JP2003507218A - 再書き込み可能な光学情報記録媒体 - Google Patents

再書き込み可能な光学情報記録媒体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 DVD+RW、DVD-赤およびDVD-青、そしてDOWのような、高速光記録法に適する再書き込み可能な光学情報媒体を提供すること。 【解決手段】 基板(1)、第一誘電層(2)、AgaInbSbcTedまたはGeaInbSbcTed (3)を基とする相-変化記録層、第二誘電層(4)、および金属ミラー層(5)を有する再書き込み可能な光学情報媒体が記述されている（ここで、2 < a < 8 0 < b < 655 < c < 80 15 < d < 30、a + b + c + d = 100、および当該記録層(3)の層厚が5と15nmの間の範囲にある）。このような媒体は、DVD+RW、DVR-赤、およびDVD-青のような高密度および高速データ相変化光学記録システムおよび媒体における使用に適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、レーザ光線による書き換え可能な高速記録のための光学情報記録媒
体であって、当該媒体が、層のスタックを保持する基板を有し、このスタックが
、第一誘電層と、SbおよびTeを有する相-変化記録材料を有する記録層と、第二
誘電層と、金属ミラー層とを、この順序で、有する光学情報記録媒体に関する。
【０００２】 本発明は、高記憶密度および高速データアプリケーションのこのような光学記
録媒体の使用にも関する。
【０００３】
【従来の技術】
相変化原理に基づく光学情報またはデータの格納は、魅力的である。何故なら
ば、それが、読取り専用システムによる容易な互換性により直接の重ね書き(DOW
)と高記憶密度の可能性を組み合わせるからである。相変化光記録法は、フォー
カスされたレーザ光ビームを使用して、薄い結晶薄膜にサブマイクロメータのサ
イズのアモルファスの記録マークを形成することに関する。記録情報の間、媒体
は、記録される情報に従って変調されるフォーカスされたレーザ光ビームに対し
て、移動される。これにより、クェンチングが、相-変化記録層内で行われ、そ
して露光されていない領域内の結晶性にとどまる記録層の露光された領域にアモ
ルファス情報ビットが形成される。書き込まれたアモルファスマークの消去は、
同じレーザーによる加熱により再結晶化させることにより実現される。アモルフ
ァスマークは、低パワーのフォーカスされたレーザ光ビームにより、基板を介し
て再生させることができるデータビットを表す。アモルファスマークの結晶性記
録層に対する反射率の差は、変調レーザ光ビームを生じ、このビームは、次いで
、符号化された記録デジタル情報に従って検出器により変調光電流に変換される
。
【０００４】 相変化光記録法における最も重要な要求の一つは、高データ速度である。高デ
ータ速度は、高結晶化率、すなわち、短い結晶化時間を有する記録層を必要とす
る。直接重ね書きの間、以前に記録されたアモルファスマークを、確実に再結晶
化させるために、記録層は、媒体の線速度をレーザ光ビームに対応させる適切な
結晶化時間を有すべきである。結晶化スピードが、媒体の線速度をレーザ光ビー
ムに対応させる程、十分高くない場合、以前の記録から旧データ（アモルファス
マーク）をDOWの間完全に消去する（再結晶化させる）ことは出来ない。これは
、高雑音レベルを生じるであろう。高結晶化スピードは、ディスク形状のDVD+RW
、DVR-赤および青、そしてCD-RWのような、高密度記録および高データレートア
プリケーション（この場合、完全消去時間(CET)は約60nsより短くなければなら
ない）において、特に、必要とななる。120mmのディスク当たり4.7GBの記録密度
を有するDVD+RWに対しては、33Mbit/sのユーザデータビット伝送速度が必要であ
り、そしてDVR-赤に対しては、35Mbit/sのユーザデータビット伝送速度が必要で
ある。DVR-青（青色レーザ光ビームにより動作するデジタルビデオ録画）のよう
な再書き込み可能な相変化光学的記録装置に対しては、ユーザーデータビット伝
送速度は、50Mbit/sを超える必要がある。
【０００５】 第一パラグラフに記載される型の光学情報媒体は、本出願人により出願された
米国特許第5,876,822号から公知である。相-変化型の公知の媒体は、第一誘電層
、相-変化Ge-Sb-Te記録材料の記録層、第二誘電層そして金属反射層からなる層
のスタックを、この順序で、保持するディスク形状の基板を有する。このような
層のスタックは、IPIM構造と呼ぶことができる（ここで、Mは反射またはミラー
層を表し、Iは誘電層を表し、そしてPは相-変化記録層を表す）。当該特許は、
記録材料の組成を最適化することによりCET-値を短くすることができることを開
示している。このような記録材料を有する記録層のCET-値は、記録層の層厚が増
大するにつれて減少する。最も短いCET-値は、25と35nmの間の層厚で得られる。
実験によると、酸素を記録材料に加えそしてSiCキャップ層をスタックに与える
と、40Mbit/sのユーザーデータビット伝送速度を、このような記録層に達成させ
ることができることが判明した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、とりわけ、DVD+RW、DVD-赤およびDVD-青、そしてDOWのよう
な、高速光記録法に適する再書き込み可能な光学情報媒体を提供することである
。記録層のCET-値は、60ns以下とすべきである。特に、媒体は、少なくとも50Mb
it/sのユーザーデータビット伝送速度を有すべきである。高速記録とは、本明細
書中においては、レーザ光ビームに対して少なくとも4.8m/sの媒体の線速度（コ
ンパクトディスク標準のスピードの4倍）を意味するものと理解すべきである。
【０００７】 これらの目的は、本発明に従って、第一パラグラフに記載した光学情報記録媒
体により達成される。この光学情報記録媒体が特徴とする点は、前記記録材料が
、 組成式Qa Inb Sbc Ted（原子百分率）、ここで、 Qは、AgおよびGeからなる群から選択され、 2 < a < 8 0 < b < 6 55 < c < 80 15 < d < 30 a + b + c + d = 100、 により規定される組成から成り、かつ 前記記録層が、5〜15nmの層厚を有している点である。
【０００８】 Ge-Sb-Teに基づく記録層とは対照的に、Ag-In-Sb-TeまたはGe-In-Sb-Teに基づ
く記録層のCET-値は、その層厚が減少するにつれて、減少する。最も短いCET-値
は、15nmより薄い層厚で得られ、その値は、60ns以下または40nsより短い。請求
された範囲の外側でa-、b-、c-またはd-値を有す組成のCET-値は、8nmの層厚で
さえ、60nsより短くならない。実際的には、記録層の層厚は、少なくとも、5nm
である。最適結果は、7と14nmの間の記録層により達成される。
【０００９】 ヨーロッパ特許EP-B 569664には、Ag15.7In20.9Sb31.9Te31.5と書変えること
ができる記録材料(AgSbTe2)0.43(InSb0.77)0.57を有する記録層を有する光学情
報記録媒体が、開示されていることに留意すべきである。層厚は、20と300nmの
間にあることが好ましい。この特許明細書には、CET-値またはユーザーデータビ
ット伝送速度については何も示されていない。
【００１０】 記録材料は、Ge-In-Sb-Te合金（上記の組成式においてQ = Ge）であることが
好ましい。何故ならばこの材料はAg-In-Sb-Te材料より熱的に安定であるからで
ある。
【００１１】 媒体の反復可能性(cyclability)は、50000サイクルが要求される場合、値M500 00 /M0により表すことができる。これは、50000サイクルと0サイクルの後の光学
コントラストMの相対変化である。Mは、(RH - RL)/RHと定義される。ここで、RH
とRLは、結晶性およびアモルファス記録材料の反射率である。各サイクル毎で、
新たなアモルファスマークが書き込まれる間、書き込まれたアモルファスマーク
は、レーザ光ビームによる加熱により再結晶化させることにより消去される。M5 0000 /M0の理想値は1.0、すなわち、光学コントラストは、周期動作の後、変化し
ないでとどまる。
【００１２】 第一誘電層、すなわち、サーボトラックに隣接する層、従って、一般には、基
板と相-変化記録層との間の、層の層厚の、CETと反復可能性値M50000/M0に対す
る影響は何ら見られない。従って、他の、例えば、光学の理由から、スタックの
熱特性に影響を及ぼすことなくこの層の層厚を変化させることは、可能である。
この層は、記録層を湿度から、そして基板を熱損傷から保護し、そして光学コン
トラストMを最適化する。ジッターの視点から、第一誘電層の層厚は、少なくと
も70nmであることが好ましい。例えば、光学コントラストの観点から、この層の
層厚は、500nmまでに限定されることが好ましい。
【００１３】 第二誘電層、すなわち、記録層と金属ミラー層との間の層、の最適層厚範囲は
、15と50nmの間、好ましくは20と40nmとの間にある。この層が薄過ぎると、記録
層と金属ミラー層との間の熱絶縁は不都合に影響を受ける。この結果、記録層の
冷却速度は増大し、これは低速の結晶化プロセスと劣等な反復可能性をもたらす
。冷却速度は、第二誘電層の層厚を増大させることにより減少するであろう。
【００１４】 CET-値は、20〜300nmの範囲における金属ミラー層の層厚に敏感でない。しか
し、冷却速度がこのような層厚では低速過ぎるので、金属ミラー層が60nmより薄
い場合には、反復可能性は不都合に影響を受ける。金属ミラー層が200ナノメー
トル以上であると、反復可能性はさらに悪化し、熱伝導が増大するために、記録
および消去パワーは、高くしなければならない。金属ミラー層の層厚は、80と15
0nmの間にあることが好ましい。
【００１５】 第一および第二誘電層は、ZnSとSiO2の混合体、例えば、(ZnS)80(SiO2)20）と
することができる。代替として、例えば、SiO2、TiO2、ZnS、Si3N4、AlNおよびT
a2O5も可能である。SiC、WC、TaC、ZrCまたはTiCのような炭化物を使用すること
が、好ましい。これらの材料は、ZnS-SiO2混合体よりより高い結晶化スピードと
より良い反復可能性を与える。
【００１６】 金属ミラー層に対しては、Al、Ti、Au、Ni、Cu、Ag、Rh、Pt、Pd、Cr、Mn、Mo
、WそしてTaのような金属およびこれらの金属の合金を使用することができる。
適切な合金の具体例は、AlTi、AlCr、およびAlTaである。
【００１７】 反射層および誘電層の両方を、蒸着またはスパッタリングにより設けることが
できる。
【００１８】 情報媒体の基板は、レーザ波長に対し少なくとも透明であり、そして、例えば
、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、アモルファスポリオレフ
ィンまたはガラスから形成される。典型的な具体例の場合、基板は、ディスク形
状であり、そして0.1、0.6または1.2mm厚で、120mm径である。0.6mmまたは1.2mm
の基板を使用する場合、この基板に、第一誘電層から初めて、記録層、その他の
層を与えることができる。レーザ光ビームは、基板の入射面を介してスタックに
入る。基板上のスタックの層を、逆に、金属ミラー層から初めて、第二誘電層、
相変化層などの順に（反対薄膜相変化スタック）与えることもできる。最後の誘
電層（ここでは、第一誘電層）には、次いで、0.1mm(100μm)の層厚で、上記の
材料の一つの光学品質の透明層またはシートが設けられる。レーザ光ビームは、
この透明層の入射面を介してスタックに入る。
【００１９】 これに代えて、基板を、例えば、ポリエステル薄膜からなる合成樹脂のフレキ
シブルテープの形態にすることもできる。このような場合、光学テープは、例え
ば、速いスピニングポリゴンに基づく光学テープレコーダでの使用のために得ら
れるであろう。このような装置において、反射したレーザ光ビームは、テープ表
面に横断スキャンを行う。
【００２０】 記録層の側のディスク形状の基板の表面には、光学的に走査させることができ
るサーボトラックを設けることが、好ましい。このサーボトラックは、しばしば
、らせん形状のグルーブにより構成され、そして注入モールディングまたはプレ
スの間に、モールドによって基板内に形成される。このグルーブは、これに代え
て、基板に別に設けられる合成樹脂層（例えば、アクリル酸塩の紫外線-硬化層
）内に、繰返プロセスで形成することもできる。高密度の記録の場合、このよう
なグルーブは、例えば、0.7-0.8μmのピッチおよび0.5μmの幅を有する。
【００２１】 オプションとして、スタックの最も外側の層は、例えば、紫外線-硬化後のポ
リ（メタ）アクリレート(poly(meth)acrylate)保護層によって環境からさえぎら
れる。
【００２２】 高密度記録および消去は、短波長、例えば、675nm以下（赤から青）の波長レ
ーザを使用することにより達成することができる。
【００２３】 相変化記録層は、適切なターゲットの蒸着またはスパッタリングにより基板に
与えることができる。このようにして堆積される層は、アモルファスでかつ低い
反射率を示す。高い反射率を有する適切な記録層を構成するために、この層はま
ず完全に結晶化されなければならない。これは一般に初期化と呼ばれる。この目
的に対して、記録層は、記録材料の結晶化温度より高い温度（例えば、180℃）
まで炉内で加熱させることができる。ポリカーボネートのような合成樹脂基板を
使用する場合、記録層は、これに代えて、充分なパワーのレーザ光ビームにより
加熱させることができる。これは、例えば、レーザ光ビームが、移動記録層を走
査して、レコーダで実現することができる。する。アモルファス層は、次いで、
基板に不利な熱負荷を与えること無く、記録層の結晶化温度まで局所的に加熱さ
れる。
【００２４】 必要に応じ、付加薄い金属層M'を、いわゆる、M'IPIM-構造を形成するために
基板と第一誘電層との間に挿入することができる。構造がより複雑にはなるが、
付加金属層は、光学コントラストMと記録層の冷却速度を増大させる。I I+ P I+ I Mスタックによりより短いCET-値さえ得られる。ここで、I、PおよびMは前述
した意味を有し、そして、I+は炭化物層である。このスタックの場合、記録層P
は、2つの炭化物層I+の間にはさまれている。第一および第二炭化物層の炭化物
は、SiC、ZrC、TaC、TiCおよびWCの群のメンバであることが好ましい。これは、
優秀な反復可能性を短いCETと組み合わせる。SiCは、その光学、機械、および熱
特性から好ましい材料である。さらに、その価格は、相対的に低い。
【００２５】 第一および第二炭化物層の層厚は、2と8nmの間にあることが好ましい。炭化物
の相対的に高い熱伝導率は、この層厚が薄いときにスタックに小さな影響しか与
えないであろう。これによりスタックの熱設計が容易になる。
【００２６】 スタックに光-吸収層Aを加えることは、特に、高密度ランド-グルーブに対し
て有用である。光-吸収層Aの追加により、アモルファス状態(Aa)と結晶状態(Ac)
との間の光吸収における差が最小になり、これらの状態の間の光学位相差が減少
する。AcとAaの間の差は、ゼロに近く、好ましくは、Ac ≧ Aaとすべきである。
【００２７】 光-吸収層Aの材料は、 0.5と20、好ましくは0.6と16との間の範囲にあるn/k比
を有する。これらの値は、光吸収と伝送との間の適切なバランスを与える。これ
らの条件を満たす材料の具体例は、Mo、W、Pd、Pt、Co、Ni、Mn、Ta、Cr、Ti、
およびHfからなる群から選択される金属、およびPbS、Ge、InP、およびSiからな
る群から選択される半電導性材料である。それらが安くかつ形成するのが容易で
あるので、SiおよびGeが、好ましい。
【００２８】 光-吸収層の層厚は、光吸収と伝送との間の適切なバランスを有するために、2
と200nmの間、より好ましくは、10と100nmとの間にあることが好ましく、かつ選
択された材料のn/k比に依存する。Siに対しては層厚は75nmで、Moに対しては層
厚は35nmで、そしてGeに対しては層厚は約55nmである。
【００２９】 光-吸収層Aの追加により、スタック構造IPIAIM、I I+ PI+ AM、I I+ PI+ IAM
またはI I+ PI+ AIMを得ることが出来る。ここで、I、I+、PおよびMは前述した
意味を有する。第三誘電層が光-吸収層と第二炭化物層との間の構成されている
スタックが、好ましい。このような第三誘電層I3は、スタックの熱特性を最適化
するために、かつ第二炭化物層と光-吸収層との間の合金化を避けるために使用
することができる。このようなスタックは、I I+ PI+ I3 AIM構造を有する。
【００３０】 本発明は、典型的な実施例によってより詳細に、および添付の図面を参照して
解明されるであろう。
【００３１】
【発明を実施するための形態】典型的な実施例1 図1は、線図的に、本発明の光学情報ディスクの断面図の部分を示す。参照番
号1は、1.2mm厚、120mm径のガラスのディスク形状基板を示す。基板1には、次の
構造のIPIMスタックが設けられている： 70nmの層厚を有する(ZnS)80(SiO2)20の誘電層2; 層厚dを有するAg5.0In5.5Sb65.0Te24.5の記録層3; 25nmの層厚を有する(ZnS)80(SiO2)20の誘電層4; 100nmの層厚を有するAlの金属ミラー層5。
【００３２】 全ての層は、スパッタリングにより設けられる。記録層3の初めの結晶状態は
、記録層が、その結晶化温度より高温に連続するレーザ光ビームにより加熱され
るレコーダにおいて、堆積されたままのアモルファス合金をアニールすることに
より得られる。
【００３３】 情報を記録、再生および消去するレーザ光ビームは、基板1を介して記録層3に
入射する。このビームは、矢印6により線図的に表される。アモルファスマーク
は、パワーPw = 1.25Pm（Pm=融解閾値パワー）と継続時間100nsの単一のレーザ
パルスにより書き込まれる。消去パワーは、Pw/2である。
【００３４】 記録材料に対する相-変化記録層のCET(ns)の層厚d(nm)に対する依存（すなわ
ち、書き込まれたアモルファスマークの結晶化が、完了される時間）が、図2に
示されている。この図2から、CETが、dの減少と共に減少することが明確である
。記録層が15nmより薄い場合、CET-値は60nsより短くなる。
【００３５】 同じ図において、（▲によって示されている）CET-値は、12nmの層厚を有し、
かつI+が5nmの層厚を有するSiC層であるI I+ P I+ I M構造における同じ記録材
料を有する記録層に与えられている。このスタックにおいて、記録層Pは、2つの
炭化物層I+の間にはさまれている。他の層厚および材料は、前述したものと同じ
である。CET-値が、IPIMスタックにおける値より短いことは、明確である。
【００３６】典型的な実施例2 典型的な実施例1が、組成Ag4.3In4.3Sb67.4Te24.0を有する記録層3を使用して
繰り返される。図3における曲線Aは、CETの記録層の層厚dに対する依存性を示す
。この図3から、層厚dが15nm以下である場合、CETが60ns以下に減少することは
明確である。
【００３７】典型的な実施例3 典型的な実施例1が、組成Ag3.6In3.1Sb75.1Te18.2を有する記録層3を使用して
、繰り返される。図3における曲線Bは、CETの記録層の層厚dに対する依存性を示
す。この図3から、層厚dが15nm以下である場合、CETが、42ns以下に減少するこ
とは明確である。
【００３８】典型的な実施例4 典型的な実施例1が、組成Ge5.6In2.2Sb71.2Te21.0を有する記録層3を使用して
、繰り返される。図3における曲線Cは、CETの記録層の層厚dに対する依存性を示
す。この図3から、層厚dが15nm以下である場合、CETが55ns以下に減少すること
は明確である。
【００３９】 12nm（CETは、44nsである）の層厚を有する記録層を有する記録媒体は、この
記録材料により製造される。405nmの波長の青色レーザーダイオードを使用する
ことにより、120mm径のディスク当たり22GBの記録密度と66Mbit/sのユーザーデ
ータビット伝送速度が、得られる。
【００４０】典型的な実施例5 典型的な実施例1が、組成Ge5.1In2.6Sb73.2Te19.1を有する記録層3を使用して
、繰り返される。図3における曲線Dは、CETの記録層の層厚dに対する依存性を示
す。この図3から、層厚dが15 nm以下である場合、CETが45ns以下に減少すること
は明確である。
【００４１】比較例（本発明でない） 典型的な実施例1が、組成Ag3.0In12.0Sb51.7Te33.3を有する記録層3を使用し
て、繰り返される。この組成の場合、InとTeの密度は請求された範囲の外側にあ
る。図4は、CETの記録層の層厚dに対する依存性を示す。この図4から、この記録
層のCETが、8nmの層厚でさえ、60nsより短くならないことは明確である。
【００４２】 本発明により、DVD+RW、DVR-赤、およびDVR-青のような、直接重ね書きおよび
高速記録に適している、再書き込み可能な光学情報記録媒体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学情報媒体の線図的な断面図である。
【図２】本発明のAg-In-Sb-Te記録材料を有する記録層のCET(ns)と層厚d(nm)と
の間の関係である。
【図３】本発明の2つの異なるAg-In-Sb-Te（曲線AおよびB）および2つの異なるG
e-In-Sb-Te記録材料（曲線CおよびD）を有する記録層のCET(ns)と層厚d(nm)との
間の関係を示す。
【図４】本発明でないAg-In-Sb-Te記録材料を有する記録層のCET(ns)と層厚d(nm
)との間の関係を示す。
【符号の説明】
1 基板 2 誘電層 3 記録層 4 誘電層 5 金属ミラー層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 7/24 ５３３ Ｇ１１Ｂ 7/24 ５３８Ａ ５３８ Ｂ４１Ｍ 5/26 Ｘ Ｆターム(参考） 2H111 EA04 EA12 EA23 EA32 EA33 FA01 FA12 FA21 FA24 FB05 FB09 FB12 FB17 FB21 FB30 5D029 JA01 JB18 JB35 LA12 LB01 LB07 LB11 MA04 5D090 AA01 BB03 BB05 CC14 DD02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光線による書き換え可能な高速記録のための光学情報記録媒体であって
    、 当該媒体が、層のスタックを保持する基板を有し、 このスタックが、第一誘電層と、SbおよびTeを有する相-変化記録材料を有する
    記録層と、第二誘電層と、金属ミラー層とを、この順序で、有する光学情報記録
    媒体において、 前記記録材料が、 組成式Qa Inb Sbc Ted（原子百分率）、ここで、 Qは、AgおよびGeからなる群から選択され、 2 < a < 8 0 < b < 6 55 < c < 80 15 < d < 30 a + b + c + d = 100、 により規定される組成から成り、かつ 前記記録層が、5〜15nmの層厚を有していることを特徴とする光学情報記録媒
    体。
  2. 【請求項２】 QがGeであることを特徴とする請求項1に記載の光学情報媒体。
  3. 【請求項３】 前記記録層が7〜14nmの層厚を有することを特徴とする請求項1に記載の光学情
    報媒体。
  4. 【請求項４】 2 < a < 6 2 < b < 6 60 < c < 80 15 < d < 25および a + b + c + d =100で
    あることを特徴とする請求項1に記載の光学情報媒体。
  5. 【請求項５】 前記記録層が、両者とも2および8nmの間の層厚を有する2つのカーバイド層の
    間にはさまれていることを特徴とする請求項1に記載の光学情報媒体。
  6. 【請求項６】 前記スタックが、0.5〜20のn/k比（nは前記屈折率、kは前記消滅係数）を有す
    る材料から形成されている光-吸収層を有し、前記光-吸収層が、2および200nmの
    間の層厚を有することを特徴とする請求項1に記載の光学情報媒体。
  7. 【請求項７】 前記レーザ光線と前記媒体との間の前記相対速度が、少なくとも4.8m/sである
    、高速記録のための前記請求項の何れかに記載の光学情報媒体の使用。本発明は
    、第一誘電層、SbおよびTeを有する相-変化記録材料を有する記録層、第二誘電
    層そして金属ミラー層をこの順番で有する、多くの層を保持している基板を有す
    る、レーザ光ビームによる再書き込み可能な高速記録光学情報記録媒体に関する
    。
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