JPS6297885A - レ−ザビ−ム記録部材とその製造方法 - 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、レーザビームなどの光の熱作用あるいはフォ
トン効果により情報を記録するレーザビーム記録部材、
特に薄膜の非晶質化と結晶化を可逆的に生起させること
を利用しての情報の記録と消去が可能であり、かつ記録
情報の長期保存性に優れたレーザビーム記録部材とその
製造方法に関するものである。

従来の技術 最近、小型で高性能のレーザの発展にともなって、レー
ザビームを利用した技術分野、即ち、光通信、光記録な
どのいわゆる光関連技術の研究が急速に進展し、一部は
実用化されている。中でも収束レーザ光を基板上の薄膜
状媒体に照射して、薄膜に穿孔もしくは非晶質−結晶質
転移のような構造変化を生ぜしめて、情報の記録をおこ
なう光記録は、高密度、大容量の記録を可能ならしめる
新技術として注目されている。ここで薄膜に穿孔して記
録をおこなう方式は、一旦、情報を書きこんだ後は消去
されることがなく、恒久的に情報が保持できることを特
徴とするため、追記型記録媒体と呼ばれる。一方、非晶
質−結晶質転移に基づいて記録をおこなう方式は、２つ
の状態間の遷移を可逆的になすことにより多数回の書き
こみと消去が可能であることから書換型記録媒体と呼ば
れている。異なった情報を何度でも書きこめるという汎
用性の高さのため書換型記録媒体は今後重要になると予
想されている。

この書換型記録媒体には、通常Ｔｅ系カルコゲナイドガ
ラスあるいはＳｅ系カルコゲナイドガラスあるいはＢｉ
またはｓｂなどの金属膜あるいはこれらの合金膜が用い
られる。情報書きこみは、レーザビームを照射して薄膜
を急熱、急冷することにより薄膜中の原子の非秩序状態
をクエンチして非晶質化せしめることでおこなわれる。

また情報消去は、レーザビーム照射による薄膜の除熱徐
冷により非晶質を結晶化せしめることでおこなわれる。

このような書きこみおよび消去の状態は反射率の変化で
検出する。すなわち、書きこみ状態は反射率が小さい非
゛晶質状態に、消去状態は反射率が大きい結晶状態に対
応する。従って、書きこみ前の媒体の初期状態としては
、理論的には薄膜は完全な結晶状態であることが好まし
い。何故なら、仮に薄膜が非晶質状態または結晶と非晶
質の中間状態にある場合、高パワー、短パルスのレーザ
ビームにより急熱急冷しても、元の状態と変わらないか
、あるいは変化の度合が小さいため、結果として得られ
る書きこみ信号は非常に小さく、ノイズとの分離が難し
くなる。さらに、この信号を書きこんだ部分に低パワー
、長パルスのレーザビームを照射して除熱徐冷により結
晶化させて信号を消去した時、この部分は、初期状態よ
りさらに結晶化の程度がより完全な状態になる場合が多
いため、信号は書きこみ前のレベルに復帰するばかりで
なく、逆の方向にシフトしたレベルまで（すなわち、よ
り反射率の高い状態まで）もどってしまう。

このような事情は、第４図に示すような書きこみ消去に
よる反射率の変化を考えれば明確に理解される。

第４図に示すように、初期結晶化をしていない記録媒体
では、書きこみと消去の状態の媒体の反・対重の差が小
さく、且つそれらの値が記録・消去を繰り返すたびに変
動している。言いかえれば、初期状態が完全な結晶状態
でなければ、書きこみと消去のたびに反射率の値が異な
るため書きこみ・と消去をシンプルな２値信号として定
義することが難しくなり、現実に情報の記録と消去とい
う書き換えをおこなうことができない。

一方、上述の薄膜材料、即ちＴｅ系カルコゲナイド、Ｓ
ｅ系カルコゲナイドあるいは合金の薄膜などは、一般に
蒸着したままの状態（ａｓ−ｄｅｐｏ　＞では非晶質ま
たは中間状態であり、完全な結晶状態となっていること
はむしろまれである。いま、Ｔｅ系カルコゲナイドをＰ
Ｊｉことると、ＴｅｌこＳｂ１八ｓ、　Ｇｅなどの不純
物をドープして形成した膜は非晶質となる。ここで不純
物のドープｌを減らしてゆけば、膜は蒸着したままの状
態でも結晶に近づいてゆく。

しかし、この場合は、レーザ照射書きこみにより非晶質
化した場合、非晶質寿命が短く、したがって書きこんだ
情報の長期保存性が著しく損われる問題が生ずる。従っ
て、蒸着したままの状態で非晶質となるＴｅ系カルコゲ
ナイド薄膜を、書換型光記録媒体として使用するには前
もって何らかの手段で初期結晶化せねばならない。

ところで、通常、光記録媒体は、ハンドリングのための
軽量性、あるいは記録感度を高めるための低熱伝導性を
満たすために、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂な
どのプラスチックを基板として用いるために媒体全体の
熱処理による薄膜の結晶化が難しく、厳しい条件が課せ
られるという情況になる。例えば９０℃、１時間の熱処
理によりＴｅ系カルコゲナイド薄膜自体には初期結晶化
がなされるが、それと共に基板に反り、白濁等の劣化が
生ずるために、記録媒体として使用することばできなく
なってしまう。

こうした問題点を回避するために、基板を加熱せず、記
録膜のみを熱する方法として、従来収束したレーザビー
ムを媒体上で一面に掃引するレーザ結晶化技術が施行さ
れているが、こうした方法では例えば、直径２０叩の光
ディスクの初期結晶化に数時間を要し、生産性の点で著
しく劣り、且つ結晶化を完全に完了させるのが困難であ
る。この問題は、高性能の書換型記録媒体を実現する上
で重要な問題であり、現在、研究開発の焦点となってい
る。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決すること
にあり、さらに詳細には、基板の劣化を伴うことなく、
また、記録媒体の書きこみ一状態の長期保存性を損うこ
となく、初期状態で完全に結晶化したレーザビーム記録
部材を提供し、かつ、初期状態で完全に結晶化している
レーザビーム記録部材の製造方法を提供することにある
。

問題点を解決するための手段 本発明は、基板とその上に形成した記録膜からなるレー
ザビーム記録部材において、基板を熱することなく記録
膜のみにエネルギーを与えて初期結晶化を迅速に達成す
ることを最も主要な特徴とする。即ち、媒体表面へのガ
ス・プラズマの照射あるいは紫外線あるいは高エネルギ
ーの可視光線を照射することにより、記録膜を実効的な
アニーリング状態に置き、記録膜中の原子配列を秩序化
し、結晶化させるものである。

即ち、本発明に従うと、基板および該基板上に形成した
光の吸収あるいは吸収による温度上昇により性質の変化
する記録層からなるレーザビーム記録部材であって、該
記録層はカルコゲン薄膜、カルコゲンを含む多元系薄膜
、金属膜または合金膜のいずれか１からなり、且つ初期
状態において結晶化が完全に完了していることを特徴と
するレーザビーム記録部材が提供される。

さらに、本発明に従うと、基板台よび該基板上に形成し
た光の吸収あるいは吸収による温度上昇により性質の変
化する記録層からなるレーザビーム記録部材の製造方法
であって、基板上にカルコゲン薄膜、カルコゲンを含む
多元系薄膜、金属膜または合金膜のいずれか１からなる
記録層を形成する工程と、該記録層にガス・プラズマ照
射して結晶化して初期状態とする工程とからなることを
特徴とするレーザビーム記録部材の製造方法が提供され
る。

この初期結晶化状態とする工程は、紫外線照射あるいは
高強度の可視光線の照射によっても容易に行うことがで
きる。

罫月 従来の記録膜のみを熱して初期結晶化を達成する技術で
問題になっていた点は、非常に時間がかかることであっ
た。これに対し、本発明の方法では、媒体全体にプラズ
マあるいは紫外線あるいは高エネルギーの可視光線が照
射されるため記録面全面の結晶化を同時に達成できる。

本発明の方法を具体的に実施する方法を説明すると、ま
ず、ガス・プラズマを記録膜上に照射する方法では、Ｒ
Ｆスパッタ装置中に試料（基板上の記録膜）を装填し、
これに高周波により励起されたプラズマを照射して、記
録膜にエネルギーを与え、結晶化することができる。こ
の方法は、記録膜ないしオーバコート層をＲＦスパッタ
リングにより作製する場合、同一装置内で、かつ媒体作
製と同時に結晶化させることができるので好都合である
。

次に、紫外線を記録膜上に照射する方法は、プラスチッ
ク基板が紫外光を透過するのに対し、Ｔｅ系カルコゲナ
イド等の記録膜は吸収するため、記録膜のみ加熱され、
結晶化されるという特徴がある。さらに、記録媒体を封
止するために通常紫外線硬化樹脂を使用するため、樹脂
を記録膜上に塗布した後、紫外線を照射して硬化させる
時、同時に記録膜の結晶化をなしうる点で優れている。

最後に、光を記録膜上に照射する方法においては、Ｔｅ
系カルコゲナイド等の記録膜は、可視光の波長領域（０
，４〜０．８μｍ）が紫外光の波長域よりも吸収係数が
大きく、より迅速に加熱されるため、生産性に優れ、さ
らにＳｅ系カルコゲナイドのようなフォトン効果による
結晶化が可能な記録膜を用いる場合は、光のエネルギー
密度を下げ、媒体の温度上昇そのものを小さくしても、
十分に初期結晶化をなしうるという特徴がある。

実施例 以下、本発明を実施例により説明するが、これらの実施
例は本発明の単なる例示であって本発明の技術的範囲を
なんら制限するものではない。

実施例１ アクリル樹脂基板をＲＦスパッタリング装置内に装填し
、化合物Ｔｅｅｏ　Ｇｅ５Ａｓ５のターゲットのスパッ
タリングにより、その基板上に記録膜として厚さ０．１
　μｍのＴｅ系カルコゲナイド薄膜を作製した。この膜
は、結晶よりは非晶質に近い中間状態の膜であり、記録
再生に用いるＡｌＧａ　（Ａｓ）レーザ・ダイオード光
源の波長帯における反射率は２２％であった。次に、装
置内でこの膜にＩＷ／ｃｎｆのパワー密度の高周波によ
り励起されたアルゴン・ガス・プラズマを５分間照射し
て、記録膜の初期結晶化を試みたところ反射率は３５％
に達した。膜の電子線回折の測定によって完全な結晶化
がなされたことが確かめられた（この時のアルゴン・ガ
ス圧は’ｌ　Ｘｌ０−２Ｔｏｒｒであツタ）。

次に、アルゴン・ガス・プラズマのパワー密度と反射率
の関係をさらに詳しく調べ、第１図に示す結果が得られ
た。第１図に示す如く、パワー密度０．６Ｗ／ｃｏ！ま
では、反射率は２２％のまま変わらないため、膜の構造
変化がおこらないとみられる。

さらにパワー密度を増加させると反射率が増加し始める
ので、結晶化が進行していることがわかる。

そして、−０，９５Ｗ　／　ｃｒｌのパワー密度で反射
率は３５％となり飽和するが、さらに１．１Ｗ／ｃａｒ
まで上げると、基板が白濁するなどの劣化が生ずる。し
たがって、プラズマ照射による最適初期結晶化条件は、
パワー密度が０．９５〜１．１Ｗ／ｃｉの範囲にあるこ
とと結論できる。

プラズマ照射による結晶化のメカニズムは、基本的には
記録膜表面に入射するイオン及び電子からのエネルギー
の授受によると考えられるが、しかしイオン衝撃により
原子配列の乱される効果まで取り入れた詳細なメカニズ
ムはまだ明らかでない。また単なるプラズマの照射のみ
でなく、５１０２をターゲットとしてスパッタをおこな
い、記録膜のオーバコート層を形成する場合、その副次
的効果として結晶化を達成することも可能である。この
場合、パワー密度ＩＷ／ｃａｌ以下では５１０２の膜堆
積速度が１０八／ｍｉｎ以下の小さい値となるため、オ
ーバコート層形成と初期結晶化の双方を同時に達成しう
る条件は、パワー密度が１．０〜１．１　Ｗ　／ｃｎｆ
の領域である。

さらに、基板側に高周波電圧を加える、いわゆる逆スパ
ツタを初期結晶化に応用すると、基板側が強いイオン衝
撃をうけるため、最適のパワー密度は０．３〜０．５Ｗ
／ｃｎｆの領域となる。パワー密度が０．５Ｗ／ｃｎｆ
を越えると、基板上の記録膜が逆にエツチングされるた
め、実用に適さない。

このようにして初期結晶化した媒体に１．５μｍφに収
束したＡｌＧａＡｓレーザ・ダイオードのレーザビーム
にヨリ、レーザパワー３ｍＷ、パルス幅１００　ｎ　ｓ
ｅｃの条件で、レーザ書きこみ、そしてレーザパワー３
ｍＷ、パルス幅１μｓｅｃの条件でレーザ消去をおこな
ったところ、第２図に示す記録、消去の信号変化が得ら
れた。記録状態、消去状態にそれぞれ完全な非晶質状態
と完全な結晶化状態が対応しているため、反射率変化は
、完全な二値間の遷移となる。しかもこれらの二値間の
コントラストが大きいため、書換媒体として十分な特性
を示す。また、上記のＴｅａ。Ｇｅ５Ａｓｓの組成のタ
ーゲットから得られた記録膜はＧｅ、　Ａｓ等の不純物
量が十分多いため、記録状態（非晶質状態）の寿命が十
分に長くなる。実際、４０℃の条件で１ケ月保存しても
信号変化はみられなかった。

実、薄側２ 実施例１と同様、アクリル基板にＴｅ　（ＧｅＡｓ）膜
を作製し、これに超高圧水銀灯による紫外線照射をおこ
なった。トータル・パワー３００Ｗの紫外線照射（２Ｗ
／ｃｎｆに相当）により、照射時間と反射率変化の関係
について、第３図に示す結果を得た。

これから、照射時間８〜９分が初期結晶化のための最適
条件といえる。

また記録媒体をディスクとして封止するための、紫外線
硬化樹脂（フォト・ポリマー）を媒体上に、スピナー・
コーティング（２，００Ｏｒｐｍ、　３０ｓｅｃ）によ
り塗布した試料に対し、同様の紫外線照射をおこなった
ところ、照射時間１１〜１４分の範囲が樹脂が硬化して
封止剤としての機能を果たし、また記録層が完全に結晶
化を達成し、かつ、アクリル基板に劣化は生じないとい
う最適の条件であることがわかった。

これらの結晶化をおこなった媒体に、実施例１と同じく
レーザ記録と消去をおこなったところ、第２図と同様の
結果が得られた。

実施例３ 実施例１と同様の試料、即ちアクリル樹脂基板にＴｅ　
（ＧｅＡｓ）膜をスッパタリングで蒸着した試料に対し
、タングステン・ランプにより、トータル・パワー２０
０Ｗの可視光線を照射した。この場合、実施例２の第３
図の場合と同様の測定から、照射時間２〜３分の領域が
適していることがわかった。

また、同じくアクリル樹脂を基板として、Ｓｅ、。Ｇｅ
５Ｓｂ５の組成を有するＳｅ系カルコゲナイド膜を試料
として同じ実験をおこなったところ、照射時間１〜３分
の領域が適していることがわかった。

Ｓｅ系薄膜の場合、加熱による結晶化ばかりでなく、フ
ォトン吸収そのものによる結晶化（ｐｈｏｔｏ　−ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）が大きな役割を果してい
るといわれる。この効果が、結晶化が飽和するまでの時
間が、Ｔｅ系薄膜に比べ短くなっていることの原因と考
えられる。レーザ記録と消去による信号の変化の測定は
、やはり実施例１の第２図と同様な結果が得られた。た
だし、Ｓｅ系薄膜の場合、赤外線でのレーザ光の吸収が
小さいため、記録再生のためのレーザビームの光源とし
て発振波長０．４９μｍのへｒレーザを用いた。

発明の詳細 な説明したように、本発明のレーザビーム記録部材およ
びその製造方法は、書換型光記録媒体の高性能化にあた
り重要となる記録膜の初期結晶化のための簡便かつ迅速
な方法を提供するものである。しかも、光ディスクの製
造プロセスの中に取りこみやすい技術であるため、コス
ト高をともなわずに、性能アップを達成できるという利
点がある。また、この方法により完全な結晶化状態の信
号レベルが明確になるため、結晶状態の信号と非晶質状
態の信号の２値の間の遷移による書きこみと消去が再現
性良くなされ、信号コントラストも向上する。さらに、
記録媒体の書込み状態の長期保存性が損なわれない。以
上のように、本発明によるレーザービーム記録部材およ
びその製造方法は、高性能の書換型光ディスクを提供す
る上で有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の記録膜へ照射するプラズマのパワー
密度と媒体の反射率変化の関係を示すものである。 第２図は実施例１のプラズマ照射により初期結晶化をな
した媒体のレーザ記録消去特性である。 第３図は実施例２の記録膜への紫外線照射時間と媒体の
反射率変化の関係を示すものである。 第４図は初期結晶化をおこなわなかったＴｅ（ＧｅＡｓ
、ｉを記録膜とする媒体へのレーザ記録消去特性を示す
ものである。 （主な参照番号）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板および該基板上に形成した光の吸収あるいは
   吸収による温度上昇により性質の変化する記録層からな
   るレーザビーム記録部材であって、該記録層はカルコゲ
   ン薄膜、カルコゲンを含む多元系薄膜、金属膜または合
   金膜のいずれか１からなり、且つ初期状態において結晶
   化が完全に完了していることを特徴とするレーザビーム
   記録部材。
2. （２）基板および該基板上に形成した光の吸収あるいは
   吸収による温度上昇により性質の変化する記録層からな
   るレーザビーム記録部材の製造方法であって、基板上に
   カルコゲン薄膜、カルコゲンを含む多元系薄膜、金属膜
   または合金膜のいずれか１からなる記録層を形成する工
   程と、該記録層にガス・プラズマ照射して該記録層を結
   晶化する工程とからなることを特徴とするレーザビーム
   記録部材の製造方法。
3. （３）基板および該基板上に形成した光の吸収あるいは
   吸収による温度上昇により性質の変化する記録層からな
   るレーザビーム記録部材の製造方法であって、基板上に
   カルコゲン薄膜、カルコゲンを含む多元系薄膜、金属膜
   または合金膜のいずれか１からなる記録層を形成する工
   程と、該記録層に紫外線を照射して該記録層を結晶化す
   る工程からなることを特徴とするレーザビーム記録部材
   の製造方法。
4. （４）基板および該基板上に形成した光の吸収あるいは
   吸収による温度上昇により性質の変化する記録層からな
   るレーザビーム記録部材の製造方法であって、基板上に
   カルコゲン薄膜、カルコゲンを含む多元系薄膜、金属膜
   または合金膜のいずれか１からなる記録層を形成する工
   程と、該記録層に可視光線を照射して該記録層を結晶化
   する工程からなることを特徴とするレーザビーム記録部
   材の製造方法。