JPS6329334A - 光記録用媒体 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はレーザー光に対して高い感度を有する書き換え
可能な光ディスクの光記録用媒体に関する。

〔発明の属する技術分野〕

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、国内外でその研究開発が盛んに行なわれているが、
とくにレーザーを光源として用いる光ディスクは従来の
磁気記録媒体に比べておよそ１０〜ｔＯＵ倍の記録密度
をもっており、また記録。

再生へ、ドと記録媒体とが非接触状態で情報の記録、再
生ができるので長寿命であるなどの特徴があることから
、高密度、大容量の記録方式として開発を急がれている
。

この光ディスクは用途に応じて再生専用型、追記型、書
き換え型の３棟類に大別することができる。再生専用型
は文字通り情報の読み出しのみが可能な再生専用ディス
クであり、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もので
ある。これに対して書き換え型は情報の記録、再生とさ
らに記鎌済みの情報を消去して等き換えることが可能で
アリ、コンピューター用のデータファイルとしての利用
が望まれ、最も期待されているものである。

書き換え型のディスクについては光磁気記録と相変態記
録の二つの記録方式の開発が進められているが、いずれ
も記録材料や書き込み機構などの点でなお改良すべき余
地が残されている。これらのうち相変態記録は書き換え
可能な光ディスクとして記録材料の相変態を利用した記
録方式であり、一般にレーザー光を記録面に集光して加
熱し、レーザー光のパルス出力、継続時間を制御するこ
とによって生ずる記録材料の相変態前後の各相における
反射率の違いで情報の記録を行なうものである。

この相変態型光ディスクの構造の１例を第４図の模型断
面図に示す。）も４図において例えばポリカーボネート
などの基板１の片面にあらかじめ多くのトラッキング用
の溝２が設げられており、この溝２を有する方の基板１
の表面にスパッタ法などによりＳｉＯ２膜３が形成され
、その上に記録用材料すなわち媒体膜４が形成される。

さらにその上に８１０２膜５と有機物保護Ｗ１６がこの
順に堆積された構成となっている。このように媒体膜４
がＳ　ｉＯ２膜３．５によってはさまれた構造としであ
るのは信号の書き込みや消去の際に光加熱のために媒体
膜４が高温になるのでその時媒体膜４が基板１と反応し
たり、蒸発、飛散するのを防止し、媒体膜４の変質が生
じないようにするためである。

そしてレーザー光は基板ｌの媒体膜４を有する側と反対
の面から入射するのが−ｇ７である。

このような光記録媒体に実際に情報を書き込むには、マ
ス；ラッシ、ランプなどの光照射により媒体を十分に結
晶化させ、書き込み可能な初期状態を確保し、次いで高
出力、短パルスのレーザー光を媒体面上にスポット状に
照射して媒体を溶融した後急冷する。このことにより媒
体面上のスポット領域は結晶質から非晶質へ変態し、書
き込みが行なわれる。一方情報を消去するときは非晶質
の媒体に比較的低出力のレーザ光を照射して媒体を結晶
化温度まで昇温、アニールし結晶質とすることにより行
なわれる。このときのレーザー光照射時間は媒体の結晶
化速度により決定される。

この相変態記録方式の書き換え可能な光記録用材料は、
従来いくつかのものが提案さｎているが、現在最も実用
性が高いと考えられているのは′ｌ’　ｅ系材料の結晶
質−非晶質遷移による反射率の変化を利用したものであ
る。この種の材料に関する発明は多数出願されており、
最近のものでは例えば特開昭６０−４２０９５号公報に
開示されているＳｎ　−’ｒｅ−８ｅＯ系や特開昭６０
−１０７７４４号公報に開示されている’ｒｅ　−Ｇｅ
−８ｎＯ系などがある。

例えばＳｎ　−Ｔｅ−８ｅＯ系の媒体材料でＳｎを必須
の成分として含有しているのはＳｎが非晶質状態の安定
性を高め、長時間安定な情報の記録が可能な媒体を得る
ことおよび本発明者の知見によればＳｎが媒体の結晶化
速度をあげ、消去時間を短縮させる元素だからである。

第５図は５ｎ−Ｔｅ−８ｅＯ系の媒体材料を用いたとき
のレーザー照射時間に対するレーザー出力の関係を示し
た代表的な線図であり、各曲線間に書き込み領域と消去
領域を明示しである。しかし、例えば書き込み時のレー
ザー照射条件は、レーザー光のスポットを１μｍφにし
たとき１０ｍＷ、０．２μｓｅｃ程度であるのに対し、
第５図から消去時のレーザー照射条件は３　ｍＷ、　２
μｓｅｃ程度であり、消去時には書き込み時より１桁程
度長い照射時間を必要とすることがわかる。そのためこ
の媒体材料を用いた実際の光デスクでは消去用レーザー
光のスポットを楕円状に拡げて媒体がレーザースポット
内を通る時間を長くするなどの対策がとられるが、レー
ザー光のパワー密度を一定とすればスポットの大きさに
はレーザー光の全出力により定められる限界が生ずる。

したがって実用上はディスクの回転数を抑制してディス
クがレーザースポットを通過する時間を長くする方がよ
いが、このことがデータ転送速度を制限する大きな要因
となる。

これに対して本発明者は媒体の結晶化時間を短縮できる
結晶化速度の大きな媒体材料としてＳｎの代りにＩｎを
用いて一般式Ｉｎ工Ｔｅ、Ｓｅ□で表わされ、ｘ、ｙ、
ｚ（７）値がそれぞれ１＜、ｒ＜３０．４０＜、ｙ〈９
５゜２くｚく５９の範囲にあり、ｒ＋ｙ＋ｚ＝ｔｏｕな
る光記録材料を見出し、これを特許出願中である。

例えば平均組成がＩ旧ｏ　Ｔｅ５ｓ　５ｅ３ｓ　　から
なる媒体材料について第５図に倣って消去条件を求める
と第６図の線図が得られる。第５図と第６図との比較か
ら明らかなように、Ｓｎの代りにＩｎを用いて適切な組
成比を付与したＩｎ　−Ｔｅ−８ｅ系媒体材料ではレー
ザー出力５ｍＷのとき０．５Ｍ式で繰り返し消去が可ｈ
≦であり、レーザー照射時間が短時間側に移行している
ことからＩｎの添加効果がわかる。

−万Ｓｎ　−Ｔｅ−８ｅＯ系媒体材料は情報を書き込み
、長時間保存したときの非晶質状態の安定性や情報の妥
き込みと消去を繰り返し行なった場合の安定性などはま
だ十分でなく、例えば光磁気記録方式の記録情報の保存
寿命が約１０手と言われているのに対して、上記媒体材
料では２〜３年であり、相変態記録方式の一つの問題と
なっている。

以上のことから、↓き撲え可能な光記録媒体材料はＩｎ
　−′ｒｅ−８ｅ系材料の消去時間を短縮できるという
すぐれた特徴を保持したまま、さらに記録情報の長期間
保存に対する安定性をよくするためには、第４元素の添
加効果を期待するとともに、媒体の各構成元素の含有率
を適確に定めることが有効と見られる。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的はレーザー光の照射による高速消去特性を損なうこと
なく、にこ・禄情報の長期間保存に対する安定性の窩い
光記録用媒体を提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明は光記録媒体材料として、膜厚方向の平均組成が
Ｉ　ｎｚＴｅｙ　Ｓｅｚ　Ｍ（１で表わされ１ＭはＡｓ
、Ｇｅのうちの少なくとも一つであり、”＋　ｙ、ｚ＋
α　の１１証はそれぞれｉく、ｒく３０，４０くｙく９
５，２くｚく５９．Ｏ（ａく５の範囲にあり、ｘ＋ｙ−
１−ｚ＋α”１ＯＩｌとなるものである。

〔発明の実施例〕

はじめに本発明の媒体の構成元素とその組成比の選択理
由について述べる。光記録媒体として結晶質−非晶質遷
＃を起こさせるためにはＴｅは必須の構成元素であり、
４０〜９５％含まれることが必要である。Ｓｅは媒体の
使用に際して艮Ｑトな耐（菫件、耐酸化件を保持するた
めの構成元素であり、この目的からはＳｅの組成比は２
％以上で効果があ乙があまり多くなると光波長７８０〜
８３０ｒ＋ｍにおける媒体の光吸収系数が減少し、レー
ザー感度が低下する。上限ｊｊ　１’ｅ　、　Ｉｎ　　
の量によって決まり５９％となるが、この範囲でその目
的は達せられる。

さらに本発明者らは種々１１究の結果、媒体材料が非晶
質状態から結晶化を容易に促進し、本発明の目的である
記録情報の消去時間を短縮するのに効果的な役割を果す
元素はＩｎであることを見出し、Ｉｎを媒体構成元素と
して用いるために以下のような検討を行なった。この点
を第１図に示したＴｅ　−Ｉｎの２元合金状態図を参照
して述べる。本発明の媒体はＩｎＴｅ５ｅＡｓ　（（３
ｅ　）の４元合金であるから本来は４元合金状態図を用
いて考慮すべきであるが、この４元合金については正確
な平衡状態図が未だ得られていないからである。

前述のように情報のなき込み時には媒体はレーザー光に
よって局所的に溶融されるが、第１図の状態図によれば
例えば点％Ａで示したＩｎ含有ｔ３５％の組成を持つ材
料は溶融状慇からの凝固に際して、ある分配係数により
１ｎ３Ｔｅｓ　なる化合物を優先的に晶出する。レーザ
ー照射時間はスポットの中央部と周辺部とでは温度差が
あり、そのスポ、トに対応する個所の媒体の凝固は周辺
から始まるので、凝固が終了したとき結果的にはＩｎ３
Ｔｅ５が凝固領域の周辺に集まり、中央部はＩ’ｅの含
有ぶの高いものとなる。情報の書き込み、消去が数多く
行なわれると、この現象も繰り返えされることになり、
スポット位置における媒体組成が初期状態からのずれを
生ずるため、媒体特性が不安定となり長期間の使用に対
して再現性が低下する。

これを避けるためにＴｅ−Ｉｎ系合金については第１図
の点線Ｂで示したＩｎ１１％の共晶点付近の組成とする
のが融点も低く、凝固が一様に行なわれることから媒体
材料としては望ましい。この共晶点は実際にはＳｅ　、
　ＡｓまたはＧｅが添加されるので組成のずれを生ずる
が、前述のように４元合金状態図は不明である。しかし
Ｉｎ１１％の組成を中心とした範囲が繰り返し書き込み
、消去の安定性を保つことは確かであり、Ｉｎが結晶化
を促進する元素であることを考慮すればＩｎの添加は少
なくとも１％が必要であり、上限は上述の部分的な組成
比の不均一性の影響が少ないＩ％に止めるのがよい。

ここまでの組成比は前に述べた消去時間を短縮させるた
めのＩｎ　−Ｔ’ｅ−８ｅ系媒体材料として本発明者が
現在出、頓中のものと同じである。

さらに本発明では長期間の情報保存の安定性を得るため
にＡｓまたはＧｅを加えてあり、通常１’ｅ　−８ｅ系
のカルコゲナイド材料は鎖状の分子構造を有しているが
、これに添加されたＡｓまたはＧｅは、これらの分子鎖
同志を架橋し、粘付を上昇させさらには非晶質−結晶質
の遷移温度を上昇させる。

長期間保存した後の記録データの信頼性が劣化する主な
原因は、データの曹き込みにより非晶質となったデータ
点が室温における熱エネルギーによって屡々結晶百へ遷
移することによるものである。

Ａｓまたは（−ｉｅの添加による遷移温度の上昇は室温
におけるこの非晶質−結晶質への遷移を抑制する効果を
もつものである。この効果はＩｎ　−Ｔｅ−８ｅ系℃は
ＡｓまたはＧｅの組成比αが特に２〜３の範囲で顕著に
なる。しかしαが５より大きくなると非晶質の安定性は
増すものの、記録データの消去速度が減少し、書き換え
可能な光記碌媒体の聡合的な特性を低下させることにな
る。したがってＡｓまたはＧｅの組成比はＩｎ　−Ｔｅ
−８ｅ系合金に添加するときこの範囲に定めることが合
目的である。またＡｓとＧｅは複合添加してもよく、そ
の場合は総量でこれらが単独添加されるときと同じ範囲
の組成比となるようにすればよい。

以上のことから本発明の媒体材料はＩｎ工１゛。、Ｓｅ
、！Ｍαのｘ、ｙ、ｚ、ａがそれぞれ１　＜ｘ　（，３
８、４０＜ｘ　り９５゜２くＺく５９．Ｏ＜α≦５であ
り、ｘ　＋ｙ　−１−ｚ＋α＝１００と定められ、Ｍを
Ａｓ　、　Ｇｅのうちの少なくとも一つとし、これら構
成元素をバランスよく配合したものである。

次にこの組成範囲の媒体を有するｙ履体を炸裂し、媒体
の非晶質−結晶質の遷移温度を求めた。

まず平均組成がＩｎ＋ｏＴｅｓ２Ｓｅｚｓ　Ａｇ３とＩ
ｎｔｏ　Ｔｅ５ｏ　５ｅｚｓＡＳ５の２塊類の材料をそ
れぞれ石英ガラスの基板上に真空蒸着して厚さ０．１μ
ｍの薄膜として〕４成し、次いでその上にいずれもスパ
ッタにより約（Ｊ、ｌｌＩｊｍの嵐さにＳ　Ｉ０２の保
：Ｉ４．ｉを形成した。成算された媒体はいずれもはじ
め非晶質であるが、これらをホットプレート上で加熱す
ることにより結晶質へ遷移させることができる。昇温速
度を１０℃／−とし、光反射主の変化をモニターしその
遷移温度を測定すると、ｘｎｌｏ”６６２”ｅ２５ＡＳ
３の媒体膜は７０℃・Ｉｎｔ。

’Ｉ”ｅ　ｓｏ　Ｓｅ　２５　Ａｓ　ｓの媒体膜は８５
℃であった。比較のために求めたＡｓを含まない前述の
Ｉ　ｎ　＋ｏ　”’ｅ　ｓｓ　Ｓｅ　３５を媒体とした
ときの遷移温度は５０℃であり、本発明の媒体組成のも
のが非晶質−結晶質の遷移温度を上昇させ、このことは
記録されたデータの保存寿命を暴くする上で有効である
。なおＡｓの代りに（ｊｅを用いても同様の結果が得ら
れる。

次いでこのようにして形成した積層体を用いてレーザー
照射条件を求めた。そのためこれら積層体のｆｉ膵とは
反対側の基板面から入射するレーザー光には波長３３Ｑ
　ｎｍの半導体レーザーを用い、レンズ１ｘどにより媒
体上で約１　ｐｍφのスポットとなるように焦点を合わ
せる。そしてレーザー照射時間ζこ対するレーザー出力
の関係線図から、レーザー照射により媒体が非晶・内と
なるレーザー照射条件下なわち谷き込み領域と、レーザ
ー照射により媒体が結晶質となるレーザー照射条件すな
わち消去領域を明らかにすることができた。その結果を
第２図と第３図に示す。第２図は媒体をＩｎ１ＯＴｅ６
２Ｓｅ２５ＡＳ３としたものであり、その消去条件はレ
ーザー出力が４．３ｍＷのとき最短のレーザー照射時間
は１，７μ式で神り返し消去が可能である。同様に第３
図は媒体をＩｎ　１ＯＴｅ６０５ｅ２５ＡＳ５とした場
合であり、レーザー出力５．３ｍＷで最短時間が２μ式
で鎌り返し消去が可能である。第２ゾ、第３図を前に述
べた媒体としてＩ　ｎ　＋ｏ　Ｔ６　ｓｓ　Ｓｅ　：ｓ
ｓを用いたときの第６図と比較してみるとＡｓを添加し
た本発明による媒体の消去条件は非晶質−結晶質の遷移
温度の上昇に応じてレーザー出力はやや増加し、消去時
間もやや畏時間側に移行するものの第５図の従来の５ｎ
−Ｔｅ−８ｅ（Ｊ系椹体と同等以上の特性をもち、Ａｓ
の添加は消去時間に対して河ら悪い影響を及ぼすもので
はない。すなわち本発明の記録媒体はＩｎ添加による消
去時間の短縮とＡｓ添加による非晶質状態の安定性を両
ニさせるものである。なおこの場合もＡｓの代りに（ｊ
ｅを用いても同じ姑来が得られるのでＧｅ添加について
の図示は省略した、複合添加のときも同様である。

さて本発明の記録媒体を用いた光ディスクの構造は前述
の第４図に示したものと同じであるから、再び第４図を
参照して本発明の場合を述べる。ポリカーボネートの基
板ｌは円板状をなし、−面にあらかじめトラッキング用
の清２が設けられている。この表面にスパ〜り法などに
よりＳ　ｉ　０２膜３を形成し、その上に例えばＩｎ＋
ｏＴｅｓｚＳｅ２ｓＡｓ３の組成をもつ光記録媒体膜４
を０．１μｍの厚さに形成する。媒体膜４を形成するに
は構成元素のそれぞれを独丁した蒸発うから蒸発させる
多元真空蒸着法を用いた。媒体膜４の上にはさらにＳ　
ｉＯｚ膜５とその上に有機物保護材６を移層する。

かくして炸裂されたディスクに光記録を行なうのは以下
の手順によるが、光照射に関する装置などの図示は省略
しである。まずフラッジ−ランプを用いて光照射を与え
、ＩＨ１ｇＴｃ６２ＳｅｚｓＡ３３の記録媒体膜４を十
分に結晶化させ、書き込み可能な初期状態とし、次いで
ディスクを１２００　ｒｐｍで回転させ、波長８３０　
ｎｍの半導体レーザーを媒体膜４の面上にスポット状に
照射するが、その際まず半導体レーザーの光強度を、存
き込みが行なわれない程度に保ち、通常のコンパクトデ
ィスクで使用されているトラッキング溝２との自動焦点
合わせ機構により、レーザー光がトラ、キング溝２の間
に正しくフォーカスされるよう制御した後、情報信号に
したがって半導体レーザーの光強度を強めることにより
書き込みを行なう。この書き込みにより媒体膜４は結晶
質から非晶質となり、この変態に起因する反射率の低下
が認められる。

記録の消去は光記録媒体膜４の苓き込み点を非晶質から
結晶質へ遷移させるために、書き込みの゛　ときと同様
な方法でレーザー光を照射することにより行なう。ただ
し消去の場合は書き込みのときに比べてレーザー光の強
度は低く、照射時間を長くすることが必要であり、本実
施例のように回転基板上の記録を消去する場合にはレー
ザースボヴトを書き込みのときより大きくするのが有効
である。

記録の読み出しは、半導体レーザーの光強度を導き込み
が行なわれない程度に保ち、上述した書き込みの場合と
同様にトラッキング溝２と自動焦点合わせを行ないなが
ら記録媒体４の反射光の強弱を検出することにより行な
う。

以上のようにして炸裂した本発明の光記録媒体を備えた
ディスクを用いて情報の書き込み、再生を行なった結果
、書き込み直後で約１×１０　のエラーレイトが得られ
た。さらに印℃、湿度（イ）％の環境における１年間の
寿命試験に対してエラーレイトは１．２　ｘ　１０−’
とわずかに増加したが、この程度のエラーレイトの増加
は実用上無視できるものである。これはＡｓまたはＧｅ
を添加してない前述のＩｎ　１０　Ｔｅ　５５　Ｓｅ　
３５を用いたディスクを比較のために同様の寿命試験を
行なったときに得られるエラーレイトは５×１０　であ
り、従来のＳｎ　−１’ｅ−８ｅＬＪ系では５　Ｘ　１
０−’であるのに対して、本発明の組成比をもった記録
媒体が長期間安定性に関してすぐれていることを示すも
のである。

これまで説明してきたように本発明による組成の光記録
媒体は第２図、第３図の結果と上述の寿命試験の結果か
ら、本発明者の発明になるＩｎ−Ｔｅ−８ｅ系媒体材料
にＡｓとＧｅを単独もしくは複合添加するとともに各構
成元素の配合を適切に設定したために、すぐれた消去時
間特性を損なうことなく、情報の長期間保存の安定性を
向上させることができたものである。

〔発明の効果〕

情報の書き換えが可朋な光ディスクの結晶質−非晶質遷
移による反射率変化を利用する媒体材料として従来知ら
れているＳｎ　−Ｔｅ−３ｅＯ系は記録情報を長期間保
存するときの安定性と記録情報の消去時間がなお満足で
きないものであったのに対し、本発明では実施例で述べ
たごとく、ＳｎをＩｎに置き換え、Ａｓ、Ｇｅを単独も
しくは複合添加し、各構成元素の特徴を生かし、バラン
スのよい組成比を設定したために、Ｉｎ含有による記録
情報の消去時間を短縮するという長所を保持したまま、
Ａｓ。

Ｇｅ添加効果に基づく記録情報の長期保存に対する高い
安定性を有する記録媒体とすることができたものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は’ｌ゛ｅ−Ｉｎ系の２元合金状態図、第２図。 第３図は本発明の組成比をもつ媒体のレーザー照射時間
に対するレーザー出力の関係線図、第４図は光ディスク
の構造を表わす模型的断面図、第５図は従来の媒体のレ
ーザー照射時間とレーザー出力との関係線図、第６図は
本発明者の発明１こなるＩｎｔｏ　Ｔｅ５Ｓ−８ｅ３５
媒体のレーザー照射時間とレーザー出力との関係線図で
ある。 １・・・基板、２・・・トラッキング用溝、３，５・・
・ＳｉＯ２膜、４・・・媒体膜、６・・・有機物質保護
膜。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）レーザー光の照射によって生ずる光記録材料の可逆
   的相変態を利用した情報の記録、再生および消去可能な
   光ディスクの光記録用媒体であって、組成が一般式Ｉｎ
   ＿ｘＴｅ＿ｙＳｅ＿ｚＭ＿αで表わされ、ＭはＡｓ、Ｇ
   ｅのうちの少なくとも一つであり、ｘ、ｙ、ｚ、αの値
   がそれぞれ１≦ｘ≦３０、４０≦ｙ≦９５、２≦ｚ≦５
   ９、０＜α≦５の範囲にあり、かつｘ＋ｙ＋ｚ＋α＝１
   ００となることを特徴とする光記録用媒体。