JPH04103032A - 相変化型光ディスクの情報記録方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、情報の記録再生に用いられる相変化型光ディ
スクの情報記録方法に関する。

（従来の技術） 近年、大容量メモリーとして光ディスクが注目をあびて
いる。

光ディスクは、ＣＤ（コンパクトディスク）に代表され
る再生専用タイプと、電子式文書ファイルに代表される
１回記録可能な書込み専用タイプと、記録、消去が可能
な書替タイプとに大別される。

また、書替タイプの内、レーザー光の照射により、記録
膜を結晶相と非晶質相とに可逆的に変化させて記録、消
去を行う、いわゆる、相変化型光ディスクが注目をあび
ている。

情報の記録再生で用いられる相変化型の光ディスクとし
ては、カルコゲナイド系材料を記録膜に用いた光ディス
クか検討されている。

相変化型光ディスクの従来技術については、「書換え可
能光ディスク材料」　（奥田昌宏著、株式会社工業調査
会発行、１９８９年５月２０日初版発行）に詳しい。

相変化型光ディスクは、カルコゲナイド系記録膜の結晶
相、非晶質相の相変化を利用して情報の記録再生を行な
う。従来の相変化型光ディスクの記録手順は次のように
行なわれている。

１）スパッタ、蒸着などで成膜された記録膜は非晶質で
あるので、加熱アニール処理または光ビーム照射などで
、記録膜を結晶相とする。これを初期化または初期結晶
化という。

２）短パルス、高パワーの記録パルスで結晶の記録膜を
溶融、急冷し非晶質化して記録マークとする。

３）長パルス、低パワーの消去パルスで非晶質相の記録
マークを結晶化し、記録マークを消去する。

また、消去パワーに記録パワーを重畳させて、オーバー
ライドを行なうことも検討されている。

（従来例１） 第４図は、従来の記録方法で記録するときに用いられる
記録パルスＰとそのときの記録マークＭの金属組織を模
式的に示す。回転している光ディスクスに従来の記録パ
ルスＰで記録すると記録マークＭは涙型となり中心部の
非晶質部すとその周辺の粗大結晶部ａ、Ｃは所定の幅と
はならない。

特に非晶質部すの前後の粗大結晶部ａとＣの幅が同じに
ならない。これは、記録マークＭの前端側の粗大結晶部
ａは、十分加熱される前に記録ビームが移動するため加
熱不足となり、逆に、記録マークＭの後端側の粗大結晶
部Ｃは、すでに加熱されている部分からの余熱効果で必
要以上に加熱されるからである。

従って、従来の記録方法では、記録マークの非晶質部す
と粗大結晶部ａ、ｃの幅を所定値として記録することは
不可能である。

（従来例２） 第５図は、従来の記録方法の概要を模式的に示す。この
従来例は連続溝（グループ）Ｇ、Ｇに挾まれたランドＲ
からなる記録トラックＴに記録を行なった例を示す。信
号レベルは、０．１の２値に変調され、その２値に対応
した記録レーザパルスＰで記録が行なわれる。記録トラ
ックＴは予め初期結晶化され、初期結晶化トラックは、
微細結晶ｄとならている。その初期化トラックＴに記録
レーザパルスＰで非晶質の記録マークＭを形成して記録
を行なう。記録レーザパルスＰに対応して、中心部が非
晶質すで、その周辺部が粗大結晶ａ。

Ｃからなる涙型の記録マークＭが形成される。記録情報
の再生では、記録マークＭの中心部の非晶質部分すをレ
ベル１、初期結晶化部の微細結晶部分ａ、Ｃをレベル０
として２値情報を再生する。

この従来の記録方法では、記録マークＭの周辺部の粗大
結晶部ａ、ｃは初期結晶化部の微細結晶部ｄとは分離し
て再生に用いていない。そのため、記録マークＭを密に
詰めて高密度化しようとすると、最密パターンの再生信
号がオーバーラツプしてしまい、記録マークＭの大きさ
以上に高密度化することは困難であった。

（発明か解決しようとする課題） 従来は、記録マークＭの大きさは光ビームの集光スポッ
トの大きさで決まり、さらに高密度記録するためには、
より短波長の光ビームを用いることが必要である。

したがって、従来の半導体レーザを用いた記録再生で、
記録マークの大きさを小さくして高密度化することは困
難であった。記録マークを密に詰めようとすると、再生
信号の分離が困難となり、従来の記録方法では高密度化
には限界があった。

そこで、この発明は、光ビームの回折限界がらくる記録
マークの大きさによる記録密度の限界を向上させ、高密
度記録を可能とした相変化型光ディスクの情報記録方法
を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するために、光ビームを照射
して記録膜に相変化を生じさせることにより、情報を記
録する相変化型光ディスクの情報記録方法であって、光
ビームが照射されて形成された記録マーク中心部の非晶
質相、記録マーク周辺部の粗大結晶、初期非晶質相との
３種類の相状態をそれぞれ記録情報に対応させて３値記
録を行うようにしたものである。

（作　用） 相変化型光ディスクの記録マークの組織は、記録のとき
の溶融、冷却の冷却速度によって決定される。すなわち
、溶融凝固するときの冷却速度が、非晶質化の臨界冷却
速度より大きい部分が非晶質化し、臨界冷却速度に達し
ない部分は結晶化する。

結晶成長は熱流に沿う方向に生じるので、記録マークは
その中心部が非晶質相で、その周辺部は粗大な放射状の
柱状晶からなる金属組織となる。

相変化型光ディスクの記録膜の記録のときの冷却速度は
、記録膜自体によっても多少変化するが、それ以上に保
護膜、反射膜、基板材料などの層構成に大きく影響され
る。また、記録光ビームのパルス形状にも依存する。

したがって、その層構成および光ビームパルスプロファ
イル等から記録マークの冷却速度を制御して、記録マー
ク中心部の非晶質相の幅と周辺部の粗大結晶相の幅を所
定の幅とすることが可能である。

成膜したままの非晶質相は、記録マークの非晶質相とは
同じ非晶質でも結晶状態が異なるので、記録マーク中心
部の非晶質相とは、形態的に区別できる。

以上から、記録マーク中心部の非晶質相、記録マーク周
辺部の粗大結晶相、及び初期非晶質相の３種類の相状態
をとらせて、各相状態をそれぞれ情報に対応させること
で、３値記録を行なうことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図に本発明の詳細な説明する。第１図は、記録トラ
ックＴに本発明の記録方法で３値記録を行なった実施例
を示す。この実施例では、連続溝（グループ）Ｇ、Ｇに
挾まれたランド部Ｒからなる記録トラックＴに記録を行
なった例を示す。

信号レベルは、０．１．２の３値に変調され、その３値
に対応した記録レーザパルスＰで記録が行なわれる。記
録トラックＴは成膜のままの非晶質相となっている。そ
の初期非晶質相トラックに記録レーザパルスで３値の記
録マークＭを形成して３値記録を行なう。

記録レーザパルスＰに対応して中心部が非晶質すで、そ
の周辺部が粗大結晶ａ、ｃからなる記録マークＭか形成
される。

記録情報の再生では、記録マークＭの中心部の非晶質部
分すをレベル２、記録マークＭの周辺部の粗大結晶部ａ
、ｃをレベル１、また、初期非晶質部ｄをレベル０とし
て３値情報を再生する。

この３値記録方法では、記録マークＭの非晶質相すの両
隣は粗大結晶相ａ、ｅとなるという規則性がある。１度
記録したトラックＴにオーバーライドすることで、粗大
結晶相を連続させることも可能である。

なお、先ビームＢの記録パルスＰの光パワーを、非晶質
部分すに対応する部分が高いレベルＨ２となっており、
また、その後段側は涙量の記録マークか形成されないよ
うにｈだけ低いレベルＨ１に設定されている。

第２図に本発明の適用か可能な相変化型光ディスクＤの
層構成の１例を模式的に示す。本発明においても従来の
相変化型光ディスクＤの層構成を用いることができる。

第２図では本発明の適用が可能な３値記録用の相変化型
光ディスクＤは、光デイスク基板１０と、この光デイス
ク基板１０上に順次積層された保護層１１、記録層１２
、保護層１３、反射層１４、および保護層１５から構成
されている。

この層構成は単板の場合の例であり、記録層１２のある
面を内側にしてこの単板光デイスク２枚を貼り合わせ両
面使用の光ディスクとすることも可能である。

また、用途に応じて保護層１１、保護層１３、反射層１
４、保護層］５はそれぞれ省略することも可能である。

光デイスク基板〕０は、透明で経時変化が少ない材料、
例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のような
アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、
スチレン樹脂、またはガラス等で形成される。記録フォ
ーマットに応じて連続溝、サンプルサーボマーク、プリ
フォーマットマーク等が形成される。

記録層１２は、光ビームが照射されることにょり状態が
変化する材料で形成されている。このような相変化型材
料としては、ＧｅＴｅ系、ＴｅＳｅ系、Ｇｅ５ｂＳｅ系
、ＴｅＯｘ系、ＩｎＳｅ系、Ｇｅ５ｂＴｅ系等のカルコ
ゲナイド系アモルファス半導体材料やＩ　ｎＳｂ系、Ｇ
ａＳｂ系、Ｉｎ５ｂＴｅ系等の化合物半導体材料などを
用いることができる。この記録層１２は、真空蒸着法や
スパッタリング法等で形成することができる。この記録
層１２の膜厚としては、実用上数ｎｌ−数μ−の範囲で
あることが好ましい。

保護層１１．１３は、記録層１２を挾むように配設され
ており、記録ビームＢの照射により記録層１２が、飛散
したり、穴がおいてしまうことを防止する役割を有して
いる。また、記録のときの記録層１２の加熱、冷却の熱
拡散を制御する役割もある。この保護層１１．１３は、
Ｓ　ｉＯ２、Ｓ　ｉＯｓ　Ａ　ＩＮ　ＳＡ　１１２０３
、ＺｒＯ２、”ｒｉｏ２、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＳ、Ｓｉ。

またはＧｅ等を真空蒸着法やスパッタリング法などで形
成することができる。保護層１１．１３の膜厚は実用上
数ｎ−〜数μ麿であることが好ましい。

反射層１４は、記録層１２の光学的変化を光学的にエン
ハンスして再生信号を増大させる効果と記録層１２の冷
却効果がある。この反射層１４は、Ａ　ｕ　ｓ　Ａ　ｆ
ｌ　ｓ　ＣＬｌ　％　Ｎ　Ｉ　　Ｃｒ合金等の金属膜を
真空蒸着法やスパッタリング法などで形成することかで
きる。反射層１４の膜厚は、実用上数ｎ層〜数μｍであ
ることが好ましい。

保護層１５は、相変化型光ディスクＤを取り扱う上での
、傷、はこり等を防止するために配設されるものであり
、通常、紫外線硬化樹脂などにより形成される。この保
護層１５は、例えば紫外線硬化樹脂をスピンコード法に
より反射層１４の表面に塗布し、紫外線を照射して硬化
させて形成する。

この保護層１５の膜厚としては、実用上数μｍ〜数百μ
磨の範囲であることが好ましい。

本発明の３値記録を行なうためには、記録のときの記録
層１２の冷却速度を制御することが必要である。この冷
却速度の制御は、前述の保護層１１．１３、反射層１４
、記録層１２の材料及び膜厚を所定の材料、膜厚とする
ことで可能である。

例えば、記録層１２の冷却速度を高めるには、記録層１
２の膜厚を薄くする。保護層２，３の材料を熱伝導率の
高い材料とする。反射層１４の膜厚を厚くする。反射層
１４に熱伝導率の高い材料を用いる。等が有効である。

また、本発明の３値記録を行なうためには、記録レーザ
パルスＰのプロファイルを工夫することも有効である。

第３図は、本発明を実現するために有効な記録レーザパ
ルスＰのプロファイルの１例と、そのときの記録マーク
Ｍの金属組織を模式的に示す。

この例では、記録パルスＰの立ち上がりの光パワーを高
めた記録パルスＰを用いている。この様な記録パルスＰ
を用いることで、非晶質部すと粗大結晶部ａ、ｃの幅を
所定の幅とした記録マークＭを形成できる。

従って、非晶質部ｂ、粗大結晶部ａ、ｃおよび初期非晶
質部ｄとで高密度な３値記録が可能となる。

しかして、相変化型光ディスクＤの記録マークＭの組織
は、記録のときの溶融、冷却の冷却速度によって決定さ
れる。すなわち、溶融凝固するときの冷却速度が、非晶
質化の臨界冷却速度より大きい部分が非晶質化し、臨界
冷却速度に達しない部分は結晶化する。結晶成長は熱流
に沿う方向に生じるので、記録マークＭはその中心部が
非晶質相すで、その周辺部は粗大な放射状の柱状晶ａ。

Ｃからなる金属組織となる。

相変化型光ディスクＤの記録膜の記録のときの冷却速度
は、記録膜自体によっても多少変化するが、それ以上に
保護膜、反射膜、基板材料などの層構成に大きく影響さ
れる。また、記録光ビームＢのパルス形状にも依存する
。

したがって、その層構成および光ビームパルスプロファ
イル等から記録マークＭの冷却速度を制御して、記録マ
ークＭの中心部の非晶質相すの幅と周辺部の粗大結晶相
ａ、ｃの幅を所定の幅とすることが可能である。

成膜したままの非晶質相ｄは、記録マークＭの非晶質相
すとは同じ非晶質でも結晶状態が異なるので、記録マー
クＭの中心部の非晶質相すとは形態的に区別できる。

以上から、記録マークＭの中心部の非晶質相ｂ、記録マ
ークＭの周辺部の粗大結晶相ａ、Ｃ１及び初期非晶質相
ｄの３種類の相状態をとらせて、各相状態をそれぞれ情
報に対応させることで、３値記録を行なうことができる
。

なお、上述の一実施例ではランド部分Ｒに記録マークＭ
を形成したが、グループ部分Ｇであっても良く、両方に
形成しても良い。

その他、本発明は上記一実施例には限らず、要旨を変え
ない範囲で種々変形実施可能であることは勿論である。

［発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、従来の相変化型光
ディスクの記録方式よりも高密度な記録方式を提供する
ことかできる。また、高密度化のために特に短波長の光
ビームを用いなくとも、従来の波長の光ビームで高密度
化ができる。さらに、従来より波長の短い光ビームを用
いて、本発明の記録方法を適用することもでき、その場
合は、より高密度化が可能であるといった効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係わる相変化型光ディスク
の３値記録の概略を模式的に示す図、第２図はこの発明
の適用される相変化型光ディスク記録媒体の断面図、第
３図はこの発明に用いられる記録パルスとそのときの記
録マークを模式的に示す図、第４図は従来の記録パルス
とそのときの記録マークを模式的に示す図、第５図は従
来の相変化型光ディスクの２値記録の概略を模式的に示
す図である。 １０・・・光デイスク基板、１１・・・保護層、１２・
・・記録層、１３・・・保護層、１４・・・保護層、１
５・・・保護層、ａ・・粗大結晶相、ｂ・・非晶質相、
Ｃ・・・粗大結晶相、ｄ・・・初期非晶質相、Ｂ・光ビ
ーム、Ｄ・・光ディスク、Ｍ・・記録マーク。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを照射して記録膜に相変化を生じさせる
   ことにより、情報を記録する相変化型光ディスクの情報
   記録方法であって、 光ビームが照射されて形成された記録マーク中心部の非
   晶質相、記録マーク周辺部の粗大結晶、初期非晶質相と
   の３種類の相状態をそれぞれ記録情報に対応させて３値
   記録を行うことを特徴とする相変化型光ディスクの情報
   記録方法。