JP3080739B2 - 光学的情報記録媒体および光学的情報記録消去再生方法 - Google Patents

光学的情報記録媒体および光学的情報記録消去再生方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光の照射による
昇温，冷却の熱履歴の違いにより光学的性質が変化する
光学的情報記録媒体と光学的情報記録消去再生方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光を利用して情報の記録・再生を
行う光ディスクは、大容量，可搬型のファイルメモリと
して注目されており、すでに、再生専用型，追記型，書
換型光磁気ディスクが実用化されている。重ね書きが可
能な方式としては、相変化型光ディスク，交換結合光磁
気ディスク，磁界変調光磁気ディスクなどが公知であ
る。これらのうちで、レーザ光の照射による昇温，冷却
の熱履歴の違いによる光学的性質の変化により記録消去
を行う相変化型光ディスクは、照射する光のエネルギー
を光学的に識別可能な２つの状態に対応した強度間で変
調させることによって情報を記録、もしくは古い情報の
上に新しい情報を重ね書きする。ここで、照射する光の
エネルギーのうち高パワー側を記録パワー、低パワー側
を消去パワーと呼ぶ。再生時には、通常、２つの状態の
反射率もしくは透過率の変化を検出する方法が用いられ
る。
【０００３】ところで、これらの光学的情報記録媒体は
案内溝の形成された透明基板上に形成されることが多い
が、案内溝の形状は、図４に示すような、案内溝の形成
されている側からみて凸部の幅が広いものが多かった。
以後、図４に示すような形状の案内溝を備えた基板をＶ
溝基板と呼ぶ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】相変化型光ディスクに
おいて相変化にともなう反射率もしくは透過率の変化を
再生する場合、記録マークの大きさに従って再生信号振
幅が大きくなり、記録マークの大きさが再生用のレーザ
ビーム径と同等もしくはそれ以上において再生信号振幅
は飽和する。そのため、再生用のレーザビーム径に対し
て大きな記録マークを形成しないと十分な再生信号振幅
が得られない。ところが、実際に形成される記録マーク
は再生用のレーザビーム径に比べて小さいため、小さな
信号振幅しか得られないという問題があった。こうした
再生信号振幅の低下は、記録周波数が高い周波数になっ
て記録マークが小さくなるほど顕著になるため、相変化
型光ディスクの記録密度の向上が難しいといった問題も
あった。
【０００５】大きな再生信号振幅が得られるように、相
変化にともなう反射率変化が大きくなるような媒体構成
を選ぶことは可能であるが、それにともなって吸収率変
化も大きくなるため、重ね書きを行う際に、重ね書きす
る信号が前の情報に依存して変調を受けて重ね書き特性
が劣化するという問題が生じる。
【０００６】一方、記録密度を向上させるため、小さな
記録マークでも十分な再生信号振幅が得られる方法とし
て、特開平２−７３５３７号公報や特開平２−１１３４
５１号公報に示されるように、反射率変化が小さく、反
射光の位相変化が（１±２ｎ）πに近い媒体構成を選ぶ
方法がある。しかし、反射率変化が小さくて位相差があ
る媒体構成は、光学特性の各層の膜厚に対する依存性が
非常に大きいために成膜マージンが狭いという問題があ
った。
【０００７】本発明の目的は、レーザ光の照射による昇
温，冷却の熱履歴の違いにより光学的性質が変化する記
録層を備えた光学的情報記録媒体において、小さな記録
マークを再生しても大きな再生信号振幅が得られる方法
を提供し、記録密度を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、レ
ーザ光の照射による昇温，冷却の熱履歴の違いにより光
学的性質が変化する記録層を備えた光学的情報記録媒体
において、前記記録層の光学的変化が、反射率あるいは
透過率の変化として検出できる変化であるとともに反射
光あるいは透過光の位相の変化として検出できる変化で
あることを特徴としている。
【０００９】さらに、情報を記録消去再生する場合に
は、記録層を、一旦、反射率の変化を検出する場合には
反射率が高い状態に、透過率の変化を検出する場合には
透過率が高い状態に揃えておいた後に記録消去を行うこ
とを特徴としている。
【００１０】また、前記基板が案内溝を有し、かつ、案
内溝の凸部もしくは凹部の幅が再生を行うレーザビーム
径よりも狭い構成をとることも望ましい。こうした案内
溝を有した基板を、以後、Ｕ溝基板と呼ぶ。Ｕ溝基板上
に形成した光学的情報記録媒体を基板側から記録消去再
生を行う場合においては、反射率もしくは透過率が高い
状態から低い状態への相変化にともなう位相変化が正の
場合には案内溝の凹部に、反射率もしくは透過率が高い
状態から低い状態への相変化にともなう位相変化が負の
場合には案内溝の凸部に記録消去を行うことが望まし
い。
【００１１】
【作用】基板上に、レーザ光の照射による昇温，冷却の
熱履歴の違いにより光学的性質が変化する記録層を備え
た光学的情報記録媒体において、記録層の光学的変化
が、反射率あるいは透過率の変化として検出できる変化
であるとともに反射光あるいは透過光の位相の変化とし
て検出できる変化であることを特徴とする光学的情報記
録媒体を用い、情報を記録消去再生する場合において
は、記録層を、一旦、反射率（もしくは透過率）を高い
状態に揃えておいた後に記録を行うことにより、記録に
ともなう反射率（もしくは透過率）の低下による再生信
号の低下とともに、記録消去にともなう位相差によって
生じる干渉効果を利用して、再生信号をさらに低下さ
せ、信号振幅を大きくすることができる。また、位相差
によって生じる干渉効果だけを利用する場合に比べて、
反射率（もしくは透過率）の変化も利用するため、光学
特性の各層の膜厚に対する依存性を少なくすることがで
き、成膜マージンを大きくすることができる。
【００１２】基板が案内溝を有し、かつ、案内溝の凸部
もしくは凹部の幅が再生を行うレーザビーム径よりも狭
い構成において、記録層の状態の変化を、反射光量の変
化として検出する場合にも、本発明を適用することがで
きる。
【００１３】案内溝の凸部に記録消去を行う場合には、
反射率の高い状態を位相の基準とすると、案内溝の凹部
からの反射光は位相が進むため、反射率が低い状態の方
が位相が遅れるときには、案内溝の凹部からの反射光と
反射率が低い状態からの反射光の位相差が大きくなり、
位相差によって生じる干渉効果が大きくなるため、大き
な信号振幅が得られる。逆に、反射率の低い状態の方が
位相が進むときには、案内溝の凹部からの反射光と反射
率が低い状態からの反射光の位相差が小さくなり、位相
差によって生じる干渉効果が小さくなるため、大きな信
号振幅は得られない。
【００１４】案内溝の凹部に記録消去を行う場合には、
反射率の高い状態を位相の基準とすると、案内溝の凸部
からの反射光は位相が遅れるため、反射率が低い状態の
方が位相が進むときに、案内溝の凹部からの反射光と反
射率が低い状態からの反射光の位相差が大きくなり、位
相差によって生じる干渉効果が大きくなるため、大きな
信号振幅が得られる。
【００１５】
【実施例】図１（ａ）は本発明による光学的情報記録媒
体の基本構成の断面図である。透明な基板１上に、記録
層３が形成されている。記録層３としては、レーザ光の
照射による昇温，冷却の熱履歴の違いにより光学的性質
が変化する物質、例えば、Ｓｅ，Ｔｅなどのカルコゲン
系元素を含む化合物が用いられる。実際には図１（ｂ）
に示すように、記録層３を挟み込む形で下地層２と保護
層４とを形成することが望ましい。これらは、光学的干
渉層としても用いられるため、記録層３の光学的性質の
変化にともなって反射率もしくは透過率が変化するとと
もに、反射光もしくは透過光の位相が変化するように、
所望の膜厚に設定される。下地層２および保護層４とし
ては、透明なＳｉ3 Ｎ4 やＡｌＮなどの窒化物、ＳｉＯ
やＳｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 などの酸化物、ＺｎＳやＺｎＳ
ｅ，ＭｎＳなどのカルコゲナイドを、単体もしくは混合
物で用いることが望ましい。また、光学的干渉を強める
ためおよび媒体の冷却速度を早くする目的で、図１
（ｃ）に示すように保護層４の上に反射層５を形成する
ことも好ましい。反射層５としてはＡｌ，Ａｕ，Ｔｉ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａなどの金属を単体で用いることも
できるし、反射率の調整や熱拡散率の調整、隣接する層
との付着力向上などを目的に、添加物を加えたり、合金
化して用いることもできる。また、反射層５としては、
ＧｅやＳｉなどの屈折率の高い半導体を用いることもで
きる。
【００１６】この基板１にはあらかじめ案内溝が形成さ
れていることが望ましい。案内溝の形状としては、図４
に示すような、案内溝の形成されている側からみて凸部
の幅が広いＶ溝を用いることができる。また、凹部もし
くは凸部の溝幅が記録消去再生を行うレーザ光の直径よ
りも狭い案内溝を用いることもできる。図２（ａ）は基
板の案内溝の凹部がレーザ光の直径よりも狭い場合を、
図２（ｂ）は基板の案内溝の凸部がレーザ光の直径より
も狭い場合を示している。
【００１７】以下、具体的な実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。
【００１８】第１の実施例として、ポリカーボネイト基
板１上に下地層２のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を１５
０ｎｍから３００ｎｍ、記録層３のＧｅ1 Ｓｂ4 Ｔｅ7
を２０ｎｍ、保護層４のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を
２０ｎｍ、反射層５のＡｌを６０ｎｍ順次形成した構成
の媒体の結晶状態および非晶質状態の基板入射の反射率
および結晶化状態から非晶質状態に相変化した場合の反
射光の位相変化を計算した結果を図３に示す。反射率お
よび反射光の位相は記録層，保護層，反射層などの各層
の光学定数および膜厚からマトリックス法（例えば、鶴
田匡夫著、「応用光学II」、応用物理工学選書２、培風
館、１９９０年、第４章参照）により計算することがで
きる。下地層および保護層の光学定数は２．２−ｉ０．
０、記録層の光学定数は結晶状態で５．７−ｉ３．２
５、非晶質状態で４．６−ｉ１．６、反射層の光学定数
は２．８３−ｉ７．７５を用いた。下地層の膜厚が１４
０ｎｍから２４０ｎｍ程度の範囲においては、下地層の
膜厚によって相変化にともなう反射率変化をあまり変え
ずに位相変化を正から負へと大きく変えることができ
る。また、相変化にともなう位相変化は下地層膜厚に対
して急峻な変化ではなく、成膜マージンが広くとれる。
【００１９】第２の実施例として、案内溝の刻まれた、
直径１３０ｍｍ，厚さ１．２ｍｍのポリカーボネイト基
板１上に、下地層２のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２
５０ｎｍ、記録層３のＧｅ1 Ｓｂ4 Ｔｅ7 を２０ｎｍ、
保護層４のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２０ｎｍ、反
射層５のＡｌを６０ｎｍ、各々スパッタ法により順次形
成し、さらに、紫外線硬化樹脂を９．２μｍ形成した試
料を用いて実験を行った。ディスクは毎秒１１．３ｍの
速度で回転させている。記録消去再生に用いた光学ヘッ
ドは、波長は８２０ｎｍ、ＮＡ０．５５で、ビーム径は
案内溝方向で１．５μｍ、案内溝に直交方向で１．３μ
ｍである。再生パワーは１ｍＷ一定である。記録前にあ
らかじめレーザ光を照射して記録膜を成膜直後の非晶質
状態から結晶状態に変化させてある。基板入射の反射率
は非晶質状態で９．６％、結晶状態で１８．０％であっ
た。マトリックス法により非晶質化にともなう位相変化
を計算すると１０８．５°であった。
【００２０】比較例１として、相変化にともなう反射率
変化は同程度で、位相変化がほとんどない構成として、
ポリカーボネイト基板上に、下地層のＺｎＳ−２０ａｔ
％ＳｉＯ2 を２１０ｎｍ、記録層のＧｅ1 Ｓｂ4 Ｔｅ7
を２０ｎｍ、保護層のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２
０ｎｍ、反射層のＡｌを６０ｎｍ、各々スパッタ法によ
り順次形成し、さらに、紫外線硬化樹脂を９．２μｍ形
成した試料を用いて実験を行った。基板入射の反射率は
非晶質状態で２８．８％、結晶状態で３８．１％であっ
た。マトリックス法により非晶質化にともなう位相変化
を計算すると−３．２°と非常に小さい。両ディスクの
記録周波数３．７ＭＨｚ、デューティ５０％での記録特
性を図５に示す。
【００２１】第２の実施例では、搬送波対ノイズ比（以
下、Ｃ／Ｎとする）が５３．９ｄＢ得られているが、比
較例１では４９．３ｄＢしか得られていない。透過電子
顕微鏡による記録マークの観察によると、記録マークの
幅は約０．７μｍ程度と、再生用のレーザビーム径より
も小さいので、位相差の大きい第２の実施例においては
位相差による干渉が生じてＣ／Ｎが高くなっているが、
比較例１では位相差がほとんどないため、反射率変化だ
けで信号が得られているためＣ／Ｎが低い。
【００２２】第３の実施例として、案内溝の刻まれた、
直径１３０ｍｍ，厚さ１．２ｍｍのポリカーボネイト基
板１上に、下地層２のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２
１０ｎｍ、記録層３のＧｅ1 Ｓｂ4 Ｔｅ7 を１５ｎｍ、
保護層４のＺｎｓ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２０ｎｍ、反
射層５のＡｌを６０ｎｍ、各々スパッタ法により順次形
成し、さらに、紫外線硬化樹脂を９．２μｍ形成した試
料を用いて実験を行った。基板入射の反射率は成膜直後
の状態で２．０％、結晶化後の状態で１７．２％であっ
た。また、マトリックス法による計算では非晶質化にと
もなう位相変化は−６０°であった。
【００２３】比較例２として、同様のポリカーボネイト
基板上に、下地層のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２１
０ｎｍ、記録層のＧｅ1 Ｓｂ4 Ｔｅ7 を６ｎｍ、保護層
のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 を２０ｎｍ、反射層のＡ
ｌを６０ｎｍ、各々スパッタ法により順次形成し、さら
に、紫外線硬化樹脂を９．２μｍ形成した試料を作製し
た。この試料は基板入射の反射率が成膜直後の状態で３
２．３％、結晶化後の状態で１７．９％と、第３の実施
例とは逆に成膜直後の非晶質化状態の方が基板入射の反
射率が高い。また、マトリックス法による計算による
と、非晶質化にともなう位相変化は−２１°であった。
両試料を第２の実施例と同様の条件で評価した。記録前
にあらかじめレーザ光を照射して記録膜を成膜直後の非
晶質状態から結晶状態に変化させてある。周波数３．７
ＭＨｚ，デューティ５０％での記録特性を図６に示す。
【００２４】第３の実施例では、Ｃ／Ｎが５７．６ｄＢ
得られているのに対して、比較例２では５２．３ｄＢで
あった。反射率変化は同程度であるが、Ｃ／Ｎが５ｄＢ
以上異なっている。第３の実施例においては、記録にと
もなって反射率が下がるために再生光量が下がるととも
に、記録マークが再生レーザビーム径よりも小さく、非
晶質状態と結晶状態とで位相差があることによる干渉効
果で再生光量が下がり再生信号が大きくなっている。比
較例２では、記録にともなって反射率が上がるために再
生光量が上がるが、位相差による干渉効果で再生光量が
下がるため、再生信号が小さくなっている。
【００２５】第４の実施例として、案内溝の刻まれた直
径１３０ｍｍ，厚さ１．２ｍｍのポリカーボネイト基板
１上に、下地層２のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2 の膜厚
を１７０ｎｍ，２００ｎｍ，２３０ｎｍの３種類、Ｇｅ
1 Ｓｂ4 Ｔｅ7 を２０ｎｍ、ＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ
2 を２０ｎｍ、Ａｌを６０ｎｍ、各々スパッタ法により
順次形成し、さらに、紫外線硬化樹脂を９．２μｍ形成
した。マトリックス法による計算によると、記録にとも
なう位相変化は、下地層膜厚が１７０ｎｍの試料は−２
６．３°、下地層膜厚が２００ｎｍの試料は１．３°、
下地層膜厚が２３０ｎｍの試料は４６．１°である。基
板として、案内溝の形状が凸部の幅が０．６５μｍ、凹
部の幅が０．６０μｍ、溝深さが０．０８μｍ、溝のピ
ッチが１．６μｍの案内溝の刻まれた基板を用いた。記
録前にあらかじめレーザ光を照射して記録膜を成膜直後
の非晶質状態から結晶状態に変化させてある。結晶化前
後の基板入射の反射率は、下地層膜厚が１７０ｎｍの試
料では６．２％および１６．８％、下地層膜厚が２００
ｎｍの試料では７．１％および２６．９％、下地層膜厚
が２３０ｎｍの試料では６．０％および１９．５％であ
り、下地層膜厚が２００ｎｍの試料が最も反射率変化が
大きかった。線速１１．３ｍ／ｓ、記録周波数３．７Ｍ
Ｈｚ、デューティ５０％での記録特性を基板の凹部およ
び凸部で測定し、記録特性の下地層膜厚依存性、すなわ
ち、相変化にともなう位相変化に対する依存性を調査し
た。その結果を図７に示す。記録にともなう位相変化が
正となる下地層膜厚２３０ｎｍの試料では凹部に記録し
た方がキャリアが高く、記録にともなう位相変化のない
下地層膜厚２００ｎｍの試料では凹部と凸部のキャリア
の差はほとんどなく、位相変化が負となる下地層膜厚１
７０ｎｍの試料では凸部に記録した方がキャリアが高
い。このように、記録にともなう位相変化が正の場合に
は凹部に、位相変化が負の場合には凸部に記録すること
により、キャリアを高く再生できる。
【００２６】第５の実施例として、第４の実施例よりも
相変化にともなう位相変化の大きい試料を作製した。案
内溝の刻まれた直径１３０ｍｍ，厚さ１．２ｍｍのポリ
カーボネイト基板１上に、下地層２のＺｎＳ−２０ａｔ
％ＳｉＯ2 を２５０ｎｍ、記録層３のＧｅ1 Ｓｂ4 Ｔｅ
7 を２０ｎｍ、保護層４のＺｎＳ−２０ａｔ％ＳｉＯ2
を２０ｎｍ、反射層５のＡｌを６０ｎｍ、各々スパッタ
法により順次形成し、さらに、紫外線硬化樹脂を９．２
μｍ形成した。基板として、案内溝の形状が凸部の幅が
０．６５μｍ、凹部の幅が０．６０μｍ、溝深さが０．
０８μｍ、溝のピッチが１．６μｍのＵ溝の基板および
凹部の幅が１．１μｍ、溝のピッチが１．６μｍのＶ溝
の基板の２種類を用いた。記録前にあらかじめレーザ光
を照射して記録膜を成膜直後の非晶質状態から結晶状態
に変化させてある。基板入射の反射率は非晶質状態で
９．６％、結晶状態で１８．０％であった。マトリック
ス法により非晶質化にともなう位相変化を計算すると１
０８．５°であった。周波数３．７ＭＨｚ、デューティ
５０％で記録を行った。Ｖ溝基板およびＵ溝基板の凹
部、凸部での記録特性を図８に示す。キャリアレベルは
Ｕ溝基板の凹部に記録した場合が最も高く、Ｖ溝基板に
記録した場合がやや低く、Ｕ溝基板の凸部に記録した場
合はそれらに比べて１０ｄＢ程度低い。Ｕ溝基板の方が
記録部の幅が狭いため、Ｖ溝基板よりも幅の狭い記録マ
ークが形成されているものと思われ、通常はキャリアレ
ベルが低くなるが、相変化にともなう位相差を大きくと
ることにより、キャリアレベルを高くすることができ
る。
【００２７】
【発明の効果】記録消去が行われる案内溝の凹部もしく
は凸部の溝幅を狭くすることにより、記録マークの幅が
制限されて記録マークの幅の記録周波数依存性が小さく
なり、低い周波数の上に高い周波数を重ね書きしても良
好な消去特性が得られる。そのため、相変化型光ディス
クにおいてパルス幅変調方式によって信号を記録するこ
とが可能になり、光ディスクの記録容量を増大すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学的情報記録媒体の基本構成の
断面図である。
【図２】案内溝の形状を示す断面図である。
【図３】本発明による光学的情報記録媒体の相変化にと
もなう反射率変化，位相変化を示す図である。
【図４】従来の光学的情報記録媒体の基本構成の断面図
である。
【図５】本発明による光学的情報記録媒体の記録特性を
示す図である。
【図６】本発明による光学的情報記録媒体の記録特性を
示す図である。
【図７】本発明による光学的情報記録媒体の記録特性を
示す図である。
【図８】本発明による光学的情報記録媒体の記録特性を
示す図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 下地層 ３ 記録層 ４ 保護層 ５ 反射層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−41638（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−207434（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−139718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 7/00 - 7/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に、レーザ光の照射による昇温，冷
    却の熱履歴の違いにより光学的性質が変化する記録層を
    備えた光学的情報記録媒体において、前記記録層の光学
    的変化が、反射率あるいは透過率の変化として検出でき
    る変化であるとともに反射光あるいは透過光の位相の変
    化として検出できる変化であり、前記基板が案内溝を有
    し、かつ、案内溝の凸部もしくは凹部の幅が再生を行う
    レーザビーム径よりも狭いことを特徴とする光学的情報
    記録媒体。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の光学的情報記録媒体に情
    報を記録消去再生する光学的情報記録消去再生方法にお
    いて、信号を反射光量の変化として検出し、記録層を、
    一旦、反射率が高い状態に揃えておいた後に記録消去を
    行うとともに、反射率が高い状態から低い状態への相変
    化に伴う位相変化が正の場合には案内溝の凹部に、反射
    率が高い状態から低い状態への相変化に伴う位相変化が
    負の場合には案内溝の凸部に記録消去を行うことを特徴
    とする光学的情報記録消去再生方法。
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