JP2009170020A - 相変化型光記録媒体の記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＮＡを持つ対物レンズから出射されるレーザ光で記録が行われる光記録媒体に対し、記録層への熱的ダメージを低減させ、オーバーライト特性を改善することができる相変化型光記録媒体の記録方法を提供する。
【解決手段】開口数ＮＡが０．８５以上である対物レンズより出射され、記録パルス列（実効的な照射パワーＰｗ）と連続光（パワーＰｅ）を含む青色波長レーザ光を、ＰｅとＰｗの比率ε（＝Ｐｅ／Ｐｗ）を０．６０≦ε≦０．７５の範囲内に設定して照射することで、少なくとも最短マークの長さが２００ｎｍ以下である複数のマーク長を複数個記録する相変化型光記録媒体の記録方法において、記録パルス列が、先頭パルスと後続パルスからなるとき、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積を、各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積よりも小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、青色波長レーザ光を照射することにより記録層材料に光学的な変化を生じさせて情報の記録再生を行い、且つ、書き換えが可能な相変化記録層を有する相変化型光記録媒体の記録方法に関する。

ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＷ、ＢＤ−ＲＥなどの相変化型光記録媒体は、一般にプラスチックの基板上に相変化材料からなる記録層を設け、記録層の光吸収率を向上させかつ熱拡散効果を有する反射層を設けた構成が基本である。
ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＷでは基板面側からレーザ光を照射して、情報の記録再生を行う。ＢＤ−ＲＥは１．１ｍｍの基板に反射層、記録層を設け、１００μｍ程度の厚さを持つカバー層側からレーザ光を照射して、情報の記録再生を行う。
相変化記録材料は、レーザ光照射による徐冷過程および急冷過程を施すことにより、結晶状態とアモルファス状態の間を相変化する性質を持つ材料である。相変化型光記録媒体は、この性質を情報の記録と再生に応用したものである。

更に光照射による加熱によって起こる記録層の酸化、蒸散又は変形を阻止する目的で、通常、読み取り面側の基板（カバー層も含む）と記録層の間に下部保護層、及び記録層と反射層の間に上部保護層が設けられている。
これらの保護層は、その厚さを調節することによって、光記録媒体の光学特性の調節機能を有するものである。下部保護層は、記録層への記録時の熱によって基板が軟化するのを防止する機能を併せ持つものである。上部保護層は、記録層に熱を滞留させて記録感度を調節したりする機能を併せ持つものである。

従来から、書き換えが可能な相変化型光記録媒体の記録方法についての技術が多く開示されている。一般的には、マークを形成させるための記録パルス列と、マークを消去するためのＤＣ光からなるレーザ光を照射して、情報の記録消去を繰り返し施すことができる記録方法が広く知られている（図１(a)参照）。
中でも記録パルス列を１Ｔ周期ごとに発生させる１Ｔ周期ストラテジや、２Ｔ周期ごとに発生させる２Ｔ周期ストラテジなどが知られている。１Ｔ周期ストラテジは、長さｎＴのマークを形成するのに（ｎ−１）個の記録パルス列を有するのが一般的である。

また、２Ｔ周期ストラテジは、長さｎＴの偶数マークを形成するのにｎ／２個、奇数マークを形成するのに（ｎ−１）／２個の記録パルス列を要するのが一般的である。
１Ｔ周期や２Ｔ周期を使い分けるのは、記録速度の大小に起因する。低速記録では、クロック周期が長く、記録パルス時間幅を充分長く確保できるため、効率よくレーザ光の照射パワーを記録層に伝えることができる。さらに冷却パルス時間幅も長く確保でき、記録パルス照射後の急冷動作を充分に行えるため、１Ｔ周期でも安定したアモルファスマークを形成できる。
記録線速がある程度高速になると、クロック周期が短くなり、記録パルスの時間幅や冷却パルスの時間幅が短くなり始める。そのため、発生させるパルスの周期を２Ｔ周期とすることで充分な時間幅を持たせることにより安定したアモルファスマークを形成できる。

記録方法の観点からオーバーライト特性を改善させる従来例として、特許文献１のように、（ｎ−１）個ある記録パルス列のうち、先頭パルスの直前に時間的長さｙＴ（Ｔは基準クロック周期、ｙは０以上の数）なる冷却パルスを挿入する記録方法が開示されている。
特許文献１の段落「００４０」には先頭パルスと後続パルスの幅をそれぞれ０．２Ｔ以上１．５Ｔ以下、０．２Ｔ以上０．８Ｔ以下とするのが好ましいとの記載がある。
また、特許文献２のように、熱的ストレスを分散させて繰り返し記録回数を増大させる記録方法が開示されている。この文献では、先頭パルスの時間幅が後続パルスよりも長く、先頭パルスが記録層に与える熱量が後続パルスよりも大きくなるような記録方法や、（ｎ−１）個の記録パルスの前方にパワーＰａなるレベルを与える記録方法が開示されている。

特開２００１−２７３６３８号公報 特開２００２−２８８８３０号公報

上記従来の方法では先頭パルスの時間幅が太く、実効的に照射される熱量が大きくなるため、熱のかかり過ぎが原因となり、オーバーライト後のジッタ特性が悪くなる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、高いＮＡを持つ対物レンズから出射されるレーザ光で記録が行われる光記録媒体に対し、記録層への熱的ダメージを低減させ、オーバーライト特性を改善することができる相変化型光記録媒体の記録方法の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、開口数ＮＡが０．８５以上である対物レンズより出射され、記録パルス列（実効的な照射パワーＰｗ）と連続光（パワーＰｅ）を含む青色波長レーザ光を、ＰｅとＰｗの比率ε（＝Ｐｅ／Ｐｗ）を０．６０≦ε≦０．７５の範囲内に設定して照射することで、少なくとも最短マークの長さが２００ｎｍ以下である複数のマーク長を複数個記録する相変化型光記録媒体の記録方法において、
記録パルス列が、先頭パルスと後続パルスからなるとき、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積が、各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積よりも小さいことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、開口数ＮＡが０．８５以上である対物レンズより出射され、記録パルス列（実効的な照射パワーＰｗ）と連続光（パワーＰｅ）を含む青色波長レーザ光を、ＰｅとＰｗの比率ε（＝Ｐｅ／Ｐｗ）を０．６０≦ε≦０．７５の範囲内に設定して照射することで、少なくとも最短マークの長さが２００ｎｍ以下である複数のマーク長を複数個記録する相変化型光記録媒体の記録方法において、
記録パルス列が、先頭パルスと後続パルスからなるとき、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積が、各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積の半分以下であることを特徴とする。

本発明によれば、高いＮＡを持つ対物レンズから出射されるレーザ光で記録が行われる光記録媒体に対し、記録層への熱的ダメージを低減させ、オーバーライト特性を改善することができる。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
一般的に相変化型光記録媒体のアモルファスマークの記録は、相変化材料を融点以上に加熱して溶融し、その後、急冷することで行われる。
融点以上に温度を上げるために、レーザ光の照射パワーＰｗを短時間で出力し、その後すぐにパワー出力をほぼゼロにして急激な温度の時間変化を与えることでアモルファスマークを形成させる。
一方、アモルファスマークの消去は、ＤＣ光を結晶化温度以上の照射パワーＰｅで照射して徐冷させ、結晶化させることにより行う。マークを消去する際のＤＣ光パワーＰｅは、結晶化温度以上に相当するパワーであれば融点以上であっても構わない。
ＤＶＤ±ＲＷやＨＤＤＶＤ−ＲＷは、対物レンズの開口数ＮＡが０．６５であるためパワー密度が低い。最短マーク長は、それぞれ４００ｎｍ（３Ｔ）、２０４ｎｍ（２Ｔ）であり、最短マークであってもアモルファスを形成させるには記録パルスを要する。

一方で、ＢＤ−ＲＥの最短マーク長は１４９ｎｍ（２Ｔ）である。ＮＡは０．８５であり、パワー密度が高い。開口数ＮＡのレンズから出射されるレーザ光の回折限界はλ／ＮＡに比例する。パワー密度は回折限界スポット径内の面積に関係するとした場合、レーザ波長が同じのＨＤＤＶＤと比較すると、大胆に見積もって（０．８５／０．６５）^２＝１．７倍のパワー密度である。
ＢＤ−ＲＥの２Ｔ〜９Ｔマークをランダム記録する際には、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積を各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積以下とすることにより、従来用いられてきた記録方法よりも記録層にかかる熱量を低減できる。そのためオーバーライト特性を向上させる効果がある。
特に先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積が各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積の半分以下の範囲内にあることがより好ましい（図１(ｂ)参照）。

後続パルスの時間幅は、主に変調度が最も確保できる時間幅を選択する。変調度とは、光学系ＭＴＦでゲインが最も大きく得られる低周波成分からなるマークまたはスペース長の結晶部とアモルファス部の反射率差が、結晶部の反射率に対してどの程度の割合を占めているかを意味する。
ＢＤ−ＲＥの場合では、８Ｔや９Ｔのような長いマーク及びスペースの信号を再生することで変調度が計算される。変調度は後続パルスのデューティー比を変化させていくと変化するので、最も変調度が高く確保できるデューティー比を選択するのが良い。
先頭パルスの実効的な照射パワーは、設定パワーを直接下げる方法でもよいし、あるいは先頭パルスの時間幅の設定値をレーザの立ち上がり時間と立ち下がり時間の合計よりも短くしてオーバーシュートを起こす方法でも良い。

例えば図４は、１０回繰り返し記録後のジッタ特性の先頭パルス時間幅依存性を示したものである。ここでは各後続パルスの時間幅は、結晶とアモルファスのコントラストが一番大きく得られた０．４３８Ｔ（７／１６Ｔ）としている。
ＴはＢＤ−ＲＥ規格での記録線速の２倍速に対応したクロック周期で、Ｔ＝７．５８ｎsecである。ε＝０．７０（Ｐｗ＝６ｍＷ、Ｐｅ＝４．２ｍＷ）として実験を行った。先頭パルスの時間幅が細くなるほど繰り返し記録後のジッタ特性が良好となる結果が得られた。
ここで、先頭パルスの時間幅の設定値がある程度小さくなると、レーザの立ち上がり時間および立ち下がり時間の合計よりも小さくなりはじめ、実効的な照射パワーが低くなり始める。
先頭パルスの時間幅と照射パワーをプロットしたのが図５である。図６は先頭パルスが各後続パルスと同じ設定値（パワー６ｍW、時間幅０．４３８Ｔ）とした場合の積を１としたときの、ジッタと積の関係をプロットしたものである。ジッタは、１０回記録後および１０００回記録後のデータを示した。

先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積を、各後続パルスの積よりも小さくすることにより、特性が改善する。さらに、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積を、後続パルスの積の半分以下とすることにより、特性が安定する。
図５中の矢印は、先頭パルスの時間幅が０．１９Ｔの場合を示している。代表例として５Ｔマークを記録する際のレーザの発光波形を図７に示す。また、このときの２Ｔマークは、図８に示した発光波形により記録を行った。
発光波形はＬｅＣｒｏｙ社製のデジタルオシロスコープにより観測し、８[ＧＨｚ]のサンプリング周波数で信号を検出した。
図７において、横軸は時間を、縦軸は電圧を示し、時間は１目盛りが５ｎｓ、電圧は１目盛りが５．０ｍｖである。グラフの右側における数字１のラインは電圧０ラインを示している（図２、図３、図８において同じ）。

ここで、図４において先頭パルスの時間幅が０であるデータは、先頭パルスの実効的な照射パワーがＰｅと重なる場合を表している。この場合、記録パルスの個数は（ｎ−２）個になる。
図２は２Ｔマークを記録するときのレーザの発光波形、図３は３Ｔ以上のマーク長の代表例として５Ｔマークを記録するときのレーザの発光波形を表している。
図２に示すように、最短である２Ｔマークを記録する際には記録パルスを必ずしも要しない。εを０．６０以上０．７５以下とすると、レーザ出力をパワーＰｅから直接ほぼゼロに下げることで熱的に急冷させることができるため、特に２Ｔマークなどの２００ｎｍ以下の短いマークの形成が可能である。
この場合においても従来用いられてきた記録方法よりも記録層にかかる熱を低減できる。一般的にランダム記録が施される場合、ジッタ特性の良し悪しは最短マーク長および最短スペース長に左右されやすい。

特に、ＢＤ−ＲＥ規格の変調方式（１７ＰＰ）では、２Ｔマークや２Ｔスペースの出現確率が全体の約４割であるが、パルスを要しなくても安定して２Ｔマークを記録できるため、オーバーライト後のジッタ特性が良好である。
なお、εが０．６０よりも小さいと、Ｐｅが低すぎてしまうため、記録層を溶融しにくくなりマークの先端がアモルファス化されにくいため効果がない。εが０．７５よりも大きいと、一旦形成されたアモルファスマークの後端が高いＰｅによって再結晶化してしまうため、良好なジッタ特性が得られなくなる。

［実施例］
以下、実施例及び比較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限定されるものではない。実施例で検討した光記録媒体は以下のようにして作製した。スパッタ装置は、エリコン社製のＤＶＤスプリンターを用いた。
直径１２ｃｍ、厚さ１．１ｍｍで、片面にトラックピッチ０．３２μｍの蛇行した連続溝によるトラッキングガイドの凹凸（溝深さは２２ｎｍ）を持つポリカーボネート樹脂からなる第１基板上に、スパッタパワー３ｋＷ、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍのもとで、Ａｇ（９９．５ｗｔ％）−Ｂｉ（０．５ｗｔ％）からなる膜厚１４０ｎｍの反射層をＤＣマグネトロンスパッタリング法で成膜した。

次に、スパッタパワー２ｋＷ、Ａｒ流量１０ｓｃｃｍのもとで、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＳｎＯ_２−Ｔａ_２Ｏ_５（７．５：２２．５：６０：１０モル％）からなる膜厚１２ｎｍの上部保護層をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜した。
次に、スパッタパワー１．２ｋＷ、Ａｒ流量３０ｓｃｃｍのもとで、Ｇｅ１８．４Ｓｂ６３．３Ｓｎ１５．３Ｍｎ３．０からなる膜厚１３ｎｍの記録層をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜した。
次に、スパッタパワー４ｋＷ、Ａｒ流量１０ｓｃｃｍのもとで、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２（８０：２０モル％）からなる膜厚３９ｎｍの下部保護層をＲＦマグネトロンスパッタリング法で成膜した。
次に、グローバル社製のスピンコート装置で、紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線で硬化して約１００μｍの厚さを持つカバー層とした。
次にカバー層側からレーザ光を照射して初期化処理を全面に施した。初期化は、日立コンピュータ機器株式会社製の初期化装置ＰＯＰ８Ｓにより行った。初期化に用いたレンズのＮＡ＝０．５５、スポット径の長軸（ラジアル方向）＝７５μｍ、スポットの短軸（タンジェンシャル方向）＝１μｍである。初期化条件は、線速１０ｍ／ｓ、一回転あたりの送り９０μｍ、パワー１３００ｍＷである。

以上の光記録媒体を実験に用いて、記録方法を変えてオーバーライト後のジッタ特性を評価した。評価装置は、パルステック社製ＯＤＵ１０００を用いた。記録層への記録を行う際に照射されるレーザ波長は４０５ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡ＝０．８５である。
記録する際の記録線速は９．８４ｍ／ｓ、再生光パワーは０．３ｍＷ（高周波重畳）で行った。記録に用いる光波形発生装置にはパルステック社製のＭＳＧ４を用いた。なお、変調方式は１７ＰＰであり、２Ｔ（約１４９ｎｍ）から９Ｔの長さを持つマークおよびスペースをランダムに記録した。記録は５トラックに行い、そのうち真ん中のトラックを再生してジッタを測定した。ジッタ特性の合格基準は８％以下とした。結果は表１のようになった。

表１から明らかなように、実施例１〜実施例７において、オーバーライト後のジッタ特性が良好であることが実証された。特にパワーと時間幅の積が後続パルスの半分以下の場合、良好で且つ安定したジッタ特性が得られた（図９参照）。

比較例１のみ１０００回記録後のジッタが８％を超えた。各後続パルスの照射パワーＰｗは６ｍＷ、時間幅は０．４３８Ｔ（７／１６Ｔ）とした。ここで変調度は５１％、反射率は１６％と充分確保できていた。
なお、実施例ではＢＤ規格に基づく周波数で実験を行っている。基本クロック周波数が６６ＭＨｚであるため、基本クロック周期は１５．１５ｎsecである。本実施例１〜７では２倍速での実験を行っているので、記録する際のクロック周波数は１３２ＭＨｚ、クロック周期は７．５８ｎsecである。表１における先頭パルス時間幅設定値の単位［Ｔ］は、７．５８ｎsecである。
なお、εの値が、０．６０〜０．７５の範囲においては、表１とほぼ同等の特性が得られた。

レーザ発光パターンを示す図で、（ａ）は一般的に知られている１Ｔ周期ストラテジのレーザ発光パターンを示す図、（ｂ）は本発明における記録方法のレーザ発光パターンを示す図である。 ２ｘ記録（９．８４ｍ／ｓ）において、先頭パルスがＰｅに重なっている場合の２Ｔマーク記録時のレーザ発光波形を示す図である。 ２ｘ記録（９．８４ｍ／ｓ）において、先頭パルスがＰｅに重なっている場合の５Ｔマーク記録時のレーザ発光波形を示す図である。 先頭パルスの時間幅と１０回記録後のジッタ特性の関係を示す図である。 先頭パルスの時間幅と実効パワーの関係をプロットした図である。 後続パルスの時間幅とパワーの積を１とした時の、先頭パルスの時間幅およびパワーの積とジッタ特性をプロットした図である。 図５における矢印で示したデータでの５Ｔマーク記録時のレーザ発光波形を示す図である。 図５における矢印で示したデータでの２Ｔマーク記録時のレーザ発光波形を示す図である。 実施例１〜７、比較例１におけるオーバーライト回数とジッタとの関係を示す図である。

符号の説明

Ｐｗ 記録パルス列としての実効的な照射パワー
Ｐｅ 連続光としてのパワー

Claims (2)

1. 開口数ＮＡが０．８５以上である対物レンズより出射され、記録パルス列（実効的な照射パワーＰｗ）と連続光（パワーＰｅ）を含む青色波長レーザ光を、ＰｅとＰｗの比率ε（＝Ｐｅ／Ｐｗ）を０．６０≦ε≦０．７５の範囲内に設定して照射することで、少なくとも最短マークの長さが２００ｎｍ以下である複数のマーク長を複数個記録する相変化型光記録媒体の記録方法において、
   記録パルス列が、先頭パルスと後続パルスからなるとき、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積が、各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積よりも小さいことを特徴とする相変化型光記録媒体の記録方法。
2. 開口数ＮＡが０．８５以上である対物レンズより出射され、記録パルス列（実効的な照射パワーＰｗ）と連続光（パワーＰｅ）を含む青色波長レーザ光を、ＰｅとＰｗの比率ε（＝Ｐｅ／Ｐｗ）を０．６０≦ε≦０．７５の範囲内に設定して照射することで、少なくとも最短マークの長さが２００ｎｍ以下である複数のマーク長を複数個記録する相変化型光記録媒体の記録方法において、
   記録パルス列が、先頭パルスと後続パルスからなるとき、先頭パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積が、各後続パルスの実効的な照射パワーと照射時間の積の半分以下であることを特徴とする相変化型光記録媒体の記録方法。

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