JPH08115534A - 光学的情報記録媒体 - Google Patents

光学的情報記録媒体

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JPH08115534A
JPH08115534A JP6251980A JP25198094A JPH08115534A JP H08115534 A JPH08115534 A JP H08115534A JP 6251980 A JP6251980 A JP 6251980A JP 25198094 A JP25198094 A JP 25198094A JP H08115534 A JPH08115534 A JP H08115534A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は相変化型光ディスクのオーバライト
特性を改善して高密度記録を可能にし、また、所望の吸
収率制御を実行しつつ、記録感度低下を抑えた媒体構成
の光学的情報記録媒体を提供することを目的とする。 【構成】 光学的情報記録媒体は、基板1上に第一保護
膜2、記録膜3、第二保護膜4、低屈折率誘電体膜8、
高屈折率誘電体反射膜9及び紫外線硬化樹脂6より構成
されている。低屈折率誘電体膜8は反射率特性及び吸収
率特性を制御し、それにより、結晶部分の吸収率を非晶
質部分に比べて大きくすると共に、透過光成分を抑制し
て、吸収率を上げて良好な記録感度特性を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学的情報記録媒体に係
り、特にレーザ光照射による昇温、冷却の熱履歴の違い
により結晶と非晶質間の可逆的な構造変化、並びに光学
的性質が変化する相変化型の光学的情報記録媒体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を用いた光学的情報記録媒体、
特に円盤状の光学的情報記録媒体(以下、「光ディス
ク」という)の記録方式は、大容量記録が可能であり、
非接触で高速アクセスできることから、大容量メモリと
して実用化が進んでいる。光ディスクはコンパクトディ
スク(CD)やビデオディスクとして知られている再生
専用型、ユーザ自身で記録できる追記型、及びユーザ側
で繰り返し記録消去ができる書換型に分類される。その
うち、追記型や書換型の光ディスクは、コンピュータの
外部メモリ、あるいは文書・画像ファイルとして使用さ
れている。
【0003】また、書換型光ディスクには、記録膜の相
変化を利用した相変化型光ディスクと垂直磁化膜の磁化
方向の変化を利用した光磁気ディスクがある。このう
ち、相変化型光ディスクは、外部磁場が不要で、かつ、
オーバライトが容易にできることから、今後、書換型光
ディスクの主流になることが期待されている。
【0004】従来より、レーザ光照射により結晶−非晶
質間の相変化を起こす記録膜を用いた書換可能な、いわ
ゆる相変化型光ディスクが知られている。相変化型光デ
ィスクでは記録膜に記録すべき情報に応じた高パワーの
レーザ光スポットを照射し、記録膜温度を局部的に上昇
させることにより、結晶−非晶質間の相変化を起こさせ
て記録し、これに伴い光学定数の変化を低パワーのレー
ザ光によって反射光強度差あるいは位相変化として読み
取ることにより、再生を行っている。
【0005】例えば、結晶化時間が比較的遅い記録膜を
用いた相変化型光ディスクでは、光ディスクを回転さ
せ、その光ディスクに形成された記録膜にレーザ光を照
射することにより、温度を融点以上に上昇させた当該記
録膜の部分を、レーザ光が通過した後、急冷することに
より非晶質状態として記録する。
【0006】消去時には、記録膜温度を結晶化温度以
上、融点以下の結晶化可能温度範囲で結晶化を進行させ
るために十分な時間保持し、記録膜を結晶化させる。こ
のための方法としては、レーザ光進行方向に長い長円レ
ーザ光を照射する方法が知られている。既に記録したデ
ータを消去しながら新しい情報を記録する2ビームによ
る擬似的なオーバライトを行う場合には、消去用の長円
レーザ光を記録用円形レーザ光に先行させて照射するよ
うに配置する。
【0007】一方、高速結晶化が可能な情報記録膜を用
いた光ディスクでは、円形に集光した1本のレーザ光を
使う。従来より知られている方法は、レーザ光のパワー
を2つのレベル間で変化させることにより、結晶化ある
いは非晶質化を行う。すなわち、記録膜の温度を融点以
上に上昇させることが可能な高パワーのレーザ光を記録
膜に照射することにより、その殆どの部分は冷却時に非
晶質状態となり、一方、記録膜温度が結晶化温度以上、
融点以下の温度に達するような低パワーのレーザ光が照
射された部分は結晶状態になる。
【0008】相変化型光ディスクの記録膜には、カルコ
ゲナイド系材料であるGeSbTe系、InSbTe
系、InSe系、InTe系、AsTeGe系、TeO
x−GeSn系、TeSeSn系、SbSeBi系、B
iSeGe系などが用いられるが、いずれも抵抗加熱真
空蒸着法、電子ビーム真空蒸着法、スパッタリング法な
どの成膜法で成膜される。成膜直後の記録膜の状態は、
一種の非晶質状態であり、この記録膜に記録を行って非
晶質の記録部を形成するために、記録膜全体を結晶質に
しておく初期化処理が行われる。記録はこの結晶化され
た状態の中に非晶質部分を形成することにより達成され
る。
【0009】従来、このような相変化型光ディスクにお
いて高密度記録を行う手法として、記録マークのエッジ
に情報を記録するマークエッジ記録方式が提案されてい
る。マークエッジに情報を記録する場合、エッジ位置の
正確さが重要であり、エッジ位置揺らぎが高密度記録を
制限する大きな要因となっている。このエッジ揺らぎの
主な原因は非晶質と結晶間の吸収率差であり、エッジ揺
らぎを抑えるには、結晶の吸収率を非晶質部分のそれに
比べて大きくしておくことが重要である。
【0010】従来から知られている金属反射膜を用いた
光ディスクでは、結晶と非晶質間の反射率差を大きくす
る構成となっており、通常、結晶部分反射率を非晶質部
分反射率より高く設定するため、必然的に非晶質部分の
吸収率が大きくなってしまう。そのため、前述したよう
に、オーバライト記録時のマークエッジ揺らぎが大きく
なってしまうという課題がある。
【0011】ここで、吸収率制御について詳細に説明す
る。従来から知られている相変化型光ディスクの構成
は、図3の断面図に示すように、透明基板1上に第一保
護膜2、記録膜3、第二保護膜4、金属反射膜5及び紫
外線硬化樹脂6をそれぞれ順次に積層した、いわゆる4
層反射膜構成である。
【0012】前述したように、通常は、結晶部分反射率
を非晶質部分反射率より高くして再生信号を確保するた
め、非晶質の反射率を結晶状態の反射率に比べて小さく
した構成が採用される。この場合、記録膜の相変化に伴
う光学定数の変化を反射率変化に効率よく変換でき、良
好な再生信号が確保できるという長所を持つ反面、金属
反射膜5において殆どの光が反射されてしまうため、記
録膜3の光学定数変化に伴う反射率差を大きく確保しよ
うとすると、記録膜3での吸収率は、必然的に、非晶質
部分に比べて結晶部分の吸収率が小さくなってしまう。
【0013】このように、結晶部分の吸収率が小さくな
った場合、通常、結晶質の方が非晶質に比べて熱伝導率
が大きく、また溶融に必要な潜熱も大きいので、オーバ
ライト時に記録膜が結晶か、非晶質かによって記録膜昇
温状態に差が生じる。このため、オーバライト信号がオ
ーバライト前の信号成分によって変調されてしまう。こ
れがオーバライトジッタ低減を制限するマークエッジ揺
らぎの一因になっている。
【0014】そこで、このマークエッジ揺らぎの解決法
として、従来より極薄金属反射膜を用いる、透過性
高屈折率誘電体を反射膜とする、光学的な位相差を使
って再生し、吸収率設定に自由度を持たせる、の計3つ
の方法が提案されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】まず、1番目の極薄金
属反射膜を用いる方法では、極薄金属反射膜として金
(Au)を用いることにより、記録膜が結晶質の状態の
ときと非晶質の状態のときとで光学的な吸収率を等しく
することにより、時間的、空間的に同様な昇温プロファ
イルを得るようにしている(特開平1−149238号
公報)。しかし、この従来方法は、金属反射膜が例えば
20nmと薄く、繰り返しオーバライト特性が乏しいと
いう問題がある。
【0016】また、2番目の透過性高屈折率誘電体を反
射膜とする方法では、透過性高屈折率誘電体であるシリ
コン(Si)を反射膜として用いた構成が知られている
(特開平4−102243号公報)。すなわち、この方
法では、光学的情報記録媒体を、図4の断面図に示すよ
うに、基板1上に第一保護膜2、記録膜3、第二保護膜
4、Siによる高屈折率誘電対反射膜7及び紫外線硬化
樹脂6の順で積層された構成である。
【0017】図5は図4に示した従来の光学的情報記録
媒体における反射率と透過率の下部保護膜である第一保
護膜2の膜厚依存性を示す特性図である。図5に示すよ
うに、第一保護膜2の膜厚の変化に伴い結晶の吸収率
I、非晶質の吸収率II、結晶の反射率III及び非晶質の
反射率IVはそれぞれ変化するが、結晶の吸収率Iは常に
非晶質の吸収率IIより大きく、また、結晶の反射率は常
に非晶質の反射率IVより大きい。すなわち、この従来の
光学的情報記録媒体では、図5から分かるように、第一
保護膜2の膜厚が変化しても、15%以上の透過率があ
り、吸収率低下をもたらし、記録感度が低下するという
問題がある。
【0018】更に、反射膜としてダイヤモンド状薄膜を
用いた構成の光学的情報記録媒体も知られている(特開
平4−252442号公報)。しかるに、この従来の光
学的情報記録媒体では、熱伝導率が大きく、ポリカーボ
ネート製の基板の屈折率よりも高い屈折率で、結晶部分
と非晶質の部分との反射率の差を大きくしたまま吸収率
の差を小さくするものの、どうしても透過光量が多くな
る傾向にあり、記録感度が落ちてしまうという問題があ
る。
【0019】また、3番目の光学的な位相差を使って再
生し、吸収率設定に自由度を持たせる方法の光学的情報
記録媒体が従来より知られているが(特開平5−145
299号公報)、このものは、記録膜や保護膜など各層
の膜厚マージンが狭くなる傾向にあるなどの問題があ
る。
【0020】なお、他の従来の光学的情報記録媒体とし
て、記録膜の第一保護膜の厚さが100nm、記録膜の
非晶質状態の吸収率と結晶状態の吸収率とがそれぞれ
0.5より大で、また、第二保護膜と記録膜との膜厚が
上記の記録膜の非晶質状態の吸収率と結晶状態の吸収率
の値に関連した所定の不等式を満足する値に設定された
光学的情報記録媒体が知られている(特開平2−128
330号公報)。
【0021】しかし、この従来の光学的情報記録媒体に
よれば、光の多重反射を考慮に入れて吸収率コントラス
トが0.05以下になるようにしているが、マークエッ
ジ記録に対応した媒体の吸収率に関する記述はなく、消
し残りを小さくするために、結晶状態の吸収率と非晶質
状態の吸収率との差を小さく抑えることを規定している
にすぎない。
【0022】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
相変化型光ディスクのオーバライト特性を改善し、高密
度記録を可能にする新規な光学的情報記録媒体を提供す
ることを目的とする。また、本発明は所望の吸収率制御
を実行しつつ、記録感度低下を抑えた媒体構成が選択さ
れた光学的情報記録媒体を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、レーザ光が照射されて昇温、冷却の熱履歴
の違いにより記録膜の結晶と非晶質間の可逆的な相状態
変化により情報の記録再生消去を行う相変化型光学的情
報記録媒体において、透明基板と、透明基板上に形成さ
れた第一保護膜と、第一保護膜上に形成されたカルコゲ
ナイド系の材料からなる前記記録膜と、記録膜上に形成
された第二保護膜と、第二保護膜上に形成された、透明
基板の屈折率よりも低屈折率の誘電体膜と、誘電体膜上
に形成された、透明基板の屈折率よりも高屈折率の誘電
体反射膜とを有する構成としたものである。
【0024】
【作用】マークエッジ記録方式で情報を記録する場合、
エッジ位置の揺らぎの主な原因は非晶質と結晶間の吸収
率差であり、エッジ位置揺らぎを抑えるためには、結晶
の吸収率を非晶質部分に比べて大きくしておくことが重
要である。そこで、本発明では、透過性高屈折率誘電体
反射膜と第二保護膜との間に低屈折率誘電体膜を挿入す
ることにより、結晶状態の吸収率を従来に比べて大きく
するようにしたものである。従って、本発明では、金属
反射膜の厚さは極薄金属反射膜を用いる従来の記録媒体
よりも厚くでき、また、光学的な位相差を使って再生す
る従来の記録媒体とは異なる構成とすることができる。
【0025】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
1は本発明の一実施例の構造断面図を示す。同図中、図
3及び図4と同一構成部分には同一符号を付してある。
図1に示すように、本実施例は基板1上に、第一保護膜
2、記録膜3、第二保護膜4、低屈折率誘電体膜8、高
屈折率誘電体反射膜9及び保護用の紫外線硬化樹脂6が
順次に積層された構成である。
【0026】すなわち、本実施例は、第二保護膜4上に
形成された低屈折率誘電体膜8により反射率特性並びに
吸収率特性を制御し、それにより、結晶部分の吸収率を
非晶質に比べて大きくすると共に、透過光成分を抑制し
て吸収率を上げて良好な記録感度特性を確保した点に特
徴がある。
【0027】基板1には、円盤状のガラス若しくはプラ
スチックが用いられる。第一保護膜2と第二保護膜4に
は、二酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン(Si
34 )、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化チタン
(TiO2 )、硫化亜鉛(ZnS)、ZnS−SiO2
などの誘電体材料がそれぞれ用いられる。
【0028】記録膜3としては、カルコゲナイド系材料
であるGeSbTe系、InSbTe系、InSe系、
InTe系、AsTeGe系、TeOx−GeSn系、
TeSeSn系、SbSeBi系、BiSeGe系など
の相変化型記録材料が用いられる。
【0029】低屈折率誘電体膜8は、基板1の材料の屈
折率(1.41〜1.58)及び第一保護膜2と第二保
護膜4の屈折率(2.1程度)などの基準屈折率よりも
低い屈折率の材料、例えばフッ化マグネシウム(MgF
2 )、フッ化カルシウム(CaF2 )、フッ化ナトリウ
ム(NaF2 )、フッ化リチウム(LiF2 )及びNa
3 AlF6 などが使用できる。更に、高屈折率誘電体反
射膜9は、上記の基準屈折率よりも高い屈折率の透過性
高屈折率材料、例えばSi又はゲルマニウム(Ge)に
より構成された反射膜である。
【0030】本実施例の特徴は、記録感度の低下を抑え
て、吸収率差を制御した光ディスクの構成にあり、非晶
質記録マークの反射率を結晶部分に比べて大きくし、そ
れにより、結晶部分の吸収率が非晶質のそれに比べて大
きい状態を実現することにある。
【0031】図2は第一保護膜2としてZnS−SiO
2 を用い、かつ、その膜厚を変化させたときの、結晶の
吸収率特性V、非晶質の吸収率特性VI、結晶の反射率特
性VII及び非晶質の反射率特性VIIIを示す。また、この
特性は記録膜3をGeSbTeによる膜厚20nm、第
二保護膜4をZnS−SiO2 による膜厚20nm、高
屈折率誘電体反射膜9をAlによる膜厚60nmとした
ときの特性である。
【0032】図2に示す特性V及びVIから分かるよう
に、第一保護膜2の膜厚が50nm〜120nm、ある
いは240nm〜300nmの範囲のときに、結晶の吸
収率が非晶質の吸収率よりも大であり、かつ、結晶の吸
収率が図5に示した従来の結晶の吸収率に比し10%程
度大きく、その分感度が向上するという所望の条件が実
現できる。
【0033】次に、本実施例の構成の詳細について説明
する。使用するレーザ波長を830nmに設定し、非晶
質記録マークの反射率を結晶部分に比べて大きくし、そ
れにより、結晶部分の吸収率が非晶質部分に比べて大き
い状態を実現できるように、光ディスク構成を決定して
光ディスクを作成した。基板1には直径130mm、厚
さ1.2mmのプリグルーブ付きポリカーボネート基板
を用いた。
【0034】第一保護膜2及び第二保護膜4にはZnS
とSiO2 の混合膜を、記録膜3にはGeSbTeを、
低屈折率誘電体膜8にはMgF2 を、高屈折率誘電体反
射膜9にはSiを用い、マグネトロンスパッタ法により
連続成膜した。各層の膜厚は、第一保護膜2が290n
m、記録膜3が20nm、第二保護膜4が20nm、低
屈折率誘電体膜8が20nm、高屈折率誘電体反射膜が
60nmである。この構成の光ディスクによれば、波長
830nmにおける吸収率は結晶に対して79%、非晶
質に対して63%、反射率は結晶に対して13%、非晶
質に対して4%が得られた。
【0035】次に、この構成の光ディスクにオーバライ
トを行い、特性を評価した。測定には、波長830nm
の半導体レーザを搭載した光ヘッドを用いた。初期化処
理後のディスクを回転数3600rpmにて回転させ、
半径30mmのトラックに8.4MHz(デューティ5
0%)信号と、2.2MHz(デューティ50%)信号
を交互にオーバライトした。再生信号の二次高調波歪み
が最小となるように、記録パワーと消去パワーをそれぞ
れ10mW、5mWに設定した。
【0036】オーバライト時の再生信号ジッタは、2回
微分によるパルス化後の値として、2.8nsであっ
た。初期化直後の初記録時のジッタと大差なく、良好な
オーバライトジッタ特性を示すことが確認された。
【0037】比較例として、低屈折率誘電体膜を持たな
い図4の構成の光ディスクを作成した。本実施例と同様
に、基板1には直径130mm、厚さ1.2mmのプリ
グルーブ付きポリカーボネート基板を用い、この上部に
第一保護膜2及び第二保護膜4としてZnSとSiO2
との混合膜を、記録膜3にはGeSbTeを、反射膜7
にはSiを用い、マグネトロンスパッタ法により連続成
膜した。
【0038】各層の膜厚は第一保護膜2が270nm、
記録膜3が20nm、第二保護膜4が18nm、高屈折
率誘電体反射膜7が65nmである。この構成の光ディ
スクでは、波長830nmにおける吸収率は結晶に対し
て70%、非晶質に対して50%であり、反射率は結晶
に対して15%、非晶質に対して4%である。
【0039】次に、この光ディスク(比較例)にオーバ
ライトを行い、特性を評価した。測定には、上記と同様
に、波長830nmの半導体レーザを搭載した光ヘッド
を用いた。初期化処理後のディスクを回転数3600r
pmにて回転させ、半径30mmのトラックに8.4M
Hz(デューティ50%)信号と、2.2MHz(デュ
ーティ50%)信号を交互にオーバライトした。再生信
号の二次高調波歪みが最小となるように、記録パワーと
消去パワーをそれぞれ設定したところ、それぞれ11.
5mW、6mWであり、上記の本実施例の光ディスクに
比べて必要となる記録パワーが高パワーであることが確
認された。
【0040】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば低屈折率誘電体膜8は、MgF
2 、CaF2 、NaF2 、LiF2 及びNa3 AlF6
の材料の多層膜から構成してもよい。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透過性高屈折率誘電体反射膜と第二保護膜との間に低屈
折率誘電体膜を挿入することにより、結晶状態の吸収率
を従来に比べて大きくするようにしたため、使用するレ
ーザ波長に対して十分な記録感度を確保しつつ、非晶質
記録マークの反射率を結晶部分に比べて大きくでき、結
晶部分の吸収率が非晶質部分に比べて大きい状態を実現
できる。よって、本発明によれば、オーバライト時のマ
ーク形状歪みを抑え、これによりオーバライト時の再生
信号のジッタ増加を抑え、高密度記録を実現できる。
【0042】また、本発明によれば、金属反射膜の厚さ
は極薄金属反射膜を用いる従来の記録媒体よりも厚くで
きるため、繰り返しオーバライト耐性が向上し、また、
光学的な位相差を使って再生する従来の記録媒体とは異
なる構成であるため、従来に比べて各層の膜厚マージン
の自由度があり、更に結晶状態の吸収率が従来に比べて
大きな分だけ記録感度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構造断面図である。
【図2】本発明の一実施例の要部の膜厚に対する反射率
と吸収率の変化を示す特性図である。
【図3】従来の一例の構造断面図である。
【図4】従来の他の例の構造断面図である。
【図5】図4の反射率と吸収率の下部保護膜厚依存性の
特性図である。
【符号の説明】
1 基板 2 第一保護膜 3 記録膜 4 第二保護膜 6 紫外線硬化樹脂 8 低屈折率誘電体膜 9 高屈折率誘電体反射膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年11月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】 また、3番目の光学的な位相差を使って
再生し、吸収率設定に自由度を持たせる方法の光学的情
報記録媒体が提案されているが(特願平5−14529
9号)、このものは、記録膜や保護膜など各層の膜厚マ
ージンが狭くなる傾向にあるなどの問題がある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】 図2は第一保護膜2としてZnS−Si
2を用い、かつ、その膜厚を変化させたときの、結晶
の吸収率特性V、非晶質の吸収率特性VI、結晶の反射率
特性VII及び非晶質の反射率特性VIIIを示す。また、こ
の特性は記録膜3をGeSbTeによる膜厚20nm、
第二保護膜4をZnS−SiO2による膜厚20nm、
低屈折率誘電体膜8をMgF2による膜厚20nm、
屈折率誘電体反射膜9をSiによる膜厚60nmとした
ときの特性である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B41M 5/26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光が照射されて昇温、冷却の熱履
    歴の違いにより記録膜の結晶と非晶質間の可逆的な相状
    態変化により情報の記録再生消去を行う相変化型光学的
    情報記録媒体において、 透明基板と、 該透明基板上に形成された第一保護膜と、 該第一保護膜上に形成されたカルコゲナイド系の材料か
    らなる前記記録膜と、 該記録膜上に形成された第二保護膜と、 該第二保護膜上に形成された、前記透明基板の屈折率よ
    りも低屈折率の誘電体膜と、 該誘電体膜上に形成された、前記透明基板の屈折率より
    も高屈折率の誘電体反射膜とを有することを特徴とする
    光学的情報記録媒体。
  2. 【請求項2】 前記低屈折率誘電体膜は、MgF2 、C
    aF2 、NaF2 、LiF2 及びNa3 AlF6 のうち
    の一の材料又は、これらの材料の多層膜からなることを
    特徴とする請求項1記載の光学的情報記録媒体。
  3. 【請求項3】 前記高屈折率の誘電体反射膜は、Si又
    はGeからなることを特徴とする請求項1記載の光学的
    情報記録媒体。
  4. 【請求項4】 前記第一保護膜及び第二保護膜はZnS
    −SiO2 から構成されており、前記情報記録膜は、G
    eSbTeから構成されていることを特徴とする請求項
    1乃至3のうちいずれか一項記載の光学的情報記録媒
    体。
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