KR20120011781A - 광기록 매체 - Google Patents

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KR20120011781A
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코타로 쿠로카와
시게키 타카가와
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소니 주식회사
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Abstract

광기록 매체는 지지 기판과; 상기 지지 기판측부터 제 1 유전체층, 반투과 반반사층, 제 2 유전체층, 상변화형의 기록 재료층, 제 3 유전체층을 차례로 적층하여 이루어지는 반투과 기록층을 갖는다. 상기 반투과 반반사층은 은을 이용하여 구성되고, 상기 제 1 유전체층은, 산화 니오브를 이용한 복합 산화물층을 갖는다.

Description

광기록 매체{OPTICAL RECORDING MEDIUM}
본 발명은 광기록 매체에 관한 것으로, 특히 복수의 기록층을 적층한 상변화형(phase-change)의 광기록 매체에 관한 것이다.
레이저광의 조사에 의한 정보의 기록, 재생 및 소거가 가능한 광기록 매체의 하나로서 상변화형의 광기록 매체가 알려져 있다. 상변화형의 광기록 매체는, 결정-비정질 사이, 또는 다른 결정상 사이의 전이를 이용하여 정보의 기록, 재생 및 소거를 행한다. 이와 같은 상변화형 광기록 매체로서는, 예를 들면 CD-RW(Compact Disc-Rewritable), DVD-RW(Digital Versatile Disc-Rewritable), DVD-RAM(Digital Versatile Disc-Random Access Memory), Blu-ray Disc 등이 상품화되어 있다. 또한, 근래에는, 기록 용량을 높이기 위해, 복수의 기록층을 적층한 구성(2층 디스크)이 실용화되어 있다.
이상과 같은 상변화형 광기록 매체에서의 2층 디스크의 구성은, 다음과 같다. 즉, 지지 기판상에 제 1의 기록층이 형성되고, 그 위에 기록 재생 파장에 대해 투명한 중간층을 통하여 제 2의 기록층이 형성되고, 그 위에 기록 재생 파장에 대해 투명한 광투과 보호층이 형성된 층 구조를 갖는다. 기록 재생에 이용하는 레이저광은 광투과 보호층측부터 대물 렌즈를 통하여 광기록 매체에 입사된다. 대물 렌즈를 통과한 레이저광은 제 1의 기록층 또는 제 2의 기록층에 집광되고, 정보의 기록 재생이 행하여진다.
여기서 2층 디스크의 특징적인 구성은, 제 2의 기록층이 제 1의 기록층의 기록 재생을 위해 광을 투과하는 성능을 갖는 반투과 기록층으로서 구성되는 점에 있다. 이와 같은 제 2의 기록층은, 유전체, 금속, 상변화 기록 재료 등을 기록 재생 성능이 발휘될 수 있도록 적층하여 이루어지고, 전형적인 적층 구조는 기판측부터 유전체층/금속 반사층/유전체층/상변화 기록 재료층/유전체층의 순서로 적층되어 있다. 또한, 대강 45%부터 55%의 광투과율을 갖게 함으로써, 광디스크 기록 재생 장치(드라이브)에서 보아, 제 1의 기록층과 제 2의 기록층의 기록 재생 파워나 반사율이 일치하도록 설계되어 있다.
제 2의 기록층(반투과 기록층)에, 이와 같은 높은 광투과율을 얻는 방법으로서, 제 2의 기록층(반투과 기록층)을 구성하는 층 중, 금속 반사층의 기판측에 배치된 유전체층을, 투과율 조정층으로서 소정의 굴절율을 갖는 재료를 이용하는 구성이 제안되어 있다. 이와 같은 재료로서는, TiO2, ZrO2, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, SiO2, Al2O3, Bi2O3, Ti-N, Zr-N, Nb-N, Ta-N, Si-N, Ge-N, Cr-N, Al-N, Ge-Si-N, Ge-Cr-N 및 ZnS가 예시되어 있다. 또한, 이들의 재료는, 혼합물로서 이용하여도 좋다(이상, 하기 국제공개 제03/025922호 참조).
이상의 광기록 매체에서는, 더한층의 기록 용량의 증가를 도모하기 위해, 기록층을 3층으로 한 3층 디스크나, 4층으로 한 4층 디스크의 개발이 진행되고 있다. 이들 3층 디스크 및 4층 디스크에서는, 레이저광의 입사측에 배치된 반투과 기록층에, 2층 디스크의 반투과 기록층보다도 보다 높은 광투과율이 요구된다.
이와 같은 높은 광투과율을 실현하기 위해, 반투과 기록층을 구성하는 상변화 기록 재료층이나 금속 반사층을 박막화하는 경향에 있는데, 이들의 층의 박막화는 한계에 달하고 있고, 더한층의 박막화는 결함의 발생이나 기록 재생 신호 특성의 열화를 초래하는 요인이 된다.
그래서 본 발명은, 반투과 기록층에서의 결함 발생을 억제하면서, 광투과율의 향상을 도모함에 의해, 더한층의 기록 용량의 증가를 가능하게 하는 광기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반투과 기록층을 포함하는 복수의 기록층을 적층한 상변화형의 광기록 매체에 관한 것이다. 이 광기록 매체는, 지지 기판과, 당해 지지 기판측부터 제 1 유전체층/반투과 반(半)반사층/제 2 유전체층/상변화형의 기록 재료층/제 3 유전체층을 차례로 적층하여 이루어지는 반투과 기록층을 갖는다. 그리고 특히, 반투과 반반사층이 은(銀)을 이용하여 구성되고, 이것에 접하는 제 1 유전체층이, 산화 니오브를 이용한 복합 산화물층을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성의 광기록 매체에서는, 이후의 실시예에서 상세히 설명하는 바와 같이, 반투과 기록층에서의 결함 발생을 억제하면서, 광투과율의 향상이 도모되는 것이 확인되었다.
이상으로부터 본 발명에 의하면, 반투과 기록층을 포함하는 복수의 기록층을 적층한 상변화형의 광기록 매체에 있어서, 반투과 기록층의 적층수의 증가를 실현하고, 더한층의 기록 용량의 증가를 도모하는 것이 가능해진다.
도 1은 제 1 실시 형태의 광기록 매체의 구조를 도시하는 모식도.
도 2는 반투과 기록층을 형성하는 스퍼터 장치의 구성도.
도 3은 반투과 기록층의 광학 특성을 설명하는 모식도.
도 4는 반투과 기록층에서의 콘트라스트(Rc/Ra)의 Ga2O3 조성비 의존성을 도시하는 그래프. Ga2O3 조성비란 제 1 유전체층의 재료로서 Nb2O5-Ga2O3 복합 산화물을 이용하는 경우의 조성비를 가리킨다.
도 5는 반투과 기록층에서의 콘트라스트(Rc/Ra)의 ZrO2 조성비 의존성을 도시하는 그래프. ZrO2 조성비란 제 1 유전체층의 재료로서 Nb2O5-ZrO2 복합 산화물을 이용하는 경우의 조성비를 가리킨다.
도 6은 제 2 실시 형태의 광기록 매체의 구조를 도시하는 모식도.
도 7은 제 3 실시 형태의 광기록 매체의 구조를 도시하는 모식도.
이하 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거하여, 다음에 나타내는 순서로 실시의 형태를 설명한다.
1. 제 1 실시 형태(반투과 기록층에서의 지지 기판측의 제 1 유전체층에 복합 산화물을 이용한 예)
2. 제 2 실시 형태(제 1 실시 형태의 구성에서 제 1 유전체층을 적층 구조로 한 예)
3. 제 3 실시 형태(제 2 실시 형태의 구성에서 투명 보호막측의 제 3 유전체층을 적층 구조로 한 예)
또한, 이하에서 설명하는 각 실시 형태에서는, 상변화형의 광기록 매체를 설명함에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 이용하고 중복되는 설명은 생략한다.
？제 1 실시 형태？
도 1은, 제 1 실시 형태의 광기록 매체(1-1)의 구성을 도시하는 모식도이다. 이 도면에 도시하는 광기록 매체(1-1)는, 복수의 기록층을 적층한 상변화형의 광기록 매체이다. 특히 본 제 1 실시 형태에서는, 반투과 기록층을 구성하는 가장 지지 기판측의 제 1 유전체층이 특징적이다. 또한, 여기서는 한 예로서, 3층의 기록층을 적층한 구성을 설명하지만, 기록층의 적층수가 이것으로 한정되는 것은 아니고, 2층의 적층 구조라도 좋고, 4층 이상의 층 구조라도 좋다.
이 광기록 매체(1-1)는, 지지 기판(3)과, 지지 기판(3)상에 적층된 복수의 기록층(5, 7, 9)과, 이들의 기록층(5, 7, 9) 사이에 끼여지지된 투명한 중간층(11)과, 최상부에 배치된 투명 보호막(13)을 구비하고 있다. 이들의 기록층(5, 7, 9)은, 지지 기판(3)의 바로 위에 마련된 반사 기록층(5), 및 이보다도 투명 보호막(13)측에 마련된 반투과 기록층(7, 9)이다. 즉, 지지 기판(3)측부터는, 지지 기판(3)/반사 기록층(5)/중간층(11)/반투과 기록층(7)/중간층(11)/반투과 기록층(9)/투명 보호막(13)이 이 순서로 적층되어 있다. 또한, 기록층이 4층 이상인 경우, 반투과 기록층(9)과 투명 보호막(13) 사이에, 중간층을 통하여 또한, 반투과 기록층이 적층되는 구성이 된다.
여기서, 이 광기록 매체(1-1)의 기록 재생에는, 예를 들면 파장이 400 내지 410㎚의 레이저광이 이용되고, 투명 보호막(13)측부터 입사된다. 디스크 기록 재생 장치로부터 출사되고, 투명 보호막(13)측부터 입사한 레이저광(h)은, 디스크 기록 재생 장치측의 포커스 제어에 응하여, 반사 기록층(5) 또는 반투과 기록층(7, 9)에 집광되고, 정보의 기록 재생이 행하여진다. 이하, 각 층의 구성을 설명한다.
<지지 기판(3)>
지지 기판(3)은, 폴리카보네이트 등의 플라스틱, 또는 유리 등으로 이루어진다.
<반사 기록층(5)>
반사 기록층(5)은, 상변화형의 기록 재료층과 함께, 기록 재생에 이용하는 레이저광(h)을 반사하기 위한 충분한 두께의 반사층을 구비하고 있다. 이와 같은 반사 기록층(5)은, 지지 기판(3)측부터 차례로, 적어도 반사층/유전체층/상변화형의 기록 재료층/유전체층이 차례로 적층되어 있다. 기록 재료층은, 상변화형의 기록 재료를 이용한 것이면 좋고, 예를 들면 다음에 설명하는 반투과 기록층(7, 9)을 구성하는 기록 재료와 같은 재료중에서 선택한 재료를 이용하여 구성된다.
<반투과 기록층(7, 9)>
반투과 기록층(7, 9)은, 본 제 1 실시 형태에 특징적인 제 1 유전체층(101)을 갖는 층이다. 이들의 반투과 기록층(7, 9)은, 상변화형의 기록 재료층(104)과 함께, 기록 재생에 이용하는 레이저광(h)을 반사함과 함께 투과하는 반투과 반반사층(102)을 구비하고 있다. 이와 같은 반투과 기록층(7, 9)은, 도시한 바와 같이, 지지 기판(3)측부터 차례로 제 1 유전체층(101)/반투과 반반사층(102)/제 2 유전체층(103)/기록 재료층(104)/제 3 유전체층(105)이 적층되어 있다. 본 제 1 실시 형태에서는, 이와 같은 적층 구조의 반투과 기록층(7, 9)에서, 가장 지지 기판(3)측에 배치된 제 1 유전체층(101)을 구성하는 재료가 특징적이다.
즉 제 1 유전체층(101)은, 산화 니오브(Nb2O5)를 함유하는 복합 산화물층으로서 구성된다. 제 1 유전체층(101)에 산화 니오브(Nb2O5)와 함께 함유되는 다른 산화물은, 산화 갈륨(Ga2O3) 또는 산화 지르코늄(ZrO2)이 바람직하다. 제 1 유전체층(101)의 막두께는, 반투과 기록층(7, 9)을 구성하는 타층(他層)의 막두께와 함께, 기록 재생에 이용되는 레이저광(h)의 광투과율(tc), 광투과율(ta), 및 반사율(Rc), 반사율(Ra)이 소정의 값이 되도록 조정된다. 또한, 투과율(tc, ta) 및 반사율(Rc, Ra)은, 이후에 설명하는 바와 같이 레이저광의 조사에 의해 상변화하는 반투과 기록층(7, 9)이, 각 상(相) 상태에 있는 경우의 각각의 투과율 및 반사율이다.
반투과 반반사층(102)은, 금속 박막으로 구성된다. 여기서는, 예를 들면 은(Ag) 또는 은 합금을 이용한 박막으로 이루어지고, 막두께의 조정에 의해 레이저광의 투과율, 반사율, 및 방열(放熱) 속도가 조정된다. 은 합금을 이용하는 경우, 은(Ag)의 다른 재료에는, 예를 들면 Nd, Pd, Cu 등이 이용된다.
제 2 유전체층(103)은, Al2O3, Bi2O3, CeO2, Cr2O3, Ga2O3, In2O3, MgO, Nb2O5, SiN, SiO2, SnO2, TiO2, ZnS-SiO2 등이 미디어의 특성에 응하여 이용된다.
또한, 제 2 유전체층(103)은, 단층(單層) 구조인 것으로 한정되는 것이 아니라, 복수층을 적층시킨 적층 구조라도 좋다.
기록 재료층(104)은, 레이저광의 조사에 의해 상변화하는 재료, 더욱 상세하게는 레이저광의 조사에 의한 가열 후의 냉각 과정에 의해, 결정 또는 비정질, 또는 결정(1) 또는 결정(2)의 어느 하나의 상(相)으로 제어되는 재료를 이용하여 구성된다. 이와 같은 재료로서, 조성식 GeaSb2Tea +3, GeaBi2Tea +3(1≤a≤20)의 화합물이 이용된다. 이들의 화합물은, 게르마늄(Ge) 및 텔루르(Te)의 양(量)을 미조정하여 이용되고, 또한, 2종류를 서로 혼합한 복합 화합물로서 이용된다. 또한, 이들의 화합물을 이용하여 구성되는 기록 재료층(104)에는, 기록 정보 보존 성능 등을 향상하기 위해 용도에 응한 원소를 적절히 첨가하여도 좋다.
제 3 유전체층(105)은, 굴절율 2.4 이상의 재료가 바람직하게 이용된다. 이와 같은 재료로서는, 산화 니오브(Nb2O5), 산화 티탄(TiO2), 황하 아연(ZnS), 산화 세륨(CeO2), 산화 비스무트(Bi2O3), 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiN) 등이 예시된다. 이들의 재료는, 단체로, 또는 복수 이용한 복합 화합물로서 이용하여 구성된다. 또한, 제 3 유전체층(105)은, 단층 구조인 것으로 한정되는 것이 아니라, 복수층을 적층시킨 적층 구조라도 좋다.
이상과 같은 반투과 기록층(7, 9)은, 투명 보호막(13)측부터 입사된 기록 재생용의 레이저광이, 반사 기록층(5)까지 도달하도록 광을 투과하는 성능을 갖는다. 특히, 레이저광의 조사와 픽업을 행하는 기록 재생 장치(드라이브)에서 보아, 반사 기록층(5) 및 반투과 기록층(7, 9)의 기록 재생 파워나 반사율이 일치하도록 설계되어 있다. 이 때문에, 반투과 기록층(7, 9)은, 투명 보호막(13)에 가까이 배치된 것일수록, 광투과율이 커지도록 구성되어 있는 것으로 한다.
예를 들면, 반사 기록층(5)을 포함하여 3층의 기록층을 적층한 구성이라면, 지지 기판(3)측의 반투과 기록층(7)에서는 광투과율 45% 내지 55% 정도, 투명 보호막(13)측의 반투과 기록층(9)에서는 광투과율 60% 정도로 조정된다. 이와 같은 조정은, 기록 재생에 이용되는 레이저광(h)의 광투과율(tc), 기록 재료층(104)이 결정상태에 있는 경우의 반사율(Rc), 및 기록 재료층(104)이 비정질 상태에 있는 경우의 반사율(Ra)이 소정의 값이 되도록, 각 층의 막두께에 의해 제어된다. 또한, 이하의 실시예 3에서 설명하는 바와 같이, 제 1 유전체층(101)의 조성에 의해 제어된다.
또한, 이와 같은 반투과 기록층(7, 9)의 형성은, 예를 들면 스퍼터 성막(成膜)에 의해 행하여진다. 도 2에는, 스퍼터 성막에 이용하는 스퍼터 성막 장치의 개략 구성도를 도시한다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 여기서 이용하는 스퍼터 성막 장치는, 로드 챔버(201)와 언로드 챔버(202) 사이에, 반투과 기록층(7, 9)을 구성하는 각 층의 성막 챔버(203 내지 207)를 차례로 배열한 것이다. 이들의 로드 챔버(201), 각 성막 챔버(203 내지 207), 및 언로드 챔버(202) 사이는, 지지 기판을 진공 분위기에 유지한 채로 순차적으로 이동 가능하게 접속되어 있다.
이와 같은 스퍼터 장치를 이용한 반투과 기록층(7, 9)의 형성에서는, 지지 기판(3)상에 반사 기록층(5), 중간층(11)을 성막한 후, 이 지지 기판(3)을 로드 챔버(201)에 투입한다. 다음에, 이 로드 챔버(201)에 접속된 성막 챔버(203) 내에 지지 기판(3)을 반송하여, 최하층의 제 1 유전체층(101)을 성막한다. 그 후, 성막 챔버(203 내지 207) 사이에서 지지 기판(3)을 순차적으로 이동시켜, 이동시킨 각 성막 챔버(203 내지 207) 내에서, 제 1 유전체층(101) 내지 제 3 유전체층(105)까지의 성막을 차례로 행한다. 이에 의해, 지지 기판(3)측부터 제 1 유전체층(101) 내지 제 3 유전체층(105)을 순차적으로 적층시킨 반투과 기록층(7, 9)을 형성한다. 또한, 스퍼터 장치에 의해서는 로드 챔버(201)가 언로드 챔버(202)의 역할을 겸하고 있어도 좋다.
<중간층(11) 및 투명 보호막(13)>
중간층(11) 및 투명 보호막(13)은, 기록 재생에 이용하는 레이저광에 대한 광흡수가 작은 재료를 이용하여 구성되고, 예를 들면 광경화성 수지나, 광경화성 수지를 접착제로 하여 유리 기판이나 수지 기판을 접합하여 이용하여도 좋다. 또한, 광기록 매체(1-1)중에 마련되는 중간층(11)은, 동일 구성이라도 좋고, 각각이 다른 구성이라도 좋다. 또한, 광기록 매체(1)중에 마련되는 복수의 중간층(11) 및 투명 보호막(13)은, 동일 구성이라도 좋고, 각각이 다른 구성이라도 좋다.
이상 설명한 광기록 매체(1-1)에 의하면, 다음 실시예 1 내지 3에서 차례로 설명하는 바와 같이, 종래의 예를 들면 산화 티탄(TiO2)을 제 1 유전체층에 이용한 구성과 비교하여, 반투과 기록층(7, 9)에서의 결함 발생을 억제하면서, 광투과율의 향상이 도모되는 것이 확인되었다. 이에 의해, 상변화형의 광기록 매체(1-1)에서, 복수층의 반투과 기록층(7, 9)을 적층시킨 경우의 광투과율을 확보할 수 있고, 더한층의 기록 용량의 증가를 도모하는 것이 가능해진다.
<실시예 1>
기록 재생 파장으로서 파장 405㎚의 레이저광을 이용하는 경우를 상정하고, 제 1 유전체층(101)에는 각 재료를 이용하여 제 1 실시 형태에서 설명한 구성의 반투과 기록층(7, 9)을 형성하였다. 반투과 기록층(7, 9)은, 광경화성 수지로 이루어지는 중간층(11)상에 형성하고, 이 상부를 광경화성 수지로 이루어지는 투명 보호막(13)으로 덮었다.
반투과 기록층은, 지지 기판측부터 차례로 하기한 재료를 이용하여 형성하였다.
제 1 유전체층(101) … 하기 표 1(20㎚)
반투과 반반사층(102) … Ag 합금(10㎚)
제 2 유전체층(103) … ITO(굴절율: 약 2.2, 6㎚)
기록 재료층(104) … GeBiTe 기록 재료(6㎚)
제 3 유전체층(105) … SiN(10㎚)/TiO2 (굴절율: 약 2.65, 16㎚)
또한, 기록 재료층(104)을 구성하는 GeBiTe 기록 재료는, 화합물계의 기록 재료이고, 레이저광의 조사에 의해 결정과 비정질의 사이에서 상변화한다.
[표 1]
Figure pat00001
이상과 같이 하여 제작한 반투과 기록층(7, 9)에 관해, 신뢰성 시험을 행한 전후의 결함 밀도를 측정하였다. 신뢰성 시험은 80℃, 85%의 습도 환경하에서 200시간 보관하는 방법을 취하였다. 측정한 반투과 기록층의 광투과율(tc), 초기 결함 밀도, 및 결함 증가율, 나아가서는 제 1 유전체층(101)의 성막 레이트 및 굴절율(파장 405㎚)을, 상기 표 1에 아울러서 표시하였다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 광투과율(tc)은, 기록 재료층(104)이 결정상태인 경우에서의 반투과 기록층(7, 9)에서의 광투과율이다. 반투과 기록층(7, 9)에 입사한 광성분(ti), 반투과 기록층을 통과한 광성분(to)으로 한 경우, 광투과율(tc)는 tc=to/ti이다.
또한, 초기 결함 밀도는, 반투과 기록층 형성 직후의 결함수를 단위면적당의 수로 환산한 수이다. 결함 증가율은, 신뢰성 시험 전후에 있어서의 단위면적당의 결함수의 증가수를 단위 시간(1일)당으로 환산한 수이다. 초기 결함 밀도 및 결함 증가율의 산출을 위한 결함수는, 결함 검사기를 이용하여 측정하였다. 또한, 제 1 유전체층(101)을 구성하는 각 재료의 성막 레이트는 스퍼터 장치에 의존하기 때문에, 상대비교만이 유효하다.
상기 표 1로부터, 광투과율(tc)이 50% 이상이면서 초기 결함 밀도 및 결함 증가율이 소수점 2자릿수 이하의 재료로서, 산화 니오브(Nb2O5), 질화 실리콘(SiN), 산화 지르코늄(ZrO2), 및 산화 갈륨(Ga2O3)의 4종류를 선택하였다. 여기서, 반투과 기록층을 포함하는 복수의 기록층을 갖는 광기록 매체에서는, 반투과 기록층의 광투과율이 50% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 종래 제 1 유전체층으로서 자주 이용되고 있는 산화 티탄(TiO2)은, 굴절율은 매우 높지만 광투과율(tc)은 기대하는만큼 높지 않다. 이것은 산화 티탄(TiO2)의 소쇠(消衰) 계수가 0으로 억제되지 않기 때문이다.
<실시예 2>
다음에, 반투과 기록층(7, 9)에서의 광투과율(tc), 및 기록 재료층(104)의 상변화 전후에서의 반사율비(이른바 콘트라스트(Rc/Ra))를, 복합 산화물의 조성비에 의해 제어하는 것을 고려한다. 여기서, 반사율(Rc)은 기록 재료층(104)이 결정상태에 있는 경우의 반사율이고, 반사율(Ra)은 기록 재료층(104)이 비정질 상태에 있는 경우의 반사율이다. 각 반사율(Rc, Ra)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 투명 보호막(13)에 입사하는 레이저 입사광을 [1]로 하였을 때, 반투과 기록층(7, 9)에서 반사하여 재차 투명 보호막(13)으로부터 방출되는 광성분이다.
그래서, 상술한 실시예 1과 같이 선택한 4종류의 재료중에서, 복합 산화물을 구성하기 쉬운 산화 니오브(Nb2O5), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 갈륨(Ga2O3)의 3종류를 선택하였다. 또한, 특히, 실시예 1에서 광투과율(tc)이 가장 높은 산화 니오브(Nb2O5)를 주재료로서 이용하는 것으로 하였다.
하기 표 2에 표시하는 바와 같이, 상술한 바와 같이 선택한 각 재료를 제 1 유전체층(101)으로서 이용하고, 제 1 실시 형태에서 설명한 구성의 반투과 기록층(7, 9)을 지지 기판(3)상에 형성하였다. 제 1 유전체층(101) 이외의 구성은 실시예 1과 마찬가지이다.
[표 2]
이상과 같이 하여 제작한 반투과 기록층(7, 9)에 관해, 실시예 1과 마찬가지로 신뢰성 시험을 행하고, 초기 결함 밀도 및 결함 증가율을 측정하였다. 상기 표 2에는, 측정 결과를 아울러서 표시하였다.
상기 표 2로부터, 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 지르코늄(ZrO2)의 복합 산화물은, 초기 결함 밀도, 결함 증가율 모두 소수점 2자릿수 이하로 억제되어 있고, 신뢰성이 높은 반투과 기록층(7, 9)이 얻어지는 것이 확인되었다. 이에 대해, 산화 갈륨(Ga2O3)과 산화 지르코늄(ZrO2)의 복합 산화물은, 각 재료 단체로 이용하는 경우와 비교하여 결함 증가율이 2자릿수 정도나 악화하고 있다.
이상으로부터, 산화 니오브(Nb2O5)와 함께 산화 갈륨(Ga2O3)이나 산화 지르코늄(ZrO2)을 함유하는 복합 산화물을 이용하여 제 1 유전체층(101)을 구성함으로써, 반투과 기록층(7, 9)에서의 결함의 발생 및 증가가 억제되는 것이 확인되었다.
<실시예 3>
다음에, 제 1 유전체층(101)을 구성하는 복합 산화물의 조성비에 의한, 반투과 기록층(7, 9)에서의 광투과율(tc), 및 기록 재료층(104)의 상변화 전후에서의 반사율비(이른바 콘트라스트(Rc/Ra))의 제어에 관해, 이하와 같이 확인하였다.
하기 표 3 및 표 4에 표시하는 바와 같이, 실시예 2에서 결함의 억제가 확인된 복합 산화물을 각 조성비로 이용하여 제 1 유전체층(101)으로 하고, 제 1 실시 형태에서 설명한 구성의 반투과 기록층(7, 9)을 지지 기판(3)상에 형성한 경우의 시뮬레이션을 행하였다. 여기서는, 기록 재료층(104)이 결정상태인 경우의 반사율을 Rc=3.0%로 고정하고, 반투과 기록층(7, 9)의 광투과율(tc), 및 기록 재료층(104)의 상변화 전후에서의 반사율비(이른바 콘트라스트(Rc/Ra))를 산출하였다. 또한, 반사율(Rc)는 Rc=3.0%로 고정하는데 있어서, 제 1 유전체층(101)의 막두께를 조정하였다.
하기 표 3, 4에는, 각 조성비의 유전체층(복합 산화물)의 굴절율과 함께, 이와 같이 조정된 제 1 유전체층(101)의 막두께를 아울러서 표시하였다. 또한, 도 4에는 표 3의 반사율비를 그래프화한 도면을 도시하고, 도 5에는 표 4의 반사율비를 그래프화한 도면을 도시하였다.
[표 3]
Figure pat00003
[표 4]
Figure pat00004
표 3 및 도 4로부터, 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 갈륨(Ga2O3)의 복합 산화물을 제 1 유전체층(101)에 이용한 반투과 기록층의 광학 특성은 다음과 같다. 즉, 반사율비(Rc/Ra)는, Rc/Ra=5.3 내지 21.1의 범위에서 변화하고, 산화 갈륨(Ga2O3)의 조성비 80mol% 정도에서 피크가 된다. 한편, 광투과율(tc)은, tc=51.6 내지 61.1의 범위에서 산화 갈륨(Ga2O3)의 조성비가 높아질수록 낮아진다.
표 4 및 도 5로부터, 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 지르코늄(ZrO2)의 복합 산화물을 제 1 유전체층(101)에 이용한 반투과 기록층의 광학 특성은 다음과 같다. 즉, 반사율비(Rc/Ra)는, Rc/Ra=5.3 내지 20.8의 범위에서 변화하고, 산화 지르코늄(ZrO2)의 조성비와 함께 높아진다. 한편, 광투과율(tc)은, tc=56.8 내지 61.9의 범위에서 변화하고, 산화 갈륨(Ga2O3)의 조성비 40mol% 정도에서 피크가 된다.
이상으로부터, 제 1 유전체층(101)은, 광투과율(tc)이 높은 산화 니오브(Nb2O5)를 단체로 이용하는 것보다도, 산화 갈륨(Ga2O3)이나 산화 지르코늄(ZrO2)과 복합화함으로서, 근소한 투과율의 저하와 교환되어 양호한 반사율 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
그리고 제 1 유전체층(101)을 복합 산화물로 함에 의해, 조성에 의해 제 1 유전체층의 굴절율, 열전도율, 광투과율, 반사율, 및 막두께 등을 미조정할 수 있고, 반투과 기록층(7, 9)의 신호 특성을 보다 섬세하게 향상시키는 것이 가능해진다. 예를 들면, 제 1 유전체(101)는, 기록 재료층(104)의 반사율(Rc, Ra)에 대해 큰 영향을 미치는 상(相)이고, 반사율비(Rc/Ra)의 조정에 유효한 부분이다. 반사율비(Rc/Ra)가 높을수록, 재생 신호의 S/N이 좋아지고 양호한 재생 신호 품질을 얻을 수 있게 된다.
구체적으로는, 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 갈륨(Ga2O3)의 복합 산화물을 제 1 유전체층(101)에 이용함에 의해, 반사율비(Rc/Ra) 및 광투과율(tc)을 보다 넓은 범위에서 제어하는 것이 가능함을 알 수 있다. 한편, 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 지르코늄(ZrO2)의 복합 산화물을 제 1 유전체층(101)에 이용함에 의해, Ga2O3의 경우보다도 조성비의 편차에 대해 반사율비(Rc/Ra) 및 광투과율(tc)의 편차를 작게 억제한 제어가 가능함을 알 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 제 1 유전체층(101)에 이용하는 산화 니오브(Nb2O5), 산화 갈륨(Ga2O3), 및 산화 지르코늄(ZrO2)은, 종래 제 1 유전체층으로서 많이 이용되고 있는 산화 티탄(TiO2)에 비하여 성막 레이트가 높다. 이 때문에, 제 1 실시 형태의 구성에서는, 제 1 유전체층(101)을 포함하는 반투과 기록층(7, 9)을 스퍼터 성막에 의해 형성할 때의 택트 타임을 단축하는 것이 가능하다. 또한, 이와 같은 택트 타임의 단축은, 성막 장치의 개량에 의하지 않고 실현할 수 있기 때문에, 비용의 상승을 억제하는 것도 가능하다.
이에 대해, 성막 레이트가 낮은 산화 티탄(TiO2)을 제 1 유전체층에 이용하여 반투과 기록층 형성의 택트 타임을 단축하는 경우, 제 1 유전체층의 성막 챔버를 복수로 분할하여 직렬로 배치하고, 하나의 성막 챔버에서의 성막 시간을 단축하는 구성을 취한다. 이 경우, 반투과 기록층중의 재료층수보다도 많은 성막 챔버를 준비할 필요가 있고, 설비 투자의 비용이 광기록 매체의 단가에 추가되는 것이다.
？제 2 실시 형태？
도 6은, 제 2 실시 형태의 광기록 매체(1-2)의 구성을 도시하는 모식도이다. 이 도면에 도시하는 광기록 매체(1-2)가, 도 1을 이용하여 설명한 제 1 실시 형태의 광기록 매체와 다른 점은, 반투과 기록층(7, 9)에서의 제 1 유전체층(101')이, 2층 구조인 점에 있고, 다른 구성은 마찬가지이다.
즉, 반투과 기록층(7, 9)에서의 제 1 유전체층(101')은, 산화 니오브(Nb2O5)를 함유하는 복합 산화물층(101a)에서의 반투과 반반사층(102)측의 계면에, 산화 티탄(TiO2)층(101b)을 마련한 적층 구조로 되어 있다. 즉, 제 1 유전체층(101')은, 지지 기판(3)측부터 차례로, 복합 산화물층(101a)/질화 티탄층(101b)을 적층하고 있다.
복합 산화물층(101a)은, 제 1 실시 형태의 제 1 유전체층(101')과 같은 구성이고, 산화 니오브(Nb2O5)와 산화 갈륨(Ga2O3) 또는 산화 지르코늄(ZrO2)으로 이루어지는 복합 산화물로 구성되어 있다.
또한, 복합 산화물층(101a)과 산화 티탄(TiO2)층(101b)의 막두께는, 반투과 기록층(7, 9)을 구성하는 타층의 막두께와 함께, 기록 재생에 이용되는 레이저광(h)의 광투과율(tc), 및 반사율(Rc), 반사율(Ra)이 소정의 값이 되도록 조정된다.
이상의 구성에 의하면, 복합 산화물층(101a)을 구성하는 산화 니오브(Nb2O5), 산화 지르코늄(ZrO2), 및 산화 갈륨(Ga2O3)과는 다른 열전도율을 갖는 산화 티탄(TiO2)층(101b)을 반투과 반반사층(102)에 인접하여 마련하였다. 이에 의해, 반투과 기록층(7, 9)의 열물성(熱物性)의 제어 범위를 넓히고, 기록 재료층(104)에서의 상 상태의 제어를 용이하게 하고, 기록 재생 신호 품질의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 이하의 실시예 4에서 설명하는 바와 같이, 산화 티탄(TiO2)층(101b)을 마련함에 의한 결함 증가율의 상승도 억제되어 있고, 신뢰성의 확보도 가능하다.
<실시예 4>
제 2 실시 형태에서 설명한 도 6의 적층 구조의 제 1 유전체층(101')을 구성(1)으로서 제작하였다. 또한, 비교로서, 구성(1)에서의 산화 티탄(TiO2)층(101b)을 마련하지 않은 단층 구조의 제 1 유전체층을 구성(2)으로서 제작하였다.
하기 표 5에 표시하는 바와 같이 구성(1)에서는, 상술한 바와 같이 선택한 각 재료로 이루어지는 복합 산화물층(101a)과 산화 티탄층(TiO)층(101b)과의 적층 구조로 이루어지는 제 1 유전체층(101')을 이용하여, 제 2 실시 형태에서 설명한 구성의 반투과 기록층(7, 9)을 지지 기판(3)상에 형성하였다. 복합 산화물층(101a)의 막두께는 21㎚이고, 산화 티탄층(TiO)층(101b)의 막두께는 2㎚이다. 구성(2)은, 구성(1)으로부터 산화 티탄층(TiO)층(101b)을 제외한 구성이다. 또한, 제 1 유전체층(101') 이외의 구성은 실시예 1과 마찬가지이다. 또한, 비교를 위해 복합 산화물층(101a)을, 산화 니오브(Nb2O5)만으로 이루어지는 층으로 치환한 구성의 반투과 기록층(7, 9)도 형성하였다.
[표 5]
Figure pat00005
이상과 같이 하여 제작한 반투과 기록층(7, 9)에 관해, 실시예 1과 마찬가지로 신뢰성 시험을 행하고, 결함 증가율을 측정하였다. 상기 표 5에는, 측정 결과를 아울러서 표시하였다.
상기 표 5로부터, 제 1 유전체층(101')에 산화 티탄(TiO2)층(101b)을 마련하여 적층 구조로 한 구조(1)라도, 제 1 유전체층이 복합 산화물층의 단층 구조인 경우와 같은 정도로 결함 증가율이 억제되어 있음을 알 수 있다.
이상으로부터 제 2 실시 형태의 구성에 의하면, 산화 티탄(TiO2)층(101b)을 반투과 반반사층(102)에 인접시킨 제 1 유전체층(101')이 구성으로 하였다. 이에 의해, 결함 발생의 억제 효과를 제 1 실시 형태와 같은 정도로 유지하면서, 반투과 기록층(7, 9)의 열물성의 제어 범위를 확대 가능한 것이 확인되었다. 또한, 이 결과, 제 1 실시 형태의 구성과 비교하여, 광기록 매체(1-2)에서의 기록 재생 신호 품질 향상이 가능한 것이 확인되었다.
？제 3 실시 형태？
도 7은, 제 3 실시 형태의 광기록 매체(1-3)의 구성을 도시하는 모식도이다. 이 도면에 도시하는 광기록 매체(1-3)는, 제 2 실시 형태에서 설명한 광기록 매체에 있어서, 반투과 기록층(7, 9)에서의 제 3 유전체층(105')이, 산화 니오브(Nb2O5)를 함유하는 층과 그 상부의 보호층과의 적층 구조인 점이 특징적이다. 다른 구성은 제 2 실시 형태와 마찬가지이다.
즉 제 3 실시 형태의 반투과 기록층(7, 9)에서의 제 3 유전체층(105')은, 지지 기판(3) 및 기록 재료층(104)측부터 차례로, 제 1 계면층(105a)/산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 층(Nb2O5 함유층이라고 칭한다)(105b)/제 2 계면층(105c)을 적층하고 있다.
이 중 제 1 계면층(105a)은, 기록 재료층(104)에 접하는 계면에 마련되는 층이고, 결정화 촉진 효과나 열전도 제어 등의 점에서 유익한 재료를 이용하여 구성된다. 이와 같은 재료로서, 예를 들면 질화 실리콘(Si3N4)이 이용된다. 또한, 다음에 설명하는 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 Nb2O5 함유층(105b)이, 계면층과 같은 효과를 갖는 재료로 구성되는 경우라면, 제 1 계면층(105a)을 마련하지 않고서 2층 구조의 제 3 유전체층(105')으로 하여도 좋다.
Nb2O5 함유층(105b)은, 기록 재생에 이용하는 파장 400 내지 410㎚의 레이저광에 대해 높은 광투과율(tc)을 갖는 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 층이다. 이 Nb2O5 함유층(105b)은, 산화 니오브(Nb2O5)와 함께, 다른 산화물을 이용한 복합 산화물을 이용하여 구성하여도 좋다. 산화 니오브(Nb2O5)와 함께 복합 산화물을 구성하는 다른 산화물이 한정되는 것은 아니지만, 광투과율(tc)을 유지할 수 있는 재료로서 예를 들면 산화 갈륨(Ga2O3)이나 산화 지르코늄(ZrO2)이 바람직하게 이용된다.
제 2 계면층(105c)은, 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 Nb2O5 함유층(105b)만으로는 억제할 수 없는 반투과 기록층(7, 9)의 결함 발생을 억제하는 재료를 이용하여 구성된 층이다. 이와 같은 재료로서, 산화 비스무트(Bi2O3), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 티탄(TiO2), 또는 질화 실리콘(SiN)이 예시된다.
이상 제 3 실시 형태에 의하면, 제 2 실시 형태의 구성에 있어서, 투과율이 높은 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 Nb2O5 함유층(105b)상에 제 2 계면층(105c)을 적층한 제 3 유전체층(105')을, 기록 재료층(104)에 인접하여 마련한 구성으로 하였다. 이에 의해, 하기 실시예 5에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태와 비교하여, 반투과 기록층(7, 9)에서의 광투과율의 더한층의 향상과 결함 발생의 억제 효과를 얻을 수 있고, 상변화형의 광기록 매체(1-3)에서, 더한층의 기록 용량의 증가를 도모하는 것이 가능해진다.
<실시예 5>
기록 재생 파장으로서 파장 405㎚의 레이저광을 이용하는 경우를 상정하고, 제 3 유전체층(105')에 각 재료를 이용하여 제 3 실시 형태에서 설명한 구성의 반투과 기록층(7, 9)을 형성하였다. 반투과 기록층(7, 9)은, 광경화성 수지로 이루어지는 중간층(11)상에 형성하고, 이 상부를 광경화성 수지로 이루어지는 투명 보호막(13)으로 덮었다.
반투과 기록층은, 지지 기판측부터 차례로 하기한 재료를 이용하여 형성하였다.
제 1 유전체층(101) … 산화 티탄(TiO2) 단층
반투과 반반사층(102) … Ag 합금(10㎚)
제 2 유전체층(103) … 산화 인듐을 포함하는 복합 산화물
기록 재료층(104) … GeBiTe 기록 재료(6㎚)
제 3 유전체층(105') … 하기 표 6
또한, 기록 재료층(104)을 구성하는 GeBiTe 기록 재료는, 화합물계의 기록 재료이고, 레이저광의 조사에 의해 결정과 비정질의 사이에서 상변화한다.
[표 6]
Figure pat00006
이상과 같이 하여 제작한 반투과 기록층(7, 9)에 관해, 실시예 1과 마찬가지로 광투과율(tc), 초기 결함 밀도, 및 결함 증가율을 측정하였다. 또한, 제 2 계면층(105c)의 성막 레이트 및 굴절율(파장 405㎚)을, 상기 표 6에 아울러서 표시하였다.
표 6으로부터, 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 Nb2O5 함유층(105b)의 상부에, 제 2 계면층(105c)을 마련한 제 3 실시 형태가 구성으로 함에 의해, 초기 결함 밀도가 감소하는 것이 확인되었다. 특히, 제 2 계면층(105c)을, 산화 티탄(TiO2), 산화 비스무트(Bi2O3), 질화 실리콘(SiN), 또는 산화 갈륨(Ga2O3)으로 구성함에 의해, 초기 결함 밀도 및 결함 증가율이 소수점 2자릿수 이하까지 억제되는 것이 확인되었다.
이에 대해, 제 2 계면층(105c)에 산화 세륨(CeO2)을 이용한 구성에서는, 제 2 계면층(105c)을 마련한 효과는 있는 것이지만, 초기 결함 밀도 및 결함 증가율을 소수점 1자릿수 이하로 억제하는데 그치고 있고, 실용 레벨이 아니다.
또한, 표 6으로부터, 광투과율은 어느 구성이라도 60%대에 확보되어 있음을 알 수 있다. 이것으로부터도, 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 Nb2O5 함유층(105b) 상부의 제 2 계면층(105c)으로서, 산화 비스무트(Bi2O3), 산화 갈륨(Ga2O3), 산화 티탄(TiO2), 또는 질화 실리콘(SiN)이 알맞게 이용되는 것이 확인되었다.
또한, 상기 표 6의 제 2 계면층(105c)을 생략한 구성의 비교에 있어서, 제 3 유전체층(105') 형성하고 1시간 후에 투명 보호막(13)을 형성한 것은, 10분 후에 투명 보호막(13)을 형성한 것보다도 초기 결함이 약 4배나 컸다. 이것으로부터, 산화 니오브(Nb2O5)를 이용한 Nb2O5 함유층(105b)의 성막 후에는, 가능한 한 빨리 제 2 계면층(105c)을 형성하는 것이, 신뢰성을 확보하는데 있어서 중요함을 알 수 있다.
또한, 표 6에 표시한 성막 레이트비로부터, 산화 티탄(TiO2)의 성막 레이트에 대해 다른 재료의 성막 레이트비는 4배이다. 따라서 제 3 유전체층(105')의 Nb2O5 함유층(105b)과 제 2 계면층(105c)에 대신하여 산화 티탄(TiO2)으로 이루어지는 층을 마련하는 경우와 비교하여, 다른 재료를 이용한 적층 구조로 함에 의해, 제조 택트 타임을 단축하는 것이 가능해진다.
<실시예 6>
제 3 실시 형태의 비교예로서, 하기 표 7에 표시하는 구성의 제 3 유전체층(105')을 갖는 반투과 기록층(7, 9)을 형성하였다. 제 3 유전체층(105') 이외의 구성은 실시예 5와 마찬가지이다.
[표 7]
Figure pat00007
이상과 같이 하여 제작한 반투과 기록층(7, 9)에 관해, 실시예 1과 마찬가지로 광투과율(tc), 초기 결함 밀도, 및 결함 증가율을 측정하였다. 또한, 기록한 정보의 재생 신호 품질로서, i-MLSE(신호 특성)를 측정하였다. 또한, i-MLSE는, Blu-ray 디스크의 정보층 1층당 32.0GB 내지 33.4GB의 데이터 용량이 되는 RF 신호의 평가에 이용되고 있는 평가 지표(指標)이다. 신호 기록 조건은, 채널 클록 132MHz, 채널 비트 길이 55.87㎚로 하였다. 또한, 제작한 광기록 매체는, 유전체 재료마다 특성을 충분 발휘할 수 있도록 기록층 구성을 최적화한 것은 아니기 때문에, i-MLSE(신호 특성)의 수치는 13% 이하면 양호하다고 한다.
표 7로부터, 제 3 유전체층(105')에 산화 비스무트(Bi2O3)를 이용한 광기록 매체는, 신호 특성이 극단적으로 나쁨을 알 수 있다. 이것은 산화 비스무트(Bi2O3)가 매우 열전도율이 낮은 재료이기 때문에, 여기서 이용하고 있는 상변화형의 기록 재료층에서는 기록시에 열이 너무 담겨져서 기록 마크 형성하기 어렵게 되었기 때문이다. 이 때문에 급냉(急冷)에 의해 비정질의 마크 영역을 형성하는 상변화형의 기록 재료층에서는 바람직하지 않은 상태가 되었다. 더하여 결함 증가율도 매우 나쁜 결과가 되었다.
한편, 산화 갈륨(Ga2O3)이나 질화 실리콘(SiN)을 이용한 경우는, 신호 특성을 확보하는 것은 가능하였다. 그러나 광투과율이 감소하였다. 이것은 굴절율이 낮은 것이 원인이지만, 높은 광투과율 원하는 경우에는, 산화 갈륨(Ga2O3)이나 질화 실리콘(SiN)은, 부적합한 재료이다.
또한, 산화 갈륨(Ga2O3)은, 결함 증가율이 약간 높고, 실용의 범위를 초과하고 있다. 산화 티탄(TiO2)의 경우도 신호 특성을 확보할 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이 산화 티탄(TiO2)의 성막 레이트가 매우 느리기 때문에 생산 효율이 내려가 버린다. 산화 니오브(Nb2O5)의 경우도 신호 특성은 양호하지만, 당초의 문제점과 같이 결함 증가가 문제가 된다.
본 발명은 일본 특허출원 JP2010-170887(2010.07.29)의 우선권 주장 출원이다.
본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 변경, 변형, 수정, 조합 등이 이루어질 수 있다.

Claims (5)

  1. 지지 기판과;
    상기 지지 기판측부터 제 1 유전체층, 반투과 반반사층, 제 2 유전체층, 상변화형의 기록 재료층, 제 3 유전체층을 차례로 적층하여 이루어지는 반투과 기록층을 가지며,
    상기 반투과 반반사층은 은을 이용하여 구성되고,
    상기 제 1 유전체층은, 산화 니오브를 이용한 복합 산화물층을 갖는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 산화물층은, 산화 니오브와 함께 산화 갈륨 또는 산화 지르코늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유전체층은, 상기 복합 산화물층의 상기 반투과 반반사층측에, 산화 티탄층을 갖는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 유전체층은, 상기 지지 기판측부터 산화 니오브를 이용한 층과, 당해 산화 니오브를 이용한 층을 보호하는 층과의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보호층은, 산화 비스무트, 산화 갈륨, 산화 티탄, 또는 질화 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
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