JPH0376684A - 書換え型光情報記録媒体 - 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］ 本発明は光学的に情報の記録、再生及び消去を行なうこ
とのできる、いわゆる書換え可能な光情報記録媒体に関
するものであって、高速消去性能を劣化させることなく
、記録保存信頼性を高めた記録膜とそれにかかわる媒体
構成を提供するものである。

［従来技術］ 光照射、主にレーザ光の照射によって生じた物質の非晶
質状態と結晶質状態の間の可逆的な構造変化（相変化）
を積極的に情報の記録に利用した相変化型書換え可能な
光情報記録媒体（以下、単に光媒体という）は、情報の
高速処理能力に加えて記憶容量が大きく、将来の情報Ｍ
積装置として明持されている。

この光媒体には情報処理の高速化が一段と厳しくなる中
で、高速記録した情報をより高速で消去する性能が求め
られている。光媒体の高速記録及び高速消去性能は記録
膜自体の性能のみによって定まるわけではなく、記録膜
をとりまく、例えば保護膜や光反射膜および基板、等の
光媒体の構成材料の熱的性質に強く影響を受ける。我々
は、これまでＧｅ、Ｓｂ、Ｂ　ｉおよびＴｅの４元素を
主要構成元素とする新規な記録膜材料に注目し、光媒体
の媒体構成及びその構成材料を含め記録、消去性能につ
いて鋭意検討した結果、高速記録と同時に高速消去性能
に優れたものであることを見出し、特許出願（特願平１
−１４５１７２）を行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ 光媒体への記録は通常、あらかじめ結晶化を施した記録
膜に非晶質化した領域を形成して行われるが、この記録
領域は周囲の温度が結晶化温度に到達すると急速に結晶
化し、消滅する。そこで、この結晶化温度は出来る限り
、高い値であることが望まれている。しかし、前記の特
許出願をはかった記録膜は高速記録ならびに高速消去性
能に優れる一方で、実用上の結晶化温度が低く、記録状
態の環境温度信頼性は改善されなければならない問題で
あった。

本発明は結晶化温度を高くして記録保存信頼性を向上さ
せることのできる書換え型光情報記録媒体を提供するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、次の手段を構することにより可能なものとなる。

すなわち、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｂ　ｉおよびＴｅ１Ｉｌの４元
素からなる記”縁膜のＴｅ元素の一部をＳｅ元素によっ
て置換することによって解決をはかる。ここで、記録膜
の適正な成分比は第１図の三角図に示すように、ＧｅＴ
ｅ、（Ｓｂ／Ｂｉ）２Ｔｅ：＋および（Ｓｂ／Ｂ　ｉ　
）２　Ｓｅ３をそれぞれモル％で表わしたとき、Ａ１点
（９０，９，５゜０．５＞　、　Ｂ＋点（３０，６８，
２）　、　Ｃｔ点（３０，２８゜４２）をしてＤ１点（
９０，４，６）で囲まれた範囲にある。この範囲では、
記録など消去の高速性能を有した環境温度信頼性の高い
記録膜を用意することが可能である。さらに、Ａ２点（
８０，１９，１）、Ｂ２点（３０，６７、３）　、Ｃ２
（３０，３５，３５＞そしてＤ２点（８０，８，１２）
で囲まれた範囲にあると環境温度信頼性が高いばかりで
なく、記録保存寿命にも優れた記録膜を用意することが
可能である。

Ａ１点と８＋点の線上よりもＳｅ元素の含有量が少ない
領域ではＳｅ元素による結晶化温度の改善効果があまり
期待出来ない。ＧｅＴｅの含有量が８１点と０１点の線
上よりも少なくなると結晶化温度が著しく低下し、実用
上好ましくない。０１点とＤ１点の線上よりも（Ｓｂ／
Ｂ　ｉ　）２　Ｓｅ３の過剰な領域では消去速度が遅く
なるばかりか、記録感度も低下するため適当でない。Ａ
点、０点の線上よりもＧｅＴｅのの過剰な領域では結晶
化温度の改善効果が少なく、加えて記録感度の低下や繰
返し記録、消去回数の悪化が生じるため適当でない。な
お、記録膜のｓｂと８１の置換比率をＢ　ｉ／　（Ｓｂ
＋Ｂ　ｉ　）で表したとき、Ｏから１００％の間で任意
の値に適宜窓めることが可能であるが、望ましくは置換
比率は５％から７０％の間に設定することがよく、５％
以下ではＳｅ元素の含有量によっては消去時間が長くな
り、又７０％以上では記録・消去繰返し回数が低下する
ため好ましくない。本発明の光媒体の主要構成を基板上
に誘電体膜、記録膜、誘電体膜そして金属膜を順次積層
した構成とすることにより、高速記録ならびに高速消去
性能を高める上で効果的である。誘電体膜にＺｎｓ、そ
して金属膜にＡＪ　、　Ｃｕ、　ＡｕあるいはＡｇの中
から少なくとも１種類の材料を用いることが望ましい。

金属膜の膜厚は１５から２２０ｎｍの範囲にあることが
望ましく、１５ｎｍ以下あるいは２２０ｎｍ以上では記
録感度ならびに消去速度の低下が著しく好ましいもので
はない。

［作　用］ 記録膜の主要構成元素の１つであるＴｅ元素の一部をＳ
ｅ元素で置換してなる本発明の記録膜は高速記録ならび
に高速消去性能を劣化させることなく結晶化温度の向上
がはかられ、従って、記録状態の熱的安定性（環境温度
信頼性）を高めることが可能となる。

［実施例］ 実施例１ 本発明の光媒体は第２図に示すように透明基板１上に誘
電体１１！２、記録膜３、誘電体膜４そして金属膜５を
順次積層した構成からなる、透明基板１としては十分洗
浄を施したガラス基板を用いた。

第１、第２の誘電体膜２及び４にはＺｎＳそして金属膜
５にはＡ１を用いた。記録膜３はＱｅ。

Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ及びＳｅの５元素を主要構成元素とし
た。第１．第２の誘電体膜２，４および記録膜３の膜厚
はそれぞれ１００−１１０　、１９０−２１０および３
３９−４１ｎの範囲で適宜設定した。誘電体膜、記録膜
そして金属膜の成膜は主に高周波マグネトロン・スパッ
タ法により行なった。記録膜用ターゲットには複合ター
ゲットあるいは合金ターゲットを用いた。

記録膜（膜厚４０ｎｍ）の結晶化ピーク温度（以下、単
に結晶化温度という）は示差走査熱量計を用いて測定し
、結晶化温度の活性化エネルギーはキラシンジャープロ
ットより算出した。膜組成は光電子分光分析法により求
めた。

静止状態における記録、消去特性は８３０ｎｍの波長を
有するレーザ光を光源として第３図に示す光学系を用意
し、開口数がおよそ０．５２の対物レンズを用いて第２
図に示した構造の試料の透明基板側より記録膜にレーザ
光を集光、照射することにより調べた。記録、消去特性
の測定に先立って、レーザアニールあるいは真空熱処理
により記録膜に初期結晶化を施した。

記録感度は信号コントラストＣを Ｉａ：記録状態の信号強度 ＩＣ：未記録状態の信号強度 と定義し、記録パルス幅を一定として、一定の信号コン
トラストの記録を行なうのに要する記録レーザ出力を測
定することで見積った。又、消去時間は信号コントラス
トを一定とした記録を行ない、消去レーザ出力を一定と
して、消去信号出力が飽和するのに要する最小消去パル
ス幅として求めた。

本発明の記録膜の組成適正範囲を第１図に、そして図中
の各点について求めた結晶化温度（Ｔ、）、活性化エネ
ルギー（ΔＥ）、頻度因子（νｏ）、記録消去繰返し回
数〈Ｎ〉、記録感度および高速消去性能を表１にそれぞ
れ示す。

族１中の記録感度及び高速消去の項目は定性的に性能を
表わしたものであって、Ｏ印はその性能が優れているこ
ととして×印は劣ることを意味する。記録膜の成分であ
るＧｅＴｅ、（Ｓｂ／Ｂｉ）２Ｔｅ３として、（Ｓｂ／
Ｂ　ｉ　）２　Ｓｅ３をそれぞれモル％で表わしたとき
、記録膜組成の適性範囲はＡ１点（９０，９，５，０，
５）　、　８１点（１０，８７，３＞　、　Ｃ＋点（１
０，３６，５４）としてＤ１点（９０，４，６）で囲ま
われた領域である。

この領域では、結晶化温度を効果的に高めることカ可能
テアッテ、しかも（ＧｅＴｅ）　ｘ（（Ｓｂ／Ｂｉ＞ｚ
Ｔｅ３）　　　記録膜の高速記録及び高１−× 速消去性能が保存されるため、記録及び消去の高速性能
を有した環境温度信頼性の高い記録膜を用意することが
出来る。

また、非晶質状態の活性化エネルギーがＳｅ元素未含有
の（Ｇ　ｅ　Ｔ　ｅ　）　ｘ　（（Ｓ　ｂ　／　Ｂ　ｉ
　）　２Ｔｅ３）　　記録膜の場合２　ｅＶ程度である
のに−ｘ 対して、効果的に高められるため、記録保存寿命の長寿
命化が期待出来る。ここで、記録膜中のｓｂとＢｉの置
換比率はＯから１００％の間の任意の値に適宜設定可能
であるが、望ましくは５％から７０％の範囲にあること
がよい。５％以下では記録膜のＳｅ元素の適当な含有量
が僅かなものになり、高速消去性能を低下させることな
く結晶化温度を高めることが困難になる。一方、７０％
以上になると、記録、消去繰返し回数が低下する傾向が
認められるため好ましくない。適正範囲外の組成を有す
る記録膜は次のようなものであった。Ａ１点と８１点の
線上よりもＳｅ元素の含有量の少ない領域ではＳｅ元素
による結晶化温度の改善効果があまり期待出来ず適当で
ない。ＧｅＴｅの含有量が８１点と０１点の線上よりも
少なくなると、結晶化温度が著しく低下し、実用上好ま
しくない（１点〉。０１点とＤ１点の線上よりも（Ｓｂ
／Ｂｉ）２ｓｅ３の過剰な領域では消去速度が遅くなる
ばかりか、記録感度も低下するため適当でない（Ｇ点）
。Ａ＋点とＤ１点の線上よりもＧｅＴｅの過剰な領域で
はＳｅ元素による結晶化温度の改善効果が少なく、加え
て記録感度の低下や繰返し記録、消去回数の悪化が生じ
るため好ましくない（Ｅ点）。

次に、実用上好ましい特性を有するＡ２　、　Ｂ２　。

Ｃ２そしてＤ２で囲まれた領域について説明する。

各点の組成比（モル％）はＡ２点（８０，１９，１）　
。

８２点（３０，６７、３）　、　０２点（３０，３５，
３５＞そしてＤ２点（８０，８，１２）である。この領
域では実用上の結晶化温度が高く記録状態の環境温度耐
久性に優れており、加えてＪｈｏｎｓｏｎ−Ｈｅｈ　Ｉ
　−Ａｖｒａｍ　ｉの式と反応速度定数の関係式と非晶
質状態の活性化エネルギーを用いて算出した頻度因子が
効果的に高くなり、従って、記録保存寿命の優れた記録
膜を用意することが可能である。

この領域内の記録膜特性の例として表２に記録膜の８１
とＳｅの含有量を変えた場合の結晶化温度ならびに活性
化エネルギーの値を示す。結晶化温度はおよそ１５７℃
以上の高い値を示し、環境温度耐久性に優れたものであ
る。一方、活性化エネルギーは組成によらず２．７　ｅ
Ｖという極めて高い値を示し、そして頻度因子も１０３
０から１０３２と高い値であった。Ｊｈｏｎｓｏｎ−Ｈ
ｅｈｌ−Ａｖｒａｍｉの式と反応速度定数の関係式にこ
れらの数値を当てはめ、記録保存寿命を算出、推定した
ところ５０℃の高温１１ｍ１現下において記録状態が３
０年間にわたって９０％以上保存されるものであって、
記録保存寿命に優れた効果を有する記録膜であることが
わかった。

Ａ２　、Ｂ２　、Ｃ２及びＤ２で囲まれた領域では表２
以外の組成においてもおよそ同様の良好な結果が得られ
た。

次に、記録及び消去動作領域をレーザ出力とパルス幅の
関係として、高速記録ならびに高速消去性能が本発明の
記録膜において保存される様子を表２の３点の組成を例
にとり説明する。第４図に測定結果を示す。曲線■と曲
線■の間の領域で記録動作が、そして曲線■と曲線■の
間の領域で消去動作が行われる。ここで、消去に際して
記録時の信号コントラストを３０％一定とした。この記
録膜はＳｅ元素を１１．１ａｔ％と多量に含有している
にもかかわらず、パルス幅が５０ｎｓ以下においても充
分記録、消去動作が可能である様子を示している。

適性組成範囲内にある他の組成比を有する記録膜におい
ても、同様の効果が認められた。

高速記録が可能であっても必要とするレーザ出力が高す
ぎては実用上問題となるが、本発明の記録膜は高速記録
を高感度で行なうことが可能なものであった。以下にそ
の説明を行なう。第５図は表２の工点の組成を有する記
録膜を用い、パルス幅を６０ｎｓ一定として信号コント
ラスト３０％を得るのに要する記録レーザ出力と金属膜
（Ａ１）の膜厚の関係を示したものである。Ａ１膜の膜
厚が１５ｎｍから２２Ｏｎ＋ｎの範囲にあると、高速記
録を効果的に高感度で行なうことが可能であり、５０ｎ
ｍから１６０ｎｍの範囲にあるとより効果的である。同
様に、他の組成比の記録膜についても同様の効果が認め
られた。又、金属膜にＡ１に代ってΔｕ、Ｃｕ。

そしてＡｇを用いた場合にもＡ１と同様の効果が得られ
た。

高速消去性能は光媒体の構成材料の熱的性質に強く影響
を受けるが、本発明の光媒体の構成では、とりわけ用い
た金属膜材料の種類ならびにその膜厚によって消去時間
が大きく変化し、高速消去に効果的な金１１１ｇ！材料
ならびにその膜厚範囲が見出された。前期の記録感度特
性の場合と同様表２の工点の組成比を有する記録膜を用
い、信号コントラスト３０％一定の記録に対して消去レ
ーザ出力を５．５ｍＷ一定として測定した消去時間の金
属膜（Ａ１）の膜厚依存性を第６図に示す。高速消去に
効果的なＡｌｍの膜厚の範囲が認められ、１５ｎ１１か
ら２２０ｎｍの範囲にあることがよく、望ましくは２０
ｎｍから１８０ｒ＋ｍの範囲を用いることがよい。適性
組成範囲（Ａ＋　−８＋　−Ｃ＋　−Ｄ＋　）内では高
速消去性能を有する他の組成比の記録膜においても、お
よそ同様に効果が認められた。又、金属膜は前述の記録
性能と同様、Ａ、ｌ！以外にＡｕ、ＣｕそしてＡＱを用
いた場合にも同様の良好な効果が認められた。

金属膜にＴｉを用いた場合、記録、消去性能は著しく低
下し、高速記録及び高速消去を行うには不適当なもので
あった。誘電体膜にＺｎＳに代って、Ｔａ２０５あるい
は５ｉＯｚを用いた場合、記録感度はＺｎＳを用いたと
きに比べて大きく低下し、例えば、記録時のパルス幅を
４０ｎＳから１００ｎｓの範囲に設定した場合、２５ｍ
ｗのレーザ出力においてさえ記録を行なうことは不可能
であった。

又、消去速度も悪化するため、高速記録及び高速消去を
行なうには不適当であった。

外径１３０■φの直接プレグルーブを１主表面に形成し
たガラス基板（ＮＯＶ八■へＮ５基板）上にＺｎＳ、記
録膜（表２の３点の組成）　、ｚｎｓ、Ａｕ、紫外線硬
化樹脂、接着剤そして保護板を順次積層した光メモリ−
ディスクを作成し、動特性の評価を行った結果、本発明
の光媒体は高速記録及び高速消去性能に優れたものであ
ることを確認した。

以下にその説明を行なう。動特性の測定に先立って、記
録膜に初期結晶化を施した。線速度２２ｍ／ｓ、キャリ
ア周波数７８ＩＩＺの下で、分解能バンド幅を３０ＫＨ
ｚとして求めたＣ／Ｈの記録レーザ出力依存性を第７図
に示す。およそ１９１１１Ｗ以上の記録レーザ出力でＣ
／Ｎは５８ｄＢ以上の高い値を示し、本発明の記録膜が
高速記録性能に優れた特性を有するものであった。さら
にに、記録レーザ出力を２１ｍＷ。

消去バイアスレーザ出力を１３１１１Ｗそしてキャリア
周波数に２８Ｈ７と５．３３ＭＨｚの２種類を用いて、
単一ビームオーバーライト特性を調べたところ、消去率
が３５ｄＢ以上となる良好なオーバーライド性能が得ら
れ、高速においても充分な消去性能が得られるものであ
った。適性組成範囲内の他の組成においても同様の良好
な動特性が得られており、本発明の記録膜は高速記録な
らびに高速消去性能に優れたものであった。

次に、記録状態の環境耐久性について説明する。

用意した光メモリ−ディスクは前記の動特性の場合と同
様である。線速度１１１１／Ｓ　、記録レーザ出力１７
　ｍＷそしてキャリア周波数５８Ｈ２の条件下で記録を
行ない、８５℃９０％Ｒ口の恒温恒湿環境下に３０日間
放置した結果、Ｃ／Ｎは初期の５７．５ｄＢから０．５
ｄＢ程度の低下に止まるものであった。適性組成範囲内
の他の組成比の記録膜を用いた場合も、同様の良好な結
果が得られており、本発明の記録膜は記録状態の環境耐
久性に優れた効果が認められた。

比較例 記録膜に（ＧｅＴｅ）２　（Ｓｂｚ　　（Ｔｅ／５ｅ）
３）１を用い、結晶化温度、活性化エネルギーそして、
記録、消去速度について調べた。結晶化温度はＳｅ元素
の置換量と共に高くなり、その活性化エネルギーも上昇
し、さらには記録速度の大巾な低下も認められなかった
が、消去速度に関する限り、Ｓｅ元素の置換量の増大と
共に急激に遅くなり、高速消去を行なう上では好ましい
ものではなかった。

［発明の効果］ Ｑｅ、３ｂ、３　ｉそしてＴｅの４元素を主要構成元素
とする記録膜のＴｅ元素の一部をＳｅ元素で置換した本
発明の記録膜は高速記録及び高速消去性能を劣化させる
ことなく、記録保存環境温度耐久性ならびに記録保存寿
命を高める効果が得られる。すなわち、高速情報処理が
可能であって、しかも記録情報の保存信頼性に優れた光
媒体を用意することとが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光媒体の記録膜の組成適性範囲を示す
組成図、第２図は本発明の実施例にかかわる光媒体の構
成断面図、第３図は静止状態での記録、消去特性の測定
系、第４図はレーザ出力とパルス幅の関係として求めた
記録及び消去動作領域、第５図は記録に要するレーザ出
力と金属膜（／ｌ　）膜厚依存性、第６図は消去に要す
るパルス幅（消去時間）の金属膜（Ａ１）膜厚依存性そ
して第７図はＣ／Ｈの記録レーザ出力依存性を示す。 １・・・透明基板、２．４・・・誘電体膜、３・・・記
録膜、５・・・記録膜。 非酸化物ガラス研究開発株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光照射によつて記録膜の非晶質状態と結晶質状態の
   間の可逆的な相転移を生ぜしめ、もって情報の記録及び
   消去を可能にする書換え型光情報記録媒体において、記
   録膜の主要構成元素がＧｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＴｅおよびＳ
   ｅの５元素からなることを特徴とする書換え型光情報記
   録媒体。 ２、記録膜の組成が、（ＧｅＴｅ）＿ｘ｛（Ｓｂ／Ｂｉ
   ）＿２Ｔｅ＿３｝＿ｙ｛（Ｓｂ／Ｂｉ）＿２Ｓｅ＿３｝
   ＿ｚ化学式で表わしたとき、第１図における各点の組成
   比（モル％）をＸ、Ｙ、Ｚで表示すると、Ａ＿１（９０
   、９．５、０．５）、Ｂ＿１（１０、８７、３）、Ｃ＿
   １（１０、３６、５４）およびＤ＿１（９０、４、６）
   の各点で囲まれる領域にあることを特徴とする請求項１
   記載の書換え型光情報記録媒体。 ３、記録膜の組成が、（ＧｅＴｅ）＿ｘ｛（Ｓｂ／Ｂｉ
   ）＿２Ｔｅ＿３｝＿ｙ｛（Ｓｂ／Ｂｉ）＿２Ｓｅ＿３｝
   ＿ｚ化学式で表わしたとき第１図における各点の組成比
   （モル％）をＸ、Ｙ、Ｚで表示すると、Ａ＿２（８０、
   １９、１）、Ｂ＿２（３０、６７、３）、Ｃ＿２（３０
   、３５、３５）そしてＤ＿２（８０、８、１２）の各点
   で囲まれる領域にあることを特徴とする請求項１記載の
   書換え型光情報記録媒体。 ４、書換え型光情報記録媒体の主要膜構成が基板上に誘
   電体膜、記録膜、誘電体膜および金属膜を順次積層して
   なることを特徴とする請求項１、２または３記載の書換
   え型光情報記録媒体。 ５、書換え型光情報記録媒体の主要膜の誘電体膜にＺｎ
   Ｓ、金属膜にＡｌ、Ｃｕ、ＡｕあるいはＡｇの中から少
   なくとも１種類の材料を用いたことを特徴とする請求項
   ４記載の書換え型光情報記録媒体。 ６、金属膜の膜厚が１５ｎｍから２２０ｎｍの範囲にあ
   ることを特徴とする請求項５記載の書換え型光情報記録
   媒体。