JP3731372B2 - Optical information recording medium, reproducing method and recording method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、書き換え可能な相変化媒体を利用した高密度な光ディスクに関する。詳しくは、特に、広い波長範囲で再生信号強度が大きい相変化媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
書き換え型光ディスクとして、結晶状態と非晶質状態との間の可逆的な変化に伴う反射率変化を利用した相変化媒体が知られている。相変化媒体は外部磁界を必要とせず、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、記録・再生装置を小型化できるという利点を有する。
一般的な相変化媒体は、基板上に、相変化型記録層が設けられ、その両側に誘電体からなる保護層を有している。また、さらに反射層が設けられているのが通常である。また、相変化型の記録層は、通常、未記録・消去状態を結晶状態とし、非晶質のビットを記録マークとして形成している。
従来、このような相変化記録層として、SbTe共晶点組成(Sb70Te30)よりもSbを過剰にした組成のものが知られている。例えば、特開平1−303643号公報には、(Sb1-x Tex 1-y y (MはAg、Al、As、Au、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Pb、Pd、Pt、Se、Si、SnおよびZnからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素)からなる合金膜を記録層として使用することが記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来、共晶点近傍の合金材料は非晶質形成能は高いものの、結晶化の際に相分離を伴うため、100nsec未満の短時間の加熱では結晶化できず、オーバーライト可能な光記録媒体の記録層としては不適当であると考えられてきた。
一方、本発明者は、このようなSbTeからなる2元合金に注目し、共晶組成組成近傍の結晶化/非晶質化特性につき、より高密度記録に適した光ディスク評価機を用いて検討を行った。その結果、Sb70Te30共晶組成近傍のSbTe合金を主成分とする記録層は初期結晶化は困難であるものの、一旦初期結晶化してしまえば以後の非晶質−結晶相変化による記録消去は極めて高速に行なうことができることを見出した。共晶点近傍組成を用いる他の利点は、非晶質マークの周辺部あるいは、消去されたマーク内に初期化状態と反射率の異なる粗大グレインが生じにくいということである。これは、結晶成長が相分離によって律速されている共晶点近傍の合金に特有の現象である。さらには、特にマーク間を詰めて記録した場合、上記の組成は、従来のGe2 Sb2 Te5 付近の組成の記録層よりきれいな再生信号が得られるため、高密度化にも適している。
【0004】
しかしながら、本発明者の検討によれば、このようなSb70Te30共晶点近傍の組成に過剰のSbを含むSbTe合金は、このままでは記録層としては十分に機能しないことが判明した。その理由は、記録された非晶質マークが時間とともに結晶化してしまいマークが消えてしまい易いためである。どのような相変化記録膜も室温では結晶状態の方がアモルファスマークより安定であるため十分長い時間が経てばやがて結晶化すると思われる。しかし、記録媒体としては少なくとも10年以上は記録マークが安定して存在することが必要である。Sbx Te1-x (0.6<x<0.9)系相変化膜は、非晶質状態の結晶化温度が100℃前後と低く、安定なアモルファスマークが存在する時間が短すぎて、実用的な相変化記録膜には適さないのである。
【0005】
また、一般に相変化媒体は、信号強度が十分であるとはいえないという問題点を有する。信号強度は、例えば記録層、保護層、反射層等の各層の膜厚を調整することにより大きくすることができるが、多くの場合このとき同時に他の特性が悪化してしまう。その悪化する特性とは、例えば、繰り返し記録特性、反射率、最適記録パワー、記録線速依存性等である。したがって、特に大量生産時にすべてのディスク特性にある程度余裕を持って製造しようとする場合は、信号強度が十分とは言えないのが現状である。また、近年の記録密度の高密度化のために使用するレーザー波長を短くしていく傾向にあるが、相変化媒体は短波長になると信号強度は小さくなる傾向にあるため、短波長領域での信号強度不足はさらに深刻となる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点を解決するために鋭意検討した結果、SbTe共晶点近傍よりもSb過剰な組成に、さらに特定の元素を特定量存在させることによって、非晶質マークの安定性が向上し、且つ信号強度が大きく、さらには、上記SbTe合金の特性を生かした相変化型の記録媒体が得られることを見出し本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、基板上に少なくとも相変化型記録層を有する光学的情報記録用媒体であって、相変化型記録層が下記一般式(I)で表される組成からなることを特徴とする光学的情報記録用媒体に存する。
【0007】
【化3】
((Sb Te1−x Ge1−y Al1−z (I)
(ただし、xは0.6≦x≦0.9の範囲の数であり、yは0.9≦y<1の範囲の数であり、zは0.95≦z<1の範囲の数である。)
【0008】
【作用】
詳細については明らかではないが、SbTe共晶点近傍よりもSbリッチな組成にさらにGeを存在させることによって、非晶質マークを安定化させることができると推定される。また、Alを存在させることによって、信号強度が増加し、さらには結晶化速度も速くなると推定される。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴の1つは、記録層の組成として、
【0010】
【化4】
((Sbx Te1-x y Ge1-y z Al1-z
【0011】
なるものを用いることにある。
ここで、xは0.6−0.9であるが、好ましい下限値は0.7であり、好ましい上限値は0.8である。xが大きすぎると結晶化速度が大きくなりすぎて非晶質が形成しにくい傾向にある。また、小さすぎると結晶化速度が遅すぎて結晶化させにくくなる傾向にある。
上記の記載からもわかるように、本発明において、Sb/ Te比によって結晶化速度を制御することができる。すなわち母体となるSbTe共晶点組成に対する過剰Sb量が結晶化速度を決める1つの因子となる。Sbが多くなれば急冷状態で析出するSbクラスタサイトが増え、結晶核生成が促進されると考えられる。これは、各結晶核から同一結晶成長速度を仮定しても、成長した結晶粒で埋め尽くされるに要する時間が短縮され、結果として非晶質マークを結晶化するに要する時間が短縮されることを意味する。従って、高線速度で短時間のレーザー光照射で消去する場合に有利である。一方、記録層の冷却速度は記録時の線速度にも依存する。すなわち、同一層構成であっても低線速度ほど冷却速度は低下する。従って、低線速度ほど非晶質形成のための臨界冷却速度が小さい組成、すなわち過剰Sb量の少ない組成が望ましいことになる。まとめるとSbTe共晶点組成を基準として、過剰Sb量が多い組成ほど高線速度に適しているといえる。
【0012】
また、yは0.9以上1未満であるが、上限に関しては0.97以下が好ましい。yが大きすぎると高密度での低ジッタ特性を長期間安定に維持しがたく、本発明の効果が不十分になる傾向にある。一方、yが小さすぎると記録時のノイズが増加し、また特に高密度でのマーク長記録を行う場合のジッタを低減しがたくなる傾向にある。さらに、zは0.95以上1未満であるが、好ましい上限値は0.999である。zが小さすぎると記録信号のノイズが増加し、本発明の効果が不十分になる傾向にある。一方、zが大きすぎると、信号強度が小さくなる傾向にある。
【0013】
本発明で使用する記録層は、本発明の効果を損なわない範囲でさらに他の元素を含有していても良いが、通常は上記の4元系組成である。
記録層の厚さは、10nmから30nmの範囲が好ましい。特に15nm以上が好ましく、また25nm以下が好ましい。あまりに薄いと、結晶と非晶質状態の反射率の間に十分なコントラストが得られ難く、また結晶化速度が遅くなる傾向があり、短時間での記録消去が困難となりやすい。また、反射率が低くなりすぎる傾向にもある。一方、あまりに厚いと、やはり光学的なコントラストが得にくくなり、また、クラックが生じやすくなる。また、熱容量が大きくなり記録感度が悪くなりやすい傾向にもある。さらにまた、相変化に伴う体積変化が著しくなるため、オーバーライトを繰り返した際に、記録層自身やその上下に設けることができる保護層に微視的かつ不可逆な変形が蓄積されノイズとなりやすい。その結果、繰り返しオーバーライト耐久性が低下する傾向にもある。書き換え型DVDのような高密度媒体ではノイズに対する要求はいっそう厳しいために、より好ましい記録層の厚さは25nm以下である。
【0014】
上記記録層は所定の合金ターゲットを不活性ガス、特にArガス中でDCまたはRFスパッタリングにより得ることができる。
また、記録層の密度はバルク密度の通常80%以上、好ましくは90%以上である。ここでいうバルク密度とは、通常下記(II)式による近似値を用いるが、合金塊を作成して実測することもできる。
【0015】
【化5】
ρ=Σmi ρi (II)
【0016】
(ここで、mi は各元素iのモル濃度であり、ρi は元素iの原子量である。)スパッタ成膜法においては、成膜時のスパッタガス(通常Ar等の希ガス:以下Arの場合を例に説明する)の圧力を低くしたり、ターゲット正面に近接して基板を配置するなどして、記録層に照射される高エネルギーAr量を多くすることによって、記録層の密度を上げることができる。高エネルギーArは、通常スパッタのためにターゲットに照射されるArイオンが一部跳ね返されて基板側に到達するものか、プラズマ中のArイオンが基板全面のシース電圧で加速されて基板に達するものかのいずれかである。このような高エネルギーの希ガスの照射効果をatomic peening効果というが、一般的に使用されるArガスでのスパッタではAtomic peening効果により、Arがスパッタ膜に混入される。膜中のAr量により、Atomic peening効果を見積もることができる。すなわち、Ar量が少なければ、高エネルギーAr照射効果が少ないことを意味し、密度の疎な膜が形成されやすい。一方、Ar量が多ければ、高エネルギーArの照射が激しく密度は高くなるものの、膜中に取り込まれたArが繰り返しオーバーライト時にvoidとなって析出し、繰り返しの耐久性を劣化させやすい(J.Appl.Phys., Vol.78(1995), pp6980-6988 )。従って、記録層中の適当なAr量は、0.1原子%以上、1.5原子%未満である。さらに、直流スパッタリングよりも高周波スパッタリングを用いた方が、膜中Ar量が少なくして、高密度膜が得られるので好ましい。
本発明の光学的情報記録用媒体の構造の他の構成要素について説明する。
【0017】
本発明で使用する基板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリオレフィンなどの透明樹脂、あるいはガラス、アルミニウム等の金属を用いることができる。通常基板には20―80nm程度の案内溝が設けられているので、案内溝を成形によって形成できる樹脂製の基板が好ましい。
記録層の相変化に伴う蒸発・変形を防止し、その際の熱拡散を制御するため、通常記録層の上下一方又は両方、好ましくは両方に保護層が形成される。保護層の材料としては、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る。一般的には透明性が高く高融点である金属や半導体の酸化物、硫化物、窒化物やCa、Mg、Li等のフッ化物等の誘電体を用いることができる。この場合、これらの酸化物、硫化物、窒化物、フッ化物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。繰り返し記録特性を考慮すると誘電体の混合物が好ましい。より具体的には、ZnSや希土類硫化物等のカルコゲン化合物と酸化物、窒化物、炭化物、弗化物等の耐熱化合物の混合物が挙げられる。例えば、ZnSとSiO2 の混合物は好ましい保護層組成の一例である。
繰り返し記録特性を考慮すると、保護層の膜密度はバルク状態の80%以上であることが機械的強度の面から望ましい(Thin Solid Films,第278巻(1996年)、74〜81ページ)。誘電体の混合物を用いる場合には、バルク密度として下式(III)理論密度を用いる。
【0018】
【化6】
ρ=Σmiρi (III)
【0019】
(ここで、miは各成分iのモル濃度であり、ρiは成分iの単独のバルク密度である。)
保護層の厚さは、一般的に通常10nmから500nmである。あまりに薄いと、基板や記録膜の変形防止効果が不十分であり、保護層としての役目をなさない可能性がある。また、あまりに厚いと、保護層自体の内部応力や基板との弾性特性の差等が顕著になって、クラックが発生しやすくなる。
特に、基板と記録層の間に保護層(下部保護層と称することがある)を設ける場合、下部保護層は、熱による基板変形を抑制する必要があるため、その厚さは50nm以上が好ましい。薄すぎると、繰り返しオーバーライト中に微視的な基板変形が蓄積され、再生光が散乱されてノイズ上昇が著しくなる傾向にある。一方、下部保護層の厚みは、成膜に要する時間の関係から通常200nm以下、好ましくは150nm以下程度である。厚すぎると記録層面で見た基板の溝形状が変わってしまうことがある。すなわち、溝の深さや幅が基板表面で意図した形状より小さくなったりする現象が起こりやすくなる。
【0020】
一方、記録層の基板とは反対側に保護層(上部保護層と称することがある)を設ける場合、上部保護層は、記録層の変形抑制のために、通常その厚さは10nm以上である。また、厚すぎると、繰り返しオーバーライトに伴って上部保護層の内部に微視的な塑性変形が蓄積され、再生光を散乱されてノイズ上昇が著しくなる傾向にあるため、通常は50nm以下、好ましくは30nm以下である。
なお、記録層および保護層の厚みは、機械的強度、信頼性の面からの制限の他に、多層構成に伴う干渉効果も考慮して、レーザー光の吸収効率が良く、記録信号の振幅すなわち記録状態と未記録状態のコントラストが大きくなるように選ばれる。
【0021】
本発明の相変化型情報記録用媒体は、さらに反射層を設けることができる。反射層の設けられる位置は、通常再生光の入射方向に依存し、入射側に対して記録層の反対側に設けられる。即ち、基板側から再生光を入射する場合は、基板に対して記録層の反対側に反射層を設けるのが通常であり、記録層側から再生光を入射する場合は記録層と基板との間に反射層を設けるのが通常である。
反射層に使用する材料は、反射率の大きい物質が好ましく、特に放熱効果が期待できるAu、Ag又はAl等の金属が好ましい。反射層自体の熱伝導度制御や、耐腐蝕性の改善のため上記の金属にTa、Ti、Cr、Mo、Mg、V、Nb、Zr等を少量加えてもよい。添加量は通常0.01―20原子%程度である。Ta及び/又はTiを15原子%以下含有するアルミニウム合金、特に、Alx Ta1-x (0<x<0.15)なる合金は、耐腐蝕性に優れており本光学的情報記録用媒体の信頼性を向上させる上で特に好ましい反射層材料である。反射層の膜厚としては、透過光がなく完全に入射光を反射させるために50nm以上が望ましい。また、あまりに厚すぎても、放熱効果に変化はなくいたずらに生産性を悪くし、また、クラックが発生しやすくなるので、通常は500nm以下である。上部保護層の膜厚を40nm以上50nm以下の場合には特に、反射層を高熱伝導率にするため、含まれる不純物量を2原子%未満とするのが好ましい。
【0022】
本発明の情報記録用媒体の好ましい層構成は、再生光の入射方向に沿って順に、第1保護層、記録層、第2保護層、反射層が設けされている構成である。即ち、基板側から再生光を入射する場合は、順に基板、下保護層、記録層、上保護層、反射層の層構成とされ、記録膜側から再生光を入射する場合は、順に基板、反射層、下保護層、記録層、上保護層の層構成とされるのが好ましい。無論、これらの層はそれぞれ2層以上で形成されていても良く、また、それらの間に中間層が設けられていても良い。例えば、基板側入射の場合の基板/保護層間や、基板とは反対側からの入射の場合の保護層上に、半透明の極めて薄い金属、半導体、吸収を有する誘電体層等を設けて、記録層に入射する光エネルギー量を制御することも可能である。
【0023】
記録層、保護層、反射層は通常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、生産性の面からも優れている。本発明の記録用媒体の最上層には、空気との直接接触を防いだり、異物との接触による傷を防ぐため、紫外線硬化樹脂や熱硬化型樹脂からなる保護コートを設けるのが好ましい。保護コートは通常1μmから数百μmの厚さである。また、あるいは、硬度の高い誘電体保護層さらにを設けたり、その上にさらに樹脂層を設けることもできる。
【0024】
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り、好ましい方式である。この場合、as-depo 状態はアモルファスである場合が一般的であるため、通常初期状態を結晶状態とするためにディスク全面を短時間で結晶化するための初期結晶化を行う必要がある。初期結晶化は通常数十〜百ミクロン程度に絞ったレーザービームを回転するディスクに照射することにより行なう。
【0025】
本発明においては、初期化に要する時間を短縮し、確実に1回の光ビームの照射で初期化するため、上記の場合、溶融による初期結晶化が有効である。この際、記録層の上下に保護層が設けられていると、溶融による記録媒体の破壊をより確実に防止することができる。例えば、直径10〜数百μm程度に集束した光ビーム(例えばガスもしくは半導体レーザー光)あるいは長軸50〜数百μm、短軸1〜10μm程度の楕円状に集光した光ビームを用いて媒体を局所的に加熱し、ビーム中心部に限定して溶融させれば、記録媒体は破壊されることはない。加えて、ビーム周辺部の加熱により、溶融部が余熱されるため冷却速度が遅くなり、良好な再結晶化が行われる。本発明においては、この方法を用いれば、例えば、従来の固相結晶化に対して10分の1程度に初期化時間を短縮でき、生産性が大幅に短縮できるとともに、オーバーライト後の消去時における結晶性の変化を防止できる。
【0026】
本発明の記録用媒体に使用できる記録再生光は、通常半導体レーザーやガスレーザーなどのレーザー光であって、通常その波長は400〜800nm程度である。特に1Gbit/inch2 以上の高面記録密度を達成するためには、集束光ビーム径を小さくする必要があり、波長400から680nmの青色から赤色のレーザー光と開口数NAが0.5以上の対物レンズを用いて集束光ビームを得ることが望ましい。
【0027】
本発明では、前記のように非晶質状態を記録マークとするのが通常である。また、本発明では、マーク長変調方式によって情報を記録するのが有効である。その際、従来の2値変調方式による記録を行うこともできるが、本発明においては下記のような記録マークを形成する際にオフパルス期間を設ける3値以上の多値変調方式による記録方法を採用するのが特に好ましい。
図1は、本発明の記録方法における記録光のパワーパターンを示す模式図である。長さnT(Tは基準クロック周期、nはマーク長変調記録において取りうるマーク長であり、整数値である)にマーク長変調された非晶質マークを形成する際、nTを、m=n−k(kは0≦k≦2なる整数)個の記録パルスに分割し、個々の記録パルス幅をαi T(1≦i≦m)とし、個々の記録パルスにβi T(1≦i≦m)なる時間のオフパルス区間が付随する。ここでαi ≦βi とするのが好ましい。記録の際、マーク間においては、非晶質を結晶化しうる消去パワーPeの記録光を照射する。また、αi Tにおいては、記録層を溶融させるのに十分な記録パワーPwの記録光を照射し、βi T(1≦i≦m)なる時間においては、Pb<Pe、好ましくはPb≦1/2PeとなるバイアスパワーPbの記録光を照射する。この際、マーク長を検出した際に、正確なnTマークが得られるように、Σαi +Σβi =n−j(jは0.0 ≦j≦2.0 なる実数)とする。
【0028】
上記の記録方法を採用することによって、パワーマージンや記録時線速マージンを広げることができる。この効果は、特にPb≦1/2PeなるようにバイアスパワーPbを十分低くとる際に顕著である。
図2にαi =βi =0.5とした時に,Pb=Peとした場合(a)と、Pb≒0(極端な場合)とした場合(b)の記録層の温度変化を模式的に示した。ここでは、3個に分割された分割パルスの、1番目のパルスが照射される位置を想定している。(a)では後続の記録パルスによる加熱の影響が前方に及ぶために、1番目の記録パルス照射後の冷却速度が遅く、かつオフパルス区間でもPeが照射されるため、オフパルス区間での温度降下で到達する最低温度TL が融点近傍に留まっている。一方、(b)では、オフパルス区間のPbがほとんど0のため、TL は融点から十分下がった点まで下がり、かつ、途中の冷却速度も大きい。非晶質マークは1番目のパルス照射時に溶解し、その後のオフパルス時の急冷によって形成される。本発明の記録層は融点近傍でのみ大きな結晶化速度を示すと考えられるため、(b)に示す温度プロファイルをとることは、再結晶化を抑制し、良好な非晶質マークを得る上で重要なことである。逆に、冷却速度及びTL を制御することで再結晶化をほぼ完全に抑制し、溶融領域とほぼ一致するクリアな輪郭を有する非晶質マークが得られるためマーク端において低ジッタが得られる。従来使用されてきているGeTe−Sb2 Te3 擬似2元系合金の場合では、図2(a),(b)いずれの温度プロファイルでも非晶質マーク形成プロセスに大差がない。なぜなら、速度は若干遅いものの広い温度範囲で再結晶化を示すからである。この場合、パルス分割方法によらずある程度の再結晶化が生じ、これが非晶質マーク周辺の粗大グレインとなってマーク端でのジッタを悪化させる傾向がある。このような記録層組成では、オフパルスは必須ではなく、むしろ従来の2値変調によるオーバーライトが単純で望ましい。すなわち、本発明の記録層にとっては上記の記録方法は極めて有効であるが、従来のGeTe−Sb2 Te3 系記録層を用いた場合や、ピット位置記録に適用した場合についてはこのような記録方法を採用する必然性は全くない。
なお、記録マークは、溝部又は溝間部のいずれにも設けることができ、両方に設けることもできるが、好ましくは溝部に設ける。
【0029】
【実施例】
比較例1
GeSbTe合金ターゲットをスパッタリングすることにより、スライドガラス上に膜厚400nm程度のGe4 Sb71Te25膜からなる記録層を形成した。スパッタリング時は、Arガス圧を0.4Paとし、GeSbTe合金ターゲットには300WのRF電力をかけた。この膜はアモルファス膜であった。エリプソメータ(日本分光、MEL−30S型)を用い635nm、780nmの複素屈折率を測定した結果は表−1のとおりであった。次に、膜の反射率をモニターしながら温度を約30℃/分で上げ、膜を結晶化させた。結晶状態の635nm及び780nmの複素屈折率は表−1のとおりであった。なお、同じくガラス基板上に500nm程度に厚く成膜した記録層の膜厚と重量変化から直接求めた記録層膜の密度は概ね90%であった。
【0030】
次に、基板/下保護層/記録層/上保護層/反射層の層構成を想定し、上記で測定した複素屈折率を用い、各層の膜厚、反射率、アモルファス状態からの反射光と結晶状態からの反射光の位相差に表−3のような制限を加えて条件を満たす膜厚の組み合わせを計算により求めた。なお、下保護層、上保護層及び基板の材料及び誘電率は表−2のようにした。
得られた解をプロットしたものを図3(a)(780nm)及び図4(a)(635nm)に示す。
なお、表−3に記載の条件とした理由は以下の通りである。
即ち、結晶状態の反射率13%もしくは15%という下限は、未記録結晶状態の反射率がこれより低いとフォーカスやトラッキングサーボがかかりにくくなるためである。下部保護層膜厚の範囲は、他の層を固定して、結晶もしくは非晶質状態の反射率の下保護層膜厚依存性を測定あるいは計算したときに、反射率最小となる膜厚である50−60nmから、反射率が最大となる膜厚である150nmまでの範囲を考慮するためである。これ以上の膜厚については、下保護層が透明なので光学膜厚nd(n保護層屈折率、d膜厚)が一波長分となるごとに周期的に変化するのみである。記録層の膜厚、上保護層の膜厚は前述のような理由で好ましい範囲に限定した。反射層は光学計算では透過光が無視できるほど厚ければいくらでも良いが、実際に作成したディスクで用いる膜厚である200nmとした。非晶質反射光と結晶反射光の位相差は、両者の反射光が集束光ビーム内で干渉したときに非晶質マークの反射率が最も低くなる条件としてπ近傍が望ましいことからπ±0.1πの範囲を選定した。この場合に、結晶―非晶質の反射率差以上に両者の反射率差が確保でき、最も大きなコントラストがとれ、信号振幅を大きくとることができ好ましい。
【0031】
実施例1及び2
GeSbTe合金ターゲットとAlターゲットを同時にスパッタリングすることにより、スライドガラス上に膜厚400nm程度のAlGeSbTe膜を得た。スパッタリング時は、Arガス圧0.4Paとし、GeSbTe合金ターゲットには300WのRF電力をかけた。Alターゲットには電流制御でDC電力をかけ、電流値を0.1A(実施例1)および0.14A(実施例2)とした。得られた膜の組成はそれぞれAl1 Ge4 Sb69Te26(((Sb0.73Te0.270.96Ge0.040.99Al0.01;実施例1)、Al2 Ge4 Sb68Te26(((Sb0.72Te0.280.96Ge0.040.98Al0.02;実施例2)であった。
以下、比較例1と同様にして、非晶質状態及び結晶状態の複素屈折率を測定し、それに基づいた解のプロットを求めた。結果を表−1、表−2、表−3、図3(b)及び(c)、並びに図4(b)及び(c)に示す。
図3及び図4の結果を比較する。まず、図3及び図4よりAlを存在させた条件の方が反射率の高いところまで解が存在することがわかる。例えば、780nmではGeSbTe系は反射率が0.17より大きいところに解は存在しないが、Alが存在する系は解が存在する。これは、Alが存在する方が、高反射率で信号強度が大きくなることを意味している。
【0032】
さらに、下保護層はあまりに薄すぎると基板保護効果が薄れるが、図3及び図4に示すように、AlGeSbTe系ではGeSbTe系と比較して下保護層が厚いところまで解が存在することがわかる。また、上保護層は薄い方が繰り返しオーバーライト時の劣化が小さくなるが、Al添加系は上保護層が薄いところまで解が存在することがわかる。これは前述したように繰り返しオーバーライトでの劣化を小さくできる層構成に適しているということを意味している。これらの結果から、信号強度、反射率、繰り返し記録特性等のディスク特性を考慮した場合、Al添加により総合的に優れた相変化光ディスクが得られることがわかる。また、この傾向は780nmでも635nmでも同じである。
【0033】
実施例3及び4
実施例1及び2で使用したのと同じ記録層組成を用いて、相変化光ディスクを作製した。
1.2mm厚のポリカーボネート基板上にZnS- SiO2 下部保護層(90nm)、前記AlGeSbTe記録層(15nm)、ZnS- SiO2 上部保護層(40nm)、Al合金反射層(200nm)の構成をスパッタ法により作成し、この上にさらに紫外線硬化樹脂からなる保護コートを形成した。記録層のスパッタ条件は実施例1と同じである。これらのディスクを溶融結晶化した後、780nm、NA0.55の光学系およびオレンジブックパート3規格(書き換え型CD、CD−RW)の規格に準じた記録法を用いて線速度2.4m/s、記録パワー12mW、消去パワー6mWにおいて、溝内に非晶質マークを形成して5回オーバーライトを行った。その結果、反射率変調度および3Tスペースジッタは、実施例1で21.4%、77%及び9.7nsであり、実施例2で19.3%、76%及び9.4nsであった。これらの値はオレンジブックパート3規格を十分に満足する。
【0034】
比較例2
GeSbTeターゲットとAlターゲットを同時にスパッタリングすることにより、スライドガラス上に膜厚400nm程度のAlGeSbTe膜を得た。スパッタリング時は、Arガス圧0.4Paとし、GeSbTeターゲットには300WのRF電力をかけた。Alターゲットには電流制御でDC電力をかけ、電流値を0.3Aとした。得られた膜の組成はAl6 Ge4 Sb66Te24(((Sb0.73Te0.270.96Ge0.040.94Al0.06)であった。次にこの記録層を用いて、相変化光ディスクを作製した。ポリカーボネート基板上にZnS- SiO2 下保護層(90nm)、前記と同様の組成のAlGeSbTe記録層(15nm)、ZnS- SiO2 上保護層(40nm)、Al合金反射層(200nm)の構成をスパッタ法により作成し、この上にさらに紫外線硬化樹脂からなる保護コートを形成した。記録層のスパッタ条件は前記と同じである。このディスクを溶融結晶化した後、780nm、NA0.55の光学系およびオレンジブックパート3規格(書き換え型CD,CD−RW)の規格に準じた記録法を用いて線速度2.4m/sにおいて、溝内に非晶質マークを形成して記録を行ったが、記録波形は汚く3Tジッタは17.5nsより高く、オレンジブックパート3規格を満たさなかった。
【0035】
【表1】

Figure 0003731372
【0036】
【表2】
Figure 0003731372
【0037】
【表3】
Figure 0003731372
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、信号強度が大きく、記録マークが安定に存在し、総合的にみて優れた相変化記録媒体が得られる。また、これに適した再生方法及び記録方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の記録方法における記録光のパワーパターンを示す模式図。
【図2】本発明の記録方法の効果を示す、記録層の温度変化を示す模式図。
【図3】実施例1、2及び比較例1における結果を示すプロット図(780nm)。
【図4】実施例1、2及び比較例1における結果を示すプロット図(635nm)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-density optical disk using a rewritable phase change medium. Specifically, the present invention relates to a phase change medium having a large reproduction signal intensity in a wide wavelength range.
[0002]
[Prior art]
As a rewritable optical disc, a phase change medium using a change in reflectance accompanying a reversible change between a crystalline state and an amorphous state is known. The phase change medium does not require an external magnetic field and can be recorded / erased only by modulating the power of the laser beam, and has the advantage that the recording / reproducing apparatus can be downsized.
A general phase change medium is provided with a phase change recording layer on a substrate, and has protective layers made of a dielectric on both sides thereof. Further, it is usual that a reflective layer is further provided. In addition, the phase change type recording layer is usually formed with the unrecorded / erased state in the crystalline state and amorphous bits as the recording marks.
Conventionally, as such a phase change recording layer, an SbTe eutectic point composition (Sb70Te30A composition having an excess of Sb than that of (A) is known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-303643 discloses (Sb1-xTex)1-yMy(M is at least one element selected from the group consisting of Ag, Al, As, Au, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Pb, Pd, Pt, Se, Si, Sn, and Zn) Is used as a recording layer.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, although an alloy material in the vicinity of the eutectic point has a high amorphous forming ability, it is accompanied by phase separation during crystallization, so that it cannot be crystallized by heating in a short time of less than 100 nsec and can be overwritten. It has been considered that the recording layer is inappropriate.
On the other hand, the present inventor paid attention to such a binary alloy made of SbTe, and examined the crystallization / amorphization characteristics in the vicinity of the eutectic composition using an optical disk evaluation machine suitable for higher density recording. Went. As a result, Sb70Te30Although it is difficult to initially crystallize a recording layer mainly composed of an SbTe alloy in the vicinity of the eutectic composition, once the initial crystallization is performed, recording erasure by the amorphous-crystalline phase change can be performed at a very high speed. I found out that I can do it. Another advantage of using a composition near the eutectic point is that coarse grains having different reflectivities from the initialized state are less likely to occur in the periphery of the amorphous mark or in the erased mark. This is a phenomenon peculiar to an alloy near the eutectic point where crystal growth is rate-determined by phase separation. Furthermore, the above composition has the conventional Ge, especially when recording between marks.2Sb2TeFiveSince a clear reproduction signal can be obtained from a recording layer having a composition in the vicinity, it is suitable for high density.
[0004]
However, according to the study of the present inventor, such Sb70Te30It has been found that an SbTe alloy containing excess Sb in the composition near the eutectic point does not function as a recording layer as it is. The reason is that the recorded amorphous mark crystallizes with time, and the mark tends to disappear. Since any phase change recording film is more stable in a crystalline state than an amorphous mark at room temperature, it is expected that it will crystallize after a sufficiently long time. However, as a recording medium, it is necessary that recording marks exist stably for at least 10 years. The Sbx Te1-x (0.6 <x <0.9) phase change film has a low crystallization temperature in the amorphous state of around 100 ° C., and the time for which a stable amorphous mark exists is too short. This is not suitable for a typical phase change recording film.
[0005]
In general, the phase change medium has a problem that the signal strength is not sufficient. The signal intensity can be increased by adjusting the film thickness of each layer such as a recording layer, a protective layer, and a reflective layer. However, in many cases, other characteristics deteriorate at the same time. The deteriorated characteristics are, for example, repetitive recording characteristics, reflectance, optimum recording power, recording linear velocity dependency, and the like. Therefore, in the current situation, the signal strength is not sufficient particularly when manufacturing with a certain margin in all the disk characteristics during mass production. In addition, the laser wavelength used to increase the recording density in recent years tends to be shortened, but the signal intensity tends to decrease as the phase change medium becomes shorter, so in the short wavelength region. The lack of signal strength becomes even more serious.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the stability of the amorphous mark can be improved by allowing a specific amount of a specific element to be present in a composition that is Sb-excess than the vicinity of the SbTe eutectic point. In addition, the present inventors have found that a phase change type recording medium utilizing the characteristics of the SbTe alloy can be obtained.
That is, the gist of the present invention is an optical information recording medium having at least a phase change recording layer on a substrate, wherein the phase change recording layer has a composition represented by the following general formula (I). It is a characteristic optical information recording medium.
[0007]
[Chemical Formula 3]
      ((Sbx  Te1-x)y  Ge1-y)z  Al1-z (I)
(Where x is a number in the range of 0.6 ≦ x ≦ 0.9, and y is0.9≦ y <1 is the number in the range, and z is the number in the range of 0.95 ≦ z <1. )
[0008]
[Action]
Although details are not clear, it is presumed that the amorphous mark can be stabilized by adding Ge to a composition richer in Sb than in the vicinity of the SbTe eutectic point. Further, it is presumed that the presence of Al increases the signal intensity and further increases the crystallization speed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One of the features of the present invention is that as the composition of the recording layer,
[0010]
[Formula 4]
((SbxTe1-x)yGe1-y)zAl1-z
[0011]
It is to use what becomes.
Here, although x is 0.6-0.9, a preferable lower limit is 0.7 and a preferable upper limit is 0.8. If x is too large, the crystallization rate becomes too high and amorphous tends to be difficult to form. On the other hand, if it is too small, the crystallization rate tends to be too slow to make it difficult to crystallize.
As can be seen from the above description, in the present invention, the crystallization rate can be controlled by the Sb / Te ratio. That is, the amount of excess Sb relative to the base SbTe eutectic point composition is one factor that determines the crystallization rate. If Sb increases, it is considered that Sb cluster sites that precipitate in a rapidly cooled state increase and crystal nucleation is promoted. This means that even if the same crystal growth rate is assumed from each crystal nucleus, the time required for filling with the grown crystal grains is reduced, and as a result, the time required for crystallizing the amorphous mark is reduced. Means. Therefore, it is advantageous when erasing is performed by laser beam irradiation for a short time at a high linear velocity. On the other hand, the cooling rate of the recording layer also depends on the linear velocity during recording. That is, even with the same layer configuration, the cooling rate decreases as the linear velocity decreases. Therefore, the lower the linear velocity, the smaller the critical cooling rate for amorphous formation, that is, the smaller the amount of excess Sb. In summary, based on the SbTe eutectic point composition, it can be said that a composition having a larger amount of excess Sb is suitable for a higher linear velocity.
[0012]
  Also,y is 0.9 or more and less than 1,The upper limit is preferably 0.97 or less. If y is too large, it is difficult to maintain low jitter characteristics at a high density for a long period of time, and the effect of the present invention tends to be insufficient. On the other hand, if y is too small, noise during recording increases, and it tends to be difficult to reduce jitter particularly when mark length recording is performed at a high density. Furthermore, although z is 0.95 or more and less than 1, a preferable upper limit is 0.999. If z is too small, the noise of the recording signal increases and the effect of the present invention tends to be insufficient. On the other hand, if z is too large, the signal intensity tends to decrease.
[0013]
The recording layer used in the present invention may further contain other elements as long as the effects of the present invention are not impaired, but usually has the quaternary composition described above.
The thickness of the recording layer is preferably in the range of 10 nm to 30 nm. In particular, 15 nm or more is preferable, and 25 nm or less is preferable. If it is too thin, it is difficult to obtain a sufficient contrast between the reflectance of the crystal and the amorphous state, and the crystallization speed tends to be slow, so that recording erasure in a short time tends to be difficult. Also, the reflectance tends to be too low. On the other hand, if it is too thick, it is difficult to obtain optical contrast, and cracks are likely to occur. Also, the heat capacity tends to increase and the recording sensitivity tends to deteriorate. Furthermore, since the volume change accompanying the phase change becomes remarkable, when overwriting is repeated, microscopic and irreversible deformations are accumulated in the recording layer itself and the protective layer that can be provided above and below the recording layer. As a result, the repeated overwrite durability tends to decrease. In a high-density medium such as a rewritable DVD, the requirement for noise is more severe, and therefore a more preferable recording layer thickness is 25 nm or less.
[0014]
The recording layer can be obtained by DC or RF sputtering of a predetermined alloy target in an inert gas, particularly Ar gas.
The density of the recording layer is usually 80% or more, preferably 90% or more of the bulk density. As the bulk density here, an approximate value according to the following formula (II) is usually used, but an alloy lump can be prepared and actually measured.
[0015]
[Chemical formula 5]
ρ = Σmiρi    (II)
[0016]
(Where miIs the molar concentration of each element i and ρiIs the atomic weight of element i. ) In the sputter film formation method, the pressure of the sputtering gas (usually a rare gas such as Ar, which will be described below using Ar as an example) during the film formation is reduced, or the substrate is disposed close to the front of the target. Thus, the density of the recording layer can be increased by increasing the amount of high energy Ar irradiated to the recording layer. The high energy Ar is usually one in which Ar ions irradiated to the target for sputtering are partially rebounded and reach the substrate side, or Ar ions in the plasma are accelerated by the sheath voltage across the substrate and reach the substrate. Either. The irradiation effect of such a high energy rare gas is referred to as an atomic peening effect. In sputtering with Ar gas that is generally used, Ar is mixed into the sputtered film due to the atomic peening effect. The atomic peening effect can be estimated from the amount of Ar in the film. That is, if the amount of Ar is small, it means that the effect of high energy Ar irradiation is small, and a film with a low density is likely to be formed. On the other hand, if the amount of Ar is large, the irradiation with high energy Ar is intense and the density becomes high, but Ar taken in the film precipitates as void during repeated overwriting and tends to deteriorate repeated durability (J Appl. Phys., Vol. 78 (1995), pp 6980-6988). Therefore, an appropriate amount of Ar in the recording layer is 0.1 atomic% or more and less than 1.5 atomic%. Furthermore, it is preferable to use high frequency sputtering rather than direct current sputtering because the amount of Ar in the film is reduced and a high density film can be obtained.
Another component of the structure of the optical information recording medium of the present invention will be described.
[0017]
As a substrate used in the present invention, a transparent resin such as polycarbonate, acrylic or polyolefin, or a metal such as glass or aluminum can be used. Since a guide groove of about 20-80 nm is usually provided on the substrate, a resin substrate that can form the guide groove by molding is preferable.
In order to prevent evaporation / deformation accompanying the phase change of the recording layer and to control thermal diffusion at that time, a protective layer is usually formed on one or both of the recording layer, preferably both. The material for the protective layer is determined in consideration of the refractive index, thermal conductivity, chemical stability, mechanical strength, adhesion, and the like. In general, a dielectric having a high transparency and a high melting point such as a metal, a semiconductor oxide, a sulfide, a nitride, or a fluoride such as Ca, Mg, or Li can be used. In this case, these oxides, sulfides, nitrides, and fluorides do not necessarily have a stoichiometric composition, and it is also effective to control the composition for controlling the refractive index, or to mix them. It is. In consideration of repetitive recording characteristics, a mixture of dielectrics is preferable. More specifically, a mixture of a chalcogen compound such as ZnS or rare earth sulfide and a heat-resistant compound such as oxide, nitride, carbide, or fluoride can be used. For example, ZnS and SiO2This mixture is an example of a preferred protective layer composition.
In consideration of repeated recording characteristics, the film density of the protective layer is preferably 80% or more of the bulk state from the viewpoint of mechanical strength (Thin Solid Films, Vol. 278 (1996), pages 74 to 81). When using a mixture of dielectrics, the theoretical density of the following formula (III) is used as the bulk density.
[0018]
[Chemical 6]
ρ = Σmiρi (III)
[0019]
(Where mi is the molar concentration of each component i, and ρi is the single bulk density of component i.)
The thickness of the protective layer is generally 10 nm to 500 nm. If it is too thin, the effect of preventing deformation of the substrate and the recording film is insufficient, and it may not serve as a protective layer. On the other hand, if it is too thick, the internal stress of the protective layer itself, the difference in elastic characteristics with the substrate, etc. become prominent, and cracks are likely to occur.
In particular, when a protective layer (sometimes referred to as a lower protective layer) is provided between the substrate and the recording layer, the lower protective layer needs to suppress substrate deformation due to heat, and thus the thickness is preferably 50 nm or more. . If it is too thin, microscopic substrate deformation is accumulated during repeated overwriting, and the reproduction light is scattered and the noise rises significantly. On the other hand, the thickness of the lower protective layer is usually about 200 nm or less, preferably about 150 nm or less, because of the time required for film formation. If it is too thick, the groove shape of the substrate viewed from the recording layer surface may change. That is, a phenomenon that the depth and width of the groove become smaller than the intended shape on the substrate surface is likely to occur.
[0020]
On the other hand, when a protective layer (sometimes referred to as an upper protective layer) is provided on the opposite side of the recording layer from the substrate, the upper protective layer usually has a thickness of 10 nm or more for suppressing deformation of the recording layer. . On the other hand, if it is too thick, microscopic plastic deformation accumulates inside the upper protective layer with repeated overwriting, and there is a tendency for noise to increase due to scattering of reproduction light. Is 30 nm or less.
The thickness of the recording layer and the protective layer is not limited from the viewpoint of mechanical strength and reliability, but also takes into account the interference effect associated with the multi-layer structure. It is selected so that the contrast between the recorded state and the unrecorded state is increased.
[0021]
The phase change information recording medium of the present invention can further be provided with a reflective layer. The position where the reflective layer is provided usually depends on the incident direction of the reproduction light, and is provided on the opposite side of the recording layer with respect to the incident side. That is, when reproducing light is incident from the substrate side, it is normal to provide a reflective layer on the opposite side of the recording layer with respect to the substrate. When reproducing light is incident from the recording layer side, the recording layer and the substrate It is usual to provide a reflective layer between them.
The material used for the reflective layer is preferably a substance having a high reflectivity, and is particularly preferably a metal such as Au, Ag, or Al that can be expected to have a heat dissipation effect. A small amount of Ta, Ti, Cr, Mo, Mg, V, Nb, Zr, or the like may be added to the above metal for controlling the thermal conductivity of the reflective layer itself or improving the corrosion resistance. The amount added is usually about 0.01-20 atomic%. Aluminum alloy containing 15 atomic% or less of Ta and / or Ti, especially AlxTa1-xAn alloy of (0 <x <0.15) is excellent in corrosion resistance and is a particularly preferable reflective layer material for improving the reliability of the optical information recording medium. The thickness of the reflective layer is preferably 50 nm or more so that there is no transmitted light and the incident light is completely reflected. On the other hand, if it is too thick, there is no change in the heat dissipation effect, and the productivity is worsened and cracks are likely to occur. In particular, when the thickness of the upper protective layer is 40 nm or more and 50 nm or less, the amount of impurities contained is preferably less than 2 atomic% in order to make the reflective layer have high thermal conductivity.
[0022]
A preferred layer structure of the information recording medium of the present invention is a structure in which a first protective layer, a recording layer, a second protective layer, and a reflective layer are provided in order along the incident direction of the reproduction light. That is, when reproducing light is incident from the substrate side, the layer structure is a substrate, a lower protective layer, a recording layer, an upper protective layer, and a reflective layer in order. When reproducing light is incident from the recording film side, the substrate, It is preferable that the reflective layer, the lower protective layer, the recording layer, and the upper protective layer have a layer structure. Of course, each of these layers may be formed of two or more layers, and an intermediate layer may be provided between them. For example, on the substrate / protection layer in the case of incidence on the substrate side, or on the protection layer in the case of incidence from the side opposite to the substrate, a semi-transparent extremely thin metal, semiconductor, dielectric layer having absorption, etc. are provided, It is also possible to control the amount of light energy incident on the recording layer.
[0023]
The recording layer, protective layer, and reflective layer are usually formed by sputtering or the like.
In order to prevent oxidation and contamination between layers, it is desirable to form a film with an in-line apparatus in which a target for a recording film, a target for a protective film, and, if necessary, a target for a reflective layer material are installed in the same vacuum chamber. It is also excellent in terms of productivity. The uppermost layer of the recording medium of the present invention is preferably provided with a protective coat made of an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin in order to prevent direct contact with air or damage due to contact with foreign matter. The protective coat is usually 1 μm to several hundred μm thick. Alternatively, a dielectric protective layer having a high hardness can be further provided, and a resin layer can be further provided thereon.
[0024]
In the phase change recording method capable of one-beam overwriting, a recording bit is generally formed by making the recording film amorphous and erasing is performed by crystallization, which is a preferable method. In this case, since the as-depo state is generally amorphous, it is usually necessary to perform initial crystallization for crystallization of the entire disk surface in a short time in order to change the initial state to the crystalline state. Initial crystallization is usually performed by irradiating a rotating disk with a laser beam focused to about several tens to one hundred microns.
[0025]
In the present invention, the initial crystallization by melting is effective in the above case because the time required for the initialization is shortened and the initialization is ensured by one light beam irradiation. At this time, if protective layers are provided above and below the recording layer, destruction of the recording medium due to melting can be more reliably prevented. For example, a medium using a light beam focused on a diameter of about 10 to several hundred μm (for example, gas or semiconductor laser light) or a light beam condensed into an ellipse having a major axis of 50 to several hundred μm and a minor axis of about 1 to 10 μm. If the recording medium is locally heated and melted only at the center of the beam, the recording medium will not be destroyed. In addition, since the melted portion is preheated by heating the beam peripheral portion, the cooling rate is slowed down and good recrystallization is performed. In the present invention, if this method is used, for example, the initialization time can be shortened to about one-tenth of the conventional solid-phase crystallization, the productivity can be greatly reduced, and at the time of erasing after overwriting. It is possible to prevent the crystallinity from changing.
[0026]
The recording / reproducing light that can be used in the recording medium of the present invention is usually a laser beam such as a semiconductor laser or a gas laser, and its wavelength is usually about 400 to 800 nm. Especially 1Gbit / inch2In order to achieve the above-mentioned high surface recording density, it is necessary to reduce the diameter of the focused light beam, using blue to red laser light having a wavelength of 400 to 680 nm and an objective lens having a numerical aperture NA of 0.5 or more. It is desirable to obtain a focused light beam.
[0027]
In the present invention, the amorphous state is usually used as the recording mark as described above. In the present invention, it is effective to record information by the mark length modulation method. In this case, recording by the conventional binary modulation method can be performed. However, in the present invention, a recording method by a multi-value modulation method having three or more values that provides an off-pulse period when forming the following recording mark is adopted. It is particularly preferable to do this.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a power pattern of recording light in the recording method of the present invention. When forming an amorphous mark having a mark length modulated to a length nT (T is a reference clock period, n is a mark length that can be taken in mark length modulation recording and is an integer value), nT is set to m = n −k (k is an integer satisfying 0 ≦ k ≦ 2) number of recording pulses, and each recording pulse width is expressed as α.iT (1 ≦ i ≦ m) and β for each recording pulseiAn off-pulse interval of time T (1 ≦ i ≦ m) is accompanied. Where αi≦ βiIs preferable. During recording, recording light having an erasing power Pe that can crystallize amorphous is irradiated between the marks. ΑiAt T, recording light having a recording power Pw sufficient to melt the recording layer is irradiated, and βiIn the time T (1 ≦ i ≦ m), the recording light with the bias power Pb satisfying Pb <Pe, preferably Pb ≦ 1 / 2Pe is irradiated. At this time, in order to obtain an accurate nT mark when the mark length is detected, Σαi+ Σβi= N−j (j is a real number satisfying 0.0 ≦ j ≦ 2.0).
[0028]
By adopting the above recording method, the power margin and the recording linear velocity margin can be expanded. This effect is particularly remarkable when the bias power Pb is sufficiently low so that Pb ≦ 1 / 2Pe.
Figure 2 shows αi= ΒiThe temperature change of the recording layer is schematically shown when Pb = Pe (a) and Pb≈0 (extreme case) (b) when P = 0.5. Here, the position where the first pulse of the divided pulses divided into three is irradiated is assumed. In (a), since the influence of the heating by the subsequent recording pulse extends forward, the cooling rate after the first recording pulse irradiation is slow, and Pe is irradiated even in the off-pulse section, so the temperature drop in the off-pulse section Minimum temperature T to reachLRemains near the melting point. On the other hand, in (b), since Pb in the off-pulse interval is almost 0, TLDecreases to a point sufficiently lower than the melting point, and the cooling rate on the way is also large. The amorphous mark dissolves at the time of the first pulse irradiation, and is formed by rapid cooling at the subsequent off pulse. Since the recording layer of the present invention is considered to exhibit a large crystallization rate only near the melting point, taking the temperature profile shown in (b) suppresses recrystallization and obtains a good amorphous mark. It is important. Conversely, the cooling rate and TLBy controlling the above, recrystallization is almost completely suppressed, and an amorphous mark having a clear outline almost coinciding with the molten region is obtained, so that low jitter is obtained at the mark end. Conventionally used GeTe-Sb2TeThreeIn the case of a pseudo binary alloy, there is no great difference in the amorphous mark formation process regardless of the temperature profile of FIGS. This is because recrystallization occurs in a wide temperature range although the speed is slightly low. In this case, a certain degree of recrystallization occurs regardless of the pulse division method, and this tends to become coarse grains around the amorphous mark and deteriorate the jitter at the mark end. In such a recording layer composition, the off-pulse is not essential, but rather the overwrite by the conventional binary modulation is simple and desirable. That is, although the above recording method is extremely effective for the recording layer of the present invention, the conventional GeTe-Sb2TeThreeThere is no necessity of adopting such a recording method when the system recording layer is used or when it is applied to pit position recording.
The recording mark can be provided in either the groove portion or the inter-groove portion, and can be provided in both, but is preferably provided in the groove portion.
[0029]
【Example】
Comparative Example 1
By sputtering a GeSbTe alloy target, a Ge film having a thickness of about 400 nm is formed on the slide glass.FourSb71Tetwenty fiveA recording layer comprising a film was formed. At the time of sputtering, Ar gas pressure was 0.4 Pa, and 300 W of RF power was applied to the GeSbTe alloy target. This film was an amorphous film. The results of measuring the complex refractive index of 635 nm and 780 nm using an ellipsometer (JASCO, MEL-30S type) are shown in Table 1. Next, while monitoring the reflectance of the film, the temperature was increased at about 30 ° C./min to crystallize the film. The complex refractive indexes of 635 nm and 780 nm in the crystalline state are as shown in Table-1. The density of the recording layer film obtained directly from the film thickness and weight change of the recording layer formed on the glass substrate as thick as about 500 nm was approximately 90%.
[0030]
Next, assuming the layer structure of substrate / lower protective layer / recording layer / upper protective layer / reflective layer, the complex refractive index measured above is used, and the thickness of each layer, reflectivity, reflected light from the amorphous state, and A combination of film thicknesses that satisfies the conditions by adding restrictions as shown in Table 3 to the phase difference of the reflected light from the crystalline state was determined by calculation. The materials and dielectric constants of the lower protective layer, the upper protective layer, and the substrate were as shown in Table-2.
The plots of the obtained solutions are shown in FIG. 3 (a) (780 nm) and FIG. 4 (a) (635 nm).
The reason for the conditions described in Table 3 is as follows.
That is, the lower limit of the reflectance in the crystalline state of 13% or 15% is because focusing and tracking servo are difficult to be applied if the reflectance in the unrecorded crystalline state is lower than this. The range of the thickness of the lower protective layer is a film thickness that minimizes the reflectance when the other layers are fixed and the dependency of the crystalline or amorphous reflectance on the lower protective layer thickness is measured or calculated. This is because a range from 50-60 nm to 150 nm, which is the film thickness at which the reflectance is maximized, is taken into consideration. Regarding the film thickness beyond this, since the lower protective layer is transparent, the optical film thickness nd (n protective layer refractive index, d film thickness) only changes periodically every time one wavelength is reached. The film thickness of the recording layer and the film thickness of the upper protective layer were limited to the preferred ranges for the reasons described above. The reflection layer may be any thickness as long as the transmitted light is negligible in the optical calculation, but it is 200 nm which is the film thickness used in the actually produced disk. The phase difference between the amorphous reflected light and the crystal reflected light is preferably π ± 0 since the vicinity of π is desirable as the condition that the reflectance of the amorphous mark is the lowest when the reflected light of the both interferes in the focused light beam. A range of 1π was selected. In this case, it is preferable that the difference in reflectance between the two can be ensured more than the difference in reflectance between crystal and amorphous, the maximum contrast can be obtained, and the signal amplitude can be increased.
[0031]
Examples 1 and 2
A GeSbTe alloy target and an Al target were simultaneously sputtered to obtain an AlGeSbTe film having a thickness of about 400 nm on a slide glass. At the time of sputtering, Ar gas pressure was 0.4 Pa, and 300 W of RF power was applied to the GeSbTe alloy target. DC power was applied to the Al target by current control, and the current values were set to 0.1 A (Example 1) and 0.14 A (Example 2). The composition of the obtained film is Al1GeFourSb69Te26(((Sb0.73Te0.27)0.96Ge0.04)0.99Al0.01Example 1), Al2GeFourSb68Te26(((Sb0.72Te0.28)0.96Ge0.04)0.98Al0.02Example 2).
Hereinafter, in the same manner as in Comparative Example 1, the complex refractive index of the amorphous state and the crystalline state was measured, and a plot of the solution based on the complex refractive index was obtained. The results are shown in Table-1, Table-2, Table-3, FIGS. 3B and 3C, and FIGS. 4B and 4C.
The results of FIGS. 3 and 4 are compared. First, it can be seen from FIGS. 3 and 4 that there is a solution up to the point where the reflectance is higher under the condition where Al is present. For example, at 780 nm, the GeSbTe system has no solution where the reflectance is greater than 0.17, but the system in which Al is present has a solution. This means that the presence of Al increases the signal intensity with high reflectivity.
[0032]
Furthermore, if the lower protective layer is too thin, the substrate protective effect is reduced. However, as shown in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the AlGeSbTe system has a solution up to the thicker lower protective layer than the GeSbTe system. . It can also be seen that the thinner the upper protective layer, the smaller the deterioration during overwriting, but the Al-added system has a solution up to the thin upper protective layer. This means that it is suitable for a layer structure capable of reducing deterioration due to repeated overwriting as described above. From these results, it can be seen that when disk characteristics such as signal intensity, reflectance, and repetitive recording characteristics are taken into account, an excellent phase change optical disk can be obtained by adding Al. This tendency is the same at 780 nm and 635 nm.
[0033]
Examples 3 and 4
A phase change optical disk was produced using the same recording layer composition as used in Examples 1 and 2.
ZnS-SiO2 on a 1.2mm thick polycarbonate substrate2Lower protective layer (90 nm), AlGeSbTe recording layer (15 nm), ZnS-SiO2The upper protective layer (40 nm) and the Al alloy reflective layer (200 nm) were formed by sputtering, and a protective coat made of an ultraviolet curable resin was further formed thereon. The sputtering conditions for the recording layer are the same as in Example 1. After melting and crystallizing these discs, a linear velocity of 2.4 m / s was obtained using an optical system of 780 nm, NA of 0.55, and a recording method in accordance with the standards of the Orange Book Part 3 standard (rewritable CD, CD-RW). At a recording power of 12 mW and an erasing power of 6 mW, an amorphous mark was formed in the groove, and overwriting was performed 5 times. As a result, the reflectance modulation factor and 3T space jitter were 21.4%, 77%, and 9.7 ns in Example 1, and 19.3%, 76%, and 9.4 ns in Example 2. These values fully satisfy the Orange Book Part 3 standard.
[0034]
Comparative Example 2
A GeSbTe target and an Al target were simultaneously sputtered to obtain an AlGeSbTe film having a thickness of about 400 nm on a slide glass. At the time of sputtering, Ar gas pressure was 0.4 Pa, and 300 W RF power was applied to the GeSbTe target. DC power was applied to the Al target by current control, and the current value was set to 0.3A. The composition of the obtained film is Al6GeFourSb66Tetwenty four(((Sb0.73Te0.27)0.96Ge0.04)0.94Al0.06)Met. Next, a phase change optical disk was produced using this recording layer. ZnS-SiO on polycarbonate substrate2Lower protective layer (90 nm), AlGeSbTe recording layer (15 nm) having the same composition as described above, ZnS-SiO2The upper protective layer (40 nm) and the Al alloy reflective layer (200 nm) were formed by sputtering, and a protective coat made of an ultraviolet curable resin was further formed thereon. The sputtering conditions for the recording layer are the same as described above. After melting and crystallizing this disc, the optical system at 780 nm, NA 0.55 and the recording method according to the standard of the Orange Book Part 3 standard (rewritable CD, CD-RW) at a linear velocity of 2.4 m / s. Recording was performed with an amorphous mark formed in the groove, but the recording waveform was dirty and the 3T jitter was higher than 17.5 ns, which did not satisfy the Orange Book Part 3 standard.
[0035]
[Table 1]
Figure 0003731372
[0036]
[Table 2]
Figure 0003731372
[0037]
[Table 3]
Figure 0003731372
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a phase change recording medium having high signal intensity, stable recording marks, and excellent overall performance. In addition, a reproducing method and a recording method suitable for this can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a power pattern of recording light in a recording method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a temperature change of a recording layer, showing the effect of the recording method of the present invention.
FIG. 3 is a plot (780 nm) showing the results in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
4 is a plot diagram (635 nm) showing the results in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.

Claims (10)

基板上に少なくとも相変化型記録層を有する光学的情報記録用媒体であって、相変化型記録層が下記一般式(I)で表される組成からなることを特徴とする光学的情報記録用媒体。
【化1】
((Sbe1−x e1−y Al1−z (I)
(ただし、xは0.6≦x≦0.9の範囲の数であり、yは0.9≦y<1の範囲の数であり、zは0.95≦z<1の範囲の数である。)
An optical information recording medium having at least a phase change recording layer on a substrate, wherein the phase change recording layer has a composition represented by the following general formula (I): Medium.
[Chemical 1]
((Sb x T e1-x ) y G e1-y ) z Al 1-z (I)
(Where x is a number in the range 0.6 ≦ x ≦ 0.9, y is a number in the range 0.9 ≦ y <1, and z is a number in the range 0.95 ≦ z <1. .)
0.7≦x≦0.9である請求項1に記載の光学的情報記録用媒体。  The optical information recording medium according to claim 1, wherein 0.7 ≦ x ≦ 0.9. 0.7≦x≦0.8である請求項1又は2に記載の光学的情報記録用媒体。  The optical information recording medium according to claim 1, wherein 0.7 ≦ x ≦ 0.8. 相変化型記録層の片側又は両側に保護層が設けられている請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。Phase-change recording layer optical information recording medium according to any one of claims 1 to 3 on one side or the protective layer on either side are provided in. さらに反射層が設けられている請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。The optical information recording medium according to any one of claims 1 to 4 further reflecting layer is provided. 基板上に、記録再生用光ビームの入射方向から順に、少なくとも第1 保護層、相変化型記録層、第2 保護層及び反射層をこの順に設けた請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。On a substrate, in order from the incident direction of the recording and reproducing light beam, at least a first protective layer, a phase change type recording layer, a second protective layer and a reflective layer in any one of claims 1 to 5 provided in this order The optical information recording medium described. 相変化型記録層の厚さが10−30nmである請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。Phase-change optical information recording medium according to any one of recording the thickness of the layer is 10-30nm claims 1 to 6. マーク長変調方式による情報が記録される請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体。The optical information recording medium according to any one of claims 1 to 7 information by the mark length modulation scheme is recorded. 請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体に対して、波長が400nm以上800nm以下のレーザー光を、開口数NAが0.5以上の対物レンズによって集光した集束光を照射して再生することを特徴とする光学的情報記録用媒体の再生方法。Focusing the optical information recording medium according to any one of claims 1 to 8, the following laser light wavelength 400nm or 800 nm, the numerical aperture NA is condensed by 0.5 or more objective lens A reproducing method of an optical information recording medium, wherein the reproducing is performed by irradiating light. 請求項1乃至のいずれか1つに記載の光学的情報記録用媒体にマーク長変調された情報を記録するに当たり、
結晶状態の部分を未記録状態・消去状態とし、非晶質の部分を記録状態とし、
記録マーク間には、非晶質を結晶化しうる消去パワーPeの記録光を照射し、
記録マークには、記録マークの時間的な長さをnT(Tは基準クロック周期、nは2以上の自然数)としたとき、時間nTを
【化2】
α T、β T、α T、β T、・・・・、α T、β T、
(ただし、Σαi +Σβi =n−jとする。jは0−2までの任意の数。mはm=n−kを満たす数。kは0−2までの整数。)と分割し、α T(1≦i≦m)なる時間においては、記録層を溶融させるのに十分な記録パワーPwの記録光を照射し、β T(1≦i≦m)なる時間においては、Pb<PeとなるバイアスパワーPbの記録光を照射する光学的情報記録用媒体の記録方法。
In recording the mark length modulated information on the optical information recording medium according to any one of claims 1 to 8 ,
The crystalline portion is in an unrecorded state / erased state, and the amorphous portion is in a recorded state,
Between the recording marks, irradiating recording light with an erasing power Pe that can crystallize amorphous,
For a recording mark, when the time length of the recording mark is nT (T is a reference clock period, n is a natural number of 2 or more), the time nT is expressed as follows.
α 1 T, β 1 T, α 2 T, β 2 T,..., α m T, β m T,
(Where Σα i + Σβ i = n−j, j is an arbitrary number from 0-2, m is a number satisfying m = n−k, k is an integer from 0-2), and In the time of α i T (1 ≦ i ≦ m), the recording light having a recording power Pw sufficient to melt the recording layer is irradiated, and in the time of β i T (1 ≦ i ≦ m), Pb <A recording method of an optical information recording medium which irradiates recording light having a bias power Pb of Pe.
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