JP2004306583A

JP2004306583A - 光情報記録媒体

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Publication number: JP2004306583A
Application number: JP2003333021A
Authority: JP
Inventors: Osamu Akutsu; 収圷; Satoshi Yamashita; 智山下; Masaru Hatakeyama; 大畠山
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2004-11-04
Also published as: CN1571044A; DE602004002012D1; DE602004002012T2; EP1463046A3; US20040194122A1; EP1463046A2; EP1463046B1; CN1287371C; US7096479B2

Abstract

【課題】青色レーザを使ったシステムでの優れた記録再生特性を示し、再生光に対し強い耐久性を示し、コントラストが高く、かつ、書き換えによる劣化が少ない、光ディスクを提供する。
【解決手段】光情報記録媒体１０は少なくとも反射層２、第一保護層３、相変化型光記録層４、第二保護層５をこの順に積層したものを基板１上に設け、第二保護層５側からの光の照射により相変化型光記録層４を相変化させることにより情報の記録を行う。相変化型光記録層４は少なくともＴｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅを含む。Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの含有量(原子％)をそれぞれｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚとしたとき、含有量ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、０．３≦ｖ≦４、０．３≦ｗ≦３、３．４≦ｘ≦１４．５、２．１≦ｙ／ｚ≦４、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００（原子％）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光の照射により記録層を構成する原子の配列が変化して情報の記録または消去が行なわれる光情報記録媒体（光ディスク）に関するものである。

レーザビームの照射による情報の記録、再生及び消去可能な光メモリ媒体の一つとして、結晶−非晶質間、あるいは第１の結晶状態−第２の結晶状態の２つの結晶相間の転移を利用する、いわゆる相変化型光記録媒体がよく知られている。

相変化記録方式に用いられる記録層材料としては、カルコゲン系合金薄膜を用いることが多い。その中で、ＧｅＳｂＴｅ系、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系合金薄膜は、書き換え可能な光ディスクとして実用化されている。

記録原理は次の通りである。成膜直後の記録層は、非晶質状態で反射率は低い。まず、初めにレーザ光を照射して記録層を加熱し、ディスク全面を反射率の高い結晶状態にする。すなわち初期化を行う。通常この初期化は、ビーム径を数μｍから１００μｍ程度に絞ったレーザビームを回転する媒体に照射することにより行う。

初期化した光ディスクにレーザ光を局所的に照射して、記録層を溶融、急冷し、アモルファス状態に相変化させる。相変化に伴い記録層の光学的性質（反射率、透過率、複素屈折率等）が変化して、情報が記録される。

再生は、記録時より弱いレーザ光を照射して、結晶とアモルファスとの反射率差、または位相差を検出して行う。書き換えは、結晶化を引き起こす低エネルギの消去パワーの上に重畳した記録ピークパワーを記録層に投入し、消去過程を経ることなくすでに記録された記録マーク上にオーバライトすることにより行う。

ところで、初期化を行うには、かなり高出力のレーザが必要となる。この高出力のレーザにおいては、ビーム径が絞られているので少ないレーザパワーでもビーム光の密度は上がるが、数μｍから１００μｍのビーム径を走査しての初期化は、従来から非常に時間を要していた。

そこで、より低パワーで初期化が可能な、共晶系ではないＧｅＴｅとＧｅ₂Ｓｂ₃を組み合せて作るＧｅＳｂＴｅ系の材料が開発され、その後、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系の材料が開発された。ＡｇＩｎＳｂＴｅ系材料は、ＧｅＳｂＴｅ系に比べてより強いレーザパワーを必要とする。

上記のＧｅＳｂＴｅ系、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系材料の開発以降、レーザの短波長化や高出力化が進み、初期化装置として高出力のレーザを搭載したものが出現している。それに伴い、従来初期化が困難であった共晶系のＧｅＳｂＴｅ系の材料開発が進み、現在に至っている。

前記したＧｅＳｂＴｅ系で、実用化されている材料以外の系統では、ＳｂとＴｅの共晶組成でも結晶−非結晶状態が転移することがわかっている。

ＳｂとＴｅの共晶組成であるＳｂ７０％、Ｔｅ３０％（原子％）に第３元素、特にＧｅを加えた組成範囲を含む公知資料としては、特開平１−１１５６８５号公報、特開平１−２５１３４２号公報、特開平１−３０３６４３号公報等を挙げることができる。また、さらに特性向上を目的としてＩｎを添加した公知資料としては、特開２０００−３１３１７０号公報を挙げることができる。
特開平１−１１５６８５号公報特開平１−２５１３４２号公報特開平１−３０３６４３号公報特開２０００−３１３１７０号公報

これまで、相変化材料を使った光ディスクの記録方法はＤＶＤ−ＲＯＭで使われている波長６５０ｎｍ付近の赤色レーザ光、またはそれよりも波長の長いレーザ光を用いて行われてきた。しかし、近年、波長４００ｎｍ付近で発光する半導体レーザが市場に登場してきた。さらに対物レンズは、その開口数（ＮＡ）がより高くなり、ビームをより絞ることができるようになってきた。

これは、より短い波長のレーザと、高いＮＡの対物レンズとを組み合せて使うことができれば、ビームスポット径が小さくなり、それだけ光ディスクの記録密度を上げることができるからである。そこで、青色レーザを用いた光ディスクシステムの検討が、各社で進められている。そして近年、波長４０５ｎｍの青色レーザとＮＡが０．８５の対物レンズを用いたＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃという光ディスクの規格が策定され、次世代の光ディスクとして注目を浴びている。

青色レーザを用いることにより、従来の赤色レーザを用いたものより高密度記録を実現する光ディスクでは、波長の短い青色レーザに対応し、かつ、短いパルス幅でも十分に記録が可能であり、しかも、書き換えができることが要求される。

従来の材料のうち、共晶組成近傍のＧｅＳｂＴｅ系の材料は、青色レーザのシステムである程度記録再生することが可能であることを、実験で確認している。また、記録再生特性を向上させるために、ＧｅＳｂＴｅ系材料の構成元素のうち、ＳｂとＴｅ量のバランスを調整することで結晶化速度を制御し、記録時の対応線速度を変えることができることを実験で確認している。

また、Ｇｅの量は記録材料の安定性に大きく影響し、適度な範囲の量であればビーム径が小さくエネルギー密度の高い青色レーザに対する再生耐久性を向上することができる。

しかしながら、より高密度記録を行うためには、更なる記録再生特性の向上、すなわち、再生パワーの向上と、ジッタの減少が必要であるが、記録材料としてＧｅＳｂＴｅ系材料を使った光ディスクでは、その点に関し、特性上に限界がある。

上記の特許文献１〜４に記載の構成では、本発明が意図する十分な記録再生特性、コントラスト、かつ、再生光耐久性の高い、この種の光情報記録媒体を得ることはできないものである。

そこで本発明では、青色レーザを使ったシステムでの優れた記録再生特性を示し、再生光に対し強い耐久性を示し、コントラストが高く、かつ、書き換えによる劣化が少ない、光ディスクを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、以下の光情報記録媒体（ａ）（ｂ）を提供するものである。
（ａ）情報を記録するための光情報記録媒体１０において、基板１と、前記基板上に形成した複数層の一つとしての相変化型光記録層４とを有し、前記相変化型光記録層４は少なくともＴｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅを含み、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの含有量(原子％)をそれぞれｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚとしたとき、含有量ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、
０．３≦ｖ≦４
０．３≦ｗ≦３
３．４≦ｘ≦１４．５
２．１≦ｙ／ｚ≦４
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００（原子％）
なる関係を満たすことを特徴とする光情報記録媒体。
（ｂ）前記含有量ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≧９８．８（原子％）
なる関係を満たすことを特徴とする（ａ）記載の光情報記録媒体。

本発明は、ＧｅＳｂＴｅ系の記録材料では達成することができなかった、青色レーザを用いたシステムにおいての記録再生特性を向上させ、高出力の再生光に耐えることが可能になり、高いコントラストを得ることができ、より低いジッタでの記録が可能で、低回数の書き換えでもジッタ上昇が抑制できる光情報記録媒体が得られるものである。

以下、本発明の一実施形態である光情報記録媒体について、添付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施例は本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明に係る光情報記録媒体（光ディスク）の基本構成の一実施形態を示す断面図、図２は、記録時のストラテジのパターンを示す図、図３は、本発明に係る光ディスクの基本構成の他の実施形態を示す断面図である。

図１に示す本発明の一実施形態における光ディスク１０は、基板１上に反射層２を、この反射層２上に第一保護層３を、この第一保護層３上に記録層４を、この記録層４上に第二保護層５を、そしてこの第二保護層５上に接着層６を介してカバーシート７を設けて構成したものである。本実施形態における光ディスク１０は、基板１の上方に記録層４を有し、基板１とは異なる側からの光の照射によりこの記録層４を構成する原子の配列が変化して、情報の記録および消去が行われる。

ここで、レーザ光（レーザビーム）は、カバーシート７側から入射するが、カバーシート７を設けず、基板１側からレーザビームを入射してもよい。また、反射率が十分得られる場合には、前記した反射層２を設けない構成としてもよい。

図３は、基板１側からレーザビームを入射する他の実施形態の断面図を示す。図３において、図１と実質的に同一部分には同一符号を付してある。この他の実施形態における光ディスク２０は、基板１上に第二保護層５を、この第二保護層５上に記録層４を、この記録層４上に第一保護層３を、この第一保護層３上に反射層２を、そしてこの反射層２上に保護コート８を設けて構成したものである。

本実施形態における光ディスク１０、２０に用いる基板１としては、ガラス、プラスチック、ガラス上に光硬化性樹脂を設けたもの等のいずれであってもよいが、コストを含む生産性の面ではプラスチックが好ましく、中でもポリカーボネート樹脂が好ましい。

反射層２の材質としては、光反射性を有するＡｌ、Ａｕ、Ａｇなどの金属、及びこれらを主成分とし、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｃｕなどの添加元素を含む合金、及びＡｌ、Ａｕ、Ａｇなどの金属にＡｌ、Ｓｉなどの金属窒化物、金属酸化物、金属カルコゲン化物などの金属化合物を混合したものなどが挙げられる。Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの金属、及びこれらを主成分とする合金は、光反射性が高く、かつ熱伝導率を高くできることから好ましい。反射層２の厚さとしては、おおむね５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。

記録層４を誘電体層となる第一、第二保護層３、５の間に挟むことによって、基板１、記録層４が記録時にレーザビームの照射熱によって変形し、記録特性が劣化することを防止することができる。第一、第二保護層３、５にはこのように、基板１、記録層４を熱から保護する効果や、光学的な干渉効果により、再生時の信号コントラストを改善する効果、更には、記録層４の結晶化を促進して、消去率を向上させる効果もある。

この第一、第二保護層３、５としては例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃などの無機薄膜が用いることができる。その他には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａなどの金属、あるいは半導体の酸化物の薄膜、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌなどの金属、あるいは半導体の窒化物の薄膜、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｉなどの金属、あるいは半導体の炭化物の薄膜、ＺｎＳ、Ｉｎ₂Ｓ₃、ＴａＳ₄、ＧｅＳ₂等の金属、あるいは半導体の硫化物の薄膜、及びこれら化合物の２種類以上の混合物の膜が、耐熱性が高く、化学的に安定なことから好ましい。

加えて、原子の拡散がないものが用いられることが好ましい。前記した金属、あるいは半導体の酸化物、硫化物、窒化物、炭化物は必ずしも化学量論的組成をとる必要はなく、屈折率等の制御のために組成を制御したり、混合して用いることも有効である。

また、前記した金属、あるいは半導体の酸化物、硫化物、窒化物、炭化物にＭｇＦ₂などのフッ化物を混合してなる第一、第二保護層３、５も、膜（層）の残留応力が小さいことから好ましい。特にＺｎＳとＳｉＯ₂の混合膜は、記録、消去の繰り返しによっても、記録感度、Ｃ／Ｎ、消去率などの劣化が起きにくいことから好ましい。第一、第二保護層３、５の厚さは、およそ５ｎｍ〜２００ｎｍである。

詳細に述べると、第一保護層３の厚さは、Ｃ／Ｎ、消去率などの記録特性の劣化が起こりにくく、安定に多数回の書換えが可能なことから、５ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。第二保護層５の厚さは、記録層４や接着層６から剥離し難く、クラックなどの欠陥が生じ難いことから、３０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。第一、第二保護層３、５は、同一ではなく異なる化合物から構成されてもよい。

記録層４の厚さは、特に限定するものではないが、３ｎｍ〜１００ｎｍである。特に記録、消去感度が高く、多数回の記録消去が可能であることから３ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましい。

本実施形態の光ディスク１０、２０の記録に用いる光源としては、レーザ光（レーザビーム）を用いることが好ましく、その波長範囲は主に近赤外域の８３０ｎｍから紫外域の３００ｎｍである。１次光を２次高調波発生素子（ＳＨＧ素子）を用いて短波長化した光源を利用することもできる。

続いて、図２を参照して記録時のストラテジについて説明する。本発明の光ディスク１０への記録は、結晶状態の記録層４にレーザ光パルスなどを照射して加熱してから急冷した後に、アモルファスの記録マークを形成して行う。

実用的には、結晶化を引き起こす低エネルギの消去パワー（Ｐ２）の上に重畳した記録ピークパワー（Ｐ１）を記録層４に投入することにより、消去過程を経ることなくすでに記録された記録マーク上にオーバライトする。このときの記録レーザパルスは、記録マーク長より短い複数のパルスに分割される。

本発明では、波長４０５ｎｍのレーザダイオード、開口数ＮＡ＝０．８５の光学レンズ（対物レンズ）を搭載したシバソク社製光ディスクドライブテスタ（ＬＭ３３０Ａ）を用いて記録（１ビーム・オーバライト）を行った。初期化装置は、シバソク社製イニシャライザ（ＬＫ２０１Ａ）を使用した。

前述したように、共晶組成近傍のＧｅＳｂＴｅ系の材料は、青色レーザを使用したシステムで、ある程度記録再生することが可能であることが実験で確認されている。また、記録再生特性を向上させるために、ＧｅＳｂＴｅ系材料の構成元素のうち、ＳｂとＴｅ量のバランスを調整することで結晶化速度を制御し、記録時の対応線速度を変えることができることも実験で確認されている。

また、Ｇｅの量は記録材料の安定性に大きく影響し、適度な範囲の量であればビーム径が小さくエネルギ密度の高い青色レーザに対する再生耐久性を向上することができることも、実験で確認されているものである。

そこで、前記したＧｅＳｂＴｅ系について１８個のサンプルを作成して実験を行った。結果を表１に示す。この１８個の中から、再生劣化が０．２ｄＢ以下で、かつ、初期ジッタが９％以下の条件を満足するサンプル１２個を抽出した。これら１２個のサンプルは前記条件を満たしたことから、ＧｅＳｂＴｅの組成量（原子％）と、Ｓｂ／Ｔｅ比が所定の範囲にある場合には、青色レーザに対応し、かつ、短いパルス幅でも充分に記録が可能であり、しかも書き換えができる範囲のものであると思われる。

しかしながら、これら１２個のサンプルは、青色レーザを使ってより高密度の記録を行うためには、前記した如く耐久再生パワーの向上と、ジッタの低減の点で満足できるものではなかった。すなわち、相変化型光記録層としてＧｅＳｂＴｅ系の材料を用いた光ディスクは、耐久再生パワー出力としては、せいぜい０．３６ｍＷ程度であるためコントラストが取れない。従って、Ｃ／Ｎが悪くなり、ジッタの低減にはつながらず、また、書き換えの際、特に２回目の記録の際にジッタが悪くなってしまうという傾向がある。これは、再生光に対する耐久性を維持するよう組成比を決定しているため、初回記録時のマークが十分消去しきれないことが原因である。

Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃの規格では再生光に対する耐久性について、ＨＦ変調された再生光を０．３０ｍＷのパワーでスチル再生した時にディスクの劣化があってはならないとされている。また、再生光の変調のパラメータである周波数、パルス幅、ピークパワーと平均パワーの比などを踏まえて、規格のディスクの測定時の再生パワーは０．３５ｍＷが基準となっている。つまり、実質的には０．３５ｍＷのパワーでの再生によるディスク劣化が無いことが必要となる。

加えて、実際のディスクドライブを想定すると使用環境によるレーザパワーの変動が考えられるので、規格値からさらに５％程度高くなることも想定しなければならない。つまり、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃの場合、０．３５ｍＷに対し、５％高い０．３６７５ｍＷ、現実的にレーザパワー出力は０．０１ｍＷ刻みで設定するので、０．３７ｍＷ以上の再生光に耐えなくてはならない。そのため、ＧｅＳｂＴｅ系材料で構成される記録材料は更なる記録再生特性の向上が必要なものであった。

本発明では、かかる点を解決するために、相変化型光記録層としてのＧｅＳｂＴｅ系の材料において、ＳｂとＴｅのバランスを所定範囲に設定し、かつ、Ｇｅの量を特定した。更にこれらＧｅＳｂＴｅ系の材料を元に、新規にチタン（Ｔｉ）およびインジウム（Ｉｎ）を適当量添加することで、ＧｅＳｂＴｅのみの記録材料に比べて、青色レーザを使ったシステムでの優れた記録再生特性を示すと共に、再生光に対し強い耐久性を示し、低回数の書き換えで劣化が少ない光ディスクを得ることができたものである。以下その点につき具体的に説明する。

なお、以下の本実施例の説明においては、前記した次世代青色レーザに対応し、かつ、短いパルス幅でも充分に記録が可能であり、しかも書き換えができる範囲に入っていた１２個のサンプルをベースとし、この１２個のうち更に４個を選択した。この選択した４個のサンプルにＴｉおよびＩｎを添加することによって、従来構成では到底奏し得ず、本実施例構成によって初めて特有の効果を奏し得た点につき説明する。

直径１２０ｍｍのポリカーボネート基板１にまず、反射層２としてＡｇ合金、第一保護層３としてＺｎＳ−ＳｉＯ₂、さらに記録層４としてＴｉＩｎＧｅＳｂＴｅ、第二保護層５としてＺｎＳ−ＳｉＯ₂を順にスパッタリング法により形成した。その後、ＵＶ硬化樹脂を接着層６として用い、その上にカバーシート７を貼り合わせた。この時の各層の膜厚は、反射層２を２００ｎｍ、第一保護層３を８ｎｍ、記録層４を１４ｎｍ、第二保護層５を３６ｎｍとした。

また、記録層４の組成は、原子％でＴｉ０．５％、Ｉｎ０．５％、Ｇｅ３．４％、Ｓｂ７２．３％、Ｔｅ２３．３％とした。貼り合わせた後、接着層６を十分硬化させるためにＵＶ照射を行った。その後、レーザービームスポット径１２０μｍのイニシャライザで初期化条件を線速度４ｍ／ｓ、送りピッチ４０μｍに固定し、レーザ出力５７０ｍＷで初期化を行った。

その後、１−７変調された情報信号を５．２８ｍ／ｓで、図２に示すストラテジで記録再生を行った。１Ｔ＝１５．１ｎｓｅｃとし、Ｐ１＝５．２ｍＷ、Ｐ２＝２．７ｍＷ、Ｐ３＝０．１ｍＷ、Ｐ４＝０．１ｍＷ、ストラテジ（Ｔ）をＴ１＝０．４Ｔ、Ｔ２＝０．４Ｔ、Ｔ３＝０．７Ｔ、Ｔ４＝０．７Ｔでグルーブに記録し、再生信号の振幅の中心でスライスしてクロック・トゥー・データ・ジッタ（clock to data jitter）を測定した。以上の条件は表２の記録条件一覧のサンプル２（Sample No.2）に示す。

ジッタは、タイムインターバルアナライザ（型式ＴＡ５２０：横河電機（株）製）を用いて測定した。初回記録後の初期ジッタは、記録マークの始端と後端の平均で６．９１％であり、２回目の記録後のジッタは７．１１％であり、良好な記録ができた。本実施例１は２−ｖ１１として表３に示す。なお、初期ジッタ値とは、光ディスクそのもののジッタであって、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格では、装置（ハード）側を含めてのジッタ値は、１０％以下、さらに１０回までの低回数の書き換えで１１％以下とされている。従って、少なくとも光ディスク単体での初期ジッタ値は、８％以下、低回数記録で最もジッタが上昇する２回記録後にも８％以下に抑えられていることが好ましい。表３において、Ｙは上記初期ジッタ及び２回記録後ジッタ、並びに、下記耐久再生パワーがＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を満たすもの、Ｎは満たさないものに記した。

また、同一ディスクに前記したストラテジで２Ｔ長の単一信号を記録した。記録したトラックをスチル再生し、Ｃ／Ｎを測定した。この時、再生パワーを０．３０ｍＷから０．４０ｍＷまで０．０１ｍＷ刻みで変えて、スチル再生開始直後と５分経過後のＣ／Ｎを測定した。ここで、スチル再生開始直後と５分経過後のＣ／Ｎ差が０．２ｄＢ以下の範囲内に収まる再生パワーの最大値を、耐久再生パワーとした。Ｃ／Ｎは、スペクトラムアナライザをはじめとする測定誤差が０．２ｄＢ程度ある。

再生光による劣化がある場合、Ｃ／Ｎの劣化はスチル再生１分程度で殆ど確認できる。この場合、５分経過後にはＣ／Ｎ劣化量は０．２ｄＢを確実に上回り、劣化したことを十分確認できる。そこで、再生光による劣化の判定基準をＣ／Ｎ差０．２ｄＢとした。

前記測定によると、この実施例１の光ディスクのスチル再生開始直後のＣ／Ｎは、５０．２ｄＢ、５分経過後のＣ／Ｎも、５０．２ｄＢであった。Ｃ／Ｎの測定値は、スペクトラムアナライザを用いてデータを１６回取り込み、その平均値とした。

このように、この実施例１の光ディスクにおいては、スチル再生開始直後のＣ／Ｎと５分経過後のＣ／Ｎは何等変化がなく、すなわち、再生劣化がなく安定した性能を有する光ディスクであることが分かる。

ここで、再生光について説明する。記録するマークのうち、ジッタが最も悪いのは、記録するのが難しい最短マークである２Ｔマークである。これは、記録するときのレーザ照射時間、つまりマーク形成時間が最も短いため、マーク形成に手間取るからである。このことから、２Ｔマークのジッタを、例えば９％以下に抑えることができれば、全マークは確実に９％以下に抑えることができ、従って、総合したジッタを大きく低減する事ができる。この２Ｔ単独のジッタが９％になるために必要なＣ／Ｎは、５１．０ｄＢ以上であることが実験で分かっている。

ここで、Ｔｉが含有されていないＧｅＳｂＴｅを相変化記録層とした場合に、前述したＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃの規格に基づく０．３０ｍＷのパワーで再生すると、５０．０ｄＢのＣ／Ｎとなる。このとき再生光を耐久パワー最大の０．３６ｍＷまで引き上げても、せいぜい５０．０ｄＢにとどまり、５１．０ｄＢには達しないことが実験的に確認されている。

一方、Ｔｉが含有されているＧｅＳｂＴｅを相変化記録層とした本実施例１（２−ｖ１１）の場合は、耐久再生パワーは０．３８ｍＷ〜０．４０ｍＷである。これは、Ｔｉは高融点元素であり、熱的に非常に安定であること、相変化記録層を構成するＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅおよび、隣接する保護層を形成する材料とも反応しない安定した物質であること、適量の添加により、記録膜中でこのＴｉがアンカとして働き、記録マーク形成時にマークエッジがより鋭くなることでジッタが低減することによると思われる。さらに、前記した如く高融点材料ということで熱的耐久性がよいため、再生光に対しより強いパワーまで耐えることができるからとも思われる。

本実施例１（２−ｖ１１）を前述したＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃの規格に基づく０．３０ｍＷのパワーで再生した場合、Ｃ／Ｎは最大で５０．２ｄＢであるが、０．３８ｍＷまで再生パワーを上げた場合、スチル再生開始直後のＣ／Ｎは５１．１ｄＢ、５分経過後のＣ／Ｎも同じく５１．１ｄＢであり、Ｃ／Ｎは５１．１ｄＢに到達することができた。これらを表４に示す。すなわち、記録するのが難しい最短マークである２Ｔマークの形成時でも、この２Ｔ単独のジッタを９％に抑えるために必要なＣ／Ｎ条件を、充分に満足しているものであった。

さらに表３を参照すると、Ｉｎを添加していないサンプル２−ｖ１に比べ、本実施例１（２−ｖ１１）は初期ジッタはほとんど変わらないが、２回記録後のジッタは小さくなり、Ｉｎを添加することでジッタ上昇がわずかに抑えられている事が分かる。

ちなみにＩｎが含まれない状態でサンプル２について、初期ジッタと２回記録後のジッタ、耐久再生パワーを示したものが表５である。表５によると、ＧｅＳｂＴｅにＴｉを添加することで初期ジッタの低減、再生光の耐久性向上という効果は得られたが、２回目の記録によるジッタの上昇にはほとんど変化がないことが分かる。従って表３に示される２回目の記録のジッタ上昇抑制効果は、Ｉｎによってもたらされたと考えられる。これは、Ｉｎが低融点材料ということで記録光照射時に記録膜の溶融が円滑に進行し、消し残りの少ない書き換えができるからと思われる。

続けて、Ｇｅの量とＳｂ／Ｔｅの比を本実施例１と同じとし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．５％と固定し、Ｉｎの量を１．０〜４．０％とした場合を２−ｖ１２〜ｖ１５、Ｔｉの量を４．０％と固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を２−ｖ５１〜ｖ５５とした。結果を表３に示す。

Ｔｉの量が０．５％でも４．０％でも、Ｉｎの量が０．５％以上になるとジッタ上昇の抑制が確認できた。しかし、Ｉｎ量が４．０％になると耐久再生光パワーは、Ｉｎ量が３．０％以下の時に０．３８ｍＷであったのに対し、０．３３ｍＷまで低下してしまった。これはＩｎの添加量が多すぎると融点の低いＩｎは再生光に対して劣化が著しくなり、記録マークが再結晶化して消えてしまうためであると思われる。

Ｔｉの量が０．５〜４．０％かつ、Ｉｎの量が０．５〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなり、この例（２−ｖ１２〜ｖ１４、２−ｖ５１〜ｖ５４）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

ここでＴｉの量については前記４個のサンプルをＩｎを添加しない条件でテストし、最適なＴｉ量の範囲を検出した。表６〜９に各サンプルの評価結果を示す。いずれのサンプルにおいてもＴｉ量が０．５〜４．０％の時に、再生光に対する耐久性の向上とジッタ低減が確認できた。

表６に示したサンプル２については、１−７変調された情報信号を５．２８ｍ／ｓで、図２に示すストラテジで記録再生を行った。１Ｔ＝１５．１ｎｓｅｃとし、Ｐ１＝５．２ｍＷ、Ｐ２＝２．７ｍＷ、Ｐ３＝０．１ｍＷ、Ｐ４＝０．１ｍＷ、ストラテジ（Ｔ）をＴ１＝０．４Ｔ、Ｔ２＝０．４Ｔ、Ｔ３＝０．７Ｔ、Ｔ４＝０．７Ｔでグルーブに記録し、再生信号の振幅の中心でスライスしてクロック・トゥー・データ・ジッタを測定した。以上の条件は表２の記録条件一覧のサンプル２（Sample No.2）に示す。

ここで、表２に示した各サンプル（２、４、７、１７）の条件が、上述の表３、６〜９記載のいずれのものに対応するかを説明する。サンプル２の条件は表６のSample No.２、２−ｖ１〜ｖ７、表３の２−ｖ１１〜ｖ１５、ｖ５１〜ｖ５５、サンプル４の条件は表７のSample No.４、４−ｖ１〜ｖ７、サンプル７の条件は表８のSample No.７、７−ｖ１〜ｖ７、サンプル１７の条件は表９のSample No.１７、１７−ｖ１〜ｖ７において適用した。

同様に、後述の表１０〜１６に対応したものもここで示す。サンプル２の条件は表１３のSample No.２−ｖ２０〜ｖ２６、サンプル４の条件は表１０のSample No.４−ｖ１１〜ｖ１５、ｖ５１〜ｖ５５、表１４の４−ｖ２０〜ｖ２６、サンプル７の条件は表１１のSample No.７−ｖ１１〜ｖ１５、ｖ５１〜ｖ５５、表１５の７−ｖ２０〜ｖ２６、サンプル１７の条件は表１２のSample No.１７−ｖ１１〜ｖ１５、ｖ５１〜ｖ５５、表１６の１７−ｖ２０〜ｖ２６において適用した。表１０〜１６において、上記同様Ｙは初期ジッタ及び２回記録後ジッタ、並びに、耐久再生パワーがＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を満たすもの、Ｎは満たさないものに記した。

次にＧｅの量を４．３％、Ｓｂ／Ｔｅの比を２．１とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．５％に固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を４−ｖ１１〜ｖ１５として、また、Ｔｉの量を４．０％に固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を４−ｖ５１〜ｖ５５とした。結果を表１０に示す。Ｔｉの量が０．５〜４．０％かつ、Ｉｎの量が０．５〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。この例（４−ｖ１１〜ｖ１４、４−ｖ５１〜ｖ５４）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

次にＧｅの量を４．６％、Ｓｂ／Ｔｅの比を４とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．５％に固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を７−ｖ１１〜ｖ１５として、また、Ｔｉの量を４．０％に固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を７−ｖ５１〜ｖ５５とした。結果を表１１に示す。Ｔｉの量が０．５〜４．０％かつ、Ｉｎの量が０．５〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。この例（７−ｖ１１〜ｖ１４、７−ｖ５１〜ｖ５４）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

次にＧｅの量を１４．５％、Ｓｂ／Ｔｅの比を３．２とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．５％に固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を１７−ｖ１１〜ｖ１５として、また、Ｔｉの量を４．０％に固定し、Ｉｎの量を０．５〜４．０％とした場合を１７−ｖ５１〜ｖ５５とした。結果を表１２に示す。Ｔｉの量が０．５〜４．０％かつ、Ｉｎの量が０．５〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．４０ｍＷとなった。この例（１７−ｖ１１〜ｖ１４、１７−ｖ５１〜ｖ５４）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

ここで更なる研究を行い、Ｔｉの量とＩｎの量について以下のことを明らかにした。引き続き実施例を示す。

本実施例１と同様に、Ｇｅの量を３．４％、Ｓｂ／Ｔｅの比を３．１とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．３％に固定し、Ｉｎの量を０〜４．０％とした場合を２−ｖ２０〜ｖ２６とした。結果を表１３に示す。Ｉｎの量が０．３〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。この例（２−ｖ２１〜ｖ２５）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

次に本実施例２と同様に、Ｇｅの量を４．３％、Ｓｂ／Ｔｅの比を２．１とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．３％に固定し、Ｉｎの量を０〜４．０％とした場合を４−ｖ２０〜ｖ２６とした。結果を表１４に示す。Ｉｎの量が０．３〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。この例（４−ｖ２１〜ｖ２５）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

次に本実施例３と同様に、Ｇｅの量を４．６％、Ｓｂ／Ｔｅの比を４とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．３％に固定し、Ｉｎの量を０〜４．０％とした場合を７−ｖ２０〜ｖ２６とした。結果を表１５に示す。Ｉｎの量が０．３〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。この例（７−ｖ２１〜ｖ２５）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

次に本実施例４と同様に、Ｇｅの量を１４．５％、Ｓｂ／Ｔｅの比を３．２とし、ＳｂとＴｅの量を変えながら実験を行った。Ｔｉの量を０．３％に固定し、Ｉｎの量を０〜４．０％とした場合を１７−ｖ２０〜ｖ２６とした。結果を表１５に示す。Ｉｎの量が０．３〜３．０％の時に初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．４０ｍＷとなった。この例（１７−ｖ２１〜ｖ２５）におけるいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

以上の実施例５〜８より、Ｔｉの量とＩｎの量が０．３％以上記録層４に含まれていれば、光ディスクは充分にＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を満足できることが判った。

比較例

直径１２０ｍｍのポリカーボネート基板１に、まず、反射層２としてＡｇ合金、第一保護層３としてＺｎＳ−ＳｉＯ₂、さらに記録層４としてＧｅＳｂＴｅ、第二保護層５としてＺｎＳ−ＳｉＯ₂をこの順にスパッタリング法により形成した。その後、ＵＶ硬化樹脂を接着層６として、カバーシート７を貼りあわせた。この時の各層の膜厚は、反射層２を２００ｎｍ、第一保護層３を８ｎｍ、記録層４を１４ｎｍ、第二保護層５を３６ｎｍとした。

また、記録層４の組成は、原子％でＧｅ８．７％、Ｓｂ６９．７％、Ｔｅ２１．６％とした。貼り合わせた後、接着層６を十分硬化させるためにＵＶ照射を行った。その後、レーザービームスポット径１２０μｍのイニシャライザで初期化条件を線速度４ｍ／ｓ、送りピッチ４０μｍに固定し、レーザ出力５７０ｍＷで初期化を行った。

その後、１-７変調された情報信号を線速度５．２８ｍ／ｓで、図２に示すストラテジで記録再生を行った。１Ｔ＝１５．１ｎｓｅｃとし、Ｐ１＝５．２ｍＷ、Ｐ２＝２．７ｍＷ、Ｐ３＝０．１ｍＷ、Ｐ４＝０．１ｍＷ、Ｔ１＝０．４Ｔ、Ｔ２＝０．４Ｔ、Ｔ３＝０．７Ｔ、Ｔ４＝０．７Ｔでグルーブに記録し、再生信号の振幅の中心でスライスしてクロック・トゥー・データ・ジッタを測定した。

ジッタは、タイムインターバルアナライザ（型式ＴＡ５２０：横河電機（株）製）により測定した。初回記録後のジッタは、記録マークの始端と後端の平均では７．８％であり、通常の記録ができた。２回記録後のジッタは８．９％であった。

また、同一ディスクに前記したストラテジで２Ｔ長の単一信号を記録した。記録したトラックをスチル再生し、Ｃ／Ｎを測定した。この時、再生パワーをディスクが劣化しない値である０．３０ｍＷとし、スチル再生開始直後と５分経過後のＣ／Ｎを測定した。開始直後のＣ／Ｎは５０．０ｄＢ、５分経過後のＣ／Ｎは変わらず５０．０ｄＢであった。

ここで、再生パワーを耐久パワー最大の０．３６ｍＷまで引き上げてもＣ／Ｎは５０．０ｄＢにとどまり、前記した２Ｔ単独のジッタが９％になるために必要なＣ／Ｎの５１．０ｄＢに到達することはなかった。

Ｃ／Ｎの測定はスペクトラムアナライザを用い、１６回データを取り込み行い、その平均値をＣ／Ｎの測定値とした。ここで測定誤差として０．２ｄＢ程度の誤差は生じ得るので、再生劣化試験開始前後のＣ／Ｎ変化は０．２ｄＢ以下であれば良好であると見なした。なお、上述した測定方法、条件および機器は本実施例１〜８で用いたものと同様のものである。

また、前記した記録層４の組成（Ｇｅ８．７％、Ｓｂ６９．７％、Ｔｅ２１．６％）以外の組成を検討した。検討した組成を表１に示す。

この表１より明らかな如く、相変化型光記録層４としてＧｅＳｂＴｅ系の材料を用い、青色レーザを使った光ディスクシステムに対応すると共に、再生光に対し強い耐久性を示す光ディスク１０としては、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの組成範囲が、原子％でＧｅ３．４％以上１４．５％以下、かつ、Ｓｂ／Ｔｅが２．１以上４以下であれば、再生パワー０．３０ｍＷによるスチル再生でＣ／Ｎの劣化が０．２ｄＢ以内であり、初期ジッタが９％以下であることがわかる。

なお、上記した好適な組成範囲は、再生劣化が起きない範囲である。以下、その点につき詳述する。まず、Ｇｅの範囲について説明する。

Ｇｅの量は、それを増加させるとコントラストの向上や、環境負荷の耐性が強くなるなどの効果が出てくる。最小値は３．４％（原子％）としたが、測定誤差を考慮すると、若干ずれることもある。なお、Ｇｅの量が少ない場合は、特にジッタが低減できないという実験結果が出ている。しかしながら、Ｇｅの量は多ければ多いほど良いというものではない。

すなわち、Ｇｅの量が増えた場合には相対的にＳｂの量が減るために、結晶化速度が遅くなる。すなわち、速い線速度での記録、書き換えができないことにつながる。また、同じＳｂ／Ｔｅの比でも、Ｓｂの原子％（量）が少ない方が、結晶化速度が遅くなるという実験結果が出ている。従って、この場合は書き換えによる消し残りができてしまうことになる。

一方で、Ｇｅの量の増加は、結晶化速度を上昇させる。高い温度で結晶化させた記録膜は、記録しても再生劣化が非常に少ない、高耐久性を示すが、結晶化温度を上げすぎると、初期化自体が困難になってしまうものである。実験可能な範囲では、１４．５％（原子％）が上限となった。

次に、Ｓｂ／Ｔｅの比について説明する。前記した如く、Ｓｂ／Ｔｅの比は、結晶化速度に影響する。この比が大きいと、結晶化速度は速くなり、より速い線速度で記録、書き換えが可能となる。逆に、この比が小さいと結晶化速度は遅くなる。本実施例では、遅い限界を２．１としたが、これはこのあたりで初期化工程の結晶化が困難となったからである。また、２．１を切った場合、結晶化状態が不安定ということもあり、記録時のコントラストが悪くなることや、オーバライトができなくなるなどの弊害も発生してしまうものである。

一方、速い限界を４としたが、この比率が上がると結晶化し易いため、記録時にアモルファスマークの形成が十分に行われない。また、形成できたとしても記録したアモルファスマークの再生光に対する強度が悪く、記録したところをスチル再生した場合、記録したマークが消えていってしまうことになる。

比較例で実験した、表１のSample No.１５の組成は、それ自体は良好な特性を示し、再生パワーは０．３５ｍＷまで耐えることができたが、前記した如く、Ｃ／Ｎは、せいぜい５０．０ｄＢ止まりであるので、２Ｔ単独のジッタが９％以下であることを望む事はできないものである。すなわち、本発明が意図している、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を満足する高出力の再生光に耐えることが可能で、より低いジッタでの記録が可能な光情報記録媒体を得ることができないものである。

記録層４の組成には、微量ではあるがＦｅ、Ａｌ、Ｓｉのような不純物が混入している。これまで述べてきたように、記録層４の構成元素の総量を原子％で１００％としたときに、前記不純物の総量は１％未満に抑えることができている。ここで、前記各不純物を１元素ずつ記録層４の組成（本実施例１、２−ｖ１１）に添加し、その影響を調べた。その結果を表１７〜１９に示す。表１７〜１９において、上記同様Ｙは初期ジッタ及び２回記録後ジッタ、並びに、耐久再生パワーがＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を満たすもの、Ｎは満たさないものに記した。

Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ（不純物）を１．０〜１．２％（原子％）の間で添加した。不純物添加量が１．０％であるとき、初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。表１７における不純物が添加されたいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

不純物添加量が１．１％であるとき、初期ジッタは８％以下、２回記録後のジッタが８％以下、耐久再生パワーが０．３８ｍＷとなった。表１８における不純物が添加されたいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を充分満足する光ディスクであることが分かる。

不純物添加量が１．２％であるとき、いずれの光ディスクも２回記録後のジッタが８％以上となった。従って、表１９における不純物が添加されたいずれの光ディスクも、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ規格を満足する光ディスクではないことが分かる。

以上のことから、記録層４の構成元素（Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ）の総量が９８．８％以上であれば、不純物の影響を受けずに、初期ジッタ及び２回記録後のジッタが小さい、高出力の再生パワーにも耐える光情報記録媒体が得られる。なお、不純物を１．１％含む場合はジッタの上昇率が大きいため、不純物添加量が１．０％以下、すなわち記録層４の構成元素の総量が９０．０％以上であることがより好ましい。

以上詳述したことから明らかなように、本発明の光情報記録媒体は基板と、基板上に形成された複数層の一つとしての相変化型光記録層とを有し、前記相変化型光記録層は少なくともＴｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅを含み、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの含有量(原子％)をそれぞれｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚとしたとき、含有量ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、
０．３≦ｖ≦４
０．３≦ｗ≦３
３．４≦ｘ≦１４．５
２．１≦ｙ／ｚ≦４
という関係を満たすものである。
本実施例では、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００（原子％）としたが、若干量他の物質が含まれていてもよい。すなわち、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００（原子％）。ただし、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≧９８．８が必要であり、更にはｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≧９９．０が好ましい。以上のことを特徴とする本実施例１〜８の構成によれば、ＧｅＳｂＴｅのみの記録材料では到底達成できない有利な特性結果が得られることが理解できる。

本発明に係る光ディスクの基本構成の一実施形態を示す断面図である。記録時のストラテジのパターンを示す図である。本発明に係る光ディスクの基本構成の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１基板
２反射層
３第一保護層
４記録層
５第二保護層
６接着層
７カバーシート
８保護コート
１０光情報記録媒体
２０光情報記録媒体

Claims

情報を記録するための光情報記録媒体において、
基板と、
前記基板上に形成した複数層の一つとしての相変化型光記録層とを有し、
前記相変化型光記録層は少なくともＴｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅを含み、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの含有量(原子％)をそれぞれｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚとしたとき、含有量ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、
０．３≦ｖ≦４
０．３≦ｗ≦３
３．４≦ｘ≦１４．５
２．１≦ｙ／ｚ≦４
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００（原子％）
なる関係を満たすことを特徴とする光情報記録媒体。
前記含有量ｖ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚは、
ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≧９８．８（原子％）
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の光情報記録媒体。