JP3654053B2 - 情報記録媒体及び情報記録装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報記録媒体及び情報記録装置に係り、特に高い記録密度を有する情報記録媒体及び情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平8−127174 号公報は、光ディスクの記録密度を向上させるために、波長の短い青色レーザー（波長：４１０ｎｍ）を用いることを記載する。特開平6− 267078号公報は、銅，白金，金，鉛，クロム，モリブデン，鉄の硫化物または酸化物、または金属カルボニルを含む光記録膜を用い、超解像効果によって光記録媒体の記録密度を向上させることを記載する。特開平9−198709 号公報は、光ディスクにおける情報記録層の記録材料として、結晶状態と非結晶状態との間を相変化する相変化材料を用いることを記載する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
情報記録媒体には記録密度のさらなる向上が望まれており、１Ｔbit／inch2 の高い密度を有する記録媒体が必要である。しかし、レーザー光の短波長化によりスポット径を縮小する方法があるが、レーザーの短波長化に限界があるため、記録密度の向上は難しい。また、超解像効果を使った記録方式も、ビーム径の縮小は半分程度であり、大幅な記録密度の向上は期待できない。
【０００４】
本発明の目的は、高密度記録が可能で、精度よく再生でき、かつ、何度でも記録および再生が可能な情報記録媒体及び情報記録装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴は、情報記録媒体の記録膜が、複数の結晶粒子および結晶粒子の境界に存在する粒界相を有することにある。この特徴によれば、ビーム中心付近のビーム径よりも小さな範囲で、結晶粒子の相変化が生じ、粒界相は結晶粒子が他の結晶粒子に影響を及ぼすのを妨げるので、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができ、記録密度が非常に高い情報記録媒体を得ることができる。
【０００６】
また、結晶粒子がＣｏの酸化物，Ｖの酸化物，Ｍｎの酸化物，Ｆｅの酸化物またはＣｕの酸化物を含み、粒界相がＳｉの酸化物，Ｔｉの酸化物，Ｚｎの酸化物，Ｐｂの酸化物またはＢｉの酸化物を含むことにより、結晶粒子はレーザー光の照射によって相変化を生じ、粒界相は結晶粒子が他の柱状結晶に影響を及ぼすのを妨げることができる。
【０００７】
本発明の他の特徴は、情報記録媒体の記録膜が、複数の結晶粒子および結晶粒子の境界に存在する粒界相を有する記録膜であって、結晶粒子がレーザー光の照射により相変化することにあり、この特徴によれば、ビーム中心付近のビーム径よりも小さな範囲で、結晶粒子の相変化が生じ、粒界相は結晶粒子が他の柱状結晶に影響を及ぼすのを妨げるので、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができ、記録密度が非常に高い情報記録媒体を得ることができる。また、結晶粒子はＣｏ3Ｏ4とＣｏＯとの間を相変化するものであるとよい。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、情報記録媒体の記録膜は、Ｃｏ3Ｏ4とＣｏＯとの間を相変化する複数の結晶粒子を有することにあり、この特徴によれば、ビーム中心付近のビーム径よりも小さな範囲で、結晶粒子の相変化が生じ、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができ、記録密度が非常に高い情報記録媒体を得ることができる。結晶粒子の粒径が揃っているとさらによい。また、結晶粒子の境界にＳｉＯ2 があれば、ＳｉＯ2 は結晶粒子が他の結晶粒子に影響を及ぼすのを妨げるので、より高密度に情報を記録することができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、情報記録装置が複数の結晶粒子および結晶粒子の境界に存在する粒界相を有する記録膜と、レーザー光の波長よりも小さい径に加工された近接場光を記録膜に供給する光ヘッドとを備えることにある。この特徴によれば、光ヘッドから記録膜の照射されるレーザー光のビーム径が小さいので、さらに小さな範囲で、結晶粒子の相変化が生じ、さらに小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができ、粒界相は結晶粒子が他の柱状結晶に影響を及ぼすのを妨げるので、より高密度に情報を記録することができ、かつ、より精度よく再生することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の発明者らは、従来よりも高密度記録が可能な記録膜として、Ｃｏ−
Ｓｉ系酸化物薄膜が適することを見出した。
【００１１】
以下に、発明者らが見出したＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜について説明する。図１に、本発明の発明者らが作製したＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１の一例(膜面の写真)を示す。
【００１２】
図２に、図１のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１の概念図を示す。Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１は、ＳｉＯ2 とＣｏＯを１：９に混合した焼結ターゲットを用い、ガラス基板（図示せず）上にスパッタリング法で成膜されたものである。
【００１３】
成膜された直後のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１を、Ｘ線回折法（Ｘ−ray Diffraction；ＸＲＤ）および透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy；ＴＥＭ）で調べたところ、ガラス基板の平面に垂直な方向に成長したコバルト酸化物の柱状結晶２が集まっており、柱状結晶２を構成しているのは全てＣｏ3Ｏ4で、柱状結晶２の粒界にはＳｉＯ2 が析出していた。本発明では、柱状結晶２の粒界に析出した結晶を粒界相３と呼ぶ。
【００１４】
各柱状結晶２の膜面における面積を求め、同面積の円の直径を求めて柱状結晶２の粒径とすると、柱状結晶２の平均粒径は約１０ｎｍであり、粒径のばらつきを示す標準偏差(σ）は約１.５ｎｍであった。すなわち、粒径のそろった柱状結晶が見られた。膜面における柱状結晶２の形状は主に六角形を中心とした多角形であり、５角形から８角形程度の多角形が観察された。膜面において観察した粒界相３の幅は約１ｎｍであった。
【００１５】
発明者らは、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１にレーザー光を照射して、柱状結晶２とその粒界相３の変化を調べた。
【００１６】
まず、柱状結晶２がＣｏ3Ｏ4である成膜直後のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１に、２０ｍＷのレーザー光を照射した。レーザー光を照射した部分を、ＴＥＭおよび電子線回折像で同定したところ、柱状結晶２のＣｏ3Ｏ4はＣｏＯに相変化していた。レーザー光が照射されていない柱状結晶２はＣｏ3Ｏ4のままであった。発明者らは、この変化について、熱力学的にＣｏ3Ｏ4は低温で安定、ＣｏＯは高温で安定であるから、成膜直後はＣｏ3Ｏ4が析出するが、Ｃｏ3Ｏ4にレーザー光を照射して局所的に９００℃以上にし、照射を止めて急冷すると、Ｃｏ3Ｏ4がＣｏＯに相転移するためである、と考える。ＣｏＯに相変化した柱状結晶２にさらに２０ｍＷのレーザー光を照射しても、変化はなかった。
【００１７】
次に、Ｃｏ3Ｏ4である柱状結晶２およびＣｏＯである柱状結晶２に６ｍＷのレーザー光を照射した。Ｃｏ3Ｏ4である柱状結晶２に変化はなかったが、ＣｏＯである柱状結晶２はＣｏ3Ｏ4に相変化した。
【００１８】
次に、Ｃｏ3Ｏ4である柱状結晶２およびＣｏＯである柱状結晶２に２ｍＷのレーザー光を照射した。どちらの結晶相にも変化はなかった。
【００１９】
粒界相３はレーザー光の照射によっては相変化しなかった。
【００２０】
以上のように、レーザー光の出力によって、柱状結晶２が酸化・還元反応を生じ相変化する。
【００２１】
また、発明者らは、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１にレーザー光を照射すると、照射したレーザー光のビーム径よりも、小さな径の記録ピットを作ることができることを見出した。以下に、それを説明する。
【００２２】
Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１に、波長１９０ｎｍのエキシマレーザーを照射する。レンズ系には、この波長に透明でかつＮＡが０.６ のフッ化カルシウム系レンズを用いた。この光学系を用いて得られたレーザー光のビーム径は、２６５ｎｍであった。
【００２３】
柱状結晶２がすべてＣｏ3Ｏ4であるときを初期状態とし、情報を書き込むために、すなわち、Ｃｏ3Ｏ4をＣｏＯに相変化させるために、２０ｍＷのレーザー光を照射する。そして、情報を読み出すために、すなわち、Ｃｏ3Ｏ4がＣｏＯに相変化したか光の反射率で確かめるために、２ｍＷのレーザー光を照射する。
【００２４】
初期状態のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１に、２０ｍＷのレーザー光を照射して、記録ピットを作った。記録ピットは、マーク長記録方式で、マーク長をさまざまに変えて作られた。図３に、記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。これは、いろいろなマーク長の情報に対してデータを読み出し、そのＣ／Ｎを測定して求めた。図３に示されるように、マーク長が０.１９μｍ(＝１９０ｎｍ) のときにも、再生出力は４０ｄＢと非常に高い値である。これは、照射したレーザー光のビーム径は２６５ｎｍであるのに、１９０ｎｍのマーク長が読み書きできることを示している。
【００２５】
本発明のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１を用いて、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを読み書きできる理由を説明する。図４に示すように、レーザー光の空間的な強度はガウス分布をしているから、ビーム径ｄより狭いビーム中心付近の範囲ｄ′では強度が大きく、範囲ｄ′の外側は強度が小さい。このようなレーザー光がＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１に照射されると、範囲ｄ′では、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１の温度が９００℃に上昇して相変化が生じるが、範囲ｄ′の外側ではその温度に達しないので、相変化が生じない。
【００２６】
また、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１には、柱状結晶２の粒界相３に、柱状結晶２よりも熱伝導率の低いＳｉＯ2 が存在するので、柱状結晶２から他の柱状結晶２へ熱の伝達が遮断される。また、粒界相３が各柱状結晶２を互いに独立にするので、各柱状結晶２の結晶構造は、隣り合う柱状結晶２の結晶構造に影響されない。
【００２７】
したがって、レーザー光から直接に相変化に有効なエネルギーを与えられた柱状結晶２以外は相変化を生じないし、レーザー光で過熱された柱状結晶２があっても、他の柱状結晶２に影響がないので、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができる。
【００２８】
また、より大きなビーム径のレーザー光を用いた場合にも、記録ピットのマーク長はビーム径より小さくなる。例えば、図２０のように、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１が相変化を起こす強度の範囲ｄ′に、複数の柱状結晶２がある場合も、範囲ｄ′では相変化が生じるが、範囲ｄ′の外側では相変化が生じない。そして、粒界相３によって、範囲ｄ′内の柱状結晶２から範囲ｄ′の外側の柱状結晶２へ熱の伝達が遮断され、かつ、範囲ｄ′の外側の柱状結晶２の結晶構造は、範囲ｄ′内の柱状結晶２の結晶構造に影響されない。実際に、図１のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１上の、ビーム径２６５ｎｍのレーザー光を照射して作ったマーク長１９０ｎｍの記録ピットとその周辺を、透過型電子顕微鏡により観察すると、記録ピットは約３５０個の柱状結晶２で構成されていた。
【００２９】
したがって、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができる。この場合、１つの記録ビットは複数の柱状結晶２で構成されているので、その中に相変化を起こさない粒子がまれに含まれていても、記録ピットを精度良く読み書きすることができる。
【００３０】
以上のように、発明者らは、（１）Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１にレーザー光を照射することによって、柱状結晶２がＣｏ3Ｏ4とＣｏＯとの間の相変化を生じること、（２）照射するレーザー光の出力によって、柱状結晶２の相変化を制御できること、および（３）柱状結晶２の粒界に粒界相３が存在するので、照射されるレーザー光のビーム径よりも小さい記録ピットの読書きができることを見出した。結晶が相転移すると、結晶の体積，屈折率，反射率，誘電率，磁気光学効果などが変化するから、発明者らは、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１が記録膜として適すると考え、記録膜にＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１を用いた情報記録媒体を発明した。そして、記録および再生が何度でも可能で、記録密度が非常に高い情報記録媒体を得ることができた。
【００３１】
以上では、粒界相３が柱状結晶２を囲んでいる場合について説明したが、粒界相３が柱状結晶２を完全に囲んでいない場合でも、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１を記録膜として利用することができる。例えば、図２１のように、隣り合う柱状結晶２の一部に粒界相３が析出している場合、粒界相３による、柱状結晶２間の熱の伝達を遮断する効果、および結晶構造の影響を遮断する効果は、粒界相３が柱状結晶２を完全に囲んでいる場合よりも小さくなる。しかし、柱状結晶２の相変化を利用して記録ピットを作ることができるので、このようなＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１も記録膜として利用することができる。ただし、この場合は、粒界相３が柱状結晶２を完全に囲んでいる場合より、記録ピットのマーク長および隣り合う記録ピットとの間隔は長くなり、記録密度も低くなる。
【００３２】
また、粒界相３が柱状結晶２の粒界にない場合（Ｓｉなどの第２相を入れない場合で、組成の９５％〜１００％がＣｏ3Ｏ4である）は、柱状結晶２間の熱の伝達を遮断する効果、および結晶構造の影響を遮断する効果は、たいへん小さくなるが、やはり、柱状結晶２の相変化を利用して記録ピットを作ることができるので、このようなＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜も記録膜として利用することができる。ただし、この場合は、記録ピットのマーク長および隣り合う記録ピットとの間隔はさらに長くなり、記録密度もさらに低くなる。
【００３３】
したがって、粒界相３が柱状結晶２の粒界に析出して、柱状結晶２の周囲が粒界相３によって囲まれる割合が大きいほど、柱状結晶２間の熱の伝達を遮断する効果、および結晶構造の影響を遮断する効果が大きいので、記録密度を高くできる。また、柱状結晶２を取り囲む粒界相３の厚さが厚いほど、柱状結晶２間の熱の伝達を遮断する効果は大きいので、記録密度を高くできる。
【００３４】
このような、柱状結晶２の粒界に析出する粒界相３の量や厚さは、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜の製造過程で、Ｃｏを含む原料の量や、成膜温度を調整することによって、変えることができる。
【００３５】
また、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１では、レーザー光の照射によってＣｏと結合する酸素の数が変化するので、柱状結晶２が相変化するが、Ｃｏ以外のＶ，Ｍｎ，ＦｅおよびＣｕの酸化物薄膜でも、同様に酸化・還元反応を生じて相変化する。粒界相はＳｉ酸化物以外に、Ｔｉ酸化物，Ｚｎ酸化物，Ｐｂ酸化物およびＢｉ酸化物であってもよく、これらは、Ｓｉ酸化物と同様に、柱状結晶２間の熱の伝達を遮断する効果、および結晶構造の影響を遮断する効果を有する。
【００３６】
以下に、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１を記録膜に用いた情報記録媒体について具体的に説明する。
【００３７】
（実施例１）
本発明の第１の実施例である光ディスク３４を説明する。
【００３８】
図５に、本実施例の光ディスク３４の断面図を示す。本実施例の光ディスク１は、２つのガラス基板５の間に、記録膜７と反射膜６との層を２組有する。ガラス基板として、直径１２０mmで厚さ０.６mm の合成石英ガラス基板を用いた。ガラス基板５上に保護膜８として５０ｎｍのＳｉＯ2 薄膜が形成されている。保護膜８上に、５０ｎｍのＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜である記録膜７が形成されている。反射膜６は１００ｎｍのＡｌ−３％Ｔｉ薄膜で、記録膜７上に形成されている。いずれの膜もスパッタリング法で形成される。保護膜８，記録膜７および反射膜６を設けた２組の片側ガラス基板５１は、ガラス基板５が外側になるように、樹脂９で貼り合わせられている。
【００３９】
光ディスク３４に、光ヘッド３３からレーザー光を照射して、情報の記録および再生を行う。図６に、情報の記録および再生の流れ図を示す。
【００４０】
はじめに光ディスク３４を初期化する。光ディスク３４にレーザー出力ＰE ＝６ｍＷの連続したレーザー光を照射し、記録膜７の柱状結晶２をすべてＣｏ3Ｏ4にする。
【００４１】
次に、レーザー出力が、図７に示すようなパルス波形であるレーザー光を照射し、データの書き込みを行った。レーザー出力ＰW （＝６ｍＷ）は情報化記録用のレーザー出力で、このときに柱状結晶２は９００℃以上に加熱される。レーザー出力ＰB (＝０.５ｍＷ）はベースパワーで、相変化が起こらないほど小さなレーザー出力である。このときに、レーザー出力ＰW で９００℃以上に加熱された柱状結晶２が冷却され、Ｃｏ3Ｏ4であった柱状結晶２が、ＣｏＯに相変化する。したがって、書き込みが行われたことになる。レーザー出力ＰW の後にレーザー出力ＰB があるので、効率よく書き込みを行うことができる。そして、レーザー出力ＰW の前に、消去パワーであるレーザー出力ＰE （＝６ｍＷ）のレーザー光を照射するので、データを追加記録する場合には、以前の情報記録が残っていても、それを消去して、新たに情報を記録することができる。
【００４２】
記録ピットのマーク長は、ＰW 〜ＰE を一周期Ｔとして、Ｔの繰り返し回数によって変える。例えば、最も短いマーク長の記録ピットを３Ｔ，最も長いマーク長の記録ピットを１１Ｔ〜１４Ｔとする。また、周期Ｔのうち、レーザー出力ＰW の時間を変えることによって、記録ピットのマーク長を変えてもよい。
【００４３】
記録された情報の再生は、書き込まれたデータの読み出しは、上のようにかかれた情報を、レーザー出力ＰR (＝２.０ｍＷ）の連続したレーザー光を照射し、反射光の強度の変化を測定することによって行う。
【００４４】
以上のようにして、光ディスク３４に情報の記録・再生を行ったところ、記録・再生が何度でも可能で、非常に高い記録密度で、精度よく記録を行うことができ、精度よく情報を再生することができた。
【００４５】
（実施例２）
本発明の第２の実施例である光ディスク３４を説明する。本実施例の光ディスク３４は、記録膜７にトラック４を設けたところが第１の実施例の光ディスク３４と異なる。図８に本実施例の光ディスク３４の記録膜７を示す。トラック４は、記録膜７を成膜した後、トラックの設計にしたがってフォトリソグラフィーを行い、深さ約２０ｎｍまでエッチングして形成された。Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜である記録膜７は、柱状結晶２がガラス基板５の表面に垂直な方向に成長しているので、柱状結晶２の成長方向と平行に精密にエッチングすることができ、精度よくトラック４を設けることができた。
【００４６】
記録膜７にトラック４を設けたことにより、本実施例の光ディスク３４は、情報記録媒体を内蔵した記憶装置に用いることができるのはもちろん、情報記録再生装置から取り出して単体で持ち運びできる情報媒体としても用いることができる。
【００４７】
図９に、実施例の光ディスク３４を組み込んだ情報記録再生装置を示す。ディスク挿入口１６から筐体１４内に挿入された光ディスク３４は、駆動部１７によってスピンドルモーター１３まで搬送される。スピンドルモーター１３は光ディスク３４を回転させる。筐体１４内には、光ヘッド３３および光ヘッド３３の位置を決定するアクチュエーター１２が設けられている。
【００４８】
光ヘッド３３及びアクチュエーター１２は１つしか描かれていないが、ディスクを対称面として上下対称位置にも同様の光ヘッドを搭載し、両面の記録再生を行ってもよい。また、光ヘッド３３を複数設けて、読書き速度を向上させてもよい。
【００４９】
また、記録および再生時には、位置決め用の信号を読書きすることによって温度補正，位置補正などを行った。このようにして得られた光ディスク３４は、記録密度２０Ｇbit／inch2を有することが分かった。
【００５０】
また、アクチュエーター１２の位置決め精度をビーム径の１０％以内に抑えると、読書きの際のエラーが非常に少なかった。位置決め精度がビーム径の１０％を超えると、読書きエラーが頻繁に発生するようになり、情報記録媒体として好ましくないことが分かった。従って、アクチュエーターの位置決め精度は、目標位置に対してビーム径の１０％以内であることが好ましい。
【００５１】
（実施例３）
本発明の第３の実施例である光ディスク３６を説明する。図１０に光ディスク３６の断面を示す。光ディスク３６は、ガラス基板５を中心にして両面に反射膜６が設けられ、反射膜６上に記録膜７、および記録膜７上に保護膜８が設けられている。保護膜８には潤滑材１８が塗布されている。ガラス基板５には、直径１２０mm，厚さ１.２mm の合成石英ガラス基板が用いられている。反射膜６として１００ｎｍのＡｌ−３％Ｔｉ薄膜，記録膜７としてＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜、および保護膜８として５０ｎｍのＳｉＯ2 薄膜が形成されている。潤滑材は約１０ｎｍ塗布した。
【００５２】
図１１に、光ディスク３６を搭載した情報記録再生装置を示す。情報記録再生装置の筐体１４内には光ディスク３６を回転させるためのスピンドルモーター１３，光ヘッド３５の位置決めをするアクチュエーター，ＶＣＭコイル１９が設けられている。光ディスク３６はスピンドルモーター１３に固定されている。光ヘッド３５は、チタン酸カルシウム系のスライダーに埋め込み、アクチュエーター１２の先端に取り付けた。
【００５３】
本実施例では、近接場光を発生する光ヘッド３５を用いて、光ディスク３６への記録および再生を行う。近接場光とは、半円球状にレンズの円球面上にレーザー光を照射し、円断面に焦点を結ばせたときに、焦点面から漏れ出すレーザー光の波長の１／１０程度の光である。
【００５４】
光ヘッド３５には半球面レンズ（図１０参照）を用い、この半球面レンズ上に波長４１０ｎｍのレーザー光を照射して１２５ｎｍφの近接場光を得た。光ヘッド３５の浮上距離を光ディスク３６表面から５０ｎｍにして、この近接場光を光ディスク３６に照射し、記録膜７に記録を行った。
【００５５】
図１２に、近接場光を発生する光ヘッド３５を用いた記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。マーク長が０.０８３μｍ(＝８３ｎｍ）の場合も、出力４０ｄＢが得られた。この記録ピットを透過型電子顕微鏡で調べたところ、約６０個の柱状結晶２で形成されていた。
【００５６】
従って、光ディスク３６の記録および再生に、近接場光を発生する光ヘッド３５を用いれば、より高密度に情報を記録することができ、かつ、より精度よく再生することができる。
【００５７】
図１３に、近接場光を発生する光ヘッドの他の例を示す。光ヘッド３７では、半円に切断面が球の中央を通るのではなく、ｒ(１−１／ｎ)だけ下にずれている。このような光ヘッド構造とすることにより、さらにレーザー光のビーム径は縮小化され、５２ｎｍとなった。図１４に、光ヘッド３７を用いた記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。出力４０ｄＢが得られる記録ピットの最短マーク長はさらに小さくなり、３５ｎｍであることが分かった。ＴＥＭによる観察では、平均で粒子９個で１つの記録ピットを構成していることが分かった。
【００５８】
図１０および図１３で説明した半球面レンズおよび超半球面レンズでは、スライダーに透明なガラス材料を用い、半球面レンズおよび超半球面レンズには、
ＴｉＯ2 単結晶を用いる。ＴｉＯ2 単結晶を球面に光学研磨し、熱膨張係数が５０×１０-7／℃のＳｉＯ2 −ＰｂＯ−Ｎａ2Ｏ 系ガラスによって埋め込んだ。埋め込みは、ＴｉＯ2 レンズの上面にガラスカレットを載せ、約８００℃に加熱して流動させ、レンズを封止した。そして、１〜２℃毎分の冷却速度で冷却したのち、スライダー面をさらに光学研磨することによって半球面レンズおよび超半球面レンズレンズを得た。
【００５９】
図１５に、近接場光を発生する光ヘッドの他の例を示す。レーザー光源２２から出たレーザー光２１を非球面レンズで構成したカップラ２４に導き、さらに光ファイバ２６と第二のカップラ２７を介して探針ファイバ２５に導く。探針ファイバ２５は近接場光探針２３に接続されており、近接場光探針２３は保護膜３０，３１で覆われている。近接場光探針２３の先端２９から微少なプローブ光３２が発生する。
【００６０】
図１６に、近接場光を発生する光ヘッドの他の例を示す。光ヘッド３８はスライダー上に近接場光レンズを搭載したファイバー型の光ヘッドである。図１７に光ヘッド３８を示す。スライダー４１を透明なガラス材料で加工し、その中に、図１５で示した凸型の探針先端４９を形成し、保護膜４２，４３で覆う。探針先端４９にレーザー光５０を入射すると、光ヘッド３８の先端６０から微少なプローブ光３２が発生する。
【００６１】
図１８に、光ヘッド３８を用いた記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。出力４０ｄＢが得られる記録ピットの最短マーク長は４０ｎｍである。
【００６２】
ＴＥＭによる観察では、平均で粒子１５個で１つの記録ピットを構成していることが分かった。
【００６３】
（実施例４）
発明者らは、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１の柱状結晶２の粒径を制御し、記録膜７として最適な柱状結晶２の粒径を検討した。粒径の制御は、成膜時に基板加熱を行い、その加熱条件を調整することによって行った。図１９に、基板の加熱温度と平均粒径との関係を示す。平均粒径は加熱温度が高いほど大きく、５００℃で約６２ｎｍであることが分かった。
【００６４】
初期状態のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１にレーザー光を照射して、マーク長をさまざまに変えて記録ピットを作った。図２０に、平均粒径と出力４０ｄＢ以上を得られるマーク長との関係を示す。平均粒径が大きくなるほど、出力４０ｄＢ以上を得られるマーク長は長くなる。すなわち、平均粒径が大きいほど高密度記録に適さない。記録容量として２０Ｇbit／inch2を得るためには、平均粒径を５０ｎｍ以下にすることが必要である。平均粒径が５０ｎｍを超えると、高出力で小さいピット径で読書きするのが難しかった。
【００６５】
また、成膜時のスパッタリングの出力を押さえ、長時間で成膜することにより、平均粒径を小さくすることができる。しかし、成膜直後の状態で平均粒径が５ｎｍを切ることは非常に難しく、安定して成膜することが難しい。
【００６６】
以上のことから、高密度記録の記録膜を得るためには、その結晶の平均粒径は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６７】
また、スパッタリングのスパッタリング時のガス圧を変化させることによって析出する結晶粒子の粒径や粒径分布を変化させることができる。発明者らは、平均粒径をほぼ一定の３０ｎｍとし、さまざまな粒径分布を持つＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１について、粒径の分散(σ）と、マーク長０.０５μｍにおける出力との関係を調べた。標準偏差（σ）が３ｎｍ、すなわち平均粒径の１０％以下であれば再生出力３５ｄＢを確保することができた。しかし、分散が１０％を超えると出力が大きく低下し、１０ｄＢ程度となることが分かった。従って、粒子の粒径の標準偏差は、平均粒径の１０％以下であることが好ましい。
【００６８】
（実施例５）
本実施例では、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１以外の記録膜について検討を行う。はじめに、粒界相成分としてＳｉＯ2 を用い、結晶性の粒子として、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕの酸化物を用いた記録膜について検討を行った。Ｔｉの酸化物では、成膜直後の膜は非晶質であり、柱状結晶は見られなかった。他の酸化物では、Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１と同様の柱状微結晶の集合体を形成していることが分かった。このうち、Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｕでは、成膜直後の結晶相と、レーザー光を照射した後に生成される結晶相が異なり、情報を書き込むことができたが、Ｃｒ，Ｎｉの酸化物ではレーザー光を照射（レーザービーム強度は２０ｍＷ）した前後で結晶相が変化しておらず、情報を書き込むことができないことが分かった。
【００６９】
次に、結晶相としてＣｏ酸化物を用い、粒界相成分としてＳｉＯ2 の代わりにＴｉＯ2 酸化物，ＺｎＯ酸化物，ＳｉＯ2 −ＰｂＯ系ガラスまたはＳｉＯ2 − Ｂｉ2Ｏ3系ガラスを用いて成膜した。その結果、いずれの場合でも形成される膜の微構造は図１および図２のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１と同様の構造となっており、またマーク長で０.０５μｍ まで高いＣ／Ｎで読み出せることが分かった。以上から、記録膜の材料としては、結晶相にはＣｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｕのうち少なくとも１種、粒界相にはＳｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｂｉのうち少なくとも１種を選ぶことが好ましい。
【００７０】
なお、６角形の柱状結晶が集合した膜で、金属アルミニウム表面に形成されるアルマイト構造がある。しかし、アルマイト構造では粒子中央に穴があいており、レーザー光を照射すると光が散乱されて好ましくなかった。一方、本実施例で検討した酸化物の記録膜では、粒子は中実であるため、光を照射しても反射光が乱反射することがなく、光を用いた情報記録媒体として適していた。
【００７１】
表１に、本実施例で検討した酸化物の記録膜の例を示す。レーザー光を照射した前後の析出相の形態をＴＥＭ観察及びＸＲＤにより同定した。転移パワーは、照射するレーザー出力を上昇させていき、相転移が起き、記録できる状態になったときのパワーを示す。転移温度は、それぞれ転移したレーザーパワーから逆算して求めた温度である。
【００７２】
【表１】
Figure 0003654053
【００７３】
表１に示したような酸化物に添加物としてＳｉＯ2 を添加した材料では、図１および図２に示したＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１と同様の構造を有している。したがって、これらの酸化物膜も記録膜として適し、記録および再生が何度でも可能で、記録密度が非常に高い情報記録媒体を得ることができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、ビーム中心付近のビーム径よりも小さな範囲で、結晶粒子の相変化が生じ、粒界相は結晶粒子が他の結晶粒子に影響を及ぼすのを妨げるので、レーザー光のビーム径よりも小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができ、記録密度が非常に高い情報記録媒体を得ることができる。
【００７５】
また、光ヘッドから記録膜の照射されるレーザー光のビーム径が小さいので、さらに小さな範囲で、結晶粒子の相変化が生じ、さらに小さなマーク長の記録ピットを精度よく作ることができ、粒界相は結晶粒子が他の柱状結晶に影響を及ぼすのを妨げるので、より高密度に情報を記録することができ、かつ、より精度よく再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１の一例（膜面の写真）である。
【図２】図１のＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜１の概念図である。
【図３】記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。
【図４】レーザー光の強度分布と相変化の範囲を示す。
【図５】光ディスク３４の断面図である。
【図６】情報の記録および再生の流れ図である。
【図７】レーザー出力のパルス波形を示す。
【図８】光ディスク３４の記録膜７の概念図である。
【図９】光ディスク３４を組み込んだ情報記録再生装置である。
【図１０】光ディスク３６の断面図である。
【図１１】光ディスク３６を搭載した情報記録再生装置である。
【図１２】近接場光を発生する光ヘッド３５を用いた記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。
【図１３】近接場光を発生する光ヘッドの他の例である。
【図１４】光ヘッド３７を用いた記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。
【図１５】近接場光を発生する光ヘッドの他の例である。
【図１６】近接場光を発生する光ヘッドの他の例である。
【図１７】光ヘッド３８を示す。
【図１８】光ヘッド３８を用いた記録ピットのマーク長と再生出力との関係を示す。
【図１９】基板の加熱温度と平均粒径との関係を示す。
【図２０】平均粒径と出力４０ｄＢ以上を得られるマーク長との関係を示す。
【図２１】レーザー光の強度分布と相変化の範囲を示す。
【図２２】粒界相３の析出が少ないＣｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜の概念図である。
【符号の説明】
１…Ｃｏ−Ｓｉ系酸化物薄膜、２…柱状結晶、３…粒界相、４…トラック、５…ガラス基板、６…反射膜、７…記録膜、８…保護膜、９…樹脂、１２…アクチュエーター、１３…スピンドルモーター、１４…筐体、１６…ディスク挿入口、１７…駆動部、１８…潤滑材、１９…ＶＣＭコイル、３３，３５，３７，３８…光ヘッド、３４，３６…光ディスク、５１…片側ガラス基板。

Claims (7)

  1. レーザー光によって情報の記録または再生を行う記録膜を有する情報記録媒体において、
    前記記録膜は、複数の結晶粒子および前記結晶粒子の境界に存在する粒界相を有し、前記結晶粒子は、Ｃｏの酸化物，Ｆｅの酸化物またはＣｕの酸化物を含み、前記粒界相は
    Ｓｉの酸化物，Ｔｉの酸化物，Ｚｎの酸化物，Ｐｂの酸化物またはＢｉの酸化物を含むことを特徴とする情報記録媒体。
  2. 請求項１に記載された情報記録媒体において、前記結晶粒子は前記レーザー光の照射により相変化する柱状晶であることを特徴とする情報記録媒体。
  3. 請求項１または２に記載された情報記録媒体において、前記結晶粒子はＣｏの酸化物を含み、該Ｃｏの酸化物はＣｏ3Ｏ4とＣｏＯとの間を相変化することを特徴とする情報記録媒体。
  4. レーザー光によって情報の記録を行う記録膜を有する情報記録媒体において、
    前記記録膜は、Ｃｏ3Ｏ4 とＣｏＯとの間を相変化する複数の結晶粒子を有し、前記結晶粒子の境界に非晶質のＳｉＯ2 を有することを特徴とする情報記録媒体。
  5. 請求項１ないし４に記載された情報記録媒体において、
    前記結晶粒子は平均粒径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする情報記録媒体。
  6. 請求項１ないし５に記載された情報記録媒体を備えた情報記録装置。
  7. 光ヘッドと、光ヘッドから照射されるレーザー光によって情報の記録または再生を行う記録媒体とを備えた情報記録装置において、
    前記記録媒体は、複数の結晶粒子および前記結晶粒子の境界に存在する粒界相を有する記録膜を有し、前記結晶粒子は、Ｃｏの酸化物，Ｆｅの酸化物またはＣｕの酸化物を含み、前記粒界相はＳｉの酸化物，Ｔｉの酸化物，Ｚｎの酸化物，Ｐｂの酸化物またはＢｉの酸化物を含み、
    前記光ヘッドは、前記レーザー光の波長よりも小さい径に加工された近接場光を前記記録膜に供給することを特徴とする情報記録装置。
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