JPS6356825A - 光デイスク - 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 本発明は光デイスク記録媒体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
ウム薄膜を用い、媒体の相転移を利用して記録を行なう
光デイスク記録媒体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、レーザに関する技
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
囲にわたる研究がなされ、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里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。

光デイスク記録媒体は、光ディスクへの記録方式かろ２
種に大別され、レーデ光の熱エネルギーでメモリ用薄腰
の微小部分を蒸発させ小孔（ピッ）・）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。

従来の記録材料としては、例えば追記型においでは有機
物、色素、金属薄膜等が、書換型においては光磁気材料
、ホトクロミック材料、非晶質材料、サーモプラスチッ
ク材料等が知られているが、いずれの方法においてもＴ
ｅを主成分とする、例えばＴｅ　＝ＣＸＴｅＯｘ　、　
Ｂｉ　−Ｔｅ、　Ｔｅ−３ｅなどの合金が主流となって
きている。

また、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８００ｎ
ｍ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よく吸収し、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。

以上のような実用上の理由から、Ｔｅ合金が光デイスク
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量
の記録媒体の開発が広く行なわれている。

中でも、光ディスクは池のメモリ素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で低い
ことから大型電子計算は等の記Ｉ０媒体として期待され
ている。

しかじながろ、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。

この素子は記録材料として非晶質シリコンゲルマニウム
（以下ａ−３ｉＧｅまたはａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈとい
う）を用いたことを特徴とするものであり、このａ−３
ｉＧｅ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
ーザ光の透過率等の変化を検出することにより読み取り
（再生）するものである。

そこで本発明者等は上記ａ　　５ＩＧｅを記録材料とす
る光デイスク記録素子を更に高信頼度のものとずべく、
その記録媒体への記録方法および再生特性を種々検討し
た。従って、本発明の目的；ま毒性がなく、しかも従来
のＴｅ合金に匹敵する記録性能を有し、更に信頼性の高
い新規記録媒体を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は光デイスク記録媒体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イスク媒体を開発すべく種々検討し
た結果、ａ　−３ｉＧｅを記録材料として用い、該ａ−
３ｉＧｅｌｉを１回転移させ、その光学的特性を部分的
に変化させることにより記録を行なうことが本発明の目
的に対して有利であることを見出し本発明を完成した。

即ち、本発明の光ディスクは、案内溝を設けた基板とそ
の上に設けられた光記録媒体層を具備し、該光記録媒体
層がａ−５ｉＧｅ薄膜層であり、かつ該ａ−５ｉＧｅ薄
膜の一部を語呂化させることにより記録を行なうことを
特徴とするものである。

即ち、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
囲で制御できるとされていることから、記録媒体層とし
てこれを利用することは極めて有利である。それゆえ、
ここで形成されるａ−３ｉＧｅ記録層においては薄膜化
が可能であるが、使用されるレーザ光感度、分解能の点
、即ち記録・再生感度の点から０．００５〜０．３μｍ
の範囲の厚さとすることが好ましい。しかしながらこの
厚さは特に上記範囲に制限されるものではない。

一般に非晶質薄膜は所定の温度に加熱すると結晶化する
が、このような性質を利用して、上記ａ−３ｉＧｅ記録
層に波長８００ｎｍ近傍のレーザ光を集光し照射するこ
とにより加熱し、次いで冷却を行ない結晶性５ｉＧｅを
得る。この際レーザ光の出力を好ましくは５ｍ！ＩＩ〜
１００　＋ｎＷとすることにより、この非晶質−結晶質
相転移は円滑にかつ効率よく行なわれる。

また本発明の記録材料としての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いずれも利用でき
るが、好ましくはＣＶＤ法、とりわけ高周波励起プラズ
マＣＶＤ法が適している。

即ち、Ｓ１源としての５ｉＨｎ　、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉｚ
Ｈｇ等あるいはこれらの混合物とＧｅ源としてのＧｅＨ
４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−５ｉＧｅを基板上に堆積させる。この際、Ｓ
ｉ源とＧｅ源との混合比率を適当に変化させることによ
り、形成されるａ　−３ｉＧｅ薄膜の組成比を変化させ
ることができる。このａ　−３ｉＧｅ薄膜におけるＳｉ
／Ｇｅの組成比はその光学的吸収特性およびその製法に
より１：９〜９：１の範囲内とすることが好ましい。

また、生成膜中の水素濃度は、成膜操作条件、例えば放
電出力の強度および／または基板温度を適当に調節する
ことにより変えることができる。

かくして、目的とする濃度で水素を含有するａ　−３ｉ
Ｇｅ薄膜を自由に作製できる。

更に、本発明の光ディスクは記録媒体上にエチレン、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、８１０２等の無機酸化物、１１
ｇＦ２等の金属フッ化物等の誘電体蒸着膜あるいは高分
子塗布膜のいずれかもしくはこれらの組合せから成る保
護膜を設けてもよい。

また、本発明の光ディスクの他の態様によれば、上記保
護膜の代りに、もしくはこれと組合わせて誘電体層（透
明層）および光反射層を有してもよく、該誘電体層とし
ては、上記保護膜と同様に、プラズマ重合物、８１０２
等の無機酸化物もしくは’、、Ｉｇ　Ｆ　２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、その厚
さは再生時の使用レーザ光の波長の１／４ｎ　（ｎは誘
電体層の屈折率）とすることが好ましく、また光反射膜
としてはＡＩ。

Ａｕ、　ＡｇあるいはＢｉ等の金属の蒸着膜で構成する
ことができる。

本発明の光ディスク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
熱可塑性樹脂、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Ｎｌ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
ンパとの間にホトポリマーなどを流し込み、形状を転写
した後、光を照射して樹脂（ホトポリマー）を硬化する
方法などにより作製される。

作用 上記のように、従来より各種薄膜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
ら、更には記録性能、再生性能の点で満足しろるＴｅ合
金に集約されてきた。従来の光ディスクにおいて問題と
されていた点は、記録材料としてのＴｅ合金においてＴ
ｅが有害であり、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層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、前記ａ　　ＳＩＧｅ薄膜の
一部を結晶化させて記録を行なうことにより、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
になり、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との組成比を変える
ことにより第１図に示されるように更に膜中の水素量を
変化させることにより、光学的吸収端を０．７ｅＶから
２ｅＶまで任意に変えることができ、所定のＳｉ（！：
Ｇｅと水素との組成比においてａ　−５ｉＧｅ薄膜を結
晶質に変化させることにより光学的吸収端を変化させる
ことができる。

従って、波長６２０ｎｍから１７７０ｎｍまでの光の中
のある特定の波長、例えば波長７８０ｎｍの再生光に関
していえば、比Ｓｉ／Ｇｅを８０〜４０／２０〜６０と
し、水素濃度を１０〜４Ｑａｔｍ％とすることにより、
ａ　−３ｉＧｅから結晶質５ｉＧｅに相転移させた際に
光学的吸収端を０．４ｅＶ〜Ｑ、７ｅＶ低下させること
ができる。このような現象を利用して本発明の光ディス
クの記録を行なうことが可能であり、また光の吸収係数
の変化を透過率、反射率の変化等として検出し、再生す
ることができる。即ち、本発明においては、例えばａ−
３ｉＧｅ薄膜に波長７８０ｎｍのレーザ光を集光し、照
射することにより微小部分を瞬間的に加熱することがで
きる。このため、レーザの出力とパルス幅を調節するこ
とにより非晶質膜を所定温度に加熱することができ、結
晶化を行なうことができる。

即ち、本発明の光ディスクにおいてはディスク基板上に
形成されたａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ上に、所定のレーザ
光を照射し、部分的に結晶化させてプレグルーブに沿っ
て結晶質または非晶質部分を形成することにより記録を
行なう。ここでは結晶質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（即ち非晶質−結晶質転移はもちろん、水素
の蒸発・拡散をも生じない）レーザ光を記録部分に照射
し、結晶質部分と非晶質部分の吸収係数の差に基く透過
率または反射率の差を検出することにより行なう。ここ
で記録用レーザ出力はレーザのビーム径、基板材料等に
より変わりうるが好ましくは５ｍＪ’ｌ〜１００　ｍＷ
の範囲で行なうことは、ａ　−５ｉＧｅの結晶化のため
に必要なエネルギーを供給するために必要であり、この
範囲以下の出力で照射を行なっても結晶化は十分行なわ
れず、またこの範囲以上の出力ではａ−５ｉＧｅの溶融
等がおこり、結晶化が効率よく行なわれない。以上のこ
とから、上記範囲の出力で照射を行なうことにより非晶
質−結晶質転移が効率よく行なわれ、信頼性の高い光デ
ィスクを提供することができた。

実施例 以下、実施例により本発明の光ディスクをより具体的に
説明すると共に得られる光ディスク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回答制限され
るものではない。

実施例 ピッチ３μｍ、巾１μｍのトラック案内溝を設けたガラ
ス基板上に、膜厚５００Ａのａ　−５ｉＧｅ　：　Ｈパ
　　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であった。

・原料ガス：　ＳＩ　Ｈ４：　　１００　Ｓ　ＣＣＭ：
ＧｅＨ４：　　３０ＳＣＣＭ ・圧カニ　０．３Ｔｏｒｒ ・高周波型カニ５０Ｗ ・基板温度：１００℃ この時得られたａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ薄膜の波長７８
０ｎｍの光に対する吸収係数は１０’Ｃｍ−’　（光学
的バンドギャップエネルギーは約１．６ｅＶ）であった
。

このａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ薄膜に直径１μｍに集光し
た波長７８０ｎｍ、出力３０ｍＷのレーザパルス光を、
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　：　薄膜が
加熱され、更に冷却された時照射部分は非晶質から結晶
質に変化し、波長７８０ｎｍの光に対する吸収係数が２
　Ｘ　１０’Ｃｍ−’と増加した直径約０．８μｍの微
小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１ｍＷのレーザ光をトラック案内
溝に照射し、そのａ　−３ｉＧｅ部分と結晶質５ｉＧｅ
部分の透過光をそれぞれ検出することにより、この吸収
係数の差を検知し、光ディスクとして使用することがで
きた。

尚、本例で得た光ディスクの記録層における組成比Ｓｉ
／Ｇｅ／Ｈは４８　／３２　／２０であった。

発明の効果 以上詳細に述べたように、本発明によりａ　−３ｉＧｅ
薄膜を記録層として用いた新規な光ディスクが提供でき
た。

この光ディスクにおいて、記録層のａ　−３ｉＧｅ薄膜
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ａ−３ｉＧｅ薄膜を結晶化させることで記録を行な
うことにより信頼性の高い光ディスクを提供することが
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ャップエネルギーの変化を示
す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）案内溝を設けた基板とその上に設けられた光記録
   媒体層を具備し、該光記録媒体層が非晶質シリコンゲル
   マニウム薄膜層であり、かつ該非晶質シリコンゲルマニ
   ウム薄膜を結晶化させることにより記録を行なうことを
   特徴とする光ディスク。
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。
3. （３）前記結晶化を５ｍＷ〜１００ｍＷの範囲の出力を
   有するレーザ光を照射することにより行なうことを特徴
   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。