JP2007141289A - 光情報記録再生装置及び光情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】波長の変化に対応した超解像層を搭載し、大容量かつ低消費電力、高速回転化に対応可能な光ディスクを得る。
【解決手段】少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化にともなって透過率が可逆的に変化する超解像層と、これらを保護するための保護層を有し、この光情報記録媒体の分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する光情報記録媒体、及びそれを用いた光情報記録装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い超解像効果を有する大容量の光情報記録装置及び光情報記録媒体に関する。

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。さら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、これらを高画質状態に保ち、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。

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、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。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、さらにその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、さら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２３．３ＧＢの光ディスクが実用化されている。

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、超解像記録方式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、超解像記録は最も有力な大容量化技術の一つである。

超解像記録方式とは、超解像層によるレーザー集光機能、あるいはマスク機能を用いて照射されるレーザービーム径を小さくして記録面上に照射させる記録方式である。光ディスクの記録層や保護層、反射層などの多層膜構造中に形成される超解像層の光学定数（屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ））の可逆的な変化によってもたらされる大容量記録方式の一つである。超解像層に読み書き用のレーザーが照射されると、超解像層がレーザー光を吸収して温度が上昇したり、基底状態にある電子が励起状態にしたりすることにより、レーザーが照射されている間だけ屈折率、消衰係数が変化し、レーザーがなくなるとまた元の状態に戻る。

光ディスクはレーザー光がディスクに照射され、ディスクで反射されてピックアップに帰ってくる光の光量の大小によって記録部と非記録部を判定し、再生を行う。しかし、この超解像層の可逆的な光学定数の変化により、このピックアップに帰ってくる光の領域を、通常照射されるレーザー光の照射面積よりも小さくすることができる。すなわち、光学的マスク効果により、読み出せる領域を小さくすることにより、分解能を向上させることが可能である。

なお、ここで消衰係数（ｋ）とは材料の光の吸収係数に比例した量であり、吸収係数の大きい材料ほど大きな値になる。また、この屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）の２つの定数をまとめて光学定数と呼ぶ。

これまで、この超解像層として特許文献１記載のように、コバルト酸化物系の薄膜材料などが用いられてきた。この薄膜の大きな屈折率変化により、超解像効果により大容量の光ディスクが得られている。

特開平１０−３４０４８２号公報

近年の光ディスクの大容量化に伴い、照射されるレーザーの波長が従来の６５０ｎｍからより短波長の４０５ｎｍへと移行するに伴い、屈折率変化が十分とはいえず、大きな集光機能効果が得られにくいという問題が生じてきている。またこの屈折率変化がレーザー照射パワーに対して徐々に変化するために、十分な集光機能効果が得られ難いという問題がある。本発明は、これらの問題点を解消することを課題とする。

本発明の光情報記録再生装置は、少なくとも、光情報記録媒体より光情報を読み書きするための波長λ_０のレーザー光を出射するレーザー光源と、このレーザー光を前記光情報記録媒体に集光照射するためのレンズ系と、前記光情報記録媒体からの信号を受光するための受光部とを備えたピックアップ部と、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるためのスピンドルおよびスピンドルモーターとを有する。前記光情報記録媒体は少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化にともなって透過率が可逆的に変化する超解像層と、これらを保護するための保護層を有し、この光情報記録媒体の分光反射率曲線において、波長域において反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する。

なお、前記記録媒体の構成としては、記録面上にピットを形成し、温度変化に伴って複素屈折率が可逆的に変化する超解像層を有するタイプ、および２つの相間の相変化により光情報を記録する記録層と、温度変化に伴って複素屈折率が可逆的に変化する超解析層との組み合わせを含む。

また本発明の光情報記録媒体は、少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化にともなって透過率が可逆的に変化する超解像層と、これらを保護するための保護層を有し、この光情報記録媒体の分光反射率曲線において、波長域において反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する。

本発明によれば、波長の変化に対応した超解像層を搭載し、大容量かつ低消費電力、高速回転化に対応可能な光ディスクを得ることができ、低いレーザーパワーで高速回転にも対応できる。

本発明の最良の実施形態を例示する。本発明の実施形態による光情報記録再生装置は、少なくとも、光情報記録媒体より光情報を読み書きするための波長λ_０のレーザー光を出射するレーザー光源と、このレーザー光を前記光情報記録媒体に集光照射するためのレンズ系と、前記光情報記録媒体からの信号を受光するための受光部とを備えたピックアップ部と、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるためのスピンドルおよびスピンドルモーターとを有する。前記光情報記録媒体は、少なくとも記録面上に光情報が記録された記録ピットを有する基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された第二の誘電体保護層からなり、第二の誘電体保護層は低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層の繰り返しの積層体から構成され、かつこの光情報記録媒体の分光反射率曲線において、波長域において反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、λ_ｍｉｎの間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する。

本発明の他の実施形態による光情報記録再生装置における光情報記録媒体は、少なくとも基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された第一の相と第二の相の間の相変化によって光情報を記録する記録層と、この記録膜上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された低屈折率誘電体層と、この低屈折率誘電体層上に形成された高屈折率誘電体層から構成され、かつ上記記録層が第一の相と第二の相のいずれかの状態にあるときの分光反射率曲線において、波長域において反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する。

また、より好ましい実施形態においては、上記レーザー光の波長λ_０と、波長λ_ｍｉｎとの間に、
０．９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０λ_０なる関係が存在する。上記レーザー光の波長λ_０における上記光情報記録媒体の反射率Ｒは３〜５０％であることが好ましい。

また、上記超解像層はＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉから選ばれる金属の酸化物であり、より好ましくは上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から構成される。

さらに、上記第一、第二の誘電体保護層は、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体層であり、かつ第二の誘電体層を構成する低屈折率層はＳｉＯ_２、高屈折率層はＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体層であり、上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれる金属酸化物であり、かつ上記反射層はＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕから選ばれる単体の金属あるいはこれらから構成される。

さらに、本発明の実施形態による光情報記録媒体は、少なくとも記録面上に光情報が記録された記録ピットを有する基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された第二の誘電体保護層からなる。上記第二の誘電体保護層は低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層の繰り返しの積層体から構成され、かつこの光情報記録媒体の分光反射率曲線において、波長λ_ｍｉｎに反射率の極小値が存在し、上記レーザー光の波長λ_０と、λ_ｍｉｎの間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する。

また、更に他の実施形態においては、少なくとも基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された第一の相と第二の相の間の相変化によって光情報を記録する記録層と、この記録膜上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された低屈折率誘電体層と、この低屈折率誘電体層上に形成された高屈折率誘電体層から構成される。上記記録層が第一の相と第二の相のいずれかの状態にあるときの分光反射率曲線において、波長λ_ｍｉｎに反射率の極小値が存在し、上記レーザー光の波長λ_０と、λ_ｍｉｎの間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在する。

上記レーザー光の波長λ_０と、波長λ_ｍｉｎとの間に、０．９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０λ_０
なる関係が存在する。

また、上記超解像層はＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉから選ばれる金属の酸化物であり、より好ましくは、上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれる。

さらに上記第一、第二の誘電体保護層は、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体保護層であり、かつ第二の誘電体保護層を構成する低屈折率層はＳｉＯ_２、高屈折率層はＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体層であり、上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれる金属酸化物であり、かつ上記反射層はＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕから選ばれる単体の金属あるいはこれらから構成される。

ポリカーボネート基板上にＡｇやＡｌを主成分とする合金金属反射膜を１０〜３００ｎｍ、ＳｉＯ_２，ＺｎＳ−ＳｉＯ_２などの誘電体膜を１０〜５０ｎｍ形成した後、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系合金、有機色素系の記録膜を１０〜５０ｎｍ程度形成する。さらにＳｉＯ_２等の低屈折率膜を１０〜５０ｎｍ形成した後、レーザー照射によって屈折率が変化する薄膜材料であるＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３を超解像層として２０〜１００ｎｍ形成する。その後、分光光学特性調整のため、ＳｉＯ_２などの低屈折率膜を１０〜５０ｎｍ形成し、さらにＺｎＳ−ＳｉＯ_２などの高屈折率膜を１０〜５０ｎｍ形成する。さらにＳｉＯ_２などの低屈折率膜、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２などの高屈折率膜をそれぞれ繰り返して１０〜５０ｎｍ形成する。この薄膜上にポリカーボネートシートをＵＶ硬化樹脂を用いて貼り付け、光情報記録媒体を作成した。用いるレーザー波長によって閾値が生じるように、膜厚を調整した。

本発明では、上記の光情報記録媒体に、読み書きのための波長４０５ｎｍのレーザーをＮＡ＝０．８５のレンズを用いて集光照射した。上記のような光ディスク、及び再生装置の組み合わせによって、最も高い超解像効果が得られ、高記録密度を達成できた。以下本発明を実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
本発明で検討した光情報記録再生装置、光情報記録媒体を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例の検討は、この光情報記録再生装置を用いて行ったものである。図１に、本発明で作製した光情報記録再生装置のブロック図を示す。光情報記録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）内の光源である波長λの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。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。

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。

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。本発明の光情報記録装置では、レーザー光源として波長７８０ｎｍ、６５０ｎｍ、６３５ｎｍ、４０５ｎｍの半導体レーザーを搭載した。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。

本装置は、読取り専用の光情報記録媒体（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ型）のほか、追記型光ディスク（ＷＯ：Ｗｒｉｔｅ Ｏｎｃｅ型）、書換え可能型光ディスク（ＲＷ：Ｒｅ−Ｗｒｉｔａｂｌｅ型）の記録可能型光情報記録媒体に対して情報が読み書きできるようにした。情報記録の際には、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）を経由してレーザドライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御した。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。

波長により焦点や焦点深度が異なるため、レーザー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。さらに、ディスクに集光機能層が搭載され、トラッキング幅が細くなるのに対応して、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。

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）を介してレーザドライバに入力され、ピックアップ内の光源を制御する。

図１のような構成とすることにより、波長の異なる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。

図２に、記録可能型光情報記録媒体のディスクに記録マークとスペースを記録するのに用いた記録波形を示す。マークを記録するために、記録パワーＰ_ｗ（ｍＷ）の出力をτ_ｗ秒、及び低出力のＰ_ｒ（ｍＷ）の出力をτ_ｒ秒照射するパルスの対を作り、これを繰り返して照射して、ひとつの記録マークを形成した。図２では３Ｔの場合について示してある。この３Ｔをτ_ｍとし、このτ_ｍと同じ時間のτ_ｓの間、Ｐ_ｅ（ｍＷ）のパワーの光を照射し、スペースを記録した。これを同一半径のトラック一周について記録した。そしてτ_ｗとτ_ｒを変化させ、記録マーク長を変化させてそれぞれのマーク長に対するＣＮ比を計測した。

本実施例においては、レーザー波長λを４０５ｎｍとし、ピックアップ（１０４）内のレンズのＮＡとして０．８５とした。このとき、記録パワーＰ_ｗを４ｍＷ〜１２ｍＷまで変化させた。Ｐ_ｅは１ｍＷ〜４ｍＷまで変化させた。また読み出し専用のＲＯＭ型ディスク、記録可能型双方における読出しパワーＰ_ｒは０．３〜１．５ｍＷまで変化させた。

次に、本発明で検討した光情報記録媒体について詳細に説明する。まず、再生専用のＲＯＭ型ディスクについて述べる。図３に、本発明で作製した光情報記録媒体（光ディスク）の断面の模式図を示す。図３において、１は基板、２は反射層、３は誘電体保護層、４は超解像層、５、７は低屈折率保護層、６、８は高屈折率保護層である。また９はカバー層、１０はカバー層をディスク上に固着するための接着剤、１１は記録ピットである。本発明の光ディスクでは、このカバー層９側より読み書き用のレーザーが基板面上に集光照射され、基板１の表面に形成された記録ピット１１の再生を行った。

本実施例では、１の基板として外径１２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート基板を用いた。この基板上には光情報を記録した記録ピット１１が、ディスク内周部から連続的にスパイラル状に形成されている。記録ピット１１は基板１の表面に深さ２２ｎｍの凹部として形成した。この記録ピット１１のスパイラルの半径方向におけるピッチは３１０ｎｍでとした。また、円周内に記録ピットを形成していない部分を同心円状に形成し、鏡面部の反射率評価に用いた。この部位をミラー面と呼ぶ。

本検討のＲＯＭ基板１の作成は下記のようにして行った。まず電子線感光性のレジストを１００ｎｍ塗布したＳｉの単結晶原盤に、所望の形状の記録ピットを円周状に記録した。記録は、ｒ−θ方向に駆動可能な電子線描画装置を用いた。記録後、反応性イオンエッチング法を用いて、レジスト及びＳｉ原盤のエッチングを行った。このエッチングにより、記録ピット深さ約４０ｎｍの凹状の記録ピットがＳｉ原盤上に形成できた。さらにこの原盤上にＮｉメッキを施し、約０．３ミクロンのＮｉ箔を形成した。これをＳｉ原盤上からはがし、ネガのＮｉスタンパを作製した。このスタンパを内径１５ｍｍφ、外径１２０ｍｍφに加工した。このスタンパを樹脂型にセットし、射出成型によってポリカーボネート基板を作製した。

２〜８に示す各薄膜材料は、マグネトロンスパッタリング法を用いて、順次、１の基板上に形成した。２の反射層にはＡｌ系、またはＡｇ系合金反射膜を用いた。膜厚は５０ｎｍとした。スパッタ用ターゲットには同組成の合金ターゲットを用い、純Ａｒガスを成膜ガスとしてＤＣ電源で成膜した。

３の誘電体保護層には、８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）の非晶質膜を用いた。成膜は、純Ａｒガスを用いてＲＦスパッタリング法で行った。

４の超解像層として、５０Ｆｅ_２Ｏ_３−５０Ｇａ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）を用いた。成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタガスとしてＡｒ＋５％Ｏ_２ガスを用いた。ターゲットとして、１５２．４ｍｍφのＦｅ_２Ｏ_３ターゲット上に、マグネトロンで電界が集中するエロージョン領域に、所望の組成となるように１０ｍｍ角のＧａ_２Ｏ_３チップを必要数搭載し、上記薄膜を形成した。

５、７の低屈折率保護層には、非晶質のＳｉＯ_２膜を用いた。また６、８の高屈折率保護層として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）の非晶質膜を用いた。これら２〜８の各層の膜厚は、全薄膜の光学定数（屈折率、消衰係数）及び膜厚により定まる反射率が最適になるように設計した。

２〜８の成膜が終了した後、９のカバー層を形成した。カバー層９には外径１１９．５ｍｍφ、内径２３ｍｍφ、厚さ０．０８５ｍｍのポリカーボネートシートを用いた。またカバー層をディスク上に固着するための接着剤１０として、紫外線硬化樹脂を用いた。本実施例では、光の散乱、損失を抑えるため、硬化後の屈折率がカバー層９と同じになる樹脂を選定した。なお、カバー層９は本実施例のように接着剤５で貼り合せされるほか、紫外線硬化樹脂層を０．１ｍｍ塗布することにより接着剤無しで形成されるものであってもよい。

まず、２〜８の薄膜を形成した基板１上の薄膜形成面に、接着剤１０をスピンコートした。スピン回転数は５，０００〜１０，０００回転／分とした。その後、カバー層９と基板１の中心軸を、治具を用いて合わせて真空チャンバー内に搬送し、真空脱気しながら基板１の接着剤１０塗布面とカバー層１を密着させ、上部から加圧した。この真空脱気、加圧の工程は約５秒〜１分行った。その後、カバー層側から紫外線ランプを用いて紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂である接着剤１０を硬化させた。紫外線照射時間は約５秒とした。硬化後の接着剤１０の膜厚は、０．０１５ｍｍとなるようにした。

本実施例では、超解像効果を生じさせるための薄膜材料として、超解像層４が形成されている。この薄膜の非線形光学特性を検討するため、超解像層４のみを同じくＲＦスパッタリング法を用いてガラス基板上に形成し、加熱しながら分光光学的特性の評価を行った。

図４に、分光光学特性の評価に用いた分光光度計の概略図を示す。測定装置として、（株）日立製作所製分光光度計Ｕ−４１００を用いた。１２は白色光源、１３は波長選択用の分光器、１４はビームスプリッター、１５は光シャッター、１６は光ディテクター、２０は光軸切り替えのためのミラーである。白色光源１２から出射した光は分光器１３で波長選択され、ビームスプリッター１４で、参照光１７と、測定光１８に１：１の強度で分割される。参照光１７は光シャッター１５を介して光ディテクター１６に導入される。一方、測定光１８は測定試料１９を透過したのち、光シャッター１５を介してディテクター１６に入射する。

参照光１７と測定光１８は、光シャッター１５によって切り替えられてディテクター１６に入射する。そして、式１を用いて透過率を計算した。式１において、Ｔ_ｒは透過率、Ｉは測定光強度、Ｉ_０は入射光強度である。また光学系による損失を補正するため、試料１９を挿入しない状態でのＴｒが１．０となるように補正を行った。本測定では、測定の波長を３００ｎｍ〜１０００ｎｍとし、１ｎｍ間隔でサンプリングを行った。また各測定波長の中心波長に対して±２．５ｎｍの波長幅とした。また波長スキャンスピードを３００ｎｍ／分とした。白色光源１２として、タングステンランプを用いた。

図４において、２１は試料を固定するための試料ホルダー、２２は試料を加熱するためのヒーター、２３は温度、昇温速度を変化させるための温度コントローラである。この加熱機構を使用して、試料の温度を変化させながら各温度における分光透過率の測定を行った。測定光１８は、試料ホルダー２１、加熱ヒーター２２に設けられた光透過用ピンホール２４を透過する。測定は３０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃の各温度で行い、昇温速度を２０℃／分とした。また同様に降温の過程でも透過率の測定を行った。薄膜の膜厚は１００ｎｍとした。

図５に、本実施例で用いた超解像層４の５０Ｆｅ_２Ｏ_３−５０Ｇａ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）薄膜の分光透過率曲線の温度変化を示す。この薄膜では波長４００ｎｍ近傍から低波長側では光が吸収され、透過率が低下した。また長波長側では８０％以上の高い透過率となった。温度上昇に伴い、透過率が低下する波長が長波長側にシフトしていくことが分かる。これに伴い、４００ｎｍ近傍の波長では、透過率が低下する現象が見られた。また降温での測定では、可逆的にもとの光学特性に戻っていく様子が観測された。

このように、今回超解像層４として用いた５０Ｆｅ_２Ｏ_３−５０Ｇａ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）薄膜は、加熱、冷却などの温度変化に対して光学特性が可逆的に変化する薄膜であることが分かる。

次に、この超解像層４を図３に示す光ディスク構造に成膜し、温度変化に対する反射率の温度依存性を測定した。本検討では、加熱による反射率変化を測定するため、図３に示す基板１にポリカーボネート基板を用いず、ガラス基板を用いた。図６に、本検討で用いた反射率測定用の光学系を示す。測定装置として、（株）日立製作所製分光光度計Ｕ−４１００を用いた。図６において、１２は白色光源、１３は波長選択用の分光器、１４はビームスプリッター、１５は光シャッター、１６は光ディテクター、２０は光軸切り替えのためのミラーである。白色光源１２から出射した光は分光器１３で波長選択され、ビームスプリッター１４で、参照光１７と、測定光１８に１：１の強度で分割される。参照光１７は光シャッター１５を介して光ディテクター１６に導入される。一方、測定光１８は測定試料上から入射角５°で入射して試料上で反射したのち、光シャッター１５を介してディテクター１６に入射する。

参照光１７と測定光１８は、光シャッター１５によって切り替えられてディテクター１６に入射する。そして、式２を用いて反射率を計算した。式２において、Ｐは反射率、Ｉは測定光強度、Ｉ_０は参照光強度である。反射率は、純Ａｌ薄膜の反射率が１．０となるように補正を行った。本測定では、測定の波長を３００ｎｍ〜１０００ｎｍとし、１ｎｍ間隔でサンプリングを行った。また各測定波長の中心波長に対して±２．５ｎｍの波長幅とした。また波長スキャンスピードを３００ｎｍ／分とした。白色光源１２として、タングステンランプを用いた。測定は３０℃、１５０℃、２５０℃、３５０℃の各温度で行い、昇温速度を２０℃／分とした。また同様に降温の過程でも反射率の測定を行った。

図６において、２１は試料を固定するための試料ホルダー、２２は試料を加熱するためのヒーター、２３は温度、昇温速度を変化させるための温度コントローラである。この加熱機構を使用して、試料の温度を変化させながら各温度における分光反射率の測定を行った。

表１に、測定に供した実施例及び比較例の膜構造を示す。表１に示すように、ガラス基板１上に反射層２としてＡｌ−３％Ｔｉ（ａｔ％）、誘電体保護層３としてＳｉＯ_２、超解像層４として５０Ｆｅ_２Ｏ_３−５０Ｇａ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）、低屈折率層５としてＳｉＯ_２、高屈折率層６として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）、さらに低屈折率層７としてＳｉＯ_２、高屈折率層８として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）を形成した。本検討では、図３に示すカバー層９、１０は形成せず、厚さ０．１ｍｍのカバーガラスを試料上に載せて実験を行った。表１中に示す実施例１〜６、比較例１は、それぞれの層の膜厚を変化させて形成したものである。表１中には、波長４０５ｎｍにおける反射率の測定値と、分光反射率曲線中に見られた反射率の極小値を与える波長λ_ｍｉｎを併記した。また表２には、比較例２として超解像層４として光学的比線形性を有さない８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）を形成したものを作製した。

図７に、３０℃で測定した実施例１、３、４、６の分光反射率曲線を示す。いずれの実施例においても、波長３８０〜４３０ｎｍの間に、反射率曲線の極小値が存在していた。そして波長４０５ｎｍにおける反射率を見ると、実施例１では５０％、実施例３では２１％、実施例４では１３％、実施例６では５２％であった。

次に、これらの実施例の積層体を加熱し、加熱による分光反射率曲線の変化を調べた。図８に測定の一例として、実施例４の分光反射率曲線の温度変化の測定結果を示す。温度上昇に伴って分光反射率曲線が長波長側にシフトしていくことが分かる。これは図５に示したように、加熱過程によって超解像層４の光学特性が長波長側にシフトするためと考えられる。

同様の測定を実施例１〜６、比較例１、２についても行い、波長４０５ｎｍにおける反射率の変化を測定温度に対して求めた。図９に、測定温度に対する波長４０５ｎｍの相対反射率を示す。縦軸は、３０℃における反射率の値を１として、各温度における反射率を３０℃で測定した反射率で規格化した値とした。実施例４では、反射率は１５０℃程度までほぼ一定であり、その温度より高温では反射率が上昇した。実施例５、６では、反射率は室温から単調に増加していたが、実施例６では相対反射率の上昇の度合いが実施例５よりも小さかった。また実施例１〜３では、相対反射率は低下していた。低下の度合いは、実施例３が最も大きく、３５０℃では３０℃で測定される反射率の５０％に低下した。比較例２では、温度の変化に対して反射率の変化は全く見られなかった。比較例１では、若干反射率の上昇が見られたが、その程度は２％程度と非常に小さかった。

以上に示した表１、表２に示した実施例１〜６及び比較例１、２の膜構成を有する図３に示す形状の光ディスクを作成し、その特性を評価した。まず、入射光強度に対する反射光強度のプロットを行った。本実験では、図１に示す光ディスク記録再生装置のオートフォーカス機構のみを使用し、トラッキング機構は使用せず、ディスク上に形成した記録ピットを形成していない鏡面部（ミラー面）上の反射率分布を測定した。図１０に、光ディスクのミラー面の入射光強度（Ｐ_ｒ（ｍＷ））に対して、反射光強度（Ｖ_ｏｕｔ（ｍＶ））を表１に示した各ディスクの反射率（Ｒ（％））で規格化した値を示す。なお、本検討における入射光強度は、試料面上でのレーザー光強度であることを意味する。なお、反射光強度は、入射光強度が０．３ｍＷのときの反射光強度で規格化した相対反射光強度としてプロットした。

実施例４では、入射光強度が０．５ｍＷよりも低パワー側ではほぼ線形に反射光強度が上昇していたが、０．５ｍＷ以上で線形に対して増大した。実施例５、６では線形に対して反射光強度が低パワー側から上昇した。反射光強度上昇の度合いは、実施例６よりも５のほうが大きかった。さらに実施例１、２、３では反射光強度は線形に対して低下していった。また比較例１では、反射光強度は入射パワーに対して線形に変化していた。また比較例２では、線形に対して若干反射光強度の上昇が見られたが、その度合いは他の実施例に比べると小さく、非線形性が小さかった。

次に、これらの光ディスクのＲＯＭ型状の記録ピットの再生特性を評価した。本検討で用いたＲＯＭの記録ピットは、周期的に記録マークが形成されているＣＮ評価用の記録パターンを用いた。図１１に、本検討で用いたＲＯＭの記録ピットパターンの平面図を示す。図１１において、２５は記録マークである記録ピット、２６はスペースである。記録ピット２５の長さはＬ_ｍであり、記録周期はＬ_ｗである。また同一トラック内には単一の記録マークが記録されている。今回の検討では、Ｌ_ｗ＝２Ｌ_ｍとして検討を行った。またトラックピッチはＴ_ｐであり、本実験ではＴ_ｐ＝３２０ｎｍとした。本実験では、Ｌ_ｍを６０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１６０ｎｍ、２４０ｎｍ、４８０ｎｍとして検討を行った。また再生時の回転の線速度を４．５６ｍ／秒とし、スチルモードで単一トラックの再生特性を評価した。

再生特性は、上記の記録マークを再生し、再生信号をスペクトラムアナライザーを用いて、単一信号を記録媒体をある回転速度で再生したときに相当する周波数の信号強度（Ｃ、キャリア）と、その周波数におけるノイズ（Ｎ）を求め、その比（ＣＮ比）により評価した。さらに再生パワーを変化させ、ＣＮ比の変化を測定した。

図１２、１３に、各マーク長に対する実施例１〜６、比較例１、２のＣＮ比の変化を示す。再生パワーは図１２では１．５ｍＷとし、図１３では０．３ｍＷとした。図１２を見ると、比較例では、再生パワーが大きいと若干ＣＮ比が改善されているが、これは再生パワーに比例した信号強度の伸びに対応するものであり、実質的な超解像効果ではない。

実施例１〜６では、この比較例よりも高いＣＮ比が得られており、超解像効果が生じていることが分かる。また実施例１〜６では、６０ｎｍの記録マークにおいて３５〜４０ｄＢ以上のＣＮ比が得られており、分解能向上効果が生じていることが分かる。特に、実施例４では、６０ｎｍの記録マークにおけるＣＮ比が４２ｄＢと高いＣＮ比が得られており、分解能向上効果が高かった。しかしながら、実施例６では、６０ｎｍ、８０ｎｍのマークのＣＮ比が３５ｄＢ以下となっており、分解能の向上は見られたものの、その効果が十分ではないことが分かった。また比較例１、２では、マーク長１２０ｎｍ以下では全く信号が検出されなかった。

以上の結果より、高い超解像効果を示す光ディスク構成について示す。図１４、１５、１６に、各実施例の光ディスク面上でのレーザービーム強度分布の模式図を示す。実施例１、２、３は、図９、１０に示す結果より、再生光パワーの上昇に伴って反射率が低下する光ディスク構成になっていた。従って、レーザービームスポット内の反射率分布は、図１４に示すようになっている。すなわち、レーザー光照射によってディスク状の薄膜材料の温度が上昇し、反射率が低下する。つまり、図１４に示すレーザービームスポットのレーザー光の進行方向の後ろ側の反射率が通常のビームの反射率に対して低く、この領域ではレーザービームがこの領域でマスクされている方式である。この方式をフロント・アパーチャー方式と呼ぶ。

一方、図１５に示すように、実施例５、６では、図９、１０に示す結果より、再生光パワーの上昇に伴って反射率が上昇する光ディスク構成になっている。従って、レーザービームスポット内の反射率分布は、図１５に示すようになっている。すなわち、レーザー光照射によってディスク状の薄膜材料の温度が上昇し、反射率が上昇する。つまり、図１５に示すレーザービームスポットのレーザー光の進行方向の後ろ側の反射率が通常のビームの反射率に対して高く、この領域から情報を読み出す方式である。この方式をリア・アパーチャー方式と呼ぶ。

しかしながら、図１４、１５いずれの場合も、読出し領域とマスク領域との境界が不明瞭であり、かつ熱分布の立ち上がりが緩慢なため、反射率の変化がなだらかになっている。一方、図１６に示すように、実施例４の場合では、温度１５０℃まで反射率の変化が生じず、それより高温で反射率変化が生じるため、図１４、１５に示されるような反射率の不明瞭な領域が存在しない。従って、読出し領域以外の部分のマスク領域からの反射を著しく低減することができるため、読出し領域のサイズを小さくすることができ、分解能向上の効果が高いと考えられる。

図８に示した実施例４における４００ｎｍ近傍の分光反射率の変化の模式図を図１７に示す。実施例４では、測定する波長４０５ｎｍにおいて、３０℃と１５０℃で測定される分光透過率曲線が交わっている。このため、３０℃から１５０℃の間では若干反射率の低下が見られるもののほぼ反射率は一定であり、１５０℃以上で急激に反射率が上昇し始めるという特異な反射率変化を示すことが分かる。

また、例えば実施例３の場合では、実施例４と同様な分光反射曲線の温度変化を示すものの、反射率曲線の極小値の波長が３９０ｎｍ近傍にあるため、波長４０５ｎｍでは加熱による反射率変化は単調減少となる。従って、図９、１０に示すような反射率変化を示し、フロント・アパーチャー方式の超解像現象が見られる。実施例３の場合における分光反射率の温度変化の模式図を図１８に示す。

さらに、例えば実施例５の場合では、やはり実施例４と同様な分光反射率曲線の温度変化を示すものの、反射率曲線の極小値の波長が４２０ｎｍ近傍にあるため、波長４０５ｎｍでは加熱による反射率変化は単調増加となる。従って、図９、１０に示すような反射率変化を示し、リア・アパーチャー方式の超解像現象が見られる。実施例３の場合の分光反射率の温度変化の模式図を図１９に示す。

上記より、実施例１、２、３に示すフロント・アパーチャー方式の超解像方式、実施例５，６に示すリア・アパーチャー方式における超解像方式のいずれの場合も超解像効果を得ることができるが、実施例４に示すように室温から、室温より高温の任意の温度までの温度範囲において、再生に用いるレーザー波長で分光反射率が一定になっている方が、レーザービームスポット内の反射率分布がより明瞭になるため、高い超解像効果を得ることができる。

ところで、比較例２では、層の構成が実施例１〜６と非常に類似しているにも関わらず反射率変化、超解像効果を得ることができなかった。これは、比較例１の反射率が６２．４％と高く、図９に示した相対反射率の変化が大きくなかったことが原因と考えられる。図２０に、表１に示したディスクの反射率に対する再生パワー１．５ｍＷのときの６０ｎｍのマークのＣＮ比の変化を示す。回転の線速度は４．５６ｍ／ｓである。反射率の上昇とともにＣＮ比が低下していき、５０％を超えるとＣＮ比が３５ｄＢ以下となることが分かる。これは、反射率が上昇すると、レーザー光の吸収率が低下するため、照射されたレーザー光が効率的に熱に変換されないこと、および元来の反射率が高いため、相対反射率は小さくなることなどが原因として挙げられる。

図２０より、超解像効果を得るためにはディスクの反射率は５０％以上であることが好ましい。また、本実施例中には示していないが、検討中、ディスクの反射率が３％に満たない場合には、反射光量が低すぎ、ディスクのオートフォーカス機構、トラッキング機構が作動せず、測定ができない状態であった。以上より、光ディスクの反射率は、３〜５０％であることが好ましい。

また、図２１に、表１に示したディスクの反射率に対する再生パワー１．５ｍＷのときの６０ｎｍのマークのＣＮ比の、分光反射率曲線の極小値を与える波長λ_ｍｉｎを測定波長λ_０で規格化した値（λ_ｍｉｎ／λ_０）に対する依存性を示す。λ_ｍｉｎ／λ_０が０．９４以上１．０５以下であれば、３５ｄＢ以上の高いＣＮ比が得られることが分かった。すなわち、λ_ｍｉｎが、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０の範囲にあれば、高い超解像効果を得ることが可能であった。０．９４λ_０＞λ_ｍｉｎ、λ_ｍｉｎ＞１．０５λ_０では、λ_ｍｉｎが測定波長から外れすぎるため、高い超解像効果を得ることができなかった。

次に、実施例４に示すような温度変化が室温以上のある温度まで一定である領域が存在する性質を有する光ディスク構造について検討した。いろいろなλ_ｍｉｎを有するディスク構造について相対反射率の温度変化を調べた結果、０．９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０λ_０のとき、室温以上の温度で反射率がある任意の温度まで一定値である温度領域が存在し、より高い超解像効果が得られることが分かった。０．９７λ_０＞λ_ｍｉｎでは、反射率が温度上昇に対して単調に上昇する反射率上昇型のリア・アパーチャータイプの超解像効果となった。さらにλ_ｍｉｎ＞１．０５λ_０では、反射率が温度上昇に対して単調に低下する反射率低下型のフロント・アパーチャータイプの超解像効果となった。

（実施例２）
次に、表１に示した層構造を有する光ディスクを、様々な材料系について検討した。表３に、各実施例の膜を構成する各薄膜の種類と膜厚、４０５ｎｍにおける反射率、λ_ｍｉｎ、及び再生パワー１．５ｍＷで６０ｎｍマークを再生したときのＣＮ比を示す。実施例７、８では、高屈折率層６、８としてＴｉＯ_２、５０Ｎｂ_２Ｏ_５−３０ＣｅＯ_２−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）を用いた例について示す。これらの場合も、６０ｎｍマークのＣＮ比が３８〜４２ｄＢという高いＣＮ比が得られた。実施例９〜１３は、超解像層４としてＣｏ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３を用いた例である。これらについても、６０ｎｍマークのＣＮ比が３５〜４０ｄＢと、高いＣＮ比が得られた。さらに実施例１４〜１６では、反射層２としてＡｇを主成分とする合金を用いた実施例であるが、いずれの実施例においても３８〜３９ｄＢの高いＣＮ比が得られた。また実施例１７、１８は反射層２としてＡｇ、Ａｌの金属を用いた場合の実施例であるが、いずれも３７〜３９ｄＢと高いＣＮ比が得られた。

以上より、本発明の光情報記録媒体として、超解像層４としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉから選ばれる金属の酸化物が好ましく、より好ましくはＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３のいずれかにより構成されることが好ましい。

また上記第一、第二の誘電体層としては、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体層が好ましく、かつ第二の誘電体保護層を構成する低屈折率層はＳｉＯ_２、高屈折率層はＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体保護層であることが好ましい。さらに上記反射層はＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕから選ばれる単体の金属あるいはこれらから構成される合金であることが好ましい。

（実施例３）
次に、本発明で作製した記録可能型光ディスクの実施例について詳細に述べる。図２２に、本発明で作製した記録可能型光ディスクの半径方向における断面の模式図を示す。図２２において、１は基板、２は反射層、３、３’は誘電体保護層、２００は記録層、４は超解像層、５は低屈折率保護層、６は高屈折率保護層である。また９はカバー層、１０はカバー層をディスク上に固着するための接着剤、２１１はレーザービームの案内溝を形成するランド、２１２はグルーブである。本発明の光ディスクでは、このカバー層９側より読み書き用のレーザーが基板面上に集光照射され、基板１の表面に形成されたグルーブ２１２側に記録再生を行った。

本実施例では、１の基板として外径１２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート基板を用いた。この基板上には読み書きのためのレーザー光を案内するための案内溝を形成するランド２１１とグルーブ２１２がディスク内周部から連続的にスパイラル状に形成されている。グルーブ２１２は基板１の表面に深さ２２ｎｍの凹部として形成した。この案内溝のスパイラルの半径方向におけるピッチを３２０ｎｍとした。

２〜６及び２００の各薄膜材料は、マグネトロンスパッタリング法を用いて、順次、１の基板上に形成した。２の反射層にはＡｌ系、またはＡｇ系合金反射膜を用いた。膜厚は５０ｎｍとした。スパッタ用ターゲットには同組成の合金ターゲットを用い、純Ａｒガスを成膜ガスとしてＤＣ電源で成膜した。

３、３’の誘電体保護層には、８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）の非晶質膜を用いた。成膜は、純Ａｒガスを用いてＲＦスパッタリング法で行った。

２００の記録層として、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系相変化薄膜を用いた。成膜は、純Ａｒガスを用いてＲＦスパッタリング法で行った。この薄膜は、スパッタ直後のＡｓ−ｄｅｐｏの状態では非晶質であるが、後に述べる初期化工程で結晶化され、記録時に、再度非晶質化してこの非晶質部分が記録マークとなる。本実施例では、非晶質相を第一の相と呼び、結晶相を第二の相と呼ぶ。

４の超解像層として、５０Ｆｅ_２Ｏ_３−５０Ｇａ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）を用いた。成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、スパッタガスとしてＡｒ＋５％Ｏ_２ガスを用いた。ターゲットとして、１５２．４ｍｍφのＦｅ_２Ｏ_３ターゲット上に、マグネトロンで電界が集中するエロージョン領域に、所望の組成となるように１０ｍｍ角のＧａ_２Ｏ_３チップを必要数搭載し、上記薄膜を形成した。

５の低屈折率保護層には、非晶質のＳｉＯ_２膜を用いた。また６の高屈折率保護層として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）の非晶質膜を用いた。これら２〜６及び２００の各層の膜厚は、全薄膜の光学定数（屈折率、消衰係数）及び膜厚により定まる反射率が最適になるように設計した。

２〜６及び２００の成膜が終了した後、９のカバー層を形成した。カバー層９には外径１１９．５ｍｍφ、内径２３ｍｍφ、厚さ０．０８５ｍｍのポリカーボネートシートを用いた。またカバー層をディスク上に固着するための接着剤１０として、紫外線硬化樹脂を用いた。本実施例では、光の散乱、損失を抑えるため、硬化後の屈折率がカバー層９と同じになる樹脂を選定した。なお、カバー層９は本実施例のように接着剤５で貼り合せされるほか、紫外線硬化樹脂層を０．１ｍｍ塗布することにより接着剤無しで形成されるものであってもよい。

まず、薄膜を形成した基板１上の薄膜形成面に、接着剤１０をスピンコートした。スピン回転数は５，０００〜１０，０００回転／分とした。その後、カバー層９と基板１の中心軸を、治具を用いて合わせて真空チャンバー内に搬送し、真空脱気しながら基板１の接着剤１０塗布面とカバー層１を密着させ、上部から加圧した。この真空脱気、加圧の工程を約５秒〜１分行った。その後、カバー層側から紫外線ランプを用いて紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂である接着剤１０を硬化させた。紫外線照射時間は約５秒とした。硬化後の接着剤１０の膜厚は、０．０１５ｍｍとなるようにした。

次に、カバー層を形成した光ディスクの初期化を行った。初期化用のレーザーは波長８１０ｎｍの半導体レーザーであり、ディスク半径方向のビーム直径が９６μｍのものを用いた。初期化時のレーザーパワーを５００ｍＷ、回転の線速度を３ｍ／秒とした。また半径方向の送りピッチを４８μｍとした。この初期化工程により、相変化層２００が結晶化し、記録可能な状態になる。

情報の記録は、図２に示すような記録波形を用いて行った。記録再生に使用したレーザー波長は４０５ｎｍである。本検討では、記録のための記録パワーＰ_ｗを１２ｍＷとし、Ｐ_ｅを１ｍＷ、Ｐ_ｂを０．１ｍＷとした。また再生時のディスクの線速度を４．５６ｍ／秒とし、再生パワーＰ_ｒを変化させて再生パワーに対する超解像効果を検討した。図２におけるτ_ｗ、τ_ｒを短くすることで、微小な記録マークを形成した。

記録マーク長は、（実施例１）のＲＯＭ型光ディスクの場合と同様、６０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１６０ｎｍ、２４０ｎｍ、４８０ｎｍとして図１１に示すものと同様な単一記録マークを同一トラック上に形成し、ＣＮ比を評価することで検討を行った。ＣＮ評価方法は（実施例１）に準じた。

表４に、本実施例で検討した記録可能型光ディスクの膜構成と、記録層が結晶相であるときの分光反射率曲線から得られた波長４０５ｎｍにおける結晶相反射率、並びに分光反射率曲線の極小値（結晶相のλｍｉｎ（ｎｍ））、並びに再生パワー１．５ｍＷにおける６０ｎｍのマークのＣＮ比変化を示す。

図２３に、表４の実施例１９に示した薄膜の積層構造の室温における非晶質相と結晶相の分光反射率曲線の変化を示す。ここで非晶質相とは記録層２００として形成した４Ｇｅ−２Ｓｂ−７Ｔｅ薄膜がそれぞれ非晶質のときと結晶質のときの分光反射率曲線である。この図に示すように、本実施例では、非晶質相、結晶質相のいずれの場合も波長４００ｎｍ近傍に分光反射率曲線の極小値が存在していることが分かる。

図２４に、記録層２００が結晶質相のときの、３０℃から３５０℃までの加熱過程における反射率曲線の変化を示す。測定方法は（実施例１）の方法に準じた。（実施例１）に示すＲＯＭの場合と同様に、反射率曲線が長波長側にシフトし、波長４０５ｎｍでは、室温での反射率は７．９％であったが、３５０℃では１３．１％と反射率が増加した。この変化は可逆的であり、加熱後に室温に冷却すると、ほぼ８％程度に戻った。

図２５に、波長４０５ｎｍにおける実施例１９の記録可能型光ディスクの記録層２００が結晶質の状態の加熱による相対反射率の変化を示す。この図において、各温度の反射率は３０℃における反射率で規格化した値を用いた。３５０℃における反射率は室温における反射率の約１．７倍に増加していた。

次に、実施例１９に示した薄膜構造を有する図２２に示す光ディスクを作製した。上述した初期化手法を用いて、初期化による結晶化後、読出しパワーＰ_ｒ（ｍＷ）を変化させて反射率強度の変化を調べた。図２６に、図２５に示す反射率で規格化した反射光強度の読出しパワー依存性を示す。図中の破線は、Ｐ_ｒ＝０．３ｍＷのときの反射率から線形に反射率が変化するときの反射光強度を示したものである。図２６より、１．５ｍＷの読出しパワーにおいて、反射光強度が非常に大きく変化していることが分かった。

この光ディスクに、図１１に示すのと同様な単一パターンを記録し、マーク長に対するＣＮ比を求めた。結果を図２７に示す。図２７中には、Ｐ_ｒ＝０．３ｍＷのときと、Ｐ_ｒ＝１．５ｍＷの双方の場合について示す。再生時の回転の線速度は４．５６ｍ／秒とした。図２７に示すようにＰｒ＝０．３ｍＷのときはマーク長１２０ｎｍ以下で急激なＣＮ比の低下が見られたが、Ｐ_ｒ＝１．５ｍＷでは６０ｎｍ程度の短マークまでＣＮ比が高く、マーク長６０ｎｍでのＣＮ比が約３６ｄＢと、高い値を有していた。

表４に示す実施例１９〜２４、比較例３は、反射層２としてＡｌ、９７Ａｌ−３Ｔｉ（ｍｏｌ％）、Ａｇ、９５Ａｇ−２．５Ｐｄ−２．５Ｃｕ（ｍｏｌ％）、誘電体保護層３、３’として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）、ＳｉＯ_２、記録層２００として４Ｇｅ−２Ｓｂ−７Ｔｅ、２Ｇｅ−２Ｓｂ−５Ｔｅ、５Ｇｅ−２Ｓｂ−１１Ｔｅ、超解像層４として５０Ｆｅ_２Ｏ_３−５０Ｇａ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）、低屈折率層５としてＳｉＯ_２、高屈折率層６として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）を、各薄膜の膜厚を調整して得られたものである。また比較例４は、超解像層４として非線形光学特性を有さない８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ_２（ｍｏｌ％）を形成したものである。

表４の実施例１９〜２４を見ると、いずれも結晶相反射率が６．８％〜３０％の間にあり、また結晶相のλｍｉｎが３８５ｎｍから４２５ｎｍ、すなわち０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０の範囲にあるため、良好なＣＮ比が得られた。特に、実施例２３では、結晶相のλｍｉｎが３９４ｎｍと、０．９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０λ_０の範囲にあり、反射率変化が１５０℃程度まで一定で、それ以上の温度で上昇しはじめる変化をしていたため、ＣＮ比は４１ｄＢと、非常に良好な値を示した。

一方、比較例３では、結晶相のλｍｉｎが３７９ｎｍと、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０の範囲外であり、かつ結晶相反射率が５０．２％と高かったため、良好なＣＮ比が得られなかった。また比較例４では、屈折率が変化する成分である超解像層４が非線形光学特性がないＺｎＳ−ＳｉＯ_２系薄膜であったので、分解能向上の効果が見られなかった。また（実施例１）のＲＯＭディスクの場合と同様、初期化後のディスク反射率が３％以下の場合、反射光量が低すぎ、オートフォーカス、オートトラッキング機構が機能しなかった。従って、ディスクの反射率は３〜５０％であることが好ましい。

以上の実施例では、結晶相の反射率が加熱によって可逆的に変化する例について述べたが、非晶質相の反射率も同様に変化しており、いずれかの反射率が加熱によって変化すれば、上記の分解能向上が確認できることが分かった。

以上より、本発明の書換え可能型光情報記録媒体は、少なくとも基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された第一の相と第二の相の間の相変化によって光情報を記録する記録層と、この記録膜上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された低屈折率誘電体層と、この低屈折率誘電体層上に形成された高屈折率誘電体層から構成され、かつ上記記録層が第一の相（非晶質相）と第二の相（結晶相）のいずれかの状態にあるときの分光反射率曲線において、ある波長域において反射率の極小値を持つ波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０と、λ_ｍｉｎとの間に、０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０なる関係が存在すると良好なＣＮ比が得られた。さらに好ましくは、上記レーザー光の波長λ_０と、λ_ｍｉｎの間に、９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．００λ_０なる関係が存在すると、より良好な特性が得られた。

本発明による超解像層を搭載した光情報記録媒体は、低いレーザーパワーで高速回転にも対応でき、かつ成膜プロセスも従来のプロセスを踏襲したものであり、かつ大容量の光情報記録媒体が得られるため、その利用可能性はきわめて高い。

本発明の一実施例による光情報記録再生装置の概念図である。 本発明の一実施例による光情報記録再生装置による記録波形の概念図である。 本発明の一実施例によるＲＯＭ型光情報記録媒体の断面の膜構成図である。 超解像層の加熱による分光透過率曲線測定装置の概念図である。 本発明の実施例による超解像層の分光透過率曲線の温度変化を示す図である。 本発明の実施例による多層薄膜構造の加熱による分光透反射率曲線測定装置の概念図である。 本発明の実施例による多層薄膜構造の室温における分光透反射率曲線である。 本発明の実施例による多層薄膜構造の加熱による分光透反射率曲線の変化を示す図である。 本発明の実施例による多層薄膜構造の波長４０５ｎｍにおける加熱による相対反射率の変化を示す図である。 本発明の実施例による光情報記録媒体の波長４０５ｎｍにおける反射光強度の再生パワー（Ｐｒ）依存性変化を示す図である。 本発明の実施例による光情報記録媒体の平面方向の記録ピット形成パターンを示す図である。 本発明の実施例による光情報記録媒体の再生パワー１．５ｍＷにおけるマーク長に対するＣＮ比の変化を示す図である。 本発明の実施例による光情報記録媒体の再生パワー０．３ｍＷにおけるマーク長に対するＣＮ比の変化を示す図である。 本発明の実施例によるフロント・アパーチャータイプのレーザースポットの模式図である。 本発明の実施例によるリア・アパーチャータイプのレーザースポットの模式図である。 本発明の閾値の明瞭なリア・アパーチャータイプのレーザースポットの模式図である。 本発明の実施例４における多層薄膜構造の加熱による分光透反射率曲線の変化の模式図である。 本発明の実施例３におけるフロント・アパーチャー方式の多層薄膜構造の加熱による分光透反射率曲線の変化の模式図である。 本発明の実施例３におけるリア・アパーチャー方式の多層薄膜構造の加熱による分光透反射率曲線の変化の模式図である。 ディスク反射率に対するＣＮ比の変化を示す図である。 λ_ｍｉｎ／λ_０に対するＣＮ比の変化を示す図である。 本発明の一実施例による記録可能型光情報記録媒体の断面の膜構成図である。 本発明の多層薄膜構造の相の違いによる分光透反射率曲線の変化の模式図である。 本発明の実施例による多層薄膜構造の結晶相の分光反射率曲線の変化を示す図である。 本発明の実施例による記録型の多層薄膜構造の波長４０５ｎｍにおける加熱による相対反射率の変化を示す図である。 本発明の記録可能型光情報記録媒体の波長４０５ｎｍにおける反射光強度の再生パワー（Ｐｒ）依存性変化を示す図である。 本発明の光情報記録媒体の０．３ｍＷの再生パワーにおけるマーク長に対するＣＮ比の変化を示す図である。

符号の説明

１…基板、２…反射層、３…誘電体保護層、４…超解像層、５…低屈折率保護層、６…高屈折率保護層、７…低屈折率保護層、８…高屈折率保護層、９…カバー層、１０…接着剤、１１…記録ピット、１２…白色光源、１３…分光器、１４…ビームスプリッター、１５…光シャッター、１６…光ディテクター、１７…参照光、１８…測定光、１９…測定試料、２０…ミラー、２１…試料ホルダー、２２…ヒーター、２３…温度コントローラ、２４…光透過用ピンホール、２５…記録ピット、２６…スペース、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…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…記録層、２１１…ランド、２１２…グルーブ。

Claims (15)

1. 少なくとも、光情報記録媒体より光情報を読み書きするための波長λ_０のレーザー光を出射するレーザー光源と、このレーザー光を前記光情報記録媒体に集光照射するためのレンズ系と、前記光情報記録媒体からの信号を受光するための受光部とを備えたピックアップ部と、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるためのスピンドルおよびスピンドルモーターとを有する光情報記録再生装置であり、
   前記光情報記録媒体は、少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化にともなって透過率が可逆的に変化する超解像層と、これらを保護するための保護層を有し、この光情報記録媒体の分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、
   ０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０
   なる関係が存在することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 少なくとも、光情報記録媒体より光情報を読み書きするための波長λ_０のレーザー光を出射するレーザー光源と、このレーザー光を前記光情報記録媒体に集光照射するためのレンズ系と、前記光情報記録媒体からの信号を受光するための受光部とを備えたピックアップ部と、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるためのスピンドルおよびスピンドルモーターとを有する光情報記録再生装置であり、
   前記光情報記録媒体は、少なくとも記録面上に光情報が記録された記録ピットを有する基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成され、第二の誘電体保護層からなり、第二の誘電体保護層は低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層の繰り返しの積層体から構成され、かつこの光情報記録媒体の分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、
   ０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０
   なる関係が存在することを特徴とする光情報記録再生装置。
3. 少なくとも、光情報記録媒体より光情報を読み書きするための波長λ_０のレーザー光を出射するレーザー光源と、このレーザー光を前記光情報記録媒体に集光照射するためのレンズ系と、前記光情報記録媒体からの信号を受光するための受光部とを備えたピックアップ部と、前記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるためのスピンドルおよびスピンドルモーターとを有する光情報記録再生装置であり、
   前記光情報記録媒体は、少なくとも基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された第一の相と第二の相の間の相変化によって光情報を記録する記録層と、この記録膜上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された低屈折率誘電体層と、この低屈折率誘電体層上に形成された高屈折率誘電体層から構成され、かつ上記記録層が第一の相と第二の相のいずれかの状態にあるときの分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、
   ０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０
   なる関係が存在することを特徴とする光情報記録再生装置。
4. 上記レーザー光の波長λ_０と、波長λ_ｍｉｎとの間に、
   ０．９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０λ_０
   なる関係が存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光情報記録再生装置。
5. 上記レーザー光の波長λ_０における上記光情報記録媒体の反射率Ｒが３〜５０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光情報記録再生装置。
6. 上記超解像層はＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉから選ばれる金属の酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光情報記録再生装置。
7. 上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれた超解像層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光情報記録再生装置。
8. 上記第一及び第二の誘電体保護層は、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体保護層であり、かつ第二の誘電体保護層を構成する低屈折率層はＳｉＯ_２、高屈折率層はＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体層であり、上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれる金属酸化物であり、かつ上記反射層はＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕから選ばれる単体の金属あるいはこれらから構成される合金であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光情報記録再生装置。
9. 少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化にともなって透過率が可逆的に変化する超解像層と、これらを保護するための保護層を有し、この光情報記録媒体で光情報の読み書きに使用するレーザー光の分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、
   ０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０
   なる関係が存在することを特徴とする光情報記録媒体。
10. 少なくとも記録面上に光情報が記録された記録ピットを有する基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された第二の誘電体保護層を有し、第二の誘電体保護層は低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層の繰り返しの積層体から構成され、かつこの光情報記録媒体で光情報の読み書きに使用するレーザー光の分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、
    ０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０
    なる関係が存在することを特徴とする光情報記録媒体。
11. 少なくとも基板上に形成された反射層と、この反射層上に形成された第一の誘電体保護層と、この誘電体保護層上に形成された第一の相と第二の相の間の相変化によって光情報を記録する記録層と、この記録膜上に形成された温度変化にともなって複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、この超解像層上に形成された低屈折率誘電体層と、この低屈折率誘電体層上に形成された高屈折率誘電体層から構成され、かつ上記記録層が第一の相と第二の相のいずれかの状態にあるときの、光情報記録媒体で光情報の読み書きに使用するレーザー光の分光反射率曲線において、ある波長域に反射率の極小値を有する波長λ_ｍｉｎと、上記レーザー光の波長λ_０との間に、
    ０．９４λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０５λ_０
    なる関係が存在することを特徴とする光情報記録媒体。
12. 上記レーザー光の波長λ_０と、波長λ_ｍｉｎとの間に、
    ０．９７λ_０≦λ_ｍｉｎ≦１．０λ_０
    なる関係が存在することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の光情報記録媒体。
13. 上記超解像層はＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉから選ばれる金属の酸化物であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の光情報記録媒体。
14. 上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれる酸化物層であることを特徴とする請求項９〜１１及び１３のいずれかに記載の光情報記録媒体。
15. 上記第一、第二の誘電体保護層は、ＳｉＯ_２、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体保護層であり、かつ第二の誘電体保護層を構成する低屈折率層はＳｉＯ_２、高屈折率層はＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５−ＣｅＯ_２−ＳｉＯ_２から選ばれる誘電体保護層であり、上記超解像層はＦｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３から選ばれる金属酸化物であり、かつ上記反射層はＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕから選ばれる単体の金属あるいはこれらから構成される合金であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光情報記録媒体。

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