JPWO2006109534A1 - 情報記録媒体とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明においては、界面層を設けない場合でも、高い信頼性と良好な繰り返し書き換え性能が確保された情報記録媒体とその製造方法を提供する。そのために、光の照射または電気的エネルギーの印加によって、記録および/または再生を行う情報記録媒体において、情報記録媒体は、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素と、を添加した材料層を有する。

Description

本発明は、光学的もしくは電気的に情報を記録およびまたは再生する情報記録媒体とその製造方法とに関する。
従来の情報記録媒体として、データファイルおよび画像ファイルとして使える、大容量な書き換え型相変化情報記録媒体である、4.7GB/DVD−RAMが商品化されている(例えば、特許文献1参照)。この情報記録媒体(DVD−RAM)の構成を図5に示す。図5に示す情報記録媒体は、基板1の一方の表面に、第1の誘電体層102、第1の界面層103、記録層4、第2の界面層105、第2の誘電体層106、光吸収補正層7、および反射層8がこの順に積層された7層構造を有する。この情報記録媒体において、第1の誘電体層102は、第2の誘電体層106よりもレーザ光入射側の位置に配置される。第1の界面層103と第2の界面層105とも同じ位置関係を有する。このように、本明細書においては、情報記録媒体が、同じ機能を有する層を二つ以上含む場合、入射されるレーザ光から見て近い側にあるものから、順に「第1」「第2」「第3」・・・と称する。
第1の誘電体層102と第2の誘電体層106は、光学距離を調節して記録層4の光吸収効率を高め、記録層4が結晶相の場合の反射率と記録層4が非晶質相の場合の反射率との差を大きくして信号振幅を大きくする機能を有する。従来、誘電体層の材料として使用されているZnSとSiOとの混合材料(本明細書において、ZnS−SiOと表わすこともある。)は、非晶質材料であって、熱伝導率が低く、透明であって且つ高屈折率を有する。また、ZnS−SiOは、膜形成時の成膜速度が大きく、機械特性および耐湿性も良好である。このように、ZnS−SiOは、情報記録媒体の誘電体層として優れた材料である。
第1の誘電体層102および第2の誘電体層106の熱伝導率が低いと、記録層4にレーザ光が入射した際に生じる熱が、誘電体層102または106の面内方向に拡散しにくく、記録層4から反射層8の方へと厚さ方向に速やかに拡散する。特に、第2の誘電体層106の熱伝導率が低い場合には、第2の誘電体層106によって記録層4と反射層8との間がより断熱される。記録層4と反射層8と間の断熱の度合いが大きいほど、記録層4がより短い時間で冷却されることとなり、非晶質マーク(記録マーク)が形成され易くなる。記録マークが形成されにくい場合は高いピークパワーで記録する必要があるが、記録マークが形成され易い場合は低いピークパワーで記録できる。このように、誘電体層102、106の熱伝導率が低い場合は、低いピークパワーで記録できるので、情報記録媒体の記録感度は高くなる。
誘電体層102、106の熱伝導率が高い場合は、高いピークパワーで記録することになるので、情報記録媒体の記録感度は低くなる。情報記録媒体中の誘電体層102、106は、熱伝導率を精度良く測定できないほど薄い膜の形態で存在する。そのため、本願発明者らは、誘電体層の熱伝導率の大きさを知る相対的な判断基準として、情報記録媒体の記録感度を採用している。
記録層4は、Ge−Sn−Sb−Teを含む、高速で結晶化する材料を用いて形成されている。かかる材料を記録層4として有する情報記録媒体は、優れた初期記録性能を有するだけでなく、優れた記録保存性および書き換え保存性をも有する。書き換え型相変化情報記録媒体は、記録層4が結晶相と非晶質相との間で可逆的相変化を生じることを利用して情報の記録、消去および書き換えを行う。高パワーのレーザ光(ピークパワー)を記録層4に照射して急冷すると、照射部が非晶質相となり記録マークが形成される。低パワーのレーザ光(バイアスパワー)を照射して記録層4を昇温して徐冷すると、照射部が結晶相となり記録されていた情報は消去される。ピークパワーレベルとバイアスパワーレベルとの間でパワー変調したレーザ光を記録層に照射することにより、既に記録されている情報を消去しながら新しい情報に書き換えていくことができる。繰り返し書き換え性能は、ジッタ値が実用上問題の無い範囲で書き換えを繰り返し得る最大回数で表される。この回数が多いほど、繰り返し書き換え性能が良いといえる。特に、データファイル用の情報記録媒体は、優れた繰り返し書き換え性能を有することが望まれる。
第1の界面層103および第2の界面層105は、第1の誘電体層102と記録層4との間、および第2の誘電体層106と記録層4との間で生じる物質移動を防止する機能を有する(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。これは、レーザ光を記録層4に照射して繰り返し書き換えている間に、第1および第2の誘電体層102、106に含まれるZnS−SiOの硫黄原子(以下、S原子と称す)が記録層4に拡散していくのを防止するものである。S原子が多量に記録層4へと拡散すると、記録層4の反射率低下を引き起こし、繰り返し書き換え性能が悪化することが既に知られている(例えば、非特許文献1参照)。
光吸収補正層107は、記録層4が結晶状態であるときの光吸収率Acと非晶質状態であるときの光吸収率Aaの比Ac/Aaを調整し、書き換え時のマーク形状の歪みを抑制する機能を有する。反射層8は、光学的には記録層4に吸収される光量を増大させる機能を有し、熱的には記録層4で生じた熱を速やかに拡散させて急冷し、記録層4を非晶質化し易くするという機能を有する。反射層8はまた、多層膜を使用環境から保護する機能も有している。
このように、図5に示す情報記録媒体は、それぞれが上述のように機能する7つの層を積層した構造とすることによって、4.7GBという大容量において、優れた繰り返し書き換え性能と高い信頼性を確保している。
上述のように、情報記録媒体の繰り返し書き換え特性を確保するために、記録層と誘電体層との間には、物質移動を抑制する界面層が必然的に必要となる。
しかしながら、媒体の価格を考慮すると、媒体を構成する層の数は一つでも少ないことが望ましい。これは、層数の減少により、材料費の削減、製造装置の小型・簡素化、および製造時間短縮による生産量の増加を実現することができ、結果として媒体の価格低減につながるためである。
また、界面層は厚さ2nm〜5nmの極めて薄い層であり、構造的に弱い。そのため、繰り返し記録を行う間に膜破壊が生じ、その結果、原子拡散が起こり易くなる。したがって、界面層を無くすことは、情報記録媒体の安定性の点からも望ましい。
特開2001−322357号公報 特開平10−275360号公報 国際公開第97/34298号パンフレット ヤマダら(N.Yamada et al.)ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス(Japanese Journal of Applied Physics)第37巻、1998年、pp.2104−2110
本発明は、界面層を設けない場合でも、高い信頼性と良好な繰り返し書き換え性能を有する情報記録媒体を提供することを課題とする。
本発明の情報記録媒体は、光の照射または電気エネルギーの印加によって、記録および/または再生を行う情報記録媒体であって、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素とを含む材料層を有する。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素とを含むスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により材料層を形成する。
本発明の情報記録媒体とその製造方法によれば、構成する層数を低減し、記録感度と繰り返し書き換え特性に優れた信頼性を高い情報記録媒体を、生産性の高い方法で製造することができる。
また、本発明の情報記録媒体における材料層に用いられる材料は、熱伝導性が小さく、記録層との密着性が高いので、電気的エネルギーを印加する情報記録媒体において、記録層を断熱するための層として使用すれば、より小さい電気的エネルギーで記録層の相変化を生じさせることができる。
本発明の実施の形態1における情報記録媒体の一例を示す部分断面図。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の一例を示す部分断面図。 電気的エネルギーの印加により情報が記録される本発明の情報記録媒体の一例を示す斜視図。 図3に示す情報記録媒体を使用するシステムの一例を示す模式図。 従来の情報記録媒体の一例を示す部分断面図。
符号の説明
1、201 基板
2、102 第1の誘電体層
103 第1の界面層
4 記録層
105 第2の界面層
6、106 第2の誘電体層
7 光吸収補正層
8 反射層
9 接着層
10 貼り合せ基板
20 グルーブ面
21 ランド面
202 下部電極
203 記録部
204 上部電極
205 相変化部(記録層)
206 断熱部(誘電体層)
208 パルス発生部
209 抵抗測定器
210、211 スイッチ
212 印加部
213 判定部
214 電気的書き込み/読み出し装置
材料層にZnS−SiOを用いる場合、材料層を記録層に接触するように形成すると、レーザ光を記録層に照射して繰り返し書き換えている間に、材料層に含まれるZnS−SiOのS原子が、記録層に拡散して記録層の反射率低下を引き起こし、繰り返し書き換え性能が悪化する。そこで、図5に示した情報記録媒体のように、情報記録媒体の繰り返し書き換え特性を確保するために、記録層と材料層との間には、物質移動を抑制する界面層が必然的に必要となる。しかしながら、媒体の価格を考慮すると、媒体を構成する層の数は一つでも少ないことが望ましい。そこで、本発明者らは、層数を減らす一つの方法として、第1の界面層および第2の界面層のうち、少なくとも一つの界面層を無くす可能性について検討した。
もっとも界面層を無くすためには、Sの物質移動を発生させない材料、即ち、S原子を含まない材料系で材料層を形成することが必要である。また、材料層の材料については、(1)記録層への光吸収を十分に確保して効率的に記録を行い、且つ記録された情報を良好に再生するための十分な反射光を確保するために、記録および再生する波長の光に対し、ある程度の透明性を有していること、(2)界面層が設けられた7層構造の情報記録媒体と同等かそれ以上の記録感度が得られること、(3)繰り返し書き換えにも溶融することなく、熱的に安定で高融点であること、(4)生産性を確保するため、膜形成時の成膜速度が大きいこと、(5)信頼性に優れていること、等が望まれる。
本発明の情報記録媒体においては、記録層と接して形成される材料層が、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素とを含んでいる。材料層をこのような材料で形成することにより、従来の情報記録媒体の誘電体層に使用していたZnS−SiOと同等以上の成膜速度を実現できるとともに、材料層を構成する元素にSを含まないため、材料層を誘電体層に用いた場合に別途界面層を設ける必要がなく、且つ記録再生する波長の光に対し、透明性を有する誘電体層を形成できる。
さらに、このような材料層を誘電体層に用いれば、界面層を介さずに直接記録層の上下に誘電体層を設けても、十分な記録感度と書き換え性能を確保することができる。なお、本発明の情報記録媒体は、光を照射することによって、あるいは電気的エネルギーを印加することによって、情報を記録再生する媒体である。一般に、光の照射は、レーザ光(即ち、レーザビーム)を照射することにより実施され、電気的エネルギーの印加は記録層に電圧を印加することにより実施される。以下、本発明の情報記録媒体を構成する材料層の材料について、より具体的に説明する。
本発明の情報記録媒体において、材料層が、下記の式:
h1i1j1(原子%) (式1)
(式中、Mは群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h1、i1およびj1は、各々5≦h1≦40、40≦i1≦70、0<j1≦35、h1+i1+j1=100を満たす。)で表される材料を含んでいてもよい。
ここで、「原子%」とは、(式1)が、「M」原子、酸素原子、および「L」原子を合わせた数を基準(100%)として表された組成式であることを示している。以下の式においても「原子%」の表示は、同様の趣旨で使用している。また、(式1)は、材料層に含まれる、「M」原子、酸素原子、および「L」原子のみをカウントして表したものである。したがって、(式1)で示される材料を含む材料層に、これらの原子以外の成分を含むことがある。さらに、(式1)において、各原子がどのような化合物として存在しているかは問われない。このような組成式で材料を特定しているのは、薄膜に形成した層の組成を調べる際に、化合物の組成を求めることは難しく、現実には、元素組成(即ち、各原子の割合)のみを求める場合が多いことによる。(式1)で表される材料において、元素Mと元素Lの殆どは酸素原子とともに酸化物として存在していると考えられる。
本発明の情報記録媒体が光情報記録媒体である場合、群GMより選ばれる元素と、群GLより選ばれる元素と、酸素とを含む材料層(以下、「酸化物系材料層」と称する。)を用いて、記録層と隣接する2つの誘電体層のうち、いずれか一方もしくは両方の誘電体層を形成することが好ましい。例えば、相変化による記録媒体の場合、記録層を構成する主材料系の融点は500〜700℃くらいに対し、群GMを構成する元素、即ちSnおよびGaの酸化物はいずれも、耐湿性が良好であり、融点が1000℃以上で熱安定性に優れる。熱的安定性に優れた材料を含む誘電体層は、この誘電体層を含む情報記録媒体に情報が繰り返し書き換えられる場合でも、劣化しにくく、耐久性に優れる。
一方、群GLを構成する元素、即ちTaおよびYの酸化物は、広い波長範囲で光透過性に優れ、上記群GMの酸化物に混合することにより、光吸収がほとんどないため結果として記録感度を低減し、書き換え耐久性を向上させる効果がある。また、群GLの酸化物は、群GMの酸化物に比べて耐熱性が高いので、材料層の耐熱性を上げる効果があり、高速記録特性、高密度化を求める上でも好ましい。上記酸化物はいずれも、カルコゲナイド材料にて形成される記録層との密着性が良好である。したがって、この酸化物材料層を誘電体層として形成した情報記録媒体においては、
(1)Sを含まない誘電体層を、記録層に良好に密着させて形成できるので、界面層が不要である
(2)図5に示す従来の情報記録媒体と同程度またはそれ以上の繰り返し書き換えに対する耐久性、および耐湿性を情報記録媒体に付与できる
(3)光透過性に優れ、且つ価数の異なる複数の酸化物が混合されて構造が複雑となるため、誘電体層の熱伝導率が小さくなり、それにより記録層が急冷されやすくなり、記録感度が高くなる
という効果が得られる。
(式1)で示される材料を含む層を、情報記録媒体の記録層に隣接する二つの誘電体層のうち何れか一方もしくは両方に適用することにより、より良好な記録感度と、優れた繰り返し書き換え性能を有し、生産性に優れた情報記録媒体を安価に製造できる。また、情報記録媒体のさらなる高密度化、高速記録化にも対応できる。
上記酸化物系材料層において、(式1)のMがSnであれば、さらに好ましく、SnとGaとを含む場合は、より望ましい。また、(式1)のLがYであれば、書き換え特性を向上させ、記録感度も確保できるのでより好ましい。
上述のように、上記酸化物系材料層において、SnおよびGaから成る群GMから選択される少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLから選択される少なくとも一つの元素は、何れも酸素と共に酸化物として存在していると考えられ、これらを含む層として特定され得る。このように特定される材料層において、群GMから選択される少なくとも一つの元素の酸化物群は、群GLから選択される少なくとも一つの元素の酸化物群と合わせた量を基準(100mol%)としたときに、30mol%以上含まれることが好ましく、50mol%〜95mol%含まれることがより好ましい。
ここで、「酸化物群」という用語は、群GMから選択される元素が2つであって、2種の酸化物が層に含まれている場合には、すべての酸化物を総称するために用いられる。あるいは、「酸化物群」という用語は、群GMから選択される元素が一つのみであって、1種の酸化物が層に含まれる場合には、その酸化物のみを指す。これは、群GLから選択される元素についても同様である。換言すれば、酸化物系材料層は、材料層の熱的安定性、記録感度や書き換え特性、耐湿性の低下防止などの理由で、上記に特定された以外の化合物(そのような化合物を「第三成分」とも呼ぶ。)を10mol%まで含んでよい。
なお、上記に特定された材料にて形成された誘電体層に、数mol%以下の不純物や、近隣する層を構成する材料組成の元素が多少混じっていてもよい。
群GMから選択される元素の酸化物群の割合は、成膜速度の低下を防止するために30mol%以上であればよい。群GLから選択される元素の酸化物群は、酸化物と混合して用いる場合、成膜速度をさほど低下させることなく、材料層を形成することができる。
また、本発明の情報記録媒体において、材料層は、群GMから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物と、群GLから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、TaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物とを含み、具体的には、下記の式:
(D)(A)100−x(mol%) (式2)
(式中、DはSnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、xは、30≦x≦95を満たす。)
で表される材料を含んでいてもよい。SnOおよびGaは、耐湿性が良好であり、融点がいずれも1000℃以上と高く、熱的に安定で、且つ成膜速度が高い。TaおよびYは、上述の酸化物群と混合すると、光透過性に優れ、結果として記録感度を低減し、書き換え耐久性を向上させる効果がある。また価格も安いことから、実用にも適している。各化合物の好ましい割合は、上記のようにxで規定される。このような酸化物系材料層を記録層と接する誘電体層に適用することにより、誘電体層と記録層との間の界面層を無くすことが可能となる。したがって、このような材料層を誘電体層として含む情報記録媒体は、繰り返し記録性能、耐湿性、記録感度、記録および書き換え保存性が良好である。
その好ましい割合は、上記のようにxで規定される。生産に必要な成膜速度を確保できる範囲で、上記Dは、30mol%以上添加することが好ましい。
本発明の情報記録媒体において存在する酸化物系材料層の組成分析は、例えば、X線マイクロアナライザを用いて実施することができる。その場合、組成は、各元素の原子濃度として得られる。
以上説明した酸化物系材料層は、本発明の情報記録媒体において、記録層と接するように設けられることが好ましく、記録層の両方の面に接するように設けてよい。本発明の情報記録媒体における材料層は、記録層と誘電体層との間に位置する界面層として存在してもよい。
本発明の情報記録媒体は、その記録層において、相変化が可逆的に生じるものであることが好ましい。即ち、書き換え型情報記録媒体として好ましく提供される。相変化が可逆的に生じる記録層は、具体的には、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、Ge−Sn−Sb−Bi−Te、Ag−In−Sb−TeおよびSb−Teから選択される、いずれか一つの材料を含むことが好ましい。これらはいずれも高速結晶化材料である。したがって、これらの材料で記録層を形成すると、高密度且つ高転送速度で記録でき、信頼性(具体的には記録保存性または書き換え保存性)の点でも優れた情報記録媒体が得られる。
また、本発明の情報記録媒体において、記録層が、相変化を可逆的に生じるためには、記録層の膜厚は15nm以下であることが望ましい。これにより、記録層に加えられた熱が面内に拡散し、厚さ方向に拡散しにくくなって、情報の書き換えに支障をきたすこと防ぐことができる。
本発明の情報記録媒体は、基板の一方の表面に、第1の誘電体層、記録層、第2の誘電体層、および反射層がこの順で形成された構成を有するものであってよい。この構成を有する情報記録媒体は、光の照射により記録される媒体である。本明細書において、「第1の誘電体層」とは、入射される光に対してより近い位置にある誘電体層をいい、「第2の誘電体層」とは、入射される光に対してより遠い位置にある誘電体層をいう。即ち、照射される光は、第1の誘電体層から記録層を経由して、第2の誘電体層に到達する。この構成の情報記録媒体は、例えば、波長660nm付近のレーザ光で記録再生する場合に用いられる。本発明の情報記録媒体がこの構成を有する場合、第1の誘電体層および第2の誘電体層のうち少なくとも一つの誘電体層が、上述した酸化物系材料層にて形成されることが好ましい。また、両方の誘電体層が、上述のいずれかの材料層にて形成されていてもよく、同一組成の材料層はもちろん、異なる組成の材料層で形成されていてもよい。
この構成を有する情報記録媒体の一形態として、基板の一方の表面に、第1の誘電体層、界面層、記録層、第2の誘電体層、光吸収補正層、および反射層がこの順に形成されており、第2の誘電体層が上記酸化物系材料層にて形成されて、記録層と接している情報記録媒体が挙げられる。
本発明の情報記録媒体は、基板の一方の表面に、反射層、第2の誘電体層、記録層、および第1の誘電体層がこの順に形成された構成を有するものであってもよい。この構成は、光が入射する基板の厚さを薄くする必要がある場合に特に採用される。例えば、波長405nm付近の短波長レーザ光で記録再生する場合、対物レンズの開口数NAを例えば0.85と大きくし焦点位置を浅くするときに、この構成の情報記録媒体が使用される。このような波長および開口数NAを使用するには、光が入射する基板の厚さを、たとえば60〜120μm程度にする必要があり、そのような薄い基板表面に層を形成することが困難である。したがって、この構成の情報記録媒体は、光が入射されない基板を支持体として、その一方の表面に反射層等を順次形成することにより、構成されたものとして特定される。
本発明の情報記録媒体がこの構成を有する場合、第1の誘電体層および第2の誘電体層のうち少なくとも一つの誘電体層が、上述した酸化物系材料層である。両方の誘電体層が上述の酸化物系材料層である場合、両方の誘電体層は、同一組成の層であっても、あるいは異なる組成の層であってもよい。
この構成を有する情報記録媒体の一形態として、基板の一方の表面に、反射層、光吸収補正層、第2の誘電体層、記録層、界面層、および第1の誘電体層がこの順に形成されており、第2の誘電体層が上記酸化物系材料層である情報記録媒体が挙げられる。
本発明の情報記録媒体は、二つ以上の記録層を有するものであってもよい。そのような情報記録媒体は、例えば、基板の一方の表面側に、2つの記録層が誘電体層および中間層等を介して積層された、片面2層構造を有するものである。あるいは、基板の両方の面に記録層が形成されたものであってもよい。これらの構造によれば、記録容量を大きくすることが可能となる。
また、本発明の情報記録媒体は、記録層自体が複数に積層された構造になっていてもよい。これは、高密度化や高速記録化を実現する上で、記録層自体を積層して特性を確保する必要がある場合に用いられるものであって、この積層記録層の少なくとも一方の界面に接して、酸化物系材料層が形成されてよい。
次に、本発明の情報記録媒体の製造方法について説明する。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、本発明の情報記録媒体に含まれる材料層を、スパッタリング法で形成する工程を含む。スパッタリング法によれば、スパッタリングターゲットの組成と略同じ組成を有する材料層を形成できる。したがって、この製造方法によれば、スパッタリングターゲットを適切に選択することによって所望の組成の酸化物系材料層を容易に形成できる。
具体的には、スパッタリングターゲットとして、下記の式:
h2i2j2(原子%) (式3)
(式中、Mは群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h2、i2およびj2は、各々5≦h2≦40、40≦i2≦70、0<j2≦35、h2+i2+j2=100を満たす。)で表される材料を含むものを使用できる。
(式3)は、元素MとLの殆どが酸化物の形態で存在してもよい材料を元素組成で表した式に相当する。このスパッタリングターゲットによれば、(式1)で表される材料を含む誘電体層を形成することができる。
(式3)のMがSnであれば、さらに好ましく、SnとGaとを含む場合は、より望ましい。また、LがYであれば、書き換え特性を向上させ、記録感度も確保できるのでより好ましい。
より具体的には、好ましく用いられるスパッタリングターゲットは、群GMから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物と、群GLから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、TaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物とを含んで成る。そのようなスパッタリングターゲットは、下記の組成式:
(D)(A)100−x(mol%) (式4)
(式中、DはSnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、xは、30≦x≦95を満たす。)
で表される材料を含むものを使用できる。
上記酸化物系材料層において、(式4)のDがSnOであれば、さらに好ましく、SnOとGaとを含む場合は、より望ましい。また、(式4)のAがYであれば、書き換え特性が向上し、より好ましい。
また、本発明者らは、組成がそのように表示されたスパッタリングターゲットをX線マイクロアナライザで分析して得た元素組成が、表示されている組成から算出される元素組成と略等しくなることを(即ち、組成表示(公称組成)が適正であること)を確認している。したがって、酸化物系材料として提供されるスパッタリングターゲットもまた、本発明の情報記録媒体の製造方法において好ましく用いられる。
酸化物系材料として提供されるスパッタリングターゲットは、群GMから選択される元素の酸化物群と群GLから選択される少なくとも一つの元素の酸化物群とを合わせた量を基準(100mol%)としたときに、群GMから選択される元素の酸化物群を30mol%以上含むものであれば、生産性も高く、より好ましくは50〜95mol%含むことがさらに好ましい。これによれば、得られる酸化物系材料層もまた群GMから成る酸化物群の割合が30mol%以上となり、上記所定の効果を与える情報記録媒体を得ることができる。
尚、本発明の情報記録媒体は、上述のように、記録層の少なくとも一方の界面に接して(式1)または(式2)に示す酸化物系材料層を形成すればよい。
したがって、例えば、製造装置の仕様の都合上、あるいは、スパッタリングターゲットの作製において、(式3)および(式4)に示す材料組成のスパッタリングターゲットを用いることが適切でない、もしくは困難な場合には、複数のスパッタリングターゲットを用いて、結果として(式1)または(式2)に示す材料層を形成してもよいことは、言うまでもない。その方法として、具体的には、例えば、SnOから成るスパッタリングターゲットと、Taから成るスパッタリングターゲットを所望の混合比率になるように、共にスパッタリングする等がある。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は例示的なものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1として、レーザ光を用いて情報の記録および再生を実施する、情報記録媒体の一例を説明する。図1に、その情報記録媒体の一部断面を示す。
図1に示すように、本実施の形態の情報記録媒体は、基板1の一方の表面に、第1の誘電体層2、記録層4、第2の誘電体層6、光吸収補正層7、および反射層8がこの順に積層され、さらに接着層9で貼り合せ基板10が反射層8に接着された構成を有する。即ち、反射層8は光吸収補正層7の上に形成され、光吸収補正層7は第2の誘電体層6の上に形成され、第2の誘電体層6は記録層4の上に形成され、記録層4は第1の誘電体層2の上に形成されている。この構成の情報記録媒体は、波長660nm付近のレーザビームで記録再生する4.7GB/DVD−RAMとして使用できる。この構成の情報記録媒体には、基板1側からレーザ光が入射され、入射されたレーザ光により情報の記録および再生が実施される。本実施の形態の情報記録媒体は、記録層4と第1および第2の誘電体層2、6との間にそれぞれ界面層を有していない点において、図5に示した従来の情報記録媒体と相違する。
基板1は、通常、透明な円盤状の板である。基板1において、第1の誘電体層2および記録層4等を形成する側の表面には、図1に示すようにレーザ光を導くための案内溝が形成されていてもよい。案内溝を基板1に形成した場合、基板1の断面を見ると、グルーブ部とランド部とが形成される。グルーブ部は2つの隣接するランド部の間に位置するともいえる。したがって、案内溝が形成された基板1の表面は、側壁でつながれた頂面と底面とを有することとなる。本明細書においては、レーザ光の方向において、レーザ光に近い側にある面を便宜的に「グルーブ面」と呼び、レーザ光から遠い側にある面を便宜的に「ランド面」と呼ぶ。図1においては、基板1の案内溝の底面20がグルーブ面に相当し、頂面21がランド面に相当する。なお、後述の実施の形態2で説明する図2に示す情報記録媒体おいても同様である。
基板1のグルーブ面20とランド面21の段差は、40nm〜60nmであることが好ましい。なお、後述する図2に示す情報記録媒体を構成する基板1においても、グルーブ面20とランド面21との段差はこの範囲であることが好ましい。また、基板1において、他の層を形成しない側の表面は、平滑であることが望ましい。基板1の材料として、例えば、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィンあるいはポリメチルメタクリレート(PMMA)等の樹脂、またはガラス等の光透過性を有する材質のものを挙げることができる。成形性、価格、および機械強度を考慮すると、ポリカーボネートが好ましく使用される。なお、本実施の形態の情報記録媒体において、基板1の厚さは、0.5〜0.7mm程度である。
記録層4は、光の照射または電気的エネルギーの印加によって、結晶相と非晶質相との間で相変化を起こし、記録マークが形成される層である。相変化が可逆的であれば、消去や書き換えを行うことができる。可逆的相変化材料としては、高速結晶化材料である、Ge−Sb−TeまたはGe−Sn−Sb−Teを用いることが好ましい。具体的には、Ge−Sb−Teの場合、GeTe−SbTe擬二元系組成であることが好ましく、その場合、4SbTe≦GeTe≦50SbTeであることが好ましい。これにより、記録前後の反射光量の変化を大きくでき、読み出し信号の品質が低下を防止し、結晶相と非晶質相間の体積変化を抑え、繰り返し書き換え性能が向上できる。Ge−Sn−Sb−Teは、Ge−Sb−Teよりも結晶化速度が速い。Ge−Sn−Sb−Teは、例えば、GeTe−SbTe擬二元系組成のGeの一部をSnで置換したものである。記録層4において、Snの含有量は、20原子%以下であることが好ましい。これにより、結晶化速度が速すぎて、非晶質相の安定性が損なわれ、記録マークの信頼性が低下することを防止できる。なお、Snの含有量は、記録条件に合わせて調整することが可能である。
また、記録層4は、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、またはGe−Sn−Sb−Bi−Teのような、Biを含む材料で形成することもできる。BiはSbよりも結晶化しやすい。したがって、Ge−Sb−TeやGe−Sn−Sb−TeのSbの少なくとも一部をBiで置換することによっても、記録層の結晶化速度を向上させることができる。Ge−Bi−Teは、GeTeとBiTeとの混合物である。この混合物においては、8BiTe≦GeTe≦25BiTeであることが好ましい。これにより、結晶化温度が低下して、記録保存性が劣化することを抑え、結晶相と非晶質相間の体積変化が大きく、繰り返し書き換え性能が低下することを抑えることができる。
Ge−Sn−Bi−Teは、Ge−Bi−TeのGeの一部をSnで置換したものに相当する。Snの置換濃度を調整して、記録条件に合わせて結晶化速度を制御することが可能である。Sn置換は、Bi置換と比較して、記録層4の結晶化速度の微調整に、より適している。記録層4において、Snの含有量は10原子%以下であることが好ましい。これにより、結晶化速度が速くなりすぎるために、非晶質相の安定性が損なわれ、記録マークの保存性が低下することを抑えることができる。
Ge−Sn−Sb−Bi−Teは、Ge−Sb−TeのGeの一部をSnで置換し、さらにSbの一部をBiで置換したものに相当する。これは、GeTe、SnTe、SbTeおよびBiTeの混合物に相当する。この混合物においては、Sn置換濃度とBi置換濃度を調整して、記録条件に合わせて結晶化速度を制御することが可能である。Ge−Sn−Sb−Bi−Teにおいては、4(Sb−Bi)Te≦(Ge−Sn)Te≦25(Sb−Bi)Teであることが好ましい。これにより、記録前後の反射光量の変化が小さくなって読み出し信号品質が低下する、あるいは結晶相と非晶質相間の体積変化が大きくなって繰り返し書き換え性能が低下することを抑えることができる。また、結晶相と非晶質相間の体積変化が大きくなって、繰り返し書き換え性能が低下することを抑えることができる。また、記録層4において、Biの含有量は10原子%以下であることが好ましく、Snの含有量は20原子%以下であることが好ましい。BiおよびSnの含有量がそれぞれこの範囲内にあれば、良好な記録マークの保存性が得られるからである。
その他の可逆的に相変化を起こす材料としては、例えば、Ag−In−Sb−Te、Ag−In−Sb−Te−Ge、およびSbを70原子%以上含むSb−Te等が挙げられる。
非可逆的相変化材料としては、例えば、TeO+α(αはPd、Ge等である。)を用いることが好ましい。記録層4が非可逆的相変化材料である情報記録媒体は、記録が一度だけ可能であり、いわゆるライトワンスタイプのものである。このような情報記録媒体においても、記録時の熱により誘電体層中の原子が記録層中に拡散して、信号の品質を低下させるという問題がある。したがって、本発明は、書き換え可能な情報記録媒体だけでなく、ライトワンス型の情報記録媒体にも好ましく適用される。
記録層4が可逆的に相変化する材料から成る場合には、前述のように、記録層4の厚さは15nm以下であることが好ましく、12nm以下であることがより好ましい。
本実施の形態における第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物とを含む、酸化物系材料層である。
一般に、情報記録媒体を構成する誘電体層の材料には、(1)透明性があること(消衰係数が0.1以下、より好ましくは0.05以下)、(2)誘電体層と記録層との間に界面層が設けられた構成と同等かそれ以上の記録感度が得られること、(3)融点が高く、記録の際に溶融しないこと、(4)成膜速度が大きいこと、および(5)カルコゲナイド材料にて形成される記録層4との密着性が良好であること、が要求される。透明性があることは、基板1側から入射されたレーザ光を通過させて記録層4に到達させるために必要な特性である。この特性は、特に入射側の第1の誘電体層2に要求される。また、第1および第2の誘電体層2、6の材料は、得られる情報記録媒体が、従来の、ZnS−SiOから成る誘電体層と記録層との間に界面層が位置する情報記録媒体と同等かそれ以上の記録感度を有するように選択する必要がある。また、融点が高いことは、ピークパワーレベルのレーザ光を照射したときに、第1および第2の誘電体層2、6の材料が記録層4に混入しないことを確保するために必要な特性であり、第1および第2の誘電体層2、6の両方に求められる。第1および第2の誘電体層2、6の材料が記録層4に混入すると、繰り返し書き換え性能が著しく低下する。カルコゲナイド材料である記録層4との密着性が良好であることは、情報記録媒体の信頼性を確保するために必要な特性であり、第1および第2の誘電体層2、6の両方に求められる。良好な生産性を得るため、成膜速度が大きいことも要求される。
上記酸化物系材料層に含まれる成分のうち、群GMを構成する元素の酸化物はいずれも、透明性があり、融点が高く、熱的安定性に優れ、記録層との密着性がよい。したがって、これらの化合物によれば、情報記録媒体の良好な繰り返し書き換え性能を確保することができる。また、群GLを構成する元素の酸化物は、記録層との密着性がよく、群GMを構成する元素の酸化物に混合することにより、熱伝導を小さくして記録感度を向上させると共に、繰り返し書き換え記録による膜割れおよび膜破壊を抑制でき、結果として情報記録媒体の記録感度と信頼性を両立できる。群GMを構成する元素の酸化物には、例えば、SnOおよびGaが含まれる。また、群GLを構成する元素の酸化物としては、例えばTaおよびYが含まれる。ここで、波長660nmのレーザ光に対する、材料の屈折率nと消衰係数kの例を表1に示す。
Figure 2006109534
これらの酸化物を混合して成る、Sを含まない材料を用いて、第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を記録層4と接するように形成することによって、繰り返し書き換え性能に優れ、且つ記録層4と第1および第2の誘電体層2、6との間の密着性が良好である情報記録媒体を実現できる。また、群GMを構成する元素の酸化物に、群GLを構成する元素の酸化物を混ぜて層の構造を複雑化することにより、第1および第2の誘電体層2、6における熱伝導が抑制される。したがって、上記酸化物系材料層を第1および第2の誘電体層2、6に用いれば、記録層の急冷効果を高めることができるので、情報記録媒体の記録感度を高くし得る。
このような酸化物系材料の具体例は、例えば、(式2)、即ち、(D)(A)100−x(mol%)で表される材料である。この式において、Dは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物であり、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物である。各化合物の混合割合を示すxは、30≦x≦95を満たす。これにより、成膜速度が遅くなり、生産性が低下したり、Aの混合効果が小さくなり、特に記録感度が不十分となることなどを防止できる。
上述のような酸化物系材料層にて誘電体層を形成することにより、誘電体層を記録層に接して形成しても、記録感度が良好で、書き換え特性と信頼性を確保できる。
上記の酸化物系材料層は、以上に示した化合物以外の第三成分を含んでいてもよく、特に数%以下の不純物があってもよい。また、近隣に形成される層の組成元素が多少混じっても、その熱安定性および耐湿性は変わらず、第1の誘電体層2および第2の誘電体層6として好ましく用いられる。第三成分は、酸化物系材料層にて誘電体層を形成する際に不可避的に含まれるもの、または不可避的に形成されるものである。第三成分として、例えば、誘電体、金属、半金属、半導体および/または非金 等が挙げられる。
第三成分として含まれる誘電体は、例えば、Al、Bi、CeO、CoO、Cr、CuO、CuO、Dy、Er、FeO、Fe、Fe、HfO、Ho、In、La、MnO、MgSiO、Nb、Nd、NiO、Sc、SiO、Sm、SnO、Tb、TeO、TiO、VO、WO、Yb、ZnO、ZrSiO、AlN、BN、CrB、LaB、ZrB、CrN、CrN、HfN、NbN、Si、TaN、TiN、VN、ZrN、BC、Cr、HfC、MoC、NbC、SiC、TiC、TaC、VC、WC、WC、ZrC、CaF、CeF、MgFおよびLaF等である。
第三成分として含まれる金属は、例えば、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、La、Ce、Nd、Sm、Gd、Tb、DyおよびYb等がある。
第三成分として含まれる半金属および半導体は、例えばC、Ge等であり、非金属では、例えばSb、Bi、TeおよびSe等が挙げられる。
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は、それぞれ互いに異なる組成の酸化物系材料層で形成されていてもよい。第1の誘電体層2は、より優れた耐湿性を有するように組成された材料で形成することが好ましく、例えば、(式2)および(式4)のDが、SnOであることがより好ましく、さらにSnOとGaとであることが望ましい。また、(式2)および(式4)のAは、Yであることがより望ましい。
上述のように酸化物系材料層は、所望の機能に応じて、酸化物の種類、および/またはそれらの混合割合を最適化して形成できる。
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は、各々の光路長(即ち、誘電体層の屈折率nと誘電体層の膜厚dとの積nd)を変えることにより、結晶相の記録層4の光吸収率Ac(%)と非晶質相の記録層4の光吸収率Aa(%)、記録層4が結晶相であるときの情報記録媒体の光反射率Rc(%)と記録層4が非晶質相であるときの情報記録媒体の光反射率Ra(%)、記録層4が結晶相である部分と非晶質相である部分での光の位相差Δφ、を調整することができる。記録マークの再生信号振幅を大きくして、信号品質を上げるためには、反射率差(|Rc−Ra|)または反射率比(Rc/Ra)が大きいことが望ましい。また、記録層4がレーザ光を吸収するように、AcおよびAaも大きいことが望ましい。これらの条件を同時に満足するように第1の誘電体層2および第2の誘電体層6の光路長を決定する。それらの条件を満足する光路長は、例えばマトリクス法に基づく計算によって正確に決定することができる。
以上において説明した、酸化物系材料層は、その組成に応じて異なる屈折率を有する。誘電体層の屈折率をn、膜厚をd(nm)、レーザ光の波長をλ(nm)とした場合、光路長ndは、nd=aλで表される。ここで、aは正の数とする。情報記録媒体の記録マークの再生信号振幅を大きくして信号品質を向上させるには、例えば、15%≦Rc且つRa≦2%であることが好ましい。また、書き換えによるマーク歪みを無くす、または小さくするには、1.1≦Ac/Aaであることが好ましい。これらの好ましい条件が同時に満たされるように第1の誘電体層2および第2の誘電体層6の光路長(aλ)を、マトリクス法に基づく計算により求めた。得られた光路長(aλ)、ならびにλおよびnから、誘電体層の厚さdを求めた。その結果、例えば、組成式(式1)および(式2)で表され、屈折率nが1.8〜2.4である材料で、第1の誘電体層2を形成する場合、その厚さは、好ましくは110nm〜160nmであることが判った。また、この材料で第2の誘電体層6を形成する場合、その厚さは、好ましくは、35〜60nmであることが判った。
光吸収補正層7は、前述のように、記録層4が結晶状態であるときの光吸収率Acと非晶質状態であるときの光吸収率Aaの比Ac/Aaを調整し、書き換え時にマーク形状が歪まないようにする働きがある。光吸収補正層7は、屈折率が高く、且つ適度に光を吸収する材料で形成されることが好ましい。例えば、屈折率nが3以上5以下、消衰係数kが1以上4以下である材料を用いて、光吸収補正層7を形成できる。具体的には、Ge−Cr、およびGe−Mo等の非晶質のGe合金、Si−Cr、Si−Mo、およびSi−W等の非晶質のSi合金、Te化物、ならびにTi、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SnTe、およびPbTe等の結晶性の金属、半金属および半導体材料から選択される材料を使用することが好ましい。光吸収補正層7の膜厚は、20nm〜50nmであることが好ましい。
反射層8は、光学的には記録層4に吸収される光量を増大させ、熱的には記録層4で生じた熱を速やかに拡散させて記録層4を急冷し、非晶質化し易くする機能を有する。さらに反射層8は、記録層4および誘電体層2、6を含む多層膜を使用環境から保護する機能も有する。反射層8の材料としては、例えば、Al、Au、Ag、およびCu等の熱伝導率の高い単体金属材料が挙げられる。反射層8は、その耐湿性を向上させる目的で、ならびに/あるいは熱伝導率または光学特性(例えば、光反射率、光吸収率または光透過率)を調整する目的で、上記の金属材料から選択される一つまたは複数の元素に、他の一つまたは複数の元素を添加した材料を使用して形成してよい。具体的には、Al−Cr、Al−Ti、Ag−Pd、Ag−Pd−Cu、Ag−Pd−Ti、Ag−InまたはAu−Cr等の合金材料を用いることができる。これらの材料は何れも耐食性に優れ、且つ急冷機能を有する優れた材料である。同様の目的は、反射層8を2以上の層で形成することによっても達成され得る。反射層8の厚さは50〜180nmであることが好ましく、60nm〜120nmであることがより好ましい。
接着層9は、耐熱性および接着性の高い材料、例えば、紫外線硬化性樹脂等を用いて形成してよい。具体的には、アクリレート樹脂やメタクリレート樹脂等を主成分とする光硬化材料や、エポキシ樹脂を主成分とする材料や、ホットメルト材料等が使用可能である。また必要に応じて、接着層9を形成する前に、紫外線硬化性樹脂より成る、厚さ2〜20μmの保護コート層を反射層8の表面に設けてもよい。接着層9の厚さは、好ましくは15〜60μmであり、より好ましくは20〜40μmである。
貼り合せ基板10は、情報記録媒体の機械的強度を高めるとともに、第1の誘電体層2から反射層8までの積層体を保護する機能を有する。貼り合せ基板10の好ましい材料は、基板1の好ましい材料と同じである。
本実施の形態の情報記録媒体は、一つの記録層を有する片面構造ディスクであるが、これに限るものではなく、2つ以上の記録層を有してもよい。
続いて、本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法を説明する。
本実施の形態の情報記録媒体は、案内溝(グルーブ面20とランド面21)が形成された基板1(例えば、厚さ0.6mm)を成膜装置に配置し、基板1の案内溝が形成された表面に第1の誘電体層2を成膜する工程(工程a)、記録層4を成膜する工程(工程b)、第2の誘電体層6を成膜する工程(工程c)、光吸収補正層7を成膜する工程(工程d)および反射層8を成膜する工程(工程e)を順次実施し、さらに、反射層8の表面に接着層9を形成する工程、および貼り合せ基板10を貼り合わせる工程を実施することにより、製造される。なお、本明細書において、各層に関して「表面」というときは、特に断りのない限り、各層が形成されたときに露出している表面(厚さ方向に垂直な表面)を指すものとする。
まず、基板1の案内溝が形成された面に、第1の誘電体層2を成膜する工程aを実施する。工程aは、スパッタリング法により実施され、高周波電源を用いて、Arガス雰囲気で実施する。スパッタリングで導入するガスは、形成する材料層に応じて、Arガスの他に、酸素ガスや窒素ガス、CHガス等、混合したガス雰囲気中で実施してよい。
工程aで使用されるスパッタリングターゲットとしては、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物とを含むスパッタリングターゲットが用いられる。
前述の通り、群GMより選ばれる少なくとも1つの元素と、群GLより選ばれる少なくとも1つの元素と、酸素原子とを含むスパッタリングターゲットは、より具体的には、(式3)即ち、Mh2i2j2(原子%)で表わされる材料である。この式において、Mは群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h2、i2およびj2は、5≦h2≦40、40≦i2≦70、0<j2≦35、h2+i2+j2=100を満たす材料を含むスパッタリングターゲットを使用できる。このスパッタリングターゲットを用いれば、(式1)で表される材料を含む層を形成できる。
本発明の製造方法で使用されるスパッタリングターゲットは、群GMから選択される元素の酸化物群が、混合物に対して、30mol%以上含むことが好ましく、50〜95mol%含むことがより好ましい。
上記特定の酸化物を含むスパッタリングターゲットとして、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物と、TaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を含む材料を使用できる。より具体的には、(式4)、即ち、(D)(A)100−x(mol%)で表される材料である。この式において、Dは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、各化合物の混合割合を示すxは、30≦x≦95を満たす材料を含むターゲットを使用できる。このターゲットによれば、(式2)で表される材料を含む層が形成できる。
上記の材料を含む層には、これらの化合物以外の第三成分を含んでいてもよく、特に数%以下の不純物があってもよい。また、近隣に形成される層の組成元素が多少混じってもよい。第三成分として含まれ得る成分は先に例示したとおりである。
次に、工程bを実施して、第1の誘電体層2の表面に、記録層4を成膜する。工程bもまた、スパッタリング法により実施される。スパッタリングは、直流電源を用いて、Arガス雰囲気中、またはArガスとNガスの混合ガス雰囲気中で実施する。工程aと同様に、目的に応じて他のガスを導入してもよい。スパッタリングターゲットは、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、Ge−Sn−Sb−Bi−Te、Ag−In−Sb−TeおよびSb−Teのうち、いずれか一つの材料を含むものを使用する。成膜後の記録層4は非晶質状態である。
次に、工程cを実施して、記録層4の表面に、第2の誘電体層6を成膜する。工程cは、工程aと同様に実施される。第2の誘電体層6は、第1の誘電体層2と同じ化合物の混合比率が異なるスパッタリングターゲット、または異なる酸化物を含むスパッタリングターゲットを用いて形成してもよい。例えば、第1の誘電体層2を、SnO−Taの混合系材料で形成し、第2の誘電体層6を、SnO−Ga−Yの混合系材料で形成してよい。このように、第1の誘電体層2と第2の誘電体層6は、所望の機能に応じて、含まれる酸化物の種類、ならびに/またはそれらの混合割合を最適化して形成できる。
次に、工程dを実施して、第2の誘電体層6の表面に、光吸収補正層7を成膜する。工程dにおいては、直流電源または高周波電源を用いて、スパッタリングを実施する。スパッタリングターゲットとして、Ge−Cr、およびGe−Mo等の非晶質Ge合金、Si−Cr、Si−MoおよびSi−W等の非晶質Si合金、Te化物、ならびにTi、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SnTe、およびPbTe等の結晶性の金属、半金属、および半導体材料から選択される材料から成るものを用いる。スパッタリングは、一般には、Arガス雰囲気中で実施する。
次に、工程eを実施して、光吸収補正層7の表面に、反射層8を成膜する。工程eはスパッタリングにより実施される。スパッタリングは、直流電源または高周波電源を用いて、Arガス雰囲気中で実施する。スパッタリングターゲットとしては、Al−Cr、Al−Ti、Ag−Pd、Ag−Pd−Cu、Ag−Pd−Ti、Ag−InまたはAu−Cr等の合金材料より成るものを使用できる。
上記のように、工程a〜eは、いずれもスパッタリング工程である。したがって、工程a〜eは、一つのスパッタリング装置内において、ターゲットを順次変更して連続的に実施できる。また、工程a〜eは、それぞれ独立したスパッタリング装置を用いて実施することも可能である。
反射層8を成膜した後、第1誘電体層2から反射層8までが順次積層された基板1をスパッタリング装置から取り出す。それから、反射層8の表面に、紫外線硬化性樹脂を、例えばスピンコート法により塗布する。塗布した紫外線硬化性樹脂に、貼り合せ基板10を密着させて、紫外線を貼り合せ基板10側から照射して樹脂を硬化させ、貼り合わせ工程を終了させる。
貼り合せ工程が終了した後は、必要に応じて初期化工程を実施する。初期化工程は、非晶質状態である記録層4を、例えば半導体レーザを照射して、結晶化温度以上に昇温して結晶化させる工程である。初期化工程は貼り合せ工程の前に実施してもよい。このように、工程a〜e、接着層の形成工程、および貼り合せ基板10の貼り合せ工程を順次実施することにより、実施の形態1の情報記録媒体を製造することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2として、図2に、その情報記録媒体の一部断面を示す。
図2に示す本実施の形態の情報記録媒体は、基板1の一方の表面に、第1の誘電体層102、第1の界面層103、記録層4、第2の誘電体層6、光吸収補正層7、および反射層8がこの順に形成され、さらに接着層9で反射層8に貼り合せ基板10が接着された構成を有する。本実施の形態の情報記録媒体は、記録層4と第2の誘電体層6との間に界面層を有していない点において、図5に示した従来の情報記録媒体と相違する。また、基板1と記録層4との間に第1の誘電体層102と第1の界面層103がこの順に積層されている点において、図1に示す情報記録媒体と相違する。本実施の形態おいて、第2の誘電体層6は、実施の形態1の情報記録媒体における第1および第2の誘電体層と同様の、酸化物系材料層で形成されている。その他、図2において、図1で使用した符号と同じ符号は、同じ機能を有する構成要素を表し、図1を参照して説明した材料および方法にて形成されるものである。したがって、図1で既に説明した構成要素については、ここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の情報記録媒体において、第1の誘電体層102は、従来の情報記録媒体を構成していた誘電体層に使用されていた材料(ZnS−SiO)で形成されている。したがって、界面層103は、繰り返しの記録により第1の誘電体層102と記録層4との間で生じる物質移動を防止するために設けられている。界面層103の好ましい材料および厚さは、例えば、ZrO−SiO−CrやGe−Cr等の混合材料で、その厚さは、1〜10nmであることが好ましく、2〜7nmであればより好ましい。これにより、基板1の表面に形成された第1の誘電体層102から反射層8までの積層体の光学的反射率および吸収率が変化して、記録消去性能に影響が生じることを抑えることができる。
続いて、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法を説明する。本実施の形態において、基板1の案内溝が形成された面に第1の誘電体層102を成膜する工程(工程h)、第1の界面層103を成膜する工程(工程i)、記録層4を成膜する工程(工程b)、第2の誘電体層6を成膜する工程(工程c)、光吸収補正層7を成膜する工程(工程d)および反射層8を成膜する工程(工程e)を順次実施し、さらに反射層8の表面に接着層9を形成する工程、および貼り合せ基板10を貼り合わせる工程を実施することにより、製造される。工程b、c、d、およびeは、実施の形態1において説明したとおりであるから、ここではその詳細な説明を省略する。貼り合せ基板10を貼り合わせる工程が終了した後、実施の形態1に関連して説明したように、必要に応じて初期化工程を実施して、情報記録媒体を得る。
以上、実施の形態1および2にて、図1および図2を参照し、本発明の情報記録媒体の実施の形態として、レーザ光で記録再生する情報記録媒体を説明したが、本発明の情報記録媒体はこれらの形態に限定されない。本発明の情報記録媒体は、記録層に接する誘電体層を、酸化物系材料層を用いて形成する限りにおいて、任意の形態をとりうる。即ち、本発明は、基板上に層を形成する順序、記録層の数、記録条件、および記録容量等にかかわらず適用可能である。また、本発明の情報記録媒体は、種々の波長で記録するのに適している。したがって、本発明の情報記録媒体の構成および製造方法は、例えば、波長630〜680nmのレーザ光で記録再生するDVD−RAMやDVD−RW、または波長400〜450nmのレーザ光で記録再生する大容量光ディスク等に適用可能である。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3として、電気的エネルギーを印加して情報の記録および再生を実施する情報記録媒体の一例の斜視図を図3に示す。
図3のように、本実施の形態の情報記録媒体は、基板201の表面に、下部電極202、記録部203および上部電極204がこの順に形成されたメモリである。メモリの記録部203は、円柱状の記録層205および記録層205を取り囲む誘電体層206を含む構成を有する。実施の形態1および2において図1および図2を参照して説明した情報記録媒体とは異なり、この形態のメモリにおいては、記録層205および誘電体層206は同一面上に形成され、それらは積層された関係にない。しかし、記録層205および誘電体層206はともに、メモリにおいては、基板201、下部電極202および上部電極204を含む積層体の一部を構成しているので、それぞれ「層」と呼び得るものである。したがって、本発明の情報記録媒体には、記録層と誘電体層が同一面上にある形態のものも含まれる。
基板201として、具体的には、例えば、Si基板等の半導体基板、ポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂等から成る基板、SiO基板およびAl基板等の絶縁性基板、等を使用できる。下部電極202および上部電極204は、適当な導電材料で形成される。下部電極202および上部電極204は、例えば、Au、Ag、Pt、Al、Ti、W、Cr等の金属、またはこれらの混合物をスパッタリングすることにより形成される。
記録部203を構成する記録層205は、電気的エネルギーを印加することによって相変化する材料から成り、記録部203における相変化部と称することもできる。記録層205は、電気的エネルギーを印加することによって生じるジュール熱によって、結晶相と非晶質相との間で相変化する材料で形成される。記録層205の材料としては、例えば、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−TeおよびGe−Sn−Sb−Bi−Te系材料が使用され、より具体的には、例えばGeTe−SbTe系材料またはGeTe−BiTe系材料等が使用できる。
記録部203を構成する誘電体層206は、上部電極204および下部電極202との間に電圧を印加することによって、記録層205に流れた電流が周辺部に逃げることを防止し、記録層205を電気的および熱的に絶縁する機能を有する。したがって、誘電体層206は、断熱部と称することもできる。誘電体層206は、酸化物系材料層で形成され、具体的には、(式1)および(式2)で表される材料を含む層である。これらの材料は、高融点であること、加熱された場合でも材料層中の原子が拡散しにくいこと、ならびに熱伝導率が低いこと等から、誘電体層206に好ましく用いられる。
本実施の形態については、後述の実施例において、その作動方法とともにさらに説明する。
本発明をより具体的に説明する。
まず、本発明の情報記録媒体の誘電体層を形成する際に用いられる酸化物系材料層からなるターゲットに対し、公称組成(即ち、供給に際してターゲットメーカーが公に表示している組成)と分析組成との関係を、予め試験により確認してみた。
本試験では、その一例として、(式4)に相当する(SnO40(Ga40(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いた。このスパッタリングターゲットを粉末状にし、X線マイクロアナライザ法により組成分析を実施した。この結果、スパッタリングターゲットの分析組成が、各元素の割合(原子%)で示される組成式として得られた。分析結果を、(表2)に示す。さらに、(表2)には、公称組成から算出される元素組成である、換算組成も示す。
Figure 2006109534
表2に示すように、分析組成は換算組成とほぼ等しかった。この結果から、(式3)および(式4)により表記されるスパッタリングターゲットの実際の組成(即ち、分析組成)は、計算により求められる元素組成(即ち、換算組成)とほぼ一致し、したがって公称組成が適正であることが確認された。そこで、以下の実施例においては、スパッタリングターゲットの組成を公称組成(mol%)で表す。また、スパッタリングターゲットの公称組成と、このスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により形成した酸化物系材料層の組成(mol%)とは、同じものとみなして差し支えないと考えた。したがって、以下の実施例では、スパッタリングターゲットの組成の表示を以って、このスパッタリングターゲットを用いて形成された層の組成とした。
(実施例1)
実施の形態1で説明した図1に示す情報記録媒体において、第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO95(Y(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成した。第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は同じ材料で形成した。以下、本実施例の情報記録媒体の作製方法を説明する。以下の説明においては、図1に示した各構成要素と同じ参照番号を用いる。
まず、基板1として、深さ56nm、トラックピッチ(基板1の主面に平行な面内におけるグルーブ表面およびランド表面の中心間距離)0.615μmの案内溝が片側表面に予め設けられた、直径120mm、厚さ0.6mmの円形のポリカーボネート基板を用いた。
基板1上に、厚さ145nmの第1の誘電体層2、厚さ8nmの記録層4、厚さ45nmの第2の誘電体層6、厚さ40nmの光吸収補正層7、および厚さ80nmの反射層8を、この順に、スパッタリング法により以下に説明する方法で成膜した。
第1の誘電体層2と第2の誘電体層6を構成する材料として、(SnO95(Y(mol%)を用いた。
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を形成する工程においては、上述の材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、圧力0.13Paにて高周波スパッタリングを実施して成膜した。
記録層4を形成する工程は、GeTe−SbTe擬二元系組成のGeの一部をSnで置換したGe−Sn−Sb−Te系材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚み6mm)を成膜装置に取り付けて、0.13Paにて直流スパッタリングを実施した。記録層の組成は、Ge27SnSb12Te53(原子%)であった。
光吸収補正層7を形成する工程は、組成がGe80Cr20(原子%)である材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、約0.4Paにて直流スパッタリングを実施した。
反射層8を形成する工程は、Ag−Pd−Cu合金から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、約0.4Paにて直流スパッタリングを実施した。
反射層8を形成した後、紫外線硬化性樹脂を反射層8上に塗布した。塗布した紫外線硬化性樹脂の上に、直径120mm、厚さ0.6mmのポリカーボネート製の貼り合せ基板10を密着させた。次いで、貼り合せ基板10の側から紫外線を照射して樹脂を硬化させ貼り合わせた。
上記の貼り合わせた後、波長810nmの半導体レーザを使用して初期化工程を実施し、記録層4を結晶化させた。初期化工程の終了により、情報記録媒体の作製が完了した。
(実施例2)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO90(Ta10(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例3)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO80(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例4)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO60(Y10(Ta30(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例5)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO50(Y50(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例6)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO40(Ga40(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例7)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO60(Ga20(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例8)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO40(Ga40(Ta20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例9)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(Ga70(Ta15(Y15(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例10)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO40(Ta30(Y30(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例11)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO30(Ta35(Y35(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例1)
比較例1の情報記録媒体として、図5に示す構成の情報記録媒体を作製した。ここで、第1の誘電体層102および第2の誘電体層106は、ZnS−SiOのスパッタリングターゲットで形成した。また、第1の界面層103および第2の界面層105は、それぞれZrO−SiO−Crから成る、厚さ5nmの層とした。
第1の誘電体層102および第2の誘電体層106は、(ZnS)80(SiO20(mol%)から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を使用して、圧力0.13Paにて高周波スパッタリングを実施して形成した。
第1の界面層103および第2の界面層105は、(ZrO25(SiO25(CrO50(mol%)の組成を有する材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、高周波スパッタリングで形成した。それ以外の光吸収補正層7、反射層8および貼り合せ基板10との貼り合せは、実施例1の情報記録媒体の場合と同様である。
(比較例2)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、SnOのみの公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例3)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、Gaのみの公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例4)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、Yのみの公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例5)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO50(Ga50(mol%)の公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
次に、以上の実施例1〜13および比較例1〜5の情報記録媒体に対して評価を行った。以下に評価方法について説明する。評価項目として(1)誘電体層と記録層との密着性、(2)記録感度、(3)書き換え性能の3つについて行った。
まず、(1)の密着性は、高温高湿条件下での剥離の有無に基づいて評価した。具体的には、初期化工程後の情報記録媒体を、温度90℃、80RH%の高温高湿槽に100時間放置した後、記録層4とこれに接する誘電体層2、6との界面の少なくとも一方で剥離が発生していないかどうかを、光学顕微鏡で目視観察した。
(2)記録感度と(3)繰り返し書き換え性能は、記録再生評価装置を用い、最適パワーと、その記録パワーでの繰り返し回数を評価した。
情報記録媒体の信号評価は、情報記録媒体を回転させるスピンドルモータと、レーザ光を発する半導体レーザを備えた光学ヘッドと、レーザ光を情報記録媒体の記録層4上に集光させる対物レンズとを具備した一般的な構成の情報記録システムを用いた。具体的には、波長660nmの半導体レーザと開口数0.6の対物レンズを使用し、4.7GB容量相当の記録を行った。このとき、情報記録媒体を回転させる線速度は8.2m/秒とした。また、後述の平均ジッタ値を求める際のジッタ値の測定には、タイムインターバルアナライザを用いた。
まず、繰り返し回数を測定する際の記録再生条件を決めるために、ピークパワー(Pp)およびバイアスパワー(Pb)を以下の手順で設定した。上記のシステムを用いて、レーザ光を、高パワーレベルのピークパワー(mW)と低パワーレベルのバイアスパワー(mW)との間でパワー変調しながら情報記録媒体に向けて照射して、マーク長0.42μm(3T)〜1.96μm(14T)のランダム信号を、記録層4の同一のグルーブ表面に10回記録した。そして、前端間のジッタ値(記録マーク前端部におけるジッタ)および後端間のジッタ値(記録マーク後端部におけるジッタ)を測定し、これらの平均値として平均ジッタ値を求めた。バイアスパワーを一定の値に固定し、ピークパワーを種々変化させた各記録条件について平均ジッタ値を測定し、ピークパワーを徐々に増加させて、ランダム信号の平均ジッタ値が13%に達したとき、ピークパワーの1.3倍のパワーを仮にPp1と決めた。次に、ピークパワーをPp1に固定し、バイアスパワーを種々変化させた各記録条件について平均ジッタ値を測定し、ランダム信号の平均ジッタ値が13%以下となったときの、バイアスパワーの上限値および下限値の平均値をPbに設定した。このバイアスパワーをPbに固定し、ピークパワーを種々変化させた各記録条件について平均ジッタ値を測定し、ピークパワーを徐々に増加させて、ランダム信号の平均ジッタ値が13%に達したとき、ピークパワーの1.3倍のパワーをPpに設定した。このようにして設定したPpおよびPbの条件で記録した場合、例えば10回繰り返し記録において、8〜9%の平均ジッタ値が得られた。システムのレーザパワー上限値を考慮すれば、Pp≦14mW、Pb≦8mWを満足することが望ましい。
繰り返し回数は、本実施例では平均ジッタ値に基づいて決定した。上記のようにして設定されPpとPbとでレーザ光をパワー変調しながら情報記録媒体に向けて照射して、マーク長0.42μm(3T)〜1.96μm(14T)のランダム信号を(グルーブ記録により)同一のグルーブ表面に所定回数繰り返して連続記録した後、平均ジッタ値を測定した。平均ジッタ値は、繰り返し回数が1、2、3、5、10、100、200、500回で測定し、1000回以上は1000回毎に測定して1万回まで評価した。繰り返し書き換え性能は、平均ジッタ値が13%に達したときの繰り返し回数により評価した。繰り返し回数が多いほど、繰り返し書き換え性能が良好であり、上記のような情報記録媒体を、例えば画像音声レコーダで用いる場合には、繰り返し回数は1000回以上あることが好ましく、1万回以上であればより望ましい。
Figure 2006109534
表3に、実施例1〜11および比較例1〜5の情報記録媒体における(1)密着性、(2)記録感度、(3)書き換え性能の評価結果を示す。なお、実施例1〜11と比較例2〜5の情報記録媒体について、誘電体層に用いた材料の原子%も併記しておく。ここでは、密着性の評価結果として上記高温高湿試験後の剥離の有無を示した。記録感度は、設定されたピークパワーを示し、14mW以下であれば良好であると評価した。また、書き換え性能は、繰り返し回数が1000回未満を×、1000回以上1万回未満のものを△、1万回以上のものを○と評価した。
(表3)からも明らかなように、まず、誘電体層2、6の材料が、SnO、Ga、Y、(SnO50(Ga50(mol%)の場合は、記録層4と誘電体層2、6との密着性は良好だが、記録感度が不十分であった(比較例2〜5)。これに対し、実施例1〜11のように、SnOおよびGaからなる酸化物群に、TaおよびYから成る酸化物群を、本発明において規定した範囲内で混合することにより、良好な記録感度と書き換え性能が得られた。
また、記録感度と書き換え性能の均衡を考慮すると、SnOおよびGaOの酸化物群の割合は、30mol%以上であることが好ましく、TaおよびYから成る酸化物群の割合は、記録感度を考慮すると少なくとも5mol%以上であることが好ましいことが確認された。
次に、実施の形態2で示す構成の情報記録媒体の実施例について以下に説明する。
(実施例12)
本実施例の情報記録媒体は、実施の形態2で説明した図2に示す情報記録媒体であり、第1の誘電体層102は(ZnS)80(SiO20(mol%)を用いて形成し、第1の界面層103はZrO−SiO−Crを用いて2〜5nmの厚さで形成した。これ以外の構成については、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。実施例12では、記録層4上に接して配置された第2の誘電体層6を、実施例1で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した。
(実施例13)
第2の誘電体層6を、実施例2で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例14)
第2の誘電体層6を、実施例5で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例15)
第2の誘電体層6を、実施例6で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例16)
第2の誘電体層6を、実施例7で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例17)
第2の誘電体層6を、実施例8で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例18)
第2の誘電体層6を、実施例9で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例19)
第2の誘電体層6を、実施例10で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例20)
第2の誘電体層6を、実施例11で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例6)
第2の誘電体層6を、比較例2で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例7)
第2の誘電体層6を、比較例3で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例8)
第2の誘電体層6を、比較例4で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例9)
第2の誘電体層6を、比較例5で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
Figure 2006109534
表4に、実施例12〜20および比較例6〜9の情報記録媒体における(1)密着性、(2)記録感度、(3)書き換え性能を示す。ここでの表記の基準は、(表3)に示したものと同様である。
(表4)からも明らかなように、基板1と記録層4との間に第1の誘電体層102と界面層103を設け、第2の誘電体層6のみに本発明の材料を適用した場合も、(表3)とほぼ同様の傾向が認められた。即ち、SnO、Gaおよびその混合物や、Y単独の場合、記録層4と誘電体層102、6との密着性は良好だが、記録感度と書き換え性能とを両立するには不十分であった(比較例6〜9)。これに対し、実施例12〜20のように、SnOおよびGaから成る酸化物群に、TaおよびYから成る酸化物群のうち少なくとも一つの酸化物を、本発明で規定した範囲内で混合することにより、良好な記録感度が得られた。
また、密着性と記録感度との均衡を考慮すると、SnOおよびGaからなる酸化物群の割合は、30mol%以上であることが好ましく、TaおよびYの割合は、記録感度を考慮すると少なくとも5mol%以上であることが好ましいことが確認された。
実施例1〜20の情報記録媒体のように、記録層に接して形成される誘電体層として上述のような酸化物系材料層を用いたとき、層数を減少させるという目的が達成されるとともに、良好な書き換え性能が得られる。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。本発明の情報記録媒体は、記録層に接して形成される層のうち、少なくとも一つが上述のような酸化物系材料層で形成されていればよい。
(実施例21)
以上の実施例1〜20では、光学的手段によって情報を記録する情報記録媒体を作製した。実施例21では、図3に示すような、電気的手段によって情報を記録する情報記録媒体を作製した。これはいわゆるメモリである。
本実施例の情報記録媒体は、次のようにして作製した。まず、表面を窒化処理した、長さ5mm、幅5mmおよび厚さ1mmのSi基板201を準備した。この基板201の上に、Auの下部電極202を1.0mm×1.0mmの領域に厚さ0.1μmで形成した。下部電極202の上に、Ge38Sb10Te52(化合物としてはGeSbTe11と表記される)の材料にて相変化部として機能する記録層205(以下、相変化部205と称する。)を直径0.2mmの円形領域に厚さ0.1μmとなるように形成し、(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の材料を用いて、断熱部として機能する誘電体層206(以下、断熱部206と称する。)を、0.6mm×0.6mmの領域(但し相変化部205を除く)に、相変化部205と同じ厚さとなるように形成した。さらに、Auの上部電極204を0.6mm×0.6mmの領域に厚さ0.1μmで形成した。下部電極202、相変化部205、断熱部206および上部電極204は、いずれも、スパッタリング法で形成した。
相変化部205を成膜する工程では、Ge−Sb−Te系材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付け、パワー100Wで、Arガスを導入して直流スパッタリングを行った。スパッタ時の圧力は約0.13Paとした。また、断熱部206を成膜する工程では、(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の組成を有する材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、約0.13Paの圧力下で、高周波スパッタリングを行った。パワーは400Wとした。スパッタリング中、Arガスを導入した。これら工程でのスパッタリングは、相変化部205および断熱部206が互いに積層しないように、成膜すべき面以外の領域をマスク治具で覆って各々行った。なお、相変化部205および断熱部206の形成の順序は問わず、いずれを先に行ってもよい。また、相変化部205および断熱部206により記録部203を構成する。相変化部205は本発明に言うところの記録層に該当し、断熱部206は本発明に言うところの材料層に該当する。
なお、下部電極202および上部電極204は、電極形成技術の分野において一般的に採用されているスパッタリング方法によって成膜できるので、それらの成膜工程についての詳細な説明は省略する。
以上のようにして作製した情報記録媒体に電気的エネルギーを印加することによって相変化部205にて相変化が起こることを、図4に示すシステムにより確認した。図4に示す情報記録媒体の断面図は、図3に示す情報記録媒体をI−I線に沿って厚さ方向に切断した断面である。
より詳細には、図4に示すように、2つの印加部212を下部電極202および上部電極204にAuリード線でそれぞれボンディングすることによって、印加部212を介して、電気的書き込み/読み出し装置214を情報記録媒体(メモリ)に接続した。この電気的書き込み/読み出し装置214において、下部電極202および上部電極204に各々接続されている印加部212の間には、パルス発生部208がスイッチ210を介して接続され、また、抵抗測定器209がスイッチ211を介して接続されていた。抵抗測定器209は、抵抗測定器209によって測定される抵抗値の高低を判定する判定部213に接続されていた。パルス発生部208によって印加部212を介して上部電極204および下部電極202の間に電流パルスを流し、下部電極202と上部電極204との間の抵抗値を抵抗測定器209によって測定し、この抵抗値の高低を判定部213で判定した。一般に、相変化部205の相変化によって抵抗値が変化するため、この判定結果に基づいて、相変化部205の相の状態を知ることができる。
実施例21の場合、相変化部205の融点は630℃、結晶化温度は170℃、結晶化時間は130nsであった。下部電極202と上部電極204の間の抵抗値は、相変化部205が非晶質相状態では1000Ω、結晶相状態では20Ωであった。相変化部205が非晶質相状態(即ち高抵抗状態)のとき、下部電極202と上部電極204との間に、20mA、150nsの電流パルスを印加したところ、下部電極202と上部電極204の間の抵抗値が低下し、相変化部205が非晶質相状態から結晶相状態に転移した。次に、相変化部205が結晶相状態(即ち低抵抗状態)のとき、下部電極202と上部電極204の間に、200mA、100nsの電流パルスを印加したところ、下部電極202および上部電極204の間の抵抗値が上昇し、相変化部205が結晶相から非晶質相に転移した。
以上の結果から、相変化部205の周囲の断熱部206として、(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の組成を有する材料を含む層を形成した場合、電気的エネルギーを付与することによって、相変化部205に相変化を生起させることができ、情報を記録する機能を持たせることができることが確認できた。この現象は、実施例1〜20の記録感度を鑑みると、実施例1〜20で用いた酸化物系材料層にも同様の効果が得られると考えられる。
実施例21のように、円柱状の相変化部205の周囲に、誘電体である(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の断熱部206を設けると、上部電極204および下部電極202との間に電圧を印加することによって相変化部205に流れた電流がその周辺部に逃げることを効果的に抑制し得る。その結果、電流により生じるジュール熱によって相変化部205の温度を効率的に上昇させることができる。特に、相変化部205を非晶質相状態に転移させる場合には、相変化部205のGe38Sb10Te52を一旦溶融させて急冷する過程が必要である。相変化部205のこの溶融は、相変化部205の周囲に断熱部206を設けることによって、より小さい電流で生起し得る。
断熱部206に用いた(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)は、高融点であり、熱による原子拡散も生じにくいので、上述のような電気的メモリに適用することが可能である。また、相変化部205の周囲に断熱部206が存在すると、断熱部206が障壁となるので、相変化部205は記録部203の面内において電気的および熱的に実質的に隔離される。このことを利用して、情報記録媒体に、複数の相変化部205を断熱部206で互いに隔離された状態で設けて、情報記録媒体のメモリ容量を増やすこと、ならびにアクセス機能およびスイッチング機能を向上させることが可能となる。あるいは、情報記録媒体自体を複数個つなぐことも可能である。
以上、種々の実施例を通じて本発明の情報記録媒体について説明してきたように、光学的手段で記録する情報記録媒体および電気的手段で記録する情報記録媒体のいずれにも、記録層に接するように、本発明で規定した酸化物系材料層を誘電体層に適用することにより、これまで実現されなかった構成を実現でき、従来の情報記録媒体よりも優れた性能が得られる。
本発明にかかる情報記録媒体とその製造方法は、高密度情報記録媒体として、例えばDVD−RAM、DVD+/−RW、BD(Blue−ray Disk)用記録媒体、BD−R等の追記型情報記録媒体、光磁気記録媒体や、電気的エネルギーや光学的エネルギーを用いて成るメモリ等の用途に応用できる。
本発明は、光学的もしくは電気的に情報を記録およびまたは再生する情報記録媒体とその製造方法とに関する。
従来の情報記録媒体として、データファイルおよび画像ファイルとして使える、大容量な書き換え型相変化情報記録媒体である、4.7GB/DVD−RAMが商品化されている(例えば、特許文献1参照)。この情報記録媒体(DVD−RAM)の構成を図5に示す。図5に示す情報記録媒体は、基板1の一方の表面に、第1の誘電体層102、第1の界面層103、記録層4、第2の界面層105、第2の誘電体層106、光吸収補正層7、および反射層8がこの順に積層された7層構造を有する。この情報記録媒体において、第1の誘電体層102は、第2の誘電体層106よりもレーザ光入射側の位置に配置される。第1の界面層103と第2の界面層105とも同じ位置関係を有する。このように、本明細書においては、情報記録媒体が、同じ機能を有する層を二つ以上含む場合、入射されるレーザ光から見て近い側にあるものから、順に「第1」「第2」「第3」・・・と称する。
第1の誘電体層102と第2の誘電体層106は、光学距離を調節して記録層4の光吸収効率を高め、記録層4が結晶相の場合の反射率と記録層4が非晶質相の場合の反射率との差を大きくして信号振幅を大きくする機能を有する。従来、誘電体層の材料として使用されているZnSとSiOとの混合材料(本明細書において、ZnS−SiOと表わすこともある。)は、非晶質材料であって、熱伝導率が低く、透明であって且つ高屈折率を有する。また、ZnS−SiOは、膜形成時の成膜速度が大きく、機械特性および耐湿性も良好である。このように、ZnS−SiOは、情報記録媒体の誘電体層として優れた材料である。
第1の誘電体層102および第2の誘電体層106の熱伝導率が低いと、記録層4にレーザ光が入射した際に生じる熱が、誘電体層102または106の面内方向に拡散しにくく、記録層4から反射層8の方へと厚さ方向に速やかに拡散する。特に、第2の誘電体層106の熱伝導率が低い場合には、第2の誘電体層106によって記録層4と反射層8との間がより断熱される。記録層4と反射層8と間の断熱の度合いが大きいほど、記録層4がより短い時間で冷却されることとなり、非晶質マーク(記録マーク)が形成され易くなる。記録マークが形成されにくい場合は高いピークパワーで記録する必要があるが、記録マークが形成され易い場合は低いピークパワーで記録できる。このように、誘電体層102、106の熱伝導率が低い場合は、低いピークパワーで記録できるので、情報記録媒体の記録感度は高くなる。
誘電体層102、106の熱伝導率が高い場合は、高いピークパワーで記録することになるので、情報記録媒体の記録感度は低くなる。情報記録媒体中の誘電体層102、106は、熱伝導率を精度良く測定できないほど薄い膜の形態で存在する。そのため、本願発明者らは、誘電体層の熱伝導率の大きさを知る相対的な判断基準として、情報記録媒体の記録感度を採用している。
記録層4は、Ge−Sn−Sb−Teを含む、高速で結晶化する材料を用いて形成されている。かかる材料を記録層4として有する情報記録媒体は、優れた初期記録性能を有するだけでなく、優れた記録保存性および書き換え保存性をも有する。書き換え型相変化情報記録媒体は、記録層4が結晶相と非晶質相との間で可逆的相変化を生じることを利用して情報の記録、消去および書き換えを行う。高パワーのレーザ光(ピークパワー)を記録層4に照射して急冷すると、照射部が非晶質相となり記録マークが形成される。低パワーのレーザ光(バイアスパワー)を照射して記録層4を昇温して徐冷すると、照射部が結晶相となり記録されていた情報は消去される。ピークパワーレベルとバイアスパワーレベルとの間でパワー変調したレーザ光を記録層に照射することにより、既に記録されている情報を消去しながら新しい情報に書き換えていくことができる。繰り返し書き換え性能は、ジッタ値が実用上問題の無い範囲で書き換えを繰り返し得る最大回数で表される。この回数が多いほど、繰り返し書き換え性能が良いといえる。特に、データファイル用の情報記録媒体は、優れた繰り返し書き換え性能を有することが望まれる。
第1の界面層103および第2の界面層105は、第1の誘電体層102と記録層4との間、および第2の誘電体層106と記録層4との間で生じる物質移動を防止する機能を有する(例えば、特許文献2および特許文献3参照)。これは、レーザ光を記録層4に照射して繰り返し書き換えている間に、第1および第2の誘電体層102、106に含まれるZnS−SiOの硫黄原子(以下、S原子と称す)が記録層4に拡散していくのを防止するものである。S原子が多量に記録層4へと拡散すると、記録層4の反射率低下を引き起こし、繰り返し書き換え性能が悪化することが既に知られている(例えば、非特許文献1参照)。
光吸収補正層107は、記録層4が結晶状態であるときの光吸収率Acと非晶質状態であるときの光吸収率Aaの比Ac/Aaを調整し、書き換え時のマーク形状の歪みを抑制する機能を有する。反射層8は、光学的には記録層4に吸収される光量を増大させる機能を有し、熱的には記録層4で生じた熱を速やかに拡散させて急冷し、記録層4を非晶質化し易くするという機能を有する。反射層8はまた、多層膜を使用環境から保護する機能も有している。
このように、図5に示す情報記録媒体は、それぞれが上述のように機能する7つの層を積層した構造とすることによって、4.7GBという大容量において、優れた繰り返し書き換え性能と高い信頼性を確保している。
上述のように、情報記録媒体の繰り返し書き換え特性を確保するために、記録層と誘電体層との間には、物質移動を抑制する界面層が必然的に必要となる。
しかしながら、媒体の価格を考慮すると、媒体を構成する層の数は一つでも少ないことが望ましい。これは、層数の減少により、材料費の削減、製造装置の小型・簡素化、および製造時間短縮による生産量の増加を実現することができ、結果として媒体の価格低減につながるためである。
また、界面層は厚さ2nm〜5nmの極めて薄い層であり、構造的に弱い。そのため、繰り返し記録を行う間に膜破壊が生じ、その結果、原子拡散が起こり易くなる。したがって、界面層を無くすことは、情報記録媒体の安定性の点からも望ましい。
特開2001−322357号公報 特開平10−275360号公報 国際公開第97/34298号パンフレット ヤマダら(N. Yamada et al.) ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス(Japanese Journal of Applied Physics)第37巻、1998年、pp.2104−2110
本発明は、界面層を設けない場合でも、高い信頼性と良好な繰り返し書き換え性能を有する情報記録媒体を提供することを課題とする。
本発明の情報記録媒体は、光の照射または電気エネルギーの印加によって、記録および/または再生を行う情報記録媒体であって、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素とを含む材料層を有する。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素とを含むスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により材料層を形成する。
本発明の情報記録媒体とその製造方法によれば、構成する層数を低減し、記録感度と繰り返し書き換え特性に優れた信頼性を高い情報記録媒体を、生産性の高い方法で製造することができる。
また、本発明の情報記録媒体における材料層に用いられる材料は、熱伝導性が小さく、記録層との密着性が高いので、電気的エネルギーを印加する情報記録媒体において、記録層を断熱するための層として使用すれば、より小さい電気的エネルギーで記録層の相変化を生じさせることができる。
材料層にZnS−SiOを用いる場合、材料層を記録層に接触するように形成すると、レーザ光を記録層に照射して繰り返し書き換えている間に、材料層に含まれるZnS−SiOのS原子が、記録層に拡散して記録層の反射率低下を引き起こし、繰り返し書き換え性能が悪化する。そこで、図5に示した情報記録媒体のように、情報記録媒体の繰り返し書き換え特性を確保するために、記録層と材料層との間には、物質移動を抑制する界面層が必然的に必要となる。しかしながら、媒体の価格を考慮すると、媒体を構成する層の数は一つでも少ないことが望ましい。そこで、本発明者らは、層数を減らす一つの方法として、第1の界面層および第2の界面層のうち、少なくとも一つの界面層を無くす可能性について検討した。
もっとも界面層を無くすためには、Sの物質移動を発生させない材料、即ち、S原子を含まない材料系で材料層を形成することが必要である。また、材料層の材料については、(1)記録層への光吸収を十分に確保して効率的に記録を行い、且つ記録された情報を良好に再生するための十分な反射光を確保するために、記録および再生する波長の光に対し、ある程度の透明性を有していること、(2)界面層が設けられた7層構造の情報記録媒体と同等かそれ以上の記録感度が得られること、(3)繰り返し書き換えにも溶融することなく、熱的に安定で高融点であること、(4)生産性を確保するため、膜形成時の成膜速度が大きいこと、(5)信頼性に優れていること、等が望まれる。
本発明の情報記録媒体においては、記録層と接して形成される材料層が、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素とを含んでいる。材料層をこのような材料で形成することにより、従来の情報記録媒体の誘電体層に使用していたZnS−SiOと同等以上の成膜速度を実現できるとともに、材料層を構成する元素にSを含まないため、材料層を誘電体層に用いた場合に別途界面層を設ける必要がなく、且つ記録再生する波長の光に対し、透明性を有する誘電体層を形成できる。
さらに、このような材料層を誘電体層に用いれば、界面層を介さずに直接記録層の上下に誘電体層を設けても、十分な記録感度と書き換え性能を確保することができる。なお、本発明の情報記録媒体は、光を照射することによって、あるいは電気的エネルギーを印加することによって、情報を記録再生する媒体である。一般に、光の照射は、レーザ光(即ち、レーザビーム)を照射することにより実施され、電気的エネルギーの印加は記録層に電圧を印加することにより実施される。以下、本発明の情報記録媒体を構成する材料層の材料について、より具体的に説明する。
本発明の情報記録媒体において、材料層が、下記の式:
h1i1j1(原子%) (式1)
(式中、Mは群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h1、i1およびj1は、各々5≦h1≦40、40≦i1≦70、0<j1≦35、h1+i1+j1=100を満たす。)で表される材料を含んでいてもよい。
ここで、「原子%」とは、(式1)が、「M」原子、酸素原子、および「L」原子を合わせた数を基準(100%)として表された組成式であることを示している。以下の式においても「原子%」の表示は、同様の趣旨で使用している。また、(式1)は、材料層に含まれる、「M」原子、酸素原子、および「L」原子のみをカウントして表したものである。したがって、(式1)で示される材料を含む材料層に、これらの原子以外の成分を含むことがある。さらに、(式1)において、各原子がどのような化合物として存在しているかは問われない。このような組成式で材料を特定しているのは、薄膜に形成した層の組成を調べる際に、化合物の組成を求めることは難しく、現実には、元素組成(即ち、各原子の割合)のみを求める場合が多いことによる。(式1)で表される材料において、元素Mと元素Lの殆どは酸素原子とともに酸化物として存在していると考えられる。
本発明の情報記録媒体が光情報記録媒体である場合、群GMより選ばれる元素と、群GLより選ばれる元素と、酸素とを含む材料層(以下、「酸化物系材料層」と称する。)を用いて、記録層と隣接する2つの誘電体層のうち、いずれか一方もしくは両方の誘電体層を形成することが好ましい。例えば、相変化による記録媒体の場合、記録層を構成する主材料系の融点は500〜700℃くらいに対し、群GMを構成する元素、即ちSnおよびGaの酸化物はいずれも、耐湿性が良好であり、融点が1000℃以上で熱安定性に優れる。熱的安定性に優れた材料を含む誘電体層は、この誘電体層を含む情報記録媒体に情報が繰り返し書き換えられる場合でも、劣化しにくく、耐久性に優れる。
一方、群GLを構成する元素、即ちTaおよびYの酸化物は、広い波長範囲で光透過性に優れ、上記群GMの酸化物に混合することにより、光吸収がほとんどないため結果として記録感度を低減し、書き換え耐久性を向上させる効果がある。また、群GLの酸化物は、群GMの酸化物に比べて耐熱性が高いので、材料層の耐熱性を上げる効果があり、高速記録特性、高密度化を求める上でも好ましい。上記酸化物はいずれも、カルコゲナイド材料にて形成される記録層との密着性が良好である。したがって、この酸化物材料層を誘電体層として形成した情報記録媒体においては、
(1)Sを含まない誘電体層を、記録層に良好に密着させて形成できるので、界面層が不要である
(2)図5に示す従来の情報記録媒体と同程度またはそれ以上の繰り返し書き換えに対する耐久性、および耐湿性を情報記録媒体に付与できる
(3)光透過性に優れ、且つ価数の異なる複数の酸化物が混合されて構造が複雑となるため、誘電体層の熱伝導率が小さくなり、それにより記録層が急冷されやすくなり、記録感度が高くなる
という効果が得られる。
(式1)で示される材料を含む層を、情報記録媒体の記録層に隣接する二つの誘電体層のうち何れか一方もしくは両方に適用することにより、より良好な記録感度と、優れた繰り返し書き換え性能を有し、生産性に優れた情報記録媒体を安価に製造できる。また、情報記録媒体のさらなる高密度化、高速記録化にも対応できる。
上記酸化物系材料層において、(式1)のMがSnであれば、さらに好ましく、SnとGaとを含む場合は、より望ましい。また、(式1)のLがYであれば、書き換え特性を向上させ、記録感度も確保できるのでより好ましい。
上述のように、上記酸化物系材料層において、SnおよびGaから成る群GMから選択される少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLから選択される少なくとも一つの元素は、何れも酸素と共に酸化物として存在していると考えられ、これらを含む層として特定され得る。このように特定される材料層において、群GMから選択される少なくとも一つの元素の酸化物群は、群GLから選択される少なくとも一つの元素の酸化物群と合わせた量を基準(100mol%)としたときに、30mol%以上含まれることが好ましく、50mol%〜95mol%含まれることがより好ましい。
ここで、「酸化物群」という用語は、群GMから選択される元素が2つであって、2種の酸化物が層に含まれている場合には、すべての酸化物を総称するために用いられる。あるいは、「酸化物群」という用語は、群GMから選択される元素が一つのみであって、1種の酸化物が層に含まれる場合には、その酸化物のみを指す。これは、群GLから選択される元素についても同様である。換言すれば、酸化物系材料層は、材料層の熱的安定性、記録感度や書き換え特性、耐湿性の低下防止などの理由で、上記に特定された以外の化合物(そのような化合物を「第三成分」とも呼ぶ。)を10mol%まで含んでよい。
なお、上記に特定された材料にて形成された誘電体層に、数mol%以下の不純物や、近隣する層を構成する材料組成の元素が多少混じっていてもよい。
群GMから選択される元素の酸化物群の割合は、成膜速度の低下を防止するために30mol%以上であればよい。群GLから選択される元素の酸化物群は、酸化物と混合して用いる場合、成膜速度をさほど低下させることなく、材料層を形成することができる。
また、本発明の情報記録媒体において、材料層は、群GMから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物と、群GLから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、TaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物とを含み、具体的には、下記の式:
(D)(A)100−x(mol%) (式2)
(式中、DはSnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、xは、30≦x≦95を満たす。)
で表される材料を含んでいてもよい。SnOおよびGaは、耐湿性が良好であり、融点がいずれも1000℃以上と高く、熱的に安定で、且つ成膜速度が高い。TaおよびYは、上述の酸化物群と混合すると、光透過性に優れ、結果として記録感度を低減し、書き換え耐久性を向上させる効果がある。また価格も安いことから、実用にも適している。各化合物の好ましい割合は、上記のようにxで規定される。このような酸化物系材料層を記録層と接する誘電体層に適用することにより、誘電体層と記録層との間の界面層を無くすことが可能となる。したがって、このような材料層を誘電体層として含む情報記録媒体は、繰り返し記録性能、耐湿性、記録感度、記録および書き換え保存性が良好である。
その好ましい割合は、上記のようにxで規定される。生産に必要な成膜速度を確保できる範囲で、上記Dは、30mol%以上添加することが好ましい。
本発明の情報記録媒体において存在する酸化物系材料層の組成分析は、例えば、X線マイクロアナライザを用いて実施することができる。その場合、組成は、各元素の原子濃度として得られる。
以上説明した酸化物系材料層は、本発明の情報記録媒体において、記録層と接するように設けられることが好ましく、記録層の両方の面に接するように設けてよい。本発明の情報記録媒体における材料層は、記録層と誘電体層との間に位置する界面層として存在してもよい。
本発明の情報記録媒体は、その記録層において、相変化が可逆的に生じるものであることが好ましい。即ち、書き換え型情報記録媒体として好ましく提供される。相変化が可逆的に生じる記録層は、具体的には、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、Ge−Sn−Sb−Bi−Te、Ag−In−Sb−TeおよびSb−Teから選択される、いずれか一つの材料を含むことが好ましい。これらはいずれも高速結晶化材料である。したがって、これらの材料で記録層を形成すると、高密度且つ高転送速度で記録でき、信頼性(具体的には記録保存性または書き換え保存性)の点でも優れた情報記録媒体が得られる。
また、本発明の情報記録媒体において、記録層が、相変化を可逆的に生じるためには、記録層の膜厚は15nm以下であることが望ましい。これにより、記録層に加えられた熱が面内に拡散し、厚さ方向に拡散しにくくなって、情報の書き換えに支障をきたすこと防ぐことができる。
本発明の情報記録媒体は、基板の一方の表面に、第1の誘電体層、記録層、第2の誘電体層、および反射層がこの順で形成された構成を有するものであってよい。この構成を有する情報記録媒体は、光の照射により記録される媒体である。本明細書において、「第1の誘電体層」とは、入射される光に対してより近い位置にある誘電体層をいい、「第2の誘電体層」とは、入射される光に対してより遠い位置にある誘電体層をいう。即ち、照射される光は、第1の誘電体層から記録層を経由して、第2の誘電体層に到達する。この構成の情報記録媒体は、例えば、波長660nm付近のレーザ光で記録再生する場合に用いられる。本発明の情報記録媒体がこの構成を有する場合、第1の誘電体層および第2の誘電体層のうち少なくとも一つの誘電体層が、上述した酸化物系材料層にて形成されることが好ましい。また、両方の誘電体層が、上述のいずれかの材料層にて形成されていてもよく、同一組成の材料層はもちろん、異なる組成の材料層で形成されていてもよい。
この構成を有する情報記録媒体の一形態として、基板の一方の表面に、第1の誘電体層、界面層、記録層、第2の誘電体層、光吸収補正層、および反射層がこの順に形成されており、第2の誘電体層が上記酸化物系材料層にて形成されて、記録層と接している情報記録媒体が挙げられる。
本発明の情報記録媒体は、基板の一方の表面に、反射層、第2の誘電体層、記録層、および第1の誘電体層がこの順に形成された構成を有するものであってもよい。この構成は、光が入射する基板の厚さを薄くする必要がある場合に特に採用される。例えば、波長405nm付近の短波長レーザ光で記録再生する場合、対物レンズの開口数NAを例えば0.85と大きくし焦点位置を浅くするときに、この構成の情報記録媒体が使用される。このような波長および開口数NAを使用するには、光が入射する基板の厚さを、たとえば60〜120μm程度にする必要があり、そのような薄い基板表面に層を形成することが困難である。したがって、この構成の情報記録媒体は、光が入射されない基板を支持体として、その一方の表面に反射層等を順次形成することにより、構成されたものとして特定される。
本発明の情報記録媒体がこの構成を有する場合、第1の誘電体層および第2の誘電体層のうち少なくとも一つの誘電体層が、上述した酸化物系材料層である。両方の誘電体層が上述の酸化物系材料層である場合、両方の誘電体層は、同一組成の層であっても、あるいは異なる組成の層であってもよい。
この構成を有する情報記録媒体の一形態として、基板の一方の表面に、反射層、光吸収補正層、第2の誘電体層、記録層、界面層、および第1の誘電体層がこの順に形成されており、第2の誘電体層が上記酸化物系材料層である情報記録媒体が挙げられる。
本発明の情報記録媒体は、二つ以上の記録層を有するものであってもよい。そのような情報記録媒体は、例えば、基板の一方の表面側に、2つの記録層が誘電体層および中間層等を介して積層された、片面2層構造を有するものである。あるいは、基板の両方の面に記録層が形成されたものであってもよい。これらの構造によれば、記録容量を大きくすることが可能となる。
また、本発明の情報記録媒体は、記録層自体が複数に積層された構造になっていてもよい。これは、高密度化や高速記録化を実現する上で、記録層自体を積層して特性を確保する必要がある場合に用いられるものであって、この積層記録層の少なくとも一方の界面に接して、酸化物系材料層が形成されてよい。
次に、本発明の情報記録媒体の製造方法について説明する。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、本発明の情報記録媒体に含まれる材料層を、スパッタリング法で形成する工程を含む。スパッタリング法によれば、スパッタリングターゲットの組成と略同じ組成を有する材料層を形成できる。したがって、この製造方法によれば、スパッタリングターゲットを適切に選択することによって所望の組成の酸化物系材料層を容易に形成できる。
具体的には、スパッタリングターゲットとして、下記の式:
h2i2j2(原子%) (式3)
(式中、Mは群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h2、i2およびj2は、各々5≦h2≦40、40≦i2≦70、0<j2≦35、h2+i2+j2=100を満たす。)で表される材料を含むものを使用できる。
(式3)は、元素MとLの殆どが酸化物の形態で存在してもよい材料を元素組成で表した式に相当する。このスパッタリングターゲットによれば、(式1)で表される材料を含む誘電体層を形成することができる。
(式3)のMがSnであれば、さらに好ましく、SnとGaとを含む場合は、より望ましい。また、LがYであれば、書き換え特性を向上させ、記録感度も確保できるのでより好ましい。
より具体的には、好ましく用いられるスパッタリングターゲットは、群GMから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物と、群GLから選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物、好ましくは、TaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物とを含んで成る。そのようなスパッタリングターゲットは、下記の組成式:
(D)(A)100−x(mol%) (式4)
(式中、DはSnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、xは、30≦x≦95を満たす。)
で表される材料を含むものを使用できる。
上記酸化物系材料層において、(式4)のDがSnOであれば、さらに好ましく、SnOとGaとを含む場合は、より望ましい。また、(式4)のAがYであれば、書き換え特性が向上し、より好ましい。
また、本発明者らは、組成がそのように表示されたスパッタリングターゲットをX線マイクロアナライザで分析して得た元素組成が、表示されている組成から算出される元素組成と略等しくなることを(即ち、組成表示(公称組成)が適正であること)を確認している。したがって、酸化物系材料として提供されるスパッタリングターゲットもまた、本発明の情報記録媒体の製造方法において好ましく用いられる。
酸化物系材料として提供されるスパッタリングターゲットは、群GMから選択される元素の酸化物群と群GLから選択される少なくとも一つの元素の酸化物群とを合わせた量を基準(100mol%)としたときに、群GMから選択される元素の酸化物群を30mol%以上含むものであれば、生産性も高く、より好ましくは50〜95mol%含むことがさらに好ましい。これによれば、得られる酸化物系材料層もまた群GMから成る酸化物群の割合が30mol%以上となり、上記所定の効果を与える情報記録媒体を得ることができる。
尚、本発明の情報記録媒体は、上述のように、記録層の少なくとも一方の界面に接して(式1)または(式2)に示す酸化物系材料層を形成すればよい。
したがって、例えば、製造装置の仕様の都合上、あるいは、スパッタリングターゲットの作製において、(式3)および(式4)に示す材料組成のスパッタリングターゲットを用いることが適切でない、もしくは困難な場合には、複数のスパッタリングターゲットを用いて、結果として(式1)または(式2)に示す材料層を形成してもよいことは、言うまでもない。その方法として、具体的には、例えば、SnOから成るスパッタリングターゲットと、Taから成るスパッタリングターゲットを所望の混合比率になるように、共にスパッタリングする等がある。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は例示的なものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1として、レーザ光を用いて情報の記録および再生を実施する、情報記録媒体の一例を説明する。図1に、その情報記録媒体の一部断面を示す。
図1に示すように、本実施の形態の情報記録媒体は、基板1の一方の表面に、第1の誘電体層2、記録層4、第2の誘電体層6、光吸収補正層7、および反射層8がこの順に積層され、さらに接着層9で貼り合せ基板10が反射層8に接着された構成を有する。即ち、反射層8は光吸収補正層7の上に形成され、光吸収補正層7は第2の誘電体層6の上に形成され、第2の誘電体層6は記録層4の上に形成され、記録層4は第1の誘電体層2の上に形成されている。この構成の情報記録媒体は、波長660nm付近のレーザビームで記録再生する4.7GB/DVD−RAMとして使用できる。この構成の情報記録媒体には、基板1側からレーザ光が入射され、入射されたレーザ光により情報の記録および再生が実施される。本実施の形態の情報記録媒体は、記録層4と第1および第2の誘電体層2、6との間にそれぞれ界面層を有していない点において、図5に示した従来の情報記録媒体と相違する。
基板1は、通常、透明な円盤状の板である。基板1において、第1の誘電体層2および記録層4等を形成する側の表面には、図1に示すようにレーザ光を導くための案内溝が形成されていてもよい。案内溝を基板1に形成した場合、基板1の断面を見ると、グルーブ部とランド部とが形成される。グルーブ部は2つの隣接するランド部の間に位置するともいえる。したがって、案内溝が形成された基板1の表面は、側壁でつながれた頂面と底面とを有することとなる。本明細書においては、レーザ光の方向において、レーザ光に近い側にある面を便宜的に「グルーブ面」と呼び、レーザ光から遠い側にある面を便宜的に「ランド面」と呼ぶ。図1においては、基板1の案内溝の底面20がグルーブ面に相当し、頂面21がランド面に相当する。なお、後述の実施の形態2で説明する図2に示す情報記録媒体おいても同様である。
基板1のグルーブ面20とランド面21の段差は、40nm〜60nmであることが好ましい。なお、後述する図2に示す情報記録媒体を構成する基板1においても、グルーブ面20とランド面21との段差はこの範囲であることが好ましい。また、基板1において、他の層を形成しない側の表面は、平滑であることが望ましい。基板1の材料として、例えば、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィンあるいはポリメチルメタクリレート(PMMA)等の樹脂、またはガラス等の光透過性を有する材質のものを挙げることができる。成形性、価格、および機械強度を考慮すると、ポリカーボネートが好ましく使用される。なお、本実施の形態の情報記録媒体において、基板1の厚さは、0.5〜0.7mm程度である。
記録層4は、光の照射または電気的エネルギーの印加によって、結晶相と非晶質相との間で相変化を起こし、記録マークが形成される層である。相変化が可逆的であれば、消去や書き換えを行うことができる。可逆的相変化材料としては、高速結晶化材料である、Ge−Sb−TeまたはGe−Sn−Sb−Teを用いることが好ましい。具体的には、Ge−Sb−Teの場合、GeTe−SbTe擬二元系組成であることが好ましく、その場合、4SbTe≦GeTe≦50SbTeであることが好ましい。これにより、記録前後の反射光量の変化を大きくでき、読み出し信号の品質が低下を防止し、結晶相と非晶質相間の体積変化を抑え、繰り返し書き換え性能が向上できる。Ge−Sn−Sb−Teは、Ge−Sb−Teよりも結晶化速度が速い。Ge−Sn−Sb−Teは、例えば、GeTe−SbTe擬二元系組成のGeの一部をSnで置換したものである。記録層4において、Snの含有量は、20原子%以下であることが好ましい。これにより、結晶化速度が速すぎて、非晶質相の安定性が損なわれ、記録マークの信頼性が低下することを防止できる。なお、Snの含有量は、記録条件に合わせて調整することが可能である。
また、記録層4は、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、またはGe−Sn−Sb−Bi−Teのような、Biを含む材料で形成することもできる。BiはSbよりも結晶化しやすい。したがって、Ge−Sb−TeやGe−Sn−Sb−TeのSbの少なくとも一部をBiで置換することによっても、記録層の結晶化速度を向上させることができる。Ge−Bi−Teは、GeTeとBiTeとの混合物である。この混合物においては、8BiTe≦GeTe≦25BiTeであることが好ましい。これにより、結晶化温度が低下して、記録保存性が劣化することを抑え、結晶相と非晶質相間の体積変化が大きく、繰り返し書き換え性能が低下することを抑えることができる。
Ge−Sn−Bi−Teは、Ge−Bi−TeのGeの一部をSnで置換したものに相当する。Snの置換濃度を調整して、記録条件に合わせて結晶化速度を制御することが可能である。Sn置換は、Bi置換と比較して、記録層4の結晶化速度の微調整に、より適している。記録層4において、Snの含有量は10原子%以下であることが好ましい。これにより、結晶化速度が速くなりすぎるために、非晶質相の安定性が損なわれ、記録マークの保存性が低下することを抑えることができる。
Ge−Sn−Sb−Bi−Teは、Ge−Sb−TeのGeの一部をSnで置換し、さらにSbの一部をBiで置換したものに相当する。これは、GeTe、SnTe、SbTeおよびBiTeの混合物に相当する。この混合物においては、Sn置換濃度とBi置換濃度を調整して、記録条件に合わせて結晶化速度を制御することが可能である。Ge−Sn−Sb−Bi−Teにおいては、4(Sb−Bi)Te≦(Ge−Sn)Te≦25(Sb−Bi)Teであることが好ましい。これにより、記録前後の反射光量の変化が小さくなって読み出し信号品質が低下する、あるいは結晶相と非晶質相間の体積変化が大きくなって繰り返し書き換え性能が低下することを抑えることができる。また、結晶相と非晶質相間の体積変化が大きくなって、繰り返し書き換え性能が低下することを抑えることができる。また、記録層4において、Biの含有量は10原子%以下であることが好ましく、Snの含有量は20原子%以下であることが好ましい。BiおよびSnの含有量がそれぞれこの範囲内にあれば、良好な記録マークの保存性が得られるからである。
その他の可逆的に相変化を起こす材料としては、例えば、Ag−In−Sb−Te、Ag−In−Sb−Te−Ge、およびSbを70原子%以上含むSb−Te等が挙げられる。
非可逆的相変化材料としては、例えば、TeO+α(αはPd、Ge等である。)を用いることが好ましい。記録層4が非可逆的相変化材料である情報記録媒体は、記録が一度だけ可能であり、いわゆるライトワンスタイプのものである。このような情報記録媒体においても、記録時の熱により誘電体層中の原子が記録層中に拡散して、信号の品質を低下させるという問題がある。したがって、本発明は、書き換え可能な情報記録媒体だけでなく、ライトワンス型の情報記録媒体にも好ましく適用される。
記録層4が可逆的に相変化する材料から成る場合には、前述のように、記録層4の厚さは15nm以下であることが好ましく、12nm以下であることがより好ましい。
本実施の形態における第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物とを含む、酸化物系材料層である。
一般に、情報記録媒体を構成する誘電体層の材料には、(1)透明性があること(消衰係数が0.1以下、より好ましくは0.05以下)、(2)誘電体層と記録層との間に界面層が設けられた構成と同等かそれ以上の記録感度が得られること、(3)融点が高く、記録の際に溶融しないこと、(4)成膜速度が大きいこと、および(5)カルコゲナイド材料にて形成される記録層4との密着性が良好であること、が要求される。透明性があることは、基板1側から入射されたレーザ光を通過させて記録層4に到達させるために必要な特性である。この特性は、特に入射側の第1の誘電体層2に要求される。また、第1および第2の誘電体層2、6の材料は、得られる情報記録媒体が、従来の、ZnS−SiOから成る誘電体層と記録層との間に界面層が位置する情報記録媒体と同等かそれ以上の記録感度を有するように選択する必要がある。また、融点が高いことは、ピークパワーレベルのレーザ光を照射したときに、第1および第2の誘電体層2、6の材料が記録層4に混入しないことを確保するために必要な特性であり、第1および第2の誘電体層2、6の両方に求められる。第1および第2の誘電体層2、6の材料が記録層4に混入すると、繰り返し書き換え性能が著しく低下する。カルコゲナイド材料である記録層4との密着性が良好であることは、情報記録媒体の信頼性を確保するために必要な特性であり、第1および第2の誘電体層2、6の両方に求められる。良好な生産性を得るため、成膜速度が大きいことも要求される。
上記酸化物系材料層に含まれる成分のうち、群GMを構成する元素の酸化物はいずれも、透明性があり、融点が高く、熱的安定性に優れ、記録層との密着性がよい。したがって、これらの化合物によれば、情報記録媒体の良好な繰り返し書き換え性能を確保することができる。また、群GLを構成する元素の酸化物は、記録層との密着性がよく、群GMを構成する元素の酸化物に混合することにより、熱伝導を小さくして記録感度を向上させると共に、繰り返し書き換え記録による膜割れおよび膜破壊を抑制でき、結果として情報記録媒体の記録感度と信頼性を両立できる。群GMを構成する元素の酸化物には、例えば、SnOおよびGaが含まれる。また、群GLを構成する元素の酸化物としては、例えばTaおよびYが含まれる。ここで、波長660nmのレーザ光に対する、材料の屈折率nと消衰係数kの例を表1に示す。
Figure 2006109534
これらの酸化物を混合して成る、Sを含まない材料を用いて、第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を記録層4と接するように形成することによって、繰り返し書き換え性能に優れ、且つ記録層4と第1および第2の誘電体層2、6との間の密着性が良好である情報記録媒体を実現できる。また、群GMを構成する元素の酸化物に、群GLを構成する元素の酸化物を混ぜて層の構造を複雑化することにより、第1および第2の誘電体層2、6における熱伝導が抑制される。したがって、上記酸化物系材料層を第1および第2の誘電体層2、6に用いれば、記録層の急冷効果を高めることができるので、情報記録媒体の記録感度を高くし得る。
このような酸化物系材料の具体例は、例えば、(式2)、即ち、(D)(A)100−x(mol%)で表される材料である。この式において、Dは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物であり、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物である。各化合物の混合割合を示すxは、30≦x≦95を満たす。これにより、成膜速度が遅くなり、生産性が低下したり、Aの混合効果が小さくなり、特に記録感度が不十分となることなどを防止できる。
上述のような酸化物系材料層にて誘電体層を形成することにより、誘電体層を記録層に接して形成しても、記録感度が良好で、書き換え特性と信頼性を確保できる。
上記の酸化物系材料層は、以上に示した化合物以外の第三成分を含んでいてもよく、特に数%以下の不純物があってもよい。また、近隣に形成される層の組成元素が多少混じっても、その熱安定性および耐湿性は変わらず、第1の誘電体層2および第2の誘電体層6として好ましく用いられる。第三成分は、酸化物系材料層にて誘電体層を形成する際に不可避的に含まれるもの、または不可避的に形成されるものである。第三成分として、例えば、誘電体、金属、半金属、半導体および/または非金属等が挙げられる。
第三成分として含まれる誘電体は、例えば、Al、Bi、CeO、CoO、Cr、CuO、CuO、Dy、Er、FeO、Fe、Fe、HfO、Ho、In、La、MnO、MgSiO、Nb、Nd、NiO、Sc、SiO、Sm、SnO、Tb、TeO、TiO、VO、WO、Yb、ZnO、ZrSiO、AlN、BN、CrB、LaB、ZrB、CrN、CrN、HfN、NbN、Si、TaN、TiN、VN、ZrN、BC、Cr、HfC、MoC、NbC、SiC、TiC、TaC、VC、WC、WC、ZrC、CaF、CeF、MgFおよびLaF等である。
第三成分として含まれる金属は、例えば、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、La、Ce、Nd、Sm、Gd、Tb、DyおよびYb等がある。
第三成分として含まれる半金属および半導体は、例えばC、Ge等であり、非金属では、例えばSb、Bi、TeおよびSe等が挙げられる。
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は、それぞれ互いに異なる組成の酸化物系材料層で形成されていてもよい。第1の誘電体層2は、より優れた耐湿性を有するように組成された材料で形成することが好ましく、例えば、(式2)および(式4)のDが、SnOであることがより好ましく、さらにSnOとGaとであることが望ましい。また、(式2)および(式4)のAは、Yであることがより望ましい。
上述のように酸化物系材料層は、所望の機能に応じて、酸化物の種類、および/またはそれらの混合割合を最適化して形成できる。
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は、各々の光路長(即ち、誘電体層の屈折率nと誘電体層の膜厚dとの積nd)を変えることにより、結晶相の記録層4の光吸収率Ac(%)と非晶質相の記録層4の光吸収率Aa(%)、記録層4が結晶相であるときの情報記録媒体の光反射率Rc(%)と記録層4が非晶質相であるときの情報記録媒体の光反射率Ra(%)、記録層4が結晶相である部分と非晶質相である部分での光の位相差Δφ、を調整することができる。記録マークの再生信号振幅を大きくして、信号品質を上げるためには、反射率差(|Rc−Ra|)または反射率比(Rc/Ra)が大きいことが望ましい。また、記録層4がレーザ光を吸収するように、AcおよびAaも大きいことが望ましい。これらの条件を同時に満足するように第1の誘電体層2および第2の誘電体層6の光路長を決定する。それらの条件を満足する光路長は、例えばマトリクス法に基づく計算によって正確に決定することができる。
以上において説明した、酸化物系材料層は、その組成に応じて異なる屈折率を有する。誘電体層の屈折率をn、膜厚をd(nm)、レーザ光の波長をλ(nm)とした場合、光路長ndは、nd=aλで表される。ここで、aは正の数とする。情報記録媒体の記録マークの再生信号振幅を大きくして信号品質を向上させるには、例えば、15%≦Rc且つRa≦2%であることが好ましい。また、書き換えによるマーク歪みを無くす、または小さくするには、1.1≦Ac/Aaであることが好ましい。これらの好ましい条件が同時に満たされるように第1の誘電体層2および第2の誘電体層6の光路長(aλ)を、マトリクス法に基づく計算により求めた。得られた光路長(aλ)、ならびにλおよびnから、誘電体層の厚さdを求めた。その結果、例えば、組成式(式1)および(式2)で表され、屈折率nが1.8〜2.4である材料で、第1の誘電体層2を形成する場合、その厚さは、好ましくは110nm〜160nmであることが判った。また、この材料で第2の誘電体層6を形成する場合、その厚さは、好ましくは、35〜60nmであることが判った。
光吸収補正層7は、前述のように、記録層4が結晶状態であるときの光吸収率Acと非晶質状態であるときの光吸収率Aaの比Ac/Aaを調整し、書き換え時にマーク形状が歪まないようにする働きがある。光吸収補正層7は、屈折率が高く、且つ適度に光を吸収する材料で形成されることが好ましい。例えば、屈折率nが3以上5以下、消衰係数kが1以上4以下である材料を用いて、光吸収補正層7を形成できる。具体的には、Ge−Cr、およびGe−Mo等の非晶質のGe合金、Si−Cr、Si−Mo、およびSi−W等の非晶質のSi合金、Te化物、ならびにTi、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SnTe、およびPbTe等の結晶性の金属、半金属および半導体材料から選択される材料を使用することが好ましい。光吸収補正層7の膜厚は、20nm〜50nmであることが好ましい。
反射層8は、光学的には記録層4に吸収される光量を増大させ、熱的には記録層4で生じた熱を速やかに拡散させて記録層4を急冷し、非晶質化し易くする機能を有する。さらに反射層8は、記録層4および誘電体層2、6を含む多層膜を使用環境から保護する機能も有する。反射層8の材料としては、例えば、Al、Au、Ag、およびCu等の熱伝導率の高い単体金属材料が挙げられる。反射層8は、その耐湿性を向上させる目的で、ならびに/あるいは熱伝導率または光学特性(例えば、光反射率、光吸収率または光透過率)を調整する目的で、上記の金属材料から選択される一つまたは複数の元素に、他の一つまたは複数の元素を添加した材料を使用して形成してよい。具体的には、Al−Cr、Al−Ti、Ag−Pd、Ag−Pd−Cu、Ag−Pd−Ti、Ag−InまたはAu−Cr等の合金材料を用いることができる。これらの材料は何れも耐食性に優れ、且つ急冷機能を有する優れた材料である。同様の目的は、反射層8を2以上の層で形成することによっても達成され得る。反射層8の厚さは50〜180nmであることが好ましく、60nm〜120nmであることがより好ましい。
接着層9は、耐熱性および接着性の高い材料、例えば、紫外線硬化性樹脂等を用いて形成してよい。具体的には、アクリレート樹脂やメタクリレート樹脂等を主成分とする光硬化材料や、エポキシ樹脂を主成分とする材料や、ホットメルト材料等が使用可能である。また必要に応じて、接着層9を形成する前に、紫外線硬化性樹脂より成る、厚さ2〜20μmの保護コート層を反射層8の表面に設けてもよい。接着層9の厚さは、好ましくは15〜60μmであり、より好ましくは20〜40μmである。
貼り合せ基板10は、情報記録媒体の機械的強度を高めるとともに、第1の誘電体層2から反射層8までの積層体を保護する機能を有する。貼り合せ基板10の好ましい材料は、基板1の好ましい材料と同じである。
本実施の形態の情報記録媒体は、一つの記録層を有する片面構造ディスクであるが、これに限るものではなく、2つ以上の記録層を有してもよい。
続いて、本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法を説明する。
本実施の形態の情報記録媒体は、案内溝(グルーブ面20とランド面21)が形成された基板1(例えば、厚さ0.6mm)を成膜装置に配置し、基板1の案内溝が形成された表面に第1の誘電体層2を成膜する工程(工程a)、記録層4を成膜する工程(工程b)、第2の誘電体層6を成膜する工程(工程c)、光吸収補正層7を成膜する工程(工程d)および反射層8を成膜する工程(工程e)を順次実施し、さらに、反射層8の表面に接着層9を形成する工程、および貼り合せ基板10を貼り合わせる工程を実施することにより、製造される。なお、本明細書において、各層に関して「表面」というときは、特に断りのない限り、各層が形成されたときに露出している表面(厚さ方向に垂直な表面)を指すものとする。
まず、基板1の案内溝が形成された面に、第1の誘電体層2を成膜する工程aを実施する。工程aは、スパッタリング法により実施され、高周波電源を用いて、Arガス雰囲気で実施する。スパッタリングで導入するガスは、形成する材料層に応じて、Arガスの他に、酸素ガスや窒素ガス、CHガス等、混合したガス雰囲気中で実施してよい。
工程aで使用されるスパッタリングターゲットとしては、SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物とを含むスパッタリングターゲットが用いられる。
前述の通り、群GMより選ばれる少なくとも1つの元素と、群GLより選ばれる少なくとも1つの元素と、酸素原子とを含むスパッタリングターゲットは、より具体的には、(式3)即ち、Mh2i2j2(原子%)で表わされる材料である。この式において、Mは群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h2、i2およびj2は、5≦h2≦40、40≦i2≦70、0<j2≦35、h2+i2+j2=100を満たす材料を含むスパッタリングターゲットを使用できる。このスパッタリングターゲットを用いれば、(式1)で表される材料を含む層を形成できる。
本発明の製造方法で使用されるスパッタリングターゲットは、群GMから選択される元素の酸化物群が、混合物に対して、30mol%以上含むことが好ましく、50〜95mol%含むことがより好ましい。
上記特定の酸化物を含むスパッタリングターゲットとして、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物と、TaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を含む材料を使用できる。より具体的には、(式4)、即ち、(D)(A)100−x(mol%)で表される材料である。この式において、Dは、SnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、各化合物の混合割合を示すxは、30≦x≦95を満たす材料を含むターゲットを使用できる。このターゲットによれば、(式2)で表される材料を含む層が形成できる。
上記の材料を含む層には、これらの化合物以外の第三成分を含んでいてもよく、特に数%以下の不純物があってもよい。また、近隣に形成される層の組成元素が多少混じってもよい。第三成分として含まれ得る成分は先に例示したとおりである。
次に、工程bを実施して、第1の誘電体層2の表面に、記録層4を成膜する。工程bもまた、スパッタリング法により実施される。スパッタリングは、直流電源を用いて、Arガス雰囲気中、またはArガスとNガスの混合ガス雰囲気中で実施する。工程aと同様に、目的に応じて他のガスを導入してもよい。スパッタリングターゲットは、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、Ge−Sn−Sb−Bi−Te、Ag−In−Sb−TeおよびSb−Teのうち、いずれか一つの材料を含むものを使用する。成膜後の記録層4は非晶質状態である。
次に、工程cを実施して、記録層4の表面に、第2の誘電体層6を成膜する。工程cは、工程aと同様に実施される。第2の誘電体層6は、第1の誘電体層2と同じ化合物の混合比率が異なるスパッタリングターゲット、または異なる酸化物を含むスパッタリングターゲットを用いて形成してもよい。例えば、第1の誘電体層2を、SnO−Taの混合系材料で形成し、第2の誘電体層6を、SnO−Ga−Yの混合系材料で形成してよい。このように、第1の誘電体層2と第2の誘電体層6は、所望の機能に応じて、含まれる酸化物の種類、ならびに/またはそれらの混合割合を最適化して形成できる。
次に、工程dを実施して、第2の誘電体層6の表面に、光吸収補正層7を成膜する。工程dにおいては、直流電源または高周波電源を用いて、スパッタリングを実施する。スパッタリングターゲットとして、Ge−Cr、およびGe−Mo等の非晶質Ge合金、Si−Cr、Si−MoおよびSi−W等の非晶質Si合金、Te化物、ならびにTi、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SnTe、およびPbTe等の結晶性の金属、半金属、および半導体材料から選択される材料から成るものを用いる。スパッタリングは、一般には、Arガス雰囲気中で実施する。
次に、工程eを実施して、光吸収補正層7の表面に、反射層8を成膜する。工程eはスパッタリングにより実施される。スパッタリングは、直流電源または高周波電源を用いて、Arガス雰囲気中で実施する。スパッタリングターゲットとしては、Al−Cr、Al−Ti、Ag−Pd、Ag−Pd−Cu、Ag−Pd−Ti、Ag−InまたはAu−Cr等の合金材料より成るものを使用できる。
上記のように、工程a〜eは、いずれもスパッタリング工程である。したがって、工程a〜eは、一つのスパッタリング装置内において、ターゲットを順次変更して連続的に実施できる。また、工程a〜eは、それぞれ独立したスパッタリング装置を用いて実施することも可能である。
反射層8を成膜した後、第1誘電体層2から反射層8までが順次積層された基板1をスパッタリング装置から取り出す。それから、反射層8の表面に、紫外線硬化性樹脂を、例えばスピンコート法により塗布する。塗布した紫外線硬化性樹脂に、貼り合せ基板10を密着させて、紫外線を貼り合せ基板10側から照射して樹脂を硬化させ、貼り合わせ工程を終了させる。
貼り合せ工程が終了した後は、必要に応じて初期化工程を実施する。初期化工程は、非晶質状態である記録層4を、例えば半導体レーザを照射して、結晶化温度以上に昇温して結晶化させる工程である。初期化工程は貼り合せ工程の前に実施してもよい。このように、工程a〜e、接着層の形成工程、および貼り合せ基板10の貼り合せ工程を順次実施することにより、実施の形態1の情報記録媒体を製造することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2として、図2に、その情報記録媒体の一部断面を示す。
図2に示す本実施の形態の情報記録媒体は、基板1の一方の表面に、第1の誘電体層102、第1の界面層103、記録層4、第2の誘電体層6、光吸収補正層7、および反射層8がこの順に形成され、さらに接着層9で反射層8に貼り合せ基板10が接着された構成を有する。本実施の形態の情報記録媒体は、記録層4と第2の誘電体層6との間に界面層を有していない点において、図5に示した従来の情報記録媒体と相違する。また、基板1と記録層4との間に第1の誘電体層102と第1の界面層103がこの順に積層されている点において、図1に示す情報記録媒体と相違する。本実施の形態おいて、第2の誘電体層6は、実施の形態1の情報記録媒体における第1および第2の誘電体層と同様の、酸化物系材料層で形成されている。その他、図2において、図1で使用した符号と同じ符号は、同じ機能を有する構成要素を表し、図1を参照して説明した材料および方法にて形成されるものである。したがって、図1で既に説明した構成要素については、ここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の情報記録媒体において、第1の誘電体層102は、従来の情報記録媒体を構成していた誘電体層に使用されていた材料(ZnS−SiO)で形成されている。したがって、界面層103は、繰り返しの記録により第1の誘電体層102と記録層4との間で生じる物質移動を防止するために設けられている。界面層103の好ましい材料および厚さは、例えば、ZrO−SiO−CrやGe−Cr等の混合材料で、その厚さは、1〜10nmであることが好ましく、2〜7nmであればより好ましい。これにより、基板1の表面に形成された第1の誘電体層102から反射層8までの積層体の光学的反射率および吸収率が変化して、記録消去性能に影響が生じることを抑えることができる。
続いて、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法を説明する。本実施の形態において、基板1の案内溝が形成された面に第1の誘電体層102を成膜する工程(工程h)、第1の界面層103を成膜する工程(工程i)、記録層4を成膜する工程(工程b)、第2の誘電体層6を成膜する工程(工程c)、光吸収補正層7を成膜する工程(工程d)および反射層8を成膜する工程(工程e)を順次実施し、さらに反射層8の表面に接着層9を形成する工程、および貼り合せ基板10を貼り合わせる工程を実施することにより、製造される。工程b、c、d、およびeは、実施の形態1において説明したとおりであるから、ここではその詳細な説明を省略する。貼り合せ基板10を貼り合わせる工程が終了した後、実施の形態1に関連して説明したように、必要に応じて初期化工程を実施して、情報記録媒体を得る。
以上、実施の形態1および2にて、図1および図2を参照し、本発明の情報記録媒体の実施の形態として、レーザ光で記録再生する情報記録媒体を説明したが、本発明の情報記録媒体はこれらの形態に限定されない。本発明の情報記録媒体は、記録層に接する誘電体層を、酸化物系材料層を用いて形成する限りにおいて、任意の形態をとりうる。即ち、本発明は、基板上に層を形成する順序、記録層の数、記録条件、および記録容量等にかかわらず適用可能である。また、本発明の情報記録媒体は、種々の波長で記録するのに適している。したがって、本発明の情報記録媒体の構成および製造方法は、例えば、波長630〜680nmのレーザ光で記録再生するDVD−RAMやDVD−RW、または波長400〜450nmのレーザ光で記録再生する大容量光ディスク等に適用可能である。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3として、電気的エネルギーを印加して情報の記録および再生を実施する情報記録媒体の一例の斜視図を図3に示す。
図3のように、本実施の形態の情報記録媒体は、基板201の表面に、下部電極202、記録部203および上部電極204がこの順に形成されたメモリである。メモリの記録部203は、円柱状の記録層205および記録層205を取り囲む誘電体層206を含む構成を有する。実施の形態1および2において図1および図2を参照して説明した情報記録媒体とは異なり、この形態のメモリにおいては、記録層205および誘電体層206は同一面上に形成され、それらは積層された関係にない。しかし、記録層205および誘電体層206はともに、メモリにおいては、基板201、下部電極202および上部電極204を含む積層体の一部を構成しているので、それぞれ「層」と呼び得るものである。したがって、本発明の情報記録媒体には、記録層と誘電体層が同一面上にある形態のものも含まれる。
基板201として、具体的には、例えば、Si基板等の半導体基板、ポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂等から成る基板、SiO基板およびAl基板等の絶縁性基板、等を使用できる。下部電極202および上部電極204は、適当な導電材料で形成される。下部電極202および上部電極204は、例えば、Au、Ag、Pt、Al、Ti、W、Cr等の金属、またはこれらの混合物をスパッタリングすることにより形成される。
記録部203を構成する記録層205は、電気的エネルギーを印加することによって相変化する材料から成り、記録部203における相変化部と称することもできる。記録層205は、電気的エネルギーを印加することによって生じるジュール熱によって、結晶相と非晶質相との間で相変化する材料で形成される。記録層205の材料としては、例えば、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−TeおよびGe−Sn−Sb−Bi−Te系材料が使用され、より具体的には、例えばGeTe−SbTe系材料またはGeTe−BiTe系材料等が使用できる。
記録部203を構成する誘電体層206は、上部電極204および下部電極202との間に電圧を印加することによって、記録層205に流れた電流が周辺部に逃げることを防止し、記録層205を電気的および熱的に絶縁する機能を有する。したがって、誘電体層206は、断熱部と称することもできる。誘電体層206は、酸化物系材料層で形成され、具体的には、(式1)および(式2)で表される材料を含む層である。これらの材料は、高融点であること、加熱された場合でも材料層中の原子が拡散しにくいこと、ならびに熱伝導率が低いこと等から、誘電体層206に好ましく用いられる。
本実施の形態については、後述の実施例において、その作動方法とともにさらに説明する。
[実施例]
本発明をより具体的に説明する。
まず、本発明の情報記録媒体の誘電体層を形成する際に用いられる酸化物系材料層からなるターゲットに対し、公称組成(即ち、供給に際してターゲットメーカーが公に表示している組成)と分析組成との関係を、予め試験により確認してみた。
本試験では、その一例として、(式4)に相当する(SnO40(Ga40(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いた。このスパッタリングターゲットを粉末状にし、X線マイクロアナライザ法により組成分析を実施した。この結果、スパッタリングターゲットの分析組成が、各元素の割合(原子%)で示される組成式として得られた。分析結果を、(表2)に示す。さらに、(表2)には、公称組成から算出される元素組成である、換算組成も示す。
Figure 2006109534
表2に示すように、分析組成は換算組成とほぼ等しかった。この結果から、(式3)および(式4)により表記されるスパッタリングターゲットの実際の組成(即ち、分析組成)は、計算により求められる元素組成(即ち、換算組成)とほぼ一致し、したがって公称組成が適正であることが確認された。そこで、以下の実施例においては、スパッタリングターゲットの組成を公称組成(mol%)で表す。また、スパッタリングターゲットの公称組成と、このスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により形成した酸化物系材料層の組成(mol%)とは、同じものとみなして差し支えないと考えた。したがって、以下の実施例では、スパッタリングターゲットの組成の表示を以って、このスパッタリングターゲットを用いて形成された層の組成とした。
(実施例1)
実施の形態1で説明した図1に示す情報記録媒体において、第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO95(Y(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成した。第1の誘電体層2および第2の誘電体層6は同じ材料で形成した。以下、本実施例の情報記録媒体の作製方法を説明する。以下の説明においては、図1に示した各構成要素と同じ参照番号を用いる。
まず、基板1として、深さ56nm、トラックピッチ(基板1の主面に平行な面内におけるグルーブ表面およびランド表面の中心間距離)0.615μmの案内溝が片側表面に予め設けられた、直径120mm、厚さ0.6mmの円形のポリカーボネート基板を用いた。
基板1上に、厚さ145nmの第1の誘電体層2、厚さ8nmの記録層4、厚さ45nmの第2の誘電体層6、厚さ40nmの光吸収補正層7、および厚さ80nmの反射層8を、この順に、スパッタリング法により以下に説明する方法で成膜した。
第1の誘電体層2と第2の誘電体層6を構成する材料として、(SnO95(Y(mol%)を用いた。
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を形成する工程においては、上述の材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、圧力0.13Paにて高周波スパッタリングを実施して成膜した。
記録層4を形成する工程は、GeTe−SbTe擬二元系組成のGeの一部をSnで置換したGe−Sn−Sb−Te系材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚み6mm)を成膜装置に取り付けて、0.13Paにて直流スパッタリングを実施した。記録層の組成は、Ge27SnSb12Te53(原子%)であった。
光吸収補正層7を形成する工程は、組成がGe80Cr20(原子%)である材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、約0.4Paにて直流スパッタリングを実施した。
反射層8を形成する工程は、Ag−Pd−Cu合金から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、約0.4Paにて直流スパッタリングを実施した。
反射層8を形成した後、紫外線硬化性樹脂を反射層8上に塗布した。塗布した紫外線硬化性樹脂の上に、直径120mm、厚さ0.6mmのポリカーボネート製の貼り合せ基板10を密着させた。次いで、貼り合せ基板10の側から紫外線を照射して樹脂を硬化させ貼り合わせた。
上記の貼り合わせた後、波長810nmの半導体レーザを使用して初期化工程を実施し、記録層4を結晶化させた。初期化工程の終了により、情報記録媒体の作製が完了した。
(実施例2)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO90(Ta10(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例3)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO80(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例4)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO60(Y10(Ta30(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例5)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO50(Y50(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例6)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO40(Ga40(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例7)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO60(Ga20(Y20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例8)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO40(Ga40(Ta20(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例9)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(Ga70(Ta15(Y15(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例10)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO40(Ta30(Y30(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例11)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO30(Ta35(Y35(mol%)で公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例1)
比較例1の情報記録媒体として、図5に示す構成の情報記録媒体を作製した。ここで、第1の誘電体層102および第2の誘電体層106は、ZnS−SiOのスパッタリングターゲットで形成した。また、第1の界面層103および第2の界面層105は、それぞれZrO−SiO−Crから成る、厚さ5nmの層とした。
第1の誘電体層102および第2の誘電体層106は、(ZnS)80(SiO20(mol%)から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を使用して、圧力0.13Paにて高周波スパッタリングを実施して形成した。
第1の界面層103および第2の界面層105は、(ZrO25(SiO25(CrO50(mol%)の組成を有する材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、高周波スパッタリングで形成した。それ以外の光吸収補正層7、反射層8および貼り合せ基板10との貼り合せは、実施例1の情報記録媒体の場合と同様である。
(比較例2)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、SnOのみの公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例3)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、Gaのみの公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例4)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、Yのみの公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例5)
第1の誘電体層2および第2の誘電体層6を、(SnO50(Ga50(mol%)の公称組成が表示されたスパッタリングターゲットを用いて形成する以外は、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
次に、以上の実施例1〜13および比較例1〜5の情報記録媒体に対して評価を行った。以下に評価方法について説明する。評価項目として(1)誘電体層と記録層との密着性、(2)記録感度、(3)書き換え性能の3つについて行った。
まず、(1)の密着性は、高温高湿条件下での剥離の有無に基づいて評価した。具体的には、初期化工程後の情報記録媒体を、温度90℃、80RH%の高温高湿槽に100時間放置した後、記録層4とこれに接する誘電体層2、6との界面の少なくとも一方で剥離が発生していないかどうかを、光学顕微鏡で目視観察した。
(2)記録感度と(3)繰り返し書き換え性能は、記録再生評価装置を用い、最適パワーと、その記録パワーでの繰り返し回数を評価した。
情報記録媒体の信号評価は、情報記録媒体を回転させるスピンドルモータと、レーザ光を発する半導体レーザを備えた光学ヘッドと、レーザ光を情報記録媒体の記録層4上に集光させる対物レンズとを具備した一般的な構成の情報記録システムを用いた。具体的には、波長660nmの半導体レーザと開口数0.6の対物レンズを使用し、4.7GB容量相当の記録を行った。このとき、情報記録媒体を回転させる線速度は8.2m/秒とした。また、後述の平均ジッタ値を求める際のジッタ値の測定には、タイムインターバルアナライザを用いた。
まず、繰り返し回数を測定する際の記録再生条件を決めるために、ピークパワー(Pp)およびバイアスパワー(Pb)を以下の手順で設定した。上記のシステムを用いて、レーザ光を、高パワーレベルのピークパワー(mW)と低パワーレベルのバイアスパワー(mW)との間でパワー変調しながら情報記録媒体に向けて照射して、マーク長0.42μm(3T)〜1.96μm(14T)のランダム信号を、記録層4の同一のグルーブ表面に10回記録した。そして、前端間のジッタ値(記録マーク前端部におけるジッタ)および後端間のジッタ値(記録マーク後端部におけるジッタ)を測定し、これらの平均値として平均ジッタ値を求めた。バイアスパワーを一定の値に固定し、ピークパワーを種々変化させた各記録条件について平均ジッタ値を測定し、ピークパワーを徐々に増加させて、ランダム信号の平均ジッタ値が13%に達したとき、ピークパワーの1.3倍のパワーを仮にPp1と決めた。次に、ピークパワーをPp1に固定し、バイアスパワーを種々変化させた各記録条件について平均ジッタ値を測定し、ランダム信号の平均ジッタ値が13%以下となったときの、バイアスパワーの上限値および下限値の平均値をPbに設定した。このバイアスパワーをPbに固定し、ピークパワーを種々変化させた各記録条件について平均ジッタ値を測定し、ピークパワーを徐々に増加させて、ランダム信号の平均ジッタ値が13%に達したとき、ピークパワーの1.3倍のパワーをPpに設定した。このようにして設定したPpおよびPbの条件で記録した場合、例えば10回繰り返し記録において、8〜9%の平均ジッタ値が得られた。システムのレーザパワー上限値を考慮すれば、Pp≦14mW、Pb≦8mWを満足することが望ましい。
繰り返し回数は、本実施例では平均ジッタ値に基づいて決定した。上記のようにして設定されPpとPbとでレーザ光をパワー変調しながら情報記録媒体に向けて照射して、マーク長0.42μm(3T)〜1.96μm(14T)のランダム信号を(グルーブ記録により)同一のグルーブ表面に所定回数繰り返して連続記録した後、平均ジッタ値を測定した。平均ジッタ値は、繰り返し回数が1、2、3、5、10、100、200、500回で測定し、1000回以上は1000回毎に測定して1万回まで評価した。繰り返し書き換え性能は、平均ジッタ値が13%に達したときの繰り返し回数により評価した。繰り返し回数が多いほど、繰り返し書き換え性能が良好であり、上記のような情報記録媒体を、例えば画像音声レコーダで用いる場合には、繰り返し回数は1000回以上あることが好ましく、1万回以上であればより望ましい。
Figure 2006109534
表3に、実施例1〜11および比較例1〜5の情報記録媒体における(1)密着性、(2)記録感度、(3)書き換え性能の評価結果を示す。なお、実施例1〜11と比較例2〜5の情報記録媒体について、誘電体層に用いた材料の原子%も併記しておく。ここでは、密着性の評価結果として上記高温高湿試験後の剥離の有無を示した。記録感度は、設定されたピークパワーを示し、14mW以下であれば良好であると評価した。また、書き換え性能は、繰り返し回数が1000回未満を×、1000回以上1万回未満のものを△、1万回以上のものを○と評価した。
(表3)からも明らかなように、まず、誘電体層2、6の材料が、SnO、Ga、Y、(SnO50(Ga50(mol%)の場合は、記録層4と誘電体層2、6との密着性は良好だが、記録感度が不十分であった(比較例2〜5)。これに対し、実施例1〜11のように、SnOおよびGaからなる酸化物群に、TaおよびYから成る酸化物群を、本発明において規定した範囲内で混合することにより、良好な記録感度と書き換え性能が得られた。
また、記録感度と書き換え性能の均衡を考慮すると、SnOおよびGaOの酸化物群の割合は、30mol%以上であることが好ましく、TaおよびYから成る酸化物群の割合は、記録感度を考慮すると少なくとも5mol%以上であることが好ましいことが確認された。
次に、実施の形態2で示す構成の情報記録媒体の実施例について以下に説明する。
(実施例12)
本実施例の情報記録媒体は、実施の形態2で説明した図2に示す情報記録媒体であり、第1の誘電体層102は(ZnS)80(SiO20(mol%)を用いて形成し、第1の界面層103はZrO−SiO−Crを用いて2〜5nmの厚さで形成した。これ以外の構成については、実施例1の情報記録媒体の場合と同様に作製した。実施例12では、記録層4上に接して配置された第2の誘電体層6を、実施例1で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した。
(実施例13)
第2の誘電体層6を、実施例2で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例14)
第2の誘電体層6を、実施例5で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例15)
第2の誘電体層6を、実施例6で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例16)
第2の誘電体層6を、実施例7で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例17)
第2の誘電体層6を、実施例8で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例18)
第2の誘電体層6を、実施例9で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例19)
第2の誘電体層6を、実施例10で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(実施例20)
第2の誘電体層6を、実施例11で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例6)
第2の誘電体層6を、比較例2で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例7)
第2の誘電体層6を、比較例3で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例8)
第2の誘電体層6を、比較例4で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
(比較例9)
第2の誘電体層6を、比較例5で用いた材料のスパッタリングターゲットを用いて形成した以外は、実施例12の情報記録媒体の場合と同様に作製した。
Figure 2006109534
表4に、実施例12〜20および比較例6〜9の情報記録媒体における(1)密着性、(2)記録感度、(3)書き換え性能を示す。ここでの表記の基準は、(表3)に示したものと同様である。
(表4)からも明らかなように、基板1と記録層4との間に第1の誘電体層102と界面層103を設け、第2の誘電体層6のみに本発明の材料を適用した場合も、(表3)とほぼ同様の傾向が認められた。即ち、SnO、Gaおよびその混合物や、Y単独の場合、記録層4と誘電体層102、6との密着性は良好だが、記録感度と書き換え性能とを両立するには不十分であった(比較例6〜9)。これに対し、実施例12〜20のように、SnOおよびGaから成る酸化物群に、TaおよびYから成る酸化物群のうち少なくとも一つの酸化物を、本発明で規定した範囲内で混合することにより、良好な記録感度が得られた。
また、密着性と記録感度との均衡を考慮すると、SnOおよびGaからなる酸化物群の割合は、30mol%以上であることが好ましく、TaおよびYの割合は、記録感度を考慮すると少なくとも5mol%以上であることが好ましいことが確認された。
実施例1〜20の情報記録媒体のように、記録層に接して形成される誘電体層として上述のような酸化物系材料層を用いたとき、層数を減少させるという目的が達成されるとともに、良好な書き換え性能が得られる。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。本発明の情報記録媒体は、記録層に接して形成される層のうち、少なくとも一つが上述のような酸化物系材料層で形成されていればよい。
(実施例21)
以上の実施例1〜20では、光学的手段によって情報を記録する情報記録媒体を作製した。実施例21では、図3に示すような、電気的手段によって情報を記録する情報記録媒体を作製した。これはいわゆるメモリである。
本実施例の情報記録媒体は、次のようにして作製した。まず、表面を窒化処理した、長さ5mm、幅5mmおよび厚さ1mmのSi基板201を準備した。この基板201の上に、Auの下部電極202を1.0mm×1.0mmの領域に厚さ0.1μmで形成した。下部電極202の上に、Ge38Sb10Te52(化合物としてはGeSbTe11と表記される)の材料にて相変化部として機能する記録層205(以下、相変化部205と称する。)を直径0.2mmの円形領域に厚さ0.1μmとなるように形成し、(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の材料を用いて、断熱部として機能する誘電体層206(以下、断熱部206と称する。)を、0.6mm×0.6mmの領域(但し相変化部205を除く)に、相変化部205と同じ厚さとなるように形成した。さらに、Auの上部電極204を0.6mm×0.6mmの領域に厚さ0.1μmで形成した。下部電極202、相変化部205、断熱部206および上部電極204は、いずれも、スパッタリング法で形成した。
相変化部205を成膜する工程では、Ge−Sb−Te系材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付け、パワー100Wで、Arガスを導入して直流スパッタリングを行った。スパッタ時の圧力は約0.13Paとした。また、断熱部206を成膜する工程では、(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の組成を有する材料から成るスパッタリングターゲット(直径100mm、厚さ6mm)を成膜装置に取り付けて、約0.13Paの圧力下で、高周波スパッタリングを行った。パワーは400Wとした。スパッタリング中、Arガスを導入した。これら工程でのスパッタリングは、相変化部205および断熱部206が互いに積層しないように、成膜すべき面以外の領域をマスク治具で覆って各々行った。なお、相変化部205および断熱部206の形成の順序は問わず、いずれを先に行ってもよい。また、相変化部205および断熱部206により記録部203を構成する。相変化部205は本発明に言うところの記録層に該当し、断熱部206は本発明に言うところの材料層に該当する。
なお、下部電極202および上部電極204は、電極形成技術の分野において一般的に採用されているスパッタリング方法によって成膜できるので、それらの成膜工程についての詳細な説明は省略する。
以上のようにして作製した情報記録媒体に電気的エネルギーを印加することによって相変化部205にて相変化が起こることを、図4に示すシステムにより確認した。図4に示す情報記録媒体の断面図は、図3に示す情報記録媒体をI−I線に沿って厚さ方向に切断した断面である。
より詳細には、図4に示すように、2つの印加部212を下部電極202および上部電極204にAuリード線でそれぞれボンディングすることによって、印加部212を介して、電気的書き込み/読み出し装置214を情報記録媒体(メモリ)に接続した。この電気的書き込み/読み出し装置214において、下部電極202および上部電極204に各々接続されている印加部212の間には、パルス発生部208がスイッチ210を介して接続され、また、抵抗測定器209がスイッチ211を介して接続されていた。抵抗測定器209は、抵抗測定器209によって測定される抵抗値の高低を判定する判定部213に接続されていた。パルス発生部208によって印加部212を介して上部電極204および下部電極202の間に電流パルスを流し、下部電極202と上部電極204との間の抵抗値を抵抗測定器209によって測定し、この抵抗値の高低を判定部213で判定した。一般に、相変化部205の相変化によって抵抗値が変化するため、この判定結果に基づいて、相変化部205の相の状態を知ることができる。
実施例21の場合、相変化部205の融点は630℃、結晶化温度は170℃、結晶化時間は130nsであった。下部電極202と上部電極204の間の抵抗値は、相変化部205が非晶質相状態では1000Ω、結晶相状態では20Ωであった。相変化部205が非晶質相状態(即ち高抵抗状態)のとき、下部電極202と上部電極204との間に、20mA、150nsの電流パルスを印加したところ、下部電極202と上部電極204の間の抵抗値が低下し、相変化部205が非晶質相状態から結晶相状態に転移した。次に、相変化部205が結晶相状態(即ち低抵抗状態)のとき、下部電極202と上部電極204の間に、200mA、100nsの電流パルスを印加したところ、下部電極202および上部電極204の間の抵抗値が上昇し、相変化部205が結晶相から非晶質相に転移した。
以上の結果から、相変化部205の周囲の断熱部206として、(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の組成を有する材料を含む層を形成した場合、電気的エネルギーを付与することによって、相変化部205に相変化を生起させることができ、情報を記録する機能を持たせることができることが確認できた。この現象は、実施例1〜20の記録感度を鑑みると、実施例1〜20で用いた酸化物系材料層にも同様の効果が得られると考えられる。
実施例21のように、円柱状の相変化部205の周囲に、誘電体である(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)の断熱部206を設けると、上部電極204および下部電極202との間に電圧を印加することによって相変化部205に流れた電流がその周辺部に逃げることを効果的に抑制し得る。その結果、電流により生じるジュール熱によって相変化部205の温度を効率的に上昇させることができる。特に、相変化部205を非晶質相状態に転移させる場合には、相変化部205のGe38Sb10Te52を一旦溶融させて急冷する過程が必要である。相変化部205のこの溶融は、相変化部205の周囲に断熱部206を設けることによって、より小さい電流で生起し得る。
断熱部206に用いた(SnO)40(Ga40(Y20(mol%)は、高融点であり、熱による原子拡散も生じにくいので、上述のような電気的メモリに適用することが可能である。また、相変化部205の周囲に断熱部206が存在すると、断熱部206が障壁となるので、相変化部205は記録部203の面内において電気的および熱的に実質的に隔離される。このことを利用して、情報記録媒体に、複数の相変化部205を断熱部206で互いに隔離された状態で設けて、情報記録媒体のメモリ容量を増やすこと、ならびにアクセス機能およびスイッチング機能を向上させることが可能となる。あるいは、情報記録媒体自体を複数個つなぐことも可能である。
以上、種々の実施例を通じて本発明の情報記録媒体について説明してきたように、光学的手段で記録する情報記録媒体および電気的手段で記録する情報記録媒体のいずれにも、記録層に接するように、本発明で規定した酸化物系材料層を誘電体層に適用することにより、これまで実現されなかった構成を実現でき、従来の情報記録媒体よりも優れた性能が得られる。
本発明にかかる情報記録媒体とその製造方法は、高密度情報記録媒体として、例えばDVD−RAM、DVD+/−RW、BD(Blue−ray Disk)用記録媒体、BD−R等の追記型情報記録媒体、光磁気記録媒体や、電気的エネルギーや光学的エネルギーを用いて成るメモリ等の用途に応用できる。
本発明の実施の形態1における情報記録媒体の一例を示す部分断面図。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の一例を示す部分断面図。 電気的エネルギーの印加により情報が記録される本発明の情報記録媒体の一例を示す斜視図。 図3に示す情報記録媒体を使用するシステムの一例を示す模式図。 従来の情報記録媒体の一例を示す部分断面図。
符号の説明
1、201 基板
2、102 第1の誘電体層
103 第1の界面層
4 記録層
105 第2の界面層
6、106 第2の誘電体層
7 光吸収補正層
8 反射層
9 接着層
10 貼り合せ基板
20 グルーブ面
21 ランド面
202 下部電極
203 記録部
204 上部電極
205 相変化部(記録層)
206 断熱部(誘電体層)
208 パルス発生部
209 抵抗測定器
210、211 スイッチ
212 印加部
213 判定部
214 電気的書き込み/読み出し装置

Claims (18)

  1. 光の照射または電気エネルギーの印加によって、記録および/または再生を行う情報記録媒体であって、
    SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素と、を含む材料層を有する、
    情報記録媒体。
  2. 前記材料層が、下記の式:
    h1i1j1
    (式中、Mは前記群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは前記群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h1、i1およびj1は、原子%で表され、各々5≦h1≦40、40≦i1≦70、0<j1≦35、h1+i1+j1=100を満たす。)
    で表される材料を含む、
    請求項1に記載の情報記録媒体。
  3. 前記式において、MはSnである、
    請求項2記載の情報記録媒体。
  4. 前記式において、MはSnおよびGaである、
    請求項2記載の情報記録媒体。
  5. 前記式において、LはYである、
    請求項2から4のいずれか1項に記載の情報記録媒体。
  6. 前記材料層は、前記群GMより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物と、前記群GLより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物とを含む、
    請求項1に記載の情報記録媒体。
  7. 前記材料層は、下記の式:
    100−x
    (式中、DはSnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、xは、mol%で表され、30≦x≦95を満たす。)
    で表される材料を含む、
    請求項6に記載の情報記録媒体。
  8. 相変化型の記録層をさらに有する、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の情報記録媒体。
  9. 前記材料層は、前記記録層の少なくともどちらか一方の面に接している、
    請求項8に記載の情報記録媒体。
  10. 前記記録層は、Ge−Sb−Te、Ge−Sn−Sb−Te、Ge−Bi−Te、Ge−Sn−Bi−Te、Ge−Sb−Bi−Te、Ge−In−Bi−Te、Ag−In−Sb−TeおよびSb−Teから選択される、いずれか一つの材料を含む、
    請求項8または9に記載の情報記録媒体。
  11. 前記記録層は、膜厚が15nm以下である、
    請求項8から10のいずれか1項に記載の情報記録媒体。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載の情報記録媒体の製造方法であって、
    SnおよびGaから成る群GMより選ばれる少なくとも一つの元素と、TaおよびYから成る群GLより選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素と、を含むスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により前記材料層を形成する、
    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、下記の式:
    h2i2j2
    (式中、Mは前記群GMより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、Lは前記群GLより選ばれる少なくとも一つの元素を示し、h2、i2およびj2は、原子%で表され、各々5≦h2≦40、40≦i2≦70、0<j2≦35、h2+i2+j2=100を満たす。)
    で表される材料を含む、
    請求項12に記載の情報記録媒体の製造方法。
  14. 前記スパッタリングターゲットにおいて、MはSnおよび/またはGaを含む、
    請求項13に記載の情報記録媒体の製造方法。
  15. 前記スパッタリングターゲットにおいて、LはYを含む、
    請求項13または14に記載の情報記録媒体。
  16. 前記スパッタリングターゲットは、前記群GMより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物と、前記群GLより選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物とを含む、
    請求項12に記載の情報記録媒体の製造方法。
  17. 前記スパッタリングターゲットは、Snおよび/またはGaの酸化物を30mol%以上含む、
    請求項16に記載の情報記録媒体の製造方法。
  18. 前記スパッタリングターゲットは、下記の式:
    (D)(A)100−x
    (式中、DはSnOおよびGaから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、AはTaおよびYから選択される少なくとも一つの酸化物を示し、xは、mol%で表され、30≦x≦95を満たす。)
    で表される材料を含む、
    請求項12に記載の情報記録媒体の製造方法。
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