JP4248327B2

JP4248327B2 - Phase change optical information recording medium

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Publication number: JP4248327B2
Application number: JP2003198058A
Authority: JP
Inventors: 将紀加藤; 浩子田代; 美樹子安部; 浩司出口; 和典伊藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: JP2005035058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相変化型光情報記録媒体、特に結晶−アモルファス間の相変化を利用した記録層を有する書き換え型光ディスクに関する。これらは一般にＲＷディスク（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅディスク）と呼ばれるものであり、ＣＤ−ＲＷ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＤＶＤ−ＲＷ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ）などが例示できる。
また、これらのディスクは、薄膜の相変化を利用する光記録媒体、主にカード型光メモリ、光記録型の電子ペーパなどに応用することができる。
【０００２】
【従来技術】
デジタル情報の記録媒体として書き換え型の光情報記録媒体が広く普及している。特に相変化材料を記録材料に用いた光情報記録媒体では、記録材料の可逆的な相変化を記録原理とするため情報の記録と同時に書換えが可能であることから広く普及している。
近年のアナログ情報のデジタル化に伴い、処理するデジタル情報の容量が格段に大きくなっているため、情報処理の高速化が必要となっている。
光情報記録媒体において、情報処理の高速化は情報の高密度化と記録・再生速度の高速化という２種類の手法をとる。高密度化は記録マークの微小化、狭ピッチ化などで対応することになるため、記録・再生に用いる光学系（波長・対物レンズＮＡ・リムインテンシティ等）の変更を伴い、非常に困難であると同時に従来の記録・再生装置との互換性確保が困難となっている。
【０００３】
これに対して、記録・再生速度の高速化は従来とほぼ同等の光学系を用いるが、光ピックアップの走査速度（ディスク状の媒体の場合は、ディスクの回転速度）を高めることで容易に対応できるため有効とされている。
しかし、相変化記録層を用いた書き換え型の光情報記録媒体では、記録原理が記録層の急冷と徐冷による結晶相とアモルファス相の相変化というダイナミカルなプロセスを利用しているため、記録速度の高速化は困難とされている。即ち、走査速度の高速化を行うと、単位時間当りの媒体に照射されるエネルギーは減少するため、記録にはより高出力の光を照射する必要がある。しかし、高出力の光を高速で照射及び走査すると記録層は急冷状態になるためアモルファス状態となる。従って、ある結晶化上限（走査）速度以上では、結晶化が不可能又は不完全となるため、マークの消去ができず、書換えが不可能となってしまう。
従って、相変化型の光情報記録媒体では、記録・書換え・消去時の走査速度に合わせて記録層材料の結晶化上限速度を調整する必要がある。
【０００４】
従来の相変化光情報記録媒体では記録層材料としてカルコゲン、特にＴｅを含有するものが一般的に用いられてきた。特にＳｂ、Ｔｅを含有する合金を用いると記録マークの消去性が良好であることから、高速記録に適した記録層材料として用いられてきた。Ｓｂ_７０Ｔｅ_３０の共晶組成比率又は共晶組成近傍の合金を主成分とし、微量の添加元素を加えたものがＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷなどで実用化されている。合金の例としてはＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＧｅＩｎＳｂＴｅ、ＡｇＧｅＩｎＳｂＴｅ、ＧｅＧａＳｂＴｅなどがある。これらの材料では、Ｓｂ及びＴｅが全体の８５原子％以上を占めており、基本的な物理特性はＳｂとＴｅの組成比率で決定され、添加物で熱的・光学的特性を微調整している。これらの材料はＳｂ量を増加させて結晶化温度を低下させることにより、より高速での書換え（オーバーライト）が可能となるが、アモルファスマークの安定性が著しく低下するため、記録情報の保存信頼性（例えば、８０℃環境下での保存信頼性）が大きく低下するという問題があった。
従って、走査速度２０ｍ／ｓ以上でのオーバーライトに対応し、保存信頼性を確保するためには、従来のＳｂＴｅ系合金では困難となっている。
【０００５】
上記従来技術の他に、特許文献１には、記録層材料としてＧｅＩｎＳｂＳｎを用いた発明が開示されているが、本発明とは目的（高温高湿下でのＣ／Ｎ比改善）、媒体の種類（追記型）、記録材料組成（Ｉｎが必須成分）の点で相違し、しかも、本発明の課題である走査速度２０ｍ／ｓ以上で書換え可能な光情報記録媒体を得る点については記載も示唆もされていない。
また、特許文献２には、記録層材料としてＧｅＩｎＳｂからなる合金を用いた光学的情報記録用媒体が開示されているが、Ｉｎを必須成分としており、Ｓｎを必須成分とする本発明とは合金の基本組成が異なる上に、本発明の課題である走査速度２０ｍ／ｓ以上で書換え可能な光情報記録媒体を得る点については記載も示唆もされていない。
【０００６】
また、特許文献３にはＧｅＳｂにＩｎを添加した記録層材料を用いた光情報記録媒体に関する発明が開示されている。ＧｅとＳｂの組成比率は本発明の範囲を含み、添加元素として、Ｓｎも例示されている。しかしＩｎを必須元素としているところが本発明と根本的に異なる。
また、非特許文献１には、ＧｅＳｂにＳｎ、Ａｇをドープした青色レーザ記録に適した記録層材料に関する知見が記載されている。しかし、この文献の研究対象はＧｅＳｂ合金の共晶組成である１７：８３（原子％）よりもＳｂが相当過剰なＳｂ９０〜９５原子％の場合であり、Ｓｂ量を共晶組成前後からそれよりも少ない範囲を採用した（Ｓｂ７５〜８５原子％）本発明とは基本となる合金組成が相違する。しかも、本発明者らの追認実験によれば、この文献に記載された記録層材料を用いた場合、ＤＶＤの８倍速（２７．９ｍ／ｓ）やＣＤＲの２４倍速（２８．８ｍ／ｓ）といった高速ではアモルファス化が十分に行われず、実質上記録ができないことが判明している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１９５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３９０３１号公報
【特許文献３】
特開２００２−３４７３４１号公報
【非特許文献１】
第１４回相変化記録研究会シンポジウム予稿集、第６頁
「ＧｅＳｂＢａｓｅｄＰｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅＯｐｔｉｃａｌＲｅｃｏｒｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ」Ｄ．Ｚ．Ｄｉｍｉｔｒｏｖｅｔａｌ．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、走査速度２０ｍ／ｓ以上という高速での記録・書換え・消去に対応可能な相変化型光情報記録媒体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、高速用の記録層材料として、従来のＳｂＴｅ系合金ではない（非カルコゲン系の）ＧｅＳｂＳｎ系合金が有効であることを見出した。
即ち、上記課題は、次の１）〜５）の発明（以下、本発明１〜５という）によって解決される。
１）基板上に少なくとも記録層と反射層を有し、該記録層の主成分が下記組成式で表され、かつ記録層の膜厚が５ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする書き換え型の相変化型光情報記録媒体。
（Ｇｅ_αＳｂ_１−α）_１−βＳｎ_β
（式中、０．１５≦α≦０．２５、０．１０≦β≦０．２５、α、βは原子比）
２）記録層の結晶化上限速度Ｖｃ（ｍ／ｓ）が、２２≦Ｖｃ≦２７の範囲内にあることを特徴とする１）記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。
３）記録層に隣接して、金属酸化物を主成分とする中間層を有することを特徴とする１）又は２）記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。
４）中間層がＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２の少なくとも１種を含有することを特徴とする３）記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。
５）反射層がＡｇ又はＡｇを主成分とする合金からなることを特徴とする１）〜４）の何れかに記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。
【００１０】
以下、上記本発明について詳しく説明する。
本発明では、本発明１のような特定組成の合金を用いることにより、更には本発明２のように記録層の結晶化上限速度を一定の範囲に制御することにより、記録層材料の熱的及び光学的特性が最適化され、記録走査速度２０ｍ／ｓ以上でも、高い信号振幅、Ｃ／Ｎ比を実現できる。
本発明３、４では、記録層に隣接して酸化物からなる中間層を設けることにより、保護層と記録層の間での原子拡散を防止すると同時に、記録層の結晶化を制御できるので、低ノイズの再生信号を得られると同時に、多数回のオーバーライトでも特性を良好に保つことが可能となる。
本発明５では、反射層材料に高熱伝導率の材料を用いることにより、記録層に印加される熱を容易に放熱させることができるので、アモルファス化を容易にできる。
【００１１】
本発明の構成例を図１〜図４に示す。
図１の例では、基板１上に少なくとも記録層３と反射層５を有する構成とする。媒体への情報の記録及び再生は、光を基板下方から入射させて、記録層３近傍に照射することで行う。情報の再生は、記録層３を介して反射層で反射された戻り光の強度を測定することによって行う。
記録層３には、結晶相とアモルファス相の間を可逆的に遷移可能なＧｅ、Ｓｂ、Ｓｎからなる下記組成式の合金を主成分として含有する必要がある。ここで主成分とは、該合金が記録層材料全体の９５原子％以上を占めることを意味する。
（Ｇｅ_αＳｂ_１−α）_１−βＳｎ_β
（式中、０．１５≦α≦０．２５、０．１０≦β≦０．２５、α、βは原子比）α＝０．１７の場合はＧｅＳｂ合金の共晶組成である。共晶組成では融点が極小値を取るため、少ないエネルギー照射で記録層を溶融・急冷することができる。従って、低エネルギーの光照射でアモルファス相に相変化させることが可能となり、記録感度を高く保つことが可能となる。（αが０．１７からずれると、融点が上昇し記録感度が低下する傾向にある。）
【００１２】
一方、結晶化温度はαが低いほど（即ちＳｂ含有量が高いほど）低下する傾向にある。結晶化温度が低いほど結晶化が容易になるため、より低エネルギーの光の照射でアモルファスマークを消去することができる。従来の光情報記録媒体に用いられているＳｂＴｅ合金では、その共晶点でのＳｂの組成は０．７程度であるのに対して、ＧｅＳｂ合金では０．８３となっている。従って、ＳｂＴｅ系合金と比較すると、より高速記録に適した組成となっている。
また、αを低くすることで、結晶化速度を高く保つことができる。再結晶化速度が高すぎると、アモルファスマークを形成直後に再結晶化が進行し、結果として安定してアモルファスマークを形成することができない。
上記を考慮すると、走査速度２０ｍ／ｓ以上でアモルファスマークの形成・消去が可能であるためには、０．１５≦α≦０．２５の範囲にあることが必要である。更に好ましくは、０．１５≦α≦０．２０である。
【００１３】
しかし、ＧｅＳｂのみの二元合金では結晶化状態の０．１〜１μｍ程度の微細な組織構造による反射率ばらつきが大きくなる傾向にある。この反射率ばらつきの原因は定かではないが、結晶粒界によるものと考えられる。即ち、光学的異方性のある状態の混在状態にあることに起因すると推定される。この微小な組織構造は記録・再生装置上では再生信号上のノイズ成分として観察される。ＣＤやＤＶＤの様にマーク長変調を用いる記録方式の場合は、これらのノイズ成分はジッタの悪化となり、再生信号の信頼性を著しく低下させる。
これらのノイズを低減する手段として、特許文献２〜３にＩｎを添加する方法が開示されているが、２０ｍ／ｓを超える高速記録にはＳｎを添加するほうが効果的である。Ｉｎの添加によりノイズを低減した場合、ＩｎＴｅ系合金によると考えられる低反射相が析出する傾向にある。そのため、繰り返し記録を行うと、反射率が低下してしまう。
【００１４】
これに対し、Ｓｎ添加では繰り返し記録による低反射相の析出は見られず、繰り返し記録による反射率低下を防ぐことが可能になる。従って、Ｓｎ添加により結晶化状態を改善できると同時に、前述の高速化の要件である融点の低下と結晶化温度の低下及び繰り返し記録特性の改善が可能となる。
Ｓｎの添加量が低いと上記の効果は得られないので、上記の結晶化状態によるノイズを低減するためには、β≧０．１０とする必要がある。一方、Ｓｎ添加量が多いと、Ｓｂを増加させた場合と同様に結晶化速度が高くなり、安定してアモルファスマークを形成することが困難になるため、β≦０．２５とする必要がある。
【００１５】
記録層の膜厚は光学的特性及び熱的特性から最適化されるが、適切な膜厚としては５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲であり、好ましくは８ｎｍ〜３０ｎｍである。記録層の膜厚を薄くするとマーク形成時に加熱する体積を小さくすることができ（即ち、熱容量を小さくすることができ）、少ないエネルギーで記録層を溶融することが可能になるためアモルファス状態を容易に実現できる。従って、記録層の薄膜化により記録感度を高くすることが可能になるので、膜厚は厚くても５０ｎｍとする。
一方、記録層を薄膜化すると記録層の透過性が高くなるため、結晶相−アモルファス相の反射率差を高く保てなくなる。即ち、再生信号の振幅が低下するので、膜厚は少なくとも５ｎｍ必要である。
【００１６】
図１の基板１は、情報を記録及び再生する波長領域で略透明であることが必要である。透明基板の材料としては、ガラス、セラミックス等の無機物や樹脂等の有機物など任意の物を使用できるが、基板の生産性やコストを考慮すると樹脂製の基板を用いるのが好ましい。樹脂としては、任意のものを用いることが可能であるが、光透過性と強度の観点からポリカーボネート樹脂を用いることが更に好ましい。
基板の厚さは記録再生に用いられる光学系によって任意に設定することができるが、０．１ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲にあることが好ましく、λ＝７８０ｎｍの光とＮＡ０．５０の対物レンズを用いるＣＤ−ＲＷでの１．２ｍｍや、λ＝６６０、ＮＡ０．６５のＤＶＤ＋ＲＷでの０．６ｍｍなどが例として挙げられる。
【００１７】
基板には案内溝（グルーブ）を形成してもよい。案内溝の形状や間隔は記録・再生に用いられる光学系に合わせて最適化することができる。また、グルーブに蛇行（ウォブリング）を加えることも可能である。更に、基板上にアドレス情報をプリフォーマットすることも可能であり、プリフォーマットの例としてはＣＤ−ＲＷで用いられているＡＴＩＰ（ＡｂｓｏｌｕｔｅＴｉｍｅＩｎＰｒｅｇｒｏｏｖｅ、アブソリュート・タイム・イン・プレグルーブ）、ＤＶＤ＋ＲＷで用いられているＡＤＩＰ（ＡＤｒｅｓｓＩｎＰｒｅｇｒｏｏｖｅ、アドレス・イン・プレグルーブ）、ＤＶＤ−ＲＷで用いられているランドプリピットなどが例として挙げられる。
【００１８】
図１の反射層３は記録・再生時に照射される光を反射するために必要である。記録装置は、この反射光によって集光した光を記録層近傍に照射する（フォーカシング）ことが可能となり、記録マーク列やグルーブに位置合わせ（トラッキング）することが可能となる。
反射層の材料としては任意のものを用いることが可能であるが、高い反射率を持つ金属又は合金であることが好ましい。金属としてはＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌが例として挙げられ、合金としてはこれらの元素の少なくとも１種にＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ等を添加したものを用いても良い。更に、高い走査速度でアモルファスマークを形成するためには、記録層が急冷状態になり易くすることが有効である。従って、熱伝導率の高い反射層材料を用いることが更に好ましく、Ａｇ又はＡｇを主成分とする合金を用いることが好ましい。
反射層の膜厚は光学的特性と熱的特性から最適化されるが、好ましい範囲は１００〜３００ｎｍである。１００ｎｍ未満では、薄膜の透過率が高くなり反射率が低下するため好ましくないと同時に、反射層の熱容量が低下するため放熱効果が得られないことにより急冷し難くなる。そのため、アモルファス化し難くなる。一方、３００ｎｍを越えると、媒体の熱容量が増加しすぎることにより、記録層を結晶化温度及び融点以上に加熱するために必要なエネルギーが増加してしまう。その結果として、記録感度の低下となるため好ましくない。
【００１９】
本発明では、基板、記録層、反射層が必須の構成条件であるが、各種の特性を確保するために、他の複数の層を追加しても良い。
図１は最も一般的な例であり、記録層の上下に下部保護層２と上部保護層４を形成する。これらの保護層は、記録層材料が繰り返し記録により反射層や基板に拡散するのを防止する。更に、下部保護層は繰り返し記録による基板への熱的損傷を防止する働きを兼ねる。
保護層材料としては任意の材料を用いることができるが、記録・再生波長領域での透過率が十分に高く、記録層材料と反応性が低いと同時に記録層材料より高融点であることが必要である。そのような材料としては、酸化物、窒化物、硫化物などの誘電体材料又はこれらの材料の混合物が好ましく、ＺｎＳとＳｉＯ_２の混合物が広く用いられる。
【００２０】
上部保護層は上記の機能と同時に媒体の熱的設計を担う。上部保護層に熱伝導率の高い材料を用いると、記録時に記録層にかかる熱エネルギーが反射層側に拡散し易い構成となるため、急冷状態になり易くアモルファスマークを形成し易くなる。一方、面方向への熱の広がりが少なくなるため、マークのサイズを大きくするためには、より高いエネルギーを印加することが必要となる。何れも、記録感度に対して最適な材料を用いる必要がある。
上部保護層・下部保護層の材料は同一でも、異なるものを用いても良い。
下部保護層の膜厚は光学的特性と基板への熱的損傷を防止できる膜厚を設定することが必要であり、４０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることが好ましく、更に好ましくは４５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。上記の範囲に設定することで、基板への熱的損傷を防止できると同時に、適切な反射率を維持することが可能になる。
上部保護層の膜厚は、熱的特性によって最適化され、５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲にすることが好ましい。
【００２１】
また、図２に示す別の例のように、記録層３に隣接して中間層７−１を設けても良い。中間層は記録層材料の保護層への原子拡散の防止や、保護層材料の記録層への原子拡散を防止する働きがある。また、中間層の結晶構造により、記録層の結晶化を制御することが可能であると考えられる。中間層の材料は保護層と同様に、高融点でかつ記録層を腐食しないものを用いることが好ましく、特に金属酸化物を用いることことが好ましい。
金属酸化物としては、任意のものを用いることができ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＴｅＯなどがあるが、特にＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２が好ましい。また、これらの複数の材料を任意の比率で混合しても良い。
【００２２】
中間層の膜厚は任意に設定できるが、厚くする必要はなく、２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にすることが好ましい。上記の範囲内とすることで、熱的特性と光学的特性を変化させること無く、拡散防止及び結晶化制御の効果を得ることができる。中間層による結晶化制御の正確な要因は明らかにされていないが、結晶化を促進する効果があると考えられる。媒体の特性上は記録層の溶融結晶化後の微細組織構造による反射率変動を抑制することができ、再生信号上のノイズ成分を低減することが可能になるため、低ジッタを実現できる。
中間層は記録層に隣接していれば良く、図３に示す更に別の例のように、記録層３と上部保護層４の間に設けることも可能である。また、図２と図３を合わせたように、記録層の上下を中間層で挟むことも可能である。
【００２３】
上部保護層にＺｎＳのような硫化物を用い、反射層にＡｇ又はＡｇ合金を用いた場合、高温高湿下で反射層が腐食される場合がある。そのような場合は、図４に示す更に別の例のように、上部保護層と反射層の間に腐食防止層を設けることができる。腐食防止層の材料としてはＡｇとの反応性が低くＡｇ中に拡散し難い材料を用いることが好ましく、Ｓｉ、Ｇｅやそれらの酸化物、窒化物、炭化物が挙げられる。例えば上部保護層にＺｎＳを用いた場合、腐食防止層にＳｉ又はＳｉＣを用いることでＺｎＳによるＡｇの硫化を防ぐことができるので好ましい。腐食防止層の膜厚は任意に設定できるが、腐食を防止でき、かつ反射率に影響しない範囲とすることが好ましい。Ｓｉ又はＳｉＣを用いた場合は２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にあることが好ましく、更に３ｎｍ〜６ｎｍの範囲にすることが、媒体の反射率を確保するために好ましい。
【００２４】
図１〜図４に示した何れの場合においても、反射層上に樹脂保護層を設けても良い。樹脂保護層は記録層や反射層の薄膜を物理的損傷から保護するために設ける。樹脂保護層の材料は任意であるが、反射層を腐食しないものを用いることが好ましく、紫外線硬化樹脂が好ましい。また、樹脂保護層の上に別途基板を貼り合わせてもよい。その場合、樹脂保護層上に接着層を介して基板を貼り合わせても良く、樹脂保護層が接着層を兼ねるような構成としても良い。
【００２５】
図１〜図４に示した何れの場合も、記録層３、下部保護層２、上部保護層４、反射層５、中間層７−１、７−２、腐食防止層８は真空成膜法を用いて形成することが好ましい。
真空成膜法の例としては、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法が挙げられるが、材料依存性が少なく生産性が良好なスパッタリング法が好ましい。スパッタリング法としては、反射層や記録層材料のように電気伝導性が高い材料の場合は、生産性と成膜した薄膜の損傷を押さえることが可能であることから、ＤＣマグネトロンスパッタリング法が好ましい。また、保護層の様に電気伝導性が低い材料を用いる場合は、ＲＦマグネトロンスパッタリング法が好ましい。スパッタリングに用いるガスは希ガスが好ましく、一般的にはＡｒを用いる。また、Ｎ_２、Ｏ_２等のガスを混合することで、各層に微量元素を添加してもよい。
【００２６】
上記のようなスパッタリング法で記録層を成膜した場合、成膜直後は気相からの急冷状態のためアモルファス状態であるから、記録に用いる領域を結晶相にすることが必要である。全面を結晶相にする操作を一般に初期化という。
初期化には、大口径・高出力のレーザー光を記録層近傍に集光させ、記録層を溶融・徐冷する手法が用いられる。使用する高出力レーザーはＬＤ（レーザーダイオード）の消費出力で４００ｍＷ〜３０００ｍＷの範囲を用いる。また、照射するビームの径は、焦点面上で０．５μｍ〜３００μｍの範囲とするのが良い。特にビーム形状はビームの操作方向に垂直な方向に長軸を持つ楕円形とすることが好ましい。そのような形状とすることで、ビームのエネルギー密度を高く保つことが可能であると同時に、一度に操作できる面積を大きくすることができるため、高い生産性を確保することができる。ビーム径は楕円長軸方向に４０〜３００μｍ、短軸方向に０．５〜２μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２７】
走査速度・照射エネルギー・ビーム径は記録層の結晶状態に大きく影響するため、最適な条件を設定する必要がある。照射エネルギーが低い場合は媒体の反射率変動が大きくなるため、再生信号上のノイズ信号となり、フォーカス制御、トラッキング制御等に影響してしまう。一方、照射エネルギーが高すぎると薄膜層に熱的損傷を与えたり、急冷状態になることでアモルファス相が析出したりするため好ましくない。
走査速度が高い場合は単位時間当りに照射されるエネルギー量の低下となり、上記の照射エネルギーが低い場合と同様の現象が発生する。また、走査速度が低い場合は、単位時間当りに照射されるエネルギー量の増加となり、照射エネルギーが高い場合と同様の影響が発生する。
【００２８】
ところで、記録装置による結晶相への遷移は固相内での相変化である。即ち、融点以下かつ結晶化温度以上に記録層が加熱されるため結晶相へ遷移する。これに対して、高出力レーザーによる結晶化は前述の通り、融点以上に加熱した後の徐冷による結晶化である。この結晶化の方法の違いは、ダイレクトオーバーライト（消去動作を含まない書換え方法。記録済みのマークの消去と新しい記録マークの形成を同時に行うこと）の場合、１回目のオーバーライト（初期化後２回目の書き込みに相当）で、マーク消去部と初期化部分での結晶化状態の差異によりジッタが悪化してしまう。従って、初期化時の結晶化状態を固相初期化に近い状態にする必要がある。そのためには、初期化時の走査速度を高くすること、及び走査方向のビーム径を短くすることが効果的である。即ち、加熱時間を短くし加熱後の温度を低く保つことが好ましい。
長軸方向のビーム径７５μｍ、短軸方向のビーム径０．９μｍ、波長８１０ｎｍの初期化装置を用いた場合は、ＬＤ出力５００ｍＷ〜２４００ｍＷＬの範囲で任意の照射エネルギーパワーを設定可能であるが、１０００ｍＷ〜１４００ｍＷのパワーに設定し、８ｍ／ｓ〜１２ｍ／ｓの走査速度とすることが好ましい。
【００２９】
次に、本発明の光記録媒体への記録方法について説明する。
媒体への記録は対物レンズによって集光された光を記録層近傍に照射及び走査することで行う。記録に用いる光はコヒーレントな単一波長の光を用い、光源としては半導体レーザーを用いることが好ましい。波長は媒体への記録密度や媒体を構成する材料の光学特性によって決定される。例としてはＣＤ−ＲＷの７８０ｎｍやＤＶＤ＋ＲＷの６５５ｎｍなどがある。対物レンズは媒体の基板厚さと記録密度によって決定され、ＣＤ−ＲＷのＮＡ０．５、ＤＶＤ＋ＲＷの０．６５などが例示できる。
【００３０】
マークの形成・消去は強度変調された光を照射及び走査することで行う。
図５に強度変調の方法の一例を示す。図５（ａ）は記録する情報のデータを表す。データはパルス幅変調された場合、チャンネルクロックをＴｗ、ｎを自然数として、ｎ・Ｔｗの長さのパルスから構成される。図５はデータが１の時に記録マークを形成し、データが０の時に記録マークを消去する場合を示している。
図５（ａ）は、ｎ＝１０の場合を示しているが、この場合の記録時に照射する光の強度変調パターンを図５（ｂ）に示す。このような、記録時の強度変調のパターンを一般に記録ストラテジと呼ぶ。
本発明の記録媒体への情報記録は、マーク形成時は照射光のパワーを強度変調した光を照射し、消去時は照射パワーを一定とする。マーク形成時は、パルス状のピークパワーＰｗの光を複数個照射することで行う。長さｎ・Ｔｗのマークを形成するときにｍ個（ｍは自然数）のパルスを照射する場合、以下の関係となる。
ｎ＝偶数のとき、ｍ＝ｎ／２
ｎ＝奇数のとき、ｍ＝（ｎ−１）／２
また、上記のパルス照射の直後にはパワーＰｂ（バイアスパワー）の光を照射し、その他の部分はパワーＰｅ（イレースパワー）の光を照射する。この時、３種のパワーは、Ｐｗ＞Ｐｅ＞Ｐｂという関係にあることが必要である。
【００３１】
また、ｎ・Ｔｗの長さのマークを形成するためのｍ個のパルスの内、ｉ番目のパルスの幅をＴ（ｎ、ｉ）とするとき、Ｔ（ｎ、ｉ）はマーク長が最適になるように調整できる。
上記のストラテジで記録されたマークを図５（ｃ）に模式的に示す。斜線で示される領域がアモルファス状態、他の領域が結晶状態の領域である。アモルファス領域は結晶化部分と比較すると反射率が低くなる。記録した部分を再生した場合の反射率（Ｒ）の変動を図５（ｄ）に模式的に示す。図５（ａ）と図５（ｄ）の対応が、データと再生信号の対応となる。
Ｔ（ｎ、ｉ）の長さは、記録特性の確保できる範囲で個別に設定することが可能である。Ｔ（ｎ、ｉ）は、図５（ｄ）の反射率差が十分に取れる値に設定することが好ましい。Ｔ（ｎ、ｉ）は、
ｎ＝３のとき、０．２５Ｔｗ≦Ｔ（３、１）≦２Ｔｗ、の範囲が好ましく、
ｎ≧４のとき、０．２５Ｔｗ≦Ｔ（ｎ、ｉ）≦１．５Ｔｗ、の範囲が好ましい。
【００３２】
また、本発明の光情報記録媒体は、記録層材料の結晶化上限速度Ｖｃが２２ｍ／ｓ〜２７ｍ／ｓにあることが好ましい。以下に結晶化上限速度の定義を記載する。
媒体に照射パワーＰｃの強度変調しない光を照射しつつ走査する。このときの走査速度をＶとする。パワーＰｃの光を照射・走査する前の初期の反射率をＲ０とし、照射・走査後の反射率をＲとする。この時、規格化された反射率Ｒ／Ｒ０は走査速度Ｖに対して図６に示すような曲線となる。ここでパワーＰｃは、前記ＰｗとＰｅの平均値とする必要がある。これにより、Ｐｃは記録時に媒体にかかる平均パワーに相当するため、アモルファス化・結晶化の双方の特性を一元的に評価することができる。
Ｒ／Ｒ０＞１の領域では光を照射することで反射率が上昇することを意味する。この領域では記録層は結晶化状態である。
【００３３】
一方、Ｒ／Ｒ０＜１の領域では光を照射後に反射率が低下する。これは、光を照射・走査した領域にアモルファス化した領域が発生したことを意味する。即ち、この領域ではアモルファス化する領域である。
この境界であるＲ／Ｒ０＝１となる走査速度ＶをＶｃとすると、Ｖ＞Ｖｃではアモルファス化し、Ｖ≦Ｖｃでは常に結晶化することを意味する。従って、Ｖｃは結晶化可能な上限速度を意味することになるので、このＶｃを結晶化上限速度と定義する。
Ｖｃは記録層材料の組成比や各層の膜厚によって変化する。Ｖｃが高いほど、高い走査速度で結晶化が可能であるため、高速でアモルファスマークを消去できることを意味する。従って、Ｖｃが高いほど高速記録に適した記録層材料となる。ＤＶＤ＋ＲＷの８倍速記録に対応するにはＶｃを２７．９ｍ／ｓの近傍とすることが好ましいが、２７ｍ／ｓを超えてしまうと、８倍速でのアモルファス化が非常に困難になるため、十分な変調度を得ることができない。ＤＶＤ＋ＲＷの８倍速に対応する最適な範囲として、本発明の光情報記録媒体では、Ｖｃ(ｍ／ｓ)が、２２≦Ｖｃ≦２７の範囲にあることが好ましい。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００３５】
実施例１
螺旋状の連続グルーブを転写したポリカーボネート製ＤＶＤ＋ＲＷ用基板を用い、次の手順で評価用サンプルを作成した。
基板上にＺｎＳとＳｉＯ_２の混合物からなる下部保護層を形成した。ＺｎＳとＳｉＯ_２の混合比率はモル比で８０：２０とした。成膜はＡｒ雰囲気を用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて行った。成膜装置にはＵｎａｘｉｓ社製枚葉式スパッタリング装置ＢｉｇＳｐｒｉｎｔｅｒを使用した。成膜条件は以下の通りに設定した。
パワー：４．５ｋＷ
Ａｒ流量：１０ｓｃｃｍ
成膜後に下部保護層膜厚をエリプソメータで測定したところ６０ｎｍであった。
下部保護層上にＧｅＳｂＳｎ合金の記録層を成膜した。合金の組成比率は、
（Ｇｅ_αＳｂ_１−α）_１−βＳｎ_β（α＝０．１７、β＝０．２０）とした。
記録層の成膜はＡｒ雰囲気中でのＤＣスパッタリング法を用いて行った。成膜条件は以下の通りに設定した。
パワー：０．５ｋＷ
Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ
成膜後に記録層膜厚をエリプソメータで測定したところ１２ｎｍであった。
記録層上に上部保護層を成膜した。保護層材料には下部保護層と同じＺｎＳとＳｉＯ_２の混合物を用いた。成膜は下部保護層と同じくＲＦスパッタリング法を用いて行った。成膜条件は以下の通りに設定した。
パワー：１．５ｋＷ
Ａｒ流量：１０ｓｃｃｍ
成膜後に上部保護層膜厚をエリプソメータで測定したところ９ｎｍであった。
上部保護層上に腐食防止層として膜厚４ｎｍのＳｉＣ膜を形成した。成膜には記録層と同様の方法を用いた。
腐食防止層上にＡｇ反射層を用いた。ターゲット材料は、純度９９．９９％のＡｇを用いた。成膜はＤＣマグネトロン法を用い、成膜条件は以下の通りに設定した。
パワー：３．５ｋＷ
Ａｒ流量：２０ｓｃｃｍ
成膜後に蛍光エックス線法を用いて反射層の膜厚を測定したところ、１５０ｎｍであった。
更に、反射層上に樹脂保護層を設けた。保護層材料には市販の光ディスク保護層用ＵＶ硬化樹脂を用いた。成膜はスピンコーティング法を用いて行い、Ｎ_２雰囲気中でＵＶを照射し硬化した。
更に、樹脂保護層上にＤＶＤ＋ＲＷ用基板を接着剤を用いて貼り合せてディスク状の媒体とした。
作成した媒体の記録層はアモルファス状態であったため初期化を行った。初期化装置のビーム径は、楕円形状であり、走査方向の径を０．９μｍ、走査方向に垂直な方向の径を７５μｍとした。初期化装置の光源は半導体レーザーを用い、その出力は５００ｍＷ〜２４００ｍＷの範囲で任意のパワーを設定可能である。また、波長は８１０ｎｍとした。この装置で媒体の全面を初期化した。初期化の条件は以下の通りとした。
レーザー出力：１２００ｍＷ
走査速度：１２．０ｍ／ｓ
【００３６】
完成したディスクはＤＶＤ＋ＲＷの標準規格書である“ＤＶＤ＋ＲＷ４．７ＧｂｙｔｅｓＢａｓｉｃＦｏｒｍａｔＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｖｅｒｓｉｏｎ１．１”の記録後特性を除外した特性を満足する媒体となった。
作成したサンプルの結晶化上限速度を測定した。測定にはＤＶＤ用評価装置であるパルステック工業製ＤＤＵ１０００を用いた。光ピックアップの仕様は以下の通りとした。
波長：６５５ｎｍ
ＮＡ：０．６５
測定は以下の通りに行った。
照射パワーを０．７ｍＷに設定し、走査速度を３．４９ｍ／ｓ（ＤＶＤ＋ＲＷの基準操作速度）に設定し媒体を走査し、初期反射率Ｒ０を測定した。
次に照射パワーを１５ｍＷに設定し走査速度を１６ｍ／ｓ〜３６ｍ／ｓの範囲で走査しつつ、光を１度照射する。その後、照射パワーを０．７ｍＷに戻し、反射率を測定した。そのときの反射率をＲとした。
規格化反射率Ｒ／Ｒ０と走査速度Ｖの測定結果を図７に示す。Ｖ＝２５ｍ／ｓにて、Ｒ／Ｒ０＝１となっている。従って、結晶化上限速度は２５ｍ／ｓである。
【００３７】
次に、図５（ｂ）に示す記録ストラテジを用いて、記録を行った。但し、Ｐｗ＝３０ｍＷ、Ｐｅ＝６ｍＷ、Ｐｂ＝０．５ｍＷとし、走査速度は２７．９ｍ／ｓ（ＤＶＤの８倍速相当）とし、チャンネルクロック周期Ｔｗを４．７８ｎｓ（ＤＶＤの８倍速相当）に設定した。また、同一部分を同一条件で１０回オーバーライトした。
記録は１０Ｔマーク−１０Ｔスペースが交互に表れる単一パターンを記録した。記録するときに照射するパルス幅Ｔ（１０、ｉ）を変えて記録し、変調度とＴ（１０、ｉ）の関係を測定した。測定結果を図８に示す。パルス幅Ｔ（１０、ｉ）＝０．７Ｔｗで最大の変調度となっている。更に、Ｔ（１０、ｉ）＝０．６Ｔｗ〜０．８Ｔｗの範囲で変調度が０．６以上となっており、ＤＶＤ＋ＲＷの標準規格値である、０．６以上を満足する結果となった。
Ｔ（１０、ｉ）＝０．７ＴｗでＤＯＷ（ダイレクト・オーバー・ライト）１０した部分のＣ／Ｎ比を測定したところ５７．４ｄＢとなり、十分なＣ／Ｎ比が取れていることが確認された。
従って、サンプルはＤＶＤ＋ＲＷの８倍速相当でオーバーライト可能であることを確認した。
【００３８】
比較例１
記録層の合金の組成比率を、α＝０．１７、β＝０．０９とした点以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同様の方法を用いて結晶化上限速度ＶｃとＣ／Ｎ比を測定したところ、次のような値が得られた。
Ｖｃ＝２１ｍ／ｓ
Ｃ／Ｎ比＝４０ｄＢ
また、初期化後の再生信号上に記録層の微細な組織構造によるノイズが観察された。このノイズがＣ／Ｎ比を下げていると考えられる。
【００３９】
比較例２
記録層の合金の組成比率を、α＝０．１７、β＝０．２６とした点以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同様の方法を用いてＶｃの測定を試みたが、規格化反射率は低下せずアモルファス化が困難であることが分った。
しかし、Ｃ／Ｎ比を測定したところ５３ｄＢと比較的高い結果となった。但し、変調度は０．３程度であり、十分な信号振幅とは言えないことが分った。
【００４０】
比較例３
記録層の合金の組成比率を、α＝０．１１、β＝０．２２とした点以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同様の方法を用いてＣ／Ｎ比を測定したところ、３８ｄＢと低い値となった。また、再生信号上に記録層の微細な組織構造によるノイズが観察された。このノイズは初期化時に結晶化が均一になされていないことによるものであり、Ｓｂ量が過剰に存在するため、Ｓｂが偏析してしまっていると考えられる。
【００４１】
実施例２
記録層の合金の組成比率を、α＝０．１５、β＝０．１とした点以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同様の方法を用いて結晶化上限速度ＶｃとＣ／Ｎ比を測定したところ、次のような値が得られた。
Ｖｃ＝２７ｍ／ｓ
Ｃ／Ｎ比＝５５ｄＢ
更に、変調度を測定したところ０．５５となり、０．５以上を確保することができた。従って、ＤＶＤ＋ＲＷの８倍速相当でオーバーライト可能であることを確認した。
【００４２】
実施例３
記録層の合金の組成比率を、α＝０．２、β＝０．２２とした点以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同様の方法を用いて結晶化上限速度ＶｃとＣ／Ｎ比を測定したところ、次のような値が得られた。
Ｖｃ＝２４ｍ／ｓ
Ｃ／Ｎ比＝５８．３ｄＢ
更に、変調度を測定したところ０．６１となり、０．５以上を確保することができた。従って、ＤＶＤ＋ＲＷの８倍速相当でオーバーライト可能であることを確認した。
【００４３】
実施例４
記録層の合金の組成比率を、α＝０．１７、β＝０．１０とし、下部保護層と記録層の間にＳｎＯ_２からなる中間層を設けた点以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作成した。
中間層の成膜は保護層と同様にＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いた。成膜条件は以下の通りに設定した。
スパッタリングパワー：２．０ｋＷ
Ａｒ流量：２０ｓｃｃｍ
成膜後にエリプソメータを用いて中間層の膜厚を測定したところ、４ｎｍとなった（ただし、ここでの膜厚は、同一条件で１０回積層を行って測定したものを１／１０にしたものを表す）。
作成したサンプルについて実施例１と同様にしてＣ／Ｎ比を測定したところ、Ｃ／Ｎ比は５３．５ｄＢとなった。Ｓｎ比率が低いにも関わらず、ノイズ成分が少ない良好な特性を確保することができた。
【００４４】
実施例５
記録層の合金の組成比率を、α＝０．１７、β＝０．２０とし、下部保護層と記録層の間にＺｒＯ_２とＴｉＯ_２の混合物からなる中間層を設けた点以外は、実施例４と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同様にして記録を行った。
但し、記録はＤＶＤの変調方式の標準であるＥＦＭ＋（８−１６変調の１種）を用い、更にオーバーライト回数を１０回、１００回、５００回、１０００回行った。記録後に走査速度をＤＶＤの標準速度である３．４９ｍ／ｓに設定し、記録回数とデータ・トゥ・クロックジッタを測定した。測定結果を図９に示す。
図から分るように、記録回数５００回までは９％以下であり、良好な結果となった。
従って、ＤＶＤ＋ＲＷの８倍速相当の記録速度でオーバーライト可能である。
【００４５】
実施例６
中間層の材料をＡｌ_２Ｏ_３とした点以外は実施例５と同様にしてサンプルを作成し、実施例５と同様にして記録を行い、同様の方法でデータ・トゥ・クロックジッタを測定した。測定結果を図１０に示す。
図１０から分るように、記録回数１００回までは９％以下の良好な結果となった。しかし、実施例５と比較すると記録回数約２００回以上ではジッタが９％を超えている。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、走査速度２０ｍ／ｓ以上という高速での記録・書換え・消去に対応可能な相変化型光情報記録媒体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の層構成の一例を示す図。
【図２】本発明の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の層構成の別の例を示す図。
【図３】本発明の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の層構成の更に別の例を示す図。
【図４】本発明の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の層構成の更に別の例を示す図。
【図５】光の強度変調の方法を示す図。
（ａ）記録する情報のデータ
（ｂ）記録時に照射する光の強度変調パターン
（ｃ）（ｂ）のストラテジで記録されたマーク（模式図）
（ｄ）記録した部分を再生した場合の反射率変動（模式図）
【図６】規格化された反射率Ｒ／Ｒ０と走査速度Ｖの関係を示す図。
【図７】実施例１の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の、規格化された反射率Ｒ／Ｒ０と走査速度Ｖの関係を示す図。
【図８】実施例１の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の、変調度とＴ（１０、ｉ）の測定結果を示す図。
【図９】実施例５の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の、記録回数とデータ・トゥ・クロックジッタの測定結果を示す図。
【図１０】実施例６の書き換え型の相変化型光情報記録媒体の、記録回数とデータ・トゥ・クロックジッタの測定結果を示す図。
【符号の説明】
Ｔｗチャンネルクロック
Ｐｗピークパワー
Ｐｅイレースパワー
Ｐｂバイアスパワー
Ｒ反射率[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase change optical information recording medium, and more particularly to a rewritable optical disc having a recording layer that utilizes a phase change between crystal and amorphous. These are generally called RW discs (ReWritable discs), such as CD-RW (Compact Disc Rewriteable), DVD-RW (Digital Versatile Disc Rewriteable), DVD + RW, DVD-RAM, and BD (Blu-ray Disc). it can.
In addition, these discs can be applied to optical recording media using thin film phase change, mainly card-type optical memory, optical recording-type electronic paper, and the like.
[0002]
[Prior art]
A rewritable optical information recording medium is widely used as a recording medium for digital information. In particular, optical information recording media using a phase change material as a recording material are widely used because they can be rewritten simultaneously with the recording of information because the reversible phase change of the recording material is used as a recording principle.
With the recent digitization of analog information, the volume of digital information to be processed has increased remarkably, and therefore it is necessary to increase the speed of information processing.
In optical information recording media, two types of methods are used to increase the speed of information processing: increasing the density of information and increasing the recording / reproducing speed. Higher density can be dealt with by making the recording mark smaller and narrower, and it is very difficult to change the optical system (wavelength, objective lens NA, rim intensity, etc.) used for recording / reproducing. At the same time, it is difficult to ensure compatibility with conventional recording / reproducing apparatuses.
[0003]
On the other hand, the recording / reproducing speed can be increased by using an optical system that is almost the same as the conventional one, but it can be easily handled by increasing the scanning speed of the optical pickup (in the case of a disk-shaped medium, the rotational speed of the disk). It is effective because it can.
However, in a rewritable optical information recording medium using a phase change recording layer, the recording principle uses a dynamic process of phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to rapid cooling and slow cooling of the recording layer. It is considered difficult to increase the speed. That is, when the scanning speed is increased, the energy irradiated to the medium per unit time is reduced, so that it is necessary to irradiate the output with higher output light. However, when the high output light is irradiated and scanned at a high speed, the recording layer is rapidly cooled, and thus becomes in an amorphous state. Accordingly, crystallization is impossible or incomplete at a certain crystallization upper limit (scanning) speed or more, so that the mark cannot be erased and rewriting is impossible.
Therefore, in the phase change type optical information recording medium, it is necessary to adjust the crystallization upper limit speed of the recording layer material in accordance with the scanning speed at the time of recording / rewriting / erasing.
[0004]
In the conventional phase change optical information recording medium, a material containing chalcogen, particularly Te, has been generally used as a recording layer material. In particular, when an alloy containing Sb and Te is used, since the erasability of the recording mark is good, it has been used as a recording layer material suitable for high speed recording. Sb₇₀Te₃₀The main component of an eutectic composition ratio or an alloy in the vicinity of the eutectic composition, with a small amount of additive elements added, has been put to practical use in CD-RW, DVD-RW, DVD + RW, and the like. Examples of alloys include AgInSbTe, GeInSbTe, AgGeInSbTe, GeGaSbTe and the like. In these materials, Sb and Te occupy 85 atomic% or more of the whole, the basic physical characteristics are determined by the composition ratio of Sb and Te, and the thermal and optical characteristics are fine-tuned with additives. Yes. These materials can be rewritten (overwritten) at a higher speed by increasing the amount of Sb and lowering the crystallization temperature. However, the stability of the amorphous mark is remarkably lowered, so that the storage reliability of recorded information is reduced. The property (for example, storage reliability in an environment of 80 ° C.) is greatly reduced.
Therefore, it is difficult for conventional SbTe alloys to cope with overwriting at a scanning speed of 20 m / s or more and to ensure storage reliability.
[0005]
In addition to the above prior art, Patent Document 1 discloses an invention using GeInSbSn as a recording layer material. However, the present invention aims to improve the C / N ratio under high temperature and high humidity. There is also a description regarding the point of obtaining an optical information recording medium that is different in type (write-once type) and recording material composition (In is an essential component) and is rewritable at a scanning speed of 20 m / s or more, which is an object of the present invention. There is no suggestion.
Further, Patent Document 2 discloses an optical information recording medium using an alloy made of GeInSb as a recording layer material. However, it is an alloy with the present invention in which In is an essential component and Sn is an essential component. In addition, there is no description or suggestion of obtaining an optical information recording medium that is rewritable at a scanning speed of 20 m / s or more, which is a subject of the present invention.
[0006]
Patent Document 3 discloses an invention relating to an optical information recording medium using a recording layer material in which In is added to GeSb. The composition ratio of Ge and Sb includes the scope of the present invention, and Sn is also exemplified as an additive element. However, it is fundamentally different from the present invention in that In is an essential element.
Non-Patent Document 1 describes knowledge relating to a recording layer material suitable for blue laser recording in which Sn and Ag are doped in GeSb. However, the research object of this document is a case where Sb is considerably excess Sb 90 to 95 atomic% than the eutectic composition of GeSb alloy 17:83 (atomic%), and the amount of Sb is determined from before and after the eutectic composition. However, the basic alloy composition is different from the present invention in which a small range is adopted (Sb 75 to 85 atomic%). In addition, according to the confirmation experiment by the present inventors, when the recording layer material described in this document is used, the DVD is 8 × speed (27.9 m / s) and the CDR is 24 × speed (28.8 m / s). It has been found that at high speeds such as this, amorphization is not sufficiently performed and recording is practically impossible.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-11958 A
[Patent Document 2]
JP 2001-39031 A
[Patent Document 3]
JP 2002-347341 A
[Non-Patent Document 1]
Proceedings of the 14th Phase Change Recording Society Symposium, page 6
“GeSb Based Phase-change Optical Recording Materials” Z. Dimitrov et al.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a phase change optical information recording medium that can cope with recording, rewriting, and erasing at a high scanning speed of 20 m / s or more.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventors have found that a GeSbSn-based alloy that is not a conventional SbTe-based alloy (non-chalcogen-based) is effective as a high-speed recording layer material.
  That is, the said subject is solved by the following invention of 1) -5) (henceforth this invention 1-5).
  1) The substrate has at least a recording layer and a reflective layer, and the main component of the recording layer is represented by the following composition formula.And the thickness of the recording layer is 5 nm to 50 nm.A rewritable phase change optical information recording medium.
          (Ge_αSb_1-α)_1-βSn_β
(Where 0.15 ≦ α ≦ 0.25, 0.10 ≦ β ≦ 0.25, α and β are atomic ratios)
  2) The rewritable phase change optical information recording medium according to 1), wherein the upper limit crystallization speed Vc (m / s) of the recording layer is in a range of 22 ≦ Vc ≦ 27.
  3) The rewritable phase change optical information recording medium according to 1) or 2), which has an intermediate layer containing a metal oxide as a main component adjacent to the recording layer.
  4) The intermediate layer is Al₂O₃, ZrO₂TiO₂, SnO₂3) The rewritable phase change optical information recording medium according to 3).
  5) The rewritable phase change optical information recording medium according to any one of 1) to 4), wherein the reflective layer is made of Ag or an alloy containing Ag as a main component.
[0010]
  Hereinafter, the present invention will be described in detail.
  In the present invention, by using an alloy having a specific composition as in the present invention 1, and further controlling the crystallization upper limit speed of the recording layer within a certain range as in the present invention 2, In addition, the optical characteristics are optimized, and a high signal amplitude and C / N ratio can be realized even at a recording scanning speed of 20 m / s or more.
  In the present inventions 3 and 4, by providing an intermediate layer made of an oxide adjacent to the recording layer, it is possible to prevent atomic diffusion between the protective layer and the recording layer and simultaneously control crystallization of the recording layer. A low noise reproduction signal can be obtained, and at the same time, good characteristics can be maintained even with many overwrites.
  In the fifth aspect of the present invention, by using a material having a high thermal conductivity as the reflective layer material, the heat applied to the recording layer can be easily dissipated, so that the amorphization can be facilitated.
[0011]
Examples of the configuration of the present invention are shown in FIGS.
In the example of FIG. 1, at least the recording layer 3 and the reflective layer 5 are provided on the substrate 1. Recording and reproduction of information on the medium is performed by making light incident from below the substrate and irradiating the recording layer 3 and the vicinity thereof. Information is reproduced by measuring the intensity of the return light reflected by the reflective layer through the recording layer 3.
The recording layer 3 needs to contain, as a main component, an alloy having the following composition formula made of Ge, Sb, and Sn capable of reversibly transitioning between a crystalline phase and an amorphous phase. Here, the main component means that the alloy occupies 95 atomic% or more of the entire recording layer material.
(Ge_αSb_1-α)_1-βSn_β
(Wherein 0.15 ≦ α ≦ 0.25, 0.10 ≦ β ≦ 0.25, α and β are atomic ratios) When α = 0.17, the eutectic composition of the GeSb alloy. Since the eutectic composition has a minimum melting point, the recording layer can be melted and rapidly cooled with a small amount of energy irradiation. Therefore, the phase can be changed to an amorphous phase by light irradiation with low energy, and the recording sensitivity can be kept high. (If α deviates from 0.17, the melting point increases and the recording sensitivity tends to decrease.)
[0012]
On the other hand, the crystallization temperature tends to decrease as α is lower (that is, as the Sb content is higher). Since the crystallization is easier as the crystallization temperature is lower, the amorphous mark can be erased by irradiation with light of lower energy. In the SbTe alloy used in the conventional optical information recording medium, the Sb composition at the eutectic point is about 0.7, whereas in the GeSb alloy, it is 0.83. Therefore, the composition is more suitable for high-speed recording as compared with the SbTe alloy.
In addition, by reducing α, the crystallization rate can be kept high. If the recrystallization rate is too high, recrystallization proceeds immediately after the formation of the amorphous mark, and as a result, the amorphous mark cannot be stably formed.
In consideration of the above, in order to be able to form and erase amorphous marks at a scanning speed of 20 m / s or more, it is necessary to be in the range of 0.15 ≦ α ≦ 0.25. More preferably, 0.15 ≦ α ≦ 0.20.
[0013]
However, in a binary alloy composed only of GeSb, the variation in reflectance due to a fine structure of about 0.1 to 1 μm in a crystallized state tends to increase. The cause of this variation in reflectivity is not clear, but is thought to be due to crystal grain boundaries. That is, it is presumed to be caused by the mixed state of the optically anisotropic state. This minute structure is observed as a noise component on the reproduction signal on the recording / reproducing apparatus. In the case of a recording method using mark length modulation, such as CD and DVD, these noise components deteriorate the jitter, and the reliability of the reproduced signal is significantly reduced.
As means for reducing these noises, methods of adding In are disclosed in Patent Documents 2 to 3, but it is more effective to add Sn for high-speed recording exceeding 20 m / s. When noise is reduced by the addition of In, a low reflection phase that is thought to be due to the InTe alloy tends to precipitate. For this reason, if the recording is repeatedly performed, the reflectance decreases.
[0014]
On the other hand, when Sn is added, no precipitation of a low reflection phase due to repeated recording is observed, and it becomes possible to prevent a decrease in reflectance due to repeated recording. Therefore, the addition of Sn can improve the crystallization state, and at the same time, it is possible to lower the melting point, lower the crystallization temperature, and improve the repetitive recording characteristics, which are the requirements for increasing the speed.
If the amount of Sn added is low, the above effect cannot be obtained. Therefore, in order to reduce the noise due to the crystallization state, it is necessary to satisfy β ≧ 0.10. On the other hand, if the amount of Sn added is large, the crystallization speed increases as in the case where Sb is increased, and it becomes difficult to stably form an amorphous mark. Therefore, it is necessary to satisfy β ≦ 0.25. .
[0015]
The film thickness of the recording layer is optimized from the optical characteristics and the thermal characteristics, but an appropriate film thickness is in the range of 5 nm to 50 nm, preferably 8 nm to 30 nm. If the thickness of the recording layer is reduced, the volume to be heated at the time of mark formation can be reduced (that is, the heat capacity can be reduced), and the recording layer can be melted with less energy, so that the amorphous state is easy. Can be realized. Therefore, since the recording sensitivity can be increased by making the recording layer thin, the film thickness is set to 50 nm even if it is thick.
On the other hand, if the recording layer is thinned, the recording layer becomes highly transmissive, so that the difference in reflectance between the crystalline phase and the amorphous phase cannot be kept high. That is, since the amplitude of the reproduction signal decreases, the film thickness needs to be at least 5 nm.
[0016]
The substrate 1 in FIG. 1 needs to be substantially transparent in a wavelength region for recording and reproducing information. As a material for the transparent substrate, an arbitrary material such as an inorganic material such as glass or ceramics or an organic material such as a resin can be used. However, in consideration of the productivity and cost of the substrate, it is preferable to use a resin substrate. Although any resin can be used, it is more preferable to use a polycarbonate resin from the viewpoint of light transmittance and strength.
The thickness of the substrate can be arbitrarily set depending on the optical system used for recording and reproduction, but is preferably in the range of 0.1 mm to 1.3 mm, and λ = 780 nm light and an objective lens of NA 0.50 are used. Examples include 1.2 mm for a CD-RW used and 0.6 mm for a DVD + RW with λ = 660 and NA 0.65.
[0017]
Guide grooves may be formed on the substrate. The shape and interval of the guide groove can be optimized according to the optical system used for recording / reproducing. It is also possible to add meandering (wobbling) to the groove. Furthermore, it is possible to pre-format the address information on the substrate. As an example of pre-formatting, ATIP (Absolute Time in Pregroove), DVD + RW used in CD-RW Examples include ADIP (ADless In Pregroove) and land prepits used in DVD-RW.
[0018]
The reflective layer 3 in FIG. 1 is necessary for reflecting the light irradiated during recording / reproduction. The recording apparatus can irradiate (focus) the light collected by the reflected light in the vicinity of the recording layer, and can position (track) the recording mark row or groove.
Any material can be used as the material of the reflective layer, but a metal or alloy having a high reflectance is preferable. Examples of the metal include Ag, Au, Cu, and Al, and an alloy using Ti, Cr, Mn, Ni, Zn, Pd, Pt, Sn, etc. added to at least one of these elements. Also good. Furthermore, in order to form an amorphous mark at a high scanning speed, it is effective to make the recording layer easily cooled. Therefore, it is more preferable to use a reflective layer material having high thermal conductivity, and it is preferable to use Ag or an alloy containing Ag as a main component.
The thickness of the reflective layer is optimized from the optical characteristics and the thermal characteristics, but the preferred range is 100 to 300 nm. If it is less than 100 nm, the transmittance of the thin film is increased and the reflectance is lowered, which is not preferable. At the same time, the heat capacity of the reflective layer is lowered, so that a heat dissipation effect cannot be obtained, so that rapid cooling becomes difficult. Therefore, it becomes difficult to be amorphous. On the other hand, if it exceeds 300 nm, the heat capacity of the medium will increase too much, so that the energy required to heat the recording layer above the crystallization temperature and melting point will increase. As a result, the recording sensitivity is lowered, which is not preferable.
[0019]
In the present invention, the substrate, the recording layer, and the reflective layer are indispensable constituent conditions, but other multiple layers may be added to ensure various characteristics.
FIG. 1 shows the most general example, in which a lower protective layer 2 and an upper protective layer 4 are formed above and below the recording layer. These protective layers prevent the recording layer material from diffusing into the reflective layer and the substrate due to repeated recording. Furthermore, the lower protective layer also serves to prevent thermal damage to the substrate due to repeated recording.
Any material can be used as the protective layer material, but the transmittance in the recording / reproducing wavelength region is sufficiently high, the reactivity with the recording layer material is low, and the melting point of the recording layer material must be higher. It is. Such materials are preferably dielectric materials such as oxides, nitrides, sulfides or mixtures of these materials, ZnS and SiO₂Are widely used.
[0020]
The upper protective layer is responsible for the thermal design of the medium as well as the above functions. When a material having high thermal conductivity is used for the upper protective layer, the thermal energy applied to the recording layer during recording is likely to diffuse to the reflective layer side, so that it becomes easy to rapidly cool and form an amorphous mark. On the other hand, since the spread of heat in the surface direction is reduced, it is necessary to apply higher energy in order to increase the size of the mark. In any case, it is necessary to use an optimum material for the recording sensitivity.
The materials of the upper protective layer and the lower protective layer may be the same or different.
The film thickness of the lower protective layer needs to be set so as to prevent optical characteristics and thermal damage to the substrate, and is preferably in the range of 40 nm to 200 nm, more preferably in the range of 45 nm to 100 nm. It is. By setting to the above range, it is possible to prevent thermal damage to the substrate and to maintain an appropriate reflectance.
The film thickness of the upper protective layer is optimized by the thermal characteristics and is preferably in the range of 5 nm to 40 nm.
[0021]
Further, an intermediate layer 7-1 may be provided adjacent to the recording layer 3 as in another example shown in FIG. The intermediate layer functions to prevent atomic diffusion of the recording layer material into the protective layer and to prevent atomic diffusion of the protective layer material into the recording layer. Further, it is considered that the crystallization of the recording layer can be controlled by the crystal structure of the intermediate layer. As for the material of the intermediate layer, it is preferable to use a material having a high melting point and not corroding the recording layer, and in particular, a metal oxide, like the protective layer.
Any metal oxide can be used, and MgO, CaO, Al₂O₃, SiO₂TiO₂, CuO, ZnO, Y₂O₃, ZrO₂, InO, SnO, SnO₂, TeO, etc., but especially Al₂O₃, ZrO₂TiO₂, SnO₂Is preferred. Moreover, you may mix these several materials by arbitrary ratios.
[0022]
The thickness of the intermediate layer can be arbitrarily set, but it is not necessary to increase the thickness, and it is preferable to set the thickness in the range of 2 nm to 10 nm. By making it within the above range, the effect of preventing diffusion and controlling crystallization can be obtained without changing the thermal characteristics and the optical characteristics. Although the exact factor of crystallization control by the intermediate layer has not been clarified, it is considered that it has the effect of promoting crystallization. In terms of the characteristics of the medium, it is possible to suppress the reflectance fluctuation due to the microstructure after the crystallization of the recording layer, and to reduce the noise component on the reproduction signal, thereby realizing low jitter.
The intermediate layer only needs to be adjacent to the recording layer, and can be provided between the recording layer 3 and the upper protective layer 4 as in another example shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, it is possible to sandwich the upper and lower sides of the recording layer with an intermediate layer.
[0023]
When a sulfide such as ZnS is used for the upper protective layer and Ag or an Ag alloy is used for the reflective layer, the reflective layer may be corroded under high temperature and high humidity. In such a case, a corrosion prevention layer can be provided between the upper protective layer and the reflective layer as in another example shown in FIG. As the material for the corrosion prevention layer, it is preferable to use a material that has low reactivity with Ag and hardly diffuses into Ag, and examples thereof include Si, Ge, oxides, nitrides, and carbides thereof. For example, when ZnS is used for the upper protective layer, it is preferable to use Si or SiC for the corrosion prevention layer because Ag sulfide due to ZnS can be prevented. The thickness of the corrosion prevention layer can be arbitrarily set, but it is preferable that the corrosion prevention layer can be prevented and the reflectance is not affected. When Si or SiC is used, it is preferably in the range of 2 nm to 10 nm, and more preferably in the range of 3 nm to 6 nm in order to ensure the reflectance of the medium.
[0024]
In any case shown in FIGS. 1 to 4, a resin protective layer may be provided on the reflective layer. The resin protective layer is provided to protect the recording layer and the reflective layer from physical damage. Although the material of the resin protective layer is arbitrary, it is preferable to use a material that does not corrode the reflective layer, and an ultraviolet curable resin is preferable. Further, a separate substrate may be bonded onto the resin protective layer. In that case, the substrate may be bonded to the resin protective layer via an adhesive layer, and the resin protective layer may also serve as the adhesive layer.
[0025]
1 to 4, the recording layer 3, the lower protective layer 2, the upper protective layer 4, the reflective layer 5, the intermediate layers 7-1 and 7-2, and the corrosion prevention layer 8 are formed by a vacuum film formation method. It is preferable to form using.
Examples of the vacuum film-forming method include a vapor deposition method, a CVD method, and a sputtering method, but a sputtering method with low material dependency and good productivity is preferable. As a sputtering method, in the case of a material having high electrical conductivity such as a reflective layer or a recording layer material, the DC magnetron sputtering method is preferable because it is possible to suppress productivity and damage to a formed thin film. Moreover, when using a material with low electrical conductivity like a protective layer, RF magnetron sputtering method is preferable. A gas used for sputtering is preferably a rare gas, and generally Ar is used. N₂, O₂Trace elements may be added to each layer by mixing gases such as.
[0026]
When the recording layer is formed by the sputtering method as described above, the region used for recording needs to be in a crystalline phase because it is in an amorphous state immediately after the film formation because of a rapid cooling state from the gas phase. The operation of making the entire surface a crystalline phase is generally called initialization.
For initialization, a technique is used in which a large-diameter, high-power laser beam is condensed near the recording layer, and the recording layer is melted and gradually cooled. The high power laser to be used uses a range of 400 mW to 3000 mW in terms of LD (laser diode) power consumption. The diameter of the irradiated beam is preferably in the range of 0.5 μm to 300 μm on the focal plane. In particular, the beam shape is preferably an ellipse having a major axis in a direction perpendicular to the beam operating direction. With such a shape, the energy density of the beam can be kept high, and at the same time, the area that can be operated at a time can be increased, so that high productivity can be ensured. The beam diameter is preferably in the range of 40 to 300 μm in the major axis direction and 0.5 to 2 μm in the minor axis direction.
[0027]
Since the scanning speed, irradiation energy, and beam diameter greatly affect the crystal state of the recording layer, it is necessary to set optimum conditions. When the irradiation energy is low, the reflectance variation of the medium becomes large, so that it becomes a noise signal on the reproduction signal, which affects focus control, tracking control, and the like. On the other hand, if the irradiation energy is too high, the thin film layer is thermally damaged, or the amorphous phase is precipitated due to the rapid cooling state, which is not preferable.
When the scanning speed is high, the amount of energy irradiated per unit time is reduced, and the same phenomenon as that when the irradiation energy is low occurs. In addition, when the scanning speed is low, the amount of energy irradiated per unit time increases, and the same effect as when the irradiation energy is high occurs.
[0028]
By the way, the transition to the crystal phase by the recording device is a phase change in the solid phase. That is, since the recording layer is heated below the melting point and above the crystallization temperature, it transitions to the crystalline phase. On the other hand, crystallization by a high-power laser is crystallization by slow cooling after heating to the melting point or higher as described above. The difference in the crystallization method is that in the case of direct overwrite (a rewriting method not including an erasing operation; erasing a recorded mark and forming a new recording mark simultaneously), the first overwriting (after initialization) (Corresponding to the second writing), the jitter deteriorates due to the difference in the crystallization state between the mark erased portion and the initialized portion. Therefore, it is necessary to make the crystallization state at the time of initialization close to the solid phase initialization. For this purpose, it is effective to increase the scanning speed at initialization and to shorten the beam diameter in the scanning direction. That is, it is preferable to shorten the heating time and keep the temperature after heating low.
When using an initialization device with a beam diameter of 75 μm in the long axis direction, a beam diameter of 0.9 μm in the short axis direction, and a wavelength of 810 nm, an arbitrary irradiation energy power can be set in the range of LD output of 500 mW to 2400 mWL. It is preferable that the power is set to 1000 mW to 1400 mW and the scanning speed is set to 8 m / s to 12 m / s.
[0029]
Next, the recording method on the optical recording medium of the present invention will be described.
Recording on the medium is performed by irradiating and scanning the light condensed by the objective lens in the vicinity of the recording layer. The light used for recording is preferably coherent single-wavelength light, and a semiconductor laser is preferably used as the light source. The wavelength is determined by the recording density on the medium and the optical characteristics of the material constituting the medium. Examples include CD-RW 780 nm and DVD + RW 655 nm. The objective lens is determined by the substrate thickness of the medium and the recording density, and examples thereof include NA of CD-RW 0.5 and 0.65 of DVD + RW.
[0030]
Marks are formed and erased by irradiating and scanning with intensity-modulated light.
FIG. 5 shows an example of the intensity modulation method. FIG. 5A shows data of information to be recorded. When the pulse width is modulated, the data is composed of pulses of length n · Tw, where Tw is the channel clock and n is a natural number. FIG. 5 shows a case where a recording mark is formed when the data is 1, and the recording mark is erased when the data is 0.
FIG. 5A shows a case where n = 10. FIG. 5B shows an intensity modulation pattern of light irradiated at the time of recording in this case. Such a pattern of intensity modulation during recording is generally called a recording strategy.
In recording information on the recording medium of the present invention, light whose intensity is modulated by irradiation is irradiated during mark formation, and irradiation power is constant during erasure. The mark is formed by irradiating a plurality of pulses of peak power Pw. When m (m is a natural number) pulses are irradiated when forming a mark of length n · Tw, the following relationship is established.
When n = even, m = n / 2
When n = odd, m = (n−1) / 2
Immediately after the pulse irradiation, light with power Pb (bias power) is irradiated, and the other portions are irradiated with light with power Pe (erase power). At this time, the three kinds of powers need to have a relationship of Pw> Pe> Pb.
[0031]
Also, when the width of the i-th pulse is T (n, i) among m pulses for forming a mark of length n · Tw, the mark length is optimal for T (n, i). Can be adjusted.
A mark recorded by the above strategy is schematically shown in FIG. A region indicated by hatching is an amorphous state, and the other region is a crystalline state. The amorphous region has a lower reflectance than the crystallized portion. FIG. 5D schematically shows the fluctuation of the reflectance (R) when the recorded portion is reproduced. The correspondence between FIG. 5A and FIG. 5D corresponds to the data and the reproduction signal.
The length of T (n, i) can be individually set as long as the recording characteristics can be secured. T (n, i) is preferably set to a value with which the difference in reflectance shown in FIG. T (n, i) is
When n = 3, a range of 0.25 Tw ≦ T (3, 1) ≦ 2 Tw is preferable,
When n ≧ 4, a range of 0.25 Tw ≦ T (n, i) ≦ 1.5 Tw is preferable.
[0032]
In the optical information recording medium of the present invention, the upper limit crystallization speed Vc of the recording layer material is preferably 22 m / s to 27 m / s. The definition of the maximum crystallization speed is described below.
Scanning is performed while irradiating the medium with light whose intensity of irradiation power Pc is not modulated. The scanning speed at this time is V. The initial reflectance before irradiation / scanning with light of power Pc is R0, and the reflectance after irradiation / scanning is R. At this time, the normalized reflectance R / R0 becomes a curve as shown in FIG. Here, the power Pc needs to be an average value of the Pw and Pe. Thereby, since Pc corresponds to the average power applied to the medium during recording, it is possible to integrally evaluate both the characteristics of amorphization and crystallization.
In the region of R / R0> 1, it means that the reflectance increases by irradiating light. In this region, the recording layer is in a crystallized state.
[0033]
On the other hand, in the region of R / R0 <1, the reflectance decreases after irradiation with light. This means that an amorphous region has occurred in the region irradiated and scanned with light. In other words, this region is a region that becomes amorphous.
If the scanning speed V at which R / R0 = 1, which is the boundary, is Vc, it means that it becomes amorphous when V> Vc and always crystallizes when V ≦ Vc. Therefore, Vc means an upper limit speed at which crystallization is possible, and this Vc is defined as a crystallization upper limit speed.
Vc varies depending on the composition ratio of the recording layer material and the film thickness of each layer. A higher Vc means that crystallization can be performed at a higher scanning speed, so that the amorphous mark can be erased at a higher speed. Therefore, the higher the Vc, the more suitable the recording layer material for high speed recording. In order to support 8 × speed recording of DVD + RW, it is preferable to set Vc in the vicinity of 27.9 m / s. However, if it exceeds 27 m / s, it becomes very difficult to form an amorphous material at 8 × speed. Cannot obtain a high degree of modulation. In the optical information recording medium of the present invention, Vc (m / s) is preferably in the range of 22 ≦ Vc ≦ 27 as the optimum range corresponding to 8 × speed of DVD + RW.
[0034]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited by these Examples.
[0035]
Example 1
A sample for evaluation was prepared in the following procedure using a polycarbonate DVD + RW substrate onto which a spiral continuous groove was transferred.
ZnS and SiO on the substrate₂A lower protective layer made of a mixture of ZnS and SiO₂The mixing ratio was 80:20 in molar ratio. Film formation was performed using an RF magnetron sputtering method using an Ar atmosphere. As the film forming apparatus, a single-wafer sputtering apparatus BigSpinter manufactured by Unaxis was used. The film forming conditions were set as follows.
Power: 4.5kW
Ar flow rate: 10 sccm
When the thickness of the lower protective layer was measured with an ellipsometer after film formation, it was 60 nm.
A GeSbSn alloy recording layer was formed on the lower protective layer. The composition ratio of the alloy is
(Ge_αSb_1-α)_1-βSn_β(Α = 0.17, β = 0.20).
The recording layer was formed using a DC sputtering method in an Ar atmosphere. The film forming conditions were set as follows.
Power: 0.5kW
Ar flow rate: 30 sccm
When the recording layer thickness was measured with an ellipsometer after film formation, it was 12 nm.
An upper protective layer was formed on the recording layer. The protective layer material is the same ZnS and SiO as the lower protective layer.₂Was used. The film formation was performed using the RF sputtering method in the same manner as the lower protective layer. The film forming conditions were set as follows.
Power: 1.5kW
Ar flow rate: 10 sccm
When the thickness of the upper protective layer was measured with an ellipsometer after film formation, it was 9 nm.
A 4 nm-thick SiC film was formed as a corrosion prevention layer on the upper protective layer. The same method as that for the recording layer was used for film formation.
An Ag reflective layer was used on the corrosion prevention layer. As the target material, Ag having a purity of 99.99% was used. The film formation was performed using the DC magnetron method, and the film formation conditions were set as follows.
Power: 3.5kW
Ar flow rate: 20 sccm
When the film thickness of the reflective layer was measured using the fluorescent X-ray method after film formation, it was 150 nm.
Furthermore, a resin protective layer was provided on the reflective layer. As the protective layer material, a commercially available UV curable resin for optical disk protective layer was used. The film is formed using a spin coating method, and N₂It was cured by UV irradiation in an atmosphere.
Further, a DVD + RW substrate was bonded onto the resin protective layer with an adhesive to obtain a disk-shaped medium.
Since the recording layer of the prepared medium was in an amorphous state, initialization was performed. The beam diameter of the initialization apparatus is elliptical, the diameter in the scanning direction is 0.9 μm, and the diameter in the direction perpendicular to the scanning direction is 75 μm. The light source of the initialization apparatus uses a semiconductor laser, and the output can be set to an arbitrary power in the range of 500 mW to 2400 mW. The wavelength was 810 nm. The entire surface of the medium was initialized with this apparatus. The initialization conditions were as follows.
Laser power: 1200mW
Scanning speed: 12.0m / s
[0036]
The completed disc became a medium satisfying the characteristics excluding the post-recording characteristics of “DVD + RW 4.7 Gbytes Basic Format Specifications version 1.1”, which is the DVD + RW standard.
The maximum crystallization speed of the prepared sample was measured. For the measurement, DDU1000 manufactured by Pulstec Industrial Co., Ltd., which is a DVD evaluation apparatus, was used. The specifications of the optical pickup were as follows.
Wavelength: 655nm
NA: 0.65
The measurement was performed as follows.
The irradiation power was set to 0.7 mW, the scanning speed was set to 3.49 m / s (DVD + RW standard operation speed), the medium was scanned, and the initial reflectance R0 was measured.
Next, light is irradiated once while the irradiation power is set to 15 mW and the scanning speed is scanned in the range of 16 m / s to 36 m / s. Thereafter, the irradiation power was returned to 0.7 mW, and the reflectance was measured. The reflectance at that time was R.
The measurement results of the normalized reflectance R / R0 and the scanning speed V are shown in FIG. At V = 25 m / s, R / R0 = 1. Therefore, the maximum crystallization speed is 25 m / s.
[0037]
Next, recording was performed using the recording strategy shown in FIG. However, Pw = 30 mW, Pe = 6 mW, Pb = 0.5 mW, the scanning speed is 27.9 m / s (equivalent to 8 × speed of DVD), and the channel clock cycle Tw is 4.78 ns (equivalent to 8 × speed of DVD). Set. Moreover, the same part was overwritten 10 times on the same conditions.
For recording, a single pattern in which 10T marks and 10T spaces appear alternately was recorded. Recording was performed while changing the pulse width T (10, i) irradiated during recording, and the relationship between the modulation degree and T (10, i) was measured. The measurement results are shown in FIG. The maximum modulation degree is obtained with the pulse width T (10, i) = 0.7 Tw. Furthermore, the modulation degree is 0.6 or more in the range of T (10, i) = 0.6 Tw to 0.8 Tw, and the result satisfies the standard value of DVD + RW of 0.6 or more. .
The C / N ratio of the DOW (Direct Over Write) 10 portion measured at T (10, i) = 0.7Tw was 57.4 dB, and it was confirmed that a sufficient C / N ratio was obtained. It was.
Therefore, it was confirmed that the sample was overwritable at a speed equivalent to 8 × DVD + RW.
[0038]
Comparative Example 1
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the alloy composition ratio of the recording layer was set to α = 0.17 and β = 0.09, and crystallization was performed using the same method as in Example 1. When the upper limit speed Vc and the C / N ratio were measured, the following values were obtained.
Vc = 21 m / s
C / N ratio = 40 dB
Further, noise due to the fine structure of the recording layer was observed on the reproduced signal after initialization. This noise is considered to lower the C / N ratio.
[0039]
Comparative Example 2
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the recording layer alloy was set to α = 0.17 and β = 0.26. Although measurement was attempted, it was found that the normalized reflectance did not decrease and it was difficult to make amorphous.
However, when the C / N ratio was measured, a relatively high result of 53 dB was obtained. However, it was found that the degree of modulation is about 0.3, which is not a sufficient signal amplitude.
[0040]
Comparative Example 3
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the recording layer alloy was α = 0.11 and β = 0.22. When the N ratio was measured, it was a low value of 38 dB. Further, noise due to the fine structure of the recording layer was observed on the reproduction signal. This noise is due to the fact that the crystallization is not uniformly performed at the time of initialization, and it is considered that Sb is segregated because of the excessive amount of Sb.
[0041]
Example 2
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the recording layer alloy was set to α = 0.15 and β = 0.1, and crystallization was performed using the same method as in Example 1. When the upper limit speed Vc and the C / N ratio were measured, the following values were obtained.
Vc = 27m / s
C / N ratio = 55 dB
Furthermore, when the degree of modulation was measured, it was 0.55, and 0.5 or more could be secured. Therefore, it was confirmed that overwriting was possible at a speed equivalent to 8 times the speed of DVD + RW.
[0042]
Example 3
A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition ratio of the recording layer alloy was set to α = 0.2 and β = 0.22, and crystallization was performed using the same method as in Example 1. When the upper limit speed Vc and the C / N ratio were measured, the following values were obtained.
Vc = 24 m / s
C / N ratio = 58.3 dB
Further, when the modulation degree was measured, it was 0.61, and 0.5 or more could be secured. Therefore, it was confirmed that overwriting was possible at a speed equivalent to 8 times the speed of DVD + RW.
[0043]
Example 4
The composition ratio of the recording layer alloy is α = 0.17 and β = 0.10, and the SnO layer is interposed between the lower protective layer and the recording layer.₂A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that an intermediate layer made of was provided.
The intermediate layer was formed by RF magnetron sputtering as in the protective layer. The film forming conditions were set as follows.
Sputtering power: 2.0 kW
Ar flow rate: 20 sccm
When the film thickness of the intermediate layer was measured using an ellipsometer after the film formation, it was 4 nm (however, the film thickness here was 1/10 of the value measured by laminating 10 times under the same conditions) Represents).
When the C / N ratio of the prepared sample was measured in the same manner as in Example 1, the C / N ratio was 53.5 dB. Despite the low Sn ratio, good characteristics with few noise components could be secured.
[0044]
Example 5
The composition ratio of the recording layer alloy is set to α = 0.17 and β = 0.20, and ZrO is interposed between the lower protective layer and the recording layer.₂And TiO₂A sample was prepared in the same manner as in Example 4 except that an intermediate layer composed of the above mixture was provided, and recording was performed in the same manner as in Example 1.
However, recording was performed using EFM + (one type of 8-16 modulation), which is a standard of the DVD modulation system, and further overwriting was performed 10, 100, 500, and 1000 times. After recording, the scanning speed was set to 3.49 m / s, which is the standard speed of DVD, and the number of recordings and data-to-clock jitter were measured. The measurement results are shown in FIG.
As can be seen from the figure, the number of recordings up to 500 was 9% or less, which was a good result.
Therefore, overwriting is possible at a recording speed equivalent to 8 × speed of DVD + RW.
[0045]
Example 6
The material of the intermediate layer is Al₂O₃Samples were prepared in the same manner as in Example 5 except for the points described above, recording was performed in the same manner as in Example 5, and data-to-clock jitter was measured in the same manner. The measurement results are shown in FIG.
As can be seen from FIG. 10, a good result of 9% or less was obtained up to 100 recordings. However, compared with Example 5, the jitter exceeds 9% when the number of recording times is about 200 times or more.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a phase change optical information recording medium that can cope with recording, rewriting, and erasing at a high scanning speed of 20 m / s or higher.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionRewritableThe figure which shows an example of the laminated constitution of a phase change type optical information recording medium.
FIG. 2 of the present inventionRewritableThe figure which shows another example of the layer structure of a phase change type | mold optical information recording medium.
FIG. 3 of the present inventionRewritableThe figure which shows another example of the layer structure of a phase change type | mold optical information recording medium.
FIG. 4 of the present inventionRewritableThe figure which shows another example of the layer structure of a phase change type | mold optical information recording medium.
FIG. 5 is a diagram showing a light intensity modulation method.
  (A) Information data to be recorded
  (B) Intensity modulation pattern of light irradiated during recording
  (C) Marks recorded with the strategy of (b) (schematic diagram)
  (D) Reflectance fluctuation when reproducing the recorded part (schematic diagram)
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between normalized reflectance R / R0 and scanning speed V.
FIG. 7 shows the first embodiment.RewritableThe figure which shows the relationship between the normalized reflectance R / R0 and the scanning speed V of a phase change type optical information recording medium.
[Fig. 8] Example 1RewritableThe figure which shows the measurement result of a modulation degree and T (10, i) of a phase change type optical information recording medium.
FIG. 9 shows the fifth embodiment.RewritableThe figure which shows the measurement result of the frequency | count of recording and a data to clock jitter of a phase change type optical information recording medium.
FIG. 10 is the same as in Example 6.RewritableThe figure which shows the measurement result of the frequency | count of recording and a data to clock jitter of a phase change type optical information recording medium.
[Explanation of symbols]
  Tw Channel clock
  Pw peak power
  Pe Erase Power
  Pb Bias power
  R reflectance

Claims

基板上に少なくとも記録層と反射層を有し、該記録層の主成分が下記組成式で表され、かつ記録層の膜厚が５ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする書き換え型の相変化型光情報記録媒体。
（Ｇｅ_αＳｂ_１−α）_１−βＳｎ_β
（式中、０．１５≦α≦０．２５、０．１０≦β≦０．２５、α、βは原子比）Having at least a recording layer and a reflective layer on a substrate, the main component of the recording layer is expressed by the following composition formula, and a phase-change rewritable film thickness of the recording layer is characterized 5nm~50nm der Rukoto Type optical information recording medium.
_{_{(Ge α Sb 1-α)}} 1-β Sn β
(Where 0.15 ≦ α ≦ 0.25, 0.10 ≦ β ≦ 0.25, α and β are atomic ratios)

記録層の結晶化上限速度Ｖｃ（ｍ／ｓ）が、２２≦Ｖｃ≦２７の範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。 2. The rewritable phase change optical information recording medium according to claim 1, wherein an upper limit crystallization speed Vc (m / s) of the recording layer is in a range of 22 ≦ Vc ≦ 27.

記録層に隣接して、金属酸化物を主成分とする中間層を有することを特徴とする請求項１又は２記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。 3. The rewritable phase change optical information recording medium according to claim 1, further comprising an intermediate layer comprising a metal oxide as a main component adjacent to the recording layer.

中間層がＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項３記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。4. The rewritable phase change optical information recording medium according to claim ₃ , wherein the intermediate layer contains at least one of Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , TiO ₂ , and SnO ₂ .

反射層がＡｇ又はＡｇを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の書き換え型の相変化型光情報記録媒体。 5. The rewritable phase change optical information recording medium according to claim 1, wherein the reflective layer is made of Ag or an alloy containing Ag as a main component.