JPH0355891B2

JPH0355891B2 -

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Publication number: JPH0355891B2
Application number: JP60006670A
Authority: JP
Priority date: 1985-01-19
Filing date: 1985-01-19
Publication date: 1991-08-26
Also published as: JPS61168144A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光記録技術に関する。本発明は、さら
に詳しく述べると、例えばレーザ光のような光パ
ルスをパワー及び照射時間を異にする２条件の下
で光記録層に照射してその層の照射部分において
反射率又は透過率の変化をひきおこし、この光学
的な性質の変化を利用して情報の記録、再生、消
去、そして再記録を行なうタイプの光記録媒体、
例えば光デイスクに関する。このようなタイプの
光記録媒体は、一般に、情報の書き換えが可能
な、換言すると、繰り返し使用が可能な、光記録
媒体と呼ばれている。

〔従来の技術〕

従来広く用いられている書き換え可能な光記録
媒体は、例えば、ガラスやプラスチツク材料（例
えばポリメチルメタクリレートのようなアクリル
樹脂）からなる基板と、該基板上に蒸着等によつ
て被覆された、例ええはTe、Se、Ge、Sb、Sn、
Ｓなどの金属又は半金属あるいはその合金の薄
膜、例えばGe₁₅Te₈₁S₂P₂からなる光記録層とか
ら構成されており、また、光記録層を酸化などか
ら保護するため、例えばSiO₂、Al₂O₃などの金属
酸化物からなる保護膜を上方に有している。この
ような光記録媒体を使用して、例えば次のように
情報の書き込みや消去を行なうことができる：最初、光記録媒体に光ビームを全面照射して加
熱し、光記録層を結晶性の高い状態（結晶が規則
正しく配列された状態／安定な低抵抗状態；いわ
ゆる〓結晶状態”）にする。次いで、情報の書き
込みのため、短い強パルス光を照射して加熱急冷
する。すると、パルス光の照射部分の結晶性が低
下し、結晶性の低い状態（結晶構造の乱れた状
態／安定な高抵抗状態；いわゆる〓非晶質状態”）
となる。この状態では、反射率が低く（また、透
過率が高く）したがつて、情報が書き込まれたこ
ととなる。このようにして書き込まれた情報は、
次いで、情報記録部分に長い弱パルス光を照射し
て加熱徐冷することによつて消去することができ
る。すなわち、かかる弱パルス光の照射の結果、
非晶質状態にあつた光記録層がもとの状態である
結晶状態に戻るからである。要するに、この光記
録媒体では、光記録層の相変態（結晶状態〜非晶
質状態の可逆的変化）を利用して情報の書き込み
や消去を行なうことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記したタイプの光記録媒体で
は、情報の書き込み時に結晶構造（配列）の乱れ
た状態を使用しているので、情報保持に本質的な
不安定性がつきまとうという欠点がある。なぜな
らば、非晶質状態は結晶状態に至る準安定状態だ
からであり、熱エネルギーや化学エネルギーの印
加の結果として容易に結晶状態へと遷移可能であ
るからである。実際、このような情報保持の不安
定性に原因して一旦書き込まれた情報が失われや
すいことが広く認識されている。本発明は、した
がつて、このような従来の技術の問題点を解決し
て、安定に情報保持が可能である改良された光記
録媒体を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、このたび、光パルスをパワー及
び照射時間を異にする２条件の下で照射すること
によつて結晶状態〜結晶状態間で惹起される照射
部分の反射率又は透過率の変化から情報の記録、
再生、消去、そして再記録が可能である薄膜状の
光記録層を有する光記録媒体であつて、前記光記
録層がインジウムとビスマスの合金からなりか
つ、その際、該合金の組成が、原子比で、インジウム 30〜90％及びビスマス 10〜70％であるような光記録媒体によつて、上述の問題点
を解決し得るということを見い出した。

本発明の光記録層は、１つの好ましい面におい
て、前記合金全体に対する原子比で０〜20％の、
アルミニウム、シリコン、燐、硫黄、亜鉛、ガリ
ウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、銀、カドミ
ウム、錫、アンチモン、テルル、タリウム及び鉛
からなる群から選ばれた１種類以上の金属をさら
に有していてもよい。このような金属を添加剤と
して使用すると、以下に詳細に述べる通りに、イ
ンジウムの占める割合が大である場合に発生する
インジウムの偏析を防止したり、コントラストを
増大させたり、感度を増大させたりすることがで
きる。

本発明の光記録媒体は、例えば、第１図に断面
で示されるような構造を有することができる。図
中の１は基板であり、この基板上に順次光記録層
２及び保護膜３が被覆されている。なお、図示の
膜厚は便宜的なものであつて、正確な比率を示す
ものではないことを予め理解されたい。

基板１は、この技術分野において一般的に用い
られている材料、例えばポリメチルメタクリレー
トのようなアクリル樹脂やガラスなどからなるこ
とができる。

基板１上の光記録層２は、蒸着源であるインジ
ウムとビスマスを別々に独立させて配置するかも
しくは所定の組成比をもつた合金の形で配置し
て、真空蒸着法、スパツタ法等によつて有利に形
成することができる。なお、蒸着源としてインジ
ウム−ビスマス合金を使用する場合、蒸着源と蒸
着膜の組成に差がでてくることを予め注意しなけ
ればならない。この光記録層２の膜厚は、一般
に、約300〜2000Åであるのが有利である。

形成された光記録層２上には、この技術分野に
おいて広く行われているように保護膜３をスピン
コート法、蒸着法、スパツタ法等によつて被覆す
ることができる。このような保護膜の例として、
有機高分子材料、例えばポリメチルメタクリレー
ト、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂や紫外線硬化
型の樹脂（いわゆる2P樹脂）、金属酸化物、例え
ばSiO₂、Al₂O₃など、場合により金属窒化物など
をあげることができる。通常、保護膜３の膜厚は
約500〜3000Åであるのが好ましい。

本発明の光記録媒体は、また、第２図に示され
るような構造を有することもできる。この媒体の
構造は、光記録層２をはさんで新たに薄い無機物
質層４及び５が設けられた点を除いて前記第１図
の構造に同じである。光記録層２を層４及び５で
サンドイツチしたことの結果、例えばアクリル基
板を使用した場合に光記録層２が空気中の水分の
影響を受けるなどの不都合を未然に防止すること
ができる。これらの層を形成する無機物質の例と
しては、SiO₂、SnO₂などをあげることができる。
膜厚は高々数100Åである。

〔実施例〕

例１外径300mm及び厚さ1.2mmの円板状のアクリル基
板（ポリメチルメタクリレート）を用意し、これ
を十分に洗浄した。この基板を真空蒸着機にセツ
トし、インジウム及びビスマスをそれぞれ独立の
蒸着源より蒸着した。この真空蒸着時、基板を回
転させることによつてインジウムとビスマスを均
一に混合し、また、蒸着速度が一定になるよう制
御した。インジウムとビスマスの割合は下記のよ
うにいろいろに変更したが、形成された光記録層
の膜厚はいずれも1200Åであつた。さらに、この
光記録層上に保護膜としてのポリスチレンを1000
Åでスピンコートした。

例２前記例１に記載のようにして製作した光記録媒
体のサンプルをスピンドル上に載置し、そして、
基板を静止した状態で、半導体レーザー（波長
830nｍ）の光をコリメータレンズ及び対物レン
ズによりビーム径1μｍに絞つた光学ヘツドによ
り照射した。この照射の結果、媒体のうち半導体
レーザー光の集束ビームを照射した部分が結晶状
態に変化した。

次いで、この媒体の書き換え可能性を評価する
ため、パワー、パルス幅を異にする２種類のレー
ザー光パルスを交互に媒体に照射し、その間0.1
〜0.2ｍＷの低パワーのレーザー光で反射率の変
化を測定した。先ず、情報の書き込みのため、パ
ワー20ｍＷ、パルス幅200nsのパルス光を媒体に
照射したところ、その照射部分が加熱−急冷され
たことの結果、照射部分の構造が変化し、反射率
が高い状態となつた。この部分にさらに消去パル
ス、すなわち、パワー５ｍＷ、パルス幅500nsの
パルス光を照射したところ、その照射部分の構造
が変化し、反射率が低い状態となつた。また、こ
の反射率は可逆的に変化し、大パワー、短パルス
幅のレーザー照射後に反射率が上昇し、小パワ
ー、長パルス幅のレーザー照射後に反射率が低下
した。

ところで、上述のような反射率の可逆的な変
化、換言すると、情報の書き換えはインジウムと
ビスマスの割合がある範囲にある場合に限つて可
能であり、その範囲外では反射率に差が生じず、
書き換え不可能であることが判明した。実験か
ら、合金中に占めるビスマスの割合が原子比で５
％から70％までの時に可逆的な反射率の変化がお
こり得ることが確認された。但し、ビスマスが10
％未満であると、結果的に合金中に占めるインジ
ウムの割合が増加し、インジウムの偏析が生じる
傾向にあるので、この範囲は実用上不適当であ
る。したがつて、本発明の実施においては、ビス
マスが原子比で10〜70％であるのが適当である。

次いで、媒体の記録部分及び未記録部分の結晶
状態を比較するため、透過型電子顕微鏡を用いて
回折パターンを観察した。基板から保護膜を剥離
して光記録層の状態を回折パターンから観察した
ところ、未記録部分（レーザー光未照射部分）で
は非晶質膜に特有のハローパターンが認められ
た。一方、記録部分（レーザー光照射部分）で
は、高反射率状態、低反射率状態ともに結晶によ
り回折されたスポツトが出来、いずれの状態も結
晶状態にあることが確認された。

例３本例では本発明による光記録媒体の耐久性に関
して試験した。

前記例１に記載の手法に従い下記の３種類の光
記録媒体を製作した：サンプル１（対照）スライドガラスと同形のアクリル基板にIn_0.7
Bi_0.3合金（他の２サンプルも同じ）を蒸着し
た。この層を熱処理せず、また、保護膜も被覆
しなかつた。

サンプル２（本発明）スライドガラスと同形のアクリル基板にIn_0.7
Bi_0.3合金を蒸着し、そしてこの層を80℃で２
時間熱処理して結晶化させた。このサンプルで
も保護膜を被覆しなかつた。

サンプル３（本発明）前記サンプル２を600rpmで回転させながら、
この媒体に半導体レーザ光の集束ビームを同心
円状に照射して2MHzの信号を記録した。この
サンプルでも保護膜を被覆しなかつた。

上記したサンプル１、２及び３のそれぞれを温
度70℃及び相対湿度（RH）85％の雰囲気中で保
持して経時的な反射率変化、そしてＣ／Ｎ比（キ
ヤリア対ノイズ）の変化を測定した。第３図及び
第４図にプロツトしたような結果が得られた。

サンプル１は、第３図に曲線で示されるよう
に、経時的に著しい反射率変化を呈示した。とこ
ろが、これとは対照的に、本発明の媒体の例であ
るサンプル２は、第３図に曲線で示されるよう
に、非常に安定な反射率を呈示した。実際、サン
プル２の反射率は３ヶ月後でも殆ど変化しなかつ
た。また、サンプル３の記録部の反射率変化も前
記サンプル２のそれにほぼ同じであつた。

サンプル３の記録部は、第４図に曲線で示さ
れるようなＣ／Ｎ比の変化を示した。この図から
明らかなように、このサンプルは、３ヶ月後にお
いてもわずかに3dB以下のＣ／Ｎ比の低下を示す
にすぎなかつた。

例４本例では本発明による光記録媒体の光記録層に
金属添加物を加えた場合の安定性の向上に関して
評価した。

前記例１に記載のようにして本発明の光記録媒
体を製作した。但し、この媒体の光記録層の組成
はIn_0.7Bi_0.3であり、これに合金全体に対して原子
比で５％、10％及び20％のヒ素（As）をそれぞ
れ含有させた。これらの媒体のそれぞれを前記例
２に記載の手法により書き換え可能性に関して評
価したところ、いずれの場合にもヒ素無添加の場
合に較べてインジウムの偏析が起きにくくなり、
安定化に役立つていることが判つた。

さらに、Asに代えて他の金属添加物、Al、Si、
Zn、Ge、Ag、Sb、Se、Teを添加しても同様な
効果を得ることができる。

例５本例では本発明による光記録媒体の光記録層に
金属添加物を加えた場合のコントラストの増大に
関して評価した。

前記例１に記載のようにして本発明の光記録媒
体を製作した。但し、本例の場合、この媒体の光
記録層の組成はIn_0.7Bi_0.3であり、これに錫（Sn）
を含有させないかもしくは合金全体に対して原子
比で５％、10％及び20％の錫をそれぞれ含有させ
た。これらの媒体のそれぞれを高反射率状態の部
分と低反射率状態の部分のコントラストに関して
評価したところ、特に錫を５％又は10％含有させ
た場合にコントラストが増大したことが判つた。
結果を次表に記載する。

Sn（％）コントラスト（％）０ 16 ５ 21 10 18 20 15 なお、この表のコントラスト（％）は、高反射
率状態と低反射率状態の反射率の差を高反射率状
態の反射率で割り、これに100を掛けたものであ
る。

さらに、Snに代えて他の金属添加物、As、
Cd、Tl、Pbを添加しても同様な効果を得ること
ができた。

例６本例では本発明による光記録媒体の光記録層に
金属添加物を加えた場合の感度の増大に関して評
価した。

前記例１に記載のようにして本発明の光記録媒
体を製作した。但し、本例の場合、この媒体の光
記録層の組成はIn_0.7Bi_0.3であり、これにガリウム
（Ga）を含有させないかもしくは合金全体に対し
て原子比で５％、10％及び20％のガリウムをそれ
ぞれ含有させた。これらの媒体のそれぞれを高反
射率状態の部分と低反射率状態の部分のコントラ
ストに関して、但し、高パワー、短パルス幅のレ
ーザー光の照射パワーを変えて、評価したとこ
ろ、ガリウムを添加するにつれてコントラストが
増大したことが判つた。結果を第５図に示す。ま
た、この第５図の結果から、ガリウムを添加する
と感度が増大することが自明である。なお、第５
図において、曲線ａはGa ０％を、曲線ｂはGa
５％を、曲線ｃはGa10％を、そして曲線ｄはGa
20％を、それぞれ表わす。

さらに、Gaに代えて他の金属添加物、Ｐ、Ｓ、
Se、Snを添加しても同様な効果を得ることがで
きた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、書き換え可能な光記録媒体の
耐久性を高めることができ、情報保持性も安定に
保持することができる。さらに、この本発明の媒
体では信号品質の劣化は不存在である。結果とし
て、本発明によれば、光学的記憶装置の信頼性を
著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、本発明による
光記録媒体の好ましい構成例を示した断面図であ
り、第３図は、経過時間と反射率の関係を示した
グラフ、第４図は、経過時間とＣ／Ｎ比の関係を
示したグラフ、そして第５図は、照射パワーとコ
ントラストの関係を示したグラフである。図中、１は基板、２は光記録層、そして３は保
護膜である。

Claims

【特許請求の範囲】１光パルスの照射によつて惹起される照射部分
の反射率又は透過率の変化から情報の記録、再
生、消去、そして再記録が可能である薄膜状の光
記録層を有する光記録媒体であつて、前記光記録
層がインジウムとビスマスの合金からなりかつ、
その際、該合金の組成が、原子比で、インジウム 30〜90％及びビスマス 10〜70％であることを特徴とする光記録媒体。２前記合金全体に対する原子比で０〜20％の、
アルミニウム、シリコン、燐、硫黄、亜鉛、ガリ
ウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、銀、カドミ
ウム、錫、アンチモン、テルル、タリウム及び鉛
からなる群から選ばれた１種類以上の金属をさら
に前記光記録層に有している、特許請求の範囲第
１項に記載の光記録媒体。