JPH0312824A - 相変化型光記録媒体の記録・消去・再生方法及び構成方法 - 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〕 本発明は相変化光記録媒体にレーザ光を照射し、その照
射部に光学的変化を起こさせて情報を記録・消去する方
法及びそこに使用する媒体の構成方法に関し、特に記録
密度の向上と転送レートの向上を図った相変化光記録媒
体の記録・消去・再生方法及び構成方法に関する。

〔発明の背景〕

最近、集束レーザ光を基板上の薄膜状媒体に照射して、
その媒体に非晶質（アモルファス）−結晶転位を生じせ
しめ、情報の記録・消去を行う書換可能型相変化光ディ
スクが、高密度・大容量記録を可能ならしめる新技術と
して注目されている。

相変化光ディスクは、レーザ光により薄膜状光記録媒体
を融点以上に加熱して急冷することによりレーザ照射部
分を非晶質化し記録を行う。またその非晶質部分をレー
ザ光により結晶化温度以上に加熱アニールすることによ
り結晶状態に戻して消去を行う。

書換可能な光ディスクの記録・消去方式には相変化方式
の他に光磁気方式がある。相変化光ディスクの特徴は磁
気ディスクのように一回の走査で重ね書きが可能になる
ことにある。これは１ビームオーバーライド技術と呼ば
れ、相変化方式が光磁気方式に優る点とされる。

１ビームオーバーライドとは、結晶化可能な温度域に相
当するレーザパワーをベースパワーとして、記録時に溶
融可能な温度にまでレーザパワーを上げることにより非
晶質化（記録）する方式である。このオーバーライド時
のレーザ出力の変調の様子を第２図に示す。

オーバーライドを可能とするためには、媒体材料を非晶
質化と同様な高速（１００ｎｓ以下）で結晶化する必要
がある。最近、５ｂＴｅにＧｅを添加した材料において
、高速結晶化（１００ｎｓ）が可能であるとの報告（西
内他：　ＧｅｚＳｂｚＴｅｓ　薄膜を用いた相変化型光
ディスクの高速オーバーライド特性、光メモリシンポジ
ウム゛８８論文集ｐ、３９）が出され、■ビームオーバ
ーライ１〜が実現できることが確認されている。これに
よって２　Ｍ　Ｂ　／　ｓ程度のデータ転送速度が実現
されている。

このような相変化型光記録媒体は、第３図に示すように
、透明基板１上に相変化記録媒体層２をオーバ−ライド
３とアンダーコート４の透明保護層で挟むようにして積
層し、そのオーハーフ−１−３上に金属反射層５を設け
た多層構造に形成されている。各層の膜厚は光学多層膜
の理論（例えばＧＥＯＲＧ、ＨＡＳＳ：”Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　ｏｆ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍｓ”、ｖｏｌｕｍｅ　Ｌ
へＣＡＤＥＭＩＣＰＲＥＳＳ（１９６３）、ｐ６９−）
を用いて、波長８３０ｎｍの半導体レーザ光源に対して
、結晶−非晶質間の反射率変化と、結晶状態の吸収率が
最大となるように決定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような構成の相変化媒体を用いた１ビ
ームオーバーライド技術においては、次のような２つの
大きな問題があった。第１は媒体の記録感度と信号コン
トラス］・の両立性、第２はデータの転送レートの高速
化である。

まず第１の問題では、記録マークの消去性能は記録マー
クの質に大きく依存し、高出力で短パルス（例えば２０
ｍＷ、　２０ｎｓ）で記録したものほどオーバーライド
時の消去性能（消去率）が良くなる傾向がある。加えて
高速消去可能な材料においては、一般に融点が高いため
、高品質な信号を記録（非晶質化）するにはより高出力
のレーザが必要になってきている状況にある。

しかるに市販のレーザでは媒体面上で２５ｍＷ程度を得
るのが限界であり、媒体構成を工夫して実効的なレーザ
パワーを下げる方法が採られている。

すなわち■透明保護層の膜厚を反射防止構造とする、■
金属反射層を附加する、などの光学的干渉効果を利用し
て記録層の吸収効率を高め、より低パワーであっても記
録層を高温にする方法である。

一方、信号のＳ／Ｎ比は記録マーク（非晶質化部）の反
射率と消去部（結晶化部）の反射率の差（信号コントラ
スト）が大きいほど高い値を得やすい。従って結晶−非
晶質間の反射率変化（反射率の差）を大きく取るよう光
学的な最適化を行う必要も生じる。

金属反射層を附加した構成では、媒体を透過する光はほ
とんどないため、媒体の反射率と吸収率は相反する関係
にある。よって記録感度を高めようとして媒体の吸収率
を上げる構成にすると必然的に反射率は低下し、結晶−
非晶質間の反射率変化を大きく取るためのマージンは挟
まり、充分なるＳ／Ｎ比を得るのに必要な反射率変化が
得にくくなる。

そこで実装置では上記２つの要求をある程度相互に譲り
合った形の光学設計を行っている。

次に第２の問題において、データの転送レートを上げる
には、ディスクの回転速度が一定ならば記録密度を高め
れば良い。ところが現在光記録に用いられている半導体
レーザの波長は高出力が得られる８３０ｎｍが主流であ
る。この再生光のビーム径はレンズの開口数（Ｎ　Ａ　
＝０．５５）で決まり、回折限界まで絞っても１．４μ
ｍ程度である。たとえ記録マークを１μｍ以下にするこ
とができ（記録レーザパルス幅を短くすればよい）記録
マークの間隔（ピントピンチ）を現行の１．５μｍから
１．２μｍに詰めたとしても、再生光のビーム光が１．
４μｍの場合には、充分な信号強度を得ることができな
い（第４図参照）。

このように再生光のビーム径に制約がある限り、記録密
度には限界があり、１．４μｍのビーム径では、ピント
ピッチを１．５μｍ以下にすることは好ましくない。

従って高速なデータの転送を可能とするためには、ピン
ト間隔を詰めかつ再生光のビーム径を狭めることが必要
である。これは半導体レーザの波長を短波長化すること
により実現可能である。しかしながら半導体レーザの研
究が進展し、短波長で発信するレーザが開発されたとし
ても、記録膜を結晶化させたり非晶質化させる高い出力
のレーザ（＞　２０ｍＷ）の出現はここ数年では望めそ
うにない。

このような問題があるため、相変化光ディスクのこれ以
上の高速データ転送の実現は困難な状況にある。

第５図は第２図に示す相変化媒体の結晶、非晶質の反射
率及び結晶状態の吸収率（感度に相当）の波長依存性を
光学多層膜の理論を用いて、数値計算したものである。

媒体の各層膜厚はアンダーコート４が１７０ｎｍ　、記
録層２が４０ｎｍ、オーバーコート３が１４０ｎｍ　、
金属反射層５が２０ｎｍである。

該図において、８３０ｎｍの波長では結晶−非晶質の反
射率変化が３０％、結晶状態の吸収率量が５５％である
。これは、現状で得られる信号コントラストとしては充
分であるが、記録感度（結晶状態の吸収率）に改善すべ
き点が残る。またこの構成では転送レートの改善を図る
上で重要な高密度記録を実現するための６７０ｎｍの短
波長では充分な信号コントラストを得ることはできない
。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、媒体の記録感度と信号コントラストを両立さ
せ、かつ高密度記録を可能とした相変化光記録媒体の記
録・消去・再生方法及び構成方法を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

このために第１の発明は、レーザ光を照射し、その照射
部に結晶−非晶質転位による光学的変化を起こさせ、情
報の記録・消去・再生を行う相変化型光記録媒体の記録
・消去・再生方法において、上記記録・消去に長波長の
レーザ光を、上記再生に短波長のレーザ光を用いた。

第２の発明は、透明基板上に、透明保護層、光により結
晶−非晶質転位可能な記録媒体層、及び光反射層を順次
積層する相変化型光記録媒体の媒体構成方法において、
上記記録媒体層の吸収率が長波長のレーザ光で最大とな
り、結晶−非晶質間の反射率変化が短波長のレーザ光で
最大となるように、上記各層の膜厚を、当該各層を構成
する材料の光学定数を用いて設定するようにした。

〔作用〕

本発明の構成では感度とコントラストの向上を別々の波
長で行うことになる。これにより光学的干渉効果が最大
限に引き出され、両者の両立が図れる。また、再生を短
波長のレーザ光で行うことにより、以下のようなデータ
の高速転送が可能となる。なお、再生用の半導体レーザ
の出力は１ｍＷ程度で充分であり、この程度の出力の短
波長の半導体レーザは実現されている。

■、倍信号記録を８３０ｎｍのレーザ光を用い、短パル
ス・高パワーで行うことにより記録マークを１．０μｍ
より小さくし、記録ピントの間隔を詰めることができる
。

■、この詰めた記録ピットは８３０ｎｍの波長のレーザ
光による再生では集光が不充分で信号強度が低くなるが
、より短波長のレーザ光で再生を行えば１．１μｍ程度
のビーム径に絞れるため、記録マークを正確に読み出す
ことが可能となる。この場合ピットピッチを１．２μｍ
としても信号強度は向上する（第４図参照）。

■、この結果、記録マーク間隔を詰めた形で高Ｓ／Ｎ比
が得られる記録・消去・再生方式が実現でき、より高速
のデータ転送が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について説明する。第０ １図は本実施例の相変化媒体の結晶、非晶質の反射率及
び結晶状態の吸収率（感度に相当）の波長依存性を光学
多層膜の理論を用いて、数値計算したものである。

媒体の積層構成は上述した第３図の媒体と同じであるが
、ｐ、ｃ、基板にアンダーコートｌＩＯｎｍ／記録層２
Ｏｒ＋ｍ　／オーバーコート１８０ｎｍ　／金属反射層
２０ｎｍを積層する。通常アンダーコート、オーバーコ
ートは媒体の不可逆的な変形を防くために設けるもので
保護層と呼ばれ、ＳｉＯ，ＺｎＳ、ＳｉＣ，ＳｉＮなど
の誘電体で構成する。金属反射層は媒体の吸収の増大と
光学的エンハンス効果を増すために附加されるもので旧
、篩などの材料が用いられる。また本例では保護層材料
にｚｎＳ、記録材料に５ｂＴｅＧｅ、金属反射層に八〇
を用いた。

本例では一般に用いられる光学多層膜の理論を用いて、
従来のように８３０ｎｍの波長における光学干渉効果の
みに着目するのでなく、より短波長側での干渉効果につ
いても検討している。

つまり８３０ｎｍの波長では感度（結晶状態の吸収率）
が高く、かつ短波長側（６７０ｎｍ旬近）では結晶非晶
質間の反射率変化が大きくなっている。このような特性
を有する媒体構成は、各構成膜厚（保護層、記録層）の
膜厚を変化させて光学多層膜の理論を用いて数値計算す
ることにより実現できる。本実施例では６１０ｎｍの短
波長でも充分な信号コントラストを得ることを目的とし
て上記のように各膜厚を設定した。

また８３０ｎｍの波長では結晶−非晶質の反射率はほぼ
等しく２３％程度である。これにより媒体の感度に相当
する結晶状態の吸収率は７０％を超え、高感度が期待で
きる。一方６７０ｎｍの波長では結晶非晶質間の反射率
変化は２５％と向上し、信号コントラストとしては充分
な値が得られた。

従って記録消去用に８３０ｎｍ波長の、再生用に６７０
ｎｍ波長の半導体レーザを各々使用すれば、記録感度と
信号コントラストの両立が図れる。この場合再生光のビ
ーム径を絞ることができるので、記録マーク間隔（ピッ
１−ピンチ）を１．５　μｍから１．２μｍに詰めても
大きな信号強度を確保することが１ ２ できる。この結果高速データ転送が可能となる。

本例では記録媒体に５ｂＴｅＧｅ、保護膜にＺｎｓ、金
属反射層に篩を用いた例を示したが、各々材質を他の材
質に代えてその材質系の光学定数に合わせ、光学多層膜
の理論を用いて各層膜厚を最適化すれば同様の効果が得
られる。つまり本発明における記録・消去・再生方式と
それを実現するための媒体構成方法は多種の材質系にも
適用可能である。

以上のように本発明は、相変化媒体の新たな記録・消去
・再生方式及びそれを実現するための媒体構成方法を提
供するものであり、媒体の持つ性能を最大限にひき出す
ものである。

〔発明の効果〕

以上から本発明によれば、記録・消去用と再生用に各々
異なる２つの波長のレーザ光を用いるようにしたので、
媒体の記録感度と信号コントラストの両立性を図ること
ができる。また再レーザ光のビーム径を狭めることがで
きるので、高密度記録を行っても充分な信号強度が得ら
れ、データの転送レートの高速化をも図ることができる
。

さらに本発明によれば、媒体の材質の種類に無関係に、
現状の媒体で得られるデータ転送速度を、媒体構成と記
録・消去・再生方式を変更するだけで改良実現でき、実
用上のメリットが極めて大きい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の相変化光記録媒体の結晶、
非晶質の反射率及び結晶の吸収率の波長との関係を示す
特性図、第２図は１ビームオーバーライド用のレーザ光
の変調の波形図、第３図は相変化光記録媒体の断面図、
第４図は再生光のビーム径をパラメータとした場合のビ
ン１−ピッチと信号強度との関係を示す特性図、第５図
は従来の相変化光記録媒体の結晶、非晶質の反射率及び
結晶の吸収率の波長との関係を示す特性図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）．レーザ光を照射し、その照射部に結晶−非晶質
   転位による光学的変化を起こさせ、情報の記録・消去・
   再生を行う相変化型光記録媒体の記録・消去・再生方法
   において、上記記録・消去に長波長のレーザ光を、上記
   再生に短波長のレーザ光を用いたことを特徴とする相変
   化型光記録媒体の記録・消去・再生方式。
2. （２）．透明基板上に、透明保護層、光により結晶一非
   晶質転位可能な記録媒体層、及び光反射層を順次積層す
   る相変化型光記録媒体の媒体構成方法において、 上記記録媒体層の吸収率が長波長のレーザ光で最大とな
   り、結晶−非晶質間の反射率変化が短波長のレーザ光で
   最大となるように、上記各層の膜厚を、当該各層を構成
   する材料の光学定数を用いて設定することを特徴とする
   相変化型光記録媒体の構成方法。