JP3819193B2 - 光記録方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相変化型光記録媒体に記録する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高密度記録が可能で、しかも記録情報を消去して書き換えることが可能な光記録媒体が注目されている。書き換え可能型の光記録媒体のうち相変化型のものは、レーザービームを照射することにより記録層の結晶状態を変化させて記録を行い、このような状態変化に伴なう記録層の反射率変化を検出することにより再生を行うものである。相変化型の光記録媒体は単一のレーザービームの強度を変調することによりオーバーライトが可能であり、また、駆動装置の光学系が光磁気記録媒体のそれに比べて単純であるため、注目されている。
【0003】
相変化型の記録層には、結晶質状態と非晶質状態とで反射率の差が大きいこと、非晶質状態の安定度が比較的高いことなどから、Ge−Te系やGe−Sb−Te系等のカルコゲナイド系材料が用いられることが多い。また、この他、最近、カルコパイライトと呼ばれる化合物を応用することが提案されている。カルコパイライト型化合物は化合物半導体材料として広く研究され、太陽電池などにも応用されている。カルコパイライト型化合物は、化学周期律表を用いるとIb-IIIb-VIb2やIIb-IVb-Vb2で表わされる組成であり、ダイヤモンド構造を2つ積み重ねた構造を有する。カルコパイライト型化合物はX線構造解析によって容易に構造を決定することができ、その基礎的な特性は、例えば月刊フィジクスvol.8,No.8,1987,pp-441や、電気化学vol.56,No.4,1988,pp-228などに記載されている。これらのカルコパイライト型化合物の中で特にAgInTe2は、SbやBiを用いて希釈することにより、線速度7m/s前後の光記録媒体の記録層材料として使用できることが知られている(特開平3−240590号公報、同3−99884号公報、同3−82593号公報、同3−73384号公報、同4−151286号公報等)。このようなカルコパイライト型化合物を用いた相変化型光記録媒体の他、特開平4−267192号公報や特開平4−232779号公報、特開平6−166268号公報には、記録層が結晶化する際にAgSbTe2相が生成する相変化型光記録媒体が開示されている。
【0004】
一般に相変化型光記録媒体において情報を記録する際には、まず、記録層全体を結晶質状態としておき、記録層が融点以上まで昇温されるような高パワー(記録パワー)のレーザービームを照射する。記録パワーが加えられた部分では記録層が溶融した後、急冷され、非晶質の記録マークが形成される。一方、記録マークを消去する際には、記録層がその結晶化温度以上であってかつ融点未満の温度まで昇温されるような比較的低パワー(消去パワー)のレーザービームを照射する。消去パワーが加えられた記録マークは、結晶化温度以上まで加熱された後、徐冷されることになるので、結晶質に戻る。したがって、相変化型光記録媒体では、単一の光ビームの強度を変調することにより、オーバーライトが可能である。
【0005】
相変化型光記録媒体等の光記録媒体は、磁気記録媒体に比べ一般に記録密度を高くすることができるが、近年、画像等の膨大な情報の処理のためにさらに記録密度を高くすることが必要とされている。単位面積あたりの記録密度を高くするためには、記録マーク長を縮めること、隣接する記録トラックの間隔を縮めること、トラック延在方向における記録マーク間隔を縮めることが有効である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、記録マーク長を縮めた場合、十分な再生出力を確保できなくなってC/Nが低くなってしまう。また、記録パワーマージンが狭くなってしまう。また、記録マーク長を所定長さに安定して形成することが難しくなってジッター増大を招く。
【0007】
本発明の目的は、相変化型光記録媒体において、記録マーク長を縮めて高密度記録を行う際に生じる問題を解決することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)ないし(4)の本発明により達成される。
(1) 相変化型の記録層を有する光記録媒体に対して、記録トラックに沿って、高パワーと低パワーとの間でパワー変調された記録光を照射することにより、記録層に非晶質の記録マークを形成する光記録方法であって、
最短記録マークの幅をM、長さをMとしたとき、
/M>1
となるように、後端が部分的に前端に向かって凸状で、かつ、前記後端の中央近傍に、記録トラック方向に突出する尾状部を含む最短記録マークを形成することを特徴とする光記録方法。
(2) 記録マーク後端における前記凸状の形状を、記録光照射により溶融化した領域を、非晶質化せずに、結晶化させることによって形成することを特徴とする上記(1)の光記録方法。
(3) 最短記録マークの長さをMとし、記録光の波長をλとし、記録光学系の対物レンズの開口数をNAとしたとき、
≦0.4λ/NA
となるように最短記録マークを形成することを特徴とする上記(1)または(2)の光記録方法。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1および図2に、長さ250nmの記録マークを形成した相変化型記録層の透過型電子顕微鏡(TEM)写真をそれぞれ示す。図1における記録層はAg、In、SbおよびTeを主成分とするものであり、図2における記録層はGe2Sb2Te5からなるものである。なお、本明細書における記録マーク長は、媒体の線速と記録周波数とから求めた値である。図中、規則的に並んだ暗色の領域が記録マークであり、図1では記録マークの左斜め上方向が後端側、図2では記録マークの左斜め下方向が後端側である。なお、これらの記録マークの形成時には、記録マーク前端側から後端側にレーザービームが移動したことになる。
【0010】
本発明では、図1および図2に示されるように、記録マーク後端の少なくとも一部が、記録マーク前端側に向かって凸状となるように記録マークを形成する。なお、本発明では、すべての記録マークにおいてこのような輪郭とする必要はなく、少なくとも最短記録マークの輪郭がこのような形状であればよい。
【0011】
図7に、記録マークの模式図を示す。記録マークをこのような形状に形成することにより、最短記録マークにおいて長さMLよりも幅MWを大きくすることができる。なお、好ましくはMW/ML≧1.1である。相変化型光記録媒体では、非晶質の記録マークとそれ以外の結晶質領域との間での反射率差に基づいて再生信号を得るため、長さが同じである記録マークでは幅が広いほど再生出力が高くなる。したがって本発明では、線記録密度を高くするために最短記録マークを短く設定した場合でも、十分な再生出力を確保できる。ただし、MW/MLが大きすぎると、隣接トラックの記録マークを消去してしまうクロスイレーズ、隣接トラックの記録マークを読み出してしまうクロストークが発生しやすくなるので、MW/MLは好ましくは4以下、より好ましくは3以下とする。
【0012】
次に、記録マーク後端を上記形状とするために利用する方法、および、この方法を用いることによりMW>MLとできる理由を説明する。
【0013】
相変化型記録媒体に記録を行う際には、前述したように、少なくとも記録パワーと消去パワーとの間でパワー変調したレーザービームを照射する。記録パワーのレーザービーム照射により記録層は溶融し、記録マーク長に対応する照射時間が経過した後、レーザービームのパワーが消去パワーまで下がるため、溶融した領域は急速に冷却されて非晶質となる。本発明ではこのような記録マーク形成過程において、溶融領域全体を非晶質化せず一部を結晶化することにより、記録マーク後端を上記形状とする。具体的には、溶融領域の後端側(レーザービームが遠ざかる側)において冷却速度を低くすることにより、図7に示すように前記後端側を結晶化する。このようにして形成された記録マークでは、その後端の全体が記録マーク前端側に向かって凸状となることは少なく、通常、図7に示す形状となる。すなわち、記録マーク後端の中央付近に、記録トラック方向に突出する尾状部が存在する形状、例えば蝙蝠が翼を広げた形状となる。
【0014】
ところで、記録マーク形成の際に溶融領域の一部が結晶化することは、特開平9−7176号公報に記載されている。ただし、同公報では、光記録ディスクの線速度が遅い場合に記録マーク前半部分で再結晶化が生じるとし、この再結晶化を防ぐために、記録パワーレベルのレーザー光を所定のパターンでパルス状に照射することを提案している。同公報には、マーク後半部分に相当する領域へのレーザービーム照射による熱が、いったんは溶融したマーク前半部分に相当する領域に伝導し、その結果、マーク前半部分が急冷されないために再結晶化が生じる旨が記載されている。また、特開平11−232697号公報では、上記特開平9−7176号公報に記載された作用による再結晶化を、セルフイレーズと呼んでいる。
【0015】
上記各公報に示されるように、記録マーク形成の際に溶融領域の前端部が上記セルフイレーズにより結晶化すること、および、この結晶化が記録マーク前端部の形状に影響を与えることは知られている。しかし、上記特開平9−7176号公報に示されるように、従来はセルフイレーズが記録マーク形状に与える影響を防ぐことが重要であった。
【0016】
これに対し本発明では、上記セルフイレーズと同様な作用を溶融領域後端側において積極的に働かせ、これにより溶融領域後端側を結晶化して、記録マーク後端を図1および図2に示されるような形状とする。溶融領域後端側においてセルフイレーズ機能を働かせるためには、例えば、溶融領域の後ろ側に照射されるレーザービームのパワーおよびその照射時間を制御すればよい。溶融領域の後ろ側に照射されたレーザービームによる熱は、溶融領域内の後端側に伝導するため、このときの照射パワーおよびその照射時間を制御することにより、溶融領域後端部における冷却速度を調整でき、その結果、溶融領域後端部における結晶化領域の長さを制御できる。溶融領域後端側においてセルフイレーズ作用を働かせる場合、結晶化は主として記録マークの長さ方向において生じ、記録マークの幅方向においてはほとんど生じない。したがって、記録パワーレベルを比較的高くすることにより比較的幅広でかつその幅に対応した比較的長い溶融領域を形成し、次いで、この溶融領域後端部をセルフイレーズにより結晶化させて所定長さの非晶質記録マークを形成することで、長さに対し幅が相対的に大きい記録マークを形成することができる。
【0017】
次に、溶融領域後端側におけるセルフイレーズ作用を制御する具体的方法について説明する。
【0018】
まず、記録パルスストラテジについて説明する。一般に、相変化型光記録媒体に記録する際には、記録パワーを記録マークの長さに対応して連続的に照射するのではなく、前記特開平9−7176号公報に記載されているように、記録マーク形状の制御のため、複数のパルスからなるパルス列に分割して照射する場合が多い。この場合のパルス分割の具体的構成を、一般に記録パルスストラテジと呼ぶ。記録パルスストラテジの例を、図8に示す。図8には、NRZI信号の5T信号に対応する記録パルス列を例示してある。同図において、Ttopは先頭パルスの幅であり、Tmpは先頭パルス以外のパルス(マルチパルスともいう)の幅であり、Tclは最後尾パルスの後ろに付加された下向きパルス(クーリングパルスともいう)の幅である。これらのパルス幅は、通常、基準クロック幅(1T)で規格化した値で表示される。図示する記録パルスストラテジでは、クーリングパルスを含むすべての下向きパルスのパワー(バイアスパワーPb)を消去パワーPeよりも低く設定している。
【0019】
このような記録パルスストラテジによりレーザービームのパワー変調を行う場合において、溶融領域後端側におけるセルフイレーズ作用を制御するには、記録パワーPw、Tmp、クーリングパルスのパワー(図示例ではバイアスパワーPb)、Tclおよび消去パワーPeの少なくとも1つを制御すればよい。具体的には、記録層の組成や媒体の構造など、溶融領域の結晶化に関与する要素に応じて適宜選択すればよいが、通常、少なくとも記録パワーPw、消去パワーPeおよびTclの少なくとも1つを制御することが好ましい。
【0020】
本発明ではセルフイレーズ作用により記録マーク長を制御するので、記録マーク幅設定の自由度が高い。例えば、記録パワーおよび記録パワー照射後のパワー(クーリングパルスパワーおよび/または消去パワー)をいずれも高くすることにより、すなわち、大面積を溶融させ、かつ、溶融領域後端部における結晶化面積を大きくすることにより、幅広の記録マークを所定の長さに形成でき(図3参照)、一方、記録パワーおよび記録パワー照射後のパワーをいずれも低くすることにより、すなわち、小面積を溶融させ、かつ、溶融領域後端部における結晶化面積を小さくすることにより、幅の狭い記録マークを前記所定の長さに形成できる(図4参照)。したがって、案内溝(グルーブ)内および案内溝間の領域(ランド)の一方だけを記録トラックとする場合には、記録トラックからはみ出る程度の十分に幅広の記録マークを形成することができ、また、グルーブおよびランドの両方を記録トラックとするランド・グルーブ記録に適用する場合には、記録マークが記録トラックからはみ出さない範囲で幅広の記録マークを形成できるので、いずれの場合でも高い再生出力が得られる。
【0021】
上述したように本発明では、記録パワーを変更しても、同時に記録パワー照射後のパワーを変更すれば、記録マーク長を変化させないことが可能である。すなわち、本発明では、所定長さの記録マークを形成するに際し、選択できる記録パワーの幅(記録パワーマージン)が広い。
【0022】
このような本発明に対し、記録マーク後端の形成にセルフイレーズ作用を利用しない場合には、例えば上記特開平9−7176号公報の図2に示されるように、記録マーク後端部が前端部と同様なラウンド形状になってしまう。そして、その場合において記録マークを短くすると、例えば本明細書添付の図5に示されるように、記録マーク長の短縮に伴って記録マーク幅も縮まってしまうので、記録マークの面積が不足して十分な出力が得られなくなる。また、セルフイレーズ作用を利用しない場合には、記録マーク長が実質的に記録パワーだけによって決定されるので、記録パワーマージンが狭くなる。
【0023】
また、記録マーク後端の形成にセルフイレーズ作用を利用すると、記録マークを円形や長円形に形成する場合に比べ、ジッターを小さくすることができる。この効果は、最短記録マークを形成する際に特に顕著である。記録マーク長が正確で、かつ、記録マーク幅が十分に広くても、記録マークが円形や長円形であると、本発明で限定される形状である場合に比べジッターが大きくなってしまう。一般には、記録マークの輪郭が凹凸のない対称性の高い形状であるほどジッターが小さくなると信じられている。記録マークを本発明で限定される対称性の低い形状とすることによりジッターが減少することを見いだしたのは、本発明者らが初めてである。
【0024】
本発明では、記録マーク長に対して相対的に記録マーク幅を大きくでき、それにより記録マーク長の短縮による再生出力低下を抑制できるので、本発明は、最短記録マークの長さを短くする必要がある場合に特に有効である。具体的には、最短記録マークの長さをMLとし、記録光の波長をλとし、記録光学系の対物レンズの開口数をNAとしたとき、
L≦0.4λ/NA
となるように最短記録マークを形成する場合に特に有効である。溶融領域後端におけるセルフイレーズを利用しないで微小な記録マークを形成する場合、記録マークが円形に近くなり、記録マーク幅も記録マーク長と同程度に狭まるため、再生出力が低くなってしまう。本発明者らは、ML≦0.4λ/NAである記録マークにおいて、臨界的に再生出力が不十分となることを見いだした。これに対し本発明では、記録マーク長に対し記録マーク幅を大きくできるので、ML≦0.4λ/NAとなる場合でも十分な記録マーク幅が確保でき、その結果、十分な再生出力が得られる。
【0025】
本発明が対象とする光記録媒体では、相変化型記録層の構成材料は特に限定されない。ただし、最短記録マーク長が小さい場合、具体的には最短記録マーク長が350nm以下、特に300nm以下である場合には、Ag、In、SbおよびTeを主成分とし、好ましくは副成分としてGeおよび/またはNを含有する記録層が好ましい。Ag、In、SbおよびTeを主成分とする記録層を用いることにより、最短記録マーク長を短くする場合に生じる記録マーク形状の歪みを抑えることができる。以下、その理由を説明する。
【0026】
前述したように、図2はGe2Sb2Te5からなる記録層に長さ250nmの記録マークを形成したときのTEM写真であり、図1は、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする記録層に同じ長さの記録マークを形成したときのTEM写真である。図2では、各記録マークの後端付近に、記録マーク長の半分程度にも達する径の粗大な結晶粒が認められる。そして、それぞれの記録マーク付近で、粗大結晶粒の大きさや存在個数などが様々であり、図2中において記録マーク長がばらついていることが明瞭にわかる。記録マーク長をばらつかせている粗大な結晶粒の粒径は、数十ナノメートルから百ナノメートル程度なので、長さ250nmの記録マークに対する影響は大きい。しかも、結晶粒の生成パターンはランダムであり、歪みのパターンや後端位置のずれが各記録マークによって異なるので、記録マークを読み出す際に補正を行う方法は採用できない。本発明者らの実験によれば、Ge2Sb2Te5等のGe−Sb−Te系組成の記録層を有する媒体では、記録マーク長が350nm以下、特に300nm以下である場合に、再生信号のジッターが臨界的に悪化することがわかった。一方、図1においても記録マーク後端付近に粗大な結晶粒は存在するが、この粗大な結晶粒の存在によって記録マークの後端形状はほとんど影響を受けておらず、記録マーク長のばらつきも小さい。
【0027】
図1および図2において記録マーク後端付近に存在する粗大な結晶粒は、溶融領域後端の結晶化によって形成されたものである。図1において記録マーク長のばらつきが小さいのは、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする記録層では、溶融領域後端部の冷却速度分布に応じて結晶化が生じ、冷却速度が結晶化の臨界値となる位置において結晶化が止まるためと考えられる。一方、図2において記録マーク長のばらつきが大きいのは、Ge2Sb2Te5記録層では、冷却速度の遅い領域でいったん結晶化が始まると、冷却速度が結晶化の臨界値となる位置を超えて結晶化が進んだり、前記位置の手前で結晶化が停止したりするためと考えられる。
【0028】
また、本発明者らは、記録マーク長が350nm以下、特に300nm以下になると、記録マークの熱的安定性が臨界的に低くなり、高温環境下での保存により記録マークが結晶化しやすくなって、信頼性が低くなってしまうことを見いだした。微小記録マークにおけるこのような熱安定性の低さは、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする記録層に、副成分としてGeおよび/またはNを含有させることにより改善できる。Geおよび/またはNを含有することにより記録層の結晶化温度および活性化エネルギーが上昇し、高信頼性が実現する。
【0029】
Ag、In、SbおよびTeを主成分とする記録層では、主成分構成元素の原子比を
式I AgaInbSbcTed
で表したとき、好ましくは
a=0.02〜0.20、
b=0.02〜0.20、
c=0.35〜0.80、
d=0.08〜0.40
であり、より好ましくは
a=0.02〜0.10、
b=0.02〜0.10、
c=0.50〜0.75、
d=0.10〜0.35
である。
【0030】
式Iにおいてaが小さすぎると、記録マークの再結晶化が困難となって、繰り返しオーバーライトが困難となる。一方、aが大きすぎると、過剰なAgが記録および消去の際に単独でSb相中に拡散することになる。このため、書き換え耐久性が低下すると共に、記録マークの安定性および結晶質部の安定性がいずれも低くなってしまい、信頼性が低下する。すなわち、高温で保存したときに記録マークの結晶化が進んで、C/Nや変調度が劣化しやすくなる。また、繰り返して記録を行なったときのC/Nおよび変調度の劣化も進みやすくなる。
【0031】
式Iにおいてbが小さすぎると、記録マークの非晶質化が不十分となって変調度が低下し、また、信頼性も低くなってしまう。一方、bが大きすぎると、記録マーク以外の反射率が低くなって変調度が低下してしまう。
【0032】
式Iにおいてcが小さすぎると、相変化に伴なう反射率差は大きくなるが結晶転移速度が急激に遅くなって消去が困難となる。一方、cが大きすぎると、相変化に伴なう反射率差が小さくなって変調度が小さくなる。
【0033】
式Iにおいてdが小さすぎると、記録層の非晶質化が困難となり、信号が記録できなくなる可能性が生じる。一方、dが大きすぎると、結晶転移速度が低くなりすぎるため、消去が困難となる。
【0034】
記録層中におけるGeの含有率は、好ましくは25原子%以下、より好ましくは15原子%以下である。Geの含有率が高すぎると、Ag−In−Sb−Te系記録材料としての特性が発現しにくくなる。なお、Ge添加による再生耐久性向上効果を十分に発揮させるためには、Ge含有率を好ましくは1原子%以上、より好ましくは2原子%以上とする。
【0035】
ところで、特開平8−267926号公報には、
式 {(Aabc1-dd1-ee
(上記式において、Aは、Agおよび/またはAuであり、Bは、Sbおよび/またはBiであり、Cは、Teおよび/またはSeであり、Dは、Inであるか、InならびにAlおよび/またはPであり、Eは、Si、Ge、SnおよびPbから選択される少なくとも1種の元素である。また、a、b、c、dおよびeは原子比を表わし、
0.001≦a≦0.20、
0.40≦b≦0.90、
0.10≦c≦0.50、
a+b+c=1、
0<d≦0.06、
0.001≦e≦0.10
である)
で表される相変化型記録層を有する光記録媒体が記載されている。同公報に記載された相変化型記録層は、Ag、In、SbおよびTeを主成分とし、Geを含み得る点で、本発明が適用される光記録媒体と同様である。しかし同公報記載の発明は、Geが包含される元素Eを添加することにより、線速度が速い場合でも十分な消去率を得ようとしたものであり、この点で本発明とは異なる。同公報には、長さ350nm以下の微小な記録マークにおいて、Geの添加により臨界的に熱安定性が向上することは開示されていない。本明細書の実施例に示すように、微小記録マークの熱安定性はGeの添加により特異的に向上する。これに対し、上記特開平8−267926号公報においてGeと並列的に挙げられている他の添加元素では、微小記録マークの熱安定性を向上させる効果は認められない。
【0036】
記録層にNを含有させるには、例えばAr等の希ガスに加えて窒素ガスを含有する雰囲気中でスパッタを行って記録層を形成すればよい。このときの雰囲気ガスの流量比(窒素ガス/希ガス)は、N添加による効果が十分に発現し、かつ、N含有率が過剰とならないように設定すればよいが、好ましくは2/150〜8/150とする。上記流量比が低すぎると、記録層中のN含有率が低くなりすぎ、その結果、N添加による効果が不十分となる。一方、上記流量比が高すぎると、記録層中のN含有率が高くなりすぎ、その結果、相変化に伴う記録層の反射率差が小さくなって十分な変調度が得られなくなる。
【0037】
記録層中には、上記した主成分および副成分のほか、必要に応じて他の元素が添加されていてもよい。このような添加元素としては、元素M(元素Mは、H、Si、C、V、W、Ta、Zn、Ti、Ce、Tb、Sn、PbおよびYから選択される少なくとも1種の元素である)が挙げられる。元素Mは、書き換え耐久性を向上させる効果、具体的には、書き換えの繰り返しによる消去率の低下を抑える効果を示す。このような効果が強力であることから、元素MのうちではV、Ta、CeおよびYの少なくとも1種が好ましい。記録層中における元素Mの含有率は、10原子%以下であることが好ましい。元素Mの含有率が高すぎると、相変化に伴なう反射率変化が小さくなって十分な変調度が得られなくなる。
【0038】
記録層は、実質的に上記元素だけが含有されることが好ましいが、Agの一部をAuで置換してもよく、Sbの一部をBiで置換してもよく、Teの一部をSeで置換してもよく、Inの一部をAlおよび/またはPで置換してもよい。
【0039】
AuによるAgの置換率は、好ましくは50原子%以下、より好ましくは20原子%以下である。置換率が高すぎると、記録マークが結晶化しやすくなって高温下での信頼性が悪化する。
【0040】
BiによるSbの置換率は、好ましくは50原子%以下、より好ましくは20原子%以下である。置換率が高すぎると記録層の吸収係数が増加して光の干渉効果が減少し、このため結晶−非晶質間の反射率差が小さくなって変調度が低下し、高C/Nが得られなくなる。
【0041】
SeによるTeの置換率は、好ましくは50原子%以下、より好ましくは20原子%以下である。置換率が高すぎると結晶転移速度が遅くなりすぎ、十分な消去率が得られなくなる。
【0042】
Alおよび/またはPによるInの置換率は、好ましくは40原子%以下、より好ましくは20原子%以下である。置換率が高すぎると、記録マークの安定性が低くなって信頼性が低くなる。なお、AlとPとの比率は任意である。
【0043】
なお、図2において記録マーク後端が結晶粒により規制されていることから明らかなように、本発明は、Ge2Sb2Te5等のGe−Sb−Te系組成の記録層を有する媒体にも適用できる。Ge−Sb−Te系組成としては、構成元素の原子比を
式II GeaSbbTe1-a-b
で表わしたとき、
0.08≦a≦0.35、
0.12≦b≦0.40
であるものが好ましい。
【0044】
記録層の厚さは、好ましくは9.5〜50nm、より好ましくは13〜30nmである。記録層が薄すぎると結晶相の成長が困難となり、相変化に伴なう反射率変化が不十分となる。一方、記録層が厚すぎると、記録層の熱容量が大きくなるため記録が困難となる。また、記録層が厚すぎると、反射率および変調度が低くなってしまう。
【0045】
記録層の組成は、EPMAやX線マイクロアナリシス、ICPなどにより測定することができる。
【0046】
記録層の形成は、スパッタ法により行うことが好ましい。スパッタ条件は特に限定されず、例えば、複数の元素を含む材料をスパッタする際には、合金ターゲットを用いてもよく、ターゲットを複数個用いる多元スパッタ法を用いてもよい。
【0047】
一般的な相変化型光記録媒体の構成例としては、例えば図9に示すように、基体2上に、第1誘電体層31、記録層4、第2誘電体層32、反射層5および保護層6を順次積層したものが挙げられる。この媒体では、基体2を通して記録再生光が照射される。
【0048】
また、例えば、図10に示すように、基体2を通さずに記録再生光を照射する構成としてもよい。この場合、基体2側から、反射層5、第2誘電体層32、記録層4、第1誘電体層31の順に積層し、最後に保護層6を積層する。
【0049】
本発明は、上述した書き換え可能型の相変化型光記録媒体のほかに、追記型の相変化型光記録媒体にも適用できる。この場合の追記型媒体とは、記録は可能であるが、いったん記録された記録マークの消去が不可能なものである。すなわち、いったん記録された情報の書き換えが不可能な媒体である。消去が不可能であるとは、どのような条件であっても消去が不可能というわけではなく、通常は、書き換え可能型媒体と同じ条件(消去パワーおよび線速度が同じ)でオーバーライト動作を行ったときに、記録は可能であるが消去(記録マークの結晶化)が不可能であることを意味する。このような追記型媒体は、記録層を結晶化しにくい組成、例えば結晶化温度の高い組成とすることにより実現できる。ただし、通常の書き換え可能型媒体であっても、消去パワーを下げるか、媒体の線速度を上げるか、または両者を併用することにより、追記型媒体として利用することができる。
【0050】
【実施例】
実施例1
基体としてスライドガラスを用い、その表面に、第1誘電体層、記録層、第2誘電体層および反射層を順次形成して、測定用サンプルを作製した。
【0051】
第1誘電体層は、ZnS(80モル%)−SiO2(20モル%)ターゲットを用いてAr雰囲気中でスパッタ法により形成した。第1誘電体層の厚さは80nmとした。
【0052】
記録層は、表1に示す主成分および副成分を有するものとした。記録層は、ターゲットとしてAg−In−Sb−Te合金またはAg−In−Sb−Te−Ge合金を用い、Ar雰囲気中またはAr+N2雰囲気中(N添加の場合)でスパッタ法により形成した。主成分中の原子比は、
式I AgaInbSbcTed
において
a=0.07、
b=0.05、
c=0.59、
d=0.29
とした。記録層の厚さは23nmとした。記録層中におけるGe含有率を表1に示す。また、記録層形成の際の雰囲気ガスの流量比(N2/Ar)を表1に示す。
【0053】
第2誘電体層は、ZnS(50モル%)−SiO2(50モル%)ターゲットを用いてAr雰囲気中でスパッタ法により形成した。第2誘電体層の厚さは25nmとした。
【0054】
反射層は、Ar雰囲気中においてスパッタ法により形成した。ターゲットにはAl−1.7原子%Crを用いた。反射層の厚さは100nmとした。
【0055】
評価
各サンプルを加熱ステージに載せ、30℃/分で昇温しながら基体2を通してレーザービームを照射し、反射率が変化する温度を測定することにより記録層4の結晶化温度を求めた。また、記録層の活性化エネルギーをアレニウス法により求め、Ag−In−Sb−Te記録層にGeを添加したときの活性化エネルギーの変化を調べた。これらの結果を表1に示す。
【0056】
【表1】
Figure 0003819193
【0057】
表1に示されるように、副成分としてGeまたはNを添加することにより結晶化温度が上昇し、また、副成分としてGeを添加した場合には、活性化エネルギーが向上する。
【0058】
なお、表1において、記録層形成時にN2を流さなかった場合の反射率差(結晶質での反射率と非晶質での反射率との差)は3.6%であったが、N2/Ar=5/150としたときの反射率差は3.1%、N2/Ar=10/150としたときの反射率差は2.3%であり、記録層への窒素添加により変調度が低下することが確認された。
【0059】
実施例2
射出成形によりグルーブを同時形成した直径120mm、厚さ0.6mmのディスク状ポリカーボネートを基体として用い、その表面に、実施例1の測定用サンプルNo.1〜6とそれぞれ同様にして第1誘電体層、記録層、第2誘電体層および反射層を順次形成して、光記録ディスクサンプルNo.1〜6を作製した。
【0060】
記録層をバルクイレーザーにより初期化(結晶化)した後、各サンプルを光記録媒体評価装置に載せ、
レーザー波長:638nm、
開口数NA:0.6、
線速:3.5m/s
記録信号:記録マーク長250nmに相当する周波数の単一信号、
の条件でオーバーライトを行った。記録パルスストラテジは、図8に例示するパターンとし、
Ttop:Tmp:Tcl=0.5:0.3:0.5、
マルチパルスの数=1、
Pw=11.0mW、
Pe=5.0mW、
Pb=0.5mW
とした。次に、各サンプルを80℃・80%RHの環境下で100時間保存した。
【0061】
保存の前後において記録マーク形成トラックの平均反射率を測定し、その変化を調べた。高温環境下での保存によって記録マークが結晶化した場合、平均反射率が変化することになる。また、比較のために、記録マーク長が620nmとなる単一信号を記録した場合についても、同様に反射率を測定した。ただし、記録マーク長が620nmの場合は、トラックの平均反射率ではなく記録マークの反射率を測定した。記録マーク長を620nmとした場合には、すべてのサンプルで反射率の変化は認められなかったが、記録マーク長を250nmとした場合には、副成分を添加しない記録層を有するサンプルNo.1においてだけ、平均反射率が変化した。
【0062】
また、記録マーク長を150nmとし、80℃・80%RHの環境下で保存した後、平均反射率を測定したところ、サンプルNo.1では50時間の保存により平均反射率が変化したのに対し、他のサンプルでは100時間保存後にも平均反射率の変化は認められなかった。
【0063】
サンプルNo.2について、長さ250nmの記録マークを形成した後の記録層の透過型電子顕微鏡写真を、図1に示す。また、記録層の組成をGe2Sb2Te5としたほかは上記各サンプルと同様にして光記録ディスクサンプルを作製し、これに長さ250nmの記録マークを形成した後、記録層の透過型電子顕微鏡写真を撮影した。この写真を図2に示す。なお、図2に示すサンプルでは、記録パルスストラテジにおいて
Ttop:Tmp:Tcl=0.5:0.22:0.5
とした。そのほかの記録条件は図1のサンプルと同様とした。
【0064】
図1と図2との比較から、Ag−In−Sb−Te系記録層において記録マーク形状の歪みが小さいことが明らかである。表1に示すサンプルNo.1、3〜6についても、図1と同様に、粗大な結晶粒によって記録マーク後端形状が大きく影響を受けることはなかった。
【0065】
なお、MW/MLは、図1において1.8以上、図2において2.2以上であった。
【0066】
実施例3
実施例2で作製したサンプルNo.3に、10回オーバーライトを繰り返して、長さ300nmの記録マークを形成した。記録後のサンプルを80℃・80%RHの高温・高湿環境下で保存し、保存時間と反射率との関係を調べた。なお、この反射率は、記録マークの反射率である。また、比較のために、前記特開平8−267926号公報において、Geと共に添加元素として挙げられている元素(Si、Sn)を5原子%添加した記録層を有するサンプルも作製し、これらについても、上記高温・高湿環境下での保存時間と反射率との関係を調べた。これらの結果を図11に示す。なお、図11において縦軸の規格化反射率とは、保存前の反射率で規格化した反射率である。
【0067】
図11から、Ge以外の元素を添加した場合は、300時間以下の保存で反射率が著しく上昇しており、記録マークが結晶化してしまったことがわかる。これに対しGeを添加した場合、1000時間後においても反射率に変化は認められない。この結果から、微小マークの安定性向上に関するGe添加の効果が明らかである。
【0068】
次に、記録層の主組成を
式I AgaInbSbcTed
において
a=0.06、
b=0.04、
c=0.62、
d=0.28
とし、記録層へのGe添加量を0〜2原子%の範囲で変えたほかは上記サンプルNo.3と同様にしてサンプルを作製し、各サンプルに長さ300nmの記録マークを形成した後、上記と同じ高温・高湿環境下での保存試験を行った。結果を図12(A)および図12(B)に示す。なお、図12(A)は、記録層を初期化後、1回だけ記録を行ったサンプルについての結果を示しており、図12(B)は、初期化後に1000回のオーバーライトを行ったサンプルについての結果を示している。また、Ge添加量は図に示してある。
【0069】
図12(A)から、Ge添加により、保存後の反射率の上昇が著しく抑制されることがわかる。特に、Ge添加量が1原子%以上であると、200時間保存後においても反射率はほとんど上昇しないことがわかる。また、図12(B)から、Ge添加量が2原子%であると、1000回オーバーライトした後に保存しても、反射率がほとんど上昇しないことがわかる。
【0070】
実施例4
実施例2で作製した光記録ディスクサンプルNo.1について、記録層をバルクイレーザーにより初期化(結晶化)した後、光記録媒体評価装置に載せ、
レーザー波長:634nm、
開口数NA:0.6、
線速:3.5m/s、
記録信号:記録マーク長400nm(=0.38λ/NA)に相当する周波数の単一信号、
の条件でオーバーライトを行った。記録パルスストラテジは、図8に例示するパターンとし、
Ttop:Tmp:Tcl=0.5:0.32:0.5、
マルチパルスの数=1、
Pw=14.0mW、
Pe=6.0mW、
Pb=0.5mW
とした。記録後の記録層のTEM写真を、図3に示す。また、
Pw=13.0mW、
Pe=5.5mW
としたほかは上記と同様にして記録を行った記録層のTEM写真を、図4に示す。図3および図4から、記録パワーおよび消去パワーを連動して変えることにより、記録マーク長をほぼ一定に保ったままで、記録マーク幅を調整できることがわかる。また、特定長さの記録マークを形成する際の記録パワーマージンが広いこともわかる。
【0071】
比較のために、光記録ディスクサンプルに対し、記録マーク後端側におけるセルフイレーズを利用せずに記録マークを形成した。この光記録ディスクサンプルは、基体の厚さを1.2mmとしたほかは上記サンプルNo.1と同じ構成である。また、記録条件は、
レーザー波長:680nm、
開口数NA:0.55、
線速:1.2m/s、
記録信号:記録マーク長400nm(=0.3λ/NA)に相当する周波数の単一信号、
とした。記録波形は、パルス分割をしない単一の矩形パターンとし、
Pw=5.2mW、
Pe=1.0mW
とした。記録後の記録層のTEM写真を、図5に示す。また、
Pw=6.0mW、
Pe=1.0mW
としたほかは上記と同様にして記録を行った記録層のTEM写真を、図6に示す。図5および図6から、セルフイレーズを利用しないで記録を行った場合、記録パワーを低くして記録マーク長を縮めると、同時に記録マーク幅も縮まってしまうことがわかる。また、記録パワーによって記録マーク長が影響を受けるので、記録パワーマージンが狭くなることがわかる。
【0072】
なお、MW/MLは、図3において1.33以上、図4において1.2以上であったが、図5では0.83、図6では0.94であった。
【0073】
また、図3に示すサンプルでは、C/Nが51.0dB、ジッターが7.5%であったのに対し、図5に示すサンプルでは、C/Nが46.0dB、ジッターが13%であった。なお、このジッターは、再生信号をタイムインターバルアナライザにより測定し、ウインドウ幅をTwとして
σ/Tw (%)
により算出したクロックジッターである。
【0074】
比較のために、実施例2において記録層の組成をGe2Sb2Te5としたサンプルについて、
レーザー波長:634nm、
開口数NA:0.6、
線速:3.5m/s、
記録信号:記録マーク長440nm(=0.42λ/NA)に相当する周波数の単一信号、
とした。記録波形は、パルス分割をしない単一の矩形パターンとし、
Pw=11.0mW、
Pe=5.0mW
とした。このサンプルの記録層をTEMにより観察したところ、ほぼ円形の記録マークが形成されていた。このサンプルのC/Nおよびジッターを測定したところ、記録マークが大きいためにC/Nは51.5dBと十分に高い値が得られた。しかし、記録マークが大きく、かつ、マーク長がほぼ正確であったにもかかわらず、ジッターは13%と大きかった。すなわち、同様に円形の記録マークを有するサンプル(図5参照)に比べ、記録マークの拡大によりC/Nは増大したが、ジッターは改善されなかった。この結果から、記録マークを本発明で限定される形状とすることにより、ジッターが低減できることが明らかである。
【0075】
【発明の効果】
本発明では、記録マークの後端を所定形状とするので、記録マーク長を縮めて高密度記録を行う場合に生じる問題、すなわち、C/N低下、ジッター増大、および記録パワーマージンが狭くなること、を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする相変化型記録層の透過型電子顕微鏡写真である。
【図2】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ge2Sb2Te5からなる相変化型記録層の透過型電子顕微鏡写真である。
【図3】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする相変化型記録層の透過型電子顕微鏡写真である。
【図4】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする相変化型記録層の透過型電子顕微鏡写真である。
【図5】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする相変化型記録層の透過型電子顕微鏡写真である。
【図6】結晶構造を示す図面代用写真であって、Ag、In、SbおよびTeを主成分とする相変化型記録層の透過型電子顕微鏡写真である。
【図7】記録マークの模式図である。
【図8】記録パルスストラテジの例を示す図である。
【図9】光記録媒体の構成例を示す断面図である。
【図10】光記録媒体の構成例を示す断面図である。
【図11】高温・高湿環境下での保存時間と光記録媒体の規格化反射率との関係を示すグラフである。
【図12】(A)および(B)は、高温・高湿環境下での保存時間と光記録媒体の規格化反射率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
2 基体
31 第1誘電体層
32 第2誘電体層
4 記録層
5 反射層
6 保護層

Claims (3)

  1. 相変化型の記録層を有する光記録媒体に対して、記録トラックに沿って、高パワーと低パワーとの間でパワー変調された記録光を照射することにより、記録層に非晶質の記録マークを形成する光記録方法であって、
    最短記録マークの幅をM、長さをMとしたとき、
    /M>1
    となるように、後端が部分的に前端に向かって凸状で、かつ、前記後端の中央近傍に、記録トラック方向に突出する尾状部を含む最短記録マークを形成することを特徴とする光記録方法。
  2. 記録マーク後端における前記凸状の形状を、記録光照射により溶融化した領域を、非晶質化せずに、結晶化させることによって形成することを特徴とする請求項1に記載の光記録方法。
  3. 最短記録マークの長さをMとし、記録光の波長をλとし、記録光学系の対物レンズの開口数をNAとしたとき、
    ≦0.4λ/NA
    となるように最短記録マークを形成することを特徴とする請求項1または2に記載の光記録方法。
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