JPS6352346A - 光デイスク素子 - 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 本発明は光ディスク素子に関するものであり、更に詳し
くは、記録材料として無害な非晶質シリコンゲルマニウ
ムを用いた光ディスク素子に関するものである。

従来の技術 近年高出力で安定な半導体レーザ等、レーデに関する技
術の発展は目醒しく、光通信、光記録・再生、光計測等
の様々な分野において有用な技術として期待され、広範
囲に亘る研究がなされ、また実用化されている。

特にレーザ光の高集束性を利用した光記録媒体、例えば
コンパクトディスク等が高密度記録用光記録媒体として
注目され、将来の電算機用の大容量記録装置への応用等
の観点から期待されている。

光ディスクは、磁気記録と比較して記録密度の点で有利
であり、非接触であることからディスクヘッドの寿命が
長いという利点を有し、更に再生専用の複製ディスクを
安価に実現できるので、大容量の情報ファイル用として
期待できる。

光ディスク素子は、光ディスクへの記録方式から２種に
大別され、レーザ光の熱エネルギーでメモリ用薄膜の微
小部分を蒸発させて小孔（ピット）を設けて記録する方
法と、該薄膜の物性、特に光学的特性（透過率、反射率
、屈折率等）を変化させることにより記録する方法があ
る。前者は固定記録型（あるいは追記型）といわれ−回
のみ記録可能のものであり、また後者は記録・消去が繰
り返し実施できる可逆型（もしくは書換型）といわれる
。

従来の追記型記録オ科（非消去型メモリ材料）としては
、これまで有機物、色素、金属薄膜などが検討されたが
、Ｔｅを主成分とする、例えばＴｅ　−ＣＸＴｅＯｘ、
　Ｂｉ　−Ｔｅ、　Ｔｅ−５ｅなどの合金が主流となっ
てきている。

一般に記録・再生を行なう場合半導体レーザを使用する
ことが多いが、この半導体レーザは波長８０１）ｎｍ近
傍の近赤外光であって、比較的低出力のものであるとい
う実用上の制約がある。更に、記録材料はレーザ光に対
する感度、分解能の観点から極薄膜でなけれ′ばならず
、また上記の近赤外光を効率良く吸収し、しかも永続的
かつ大きな光学的変化を生じなければならず、更に耐熱
性、湿度等の外的因子による影響が小さいなどの要求を
満足するものである必要がある。

以上のように実用上の理由から、Ｔｅ合金が追記型光デ
ィスクの記録材料として主流となっているのである。

発明が解決しようとする問題点 上記の如く、レーザ等の関連技術の発展に伴って大容■
の記録媒体の開発が広く行われている。

中でも、光ディスクは他のメモ’Ｊ　Ｓ子と比較してア
クセス時間が遅いという問題があるものの、メモリ容量
が著しく大きく、しかもビット当たりのコストが極めて
低いことから大型電子計算機等の記憶媒体として期待さ
れている。

しかしながら、光記録材料として実用化されているＴｅ
合金は人体に有害であることから、製造にたずされる者
、使用する者にとって安全性の点で問題であり、また廃
棄の際にもその毒性は環境汚染等の大きな問題を内包し
ている。

従って、この毒性の問題を解決することは当分野におい
て重要であり、Ｔｅ合金に代る有効な追記型記録素子の
開発が必要であり、これについて本発明者は別途特許出
願している。

即ちこの素子は記録材料として非晶質ンリコンゲルマニ
ウム（以下ａ　　５ＩＧｅまたはａ　−５ｉＧｅ　：　
Ｈという）を用いたことを特徴とするものであり、この
ａ　−３ｉＧｅ　：　！（はレーザ光の照射によりその
水素含有量を変えることができるので、これを利用して
記録し、その際のレーサ゛光の透過率等の変化を検出す
ることにより読取り（再生）するものである。

そこで本発明者等は上記ａ　−３ｉＧｅを記録材料とす
る光ディスク素子を更に高信頼度のものとするべく、そ
の記録素子の構成法および記録・再生特性を種々検討し
た。従って、本発明の目的は毒性が無く、しかも従来の
Ｔｅ合金に匹敵する記録性能を有し、信頼性の高い新規
記録素子を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、光ディスク素子、特に追記型記録素子の
上記の如き現状に鑑みて、無害かつ高分解能の記録性能
を有し、高い信頼性を有する新規な光ディスク素子を開
発すべく種々検討した結果、ａ−ＳｉＧｅを記録材料と
して用い、該ａ　−５ｉＧｅにより形成される記録層と
光反射層を含む光ディスク素子を形成することが本発明
の目的に対して有利　　１であることを見出し本発明を
完成した。　　　　　　　ｊ即ち、本発明の光ディスク
素子は、案内溝を設　　１けた基板と、該基板上に設け
たａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ薄膜層および光反射層を含む
多層構造を有することを特徴とするものである。

一般に非晶質膜は薄膜化、大面積化が可能であり、また
大きな組成の自由度を有し、光学的特性を広い範囲で制
御できることが期待されるため、上記のような記録膜と
して使用することは有利である。

また記録層としてのａ−３ｉＧｅ層の生成には、蒸着法
、スパッタリング法、ＣＶＤ法（気相成長法）等、通常
使用しうる薄膜形成法が利用できるが、好ましくはＣＶ
Ｄ法、とりわけ高周波励起プラズマＣＶＤ法が適してい
る。即ち、Ｓｌ源としての３ｉＨ４，５ｉ２Ｈｓ、５ｉ
３Ｈａ等あるいはこれらの混合物とＧｅ源としてのＧｅ
Ｈ，等との混合ガスを原料ガスとして用い、所定の基板
温度下でａ　−３ｉＧｅを基板上に堆積させる。この際
Ｓｌ源とＧｅ源との混合比工を適当ｉこ変化させること
により、形成されるａ　−３ｉＧｅ薄漠の組成比を変化
させることができ、光学的吸収端の異なるａ−３ｉＧｅ
　：　Ｈ膜を得ることができる。

このａ−３ｉＧｅ薄膜におけるＳｉ／Ｇｅの組成比は１
：９〜９：１の範囲内とすることが好ましい。上記方法
により形成されるａ−５ｉＧｅ記録層の厚さは特に制限
はないが、レーザ光感度、分解能の点、即ち記録・再生
感度の点から０．００５〜０．３μｍの範囲とすること
が有利である。

更にａ−３ｉＧｅの堆積時の基板温度を調節することに
より、形成されるａ　−３ｉＧｅ膜中の水素の含有量を
１〜４Ｑａｔｍ％の範囲で変化させることができ、この
結果その光学的吸収端を変化させることができる。

また、ここて用いる光反射層は記録層として用いるａ−
３ｉＧｅｉ膜層の上層として配置しても良いし、また下
層として配置することも可能であるが、記録・再生等の
問題から下層に配置することが好ましい。

このような光反射層は、〜１、Ａｕ、　Ａｇ、　Ｃｒ、
　Ｎｉ、Ｔｉ。

Ｗ、３．ｔｏあるいはＳｉ等の群から選ばれる少なくと
も１種を含む金属薄膜から成ることが好ましいが、従来
光学分野において使用された光反射膜を構成するもので
あれば特に制限はない。

また上記光反射層として用いる金属薄膜は蒸着法、スパ
ッタリング法等を用いて形成することが可能であり、そ
の厚さはその特性を満足するものであれば特に制限はな
い。

また、記録膜層および反射層に対して反射防止膜を構成
する無機あるいは有機の透明膜を記録層と光反射層の間
に、λ／４ｎ（λ；再生用レーザ光の波長、ｎ；透明膜
の屈折率）の厚さで配置させることも通常行なわれ、更
に記録層を光反射層の上層に配置する場合、記録層の上
に透明の保護膜層を設けることも可能であり、これらの
態様も勿論本発明の範囲にはいる。前記透明反射防止膜
としてはエチレン、スチレン、６フツ化プロピレン、ア
クリロニ）　ＩＪル等の各種プラズマ重合膜、５ｉ０２
等の無機酸化物もしくは！４ｇＦ２などの金属フッ化物
の誘電体蒸着膜を使用することができ、また前記保護膜
としては前記透明膜と同様にプラズマ重合膜、５ｉ０２
等の無機酸化物もしくはＭｇＦ２などの金属フッ化物等
の誘電体蒸着膜あるいは高分子塗布膜を使用することが
できる。

不発明の光ディスク素子において使用される基板材料と
してはポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等
の熱可塑性用膜、エポキシ樹脂、架橋ポリメチルメタク
リレートなどの熱硬化性樹脂、ガラスなど従来公知の各
種のものがいずれも使用できる。

また、この基板は勿論案内溝（プレグルーブ）を有して
おり、このプレグルーブは例えばＮｉスタンパを射出成
形機内の金型内に設置して成形する方法、基板とスタン
パとの間にフォトポリマーなどを流しこみ、形状を転写
した後、光を照射して樹脂（フォトポリマー）を硬化す
る方法などにより作製される。

藍 上記のように従来より各種４嗅が記録材料として検討さ
れてきたが、使用可能なレーザに係る実用的な観点かみ
、更には記録性能、再生性能の点で満足しうるＴｅ合金
に集約されてきた。従来の追記型光ディスク素子におい
て問題とされていた点は、記録材料としてのＴｅ合金に
おいてＴｅが有害で、人体に悪影響を及ぼすことに起因
するものであった。

しかしながら、本発明における如く、記録材料としてａ
−３ｉＧｅを使用することにより、Ｔｅ合金のもつ上記
問題が解決できた。また、光反射層を設けることにより
、Ｔｅ合金に匹敵する十分な記録・再生特性を付与する
ことが可能となり、更に製造、使用、廃棄に係る安全性
等の諸問題を解決できた。

ａ−３ｉＧｅ薄膜はそのＳｌとＧｅとの組成比を変化さ
せることにより、第１図に示されるように光学的吸収端
をｌｅＶから約２ｅＶまて任意に変えることができ、実
用的な組成比としては上記範囲とすることが有利である
。更に、所定のＳｉとＧｅとの組成比において、ａ　−
３ｉＧｅ薄膜はその膜中の水素量を変えることにより、
光学的吸収端を約０．４ｅＶ変えることができる。

従って、波長ｆ３２Ｑｎｍかる１２４０ｎｍまでの光の
中のある特定の波長の光に対してＳｉとＧｅの組成比を
適切に選び、かつその膜中の水素量を変えることにより
、光の吸収係数を大巾に変化させることが可能となる。

このような現象を利用して本発明の光ディスク素子の記
録を行なうことが可能であり、また光の吸収係数の変化
を反射率の変化として検出し、読取り、即ち再生するこ
とができる。

即ち、本発明の光ディスク素子においては、ディスク基
板上に形成されたａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ膜上に所定の
波長および出力のレーザ光を照射し、部分的に水素を蒸
発もしくは他の領域に拡散させてプレグルーブに沿った
水素濃度の疎・密部分を形成することにより、記録を行
なう。ここで、水素濃度の低い部分が記録ビットとして
機能する。従って、再生は勿論、ビット形成時のレーザ
光よりも出力の低い（即ち水素の蒸発、拡散を生じない
）レーザ光を記録部分に照射し、吸収係数の変化に基く
反射率の変化を検出することにより行なう。

更に本発明の光ディスク素子は、ディスク基板上にａ　
−３ｉＧｅ層と反射率の高い金属薄膜を含む多、１膜を
有している。この場合、レーザ光をａ　−５ｉＧｅ層側
から照射することにより光はａ　−３ｉＧｅ層を透過し
、その後前記反射層にて反射される。反射された光は再
びａ−３ｉＧｅ層を透過し、検出器にて検出される。即
ち、ａ　−３ｉＧｅ層を通過する光の光路長は実質的に
２倍となり、このことからａ　−３ｉＧｅ層の厚さを従
来の単なる透過光の検出の場合に比較して２とすること
ができる。換言すれば、厚さを変えずに分解能を著しく
高めることができる。

このことは、レーザ光に対する感度、分解能の観点から
有利であり、信頼性の高い光ディスク素子を提供できる
。またａ　−３ｉＧｅ層と光反射層との間に無機または
有機の透明膜をλ／４ｎの厚さにて設けることにより、
記録層からの反射光と反射層からの反射光との間に半波
長倍の光路差をもたせ、干渉効果による反射光同志の打
消し合いを惹起させ完全な反射防止膜を形成することが
できる。

このためビｙ）形成部分とそうでない部分との反射率の
差が大きくなり高いコントラストが得られ、高信頼度の
ａ−３ｉＧｅを記録層として有する光ディスク素子を作
製することができる。

実施例 以下、実施例により本発明の光ディスク素子をより具体
的に説明すると共に得られる素子の効果を明らかにする
。しかし、本発明は以下の具体例により同等制限される
ものではない。

実施例 ピンチ３μｍ１巾１μｍのトラック案内溝を設け、たガ
ラス基板上に、膜厚２０ＯＡのＡ１をスパックリング法
にて形成し、更にその上に膜＝　３００人のａ　−３ｉ
Ｇｅ　：　Ｈ膜を高周波プラズマＣＶＤ法で形成した。

ここで成膜条件は以下の通りてあった。

・原料ガス：ＳｉＨ４：　　１００１００５ＣＣＨａ　
　：　　３０ＳＣＣ！Ｊ ・圧カニ　０．１Ｔｏｒｒ ・高周波電力＝５０Ｗ ・基板温度：１００℃ この時得られるａ　−３＋Ｇｅ　：　Ｈ薄膜の波長７８
０ｎｍの光に対する吸収係数はＩＱ４ｃｍ−１（光学的
バンドギャップエネルギーは約１．５ｅＶ）であった。

このａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ薄膜に基膜と反対側の方向
かみ直径１μｍｉ：集光した波長７３０ｎ＋＋＋、出力
１５ｍ１りのレーデパルス光を、トラック案内溝に沿っ
て照射した。

このレーザ光照射により、ａ　−５ｉＧｅ　：　Ｈ膜が
加熱され、膜中の照射部分の水素量が減少し、波長７８
０ｎｍの光に対する吸収係数がＩＱＳｃｍ−１（光学的
バンドギャップエネルギーは約１．３ｅＶ）と増加した
直径約０．８μｍの微少部分をトラック案内溝に形成す
ることができた。波長７８０ｎｍ、出力１ｍｌ’ｌのレ
ーザ光をトラック案内溝に照射しその水素濃度の疎・密
部分の反射率の差を検出することにより、このａ−３ｉ
Ｇｅ：　Ｈ膜中の水素量即ち吸収係数が異なることを検
知した。

発明の効果 以上詳細に述べたように、本発明によりａ　−３ｉＧｅ
（また；まａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ）　ａ膜を言己録層
として用ｉハだ新規な光ディスク素子が提供できた。

この光ディスク素子において、記５１１のａ　−５ｉＧ
ｅ膜は、従来のＴｅ合金とは異なり無害であり、従って
製造、使用中の作業者、使用者に対する十分な安全性を
確保でき、しかも廃棄においても公害等社会的に問題と
される恐れもない。

更に、光反射層を設け、読みとりを反射方式で行なった
ことにより記録時のレーザ光エネルギー利用率を向上さ
せ、またａ　−３ｉＧｅ膜を更に薄膜化でき、コスト面
において有利であり、かつ信頼性の高い光ディスク素子
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素濃度が１０％である場合のＧｅ／Ｓｉ・Ｇ
ｅに対する光学的バンドギヱップエネルギーの変化を示
す図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）案内溝を設けた基板と、該基板上に設けられた非
   晶質シリコンゲルマニウム薄膜層および光反射層を含む
   多層構造を有することを特徴とする光ディスク素子。
2. （２）前記非晶質シリコンゲルマニウム薄膜のＳｉ対Ｇ
   ｅ組成比を１：９〜９：１の範囲内とすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の光ディスク素子。
3. （３）前記非晶質シリコンゲルマニウム薄膜が１〜４ａ
   ｔｍ％の水素を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜２項のいずれか１項に記載の光ディスク素子。
4. （４）前記多層構造において、光反射層が非晶質シリコ
   ンゲルマニウム層に対してより基板に近い位置にあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１
   項に記載の光ディスク素子。
5. （５）前記多層構造が保護層および／または反射防止層
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のい
   ずれか１項に記載の光ディスク素子。