JP3905581B2 - Optical recording medium and recording / reproducing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体および記録再生方法に関し、詳しくは、レーザー光の照射により、基板の溝部と溝間の両方に情報の記録、再生、消去を行うための光学的情報記録媒体およびこれを用いた記録再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報量の増大にともない、高密度でかつ高速に大量のデータの記録・再生ができる記録媒体が求められているが、光ディスクはまさにこうした用途に応えるものとして期待されている。
こうした記録媒体の高容量化、高密度化への要求は、膨大な画像情報や音声信号を扱う上で記録媒体と記録装置に課せられた時代の必然であり、デジタル変調技術およびデータ圧縮技術の進歩と歩調をあわせてその進歩はまさに日進月歩である。
【0003】
高密度化の具体的な手段として、光ディスクにおいては、光源の短波長化や集束レンズの高NA(Numerical Aperture)化による照射光の収束ビーム径の縮小、記録マーク長の短小化、回転数一定のもとで外周に行くほど記録周波数を上げて内外周での記録密度を一定とするMCAV(Modified Constant Angular Velocity)、マーク始端と後端に情報をのせるマークエッジ記録などが開発、利用されており、今後に向けてさらなる高密度化の手法が模索されているのが現状である。
【0004】
記録が可能な光ディスクでは、あらかじめ案内溝がディスク上に刻まれ、いわゆるトラックが形成されている。
通常、案内溝相互間もしくは案内溝内にレーザー光が集光されることによって、情報信号の記録、再生または消去が行われる。現在市販されている一般的な光ディスクにおいては、通常案内溝相互間もしくは案内溝内のどちらか一方にのみ情報信号が記録され、他方は隣接トラックを分離して信号の漏れ込みを防ぐための境界の役割を果たしているに過ぎない。
【0005】
この境界部分、例えば案内溝相互間に記録する場合においては案内溝内、また、案内溝内に記録する場合においては案内溝相互間、にも同様に情報の記録が可能となれば記録密度は2倍となり記録容量の大幅な向上が期待できる。
以下、案内溝をグルーブ、案内溝相互間をランド、ランドとグルーブの両方に情報を記録する方法をL&G記録と略称する。
【0006】
L&G記録の提案としては、特公昭63−57859号などがあるが、このような技術を用いる場合には、クロストークの低減に格段の注意を払う必要がある。
すなわち、前述の特公昭63−57859号記載のL&G記録では、あるトラックの記録マーク列とそれと隣合うトラックの記録マーク列同士の間隔が収束ビーム径の半分になるため、再生したい記録マーク列の隣の記録マーク列まで収束ビームが照射されてしまう。
【0007】
このため、再生時のクロストークが大きくなり、再生S/Nが劣化するという問題がある。
クロストークを低減させるため、例えば、光ディスク再生装置に特別の光学系とクロストークキャンセル回路を設けてクロストークを低減しようとする手法がある。(SPIE Vol.1316、 Optical Data Storage(1990)pp.35)
【0008】
しかしながらこの方法では、装置の光学系および信号処理系がさらに複雑なものになってしまうデメリットがある。
再生クロストーク低減のための特別な光学系や信号処理回路を特に設けることをせずに、クロストークを低減する方法として、グルーブとランドの幅を等しくし、グルーブ深さを再生光波長に対応したある範囲内とすることが効果的であるとの提案がある。(Jpn.J.Appl.Phys.Vol32(1993)pp.5324−5328)。
【0009】
これによれば、ランド幅=グルーブ幅でかつグルーブ深さがλ/7n〜λ/5n(λ:再生光波長、n:基板の屈折率)のときにクロストークが低減されることが、計算および実験事実として示されている。このことは特開平5−282705号にも記されている。
しかしながら、グルーブ深さを最適値とすることでクロストークの低減効果が得られるものの、ランドとグルーブでのCN比がアンバランスとなってしまっている。
【0010】
L&G記録を行なう場合、ランドのキャリアレベル(信号品質)とグルーブのキャリアレベルとに違いが生じ、その結果、一方のCN比が著しく低下することは、ディスクの信号品質において望ましいことではない。
【0011】
一方、高密度のためにトラックピッチを詰める場合、通常は、クロストークの量が所定のレベル以下となるように、トラックピッチおよびグルーブ形状などを選べば良いのであるが、相変化媒体においては、もう一つ考慮しなければならない問題がある。
それは、あるトラックに繰返しオーバーライトしたときに、隣接トラックの非晶質ビットが消える、すなわち、再結晶化するという問題がある。
その理由は必ずしも明らかではないが、隣接トラックに記録する際、集束光ビーム強度分布の裾野部分の弱いレーザー光によって当該トラックが昇温され、非晶質ビット部の温度が結晶化温度以上に加熱されるためであると考えられる。
【0012】
その時間は1回につき数百ナノ秒ではあるが、繰返し加熱されるうちに、徐々にではあるが再結晶化されてしまう。
例えば、繰返しオーバーライト1万回で、隣接トラックのCN比が、初期55dBあったものが50dB未満にまで低下するということがある。
この問題を以後クロスイレーズと称する。相変化媒体においては、光学的な回折限界よりも、クロスイレーズによる最小トラックピッチに留意しなければならないが、その限界については必ずしも明らかではなかった。
【0013】
また、グルーブとランドの幅を1:1に保ったまま狭トラックピッチ化による高密度化を進めると、繰返しオーバーライト後の前マークの消え残りや記録マークのジッターの悪化の点で、ランドでの特性悪化が著しいことが判明した。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる課題を解決するもので、特に波長700nm以下のレーザー光を光源として用いるようなL&G記録型光ディスクにおいて、ランドとグルーブの記録マークのキャリアレベルのアンバランスを解消し、ランドおよびグルーブのいずれに記録しても、同等な高い信号品質および繰返しオーバーライトに対する耐久性の得られる高密度光ディスクを提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、未記録領域と記録マークからの反射光の位相差とランド及びグルーブ形状とについて検討を重ねた結果なされたもので、その要旨は、溝が形成された透明基板上に、下部誘電体保護層、相変化型記録層、上部誘電体保護層、金属反射層を順次積層した構成からなり、前記溝と溝間の両方を記録領域として用い、700nm以下の波長のレーザー光を照射することによって情報の記録、消去、再生を行なう光記録媒体であって、
(1)以下で定義される未記録領域からの反射光と記録領域からの反射光の位相差2πα
2πα=(未記録領域からの反射光の位相)−(記録領域からの反射光の位相)
が次式を満たし、
【0016】
【数8】
(m−0.1)π ≦ 2πα ≦ (m+0.1)π (mは整数)
【0017】
(2)溝幅と溝間の幅とがほぼ等しく、溝幅GW、溝間の幅LW、溝深さdが以下の式を満たす
【0018】
【数9】
0.3μm ≦ GW ≦ 0.8μm
【0019】
【数10】
0.3μm ≦ LW ≦ 0.8μm
【0020】
【数11】
0.63×(λ/NA) ≦ LW ≦ 0.8×(λ/NA)
【0021】
【数12】
(GW+LW)/2 > 0.6×(λ/NA)
【0022】
【数13】
λ/7n < d < λ/5n
(ここで、λ:照射光の波長、n:基板の屈折率、
NA:集束レンズの開口数)
ことを特徴とする光記録媒体に存する。
【0023】
また、このような光記録媒体を用い、溝と溝間の両方を記録領域とし、いずれの領域にも700nm以下の波長のレーザーの1ビームオーバーライトによって記録、消去、再生せしめることを特徴とする記録再生方法に存する。
【0024】
【発明の実施の形態】
上記に示した構成により本発明の光ディスクでは、ランドとグルーブのいずれに記録しても記録マークのキャリアレベルは同等となり、またランドにおける繰返しオーバーライトに対する耐久性が高まる。
これらは、高密度記録を行うために、波長700nm以下のレーザー光を光源として用いるようなL&G記録方式の光ディスクの信頼性を保証する点において不可欠な規定である。
【0025】
次に、本発明がランド&グルーブ記録用光記録媒体の再生過程に如何に作用して効果をもたらすかについて、その有効となる根拠を簡単なモデルを用いて詳細に説明する。
図1〜図4にL&G記録用光ディスクのランド上またはグルーブ上に再生光ビームが照射されている場合の模式図を示した。図を見やすくするために記録層2以外の層は省略した。
再生用の収束ビーム5は対物レンズなどを用いて集光され、基板1側から記録層2上に照射されている。
ランド3の幅とグルーブ4の幅は等しく、かつ、ビーム径の半分の長さであると仮定し、ランド3とグルーブ4の間の段差(溝深さ)をdとする。
【0026】
ここでは、未記録時の記録層が結晶状態、記録時の記録層がアモルファス状態とする。また、収束ビーム5の強度は実際のモデルに即してガウス分布とし、中心強度の1/e2(eは自然対数の底)の範囲、すなわち0.82(λ/NA)をビーム径とする(λは収束ビーム5の波長、NAは集束レンズの開口数)。
図1と図3は未記録領域に収束ビーム5が存在する場合を示し、図2と図4は記録マーク8上に収束ビーム5が存在する場合を示している。
計算を簡単にするために、記録マーク8が収束ビーム5より十分長いと仮定する。後に実施例で示すように、実際には記録マークが収束ビーム径よりも短くても何ら問題はない。
【0027】
収束ビーム5は基板1側から照射されるので、紙面の向こう側から入射して反射される。したがって、光源側から見るとランド3が凹となり、反対にグルーブ4が凸となっている。
グルーブ4面を位相の基準にとると、ランド3からの反射光は2π・2nd/λだけ位相が遅れる(nは基板1の屈折率、λは収束ビーム5の波長)。
【0028】
位相の変化はグルーブ深さのみに起因するものではなく、一般に、記録層の相変化前後における光学定数の変化によっても位相差は変化する。ここでは、アモルファス領域からの反射光が結晶領域からの反射光よりも2παだけ位相が遅れると定義する。以下、グルーブ面を位相の基準にとって、収束ビームの振幅反射率を必要に応じて位相差2παを用いながら定式化することにする。
【0029】
結晶領域に照射された収束ビーム5の中心部からの反射光量をRc1、両端部からの反射光量をRc2、アモルファス領域に照射された収束ビーム5の中心部からの反射光量をRa1、両端部からの反射光量をRa2とする。ランド幅=グルーブ幅であるから、これはビーム中心がランドとグルーブのどちらにあるときも適用できる。
図1のようにアモルファス記録マークのないランド3に収束ビーム5がある場合の振幅反射率φ1は次式で表すことができる。なお、iは虚数単位である。
【0030】
【数14】
φ1=Rc1・exp[−2πi・2nd/λ]
+Rc2・exp[−2πi・0] (a)
ただし、Rc1は収束ビームが照射されたランドの領域6からの反射光量、Rc2は収束ビームが照射されたグルーブの領域7からの反射光量である。
【0031】
図2のようにアモルファス記録マーク8のあるランドに収束ビーム5がある場合の振幅反射率φ2は次式で表すことができる。
【0032】
【数15】
φ2=Ra1・exp[−2πi・(2nd/λ+α)]
+Rc2・exp[−2πi・0] (b)
ただし、Ra1は収束ビームが照射されたランドの領域6からの反射光量、Rc2は収束ビームが照射されたグルーブの領域7からの反射光量である。
【0033】
図3のようにアモルファス記録マークのないグルーブ4に収束ビーム5がある場合の振幅反射率φ3は次式で表すことができる。
【0034】
【数16】
φ3=Rc1・exp[−2πi・0]
+Rc2・exp[−2πi・2nd/λ] (c)
ただし、Rc1は収束ビームが照射されたグルーブの領域7からの反射光量、Rc2は収束ビームが照射されたランドの領域6からの反射光量である。
【0035】
図4のようにアモルファス記録マーク8のあるグルーブに収束ビーム5がある場合の振幅反射率φ4は次式で表すことができる。
【0036】
【数17】
φ4=Ra1・exp[−2πi・α]
+Rc2・exp[−2πi・2nd/λ] (d)
ただし、Ra1は収束ビームが照射されたグルーブの領域7からの反射光量、Rc2は収束ビームが照射されたランドの領域6からの反射光量である。ここで、
【0037】
【数18】
c2=βRc1 (e)
【0038】
【数19】
a2=βRa1 (f)
と表すことができる(ただし、0<β<1)。Rc=Rc1+Rc2、Ra=Ra1+Ra2とおいて式(e)と式(f)を整理すると、
【0039】
【数20】
c1=Rc/(1+β) (g)
【0040】
【数21】
c2=βRc/(1+β) (h)
【0041】
【数22】
a1=Ra/(1+β) (i)
【0042】
【数23】
a2=βRa/(1+β) (j)
となる。
式(g)〜式(j)を式(a)〜式(d)に代入して整理すると、
【0043】
【数24】
φ1=[Rc/(1+β)][β+exp[−4πind/λ]] (k)
【0044】
【数25】
φ2=[1/(1+β)]・
[βRc+Ra・exp[−4πind/λ−2πiα]] (l)
【0045】
【数26】
φ3=[Rc/(1+β)]・
[1+β・exp[−4πind/λ]] (m)
【0046】
【数27】
φ4=[1/(1+β)]・[Ra・exp[−2πiα]
+βRc・exp[−4πind/λ]] (n)
ここで、ランドに記録した場合の再生キャリアレベルCL’(L)は、
【0047】
【数28】
CL’(L)=|φ12−|φ22 (o)
に比例する。同様にグルーブに記録した場合の再生キャリアレベルCL’(G)は、
【0048】
【数29】
CL’(G)=|φ32−|φ42 (p)
に比例する。
【0049】
ランドとグルーブのキャリアレベルの差が生じないということは、式(o)と式(p)との差が0になるということに他ならない。式(k)〜式(n)を式(o)と式(p)に代入して差を計算し、その差が0になる必要条件を求めると、
【0050】
【数30】
2πα=mπ (ただしmは整数) (q)
となる。位相差2παは必ずしも正確にmπである必要はなく、如何なるディスク反射率をとっても±0.1πの範囲内にあれば効果がある。
【0051】
もしも、これに反して位相差が(m−0.1)π未満の場合にはランドのキャリアレベルがグルーブに比べて顕著に小さくなってしまうことが悪い点であり、また、位相差が(m+0.1)πを越える場合にはグルーブのキャリアレベルがランドに比べて顕著に小さくなってしまうことが悪い点となる。
【0052】
このように、位相差2παを(m±0.1)π以内とすることで、ランドまたはグルーブのいずれのトラックに記録しても高い信号品質を保証することができ、このために必要な相転移間位相差の範囲の特定は各層の光学定数と膜厚を適切に選択することで実現することができる。
【0053】
次に、本発明の溝形状について詳細に説明する。
まず、溝幅、溝深さの測定方法について述べる。測定は、He−Neレーザー光(波長630nm)を基板の溝の付いていない側から照射し、透過光について基板の溝により回折した0次光強度I0、1次光強度I1、2次光強度I2および回折光の角度を測定することにより行う。
Pを溝ピッチ(グルーブピッチ)、wを溝幅、dを溝深さ(グルーブ深さ)、nを基板の屈折率、λをレーザー波長、θを0次光と1次光の間の角度とした場合、溝が矩形の時には、
【0054】
【数31】
P=λ/sinθ
となる。また、
【0055】
【数32】
ε=w/P、δ=2(n−1)πd/λ
とおくと、
【0056】
【数33】
2/I1=cos2(πε)
【0057】
【数34】
1/I0={2sin2(πε)(1−cosδ)}
/[π2{1−2ε(1−ε)(1−cosδ)}]
【0058】
の関係が成り立つため溝幅、溝深さが計算できる。実際の溝形状は完全な矩形ではないが、本発明においては溝形状は上記の測定法により溝の幅および溝深さを一義的に決定した値を用いている。従って、実際の溝形状が矩形からずれていてもよい。
【0059】
ランドおよびグルーブの幅は0.3〜0.8μmの範囲にあることが必要である。ランドおよびグルーブ幅が0.3μmより狭い場合、安定なトラッキングが得られなくなり、また、現在のカッティング技術では製造が困難となる。また、0.8μmより広い場合、記録の高密度化という目的が達せられない。
【0060】
また、基板の溝深さについては、前述のとおり、グルーブ深さがλ/7n〜λ/5nのときに隣接トラックからのクロストークが低減されるため、この範囲にあることが必要である。
【0061】
さて、以上のようにランドとグルーブにおいてともに良好な初期特性が得られるようになった後、繰返しオーバーライトに対する耐久性、および前述のクロスイレーズに対する耐久性を一層改善する必要がある。
本発明者らの検討によれば、グルーブの繰返しオーバーライト耐久性は、グルーブ幅が狭い方が良好であった。勿論、グルーブ内から記録マークがはみ出さない必要がある。
これについては例えば特開平6−338064に収束ビーム形状と関連づけた記載がある。ただし、繰返しオーバーライト耐久性がグルーブ幅あるいはランド幅に影響されることは何ら触れられていない。
【0062】
一方、ランドの繰返しオーバーライト耐久性はランド幅とビーム径との相対関係に依存し、ランド幅がビーム径に対して特定の値より狭くなると、急激に劣化することが判明した。
【0063】
すなわち、ランド幅が0.63×(λ/NA)から0.8×(λ/NA)の範囲内であれば、繰返しオーバーライトした場合の前マークの消え残りや記録マークのジッタの著しい悪化はなく、グルーブに記録した場合と同等の特性が保たれる。
ランド幅がこれより狭いと、ランド上に記録マークを繰返しオーバーライトした場合に前マークの消え残りが顕著になり、記録マークのジッタが著しく悪化する。
ランド幅がこれより大きい場合にはランドの繰返しオーバーライト特性に何ら問題はなく、良好な特性を得られるが、高密度記録という観点から無意味にランド幅を広げて記録密度を低下させるのは得策でない。
【0064】
さらに、クロスイレーズ現象も、ビームスポット径と記録トラックピッチとの相対的関係に依存することが判明した。すなわち、クロスイレーズを実用上無視できるレベルにまで低減できる最小トラックピッチが存在し、それは、ビームスポット径のみに依存する。
【0065】
L&G記録のグルーブピッチ(GW+LW)を1.2(λ/NA)より大とする、つまり、L&G記録の実質的なトラックピッチ{(GW+LW)/2}を0.6(λ/NA)より大とすれば、クロスイレーズによる隣接トラックの信号劣化を防止でき、104回オーバーライト後のCN比の低下を3dB未満に抑えることができ、実用上問題のないレベルとなる。
【0066】
この理論的意味について以下に考察する。
図5は収束ビームの形状を示す模式図である。
集束レンズ12を通った収束ビーム9はメインピークとサブピークを持つ強度分布10を有する。メインピークである中央スポットの直径は、ほぼ1.2(λ/NA)で表される。これをエアリーディスク(airy disk)11という。
上記0.6(λ/NA)という値は、理論的にはこのエアリーディスク11のちょうど半分に相当する。このことから、クロスイレーズ現象は、第1近似として、収束ビーム9のエアリーディスク11の裾野部分の弱いレーザー光によって、隣接するトラックが昇温されるためという物理的意味あいがあると考えられる。
【0067】
ところで、現在知られている、GeSbTe、AgInSbTe、InSnTe、InSbTe等 IIIb、IVb、Vb、VIb族元素のいずれかまたはその混合物(合金)を主成分として40at%以上含む相変化型記録層においては、熱伝導率が光磁気記録層等に比べて2〜3桁小さなオーダーである。また、記録に要する10〜100ナノ秒オーダーでは実質的に断熱である。
このため、クロスイレーズ現象は相変化型記録層の熱伝導にはほとんど影響されない。
従って、最小トラックピッチは実質的にはビームスポット径、従って、光ビーム波長およびNAによってのみ決まる。
【0068】
ただし、繰返しオーバーライト104回以上でのクロスイレーズの低減には、記録媒体の層構成や記録層物性の制限が若干であるが効果がある。
上述の合金記録層のうち、結晶/非晶質間の可逆的変化が可能でありクロスイレーズが少ない組成においては、融点Tmが700℃未満、結晶化温度Tgが150℃以上のものが多い。
【0069】
Tgが150℃より低いと、非晶質状態の安定性が悪くクロスイレーズされやすい。また、Tmが700℃以上となると記録時に照射すべきエネルギーが高くなり、やはり隣接トラックにクロスイレーズを生じやすい。
実際、Ge1Sb2Te4あるいはGe2Sb2Te5近傍組成では、Tmが600〜620℃、Tgが150〜170℃である。また、Ag11In11Te23Sb55では、Tmが約550℃、Tgが約230℃である。
一般に記録層膜厚が30nmを越えると、記録感度が低下し、また、記録時に隣接トラックへ熱が逃げ出しやすいためクロスイレーズが起きやすい。
【0070】
アモルファス記録マークの形成時の相変化記録層溶融に関係する重要なパラメータとして、記録層の光吸収率がある。
ランドまたはグルーブのいずれのトラックにおいても高いキャリアレベルを得る点においては、記録層の光吸収率の相変化前後での比率をある範囲に特定することでより効果が増幅する。
【0071】
相変化型光ディスクの特徴として特公平5−32811などにあるように1ビームオーバーライトが挙げられる。
PWM記録では記録マークの前端と後端に0または1の情報を割り当てるため、マーク前端と後端の形状が記録時に歪まないことが特に要求される。
しかしながら1ビームオーバーライトでは、記録前の記録層がアモルファス状態か結晶状態であるかによって熱伝導率が異なるなどの理由によって、昇温および降温過程が不均一となってしまい、記録マークが歪むことが指摘されている。また、例えば、特開平5−298747に記載されているように、アモルファス状態の光吸収率よりも結晶状態の光吸収率を大きくした方が大きなCN比、高い消去率ならびに広いパワー許容幅(マージン)を得られるという提案がある。
【0072】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、結晶状態の光吸収率をアモルファス状態の光吸収率よりも著しく大きくする必要はなく、結晶状態の光吸収率をAc、アモルファス状態の光吸収率をAaとしたときの比Ac/Aaが、
【0073】
【数35】
0.84 ≦ Ac/Aa < 1.01
の範囲にあるようにディスクの層構成を設計したディスクにおいて、CN比や記録マークのジッタが特に優秀であることが判明した。
これは、ディスクの回転速度が特定の狭い範囲にある場合に限らず、線速度1.4m/sから15m/sの広い範囲にわたって、効果が顕著にみられた。
【0074】
c/Aaが0.84未満であると、記録トラック上にあらかじめ存在する記録マークの有無によってオーバーライト時の記録層溶融の際の昇温・降温過程にアンバランスが生じてマーク形状の歪みが問題となる。
また、ディスクの初期状態(未記録状態)を高反射率、記録状態を低反射率とするようなディスクにおいては、0.84未満では記録感度が悪くなる傾向があるため、その点でも0.84以上が望ましい。
【0075】
金属反射層としては、感度や安定性を考慮すると、AlとTi、またはAlとTaの合金であることが望ましい。
TiまたはTaの含有量は0.5at%から3.5at%であることが望ましい。このときディスクの反射率のロスが小さく、かつ適度な放熱層としての役割を発揮しやすい。
【0076】
これら薄膜の作成法としては公知のものが使用でき、あらかじめグルーブを形成した樹脂やガラスなどの基板ディスクにマグネトロンDCスパッタリング、同RFスパッタリングなどの通常の光学薄膜を形成する方法などがある。
金属反射層の上には、膜の保護のために樹脂層を塗布またはスピンコートで作成することが望ましい。
【0077】
保護層に用いる誘電体としては種々の組合せが可能であり、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Mg、Ca、Sr、Y、La、Ce、Ho、Er、Yb、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Zn、Al、Si、Ge、Pb等の酸化物、硫化物、窒化物やCa、Mg、Li等のフッ化物を用いることができる。
【0078】
このうち、ZnSと、SiO2またはY23の少なくとも一方の混合膜を用いる場合、SiO2またはY23の含量が5〜40mol%であると、記録したディスクの保存安定性に優れ、好ましい。
【0079】
本発明のディスクを設計するには、相変化前後の反射光の位相差を正確に把握する必要がある。位相差はレーザー干渉顕微鏡などによって実測することができる。
また、前記Ac/Aaをも正確に把握し、特定範囲内とすることがCN比の向上や記録マークのジッタの低減の点でより望ましい。
c/Aaは多層構造の中の記録層のみの吸収率比であるため、直接測定して知ることができない。しかしながら、相変化前後の反射光の位相差も吸収率比Ac/Aaも各層の光学定数と膜厚を用いて計算によって求めることができる(計算方法は「分光の基礎と方法」(工藤恵栄著、オーム社、1985)3章に詳しい)。
本発明における位相差、吸収率比の計算値はこの文献に記載された方法に基づいて計算を行った。
各層の光学定数はあらかじめ単層膜をスパッタリングなどの方法で作製し、エリプソメーターなどで測定すればよい。
【0080】
本発明の光ディスクの記録・消去・再生は対物レンズで集光した1ビームのレーザーを使用し、回転する光ディスクの基板側から照射する。
記録および消去時にはパルス状に変調したレーザービームを回転するディスクに照射し、記録層を結晶状態またはアモルファス状態の2つの可逆的な状態に相変化させ、記録状態または消去状態(未記録状態)とする。
このとき、記録しながら記録前に存在していたマークを同時に消去(オーバーライト)することもできる。
【0081】
再生時には記録および消去時のレーザーパワーよりも低いパワーのレーザー光を回転するディスクに照射し、反射光の強度変化をフォトディテクタで検知して、記録または未記録状態を判定する。このとき、再生直前の記録層の相状態を変化させてはならない。
【0082】
記録再生に用いるレーザ光の波長は高密度記録を実現するために700nm以下であることが必須である。また、ディスク基板の紫外吸収を考慮すると300nm以上が好ましい。レーザ光としては、例えばAlGaAs、AlGaAsP、AlGaInP、GaNなどのIII−V族半導体レーザの出力する500〜700nmのレーザ光、Ar、Kr、He−Cd、He−Neなどのガスレーザが出力する400〜650nmのレーザ光、ZnCdSe、ZnSe、ZnCdS、ZnSeSなどのII−VI族半導体レーザの出力する400〜500nmのレーザ光、III −V族半導体レーザ出力光をSHG(第二次高調波発生)素子を通して得られる340〜390nmのレーザ光、半導体レーザ励起によるYAGレーザ出力光をTHG(第三次高調波発生)素子を通して得られる350nmのレーザ光が挙げられる。光ディスクシステムの小型化を考慮すれば、半導体レーザのレーザ光が好ましい。
【0083】
隣接トラックからの信号のもれこみを、グルーブとランドのいずれに記録した場合においても小さくする目的では、グルーブ幅とランド幅は1:1にするのが望ましい。
しかしながら、トラッククロス信号を確保し、あるいは多数回の繰返し記録消去などを行った場合の特性の劣化を防止する目的からは、ランドとグルーブの最適な形状を考慮して、クロストークに問題が生じない範囲で、1:1から意図的に若干ずらしてもよい。
【0084】
本発明のディスクは片面のみを利用した単板ディスクとして使用できるほか、2枚のディスクを基板と反対側の面を向い合わせにして貼り合わせて両面ディスクとすることもできる。
両面ディスクとした場合にも、ディスクの両側に光ピックアップを配置した構造のドライブを採用することにより、ディスク面の入れ替えをせずに両面同時に記録消去再生を行うことができる。
これはレーザー光照射側と反対側に磁石を必要とする光磁気ディスクにはない重要な特徴である。
【0085】
また、本発明のL&G記録用光ディスクは、書換え可能な光学的情報記録媒体であるとともに、一度だけ記録可能なライトワンス型として使用することもできる。例えば、消去あるいは書換えができないように、ドライブ側で情報の書込み禁止の信号をディスクに記録すればよい。
【0086】
【実施例】
以下、具体例をもって本発明をさらに詳しく説明する。しかし、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例で用いた基板は全て射出成形により得られた同一のポリカーボネート基板であり、波長680nmのレーザー光に対して屈折率は1.56であった。また、実施例および比較例で示したいずれの記録条件でも、ランドに記録した場合のノイズレベルとグルーブに記録した場合のノイズレベルは同程度であった。したがって、CN比の比較は記録キャリアレベルの比較と同義である。
【0087】
実施例1
螺旋状のグルーブを設けた基板を用意した。グルーブ幅およびランド幅は共に0.75μm、グルーブ深さは約70nmであった。この基板上にスパッタリングにより、下部誘電体保護層、記録層、上部誘電体保護層、反射層を設けた。
【0088】
下部誘電体保護層および上部誘電体保護層は(ZnS)80(SiO220とし、下部誘電体保護層の膜厚を100nm、上部誘電体保護層の膜厚を20nmとした。記録層はレーザー照射によってアモルファス相と結晶相との可逆的な相変化を起こすGeとSbとTeを主成分とする材料を用い、組成比をGe:Sb:Te=2:2:5(原子比)とした。記録層の膜厚は25nmとした。反射層はAl97.5Ta2.5を100nmとした。反射層上にさらに紫外線硬化樹脂を保護コートとして設けた。
成膜直後の記録層はアモルファス状態であるため、レーザー光により全面アニールを施し、結晶状態に相変化させ、これを初期(未記録)状態とした。
【0089】
記録はトラック上に高パワーのレーザーの収束ビームを照射し、記録層をアモルファス状態に変化させて行い、その結果生じたアモルファス記録マークからの反射光量の変化によって、記録マークの検出を行った。
次にディスクを線速度10m/sで回転させ、680nmの半導体レーザー光を開口数0.60の対物レンズで記録層上に集光し、プッシュプル方式でトラッキング制御を行いながら信号の記録、再生を行った。
【0090】
まず、任意のグルーブを選択し、周波数7.47MHzの信号を記録した。記録パワーを10〜12mWのあいだで1mW刻みで変化させ、消去パワー、ベースパワーを6mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、スペクトラムアナライザーで解像帯域幅30kHzで測定したところ、CN比は54〜55dBと良好な値であった。
次に、任意のランドを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、グルーブの場合と全く等しいCN比54〜55dBが得られた。
【0091】
なお、記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.01π進んでいた。また記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により0.84であった。
【0092】
実施例2
実施例1と同じディスクを、線速15m/sで回転させ、任意のグルーブを選択し、実施例1と同じ信号記録装置を用いて周波数11MHzの信号を記録した。記録パワーは12mW、消去パワー、ベースパワーは7mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、解像帯域幅30kHzで測定したところ、CN比52dBが得られた。
記録後、パワーが7mWのDCレーザー光を記録トラックに照射したところ、キャリアレベルが25dB減少し、消去比25dBと良好な消去特性を示した。次に、任意のランドを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、グルーブの場合と全く等しいCN比52dBが得られ、消去比もグルーブと同等な値24dBが得られた。
【0093】
実施例3
記録層の組成をGe22Sb25Te53とした以外は実施例1と全く同様にしてディスクを作製した。
なお、量論組成のGe:Sb:Te=2:2:5は線速10m/s以上で記録再生を行う場合に好適であり、10m/s以下の線速においては再結晶化による記録マーク形状の歪みを防止するため、若干Sb量を増やすのが効果的である。
【0094】
ディスクを線速度3m/sで回転させ、任意のグルーブを選択し、実施例1と同じ信号記録装置を用いて周波数2.24MHzの信号を記録した。記録パワーを8.5〜10.5mWのあいだで0.5mW刻みで変化させ、消去パワー、ベースパワーを4.5mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、解像帯域幅10kHzで測定したところ、CN比は57〜59dBと良好な値であった。
次に、任意のランドを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、グルーブの場合と全く等しいCN比57〜59dBが得られた。
このとき記録マークのジッターは8nsであった。なお、ジッターはマークの始端から後端までを信号波形の2回微分のゼロクロス点を検出して測定した。
【0095】
記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.01π進んでいた。また記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により0.84であった。
図6に本実施例により得られた記録パワーとCN比の関係を示す。
【0096】
実施例4
下部誘電体保護層の膜厚を150nmとした以外は実施例3と全く同様にしてディスクを作製した。
ディスクを線速度3m/sで回転させ、任意のグルーブを選択し、実施例1と同じ信号記録装置を用いて周波数2.24MHzの信号を記録した。記録パワーは10〜12mWのあいだで0.5mW刻みで変化させ、消去パワー、ベースパワーを4.5mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、解像帯域幅10kHzで測定したところ、CN比54〜55dBと良好な値であった。
【0097】
次に、任意のランドを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、グルーブの場合と全く等しいCN比54〜55dBが得られた。
ランドとグルーブのCN比は等しく十分な値ではあったが、実施例3に比べてCN比が約4dB低下した上に、最適な記録パワーが約1.5mW余計に必要になった。記録感度の悪化は使用するドライブのレーザー光寿命の低下に直結する。
【0098】
記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.03π遅れていた。また記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により0.75であった。
【0099】
比較例1
記録層の膜厚を20nmとした以外は実施例3と全く同様にしてディスクを作製した。
ディスクを線速度3m/sで回転させ、任意のグルーブを選択し、実施例1と同じ信号記録装置を用いて周波数2.24MHzの信号を記録した。記録パワーは5〜10mWのあいだで1mW刻みで変化させ、消去パワー、ベースパワーを4.5mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、解像帯域幅10kHzで測定したところ、CN比56dBと良好な値であった。
【0100】
次に、任意のランドを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、53dBであった。このように、ランドとグルーブの信号品質が同等でなくなり、CN比に3dBもの差を生じた。
記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.20π進んでいた。また記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により0.85であった。
【0101】
比較例2
下部誘電体保護層の膜厚を180nm、記録層の膜厚を20nm、上部誘電体保護層の膜厚を80nmとした以外は実施例3と全く同様にしてディスクを作製した。
ディスクを線速度3m/sで回転させ、任意のランドを選択し、実施例1と同じ信号記録装置を用いて周波数2.24MHzの信号を記録した。記録パワーは8〜9mWのあいだで0.5mW刻みで変化させ、消去パワー、ベースパワーを4.5mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、解像帯域幅10kHzで測定したところ、CN比は50〜51dBであった。
【0102】
次に、任意のグルーブを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、39〜40dBしか得られなかった。このように、ランドとグルーブの信号品質の一方が著しく悪化し、CN比に実に11dBもの差を生じた。
【0103】
記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.16π遅れていた。
記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により1.19もあったにもかかわらず、ランドで測定した記録マークのジッターは13nsであり、実施例3より劣っていた。
図7に本比較例により得られた記録パワーとCN比の関係を示す。
【0104】
比較例3
下部誘電体保護層の膜厚を220nm、記録層の膜厚を20nm、上部誘電体保護層の膜厚を80nmとした以外は実施例3と全く同様にしてディスクを作製した。
ディスクを線速度3m/sで回転させ、任意のランドを選択し、実施例1と同じ信号記録装置を用いて周波数2.24MHzの信号を記録した。記録パワーは8〜9mWのあいだで0.5mW刻みで変化させ、消去パワー、ベースパワーを4.5mWとして1ビームオーバーライトを行った。そののち再生し、解像帯域幅10kHzで測定したところ、CN比51〜52dBであった。
次に、任意のグルーブを選択し、同様な記録を行ってCN比を測定したところ、44〜45dBしか得られなかった。このように、ランドとグルーブの信号品質の一方が著しく悪化し、CN比に7dBもの差を生じた。
【0105】
記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.25π遅れていた。
記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により1.21もあったにもかかわらず、ランドで測定した記録マークのジッターは10nsであり、実施例3より劣っていた。
【0106】
実施例5
螺旋状のグルーブを、グルーブピッチを1.1〜1.6μmまで0.5μm刻みで変えたものを複数枚用意した。いずれもグルーブ幅とランド幅は等しくした。実質的な記録トラックピッチは0.55〜0.8μmである。また、グルーブ深さは約70nmであった。
この基板上にスパッタリングにより、下部誘電体保護層、記録層、上部誘電体保護層、反射層を設けた。記録層の組成をGe22Sb23.5Te54.5とした以外は、層構成は実施例1と同じとした。
【0107】
このディスクについて、繰返しオーバーライト記録を行い、クロスイレーズの程度を評価した。
まずグルーブあるいはランド上に記録を行い、次に隣接両ランドあるいはグルーブに繰返しオーバーライトを行って、最初にグルーブあるいはランドに記録された信号のCN比の低下を測定した。
【0108】
ディスクを線速度10m/sで回転させ、680nmの半導体レーザー光を開口数0.60の対物レンズで記録層上に集光し、プッシュプル方式でトラッキング制御を行いながら信号の記録、再生を行った。
まず、任意のグルーブを選択し、周波数2.24MHzの信号をデューティ25%で記録した。記録パワーを8〜9mWとし、消去パワー、ベースパワーを4.5mWとして、1ビームオーバーライトを行った。
【0109】
その結果、グルーブピッチが1.45μm(記録トラックピッチ0.725μm)以上では、1万回オーバーライト後の隣接グルーブまたはランド間のCN比の低下を3dB未満とでき、実用上問題のないレベルであった。
なお、記録層が結晶状態とアモルファス状態とでの反射光の位相差は、計算により、アモルファス状態の反射光が0.01π進んでいた。また記録層の吸収率比Ac/Aaは、計算により0.85であった。
【0110】
本発明者らの熱拡散方程式を数値計算によって解いた解析結果によれば、本実施例で用いた層構成は横方向の熱拡散が最も多いものの一つであり、クロスイレーズに関しては最も厳しい条件で検討したことになる。従って、他の層構成についても、上記最小トラックピッチ以上であれば問題ないと考えてよい。
【0111】
実施例6
実施例5と同じディスクについて、ランド上に繰返しオーバーライトを行い、そのランド上の信号のマーク長ジッターを測定した。記録再生条件は、集束レンズのNA=0.55のものを用いた以外は実施例5と同様とした。
グルーブピッチ1.55μmおよび1.6μm(記録トラックピッチ0.775μmおよび0.8μm)の場合にのみ、103回のオーバーライトに対するジッター増加が20%程度に抑えられた。
一方、グルーブピッチ1.4μm(記録トラックピッチ0.7μm)では、ジッターの増加が著しく、103回のオーバーライトに対し、2倍以上となった。
【0112】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による光記録媒体および記録再生方法によれば、ランドの記録マークのキャリアレベルとグルーブのキャリアレベルの間の好ましからざる差を解消でき、また、ランドとグルーブの両方に信号を記録する場合も、隣接トラックからのクロストークの影響を低減することができる。
したがってランドとグルーブのいずれに記録しても同等なレベルの再生信号振幅が得られ、高品質で高信頼性のランド&グルーブ記録用ディスクを提供できる。
【0113】
さらに、本発明の光記録媒体の記録層がアモルファス状態の場合と結晶状態の場合との、記録層に吸収される照射光の割合の比率を特定のものとすることにより、高CN比かつ記録マークのジッタの低い優れたディスクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における光ディスクの溝形状と照射レーザー光の収束ビームの位置関係を説明するための拡大斜視図
【図2】本発明における光ディスクの溝形状と照射レーザー光の収束ビームの位置関係を説明するための拡大斜視図
【図3】本発明における光ディスクの溝形状と照射レーザー光の収束ビームの位置関係を説明するための拡大斜視図
【図4】本発明における光ディスクの溝形状と照射レーザー光の収束ビームの位置関係を説明するための拡大斜視図
【図5】収束ビームの形状を示す模式図
【図6】実施例3における記録パワーとCN比の関係を示した図
【図7】比較例2における記録パワーとCN比の関係を示した図
【符号の説明】
1 基板
2 記録層
3 ランド
4 グルーブ
5 収束ビーム
6 ランドに照射された収束ビームの領域
7 グルーブに照射された収束ビームの領域
8 記録マーク
9 収束ビーム
10 収束ビームの強度分布
11 エアリーディスク
12 集束レンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical recording medium and a recording / reproducing method. More specifically, the present invention relates to an optical information recording medium for recording, reproducing, and erasing information in both a groove portion and a groove of a substrate by irradiation with a laser beam, and an optical information recording medium The present invention relates to the recording / reproducing method used.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the amount of information increases, a recording medium capable of recording and reproducing a large amount of data at high density and at high speed is demanded. However, an optical disc is expected to meet such a use.
The demand for higher capacity and higher density of such recording media is inevitable in the era when the recording media and recording devices were imposed on handling vast amounts of image information and audio signals. Digital modulation technology and data compression technology Together with progress, the progress is just a step forward.
[0003]
As specific means for increasing the density, in an optical disc, the convergent beam diameter is reduced by shortening the wavelength of the light source and increasing the NA (Numerical Aperture) of the focusing lens, the recording mark length is shortened, and the rotational speed is the same. Development and use of MCAV (Modified Constant Angular Velocity), which increases the recording frequency toward the outer circumference under constant conditions, and makes the recording density at the inner and outer circumference constant, and mark edge recording that puts information on the start and rear ends of the mark Therefore, the present situation is that a method for further densification is being sought for the future.
[0004]
In a recordable optical disc, a guide groove is cut in advance on the disc to form a so-called track.
Usually, information signals are recorded, reproduced or erased by condensing laser light between guide grooves or in guide grooves. In general optical disks currently on the market, information signals are usually recorded only between guide grooves or within guide grooves, and the other is a boundary for separating adjacent tracks to prevent signal leakage. It only plays a role.
[0005]
If information can be recorded in the boundary portion, for example, between guide grooves when recording between guide grooves, and between guide grooves when recording within guide grooves, the recording density is The recording capacity is doubled and a significant improvement in recording capacity can be expected.
Hereinafter, a method of recording information on the guide groove as a groove, between the guide grooves as a land, and on both the land and the groove is abbreviated as L & G recording.
[0006]
As a proposal for L & G recording, there is JP-B-63-57859. However, when such a technique is used, it is necessary to pay special attention to reducing crosstalk.
That is, in the above-mentioned L & G recording described in Japanese Patent Publication No. 63-57859, the interval between the recording mark row of a certain track and the recording mark row of the adjacent track is half of the convergent beam diameter. The convergent beam is irradiated up to the adjacent recording mark row.
[0007]
For this reason, there is a problem that crosstalk during reproduction increases and reproduction S / N deteriorates.
In order to reduce the crosstalk, for example, there is a technique for reducing the crosstalk by providing a special optical system and a crosstalk cancel circuit in the optical disc reproducing apparatus. (SPIE Vol. 1316, Optical Data Storage (1990) pp. 35)
[0008]
However, this method has a demerit that the optical system and signal processing system of the apparatus become more complicated.
As a method of reducing crosstalk without providing a special optical system or signal processing circuit for reducing reproduction crosstalk, the groove and land widths are made equal, and the groove depth corresponds to the reproduction light wavelength. There is a proposal that it is effective to be within a certain range. (Jpn. J. Appl. Phys. Vol 32 (1993) pp. 5324-5328).
[0009]
According to this calculation, it is calculated that crosstalk is reduced when land width = groove width and groove depth is λ / 7n to λ / 5n (λ: reproduction light wavelength, n: refractive index of substrate). And shown as experimental facts. This is also described in JP-A-5-282705.
However, although the effect of reducing crosstalk can be obtained by setting the groove depth to an optimum value, the CN ratio between the land and the groove is unbalanced.
[0010]
When L & G recording is performed, a difference between the land carrier level (signal quality) and the groove carrier level is caused, and as a result, one of the CN ratios is remarkably lowered.
[0011]
On the other hand, when packing the track pitch for high density, usually, the track pitch and the groove shape should be selected so that the amount of crosstalk is below a predetermined level. There is another issue to consider.
That is, when a track is repeatedly overwritten, the amorphous bit of the adjacent track disappears, that is, recrystallizes.
The reason for this is not necessarily clear, but when recording on an adjacent track, the temperature of the track is raised by a weak laser beam at the bottom of the focused light beam intensity distribution, and the temperature of the amorphous bit part is heated above the crystallization temperature. It is thought that it is to be done.
[0012]
Although the time is several hundred nanoseconds at a time, it is gradually recrystallized while being repeatedly heated.
For example, when the overwriting is repeated 10,000 times, the CN ratio of the adjacent track may decrease from the initial 55 dB to less than 50 dB.
This problem is hereinafter referred to as cross erase. In the phase change medium, attention must be paid to the minimum track pitch due to cross erase rather than the optical diffraction limit, but the limit is not necessarily clear.
[0013]
In addition, if the density is increased by narrowing the track pitch while keeping the groove and land width at 1: 1, the land mark disappears after repeated overwriting and the jitter of the recording mark deteriorates. It became clear that the characteristic deterioration of was remarkable.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves such a problem. In particular, in an L & G recording type optical disc using a laser beam having a wavelength of 700 nm or less as a light source, the carrier level imbalance between the land and groove recording marks is eliminated, and the land and groove It is an object of the present invention to provide a high-density optical disk that can obtain the same high signal quality and durability against repeated overwriting regardless of which is recorded.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made as a result of repeated studies on the phase difference of reflected light from unrecorded areas and recorded marks, and the shape of lands and grooves. The gist of the present invention is that a lower dielectric is formed on a transparent substrate on which grooves are formed. A body protective layer, a phase change recording layer, an upper dielectric protective layer, and a metal reflective layer are sequentially stacked. Both the groove and the groove are used as a recording region, and a laser beam having a wavelength of 700 nm or less is irradiated. An optical recording medium for recording, erasing and reproducing information,
(1) Phase difference between reflected light from unrecorded area and reflected light from recorded area defined below2πα
2πα= (Phase of reflected light from unrecorded area)-(Phase of reflected light from recorded area)
Satisfies the following equation:
[0016]
[Equation 8]
(M−0.1) π ≦2πα  ≦ (m + 0.1) π (m is an integer)
[0017]
(2)The groove width and the width between the grooves are almost equal,The groove width GW, the width LW between the grooves, and the groove depth d satisfy the following formula:
[0018]
[Equation 9]
0.3 μm ≦ GW ≦ 0.8 μm
[0019]
[Expression 10]
0.3 μm ≦ LW ≦ 0.8 μm
[0020]
## EQU11 ##
      0.63× (λ / NA) ≦ LW ≦ 0.8 × (λ / NA)
[0021]
[Expression 12]
(GW + LW) / 2> 0.6 × (λ / NA)
[0022]
[Formula 13]
λ / 7n <d <λ / 5n
(Where λ is the wavelength of the irradiated light, n is the refractive index of the substrate,
NA: numerical aperture of focusing lens)
It exists in the optical recording medium characterized by this.
[0023]
In addition, using such an optical recording medium, both the grooves are defined as recording areas, and recording, erasure, and reproduction can be performed by one-beam overwriting with a laser having a wavelength of 700 nm or less in both areas. It exists in the recording / reproducing method.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With the configuration described above, in the optical disc of the present invention, the carrier level of the recording mark is the same regardless of whether recording is performed on the land or the groove, and durability against repeated overwriting on the land is enhanced.
These are indispensable provisions in terms of guaranteeing the reliability of an L & G recording type optical disc using a laser beam having a wavelength of 700 nm or less as a light source in order to perform high density recording.
[0025]
Next, how the present invention acts in the reproduction process of the optical recording medium for land and groove recording and brings about an effect will be described in detail using a simple model.
FIG. 1 to FIG. 4 show schematic views when a reproduction light beam is irradiated on a land or a groove of an optical disc for L & G recording. In order to make the figure easy to see, layers other than the recording layer 2 are omitted.
The reproducing convergent beam 5 is condensed using an objective lens or the like, and is irradiated onto the recording layer 2 from the substrate 1 side.
It is assumed that the width of the land 3 is equal to the width of the groove 4 and is half the beam diameter, and the step (groove depth) between the land 3 and the groove 4 is d.
[0026]
Here, the recording layer when not recorded is in a crystalline state, and the recording layer when recording is in an amorphous state. The intensity of the convergent beam 5 is Gaussian according to the actual model and is 1 / e of the center intensity.2The beam diameter is in the range (e is the base of natural logarithm), that is, 0.82 (λ / NA) (λ is the wavelength of the convergent beam 5 and NA is the numerical aperture of the focusing lens).
1 and 3 show the case where the convergent beam 5 exists in the unrecorded area, and FIGS. 2 and 4 show the case where the convergent beam 5 exists on the recording mark 8.
In order to simplify the calculation, it is assumed that the recording mark 8 is sufficiently longer than the convergent beam 5. As will be shown later in the embodiment, there is no problem even if the recording mark is actually shorter than the convergent beam diameter.
[0027]
Since the convergent beam 5 is irradiated from the substrate 1 side, it is incident and reflected from the other side of the page. Therefore, when viewed from the light source side, the land 3 is concave and the groove 4 is convex.
When the surface of the groove 4 is used as a phase reference, the phase of the reflected light from the land 3 is delayed by 2π · 2nd / λ (n is the refractive index of the substrate 1 and λ is the wavelength of the convergent beam 5).
[0028]
The change in phase is not caused solely by the groove depth, but generally the phase difference also changes depending on the change in the optical constant before and after the phase change of the recording layer. Here, the reflected light from the amorphous region is more than the reflected light from the crystalline region.2παIt is defined that the phase is only delayed. Hereafter, the groove surface is used as a phase reference, and the amplitude reflectance of the convergent beam is changed as necessary.2παWe will formulate while using.
[0029]
The amount of reflected light from the central portion of the convergent beam 5 irradiated to the crystal region is Rc1, The amount of light reflected from both ends is Rc2, The amount of reflected light from the center of the convergent beam 5 irradiated to the amorphous region is Ra1, The amount of light reflected from both ends is Ra2And Since land width = groove width, this can be applied when the beam center is in either the land or the groove.
As shown in FIG. 1, the amplitude reflectivity φ when the convergent beam 5 is in the land 3 without the amorphous recording mark1Can be expressed as: Note that i is an imaginary unit.
[0030]
[Expression 14]
φ1= Rc1Exp [-2πi · 2nd / λ]
+ Rc2Exp [-2πi · 0] (a)
However, Rc1Is the amount of light reflected from the area 6 of the land irradiated with the convergent beam, Rc2Is the amount of reflected light from the groove region 7 irradiated with the convergent beam.
[0031]
As shown in FIG. 2, the amplitude reflectance φ when the convergent beam 5 is in the land where the amorphous recording mark 8 is located.2Can be expressed as:
[0032]
[Expression 15]
φ2= Ra1Exp [-2πi · (2nd / λ + α)]
+ Rc2Exp [-2πi · 0] (b)
However, Ra1Is the amount of light reflected from the area 6 of the land irradiated with the convergent beam, Rc2Is the amount of reflected light from the groove region 7 irradiated with the convergent beam.
[0033]
As shown in FIG. 3, the amplitude reflectance φ when the convergent beam 5 is in the groove 4 without the amorphous recording mark.ThreeCan be expressed as:
[0034]
[Expression 16]
φThree= Rc1Exp [-2πi · 0]
+ Rc2Exp [-2πi · 2nd / λ] (c)
However, Rc1Is the amount of light reflected from the region 7 of the groove irradiated with the convergent beam, Rc2Is the amount of reflected light from the land area 6 irradiated with the convergent beam.
[0035]
As shown in FIG. 4, the amplitude reflectance φ when the focused beam 5 is in the groove having the amorphous recording mark 8FourCan be expressed as:
[0036]
[Expression 17]
φFour= Ra1Exp [-2πi · α]
+ Rc2Exp [-2πi · 2nd / λ] (d)
However, Ra1Is the amount of light reflected from the region 7 of the groove irradiated with the convergent beam, Rc2Is the amount of reflected light from the land area 6 irradiated with the convergent beam. here,
[0037]
[Expression 18]
Rc2= ΒRc1                                      (E)
[0038]
[Equation 19]
Ra2= ΒRa1                                      (F)
(Where 0 <β <1). Rc= Rc1+ Rc2, Ra= Ra1+ Ra2When formula (e) and formula (f) are rearranged,
[0039]
[Expression 20]
Rc1= Rc/ (1 + β) (g)
[0040]
[Expression 21]
Rc2= ΒRc/ (1 + β) (h)
[0041]
[Expression 22]
Ra1= Ra/ (1 + β) (i)
[0042]
[Expression 23]
Ra2= ΒRa/ (1 + β) (j)
It becomes.
Substituting the formulas (g) to (j) into the formulas (a) to (d) and rearranging them,
[0043]
[Expression 24]
φ1= [Rc/ (1 + β)] [β + exp [−4πind / λ]] (k)
[0044]
[Expression 25]
φ2= [1 / (1 + β)]
[ΒRc+ RaExp [-4πind / λ-2πiα]] (l)
[0045]
[Equation 26]
φThree= [Rc/ (1 + β)] ・
[1 + β · exp [−4πind / λ]] (m)
[0046]
[Expression 27]
φFour= [1 / (1 + β)] · [RaExp [-2πiα]
+ ΒRcExp [-4πind / λ]] (n)
Here, the reproduction carrier level CL ′ (L) when recorded on the land is:
[0047]
[Expression 28]
CL ′ (L) = | φ12− | Φ22                  (O)
Is proportional to Similarly, the reproduction carrier level CL ′ (G) when recorded in the groove is:
[0048]
[Expression 29]
CL ′ (G) = | φThree2− | ΦFour2                  (P)
Is proportional to
[0049]
The fact that there is no difference between the land and groove carrier levels is that the difference between the equations (o) and (p) is zero. Substituting Equation (k) to Equation (n) into Equation (o) and Equation (p) to calculate the difference, and obtaining the necessary condition for the difference to be 0,
[0050]
[30]
2πα= Mπ (where m is an integer) (q)
It becomes. Phase difference2παDoes not necessarily need to be exactly mπ, and any disk reflectivity is effective if it is within a range of ± 0.1π.
[0051]
On the other hand, if the phase difference is less than (m−0.1) π, it is a bad point that the land carrier level becomes significantly smaller than the groove, and the phase difference is ( When m + 0.1) π is exceeded, it is a bad point that the carrier level of the groove becomes significantly smaller than that of the land.
[0052]
Thus, the phase difference2παBy setting the value within (m ± 0.1) π, it is possible to guarantee high signal quality regardless of whether recording is performed on either the land or groove track. The identification can be realized by appropriately selecting the optical constant and the film thickness of each layer.
[0053]
Next, the groove shape of the present invention will be described in detail.
First, a method for measuring the groove width and groove depth will be described. The measurement is performed by irradiating a He—Ne laser beam (wavelength 630 nm) from the non-grooved side of the substrate and diffracting the transmitted light by the groove of the substrate.0Primary light intensity I1Secondary light intensity I2And by measuring the angle of the diffracted light.
P is the groove pitch (groove pitch), w is the groove width, d is the groove depth (groove depth), n is the refractive index of the substrate, λ is the laser wavelength, θ is the angle between the 0th order light and the 1st order light. When the groove is rectangular,
[0054]
[31]
P = λ / sinθ
It becomes. Also,
[0055]
[Expression 32]
ε = w / P, δ = 2 (n−1) πd / λ
After all,
[0056]
[Expression 33]
I2/ I1= Cos2(πε)
[0057]
[Expression 34]
I1/ I0= {2sin2(πε) (1-cosδ)}
/ [Π2{1-2ε (1-ε) (1-cosδ)}]
[0058]
Therefore, the groove width and groove depth can be calculated. Although the actual groove shape is not a perfect rectangle, in the present invention, the groove shape uses values in which the groove width and groove depth are uniquely determined by the measurement method described above. Therefore, the actual groove shape may deviate from the rectangle.
[0059]
The width of the land and groove needs to be in the range of 0.3 to 0.8 μm. If the land and groove widths are smaller than 0.3 μm, stable tracking cannot be obtained, and the current cutting technique makes it difficult to manufacture. On the other hand, when the width is larger than 0.8 μm, the purpose of high density recording cannot be achieved.
[0060]
Further, as described above, the groove depth of the substrate needs to be within this range since the crosstalk from the adjacent track is reduced when the groove depth is λ / 7n to λ / 5n.
[0061]
As described above, after good initial characteristics can be obtained in both the land and the groove, it is necessary to further improve the durability against repeated overwriting and the above-mentioned cross erase.
According to the study by the present inventors, the repeated overwriting durability of the groove is better when the groove width is narrower. Of course, it is necessary that the recording mark does not protrude from the groove.
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-338064 has a description associated with a convergent beam shape. However, there is no mention that the repeated overwrite durability is affected by the groove width or land width.
[0062]
On the other hand, it has been found that the repeated overwriting durability of the land depends on the relative relationship between the land width and the beam diameter, and deteriorates rapidly when the land width becomes narrower than a specific value with respect to the beam diameter.
[0063]
  That is, the land width is0.63Within the range of × (λ / NA) to 0.8 × (λ / NA), there is no disappearance of the previous mark or jitter of the recording mark when overwriting repeatedly, and recording in the groove The same characteristics are maintained.
  If the land width is narrower than this, when the recording mark is repeatedly overwritten on the land, the disappearance of the previous mark becomes remarkable, and the jitter of the recording mark is remarkably deteriorated.
  If the land width is larger than this, there is no problem in the repetitive overwriting characteristics of the land, and good characteristics can be obtained, but from the viewpoint of high-density recording, it is meaningless to increase the land width and lower the recording density. It's not a good idea.
[0064]
Further, it has been found that the cross erase phenomenon also depends on the relative relationship between the beam spot diameter and the recording track pitch. That is, there is a minimum track pitch that can reduce the cross erase to a level that can be ignored in practice, and it depends only on the beam spot diameter.
[0065]
The groove pitch (GW + LW) of L & G recording is made larger than 1.2 (λ / NA), that is, the actual track pitch {(GW + LW) / 2} of L & G recording is made larger than 0.6 (λ / NA). If so, signal deterioration of adjacent tracks due to cross erase can be prevented.FourThe decrease in the CN ratio after the overwriting can be suppressed to less than 3 dB, and there is no practical problem.
[0066]
This theoretical meaning is discussed below.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the shape of the convergent beam.
The convergent beam 9 passing through the focusing lens 12 has an intensity distribution 10 having a main peak and a sub peak. The diameter of the central spot, which is the main peak, is approximately 1.2 (λ / NA). This is referred to as an airy disk 11.
The above value of 0.6 (λ / NA) theoretically corresponds to exactly half of the Airy disk 11. From this, it can be considered that the cross erase phenomenon has a physical meaning that, as a first approximation, the temperature of adjacent tracks is raised by weak laser light at the base of the Airy disk 11 of the convergent beam 9.
[0067]
By the way, in the phase change type recording layer containing GeatbTe, AgInSbTe, InSnTe, InSbTe, etc. which is currently known and containing at least 40 at% of any of IIIb, IVb, Vb, and VIb group elements or a mixture (alloy) thereof as a main component, The thermal conductivity is on the order of 2 to 3 orders of magnitude smaller than that of the magneto-optical recording layer. Moreover, it is substantially heat insulation in the order of 10 to 100 nanoseconds required for recording.
For this reason, the cross erase phenomenon is hardly influenced by the heat conduction of the phase change recording layer.
Therefore, the minimum track pitch is substantially determined only by the beam spot diameter, and therefore the light beam wavelength and NA.
[0068]
However, repeated overwriting 10FourIn order to reduce the cross erase at the time of more than the number of times, there is an effect although there are some restrictions on the layer configuration of the recording medium and the physical properties of the recording layer.
Among the above-described alloy recording layers, many compositions having a melting point Tm of less than 700 ° C. and a crystallization temperature Tg of 150 ° C. or more are available in a composition that can reversibly change between crystal and amorphous and has little cross erase.
[0069]
When Tg is lower than 150 ° C., the amorphous state is not stable and is easily cross-erased. Further, when Tm is 700 ° C. or higher, energy to be irradiated at the time of recording becomes high, and it is easy to cause cross erase in the adjacent track.
In fact, Ge1Sb2TeFourOr Ge2Sb2TeFiveIn the vicinity composition, Tm is 600 to 620 ° C. and Tg is 150 to 170 ° C. Also, Ag11In11Tetwenty threeSb55Then, Tm is about 550 ° C. and Tg is about 230 ° C.
In general, when the recording layer thickness exceeds 30 nm, the recording sensitivity decreases, and heat easily escapes to an adjacent track during recording, so that cross erase is likely to occur.
[0070]
As an important parameter related to the melting of the phase change recording layer during the formation of the amorphous recording mark, there is a light absorption rate of the recording layer.
In terms of obtaining a high carrier level in both the land and groove tracks, the effect is further amplified by specifying the ratio of the optical absorptance of the recording layer before and after the phase change within a certain range.
[0071]
One feature of the phase change type optical disc is a one-beam overwrite as disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-32811.
In PWM recording, information of 0 or 1 is assigned to the front end and rear end of the recording mark, so that it is particularly required that the shape of the mark front end and rear end is not distorted during recording.
However, in the case of 1-beam overwrite, the temperature rise and fall processes are non-uniform because the thermal conductivity differs depending on whether the recording layer before recording is in an amorphous state or a crystalline state, and the recording mark is distorted. Has been pointed out. Further, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-298747, a larger CN ratio, a higher erasure rate, and a wider power allowance (margin) are obtained when the light absorption rate in the crystalline state is larger than the light absorption rate in the amorphous state. There is a proposal that can be obtained.
[0072]
However, according to the study by the present inventors, it is not necessary to make the light absorption rate in the crystalline state significantly larger than the light absorption rate in the amorphous state.c, A light absorption rate in the amorphous stateaRatio Ac/ AaBut,
[0073]
[Expression 35]
0.84 ≦ Ac/ Aa  <1.01
It was found that the CN ratio and the jitter of the recording mark are particularly excellent in the disk in which the layer structure of the disk is designed so as to be in the above range.
This is not limited to the case where the rotational speed of the disk is in a specific narrow range, and the effect is noticeable over a wide range from a linear speed of 1.4 m / s to 15 m / s.
[0074]
Ac/ AaIf it is less than 0.84, the presence or absence of a recording mark pre-existing on the recording track causes an imbalance in the temperature rise / fall process during melting of the recording layer at the time of overwriting, which causes distortion of the mark shape. .
Further, in a disc in which the initial state (unrecorded state) of the disc has a high reflectivity and the recording state has a low reflectivity, the recording sensitivity tends to deteriorate if it is less than 0.84. 84 or more is desirable.
[0075]
The metal reflective layer is preferably made of Al and Ti or an alloy of Al and Ta in consideration of sensitivity and stability.
The content of Ti or Ta is desirably 0.5 at% to 3.5 at%. At this time, the loss of the reflectivity of the disk is small, and it can easily serve as an appropriate heat dissipation layer.
[0076]
As a method for forming these thin films, a known method can be used, and there is a method of forming a normal optical thin film such as magnetron DC sputtering or RF sputtering on a substrate disk such as resin or glass on which grooves have been formed in advance.
It is desirable to form a resin layer on the metal reflective layer by coating or spin coating in order to protect the film.
[0077]
Various combinations can be used as the dielectric used for the protective layer, and the dielectric is determined in consideration of the refractive index, thermal conductivity, chemical stability, mechanical strength, adhesion, and the like.
Generally, Mg, Ca, Sr, Y, La, Ce, Ho, Er, Yb, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Al, Si, Ge, which have high transparency and high melting point, Oxides such as Pb, sulfides, nitrides, and fluorides such as Ca, Mg, and Li can be used.
[0078]
Of these, ZnS and SiO2Or Y2OThreeWhen using a mixed film of at least one of2Or Y2OThreeA content of 5 to 40 mol% is preferable because the storage stability of the recorded disk is excellent.
[0079]
In order to design the disc of the present invention, it is necessary to accurately grasp the phase difference of the reflected light before and after the phase change. The phase difference can be measured with a laser interference microscope or the like.
In addition, said Ac/ AaIt is more desirable to accurately grasp the above and to make it within a specific range in terms of improving the CN ratio and reducing the jitter of the recording mark.
Ac/ AaIs an absorptance ratio of only the recording layer in the multilayer structure and cannot be directly measured. However, the phase difference of the reflected light before and after the phase change is also the absorptance ratio A.c/ AaCan also be obtained by calculation using the optical constants and film thicknesses of each layer (the calculation method is “spectrum fundamentals and methods” (Keiei Kudo, Ohmsha, 1985), Chapter 3).
The calculated values of the phase difference and the absorption ratio in the present invention were calculated based on the method described in this document.
The optical constant of each layer may be measured in advance by preparing a single layer film by a method such as sputtering and using an ellipsometer.
[0080]
For recording / erasing / reproducing of the optical disk of the present invention, a one-beam laser beam condensed by an objective lens is used and irradiated from the substrate side of the rotating optical disk.
During recording and erasing, the rotating disk is irradiated with a pulsed laser beam to change the phase of the recording layer into two reversible states, a crystalline state and an amorphous state, and a recorded state or erased state (unrecorded state). To do.
At this time, the marks that existed before recording can be erased (overwritten) at the same time while recording.
[0081]
During reproduction, a rotating disk is irradiated with a laser beam having a power lower than that during recording and erasing, and a change in intensity of reflected light is detected by a photodetector to determine a recorded or unrecorded state. At this time, the phase state of the recording layer immediately before reproduction must not be changed.
[0082]
The wavelength of the laser beam used for recording / reproduction must be 700 nm or less in order to realize high-density recording. Further, considering the ultraviolet absorption of the disk substrate, 300 nm or more is preferable. As the laser beam, for example, a laser beam of 500 to 700 nm output from a III-V semiconductor laser such as AlGaAs, AlGaAsP, AlGaInP, or GaN, or a gas laser such as Ar, Kr, He—Cd, or He—Ne is output from 400 to 400 nm. 650 nm laser light, 400-500 nm laser light output from II-VI semiconductor lasers such as ZnCdSe, ZnSe, ZnCdS, ZnSeS, and III-V semiconductor laser output light are passed through SHG (second harmonic generation) elements. Examples thereof include laser light of 340 to 390 nm obtained, and laser light of 350 nm obtained by passing YAG laser output light by semiconductor laser excitation through a THG (third harmonic generation) element. Considering miniaturization of the optical disk system, a laser beam of a semiconductor laser is preferable.
[0083]
In order to reduce the leakage of the signal from the adjacent track in either the groove or the land, the groove width and the land width are preferably 1: 1.
However, for the purpose of securing the track cross signal or preventing the deterioration of the characteristics when repeated recording erasure is performed many times, a problem occurs in the crosstalk in consideration of the optimum shape of the land and groove. It may be slightly deliberately deviated from 1: 1 within a range.
[0084]
The disc of the present invention can be used as a single disc using only one side, and two discs can be bonded to each other with the opposite side of the substrate facing each other.
Even in the case of a double-sided disk, by adopting a drive having a structure in which optical pickups are arranged on both sides of the disk, recording, erasure and reproduction can be performed simultaneously on both sides without replacing the disk surface.
This is an important feature not found in magneto-optical disks that require a magnet on the side opposite to the laser beam irradiation side.
[0085]
The L & G recording optical disc of the present invention is a rewritable optical information recording medium, and can also be used as a write-once type that can be recorded only once. For example, a signal for prohibiting writing of information may be recorded on the disk so that erasure or rewriting cannot be performed.
[0086]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.
The substrates used in the examples and comparative examples were all the same polycarbonate substrates obtained by injection molding, and the refractive index was 1.56 for laser light having a wavelength of 680 nm. Further, the noise level when recording on the land and the noise level when recording on the groove were almost the same under any of the recording conditions shown in the examples and comparative examples. Therefore, CN ratio comparison is synonymous with record carrier level comparison.
[0087]
Example 1
A substrate provided with a spiral groove was prepared. The groove width and land width were both 0.75 μm and the groove depth was about 70 nm. A lower dielectric protective layer, a recording layer, an upper dielectric protective layer, and a reflective layer were provided on the substrate by sputtering.
[0088]
The lower dielectric protective layer and the upper dielectric protective layer are (ZnS)80(SiO2)20The thickness of the lower dielectric protective layer was 100 nm, and the thickness of the upper dielectric protective layer was 20 nm. The recording layer uses a material mainly composed of Ge, Sb, and Te that causes a reversible phase change between an amorphous phase and a crystalline phase by laser irradiation, and has a composition ratio of Ge: Sb: Te = 2: 2: 5 (atom Ratio). The film thickness of the recording layer was 25 nm. Reflective layer is Al97.5Ta2.5Was 100 nm. An ultraviolet curable resin was further provided as a protective coating on the reflective layer.
Since the recording layer immediately after the film formation was in an amorphous state, the entire surface was annealed with a laser beam to change the phase to a crystalline state, which was set as an initial (unrecorded) state.
[0089]
Recording was performed by irradiating the track with a focused beam of a high-power laser to change the recording layer to an amorphous state, and the recording mark was detected by the change in the amount of reflected light from the amorphous recording mark.
Next, the disk is rotated at a linear velocity of 10 m / s, and a semiconductor laser beam of 680 nm is condensed on the recording layer by an objective lens having a numerical aperture of 0.60, and signal recording and reproduction is performed while tracking control is performed by a push-pull method. Went.
[0090]
First, an arbitrary groove was selected, and a signal having a frequency of 7.47 MHz was recorded. The recording power was changed in increments of 1 mW between 10 and 12 mW, and one beam overwrite was performed with the erasing power and base power set to 6 mW. After that, when it was reproduced and measured with a spectrum analyzer at a resolution bandwidth of 30 kHz, the CN ratio was a good value of 54 to 55 dB.
Next, an arbitrary land was selected, and the same recording was performed to measure the CN ratio. As a result, a CN ratio of 54 to 55 dB that was exactly the same as that in the groove was obtained.
[0091]
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was calculated by calculating that the reflected light in the amorphous state was advanced by 0.01π. Also, the absorption ratio A of the recording layerc/ AaWas 0.84 by calculation.
[0092]
Example 2
The same disk as in Example 1 was rotated at a linear velocity of 15 m / s, an arbitrary groove was selected, and a signal having a frequency of 11 MHz was recorded using the same signal recording apparatus as in Example 1. One-beam overwriting was performed with a recording power of 12 mW, an erasing power, and a base power of 7 mW. After that, reproduction and measurement at a resolution bandwidth of 30 kHz gave a CN ratio of 52 dB.
After recording, when the recording track was irradiated with a DC laser beam having a power of 7 mW, the carrier level was reduced by 25 dB, and an erasing ratio of 25 dB was shown. Next, when an arbitrary land was selected and the same recording was performed and the CN ratio was measured, a CN ratio of 52 dB exactly the same as that of the groove was obtained, and an erasure ratio of 24 dB equivalent to the groove was obtained.
[0093]
Example 3
The composition of the recording layer is Getwenty twoSbtwenty fiveTe53A disc was manufactured in exactly the same manner as in Example 1 except that.
The stoichiometric Ge: Sb: Te = 2: 2: 5 is suitable for recording / reproduction at a linear velocity of 10 m / s or higher, and a recording mark by recrystallization at a linear velocity of 10 m / s or lower. In order to prevent shape distortion, it is effective to slightly increase the amount of Sb.
[0094]
The disc was rotated at a linear velocity of 3 m / s, an arbitrary groove was selected, and a signal with a frequency of 2.24 MHz was recorded using the same signal recording apparatus as in Example 1. The recording power was changed in increments of 0.5 mW between 8.5 and 10.5 mW, and one beam overwrite was performed with the erasing power and base power set to 4.5 mW. After that, when it was reproduced and measured at a resolution bandwidth of 10 kHz, the CN ratio was a good value of 57 to 59 dB.
Next, an arbitrary land was selected and the same recording was performed to measure the CN ratio. As a result, a CN ratio of 57 to 59 dB, which was exactly the same as that of the groove, was obtained.
At this time, the jitter of the recording mark was 8 ns. Jitter was measured by detecting the zero-cross point of the second derivative of the signal waveform from the beginning to the rear end of the mark.
[0095]
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was calculated by calculating that the reflected light in the amorphous state was advanced by 0.01π. Also, the absorption ratio A of the recording layerc/ AaWas 0.84 by calculation.
FIG. 6 shows the relationship between the recording power and the CN ratio obtained in this example.
[0096]
Example 4
A disk was manufactured in exactly the same manner as in Example 3 except that the thickness of the lower dielectric protective layer was 150 nm.
The disc was rotated at a linear velocity of 3 m / s, an arbitrary groove was selected, and a signal with a frequency of 2.24 MHz was recorded using the same signal recording apparatus as in Example 1. The recording power was changed in increments of 0.5 mW between 10 and 12 mW, and one beam overwrite was performed with the erasing power and base power set to 4.5 mW. After that, when it was reproduced and measured at a resolution bandwidth of 10 kHz, the CN ratio was 54 to 55 dB and a good value.
[0097]
Next, an arbitrary land was selected, and the same recording was performed to measure the CN ratio. As a result, a CN ratio of 54 to 55 dB that was exactly the same as that in the groove was obtained.
Although the CN ratio between the land and the groove was equal and sufficient, the CN ratio was reduced by about 4 dB as compared with Example 3, and the optimum recording power was required by about 1.5 mW. Deterioration of recording sensitivity is directly linked to a decrease in the laser light life of the drive used.
[0098]
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was found that the reflected light in the amorphous state was delayed by 0.03π. Also, the absorption ratio A of the recording layerc/ AaWas calculated to be 0.75.
[0099]
Comparative Example 1
A disc was manufactured in exactly the same manner as in Example 3 except that the thickness of the recording layer was 20 nm.
The disc was rotated at a linear velocity of 3 m / s, an arbitrary groove was selected, and a signal with a frequency of 2.24 MHz was recorded using the same signal recording apparatus as in Example 1. The recording power was changed in increments of 1 mW between 5 and 10 mW, and one beam overwrite was performed with the erasing power and base power set to 4.5 mW. After that, when it was reproduced and measured at a resolution bandwidth of 10 kHz, the CN ratio was 56 dB, which was a good value.
[0100]
Next, when an arbitrary land was selected and the same recording was performed and the CN ratio was measured, it was 53 dB. As described above, the signal quality of the land and the groove is not equal, and a difference of 3 dB is generated in the CN ratio.
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was calculated by the calculation of the reflected light in the amorphous state by 0.20π. Also, the absorption ratio A of the recording layerc/ AaWas 0.85 by calculation.
[0101]
Comparative Example 2
A disc was manufactured in exactly the same manner as in Example 3, except that the thickness of the lower dielectric protective layer was 180 nm, the thickness of the recording layer was 20 nm, and the thickness of the upper dielectric protective layer was 80 nm.
The disc was rotated at a linear velocity of 3 m / s, an arbitrary land was selected, and a signal with a frequency of 2.24 MHz was recorded using the same signal recording apparatus as in Example 1. The recording power was changed in increments of 0.5 mW between 8 and 9 mW, and 1-beam overwrite was performed with the erasing power and base power set to 4.5 mW. After that, when it was reproduced and measured with a resolution bandwidth of 10 kHz, the CN ratio was 50 to 51 dB.
[0102]
Next, an arbitrary groove was selected, the same recording was performed, and the CN ratio was measured. As a result, only 39 to 40 dB was obtained. As described above, one of the signal quality of the land and the groove is remarkably deteriorated, and the difference of CN is as much as 11 dB.
[0103]
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was found to be delayed by 0.16π from the reflected light in the amorphous state.
Absorbance ratio A of recording layerc/ AaAlthough the calculated value was 1.19, the jitter of the recording mark measured at the land was 13 ns, which was inferior to that of Example 3.
FIG. 7 shows the relationship between the recording power and the CN ratio obtained by this comparative example.
[0104]
Comparative Example 3
A disk was fabricated in exactly the same manner as in Example 3, except that the thickness of the lower dielectric protective layer was 220 nm, the thickness of the recording layer was 20 nm, and the thickness of the upper dielectric protective layer was 80 nm.
The disc was rotated at a linear velocity of 3 m / s, an arbitrary land was selected, and a signal with a frequency of 2.24 MHz was recorded using the same signal recording apparatus as in Example 1. The recording power was changed in increments of 0.5 mW between 8 and 9 mW, and 1-beam overwrite was performed with the erasing power and base power set to 4.5 mW. After that, reproduction and measurement at a resolution bandwidth of 10 kHz showed a CN ratio of 51 to 52 dB.
Next, an arbitrary groove was selected, the same recording was performed, and the CN ratio was measured. As a result, only 44 to 45 dB was obtained. Thus, one of the signal quality of the land and the groove is remarkably deteriorated, and a difference of 7 dB is generated in the CN ratio.
[0105]
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was found to be delayed by 0.25π from the reflected light in the amorphous state.
Absorbance ratio A of recording layerc/ AaHowever, the jitter of the recording mark measured at the land was 10 ns, which was inferior to that of Example 3, although 1.21 was calculated.
[0106]
Example 5
A plurality of spiral grooves were prepared by changing the groove pitch from 1.1 to 1.6 μm in steps of 0.5 μm. In both cases, the groove width and land width were the same. The actual recording track pitch is 0.55 to 0.8 μm. The groove depth was about 70 nm.
A lower dielectric protective layer, a recording layer, an upper dielectric protective layer, and a reflective layer were provided on the substrate by sputtering. The composition of the recording layer is Getwenty twoSb23.5Te54.5Except for the above, the layer configuration was the same as in Example 1.
[0107]
This disk was repeatedly overwritten and evaluated for the degree of cross erase.
First, recording was performed on the groove or land, and then overwriting was repeatedly performed on both adjacent lands or grooves, and the decrease in the CN ratio of the signal first recorded on the groove or land was measured.
[0108]
The disc is rotated at a linear velocity of 10 m / s, and a 680 nm semiconductor laser beam is focused on the recording layer by an objective lens having a numerical aperture of 0.60, and signals are recorded and reproduced while tracking control is performed by a push-pull method. It was.
First, an arbitrary groove was selected, and a signal having a frequency of 2.24 MHz was recorded with a duty of 25%. One-beam overwriting was performed with a recording power of 8 to 9 mW, an erasing power and a base power of 4.5 mW.
[0109]
As a result, when the groove pitch is 1.45 μm (recording track pitch 0.725 μm) or more, the CN ratio between adjacent grooves or lands after 10,000 overwrites can be reduced to less than 3 dB, and there is no practical problem. there were.
The phase difference of the reflected light between the crystalline state and the amorphous state of the recording layer was calculated by calculating that the reflected light in the amorphous state was advanced by 0.01π. Also, the absorption ratio A of the recording layerc/ AaWas 0.85 by calculation.
[0110]
According to the analysis results obtained by solving the thermal diffusion equation of the present inventors by numerical calculation, the layer configuration used in this example is one of the most lateral thermal diffusion, and the most severe condition regarding cross erase. It will be examined in. Therefore, it can be considered that there is no problem with other layer configurations as long as the minimum track pitch is exceeded.
[0111]
Example 6
The same disk as in Example 5 was repeatedly overwritten on the land, and the mark length jitter of the signal on the land was measured. The recording / reproducing conditions were the same as in Example 5 except that the focusing lens with NA = 0.55 was used.
Only when the groove pitch is 1.55 μm and 1.6 μm (recording track pitch 0.775 μm and 0.8 μm), 10ThreeThe increase in jitter with respect to the overwriting times was suppressed to about 20%.
On the other hand, when the groove pitch is 1.4 μm (recording track pitch 0.7 μm), the jitter is remarkably increased.ThreeMore than twice the number of overwrites.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical recording medium and the recording / reproducing method of the present invention, it is possible to eliminate the undesirable difference between the carrier level of the land recording mark and the carrier level of the groove, and to both the land and the groove. Even when a signal is recorded, the influence of crosstalk from adjacent tracks can be reduced.
Therefore, a reproduction signal amplitude of the same level can be obtained regardless of whether recording is performed on the land or the groove, and a high quality and highly reliable land and groove recording disk can be provided.
[0113]
Furthermore, the ratio of the irradiation light absorbed in the recording layer between the case where the recording layer of the optical recording medium of the present invention is in the amorphous state and the case where the recording layer is in the crystalline state is specified, so that a high CN ratio and recording can be performed. An excellent disk with low mark jitter can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged perspective view for explaining the positional relationship between a groove shape of an optical disk and a convergent beam of irradiated laser light in the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view for explaining the positional relationship between the groove shape of an optical disk and the convergent beam of irradiated laser light in the present invention.
FIG. 3 is an enlarged perspective view for explaining the positional relationship between the groove shape of the optical disc and the convergent beam of the irradiation laser beam in the present invention.
FIG. 4 is an enlarged perspective view for explaining the positional relationship between the groove shape of the optical disc and the convergent beam of the irradiation laser beam in the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the shape of a convergent beam.
6 is a graph showing the relationship between recording power and CN ratio in Example 3. FIG.
7 is a graph showing the relationship between recording power and CN ratio in Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Recording layer
3 rand
4 Groove
5 Focused beam
Area of convergent beam irradiated to 6 lands
7 Focused beam area irradiated to groove
8 Record mark
9 Focused beam
10 Intensity distribution of convergent beam
11 Airy Disc
12 Focusing lens

Claims (5)

溝が形成された透明基板上に、下部誘電体保護層、相変化型記録層、上部誘電体保護層、金属反射層を順次積層した構成からなり、前記溝と溝間の両方を記録領域として用い、700nm以下の波長のレーザー光を照射することによって情報の記録、消去、再生を行なう光記録媒体であって、
(1)以下で定義される未記録領域からの反射光と記録領域からの反射光の位相差2πα
2πα=(未記録領域からの反射光の位相)−(記録領域からの反射光の位相)が次式を満たし、
【数1】
(m−0.1)π ≦ 2πα ≦ (m+0.1)π (mは整数)
(2)溝幅と溝間の幅とがほぼ等しく、溝幅GW、溝間の幅LW、溝深さdが以下の式を満たす
【数2】
0.3μm ≦ GW ≦ 0.8μm
【数3】
0.3μm ≦ LW ≦ 0.8μm
【数4】
0.63×(λ/NA) ≦ LW ≦ 0.8×(λ/NA)
【数5】
(GW+LW)/2 > 0.6×(λ/NA)
【数6】
λ/7n < d < λ/5n(ここで、λ:照射光の波長、n:基板の屈折率、NA:集束レンズの開口数)ことを特徴とする光記録媒体。
It consists of a lower dielectric protective layer, a phase change recording layer, an upper dielectric protective layer, and a metal reflective layer sequentially laminated on a transparent substrate on which grooves are formed, and both the grooves and the grooves are used as recording areas. An optical recording medium for recording, erasing and reproducing information by irradiating a laser beam having a wavelength of 700 nm or less,
(1) Phase difference 2πα between reflected light from an unrecorded area and reflected light from a recorded area defined below
2πα = (phase of reflected light from unrecorded area) − (phase of reflected light from recorded area) satisfies the following equation:
[Expression 1]
(M−0.1) π ≦ 2πα ≦ (m + 0.1) π (m is an integer)
(2) The groove width is substantially equal to the width between the grooves, and the groove width GW, the groove width LW, and the groove depth d satisfy the following formula:
0.3 μm ≦ GW ≦ 0.8 μm
[Equation 3]
0.3 μm ≦ LW ≦ 0.8 μm
[Expression 4]
0.63 × (λ / NA) ≦ LW ≦ 0.8 × (λ / NA)
[Equation 5]
(GW + LW) / 2> 0.6 × (λ / NA)
[Formula 6]
λ / 7n <d <λ / 5n (where λ: wavelength of irradiated light, n: refractive index of substrate, NA: numerical aperture of focusing lens).
照射レーザー光の記録層での吸収率を、記録層が結晶状態である場合をAc、記録層がアモルファス状態である場合をAaとしたとき、結晶状態とアモルファス状態の吸収率の比Ac/Aaが
【数7】
0.84 ≦ Ac/Aa < 1.01
であることを特徴とする請求項1記載の光記録媒体。
Assuming that the absorption rate of the irradiation laser beam in the recording layer is Ac when the recording layer is in the crystalline state and Aa when the recording layer is in the amorphous state, the ratio of the absorption rate between the crystalline state and the amorphous state Ac / Aa Is [Equation 7]
0.84 ≦ Ac / Aa <1.01
The optical recording medium according to claim 1, wherein:
反射層がAlとTiまたはTaの合金であり、TiまたはTaの含有
量が0.5〜3.5at%であることを特徴とする請求項1または2に記載の光記録媒体。
The optical recording medium according to claim 1, wherein the reflective layer is an alloy of Al and Ti or Ta, and the content of Ti or Ta is 0.5 to 3.5 at%.
下部誘電体保護層と上部誘電体保護層のうちの一方かまたは両方が、ZnSと、SiO2またはY23のうちのいずれか一方との混合膜であり、SiO2またはY23の含量が5〜40mol%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光記録媒体。One or both of the lower dielectric protective layer and the upper dielectric protective layer are a mixed film of ZnS and either SiO 2 or Y 2 O 3 , and SiO 2 or Y 2 O 3 The optical recording medium according to claim 1, wherein the content of the optical recording medium is 5 to 40 mol%. 請求項1〜4のいずれかに記載の光記録媒体を用い、溝と溝間の両方を記録領域として用い、いずれの領域にも700nm以下の波長のレーザーの1ビームオーバーライトによって記録、消去、再生せしめることを特徴とする記録再生方法。Using the optical recording medium according to any one of claims 1 to 4, recording and erasing by one-beam overwriting with a laser having a wavelength of 700 nm or less in both regions, using both the grooves and the grooves as recording regions. A recording / reproducing method characterized by causing reproduction.
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