JPH03297689A - 情報記録媒体 - Google Patents

情報記録媒体

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JPH03297689A
JPH03297689A JP2101096A JP10109690A JPH03297689A JP H03297689 A JPH03297689 A JP H03297689A JP 2101096 A JP2101096 A JP 2101096A JP 10109690 A JP10109690 A JP 10109690A JP H03297689 A JPH03297689 A JP H03297689A
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recording
layer
recording layer
light absorption
recording medium
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JP2101096A
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English (en)
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Hisaya Seo
瀬尾 尚也
Osamu Watanabe
修 渡邊
Toshiharu Nakanishi
中西 俊晴
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Original Assignee
Toray Industries Inc
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S430/00Radiation imagery chemistry: process, composition, or product thereof
    • Y10S430/146Laser beam

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、情報記録媒体に関するものであり、さらに詳
しくは光によって情報を記録、再生する光ディスク、光
カード、光テープなどの情報記録媒体に関するものであ
る。
[従来の技術] 従来、情報記録媒体としては、非晶状態と結晶状態の光
学的に検出可能な2つの状態を利用したものがある。
このような情報記録媒体では通常、基板を通して浸入す
る水分を防ぎ、記録層を傷などの外的障害から保護し、
また熱による変形を防止するため光学的に透明なSiO
2などの保護層で記録層を両側から挟んだ構造が一般的
に知られている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来の技術の場合、次のような問題
があった。
すなわち、前述の保護層のみを設けた構成の情報記録媒
体の場合、保護層は透明なので光はまったく吸収されず
照射されたレーザ等の光は記録層のみで吸収され発熱し
、吸収されない光は利用されないまま記録媒体中を透過
していってしまう。
このとき、記録層内で発生した熱は、記録層内部、及び
隣接する保護層へと拡散する。一般に保護層の熱拡散定
数は決して小さくないので保護層は熱を一方的に奪うだ
けである。したがって、より低パワーのレーザで記録を
行う、等といった感度の向上を必要とするとき何らかの
工夫が必要である。
本発明者らは、Te−GeにBiとGaを同時に添加し
、かつその組成を特定の範囲となすことにより結晶化温
度が適切で記録保持性に優れ、低ノイズの再生信号が得
られる記録材料を見いだした。ここで用いる記録層は特
願平1−32426号においてすでに記載したように、
記録、再生に優れた特性を示す材料であることは改めて
述べるまでもない。例えばこの記録材料を用いて、屈折
率が1.8程度の保護層で挟んだ構成のディスクを作製
すると、光学的に適切な各層の厚さとして例えば、保護
層、記録層および保護層の順に90nm、1100nお
よび140nmとなる。この構成のディスクを用いて、
例えば線速5 m / s〜12m/sの領域で記録を
行うと、記録感度、信号品質を表すCN比、ノイズとも
非常に良好で、このままでも十分実用的な性能を有して
いる。しかし、大口径のディスクで記録を行ったり、あ
るいはより高速でディスクを回転させデータの転送レー
トの高速化を計ったりした場合、記録に必要な時間記録
層を暖めておくには今まで以上の高パワーのレーザが当
然必要となってくる。この場合、媒体の感度を向上させ
ることにより、同じパワーのレーザで大口径のディスク
、あるいは高速回転でも記録ができるようになる。この
高感度化の方法として記録層の光吸収量を調節するため
、記録層の厚さを変えるといった方法が考えられる。例
えば光吸収量を増やすため厚くしていくと、ある程度の
厚さまでは記録感度は良くなるが、結晶化させる部分も
増えてしまうので、他の記録特性、例えば信号品質を表
すCN比、ノイズなどが悪化し必ずしも良い方法ではな
い。またある厚さ以上になると実質的な光吸収量は増え
ないので、発熱量に対して結晶化させる領域が大きくな
りすぎ記録感度はかえって悪くなってしまう。逆に、記
録層の結晶化部分を減らすため記録層の厚さを薄くする
と、信号品質は良くなるが実質的な記録層の光吸収量が
小さくなってしまい、感度が大幅に低下してしまうため
同等解決にならない。
本発明者らは、従来の技術が抱えている問題の改善対策
について鋭意検討した結果、記録層としてTeGeGa
B iを選び、さらに光吸収性を有し、かつ熱により光
学特性が変化しない材料を記録層上に積層させることに
より、記録層を従来より薄(なるように最適化して、信
号品質が従来と同等以上で、かつ記録感度をより高くす
ることが可能であることを見出し、本発明に到達したも
のである。
したがって、本発明の目的は、記録感度が極めて優れて
いるとともに再生信号振幅が大きく、CN比特性が良好
な情報記録媒体を提供することにある。
[課題を解決するための手段] かかる本発明の目的は、基板上に形成された記録層に光
を照射し、直接又は間接に発生する熱により、上記記録
層の光学特性を変化せしめて情報の記録、再生を行う情
報記録媒体において、上記情報記録媒体が少なくとも記
録層、及びこの記録層上に積層された光吸収層からなり
、かつ上記記録層がテルル(Te)、ゲルマニウム(G
e)、ガリウム(Ga)およびビスマス(Bi)の4元
素から主としてなり、かつその組成が、一般式%式%) x:(TeとGe)中のTeの原子数%y:(TeとG
e)中のTeの原子数%z:(GaとBi)中のGaの
原子数%と表した場合、x、y、zの範囲がそれぞれ4
0≦x≦75.2≦y≦30,5≦z≦50であること
を特徴とする情報記録媒体により達成される。
すなわち、本発明において使用される記録層は、テルル
(Te)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(Ga)お
よびビスマス(Bi)の4元素から主としてなり、かつ
その組成が、一般式%式%) x:(TeとGe)中のTeの原子数%y:(TeとG
e)中のTeの原子数%z:(GaとBi)中のGaの
原子数%と表した場合、x、  y、  zの範囲がそ
れぞれ40≦x≦75,2≦y≦30,5≦z≦50を
満足してなるものである。
BiやGaがこの範囲外で少ない場合にはノイズが増加
したりCNRが低下したりして好ましくなく、一方多い
場合には、適切な結晶化温度が得られなかったり、本発
明で述べるような優れた記録特性が発現しにくくなり好
ましくない。
またXがこの範囲外では結晶化速度が十分得られなかっ
たり、均一な結晶化が困難になったりして好ましくない
本発明の効果をより好ましく発現させるには、x’Py
、zはそれぞれ45≦x≦70,5≦y≦z5.7≦z
≦40の範囲であることがより好ましい。
記録層の厚さとしては、特に限定されないが光ディスク
として高い感度が得られ、かつ光吸収層の保温効果、お
よび結晶化時の加熱効果が特に有効に働くことから20
nm以上7Qnm以下とすることが好ましい。さらに光
学的に大きな再生信号のコントラストが得られるため良
好なCN比が得られることから、40nm〜60nmと
することが好ましい。
本発明においては、このような記録層の上に光吸収層を
積層させることが重要である。
本発明の情報記録媒体の光吸収層の作用は、次のような
ものである。説明を簡単にするため、非晶状態の記録層
に結晶マークを形成して記録する場合について説明する
が、結晶状態の記録層に非晶マークを記録しても同様で
あることはもちろんである。
記録時、最初、記録層は非晶状態にある。記録層の光透
過性は高く、かつ吸収係数も小さいため、照射した光は
記録層と光吸収層の両方に吸収される。そのため記録層
と光吸収層の両方が加熱された状態となる。本発明にお
けるように記録層の厚さを従来に比べ薄くすると、記録
膜の厚み方向の熱分布を規制でき、厚み方向にむらのな
い結晶化が行え、即ち非晶部分と結晶部分との境界が厚
み方向に対して一定となる記録が可能である。このとき
従来の構成例、あるいは光吸収層のない構成では、記録
層の光吸収率が小さく光の通過時間内で実用的な光のパ
ワー範囲内では結晶化に必要な高温状態が得られない。
これに対して、本発明に述べる光吸収層を設けた構成で
は、光吸収層により記録マーク部分の記録層の加熱を補
助し、さらに記録マーク部分の記録層と光吸収層の温度
差が小さくなり、実質的に少ないパワーの光で前述の光
照射時間より長い時間にわたり結晶化に必要な高温状態
を作り出すことができる。そのため、信号品質、記録特
性がより優れ、記録感度が飛躍的に向上し、線速を速く
した場合、低いパワーの光で記録マーク部分の結晶化は
進み良好なCN比が得られる。
このような作用を効果的に発揮させるためには、光吸収
層として、式(I)で表される熱拡散定数α、及び式(
n)で表される熱容量Hの範囲を同時に満足する光吸収
層を選択使用することが好ましい。
すなわち、従来の信号品質と同等以上の特性を得るため
には、記録層の特性に合わせて光吸収層0 の材料、及び構成を最適化することが好ましく、本発明
者らによる種々の光吸収層についての検討結果によれば
、記録特性は光吸収層の熱伝導係数にで決まるのではな
く熱拡散定数α、及び単位体積あたりの熱容量Hで決ま
り、このαとHがある特定の範囲内にあることが極めて
重要であることがわかった。
すなわち、式(U)の条件下において式(1)の熱拡散
定数αが0.003〜0.02の場合に、良好な保温性
が得られ、記録が明瞭かつ高感度に行える。αが0.0
2より大きいと、発熱した熱が光吸収層内で拡散してし
まい十分に記録層を暖めることができなくなり好ましく
ない。一方、αが小さすぎると熱がなかなか拡散せず、
記録層が必要以上に暖まり記録マークが大きくなりすぎ
たり、熱変形が起きたりして好ましくない。
一方、式(If)の単位体積あたりの熱容量Hの大きさ
は、材料固有の比熱と密度の積である。式(I)の条件
下で式(n)のHが100〜500である場合に良好な
効果が得られ、式(n)の熱1 容量が前述の値であれば、レーザビームの照射によって
、光吸収層は十分に加熱され、記録時の結晶化を助ける
効果を発現できる。このHの値が小さすぎる場合には、
同じレーザパワーで光吸収層の温度がより高温になり熱
変形が生じ安く、これをなくすためレーザパワーを小さ
くすると記録層を加熱するのに十分な熱量を蓄えること
ができなくなり、結晶化を助ける効果を減じる。一方、
Hが大きすぎる場合には一定の熱量で記録層を間接的に
加熱するだけ十分に光吸収層を暖めることができなくな
り感度が低下し、より多くのレーザパワー照射が必要と
なる欠点を生じる。
なお本明細書の記述において、熱伝導率、比熱などの数
値は25℃のバルク状態の値で定義する。
本発明の光吸収層としては、記録光の波長域で光吸収性
がある金属、あるいは金属と金属酸化物、金属窒化物、
金属炭化物、金属カルコゲン化物などの混合物が使用で
きる。特にα、及びHが小さいTa窒化物、Bi2Te
3、TePbが好ましい。
2 光吸収層の厚さは、およそ10nm〜160nmである
。10nmより薄いと、光吸収率が低下して記録層を暖
めるだけの熱量が発生しないので好ましくない。また1
60nmより厚くなると、照射された光が十分に行き渡
らなくなり光吸収層内で発熱しない部分が発生し加熱効
率が悪化するので好ましくない。誘電体層を光吸収層上
に設けない場合、特に加熱の効率が良く、かつ熱変形を
避けるため70nm〜130nmが好ましい。また誘電
体層を光吸収層上に積層する場合、熱変形は誘電体層で
防ぐことができるのでさらに加熱効率を良好にするため
30nm〜70nmが好ましい。
本発明の基板と記録層の間、または/および光吸収層の
記録層と反対側には誘電体層を設けることができる。こ
の誘電体層を基板と記録層の間に設けた場合の効果は、
基板よりも融点が高(熱耐久性に優れ、機械的強度も大
きいので、記録層からの熱によって基板が融解、変形す
るのを防止する。それと同時に光干渉層としての役割も
果たし、3 媒体の光学設計を行う上で記録層の厚さの範囲を広げ、
設計の自由度を増す効果もある。また、光吸収層の記録
層と反対側に誘電体層を設けた場合、誘電体層がないと
きは光吸収層の熱による変形、融解、蒸発、等の熱ダメ
ージをなくすために光吸収層を必要以上に厚くする必要
があったが、誘電体層に光吸収層と比べて熱耐久性が優
れている材料を選択することにより、光吸収層の熱ダメ
ージを防止でき、光吸収層の厚さは加熱効率のみを考慮
して最適な厚さとする事ができる。この誘電体層により
、耐久性や耐久湿性の向上、光吸収層の保護コート、基
板からの剥離や盛り上がり等の変形防止、融解、蒸発、
等による媒体の消失防止、等の効果やさらには非晶と結
晶の可逆変化を利用する場合の繰り返し性の向上等の効
果が期待できることは言うまでもない。
前記の誘電体層としては、ZnS、ZrC,ITo、M
gF2などの無機薄膜、あるいはSi。
Ge、Ti、Zr、およびTeなどの金属の酸化物、お
よびこれらの混合物の膜が耐熱性が高いこ4 とから好ましい。
誘電体の厚さとしては、熱変形を避けるためおよそ10
nm以上であり、クラックや剥離を避けるためおよそ3
00nm以下であることが好ましい。
本発明に用いられる基板としては、プラスチック、ガラ
ス、アルミニウムなど従来の記録媒体と同様なものでよ
い。収束光により基板側から記録することによってごみ
の影響を避ける目的から、基板として透明材料を用いる
ことが好ましい。上記のような材料としては、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ
カーボネイト、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポ
リイミド樹脂およびガラス等が好ましい。さらに好まし
くは、複屈折が小さいこと、形成が容易であることから
、ポリカーボネイト、エポキシ樹脂がよい。基板の厚さ
は特に限定するものではないが、10μm以上5mm以
下が実用的である。10μm未満では基板側から収束光
で記録する場合でもごみの影響を受けやすくなり、5m
mを越え5 る場合には、収束光で記録する場合、対物レンズの開口
数を大きくすることができなくなり、ピットサイズが大
きくなるため記録密度を上げることが困難になる。
基板はフレキシブルなものであってもよいし、リジッド
なものであっても良い。フレキシブルな基板は、テープ
状、あるいはシート状で用いることができる。リジッド
な基板は、カード状、あるいは円形ディスク状で用いる
ことができる。また必要に応じて、2枚の基板を用いて
エアーサンドイッチ構造、エアーインシデント構造、密
着張合わせ構造などとすることができる。
本発明の情報記録媒体の記録に用いる光としては、レー
ザ光やストロボ光のごとき光であり、とりわけ半導体レ
ーザを用いることは、光源が小型でかつ消費電力が小さ
く、変調が容易であることから好ましい。
記録は、結晶状態の記録層をレーザ光照射により非晶化
マークを形成して行うことができる。また非晶状態の記
録層にレーザ光照射により結晶化6 マークを形成して行うこともできる。また消去は記録と
同様にレーザ光を照射することによって、非晶化マーク
を結晶化するか、結晶化マークを非晶化して行うことが
できる。
[製造方法] 本発明の記録層、光吸収層、誘電体層の製造方法として
は種々の方法が挙げられるが、以下に述べるスパッタ法
が簡便かつ容易な方法として有効である。
次にマグネトロンスパッタ方式によるスパッタ法での記
録膜の作製法について説明すると、装置の基本構造はス
パッタターゲットとそれに対向して配置された基板装着
部と膜厚モニターとからなり、スパッタ放電開始後、シ
ャッターを開けると、基板への膜形成が開始され、膜厚
モニターで基板への付着量がモニターされる。基板装着
部を10〜300rpmで回転させることにより十分に
均質な記録膜が作製可能である。なおスパッタガスとし
てはアルゴンなどの不活性ガスを使用し、RF出力10
〜500W、スパッタ時真空度5〜17 XIO−”Pa程度の条件で行うことができる。
記録層はBi、Ga、Te及びTe−Ge合金を水晶膜
厚計でモニターしながら同時スパッタして所定組成の記
録膜とする。ターゲット部材には他に、Bi2Te、や
Te−Ga合金や所定薄膜組成となるように勘案した(
Te、Ge、Ga。
Bi)の4元素ターゲットを用いても良い。
誘電体層はSiO2やZnSのターゲットを用いて水晶
膜厚計でモニターしながら単独、または同時スパッタし
て形成すれば良い。
光吸収層は、Bi2Te3やTePb合金等を誘電体層
と同様に形成すれば良い。
当然のことながら、適切なスパッタの条件は装置により
一定ではなく、この条件以外の条件で記録媒体を作製し
てもよいことはいうまでもない。
さらに記録薄膜の他の作製方法としては、例えば真空蒸
着法や電子ビーム蒸着法などの薄膜作成技術が挙げられ
る。
し用途] このようにして得られた本発明の記録媒体は、8 特に光ディスク、光テープ、光カード等の情報記録媒体
として好ましい特性を備えたものである。
しかしながら、このような用途にのみ限定されるもので
はなく、光学特性の差を記録に利用するあらゆる用途に
適用可能なことは言うまでもない。
[測定方法] 本発明の実施例において用いられる評価方法について説
明する。
■ 記録特性 信号の記録・読み出し特性の評価は、次のような方法と
装置を用いて行った。この場合、ディスク状記録媒体と
してはスパイラル状グループ付きポリカーボネイト製基
板に記録薄膜を形成したものを用いた。
評価装置は波長830 nmの半導体レーザ光とディス
ク回転装置及びそれらの制御回路で主に構成されている
。光ヘッドは回転するディスク基板を通して記録膜上に
開口数0.5の対物レンズでレーザ光を集光し、基板に
刻まれたグループに沿ってトラッキングするよう制御さ
れている。記録9 は1〜15mWの記録パワーで、周波数が6.25MH
z、信号のデユーティを50%とした。線速度は22m
/秒とした。
記録後、半導体レーザ光の強度を0.7mWとして記録
部分を走査し、バンド幅30kHzとしたスペクトラム
・アナライザを用い、RF倍信号り記録信号のキャリア
対ノイズ比(CN比)を測定した。また、このとき2次
高調波信号のキャリア対記録信号のキャリアが最小とな
るときの記録パワーを最適記録パワーとした。
■ 組成分析 ガラス基板上に作製した記録薄膜を王水、硝酸などで溶
解させ基板から分離させ、この溶液を用いて高周波誘導
結合プラズマ(ICP)発光分光分析法(セイコー電子
(株)SPS−1100型)により、各元素の含有量を
求め、組成比(原子数%)を算出した。
[実施例コ 以下、本発明を実施例にもとづいて、詳細に説明する。
0 厚さ1.2mm、直径130mm、1.6μmピッチの
スパイラル状グループ付きポリカーボネイト製基板を毎
分70回転で回転させながら、製造方法で述べたスパッ
タ法により記録層、光吸収層、および誘電体層を形成し
た。
実施例1、比較例1.2 まず、1.5X10−3Paまで排気した後、2XIO
−’PaのArガス雰囲気中でT e 50G e 5
0合金、及びTe−Ga−B1合金を水晶膜厚計でモニ
タしながら同時スパッタして、T e 50G e 4
0Ga2Bi8の元素組成比で厚さ46nmの記録層を
形成した。さらに該記録層上に実施例1では熱拡散定数
αが0.01、および単位体積あたりの熱容量Hが28
0と式(1)、式(II)の範囲内であるBi2Te2
層を、比較例1ではαが0゜025と大きいBi層を1
15nm光吸収層として形成した。また比較例2では、
ZnSにSiO2を20モル%混合したZnS−8in
2を誘電体層として用いて、光吸収層としてHが937
と大きいNi−Crを用いて誘電体層、記録層、光1 吸収層の順にそれぞれ41nm、52nm、71nm形
成した。
これらの情報記録媒体で測定法ので述べた記録特性を評
価した結果を表1に示す。
表1から明らかなごとく、実施例1においては記録感度
は非常に高く最適記録パワーは12mWであったのに対
し比較例1.2では記録感度は非常に低く、実用的なレ
ーザパワー15mWの記録パワーをもってしても最適記
録パワーに満たなかった。さらにそのときのCN比は実
施例1では良好な画像記録が可能な60dBが得られた
のに対し比較例1.2では記録パワー15mWでそれぞ
れ56dB、59dBLか得られなかった。この様に本
発明の情報記録媒体は、高速で記録が可能であり、かつ
低い記録パワーでCN比が良好な記録が可能である。一
方、光吸収層の熱拡散定数、あるいは単位体積あたりの
熱容量が大きい場合、高線速度領域では記録マークを結
晶化に必要な時間加熱するには高いパワーの光が必要で
あることがわかる。
2 表1 実施例2.3、比較例3 Z n SにS i 02を20モル%混合したZnS
SiO2を誘電体層として用いて、実施例2.3は光吸
収層としてそれぞれ前述のBi2Te3、およびαが0
.006、Hが340と式(I)、式(n)の範囲内で
あるTePbを用いて実施例1と同様にして基板上に誘
電体層、記録層、光吸収層、誘電体層の順番で形成し、
それぞれの厚さを20nm、50nm、50nm、50
nmとした情報記録媒体を作製した。比較例3では、光
吸収層をなくした以外は実施例2.3と同様に基板上に
誘電体層、記録層、誘電体層の順番で形成し、それぞれ
の厚さを比較例3では45nm、50nm、110nm
とした情報記録媒体を作製した。
これらの記録媒体で測定法■で述べた記録特性を3 評価した結果を表2に示す。実施例2.3はいずれも記
録感度は高く、最適記録パワーはそれぞれ13mW、1
3.5mWで、双方とも10mW〜15mWの広い範囲
でCN比60dB以上が得られ、高感度と高い信号品質
との両立がはかれている。これに対し、光吸収層のない
比較例3では、記録層が十分暖まらず記録感度は大幅に
低下し記録パワー15mWをもってしても最適記録は得
られなく、CN比も57dBしか得られなかった。
以上のように、記録層の結晶化部分を減らすためただ単
に記録層を薄くしただけでは、感度が低くなってしまい
高い線速で良好な記録を行うには大きな記録パワーが必
要であることがわかる。
表2 [発明の効果] 本発明による情報記録媒体は以下に述べるよう4 な優れた効果を奏するものである。
■ 記録感度が大幅に向上し、高感度の媒体にできると
ともに、より低いパワーの光で記録可能となった。
■ 記録の再生信号振幅が大きく、CN比特性が良好で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)基板上に形成された記録層に光を照射し、直接又
    は間接に発生する熱により、上記記録層の光学特性を変
    化せしめて情報の記録、再生を行う情報記録媒体におい
    て、上記情報記録媒体が少なくとも記録層、及びこの記
    録層上に積層された光吸収層からなり、かつ上記記録層
    がテルル(Te)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム(
    Ga)およびビスマス(Bi)の4元素から主としてな
    り、かつその組成が、一般式 (TexGe100−x)100−y(GazBi10
    0−z)yx:(TeとGe)中のTeの原子数% y:記録層中の(GaとBi)の原子数% z:(GaとBi)中のGaの原子数% と表わした場合、x、y、zの範囲がそれぞれ40≦x
    ≦75、2≦y≦30、5≦z≦50であることを特徴
    とする情報記録媒体。 (2)光吸収層の25℃における熱拡散定数αが下記の
    式( I )で表される範囲にあり、かつ前記光吸収層の
    単位体積あたりの熱容量Hが式(II)で表される範囲に
    あることを特徴とする請求項1記載の情報記録媒体。 0.003≦α≦0.02( I ) 100≦H≦500(II) 但し、α=k/(c・ρ)、かつH=c・ρここで、k
    は熱伝導率[kcal/m・hr・K]、cは比熱[k
    cal/kg・k]、ρは密度[kg/m^3]である
    。 (3)基板と記録層の間および/または光吸収層上に誘
    電体層を介在せしめてなることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の情報記録媒体。
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