(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを照射することにより記録層材料に光学的な変化を生じさせ、情報の記録、再生を行なう相変化光記録媒体において、記録層を、アモルファス（非結晶）と結晶の相変化を生ずる薄膜が少なくとも２層からなる多層膜構成とすると共に、隣接する記録層の転移線速が異なり、隣接する少なくとも２以上の記録層において、記録線速に対する反射率の特性が異なり、隣接する少なくとも２以上の記録層に照射するＤＣ光のレベルによって記録線速に対する反射率の特性が変動し、隣接する少なくとも２以上の記録層の膜厚が記録あるいは再生に用いる光学系の焦点深度の２倍以下の範囲であることを特徴とする記録媒体であって、隣接する記録層の記録材料の組成比が異なることを特徴とする記録媒体。
【請求項２】
請求項１記載の相変化光記録媒体において、記録層を、中間層を介してアモルファス（非結晶）と結晶の相変化を生ずる薄膜が少なくとも２層からなる多層膜構成とすることを特徴とする記録媒体であって、中間層を介して隣接する記録層の記録材料の組成比が異なることを特徴とする請求項１記載の記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載のアモルファス（非結晶）と結晶の相変化を生ずる薄膜は、Ｓｂ、Ｔｅを必須とし、さらにＡｇ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｄｙ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｉの中から選ばれる少なくとも一種類以上の元素を含有することを特徴とする請求項１または２記載の記録媒体。
【請求項４】
請求項１記載の相変化を生ずる薄膜と反応性を持たない中間層の材料は、金属・半金属炭化物、金属・半金属窒化物、あるいは金属・半金属酸化物で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の記録媒体。
【請求項５】
請求項１記載の相変化を生ずる薄膜と反応性を持たない中間層の材料は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、あるいはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の記録媒体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の記録媒体に対し記録を行う際の光ビームは照射パワーがＰｗ＞Ｐｅ＞Ｐｂとなる条件の３値を用いて記録し、Ｐｗを変調すると同時にＰｅも変調することを特徴とする記録方法。
【請求項７】
前記Ｐｅをパルス状に変調して記録を行うことを特徴とする請求項６記載の記録方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の記録媒体に対し記録を行う際の光ビームは照射パワーがＰｗ＞Ｐｅ＞Ｐｂとなる条件の３値を用いて記録する手段、Ｐｗを変調すると同時にＰｅも変調する手段を有することを特徴とする記録装置。
【請求項９】
前記Ｐｅをパルス状に変調して記録を行うことを特徴とする請求項８記載の記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを照射することにより記録層材料に光学的な変化を生じさせ、情報の記録、再生を行ない、かつ書換えが可能な相変化光記録媒体、その記録方法および装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
従来提案されている多層式の光ディスクの方式は、各記録面にトラッキング情報を固定情報として設け、このトラッキング情報が書かれた記録面に対しデータを記録再生する方式である。
このため、各記録面に案内溝などのトラッキング情報を設ける必要があり、光記録媒体の製造プロセスが複雑になってしまい、コスト高になってしまう問題点があった。
これを解決するために、特許第２８３５０７４号公報には、少なくとも３層の記録面を重ね合わせた構造の光記録媒体に対し、データの記録再生を行う多層式光ディスク装置において、前記記録面の少なくとも一つに設けられたトラッキング用の固定情報に基づいてトラッキングを行い、該固定情報が設けられた記録面とは異なる記録面上でデータの記録再生を行ったのち、該データをトラッキング情報としてトラッキングを行い、上記した各記録面とは異なる記録面上でデータの記録再生を行うことが可能な光ピックアップを備えたことを特徴とする多層式光ディスク装置について記載され、ピックアップは、複数の光ビームをそれぞれ異なる前記記録面に集光させることにより、アドレス情報と他の面の記録情報とを記録再生可能とする多層式光ディスクの実現方法について記載されている。
しかし、この方法では２つのビームを用い、各記録層に個別に焦点を合わせ、片方のビームは弱いパワーでアドレスおよびトラッキング情報を再生し、もう一方のビームは高パワーにして記録する必要があるため、少なくとも各記録層を用いるビームは焦点深度以上に配置し、さらに記録時の熱の干渉を防ぐ目的から、現在のＤＶＤの波長では各記録層間を少なくとも２０μｍ以上にする必要があると考えられる。
このような厚いフィルム層を２層以上積層するために、スピンコートなどにより樹脂をコーティングする場合には、ディスク全面に渡って均一性を確保するのが非常に難しく、実現できてもコスト高になってしまう恐れがある。また、薄いフィルムを貼り合わせて用いることも考えられるが、プロセスが複雑になってしまい低コストな製造プロセスといえなくなってしまうという欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高密度書き換え可能な光記録媒体、その記録方法および装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、光ビームを照射することにより記録層材料に光学的な変化を生じさせ、情報の記録、再生を行なう相変化光記録媒体において、記録層を、アモルファス（非結晶）と結晶の相変化を生ずる薄膜が少なくとも２層からなる多層膜構成とすると共に、隣接する記録層の転移線速が異なり、隣接する少なくとも２以上の記録層において、記録線速に対する反射率の特性が異なり、隣接する少なくとも２以上の記録層に照射するＤＣ光のレベルによって記録線速に対する反射率の特性が変動し、隣接する少なくとも２以上の記録層の膜厚が記録あるいは再生に用いる光学系の焦点深度の２倍以下の範囲であることを特徴とする記録媒体であって、隣接する記録層の記録材料の組成比が異なることを特徴とする記録媒体に関する。
本発明の第２は、請求項１記載の相変化光記録媒体において、記録層を、中間層を介してアモルファス（非結晶）と結晶の相変化を生ずる薄膜が少なくとも２層からなる多層膜構成とすることを特徴とする記録媒体であって、中間層を介して隣接する記録層の記録材料の組成比が異なることを特徴とする請求項１記載の記録媒体に関する。
本発明の第３は、請求項１記載のアモルファス（非結晶）と結晶の相変化を生ずる薄膜は、Ｓｂ、Ｔｅを必須とし、さらにＡｇ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｄｙ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｉの中から選ばれる少なくとも一種類以上の元素を含有することを特徴とする請求項１または２記載の記録媒体に関する。
本発明の第４は、請求項１記載の相変化を生ずる薄膜と反応性を持たない中間層の材料は、金属・半金属炭化物、金属・半金属窒化物、あるいは金属・半金属酸化物で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の記録媒体に関する。
本発明の第５は、請求項１記載の相変化を生ずる薄膜と反応性を持たない中間層の材料は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、あるいはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の記録媒体に関する。
本発明の第６は、請求項１〜５のいずれかに記載の記録媒体に対し記録を行う際の光ビームは照射パワーがＰｗ＞Ｐｅ＞Ｐｂとなる条件の３値を用いて記録し、Ｐｗを変調すると同時にＰｅも変調することを特徴とする記録方法に関する。
本発明の第７は、前記Ｐｅをパルス状に変調して記録を行うことを特徴とする請求項６記載の記録方法に関する。
本発明の第８は、請求項１〜５のいずれかに記載の記録媒体に対し記録を行う際の光ビームは照射パワーがＰｗ＞Ｐｅ＞Ｐｂとなる条件の３値を用いて記録する手段、Ｐｗを変調すると同時にＰｅも変調する手段を有することを特徴とする記録装置に関する。
本発明の第９は、前記Ｐｅをパルス状に変調して記録を行うことを特徴とする請求項８記載の記録装置に関する。
【０００５】
本発明は、特許第２８３５０７４号公報のように各隣接記録層間の距離を確保する必要がなくなり、製造法が容易な多層記録層を有する書き換え型記録媒体を提供しようとするものであり、かつ特開平８−２２６４４号公報などに示されるＡｇ・Ｉｎ・Ｓｂ・Ｔｅ系記録材料をベースに隣接する記録層に異なる組成比の材料を用い、多記録層記録媒体を実現することによってさらに高密度化が可能となる手段を提供するものである。
【０００６】
図１は本発明の記録媒体の構造を示す概略図であり、記録層を３層積層した構成の１例である。すなわち、基板１上に第１誘電体層２、第１記録層３、記録層中間層４、第２記録層５、記録層中間層６、第３記録層７、第２誘電体層８、および反射層９からなる記録媒体である。
多層光ディスクの概念は従来からあるものの、相変化材料の特性と製造上の問題からまだ実現された例はない。
【０００７】
本発明者らは、先の出願(特願２００１−４１０１０号)で、特開平８−２２６４４号公報などに示されるＡｇ・Ｉｎ・Ｓｂ・Ｔｅ系記録材料をベースにして、その構成元素や組成を変えることで、レーザー光のＣＷ照射(ＤＣ光と呼ぶ)により反射率がハイレベルからローレベルに転移する線速範囲が設計可能であることを開示した。
たとえば、Ａｇ・Ｉｎ・Ｓｂ・Ｔｅを用いる場合、転移線速領域を高速にしようとする場合には、ＩｎやＳｂの組成比を増加し、低速にしようとする場合にはＡｇやＴｅの組成比を増加することで設計可能であり、その他添加する元素によっても、調整可能である。
本発明は、近年記録スピードの向上において進展が顕著であるＳｂの含有量が大きい系の相変化記録材料を用いて隣接する記録層に異なる組成比の材料を同一焦点内に配置する多記録層ディスクを実現し、1ビームの照射によって隣接する記録材料をアモルファス状態あるいは結晶状態の２状態を同時に実現することによってさらに高密度化が可能となる手段を提供するものである。
本発明者等はＡｇ・Ｉｎ・Ｓｂ・Ｔｅ系記録材料の転移線速特性について更に研究を進めた結果、この線速がＤＣ光のパワー依存性を持つことを発見した。この転移線速のハイレベル（低速）側では記録材料は結晶相であるが、ローレベル（高速）側ではＤＣ光照射によりアモルファス相が形成されている。
本発明は、このような特性の材料と記録層を隣接して多層配置する組み合わせにより、より高密度な情報を記録可能にする光記録媒体の手段を開示するものである。例えば、二層の記録層を考慮し、第１記録層の反射率ハイレベル線速範囲＜  第２記録層の反射率ハイレベル線速範囲と仮定し、それぞれにおいて情報を記録するためのパルス光を照射した際にそれぞれの線速でどのような反射率信号が得られるかについて図に基づいて説明する。
【０００８】
図２は、本発明の基本動作を説明する模式図である。図２（１）は第２記録層低ＤＣ光照射時を説明する模式図であり、図２（２）は第２記録層高ＤＣ光照射時を説明する模式図である。
図２（１）において、ａの線速では第１記録層と第２記録層はともにＤＣ光照射時にはハイレベルになる線速領域である。これに対し図下段に示すようなパルスを照射すると、ともにＰｗのパルスの後端にアモルファスマークが作られるため、それぞれの反射率は中段に示すようなレベルとなる。ここで、Ｐｗは、書き込みパワーであり、記録材料の融点近傍以上に記録層の温度上昇が可能なパワーである。Ｐｅは消去パワーであり、上述したＤＣ光に相当するパワーである。
具体的には記録材料の結晶化温度以上で融点に達しない温度まで記録層を加熱できるパワーであり、ハイレベルの線速範囲では記録層は結晶相となるパワーである。さらに、Ｐｂはボトムパワーであり、記録材料の結晶化温度以下であるが、実際はほぼゼロパワーに近い値である。
記録材料は、aの線速領域ではＰｗにより融点まで加熱された後にＰｂまで冷却されることによってアモルファスがクエンチされて形成される。この場合Ｐｅではどちらも反射率はハイレベルであるので、第１記録層と第２記録層信号はどちらもＰｗパルス光後端に小さなアモルファス記録マークができることがわかる。
アモルファスマークの大きさをコントロールするためにはＰｗのパルスの数を増やすことによって可能となる。
このような記録マークの長さのコントロール方法は本発明のような相変化材料を記録層に用いる場合に、一般的な手段である。
【０００９】
ところが、ｂの線速範囲では、転移線速の大きい材料である第２記録層は反射率ハイレベルの線速領域であるが、第１記録層はローレベルとなる線速範囲である。この場合、ａと同様なパルス光を照射した場合には、第２記録層は上述したａの線速での状況と同じようにＰｗパルス後端に小さなアモルファスマークが形成されるのに対し、第１記録層では、上述したＤＣ光と同様のパワーレベルであるＰｅがある期間照射されているので、この照射時間に従った長さのアモルファスマークができることになる。
図２(２)はさらに、Ｐｅを高くして記録を行った場合の状況を示すものである。ＤＣ光レベルを高くするとこの記録材料系においては、転移線速範囲が低速側にシフトすることを本発明者らは、実験により確認している。図２(２)の場合では、第１、第２記録材料とも高線速側のｂ領域(低Ｐｅと同じ線速度)ではともにローレベルとなる線速範囲であるため、どちらもＰｅの照射時間に従った長さのアモルファスマークができる条件である。また、ａの線速では、図２（１）のｂと同様に第１記録層はＰｅの照射時間に従った長さのアモルファスマーク、第２記録層ではＰｗパルス後端に小さなアモルファスマークが形成される。
【００１０】
以上のように、異なる転移線速の記録材料層を用いる光ビームの焦点深度内となるように近接して配置し、Ｐｅレベルを制御することによって、少なくとも３種類の多値記録情報が得られることになる。これらの組み合わせ変調や、それぞれの記録状態は、現在光記録システムにおいて用いられているマークの長さ変調なども同時に適用可能であるため、本発明によれば記録可能な情報量が飛躍的に向上できる。
【００１１】
図３は、本発明の３層構成を有する記録媒体の動作を説明する模式図である。
図３（１）は、低ＤＣ光照射時、図３（２）は、中ＤＣ光照射時、図３（３）は、高ＤＣ光照射時の動作を説明する模式図である。これは図２における２層構成の記録媒体を３層に拡張した例である。この場合は４種の多値情報が得られることになる。したがって本発明の多層構成においては、層数ｎによってｎ＋１の多値情報が得られることがわかる。
【００１２】
図４は、本発明の記録媒体に記録を行った際の記録層の結晶状態とこの反射率差をモニタすることによって得られる再生信号波形を示す模式図である。記録マーク間のスペースの変調はマークに比較しサイズは大きくなってしまうが、Ｈｉｇｈ、Ｍｉｄ、Ｌｏｗの３値レベルの多値情報と記録マークの長さ変調が可能となる記録媒体が得られることを示す。
【００１３】
図５は、本発明の記録媒体を用いる記録装置を示す模式図である。
本発明の記録媒体の記録再生にあっては、従来用いられている制御回路技術で十分対応が可能であり、図５に示す模式図においても、主要な構成は従来例とはあまり変わらないものであるといえる。
この記録装置に特徴的な部分は、ピックアップからの受光信号検知回路部分において、多層レベルの信号を扱える手段が施してなる。さらに、記録パルス光の制御部分においてＰｅの制御部分は２値以上のパルスを生成可能な回路とする必要があるため、Ｐｅの制御部に多値信号を扱える機能を付加する必要がある。したがって、この部分は回路規模としては従来のものより大規模で複雑な制御が求められる。
Ｐｅの多値化方法は、図２において説明したとおりである。記録層の層数の増加によりｎ＋１の多値制御が必要になる。
さらに従来に比較して、Ｐｅの変調が多値化されるため、ＬＤ駆動信号を作り出すためのＬＤ駆動信号演算部も多値信号を扱うことが可能な回路手段が必要となり、従来のものより大規模で複雑なものが必要になる。
しかしながら、現在の記録装置においては、このような制御部分はほとんどがＬＳＩ化されているため、Ｐｅ多値情報の演算および制御回路を追加することは、設計の追加により容易であると考えられる。
【００１４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定するものではない。
【００１５】
実施例１
記録に用いる光ビームのトラッキング用の蛇行溝を有するポリカーボネート基板１上に、ＳｉＯ２  ２０ｍｏｌ％のＺｎＳ・ＳｉＯ２混合ターゲットを用いる第１の誘電体層を７０ｎｍ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｇｅを含む第１記録層を７ｎｍ、ＳｉＣを３ｎｍスパッタ法によりデポジションし、さらにこの上にＡｇ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｇｅを含む第２記録層を７ｎｍ、ＳｉＣを３ｎｍ、第３記録層を７ｎｍ、ＳｉＣを３ｎｍと記録層と中間層を３層形成した。この上に第１誘電体層と同じ材料の第２誘電体層を１２ｎｍ、ＳｉＣ・ＳｉＯ２の混合ターゲットを用いる誘電体層を１０ｎｍ、Ａｌ合金ターゲットを用いる反射層１５０ｎｍをスパッタ法により成膜し、樹脂層をスピンコーティング後に基板を貼り合わせ、１１０Ｗ／ｓｅｃディスクのパワー条件にてイニシャライズ工程を施して相変化光記録媒体を作成した。
イニシャライズ工程では各記録層の転移線速領域より低速側で初期化した。
各層の製膜条件はスパッタ装置を用い、第１および第２誘電体層：投入電力３ｋＷ、Ａｒガス圧力（製膜室気圧）２ｍＴｏｒｒ、相変化記録膜：投入電力１ｋＷ、Ａｒガス圧力（製膜室気圧）２ｍＴｏｒｒ、中間層：投入電力１ｋＷ、Ａｒガス圧力（製膜室気圧）２ｍＴｏｒｒ、反射膜：投入電力９ｋＷ、Ａｒガス圧力（製膜室気圧）２ｍＴｏｒｒとした。
なお、各層の製膜条件はこの条件に限られず、誘電体層、記録層、中間層、反射層は各種気相成長法、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法等により形成できる。
記録層の組成は、
第１記録層の組成は、Ａｇ：５原子％、Ｉｎ：３原子％、Ｓｂ：６０原子％、Ｔｅ：２９原子％、Ｇｅ：３原子％のものを使用し、
第２記録層は、Ａｇ：１原子％、Ｉｎ：５原子％、Ｓｂ：６８原子％、Ｔｅ：２４原子％、Ｇｅ：２原子％
第３記録層は、Ｉｎ：９原子％、Ｓｂ：７１原子％、Ｔｅ：１８原子％、Ｇｅ：２原子％
の組成の記録材料を採用した。
このようにして作成した光ディスクに対し、記録線速度を１０ｍ／ｓｅｃの条件により、Ｐｗ＝ ２０ ｍＷ、 Ｈｉｇｈ Ｐｅ ＝１２ｍＷ、Ｌｏｗ Ｐｅ＝ ６ｍＷの条件でパルスを任意に作成し、記録を行い、記録後の再生信号をモニタしたところ、図４下段に示すものと同様な結果を得た。
【００１６】
用いる記録組成範囲としては、先の出願（特願２００１−４１０１０号）において示したように、線速を早くする元素や遅くする元素の添加や、Ｓｂ・Ｔｅ組成比を変えることにより種々選択が可能である。
具体的にはこの材料系はＣＤの基本線速である１．２ｍ／ｓｅｃの対応から現在では１２倍速の２４ｍ／ｓｅｃまで製品化が測られており、さらに高速化の開発が行われている。本発明者らはこの材料系においては、３０ｍ／ｓｅｃ以上の線速での記録再生も対応可能と考えている。
使用可能な記録層の組成は、基本となるＳｂ・Ｔｅに関しては、Ｓｂ：６０〜８５原子％、Ｔｅ：１５〜４０原子％、であり、これに対し他の元素を添加可能な組成範囲としては、ＡｇやＧｅなどの線速を下げる効果がある元素：０〜１５原子％、ＩｎやＧａなどの線速を上げる効果のある元素の添加量を１〜１５原子％、とすることにより１から４０ｍ／ｓｅｃ程度の広い線速の制御が可能になる。
【００１７】
中間層にはＳｉＣを用いたが、炭化物の他に金属酸化物、チッ化物や金属など記録層に用いる材料と反応性を持たない材料が使用可能である。特に、ＳｉＣのほかＡｌＮ、ＳｉＮ、あるいはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）で中間層が構成されることが好ましい。記録層と反応生成物を形成する場合や合金化する材料の場合にはビーム照射の繰り返しによってその記録線速範囲に変化を生じてしまい、本発明の光記録が行えなくなってしまう恐れがある。
【００１８】
その他の保護層や金属反射層に関しては、現在光ディスクにおいて広く用いられているＺｎＳやＳｉ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒの酸化物や窒化物などを用いることが可能であり、反射層に関しては更にＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒやその合金等を用いることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、従来の２値記録に加えて記録マーク間のスペース部分に記録信号を付加できるために記録密度を向上することができ、本発明の記録方法および装置により、本発明の光記録媒体に従来の２値化信号に付加してスペース部分に変調信号を重畳するシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３層構成の記録層を有する記録媒体を示す概略図である。
【図２】本発明の基本動作を説明する模式図である。
（１）は、第２記録層低ＤＣ光照射時を説明する模式図である。
（２）は、第２記録層高ＤＣ光照射時を説明する模式図である。
【図３】本発明の３層構成を有する記録媒体の動作を説明する模式図である。
（１）は、低ＤＣ光照射時の動作を説明する模式図である。
（２）は、中ＤＣ光照射時の動作を説明する模式図である。
（３）は、高ＤＣ光照射時の動作を説明する模式図である。
【図４】本発明の記録媒体に記録を行った際の記録層の結晶状態とこの反射率差をモニタすることによって得られる再生信号波形を示す模式図である。
【図５】本発明の記録媒体を用いる記録装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１  基板
２  第１誘電体層
３  第１記録層
４  中間層
５  第２記録層
６  中間層
７  第３記録層
８  第２誘電体層
９  反射層
ａ  第１記録線速
ｂ  第２記録線速
Ｐｗ  書き込みパワー
Ｐｅ  消去パワー
Ｐｂ  ボトムパワー
【図１】
0004117874.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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