JP4257211B2 - 再書込み可能な光記憶媒体及び該媒体の使用 - Google Patents

Description

本発明は、集光したレーザー光線の手段によって高データレート（data rate）記録で消去できる再書込み可能な光記憶媒体に関し、かかる媒体は、
基板と、基板上の層のスタックとを有し、かかるスタックは、第一の誘電層と、Ｇｅ，Ｓｂ及びＴｅを有する合金を有する位相変化物質の記録層と、第二の誘電層と、金属反射層とを有する。

本発明はまた、高データレートの適用において前述のような光記録媒体の使用に関する。

序章で言及したタイプの光データ記憶媒体の実施態様は周知である（例えば、特許文献１参照）。

読取り専用の光データ記憶システムとの容易な互換性とダイレクトオーバーライト（ＤＯＷ）及び高記憶密度の可能性とを組合せるために、位相変化の原理に基づく光データ記憶媒体は魅力的である。このコンテキストにおいて、データ記憶はデジタルビデオのデータ記憶、デジタルオーディオのデータ記憶、及びソフトウェアのデータ記憶を有する。位相変化の光記録は、集光した比較的高出力レーザー光線を使用して、結晶の記録する層にサブマイクロメートルサイズの非晶質の記録マークの形成物を含む。情報を記録する間、媒体は、記録される情報に対応して調整される、集光したレーザー光線に関して移動する。高出力レーザー光線が結晶の記録層を溶解する場合にマークが形成される。レーザー光線のスイッチが切られ、及び／又は、その結果として記録層に関して移動される場合、モルテンマークのクエンチングは、露光されないエリアにおいて結晶のままである、記録層の露光されたエリアで非晶質の情報マークを残して、記録層で発生する。記録された非晶質のマークの消去は、記録層を溶かさずに、より低出力レベルで同じレーザーで加熱による再結晶によって実現される。非結晶のマークは、例えば、基板を介して、比較的低出力の集光したレーザー光線によって読取り可能な、データビットを表わす。結晶の記録層に関する非晶質マークの反射差は、検出器によって、記録された情報に対応して、その結果として、調整された光電流に変換される、調整されたレーザー光線を引き起こす。

位相変化の光記録で必要な最も重要な一つは、高データレートであり、その手段は、データは少なくとも２５Ｍｂｉｔｓ／ｓのユーザのデータレートで媒体に書込み及び再書込みできる。そのような高データレートは、ＤＯＷ中に、つまり短い結晶時間である、高速結晶速度を有するように記録層を必要とする。ＤＯＷ中にすでに記録された非結晶のマークが再結晶できることを保証するために、記録層は、レーザー光線に関する媒体の速度と一致する適切な結晶速度を有するべきである。結晶速度が十分に高くない場合、古い記録を表わす、以前の記録からの非結晶マークは、ＤＯＷ中に再結晶化を意味し、完全に消去できない。これは、高ノイズレベルを引き起こす。高い結晶速度は、ディスク状の高速ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＲ−ｒｅｄ及びｂｌｕｅなどで、それらのそれぞれは周知のコンパクトディスク、新世代の高密度デジタルバーサタイル又はビデオディスク＋ＲＷ及び−ＲＡＭ（ここでＲＷ及びＲＡＭは前述のディスクの再書込み可能性を意味する）、デジタルビデオ記録の光記憶ディスク（ここでｒｅｄ及びｂｌｕｅは使用されるレーザー波長を意味する）の略語である、高密度記録且つ高データレートの光記録媒体で特に必要とされる。それらの新しいディスクにおいて、完全な消去時間（ＣＥＴ）は、４０ｎｓ未満でなければならない。ＣＥＴは、結晶環境での書き込まれた非結晶マークの完全な結晶化のための消去パルスの最小の持続時間として定義される。ＣＥＴは、静止のテスタで測定される。１２０ｍｍディスクにつき４．７ＧＢの記録密度を有するＤＶＤ＋ＲＷにおいて、２６Ｍｂｉｔｓ／ｓのユーザのデータビットレート（data-bit rate）が必要とされ、ＤＶＲ−ｂｌｕｅにおいて、かかるレートは３５Ｍｂｉｔｓ／ｓである。オーディオ／ビデオ（ＡＶ）の適用におけるデータレートは、ＡＶの情報の流れによって決定されるが、コンピュータのデータの適用において、データレートの適用の制限はなく、つまりレートが速ければさらに良好である。それらのデータビットレートの各々は、例えば、記録スタックのサーマルデザイン及び使用される記録層物質などの数多のパラメータによって影響される最大のＣＥＴにトランスレートできる。

位相変化型の周知の媒体は、第一の誘電層と、位相変化型Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の記録層と、第二の誘電層と、及び金属反射層とを連続して有する層のスタックを保持するディスク状の基板を有する。そのような層のスタックは、ＩＰＩＭ構造として呼ばれ、Ｍは反射金属層を表わし、Ｉは誘電層を表わし、Ｐは位相変化型記録層を表わす。前述の特許文献１は、式０．１６６＜ｘ＜０．４４４の化合物Ｇｅ_５０ｘＳｂ_{４０−４０ｘ}Ｔｅ_{６０−１０ｘ}を開示している。例えば、Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５の言及した範囲内の化学量的なＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ物質は、例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭディスクなどのための記録層として使用される。それら化学量的な化合物は、核形成に支配された結晶プロセスを有する。書き込まれた非結晶マークの消去はマークの核形成によって生じ、後の成長を意味する。前述の特許文献１によると、前述のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ層のＣＥＴは、その層の厚さが２５ｎｍまで厚くなることによって減少し、約５０−６０ｎｓの値で層の厚さのさらなる増大において一定となる傾向がある。２５乃至３５ｎｍまでの厚さ範囲は、高データレート記録で使用するために請求される。記録層の厚さが２５ｎｍより小さくなる場合、ＣＥＴは８０ｎｓより高い値まで上昇する。

周知の記録媒体は、約５０−６０ｎｓの記録層の最小ＣＥＴを示し、ＣＥＴは記録層の厚さが薄くなる程、大きくなる傾向にある。多層の記録層での適用において、記録／読取りレーザー光線に近接の記録層は、さらなる記録層に書込み且つ読取りを可能にするように、比較的高い光透過率を有することが望ましい。記録層の比較的速い光透過率は、その記録層の厚さが２５ｎｍ未満の場合にのみ達成できる。しかしながら、２５ｎｍ未満の厚さの記録層では、周知の媒体のＣＥＴは、高データレート記録にそれほど適切でない値に増加する。

本発明の目的は、高データレート記録を最適にする、２５ｎｍ未満の厚さで、４０ｎｓ未満のＣＥＴを備える記録層を有する、序章に記載した種類の再書込み可能な光記憶媒体を提供することである。

この目的は、合金が原子の百分率の式Ｇｅ_ｘＳｂ_ｙＴｅ_ｚ；式中、０＜ｘ＜１５、５０＜ｙ＜８０、１０＜ｚ＜３０、及びｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、によって定義される化合物を有し、記録層が７乃至１８ｎｍの範囲から選択される厚さを有する、序章に記載されるような光記憶媒体によって、本発明にしたがって達成される。それらの物質は、成長に支配された結晶プロセスを有する。書き込まれた非結晶マーク内の核形成は、この成長が終了する以前に生じない。驚くべきことに、それら物質のＣＥＴは、層の厚さが増大するにつれて最初は迅速に減少し、次いで、さらに層の厚さが増大するにつれて再度高まる。記録層が７乃至１８ｎｍの範囲から選択される厚さを有する場合、ＣＥＴは、４０ｎｓよりも短くなる。請求されたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ化合物のＣＥＴに依存する厚さは、下記のように理解される。位相変化型記録層の厚さの増大に伴うＣＥＴの強烈な初期の減少は、インターフェース物質とバルク物質の貢献間の競合の結果である。層が比較的薄い場合、インターフェースに位置する物質の容積分画は大きく、頻繁に、例えば、より多くの欠陥を有するバルク形態とは構造上において多大に異なる。層の厚さの増大に伴い、バルク形態にある物質の分画は高まり、ある厚さ以上で、物質の挙動はバルク形態によって支配されるであろう。明らかに、バルク物質は、インターフェース物質よりも、さらに好ましい成長速度を有する。

位相変化の層の厚さのさらなる増大において、ＣＥＴの増大は、物質の容量の増大によって引き起こされる。請求されたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ層の結晶プロセスは、成長支配される。結晶化される物質の容量は重要になる。クリスタライトの大きさは典型的には１０ｎｍである。層が薄い場合、短時間を必要とする二次元成長を必要とされる。層が厚い場合、三次元成長が要求され、一般的に長時間が必要とされる。

本発明による光記憶媒体の好ましい実施態様において、記録層は８．５乃至１３ｎｍの範囲から選択された厚さを有する。この範囲において、ＣＥＴは、均一な高データレートを可能にする、３５ｎｍ未満である。

本発明による光記憶媒体の別の好ましい実施態様において、第二の誘電層は２０乃至４０ｎｍの厚さを有する。第二の誘電層における最適な厚さの範囲、つまり記録層と金属反射層との間の層は、１５乃至５０ｎｍ間であり、好ましくは２０乃至４０ｎｍ間である。この層があまりにも薄い場合、記録層と金属反射層との間の断熱は悪影響を及ぼされる。結果として、記録層の冷却率は高まり、遅い結晶プロセスと不十分な循環能力を導く。冷却率は、第二の誘電層の厚さを増すことによって減少されるであろう。ＣＥＴは、金属反射層の厚さに対して敏感ではない。その厚さは、例えば、２０乃至２００ｎｍの範囲であってよい。しかし、冷却率があまりにも遅いために、金属反射層が６０ｎｍよりも薄い場合に循環能力は悪影響を受ける。金属反射層が１６０ｎｍ以上の厚さである場合、循環能力はさらに悪化し、記録及び消去の出力は、高まった熱の電導のために高いに違いない。好ましくは、
金属反射層の厚さは、８０乃至１２０ｎｍ間である。

本発明による光記憶媒体のさらに別の好ましい実施態様において、第一の誘電層は、７０乃至５００ｎｍの厚さを有する。第一の誘電層が７０ｎｍ未満の厚さを有する場合、媒体の循環能力は悪影響に及ぼされる。５００ｎｍより厚い層は、層でストレスを引き起こし、保存することはより高価である。

本発明による光記憶媒体の特別な実施態様において、さらなる記録層は、（第一の）記録層と同一の組成を有するスタックに存在する。さらなる記録は、（第一の）記録層の誘電層と同様の誘電層間に挟み込まれる。さらなる補助層が存在してよい。いわゆる多重に記録するスタック媒体において、２つ以上の記録層は、レーザー光線の焦点距離よりも長い距離で中間層によって互いから分離して存在する。多重スタックの設計が、ｎが０又は正の整数を示すＬ_ｎによって表わされる場合もある。レーザー光線が入射する第一のスタックはＬ_０と呼ばれ、一方で、それぞれのさらに深いスタックはＬ_１乃至Ｌ_ｎによって表わされる。さらなる深さは、入射するレーザー光線の方向では理解される。そのような媒体への書込み又はそのような媒体からの読取り中に、レーザー光線は、Ｌ_ｎスタックの一つの記録層上に集光される。例えば、Ｌ_０とＬ_ｎを備えるダブルスタック媒体の場合、十分な書込みエネルギーと読取り信号を有するために、Ｌ_０スタックは十分に透明であるべきである。これは、Ｌ_０スタックの記録層が２５ｎｍ以下の比較的薄い厚さを有する場合にだけ可能である。最も深いＬ_１スタックは、光に対する透明性を必要としないので、厚い記録層を有してよい。本発明にしたがって、低いＣＥＴは、多重記録のスタック媒体での使用に最適な本発明による記録層を成す、低い記録層の厚さと組み合わされる。

第一及び第二の誘電層は、例えば、（ＺｎＳ）_８０（ＳｉＯ_２）_２０などのＺｎＳとＳｉＯ２の混合物から成されてよい。代替としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＳ、ＡＩＮ、Ｔａ_２Ｏ_５である。好ましくは、誘電層は、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ又はＴｉＣなどの炭化物を有する。これらの物質は、より速い結晶速度を与え、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２の混合物よりも良好な循環能力を与える。

金属反射層において、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａなどの金属並びにそれら金属の合金が使用できる。

データ記憶媒体の基板は、レーザー波長のために少なくとも透明であり、例えば、ポリカーボネート、メタクリル酸ポリメチル（ＰＭＭＡ）、非晶質のポリオレフィン又はガラスから成る。基板の透明性は、レーザー光線が基板のエントランス面を介して記録スタックに入射する場合に必要とされるだけである。典型的な実施例では、基板はディスク状であり、１２０ｎｍの直径と、０．１、０．６又は１．２ｍｍの厚さを有する。基板は、レーザー光線が基板側面と反対の側面を介してスタックに入射する場合に不透明であってよい。後者の場合、スタックの金属反射層は基板に隣接する。これはまた、インバーススタック（an inversed stack）と呼ばれる。例えば、インバーススタックは、ＤＶＲディスクで使用される。

記録スタックの側面上のディスク状の基板表面は、好ましくは、光学式にスキャンできるサーボトラックを備えて提供される。このサーボトラックは、螺旋状の溝によって頻繁に構成され、射出成形又は押圧中に型の手段によって基板に形成される。それらの溝は、例えば、紫外線でキュア可能なアクリラートのスペーサー層の合成樹脂でのレプリケーションプロセスで代替として形成できる。

オプションとして、スタックの最も外側の層は、例えば、紫外線でキュアされるポリ（メタ（meth））アクリラートの保護層の手段によって環境から遮断される。保護層は光学的に良好な品質であるべきであり、つまり、レーザー光が保護層を介して記録スタックに入射する場合、実質的に光学異状がなく、実質的に均一な厚さである。この場合において、保護層はレーザー光に対して透明であり、カバー層とも呼ばれる。ＤＶＲディスクにとって、このカバー層は０．１ｍｍの厚さを有する。

記録スタックの記録層での記録及び消去データは、例えば、６６０ｎｍの波長又は短い波長（赤又は青）を備える短波長レーザーを使用することによって達成される。

金属反射層と誘電層の両層は、蒸発又はスパッタリングによって提供できる。

位相変化型記録層は、真空沈着によって基板に適用できる。既知の真空沈着プロセスは、蒸発（電子ビーム蒸発、クルーシブルからの抵抗性熱蒸発）、スパッタリング、低圧化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンプレーティング、イオンビーム支援型蒸発、プラズマ増幅式ＣＶＤである。通常の熱ＣＶＤプロセスは、あまりにも高い反応温度であるために、適用できない。このように、沈着された層は非晶質であり、低い反射を表わす。高い反射を有する適切な記録層を構成するために、この層は、初期化と一般的に呼ばれ、最初に完全に結晶化されるべきである。この目的において、記録層は、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の結晶温度より高い温度、例えば、１８０℃まで炉で加熱できる。代替として、ポリカーボネートなどの合成樹脂の基板は、十分な出力の特別なレーザー光線によって加熱できる。これは、例えば、特別なレーザー光線が移動する記録層をスキャンする場合の特別なレコーダで認識できる。次いで、非晶質の層は、基板に不利となる熱の負荷を受けずに、層を結晶化するために必要な温度まで局所的に加熱される。

高密度の記録及び消去は、例えば、６６０ｎｍの波長又はより短い波長（赤若しくは青）を備える短波長レーザーを使用することによって達成できる。

本発明は、添付図を参照して典型的な実施態様の手段によってより詳細に明確となるであろう。

図１は、本発明と一致する消去可能な高速記録のための再書込み可能な光記憶媒体１０の断面の一部を示す。記録と読み取りは、レーザー光線６の手段によって実行される。媒体１０は、１２０ｍｍの直径と０．６ｍｍの厚さを有するＰＣから成る基板１を有する。層のＩＰＩＭスタックは、厚さｄ_２が７０ｎｍの（ＺｎＳ）_８０（ＳｉＯ_２）_２０の第一の誘電層２と、厚さｄ_３のＧｅ_７Ｓｂ_７６．４Ｔｅ_１６．６組成を備える位相変化物質の記録層３と、厚さｄ_４が２０ｎｍの（ＺｎＳ）_８０（ＳｉＯ_２）_２０の第二の誘電層４と、厚さｄ_５が１００ｎｍのＡｌの金属反射層５とを有する基板上に存在する。厚さｄ_３を有する記録層６は、４乃至３０ｎｍ間で変わる。この変化の影響の結果が図２に示される。

位相変化型の記録層３は、適切なターゲットの蒸着又はスパッタリングによって基板に適用される。このように、沈着された層３は非晶質であり、初期化、つまり、前述したように特別なレコーダで結晶化される。さらに、層２、４及び５はスパッタリングによって提供される。

情報の記録、再生及び消去のためのレーザー光線６は、基板１を介して記録層３に入射する。非晶質のマークは、１．２５Ｐｍ（Ｐｍ＝溶解出力閾値）の出力Ｐｗである単一のレーザーパルスと１００ｎｓの持続で書き込まれる。消去出力はＰｗ／２である。基板１が金属反射層５に隣接して存在し、一方でレーザー光線６が層２により記録層３にさらに入射する代替となる実施態様が可能であることを注意する。この場合、例えば、０．１ｍｍのオプションの光に透明なカバー層は、誘電層２に隣接して存在してよい。

図２において、Ｇｅ_７Ｓｂ_７６．４Ｔｅ_１６．６物質における位相変化型記録層３のＣＥＴ（ｎｓ）と厚さｄ_３（ｎｍ）との関係が示される。図２の曲線１１から、ＣＥＴは、ｄ_３が約１０ｎｍまで増大することによって迅速に減少し、次いで、ゆっくりと上昇する傾向にあり、さらにｄ_３が上昇して約４７ｎｓの低い値で飽和することが分かる。

上述した実施態様は本発明を制限するのではなく本発明を例証し、当業者が請求項の範囲を逸脱せずに多数の代替となる実施態様を設計できることを注意するべきである。請求項において、括弧内の任意の参照番号は請求項を制限するように構成されない。“有する”は請求項に記載された以外の要素又は段階の存在を除外しない。単数で記載された要素は、そのような要素の複数の存在を除外しない。ある測定が相互に異なり依存する請求項で詳細に記載される単なる事実は、これら測定の組合せが有用に使用できないことを示さない。

本発明によると、少なくとも２５Ｍｂ／ｓのデータレートが可能な比較的薄い位相変化型記録層を有する、例えば、ＤＶＤ＋ＲＷ及び再書込み可能なＤＶＲなどのダイレクトオーバーライト及び高データレート記録にとって最適な消去可能な光記憶媒体が提供される。

本発明と一致する光記憶媒体を概略する断面図である。 Ｇｅ_７Ｓｂ_７６．４Ｔｅ_１６．６物質における記録層のＣＥＴ（ｎｓ）と厚さｄ_３（ｎｍ）との関係を示すグラフである。

Claims (6)

1. 集光されたレーザー光線による消去可能な高データレート記録のための再書込み可能な光記憶媒体であって、該媒体は、
   基板と、
   該基板上の層のスタックと、
   を有し、
   該スタックは、
   第一の誘電層と、
   Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを含む合金を有する位相変化物質の記録層と、
   第二の誘電層と、
   金属の反射層と、を含み、
   前記合金は、式Ｇｅ_ｘＳｂ_ｙＴｅ_ｚで定義される組成を有し、式中、原子％で、６＜ｘ＜８、７０＜ｙ＜８０、１５＜ｚ＜２０、及びｘ＋ｙ＋ｚ＝１００であり、
   前記記録層は、７乃至１３ｎｍの範囲から選択される厚さを有し、完全消去時間（ＣＥＴ）は、４０ｎｓ未満であることを特徴とする光記憶媒体。
2. 前記記録層は、８．５乃至１３ｎｍの範囲から選択される厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
3. 前記第二の誘電層は、２０乃至４０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
4. 前記第一の誘電層は、７０乃至５００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
5. さらなる記録層が、前記記録層と同一の組成を有する前記スタックに存在することを特徴とする請求項１に記載の光記憶媒体。
6. ２５Ｍｂ／ｓよりも速いデータレートでの、高データレート記録用の請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光記憶媒体の使用。

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