JPS63161546A - 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］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばレーザビームを照射して熱を加える
ことにより記録層に相変化を生じさせて情報を記録する
情報記録媒体に関する。

（従来の技術） 従来、Ｔｅ、Ｇｅ及びＴｅＧｅ等の半導体材料は、複素
屈折率Ｎ−ｎ−１ｋが異なる２つの安定な結晶質相及び
非晶質相として存在し得ることが知られている（Ｊ、　
５ｔｕｋｅ　　Ｊ、　ｏｆ、　Ｎｏｎ　−ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ　５ｏｌｉｄ４　、１　１９７０　＞　、ま
た、これら半導体材料をレーザビームによる熱処理によ
り結晶質及び非晶質の２つの状咀間で可逆的に変化させ
て光メモリとする着想は公知である（Ｓ、　Ｒ，０ｖｓ
ｈｉｎｓｋｙ　　ｅｔ　ａｌ　、　Ｍｅｔａｌｌｕｇｉ
ｃａｌＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎＬ、　６４１　、１９７
１　）　、これらに基き、従来、上述のような半導体材
料を記録層に使用した相変化型の情報ｉ去可能な光ディ
スクが開発されている。

上述したＴｅ１Ｇｅ及びＴｅＧｅ等の半導体材料の薄膜
は、溶融状態まで加熱して徐冷する場合には非晶質とな
り、より低い濃度に加熱して徐冷する場合には結晶質と
なる特性を有しており、これら非晶質状態と結晶質状態
とでｎ−１ｋで現される複素屈折率が興なっているため
異なった光学的特性を有している。このため、これら材
料においては、例えば、結晶質及び非晶質の間の反射率
の差又は透過率の差等の光学的性質の差を利用して情報
を記録消去している。

一方、相異なる結晶相間の相変化により情報を記録消去
する光ディスクも提案されている。このような光ディス
クにおいては、記録層として例えばＩ　ｎＳｂを蒸着法
で成膜したものを使用する。

このような記録層は、成膜時には非晶質であ″るが、こ
の記録層に出力が大きく比較的パルス幅が太きなレーザ
光を照射することにより、その照射部分が一旦溶融し、
その後徐冷されることにより微細結晶化する。次いで、
この微結晶部分に出力が大きくパルス幅が比較的小さい
レーザ光を照射することによりその照射部分を粗大化す
る。この場合に、各結晶相の複素屈折率が相違するので
、これら結晶相聞で相変化させることにより情報を記録
消去することができる。このＩｎＳｂの結晶は化学的に
安定であり、例えば、温度が７０℃相対湿度が８５％の
環境下に１か月以上放置しても記録層が劣化しないとい
う利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、結晶質と非晶質との間の相変化による情
報の記録消去方式においては、非晶質状態の安定性が低
いという問題点がある。即ち、材料の結晶化温度が低い
場合に、非晶質の記録ピットが徐々に結晶化してしまい
、記録部分と非記録部分との間の区別がつかなくなって
しまう。また、結晶質と結晶質との間の相変化により情
報を記録消去する場合には、成膜時に非晶質を初期結晶
化する際、及び、結晶質間の相変化により情報を記録消
去する際に、一旦記録層を溶融してから凝固させるとい
う過程を経る。このため、従来のレーザビームにより、
このような相変化をきせる場合には、パルス幅を５乃至
１５ｉｌｓと長くせざるを得ない。特に、成膜直後の非
晶質膜は熱的に極めて安定であり、出力が７乃至１０ｍ
Ｗで波長λが８３０ｎｍという通常初期化に使用される
のレーザビームでは、例えばパルス幅を６μＳにした場
合に、３乃至４回照射しなければ所望の結晶・層を得る
ことができない。更に、初期結晶化の後に、例えば、出
力が１５ｍＷでパルス幅が１ｏ。

ｎｓのレーザビームにより情報を記録した後、この記録
ピットを消去する場合には、１回のレーザパルス照射で
消去することができるが、６μｓという長い照射時間を
必要とし、ディスクの線速度が例えば３ｍ／Ｓと遅い場
合はよいが、５ｍ／Ｓ以上になると十分な消去時間を得
ることができず、記録ピットの未消去部分が残存してし
まう。即ち、線速度が太き（なると、ＩｎＳｂの記録層
の溶融が不十分になるため、溶融及び凝固過程で生じる
層変化が不十分になってしまう。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、記録層の記録部分の安定性が高く、高速で記録層を初
期化し記録ピットを消去す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、相異なる照射
条件の光ビームが照射されることにより溶融を伴わない
非平°衡の結晶化過程を経て形成される相異なる２つの
結晶形態を取り得る材料で形成されその中に存在する未
結合手の密度が１０”　ＯＩＩ／ｃ■３以上である記録
層とを有し、前記記録層に光ビームを照射してその照射
部分に前記相異なる２つの結晶質間の相変化を生じさせ
て情報を記録消去し、これら結晶質間の光学特性の差を
検出して情報を再生することを特徴とする特（作用） この発明においては、記録層を形成する材料は、光ビー
ムを照射することにより溶融を伴わない非平衡の結晶化
過程を経て結晶化し、光ビームの照射条件を変化させる
ことにより光学特性が相違する２つの結晶になり得る。

この場合に、記録層に存在し結晶化の種となり得る未結
合手の密度を１０”　’　ｌ！／ｃｅ３以上にすると、
溶融を伴わない前記結晶間の相変化が一層容易になり、
記録層の初期化及び記録ビットの消去を極めて高速化す
ることができる。また、２つの結晶質間の相変化により
情報を記録消去するので情報を安定して記録しておくこ
とができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について具体的に説明する。

短い時間のレーザパルス照射、電気的スパーク又は礪械
的ショック等のエネルギパルスの印加により、非晶質膜
の一部を爆発に結晶化させるプロセスがＰ、　ｐｔｅｒ
ｒａｒｄ等によって報告されている［Ｔｈ１ｎ　　−８
ｏｌｌｄ　　Ｆｉｌｍｓ、　　Ｉ　　Ｉ　　Ｉ　　（１
９８４）１４１１゜この文献によれば、非晶質の場合に
、レーザパルスを適当な条件で照射することにより、そ
の中に存在するマイクロクラスタ又は欠陥が結晶核形成
のサイトとなって結晶核が形成し、この結晶核が爆発的
に結晶化する。そして、典型的には２つの結晶状態に成
長することが示されている。

例えば、蒸着によって作成された非晶質の薄膜に比較的
小さいレーザパワーを照射した場合には、第２図（ａ）
に示すように、照射された部分の中心部から樹枝状結晶
１１が放射状に成長し、この樹枝状結晶１１の回りには
リング状の微結晶１２が形成される。また、比較的大き
なレーザパワーを照射した場合には、照射部分の中心部
に高次の多結晶１３が形成され、その周囲から樹枝状結
晶１４が放射状に成長し、この樹枝状結晶１４の回りに
リング状の微結晶１５が形成される。

これらいずれの形態の結晶化プロセスにおいても、１１
１１は溶融せず、その中のマイクロクラスタ又は欠陥が
結晶核の種となり、爆発的で非平衡な結晶化過程を経る
ことが証明されている。

本願発明者は、上述した非平衡な爆発的結晶化を応用し
、記録層を溶融することなく情報を記録消去することが
できる情報記録媒体を得ることができることを見出した
。

本願発明者の実験によれば、第２図（ａ）に示す結晶に
強出力のレーザパルスを照射する場合には、第２図＜ｂ
）に示す結晶形態に、また、第２図（ｂ）に示す結晶に
出力が小さいレーザパルスを照射する場合には、第２図
（ａ）の結晶形態に可逆的に変化することが判明した。

このような結晶間の相変化は溶融を伴わないのでレーザ
ビームの照射ＦＲＭがが短くても、情報を記録消去する
ことができ、記録層を初期化することができる。即ち、
情報の記録消去及び記録層の初期化を高速化することが
できる。

このような過程で相変化させて情報を消去する場合には
、波長λが８３０ｎｍのレーザで例えば出力１０ｍＷで
あれば、情報′ａ去に要するレーザビームの照射時間を
約２．５μｓまで短縮することができる。また、記録層
の初期化に際しては、非晶質の躾を前述した過程により
結晶化するが、この場合にパルス幅を２．５μｓまで短
縮することができ、回数も３回まで減少させることがで
きる。

このように、情報の記録消去及び記録層の初期化を高速
化することができるが、ディスクの線速度が極めて速い
場合等には未だ十分とは言えない。

本願発明者が更に検討を重ねた結果、記録層に存在する
未結合手（ダングリングボンド）の密度を１０２０個／
Ｃ■３以上にして前述の過程による結晶化及び相変化を
させることにより、情報の記録消去及び記録層の初期化
を十分に高速化することができることを見出した。つま
り、通常スパッタ装置で成膜したＩｎＳｂ等に含まれる
未結合手の密度は１０１’ｆｌｉ／ｃ■３程度であり、
この未結合手がマイクロクラスタ及び欠陥を形成する原
因となっていて、前述した過程の結晶化及び相変化はこ
のマイクロクラスタ及び欠陥に起因しているため、この
未結合手を１０”　’　１ｉ１１／ｃｓ３以上にするこ
とにより、結晶化及び相変化が容易となり記録層の初期
化及び情報の消去を極めて高速にすることができる。こ
こで示したＩｎＳｂは結晶化濃度及び溶ｗ１温度が極め
て低いが、このような材料を記録層に使用することによ
り、一層高速で記録層の初期化及び情報の消去をするこ
とができる。

一般に、上述したようにスパッタ装置により成膜したＩ
ｎＳｂは成膜直後は非晶質であるために未結合手の密度
が高く、これがマイクロクラスタ及び欠陥の原因になっ
ているが、未結合手の密度を１０２０個１０−３以上に
するためには記録層の成膜条件を講額すればよい。この
成膜条件の具体例については後述の試験例で詳述する。

この実施例に係る情報記録媒体は、例えば第１図に示す
ように構成されている。基板１は透明で材質上の経時変
化が少ない材料、例えば、ガラス又はポリカーボネート
樹脂等の材料でつくられている。基板１には、保護層２
、記録層３及び保護層４がこの順に形成されている。保
護層２．４は記録層３を挟むように配設されており、記
′録層３が溶融することを防止している。この保護層２
゜４は８１０２でつくられている。保護層４の上には光
ディスクの損傷を防止する保護層５が形成されている。

この保護層５は、例えば保護層４の上に紫外線硬化樹脂
を塗布し、この塗布層に紫外線を照射して硬化させるこ
とにより形成する。記録層３は例えば未結合手の密度が
１０”　’　ＩＩ／ｃｓ３以上のＩｎ−Ｓｂ合金で形成
されており、レーザビームの照射条件を変更することに
より、前述のような過程を経て形成され可逆的に相変化
する２つの結晶状態をとるようになっている。

このような、情報記録媒体においては、先ず、記録層３
に基板１及び保護層２を介して所定条件のレーザビーム
を照射し、結晶質全体を第２図（ａ）で示す形態の結晶
質にする。次いで、異なる条件のレーザビーム６を照射
して照射部分を第２図（ｂ）で示す形態の結晶質に相変
化させ、情報の記録ビット７を形成する。更に、最初の
条件で記録ピット７にレーザビーム６を照射して情報を
消去する。また、記録層３に弱いレーザビームを照射し
て反射率を検出することにより情報を再生する。

次に、この実施例の光ディスクを製造するスパッタ装置
について第３図を参照しながら説明する。

図中２１は反応容器を示し、この反応容器２１の周壁に
は排気口２８及びガス導入口２９が設けられている。排
気口２８には図示しないクライオポンプが連結されてお
り、これにより反応容器２，１内が排気されるようにな
っている。ガス導入口２９には図示しないアルゴンガス
供給装置が連結されており、ガス導入口２９を介して反
応容器２１内にアルゴンガスを導入するようになってい
る。このアルゴンの圧力は図示しないフンダクションバ
ルプの開開により行なう。円板状の基板１は回転基台２
２により、反応容器２１内の上部に・その面を水平にし
て支架されており、図示しないモータによりこの回転基
台２２を回転させることにより基板１を回転させるよう
になっている。また、反応容器２１内には基板１と対向
するように、平板状の電極３２．３３が配設されており
、この電極３２．３３は夫々ＲＦ（ラジオフリークエン
シー）電源３０．３１に接続されている。この電極３２
．３３上には、夫々Ｓ　ｉ　０２ターゲツト２４及びＩ
ｎ＋ａＳｎｓｏターゲット２５が設置されている。電極
３２．３３と基板１との間には。

夫々シャッタ２６．２７が配設されている。

この成膜装置によれば、先ず、クライオンポンプにより
反応容器２１内を例えば１ｏ−ｓ　トル（ｔｏｒｒ）の
真空に排気する。次いで、アルゴンガスを反応容器２１
内に導入し、反応容器２１内のガス圧を所定値に調整す
る。基板１を、例えば、６０　ｒｐｇｅで回転させつつ
、ＳｉＯ２ターゲット２４にＲＦｌｌ［３０からＲＦ電
力を供給し、基板１上に保護層２を形成する。この場合
にはシャッタ２６のみが開になっている。次いで、シャ
ッタ２６を閉じ、シャッタ２７を開にしてＲＦ電源３１
からＩｎ＋ａＳｎｓａターゲット２５にＲＦ電力を供給
し、Ｉｎ＋ｏＳｎｓａからなる記録層３を成膜する。次
いで、ＲＦｌｌＩ［３１をオフにし、再度ＲＦ電源３０
をオンにして保護層２と同じ条件で保護Ｗ１４を成膜す
る。

このようにして成膜されたサンプルを反応容器２１から
取出し、スピナにより紫外線硬化樹脂を塗布し、この樹
脂に紫外線を照射して硬化し保護層５を形成する。

次に、この発明に係る情報記録媒体を製造して記録、消
去及び再生特性を試験した結果について説明する。

反応容器内を約１０−　”　ｔｏｒｒにし、アルゴンガ
スを１１０５ＣＣの流量で容器内に供給して容器内のア
ルゴンガスのガス圧を１０ミリトル（ｍ　ｔｏｒｒ）及
び３　Ｑ　ｍ　ｔｏｒｒｋ−１１節した。なお、アルゴ
ンガスのガス圧が高いほど記録層の未結合手密度が高い
ことが確認されている。この条件下で５ｉＯｚターゲツ
トに１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を出力３００Ｗで供給
し、ポリカーボネート製の基板上に約１０分間で７００
人の＄１０２保護層を形成した。その後、アルゴンガス
のガス圧をそのままにして、Ｉｎ４ａＳｎｓｏターゲツ
トに出力１００ＷのＲＦ電力を供給して約３分間で９０
０人のＩｎｓｏｍｎｉａ記録層を保護層の上に成膜した
。更に、前述の保護層と同一の条件で記録層の上に８１
０２記録層を７００人の厚みで成膜した。この５ｉＯｚ
保護層の上に紫外線樹脂の保護層を３μｍコートした。

このようにして作成したサンプルの未結合手密度を電子
スピン共鳴（ＥＳＲ）でｆｉｔＩＣｌした結果、この試
験例の場合には１Ｑ２Ｇ個／　Ｃ１”以上であることが
判明した。

そして、このサンプルをディスクの勤評−装置により評
価した結果、ディスクの回転数を６００ｒｐｌにしてデ
ィスクを初期化する際には、波長が８３０ｎｍで出力が
７ｍＷの連続光の半導体レーザにより、アルゴンガスの
ガス圧が１０１　ｔｏｒｒの場合には３回、３Ｑｍｔｏ
ｒｒの場合には１回の照射により初期化することができ
た。次いで、出力が１０ｍＷでパルス幅が２００ｎｓの
パルスレーザを記録層に照射して記録ビットを形成し、
出力が７ｍＷのパルスレーザで記録ビットを消去したと
ころ、消去に要するパルス幅は、アルゴンがスのガス圧
が１０１　ｔｏｒｒの場合には１．８μｓ、３０１　ｔ
ｏｒｒの場合には１．０μｓであった。

なお、アルゴンガスのガス圧を５０１　ｔｏｒｒｒ以上
にしてＩｎ４ｏＳｂｓａを成膜する場合には記録層の密
度が急激に小さくなってち密性がなくなり、動特性が非
常に低いものであった。

１竪１ 記録層の成膜時のアルゴンガスのガス圧を通常の条件で
ある５−ｔＯｒｒにし、他の条件は試験例１と同様にし
て光デイスクサンプルを作成した。この場合の未結合手
の密度を確認したところ、試験例の場合よりも低いこと
がわかった。このディスクを試験例と同様の条件で評価
した結果、初期化に際しては同様の半導体レーザで４回
の照射が必要であった。また、記録ビットの消去に際し
ては同様のパルスレーザによりパルス幅が２．５μｓ必
要であった。

［発明の効果］ この発明によれば、結晶質と結晶質との間の相変化によ
り情報を配録消去するので記録した情報の安定性が高く
、未結合手の数を１０ｚｏ個／Ｃ１以上にすることによ
りこれら結晶形態の可逆的変化を容易に繰返すことがで
きるのでレーザ光による記録層の初期化及び記録ビット
の消去を極めて高速にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る情報記録媒体を示す断
面図、第２図（ａ）（ｂ）はこの発明の実施例において
形成される結晶形態を示す図、第３図はこの発明の実施
例に係る情報記録媒体を製造する製造ａｍを示す模式図
である。 １：基板、２．４．５：保護層、３；記録層、６；レー
ザビーム、７；記録ビット。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 （ａ）　　　　　（ｂ） 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、相異なる照射条件の光ビームが照射され
   ることにより溶融を伴わない非平衡の結晶化過程を経て
   形成される相異なる２つの結晶形態を取り得る材料で形
   成されその中に存在する未結合手の密度が１０＾２＾０
   個／ｃｍ＾３以上である記録層とを有し、前記記録層に
   光ビームを照射してその照射部分に前記相異なる２つの
   結晶質間の相変化を生じさせて情報を記録消去し、これ
   ら結晶質間の光学特性の差を検出して情報を再生するこ
   とを特徴とする情報記録媒体。
2. （２）前記記録層は、インジウム−アンチモン合金で形
   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、スパッタリングにより形成され、
   前記未結合手密度がその際のアルゴンガスのガス圧によ
   り決定され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。
4. （４）前記アルゴンガスのガス圧が１０乃至３０ミリト
   ルであることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の情報記録媒体。