JP5136235B2

JP5136235B2 - 光学的情報記録媒体及び設計方法

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Publication number: JP5136235B2
Application number: JP2008158746A
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Inventors: 修一大久保
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Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-06-18
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Description

本発明は、光学的情報記録媒体及び設計方法に関し、更に詳しくは、温度又は光強度に依存して光学特性が非線形に変化する相変化層を有する光学的情報記録媒体、及び、そのような光学的情報記録媒体の設計方法に関する。

レーザ光照射により情報の再生を行う光学的情報記録媒体の一例として、光ディスク媒体が知られている。光ディスクは、その機能によって、記録された情報の再生のみを行う再生専用型（ＲＯＭ媒体）、１回だけ記録可能な追記型、データの書換えが可能な書換え型に区分される。これらのうち、ＲＯＭ媒体は、射出成型という技術を用いることで、廉価に、かつ、高速に複製が可能であることから、画像或いはパッケージソフトの配布媒体として広く普及している。また、ＲＯＭ媒体の普及に牽引される形で、追記型及び書換え型の市場も拡大してきた。今後、画像の高品質化が更に進展することを考慮すると、光ディスクには、更なる大容量化が望まれる。

光ディスクの容量は、情報の再生に用いられるレーザ光のビーム径に依存している。ビーム径が小さいほど、より高密度な情報を誤りなく再生することが可能となる。ＲＯＭ媒体の場合には、一般にピットと称される基板に形成された幾何学的な凹凸が情報を表しており、容量を増加させるには、より微小なピットを形成する必要がある。微小なピットから情報を正確に読み出すことには、レーザ光のビーム径を小さくすることが、最も有効な手段である。

ところで、レーザーダイオードを出射した光は、対物レンズを通じて収束しても、回折の影響のため、一点には集束せず、有限の大きさを有するビームとなる。一般に、これを回折限界と呼んでおり、レーザ光の波長がλ、対物レンズの開口数がＮＡ（Numerical Aperture）であるとき、λ／（４ＮＡ）が再生分解能の限界となる。具体的に、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．６５の場合は、λ／（４ＮＡ）≒１５６ｎｍとなり、１５６ｎｍ以下の長さのビットを正確に読み出すことはできない。

上記条件で、１５６ｎｍ以下の長さのピットを正確読み出すには、レーザ光の波長を４０５ｎｍよりも短くするか、対物レンズのＮＡを０．６５より大きくする必要がある。しかし、現在のレーザー技術としては、短波長のレーザーを提供するのに限界がある。また、光ディスクで一般的に用いられているポリカーボネート（ＰＣ）基板は、４０５ｎｍよりも短い波長に光に対して、基板が透明ではなくなる、つまり、光の透過率が低下するということも問題となる。ＮＡに関しては、ＮＡの大きな対物レンズを製造するには、コストが高くなるという問題がある。また、対物レンズの開口数が大きくなるほど、ピックアップとディスクとの間の距離は縮まる。このため、ＮＡを大きくすると、光ヘッドとディスクとが衝突する危険性が高まり、両者が衝突することで、ディスク表面が損傷して、データ損失に至るおそれが大きくなる。

回折限界を超えて再生分解能を向上させるための技術として、媒体超解像技術が知られている。媒体超解像においては、温度或いは光強度により光学特性が非線形に変化する超解像層を利用した媒体が用いられる。特許文献１には、相変化層を超解像層として用いた光学的情報記録媒体が記載されている。図１２に、超解像光ディスクの透明基板にあらかじめ形成されたピット列を拡大して示す。対物レンズを通過したレーザ光は、媒体上に、集光スポットとして照射される。超解像層は、照射されたレーザ光を吸収し、温度が上昇する。

レーザ光照射により温度が上昇した領域のうち、特に超解像層の融点を超えた融解領域では、超解像層が固相状態から液相状態に変化する。液相状態に変化した領域は、反射率が上昇し、記録マークを再生する開口として機能することになる。その結果、再生に寄与する開口の大きさを、回折限界で決まる集光スポットサイズよりも小さくすることができる。これにより、再生限界以下の微小な記録マークの情報を、超解像再生信号として読み出すことができる。

超解像層の１つとして、相変化層が知られている。相変化層は、結晶状態と融解状態とでは異なる光学特性を示すので、結晶状態と融解状態の可逆変化を利用することで、超解像再生を実現できる。つまり、結晶状態と融解状態とでは、光学特性が大きく変化するので、回折限界以下のピットを再生することが可能となる。
特開平５−８９５１１号公報

図１３に、相変化層を用いて超解像再生動作を行ったときの相変化層の状態を示す。通常、超解像媒体は、保護層や超解像層、反射層などの積層構造となっている。これらのうち、図１３では、説明簡略化のために、超解像層（相変化層）のみを図示している。また、図１３では、ピット列についても、図示を省略している。集光ビーム照射領域には、３種類の状態の相変化層が混在している。すなわち、（Ａ）レーザビーム中心付近で保温に保持され融解している領域、（Ｂ）一度高温に保持され融解した後、レーザビームの移動に伴って温度が低下し、液相から固相に戻った領域、（Ｃ）温度は上昇するが、ビーム縁部であるため温度上層幅が狭く、融点に達することなく固相のまま保たれる領域の３種類の領域が存在する。

相変化層の光学定数は、上記３種類の状態においてそれぞれ異なるため、反射率も同一とはならない。しかし、超解像動作時にビーム内に３種類の状態が混在していることを開示している従来例はなく、これまで、上記（Ａ）〜（Ｃ）における３つの反射率の全てを考慮した媒体設計はなされていない。このため、微小マーク再生信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が不十分で、良好な検出性能（低い誤り率）を得ることが困難であった。

本発明は、相変化層を有する光学的情報記録媒体について、微小マークの再生信号Ｓ／Ｎが十分に確保可能な光学的情報記録媒体、及び、その設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光学的情報記録媒体は、相変化層を有する超解像媒体であって、情報再生に用いられるレーザ光が照射された際の相変化層の状態として、溶解した状態、溶解することなく結晶化した状態、及び、溶解後に結晶化した状態が存在し、相変化層が溶解状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＡ、相変化層が溶解後に結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＢ、溶解することなく結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＣとして、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）が１．５以上であることを特徴とする。

本発明の光学的情報記録媒体の媒体構成設計方法は、相変化層を有する超解像媒体の媒体構成を設計する方法であって、情報再生に用いられるレーザ光が照射された際の前記相変化層の状態として、溶解した状態、溶解することなく結晶化した状態、及び、溶解後に結晶化した状態が存在し、相変化層が溶解状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＡ、相変化層が溶解後に結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＢ、及び、溶解することなく結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＣに基づいて、媒体構成を決定することを特徴とする。

本発明の光学的情報記録媒体は、微小マークの再生信号Ｓ／Ｎを十分に高くすることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の光学的情報記録媒体の断面を示している。光学的情報記録媒体は、基板１０１、保護層１０２、１０４、超解像層１０３、及び、反射層１０５を有する。基板１０１は、あらかじめ、幾何学的な凹凸として形成された記録ピットを有する。光学的情報記録媒体は、基板１０１上に、保護層１０２、超解像層１０３、保護層１０４、及び、反射層１０５を順次に積層した構成となっている。

保護層１０２、１０４には、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ｔａ_２Ｏ_５等の誘電体を用いることができる。保護層は、１層のみで形成してもよく、また、誘電体を順に積層した多層膜で形成してもよい。超解像層１０３は、相変化層である。超解像層１０３には、ＩｎＳｂ、ＧｅＢｉＴｅ、Ｂｉ_２Ｔｅ_３、ＧｅＳｂＴｅ、Ｓｂ_２Ｔｅ_３、ＧａＳｂ、ＡｇＩｎＳｂＴｅなどの一般的な相変化材料を用いることができる。超解像層１０３と保護層との間には、信頼性向上のために、厚さ３ｎｍ〜５ｎｍ程度の界面層を適宜付加してもよい。反射層１０５には、Ａｌ合金、Ａｇ合金などを用いることができる。

光学的情報記録媒体からの情報再生時、レーザ光は、基板１０１の保護層１０２とは反対側の面から入射する。図１３を参照して超解像層１０３の状態を説明すると、再生レーザ光が照射される領域には、３種類の状態の超解像層（相変化層）が存在する。すなわち、（Ａ）レーザビーム中心付近で保温に保持され融解している領域、（Ｂ）一度高温に保持され融解した後、レーザビームの移動に伴って温度が低下し、液相から固相に戻った領域、（Ｃ）温度は上昇するが、ビーム縁部であるため温度上層幅が狭く、融点に達することなく固相のまま保たれる領域の３種類の領域が存在する。

（Ａ）の領域では、相変化層は溶融した液相状態にあり、非晶質状態のように、原子配列がランダムに乱れた状態となっている。しかし、（Ａ）の領域は、固相の非晶質状態、つまり、融解状態から急冷し、配列が乱れたまま固相に戻った状態に比して膜が高温に保持されているので、原子運動はより活発であり、原子配列は固相の非晶質状態とは異なっている。その結果、固相の非晶質状態と溶融状態とでは、光学定数は異なる。超解像媒体の光学設計を精度よく行うためには、溶融状態での光学定数が必要である。

（Ｂ）の領域では、相変化層は、溶融後に結晶化した状態となっている。融点直下の温度領域では、結晶核の生成頻度が低く結晶成長速度が速いため、溶融結晶化では、結晶粒が大きな結晶状態が形成される。これに対し、（Ｃ）の領域は、融点に達せずに固相で結晶化が進行した領域となっている。成膜直後に非晶質状態にあり、室温から融点よりも低い温度まで加熱され結晶化した場合には、結晶核生成頻度が高い温度領域を経て結晶化が進行するので、微細な結晶粒からなる結晶状態が形成される。なお、成膜直後に結晶状態となっている相変化層もあるが、そのような膜においては、（Ｃ）の領域における結晶状態は、成膜直後の結晶状態とほぼ同一である。（Ｂ）と（Ｃ）では、結晶状態が同一ではないので、超解像媒体の光学設計には、それぞれの結晶状態における光学定数が必要である。

融解することにより反射率が増加することを利用した超解像動作を例として説明すると、（Ａ）の領域の反射率は、マークを再生するために利用されるので、できるだけ大きいことが望ましい。一方、（Ｂ）の領域及び（Ｃ）の領域の反射率は、微細なマークの再生に対する外乱となるため、できるだけ小さくすることが望ましい。本発明者は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３種類のそれぞれの状態における光学定数及び反射率を測定し、（Ｂ）、（Ｃ）の双方の状態における反射率を、（Ａ）の状態における反射率より十分低くすることで、再生Ｓ／Ｎ（検出性能）を向上できることを見出した。つまり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の領域での反射率をそれぞれＲＡ、ＲＢ、ＲＣとして、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とすることで、再生Ｓ／Ｎを向上できることを見出した。

上記ＲＡ、ＲＢ、ＲＣは、光学的情報記録媒体を構成する各層（図１）の膜厚に依存して変化する。本発明者は、相変化層の光学定数を求め、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣが膜厚変化に対してどのように変化するかを調べた。また、本発明者は、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とする光学的情報記録再生媒体を作成し、再生性能を測定して、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とすることで再生Ｓ／Ｎを向上できることを確認した。再生Ｓ／Ｎを向上できることは、回折限界以下の微少なピットからの情報を正確に読みとることができということであり、上記構成とすることで、記録容量を大幅に向上させることが可能となる。

以下、実施例を用いて説明する。はじめに、第１実施例について説明する。まず、相変化層（ＩｎＳｂ層）の光学定数を求める。試料として、直径５０ｍｍ、厚さ３５０ｍｍのガラス基板上に、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２：５０ｎｍ、ＧｅＮ：５ｎｍ、ＩｎＳｂ：１０ｎｍ、ＧｅＮ：５ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２：５０ｎｍを順次にスパッタリングにより積層したものを用いた。なお、ＩｎＳｂ層を保護層（ＺｎＳ−ＳｉＯ_２層）で挟み込む理由は、ＩｎＳｂ層単体の状態では、融点まで加熱した際に、ＩｎＳｂ層が昇華又は蒸発により消失するためである。

図２に、試験装置を示す。試料は、直径１０ｍｍ程度のステージ２０３上に置かれる。ステージ２０３上の試料は、加熱源２０４により加熱される。加熱源２０４から供給する熱量を制御することで、試料における温度上昇量を制御することができる。昇温後は、加熱を停止し、自然冷却又は窒素ガスパージによる冷却を行い、試料を室温にまで冷却する。透過率、反射率の計測に際しては、光源２０１を発光し、光源２０１からの光を、偏光ビームスプリッタ２０２、１／４波長板２０７を介して試料に照射する。試料に照射する光は、直径は１ｍｍ程度で、集光されていない平行光とする。

試料を透過した光は、フォトディテクタ２０５に入射する。フォトディテクタ２０５は、試料の透過光を検出する。試料で反射した光は、１／４波長板２０７を逆向きに通り、偏光ビームスプリッタ２０２で反射して、フォトディテクタ２０６に入射する。フォトディテクタ２０６は、試料の反射光を検出する。フォトディテクタ２０５、２０６の検出信号に基づいて、試料の透過率及び反射率を求めることができる。

ここで、試料はＩｎＳｂ層以外の層も含んでいるため、試験装置を用いて求めることができる透過率及び反射率は、ＩｎＳｂ層以外の層を含んだ状態での透過率及び反射率となる。試料を構成する各層のうち、ＩｎＳｂ以外の膜については、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＧｅＮともに融点が十分に高いので、それぞれ単層の状態で別個に光学定数を測定できる。ＩｎＳｂ単体についての光学定数は、試料の透過率及び反射率と、既知のＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＧｅＮの光学定数、膜厚と、ＩｎＳｂの膜厚とから算出することができる。

上記試料を、図２に示すような光学系内に配置し、室温から５２０℃の温度範囲における反射率／透過率の温度依存を調べた。図３に、反射率及び透過率の温度依存の測定結果を示す。図３において、（ｉ）は溶融状態、（ｉｉ）は溶融後室温まで冷却された状態、（ｉｉｉ）は成膜直後の状態にそれぞれ相当する。なお、図３では、５００℃近傍で、反射率に大きなヒステリシスが観測されているが、これは、溶融・凝固の過加熱・過冷却の影響によるものである。

（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の状態の試料について、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）観察を行ったところ、ＩｎＳｂは、（ｉｉ）では粒径３００ｎｍ程度の結晶状態であり、（ｉｉｉ）は粒径５０ｎｍ程度の結晶状態であることが確認された。なお、融点より低い４００℃程度まで加熱・冷却した試料についてもＴＥＭ観察を行ったところ、結晶状態は（ｉｉｉ）と同等であった。（ｉ）〜（ｉｉｉ）の状態は、図１３に示す（Ａ）〜（Ｃ）の状態にそれぞれ相当するので、以降は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で表記することとする。

上記測定結果から、（Ａ）〜（Ｃ）の各状態におけるＩｎＳｂの光学定数を求めた。下記表１に、（Ａ）〜（Ｃ）の状態におけるＩｎＳｂの光学定数を示す。（Ａ）は、溶融状態であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は結晶化状態であるので、（Ａ）と（Ｂ）、或いは、（Ａ）と（Ｃ）では、光学定数が異なる。（Ｂ）と（Ｃ）については、共に結晶状態ではあるものの、粒径が異なっており、光学定数が異なっている。この（Ｂ）と（Ｃ）における光学定数の相違に着目した超解像媒体の設計に関する技術の開示はこれまでになく、従来は、（Ｂ）又は（Ｃ）の状態の何れか一方の光学定数が設計に用いられてきた。

次いで、本発明者は、求めたＩｎＳｂの光学定数を用いて、超解像媒体の反射率を計算した。媒体構成としては、レーザ光を入射する基板側から順に、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、ＧｅＮ、ＩｎＳｂ、ＧｅＮ、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２、Ａｇ合金を積層した構成を仮定した。ここで、ＩｎＳｂは図１の超解像層１０３に対応し、ＩｎＳｂを挟み込むＺｎＳ−ＳｉＯ_２は保護層１０２、１０４に対応する。また、Ａｇ合金は反射層１０５に対応し、ＧｅＮは、保護層１０２、１０４と、超解像層１０３との間の界面層に該当する。

想定した媒体における各部の膜厚は、ＩｎＳｂの膜厚を１３ｎｍとし、Ａｇ合金の膜厚を５０ｎｍ、ＧｅＮの膜厚を５ｎｍとした。超解像層１０３と反射層１０５との間のＺｉＳ−ＳｉＯ_２層（保護層１０４）の膜厚は１５ｎｍとした。基板１０１側のＺｎＳ−ＳｉＯ_２（保護層１０２）の膜厚は、設計パラメータとし、膜厚を変化させて、各膜厚でのＲＡ、ＲＢ、ＲＣを計算した。

図４に、反射率の計算結果例を示す。基板側のＺｎＳ−ＳｉＯ_２の膜厚を変化させると、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の状態における反射率ＲＡ、ＲＢ、ＲＣは、図４に示すように変化する。図４を参照すると、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２の膜厚が５０ｎｍ程度までは、ＲＢとＲＣはほぼ等しく、両者の差は小さいことがわかる。しなしながら、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２の膜厚が５０ｎｍよりも厚くなるにつれて、ＲＢとＲＣの差が大きくなっていく。なお、ＲＣは、サーボ動作に関わってくるため、サーボ動作を安定的に行うためには、ある一定以上の反射率を有していることが好ましい。具体的には、安定サーボ動作の確保のためには、ＲＣは５％以上あることが好ましい。

図５に、ＲＣ≧５％の膜厚範囲について、膜厚と、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）との関係を示す。図５を参照すると、膜厚４５ｎｍ程度から５０ｎｍ程度のとき、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値は他の膜厚範囲のときの値よりも大きくなっていることがわかる。超解像再生性能の観点では、保護層１０２の膜厚は、一定値以上のＲＣが確保でき、かつ、ＲＢとＲＣとの双方がＲＡに比べて十分小さくなる４５ｎｍ程度から５０ｎｍ程度が好適であると推察される。

比較例として、設計パラメータとしてＲＡとＲＣのみを考慮し、ＲＡ／ＲＣの値で媒体構成を選択する場合を考える。図６に、ＲＣ≧５％の範囲における膜厚とＲＡ／ＲＣと関係を示す。図６を参照すると、ＲＡ／ＲＣを基準に媒体構成を選択すると、ＲＡ／ＲＣは８５ｎｍ程度で最大となるので、保護層１０２の膜厚は８５ｎｍ程度が好適であると考えられる。しかしながら、図５を参照すると、膜厚８０ｎｍ程度ではＲＢの値が大きくなるので、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値は小さくなり、超解像再生性能の観点からは、好適な媒体構成とはならないと考えられる。

続いて実施例２について説明する。実施例２では、実施例１の検討を踏まえて、保護層１０２の膜厚を４５ｎｍとする光学的情報記録媒体（Ｄｉｓｋ１）と、保護層１０２の膜厚を８５ｎｍとする光学的情報記録媒体（Ｄｉｓｋ２）とを作成し、再生性能の比較を行った。つまり、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）に基づいて媒体構成を選択したＤｉｓｋ１と、ＲＡ／ＲＣに基づいて媒体構成を選択したＤｉｓｋ２とにおける再生性能を測定し、両者を比較した。

作成した光学的情報記録媒体（Ｄｉｓｋ１、Ｄｉｓｋ２）における保護層１０２以外の膜厚は、実施例１で想定した媒体における各部の膜厚と同一とした。すなわち、超解像層１０３（ＩｎＳｂ）の膜厚は１３ｎｍとし、保護層１０４の膜厚は１５ｎｍ、反射層１０５（Ａｇ合金）の膜厚は５０ｎｍとした。また、保護層１０２と超解像層１０３との間の界面層（ＧｅＮ）及び超解像層１０３と保護層１０４との間の界面層（ＧｅＮ）の膜厚は、それぞれ５ｎｍとした。

Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２は、厚さ０．６ｍｍのＰＣ基板に、深さ４５ｎｍ、最短１００ｎｍのピットが形成されたＲＯＭ用基板とした。ピット列は、（１−７）変調により記録されており、最短ピット長は１００ｎｍで、最長ピット長は４００ｎｍであった。作成したＤｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２について、波長４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．６５の光ヘッドを用い、線速６．６ｍ／ｓにて、再生パワを変化させながら評価を行ったところ、Ｄｉｓｋ１では、再生パワ２．７ｍＷ〜３．３ｍＷの範囲において、１０^−６程度の良好な誤り率が得られた。一方、Ｄｉｓｋ２では、１０^−４よりも低い（良好な）誤り率を得ることはできなかった。

本発明者は、Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２におけるＲＡ、ＲＢ、ＲＣに相当する反射率を測定し、作成したＤｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２におけるＲＡ、ＲＢ、ＲＣを検証した。この検証は、以下の手順で行った。
（１）Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２のミラー領域（半径２２ｍｍ付近）において、超解像層１０３（ＩｎＳｂ）の状態が変化しない０．５ｍＷのパワのレーザ光（波長４０５ｎｍ）を照射し、反射率を測定する。この反射率は、ＲＣに相当する。なお、ミラー領域を用いた理由は、ミラー領域はピットによる回折の影響がなく、反射率測定に適しているからである。
（２）Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２のミラー領域において、超過像層１０３（ＩｎＳｂ）を溶融させる３ｍＷのパワのレーザ光（波長４０５ｎｍ）を照射しつつ、光ヘッドを半径方向に０．５ｍｍだけ移動した後、溶融結晶化が生じた０．５ｍｍ幅の領域の中心付近に、０．５ｍＷのパワのレーザ光（波長４０５ｎｍ）を照射し、反射率を測定する。この反射率は、ＲＢに相当する。
（３）Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２のミラー領域において、ビーム径が約２μｍと大きいレーザ光を高パワで照射し、溶融領域を形成する。このときのレーザ波長は、１６００ｎｍとした。当該溶融領域と同じ領域に、０．５ｍＷのパワのレーザ光（波長４０５ｎｍ）を照射し、反射率を測定する。情報の再生に用いる波長４０５ｎｍのレーザ光は、約０．５ｍｍに集光されており、集光ビーム内は全て溶融しているとみなせるので、この手順で測定される反射率は、ＲＡに相当する。

上記手順により測定した反射率と、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣの設計値との差を求めたところ、差は、Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２の何れにおいても全て１％以下であった。つまり、Ｄｉｓｋ１及びＤｉｓｋ２にて、設計どおりの反射率が得られていることが確認できた。

引き続き、実施例３について説明する。実施例３では、実施例２で用いた保護層１０２の膜厚を４５ｎｍとする光学的情報記録媒体に加えて、保護層１０２の膜厚を５５ｎｍ、６５ｎｍ、７５ｎｍ、８５ｎｍとする光学的情報記録媒体を作成し、そのそれぞれについてＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）と、誤り率とを求め、両者の関係を調べた。保護層１０２以外の膜、及び、その他の測定条件については、実施例２と同一とした。

図７に、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）と誤り率との関係を示す。膜厚とＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）との関係と、膜厚と誤り率との関係とから、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）と誤り率との関係を求めると、図７に示すグラフが得られる。図７を参照すると、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）と誤り率との間には明確な相関があり、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値が大きくなるほど、誤り率が低下することがわかる。つまり、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値が大きくなるほど、良好な誤り率が得られることがわかる。また、装置の許容限界とみなすことができる１０^−４以下の誤り率を得るためには、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を１．５以上とすればよいことがわかる。

なお、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値が大きい光学的情報記録媒体では、ＲＢとＲＣとがほぼ等しくなる。従って、媒体の設計（媒体構成選択）に際しては、ＲＢとＲＣとをほぼ同一とすることを設計方針としてもよい。例えば、ＲＢとＲＣの反射率の差が２％以内の媒体構成とすることで、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）が所定の値以上の光学的情報記録媒体を得ることができる。

比較例として、各膜厚の光学的情報記録媒体のＲＡ／ＲＣの測定結果と誤り率とから、ＲＡ／ＲＣと誤り率との関係を求めた。表２に、ＲＡ／ＲＣの測定結果及び誤り率の測定結果を示す。また、図８に、ＲＡ／ＲＣと誤り率との関係を示す。図８を参照すると、ＲＡ／ＲＣと誤り率とに明確な相関はなく、ＲＡ／ＲＣは、媒体の性能を表す指標とはなりえないことがわかる。

実施例４について説明する。実施例４では、媒体構成選択に際して、ＲＡ／ＲＢのみを指標として、好適な媒体構成を選択できか否かについて検討した。すなわち、図４を参照すると、ＲＢが小さい領域では、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）が大きくなっているので、ＲＡとＲＢとに着目すれば、超解像再生に対して好適な媒体構成を選択できるように思われる。そこで、実施例１とは異なる媒体構成について、ＲＡ／ＲＢのみを指標として、好適な媒体構成の選択が可能であるか否かを調べた。

図９に、実施例１とは異なる媒体構成の光学的情報記録媒体におけるＲＡ、ＲＢ、ＲＣと、保護層１０２（図１）の膜厚との関係を示す。媒体構成として、基板１０１側から順に、保護層１０２（ＺｎＳ−ＳｉＯ_２：膜厚は設計パラメータ）、界面層（ＧｅＮ：５ｎｍ）、超解像層１０３（ＩｎＳｂ：８ｎｍ）、界面層（ＧｅＮ：５ｎｍ）、保護層１０４（ＺｎＳ−ＳｉＯ_２：１５ｎｍ）、反射層１０５（Ａｇ合金：５０ｎｍ）を積層した構成を仮定した。この媒体は、ＲＢが低い場合であっても、ＲＣが大きくなる場合が存在しており、超解像再生に適した媒体構成であるとは言えない。

図１０に、上記構成の光学的情報記録媒体におけるＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）と保護層１０２の膜厚との関係を示す。図１０に示すように、上記構成の光学的情報記録媒体におけるＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値は１．５を超えるところもあるものの、最大値の値が図５に比して低い。従って、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値に基づいて、上記構成が超解像再生に好適な媒体構成であるとは言えないということが判断できる。この場合は、保護層１０２以外の膜厚についても膜厚の変更を行うなどして、媒体構成の変更を行えばよい。

図１１に、上記構成の光学的情報記録媒体におけるＲＡ／ＲＢと保護層１０２の膜厚との関係を示す。図１１を参照すると、膜厚３０ｎｍ程度から４０ｎｍ程度の範囲でＲＡ／ＲＢの値が大きくなっており、保護層１０２の膜厚をその範囲とすることで、好適な媒体構成が得られるように思える。つまり、ＲＡとＲＢのみでは、上記構成が超解像再生に適した媒体であるか否かを正しく判断することができず、好適な媒体構成を選択できないことがわかる。

以上、まとめると、光学的情報記録媒体は、相変化層が溶解状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＡ、相変化層が溶解後に結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＢ、溶解することなく結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＣとして、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）が所定の値以上である。ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とすることで、再生Ｓ／Ｎを向上でき、高密度記録が可能となる。特に、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を１．５以上とすることで、１０^−４以下の良好な誤り率を得ることができる。

また、媒体構成の設計に際しては、相変化層が溶解状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＡ、相変化層が溶解後に結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＢ、及び、溶解することなく結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＣに基づいて、媒体構成を決定する。溶融後に結晶化した状態にある領域の反射率（ＲＢ）と、溶融することなく結晶化した状態にある領域の反射率（ＲＣ）とを分けて考え、ＲＢ、ＲＣと、溶融状態にある領域の反射率ＲＡとに基づいて媒体構成を選択することで、再生Ｓ／Ｎを向上できる媒体構成を得ることができる。

なお、上記各実施例では、超解像層（相変化層）にＩｎＳｂを使用した例について説明した。これは、ＩｎＳｂは、溶融状態の光学定数と結晶状態の光学定数とが大きく異なっており、ＲＡ／｜ＲＢ＋ＲＣ｜を大きな値にすることが容易で、超解像層として好適であるためである。しかしながら、超解像層はＩｎＳｂには限らず、Ｂｉ_２Ｔｅ_３やＧｅＳｂＴｅなどを用いることもできる。その場合でも、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣに基づいて媒体構成を選択し、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とすることで、再生Ｓ／Ｎの向上が可能である。

上記各実施例では、基板側の保護層の膜厚を変化させることで、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）の値を所定の値以上とする媒体構成を得た。しかし、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣは、図１に示す各層の膜厚の組み合わせに依存して変化するので、変化させる膜厚は基板側の保護層には限られず、基板側の保護層以外の膜厚を変化させることでＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とする媒体構成を得てもよい。また、各部の膜厚調整以外の要素により、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）を所定の値以上とする媒体構成を得てもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光学的情報記録媒体及び設計方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態の光学的情報記録媒体を示す断面図。反射率／透過率を測定する装置の概要を示すブロック図。相変化層を有する試料を加熱・冷却した際に観測される反射率／透過率の変化の一例を示すグラフ。超解像媒体の反射率と保護層の厚さとの関係の一例を示すグラフ。保護層の膜厚とＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）との関係を示すグラフ。保護層の膜厚とＲＡ／ＲＣとの関係を示すグラフ。ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）と超解像媒体の誤り率特性との関係を示すグラフ。ＲＡ／ＲＣと超解像媒体の誤り率との関係を示すグラフ。超解像媒体の反射率と保護層の厚さとの関係の別例を示すグラフ。保護層の膜厚とＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）との関係を示すグラフ。保護層の膜厚とＲＡ／ＲＢとの関係を示すグラフ。超解像媒体に形成されたピット列を拡大して示す図。相変化層を用いて超解像再生動作を行ったときの相変化層の状態を示す図。

符号の説明

１０１：基板
１０２、１０４：保護層
１０３：超解像層
１０５：反射層
２０１：光源
２０２：偏光ビームスプリッタ
２０３：ステージ
２０４：加熱源
２０５、２０６：フォトディテクタ
２０７：１／４波長板

Claims

相変化層を有する超解像媒体であって、
情報再生に用いられるレーザ光が照射された際の相変化層の状態として、溶解した状態、溶解することなく結晶化した状態、及び、溶解後に結晶化した状態が存在し、相変化層が溶解状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＡ、相変化層が溶解後に結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＢ、溶解することなく結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率をＲＣとして、ＲＡ／（ＲＢ＋ＲＣ）が１．５以上である光学的情報記録媒体。
ＲＣ≧５％を満たす、請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
ＲＢとＲＣとがほぼ同一である、請求項１又は２に記載の光学的情報記録媒体。
相変化層を有する超解像媒体の媒体構成を設計する方法であって、
情報再生に用いられるレーザ光が照射された際の前記相変化層の状態として、溶解した状態、溶解することなく結晶化した状態、及び、溶解後に結晶化した状態が存在し、
相変化層が溶解状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＡ、相変化層が溶解後に結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＢ、及び、溶解することなく結晶化した状態にある領域における超解像媒体の反射率ＲＣに基づいて、媒体構成を決定する設計方法。