JPH08279180A

JPH08279180A - 光ディスク

Info

Publication number: JPH08279180A
Application number: JP7100219A
Authority: JP
Inventors: Osamu Akutsu; 収圷
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】再生補助層として用いるＶＯ₂膜の反射率差を
大きくした場合と同様な効果が得られ、従来よりも短波
長のレーザ光であっても反射率が変化する構造の光ディ
スクを提供する。【構成】光ディスク１０は、予め情報ピットが形成され
た透明基板１の上に、下地層２、ＶＯ₂膜３、誘電体層
４、反射層５、保護膜６がこの順に積層されている。誘
電体層４は、低屈折率の透明誘電体材料で構成されてお
り、用いる材料としては、屈折率実数部ｎが１．３〜
１．４、虚数部ｋはほぼ０の例えばＭｇＦ₂、ＣａＦ₂
が使用される。この誘電体層４を設けることでＶＯ₂膜
３の高温領域と低温領域との反射率を全体的に下げるこ
とができて反射率差を大きくした場合と同様な効果が得
られるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的に情報の再生が
可能な光ディスクに関し、特に高密度型光ディスクに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年光ディスクの大容量化が検討され、
種々の提案が成されている。光ディスクの高密度記録に
於いては、記録時のレーザ光パワーを制御することによ
って、光スポット径よりも小さな記録マークを形成する
ことが可能であるが、その限界は、媒体の結晶粒径に依
存する分解能や、媒体の光強度に関する閾値、媒体の応
答速度等によって左右される。しかし、記録できる記録
マークの最小限界値は、再生可能な記録マークの最小限
界値に比較してはるかに小さい。

【０００３】これは、光ディスクの再生時に、再生用レ
ーザ光（以下、再生用レーザ光を単に再生光とも記す）
をレンズで集光する時の光スポット径が光学理論で決定
される限界値を持つことに起因しており、従って光ディ
スクの高密度化は、いかに再生レーザ光のスポット径を
小さくするかにかかっている。再生可能な記録マーク
（ピット）の繰り返し波長の限界値は、再生用レーザ光
の波長をλ、前記レーザ光を集光する集光レンズの開口
数をＮＡとすると、λ／２ＮＡで与えられる。

【０００４】よって、より短い記録波長の記録マークを
識別して再生するためには、波長λの短い光で再生する
か開口数ＮＡが大きなレンズを用いれば良いことが分か
る。しかし再生に用いる半導体レーザの短波長化は技術
的に困難が多く、また開口数ＮＡの大きなレンズを光デ
ィスク装置に組み込むことも容易ではない。これらの方
法とは別に、再生時に光スポット径を実効的に小さくす
る方法が、「固体物理」VOL.26 NO.6 1991 P393〜P398
に記載されている。これは、レーザ光が集光されて光磁
気ディスク媒体に照射される時に、この光スポット内に
低温領域と高温領域とが発生することを利用するもの
で、前記高温部或いは低温部のみが読みだし可能になる
とするものである。そして結果的に光スポットの直径を
実質的に縮小する効果が得られるとされている。

【０００５】しかしこの技術は、光磁気方式による書き
換え可能型光ディスクには適用出来るが、再生専用型光
ディスク（以下、再生専用型光ディスクをＲＯＭ型光デ
ィスクとも記す）には適用できないと言う問題がある。
これを解決するために、金属−非金属転移を示す物質か
らなる金属−非金属転移層を、あらかじめ情報が周回状
に形成された透明基板上に設けて再生光スポットの直径
を実質的に縮小するようにした光ディスクの発明が本出
願人から出願されている（特開平６−２２３４０９
号）。この先願の光ディスクは、図２に示すような構成
となっており、この金属−非金属転移を示す物質として
はＶＯ₂が用いられている。

【０００６】図２は、先願の光ディスクの構成を示す断
面図である。図２に示すＲＯＭ型（読みだし専用型）光
ディスク４０は、透明基板１と、金属ー非金属転移層３
と、反射層５と、保護層６とをこの順に積層した構成の
光ディスクである。前記金属ー非金属転移層３として
は、例えば二酸化バナジウムＶＯ₂からなる薄膜を用
い、前記反射層５として膜厚２００ｎｍのＡｌ薄膜を用
いる。

【０００７】実験で得られた前記ＶＯ₂薄膜の特性例を
図４に示す。図４は、ＶＯ₂薄膜に於ける温度と反射率
の関係を示す図である。図４に示すように、昇温時の相
転移点Ｔｃｈが略６５℃、降温時の相転移点Ｔｃｌが略
５５℃の金属−非金属転移を示し、反射率は低温相で１
６％、高温相で３．５％で可逆的に変化する。

【０００８】また、前記光ディスク４０の基板側から波
長７８０ｎｍのレーザ光を照射し、前記光ディスク４０
のランド部（ミラー部）からの反射光を検出して光ディ
スクの反射率を測定した場合、ＶＯ₂膜の膜厚を変えた
時の低温相と高温相に於ける夫々の反射率は、図５に示
す通りとなる。図５は、ＶＯ₂膜の膜厚と反射率との関
係を示す図である。図５に於いて、横軸はＶＯ₂薄膜の
膜厚、縦軸はレーザ光を光ディスクの透明基板側から照
射した場合のミラー部の反射率を示す。また、実線で示
す曲線Ａは周囲温度２０℃で測定された低温相に於ける
特性を示し、点線で示す曲線Ｂは周囲温度１００℃で測
定された高温相に於ける特性を示す。同図に示すよう
に、ＶＯ₂膜厚が５０ｎｍの時には、反射率が、低温相
で５％、高温相で４２％となる。また、ＶＯ₂膜厚が１
３０ｎｍの時には、反射率が、低温相で２０％、高温相
で３％となる。この反射率の差を利用して高密度ディス
クの再生を行ったところ隣接トラックの記録マークから
のクロストークや同一トラック内の符号間干渉が減少し
た。

【０００９】次に、図２に示す光ディスクの再生方法に
ついて説明をする。図２に示すＲＯＭ型光ディスクの再
生は、回転している光ディスクに再生用レーザ光（再生
光）が集光されて基板側から照射され、光ディスクから
の戻り光が検出される。そして前記戻り光を利用して、
レーザ光を光ディスクの所定位置にスポット状に照射す
るためのフォーカス制御とトラッキング制御がかけら
れ、微小な記録マーク（ピット）の読み出しが行われ
る。

【００１０】光ディスク４０のＶＯ₂膜３に再生光が照
射されると、その光が吸収され温度が上昇する。レーザ
光スポットの光強度分布はガウス分布をとるため光ディ
スクが停止している場合にはレーザ光スポットの中心部
が光強度に応じて高温となる。しかし再生時には光ディ
スクが回転しているために、レーザ光スポットの周辺で
はトラック方向に温度分布が生じる。即ち光ディスクの
回転方向に関してレーザ光スポットの前方、即ち先に光
ビームが照射された方の温度より、レーザ光スポットの
後方、即ち後に光ビームが照射された方の温度が高くな
る。

【００１１】そしてレーザ光スポットの前方の温度が相
転移点Ｔｃより低くなり、後方の温度がＴｃより高くな
るようにレーザ光の出力が設定されると、レーザ光スポ
ット内の部分部分で屈折率の差が生じる。この結果図５
に示した如く、例えばＶＯ₂の膜厚が１３０ｎｍ時のよ
うに相転移点Ｔｃより高温で反射率Ｒが低下する場合に
は、レーザ光スポットの前方からの反射光のみが強くな
り、再生信号が得られる。この結果再生光スポットの直
径が縮小したのと実質的に同等の効果が得られる。また
例えばＶＯ₂の膜厚が５０ｎｍ時のように相転移点Ｔｃ
より高温で反射率Ｒが上昇する場合には、レーザ光スポ
ットの後方からの反射光のみが強くなり、再生信号が得
られる。この結果再生光スポットの直径が縮小したのと
実質的に同等の効果が得られる。このようにレーザ光ス
ポット内でのＶＯ₂膜の反射率差を利用することで、隣
接するトラックの記録マークからのクロストークや同一
トラック内の符号間干渉を低減することが出来るのであ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、再生用レー
ザ光のスポット径を実質的に小さくさせる効果を得るた
めにはレーザ照射時に生じる低温領域と高温領域との反
射率差を大きくすることが必要である。しかしながら、
上記ＶＯ₂膜だけであれば比較的大きな反射率差が得ら
れるものの、実際に反射層や保護膜等を設けて光ディス
クの構造とすると大きな反射率差を得ることができず、
ＣＮ比が抑えられ、微小ピットの再生が困難であるとい
う問題があった。また、上記光ディスク２０の反射率変
化は、７８０nm付近か或いはそれ以上の波長域のレーザ
光に対して確認されていたものであるが、７８０nmより
も短波長のレーザ光に対しては反射率変化が小さいとい
う問題があった。したがって、レーザ光照射部分の微小
化には限界があり、上記光ディスク４０では将来のレー
ザ光源の短波長化には対応できないという問題がある。

【００１３】そこで、本発明は、前記問題点に鑑みて成
されたものであり、再生補助層として用いるＶＯ₂膜の
反射率差を大きくした場合と同様な効果が得られ、従来
よりも短波長のレーザ光であっても反射率が変化する構
造の光ディスクを提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するための手段として、「少なくとも、透明基板と、
金属−非金属転移を示すバナジウム酸化物薄膜と、反射
膜とをこの順に設けた光ディスクにおいて、前記金属−
非金属転移を示すバナジウム酸化物薄膜と前記反射膜と
の間に低屈折率の誘電体層を設けたことを特徴とする光
ディスク」を提供するものである。

【００１５】

【実施例】本発明の光ディスクは、透明基板と反射層の
間に、温度変化に応じて金属−非金属転移を起こすバナ
ジウム酸化物薄膜物質からなる層を設けた光ディスクで
あって、再生時には、光ディスク上に照射された再生用
レーザ光（再生光）の光スポット内で生じる温度分布に
伴う光学特性の変化を利用し、光の回折限界以下の微小
な記録マークを読み出せるようにしたものである。従っ
てこの光ディスクは、特に高密度型の光ディスクに適合
するものである。まず、本発明の光ディスクで用いる金
属−非金属転移を示す物質について述べる。

【００１６】金属−非金属転移を示す物質とは、その物
質の温度を変化させた時に物質の性質が金属から非金属
に又はその逆に転移するものを言う。前記金属−非金属
転移は一般にモット（Ｍｏｔｔ）転移として知られてい
る。また前記非金属とは、半導体及び絶縁体を指す。前
記金属−非金属転移に伴い、物質の電気的特性や光学的
特性が大きく変化するが、本発明の光ディスクでは、実
数部ｎ及び虚数部ｋで示される複素屈折率（ｎ−ｉｋ）
の変化に伴う反射率Ｒ或いは光の位相の変化を利用して
再生が行われる。

【００１７】金属−非金属転移を示す物質としては、例
えば、ＶＯ₂、ＶＯ、Ｖ₂Ｏ₃、Ｔｉ₂Ｏ₃等の結晶性
の薄膜があるが、本発明の光ディスクでは転移温度Ｔｃ
が室温より高いＶＯ₂を採用している。このＶＯ₂薄膜
は、前記転移温度Ｔｃより低温側では半導体的な性質を
有し高温側では金属的な性質を有するが、この性質の変
化は温度変化と共に可逆的に、即ち昇温時にも降温時に
も起こる。

【００１８】以下、本発明の光ディスクについて説明す
る。図１は、本発明の光ディスクの一実施例の構成を示
す断面図である。図１に於いて、ＲＯＭ型光ディスク１
０は、予め情報ピットが形成された上記透明基板１の上
に、下地層２、上記バナジウム酸化物薄膜層３、誘電体
層４、上記反射層５、上記保護膜６がこの順に積層され
ている。情報ピット１Ａは、基板１上に同心円状或いは
螺旋状に設けられて情報トラックが形成されている。

【００１９】上記基板１としては、通常の光ディスクに
用いられている一般的な透明基板材料、例えばポリカー
ボネート、アクリル、エポキシ、ポリオレフィン等のプ
ラスチックや、ガラス等から選択して使用される。この
基板上には予め情報が凹凸状のピットとして周回状に形
成されているピット部１Ａと、ピットのないランド部
（ミラー部）１Ｂとが設けられている。前記ピット１Ａ
はドライエッチング法、フォトポリマ−法、射出成形法
等によって製造される。

【００２０】上記下地層２は、バナジウム（Ｖ）、タン
タル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）の内のいずれか１つで構
成され、その膜厚は０〜２０ｎｍであり、基板を通して
再生光を入射する場合には、入射光量が減衰しないよう
な膜厚にしてある。また、下地層２の膜厚が薄すぎると
その製造時に酸素雰囲気中での加熱により下地層２が全
て酸化されてしまい、その後のＶＯ₂形成を促す効果が
なくなるため、下地層２の膜厚を適宜設定するようにす
る。

【００２１】ここで、バナジウムで下地層２を構成する
場合には、バナジウムとＶＯ₂との間の格子定数の差を
小さくしてＶＯ₂膜３の表面性を向上させるためにＶ
（バナジウム）下地層の厚さ方向に酸素の含有量が異な
るＶＯ_x（ｘ＝０〜２）層をＶ下地層上に設けるように
する。このＶＯ_x層は、バナジウム下地層２に近いとこ
ろほど酸素の含有比率が０に近く、ＶＯ₂膜３に近いと
ころほど酸素の含有比率が２に近くなるようにする。ま
た、タンタル（Ｔａ）或いはチタン（Ｔｉ）で下地層２
を構成した場合、その後のＶＯ₂積層時にこの下地層２
が形成された基板は、加熱され、更に酸素が混入された
アルゴン（Ａｒ）ガス中にさらされるので、厳密には、
下地層２の表面に酸化層が形成されていることになる。
この下地層２は、ＶＯ₂の結晶成長を促進させると共
に、ＶＯ₂薄膜の表面平滑性を向上させる（バナジウム
下地層の場合はＶＯ_x膜を設けることによりＶＯ₂薄膜
の表面平滑性が向上される）ために設けられるものであ
る。

【００２２】また、上記バナジウム酸化物薄膜層３は、
温度変化により金属−非金属転移を示し、転移温度Ｔｃ
が室温より高い上記ＶＯ₂（二酸化バナジウム）を使用
している。このＶＯ₂膜３の光学的特性は、上述の従来
例の光ディスク４０で使用されているＶＯ₂膜と同様で
あり、温度と反射率との関係は図４に示すようになって
おり、膜厚と反射率との関係は図５に示すようになって
いる。

【００２３】また、上記誘電体層４は、低屈折率の透明
誘電体材料で構成されており、用いる材料としては、複
素屈折率の実数部ｎが１．３〜１．４、虚数部ｋはほぼ
０であるものが望ましく、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂等、上記
複素屈折率を満足しながら薄膜成形できるものが使用さ
れる。また、この誘電体層４は、使用するレーザ光波長
に対して膜厚を最適にして構成することで、ＶＯ₂膜３
の高温領域と低温領域との両反射率を全体的に下げる作
用がある。このように反射率が全体的に下がれば反射率
差が変わらなくても実質的に反射率差が大きくなった場
合と同様の効果が得られるのである。即ち、ＶＯ₂膜の
高温領域と低温領域との反射率差を大きくすることは難
しいのであるが、上記誘電体層４を設けることで反射率
差を大きくすることと同様な効果が得られるようになる
ため、反射層５や保護膜６を設けて光ディスク構造とし
ても再生時に高いＣＮ比を得ることができ、レーザ光ス
ポットの集光限界以下の微小なピットを低エラーレート
で再生できるようになるのである。従来よりも短波長の
レーザ光に対しても反射率が大きく変化するようになる
ため、将来の光源の短波長化にも対応でき、情報をより
高密度に記録することも可能になる。

【００２４】また、上記反射層５は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属の内の１種
又はこれらの合金が用いられ、真空蒸着やスパッタによ
り膜厚が１０〜５００ｎｍの範囲、好ましくは膜厚が５
０〜２００ｎｍの範囲で形成される。

【００２５】次に、本発明の光ディスクの製造方法につ
いて図１及び図６を基に説明する。上記光ディスクを製
造するには図３に示す直流マグネトロン装置２０を用い
る。ここで、図３に示す直流マグネトロン装置２０
は、一対の陰極（ターゲット）と陽極（基板ホルダー）
からなる直流マグネトロン装置を示している。図３に於
いて、真空チャンバー２１内に基板２２とターゲット２
８を対向して配置し、この間に膜厚センサ２４を設け
る。基板２２にはガラス基板、ターゲット２８にはバナ
ジウム、タンタル、チタンの内のいずれか１つを用い
る。膜厚センサー２４は水晶式のもので水晶振動子の表
面に薄膜が付着すると共振周波数が変化することを利用
している。成膜の間、基板２２は基板ホルダーに埋め込
んだヒーター２３で３００〜５００℃に加熱する。

【００２６】最初に真空チャンバー２１は真空ポンプ２
７により予め３×１０^-4Ｐａ以下に排気する。排気調節
弁３０によって排気量を調節した後、Ａｒガスを導入し
て所定の真空度にし、シャッター２５を閉じたまま本ス
パッタに先立ちターゲット金属をスパッタする。これに
よってターゲット表面の酸化層を除去する。続いてシャ
ッター２５を開け所定の膜厚になるまで上記下地層２を
所定の膜厚になるまで成膜する。なお、バナジウム下地
層の場合には、所定の膜厚に達したら真空チャンバー２
１内に酸素（Ｏ₂）を徐々に注入してＶＯ_x膜を成膜さ
せ、所定の膜厚に達した時点で次に行う本スパッタと同
様のＯ₂分圧比にする。そして、下地層２が所定の膜厚
に達したらシャッター２５を閉じ放電を止める。

【００２７】ついでＡｒとＯ₂の混合ガス中で反応性ス
パッタを行う。ターゲット表面の酸化状態が定常になる
までシャッター２５を閉じて前スパッタをした後、シャ
ッター２５を開け所定の膜厚までＶＯ₂を成膜する。こ
のとき成膜速度を膜厚センサ２４でモニターして一定の
速度になるように制御器２９を通して直流電源２６の投
入電力を、例えば電流で調節する。ここで、成膜速度が
速いとＶＯ₂に対し酸化不足（バナジウム過剰）とな
り、逆に遅いと過剰に酸化する。バナジウムの酸化状態
は酸素分圧に敏感で、わずかな変動でも著しく変化す
る。また、酸素分圧と投入スパッタ電力とを固定しても
成膜速度は変動するためバナジウム酸化物の生成速度に
対応する成膜速度を直接モニターし、調節することが必
要である。

【００２８】次に、基板２２の加熱を止め、基板温度が
常温まで下がったら上記誘電体材料を真空蒸着或いは高
周波スパッタリグで所定膜厚まで成膜して上記誘電体層
４を形成する。そして、上記誘電体層４の上に反射層５
を所定の膜厚まで真空蒸着やスパッタリング等の方法に
より成膜し、この反射層５の上に紫外線硬化樹脂をスピ
ンコートして保護膜６を形成する。以上のようにして光
ディスク１０を作製する。

【００２９】＜実験例＞真空チャンバー２１内の雰囲気
を３×１０^-4Ｐａまで排気した後、アルゴンを導入し、
４．０×１０^-1Ｐａとした。シャッター２５を閉じたま
まスパッタリング電流０．５Ａ、電圧３６０Ｖで５分間
スパッタリングを行ってターゲット金属表面の酸化物層
を除去した。次に、シャッター２５を開け、バナジウム
下地層２を１０nm成膜した後、酸素を０〜１．４^-2Paの
範囲の酸素分圧になるように４段階で注入しＶＯ_x膜を
合計５nmまで成膜した後、シャッター２５を閉じ、放電
を止めた。その後、系内を４×１０^-4Ｐａまで排気して
酸素とアルゴンを導入し、全圧力４．２×１０^-1Ｐａ、
酸素分圧１．４×１０^-2Ｐａとし、スパッタリング電流
０．１Ａ、電圧４１０Ｖで３０分間プレスパッタリング
を行った後、表面温度３６０℃のガラス基板２２上へ本
スパッタリングを成膜速度を制御して行った。次に、低
屈折率の誘電体としてＭｇＦ₂を真空蒸着で７０nm成膜
して誘電体層４を形成し、この上にアルミニウムをスパ
ッタリングにより７０nm成膜して反射層５を形成して光
ディスクとした。以上のように作製した光ディスクの基
板１側からの温度に対する反射率変化を波長６５０nmの
レーザ光を用いて測定したところ、急激な反射率変化が
６８℃近傍で確認され、ＶＯ₂膜３の膜厚が７０nmの時
に低温領域で２５％、高温領域で５％であった。

【００３０】＜比較例＞上記実験例の光ディスクのＭｇ
Ｆ₂による誘電体層４を形成せず、他の層構造は全く同
じにして光ディスクを作製した。この光ディスクの反射
率変化を上記実験例の光ディスクと同様に波長６５０nm
のレーザ光を用いて測定したところ、低温領域で５０
％、高温領域で３８％であった。

【００３１】以上の結果からもわかるように、誘電体層
４を設けてもＶＯ₂膜３の反射率特性は劣化せず、ま
た、誘電体層４を設けることで高温領域と低温領域との
両反射率を全体的に下げることができる。また、従来よ
りも短波長のレーザ光に対しても反射率変化を示すよう
になることもわかる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ディス
クによれば、少なくとも、透明基板と、金属−非金属転
移を示すバナジウム酸化物薄膜と、反射膜とをこの順に
設けた光ディスクにおいて、金属−非金属転移を示すバ
ナジウム酸化物薄膜と前記反射膜との間に低屈折率の誘
電体層を設けたので、バナジウム酸化物薄膜の光学的特
性を劣化させることなく高温領域と低温領域との両反射
率を全体的に下げることができ、実質的に反射率差を大
きくした場合と同様の効果が得られるようになる。この
ため、反射層等を設けて光ディスク構造としても再生時
に高いＣＮ比を得ることができ、レーザ光スポットの集
光限界以下の微小なピットを低エラーレートで再生する
ことが可能になる。また、従来よりも短波長のレーザ光
に対しても反射率が大きく変化するようになり、将来の
光源の短波長化にも対応でき、情報をより高密度に記録
することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ディスクの一実施例の構成を示す断
面図である。

【図２】従来の光ディスクの構成の一例を示す断面図で
ある。

【図３】直流マグネトロン装置の一例を示す図である。

【図４】図１における光ディスクのＶＯ₂膜の温度と反
射率との関係を示す図である。

【図５】図１における光ディスクのＶＯ₂膜の膜厚と反
射率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１０、４０光ディスク１透明基板２下地層３バナジウム酸化物薄膜４誘電体層５反射層６保護層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、透明基板と、金属−非金属転
移を示すバナジウム酸化物薄膜と、反射膜とをこの順に
設けた光ディスクにおいて、前記金属−非金属転移を示すバナジウム酸化物薄膜と前
記反射膜との間に低屈折率の誘電体層を設けたことを特
徴とする光ディスク。