JP2803245B2 - Information recording and playback method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱履歴の違いにより誘起される相変化にと
もない光学定数が変化することを利用した情報の記録お
よび消去方法に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for recording and erasing information utilizing a change in an optical constant due to a phase change induced by a difference in thermal history.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

レーザ光を利用して情報の記録・再生を行う光ディス
クは、大容量，可搬型のファイルメモリとして注目され
ており、すでに、再生専用型、追記型、書換型が実用化
されている。現在は、オーバーライトが可能なシステム
についての研究開発が盛んに行われている。2. Description of the Related Art Optical discs that record and reproduce information by using laser light have attracted attention as large-capacity, portable file memories, and reproduction-only, write-once, and rewritable types have already been put to practical use. Currently, research and development on overwriteable systems are being actively conducted.

オーバーライトが可能な方式として、相変化型および
光磁気型がある。相変化型光ディスクでは、レーザ照射
による昇温，冷却の熱履歴の違いによって誘起される非
晶質・結晶間などの相変化を利用して記録・消去が行わ
れ、これらの相変化にともなう光学定数の変化が反射率
の変化として再生されている。As a method capable of overwriting, there are a phase change type and a magneto-optical type. In a phase-change optical disk, recording / erasing is performed by using a phase change between amorphous and crystalline phases induced by a difference in thermal history of temperature rise and cooling by laser irradiation. The change in the constant is reproduced as a change in the reflectance.

光磁気ディスクでは、垂直磁気異方性を持つ磁性薄膜
を用い、外部磁場をかけながらレーザ光を照射すること
によりキュリー点以上に加熱して磁化を反転させて記録
を行い、磁化の方向による反射レーザ光の偏光状態の差
を信号として再生を行っている。Magneto-optical disks use a magnetic thin film with perpendicular magnetic anisotropy. By irradiating a laser beam while applying an external magnetic field, it heats above the Curie point and reverses the magnetization to perform recording. Reproduction is performed using the difference in the polarization state of the laser light as a signal.

これらのうちで相変化型光ディスクは、光磁気ディス
クと比べ、オーバーライトが容易である、光学ヘッドの
構造が単純であるなどの特徴を有し、盛んに研究開発が
行われている。両者とも２値信号に対応した記録再生を
行っている。Among them, the phase-change type optical disk has features such as easy overwriting and a simple optical head structure as compared with the magneto-optical disk, and has been actively researched and developed. Both perform recording and reproduction corresponding to the binary signal.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

光ディスクでは、直径1.6μｍ程度に収束したレーザ
光を用いて情報の記録・再生を行うため、磁気ディスク
などの他のファイルメモリに比べ情報を高密度に記録す
ることができる。現在、さらに高密度化をはかるため、
様々な方策が検討されている。例えば、半導体レーザを
短波長化すると、レーザ光の収束径を小さくでき、より
高密度に記録できるため、半導体レーザの短波長化が精
力的に研究されている。しかし、現在用いられている半
導体レーザの波長830nmが670nmに短波長化したとして
も、1.5倍の高密度化が達成されるにすぎない。In an optical disk, information is recorded and reproduced using a laser beam converged to a diameter of about 1.6 μm, so that information can be recorded at a higher density than other file memories such as a magnetic disk. Currently, in order to further increase the density,
Various measures are being considered. For example, when the wavelength of a semiconductor laser is shortened, the convergence diameter of the laser beam can be reduced and recording can be performed at a higher density. However, even if the wavelength of 830 nm of the currently used semiconductor laser is shortened to 670 nm, only 1.5 times higher density is achieved.

本発明の目的は、飛躍的に高密度化をはかる情報記録
再生方法を提供することにある。It is an object of the present invention to provide an information recording / reproducing method for dramatically increasing the density.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の情報記録再生方法は、情報の多値記録を実現
することにより光ディスクの高密度化を達成するもので
あり、レーザ光の照射による昇温，冷却の熱履歴の違い
により誘起される、非晶質・結晶間などの相変化を利用
して記録・消去を行い、これらの相変化にともなう光学
定数の変化を、反射率または透過率の変化として再生す
る相変化型光記録媒体において、光記録媒体は透明基板
と、この透明基板上に形成された相変化型光記録層とを
有し、この相変化型光記録相の少なくとも３つの異なる
状態間での相変化を利用して、３値以上の多値の情報の
記録を行うことを特徴としている。The information recording / reproducing method of the present invention achieves high-density optical discs by realizing multi-value recording of information, and is induced by a difference in heat history of temperature rise and cooling by laser beam irradiation. In a phase-change type optical recording medium that performs recording and erasing by using a phase change between amorphous and crystal, and reproduces a change in an optical constant accompanying these phase changes as a change in reflectance or transmittance, The optical recording medium has a transparent substrate and a phase-change optical recording layer formed on the transparent substrate, and utilizes a phase change between at least three different states of the phase-change optical recording phase, It is characterized in that multi-valued information of three or more values is recorded.

本発明における情報の記録は必ずしも非晶質・結晶間
の相変化を利用する必要はなく、光学的に区別できる状
態間の相変化を利用していれば良い。In the recording of information in the present invention, it is not always necessary to use a phase change between amorphous and crystalline, but it is sufficient to use a phase change between optically distinguishable states.

情報の再生については、反射率または透過率のどちら
か一方の変化を２つ以上のスライスレベルを設けて再生
することもできるが、反射率および透過率を同時に測定
し、各々に１つもしくはそれ以上のスライスレベルを設
け、両者を併せて判定することにより再生する。Regarding the reproduction of information, it is possible to reproduce the change in either the reflectance or the transmittance by providing two or more slice levels. However, the reflectance and the transmittance are measured at the same time, and one or the other is measured for each. The reproduction is performed by providing the above slice levels and judging both of them.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明を実施例により、詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

第２図（ａ）は本発明に用いられる光記録媒体の基本
構成の断面図である。第２図（ａ）の光記録媒体では、
透明な基板１の上に記録層３が形成されている。基板１
としては、ガラス，ポリメタクリル酸メチル（PMMA），
ポリカーボネイトまたはエポキシなどの透明樹脂が用い
られる。この基板にはあらかじめトラッキングサーボ用
の溝やピットが形成されたものも用いられる。記録層３
としては、レーザ光の照射などによる昇温，冷却の熱履
歴の違いにより、少なくとも３つの異なる状態間で相変
化を生じる物質、例えば、Se,Teなどのカルコゲン系元
素を含む化合物が用いられる。記録層３の保護のため、
実際には第２図（ｂ）に示すように、記録層をはさみ込
む形でスペーサ２と保護膜４とを形成することが望まし
い。これらは光の干渉により読みだし信号を大きくする
干渉層としても用いられるため、所望の膜厚に設定され
る。スペーサおよび保護層としては、透明なSi₃N₄また
はAlNなどの窒化物やSiO,SiO₂,Ta₂O₅などの酸化物ある
いはZnSなどのカルコゲン化合物である誘電体が使用さ
れる。FIG. 2A is a sectional view of the basic structure of the optical recording medium used in the present invention. In the optical recording medium shown in FIG.
A recording layer 3 is formed on a transparent substrate 1. Substrate 1
Glass, polymethyl methacrylate (PMMA),
A transparent resin such as polycarbonate or epoxy is used. A substrate on which grooves or pits for tracking servo are formed in advance is used. Recording layer 3
As the material, a substance which undergoes a phase change between at least three different states due to a difference in heat history of temperature rise and cooling due to irradiation of a laser beam, for example, a compound containing a chalcogen element such as Se or Te is used. To protect the recording layer 3,
Actually, as shown in FIG. 2B, it is desirable to form the spacer 2 and the protective film 4 so as to sandwich the recording layer. Since these are also used as an interference layer for increasing a read signal by light interference, they are set to a desired film thickness. As the spacer and the protective layer, a dielectric such as a transparent nitride such as Si ₃ N ₄ or AlN, an oxide such as SiO, SiO ₂ , Ta ₂ O ₅ or a chalcogen compound such as ZnS is used.

次に本発明による記録原理について説明する。レーザ
光の照射などによる昇温，冷却の熱履歴の違いにより、
３つの異なる状態間での相変化を示すものとして、例え
ば、In−Se二元系化合物があり、ここでは、Se濃度が40
％〜48％の組成を例にとって説明する。Next, the recording principle according to the present invention will be described. Due to differences in heat history of heating and cooling due to laser light irradiation, etc.
As an example of the phase change between the three different states, there is an In-Se binary compound, in which the Se concentration is 40%.
A description will be given by taking a composition of% to 48% as an example.

記録消去特性測定用の試料として、第２図（ｂ）のよ
うにガラス基板１上に、スペーサ2,記録層3,保護層４を
順次積層した。記録層３にはIn_1-XSex（Ｘ＝40〜48％）
を用い、真空共蒸着法により成膜した。膜厚は160nmで
ある。スペーサ２および保護層４にはSi₃N₄を用い、反
応性スパッタ法により成膜した。スペーサの膜厚は210n
m、保護層の膜厚は120nmである。As a sample for recording / erasing characteristics measurement, a spacer 2, a recording layer 3, and a protective layer 4 were sequentially laminated on a glass substrate 1 as shown in FIG. 2 (b). In _1-X Sex (X = 40-48%) in the recording layer 3
And a film was formed by a vacuum co-evaporation method. The thickness is 160 nm. The spacer 2 and the protective layer 4 were formed by reactive sputtering using Si ₃ N ₄ . Spacer thickness 210n
m, the thickness of the protective layer is 120 nm.

作製した試料に高パワー短時間のレーザパルス、例え
ば18mW,0.5μｓのレーザパルスを照射した場合、反射率
が25.5％、透過率が7.7％となった。この状態を記録点
（Ｉ）とする。When the produced sample was irradiated with a high-power short-time laser pulse, for example, a laser pulse of 18 mW and 0.5 μs, the reflectance was 25.5% and the transmittance was 7.7%. This state is referred to as a recording point (I).

また、低パワー長時間のレーザパルス、例えば、4mW,
20μｓのレーザパルスを照射すると、反射率が16.0％、
透過率が7.7％となった。この状態を記録点（II）とす
る。Also, a low power long time laser pulse, for example, 4mW,
Irradiation of 20μs laser pulse, the reflectance is 16.0%,
The transmittance became 7.7%. This state is designated as recording point (II).

低パワーでさらに長時間のレーザパルス、例えば、4m
W,40μｓのレーザパルスを照射すると、反射率が17.4
％、透過率が14.6％となった。この状態を消去点とす
る。Longer laser pulse with lower power, e.g. 4m
Irradiation with W, 40μs laser pulse, reflectivity 17.4
% And transmittance was 14.6%. This state is referred to as an erasing point.

以上の結果を光学定数の変化で整理すると、記録点
（Ｉ）から記録点（II）への変化では、おもに屈折率が
減少し、消衰係数はほとんど変化しない。記録点
（Ｉ），記録点（II）に、低パワーで、記録点（II）を
形成するよりもさらに長時間レーザパルスを照射した消
去点は、屈折率とともに、消衰係数も減少している。When the above results are arranged by changes in the optical constants, the change from the recording point (I) to the recording point (II) mainly decreases the refractive index and hardly changes the extinction coefficient. The erasing points where the recording points (I) and (II) are irradiated with a laser pulse at a lower power and for a longer time than the recording points (II) are formed, the extinction coefficient decreases along with the refractive index. I have.

これらの点を透過型電子顕微鏡で観察した結果、記録
点（Ｉ）から記録点（II）の変化は微細粒の粒径の変
化、記録点（Ｉ），（II）から消去点への変化は結晶化
であることがわかった。As a result of observing these points with a transmission electron microscope, the change from the recording point (I) to the recording point (II) is a change in the particle size of the fine grains, and the change from the recording points (I) and (II) to the erasure point. Was found to be crystallization.

以上のように、レーザの照射条件の違いによって、３
つの異なる状態の間で相変化が生じていることがわかっ
た。As described above, depending on the difference in the laser irradiation conditions,
It was found that a phase change occurred between the two different states.

次に、記録再生方法について説明する。第１図は記録
信号のレベルおよび再生方法を示す図で、第１図（ａ）
の３値のデータ列に対応して３種類の条件のレーザパル
スを第１図（ｂ）のクロックに同期させて照射する。Next, a recording / reproducing method will be described. FIG. 1 is a diagram showing a recording signal level and a reproducing method, and FIG.
The laser pulses of three types of conditions are applied in synchronization with the clock of FIG.

照射条件を第１図（ｃ）に示す。第１の照射条件は記
録点（Ｉ）、すなわち第１図（ｄ），（ｅ）に示すよう
に反射率が高く透過率が低い点を作製する照射条件であ
る。第２の照射条件は記録点（II）、すなわち反射率が
低く透過率が低い点を作製する条件である。第３の照射
条件は消去点、すなわち反射率が低く透過率が高い点を
作製する照射条件である。The irradiation conditions are shown in FIG. The first irradiation condition is an irradiation condition for producing a recording point (I), that is, a point having a high reflectance and a low transmittance as shown in FIGS. 1 (d) and 1 (e). The second irradiation condition is a condition for producing a recording point (II), that is, a point having a low reflectance and a low transmittance. The third irradiation condition is an irradiation condition for producing an erasing point, that is, a point having a low reflectance and a high transmittance.

消去のために長時間レーザパルスを照射する方法とし
ては、消去用に専用の楕円ビームを用いる方法や、記録
点（II）上に再度レーザを照射する方法がある。記録点
（II）上に再度レーザを照射する方法としては、一周目
に記録点（Ｉ），記録点（II）を形成し、二周目に記録
点（II）上に再度レーザを照射する方法や、記録点
（Ｉ），記録点（II）用と消去用の２つのビームを用意
し、記録点（Ｉ），記録点（II）を形成した直後に消去
用のビームで記録点（II）上に再度レーザを照射する方
法がある。本実施例では一周目に記録点（Ｉ），記録点
（II）を形成し、二周目に記録点（II）上に再度レーザ
を照射して消去する方法を用いた。As a method of irradiating a laser pulse for a long time for erasing, there is a method of using a dedicated elliptical beam for erasing, or a method of irradiating a laser again on the recording point (II). As a method of irradiating the laser again on the recording point (II), the recording point (I) and the recording point (II) are formed in the first round, and the laser is again irradiated on the recording point (II) in the second round. A method and two beams for recording point (I), recording point (II) and erasing are prepared, and immediately after forming recording point (I) and recording point (II), recording point ( II) There is a method of irradiating the laser again. In this embodiment, the recording point (I) and the recording point (II) are formed in the first round, and the recording point (II) is irradiated again with the laser in the second round to erase.

信号再生に関しては、反射率と同時に透過率を測定
し、スライスレベルを設けて判定することにより、第１
図（ｆ）に示すように３値の情報を再生する。第１図
（ｄ），（ｅ）に示すように、反射率と透過率は異なる
変化を示しており、反射率と透過率とを併せて判定する
ことにより、３値信号の再生がなされる。Regarding the signal reproduction, the transmittance is measured at the same time as the reflectance, and the slice level is determined to determine the first.
The ternary information is reproduced as shown in FIG. As shown in FIGS. 1 (d) and 1 (e), the reflectance and the transmittance show different changes, and the ternary signal is reproduced by judging the reflectance and the transmittance together. .

以上、３値記録の場合について説明したが、本発明
は、ここで示した３値記録に限定されるものではなく、
レーザ光の照射などによる昇温，冷却の熱履歴の違いに
より、少なくとも３つの異なる状態間で相変化を生じる
光記録層を用いて３値以上の多値記録を行う方法にも適
用できる。The case of ternary recording has been described above, but the present invention is not limited to the ternary recording shown here.
The present invention can also be applied to a method of performing multi-valued recording of three or more values using an optical recording layer that causes a phase change between at least three different states due to a difference in heat history of temperature rise and cooling due to irradiation of laser light or the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の情報記録再生方法によれば、記録密度を従来
の２値記録に比べて飛躍的に向上できる。According to the information recording / reproducing method of the present invention, the recording density can be dramatically improved as compared with conventional binary recording.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明による記録再生方法を示す図、 第２図は本発明に用いられる相変化型光ディスクの基本
構成の断面図である。 １……基板 ２……スペーサ ３……記録層 ４……保護層FIG. 1 is a diagram showing a recording / reproducing method according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a basic structure of a phase change type optical disk used in the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Spacer 3 ... Recording layer 4 ... Protective layer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】レーザ光の照射による昇温，冷却の熱履歴
の違いにより誘起される相変化を利用して記録・消去を
行い、これらの相変化にともなう光学定数の変化を、反
射率または透過率の変化として再生する相変化型記録媒
体において、少なくとも３つの異なる状態間での相変化
を利用して、３値以上の多値の情報を記録し、前記記録
された３値以上の情報を、再生光に対する反射光と同時
に透過光を検出することにより再生する情報記録再生方
法。1. Recording and erasing are performed using a phase change induced by a difference in heat history of heating and cooling by laser light irradiation, and a change in an optical constant caused by the phase change is determined by a reflectance or a reflectance. In a phase-change recording medium that reproduces as a change in transmittance, multi-valued information of three or more values is recorded by utilizing a phase change between at least three different states, and the recorded information of three or more values is recorded. An information recording / reproducing method for reproducing information by detecting transmitted light simultaneously with reflected light of the reproduced light.