JPH02147395A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レーザビーム等の光ビームを照射すること
により記録層に結晶布と非晶質溝との間の相変化を生じ
させて情報を情報を記録又は消去することができる光デ
ィスク等の情報記録媒体に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） 従来より、情報の消去が可能な先ディスクとして相変化
型のものが知られている。このような相変化型の光ディ
スクにおいては、記録層に照射するレーザビームの照射
条件により、記録層の照射部分を相異なる２つの構造状
態の間で可逆的に変化させることにより情報を記録・消
去する。

このような光ディスクに使用される材料としては、例え
ばＴｅ、Ｇｅ、ＴｅＧｅ、ＩｎＳｅ。

５ｂＳｅ、５ｂＴｅ等の半導体、半導体化合物、又は金
属間化合物が知られている。これらは、レーザビームの
照射条件により、結晶相及び非晶質相の２つの状態をと
り得、各状態における複素屈折率Ｎ−ｎ−１ｋが相違す
るので、レーザビームによる熱処理で記録層のレーザビ
ーム照射部分の状態を結晶相と非晶質相との間で可逆的
に変化させることにより情報を記録・消去することがで
きる（Ｓ、Ｒ，０ｖｓｈｌｎｓｋｙ　ｅｔ　ａｔ、　Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｉｅａｌＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　
２．８４１　（１９７１）　）。

一方、これとは異なり、レー・ザビームの照射条件によ
り２つの結晶相の間で可逆的に相変化させて情報を記録
・消去する光ディスクも知られている。このような相変
化が生じる材料としてはＩｎ−５ｂ合金がある。Ｉｎ−
３ｂ合金薄膜は、比較的長めのレーザビームパルスの照
射により一旦溶融され、その後徐冷凝固されることによ
り微細な結晶となり、また、短いレーザビームパルスの
照射により微細な結晶が短時間に比較的大きな結晶に成
長する。これら２つの結晶構造は異なる複素屈折率を有
し、レーザビームを照射して情報を再生する場合に、例
えば反射光量の差で結晶状態を区別する。

ところで、上述のような相変化型の情報記録媒体におい
ては、近時、単一レーザビームによるオーバーライド機
能を可能にすべく、盛んに研究されている。オーバーラ
イドとは、単一のレーザビームから放射されるレーザビ
ームを２段階のパワーレベルＰＥ　　（消去）及びＰｗ
　　（記録）（Ｐｗ＞ＰＥ）の間でパワー変調し、これ
により既に記録された情報を消去しながら新しい情報を
重ね書きする方式のことである。

しかしながら、従来開発されている相変化型の情報記録
媒体は、パルスレーザを用いて情報を記録し、連続発光
のレーザビームで消去するという方式が一般的であり、
この方式により良好な記録及び消去特性が得られている
ものの、オーバーライドに関しては未だ十分な特性が得
られていないのが現状である。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
オーバーライドが可能であり、特性が良好な情報記録媒
体を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明に係る情報記録媒体は、基板と、光ビームの照
射条件により結晶相と非晶質相との間で可逆的に相変化
する記録層と、前記基板と前記記録層との間に設けられ
た第１のアモルファスシリコン層と、記録層の上に設け
られた第２のアモルファスシリコン層と、この第２のア
モルファスシリコン層の上に設けられた金属層とを有し
、前記記録層は、Ｉｎｎ　Ｓｎ、Ｔｅ、（ただし、Ｘ。

ｙ、ｚは夫々原子％で表されており、夫々４８≦ｘ≦５
２．１４．７≦ｙ≦１８，７．３１．３≦ｚ≦３５．３
の範囲内である）で表される材料で形成されていること
を特徴とする。ここで示す記録層の組成は、Ｉｎ３Ｓｂ
Ｔｅ２金属間化合物、及びその近傍の組成である。

（作用） この発明においては、記録層が上述のように１　ｎ３５
ｂＴｅ２全Ｔｅ化合物組成又はその近傍組成であるから
再生特性及び消去特性が良好である。また、結晶相と非
晶質相との間で相変化する記録層を、断熱効果が高い第
１及び第２のアモルファスシリコン層で挟み、しかも金
属層を設けているので、良好なオーバーライド特性を得
ることができる。

（実施例） 以下、この発明について具体的に説明する。

相変化型の情報記録媒体は、結晶−非晶質間で相変化す
るタイプ、結晶間で相変化するタイプのいずれも、例え
ば第３図に示すような構造を有している。すなわち、透
明な基板１上に、化学的及び熱的に安定な誘電体材料か
らなる保護層２、相変化型の記録層３、保護層２と同様
の材料からなる保護層４、及び紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹
脂）からなり取扱い玉虫じる傷を防止するための保護層
５がこの順に形成されている。

これらの中で、保護層２，４は以下のような機能を有し
ている。

■レーザビームを記録層３に照射した際に、その照射部
分が蒸発して穴が形成されることを防止すると共に、記
録・消去の繰返しによる記録層３の変形を防止する機能
。

■光学的な干渉を利用して再生信号をエンハンスする機
能。

■記録層３にレーザビームを照射した際に、所望の相変
化が生じるように記録層３の温度をコントロールする機
能。

上記■に関しては、記録層３が結晶−非晶質間で相変化
するタイプの場合には、記録用のレーザビームを照射す
ることにより発生した熱を記録層３から速やかに放出さ
せて急冷非晶質化を容易にすることが要求される。また
、記録層３が結晶間で相変化するタイプの場合には、記
録層３を断熱して記録層３からの熱の放出を抑制する機
能が要求される。すなわち、記録層３にレーザビームを
照射して溶融させた後、徐冷して結晶相間の相変化を補
助するのである。

しかし、オーバーライドを可能にするためには、記録層
３が結晶−非晶質間で相変化するタイプの場合にも、こ
れら保護層２，４に上述した断熱機能が要求される。つ
まり、オーバーライドを行う場合には、消去用のレーザ
ビームパワーを記録用のレーザビームパワーよりも小さ
くしなければならないため、消去のための結晶化の際に
は、むしろ断熱的にしたほうが都合が良いのである。す
なわち、オーバーライドを可能にするためには、記録層
を断熱すること、及び記録層からの放熱を良好にするこ
との相反する２つの条件を満足する必要がある。

上述の２つの条件を同時に満たすことは困難であり、事
実、従来の結晶−非晶質層変化型情報記録媒体でオーバ
ーライドを行う場合には、以下のような不具合点が生じ
ていた。すなわち、オーバーライドの場合には、レーザ
ビームを記録用のパワーと消去用のパワーとの間でパワ
ー変調して照射するため、非晶質の記録マークを形成し
ようとする部分の近傍領域は消去用のパワーレベルのレ
ーザビームによって予熱される。従って、記録用のパワ
ーレベルが非晶質の記録マークを形成するために十分な
大きさであっても、消去用のレーザビームにより急冷効
果が阻害されて記録マークが形成されにくい。このよう
な不都合を解消するためには、記録用のパワーと消去用
のパワーとの差を大きくすればよい。この場合、通常の
半導体レーザはパワーの上限が比較的低いため、これに
合せて記録用のレーザパワーの上限を決めると、今度は
消去用のパワーをどこまで小さくすることができるかが
問題となる。記録層の材料を固定して考えた場合、記録
層を挟む保護層を断熱的にするとレーザビームの消去用
パワーを小さくすることができるが、記録用のパワーの
レーザビームが照射された部分が急冷されず、その部分
の非晶質化が困難となる。保護層として熱放散性が良好
な材料を用いた場合には、記録用レーザビーム照射部分
の非晶質化が容易になるように思われるが、実際には消
去用パワーを高くしなければならないので記録用パワー
と消去用パワーの差が小さくなってしまい、やはり非晶
質化が困難である。

しかし、この発明のようにＩｎ３ＳｂＴｅ２金属間化合
物又はこの近傍組成の合金で形成された結晶−非晶質相
変化型記録層をアモルファスシリコン（以下、ａ−８ｉ
と記す）層で挾み、更に金属層を設けることによりこの
ような問題点を解決することができると共に、極めて良
好な再生特性及び消去特性を得ることができる。

１　ｎ３５ｂＴｅ２全Ｔｅ化合物及びその近傍組成の記
録層は、例えば、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、８４（４）
、１５＾ｕｇｕｓｔ　１９８ｇ、１）１７１５〜１７１
９に記載されている。このような組成の記録層は、レー
ザパルス照射による結晶化時間が５０　ｎ５ｅｅと極め
て速く、結晶化温度が２８０℃と高いため、消去速度が
速く、しがも非晶質の記録マークが非常に安定である。

これは、Ｉｎ３５ｂＴｅ２の固相エンタルピーが極めて
低いことに起因している。この組成においては、このよ
うに固相エンタルピーが低いが、液相エンタルピーも低
いため、レーザビームの照射条件により結晶と非晶質と
の間での相変化が可能である。

また、この組成の合金は、Ｔｅが含まれているため、再
生信号が大きいという利点も有している。

次に、この発明によりオーバーライドが可能になる理由
について説明する。

本願発明者が提案した特願昭６２−１０３４２に記載さ
れているように、ａ　　Ｓ　１膜は製造条件によって熱
拡散率を著しく小さくすることができ、特に、スパッタ
リングによって形成する場合には熱拡散率が０．００５
ｃ■２−７秒と極めて小さいため、記録層を断熱する効
果が極めて大きい。従って、情報の消去のみに着目すれ
ば、照射するレーザビームの消去用パワーが小奄＜でも
情報を消去することができる。このように消去用パワー
を小さくすることができるので、オーバーライドにおけ
るレーザビームの記録用パワーと消去用パワーとの差を
大きくすることができる。また、情報の記録に着目する
と、パワーが大きい記録用レーザビームを、照射した部
分の熱は、金属層によって速やかに放出され、この部分
が急冷されるので、この部分を確実に非晶質化すること
ができる。従って、−上記問題点を解決することができ
、良好なオーバーライド特性を得ることができる。

次に、この発明の情報記・録媒体の構造について詳述す
る。第１図は、この発明の実施例に係る情報記録媒体を
示す断面図である。基板１１は透明で経時変化が少ない
材料、例えばガラス、又はポリカーボネートのような樹
脂で形成されている。

基板１１上にはａ−３ｉ層１２、記録層１３、ａ−８ｉ
層１４、金属層１５、及び保護層１６がこの順に形成さ
れている。

記録層１３は、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅａ　　（ただし、ｘ、
ｙ、ｚは原子％で表され、夫々４８≦ｘ≦５２．１４．
７≦ｙ≦１８．７．３１．３≦ｙ≦３５．３の範囲内で
ある）で表される組成の合金で形成されている。この組
成は、Ｉ　ｎ３５ｂＴｅ２全Ｔｅ化合物組成、及びその
近傍組成、つまりＩｎ、Ｓｂ、ＴｅがＩ　ｎ３５ｂＴｅ
２を中心として±２原子％ずれた組成を示すものであり
、前述したように、レーザビームの照射条件により結晶
と非晶質との間で相変化することが可能であり、再生特
性及び消去特性が良好である。この記録層１３は、初期
化された状態では結晶相であり、所定条件のレーザビー
ム１８の照射により、非晶質の記録マーク１９が形成さ
れる。この記録層１３は、スパッタリングにより好適に
形成することができる。

ａ−８ｉ層１２．１４は、前述したように、主に記録層
１３を断熱する機能を有している。このａ−Ｓｉ層１２
．１４は、スパッタリングにより形成することが好まし
い。これにより、熱拡散係数を０．００５ｃ厘２／秒と
極めて小さくすることができ、記録層１３を断熱する効
果を一層大きくすることができる。なお、ａ−ｓｉ層１
２．１４はレーザビームの照射により記録層１３の照射
部分が蒸発して穴が形成されることを防止する等の保護
機能も兼備えている。

金属層１５は、記録用レーザビームが照射された部分を
急冷する機能を有している層であり、Ａｕ５ＡＩＳＣｕ
、Ｐｔ等の特に熱放散性が良好な金属で形成することが
好ましい。

保護層１６は、前述した保護層５と同様、例えば紫外線
硬化樹脂で形成されており、傷等が発生することを防止
する機能を有している。なお、この保護層１６は設ける
ことが好ましいが必ずしも必要はない。

次に、以上のように構成される情報記録媒体の製造方法
の例について説明する。先ず、基板１１をスパッタリン
グ装置の真空チャンバ内に設置し、チャンバ内を高真空
にする。次いで、チャンバ内にアルゴンガスを導入し、
Ｓｉターゲットに電力を供給してアルゴンスパッタリン
グを実施する。

これにより基板１１上にａ−８ｉ層１２が形成される。

チャンバ内を同じ雰囲気に維持したまま、記録層の各構
成元素でつくられたターゲットによる３元同時スパッタ
リング、又は予め得ようとする記録層組成に調節された
合金ターゲットによるスパッタリングによって記録層１
３を形成する。

その後、再度Ｓｉターゲットによりスパッタリングして
ａ−３ｉ層を形成する。更に、所望の金属ターゲットに
よりスパッタリングして金属層１５を形成する。

その後、保護層１６を形成する必要がある場合には、基
板をスパッタリング装置から外して、スピンコード法に
より金属層１５の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、これに
紫外線を照射して保護層１６を形成する。

次に、このように構成される情報記録媒体における初期
化、並びに情報のオーバーライド及び再生について説明
する。

初期化 記録層１３は成膜直後には通常非晶質であるから、非晶
質の記録マークを形成できるようにするために、この記
録層１３にレーザビームを°連続光照射して記録層を溶
融した後、徐冷し、結晶相に相変化させる。

オーバーライド オーバーライドに際しては、第２図に示すように、レベ
ルが高い記録用パワーＰｗとこれよりもレベルが低い消
去用パワーＰＥとの間でパワー変調し、従前に記録され
ている情報を消去しながら、新しい情報を重書きする。

光ディスクの場合は、ディスクを所定速度で回転しなが
ら、ディスクの消去したい領域では、ＰＥを照射し、重
書きしたい領域では、ＰＷを照射する。これにより、Ｐ
Ｅが照射された部分は非晶質の記録マーク１９が結晶相
に相変化して情報が消去され、ＰＷが照射された部分は
非晶質に相変化して記録マーク１９が形成される。

なお、オーバーライドでなく、単に記録消去する場合に
も、ディスクを回転しつつ、所定部分にＰｗ又はＰＥの
パワーのレーザビームを照射すれば、情報を記録・消去
することができる。

再生 情報の再生に関しては、ＰＥより更にパワーが小さいレ
ーザビームを記録層１３に照射し、記録マーク１９と非
記録部分との反射光強度の差を光電変換素子により検出
することによりなされる。

次に一二の実施例に基いて、実際に光ディスクを作成し
て特性を評価した結果について説明する。

ここでは、記録層としてＩｎ３ＳｂＴｅ２を用い、金属
層としてＡｕを用いた。

３元のスパッタリング装置（ターゲットはＳｉ。

Ａｕ、及びＩ　ｎ３５ｂＴｅ２の３つ）の真空チャンバ
内にグループ付のポリカーボネート製のディスク状基板
をセットし、次の手順で成膜を行った。

先ず、チャンバ内を１゛０″″６Ｔｏｒｒの高真空に引
いた後、ディスク基板を６　Ｏｒ、ｐ、ｍで回転させつ
つ、チャンバ内にアルゴンガスを導入すると共に、チャ
ンバ内のアルゴンガス圧が５諷Ｔｏｒｒになるように排
気バルブの調節を行った。

次に、Ｓｉターゲットに２００Ｗの１３．５６ＭＨｚの
ラジオフレックエンシーパワー（以後、Ｒ９Ｆ、パワー
と略記する）を投入し、約３分間スパッタリングを行っ
た。これにより、ディスク基板上に約８００人のａ−３
ｉ層が成膜された。

次いで、１　ｎ３５ｂＴｅ２ターゲツトに３００ＷのＲ
，Ｆ、　パワーを投入して約２分間スパッタリングを行
ない、５００人のＩｎ３ＳｂＴｅ２金属間化合物組成の
記録層を成膜した。

再度Ｓｉターゲットを用い、記録層の上に前述と同様の
条件で８００人のａ−５ｉ層を成膜した。

その後、Ａｕターゲットに１０ｏＷのＲ，Ｆ、パワーを
投入して１分間スパッタリングを行ない、ａ−３ｉ層の
上に３００人のＡｕ層を成膜した。

各層の厚みは、前述した光学エンハンスメント計算によ
り再生信号が最も大きくなるように決定した。

以上のようにして製造した光デイスクサンプルをサンプ
ルＡとした。

Ｓｉターゲットを５ｉ０２ターゲツトに置換え、ａ−Ｓ
ｉ層を従来の保護層として一般的に使用されてい材料で
あるＳ　ｉ　０２に代えた以外は全く同じ条件でサンプ
ルを製造し、このサンプルをサンプルＢとした。

次に、これらのサンプルを１８００　ｒ、ｐ、ｉで回転
させつつ、以下のような手順で動特性評価した。

（ａ）先ず、１０ｍＷの連続発光のレーザ光にて、成膜
直後非晶質の記録層を１トラック分結晶化させた。この
場合に、この部分が完全に結晶化するまで、同一トラッ
クを何回かレーザビームでなぞった。

（ｂ）次いで、２０ｍＷで周波数４ＭＨｚ、デユーティ
ー比５０％のパルスレーザにより、上述の結晶化したト
ラック上に情報を記録した。記録後、記録層に０．５ｍ
Ｗの再生用レーザビームを照射して、非晶質記録マーク
からの再生信号をスペクトロアナライザにてＣ／Ｎ値と
して測定した。

（ｃ）上述のようにして形成した記録マークに、連続発
光のレーザビームをパワーレベルを変化させつつ１トラ
ック分照射し、信号を消去できる最低のパワーレベルを
測定した。

（ｄ）別のトラックに（ａ）の操作を行った後、そのト
ラック上に第２図に示したパワー変調したレーザビーム
を照射してオーバーライド実験を行った。オーバーライ
ドは以下のような手順で行った。

■ｐ、を２０ｍＷに設定し、ＰＥを前述の＜ｃ＞で決定
した最低のパワーに設定して、先ず、周波数４　Ｍ　Ｈ
ｚ　、デユーティ−比５０％で記録を行ない、４ＭＨｚ
のＣ／Ｎ値をスペクトロアナライザで測定した。

■次に、ＰＷ及びＰＥの設定を変化させず、周波数を３
Ｍ）ｉｚにして、従前に４　Ｍ　Ｈｚで記録されている
部分に３　Ｍ　Ｈｚでオーバーライドした。

その後、消去率として４　Ｍ　ＨｚのＣ／Ｎの低下分を
測定し、更に、３ＭＨｚのＣ／Ｎをスペクトロアナライ
ザにて測定した。

これら一連の試験結果を以下に示す。

先ず、上述のＣａ）〜（Ｃ）については、第１表に示す
ような結果が得られた。

第１表 この第１表に示すように、サンプルＡとサンプルＢとで
Ｃ／Ｎ値には大きな差がないが、消去に必要な最少パワ
ーは、サンプルＢの場合がサンプルＡの場合よりも１．
５倍も大きいことが判明した。すなわち、記録層の両側
をａ−８ｉ層で挟むことにより、消去用のレーザパワー
を極めて小さくすることができることが確認された。

次に、上述の（ｄ）に関しては、第２表に示すような結
果が得られた。

第２表 この第２表から明らかなように、サンプルＢについては
、１回目の４ＭＨｚの記録においてさえも、Ｃ／Ｎ値が
１０ｄＢと極めて低く、はとんど記録されていないこと
が確認された。これは、上記第１表から明らかなように
、サンプルＢはＰＷが１８ｍＷと大きく、Ｐｗの２０ｍ
Ｗと２　ｍ　Ｗ　Ｌか差がないことによるものである。

これに対しサンプルＡでは、ＰＷが２０ｍＷで、ＰＥが
１３ｍＷとパワーのコントラストが十分であるため、こ
の表に示すように、１回目の４ＭＨｚの記録においてＣ
／Ｎ値が４８ｄＢ、２回目の３ＭＨｚの記録において４
９ｄＢと十分な再生信号が得られた。また、消去率も一
３０ｄＢと十分な値であった。このように、サンプルＡ
は良好なオーバーライド特性を得ることができた。

これら実験結果から明らかなように、連続発光のレーザ
ビーム照射による消去特性が良好な場合でも、パワー変
調のみによる１ビームオーバーライドの実験を行うと、
記録層の組成が同一でも記録層を挟む保護層の組成によ
り大きな特性の差が生じることが判明した。

なお、この試験例においては、金属層としてＡｕを使用
したが、前述したようにＡＩ。

Ｃｕ、Ｐｔ等を用いることにより同様の効果を得られる
ことは勿論である。また、記録層にＩ　ｎ３５ｂＴｅ２
全Ｔｅ化合物を用いて試験したが、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、
のｘ、ｙ、ｚがこの組成から±２％の範囲内であれば同
様な結果が得られることは言うまでもない。

［発明の効果］ この発明によれば、記録層をＩ　ｎ３５ｂＴｅ２全Ｔｅ
化合物又はその近傍組成の合金で形成し、この記録層を
、断熱効果が高い第１及び第２のアモルファスシリコン
層により挟み、かつ放熱効果が高い金属層を設けたので
、特性が優れた結晶−非晶質相変化型情報記録媒体を得
ることができると共に、良好なオーバーライド特性を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る情報記録媒体を示す断
面図、第２図は単一ビームによるパワー変調のオーバー
ライドの際のレーザパワーを示す図、第３図は一般的な
相変化型の情報記録媒体を示す断面図である。 １１：基板、１２．１４；ａ−８Ｌ層、１３；記録層、
１５；金属層、１６；保護層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ■１８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、光ビームの照射条件により結晶相と非晶
   質相との間で可逆的に相変化する記録層と、前記基板と
   前記記録層との間に設けられた第１のアモルファスシリ
   コン層と、記録層の上に設けられた第２のアモルファス
   シリコン層と、この第２のアモルファスシリコン層の上
   に設けられた金属層とを有し、前記記録層は、Ｉｎ＿ｘ
   Ｓｎ＿ｙＴｅ＿ｚ（ただし、ｘ，ｙ，ｚは夫々原子％で
   表されており、夫々４８≦ｘ≦５２、１４．７≦ｙ≦１
   ８．７、３１．３≦ｚ≦３５．３の範囲内である）で表
   される材料で形成されていることを特徴とする情報記録
   媒体。