JPH10241205A - 多値相変化光記録媒体 - Google Patents

多値相変化光記録媒体

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JPH10241205A
JPH10241205A JP9042242A JP4224297A JPH10241205A JP H10241205 A JPH10241205 A JP H10241205A JP 9042242 A JP9042242 A JP 9042242A JP 4224297 A JP4224297 A JP 4224297A JP H10241205 A JPH10241205 A JP H10241205A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多値情報を一括で高速に記録再生できる多層
の相変化光記録媒体を提供する。 【解決手段】 １層からＮ層（Ｎ≧２）までの複数層の
相変化光記録層（Ｒ）を有し、記録時の記録層の到達温
度をＴ、記録層の融点をＴm 、記録層の結晶化温度をＴ
x 、記録光照射後の冷却時に記録層がＴm からＴx まで
冷却するのに要する時間をτw 、記録層の結晶化時間を
τx としたとき、前記複数層の記録層から選択される任
意のｉ層およびｊ層の２層が、記録時に使用されるパワ
ーレベルの異なる複数の記録光のうち特定の記録光の照
射に対して、Ｔi ＞Ｔmiおよびτwi＜τxiを同時に満足
し、かつＴj ＜Ｔmjまたはτwj＞τxjの少なくともいず
れか一方を満足する多値相変化光記録媒体。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多値記録が可能な相
変化光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ビームの照射により情報の再生または
記録・再生が可能な光ディスクメモリは、大容量性、高
速アクセス性、媒体可搬性を兼ね備えた記憶装置として
音声、画像、計算機データなど各種ファイルに実用化さ
れており、今後もその発展が期待されている。光ディス
クの高密度化には、原盤カッティング用ガスレーザの短
波長化、動作光源である半導体レーザの短波長化、対物
レンズの高開口数化、光ディスク基板の薄板化など種々
の手法が考えられている。記録可能な光ディスクにおい
ては、上記の手法に加えて、マーク長記録、ランドグル
ーブ記録などの手法が考えられている。
【０００３】以上の手法のほかに、高密度化の効果が大
きい技術として多層媒体を用いて多値の情報を記録再生
する方法が提案されている。最も単純な多層媒体では、
複数の記録層が異なる焦点位置に配置されるように調整
し、各層で独立に記録再生または再生を行う。この方法
は記録再生の安定性はあるが、１度にアクセスできる記
録層は１つであり、複数の記録層への同時アクセスによ
る記録再生の高速化は期待できない。
【０００４】また、光磁気記録媒体においては、複数の
記録層がレーザ光の焦点深度の範囲内に配置されるよう
に調整し、レーザパワーまたは記録磁界強度を変えて記
録層毎に独立に記録し、再生信号をアナログ処理して多
値記録再生する試みがなされている。しかし、光磁気記
録媒体では微小なカー回転角を再生信号として用いるた
め、２値デジタル処理によって所定のＣＮＲを得るのが
限界であるとされている。このため、アナログ的な多値
処理の実現性は疑問視される。
【０００５】一方、相変化光記録媒体、特に書換え形媒
体では高い再生信号強度が得られるので、多値処理の実
現性は十分にあると考えられる。しかし、単一の記録層
を有する相変化光記録媒体はすでに実用化されているも
のの、多値情報を一括で高速に記録再生できる多層の相
変化光記録媒体に関する提案は皆無であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多値
情報を一括で高速に記録再生できる多層の相変化光記録
媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の多値相変化光記
録媒体は、１層からＮ層（Ｎ≧２）までの複数層の相変
化光記録層を有し、記録時の記録層の到達温度をＴ、記
録層の融点をＴm 、記録層の結晶化温度をＴx 、記録光
照射後の冷却時に記録層がＴm からＴx まで冷却するの
に要する時間をτw 、記録層の結晶化時間をτx とした
とき、前記複数層の記録層から選択される任意のｉ層お
よびｊ層の２層が、記録時に使用されるパワーレベルの
異なる複数の記録光のうち特定の記録光の照射に対し
て、Ｔi ＞Ｔmiおよびτwi＜τxiを同時に満足し、かつ
Ｔj ＜Ｔmjまたはτwj＞τxjの少なくともいずれか一方
を満足することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。図１は本発明に係る多層多値相変化光記録媒体の断
面図である。図１に示されるように、基板１上には下部
保護層２が形成されている。この下部保護層２には、第
１層から第Ｎ層（Ｎ≧２）までの記録層Ｒ1 ，Ｒ2 ，
…，ＲN-1 ，ＲN と、これらの記録層の間に挟まれる中
間層Ｓ1 ，…，ＳN-1 とが交互に形成されている。最上
層の記録層ＲN 上には、上部保護層３および反射層４が
形成されている。この相変化光記録媒体への記録に際し
ては、パワーレベルの異なる複数の記録レーザービーム
が用いられる。そして、複数層の相変化光記録層は、各
記録レーザビームの焦点深度の範囲内に配置されるよう
に調整されている。
【０００９】本発明の相変化光記録媒体を構成する多層
の記録層Ｒ1 〜ＲN のうち任意の２層、ここではｉ層お
よびｊ層に着目する（１≦ｉ，２≦ｊ，ｉ≠ｊ）。図２
は記録レーザ照射時の各層の熱応答特性を示す図であ
り、（ａ）がｉ層、（ｂ）がｊ層の熱応答特性である。
また、これらの図において、Ａ，Ｂはパワーが異なる２
つの記録レーザビームを用いたときの熱応答特性をそれ
ぞれ示すものである。なお、記録レーザビームのパワー
に関しては、Ａ＜Ｂである。相変化光記録で重要な因子
となるのは、記録層の最高到達温度と冷却時間応答であ
る。ここで、記録時の記録層の到達温度をＴ、記録層の
融点をＴm 、記録層の結晶化温度をＴx 、記録光照射後
の冷却時に記録層がＴm からＴx まで冷却するのに要す
る時間をτw 、記録層の結晶化時間をτx とし、添字と
してｉおよびｊを付けて各記録層における値を表わす。
【００１０】まず、記録レーザビームＡを照射する場合
について説明する。ｉ層は、その融点Ｔmi以上の温度ま
で昇温し、冷却時に融点Ｔmiと結晶化温度Ｔxiとの間を
τwiA の時間で通過する。ｉ層の結晶化時間τxiがτ
wiA よりも長い場合には非晶質の記録マークが形成さ
れ、逆の場合には記録マークは形成されない。ここで
は、ｉ層に記録マークが形成されるものとする。一方、
ｊ層は融点Ｔmjが高く設定されているかまたは中間層の
効果により温度上昇が抑制されており、ｊ層の最高到達
温度はその融点Ｔmjよりも低い。この場合、冷却速度に
関わらずｊ層には記録マークは形成されない。すなわ
ち、記録レーザビームＡに対しては、Ｔi ＞Ｔmiおよび
τwi＜τxiを同時に満足し、かつＴj ＜Ｔmjを満足して
いる。したがって、記録レーザビームＡを照射すること
により、ｉ層のみに選択的に記録マークを形成すること
ができる。
【００１１】次に、記録レーザビームＢを照射する場合
について説明する。ＢはＡよりも高パワーを有するの
で、ｉ層は当然その融点Ｔmi以上の温度まで昇温する。
この場合、ｉ層の冷却時間はτwiB であり、上記のτ
wiA よりも長い。τxi（＞τwiA）がτwiB よりも長い
場合にはｉ層に記録マークが形成され、逆の場合は記録
マークが形成されない。条件に応じてこれらの２つの場
合のいずれかを選択することができるが、パワーレベル
Ｂでもｉ層に記録マークが形成されるものとする。一
方、パワーレベルＢではｊ層はその融点Ｔmj以上の温度
まで昇温し、冷却時間はτwjB である。ｊ層の結晶化時
間τxjがτwjB よりも長い場合には記録マークが形成さ
れ、逆の場合には記録マークは形成されない。この場
合、ｊ層にも記録マークが形成されるものとする。
【００１２】図２には煩雑を避けるために示さないが、
Ｂよりもさらにパワーレベルの高い記録レーザービーム
Ｃを照射する場合を考える。この場合、ｉ層およびｊ層
ともに融点以上の温度まで昇温する。そして、ｉ層の冷
却時間τwiC がτxi（＞τwiB ）よりも長いと、ｉ層に
は記録マークは形成されない。一方、ｊ層の冷却時間τ
wjC がτxj（＞τwjB ）よりも短いと、ｊ層には記録マ
ークが形成される。
【００１３】以上の記録パワーレベルと記録マーク形成
の有無を、マークありを“１”、マークなしを“０”と
してまとめて示すと表１のようになる。なお、パワーレ
ベル“Ｏ”は、ｉ層への記録しきい値パワー未満のパワ
ーレベルを意昧する。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１からわかるように、本発明の相変化光
記録媒体では、熱応答特性の異なる２つの記録層に対
し、異なるパワーレベルの記録レーザービームを照射す
ることにより、４つの異なる記録状態を形成することが
できる。従来の相変化光記録媒体では“０”または
“１”の２つの状態を選択できるだけなので、本発明に
よれば記録密度を２倍に向上できることになる。なお、
表１の記録レーザービームＣとして適切なパワーレベル
を選択できない場合でも、記録密度を１．５倍に向上で
きる。しかも、２つの記録層へ同時にアクセスするの
で、高速に記録できる。
【００１６】さらに、媒体設計が難しくはなるものの、
２層を超える記録層を用いて多値記録することも可能で
ある。原理的には、最大で２の層数乗倍（２N ）、設計
マージンを大きくとったとしても２の層数倍（２Ｎ）、
少なくとも（Ｎ＋１）／２倍の密度向上ができる。
【００１７】本発明の相変化光記録媒体の再生は、記録
パターンが形成されたトラックに再生レベルのレーザ光
を連続的に照射することにより行なわれる。このとき、
記録状態に応じて複数の出力レベルが得られる。相変化
光記録媒体では高い再生信号強度が得られ、各々の出力
レベル差も大きいので、容易に多値処理が可能である。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図３は本実施例の多層多値相変化光記録媒体の断
面図である。図３に示されるように、基板１上には下部
保護層２が形成されている。この下部保護層２には、第
１記録層Ｒ1 、中間層Ｓ1 、第２記録層Ｒ2 、上部保護
層３および反射層４が順次形成されている。
【００１９】また、図４に本実施例で記録再生に用いた
光ディスクドライブの構成を示す。図３の構成を有する
光ディスク１１はスピンドルモータ１２の回転軸に取り
付けられる。記録時には、光源制御系２１によりレーザ
ー２２を駆動し、比較的高出力で短パルスのレーザービ
ームを対物レンズ２３、ハーフミラー２４および焦点レ
ンズ２５を通して光ディスク１１に照射して記録マーク
を形成する。再生時には、低出力のレーザービームを上
記と同様にして光ディスク１１に照射し、光ディスク１
１からの反射光を焦点レンズ２５およびハーフミラー２
４を通して再生処理系２６で処理し、記録マーク−未記
録部間の反射率変化を検出することにより記録情報を読
み出す。
【００２０】この光ディスクドライブの基本構成は従来
のものと類似しているが、記録に際しては多値パワー変
調によりパワーレベルの異なる複数の記録レーザービー
ムが用いられる。また、第１および第２記録層は、各記
録レーザビームの焦点深度の範囲内に配置されるように
調整されている。
【００２１】この光ディスクドライブの駆動条件は、デ
ィスク線速度：１０ｍ／ｓ、記録パルス幅：１０ＭＨ
ｚ、記録パルス幅：５０ｎｓ、レーザ波長：６５０ｎ
ｍ、対物レンズの開口数：０．６である。対物レンズの
開口数が０．６の場合、レーザスポットのＦＷＨＭは約
０．５μｍとなる。５０ｎｓという記録パルス幅は、レ
ーザスポットのＦＷＨＭ通過時間とほぼ等しい。また、
表１のＯ，Ａ，Ｂ，Ｃに対応して、６ｍＷ，９ｍＷ，１
２ｍＷ，１５ｍＷの４つのパワーレベルの記録レーザー
ビームを用いるものとする。
【００２２】以下に示すように、第１および第２記録層
は多値記録に適した条件を満足するように熱特性が調整
されている。また、記録層の熱特性に合わせて、その他
の各層の熱伝導率および膜厚が設計されている。
【００２３】本実施例では、第１記録層として膜厚１５
ｎｍのＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 、第２記録層として膜厚１５
ｎｍのＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 ＋５ａｔ％−Ｓｂを用いてい
る。この場合、第１記録層の融点Ｔm1は６３０℃、結晶
化時間τx1は５０ｎｓ、第２記録層の融点Ｔm2は第１記
録層と同等の６３０℃、結晶化時間は７０ｎｓである。
また、下部保護層２として膜厚１５０ｎｍ程度のＺｎＳ
−ＳｉＯ2 膜、中間層Ｓ1 として熱絶縁効果の大きいＰ
ＴＦＥ膜、上部保護層３として熱散逸効果の大きい膜厚
２０ｎｍのＳｉ−Ｎ膜、反射層４として熱伝導率の高い
膜厚５０ｎｍのＡｌ膜を用いている。これらの各層は全
て通常のマグネトロンスパッタリングによって形成され
ている。
【００２４】次に、上記の駆動条件における記録層の熱
応答特性を計算によって求めた。６ｍＷ，９ｍＷ，１２
ｍＷ，１５ｍＷという４つのパワーレベルの記録レーザ
ービームに対して、第１記録層の最高到達温度は５００
℃，７００℃，９００℃，１１００℃、第２記録層の最
高到達温度は４５０℃、６００℃、７５０℃、９００℃
となる。
【００２５】また、各パワーレベルの記録レーザービー
ムを照射した後の冷却過程において記録層が融点未満、
結晶化温度以上に保持されている時間（以下、単に冷却
時間という）を計算で求めた。第１記録層の冷却時間は
各々のパワーレベルＡ，Ｂ，Ｃに対して３０ｎｓ，４５
ｎｓ，６０ｎｓとなる。第２記録層の冷却時間はパワー
レベルＡの場合には最高到達温度が融点未満なので考慮
する必要がなく、パワーレベルＢ，Ｃに対して３０ｎ
ｓ，５０ｎｓとなる。
【００２６】以上のように各層の材料および膜厚を選択
した場合、第１記録層に比べて第２記録層の方が最高到
達温度が低く、冷却時間が短くなっている。この理由
は、第１記録層側からレーザ光が入射されること、中間
層の熱伝導率が低いため第１と第２の記録層間で温度差
が維持されること、および第２記録層の熱は高熱伝導率
の上部保護層を介して高熱伝導率の反射層側へ急速に奪
われることに起因するものである。
【００２７】各記録層の最高到達温度および冷却時間の
関係から、パワーレベルＯに対しては第１および第２記
録層のいずれも記録不能、Ａに対しては第１記録層のみ
で記録可能、Ｂに対しては第１および第２記録層の両方
で記録可能、Ｃに対しては第２記録層のみで記録可能と
なる。
【００２８】図４の光ディスクドライブを用いた実際の
記録再生は以下のようにして行う。まず、スピンドルモ
ータを駆動して光ディスクを線速度１０ｍ／ｓで回転
し、所定のトラック上に再生レーザパワーレベル（例え
ば１ｍＷ）のレーザスポットをフォーカスさせた後、複
数のパワーレベルで記録を実施した。その後、記録パタ
ーンを形成したトラックに再生レベルのレーザ光を連続
的に照射して再生信号を検出した。
【００２９】図５（ａ）に記録信号系列の例を示す。こ
の図は、再生パワーレベルＲから、３つのパワーレベル
Ａ，Ｂ，Ｃの記録レーザビームを照射して記録したこと
を示している。記録周波数は１０ＭＨｚである。図５
（ａ）において、ｔ1 ，ｔ5 ，ｔ7 の時間がパワーレベ
ルＢ、ｔ2 ，ｔ4 がパワーレベルＣ、ｔ3 ，ｔ6 がパワ
ーレベルＡに設定されている。この例では、ｔ1 ，ｔ
2 ，…，ｔ7 の順に、第１記録層には１０１０１１１の
記録パターンが、第２記録層には１１０１１０１の記録
パターンが同時に形成できる。
【００３０】図５（ｂ）に再生信号を示す。再生信号
は、第１および第２記録層ともに記録マークが形成され
ている位置で最も高く、第２記録層にのみ記録マークが
形成されている位置で（未記録レベルを除いて）最も低
く、第１記録層のみに記録マークが形成されている位置
で中間レベルとなっている。これは、第１記録層からの
反射光は直接検出系へ入射するが、第２記録層からの反
射光は第１記録層を通過した後、検出系へ入射するため
である。
【００３１】図５（ｂ）の再生信号は、各出力レベルを
含む所定のウィンドウを設定すれば、出力レベルに多少
の変動が生じた場合でもデジタル化が可能となる。例え
ばＡ，Ｂ，Ｃに対して１０，１１，０１というようにデ
シタル化すればよい。したがって、未記録状態の００も
合わせて、従来の倍密度で記録再生動作を実現できる。
【００３２】上記実施例では記録層としてＧｅＳｂＴｅ
系の膜を用いた場合について説明したが、記録層の材料
は特に限定されず、例えばＩｎＳｂＴｅ系、ＧｅＳｅＴ
ｅ系など相変化光記録材料として提案されているものは
全て使用することができる。また、上記実施例では各層
の熱応答特性を制御した場合について説明したが、各記
録層の材料として最適な融点および結晶化時間を有する
組み合わせを採用してもよいことはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、多
値情報を一括で高速に記録再生できる多層の相変化光記
録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層多値相変化光記録媒体を示す
断面図。
【図２】本発明に係る多層多値相変化光記録媒体を構成
する２つの記録層の熱応答特性を示す図。
【図３】本発明の実施例における多層多値相変化光記録
媒体を示す断面図。
【図４】本発明の実施例において用いた光ディスクドラ
イブの構成を示す図。
【図５】本発明の実施例における多層多値相変化光記録
媒体の記録信号および再生信号を示す図。
【符号の説明】
１…基板 ２…下部保護層 Ｒ1 ，…，ＲN …記録層 Ｓ1 ，…，ＳN-1 …中間層 ３…上部保護層 ４…反射層 １１…光ディスク １２…スピンドルモータ ２１…光源制御系 ２２…レーザー ２３…対物レンズ ２４…ハーフミラー ２５…焦点レンズ ２６…再生処理系

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １層からＮ層（Ｎ≧２）までの複数層の
    相変化光記録層を有し、記録時の記録層の到達温度を
    Ｔ、記録層の融点をＴm 、記録層の結晶化温度をＴx 、
    記録光照射後の冷却時に記録層がＴm からＴx まで冷却
    するのに要する時間をτw 、記録層の結晶化時間をτx
    としたとき、前記複数層の記録層から選択される任意の
    ｉ層およびｊ層の２層が、記録時に使用されるパワーレ
    ベルの異なる複数の記録光のうち特定の記録光の照射に
    対して、 Ｔi ＞Ｔmiおよびτwi＜τxiを同時に満足し、かつＴj
    ＜Ｔmjまたはτwj＞τxjの少なくともいずれか一方を満
    足することを特徴とする多値相変化光記録媒体。
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