JP5069458B2 - 光記録媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、相変化材料を用いた書き換え型(相変化型)光ディスク等の光記録媒体に関し、特にDVDでの下位互換を含んだ8倍速以上の記録が可能な光ディスクの、高速記録及び広範囲の記録線速への対応、記録感度の向上及び保存信頼性の向上の技術に関する。
近年、相変化材料を記録層とした光記録媒体(相変化光ディスク)の開発が盛んに行われている。
一般に相変化光ディスクは透明なプラスチック基板上に特定の溝を形成し、その上に薄膜を形成する。基板に用いられるプラスチック材料は主にポリカーボネートで、溝の形成には射出成形法がよく用いられる。基板上に成膜する薄膜は多層膜で、基板から順番に第1保護層、記録層、第2保護層、反射層の構成が基本的なものである。
第1及び第2保護層には酸化物、窒化物、硫化物などが用いられるが、中でもZnSとSiOとを混合したZnS−SiOがよく用いられる。
記録層にはSbTeを主成分とした相変化材料がよく用いられる。具体的には、Ge−Sb−Te、In−Sb−Te、Ag−In−Sb−Te、Ge−In−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Teなどが挙げられるが、これらの他にもGe−Te、In−Sb、Ga−Sb、Ge−Sbなどが用いられる。
反射層には金属材料が用いられるが、光学特性及び熱伝導率などからAl、Ag、Au、Cuなどの金属材料及びそれらの合金材料がよく用いられる。また、種々のディスク特性の改良を目的に、上述した各層の間に挿入層或いは界面層と称して、異なる層を設けたり、各層を複数層から形成したりすることもある。
これらの多層膜の成膜方法としては、抵抗線加熱法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、CVD法など様々な成膜方法を用いることができるが、中でも量産性に優れている点からスパッタ法がよく用いられる。
これらの多層膜を形成後、薄膜を保護する為に樹脂層をスピンコートにより被覆する。
このようにして作製された相変化光ディスクは、記録層に用いられている相変化材料がアモルファス状態であり、これを結晶化状態にする、所謂初期化工程を施すことが一般的である。一般的な相変化光ディスクの初期化方法としては、ディスクを回転させながら幅数μm、長さ数十〜数百μmの半導体レーザからレーザ光を照射し、半径方向にレーザ光を移動させることにより行う。レーザ光の照射にはフォーカシング機能を設けてより効率の良いレーザ照射を行う場合が多い。
この初期化された相変化光ディスクは、任意に決められた発光パターン(記録ストラテジ)のレーザを照射することにより任意のアモルファスマークを形成することができる。更に、相変化光ディスクでは、消去と記録を同時に行う、所謂ダイレクトオーバーライト(DOW)記録が可能である。ちなみに消去とはアモルファス状態のマークを結晶化させることで、記録とは結晶状態からアモルファス状態のマークを形成することである。
よく用いられる記録ストラテジとしては記録パワー(Pw)、消去パワー(Pe)、及びバイアスパワー(Pb)の3値制御(Pw>Pe>Pb)がある。これらと種々のパルス幅を組み合わせて特定のマーク長のマークを記録する。データ記録・再生の変調方式としてはCDで使われているEFM変調やDVDで使われているEFM+変調などがあり、これらはマークエッジ記録方式であることからマーク長の制御が非常に重要である。このマーク長の制御の評価としてはジッター特性が一般的に用いられる。
このような相変化ディスクはCD−RW、DVD+RW、DVD−RW、DVD−RAMなどに応用され、オーディオビジュアル用途及びコンピュータの情報記録用途として広く普及している。最近ではデジタル容量の大容量化に伴い、更に大容量なHD−DVD、Blue−Ray Discへの応用も始まっている。このような記録容量の増加に伴い、更なる高速記録も同時に期待されている。
ここで言う高速記録とは主に回転数を速くすることにより実現したものを指し、DVDの基準線速の8倍速以上、線速では28m/s以上の記録を指す。
更に、実用的検地から、既に発売されている光ディスクドライブ装置との互換性、所謂下位互換性を有するディスクが望ましく、高速記録だけでなく同時に低速記録も必要となる。このような状況の中、本発明者等は高速記録に適した相変化材料で、ある記録線速範囲内で再生エラーが多くなるという現象を見出した。また、この現象については同様な報告がたとえば非特許文献1に記載されている。
以下に、本発明者等が見出した内容を基にこの現象について説明する。
図1にDVD+RWの8倍速記録用に開発したディスクにおける記録線速とDOW10回記録時のジッター特性及びPIエラー(Parity Inner error:内符号パリティエラー)特性の関係を示す。この図において、横軸は記録線速を示し、左縦軸はPIエラーを示し、右縦軸はDOW10ジッターを示す。なお、PIエラーは前述した再生エラーに当たる。また、記録条件はジッター特性が最適になるものを用いている。
図からも分かるように、3倍速から8倍速までジッター特性はほぼ9%以下と良好な特性であるのに対し、PIエラーが中間線速である4倍速から7倍速の範囲で急激に大きくなっている。PIエラーが280以上、特に350以上になると実用上問題があると考えられている。
図1では、それを遥かに上回る値を示しており、ジッター特性とエラー特性が大きく相反していることが分かる。なお、ここではDOW10記録の結果を示しているが、多少の程度の違いはあるものの、DOW回数には依存せず同様な現象が確認できている。このことから、この現象が熱ダメージなどに起因する現象ではないことが分かる。
次に、この現象の詳細を調べる為に、図1で用いたディスクに対し、図2に示す記録ストラテジを用いて、3Tマークと3Tスペースとが交互に配列する単一パターンを記録した。その場合の記録マーク形状の模式図を図3(a)に示す。なお、図2の横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。マーク形状は透過型電子顕微鏡で観察した結果である。
そして、図のマークAとマークCとは正常な記録マークであるが、マークBはマーク中に結晶が発生している異常なマークであることが分かった。
図3(b)に記録マークの再生信号を示す。破線は記録マークが正常な場合であるが、マークBのような結晶がある場合、実線で示すように再生信号が歪んでしまう。その結果、2値化後の信号は図3(c)のようになり、結晶のある異常なマークBのみ、正常な3Tマークよりも短く再生されてしまう。なお、ここでは3T単一パターン記録のデータのみを示したが、他の単一パターンでも発生することが確認されている。
このような信号をTIA(タイム−インターバル−アナライザ)を用いて測定した結果を模式的に示すと、図4のようになる。この図は、前記異常マークと正常マークの分布を示しており、横軸はマーク長を示し、縦軸はマーク数(対数軸)を示す。
図に示したように、3Tを中心とした正規分布をとる成分と、3Tより短い領域に分布する成分とに分けることができる。この短い領域に分布する成分が、記録マーク中に結晶が存在する異常マークの個数に当り、これがPIエラーの原因となる。
アモルファスマークに対して結晶が影響する例としては、以下の(1)〜(3)等が知られている。
(1)余熱によるマークの一部再結晶化、クロスイレーズと言われることも報告されている(例えば特許文献1参照)。
(2)高速記録時に十分な結晶化が行なえずに消し残りが発生することが報告されている(例えば特許文献2参照)。
(3)多数回のDOW記録を行うことにより、アモルファスマーク周辺に結晶が析出することが報告されている(例えば特許文献3〜5参照)。
今回の現象は、DOW記録の回数に依らない点、アモルファスマーク全てに結晶が発生していない点、ジッター特性が良好にも関わらず再生エラーが非常に大きくなっている点、マーク周辺でなくマーク内に結晶が存在する点などから、従来知られている現象とは異なることが分かる。
更に、記録密度がDVD程度に高くなるにつれて、前述のような結晶が記録マーク中に存在することが再生エラーの増加につながると考えられ、更なる高密度記録である青色レーザを使用した相変化ディスクでは非常に大きな問題となることが予想される。
この中間線速でエラーが増大する現象について本発明者等が更に研究したところ、相変化材料の結晶化速度に大きく依存していることを見出した。
図5に、種々の相変化材料の結晶化速度と3Tマークでの異常マーク数の関係を示す。図の横軸は結晶化速度を示し、縦軸は異常マーク数を示す。
異常マーク数はTIAによる評価で得られた全個数で、3Tよりも短い領域に存在する個数を規格化したものである。図5から分かるように、特定の結晶化速度を境に速い領域で異常マークが増大している。このことから、異常マークの抑制には結晶化速度をある値以下に限定する必要があることが分かる。
特許文献6〜8には記録層材料としてInSbXを使用する発明が開示されているが、保護層材料に酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫の何れか又はそれらの混合物を用いることにについては記載されていない。
また、特許文献7の発明は、記録条件である基準クロック周波数について記載されているが、記録線速や記録密度(最短マーク長)との関係が明確でない。
また、特許文献8には、記録原理が結晶−結晶間の変化であることは開示されているが、結晶−アモルファス間の変化についての記載はない。
また、以下の文献には、第2保護層の主成分が酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫の少なくとも1種から成る発明が開示されているが、それぞれ次のような問題がある。
特許文献9には、InSbXとの組み合わせに関する構成の記載がないので、本発明の目的を達成することはできない。
特許文献10には、2種類の保護層材料を組み合わせる構成が示されているのみであり、これも本発明の目的を達成することができない。
特許文献11に記載の発明は、記録層材料が異なっており、本発明の構成とは全く異なる技術である。
特許文献12〜13には、InSbXとの組み合わせに関する構成の記載がなく、本発明の目的を達成することができない。
特許文献14には、InSbXとの組み合わせに関する構成の記載がなく、また、保護層材料の位置が異なっており、本発明の目的を達成することができない。
特開2004−164850号公報 特開2004−164849号公報 特開平4−286683号公報 特開平6−103609号公報 特許第3474714号公報 特開2005−193663号公報 特開2002−347341号公報 特公平3−52651号公報 特開2005−190642号公報 特開平5−101442号公報 特許第2559803号公報 特開平05−159362号公報 特開平11−185294号公報 特開平05−208559号公報 H.Spruit et al.:High Speed DVD+RW Recording,ISOM/ODS’05 Tech.Dig.(2005)TuC1
前述した問題の解決に加えて、高速記録を実現する為には結晶化速度を速くする必要がある。その理由は、結晶化速度が記録線速より遅いとオーバーライト時の結晶化が十分できず満足な消去が行えない為と一般的に考えられている。
また、DVD+RWの8倍速記録用ディスクでは、記録方法及び更なる材料や層構成の最適化で3.3倍速までの低速記録が可能となったが、更なる高速記録と下位互換性とを考慮した幅広い記録線速の両立は非常に困難であるという問題もある。
本発明は、上記のような実情を考慮してなされたもので、異常マークの発生を抑制することができ、DVDの基準線速の8倍速以上の高線速記録が可能で、広い線速範囲でジッター特性と再生エラー特性とが両立する相変化光ディスクの提供を目的とする。
上記課題は次の1)〜)の発明(本発明1〜という)によって解決される。
1) 記録再生の為の光を入射する側からみて順に、少なくとも、第1保護層、相変化材料からなる記録層、第2保護層、及び反射層を順に設けた光記録媒体であって、相変化材料の主成分が下記組成式(1)を満足し、第2保護層が酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫の何れか又はそれらの混合物を主成分とすることを特徴とする光記録媒体。
Inα1Sbβ1γ1・・・(1)
(式中、XはTe、Zn、Mnの何れか又はそれらの混合物、α1、β1、γ1は原子比、0.10≦α1≦0.25、0.65≦β1≦0.80、0.04≦γ1≦0.15)
) 第2保護層の電気抵抗率が1.0×10−4〜1.0×10Ω・cmであることを特徴とする1)に記載の光記録媒体。
) 最高記録線速が30〜56m/s、最低記録線速が10〜14m/sであることを特徴とする1)又は2)に記載の光記録媒体。
) 最短記録マークが0.5μm以下であることを特徴とする1)〜)の何れかに記載の光記録媒体。
以下、上記本発明について詳しく説明する。
本発明1では、記録層の相変化材料の主成分を組成式(1)に示すものに限定して結晶化速度を可能な限り遅くすること、及び、第2保護層に酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫の何れか又はそれらの混合物を主成分とする材料を用いることにより、下位互換性に優れた広い記録線速範囲を確保した。なお、上記記録層における主成分とは、相変化材料全体の98重量%以上を占めることを意味し、上記第2保護層における主成分とは、第2保護層材料全体の65重量%以上、好ましくは90重量%以上を占めることを意味する。
酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫はInSb系相変化材料に対して結晶化促進効果があり、この効果が高速記録時での消去を可能にしていると考えられる。一方、結晶化促進効果があるため、低速記録ではアモルファス化(マーク形成)にとって好ましくないが、これらは透明導電膜用の材料であり、熱伝導率が通常の誘電体に比べて非常に大きい為、急冷効果が大きく、低速記録においても記録ストラテジを調整することにより十分にアモルファスマークが記録可能となる。このような急冷効果を十分得る為に、上記特定の材料を第2保護層に用いる必要がある。
前述したInSb系相変化材料の組成式、Inα1Sbβ1γ1において、0.10≦α1≦0.25、0.65≦β1≦0.80、0.04≦γ1≦0.15とする必要がある。In量が0.10未満の場合は、結晶化速度が速過ぎる為にアモルファスマークの形成が難しくなるし、0.25よりも大きい場合は、InSb化合物が析出する傾向が見られる為に保存信頼性や記録特性に悪影響を及ぼす。Sb量に関しては、0.65未満では結晶化速度が遅く十分な記録特性が得られず、0.80より多いと結晶化速度が速過ぎて記録特性や保存信頼性に問題がある。
InSb系相変化材料に添加する元素XはTe、Zn、及びMnの何れか又はそれらの混合物の元素が望ましい。Teを添加すると保存信頼性が向上し、ZnやMnを添加すると記録感度は変調度などが改善される。これらは何れも結晶化速度を遅くする為、その添加量γ1は、0.04≦γ1≦0.15の範囲とする必要がある。
記録層の膜厚は5〜20nmの範囲が望ましい。更に望ましくは10〜15nmの範囲である。この範囲を外れると十分な記録特性を得にくくなる。
第2保護層の膜厚は5〜50nmの範囲が望ましく、より望ましくは10〜40nm、更に望ましくは10〜20nmである。
本発明では、急冷効果をより確実にする為、第2保護層の電気抵抗率を1.0×10−4〜1.0×10Ω・cmの範囲とする。
誘電体材料の熱伝導率を正確に評価することは困難であるが、透明導電膜用誘電体材料の場合には電気抵抗率で代用することができ、電気抵抗率が小さいほど熱伝導率は高いと考えられる。透明導電膜用誘電体材料の電気抵抗率は、大体1.0×10−4Ω・cm程度が最低である。また、1.0×10Ω・cmを越すと十分な急冷効果を得ることができない。
本発明の光記録媒体に対する最も効果的な記録線速範囲は、最高記録線速が30〜56m/s、最低記録線速が10〜14m/sの範囲である。この範囲内ならば安定的に異常マークの発生もない良好な記録特性と、DVDの基準線速の8倍速以上の高速記録の両立が可能となる。また、本発明が最も有効に機能するのは、光記録媒体の記録最短マークが0.5μm以下であるような最短マーク長を記録する場合である。
第1保護層の材料としては、従来技術と同様に酸化物、窒化物、硫化物などが用いられるが、中でもZnS・SiOが望ましい。
また、第1保護層は光記録媒体の反射率を調整する働きがあり、望ましい膜厚の範囲は50〜80nmである。50nmより薄い場合は膜厚に対する反射率変動が大きく、80nmより厚い場合は成膜時間が長くなり、光記録媒体の生産性が落ちる。またDVDに用いるような薄い基板では基板変形が問題になる。
特に望ましいのは反射率が最低になる膜厚である。第1保護層の膜厚は反射率に大きく影響することが知られており、膜厚の変化に対して反射率が正弦波的な変化を示す。ここで反射率が最低になるような膜厚を選ぶと記録層への光の入射が最も効率が良いことになり、記録感度の改善や良好なマーク形成に繋がる。但し、反射率が低過ぎるとデータ信号の読み取りが困難になる為、最低になる反射率の絶対値には下限がある。
反射層については、光学特性及び熱伝導率などからAl、Ag、Au、Cuなどの金属材料及びそれらの合金材料を用いることができる。特に本発明では急冷構造が望ましいことから、熱伝導率が最も高いAg又はその合金が適している。
反射層の膜厚は、100〜300nmが望ましく、更に望ましくは120〜200nmである。100nmより薄いと放熱効果が得られなくなる可能性がある。また300nmより厚くしても放熱効果は変わらず、単に必要のない膜厚を成膜することになる。
また、本発明はBlue−Ray Discのような層構成、即ち、基板上に反射層、第2保護層、記録層、第1保護層、及びカバー層を設け、カバー層側から光を入射して記録再生を行うディスクにも適用することができる。
本発明によれば、異常マークの発生を抑制することができ、DVDの基準線速の8倍速以上の高線速記録が可能で且つ広い線速範囲でジッター特性と再生エラー特性が両立する光記録媒体を提供できる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、図6に、実施例及び比較例で作製した相変化光ディスクの概略構造を示す。
[実施例1〜、比較例1〜
トラックピッチ0.74μm、グルーブ(凹部)幅0.3μm、溝深さ約30nmの案内溝を有する直径120mmφ、厚さ0.6mmのポリカーボネート基板上に、ZnS・SiO(80:20モル%)からなる膜厚60nmの第1保護層2、表1に示す組成の相変化材料(表中の数値は原子比)からなる膜厚14nmの記録層3、ZnO・Al・Mn(78:2:20重量%)からなる膜厚11nmの第2保護層4、Agからなる膜厚200nmの反射層5を順に成膜した。第1保護層の成膜にはRFマグネトロンスパッタ法を用い、記録層、第2保護層、反射層の成膜にはDCマグネトロンスパッタ法を用いた。
次いで、反射層上に、紫外線硬化樹脂(大日本インキ化学工業社製:SD−318)をスピンコート法で膜厚4〜5nm塗布して耐環境保護層6とし、最後に同様な基板(図示せず)を保護基板として貼り合わせて、厚さが約1.2mmの相変化光ディスクを得た。
次いで、この相変化光ディスクを、出力波長830nm、幅約1μm、長さ約75μm、最大出力約2Wのレーザ光にフォーカシング機能を付加したレーザーヘッドを有する初期化装置(日立CP社製POP120−7AH)を用いて初期化した。
上記相変化光ディスクに対して、波長660nm、NA=0.65のピックアップヘッドを有するDVD評価装置(パルステック社製:DDU−1000)を用いて記録特性を評価した。評価結果を表1に示す。
記録ストラテジには2T周期ストラテジを用い、パルス幅や記録パワー、消去パワーなどは最適な条件を用いた。EFM+変調方式によるランダムパターンを、DVD3.3倍速(11.5m/s)、6倍速(21m/s)、8倍速(28m/s)、12倍速(42m/s)、16倍速(56m/s)の各線速で、同一トラックに繰り返し10回記録し、それを5トラック行い、真中のトラックを評価した。
評価基準は、ジッター(σ/Tw)が10%以下の場合を「○」、10%を超えた場合を「×」とした。
また、再生装置として、波長650nm、NA0.6のピックアップを有する光ディスク評価装置(パルステック社製DDU−1000)を用い、再生光パワーは0.7mWで評価した。評価結果を表1に示す。
再生エラーであるPIエラーは、各線速において、約400トラックに、10回繰り返し記録(DOW10)を行い、その記録部を1倍速で再生して測定した。
評価基準は、PIエラーが100以下の場合を「◎」、200以下の場合を「○」、300以下の場合を「△」、300を上回る場合を「×」とした。
1から、本実施例の構成を採用すると、高速記録が可能で且つ広い線速範囲においてPIエラーとジッター特性を両立できることが分かる。
Figure 0005069458
本発明に係る8倍速記録用ディスクの記録線速とDOW10記録時のジッター特性及びPIエラー特性の関係を示す説明図である。 本発明に係る3Tマークと3Tスペースが交互に配列する記録ストラテジの単一パターン図である。 本発明に係る記録マークに異常マークが発生した場合のマーク形状と再生信号との関係を示す説明図であり、(a)は記録マークの形状を示し、(b)は再生信号を示し、(c)は2値化信号を示す。 本発明に係る記録マークの異常マークと正常マークの分布を示す説明図である。 本発明の種々の相変化材料の結晶化速度と3Tマークでの異常マーク数の関係を示す説明図である。 本発明の相変化光ディスクの概略構造を示す断面図である。
1 基板
2 第1保護層
3 記録層
4 第2保護層
5 反射層
6 耐環境保護層
Pw 記録パワー
Pe 消去パワー
Pb バイアスパワー
LP3 3Tマークの記録パルス幅
CP3 3Tマークの冷却パワー幅
T 基本クロック周期
t 信号幅

Claims (4)

  1. 記録再生の為の光を入射する側からみて順に、少なくとも、第1保護層、相変化材料からなる記録層、第2保護層、及び反射層を順に設けた光記録媒体であって、相変化材料の主成分が下記組成式(1)を満足し、第2保護層が酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫の何れか又はそれらの混合物を主成分とすることを特徴とする光記録媒体。
    Inα1Sbβ1γ1・・・(1)
    (式中、XはTe、Zn、Mnの何れか又はそれらの混合物、α1、β1、γ1は原子比、0.10≦α1≦0.25、0.65≦β1≦0.80、0.04≦γ1≦0.15)
  2. 第2保護層の電気抵抗率が1.0×10−4〜1.0×10Ω・cmであることを特徴とする請求項1に記載の光記録媒体。
  3. 最高記録線速が30〜56m/s、最低記録線速が10〜14m/sであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光記録媒体。
  4. 最短記録マークが0.5μm以下であることを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の光記録媒体。
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