JPS62275334A - 情報記録媒体 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、光ビームにより情報を記録再生すると共に
、消去可能のいわゆるイレーザブル光ディスク等の情報
記録媒体に関する。

（従来の技術） 従来の光ディスクとしては、第１４図乃至第１６図に示
すものがある。第１４図に示す光ディスクは、基板１上
に低融点材料の薄膜２を形成し、この薄膜２にレーザビ
ームをスポット照射し、薄ｍ２を局部的に溶融蒸発させ
、微小な穴３を形成する。情報をこの穴３の形成により
記録する。

また、第１５図に示す光ディスクにおいては、基板４上
に２ｗＪ以上（７）ｌｉ［６，７１ｊｌＷＩＪさせ、レ
ーザビームをスポット照射したときに、下地膜６から気
泡を発生させ、ＷＩ膜７にふくらみ８を形成して情報を
記録する。しかしながら、この第１４図又は第１５図に
示す光ディスクにおいては、記録部（３，８）に不可逆
的な変化を与えるから、記録は可能であるが、消去する
ことはできない。

第１６図に示す光ディスクにおいては、基板９上に温度
により組織が変化する材料でｆａ［１０を形成し、レー
ザビームのスポット照射でｓｉ＊ｉ。

の局部１１を加熱してＩＩＩを光反射率が異なる組繊に
変化させて情報を記録するものである。この場合には、
＠膜１０を温度により光学的特性が可逆的に変化する材
料で形成すれば、記録及び消去が可能になる。

このような材料として、Ｇｅ、又はＴｅ等の半導体材料
がある。これらはその温度により、結晶質相と非晶質相
との２つの状態を選択的にとるので、レーザビームによ
る熱処理でこの２つの状態を可逆的に変化させて情報を
記録消去するＬＪ。

ｏｆ　　Ｎｏｎ　−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　　５ｏｌ
ｉｄ　４１１９７０　　及びＭｅｔａｌｌｕｒｏｉｃａ
ｌ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　２６４１　１９７１
　　）。

また、結晶と非晶質との間の相変化を利用して情報を記
録消去するイレーザブル光ディスクに使用される材料と
して、ＴＣ３０ｘ及びＴｅ−Ｓｎ−８ｅ等のカルコゲナ
イド系材料又はＡｕＳ　ｉ及びＧｅＴｅ等の共晶合金材
料も開発されている（例えば、ＴｅＯｘについては、竹
永著［書き換え可能な大容量光ディスク］日本学術振興
会第１３１委員会第１１６回研究資料；昭和５８年５月
２６日に解説されている）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述の半導体材料は、化学的に不安定で
耐久性が低く、実用化が困難であるという問題点がある
。つまり、（３ｅ、又はＴｅ等の半導体は溶融状態まで
加熱して高速で冷却すると非晶質になり、融点よりも低
い温度に加熱して低速で冷却すると結晶質になる。この
非晶質相と結晶質相とでは、夫々ｎ−１ｋで現される複
素屈折率（但し、ｎは屈折率、ｋは消衰係数、ｉは虚数
単位〉が異なる。これにより、情報の書込み及び読取り
が可能になるが、これらの半導体を薄膜にすると、化学
的安定性が低く、大気中では次第に腐蝕して劣化する。

このため、情報を記録再生する光デイスク用材料として
実用化することは困難である。

また、カルコゲナイド系材料においては、その非晶質相
が安定でないという問題点があり、一方、共晶合金材料
においては、結晶化に時間がかかり、情報を高速で消去
することが困難であるという欠点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
安定して情報を記録することができると共に、その＾速
消去が可能の相変化型情報記録媒体を提供することを目
的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） この発明に係る情報記録媒体は、光ビームにより情報を
記録及び再生すると共に、この情報を消去可能の情報記
録媒体において、基板と、光ビームにより情報を記録す
る記録層と、記録層を挟んで基板と対向する反射層と、
を有し、前記基板は、状態図上で金属間化合物又は規則
合金が安定相として現れる合金系であって、その準安定
相として液相線の外挿により規定される共晶合金が現れ
る合金系のその共晶合金が現れる組成範囲内の合金で形
成されていることを特徴とする。

（作用） この発明においては、金属間化合物又は規則合金が安定
相として現れる合金系であって、その金ｌ１ｌｌｓｉｌ
化合物又は規則合金が、結晶核が形成されないとか、冷
却が早くて結晶化されないとかの事情で現れず、その替
りに準安定相として液相線の外挿により規定される共晶
合金が現れるような合金を情報記録材料として使用する
。このような合金を、その共晶合金が現れる組成範囲内
に成分調整すると、その合金を一旦加熱溶融して急冷す
ることにより、非晶質相が得られる。この非晶質合金材
料を結晶化温度以上に加熱して結晶化することにより、
記録媒体が初期化される。そして、この記録媒体に光ビ
ームを照射すると、その照射領域が溶融し急冷されて非
晶質相となる。これにより、情報が記録される。この非
晶質相領域を結晶化温度以上に加熱すると、この領域が
結晶化して金属間化合物又は規則合金が現れる。これに
より、情報が消去される。情報の消去のためには、記録
媒体全体をヒータ等で加熱してもよいが、情報の記録時
に使用する光ビームの出力より小さい出力の光ビームを
使用して記録ビット部のみを結晶化温度以上に加熱する
ことも可能である。

この発明に係る情報記録媒体用材料は、結晶化温度が室
温以上であるから、室温において、非晶質相が安定的に
存在する。この準安定相である非晶質相は結晶化温度以
上に加熱されて金属間化合物又は規則合金になる。この
ため、結晶化に際しての原子の移動距離は短いので、轟
速の情報消去が可能である。

また、記録層には、その基板側から光ビームが入射する
が、その基板の反対側には、反射層を設けである。これ
により、基板と記録層との界面及び記録層と反射層との
界面からの反射の干渉効果を有効に活用することができ
、記録層における結晶質相と非晶質相との間の複素屈折
率の相違による反射率変化を増幅することができる。こ
れにより、信号のＳ／Ｎを高めることができる。

（実施例） 以下、添付の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る光
ディスクを示す断面図である。

基板１２は透明で経時変化が少ない材料で作られており
、例えば、ガラス、ＰＭＭＡ樹脂、ポリカーボネイト（
ＰＣ）樹脂、エポキシ樹脂、又は石英等の材料で作るこ
とができる。

このＪＩＩｉ１２の上には、情報を記録するための記録
層１３が形成されている。記録層１３の上には、金ｊＩ
製の反１１１４が形成されている。この反射層１４はＡ
ｌ、ＣＵ又はＣｒ等の反射率が高い金属薄膜で形成され
ており、レーザビームを記録１１１３と反射１１１４と
の界面で反射させる。

記録層１３は、状態図上で金属間化合物又は規則合金が
安定相として現れる合金系であって、その準安定相とし
て液相線の外挿により規定される共晶合金（以下、深い
準安定共晶合金という）が現れる合金系において、その
共晶合金が現れる組成範囲内に成分調整した合金で形成
しである。

このような深い準安定共晶合金としては、４０乃至７０
原子％のＭｇを含むＡｌ−ＭＯ合金、１８乃至４５原子
％のＡｓを含むＣｕ−Ａｓ合金、１ｏ乃至７０原子％の
Ｃａを含むＭｏ−ｃａ金合金６０乃至８５原子％のＭｇ
を含むＣｕ−ＭＯ合金、４０乃至６８原子％のＳｂを含
むに一Ｓｂ合金、２０乃至８５原子％のＰｂを含むＭＯ
−Ｐｂ合金、又は１ｏ乃至９０原子％のＳｎを含むＭＯ
−Ｓｎ合金等がある。

第２図（ａ）は、このような準安定共晶合金が現れるＡ
−８合金系の代表的な状態図を示す。純金属Ａと純金Ｊ
ＩＢとにより構成される２元系合金において、このＡ及
びＢ成分を所定の割合いで有する金属間化合物２０が存
在する。一方、液相線２１．２３を延長すると、点２５
にて交差する。

従って、この状態図において、安定相である金属間化合
物２０が、結晶核が形成されないとか、冷却速度が早す
ぎて結晶化されないとかの何らかの理由で形成されない
場合に、準安定相として液相１１２１．２３の外挿［１
２２，２４により規定される準安定共晶合金が形成され
る。点２５はこの準安定共晶合金の共晶点になる。この
液相線２１゜２３の傾斜が大きい場合にこの準安定共晶
は深い共晶系になるので、この系を深い準安定共晶合金
と呼ぶことができる。

この第２図（ａ）に示す合金系について、温度Ｔ１にお
ける各相の自由エネルギの変化を第２図（ｂ）に示す。

純金ｍＡ及びＢの混合物の自由エネルギは純金属Ａの自
由エネルギ曲線（実線２６にて示す）と純金属Ｂの自由
エネルギ曲１！（実線２７にて示す）との共通接線であ
る実１１２８により現される。一方、この温度Ｔ１では
、金属間化合物２０が最も安定であることから、金属間
化合物の自由エネルギの変化曲線（実線２９にて示す）
はその組成にＪ５いて鋭く降下している。実＄１３０は
過冷却の液体の自由エネルギ変化曲線であり、破線３１
は過冷却液体の自由エネルギ変化曲線（実線３０）と純
金属Ａ又はＢの自由エネルギ変化曲線（実１１２６．２
７）との共通接線である。

また、破１１３２は金属間化合物の自由エネルギ変化曲
ｉｔ（寅［１２９）と純金ｍＡ又はＢの自由エネルギ変
化曲線（実［１２６，２７）との共通接線である。なお
、過冷却液体はこの温度において純金属Ａ及びＢの相互
拡散によって非晶質化している。

このような自由エネルギの変化をそのヒエラルキから考
察すると、先ず、金属間化合物と純金属との自由エネル
ギの共通接線が最も低いので、この金属間化合物が最も
安定である。しかし、実線３０にて示す非晶質相の自由
エネルギ変化曲線と。

実１１２６．２７にて示す純金属Ａ、Ｂの自由エネルギ
変化曲線との共通接線３１は、純金属の混合物の自由エ
ネルギ（実［１２８）よりも低い。このため、非晶質相
のヒエラルキは純金属のヒエラルキよりも下にあるから
、図中ａ及びｂにて示す組成範囲内においては、非晶質
相が準安定に存在する。つまり、ａとｂとの間の組成に
純金属を混合して相互拡散させると、完全な非晶質相が
準安定的に形成される。なお、このような非晶質になり
やすい合金について、液相線に基づいて考察した論文が
［アモルファス金属の熱力学］と題する文献（固体物理
第２０巻第８号の第７７乃至８５頁）に記載されている
。

以上説明したように、金属間化合物又は規則合金が現れ
る合金系において、その液相線の外挿線が深い共晶系と
なるような合金においては、安定相として金属間化合物
又は規則合金が現れ、準安定相として非晶質相が現れる
。この発明においては、このような深い準安定共晶合金
を記１ｉｌｌｉ１３に使用する。

この記録層１３の層厚は１０人乃至５μｍであること、
が好ましい。また、この合金からなる記録ｌ！１３は、
この合金をターゲットに使用した通常のスパッタ法、各
純金属をターゲットに使用した２元同時スパッタ法、又
は各金属を使用した２元同時Ｎ着法等により形成するこ
とができる。

次ぎに、このように構成された光ディスクの動作につい
て説明する。この光ディスクにおいては、第１図に示す
ように、光ビーム１６が集束レンズ１５により集束され
て基板１２側から記録１１１３に照射される。

」ｌ【 成ＩＩＩ後の記録層１３は非晶質であるので、この光デ
ィスクを使用する前に、記［１１３を結晶質にする。こ
の記録層の結晶化による光ディスクの初期化は、ヒータ
によりディスクの全体を結晶化温度以上に加熱すること
によりおこなってもよいし、また、光ビームを記録１１
３に順次照射してこの光ビームにより記録層１３を加熱
することによりおこなってもよい。

乱１ 光ディスクに対する情報の記録においては、記録層１３
に光ビーム１６を短時間照射し、この照射１ＪＩ４！１
７を一旦溶融させた後急冷することにより非晶質に相変
化させる。光ビームとしては、５０ｎ秒乃至２μ秒の早
いパルス状のレーザビームを使用することが好ましい。

また、このレーザビームの出力は、例えば、その１パル
スで深い準安定共晶合金を溶融させることができるもの
であればよいが、通常、５乃至２０ｍＷである。このよ
うな深い準安定共晶合金の溶融急冷による非晶質化によ
り、情報が記録層１３に書込まれる。

■ 記録層１３に１込まれた情報は、この記録ビット（ｌａ
域１７）に光ビームを照射し、その反射光の強度を検出
することにより読取る。つまり、結晶質相と非晶質相と
で、光ビームを照射したときの表面反射率が異なること
を利用し、反射光の強度を検出することにより、光ビー
ムの照射ｗ４域が結晶質相であるか、非晶質相であるか
を判別する。

この場合に、記録層１３における合成反射率Ｒは、基板
１２と記録１１１３との間の界面、記録層１３と反射１
１１４との間の界面、及び反射層１４と外界との間の界
面（光ディスクの表面）にて生じる反射の総和で現すこ
とができる。ところで、複素屈折率Ｎ−ｎ−１ｋにおい
て、消衰係数ｋが大きな金属で反射１ｉ１４を形成した
場合には、反射層１４がないときに比して、記Ｉｔ＠１
３と反射１１１４との界面で生じる反射を大きくするこ
とができる。このため、基板１２と記録層１３との間の
界面、及び記録１１１３と反射層１４との間の界面から
の反射の干渉効果を有効に活用して、記録１１１３にお
ける結晶質相と非晶質相との間の複素屈折率の相違によ
る反射率変化を１１１幅することができる。

第３図は記録層の上に反射層を形成していない場合、第
４図は、この実施例のように、記録層の上に反射層を形
成した場合について、反射率と記録層層厚との関係を、
結晶質相と非晶質相とで比較して示す。記録層は、いず
れも、層厚が２５０人であってＴｅを６０原子％含有す
る３ｂ−Ｔｅ合金で形成してあり、反射層は１０００人
の層厚のＡ１で形成した。第３図から明らかなように、
反射層がない場合には、結晶質相と非晶質相との間の反
射率の相違が小さいのに対し、第４図から明らかなよう
に、反射層を設けた場合には、多重干渉により、結晶質
相と非晶質相との間で約４０％も反射率が相違する。

この第４図の光学的特性が得られた光ディスクを、回転
数が７００ｒｌ）ｍ、記録時のレーザ出力が１０ｍＷ、
記録時のパルス幅が２００ｎ秒、消去時のレーザ出力が
５ｍＷ、記録時のパルス幅が３μ秒、という条件で記録
と消去とを繰返したところ、Ｓ／Ｎ比が４５ｄＢと高い
値が得られた。

更に、この光ディスクを温度が６０℃、湿度が８０％の
雰囲気下で２週間加速劣化試験を実施したところ、Ｓ／
Ｎ比の劣化は実質的に生じなかった。

逼」Ｌ 記録層１３の記録ビット（領域１７）に情報記録時の光
ビームの出力より小さな出力で光ビームを照射し、記録
１１１３を形成する合金の融点より低い温度であって、
結晶化温度より高い温度に記録層１３を加熱する。これ
により、記録層の記録ビットは結晶化し、情報が消去さ
れる。この発明においては、非晶質相を金属層化合物に
相変態させることにより情報を消去するので、従来の共
晶合金を使用した場合に比して、高速で情報を消去する
ことが可能である。このため、従来の共晶合金を使用し
た場合のように、光の照射時間を長くすることなく、光
ビームの照射出力を記録時の出力より単に小さくするだ
けで情報を消去することができる。つまり、従来のよう
に、消去用に惰円状の光ビームを使用する必要がなく、
この発明においては、その出力を調整するのみで記録用
の光ビームをそのまま消去に使用することができる。

以上のように、この発明は、情報記録媒体として、深い
準安定共晶合金を利用する。この深い準安定共晶合金に
光ビームを照射することにより、これが溶融しその後急
冷して生成する非晶質は準安定相であるが、室温におい
て安定である。従って、情報を安定して記録させること
ができる。一方、この非晶質に光ビームを照射すると、
結晶化して金属間化合物又は規則合金が生成する。これ
により、情報が消去される。従来の非晶質形成能がある
共晶合金を使用した場合には、その結晶化で共晶反応が
生じるために結晶化が２段階になる。

しかし、この深い準安定共晶合金の場合には、短範囲の
原子の拡散移動のみで、１段階で結晶化が生じる。この
ため、この発明は、従来の共晶合金に比して、高速消去
が可能である。

また、深い準安定共晶合金においては、金属間の結合が
強く、化学的に安定であるため、酸化等による劣化がな
いのに加え、例えば、濃度が６０℃、相対湿度が８０％
の環境下においても、反射率等の光学的特性が１月を越
えても変化しない。

また、記録層の上に反射損を形成することによって、結
晶質相と非晶質相との間の反射率の相違を拡大すること
ができ、信号のＳ／Ｎを高めることができる。

なお、記録層と基板の間又は記録層と反射層との間に、
ＳｉＯ２等からなる保護層を形成してもよい。この保１
１１ｆにより、光ビームの照射による深い準安定共晶合
金の蒸発を抑制することができる。また、反１７１１１
の上に光ディスクの取扱上発生する損傷から防止する保
護膜を形成することもできる。この損傷保護膜は、例え
ば、紫外線硬化樹脂を反１３１Ｍ４上に塗布した後、こ
れに紫外線を照射することにより硬化させて形成するこ
とができる。

更に、記録層を、深い準安定共晶合金からなる微粒子を
誘電体中に分散させることにより、この合金と誘電体と
の混合物として形成することもできる。このように記録
層を深い準安定共晶合金と誘電体との混合層とした場合
には、その単一層構造であっても合金の蒸発を抑制する
ことができる。

このような深い準安定共晶合金として、第５図乃至第１
３図にその状態図を示すものが考えられる。第５図は約
４０乃至７０原子％のＭｏを含むＡ　Ｉ−Ｍｇ合金、第
６図は約１８乃至４５原子％のＡｓを含むＣＬＩ−ＡＳ
合金（この合金系においてはＣｕｘ　Ａｓ規則合金及び
Ｃｕｓ　ＡＳ２金属間化合物が安定相として存在する）
、第７図は約１０乃至７０原子％のＣａを含むＭＯ−Ｃ
ａ合金（この合金系においてはＭＯ２Ｃａ合金２ｉ！間
化合物が安定相として形成される）、第８図は約６０乃
至８５原子％のＭｇを含むＣｕ−Ｍｇ金合金この合金系
においてはＭＯ２Ｃｕ金属間化合物が安定相として形成
される）、第９図は約４０乃至６８原子％のｓｂを含む
に一Ｓｂ合金（この合金系においては安定な金属間化合
物としてに５Ｓｂ４、）（３ｂ、ＫＳｂ２が形成される
）、第１０図は約２０乃至８５原子％のＰｂを含むＭＯ
−Ｐｂ合金（この合金系においてはＭｇｚ　Ｐｂ金属間
化合物が形成される）、第１１図は約１０乃至９０原子
％のＳｎを含むＭｏ−５ｎ合金（この合金系においては
Ｍｇ２Ｓｎが安定な金属間化合物として形成される）、
第１２図は約４５乃至６０原子％のｓｂを含むＮａ−３
ｂ合金（安定相としてＮａＳｂ金属間化合物が形成され
る）、第１３因は約３０乃至９０原子％のＴｅを含むＳ
ｂ−Ｔｅ合金（Ｓｂ２Ｔｅ３規則合金が安定相である）
が、夫々、深い準安定共晶系の合金であることを示して
いる。この発明においては、このような組成の準安定共
晶合金を記録層に使用することができる。

［発明の効果］ この発明によれば、非晶質相として情報が記録される記
録ビットは極めて安定であり、しかも、この記録情報を
高速で消去することができる。また、記録−との界面で
光ビームを反射する反射層を設けであるから、結晶質相
と、非晶質相との間での反射率の相違を増幅することが
できる。このため、情報のＳ／Ｎが高い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る光ディスクを示す断面
図、第２図（ａ）は２元系合金の状態図、第２図（１）
）は同じくその自由エネルギ変化曲線を示す模式図、第
３図及び第４図は記録層の層厚と反射率との関係を示す
グラフ図、第５図乃至第１３図はこの発明に使用される
合金系の状態図、第１４図乃至第１６図は従来の光ディ
スクを示す図である。 １２；基板、１３；記録層、１４；反射層、２０；金Ｉ
ｉ１間化合物、２１．２３：液相線、２２゜２４：外挿
線 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２（ａ）図 第２（ｂ）図 第４図 Ｍｇ　　　　　　Ｃａ’／。 第７図 第８図　　　　　　第９図 Ｍｇ　　　ｌ）ｂ’／。 第１０図 Ｓ　ｂ　　　　　Ｔｅ　’／。 第１３図 第１４図 第１６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームにより情報を記録及び再生すると共に、
   この情報を消去可能の情報記録媒体において、基板と、
   光ビームにより情報を記録する記録層と、記録層を挟ん
   で基板と対向する反射層と、を有し、前記記録層は、状
   態図上で金属間化合物又は規則合金が安定相として現れ
   る合金系であって、その準安定相として液相線の外挿に
   より規定される共晶合金が現れる合金系のその共晶合金
   が現れる組成範囲内の合金で形成されていることを特徴
   とする情報記録媒体。
2. （２）前記合金は、４０乃至７０原子％のＭｇを含むＡ
   ｌ−Ｍｇ合金、１８乃至４５原子％のＡｓを含むＣｕ−
   Ａｓ合金、１０乃至７０原子％のＣａを含むＭｇ−Ｃａ
   合金、６０乃至８５原子％のＭｇを含むＣｕ−Ｍｇ合金
   、４０乃至６８原子％のＳｂを含むＫ−Ｓｂ合金、２０
   乃至８５原子％のＰｂを含むＭｇ−Ｐｂ合金、１０乃至
   ９０原子％のＳｎを含むＭｇ−Ｓｎ合金、４５乃至６０
   原子％のＳｂを含むＮａ−Ｓｂ合金、及び３０乃至９０
   原子％のＴｅを含むＳｂ−Ｔｅ合金から選択されたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   情報記録媒体。