JPWO2004105008A1 - 光学的情報記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

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本発明は、光学的情報記録媒体において、表面の平坦性に優れ、かつ記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を提供するものである。レーザ光を用いて情報の再生が可能な光学情報記録媒体１０において、基板１の上に、反射層２、記録層５をこの順に有し、反射層２はＡｌとＮｉを含む合金である。

Description

本発明は、レーザ光の照射等により、複数の情報層に光学的に情報を記録、消去、書き換え、再生する多層光学的情報記録媒体に関する。
相変化型の光学的情報記録媒体は、結晶相と非晶質相との間で可逆的に相変態を起こす記録層を利用して、情報の記録、消去および書き換えを行う。記録層に高パワーのレーザ光を照射した後に急冷すると、照射された部分が非晶質相となり、記録層の非晶質部分に低パワーのレーザ光を照射した後に徐冷すると、照射された部分が結晶相となる。したがって、相変化型の光学的情報記録媒体では、高パワーレベルと低パワーレベルとの間でパワーを変調させたレーザ光を記録層に照射することによって、記録層を非晶質相または結晶相に自由に変化させることができる。この光学的情報記録媒体では、非晶質相における反射率と結晶相における反射率との差を利用して情報の再生を行う。
相変化型の光学的情報記録媒体の構成は、例えば図１に示すような多層膜構成のものが代表的である（なお、図１は本発明の一実施形態を表す図であるが、ここでは従来技術の説明に用いる。）。すなわち、光学的情報記録媒体は、ポリカーボネイトやポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の樹脂或いはガラス等で形成される基板１上に反射層２、第２の誘電体層３、第２の界面層４、記録層５、第１の界面層６、第１の誘電体層７を順次スパッタリングや蒸着等の方法で積層する構成からなっている。
第２の誘電体層３と第１の誘電体層７としては、ＺｎＳ−ＳｉＯ２が代表的に用いられている。これらの誘電体層は、光の干渉効果によりディスクの反射率、吸収率などを調整する働きと記録層の蒸発や基板の熱損傷を防ぐ働きを併せ持つ。
第２の界面層４と第１の界面層６とは、記録層５の結晶化を促進して消去特性を向上させ、さらに記録層５と誘電体層３、７との間の原子相互拡散を防いで繰り返し耐久性を向上させるという役割を果たす。
反射層２は熱伝導率の高い合金材料からなり、レーザ光を反射して光の利用効率を高めるだけでなく、記録層５で発生した熱を速やかに放散する熱拡散層の役目も果たしている。反射層２の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ等の熱伝導率の高い単体金属材料、或いはこれらのうちの１つまたは複数の元素を含み、耐湿性の向上あるいは熱伝導率の調整あるいは光反射率・光吸収率・光透過率の調整のために、１つまたは複数の元素を添加した材料が用いられている。具体的には、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉなどの合金材料が用いられている。しかしながら、Ａｇ合金を反射層２として適用した場合、Ａｇと第２の誘電体層３のＺｎＳ−ＳｉＯ２とが接すると、ＡｇとＳが反応することによって腐食が発生する。これを防止するため、第２の誘電体層３と反射層２との間にバリア層を新たに挿入する構成などが考えられている（特開２００２−２３７０９８号公報）。
また、このような光学的情報記録媒体の１枚あたりに蓄積できる情報量を増やすための基本的な手段として、レーザ光の波長を短くしたり、レーザ光を集光する対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることによりレーザ光のスポット径を小さくしたりすることにより、光学的情報記録媒体の記録面密度を向上させるという方法がある。近年では、波長４００ｎｍ近傍の青色レーザが実用化の段階に近づいている。この青色レーザを光学的情報記録媒体の記録再生を行う光学系に適用し、さらに光学系の対物レンズの開口数ＮＡを高く（例えばＤＶＤ−ＲＡＭ等で用いられている０．６０から０．８５程度に）することで、レーザスポット径を小さくして記録面密度を向上させることが提案されている。また、レンズの開口数ＮＡを高くすると、光学的情報記録媒体のチルトに対する許容幅が小さくなるため、レーザ光入射側のカバー層の厚さをＤＶＤ−ＲＡＭ等の０．６ｍｍから０．１ｍｍ程度に薄くすることも併せて提案されている。カバー層を薄膜化した場合にもディスクの厚みをＤＶＤ−ＲＡＭと同じ１．２ｍｍにするためには、１．１ｍｍの基板を用いる必要がある。このような場合には、成膜する際の基板の安定性から、１．１ｍｍの基板上に反射層、誘電体層、記録層、誘電体層の順に成膜していくのが一般的である。
光学的情報記録媒体の価格を考慮すると、構成する層数は１層でも少ないことが望ましい。すなわち、特開２００２−２３７０９８号公報のように第２の誘電体層３と反射層２の間とにバリア層を設けると、光学的情報記録媒体のコスト高を招くことになる。そこで、発明者はＡｌ合金を反射層に適用することを考えた。この場合には、次のような課題が存在する。
（１）Ａｌが柱状構造になりやすい材料であるため、表面が凹凸になりやすい。
（２）熱伝導率がＡｇ合金に比べて小さいため、記録時のマーク間干渉が大きい。
だが、Ａｌ合金は、添加する元素によって結晶の成長性及び熱伝導率が変化する。これらを適切に選択することにより、従来において得られなかったような表面平坦性の高い低ノイズ特性のディスク、及び高熱伝導率の反射層による記録時のマーク間干渉を低減したディスクを得ることができる。
本発明の主たる目的は、上記課題を解決した光学的情報記録媒体を提供することにあり、層数が少なく、ノイズが低く、記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するための光学的情報記録媒体は、レーザ光を用いて情報の再生が可能な光学的情報記録媒体において、基板の上に、少なくとも反射層、記録層をこの順に有し、前記反射層はＡｌとＮｉを含む合金であることを特徴とする。
上記目的を達成するための光学的情報記録媒体の製造法は、基板の上に、少なくとも反射層、記録層をこの順に作製する工程を含む光学的情報記録媒体の製造方法であって、前記反射層を成膜する工程が、ＡｌとＮｉを含む合金からなるスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする。
Ａｌ合金を反射層として適用した場合、Ａｌが柱状構造になりやすいために凹凸が生じやすい。よって、ノイズ特性に影響を与える表面凹凸を減少させるため、Ａｌ合金に第２成分を入れる必要があった。しかし、多くの元素では、Ａｌ合金に第２成分として添加されることにより、大幅にＡｌ合金の熱伝導率の低下を起こしていた。このため、記録時のマーク間干渉の問題を引き起こしていた。しかし、ＡｌとＮｉを含むＡｌ合金を反射層として適用すると、反射層の表面の平坦性に優れ、かつ記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を実現することができる。
反射層は１原子％以上１０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることが好ましい。この場合は、反射層の表面の平坦性が向上するとともに、記録時のマーク間干渉が小さくなる。
反射層は１原子％以上５原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることがさらに好ましい。この場合は、記録時のマーク間干渉がさらに小さくなる。
カバー層が極端に薄い光学的情報記録媒体を製造するため、基盤上には反射層から成膜されていることが好ましい。一般的に、反射層に用いられるＡｌ合金は柱状構造になりやすいため表面の平坦性が悪い。その結果、反射層の上に成膜される記録層も平坦性が損なわれ、記録再生時のノイズが大きくなる。これを防ぐため、本発明ではＡｌにＮｉを添加して反射層を平坦化することにより、ノイズを小さくすることができる。
反射層の膜厚は、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合は、材料のコストを挙げることなく、十分なコントラストが得られる上に、ができる。
光学的情報記録媒体は、カバー層と、反射層と記録層との間に配置された反射層側誘電体層と、記録層とカバー層との間に配置された光入射側誘電体層とをさらに有していることが好ましい。これらの誘電体層は、光の干渉効果によりディスクの反射率、吸収率などを調整する働きと、記録層の蒸発や基板の熱損傷を防ぐ働きとを有する。
反射側誘電体層はＳを含有していることが好ましい。一般的に、反射層にＡｇを用いている場合は、Ｓを含む優れた材料であるＺｎＳ−ＳｉＯ２とＡｇ合金を接触させると腐食が生じるので、腐食を抑制するためにバリア層が必要である。本発明では反射層にＡｌ合金を用いており腐食が生じないため、バリア層を設ける必要がない。
反射層側誘電体層の主成分がＺｎＳまたは酸化物、記録層の主成分がＧｅとＳｂとＴｅもしくはＧｅとＢｉとＴｅ、光入射側誘電体層の主成分がＺｎＳまたは酸化物であることが好ましい。例えば、ＺｎＳとＳｉＯ２との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ２は、誘電体層７の材料として特に優れている。また、記録層の主成分がＧｅとＳｂとＴｅからなる場合は記録消去の繰り返し特性が良く、ＧｅとＢｉとＴｅからなる場合は特に高速記録消去の繰り返し特性が良い。
反射層側誘電体層の膜厚が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、記録層の膜厚が５ｎｍ以上１５ｎｍ以下、光入射側誘電体層の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。反射側誘電体層では、記録消去の繰り返し特性が低くならず、しかも反射率不足も生じにくい。光入射側誘電体層では、記録層の光吸収率が十分に高くなり、さらに光反射率も高くなる。記録層では、十分な振幅対雑音比を得ることができる。
反射側誘電体層は反射層に接していることが好ましい。この場合は、反射側誘電体層と反射層との間にバリア層が不要であり、光学的情報記録媒体の層数を減らすことができる。
第１図は、本発明の光学的情報記録媒体の一構成例の断面図である。
第２図は、本発明の光学的情報記録媒体の一構成例の断面図である。
第３図は、本発明の光学的情報記録媒体の記録再生に用いられる記録再生装置について構成の一部を模式的に示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施の形態は一例であり、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下の実施形態では、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明の光学的情報記録媒体の一例を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る光学的情報記録媒体１０（光ディスク）の積層構成の概略を示す半径方向の断面図である。この光学的情報記録媒体１０には、複数の情報層が備えられる。図１に示すように、光学的情報記録媒体１０において、基板１、反射層２、第２の誘電体層３、第２の界面層４、記録層５、第１の界面層６、第１の誘電体層７、およびカバー層８が順次積層される。反射層２、第２の誘電体層３、第２の界面層４、記録層５、第１の界面層６、第１の誘電体層７などの各層の形成方法としては、通常、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、レーザスパッタリング法などが適用される。以上に述べた構造では、第２の誘電体層３は反射層２に接しており、両者の間には他の層（例えばバリア層）は形成されていない。
また、図２に示すように、本発明の光学的情報記録媒体１４は、基板上に第２の情報層１１、分離層１２、第１の情報層１３、カバー層８がこの順に設けられて構成されていてもよい。図２は情報層が２つの場合であるが、さらに追加の情報層を、分離層を介して設けてもよい。ここで、少なくとも基板から最も近い情報層（例えば、第２の情報層１１）は、図１に示した層構成と同じように、基板に近い側から、少なくとも反射層、第２の誘電体層、第２の界面層、記録層、第１の界面層、第１の誘電体層がこの順に設けられて構成されている。また、基板から最も近い情報層以外の情報層（例えば、第１の情報層１３）についても、図１に示した層構成と同じように、基板に近い側から、少なくとも反射層、第２の誘電体層、第２の界面層、記録層、第１の界面層、第１の誘電体層がこの順に設けられて構成されてもよい。ただし、その際には、十分な透過率が得られるように第１の情報層の反射層を例えば膜厚を２０ｎｍ以下のように薄くするか、第１の情報層の反射層を省略するか、あるいは透過率を向上させるために屈折率が２．２以上のように高い光学干渉層を反射層の基板側に設ける等の変更を行う必要がある。これら光学的情報記録媒体１４の各情報層１１、１３に対し、カバー層８の側からレーザ光９を照射して記録再生を行う。第２の情報層１１の記録再生は、第１の情報層１３を透過したレーザ光９によって行う。
なお、第１の情報層１３か第２の情報層１１のいずれかを、再生専用タイプの情報層（ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））、あるいは１回のみ書き込み可能な追記型の情報層（ＷＯ（Ｗｒｉｔｅ Ｏｎｃｅ））としてもよい。
レーザ光９の波長λは、レーザ光９を集光した際のスポット径が波長λによって決まってしまう（波長λが短いほど、より小さなスポット径に集光可能）ため、高密度記録を行う光学的記録媒体を用いる場合、特に４５０ｎｍ以下であることが好ましく、また、３５０ｎｍ未満では分離層１２に用いる樹脂や第１の基板１などによる光吸収が大きくなってしまうため、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
以下に、光学的情報記録媒体の各構成部分について説明する。
基板１の材料としては、透明な円盤状のポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガラス、あるいはこれらを適宜組み合わせたもの等を用いることができる。また、基板１は、必要に応じてレーザ光を導くための案内溝が形成されていてもよい。基板１の表面のうち、反射層２側と反対側の表面は、平滑であることが好ましい。なお、基板１の厚さは、十分な強度があり、且つ光学的情報記録媒体１０、１４の厚さが１２００μｍ程度となるよう、４００μｍ〜１３００μｍの範囲内であることが好ましい。カバー層８の厚さが６００μｍ程度（実施の形態３で記録再生の際に用いられる対物レンズ１５のＮＡが０．６の場合に良好な記録再生が可能）の場合、５５０μｍ〜６５０μｍの範囲内であることが好ましい。また、カバー層の厚さが１００μｍ程度（ＮＡ＝０．８５で良好な記録再生が可能）の場合、１０５０μｍ〜１１５０μｍの範囲内であることが好ましい。
カバー層８の材料としては、使用するレーザ光９の波長に対して光吸収が小さく、短波長域において光学的に複屈折率が小さいことが好ましく、これらの条件を満たす透明な円盤状のポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガラス、あるいはこれらを適宜組み合わせたもの等を用いることができる。また、カバー層８の厚さは特に限定されないが、０．０１〜１．５ｍｍ程度のものが好ましく、ＮＡ＝０．８５の場合、チルトに対する許容幅を小さくするため、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
分離層１２の材料としては、カバー層８と同様に、透明な円盤状のポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガラス、あるいはこれらを適宜組み合わせたもの等を用いることができる。
分離層１２の厚さは、第１の情報層１３及び第２の情報層１１のいずれか一方を再生する際に他方からクロストークが小さくなるように、少なくとも対物レンズ１５の開口数ＮＡとレーザ光９の波長λにより決定される焦点深度以上の厚さであることが必要であり、また、全ての情報層が集光可能な範囲に収まる厚さであることも必要である。例えば、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５の場合は、分離層１２の厚さは少なくとも５μｍ以上５０μｍ以下であることが必要である。
分離層１２において、レーザ光９入射側の表面には、必要に応じてレーザ光９を導くための案内溝が形成されていてもよい。
第１の誘電体層７は、記録層５の酸化、腐食、変形を防止する働きと、光学距離を調整して記録層５の光吸収効率を高める働き、および記録前後の反射光量の変化を大きくして信号振幅を大きくする働きとを有する。第１の誘電体層７には、例えばＳｉＯｘ（ｘは、０．５〜２．５）、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｔｅ−Ｏなどの酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎなどの窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳなどの硫化物やＳｉＣなどの炭化物を用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。例えば、ＺｎＳとＳｉＯ２との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ２は、第１の誘電体層７の材料として特に優れている。ＺｎＳ−ＳｉＯ２は、非晶質材料で、屈折率が高く、成膜速度が速く、機械特性および耐湿性が良好である。
第１の誘電体層７の膜厚は、マトリクス法（例えば久保田広著「波動光学」岩波書店、１９７１年、第３章を参照）に基づく計算により、記録層５の結晶相である場合とそれが非晶質相である場合の反射光量の変化が大きい条件を満足するように厳密に決定することができる。
なお、第１の誘電体層７の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。第１の誘電体層７の膜厚が薄くなると記録層５における光吸収率が低下する。このため、第１の誘電体層７の膜厚が１０ｎｍよりも薄いと記録感度の悪化が顕著となる。一方、第１の誘電体層７の膜厚が厚くなると、記録層５が結晶状態である場合の光学的情報記録媒体１０の光反射率が低下する。このため、第１の誘電体層７の膜厚が１００ｎｍよりも厚くなると反射率不足が顕著となる。
第２の誘電体層３は、光学距離を調整して記録層５の光吸収率を高める働き、および記録前後の反射光量の変化を大きくして信号振幅を大きくする働きとを有する。第２の誘電体層３には、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＺｎＯなどの酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎなどの窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳなどの硫化物やＳｉＣなどの炭化物、およびＣを用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。第２の誘電体層３に窒化物を用いる場合には、記録層５の結晶化を促進する働きがある。この場合、Ｇｅ−Ｎを含む材料は反応性スパッタリングで形成しやすく、機械特性・耐湿性に優れている。この中でも、特にＧｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎといった複合窒化物が好ましい。また、ＺｎＳとＳｉＯ２との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ２は、非晶質材料で、屈折率が高く、成膜速度が速く、機械特性および耐湿性が良好であるため、第２の誘電体層３としても優れた材料である。
第２の誘電体層３の膜厚は、第１の誘電体層７と同様に、マトリクス法に基づく計算により、記録層５の結晶相である場合とそれが非晶質相である場合の反射光量の変化が大きい条件を満足するように厳密に決定することができる。
なお、第２の誘電体層３の膜厚は、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。第２の誘電体層３の膜厚が１５ｎｍよりも薄くなると、記録層５と基板１との間隔が狭くなる。このため、基板１が記録層５の温度上昇の影響を受けやすくなる。すなわち、記録層５に情報記録するためにレーザが照射された際に生じる温度変化により、基板１の案内溝の変形を引き起こす。このため、第２の誘電体層３の膜厚が１５ｎｍ未満になると、記録消去の繰り返し特性の悪化が顕著となる。一方、第２の誘電体層３の膜厚が厚くなると、記録層５が結晶状態である場合の光学的情報記録媒体１０の光反射率が低下する。このため、第２の誘電体層３の膜厚が５０ｎｍよりも厚くなると反射率不足が顕著となる。
第１の界面層６は、繰り返し記録を行うことにより第１の誘電体層７と記録層５との間で生じる物質移動を防止する働きがある。この場合、第１の界面層６には、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＳｉ等の酸化物またはこれらの複合酸化物、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎなどの窒化物、もしくはこれらの系を含む窒化酸化物、炭素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＳｉ等の炭化物を用いることができる。第１の界面層６が厚いと、反射率や吸収率が大きく変化して記録・消去性能に影響を与える。従って、第１の界面層６の膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内であることが望ましく、２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。
記録層５と第２の誘電体層３との間に第２の界面層４を配置する場合、第２の界面層４には、第１の界面層６について説明した材料を用いることができる。第２の界面層４の膜厚は、高い再生光耐久性及び大きな反射率変化による良好な信号品質を得るために、０．３ｎｍ以上５ｎｍ未満であることが好ましい。
記録層５は結晶状態と非晶質状態との間で構造変化をおこす物質であればよく、例えばＴｅ、ＩｎまたはＳｅなどを主成分とする相変化材料である。よく知られた相変化材料の主成分としては、Ｔｅ−Ｓｂ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｂ−Ｓｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｌ、Ｉｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｔｅ−ＴｅＯ２、Ｔｅ−ＴｅＯ２−Ａｕ、Ｔｅ−ＴｅＯ２−Ｐｄなどがあげられる。これらの材料のなかでも記録消去の繰り返し特性が良好な材料及びその材料組成を実験によって調べたところ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの３元素系を主成分とした構成が好ましいことがわかった。それぞれの元素の原子量比をＧｅｘＳｂｙＴｅｚと表すと、０．１≦ｘ≦０．６、ｙ≦０．５、０．４≦ｚ≦０．６５（ここにｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される組成が特に優れている。また、記録層５の主成分がＧｅとＢｉとＴｅからなる場合は特に高速記録消去の繰り返し特性が良いことがわかった。
記録層５の膜厚は、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすれば、十分な振幅対雑音比（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＣＮＲ）を得ることができる。記録層５が５ｎｍ未満の膜厚では十分な反射率及び反射率変化が得られないためＣＮＲが低く、また、１５ｎｍを超える膜厚では記録層５の薄膜面内の熱拡散が大きいため高密度記録においてＣＮＲが低くなってしまう。
また、記録層５には、熱伝導率・光学定数等の調整、あるいは耐熱性・環境信頼性の向上等の目的でＯ、Ｎ、Ｆ、Ｃ、Ｓ、Ｂから選ばれる１つまたは複数の元素を必要に応じて記録層５全体の１０原子％以内の組成割合の範囲で適宜添加してもよい。
反射層２は、記録層５に吸収される光量を増大させるという光学的な機能を有する。また、反射層２は、記録層５で生じた熱を速やかに拡散させ、記録層５を非晶質化しやすくするという熱的な機能も有する。さらに、反射層２は、使用する環境から多層膜を保護するという機能も有する。この反射層２には、Ａｌ合金が用いられている。Ａｌ合金の利点としては、第２の誘電体層３にＺｎＳまたはＺｎＳ−ＳｉＯ２を用いた場合でも、Ａｇとは異なり、腐食が生じにくい。その結果、バリア層を設ける必要がなく、コストを低く抑えることができる。
さらに、前述したように、Ａｌ合金を反射層として用いる場合には、以下の２つの問題が生じる。
（１）Ａｌが柱状構造になりやすい材料であるため、表面が凹凸になりやすい。
（２）熱伝導率がＡｇ合金に比べて小さいため、記録時のマーク間干渉が大きい。
これを解決するために、Ａｌに添加元素を加えていくと、柱状構造を抑制でき、表面凹凸を減少させることができる。しかし、従来Ａｌ合金に第２成分を加えた場合、熱伝導率が低下する場合があり、そのような場合には記録時のマーク間干渉が大きくなるという課題が生じていた。そこで、Ａｌ合金に添加しても熱伝導率が低下しない第２成分を検討した。第２成分としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｎｉを検討した。その中でも、本発明において、主成分をＡｌとし第２の成分としてＮｉを含む合金では、Ｎｉを添加することにより表面凹凸を減少させることができ、さらに高熱伝導率を維持できることから、上記２つの課題を両立させることができた。
反射層２の膜厚は、後述するように２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。反射層２の膜厚が２０ｎｍより薄い場合には結晶部の反射率が２〜３％低下し、好ましくない。また、反射層２が３００ｎｍより厚い場合には結晶部の反射率が飽和するため、反射層２の膜厚がこれ以上厚くなっても反射率が向上しない。このため、反射層２を３００ｎｍ以上積層することは、生産性の観点から材料のコストを考えると好ましくない。
なお、上記のような多層薄膜は、オージェ電子分光法、Ｘ線光電子分光法及び２次イオン質量分析法等の方法（例えば応用物理学会／薄膜・表面物理分科学会編「薄膜作成ハンドブック」共立出版株式会社、１９９１年等）により各層の材料及び組成を調べることが可能である。
実施の形態１の光学的情報記録媒体１０は、以下の実施の形態２で説明する方法によって製造できる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、本発明の光学的情報記録媒体１０の製造方法について説明する。予めレーザ光９を導くための案内溝が形成された基板１（例えば、厚さ１．１ｍｍ）を成膜装置に配置する。成膜装置には、本発明の反射層２を成膜する工程（工程１）、第２の誘電体層３を成膜する工程（工程２）、第２の界面層４を成膜する工程（工程３）、記録層５を成膜する工程（工程４）、第１の界面層６を成膜する工程（工程５）、第１の誘電体層７を成膜する工程（工程６）が備えられており、この順に各層を形成する。
最初に、本発明の工程１にて基板１上（案内溝が形成された側）に反射層２を成膜する。工程１では、直流電源または高周波電源を用いて、Ａｌ−Ｎｉ合金材料よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガスを導入してスパッタリングする。スパッタリングターゲットは、１．０原子％以上１０．０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であり、好ましくは１．０原子％以上５．０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金である。
次に、工程２において反射層２上に第２の誘電体層３を成膜する。工程２では、高周波電源を用いて、ＺｎＳ−ＳｉＯ２よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガス、ＡｒガスとＮ２ガスの混合ガス、もしくはＡｒガスとＯ２ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。
次に、工程３において第２の誘電体層３上に第２の界面層４を成膜する。工程３では、高周波電源を用いて、例えばＣなどのスパッタリングターゲットをＡｒガスもしくはＡｒガスとＮ２ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。
次に、工程４において第２の界面層４上に記録層５を成膜する。工程４では、直流電源を用いて、Ｇｅ−Ｓｂ−ＴｅまたはＧｅ−Ｓｎ−Ｓｂ−ＴｅまたはＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−ＴｅまたはＳｂ−Ｔｅのうち、何れか一つを含むスパッタリングターゲットを、ＡｒガスもしくはＡｒガスとＮ２ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。成膜後の記録層５は非晶質状態である。
次に、工程５において記録層５上に第１の界面層６を成膜する。工程５では、高周波電源を用いて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒおよびＳｉより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を含む材料よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガスを導入することによりスパッタリングする。また、さらにＳｉの酸化物を含む材料よりなるスパッタリングターゲットを用いることもできる。また、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３を主成分とする材料よりなるスパッタリングターゲットを用いることもできる。
最後に、工程６において第１の界面層６上に第１の誘電体層７を成膜する。工程６では、高周波電源を用いて、ＺｎＳ−ＳｉＯ２よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガス、ＡｒガスとＮ２ガスの混合ガス、もしくはＡｒガスとＯ２ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。
第１の誘電体層７成膜後は、第１の誘電体層７まで成膜された基板１を成膜装置から取り出して、カバー層８の貼り合わせを行う。貼り合わせ工程では、第１の誘電体層７まで成膜された基板１を配置し、第１の誘電体層７上に紫外線硬化性樹脂を例えばスピンコート法にて塗布する。そして紫外線硬化性樹脂の塗布面に、例えばポリカーボネイトシートのカバー層８を密着させる。最後に、紫外線をポリカーボネイトシート側から照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させることによりカバー層８の貼り合わせを終了する。
貼り合わせ工程終了後は、必要に応じて初期化工程を実施する。初期化工程は、例えばレーザ光を光学的情報記録媒体１０に照射することにより、非晶質状態である記録層５を結晶化温度以上に昇温して結晶化させる工程である。この初期化工程は、貼り合わせ工程の事前に実施してもよい。
以上のようにして、光学的情報記録媒体１０を製造することができる。また、同様の製造方法により、光学的情報記録媒体１４を製造することができる。
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１で説明した本発明の光学的情報記録媒体１９（１０または１４）の記録再生方法について説明する。本発明の記録再生方法に用いられる記録再生装置について説明する。本発明の記録再生方法に用いられる記録再生装置２０の一部の構成を図３に模式的に示す。図３を参照して、記録再生装置２０は、光学的情報記録媒体１９を回転させるためのスピンドルモータ１８と、半導体レーザ１６を備える光学ヘッド１７と、半導体レーザ１６から出射されるレーザ光９を集光する対物レンズ１５とを備える。
光学的情報記録媒体１９への情報の記録、消去、および上書き記録は、レーザ光９のパワーを、高パワーのピークパワー（Ｐｐ（ｍＷ））と低パワーのバイアスパワー（Ｐｂ（ｍＷ））とに変調させることによって行う。ピークパワーのレーザ光９を光学的情報記録媒体１９に照射することによって、記録層５の局所的な一部分に非晶質相が形成され、その非晶質相部分が記録マークとなる。記録マーク間では、バイアスパワーのパワーのレーザ光９が照射され、結晶相（消去部分）が形成される。なお、ピークパワーのレーザ光９を照射する場合には、パルスの列で形成する、いわゆるマルチパルスとするのが一般的である。なお、マルチパルスはピークパワーとバイアスパワーとのパワーレベルだけで変調されてもよいし、０ｍＷ〜ピークパワーの範囲の任意のパワーレベルによって変調されてもよい。
また、ピークパワー、バイアスパワーのいずれのパワーレベルよりも低い再生パワー（Ｐｒ（ｍＷ））のレーザ光９を光学的情報記録媒体１９に照射することによって得られる信号を検出器で読み取ることにより、光学的情報記録媒体１９に記録された情報信号の再生が行われる。ここで、再生パワーのパワーレベルは、レーザ光９を光学的情報記録媒体１９に照射した場合に記録層５の記録マークの光学的な状態が影響を受けず、且つ光学的情報記録媒体１９から得られる信号となる反射光を検出器で読み取るのに十分となる光量である。
対物レンズ１５の開口数ＮＡは、レーザ光のスポット径を０．４μｍ〜０．７μｍの範囲内に調整するため、０．５〜１．１の範囲内（より好ましくは、０．６〜１．０の範囲内）であることが好ましい。レーザ光９の波長は、４５０ｎｍ以下（より好ましくは、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内）であることが好ましい。情報を記録する際の光学的情報記録媒体１９の線速度は、再生光による結晶化が起こりにくく、且つ十分な消去率が得られる３ｍ／秒〜２０ｍ／秒の範囲内（より好ましくは、４ｍ／秒〜１５ｍ／秒の範囲内）であることが好ましい。
光学的情報記録媒体１４の場合、第１の情報層１３に対して記録を行う際には、レーザ光９の焦点を第１の情報層の記録層に合わせ、カバー層８を透過したレーザ光９によって情報を記録する。再生は、第１の情報層の記録層によって反射され、カバー層８を透過してきたレーザ光９を用いて行う。第２の情報層１１に対して記録を行う際には、レーザ光９の焦点を第２の情報層の記録層に合わせ、カバー層８、第１の情報層１３、および分離層１２を透過したレーザ光９によって情報を記録する。再生は、第２の情報層の記録層によって反射され、分離層１２、第１の情報層１３、およびカバー層８を透過してきたレーザ光９を用いて行う。
なお、基板１、分離層１２にレーザ光９を導くための案内溝が形成されている場合、情報はレーザ光９の入射側から近い方の溝面（グルーブ）に行われてもよいし、遠い方の溝面（ランド）に行われてもよい。さらには、グルーブとランドの両方に情報を記録してもよい。
記録性能は、（８−１５）変調方式で２Ｔ長さのマークを記録し、このＣＮＲをスペクトラムアナライザーで測定した。消去性能は、（８−１５）変調方式で２Ｔ長さのマークを記録して振幅をスペクトラムアナライザーで測定し、その上から９Ｔ長さのマークをオーバーライトして再度２Ｔ信号の振幅を測定し、２Ｔ信号の減衰率を計算することによって評価した。以下、この２Ｔ信号の減衰率を消去率という。
以下に、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
本実施例は、本発明の光学的情報記録媒体１０の記録再生特性、特に９Ｔ信号のノイズと振幅の反射層材料に対する依存性を示すものである。具体的には、反射層２の材料が異なる光学的情報記録媒体１０を作製し、カバー層８を形成したサンプルを作製し、形成したサンプルについて９Ｔ信号のノイズとＡｍｐを測定した。これらの信号測定を行ったのは、反射層２の表面凹凸に起因するノイズが９Ｔ信号域に現れるためである。
サンプルは以下のようにして製造した。まず、基板１としてポリカーボネイト基板（直径１２０ｍｍ、厚さ１１００μｍ、屈折率１．６２）を用意した。そして、そのポリカーボネイト基板１上に反射層２（厚さ：８０ｎｍ）、第２の誘電体層３としてＺｎＳ−ＳｉＯ２層（厚さ：３０ｎｍ）、第２の界面層４としてＣ層（厚さ：２ｎｍ）、記録層５としてＧｅＳｂＴｅ層（厚さ：９ｎｍ）、第１の界面層６としてＺｒ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｏ層（厚さ：５ｎｍ）、第１の誘電体層７としてＺｎＳ−ＳｉＯ２層（厚さ：６０ｎｍ）を順次スパッタリング法によって積層した。反射層２としては、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｎｉを用いた。最後に、紫外線硬化樹脂を第１の誘電体層７上に塗布し、ポリカーボネイト基板（直径１２０ｍｍ、厚さ９０μｍ）を第１の誘電体層７に密着させてスピンコートした後、紫外線を照射して樹脂を硬化させることによって、光学的情報記録媒体１０を形成した。以上のようにして、反射層２の材料が異なる複数のサンプルを製造した。
このようにして得られたサンプルについて、最初に記録層５を結晶化させる初期化工程を行った。次に、９Ｔ信号のノイズと振幅を測定した。
信号の測定には、図３の記録再生装置２０を用いた。具体的には、スピンドルモータ１８でサンプルを回転させ、波長４０５ｎｍのレーザ光９を光学的情報記録媒体１０の記録層５に集光して照射し、９Ｔ−２Ｔ信号を記録・再生することにより信号測定を行った。９Ｔ信号のノイズ値は反射層の表面の平坦性に関係しており、値が小さい方が平坦性に優れていることを表す。また、９Ｔ信号の振幅は反射層の熱伝導性に関係しており、値が大きい方が熱伝導性に優れていることを表す。
９Ｔ信号のノイズと振幅の測定結果を（表１）に示す。なお、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．２ｄＢｍ以上であれば◎、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以上であれば○、いずれか一方が範囲外であれば×と判定した。
Figure 2004105008
この結果、反射層２の材料がＡｌ−Ｎｉである場合に、Ｎｉ量が１．０〜５．０原子％のサンプル１−ｎ、１−ｏ、１−ｐにおいて９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．２ｄＢｍ以上を満たし、このことからＮｉ量が１．０〜５．０原子％の組成がより好ましいことが分かった。また、Ｎｉ量が７．５〜１０．０原子％のサンプル１−ｑ、１−ｒにおいて９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以上を満たすことがわかった。しかし、Ｎｉ量が０．３原子％のサンプル１−ｍでは９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以上であり、またＮｉ量が２０原子％のサンプル１−ｒでは９Ｔ信号のＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以下であることから、不十分であることがわかった。
また、反射層２の材料がＡｌ−Ｃｒである場合に、Ｃｒ量が０．３〜１．０原子％のサンプル１−ａ、１−ｂでは９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以上であり、Ｃｒ量が２．５〜２０．０原子％のサンプル１−ｃ、１−ｄ、１−ｅ、１−ｆでは９Ｔ信号のＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以下であることから、不十分であることがわかった。
さらに、反射層２の材料がＡｌ−Ｔｉである場合に、Ｔｉ量が０．３〜１．０原子％のサンプル１−ａ、１−ｂでは９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以上であり、Ｔｉ量が２．５〜２０．０原子％のサンプル１−ｃ、１−ｄ、１−ｅ、１−ｆでは９Ｔ信号のＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以下であることから、不十分であることがわかった。
以上の結果から、良好な記録特性を得るためには、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり、Ａｍｐが−７．５ｄＢｍ以上であるためには、反射層２としてＡｌ−Ｎｉ（Ｎｉ量：１．０〜１０．０原子％）を適用することが好ましいことが明らかとなった。
さらに、より良好な記録特性を得るためには、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり、Ａｍｐが−７．２ｄＢｍ以上であるためには、反射層２としてＡｌ−Ｎｉ（Ｎｉ量：１．０〜５．０原子％）を適用することが好ましいことが明らかとなった。
実施例２は、光学的情報記録媒体１０の反射層膜厚に対する（記録層５の）結晶部の反射率の依存性を示すものである。具体的には、反射層２の材料がＡｌ−Ｎｉであり膜厚が異なる光学的情報記録媒体１０からなるサンプルを実施例１と同様の方法で作製した。そして、このようにして得られたサンプルについて、記録層５を結晶化させる初期化工程を行い、結晶部と非晶質部の反射率を測定した。反射率の測定には、図３の記録再生装置２０を用いた。具体的には、スピンドルモータ１８でサンプルを回転させ、波長４０５ｎｍのレーザ光９をサンプルに集光して照射し、反射率を測定した。
測定結果を（表２）に示す。なお、結晶部と非晶質部の反射率差が１６％以上であれば○と、１６％以下であれば×と判定した。
Figure 2004105008
Figure 2004105008
この結果、反射層の膜厚が２０〜４００ｎｍであるサンプル２−ｂ、２−ｃ、２−ｄ、２−ｅ、２−ｆ、２−ｇにおいて反射率差が１６％以上であるため、十分なコントラストが得られることがわかった。また、膜厚が１０ｎｍのサンプル２−ａでは、反射率差が１６％以下であるため、コントラストが不十分であることがわかった。さらに、膜厚が４００ｎｍのサンプル２−ｇでは、結晶部の反射率は飽和していることが分かった。このため、サンプル２−ｇは、十分なコントラストを得られるものの、生産性の観点から材料のコストを考えると好ましくない。
以上の結果から、結晶部と非晶質部の反射率差が１６％以上であるためには、反射層の膜厚としては２０ｎｍ〜３００ｎｍを適用することが好ましい。
本発明に係る光学的情報記録媒体及びその製造方法は、反射層の表面の平坦性に優れ、かつ記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を実現することができ、レーザ光の照射等により、複数の情報層に光学的に情報を記録、消去、書き換え、再生する多層光学的情報記録媒体等として有用である。
本発明は、レーザ光の照射等により、複数の情報層に光学的に情報を記録、消去、書き換え、再生する多層光学的情報記録媒体に関する。
相変化型の光学的情報記録媒体は、結晶相と非晶質相との間で可逆的に相変態を起こす記録層を利用して、情報の記録、消去および書き換えを行う。記録層に高パワーのレーザ光を照射した後に急冷すると、照射された部分が非晶質相となり、記録層の非晶質部分に低パワーのレーザ光を照射した後に徐冷すると、照射された部分が結晶相となる。したがって、相変化型の光学的情報記録媒体では、高パワーレベルと低パワーレベルとの間でパワーを変調させたレーザ光を記録層に照射することによって、記録層を非晶質相または結晶相に自由に変化させることができる。この光学的情報記録媒体では、非晶質相における反射率と結晶相における反射率との差を利用して情報の再生を行う。
相変化型の光学的情報記録媒体の構成は、例えば図１に示すような多層膜構成のものが代表的である（なお、図１は本発明の一実施形態を表す図であるが、ここでは従来技術の説明に用いる。）。すなわち、光学的情報記録媒体は、ポリカーボネイトやポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の樹脂或いはガラス等で形成される基板１上に反射層２、第２の誘電体層３、第２の界面層４、記録層５、第１の界面層６、第１の誘電体層７を順次スパッタリングや蒸着等の方法で積層する構成からなっている。
第２の誘電体層３と第１の誘電体層７としては、ＺｎＳ−ＳｉＯ2が代表的に用いられている。これらの誘電体層は、光の干渉効果によりディスクの反射率、吸収率などを調整する働きと記録層の蒸発や基板の熱損傷を防ぐ働きを併せ持つ。
第２の界面層４と第１の界面層６とは、記録層５の結晶化を促進して消去特性を向上させ、さらに記録層５と誘電体層３、７との間の原子相互拡散を防いで繰り返し耐久性を向上させるという役割を果たす。
反射層２は熱伝導率の高い合金材料からなり、レーザ光を反射して光の利用効率を高めるだけでなく、記録層５で発生した熱を速やかに放散する熱拡散層の役目も果たしている。反射層２の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ等の熱伝導率の高い単体金属材料、或いはこれらのうちの１つまたは複数の元素を含み、耐湿性の向上あるいは熱伝導率の調整あるいは光反射率・光吸収率・光透過率の調整のために、１つまたは複数の元素を添加した材料が用いられている。具体的には、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉなどの合金材料が用いられている。しかしながら、Ａｇ合金を反射層２として適用した場合、Ａｇと第２の誘電体層３のＺｎＳ−ＳｉＯ2とが接すると、ＡｇとＳが反応することによって腐食が発生する。これを防止するため、第２の誘電体層３と反射層２との間にバリア層を新たに挿入する構成などが考えられている（特開2002-237098号公報）。
また、このような光学的情報記録媒体の１枚あたりに蓄積できる情報量を増やすための基本的な手段として、レーザ光の波長を短くしたり、レーザ光を集光する対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることによりレーザ光のスポット径を小さくしたりすることにより、光学的情報記録媒体の記録面密度を向上させるという方法がある。近年では、波長４００ｎｍ近傍の青色レーザが実用化の段階に近づいている。この青色レーザを光学的情報記録媒体の記録再生を行う光学系に適用し、さらに光学系の対物レンズの開口数ＮＡを高く（例えばＤＶＤ−ＲＡＭ等で用いられている０．６０から０．８５程度に）することで、レーザスポット径を小さくして記録面密度を向上させることが提案されている。また、レンズの開口数ＮＡを高くすると、光学的情報記録媒体のチルトに対する許容幅が小さくなるため、レーザ光入射側のカバー層の厚さをＤＶＤ−ＲＡＭ等の０．６ｍｍから０．１ｍｍ程度に薄くすることも併せて提案されている。カバー層を薄膜化した場合にもディスクの厚みをＤＶＤ−ＲＡＭと同じ１．２ｍｍにするためには、１．１ｍｍの基板を用いる必要がある。このような場合には、成膜する際の基板の安定性から、１．１ｍｍの基板上に反射層、誘電体層、記録層、誘電体層の順に成膜していくのが一般的である。
光学的情報記録媒体の価格を考慮すると、構成する層数は１層でも少ないことが望ましい。すなわち、特開2002-237098号公報のように第２の誘電体層３と反射層２の間とにバリア層を設けると、光学的情報記録媒体のコスト高を招くことになる。そこで、発明者はＡｌ合金を反射層に適用することを考えた。この場合には、次のような課題が存在する。
（１）Ａｌが柱状構造になりやすい材料であるため、表面が凹凸になりやすい。
（２）熱伝導率がＡｇ合金に比べて小さいため、記録時のマーク間干渉が大きい。
だが、Ａｌ合金は、添加する元素によって結晶の成長性及び熱伝導率が変化する。これらを適切に選択することにより、従来において得られなかったような表面平坦性の高い低ノイズ特性のディスク、及び高熱伝導率の反射層による記録時のマーク間干渉を低減したディスクを得ることができる。
本発明の主たる目的は、上記課題を解決した光学的情報記録媒体を提供することにあり、層数が少なく、ノイズが低く、記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するための光学的情報記録媒体は、レーザ光を用いて情報の再生が可能な光学的情報記録媒体において、基板の上に、少なくとも反射層、記録層をこの順に有し、前記反射層はＡｌとＮｉを含む合金であることを特徴とする。
上記目的を達成するための光学的情報記録媒体の製造法は、基板の上に、少なくとも反射層、記録層をこの順に作製する工程を含む光学的情報記録媒体の製造方法であって、前記反射層を成膜する工程が、ＡｌとＮｉを含む合金からなるスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする。
Ａｌ合金を反射層として適用した場合、Ａｌが柱状構造になりやすいために凹凸が生じやすい。よって、ノイズ特性に影響を与える表面凹凸を減少させるため、Ａｌ合金に第２成分を入れる必要があった。しかし、多くの元素では、Ａｌ合金に第２成分として添加されることにより、大幅にＡｌ合金の熱伝導率の低下を起こしていた。このため、記録時のマーク間干渉の問題を引き起こしていた。しかし、ＡｌとＮｉを含むＡｌ合金を反射層として適用すると、反射層の表面の平坦性に優れ、かつ記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を実現することができる。
反射層は１原子％以上１０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることが好ましい。この場合は、反射層の表面の平坦性が向上するとともに、記録時のマーク間干渉が小さくなる。
反射層は１原子％以上５原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることがさらに好ましい。この場合は、記録時のマーク間干渉がさらに小さくなる。
カバー層が極端に薄い光学的情報記録媒体を製造するため、基盤上には反射層から成膜されていることが好ましい。一般的に、反射層に用いられるＡｌ合金は柱状構造になりやすいため表面の平坦性が悪い。その結果、反射層の上に成膜される記録層も平坦性が損なわれ、記録再生時のノイズが大きくなる。これを防ぐため、本発明ではＡｌにＮｉを添加して反射層を平坦化することにより、ノイズを小さくすることができる。
反射層の膜厚は、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合は、材料のコストを挙げることなく、十分なコントラストが得られる上に、ができる。
光学的情報記録媒体は、カバー層と、反射層と記録層との間に配置された反射層側誘電体層と、記録層とカバー層との間に配置された光入射側誘電体層とをさらに有していることが好ましい。これらの誘電体層は、光の干渉効果によりディスクの反射率、吸収率などを調整する働きと、記録層の蒸発や基板の熱損傷を防ぐ働きとを有する。
反射側誘電体層はＳを含有していることが好ましい。一般的に、反射層にＡｇを用いている場合は、Ｓを含む優れた材料であるＺｎＳーＳｉＯ2とＡｇ合金を接触させると腐食が生じるので、腐食を抑制するためにバリア層が必要である。本発明では反射層にＡｌ合金を用いており腐食が生じないため、バリア層を設ける必要がない。
反射層側誘電体層の主成分がＺｎＳまたは酸化物、記録層の主成分がＧｅとＳｂとＴｅもしくはＧｅとＢｉとＴｅ、光入射側誘電体層の主成分がＺｎＳまたは酸化物であることが好ましい。例えば、ＺｎＳとＳｉＯ2との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ2は、誘電体層７の材料として特に優れている。また、記録層の主成分がＧｅとＳｂとＴｅからなる場合は記録消去の繰り返し特性が良く、ＧｅとＢｉとＴｅからなる場合は特に高速記録消去の繰り返し特性が良い。
反射層側誘電体層の膜厚が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、記録層の膜厚が５ｎｍ以上１５ｎｍ以下、光入射側誘電体層の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。反射側誘電体層では、記録消去の繰り返し特性が低くならず、しかも反射率不足も生じにくい。光入射側誘電体層では、記録層の光吸収率が十分に高くなり、さらに光反射率も高くなる。記録層では、十分な振幅対雑音比を得ることができる。
反射側誘電体層は反射層に接していることが好ましい。この場合は、反射側誘電体層と反射層との間にバリア層が不要であり、光学的情報記録媒体の層数を減らすことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施の形態は一例であり、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下の実施形態では、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明の光学的情報記録媒体の一例を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る光学的情報記録媒体１０（光ディスク）の積層構成の概略を示す半径方向の断面図である。この光学的情報記録媒体１０には、複数の情報層が備えられる。図１に示すように、光学的情報記録媒体１０において、基板１、反射層２、第２の誘電体層３、第２の界面層４、記録層５、第１の界面層６、第１の誘電体層７、およびカバー層８が順次積層される。反射層２、第２の誘電体層３、第２の界面層４、記録層５、第１の界面層６、第１の誘電体層７などの各層の形成方法としては、通常、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、レーザスパッタリング法などが適用される。以上に述べた構造では、第２の誘電体層３は反射層２に接しており、両者の間には他の層（例えばバリア層）は形成されていない。
また、図２に示すように、本発明の光学的情報記録媒体１４は、基板上に第２の情報層１１、分離層１２、第１の情報層１３、カバー層８がこの順に設けられて構成されていてもよい。図２は情報層が２つの場合であるが、さらに追加の情報層を、分離層を介して設けてもよい。ここで、少なくとも基板から最も近い情報層（例えば、第２の情報層１１）は、図１に示した層構成と同じように、基板に近い側から、少なくとも反射層、第２の誘電体層、第２の界面層、記録層、第１の界面層、第１の誘電体層がこの順に設けられて構成されている。また、基板から最も近い情報層以外の情報層（例えば、第１の情報層１３）についても、図１に示した層構成と同じように、基板に近い側から、少なくとも反射層、第２の誘電体層、第２の界面層、記録層、第１の界面層、第１の誘電体層がこの順に設けられて構成されてもよい。ただし、その際には、十分な透過率が得られるように第１の情報層の反射層を例えば膜厚を２０ｎｍ以下のように薄くするか、第１の情報層の反射層を省略するか、あるいは透過率を向上させるために屈折率が２．２以上のように高い光学干渉層を反射層の基板側に設ける等の変更を行う必要がある。これら光学的情報記録媒体１４の各情報層１１、１３に対し、カバー層８の側からレーザ光９を照射して記録再生を行う。第２の情報層１１の記録再生は、第１の情報層１３を透過したレーザ光９によって行う。
なお、第１の情報層１３か第２の情報層１１のいずれかを、再生専用タイプの情報層（ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））、あるいは１回のみ書き込み可能な追記型の情報層（ＷＯ（Ｗｒｉｔｅ Ｏｎｃｅ））としてもよい。
レーザ光９の波長λは、レーザ光９を集光した際のスポット径が波長λによって決まってしまう（波長λが短いほど、より小さなスポット径に集光可能）ため、高密度記録を行う光学的記録媒体を用いる場合、特に４５０ｎｍ以下であることが好ましく、また、３５０ｎｍ未満では分離層１２に用いる樹脂や第１の基板１などによる光吸収が大きくなってしまうため、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
以下に、光学的情報記録媒体の各構成部分について説明する。
基板１の材料としては、透明な円盤状のポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガラス、あるいはこれらを適宜組み合わせたもの等を用いることができる。また、基板１は、必要に応じてレーザ光を導くための案内溝が形成されていてもよい。基板１の表面のうち、反射層２側と反対側の表面は、平滑であることが好ましい。なお、基板１の厚さは、十分な強度があり、且つ光学的情報記録媒体１０、１４の厚さが１２００μｍ程度となるよう、４００μｍ〜１３００μｍの範囲内であることが好ましい。カバー層８の厚さが６００μｍ程度（実施の形態３で記録再生の際に用いられる対物レンズ１５のＮＡが０．６の場合に良好な記録再生が可能）の場合、５５０μｍ〜６５０μｍの範囲内であることが好ましい。また、カバー層の厚さが１００μｍ程度（ＮＡ＝０．８５で良好な記録再生が可能）の場合、１０５０μｍ〜１１５０μｍの範囲内であることが好ましい。
カバー層８の材料としては、使用するレーザ光９の波長に対して光吸収が小さく、短波長域において光学的に複屈折率が小さいことが好ましく、これらの条件を満たす透明な円盤状のポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガラス、あるいはこれらを適宜組み合わせたもの等を用いることができる。また、カバー層８の厚さは特に限定されないが、０．０１〜１．５ｍｍ程度のものが好ましく、ＮＡ＝０．８５の場合、チルトに対する許容幅を小さくするため、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
分離層１２の材料としては、カバー層８と同様に、透明な円盤状のポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ノルボルネン系樹脂、紫外線硬化性樹脂、ガラス、あるいはこれらを適宜組み合わせたもの等を用いることができる。
分離層１２の厚さは、第１の情報層１３及び第２の情報層１１のいずれか一方を再生する際に他方からクロストークが小さくなるように、少なくとも対物レンズ１５の開口数ＮＡとレーザ光９の波長λにより決定される焦点深度以上の厚さであることが必要であり、また、全ての情報層が集光可能な範囲に収まる厚さであることも必要である。例えば、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５の場合は、分離層１２の厚さは少なくとも５μｍ以上５０μｍ以下であることが必要である。
分離層１２において、レーザ光９入射側の表面には、必要に応じてレーザ光９を導くための案内溝が形成されていてもよい。
第１の誘電体層７は、記録層５の酸化、腐食、変形を防止する働きと、光学距離を調整して記録層５の光吸収効率を高める働き、および記録前後の反射光量の変化を大きくして信号振幅を大きくする働きとを有する。第１の誘電体層７には、例えばＳｉＯx（ｘは、０．５〜２．５）、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＺｎＯ、Ｔｅ−Ｏなどの酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎなどの窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳなどの硫化物やＳｉＣなどの炭化物を用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。例えば、ＺｎＳとＳｉＯ2との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ2は、第１の誘電体層７の材料として特に優れている。ＺｎＳ−ＳｉＯ2は、非晶質材料で、屈折率が高く、成膜速度が速く、機械特性および耐湿性が良好である。
第１の誘電体層７の膜厚は、マトリクス法（例えば久保田広著「波動光学」岩波書店、１９７１年、第３章を参照）に基づく計算により、記録層５の結晶相である場合とそれが非晶質相である場合の反射光量の変化が大きい条件を満足するように厳密に決定することができる。
なお、第１の誘電体層７の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。第１の誘電体層７の膜厚が薄くなると記録層５における光吸収率が低下する。このため、第１の誘電体層７の膜厚が１０ｎｍよりも薄いと記録感度の悪化が顕著となる。一方、第１の誘電体層７の膜厚が厚くなると、記録層５が結晶状態である場合の光学的情報記録媒体１０の光反射率が低下する。このため、第１の誘電体層７の膜厚が１００ｎｍよりも厚くなると反射率不足が顕著となる。
第２の誘電体層３は、光学距離を調整して記録層５の光吸収率を高める働き、および記録前後の反射光量の変化を大きくして信号振幅を大きくする働きとを有する。第２の誘電体層３には、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＺｎＯなどの酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎなどの窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳなどの硫化物やＳｉＣなどの炭化物、およびＣを用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。第２の誘電体層３に窒化物を用いる場合には、記録層５の結晶化を促進する働きがある。この場合、Ｇｅ−Ｎを含む材料は反応性スパッタリングで形成しやすく、機械特性・耐湿性に優れている。この中でも、特にＧｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎといった複合窒化物が好ましい。また、ＺｎＳとＳｉＯ2との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ2は、非晶質材料で、屈折率が高く、成膜速度が速く、機械特性および耐湿性が良好であるため、第２の誘電体層３としても優れた材料である。
第２の誘電体層３の膜厚は、第１の誘電体層７と同様に、マトリクス法に基づく計算により、記録層５の結晶相である場合とそれが非晶質相である場合の反射光量の変化が大きい条件を満足するように厳密に決定することができる。
なお、第２の誘電体層３の膜厚は、１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。第２の誘電体層３の膜厚が１５ｎｍよりも薄くなると、記録層５と基板１との間隔が狭くなる。このため、基板１が記録層５の温度上昇の影響を受けやすくなる。すなわち、記録層５に情報記録するためにレーザが照射された際に生じる温度変化により、基板１の案内溝の変形を引き起こす。このため、第２の誘電体層３の膜厚が１５ｎｍ未満になると、記録消去の繰り返し特性の悪化が顕著となる。一方、第２の誘電体層３の膜厚が厚くなると、記録層５が結晶状態である場合の光学的情報記録媒体１０の光反射率が低下する。このため、第２の誘電体層３の膜厚が５０ｎｍよりも厚くなると反射率不足が顕著となる。
第１の界面層６は、繰り返し記録を行うことにより第１の誘電体層７と記録層５との間で生じる物質移動を防止する働きがある。この場合、第１の界面層６には、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＳｉ等の酸化物またはこれらの複合酸化物、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎなどの窒化物、もしくはこれらの系を含む窒化酸化物、炭素及びＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＳｉ等の炭化物を用いることができる。第１の界面層６が厚いと、反射率や吸収率が大きく変化して記録・消去性能に影響を与える。従って、第１の界面層６の膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内であることが望ましく、２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。
記録層５と第２の誘電体層３との間に第２の界面層４を配置する場合、第２の界面層４には、第１の界面層６について説明した材料を用いることができる。第２の界面層４の膜厚は、高い再生光耐久性及び大きな反射率変化による良好な信号品質を得るために、０．３ｎｍ以上５ｎｍ未満であることが好ましい。
記録層５は結晶状態と非晶質状態との間で構造変化をおこす物質であればよく、例えばＴｅ、ＩｎまたはＳｅなどを主成分とする相変化材料である。よく知られた相変化材料の主成分としては、Ｔｅ−Ｓｂ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｂ−Ｓｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｌ、Ｉｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｔｅ−ＴｅＯ2、Ｔｅ−ＴｅＯ2−Ａｕ、Ｔｅ−ＴｅＯ2−Ｐｄなどがあげられる。これらの材料のなかでも記録消去の繰り返し特性が良好な材料及びその材料組成を実験によって調べたところ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの３元素系を主成分とした構成が好ましいことがわかった。それぞれの元素の原子量比をＧｅxＳｂyＴｅzと表すと、０．１≦ｘ≦０．６、ｙ≦０．５、０．４≦ｚ≦０．６５（ここにｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される組成が特に優れている。また、記録層５の主成分がＧｅとＢｉとＴｅからなる場合は特に高速記録消去の繰り返し特性が良いことがわかった。
記録層５の膜厚は、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすれば、十分な振幅対雑音比（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＣＮＲ）を得ることができる。記録層５が５ｎｍ未満の膜厚では十分な反射率及び反射率変化が得られないためＣＮＲが低く、また、１５ｎｍを超える膜厚では記録層５の薄膜面内の熱拡散が大きいため高密度記録においてＣＮＲが低くなってしまう。
また、記録層５には、熱伝導率・光学定数等の調整、あるいは耐熱性・環境信頼性の向上等の目的でＯ、Ｎ、Ｆ、Ｃ、Ｓ、Ｂから選ばれる１つまたは複数の元素を必要に応じて記録層５全体の１０原子％以内の組成割合の範囲で適宜添加してもよい。
反射層２は、記録層５に吸収される光量を増大させるという光学的な機能を有する。また、反射層２は、記録層５で生じた熱を速やかに拡散させ、記録層５を非晶質化しやすくするという熱的な機能も有する。さらに、反射層２は、使用する環境から多層膜を保護するという機能も有する。この反射層２には、Ａｌ合金が用いられている。Ａｌ合金の利点としては、第２の誘電体層３にＺｎＳまたはＺｎＳ−ＳｉＯ2を用いた場合でも、Ａｇとは異なり、腐食が生じにくい。その結果、バリア層を設ける必要がなく、コストを低く抑えることができる。
さらに、前述したように、Ａｌ合金を反射層として用いる場合には、以下の２つの問題が生じる。
（１）Ａｌが柱状構造になりやすい材料であるため、表面が凹凸になりやすい。
（２）熱伝導率がＡｇ合金に比べて小さいため、記録時のマーク間干渉が大きい。
これを解決するために、Ａｌに添加元素を加えていくと、柱状構造を抑制でき、表面凹凸を減少させることができる。しかし、従来Ａｌ合金に第２成分を加えた場合、熱伝導率が低下する場合があり、そのような場合には記録時のマーク間干渉が大きくなるという課題が生じていた。そこで、Ａｌ合金に添加しても熱伝導率が低下しない第２成分を検討した。第２成分としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｎｉを検討した。その中でも、本発明において、主成分をＡｌとし第２の成分としてＮｉを含む合金では、Ｎｉを添加することにより表面凹凸を減少させることができ、さらに高熱伝導率を維持できることから、上記２つの課題を両立させることができた。
反射層２の膜厚は、後述するように２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。反射層２の膜厚が２０ｎｍより薄い場合には結晶部の反射率が２〜３％低下し、好ましくない。また、反射層２が３００ｎｍより厚い場合には結晶部の反射率が飽和するため、反射層２の膜厚がこれ以上厚くなっても反射率が向上しない。このため、反射層２を３００ｎｍ以上積層することは、生産性の観点から材料のコストを考えると好ましくない。
なお、上記のような多層薄膜は、オージェ電子分光法、Ｘ線光電子分光法及び２次イオン質量分析法等の方法（例えば応用物理学会／薄膜・表面物理分科学会編「薄膜作成ハンドブック」共立出版株式会社、１９９１年等）により各層の材料及び組成を調べることが可能である。
実施の形態１の光学的情報記録媒体１０は、以下の実施の形態２で説明する方法によって製造できる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、本発明の光学的情報記録媒体１０の製造方法について説明する。予めレーザ光９を導くための案内溝が形成された基板１（例えば、厚さ１．１ｍｍ）を成膜装置に配置する。成膜装置には、本発明の反射層２を成膜する工程（工程１）、第２の誘電体層３を成膜する工程（工程２）、第２の界面層４を成膜する工程（工程３）、記録層５を成膜する工程（工程４）、第１の界面層６を成膜する工程（工程５）、第１の誘電体層７を成膜する工程（工程６）が備えられており、この順に各層を形成する。
最初に、本発明の工程１にて基板１上（案内溝が形成された側）に反射層２を成膜する。工程１では、直流電源または高周波電源を用いて、Ａｌ−Ｎｉ合金材料よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガスを導入してスパッタリングする。スパッタリングターゲットは、１．０原子％以上１０．０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であり、好ましくは１．０原子％以上５．０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金である。
次に、工程２において反射層２上に第２の誘電体層３を成膜する。工程２では、高周波電源を用いて、ＺｎＳ−ＳｉＯ2よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガス、ＡｒガスとＮ2ガスの混合ガス、もしくはＡｒガスとＯ2ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。
次に、工程３において第２の誘電体層３上に第２の界面層４を成膜する。工程３では、高周波電源を用いて、例えばＣなどのスパッタリングターゲットをＡｒガスもしくはＡｒガスとＮ2ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。
次に、工程４において第２の界面層４上に記録層５を成膜する。工程４では、直流電源を用いて、Ｇｅ−Ｓｂ−ＴｅまたはＧｅ−Ｓｎ−Ｓｂ−ＴｅまたはＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−ＴｅまたはＳｂ−Ｔｅのうち、何れか一つを含むスパッタリングターゲットを、ＡｒガスもしくはＡｒガスとＮ2ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。成膜後の記録層５は非晶質状態である。
次に、工程５において記録層５上に第１の界面層６を成膜する。工程５では、高周波電源を用いて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、ＣｒおよびＳｉより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物を含む材料よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガスを導入することによりスパッタリングする。また、さらにＳｉの酸化物を含む材料よりなるスパッタリングターゲットを用いることもできる。また、ＺｒＯ2−ＳｉＯ2−Ｃｒ2Ｏ3を主成分とする材料よりなるスパッタリングターゲットを用いることもできる。
最後に、工程６において第１の界面層６上に第１の誘電体層７を成膜する。工程６では、高周波電源を用いて、ＺｎＳ−ＳｉＯ2よりなるスパッタリングターゲットを、Ａｒガス、ＡｒガスとＮ2ガスの混合ガス、もしくはＡｒガスとＯ2ガスの混合ガスを導入することによりスパッタリングする。
第１の誘電体層７成膜後は、第１の誘電体層７まで成膜された基板１を成膜装置から取り出して、カバー層８の貼り合わせを行う。貼り合わせ工程では、第１の誘電体層７まで成膜された基板１を配置し、第１の誘電体層７上に紫外線硬化性樹脂を例えばスピンコート法にて塗布する。そして紫外線硬化性樹脂の塗布面に、例えばポリカーボネイトシートのカバー層８を密着させる。最後に、紫外線をポリカーボネイトシート側から照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させることによりカバー層８の貼り合わせを終了する。
貼り合わせ工程終了後は、必要に応じて初期化工程を実施する。初期化工程は、例えばレーザ光を光学的情報記録媒体１０に照射することにより、非晶質状態である記録層５を結晶化温度以上に昇温して結晶化させる工程である。この初期化工程は、貼り合わせ工程の事前に実施してもよい。
以上のようにして、光学的情報記録媒体１０を製造することができる。また、同様の製造方法により、光学的情報記録媒体１４を製造することができる。
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１で説明した本発明の光学的情報記録媒体１９（１０または１４）の記録再生方法について説明する。本発明の記録再生方法に用いられる記録再生装置について説明する。本発明の記録再生方法に用いられる記録再生装置２０の一部の構成を図３に模式的に示す。図３を参照して、記録再生装置２０は、光学的情報記録媒体１９を回転させるためのスピンドルモータ１８と、半導体レーザ１６を備える光学ヘッド１７と、半導体レーザ１６から出射されるレーザ光９を集光する対物レンズ１５とを備える。
光学的情報記録媒体１９への情報の記録、消去、および上書き記録は、レーザ光９のパワーを、高パワーのピークパワー（Ｐｐ（ｍＷ））と低パワーのバイアスパワー（Ｐｂ（ｍＷ））とに変調させることによって行う。ピークパワーのレーザ光９を光学的情報記録媒体１９に照射することによって、記録層５の局所的な一部分に非晶質相が形成され、その非晶質相部分が記録マークとなる。記録マーク間では、バイアスパワーのパワーのレーザ光９が照射され、結晶相（消去部分）が形成される。なお、ピークパワーのレーザ光９を照射する場合には、パルスの列で形成する、いわゆるマルチパルスとするのが一般的である。なお、マルチパルスはピークパワーとバイアスパワーとのパワーレベルだけで変調されてもよいし、０ｍＷ〜ピークパワーの範囲の任意のパワーレベルによって変調されてもよい。
また、ピークパワー、バイアスパワーのいずれのパワーレベルよりも低い再生パワー（Ｐｒ（ｍＷ））のレーザ光９を光学的情報記録媒体１９に照射することによって得られる信号を検出器で読み取ることにより、光学的情報記録媒体１９に記録された情報信号の再生が行われる。ここで、再生パワーのパワーレベルは、レーザ光９を光学的情報記録媒体１９に照射した場合に記録層５の記録マークの光学的な状態が影響を受けず、且つ光学的情報記録媒体１９から得られる信号となる反射光を検出器で読み取るのに十分となる光量である。
対物レンズ１５の開口数ＮＡは、レーザ光のスポット径を０．４μｍ〜０．７μｍの範囲内に調整するため、０．５〜１．１の範囲内（より好ましくは、０．６〜１．０の範囲内）であることが好ましい。レーザ光９の波長は、４５０ｎｍ以下（より好ましくは、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内）であることが好ましい。情報を記録する際の光学的情報記録媒体１９の線速度は、再生光による結晶化が起こりにくく、且つ十分な消去率が得られる３ｍ／秒〜２０ｍ／秒の範囲内（より好ましくは、４ｍ／秒〜１５ｍ／秒の範囲内）であることが好ましい。
光学的情報記録媒体１４の場合、第１の情報層１３に対して記録を行う際には、レーザ光９の焦点を第１の情報層の記録層に合わせ、カバー層８を透過したレーザ光９によって情報を記録する。再生は、第１の情報層の記録層によって反射され、カバー層８を透過してきたレーザ光９を用いて行う。第２の情報層１１に対して記録を行う際には、レーザ光９の焦点を第２の情報層の記録層に合わせ、カバー層８、第１の情報層１３、および分離層１２を透過したレーザ光９によって情報を記録する。再生は、第２の情報層の記録層によって反射され、分離層１２、第１の情報層１３、およびカバー層８を透過してきたレーザ光９を用いて行う。
なお、基板１、分離層１２にレーザ光９を導くための案内溝が形成されている場合、情報はレーザ光９の入射側から近い方の溝面（グルーブ）に行われてもよいし、遠い方の溝面（ランド）に行われてもよい。さらには、グルーブとランドの両方に情報を記録してもよい。
記録性能は、（８−１５）変調方式で２Ｔ長さのマークを記録し、このＣＮＲをスペクトラムアナライザーで測定した。消去性能は、（８−１５）変調方式で２Ｔ長さのマークを記録して振幅をスペクトラムアナライザーで測定し、その上から９Ｔ長さのマークをオーバーライトして再度２Ｔ信号の振幅を測定し、２Ｔ信号の減衰率を計算することによって評価した。以下、この２Ｔ信号の減衰率を消去率という。
以下に、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例は、本発明の光学的情報記録媒体１０の記録再生特性、特に９Ｔ信号のノイズと振幅の反射層材料に対する依存性を示すものである。具体的には、反射層２の材料が異なる光学的情報記録媒体１０を作製し、カバー層８を形成したサンプルを作製し、形成したサンプルについて９Ｔ信号のノイズとＡｍｐを測定した。これらの信号測定を行ったのは、反射層２の表面凹凸に起因するノイズが９Ｔ信号域に現れるためである。
サンプルは以下のようにして製造した。まず、基板１としてポリカーボネイト基板（直径１２０ｍｍ、厚さ１１００μｍ、屈折率１.６２）を用意した。そして、そのポリカーボネイト基板１上に反射層２（厚さ：８０ｎｍ）、第２の誘電体層３としてＺｎＳ−ＳｉＯ2層（厚さ：３０ｎｍ）、第２の界面層４としてＣ層（厚さ：２ｎｍ）、記録層５としてＧｅＳｂＴｅ層（厚さ：９ｎｍ）、第１の界面層６としてＺｒ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｏ層（厚さ：５ｎｍ）、第１の誘電体層７としてＺｎＳ−ＳｉＯ2層（厚さ：６０ｎｍ）を順次スパッタリング法によって積層した。反射層２としては、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｎｉを用いた。最後に、紫外線硬化樹脂を第１の誘電体層７上に塗布し、ポリカーボネイト基板（直径１２０ｍｍ、厚さ９０μｍ）を第１の誘電体層７に密着させてスピンコートした後、紫外線を照射して樹脂を硬化させることによって、光学的情報記録媒体１０を形成した。以上のようにして、反射層２の材料が異なる複数のサンプルを製造した。
このようにして得られたサンプルについて、最初に記録層５を結晶化させる初期化工程を行った。次に、９Ｔ信号のノイズと振幅を測定した。
信号の測定には、図３の記録再生装置２０を用いた。具体的には、スピンドルモータ１８でサンプルを回転させ、波長４０５ｎｍのレーザ光９を光学的情報記録媒体１０の記録層５に集光して照射し、９Ｔ−２Ｔ信号を記録・再生することにより信号測定を行った。９Ｔ信号のノイズ値は反射層の表面の平坦性に関係しており、値が小さい方が平坦性に優れていることを表す。また、９Ｔ信号の振幅は反射層の熱伝導性に関係しており、値が大きい方が熱伝導性に優れていることを表す。
９Ｔ信号のノイズと振幅の測定結果を（表１）に示す。なお、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．２ｄＢｍ以上であれば◎、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以上であれば○、いずれか一方が範囲外であれば×と判定した。
Figure 2004105008
 この結果、反射層２の材料がＡｌ−Ｎｉである場合に、Ｎｉ量が１．０〜５．０原子％のサンプル１−ｎ、１−ｏ、１−ｐにおいて９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．２ｄＢｍ以上を満たし、このことからＮｉ量が１．０〜５．０原子％の組成がより好ましいことが分かった。また、Ｎｉ量が７．５〜１０．０原子％のサンプル１−ｑ、１−ｒにおいて９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり且つＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以上を満たすことがわかった。しかし、Ｎｉ量が０．３原子％のサンプル１−ｍでは９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以上であり、またＮｉ量が２０原子％のサンプル１−ｒでは９Ｔ信号のＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以下であることから、不十分であることがわかった。
また、反射層２の材料がＡｌ−Ｃｒである場合に、Ｃｒ量が０．３〜１．０原子％のサンプル１−ａ、１−ｂでは９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以上であり、Ｃｒ量が２．５〜２０．０原子％のサンプル１−ｃ、１−ｄ、１−ｅ、１−ｆでは９Ｔ信号のＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以下であることから、不十分であることがわかった。
さらに、反射層２の材料がＡｌ−Ｔｉである場合に、Ｔｉ量が０．３〜１．０原子％のサンプル１−ａ、１−ｂでは９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以上であり、Ｔｉ量が２．５〜２０．０原子％のサンプル１−ｃ、１−ｄ、１−ｅ、１−ｆでは９Ｔ信号のＡｍｐが−７．５ｄＢｍ以下であることから、不十分であることがわかった。
以上の結果から、良好な記録特性を得るためには、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり、Ａｍｐが−７．５ｄＢｍ以上であるためには、反射層２としてＡｌ−Ｎｉ（Ｎｉ量：１．０〜１０．０原子％）を適用することが好ましいことが明らかとなった。
さらに、より良好な記録特性を得るためには、９Ｔ信号のノイズが−６１．５ｄＢｍ以下であり、Ａｍｐが−７．２ｄＢｍ以上であるためには、反射層２としてＡｌ−Ｎｉ（Ｎｉ量：１．０〜５．０原子％）を適用することが好ましいことが明らかとなった。
（実施例２）
実施例２は、光学的情報記録媒体１０の反射層膜厚に対する（記録層５の）結晶部の反射率の依存性を示すものである。具体的には、反射層２の材料がＡｌ−Ｎｉであり膜厚が異なる光学的情報記録媒体１０からなるサンプルを実施例１と同様の方法で作製した。そして、このようにして得られたサンプルについて、記録層５を結晶化させる初期化工程を行い、結晶部と非晶質部の反射率を測定した。反射率の測定には、図３の記録再生装置２０を用いた。具体的には、スピンドルモータ１８でサンプルを回転させ、波長４０５ｎｍのレーザ光９をサンプルに集光して照射し、反射率を測定した。
測定結果を（表２）に示す。なお、結晶部と非晶質部の反射率差が１６％以上であれば○と、１６％以下であれば×と判定した。
Figure 2004105008
 この結果、反射層の膜厚が２０〜４００ｎｍであるサンプル２−ｂ、２−ｃ、２−ｄ、２−ｅ、２−ｆ、２−ｇにおいて反射率差が１６％以上であるため、十分なコントラストが得られることがわかった。また、膜厚が１０ｎｍのサンプル２−ａでは、反射率差が１６％以下であるため、コントラストが不十分であることがわかった。さらに、膜厚が４００ｎｍのサンプル２−ｇでは、結晶部の反射率は飽和していることが分かった。このため、サンプル２−ｇは、十分なコントラストを得られるものの、生産性の観点から材料のコストを考えると好ましくない。
以上の結果から、結晶部と非晶質部の反射率差が１６％以上であるためには、反射層の膜厚としては２０ｎｍ〜３００ｎｍを適用することが好ましい。
本発明に係る光学的情報記録媒体及びその製造方法は、反射層の表面の平坦性に優れ、かつ記録時のマーク間干渉が小さい光学的情報記録媒体およびその製造方法を実現することができ、レーザ光の照射等により、複数の情報層に光学的に情報を記録、消去、書き換え、再生する多層光学的情報記録媒体等として有用である。
第１図は、本発明の光学的情報記録媒体の一構成例の断面図である。
第２図は、本発明の光学的情報記録媒体の一構成例の断面図である。
第３図は、本発明の光学的情報記録媒体の記録再生に用いられる記録再生装置について構成の一部を模式的に示す図である。

Claims (13)

  1. レーザ光を用いて情報の再生が可能な光学的情報記録媒体において、
    基板の上に、少なくとも反射層、記録層をこの順に有し、
    前記反射層はＡｌとＮｉを含む合金であることを特徴とする光学的情報記録媒体。
  2. 前記反射層は１原子％以上１０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることを特徴とする請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
  3. 前記反射層は１原子％以上５原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることを特徴とする請求項２に記載の光学的情報記録媒体。
  4. 前記反射層は前記基板上に成膜されて形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  5. 前記反射層の膜厚は、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  6. カバー層と、前記反射層と前記記録層との間に配置された反射層側誘電体層と、前記記録層と前記カバー層との間に配置された光入射側誘電体層とをさらに有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  7. 前記反射側誘電体層は、Ｓを含有していることを特徴とする請求項６に記載の光学的情報記録媒体。
  8. 前記反射層側誘電体層の主成分がＺｎＳまたは酸化物、前記記録層の主成分がＧｅとＳｂとＴｅもしくはＧｅとＢｉとＴｅ、前記光入射側誘電体層の主成分がＺｎＳまたは酸化物であることを特徴とする請求項６または７記載の光学的情報記録媒体。
  9. 前記反射層側誘電体層の膜厚が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、前記記録層の膜厚が５ｎｍ以上１５ｎｍ以下、前記光入射側誘電体層の膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  10. 前記反射側誘電体層は前記反射層に接していることを特徴とする、請求項６から９のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  11. 基板の上に、少なくとも反射層、記録層をこの順に作製する工程を含む光学的情報記録媒体の製造方法であって、
    前記反射層を成膜する工程が、ＡｌとＮｉを含む合金からなるスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法。
  12. 前記スパッタリングターゲットは１原子％以上１０原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることを特徴とする請求項１１に記載の光学的情報記録媒体の製造方法。
  13. 前記スパッタリングターゲットは１原子％以上５原子％以下のＮｉを含むＡｌ合金であることを特徴とする請求項１２に記載の光学的情報記録媒体の製造方法。
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