JPH03100937A - 相変化型光記録媒体およびその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は書換え可能な大容量ファイルとして用いられる
光ディスクのなかで、薄膜の相変化を利用した光記録媒
体とその製造方法に関わっている。

（従来の技術） 相変化型光記録媒体は大容量な書換え可能な光ディスク
として利用されている。

記録媒体として要求される特性には、相変化が高速に生
じること、記録消去状態が安定なこと、繰り返し書き換
えても記録消去特性が変化しないこと、があげられる。

中でも、高速に相変化が生じることは、重ね書き可能と
いう相変化型光記録媒体の特徴を生かすためにはもっと
も重要な因子である。

高速な相変化を生じさせるには、結晶化時間の短い材料
あるいは媒体を作成すれば良い。なぜなら、相変化型光
記録では、記録消去の状態として非晶質と結晶の２状態
を利用するが、非晶質相は加熱急冷・結晶相は加熱除冷
で実現されることが知られているので、非晶質から結晶
化する過程が相変化を律速すると考えられるからである
。

（発明が解決しようとする課題） 上記観点から、相変化型光記録媒体の開発に際して、結
晶化に時間を要しない記録材料が探索されていた。とこ
ろが、結晶化に要する時間の短いことと記録状態の安定
性とは両立しにくく、材料が限定されていた。

本発明の目的は、記録材料を変えることなく結晶化時間
を短縮して相変化光記録のオーバーライド性を向上させ
、記録材料としての特性のうち材料そのものが持つ結晶
化時間が短いことに関する制限をゆるくすることができ
る相変化型光記録媒体とその製造方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、非晶質と結晶との間の相変化を利用して情報
の記録、再生、消去をおこなう相変化型光記録媒体であ
って、基板上に下地層、記録層、保護層を順次形成され
た構成からなり、前記下地層と前記記録層の下地層側の
界面があれている構成の相変化型光記録媒体と、この相
変化型光記録媒体の下地層の記録層側の界面を、逆スパ
ッタ法であらす製造方法である。

（作用） 非晶質相の結晶化、あるいは結晶相からの他の相に変態
する場合、結晶成長過程が律速する相変化が生じること
が多い。結晶成長過程では、結晶粒の大きさと相変化に
要する時間とには強い相関があり、粒径が大きいほど相
変化に要する時間が長い。このため、相変化型光記録媒
体に要求されている結晶化時間の短い記録媒体を得るに
は、結晶粒を細かくする必要がある。本発明では、光記
録媒体の記録層の形状を変化させることによって結晶粒
を微細化している。記録層の形状を変化させる具体的方
法としては、基板と記録膜の間に挿入されている透明誘
電体層（以後下地層と呼ぶ）の表面を均一にあらすとい
う方法をとった。これは、非晶質薄膜では、膜に加わる
応力のゆらぎや組成のゆらぎがある部分、膜の形状が変
化している部分などが優先的に結晶化し結晶核となるこ
とを利用している。下地層表面に凹凸があると、その上
についている記録膜に形状変化が生ずる。形状変化部は
優先的に結晶化し、結晶成長を始める。形状変化部が膜
全面に均一に存在すれば、結晶核は形状変化部に応じた
だけ存在するようになる。結晶成長は周囲の結晶粒と接
した段階で終了するので、核の数が多いほど結晶粒を微
細にすることができる。

結晶核を多く形成し結晶粒を微細化することで、結晶化
時間を短くでき、記録消去の繰り返し特性を改善できる
。

また１、結晶核となる表面あれの形成方法には、逆スパ
ッタ法、イオンミリング法、反応成イオンエツチング法
などがある。このとき、光記録媒体全体で均一な記録消
去特性を得るためには、大面積に均一な表面あれを形成
することが必要である。また、光記録媒体は形成に多く
の過程があるので、工程数が少なく、短時間でできる製
造方法が望まれる。この点を考慮して、上記の表面あれ
形成をみると、逆スパッタ法は大面積の均一性に優れ、
工程数も少ない。やや、表面あれ形成に時間が必要であ
る。イオンミリング法は表面あれを短時間でできる利点
はあるが、均一性に劣り、工程数が多い。また、反応成
イオンエツチング法は、表面あれそのものの均一性には
優れるが、残留異物が残る問題がある。

３つの方法を比較すると、表面あれ形成には逆スパッタ
法がもっとも優れている。

（実施例） 本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は、本発明の相変化型光記録媒体の一実施例の断
面図である。基板１上に、下、地層２、記録層４、保護
層５を順次積層した構成である。１の基板材質にはポリ
カーボネイト、ＰＭＭＡ、ポリオレフィン、溝付きガラ
スなどがある。２，５は種々の透明誘電体あるいは誘電
体層・合物、たとえばＳｉ３Ｎ４．　Ｓｉｎ。

５ｉ０２．ＡＩＮ、Ｔａ２０５．ＴｉＯ２，ＺｒＯ２な
どからな、る下地層２、保護層５である。これらの、層
は、記録層４で生じた反射率の差異を増幅するとともに
、記録消去の繰り返しにともなう基板１や記録層４の熱
変形を防ぐ役割を持つ。３は下地層表面に形成した“表
面あれ”′である。この“表面あれ”３の上に記録層４
は作成される。

第２図は、第１図の構成に反射層６を設けて記録層の相
変化にともなう反射率変化を増幅し、光学的な吸収を高
めた構造である。他の構成は第１図と同様である。

下地層２、保護層５の材質はレーザ光の波長に対して透
明であることが必要で、記録層の温度上昇に対して十分
な耐熱性、変形に対して十分な機械的強度を満足すると
いう条件で選定されるものである。記録層は、可逆な相
変化を示し、拡散律速で結晶化する条件を満たすことで
選定される材料である。各層の膜厚は記録消去時に照射
されるレーザ光の波長で光学的な吸収が大きく、再生信
号振幅が大きくなるように設定する。

下地層２、保護層５、はスパッタ法、真空蒸着法、ＣＶ
Ｄ法などで形成する。記録層４、反射層６は、スパッタ
法あるいは蒸着法で作成される。“表面あれ′”３は、
下地層２を作成した後、逆スパッタ法、イオンミリング
法、反応性イオンエツチング法などにより形成すること
ができる。表面あれの程度は逆スパッタ条件、イオンミ
リング条件反応性イオンエツチング条件などで制御し、
記録材料に応じた凹凸を作る。

実施例１ ポリカーボネイトからなる基板に、下地層として膜厚２
００ｎｍの窒化珪素をＡｒ　＋　Ｎ２ガスを用いて反応
性スパッタ法で作成した。これをＡｒガス雰囲気中で逆
スパッタし凹凸を形成した。逆スパッタ条件を表１に、
逆スパッタ時間と凹凸の粒径との関係を表２に示す。

この上に膜厚１５０ｎｍのＩｎ−８ｅ２元系記録膜をＡ
ｒガスを用いてスパッタ法で作成した。保護層とじては
膜厚１５０ｎｍの窒化珪素をＡｒ　＋　Ｎ２ガスを用い
て反応性スパッタで作成した。

表３に逆スパッタによる表面あれの程度として凹凸の平
均粒径をとり、結晶化時間との対応関係を調べた結果を
示す。なお、ここで記録消去時に投入したレーザ光出力
は、全ての試料について表面あれを形成しない状態と同
一で、記録時８ｍＷ−消去時４ｍＷである。結晶化時間
の測定には、媒体を静止した状態でレーザパルス光を照
射して記録消去に要する時間を測定する装置（以後、静
止型評価装置と呼ぶ）を用いた。なお、レーザ光は１．
２ｐｍまで絞っである。

結晶化時間に影響を与える表面あれの大きさは、２０ｎ
ｍから５００ｎｍまでだった。

表面あれが２０ｎｍより小さい場合は下地層表面が未処
理状態とかわらず、結晶化時間は１００００ｎｓｅｃだ
った。一方、表面あれが５００ｎｍより大きい場合にな
ると結晶化時間が再び１００００ｎｓｅｃになり、これ
以上の表面あれでも結晶化時間に変化はなかった。核の
数が減少して結晶成長距離が長くなったため効果が得ら
れなかったと考えられる。

表３には、未処理では１００００ｎｓｅｃを要した結晶
化時間が、２０ｎｍの表面あれを作ることにより２００
ｎｓｅｃまで短縮できることが示されている。

オーバーライドの可能性は、結晶化時間の長さを指標と
できる。この表を見ると下地層が未処理ではオーバーラ
イドのできない記録媒体を用いても、表面あれを形成す
ることでオーバーライドできるものとする可能性を示し
ている。

実施例２ 実施例１と同様に、ポリカーボネイトからなる基板に、
記録層には実施例１と比較して結晶化時間の短い５ｂ−
Ｔｅ２元系を用い、下地層として膜厚１１００ｎの酸化
珪素をＡｒ　＋　０２ガスを用いて反応性スバッタで作
成した。これをＡｒガス雰囲気中で逆スパッタし凹凸を
形成した。逆スパッタ条件を表４に、逆スパッタ時間と
凹凸の粒径との関係を表５に示す。

表４　逆スパッタ条件 れを形成しない状態と同一で、記録時６ｍＷ・消去時２
．５ｍＷである。

表５ この上に膜厚１５０ｎｍの５ｂ−Ｔｅ２元系記録膜をＡ
ｒガスを用いてスパッタ法で作成した。保護層としては
膜厚１５０ｎｍの酸化珪素をＡｒ＋０２ガスを用いて反
応性スパッタで作成した。表６に逆スパッタによる表面
あれの程度として凹凸の平均粒径をとり、結晶化時間と
の対応関係を静止型評価装置により調べた結果を示す。

なお、こζで記録消去時に投入したレーザ光出力は、全
ての試料について表面あ結晶化時間に影響を与える表面
あれの大きさは、１５ｎｍから２００ｎｍまでだった。

表面あれが１５ｎｍより小さい場合は下地層表面が未処
理状態とかわらず２０００ｎｓｅｃだった。一方、表面
あれが２５０ｎｍより大きい場合は再び２０００ｎｓｅ
ｃとなり、これ以上の表面あれでも結晶化時間は変わら
なかった。核、の数が減少して結晶成長距離が長くなっ
たため効果が得られなかったと考えられる。

表６には、未処理では２０００ｎｓｅｃを要した結晶化
時間が、２０ｎｍの表面あれ−を作ることにより２００
ｎｓｅｃまで短縮できることが示されている。

実施例１と同様な効果があるので、より結晶化時間の短
い媒体についても表面あれを形成する方法は有効なこと
がわかる。

実施例３ 実施例１，２と同様に、ポリカーボネイトからなる基板
に、実施例１，２よりひとけた結晶化時間の短い記録膜
Ｇｅ−Ｔｅ−８ｂａ元系を用いて、下地層として膜厚１
５０ｎｍの酸化ジルコニウムをに＋０２ガスを用いて反
応性スパッタで作成した。これをＡｒガス雰囲気中で逆
スパッタし凹凸を形成した。逆スパッタ条件を表７に、
逆スパッタ時間と凹凸の粒径との関係を表８に示す。

表７　逆スパッタ条件 この上に膜厚１５０ｎｍのＧｅ−Ｔｅ−８ｂ３元系記録
膜をＡｒガスを用いてスパッタ法で作成した。保護層と
しては膜厚１８０ｎｍの酸化ジルコニウムをＡｒ＋０２
ガスを用いて反応性スパッタで作成した。表９に逆スパ
ッタによる表面あれの程度として凹凸の平均粒径をとり
、結晶化時間との対応関係を前記実施例と同様に調べた
結果を示す。なお、ここで記録消去時に投入したレーザ
光出力は、全ての試料について表面あれを形成しない状
態と同一で、記録時結晶化時間に影響を与える表面あれ
の大きさは、１０ｎｍから１５０ｎｍまでだった。

表面あれが１０ｎｍより小さい場合は下地層表面が未処
理状態とかわらす１００ｎｓｅｃだった。一方、表面あ
れが１５０ｎｍより大きい場合は再び１００ｎｓｅｃと
なり、これ以上の表面あれでも結晶化時間は変わらなか
った。

表９には、未処理では１００ｎｓｅｃを要した結晶化時
間が、２０ｎｍの表面あれを作ることにより４０ｎｓｅ
ｃまで短縮できることが示されている。

実施例１，２と同様な効果があり、結晶化時間の長さに
関わらず表面あれを形成する方法が、結晶化時間を短く
し、記録消去特性を向上する手段として有効なことがわ
かる。

実施例４ 本実施例は表面あれ形成法に関わるものである。

ポリカーボネイトからなる基板に、下地層として膜厚２
００ｎｍの窒化珪素をＡｒ　＋　Ｎ２ガスを用いて反応
性スパッタ法で作成した。

この下地層をあらす方法としては、逆スパッタ法をとっ
た。比較例として、イオンミリング法、反応性イオンエ
ツチング法についても行った。

最適化された逆スパッタ条件を表１０に示す。

この方法では、２０ｎｍの表面あれを作成するのに１５
分かかった。できた表面あれは試料全体に均一だった。

この方法の利点は、窒化珪素・記録層・保護層と連続的
にできるため、短時間でディスクが作成できることであ
る。形成されたディスクには、実施例１に示したように
結晶化時間が短くなる効果が見いだされた。結晶化時間
を測定したところ場所依存性がないことが確認された。

比較例１ 上記と同様に下地層を形成し、イオンミリング法により
表面をあらした。

最適化されたイオンミリング条件を表１１に示す。

し、下地層の形成や記録層・保護層の作成と連続的に処
理できないことと、表面あれがビームの中心と外部とで
若干具なるという点がある。２０ｎｍの表面あれを作成
する条件で結晶化時間を測定したところ、ビーム中心（
５０ｍｍ基板の中心）では２００ｎｓｅｃだったのに対
して、ビームの外側（中心から半径１８ｍｍの位置）で
は３００ｎｓｅｃになった。

比較例２ 実施例４と同様の方法で下地層を作成し、反応性イオン
エツチングにより表面をあらした。

最適化された反応性イオンエツチング法による表面あれ
の形成条件を表１２に示す。

この条件で２０ｎｍ表面あれを作成するためには１０分
必要だった。この方法の利点は、逆スパッタより高速で
表面あれを形成できることである。しかこの条件で２０
ｎｍ表面あれを作成するためには２０分必要だった。ま
た、均一に表面あれを形成できた。しかし、下地層の形
成や記録層・保護層の作成と連続的に処理できないこと
と、残留異物があるという問題がある。残留異物を中心
とした結晶化が進行するため、記録消去特性にはバラつ
きがみられた。平均粒径２０ｎｍの条件で凹凸を形成し
たときの結晶化時間の測定では２００〜４００ｎｓｅｃ
の範囲で不規則なばらつきがみられた。

以上の結果から表面あれの均一性、ディスク作成の工程
数などを考えたとき、逆スパッタ法が最適であることが
わかる。

（発明の効果） 本発明による、下地層に表面あれを作った相変化光記録
媒体は、下地層未処理のものと比較して結晶化時間を大
幅に短縮できた。この結果、通常の方法ではオーバーラ
イドできないものでもオーバーライド可能性を高めるこ
とができた。

また、表面あれ形成法としては表面あれの均一性とディ
スク作成に要する時間が短いことから逆スパッタ法がよ
いことが見いだされた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、今回発明した相変化型光記録媒体を
膜堆積方向で切り出した断面図である。図中の番号につ
いて記す。 １・・・基板、２・・・下地層、３・・・表面あれ、４
・・・記録層、５・・・保護層、６・・・反射層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶質と結晶との間の相変化を利用して情報の記
   録、再生、消去をおこなう相変化型光記録媒体であって
   、基板上に下地層、記録層、保護層を順次形成された構
   成からなり、前記下地層と前記記録層の下地層側の界面
   があれていることを特徴とする相変化型光記録媒体。
2. （２）請求項（１）に記載した相変化型光記録媒体を構
   成する下地層の記録層側の界面を、逆スパッタ法であら
   すことを特徴とする相変化型光記録媒体の製造方法。