JPS62279534A

JPS62279534A - 光記録媒体

Info

Publication number: JPS62279534A
Application number: JP61121336A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Nakamura; 直正中村; Katsumi Suzuki; 克己鈴木; Tadashi Kobayashi; 忠小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1987-12-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光ビームの照射等により記録層が可逆的に相
転移することを利用して情報の記録、消去を行なうこと
ができる相変化型の光記録媒体に関するものである。

（従来の技術）相変化型の光記録媒体において、情報の記録は、例えば
記録情報で変調された光ビームを記録層に照射して急速
加熱、急速冷却することにより、光ビーム照射部分の記
録層が例えば結晶から非晶質へと相転移することでなさ
れる。また、記録の消去は、記録がされた非晶質部分に
消去用の光ビームを照射して加熱した後、徐冷すること
により、再び結晶へ戻すことでなされる。さらに、情報
の再生は再生用の光ビームを照射して、情報が記録され
た非晶質部分と記録されていない結晶部分との反射率の
違いを読み取ることでなされる。

ところで従来より相変化型の記録媒体としては、Ｔｅ、
Ｇｅ等のカルコゲナイド系半導体やＴｅ　１ｎ、１ｎ３
ｂ等の合金系材料を第４図に示すようにアクリルやガラ
ス等で形成された基板３上に直接積層して記録層５とし
たものが知られている。

しかしながら、例えば、Ｔｅ単体は結晶化温度が室温付
近（１０℃前後）に存在するので、記録情報が含まれる
光ビームを照射し、Ｔｅ単体ＦＩＪＰＡを結晶質から非
晶質へ相変化させて記録を行っても、経時変化により非
晶質部分が結晶質状態に戻り、記録が自然消去されるお
それがある。また、Ｇｅ等の上記材料はいずれも薄膜に
すると化学的安定性に乏しく、大気中で次第に腐食して
劣化するので、記録の安定性がない。

また、上記基板を形成するアクリルやガラスの熱拡散率
はそれぞれ０．００３ｃｍ２　／ｓｅｃ　、　Ｑ。

０１　ｃｍ２　／　ｓｅｃであり、熱拡散率が悪い材料
である。このため、記録用の光ビームを照射して記録層
を結晶から非晶質へ相転移する場合、冷却が速やかに行
なわれず、非晶質化すなわち記録が充分に出来ないとい
う問題がある。

第５図は、この従来例において光ビームのパルス幅（μ
ｓｅｃ　）とパワー（ｍＷ）を変えた場合の記録・消去
特性であり、記録消去可能な領域が非常に狭く、パルス
幅またはパワーが小さい場合には非晶質化せず、また、
パルス幅、またはパワーが大きいと記録層に穴が形成さ
れてしまう。

一方、従来における光記録媒体の他の構成例としては、
基板と記録層との間に５ｉ０２層を介在させたものや、
さらにこの記録層上に５ｉ０２層を積層した３層構造の
ものが知られている。５１０２ｍは記録層の酸化や加熱
時における記録材料の蒸発による穴の形成等を防止する
ものである。

しかしながら、５ｉ０２は熱拡散率が０．００８０ｍ２
／Ｓｅｃと基板３を形成するガラス等よりもさらに熱拡
散率が悪く、前記同様に記録の際の冷却が速やかに行な
われず、非晶質化が不充分であるという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来の光記録媒体では、何れの構成例であっても、
室温環境下において記録の安定性がないという問題点や
、上記基板やＳｉＯ２層の熱拡散率が悪く、記録の際に
加熱部分の冷」が遅く、非晶質化が不充分であるという
問題点がある。このため、結晶部分と非晶質部分の反射
率変化が小さく、高い記録感度を得ることができないと
いう問題がある。

本発明は、上記事情に基づいたものであり、その目的は
、長期間に亘って安定した記録状態を維持できるととも
に、記録時における光ビーム照射部分の冷却速度を高め
ることができ、容易に光ビーム照射部分の非晶質イヒを
可能にする光記録媒体を提供することにある。

［発明の構成１（問題点を解決するための手段）そこで本発明の光記録媒体は、基体上に積層される記録
層を融点が３００℃乃至８００℃の原子半径効果化合物
で形成するとともに、基体と記録層との間に介在された
第１の温度コントロール層と、記録層上に積層された第
２の温度コントロール層とを有する構成とした。

（作用）融点が３００℃乃至８００℃の範囲にある原子半径効果
化合物は、記録情報に応じて変調された光ビームの照射
による溶解急冷によって照射部分が結晶質から非晶質へ
相転移し、記録ビット部が形成される。また、その結晶
化温度は空温以上であるので、非晶質化した記録ビット
部は室温で安定に存在する。

情報の記録の際、本発明では上記基板と記録層との間に
介在された第１の温度コントロール層と記録層上に積層
された第２の温度コントロール層とを熱拡散率の高い材
料で形成することにより、冷Ｗ速度が高くなり容易に非
晶質化される。

（実施例）第１図は本発明に係る光記録媒体の一実施例の断面を示
しており、この光記録媒体１は基板３と、記録層５と、
基板３と記録層５との間に介在された第１の温度コント
ロール層７ａと、記録層５上に積層された第２の温度コ
ントロール層７ｂとから成る円板上のものである。

基板３は、アクリル、ポリメタルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）、ポリカーボネート、エポキシ等の樹脂またはガ
ラスにより形成された透明基板である。

上記記録層５を形成する原子半径効果化合物は、成分原
子の原子半径の比が重要な因子となっている金属間化合
物であり、後述するような結晶構造を有するものがある
。また、この原子半径効果化合物は、合金の中でも特に
金属間の結合が強く、その薄膜はレーザビーム等の光ビ
ームによる溶融急冷によって非晶質化が可能である。

また、本発明者らの実験結果によれば、その薄膜は、温
度６０℃、相対湿度８ｏ％ＲＨ下の環境試験においても
、反射率、吸収率の化学特性が１力月以上も何ら変化し
ないことが確認されている。

非晶質は、液体が急冷された組織であり、金属間の結合
が強いものほど急冷で非晶質化し易い。

また、室温で非晶質が安定に存在するためには結晶化温
度が室温より高くなければならない。

一般に非晶質の結晶化温度は、絶対温度で表したその物
質の融点または液相温度の１／２へ２／３よりやや高い
温度であることが知られている［参照、作花著［ガラス
非晶質の科学Ｊｐ　５１゜内田老鴎圃（１９８３）］。

従って、非晶質の記録ビットが室温で安定に存在するた
めには、原子半径効果化合物の融点が３００℃以上であ
ることが望ましい。

また、光記録媒体としての使用を考えると、光記録媒体
上で出力５〜２０ｍＷ程度のレーザビームで記録消去で
きることが必要であり、そのためには原子半径効果化合
物の融点は８００℃以下であることが望ましい。

記録ビットを非晶質から結晶化して情報を消去する速度
は、高速化が望まれており、原子半径効果化合物は、非
晶質から結晶への相変化が短範囲の原子の移動によって
達成されるので、その結晶化速度が通常の合金ｆｌ１１
よりも極めて早い。

すなわち、一般に非晶質形成能があるとして知られてい
る共晶組成の合金は、固溶体と固溶体あるいは固溶体と
金属間化合物などの混合組成であるので、その結晶化で
は、それぞれの相の結晶化が起こり、２相分離を伴う。

その２相分離のために非晶質の結晶化では、原子の長範
囲の移動が必要となり、しかも２段階の結晶化となるた
め、その結晶化速度が遅い。一方、原子半径効果化合物
では、相分離を伴わず、短範囲の原子の移動で１段階で
結晶化するため、結晶化速度は極めて甲い。

このため記録ビットへのレーザビームパルスの照射によ
り高速消去が可能である。

原子半径効果化合物は、その結晶構造から分類すると、
Ｌ　ａｖｅｓ相、ＣｔｌＡｕ２型格子の化合物及び侵入
型化合物の３種が知られている。

（１゜２２５）の結晶構造を有し、ＭｇＣＵ２型格子、
Ｍ（ｌＺｎ２型格子、Ｍ（ｌＮｉ２型格子の３種の格子
を採るものが多い。

また、ＱｕＡＩＬ２型格子の化合物は、成分原子の間に
は周期律表上で相対位置に特定の成約がなく、成分原子
の原子半径比もかなり広い範囲にわたっているものが多
い。

ざらに、侵入型化合物は遷移金属の格子空隙に原子半径
の小さいＨ，Ｎ、Ｃなどの非金属原子が浸入した構造を
とるものである（参照、阿部著［金属組織学序論ＪＰ１
０９．コロナ社）。

原子半径効果化合物は、上述したいずれの結晶構造のも
のも、短範囲の原子の移動によってアモルファスから結
晶への相変化をする。

融点が３００℃から８００℃の範囲にある原子半径効果
化合物の代表的な実例を次表に示す。

以下余白（日本金属学会編［金属データブック］丸首より）第１
および第２の温度コントロール層７ａおよび７ｂは、基
板３より熱拡散率が大きい誘電体を１５００Ａ程度の厚
さで形成したものである。各温度コントロール層７ａ、
７ｂは、透明もしくは透明に近いこと、熱拡散率が基板
３に比べて大きいこと、およびレーザビームの照射によ
る加熱に対して物理的、化学的に変化しないこと等の条
件を満足する必要があり、これらの条件を満足する材料
としては、ＴｉＯ２やＭＧＯ等の誘電体が好適である。

ＴｉＣｈおよびＭｏＯは、熱拡散率ａがそれぞれ０．０
２２および０．９７　（ｃｍ２　／５ｅＣ）とアクリル
やガラスさらに５ｉ０２　（熱拡散率は０．００８）よ
り高い材料である。

以上の構成によれば、基板３側から記録層５に対して局
所的にレーザビームを短時間τだけ照射すると、記録層
５を形成する原子半径効果化合物はレーザビームのパワ
ーに比例した温度θまで加熱される。照射が終ると高温
になった原子半径効果化合物は周囲への熱の流出により
Ｃ＝θ／２τの冷却速度で温度が低下する。したがって
、照射部内の原子半径効果化合物は、レーザビームを強
くして短時間加熱したときは高速に、レーザビームを弱
くして長い時間加熱したときはゆっくりと冷却される。

すなわら、レーデビームの照射条件を選択することによ
り、記録層５の照射部の原子半径効果化合物を複素屈折
率の異なる非晶質層あるいは結晶層のいずれかの所望す
る状態にすることができる。その結果記録層５の照射部
をその部分の複素屈折率で決まる反射率Ｒに変換するこ
と、すなわち、情報の記録・消去ができる。また、原子
半径効果化合物の非晶質部分は室温で安定しているので
、長期間に日って記録・消去が可能となる。

本実施例において、各温度コントロール層７ａ。

７ｂは以下のような機能を有する。

パルス的なレーザビームの照射により温度が上昇した記
録層５の照射部（スポット部）は、レーザビームの照射
が停止すると記録層５の周辺および記録層５との接触面
への熱拡散により冷却されて温度が低下する。

一般に、記録層５の膜厚は上記スポット部の径に比べて
十分に小さいので、上記冷却の速度は記録層５と接して
いる材料の熱拡散率ａ　　（ｃｍ２　／５ｅＣ）にほぼ
比例する。上記基板３を形成するアクリルおよびガラス
の熱拡散率ａはそれぞれ０．００３　ｉＢよび０．０１
　（ｃｍ２　／ｓｅｃ　）であり、前記従来例の第５図
に示すように、記録・消去可能なｉｎ域が狭いので、記
録層５の非晶質化には不充分な値である。

従って、基板３と記録層５の間に介在された第１の温度
コントロール層７ａと記録層５上に積層された第２の温
度コントロールＷ７ｔｌとを熱拡散率ａＩｆｉ高い値の
材料を選択することにより、レーザビームの照射後のス
ポット部における冷却速度を高めることができる。

また、各温度コントロール層７ａ、７ｂは記録層５を酸
化等の腐食から防止する役目を果している。特に、第２
の温度コントロール層７ｂは、基板３側から照射される
レーザビームによる加熱で記録層５が蒸発して穴が形成
されるのを積極的に防止する保護層としても機能する。

第２図は本発明に係る光記録媒体の他の実施例を示して
おり、この光記録媒体１は前記第２の温度コントロール
否７ｂ上に金属反射層９を積層したちのである。この金
属反射層つとしては、Ａ９．。

Ｃｕ、△Ｕ等の材料から選択できる。この金属反射層９
により基ｆｉ３側から照射されたレーザビームＬのうち
、記録層５及び第２の温度コントロール層７ｂを通過し
た光が略全で反射され、この反射光Ｂと記録層５からの
反射光Ａとが、多重干渉し、大きな反射光量の変化が得
られる。その結果、結晶部分と非晶質部分との反射率変
化も大きくなり、記録感度が向上する。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例−１）基板３として、アクリル基板を使用し、このアクリル基
板上にＴｉＯ２から成る第１の温度コントロール層７ａ
をスパッタ法により膜厚１０００Ａで積層した。次いで
、スパッタ法によりこの第１の温度コントロール層７ａ
上に、原子半径効果化合物のＭＵＺｎ２合金薄膜を５０
ＯＡの厚さで積層して記録層５とした。

さらに、この記録層５上にＭ（１０から成る膜厚１００
０Ａの第２の温度コントロールＧ７ｂを第１の温度コン
トロール層７ａと同様の方法で積層した。

成膜直後の記録層５は非晶質状態であるため、基板３側
から出力５ｍＷのレーザビームの連続照射によりアニー
ルし、結晶化して第１図に示した光記録媒体１を得た。

このように形成された光記録媒体１にレーザビームを照
射し、そのパワー（ｎ＋Ｗ）とパルス幅（μＳｅＣ）を
変化させて、記録層５のビーム照射部分を非晶質化（記
録）した。

その結果を第３図に示す。

同図からも分かるように、基板３上に記録層５を直接積
層した第５図に示す従来例特性に比べ、大幅に記録・消
去可能領域が拡大することが判明した。また、例えば、
パワー５ｍ　ｗ、パルス幅１０μｓｅｃのレーザビーム
を照射した場合、従来例では記録層５に穴が形成される
が、本実施例では穴は形成されず、十分に記録・消去が
できることが判明した。

さらに光記録媒体１に出力１０ｍＷ、パルス幅６００　
ｎ５ｅｃの記録用レーザビームを照射して、非晶質化し
、次いで非晶質化した記録部分に出力５ｍＷ、パルス幅
４μｓｅｃの消去用レーザビ−ムを照射し、結晶化（消
去）した。このような記録／消去を繰り返し実行したと
ころ、約１０３回の記録／請人の繰り返し後であっても
、記録層５には何ら変化せず、安定して記録／消去がで
きることが判明した。また記録／消去のＳ／Ｎ比も初期
時と約１０３回の繰り返し後でほとんど変化しなかった
。

このように、本実施例によれば、記録／消去を繰り返し
行っても、レーザビームの照射により記録層５に蒸発に
よる穴の形成等が生ぜず、安定した記録／消去が可能と
なる。

（実施例−２）前記実施例−１の第２の温度コントロール層７ｂ上に金
属反射層つとしてＣ１層を厚さ１０００人で積層して第
２図に示した光記録媒体１を得た。

このようにして形成された光記録媒体１の記録層５の膜
厚を３５０人としたサンプルについて、記録前の結晶状
態と記録後の非晶質状態との反射率変化を調べ、金属反
射層９のないものと比較した。なお、記録層５の非晶質
化はパワー１０ｍ　Ｗ。

パルス幅６０００ＳｅＣのレーザビームを照射して行な
った。

その結果、金属反射層９が積層されていないものでは約
１５％の反射率変化しか（仔られなかったが、金属反Ｏ
Ａ層９が積層されているものでは約２５％の反射率変化
を得ることができた。これにより、反射光が重畳されて
多重干渉が行なわれ、金属反射層９がないものに比べ反
射光量の変化が増大していることが理解される。このた
め、膜厚の薄い部分でも高い反ｒ：Ｊ１率変化を１ｑる
ことかできた。

なお、実際の使用には、第１図に示した第２の温度コン
トロール層７ｂ上および第２図に示した実施例−２の金
属反射層９上に紫外線硬化樹脂層をｇＩ層して、切用時
の機械的強度を増すように溝成すればよい。

〔発明の効果］以上説明したように本発明の光記録媒体によれば、記録
層を融点が３００℃乃至８００℃の原子半径効果化合物
で形成するとともに、基体と記録層との間に介在された
第１の温度コントロール層と、記録層上に８！ｉ層され
た第２の温度コントロール層とを有する構成とした。こ
のため、長期間に日って安定した記録状態を維持できる
とともに、記録時における光ビーム照射部分の冷却速度
を高めることができ、ビーム照射部分の非晶質化が容易
となる。

また、原子半径効果化合物は非晶質から結晶質への相変
化が通常の合金材料に比べて速いので、記録情報の高速
消去が可能となる。

さらに、基体側からの光ビームの照射による記録層の加
熱の際、第２の湿度コントロール層により、記録層の蒸
発による穴の形成等が防止され、光記録媒体の耐久性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光記録媒体の一実施例の構成図、
第２図は本発明に係る光記録媒体の他の実施例の構成図
、第３図は第１図実施例の記録・消去特性を示す図、第
４図は従来例の構成図、第５図は従来例の記録・消去特
性を示す図である。１・・・光記録媒体３・・・基板５・・・記録層７ａ・・・第１の温度コントロール層７ｂ・・・第２の温度コントロール層９・・・金属反射層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体上に積層され、融点が３００℃乃至８００℃
の原子半径効果化合物で形成された記録層と、前記基体と記録層間に介在された第１の温度コントロー
ル層と、前記記録層上に積層された第２の温度コントロール層と
を有することを特徴とする光記録媒体。
（２）前記記録層はＡｕＰｂ＿２、ＰｄＧａ＿５、ＫＰ
ｂ＿２、Ａｕ＿２Ｐｂ、ＫＢｉ＿２、ＭｇＺｎ＿２、Ｍ
ｇ＿２Ｂａ、Ａｕ＿２Ｂｉ、Ｍｇ＿２Ｓｒ、Ｍｇ＿２Ｃ
ａ及びＭｎＳｎ＿２のいずれかの原子半径効果化合物で
形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の光記録媒体。
（３）前記第２の温度コントロール層上に金属反射層を
積層したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の光記録媒体。
（４）前記各温度コントロール層は前記基体より大きな
熱拡散率をもつ誘電体で形成されたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の光記録媒体。
（５）前記各温度コントロール層はＴｉＯ＿２、ＭｇＯ
のいずれかの誘電体で形成されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の光記録媒体。