JPH0536113A - 光記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板側の誘電体層の光学的厚さを ｍλ／２
＜Ｌ１＜ｍλ／２＋λ／４（ｍ＝１，２，３）とするこ
とを特徴とする光記録媒体である。 【効果】記録感度が高く、また消去率、Ｃ／Ｎが高い。
多数回の記録消去を繰り返しても、動作が安定してお
り、特性の劣化がほとんどない。耐湿熱性、耐酸化性に
優れ、長寿命である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の照射により、情報
の記録、消去、再生が可能である光情報記録媒体に関す
るものである。

【０００２】特に、本発明は、記録情報の消去、書換機
能を有し、情報信号を高速かつ、高密度に記録可能な光
ディスク、光カード、光テープなどの書換可能相変化型
光記録媒体に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来の書換可能相変化型光記録媒体の技
術は、以下のごときものである。

【０００４】これらの光記録媒体は、テルルを主成分と
する記録層を有し、記録時は、結晶状態の記録層に集束
したレーザー光パルスを短時間照射し、記録層を部分的
に溶融する。溶融した部分は熱拡散により急冷され、固
化し、アモルファス状態の記録マークが形成される。こ
の記録マークの光線反射率は、結晶状態より低く、光学
的に記録信号として再生可能である。

【０００５】また、消去時には、記録マーク部分にレー
ザー光を照射し、記録層の融点以下、結晶化温度以上の
温度に加熱することによって、アモルファス状態の記録
マークを結晶化し、もとの未記録状態にもどす。

【０００６】この光記録媒体では、通常、記録層の両面
に耐熱性と透光性を有する誘電体層を設け、記録時に記
録層に変形、開口が発生することを防いでいる。さら
に、光ビーム入射方向と反対側の誘電体層に、光反射性
のＡｌなどの金属反射層を設け、光学的な干渉効果によ
り、再生時の信号コントラストを改善すると共に、冷却
効果により、非晶状態の記録マークの形成を容易にし、
かつ消去特性、繰り返し特性を改善する技術が知られて
いる。特に、記録層と反射層の間の誘電体層を２０ｎｍ
程度に薄く構成した「急冷構造」では、記録の書換の繰
返しによる劣化が少なく、また消去パワーのパワー・マ
ージンが広い点で優れている（T.Ohotaet al,Japanese
Jounal of Applied Physics, Vol 28(1989) Suppl. 28-
3 pp123- 128）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような急冷構造
の書換可能相変化型光記録媒体における課題は、反射層
による冷却効果が大きいため記録感度が低いことであ
る。すなわち記録、消去に要する光の照射パワーが大き
く、光ヘッドの半導体レーザーに高出力のものが必要に
なり装置コストが高くなる、また、ディスクの場合、光
の照射パワーが不足し高速回転では記録が困難になるな
どの問題があった。

【０００８】本発明の目的は、記録感度が高く、かつ多
数回の記録、消去あるいは書換動作を行っても、記録特
性の劣化が少なく、記録特性、消去特性にも優れた光記
録媒体を提供することである。

【０００９】本発明の別の目的は、耐酸化性、耐湿熱性
に優れ長期の保存においても欠陥の生じない長寿命の光
記録媒体を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明基板上に
記録層と誘電体層と反射層を備え、記録層に光を照射す
ることにより、情報の記録、消去、再生が可能であり、
情報の記録及び消去が、非晶相と結晶相の間の相変化に
より行われる光記録媒体において、前記基板と記録層と
の間に少なくとも１層以上の誘電体層を有し、その光学
的厚さＬ１が下記の式で表される範囲にあることを特徴
とする光記録媒体である。

【００１１】 式 ｍλ／２ ＜ Ｌ１ ＜ ｍλ／２＋λ／４ ここで、式中のｍは１から３までの整数を表し、λは、
記録光の波長を表す。本発明は、透明な基板と記録層の
間に設けた誘電体層（以下第１誘電体層と記述する）の
厚さを前述の式で表される特定の厚さとすることによっ
て、従来より高い記録感度の光記録媒体を実現するもの
である。

【００１２】本発明の光記録媒体の層構成としては、例
えば透明基板、第１誘電体層、記録層、第２誘電体層お
よび反射層をこの順に積層してなるものがあげられるが
これに限定されない。ただし光は透明基板側から入射す
るものとする。反射層上には本発明の効果を損なわない
範囲で紫外線硬化樹脂などの樹脂層や、他の基板と張り
合わせるための接着剤層など、他の層を設けてもよい。

【００１３】本発明における第１誘電体層の光学的厚さ
Ｌ１は、第１誘電体層の層厚がｄ、屈折率がｎである
時、Ｌ１＝ｎｄで表される。第一誘電体層が複数の誘電
体層の積層体である場合、Ｌ１＝Σｎi ｄi で表され
る。ここでｎi ，ｄi はｉ番目の層の厚さと屈折率であ
る。よって、誘電体の屈折率ｎに合わせて特定の層厚ｄ
を選ぶことにより、Ｌ１を前述の式で示した値に調整す
ることができる。

【００１４】このＬ１の値が、（ｍ−１）λ／２＋１／
４λ ≦ Ｌ１ ≦ ｍλ／２の範囲にある場合には、
同一の反射率を有する本発明の層厚の光記録媒体に比
べ、記録感度が低くなる難点がある。また、ｍが４以上
の場合には、第１誘電体層の厚さが厚いため、層の形成
に長時間を要し、材料コストも高くなるため、実用性に
乏しい。

【００１５】特に記録感度を高くできることから、Ｌ１
の値をｍλ／２＋λ／１６ ＜ Ｌ１ ＜ ｍλ／２＋
３λ／１６の範囲（但しｍは１，２，３のいずれか）で
あることが好ましい。

【００１６】第１誘電体層の厚さを、式中のｍが１もし
くは２である層厚の範囲とすることが、層の形成に要す
る時間が短くできることから好ましく、特にｍが１であ
る範囲とすることが、前述の理由からより好ましい。

【００１７】また、Ｌ１の値をｍλ／２＋λ／１６ ＜
Ｌ１ ＜ ｍλ／２＋３λ／１６の範囲かつ、ｍを１
もしくは２の場合の範囲とすることが、感度が高く、か
つ膜厚が薄く層の形成に要する時間が短いことからより
好ましい。本発明の第１誘電体層の材質としては、記録
光波長において実質的に透明であり、かつその屈折率
が、透明基板の屈折率より大きく、記録層の屈折率より
小さいＺｎＳ，ＳｉＯ₂ 、酸化アルミニウム、窒化シリ
コン、ＺｒＣ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅなどの金属硫化物、
金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属セレン化
物、金属テルル化物などの金属化合物、およびその混合
物があげられる。

【００１８】特にＺｎＳの薄膜、Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｔａなどの金属の酸化物の薄膜、Ｓｉ，Ａｌ
などの窒化物の薄膜、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆなどの炭化物の
薄膜及びこれらの化合物の混合物の膜が、耐熱性が高い
ことから好ましい。また、これらにＭｇＦ₂ などのフッ
化物を混合したものも、膜の残留応力が小さいことから
好ましい。特にＺｎＳとＳｉＯ₂ の混合膜は、記録、消
去の繰り返しによっても、記録感度、Ｃ／Ｎ、消去率な
どの劣化が起きにくいことから好ましい。

【００１９】本発明の第２誘電体層の材質は、第１誘電
体層の材料としてあげたものと同様のものでよい。第２
誘電体層の材質は第１誘電体層の材質と同一の材料でも
良いし、異種の材料であってもよい。第２誘電体層の厚
さは、およそ１０〜２５０ｎｍ程度である。およそ１０
〜５０ｎｍとすることが、良好な消去率の得られる消去
パワー（あるいはボトム・パワー）の範囲が広いことか
ら好ましい。

【００２０】本発明の記録層としては、特に限定するも
のではないが、Ｐｄ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｎｉ−Ｇ
ｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｃｏ−Ｇ
ｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ａｇ−Ｉ
ｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｉｎ−Ｓｅ合金などがある。

【００２１】多数回の記録の書換が可能であることか
ら、Ｐｄ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｎｉ−Ｇｅ−Ｓｂ−
Ｔｅ合金、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｃｏ−Ｇｅ−Ｓｂ−
Ｔｅ合金が好ましい。

【００２２】特にＰｄ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｇｅ−
Ｓｂ−Ｔｅ合金は、消去時間が短く、かつ多数回の記
録、消去の繰り返しが可能であり、Ｃ／Ｎ、消去率など
の記録特性に優れることからことから好ましく、とりわ
けＰｄ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金が、前述の特性に優れる
ことから好ましい。

【００２３】本発明の記録層の厚さとしては、特に限定
するものではないが１０〜１００ｎｍが好ましい。特に
記録、消去感度が高く、多数回の記録消去が可能である
ことから１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好まし
い。

【００２４】反射層の材質としては、光反射性を有する
金属、合金、および金属と金属化合物の混合物等があげ
られる。金属としては、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｔｉ
などが、混合する金属化合物としては、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔ
ｉなどの酸化物、窒化物、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆなどの炭化
物などを用いることができる。

【００２５】Ａｌ，Ａｕなどの金属、及びこれらを主成
分とする合金は、光反射性が高く、かつ熱伝導率を高く
できることから好ましい。前述の合金の例として、Ａｌ
にＳｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｎｂ，Ｍｎなどの少なくとも１種の元素を合計で５原子
％以下、０．５原子％以上加えたもの、あるいは、Ａｕ
にＣｒ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉなどの少なくと
も１種の元素を合計で２０原子％以下１原子％以上加え
たものなどがある。

【００２６】特に、材料の価格が安くできることから、
Ａｌを主成分とする合金が好ましく、とりわけ、耐腐食
性が良好なことから、ＡｌにＴｉ，Ｃｒ，Ｔａから選ば
れる少なくとも１種以上の金属を合計で５原子％以下
０．５原子％以上添加した合金あるいは、Ａｌに合計で
５％以下のＳｉとＭｎを加えた合金が好ましい。

【００２７】反射層の厚さとしては、おおむね１０ｎｍ
以上３００ｎｍ以下である。記録感度を高くできること
から５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。

【００２８】特に、記録感度が高く、高速でワンビーム
・オーバーライトが可能であり、かつ消去率が大きく消
去特性が良好であることから、次のごとく、光記録媒体
の主要部を構成することが好ましい。

【００２９】すなわち、誘電体層がＺｎＳとＳｉＯ₂ の
混合膜であり、ＳｉＯ₂ の混合比が１５〜３５モル％、
記録波長８３０ｎｍでの屈折率が２．１〜２．３であ
り、かつ第１誘電体層の厚さを２２０ｎｍ〜２７０ｎ
ｍ、第２誘電体層の厚さを１０ｎｍ〜３０ｎｍで構成
し、かつ記録層の厚さを１０ｎｍ〜３０ｎｍ、反射層の
厚さを５０ｎｍ〜１５０ｎｍのＡｌ合金とし、かつ記録
層の組成が次式で表される範囲にあることが好ましい。

【００３０】（Ｐｄx Ｓｂy Ｔｅ1-x-y ）1-z （Ｔｅ0.
5 Ｇｅ0.5 ）z ０．０１≦ｘ≦０．１ ０．３５≦ｙ≦０．６５ ０．２≦ｚ≦ ０．４ 但しｘ，ｙ，ｚ，０．５は各元素の原子数比をあらわ
す。

【００３１】本発明では、ほこり、基板の傷などの影響
をさける目的で、集束した光ビームを用いて、基板側か
ら記録を行なうため、基板として透明材料を用いる。こ
の様な材料としては、ガラス、ポリカーボネート、ポリ
メチル・メタクリレート、ポリオレフィン樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリイミド樹脂などがあげられる。

【００３２】特に、光学的複屈折が小さく、吸湿性が小
さく、成形が容易であることからポリカーボネート樹
脂、エポキシ樹脂が好ましい。特に耐熱性が要求される
場合には、エポキシ樹脂が好ましい。

【００３３】基板の厚さは特に限定するものではない
が、０．０１ｍｍ〜５ｍｍが実用的である。０．０１ｍ
ｍ未満では、基板側から集束した光ビ−ムで記録する場
合でも、ごみの影響を受け易くなり、５ｍｍ以上では、
対物レンズの開口数を大きくすることが困難になり、照
射光ビームスポットサイズが大きくなるため、記録密度
をあげることが困難になる。基板はフレキシブルなもの
であっても良いし、リジッドなものであっても良い。フ
レキシブルな基板は、テープ状、シート状、カ−ド状等
で使用される。リジッドな基板は、カード状、あるいは
ディスク状で使用される。また、これらの基板は、記録
層などを形成した後、２枚の基板を用いて、エアーサン
ドイッチ構造、エアーインシデント構造、密着張合せ構
造としてもよい。

【００３４】本発明の光記録媒体の記録に用いる光源と
しては、レーザー光、ストロボ光のごとき高強度の光源
であり、特に半導体レーザー光は、光源が小型化できる
こと、消費電力が小さいこと、変調が容易であることか
ら好ましい。

【００３５】記録は結晶状態の記録層にレーザー光パル
スなどを照射してアモルファスの記録マークを形成して
行う。また、反対に非晶状態の記録層に結晶状態の記録
マークを形成してもよい。消去はレーザー光照射によっ
て、アモルファスの記録マークを結晶化するか、もしく
は、結晶状態の記録マークをアモルファス化して行うこ
とができる。

【００３６】記録速度を高速化でき、かつ記録層の変形
が発生しにくいことから記録時はアモルファスの記録マ
ークを形成し、消去時は結晶化を行う方法が好ましい。

【００３７】また、記録マーク形成時は光強度を高く
（ピークパワー）、消去時はやや弱くし（ボトムパワ
ー）、１回の光ビームの照射により書換を行う１ビーム
・オーバーライトは、書換の所要時間が短くなることか
ら好ましい。

【００３８】次に、本発明の光記録媒体の製造方法につ
いて述べる。記録層、誘電体層、反射層などを基板上に
形成する方法としては、公知の真空中での薄膜形成法、
例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法などがあげられる。特に組成、膜厚のコントロ
ールが容易であることから、スパッタリング法が好まし
い。

【００３９】形成する記録層などの厚さの制御は、公知
の技術である水晶振動子膜厚計などで、堆積状態をモニ
タリングすることで、容易に行える。

【００４０】記録層などの形成は、基板を固定したま
ま、あるいは移動、回転した状態のどちらでもよい。膜
厚の面内の均一性に優れることから、基板を自転させる
ことが好ましく、さらに公転を組合わせることが、より
好ましい。

【００４１】また、本発明の効果を著しく損なわない範
囲において、反射層などを形成した後、傷、変形の防止
などのため、紫外線硬化樹脂などの保護層などを必要に
応じて設けてもよい。また、反射層などを形成した後、
あるいはさらに前述の樹脂保護層を形成した後、２枚の
基板を対向して、接着材で張り合わせてもよい。

【００４２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 （分析，測定方法）反射層、記録層の組成は、ＩＣＰ発
光分析（セイコー電子工業（株）製）により確認した。
またキャリア対ノイズ比および消去率（記録後と消去後
の再生キャリア信号強度の差）は、スペクトラムアナラ
イザにより測定した。

【００４３】記録層、誘電体層、反射層の膜厚は、水晶
振動子膜厚計によりモニターした。 実施例１ 厚さ１．２ｍｍ、直径１３ｃｍ、１．６μｍピッチのス
パイラルグルーブ付きポリカーボネート製基板を毎分３
０回転で回転させながら、高周波スパッタ法により、記
録層、誘電体層、反射層を形成した。

【００４４】まず、真空容器内を１×１０^-5Ｐａまで排
気した後、２×１０^-1ＰａのＡｒガス雰囲気中でＳｉＯ
₂ を２０ｍｏｌ％添加したＺｎＳをスパッタし、基板上
に膜厚屈折率２．２の厚さ２５０ｎｍの第１誘電体層を
形成した。続いて、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅからなる合
金ターゲットをスパッタして、組成Ｐｄ1 Ｇｅ17Ｓｂ26
Ｔｅ56（原子％）の膜厚２０ｎｍの記録層を形成した。
さらに第１誘電体層と同じ材質の第２誘電体層を２０ｎ
ｍ形成し、この上に、Ｍｎ0.01Ｓｉ0.04Ａｌ0.95合金を
スパッタして膜厚８０ｎｍの反射層を形成した。さらに
このディスクを真空容器より取り出した後、この反射層
上にアクリル系紫外線硬化樹脂をスピンコートし、紫外
線照射により硬化させて膜厚１０μｍの樹脂層を形成し
本発明の光記録媒体を得た。

【００４５】この光記録媒体を線速度５．５ｍ／秒で回
転させ、基板側から２２×６６μｍの長円に集光した波
長８２０ｎｍの半導体レーザー光を膜面強度１．１Ｗの
条件で照射して、記録層を結晶化し初期化した。このデ
ィスクのランド上の反射率を測定したところ１３．５％
であった。

【００４６】その後、線速度６ｍ／秒の条件で、対物レ
ンズの開口数０．５、半導体レーザーの波長７９０ｎｍ
の光学ヘッドを使用して、周波数３．７ＭＨｚ、パルス
幅５０ｎｓｅｃ、ピークパワー１１〜１７ｍＷ、ボトム
パワー４〜９ｍＷの各条件に変調した半導体レーザー光
で１００回オーバーライト記録した後、再生パワー１．
３ｍＷの半導体レーザ光を照射してバンド幅３０ｋＨｚ
の条件でＣ／Ｎを測定した。

【００４７】さらにこの部分を１．４ＭＨｚで、先と同
様に変調した半導体レーザ光を照射し、ワンビーム・オ
ーバーライトし、この時の３．７ＭＨｚの消去率を測定
したピークパワー１２ｍＷ以上で実用上十分な５０ｄＢ
以上のＣ／Ｎが得られ、かつ、ボトムパワー４．５〜
７．５ｍＷで実用上十分な２０ｄＢ以上の消去率が得ら
れた。

【００４８】さらにピーク・パワー１３ｍＷ、ボトムパ
ワー６ｍＷ、周波数３．７ＭＨｚの条件で、ワンビーム
・オーバーライトの繰り返しを１０００回及び１０万回
行った後、同様の測定を行ったが、Ｃ／Ｎ、消去率の変
化は、いずれも２ｄＢ以内でほとんど劣化が認められな
かった。

【００４９】また、この光記録媒体を，８０℃、相対湿
度８０％の環境に１０００時間置いた後、その後記録部
分を再生したが、Ｃ／Ｎの変化は２ｄＢ未満でほとんど
変化がなかった。さらに再度、記録、消去を行いＣ／
Ｎ、消去率を測定したところ、同様にほとんど変化がな
く、かつ欠陥の増加もほとんど見られなかった。

【００５０】実施例２ 実施例１の第１誘電体層の層厚を４４０ｎｍとした他
は、実施例１と同じ構成の光記録媒体を作製した。この
光記録媒体を実施例１と同様にＣ／Ｎと消去率を測定し
たところ、反射率は、１３％であり、ピークパワー１１
ｍＷ以上で実用上十分な５０ｄＢ以上のＣ／Ｎが得ら
れ、かつボトムパワー５〜７．５ｍＷで実用上十分な２
０ｄＢ以上の消去率が得られた。

【００５１】実施例３ 実施例１の記録層をＧｅ22Ｓｂ23Ｔｅ55とした他は、実
施例１と同じ構成の光記録媒体を作製した。この光記録
媒体を実施例１と同様にＣ／Ｎと消去率を測定したとこ
ろ、反射率は、１３％であり、ピークパワー１２ｍＷ以
上で実用上十分な５０ｄＢ以上のＣ／Ｎが得られ、かつ
ボトムパワー５〜７．５ｍＷで実用上十分な２０ｄＢ以
上の消去率が得られた。

【００５２】比較例１ 実施例１の第１誘電体層の厚さを本発明の範囲外の１８
０ｎｍとした他は、実施例１と同様の従来の光記録媒体
を作製した。この光記録媒体を実施例１と同様に測定し
たところ、反射率は、２０％であり、ピークパワー１５
ｍＷ以上で実用上十分な５０ｄＢ以上のＣ／Ｎが得ら
れ、ボトムパワー５〜９ｍＷで実用上十分な２０ｄＢ以
上の消去率が得られた。実施例１、２に比べ、Ｃ／Ｎ５
０ｄＢ以上の得られる記録時のピークパワーが３〜４ｍ
Ｗと著しく高く、実施例１，２の本発明の光記録媒体が
本比較例の光記録媒体よりも遥かに高感度であることが
分かった。

【００５３】比較例２ 実施例１の第１誘電体層の厚さを本発明の範囲外の３６
０ｎｍとした他は、実施例１と同様の光記録媒体を作製
した。この光記録媒体を実施例１と同様に測定したとこ
ろ、反射率は、実施例１及び２とほぼ同じ１３％である
が、実用上十分な５０ｄＢ以上のＣ／Ｎを得るには１４
ｍＷのピーク・パワーが必要であった。比較例１に比べ
て、記録感度は、１ｍＷ程度と殆ど向上しておらず、感
度の改善効果は、実施例１，２に比べ遥かに小さいこと
がわかった。

【００５４】

【発明の効果】本発明は、光記録媒体の誘電体層の厚さ
を特定の光学的厚さで構成したので、以下の効果が得ら
れた。 (1) 高感度で、かつ消去率、Ｃ／Ｎが高い。 (2) 多数回の記録消去を繰り返しても、動作が安定し
ており、特性の劣化、欠陥の発生がほとんどない。 (3) 耐湿熱性、耐酸化性に優れ、長寿命である。 (4) スパッタ法により容易に作製できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬尾 尚也 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ株 式会社滋賀事業場内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 透明基板上に記録層と誘電体層と反射層
   を備え、記録層に光を照射することにより、情報の記
   録、消去、再生が可能であり、情報の記録及び消去が、
   非晶相と結晶相の間の相変化により行われる光記録媒体
   において、前記基板と記録層との間に少なくとも１層以
   上の誘電体層を有し、その光学的厚さＬ１が下記の式で
   表される範囲にあることを特徴とする光記録媒体。 式 ｍλ／２ ＜ Ｌ１ ＜ ｍλ／２＋λ／４ ここで、式中のｍは１から３までの整数を表し、λは、
   記録光の波長を表す。