JP2886188B2

JP2886188B2 - 情報記録媒体

Info

Publication number: JP2886188B2
Application number: JP1196523A
Authority: JP
Inventors: 忠小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1999-04-26
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: JPH0361081A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、レーザビーム等の光ビームを記録層に照射
し、その照射条件によって照射部分に相変化を誘起させ
て情報を記録あるいは消去し、この相変化に伴う反射
率、透過率等の光学特性の変化を検出することにより情
報を再生する情報記憶媒体に関する。

（従来の技術）従来、情報を記録及び消去が可能な大容量の情報記録
媒体、いわゆるイレーザブル光デイスク等の一種とし
て、相変化型のものが広く知られている。この相変化型
情報記録媒体は、例えばガラス又はプラスチツク（ポリ
カーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等）
からなる基板と、この基板上に形成された記録層とを備
えている。この記録層を形成する材料としては、例えば
GeTe等のカルコゲナイド系合金が知られており、これら
は異なる条件の光（例えば、レーザビーム）を照射する
ことにより、例えば結晶と非結晶との間で可逆的に相変
化するので、この相変化を利用して情報を記録及び消去
し、これらの相変化に伴う反射率又は透過率等の光学的
特性の変化を読取ることができる。

このような記録層としては、光の照射条件によって相
変化が生じ易い共晶組成を有する材料や金属間化合物を
形成する材料が適している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来、相変化型情報記録媒体の記録層
として用いられているGeTe等の合金は、一応上述の条件
は満足するものの、未だ情報記録媒体として十分な特性
を保持しているとは言えない。特に、初期化、記録及び
消去を高速化することが望まれている。また、結晶−非
晶質間の相変化により情報を記録あるは消去する場合に
は、通常記録部分が非晶質になるが、一般に非晶質は比
較的安定性が低いため、非晶質状態をより安定化させる
ことも要求されている。更に、信頼性を一層高めること
も要求されている。

そこで、この発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、初期化、記録及び消去を高速化することが出
来、記録した情報が安定であり、更に信頼性が高い情報
記録媒体を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決するために、基板と，光の照
射によって照射部分が平衡相と非平衡相との間で相変化
する記録層とを有する情報記録媒体であって、記録層
は、一般式（InxSbyTez）_100−αＭ_α（ただし、x,y,z,
αは原子％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝100であり、夫々25≦ｘ≦5
5、27≦ｙ≦55,20≦ｚ≦50、０＜α≦20の範囲内にあ
り、ＭはSe,As,P,S,Ge,Si,B,C,N及びArからなる群から
選択される少なくとも１種の元素である）で表される組
成の合金で形成されていることを特徴とする情報記録媒
体を提供する。

（作用） In−Sb−Te系において、InxSbyTez（但し、ｘ＋ｙ＋
ｚ＝100,x,r,zは原子％）が，それぞれ,25≦×≦55,27
＜ｙ≦55,20≦ｚ≦50の範囲の組成を有するIn−Sb−Te
合金は、非晶質化しやすいという利点を有しているの
で、この組成又はその近傍組成にＭを添加した上述の組
成の合金は、前述のような相変化型情報記録媒体の記録
層としての条件を満たす材料である。また、上述のＭで
示される元素は、20原子％よりも低い範囲で含有させる
ことにより、融点が低下するので、記録感度が向上す
る。また、結晶化速度が比較的大きいので初期化及び消
去を高速化することができる。また、Ｍ元素の存在によ
り一層非晶質化しやすくなり非晶質状態を安定下させる
ことができる。更に、この組成の記録層は、非晶質化し
やすいことに加え、結晶化速度が比較的大きいので、初
期化、記録及び消去を高速化することができる。

（実施例）以下、添付図面を参照してこの発明について具体的に
説明する。第１図は、この発明の実施例に掛かる情報記
録媒体を示す断面図である。基板１はポリオレフィン、
エポキシ、ポリカーボネート（PC）、ポリメチルメタク
リレート（PMMA）等のプラスチック、又はガラス等、こ
の技術分野で通常用いられる材料で形成されている。こ
の基板１の上方に、保護層３、記録層２、保護層４及び
保護層５がこの順に形成されている。

保護層３および保護層４は、記録層２を挟むように配
設されており、有機高分子材料、例えばポリメチルメタ
クリレート、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂若しくは紫
外線硬化樹脂（いわゆる2P樹脂）、またはSiO₂、Al
₂O₃、AlN、ZnS、若しくはZrO₂等の誘電体で形成され
る。これら保護層３、４は記録層２が空気中の水分の影
響を受けることを未然に防止する作用、記録及び消去の
際にレーザビーム等の光により記録層２の照射部分が飛
散したり穴が形成されてしまうことを防止する作用を有
している。これら保護層３、４はスピンコート法、蒸着
法、スパッタリング法等によって好適に形成することが
できる。なお、これら保護層３、４の厚みは、10オング
ストローム乃至数10マイクロメートルであることが好ま
しい。

保護層５は、情報記録媒体を取扱う際の表面での傷や
ほこり等を防止するために配設されるもので、スピンコ
ート法等により紫外線硬化樹脂を塗布し、これに紫外線
を照射して硬化させること等により形成される。この保
護層５の層厚は100オングストローム乃至数10マイクロ
メートルであることが好ましい。なお、保護層３、４、
５は設けることが好ましいが、必ずしも設けなくてもよ
い。

記録層２は（InxSbyTez）_100−αＭ_α（ただし、x,y,
z、αは原子％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝100であり、夫々25≦ｘ≦
55,27＜y55,20≦ｚ≦50、０＜α≦20の範囲内にあり、
ＭはSe,As,P,S,Ge,Si,B,C,N及びArからなる群から選択
される少なくとも１種の元素である）で表される組成の
合金で形成されている。ここで、記録層２は，実用レベ
ルにおいての信号再生値（C/N）が45dB以上であること
が望ましく，このような信号再生値（C/N）は，記録層
２の反射率変化が４％以上のときに得られる。反射率変
化が４％以上となる場合のInxSbyTezのそれぞれの組成
範囲は,In,Sb及びTeの全元素を100原子％とすれば、In
が25原子％以上55原子％以下［（Sb₇₀Te₃₀）Inxの状態
で,Inを変化させたとき。ｘは原子％。］であり,Sbが27
原子％より多く55原子％以下［（In₅₀Te₅₀）Sbyの状態
で,Sbを変化させたとき。ｙは原子％。］であり,Teが20
原子％以上50原子％以下［（In₅₀Sb₅₀）Tezの状態で,Te
を変化させたとき。ｚは原子％。］である。

つまり，これら組成範囲内でIn,SbおよびTeにより記
録層２が構成されていれば，実用レベルでの信号再生値
（C/N）が得られるため,In,Sb及びTeの組成をInxSbyTez
において,25≦ｘ≦55,27＜ｙ≦55及び20≦ｚ≦50（但
し,x＋ｙ＋ｚ＝100,x,y及びｚは原子％である。）とす
る。この領域においては，記録層２の結晶化温度が約24
0度と，室温に比較し高い温度になっている。記録層２
は結晶化温度が高いと，非晶質状態が安定となり，かつ
一般に結晶化の活性化エネルギーが高くなる傾向を示す
ので，従って結晶化速度も速くなり高速消去に適したも
のとなる。

以上の組成で形成される記録層２は，蒸着法、スパッ
タリング法等によって好適に形成することができる。
尚、合金ターゲットを使用して蒸着あるいはスパッタリ
ングする場合には、ターゲット組成と実際に形成される
層の組成とに差があることを考慮する必要がある。ま
た、多元同時蒸着あるいは多元同時スパッタリング等に
よって成層することもできる。記録層２の層厚は、100
乃至3000オングストロームであることが好ましい。

記録層２を構成する（InxSbyTez）_100−αＭ_αは、照
射する光の条件を変えることにより平衡相と非平衡相
（非晶質相、準安定結晶相等）との間で相変化し得る材
料であり、In,Sb及びTeが非晶質化しやすい組成である
ことから非平衡相としての非晶質状態の安定性が優れて
いる。また、結晶か速度が大きく、非晶質化しやすいこ
とから初期化、記録及び消去の速度が大きい。更に、Ｍ
元素の存在により融点が低下するから記録感度が高い。

次に、第２図及び第３図を参照しながら、この実施例
に掛かる情報記録媒体の記録層の形成方法の１例につい
て説明する。第２図はこの実施例の記録層を形成するた
めに用いられるスパッタリング装置の概略構成を示す縦
断面図、第３図はその横断面図である。図中ほぼ中央部
に真空容器10を示し、この真空容器10はその底面にガス
導入ポート11及びガス排出ポート12を有している。この
ガス排出ポート12は、排気装置13に接続されており、こ
の排気装置13により排出ポート12を介して真空容器10内
が排気される。また、ガス導入ポート11は、アルゴンガ
スボンベ14に接続されており、このボンベ14から真空容
器10内にガス導入ポート11を介してスパッタリングガス
としてのアルゴンガスが導入される。真空容器10内の上
部には、基板支持用の円板状の回転基台15がその面を水
平にして配設されており、その下面に基板１が支持され
るようになっている。また、真空容器10内の底部近傍に
は、基台15に対向するように、それぞれ記録層２を構成
する所定元素で形成されたスパッタリング源21、22、23
が配設されており、各スパッタリング源21、22、23には
図示しない高周波電源が接続されている。これらスパッ
タリング源21、22、23の上方には、夫々モニタ装置24、
25、26が設けられており、これらモニタ装置24、25、26
により各スパッタリング源21、22、23からのスパッタリ
ング量をモニタし、記録層が所定の組成になるように各
スパッタリング源21、22、23に投入する電力量を調節す
る様になっている。

このようなスパッタリング装置においては、先ず、排
気装置13により真空装置10内を10^-6Torrまで排気する。
次いで、ガス導入ポート11を介して、真空装置10内にア
ルゴンガスを導入しつつ、排気装置13の排気量を調節し
て真空容器10内を所定圧力のアルゴンガス雰囲気に保持
する。この状態で、基板１を回転させつつ、スパッタリ
ング源21、22、23に所定時間所定の電力を印加する。こ
れにより、基板１に所定組成の記録層が形成される。
尚、保護層を形成する場合には、記録層２の形成に先立
ち、保護層の組成に調製されたスパッタリング源21、2
2、23を用いて、上述したようにスパッタリングするこ
とにより、基板１上に保護層３を形成し、その後記録層
２を形成し、更に保護層３を形成する場合と同様の条件
で記録層２の上に保護層４を形成することができる。

なお、添加元素ＭをN₂又はArにする場合には、スパッ
タリングガスを用いて添加する。すなわち、N₂を添加す
る場合には、N₂ガス中、又はN₂ガスとArガスとの混合ガ
ス中でスパッタリングし、Arを添加する場合には、Arガ
ス中でガス流量等の条件を所定の条件の設定してスパッ
タリングする。

次に、この発明の情報記録媒体における初期化並びに
情報の記録、消去及び再生について説明する。

初期化記録層２が成層直後には通常非晶質であるが、情報が
記録されるには結晶である必要があるので、レーザビー
ム等の光を記録層２に全面照射して加熱徐冷し、記録層
２を結晶化させる。

情報の記録高出力でパルス幅が短い光を記録層２に照射して、照
射部分を加熱急冷して非晶質に相変化させて、記録マー
クを形成する。

情報の消去記録層２に形成された記録マーク部に、記録の際より
も低出力でパルス幅が長い光を照射して記録マーク部を
結晶に相変化させ、情報を消去する。

情報の再生情報を記録した記録層２に比較的弱い光を照射し、記
録マーク部と非記録部との間での光学的特性、例えば反
射率の差を検出して情報を読取る。

尚、この発明に係る情報記録媒体は、結晶化速度が大
きいことからオーバーライトが可能である。オーバーラ
イトとは、単一の光源から放射されるレーザビーム等の
光を、第４図に示すように、２段階のパワーレベルP
_E（消去）及びP_W（記録）の間でパワー変調して、消去
パワーレベルの光に記録パワーレベルの光を重畳させ、
既に記録された情報を消去しながら新しい情報を重書き
することである。

次に、この発明の試験例について説明する。

試験例１耐熱ガラス基板上に、第２図及び第３図に示すスパッ
タリング装置により、種々の組成のInxSbyTez合金薄層
を形成し、Ｘ線回折によりこれら薄層の構造を確認し
た。第５図の３元系組成図において斜線で示す範囲、す
なわち25≦ｘ≦55,27＜ｙ≦55,20≦ｚ≦50の組成範囲で
確認した結果、いずれも成層直後は非晶質であった。こ
の組成範囲において、結晶書温度は130℃以上であり、
室温においては非晶質状態が安定に存在する。また、レ
ーザビームの照射条件を選択することにより、情報の記
録及び消去が可能な相変化型の記録層として利用し得る
ことが確認された。

試験例２試験例１の組成範囲のInxSbyTezに対して、Se,As,P,
S,Ge,Si,B,C,N,Ar,Bi,PbあるいはSnを夫々添加したサン
プルを作成し、各サンプルについて結晶化温度を測定し
た。その結果、Se,As,P,S,Ge,Si,B,C,NあるいはArをそ
れぞれ添加したサンプルにおいて結晶化温度が上昇し、
Bi,Pb及びSnをそれぞれ添加したサンプルにおいて結晶
化温度が低下した。

このことから、InxSbyTezにSe,As,P,S,Ge,Si,B,C,Nあ
るいはArを添加することにより非晶質化状態が安定であ
ることが確認された。

また、InxSbyTezにSe,As,P,S,Ge,Si,B,C,NあるいはAr
を添加したサンプルの融点を測定した結果、InxSbyTez
よりも融点が低下した。このことから、これら元素の添
加により記録感度が向上することが判明した。

試験例３試験例２で作成したサンプルに対し、照射条件をかえ
ながら基板側からレーザビームを照射し、結晶化速度を
調べた。第６図にSeを夫々５、10、20,30原子％添加し
たサンプルにおける結果について示す。第６図は横軸に
照射するレーザビームのパルス幅をとり、縦軸に反射率
変化量をとって、これらの関係を示すグラフである。こ
のグラフにおいて、反射率の変化は非晶質と結晶との間
の相変化に対応する。尚、第６図は照射するレーザビー
ムのパワーが7mWの場合である。この図に示すように、S
eが無添加の場合が最も結晶化速度が大きく、Sn添加量
が増加するに従って低下し、添加量が30原子％では結晶
化速度が１μsecとなった。これは、Seの添加により非
晶質状態が安定化したことに起因している。つまり、Se
の添加量が少ない範囲では、十分な結晶化速度を維持し
ている。実用性を考えると結晶化速度が１μsec以下が
望ましいので、Seの添加量としては20原子％以下が適当
である。

Seの代わりに、As,P,S,Ge,Si,B,C,NあるいはArを夫々
添加した合金を形成したサンプルについて同様の試験を
行った結果、同様な結果が得られ、これらについても実
用上添加量が20原子％以下が適当であることが確認され
た。

また、これらの添加元素は、いくつか組合わせて添加
しても同様な効果を得ることができた。尚この場合に、
トータルの添加量が20原子％を越えると結晶化温度が低
下することが確認された。

以上の結果により、上述の範囲の（InxSbyTez）
_100−αＭ_α合金を相変化型の記録層としての使用が可
能であること、このような記録層はＭ元素の添加に伴っ
て非晶質状態の安定性が増加すること及び結晶化速度が
１μsec以下と高速であることが確認された。

尚、この実施例においては，基板として平板状のもの
を使用した例について示したが、これに限らず、テープ
状あるいはドラム状等種々の形態をとることが可能であ
る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、非平衡相であ
る非晶質状態の記録安定性に優れ、また初期化、記録及
び消去を高速で実施することができ、また記録層の融点
を低下することができるので記録感度の高い情報記録媒
体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る情報記録媒体を示す断
面図、第２図は記録層を形成するための装置の概略構成
を示す縦断面図、第３図はその横断面図、第４図はオー
バーライトの際のレーザビームのパワーを示す図、第５
図は本発明に係る情報記録媒体の記録層の基本となるIn
−Sb−Te3元合金の組成範囲を示す組成図、第６図は照
射するレーザビームのパルス幅と反射率変化量との関係
を示すグラフ図である。１……基板、２……記録層、３、４、５……保護層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、この基板上に設けられ、一般式
（InxSbyTez）_100−αＭ_α（ただし、ｘ、ｙ、ｚ、αは
原子％、ｘ＋ｙ＋ｚ＝100であり、夫々30≦ｘ≦50、30
≦ｙ≦50、20≦ｚ≦40、０＜α≦20の範囲内にあり、Ｍ
はAs、Ｐ、Ｓ、Ge、Si、Ｂ、Ｃ、Ｎ及びArからなる群か
ら選択される少なくとも１種の元素である）で表される
組成の合金で形成され、光の照射によって照射部分が平
衡相と非平衡相との間で相変化する記録層とを有するこ
とを特徴とする情報記録媒体。