JP2765235B2

JP2765235B2 - 光学情報の記録再生消去方法および光記録装置

Info

Publication number: JP2765235B2
Application number: JP2408830A
Authority: JP
Inventors: 昇山田; 健一西内; 鋭二大野; 信夫赤平
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH03296922A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザー光線等の高密度
エネルギー束を用い，相変化光記録媒体上に高速に情報
の記録再生消去を行う方法及びそれを適用した光記録装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結晶−アモルファス間、結晶−結晶間の
可逆的相変化を応用した相変化光記録媒体への信号記録
方式には、いくつかの種類が有るが、その記録メカニズ
ムの基本は共通しており、いずれも光熱による物質の構
造変化を生じさせるものである。しかしながら、これら
は例えば銀塩写真フィルムあるいはフォトクロミック記
録薄膜等のように光そのもので化学的反応を生じさせ記
録を行なうというフォトンモード記録ではなく、吸収さ
れた光が熱に変換され、その結果として昇温し熱的変態
が生起するというヒートモード記録であった。

【０００３】例えばカルコゲナイドガラス薄膜の場合に
はその記録方法は以下のようなものである。すなわち、
薄膜上にレーザー光線を照射して照射部を昇温させた
後，レーザー照射を中断するか照射パワーを低下させ
る。この時、光吸収の結果として照射部に局部的に発生
した熱は周囲に急速に拡散し照射部は冷却されることに
なる。レーザー光線の照射パワー及び照射時間等を適当
に選ぶことによって照射部の到達温度ならびに冷却速度
を変化させることができる。冷却後の光学的特性、例え
ば反射率、透過率等が上記照射条件の違いによって変化
することを利用して記録再生消去を行なうわけである。
より具体的には、レーザー光線を照射して照射部を瞬時
メルトさせたのち、急冷条件を満足させることでアモル
ファス状態を、徐冷条件を満足することで結晶状態を得
ることができる。また固相のアモルファス相を溶融させ
ることなくアニールすることでも結晶状態を得ることが
できる。

【０００４】回転または移動している上記の媒体上にレ
ーザ光線を照射し、情報信号を記録消去する方法として
は大きく分けて２つの方法がある。１つは単一のレーザ
ビームを用いてそのパワーを記録レベル（例えばアモル
ファス化レベル）と消去レベル（例えば結晶化レベル）
間で変調することでオーバーライトを行う方法（特開昭
５６−１４５５３０号公報）、もう１つは複数のレーザ
ービームを用いて擬似的にオーバライトを行なう方法
（特開昭５９−７１１４０号公報）である。

【０００５】前者の方法の最大の利点はレーザービーム
が１つあればよいので光学系の構成が極めて簡単になる
という点であるが、反面、記録膜を照射する時間が円形
のレーザースポットのサイズ（高々直径１ミクロンメー
トル）と媒体の相対的な移動速度で決定されることか
ら、材料選択の範囲が応用されるべきシステムの記録速
度で制約を受けるという課題が生じる。例えば、画像情
報のように情報量の大きいデータを高速に記録するよう
な場合にはレーザスポットと記録媒体の相対的な速度は
数１０ｍ／ｓ程度に大きくしなければならなくなり、必
然的にレーザ照射時間がどんどん短縮されることにな
る。これに対応するためには、なるべく短い加熱期間内
に結晶化が完了する記録材料、即ち結晶化速度の大きい
材料が必要になるが、現在相変化記録材料を用いて報告
されている結晶化時間はせいぜい５０ｎｓ程度であっ
て、やがては照射時間が結晶化を生じる限界時間に到達
してしまうことになる。すなわち、記録速度の上限が記
録媒体の結晶化速度で決められてしまうという課題があ
った。

【０００６】後者の方法は複数のレーザービームを用い
る方法である。例えば記録時（アモルファス化）には円
形に絞ったレーザービームを比較的高いパワー密度で照
射し、消去時（結晶化）には走査方向に細長く整形した
レーザービームを比較的低いパワー密度で照射するとい
う方法が基本となっている。この場合には消去用のスポ
ットの長さを例えば１０ミクロンメートルにして消去動
作時の照射時間を記録時に比較して１０倍程度長くする
ことが可能であり、記録膜の種類、組成をある程度自由
に選択できるという利点が生じる。ただし、ビームを整
形するために生じる光学系の複雑化、細長いビームをオ
ントラックさせることから生じるサーボ系の複雑化が避
けなれなかった。

【０００７】結晶化によって記録マークを形成する場合
には、結晶化記録を促進する方法として、例えば記録ビ
ームに先行する予備加熱ビームを用い、記録部を予め一
定の温度に昇温しておくような方法も考えられる。しか
し、本件のようにオーバライトを行うことを１つの前提
にした場合にはこの方法はかえって記録が行いにくい状
況を招く。すなわち、記録を行うべき部分が予め暖めら
れていると、照射部の中央とその周囲との間の温度勾配
が小さくなるため、記録部で発生した熱が周囲へ拡散し
にくくなり、その結果、アモルファス生成に必要な急冷
条件が満足されにくくなるという課題、あるいは同様の
理由でアモルファスマークの形状がぼやけてしまい、信
号レベルが低下するという課題が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、単１レーザ
ビームによるオーバーライトの簡便性をできるだけ残し
つつ、相変化記録媒体の速度的限界を克服すべく成され
たものであり、光学系に簡単な工夫を加えることによっ
て、相変化記録媒体上により高速にオーバーライトを行
うための記録方法、ならびに記録装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、記録媒体の有するヒートモード及びフォト
ンモードの両方の構造変化機構を効率的に用いることを
ねらいとし、主としてヒートモードによる構造変化を生
起せしめるための第１の光ビームと、主としてフォント
モードによる構造変化を生起せしめ消去動作を加速する
ための第２の光ビームとを併用する。即ち、第１の光ビ
ームの照射によって記録消去を行なおうとする記録媒体
上の部位を同時に第２の光ビームによっても照射するこ
とで変態（主として結晶化）に要する照射時間を短縮す
る。

【００１０】

【作用】第２の光ビームを、第１の光ビームに比較し
て、大きなフォトンエネルギーを有する光として照射し
ている間、照射部は第２の光ビームを照射しないときに
比べて結晶化しやすい状態、いわば活性化された状態に
なる。例えば第２の光ビーム照射中は一時的に結晶化温
度が低下する現象を示し、より低パワー、短時間のレー
ザー照射による結晶化を生じさせること可能となる。即
ち、同じ記録媒体を用いてより高速にオーバーライトを
行なうことができる。

【００１１】

【実施例】本発明の記録再生消去方法の原理を以下に述
べる。一般にテルル、セレン、イオウ等のカルコゲン元
素をベースとする物質はレーザー光線の照射条件を選ぶ
ことで可逆的相変化を生じることが知られている。すな
わち、これらの物資を融点以上に加熱しておき、液相か
ら急冷することでアモルファス状態を得ることができ
る。また、アモルファス状態の物質をアニールすること
で固相プロセスで結晶状態を得ることができる。上述し
たように、これらの変化はヒートモードのプロセスで生
じるものであるが、カルコゲナイド等の薄膜物質にレー
ザ照射を行い、これを固相プロセスで結晶化させる場合
には、フォトンモードによる構造変化も合わせて利用す
ることが可能であることが分かった。

【００１２】フォトンモードによる構造変化のメカニズ
ムに関しては、その詳細はまだ明らかではないが、フォ
トンエネルギーの大きな光をあてることで、結晶化の進
行が容易になる。メカニズムのモデルとしては以下のよ
うなものが考えられる。例えば、青色光のようにフォト
ンエネルギーの大きな光が記録膜に吸収されると、そこ
ではフォトンによって価電子帯の電子が急激に伝導帯へ
と励起されるが、これらが再結合する際に発熱して構造
変化を促進するというモデル、あるいは物質の拡散速度
等を議論する際によく用いられるアレニウスの式の速度
定数ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｅａ／ＲＴ）（Ａ：頻度因子、Ｅ
ａ：活性化自由エネルギー、Ｒ：定数、Ｔ：絶対温度）
において結晶化のための活性化自由エネルギーＥａがフ
ォトンエネルギーｈν（ｈ：プランク定数、ν：光の振
動数）の分だけ小さく（Ｅａ−ｈν）となり、結果とし
て結晶化のためのエネルギー障壁が小さくなるというモ
デル等が考えられているがいずれも明らかではない。

【００１３】いずれにしても、本発明はこの光結晶化過
程を熱結晶化過程に重畳することでより高速に結晶化を
行なう方法を提供するものである。

【００１４】図１は本発明の記録再生消去方法の１実施
形態を示す図である。第１の光ビームの光源である波長
８３０ｎｍのレーザーダイオード１はレーザ駆動回路１
８に接続されており外部からの変調信号２１によって変
調することができる。レーザダイオード１からでた光線
２はレンズ系３によって集められ平行光線となってビー
ムスプリッター４、λ／４板５、対物レンズ６を介して
記録媒体７上に集光され半値幅０．９μｍ程度の光スポ
ット８を形成する。一方、第２の光ビームの光源９には
例えば波長８３０ｎｍの半導体レーザーＬｉＮｂＯ３結
晶を応用した薄膜導波路型の２次高調波発生素子（ＳＨ
Ｇ）を一体化した波長４１５ｎｍの発光源を用いる。光
源９はこれもレーザ駆動回路１９に接続されている。発
光源９を発した光線１０はビームスプリッター４で一旦
曲げられた後、λ／４板１２を通過しダイクロイックミ
ラー１１で反射され再度λ／４板１２を通過し、対物レ
ンズ６を介して記録媒体７上のほぼ同じ位置に第２の光
スポット１３を形成する。光スポット１３の大きさは前
記第１の光ビームの光スポット８よりも少なくとも同じ
か、なるべく大きくなるように集光する。記録媒体７上
にはアモルファスー結晶間の相変化記録薄膜１７が形成
されており、２つのレーザーの照射条件に応じて結晶
化、アモルファス化の双方向の可逆的変化を起こし光学
的変化、代表的には反射率変化を生じる。記録部の変化
を読み取る時は、例えばレーザーダイオード１の出力を
記録媒体上に変化を生じさせない程度に弱めて照射す
る。記録面からの反射光１４はレンズ系１５を介して検
出器１６へ入射し変化が読みとられる。信号の再生は記
録膜を透過してきた光線の光量変化を読みとることでも
可能である。この場合には記録媒体の光出射側に検出器
３０（図面省略）を置く。

【００１５】上記の系を用いて照射パワー、照射時間を
変えた照射を行ない、結晶化を起こさせるに必要な境界
条件を知ることができる。図２は１．２ｍｍ厚のＰＭＭ
Ａ基板上に厚さ１００ｎｍのＧｅＳｂ₂Ｔｅ4薄膜を直接
形成し、その上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2保護層を形
成してなる記録媒体を用い、これに照射パワーが一定
（１５ｍＷ）で、様々な照射時間のパルス照射を行なっ
た場合の媒体からの反射光量をプロットした結果を示し
たものである。図中、実線は第１の光ビーム（波長８３
０ｎｍ）のみを用いた場合、破線は第２の光ビーム（波
長４１５ｎｍ，照射パワー０．５ｍＷ）を併用した場合
を示す。図から分かるように８３０ｎｍの光のみを照射
した場合には，反射率が増加開始する照射時間がおよそ
５０ｎｓであるのにたいして、４１５ｎｍの光を同時に
照射した場合には２０ｎｓと短縮されることがわかる。
波長８３０ｎｍの光の照射パワーを更に０．５ｍＷ高め
ても結晶化開始時間はほとんど変化しなかったことか
ら、この特性の変化は４１５ｎｍの光による単なる熱的
なアシストではなく、フォトンモードによる加速効果を
示しているものと判断される。なお、第１の光源である
８３０ｎｍのレーザ照射パワーをさらに高めて行くと結
晶化時間が２０ｎｓに到達する以前に照射部が溶融し、
第２の光ビームを用いたのと同様の効果は達成されなか
った。第１の光ビームの光源としてはレーザダイオード
以外にもガスレーザ、固体レーザ等、なるべくコヒーレ
ントな光が用い易い。また、第２の光ビームの光源とし
ては上記薄膜ＳＨＧ素子を用いた青色レーザや、固体Ｙ
ＡＧレーザを半導体レーザで励起し、その２次高調波を
応用したコヒーレントな光源以外にも、ＬＥＤ、ランプ
等コヒーレンシーの低い光源も適用可能である。ただ
し、光のエネルギーが大きくフォトンモードでの効果が
大きいという理由でなるべく波長の短いレーザー光源、
少なくとも第１の光ビームよりは短い波長の光源を使用
することが重要である。

【００１６】上記フォトンモードによる結晶化過程の加
速効果を相変化記録薄膜を一定の昇温速度で加熱したと
きの結晶化転移温度の変化として観測した。現象的には
光学的透過率、反射率の変化点のシフトとして検出し
た。厚さ０．３ｍｍのガラス板上に厚さ１００ｎｍのＧ
ｅＳｂ2Ｔｅ4アモルファス薄膜を直に形成した試料を毎
分１００度の昇温速度で加熱する。同時にレーザー光線
で透過率をモニターした結果を図３に示す。図中、実線
は波長８３０ｎｍのレーザ光線を用いてモニターした場
合は、波線は波長４１５ｎｍの光線を用いてモニターし
た場合の結果を示している。図から明らかなように４１
５ｎｍの光線でモニターした場合には８３０ｎｍの光線
でモニターした場合に比べて低い結晶化転移温度を示し
エネルギーの大きい光照射の助けで結晶化が促進される
ことが示された。

【００１７】このような特性はテルル、セレン、イオウ
をベースとするカルコゲナイド合金薄膜やこれらにさら
に酸素を含んだ系、例えばＧｅ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔ
ｅ，Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ，Ｇｅ
−Ｔｅ−Ｓｎ−Ａｕ，Ｓｂ−Ｔｅ，Ｓｂ−Ｓｅ，Ｓｂ−
Ｓｅ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｂｉ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｂｉ−Ｓｅ−Ｔ
ｅ，Ｂｉ−Ｓｅ，Ｂｉ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ，Ｉｎ
−Ｓｅ−Ｔｌ，Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｌ−Ｃｏ，Ｉｎ−Ｓｅ−
Ｔｅ，Ｉｎ−Ｓｅ−Ｓｂ，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ，Ｉｎ−Ｓ
ｂ−Ｓｅ−Ｔｅ，Ａｓ−Ｓｅ，Ａｓ−Ｓ、またはこれら
に添加物を加えた系、あるいはＳｂをベースにしたＩｎ
−Ｓｂ，Ｇａ−Ｓｂ，Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｂ系等において程
度の差はあるが共通して見いだされた。とりわけ化学量
論組成、例えばＧｅＴｅ，ＡｇＳｂＴｅ₂，Ｇｅ₂Ｓｂ₂
Ｔｅ₅，ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄，ＧｅＳｂ₄Ｔｅ₇、Ｓｂ₂Ｔ
ｅ₃、Ｂｉ₂Ｔｅ₃，Ｇｅ₃Ｂｉ₂Ｔｅ₆，ＧｅＢｉ₂Ｔｅ₄，
ＧｅＢｉ₄Ｔｅ₇あるいはＧｅＴｅ−Ｓｂ₂Ｔｅ₃擬２元
系，ＧｅＴｅ−Ｂｉ₂Ｔｅ₃擬２元系、Ｉｎ₃ＳｂＴｅ，
Ｓｂ₂Ｔｅ₃−Ｓｂ₂Ｓｅ₃，Ｓｂ₂Ｔｅ₃−Ｂｉ₂Ｓｅ₃にお
いては顕著な効果が得られた。上記組成の内、例えばＩ
ｎ−Ｓｂにおける相変化は結晶状態の内の安定相と準安
定相の間における変化、またＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系では非
平衡結晶相とアモルファス相間の変化を利用することが
できる。

【００１８】（表１）は代表的な組成の幾つかの薄膜に
ついて上記ＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜の場合と同様の実験を行
い、結晶化開始時間ならびに結晶化転移温度に対する第
２ビームの照射効果を調べた結果を示している。表中、
Ｔ₀およびＴ₁は順に第２ビームがない場合とある場合の
結晶化転移温度、ｔ₀およびｔ₁は同様に結晶化開始時間
を示している。

【００１９】この表から、上記どの試料についても第２
ビームの照射によって、結晶温度が低くなること、かつ
結晶化開始時間が短くなることが観察された。

【００２０】

【表１】

【００２１】図４は本発明の記録消去方法を適用した光
記録装置の１実施例を示したものである。図中、２２は
光記録媒体であってモーター２３によって回転駆動され
るターンテーブル２４上に取り外し可能な形で固定され
ている。２５は光記録ヘッドであり図１に示した光源、
レンズ系、センサー等の光学系がマウントされている。
これによって記録媒体上の同一カ所に２つのレーザース
ポットを重畳することが可能になる。２つの光源はそれ
ぞれ独立に図１に示すレーザ駆動回路１８、１９に接続
され情報信号２１に応じて変調される。この際、後述す
るように第２の光源には情報信号を反転回路２０を通じ
て供給し、逆位相で照射する方法も採ることができる。
もちろん完全に独立に駆動してもよい。この場合にはレ
ーザ駆動回路１９と反転回路２０は切り放し、レーザ駆
動回路１９には別の情報信号が供給される。２つの光源
のいずれを用いても、媒体からの反射光を検出すること
ができる。光記録ヘッドは例えばリニアーモーターやス
ウィングアームに取り付けることで媒体上の任意のトラ
ック上にアクセスすることが可能になる。光スポットを
記録媒体上にフォーカシングする方法、任意のトラック
にトラッキングする方法は通常の光ディスク装置で用い
られている方法をそのまま用いることが可能である。

【００２２】図５Ａはトラック２６上に２つの光スポッ
ト２７、２８を照射した様子を示す。図中、小さい方の
光スポットが第１の光ビームの光スポット２７、大きい
スポットが第２の光ビームの光スポット２８を示す。第
１ビームでサーボすることを仮定するとき、第２ビーム
のスポットを第１ビームのスポットに対して大きくする
ことで第２の光ビームの位置ずれを抑制することができ
る。もちろん図５Ｂに示したように、上記２つの光スポ
ットの他に更に第３の光スポット２９を用い、これで再
生を行うことも可能である。この場合には第３の光ビー
ムの光源として例えば半導体レーザを用い、同じ光学系
の中にマウントすることで記録した直後に記録状態を確
認することが可能になる。

【００２３】図６は本発明の情報記録消去方法に用いる
光の変調方法の１実施例を説明する図である。図中Ａは
本発明の記録消去方法に用いる第１の光ビームの変調さ
れた波形を示したもので、従来の単１レーザビームによ
るオーバーライトを行う方法（ヒートモード）と基本的
に同じである。例えばアモルファスー結晶間の相変化記
録媒体上に、オーバーライトを行う際にはレーザー光は
ピークレベルＰ１とバイアスレベルＰ２との間で変調さ
れつつ記録媒体上へと照射される。この時、ピークレベ
ルで照射された部分では照射部の温度が記録膜の融点以
上に昇温するように、またバイアスレベルで照射された
部分では融点には至らないが結晶化可能な温度以上には
昇温するように設定される。かくして記録媒体がレーザ
ースポット上を横切るとき、照射前の状態がアモルファ
ス状態であったか結晶状態であったかにかかわらず、そ
のパワーレベルがＰ１であればアモルファス状態が、Ｐ
２であれば結晶状態が形成される。

【００２４】図中Ｂ及びＣは第２の光ビームの働きを示
すものであって、上記第１の光ビームの変調に対応する
第２の光ビームの変調波形を示している。Ｂは第２ビー
ムを第１ビームと同期させて変調し、逆位相で照射する
方法である。第１ビームが高い照射レベル（アモルファ
ス化レベル）にある場合には相対的に低いパワーで照射
を行い、第１ビームが低い照射レベル（結晶化レベル）
に有る場合には相対的に高いパワーで照射を行う。ま
た、Ｃはより簡単な場合で、第２の光ビームは、第１の
光ビームの変調には関係なく、無変調で一定レベルの照
射を行う。第２の光ビームは主としてフォントモードに
よって照射部を励起し結晶化を容易たらしめる働きをす
るものでる。第２の光ビームは第１の光ビームに比較し
て、はるかに低いパワーで照射されるので、第２の光ビ
ームによって熱的に結晶化が起こるほど昇温することは
ない。しかるに、第２の光ビームの照射下に第１の光ビ
ームを照射すると、第１の光ビームによる変化が加速さ
れることが観測された。また、Ｂの照射方法で記録を行
った場合には、Ｃの方法で照射を行った場合に比較して
ＣＮＲがやや大きく得られることが分かった。これは、
Ｃでは第１の光ビームが高いレベルにある時に（照射部
をアモルファス化する際に）照射される第２の光ビーム
が、第１の光ビームによってアモルファス化しようとす
る部分を逆に結晶化しようと働くためと考えているが明
らかではない。

【００２５】以下、具体例をもって本発明を詳述する。実施例１表面に光ガイド用のスパイラル連続溝を有する１３０ｍ
ｍ径のポリカーボネイトディスクの上に１４０ｎｍのＺ
ｎＳ−ＳｉＯ₂混合膜、２０ｎｍのＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅膜、
２５ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合膜，１００ｎｍのＡｌ
膜を順次スパッタリング法により積層し、これを記録膜
を内側にして接着剤で２枚張り合わせて光ディスクを形
成した。ＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜は記録膜中で発生した熱が
拡散しやすくする働きをするもので誘電体材料、ＳｉＯ
₂，ＴｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｎＯ等の酸化物、ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，ＢＮ，ＳｉＮ，ＡｌＮ等の窒化物、ＳｉＣ等の炭
化物、ＣａＦ₂、ＬａＦ₂等のフッ化物、ＺｎＳｅ等のカ
ルコゲナイドならびにこれらの混合物等が用いられる。
また、Ａｌ膜は記録膜での光吸収効率を高める目的で用
いられるもので、金属膜、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｉ−Ｃ
ｒ，Ａｉ−Ｔｉ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ａｕ−Ｃｒ等ならびにこ
れらの混合物等が用いられる。記録膜はアモルファス状
態で形成した。このディスクを第４図に示した光ディス
クドライブに乗せて以下の実験を行った。第１の光ビー
ムの光源には波長８３０ｎｍの半導体レーザ、第２の光
ビームの光源には８３０ｎｍの半導体レーザにＳＨＧを
カップリングした波長４１５ｎｍのものを用いた。

【００２６】まず、第１の光ビームを半値で０．９μｍ
の大きさの光スポットとしその出力を光ディスク上で１
２ｍＷとして無変調で照射を行い反射光強度の変化を調
べた。回転数を徐々に大きくして光ディスクの線速度を
徐々に高めていったところ線速度が３０ｍ／ｓ（照射時
間３０ｎｓに相当する）以上になると反射光の変化が生
じなくなりこの速度では結晶化が生じにくいことが分か
った。

【００２７】次に第２の光ビームを半値で１μｍの大き
さの光スポットとしその出力を光ディスク上で１ｍＷと
して上記第１のスポットに重畳した。２つの光ビームを
いずれも無変調で照射し、上述の実験と同様に繰り返し
たところ今度は線速度が４５ｍ／ｓ（照射時間２０ｎｓ
に相当する）でも反射光の増加が確認され結晶化が生じ
ていることが確認できた。なお、第１の光ビームのパワ
ーを２１ｍＷとして同様の実験を行ったがやはり３０ｍ
／ｓ以上の速度では反射光強度の変化を確認できなかっ
た。

【００２８】次に予め結晶化した部分（反射光強度が上
昇した部分）に、今度は第１の光ビームの照射パワーを
２５ｍＷとして上述の実験を繰り返し行った。この場合
には第２の光ビームを照射するか否かにかかわらず線速
度４５ｍ／ｓまで反射光量が減少すること、即ち照射部
がアモルファス化することが観察された。

【００２９】なお、（表２）に示したようにこのディス
クは２つの波長に対して、記録膜の状態が結晶状態であ
るかアモルファス状態であるかを問わず大きな吸収を得
られるべく、また大きな反射光量変化が得られるべく構
造（即ち各層の膜厚）が最適化され得ることを確かめ
た。

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例２実施例１の光ディスクに光記録装置を用いて以下の記録
実験を行った。線速度４５ｍ／ｓのもとで、第１の光ビ
ームのパワーを１２ｍＷと再生光レベルである１ｍＷの
間で５ＭＨｚで変調し、第２の光ビームのパワーを１ｍ
Ｗとして無変調で同時に照射を行ったところ結晶化記録
が行われた。記録後、第１の光のビームのパワーを１ｍ
Ｗとして記録信号の再生を行い、スペクトルアナライザ
ーを用いて５０ｄＢのＣＮＲを観察した。実施例３実施例１の光ディスクと光記録装置を用いて以下の記録
消去実験を行った。線速度４５ｍ／ｓのもとで、第１の
光ビームのパワーを２５ｍＷと１２ｍＷの２つのレベル
間で５ＭＨｚで変調し、第２の光ビームのパワーを１ｍ
Ｗとして無変調で同時に照射を行った。記録後、第１の
光ビームのパワーを１ｍＷとして記録信号の再生を行
い、スペクトルアナライザーを用いて５０ｄＢのＣＮＲ
を観察した。

【００３２】次に周波数を２ＭＨｚとし、上記記録済み
のトラックに同様のパワーで重ね書きを行ったところ２
ＭＨｚの周波数成分に対して５０ｄＢのＣＮＲが得ら
れ、このとき５ＭＨｚの周波数成分は３５ｄＢ減衰し、
信号の書換えが行われた。

【００３３】次に第２の光ビームのパワーを１ｍＷと０
ｍＷの間で変調し、第１の光ビームの変調に同期して逆
位相で照射した。即ち、第１の光ビームのパワーがハイ
レベルの場合には０ｍＷ、ローレベルの場合には１ｍＷ
のパワーで照射を行った。この時、初め５ＭＨｚの記録
を行った場合には５２ｄＢのＣＮＲが得られ、２ＭＨｚ
の信号記録の重畳に対し、５２ｄＢのＣＮＲと３７ｄＢ
の信号減衰が観察された。信号の再生には第２の光ビー
ムを用いても行った。第２の光ビームを１ｍＷの出力で
照射し、その反射光量を再生したところほぼ同様のＣＮ
Ｒ，信号減衰比が観察された。

【００３４】第２の光源として出力３ｍＷの青色のＬＥ
Ｄを用い同様の実験を行った。第１の光ビームを２５ｍ
Ｗと１２ｍＷの間で５ＭＨｚで変調して照射を行うとと
もに、第２の光ビームとしてＬＥＤ光をレンズを用いて
１００μｍ径のスポットに集光してディスク上に照射し
たが、線速度が４５ｍ／ｓの条件においては結晶化が生
じなかった。そこで線速度を順に落しながら実験をくり
かえしたところ線速度３５ｍ／ｓに至って、信号の重ね
書きが可能となり、ＬＥＤ照射の効果が確認できた。実施例４記録膜組成を変えた光ディスクを準備した。いずれも単
板構造とし、実施例１と同じポリカーボネイトディスク
基板上に光学的厚さがおよそλ／４（λ：波長、ｎ：屈
折率）の誘電体薄膜、４０ｎｍの記録薄膜、およそλ／
２ｎの誘電体薄膜、５０ｎｍの金属膜を順次スパッタリ
ングによって形成し（アルゴンガス圧力、０．５Ｐ
ａ）、その上に厚さ約１０μｍの紫外線硬化樹脂層をス
ピンコートにより塗布し、紫外光をランプ照射すること
によって固化させ完成した。これらのディスクを回転さ
せ実施例３に準じてオーバライト実験を行った。

【００３５】各ディスクはレーザ照射によって予め結晶
状態に転換しておいた。結晶状態に転換する方法はアル
ゴンガスレーザを用いて日本国特許公告公報平２−４５
２４７に記載の装置により行った。次にディスクを定速
回転させ、第１の光ビームをピークレベルＰ₁とバイア
スレベルＰ₂との間でパワー変調し、記録マーク長が
０．９μｍに相当する周波数と２．４μｍに相当する周
波数（例えば線速度が３０ｍ／ｓの場合には１６．６Ｍ
Ｈｚと６．２ＭＨｚ）で交互に記録を行った。パワーレ
ベルＰ₁，Ｐ₂は各々のディスクでＣＮ比が４５ｄＢ、消
去比が２０ｄＢを越える値に設定した。

【００３６】（表３）にディスク構成と実験結果を示し
ている。表中で試料番号１および２は化学量論の化合物
組成の例、３および４は非化学量論組成の例である。Ｖ
₀は第２の光ビームを照射しない場合に上記オーバライ
トが可能である最大の線速度、Ｖ₁は同様に第２の光ビ
ームを照射した場合にオーバライト可能な最大線速度を
表している。

【００３７】この結果から１−４のいずれのディスクに
ついても第２の光ビームのアシストによって最大線速度
が増大すること、とりわけ１、２の化学量論組成ではそ
の割合の大きなことが示された。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【発明の効果】本発明によって相変化記録媒体の相変化
速度が加速でき、より高速のオーバーライト記録が可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録再生消去方法を説明する図であ
る。

【図２】本発明の記録再生消去方法を用いて結晶化時間
が短縮されることを示すグラフである。

【図３】本発明の副ビームの照射によって結晶化温度が
低下することを示す図である。

【図４】本発明の記録再生消去方法を適用した光記録装
置の１実施例を示す図でる。

【図５】（Ａ）は本発明の光記録装置において記録トラ
ック上に第１の光ビーム、第２の光ビームを配置した図
である。（Ｂ）はさらに第３の光ビームを配置した図である。

【図６】本発明の記録再生消去方法における照射光の変
調方法の１実施例を示す波形図である。

【符号の簡単な説明】

１第１ビームの光源２光線３レンズ系４ビームスプリッター５ λ／４板６対物レンズ７記録媒体８光スポット９第２ビームの光源１０光線１１ダイクロイックミラー１２ λ／４板１３第２の光スポット１４反射光１５レンズ系１６検出器１７相変化記録薄膜１８レーザ駆動回路１９レーザ駆動回路２０反転回路２１情報信号２２光記録媒体２３モーター２４ターンテーブル２５光記録ヘッド２６トラック２７第１ビームの光スポット２８第２ビームの光スポット２９第３ビームの光スポット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤平信夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/00 G11B 7/125 G11B 7/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光線の照射によって同時に励起される２つ
の構造変化因子、双方向のヒートモード構造変化過程と
単一方向のフォトンモード構造変化過程を通じて可逆的
に複数の状態間を変化し、かつそのいずれの状態をも光
学的に検出可能な相変化記録薄膜を基板の上に設けてな
る光学情報記録媒体に情報信号を記録再生消去するに際
して、前記記録薄膜を、その原子配列の秩序が相対的に低い状
態から高い状態に変化させる際には、主としてヒートモ
ードで相変化を生じさせる第１の光線と、主としてフォ
トンモードで前記秩序の増大を促進する第２の光線とを
同時に照射し、前記記録薄膜を、その原子配列の秩序が
相対的に高い状態から低い状態に変化させる際には少な
くとも前記第１の光線を照射し、前記記録薄膜の状態を検出する際には、前記第１または
第２のいずれかの光線または第３の光線の強度を照射部
にさらなる変化を加えない程度に弱めて照射し、その反
射光量または透過光量の変化を検出することを特徴とす
る光学情報の記録再生消去方法。
【請求項２】光線の照射によって同時に励起される２つ
の構造変化因子、双方向のヒートモード構造変化過程と
単一方向のフォトンモード構造変化過程を通じて可逆的
に複数の状態間を変化し、かつそのいずれの状態をも光
学的に検出可能な相変化記録薄膜を基板の上に設けてな
る光学情報記録媒体に情報信号を記録再生消去またはオ
ーバーライトするために、前記光学情報記録媒体を回転または移動させる手段と、前記記録薄膜を、その原子配列の秩序が相対的に低い状
態から高い状態に主としてヒートモードで相変化を生じ
させる第１の光線を発生する光源と、前記記録薄膜の秩序の回復を、主としてフォトンモード
で促進する第２の光線を発生する光源と、前記２つの光源から発生した光線をそれぞれ前記光学情
報記録媒体上に導くための手段と、前記２つの光線を記録媒体上の任意の略同一位置に集光
するための手段と、前記光源を情報信号に応じて変調する手段と、前記光線を前記媒体上の任意の場所へ移送する手段と、前記光線を前記媒体の任意の位置にフォーカシング、ト
ラッキングする手段と、前記記録媒体の情報を含む前記第１または第２または第
３の光線の反射光、または透過光を検出する手段とを少
なくとも備えた光記録装置。
【請求項３】第２の光線の波長を第１の光線の波長より
も短く選ぶことを特徴とする請求項１記載の光学情報の
記録再生消去方法。
【請求項４】第１、第２の光線がいずれもコヒーレント
な光線であることを特徴とする請求項１記載の光学情報
記録再生消去方法。
【請求項５】第１の光線がコヒーレントな光線、第２の
光線が非コヒーレントな光線であって、記録媒体の情報
の検出には第１の光線を用いることを特徴とする請求項
１記載の光学情報の記録再生消去方法。
【請求項６】第１、第２の光線のいずれの光源にも半導
体レーザのようなレーザー装置を用いることを特徴とす
る請求項２記載の光記録装置。
【請求項７】第１の光線の光源として半導体レーザのよ
うなレーザー装置を用い、第２の光線の光源としてＬＥ
Ｄを用い、記録媒体の情報の検出には第１の光線を用い
ることを特徴とする請求項２記載の光記録装置。
【請求項８】情報信号をオーバーライト記録するに際し
ては、記録を行なおうとする前記記録媒体上の部位が既
に記録済み状態であるか、未記録状態であるかにかかわ
らず第１の光源と第２の光源を、第１の光源は、照射部を瞬時溶融状態に至らしめるに十
分高いパワーレベル１と照射部における前記記録薄膜の
原子配列の秩序を低い状態から高い状態に変換するに足
るパワーレベル２との間で変調し、第２の光源は、前記第１の光源がパワーレベル１にある
場合にはオフ状態もしくは相対的に低いパワーレベル３
で照射し、第１の光源がパワーレベル２に有る場合には
相対的に高いパワーレベル４で照射することを特徴とす
る請求項１記載の光学情報の記録再生消去方法。
【請求項９】第２の光源は連続的に一定のレベルで照射
されることを特徴とする請求項１または８記載の光学情
報の記録再生消去方法。
【請求項１０】記録薄膜が物質の平衡相と非平衡相の間
または非平衡相ともうひとつの非平衡相の間の可逆的相
変化を生ずることを特徴とする請求項１記載の光学情報
の記録再生消去方法。
【請求項１１】記録薄膜が物質の平衡相と非平衡相の間
または非平衡相ともうひとつの非平衡相の間の可逆的相
変化を生ずることを特徴とする請求項２記載の光記録装
置。
【請求項１２】記録薄膜が物質の結晶相とアモルファス
相の間もしくは安定な結晶相と準安定な結晶相の間の可
逆的相変化を生ずることを特徴とする請求項１または１
０記載の光学情報の記録再生消去方法。
【請求項１３】記録薄膜が物質の結晶相とアモルファス
相の間もしくは安定な結晶相と準安定な結晶相の間の可
逆的相変化を生ずることを特徴とする請求項２または１
１記載の光記録装置。
【請求項１４】記録薄膜がカルコゲナイド薄膜であるこ
とを特徴とする請求項１または１０記載の光学情報の記
録再生消去方法。
【請求項１５】記録薄膜がカルコゲナイド薄膜であるこ
とを特徴とする請求項２または１１記載の光学情報の光
記録装置。
【請求項１６】記録薄膜が化学量論的化合物組成である
ことを特徴とする請求項１または１０記載の光学情報記
録再生消去方法。
【請求項１７】記録薄膜が化学量論的化合物組成である
ことを特徴とする請求項２または１１記載の光記録装
置。