JPH0388146A - 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、各状態における複素屈折率Ｎ−ｎ−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リとする着想は、Ｓ、Ｒ，０
ｖｓｈｌｎｓｋｙ等によって提案されている（Ｍｅｔａ
ｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓａｃｔｌｏｎｓ　２．
８４１　（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。

このような相変化型の情報記録媒体は、−膜内に第４図
に示すようになっている。すなわち、グループ付きの樹
脂又はガラスからなる基板１上に、無機保護層２、記録
層３、無機保護層４、光学的な反射光量を増加させるた
めの反射層５、及び取扱い上で生じる傷を防止するため
の樹脂層６を順に積層した構造となっている。

これらのうち保護層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ハンスする機
能。

ところで、前述したように、相変化型の記録方式では、
レーザビーム照射により、記録層を一度溶融した後急冷
して非晶質の記録マークを形成するため、記録・消去を
繰り返し行うと、記録層の変形や破損が生じ、記録・消
去特性が劣化するという不具合がある。

そこで、従来よりさらに無機保護層に求められる特性と
して、熱的に安定であり硬いことがある。

換言すれば、硬い保護層により記録層を物理的に押さえ
込んで変形させないのである。事実、本発明者の実験で
も、保護層が相対的に軟らかい材料を用いた場合には５
〜１０回程度しか記録・消去ができなかったのに対し、
相対的に硬い材料を用いた場合には１００〜１０００回
の繰り返しが可能であった。

しかしながら、保護層として硬い材料を用いた場合であ
っても、記録・消去の繰り返し回数が１０００回を超え
ると、保護層自体が破損してしまい、やはり記録・消去
特性が劣化するという欠点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
記録・消去の繰り返し特性が良好な相変化型の情報記録
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誘電体保護層
とを有する情報記録媒体であって、誘電体保護層は、相
対的に硬い第１の材料と、第１の材料よりも硬さが低い
第２の材料とで形成されており、第２の材料の比率が記
録層に近付くにつれて高くなる濃度勾配を有しているこ
とを特徴とする。

（作用） この発明においては、相変化型の記録層に隣接する無機
保護層として、記録層を押さえ込む作用をする相対的に
硬い第１の材料と、第１の材料よりも硬さが低い第２の
材料とで構成し、硬さが低い第２の材料の比率を記録層
側で多くなるようにしたので、第１の材料による押さえ
込み効果を維持したまま、第２の材料により記録層の体
積変化を吸収することができる。従って、記Ｕ・消去の
繰り返し特性を著しく向上させることができる。

（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１１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１１上には無機保護層１２、記録
層１３、無機保護層１４、反射層１５、及び樹脂層１６
がこの順に形成されている。構造的には、第４図に示す
従来のものと同様である。

無機保護層２．４は、相対的に硬い第１の材料と、第１
の材料よりも硬さが低い第２の材料とにより構成されて
おり、記録層１３に近付くにつれて第２の材料の比率が
高くなるようになっている。

また、これら第１及び第２の材料はいずれも熱的には極
めて安定である。

熱的に安定で、相対的に軟らかい第２の材料が、記録層
１３に近付くに従って比率を増すように保護層を構成し
た理由を、第２図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明す
る。記録層１３のレーザビーム照射部分１７は溶融によ
り体積変化を生じ、記録層材料によって（ａ）のように
膨らんだり、（ｂ）のように縮んだりするが、保護層１
２゜１４の記録層に面した部分において、硬い材料より
も軟らかい材料の比率が多いと、このような記録層の体
積変化を吸収して記録・消去の際に記録層１３と共に伸
び縮みする。一方、保Ｊ層１２゜１４の外側の部分は、
硬い材料の比率が高くなっているため、その押さえ込み
効果により、保護層１２／記録層１３／保護層１４の構
造全体としては変形が生じないのである。

このような保護層１２．１４を構成する材料としては、
第１の材料としてＡ１２０３　、ＺｒＯ２゜Ｔａ２Ｏ％
　＊　Ｃｅ０ｚ　、ＴｌＯ２等、第２の材料としてＺ　
ｎ　Ｏ、Ｐ　ｂ　Ｏ、Ｍ　ｇ　Ｆ　２等がある。この発
明においては、これらの材料から一つづつ選択すればよ
いが、保護層１２．１４は、記録・消失繰り返し特性の
向上以外にも、記録時の熱的な効果と、光学的な効果と
があるため、第１及び第２の材料として、熱物性及び光
学物性が互いに近い材料を用いることが好ましい。

なお、保護層１２．１４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１５は、ＡＩ、Ａｕ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、結晶と非晶質との間で可逆的に、かつ選択
的に相変化を生じる材料で形成されており、このように
相変化するものであればどのようなものでもよいが、Ｉ
ｎ−５ｂ−Ｔｅ合金等を好適に用いることができる。

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４元スパッタリ
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
、保護層形成用の第１の材料例えばＣｅＯ２からなるタ
ーゲット及び第２の材料例えばＭｇＦ２からなるターゲ
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１１上に保ｌ！Ｗ！１１２が形成される。この際に
、時間経過に伴って第２の材料からなるターゲットに供
給する電力を増加させて、記録層側で！ｆ５２の材料の
比率が高くなるようにする。

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多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１３を形成
する。

その後、保護層１２と同様にして保護層１４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１５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
コード法により反対層１５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１６を形成する。

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 情報の記録に際しては、パワーが大きい、パルス状のレ
ーザビームを照射する。これにより、記録層１３に非晶
質の記録マーク１つが形成される。

消去 記録用レーザビームのパワーよりも多少中さいレーザビ
ームを記録マーク１９上をなぞるようにして連続光照射
し、非晶質記録マークをもとの結晶に戻して情報を消去
する。

再生 情報の再生に関しては、消去用レーザビームよリモ更ニ
パワーが小さいレーザビームを記録層１３に照射し、記
録マーク１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、ここでは保護層を構成する第１の材料としてＣｅ
Ｏ，を用い、第２の材料としてＭｇＦ２を用いた。Ｃｅ
Ｏ２の熱伝導率は０．０３４ｃ１／Ｓ、光学定数ｎは２
．１であり、Ｍ　ｇ　Ｆ　２の熱伝導率は０．０３４ｃ
ｍ”　／ｓ、光学定数ｎは１．３である。

４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、先ずチャンバ内を１０−６Ｔｏｒｒにし
た。次いで、Ａｒガスを２０８ＣＣＨの流量でチャンバ
内に導入してガス圧を５１Ｔｏｒｒに設定した後、Ｍ　
ｇ　Ｆ　２ターゲツトに５０ＷのＲ，Ｆ、（ラジオフレ
ックエンシー）パワーを投入し、ＣｅＯ２ターゲットに
４５０ＷのＲ，Ｆ。

パワーを投入してアルゴンガスのスパッタリングによる
ＣｅＯ２及びＭｇＦ２混合膜の成膜を開始した。成膜中
にＭｇＦ２ターゲットの投入パワーを５０Ｗから徐々に
増加させ、成膜終了時点には３５０Ｗになるようにし、
ＣｅＯ□ターゲットへの投入パワーは４５０Ｗから徐々
に低下させ、最後にはＯになるようにした。

約２０分後、基板上に保護層として厚みが約１０００入
のＣｅＯ２及びＭｇＦ、の混合膜からなる保護層を成膜
した。形成された膜は、基板側でＣｅＯ２リッチであり
、表面側ではＭｇＦ２リッチであった。

記録層の成膜に関しては、Ｉｎ５ｂＴｅ合金ターゲット
に２００ＷのＲ，Ｆ、パワーを投入し、約２分間で５０
０λのＩｎ５ｂＴｅ記録層を上述の保護層上に成膜した
。

次いで、再度ＣｅＯ，及びＭｇＦ２ターゲットを用い、
ＣｅＯ２への投入パワを０から４５０Ｗまで変化させ、
ＭｇＦ２ターゲットへの投入パワーを３５０Ｗから５０
Ｗまで変化させて、約２０分間で厚みが約１０００人の
混合膜保護層を記録層上に形成した。形成された膜は、
記録側でＭｇＦ２リッチであり、表面側ではＣｅＯ２リ
ッチであった。

更に、Ａｕターゲットに約１５０ＷのＲ，Ｆ。

パワーを約１分間投入してアルゴンスパッタリングを行
い、保護層の上に、再生信号をエンハンスするためのＡ
ｕ反射層を約３００Å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。

比較のため、無機保護層をＣｅＯ２にした以外は、全く
同様にして形成したサンプルも作製した。

上記２つの光デイスクサンプルを光デイスクドライブ装
置にかけて以下のような手順で特性を評価した。なお、
ディスクの回転数を１８０　Ｏｒｐｍとした。

（ａ）先ず、記録層面におけるパワーが１３ｍＷの連続
発光のレーザ光にて、成膜直後非見質の紀録層のトラッ
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、パワー１７ｍＷで周波数５ＭＨｚ、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。この記録の後０．８
ｍＷＮＯ再生用レーザビームにより信号を再生し、スペ
クトロアナライザにて再生信号のＣ／Ｎ値を測定した。

（Ｃ）１２ｍＷの連続発光のレーザ光で、再度記録部分
をなぞり、非晶質記録マークを結晶に戻して情報を消去
した。消去後、再度０．８ｍＷの再生用レーザビームに
て、信号を再生し、スペクトロアナライザにて、消え残
り信号（又は消去度）を測定した。

これら記録・消去動作を１０′回繰り返し、その都度再
生Ｃ／Ｎと消去度とを測定した。その結果を第３図に示
す。第３図は、横軸に記録・消去繰り返し回数をとり、
縦軸にＣ／Ｎ値及び消去度をとって、これらの関係を示
すグラフである。なお、ここで消去度とは、消去後の記
録マークのＣ／Ｎ値から消失前の記録マークのＣ／Ｎ値
を減じたものをいう。

この図に示すように、保護層が硬いＣｅＯ２のみで形成
されている場合には、１０００回程度の記録・消去の繰
り返しによりＣ／Ｎ値及び消去度の著しい低下が見られ
たのに対し、濃度勾配を有する混合膜の保護層を設けた
実施例のサンプルは、１０’回の繰り返しに対しても、
Ｃ／Ｎ値や消去度の低下が極めて小さいことが確認され
た。

なお、ＭｇＦ２のみで保護層を形成した場合には、Ｃｅ
Ｏ２のみの場合よりも、史にＣ／Ｎ値や消表率の低下が
激しいことが確認された。

［発明の効果］ この発明によれば、結晶と非晶質との間で相変化する相
変化型記録層に隣接して設けられた無機保護層を、いず
れも熱的に安定な、相対的に硬い第１の材料と第１の材
料よりも硬さが低い第２の材料とで構成し、硬さが低い
第２の材料の化生が記録層側で高くなるような濃度勾配
を持つようにしたので、第２の材料により記録層の変形
を吸収することができ、第１の材料で記録層に対する押
さえ込み効果を得ることができる。従って、記録・消去
の繰り返し特性を極めて良好にすることができる。

【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図は保護層が記録層の変形を吸収する状態を
説明するための図、第３図は記録・消去繰り返し特性を
示すグラフ、第４図は従来の相変化型情報記録媒体を示
す断面図である。 １１：基板、１２．１４；保護層、１３；記録層、１５
；反射層、１６；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
   けられた誘電体保護層とを有する情報記録媒体であって
   、誘電体保護層は、相対的に硬い第１の材料と、第１の
   材料よりも硬さが低い第２の材料とで形成されており、
   第２の材料の比率が記録層に近付くにつれて高くなる濃
   度勾配を有していることを特徴とする情報記録媒体。