JP3151848B2 - 光学情報記録媒体 - Google Patents

光学情報記録媒体

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JP3151848B2
JP3151848B2 JP09579791A JP9579791A JP3151848B2 JP 3151848 B2 JP3151848 B2 JP 3151848B2 JP 09579791 A JP09579791 A JP 09579791A JP 9579791 A JP9579791 A JP 9579791A JP 3151848 B2 JP3151848 B2 JP 3151848B2
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  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光線を用いた情
報記録再生装置に用いる光学情報記録媒体、とりわけ書
き換え可能な光学情報記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】信号を記録,再生、及び消去可能な光学
記録媒体の1例の光ディスクとして、記録薄膜材料にカ
ルコゲン化物を用いた相変化型の光ディスクが知られて
いる。一般には、記録薄膜材料が結晶状態の場合を未記
録状態とし、レーザ照射で急熱急冷して非晶質状態にす
ることで信号を記録する。又、急熱徐冷で再び結晶状態
となり、記録信号は消去される。
【0003】記録薄膜材料としては、例えばTe,In,
Sb,Se等を主成分とする非晶質−結晶間で相変化する
材料、或は異なる2種類の結晶構造の間で可逆的に相変
化をおこす物質を用いることが一般的である。
【0004】保護層材料としては、例えば、Al23
SiO2,SiO,Ta25,MoO3,WO3,ZnS,Zr
2,AlN,BN,SiNx,TiN,ZrN,PbF2,M
gF2等の誘電体或はこれらの適当な組み合わせが知られ
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】相変化型光ディスクの
記録・消去の繰り返し回数は、記録薄膜や保護層の材
料,ディスク構成,記録・消去ビームパワー等の最適化
によって向上する。しかし、パーソナルユースとして光
ディスクが用いられる場合を考えると、必ずしも良好な
環境の下で使用されるとは限らない。例えば、レーザパ
ワーの変動によって最適パワーからずれた場合において
も、良好な繰り返し特性が得られるような光ディスクで
あることが望ましい。
【0006】Te,In等を主成分とする記録薄膜は、記
録薄膜や保護層の材料によらず、記録パワーが最適値よ
り高くなると、記録薄膜が変形しやすくなり、繰り返し
回数が制限されてしまう。
【0007】本発明は、記録・消去の繰り返し特性を向
上、特に記録・消去のためのレーザパワー許容幅を拡大
した光学情報記録媒体を提供することを目的としてい
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、相変化型光学情報記録媒体の記録薄膜材
料成分に、1000゜Cにおける標準生成自由エネルギー
が−900kJ/mol O2よりも小さい酸化物を加えるよう
にしたものである。
【0009】
【作用】記録薄膜材料成分に1000゜Cにおける標準生
成自由エネルギーが−900kJ/mol O2よりも小さい酸
化物を加えることにより、最適パワーより高いパワーで
記録する場合でも繰り返しによる記録薄膜の破壊が生じ
にくくなる。即ち、良好な繰り返し特性が得られる記録
パワ−の許容範囲が拡大する。
【0010】
【実施例】以下図面に基づいて本発明を説明する。
【0011】本発明の記録媒体の代表的な構造例を図1
に示す。記録,再生、及び消去を行うレーザ光は基板1
の側から入射させる。
【0012】基板1としては、PMMA,ポリカーボネ
ート等の樹脂或はガラス等、表面の平滑なものを用い
る。光ディスクの場合、通常基板平面8はレーザ光を導
くためにスパイラル又は同心円状のトラックで覆われて
いる。
【0013】保護層2,4の材料は、物理的・化学的に
安定、すなわち記録材料の融点よりも、融点及び軟化温
度が高く、かつ記録材料と相固溶しないことが望まし
い。例えば、Al23,SiOx,Ta25,MoO3,WO
3,ZnS,ZrO2,AlNx,BN,SiNx,TiN,Zr
N,PbF2,MgF2等の誘電体或はこれらの適当な組み
合わせからなる。保護層は誘電体や透明である必要はな
い。例えば可視光線及び赤外線に対して光吸収性をもつ
ZnTeで形成してもよい。又、保護層2,4を異なる材
料で形成すると、熱的及び光学的なディスク設計の自由
度が大きくなる利点がある。もちろん同一材料で形成し
てもよい。
【0014】記録薄膜3は、結晶状態と非晶質状態との
間で可逆的に構造変化をおこす物質、例えばTe又はI
n,Se等を主成分とする相変化材料からなる。よく知ら
れた相変化材料の主成分としては、Te-Sb-Ge,Te-
Ge,Te-Ge-Sn,Te-Ge-Sn-Au,Sb-Te,Sb-S
e-Te,In-Te,In-Se,In-Se-Tl,In-Sb,In-
Sb-Se,In-Se-Te等が挙げられる。
【0015】反射層5は、Au,Al,Ni,Fe,Cr等
の金属元素、或はこれらの合金からなり、記録薄膜への
光吸収効率を高める働きをする。しかし、例えば記録薄
膜3の膜厚を厚くして光吸収効率を高める工夫をするこ
とによって、反射層5を設けない構成とすることも可能
である。或は、記録薄膜と保護層を交互に複数回積み重
ねた構成とすることにより、記録薄膜1層あたりの膜厚
が薄くても、全体として光吸収効率を高めることもでき
る。
【0016】保護基板7は、樹脂をスピンコートした
り、基板と同様の樹脂板、ガラス板、或は金属板等を接
着剤6を用いて貼り合わせることによって形成する。さ
らには、2組の記録媒体を中間基板或は反射層を内側に
して接着剤を用いて貼り合わせることにより、両面から
記録,再生、消去可能な構造としてもよい。
【0017】記録薄膜,保護層は、通常、電子ビーム蒸
着法,スパタリング法,イオンプレーティング法,CV
D法,レーザスパタリング法等によって形成される。
【0018】Te或はInを主成分とする種々の書き換え
可能な相変化型光ディスクにおいて、特定の領域に、同
じ信号パターンを繰り返し記録すると、その領域の終端
(一連の信号を書き終えた部分) から記録薄膜が破れ
る現象が見られる。以下、この現象を 記録領域終端部
における繰り返し劣化と呼ぶ。記録領域終端部における
繰り返し劣化の現象は、レーザ照射時に、記録薄膜構成
元素がディスク半径方向、或はディスク周方向にわずか
に拡散移動し、繰り返しレーザ照射によって、記録薄膜
構成元素の拡散移動量が積算していくことに起因すると
考えている。記録領域終端部における繰り返し劣化は、
特に、記録パワーが高い時に顕著である。この現象を解
決する手段として、記録薄膜材料成分に酸化物を添加す
ることを試みた。その結果、1000゜Cにおける標準生
成自由エネルギーが−900kJ/mol O2よりも小さい酸
化物を添加した場合に、記録領域終端部における繰り返
し劣化が軽減した。特に、記録パワーが最適値よりも若
干高いときに繰り返し劣化の軽減が顕著であった。酸化
物を記録薄膜中に導入する方法としては、1)記録薄膜の
主成分と、記録薄膜中に添加したい酸化物の混合ターゲ
ットを作成してスパタリング法等により記録薄膜を成膜
する。2)記録薄膜の主成分と、添加する酸化物、それぞ
れ独立のターゲットを作成してスパタリング法、或は真
空蒸着法等によって記録薄膜を成膜する、等の方法が考
えられる。
【0019】Te或はInを主成分とし、記録・消去の繰
り返し可能な相変化型記録薄膜組成は無限の組合せがあ
り、その全てに対して酸化物の添加効果を実験的に確認
することは不可能である。しかし、すでに公知になって
いる、Te或はInを主成分とし記録・消去の繰り返し可
能な代表的相変化型記録薄膜の主成分は、Te-Sb,Te
-Ge,Te-Se,In-Te,In-Sb,In-Seと大きく分
類することができる。上記分類で代表的な記録薄膜組成
について種々の酸化物の添加効果を調べたところ、10
00゜Cにおける標準生成自由エネルギーが−900kJ/m
ol O2よりも小さい酸化物を、適当量記録薄材料成分と
して添加した場合にのみ、記録・消去の繰り返し劣化の
抑制効果が顕著であった。実験結果から、前記物性を有
する酸化物の添加が、Te或はInを主成分とし、記録・
消去の繰り返し可能な相変化型記録薄膜の記録・消去の
繰り返し劣化、より具体的には記録領域終端部の繰り返
し劣化の抑制に効果があると判断できる。
【0020】前述のように、通常、消去の可能な相変化
形光ディスク装置の場合には、記録薄膜の非晶質相を記
録信号に対応させ、結晶相を消去状態に対応させる。
又、光学的に識別しうる2つの異なる結晶状態をそれぞ
れ記録、消去に対応させる場合もある。いずれの場合で
も、光学的に識別しうる2つの記録薄膜の状態のうち、
少なくともいずれかの状態を得るには、レーザ光線の照
射によって、記録薄膜を溶融させる、或は相変態の転移
温度以上に昇温させる必要がある。溶融している状態、
或は高温状態の記録薄膜では、記録薄膜の構成元素が拡
散移動しやすい。すなわち、記録・消去の繰り返し可能
な相変化型光ディスクでは、その記録・消去メカニズム
上、記録薄膜が繰り返し劣化する可能性を内在している
と言える。融点が高く、熱的に安定な酸化物を記録薄膜
材料として添加した場合に繰り返し劣化が抑制されるメ
カニズムはよくわからないが、添加物が他の記録薄膜構
成元素と固溶せず、レーザ照射時の記録薄膜主成分の結
晶化現象になんらかの影響を与えていることが考えられ
る。
【0021】さらに検討を重ねた結果、記録薄膜に接し
て不活性層を設けた構造において、この不活性層の主成
分を1000゜Cにおける標準生成自由エネルギーが−9
00kJ/mol O2よりも小さい酸化物とすると、記録薄膜
材料成分として酸化物を添加した場合と同様に、繰り返
し劣化が抑制されることが確認された。このことは、レ
ーザ照射部において不活性層の存在により記録薄膜の結
晶化現象になんらかの変化が生じていることをうかがわ
せる。
【0022】以下に 具体的な例をもって本発明を詳述
する。 実施例1 代表的な記録薄膜組成として、Ge2Sb2Te5を選び、種
々の酸化物を添加した場合の、記録・消去の繰り返し特
性、特に繰り返しに対する記録パワーの許容範囲を比較
した。Ge2Sb2Te5は、良好な記録・消去特性、及び繰
り返し特性が得られる材料として知られている(特開昭
62-209742号広報)。
【0023】図1にディスク構造を示す。基板の材質は
5.25インチ径のガラスとした。記録薄膜の膜厚は60nm
で、窒化ケイ素(Si34)からなる保護層が、その両
側をサンドイッチしている。保護層の膜厚は、光学的に
最適な特性が得られるように決定した。具体的には基板
側の膜厚が150nm、記録薄膜上には200nm設けた。
反射層材料には金(Au)を用い、膜厚は20nmとし
た。各層の形成はスパタリング法により行った。記録薄
膜の成膜は、主成分Ge2Sb2Te5ターゲットと添加材と
なる酸化物ターゲットを用意し、共スパタリング法によ
って、記録薄膜構成材料に占める酸化物の割合が5wt%
となるようにした。
【0024】上記構成のディスクを用いて記録・消去の
繰り返し試験を行った。ここで、レーザビーム(波長:
830nm)とディスクの相対速度は10m/secとし、記録・
消去の周波数5MHzで信号を1万回重ね書き(オーバ
ーライト記録)した。(以下の実施例において記録・消
去特性を調べる場合の記録条件は、本条件を踏襲してい
る。)この時、C/Nが50dB以上、消去率が25dB以
上、かつ記録領域終端部における劣化長さ(記録マーク
の再生信号の振幅が小さくなっている領域の長さ)が0.
01mm以下となる記録・消去パワー範囲を調べた。C/N
が50dB以上、消去率が25dB以上という値はディジタ
ル記録として十分に実用的な値である。このような記録
・消去条件を満たすパワー範囲を以下、最適パワー範囲
と呼ぶことにする。記録パワーの最適パワー範囲を(表
1)に示す。(表1)には、添加した酸化物の融点、及
び1000゜Cにおける標準生成自由エネルギーを併記し
た。各物性値は、化学便覧改訂3版基礎編,及び鉄鋼便
覧第3版(日本鉄鋼協会編)から引用した。
【0025】
【表1】
【0026】(表1)より、1000゜Cにおける標準生
成自由エネルギーが−900kJ/molO2よりも小さい酸
化物を添加した場合に、良好な繰り返し記録・消去が行
える記録パワー範囲が拡大することがわかる。このよう
な繰り返し特性の向上は、酸化物を添加することによっ
て記録領域終端部における繰り返し劣化が抑制されるこ
とに起因していることが光学顕微鏡観察によって確認さ
れた。一方、1000゜Cにおける標準生成自由エネルギ
ーが−900kJ/mol O2よりも大きい酸化物の例として
取りあげたCoO,GeO2,SnO2,Ta25,TiO,
23,WO2,ZnOを添加した記録薄膜を有するディ
スクは、いずれも良好な繰り返し特性が得られていない
ことがわかる。これらの結果から、繰り返し特性の向上
を目的として記録薄膜に添加するのに好ましい材料は、
熱的に安定、すなわち目安として、1000゜Cにおける
標準生成自由エネルギーが−900kJ/mol O2よりも小
さい酸化物であると、結論できる。
【0027】さらに、記録薄膜に添加する酸化物の適量
を実験によりもとめた。図2に一例として、Ge2Sb2
e5-Gd23記録薄膜を有するディスクの、記録薄膜に占
めるGd23の重量比と消去率の関係を示す。前もっ
て、18mWの記録パワーで信号を記録し、しかる後に直
流的にレーザ光を照射して消去(結晶化)を行った。G
d23量が少ない場合には、信号記録用と同一のレーザ
スポットを用いて結晶化(消去)が行える。すなわち、
いわゆる単一ビームによる重ね書きが可能である。Gd2
3添加量を変えた場合の消去特性では、Gd23量が8
wt%以下の場合には25dB以上の消去率が得られるが、
それ以上の添加では消去率が低下することが図2よりわ
かる。これは、Gd23量が多くなると、記録薄膜の結
晶化速度、或は結晶化感度が低下することによる。Ho2
3,La23,Nd23,Sc23,Sm23,SrO,T
b23,ThO2,Y23に関してもGd23添加と同様の
実験を行った結果、いずれの酸化物の場合でも、記録薄
膜に占める重量比が10wt%以上では、消去率の低下が
著しくなり、記録・消去可能な光ディスクの記録薄膜と
して好ましくないことがわかった。
【0028】又、上記特性を有する酸化物を複数種組み
合わせて適当量記録薄膜に添加した場合にも、顕著な繰
り返し特性の向上が見られた。(表1)に一例として、
Gd23とHo23をそれぞれ記録薄膜材料の2.5wt%
相当を添加した場合の繰り返し特性の向上を示した。複
数種の酸化物を添加する場合においても、添加酸化物の
総量が記録薄膜に対して10wt%を越えないようにしな
ければならないことが種々の実験より間接的に確認され
た。
【0029】実施例2 主成分の組成が(Ge)x(Sb)y(Te)z,x+y+z=1
で、さらに1000゜Cにおける標準生成自由エネルギ
ーが−900kJ/mol O2よりも小さい酸化物(具体的に
はGd23,Ho23,La23,Nd23,Sc23,Sm
23,SrO,Tb23,ThO2,Y23の10種類の酸
化物を選んで実験)を添加した記録薄膜を有するディス
クをスパタリング法を用いて種々作成し、結晶化特性,
非晶質化特性,及び1万回の記録・消去の繰り返し特性
を調べた。ディスク構造を図1に示す。記録薄膜の膜厚
は60nmで、窒化ケイ素からなる保護層がその両側をサ
ンドイッチしている。保護層の膜厚は、基板側が150
nm,反射層側が200nmとした。反射層は膜厚20nmの
Au薄膜で形成した。
【0030】実験の結果、結晶化・非晶質化感度がとも
に良好(単一ビームによる重ね書きを考慮して、結晶化
に必要な加熱時間が100nsec以下)で、かつ記録・消去
の繰り返し時に記録領域終端部劣化が生じにくいGe-S
b-Te主成分の組成範囲は、 (Ge)x(Sb)y(Te)z 0.10≦x≦0.35 0.10≦y 0.45≦z≦0.65 x+y+z=1 で、添加する酸化物の適量は多くても10wt%であっ
た。実施例1で示したのと同様に、これら酸化物の添加
により、良好な繰り返し記録・消去が行えるパワー範囲
が拡大することが確認された。添加物としては、100
0゜Cにおける標準生成自由エネルギーが−900kJ/mol
2よりも小さい酸化物を複数種組み合わせてもよい。
【0031】記録薄膜主成分のGe-Sb-Te組成範囲
は、図3のA,B,C,D,Eで囲まれた範囲である。
【0032】比較のために、1000゜Cにおける標準生
成自由エネルギーが−900kJ/molO2よりも大きい酸
化物を添加した記録薄膜を有するディスクを作成して、
繰り返し特性を調べた。実施例で用いた、CoO,GeO
2,SnO2,Ta25,TiO,V23,WO2,ZnOの
8種類の酸化物について実験を行った結果、いずれの酸
化物を用いた場合にも、繰り返し特性の向上は見られな
い、或は極わずかであった。
【0033】記録薄膜主成分のGe-Sb-Te組成範囲を
さらに詳しく検討した結果、 (Ge)x(Sb)y(Te)z 0.10≦x≦0.35 0.10≦y 0.45≦z≦0.65 x+y+z=1 の組成範囲の中でも、 (Ge2Sb2Te5x(GeSb2Te41-x 0≦x≦1 で表わされる範囲の記録薄膜組は、とりわけ結晶化速度
が速い(特開昭62-209742号公報)と同時に、繰り返し
に記録・消去に伴う記録領域終端部の劣化が顕著であっ
た。結晶化速度が速いことは重ね書き可能な相変化型光
ディスクにとって非常に好ましいことである。それ故、
記録薄膜に熱的に安定な酸化物を添加することによる繰
り返し劣化の抑制効果は、 (Ge2Sb2Te5x(GeSb2Te41-x 0≦x≦1 組成において顕著、かつ重要である。
【0034】実施例3 実施例1,2では、記録薄膜をGe-Sb-Teに熱的に安
定な酸化物を加えた組成とすることによって、記録・消
去の繰り返し時の記録領域終端部劣化が生じにくくなる
ことを示した。他にもTe或はInを主成分とする記録薄
膜、例えばTe-Ge,Te-Ge-Sn,Te-Ge-Sn-Au,
Sb-Te,Sb-Se-Te,In-Te,In-Se,In-Se-T
l,In-Sb,In-Sb-Se,In-Se-Teに熱的に安定な
酸化物(具体的には、1000゜Cにおける標準生成自由
エネルギーが−900kJ/mol O2よりも小さい酸化物)
を加えることにより、いずれも記録・消去繰り返し時の
記録領域終端部劣化が生じにくくなった。一例として、
(表2)に主成分が(InSb)2Teで種々の酸化物を添
加した記録薄膜を有する光ディスクの繰り返し特性を示
す。ディスクの構造は、ガラス基板、記録薄膜の膜厚は
40nmで、窒化ケイ素からなる保護層がその両側をサン
ドイッチしている。保護層の膜厚を、基板側を150n
m,反射層側が200nmとした。実施例1に示した記録
条件で、重ね書きで信号を1000回記録した場合に、記録
領域終端部の劣化が0.03mm以下となるパワー領域(最適
記録パワー範囲)を(表2)に示してある。
【0035】
【表2】
【0036】(表2)より、1000゜Cにおける標準生
成自由エネルギーが−900kJ/mO2よりも小さい酸化
物を添加した場合に、良好な繰り返し記録・消去が行え
る記録パワー範囲が拡大することがわかる。一方、10
00゜Cにおける標準生成自由エネルギーが−900kJ/m
ol O2よりも大きい酸化物の例として取りあげたCo
O,GeO2,SnO2,Ta25,TiO,V23,W
2,ZnOを添加した記録薄膜を有するディスクは、い
ずれも良好な繰り返し特性が得られていないことがわか
る。これらの結果から、繰り返し特性の向上を目的とし
て記録薄膜に添加するのに好ましい材料は、熱的に安
定、すなわち目安として、1000゜Cにおける標準生成
自由エネルギーが−900kJ/mol O2よりも小さい酸化
物であると、結論できる。
【0037】又、結晶化速度が比較的遅く、1ビームに
よる重ね書きができない、或は困難な材料からなる記録
薄膜に対しても、記録薄膜への熱的に安定な酸化物の添
加効果が認められた。例えば、Te-Ge-Sn-Au記録薄
膜を有する光ディスクは、記録薄膜の結晶化速度が比較
的遅く、1ビームによる重ね書きは困難であるが、記録
・再生用と、消去用の2つのレーザ光を用い、消去用の
レーザスポットを記録用のレーザスポットよりも相対的
に長くすることで、記録・消去の繰り返しを行うことが
できる(特願昭60-112420号公報)。Te-Ge-Sn-Au記
録薄膜の場合でも、1種類、或は複数種の1000゜Cに
おける標準生成自由エネルギーが−900kJ/mol O2
りも小さい酸化物を記録薄膜に添加することによって、
記録領域終端部の繰り返し劣化が抑制されることが確か
められた。
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【発明の効果】1000℃における標準生成自由エネル
ギーが−900kJ/mol O2よりも小さい酸化物を記録薄
膜中に加えることにより、良好な繰り返し特性が得られ
る記録パワ−の許容範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の記録媒体の構造を示す断面図
である。
【図2】Ge2Sb2Te5-Gd23記録薄膜を有するディス
クの、記録薄膜に占めるGd23の重量比と消去率の関
係を示す図である。
【図3】Ge-Sb-Teを主成分とする記録薄膜の主成分
組成範囲を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 保護層 3 記録薄膜 4 保護層 5 反射層 6 接着層 7 保護基板 8 基板平
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−29332(JP,A) 特開 昭62−152786(JP,A) 特開 昭61−258787(JP,A) 特開 平1−211250(JP,A) 特開 平2−48988(JP,A) 特開 平3−258590(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41M 5/26

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成され、レーザ
    光線の照射により結晶相と非晶質相との間で可逆的に変
    化しうる記録薄膜とを少なくとも備えてなる光学情報記
    録媒体において、前記記録薄膜が酸化物を含有し、かつ
    前記酸化物の1000℃における標準生成自由エネルギ
    ーが−900kJ/molO2よりも小さいことを特徴とする
    光学情報記録媒体。
  2. 【請求項2】 記録薄膜に含有される酸化物が、Gd2
    3、Ho23、La23、Nd23、Sc23、Sm2
    3、SrO、Tb23、ThO2、Y23の10種類の
    酸化物のいずれか一種類、或はこれら酸化物の組み合わ
    せであることを特徴とする請求項1項記載の光学情報記
    録媒体。
  3. 【請求項3】 記録薄膜の主成分がTe、又はInであ
    ることを特徴とする請求項1項記載の光学情報記録媒
    体。
  4. 【請求項4】 記録薄膜の主成分がGe、Sb、Teで
    あり、前記主成分の組成比が、 (Ge)x(Sb)y(Te)z 0.10≦x≦0.35 0.10≦y 0.45≦z≦0.65 x+y+z=1 で表される範囲内にあり、かつ前記主成分が記録薄膜に
    占める割合が90wt%以上であることを特徴とする請
    求項1項記載の光学情報記録媒体。
  5. 【請求項5】 前記主成分のGe、Sb、Teの組成比
    が、 (Ge2Sb2Te5x(GeSb2Te41-x 0≦x≦1 で表される範囲内にあることを特徴とする請求項4項記
    載の光学情報記録媒体。
JP09579791A 1991-04-25 1991-04-25 光学情報記録媒体 Expired - Fee Related JP3151848B2 (ja)

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