JPS63225935A - 光学的情報記録媒体 - Google Patents
光学的情報記録媒体Info
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- JPS63225935A JPS63225935A JP62237838A JP23783887A JPS63225935A JP S63225935 A JPS63225935 A JP S63225935A JP 62237838 A JP62237838 A JP 62237838A JP 23783887 A JP23783887 A JP 23783887A JP S63225935 A JPS63225935 A JP S63225935A
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Landscapes
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- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
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。
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
本発明はレーザー光線等の手段をもちいて情報信号を高
速かつ高密度に記録再生し、かつ書き換え可能な光学的
情報記録媒体に関するものである。
速かつ高密度に記録再生し、かつ書き換え可能な光学的
情報記録媒体に関するものである。
従来の技術
レーザー光線を金属2色素等の薄膜上に照射して局部的
な変化を生じさせ高密度に情報を記録再生ずる技術は公
知であり、追加記録可能なタイプのものが、いわゆるラ
イドリンス(WRITE−ONCE)型光ディスク装置
として商品化されている。いっぽう書き換え可能なタイ
プのものは。
な変化を生じさせ高密度に情報を記録再生ずる技術は公
知であり、追加記録可能なタイプのものが、いわゆるラ
イドリンス(WRITE−ONCE)型光ディスク装置
として商品化されている。いっぽう書き換え可能なタイ
プのものは。
まだ研究段階であるが、これまで記録層にTe。
Se等のカルコゲン、またはその化合物(カルコゲン化
物)を主成分とする材料薄膜をもちいるものが提案され
てきている。これらの物質、とりわけTeを主成分とす
る系においては比較的容易にアモルファス相と結晶相と
の間の可逆的な相変化を生じさせることが可能であり、
その間で光学定数が大きく変化することから様々な組成
が検討されてきた。
物)を主成分とする材料薄膜をもちいるものが提案され
てきている。これらの物質、とりわけTeを主成分とす
る系においては比較的容易にアモルファス相と結晶相と
の間の可逆的な相変化を生じさせることが可能であり、
その間で光学定数が大きく変化することから様々な組成
が検討されてきた。
Teは光の赤外領域にも吸収が有ること、融点が400
°C程度と低いこと、さらにはその構造の基本が二配位
の鎖状の原子結合から成っていることから粘性が大きく
、液相から冷却した場合にアモルファス相が形成されや
すいこと等、相変化型の書き換え可能な記録材料として
望ましい特性を備えている。ただしTe単独では結晶化
温度(Tx)が低く室温では安定なアモルファス相をう
ろことができない。そこでTeに様々な添加物元素を加
えて、安定なアモルファス相を得る試み、あるいは結晶
化の速度をコントロールする試みがなされてきた。
°C程度と低いこと、さらにはその構造の基本が二配位
の鎖状の原子結合から成っていることから粘性が大きく
、液相から冷却した場合にアモルファス相が形成されや
すいこと等、相変化型の書き換え可能な記録材料として
望ましい特性を備えている。ただしTe単独では結晶化
温度(Tx)が低く室温では安定なアモルファス相をう
ろことができない。そこでTeに様々な添加物元素を加
えて、安定なアモルファス相を得る試み、あるいは結晶
化の速度をコントロールする試みがなされてきた。
例えばG e+sT es+s t)2S2 (特公昭
47−26897号公報)、 T e92Ge2A
s 5 (7丁ライド)イシ−qりl 1,9−ス−
(APPLIED PIIYSIC5LETTER5
)、 18(1971)P2S5)、 T ea
vG ess ns (7)0ライド フイシー
ヴクス トタース−(APPLIED PHYSIC
5LETTER5)、 46(1985)P2S5)
等がある。これらはいずれもGe添加によってTeのア
モルファス相を安定化している。また結晶化速度を高め
る試みはT e Ce A u系合金(特開昭61−2
19692号公報)t TeGeSn A u系合金
(特開昭61−270190号公fFJ)等があり、A
uを添加することでTeの鎖状構造を分断し原子の拡散
速度を高めることに成功している。
47−26897号公報)、 T e92Ge2A
s 5 (7丁ライド)イシ−qりl 1,9−ス−
(APPLIED PIIYSIC5LETTER5
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vG ess ns (7)0ライド フイシー
ヴクス トタース−(APPLIED PHYSIC
5LETTER5)、 46(1985)P2S5)
等がある。これらはいずれもGe添加によってTeのア
モルファス相を安定化している。また結晶化速度を高め
る試みはT e Ce A u系合金(特開昭61−2
19692号公報)t TeGeSn A u系合金
(特開昭61−270190号公fFJ)等があり、A
uを添加することでTeの鎖状構造を分断し原子の拡散
速度を高めることに成功している。
発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、従来の系に比べて、はるかに高速に記
録、消去をおこなおうとするものである。
録、消去をおこなおうとするものである。
従来、アモルファス−結晶間の相変化を利用する記録−
消去方法においては、一般的に結晶相からアモルファス
相への変化を記録方向とし逆にアモルファス相から結晶
相への変化を消去方向としている。その理由は、結晶化
がアモルファス相のアニール、あるいは液相からの徐冷
という比較的時1ゴを要するプロセスであるのにたいし
て、アモルファス化が液相からの急冷という高速のプロ
セスであるためである。つまり、レーザー光線の照射時
間を短くすることができるため記録速度を大きくするこ
とができるということであった。
消去方法においては、一般的に結晶相からアモルファス
相への変化を記録方向とし逆にアモルファス相から結晶
相への変化を消去方向としている。その理由は、結晶化
がアモルファス相のアニール、あるいは液相からの徐冷
という比較的時1ゴを要するプロセスであるのにたいし
て、アモルファス化が液相からの急冷という高速のプロ
セスであるためである。つまり、レーザー光線の照射時
間を短くすることができるため記録速度を大きくするこ
とができるということであった。
ところが既に記録ずみの情報信号を消しながら新しい信
号を記録してゆく、いわゆる同時消録を行うときには、
この結晶化速度もまた十分に大きくする必要がある。つ
まり結晶化(消去)に要する時間をアモルファス化(記
録)に要する時間と同じ程度に短くしなければならない
。これまでは、このいわゆる同時消録を実現する手段と
して記録、再生用と消去用の二つの光スポットを用い、
消去用の光スポットの長さを記録、再生用の光スポット
の長さよりも相対的に長くすることで消去光スポットの
照射Ff′!f闇を長くする方法がとられてきた。しか
しながらこの方法は同一トラック上に二つの光スポット
を精度よく並べる技術が必要であり、装置の設計上、光
学系を複雑にするという問題があった。しかも得き換え
速度をこれまでのように高々数百キロバイト/see程
度のスピードからさらに高速化し、例えば磁気ディスク
のように数メガバイト/ s e cで記録しようとす
ると、光スポットと記録媒体との相対速度が数十メート
ル/ s e cにもなり実際の照射時間は数十n5e
Cと極端に短かくなってしまう。こうなると上述のよう
な光学系で補うといった方法では対応し切れず、真に結
晶化速度が大きい材料が必要となる。
号を記録してゆく、いわゆる同時消録を行うときには、
この結晶化速度もまた十分に大きくする必要がある。つ
まり結晶化(消去)に要する時間をアモルファス化(記
録)に要する時間と同じ程度に短くしなければならない
。これまでは、このいわゆる同時消録を実現する手段と
して記録、再生用と消去用の二つの光スポットを用い、
消去用の光スポットの長さを記録、再生用の光スポット
の長さよりも相対的に長くすることで消去光スポットの
照射Ff′!f闇を長くする方法がとられてきた。しか
しながらこの方法は同一トラック上に二つの光スポット
を精度よく並べる技術が必要であり、装置の設計上、光
学系を複雑にするという問題があった。しかも得き換え
速度をこれまでのように高々数百キロバイト/see程
度のスピードからさらに高速化し、例えば磁気ディスク
のように数メガバイト/ s e cで記録しようとす
ると、光スポットと記録媒体との相対速度が数十メート
ル/ s e cにもなり実際の照射時間は数十n5e
Cと極端に短かくなってしまう。こうなると上述のよう
な光学系で補うといった方法では対応し切れず、真に結
晶化速度が大きい材料が必要となる。
問題点を解決するための手段
記録層にTe、Ge、Biの3元系薄膜を採用し、とり
わけその組成範囲を全体の組成が化学量論的な化合物組
成または、それに準する単−相組成となるように選ぶ。
わけその組成範囲を全体の組成が化学量論的な化合物組
成または、それに準する単−相組成となるように選ぶ。
作用
Ge−B1−Teの三元系においては、CeTeとBi
2Te3のあいだにGe3B 12Tes。
2Te3のあいだにGe3B 12Tes。
GeB12Tea、GeB14Te7といった三元の量
論化合物組成が存在する。安定な化学量論的化合物組成
においては液体状態(同様にアモルファス状B)と結晶
状態との間の自由エネルギーの差が大きく、結晶化のた
めの駆動力を大きくとることができる。また、結晶相が
安定な単−相であることから記録、消去の繰り返しによ
っても相が別れることなく特性が変化するといった問題
がない。さらに、この三元系は融点が比較的低くアモル
ファス相が形成しやすい、結晶化温度が高いことから十
分安定なアモルファス相が得られる等、光学記録媒体と
して優れた特徴を発揮することができる。
論化合物組成が存在する。安定な化学量論的化合物組成
においては液体状態(同様にアモルファス状B)と結晶
状態との間の自由エネルギーの差が大きく、結晶化のた
めの駆動力を大きくとることができる。また、結晶相が
安定な単−相であることから記録、消去の繰り返しによ
っても相が別れることなく特性が変化するといった問題
がない。さらに、この三元系は融点が比較的低くアモル
ファス相が形成しやすい、結晶化温度が高いことから十
分安定なアモルファス相が得られる等、光学記録媒体と
して優れた特徴を発揮することができる。
実施例
本発明の光学情報記録媒体は、第2図a −cに示すよ
うに、PMMA、 ポリカーボネイト等の樹脂、アル
ミニウム、鋼等の金属、ガラス等の表面の平滑な基板l
の上にSiO2、Al2O3、ZnS等の誘電体3でサ
ンドイッチした記録層2を形成して構成される。誘電体
層は本発明にとっては必ずしも必要ではなく、レーザー
光線を繰り返して照射することによる樹脂基材の熱的な
損傷、あるいは記録層そのものの変形、蒸発を低減化す
るために有効である。また、レーザー光の吸収効率を高
める目的でレーザー光線の入射する反対側の誘電体層の
上に光反射M4をつけること、この玉に更に保護板5を
張り合わせることも可能である。
うに、PMMA、 ポリカーボネイト等の樹脂、アル
ミニウム、鋼等の金属、ガラス等の表面の平滑な基板l
の上にSiO2、Al2O3、ZnS等の誘電体3でサ
ンドイッチした記録層2を形成して構成される。誘電体
層は本発明にとっては必ずしも必要ではなく、レーザー
光線を繰り返して照射することによる樹脂基材の熱的な
損傷、あるいは記録層そのものの変形、蒸発を低減化す
るために有効である。また、レーザー光の吸収効率を高
める目的でレーザー光線の入射する反対側の誘電体層の
上に光反射M4をつけること、この玉に更に保護板5を
張り合わせることも可能である。
本発明は、記録層の組成によって特徴づけられる。記録
層はTe、Bi、Geの3元で構成され、その組成の基
本は、第1図(b)に示すように二元の化学量論化合物
組成GeTeおよびBi2Te3をあられす二つの組成
点とを結ぶ線上に位置しており、以下のような組成式で
表わすことができる。
層はTe、Bi、Geの3元で構成され、その組成の基
本は、第1図(b)に示すように二元の化学量論化合物
組成GeTeおよびBi2Te3をあられす二つの組成
点とを結ぶ線上に位置しており、以下のような組成式で
表わすことができる。
xGeTe・ (1−x)812 Te5(0<x<1
) 以下、本発明の記録媒体において記録層を構成する基本
的な考え方、具体的構成元素、ならびに、その濃度を決
定する理由について述べる。
) 以下、本発明の記録媒体において記録層を構成する基本
的な考え方、具体的構成元素、ならびに、その濃度を決
定する理由について述べる。
上述のようにTe系の記録媒体においてはTeが他の添
加物と化合物を形成しうる以上に過剰に含まれる場合、
そのことが消去速度を制限する原因となる。そこで添加
物の濃度を増やしTeを化学面論却成の化合物として固
定する方法が考えられる。しかし、単に一種類の元素を
加えただけのTe合金、例えばCd T e、 S
n T e、 P b T e。
加物と化合物を形成しうる以上に過剰に含まれる場合、
そのことが消去速度を制限する原因となる。そこで添加
物の濃度を増やしTeを化学面論却成の化合物として固
定する方法が考えられる。しかし、単に一種類の元素を
加えただけのTe合金、例えばCd T e、 S
n T e、 P b T e。
Sb2Te3.Bi2Te3.GeTe、AuTe2等
は次に述べる理由、 l)融点が高すぎ、レーザー光線の照射時間が短い場合
には(記録パルス)容易に溶融することができない。す
なわち記録感度が低い。
は次に述べる理由、 l)融点が高すぎ、レーザー光線の照射時間が短い場合
には(記録パルス)容易に溶融することができない。す
なわち記録感度が低い。
2)結晶化温度が低すぎて安定なアモルファス相が形成
できない。すなわち信頼性に欠ける。
できない。すなわち信頼性に欠ける。
といった、いずれかの、あるいは、両方の理由から記録
層としては不適である。
層としては不適である。
中ではGeTeか゛安定なアモルファス相と、725°
Cと比較的低い融点を有しているが、これとても現在の
実用的なレーザーダイオードの出力が高々3030−4
O程度であることを考えるとアモルファス化が容易では
ないうえ、耐湿性が低いという欠点がある。
Cと比較的低い融点を有しているが、これとても現在の
実用的なレーザーダイオードの出力が高々3030−4
O程度であることを考えるとアモルファス化が容易では
ないうえ、耐湿性が低いという欠点がある。
そこで本発明者等はTeを含む三元系の化合物を検討し
Ge−B1−Teの三元化合物が記録薄膜として以下の
点で優れていることを見出した。
Ge−B1−Teの三元化合物が記録薄膜として以下の
点で優れていることを見出した。
この系は以下に述べるようにこの系に特異的でかつ重要
ないくつかの特性1−4を備えている。
ないくつかの特性1−4を備えている。
まず第一は、GeTeとBi2Te3のあいだには複数
の化学量論組成の化合物、すなわちG e 3Bi2T
e6、GeBi2Tea、GeB14Te7のように両
端の二元化合物相の間の三元化合物相が存在することで
゛ある。第3図にGeTe−Bi2Te3擬二元相図を
示す。前述のようにffi論化合物相においては結晶状
態における自由エネルギーが低くアモルファス相とのエ
ネルギー準位の差が大きいことから速い結晶化速度が得
られる。
の化学量論組成の化合物、すなわちG e 3Bi2T
e6、GeBi2Tea、GeB14Te7のように両
端の二元化合物相の間の三元化合物相が存在することで
゛ある。第3図にGeTe−Bi2Te3擬二元相図を
示す。前述のようにffi論化合物相においては結晶状
態における自由エネルギーが低くアモルファス相とのエ
ネルギー準位の差が大きいことから速い結晶化速度が得
られる。
第二は上記各化合物相が互いによく似た結晶構造を何し
結晶化温度、融点等においても、それぞれ非常に近い値
を示すということである。このことは次の効果、即ち、
たとえ記録膜組成が厳密に上記化学a論組成相の一つに
一致していなくとも、全体としては三つの相間の混合物
と見なすことができ、広い組成範囲にわたって特性が変
化しないという利点をあたえる。特に、GeTe−Bi
2Te3の線上では上記、三つの量論化合物組成と全く
変わらない特性が得られた。
結晶化温度、融点等においても、それぞれ非常に近い値
を示すということである。このことは次の効果、即ち、
たとえ記録膜組成が厳密に上記化学a論組成相の一つに
一致していなくとも、全体としては三つの相間の混合物
と見なすことができ、広い組成範囲にわたって特性が変
化しないという利点をあたえる。特に、GeTe−Bi
2Te3の線上では上記、三つの量論化合物組成と全く
変わらない特性が得られた。
第三のポイントは上記結晶化温度が十分高く、従って安
定なアモルファス相が得られるということである。実施
例1中の第4図(a)、 (b)。
定なアモルファス相が得られるということである。実施
例1中の第4図(a)、 (b)。
(c)にGeTe−Y312Te3のライン上の組成を
含むGe−B1−Te三元系薄膜の結晶化温度の測定例
と、その組成依存性を調べた結果を等高線図として示す
。これによって、GeTe−Bi2Te3擬二元系にお
いては、広い領域にわたって室温よりも十分に高い結晶
化温度が確保できることがわかる。
含むGe−B1−Te三元系薄膜の結晶化温度の測定例
と、その組成依存性を調べた結果を等高線図として示す
。これによって、GeTe−Bi2Te3擬二元系にお
いては、広い領域にわたって室温よりも十分に高い結晶
化温度が確保できることがわかる。
第四のポイントは、結晶化課程のなかで見出された。す
なわちGeTe−Bi2Te35二元系においては、そ
の室温における安定な結晶相は六方晶であるが、結晶化
の籾摺として、まずGe、Bi、Teの三元から成る単
一な面心立方型の準安定相が現れることが分かった。液
体状態あるいはアモルファス状態における原子構造は結
晶状態における原子構造よりも逼かに等友釣であり、従
って生じる結晶形ができるだけ等友釣であることが結晶
化時における原子の拡散距離を短くし結晶化時間を短縮
するうえで有利であると考えられる。
なわちGeTe−Bi2Te35二元系においては、そ
の室温における安定な結晶相は六方晶であるが、結晶化
の籾摺として、まずGe、Bi、Teの三元から成る単
一な面心立方型の準安定相が現れることが分かった。液
体状態あるいはアモルファス状態における原子構造は結
晶状態における原子構造よりも逼かに等友釣であり、従
って生じる結晶形ができるだけ等友釣であることが結晶
化時における原子の拡散距離を短くし結晶化時間を短縮
するうえで有利であると考えられる。
面心立方格子は結晶系のなかでも最も等友釣なものの一
つであることが知られている。準安定相はレーザー照射
のように比較的急速に加熱冷却を行う場合に生じやすい
。以上の理由によってGe−B1−Te系薄膜が光学的
情報記録媒体として適することがわかる。
つであることが知られている。準安定相はレーザー照射
のように比較的急速に加熱冷却を行う場合に生じやすい
。以上の理由によってGe−B1−Te系薄膜が光学的
情報記録媒体として適することがわかる。
次に本発明の製造方法について説明する。本発明の記録
媒体は真空蒸着、スパッタリング等の方法で形成するこ
とが可能である。スパッタリングについては、望ましい
組成から割り出した合金ターゲットを用いることも、各
組成に応じた面積の複合モザイクターゲットを用いるこ
とも出来る。
媒体は真空蒸着、スパッタリング等の方法で形成するこ
とが可能である。スパッタリングについては、望ましい
組成から割り出した合金ターゲットを用いることも、各
組成に応じた面積の複合モザイクターゲットを用いるこ
とも出来る。
真空蒸着法の場合は複数のソースを用意し、共蒸着法を
採るのが組成のコントロールに便利である。
採るのが組成のコントロールに便利である。
この場合はたとえば三組の電子銃およびその電源、膜厚
センサー(例えば水晶振動子)を用意し、各ソースから
の蒸着レートを完全に独立して制御できることが望まし
い。蒸着時における真空度は、10−’Torrから1
O−7Torrで十分である。
センサー(例えば水晶振動子)を用意し、各ソースから
の蒸着レートを完全に独立して制御できることが望まし
い。蒸着時における真空度は、10−’Torrから1
O−7Torrで十分である。
以下、更に詳しい具体例をもって本発明を詳述する。
実施例1
上記真空蒸着の方法で様々な組成のGe−B1−Te三
元系記録媒体のテストピースを準備し、その特性を調べ
た。特性の評価は 1、相変態温度Tx 2、アモルファス化に必要な最低レーザー照射パワーP 3、結晶化1始に必要なレーザー照射時間dの三点から
行った。サンプルはTx渕定には基板としでは厚さ0.
3mm、 直径8rrtmのパイレックスガラスを
用い、記録層はおよそ1100nの厚さとした。Txは
as−depo状態のサンプル片を徐々に加熱していっ
た場合に、その光学的透過率が変化を開始する温度で定
義した。昇温は1’C/sのスピードで行い、その間の
光学的透過率の変化なHe−Neレーザーを用いてモニ
ターし変曲点を検出した。これによってアモルファス相
の熱的安定性が評価できる。
元系記録媒体のテストピースを準備し、その特性を調べ
た。特性の評価は 1、相変態温度Tx 2、アモルファス化に必要な最低レーザー照射パワーP 3、結晶化1始に必要なレーザー照射時間dの三点から
行った。サンプルはTx渕定には基板としでは厚さ0.
3mm、 直径8rrtmのパイレックスガラスを
用い、記録層はおよそ1100nの厚さとした。Txは
as−depo状態のサンプル片を徐々に加熱していっ
た場合に、その光学的透過率が変化を開始する温度で定
義した。昇温は1’C/sのスピードで行い、その間の
光学的透過率の変化なHe−Neレーザーを用いてモニ
ターし変曲点を検出した。これによってアモルファス相
の熱的安定性が評価できる。
またアモルファス化感度P、結晶化速度dの測定には、
基板として縦12mm、横10mm、厚さ1.2mmの
PMMA板を用いこの上に1100nのZnS、110
0nのGe−B1−Te三元系記録膜、200nmのZ
nSを順次蒸着し、その上に基板と同じPMMA板を紫
外線硬化樹脂を用いて張り合わせたものを用いた。Pは
、ある一定のパルス幅のレーザー光線を結晶状態の記録
膜面に絞りこんで照射し、アモルファス化が開始するの
に必要な照射パワーを測定した値をいう。
基板として縦12mm、横10mm、厚さ1.2mmの
PMMA板を用いこの上に1100nのZnS、110
0nのGe−B1−Te三元系記録膜、200nmのZ
nSを順次蒸着し、その上に基板と同じPMMA板を紫
外線硬化樹脂を用いて張り合わせたものを用いた。Pは
、ある一定のパルス幅のレーザー光線を結晶状態の記録
膜面に絞りこんで照射し、アモルファス化が開始するの
に必要な照射パワーを測定した値をいう。
この場合、各サンプルはあらかじめ4mWのパワーで1
0usの長さのレーザー照射を行って十分に予備黒化(
結晶化)をしておき、その後、照射パルス幅を50ns
に固定してレーザー出力のみを変化させて照射しアモル
ファス化が光学的反射率の変化として確認できる照射パ
ワーを測定した。
0usの長さのレーザー照射を行って十分に予備黒化(
結晶化)をしておき、その後、照射パルス幅を50ns
に固定してレーザー出力のみを変化させて照射しアモル
ファス化が光学的反射率の変化として確認できる照射パ
ワーを測定した。
これによって記録感度を評価する。またdはレーザーダ
イオードからの光をレンズ系でas−depo状態の記
録膜上に直径1um程度のスポットとして照射した場合
に結晶化が開始するのに必要な照射時間のことである。
イオードからの光をレンズ系でas−depo状態の記
録膜上に直径1um程度のスポットとして照射した場合
に結晶化が開始するのに必要な照射時間のことである。
この場合、照射パワーを2−25mW、また照射時間を
10−1000口Sの範囲で変化させて最も速い結晶化
の条件を求めた。これによって消去速度の評価をするこ
とができる。
10−1000口Sの範囲で変化させて最も速い結晶化
の条件を求めた。これによって消去速度の評価をするこ
とができる。
第4図(a)はGeTe−Bi2Te3系のTxの測定
例である。透過率が、ある温度で急激に減少し、結晶化
が起こったことがわかる。
例である。透過率が、ある温度で急激に減少し、結晶化
が起こったことがわかる。
(b)は、Ge−B1−Teの三元組成図上に各組成点
に対応するTxをプロットし同一温度の点を結んだ5温
線図である。広い組成範囲にわたって室温をはるかに越
える転移温度が得られることがわかった。
に対応するTxをプロットし同一温度の点を結んだ5温
線図である。広い組成範囲にわたって室温をはるかに越
える転移温度が得られることがわかった。
(c)はC;eTeとBi2Te3の組成点を結ぶライ
ン上組成に対しGeTeの組成比XとTxの関係につい
て調べた結果である。xGeTe・(1−x> Bi2
Te5(0<x<1)系の相変態温度は、x>Oのいず
れの場合もioo’c以上と室温に対して十分に高くア
モルファス相が安定に存在することがわかる。更にx>
O,lの領域ではTxは140°C以上であり極めて安
定なアモルファス状態が得られることがわかった。
ン上組成に対しGeTeの組成比XとTxの関係につい
て調べた結果である。xGeTe・(1−x> Bi2
Te5(0<x<1)系の相変態温度は、x>Oのいず
れの場合もioo’c以上と室温に対して十分に高くア
モルファス相が安定に存在することがわかる。更にx>
O,lの領域ではTxは140°C以上であり極めて安
定なアモルファス状態が得られることがわかった。
第5図は同じ系について結晶化開始に必要なレーザー照
射時間を測定した結果である。図中、各カーブは、レー
ザーパワーを8mWとしたときのCxe−Bi−Teの
三元組成の結晶化開始パルス幅dを各組成点に対応して
プロットし同じ温度の点を結んだ等速度線図である。こ
れより、GeTe−Bi2Te3のライン上の組成では
およそ30nsから100nsと極めて短い照射時間で
結晶化が開始すること、またラインからはずれるほど結
晶化に必要な照射時間が増大することがわかる。
射時間を測定した結果である。図中、各カーブは、レー
ザーパワーを8mWとしたときのCxe−Bi−Teの
三元組成の結晶化開始パルス幅dを各組成点に対応して
プロットし同じ温度の点を結んだ等速度線図である。こ
れより、GeTe−Bi2Te3のライン上の組成では
およそ30nsから100nsと極めて短い照射時間で
結晶化が開始すること、またラインからはずれるほど結
晶化に必要な照射時間が増大することがわかる。
ただしライン組成からのずれがそれほど大きくない場合
には200ns程度のレーザー照射によって結晶化を開
始させることができる。レーザーパワーをさらに高くし
て同様のことをおこない14mW程度までは結晶化開始
のレーザー照射時間の短縮が確認された。
には200ns程度のレーザー照射によって結晶化を開
始させることができる。レーザーパワーをさらに高くし
て同様のことをおこない14mW程度までは結晶化開始
のレーザー照射時間の短縮が確認された。
次にアモルファス化感度を調べた。結晶化速度が大きい
ことは逆にアモルファスが形成されにくい可能性をもっ
ているともいえる。DSCによる融点の測定から上記ラ
イン付近のGe−B1−Te三元膜の融点は上記ライン
上の組成とその周囲とでは比較的近いことがわかったの
でGeTe−Bi2Te3系を中心にそのアモルファス
化感度を調べた。第六図はその結果を示す。これよりG
eTeの組成比Xが0.85よりも小さい領域において
は50nsという極めて短い時間のレーザー照射によっ
ても20mW程度のレーザーパワーでアモルファス化が
実現していることがわかる。更にGeTeの組成比が3
3.50.75%という化合物組成ではそれそ−れ13
,15.17mWというレーザーパワーでアモルファス
化が実現している。これらの値はGeTe単体の場合が
30mW以上であるのに比較して十分に低くCeTe−
Bi2Te3系のアモルファス化感度がGeTeに比べ
て十分に高いことを表わしている。アモルファス化感度
は融点と密接に関係しておりBi2Te3に近づくほど
高くなるがBi2Te3単体では先に述べたようにTx
がやや低く実用に耐えない。
ことは逆にアモルファスが形成されにくい可能性をもっ
ているともいえる。DSCによる融点の測定から上記ラ
イン付近のGe−B1−Te三元膜の融点は上記ライン
上の組成とその周囲とでは比較的近いことがわかったの
でGeTe−Bi2Te3系を中心にそのアモルファス
化感度を調べた。第六図はその結果を示す。これよりG
eTeの組成比Xが0.85よりも小さい領域において
は50nsという極めて短い時間のレーザー照射によっ
ても20mW程度のレーザーパワーでアモルファス化が
実現していることがわかる。更にGeTeの組成比が3
3.50.75%という化合物組成ではそれそ−れ13
,15.17mWというレーザーパワーでアモルファス
化が実現している。これらの値はGeTe単体の場合が
30mW以上であるのに比較して十分に低くCeTe−
Bi2Te3系のアモルファス化感度がGeTeに比べ
て十分に高いことを表わしている。アモルファス化感度
は融点と密接に関係しておりBi2Te3に近づくほど
高くなるがBi2Te3単体では先に述べたようにTx
がやや低く実用に耐えない。
GeTeとB12Te3との間の共晶組成、GeaBi
3vTes9においては593@Cとこの系の最も低い
融点を有することから高い記録感度と比較的安定なアモ
ルファス相を同時に得ることができる。
3vTes9においては593@Cとこの系の最も低い
融点を有することから高い記録感度と比較的安定なアモ
ルファス相を同時に得ることができる。
実施例2
次にGe−B1−Te三元系薄膜の結晶化課程をX線回
折およびDSCを用いて調べた結果を示す。厚さ0.
3 mm、 20 mm角の石英ガラス上に、ライン
上の組成を含む幾つかの組成を約1100n蒸着したテ
ストピースを、それぞれ複数個準備した。各組成におい
て無処理のものおよび、アルゴンガス巾で約10分間ア
ニールしたもののX線回折パターンを調べた。アニール
温度は、あらかじめDSCを用いて結晶化温度等の変態
点を調べ、その直上の温度とした。この結果、第−表に
示すような結晶化課程が判明した。
折およびDSCを用いて調べた結果を示す。厚さ0.
3 mm、 20 mm角の石英ガラス上に、ライン
上の組成を含む幾つかの組成を約1100n蒸着したテ
ストピースを、それぞれ複数個準備した。各組成におい
て無処理のものおよび、アルゴンガス巾で約10分間ア
ニールしたもののX線回折パターンを調べた。アニール
温度は、あらかじめDSCを用いて結晶化温度等の変態
点を調べ、その直上の温度とした。この結果、第−表に
示すような結晶化課程が判明した。
第−表 組成と結晶形
すなわち、この表から、1)蒸着したままの未処理の状
態がアモルファス状態であること、2)上記、ライン上
の組成では、まずNaC1型の準安定相が籾摺とてして
現れていること、3)ラインからはずれた組成では、初
めから六方晶の安定相が出現することが読み取れ、ライ
ン上の組成における高速の結晶化が上述の準安定相の出
現とよく対応していることがわかる。
態がアモルファス状態であること、2)上記、ライン上
の組成では、まずNaC1型の準安定相が籾摺とてして
現れていること、3)ラインからはずれた組成では、初
めから六方晶の安定相が出現することが読み取れ、ライ
ン上の組成における高速の結晶化が上述の準安定相の出
現とよく対応していることがわかる。
DSCからは、ライン上組成に関し、結晶化に伴う発熱
ピークも溶融に伴う急熱ピークも共にナローで急峻であ
ることが示され、これらの系が単−相であることが確認
された。
ピークも溶融に伴う急熱ピークも共にナローで急峻であ
ることが示され、これらの系が単−相であることが確認
された。
実施例3
実施例1.2に対応する各組成点について、光ディスク
を試作し、その動特性を調べた。ディスクは、光の案内
溝を備えた直径130mm、厚さ1.2mmのPMMA
樹脂基板上にZnS、Ge−B1−Te三元膜、ZnS
と順次積層しその上に紫外線硬化樹脂を用いて基板と同
じPMMA板を保護層として張り合わせて構成した。各
層の厚さは、下からおよそ800A、100OA、16
00Aであり、記録層での光吸収効果を高めるべく設計
した。ダイナミックテスター(デツキ)は、記録再生用
と消去用とを兼ねた0、9um(1/2強度)径の円形
に絞りこんだ一木のレーザースポットを有しており、記
録時はレーザー出力を高く、消去時は低くすることで古
い信号を新しい信号で古きつぶしていく、いわゆるオー
バーライド記録をテストするものである。ディスクの回
転速度は20m/seeを基準とし、5 M Hzと7
MHzの二つの周波数で交互に記録(オーバーライド)
をおこなってその繰り返し寿命を調べた。寿命限界とし
ては初期のC/Nから3dB減となる回数と定義し、以
下の1)〜3)の結論を得た。
を試作し、その動特性を調べた。ディスクは、光の案内
溝を備えた直径130mm、厚さ1.2mmのPMMA
樹脂基板上にZnS、Ge−B1−Te三元膜、ZnS
と順次積層しその上に紫外線硬化樹脂を用いて基板と同
じPMMA板を保護層として張り合わせて構成した。各
層の厚さは、下からおよそ800A、100OA、16
00Aであり、記録層での光吸収効果を高めるべく設計
した。ダイナミックテスター(デツキ)は、記録再生用
と消去用とを兼ねた0、9um(1/2強度)径の円形
に絞りこんだ一木のレーザースポットを有しており、記
録時はレーザー出力を高く、消去時は低くすることで古
い信号を新しい信号で古きつぶしていく、いわゆるオー
バーライド記録をテストするものである。ディスクの回
転速度は20m/seeを基準とし、5 M Hzと7
MHzの二つの周波数で交互に記録(オーバーライド)
をおこなってその繰り返し寿命を調べた。寿命限界とし
ては初期のC/Nから3dB減となる回数と定義し、以
下の1)〜3)の結論を得た。
l) ライン上の組成では記録時15−24mW、消去
時6−12mWのパワー範囲においてオーバーライドが
可能であり、50dB以上のC/Nが得られる。また1
00万回以上の繰り返しが可能である。また、最大30
m/ s e cでのオーバーライドが確認された(ラ
ンクl)。
時6−12mWのパワー範囲においてオーバーライドが
可能であり、50dB以上のC/Nが得られる。また1
00万回以上の繰り返しが可能である。また、最大30
m/ s e cでのオーバーライドが確認された(ラ
ンクl)。
2) ライン上の組成からずれるに従って消去速度の低
下から古い信号が消しきれなくなり新しい信号の品質が
低下する。この場合は記録周波数を丁げ回転速度を10
m/ s e e、 5rr+/ s e cという
ように遅くずろことでラインーにの組成の場合と同様に
オーバーライドを行える。ただし、あまり人きくはずれ
てしまうと回転速度では対応できなくなる。また繰り返
しによって生じた分相に起因すると思われるノイズが発
生しやすくなる。
下から古い信号が消しきれなくなり新しい信号の品質が
低下する。この場合は記録周波数を丁げ回転速度を10
m/ s e e、 5rr+/ s e cという
ように遅くずろことでラインーにの組成の場合と同様に
オーバーライドを行える。ただし、あまり人きくはずれ
てしまうと回転速度では対応できなくなる。また繰り返
しによって生じた分相に起因すると思われるノイズが発
生しやすくなる。
3) f4I成ずれの許容幅は第6図から分かるよう
に上記ラインから見てBiの方向へ+10at%、Te
の方向へ+!Oat%程度であって、この範囲では5m
1sec以下の回転速度で1万回の繰り返しが可能であ
る(ランク4)、同様にBlの方向に+7at%、Te
の方向に+5at%程度の範囲では15ml s e
c以下の回転速度で10万回の繰り返しが可能である(
ランク3)。
に上記ラインから見てBiの方向へ+10at%、Te
の方向へ+!Oat%程度であって、この範囲では5m
1sec以下の回転速度で1万回の繰り返しが可能であ
る(ランク4)、同様にBlの方向に+7at%、Te
の方向に+5at%程度の範囲では15ml s e
c以下の回転速度で10万回の繰り返しが可能である(
ランク3)。
さらに+5at%、+3at%程度の範囲では25rn
/sec以下の回転速度で100万回の繰り返しが可能
である(ランク2)*上記各ランクに対応する組成領域
を第二表にしめす。
/sec以下の回転速度で100万回の繰り返しが可能
である(ランク2)*上記各ランクに対応する組成領域
を第二表にしめす。
第二表 組成領域と特性
これらのディスクは、当然のことながら従来のように複
数個のレーザースポットを用いても記録/消去をくり返
すことが可能であり、むしろそのほうが条件としては選
択の自由度が大きく容易であった。
数個のレーザースポットを用いても記録/消去をくり返
すことが可能であり、むしろそのほうが条件としては選
択の自由度が大きく容易であった。
実施例4
実施例1.2におけるディスクの環境試験を行った。各
ディスクを80″C,80RH%の環境化に放置し1ケ
月の閏、反射率をモニターしたが前記T x h’;
l 40°C以−Lの組成のディスクについては全く変
化が認められなかった。また、錆等の発生も無かった。
ディスクを80″C,80RH%の環境化に放置し1ケ
月の閏、反射率をモニターしたが前記T x h’;
l 40°C以−Lの組成のディスクについては全く変
化が認められなかった。また、錆等の発生も無かった。
発明の効果
本発明によれば、
1)情報の転送レートが毎秒数Mバイトと極めて大きい
2)単一のレーザービームでオーバーライドが可能な
3)繰り返し寿命の長い
光学的情報記録媒体が提供される。
第1図は、本発明の光学情報記録媒体に適用するGe−
B1−Te三元系記録膜の組成領域を示す組成図、第2
図は、本発明の一実施例における記録媒体の実施形態例
を示す断面図、第3図は、Ge−B1−Te三元系組成
の中心であるGeTe−B12Tet擬二元系相図、第
4図は、結晶化転移温度Txの測定例及び、その組成依
存性示す図、第5図は本発明のGe−B1−Te三元系
記録膜のアモルファス化感度の組成依存性示す図、第6
図は本発明のGe−13i−Te三元系記録膜がアモル
ファス化を閏始するのに必要なレーザー照射時開を示す
図である。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ばか1名7e
Bばr3 βi/
−−−基板 ?−記録層 3°−1秀電俸 第31!I GeTe−OH’re3 N二元系相図
葎牛ロCα) 6e、 Rrz’Te4r 17) n ffa イl
、’lz、R@ 1:’j−ら 第4図(b) Ge−B1−Te三元系記録膜の結1
g+化転移温度と組成第4図(c)GeTe−Bi2
Te3系の結晶化転移温度(昇m1lWt 1”C/
s e c )Ge
B1−Te三元系記録膜の組成領域を示す組成図、第2
図は、本発明の一実施例における記録媒体の実施形態例
を示す断面図、第3図は、Ge−B1−Te三元系組成
の中心であるGeTe−B12Tet擬二元系相図、第
4図は、結晶化転移温度Txの測定例及び、その組成依
存性示す図、第5図は本発明のGe−B1−Te三元系
記録膜のアモルファス化感度の組成依存性示す図、第6
図は本発明のGe−13i−Te三元系記録膜がアモル
ファス化を閏始するのに必要なレーザー照射時開を示す
図である。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ばか1名7e
Bばr3 βi/
−−−基板 ?−記録層 3°−1秀電俸 第31!I GeTe−OH’re3 N二元系相図
葎牛ロCα) 6e、 Rrz’Te4r 17) n ffa イl
、’lz、R@ 1:’j−ら 第4図(b) Ge−B1−Te三元系記録膜の結1
g+化転移温度と組成第4図(c)GeTe−Bi2
Te3系の結晶化転移温度(昇m1lWt 1”C/
s e c )Ge
Claims (8)
- (1)光、熱等の手段に依ってその光学的性質を可逆的
に変化する記録材料層を基板上に備え、その変化を利用
して情報の記録、再生、消去を行う光学的情報記録媒体
であって、前記記録材料層が、安定な化学量論的化合物
である、GeTeとBi_2Te_3の間の固溶体、x
GeTe(1−x)Bi_2Te_3(0<x<1)で
あることを特徴とする光学的情報記録媒体。 - (2)記録材料層が、安定な化学量論的化合物GeTe
とBi_2Te_3の間の固溶体組成xGeTe(1−
x)Bi_2Te_3(0.1<x<0.85)である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学的情
報記録媒体。 - (3)記録材料層の組成が、安定な化学量論的三元化合
物組成Ge_3Bi_2Te_6、GeBi_2T_4
またはCeBi_4Te_7もしくは、これらの間の固
溶体組成であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の光学的情報記録媒体。 - (4)記録材料層の組成が、GeTeとBi_2Te_
3の間の共晶組成であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の光学的情報記録媒体。 - (5)記録材料層の組成が、組成の範囲をしめす第1図
(a)において、A_1(Te;38、Ge:59、B
i;3)、B_1(Te:50、Ge;2、Bi;48
)、C_1(Te;70、Ge;2、Bi;28)、D
_1(Te;63、Ge;34、Bi;3)の各組成点
で囲まれる領域に存在することを特徴とする光学的情報
記録媒体。 - (6)記録材料層の組成が、組成の範囲をしめす第1図
(a)において、A_2(Te;42、Ge;55、B
i;3)、B_2(Te;53、Ge;2、Sb;45
)、C_2(Te;64.5、Ge;2、Sb;33.
5)、D_2(Te;57、Ge;40、Sb;3)の
各組成点で囲まれる領域に存在することを特徴とする特
許請求の範囲第5項記載の光学的情報記録媒体。 - (7)記録材料層の組成が、組成の範囲をしめす第1図
(a)において、A_3(Te;44.5、Ge;52
. 5、Bi;3)、B_3(Te;55、Ge;2、Bi
;43)、C_3(Te;63、Ge;2、Bi;35
)、D_3(Te;54、Ge;43、Bi;3)の各
組成点で囲まれる領域に存在することを特徴とする特許
請求の範囲第5項記載の光学的情報記録媒体。 - (8)記録材料層の組成が組成の範囲をしめす第1図(
a)において、A_4(Te;46.5、Ge;41.
5、Bi;12)、B_4(Te;54、Ge;6.5
、Bi;31.5)、C_4(Te;62、Ge;4、
Bi;34)、D_4(Te;55、Ge;39、Bi
;6)の各組成点で囲まれる領域に存在することを特徴
とする特許請求の範囲第5項記載の光学的情報記録媒体
。
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