JPS63234420A - 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等の光ビームを照射す
ることにより記録層に相変化を生じさせて情報を記録消
去する情報記録媒体に関する。

（従来の技術） 従来、情報の消去が可能な光ディスクとじて相変化型の
ものが知られている。この相変化型の光ディスクにおい
ては、記録層にレーザビームを照射することにより、記
録層が例えば結晶質と非晶質との間で可逆的に相変化す
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は、例えば、Ｔｅ、Ｇ
ｅ、ＴｅＧｅ、ＩｎＳｅ、５ｂＳｅ。

５ｂＴｅ等の半導体、半導体化合物又は金属間化合物が
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り、各状態においてＮｍｎ
−１ｋで現される複素屈折率が相違するので、レーザビ
ームによる熱処理でこれら２つの状態を可逆的に変化さ
せて情報を記録消去する（　Ｓ　、　　Ｒ、Ｏｖｓｈｉ
ｎｓｋｙ　　Ｍ　ｃｔａｌ　ｌｕｒｇｌｃａｌＴ　ｒａ
ｎｓａｃｔｉｏｎｓ　２　　Ｇ４１１９７１）。

しかしながら、この場合には、記録部分が非晶質である
ため化学的に不安定であり、熱及び化学エネルギ等によ
り容易に結晶状態に変化してしまい、情報が消去されて
しまう虞がある。

一方、このような欠点を回避するために、上述の方式と
異なり、レーザビームの照射により記録層を相異なる結
晶質間で可逆的に相変化させて情報を記録消去する技術
が提案されており、この技術においては、このような層
変化を生じるＩｎ−Ｓｂ合金で記録層を形成している（
特開昭６ｌ−１３４９２５）。

Ｉｎ−Ｓｂ合金薄膜は、比較的パルス幅が大きいレーザ
ビームの照射により微細な結晶部分が短時間に比較的大
きな結晶に成長する。これら微細結晶と粗大結晶とは異
なる複素屈折率を有し、レーザビームを照射して再生す
る場合に、例えば、反射光量の差として結晶状態を区別
する。この結晶質相聞の相変化により情報を記録消去す
る技術の場合には、記録部分が結晶質で形成されている
ので記録の安定性が高い。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、記録層をＩｎ−Ｓｂ合金で形成して相異
なる結晶質の間で相変化させるタイプの光ディスクの場
合には安定なＩｎ５０　Ｓｂ５０金属間化合物の近傍の
組成で記録層を形成するが、二の場合には、記録状態の
結晶質相と未記録状態の結晶質相との間のレーザビーム
の反射率の差が小さく、信号量が少ないという問題点が
ある。従って、このような組成で記録層を形成する場合
には、情報の記録が不十分になる虞がある。これに対し
、このＩｎ５０　Ｓｂ５　ｏよりもＳｂを若干過剰にし
た組成の合金で記録層を形成することも試みられている
。この場合には、記録層にレーザビームを照射すること
により、記録層が　Ｉｎ５゜Ｓｂ５ｏ結晶粒とＳｂ結晶
粒との混合相となり、レーザビームの照射条件によりＳ
ｂ結晶粒子の大きさが変化するのでこれにより記録レベ
ルを維持することができる。しかしながら、Ｓｂは結晶
化速度が小さいので、初期化及び消去の速度が小さく、
初期化不良及び消去残りが生じてしまう虞がある。また
、記録に際しても、特に光ディスクが高速回転する場合
には、結晶変化が不十分になる虞が大きく、安定して情
報を記録することができないという問題点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
安定して情報番記録することができ、初期化不良及び消
去残りの発生を抑制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、光ビームが照
射されることにより相異なる結晶相の間で相変化して情
報が記録消去される記録層と、基板と記録層との間に形
成された第１の保護層と、記録層の上に形成された第２
の保護層とを何する情報記録媒体であって、前記記録層
は、一般式１式％） 表される組成の合金で形成されており、二〇Ｍはその結
晶化温度がＳｂの結晶化温度よりも低い元素であり、前
記第１及び第２の保護層は前記記録層の光ビーム照射部
分の温度変化を調節することを特徴とする。

（作用） この発明においては、記録層を上述の範囲の組成にして
この記録層に光ビームを照射する。これにより記録層が
、Ｉｎ　　　Ｓｂ　　　結晶体と５０−Ｘ　　　５０−
Ｘ Ｍ２　Ｘ結晶体とに相分離し、先ビームの照射条件によ
りこのＭ２Ｋが微細結晶粒と粗大結晶粒との間で変化す
る。この場合に、ＭとしてＳｂよりも結晶化温度が小さ
い元素を使用するので、光ビームの照射によるＭ２Ｘの
結晶化速度及び相変化速度をＳｂの場合よりも大きくす
ることができ、初期化及び消去を高速化することができ
る。また、保護層により記録層の光ビーム照射部分の冷
却速度を調節することができ、ビーム照射部分を確実に
相変化させることができる。。このため、初期化不良及
び消去残りの発生を抑制することができ、安定して情報
を記録消去することができる。

この場合に、ＭはＢｉ、Ｃｄ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＳｅ
の中から選択される元素であることが好ましい。

（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。

記録層を一般式Ｉｎ　　　Ｓｂ　　　Ｍ２Ｘで表わ５０
−ｘ　　　５０−ｘ される組成の合金で形成し、Ｍとして結晶化温度がＳｂ
の結晶化温度よりも低い元素を使用する場合には、記録
層に光ビームを照射することにより記録層がＩｎ　　　
Ｓｂ　　　の結晶体とＭ２にの結５０−Ｘ　　　５０−
Ｘ 晶体とに相分離し、Ｍ２　Ｘはレーザビームの照射条件
により結晶粒の大きさが異なる２つの結晶相となる。こ
れらの相は、その反射率が相違しているので一定の記録
レベルを得ることができ、有効に情報を記録消去するこ
とができる。

ある元素の結晶化温度はその融点と関係があり、一般的
にその融点の１／２乃至２／３の温度である。従って、
融点がＳｂよりも低い元素をＭとして使用することによ
り、Ｍの結晶化温度がＳｂよりも低くなる。このような
元素としては、Ｂｔ。

Ｃｄ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚｎ又はＳｅ等がある。これらの元素
は融点が夫々、５４４．５９４．８７０．５０５．６９
２及び４９３”Ｋであり、Ｓｂの融点９０３．７’　Ｋ
よりも低く、結晶化温度がＳｂよりも低い。このように
結晶化温度が低い元素は、光ビームの照射により結晶化
及び相変化が生じやすく、これらを高速化することがで
きる。このため、初期化及び消去を高速化することがで
きる。

一方、記録層の上下に記録層を挟むようにように保護層
を設けると、記録層のレーザビームの照射部分の熱が保
護層に拡散し、その照射部分が冷却される。この際のレ
ーザビーム照射部分の冷却速度は、保護層の記録層に隣
接する部分の熱伝導率をσＨとし記録層の熱伝導率をσ
にとすると、σＨ／σＫに比例する。従って、保護層の
記録層に隣接する部分を形成する材料として記録層より
も熱伝導率が小さいものを使用することにより、記録層
のレーザビーム照射部分の冷却速度を低下させることが
でき、結晶化しにくい材料でも結晶化させることが比較
的容易となる。また、記録層よりも熱伝導率が大きい材
料を保護層として使用することにより、１つの結晶質層
と他の結晶質相との間の相変化に際して比較的急冷する
必要がある場合においても冷却速度を大きくすることが
できるので、比較的容易に相変化させることができる。

このように、保護層を適切な熱伝導率を有する材料で形
成することにより、レーザビーム照射部分を確実に結晶
化及び相変化させることができ、確実に初期化及び情報
の記録消去を実施することができる。例えば、保護層を
５ｉ０２で形成する場合には、３７３”Ｋにおいて、記
録層の熱伝導率が３．６乃至４．ＩＷ／ｍ拳にであり、
５ｉ０２の熱伝導率が１．６Ｗ／ｍ−にであるので、レ
ーザビーム照射部分の冷却速度を、保護層を形成しない
場合の約１７２にすることができる。

保護層をＴｉＯ２で形成する場合には、ＴｉＯ２の熱伝
導率が６．５Ｗ／ｍｅＫであるので、保護−を形成しな
い場合の２倍の冷却速度を得ることができる。

なお、Ｘが５原子９６よりも多くなると、光ビームの照
射により他の結晶が現出する虞が大きくなり、この場合
には情報を有効に記録することができない。このため、
Ｘを５原子％以下に規定する。

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１１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１１には、保護
層１２、記録層１３、保護層１４がこの順に形成されて
いる。保護層１２は例えば５ｉ０２で形成されており、
記録層１３が溶損することを防止すると共に、記録層１
３のレーザビーム照射部分の冷却速度を調節するように
なっている。保護層１４は、主層１５と、主層１５の上
に形成された反射層１６と、この反射層１６の上に形成
された補助層１７とにより構成されている。主層１５は
保護層１２と同様に５ｉ０２で形成されており、保護層
１２と同様の機能を有している。反射層１６は、例えば
Ａ１のような金属で形成されており、記録に際して照射
されたレーザビーム１８を反射するようになっている。

補助層１７は紫外線硬化樹脂で形成されており、ディス
クの取扱い上表面に傷等が発生することを防止する機能
を有している。記録層１３は、前述した組成の合金で形
成されており、レーザビームの照射条件の相違により異
なった２つの結晶相間で相変化する。

このような光ディスクは以下のように製造される。先ず
、基板１１をスパッタ装置内に設置し、５ｉ０２ターゲ
ツトを使用してアルゴン雰囲気下でスパッタリングし、
５ｉ０２製の保護層１２を形成する。次いで、同じ雰囲
気を維持したまま、記録層の各構成元素でつくられたタ
ーゲットによる３元同時スパッタ又は、予め得ようとす
る記録層組成に調整されたターゲットによるスパッタに
より、Ｉｎ　　　５ｂ ５０−ｘ　　　５０−ｘＭ２Ｘ製の記録層１３を形成す
る。その後、再度５ｉ０２ターゲツトのスパッタにより
５ｉ０２製の主層１５を形成し、次いで、ＡＩツタ−ッ
トのスパッタにて反射層１６を形成し、その後、基板を
スパッタ装置から外して、スピンコード法により反射層
１６の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、これに紫外線を照
射して補助層１７を形成する。

次に、このような光ディスクの動作について説明する。

初期化 記録層１３は成膜直後に非晶質であるため、この記録層
１３に比較的弱い出力でパルス幅が長いレーザビームを
連続光照射して、記録層１３を溶融徐冷して凝固させ、
Ｉｎ　　　Ｓｂ　　　の微細結５０−Ｘ　　　　　５ｅ
ｌ−Ｘ 品位とＭ２　Ｘの微細結晶粒とで形成された結晶相に相
変化させる。この場合に、記録層１３は前述のように高
速で結晶化される。また、保護層１２及び主層１５は５
ｉ０２で形成されており、これによりレーザビーム照射
部分の冷却速度を適切な値にすることができ、レーザビ
ーム照射部分を確実に結晶化させることかできる。

記録 初期化された記録層１３の上に比較的強い出力でパルス
幅が短いレーザビーム１８を照射してＭ２Ｘの微細結晶
を急激に結晶成長させ、５０−ｘ　　　５０つの微細結
晶粒とＭ２　Ｘの祖大結Ｉｎ　　　　　Ｓｂ 品位とで形成された結晶相の記録ピット１つを形成する
。

この場合に、前述のように、保護層１２及び主層１５に
よりレーザビ」ム照射部分を適切な冷却速度にすること
ができるので、上述の相変化を有効に生じさせることが
できるレーザビーム照射条件の範囲を拡大することがで
き、確実に情報を記録することができる。第２図及び第
３図は、横軸に記録の際のレーザビームのパルス幅をと
り、縦軸にレーザビームの出力をとって、情報の記録消
去可能領域を示すグラフ図であり、第２図はこの実施例
の場合を示し、第３図は従来例の場合を示す。記録層の
層厚はいずれも１０００人であり、第２図における光デ
ィスクの保護層及び主層はいずれも１０００人である。

これによれば、この実施例の場合のほうが従来例よりも
記録消去可能領域が著しく広いことがわかる。

また、記録層１３に照射されたレーザビームはその一部
が記録層１３の一部で反射し、残部が記録層１３を通過
して反射層１６で反射する。そうすると、これらの反射
光が干渉し、記録層１３の層厚等の条件を選択すること
により多重干渉効果によって記録部分と見記録部分の反
射率の差を大きくすることができ、再生信号量を大きく
することができる。

第４図は、記録層の層厚とレーザビームの反射率との関
係を示すグラフ図である。図中実線は記録状態を示し、
破線は未記録状態を示す。この場合の保護層及び主層の
層厚は１０００人である。

これによれば、多重干渉効果により記録層の層厚が４０
０，８００．１２００人の近傍の場合に、記録時と消去
時との間の反射率の変化量が著しく大きくなることがわ
かる。これに対し、反射層を設けなかった場合は、第５
図に示すように、いずれの層厚においても記録部分と未
記録部分との間の反射率の変化量が第４図に比較して小
さい。これにより、反射層により再生信号量を増幅する
ことができ、使用可能な記録層の層厚範囲を拡大するこ
とができることがわかる。

再生 記録層１３に比較的弱い出力のレーザビームを照射し、
記録ピットの反射光の強度を検出することにより情報を
読取る。

消去 レーザビームの照射条件を、基本的に初期化の場合の条
件と同様にして、記録ピット１９に照射する。記録ピッ
ト１９は初期化の場合と同様に溶融徐冷されて凝固し、
その中のＭ２Ｘが微細結晶化し、情報が消去される。こ
の場合に、記録層１３は相変化速度が大きい材料で形成
されているので、高速で情報を消去することができる。

また、記録の場合と同様に、保護層１２及び主層１５に
より、上述の相変化を有効に生じさせることができるレ
ーザビーム照射条件の範囲を拡大することができ、更に
、前述のように、反射層１６により記録部分と消去部分
との間の反射率の変化量を大きくすることができるので
、情報を確実に消去することができる。

次に、この実施例に係る情報記録媒体を製造して特性を
試験した試験例について説明する。

試験例１ アルゴンスパッタにより、グループ付のポリカーボネー
ト基板の上に５Ｌ０２層を１０００人成膜し、次いで、
その上にＩ　ｎ　ｓ７．ｓｓ　ｂ　４ｙ、ｓＢ　Ｉ　Ｓ
の３元合金を３元同時スパッタにより組成を厳密に制御
しながら８００人成膜して記録層を形成し、この記録層
の上に、更に５Ｌ０２層を１０００人成膜し、その上に
ＡＩ製の反射層を１５００人成膜した。その後、この反
射層の上に紫外線硬化樹脂層を１０μｍ形成して光ディ
スクを製造し、サンプルＡとした。記録層をＩｎ４３Ｓ
ｂｓ７にした以外はサンプルＡと同様に作製した光ディ
スクをサンプルＢとした。これらのサンプルの動特性を
動特性評価装置により評価した。波長が８３０ｎｍの゛
ヒ導体レーザを使用し、初期化に際しては、出力８ｍＷ
で連続照射し、記録に際しては、出力が１０ｍＷでパル
ス幅が２００　ｎ　ｓ　、デユーティ比が５０％のレー
ザビームをパルス照射し、消去に際しては初期化と同様
の出力で連続光照射した。

その結果を第１表に示す。

第１表 ここで、ディスクの回転数は２００，４００゜８００及
び１２０Ｏｒｐｍとした。表中、初期回数とあるのは、
初期化に際し、１つのトラックを結晶化するのに要した
ディスク回転回数を示し、記録マークの再生信号とある
のは、記録部分の再生において直流成分に体する交流信
号の振幅を示す。また、消去残りとあるのは、消去に際
し、記録ビットにレーザビームを照射した後の交流信号
の残存量を示す。

その結果、サンプルＡはサンプルＢと比較して、初期化
同数が少なくてよく、消去残りも少なくぃことがわかり
、この傾向がディスクの回転数が増加するほど顕著であ
ることがわかる。すなわち、Ｓｂの偏折分をＳｂよりも
結晶化温度が低いＢｉで置換した組成で記録層を形成す
ることにより、初期化特性及び消去特性が向上すること
を確認することができた。また、記録特性についてもサ
ンプルＡのほうが優れていることがわかる。つまり、サ
ンプルＡはディスクの回転数が増加しても再生信号の低
下量が少ないのに対し、サンプルＢはディスクの回転数
が増加するに従い再生信号が著しく低下する。すなわち
、サンプルＢの場合にはディスクの回転が高速になると
レーザビーム照射によるＳｂの結晶成長が不十分となる
が、サンプルＡの場合にはディスクの回転数が高くても
十分に結晶成長する。

試験例２ 記録層をＩｎ　　　５ｂ ５０−ｘ　　　５Ｏ−ｘＢ”　Ｘで形成して、Ｘの値を
１乃至１０原子％の間で変化させ、試験例１と同様な層
構成の光デイスクサンプルを作製した。

試験例１と同様に動特性を評価した結果、Ｘが５原子％
を超えると急激に再生信号が低下し、Ｘが１０原子％で
は記録することが困難であった。

これは、Ｉ　ｎＳｂの一部がＩｎＢ１又はＳｂＢ　ｔに
変化したためである。

試験例３ Ｉｎ　　　５ｂ ５０−Ｘ　　　５０−ＸＭ２ＸのＭを夫々Ｃｄ、Ｐ。

Ｓｎ、Ｚｎ及びＳｅとした組成で記録層を形成し、試験
例１と同様な層構成で光デイスクサンプルを作製して同
様の試験を実施した結果、いずれも、第１表に示した特
性と同様な特性を得ることができた。

なお、この実施例においては、保護層として５ｉ０２を
使用した場合について示したが、これに限らず、記録層
の材質に応じて適宜の熱伝導率を有するものを使用する
ことかできる。例えば、相変化に際して先ビームの照射
部分を特に急冷する必要がある場合には、Ｔ　ｉ　Ｏ２
等の熱伝導率が高い誘電体材料を使用する。

［発明の効果〕 この発明によれば、記録用が結晶化及び相変化速度が大
きい材料で形成されているので、初期化及び記録消去を
高速化することができる。また、保護層を設けることに
より記録層の光ビーム照射部分の冷却速度を適切な値に
することができるので、確実に結晶化及び相変化させる
ことができる。

このため、初期化不良及び消去残りを抑制することがで
き、記録特性を向−ヒさせることができる。

【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図はこの発明の実施例における情報の記録消
去可能領域を示すグラフ図、第３図は従来例における情
報の記録消去可能領域を示すグラフ図、第４図はこの発
明の実施例における記録層の層厚とレーザビームの反射
率との関係を示すグラフ図、第５図は従来例における記
録層の層厚とレーザビームの反射率との関係を示すグラ
フ図である。 １１；基板、１２，１４；保護層、１３；記録層、１６
；反射層、１８；レーザビーム、１９；記録ビット。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 記抹４ｕ（入） 第４図 把ａ冴Ａしｉ（入） ｗ＆５図 手続補正書 昭和　Ｈ，１０，，４１日 １、事件の表示 特願昭６２−６７２０３号 ２、発明の名称 情報記録媒体 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 （３０７）　　株式会社　東芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 （２）明細書中筒６頁第１２行目に ｒ　（０＜ｘ≦％原子２６）」とあるのをｒ（０＜、ｘ
≦５原子％）」に訂正する。 ２、特許請求の範囲 （１）基板と、光ビームが照射されることにより相異な
る結晶相の間で相変化して情報か記録消去される記録層
と、基板と記録層との間に形成された第１の保護層と、
記録層の上に形成された第２の保護層とを有する情報記
録媒体において、前記記録層は、一般式Ｉ　ｎ　５ｏ−
ｘ　Ｓ　ｂ　５０−ＸＭ　２Ｘ（０くｘ≦旦原子％）で
表される組成の合金で形成されており、このＭはその結
晶化温度がＳｂの結晶化温度よりも低い元素であり、前
記第１及び第２の保護層は前記記録層の光ビーム照射部
分の冷却速度を調節することを特徴とする情報記録媒体
。 （２）Ｍで示される元素は、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｐ。 Ｓｎ、Ｚｎ及びＳｅの中から選択される元素であること
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。 （３）前記第２の保護層は、主層と、主層の上に形成さ
れ照射された光ビームを反射させる反射層とを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
の情報記録媒体。 （４）前記第２の保護層は、前記記録層側の反対側に有
機樹脂層を有していることを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の情報記録媒体
。 （５）前記第１及び第２の保護層は、前記記録層と異な
る熱伝導率を有する材料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項乃至第４項のいずれか１項に
記載の情報記録媒体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、光ビームが照射されることにより相異な
   る結晶相の間で相変化して情報が記録消去される記録層
   と、基板と記録層との間に形成された第１の保護層と、
   記録層の上に形成された第２の保護層とを有する情報記
   録媒体において、前記記録層は、一般式Ｉｎ＿５＿０＿
   −＿ｘＳｂ＿５＿０＿−＿ｘＭ＿２＿ｘ（０＜ｘ≦％原
   子％）で表される組成の合金で形成されており、このＭ
   はその結晶化温度がＳｂの結晶化温度よりも低い元素で
   あり、前記第１及び第２の保護層は前記記録層の光ビー
   ム照射部分の冷却速度を調節することを特徴とする情報
   記録媒体。
2. （２）Ｍで示される元素は、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｐ、Ｓｎ、Ｚ
   ｎ及びＳｅの中から選択される元素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。
3. （３）前記第２の保護層は、主層と、主層の上に形成さ
   れ照射された光ビームを反射させる反射層とを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   の情報記録媒体。
4. （４）前記第２の保護層は、前記記録層側の反対側に有
   機樹脂層を有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の情報記録媒体
   。
5. （５）前記第１及び第２の保護層は、前記記録層と異な
   る熱伝導率を有する材料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項乃至第４項のいずれか１項に
   記載の情報記録媒体。