JP3882532B2

JP3882532B2 - 光学的情報記録用媒体及び記録消去方法

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Publication number: JP3882532B2
Application number: JP2001154769A
Authority: JP
Inventors: 孝志大野
Original assignee: Mitsubishi Chemical Media Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Media Co Ltd
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JP2002347341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報記録用媒体及び記録消去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＣＤ−ＲＷなどの書き換え可能でコンパクトディスク互換の媒体が既に普及し、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書き換え可能でＤＶＤ互換の媒体が上市されつつある。これら相変化型光ディスクは可搬性、耐候性、耐衝撃性等に優れた安価な大容量記録媒体として実用化が進んでいる。更には、青色レーザ使用や対物レンズの高ＮＡ化による高密度化、記録パルス波形の改良による高速記録化などの開発が行われている。
【０００３】
このような相変化型光記録媒体は、結晶状態の可逆的変化に伴う反射率変化を利用して記録消去が行われる。一般には、結晶状態を未記録・消去状態とし、ここに非晶質（アモルファス）のマークを形成し記録する。通常、記録層を加熱し結晶化温度付近に一定時間保つことで結晶化し、記録層を融点より高い温度まで加熱し急冷して非晶質化する。加熱温度が異なることからも分かるように、一般的には結晶相のほうがより安定である。
【０００４】
記録層の材料としてはカルコゲン系合金が多く用いられる。例えばＧｅＳｂＴｅ系、ＩｎＳｂＴｅ系、ＧｅＳｎＴｅ系、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系合金が挙げられる。これら合金はオーバーライト可能な材料でもある。
オーバーライトとは、一旦記録済みの媒体に再度記録をする際に、記録前に消去を行うことなくそのまま重ね書きする手法、いわば消去しながら記録する手法である。相変化型媒体では記録は通常オーバーライトによって行われるので、消去しながら記録すること、つまりオーバーライトを、単に記録と称することもある。
【０００５】
特に、｛（Ｓｂ₂Ｔｅ₃）_1-a（ＧｅＴｅ）_a｝_1-bＳｂ_b（０．２＜ａ＜０．９、０≦ｂ＜０．１）を主成分とする合金、またはＳｂ₇₀Ｔｅ₃₀共晶組成近傍である（Ｓｂ_cＴｅ_1-c）_1-dＭ_d（ただし、０．６＜ｃ＜０．９、０＜ｄ＜０．２、ＭはＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｒｈ、希土類元素から選ばれる１種以上の元素）を主成分とする合金は、結晶・非晶質（アモルファス）いずれの状態も安定で、かつ、両状態間の比較的高速の相転移が可能な記録材料である。
【０００６】
ＭとしてはＧｅ、Ａｇ、Ｉｎ等が特に好ましい。また後者の記録材料は、記録されたアモルファスマークを安定化させるためにＧｅの添加が特に有効であることが知られている（ＥＰ８３４、８７４号公報）。
両者とも繰返しオーバーライトをおこなった時に偏析が生じにくいといった長所もあり、相変化型光ディスクの記録層として実用化されている。
【０００７】
特に（Ｓｂ_cＴｅ_1-c）_1-dＭ_d系合金は、マークを高密度に記録しても再生信号特性が落ちないという特性があり、また結晶化速度を速くできるので高速記録消去が行いやすく転送レートも高くできる。すなわち高密度、高速、高転送レートの記録消去が行えるという優れた特性を持つ。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、書換え型ＣＤで８〜１０倍速、書換え型ＤＶＤでも数倍速での記録が行われつつあるように、相変化型媒体に対して更なる高速記録、高転送レート化が要求されている。従来は専ら低速（書換え型ＣＤであれば１〜２倍速）での記録特性を損なわない限りにおいて高速記録も可能とするような開発がされてきたが、それでは高速化の限界があった。
【０００９】
そこで、非常に高速での記録消去が可能な超高速記録専用の媒体を開発したいとの要請がある。
しかしながら前述の記録材料では困難であった。
（Ｓｂ_cＴｅ_1-c）_1-dＭ_d系合金は高速、高転送レートの記録消去が行えるとされている。原理上、相変化媒体は記録に比べて消去（結晶化）に時間がかかるので、高転送レートを達成するには記録層の結晶化速度が速く、消去が十分に速くなければならない。この点、本合金はＳｂ量とＴｅ量の比によって結晶化速度をコントロールできる。Ｓｂ量を多くＴｅ量を少なくすると結晶化速度が速くなるのである。従ってＳｂ量を増やすことでアモルファスマークが高速消去でき、高転送レート化できる。
【００１０】
ところがＳｂ量を大幅に多くするとジッタが悪化してしまう傾向があった。Ｓｂ量の多い記録層にオーバーライトしてマーク部、マーク間部を形成したのち再生すると、再生信号のジッタが高いのである。この問題は、常温でのアモルファスマークの安全性が良くなる組成で顕著になる傾向にある。
ジッタが悪化する原因は必ずしも明らかではないが次のように推察する。このような媒体の再生信号波形をオシロスコープで観察すると、結晶状態の反射率レベルが一定ではなく幅を持って太くなって見えることから、Ｓｂ量が多い状態では本来の結晶相Ｐに加えて、反射率が少し異なる別の結晶相Ｐ’が現れ、両相が混在している可能性がある。そして両相Ｐ、Ｐ’がビームサイズに比して十分に均一でない状態で混在しているため、ビーム位置によって反射率が変動してしまいノイズやジッタが悪化する原因となると考えられる。
【００１１】
このように（Ｓｂ_cＴｅ_1-c）_1-dＭ_d系合金は高結晶化速度と低ジッタとが両立しにくいという課題があり、書換え型ＣＤ（波長７８０ｎｍ、ＥＦＭ変調方式）であれば１０倍速程度が限界であった。
このため非常に高速での記録に適した、超高速記録専用の光学的情報記録用媒体を得たいという要請があった。非常に高速とは例えば基準クロック周期が１５ｎｓ（ナノ秒）以下で記録消去するような媒体である。基準クロック周期は、記録線速度、記録レーザ波長、変調方式等によって総合的に決まる値である。書換え型ＣＤ（波長７８０ｎｍ、ＥＦＭ変調方式）を例にとると、約１６倍速以上（線速約１９ｍ／ｓ以上）もの高速かつ高密度の記録消去に相当する。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、高い結晶化速度と優れたジッタ特性を有する超高速記録専用の光学的情報記録用媒体とそれに適した記録消去方法を得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、基準クロック周期１５ｎｓ以下で情報信号の記録消去が可能な光学的情報記録用媒体であって、基板上に（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を設けてなることを特徴とする光学的情報記録用媒体に存する。
【００１４】
本発明の別の要旨は、基板上に（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を設けてな
る光学的情報記録用媒体に対し、基準クロック周期１５ｎｓ以下で情報信号の記録消去を行うことを特徴とする記録消去方法に存する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光学的情報記録用媒体は、基準クロック周期１５ｎｓ以下の高速・高密度記録専用媒体（高転送レート記録専用媒体）で、基板上に（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を設けてなる。
【００１６】
ここで記録とは、消去しながら記録するオーバーライトを含む総称である。また基準クロック周期や転送レートは、記録線速度、記録レーザ波長、変調方式等によって総合的に決まる値である。一般に記録線速度が速く、記録レーザ波長が短いほど高速・高密度記録ができ、基準クロック周期は短く、転送レートは高くなる。
【００１７】
本発明によれば、上記Ｓｂ−Ｇｅ−Ｉｎ系の特定組成の記録層を備えた媒体を高転送レート記録専用に用いることで、従来達成されなかった、高い結晶化速度と優れたジッタ特性、優れたエラーレートの全てを兼ね備えた媒体となる。
さらには、高速記録時に低パワーでの記録が可能となる。
【００１８】
以下、本発明についてより詳細に説明する。
まず記録層について説明する。本発明の媒体は（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を有することを大きな特徴とする。ｘ、ｙはいずれも原子数比である。
【００１９】
即ちＳｂとＧｅの合計量におけるＧｅ量が０．０１〜０．１５である。Ｇｅは結晶化速度を遅くし、アモルファス相を形成しやすくし、またアモルファス相の保存安定性を高める作用がある。このためＧｅ含有量が少なくなると、結晶化速度が速くなりすぎアモルファス相の形成が困難となる。
ただしＩｎ含有量も結晶化速度に関係する。Ｉｎ量が多いと結晶化速度は遅くなるので、Ｇｅ量を少なくしてもＩｎ量を多くすることで結晶化速度を或る程度コントロールできる。しかしＩｎ量が多いとアモルファス相の安定性が悪化する傾向がある。更に、Ｉｎ量が多くなりすぎると、記録に使用する結晶相とは別に非常に低反射率のＩｎ−Ｓｂ系の安定結晶相（低反射率結晶相）が常に形成される状態となることがあり、この場合は相変化が全く起こらず記録ができなくなってしまう。従ってＧｅが所定量以上含まれる必要があり、０．０１≦ｘとする。好ましくは０．０３≦ｘである。
【００２０】
一方、Ｇｅ含有量が多すぎると結晶化速度が遅くなりすぎアモルファスマークの消去（結晶化）ができなくなる。従ってｘ≦０．１５とする。
次に、Ｉｎを含有することで超高速記録におけるジッタが改善される効果がある。
【００２１】
但し、前述のようにＩｎ量が多すぎると常に安定結晶相が形成され相変化しなくなり記録不能になるため、ｙ≦０．４０とし、好ましくはｙ≦０．３５とする。
ところで、記録消去は一般に、媒体を高速で回転させながら光照射部から出射した光ビーム（レーザビーム）スポットを記録層に照射し、光照射部と媒体とを高速で相対移動させながら行われる。相対移動速度が大きい場合を記録線速度（記録速度）が大きいと称し、相対移動速度が小さい場合を記録線速度（記録速度）が小さいと称する。
【００２２】
記録線速度が大きい状態では、記録層は一旦光ビームスポットにより加熱された後、急速に冷却される。すなわち記録層の温度履歴は急冷的になり、同じ組成の記録層では、記録線速度が大きいほどアモルファス相が形成されやすく結晶相が形成されにくくなる。
このため、目的とする記録線速度がより大きい媒体ではＧｅまたはＩｎ量をより少なくして結晶化速度を速くし、目的とする記録線速度が小さい媒体ではＧｅまたはＩｎ量をより多くして結晶化速度を遅くするなど、前述の含有量の範囲内で記録線速度に応じてＧｅ、Ｉｎ量を調整するのが望ましい。
【００２３】
更にＩｎ含有量を所定量以上に増やすと、記録感度を高くし最適記録パワーを小さくすることができる。以下に詳しく説明する。
一般に記録速度が速いほど最適記録パワーは大きくなる。本願のように超高速記録を行う際には、感度が悪いと最適記録パワーが相当に大きくなってしまうため、記録感度は特に重要である。
【００２４】
光記録装置に搭載されるレーザの出力可能パワーには限界がある。例えば波長７８０ｎｍの半導体レーザなら、現状の技術レベルで安価に量産できるのは出力可能パワーが１７ｍＷ程度なので、最適記録パワーを１７ｍＷ以下に抑えるのが好ましい。
前述したように、基準クロック周期を短くするためには記録速度の高速化とともに記録レーザ波長の短波長化が有効である。しかしながら短波長レーザほど出力可能なパワーが小さいので、この点でも媒体の感度を高くし、最適記録パワーをより低くすることが望ましい。従って０．２０≦ｙとする。
【００２５】
種々の特性改善のために、必要に応じてこの記録層に、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｂｉ等を添加してもよい。特性改善の効果を得るために、添加量は合金の全体組成の０．１ａｔ．％（原子％）以上が好ましい。ただし、本発明組成の好ましい特性を損なわないため１０ａｔ．％以下にとどめるのが好ましい。
【００２６】
次に、記録条件について説明する。本発明においては基準クロック周期１５ｎｓ以下で記録消去を行う。これは高転送レートの記録を行うための条件でもあるが、本発明においては、このように高転送レートの記録を行うことで初めて本発明の記録層に適切な記録が行えるという特徴がある。
従って、本発明の媒体は基準クロック周期１５ｎｓ以下でのみ記録消去する必要がある。
【００２７】
本発明のＳｂ−Ｇｅ−Ｉｎ系記録層には未記録・消去状態である結晶相（高反射率結晶相）と記録消去に使用しない安定結晶相（低反射率結晶相）とが存在し、Ｉｎ含有量が多いと安定結晶相になりやすいといった課題があった。
しかし、検討の結果、超高速記録を行うことで安定結晶相への相変化が抑えられることが分かったのである。
【００２８】
低転送レート条件で記録した場合にＳｂ−Ｇｅ−Ｉｎ系記録層がＩｎ−Ｓｂ系低反射率結晶相への相変化が問題となること、そのため使用できるＩｎ含有量の上限がかなり低いことは、特開２００１−３９０３１号公報に記載されている。当該公報では、（Ｓｂ_eＧｅ_1-e）_1-fＩｎ_f（ただし０．６５≦ｅ≦０．９５、０＜ｆ≦０．２）合金が基準クロック周期が２８．９ｎｓ以上の比較的低い転送レート条件において、ジッタ特性に関して優れていることが記載されている。これによれば、Ｉｎ含有量の上限は低反射率結晶相への相変化しやすさにより決められている。また、Ｉｎ含有量が少ない場合ですら、低反射率相への相変化が多少起こっていることが実験的に示されている。
【００２９】
オーバーライトにおいて、結晶相を形成すべき部分には記録層の温度を融点付近まで上昇させる消去レーザパワーを照射する。このとき、本発明のＳｂ−Ｇｅ−Ｉｎ系記録層は記録状態や消去状態として使用しない、より安定なＩｎ−Ｓｂ系安定結晶相に相変化しやすい傾向を持っている。
安定結晶相への相変化は、速度が比較的遅いため消去レーザパワーを１回照射しただけでは殆ど起こらず問題とはならない。しかし、オーバーライトを複数回おこなうと、消去レーザパワーが連続して複数回照射される部分が生じる。この部分では徐々に安定結晶相への相変化が進んでいき、オーバーライトを重ねるごとに徐々に低反射率になる。
【００３０】
したがって、高反射率の消去部（マーク間部）の中に、ごくたまに非常に低反射率の部分が現れるのである。これが所定値以下の低反射率になるとエラーとして検出されてしまい、問題となる。
具体的に説明すると、通常、情報が記録されたトラックではマーク部の占める面積とマーク間部の占める面積は同程度である。とすると、１回オーバーライトをおこなう場合は、消去パワーが照射される部分の面積は全体の面積の約１／２である。ｎ回オーバーライトをおこなう場合には、ｎ回連続して消去パワーが照射される部分の面積は全体の面積の１／２ⁿ程度と思われる。
【００３１】
したがって、例えば１０回連続して消去パワーを照射すると、エラーとして検出される明らかな反射率低下が起こるとすれば、１０回オーバーライト後には、１０^-3程度以上もの高い頻度でエラーが生じる虞がある。
ところが検討の結果、基準クロック周期が１５ｎｓ以下の高転送レート記録時は、安定結晶相への相変化による反射率低下が抑えられることが明らかとなった。
【００３２】
この理由は、高転送レート記録時は低転送レート記録時と比較して温度が上昇している時間が短いためであると思われる。高転送レートを達成する方法には、記録線速度を大きくする、使用レーザ波長を短くする等があるが、どちらも記録層の温度が上昇している時間を短くすると推測される。安定結晶相への相変化は時間がかかるので、記録層の昇温時間が短く急冷的であると、これが抑えられると考えられる。
【００３３】
すなわち、本願発明においては基準クロック周期１５ｎｓ以下でのみ記録消去を行うことを大きな特徴とする。好ましくは、基準クロック周期１２ｎｓ以下でのみ記録消去を行う。
これによれば、低反射率結晶相（安定結晶相）への相変化が抑えられ、複数回オーバーライト後のエラー率などが改善されるとともに、安定結晶相へ相変化しやすいために従来使用が難しかった高Ｉｎ含有量の組成も使用でき、使用可能な組成範囲が広がるという効果がある。
【００３４】
ところで、特開昭６０−１７７４４６号公報には、（Ｉｎ_1-gＳｂ_g）_1-hＭ_h（ただし５５重量％≦ｇ≦８０重量％、０重量％≦ｈ≦２０重量％、ＭはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｂｉより選ばれる元素）なる記録層について記載がある。
そして記録層の異なる２種の結晶相どうしの相変化を用いて記録消去を行っていることが明記されている。つまり片方の結晶相を記録状態とし、他方の結晶相を消去状態とするのであるが、この消去状態の記録相は、まさに本願で安定結晶相（低反射率結晶相）と称する相である。
【００３５】
すなわち、当該公報では安定結晶相を記録に積極的に利用しているのに対し、本願発明では記録消去に使用せず、逆に安定結晶相への相変化を極力起こさないようにすることが重要であり、そのために高転送レートでの記録消去を特徴とするのである。
また、安定結晶相への相変化速度は遅いため、通常の書換え型光ディスク使用条件において安定結晶相を記録状態または消去状態として使用することは困難である。高速記録消去のために、好ましくは相変化型記録層の結晶相とアモルファス相とを用いて記録消去を行う。
【００３６】
なお、一般的にはＡ相からＢ相への相変化がＢ相からＡ相への相変化より低温で起こり得る場合、Ａ相よりＢ相の方が安定であると判断できる。
以上述べたように、基板上に（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を設けてなる光学的情報記録用媒体は、相変化速度が速くかつ再生信号のジッタ特性に優れる。かつ、本媒体に基準クロック周期１５ｎｓ（ナノ秒）以下の高転送レートで記録することで、低反射率結晶相（安定結晶相）への相変化が抑えられ、エラー率などの特性を改善することができる。
【００３７】
従って本発明によれば、高い結晶化速度、優れた記録信号ジッタ特性、及び優れたエラーレートを有する超高速記録専用の光学的情報記録用媒体及びその記録消去方法を提供することができる。
次に、本発明の光学的情報記録用媒体の好ましい構造について説明する。一般には基板上に保護層、相変化型記録層、保護層、反射層をこの順に、或いは逆の順に有する場合が多い。
【００３８】
基板としては、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリオレフィンなどの樹脂、あるいはガラス等を用いることができる。基板側から記録再生光を入射する場合は、基板は記録再生光に対して透明とする必要がある。
記録層の膜厚は、十分な光学的コントラストを得、また結晶化速度を速くし短時間での記録消去を達成するためには５ｎｍ以上あるのが好ましい。また反射率を十分に高くするために、より好ましくは１０ｎｍ以上とする。
【００３９】
一方、クラックを生じにくく、かつ十分な光学的コントラストを得るためには、記録層膜厚は１００ｎｍ以下とするのが好ましい。
より好ましくは５０ｎｍ以下とする。熱容量を小さくし記録感度を上げるためである。また、相変化に伴う体積変化を小さくし、記録層自身や上下の保護層に対して、繰り返しオーバーライトによる繰り返し体積変化の影響を小さくすることもできる。ひいては、不可逆な微視的変形の蓄積が抑えられノイズが低減され、繰り返しオーバーライト耐久性が向上する。
【００４０】
書き換え可能型ＤＶＤのような高密度記録用媒体では、ノイズに対する要求が一層厳しいため、より好ましくは記録層膜厚を３０ｎｍ以下とする。
記録層は、その上下を保護層で被覆されている場合が多い。保護層の材料としては誘電体が多く用いられるが、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等のフッ化物が用いられる。
【００４１】
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。より具体的にはＺｎＳや希土類硫化物と酸化物、窒化物、炭化物等の耐熱化合物の混合物が挙げられる。たとえばＺｎＳとＳｉＯ₂の混合物は相変化型光ディスクの保護層に用いられる場合が多い。これらの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。
【００４２】
保護層の膜厚は、記録層の変形防止効果を十分なものとし保護層として機能するために、５ｎｍ以上が好ましい。一方、保護層を構成する誘電体自体の内部応力や接している膜との弾性特性の差を小さくし、クラックが発生しにくくするためには、膜厚を５００ｎｍ以下とするのが好ましい。
一般に、保護層を構成する材料は成膜レートが小さく成膜時間が長い。成膜時間を短くし製造時間を短縮しコストを削減するためには、保護層膜厚を２００ｎｍ以下に抑えるのが好ましい。より好ましくは１５０ｎｍ以下である。
【００４３】
記録層と反射層の間に設ける保護層の膜厚は、記録層の変形を防ぐためには５ｎｍ以上が好ましい。一般に、繰り返しオーバーライトによって保護層内部には微視的な塑性変形が蓄積され、ひいては再生光を散乱させノイズを増加させる。これを抑制するためには保護層膜厚を６０ｎｍ以下とするのが好ましい。
一方、記録層と基板の間に設ける保護層の膜厚は、基板を保護するために２０ｎｍ以上が好ましい。
【００４４】
なお、記録層及び保護層の厚みは、上記機械的強度、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。
反射層は、反射率、熱伝導度が大きい材料からなるのが好ましい。反射率、熱伝導度が大きい反射層材料としてはＡｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等を主成分とする金属が挙げられる。中でもＡｇはＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等に比べて反射率、熱伝導度が最も大きい。
【００４５】
短波長ではＡｇと比較してＡｕ、Ｃｕ、Ａｌは光を吸収しやすくなる。このため、記録再生に６５０ｎｍ以下の短波長レーザーを使用する場合には、反射層としてＡｇを主成分とする金属を用いることが特に好ましい。さらにＡｇはスパッタリングターゲットとしての値段が比較的安く、放電が安定で成膜速度が速く、空気中で安定であるため好ましい。
【００４６】
Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等は他の元素を含んでいてもよい。これら金属は不純物が混ざると熱伝導度や反射率が低下してしまうが、反面、安定性や膜表面平坦性が改善される場合があるので、５ａｔ．％以下程度の他元素を含んでもよい。含有元素としては、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｏ、Ｓｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｏ、Ｎからなる群から選ばれる１以上の元素が好ましい。
【００４７】
反射層の膜厚は、十分な反射率と放熱効果を得るためには５０ｎｍ以上が好ましい。一方、膜応力を低減するためには２００ｎｍ以下が好ましい。また、成膜時間を短くし製造時間を短縮しコストを削減するためにも、膜厚２００ｎｍ以下が好ましい。
記録層、保護層、反射層等はスパッタリング法などによって形成される。各スパッタリング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。
【００４８】
これらの層のうえに、紫外線硬化樹脂などからなる保護コート層を設けて保護しても良い。また、記録容量を大容量化するために、基板上に記録層を２層以上設けてもよいし、或いは基板上に上記各層を形成したのち、接着剤で貼り合わせても良い。
次に、本発明の光学的情報記録用媒体の好ましい記録方法について説明する。
【００４９】
本記録方法は、以上述べた光学的情報記録用媒体に対して、基準クロック周期を１５ｎｓ以下として記録及び／又は消去を行う。
通常、ディスク状の媒体には螺旋状又は同心円状に記録トラックが形成され、これに沿って情報の記録が行われる。媒体を高速で回転させながら光照射部から出射した光ビーム（レーザ）スポットを記録層に照射し、光照射部と媒体とを高速で相対移動させながら記録・再生・消去を行う。
【００５０】
光源から出射した光は、通常各種光学系を経て対物レンズを通って媒体に照射される。光照射部を媒体に対して相対移動させるとは、例えば対物レンズをほぼ固定した状態でディスク状の媒体を回転させながら、該レンズから媒体の記録トラックに光を照射する。記録トラックが媒体に螺旋状に形成されている場合は、媒体を回転させながら対物レンズをディスク半径方向に少しずつ変移させる。
【００５１】
まず、アモルファス相を形成する際には高パワーのレーザパルスと低パワーのレーザパルスを交互に照射するのが好ましい。以下、高パワーのレーザパルスを記録パルスと称し、このとき印加されるパワーを記録パワーＰｗとする。また低パワーのレーザパルスをオフパルスと称し、このとき印加されるパワーをバイアスパワーＰｂとする。
【００５２】
これによれば、記録パルスにより加熱された領域をオフパルスの間に相対的に急冷することができ、アモルファス相が形成されやすい。パルスの立上がり／立下がりを速くしたり、記録に用いるレーザ光源を安価なものとするためには、小さい記録パワーＰｗで記録できるのが好ましいが、小さいパワーで記録可能であるということは再生光で劣化しやすいことにつながる。このため、媒体は記録パワーＰｗが８〜２５ｍＷになるように設計するのが好ましい。より好ましくは８〜２０ｍＷであり、特に好ましくは８〜１７ｍＷである。
【００５３】
なお、バイアスパワーＰｂは記録パワーＰｗの０．５倍以下（Ｐｂ／Ｐｗ≦０．５）が好ましく、より好ましくは０．３倍以下（Ｐｂ／Ｐｗ≦０．３）である。ここで、トラッキング性能等を考慮すると、バイアスパワーＰｂは、再生時に照射する再生光のパワーＰｒの値に近い値が好ましい。再生パワーＰｒは通常０．５〜１．０ｍＷである。
【００５４】
冷却速度を速めたい場合には、バイアスパワーＰｂを小さくするのがよく、０としてもよい。即ち光を照射しなくてもよい。
結晶相形成時には、記録層に消去パワーＰｅのレーザ光を照射するのが好ましい。消去パワーＰｅは、オーバーライトの際に結晶相を消去できるよう記録層を加熱できる大きさであれば特に制限はないが、通常、バイアスパワーＰｂより大きく記録パワーＰｗより小さい。例えば０．２≦Ｐｅ／Ｐｗ＜１．０とする。消去パワーＰｅの大きさは、記録パワーＰｗの照射により溶融した部分の再結晶化領域にも関係する。
【００５５】
消去パワーＰｅが連続照射されると、記録層は結晶化温度付近まで加熱されるとともに、加熱された領域を相対的に徐冷することができ、結晶相を形成できる。
以上を組み合わせることで、アモルファス相と結晶相を形成し分けることができ、オーバーライト記録を行うことができる。
【００５６】
アモルファス相を形成する際に記録パルスとオフパルスを交互に照射する具体例を以下に示す。長さｎＴ（Ｔは基準クロック周期、ｎは自然数）のマーク（アモルファス相）を形成する際には、時間ｎＴを下記式（１）のように分割する。
【００５７】
【数１】
α₁Ｔ、β₁Ｔ、α₂Ｔ、β₂Ｔ、・・・、α_m-1Ｔ、β_m-1Ｔ、α_mＴ、β_mＴ・・・（１）
（但し、α₁＋β₁＋α₂＋β₂＋・・・α_m-1＋β_m-1＋α_m＋β_m＝ｎ−ｊ、ｊは０以上の実数、ｍは１以上の整数であり、ｊ、ｍは媒体及び記録条件の組合せにより決められる値である。）
上記式において、α_iＴ（１≦ｉ≦ｍ）なる時間に記録パルスを照射し、β_iＴ（１≦ｉ≦ｍ）なる時間にはオフパルスを照射して記録する。そしてマークとマークの間の領域（結晶相）においては、消去パワーＰｅを有する光を照射する。これによってオーバーライト記録が行える。
【００５８】
【実施例】
以下に本発明を実施例を用いて説明するが、その要旨の範囲を越えない限り本発明は実施例に限定されるものではない。
溝幅０．５μｍ、溝深さ４０ｎｍ、溝ピッチ１．６μｍの案内溝を有する直径１２０ｍｍ、１．２ｍｍ厚のディスク状ポリカ−ボネ−ト基板上に、（ＺｎＳ）₈₀（ＳｉＯ₂）₂₀層（１００ｎｍ）、Ｓｂ−Ｇｅ−Ｉｎ記録層（１８ｎｍ）、（ＺｎＳ）₈₀（ＳｉＯ₂）₂₀層（４０ｎｍ）、Ａｌ_99.5Ｔａ_0.5合金反射層（２００ｎｍ）をスパッタリング法により成膜し、更に紫外線硬化樹脂による保護コート層を形成して相変化型光ディスクを作製した。
【００５９】
Ｓｂ−Ｇｅ−Ｉｎ記録層の組成は表−１に示す５種類とした（実施例１〜３、参考例１、２）。これらの組成を（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_yで表記した場合のｘ、ｙの値も併せて表−１に記載した。これらの組成は後述の評価条件に適した結晶化速度にほぼ合わせ込んだものである。
また、記録層をＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ記録層としたこと以外は同様に作製した相変化型光ディスクも作製した。Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ記録層組成は表−１に示す３種類とした（比較例１〜３）。
【００６０】
各ディスクの初期結晶化をおこなった後、反射率を測定した結果を表−１に示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
これらディスクについて、レーザ波長７８０ｎｍ、ＮＡ０．５のピックアップを有するディスク評価装置を用い、以下の手順で案内溝内に記録・消去をおこないディスク特性を評価した。
［ボトムジッタの測定］
まず、線速度２４ｍ／ｓ（ＣＤ線速の約２０倍速）、基準クロック周期Ｔ＝１１．６ｎｓ、Ｐｗ＝１４ｍＷ、Ｐｅ＝７ｍＷ、Ｐｂ＝０．８ｍＷとして、ＥＦＭランダム信号を図２に示すレーザ波形を用いて１０回、オーバーライト記録した。
【００６３】
図２において横軸は時間、縦軸はレーザパワーであり、記録パワーＰｗ、消去パワーＰｅ、バイアスパワーＰｂの３種類のパワーを使用している。図２（ａ）は長さ３Ｔのマークを記録する場合のレーザ波形を表し、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）はそれぞれ長さ４Ｔ、５Ｔ、６Ｔ、７Ｔ、８Ｔ、９Ｔ、１０Ｔ、１１Ｔのマークを記録する場合のレーザ波形を表す。
【００６４】
すなわち、長さｎＴ（Ｔは基準クロック周期で、ｎは３〜１１の自然数）のマーク（アモルファス相）を形成する際には、時間ｎＴの期間を上記式（１）のように分割し、記録パワーＰｗを持つ記録パルス、バイアスパワーＰｂを持つオフパルスを交互に照射し、一部消去パワーＰｅを照射した。マーク間部を形成する期間は消去パワーＰｅを持つ消去光を照射した。
【００６５】
詳しくは、各マーク形成時はＰｗとＰｂのパルス列を次のように照射した（Ｔは基準クロック周期）。
３Ｔマーク：１．５ＴのＰｗ、１．２ＴのＰｂ
４Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
５Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１．３５ＴのＰｂ、１．５ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
６Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
７Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１．３５ＴのＰｂ、１．５ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
８Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
９Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１．３５ＴのＰｂ、１．５ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
１０Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
１１Ｔマーク：１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１ＴのＰｂ、１ＴのＰｗ、１．３５ＴのＰｂ、１．５ＴのＰｗ、０．６ＴのＰｂ
以上のようＥＦＭランダム信号を記録した後、線速度２．４ｍ／ｓで再生し、３Ｔスペースジッタ（３Ｔマーク間部ジッタ）を測定した。なお、マーク間部（スペース）は未記録部・消去部に対応し、マーク部は記録部に対応する。３Ｔスペースとは長さ３Ｔのマーク間部を指し、３Ｔスペースジッタとは記録されたＥＦＭランダム信号を再生したときの長さ３Ｔのマーク間部のジッタである。
【００６６】
次いで、Ｐｅ／Ｐｗ＝０．５としてＰｗを１５〜２４ｍＷの間で変化させた以外は同条件で、１０回オーバーライト記録と３Ｔスペースジッタの測定を繰り返した。
結果をグラフにしたものを図１に示す。図１において横軸は記録パワーＰｗ（ｍＷ）、縦軸は３Ｔスペースジッタ（ｎｓ）である。また、ボトムジッタとボトムジッタを示す記録パワーを表−１に示す。
【００６７】
比較例１〜３のディスクは記録層が従来のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系であるが、最も低いジッタを示したものは比較例２のディスクであり、ボトムジッタ（記録パワーを変化させた中でのジッタの最低値）は２０．８ｎｓであった。
３種類の中では、比較例１は最もＳｂ量が少なくＴｅ量が多く、比較例３は最もＳｂ量が多くＴｅ量が少なく、比較例２は中間である。Ｓｂ量が多くＴｅ量が少ないほど結晶化速度は速くなるため、比較例２のディスクの結晶化速度は比較例１のディスクと比較例３のディスクの間である。
【００６８】
結晶化速度が比較的遅い比較例１のディスクはボトムジッタが２５．７ｎｓであった。結晶化速度がより速い比較例２のディスクはボトムジッタが２０．８ｎｓと改善されたが、結晶化速度が最も速い比較例３のディスクはボトムジッタが２２．７ｎｓと、却って悪化してしまった。これはＳｂとＴｅの含有量を変えることによって結晶化速度を変化させるだけでは、これ以上良いジッタを得ることは困難であることを示している。
【００６９】
比較例１〜３のディスクでは、Ｓｂ量が多くＴｅ量が少なくなるにつれて、オシロスコープで観察したときの結晶反射率レベルが、幅を持って太くなる現象が顕著になった。即ち比較例３が最も反射率レベルを示す線が太かった。おそらく、比較例１では結晶化速度が遅すぎてジッタが悪く、比較例３では結晶化速度は速くなったもののジッタに悪影響を及ぼす新たな結晶相の影響が強くなりジッタが悪化したと思われる。
【００７０】
一方、実施例及び参考例のディスクでは、比較例１〜３のディスクに比べて良好なジッタが得られた。
実施例１〜３及び参考例１、２のボトムジッタはそれぞれ１５．４ｎｓ、１４．８ｎｓ、１３．７ｎｓ、１３．７ｎｓ、１３．７ｎｓであった。すなわち実施例１〜３及び参考例１、２ではＣＤ−ＲＷの規格（オレンジブックパート３）で定められた１７．５ｎｓ以下（線速２．４ｍ／ｓにおいて）のジッタが得られた。
【００７１】
Ｉｎ含有量が多くなるほどボトムジッタを示す記録パワーが小さくなり、Ｉｎ量が２０％以上となると当該パワーが１７ｍＷを切り、好ましい範囲内に入っていることが分かる。
なお、表−１に示すとおり各ディスクでの反射率の差は大きくなく、ディスク構成も同じなので、記録層の組成による熱特性の違いから記録感度差が生じていると思われる。また、再生波形のオシロスコープでの観察で結晶反射率レベルが幅を持って太く見える現象は観察されなかった。
【００７２】
さらに、実施例１〜３及び参考例１、２のディスクを１０５℃の環境に３時間保った後、記録しておいたＥＦＭランダム信号を線速度２．４ｍ／ｓで再生し３Ｔスペースジッタ（３Ｔマーク間部ジッタ）を測定した結果、すべてのディスクで３Ｔスペースジッタの悪化は３ｎｓ以下と小さかった。
［結晶化速度とジッタの関係］
次に、記録層組成をＧｅ₂₂Ｉｎ₁₅Ｓｂ₆₃としたこと以外は実施例１と同様に作製した相変化型光ディスクを作製した。このディスクの評価を試みたところ、結晶化速度が遅すぎるため２．４ｍ／ｓ以上の線速度では結晶状態が形成できず、オーバーライト記録ができなかった。
【００７３】
また、実施例１〜３及び参考例１、２で示したように、Ｇｅ含有量を少なくＩｎ含有量を多くすることにより同程度の結晶化速度にすることが、或る程度可能である。そこでＧｅ含有量を０ａｔ．％としたＩｎ−Ｓｂ合金を記録層として、実施例１の記録条件に適したディスクが得られるかを試みた。
しかし、Ｉｎ₃₉Ｓｂ₆₂、Ｉｎ₃₄Ｓｂ₆₆、Ｉｎ₃₁Ｓｂ₆₉では、３Ｔスペースジッタはいずれも２０ｎｓ以上と高かった。
【００７４】
よりＩｎ含有量の多いＩｎ₄₁Ｓｂ₅₉では、初期化操作をおこなっても光ディスク評価装置によるレーザ照射をおこなっても反射率は上昇せず、常に低反射率の安定結晶相が形成されていると思われた。
更に、Ｉｎ含有量を０ａｔ．％としたＧｅ−Ｓｂ合金を記録層として、実施例１の記録条件に適したディスクが得られるかを試みた。しかし、Ｇｅ₇Ｓｂ₉₃、Ｇｅ₁₂Ｓｂ₈₈、Ｇｅ₁₆Ｓｂ₈₄、Ｇｅ₂₅Ｓｂ₇₅、Ｇｅ₃₄Ｓｂ₆₆等について試したが、３Ｔスペースジッタはいずれも２０ｎｓ以上と高かった。
【００７５】
［ＤＣ光繰返し照射後の反射率測定］
次に、実施例１〜３及び参考例１、２のディスクに線速度２４ｍ／ｓ（ＣＤ線速の約２０倍速）と２．４ｍ／ｓ（ＣＤ線速の約２倍速）で次に示すＤＣ光照射試験による反射率の低下を測定し低反射率結晶相（安定結晶相）への相変化しやすさを調べた。
線速度２４ｍ／ｓでは上記の評価でボトムジッタを示したときの消去パワー（７．５〜９．５ｍＷ）のＤＣ光を未記録部に１０回照射し反射率低下を測定した。２．４ｍ／ｓでは６ｍＷのＤＣ光を未記録部に１０回照射し反射率低下を測定した。本ディスクは高線速用に組成を合わせており、２．４ｍ／ｓでは結晶化速度が速すぎるため各ディスクでの最適パワーを測定できなかったため６ｍＷで統一した。
【００７６】
結果を表−１に示す。線速度が２４ｍ／ｓと速い場合にはＩｎ含有量によらず反射率低下は全く見られず、安定相への相変化が起こりにくいことがわかる。
これに対して線速２．４ｍ／ｓではＩｎ含有量が多くなると反射率低下が大きくなり、安定相への相変化が起こりやすいことが分かる。Ｉｎ量が１４％と最も少ない参考例２でさえ１０回照射で１．０％の反射率低下が見られ、数百〜数千回のオーバーライト後には相当の反射率低下が見られ、エラーレートの悪化が懸念される。
【００７７】
なお、線速２．４ｍ／ｓのＤＣ光照射試験で反射率が低下した領域に様々なパワーのレーザ光を照射してみたところ、６ｍＷ以下では反射率は元に戻らなかったが、記録層が溶融すると思われる１０ｍＷのＤＣ光の１回照射により反射率が元の値に戻った。
つまり、未記録部の相をＡ相、ＤＣ光照射試験により生じた相をＢ相とすると、Ａ相からＢ相へは６ｍＷで相変化し、Ｂ相からＡ相へは６ｍＷでは相変化せず１０ｍＷで相変化している。したがって、Ａ相からＢ相への相変化がＢ相からＡ相への相変化より低温で起こり得るのでＢ相の方が安定な相である。
【００７８】
また、２４ｍ／ｓにおいて記録マークとして形成された相をＣ相とすると、記録パワーのレーザー照射によりＡ相からＣ相に相変化し、記録パワーの半分程度の消去パワーレーザー照射によりＣ相からＡ相に相変化することからもわかるように、Ｃ相からＡ相への相変化がＡ相からＣ相への相変化により低温で起こり得るのでＣ相よりＡ相の方が安定な相である。
Ｓｂ−Ｇｅ−Ｉｎ系には安定結晶相、準安定結晶相、アモルファス相の存在が知られていることを考えると、ＤＣ光照射試験により生じた相が安定相、未記録部が準安定結晶相、記録マーク部がアモルファス相と推定される。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、高い結晶化速度と優れたジッタ特性、及び優れた繰返しオーバーライト特性を有する超高速記録専用の光学的情報記録用媒体とそれに適した記録消去方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例における記録パワーと３Ｔスペースジッタの関係を示すグラフ
【図２】本実施例におけるパルス分割方法の概略図

Claims

基準クロック周期１５ｎｓ以下で情報信号の記録消去が可能な光学的情報記録用媒体であって、基板上に（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を設けてなることを特徴とする光学的情報記録用媒体。
相変化型記録層の結晶相とアモルファス相とを用いて記録消去を行う請求項１に記載の光学的情報記録用媒体。
基板上に（Ｓｂ_1-xＧｅ_x）_1-yＩｎ_y（ただし０．０１≦ｘ≦０．１５、０．２０≦ｙ≦０．４０）を主成分とする合金からなる相変化型記録層を設けてなる光学的情報記録用媒体に対し、基準クロック周期１５ｎｓ以下で情報信号の記録消去を行うことを特徴とする記録消去方法。