JPH01248332A - 情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レーザビーム等の光ビームを照射すること
により記録層に相変化を生じさせて情報を記録及び消去
する光ディスク等の情報記録媒体に関する。

（従来の技術及びその課題） 従来、情報の消去が可能な所謂イレーサブル型の光ディ
スクは、情報の書換えが可能であるという利点を生かし
てコンピュータのハードディスクに代って、大容量のバ
ックアップメモリ等への応用が考えられ、開発の途上に
ある。このようなイレーサブル型の光ディスクとして相
変化型のものが注目されており、単一レーザビームによ
るオーバーライド方式の可能性を有することから盛んに
研究されている。この相変化型の光ディスクにおいては
、照射するレーザビームの条件を変化させることにより
ビーム照射部分が例えば結晶相ど非晶質相との間で可逆
的に変化する相変化型の記録層を用い、情報を記録及び
消去する。この場合に、各状態においてｌ’ｔＪ　＝　
ｎ　−ｌｋで表わされる複素屈折率が異なるため、例え
ば反射率又は透過率の差により２つの状態を区別して情
報を読取ることができる（Ｓ、　Ｒ，Ｑｖｓｈｉｎｓｋ
ｙ　　ｌｖｌｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＴｒａｎｓａｃ
ｔｉｏｎｓ　２　６４１１９７１）。

このような相変化する材料としては、例えば、Ｔｅ、Ｇ
ｅ、ＧｅＴｅ等が知られている。しかしながら、これら
の材料には夫々以下に示すような一長一短がある 即ち、Ｔｅは結晶化速度が大きく、消去速度の観点から
は優れている。つまり、後述するように結晶化温度が低
いことに起因して結晶化速度が約１５乃至２０　ｎ　ｓ
、ｅ　ｃと他の材料よりも極めて大きい値を示す。しか
し、Ｔｅは結晶化温度が１５°Ｃと低いため、非晶質の
記録マークを形成しても、数秒のオーダー非晶質の記録
マークが結晶に戻ってしまう。また、Ｔｅ自体が酸化し
やすいため、多湿環境下に放置しておくと酸化してＴｅ
Ｏとなってしまい、反射率が低下してしまう。

また、Ｇｅは結晶化温度は高いが、同時に融点も高いた
め、レーザビームの照射により記録層を溶融急冷して非
晶質の記録マークを形成するためには、記録層の層面に
おいて３０ｍＷ以上の大出力のレーザが必要とされる。

光学系における光損失を考慮に入れると、レーザ光源の
出力は８０乃至１００ｍＷに及び、現在市販されている
半導体レーザでこのような大出力を得ることは実質的に
不可能である。更に、Ｇｅそのものも酸化に弱く、多湿
環境下では反射率が経時的に低下してしまう。

ＴｅＱｅは相変化材料として比較的良好な特性を示す。

即ち、Ｔｅ及びＧｅの組成比を変化させることにより、
結晶化温度や融点等を比較的自由に制御することができ
、例えばＴｅａ　ｓ　Ｇｅｔ　ｓの共晶点組成では、レ
ーザビームの照射条件により、結晶と非晶質との間で容
易に可逆的な相変化を生じさせることができ、しかも非
晶質の記録マークは比較的安定である。しかしながら、
このＴｅＧｅ記録層を適用した場合には、例えば光ディ
スクを３００　ｒｐｍ程度の低速で回転させた場合には
記録及び消去、即ち非晶質と結晶との間の変化が可能で
あるが、ディスクの回転速度が６００乃至１１０００ｒ
ｐと高速になるに従って、非晶質の記録マークをレーザ
ビームで消去（結晶化）しようとしても十分に結晶に戻
らず消え残りが生じてしまうという欠点がある。また、
このＴｅＧｅも耐酸化性が低く、反射率が低下しやすい
。

前述したように、相変化型の記録方式は単一レーザビー
ムによるオーバーライド方式が可能なことが最大の利点
であるため、記録の際と同程度の短いパルスのレーザビ
ームで消去が可能でなければならず、また、コンピュー
タのバックアップメモリを目指すためにはハードディス
ク並みの高速回転で高密度記録ができ、その情報を消去
できなければならない。これらいずれの目標に対しても
非晶質の記録マークを高速で結晶化する所謂高速消去が
必須であるため、上述の材料以外に高速消去が可能な材
料が種々検討されているが、耐環境性を含めて実用的な
ものは未だ見出されていない。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、記録した情報が安定であり、耐環境性に優れ、且つデ
ィスクを高速回転させた場合でも情報の記録及び消去が
可能な記録層を有する情報記録媒体を提供することを目
的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） この発明に係る情報記録媒体は、基板と、光ビームの照
射条件により照射部分が結晶相と非晶質相との間で可逆
的に相変化する記録層とを有する情報記録媒体であって
、前記記録層はＡＵ、Ｔｅ及びＮを含むことを特徴とす
る。

（作用） Ａ１１．Ｔｅ及びＮを含む合金はＴｅの速い結晶化速度
を維持しているので、Ａｕ、ｌｅ及びＮを含む合金で記
録層を形成することにより、高速消去が可能となり、デ
ィスクを高速回転させた場合でも記録及び消去が可能で
ある。また、Ａ、ｕ、Ｔｅ及びＮを含む合金は比較的結
晶化温度が高いので非晶質の記録マークが安定である。

更に、この合金自体が酸化され難いので耐環境性が高い
。

（実施例） 以下、この発明の実施例について具体的に説明する。

本願発明者が記録層の合金組成について種々検討した結
果、Ａｕ、’ｌｅ及びＮを含む合金がＴｅの速い結晶化
速度を損うことなく、しかも結晶化温度が比較的高く、
更に、極めて安定な元素であるＡＬＪ及び人気中に多く
含まれる安定な元素であるＮを含むため耐酸化性が良好
であり、更にまたＡｕを含むことにより高感度化するこ
とができ、記録層として優れた特性を有することを見出
した。

即ち、ＡＵ、ｌｅ及びＮを含む記録層は結晶化速度が大
きいから高速消去が可能であり、ディスクが高速回転の
場合にも情報の記録及び消去が可能である。また、結晶
化温度が高いから非晶質が安定に存在し、記録マークが
安定である。更に、Ｎの存在によりＴｅの最大の欠点で
ある耐酸化性を著しく向上させることができ、多湿環境
下に長時間放置しても反射率の低下がなく実用上十分で
ある。さらにまた、Ａｕの存在により記録感度が高（１
゜ 本願発明者の実験によれば、ＡＩＪ、　Ｔｅ及びＮを含
む記録層は、Ａｒガス及びＮ２ガスの混合ガスを用い、
ＡｕＴｅをターゲットとするスパッタリングにより好適
に作成される。

この実施例に係る情報記録媒体は、例えば第１図のよう
に構成されている。円板状の基板１１は透明で材質上の
経時変化が少ない材料、例えば、ガラス又はポリカーボ
ネ−１へ樹脂等の材料でつくられており、プリグループ
が形成されている。この基板１１上には、保護層１２、
記録層１３、保護層１４及び表面保護層１５がこの順に
形成されている。保護層１２．１４は、記録層１３にレ
ーザビームを照射する際に記録層１３の照射部分が蒸発
して穴が開いてしまうのを防止する作用を有しており、
通常熱的に安定なＳ　ｉ　０２等の誘電体で形成される
。表面保護層１５は例えば紫外線硬化樹脂で形成され、
取扱い上の傷等を防止する機能を有している。

記録層１３はＡＵ、　Ｔｅ及びＮからなる合金で形成さ
れており、レーザビームの照射条件により照射部分が結
晶相と非晶質相との間で相変化する。

この場合に、記録層１３のＡＬＪとＴｅとの比Ａｕ／Ｔ
ｅは０＜Ａｕ／Ｔｅ≦０．４３であることが好ましい。

この範囲で良好な特性を得ることができる。

次に、このように構成される情報記録媒体の製造方法を
第２図を参照しながら詳細に説明する。

第２図は反応性スパッタリング装置を示す概略構成図で
ある。図中２０は反応容器を示し、この反応容器２１の
周壁にはガス導入口２１及び排気口２２が設けられてい
る。排気口２２にはバルブ２４を介して図示しないクラ
イオポンプが接続されており、バルブ２４が開の状態で
このクライオポンプにより反応容器２０内が排気される
。ガス導入口２１にはバルブ２３を介して図示しないＡ
ｒガス供給装置及びＮ２ガス供給装置が連結されており
、Ａｒガス及びＮ２ガスがバルブ２３により流量を調節
されつつガス導入口２１を介して反応容器２ｏ内に導入
される。反応容器２１内の上部には、基板支持用の円板
状の回転基台２５がその面を水平にして回転可能に配設
されており、基板１１がこの基台２５の下面に支持され
るようになっている。更に、反応容器２０内には、基台
２５の下方に基台２５に対向づるように、平板状の電極
２６．．２７が配設されており、この電極２６．２７に
は夫々図示しないＲＦ（ラジオフレックエンシー）電源
が接続されている。電極２６゜２７上には夫々ＳｉＯ２
ターゲラ１〜２８及びＡｕＴｅ合金ターゲッ１〜２９が
設置されている。また、ターゲラ１−２８．２９と回転
基台２５との間には、夫々シャッタ３０．３１が配設さ
れている。

このような装置においては、先ず、クライオポンプによ
り反応容器２０内を例えば１０−　”　Ｔｏｒｒまで排
気する。次いで、バルブ２３を開にしてＡｒガスのみを
所定流量で反応容器２０内に導入し、反応容器内の圧ノ
〕を所定値にする。そして、基台２５に設置した基板１
１を一定速度で回転させつつ、シャッタ３０のみを開に
してＳｉＯ２ターゲット２８に電極２６を介して所定パ
ワーのＲＦ電力を供給してスパッタリングし、基板１１
の下面に所定厚みの保護層１２を形成する。次に、バル
ブ２３を調節して反応容器２０内にＮ２ガスも所定流量
で導入し、シャッタ３０を閉じ、シャッタ３１を開にし
てＡｕＴｅ合金ターゲット２９に電極２７を介して所定
パワーのＲ「電力を供給してスパッタリングし、Ａｕ、
　Ｔｅ及びＮからなる記録層１３を形成する。この場合
に、Ｎ２ガスの流量とＡｒガスの流量との比をＮ２／△
ｒとすると、０．０５≦Ｎ２／Ａｒ≦２．０であること
が好ましい。この範囲で特に好ましい特性を得る＝１０
− ことができる。また、記録層１３のＡｕとＴｅとの比Ａ
Ｕ／Ｔｅが０＜ＡＬＩ／Ｔｅ≦０．４３に合金ターゲラ
１〜２９の組成を調節することが好ましい。その後、バ
ルブ２３を調節してＮ２ガスの供給を停止し、シャッタ
３１を閉じ、再びシャッタ３０を開にして保護層１２を
形成する場合と同様な条件でＳｉＯ２ターゲット２８に
ＲＦ電力を供給して保護層１４を形成する。

保護層１４まで形成された情報記録媒体をスパッタリン
グ装置から取り外し、スピナー（図示せず）により保護
層１４の上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、これに紫外
線を照射して硬化させ、保護層１５を形成する。

次に、このような情報記録媒体の情報処理動作について
説明する。

初期化 記録層１３は成膜直後に非晶質であるため、光ディスク
を低速回転させながら記録層１３に比較的弱い出力のレ
ーザビームを連続光照射して、記録層１３を溶融徐冷し
、結晶化する。

Ｅ」Ｌ 情報記録媒体を高速回転させ、高出力のレーザビームパ
ルス１８を照射して非晶質の記録マーク１つを形成する
。

■【 記録層１３に比較的弱い出力のレーザビームを照射し、
記録層１３の反射光の強度を検出することにより情報を
読取る。

Ｌ 初期化の場合と同様のレーザビームを連続光照射するこ
とにより、記録マーり１つを結晶化し情報を消去する。

次に、この実流例に係る情報記録媒体（光ディスク）を
製造して特性を評価した試験例について説明する。

試験例１ 第２図に示すスパッタリング装置の反応容器内に円板状
のポリカーボネート製透明基板を設置し、容器内を１０
−６Ｔｏｒｒまで排気した後、容器内にＡｒガスを１１
０８ＣＣの流量で導入し、ガス圧を５　ｍ　Ｔｏｒｒに
した。この状態でＳ　ｉ　０２ターゲツトに電極を介し
て１３．５６　Ｍ　Ｉ−Ｉ　Ｚで４００ＷのＲＦ電力を
約５分間印加して、基板上に１０００人のＳｉＯ２保護
層を成膜した。次いで、ＡｒガスとＮ２ガスとの混合比
を１／１０にして反応容器内のガス圧を６　ｍ　Ｔ　ｏ
ｒｒに設定し、Ａｕｓ　Ｔｅｓ　ｓ合金ターゲラ１〜に
電極を介して６００ＷのＲＦ電力を約３分間人印加して
ＡｒガスとＮ２ガスとの混合ガスのプラズマ中のスパッ
タリングにより保護層の上に１０００人のＡＵ、Ｔｅ及
びＮで形成された記録層を形成した。その後、Ｎ２ガス
の供給を停止し、前述のＳｉＯ２保護層と同様の条件で
記録層の上に再度Ｓ　ｉ　０２保護層を１０００人形成
した。そして、外側のＳｉＯ２保護層の上にスピナによ
り紫外線硬化樹脂を塗布し、２５０ｍＷで約１分間紫外
線を照射して樹脂を硬化させ、約１０μ瓦の表面保護層
を形成し、ディスクサンプルを作成した。

次に、このサンプルについて勤評価装置により以下に示
す手順で試験を行なった。

＝１３− （ａ）１２ｍＷの連続光のレーザビームにてディスクサ
ンプルの非晶質の記録層を１トラツク（ディスク１周分
）初期結晶化した。

（ｂ）初期結晶化したトラック部分に出力が２０ｍＷの
レーザビームパルスをデユーティ比５０％、１ＭＨ２で
照射して非晶質の記録マークを形成した。

（Ｃ）記録マークを形成したトラックに０．８ｍ　Ｗの
連続光レーザビームを照射し、記録マークからの信号を
再生し、この信号の大きさを測定した。

（ｄ）非晶質の記録マークに初期結晶化時と同様１２ｍ
Ｗの連続光を照射して記録マークを再結晶化させ、情報
を消去した。

（ｅ）消去部分に０．８ｍ　Ｗの連続光を照射し、非晶
質の記録マークの信号の大きさを測定した。

この結果、交流信号の信号振幅が約１２０ｍＶの記録マ
ークの再生信号が得られ、また、消去部分の再生信号は
Ｏｍｖで消え残り信号はなかった。

試験例２ 試験例１で用いたスパッリング装置と同様の装置を用い
、小片状のガラス基板上にＮ２ガスとＡｒガスとの流量
比をＯから４まで８段階に変化さゼたＡｕＴｅＮ膜を形
成した複数のサンプルを作成した。これらサンプルのＡ
ｕＴｅＮ膜の結晶化温度を示差走査型の熱分析装置（Ｄ
ＳＣ）により測定した。その結果を第１表に示ず。

第　１　表 第１表に示すように、Ｎ２／Ａｒが増大するにつれて、
即ちＡｕＴｅＮｌ！中のＮの量が増大するにつれて、丁
ｅＮの結晶化温度が急激に上昇することが判明した。

一方、これらのＴｅＮ膜の分光吸収を測定した結果、Ｎ
の量が増加するに従ってＡｕＴｅｔｌｌ！の光学バンド
ギャップが広がることが確認された。

即ち、ＡＬＪ５　Ｔｅｓ　ｓの光学バンドギャップが約
０．１ｅＶであるのに対し、ガス流量比Ｎ２／Ａｒ−３
，Ｏの場合には約１．３ｅＶ、Ｎ２／Ａｒ＝４．０の場
合には２．ＯｅＶと著しく広がってしまった。半導体し
〜ザの波長である７８０ｎｍ又は８３０ｎｍの光の吸収
を考慮すると光学バンドギャップは約１．５ｅＶＬＪ、
下程度であることが必要であるから、Ｎ２／Ａｒ≦３．
０で記録層を作成することが好ましいことが確認された
。

民１１± 試験例２で作成したサンプルを温度７０℃、湿度９０％
ＲＨの環境下に放置してＡｕＴｅＮ膜の反射率変化を測
定した。その結果を第３図に示す。

第３図は、横軸に各サンプルの放置時間をとり、縦軸に
初期反射率Ｒｏ　とその時点における反射率Ｒとの比（
相対反射率Ｒ／ＲＯ）をとって、各サンプルのＲ、／　
ＲＯの経時変化を示すグラフ図である。なお、ここでは
参考のために純Ｔｅ膜についても試験した。この図から
明らかなように、純Ｔｅ膜の場合には試験開始後数時間
で反射率が半分になってしまい、Ｎ２／Ａｒ＝Ｏの ＡＵＳ　Ｔｅ９ｓ膜は純Ｔｅ膜よりも多少改善されてい
るがやはり反射率の低下が大きいことがわかる。これに
対し、Ｎを含有させることにより反射率の低下量が著し
く減少し、その減少割合はＮが増加するに従って小さく
なった。即ち、ＡｕＴｅに含まれるＮの量が増加するに
従って耐酸化性が著しく向上することが確認された。特
に、Ｎ２／Ａｒが０．５．１．０，２．０及び３．０の
場合には、４週間経過しても反射率が殆ど変化しなかっ
た。

Ｋ基」しし 試験例１で作成したサンプルの他、合金ターゲットの組
成のみをＡｕ１丁８９９、 ＡＬＪＩ　［Ｉ　Ｔｅ９ｏ　、Ａｕ２０　Ｔｅａ　ａ　
。

ＡＵａ　ｏＴｅ７０及びＡｕ４　ｎ　Ｔｅｓ　ａに替え
て他の条件は試験例１と同様にした５個のサンプルを作
成し、合計６個のサンプルについてＡＬ＋が少ないほう
から順にサンプルＡ乃至Ｆとし、試験例１と同じ勤評価
装置にて同様の条件で動特性を比較した。各サンプルの
記録層の組成、記録マークの再生信号の振幅及び浦え残
り信号を第２表に示す。なお、記録層におけるＮの原子
％は定量化が困難であるため、記録層の組成の欄はター
ゲラ１〜組成十Ｎと記載した。

第２表に示すように、Ａｕの増加に従って再生信号の振
幅が増加し、配録層のＡｕ／Ｔｅが１０／９０のサンプ
ルＣにおいて再生信号の振幅が最大になりその後減少す
る。Ａｕ／Ｔｅが３０／７０即ち０．４３のサンプルＥ
では再生信号の振幅が５０ｍＶと比較的高く、消え残り
信号がＯｍＶと良好な特性を示したが、更にＡＵが増加
したサンプルＦでは、再生信号の振幅が小さく、消去か
できなくなってしまった。従って、記録層のＡｕ／Ｔｅ
が０〈Ａｕ／Ｔｅ≦０．４３の場合に、ディスクが高速
回転の際に記録及び消去が可能であることが判明した。

なお、以上の実施例ではＡｕＴｅ合金ターゲットを用い
たスパッタリングにより記録層を形成したが、これに限
らず、ＡＬＩターゲット及びＴｅターゲッ１〜を用いた
２光間時スパッタリングにより記録層を形成することも
できる。

［発明の効果］ この発明によれば、記録層をＡＵ、　Ｔｅ及びＮを含む
組成にしたので、Ｔｅの速い結晶化速度を維持させるこ
とができる。従って、高速消去が可能となり、ディスク
を高速回転させた場合でも記録及び消去が可能である。

また、Ａｕ、Ｔｅ及びＮを含む合金は比較的結晶化温度
が高いので非晶質の記録マークが安定である。更に、こ
の合金自体が酸化され難いので耐環境性が高い。更にま
た、記録層に含有しているＡｕにより記録層を高感度化
することができる。即ち、この発明によればイレーザブ
ル型として極めて良好な特性を有する記録層を備えた情
報記録媒体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る情報記録媒体を示す断
面図、第２図はこの発明の実施例に係る情報記録媒体を
製造するために用いるスパッタリング装置を示す概略構
成図、第３図は環境試験下における相対反射率の経時変
化を示すグラフ図である。 １１；基板、１２，１４．．１５；保護層、１３；記録
層、１８；レーザビーム、１９；記録マーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板と、光ビームの照射条件により照射部分が結晶相と
   非晶質相との間で可逆的に相変化する記録層とを有する
   情報記録媒体であつて、前記記録層はＡｕ、Ｔｅ及びＮ
   を含むことを特徴とする情報記録媒体。