JPH0388145A - 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相と非晶質相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光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、各状態における複索屈折率Ｎｍｎ−１ｋが相違す
る。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
化させて消去可能な光メモ５゛とする着想は、Ｓ、Ｒ，
０ｖｓｈ１ｎｓｋｙ等によって提案されている（Ｍｅｔ
ａｌｌｕｒｇｌｃａｌ　Ｔｒａｎｓａｃｔｌｏｎｓ　２
．６４１　（１９７１））。

これによれば、レーザビームの照射条件により、照射部
分を選択的にに結晶及び非晶質のいずれかの状態にし、
再生用レーザビームの照射による反射率の相違によって
これら２つの状態を区別して情報の再生を行う。情報を
記録する場合には、記録層にその材料の融点を超える温
度に加熱可能な高パワーで短いパルス幅のレーザビーム
を照射して照射部分を溶融急冷し、非晶質の記録ピット
を形成する。また、記録された情報を消去する場合には
、記録層材料の結晶化温度を超える温度に加熱可能なパ
ワーで比較的長いパルス幅のレーザビームを照射して徐
冷し、記録ビットを結晶状態に戻す。

このような情報の記録・消去は、急冷非晶質化を行うた
めの円形スポットのレーザビームと、徐冷結晶化を行う
ための長楕円形スポットの消去用のレーザビームとを用
いる２ビ一ム方式で行われる。

しかしながら、このような２ビ一ム方式では、光学系が
複雑となり、特に、長楕円スポットをディスクのスパイ
ラル状のトラックに追従させることが困難なため、複雑
な機構が必要となる。

そこで、記録と消去とを１つのレーザビームで行う１ビ
一ム方式の研究が進められている。この１ビ一ム方式に
おいては原理的にオーバーライドを容易に行うことがで
きる。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Ｐａ　　
（消去）及びｐｗ（記録）（Ｐｗ　＞ｐ、）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。このよ
うに１ビームのレーザでオーバーライドを行う方式は１
ビ一ムオーバライド方式と称されている。

１ビ一ム方式は、上述した２ビ一ム方式における他の欠
点をも解消することができる。

しかしながら、１ビ一ムオーバーライド方式を相変化型
記録層に適用する場合には、以下のような困難性を伴う
。すなわち、記録層のビーム照射部分が非晶質状態にな
るか結晶状態になるかは照射されるレーザビームのパワ
ーの大きさのみで決定されるから、情報の消去において
徐冷結晶化を行うことができない。つまり、非晶質化と
同じ程度の短い時間で結晶化を行なわなければならない
。

また、情報を記録する場合にも記録用ビームのパワーレ
ベルは消去用パワーレベルに重畳されているため、非晶
質記録ビットが形成されるべき部分の周辺部分が消去用
パワーレベルのレーザによって熱せられ、急冷されに＜
＜、非晶質の記録ピットの形成が困難である。

このように、相変化型の記録層において１ビームオーバ
ーライドは困難性を伴うため、これが可能な記録媒体と
して実用可能なものは未だ殆ど見出だされていないのが
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、
１ビーム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且つ選
択的に相変化する記録層と、前記基板と前記記録層との
間及び／又は前記記録層の上に設けられた保護層とを有
する情報記録媒体であって、前記記録層はｓ　　（Ｉ　
ｎｌｏｏ−ｍ　Ｓ　ｂｘ　）　ｔｏｏ−ｙ　Ｔｅ、　　
（ただし、Ｘ、ｙは夫々原子％で表されており、夫々４
５≦ｘ≦５２．２５≦ｙ≦４５の範囲内である）で表さ
れる組成の合金で形成され、前記保護層は結晶質あるこ
とを特徴とする。

（作用） 記録層がＩｎ、Ｓｂ、Ｔｅで構成され、これらが前述の
組成比で存在する記録層は高速結晶化及び非晶質化が容
易である。従って、記録部分を非晶質化の際と同程度に
急冷しても消去が可能であり、また、非晶質の記録ピッ
トの形成も容易である。更に、記録層に隣接して結晶質
からなる保護層を設けることにより、記録層の温度コン
トロールを有効に行うことができる。このため、１ビー
ムオーバーライドにおいて、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。

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１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１上には保護層２、記録層３、保護
層４、反射層５、及び樹脂層６がこの順に形成されてい
る。

保護層２．４は結晶質材料で形成されており、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。

■光学的な干渉を利用して再生信号をエン／％ンスする
機能。

ところで、一般に記録層は、スパッタリング等の薄膜形
成技術により作製される。従って、通常保護層もスパッ
タリング等により連続的に成膜される。ところが、記録
層、保護層いずれも、スパッタリングにより成膜される
と、基板上に堆積される際に非常な急令となるため、成
膜された層は一般的に非晶質となる。

非晶質の記録層は、使用に際してレーザビーム照射によ
り初期結晶化されるが、保護層として通常用いられる誘
電体材料は結晶化温度が非常に高いため、非晶質のまま
用いられるのが一般的であった。ところが、−殻内物性
値としての熱伝導率は、非晶質のほうが結晶質よりも約
１桁小さい。

このようなことから、保護層が非晶質であれば記録層を
十分急令することができず、オーツく一ライトが困難で
あった。

しかし、上述のように保護層２，４として結晶質材料を
使用することにより、記録層３の温度コントロールを有
効に行うことができ、オーバーライド特性を著しく向上
させることができる。なお、スパッタリング等により成
膜された際に結晶質となる保護層材料としては、ＣｅＯ
，、ＰｂＯ。

Ｚ　ｎ　Ｓ　、　Ｍ　ｇ　Ｆ　２等が知られている。

なお、保護層２．４は上述のように両方設けることが好
ましいが、いずれか一方であってもよい。

反射層５は、Ａｔ等の金属で形成されており、再生用の
レーザビームを反射させ、保護層４と共働して再生信号
をエンハンスする機能を有している。

樹脂層６は、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、反射層５及び樹脂層６は設けることが好ましいが
、必ずしも設ける必要はない。

記録層３は、（Ｉｎ１００−Ｓｂｍ）＋ｏ。

Ｔｅ、（ただし５ＸｒＹは夫々原子％で表されており、
夫々４５≦ｘ≦５０．２５≦ｙ≦４５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、
第２図の斜線で示す範囲内であり、このような組成の合
金は高速結晶化及び易非晶質化を満足し、１ビームオー
バライドが可能となる。以下、その理由について説明す
る。

Ｉｎ−８ｂ系において、Ｉ　ｎ　ｓｏ　Ｓ　ｂ　５ｏ金
金属化合物は結晶化速度が極めて速いことは既に知られ
ている。本願発明者の実験によれば、その結晶化速度は
４５　ｎ５ｅｃであった。従って、このＩｎ５゜Ｓｂ５
゜金属間化合物をベースにした組成であれば、高速結晶
化が可能である。一方、Ｉｎ５゜Ｓｂ、。金属間化合物
よりもｓｂが多い組成では、過剰なｓｂが析出すること
により結晶化速度が著しく遅くなる。これに対してＩｎ
が過剰の場合には、このようなことはない。従って、Ｉ
ｎＨＳｂｓ。金属間化合物のみならず、これよりも若干
Ｉｎを過剰にした組成において結晶化速度を速くするこ
とができる。すなわち、Ｉｎ、。。□Ｓｂ８において４
５≦ｘ≦５０の範囲の合金をベースにすれば、高速結晶
化が可能である。しかしながら、このような組成の合金
は、結晶化速度は速いがゆえに、非晶質化が困難である
。

ところが、本願発明者の検討の結果、この組成の合金に
対して２５乃至４５原子％の範囲で非晶質化が容易なカ
ルコゲン系の材料であるＴｅを添加することにより、非
晶質化が容易となり、しかも、結晶化速度が速い（約１
５　ｎ５ｅｃ）純Ｔｅの効果が現れるため、高結晶化速
度が維持されることが判明した。従って、記録層３を前
述のような組成にすることにより、高速結晶化及び易非
晶質化を満足し、１ビームオーバライドが可能となる。

これに、前述した保護層２，４の効果が付加されること
により、極めて良好なオーバーライド特性を得ることが
できる。

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１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、結
晶質材料、例えばＣｅＯ２で形成されたターゲットのア
ルゴンスパッタリングを実施する。これにより基板１上
に保護層２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の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
ターゲットのスパッタリングによって記録層３を形成す
る。

その後、保護層２と同様にして保護層４を形成する。更
に、所望の金属ターゲットをスパッタリングして反射層
５を形成する。

その後、基板をスパッタリング装置から外して、スピン
コード法により反射層５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樹脂層６ダ゛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３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３にレーザビームを連続光照射して記録層を結晶化温
度以上に昇温した後、徐冷し、結晶相に相変化させる。

記録（オーバーライド） 情報の記録に際しては、第３図に示すように、レベルが
高い記録用レベル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てレーザビームを記録
層３に照１・１する。１回目の記録ではＰｗにより記録
のみを行い記録層３に記録マーク９を形成する。２回目
以降は、従前に記録されている情報をＰＥのパワーで消
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、重書きしたい
領域にＰＷのパワーの記録ビームを照射する。

そして、記録用ビームが照射されない部分には消去用パ
ワーＰＥのビームが照射されることになる。

これにより、ｐｇが照射された部分では従前の非晶質記
録マーク９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９が
形成される。

再生 情報の再生に関しては、ＰＩ！より更にパワーが小さい
レーザビームを記録層３に照射し、記録マークつと非記
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、この実施例に基いて、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。

なお、ここでは保護層としてＣｅＯ２を用いた。

３元のスパッタリング装置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直径５インチのディスク状基
板をセットし、ＣｅＯ２ターゲットにラジオフリークエ
ンシー（Ｒ，Ｆ、）パワーを投入してアルゴンガスのス
パッタリングを行い、基板上に保護層として厚みが約５
００λのＣｅＯ２層を成膜した。

次に、Ｉ　ｎ　９０Ｓ　ｂ　ｅ、。金属間化合物ターゲ
ットと純ＴｅターゲットにＲ，Ｆ、パワーを投入してア
ルゴンガス中の同時スパッタリングを行い、厚みが約４
００Åの記録層を成膜した。この際に、記録層の組成が
（Ｉ　ｎ　１００−ｘ　Ｓ　ｂｘ　）　＋０Ｏ−Ｆ−ｒ
　ｅ　ｖで表される所定の組成となるように、予めＲ，
Ｆ。

パワーを調節しておいた。

その後、再度ＣｅＯ，のアルゴンスパッタリングを行い
　記録層上に厚みが約５００ÅのＣｅＯ２保護層を成膜
した。

更に、ＡｕターゲットにＲ，Ｆ、パワーを投入してアル
ゴンスパッタリングを行い、ＣｅＯ□保護層の上に、再
生信号をエンハンスするためのＡｕ反射層を約２００Å
の厚みで成膜した。

その後、このディスクをスパッタリング装置から取り出
し、スピナーにセットして紫外線硬化樹脂を約１０μｍ
の厚みでスピンコードし、紫外線を照射して硬化させ、
樹脂層を形成した。

以上のようにして記録層の組成を種々に変化させた複数
の光デイスクサンプルを作成した。記録層の組成は以下
の通りである。

サンプルＡ群；　　（Ｉ　ｎ、ｏＳｂｓｏ）　ｔｏｏ−
ｙ　’ｒｅ。

（ｙ−２０，２５，３０，３５，４５，５０）サンプル
８群；（Ｉ　ｎ　ｓｓｓ　ｋ）＜ｓ）　Ｊｏｏ−ｙ　Ｔ
　ｅ　ｙ（ｙ−２０，２５，３０，３５，４５，５０）
サンプルＣ群；　（Ｉ　ｎ５２Ｓ　ｂ４ｓ）　ｔｏｏ−
ｙ　Ｔ　ｅ　ｙ（ｙ＝２０．　２５．　３０．　３５，
４５．　５０）サンプル０群；　（Ｉ　ｎ４ｓＳｂ５２
）　ｔｏｌｌ−Ｆ　Ｔｅ。

（ｙ＝２０．　２５．　３０．　３５．　４５．　５０
）サンプルＥｍ；　　（Ｉ　ｎ４５Ｓ　ｂ５５）　ｔｏ
ｏ−ｙ　Ｔ　ｅ　ｙ（ｙ−２０，２５，３０，３５，４
５，５０）なお、これら３５枚のディスクサンプルは、
記録層の組成以外は全て同一の条件で作成した。

次に、これらのサンプルを１８０　Ｏｒ、ｐ、ｍ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、記録層面におけるパワーが１４ｍＷの連続
発光のレーザ光にて、成膜直後非晶質の記録層のトラッ
クを結晶化させた。この場合に、この部分が完全に結晶
化するように、同一トラックを３回レーザビームでなぞ
った。

（ｂ）次いで、第３図に示すようなオーバーライド波形
のパルスレーザにより。先ず１回目の記録を行った。こ
の場合に、パワー１４ｍＷで周波数４　Ｍ　Ｈｚ　ｓデ
ユーティ−比５０％の記録用パルスにより、上述の結晶
化したトラック上に情報を記録した。なお、消去用のバ
イアスパワーは８ｍＷとした。

記録後、記録層のグループに０．８ｍＷの再生用レーザ
ビームを照射して記録した情報を再生した。その再生信
号をＡ／Ｄ変換してスペクトロアナライザにてＣ／Ｎ値
を測定した。

（Ｃ）記録パルスの周波数を５　Ｍ　Ｈｚ　、デユーテ
ィ−比５０％に変化させた以外は上述のオーバーライド
波形と同様の条件のパルスレーザを、１回目の記録を行
ったグループに照射しオーバーライドを行った。

オーバーライド後、記録層のグループに再び０．８ｍＷ
の再生用レーザビームを照射して記録された情報を再生
し、その再生信号をＡ／Ｄ変換し、スペクトロアナライ
ザにてＣ／Ｎ値を測定した。また、従前の周波数４　Ｍ
　Ｈｚでの記録の消去残り信号のＣ／Ｎ値を測定し、従
前の記録マークがどの程度消去されたかを消去度として
測定した。

その結果を第４図乃至第８図に示す。第４図乃至第８図
は、横軸にＴｅ含有量をとり、縦軸にＣ／Ｎ値及び消去
度をとって、これらの関係を示すグラフであり、夫々Ａ
群乃至Ｅ群について示すものである。

ここでいうＣ／Ｎ値及び消去度について、第９図を参照
して説明する。第９図（ａ）に示すように１回目の記録
（４Ｍ　Ｈｚ　）後の再生信号のＣ／Ｎ値をＡとし、（
ｂ）に示すように、オーバーライド（５Ｍ　Ｈｚ、　）
後の再生信号のＣ／Ｎ値を８１オーバーライド後の第１
回目の記録の消去残り信号のＣ／Ｎ値をＢとした場合に
、Ｂ−Ａが消去度であり、ＣがＣ／Ｎ値である。

第４図乃至第８図において、Ｃ／Ｎ値が３５ｄＢ以上、
消去度が一２０ｄＢ以下となれば良好なオーバーライド
特性と判断し、それ以外の値であれば特性不十分と判断
した。このようにして特性が良好と判断された組成を０
印、特性不十分と判断された組成をＸ印として、第１０
図に示す組成図に記載した。

第１０図から明かなように、記録層の組成を（Ｉ　ｎ１
００−ｘ　ｓｂ、　）　ｔｏｏ−ｙ　Ｔｅ、と表した場
合に、４５≦ｘ≦５２．２５≦ｙ≦４５であれば良好な
オーバーライド特性が得られることが確認された。

［発明の効果］ この発明によれば、記録層の組成を （Ｉ　ｎｌｏｏ−ｍ　Ｓｂ＋＋　）　１００−Ｆ　Ｔｅ
、　　（ただし、ｘ、ｙは夫々原子％で表されており、
夫々４５≦ｘ≦５２．２５≦ｙ≦４５の範囲内である）
としたので、記録層を高速で結晶化させることができ、
且つ非晶質化が容易となる。また、結晶質からなる保護
層を記録層に隣接して設けたので記録層の温度コントロ
ールを有効に行うことができる。従って、極めて良好な
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図はこの発明の情報記録媒体の記録層組成を
示すＩｎ−８ｂ−Ｔｅ系組成図、第３図は単一ビームに
よるパワー変調のオーバーライドを行う際のレーザパワ
ーを示す図、第４図乃至第８図は記録層組成とオーバー
ライド特性との関係を示すグラフ、第９図はオーバーラ
イドの際のＣ／Ｎ値及び消去度を説明するための図、第
１０図は実験によって得られたオーバーライド特性の良
悪を示すＩｎ−３ｂ−Ｔｅ系組成図である。 １；基板、２，４；保護層、３；記録層、５；反射層、
６；樹脂層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   の間で可逆的に且つ選択的に相変化する記録層と、前記
   基板と前記記録層との間及び／又は前記記録層の上に設
   けられた保護層とを有する情報記録媒体であって、前記
   記録層は、（Ｉｎ＿１＿０＿０＿−＿ｘＳｂ＿ｘ）＿１
   ＿０＿０＿−＿ｙＴｅ＿ｙ（ただし、ｘ、ｙは夫々原子
   ％で表されており、夫々４５≦ｘ≦５２、２５≦ｙ≦４
   ５の範囲内である）で表される組成の合金で形成され、
   前記保護層は結晶質であることを特徴とする情報記録媒
   体。