JPH0273537A - 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】 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。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。この閾値は記録薄膜自体
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
れらの偏向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。

記録薄膜としてはＢｉ％Ｔ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が干渉で打ち消し
あって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　−Ｔｅ０２を主成分と
する酸化物系薄膜がある（例えば特公昭５４−３７２５
号公報）。また、Ｔｅ−ＴｅＯ２−Ｐｄを主成分とする
薄膜も知られている（例えば特開昭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、この部分で透過率あるいは反射率が変化
することを検出して信号を再生する。

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率
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
ので筒車な構造がとれ製造が容易で低コストの媒体であ
るが、穴開は型の記録にく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
凸ビットによる複製盤（オーソディオディスク、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、エネルギー線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、凹凸ビ・ノド
による複製盤（オーツディオディスク、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３図に示す
。相変化記録材料はエネルギー線を照射してその相を変
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。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。この様な記録薄膜の反射率
は膜厚ｔ１に依存する。基材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量干渉の結
果である。

膜厚ｔ１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。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。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。例えば、波長８００ｎｍ前後のレーザ
ー光をＮＡｏ、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±π／２のとき最も反射光量変化が大
きい。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
度な記録再生が出来ることがわかる。

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
ば凹凸記録並の記録密度が得られる。しかも反射率変化
は無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３を設けその上に記録薄膜２を
設けさらにその上に透明な密着した保護層３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。

また、第２図のように記録薄膜と保護層（あるいは空気
層）とのあいだにさらに透明な誘電体等の光学層３ｂを
設けた構成でもよい。透明層３，３ａ、３ｂには基材１
、保護層（あるいは空気層）４と屈折率の異なる材質を
用いる。

これらの記録薄膜の厚さｔｌ、透明光学層の厚さ【２、
ｔ３を適当を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。

保護層としては樹脂を溶剤に溶がして塗布・乾燥したも
のや樹脂板を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Ｓ　ｂ　Ｔ　ｅ系、ＩｎＴｅ系、Ｑｅ
’ｌ’ｅ３ｎ系、５ｂＳｅ系、Ｔｅ５ｅＳｂ系、５ｎＴ
ｅＳｅ系、ＩｎＳｅ系、ＴｅＧｅ５ｎＯ系、ｌ’６Ｑｅ
３ｎＡｕ系、ＴｅＧｅ５ｎＳｂ系、等のカルコゲン化合
物を用いる。Ｔｅ−ＴｅＯ２系、Ｔｅ−Ｔｅ０２−Ａｕ
系、Ｔｅ−Ｔｅ０２−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、ＩｎＳ
ｂ系等の金属化合物も使える。

透明な光学層としては５ｉ０２．５ｉＯｓＴｉ０２、Ｍ
ｇＯ１Ｇｅ０２等の酸化物、Ｓ　１３Ｎ３、ＢＮ、等の
窒化物、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＰｂＳ等の硫化物が使える
。

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ットを用いたスパッ
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Ｔｅ４９０２８Ｐｄ２
３の組成を持つ３元化合物を用いる。蒸着法としてＴｅ
、ＴｅＯ２、Ｐｄの３つの蒸発源を用いた電子ビーム蒸
着法を用いる。ガラス板上に上記組成のＴｅ４９０２８
Ｐｄ２３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
＋ｋｉが３．１　＋１．２ｉであった。これを３００℃
で５分間熱処理して結晶状態にすると３．９　＋　１．
６ｉ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３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反射率Ｒ
の変化のおよび反射光の位相変化の膜厚依存性の計算値
を第４図（ａｌ　（ｂｌに示す。

反射率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１と密
着保護層は３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
としてもとめた。

アモルファス状態と結晶状態の反射率差ΔＲは膜厚３５
ｎｍおよび１３５ｎｍで極大になり１０％以上になるが
位相変化は殆どなくπ／８以下である。

実施例１ 本発明の一実施例として第１図に示すようにポリカーボ
ネート樹脂板（ＰＣ１屈折率１．５８）上に透明な光学
層としてｚｎＳ　（屈折率２．４０）をエレクトロンビ
ーム蒸着法で厚さ９７ｎｍ蒸着したうえに比較例にしめ
した記録薄膜Ｔｅ４９０２８Ｐｄ２３を比較例にしめし
た方法で形成しさらに同じ基材と屈折率の材質の樹脂を
コーティングした第１図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
変化のおよび反射光の位相変化の膜厚依存性の計算値を
第５図（ａ）　（ｂｌに示す。

記録薄膜の膜厚が２０ｎｍのとき反射率変化が殆どな（
反射光の位相変化が約−π／２得られることが示されて
いる。

この計算結果をもとに以下の実験を行った。

基材に厚さ１．２鶴・直径２００ｍｍのｐｃ樹脂円板を
用いこれを真空中で回転させなか上記の方法でＺｎＳ薄
膜を９７ｎｍ蒸着しさらに記録薄膜Ｔｅ４９０２８Ｐｄ
２３を同様に２０ｎｍの膜厚で蒸着した。さらに同じ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
護層を設けた。この円盤を回転させ線速度５　ｍ／５ｅ
ｃＯ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
変調度５０％で変調した光を照射して記録を行い、１ｍ
Ｗ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、第３図に示すような
従来例記録薄膜の膜厚１３５ｎｍ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。

実施例２ 第２図に示すようにポリカーボネート樹脂板（ＰＣ１屈
折率１．５８）上に透明な光学層としてＺｎ５（屈折率
２．４０）をエレクトロビーム蒸着法で厚さ７６ｎｍ蒸
着した上に実施例１にしめした記録薄膜Ｔｅ４９０２８
Ｐｄ２３を実施例１にしめした方法で形成しさらにＺｎ
Ｓ層を１３０ｎｍ同様に蒸着し最後に基材と同じ屈折率
の材質の樹脂をコーティングした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
変化のおよび反射光の位相変化の膜厚依存性の計算値を
第６図（ａｌ　（ｂｌに示す。

記録薄膜の膜厚が３０ｎｍのとき反射率変化が殆どなく
反射光の位相変化が約−π／２得られることが示されて
いる。

実施例３ 第２図に示すようにポリカーボネート樹脂板（ＰＣ，屈
折率１．５８）上に透明な光学層としてＺｎＳ（屈折率
２．４０）をエレクトロンビーム蒸着法で厚さ１２０ｎ
ｍ蒸着したうえに比較例にしめした記録薄膜Ｔｅ４９０
２８Ｐｄ２３を比較例にしめした方法で形成しさらにＺ
ｎＳ層を５４ｎｍ同様に蒸着し最後に基材と同じ屈折率
の材質の樹脂をコーティングした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変
化のおよび反射光の位相変化の膜厚依存性の計算値を第
７図＋ａｌ　ｆｂｌに示す。

記録薄膜の膜厚が１２０ｎｍのとき反射率変化が殆どな
く反射光の位相変化が約π／２得られることが示されて
いる。

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、凹凸ビットによる復製盤（
オーツディオディスク、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
は本発明の他の実施例の構成を示す模式図、第３図は従
来例の構成を示す模式図、第４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薄膜の膜厚浮性を示すグラフ、
第６図・第７図は本発明の他の実施例の反射率変化と反
射光の位相変化の記録薄膜の膜厚依存性を示すゲラフー
ト・・・・・基材、２・・・・・・記録薄膜、３．３ａ
、３ｂ・・・・・・透明な光学層、４・・・・・・保護
層。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第２図 第１図 第 図 業 図 記蛛層俣屡ｊｚ（閥） Ｏ０ ｖ２嘩ＩＩ　Ｍ笑Ｆｌ　ｔｒ　（ｎａ）第 図 Ｅ豫１）１０→ Ｗ曇眉隈厚尤ｆ（穴→ 第６図 盲乙会）層　ｈ臭厚ｂｃｌＬ峨） 詫鯉′；４侯厚尤ｔ　ｋｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材上に、エネルギー線照射によって光学的に検
   知し得る変化を生じる薄膜材料を設けた光学的情報記録
   媒体であって、薄膜材料はエネルギー線照射により光学
   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に対する透過率あるいは
   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）薄膜材料の少なくとも片面に基材と屈折率の異な
   る透明層を設けたことを特徴とする請求項（１）または
   （２）記載の光学的情報記録媒体。