JPS63155437A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、光ビームの照射により記録層に例えば記録
材料の相変化に伴う光学特性の変化を生じさせて情報を
記録消去すると共に、この光学的特性を検出して情報を
再生する情報記録媒体に関する。

（従来の技術） 相変化型の情報記録媒体においては、記録層に光ビーム
を照射することにより、記録層を溝底する材料が、例え
ば、結晶質と非晶質との間で可逆的に変化することを利
用して情報を記録消去する。

このような相変化する材料として、ゲルマニウム（Ｇｅ
）、テルル（Ｔｅ）、インジウムーアンチモン（ＩｎＳ
ｂ）等の半導体材料が公知である。

これらの半導体材料は、溶融状態まで加熱した後急冷す
ると非晶質になり、融点より低く結晶化温度よりも高い
温度に加熱して徐冷すると結晶質になる。この非晶質相
と結晶質相とは、夫々ｎ−ｆｋ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
なるので、光ビームを照射したときの反射率が相違する
。従って、この反射率を検出して情報を再生する。また
、近時、Ｉ　ｎＳｂ等の半導体材料において、その材料
組織を微細結晶粒と粗大結晶粒との間で可逆的変化させ
、その反射率の相違により情報を記録消去する技術もあ
る。

一方、ＴｅにＧｅ及びＳｎを微量混合したものと、Ｔ　
ｅ　Ｏ２との同時蒸発により生成したＴｅＯで記録層を
形成したものも公知である１、１ ［“ＴｅＯｘ　　（ｘ−１，１）薄膜の可逆的相変化に
よる消去可能な光ディスク゛日本学術振興会薄膜１３１
委員会　第１１６回研究会資料（１９８３）］。

更に、熱的に光学定数の可逆変化が大きいＴｅ単体の薄
膜を、その腐蝕から保護すると共に、光ビームによる加
熱時のＴｅ蒸発を防止するために、Ｔｅ膜を５ｉ０２保
護膜で挟む３層構造にした情報記録媒体も提案されてい
る（Ａ、Ｐ。

Ｂｅ１１等、“記録消去可能な光ディスク″Ａｐｐｌ　
、　　Ｐｈｙｓ　、　　Ｌｅｔｔ　３８　９２０１９８
１）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの従来技術の場合には、以下のよ
うな欠点がある。先ず、Ｇｅ、Ｔｅ。

ＩｎＳｂ等の半導体材料は、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ので、
情報記録媒体の記録層としては実用性が欠ける。

また、Ｔｅａ）（（ｘ−１，１））記録層においては、
成膜工程中に高温で不安定なＴＡｅ０２が分解するので
、品質の制御が困難である。更に、ＴｅＯは、　Ｎ　ａ
ｔｉｏｎａｌ　Ｔ　ｅｃｈｎｌｃａｌ　　Ｒｅｐｏｒｔ
ｌ、１ ２８２４　　（１９８２）に記載されているように、記
録前の膜の反射率が１５％と低く、更に、記録による反
射率の変化も約１２％と低い。このため、この膜ををす
る光ディスクは、信号検出用光ピツクアップのフォーカ
シング及びトラッキングの動作が困難であると共に、読
み出し信号も小さいという欠点を有する。

更に、Ｔｅ膜と５ｉ０２膜との３層構造のものは、各膜
の厚さを高精度で制御する必要があり、成膜工程が複雑
にな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
、保護膜を格別設けることなく、耐久性及び耐食性が優
れ、情報を長期間に亘って安定して記録しておくことが
可能であり、高い信号レベルを得ることができる情報記
録媒体を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （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、基板と、記録層とを有
し、基板を介して記録層に光ビームを照射して、その照
射部分の光学的特性を変化させて情報を記録消去し、こ
の光学的特性を検出して情報を再生する情報記録媒体で
あって、前記記録層は、一般式Ｍ　　　　Ｓｂ　　で現
される組成（但１００−ｘ　　　Ｘ し、Ｘはｓｂの原子％、ＭはＣｕ、Ａｇ、Ｇａ。

Ｇｅ、Ｂｉ、に、Ｎａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ及びＡ
ｓから選択された少なくとも一種の元素を示す）の合金
を含有し、このＸは２５原子％より大きく７５原子％よ
り小さいことを特徴とする。

（作用） この発明にて規定された組成の合金は、いずれも融点が
３００乃至７００℃の範囲内にあり、また、この結晶化
温度は１００℃以上である。このため、この合金を記録
層に使用すると、光ビームの照射により溶融急冷するこ
とにより容易に非晶質化し、非晶質化した記録ビットは
室温で安定に存在する。また、この組成の合金は結晶質
における反射率と、非晶質における反射率との差が大き
いので、高い信号レベルを維持することができる。更に
、この組成の合金は化学的安定度が高いので、耐久性及
び耐食性が高い。

（実施例） 以下、この発明の第１の実施例について具体的に説明す
る。

第１図はこの実施例に係る光ディスクを示す断面図であ
る。基板１は透明で経時変化が少ない材料、例えば、樹
脂又はガラスでつくられている。

この基板１の上には、情報を記録するための記録層２が
形成されている。この記録層２は、一般式Ｍ１ｏｏっｓ
ｂ　　で現される組成（但し、Ｘはｓｂの原子％、Ｍは
Ｃｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂｉ。

Ｋ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ及びＡｓから選択さ
れた少なくとも一種の元素を示す）の合金で形成されて
いる。この場合に、Ｘは２５原子％より大きく７５原子
％より小さい。このような合金は、その融点が３００乃
至７００℃の範囲内にあり比較的低温であるため、光ビ
ーム５の照射によって容易に溶融する。また、結晶化温
度は融点の１／２乃至１／３であるから、これらの合金
の場合結晶化温度は１００℃以上であり、非晶質が室温
で安定に存在する。また、これらの合金は薄膜状であっ
ても化学的に安定である。

記録層２に局所的に光ビーム５を短時間であるτだけ照
射すると、記録層２を形成するＭ　　　　Ｓｂ　　合金
は光ビーム５のパワーに比例１００−ｘ　　　Ｘ した温度θまで加熱される。照射が終了すると、高温に
なった合金の熱が周囲へ流出してＣ−θ／２τで示され
る冷却速度Ｃで温度が低下する。従って、光ビーム照射
領域６は、光ビーム５を強くして短時間加熱した場合に
は高速で冷却され、光ビーム５を弱くして長時間加熱し
たときは低速で冷却される。即ち、光ビーム５の照射条
件を選択することにより、照射領域６の合金を複素屈折
率の異なる結晶質相又は非晶質相のいずれかにすること
ができる。反射率はこの複素屈折率で決定されるので、
これにより情報を記録消去することができる。

また、記録層２の実効的な光学厚さは、光ビーム５の波
長の１／２以下が好ましい。このようにすることにより
、記録層２は記録消去に際して比較的高い反射率を保持
し、情報信号のみならず、フォーカシング信号及びトラ
ッキング信号も太きくとることができる。

このような光ディスクにおいては、先ず、記録層２に順
次光ビームを照射することにより熱処理し、記録層２を
結晶質にして初期化する。次に、基板１を介して記録層
２に光ビーム５を照射した後徐冷することにより光ビー
ム照射領域６を結晶質から非晶質に変化させて情報を記
録する。この場合に、記録ビット（領域６）は非晶質で
あるが、記録層２を形成する合金の結晶化温度が１００
℃以上であるから、室温で非晶質が安定して存在するた
め、情報を長期間に亘って安定して記録しておくことが
できる。

情報の再生においては、記録ビット（領域６）に光ビー
ムを照射し、その反射光の強度を検出装置にて検出する
。この場合に、記録層２を形成するこの実施例にて規定
する組成の合金は、結晶質の反射率と非晶質の反射率と
の差が大きいので、高い信号レベルを維持することがで
きる。第４図は横軸に記録層２を形成する合金のｓｂの
含有量をとり、縦軸に記録層２の成膜時（非晶質）の反
射率Ｒ■と記録層２を３００℃で１０分間アニールして
結晶化した後の反射率ＲＸとの比ＲＸ／ＲＥをとって、
Ｓｂ含を量とＲＸ　／　Ｒ１との関係をＭとしてＧｅを
用いた場合について示すグラフ図である。これに示すよ
うに、Ｓｂの含有量が約５０％の場合に、ＲＸ　／　Ｒ
１が最少、即ち、結晶質と非晶質との反射率の差が最大
になることがわかる。また、ｓｂ含有量が２５乃至７５
原子％であれば、結晶質と非晶質との間の反射率変化を
５％以上にすることができることがわかり、この節回で
高い信号レベルを維持することができることがわかる。

°なお、ＭがＧｅ以外のものでもこの実施例に列記しで
あるものであれば、同様な特性を得ることができる。

以上のように、ｓｂを含有する化合物において非晶質と
結晶質との間の反射率の差が大きい理由としては、ｓｂ
自体の非晶質と結晶質との間の光学的特性の差が大きい
ためであると考えられる。

情報の消去においては、記録ビット（領域６）に光ビー
ムを照射してこの部分を非晶質から結晶質に変化させる
。

なお、第２図に示すように、記録層２を例えば５ｉ０２
で形成された保護層３，４で挟まれた状態にし、基板１
の上に保護層３を形成し、保護層３の上に記録層２を形
成し、記録層２の上に保護層４を形成することもできる
。

次に、この情報記録媒体を成膜する成膜装置について第
３図を参照しながら説明する。図中１１は真空容器を示
し、この真空容器１１はその底壁に設けられたガス排出
ボート１２を有している。

ガス排出ボート１２は排気装置２１に接続されており、
この排出ボート１２を介して真空容器１１内を排気する
ようになっている。円板状の基板１は支持装置１８によ
り、真空容器１１内の上部にその面を水平にして支架さ
れており、成膜中に図示しないモータにより支持装置１
８を回転させることにより基板１を回転駆動させるよう
になっている。また、真空容器ｌｌ内の底部近傍には基
板１に対向するように、Ｍで示される元素の蒸発源１９
及びｓｂ蒸発源２０が配設されており、これら各蒸発源
には図示しない直流電源が接続されている。モニタ装置
２２．２３は夫々蒸発源１９゜２０の上方に設けられて
おり、各蒸発源からの元素の蒸発量をモニタするように
なっており、このモニタした値からＭで示される元素と
ｓｂとの比が所定値になるように各蒸発源のに投入する
電力を調節するようになっている。

この成膜装置によれば、先ず、排気装置２１により真空
容器１１内を、例えば、１０−８　　トル（Ｔｏ　ｒ　
ｒ）の真空に排気する。次いで、排気装置２１の排気量
を調節して真空容器１１内を所定の減圧下に保持する。

そして、基板１を回転させつつ蒸発源１９．２０に所定
時間電力を印加する。

これにより、基板１にこの実施例の組成の記録層が形成
される。

次に、この発明の第２の実施例について具体的に説明す
る。

この実施例における先ディスクは、実施例１で示される
組成の合金が例えばＢｉ２Ｏ３等の化学的に安定な誘電
体中に微粒子状に分散した状態で記録層（第１図中２ｂ
で示す）が形成される。層構成及び成膜装置は実施例１
と同様であるため説明を省略する。

記録層２ｂを以上のように構成することにより、Ｍｌｏ
ｏ−ｘＳｂ　で示される合金は相変化可能な状態を維持
したまま誘電体中に安定に存在する。この場合に、化学
的に安定な誘電体中に合金を分散させるので、記録層２
ｂ自体の耐久性及び耐食性が一層向上する。

記録層２ｂ中のＭ　　　　Ｓｂ　　合金の体積％は１０
０−ｘ　　　ｘ ４０乃至９０％が好ましい。この合金の体積％が４０％
より少ない場合には、記録膜として必要な反射率変化が
小さく、９０％より大きければ、情報記録媒体として必
要な耐久性、機械的強度及び　。

熱伝導率が若干低下する。

この記録層２に局所的に光ビームを照射する場合には、
実施例１と同様に光ビームの照射条件を変化させること
により冷却速度を変化させて、結晶質相又は非晶質相の
いずれかにすることができ、これにより情報を記録消去
することができる。なお、この実施例の場合には、高温
になった合金の熱が周囲の誘電体に流出することによっ
て照射領域６が冷却される。

なお、初期化、記録、再生及び消去動作については実施
例１と同様であり、また、ｓｂ含有量とＲｘ／ＲＩとに
ついても実施例１と同様に第４図に示す関係を得ること
ができる。

次に、この発明に係るｔｎ報記録媒体を製造してその記
録特性を試験した結果について説明する。

試験例１ この試験例においては、実施例１、で示される記録層を
有する光ディスクについて示す。真空容器内にＢｉ蒸発
源とｓｂ蒸発源を設け、真空容器内を５Ｘ１０−６Ｔｏ
ｒｒまで排気した。基板としてガラス製のものを用い、
この基板を５０ｒｐｍで回転させつつ、モニタ装置によ
り各元素の蒸発量をモニタし、Ｂｉとｓｂとの原子量比
が夫々７：３．５：、５、及び３ニアになるように各蒸
発源に投入する電力をコントロールし、全体の膜厚が５
００人になるまで各元素を堆積させて記録層を成膜した
。この層の組成は各条件の場合、夫々Ｂ１７ｏ　５ｂ３
ｏ、、Ｂ１５ｏ　５ｂ５ｏ及びＢ１３ｏＳｂ７ｏとなっ
た。

このようにして得られた光デイスクサンプルを線速２ｍ
／秒にて回転させ、ビーム径が１．５μｍ、波長が０．
８３μｍの半導体レーザで書込み及び消去し、その反射
光をフォトディテクタにてモニタした。記録ビームとし
てパワーが１３ｍＷでパルス幅５００ｎ　ｓのものを使
用した結果、Ｃ／Ｎ比が４２乃至４５ｄＢとなった。こ
の記録領域にパワーが６ｍＷでパルス幅が３μｓの消去
ビームを照射した結果、記録信号を消去することができ
た。

試験例２ 試験例１のＢｉ蒸発源の代りに、Ｃｕ　％　Ａ　ｇ　ｓ
Ｚｎ、Ｃｄ、、ＧａＳｂ、Ｇｅ、５ｎＳＮａＳｂ。

ｐｂ及びＡｓの各蒸発源を使用し、試験例１同様に前記
各元素とｓｂとの原子量比が夫々７二３．５：５、及び
３ニアになるように、蒸発源に投入する。電力を調節し
、夫々Ｃｕ　３０　Ｓ　り　７０５Ｃｕ５ｏ　　５ｂ５
ｏ、　　Ｃｕ７ｏ　　５ｂ３ａｓ　　Ａｇ３　ａＳｂｙ
ｏ　　Ｓ　ＡｇｓｏＳｂｓｏｓＡｇｙｏＳｂ３　ｏｓＺ
ｎ３ｏ　　５ｂ７ｏｓ　　Ｚｎ５ｏ　　５ｂ５ｏ　　〜
　Ｚｎ７゜５ｋ）３　ｏ　　Ｓ　Ｃｄ３ｏ　　５ｂ７ｏ
、Ｃｄ３ｏ　　５ｂ５ｏ。

Ｃｄ７ｏ　　５ｂ３ｏｓ　　Ｇａ３ｏ　　５ｂ７ｏ　　
Ｓ　Ｇａｓ。

５ｂ５ｏｓＧａ７　ｏＳｂ３ｏｓＧｅ３ｏＳｂ７ｏｓＧ
ｅ５ｑ　　５ｂ５ｏ　　Ｓ　Ｇｅ７ｏ　　５ｂ３ｏ　　
Ｓ　Ｓｎ３゜５ｂ７ｏｓ　　５ｎｓｏ　　５ｂ５ｏｓ　
　５ｎ７ｏ　　５ｂ３ａ　　１に３　　ｏ　　５ｂ７ｏ
　　ＳＫ５　　ｏ　　Ｓｂ５　　ｏ　　５Ｋ７０　　Ｓ
ｂ３　ｏ　　Ｓ　Ｎａ５ａ　　Ｓｂ７　ｏｓＮａ５ｏ　
　５ｂ５ｏ、Ｎａ７　ｏ　　５ｂ３ｏ　　１　Ｐｂ３　
。

５ｂ７ｏ’Ｓ　ｐｂｓｏ　　５ｂ５ａｓ　　Ｐｂ７ｏ　
　Ｓｂ３　ｏｓＡｓ３　ｏ　Ｓｂ７０　％　Ａｓ５　ｏ
Ｓｂ５　ｏ及びＡｓ７　ｏ　５ｂ３ｏの組成の記録層を
５００人の厚みで形成した。更に、試験例１と同様の条
件にて記録消去した結果、パワーが１５ｍＷでパルス幅
５００ｎ　ｓ以上の記録ビームにて、どの組成の記録層
においてもＣ／Ｎ比が３８ｄＢ以上となった。

試験例３ この試験例においては、実施例２で示される記録層を有
する光ディスクについて示す。真空容器内にＧｅＳｂ蒸
発源とＢｉ２Ｏ３蒸発源を設け、真空容器内を５Ｘ１０
−’Ｔａｒｒまで排気した。

基板としてガラス製のものを用い、各蒸発源に投入する
出力を調節して、ＧｅＳｂ微粒子の体積％が６０％であ
るＢｉ２Ｏ３とＧｅＳｂとの混合物で形成された記録層
を得た。この組成の記録層は、ＧｅＳｂで形成された記
録層と比較して、ｎ−１ｋで示される複素屈折率の減衰
係数ｋが著しく小さくなり、成膜直後の非晶質状態にお
いては、干渉効果により再生用レーザビームの反射率が
、結晶質の場合と比較して１７％変化した。即ち１７％
の反射率変化を得ることができた。また、消去用レーザ
ビームの照射によりＧｅＳｂ微粒子を結晶化すると、減
衰係数１（が大きくなるので干渉効果がなくなり、再生
レーザビームの反射率は、膜厚が９００Å以上では、膜
厚によってあまり変化しないことが判明した。以上のこ
とから、この混合物の記録層の膜厚が約８００人が最適
であると判断することができた。

以上の結果に基いて、ＰＭＭＡ基板上に膜厚８００人の
前述した混合体で形成された混合膜を成膜して記録層と
した。そして、この記録層の上にＵＶ樹脂を塗布し、こ
の樹脂に紫外線を照射して硬化させてＵＶ膜を形成し、
光ディスクを製造した。

次に、このようにして作成された光ディスクを回転数１
１００Ｏｒｐで回転させ、記録層にレーザビームを照射
して記録及び消去の特性を把握した。記録層にパワーが
１３ｍＷでパルス幅が３００ｎ　ｓの記録用レーザビー
ムを照射し、照射領域を非晶質化して情報を記録し、次
いで、この非晶質化した領域にパワーが６ｍＷでパルス
幅が８μｓの消去用レーザビームを照射し、この領域を
結晶化して情報を消去した。このような記録消去を繰返
した結果、約１０３回の繰返し後であっても、記録膜は
変化せず、安定して記録消去することがわかった。また
、記録及び消去のＳ／Ｎ比も成膜時と約１０３回の記録
消去繰返し後とで殆ど変化しなかった。

試験例４ 試験例２で示したＣｕ５　ｏ　Ｓｂ５　ｏ　ｓ　Ａｇｓ
　。

５ｂ５ｏ、ｌＺｎ５ｏ　５ｂ５ｏ、Ｃｄ３ｏ　５ｂ５ｏ
、Ｇａ３ｏ　５ｂ５ｏ、Ｇｅ５ａ　５ｎ５ｏ、Ｓｎ５゜
５ｂ５ｏ、に５ｏＳｂ５ｏＳＮａｓａＳｂｓｏ、Ｐｂ５
　ｏ　Ｓｎ５　ａ−、及び、Ａｓ５０　Ｓｂ５　ｏの各
組成の合金で形成され、膜厚が５００人の記録層を有す
る試料を、温度が６０℃で相対湿度が８５％の環境下に
おいて１００時間放置するという条件の加速劣化試験に
供した。その結果、いずれの試料においても試験前後の
反射率の差が３％以下であり、劣化が極めて少ないこと
が確認された。

［発明の効果］ この発明によれば、結晶質及び非晶質間の相変化が容易
であると共に、結晶化温度が１００°Ｃ以上であるので
情報を室温で安定して保存することができる。また、記
録層が化学的に安定であるため、耐久性及び耐食性が優
れ、長期間に亘ってすｙ報を記録消去することができる
と共に、保護層を格別設ける必要がない。更に、結晶質
と非晶質との間の反射率の差が大きいので、高い信号レ
ベルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の実施例に係る情報記録媒
体の断面図、第３図はこの発明の実施例に係る情報記録
媒体を成膜する装置を示す模式図、第４図はＧｅ１ｏｏ
っｓｂｘにおけるＲｘ／Ｒｒとｓｂ含有量との関係を示
すグラフ図である。 １；基板、２，２ｂ、記録層、３，４；保護層、５；光
ビーム 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 （ニ） 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、記録層とを有し、基板を介して記録層に
   光ビームを照射して、その照射部分の光学的特性を変化
   させて情報を記録消去し、この光学的特性を検出して情
   報を再生する情報記録媒体において、前記記録層は、一
   般式 Ｍ＿１＿０＿０＿−＿ｘＳｂ＿ｘで現される組成（但し
   、ｘはＳｂの原子％、ＭはＣｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｂ
   ｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ及びＡｓから選
   択された少なくとも一種の元素を示す）の合金を含有し
   、このｘは２５原子％より大きく７５原子％より小さい
   ことを特徴とする情報記録媒体。
2. （２）前記記録層は、前記一般式で示される組成の合金
   と化学的に安定な誘電体との混合体で形成されているこ
   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。
3. （３）前記記録層は、前記一般式で示される合金が前記
   誘電体中に体積％で４０乃至９０％含有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の情報記録媒体
   。