JPS6329335A - 光デイスク記録素子 - 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】 産業上の利用分野 本発明は光ディスク記録素子に関する。更に詳しくは、
記録材料として無害な非晶質５ｉＧｅ薄膜を用いたこと
を特徴とする光ディスク記録素子に関するものである。

従来の技術 近年高出力で安定な半導体レーザ等に係る技術の目醒し
い発展に伴い、コヒーレント光の様々な応用の可能性の
追求がなされ、光通信、光記録・再生、光計測等の様々
な分野において有用な技術として期待され、広範囲に亘
る研究がなされ、かつ実用化されている。

その中で、最近特にレーザ光の高集束性を利用した光記
録媒体、例えばコンパクトディスク等が高密度記録用の
光記録媒体として注目され、従来の電算機用の大容量記
憶装置での応用等の観点から期待されている。

光ディスクは、磁気記録と比較して記録密度の点で有利
であり、非接触であることからディスク、ヘッドの寿命
が長いという利点を有し、更に再生専用の複製ディスク
を安価に実現できるので、大容量の情報ファイル用とし
て期待できる。

光ディスクの記録方式から２種に大別され、レーザ光の
熱エネルギーでメモリー用薄膜の微小部分を蒸発させて
小孔（ピット）を設けて記録する方法と、該薄膜の物性
、特に光学的特性（透過率、反射率、屈折率等）を変化
させることにより記録する方法がある。前者は固定記録
型（あるいは追記型）といわれ−回のみ記録できるもの
であり、また後者は記録・消去が繰返し実施できる可逆
型（もしくは書換型）といわれる。

従来の追記型記録材料（非消去型メモリ材料）としては
、これまで有機物、色素、金属薄膜などが検討されたが
、Ｔｅを主成分とする、例えばＴｅ　−Ｃ，ＴｅＯｘ　
、Ｂ１−Ｔｅ５Ｔｅ−３ｅなどの合金が主流となってき
ている。

一般に、記録・再生を行う場合半導体レーザーを使用す
ることが多いが、この半導体レーザーは波長ｓｏｏｎｍ
近傍の近赤外光であって、比較的低出力のものであると
いう実用上の制約がある。

更に、記録材料としてはレーザー光に対する感度、分解
能の観点から極薄膜でなければならず、また上記の近赤
外光を効率良く吸収し、しかも永続的かつ大きな光学的
変化を生じなければならず、更に耐熱性、湿度等の外的
因子による影響が小さいなどの要求を満足するものであ
る必要がある。

以上のような実用上の理由から、Ｔｅ合金が追記型光デ
ィスクの記録材料として主流となっているのである。

発明が解決しようとする問題点 上記の如く、レーザーなどの関連技術の発展に伴って大
容量の記録媒体の開発が広く行われている。中でも、光
ディスクは他のメモリー素子と比較してアクセス時間が
遅いという問題があるものの、メモリー容量が著しく大
きく、しかもビット当たりのコストが極めて低いことか
ら大型電子計算機等の記憶材料として期待されている。

しかしながら、光記録材料、として実用化されているＴ
ｅ合金は有毒であることから、製造にたずされる者、使
用する者にとって安全性の点で問題であり、また廃棄の
際にもその毒性は環境汚染等の大きな問題を内包してい
る。

従って、この毒性の問題を解決することは当分野におい
て重要であり、Ｔｅ合金に代る有効な追記型記録材料の
開発が必要である。

そこで、本発明の目的は毒性が無く、しかも従来のＴｅ
合金に匹敵する記録・再生性能を有する新しい記録材料
、記録素子を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、光ディスク記録素子、特に追記型記録素
子の上記の如き現状に鑑みて、無害かつ高い記録性能を
有する新しい材料、素子を開発すべく種々検討した結果
、薄膜化・大面積化が可能であり、また組成の大きな自
由度を有し、光学的特性を広い範囲で制御できるものと
期待されるアモルファス薄膜が有利であるとの知見を得
、かかる知見に基き本発明を完成した。

即ち、本発明の光ディスク記録素子は案内溝を有する基
板と、記録材料としての非晶質シリコンゲルマニウム薄
膜（以下ａ−３ｉＧｅまたはａ　−３ｉＧｅ：Ｈ薄膜と
いう）層とを有することを特徴とするものである。

ここで、基板材料としてはポリカーボネート、ポリメチ
ルメタクリレートなどの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、
架橋ポリメチルメタクリレートなどの熱硬化性樹脂、ガ
ラスなどの従来公知の各種のものがいずれも使用できる
。

この基板は、勿論案内溝くプレグルーブ〉を有しており
、このプレグルーブは一般に使用レーザーの１／８波長
の深さ、半導体レーザーのスポット径とほぼ等しい約０
．８μｍの巾、および１．６μｍ前後のピッチを有する
ものであり、例えばＮ＋スタンパを射出成形機内の金型
内に設置して成形する方法、基板とスタンパとの間にフ
ォトポリマーなどを流し込み、形状を転写した後光を照
射して樹脂（フォトポリマー）を硬化する方法などによ
り作製される。

また、記録材料としてのａ−３ｉＧｅ層は、グロー放電
法、水銀増感光ＣＶＤ法、直接励起光ＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法（高周波励起など）等を使用できる。即ち、
原料ガスとしてのＳｉＨ，，５ｉ２Ｈｓ（Ｓｉ源）およ
びＧｅ　Ｈ、（Ｇｅ源）等との混合物から上記各種方法
に従って得ることができる。

この記録材料層の厚さは特に制限はないが、記録、再生
感度等の点で一般的には０．００５〜０．３μｍの範囲
とすることが有利である。

本発明の光ディスク記録素子の構成は、記録材料として
ａ　−５ｉＧｅ　：　Ｈ薄膜を用いる以外は特に制限は
なく、従来公知の任意の構成とすることができる。従っ
て、例えば記録材料層の酸素、湿度等の外的条件の変動
に基く種々の問題を排除するために保護層を設けること
ができ、この保護層としては例えばガラス、アクリルな
どによる密封層、５ｉ０２などの無機物や有機物などを
利用できる。

また、プレグルーブとしてもインジェクションモールド
法、光重合法等いずれの方法で作製したものであっても
よい。

作用 従来から、有機物、色素、金属等の薄膜が記録材料とし
て検討されてきたが記録性能、再生性能の点で満足し得
るＴｅ合金に集約されてきた。このような従来の追記型
光ディスク記録素子において問題とされていた点は、記
録材料としてのＴｅ合金においてＴｅが有毒であること
に起因するものであった。

しかしながら、本発明における如く、記録材料としてａ
−３ｉＧｅ半導体層を利用することによってＴｅ合金の
もつ上記問題が解決できた。即ち、Ｔｅ合金に匹敵する
十分な記録・再生特性を有するものであり、製造、使用
、廃棄に係る安全性、汚染性等の諸難点を解決できた。

ａ−３ｉＧｅ薄膜は、そのＳｉとＧｅとの組成比を変化
させることにより光学的吸収端を１ｅＶから２ｅＶまて
任意に変えることができる。更に、所定の３１とＧｅと
の組成比において、ａ　−３ｉＧｅ薄膜はその膜中の水
素量を変えることにより、光学的吸収端を約Ｑ、４ｅＶ
変えることができる。

従って、波長６２０ｎｍからｔ２４ｏｎｍまでの光の中
の、ある特定の波長の光に対してＳｉとＧｅの組成比を
適切に選び、かつその膜中の水素量を変えることにより
、光の吸収係数を大巾に変化させることが可能となる。

このような現象を利用して本発明の光ディスク記録素子
の記録を行うことが可能であり、また光の吸収係数の変
化を透過率、反射率の変化等として検出し、読取り、即
ち再生することができる。

即ち、本発明の光ディスク記録素子では、ディスク基板
上に形成されたａ−３ｉＧｅ膜上に、所定のレーザー光
を照射し、部分的に水素を蒸発もしくは他の領域に拡散
させて、プレグルーブに沿った水素濃度の疏・密を形成
することにより記録を行う。ここで、水素濃度の低い部
分が記録ビットとして機能する。従って、再生は勿論、
ビット形成時のレーザー光よりも出力の低い（即ち、水
素の蒸発、拡散を生じない）レーザー光を記録部分に照
射し、吸収係数の変化に基く透過率等の変化を検出する
ことにより行う。

このような有利な記録・再生特性を達成するためには、
ａ−３ｉＧｅ薄膜中のＳｉ／Ｇｅ比は１：９〜９：１の
範囲とすることが好ましく、これによって十分なレーザ
ー光に対する感度、分解能の記録素子を得ることができ
、また記録・再生用の各レーザー光の波長に応じて、最
適の吸収係数差のものを得ることができる。

また、一般にはａ−３ｉＧｅ薄膜は、波長７８０ｎｍの
レーザー光に対する吸収係数がＩＱ−４ｃｍ−ｌ程度と
なるように形成することが有利であり、レーザー光照射
前後の高い吸収係数差が得られる。

実施例 以下、実施例（作製例）により本発明の光ディスク記録
素子をより具体的に説明すると共に、該素子の奏する効
果を明らかにする。しかしながら、本発明は以下の具体
例により同等制限されるものではない。

作製例 ピッチ３μｍ１巾１μｍのトラック案内溝を設けたガラ
ス基板上に、膜厚５００Ａのａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ膜
を高周波プラズマＣＶＤ法で形成した。このプラズマＣ
ＶＤによる成膜は、原料ガスとしてＳｉＨ４を１００　
Ｓ　ＣＣ＋、ｌ、ＧｅＨａ　を３０ＳＣＣＭ流し、圧力
は０．　ＩＴｏｒｒとし、高周波電力５０Ｗ１基板温度
１００℃で行った。

かくして得られたａ　−５ｉＧｅ　：　Ｈ膜の光学的バ
ンドギャップエネルギーは１．５ｅＶであり、また波長
７８０ｎｍの光に対する吸収係数は１０’ｃｍ−’であ
った。

このａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ薄膜に、直径１μｍに集光
した出力１５ｍＷのレーザーパルス光（波長：　７８０
ｎｍ）をトラック案内溝に沿って照射した。このレーザ
ー光照射によりａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ膜が加熱され、
膜中の水素量が減少し、ａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ膜の光
学的バンドギア／プエネルギーはｌ、　３ｅＶに低下し
、波長７８０ｎｍのレーザー光に対する吸収係数はｌＱ
５ｃｍ−１となった。この操作により上記の光学特性を
有する径約０．８μｍの微小部分をディスクのトラック
案内溝に形成することができた。

更に、ａ　−３ｉＧｅ　：　Ｈ膜の水素量、即ち吸収係
数の差を利用して、同様に波長７８０ｎｍで出力１ｍＷ
のレーザー光をトラック案内溝に照射することにより、
十分な検出感度で再生することができた。

発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の光ディスク記録素子
においては、記録材料としてａ　−５ｉＧｅ　：Ｈ［を
採用したことにより、製造、使用中における安全性並び
に廃棄時における環境汚染等の問題をほぼ完全に解決す
ると共に、記録・再生感度の点でも実用化に十分耐え得
る製品を提供できた。

即ち、ａ−３ｉＧｅは無害であり、また実用上の制約、
例えば半導体レーザーが波長８００ｎｍ程度の近赤外光
で比較的低出力であるいとう制約を十分に満足する。

かくして、本発明の光ディスク記録素子は取扱い、使用
に際して安全であり、十分な記録・再生特性を有し、し
かも大容量の記録が可能である。

従って、当分野での要求を十分に満たすものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）案内溝を有する基板と、記録材料としての非晶質
   水素化シリコンゲルマニウム薄膜とを含むことを特徴と
   する光ディスク記録素子。
2. （２）上記非晶質シリコンゲルマニウム薄膜中の水素量
   をレーザー光照射により変化させ、該変化に基く光学的
   性質の変化に基き、記録・再生を行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光ディスク記録素子。
3. （３）上記非晶質シリコンゲルマニウム薄膜の、波長７
   ８０ｎｍのレーザー光に対する吸収係数が１０＾−＾４
   ｃｍ＾−＾１であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の光ディスク記録素子。
4. （４）上記非晶質シリコンゲルマニウム薄膜中のＳｉ／
   Ｇｅ比が１：９〜９：１の範囲内にあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜３項のいずれか１項に記載の
   光ディスク記録素子。