JPH05135409A

JPH05135409A - 光記録媒体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05135409A
Application number: JP3297230A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishiyama; 哲西山; Kiyoshi Ogata; 潔緒方; Naoto Kuratani; 直人鞍谷; Akinori Ebe; 明憲江部
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザパワーに対する感度の低下なしに記録層
の結晶化速度を大きくできるとともに非晶質状態への変
化の際の冷却速度を大きくでき、しかも繰り返し記録、
消去および書き込みを行っても基板の熱による変形を防
止することができる光記録媒体を提供する。【構成】光記録媒体は、基板１１上に第１の保護層１
２、記録層１３、第２の保護層１４および反射冷却層１
５を順に形成してなり、前記記録層１３が前記基板１１
側から入射するレーザ光によって可逆的な相変化を起こ
す光記録媒体において、前記第１の保護層１２は主とし
て六方晶系のグラファイトに類似した結晶構造の窒化ホ
ウ素を含有した窒化ホウ素膜層を有し、前記第２の保護
層１４は主として立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構造の窒
化ホウ素を含有した窒化ホウ素膜層を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光を照射して記録層
を加熱することにより情報の記録、消去および再生を行
うことが可能な相変化型の光記録媒体およびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報の高密度化が要求されるにつれ、従
来用いられてきた磁気記録媒体にかわって、非接触で記
録密度を大きく取れる光記録媒体が研究開発されてきて
いる。この光記録媒体にはいくつかの種類があるが、情
報の読み出しだけが可能な再生専用型や、記録・再生だ
けが可能な追記型のものと比べて、情報の記録、再生な
らびに消去が可能な書換え型のものは幅広い用途が可能
であるため、その実用化が最も期待されている。

【０００３】この書換え型の光記録媒体は、主に光磁気
型と相変化型があり、前者はレーザ光を磁性膜に照射
し、照射された部分の温度が上昇して保磁力が減少する
と磁化が反転しやすくなることを利用して情報を記録ま
たは消去し、情報の再生は光を直線偏光して磁性膜の表
面で反射、透過させた際に生じる偏光面の回転、すなわ
ちカー効果やファラデー効果を利用するものである。

【０００４】一方、相変化型は、例えばカルコゲン元素
を主成分とする材料にレーザ光を照射し、融点以上に加
熱・急冷させた際には非晶質（アモルファス）状態にな
り、結晶化温度と融点の間の温度に加熱させれば結晶状
態になることを利用して情報の記録・消去を行い、また
その両者の反射率の違いを利用して情報の再生を行うも
のである。

【０００５】この書換え型の光記録媒体のうち相変化型
は、一般には例えばポリカーボネイト（ＰＣ）やエポキ
シ系樹脂、さらにアクリル系樹脂（ＰＭＭＡ）等の基板
上に、ZnS₂、ZrO₂またはSiO₂といった第１の保護層を設
け、その上に記録層を形成し、さらにその上に第１の保
護層と同じ物質より成る第２の保護層を設ける構造をし
ている（さらに第２の保護層の上に有機系の保護層を積
層させる場合もある）。

【０００６】記録層として用いられる材料としては、結
晶化が速く、非晶質の状態が長期的に安定し、かつ書換
えの回数が増えても動作特性が安定している物質が要求
され、例えば、In-Sn系、Ge-Sb-Te系、Ge-Te系、Sn-Te
系あるいはTe-O-Sn-Ge系のものが使用される。また保護
層は記録層の耐酸化等の耐候性を向上させ、長期安定性
を確保するとともに効率よく記録層の加熱が行えるよう
に断熱効果の大きいものが好まれることから、前述のZn
S₂、ZrO₂またはSiO₂といったものが用いられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記保
護層が断熱効果を有していることによって記録層の急冷
が不十分になることが多く、そのため記録層の結晶化状
態から非晶質状態への変化に支障をきたし、書き込みの
信号レベルが低下し、記録スポットサイズが大きくなっ
て情報の消去が充分行われないという問題点が生じる。

【０００８】また、レーザ光による熱のために、消去・
書き込みを繰り返し行うと基板の変形が生じ、光記録媒
体の長期安定性が劣下する問題も生じる。このため、第
１の保護層および第２の保護層を熱伝導率の良いもので
構成したり、第２の保護層上にAlなどからなる反射冷却
層を設けて、記録層の冷却能を向上させる試みがなされ
ている。

【０００９】しかし、記録層の冷却能力が大きすぎると
レーザパワーに対する感度が低下するため、レーザパワ
ーを大きくしなければならないという問題が生じる。し
たがって、この発明の目的は、レーザパワーに対する感
度の低下なしに記録層の結晶化速度を大きくできるとと
もに非晶質状態への変化の際の冷却速度を大きくでき、
しかも繰り返し記録、消去および書き込みを行っても基
板の熱による変形を防止することができる光記録媒体お
よびその製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の光記録媒体
は、基板上に第１の保護層、記録層、第２の保護層およ
び反射冷却層を順に形成してなり、記録層が基板側から
レーザ光を入射して可逆的な相変化を起こす光記録媒体
において、第１の保護層は主として六方晶系のグラファ
イトに類似した結晶構造の窒化ホウ素を含有した窒化ホ
ウ素膜層を有し、第２の保護層が主として立方晶系の閃
亜鉛鉱型の結晶構造の窒化ホウ素を含有した窒化ホウ素
膜層を有することを特徴とするものである。

【００１１】請求項２の光記録媒体の製造方法は、請求
項１記載の光記録媒体の製造方法であって、窒化ホウ素
膜層を、層形成面上への真空蒸着およびスパッタのいず
れか一方によるホウ素の被着と、同時、交互またはホウ
素の被着後に、層形成面上に窒素イオンを含むイオンを
照射することにより形成し、かつ窒素イオンに不活性ガ
ス等の混合量，層内のホウ素原子と窒素原子の個数比お
よびイオンの加速エネルギ等を制御することにより、第
１の保護層に主として六方晶系のグラファイトに類似し
た結晶構造の窒化ホウ素を含有させ、第２の保護層に主
として立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構造の窒化ホウ素を
含有させることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】請求項１の光記録媒体によれば、図１に示すよ
うに、基板１１上に第１の保護層１２、記録層１３、第
２の保護層１４および反射冷却層１５が順に形成されて
いる。なお１６は表面保護層である。この場合におい
て、第１の保護層は主として六方晶系のグラファイトに
類似した結晶構造の窒化ホウ素（以下ｈ−ＢＮという）
を含有した窒化ホウ素膜層を有し、第２の保護層は主と
して立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構造の窒化ホウ素（以
下ｃ−ＢＮという）を含有した窒化ホウ素膜層を有す
る。これらの窒化ホウ素膜層は化学的安定性に優れてい
るので記録層の保護層としての機能に優れ、耐候性が向
上し、光記録媒体の長期安定性が確保される。またｃ−
ＢＮは熱伝導率が高いため記録層に加えられた熱は第２
の保護層内で拡散されるので、書き込みの際に記録層に
レーザ光が照射される温度上昇領域が限定されるので、
記録スポットサイズ径の小さい非晶質状態が記録層に得
られＣ／Ｎ比（搬送波対雑音比）が向上するとともに、
消去の際の記録層の冷却速度が向上し、記録スポットサ
イズ径をレーザ光の照射径に対して小さくすることによ
り、消え残りが生じる問題点を解消できるため、消去の
程度を示す消去比の向上を図ることができる。しかも基
板への熱影響が緩和されて基板の熱変形も防止できるの
で、安定で良好な繰り返し特性が得られる。さらにｈ−
ＢＮを第１の保護層に有するため、光記録媒体の冷却能
力が調整でき、レーザパワーに対する感度の低下を防ぐ
ことが可能である。

【００１３】請求項２の光記録媒体の製造方法によれ
ば、下地材の層形成面上への真空蒸着およびスパッタの
いずれか一方によるホウ素の被着と、同時、交互または
ホウ素の被着後に、層形成面上に窒素イオンを含むイオ
ンを照射することにより、窒化ホウ素膜層を形成する。
この実施装置の一例を図２に示す。すなわち、１は基
板、２は基板１を支持するホルダ、３はホウ素元素を含
有する物質を蒸発させる蒸発源、４はイオンを照射させ
るためのイオン源、５は基板１等の下地材の層形成面上
に蒸着されるホウ素の個数およびその膜厚を計測するた
めの、例えば水晶振動式膜厚計等の膜厚モニタ、６は層
形成面に照射されるイオンの個数を計測するための、た
とえば２次電子抑制電極を備えたファラデ−カップ等の
イオン電流測定器である。これらは図示していない真空
容器内に収納されている。

【００１４】この製造方法を実施するに当たって、まず
基板１をホルダ２に支持した後、真空容器内を１×１０
^-5Torr以下の高真空に排気する。この場合、基板１に第
１の保護層１２を形成する際には基板１１自体をホルダ
２に保持し、第２の保護層１４を形成する際には基板１
１上に第１の保護層１２と記録層１３が形成されたもの
をホルダ２に保持する。

【００１５】そして、蒸発源３を駆動させてホウ素元素
を含有する物質３′を基板１に真空蒸着する。この際、
ホウ素元素を含有する物質としては、ホウ素単体、ホウ
素元素の酸化物、あるいは窒化物等が選ばれる。また、
蒸発源３の方式は特に限定されるものではなく、例え
ば、電子ビーム（ＥＢ）、レーザまたは高周波等の手段
を用いるものが適宜選択される。

【００１６】また、ホウ素元素を含有する物質３′は、
スパッタによって基板１上に膜形成されても良い。この
際、スパッタさせる手法も特に限定されず、イオンビ−
ム、マグネトロンあるいは高周波等の手段によってスパ
ッタされる。このホウ素元素を含有する物質３′の真空
蒸着およびスパッタのいずれか一方と同時、もしくは交
互に、または真空蒸着・スパッタ終了後に、イオン源４
より窒素イオンを含有するイオン４′が蒸着等される面
に照射される。イオン４′としては、窒素イオンや、窒
素イオンに不活性ガスイオンもしくは水素イオンを混合
したものが選ばれる。また、イオン源４の型式も特に限
定されるものではなく、例えば、カウフマン型、バケッ
ト型等のものが選ばれる。

【００１７】この結果、基板１等上に窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）を含有する薄膜が形成され、また、蒸着物質とイオ
ンとの衝突・反跳により、層形成面の構成原子とそれら
の混合層が基板１等と窒化ホウ素膜層との界面に形成さ
れ、密着性に優れた窒化ホウ素膜層が層形成面に形成さ
れる。なお、この際、照射されるイオンの加速エネルギ
−は、イオン１個当り１０ＫｅＶ以下であることが好ま
しい。１０ＫｅＶを超えた場合には、照射イオンによる
基板１の損傷が過大になるので好ましくない。

【００１８】また、窒化ホウ素膜層に含有されるホウ素
と窒素の原子数比（Ｂ／Ｎ組成比）が２０以下になるよ
うに、成膜中のホウ素含有物質の蒸発量と、窒素イオン
を含有するイオンの照射量を適宜調整する必要がある。
これは、窒化ホウ素膜層のＢ／Ｎ組成比が２０を超えた
場合、層内に含有される窒化ホウ素の量が少なくなり、
窒化ホウ素の特性が充分に引き出されない危険性がある
ためである。このＢ／Ｎ組成比の調整は、膜厚モニタ５
並びにイオン電流測定器６によって行なわれる。

【００１９】このように、層形成面上への真空蒸着およ
びスパッタのいずれか一方によるホウ素の被着と、同
時、交互またはホウ素の被着後に、窒素イオンを含むイ
オンを照射するという方法により、軟質ながらも化学的
安定性の高い六方晶系でグラファイトに類似した結晶構
造の窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）が窒化ホウ素膜層中に含有
されるだけでなく、イオンと蒸着等されるホウ素原子と
の衝突によって蒸着等されるホウ素原子が励起されるの
で、化学的安定性が高くかつ熱伝導率の大きな立方晶系
の閃亜鉛鉱型の結晶構造のｃ−ＢＮの薄膜合成が非熱平
衡過程下で可能となる。

【００２０】また、基板１を支持するホルダ２を水冷す
ることによって、窒化ホウ素膜層作成中の基板１を冷却
することが可能であり、これにより成膜中の熱による損
傷をさらに防止することが可能である。なお、成膜中、
基板１が冷却されても、窒化ホウ素膜層と基板１との密
着性、およびｃ−ＢＮの含有量は変化しないことが確か
められている。

【００２１】そして、例えば、第１の保護層１２を形成
する際にはイオン種として窒素を用い、第２の保護層１
４を形成する際にはイオン種として窒素と不活性ガスを
混合させたものを用いる。この結果、第１の保護層１２
はｈ−ＢＮが主体となり、第２の保護層はｃ−ＢＮが主
体となる。さらに、第１の保護層１２は、イオンの照射
エネルギーを２KeV 以下にして、成膜の際に基板上に到
達するホウ素原子と窒素イオンの個数（Ｂ／Ｎ輸送比）
を２〜４の間で調整すれば、窒化ホウ素膜内にはｈ−Ｂ
Ｎだけではなくｃ−ＢＮも含有されるようになる。した
がって第１の保護層１２は光記録媒体の書き込みの際の
Ｃ／Ｎ比から最適なｈ−ＢＮとｃ−ＢＮの混合量比を決
定すればよい。また、第２の保護層１４は例えば2KeV以
下のイオンの加速エネルギーにおいて、不活性ガスとし
てArを使用し、Ｂ／Ｎ輸送比＝１の条件で作成する。こ
れによって、第２の保護層はｃ−ＢＮが主体となる層と
なる。

【００２２】この製造方法によれば、蒸発原子とイオン
との衝突による励起作用を利用することによって、低温
下でｃ−ＢＮを合成することができるので、製造過程で
の基板１１や記録層１３への熱影響を回避することがで
きる。他の方法、例えばＣＶＤ法でこのｃ−ＢＮを合成
する場合には高温を必要とするため、基板１１や記録層
１３に熱的に損傷が加えられやすく、基板１１上に薄膜
として被覆させることは困難であった。また、窒化ホウ
素膜層を形成する際、窒素イオンに不活性ガス等を混合
させる混合量，層内のホウ素原子と窒素原子の個数比お
よびイオンの加速エネルギ等を制御することにより、Ｂ
Ｎの結晶構造をｈ−ＢＮやｃ−ＢＮに変化させることが
できるので、請求項１で述べた効果を有する保護層の製
造が比較的容易である。また、蒸発原子とイオン照射と
の衝突によって、窒化ホウ素膜層とその下地材との間に
両者の構成原子よりなる混合層が形成されるため、密着
性に優れた層が形成される。

【００２３】

【実施例】図１の光記録媒体を製造する。すなわち、基
板１１は多くのトラッキング溝（図示せず）を形成した
ポリカーボネイト（ＰＣ）基板であり、その上に30nmの
第１の保護層１２、60nmのGe-Sb-Te系よりなる記録層１
３、200nm の第２の保護層１４、100nmのAlよりなる反
射冷却層１５、10nmのUV樹脂の表面保護層１６を順次積
層する。

【００２４】この光記録媒体において、第１の保護層１
２は図２の実施装置により、５００evの加速エネルギー
の窒素イオンを用いて、Ｂ／Ｎ組成比が２となるように
Ｂ／Ｎ輸送比を調整しながら作成し、第２の保護層１４
は２KeV の加速エネルギーの窒素イオンとArイオンの混
合イオン（イオン源に導入する際のＡｒガス／窒素ガス
のガス圧比が３０％になるようにして作成）を用いて、
Ｂ／Ｎ組成比＝１となるようにＢ／Ｎ輸送比を調整しな
がら作成した。

【００２５】この光記録媒体（記録層はあらかじめ結晶
化状態）の書き込みの際のレーザパワーの立ち上がりは
１６ｍＷでＣ／Ｎ比＝２２ｄＢ、２５ｍＷの際のＣ／Ｎ
比は５５ｄＢであった。また、3.7MHz、duty33% の信号
を23/10mWのパワー比で書き込み、次に同じ所に2.22MHz
、duty20% の信号を同一パワー条件で重ね書きを行な
ったところ、書き込みのＣ／Ｎ比は50dB、消去比は27dB
であった。

【００２６】比較例１として図１の光記録媒体におい
て、第１の保護層および第２の保護層ともに窒化ほう素
膜層のないSiO₂層により形成したものに対して、書き込
みの際のレーザパワーの立ち上がりは１６ｍＷでＣ／Ｎ
比＝２２ｄＢ、２５ｍＷの際のＣ／Ｎ比は５５ｄＢであ
った。また、3.7MHz、duty33%の信号を23/10mWのパワー
比で書き込み、次に同じ所に2.22MHz 、duty20%の信号
を同一パワー条件で重ね書きを行なったところ、書き込
みのＣ／Ｎ比は45dB、消去比は20dBであった。

【００２７】比較例２として、図１の光記録媒体におい
て、第１の保護層１２および第２の保護層１４ともにｃ
−ＢＮを主とする窒化ホウ素膜層としたものを用いる。
この比較例２の書き込みの際のレーザパワーの立ち上が
りは２０ｍＷでＣ／Ｎ比＝１６ｄＢ、２５ｍＷの際のＣ
／Ｎ比は４５ｄＢであった。また、実施例１と同じく、
3.7MHz、duty33% の信号を23/10mWのパワー比で書き込
み、次に同じ所に2.22MHz 、duty20% の信号を同一パワ
ー条件で重ね書きを行ったところ、書き込みのＣ／Ｎ比
は５０ｄＢ、消去比は２７ｄＢであった。

【００２８】このように、本発明によるものは、保護層
として比較例１のように断熱効果のあるものだけを用い
たものよりも消去比等が優れ、また第１の保護層１２お
よび第２の保護層１４の両方に熱伝導率に優れたｃ−Ｂ
Ｎを含有した窒化ホウ素膜層とした比較例２を用いたも
のよりも、レーザパワー感度に優れたものになっている
ことがわかる。

【００２９】なお、この発明において、記録層、反射冷
却層および表面保護層、並びに基板の種類や各層の膜厚
は特に限定されない。また第１の保護層および第２の保
護層の全体が窒化ホウ素膜層により形成されたもでもよ
いし、第１の保護層および第２の保護層の一部に窒化ホ
ウ素膜層が形成されたものでもよい。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の光記録媒体によれば、基板上
に第１の保護層、記録層、第２の保護層および反射冷却
層を順に形成した光記録媒体において、前記第１の保護
層は主として六方晶系のグラファイトに類似した結晶構
造の窒化ホウ素を含有した窒化ホウ素膜層を有し、前記
第２の保護層が主として立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構
造の窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）を含有した窒化ホウ素膜層
を有するため、化学的安定性に優れた窒化ホウ素膜によ
って保護層は記録層を保護する機能に優れ、よって記録
層の耐候性が向上し、光記録媒体の長期安定性が確保さ
れる。またｃ−ＢＮは熱伝導率が高いため記録層に加え
られた熱は第２の保護層内で拡散されるので、書き込み
の際に記録層にレーザ光が照射される温度上昇領域が限
定されるので、記録スポットサイズ径の小さい非晶質状
態が記録層に得られＣＮ比（搬送波対雑音）比が向上す
るとともに、消去の際の記録層の冷却速度が向上し、記
録スポットサイズ径をレーザ光の照射径に対して小さく
できることにより、消え残りが生じる問題点を解消でき
消去比の向上を図ることができる。しかも基板への熱影
響が緩和されて基板の熱変形を防止できるため、安定で
良好な繰り返し特性が得られる。さらにｈ−ＢＮを第１
の保護層に有することで、光記録媒体の冷却能力が調整
され、レーザパワーに対する感度の低下を防ぐことが可
能であるという効果がある。

【００３１】請求項２の光記録媒体の製造方法によれ
ば、層形成面上への真空蒸着およびスパッタのいずれか
一方によるホウ素の被着と、同時、交互およびホウ素の
被着後に、層形成面上に窒素イオンを含むイオンを照射
することにより、窒化ホウ素膜層を形成するため、基板
や記録層への熱影響が回避できる低温下でｃ−ＢＮを合
成することができる。また、窒化ホウ素膜層を形成する
際、窒素イオンに不活性ガス等の混合量，層内のホウ素
原子と窒素原子の個数比およびイオンの加速エネルギ等
を制御することにより、ＢＮの結晶構造を六方晶系のグ
ラファイトに類似したものや、立方晶系の閃亜鉛鉱型の
結晶構造のものに変化させることができるので、請求項
１の効果を得る保護層の製造が比較的容易である。ま
た、蒸発原子とイオン照射との衝突によって、窒化ホウ
素膜層とその下地材との間に両者の構成原子よりなる混
合層が形成されるため、密着性に優れた層が形成される
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】光記録媒体の層構造を説明する説明図である。

【図２】この発明の製造方法の実施装置の概略説明図で
ある。

【符号の説明】

１１基板１２第１の保護層１３記録層１４第２の保護層１５反射冷却層

フロントページの続き (72)発明者江部明憲京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に第１の保護層、記録層、第２の
保護層および反射冷却層を順に形成してなり、前記記録
層は前記基板側からレーザ光を入射して可逆的な相変化
を起こす光記録媒体において、前記第１の保護層は主と
して六方晶系のグラファイトに類似した結晶構造の窒化
ホウ素を含有した窒化ホウ素膜層を有し、前記第２の保
護層は主として立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構造の窒化
ホウ素を含有した窒化ホウ素膜層を有することを特徴と
する光記録媒体。
【請求項２】請求項１記載の光記録媒体の製造方法で
あって、前記窒化ホウ素膜層を、層形成面上への真空蒸
着およびスパッタのいずれか一方によるホウ素の被着
と、同時、交互または前記ホウ素の被着後に、前記層形
成面上に窒素イオンを含むイオンを照射することにより
形成し、かつ前記窒素イオンに不活性ガス等の混合量，
層内のホウ素原子と窒素原子の個数比およびイオンの加
速エネルギ等を制御することにより、前記第１の保護層
に主として六方晶系のグラファイトに類似した結晶構造
の窒化ホウ素を含有させ、前記第２の保護層に主として
立方晶系の閃亜鉛鉱型の結晶構造の窒化ホウ素を含有さ
せることを特徴とする光記録媒体の製造方法。