JP2667155B2 - 情報記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、情報記録媒体に関するもので、特にレーザ
光や場合によっては電子線などのエネルギービームの照
射により、情報の記録を行なう光ディスク装置などに使
用される情報記録媒体に関する。 ［従来の技術］ 光情報記録媒体には、大別して次の２つの方法が従来
より提案されている。 第１の方法はレーザ光や電子ビーム等のエネルギー
ビームを照射し、その熱による融解や蒸発を利用して、
媒体に穴（ピット）を開け記録する方式であり、これに
は例えばTeやTe系化合物、カルコゲン化合物、金属化合
物、有機色素等の薄膜がある。 第２の方法は該記録媒体へのビームの照射により、
例えば非晶質を結晶化させたり、逆に結晶を非晶化させ
る等の方法により、媒体自体の光学的特性（屈折率、反
射類など）を変化せしめる（マーク形成）方式であり、
これには、カルコゲン化薄膜、Te低酸化物薄膜、TeGe薄
膜等が知られている。 この様にして記録した情報を再生するには、読み出し
用ビームを該記録箇所に照射して行なうのであるが、そ
の場合、の方式ではピット形成（穴開き）部位と、そ
うでない部位との反射光の差として、では記録光によ
る構造変化が生じた部位とそうでない部位との反射率の
変化による反射光の差として、再生信号が取出されるの
である。 また上記媒体自体の特性の改善以外に、良質の再生信
号を得るためには、種々の方法が考案されている。特に
の方式の場合、結晶化した部分の反射率をより高くす
ること、又は非晶部分の反射率をより低くすること、あ
るいは逆に結晶化部分の反射率を非晶部のそれより低く
する等の種々の方法が考えられている。その一例とし
て、記録媒体での表面と裏面での反射光が各々1/2波長
分だけの光路差が付くように媒体の膜厚を調整してお
き、その膜厚干渉の効果で反射光を打消して反射率を下
げておき、記録ビームを照射した時、その部位の膜の複
素屈折率の変化で膜の干渉条件がずれることを利用し
て、反射率変化の差を増幅する方法が良く知られてい
た。 ［発明が解決しようとる問題点］ しかしながら、上記従来の記録媒体には、下記のよう
な種々の問題点が存在しており、必ずしも十分に満足き
るものではなかった。 即ち、項の方式の媒体では、記録光の加熱により媒
体にピットを形成する訳であるが、記録に要するエネル
ギーが少なくてすむ感度の良い媒体を得ることはそれ程
容易ではなく、例えば、高速回転での記録には感度が不
足する場合があったり、さらにはまた、形成された穴の
輪郭が乱れたり、周囲が盛り上がったり、ピット内に残
留物が残ったりして、信号対雑音比を悪化させることが
あった。また、該記録媒体には、保護膜等の被覆膜を付
けることが出来ないために長期間にわたり膜の特性を安
定化させることが困難であった。さらには、穴形成によ
り生じた蒸発物による周辺の汚染、人体への害等の問題
も無視できないものがあった。 一方、項での方式による記録媒体では、上記項の
穴開き型の場合のような記録部位の形状の乱れも少な
く、また保護膜を付ける事が可能なため、膜自体の安定
性への要求もそれ程厳しいものではない。また蒸発物に
よる汚染もほとんどないという利点があった。しかしな
がら、このような材料で、記録部とそうでない部分との
光学特性の差が大きく、再生信号の振幅の大きくとれる
良い記録媒体を見出すのは容易ではなかった。このよう
な材料の内で、TeGeは、蒸着やスパッタ等の周知の薄膜
作製技術を用いて容易に薄膜を形成することができ、ま
た結晶と非晶との反射率の差（記録マージン）も割合大
きく取れるという利点があり、また、非晶から結晶への
転移温度も約175℃前後と低く、容易に記録が出来ると
いう特徴も備えていた。 しかしながら、TeGeにおいても、実際に円盤状基板に
薄膜を形成し、記録特性を評価したところ、以下のごと
き問題点を有していることがわかった。即ち、本発明者
等がTeGe薄膜について実験を行なった結果によれば、読
出し光で例えば同一トラックを繰返して再生している
と、媒体等の吸収熱で結晶化すなわち記録が行なわれて
しまう場合があることが明らかになった。このことを更
に詳しく説明すると、光ディスクにおいては、常時読出
し光をディスクに照射し、その反射光を利用してフォー
カシング、トラッキングを行ない、再現性の良い安定な
情報の再生を行なっている。この場合、媒体の結晶転移
温度は、記録時の感度や光源の出力等の制約から、ある
程度低いほうが好ましいが、一方結晶転移温度が余りに
低いと、上述した如く、読出し光による吸収熱で、媒体
温度が結晶転移温度を越え、結晶化、即ち記録が行なわ
れてしまう。これを避けるために逆に読出し光を小さく
すると、反射光が少なくなりトラッキングやフォーカシ
ングがとれなくなってしまう。これらのことにより、結
晶化温度について本発明者が鋭意検討した結果、結晶化
温度は200℃以上であることが好ましく、さらには200〜
300℃の範囲がより好ましいことがわかった。このこと
に関し、さらに言及すると、媒体膜の結晶転移温度が低
すぎると、記録においても、次のような問題が生じる恐
れがある。即ち、読み出し光による吸収熱で媒体は既に
幾らか加熱された状態（プレヒート）にある。それに記
録光を重畳すると、記録部位（マーク）は当然ながら結
晶化するが、その場合、非記録部分（マーク間）も影響
を受け、マーク部位からの伝熱により更に加熱されてし
まう。そこでの温度はマークの間隔が狭いほど、即ち記
録密度が大きいほど高くなり、特に高密度記録を行なう
場合に大きな障害となる恐れがある。従って、たとえ読
出し光による書込み現象が生じない様に読出し光パワー
を絞っていても、プレヒートによる媒体温度が結晶転移
温度に近ければ、記録光の重畳により、非記録部位も書
込みが行なわれてしまい、その結果、記録による反射率
変化（記録マージン）が小さくなってしまう、更には、
このプレヒート効果は記録時の記録トラックでの加熱状
態によるため、特にランダムアクセスをする場合、トラ
ックごとに異なる書込み効果を生じることになってしま
う。これらを再生した場合、トラックごとに再生信号の
ベースラインが変動し、信号品質が劣化するという問題
が生ずる。この様なプレヒート効果が問題になると、更
に読出し光を小さくしなければならなくなってしまう。 さらに上記のような膜厚干渉効果を利用して記録マー
ジンを向上させる場合には、未記録部の反射率をさらに
下げているため、尚のこと読出し光のパワーが必要とな
り、上記の問題点がより一層深刻となってくる。また読
出し光のパワーが小さいままで利用しようとすると、ト
ラッキングやフォーカシングを安定に取るために、制御
回路の感度を向上させる必要が生じ、さらに、制御信号
のS/Nも悪化するため、これらの対策が必要となり、駆
動系全体のコスト高になるという問題が生じてくる。 本発明はかかる問題点を改善し、TeGe膜の持つ優れた
特性を保持したままで、非晶から結晶への相転移温度を
200℃以上に向上せしめ、より好ましくは200〜300℃の
範囲に確実に制御することのできる光記録媒体を提供す
るものであり、それにより、従来のレーザ出力で十分に
記録が出来る程度に相転移温度を上げ、読出し光による
書込み現象を防止し、記録安定性の優れた記録媒体を提
供することを目的とするものである。 さらには、読出し光の制約を少なくし、安定なトラッ
キングやフォーカシングの制御に必要な反射光が得られ
るようにした、記録媒体を提供することを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ かかる本発明の目的は、基板上に薄膜を形成し、該薄
膜上へのエネルギービームの照射により、直接又は間接
に発生する熱により、上記薄膜に、光学的特性を変化せ
しめることにより情報を記録する情報記録媒体であっ
て、上記薄膜の結晶温度が200℃以上であり、かつ上記
薄膜が次の一般式で表わされる組成であることを特徴と
する情報記録媒体により達成される。 （Te_yGe_100-y）_100-XM_x （ここでM:（Al、Ga、Zn、Ni）の中から選ばれた、少な
くとも１種以上の元素 x:薄膜中のＭの原子数％ y:（TeとGe）中のTeの原子数％ と表わした場合、ｘとｙの範囲がそれぞれ３≦ｘ≦15、
40≦ｙ≦60である。） 本発明における情報記録媒体の基本的な構造として
は、基板、その上に形成される情報記録薄膜、保護膜が
その主たる構成要素である。 本発明における記録薄膜は、その結晶化温度が200℃
以上であり、かつ該記録薄膜が以下のような一般式で表
わされる組成である。即ち、 （Te_yGe_100-y）_100-XM_x M:（Al、Ga、Zn、Ni）の中から選ばれた、少なくとも１
種以上の元素 x:薄膜中のＭの原子数％ y:（TeとGe）中のTeの原子数％ と表わした場合、ｘの範囲は３≦ｘ≦15である。この範
囲外で、ｘが少ない場合には、本発明で説明しているよ
うな、適切な転移温度を持つ記録媒体薄膜を形成しにく
くなる恐れがある。一方多い場合には、安定な非晶構造
を持つ薄膜を容易に形成できなくなったり、本発明で説
明しているような、適切な転移温度を持つ薄膜を形成し
にくくなったりするなどする恐れがある。さらにｙにつ
いては、40≦ｙ≦60の範囲にある。この範囲外では、安
定な非晶構造を持つ薄膜を容易に形成できなくなった
り、適切な転移温度を持つ薄膜を形成できなくなったり
などする恐れがある。 また記録膜の膜厚は特に限定されるものではないが、
上記のように膜厚干渉効果を積極的に利用する場合に
は、本発明での記録媒体を用いた場合、80〜120nmの範
囲に設定するのが好ましい。しかしながら、これ以外の
膜厚において、該記録媒体を使用しうることは、本発明
の記録媒体が、光ビームによる媒体自体の光学特性の変
化を利用しているところに特徴があることからも明らか
である。 また本発明に用いられる基板としては、ポリメチルメ
タクリレート樹脂、ポリカーボネイト樹脂、エポキシ樹
脂、ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエ
ステル樹脂、スチレン系樹脂などの高分子樹脂や、ガラ
ス板、また場合によってはAl等の金属板なども用いるこ
とができる。 さらに本発明での記録媒体には、その本来の特性をよ
り効果的に発現させるために保護層を設けることが出来
る。この保護層としては、蒸着、電子ビーム蒸着、スパ
ッタ、スピンコート等の方法を用いて、記録媒体層の上
に保護膜としてのSiO₂等の無機膜ゃ紫外線硬化膜上を設
けても良いし、また、接着剤等を介して、エポキシやポ
リカーボネイト等の樹脂、フィルム、ガラスなどを貼り
合せても良く、さらにはラミネート等の方法を用いても
良い。本発明での記録媒体に、このような保護層を形成
することにより、種々の硬化を期待できるが、その一例
としては、耐久性や耐吸湿性などの向上による記録媒体
特性の長寿命化や、ディスク単板での使用を可能にする
ためのディスクの貼り合せ省略などを掲げることができ
る。さらにはまた、エネルギービームやヒータ等の加熱
手段により記録媒体を高温にさらす場合、記録膜の基板
からの剥離や盛上りによる変形等の防止、記録媒体の融
解、蒸発、拡散などによる媒体の消失などの悪影響の防
止などにも効果が期待できる。 また当然のことであるが、本発明では記録薄膜自体の
光学特性変化を利用しているため、基板や保護膜自体は
直接的に記録性に関与するものではなく、例示した以外
の物を適用することには、何ら差し支えない。また場合
によっては、保護膜は省略したとしても何等、本発明の
要旨を逸するものではない。さらに付け加えるとすれ
ば、本発明の趣旨から明らかなように、本発明で挙げた
構成以外の構成を取ったとしても、本質的に記録薄膜自
体の光学特性を利用していれば、本発明の要旨を逸する
ものではないことは言うまでもない。 ［製造方法］ 次に、本発明における記録媒体の製造方法を第１図お
よび第２図を参照して説明する。本発明での記録膜の作
製には種々の方法が考えられるが、ここで述べる真空蒸
着法をその一例として用いることができる。その基本構
造は１（1a,1b,1c,1d）が抵抗加熱用蒸発ボート、２が
ボートに対応する様にスリット（２′a,2′b,2′c,2′
ｄ）が設けられたスリット板、３がシャッタで、４が各
々の蒸発量をモニターするための膜厚センサーである。
これら装置を設置した真空槽８には、また基板５を取付
けるためのステージ７があり、モータ等の駆動装置６に
より、回転可能なように設定されている。各蒸発ボート
からの蒸気は各々スリットを通して基板に到達するよう
に設定されており、それぞれ独立に制御が可能である。 ここでは、一例としてTe,Ge,Znを蒸着する場合を仮定
して、このような装置で、本発明の記録媒体を作製する
方法を説明する。1aにTeGe合金、1bにZnをセットし、各
々独立に、膜厚モニター4a,4bを基にして、予め設定し
た量を蒸発させる。基板は駆動装置６により、60〜2000
rpm範囲で回転させておく、本出願人が鋭意研究した結
果では、このような方法での製作した膜は十分に均質的
であり、また、作製された記録膜の各元素の組成も、蒸
発時の膜厚モニター値から推定したものと良い一致を示
した。勿論、より精密な組成の制御を望む場合、各々独
立のボートに、例えば、1aにTe、1bにGe、1cにZnと３つ
の元素を入れ、独立に制御してもよい。 ここで、本発明の記録媒体の特性を最も良く利用する
には膜厚干渉効果を利用するのがよい。この場合、膜厚
は全体として80〜120nmの範囲に設定するのが好まし
く、記録マージンも大きく取れる。しかしながら、本発
明の本質は記録媒体自体に光学特性の変化を生ぜしめる
ところにあるため、この膜厚に限定されるものではない
ことは言うまでもない。 また本発明での薄膜の製作法の他の例として、例えば
電子ビーム蒸着法や、スパッタ法などの薄膜作製技術が
利用できる。このような方法は、例えばNiなどの上記の
方法では飛ばしにくいような元素を、効率良く飛ばすの
に有効である。また、このような方法で作製した記録媒
体も本発明で述べる、優れた記録特性を有することは言
うまでもない。 ［用途］ このようにして得られた本発明の記録媒体は、特に光
ディスク、光テープ、光カード、光フロッピーディス
ク、マイクロフィッシュ、レーザCOM等の情報記録媒体
として好ましい特性を備えたものである。しかしなが
ら、このような用途にのみ限定されるものではなく、光
学特性の差を記録に利用するあらゆる用途に適用可能な
ことは言うまでないことである。また、上記説明では、
主として非晶から結晶への転移での記録について説明し
たが、予め結晶化させておき、次いでエネルギービーム
により融点以上に加熱し、溶融・急冷過程で非晶状態に
戻すという記録方法を用いることも可能である。さらに
は、結晶化と溶融・急冷過程を組合せ、記録と消去の繰
返しを行なう目的にも応用できることは、本発明での記
録媒体が結晶と非晶の光学特性の大きい差を利用してい
ることからも明らかである。 ［測定法］ 本発明での実施例において用いられる評価方法につい
て説明する。 薄膜抵抗 製造方法で述べたようにしてガラス基板上に作製した
該記録薄膜上に一対の電極を形成し、その一端に30KΩ
の抵抗の一端を直列に接続した。残る電極と抵抗の両端
に5Vの一定電圧を印加し、電圧計で抵抗の両端の電圧を
測定した。これより薄膜の印加電圧と電流を求め、抵抗
値を算出した。さらに加熱炉を用いて基板全体を均一に
加熱すると共に、温度制御器により約10℃／分の速度で
温度を上昇させ、各温度における薄膜抵抗が測定できる
ようにした。 記録特性 信号の記録・再生、書込み現象などの特性の評価は、
次のような方法と装置を用いて行なった。この場合、デ
ィスク状記録媒体としては、ポリカーボネイト（以下P
C）製のプリグルーブ付き光ディスク用基板上に記録薄
膜を形成したものを用いた。まず信号の記録・再生には
ナカミチ（株）製の光ディスク評価装置（OMS−1000）
を用い、線速度4m/sec、再生パワー0.5mWの条件で行な
った。C/NはOMS−1000からのRF信号をスペクトラム・ア
ナライザを用い30KHzバンド幅で求めた。なおここでの
記録・再生には830nm波長の半導体レーザを使用してい
る。書込み現象の評価には、同じくOMS−1000により未
記録部での同一トラックを繰返し再生し、再生パワー強
度を強化させることにより、１分後での記録膜からの反
射光強度の変化の程度を見ることにより行なった。この
場合、反射光強度はOMS−1000の信号検出部から取出し
たReflection端子部での直流レベルから求めた。 ［実施例］ 本発明をさらに実施例に基づき、詳細に説明する。 実施例１、比較例１ 第１図、第２図に示したような真空蒸着装置を用い
て、TeGe合金（原子数比50％）を抵抗加熱ボート1aに、
ボート1bにZnを仕込み、Znの添加量を表１のごとく変化
するように各々の蒸発量を膜厚モニター4a,4bを利用し
て調製し、ガラス板上に膜厚が80〜110nm範囲となるよ
うにして５種類の薄膜を形成した。ここで、蒸着用基板
は約200〜300rpmで回転させ、上記２つのボートから蒸
発物が均一に混合するようにした。また比較のため、Te
Ge合金のみの膜を約105μｍの厚みで作製した。記録薄
膜の成分組成比をESCA分析法（VGサイエンティフック社
製の「ESCALAB ５」使用）で分析したところ、ほぼ計
算した通りの組成になっていることが確認できた。 評価方法に従い、全体を加熱しながら膜の抵抗を測定
したところ、ある温度で急速に高抵抗値状態から低抵抗
値状態に転移するのが観測され、薄膜が非晶状態から結
晶状態に転移したことが確認された。 また各サンプルについて転移温度の評価結果を表１に
示した。 表１から明らかなごとく、Znを添加していない比較例
１と比べ、実施例No.1〜３では、確実に転移温度が上昇
し、200℃以上となっていることがわかる。また、Znの
添加量を制御することにより、非晶から結晶への転移温
度を広範囲に制御することができる。このような特性
は、比較例１と比べ、本発明での記録媒体がより高温ま
で安定であることを意味し、読出し光の吸収熱で記録が
行なわれる書込み現象や、プレヒート効果を抑制するの
に、非常に有効であることを示している。なお、Zn添加
量が15原子数％を越すと、No.4、No.5の転移温度は300
℃以上となり書き込み現象やプレヒート効果を抑制する
ことに有利となるが、書き込みに大きなパワーを必要と
し、記録動作上好ましくない。No.5の場合は、No.1〜４
に比べて転移温度がやや不明瞭になるうえ、薄膜自体も
結晶化が生じ易いため、安定な非晶構造の薄膜を作製す
る条件としてはNo.1〜No.3のものが好ましい。 実施例２〜５ 通常のスパッタ法で、1.2mm厚のガラス板上に、TeGe
にAlとNiを表２に示す組成比で添加した膜を作製し、膜
の電気抵抗を測定し、転移温度を求めた。なお、スパッ
タにはTeGeターゲット上にAl又はNiの箔を重ねたものを
ターゲットとして用い、薄膜の組成はその面積、スパッ
タ率から算定した。スパッタ条件は、アルゴン流量5cc/
min、放電パワー100W、チャンバー圧20mTorrで、交流プ
ラズマ法で行なった。基板は200〜300rpmで回転させ、
約３分で膜厚が約90nmの薄膜を形成した。表２に測定し
た転移温度をまとめた。比較例１に比べると、Al,Niを
添加した本発明の光記録媒体は、転移温度を50℃近くも
上昇させ、200℃以上とすることができるため、実施例
１で述べたのと同様の効果を期待できることは明らかで
ある。さらに、電気抵抗値が転移に伴い変化を始める開
始と終了の温度より求めた転移温度幅も表２に掲げてあ
るが、それを見ると、比較例１と比べた本実施例では同
程度か少し温度幅が広くなっている程度（４〜10℃の増
加）であることがわかる。このことは本実施例の場合、
転移の挙動がAlやNiの添加により余り悪化していないこ
とを示しており、転移温度自体がAlやNiの添加で50℃以
上も上昇していることを考慮すれば、むしろ相似的なス
ケールで見てほぼ同様な転移挙動と見ることができ、よ
り高い温度（転移温度直前）まで膜の非晶構造が安定で
あることを意味している。さらにこれらの実施例１〜５
から言えることとして、ここでの蒸着やスパッタでの薄
膜作成法においては、Zn,Al,Ni等の薄膜への添加量の制
御は容易に行なえるため、該記録媒体を利用する装置の
特性や記録媒体の仕様等に合せて、該記録媒体自体の特
性を、これらの添加量を制御することにより、自由にか
つ容易に、しかも幅広くコントロールすることができる
のである。 実施例６〜７、比較例２ 実施例２〜５で述べたのと同様な方法と条件で、ガラ
ス基板の代りにポリカーボネイト（以下PC）製のプリグ
ルーブ付き光ディスク用基板に、実施例6,7としてTeGe
に各々AlとNiを表３に示す組成で添加した記録媒体薄膜
を、比較例２としてのTeGe薄膜は実施例１で述べた真空
蒸着法でそれぞれ膜厚約110nmで形成した。基板は130mm
φで厚みが1.2mmを用い、300rpmで回転させた。このよ
うにして作製したディスクの記録特性を表３に示す。 表３から明らかなように、比較例２は読出し光パワー
が0.9mW以上で読出し光による記録が行なわれてしまっ
たが、実施例6,7ではいずれも、読出し光パワーが1.4mW
で始めて書込み現象が現われ、記録の保存性や安定性が
大幅に向上したことがわかる。このことは本実施例で
は、書込み現象が生じない範囲内で読出し光パワーを上
げることにより、反射光光量を比較例２の場合よりも、
56％近くも大きく取れることができることを意味してお
り、制御回路への負担を大幅に軽減できることがわか
る。更に本実施例での記録媒体の記録特性も、信号品質
を示すキャリア信号対雑音比（C/N）が1MHz記録で40dB
以上と、比較例２と同様程度取れており、このような記
録媒体に要求される特性を十分に満たしていた。 但し、記号は同一トラック繰返し再生で、１分後に ×：変化なし △：書込み現象が少し見られる ○ 書込み現象が見られる ◎：書込み現象が１分もたたずに見られる となることを意味する。 ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明による記録媒体は以下に述
べるような優れた効果を奏するものである。 情報記録薄膜の組成を制御することにより、該薄膜
の非晶から結晶への転移温度を幅広く制御できる。 従来のレーザ出力で十分に記録が可能な程度に相転
移温度を上げることにより、読出し光により書込み現象
やプレヒート効果を防止し、記録保存性を向上させるこ
とができる。 読出し光のパワーをあげても書込み現象が生じない
ため、トラッキングやフォーカシングに必要な反射光の
光量を多く取れ、制御回路の負担が軽減され、かつコス
トを軽減できる。 従来の蒸着やスパッタ等の薄膜形成技術を用いて、
容易かつ簡単に記録膜を形成できる。また、形成させた
膜の均質性や特性の再現性も良好で、組成のコントロー
ルも容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る情報記録媒体を製造する際、使用
される装置の１例を示す概略説明図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ′矢視図である。 1:抵抗加熱ボート、2:スリット 3:シヤッター、4:膜厚モニタ 5:基板、6:駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−222442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−283431（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．基板上に薄膜を形成し、該薄膜上へのエネルギービ
   ームの照射によって、直接又は間接に発生する熱によ
   り、上記薄膜の光学的特性を変化せしめ、情報を記録す
   る情報記録媒体であって、上記薄膜の結晶化温度が200
   ℃以上であり、かつ上記薄膜が次の一般式で表わされる
   組成であることを特徴とする情報記録媒体。 （Te_yGe_100-y）_100-XM_x （ここでM:（Al、Ga、Zn、Ni）の中から選ばれた、少な
   くとも１種以上の元素 x:薄膜中のＭの原子数％ y:（TeとGe）中のTeの原子数％ と表わした場合、ｘとｙの範囲がそれぞれ３≦ｘ≦15、
   40≦ｙ≦60である。）