JPH0822619B2 - 光記録媒体 - Google Patents

光記録媒体

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JPH0822619B2
JPH0822619B2 JP62323227A JP32322787A JPH0822619B2 JP H0822619 B2 JPH0822619 B2 JP H0822619B2 JP 62323227 A JP62323227 A JP 62323227A JP 32322787 A JP32322787 A JP 32322787A JP H0822619 B2 JPH0822619 B2 JP H0822619B2
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春雄 川上
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速消去可能で、かつ繰り返し回数の大き
な、書換え型光記録媒体に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、情報記録の高密度化,大容量化に対する要求が
高まり、国内外でその研究開発が盛んに行われている
が、とくにレーザを光源として用いる光ディスクは、従
来の磁気記録媒体に比べておよそ10〜100倍の記録密度
を有し、しかも記録,再生ヘッドと記録媒体とが非接触
状態で情報の記録,再生ができるために記録媒体の損傷
も少なく、長寿命であるなどの特徴があることから、膨
大な情報量を記録,再生する手段として有望である。
この光ディスクは用途に応じて再生専用型,追記型,
書換え型の3種類に大別することができる。再生専用型
は情報の読み出しのみが可能な再生専用ディスクであ
り、追記型は必要に応じて情報を記録し再生することは
できるが、記録した情報の消去は不可能なものである。
これに対して書換え型は情報の記録,再生とさらに記録
済みの情報を消去して書換えることが可能であり、コン
ピュータ用のデータファイルとしての利用が望まれ、最
も期待の大きいものである。
書換え型のディスクについては、光磁気方式と相変化
方式の2つの記録方式の開発が進められているが、いず
れの方式も記録材料や書込み機構などの点でなお改良の
余地が残されている。これらのうち、相変化方式は一般
にレーザ光をディスクの記録面に集光して加熱し、レー
ザ光のパルス出力とパルス幅とを制御することによって
生ずる記録材料の相変化,すなわち結晶状態から非結晶
状態への移行または相転移などを起こさせ、それぞれの
状態における反射率の違いで情報の記録と消去を行うも
のである。
この相変化方式の光記録媒体の要部構成の一例を第3
図の模式断面図に示す。第3図において、図示してない
多くのトラッキング溝を設けたポリカーボネートなどの
基板1の表面にスパッタなどによりSiO2の第1の保護層
2を形成し、その上にGeTeの光記録材料層3と第2の保
護層4を設け、さらにその上にAlの冷却層5を形成し、
最上層に有機物の表面保護層6をつけた構造としてい
る。すなわち第3図の光記録媒体は基板1上にこれら各
層を符号順に堆積することによって構成される。光記録
材料層3が二つの保護層2,4によってはさまれるように
するのは、信号の書き込み,消去の際、レーザ光で加熱
されて高温となった光記録材料が基板1と反応すること
や蒸発,飛散するのを防止し、光記録材料の変質を生じ
させないためである。また光記録媒体の中には冷却層5
をもたないものもあるが、第2の保護層4と表面保護層
6の間に熱伝導性の良好なAlなどの冷却層5を設けるこ
とにより、光記録材料が結晶状態から非結晶状態へ変化
するとき、溶融状態からの冷却速度を上げるのに有効な
ことが知られている。その際第2の保護層4は断熱層と
しての役割も果たす。断熱層としての第2の保護層4の
厚さはこの光記録媒体の特性を確保するために最適範囲
を定めることが肝要であり、これを本発明者らは特願昭
62−49337号により次にように開示している。すなわち
断熱層の厚さxは次式を満足することが必要である。
KsTm/P<x<2×(Ks t/ρSCs)1/2 但しKsは断熱層の熱伝導率,Tmは光記録材料の融点,Pは
この光記録媒体に照射される光の入力エネルギ密度,tは
光の照射時間,ρは断熱層の密度,Csは断熱層の比熱
である。
さらに本発明者らは基板1と第1の保護層2との間に
高い熱伝導率を有するAlNなどの透明冷却層7を介在さ
せた光記録媒体を特許出願中である。第4図はその構造
を示した模式断面図である。第4図は第3図と共通部分
を同一符号で表わしてあり、基板1と第1の保護層2と
の間に透明冷却層7が設けられているほかは第3図と全
く同様に構成されている。この透明冷却層7は、光記録
材料層3に形成されるレーザスポットから第1の保護層
2を通って拡散する熱を基板1に達する前に、ここで水
平方向に拡散させてしまうためのものであり、そのため
基板1はほとんど温度上昇することなく変質を生じな
い。したがってこの場合第1の保護層2も断熱層として
の役割を果たすことになり、その適正な厚さ範囲は前述
の特願昭62−49337号に開示したxに関する不等式を適
用することができる。
なお透明冷却層7を備えた第4図の光記録媒体では、
この透明冷却層7が光記録材料層3の結晶状態から非結
晶状態への変化に際して、冷却速度を高める働きもする
ので、冷却層5を省略することも可能である。
以上のような構造をもつ光記録媒体は、使用時にはレ
ーザ光を基板1の光記録材料層3を有する側と反対の面
から入射させるのが普通である。そして実際に情報を書
き込むには、まず初期状態をフラッシュランプによる光
照射を行って光記録材料層3を結晶状態となし、次に情
報記録時にはこれに高出力,短パルスのレーザ光を1μ
mφ程度のスポット状に集光して照射し、光記録材料を
スポット状に溶融した後、レーザ光の照射を停止し、溶
融スポットを熱伝導により109〜1010℃/secの冷却速度
で急冷して非結晶状態のスポットを形成する。記録した
情報を消去するときは、この非結晶状態のスポットを比
較的低出力のレーザ光を用いて昇温し結晶状態に戻す。
このときの照射時間は光記録材料の結晶化速度から定め
られる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
相変化方式の光記録媒体に用いる光記録材料にはこれ
まで多くの材料が提案されているが、それらのうちGeTe
が結晶状態と非結晶状態との反射率差が大きく、記録情
報の安定性も高いことから有望と見られている。しかし
ながら、本発明者らが検討した結果によれば、非結晶状
態のGeTe薄膜に、レーザ光を照射して完全に結晶状態と
するには最短でも0.5μsecのアニール時間を要し、この
材料を用いて光ディスクを作製し、ビーム径が約1μm
φのレーザ光によって情報の消去を行う場合にはディス
クの周速を2m/sec以下としなければならない。しかるに
一方で書き込み時の結晶状態から非結晶状態への変化は
0.1〜0.2μsecで行うことが可能であり、これは周速10m
/sec〜5m/secに相当する。これらのことから光ディスク
の周速を大きくしてデータの転送速度を高めるには光記
録材料であるGeTeの結晶状態から非結晶状態とするアニ
ール時間すなわち消去時間を、結晶状態から非結晶状態
への変化時間すなわち書き込み時間と同程度にすること
が望ましい。そのためにはGeTe自体の結晶化速度をさら
に大きくしなければならない。またGeTeは固相状態にお
いても蒸気圧が高いので加熱,冷却を繰り返すと次第に
失われるようになり、書き込みと消去の繰り返し回数が
少なく、1000回程度であることも問題である。そのほか
結晶化速度,光吸収係数の大きいBi2Te3が光記録材料と
してすぐれた特性を有しているが、結晶状態と非結晶状
態の反射率差が小さく、光ディスクに用いたときCN比を
高くとれないという問題がある。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的は光記録材料の結晶化速度を大きくすることにより
記録情報の消去時間を短縮し、光ディスクのデータ転送
速度を高めるとともに、情報の書き込み,消去の繰り返
し回数を増加させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上述の目的を達成するため、基板上に少な
くとも第1の保護層,光記録材料層,第2の保護層,冷
却層および表面保護層がこの順に形成されてなる光記録
媒体であって、前記光記録材料層は、化合物GeTeと化合
物Bi2Te3の混合物からなり、その平均化学組成が一般式
Ge1-xBi2xTe2x+1で表され、0.1<x≦0.8であることを
特徴としている。
〔作用〕
前述のように光ディスクに情報を書き込む際には光記
録媒体の光記録材料層をレーザ光によりスポット状に加
熱し、ここで一旦溶融させた後、熱伝導により急冷して
非結晶状態とする。このとき、GeTeとBi2Te3を適量混合
した本発明による光記録材料はこのBi2Te3が結晶成長の
核となり非結晶状態から結晶状態への変化速度を非常に
はやくするので、冷却速度が十分に大きくないと溶融状
態からの冷却中に結晶化が進行して非結晶状態が得られ
なくなる。したがって光記録材料に本発明による材料組
成のものを用いる限り、第3図,第4図のような冷却層
や透明冷却層を少なくとも一つ備えた光記録媒体としな
ければならない。これらの冷却層をもたない構造のもの
では冷却速度が不十分であり、情報の書き込みが困難と
なり、書き込むことができたとしてもその繰り返し回数
が少なくなるからである。
本発明の光記録媒体に用いる光記録材料の組成は基本
的にはGeとTeの1:1の化合物であるGeTeとBi2Te3を混合
したものであり、結晶化速度を高めるとともに材料粘性
を高めて蒸気圧を小さくし、書き込み,消去の繰り返し
による材料の消失を抑制する役割を果たしている。
〔実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
本発明の光記録媒体は例えば第3図に示した構造のも
のとし、これに用いる光記録材料はGeTeとBi2Te3を混合
したものである。この光記録材料の薄膜は通常のRFマグ
ネトロンスパッタにより容易に作製することができる。
再び第3図を参照して述べると、まず厚さ3mm,直径130m
mのポリカーボネート製基板1の上に、厚さ0.1μmの第
1の保護層2(SiO2),Ge3Bi4Te9〔(GeTe)(Bi2T
e3に相当〕の組成をもつ厚さ0.07μmの光記録材料
層3,厚さ0.2μmの第2の保護層4(SiO2),厚さ0.2μ
mのAlの冷却層5の順にスパッタ形成し、最上層に2mm
厚の有機材料の表面保護層6を形成した光記録媒体を作
製する。
この光記録媒体を用いて周速8m/secで回転させなが
ら、波長830nm,出力12mWのレーザ光を照射した。光記録
媒体面でのレーザスポット径は約1μmである。スパッ
タ直後の光記録材料層3は非結晶状態であり、その光反
射率は約25%であったがこのレーザ光照射によって光反
射率は約57%にまで上昇した。次に光記録媒体の同じ個
所を同様の条件で再度レーザ光を照射したが反射率は57
%から変化が認められなかった。反射率が25%から57%
へ増大したのは光記録材料層3がレーザスポットの個所
で非結晶状態から結晶状態へ変化したためであり、再度
のレーザ光照射に対してその反射率を保持しているの
は、最初のレーザ光照射によって光記録材料の結晶化が
十分に行われていることを示すものである。
以上のことを確認するために、上記と同じ組成をもつ
光記録材料膜をガラス基板上に形成し、10℃/minの速度
で昇温しながら、反射率を測定した。その結果を第1図
に示す。第1図は光記録材料膜の温度に対する反射率変
化を示した線図であり、第1図から反射率は150℃付近
で急激に上昇することがわかる。この温度前後における
光記録材料膜の結晶形態をX線回折により調べた所、反
射率の上昇後に光記録材料膜は結晶化しており、結晶は
主としてGeTeとBi2Te3が観測される。反射率の値は上記
の光記録媒体における反射率の値とほぼ対応しており、
光記録媒体における光記録材料の結晶化が周速8m/secで
可能であったことは結晶化に要する時間が0.125μsec以
下であることを示唆するものであり、これは前に述べた
従来の0.5μsecに比べて大きく改善されていることを意
味する。情報の書き込みを行った後、これを消去すると
きも同様に周速8m/secで行うことができた。すなわち、
周波数1.5MHzのパルス入力を書き込んだとき、CN比とし
て50dBの値が得られたが、これを8m/secで消去するとCN
比は約5dBまで低下し、ほぼ完全に消去される。これは
書き込みが結晶化した光記録材料にレーザ加熱によって
非結晶状態のスポットを形成することであるという点を
考慮すれば至極当然であると言える。このように本発明
の光記録媒体は周速を従来の2m/secから8m/secへ増すこ
とにより、データの転送速度を0.24MB/secから0.98MB/s
ecに高めることができる。
第2図は光記録材料層3中のBi2Te3の含有量と消去時
間の関係を示した線図である。第2図の曲線のようにBi
2Te3の含有量の増加とともに消去時間は短くなる。また
Bi2Te3の含有量と前に述べた10℃/minの速度で昇温した
ときの結晶化温度および結晶−非結晶の繰り返し回数の
関係を数値で第1表に示す。
第1表によればBi2Te3の含有量80%で結晶化温度は10
0℃となる。この結晶化温度の低いことは光記録媒体に
書き込まれた非結晶のスポットの熱的安定性が悪く結晶
化しやすいものであることを意味し、100℃という温度
は結晶化温度としては下限値と見做される。また繰り返
し回数についてはBi2Te3の添加量が10%を超えると顕著
な効果が認められるが80%以上になると逆に繰り返し回
数は減少する傾向がある。これらのことからGeTeに含有
するBi2Te3の量を80%より多くするのは実用的でないと
言える。結晶状態と非結晶状態の反射率差はBi2Te3の含
有量の増加とともに減少するがBi2Te3含有量80%でも反
射率差は15%はあるので十分である。
以上の結果を綜合的に検討し、本発明な光記録媒体に
用いる光記録材料層の最適組成範囲は一般式でGe1-XBe
2X+1と表わすとき、0.1<x≦0.8とするのが妥当である
との結論を得た。
〔発明の効果〕
相変化方式の光記録媒体に用いる光記録材料はGeTeが
種々の点ですぐれているが、情報の消去時間を記録時間
と同じにまで速くしてさらにデータの転送速度をあげ、
記録−消去の繰り返し回数を増すことが望ましく、その
ため本発明では実施例で述べたように光記録材料のGeTe
化合物とBi2Te3化合物を最適範囲を定めて混合すること
により、結晶化速度をこれらの単独のものより速くする
ことができ、同時にこの速い結晶化速度を活かすため
に、光記録材料層をはさむ二つの保護層の少なくとも一
方に接して冷却速度を高める冷却層を備えた構造の光記
録媒体に適用して、光記録材料のレーザ加熱スポットに
おける溶融状態からの冷却速度と非結晶状態からの結晶
化速度とのマッチングがうまく行われるようにしたもの
であり、その結果、消去時間が短縮され、繰り返し回数
も増加させることが可能な光記録媒体を得ることができ
たのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられる光記録材料の温度と反射率
の関係を表わす線図、第2図は本発明に用いられる光記
録材料のBi2Te3含有量と消去時間の関係を示す線図、第
3図は冷却層を有する光記録媒体の模式断面図、第4図
は冷却層と透明冷却層を有する光記録媒体の模式断面図
である。 1:基板、2:第1の保護層、3:光記録材料層、4:第2の保
護層、5:冷却層、6:表面保護層、7:透明冷却層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に少なくとも第1の保護層,光記録
    材料層,第2の保護層,冷却層および表面保護層がこの
    順に形成されてなる光記録媒体であって、前記光記録材
    料層は、化合物GeTeと化合物Bi2Te3の混合物からなり、
    その平均化学組成が一般式Ge1-XBi2XTe2X+1で表され、
    0.1<x≦0.8であることを特徴とする光記録媒体。
JP62323227A 1987-12-21 1987-12-21 光記録媒体 Expired - Lifetime JPH0822619B2 (ja)

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