JP4744854B2

JP4744854B2 - 相変化記録媒体、記録装置、及び記録方法

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Publication number: JP4744854B2
Application number: JP2004337691A
Authority: JP
Inventors: 勝太郎市原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2005056575A

Description

本発明は、記録媒体、記録装置、及び記録方法に係り、特には、相変化記録媒体、相変化記録媒体を有する記録装置、及び相変化記録媒体に情報を記録する記録方法に関する。

記録層に光ビームを照射することにより情報の記録や再生を行う光記録媒体は、記録再生装置から取り外し可能である、大容量である、高速アクセスが可能である、及び超寿命であるなどの優れた特徴を有している。そのため、光記録媒体は、音声、画像、及び計算機データなどの様々なデータを保存するのに利用されており、今後、さらに普及することが予想される。

光記録媒体の中でも、相変化記録媒体は、オーバーライトが容易である、繰り返し記録に対する耐性が高い、記録再生装置の光学系を簡単な構成とすることができるため低価格の装置を製造する上で有利である、及び、再生専用型光ディスクとの間の互換性の実現が容易であるなどの特徴を有している。このような特徴により、相変化記録媒体は、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、及びＤＶＤ−ＲＷなどとして実用化されている。

相変化記録媒体への情報の記録は、記録層に高パワーの光を照射してその光照射部を非晶質とすることによって行われ、記録した情報の消去は、中パワーの光を照射して非晶質部を結晶化することによって行われる。また、記録した情報の再生は、非晶質部の結晶化が生じない程度の低パワーの光を照射することによって行われる。

ところで、これら記録及び消去には、以下に説明するように、非晶質部及び結晶質部の光吸収率のような光学的パラメータや、記録層の融点、結晶化温度、結晶核生成頻度、結晶成長頻度、及び光照射時における記録層の昇温／降温速度のような熱的パラメータが関係している。なお、核生成頻度及び結晶成長頻度は、記録層の結晶化温度以上であり且つ融点未満の温度範囲内で有意なパラメータである。すなわち、核生成頻度は、上記温度範囲内で非晶質中に微細結晶核が生成される確率分布に相当し、結晶化温度に近い温度で大きな値を示す。一方、結晶成長頻度は、上記温度範囲内で、記録マークとなる非晶質部を取り囲む結晶質部が結晶成長する速度、或いは、非晶質部内に生成した結晶核が成長する速度に相当し、融点付近の温度で高い値を示す。

情報の記録は、結晶質の記録層に記録レベルの高パワーの光を照射し、その光照射部の温度を融点以上として溶融させることにより行う。この溶融部が室温にまで冷却される過程で、溶融部の温度は、結晶成長が支配的な温度域及び核生成が支配的な温度域を順次経る。溶融状態からの降温速度は速いので、溶融部の温度は短時間で結晶成長が支配的な温度域及び核生成が支配的な温度域を通過して室温に至る。その結果、記録層の光照射部に対応して非晶質の記録マークが形成される。以上のようにして、記録層に情報が書き込まれる。

記録マークの形成についてより詳細に説明すると、光照射部の中心部と周縁部との間では、冷却速度、結晶成長時間、及び核生成時間などが一定である訳ではないため、記録層の光照射部が溶融状態から固化する過程で、溶融部の周縁から中央に向けて結晶成長が進行する。その結果、記録マークである非晶質部を取り囲むようにして溶融再結晶化リングが形成される。

適度な溶融再結晶化は、マークエッジの揺らぎ（ジッタ）を低減する効果を有しているため好ましい。しかしながら、過度な溶融再結晶化が生じた場合、適切なサイズの記録マークを形成するためには、形成すべき記録マークのサイズに比べて遥かに広い領域に光を照射しなければならない。そのため、トラックピッチを狭めた場合にクロスイレースが顕著となるという問題を生ずる。

このような問題に対し、従来技術では、記録層の組成を調節することや添加元素を使用することなどによって記録層の結晶成長速度を低下させるか、或いは、媒体の層構成を工夫して記録層の光吸収率を高めることや昇温／降温速度を速めることなどによる対処が試みられていた。

一方、情報の消去は、記録層に消去（或いは結晶化）レベルの中パワーの光を照射し、その光照射部を結晶化温度以上であり且つ融点未満の温度に昇温することにより行う。この昇温過程で、光照射部の温度は、核生成が支配的な結晶化温度付近の温度域を超えて上昇し、その後、結晶成長が支配的な融点付近の温度域に至る。前者の温度域では主として結晶核が生成され、後者の温度域ではそれら核が成長する。これら核の成長は降温過程でも継続し、その後、光照射部の温度は核生成が支配的な温度域にまで至る。さらに、光照射部の降温が進行することにより非晶質部の結晶化が完了する。すなわち、記録マークが消去される。記録層に記録された情報の消去は、以上のようにして行う。

記録した情報の消去率を高めるには、核生成頻度や結晶成長頻度を高めるか、或いは、記録層が核生成温度域や結晶成長温度域を通過するのに要する時間を長くすればよい。従来技術においては、消去率を高めるために、記録層の組成を調節することや添加元素を使用することなどによって記録層の核生成頻度や結晶成長頻度を高めること、或いは、媒体の層構成を工夫して記録層の光吸収率を低めることや昇温／降温速度を遅くすることなどが試みられていた。

しかしながら、上記の説明から明らかなように、溶融再結晶化を最適化するために講じる対策と、消去率を高めるために講じる対策とは全く逆の関係にある。すなわち、従来技術によると、適度な溶融再結晶化と高い消去率とはトレードオフの関係にあった。
特開平５−６２２４９号公報特開平２−４２６５４号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、適度な溶融再結晶化と高い消去率とを同時に実現することが可能な相変化型の光記録媒体、そのような光記録媒体を有する記録装置、及びそのような光記録媒体に情報を記録する記録方法を提供することを目的とする。

本発明の第１側面によると、波長がλの光ビームを開口数がＮＡの焦点レンズへと導いて集光照射することにより情報を記録する記録装置において使用する相変化記録媒体であって、基板と前記基板の一方の主面上に設けられ且つ光照射により非晶質と結晶質との間の相変化を生じる記録層とを具備し、前記記録層は、相変化記録材料と、前記相変化記録材料の全体に亘って分布した複数の粒子とからなり、前記相変化記録材料は、ＧｅＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、及びＧｅＳｎＳｂＴｅからなる群より選択される材料であり、前記複数の粒子は、ＳｉＯ ₂ 、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 及びＺｎＯからなる群より選択される材料からなり、前記複数の粒子の平均間隔はλ／（２ＮＡ）以下であり、前記複数の粒子のサイズは１ｎｍ以上であり、前記複数の粒子が前記記録層に占める割合は３０体積％以下であることを特徴とする相変化記録媒体が提供される。

本発明の第２側面によると、第１側面に係る相変化記録媒体と、開口数がＮＡの焦点レンズを含み、波長がλの光ビームを前記焦点レンズへと導いて前記相変化記録媒体上に集光照射することにより前記記録層に情報を記録する記録機構と、前記相変化記録媒体と前記光ビームの光軸とを相対移動させる駆動機構とを具備したことを特徴とする記録装置が提供される。

本発明の第３側面によると、波長がλの光ビームを開口数がＮＡの焦点レンズへと導いて請求項１に記載の相変化記録媒体上に集光照射することにより前記記録層の光照射部に記録マークを形成することを含んだことを特徴とする記録方法が提供される。

なお、「ピンニングサイト」は、磁気記録の分野で既に確立されている概念であって、「ピン止め中心」とも呼ばれている。用語「ピンニングサイト」には様々な定義が可能であり、記録層の結晶質領域の一部をその融点以上に加熱して溶融部を生じさせた場合にその冷却過程で観測される溶融部周囲の結晶質領域から溶融部中央に向けての結晶成長を不連続化するものと定義することができる。また、用語「ピンニングサイト」は、上記冷却過程で観測される非晶質領域と結晶質領域との境界の移動を不連続化するものと定義することもできる。さらに、用語「ピンニングサイト」は、その位置で結晶成長を停止する役割と、核生成サイトとしての役割との双方を担うものとして定義することもできる。さらにまた、用語「ピンニングサイト」は、結晶成長を阻害するエネルギー障壁としての機能及び核生成サイトとしての機能の双方を有するものとして定義することもできる。加えて、用語「ピンニングサイト」は、情報の消去過程における結晶核生成頻度を高め且つ情報の記録過程における結晶成長頻度を低くするものとして定義することも可能である。

本発明では、結晶成長を阻害するエネルギー障壁としての機能及び核生成サイトとしての機能の双方を有するピンニングサイトを記録層に設けている。そのため、情報の消去過程における結晶核生成頻度を高め且つ情報の記録過程における結晶成長頻度を低くすることができる。したがって、適度な溶融再結晶化と高い消去率とを同時に実現することができる。

すなわち、本発明によると、適度な溶融再結晶化と高い消去率とを同時に実現することが可能な相変化型の光記録媒体、そのような光記録媒体を有する記録装置、及びそのような光記録媒体に情報を記録する記録方法が提供される。

以下、本発明について、図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る相変化記録媒体を概略的に示す断面図である。図１に示す相変化記録媒体１は、基板２の一方の主面上に、干渉層３、記録層４、干渉層５、及び反射層６を順次積層した構造を有している。

基板２は、例えば、一方の主面にアドレスピットやトラッキンググルーブが設けられた透明基板である。この透明基板２としては、ポリカーボネート基板が代表的であるが、ポリメチルメタクリレート基板、ポリオレフィン基板、２Ｐグルーブ付きガラス基板、及びＲＩＥグルーブ付きガラス基板なども使用することができる。

干渉層３，５は、必須の構成要素ではないが、一般には、記録層４の保護や光学応答を最適化することなどを目的として設けられる。干渉層３，５の材料としては、ＺｎＳ・ＳｉＯ₂が代表的であるが、それ以外にもＳｉＯ、ＺｎＳ、ＴａＯ、ＡｌＮ、ＡｌＯ、及びＳｉＮなどのような透明金属化合物等を使用することが可能である。

記録層４は、光照射により非晶質と結晶質との間の相変化を生じる相変化記録材料を主成分としている。記録層４に使用可能な相変化記録材料としては、例えば、ＧｅＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、及びＧｅＳｎＳｂＴｅなどのカルコゲン系材料のように相変化光記録媒体で一般に使用されているのと同様の材料を挙げることができる。

反射層６は、必ずしも設ける必要はないが、一般には、記録層４の光入射面に対して裏面側に設けられる。反射層６の材料としては、例えば、Ａｌ合金、Ａｇ合金、Ａｕ、Ｃｕ、及びＴｉＮなどのように情報の記録、再生、及び消去に利用する光，特にはレーザ光，に対して高い反射率を有する材料が代表的である。

なお、図１に示す相変化記録媒体１は、基板２上に、干渉層３、記録層４、干渉層５、及び反射層６の積層構造を配置した構造を採用したが、それらの積層順は逆であってもよい。また、それら積層構造を、基板２と図示しない基板とで挟持してもよい。

また、一般に、相変化記録媒体１は記録再生装置に対して着脱可能であり、しかも、相変化記録媒体１には様々な規格が存在している。すなわち、記録再生装置には、様々な規格の光記録媒体が装填される可能性がある。そのため、通常、相変化記録媒体１にはそれがいずれの規格に対応するものかを特定するための識別情報が記録されており、記録再生装置は、この識別情報から装填された媒体１がいずれの規格に基づくものであるのかを識別している。なお、ここで言う「識別情報」は、反射層６に設けられたピットのような記録マークの形態で記録されたものに限られず、相変化記録媒体１の反射率、相変化記録媒体１のサイズ、及び相変化記録媒体１の形状的特徴なども包含する。また、相変化記録媒体１が、相変化記録媒体１を収容し且つ媒体１とともに記録再生装置に装填されるカセットをさらに有している場合は、このカセットに記録されていてもよい。

さて、本態様では、記録層４の内部に、複数のピンニングサイトが設けられる。これらピンニングサイトは、記録層４内に分布する複数の微粒子であり、以下に説明するように、その位置で結晶成長を停止する役割と、核生成サイトとしての役割を担っている。

ピンニングサイトを設けていない記録層に対して情報を記録するために光を照射した場合、その冷却過程では、溶融再結晶化リングの内周の位置がその中心に向けて連続的に移動するという現象が観察される。これは、ピンニングサイトを設けていない場合、記録層内には結晶成長を阻害するエネルギー障壁が殆ど存在していないためである。

それに対し、ピンニングサイトを設けた記録層４内には、ピンニングサイトを設けていない場合とは異なり、記録層内には結晶成長を阻害するエネルギー障壁が存在している。そのため、ピンニングサイトを設けた記録層４に対して情報を記録するために光を照射した場合、その冷却過程では、溶融再結晶化リングの内周の位置がその中心に向けて不連続的に移動するという現象が観察される。なお、このような現象は、記録層４にピンニングサイトが設けられていることを示す特徴の１つである。

上記のエネルギー障壁は、溶融再結晶化リングの内周の位置がその中心に向けて移動するのを妨げる。それゆえ、ピンニングサイトを設けた記録層４によると、過度な溶融再結晶化が防止される。すなわち、適切なサイズの記録マークを形成するのに、形成すべき記録マークのサイズに比べて遥かに広い領域を溶融する必要はなく、したがって、トラックピッチを狭めた場合においてもクロスイレースを十分に防止することが可能となる。

また、上述のようにピンニングサイトは核生成サイトとしての役割を担っているため、記録層４に記録された情報の消去に際しては核生成頻度を増加させる。したがって、例え結晶成長速度が遅い場合であっても、非晶質部の結晶化を十分に進行させることができる。すなわち、高い消去率を実現することができる。

このように、本態様では、結晶成長を抑制し且つ核生成頻度を高めるというピンニングサイトの機能を利用して、適度な溶融再結晶化と高い消去率とを同時に実現することを可能としている。このようなピンニングサイトの相変化記録における有用性は、本発明者らによって初めて見出されたものである。

以上の説明から明らかなように、適度な溶融再結晶化と高い消去率とを同時に実現するという効果を得るためには、記録層４にピンニングサイトが十分な密度で設けられている必要がある。例えば、サイズが記録マークの幅程度の領域内にピンニングサイトが１つも存在していない場合、結晶成長を抑制する効果を殆ど得ることができない。また、この場合、核生成頻度を十分に高めることができず、消去率を高める効果が殆ど得られない。

それゆえ、ピンニングサイトは、サイズが記録マークの幅程度である領域内に１つ以上存在していることが望ましい。なお、記録マークの幅は、使用する光の波長λ及び焦点レンズの開口数ＮＡとを用いると、概ねλ／（２ＮＡ）で与えられる。したがって、ピンニングサイトの平均間隔はλ／（２ＮＡ）以下であることが好ましい。

また、ピンニングサイトのサイズは１ｎｍ以上であることが好ましい。ピンニングサイトのサイズが過剰に小さい場合、その結晶成長を抑制する効果が不十分となることがある。

また、ピンニングサイトの平均サイズが過剰に大きい場合、ノイズレベルが上昇してＣＮＲを損ねることがある。ピンニングサイトの平均サイズはピンニングサイトの平均間隔以下であることが好ましく、通常、光学系の分解能，すなわちλ／（４ＮＡ），以下であれば、それらを十分に防止することができる。

ピンニングサイトの記録層４に占める割合は３０体積％以下とする。ピンニングサイトの記録層４に占める割合が３０体積％を超える場合、ノイズレベルが上昇してＣＮＲを損ねることがある。

上述したピンニングサイトについては、図２〜図４を参照しながら説明する。

図２は、図１に示す相変化光記録媒体１の記録層４の構造の一例を概略的に示す断面図である。図３は、一参考例に係る記録層の構造を概略的に示す断面図である。図４は、他の参考例に係る記録層の構造を概略的に示す断面図である。

図２に示す記録層４は、相変化記録材料４ａと、この相変化記録材料４ａ中に分布する微粒子４ｂとを有している。図２に示す記録層４では、これら微粒子４ｂがピンニングサイトを構成している。

図３に示す記録層４も、図２に示す記録層４と同様に、相変化記録材料４ａと微粒子４ｂとを有している。しかしながら、図３に示す記録層４では、図２に示す記録層４とは異なり、これら微粒子４ｂは相変化記録材料４ａの表面に分布しており、これら微粒子４ｂ或いはこれら微粒子４ｂによって記録層４の表面に形成される凹凸構造がピンニングサイトを構成している。

図４に示す記録層４は、図２及び図３に示す記録層４とは異なり、相変化記録材料４ａのみで構成されている。図４では、記録層４には、それと接する薄膜，例えば下地層である干渉層３，との界面に凹凸構造が設けられており、ピンニングサイトはこの凹凸構造によって構成されている。

図２及び図３に示す微粒子４ｂとしては、金属化合物、金属、有機物、及び空孔などを使用することができる。微粒子４ｂに用いられる金属化合物は、照射光を透過可能なものであってもよく或いは透過不可能なものであってもよい。微粒子４ｂに用いられる金属化合物としては、例えば、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＡｌＯ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＣａＦ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＺｎＮ、ＺｎＳ、ＺｒＯ、ＺｒＮ、ＭｏＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＴａＯ、ＴａＮ、及びＷＯなどを挙げることができる。また、微粒子４ｂに用いられる金属としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、及びＰｔなどを挙げることができる。また、微粒子４ｂの材料としては、これらの合金やＣ及びＳｉなどの半導体も使用することができる。微粒子４ｂに用いられる有機物としては、ＣＨ系やＣＦ系のプラズマ重合物質が代表的である。また、微粒子４ｂが空孔である場合、それら空孔は、Ａｒ、Ｎｅ、及びＨｅなどの希ガス、窒素、及び酸素などで満たされ得る。

図２に示す記録膜４は、例えば、相変化記録材料４ａの原料を含有するターゲットと微粒子４ｂの原料を含有するターゲットとを用いて同時にスパッタリングすることができる。また、相変化記録材料４ａの原料及び微粒子４ｂの原料の双方を含有するコンポジットターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成することもできる。さらに、相変化記録材料４ａの原料を含有するターゲットを用い且つプラズマ重合物質の原料ガスと希ガスとの混合ガス中でスパッタリングすることにより形成することもできる。加えて、希ガス、窒素、及び酸素などのいずれかをスパッタリングガスとして使用し且つスパッタリング条件を調整して空孔を形成することにより形成することもできる。

また、図３に示す記録膜４は、スパッタリングや蒸着を初期の段階で停止することにより島状の微粒子４ｂを形成し、その後、相変化記録材料４ａの薄膜を成膜することにより形成することができる。また、微粒子４ｂを構成する材料からなる薄膜を形成し、この薄膜をミリング処理した後、相変化記録材料４ａの薄膜を成膜することにより形成することもできる。さらに、下地層の上にマスクを形成し、その状態で微粒子４ｂを構成する材料からなる薄膜を成膜し、マスクを除去した後に、相変化記録材料４ａの薄膜を成膜することにより形成することもできる。

図４に示すように表面に凹凸構造を有する記録膜４は、例えば、透明基板２に凹凸表面処理を施した後に干渉層３及び記録層４を順次成膜することにより形成することができる。また、干渉層３のような下地層に凹凸表面処理を施した後に記録層４を成膜することにより形成することもできる。さらに、成膜後の記録層４に凹凸表面処理を施すことも可能である。

以下、本発明の実施例について説明する。
まず、各実施例で行う検討事項等について説明する。
実施例１ではピンニングサイトを有する記録層４の形成方法について検討し、実施例２ではピンニングサイトのサイズ及び間隔等とクロスイレース及び有効消去率との関係を調べる。また、実施例３では、記録層４にピンニングサイトを有する相変化記録媒体１を搭載した記録再生装置について説明する。

［実施例１］
本実施例では、以下に説明するように、内部にピンニングサイトが設けられた記録膜４を、二元同時スパッタリング法、軽希ガススパッタリング法、及びプラズマ重合スパッタリング法を用いて形成する。また、表面にピンニングサイトが設けられた記録膜４を、島状蒸着法、マスクデポジション法、ＦＩＢエッチング法、及び島状スパッタリング＋エッチング法を用いて形成する。

（１）二元同時スパッタリング法
二元同時スパッタリング法による記録層４の成膜は、相変化記録材料４ａの原料，すなわち相変化材料，を含有するターゲットと微粒子４ｂの原料，すなわち微粒子材料，を含有するターゲットとを用いて同時にスパッタリングすることによるものである。二元同時スパッタリング法による成膜過程では、相変化材料に対する微粒子材料の濡れ性が低い場合、微粒子材料と相変化材料とは均一に混合されず、微粒子材料は相変化材料中で略球状に凝集する。これは、微粒子材料が原子または分子として相変化材料中に分布するよりも、微粒子上に凝集して相変化材料から相分離した構造をとる方がエネルギー的に安定であるためであると考えられる。このように、１つには相変化材料及び微粒子材料を適宜選択することにより、相変化記録材料４ａ中に微粒子４ｂが分散してなる記録層４を得ることができる。

ここでは、以下に説明するように、相変化材料に対する濡れ性が低い微粒子材料を使用して様々な条件下で二元同時スパッタリング法により多数種の記録層４を成膜し、それぞれの記録層４について微粒子４ｂのサイズ及び間隔を調べた。

すなわち、記録層４中の微粒子材料濃度は、それぞれのターゲットにつき単体でのスパッタリングレートと放電入力との関係を予め調べ、二元同時スパッタリング時のそれぞれのターゲットへの放電入力比を調節することにより制御した。なお、ガス圧、成膜速度（放電入力）、及び基板バイアスなども適宜変更した。

微粒子４ｂのサイズは、記録層４中の微粒子材料濃度、成膜時のガス圧、成膜速度、及び、基板にバイアスを印加した場合はバイアス入力などにより制御可能であった。すなわち、微粒子材料濃度を高くすること、ガス圧を高めること、成膜速度を遅くすること、及び基板にバイアスを印加した場合にはバイアス入力を高めることのいずれかを実行することにより大きくなった。

これは、成膜中に微粒子材料が凝集する過程を考慮すれば理解することができる。すなわち、微粒子材料濃度が高い場合、微粒子材料の原子または分子間の距離が短くなるため凝集が容易に生じる。また、成膜時にガス圧を高めた場合、微粒子材料原子または分子が記録層４に衝突する際の運動エネルギーが低下して、微粒子材料原子または分子が膜の面内方向へ移動し易くなるため凝集が促進される。成膜速度が遅い場合は、微粒子材料原子または分子が移動可能な時間が長くなるため凝集が促進される。基板にバイアスを印加しつつスパッタリングする場合は、バイアス入力を高めることにより、微粒子材料原子または分子の表面マイグレーションが助長されるため凝集が促進される。微粒子４ｂの平均サイズは、このようなメカニズムを利用して制御可能である。

微粒子４ｂ間の平均間隔は、記録層４中の微粒子材料濃度、成膜時のガス圧、成膜速度、及び、基板にバイアスを印加した場合はバイアス入力などにより制御可能であった。すなわち、微粒子材料濃度を低くすること、ガス圧を低めること、成膜速度を速くすること、及び基板にバイアスを印加した場合にはバイアス入力を低めることのいずれかを実行することにより長くすることができた。なお、これらも、上記と同様に、成膜中に微粒子材料が凝集する過程を考慮すれば理解することができる。

微粒子４ｂの平均サイズと平均間隔とは、得られた記録層４のそれぞれを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより調べた。すなわち、微粒子４ｂの平均サイズと平均間隔は、ＴＥＭ像を画像処理して微粒子４ｂのサイズ分布と間隔分布とを導出し、これらの分布曲線から求めた。図５に、そのような方法により得られた分布曲線の一例を示す。

図５は、微粒子４ｂのサイズ分布と間隔分布を示すグラフである。図中、横軸は微粒子４ｂのサイズまたは間隔を示し、縦軸は頻度を示している。また、図中、曲線５１は微粒子４ｂのサイズ分布を示し、曲線５２は微粒子４ｂの間隔分布を示している。

なお、図５に示すデータは、相変化記録材料４ａとしてＧｅＳｂＴｅを選択し、微粒子４ｂとしてＳｉＯ₂を選択して、上述した条件を変化させてスパッタリング法により成膜した多数種の記録層４の１つに関するものである。より具体的には、図５に示すデータは、比較的大きな平均サイズを狙って、微粒子４ｂの含有率を１％（設定値）とし、ガス圧力を１０ｍＴｏｒｒ、成膜速度を０．５ｎｍ／秒、基板バイアス入力密度を０．２Ｗ／ｃｍ²としてＡｒバイアススパッタリングにより成膜した場合に得られた記録層４に関するものである。

図５に一例を示すように、微粒子４ｂのサイズは、スパッタリング条件などにも依存するが、概ね平均サイズに対して±５ｎｍの範囲内に微粒子４ｂの９０％以上が含まれるという比較的ばらつきの少ない分布を示した。一方、微粒子４ｂ間の間隔のばらつきは、概ね平均間隔に対して±１０ｎｍの範囲内であった。

次に、高分解能エネルギー分散性Ｘ線回折（高分解能ＥＤＸＤ）により、記録層４を線分析した。その結果、相変化材料中への微粒子材料の混入及び微粒子材料中への相変化材料の混入のいずれも生じておらず、相変化記録材料４ａと微粒子４ｂとに相分離していることが確認された。このように、相変化材料中への微粒子材料の混入が生じていないことは相変化記録材料４ａの相変化を生じる機能が微粒子４ｂの存在により全く影響を受けないことを意味し、微粒子材料中への相変化材料の混入が生じていないことは微粒子４ｂが十分なピン止め効果を有していることを示唆している。なお、この材料系に関しては、成膜条件を調節することにより、微粒子４ｂの平均サイズを１〜３０ｎｍの範囲内で制御し、平均間隔を３０〜６００ｎｍの範囲内で制御することができた。

微粒子４ｂを含有する記録層４は、相変化材料としてＩｎＳｂＴｅやＡｇＩｎＳｂＴｅを使用し、微粒子材料としてＳｉＮ、ＡｌＯ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＣａＦ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＺｎＮ、ＺｎＳ、ＺｒＯ、ＺｒＮ、ＭｏＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＴａＯ、ＴａＮ、及びＷＯなどの金属化合物；Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、及びＰｔなどの金属；並びにＣ及びＳｉなどの半導体を使用した場合においても形成することができた。それら材料の中でも、微粒子材料として相変化材料に対して濡れ性の低いものを使用した場合に、最も容易に微粒子４ｂを形成することができた。また、金属化合物の中でも酸化物系材料を使用した場合、微粒子４ｂのサイズ及び間隔の制御性がより良好であった。

（２）軽希ガススパッタリング法
スパッタリング法を用いて成膜すると、得られる薄膜中には不可避的にスパッタリングガスが混入することはよく知られている。特に、原子半径の小さな軽希ガスは薄膜中に取り込まれ易い。ここでは、以下に説明するように薄膜中に積極的にスパッタリングガスを混入させることにより、ピンニングサイトとしての機能を発揮し得る空孔を微粒子４ｂとして含む記録層４を得た。

すなわち、スパッタリングガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅのそれぞれを使用し、相変化材料をスパッタリングすることにより複数種の記録層４を成膜した。また、それら記録層４の成膜に際しては、ガス圧力、放電入力、及び基板バイアスなどの成膜条件を変化させた。このようにして得られた記録層４に対しては、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）による記録層４中のガス量測定、ＴＥＭ観察、及び高分解能ＥＤＸＤによる線分析を行った。

その結果、スパッタリングガスとしてＫｒやＸｅを用いた場合には、基板に高いバイアスを印加した場合を除いて、記録層４中のガス取り込み量はＲＢＳの検出限界（１原子％）未満であった。また、この場合、ＴＥＭ観察によっても、空孔（或いは微粒子４ｂ）の存在は認められなかった。

スパッタリングガスに使用する希ガスの原子半径が小さいほど膜中のガス量は増加した。Ｎｅ及びＡｒ，特にはＮｅ，を使用した場合、空孔の形成が容易であった。しかしながら、Ｈｅを使用した場合、拡散によりＨｅが膜中から抜け出してしまうため空孔の形成は困難であった。

膜中へのガス取り込み量は、ガス圧力に対してはピークを呈し、放電入力の増加や基板バイアスの増加に対しては漸増した。空孔として形成された微粒子４ｂのサイズは、ガス取り込み量を高めること、放電入力を低めること、及び基板バイアスを高めることのいずれかを実施することにより増加した。また、空孔として形成された微粒子４ｂ間の間隔は、ガス取り込み量を高めること、放電入力を高めること、及び基板バイアスを低めることのいずれかを実施することにより増加した。得られた微粒子４ｂのサイズは先に述べた二元同時スパッタリング法を使用した場合に比べると小さく、平均サイズの最大値は数ｎｍ程度であった。

なお、ここではスパッタリングガスとして単一元素からなるガスを使用したが、混合ガスを使用することも可能である。すなわち、ＮｅやＡｒを主成分としていれば、ＫｒやＸｅを混合して使用してもよく、或いは、窒素や酸素などの反応性ガスを混合して使用することもできる。

（３）プラズマ重合スパッタリング法
スパッタリングガス中にプラズマ重合を生じる原料ガスを混合してスパッタリングを行った場合、主としてプラズマ重合物質からなる微粒子を含有する薄膜が得られる。例えば、メタン、エタン、及びアルコール蒸気のようなＣＨ系のプラズマ重合原料ガスや、ＣＦ₄及びＣＨＦ₃のようなＣＦ系のプラズマ重合原料ガスを必要に応じて希ガスなどとともにスパッタリングガスに混合した場合、プラズマ中で原料ガスは分解・重合反応を起こすため、ポリエチレンやポリフルオロエチレンなどのような重合生成物からなる微粒子を取り込んだ薄膜が得られる。そのような微粒子はピンニングサイトとして機能し得る。なお、微粒子のサイズ及び間隔は、原料ガスの混合比やスパッタリング条件などにより制御可能である。

ここでは、上記の方法により記録層４を成膜し、その構造を調べた。その結果、得られた記録層４では、相変化記録材料４ａと重合生成物からなる微粒子４ｂとは相分離しており、微粒子４ｂの平均サイズは、（１）の場合と（２）の場合との中間の値を示した。

（４）島状蒸着法など
スパッタリング法や蒸着法により成膜材料に対して濡れ性の低い下地上に薄膜を成膜する場合、成膜の初期では成膜材料は下地上に島状に堆積され、その後、成長して隣り合う島同士が合体することにより連続膜が形成される。したがって、上述のように、スパッタリングや蒸着を初期の段階で停止して島状の微粒子４ｂを形成し、その後、相変化記録材料４ａの薄膜を成膜することにより記録層４を得ることができる。

なお、島状の微粒子４ｂを形成するには、蒸着法の場合は、真空蒸着よりもガス中蒸着によって成膜すること，すなわち、ガス中で微粒子を生成して下地上に島を形成すること，が好ましい。一方、スパッタリング法の場合には、ガス圧力を高めること、成膜速度を遅くすること、及び基板に適当なバイアスを印加することなどが好ましい。

また、金属系或いは半導体系の島状微粒子４ｂを形成する場合は、下地の材料としては、例えば、金属化合物系、好ましくは誘電体系、より好ましくは酸化物系材料が用いられる。一方、金属化合物系の島状微粒子４ｂを形成する場合は、下地の材料としては、例えば、金属、好ましくはＡｕ、Ａｇ、及びＣｕなどが用いられる。

さらに、島状微粒子４ｂのサイズ及び間隔は、島状微粒子４ｂの形成時間、島状微粒子４ｂに用いる材料と下地に用いる材料との組み合わせ、及び成膜条件などによって制御可能である。上記方法によると、通常、島状微粒子４ｂの平均サイズは１〜２０ｎｍ程度となり、間隔は２０〜５００ｎｍ程度となる。

ここでは、相変化記録媒体１の干渉層３として一般に使用されているＺｎＳ・ＳｉＯ₂膜上に、Ａｕ、Ａｇ、及びＣｕなどの金属を蒸着またはスパッタリングして島状の微粒子４ｂを形成し、その後、スパッタリング法により相変化記録材料４ａを堆積した。このような方法によると、干渉層３側の表面に直径１０ｎｍ程度の島状微粒子４ｂが設けられた記録層４を容易に得ることができた。また、（１）で使用した微粒子４ｂの材料からも、成膜条件を調節することや、下地層として濡れ性の低い薄膜を一層以上設けることなどにより、ピンニングサイトとして機能する直径数ｎｍ程度の島状微粒子４ｂが設けられた記録層４を形成することができた。

図３に示す記録層４の形成は、上記の島状蒸着法を利用するのが最も簡便であるが、上述のように、マスクデポジション法やＦＩＢエッチング法などによって形成することもできる。マスクデポジション法によると、薄膜などの上にレジスト膜を形成した後、このレジスト膜をＦＩＢでメッシュ加工してレジストパターンを形成し、上記薄膜の露出部をイオンミリングなどで除去することにより、島状の微粒子４ｂを形成することができる。また、ＦＩＢエッチング法によると、薄膜をＦＩＢにより直接的にメッシュ加工することにより、島状の微粒子４ｂを形成することができる。なお、上記薄膜のイオンミリングやＦＩＢエッチングを島状の微粒子４ｂが形成される直前で停止すれば、図４に示す構造を得ることができる。これら方法を用いた場合でも、図３及び図４に示す構造を得ることができた。

さらに、図３及び図４に示す記録層４は、島状蒸着（またはスパッタリング）法とエッチング法とを組み合わせて形成することもできる。例えば、島状蒸着法により下地上に島状微粒子４ｂを形成し、その後、エッチングを行う。下地に比べて微粒子４ｂのエッチングレートが速ければ、島状微粒子４ｂの高さや径を制御することができる。この方法を用いた場合でも、図３及び図４に示す構造を得ることができた。

［実施例２］
本実施例では、図１に示す相変化記録媒体１を作製し、それら媒体１に対して記録／再生試験を行い、クロスイレース及び有効消去率について調べた。また、それぞれの媒体１について、記録層４に記録レベルのレーザビームを照射し、その冷却過程で観測される溶融再結晶化リングの成長を観察した。なお、本実施例では、記録層４は、実施例１で説明したのと同様の方法により形成した。

本実施例では、基板２として一方の主面にトラッキンググルーブが設けられたポリカーボネート基板を使用した。そのトラックピッチは、厳密なクロスイレース評価を行う目的で０．３４μｍとした。干渉層３，５としてはＺｎＳ・ＳｉＯ₂膜を使用した。記録層４を図３に示す構造とする場合には、ＺｎＳ・ＳｉＯ2膜と記録層４との間に必要に応じて島状微粒子４ｂに対する濡れ性の低い薄膜を設けた。記録層４の材料は、擬似二元合金組成系のＧｅＳｂＴｅ、共晶組成（Ｓｂ₇₀Ｔｅ₃₀）系のＧｅＳｂＴｅ、及びＡｇＩｎＳｂＴｅの中から選択した。また、反射層６には、Ａｌ合金系材料を使用した。

なお、記録層４の形成は実施例１で説明したのと同様の方法により行い、それ以外の層はスパッタリング法により形成した。また、それらの成膜後、反射層６上には図示しない透明基板を貼り合わせ、その後、記録層４の初期結晶化を行った。

記録層４を構成する相変化記録材料４ａの組成は、具体的には、擬似二元合金組成系のＧｅＳｂＴｅについてはＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅及びＧｅ₄₀Ｓｂ₈Ｔｅ₅₂とし、共晶組成系のＧｅＳｂＴｅについてはＧｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉とし、ＡｇＩｎＳｂＴｅについてはＡｇ₁₀Ｉｎ₁₈Ｓｂ₅₂Ｔｅ₂₀とした。また、擬似二元合金組成系のＧｅＳｂＴｅについては、状態図中で、Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅の座標から擬似二元合金合金線に垂直な方向であり且つＴｅプア側に４原子％シフトさせた座標に相当する組成（以下、シフトＧＳＴ２２５という）も検討した。

各層の膜厚は、記録層４が非晶質状態にある場合と結晶質状態にある場合との間の光学コントラスト比や結晶質状態にある場合の反射率などの光学応答が適正になるように設計した。典型的には、干渉層３の膜厚は４０〜７０ｎｍであり、記録層４の膜厚は１０〜２５ｎｍであり、干渉層５の膜厚は５〜１５ｎｍであり、反射層６の膜厚は１００〜２００ｎｍである。

以上のようにして作製したそれぞれの相変化記録媒体１に対して記録／再生試験を行い、クロスイレース及び有効消去率について調べた。まず、試験条件及び試験結果を記載する前に、クロスイレース及び有効消去率について説明する。

クロスイレースは、トラックピッチをλ／（２ＮＡ）程度にまで狭くした場合に、あるトラックに記録することにより、それに隣接するトラックの記録マークの一部が消去される現象である。クロスイレースの原因は、あるトラックに記録する際にビームスポットの端部が隣接するトラックにも及んで直接的に加熱されるため、あるトラックにレーザビームを照射した場合に面内方向の熱拡散によってそれに隣接するトラックが加熱されるため、及び、過度な溶融再結晶化のためである。ここでは、それらの中でも、過度な溶融再結晶化に基づくクロスイレースに着目する。

図６は、記録層４に形成される記録マークの一例を概略的に示す平面図である。図６においては、径ｗmの記録マーク１１の周囲に外径ｗcの溶融部或いは溶融再結晶化リング１２が描かれている。

また、図７は、溶融再結晶化のメカニズムを説明するためのグラフである。図７において、横軸は記録層４の温度を示し、縦軸は頻度を示している。また、図７において、Ｔ_xは結晶化温度を示し、Ｔ_mは融点を示し、曲線５３は結晶核生成頻度を示し、曲線５４は結晶成長頻度を示している。

相変化記録によると、記録層４への情報の記録は、結晶質状態にある記録層４の一部を融点Ｔ_m以上に加熱して溶融し、その後、室温にまで急冷して非晶質状態とすること，すなわち非晶質の記録マーク１１を形成すること，により行われる。一方、記録した情報の消去は、記録マーク１１を融点Ｔ_m未満であり且つ結晶化温度Ｔ_x以上の温度に昇温すること，すなわち、徐熱徐冷すること，によって結晶質状態とすることにより行われる。溶融再結晶化は、記録過程においても、その冷却の際に結晶化可能な温度域を通過するが故に起こる現象である。

溶融再結晶化には、特に図７に曲線５４で示す結晶成長頻度が関与しており、結晶成長頻度は融点Ｔ_m付近で最大となっている。そのため、記録過程で融点Ｔ_mよりも僅かに低い温度域を通過する際に、溶融部１２を取り囲む結晶質部からマーク１１の中心に向けて結晶成長が生ずる。

ところで、良好なＣＮＲ値を得るためには、記録マーク１１はある程度の大きさが必要であり、通常、これはレーザスポットのＦＷＨＭ程度である。上記から明らかなように、融点Ｔmよりも僅かに低い温度域を通過する際の結晶成長が著しい場合、適切な大きさの記録マーク１１を形成するためには、マーク幅ｗ_mよりも遥かに大きな径ｗ_cの領域を溶融しなければならない。その結果、トラックピッチを狭めた場合には、クロスイレースが顕著となる。したがって、従来技術では、クロスイレースを抑制するために、記録層４に結晶成長頻度の低い材料を使用するか、或いは、記録過程での冷却の際に結晶成長頻度の高い温度域を短時間で通過可能な急冷構造を採用していた。

また、記録した情報を消去する過程では、記録マーク１１を融点Ｔ_m未満であり且つ結晶化温度Ｔ_x以上の温度域に比較的長い時間保持して非晶質を結晶化させる。より詳細には、消去過程では、記録マーク１１を、まず、曲線５３で示す結晶核生成頻度の高い温度域に昇温して微細結晶核を生成させ、さらに曲線５４で示す結晶成長頻度の高い温度域に昇温することにより結晶成長を生じさせ、その後、冷却の際に再び結晶核生成頻度の高い温度域に通過させることにより結晶化を進行させる。この消去過程では、曲線５３で示す結晶核生成頻度の高い温度域に滞在する時間が長いため、良好な有効消去率を得るためには結晶核生成頻度が十分に高いことが重要である。従来技術では、良好な有効消去率を実現するために、記録層４に結晶核生成頻度の高い材料を使用するか、或いは、消去過程で上記温度域に保持される時間を長くする構造を採用していた。

しかしながら、記録層４の材料を選定することで高い結晶成長頻度及び結晶核成長頻度の双方を実現することは困難である。また、同様に、構造を工夫することで、記録過程での冷却の際に結晶成長頻度の高い温度域を短時間で通過させること、及び、消去過程で上記温度域に保持される時間を長くすることの双方を実現することは困難である。すなわち、従来技術では、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することは困難であった。したがって、本実施例に係る相変化記録媒体１についてそれらを評価することにより、本発明の効果を確認することができる。

次に、本実施例で行った記録／再生試験の各種条件等について説明する。この試験は、波長λが４０５ｎｍの半導体レーザ光源及び開口数ＮＡが０．６５の焦点レンズを有する評価システムを用い、記録時及び再生時の線速度を８ｍ／ｓとして行った。すなわち、本実施例において、λ／（２ＮＡ）は３１２ｎｍであり、λ／（４ＮＡ）は１５６ｎｍである。

試験に際しては、まず、再生ＣＮＲが４５ｄＢ以上となる条件でそれぞれのマーク長が０．２５μｍの単一周波数のマーク列を形成した。次に、そのマーク列を形成したトラックへの、オーバーライト記録によるマーク長０．９２μｍのマーク列の形成と、オーバーライト記録によるマーク長０．２５μｍのマーク列の形成とを交互に計１０回行った。さらに、オーバーライト記録によりマーク長０．２５μｍのマーク列を形成し、記録されたマーク列（マーク長０．２５μｍ）に対応するキャリアレベルと、消去したマーク列（マーク長０．９２μｍ）に対応するキャリアの消え残りレベルとの差である有効消去率を調べた。

次いで、上記マーク列（マーク長０．２５μｍ）を形成したトラックに隣接するトラックのそれぞれに対し、マーク長が０．９２μｍのマーク列を形成するオーバーライト記録を１０回繰り返した。その後、それらの間に介在するトラックの上記オーバーライト記録前のキャリアレベルと上記オーバーライト記録後のキャリアレベルとの差をクロスイレースとして調べた。

また、それぞれの媒体１について、記録層４に記録レベルのレーザビームを照射し、その冷却過程で観測される溶融再結晶化リングの成長を観察した。
それら結果を、記録層４の種類別に示す。

（１）擬似二元合金組成系ＧｅＳｂＴｅ
図８は、相変化記録材料４ａの組成をＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅とした相変化記録媒体１についての有効消去率及びクロスイレースを示すグラフである。図中、横軸は微粒子４ｂ間の平均間隔を示し、縦軸は有効消去率及びクロスイレースを示している。また、曲線５５は有効消去率に関するデータを示し、曲線５６はクロスイレースに関するデータを示している。なお、有効消去率が高いほど媒体１は高性能であると判断され、また、クロスイレースが低いほど媒体１は高性能であると判断される。

図８に示すデータは、記録層４を、Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅ターゲットとＳｉＯ₂ターゲットとを用いた二元同時スパッタリング法により形成して図２に示す構造とした場合に得られたものである。なお、微粒子４ｂ間の平均間隔は、ターゲット中のＳｉＯ₂含有量やスパッタリング条件を調節することにより制御した。また、微粒子４ｂ間の平均間隔は、相変化記録媒体１を構成する記録層４と同条件で別途薄膜を形成し、この薄膜をＴＥＭ観察することにより求めた。このようにして得られた媒体１のいずれにおいても、微粒子４ｂの平均サイズは概ね８〜１２ｎｍの範囲内にあった。

図８に示すように、有効消去率は、微粒子４ｂ間の平均間隔が３００ｎｍ以下では平均間隔の増加に伴って若干の低下傾向を示すものの３２．５ｄＢ以上の高い値を示し、平均間隔がλ／（２ＮＡ）に相当する３００ｎｍを超えると比較的急激に低下し、その後は、微粒子４ｂ間の平均間隔に応じて緩やかに低下した。これに対し、微粒子４ｂからなるピンニングサイトを設けなかったこと以外は同様の方法により形成した比較例に係る媒体では、有効消去率は２７ｄＢであった。なお、ピンニングサイトが設けられていない場合は、微粒子４ｂ間の間隔が無限遠である場合に相当する。図８から明らかなように、比較例に係る媒体について得られた有効消去率は、図８に示す結果から外挿される値と高い精度で一致した。

また、クロスイレースは、微粒子４ｂ間の平均間隔が３００ｎｍ以下では平均間隔の増加に伴って微増するものの１ｄＢ以下の実用的な範囲内にあり、平均間隔がλ／（２ＮＡ）に相当する３００ｎｍを超えると比較的急激に増加して、４００ｎｍ程度でほぼ飽和した。それに対し、上記比較例に係る媒体では、クロスイレースは４．５ｄＢであった。

このように、記録層４にピンニングサイトを設けた場合、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することができた。なお、微粒子４ｂにＳｉＯ₂を用いる代わりにＡｌ₂Ｏ₃を用いた場合でも図８に示したのと同様の結果が得られた。

次に、これら媒体１に係る媒体について、記録層４に記録レベルのレーザビームを照射し、その冷却過程で観測される溶融再結晶化リング１２の成長を観察したところ、記録マーク１１と溶融再結晶化リング１２との境界はその中心に向けて不連続的に移動する現象が確認された。また、比較例に係る媒体について同様の観察を行ったところ、記録マーク１１と溶融再結晶化リング１２との境界はその中心に向けて連続的に移動する現象が確認された。

（２）シフトＧＳＴ２２５
図９は、シフトＧＳＴ２２５ターゲット及びＣターゲットを用いた二元同時スパッタリング法により記録層４を形成した相変化記録媒体１についての有効消去率及びクロスイレースを示すグラフである。図中、横軸は微粒子４ｂ間の平均間隔を示し、縦軸は有効消去率及びクロスイレースを示している。また、曲線５７は有効消去率に関するデータを示し、曲線５８はクロスイレースに関するデータを示している。なお、それら媒体１のいずれにおいても、Ｃからなる微粒子４ｂの平均サイズは概ね３〜７ｎｍの範囲内にあった。

図９に示すように、微粒子４ｂ間の間隔が３００ｎｍ以下である場合、高い有効消去率及び低いクロスイレースの双方が実現されている。これに対し、微粒子４ｂからなるピンニングサイトを設けなかったこと以外は同様の方法により形成した比較例に係る媒体では、有効消去率は５ｄＢであり、クロスイレースは２ｄＢであった。

また、シフトＧＳＴ２２５ターゲットを使用した比較例では、Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅ターゲットを使用した比較例に比べて有効消去率が著しく低下した。これは、シフトＧＳＴ２２５ターゲットを使用した場合、核生成頻度が低下するためである。また、シフトＧＳＴ２２５ターゲットを使用した比較例では、Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅ターゲットを使用した比較例に比べてクロスイレースが低下した。これは、シフトＧＳＴ２２５ターゲットを使用した場合、結晶成長頻度が低下したためである。

このように、シフトＧＳＴ２２５ターゲットを使用した場合、Ｇｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅ターゲットを使用した場合に比べて有効消去率が著しく低下するにも関わらず、記録層４にピンニングサイトを設けることにより、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することができた。なお、シフトＧＳＴ２２５ターゲットを用いてＡｒ−ＣＨ4−Ｈ2混合ガス中でプラズマ重合スパッタリングを行うことにより記録層４を形成した場合においても、図９に示したのと同様の結果を得ることができた。

（３）Ｇｅ₄₀Ｓｂ₈Ｔｅ₅₂
図３に示す構造の記録層４を有する相変化記録媒体１を作製した。なお、記録層４は、ＺｎＳ・ＳｉＯ₂膜３上にＡｕを島状にスパッタリングすることにより島状微粒子４ｂを形成し、その後、Ｇｅ₄₀Ｓｂ₈Ｔｅ₅₂ターゲットを用いてＡｒ雰囲気中でスパッタリングすることにより得た。また、島状微粒子４ｂ間の間隔は、Ａｕのスパッタリング量やスパッタリング条件などを適宜変更することにより調節した。

図１０は、Ａｕからなる島状微粒子４ｂを形成した後にＧｅ₄₀Ｓｂ₈Ｔｅ₅₂ターゲットを用いてＡｒ雰囲気中でスパッタリングすることにより得られた記録層４を形成した相変化記録媒体１についての有効消去率及びクロスイレースを示すグラフである。図中、横軸は島状微粒子４ｂ間の平均間隔を示し、縦軸は有効消去率及びクロスイレースを示している。また、曲線５９は有効消去率に関するデータを示し、曲線６０はクロスイレースに関するデータを示している。なお、それら媒体１のいずれにおいても、Ａｕからなる島状微粒子４ｂの平均サイズは概ね６〜１０ｎｍの範囲内にあった。

図１０に示すように、相変化記録材料４ａの組成をＧｅ₄₀Ｓｂ₈Ｔｅ₅₂とした場合、図８に示すように相変化記録材料４ａの組成をＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅とした場合に比べて核生成頻度及び結晶成長頻度がやや低い。しかしながら、図１０でも図８と同様に、微粒子４ｂ間の間隔が３００ｎｍ以下である場合、高い有効消去率及び低いクロスイレースの双方が実現されている。これに対し、島状微粒子４ｂからなるピンニングサイトを設けなかったこと以外は同様の方法により形成した比較例に係る媒体では、有効消去率は２５ｄＢであり、クロスイレースは３ｄＢであった。

このように、記録層４を図３に示す構造とした場合においても、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することができた。なお、Ａｕからなる島状微粒子４ｂを記録層４の干渉層３側の面に形成する代わりに、記録層４の干渉層５側の面に形成し、これら島状微粒子４ｂをマスクとして用いて記録層４の上面をイオンエッチングすることにより記録層４の上面にネットワーク上の凹凸構造を形成した場合においても、図１０に示したのと同様の結果を得ることができた。すなわち、図４に示すように記録層４の表面に凹凸構造を形成した場合においても、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することが可能となることが確認された。これは、記録層４の上面のうち、島状微粒子４ｂの直下に位置する非エッチング部及び／または島状微粒子４ｂがピンニングサイトを構成していることを示している。

（４）共晶系Ｇｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉
図２に示す構造の記録層４を有する相変化記録媒体１を作製した。なお、記録層４は、Ｇｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉ターゲットを用い、Ｎｅ−Ｋｒ混合ガス中でスパッタリングすることにより、Ｇｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉からなる相変化記録材料４ａ中にＮｅガスで満たされた空孔からなる微粒子４ｂが分散された構造とした。また、微粒子４ｂ間の間隔は、ガス混合比を含むスパッタリング条件を調節することにより制御した。

図１１は、Ｇｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉からなる相変化記録材料４ａ中に空孔からなる微粒子４ｂが分散された構造の記録層４を形成した相変化記録媒体１についての有効消去率及びクロスイレースを示すグラフである。図中、横軸は微粒子４ｂ間の平均間隔を示し、縦軸は有効消去率及びクロスイレースを示している。また、曲線６１は有効消去率に関するデータを示し、曲線６２はクロスイレースに関するデータを示している。なお、それら媒体１のいずれにおいても、Ｎｅガスで満たされた空孔からなる微粒子４ｂの平均サイズは概ね３〜５ｎｍの範囲内にあった。

図１１に示すように、微粒子４ｂ間の間隔が３００ｎｍ以下である場合、高い有効消去率及び低いクロスイレースの双方が実現されている。これに対し、微粒子４ｂからなるピンニングサイトを設けなかったこと以外は同様の方法により形成した比較例に係る媒体では、有効消去率は３０ｄＢであり、クロスイレースは７ｄＢであった。

なお、（４）の比較例と上記（１）の比較例とから明らかなように、記録層４にピンニングサイトを設けず共晶組成とした場合では、記録層４にピンニングサイトを設けず擬似二元合金組成とした場合に比べて有効消去率は高いが、クロスイレースが顕著である。これは、記録層４が共晶組成である場合、上記の擬似二元合金組成に比べて結晶成長頻度が高く、結晶化速度が遅いためである。

以上説明したように、記録層４に空孔からなるピンニングサイトを設けた場合においても、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することができた。なお、空孔からなる微粒子４ｂを有する記録層４を形成する代わりに、Ｇｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉ターゲット及びＳｉＯ₂ターゲットを用いて二元同時スパッタリング法により記録層４を形成した場合においても、図１１に示したのと同様の結果を得ることができた。

（５）Ａｇ₁₀Ｉｎ₁₈Ｓｂ₅₂Ｔｅ₂₀
図２に示す構造の記録層４を有する相変化記録媒体１を作製した。なお、記録層４は、Ａｇ₁₀Ｉｎ₁₈Ｓｂ₅₂Ｔｅ₂₀ターゲット及びＺｎＯターゲットを用いて二元同時スパッタリング法により形成した。また、微粒子４ｂ間の間隔は、スパッタリング条件を調節することにより制御した。

図１２は、Ａｇ₁₀Ｉｎ₁₈Ｓｂ₅₂Ｔｅ₂₀ターゲット及びＺｎＯターゲットを用いて二元同時スパッタリング法により記録層４を形成した相変化記録媒体１についての有効消去率及びクロスイレースを示すグラフである。図中、横軸は微粒子４ｂ間の平均間隔を示し、縦軸は有効消去率及びクロスイレースを示している。また、曲線６３は有効消去率に関するデータを示し、曲線６４はクロスイレースに関するデータを示している。なお、それら媒体１のいずれにおいても、ＺｎＯからなる微粒子４ｂの平均サイズは概ね８〜１２ｎｍの範囲内にあった。

図１２に示すように、微粒子４ｂ間の間隔が３００ｎｍ以下である場合、高い有効消去率及び低いクロスイレースの双方が実現されている。これに対し、微粒子４ｂからなるピンニングサイトを設けなかったこと以外は同様の方法により形成した比較例に係る媒体では、有効消去率は３５ｄＢであり、クロスイレースは９ｄＢであった。

以上説明したように、本発明に係る相変化記録媒体１では、記録層４にピンニングサイトが設けられているため、記録層４に様々な組成の材料を用いた場合においても、高い有効消去率及び低いクロスイレースの双方を同時に実現することができる。

なお、本実施例で示した範囲内では、ピンニングサイト間の間隔を狭めても（或いは、ピンニングサイトの密度を高めても）特性の劣化は生じていないが、密度が過剰に高い場合にはＣＮＲが劣化することがある。そのような劣化を防止するには、記録層４に対するピンニングサイトの密度を２０体積％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましく、５体積％以下とすることがさらに好ましい。

また、本実施例では、ピンニングサイトのサイズが十分に小さかったため、媒体ノイズの上昇は見られなかったが、サイズが光学系の分解能，すなわち、λ／（４ＮＡ），を超えると、ノイズが増加するものと考えられる。ノイズの増加を防止するには、ピンニングサイトの平均サイズをλ／（４ＮＡ）とすることが好ましく、サイズに分布が存在していることを考慮すると、平均サイズをλ／（６ＮＡ）以下とすることがより好ましい。

［実施例３］
本実施例では、上記の実施例２で作製した相変化記録媒体１に記録された情報の再生やその相変化記録媒体１への情報の記録に利用可能な記録再生装置について説明する。

図１３は、本発明の実施例３に係る記録再生装置を概略的に示す図である。図１３に示す記録再生装置２１は光ディスク装置であって、相変化記録媒体（光ディスク）１、スピンドルモータ２２、焦点レンズ２３、ハーフミラー２４、レーザ光源２５、光検出器２６、プリアンプ２７、可変利得アンプ２８、Ａ／Ｄ変換回路２９、線形等価回路３０、データ検出回路３１、デコーダ３２、ドライブコントローラ３３、駆動制御系３４、インターフェース３５、変調回路３６、及びレーザドライバ３７を有している。

図１３に示す光ディスク装置２１において、光ディスク１は、透明基板２が図中上向きとなるようにスピンドルモータ２２の回転軸に着脱可能に或いは着脱不可能に支持されている。光ディスク１は、スピンドルモータ２２の回転数を制御することにより、所定の回転数で回転され得る。

光ディスク１の上方には、ピックアップ系の一部を構成する焦点レンズ２３が配置されている。これらピックアップ系及びスピンドルモータ２２は、駆動制御系３４を介してドライブコントローラ３３によって駆動される。このように構成される駆動機構によって、光ディスク１の回転数の制御並びにフォーカシング及びトラッキング制御が可能とされている。

この光ディスク装置２１では、光ディスク１の記録層４に設けたピンニングサイト間の平均間隔Ｄと、ピンニングサイトの平均サイズｄと、レーザ光源２５から出力されるレーザビームの波長λと、焦点レンズ２３の開口数ＮＡとは、以下の不等式：
Ｄ≦λ／（２ＮＡ）
ｄ≦λ／（４ＮＡ）
を満足している。

このように構成される光ディスク装置２１での情報の記録は、上述のように光ディスク１の回転数の制御並びにフォーカシング及びトラッキング制御を行いつつ以下の方法により行われる。すなわち、情報の記録に際しては、そのような制御のもと、まず、ドライブコントローラ３３によってインターフェース３５を介して取り込んだユーザデータ信号を変調回路３６へと転送する。ユーザデータ信号は変調回路３６で所定の符号ビット列へと変換される。レーザドライバ３７は、レーザ光源２５を符号ビット列に対応して駆動し、それにより、レーザ光源２５はパルス状のレーザビームを記録光として出射する。

記録光は、ハーフミラー２４を透過して焦点レンズ２３へと導かれ、光ディスク１上に集光照射される。これにより、光ディスク１の記録膜８には、符号ビット列に対応した記録マークが形成される。図１３に示す光ディスク装置２１での情報の記録は、以上のようにして行われる。なお、最短マークピッチを狭めて記録するためには、変調回路３６の出力信号や駆動制御系１１４の出力信号などを変化させればよい。

また、この光ディスク装置２１での情報の再生は、上述のように光ディスク１の回転数の制御並びにフォーカシング及びトラッキング制御を行いつつ以下の方法により行われる。すなわち、情報の記録に際しては、そのような制御のもと、まず、レーザ光源２５から再生パワーレベルのレーザビームを再生光として出射する。なお、レーザービームのパワーレベルは、レーザ光源２５からの出力を周期が一定なパルス光とし、その周期を適宜設定することにより制御可能である。レーザ光源２５から出射した再生光は、ハーフミラー２４を透過して焦点レンズ２３へと導かれ、光ディスク１上に集光照射される。光ディスク１の記録トラックからの反射光は、ハーフミラー２４で反射されて光検出器２６へと導かれ、そこで電気信号へと変換される。

光検出器２６からの電気信号は、プリアンプ３７及び可変利得アンプ２８で増幅され、その後、Ａ／Ｄ変換回路２９でデジタル信号へと変換される。次いで、このデジタル信号は、線形等化回路３０でフィルタリングされてノイズに起因するジッタ成分を除去される。データ検出回路３１は、例えば、パーシャルレスポンスで等化した再生信号波形からデータを検出するマキシマムライクリフッド法によって符号ビット列を推定する信号処理回路であり、具体的にはビタビデコーダである。デコーダ３２は、データ検出回路３１によって検出された符号ビット列を元の記録データへと復元する。このようにして復元された記録データは、ドライブコントローラ２７及びインターフェース２６を介して装置外部へと出力される。図１３に示す光ディスク装置２１での情報の再生は、以上のようにして行われる。

このような光ディスク装置２１によると、適度な溶融再結晶化と高い消去率とを同時に実現することができる。したがって、トラックピッチを狭めて記録密度を高めた場合においても、クロスイレースを十分に抑制し且つ高い有効消去率を実現することができる。

本発明の一態様に係る相変化記録媒体を概略的に示す断面図。図１に示す相変化光記録媒体の記録層の構造の一例を概略的に示す断面図。一参考例に係る記録層の構造を概略的に示す断面図。他の参考例に係る記録層の構造を概略的に示す断面図。微粒子のサイズ分布と間隔分布を示すグラフ。記録層に形成される記録マークの一例を概略的に示す平面図。溶融再結晶化のメカニズムを説明するためのグラフ。相変化記録材料の組成をＧｅ₂Ｓｂ₂Ｔｅ₅とし且つ微粒子の組成をＳｉＯ₂とした場合の有効消去率及びクロスイレースを示すグラフ。相変化記録材料の組成をシフトＧＳＴ２２５とし且つ微粒子の組成をＣとした場合の有効消去率及びクロスイレースを示すグラフ。相変化記録材料の組成をＧｅ₄₀Ｓｂ₈Ｔｅ₅₂とし且つ記録層の表面にＡｕからなる島状微粒子を設けた場合の有効消去率及びクロスイレースを示すグラフ。相変化記録材料の組成をＧｅ₅Ｓｂ₇₆Ｔｅ₁₉とし且つ微粒子として空孔を設けた場合の有効消去率及びクロスイレースを示すグラフ。相変化記録材料の組成をＡｇ₁₀Ｉｎ₁₈Ｓｂ₅₂Ｔｅ₂₀とし且つ微粒子の組成をＺｎＯとした場合の有効消去率及びクロスイレースを示すグラフ。本発明の実施例３に係る光ディスク装置を概略的に示す図。

符号の説明

１…相変化記録媒体、２…基板、３…干渉層、４…記録層、４ａ…相変化記録材料、４ｂ…微粒子、５…干渉層、６…反射層、２１…記録再生装置、２２…スピンドルモータ、２３…焦点レンズ、２４…ハーフミラー、２５…レーザ光源、２６…光検出器、２７…プリアンプ、２８…可変利得アンプ、２９…Ａ／Ｄ変換回路、３０…線形等価回路、３１…データ検出回路、３２…デコーダ、３３…ドライブコントローラ、３４…駆動制御系、３５…インターフェース、３６…変調回路、３７…レーザドライバ、５１〜６４…曲線。

Claims

波長がλの光ビームを開口数がＮＡの焦点レンズへと導いて集光照射することにより情報を記録する記録装置において使用する相変化記録媒体であって、
基板と前記基板の一方の主面上に設けられ且つ光照射により非晶質と結晶質との間の相変化を生じる記録層とを具備し、
前記記録層は、相変化記録材料と、前記相変化記録材料の全体に亘って分布した複数の粒子とからなり、
前記相変化記録材料は、ＧｅＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、及びＧｅＳｎＳｂＴｅからなる群より選択される材料であり、
前記複数の粒子は、ＳｉＯ ₂ 、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 及びＺｎＯからなる群より選択される材料からなり、
前記複数の粒子の平均間隔はλ／（２ＮＡ）以下であり、
前記複数の粒子のサイズは１ｎｍ以上であり、
前記複数の粒子が前記記録層に占める割合は３０体積％以下であることを特徴とする相変化記録媒体。
請求項１に記載の相変化記録媒体と、開口数がＮＡの焦点レンズを含み、波長がλの光ビームを前記焦点レンズへと導いて前記相変化記録媒体上に集光照射することにより前記記録層に情報を記録する記録機構と、前記相変化記録媒体と前記光ビームの光軸とを相対移動させる駆動機構とを具備したことを特徴とする記録装置。
波長がλの光ビームを開口数がＮＡの焦点レンズへと導いて請求項１に記載の相変化記録媒体上に集光照射することにより前記記録層の光照射部に記録マークを形成することを含んだことを特徴とする記録方法。