JPH02113451A - 光学的情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光・熱等を用いて高速かつ高密度に情報を記
録再生する光学的情報記録媒体に関するものである。

従来の技術 レーザー光をレンズ系によって収束させると直径がその
光の波長のオーダーの小さな光スポットを作ることがで
きる。したがって小さい出力の光源からでも単位面積あ
たりのエネルギー密度の高い光スポットを作ることが可
能である。したがって物質の微少な領域を変化させるこ
とが可能であり、またその微少領域の変化を読みだすこ
とも可能である。これを情報の記録・再生に利用したも
のが光学的情報記録媒体である。以下、「光記録媒体」
あるいは単に「媒体」と記述する。

光記録媒体の基本的な構造は表面が平坦な基板上にレー
ザースポット光照射によって何らかの状態が変化する記
録薄膜層を設けたものである。信号の記録・再生は以下
のような方法を用いる。すなわち、平板状の媒体を例え
ばモーター等による回転手段や並進手段により移動させ
、この媒体の記録薄膜面上にレーザー光を収束し照射す
る。記録薄膜はレーザー光を吸収し昇温する。レーザー
光の出力をある闇値以上に大きくすると記録薄膜の状態
が変化して情報が記録される。この闇値は記録薄膜自体
の特性の他に基材の熱的な特性・媒体の光スポットに対
する相対速度等に依存する量である。記録された情報は
記録部に前記闇値よりも十分低い出力のレーザー光スポ
ットを照射し、その透過光強度、反射光強度あるいはそ
れらの偏光方向等何らかの光学的特性が記録部と未記録
部で異なることを検出して再生する。

したがって、小さいレーザーパワーで状態が変化し、大
きな光学的変化を示す材料および構造が望まれる。

記録ＴＲ膜としてはＢｉ、Ｔｅあるいはこれらを主成分
とする金属薄膜、Ｔｅを含む化合物薄膜が知られている
。これらはレーザー光照射により薄膜が溶融あるいは蒸
発し小孔を形成する穴開は型の記録を行い、この記録部
とその周辺部からの反射光あるいは透過光の位相が異な
るため干渉で打ち消しあって、あるいは回折されて検出
系に至る反射光量あるいは透過光量が変化することを検
出して再生を行う。また、他に相変化型と呼ばれる、形
状の変化を伴わずに光学的な変化をする記録媒体がある
。材料としてはアモルファスカルコゲン化物薄膜、テル
ルおよび酸化テルルからなるＴｅ−Ｔ　ｅ　０２を主成
分とする酸化物系薄膜がある（特公昭５４−３７２５号
公報）。また、ＴｅＴｅａ２−ｐｄを主成分とする薄膜
も知られている（特開昭６１−６８２９６号公報）、こ
れらはレーザー光照射により薄膜の消衰係数あるいは屈
折率のうち少なくともいずれか１つが変化して記録を行
い、この部分で透過光あるいは反射光の振幅が変化し、
その結果検出系に至る透過光量あるいは反射光量が変化
することを検出して信号を再生する。

光は波動であり振幅と位相によって記述される。

上記のように信号の再生は透過光量あるいは反射光量の
変化によって検出されるが、その原因としては膜自体の
微少領域の透過光振幅あるいは反射光振幅が変化する場
合（振幅変化記録）と、透過光あるいは反射光の位相が
変化する場合（位相変化記録）がある。

発明が解決しようとする課題 以上のような光記録媒体の中で穴開は型のものは反射光
量変化は大きく取れ、位相変化記録であるため記録密度
が大きい記録が行えるが、きれいな穴を形成することが
難しく再生時のノイズが大きい、また、密着した保護構
造がとれず、いわゆるエアーサンドインチ構造といわれ
る複雑な中空構造をとる必要があり、製造が難しくコス
ト高である。また、変形記録であるので消去書き換えが
不可能である。

これに比べて相変化型の記録媒体は形状変化を伴わない
ので間車な構造がとれ製造が容易で低コストの媒体であ
るが、反射率変化記録であるため穴開は型の記録に（ら
べて記録密度が小さいという課題がある。さらに、位相
変化型の記録媒体である凹凸ピントによる複製盤（オー
ディオディスク、ビデオディスク等）との互換が取りに
くいという課題もある。

課題を解決するための手段 基材上に一、レーザー光照射によって光学定数が変化す
る薄膜材料を設けて、変化の前後で入射した光の反射光
あるいは透過光の位相が変化しこの位相変化による全体
の反射光量あるいは透過光量の変化を検知する構成とす
る。さらに、その際に変化の前後で反射率あるいは透過
率は変化がない、あるいは小さい構成とする。

作用 上記のような構成にすると光学的には凹凸による位相変
化記録と等価な記録が行える。従って、相変化記録であ
りながら記録密度の大きい記録が行なえ、凹凸ピットに
よる複製盤（オーディオディスク、ビデオディスク等）
との互換も取り易い。

また、相変化記録は形状変化を伴わず材料を選ぶことに
よって記録した状態をもとに戻す、すなわち消去・書き
換えも可能であり、書き換え型の位相変化記録が実現で
きる。

実施例 従来の相変化形光記録媒体の構造の一例を第２図に示す
。相変化形記録材料はレーザー光を照射して発熱昇温さ
せその相を変化させると複素屈折率が変化する。その変
化は一般的に屈折率と消衰係数が同方向に変化する０例
えばアモルファス状態が結晶状態に変化すると一般に屈
折率と消衰係数が増大する。この様な記録薄膜層の反射
率は記録薄膜Ｎ３の膜厚Ｌ２に依存する。基材１側から
光を入射した場合の記録薄膜の反射率Ｒは記録薄膜の光
入射側の界面からの反射光とその反対側の界面からの反
射光の多重干渉の結果である。膜厚Ｌ２を変化させると
反射率は干渉の結果、波長と屈折率によって決まる周期
で増減するが膜厚が増加するにしたがい吸収により光入
射側と反対の界面に到達して反射する光量が減少するた
め干渉の効果がなくなっていく、その結果として干渉に
よる増減が膜厚の増加にともないしだいに減衰する曲線
を描く、複素屈折率が大きくなると屈折率の増加により
干渉による膜厚周期が小さくなると同時に消衰係数の増
加により減衰する膜厚が小さい方向にシフトする０以上
の結果、相変化した時の反射率差ΔＲも膜厚により変化
するが一般には複素屈折率の小さい相で反射率が極小に
なる膜厚で極大になる。一方このような構成では反射光
の位相の相変化の前後での変化は小さい、従来相変化形
の記録媒体はこの反射率変化が極大になる膜厚で用いて
いた。従って記録状態の再生はこの反射率の差を検出す
ることによってなされる０ミクロンオーダーの微少な領
域の記録再生の場合には、記録された部分の大きさと再
生に用いる光ビームの大きさが同じオーダーになる０例
えば、波長８００ｎｍ前後のレーザー光をＮ　Ａｏ、　
５程度のレンズ系で絞ると半値幅が約０．９μｍのビー
ムに絞れる。この様なビームを用いて強いパワーで記録
を行うと約０．５〜１μｍ前後の範囲が相変化をおこし
て記録状態となる。これを同じビームで読みだす場合を
考えると、読み出しビームの光強度は一般的にはガウス
分布をしており相変化した記録状態よりも外側に広がっ
ているため反射光量は記録状態の反射率と回りの未記録
状態の反射率にそれぞれの面積と光強度分布を加重して
平均した値に比例する。したがって、読み出しビームの
大きさに比べて十分大きな範囲の記録状態の面積がない
と十分な再生信号が得られない、この大きさによって記
録密度が制限される。

一方、穴開は形の場合には記録状態は凹凸の形状であり
周辺部と記録部からの反射光が干渉しあって反射光量が
変化することを利用している。従って周辺部と穴部での
反射光の位相差が（１±２ｎ）π（ｎは整数）のとき最
も反射光量変化が大きく、この値に近いことが、特に略
々等しいことが望ましい。また、読み出しビームの強度
分布として穴部に入射する強度と周辺部に入射する強度
が等しいとき最も干渉の効果が大きく、従って反射光強
度変化が大きい、すなわち、読み出しビームの大きさよ
りも小さい記録状態のときが再生信号が大きくとれる。

以上から反射率変化記録よりも位相変化記録の方が高密
度な記録再生ができることがわかる。

従って相変化記録において位相変化を得ることが出来れ
ば凹凸記録差の記録密度が得られる。しかも反射率変化
はないことあるいは小さいことが望ましい。

つぎに、具体的な実施例を使って説明をする。

記録媒体の構成としては第１図に示すように基材１上に
透明な誘電体等の光学層２を設けその上に記録薄膜３を
設けさらに透明な誘電体層４を設けさらに反射層５を設
ける。さらにその上に透明な密着した保護層６を設ける
。この他に図には示さないが保護層を施さない構成でも
よい、この場合は保護層の代わりに空気（屈折率１．０
）を考えると光学的には同等であり同じ効果が得られる
。透明層２には基材１と屈折率の異なる材質を用いる。

これらの記録薄膜のあつさｔ２、透明光学層の厚さ１．
．１３および反射層の厚さり、を適当に選ぶことによっ
て位相変化の大きい媒体を得ることができる。

基材としてはガラス・樹脂等の透明で平滑な平板を用い
る。また基材表面にトラッキングガイド用の溝状の凹凸
があってもよい。

保護層としては樹脂を溶剤にとかして塗布・乾燥したも
のや樹脂板を接着剤で接着したもの等が使える。

記録薄膜材料としてはアモルファス・結晶間の相変化を
する材料たとえば５ｂＴｅ系、ＩｎＴｅ系、ＧｅＴｅＳ
ｎ系、５ｂＳｅ系、Ｔｅ５ｅＳｂ系、５ｎＴｅＳｅ系、
ＩｎＳｅ系、ＴｅＧｅ５ｎＯ系、ＴｅＧｅ５ｎＡｕ系、
ＴｅＧｅ５ｎＳｂ系、等のカルコゲン化合物を用いる。

Ｔｅ−ＴｅＯ２系、Ｔｅ−ＴｅＯ２−Ａｕ系、Ｔｅ−Ｔ
ｅＯ２−Ｐｄ系等の酸化物系材料も使える。また、結晶
・結晶間の相転移をするＡｇＺｎ系、ＩｎＳｂ系等の金
属化合物も使える。

透明な光学層としては５ｉＯ７，５ｉＯＴｉ０２　＋Ｍ
ｇＯ，ＧｅＯ□等の酸化物、５ｉ８Ｎ４ＢＮ、等の窒化
物、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＰｂＳ等の硫化物が使える。

反射層としてはＡｕ、ＡＩ、Ｃｕ等の金属材料あるいは
所定の波長の反射率の大きな誘電体多層膜等が使える。

これらの材料を作る方法としては多元蒸着源を用いた真
空蒸着法やモザイク状の複合ターゲツトを用いたスパッ
タリング法その他が使える。

比較例 記録薄膜として相変化材料であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の
組成を持つゲルマニウム、アンチモンおよびテルルの３
元化合物を用いる。形成法としてＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅの３
つの蒸発源を用いた電子ビーム蒸着法を用いる。記録薄
膜はアモルファス状態で形成される。ガラス板上に上記
組成のＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５だけを蒸着したアモルファス
状態の光学定数を測定したところ、波長８３０ｎｍにお
いて複素屈折率ｎ＋ｋ　ｉが４．８＋１．３ｉであった
。

これを３００　’Ｃで５分間熱処理して結晶状態にする
と５．８＋３．６　ｉに変化する。

この膜をポリカーボネート樹脂板（ＰＣ１屈折率１．５
８）上に蒸着しさらに同じ屈折率の材質の樹脂をコーテ
ィングした第２図のような従来例の構成の場合の熱処理
前後すなわちアモルファス状態と結晶状態での波長８３
０ｎｍの光の反射率Ｒの変化ΔＲのおよび反射光の位相
変化の膜厚依存性の計算値を第３図（ａ）、　（ｂ）に
示す。

反射率および反射光の位相の計算には各層の複素屈折率
と膜厚からマトリックス法で計算した。

（例えば、久保田広著「波動光学」岩波書店、１９７１
年　第３章参照）また、基材ｌと密着保護層は６は無限
大の膜厚をもつものとして（基材−空気界面、密着保護
層−空気界面の効果を無視）、反射率Ｒは基材から入射
した光の基材中に出射してくる比率としてもとめ、位相
は基材１と透明層２の界面での位相を基準としてもとめ
た。位相は２πの周期で等価であるので図中ではこれを
考慮しである。

アモルファス状態と結晶状態の反射率差ΔＲは膜厚１５
ｎｍおよび８５ｎｍで極大になりそれぞれ１４％および
２４％になるが位相変化は殆どなくπ／６以下である。

実施例１ 本発明の一実施例として第１図に示すように基材１とし
てポリカーボネート樹脂板（ＰＣ，屈折率１．５８）上
に透明層２として硫化亜鉛（ＺｎＳ、屈折率２．１０）
をエレクトロンビーム蒸着法で厚さｔｌ＝１４２ｎｍ蒸
着したうえに記録薄膜層３として比較例に示した記録薄
膜Ｇｃ２Ｓｂ２Ｔｅ５を比較例と同様の方法で形成しさ
らに透明層４としてＺｎＳを厚さも。−２３５ｎｍ同様
に蒸着した。この上に反射層５として金（Ａｕ、屈折率
０．２０＋５．０４ｉ）を厚さｔ、＝２０ｎｒｎエレク
トロンビーム蒸着法で形成し、さらに保護Ｎ６として基
材と同し屈折率の材質の樹脂をコーティングした。

このような構成の場合の熱処理前後すなわちアモルファ
ス状態と結晶状態での反射率Ｒの記録薄膜層の膜厚Ｌ２
依存性の計算値を第４図に、反射率変化ΔＲおよび反射
光の位相変化の膜厚ｔ２依存性の計算値を第５図（ａ）
（ｂ）に示す、記録薄膜層の膜厚ｔ２が１０ｎｍのとき
反射率変化がなく反射光の位相変化が約−〇、９π得ら
れほぼπに近いことが示されている。

次に同様の構成で記録薄膜層の厚さをｌＯｎｍに固定し
て他の層の厚さを変化させた場合を考える。

記録薄膜層の厚さｔ２が１０ｎｍ、透明層４の厚さＬ３
が２３５ｎｍ、反射層５の厚さり、が２０ｎｍの場合の
反射率変化ΔＲおよび反射光の位相変化の透明Ｎ２の膜
厚Ｌ１依存性の計算値を第６図（ａ）、　（ｂ）に示す
。透明層は吸収がないため厚さは位相πに相当する周期
でおなし効果を与える。

この実施例の場合は１９８ｎｍ周期で同じ特性を与える
ため図ではその厚さまで示しているがこれですべての厚
さを論しることがしきる。厚さｔｌが（１４２＋１９８
ｋ）ｎｍ　（ｋ：整数）のとき反射率変化がなく反射光
の位相変化が約−〇、９π得られほぼπに近いことが示
されている。これ以外の膜厚では反射率変化が大きく位
相変化が小さいことがわかる。

透明層ｌの厚さり、が１４２ｎｍ、記録薄膜層の厚さＬ
２が１０ｎｍ、反射層５の厚さｔ４が２０ｎｍの場合の
反射率変化ΔＲおよび反射光の位相変化の透明層２の膜
厚ｔ３依存性の計算値を第７図（ａ）（ｂ）に示す、厚
さＬ３が（３７＋１９８ｋ）ｎｍ　（ｋ　：整数）のと
き反射率変化がなく反射光の位相変化が約−０，９π得
られることが示されている。

以上の結果から各層の厚さを適当に選ぶことによって反
射率の変化がほとんどなく、反射光の位相だけが変化す
る構成を得ることがわかる。この計算をもとに以下の実
験を行った。

基材に厚さ１．２ｍｍ・直径２００ｍｍのｐｃ樹脂円板
を用いこれを真空中で回転させながら上記の方法でＺｎ
ＳｐＨ膜を１４２ｎｍ蒸着しさらに記録薄膜Ｇｅ２　Ｓ
　ｂ２　Ｔｅ５を同様に１０ｎｍの膜厚でアモルファス
状態で形成した。さらにＺｎＳ薄膜を厚さ２３５ｎｍ蒸
着しＡｕを厚さ２０ｎｍ蒸着した。また同し構成の多Ｎ
薄膜１８Ｘ１８ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのガラス基板上に
も形成した。さらに樹脂円盤上に成膜したものは同じＰ
Ｃ樹脂円盤を紫外線硬化性の接着材で張り付けて密着保
護層を設は光記録媒体を形成した。

ガラス基板上に形成したサンプルを３００″Ｃで５分間
アルゴン雰囲気中で加熱して全面を結晶化し結晶化前後
で基材側からの反射率を測定したところともに約１１％
で変化がなかった。

この媒体を回転させ線速度ＩＱｍ／ｓｅｃの線速度で波
長８３０ｎｍの半導体レーザー高を開口数５．０のレン
ズ系で絞って記録薄膜上に焦点をあわせて照射した。記
録薄膜面上で８ｍＷの出力で単一周波数５ＭＩＩｚ変調
度５０％で変調した光を照射して記録薄膜を部分的に結
晶化させて記録を行い、１ｍＷの連続出力を照射してそ
の反射光をフォトディテクターで検出して再生を行った
ところ、再生信号振幅が観測された。

前記のガラス基板上のサンプルにおいては結晶化で反射
率変化が見られないことからこの再生信号は記録部と未
記録部で反射光の位相が異なることによるものであるこ
とがわかる。

さらに記録する信号の周波数を変化させて記録再生を行
ったところ、第２図に示すような従来例の記録薄膜の膜
厚８５ｎｍの構成に比べて周波数特性が高域側に伸びる
ことが確認された。

また信号を記録した上に線速度１０ｍ／ｓｅｃで記録薄
膜面上で１６ｍＷの出力で同様にレーザーを連続的に照
射したところ記録薄膜が熔融してアモルファス状態に変
化し、すでに記録されていた信号が消去されたことが確
認された。

発明の効果 本発明によれば光学的には凹凸による位相変化記録と等
価な記録が行える。従って、相変化記録でありながら記
録密度の大きい記録が行え、凹凸ピットによる複製盤（
オーディオディスク、ビデオディスク等）との互換も取
り易い、また、相変化記録は形状変化を伴わず材料を選
ぶことによって記録した状態をもとに戻す、すなわち消
去・書き換えも可能であり、書き換え型の位相変化記録
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す模式図、第２図
は従来例の構成を示す模式図、第３図は従来例の構成で
の反射率変化と反射光の位相変化の記録薄膜の膜厚依存
性を示すグラフ、第４図は本発明の一実施例の反射率の
記録薄膜の膜厚依存性を示すグラフ、第５図は本発明の
一実施例の反射率変化と反射光の位相変化の記録ｆｉ膜
の膜厚依存性を示すグラフ、第６図、第７図は本発明の
一実施例の反射率変化と反射光の位相変化の透明層の膜
厚依存性を示すグラフである。 １・・・・・・基材、２，４・・・・・・透明層、３・
・・・・・記録薄膜層、５・・・・・・反射層、６・・
・・・・保護層。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名レーデ入射
方向 記諌層膜厚 ズ＝Ｚ（フレηｔ） 記＄４膠厚丈２（ル机］ 第 図 第 図 １０ｔｌ　　　　　／Ｓθ 就舞膚膜厚ｒｚ　（Ｍ倣ン ｚ５ρ ３（ＸＩ 第 図 第 図 狭 厚 ｔｒ（ル慣ン ｔｓｏ　　　　　　ｚθθ 喚厚ｊ：ｒ　（ｆＬａ） 記韓眉膜厚Ｊ”Ｚ／７Ｌ−ン 配錘層膜）ｓ、ｊ″ｚ（九舛ン 濃 厚 １３　（ｔｔ＊牲ン 侠 厚 右３ （ルｍ→

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材上に、レーザー光照射によって光学的に検知
   し得る変化を生じる記録薄膜材料層を設けた光学的情報
   記録媒体であって、薄膜材料はレーザー光照射により光
   学定数が変化し、検知し得る変化が主として入射した光
   の反射光あるいは透過光の位相の変化によるものである
   ことを特徴とする光学的情報記録媒体。
2. （２）変化の前後で入射した光の透過率あるいは反射率
   の変化が小さいことを特徴とする請求項（１）記載の光
   学的情報記録媒体。
3. （３）基材上に基材と屈折率が異なる第１の透明層を設
   け、その上に記録薄膜層を設け、さらにその上に第２の
   透明層を設け、その上に反射層を設けた構造の光学的情
   報記録媒体であって、前記第１の透明層、記録薄膜層、
   第２の透明層および反射層の膜厚を記録材料の変化に際
   して入射した光の透過光あるいは反射光の位相が変化す
   るように選ぶことを特徴とする請求項（１）または（２
   ）のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
4. （４）位相変化が略々 （１±２ｎ）π　ｎ：整数 であることを特徴とする請求項（１）または（２）のい
   ずれかに記載の光学的情報記録媒体。