JP3154496B2 - 複数の追記型相変化記録層を有する光データ記憶システム - Google Patents

複数の追記型相変化記録層を有する光データ記憶システム

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般には光データ記憶システムに関し、具
体的には複数の記録層を有する光記憶媒体を使用する光
データ記憶システムに関する。
発明の背景 光ディスク・ドライブなどの光データ記憶システムで
は、光媒体上に大量のデータを記憶することができる。
媒体の記録層上にレーザ・ビームを収束させ、その後で
反射光線を検出することによってデータにアクセスす
る。
追記型(WORM)システムでは、レーザは記録層上に永
久的マークを作ることによってデータを書き込む。媒体
上にデータが記録された後は消去することができない。
WORMシステムにおけるデータは、書き込まれたマーク
と、マーク間の書き込まれていない領域との間の反射率
の変化として検出される。溶融型WORMシステムでは、レ
ーザは記録層の一部を溶かし記録層内に物理的なピット
を生じさせることによってデータを書き込む。
孔あけ型WORMシステムとは異なり、相変化WORMシステ
ムは相変化合金を記録材料として使用し、レーザは相変
化媒体を1つの構造相(たとえばアモルファス)からも
う一つの構造相(たとえば結晶)に局所的に変換するこ
とによってデータを書き込む。これは、アモルファス領
域をその結晶化温度またはそれ以上の温度に加熱してそ
れを維持するか、またはその領域を溶融させ、結晶する
までゆっくり冷却するときに行われる。WORM機能は、媒
体が第2の構造相が第1の構造相に容易に変換し戻され
ないように設計されているために実現される。他のタイ
プの相変化WORMシステムは、空間的に分離した金属層の
混合または合金化を使用する。書込みプロセス中、レー
ザによって媒体の局所的領域を加熱し、最初は別々にな
っている層の相互拡散を生じさせ、それによって混合合
金を作る。両方のタイプの相変化WORMシステムにおける
データは、媒体上の書き込まれていない領域と書込まれ
た領域との間の反射率の変化として検出される。
光ディスクの記憶容量を増やすために、複数記録層シ
ステムが提案されている。2つ以上の記録層を有する光
ディスクには、レンズの焦点位置を変えることによっ
て、空間的に分離された異なる記録層でアクセスするこ
とができる。この手法の例としては、米国特許第520287
5号、第5097464号、および第4450553号がある。相変化W
ORMディスクでの複数記録層の使用に伴う1つの問題
は、従来のWORM材料が光を多く吸収することである。複
数記録層ディスクでは、レーザ光が入射するディスク面
と最後またはその面から最も遠い記録層との間の中間記
録層が光を透過させる必要がある。従来の相変化および
合金WORM材料は、高い割合の光を吸収するため、遠く離
れた記録層への書込みが不可能である。中間記録層を薄
くして透明にした場合、反射率または信号コントラスト
(相変化合金の結晶相とアモルファス相との反射率の
差)あるいはその両方が十分でなく、その結果、相変化
WORM記録層として機能することができなくなる。
モリナカによる特公昭59−210543号には、多重光記録
用の積層光媒体構造体が記載されている。この構造体
は、直接隣接する誘電層がない、2つの個別の光吸収層
によって例示されている。付着率が低すぎて複数記録層
システムに必要な離隔厚みを形成することができない気
相付着によってスペーサ相を付着させているため、この
2つの光吸収層は十分な厚さのスペーサ層によって分離
されていない。
必要なのは、入射レーザ光に近い記録層から良好な信
号を供給するだけでなく、すべての記録層上で妥当なレ
ーザ・パワーによって書込みと消去が可能な複数データ
面システムである。
発明の開示 本発明は、複数記録層相変化WORM光ディスクおよびデ
ィスク・ドライブである。このディスクは、レーザ光が
入射する光透過基板を有する。この基板は、少なくとも
2つの空間的に分離された多層膜記録スタックを有し、
各スタックは相変化WORM材料のアクティブ記録層を含
む。ディスクは、各記録スタックが別々の基板上で支持
され、基板間がエアギャップで分離された、エアギャッ
プ構造体か、または中実の光透過スペーサ層によって記
録スタックが分離された中実構造である。レーザ光が入
射する基板と最も遠い記録スタックとの間にある各記録
スタックが、アクティブ記録層と記録層と接触した光干
渉膜とを含む。記録層は、良好な光透過率を有するよう
に十分薄く作られているが、その薄さで他の層がまった
くなしには、適切なサーボ性能および記録性能を備えた
記録層として機能するのに十分な反射をしない。記録層
と接触した光干渉膜は、隣接する記録層およびスペーサ
と比較して高い屈折率を有し、記録スタックにおける光
干渉効果を増大させる。光干渉膜は、記録スタックのコ
ントラストと反射率と透過率を最適化する。また、光干
渉膜は、レーザ光が通過して遠くの記録層上に焦点を合
わせることができるように、非吸収性である。これによ
って、妥当なレーザ・パワーを使用して遠くの記録層に
書き込むことができる。
図面の簡単な説明 以下に、本発明について添付図面を参照しながら説明
するが、これらは例示に過ぎない。
第1図は、複数記録層相変化光ディスクを使用した本
発明の光ディスク・ドライブ・システムを示す略図であ
る。
第2A図は、エアギャップ複数記録層光ディスクの断面
図である。
第2B図は、二重基板積層複数記録層光ディスクの断面
図である。
第2C図は、単一基板積層複数記録層光ディスクの断面
図である。
第2D図は、エアギャップによって第1の記録層から離
隔された基板の役割を果たす防塵カバーを備えた、積層
複数記録層光ディスクの断面図である。
第3図は、光ディスク・ドライブ・システムの、光ヘ
ッドと、二記録層エアギャップ構造体の形態の光ディス
クを示す略図である。
第4図は、光ディスク・ドライブ・システムの制御シ
ステムを示すブロック図である。
第5図は、本発明の好ましい実施例による隣接し合う
光干渉膜を備えた複数記録層を示すエアギャップ複数記
録層光ディスクの断面図である。
第6A図および第6B図は、本発明による二記録層ディス
クの、それぞれ第1および第2のデータ層のリードバッ
ク・データ・ジッタとマーク長とをレーザ書込みパワー
の関数として示すグラフである。
第7図は、本発明の好ましい実施例による隣接し合う
二重膜を備えた複数記録層を示す、エアギャップ複数記
録層光ディスクの断面図である。
第8図は、本発明の他の実施例による隣接膜間に挟ま
れた第1の記録層を備えた複数記録層を示す、エアギャ
ップ複数記録層光ディスクの断面図である。
好ましい実施例の説明 第1図は、総称参照番号10で示された本発明による光
ディスク・データ記憶システムの略図である。システム
10は、当技術分野で周知のようにクランプ・スピンドル
14上に取り外し可能に装着されることが好ましい光デー
タ記憶ディスク12を含む。スピンドル14は、スピンドル
・モータ16に装着され、スピンドル・モータ16はシステ
ム・シャーシ20に装着されている。モータ16はスピンド
ル14とディスク12を回転させる。
ディスク12の下に光ヘッド22が配置されている。ヘッ
ド22はアーム24に装着され、アーム24はボイス・コイル
・モータ26などのアクチュエータ装置に接続されてい
る。ボイス・コイル・モータ26はシャーシ20に装着さ
れ、アーム24とヘッド22をディスク12の下で半径方向に
移動させる。
第2A図はディスク12の断面図である。ディスク12は、
レーザ・ビームが入射する外面49を有する基板50を備え
る。面板50と第2の基板56との間に外径(OD)リム52と
内径(ID)リム54が装着されている。基板50は、ガラ
ス、ポリカーボネート、またはその他のポリマー材料な
どの光透過材料製とすることができる。基板56は、基板
50と同様の材料製とするか、または基板56が光を通過さ
せないようにする実施態様では光を透過させない材料製
とすることができる。好ましい実施例では、基板50と基
板56の厚さは1.2mmである。基板50は薄膜記録スタック9
0を有し、基板56は薄膜記録スタック92を有する。記録
スタック90、92はそれぞれ、アクティブ相変化WORM材料
の記録層と少なくとも1層の透過誘電層とを含み、これ
らのスタックについては後で詳述する。基板50、56は、
射出成型、光重合処理、またはエンボス処理によってそ
れぞれ記録スタック90、92に隣接した面内に形成された
光追従溝またはマークあるいはヘッダ情報を有する。別
法として、追従機構は基板内に形成されたピットまたは
記録層内の記録マークとすることもできる。ODリムおよ
びIDリム52、54は、プラスチック材料製であることが好
ましく、厚さは約300マイクロメートルである。リム5
2、54は、接着剤、セメント、超音波ボンディング、ま
たは他の通常のボンディング・プロセスによって基板5
0、56に取り付けることができる。リム52、54は別法と
して基板成形プロセス中に基板50、56に一体に形成する
こともできる。リム52、54は適正な位置に配置される
と、基板50と56の間に環状のエアギャップまたは空間78
を形成する。スピンドル14を収容するスピンドル穴80が
IDリム54の内部でディスク12を貫いている。IDリム54内
には複数の通路82が設けられ、穴80と空間78とを連結
し、空間78とディスク・ドライブの周囲環境との間の均
圧化を可能にしている。通路82には複数の低インピーダ
ンス・フィルタ84が装着され、空気中の微粒子物質によ
る空間78の汚染を防止する。フィルタ84は水晶繊維また
はガラス繊維とすることができる。別法として、通路82
とフィルタ84をODリム52上に配置することもできる。
第3図に、光ヘッド22およびディスク12の一実施例の
略図を示す。光ヘッド22はレーザ・ダイオード200を備
え、レーザ・ダイオード200は一定した波長で基本光線
を発生するガリウム・アルミニウム砒素ダイオード・レ
ーザである。レーザ・ダイオード200は、少なくとも2
つのパワー・レベルで動作することができる。すなわ
ち、アクティブ記録層の相が変化するのに十分な大きさ
の第1の書込みパワー・レベルと、書き込まれた記録層
内のアモルファス相領域と結晶相領域からの反射によっ
てデータを読み取るためのより低い第2の読取りパワー
・レベルである。光線202はレンズ203によって平行化に
され、サーキュラライザ204によって円形にされ、次に
ビームスプリッタ205まで通過する。光線202の一部がビ
ームスプリッタ205によってレンズ206と光検知器207と
に反射される。検知器207を使用してレーザ光線202のパ
ワーを監視する。ビームスプリッタ205からの光線202
は、次に反射鏡208にまで通過して反射される。次に光
線202は、焦点レンズ210を通過し、記録スタック90、92
のうちの1つの回折スポットに収束する。ホルダ214に
レンズ210が取り付けられ、その位置は、ボイス・コイ
ル・モータとすることができる焦点アクチュエータ・モ
ータ216によってディスク12を基準として調整される。
焦点アクチュエータ・モータ216によるレンズ210の移動
によって、収束スポットがディスク12の基板50、56上の
2つの記録スタック90、92を移動する。
光線202の一部は記録スタック90、92から反射光線220
として反射する。光線220はレンズ210を通って戻り、反
射鏡208によって反射される。ビームスプリッタ205で、
光線202はアスティグマティック・レンズ232を通して多
要素光検知器234に送られる。
第4図は、光ディスク・ドライブ・システムのコント
ローラ・システムを示すブロック図であり、総称参照番
号300で示されている。多要素検知器234(第3図)は、
データ信号と、焦点誤差信号(FES)と、追従誤差信号
(TES)とを供給する出力信号を発生する。これらの信
号は、信号増幅器236によって増幅され、コントローラ3
14に直接送られる。増幅器236から、ピーク検出器310も
FESを受け取り、ピーク検出器312もTESを受け取る。コ
ントローラ314は、FESピーク検出器310と、TESピーク検
出器312と、レーザ・パワー検出器207とからも入力信号
を受け取る。コントローラ314は、マイクロプロセッサ
・ベースのディスク・ドライブ・コントローラである。
コントローラ314は、レーザ200、ヘッド・モータ26、ス
ピンドル・モータ16、および焦点アクチュエータ・モー
タ216にも接続されている。
第2B図は、システム10におけるディスク12に置き換わ
ることができる複数記録層記録ディスク112の代替実施
例を示す断面図である。ディスク112の要素は、第2A図
のディスク12の要素と同様であるが、ディスク112はデ
ィスク12のリムとスペーサを持っていない。その代わり
に、中実の透明なスペーサ122が基板150と156とを分離
する。好ましい実施例では、スペーサ122は透過率の高
い光学接合剤であり、基板150と156を結合させる役割も
果たす。スペーサ122の厚さは約20〜300マイクロメート
ルであることが好ましい。それぞれの基板150、156上の
記録スタック190、192にはWORM材料が含まれている。
第2C図は、システム10におけるディスク12に置き換わ
ることができる複数記録層記録ディスク412の他の代替
実施態様を示す断面図である。ディスク412の要素は第2
B図のディスク112の要素と同様である。しかし、ディス
ク412は前の実施例(たとえば第2B図の基板150、156)
のように2つの別々の基板を使用せず、その代わりに、
単一の基板450から多層構造が作られている。WORM記録
スタック490、492は中実のスペーサ層422によって分離
されている。スペーサ層422は、基板450上の記録スタッ
ク490の上方に積層または付着(光重合プロセスまたは
スピン被覆など)によって形成された光透過層である。
好ましい実施例では、光透過スペーサ層422はポリカー
ボネートなどのポリマー材料製である。層422の上面に
は光重合プロセスまたはエンボス処理によって、その面
内に追従溝またはヘッダ情報あるいはその両方が形成さ
れている。次に、スペーサ層422の上に第2のWORM記録
層492を付着させる。次に、記録スタック492上に紫外線
(UV)硬化スピン被覆アクリル樹脂、接着被覆付きポリ
カーボネートなどのポリマー材料の最終保護層456を形
成する。
第2D図は、システム10におけるディスク12に置き換わ
ることができる複数記録層記録ディスク512の他の代替
実施例を示す断面図である。この実施例では、ディスク
512は中実のディスク・ブランク556を含む。ディスク・
ブランク556上にWORM記録スタック592を付着させ、入射
レーザ光から最も遠い記録スタックを形成する。記録ス
タック592の上に中実のスペーサ層522を形成し、スペー
サ層522上に入射レーザ光に最も近い第1のWORM記録ス
タック590を形成する。記録スタック590上にスピン被覆
プロセスによって紫外線硬化光ポリマーなどの保護被覆
を形成することができる。プラスチック・リング536が
スペーサ層522に接着され、スペーサ層522の外縁の周囲
に延びている。リング536は透明プラスチックの防塵カ
バー538を支持する。防塵カバー538は厚さが典型的には
100マイクロメートルであり、リング536の端から端まで
延び、リング536に接着されている。防塵カバー538はレ
ーザ光線が入射する外面549を有する。防塵カバー538
は、防塵カバー538と第1の記録スタック590との間に0.
2〜2.0mmのエアギャップ540を形成する。ディスク・ブ
ランク556は、アルミニウム合金などの平滑な表面を持
つ中実の材料でできていることが好ましい。スペーサ層
522は、典型的には10〜150マイクロメートルの厚さの、
スピン・コーティングされた紫外線硬化または熱硬化光
ポリマー膜である。防塵カバー538はポリカーボネート
などの透明なポリマー材料製である。
以下に、複数WORM記録層およびその製作方法を、第2A
図のディスク構造に関して説明する。しかし、本発明の
複数WORM記録層システムは、第2B図ないし第2D図に示
し、説明するその他のディスク構造のいずれとでも動作
可能である。
第5図は、複数相変化WORMアクティブ記録層51および
66を有する光データ記憶ディスク12の断面図である。デ
ィスク12は、レーザ光線が入射する外面49を有する基板
50を有する。基板50は、ポリカーボネート、アモルファ
ス・ポリオレフィン(APO)、ポリメタクリル酸メチル
(PMMA)、またはガラス製であり、記録波長では非吸収
性である。基板50の厚さは1.2mmであることが好ましい
が、その他の厚さも使用可能である。外面49の反対側の
基板50面上にレーザ光線の追従サーボのための事前アド
レスおよび事前溝を形成することができる。基板50上に
スパッタリングまたは蒸着によってアクティブ相変化WO
RM材料の記録可能薄膜51を付着させる。好ましい材料
は、厚さが2〜15nmのAxSnySbz(3%<x45%、1%<y
40%、45%<z<96%で、x+y+z=100%)の相変
化タイプの合金である。ただし、AはIn、Cr、Bi、Si、
およびその他の遷移材料である。このタイプの相変化合
金はについては、米国特許第4960680号に記載されてい
る。しかし、その特許に記載されているように、この材
料は少なくとも約20nmの厚さの単一の層である。この材
料が20nmより厚い場合、その光透過率は15%未満であ
る。したがって、この材料は従来の厚さでは複数記録層
光ディスクには適さず、複数記録層光ディスクは約35%
より大きい光透過率を必要とし、この光透過率は約7.5n
m未満の厚さでのみ達成可能である。さらに、光透過率
を上げるために厚さを7.5nm未満まで薄くしただけで
は、他の問題を生じる。約7.5nm未満の厚さの場合、ア
モルファス相および結晶相の反射率が低く過ぎて、正確
な収束および追従や、誤り率の低いデータ読取りが保証
されない。また、そのように薄い相変化層は保護されて
いないい場合、腐食しやすい。
本発明では、光干渉膜53などの1層または複数層の追
加の膜を記録層51と接触して付着させる。薄膜の光干渉
効果を使用することにより、多層薄膜記録スタック90
(アクティブ記録層51および膜53)の透過率と反射率と
吸収率を、個々の層の厚さを変えることによって調整す
ることができる。膜53と記録層51とが組合わさって干渉
構造体を形成する。膜の厚さと屈折率の実数部(n)と
に基づいて、膜53の厚さを適切に選定すれば構造性干渉
が起こる。膜53のnの値の差が、膜53に隣接する層(記
録層51および空気)の屈折率と比較して大きい場合、所
与の膜厚について干渉効果が大きくなり、記録スタック
90の信号コントラストと反射率が最適化される。また、
光スポットが第2の記録層66上で収束するときに記録層
51と膜53とを最小限の吸収量で透過するように、光干渉
膜53は吸収率が低い(屈折率の虚数部が小さい、すなわ
ち消衰係数kが小さい)必要がある。光干渉膜53にはSi
Ox、TiOx、ZrOx、CuxO、SiN、SiC、アモルファスSi、ま
たは有機ポリマーなどの誘電体が好ましく、アクティブ
記録層51上にスパッタリング、蒸着、またはスピン・コ
ーティングによって付着させることができる。光干渉膜
53に適するその他の材料は、Al、Ti、Zr、Cu、Hf、Ta、
Nb、Cr、およびWから成るグループから選択した要素の
酸化物または窒化物である。S、Se、およびTeのうちの
1つまたは複数と混合したZnやCrなどの誘電体も使用可
能である。これらの材料はアモルファス相でも結晶相で
もよい。アモルファス相の場合は広範囲な組成が許容可
能である。たとえば、SiOxは1<x<2.1の組成を有す
ることができる。光干渉効果は、たとえば「Optical P
ropertie of Thin Solid Films」(O.H.Heavens、A
cademic Press、1955年)に記載されている標準の薄膜
干渉計算を使用して算出される。
膜53のもう一つの重要な特性は低い熱伝導率である。
透過率が高い(すなわち吸収率が低い)アクティブ記録
層51の場合、相変化材料の書込み感度は従来の厚さの吸
収率の高い相変化層ほど高くない。したがって、レーザ
が書込みパワー・レベルにある間アクティブ記録層51か
らの熱の流れが少なくなるように、膜53がアクティブ記
録層51と接触した状態で膜53の熱伝導率が低くなければ
ならない。一般に、膜53には熱伝導率が0.1W/cm−K未
満の非吸収性材料を使用することができる。たとえば、
SiOxの熱伝導率は400度Kで0.015W/cm−Kである。より
高いレーザ・パワーが使用可能な場合、膜53の低い熱伝
導率という必要条件は緩和される。誘電膜53は、アクテ
ィブ記録層51の保護被覆の役割も果たし、これは記録層
間のスペーサがエア・ギャップである場合には特に望ま
しい。
エア・ギャップの形態のスペーサ層78は光干渉膜53に
隣接し、2つの記録層51、66を分離する。第2のアクテ
ィブ相変化記録層66上に、スピン被覆光ポリマー(紫外
線硬化アクリル受信)などの非吸収性保護層の層64を付
着させることができる。記録層66は厚い場合があるた
め、層64は保護層としても記録層66の性能を強化するた
めにも必要ではない場合がある。第2の記録層66は、複
数記録層光ディスクにおける最後のアクティブ記録層で
あり、透過性でなくてもよい。したがって、この層はた
とえば20〜200nmなどの従来の厚さのものとすることが
できる。アクティブ記録層66が厚くなると、アクティブ
記録層51と比べて吸収率が高くなる。したがって、層66
の書込み感度を高くすることができ、そのため非吸収性
保護層64の熱伝導率は膜53ほど重要ではない。したがっ
て、層64は、10nmから数マイクロメートルの厚さを持
つ、層53について前述したものなどの吸収率の低い誘電
体から選択することができる。第2の記録層66と保護層
64とから成るスタック92は、第2の基板56上に付着させ
る。基板56は基板50と同じ材料か、または不透明プラス
チック材料やアルミニウムなどの金属材料など、不透明
な材料で形成することができる。
第5図に示すような光ディスク12の好ましい実施例で
は、780nmの波長で動作するレーザを使用する場合で、
基板50および56は厚さ1.2mmのポリカーボネートであ
る。第1のアクティブ記録層51は厚さ9nmのIn15Sn20Sb
65である。この膜自体は入射光の約29%を透過させ、反
射率は13%である。n=1.5でSiO2の光干渉膜53を150nm
付着させることによって、スタック90の透過率は41%に
なり、反射率は20%である。既存のレーザ・ダイオード
光源を使用した場合の良好な信号雑音比を持つ信頼性の
高い動作にとっては、35%を超える透過率と10%を超え
る反射率を有するこのような相変化WORM記録構造体が必
要である。エアギャップ78の厚さは200マイクロメート
ルである。基板56上の第2のアクティブ記録層66は、厚
さ75nmのIn15Sn20Sb65である。保護層64は、厚さ2マイ
クロメートルのスピン被覆光ポリマー(紫外線硬化アク
リル樹脂)である。スポット・サイズを小さくし、それ
によって記録密度を高くするより短い波長のレーザ光の
場合は、記録層51と膜53の厚さの調整が必要である。た
とえば、500nmの波長のレーザ光の場合、記録層51の厚
さが8nmで、膜53の厚さは110nmが最適である。
第5図の構造による上述の好ましい実施例と同様の二
層ディスクの特定の例において、アクティブ記録層51、
66をIn15Sn20Sb65で形成し、透明誘電層53、64をSiO2
形成した。層51は厚さ8nmで、ポリカーボネート基板50
上にスパッタ付着させた。層51上に誘電層53を150nmの
厚さにスパッタ付着させた。第2のデータ層66は厚さが
75nmで、ポリカーボネート基板56上にスパッタ付着させ
た。保護層64は150nmのSiO2でアクティブ層66上にスパ
ッタ付着させた。次に、厚さ300マイクロメートルのエ
アギャップ78を有するように2つの基板を互いに接着し
た。2つの記録スタック90、92(記録層51、66とそれら
に付随する光干渉層53、64)の透過率、反射率、および
吸収率は以下の表1の通りであった。
この二層ディスクを動的試験スタンドで試験した。波
長780nmのレーザ光線を開口数0.55のレンズを通して収
束させた。局所媒体速度が10.7m/sになるようにディス
クを回転させた。12nsのレーザ・パルスを使用して、8
クロック・サイクル長のパルス幅変調(PWM)データを
記録した。各クロック・サイクル(Tc)は35.4nsであっ
た。第6A図および第6B図は、2つの記録層のそれぞれに
ついてマーク立ち下がり−立ち下がり(TE−TE)「ジッ
タ」のリードバック・データをレーザ書込みパワーの関
数として示したグラフである。ジッタは、ディスク上の
理想的な位置からの書込みマーク遷移のずれの測度であ
る。データが最小限の誤差で読み戻されるように保証す
るためには、正しいマーク長でジッタが低いことが重要
である。最悪の場合でもジッタはTcの5パーセント未満
(この場合これは35.4nsクロックのうちの1.8nsとな
る)であることが望ましい。第6A図、第6B図に示すよう
に、両方の記録層のリードバック・データは、8Tc=28
3.2nsの正しいマーク長で1.2ns未満という低いジッタを
示した。この低いジッタを達成するのに必要な書込みパ
ワーは両方の記録層について23mWであり、これは現在市
販されているレーザで達成可能である。
以上、第2A図に示すようなエアギャップ構造の場合の
本発明の好ましい実施例について説明したが、これは第
2B図ないし第2D図に示すようなその他のディスク構造に
も当てはまる。
第7図は、12′と示されている、光ディスク12の他の
実施態様を示す断面図である。ディスク12の要素と同様
のディスク12′の要素はプライム付き番号で示してあ
る。第1の記録層51′は、膜53(第5図)の代わりにそ
の上に付着させた2層の光干渉膜55、57を有する。たと
えば困難な製造要件により、屈折率が高く熱伝導率が低
い材料を選定することができないある種の場合には、二
重の透過薄膜を使用することができる。したがって、デ
ィスク12′では、膜55,57の組み合わせによって単一の
膜53の機能を実現する。膜55は熱伝導率は低くなければ
ならないがnは必ずしも高くなくてもよいのに対し、膜
57は、nは高くなければならないが熱伝導率は必ずしも
低くなくてもよい。膜55には、SiOx、TiO2x、ZrOx、Cux
O、または有機ポリマーなどが好ましい。膜57には、層5
3(第5図)について前述したような吸収率の低い誘電
体が好ましい。記録層51′の光学特性は、層55および57
の厚さを調整することによって最適化することができ
る。たとえば、膜55には厚さ10〜80nmのSiO2を使用する
ことができ、層57には厚さ20〜100nmのSiNxを使用する
ことができる。第2の記録層66′にも他の変更を加える
ことができる。保護層64′の厚さを調整して光干渉効果
を使用し、第2の記録層66′の信号コントラストを最大
限にすることができる。アクティブ記録層66′上に蒸着
またはスパッタリングによってSiOxを50〜200nmの厚さ
範囲まで付着させることができる。この薄いSiOx層64′
によって、光干渉被覆のまったくないアクティブ記録層
66′と比較して信号コントラストが1.3倍ないし2.2倍に
増大する。このコントラストの増大は、たとえば高密度
のパルス幅変調(PWM)記録の場合など、信号雑音比の
向上が必要がある場合に有用である。さらに、記録層5
1′上の誘電体被覆55および57は、アクティブ記録層5
1′の上部ではなく基板50′とアクティブ記録層51′と
の間の基板50′上に付着させることもできる。これは、
様々な層の接着など製造上の問題により、場合によって
は記録層51′と基板50′の間に誘電体被覆を配置するこ
とが望ましいことがあるためである。
第8図は、12″として示されている、光ディスク12の
他の実施例を示す断面図である。ディスク12の要素と同
様のディスク12″の要素はダブル・プライム付き番号で
示してある。第7図の光ディスク12′と同様の法域で、
複数記録層WORMディスク12″はアクティブ記録層51″に
近接する2層の非吸収性膜72および74を有する。相違点
は、アクティブ記録層51″が非吸収膜72、74の間に挟ま
れていることである。基板上50″に直接、誘電膜72を付
着させ、次に膜72上にアクティブ相変化記録層51″を付
着させ、さらにアクティブ記録層51″上に膜74を付着さ
せる。レーザ光は、非吸収膜72を通過してから記録層5
1″に達する。この三層薄膜記録スタック90″も光干渉
効果を利用して性能を最大化する。膜72、74の機能は第
5図のディスク12の膜53と同じである。したがって、膜
72、74は低い熱伝導率と高いnを持っていなければなら
ない。この構造がディスク12の構造よりも有利な点は、
ある程度の高い書込みパワー条件下で記録層の溶融が起
こる可能性があることである。相変化媒体では溶融は、
データ・マークの配置の誤りが増える可能性があるた
め、望ましくない。図のようなサンドイッチ構造では、
記録層における溶融の可能性は最小限に押さえられる。
第8図の構造の好ましい実施例では、780nmの波長で動
作するレーザの場合で基板50″および56″は厚さ1.2mm
のポリカーボネートである。第1の誘電層72は厚さ2nm
のSiO2である。第1のアクティブ記録層51″は、厚さ8n
mのIn15Sn20Sb65である。第2の誘電層74は、厚さ2マ
イクロメートルのスピン被覆紫外線硬化アクリル樹脂で
ある。エアギャップ78″の厚さは200マイクロメートル
である。基板56″の上の第2のアクティブ記録層66″
は、厚さ75nmのIn15Sn20Sb65である。保護層64″は、厚
さ2マイクロメートルのスピン被覆紫外線硬化アクリル
樹脂である。
以上、本発明について、二層のみの複数記録層ディス
クに関して説明し、図面で示した。しかし、三層以上の
記録層を設けることも可能である。第1と第2の記録層
の間に、1つまたは複数の追加の記録層とそれに付随す
る光干渉膜を配置することができる。たとえば、第5図
の好ましい実施例に第3の記録層(およびそれに接する
第2の光干渉膜)を組み込む場合、第1の記録層は厚さ
7nmのIn15Sn20Sb65となり、第1の光干渉膜は厚さ150nm
のSiO2となる。第3の記録層は、厚さ7nmのIn15Sn20Sb
65となり、第2の光干渉膜は厚さ150nmのSiO2となる。
この結果、各記録スタックの透過率が50%となり、それ
によって第1の基板に入射したレーザ光の25%が第2の
記録層または最も遠い記録層に到達することになる。
AxSnySbzの相変化型合金の代わりに、アモルファスか
ら結晶に遷移し、その2つの構造的に明確に異なる状態
に付随する反射率の差を有する他の材料組成を、相変化
WORM記録層(51、51′、51″、66、66′、66″)に使用
することができる。適切な組成の選定の指針となる原則
は、材料が、ある化学量論的組成にあるか、またはそれ
に近いことである。これは、結晶化の間に相分離ほとん
どあるいはまったく起こらない組成である。この条件
は、結晶化して安定相または不安定相になる材料につい
て得ることができる。一般に、最も速く結晶化する材料
が最も適切である。さらに、あまり急速に結晶化しない
材料の場合、薄膜構造は冷却率を低下させるように比較
的断熱度が高くなければならない。これは、収束された
レーザ光線による記録層の溶融により結晶化スポットが
アモルファス相に戻すのを防ぐためである。この最後の
必要条件は、材料に1回しか書き込むことができないよ
うに保証することである。すなわち、記録層と直接接触
するかまたは薄い(たとえば約30nm未満)誘電層によっ
て分離されている金属層などの熱伝導率の高い材料があ
ってはならない。
最も適切な2状態組成である材料としては、GeTe、Sn
Te、PbTe、SbSe、Sb2Se3、0<x<0.4のSb(1-x)Se、Bi
2Se、Sbi2Se3、Bi2Te、BiTe、Bi2Te3、Sb2Te、SbTe、Sb
2Te3、TeSi、Ag2Se、AgSe2、Ag2Te、Ag3Te2、AgTe2、Au
2Se3、AuTe2、GaSb、GeSeなどがある。さらに、これら
の組成は化学量論的組成からわずかにずれていてもよ
く、Ti、Pd、またはCrなどの核生成剤を添加することに
よってきわめて急速に結晶化する。相変化WORMを適する
3状態組成としては、GeTeをSb2Te3とタイライン結合す
る組成に従った組成、特にGeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、GeSb4
Te7、またはわずかにSb、Ti、Pd、Sn、またはCrの量が
超えるこのタイラインに従った組成が含まれる。他の材
料はIn3SbTe2が含まれる。他の材料組成は、(InSb)
1-x(GaSb)xである(ただし0.5<x<=1)。また、
金属添加物(たとえばPd、Ni、Cu)を加えたTeOx、Ge
Ox、SbOxおよびInOxのタイプの亜酸化膜などのアクティ
ブ記録膜も使用可能である。これらの亜酸化システム
も、記録の仕組みとして熱駆動アモルファス−結晶相遷
移を利用する。これらの材料のそれぞれについて、非吸
収層53、55、57、64、72、および74(およびそのプライ
ム付き参照番号の層)の新たな厚さを上述の教示に基づ
いて求める。
以上、本発明について光ディスク・ドライブの実施例
で説明した。しかし、本発明を適用することができる他
のタイプに光データ記憶システムもある。これらのシス
テムは通常、データが記憶される媒体を除去することが
できるという特徴を有する。一般的なシステムは、テー
プまたはカードの形態の光媒体を使用するシステムであ
る。テープまたはカードに付随するドライブは、データ
の読取りおよび書込みのため、ディスクの場合のような
回転ではなく、並進によってテープまたはカードを動か
す。また、相変化WORM材料の複数記録層を使用すること
によって、光テープおよびカードのデータ記憶容量を増
やすことが望ましい。光テープまたはカードにおいて
は、複数記録スタックは、不透明基板上に支持され、レ
ーザ光が入射する透明保護層で覆うことができる。この
場合、保護層は前述のディスク基板のように機能する。
テープまたはカード保護層とディスク基板は両方とも、
レーザ光が入射し、レーザ光がそれを通過して記録スタ
ックに到達する外面を有する透明部材である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルービン、カート、アラン アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタ クララ、スーザン・ドライブ 2377 (72)発明者 タン、ウエード、ワイ チュン アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・ ホセ、ピノット・コート 213 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/24

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)光を透過させ、レーザ光がその上に
    入射するディスク外面(49)を形成する第1の面を有す
    る第1の部材(50)と、 (b)該部材によって該部材外面から離隔された相変化
    ライトワンス材料の第1の記録層(51)と、 (c)第1の記録層の屈折率とは異なる屈折率と光の構
    造的干渉を生じさせるのに十分な厚さとを有し、第1の
    記録層と第1の記録層と接触する光干渉膜とが光を透過
    させる、第1の記録層と接触し光を透過させる光干渉膜
    (53)と、 (d)第1の記録層から離隔した相変化ライトワンス材
    料の第2の記録層(66)とを含む光データ記録媒体(1
    2)であって、 レーザ光が第1の記録層上で収束したときにレーザ光が
    第1の記録層(51)および光干渉膜(53)から反射し、
    レーザ光が第2の記録層上で収束したときにレーザ光が
    第1の記録層およびそれと接触する光干渉膜を通過し、 前記光データ記録媒体(12)は、 (e)光を透過させ、第1の記録層(51)と第2の記録
    層(66)との間に配置され、スペーサ層の厚さによって
    第1の記録層(51)と第2の記録層(66)とを分離する
    スペーサ層(122)を含む光データ記録媒体(12)。
  2. 【請求項2】光媒体が光ディスクであり、レーザ光が入
    射する第1の部材(50)が基板であることを特徴とす
    る、請求項1に記載の光媒体。
  3. 【請求項3】(a)光を透過させ、レーザ光がその上に
    入射するディスク外面(49)を形成する第1の面を有す
    る第1の部材(50)と、 (b)該部材によって該部材外面から離隔された相変化
    ライトワンス材料の第1の記録層(51)と、 (c)第1の記録層の屈折率とは異なる屈折率と光の構
    造的干渉を生じさせるのに十分な厚さとを有し、第1の
    記録層と第1の記録層と接触する光干渉膜とが光を透過
    させる、第1の記録層と接触し光を透過させる光干渉膜
    (53)と、 (d)第1の記録層から離隔した相変化ライトワンス材
    料の第2の記録層(66)とを含む、光データ記録媒体
    (12)。
  4. 【請求項4】光媒体が光ディスクであり、レーザ光が入
    射する第1の部材(50)が基板であることを特徴とす
    る、請求項3に記載の光媒体。
  5. 【請求項5】第2の基板(56)をさらに含み、第2の記
    録層(66)が第2の基板上に形成され、第1の基板(5
    0)と第2の基板がエアギャップ(78)によって離隔さ
    れていることを特徴とする、請求項2に記載の光ディス
    ク(12)。
  6. 【請求項6】ディスク・ブランク(556)と、ディスク
    ・ブランクの外周部の周りに延在するリング(536)と
    をさらに含み、基板がリングによって支持されたプラス
    チック製防塵カバー(538)であることを特徴とする、
    請求項2に記載の光ディスク(512)。
  7. 【請求項7】光を透過させ、第1の記録層(590)と第
    2の記録層(592)との間に配置され、第1の記録層(5
    90)と第2の記録層(592)とを分離するスペーサ層(5
    22)をさらに含み、第2の記録層がディスク・ブランク
    (556)上に形成され、第1の記録層がスペーサ層上に
    形成され、第1の記録層とプラスチック製防塵カバー
    (538)とがエアギャップ(540)によって分離されてい
    ることを特徴とする、請求項6に記載の光ディスク。
  8. 【請求項8】第1の記録層(51)が第1の基板(50)の
    ディスク外面(49)とは反対側の面上に形成され、光干
    渉膜(53)が第1の記録層(51)上に形成されているこ
    とを特徴とする、請求項2に記載の光ディスク(12)。
  9. 【請求項9】光干渉膜(53)が基板(50)上に形成さ
    れ、第1の記録層(51)が光干渉膜上に形成されている
    ことを特徴とする、請求項2に記載の光ディスク(1
    2)。
  10. 【請求項10】光干渉膜(53)が、第1の記録層(51)
    が書込みパワー・レベルで焦点スポットからの熱を保
    ち、それによって相を変化させることができるようにす
    るのに十分な低さの熱伝導率を有することを特徴とす
    る、請求項2に記載の光ディスク(12)。
  11. 【請求項11】第1の記録層と光干渉膜とに接触し、第
    1の記録層と光干渉膜との間に配置され、第1の記録層
    が書込みパワー・レベルで焦点スポットからの熱を保
    ち、それによって相を変化させることができるようにす
    る、低熱伝導率膜をさらに含む、請求項2に記載の光デ
    ィスク。
  12. 【請求項12】光干渉膜(74)が基板(50″)上に直接
    形成され、第1の記録層(51″)が光干渉膜上に形成さ
    れて光干渉膜と接触し、第1の記録層上に形成されて第
    1の記録層と接触する第2の光干渉膜(72)をさらに含
    み、2つの光干渉膜と中間記録層とが3層膜スタックを
    形成することを特徴とする、請求項2に記載の光ディス
    ク(12″)。
  13. 【請求項13】第1の記録層(51)および第2の記録層
    (66)における相変化材料が、A、Sn、およびSbを含む
    合金であり、AがIn、Cr、Bi、およびSiから成るグルー
    プから選択されることを特徴とする、請求項2に記載の
    光ディスク(12)。
  14. 【請求項14】光ディスクの第1の記録層(51)および
    第2の記録層(66)における相変化材料が、TeOx、Ge
    Ox、Sbox、およびInOxから成るグループから選択された
    1つまたは複数の酸化物と、Pd、Ni、およびCuから成る
    グループから選択された1つまたは複数の金属との混合
    物であることを特徴とする、請求項2に記載の光ディス
    ク(12)。
  15. 【請求項15】光ディスクの第1の記録層(51)および
    第2の記録層(66)における相変化材料が、本質的に、
    GeTe、SnTe、PbTe、SbSe、Sb2Se3、0<x<0.4のSb
    (1-x)Se、Bi2Se、Sbi2Se3、Bi2Te、BiTe、Bi2Te3、Sb2T
    e、SbTe、Sb2Te3、TeSi、Ag2Se、AgSe2、Ag2Te、Ag3T
    e3、AgTe2、Au2Se3、AuTe2、GaSb、およびGeSeから成る
    グループから選択された材料から成ることを特徴とす
    る、請求項2に記載の光ディスク。
  16. 【請求項16】光ディスクの第1の記録層(51)および
    第2の記録層(66)における相変化材料が、本質的に、
    GeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、GeSb4Te7、In3SbTe2、(InSb)
    1-x(GaSb)(ただし0.5<x<=1)から成るグルー
    プから選択された材料であることをことを特徴とする、
    請求項2に記載の光ディスク(12)。
  17. 【請求項17】光ディスクの光干渉膜(53)がSiの酸化
    物、窒化物、または炭化物を含むことを特徴とする、請
    求項2に記載の光ディスク(12)。
  18. 【請求項18】光ディスクの光干渉膜(53)が、Al、T
    i、Zr、Cu、Hf、Ta、Nb、Cr、およびWから成るグルー
    プから選択された元素の酸化物または窒化物を含むこと
    を特徴とする、請求項2に記載の光ディスク。
  19. 【請求項19】光ディスクの光干渉膜(53)が、S、S
    e、およびTeから成るグループから選択された元素のう
    ちの1つまたは複数の元素と混合されたZnまたはCrを含
    むことを特徴とする、請求項2に記載の光ディスク。
  20. 【請求項20】第1の記録層と第2の記録層との間に配
    置された相変化ライトワンス材料の第3の記録層と、第
    3の記録層に接触し、光を透過させ、第3の記録層の屈
    折率とは大幅に異なる屈折率と、光の構造的干渉を生じ
    させる第2の光干渉膜とをさらに含み、第3の記録層と
    それに接触する第2の光干渉膜とが約25パーセントを超
    える光透過を実現する、請求項2に記載の光ディスク
    (12)。
  21. 【請求項21】所定の波長および異なる読取りパワー・
    レベルと書込みパワー・レベルでレーザ光を発生するレ
    ーザ光源(200)と、 請求項1ないし20のいずれか一項に記載の光データ記録
    媒体(12)と、 レーザ光源と前記部材の前記第1の面との間に配置さ
    れ、レーザ光をスポットに収束させるレンズ(210)
    と、 該レンズに接続され、レンズを媒体を基準にして移動さ
    せて、収束スポットを1つの記録層から他の記録層に移
    動させることができるようにし、それによって、スポッ
    トが第1の記録面上で収束しているときに読取りパワー
    ・レベルにおける光が第1の記録層(51)および光干渉
    膜(53)から反射されるようにし、スポットが第2の記
    録層(66)上で収束しているときに書込みパワー・レベ
    ルにおける光が第1の記録層とそれに接触する光干渉膜
    とを通過して第2の記録層における材料の層を変化させ
    るようにする手段(216)とを含む、光データ記憶シス
    テム(10)。
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