JP2000268401A

JP2000268401A - 相変化記録媒体

Info

Publication number: JP2000268401A
Application number: JP11067112A
Authority: JP
Inventors: Katsutaro Ichihara; 原勝太郎市; Sumio Ashida; 田純生芦; Kenji Todori; 鳥顕司都; Toshihiko Nagase; 瀬俊彦永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】特に初期化せずともアズデポの非晶質状態に
直接、実ドライブで高速に結晶スペースを形成すること
が可能な相変化記録媒体の製造方法と製造装置を提供す
る。【解決手段】アズデポで熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以
上６Ｗ／ｍＫ以下の非晶質は、初期結晶化工程が不要で
ある。従って、アドレス部または、未使用状態のデータ
部がこの特徴を有する記録媒体は、アズデポ状態で直ち
にデータの記録が可能であるり、初期結晶化工程を経る
必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ビームを照射して
情報の記録・再生を行う相変化記録媒体に関し、より詳
細には、本発明は、初期結晶化工程を経ることなく直ち
にデータの記録が可能な相変化記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ビームを照射して情報の記録・再生を
行う相変化記録媒体は、大容量性、高速アクセス性、媒
体可搬性を兼備する他、競合する光磁気ディスクに比較
して、再生原理がＣＤと同じ反射率変化形なのでＣＤ互
換ドライブが安価に提供出来る、信号品質が優れている
ので高密度化し易い、１ビームオーバライトが容易なの
で記録データ転送速度が速い、等の利点を有している。

【０００３】相変化ディスクの記録原理は、記録レベル
の光照射で記録層を溶融してランダムな状態にし、記録
層の結晶化時間よりも短い時間で冷却してランダムな状
態を室温にクエンチして非晶質の記録マークを形成し、
一方、消去レベルの光照射で記録層をその融点未満、結
晶化温度以上に昇温して、この昇温時間を記録層の結晶
化時間よりも長く保持することで結晶化即ち消去するこ
とにある。

【０００４】記録前の状態が非晶質か結晶かに関わらず
記録が成立するので、１ビームでオーバライトが出来
る。再生は、結晶と非晶質との反射率の違いを利用して
行われる。

【０００５】記録層としては、カルコゲン系の金属化合
物、例えばＧｅＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂ
ＴｅやそれらにＣｒ、Ｖ、Ｎ等を適宜微量添加した薄膜
が用いられる。ディスクの形態は、代表的には、アドレ
ス部とデータ部がプリフォーマットされたポリカーボネ
イト基板上に、下側誘電体層、記録層、上側誘電体層、
反射層を順次積層した構造を有し、反射層上には接着層
を介して対向基板を貼合わせるか、レーベルを貼り付け
る。

【０００６】誘電体層と反射層は、記録層の酸化防止、
積算オーバライトによる劣化の防止、記録時の熱応答の
調整、再生時の光学的エンハンス等の役割りを担ってい
る。特に、光学的エンハンスメント効果に関しては、下
側誘電体層は基板と記録層の間での多重干渉効果、上側
誘電体層は記録層と反射層と間での多重干渉効果によ
り、記録層単層の反射率変化量を増加させ、信号品質を
向上する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、相変化記録
媒体の従来の典型的な製造工程は、（１）原盤のマスタリングプロセス（２）スタンパ作成プロセス（３）インジェクションによる基板の形成プロセス（４）スパッタによる膜付けプロセス（５）（必要に応じて貼り合せプロセス）（６）初期結晶化プロセス（７）ベリファイプロセスという流れに従っていた。

【０００８】この一連のプロセスの中で「（６）初期結
晶化プロセス」とは、アズデポ（as-depo.：堆積したま
まの状態）の相変化記録層をディスク全面に亘って結晶
化する工程である。この工程を設ける理由は、アズデポ
の非晶質状態の記録層には記録ができないからである。
相変化記録媒体の記録原理は、非晶質状態と結晶状態と
の間の可逆的変化を利用するものである。しかし、後に
詳述するように、アズデポの非晶質状態は、光記録で形
成する非晶質マーク部よりも、原子配列のランダムネス
が高い状態にある。このために、実動作すなわちデータ
の再生記録動作の際に用いるような微小スポットのレー
ザ光を高速に移動させる態様では結晶化しない。このた
めに、「初期結晶化プロセス」が必要とされている。

【０００９】「初期結晶化プロセス」は、ディスク半径
方向に長い楕円状のレーザビームを高パワーで照射しな
がらディスクを比較的低速で回転させ、さらに楕円ビー
ムの長軸よりも短い送りピッチでビームを半径方向に送
ることにより、徐々に記録層をアニールして結晶化する
方式を採用している。初期化に要する時間は、ディスク
径、初期化時の線速度、送りピッチに依存するが、フォ
ーカシング時間も含めると最低でも数分間を要し、甚だ
生産性が悪い。現実の製造ラインは、ディスク１枚当り
のタクトが数秒になるように設計するので、初期化装置
を数１０台並べて実施する必要があり、装置コスト、装
置設置面積、装置保守等が問題視されている。

【００１０】一方、相変化記録媒体の性能を決める上
で、光学応答特性と並んで重要なのが熱応答特性であ
る。熱応答特性は線速、ライトストラテジー（記録マー
ク形成の際のレーザの照射の仕方）などの外部条件にも
依存するが、基本的には媒体の層構成と、用いる各膜材
料の熱伝導率によって支配される。一般的には、記録層
に関しては熱伝導率が低い方が高感度でかつライトスト
ラテジーに対する記録マーク形状ひいてはジッタ特性の
制御性が良く、上下の膜材料については熱伝導率が高い
方が記録層から急速に熱を奪いとるので、非晶質マーク
が形成しやすくかつライトストラテジーによるマーク形
状の制御性が良いと考えられている。

【００１１】しかしながら、従来の相変化記録媒体の技
術では、膜材料（構成元素と組成）が決まってしまう
と、膜の熱伝導率も一意的に決まってしまい、熱応答特
性は各層の膜厚でしか制御出来ないと言った問題があっ
た。特に、高密度記録用の相変化記録媒体では、吸収率
調整が必要とされているが、吸収率調整を施すと、記録
層の非晶質吸収率Ａａが過度に低くなりがちであり、消
去特性を損ねるという問題があった。ここで「吸収率調
整」とは、結晶吸収率Ａｃが非晶質吸収率Ａａよりも大
きくなるように調整して、オーバライト時の非晶質マー
ク部と結晶スペース部の昇温をバランスすることを意味
し、オーバライトジッタの低減に有効である。

【００１２】Ａｃ／Ａａ＞１とすると確かにオーバライ
トジッタは低減されるが、消去パワーレベルの光照射時
に非晶質部の温度が上がりにくく、かつ高い温度に保持
される時間が短く消去特性を損ね易い。この点について
も、従来技術では、膜材料（構成元素と組成）が決まっ
てしまうと、膜の熱伝導率も一意的に決まってしまい、
熱応答特性は各層の膜厚でしか制御出来ないといった問
題があった。

【００１３】また、結晶部反射率Ｒｃが非晶質部反射率
Ｒａよりも低く調整されている膜構造の媒体（所謂Ｌｔ
ｏＨ媒体）は、記録感度が高い、吸収率調整がし易いと
いった特長を有していたが、従来技術に従って初期結晶
化工程を経ると、反射率（Ｒｃ）が過度に低くなり、ア
ドレス信号、サーボ信号の品質を低下してしまうという
問題もあった。

【００１４】本発明は、従来技術が有するかかる課題の
認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目
的は、特に初期化せずともアズデポの非晶質状態に直
接、実ドライブで高速に結晶スペースを形成することが
可能な相変化記録媒体を提供することにある。同時に、
従来の媒体が有していた問題、すなわち、高密度記録対
応の吸収率調整媒体ではＡａが過渡に低くなり過ぎて消
去特性を損ねるという問題や、ＬｔｏＨ媒体を初期結晶
化すると反射率が著しく低下してアドレス信号、サーボ
信号の品質を損ねるという問題を解消することを目的と
している。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
実現する手段として、第１に、外部からの光照射によっ
て結晶状態と非晶質状態との間の相変化を生ずる記録層
を備えた相変化光記録媒体であって、前記記録層は、ア
ドレス部とデータ部とを有し、前記アドレス部は、実質
的に非晶質状態であって、且つその熱伝導率が０．８Ｗ
／ｍＫ以上６Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする相変
化記録媒体を提供する。

【００１６】相変化記録媒体のアドレス部には、ユーザ
によりデータは書き込まれない。つまり、アドレス部
は、初期状態が保たれる。本発明においては、後に詳述
する方法により堆積した記録層は、上記した熱伝導率を
有し、アズデポ状態で直ちにデータの記録が可能である
ので、初期結晶化工程を経る必要がなくなる。つまり、
本発明の記録媒体は、製造後ユーザにより使用された後
においても、アドレス部が上記した構成上の特徴を有す
る。

【００１７】なお、本願明細書において、「実質的に非
晶質状態」とは、光学的にみて非晶質といえる状態であ
ることをいう。例えば、記録媒体の特性として重要な光
反射率が、結晶スペースの反射率よりも非晶質マークの
反射率に近い場合を指す。

【００１８】または、本発明は、外部からの光照射によ
って結晶状態と非晶質状態との間の相変化を生ずる記録
層を備えた相変化光記録媒体であって、前記記録層は、
アドレス部とデータ部とを有し、前記データ部は、デー
タを記録する前の未記録状態において実質的に非晶質状
態であって、且つその熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上６
Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする相変化記録媒体を
提供する。

【００１９】つまり、本発明の媒体は、初期結晶化工程
を経る必要がないので、データ部にデータが書き込まれ
る前の未使用状態であれば、本発明の媒体のデータ部
は、上記したような構成上の特徴を有する。

【００２０】ここで、前記熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上４
Ｗ／ｍＫ以下であることがさらに望ましい。

【００２１】また、前記記録層は、ＧｅＳｂＴｅまたは
ＡｇＩｎＳｂＴｅを主成分とすることが望ましい。

【００２２】本発明者は、アズデポ（as-depo.：堆積し
たままの状態）の非晶質部の熱伝導率が上記した範囲に
調整されている記録媒体においては、初期結晶化工程を
経ずにアズデポ非晶質状態のままで記録しても良好な記
録特性が得られることを見出した。

【００２３】上記した本発明の相変化記録層は、初期状
態すなわち記録層をスパッタ法などにより堆積したまま
の状態での非晶質部の熱伝導率は、従来の相変化記録層
の非晶質部の熱伝導率よりも低いこと、制御範囲が広い
ことを特徴としている。従来よりも熱伝導率が低く設定
されていることで、光学的にＡａが小さく調整されてい
る場合でも非晶質部の温度は上がり易く、良好な消去特
性が得られる。また、本発明の相変化記録層はその作成
の仕方によって幅広い範囲で熱伝導率が制御可能なの
で、熱応答設計の自由度が向上する。

【００２４】本発明は基本的には材料物性に関するもの
であるが、所定の熱伝導率を得るためには製造方法が重
要なので、以下に本発明の相変化記録媒体の製造方法の
概要を説明する。

【００２５】相変化記録に使用される記録層は通常はス
パッタ法で成膜され、成膜直後には非晶質状態にある。
スパッタリング法は、高エネルギーのアルゴン（Ａｒ）
イオン衝撃により、ターゲット面からスパッタ放出され
たスパッタ粒子（気相）が基板面上にランダムに到着
し、ランダムな状態（液相）で表面をマイグレートした
後に膜という固相状態に転移して所定の膜を作成すると
いう技術である。スパッタ粒子が気相から固相へ転移す
る際の冷却速度は通常１０¹²Ｋ／秒程度である。即ち、
数ｅＶ（数万Ｋ）のランダム状態から室温の固相に変化
するに要する時間は１０ナノ秒程度であり、融点から結
晶化温度の間の温度帯を通過するに要する時間（結晶化
保持時間）は高々１ナノ秒程度と推定される。

【００２６】一方で、ＧｅＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＴｅ系記
録層の結晶化時間は、数１０ナノ秒である。膜が結晶化
する条件は、膜の結晶化時間が前記した結晶化保持時間
よりも短いことであるので、スパッタ成膜直後の記録層
は非晶質状態になる訳である。ここで重要なのは、成膜
直後の非晶質状態が、光記録で形成される非晶質状態と
は異なるということである。何故ならば、光記録時の冷
却速度は、ビームの線速、媒体の層構造にも依存する
が、典型的には１０¹⁰Ｋ／秒程度であり、スパッタ成膜
過程の冷却速度よりも二桁程度遅いからである。溶融状
態（スパッタ成膜におけるマイグレーション過程と光記
録時の溶融過程の両方を意味する）からの冷却速度の違
いは、ランダムネスに反映される。即ち、冷却速度が速
い程ランダムネスは高く、冷却速度が遅い場合にはマク
ロスコピックにはランダムだが、近距離秩序を有する微
細構造を呈する。

【００２７】この微細構造の違いは、熱伝導率に反映さ
れる。一般的に、熱伝導率はランダムな状態の方が低
い。これは熱伝導が格子振動による場合でも電子伝導に
よる場合でも、ランダム系の方が散乱が大きい為であ
る。従って、非晶質状態と結晶状態とを比較すると、非
晶質状態の熱伝導率の方が明らかに低い。非晶質状態中
に近距離秩序（ナノクリスタルと言っても良い）を含有
する場合には、単純な重み付き平均を取れば、非晶質状
態と結晶状態の中間的な値の熱伝導率を示すと考えられ
る。

【００２８】しかし、本発明者は、詳細な熱伝導測定の
結果、ナノクリスタルを含有する非晶質の方が、ナノク
リスタルを含有しない非晶質に比較して、反って熱伝導
率が低いことを発見した。推定される理由は幾つか有る
が、ナノクリスタルを含有する非晶質の方が、ナノクリ
スタル付近での非晶質部のダングリングボンドが多いの
というが一つの有力な理由である。もう一つの理由は、
非晶質部よりも熱容量の低いナノクリスタル部で熱吸収
が発生して、全体としての熱伝導を阻害するというメカ
ニズムを挙げることが出来る。

【００２９】本発明の熱伝導率を有する記録層を具備す
る相変化記録媒体を形成する具体的な方法は、スパッタ
プロセスにおけるスパッタ粒子の冷却速度を低下させ
て、堆積直後の非晶質状態を光記録で形成される非晶質
状態に近づけることである。スパッタ直後の非晶質状態
を光記録で形成される非晶質状態に近づける為には基板
上に入射するスパッタ粒子のエネルギを低下させるか、
表面マイグレーションの時間を長く制御する。より具体
的には、スパッタガスとしてＧｅＳｂＴｅ系スパッタ粒
子に対する冷却効果が通常用いられるアルゴン（Ａｒ）
ガスよりも顕著なクリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘ
ｅ）もしくはそれらの混合ガスを用いるか、基板に軽く
バイアスを印加して表面マイグレーションを助長する等
の方法が効果的である。この様にして形成したディスク
はスパッタ成膜直後の状態が、光記録で形成される非晶
質状態に近い。従って、ナノクリタル含有非晶質に特有
の低い熱伝導率を呈する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。

【００３１】図１及び図２は、本発明の実施の形態にか
かる相変化記録媒体の断面構造を例示する概念図であ
る。これらの図面においては、同一の機能を有する部材
は同一の符号で示した。図１は、典型的なＬｔｏＨ構造
の媒体を表し、図２は典型的なＨｔｏＬ構造（Ｒｃ＞Ｒ
ａ）の媒体を表す。

【００３２】図１、図２において、１はトラッキンググ
ルーブの設けられたポリカーボネイト基板、２は半透明
膜、３は下部干渉膜、４は記録層、５は上部干渉膜、６
は反射膜である。

【００３３】図３は、記録媒体の平面構成の一例を表す
概念図である。すなわち、同図は、ＤＶＤ−ＲＡＭ（di
gital versatile disk-random access memory）の平面
構成を表し、下側はディスクの全体構造図、上側はその
一部拡大図である。ディスクには、「ランド・トラッ
ク」と「グルーブ・トラック」とが交互に形成され、円
周上に沿って複数の「セクタ」に分けられている。それ
ぞれの「セクタ」の先端部には「ヘッダ部」すなわち
「アドレス部」が設けられている。「ヘッダ部」には、
アドレスなどのセクター情報がプリピット列として設け
られる。この「ヘッダ部」にはデータの記録再生動作は
行われず、データの記録再生動作は「データ部」に行わ
れる。

【００３４】従って、記録媒体の「ヘッダ部」は、製品
を出荷した後にその結晶或いは非晶質状態が変化するこ
とはない。いいかえると、仮に媒体の初期状態が非晶質
状態の場合には、「ヘッダ部」は非晶質状態のまま維持
される。逆に、従来の媒体のように、結晶化工程を経る
場合には、この「ヘッダ部」は結晶状態のまま維持され
ることとなる。

【００３５】そして、後に詳述するように、本発明の記
録媒体は、初期結晶化工程を経ないので、この「ヘッダ
部」が実質的に非晶質状態にあり、しかもその熱伝導率
が従来にない独特の範囲にある。

【００３６】または、本発明の記録媒体は、未使用状態
にあっては、「データ部」も同様に実質的に非晶質状態
にあり、しかもその熱伝導率が従来にない独特の範囲に
ある。

【００３７】本発明の相変化記録媒体は、以下の手順で
作成することが出来る。まず、ポリカーボネイト基板１
は、通常の光ディスク基板のマスタリングプロセスによ
り作成可能である。例えば、板厚０．６ｍｍ、直径１２
０ｍｍ、トラックピッチ０．６μｍ、グルーブ深さ７０
ｎｍの形状を有する。

【００３８】各層の形成は、例えばマグネトロンスパッ
タリング装置を用いて実施可能であり、基板１のグルー
ブ面上に順次、図１の場合には、例えば膜厚１０ｎｍの
Ａｕ半透明膜２、膜厚８０ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ２下部
干渉膜３、膜厚２０ｎｍのＧｅＳｂＴｅ記録層４、膜厚
３０ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ２上部干渉膜５、膜厚１００
ｎｍのＡｌ合金反射膜６をスパッタリング成膜する。図
２の記録媒体の場合には、例えば膜厚１２０ｍのＺｎＳ
−ＳｉＯ２下部干渉膜３、膜厚１５ｎｍのＧｅＳｂＴｅ
膜４、膜厚２０ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ２上部干渉膜５、
膜厚１０ｎｍのＡｕ反射膜６をスパッタリング成膜して
得ることが出来る。

【００３９】各層成膜後の媒体は、スパッタ装置から取
出した後、例えばブランク基板と貼り合せることによ
り、図１及び図２に表した相変化記録媒体を得ることが
できる。

【００４０】本発明においては、上記した作成手順の中
で、記録層の形成条件と上下の干渉膜の形成条件とを調
節することによって、従来よりも低い非晶質の熱伝導率
と、広い範囲での非晶質の熱伝導率の制御を行う。具体
的には、（１）記録層の形成時に、従来技術で使用され
るＡｒガスの代りに、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ系スパッタ粒子
に対する冷却効率の高いＫｒ、Ｘｅ、Ｋｒ−Ｘｅガスを
使用すること、（２）スパッタ粒子の輸送過程での冷却
を促進する為に、ガス圧力を従来技術の典型値である
０．２５〜０．６７Ｐａよりも高めに設定すること、
（３）ＧｅＳｂＴｅターゲットヘの入力を低めに設定し
て陰極降下電圧を低下しスパッタ粒子の放出エネルギー
を抑制すること、（４）成膜中に基板ホルダーに弱いＲ
Ｆバイアスを印加してスパッタ粒子の基板上でのマイグ
レーション時間を長くすること、（５）成膜時にポリカ
ーボネイト基板の熱変態温度未満の温度領域で基板を加
熱すること、及びこれらの適当な組合せの条件を採用す
る。

【００４１】上記条件の採用により、スパッタ粒子の基
板上での冷却速度を低下させ、アズデポの記録層中に近
距離秩序を有する微結晶核を生成することができる。そ
れによって、アズデポ非晶質部の熱伝導率を従来よりも
低くできる。同時に、スパッタ粒子の基板上での冷却速
度を成膜条件で制御することによって、幅広い範囲で非
晶質部の熱伝導率を制御することが出来る。

【００４２】記録層中への近距離秩序の形成は、上記し
た記録層の成膜条件の調整に加えて上下の干渉膜の成膜
条件に工夫を施すことでも可能である。具体的には、干
渉膜の形成を、通常用いられるガス圧力よりも低い圧力
において実施すること、スパッタ入力パワーを通常の数
１００Ｗ〜数ｋＷよりも高めに設定することなどであ
る。この様にして形成した干渉膜は、圧縮性の応力を示
し、記録層の体積収縮を助長する。記録層は、同一原子
数で比較した場合に、結晶部の体積の方が非晶質部の体
積よりも小さい。従って、上下の膜から体積収縮を助長
する作用があると、記録層中に非晶質部よりも体積の小
さい近距離秩序を形成し易くなる。

【００４３】本発明者は、上記した手段で図１及び図２
に表した相変化記録媒体を形成した。また、その効果を
明確化するために、比較例として従来の成膜方法を用い
て同様の断面構造を有する比較用の相変化記録媒体を作
成した。ここで、従来の成膜方法とは、例えば記録層の
形成にＡｒガスを用い、ガス圧力を０．４Ｐａ程度と
し、スパッタ入力を数１００Ｗとし、上下干渉膜の形成
時に０．６７Ｐａ程度のガス圧力、数１００Ｗのスパッ
タ入力を選択したことを意味する。

【００４４】以下、本発明の成膜方法により作成した図
１の構造の媒体を本発明の「ディスク１」、本発明の成
膜方法で作成した図２の構造の媒体を本発明の「ディス
ク２」、従来の成膜方法で作成した図１の構造の媒体を
「比較ディスク１」、従来の成膜方法で作成した図２の
構造の媒体を「比較ディスク２」と略記する。

【００４５】上述した手法で作成した本発明の相変化記
録媒体と比較の為の従来技術の相変化記録媒体の記録層
の熱伝導率の測定は、「高速時間分解（ピコセカンド）
熱反射率測定法」によって実施した。これは、通商産業
省・工業技術院・計量研究所・計測システム部・計測情
報研究室の馬場らのグループが開発した手法であり、そ
の詳細は、例えば、Proc.Themophysical Properties 1
7、p43、Prc.EUROTHERM'57"Microscale Heat Transfer"等
に開示されている。

【００４６】この測定法は、物質の反射率が物質の温度
に依存するという光熱物性を利用している。反射率の温
度に対する変化は、物質の種類に依存するが、例えばＡ
ｌの場合は１０^-5（Ｋ^-1）程度の絶対反射率の変化を示
す。この現象は、物理的には、格子の熱振動が電子状態
に微妙に影響を与えることに起因する熱反射率の変化と
して説明できる。この測定法では、物質の表面加熱の手
段としてピコセカンド程度のパルス幅のポンプ光を用い
る。パルス光照射により表面温度が上昇し、反射率が変
化し、一般的に増加する。ポンプ光をオフすると、表面
から試料の厚さ方向に熱が拡散し、表面温度が低下して
反射率が低下する。数１０ｎｍの薄膜試料では、膜厚方
向の熱拡散の時定数は膜の熱伝導率に依存し、数１０ピ
コ秒から数ナノ秒の間の値を示す。ポンプ光オフ後の表
面反射率の変化を、表面が加熱しない程度の低いパワー
のプローブ光でモニタすると、膜厚方向への熱拡散の時
定数が測定される。この時定数から膜厚方向への熱浸透
率に変換し、さらにそれを熱伝導率に換算（膜厚方向へ
の一次元熱伝導と仮定）すれば熱伝導率の値を得ること
ができる。

【００４７】高速時間分解（ピコセカンド）熱反射率測
定法は、膜厚が数１０ｎｍの薄膜試料の熱伝導率を精度
良く測定することができる世界唯一の手法である。例え
ば、従来良く用いられてきた「光交流法」などと比較す
ると、測定値の信頼性は格段に高い。元来、光交流法
は、数１００μｍ程度の膜厚の試料の熱伝導測定用に開
発されたものである。しかし、数１０〜数１００ｎｍの
厚みの薄膜試料に適した測定手法が無かったために、薄
膜に対しても光交流法を適用せざるをえなかった、とい
うことが実態であった。光交流法によって相変化記録媒
体に使用される膜材料の熱伝導率を測定した例は、例え
ば、Jpn.Appl.Phys.28-3、pp.123-128 に開示されてお
り、本発明に関連するＧｅＳｂＴｅ記録層の非晶質部の
熱伝導率の測定値として、０．５８Ｗ／ｍＫという値が
明示されている。この測定値は、同文献に開示されてい
るＺｎＳ−ＳｉＯ₂の熱伝導率よりも低い点、ＧｅＳｂ
Ｔｅ膜の結晶部の熱伝導率と同一の測定値である点、及
び、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ各々のバルクの熱伝導率のいずれ
より著しく低い点、で甚だしく疑わしい。

【００４８】本発明者も光交流法による測定の追試を試
みたが、実際の相変化記録媒体に用いられる数１０ｎｍ
厚の試料では測定値が大きくばらついて全く有意な測定
は出来なかった。さらに、光交流法が適用可能とされる
数１０μｍ厚の試料について測定した場合においても、
測定値のバラツキはプラスマイナス数１０％を超え、信
頼性あるデータの取得は不可能であった。

【００４９】これに対して、高速時間分解（ピコセカン
ド）熱反射率測定法は、前述したように、試料の膜厚方
向への熱拡散を高速時間分解測定するもので、ポンプ光
により試料表面を加熱した後、プローブ光により試料表
面反射率の変化をピコセカンドオーダで観察するもので
ある。表面加熱後、熱が膜厚方向に拡散していくと表面
温度が低下して熱反射率が低下する挙動を精密測定する
手法である。熱反射率感度の高い、例えばＡｌ等に対す
る測定精度が特に高いが、全ての膜材料に対して有用な
手法である。何故ならば、反射率の低い例えば透明な材
料に対しても、表面にＡｌ薄膜をコートすれば、透明な
薄膜材料の膜厚方向への熱拡散に伴うＡｌコート膜表面
温度の時間変化を調べることによって、透明な薄膜材料
の熱伝導率を知ることが出来るからである。

【００５０】本発明者は、数１０ｎｍ厚の薄膜試料を用
いて熱伝導率の詳細な測定を行った。熱伝導率の測定に
は、図１及び図２のディスクサンプルと、別途記録層の
みを例えばＳｉウェーハ上に作成し、その上に熱反射率
測定用のＡｌ膜をコートした試料を用いた。後者の場合
は、Ｓｉ上に膜厚１００ｎｍのＧｅＳｂＴｅ膜を前述し
た本発明の成膜方法もしくは従来技術の成膜方法で形成
し、連続して例えば膜厚２０ｎｍのＡｌ膜をコートし
た。前者のディスクサンプルを直接用いる場合は、貼り
合せた対向ブランク基板を剥離後、テープををＡｌ合金
系反射膜側に貼り付けてピールオフする等の方法で記録
層を露出し、その上に膜厚１０〜２０ｎｍ程度のＡｌ膜
をコートした。

【００５１】測定の結果、前者及び後者の熱伝導率は、
プラスマイナス５％の範囲内で一致した。本明細書にお
いては、測定値として、後者即ちＳｉウェーハ上に作成
した試料を用いた場合の値を示す。

【００５２】従来技術で作成した記録層の非晶質状態の
熱伝導率は、典型的には７（Ｗ／ｍＫ）であり、形成条
件に依存して６．８〜７．２（Ｗ／ｍＫ）の範囲の値を
示した。また、結晶状態の熱伝導率は、従来の記録層に
おいても本発明の記録層においても、８．８〜１０．１
（Ｗ／ｍＫ）の範囲にあり、従来の記録層の非晶質状態
の熱伝導率の１．３〜１．４倍程度の値を示した。

【００５３】一方、本発明の記録層の熱伝導率は、アズ
デポ状態すなわち非晶質状態で０．８〜６（Ｗ／ｍＫ）
の範囲にあった。この範囲内での値の変動は、記録層の
作成方法、即ち非晶質中に含まれる微細結晶核のサイズ
や含有比率に依存するものと考えられる。

【００５４】本発明の記録層は、非晶質状態において微
細結晶核を有すると推測されるので、その熱伝導率は、
従来の記録層における非晶質状態の熱伝導率と、結晶状
態の熱伝導率との中間的な値を示すことが予測された。
これに反して、本発明の記録層が非晶質状態において、
従来の結晶状態と非晶質状態のいずれよりもかなり低い
値を示した原因は、前述したように、微細結晶核界面で
のダングリングなどに起因して熱抵抗が高いことである
と推測される。

【００５５】図４は、熱伝導率（κ）の測定値と、図１
の構造のディスクサンプルを用いて測定したＤＣ消去率
との関係を表すグラフ図である。

【００５６】ＤＣ消去率の測定は、以下の方法により実
施した。すなわち、図１の構造のディスクを、波長６５
０ｎｍの光源とＮＡが０．６の対物レンズを有する評価
システムにセットする。そして、線速１０ｍ／秒で回転
し、最適記録パワー（この場合には１０〜１３ｍＷ）で
１１Ｔ相当のマークを記録した後、ＣＮＲを測定し、消
去パワー（４〜６ｍＷ）をＤＣ的に照射して、１１Ｔキ
ャリアレベルの低下量を測定した。ここで、記録層の初
期結晶化は、本発明のディスク及び従来技術のディスク
共に行わなかった。

【００５７】図４において、黒丸は本発明の相変化記録
媒体の熱伝導率κとＤＣ消去率のプロット、白丸は従来
技術の相変化記録媒体のそれを表す。従来技術のディス
クでは、ＤＣ消去率は高々５ｄＢ程度であり、消去特性
が極めて悪かった。それに比較して、本発明のディスク
においては、κが０．８〜６Ｗ／ｍＫの範囲で３５ｄＢ
以上の高い消去率が得られた。特に、κが２〜４Ｗ／ｍ
Ｋの範囲では、４０ｄＢ以上の極めて高い消去率が得ら
れた。これは、本発明の相変化記録媒体では、記録層の
非晶質状態の熱伝導率κが従来技術よりも低く調整され
ているために、同じ光吸収率でもより高い温度に昇温保
持される時間が長いためであると考えられる。

【００５８】図５は、無初期化・初回記録の３Ｔ−ＣＮ
Ｒと熱伝導率κとの関係を示すグラフ図である。同図に
おいても、黒丸が本発明、白丸が従来技術のデータをそ
れぞれ表す。図５から明らかなように、従来の媒体のＣ
ＮＲは２０ｄＢ程度と低いが、本発明の相変化記録媒体
においては、無初期化の状態で初回記録から５２ｄＢ程
度の極めて高いＣＮＲが得られる。これは、本発明の記
録層は、アズデポ状態においても非晶質中に近距離秩序
の微結晶核が存在し、アズデポ状態での初回記録におい
ても高速に結晶スペースの形成が進んだためであると推
測される。そして、本発明の媒体においては、微結晶化
核の存在が、前述したメカニズムによって熱伝導率に反
映したものと考えられる。

【００５９】以上の説明から明らかなように、本発明の
相変化記録媒体は、記録層の堆積後に初期化工程が不要
であり、アズデポ状態の初期状態を非晶質として直ちに
使用することが可能である。

【００６０】図２に表したＨｔｏＬ媒体においても上記
と同様の評価を行い、図１の媒体と２ｄＢ程度の差異の
俺囲内で同様の結果が得られた。つまり、本発明は、Ｌ
ｔｏＨ及びＨｔｏＬのいずれの構成の媒体に対しても効
果を奏することが分かった。但し、ＨｔｏＬ媒体を無初
期化状態で使用する場合は初期反射率が低いので、アド
レス信号、サーボ信号の品質はＬｔｏＨ媒体を無初期化
で使用する場合に比較すると劣る。従って、図２の記録
媒体を実施する際には、非晶質部の反射率を１０％程度
と高めに設定してサーボが安定するように調整すること
が望ましい。

【００６１】上記実施例では、記録層としてＧｅＳｂＴ
ｅ膜を使用した場合について例示したが、本発明はＧｅ
ＳｂＴｅに他の元素を添加した場合でも適用出来、熱伝
導率κの値は数％ずれるのみで、概ね効果的なκの範囲
は０．８〜６Ｗ／ｍＫであった。

【００６２】以上例示した具体例は、ＧｅＳｂＴｅ系の
記録層を用いた場合であるが、本発明は、ＡｇＩｎＳｂ
Ｔｅを用いた場合にも同様に適用することができる。す
なわち、ＧｅＳｂＴｅ系の典型的組成は、Ｇｅ：０．２
２、Ｓｂ：０．２２、Ｔｅ：０．５６付近であるのに対
して、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系の典型的な組成は、例えば、
Jpn.Appl.Phys.、32、pp.5241-5247 に開示されているよ
うに、Ａｇ：０．０８、Ｉｎ：０．１３、Ｓｂ：０．４
９、Ｔｅ：０．３０付近である。つまり、いずれもＳ
ｂ、Ｔｅが主成分であり、熱伝導率κが１０％程度ずれ
た範囲でＧｅＳｂＴｅと同等の良好な特性が得られた。

【００６３】さらに詳しくは、記録層の材料としては、
上記の他にも、カルコゲン系の金属化合物、例えばＧｅ
−Ｓｂ−Ｔｅ，Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−ＴｅやそれらにＣ
ｒ，Ｖ，Ｎ等を適宜微量添加した材料を用いることがで
きる。相変化記録媒体として好ましい組成範囲は、結晶
化温度以上の温度における高速結晶化と室温付近におけ
る非晶質状態の熱的安定性とを両立する組成範囲であ
る。

【００６４】図６は、ＧｅＳｂＴｅ系３元合金系におけ
る結晶化時間の分布を例示したグラフ図である。すなわ
ち、同図は、入射パワー８ｍＷのレーザ光を照射した場
合の結晶化に必要な照射時間の分布を表す。同図におい
ては、照射時間すなわち結晶化時間が短いほうが高速で
結晶化が可能である。

【００６５】図７は、ＧｅＳｂＴｅ系３元合金系におけ
る結晶化温度の分布を例示したグラフ図である。同図に
おいては、結晶化温度が高いほうが非晶質状態が熱的に
安定であるといえる。

【００６６】図６や図７のデータは、例えば J.Appl.Ph
ys.,69(5),pp.2849-2856(1991) に開示されている。こ
れらの図から分かるように、高速結晶化と非晶質状態の
安定性が両立しうる組成範囲は、ＧｅＴｅとＳｂ₂Ｔｅ₃
との二つの金属化合物組成を結ぶ線上で、ＧｅＴｅ：Ｓ
ｂ₂Ｔｅ₃の比率が５：２から１：６の間の組成線分を中
心にＧｅ，Ｓｂ，Ｔｅの組成範囲が各々プラスマイナス
５原子％の組成範囲である。

【００６７】図８は、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系４元合
金における望ましい組成範囲を表すグラフ図である。す
なわち、同図には、（ＡｇＳｂＴｅ₂）_x（Ｉｎ_1-yＳ
ｂ_y）_1- _xと表した組成式のｘとｙがそれぞれグラフの横
軸と縦軸にプロットされている。同図においては、符号
Ｂで表した組成範囲が記録層として望ましく、符号Ａで
表した組成範囲は記録層の材料としてさらにより望まし
い。すなわち、ｘ＝０．３７〜０．４２、ｙ＝Ｏ．６２
〜０．７９で示される組成範囲が望ましい組成範囲であ
る。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、アズデポ状態から直ち
に高いＣＮＲでの記録が可能となるので、相変化記録媒
体の製造工程から初期結晶化工程を除外することができ
る。その結果として、製造コストを低減させ、相変化記
録媒体を広く普及させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる相変化記録媒体の
断面構造を例示する概念図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかる相変化記録媒体の
断面構造を例示する概念図である。

【図３】記録媒体の平面構成の一例を表す概念図であ
る。

【図４】熱伝導率（κ）の測定値と、図１の構造のディ
スクサンプルを用いて測定したＤＣ消去率との関係を表
すグラフ図である。

【図５】無初期化・初回記録の３Ｔ−ＣＮＲと熱伝導率
κとの関係を示すグラフ図である。

【図６】ＧｅＳｂＴｅ系３元合金系における結晶化時間
の分布を例示したグラフ図である。

【図７】ＧｅＳｂＴｅ系３元合金系における結晶化温度
の分布を例示したグラフ図である。

【図８】Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系４元合金における望
ましい組成範囲を表すグラフ図である。

【符号の説明】

１基板２半透明膜３下部干渉膜４記録層５上部干渉膜６反射膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者都鳥顕司神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者永瀬俊彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5D029 JA01 JB08 JB16 JB42 JC12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部からの光照射によって結晶状態と非晶
質状態との間の相変化を生ずる記録層を備えた相変化光
記録媒体であって、前記記録層は、アドレス部とデータ部とを有し、前記アドレス部は、実質的に非晶質状態であって、且つ
その熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上６Ｗ／ｍＫ以下であ
ることを特徴とする相変化記録媒体。
【請求項２】外部からの光照射によって結晶状態と非晶
質状態との間の相変化を生ずる記録層を備えた相変化光
記録媒体であって、前記記録層は、アドレス部とデータ部とを有し、前記データ部は、データを記録する前の未記録状態にお
いて実質的に非晶質状態であって、且つその熱伝導率が
０．８Ｗ／ｍＫ以上６Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴と
する相変化記録媒体。
【請求項３】前記熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上４Ｗ／ｍＫ
以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の
相変化記録媒体。
【請求項４】前記記録層は、ＧｅＳｂＴｅまたはＡｇＩ
ｎＳｂＴｅを主成分とすることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１つに記載の相変化記録媒体。