JPH04223191A - 相変化型光記録媒体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光の照射によ
る、光記録材料層の結晶状態の可逆的光学変化を利用す
る光記録媒体であって、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを光記録材
料層の主構成元素とする相変化型光記録媒体に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報記録の高密度化、大容量化に
対する要求が高まり、国内外でその研究が盛んに行われ
ている。とくに光記録媒体は、従来の磁気記録媒体に比
べ高い記録密度を有し、さらに記録、再生ヘッドと記録
媒体とが非接触状態で情報の記録、再生ができるために
記録媒体の損傷も少なく、加えて長寿命であるなどの特
徴があることから、膨大な情報量を記録、再生する高密
度、大容量の記録方式として有望視されている。この光
記録媒体は用途に応じ再生専用型、追記型、書換型の３
種類に大別することができる。再生専用型は情報の読出
のみが可能な再生専用記録媒体であり、一方、追記型は
、必要に応じて情報を記録し再生することはできるが、
記録した情報の消去は不可能な光記録媒体である。 これに対し書換型は情報の記録、再生と、さらに記録済
の情報を消去して書換ることが可能な光記録媒体であり
、コンピュータ用のデータファイル等としての利用など
に、最も期待の大きいものである。書換型の光記録媒体
については、光磁気方式と相変化方式の２つの記録方式
の開発が進められており、いずれの方式も記録材料や書
込み機構などの点で研究、開発の途上である。上記方式
のうち、相変化方式は一般に、パルス出力と、パルス幅
とを制御されたレーザー光等を媒体の記録表面に集光し
て加熱する。そのレーザー光等の光記録媒体の表面の光
記録材料は、このレーザー光の加熱により相変化し、結
晶状態から非結晶状態への移行又は相転移などを起こす
。光記録媒体は、相変化した状態の、例えば結晶状態と
非結晶状態の、各状態における反射率の違いで情報の記
録と消去を行うものである。

【０００３】この相変化方式の光記録媒体の通常の構造
は、多くのトラッキング溝を設けたポリカーボネートな
どの基板表面に、ＺｎＳなどのセラミック等よりなる保
護層を形成し、その保護層上に記録材料層を設け、さら
にその記録材料層上にセラミック等よりなる保護層を再
度形成し、さらに有機物の表面保護層を順次堆積させた
構造である。また、保護層と有機物の表面保護層の間に
Ａｌ等の反射・冷却層を設けることも行われる。この反
射・冷却層は、基板から入射したレーザー光等を反射し
てレーザー光等の利用効率を上げる目的と、上記記録材
料層が結晶状態から非結晶状態へ変化の際における溶融
状態からの冷却速度を上げる目的とを持っている。記録
材料層が溶融状態にある場合は、セラミック保護層は断
熱層として作用する。なお、上述の光記録媒体に対し、
レーザー光等は媒体の記録材料層を有する側と反対の面
から入射される。

【０００４】この様な相変化型の光記録媒体では、光記
録材料が結晶の状態を初期状態とし、結晶状態の記録材
料をレーザー光等で照射融解した後急冷して、非結晶状
態のスポットを形成した状態を情報記録状態とする。消
去動作は、上記光記録材料の非結晶状態のスポットにレ
ーザー光等を照射しアニールして結晶状態に戻す。この
ように相変化型の光記録媒体は結晶状態と非結晶状態の
反射率差で情報の記録を行う記録媒体である。

【０００５】上述した相変化型光記録媒体の光記録材料
として、Ｇｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　が結晶組成であるＧ
ｅ、Ｓｂ及びＴｅを主構成元素とする材料が採用されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような相変化型の
光記録媒体の最大の問題点は、書換動作の繰り返しの耐
久力である。実用的には１０６　回の書換動作の繰り返
し、即ち１０６　回の情報の記録、再生とさらに記録済
の情報を消去の動作の繰り返しを行うことを要求される
。 しかしながら、従来の光記録媒体では、１０５　回を越
えると媒体上に欠陥が形成されて書換エラーが増加する
と言う問題点がある。

【０００７】この問題点の原因は、書換動作である結晶
状態から非結晶状態への、或いは逆に非結晶状態から結
晶状態への相変化時に溶融した光記録材料が、媒体の回
転による遠心力或いは保護膜の内部応力等により流動し
、その材料の一部にボイドが発生するためと考えられる
。

【０００８】この問題の対応策の一つとして、材料成分
を変えて粘性係数を上げる方法がある。光記録材料であ
るＧｅ、Ｓｂ及びＴｅを主構成元素とした材料は、原子
数比がＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の材料で粘性係数が最
小となる。このため材料中のＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの比率
がＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の原子数比から異なるに従
い、粘性係数が上昇し材料の流動は少なくなる。また、
この材料にＧｅ、Ｓｂ又はＴｅ以外の成分を添加する場
合においても、粘性係数は増加し材料の流動は少なくな
る。

【０００９】しかしながら、材料の原子数比がＧｅ２　
Ｓｂ２　Ｔｅ５　よりずれるに従い、結晶化の速度が遅
くなり、書換動作における消去時の再結晶の結晶化の比
率、即ちオーバライト時の消去比が低下し、書換動作エ
ラーが増加する。このように、材料に添加物を添加し、
粘性係数を上げるだけではこの問題の解決とはならない
。

【００１０】そこで本発明の目的は、材料の成分を変え
ずに、或いは、上記のような結晶化速度の遅れの影響が
見られない範囲に材料成分の変更を抑えながら、書換時
に溶融した光記録材料層の流動を抑制し、書換動作の繰
り返し耐久性の高い光記録媒体を供給することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題である、溶融
した光記録材料層の流動を抑える新たな方法として、本
発明において講じた手段は、光記録材料層を２０ｎｍ未
満の薄膜化層とするものである。

【００１２】さらに、その薄膜化層を原子数比がＧｅ２
　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の材料に最大５アトミック％の添加
物を添加した材料で形成することが望ましい。なお、添
加物としては、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系の材料の他に、Ｃｕ
、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ又はＮｉであっても良い。

【００１３】

【作用】上記の手段によれば、光記録材料層を薄膜化層
とすることにより、書換時に溶融した光記録材料の流動
における摩擦抵抗係数が増加し、その結果、材料の流動
は抑制される。そして、上記のような膜厚が２０ｎｍ未
満の流動を抑制された光記録材料層では、書換動作の繰
り返しによるボイドの発生が減少し、この光記録材料層
をもつ光記録媒体における急激なエラーレートの増加が
抑えられる。

【００１４】また、この薄膜化層を、原子数比がＧｅ２
　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の材料に添加物を加えた材料で形成
する場合には、その材料層の粘性係数が増加することに
よって、上記薄膜化層の作用が増強され、さらに流動が
抑制される。上記の添加物の添加量が、最大５アトミッ
ク％であれば、添加物による書換時の再結晶化速度によ
るエラーレートの影響は見られず、その光記録材料によ
り、実用化可能な書換動作の繰り返し耐久力のある光記
録媒体が形成される。

【００１５】

【実施例】（実施例１）本発明におけるＧｅ−Ｓｂ−Ｔ
ｅ系の光記録材料の薄膜は、ＲＦマグネトロンスパッタ
法により形成される。光記録媒体基板はポリカーボネー
ト製のディスク状であり、この表面に保護膜であるＺｎ
Ｓ膜、光記録材料であるＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　膜、
逆側の保護膜であるＺｎＳ膜、さらに反射・冷却膜であ
るＡｌ膜の順にスパッタ膜を形成する。各膜の膜厚はそ
れぞれ１００ｎｍ、Ｘｎｍ、１７０ｎｍ、１００ｎｍと
し、光記録材料膜であるＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　膜の
膜厚Ｘは１５ｎｍ、１９ｎｍ、２５ｎｍの３ケースにつ
き書換動作の繰り返し耐久性に対する影響を調べる。各
ケースにおける、書換動作の繰り返し回数とエラーレー
トを添付図１に示す。

【００１６】光記録ディスクの直径は８６ｍｍであり、
このディスクを初期化後、３６００ｒｐｍで回転させな
がら、波長８３０ｎｍの半導体レーザーによりオーバー
ライトの繰り返しを行う。本実施例の光記録ディスクの
記録容量は約６ｘ１０５　ｂｙｔｅであリ、書込み条件
は、周波数５．８ＭＨｚ、パルス幅６０ｎｓ、ピークパ
ワー１２ｍＷ及びバイアスパワー６ｍＷである。

【００１７】書換動作におけるＣＮ比は５２ｄＢ、消去
比は２９ｄＢであり、繰り返しによる変化はない。添付
図１に示すように、本実施例であるＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔ
ｅ５　のみの光記録材料層において、その膜厚が１５ｎ
ｍの場合、１０６　回の繰り返し書換動作後においても
エラーレートは１０−５以下であり、実用化に必要な耐
久性を有している。

【００１８】（実施例２）本実施例における記録媒体は
、実施例１と同様の光記録ディスクであり、その光記録
材料は原子数の比がＧｅ２　Ｓｂ２Ｔｅ５　の材料に、
Ｓｂを５アトミック％添加した材料である。他の条件は
実施例１と同様につき説明を省く。光記録材料膜の膜厚
Ｘを１５ｎｍ、１９ｎｍ、２５ｎｍとした３ケースの書
換動作の繰り返し耐久性に対する影響を調べる。本実施
例における、書換動作の繰り返し回数とエラーレートを
添付図２に纏める。

【００１９】書換動作におけるＣＮ比は５３ｄＢ、消去
比は２６ｄＢであり、繰り返しによる変化はないが、さ
らにＳｂの添加量を増加した場合は、消去比が低下し、
消え残りによる書換動作のエラーレートが増加する。添
付図２に示すように、本実施例であるＧｅ２　Ｓｂ２　
Ｔｅ５　に５アトミック％のＳｂを添加した光記録材料
層においては、実施例１と比較し全体的にエラーレート
が低下し、その膜厚が１９ｎｍの場合、１０６　回の繰
り返し書換動作後においてもエラーレートは１０−５以
下である。

【００２０】Ｓｂに替えＧｅ又はＴｅを添加した場合に
おいても、同様な結果を得る。以上より、Ｇｅ−Ｓｂ−
Ｔｅ系の光記録材料層においてＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５
　に添加可能なＧｅ、Ｓｂ又はＴｅの量の上限は５アト
ミック％であり、この光記録材料層の膜厚は２０ｎｍ未
満であれば実用化に必要な耐久性を有している。

【００２１】（実施例３）本実施例における記録媒体は
、実施例１と同様の光記録ディスクであり、その光記録
材料は原子数比がＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の材料に、
Ｃｕを５アトミック％添加した材料である。他の条件は
実施例１と同様につき説明を省く。光記録材料膜の膜厚
Ｘを１５ｎｍ、１９ｎｍ、２５ｎｍとした３ケースの書
換動作の繰り返し耐久性に対する影響を調べる。本実施
例における、書換動作の繰り返し回数とエラーレートを
添付図３に纏める。

【００２２】書換動作におけるＣＮ比、消去比は実施例
２とほぼ同様であり、添加量においても実施例２同様、
５アトミック％を越えた場合は、消去比が低下し、消え
残りによる書換動作のエラーレートが増加する。添付図
３に示すように、本実施例であるＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ
５　に、５アトミック％のＣｕを添加した光記録材料層
においては、実施例２と同様に、実施例１と比較し全体
的にエラーレートが低下し、その膜厚が１９ｎｍの場合
、１０６　回の繰り返し書換動作後においてもエラーレ
ートは１０−５以下である。

【００２３】Ｃｕに替えＡｕ、Ａｇ、Ｃｏ又はＮｉを添
加した場合においても、同様な結果を得る。以上より、
Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系の光記録材料層においてＧｅ２　Ｓ
ｂ２　Ｔｅ５　への添加物の添加量の上限は５アトミッ
ク％であり、この光記録材料層の膜厚は２０ｎｍ未満で
あれば実用化に必要な耐久性を有している。

【００２４】以上、図１乃至図３に示される実験の結果
は、光記録材料層の膜厚を２０ｎｍ未満とした場合、実
用段階で要求される１０６　回の書換動作に対し、急激
なエラーレートの増加のない光記録媒体であることを示
している。また、光記録材料層への各種の添加物の添加
量の上限はいずれも５アトミック％である。さらに、Ｇ
ｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　のみの光記録材料層であれば１
５ｎｍ以下、添加量が５アトミック％の光記録材料層で
は膜厚の上限を２０ｎｍとすると、１０６　回の書換動
作に対し、１０−５以下という非常に低い、実用上充分
であるエラーレートの光記録媒体となる。

【００２５】上記のような結果が得られた理由は、先ず
第１に光記録材料層を薄膜化層としたことである。薄膜
化により、溶融した材料の流動状態における摩擦抵抗係
数が上昇し、その流動を抑えることができるのであるが
、その流動速度と薄膜化層の厚みは以下の様に説明でき
る。光記録媒体の光記録材料層のような薄膜の流動は、
層が極薄膜であること、また、その流動速度は比較的遅
いことより、層流に領域のみを考慮すればよく、さらに
、その流動は、光記録材料層を挟む保護層の表面に形成
される速度境界層中の流動として、以下の式により表さ
れる。

【００２６】 　　ｕ＝（ｄｐ／ｄｘ）・（ｄｅ２　／４μ）　　　　
・・・・・・（１）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　ｕ　　　　　　　　
　　　　：流動速度（ｃｍ／ｓ）　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｄ
ｐ／ｄｘ）：圧力勾配　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　ｄｅ　　　　　　
　　　　：有効直径　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　μ　　　　　　　　
　　　　：材料の粘性係数　　　　ｄｅ＝４・（流路断
面積）／ぬれぶち長さ　　　　　　　　　　　　　　　
　＝４・ａ・ρ／２（ａ＋ρ）＝２ρ　　（ａ＞＞ρ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
（２）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ａ　　
：記録マーク幅　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（〜１０３　ｎｍ）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　ρ　　：光記録材料層膜厚（１）
式において、圧力勾配（ｄｐ／ｄｘ）は、光記録媒体の
回転による遠心力や保護膜の内部応力など、流動の推進
力の相当するものである。（１）式及び（２）式により
、光記録材料の流動速度ｕは、流路の有効直径ｄｅの二
乗、即ち光記録材料層膜厚ρの二乗に比例することが分
かる。

【００２７】このように、光記録材料層の膜厚を薄くす
ることにより、記録材料層の流動は抑制される。この光
記録材料層の従来の膜厚は、２５ｎｍ程度以上であり、
この領域ではエラーレートが１０５　回程度の書換動作
にて急激に増加してしまい、実用化段階に達していない
。 しかし、本発明において実施した２０ｎｍ未満の薄膜化
層では、実用化に必要な１０６　回の繰り返し後であっ
ても急激なエラーレートの増加は抑制されている。

【００２８】また、前記（１）式で示されるように、流
動速度は粘性係数μに反比例し、粘性係数を制御するこ
とによっても、光記録材料層の流動は抑制されることが
わかる。このように、材料層に添加物を加え、その粘性
係数を増加させることにより光記録材料層の流動は抑制
されるが、一方、材料がＧｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の原
子数比より異なるに従い、光記録材料の書換動作の消去
時に当たる結晶化の速度が遅くなり、消去比が低下し、
記録媒体の書換動作のエラーレートが逆に増大してしま
うという問題点があり、その添加物の適切な比率は求め
られていなかった。本実施例において、Ｇｅ２　Ｓｂ２
　Ｔｅ５　を主成分とする光記録材料層に、添加物とし
てＧｅ、Ｓｂ又はＴｅの主成分と同じ成分と、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｏ又はＮｉ等の成分を添加し実験した結果
、粘性係数の増加により材料層の流動が抑制され、かつ
結晶化速度の遅れによるエラーレートの増加の見られな
い添加量の上限は５アトミック％であることが確認され
た。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光記録
媒体における光記録材料層を２０ｎｍ未満の薄膜化層と
し、さらに、原子数比Ｇｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　の材料
を主成分とし最大５アトミック％の添加物を添加された
材料により、前記薄膜化層を形成することに特徴を有す
るので、以下の効果を奏す。

【００３０】従来のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系光記録材料を用
いた光記録媒体では、書換動作の繰り返しによるエラー
レートが、実用化の際に要求される繰り返し回数（１０
６　回）以前において急激に増加するため、実用化の段
階に達しているとは言えない。

【００３１】また、エラーレートの増加の原因である材
料層の流動を抑えるため、光記録材料層に添加物を添加
しても、再結晶化速度の遅れの原因となり、この手段の
みでは上記問題の解決ができない。

【００３２】しかし、本発明においては、光記録材料層
を２０ｎｍ未満の薄膜化層にて構成すると言う手段にて
、材料の流動を抑制し、書換動作の繰り返しによるエラ
ーレートの急激な増加を抑えることが可能である。

【００３３】さらに、上記の薄膜化に加え、添加量を最
大５アトミック％とした原子数比Ｇｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ
５　の材料にて光記録材料層を形成することにより、従
来問題となっていた結晶化速度の遅れを来すことなく、
流動抑制の効果を増強できるので、実用化に必要な１０
６　回の書換動作の繰り返し後であっても、エラーレー
トの充分に低い光記録媒体とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における、書換動作のエラ
ーレートを繰り返し回数に対し示すグラフ図である。

【図２】本発明の第２実施例における、書換動作のエラ
ーレートを繰り返し回数に対し示すグラフ図である。

【図３】本発明の第３実施例における、書換動作のエラ
ーレートを繰り返し回数に対し示すグラフ図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを光記録材料層の
   主構成元素とする相変化型光記録媒体において、該光記
   録材料層は膜厚２０ｎｍ未満の薄膜化層であることを特
   徴とする相変化型光記録媒体。
2. 【請求項２】　　請求項第１項において、前記光記録材
   料層は、Ｇｅ２　Ｓｂ２　Ｔｅ５　と、５アトミック％
   以下の添加物とからなることを特徴とする相変化型光記
   録媒体。
3. 【請求項３】　　請求項第２項において、前記添加物は
   、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅからなる群より選ばれた少なくと
   も１成分であることを特徴とする相変化型光記録媒体。
4. 【請求項４】　　請求項第２項において、前記添加物は
   、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＮｉからなる群より選ば
   れた少なくとも１成分であることを特徴とする相変化型
   光記録媒体。