JP3087454B2

JP3087454B2 - 光学的情報記録媒体およびその構造設計方法

Info

Publication number: JP3087454B2
Application number: JP04157730A
Authority: JP
Inventors: 昇山田; 信夫赤平; 憲一長田; 惠昭古川; 鋭二大野; 健一西内
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH064903A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に形成された相
変化材料薄膜にレ−ザ−ビーム等の高エネルギービーム
を照射することにより信号品質の高い情報信号をオーバ
ライトすることのできる書換え可能な光学的情報記録媒
体の構成ならびにその構成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に形成したカルコゲナイド薄膜に
レーザ光線を照射して局所的な加熱を行い、微小部分の
光学的な特性（屈折率）を変化させ得ることは光誘引性
の相変化現象として既に知られている。即ち、レーザ光
線の照射条件を適当に選べば照射部を原子結合状態が比
較的乱れた状態（アモルファス相）から比較的整った状
態（結晶相）、また反対に結晶相からアモルファス相へ
と高速に相変化させることが可能であり、高密度情報記
録を行う方法の一つとして応用開発が行われてきた。

【０００３】相変化記録のメリットの１つは、記録手段
として単一のレーザビームのみを用い、情報信号をオー
バライトできる点にある。すなわち、レーザー出力を記
録レベルと消去レベルの２レベル間で情報信号に応じて
変調し記録済みの情報トラック上に照射すると、既存の
情報信号を消去しつつ新しい信号を記録することが可能
である（特開昭５６−１４５５３０号公報）。この方法
は光磁気記録のように磁気回路部品が不要なことからヘ
ッドが簡素化できる点、消去動作を必要としないため書
換え時間を短縮することできる点が映像や音声信号の記
録に有利と考えられ記録媒体の開発研究が進められてい
る（例えばK.Nishiuchi他：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(19
92)pp.653-658)。

【０００４】この間、オーバライトに特有の課題につい
ても抽出が行われ、その解決策の提案がなされてきてい
る。例えばオーバライト時の消去率が消去動作のみを行
った場合の消去率に比べて低くなるという課題があっ
た。この課題に対して我々は特開平１−１４９２３８号
公報において、アモルファス状態である記録マーク部に
おける光吸収率と結晶状態である未記録部における光吸
収率を同等にした記録媒体、及び結晶状態部での光吸収
率をアモルファス状態部での光吸収率よりも大きくした
記録媒体を提案した。即ち、図１に示すように表面の平
滑な基板１の上に誘電体３でサンドイッチした記録層２
を形成した媒体、及び誘電体３の上にさらに光反射層４
を設け、保護板５を付けた構成の媒体において、主とし
て誘電体層各層の厚さを適当に選ぶことで上記光吸収率
に関する条件を満足する光記録媒体を形成し、この媒体
ではオーバライト時の消去率が改善されることを開示し
た。

【０００５】しかしながら、この従来例における実施例
の媒体の場合には反射率変化が十分大きいとは言えなか
った。例えば従来例明細書の３頁の実施例第２表におい
て、アモルファス状態の吸収率が結晶状態の吸収よりも
大きな媒体Ｎｏ．１、Ｎｏ．４がそれぞれ１９．１％、
１６．４％という大きい反射率変化を示すのに対して、
結晶状態の方がアモルファス状態よりも吸収率の大きい
媒体Ｎｏ．３、Ｎｏ．６はそれぞれ９．７％、１１．２
％と小さな反射率変化しか示さなかった。特に記録膜が
４０ｎｍの場合には半分以下の値しか示していない。

【０００６】図２は、特開平１−１４９２３８号公報中
に記載の実施例の結果をグラフ化したものであって、結
晶部での光吸収率をＡ(cry)、アモルファス部での光吸
収率をＡ(amo)とし、記録前後の２つの状態における光
吸収率の差ΔＡ（＝Ａ(cry)−Ａ(amo)）とＣ／Ｎならび
に消去率の関係を示したものである。これによれば光吸
収率の差ΔＡが正方向に増加するに従って消去率が改善
されていること、それに対してＣ／Ｎはわずかづつでは
あるが徐々に低下していることが分かる。この場合のＣ
／Ｎ低下の原因は、図３によって明らかである。

【０００７】図３は、図２と同じく特開平１−１４９２
３８号公報中に記載の実施例の結果をグラフ化したもの
であって、結晶部での光吸収率をＡ(cry)、反射率をＲ
(cry)、アモルファス部での光吸収率をＡ(amo)、反射率
をＲ(amo)とし、記録前後の２つの状態における光吸収
率の差ΔＡ（＝Ａ(cry)−Ａ(amo)）と反射率変化量ΔＲ
（＝Ｒ(cry)−Ｒ(amo)）の関係を示したものである。こ
れによれば、従来例の記録媒体では光吸収率の差ΔＡが
増加するにしたがって反射率変化量ΔＲは一方向的に減
少することが示されており、オーバライト時の消去率と
信号振幅とは相反する関係にあったことが分かる。

【０００８】別の従来例である特開平３−１１３８４４
号公報は、反射層を有さない媒体構造で、かつ記録膜が
８０ｎｍと厚い構成の媒体を開示している（第１表）。
しかしながら、この場合には大きなΔＡを得る条件が開
示されていない。つまり、アモルファス部の吸収率が結
晶部よりも１０％以上大きい構成の開示はあるが、結晶
部の吸収率がアモルファス部より大きい媒体では、その
吸収率差は高々２．１％であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】アモルファス状態であ
る記録マーク部と結晶状態である非記録マーク部の両部
における光吸収率差ΔＡに留意した上記従来例（特開平
１−１４９２３８号公報）に開示された記録媒体ではオ
ーバライトモード記録における消去率の向上が実現され
たが、その一方では図３に示されたように、記録前後の
反射率変化量ΔＲが小さくなる傾向があった。反射率変
化量ΔＲは信号の大きさを決定する大きな要因であるか
ら、基本的にはΔＲが小さくなればそれにしたがってＣ
／Ｎも低下する。従来例で比較的大きなＣ／Ｎが得られ
ているが、これは記録マークピッチが２μm以上（線速
度１５ｍ／ｓ，記録周波数７ＭＨｚから計算可能）とい
った記録条件においての結果であることに注意すべきで
ある。この条件では記録マークのサイズ（高々１μｍ
長）はレーザスポットのサイズ（半値幅で直径０．９μ
ｍ）に比較して十分大きくなり、積分値として大きな光
量変化がディテクター上に検出されるからである。し
かしながら最近のようにマークピッチをもっと詰めて記
録密度を高めようという場合には同様ではない。この場
合には、記録マークの大きさ（本願実施例は直径０．６
５μｍのデータ）がレーザスポットの大きさ（半値幅で
直径０．９μｍ）と同等およびそれ以下に小さくなるか
ら、ΔＲが小さければ、それだけ小さな反射光量変化し
か得られなくなり、ΔＲ低下の影響がそのままＣ／Ｎの
大きな低下となって現れることになる。即ち、従来の媒
体では高密度な記録を行うことが限界に来ていた。すな
わち、高密度記録を行うという前提ではオーバライト時
におけるＣ／Ｎと消去率とを同時に満足できる記録媒体
は未だ実現されていなかったと言える。

【００１０】我々は、特願平４−９７６０６号で反射層
として膜厚１５ｎｍ以下のＡｕ反射層を用いて本願と同
様の目的を達成できることを開示した。しかしながら、
通常、金属反射層はヒートシンク層としての役割もまた
担っているから、反射層厚の上限が定まってしまうこと
は好ましくない。

【００１１】別の課題は、従来相変化記録媒体に用いら
れてきたマーク位置記録（あるいはＰＰＭ記録）方式を
マークエッジ記録（あるいはＰＷＭ記録）方式に置き換
え、さらに記録密度を高くするためにはより高い消去率
が必要になるということである。マーク位置記録では記
録マークの形状が多少歪んでいてもピーク位置さえ検出
できればエラーにならないが、マーク位置記録ではマー
クの始終端を検出するため形状の歪がそのままエラーに
なる。この場合にはさらに歪の生じにくい媒体、記録方
法が必要である。

【００１２】本発明の目的は、記録マーク長がレーザス
ポットの大きさに近い高密度信号のオーバライト記録を
行っても、Ｃ／Ｎ及び消去率がともに大きくとれる光記
録媒体、あるいはマークエッジ記録に適合する歪の生じ
にくい光記録媒体を目指し、上記ΔＡ，ΔＲがいずれも
十分大きく、少なくともΔＡ≧３％、ΔＲ≧１５％を同
時に満足する記録媒体を厚さ制限の小さい金属反射層を
用いて構成することならびにその具体的構成方法を提供
するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の書換可能な光学
情報記録媒体は基板上に少なくとも第１の誘電体薄膜
層、波長λのレーザ光線を照射することにより結晶状態
とアモルファス状態との間で光学的特性が可逆的に変化
する相変化物質薄膜からなる記録層、第２の誘電体薄膜
層および光反射層を積層して成る光学的情報記録媒体に
おいて、上記反射層をこの場合にはＡｌまたはＡｌを主
成分とする合金薄膜で構成する。各層の膜厚は記録層の
厚さｄ0、反射層の厚さｄ3及び上記第１および第２の誘
電体薄膜層の厚さｄ1，ｄ2をそれぞれパラメータにし
て、マトリクス法等により上記記録膜がアモルファス状
態にある場合および結晶状態にある場合の媒体としての
反射率、記録層における吸収率をそれぞれ算出し、予め
定めた条件を満たすか否かを判定し、実施可能なｄ0、
ｄ1、ｄ2、ｄ3の組合せの中から上記条件を満たす組合
せを選び、その条件で記録媒体を構成するものである。
この記録媒体を搭載する記録装置には波長λの記録再生
光源を備えるものとする。

【００１４】

【作用】上記４層構成の光学的情報記録媒体においては
入射光Ｉの行方は記録層で吸収されて熱に変わる部分
（Ａ）、反射層に吸収されて熱に変わる部分（Ｌ）、媒
体表面で反射される部分（Ｒ）、媒体を通過してしまう
部分（Ｔ）の４つにおおよそ分けて考えることができ
る。記録層に吸収される光量は記録層がアモルファス状
態である時と結晶状態である時とでは異なり、各々Ａ(a
mo)＝Ｉ−［Ｌ(amo)＋Ｒ(amo)＋Ｔ(amo)］、Ａ(cry)＝
Ｉ−［Ｌ(cry)＋Ｒ(cry)＋Ｔ(cry)］である。つまりア
モルファス部と結晶部の間の光吸収率差は、ΔＡ＝Ａ(c
ry)−Ａ(amo)＝［Ｒ(amo)−Ｒ(cry)］＋［Ｌ(amo)−Ｌ
(cry)］＋［Ｔ(amo)−Ｔ(cry)］、即ちΔＡ＝ΔＬ＋Δ
Ｔ−ΔＲ（ΔＬ＝Ｌ(amo)−Ｌ(cry)、ΔＴ＝Ｔ(amo)−
Ｔ(cry)、ΔＲ＝Ｒ(cry)−Ｒ(amo)）と表わされる。従
って、例えばΔＲ≧１５％を確保し、なおかつΔＡ≧３
％を確保するためには右辺第１項（反射層での吸収率
差）と第２項（透過率差）の合計で１８％以上の差を確
保すればよいことになる。

【００１５】Ａｌ反射層またはＡｌを主成分とする合金
はＡuに比較すると半導体レーザ光源の波長（可視光−
近赤外光）に対しての反射率が小さく、吸収率が大き
い。記録膜がアモルファス状態で光を多く通過させる場
合には反射層での光吸収率は３０％前後にもなり、記録
膜が結晶状態であまり光を通過させない場合には光吸収
率は１０％前後である。従って、これらを反射層として
用いれば、その厚さによらず２０％前後のΔＬを得るこ
とができ、上記ΔＡ≧３％かつΔＲ≧１５％を同時に満
足する前提が満たされる。

【００１６】上記条件を有する光記録媒体では、アモル
ファス部においては結晶部においてよりも吸収率が小さ
いため両部に同じ光量の光を照射してもアモルファス部
の方がやや昇温が遅れる。しかし、融点に至るとアモル
ファス部では融解潜熱のやりとりなく昇温が継続するの
に対して結晶部では潜熱を吸収する間昇温が中断され、
アモルファス部との間の温度差が小さくなる。融解後は
両者間の状態差は解消され、等しい光吸収が得られる。
従って、前記吸収差を予め適当に設定することで両部の
到達温度をほぼ同等にすることが可能となるわけであ
る。両者の到達温度が等しければ記録される信号マーク
は記録前の状態に影響を受けず、常に同じ大きさで形成
されるから記録前の履歴（消去残り）が残らない。すな
わち歪の少ない記録マークが得られることになる。

【００１７】

【実施例】本発明の代表的な光学情報記録媒体は、図４
に示すように基板６の上に第１の誘電体薄膜層７、波長
λのレーザ光線の照射により上記波長λでの光学定数
（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）が相対的に大である結晶状態
と相対的に小であるアモルファス状態との間で光学的特
性を可逆的に変化する相変化物質薄膜からなる記録層
８、第２の誘電体薄膜層９、ＡｌまたはＡｌを主成分と
する合金から成る光反射層１０を順次積層して形成し、
基板側から記録再生のためのレーザ光線１１を入射させ
る。図４ではホットメルトタイプの接着層１２を介して
上下対称になるように２枚が張り合わせた構成になって
いるが、図５のように第２の誘電体薄膜層の上にＵＶ樹
脂等の保護層１３を形成した単板構造も可能である。図
６のように基板の上に光反射層１０、第２の誘電体層
９、記録層８、第１の誘電体層７を積層し、第１の誘電
体層側から光を入射させることも可能である。

【００１８】基板６に用いる材料としては通常光ディス
ク等に用いられているＰＭＭＡ、ポリカーボネイト、ア
モルファスポリオレフィン等の透明樹脂板、ガラス板、
Ａｌ，Ｃｕ等の金属板あるいはこれらをベースにした合
金板を用いる。不透明な基板を用いる場合には図６の構
成に準じる必要がある。また、光ディスクの用途では記
録再生に用いるレーザ光線を導くために表面にはサブミ
クロンサイズの幅、深さを持った同芯円またはスパイラ
ル状の連続溝、あるいはピット列が凹凸で刻まれている
のが通常である。

【００１９】上下２層の誘電体層７，９は樹脂基板を用
いる場合には基板６の表面の熱ダメージを抑える働きと
ともに相変化材料層８を挟み込むことで膜の変形、蒸発
を抑える等の働きをなすものであって樹脂基板材料、記
録膜材料と比較して融点の高いこと、記録再生に用いる
レーザ光線に対して透明であること、硬度が大きくて傷
がつきにくいこと等の性質を有することが必要である。
例えば、ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅等の酸
化物、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＡｌＮ，ＴｉＮ等の窒化物、Ｚ
ｎＳ，ＰｂＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＣａＦ₂
等のフッ化物、ＺｎＳｅ等のセレン化物及びこれらの混
合物としてＺｎＳ−ＳｉＯ₂、ＳｉＮＯ等、あるいはダ
イヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン等を用い
ることができる。

【００２０】本発明で記録層８に用いる材料は相変化物
質薄膜の中でもレーザ光線の照射でアモルファス−結晶
間の可逆的相変態を生じるものであって、結晶状態では
アモルファス状態よりも大きな屈折率、消衰係数を示す
ものを用いる。代表的にはＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｔ
ｅ，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ，Ｓｂ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ
−Ｐｄ，Ａｇ−Ｓｂ−Ｉｎ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｂｉ−Ｓｂ−
Ｔｅ，Ｇｅ−Ｂｉ−Ｔｅ，Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓ
ｂ−Ｔｅ−Ｓｅ，Ｇｅ−Ｂｉ−Ｔｅ−Ｓｅ、Ｇｅ−Ｔｅ
−Ｓｎ−Ａｕ等の系、あるいはこれらの系に酸素、窒素
等の添加物を加えた系を用いることができる。本発明
は、その性質上記録層の組成に縛られるものではない。
従って、ある代表的組成が本発明に適用できればその組
成に多少の添加物を加えた組成物もまた適用可能であ
る。

【００２１】これらの薄膜は通常成膜された時はアモル
ファス状態であるが、レーザ光線等の照射によって結晶
化すると光学的濃度が高くなる（光学定数が大きくな
る）。記録媒体として用いる場合には記録膜面の全体を
予め結晶化し、これを未記録状態として、その上にレー
ザ光線を細く絞って照射し、照射部をアモルファス化し
て光学定数を小さくさせることで記録を行う。上記変化
を再生する時は、上記記録膜にさらに変化を付け加えな
い程度に弱くしたレーザ光線を照射し、記録媒体からの
反射光の強度変化、媒体を通過する透過光の強度変化を
検出することで情報を再生する。

【００２２】記録層８の厚さｄ0は、記録層８が結晶化
され光学的濃度の高い状態にある時であっても、入射光
線の一部が記録層８を十分検出可能な強度で透過可能な
厚さｄmax以下に選ぶ。例えば上記相変化材料膜（結晶
相）を誘電体薄膜層７，９と同じ材質の誘電体層（上下
とも厚さは無限と仮定）に挟まれた時の透過率を考え
て、その値が少なくとも１％程度以上、好ましくは２〜
３％程度以上あること、またその値は上記相変化材料膜
がアモルファス相である場合に比較して１０％程度以上
であることが望ましく、そうなるべく各膜厚を選ぶこと
が重要である。反射層１０で反射されて記録層８中に再
入射する成分が無くなると光の干渉効果が小さくなり、
第２の誘電体薄膜層９ならびに反射層１０の膜厚ｄ3を
多少変化させても媒体全体の反射率変化を大きく確保で
きなくなる。

【００２３】図７は代表的な記録膜組成としてＧｅ₂Ｓ
ｂ₂Ｔｅ₅をＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合物（ＳｉＯ₂：２０モル
％）膜で挟んだ時の膜厚と透過率（波長７８０ｎｍ）の
関係を示したものである。図から結晶状態の場合、膜厚
が６０ｎｍ以下で有れば１％以上、５０ｎｍ以下であれ
ば２％以上、４０ｎｍ以下であれば３％以上の透過率が
あることが分かる。即ち、この場合には記録層の最大膜
厚ｄmaxは６０ｎｍである。

【００２４】反射層１０に用いる金属薄膜としてはＡｌ
単体金属以外にもＡｌに添加物を加えた合金を用いるこ
とができる。添加物としてはＡｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｇｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｂ
ｉ，Ｓｂ、Ｍｏ等の材料群から選ばれる少なくとも１種
を用いて化学的な安定性、熱伝導率、光学定数等の特性
を微調整することができる。例えばＣｒやＴａを加える
と反射率はやや低下するが耐湿特性が向上する。添加物
が少ない場合（例えば１０％以下）にはその合金の光学
定数はＡｌ単体と大差ない。従って、ＡｌまたはＡｌ合
金の１つで得られた結果は直ちに他の合金にも適用可能
である。

【００２５】本発明の記録媒体を構成する第１及び第２
の誘電体薄膜層７，９の膜厚は以下のように決定され
た。まず、誘電体層、記録層、反射層、基板等を構成す
る物質の複素屈折率を求めた。薄膜の複素屈折率は、通
常ガラス板上に薄膜を形成し、その膜厚を段差計で求
め、測定したい波長での反射率、透過率を分光光度計を
用いて測定し、これらの測定値を満足する複素屈折率を
算出する方法がとられる。本発明ではこの方法によった
が、エリプソメーターを使っても測定できる。次に、記
録層８および反射層１０の厚さをある値に固定した上
で、第１及び第２の誘電体薄膜層７、９の膜厚をパラメ
ータとしてマトリクス法（例えば久保田広著「波動光
学」岩波書店、１９７１年、第３章を参照）によって媒
体からの反射率、記録層での吸収率、反射層での吸収率
を算出した。具体的には、多層膜構造の表面を含む全て
の界面に対してエネルギー保存則に基づき光エネルギー
の収支を計算した。多層媒体での各界面についてこのエ
ネルギー収支の方程式をたて、得られた連立方程式を解
くことで、入射光に対する透過光の強度、反射光の強度
ならびに各層での吸収量を求めることができる。本発明
では記録膜が結晶状態にある時とアモルファス状態にあ
る時の両方の場合について上記計算を行い、記録前後の
反射率変化ΔＲが１５％よりも大きく、かつΔＡが３％
よりも大きくなる（結晶状態の記録層における光吸収率
がアモルファス状態の記録層における光吸収率よりも３
％以上大きい吸収を示す）ような誘電体薄膜層７、９の
膜厚条件を選び出した。記録層、反射層の膜厚を変えて
上記作業を行い、実施可能な膜厚範囲で全ての可能性を
検討した。屈折率ｎの誘電体層７，９の膜厚を変化させ
る時、多層膜構成としての光学的な特性は、所定の光波
長λに対して、λ／（２ｎ）の厚さを単位として繰り返
されるから、計算はこの単位厚さの範囲で行えばよい。
なお、この設計方法が当然使用材料の種類に依存するこ
とのない普遍的な方法であることは言うまでもない。

【００２６】本発明の書換え可能な光学的情報記録媒体
は通常の光学薄膜を形成する場合と同様に真空蒸着、マ
グネトロンスパッタリング、ＤＣスパッタリング、イオ
ンビームスパッタリング、イオンプレーティング等の方
法で各層を順次積み重ねて行く方法で形成することがで
きる。記録媒体が設計通りにできているかどうかはでき
あがった媒体の反射率、透過率をスペクトルメーターを
用いて測定し、予め計算した値と比較することで検証す
ることができる。この場合、記録膜での吸収と、反射層
での吸収を直接測定することはできないが、２またはそ
れ以上の波長で同じ比較を行うことで精度を高めること
ができる。

【００２７】また、できあがった媒体が本発明の範囲に
あるか否かは、媒体の層構成（厚さ、光学定数）を調
べ、各層の膜厚および光学定数を元に計算した媒体の反
射率、記録層での吸収率が本願の範囲にあるかどうかを
知ることで確かめられる。また媒体の反射率、透過率は
容易に実測できるので、それらの値を上記計算で求めた
媒体の透過率ならびに反射率と比較することも傍証とな
る。実測作業を２つ以上の波長で実施すればさらに厳密
な検証をすることができる。

【００２８】本発明の光学情報記録媒体を適用する記録
装置の１実施例を図８に示す。実施例の記録装置は光源
として波長がλの半導体レーザを用いる場合を示してい
る。ディスク１４は誘電体薄膜層でサンドイッチされた
相変化物質薄膜からなる記録層と、Ａｌ−Ｃｒ合金薄膜
から成る反射層を備えたものであって、波長λの光源を
用いてオーバライト記録を行った場合に高いＣ／Ｎと高
い消去率とが実現されるべく構成されている。ディスク
１４はモーター１６を回転駆動手段として一定の回転数
で回転させられる。当然、一定の線速度になるよう回転
することも可能である。光ヘッド２０は移送機構１７に
よって上記ディスク１４の任意の位置に動くことができ
る。光ヘッド２０には波長λの半導体レーザ光源１５と
レーザ光線を集光し、ディスク上に絞り込むための光学
系（図示省略）が備えられている。半導体レーザ１５か
ら放出されたレーザ光１９は対物レンズ１８を介して上
記ディスク１４上に照射される。図では省略している
が、通常の光記録装置で必要な電気回路、例えばレーザ
を駆動するための回路、レーザ光線がディスク上の最適
な位置にくるように制御するためのフォーカス用電気回
路、トラッキング用電気回路、サーボ回路、メカニズム
等が必要なことは言うまでもない。半導体レーザはレー
ザ駆動回路に接続され、情報信号に応じて変調される。
この装置においては単一のレーザビームを用いて信号を
オーバライトすることを前提としている。従って、レー
ザ出力は記録層をアモルファス化するに足る比較的高い
パワーレベル（ピークパワーレベル）と結晶化するに足
る比較的低いパワーレベル（バイアスパワーレベル）の
２値間でパワー変調されることになる。

【００２９】以下、具体例をもって本発明をさらに詳し
く説明する。（実施例１）１つの真空チャンバー中に直径１００ｍｍ
ターゲットを４つ備えたスパッタ装置を用いて本発明の
記録媒体を試作した。記録媒体の構造を設計するため
に、まず各層の光学定数を定めた。Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５
薄膜、ならびにＺｎＳ−ＳｉＯ２（ＳｉＯ２：２０ｍｏ
ｌ％）薄膜、Ａｌ−Ｃｒ（Ｃｒ：３ｍｏｌ％）合金薄膜
をパイレックスガラス板上に形成し、波長７８０ｎｍで
の反射率、透過率を分光光度計で測定した。記録膜はア
モルファス状態で測定した後、Ａr雰囲気中で結晶化さ
せ再度反射率、透過率の測定を行った。さらに各膜厚を
測定し、これらの値を満たす各材料の光学定数が（表
１）のように求められた。

【００３０】

【表１】

【００３１】次に上記各光学定数を元にマトリクス法を
用いて各層の厚さをパラメータとして媒体の反射率、記
録層での波長７８０ｎｍでの吸収率を計算し、結晶部と
アモルファス部間の吸収差ΔＡが段階的に異なる７枚の
記録媒体を試作した。基板はディスク上のポリカーボネ
イト（屈折率ｎ＝１．５８）で、サイズは外径３００ｍ
ｍ、内径３５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍとした。基板の表面
はピッチ１．３μｍ、深さ６０ｎｍ、幅０．６μｍの連
続溝で覆われている。この溝のある面に上記スパッタ装
置によって誘電体膜は５００ＷのＲＦスパッタ、相変化
記録膜と反射層膜は１００ＷのＤＣスパッタで形成し
た。スパッタガスはいずれもＡrを用い、いずれも３×
１０^-3ｍｍＨｇのガス圧とした。

【００３２】表２に示したように、各媒体は第２の誘電
体層の厚さ以外はほぼ同様な構成をしている。第１の誘
電体層は厚さ８２ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ₂（ＳｉＯ₂：２
０モル％）混合物膜、記録層は厚さ３０ｎｍのＧｅ₂Ｓ
ｂ₂Ｔｅ₅膜、反射層は厚さ１０ｎｍのＡｌ−Ｃｒ合金膜
である。第２の誘電体層はＺｎＳ−ＳｉＯ₂（ＳｉＯ₂：
２０モル％）混合物膜であり、厚さは１５１ｎｍ、１６
２ｎｍ、１６８ｎｍ、１７４ｎｍ、１８０ｎｍ、１８６
ｎｍ、１９７ｎｍとした。それぞれの吸収率差ΔＡおよ
び反射率差ΔＲは（表２）に掲げた通りである。各値は
計算によって求めた。

【００３３】

【表２】

【００３４】（表３）は上記７種類の媒体について、そ
の反射率と透過率を分光光度計によって実測した結果を
計算値と比べたものである。記録層が結晶層である場合
と、アモルファス相である場合の両方について調べたと
ころ、いずれの場合においても計算値と実測値とはよく
一致していることが示された。また、上側の表の反射率
から下側の表の反射率を引いた反射率差ΔＲの値は実測
値と計算値とでよく一致しており、試作した記録媒体は
ほぼ設計通りの光学特性を有していることが確かめられ
た。これより、７枚の媒体の内でＮｏ．３、Ｎｏ．４、
Ｎｏ．５は設計値通り、本発明の範囲内の記録媒体と見
なせることが確かめられた。

【００３５】

【表３】

【００３６】（実施例２）実施例１のディスクを各２枚
用意し、膜のついた面を内側にしてホットメルト接着剤
を用いて張り合わせた。図８の装置を用いて各ディスク
を毎分１８００回転で回転し、最外周部（線速度２７ｍ
／ｓ）でのオーバライト特性を評価した。従来よりも高
密度な記録を行うために、マークピッチが１．３μｍに
なるように２１ＭＨ（ｆ１）および８ＭＨ（ｆ２）の単
一周波数で交互に記録を行った。半導体レーザ光線の波
長は７８０ｎｍ、対物レンズはＮ．Ａ．が０．５５のも
のを用いた。

【００３７】測定手順は、まずｆ１を記録してＣＮ比を
測定した後、ｆ２をオーバライトしてｆ１成分の減衰比
を測定し消去率を測定する方法によった。（表４）はＣ
Ｎ比が５０ｄＢに到達するピークパワー（装置の測定限
界３０ｍＷ）、ＣＮ比の飽和値、消去率の最大値及び消
去率が２６ｄＢを越えるバイアスパワー域を示したもの
である。この（表４）と（表２）から以下のことが分か
った。

【００３８】即ち、（表２）のΔＲ、ΔＡは（表４）の
ＣＮ比、消去率およびバイアスパワーマージンとそれぞ
れ強い相関性を有しており、ΔＡが５．９％では十分大
きな消去率が得られるが、ΔＡが１．９％程度では消去
率２６ｄＢを越えるバイアスパワー領域が全くないこと
が示された。

【００３９】さらに消去率とΔＡとの関係を詳しく調べ
たところ、消去率２６ｄＢを得るためにはΔＡが少なく
とも３％以上、望ましくは５％以上必要であることが分
かった。これは結晶部とアモルファス部で同等の昇温を
実現するためには、結晶部ではアモルファス部よりも融
解潜熱に相当する分だけより大きなエネルギーを必要と
するということであって、それがΔＡの３％程度に相当
することを示すのであろう。またＣＮ比で５０ｄＢ以上
を得るためにはΔＲが１５％以上は必要であることが示
された。

【００４０】以前に反射層としてＡuを用いて試みた場
合には（特願平４−９７００６号）、 ΔＡとして５％
以上必要であったが、この場合にはやや小さくても良い
ことが示された。これはＡｌ−Ｃｒの熱伝導率がＡｕに
比べて小さいことに起因すると考えているが定かではな
い。いずれにせよ、本発明の範囲内にある記録媒体（Ｎ
ｏ．３、４および５）は５０ｄＢを越えるＣＮ比と消去
率２６ｄＢを越える広いパワー域を有することが示され
た。

【００４１】

【表４】

【００４２】（実施例３）実施例１のディスクを毎分３
６００回転の速度で回転させ、外周部（線速度５６ｍ／
ｓ）において実施例２と同様に１．３μｍのマークピッ
チで記録を行った。この時、ディスクＮｏ．３とＮｏ．
４のディスクは５０ｄＢ以上のＣ／Ｎと２６ｄＢ以上の
消去率を示したが、Ｎｏ．５のディスクは消去率が２６
ｄＢに到達しなかった。５０ｍ／ｓを越える高速条件で
は、ΔＡが１０％以上であることが必要との結果が示さ
れた。

【００４３】（実施例４）実施例１、２と同様にポリカ
ーボネイト基板、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合物薄膜、Ｇｅ₂Ｓ
ｂ₂Ｔｅ₅薄膜を用いて波長７８０ｎｍを前提に各種記録
媒体を試作し、その特性を評価した。記録膜の厚さは２
０ｎｍから８０ｎｍ、反射層の膜厚を３ｎｍから２００
ｎｍまで振った。（表５）は設計試作した記録媒体につ
いての特性評価結果を示す。表中、○印はΔＲ≧１５％
かつΔＡ≧３％を満足する上下２層の誘電体層の膜厚条
件がおよそ±３％以上の広い膜厚マージンを持って存在
すること、△印はΔＲ≧１５％かつΔＡ≧３％を満足す
る誘電体層膜厚の条件が得られること、×印は上記条件
を満たす膜厚条件がないことを示す。

【００４４】

【表５】

【００４５】この評価から、Ａｌ合金反射層の膜厚によ
らず記録層の厚さを４０ｎｍ以下に選べば本発明の目的
とする記録媒体を構成できることが示された。また、Ａ
ｌ合金反射層が２００ｎｍと厚い場合にも、本発明の範
囲内にある記録媒体を構成できることが示された。厚い
反射層はヒートシンクとしての働きを十分果たすもので
ある。

【００４６】（実施例５）記録層として実施例１の材
料、誘電体層としてＺｎＳ−ＳｉＯ₂およびＳｉＯ₂、反
射層とてＡｌ−Ｔｉを選んで実施例４と同様の実験を行
った。その結果、記録膜の厚さが２５ｎｍ以下である場
合に、反射層の厚さを１５ｎｍ以下の選べばいずれの誘
電体材料を用いても本願発明の目的を達成したまま第２
の誘電体層の膜厚を記録層の厚さと同等に薄くできるこ
と（高々２５ｎｍ）が確かめられた。すなわち急冷構造
でΔＡ，ΔＲに関する本発明の条件を満足できることが
確かめられた。（表６）は誘電体層にＺｎＳ−ＳｉＯ₂
を用いた例である。このディスクでは線速度の遅い領域
で特に歪の少ないオーバライト記録の行えることが分か
った。

【００４７】

【表６】

【００４８】（実施例６）実施例１、２、３と同様のこ
とをガラス基板でも行い、同様の結果を得た。

【００４９】（実施例７）実施例２において同様の評価
をディスクの内周部（線速度１０ｍ／ｓ）でも行った。
周波数は７．８ＭＨｚ（ｆ１）と３ＭＨｚ（ｆ２）とし
た。その結果、外周部と同様Ｎｏ．３、Ｎｏ．４ならび
にＮｏ．５のディスクが５０ｄＢ以上のＣＮ比と２６ｄ
Ｂを越える広いパワー幅を示した。また、この場合には
Ｎｏ．６の媒体も５０ｄＢ以上のＣＮ比と２６ｄＢを越
える消去率を示した。但し、上記条件を満たすパワー範
囲がＮｏ．３−５のディスクに比べて狭かった。

【００５０】（実施例８）Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ３元合金の
組成をＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅの３角組成座標上でＧｅ ₂Ｓｂ₂
Ｔｅ₅組成とＧｅＳｂ₄Ｔｅ₇組成とＳｂ単体組成を結ぶ
範囲で様々に変化して光学定数を調べ、これに基づいて
計算及び試作評価を行ったがＳｂ濃度が４０％以下の組
成では上記Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅を用いた場合とほぼ同様の
領域で本発明の記録媒体が構成可能であることが分かっ
た。

【００５１】（実施例９）反射層の材料として、Ａｌ−
Ｃｒに代えて、Ｔａ，Ａｕを５％添加したＡｌ−Ｔａ，
Ａｌ−Ａｕ等を用いて上記実施例１−７を行い、同様の
結果を得た。Ａｌ成分が９０％以上の合金では、光学定
数がＡｌと大きく変化しないので、同様の効果が得られ
るものであろう。

【００５２】

【発明の効果】本発明によって、大きなＣＮ比、高い消
去率ならびにその広いパワー許容幅（マージン）を有す
る記録媒体ならびにその設計方法が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の相変化光記録媒体の構成を示す断面図

【図２】従来例の実施例中に記載されている記録媒体の
有するＣＮ比および消去率と光吸収率差ΔＡとの関係を
グラフ化した図

【図３】従来例の実施例中に記載されている記録媒体の
有する反射率変化量ΔＲと光吸収率差ΔＡとの関係をグ
ラフ化した図

【図４】本発明の光学情報記録媒体の１実施例の構成を
示す図

【図５】本発明の光学情報記録媒体の１実施例の構成を
示す図

【図６】本発明の光学情報記録媒体の１実施例の構成を
示す図

【図７】本発明の１実施例において、記録媒体を構成す
る記録層の厚さと透過率の関係を示す図

【図８】本発明の記録媒体を搭載した記録装置の１実施
例を示す図

【符号の説明】

１基板２記録層３誘電体層４光反射層５保護板６基板７第１の誘電体層８記録層９第２の誘電体層１０反射層１１レーザ光線１２接着層１３保護層１４ディスク１５半導体レーザ１６モーター１７移送機構１８レンズ１９レーザ光２０光ヘッド

フロントページの続き (72)発明者古川惠昭大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者大野鋭二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西内健一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.⁷，ＤＢ名) G11B 7/24 G11B 7/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】波長λの記録再生レーザを用いる光記録装
置に適用される書換可能な光学情報記録媒体であって、
基板上に少なくとも第１の誘電体薄膜層、波長λのレー
ザ光線の照射により結晶相とアモルファス相との間で光
学的特性が可逆的に変化する相変化物質薄膜からなる記
録層、第２の誘電体薄膜層、Ａｌ（アルミニウム）また
はＡｌを主成分とする合金薄膜層から成る反射層を備え
ており、前記波長λの照射レーザ光線に対する前記記録
層の吸収率ならびに前記記録媒体の反射率を、前記記録
層がアモルファス相である場合にはそれぞれＡ(amo)お
よびＲ(amo)、また前記記録層が結晶相である場合には
それぞれＡ(cry)およびＲ(cry)として、前記記録層のア
モルファス相と結晶相との間における前記吸収率の差Δ
Ａ（＝Ａ(cry)−Ａ(amo)）および前記反射率の差ΔＲ
（＝Ｒ(cry)−Ｒ(amo)）がΔＡ≧３％およびΔＲ≧１５
％であることを特徴とする書換可能な光学的情報記録媒
体。
【請求項２】前記反射層の膜厚が１５ｎｍ以下である請
求項１記載の光学的情報記録媒体。
【請求項３】前記反射層がＡｌを主成分としＡｕ，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｃｏ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｂｉ，Ｓｂからなる材料群から
選ばれる少なくとも１種を含む合金であることを特徴と
する請求項１記載の光学的情報記録媒体。
【請求項４】前記ΔＡが１０％以上である請求項１記載
の光学的情報記録媒体。
【請求項５】波長λの記録再生レーザを用いる光記録装
置に適用される書換可能な光学情報記録媒体であって、
基板上に少なくとも第１の誘電体薄膜層、波長λのレー
ザ光線の照射により結晶相とアモルファス相との間で光
学的特性が可逆的に変化する相変化物質薄膜からなる記
録層、その厚さが高々３０ｎｍである第２の誘電体薄膜
層、金属薄膜層から成る反射層を備えており、波長λの
照射レーザ光線に対する前記記録層の吸収率ならびに前
記記録媒体の反射率を、前記記録層がアモルファス相で
ある場合にはそれぞれＡ(amo)およびＲ(amo)、また前記
記録層が結晶相である場合にはそれぞれＡ(cry)および
Ｒ(cry)として、前記記録層のアモルファス相と結晶相
との間での前記吸収率の差ΔＡ（＝Ａ(cry)−Ａ(amo)）
および前記反射率の差ΔＲ（＝Ｒ(cry)−Ｒ(amo)）がΔ
Ａ≧３％およびΔＲ≧１５％であることを特徴とする急
冷構成の書換可能な光学的情報記録媒体。
【請求項６】前記誘電体薄膜層がＺｎＳ−ＳｉＯ₂混合
物から成り、前記記録層が厚さ４０ｎｍ以下のＧｅ−Ｓ
ｂ−Ｔｅ３元合金から成る請求項１記載の光学的情報記
録媒体。
【請求項７】波長λの記録再生光源を用いる装置に適用
される書換可能な光学情報記録媒体の設計方法であっ
て、基板上に、少なくとも第１の誘電体薄膜層、波長λ
の光線の照射により結晶相とアモルファス相との間で光
学的特性が可逆的に変化する相変化物質薄膜からなる記
録層、第２の誘電体薄膜層、金属薄膜層からなる反射層
を備えた書換え可能な光学的情報記録媒体を構成するに
あたり、少なくとも前記各層の光学定数を決定するステ
ップ１と、前記記録層の厚さｄ0の最大値ｄmaxを決定す
るステップ２と、前記記録層の厚さｄ0、前記第１及び
第２の誘電体層の厚さｄ1、ｄ2ならびに前記反射層の厚
さｄ3をパラメータとし、入射光の内で前記相変化物質
薄膜層に吸収される割合（以後吸収率Ａと呼ぶ）ならび
に前記光学的情報記録媒体から反射される割合（以後反
射率Ｒと呼ぶ）を計算により求めるステップ３と、前記
相変化物質薄膜がアモルファス状態である場合の光吸収
率Ａ(amo)ならびに反射率Ｒ(amo)と、結晶状態である場
合の光吸収率Ａ(cry)ならびに反射率Ｒ(cry)とを比較
し、アモルファス状態と結晶状態との間での吸収率の差
ΔＡ（＝Ａ(cry)−Ａ(amo)）が所定の値と同等以上であ
り、かつ反射率の差ΔＲ（＝Ｒ(cry)−Ｒ(amo)）もまた
所定の値と同等以上となるｄ0、ｄ1、ｄ2、ｄ3の組合せ
条件を選び出すステップ４とを含む書換え可能な光学的
情報記録媒体の設計方法。