JP3028902B2 - 光学的情報記録用媒体 - Google Patents

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などの照射に
より、情報を記録、消去、再生可能な光学的情報記録用
媒体に関する。特に情報の記録、消去が可能で、加えて
従来のＣＤ用再生機で再生可能な光学的情報記録用媒体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクには再生専用型と光記録可能
型、さらには書換可能型があるが、再生専用型はビデオ
ディスク、オーディオディスク、さらには大容量コンピ
ューター用ディスクメモリーとしてすでに実用化されて
いる。これらの内で音楽等のオーディオ再生用として、
コンパクトディスク（ＣＤ）が広く普及している。コン
パクトディスク（ＣＤ）は、ＣＤフォーマット化された
ＥＦＭ（Ｅｉｇｈｔ ｔｏ Ｆｏｕｒｔｅｅｎ Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ）信号の孔（ピット）をプラスチックか
らなる基板に転写し、その上にアルミニウム等の金属か
らなる反射膜および保護層を設けている。

【０００３】ＣＤからの情報の読みとりは、半導体レー
ザービームを基板側から入射させて光ディスクに照射す
ることにより行われ、ピットの有無による反射率変化に
よってＣＤフォーマット信号等が読み取られる。この
際、従来のＣＤは６５％以上の高い反射率と６０％以上
の変調度を有することが特徴である。しかし、この再生
専用ＣＤでは情報の記録・編集、あるいは書換等はでき
ない。

【０００４】また、ソフトウェア、データファイル、静
止画像等のファイルにおいてもＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ
ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）またはＣＤ−Ｉ（ｉｎｔｅ
ｒａｃｔｉｖｅ）用の光記録・消去可能な光ディスクが
望まれている。一方、光記録可能型の代表的なものには
孔あけ・変形型、光磁気型と相変化型がある。孔あけ・
変形型としてはＴｅ等の低融点金属または染料等の記録
層が用いられ、レーザー光照射により局所的に加熱さ
れ、孔もしくは凹部が形成される。

【０００５】実際上そのような孔あけ型には記録層上に
空隙が存在しなければならない。このため２枚のディス
クを互いに向かい合わせてスペーサーを用いて貼り合わ
せ、記録層間に間隙を設けるようにする。当然のことな
がらこのような貼り合わせ構造のディスクでは現在普及
しているＣＤ用ドライブには装着不能である。光磁気型
は記録層の磁化の向きにより記録や消去を行い、磁気光
学効果によって再生を行うため反射率の差を利用する従
来型のＣＤ用ドライブでは再生不可能である。

【０００６】ＣＤフォーマット信号の記録をおこなうデ
ィスクとしては、基板上に色素または色素を含むポリマ
ー等からなる記録層を有する光ディスク、および該光デ
ィスクを用いる光情報記録方法が提案されている（特開
昭６１−２３７２３９号、６１−２３３９４３号）が、
これらの光ディスクは書換可能にはなりえない。これに
対し、相変化型は相変化前後で反射率が変化することを
利用するものであり、外部磁界を必要とせず反射率の違
いで再生を行うという点でＣＤと共通している。

【０００７】さらに、レーザー光のパワーを変調するだ
けで、記録・消去が可能であり、消去と再記録を単一ビ
ームで同時に行う、１ビームオーバーライトも可能であ
るという利点を有する。１ビームオーバーライト可能な
相変化記録方式では、記録膜を非晶質化させることによ
って記録ビットを形成し、結晶化させることによって消
去を行う場合が一般的である。

【０００８】このような、相変化記録方式に用いられる
記録層材料としては、カルコゲン系合金薄膜を用いるこ
とが多い。例えば、Ｇｅ−Ｔｅ系、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ
系、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ系合金薄膜
等が挙げられる。通常は記録層の変形等からの保護、酸
化等の変質からの保護、さらには干渉効果利用のために
記録層の上下に誘電体保護層を設ける。また冷却速度の
調整や干渉効果の有効的利用のため記録層上部の誘電体
層上に反射層を設ける層構成がよく用いられる。

【０００９】すなわち基板上に誘電体保護層、相転移型
記録層、誘電体保護層、反射層を順次設けた層構成が一
般的である。なお、書換え型とほとんど同じ材料・層構
成により、追記型の相変化媒体も実現できる。この場
合、可逆性が無いという点でより長期にわたって情報を
記録・保存でき、原理的にはほぼ半永久的な保存が可能
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
一般的層構成の相変化光ディスクは反射率が低くＣＤ用
ドライブでは再生できない。記録層上下の誘電体層の膜
厚を変化させることにより反射率を大きくすることは可
能であるが、そのときは充分な変調度を得ることはでき
ない。

【００１１】さらに、ＣＤ用ドライブで再生するために
は未記録部で反射率が高いことが必要であるので、初期
化が必要なＧｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系相変化媒体
の場合は結晶状態の反射率を高くする必要があるが、高
反射率では吸収係数（複素屈折率の虚数部）の小さいア
モルファス状態の反射率が大きくなる傾向にある。記録
層下部の誘電体層を２層にして反射率を上げる試みが提
案されている（特開平１−２７３２４）。

【００１２】誘電体としては、屈折率、熱伝導率、化学
的安定性、機械的強度、密着性等に留意して決定され、
一般的には透明性が高く高融点である酸化物、硫化物、
窒化物やＣａ，Ｍｇ，Ｌｉ等のフッ化物を用いることが
できる。作製プロセスを簡単にするため、界面でのはが
れ等を少なくするためには誘電体中間層の層数は少ない
方が好ましく、少ない層数で高反射率、高コントラスト
を達成するためには屈折率差の大きな２種類以上の誘電
体を用いるとよい。

【００１３】屈折率の比較的小さいものとしては、Ｃａ
Ｆ₂、ＭｇＦ₂、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＳｉＯ₂ 等があり、屈折
率の比較的大きいものとしては、ＴｉＯ₂、ＺｎＳ、Ｔ
ａ₂Ｏ ₅ 、ＺｎＳとＳｉＯ₂の混合物等がある。高反射率
・高コントラストを得るには、記録層と基板との間に光
学膜厚がλ／４の低屈折率と高屈折率の誘電体膜を交互
に積層したいわゆる誘電体ミラーを設けるわけである
が、積層した層数が多いほど、あるいは両誘電体の屈折
率差が大きいほど高反射率が得られることが知られてい
る（特開平３−９１１２８、特開平５−１５１６１４
等）。

【００１４】しかしながら、通常の誘電体ミラーに用い
られる上記酸化物、硫化物、窒化物、弗化物を用いる限
り、高屈折率としては高々ＴｉＯ₂ の２．５程度であ
り、低屈折率としては、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂等の１．３程
度が下限である。従って、十分な誘電体ミラー効果を得
るためには、誘電体ミラー層だけで３〜６層の積層化が
必要であった。しかしながら、層数が多くなりすぎる場
合、製造コスト、再現性確保の難しさを考慮すると実用
的ではない。

【００１５】また、界面で生じる欠陥、剥離も層数のが
増えるにつれ多くなるという問題がある。

【００１６】

【問題点を解決するための手段】本発明者らは層構成お
よび材料を検討した結果、基板上に少なくとも、屈折率
の異なる２種以上の薄膜を積層した中間層、相転移型光
記録層、上部誘電体層、反射層を順次積層してなる光学
的情報記録用媒体において、記録層が結晶状態にある場
合の媒体の反射率が６５％以上、アモルファス状態にあ
る場合の反射率が３５％未満であって、上記中間層を構
成する屈折率の異なる２種以上の薄膜のうちの高屈折率
の薄膜が記録再生光波長に対する複素屈折率の虚部の絶
対値が０．１未満、実部が２．５以上である半導体とす
ることにより比較的簡単な層構成で反射率およびコント
ラストが大きくとれる光学的情報記録用媒体を作製し得
ることを見出した。

【００１７】高屈折率薄膜として、高屈折率、低吸収率
の半導体薄膜を用いることにより、記録再生光波長に対
する吸収を実質上無視できるとともに、効率のよい誘電
体ミラーを形成でき、記録層結晶状態の反射率６５％以
上、アモルファス状態の反射率３５％以下の高反射率、
高コントラスト媒体を比較的少ない層数で達成できる。

【００１８】上記半導体薄膜としては、バンドギャップ
が記録再生光波長と同等かそれより大きいものが望まし
く、たとえば通常のコンパクトディスクでの波長７８０
ｎｍに対しては、非晶質シリコン、ゲルマニウム、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｂ₂ Ｓ₃ 等が挙げられる。たとえ結晶状態の吸収
率が大きくても、非晶質化、水素化、弗素化することに
より、バンドギャップをコントロールして所望の光学的
特性が得られるのも、半導体薄膜の特徴である。なかで
も、水素化または弗素化した非晶質シリコンは、バンド
ギャップが１．６〜２．０エレクトロンボルトと７８０
ｎｍ（約１．５エレクトロンボルト）に比べ十分広く、
７８０ｎｍに対する複素屈折率は約３．５−０．１ｉ
（ｉは虚数）と良好な値を示し、結晶化温度が４００℃
以上と熱的にも安定であるという点で、優れた材料であ
る。

【００１９】さらに、反応性スパッタ時に炭化水素ガ
ス、ＮＨ₃ 、窒素、酸素ガス等から少なくとも１種のガ
スを水素ガスに混入して用いることにより、水素化非晶
質ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等種々のＳｉをベースとす
る非晶質膜が得られる。これらは、膜の光学定数、機械
的強度、他の膜との密着性を制御するのに有効である。

【００２０】一方、低屈折率膜としてはＭｇ，Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ等の酸
化物、硫化物、窒化物、フッ化物を用いることができ
る。特に記録消去による熱ダメージが少ない場合、ある
いは繰り返し記録回数が少なくてもよい場合には、耐熱
性の有機物薄膜（ポリイミド、ポリフルオロカーボン等
のスパッタ膜、プラズマ重合膜、蒸着重合膜など）も使
用できる。

【００２１】これらの誘電体膜は必ずしも化学量論的組
成をとる必要はなく、屈折率等の制御のために組成を制
御したり、混合して用いることも有効である。なお誘電
体層の膜厚は必ずしもλ／４の光学膜厚である必要はな
く、この膜厚からずらすことにより反射率や反射率の波
長依存性、及びコントラストの調整が可能である。

【００２２】低屈折率薄膜の屈折率ｎL は、高屈折率薄
膜の屈折率ｎH とすると、ｎH ／ｎL が１．２以上とな
るようにするのが好ましい。本発明においては、高屈折
率膜である半導体薄膜の屈折率が２．５以上と高いた
め、通常高屈折率とみなされる、酸化タンタル、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＳとＳｉＯ2 の混合膜等（いずれも屈折率は約
２．０前後）も低屈折率膜として利用できる。この場
合、使用できる誘電体膜の範囲が広くなるという利点が
あるため、熱物性、機械的強度を重視した材料の選択が
可能になる。

【００２３】高屈折率薄膜として記録再生光波長に対す
る複素屈折率の実部が２．５以上のものを用いる理由は
上述の通りであるが、複素屈折率の虚部の絶対値が０．
１以上のものでは吸収率が大きくなりすぎ良好な反射率
が得られない。さらに、上記低屈折率膜を上記高屈折率
半導体膜の酸化物または窒化物とすることにより、各層
間の密着性を改善でき、繰り返し記録消去にともなう界
面剥離等の劣化防止に効果がある。

【００２４】また、同一半導体ターゲットを用い、Ａｒ
ガス中でスパッタして半導体膜を形成し、引き続き酸素
または窒素を導入して反応性スパッタすれば、上記半導
体の酸化膜または窒化膜が形成できる。屈折率を調整す
るために、酸素と窒素の両方を導入しても良い。いずれ
にせよ、酸素または窒素ガスの導入のオン・オフ操作に
よって、簡単にしかも界面での密着性に優れた積層膜が
得られる。

【００２５】場合によっては、酸素または窒素ガスのオ
ン・オフを緩やかに行うことで、界面に傾斜組成を生ぜ
しめ、さらに密着性を改善することも可能である。ま
た、酸素と窒素の両方を混合した反応性ガスを用いれ
ば、屈折率を約１．５〜２．０の範囲で制御できる。と
くにシリコンの酸化膜は屈折率が１．５と低いので、上
述の水素化または弗素化非晶質シリコンとあわせて用い
れば、効率のよい誘電体ミラーが得られる。水素化、ま
たは弗素化シリコンは酸化しにくいという特性もあり、
酸化シリコンからの拡散による劣化防止にも効果的で経
時安定性に優れる。

【００２６】通常、相変化記録層はＧｅＳｂＴｅ系、Ｉ
ｎＳｂＴｅ系等が用いられるが、屈折率変化の大きな材
料がコントラストを大きくするために好ましい。ＧｅＳ
ｂＴｅ系に関しては、Ｓｂ₂Ｔｅ₃−ＧｅＴｅライン上組
成またはこの組成に少量のＳｂ等を加えた組成が相変化
記録に適しているが、屈折率変化の面ではＧｅＴｅに近
い方が良い。

【００２７】したがってＧｅＴｅをベースとする材料が
好ましく、第３の元素を添加してビット形状、結晶粒
形、経時安定性、記録感度、光学物性等を改善すること
も可能である。第３元素としてＳｂ、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｔ
ｅ、Ｇｅ，Ｐｂ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｓｉ，Ｂｉ，Ａｕ，Ｔ
ｉ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｎｉ等を加えても
よい。なおＧｅＴｅの組成比は５０ａｔ．％（原子％）
から±５ａｔ．％程度のずれは問題ない。

【００２８】本発明における記録媒体の基板としては、
ガラス、プラスチック、ガラス上に光硬化性樹脂を設け
たもの等のいずれであってもよいが、ＣＤ互換性の面で
はポリカーボネート樹脂が好ましい。また、反射層とし
ては、Ａｕ、Ａｇ，ＣｕまたはＡｌ、あるいはこれらを
主成分とする合金膜が用いられる。さらにこの上に、光
または熱硬化性樹脂や誘電体膜からなる保護層を設ける
と、耐食性が向上し、繰り返し記録消去による劣化も抑
制できる。

【００２９】記録層、誘電体層、反射層はスパッタリン
グ法などによって形成される。記録膜用ターゲット、保
護膜用ターゲット、必要な場合には反射層材料用ターゲ
ットを同一真空チャンバー内に設置したインライン装置
で膜形成を行うことが各層間の酸化や汚染を防ぐ点で望
ましい。また、生産性の面からもすぐれている。

【００３０】

【実施例】以下、実施例をもって本発明を詳細に説明す
る。 実施例１〜６ 基板をポリカーボネート樹脂、反射層を金、記録層をＧ
ｅ₄₆Ｓｂ₈ Ｔｅ₄₆（原子％）とし、高屈折率誘電体とし
て水素化非晶質シリコン（ｎ＝３．５−０．０５ｉ）ま
たは、Ｓｂ₂ Ｓ₃ （ｎ＝２．８−０．０５ｉ）を用い、
低屈折率膜とし（ＺｎＳ）₈₀（ＳｉＯ₂ ）₂₀（屈折率
２．１）、ＳｉＯ₂ （屈折率１．５）、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （屈
折率１．７）、Ｔａ₂ Ｏ₅ （屈折率２．１）を用いてさ
まざまな層構成でディスクを作製したときの非晶質時の
媒体の反射率、結晶化時の媒体の反射率の測定結果を表
１にまとめる。

【００３１】反射率についてはほぼ計算どおりの値が得
られた。またＧｅＴｅ、Ｇｅ₄₆Ｔｅ、₅₄、Ｇｅ₅₄Ｔ
ｅ₄₆、Ｇｅ₄₇Ｓｅ₆ Ｔｅ₄₇、Ｇｅ₄₇Ｓｉ₆ Ｔｅ₄₇、Ｇｅ
₄₇Ｉｎ₆Ｔｅ₄₇の複素屈折率はＧｅ₄₆Ｓｂ₈ Ｔｅ₄₆とい
ずれも結晶時５．１−４．５ｉ、非晶質時４．２−１．
２ｉと大きな差はなかった。結晶状態の記録層及び非晶
質シリコン層における吸収光量の割合を入射光量を１と
して計算によって求めた値は、非晶質シリコン層への吸
収率が０．０５〜０．０６であり記録層への吸収率が
０．２５であった。

【００３２】実施例１のディスクについて１．４ｍ／ｓ
ｅｃで１９６ｋＨｚ、ｄｕｔｙ５０％、１９ｍＷの信号
を記録したところＣ／Ｎ＞５０ｄＢが得られ、１０ｍＷ
のＤＣレーザーを投射したところ２５ｄＢ以上の消去率
が得られた。レーザー波長は７８０ｎｍ、開口比ＮＡは
０．５５である。ＣＤの再生と同条件で再生を行ったと
ころ良好に再生出来た。 ［比較例１］ 記録層は膜厚２００ÅのＧｅ₄₆Ｓｂ₈ Ｔｅ₄₆を用い、高
屈折率誘電体として吸収率の高い非晶質シリコン（３．
５−０．２ｉ）を、低屈折率誘電体としてＳｉＯ₂ （屈
折率１．５）を用い実施例１とほぼ同様の層構成でディ
スクを作製したときの非晶質時の媒体の反射率、結晶化
時の媒体の反射率の測定結果を表１にまとめる。

【００３３】結晶状態の記録層及び非晶質シリコン層に
おける吸収光量の割合を入射光量を１として計算によっ
て求めた値は、非晶質シリコン層への吸収率が０．１７
〜０．１８であり記録層への吸収率が０．１７〜０．１
８であった。反射率についてはほぼ計算通りの値が得ら
れた。比較例１では、非晶質シリコン層への吸収が大き
すぎ、結晶状態で十分な反射率が得られない。

【００３４】また、記録層と非晶質シリコン層への光吸
収が同程度になるため、記録層において有効に光エネル
ギーが利用されず、記録感度が大幅に低下した。ＣＤの
再生と同条件で再生を行ったところ再生不能であった。 ［比較例２］基板と記録層の間の誘電体中間層をすべ
て、絶縁物である、ＳｉＯ₂ （屈折率１．５）と（Ｚｎ
Ｓ）₈₀（ＳｉＯ₂）₂₀（屈折率２．１） で構成した場
合、各層の膜厚をλ／４とすると、それぞれ１３０ｎ
ｍ、９３ｎｍ必要となる。

【００３５】これに対し、非晶質シリコンでは実施例の
ごとく、５６ｎｍで済む。例えば表１に示す層構成をと
れば、記録層の結晶状態反射率７０％以上、非晶質状態
反射率３５％未満とできるが、全体の膜厚が厚くなる。
また、これら絶縁物層は、一般に成膜速度が遅く、必要
膜厚も厚いので生産速度が遅くなる。また各層の膜厚が
厚くなると、膜の内部応力の影響が大きくなり、膜剥離
等の問題が生じ易かった。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】 表中〜は以下の通り、 ：水素化非晶質シリコン ：ＳｉＯ₂ ：Ｓｂ₂Ｓ₃ ：Ｔａ₂Ｏ₅ ：（ＺｎＳ）₈₀（ＳｉＯ₂）₂₀ ：Ｓｉ₃Ｎ₄ ：Ｇｅ₄₆Ｓｂ₈Ｔｅ₄₆ ：Ａｕ

【００３８】

【発明の効果】本発明の光学的記録用媒体を用いること
により比較的簡単な層構成かつ簡単なスパッタ法によ
り、反射率およびコントラストが大きくとることのでき
る光学的情報記録用媒体を作製し得る。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に少なくとも、屈折率の異なる２
   種以上の薄膜を積層した中間層、相転移型光記録層、上
   部誘電体層、反射層を順次積層してなる光学的情報記録
   用媒体において、記録層が結晶状態にある場合の媒体の
   反射率が６５％以上、アモルファス状態にある場合の反
   射率が３５％未満であって、上記中間層を構成する屈折
   率の異なる２種以上の薄膜のうちの高屈折率の薄膜が記
   録再生光波長に対する複素屈折率の虚部の絶対値が０．
   １未満、実部が２．５以上である半導体からなることを
   特徴とする光学的情報記録用媒体。
2. 【請求項２】 上記中間層を形成する２種の薄膜のうち
   低屈折率の薄膜が上記高屈折率の半導体の酸化物または
   窒化物である請求項１に記載の光学的情報記録用媒体。
3. 【請求項３】 上記中間層を形成する２種以上の薄膜の
   うち高屈折率の薄膜が非晶質シリコンであり、低屈折率
   の薄膜が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリ
   コンであることを特徴とする請求項２に記載の光学的情
   報記録用媒体。
4. 【請求項４】 高屈折率の薄膜が、非晶質シリコン、水
   素化シリコン及び／又は弗素化シリコンである請求項１
   又は２に記載の光学的情報記録用媒体。
5. 【請求項５】 中間層を形成する２種以上の薄膜のうち
   低屈折率の薄膜が、酸化タンタル、ＺｎＳ、ＳｉＯ₂ 又
   はＺｎＳとＳｉＯ₂ との混合物からなる請求項１又は４
   に記載の光学的情報記録用媒体。
6. 【請求項６】 中間層が屈折率の異なる２又は３種の薄
   膜を積層してなる請求項１乃至５のいずれか１つに記載
   の光学的情報記録用媒体。