JPS61156543A - 光記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光ディスクにおけるように光学的に情報を記録
する媒体に係り、特に一旦記録した情報を消去して新た
に記録することができる光学的情報の記録媒体に関する
。

従来の技術 光学的な情報の記録は記録の速度および密度が高いので
今後有望な情報記録方法として注目を集めている。従来
、光学的な情報の記録媒体としては、第１に、金属薄膜
にレーザビームを照射して、照射部位に微細な穴を設け
ることによって情報を記録するものがある。しかし、こ
の媒体は情報を記録することはできるが消去して記録を
行なうことは不可能であるという制約がある。そこで、
第２に、光学的に情報を記録するだけでなく消去および
再記録を行なうことが可能な記録媒体として、Ｔｅａｔ
　Ｇｅ１５　ｓ、　ｐ、のような非晶質半導体薄膜を用
いて、その２つの構造状態、すなわち、安定な高抵抗状
Ｂ（これは原子または分子間配列の乱れた状態でいわゆ
る非晶質状態である）と安定な低抵抗状態（これは原子
または分子の規則正しい配列状態でいわゆる結晶状態で
ある）との間を可逆的に変化させて情報を記録、消去お
よび再記録するものが知られている（特公昭４７−２６
８９７号公報参照）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記の消去可能な記録媒体は、一方に原子配列
の乱れた状態（非晶質状態）を使っているため本質的に
情報保持における不安定さがつきまとっていた。なぜな
らば、非晶質状態は結晶状態へ至る準安定な状態であり
、熱エネルギーあるいは化学エネルギーの印加により容
易に結晶状態へ遷移するため、情報が失われ易いからで
ある。

また、非晶質と結晶質という大きな相違のある状態間を
遷移させるという使い方をするため、くり返して記録お
よび消去している間に材料の疲労が起こり、そのために
記録および消去の可能なくり返し回数が少ないという欠
点がある。

問題点を解決するための手段 本発明の目的は、光パルスを照射することにより情報を
記録し、しかも必要な時にはすでに記録した情報を消去
でき、さらに情報を安定に保持できる新しい光記録媒体
を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、規則正しい原子
配列をもった微結晶の集合体からなる薄膜であるが光学
的特性に差異のある２つ以上の安定状態が存在する薄膜
に対して、パワーおよび時間幅の異なる２種類の光パル
スを照射することによって、その２つの安定状態のどち
らかの状態を取らせて情軸を記録する。我々は、既に、
このように結晶相の２つの状態間で記録および消失を行
なう光記録媒体として、インジウムとアンチモンからな
る合金、ならびにインジウムとアンチモンからなる合金
に更に必要に応じてアルミニウム、ケイ素、リン、イオ
ウ、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、１
１．カドミウム、錫、テルル、タリウム、鉛、ビスマス
等の１種または２種以上を添加した合金からなる光記録
薄膜を用いた媒体を開示した（昭和５９年１２月５日出
願の特許側「光学的情報記憶媒体」）。そして、さらに
検討を行なったところ、タリウムとビスマスからなる合
金系においても同様の光記録が達成されることを見い出
し、本発明を為すに敗った。すなわち、本発明の光記録
媒体の光記録膜は、タリウムとビスマスと添加剤からな
る合金からなり、タリウムとビスマスの原子数比が１：
１．０〜４であり、添加剤がアルミニウム（Ａｊり　、
ケイ素（Ｓｔ　）　。

リン（Ｐ）、イオウ（Ｓ）、亜鉛（Ｚｎ　）　、ガリウ
ム（Ｇａ　）　、ゲルマニウム（Ｇｅ　）　、ヒ素（Ａ
ｓ　）　、セレン（Ｓｅ　）　、銀（Ａｇ　）　、カド
ミウム（Ｃｄ　）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ　）
　。

アンチモン（Ｓｂ　）、テルル（Ｔｅ　）　、鉛（Ｐｂ
　）のうち１種または２種以上からなりかつ合金全体に
関して０〜２０原子％含有されるものである。本発明の
記録薄膜において情報の記録を行なうための光学的特性
の異なる２つの安定状態は両方共に結晶質である。共に
結晶質であるが光学的特性が異なる２つの安定な状態の
間の遷移を利用するものである。ここで、非晶質と区別
する意味で結晶質と称する場合薄膜が規則正しい原子配
列をもつ領域の寸法（微結晶の粒径）が少なくとも約５
ｎｍ以上、通常２０〜３０ｎｍ以上のものをさしている
。

本発明における微結晶質記録薄膜の２つの安定な状態は
適当な条件の光パルスを照射することにより可逆的に遷
移することが可能であるため、一旦記録したものであっ
ても消去することができ、何回でもくり返して利用でき
る。

この微結晶質薄膜の２つの安定状°態は、一般に、電気
伝導度が高いけれどもその電気伝導度の間に本質的な差
異は存在しない（これに対して、非晶質では結晶質に較
べて電気伝導度が本質的に低い）。

しかし、この微結晶質薄膜の２つの結晶質の安定状態は
光学的特性、すなわち、光反射率、光透過率等に若干の
違いが生じるため、情報の記録状態、消去状態をそれぞ
れの反射率の違いとして識別することができる。また、
その２つの安定状態は、わずかな体積変化や膜形状の変
形を伴っているため、等価的に光学的な違いを増加させ
る効果をもつ。

この記録媒体は、非晶質と結晶との間の変化を利用する
ものではない。非晶質相は、準安定相であるため、長期
間のうちには熱作用により次第に結晶相へ遷移するので
、この２つの相の違いを情報記録に利用する場合は情報
が失われやすい。それに対して、本発明では、結晶相と
いう熱力学的に安定な相における２つの状態間を遷移さ
せるため、長期間情報を安定に保持することができる。

このような薄膜材料をガラス、プラスチック。

金属等の基板上に成膜するには原料成分の共蒸着、コス
バソタリング、コイオンブレーティングによって基板上
で合金化するほか、合金化した原料を蒸着やスペックリ
ングしてもよい。

こうして成膜しただけの薄膜は一般に原子配列が乱れて
おり、非晶質であるが、加熱あるいは光を照射すること
によって薄膜全体あるいは薄膜のうち記録部だけを結晶
化することができる。

本発明の記録媒体を用いる情報記録用の光学系の例を第
１図に示す。これは従来穴あけ型の追記型光ディスクで
使われているものと全く同じである。

レーザダイオード１から出射して光（波長通常７８０〜
８３０ｎｍ）　２をビーム整形光学系３、偏位ビームス
プリッタ−４，１／４波長板５を通し、対物レンズ６で
集束して記録薄膜７上に照射する。図中、８は基板、９
はレンズアクチュエータである。

反射光は偏光ビームスプリンター４により横方向にまげ
られレンズ１０を通して光検知器１１に当たる。光検知
器１１は４分割されておりその対角成分の信号の差が照
射ビームのフォーカスずれの程度を表わす。

通常レーザーダイオード１は記録膜面７上で１ｍＷ程度
のパワーになるように直流発光させ、その記録膜７から
の反射光を使って常時光ビームが膜面上で合焦点となる
ように対物レンズアクチュエータ９を制御する。記録膜
７からの反射光量は４つの検知器の和信号として得られ
、記録膜７の信号記録状態を知る、すなわち、情報を再
生するために使われる。

情報を記録する場合は記録すべき信号によりレーザーダ
イオード１を強度変調するための変調電流をレーザーダ
イオード１に重畳する。また情報を消去する際には所望
の記録部分に直流的な光ビームを照射する。この場合も
再生用光ビームに消去に必要な光パワーを重畳させる。

一般に記録時は消去時よりも強いパワーが必要である。

また消去は一回の光ビームで完了し、ない場合がある。

それは薄膜を消去状態に変化させるにはある程度の時間
が必要だからである。その場合は消去ビームを何回も（
何回軽分も）同一場所に照射することによって完全な消
去状態を得ることができる。

第１図の例では使っていないが、レーザ光源を２つそな
え、そこからの一方の光ビームは第１図と同じ構成をと
り、もう一方のビームは薄膜面上で円周方向に長い（〜
１０μｍ程度）形状で照射される光学系を使うこともよ
く行われる。その場合、長いビームは消去専用に使われ
、−回の照射のみで完全な情報の消去を実現できる。

記録および消去時に使われる光ビームのパワー条件は同
板の径や回転数つまり記録薄膜の速度により異なる。

また、反射率の変化に伴って透過率もわずかながら変化
する。

記録および再生用の光としてはコヒーレントな光である
レーザー光が好ましいが、その波長は半導体レーザー光
に限らず、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光、Ｈｅ　−Ｃｄ　レー
ザー光、Ａｒレーザー光その他であってもよい。

我々は結晶構造の２つの状態の反射率変化は、つぎのよ
うな原因によるのではないかと推測する。

ＴＲＢ１合金は光の照射条件によって薄膜中にＴｌまた
はＢｉが析出しかつその析出の割合が光の照射条件に依
存して異なる。Ｔｌ−Ｂ１合金とＴｌまたはＢｉの光反
射率は異なるため、薄膜全体としての光反射率も光の照
射条件に依存してＴＩまたはＢｉの析出量に応じて可逆
的に変化す机 また、結晶状態ではあるが、反射率が見かけ上異なるよ
うな薄膜の２つの状態の生成する可能性は、上記のほか
にも考えられる。他の可能性としては、結晶粒の大きさ
が異なりそのため光を散乱する能力が異って反射率に差
が生じるものがある。

また、薄膜の形状変化が光の散乱の具合を異ならせるこ
ともありうる。膜の表面が平坦であるか、あるいは凹レ
ンズ状または凸レンズ状に変形しているかで光の散乱効
果は明らかに異なる。

また別の可能性として、結晶質ではあっても膜の冷却過
程の差異によって異なる結晶相を生成する場合もありう
る。例えば、強くて短い光パルスを照射すると膜は溶融
するが急激に冷却されるため、通常の溶融冷却凝固の過
程では得られない準安定な結晶相が出現することもあり
うる。

以上の如く、その原因は種々考えられるものの、結果的
には結晶体でありながら反射率あるいは光学的特性が見
かけ上変化するものであればよい。

実施例 （実施例１） 」工ｕｌｌ鬼立底。

第２図を参照すると、外径３０ｃｍ厚さ１．２ｎｕｎの
アクリル基板２１上にＴｌと旧の合金薄膜２２を真空蒸
着法により形成する。各成分の蒸着源は独立に温度制御
し、基板を回転させ、蒸着中の成分レートがほぼ一定に
なるように制御する。形成した薄膜の厚さ８０ｎｍであ
った。さらにその上に有機高分子の保護膜２３を形成す
る。材料はＴＡＢｉの記録膜に悪影響を及ぼさないもの
であれば何でもよいが、例えば、ＰＭＭＡ、ポリスチレ
ン等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂、紫
外線硬化型の樹脂であってもよい。第３図に示す如く、
各層２１，２２．２３間に安定化層２４としてごく薄い
無機質（例えば、Ｓｉｎｇ、　Ｃｅ０ｚ＋　Ｚｎ５）の
透明膜を挿入してもよい。

友反■患炎上　・ こうして作成した媒体を次のようにして評価した。円板
を静止した状態で半導体レーザー（８３０ｎｍ）光をコ
リナートレンズ及び対物レンズにより１μ鍋に絞った光
学ヘッドによりパワー、パルス幅を変えた２種のレーザ
ー光パルスを交互に照射し、その間低パワーのレーザー
光で反射率を測定する。

この方法で１０　ｍＷ、　２００ｎｓのレーザー光と５
１゜１μｓのレーザー光を照射した後の反射率に差のあ
るものが見いだされた。反射率は可逆的に変化し、大パ
ワー短パルスで反射率が上昇し、小パワー長パルスで反
射率は下降する。合金薄膜の組成依存性を調べたところ
、Ｂｉが３０〜８０原子％の範囲内で反射率が可逆的に
変化した。しかし、Ｂｉが３０〜６０原子％の領域では
特性の経時変化が激しく実用上適当ではなく、適当な範
囲はＢｉが６０〜８０原子％であることがわかった。

蟇昌璽遺■跣員 上記の分割した円板から記録膜をはがし、電子顕微鏡に
て膜の結晶構造を調べた。

まず、成膜後レーザ光照射を全く行なっていない未記録
部は、結晶の規則正しい配列に起因する電子の回折は見
られず、非晶質特有のハローパターンが見られた。多数
回光パルス照射して反射率を低下させた部分と、強パル
ス照射によって再び反射率を増加させた部分を観察した
ところ、両方とも結晶状態であることが判明した。この
電子顕微鏡の観察により、記録膜は結晶と非晶質（また
は成膜後の状態に近い結晶の乱れた状態）との間の相転
移によって情報を記録するのではなく、一旦結晶化した
後に結晶と結晶の間の状態変化によって情報を記録して
いることが判明した。

なお、走査型電子顕微鏡による観察では、光照射された
部分に膜のわずかな凹凸が見出された。

しかも、記録部分と消去部分は凹凸の方向が逆であるこ
とも確認できた。

菫久跋腋 この媒体の耐久性を調べるべく、スライドガラスに媒体
を蒸着し、２００℃３０分加熱することにより結晶化し
、保護膜を設けてないものと、前記ディスク基体を形成
したものにトランク状に６００ｒｐ＋ｎ　、　　２Ｍ１
ｌＺで書込んだディスクとを７０℃８５％ＲＨ中に保持
し、スライドガラス上の媒体の反射率変化、ディスクの
Ｃ／Ｎの変化を測定した。

その結果をそれぞれ第４図および第５図に示す。

図に見られるように、反射率は保護膜のない媒体であっ
ても３ケ月経過後も変化は少なく、またＣ／Ｎの低下も
３ｄＢ以下であった。

（実施例２） Ｔｊ！Ｂｉの媒体に添加剤を加え、その効果を見た。

Ａｓを全体に対し５，１０．２０原子％になるよう添加
した媒体を実施例１の方法で評価した。その結果、ＴＩ
が多い組成でも特性の経時変化が少なくなり、第６図に
見られるように、Ｔｊ！が５゜原子％の媒体でもコント
ラストの経時変化が小さくなり、安定化に役立っている
ことがわかった。

Ａｓに代えてＰ、Ｓ、Ｓｅ　、Ｔｅを添加した場合にも
同様な結果が得られた。

（実施例３） ＴｌとＢｉ（７）原子比を一定（４０：６０）　ニしＴ
Ｚｎを全体に対して５，１０．２０原子％になるように
添加した記録媒体を作成し、実施例１の方法で評価した
。そして、反射率の変化量を高反射率状態の反射率で割
った値として求めた反射率コントラストを下記表に示す
。

以下余ｅ 表からＺｎの添加によってコントラストカー増加すする
ことがわかる。

Ｚｎに代えてＡ　１．　　Ｓｔ　、　　Ｇｅ　、　Ａｇ
　＋　　Ｃｄ　＋Ｓｎ、ｐｂ、’ｒｅ、ｓｂ、Ｉｎを添
加した場合にも同様な結果が見られた。

（実施例４） ＴｌとＢｉの原子比を一定（４０：６０）にしてＰｂを
全体に対して５，１０．２０原子％になるように添加し
た記録媒体を実施例１の方法で評価した。

その際、高パワー短パルスのレーザ光のパワーだけをい
ろいろに変えて反射率のコントラストを求めた。その結
果を第７図に示すが、図に見られるように、ｐｂの添加
によって記録媒体の感度が向上した。

Ｐｂに代えてＩｎ、Ｓｎを添加した場合にも同様の結果
が得られた。

発明の効果 本発明によれば、薄膜に光パルスを照射するのみで高密
度に記録でき、しかも必要な時には消去および再記録で
き、さらに長期間安定に情報を保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的情報記憶および再生方法の
光学系を示す模式図、第２図および第３図は本発明を実
施するための光学的情報記録媒体の要部断面図、第４図
はＴｌＢ１薄膜ｉ膜の反射率の長時間変化を表わすグラ
フ図、第５図はＴｊ２Ｂｉ薄膜のＣ／Ｎ比の長時間変化
を表わすグラフ図、第６図はＴ６Ｂｉ薄膜にＡｓを添加
した場合のコントラストの長時間変化を表°わすグラフ
図、第７図はＴｌＢ１薄膜にｐｂを添加した場合のコン
トラストを表わすグラフ図である。 ｌ−レーザーダイオード、２−・・光、３−ビーム整形
光学系、 ４−偏光ビームスプリッタ−， ５−・−１／４波長板、　６一対物レンズ、７−・・記
録薄膜、　　　８一基板、 ９−　レンズアクチュエータ、 １０・・−レンズ、　１１・−光検知器、２ｔ−一・・
アクリル基板、　２２−Ｉ　ｎｓｂ　薄膜、２３・−有
機質保護膜、　２４−無機質安定化層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、結晶組織が異なりかつ光学的特性も異なる２つの安
   定状態を取り得る微結晶体からなる記録薄膜に、異なる
   条件の光エネルギーを照射して上記２つの安定状態を選
   択的に生起させることによって情報を記録および（また
   は）消去する光記録体であって、上記光記録膜がタリウ
   ムとビスマスと添加剤からなる合金からなり、タリウム
   とビスマスの原子数比が１：１．０〜４であり、添加剤
   がアルミニウム、ケイ素、リン、イオウ、亜鉛、ガリウ
   ム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、銀、カドミウム、イ
   ンジウム、錫、アンチモン、テルル、鉛のうちの１種ま
   たは２種以上からなり、且つ合金全体に対して０〜２０
   原子％であることを特徴とする光記録媒体。