、比熱、熱膨張係数、屈折率及び基板材料もしくは記録層材料との密着性等があり、融点が高く、熱膨張係数が小さく、密着性がよいといったことが要求される。
第2保護層4は、記録時にレーザ光照射による記録層3に加わった熱を篭らせて蓄熱する一方で、反射層6に伝熱して熱を逃がす役割を担うものであり、繰り返しオーバーライト特性を左右する。本発明者らの知見によると、第1、第2保護層2,4の材料としては、ZnSとSiO2の混合物が繰り返しオーバーライト特性を高める点で好ましい。
第1保護層2の膜厚は50〜250nm、好ましくは75〜200nmとする。50nmより薄くなると、耐環境性保護機能の低下、耐熱性低下を生じ好ましくない。250nmより厚くなると、スパッタ法等による成膜過程において、膜温度の上昇により膜剥離やクラックが生じたり、記録時の感度の低下をもたらしたりするので好ましくない。
第2保護層4の膜厚は4〜30nm、好ましくは6〜20nmとする。4nmより薄いと、基本的に耐熱性が低下し好ましくない。30nmを越えると、記録感度の低下、温度上昇による膜剥離、変形、放熱性の低下により繰り返しオーバーライト特性が悪くなる。
また、記録層3と第1保護層2との間、又は記録層3と第2保護層4との間の少なくとも一方に、界面層を設けることにより、良好な高速オーバーライト特性が得られる。界面層材料としては酸化物が好ましい。酸化物としてはZrO2、TiO2、SiO2、Al2O3、Ta2O5、Y2O3、MgO、CaO、Nb2O5、希土類酸化物から選ばれる1種以上が好ましい。特に好ましいのは、ZrO2、TiO2、SiO2、Al2O3、Ta2O5を主成分とするもの、或いはそれらの混合物であり、更に、これらにY2O3、MgO、CaO、Nb2O5、希土類酸化物から選ばれる1種以上の酸化物を加えたものである。ここで、主成分とは、40モル%以上含まれていることを指す。
また、界面層の膜厚は1〜20nmが好ましい。1nmより薄いと効果が明確でなく、20nmより厚くなるとオーバーライト特性が低下してしまう。
なお、界面層を設けることにより繰り返しオーバーライト特性が向上する理由は明確ではないが、以下のように推測している。
繰り返しオーバーライト耐久性を向上させるためには、非晶質−結晶間の相転移を繰り返し速やかに行う必要がある。繰り返しオーバーライトによりジッターが上昇してしまう場合、マーク間、及び、短いマークの反射率が低下する現象が見られる。これは、繰り返しオーバーライトの際、消去、即ち結晶化がうまく行われず、一部初期の結晶状態に戻らない反射率が低い部分が蓄積されていったためと推測される。界面層を設けると、繰り返しオーバーライトによってもマーク間や短マークの反射率の低下が見られなくなり、ジッターの上昇が抑えられる。これは酸化物からなる界面層に核形成促進効果があり、比較的低温における結晶化を促進しているためと推測される。
繰り返しオーバーライト耐久性を向上させるためには、非晶質−結晶間の相転移を繰り返し速やかに行う必要がある。繰り返しオーバーライトによりジッターが上昇してしまう場合、マーク間、及び、短いマークの反射率が低下する現象が見られる。これは、繰り返しオーバーライトの際、消去、即ち結晶化がうまく行われず、一部初期の結晶状態に戻らない反射率が低い部分が蓄積されていったためと推測される。界面層を設けると、繰り返しオーバーライトによってもマーク間や短マークの反射率の低下が見られなくなり、ジッターの上昇が抑えられる。これは酸化物からなる界面層に核形成促進効果があり、比較的低温における結晶化を促進しているためと推測される。
結晶化は結晶核の生成と結晶成長の2つのプロセスを経て進行する。図2に、非晶質マーク(アモルファスマーク)にレーザが照射され、結晶部との界面から結晶成長が進行し、結晶化していく様子を模式的に示す。また図3には温度と結晶成長速度の関係を示した。
図3から分るように結晶成長が高速で進行するのは融点直下の特定の温度範囲である。従って、マークの端が結晶成長が高速で進行できる温度に達しなかった場合には結晶成長の進行が遅いために消し残りが生じてしまう。記録ビームが照射されたとき、結晶成長が高速で進行する温度以上になる領域がマークの幅に対して十分大きければ、マークの端から高速に結晶化が進行するが、マークの幅と同程度であると、マークの太さが均一でなく一部太くなってしまっている場合や、記録ビームのトラッキングが中心部から少しずれてしまった場合は、マークの端の全てが結晶成長が高速に進行する温度にはならないことがあるため、消し残りが生じてしまうことになる。
記録層3に接して酸化物からなる界面層を設けた場合には、結晶核が生成されるためにマークの端の温度が低めで結晶成長速度が十分速くない場合でもマーク内部に結晶核が生成され、結晶核からの結晶成長により結晶化が進行するため、消し残りが生じにくくなり、繰り返しオーバーライト耐久性が向上していると推測される。
なお、本発明の光記録媒体においては、前記レーザ光の走行方向長さが0.4μm以下の非晶質マークが記録可能である。
また、レーザ光の記録波長は600〜700nmであることが好ましい。
また、レーザ光の記録波長は600〜700nmであることが好ましい。
反射層6は光反射層としての役割を果たす一方で、記録時にレーザ光照射により記録層3に加わった熱を逃がす放熱層としての役割も担っている。非晶質マークの形成は、放熱による冷却速度により大きく左右されるため,反射層6の選択は高線速対応媒体では特に重要である。
反射層6の構成材料としては、Au、Ag、Al及びこれらを主成分とする合金が好ましいが、中でも、熱伝導率の非常に大きいAg又はAg合金を用いることにより、冷却速度が大きくなり、良好な非晶質形成を実現することができる。
また、反射層6の膜厚は100〜300nmが望ましい。反射層6の放熱能力は基本的には層の膜厚に比例するので,100nm未満では、冷却速度が低下するため好ましくない。一方、300nmを超えると、材料コストの増大を招くので好ましくない。
なお、第2保護層4に接して反射層6を設ける構成とし、反射層6にAg又はAg合金を用い、第2保護層4が硫黄を含む材料の場合には、Agの硫化によるピンホールが発生する。したがって、これを避けるために、両層の間に、Si、SiC、SiN、GeN、ZrO2、TiO2、TiCやこれらの混合物など、硫黄を含まない第3保護層5をバリア層として設けることが好ましい。中でもSi、SiC、TiO2−TiCが硫黄をバリアする効果が高いので特に好ましい。
第3保護層5の膜厚は、2〜20nm、好ましくは2〜10nmとする。2nm未満ではバリア層として機能しなくなり、20nmを超えると記録感度の低下を招く。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、製造条件も適宜変更可能である。
(実施例1〜3)
直径12cm、厚さ0.6mm、トラックピッチ0.74μmのグルーブ付きポリカーボネートディスク基板を基板1として高温で脱水処理した後、スパッタ法により第1保護層2、記録層3、第2保護層4、第3保護層5、反射層6を順次成膜した。
詳しくは、第1保護層2としてZnS・SiO2ターゲットを用い、65nmの厚さとした。
記録層3は、In19Sb81の組成を有する合金ターゲットを用いて、アルゴンガス圧3×10−3torrに対して、水素ガス分圧としてそれぞれ1×10−4Torr(実施例1)、7.5×10−4Torr(実施例2)、0.5×10−4Torr(実施例3)となるように水素を混ぜた混合ガスを用い、RFパワー300mWでスパッタし、膜厚16nmとした。
ついで、第2保護層4にはZnS・SiO2ターゲットを用い、厚さ10nmとした。
また、第3保護層5にはTiC―TiO2ターゲットを用い、厚さ4nmとした。
また、反射層6には純銀ターゲットを用い、厚さ200nmとした。
更に、反射層6上にアクリル系紫外線硬化樹脂(大日本インキ化学工業社製SD−318)からなる有機保護膜をスピナーによって厚さ5〜10μmに塗布し紫外線硬化させた。
この面にさらに、直径12cm、厚さ0.6mmのポリカーボネートディスク基板を接着シートにより貼り合わせ、大口径LDビーム照射により記録層3を初期結晶化して相変化光記録媒体とした。
直径12cm、厚さ0.6mm、トラックピッチ0.74μmのグルーブ付きポリカーボネートディスク基板を基板1として高温で脱水処理した後、スパッタ法により第1保護層2、記録層3、第2保護層4、第3保護層5、反射層6を順次成膜した。
詳しくは、第1保護層2としてZnS・SiO2ターゲットを用い、65nmの厚さとした。
記録層3は、In19Sb81の組成を有する合金ターゲットを用いて、アルゴンガス圧3×10−3torrに対して、水素ガス分圧としてそれぞれ1×10−4Torr(実施例1)、7.5×10−4Torr(実施例2)、0.5×10−4Torr(実施例3)となるように水素を混ぜた混合ガスを用い、RFパワー300mWでスパッタし、膜厚16nmとした。
ついで、第2保護層4にはZnS・SiO2ターゲットを用い、厚さ10nmとした。
また、第3保護層5にはTiC―TiO2ターゲットを用い、厚さ4nmとした。
また、反射層6には純銀ターゲットを用い、厚さ200nmとした。
更に、反射層6上にアクリル系紫外線硬化樹脂(大日本インキ化学工業社製SD−318)からなる有機保護膜をスピナーによって厚さ5〜10μmに塗布し紫外線硬化させた。
この面にさらに、直径12cm、厚さ0.6mmのポリカーボネートディスク基板を接着シートにより貼り合わせ、大口径LDビーム照射により記録層3を初期結晶化して相変化光記録媒体とした。
(実施例4)
実施例1において、記録層3の形成に際し、Ga5Sb65Sn18Ge10Te2の組成を有する合金ターゲットを用い、それ以外は実施例1と同じ条件で処理を行い、相変化光記録媒体を得た。
実施例1において、記録層3の形成に際し、Ga5Sb65Sn18Ge10Te2の組成を有する合金ターゲットを用い、それ以外は実施例1と同じ条件で処理を行い、相変化光記録媒体を得た。
(実施例5,6)
実施例1において、記録層3の形成に際し、アルゴンガス圧3×10−3torrに対して、水素ガス分圧としてそれぞれ30×10−4Torr(実施例5)、0.05×10−4Torr(実施例6)となるように水素を混ぜた混合ガスを用い、それ以外は実施例1と同じ条件で処理を行い、相変化光記録媒体を得た。
実施例1において、記録層3の形成に際し、アルゴンガス圧3×10−3torrに対して、水素ガス分圧としてそれぞれ30×10−4Torr(実施例5)、0.05×10−4Torr(実施例6)となるように水素を混ぜた混合ガスを用い、それ以外は実施例1と同じ条件で処理を行い、相変化光記録媒体を得た。
(比較例1)
実施例3において、記録層3の形成に際し、水素ガスを導入せずアルゴンガスのみでスパッタし、それ以外は実施例3と同じ条件で処理を行い、相変化型光記録媒体を得た。
実施例3において、記録層3の形成に際し、水素ガスを導入せずアルゴンガスのみでスパッタし、それ以外は実施例3と同じ条件で処理を行い、相変化型光記録媒体を得た。
(サンプル評価)
上記のようにして得られた各光記録媒体について、パルステック社製光ディスク評価装置DDU−1000を用いて信号特性の評価を行った。
(1)変調度、ジッタの評価
高密度、高線速記録への対応をみるために、波長660nm、NA0.65のピックアップヘッドを用いて、EFM+変調方式で記録ビット長0.267μm/bitのランダムパターンをDVD6倍速、8倍速、12倍速に相当する21m/s、28m/s、42m/sで1000回繰り返し記録を行い(記録パワーはそれぞれ21mW、24mW、32mWとした)、再生信号特性の評価として14T信号の変調度と3T信号のジッタを調べた。変調度については、65%を越えるものを非常に良好(記号◎)、60〜65%のものを良好(記号○)、60%未満のものを不良(記号×)とした。またジッタについては、7%未満のものを非常に良好(記号◎)、7〜9%のものを良好(記号○)、9%を越えるものを不良(記号×)とした。それらの結果を表1に示した。
上記のようにして得られた各光記録媒体について、パルステック社製光ディスク評価装置DDU−1000を用いて信号特性の評価を行った。
(1)変調度、ジッタの評価
高密度、高線速記録への対応をみるために、波長660nm、NA0.65のピックアップヘッドを用いて、EFM+変調方式で記録ビット長0.267μm/bitのランダムパターンをDVD6倍速、8倍速、12倍速に相当する21m/s、28m/s、42m/sで1000回繰り返し記録を行い(記録パワーはそれぞれ21mW、24mW、32mWとした)、再生信号特性の評価として14T信号の変調度と3T信号のジッタを調べた。変調度については、65%を越えるものを非常に良好(記号◎)、60〜65%のものを良好(記号○)、60%未満のものを不良(記号×)とした。またジッタについては、7%未満のものを非常に良好(記号◎)、7〜9%のものを良好(記号○)、9%を越えるものを不良(記号×)とした。それらの結果を表1に示した。
(2)保存試験の評価
保存信頼性として、光記録媒体を80℃、85RH%の温湿度下で100時間保持した後のオーバーライト1回目の3T信号のジッタ値で評価した。評価に当って、ジッタ値の上昇が0〜1%を非常に良好(記号◎)、1〜3%を良好(記号○)、3%を越えるものを不良(記号×)とした。その結果を表1に示した。
保存信頼性として、光記録媒体を80℃、85RH%の温湿度下で100時間保持した後のオーバーライト1回目の3T信号のジッタ値で評価した。評価に当って、ジッタ値の上昇が0〜1%を非常に良好(記号◎)、1〜3%を良好(記号○)、3%を越えるものを不良(記号×)とした。その結果を表1に示した。
以上の結果、実施例1〜6は、表1よりいずれも繰り返し記録ジッタが小さく、変調度が大きく、保存特性が良好であった。水素(H)の添加効果により、記録感度が高まり、保存信頼性が向上すると考えられる。なお、実施例5は再生光劣化と膜うきによる欠陥発生がみられた。水素含有量が1原子%を越えているためと考えられる。また、実施例6は実施例1〜5と比較して、変調度が小さく保存特性が低かった。水素含有量が0.001原子%を下回っているためと考えられる。
これに対して、比較例1では、記録線速28m/s以上では繰り返し記録ジッタと変調度と保存信頼性の全てを同時に満足することができなかった。
これに対して、比較例1では、記録線速28m/s以上では繰り返し記録ジッタと変調度と保存信頼性の全てを同時に満足することができなかった。
1 基板
2 第1保護層
3 記録層
4 第2保護層
5 第3保護層
6 反射層
2 第1保護層
3 記録層
4 第2保護層
5 第3保護層
6 反射層
Claims (20)
- 基板上に少なくとも第1保護層、記録層、第2保護層、反射層をこの順に或いは逆順に有し、電磁波の照射により記録層に結晶相と非晶相の可逆的な相変化を生じ、その光学的な変化を利用して少なくとも情報の記録、再生が行われる光記録媒体において、
前記記録層が水素を含むことを特徴とする光記録媒体。 - 前記記録層の水素含有量が、0.001〜1.0原子%であることを特徴とする請求項1に記載の光記録媒体。
- 前記記録層が還元雰囲気下で気相成長法により成膜されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の光記録媒体。
- 前記気相成長法はスパッタ法であることを特徴とする請求項3に記載の光記録媒体。
- 前記還元雰囲気は、ArとH2の混合ガスで形成されていることを特徴とする請求項3に記載の光記録媒体。
- 前記H2ガスの分圧が、1×10−5〜9×10−3Torrであることを特徴とする請求項5に記載の光記録媒体。
- 前記記録層が、Sbを主成分とする材料からなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の光記録媒体。
- 前記記録層が、InSb系相変化材料からなることを特徴とする請求項7に記載の光記録媒体。
- 前記記録層は、組成がInαSbβM1γ(α、β、γは原子%、M1は、In、Sb以外の元素又はそれらの混合物)で表され、次の条件を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜されてなることを特徴とする請求項4に記載の光記録媒体。
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
α+β+γ=100 - 前記添加元素M1が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項9に記載の光記録媒体。
- 前記記録層の組成が、InαSbβM2γHδ(α、β、γ、δは原子%、M2はIn、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)で表され、
0.73≦β/(α+β)≦0.90
0≦γ≦20
0.001≦δ≦1
α+β+γ+δ=100
であることを特徴とする請求項8に記載の光記録媒体。 - 前記添加元素M2が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項11に記載の光記録媒体。
- 前記記録層が、GaSb系相変化材料からなることを特徴とする請求項7に記載の光記録媒体。
- 前記記録層は、組成がGaaSbbM3c(a,b,cは原子%、M3は、Ga、Sb、In以外の元素又はそれらの混合物)で表され、次の条件を満たすスパッタリングターゲットを用いて成膜されてなることを特徴とする請求項4に記載の光記録媒体。
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
a+b+c=100 - 前記添加元素M3が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項14に記載の光記録媒体。
- 前記記録層の組成が、GaaSbbM4cHd(a,b,c,dは原子%、M4はGa、In、Sb、H以外の元素又はそれらの混合物)で表され、
5≦a≦20
70≦b≦90
0<c≦30
0.001≦d≦1
a+b+c+d=100
であることを特徴とする請求項13に記載の光記録媒体。 - 前記添加元素M4が、Ge、Sn、Te、O、S、Se、Al、Ag、Mn、Zn、Cu、Au及びNから選択される少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項16に記載の光記録媒体。
- 少なくとも28m/s以上の線速で繰り返し記録が可能なことを特徴とする請求項1〜17の何れかに記載の光記録媒体。
- 前記電磁波の走行方向長さが0.4μm以下の非晶質マークが記録可能であることを特徴とする請求項1〜18の何れかに記載の光記録媒体。
- 前記電磁波の記録波長が600〜700nmであることを特徴とする請求項1〜19の何れかに記載の光記録媒体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005254826A JP2007062319A (ja) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | 光記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005254826A JP2007062319A (ja) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | 光記録媒体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007062319A true JP2007062319A (ja) | 2007-03-15 |
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ID=37925072
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JP2005254826A Pending JP2007062319A (ja) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | 光記録媒体 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008132940A1 (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Nec Corporation | 光学的情報記録媒体及びその製造方法 |
-
2005
- 2005-09-02 JP JP2005254826A patent/JP2007062319A/ja active Pending
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