JP2007122789A - 多層光記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる多層化のために極薄の記録層を備えた多層光記録媒体において、良好な記録再生特性を実現する。
【解決手段】多層光記録媒体１０は、第１の記録層Ｌ１と、光入射面から見て第１の記録層Ｌ１よりも近くに設けられ、ビットあたりの熱容量が第１の記録層Ｌ１より大きく形成された第２の記録層Ｌｉとを有している。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザービームにより情報の再生または記録をおこなう光記録媒体に関し、更に詳しくは、多層光記録媒体に関する。

情報の書き換え可能な大容量メモリの一つとして、レーザービームを用いて再生または記録をおこなう光記録媒体が注目されている。光記録媒体としては、ピットの配列により情報が記録され、情報の再生のみ可能な再生専用光記録媒体や、一度だけ、もしくは複数回の情報の記録が可能な相変化型光記録媒体および光磁気記録媒体などが提案されている。

このような光記録媒体においては、ビームウェスト径２Ｗｏは、再生光学系のレーザー波長λと対物レンズの開口数ＮＡとによって決まる（２Ｗｏ=Ｋ・λ/ＮＡ）。したがって、光記録媒体は、信号再生時の空間周波数として２ＮＡ/λ程度までを検出可能である。しかしながら、光記録媒体のさらなる大容量化への要求は高まる一方であり、この要求を満たすため、複数の記録層を備えることによって大容量化を達成する多層光記録媒体が開発されている。

例えば、相変化型光記録媒体のひとつである、ディスク直径１２ｃｍのＤＶＤ(Digital Versatile Disc)では、レーザー波長λ=６５０ｎｍ、ＮＡ=０.６０の再生光学系を用いており、その記憶容量は、単層型のＤＶＤで４．７ＧＢである。このＤＶＤを二層へと多層化すると、記憶容量は８．５ＧＢまで増加する。また、近年では、レーザー波長λ=４０５ｎｍ、ＮＡ=０.８５とさらにスポット径を小さくした再生光学系を用いた、ディスク直径１２ｃｍの光記録媒体が開発されている。この光記録媒体の記憶容量は、単層型で２５ＧＢであるが、二層化すると５０ＧＢにまで増加させることが可能である。このように、ひとつの記録媒体に複数の記録層を設けると、記録層の数だけ記憶容量が増加するので、光記録媒体の大容量化において多層化は有効な手段の一つとされている。

このような多層光記録媒体においては、光入射面から最も遠い記録層（以後、最深記録層と呼ぶことがある。）以外の記録層は、記録・再生光学系のレーザー波長において光透過性を有し、最深記録層にまで光が到達できるようなもので構成しなければならない。これは、最深記録層に対して記録再生を良好におこなうためであり、最深記録層への透過率として５０％以上が必要とされている。

最深記録層への透過率を確保するために、最深記録層以外の記録層における吸光性の材料層は極力薄く形成されている。例えば、上述したレーザー波長λ=４０５ｎｍ、ＮＡ=０.８５の再生光学系を用いた二層型の光記録媒体においては、光入射面に近い側の記録層の膜厚が、相変化層（(Ｇｅ,Ｓｎ)ＳｂＴｅ）で６ｎｍ、Ａｇ合金反射層で１０ｎｍとなっている。最深記録層の膜厚は、相変化層（ＧｅＳｂＴｅ）で１０ｎｍ、Ａｇ合金反射層で８０ｎｍとなっているので、光入射面に近い側の記録層の膜厚は非常に薄い。そして、さらなる大容量化を実現する三層、四層以上の多層光記録媒体においては、最深記録層以外の記録層の相変化層などは３ｎｍ程度にまで薄くする必要があるとされている。ここまで膜厚を薄くして、ようやく、最深記録面での記録レーザービームの強度減衰を５０％程度にすることができるのである。このように、記録層の層数の増加にともない、少なくとも最深記録層以外の記録層の膜厚を薄くしなければならない。
N.Yamada他著、J. Appl. Phys.、69、2849、1991年 N.Yamada他著、Technical Digest of ISOM/ODS 2002 ThC.、1、404、2002年

ところが、記録層（相変化層）の膜厚を薄くした場合、この膜厚が薄いほど原子が移動しにくくなるために、信号を消去する結晶化の速度が低下する。具体的には、ＧｅＴｅ-Ｓｂ₂Ｔｅ₃系の相変化材料においては、膜厚を８ｎｍよりも薄くすると、より長時間のレーザー照射が必要となり、レーザー照射から結晶化完了までの時間が増大する。このことは、小さな記録マークを短時間のレーザー照射で記録する場合に悪影響を及ぼすことを示しており、高密度記録および高速転送レートにとっての重大な課題となっている。

この課題を解決するため、新たな相変化材料が開発されている。例えば、ＧｅＴｅ-Ｓｂ₂Ｔｅ₃系材料においてＧｅの一部をＳｎに置き換えた、上述の(Ｇｅ,Ｓｎ)ＳｂＴｅは、８ｎｍ以下の５ｎｍ前後の膜厚でも使用できる。しかし、(Ｇｅ,Ｓｎ)ＳｂＴｅでも、５ｎｍ以下の膜厚領域では膜厚が薄いほど結晶化速度が低下する傾向は変わらない。このため、上記課題は、より一層の記録層の透過率が求められる光記録媒体（例えば四層以上の多層化による光記録媒体など）、特に、複数回の書換えを可能とする書き換え型光記録媒体にとって、大きな障壁となっている。

本発明は以上の問題点に鑑み、さらなる多層化のために極薄の記録層を備えた多層光記録媒体において、良好な記録再生特性を実現することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、多層光記録媒体は、第１の記録層と、光入射面から見て第１の記録層よりも近くに設けられ、ビットあたりの熱容量が第１の記録層より大きく形成された第２の記録層とを有している。

本発明の他の実施態様によれば、多層光記録媒体は、複数の記録層を有し、各記録層のビットあたりの熱容量は、光入射面から見てより遠い記録層から、光入射面から見てより近い記録層に向かって、順次大きく形成されている。

本発明の他の実施態様によれば、多層光記録媒体は、第１の溝を備えた第１の記録層と、第２の溝を備え、光入射面から見て第１の記録層よりも近くに設けられた第２の記録層とを有し、第１の溝によるプッシュプル信号振幅が第２の溝によるプッシュプル信号振幅よりも大きくなるように形成されている。

本発明の他の実施態様によれば、多層光記録媒体は、各々が溝を備えた複数の記録層を有し、各記録層に備えられた各溝によるプッシュプル信号振幅が、光入射面から見てより遠い記録層から、光入射面から見てより近い記録層に向かって、順次小さくなるように形成されている。

このような多層光記録媒体においては、光入射面から見てより近い第２の記録層は、光入射面から見てより遠い第１の記録層へのレーザービームの透過性を確保するため、膜厚をより薄く形成する必要がある。また、記録層に記録（消去）をおこなうためには、記録層に結晶相が形成されなければならず、結晶相が形成されるためには、結晶化温度以上にまで昇温した後に徐冷されなければならない。本発明の多層光記録媒体においては、第２の記録層は、ビットあたりの熱容量が大きいため、蓄熱効果がより高く、熱エネルギーを記録層に容易に蓄えることができる。このため、第２の記録層は、急冷されることなく、結晶相の形成に必要な徐冷がおこなわれやすくなる。すなわち、第２の記録層に対して、結晶化温度以上にまで昇温させるために必要なレーザービームの照射をおこなえば、たとえ短時間のレーザー照射であっても、その熱容量によって所定の熱が蓄積され、それによって徐冷され、結晶化が良好におこなわれる。このようにして、さらなる多層化のために極薄の記録層を備えた多層光記録媒体においても、良好な記録再生特性を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明の相変化型の多層光記録媒体の実施形態について説明する。図１は、本発明の多層光記録媒体の一実施形態を示す模式的断面図である。多層光記録媒体１０はｎ層の記録層Ｌ１〜Ｌｎが積層されて形成され、レーザービーム１１の照射される面が光入射面１０１となっている。記録層は、光入射面１０１から見て最も遠い第１の記録層Ｌ１（最深記録層）から、光入射面１０１から見て最も近い第ｎの記録層Ｌｎまでの多層構成となっている。ここで、ｎは２以上の任意の整数である。

第２の記録層Ｌ２から第ｎの記録層Ｌｎまでの記録層の少なくともひとつは、第１の記録層Ｌ１よりも、そのビットあたりの熱容量が大きく形成されている。より好ましくは、第１の記録層Ｌ１のビットあたりの熱容量は、他のいずれの記録層Ｌ２〜Ｌｎのビットあたりの熱容量よりも小さく形成されている。このような熱容量の違いは、第１の記録層Ｌ１の溝形状を、他の記録層Ｌ２〜Ｌｎの溝形状と異ならせることによって可能となる。本実施形態では、記録層Ｌ２〜Ｌｎの溝の深さを、第１の記録層Ｌ１の溝と比べて深く形成しているが、溝幅を変えてもよいし、溝深さと溝幅の双方を変えてもよい。図示の構造では、各記録層の溝Ｇ１〜Ｇｎの深さが、第１の記録層Ｌ１から第ｎの記録層Ｌｎに向かって順次大きくなるよう、すなわち、溝Ｇ１からＧｎへと順次大きくなるように形成されている。この場合、各記録層のビットあたりの熱容量は、第１の記録層Ｌ１から第ｎの記録層Ｌｎに向かって順次大きくなっている。

記録層Ｌ１〜Ｌｎは初期化された状態では結晶化されている。情報は、照射するレーザービーム１１を、高い方のピークパワーＰhigh（ｍＷ）と低い方のバイアスパワーＰｂ（ｍＷ）とに変調させることによって記録する。Ｐhighのレーザービーム１１の照射によって結晶化温度以上にまで昇温した後に、急冷することにより、非晶質相が形成されて、記録マークとなる。記録マーク間では、Ｐｂのレーザービーム１１の照射によって結晶化温度以上にまで昇温した後に、徐冷することにより、結晶相が形成される。第１の記録層Ｌ１と光透過層である他の記録層Ｌ２〜Ｌｎとは上述のように溝深さが異なっており、その分、記録層Ｌ２〜Ｌｎのビットあたりの熱容量も第１の記録層Ｌ１の熱容量よりも大きくなっている。このため、光透過記録層の膜厚が薄い場合でも、溝の物理形状による蓄熱効果で熱エネルギーを記録層に蓄えることができ、短時間のレーザー照射でも結晶化が良好におこなわれる。すなわち、記録層Ｌ２〜Ｌｎは記録感度がより高感度にされており、より小さなレーザーパワー、または、より短時間のレーザー照射でも記録（消去）することが可能になる。

このような多層光記録媒体では、図１に示すように、第１の記録層Ｌ１の第１の溝Ｇ１によるプッシュプル信号振幅は、少なくとも一つの他の記録層Ｌｉの第ｉの溝Ｇｉによるプッシュプル信号振幅よりも大きくなるようにされている。そして、より好ましくは、第１の溝Ｇ１によるプッシュプル信号振幅は、他のいずれの記録層Ｌ２〜Ｌｎの溝Ｇ２〜Ｇｎによるプッシュプル信号振幅よりも大きくなるように形成されている。また、本実施形態では、各記録層Ｌ１〜Ｌｎの溝Ｇ１〜Ｇｎによるプッシュプル信号振幅は、記録層Ｌ１から記録層Ｌｎに向かって、順次小さくなるように形成されている。多層光記録媒体では、光入射面から遠い記録層ほど収差の影響が大きくなり、チルトに対するサーボ、および、信号特性への影響が大きくなる。すなわち、光の入射面から遠い記録層ほど、サーボ、および、信号特性のチルトに対する余裕度（マージン）が減少する。光の入射面から遠い記録層ほどプッシュプル信号振幅が大きくなるように溝形状を形成することによって、このような悪影響を軽減し、チルトマージンを確保することが容易になる。

（実施例）図２は、本発明の一実施例による多層光記録媒体の媒体構成図である。以下、本実施例の構成および製造方法について説明する。本実施例は、２層の記録層を有しており、第１の記録層を含む層を第１の情報層ａ、第２の記録層を含む層を第２の情報層ｂとしている。

まず、第１の情報層ａの基板２０１として、厚さ７５μｍのポリカーボネート（ＰＣ）基板を用意した。基板２０１は、トラックピッチ３２０ｎｍ、グルーブ幅１００ｎｍ、溝深さ８５ｎｍの基板溝形状を有するグルーブ記録用基板である。ここでは、レーザービーム１１の入射面１０１に近い方の溝面をグルーブと定義している。グルーブ幅は溝深さの半値幅で規定している。本実施例では、信号品位を確保しつつ、レーザービームに対する感度を高感度化するために上記のグルーブ幅および溝深さを設定したが、信号品位が確保できれば、さらにグルーブ幅を狭く、または溝深さを深くすることで、レーザービームに対し高感度化することができる。本実施例では基板２０１にポリカーボネート（ＰＣ）を用いたが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アモルファスポリオレフィン（ＡＰＯ）等を成形材料として用いてもよい。紫外線硬化樹脂による、いわゆる２Ｐ成形基板を使用することもできる。また、本実施例では、グルーブ記録用基板を用いたが、ランド記録用基板や、ランド・グルーブ記録用基板も使用可能である。ランド記録の場合、ランド幅は、記録パワーマージンが確保できる程度になるべく広くした方が光感度が向上する。

第１の情報層ａの基板２０１上に、第１の誘電体層２０４（厚さ：４５ｎｍ）、第１の界面層２０５（厚さ：３ｎｍ）、第１の記録層２０６（厚さ：３ｎｍ）、第２の界面層２０７（厚さ：３ｎｍ）、第２の誘電体層２０８（厚さ：１１ｎｍ）、第３の界面層２０９（厚さ：３ｎｍ）、第１の反射層２１０（厚さ：１０ｎｍ）、第４の界面層２１１（厚さ：３ｎｍ）、および第３の誘電体層２１２（厚さ：２３ｎｍ）を順にスパッタリング法によって形成した。

次に、第２の情報層ｂの基板２０２として、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）基板を用意した。基板２０２は、トラックピッチ３２０ｎｍ、グルーブ幅１５０ｎｍ、溝深さ３４ｎｍの基板溝形状を有するグルーブ記録用基板である。ここでは、レーザービーム１１の入射面１０１に近い方の溝面をグルーブと定義している。本実施例では基板２０２にポリカーボネート（ＰＣ）を用いたが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アモルファスポリオレフィン（ＡＰＯ）等を成形材料として用いてもよい。紫外線硬化樹脂による、いわゆる２Ｐ成形基板を使用することもできる。また、本実施例では、グルーブ記録用基板を用いたが、ランド記録用基板や、ランド・グルーブ記録用基板も使用可能である。

第２の情報層ｂの基板２０２上に、第２の反射層２１９（厚さ：８０ｎｍ）、第７の界面層２１８（厚さ：３ｎｍ）、第５の誘電体層２１７（厚さ：１１ｎｍ）、第６の界面層２１６（厚さ：３ｎｍ）、第２の記録層２１５（厚さ：１０ｎｍ）、第５の界面層２１４（厚さ：３ｎｍ）、および第４の誘電体層２１３（厚さ：６５ｎｍ）をスパッタリング法によって形成した。

以上の各誘電体層２０４，２０８，２１２，２１３，２１７にはＺｎＳ−ＳｉＯ₂（ＳｉＯ₂：２０ｍｏｌ％）を、各界面層２０５，２０７，２０９，２１１，２１４，２１６，２１８にはＧｅ−Ｎを、各反射層２１０，２１９にはＡｇ合金を用いた。第１の記録層２０６は、Ｇｅ_2.7Ｓｎ_1.3Ｓｂ₂Ｔｅ₇で表される材料を用いた。第２の記録層２１５は、組成式Ｇｅ₄Ｓｂ₂Ｔｅ₇で表される材料を用いた。

各誘電体層２０４，２０８，２１２，２１３，２１７は、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂の材料ターゲットをＡｒ雰囲気中で高周波スパッタリングすることによって形成した。各界面層２０５，２０７，２０９，２１１，２１４，２１６，２１８は、Ｇｅの材料ターゲットをＡｒガスと窒素ガスとの混合ガス雰囲気中で高周波スパッタリングすることによって形成した。第１の記録層２０６は、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の材料ターゲットをＡｒガス雰囲気中で直流スパッタリングすることによって形成した。第２の記録層２１５は、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の材料ターゲットをＡｒガスの雰囲気中で直流スパッタリングすることによって形成した。各反射層２１０，２１９は、Ａｇ合金の材料ターゲットを直流スパッタリングすることによって形成した。

次に、第１の記録層２０６および第２の記録層２１５を、それぞれ初期化、すなわち結晶化した。その後、第１の情報層ａと第２の情報層ｂとを紫外線硬化性樹脂を用いて接着して、サンプルを作製した。このとき、接着層２０３の厚さは２５μｍとした。

以上のようにして作製した相変化型多層光記録媒体に対し、図３に示すような記録再生装置を用いて、記録再生特性を測定した。記録再生装置３０は、多層光記録媒体１０を回転させるスピンドルモータ３１と光ヘッド３２とを備えている。光ヘッド３２は、レーザービーム１１を出射する半導体レーザー３３と、レーザービーム１１を集光する対物レンズ３４と、多層光記録媒体１０によって反射されたレーザービーム１１を検出するフォトダイオード（図示せず）とを備えている。レーザービーム１１の波長は４０５ｎｍ、対物レンズ３４の開口数は０．８５である。記録再生時の線速度は２．５ｍ／ｓとした。

前述のように、情報は、照射するレーザービーム１１を高い方のピークパワーＰhigh（ｍＷ）と低い方のバイアスパワーＰｂ（ｍＷ）とに変調させることによって記録した。Ｐhighのレーザービームの照射によって結晶化温度以上にまで昇温した後に、急冷することにより、非晶質相が形成されて、記録マークとなる。記録マーク間では、Ｐｂのレーザービームの照射によって結晶化温度以上にまで昇温した後に、徐冷することにより、結晶相が形成される。

第１の記録層２０６を有する第１の情報層ａを記録再生する際には、第１の記録層２０６に焦点を合わせてレーザービーム１１を照射する。情報の再生は、第１の記録層２０６から反射してきたレーザービーム１１からの、記録マークを成す非晶質相と結晶相との反射光量の差を検出することによっておこなう。第２の記録層２１５を有する第２の情報層ｂを記録再生する際には、第２の記録層２１５に焦点を合わせてレーザービーム１１を照射する。情報の再生は、第２の記録層２１５によって反射され、中間層（接着層）２０３と第１の情報層ａとを透過してきたレーザービーム１１を検出することによっておこなう。

以上のような記録再生装置を用いて、各情報層でのプッシュプル信号を確認したところ、図４のような信号が得られた。同図（ａ）は情報層ａの、同図（ｂ）は情報層ｂのプッシュプル信号を示す。この結果から、情報層ｂからのプッシュプル信号振幅の方が、情報層ａからのプッシュプル信号振幅よりも大きくなっていることが分かる。また、トラッキングサーボの安定に必要なチルトマージンは、二つの情報層で同程度であり、十分なマージンを有していた。これは、チルトに対して不利な、光の入射面から遠い側の情報層ｂは、プッシュプル信号振幅が大きくなるように溝が形成されているためであり、その結果、もう一方の情報層ａと同程度のチルトマージンとなっているのである。

初期化状態における各情報層からの再生検出系におけるフォトダイオードの出力は同じであった。これは、初期化状態での各情報層からの反射光量が同じであることを示している。フォトダイオードの出力は、各情報層の溝形状および各薄膜層の膜厚により調整可能である。

記録を１０万回繰返し再生したところ、情報層ａ、情報層ｂともに１０万回後でもジッターは１３％以下を示しており、少なくとも１０万回の繰返し記録が可能な光記録媒体として使用できることが分かった。

次に、比較例として、第１の情報層ａの基板２０１にトラックピッチ３２０ｎｍ、グルーブ幅１５０ｎｍ、溝深さ３４ｎｍの溝形状を有するグルーブ記録用基板を用い、その他の点は実施例と同様の光記録媒体を作製した。このようにして作製した光記録媒体に対し、実施例と同様に繰返し記録特性を測定したところ、情報層ａで書き換えができなかった。

以上説明した実施例、および、比較例との比較の結果から、膜厚の薄い記録層を用いた光記録媒体においても、本発明にしたがって溝形状を形成することにより、光に対する記録感度を高められる。この結果、良好な記録再生が可能となり、極薄の膜厚を有する記録層で構成された多層光記録媒体を実現することが容易となる。

本発明の多層光記録媒体の一実施形態を示す模式的断面図である。 本発明の一実施例における多層光記録媒体の模式的構成図である。 本発明の一実施例で用いた光記録媒体の記録再生装置の概略装置構成図である。 本発明の一実施例で測定された、多層光記録媒体の各情報層におけるプッシュプル信号の波形図である。

符号の説明

１０ 多層光記録媒体
１０１ 光入射面
２０６ 第１の記録層
２１５ 第２の記録層
Ｌ１〜Ｌｎ 記録層
Ｇ１〜Ｇｎ 溝
ａ 第１の情報層
ｂ 第２の情報層

Claims (8)

1. 第１の記録層と、
   光入射面から見て前記第１の記録層よりも近くに設けられ、ビットあたりの熱容量が該第１の記録層より大きく形成された第２の記録層と、
   を有する多層光記録媒体。
2. 前記第１の記録層は前記光入射面から見て最も遠い記録層であり、
   前記第１の記録層の前記ビットあたりの熱容量は、他のいずれの記録層の該ビットあたりの熱容量よりも小さく形成されている、
   請求項１に記載の多層光記録媒体。
3. 前記第１の記録層の溝形状は、前記他のいずれの記録層の溝形状とも異なっている、請求項２に記載の多層光記録媒体。
4. 前記他のいずれの記録層の溝も、前記第１の記録層の溝と比べ、溝深さが深く形成されている、請求項３に記載の多層光記録媒体。
5. 複数の記録層を有し、
   各記録層のビットあたりの熱容量は、光入射面から見てより遠い記録層から、該光入射面から見てより近い記録層に向かって、順次大きく形成されている多層光記録媒体。
6. 第１の溝を備えた第１の記録層と、
   第２の溝を備え、光入射面から見て前記第１の記録層よりも近くに設けられた第２の記録層と、
   を有し、
   前記第１の溝によるプッシュプル信号振幅が前記第２の溝によるプッシュプル信号振幅よりも大きくなるように形成されている、多層光記録媒体。
7. 前記第１の記録層は前記光入射面から見て最も遠い記録層であり、前記第１の溝によるプッシュプル信号振幅は他のいずれの記録層よりも大きくなるように形成されている、請求項６に記載の多層光記録媒体。
8. 各々が溝を備えた複数の記録層を有し、
   各記録層に備えられた各溝によるプッシュプル信号振幅が、光入射面から見てより遠い記録層から、該光入射面から見てより近い記録層に向かって、順次小さくなるように形成されている多層光記録媒体。

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