JPH07105070B2

JPH07105070B2 - 情報記録媒体

Info

Publication number: JPH07105070B2
Application number: JP62040911A
Authority: JP
Inventors: 克己鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPS63206927A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えばレーザビーム等の光ビームを照射す
ることにより記録層に相変化を生じさせて情報を記録消
去する情報記録媒体に関する。

（従来の技術）従来、情報の消去が可能な光ディスクとして相変化型の
ものが知られている。この相変化型の光ディスクにおい
ては、記録層にレーザビームを照射することにより、記
録層が例えば結晶質と非晶質との間で可逆的に相変化す
ることを利用して情報を記録消去する。

このような相変化する材料としては、例えば、Te,Ge,Te
Ge,InSe,SbSe,SbTe等の半導体、半導体化合物又は金属
間化合物がある。これらは、その温度により、結晶質相
と非晶質相との２つの状態を選択的にとり、各状態にお
いてＮ＝ｎ−ikで現される複素屈折率が相違するので、
レーザビームによる熱処理でこれら２つの状態を可逆的
に変化させて情報を記録消去する（S.R.Ovshinsky Meta
llurgical Transactions ２ 641 1971）。

この技術により情報を記録消去する方法について説明す
る。記録に際しては、記録層を初期結晶化した後、記録
層に高エネルギーのレーザビームを照射し、記録層を溶
融急冷することによりその部分を非晶質化して記録ピッ
トを形成する。消去に際しては、記録ピットに比較的低
いエネルギのレーザビームを比較的長いパルス幅で照射
し、この照射部分を徐冷することにより、一度非晶質化
した記録ピットを結晶化する。

このような結晶質−非晶質間の相変化により情報を記録
消去するタイプの光ディスクは、例えば第３図で示す層
構成を有している。即ち、ガラス又は有機樹脂で形成さ
れた透光性を有する基板１上に、化学的及び熱的に安定
な誘電体材料からなる保護層２を形成し、この保護層２
の上に記録層３を形成し、この記録層３の上に保護層２
と同様な材料からなる保護層４を形成し、更に、取扱い
上で生じる傷を防止するために保護層４の上に紫外線硬
化樹脂でつくられた保護層５を形成する。

この中で、保護層2,4は以下のような役割を有してい
る。

レーザビームを記録層３に照射する場合に、記録層
３が加熱されて蒸発することにより穴が形成されること
を防止し、記録消去の繰返しによる記録層３の変形を防
止する。

光学的な干渉を利用して再生時に信号の増大を図る
エンハンスメント効果を有する。

レーザビームの照射時に、記録層３からの熱の放出
を容易にして急冷非晶質化を容易にする温度コントロー
ル層として作用する。

この中で、温度コントロール層としての機能を果たすた
めには、保護層を比較的熱拡散率が高い誘電体材料で形
成することが好ましい。このような温度コントロール層
的な役割と同時に、他の２つの役割も満足する材料とし
てはSiO₂、SiN₄及びAl₂O₃等がある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、記録層を結晶質相と非晶質相との間で相
変化させて情報を記録消去するタイプの光ディスクにお
いては、記録層を非晶質化するための急冷速度は記録層
を形成する材質により異なり、記録層の材質により保護
層の適切な熱拡散率が異なる。このため、これらの組合
わせによっては、記録層に非晶質の記録ピットが形成さ
れない場合も生じてしまう。例えば、記録層３としてSb
Teを使用し、保護層2,4としてSi₃N₄を使用した光ディス
クにおいては、前述のような高エネルギでパルス幅が短
いレーザビームでは冷却が不十分となり記録ピットが非
晶質化せず、情報を記録することができない。また、熱
拡散率がSi₃N₄よりも大きいAl₂O₃で保護層2,4を形成す
る場合にはレーザビーム照射された部分の熱が保護層2,
4から過渡に放出されてしまい、SbTeのビーム照射部分
が溶融するまでに至らず、結果としてやはり情報を記録
することができない。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
レーザビームが照射された記録層を非晶質にして記録ピ
ッチ形成する際に、記録層を適切な冷却速度で冷却する
ことができ、光ビームの照射部分を高効率で非晶質化す
ることができる情報記録媒体を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明に係る情報記録媒体は、基板と、光ビームが照
射されることにより相変化して情報が記録消去される記
録層と、基板と記録層との間に形成された第１の保護層
と、記録層の上に形成された第２の保護層とを有する情
報記録媒体であって、前記第１の保護層と前記記録層と
の界面、及び、前記記録層と前記第２の保護層との界面
が凹凸部を有していることを特徴とする。

（作用）この発明においては、第１の保護層と記録層との界面、
及び、記録層と第２の保護層との界面に凹凸部を形成す
る。記録層に光ビームを照射し、その照射部分に記録ピ
ットを形成する際に、凹凸部の形状を記録層の材料と保
護層の材料との組合せに応じて変化させて形成すること
により、記録層の冷却速度が適切になるように保護層の
放熱量を微調整することができる。この場合に、この凹
凸部はスパッタエッチングにより形成することができ、
この凹凸部の高さは10乃至200Åが好ましい。

（実施例）以下、この発明の実施例について具体的に説明する。

この実施例に係る情報記録媒体は、例えば第１図（ａ）
に示すように構成されている。基板11は透明で材質上の
経時変化が少ない材料、例えば、ガラス又はポリカーボ
ネート樹脂等の材料でつくられている。基板11には、保
護層12、記録層13及び保護層14がこの順に形成されてい
る。保護層12,14は記録層13を挟むように配設されてお
り、レーザビームの照射により記録層13が溶損すること
を防止すると共に、記録層13からの放熱量を調節して記
録層のレーザビーム照射部分の冷却速度を調節するよう
になっている。この保護層12,14はSiO₂、Si₃N₄及びAl₂O
₃等の比較的熱拡散率が高い材料で形成されており、記
録層のレーザビーム照射部分からの放熱を補助するよう
になっている。これにより記録層13の光ビーム照射部分
を急冷して非晶質化することができ、記録ピットを形成
することができる。記録層13は例えばSb−Te合金で形成
されており、この合金はレーザビームの照射条件の相違
により結晶質相と非晶質相との間で相変化する。なお、
第１図（ｂ）に示すように、記録層13の上にSiO₂、Si₃N
₄及びAl₂O₃等で形成された主層16と補助層17とで構成さ
れた保護層15を形成してもよく、この場合には、記録層
13の上に主層16を形成しその上に補助層17を形成する。
補助層17は例えば紫外線硬化樹脂で形成され、ディスク
の取扱い上表面に傷等が発生することを防止する役割を
有している。

また、保護層12と記録層13との界面、及び、記録層13と
保護層14又は保護層16との界面は凹凸状となっており、
記録層13と各保護層との接触面積を大きくして記録層か
らの放熱量を大きくするようになっている。

このような光ディスクを成膜する装置について、第２図
を参照しながら、記録層を挟む保護層をSi₃N₄で形成し
た場合を例にとって説明する。図中21は反応容器を示
し、この反応容器21の周壁には排気口31及びガス導入口
30が設けられている。排気口31には図示しないクライオ
ポンプが連結されており、これにより反応容器21内が排
気されるようになっている。ガス導入口30には図示しな
いアルゴンガス供給装置が連結されており、ガス導入口
30を介して反応容器21内にアルゴンガスを導入するよう
になっている。また、このガス導入口30には流量調節用
バルブ39が取付けられている。円板状の基板11は回転基
台22により、反応容器21内の上部にその面を水平にして
支架されており、図示しないモータによりこの回転基台
22を回転させることにより基板11を回転させるようにな
っている。また、反応容器21内には基板11に対向するよ
うに、平板状の電極26,27,28が配設されており、この電
極26,27,28は夫々RF（ラジオフリークエンシー）電源3
5,36,37に接続されている。この電極26,27,28上には、
夫々Sbターゲット23、Si₃N₄ターゲット24、Teターゲッ
ト25が設置されている。また、ターゲット23,24,25と基
板11との間には、夫々シャッタ32,33,34が配設されてい
る。更に、回転基台22にはRF電源40が接続されている。

この成膜装置においては、先ず、クライオンポンプによ
り反応容器21内を例えば10^-6トルの真空に排気する。次
いで、バルブ39を開にしてアルゴンガスと窒素ガスとを
1:1の割合で反応容器21内に導入し、反応容器内のガス
圧を所定値に調整する。基板11を、例えば、60rpmで回
転させつつ、Si₃N₄ターゲット24にRF電源36から電極27
を介してRF電力を供給し、基板11上に所定厚みの保護層
12を形成する。この場合には、シャッタ33を開にし、シ
ャッタ32,34を閉にする。次いで、窒素ガスの供給を停
止し、反応容器21内をアルゴンガスのみとし、バルブ39
を調節してアルゴンガス圧を再度調節する。そして、RF
電源39から回転基台22にRF電力を供給し、保護層12の表
面をスパッタエッチングする。これにより、保護層12の
表面が凹凸状となる。

その後、電源40をオフにし、シャッタ33を閉じ、シャッ
タ32,34を開にして電源35,37から電極26,28を介してタ
ーゲット23,25にRF電力を供給し、例えば、Sb₆₀Te₄₀か
らなる所定厚みの記録層13を保護層12の上に形成する。
この場合に、ターゲット23,25に供給する電力と記録層1
3の組成との関係は予め把握されている。

次いで、RF電源39から再度回転基台22にRF電力を供給
し、記録層13の表面をスパッタエッチングする。電源40
をオフにした後、再度窒素ガスを反応容器21内に導入
し、アルゴンガスと窒素ガスとの供給比を1:1として反
応容器21内を所定圧力にし、再度RF電源36をオンにして
保護層12と同様の条件で保護層14を形成する。保護層15
を形成する場合には、同様の操作によりテフロン製の主
層16を形成し、その後、基板をスパッタ装置から外し
て、スピンコート法により主層16の上に紫外線硬化樹脂
を塗布し、これに紫外線を照射して補助層17を形成す
る。

次に、このような光ディスクの動作について説明する。

初期化記録層13は成膜直後に非晶質であるため、この記録層に
レーザビームを連続光照射して、記録層13を溶融徐冷し
て凝固させ、結晶質に相変化させる。

記録初期化された記録層13に短いパルス状のレーザビーム18
を照射し、この照射領域を一旦溶融させた後急冷するこ
とにより非晶質相に相変化させて記録ピット19を形成す
る。この場合に、保護層12,14の熱拡散係数が若干小さ
く、記録層13と各保護層との界面が平滑ならば記録層13
のビーム照射部分を十分な冷却速度で冷却することがで
きないような場合であっても、記録層13と各保護層との
界面を凹凸形状にして記録層13の放熱性を向上させるこ
とにより、記録層13のビーム照射部分を急冷して非晶質
化することができる。また、この凹凸の形状を変化させ
ることにより記録層13の放熱量を調節することができ、
記録層13の構成材料に応じて最適な冷却速度になるよう
に放熱量を微調整することができる。

再生記録層13に比較的弱いレーザビームを照射し、記録ピッ
トの反射光の強度を検出することにより情報を読取る。

消去レーザビームの照射条件を、基本的に初期化の場合の条
件と同様にして、記録ピット19に照射する。記録ピット
19は初期化の場合と同様に溶融徐冷されて凝固し、結晶
化する。

次に、この発明に係る情報記録媒体を製造して特性を試
験した試験例について説明する。

試験例反応容器内を約10^-6torrにし、アルゴンガスと窒素ガス
とを1:1の日にして反応容器内に導入し、容器内のガス
圧を5mtorrになるように調節した。この条件下でSi₃N₄
ターゲットに13.56MHzのRF電力を出力300Wで供給し、ポ
リカーボネート製の基板の上に約1000ÅのSi₃N₄保護層
を成膜した。次いで、窒素ガスの供給を停止してアルゴ
ンガスのガス圧を5mtorrに調整して500WのRF電力により
Si₃N₄保護層の表面を約２分間スパッタエッチングし
た。この場合に、RF電力の大きさと表面粗さとの関係を
予め把握しておいた。この条件の場合には保護層の表面
粗さは平均で約80Åであった。その後、Sbターゲット及
びTeターゲットに夫々100W及び30WのRF電力を供給して
約800ÅのSb₆₀Te₄₀記録層をSi₃N₄保護層の上に成膜し
た。その後、100WのRF電力により記録層の表面を約２分
間スパッタエッチングし、表面粗さを平均で100Åとし
た。この記録層の上に前述の保護層と同一の条件でSi₃N
₄製の主層を1000Åの厚みで成膜した。このサンプルを
容器21から取出し、スピナーにより主層の上に紫外線硬
化樹脂を塗布した後、この樹脂に紫外線照射して約10μ
ｍの補助層を形成して光ディスクサンプルを得た（これ
ををサンプルＡとする）。同様の手法により、サンプル
Ａと同一層構成でスパッタエッチング処理せずに各層を
形成したサンプルを作製した（これをサンプルＢとす
る）。これらのサンプルを動特性評価装置により特性評
価した。波長が830nmの半導体レーザを使用し、初期化
に際しては、出力5mWで連続光照射してディスク全面を
結晶化した。この際のディスクの回転数は600rpmとし
た。記録に際しては、ディスクの回転数を同様に600rpm
として出力が10mWでパルス幅が100ns、デューティ比が5
0％のレーザビームを記録層にパルス照射した。再生に
際しては、出力が0.4mWのレーザを記録ピットに照射し
た。この場合に、サンプルＡは振幅70mWの交流信号を得
ることができた。この際の変調度は50％であった。これ
に対し、サンプルＢの場合には、同様に0.4mWのレーザ
ビームを照射した結果、全く信号を得ることができなか
った。この動特性試験後、これらサンプルA,Bのレザビ
ーム照射部分を切出し、記録層のみ剥離して透過型電子
顕微鏡（TEM）で組織観察した結果、サンプルＡでは結
晶化されたトラックに非晶質の記録ピットを観察するこ
とができたが、サンプルＢでは結晶化したトラックのみ
しか観察することができなかった。

このように、記録層と各保護層との界面を凹凸状にする
ことにより、記録層を適切に冷却することができ、レー
ザビーム照射部分を非晶質化することができる。

なお、この実施例においては、SbTeで形成された記録層
を使用し、Si₃N₄で形成された保護層を使用した場合に
ついて示したが、これに限らず、保護層の熱拡散性を若
干調節することにより、記録層のレーザビーム照射部分
を非晶質化することができる場合には適用することがで
きる。また、SbTeのような結晶質相と非晶質相との間の
相変化により情報を記録消去する記録層の場合に限ら
ず、相異なる結晶質相間で相変化して情報を記録消去す
る記録層の場合にも適用することができる。

［発明の効果］この発明によれば、光ビームの照射により相変化して情
報を記録消去する記録層を有する情報記録媒体の場合
に、記録層と記録層を挟むように配設された２つの保護
層との界面を凹凸状にするので、凹凸部の形状を記録層
の材料と保護層の材料との組合せに応じて変化させて形
成することにより、記録層の冷却速度が適切になるよう
に保護層の放熱量を微調整することができる。従って、
保護層を形成する材料を選択するだけでは、記録層のレ
ーザビーム照射部分に記録ピットを形成することができ
ない場合でも、このようにして記録層の放熱量を微調整
することにより有効に記録ピットを形成することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）はこの発明の実施例に係る情報記録
媒体を示す断面図、第２図は光ディスクの成膜装置を示
す模式図、第３図は従来の情報記録媒体を示す断面図で
ある。 11;基板、12,14,15;保護層、13;記録層、18;レーザビー
ム、19;記録ピット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、光ビームが照射されることにより
相変化して情報が記録消去される記録層と、基板と記録
層との間に形成された第１の保護層と、記録層の上に形
成された第２の保護層とを有する情報記録媒体におい
て、前記第１の保護層と前記記録層との界面、及び、前
記記録層と前記第２の保護層との界面が凹凸部を有して
いることを特徴とする情報記録媒体。
【請求項２】前記凹凸部は、その高さが10乃至200Åで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の情
報記録媒体。
【請求項３】前記凹凸部は、前記第１の保護層の記録層
側の面、及び、前記記録層の第２の保護層側の面をスパ
ッタエッチングして形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項に記載の情報記録媒体。
【請求項４】前記第２の保護層は、主層と、その上に形
成された有機樹脂製の補助層との２層体であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１
項に記載の情報記録媒体。