JPH0310886A - 光情報記録媒体 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学的に情報の記録、再生及び消去を行うこと
の出来る、いわゆる書換え可能な光情報記録媒体に関す
るものであって、高速記録性能を悪化させることなく、
高速消去性能を高めた記録膜とそれにかかわる媒体構成
を提供するものである。

［従来の技術］ 光照射、主にレーザ光の照射によって生じた物質の非晶
質状態と結晶質状態の間の可逆的な構造変化（相変化）
を積極的に情報の記録に利用した相変化型書換可能な光
情報記録媒体（以下、単に光媒体というンは、情報の高
速処理能力に加えて記録容量が大きく、将来の情報蓄積
装置として期待されている。

この光媒体は情報処理の高速化が一段と厳しくなるなか
で、高速記録した情報をより高速で消去する性能が要求
されている。

記録は通常、記録膜に初期結晶化を施したのち、レーザ
光により記録膜を融点以上に加熱し、その後急冷するこ
とによって非晶質状態を作り出すことにより行われるが
、記録膜の融点は６００℃程度の高温になるため、必然
的に高い出力のレーザ光源を用いることになるが、加え
て高速記録を進めるためには記録に要するレーザー出力
は、さらに高い値が求められることになる。

しかし、現状で利用可能な半導体レーザの出力には制約
があり、高速記録化を進めるためには、さらに光媒体の
高感度化の努力が必要不可欠なものとなっていた。こう
した背景から記録の高感度化に対して、照射レーザ光の
記録膜への吸収効率を出来るだけ高める努力がはられれ
ている。その中の一つの方法として、入射レーザ光の反
射先組を低く押える一方、記録膜に吸収されずに透過し
たレーザ光を光干渉膜及び光反射膜を設け、これらの膜
により光の可干渉性を利用して記録膜に有効に取込む元
媒体膜構成がある。この方法によれば、光学的には照射
レーザ光の吸収効率を高めることが出来るため記録感度
は改善されるものの、一方では高速消去性能の劣化を引
き起こすといった欠点があった。

その原因は、記録を行う場合と消去を行う場合ではレー
ザ光を照射し、記録膜を加熱した後の冷却速度が異なる
ことにある。記録はレーザ光を照射して記録膜の温度を
融点以上に一旦加熱溶融した後、急冷し、非晶質領域を
形作ることにより行われるが、一方、消去は記録膜を結
晶化温度以上の温度に加熱し、その後徐冷過程を通じて
非晶質領域を結晶化することにより行われる。記録時と
消去時の冷却速度の相違は光媒体構成の冷却特性に依存
する。このような光媒体構成の冷却特性に注目し、記録
及び消去性能の向上をはかることは、例えば、特開昭６
３−９０３９号公報に開示されている。

ここでは、記録膜には非晶質化が比較的容易な材料（Ｇ
ｅ−８ｂ−Ｔｅ−８ｅ系記録膜）ヲ用イ、金属膜に光媒
体の光学特性を劣化をすることのない反射率が高く、し
かも熱拡散率の小さなＡＬＪとＯｒからなる合金材料を
適用することで、記録膜の熱拡散を制限し、消去時の記
録膜の徐冷効果を高め、消去性能の向上をはかっている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、光媒体構成に求められる冷却特性は記録時と消
去時では相反するため、高速記録性能と高速消去性能の
両者を充分に高める上で、その構成の適正化は難かしい
ものとなっていた。

本発明は、高速記録性能と高速消去性能を備えた書換え
可能な光学記録媒体を提供することを目的としている。

［ｉＩ題を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、次の手段を講することにより可能となる。すなわち
、記録膜の主要構成元素をＧｅ。

Ｓｂ、Ｂｉ及びＴｅの４元素とすることにより解決でき
る。ここで記録膜の成分比は（ＧｅＴｅ）２（（Ｓｂ／
Ｂｉ）　　２Ｔｅ３）１なる化学式で表わされるもので
あって、各元素を原子比で表わしたときＢｉ／（Ｓｂ＋
Ｂｉ）比率が１から５５％の範囲にあることが望ましい
。１％以下では消去速度の効果的な向上が認められず、
また５５％以上では非晶質状態が不安定になるため好ま
しくない。

さらに、本発明の光媒体の主要構成を基板上に誘電体膜
、記録膜、誘電体膜及び金属膜を順次積層した構成をと
ることにより、より効果を発揮する。

ここで、誘電体膜にＺｎＳ、金属膜にＡｍＣｕ、Ａｕあ
るいは八〇の中かち少なくとも１種類の材料を用いるこ
とが望ましい。特に金属膜がＡｆＪの場合、その膜厚は
２０から２６０ｎｍの範囲にあることが望ましく、２０
ｎｍ以下あるいは２６０ｎｍ以上では記録及び消去感度
の低下が著しい。また、金属膜がＣｌ、　Ａｕあるいは
Ａａの場合、その膜厚は２０から２５０ｎｆｆｌの範囲
となることが望ましく、２０ｎｎ＋以下あるいは２５０
ｎｍ以上では記録及び消去感度の低下が著しく、好まし
いものではなかった。

［作　用］ Ｇｅ、Ｓｂ、Ｂ　ｉおよびＴｅ（７）／Ｉ元素カラなる
記録膜において、Ｂｉは記録膜の結晶化温度を低下させ
ると共に結晶化速度を高めるように作用し、非晶質状態
をより不安定な方向に導くため消去時の徐冷条件も緩和
されることが期待され、したがって記録膜の冷却速度を
誘電体膜及び金属膜の熱的性質により制御することが容
易になるため、高速記録ならびに高速消去の性能向上を
両立させることが可能なものとなる。

〔実　施　例］ 実施例１ 本発明の光媒体１０は第１図に示すように透明基板１１
上に第１の誘電体膜１２．記録＠　１３．第２の誘電体
膜１４および金属膜１５を順次積層した構成からなる。

透明基板１１には十分洗浄を施したガラス基板、第１、
第２の誘電体膜１２．１４にはｚｎｓ１金属膜１５には
Ａ１を用いた。記録膜１３にはＧｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ
の４元素を主要構成元素として化学口論組成である（Ｇ
ｅＴｅ）　　（Ｓｂ２Ｔｅ　３）と（ＧｅＴｅ）２　　
（Ｂｉ　　２Ｔｅ　３＞　　１の適宜、混合比を変化さ
せた化学物［（ＧｅＴｅ）２　　（Ｓｂ／Ｂｉ）２Ｔｅ
３）　１］を用いた。第１、第２の誘電体膜１２．１４
および記録膜１３の膜厚はそれぞれ１１５．１６５およ
び４０ｎｌに設定した。誘電体膜、記録膜、金属膜の成
膜は主に高周波マグネトロンスパッタ法により行った。

Ａｒガス圧力は１−５０■Ｔｏｒｒ　、投入電力は２Ｏ
−１００Ｗの間で適当な値に設定した。記録膜用ターゲ
ットには複合ターゲットあるいは合金ターゲットを用い
た。

記録膜（膜厚４０ｎｍ）の結晶化開始温度及び融点は示
差走査熱量計を用いて測定し、結晶化開始温度の活性化
エネルギーはキラシンジャープロットにより算出した。

結晶構造については、真空熱処理を施した試料（ＩＩ厚
１００ｎｌｌｌ　）を用意し、Ｘ線回折装置を用いて調
べた。膜組成は光電子分光分析により求めた。用意した
代表的な記録膜の組成、結晶化開始温度、融点、結晶化
開始温度の活性化エネルギーをして結晶構造を第１表に
示す。

結晶化開始温度は記録膜のＢ　ｉ／　（Ｓｂ十Ｂ　ｉ）
比率の増加と共に低下し、Ｂ　ｉ／　（Ｓｂ＋８　＋　
）＝３５．１５％のときＢｉ未含有の場合に比べて２０
℃はど低い値を示した。同様の傾向は融点においても、
認められたが、低下傾向は結晶化開始温度はど大きくは
なく、その１７２程度に止まるものであった。結晶化開
始温度の活性化エネルギーのＢ　ｉ／　（Ｓｂ＋Ｂ　ｉ
　）比率依存性はほとんど認められず１．９ｅｖ程度の
高い値が得られた。

熱処理を施さない成膜後の記録膜はＢｉ／（Ｓｂ＋Ｂ　
＋　）比率が５５％程度まで非晶質状態にあるが、それ
以上のものについては結晶析出に伴なうＸ線回折ピーク
が観測されるようになり、結晶化開始温度の測定は困難
であった。記録膜を真空熱処理し、析出結晶について調
べたところ２５０℃以下では面心立方晶、３５０℃にお
いては六方晶の結晶析出が認められた。

記録・消去特性は静止状態において、８３０ｎａ＋の波
長を有するレーザ光を光源として第２図に示す光学系を
用意した。第２図中１６は半導体レーザ、１７は］リメ
ータレンズ、１８は偏光ビームスプリッタ−１１９は１
７４波長板、２０は対物レンズ、２１は受光素子である
。開口数がおよそ０．５２の対物レンズ２０を用いて第
１図に示した構造の試料〈元媒体）１０の透明基板１１
側より記録ｌＩ！１３にレーザ光を集光、照射すること
により調べた。記録・消去特性の測定に先立って、レー
ザアニールあるいは真空熱処理により記録膜に結晶化を
施した。記録感度は信号コントラストＣを Ｃ＝　ｌｏ−Ｉａｘ　１００　（％　）Ｃ ■ａ：非晶質状態の信号強度 ■Ｃ：結晶質状態の信号強度 と定義し、一定の信号コントラストの記録を行なうのに
要するレーザ出力（以下、記録レーザ出力という）を測
定することで見積った。記録信号の再生は出力０．３か
ら０．４ｎ＋Ｉ４　、幅３０μｓの読出しレーザパルス
により行った。レーザ出力には記録膜面位置で測定した
値を用いた。第３図に記録パルス幅を６０ｎＳ一定とし
て信号コントラスト３０％を得るために必要な記録レー
ザ出力のＢｉ／（Ｓｂ＋８１）比率依存性を示す。

Ｂ　ｉ／　（Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　＞比率の増加は記録レーザ
出力の低下につながり、記録感度の向上に効果のあるこ
とがわかった。第４図に信号コントラスト３０％一定の
記録状態に対して消去パルス幅を１００ｎＳ一定として
求めた消去に必要なレーザ出力（以下、消去レーザ出力
という）とＢｉ／（Ｓｂ＋Ｂｉ）比率の関係を示す。消
去レーザ出力は前述の記録レーザ出力と同様Ｂ　ｉ／　
（Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　）比率の増加に伴なってしだいに低下
し、Ｂｉ／（Ｓ　ｂ十Ｂ　ｉ　）　＝４０％付近より飽
和する傾向を示した。消去感度は記録膜のＢ　ｉ／　（
Ｓｂ＋Ｒｉ）比率の増加と共に向上する様子が認められ
、本発明の記録膜及びその媒体構造が消去感度を高める
上で効果のあることがわかった。

次に、消去時間のＢｉ／（Ｓｂ；Ｂｉ）比率依存性につ
いて説明する。第５図は記録条件を信号コントラスト３
０％・一定として得られた消去時間とＢｉ／（Ｓｂ＋Ｂ
ｉ）比率の関係を示したものである。ここで、消去時間
は消去レーザ出力を一定とし、消去信号出力が飽和する
のに要する最少消去パルス幅と定義した。消去時間はＢ
ｉ／（Ｓｂ＋Ｂ　＋　＞比率の増加に伴なってしだいに
短縮されＢ　ｉ／　（Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　）＝３０％ではＢ
ｉを含有しない記録膜の値の１７２にまで達し、本発明
の記録膜及び媒体構造が高速消去性能に優れた効果のあ
ることが明らかになった。

へｌ金属膜を用いた元媒体の記録感度のへβ膜膜厚依存
性を第６図に示す。へ！膜の膜厚が２０ｎｌｌ以下及び
２００ｎｍ以上では記録レーザ出力は急激に増大し、記
録感度は著しく低下するため適当でないが、２０ｎｌか
ら２０００■の膜厚の範囲にあれば記録感度の向上に効
果的であり、さらには４０ｎｍから１５０ｎｌの膜厚の
範囲にあることが好適であった。

記録感度の向上に効果的なＡＪ２膜の膜厚の範囲はＢ　
ｉ／（Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　）比率により変化し第７図に示す
曲線工及び■の間の膜厚範囲に設定するとよい。

消去感度についても上述と同様の傾向が認められた。次
に、消去速度のＡ１膜の膜厚依存性を第８図に示す。消
去速度のＡｌ１膜の膜厚が２０％ｍがら２００ｎｍの範
囲にあると効果的に速くなることが期待出来るが、好ま
しくは５０％ｍから１５０ｎｌａの膜厚範囲にあること
が望ましいことがわかる。

外形５．２５インチのプレグルーブ付ポリカーボネート
基板上にＺｎ　Ｓ／記録膜（Ｂ　ｉ／　（Ｓｂ＋ａ　＋
　＞　＝３５．１５％）　／Ｚｎ　Ｓ／Ａｌｌ／紫外線
硬化樹脂を順次積層した光メモリ−ディスクを作成し、
動特性の測定を行った。動特性の評価に用いたレーザ光
源の波長は８３０ｎｍ　１対物レンズの開口数は０．５
２である。動特性の測定に先立って基板を回転させた状
態で直流レーザ光により記録膜の初期結晶化を行った。

分解能バンド幅を３０にＨ２として、線速１６．９ｍ／
ｓ、記録レーザ出力１９ｍＷ、そしてキャリア周波数１
０Ｍ　Ｈｚの条件の下で、５０．５４　ｄＢという高い
ＣＮ比が得られ、高速にして高感度な記録が可能である
ことが確かめられた（第９図）。

さらに、高速記録及び高速消去性能は記録レーザ出＼ツ
カ１８ｍＷ、消去レーザ出カフ１１４そしてキャリア周
波数に４ＭＨ２と５　Ｍ　ｌ−１ｚの２種類を用いて交
互にオーバーライドが可能であることから確認できた。

このときの消去率は２６ｄ　Ｂと良好な値であった。

以上のように、本発明の記録膜及び光媒体の構造は高速
記録ならびに高速消去性能を同時に向上させる効果のあ
ることが明らかになった。

なお、誘電体膜にＺｎＳに代ってＴａ　２０５あるいは
ＳｔＯ２を用いた場合、記録感度はｚｎＳを用いたとき
に比べて大きく低下し、例えば記録時のパルス幅を４０
から１００ｎＳの範囲に設定すると２５＋ａｌｌのレー
ザ出力においてさえ記録を行うことは不可能であった。

また、消去感度及び消去速度も悪化するため高速記録、
高速消去には不適当なものであった。同様に、誘電体膜
にＺｎＳを用い、金属膜にＡｌ２に代ってＴｉ（膜厚１
０１００ｎを用いた場合も記録・消去性能は低下し高速
記録、高速消去には適さないものであった。

記録膜には、化学量論組成である（ＧｅＴｅ）２（Ｓｂ
　　Ｔｅ　　３）　　１と（ＧｅＴｅ）２　（Ｂｉ　　
２Ｔｅ５）１の混合物を用いたが、この他にも化学量論
組成である（ＧｅＴｅ）　　（Ｓｂ２Ｔｅ３）１と（Ｇ
ｅＴｅ）　　　（Ｂ　ｉ　　２Ｔｅ３　）１（７）ｆｉ
合物であっても何んらさしつかえな（、同様の記録・消
去性能が期待出来る。

光ディスクは実施例に示した構成のものに限定されるも
のではなく、その他に同様の光ディスクを２枚用意し、
紫外線硬化樹脂面を対向させた形で接着剤で貼り合せた
構造であってもよく、ざらには１板の基板の両面に実施
例とは逆の順番で各膜を積層し、表面に紫外線硬化樹脂
等からなる保護膜を形成した構成であっても何らさしつ
かえない。

実施例２ 金属膜にＡ１に代ってＣｕを用いた以外は実施例１と同
様である。記録感度は第１０図に示すごと＜Ａ４２ｇ１
を用いた場合よりもさらに良好なものであった。記録感
度の向上に効果的なＣＵＳの膜厚の範囲はＢ　ｉ／　（
Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　）比率の増加と共に厚膜側に移る傾向に
あり、第１６図の曲線工と曲線■の間にあることが好ま
しいものであった。消去感度及び消去時間についてもお
よそ同様の膜厚範囲が適当なものであった。

以上のように、ＱｔＪを金属膜に用いることによって実
施例１と同様高速記録及び高速消去性能を両立させる効
果が確認できた。

実施例３ 金属膜にＡｌ２に代ってＡＵを用いた以外は実施例１と
同様である。Ａｕ！ｉの膜厚は実施例２のＣＵの場合と
同様の範囲が適当であった。記録及び消去感度共に実施
例２のＣｕの場合と同様の良好な特性が得られた。また
、記録速度及び消去速度についても実施例２と同様に高
速性能を有することを確認した。例えば、Ｂ　ｉ／　（
Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　）　＝３５．１５％の場合、信号コント
ラスト３０％を得るのに要する記録条件はパルス幅６０
ｎＳのとき記録レーザ出力１７．８ａｌｌであった。消
去条件は消去レーザ出力を５．３ｒａＨとすると消去パ
ルス幅は６０ｎｓとなり高速消去が可能であった。

実施例１と同様に光ディスクを作成し、動特性の測定を
行った。ＣＮ比及びオーバーライド性能共に実施例１と
同様に良好なものであった。特にＣＮ比はへ１膜の場合
よりも２から４ｄＢはど高い値を示した。

以上のように、ＡＩｌやＣｕに代ってＡＵを金属膜に用
いた場合にも記録及び消去共に高速化される効果のある
ことが確かめられた。

実施例４ 金属膜にＡｕに代ってＡＧを用いた以外は実施例３と同
様である。ＡＧ膜の膜厚は実施例１のＣＵの場合と同様
の範囲が適当であった。記録及び消去感度共に実施例３
のＡｕの場合と同様良好なものであった。記録速度及び
消去速度についても実施例３と同様高速性能を有するこ
とを確認した。

例えば、Ｂ　ｉ　／　（Ｓ　ｂ＋Ｂ　ｉ　）　＝１２．
０９％の場合信号コントラスト３０％を得るのに要する
記録条件は記録レーザ出力１５　、３ｍ１４としてパル
ス幅５ｏｎｓであった。消去条件は消去レーザ出力を５
．３ｍＷとすると消去パルス幅は６０ｎｓとなり、高速
消去が可能であった。

以上のように、ＡＩ　ＣＬＪをして八〇に代ってＡＱを
金属膜に用いた場合にも記録及び消去共に高速化される
効果のあることが確かめられた。

比較例１ 記録膜にＢ　ｉ／　（Ｓｂ＋Ｂ　ｉ　）＝Ｏを用い、実
施例１と同様の媒体構造について記録、消去感度ならび
に記録・消去速度について調らべた。

記録速度は特に劣るものではなかったが記録感度はＢｉ
含有記録膜を用いた場合よりも若干悪化する傾向にあり
、好ましいものではなかった。消去感度についても同様
であった。消去速度は消去レーザ出力が５．３ａ＋Ｈの
場合、消去パルス幅は１２０ｎｓとＢ　ｉ　／　（Ｓ　
ｂ　＋　Ｂ　ｉ　）　−３５，１５％（７）記ＢＨ（１
）２倍にもなり、高速消去には不適当なものであった。

［発明の効果］ Ｑｅ、３ｂ、　ＢｉそしてＴｅの４元素を主要構成元素
とする記録膜と記録膜への光吸収効率を高めると共に記
録膜の冷却過程を制御する媒体の構成とによって、高速
記録ならびに高速消去性能の向上を同時に達成すること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかわる元媒体の構成断面図
、第２図は静止状態での記録・消去特性を測定する装置
の側面図、第３図は記録感度の記録膜組成依存性を示す
線図、第４図は消去感度の記録膜組成依存性を示す線図
、第５図は消去時間の記録膜組成依存性を示す線図、第
６図は記録感度のΔｌｌｌ膜厚依存性示す縮図、第７図
は記録感度の向上に効果的な／Ｍｌ膜ｊｇ範囲を示す線
図、第８図は消去時間のＡｆ膜膜厚依存性を示す縮図、
第９図は測定したＯＮスペクトル線図、第１０図は記録
感度のＣｕ［ｌｌ膜厚依存性を示す線図、第１１図は記
録感度の向上に有効なＣｕ１ｌ膜厚依存性を示す線図で
ある。 瀉 図 １１２図 第５図 第　６　図 非酸化物ガラス研究開発株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光照射によって記録膜の非晶質状態と結晶質状態の
   間の可逆的な相転移を生ぜしめ、もって情報の記録及び
   消去を可能にした書換え型光情報記録媒体において、記
   録膜の主要構成元素がＧｅ、Ｓｂ、ＢｉおよびＴｃの４
   元素からなることを特徴とする書換え型光情報記録媒体
   。 ２　記録膜が化学式（ＧｅＴｅ）＿２｛（Ｓｂ／Ｂｉ）
   ＿２Ｔｅ＿３｝＿１で表わされるものであつて、（Ｓｂ
   及びＢｉをそれぞれ原子比で表わしたときＢｉ／Ｓｂ＋
   Ｂｉ）比率が１から５５％の範囲にあることを特徴とす
   る請求項１記載の書換え型光情報記録媒体。３　書換え
   型光情報記録媒体の主要膜構成が基板上に誘電体膜、記
   録膜、誘電体膜および金属膜を順次積層してなることを
   特徴とする請求項１または２記載の書換え型光情報記録
   媒体。 ４　書替え型光情報記録媒体の主要膜の誘電体膜にＺｎ
   Ｓを用い、金属膜としてＡｌ、Ｃｕ、ＡｕあるいはＡｇ
   の中から選ばれた少なくとも１種類の材料を用いたこと
   を特徴とする請求項３記載の書換え型光情報記録媒体。 ５　金属膜がＡｌの場合、その膜厚が２０から２６０ｎ
   ｍの範囲にあることを特徴とする請求項３または４記載
   の書換え型光情報記録媒体。 ６　金属膜がＣｕ、ＡｕあるいはＡｇの場合、その膜厚
   が２０から２５０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請
   求項３または４記載の書換え型光情報記録媒体。