JPH07114031B2

JPH07114031B2 - 光学式情報記録部材

Info

Publication number: JPH07114031B2
Application number: JP62113038A
Authority: JP
Inventors: 邦夫木村; 正敏高尾; 進佐内; 憲一長田; 利光胡桃沢
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPS63276724A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は光学的手段を用いて高速かつ高密度に情報を記
録、再生、消去するための光学式情報記録部材に関する
ものである。

従来の技術消去可能で繰り返し記録再生可能な非破壊型の光学式情
報記録部材、たとえば光ディスクメモリーにおいて、基
材として用いられるプラスチックスがレーザー加熱時に
損傷を受けないように、酸化物等の耐熱保護膜を基材と
光学活性層の間、もしくは光学活性層の直上に設けるこ
とが提案されている。耐熱保護層として用いられる材料
としては酸化物（SiO₂，GeO₂，Al₂O₃，BeO₂），窒化物
（BN,Si₃N₄,AlN）、炭化物（SiC），カルコゲン化物（Z
nS,ZnSe）などが提案されている。耐熱保護層に要求さ
れる特性の主なものは、（１）使用波長領域で透明であること、（２）融点が動作する温度より高いこと、（３）機械的強度が大きいこと、（４）化学的に安定なこと、（５）適当な熱定数（熱伝導率、比熱）を持っているこ
と、等である。

これらを説明すると、１は言うまでもなくレーザーのエ
ネルギーを効率よく光学活性層へ吸収させるために必要
であるし、２は光学活性層が熱変態する温度より先に耐
熱層が変化してしまっては不都合であるからであり、３
は特に加熱、冷却の過程で割れたりしては困るからであ
り、また４は水分により加水分解したり潮解したりして
は困るからであり、最後に５は、光学式情報記録法のう
ちでも、相変化型の場合には加熱と、急冷または徐冷を
組み合わせて２つの相の間を可逆的に往復させることに
より記録、消去を実現しているので、熱定数が適当でな
いと、レーザーのエネルギーが効率的に利用されない。
そこで記録消去時の照射レーザーパワーに対する感度が
十分でなくなる。すなわち、記録消去にレーザーパワー
が多く必要になる。

発明が解決しようとする問題点前記の諸物質はこれらの条件をほぼみたしているが、ま
だ完全に光学式情報記録用途としての要求を満足してい
るとはいえない。特に書き換え可能な光メモリーの場
合、レーザー照射加熱、冷却の繰り返しによって耐熱保
護層が変質すると、十分な記録、消去の繰り返し信頼性
が得られないことになる。

本発明は、光学式情報記録部材の記録、消去の繰り返し
寿命を決定する要因のひとつである、耐熱保護層の劣化
と、記録および消去感度の改善を目的とする。

問題点を解決するための手段耐熱保護層として、ZnSとSiOx（ｘ＝１〜1.8）の混合物
を用いる。

作用耐熱保護層をZnSとSiOxで構成することにより、機械
的、熱的強度が、ZnS単独膜より向上し、さらに、熱伝
導率がSiO₂を用いた場合よりも小さくなる。このため、
本発明の耐熱保護層を用いて構成された光学式情報記録
部材は、記録感度の向上および、記録、消去の繰り返し
に関する特性を向上させることができる。

実施例以下本発明の実施例について添付図面に基づき説明す
る。第１図は、本発明において基本となる光学式情報記
録部材の断面の概略であり、１が基材、２と４が耐熱保
護層、３が光学活性層であって、６の保護基材を５の接
着材で貼り合わせている。本発明では、２と４の耐熱保
護層の材質を特定のものにすることが特徴である。すな
わち従来の材料、たとえば２酸化ゲルマニウム（Ge
O₂）、２酸化ケイ素（SiO₂）、硫化アエン（ZnS）な
ど、を用いた場合とくに機械的強度と熱的性質が十分で
なかった。

レーザーで照射した場合に高温での機械的強度が弱いと
耐熱保護層が熱変形して割れたり、あるいは構造的な欠
陥が多いと保護層自体が加熱により収縮して永久変形し
たりする。また、熱的性質はレーザーの熱エネルギーを
効率よく利用するために、適当な熱伝導率と比熱を持っ
ていることが必要である。熱伝導率が大き過ぎると、余
分なエネルギーを必要とするので不都合であるし、また
小さ過ぎると今度は急冷条件が得られなくなってしま
う。急冷条件は、光学式情報記録法のうちでも、相変化
型の場合には加熱と、急冷または徐冷を組み合わせて２
つの層の間を可逆的に往復させることにより記録、消去
を実現しているので、重要である。

本発明の特徴は、前記の高温での機械特性、とくに顕著
な熱変形を最小限に抑えたままで、熱定数を制御して記
録、消去特性を改善し、更には記録消去の繰り返しの信
頼性を向上させたことである。実際の保護層の設計条件
としては、光学的にまずレーザーのエネルギーの吸収効
率がよいのが望ましい。そのためには入射レーザー光が
無反射条件を満たすことが必要である。Teを主成分とし
た光学活性層では屈折率が概ね４前後であるので、無反
射条件を得るためには、耐熱保護層の屈折率が４以下、
計算によると２以上３以下で、最も効率がよいことがわ
かっている。無反射条件は、保護層の屈折率をN,レーザ
ーの波長をL,保護層の膜厚をｄとしたときに、おおよそ
次のように示される。

ｄ＝L/4N この条件を満たす材料のうちで代表的なものが、硫化ア
エン（ZnS:N＝2.3）である。

しかし前記のごとく、ZnSは初期的な特性は優れている
のであるが、記録、消去の繰り返し特性は必ずしも満足
すべきものではないことが実験の結果判明したので、本
発明者らは改良を試みた。その結果得られた材料がZnS
とSiOxの混合物であった。本発明者らはSiOxの検討を開
始する前にSiO₂の添加を試みた。SiO₂の添加は確かに、
ZnSの単独膜より機械的性質、熱的性質にも優れた膜で
はあったが、SiOxを添加した膜が、以下に示す点におい
て優れている。

（１）熱伝導度がSiO₂より低い（光学活性層の記録感度
を高めることができる）。

（２）内部応力が小さく、記録、消去の熱衝撃によって
亀裂、クラックがはいらない。

本発明で述べる所のSiOxとは、市販のSiOを蒸着、ある
いはスパッタなどによって形成されて膜でSiO₂より酸素
の少ない膜である。量論的なSiOは屈折率が2.0前後であ
るが、通常の薄膜形成手段では、微量の酸素が存在する
ため1.7前後の膜が得られる。一般的にSiOと呼ばれてい
る膜はSiとＯとが１対１に結合した膜ではなく、SiO₂と
Siとの混合膜であるといわれている。したがって、SiOx
はSiOを出発原料としても、スパッタ条件によりｘの値
は変化する。勿論、SiOxを製造するためにはSiとSiO₂を
共蒸着することによっても得られる。本発明で述べるSi
OxとはSiとSiO₂との混合物を総称し、ｘの値が1.0より
1.8内にあるものをいう。こうしたSiOxが、何故、上述
した様な物理的特性を示すかは、明確ではないが、熱伝
導がSiO₂より低い理由は、SiO₂の粒子間にSi粒子が界在
するためにフォノンの散乱が多くなり、低下しているも
のと推察される。また、内部応力が小さく、機械的強度
が向上する理由については、互いの粒界が緩衝効果で応
力を緩和しているものと思われる。

本発明は、上述したSiOxとZnSとで構成される。SiOxはS
iO₂に比べ確かに熱伝導率が小さいが、それでも単独で
は必要とする特性は得られない。なぜSiOxと、ZnSとを
混ぜると特性が良くなるかは、わかっていない。恐ら
く、ガラス質のものが、混合されることにより結晶質の
ものも結晶粒のの成長が抑えられて微細化するか、ある
いはアモルファス化し熱伝導が、小さくなることによ
り、投入されるレーザーエネルギーが効率良く光学活性
層の温度上昇に寄与するためであると考えられる。レー
ザーパワーが効率よく光学活性層に吸収されると、照射
パワーが少なくて済み、ひいては記録消去のときに光学
活性層の周囲の温度も上昇しないので、それだけ活性層
および耐熱保護層の熱損傷も少ないことになる。結果と
して記録、消去の回数も多くなり信頼性が向上すること
になる。従って、記録および消去に要するレーザーパワ
ーが少なくなることが記録消去の繰り返し回数を多くす
ることに対して必須である。以下の各実施例では特に断
わらないが記録および消去感度が改善された耐熱保護層
を用いた場合静的な記録消去の繰り返しの回数が少なく
とも10の６乗回以上であることは確認されている。

カルコゲン化合物は、一般的に屈折率が大きく（Ｎ＞
２）の条件を満たすことが可能であるが、酸化物ガラス
は大きくても２であることが多い、そこで、カルコゲン
化物に無闇にガラス質材料を強制混合することは特性的
にも良くないことがわかるが、適当量混合することによ
り飛躍的に、特性が向上する。以下に、本発明者らによ
る具体的な実施例を示す。

実施例１ポリメチルメタクリレート（PMMA）よりなる基材上に２
元蒸着法で硫化アエン（ZnS）と酸化ケイ素（SiOx）
の、混合物よりなる耐熱保護層を作成した。なお、本実
施例に用いたSiOx膜はｘの値が1.5で屈折率が1.8であっ
た。蒸着装置の概略を第２図に示す。到達真空度は10の
マイナス６乗のオーダーである。７は真空容器で12の排
気孔より真空へ排気する。８が基材、９が基材を回転さ
せるための回転軸で、蒸着物質は10と11の蒸発源より蒸
発させる。硫化アエン（ZnS）とSiOの混合比はそれぞれ
の材料の蒸発量を制御することによって決定し、また定
量化学分析も、行なった。光学活性層の成分は可逆的に
結晶状態とアモルファス状態との間を往復させることに
より、記録消去が可能な相変化型の材料の一種であるTe
GeSnO系のものを用い、膜厚は100nmである。耐熱保護層
は光学活性層の基材側および上側に、それぞれおよそ10
0nm、200nm作成した。この膜厚構成はレーザーの吸収効
率の観点からと、光学定数の変化が大きくなるような観
点からとから決めたものである。

第３図にまず得られた耐熱保護膜自体の屈折率のSiO混
合量×依存性を示す。ZnSにSiOを添加するに連れて、屈
折率がほぼ直線的に減少することが示されている。これ
はZnSとSiOが結合して混ざっているのではなくて、単純
に混合していることを間接的にしめしている。このこと
は以下の実施例で示すこれ以外の物質の組合せの屈折率
の変化についても同じことが言える。

次に第１表に、SiOの添加量に対する結晶化（消去）お
よびアモルファス化（記録）に要する最低のレーザーエ
ネルギーを示す。この測定はディスク状に形成したもの
を回転しながら動的に測定したものでディスクの周速度
はおよそ5m/sである。レーザーの波長は830nmでビーム
はディスク上で回析限界まで絞っている。レーザーのパ
ワーはできるだけ小さい方が負担がすくなくて済むので
好ましい。ZnSにSiOを添加することにより結晶化および
アモルファス化に要するの最低エネルギーは減少し、さ
らに添加量が増えると再び増加し始める。この結果から
明らかなように、SiOの添加量には最適値があることが
わかる。

本実施例においては、SiOの量が10モル％以上80モル％
以下のときに、結晶化に要するレーザーパワーが6mWな
いし7.5mWと、SiOがないときの9mWより低下しているこ
とが分かる。また、この混合比では、屈折率がほぼ1.8
以上で、光学的にも前記の条件を満足している。

以上に示すようにZnSにSiOを添加したときに結晶化に要
するレーザーパワーの低下が見られることで示される効
果がある。

第４図に静的にレーザーを用いて記録消去を繰り返し行
なった場合の反射率の変化を示す。第４図中それぞれの
曲線のうち、上側が結晶状態、すなわち消去状態の反射
率に対応し、下側が非晶質状態すなわち記録状態に対応
している。反射率の差が記録信号の強度に比例する訳で
ある。SiOの添加量によって繰り返しの回数に変化が生
じるのがわかる。また、レーザーパワーはディスクにお
ける熱負荷をシミュレートするように決めたものであ
る。

記録に用いるレーザーのパワー分布のディスク上への投
影は、ほぼ円対称になるように、また消去用の分布は楕
円状になるように調整されている。

この場合も、SiOが20モル％添加かれたときにもっとも
良い結果が得られており10の６乗回以上の繰り返しが可
能である。

なお、本実施例ではSiOとZnSを蒸着などの気相から急冷
する手段を用いて強制的に分散混合して特性を得たが、
同じ気相からでも徐冷となる条件、例えば、堆積速度が
極端に遅い場合などでは、分散が妨げられて相分離が進
行して、感度の向上のみならず記録消去の繰り返しの回
数も多くならなかった。このことは、以下に述べる実施
例での材料の組合せでも同じことがいえる。

実施例２ポリメチルメタクリレートよりなる基材上にZnSとSiOと
の混合物よりなる耐熱保護層をスパッタ法で作成した。
第５図にスパッタ装置の概略と第６図に陰極ターゲット
の構成を示す。スパッタ装置は通常の市販のものである
が陰極ターゲットは複合式のものを用いた。すなわちSi
Oの焼結体の上にZnSの焼結ペレットを添加量に見合った
量においてスパッタを行なった。また定量化学分析もお
こなった。光学活性層の成分も実施例１と同じTeGeSnO
系のものを用い、膜厚は100nmである。耐熱保護層は光
学活性層の基材側および上側に、それぞれおよそ100n
m、200nm作成した。

本実施例においても硫化アエンにSiOxを添加することに
より結晶化およびアモルファス化に要するレーザーエネ
ルギーは低下する効果が確認された。

本実施例においてもSiOxの硫化アエンに対する添加量で
効果があるのはおおよそ20モル％前後であることが確認
された。得られたZnSとSiOxの複合膜の屈折率は2.1であ
り、ZnSとSiOの混合比率は70:30モル％であった。な
お、スパッタによるSiOx単独膜の屈折率は1.9で、SiOx
のｘ値は1.2であった。

実施例３ポリカーボネイトよりなる基材上に２元蒸着法でセレン
化アエンとSiOx（ｘ＝1.8）の、混合物よりなる耐熱保
護層を作成した。到達真空度は10のマイナス６乗のオー
ダーである。硫化アエン（ZnS）と酸化ケイ素（SiOx）
の混合比は実施例１と同様にそれぞれの材料の蒸発量を
制御することによって決定し、また定量化学分析もおこ
なった。光学活性層の成分は本実施例では異なりTbFeCo
の光磁気効果を示す材料とした。膜厚は50nmである。耐
熱保護層は光磁気活性層の基材側および上側に、それぞ
れおよそ100nm、200nm作成した。得られた耐熱保護膜は
実施例２で用いたものと同様のものである。次に第２表
に、SiOの添加量に対する耐酸化特性を示す。ZnS単独で
は80℃80％RH環境下では、数日間で、反射率の低下が見
られるが、SiOを添加することにより、30日では光学的
な変化が見られなかった。

以上の実施例で示した様に本発明は、光学式情報記録部
材の特性向上に効果があるといえる。特に、入射レーザ
ーパワーを効率よく利用する点、記録消去の回数を増加
させる点、光学活性層を酸化などから守る信頼性改善の
点に大きな効果がある。前記実施例では硫化アエン等の
結晶質のものと、２酸化ケイ素等のガラス質のものとを
気相などから急冷することにより薄膜を構成する粒子を
微細化してあたかも強制的に固溶させた様な構造にする
例を示したが、この考え方は従来にないものである。

なお、以上に述べたように本発明は、材料の構造に特徴
があるので、実施例の適用先を光ディスクに限ったが、
光ディスク以外にも熱特性やパッシベーション膜として
の効果を発揮できる、薄膜磁気ヘッド、感熱プリンター
用ヘッドなどの耐熱絶縁膜への適用も考えられる。

発明の効果本発明によれば、基材上に光学活性層を設けてなる光学
式情報記録部材において、前記光学活性層と基材の間、
もしくは光学活性層の上に、複数の化合物よりなる耐熱
保護層を設け、かつそれらの混合物の構成化合物のうち
少なくとも２種は互いに固溶し合わないものより選ぶこ
とにより、記録時の入射光パワーに対する感度を上昇さ
せ、あるいは記録消去の繰り返しの回数を増やすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における光学式情報記録媒
体の断面図、第２図は２元蒸着装置の断面図、第３図は
ZnS＋SiO系の屈折率を示すグラフ、第４図はZnS＋SiO₂
系の繰り返し特性を示すグラフ、第５図はスパッタ装置
の断面図、第６図は陰極ターゲット構成を示す平面図で
ある。１……基材、2,4……耐熱保護層、３……光学活性層、
５……接着剤層、６……保護基材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長田憲一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者胡桃沢利光大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と、その基材上に設けた光学活性層
と、前記光学活性層と前記基材の間もしくは前記光学活
性層の上に設けた耐熱保護層とを備え、前記耐熱保護層
がZnSとSiOx（ｘ＝１〜1.8）の混合物より構成されてい
ることを特徴とする光学式情報記録部材。
【請求項２】ZnSとSiOxの存在比（ZnS:SiOx mo1％）が8
0:20〜20:80の範囲内で構成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光学式情報記録部材。
【請求項３】ZnSとSiOxより構成される耐熱保護層の屈
折率が、2.2〜1.8の範囲内にあることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光学式情報記録部材。