(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備えた光学的情報記録媒体であって、
前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層、上側保護層、反射層及び透過率向上層をこの順に備えた多層薄膜からなり、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域における反射率より高く、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上であることを特徴とする光学的情報記録媒体。
【請求項２】
前記マークを形成した領域が非晶質状態であり、前記マークを形成していない領域が結晶状態である請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
【請求項３】
前記光ビームの波長が５００ｎｍ以下である請求項１または２に記載の光学的情報記録媒体。
【請求項４】
前記第１情報層が、前記下側保護層と前記記録層との間の界面及び前記記録層と前記上側保護層との間の界面から選ばれる少なくとも一方に、さらに界面層を備えた請求項１〜３のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
【請求項５】
前記記録層の膜厚が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
【請求項６】
前記記録層が少なくともＧｅ、Ｓｂ及びＴｅを含む請求項１〜５のいずれかに記載の光学的情報記録媒体。
【請求項７】
前記記録層に含まれるＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの原子比Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅをｘ：ｙ：ｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）と表示したときに、０．１０≦ｘ≦０．５０及び０．４０≦ｚ≦０．６０である請求項６に記載の光学的情報記録媒体。
【請求項８】
第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備える光学的情報記録媒体の製造方法であって、
前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層、上側保護層、反射層及び透過率向上層をこの順に備えた多層薄膜からなり、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域における反射率より高く、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上であり、
前記第１基板上に前記第１情報層を、前記第２基板上に前記第２情報層をそれぞれ積層する成膜工程と、前記第１情報層及び前記第２情報層を記録可能な初期状態にする初期化工程と、
前記第１情報層と前記第２情報層とが向かい合うように前記分離層を介して前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる密着工程とを含み、
前記成膜工程において、前記記録層を希ガス及び窒素を必須成分とする雰囲気中で成膜することを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法。
【請求項９】
第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備える光学的情報記録媒体の記録再生方法であって、
前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層、上側保護層、反射層及び透過率向上層をこの順に備えた多層薄膜からなり、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域における反射率より高く、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上であり、
前記光ビームの波長が５００ｎｍ以下であり、
前記第１情報層及び前記第２情報層に、前記第１基板側から入射した前記光ビームによって前記マークを形成及び検出することにより、
情報の記録及び再生を行うことを特徴とする光学的情報記録媒体の記録再生方法。
【請求項１０】
第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備える光学的情報記録媒体の記録再生装置であって、
前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層、上側保護層、反射層及び透過率向上層をこの順に備えた多層薄膜からなり、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域における反射率より高く、
前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、
前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上であり、
波長５００ｎｍ以下の前記光ビームを発生させる光源と、
前記第１情報層及び前記第２情報層に前記第１基板側から入射した前記光ビームによって前記マークを形成及び検出するための層認識手段及び層切り替え手段とを備えたことを特徴とする光学的情報記録媒体の記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された薄膜に、レーザー光等の高エネルギービームを照射することにより、信号品質の高い情報信号を記録・再生することのできる光学的情報記録媒体とその製造方法、記録再生方法及び記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板上に形成したカルコゲン材料等の薄膜にレーザー光線を照射して局所的な加熱を行い、照射条件の違いにより光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）の異なる非晶質相と結晶相との間で相変化させることが可能であることが知られており、この現象を応用した、いわゆる相変化型の光学的情報記録媒体の開発が行われてきた。
【０００３】
相変化型の光学的情報記録媒体においては、単一のレーザービームのみを使い、レーザー出力を記録レベルと消去レベルの２レベル間で情報信号に応じて変調し情報トラック上に照射することにより、既存の信号を消去しつつ新しい信号を記録することが可能である。この方法は光磁気記録等と違って、磁気回路部品が不要なことからヘッドが簡素化できる点、さらに、記録と消去が同時に行えるため書換時間を短縮できる点で情報の記録に有利である。
【０００４】
こういった光学的情報記録媒体においては、繰り返し使用する際の記録層の蒸発、基板の熱変形等を防止する目的で耐熱性に優れた誘電体等を保護層として記録層の上下に設け、更に、基板と反対側の保護層の上に入射光を効率良く使い、冷却速度を向上させて非晶質化しやすくする目的で金属材料等の反射層を設けた４層以上の材料薄膜層を積層した構成が一般的である。
【０００５】
相変化型の光学的情報記録媒体を高密度化・大容量化する手段としては、記録に用いる光源の短波長化、対物レンズの高ＮＡ（開口数）化などによってより小さいマークを形成し、記録マークの基板上における周方向の線密度及び径方向のトラック密度を向上させるのが一般的である。また、線密度向上のためにマークの長さに情報を持たせるマークエッジ記録が、トラック密度向上のために基板上に設けられたレーザー光案内用の溝であるグルーブとその案内溝間のランドの両方を記録トラックとするランド＆グルーブ記録が、それぞれ提案され、導入されている。
【０００６】
そしてさらに、このような記録可能な情報層を分離層を介して複数積層し、容量を倍増させた記録媒体（特開平９−２１２９１７号公報、特表平１０−５０５１８８号公報等）、及びこのような複数の情報層のいずれか一つを選択して記録再生を行うための層認識手段及び層切り替え手段（特表平１０−５０５１８８号公報等）が提案されている。
【０００７】
また、高密度化のみならず、情報処理速度、すなわち情報の記録再生の速度を向上させることも重要で、そのために同じ半径位置でも高い回転数でディスクを回転させて記録再生を行う高線速度化も検討が進められている。
【０００８】
このような光学的情報記録媒体においては、良好で実用的な信号品質・記録再生特性を得るために幾つかの課題があり、対策が講じられている。
【０００９】
まず、大きな信号振幅及び高いＣ／Ｎ比を得るためには、結晶−非晶質間の反射率変化が大きくなくてはならない。そのためには、波長λのレーザー光線に対する記録層が結晶及び非晶質の場合のディスクの反射率をそれぞれＲｃ及びＲａとして、反射率差ΔＲ＝Ｒｃ−Ｒａの絶対値が大きいことが必要である。
【００１０】
また、単一ビームによるオーバーライトの場合、記録前の下地が非晶質の場合と結晶の場合とでは、結晶では溶融に融解潜熱を要するため、同じパワーのビームを照射しても到達温度の差が生じ、このため、オーバーライト時にオーバーライト前の信号の影響を受けてマーク形状の歪みが生じてしまう。これにより、消去率の低下や再生信号の時間軸方向の誤差（ジッタ）の増大が起こってしまう。この現象は高線速度になるほど顕著になり、高密度になるほど影響が大きくなる（例えば、Noboru Yamada,“Potential of Ge-Sb-Te Phase-Change Optical Disks for High-Data-Rate Recording”,Optical Data Storage '97,Proceedings of SPIE,Vol.3109,28(1997)）。この課題を解決するために、結晶部及び非晶質部に同じパワーのビームを照射した場合の両者の到達温度を等しくする方法が提案されている（特開平１−１４９２３８号公報等）。この方法によると、波長λのレーザー光線に対する記録層が結晶及び非晶質の場合の記録層の吸収率をそれぞれＡｃ及びＡａとして、吸収率比Ａｃ／Ａａが、結晶部の融解潜熱分を補償するために、少なくとも１より大きいこと（Ａｃ／Ａａ＞１）が必要である。
【００１１】
ΔＲの絶対値を大きくするには、Ｒｃ＞Ｒａ、すなわちΔＲが正の値をとる反射率減少型と、Ｒｃ＜Ｒａ、すなわちΔＲが負の値をとる反射率増加型の２つがある。反射率減少型では、Ｒｃを大きくしやすいのでベースとなる反射率を高くでき、Ｒａをほとんど０にできるため、信号のコントラストを大きくできるという利点がある。しかし、同時にＡｃ／Ａａも大きくするためには入射光の一部を透過させるか、または記録層以外に吸収させるかのどちらかが必要となり、入射光を効率よく利用する上で、また、光学設計上の自由度の点で不利である。一方、反射率増加型では、ΔＲの絶対値を大きくするほどＡｃ／Ａａも同時に大きくなるため、入射光の一部を透過させたり、記録層以外に吸収させたりする必要がなく、入射光を効率よく利用する上で、また、光学設計上の自由度の点で有利である。
【００１２】
このような反射率増加型の記録媒体の構成例としては、基板上にＡｕなどの半透過性の光干渉層、下側保護層、記録層、上側保護層、反射層の少なくとも５層をこの順に設け、特に前記光干渉層による光の干渉効果を利用して反射率増加型でΔＲの絶対値を大きくする構成（特開平７−７８３５４号公報、特開平７−１０５５７４号公報、特開平７−２６２６０７号公報等）等が開示されている。
【００１３】
ところで、前述のような情報層を複数備えた記録媒体では、レーザー光入射側からみて奥側に位置する第２情報層に対しては、手前側に位置する第１情報層を透過した光で記録再生を行う。したがって、第１情報層には高い透過率、第２情報層には高い記録感度と高い反射率が求められる。
【００１４】
このような課題に対して、第１情報層は反射層を有さない反射率減少型、第２情報層は光入射側に半透明層を設けた反射率増加型としたディスク構成も提案されている。そうすることで、第１情報層及び第２情報層の｜ΔＲ｜及びＡｃ／Ａａ、第１情報層の透過率、第２情報層の感度及び反射率をいずれも高くでき、良好な記録再生特性が得られる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者の計算によれば、第１情報層としては、前述のごとく｜ΔＲ｜及びＡｃ／Ａａを同時に大きくするという観点からは、反射率増加型記録媒体を適用する方が光学設計上は有利であるという結論が得られた。しかし、従来の反射率増加型記録媒体は、記録層及び／または反射層が厚く、ほとんど透過率が得られないものであった。即ち、透過率の高い反射率増加型記録媒体を考案し、多層記録媒体の第１情報層に適用することが可能かつ有効であることは示されていない。
【００１６】
また、赤色レーザー光での記録再生による高密度化はほぼ限界の域に達している。そこで新たな高密度化の手段として、青色レーザー光を用いて、より小さなビームスポットでの記録密度向上が検討されつつある。ここで課題となるのは、記録層の光学定数、すなわち屈折率ｎ及び消衰係数ｋに波長依存性があることである。例えば、最も代表的な記録材料であるＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅは、赤色光波長域では、ｎ、ｋともに結晶状態での値が非晶質状態での値よりも大きいが、青色光波長域では非晶質状態のｎが結晶状態のｎよりも大きく、大小が逆転してしまう。これにより、例えば前述の構成では、特に第１情報層で｜ΔＲ｜、Ａｃ／Ａａ、及び透過率をいずれも大きくすることが困難となる。青色光波長域に限らず、他の材料でも非晶質状態のｎよりも結晶状態のｎが大きい場合は、同様の課題がある。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決し、高密度・高線速度なオーバーライトにおけるＣ／Ｎ比、消去率がいずれも高い情報層を複数備えた光学的情報記録媒体を提供することを目的とする。また、この光学的情報録媒体の製造方法と、この光学的情報記録媒体の記録再生方法および記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学的情報記録媒体は、第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備え、前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層及び上側保護層をこの順に備えた多層薄膜からなり、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域（マーク領域）における反射率が、前記マークを形成していない領域（スペース領域）における反射率より高く、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上であることを特徴とする。
【００１９】
上記光学的情報記録媒体においては、マークを形成した領域が非晶質状態であり、マークを形成していない領域が結晶状態であることが好ましい。また、上記光学的情報記録媒体においては、光ビームの波長が５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第１情報層が、上側保護層の分離層側に、さらに反射層を備えていることが好ましい。また、第１情報層が、反射層の分離層側に、さらに透過率向上層を備えていることが好ましい。また、第１情報層が、下側保護層と記録層との間の界面及び記録層と上側保護層との間の界面から選ばれる少なくとも一方に、さらに界面層を備えていることが好ましい。
【００２０】
また、上記光学的情報記録媒体においては、記録層の膜厚が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。また、記録層が少なくともＧｅ、Ｓｂ及びＴｅを含むことが好ましい。また、記録層に含まれるＧｅ、Ｓｂ及びＴｅの原子比Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅをｘ：ｙ：ｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）と表示したときに、０．１０≦ｘ≦０．５０及び０．４０≦ｚ≦０．６０であることが好ましい。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明の光学的情報記録媒体の製造方法は、第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備え、前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層及び上側保護層をこの順に備えた多層薄膜からなり、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域の反射率より高く、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上である光学的情報記録媒体の製造方法であって、前記第１基板上に前記第１情報層を、前記第２基板上に前記第２情報層をそれぞれ積層する成膜工程と、前記第１情報層及び前記第２情報層を記録可能な初期状態にする初期化工程と、前記第１情報層と前記第２情報層とが向かい合うように前記分離層を介して前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる密着工程とを含み、前記成膜工程において、前記記録層を希ガス及び窒素を必須成分とする雰囲気中で成膜することを特徴とする。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明の光学的情報記録媒体の記録再生方法は、第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備え、前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層及び上側保護層をこの順に備えた多層薄膜からなり、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域における反射率より高く、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上である光学的情報記録媒体の記録再生方法であって、前記光ビームの波長が５００ｎｍ以下であり、前記第１情報層及び前記第２情報層に、前記第１基板側から入射した前記光ビームによって前記マークを形成及び検出することにより、情報の記録及び再生を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、第１基板の上に、少なくとも第１情報層、分離層、第２情報層及び第２基板をこの順に備え、前記第１情報層が、前記第１基板に近い側から順に少なくとも下側保護層、光ビームの照射により光学的に検出可能な異なる２以上の状態間で可逆的に変化する記録層及び上側保護層をこの順に備えた多層薄膜からなり、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第１情報層に集光してマークを形成した領域における反射率が、前記マークを形成していない領域における反射率より高く、前記第１基板側から入射した前記光ビームを前記第２情報層に集光したときに、前記第１情報層を透過して前記第２情報層に到達する前記光ビームの割合が４０％以上である光学的情報記録媒体の記録再生装置であって、波長５００ｎｍ以下の前記光ビームを発生させる光源と、前記第１情報層及び前記第２情報層に前記第１基板側から入射した前記光ビームによって前記マークを形成及び検出するための層認識手段及び層切り替え手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１に示すとおり、本発明の光学的情報記録媒体の一形態では、第１基板１上に第１情報層２、分離層３、第２情報層４及び第２基板５がこの順に形成されている。第１情報層２は、第１基板１に近い側から順に、下側保護層６、記録層７、上側保護層８、反射層９及び透過率向上層１０が積層された多層薄膜である。但し、反射層９及び透過率向上層１０は必須の層ではない。この光学的記録情報媒体では、第１基板１の側からレーザー光１１を照射することにより、第１情報層２及び第２情報層４の両方に対して情報が記録再生される。
【００２５】
第１基板１の材料としては、ポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリオレフィン樹脂、アートン樹脂、ガラス等を用いることができる。第１基板１の厚さは、特に限定されないが、０．０５〜２．０ｍｍ程度が好ましい。また、第１基板１の、膜を形成する側の表面には、レーザー光１１のトラッキング用のスパイラル状または同心円状の溝が設けられていることが好ましい。
【００２６】
第１情報層２は、第２情報層４に対して十分なパワーで記録を行い、なおかつ十分な反射光量を得るために透過率が高くなければならない。第２情報層４を再生する場合、レーザー光１１の光量は、第１情報層２を往復する（即ち２度透過する）ため、第１情報層２の透過率の２乗分減衰してしまう。第１情報層２及び第２情報層４に対してフォーカシング及びトラッキングといったサーボ制御を行うためには最低でも５％の反射率が要求される。そこで、第１情報層２及び第２情報層４の反射率をそれぞれＲ１及びＲ２、第１情報層２の透過率をＴとすると、（１）Ｒ１≧５％、（２）Ｒ２×Ｔ2≧５％が必要となる。Ｒ２を大きくすると第２情報層４の光吸収率が小さくなって感度が悪くなり、記録パワー不足となるため、Ｒ２は最大３０％程度が限界である。そうすると、（２）を満たすためには概略、Ｔ≧４０％が必要となる。
【００２７】
また、第２情報層４に記録を行う場合、レーザー光１１は第２情報層４に到達する前に第１情報層２を一度透過してそのパワーが減衰してしまう。例えば、現在利用可能な波長６６０ｎｍの半導体レーザーの実質的な記録パワーは１５ｍＷ程度が限界である。したがって、例えば、第１情報層２の透過率が３０％、４０％及び５０％の場合、第１情報層２を透過して第２情報層４に到達する実質的な最大の記録パワーはそれぞれ４．５ｍＷ、６．０ｍＷ及び７．５ｍＷである。これに対し、実際に必要な記録パワーは、高感度な記録媒体であっても少なくとも６ｍＷが必要である。
【００２８】
以上を勘案すると、記録・再生いずれの観点からも第１情報層２の透過率は少なくとも４０％以上、より好ましくは５０％以上が必要である。以上は赤色光波長域の場合であるが、青色光波長域においては赤色光波長域の場合に比べて波長が短くなる、すなわち１光子あたりのエネルギーが高くなるから、より低い、例えば２／３倍程度のレーザー強度での記録が可能となることが実験によって確認された。しかし、現在開発されている青色光半導体レーザーは、赤色光半導体レーザと比べてその出力の限界も低く、例えば２／３倍程度になってしまう見通しであるから、結局、第１情報層２に要求される透過率は、青色光波長域においても赤色光波長域の場合と同程度である。以上より、第１情報層２の透過率は、４０％以上とする。
【００２９】
下側保護層６及び上側保護層８は、レーザー光１１照射時の第２基板５または記録層７等の熱的損傷によるノイズ増加の抑制、レーザー光１１に対する反射率、吸収率及び反射光の位相の調整等の目的で設けられる。これら保護層の材料としては、物理的・化学的に安定で、記録層７の融点よりも融点及び軟化温度が高く、記録層７の材料と相固溶しない材料が好ましい。具体的には、Ｙ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ等の酸化物、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ等の窒化物、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ等の炭化物、Ｚｎ、Ｃｄ等の硫化物、セレン化物またはテルル化物、Ｍｇ、Ｃａ等のフッ化物、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ等の単体、あるいはこれらの混合物からなる誘電体または誘電体に準ずる材料を用いることができる。下側保護層６及び上側保護層８は、必要に応じて異なる材料を用いてもよいし、同一の材料を用いることもできる。
【００３０】
記録層７としては、レーザー光１１を照射することによりその光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）が変化する材料を用いることが好ましい。例えば、ＴｅやＳｅをベースとするカルコゲナイド、例えばＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｔｅ、Ｐｄ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｂｉ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ａｕ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｃｒ、Ｉｎ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｃｏ等を主成分とする合金系、あるいはこれらに窒素、酸素等を適宜添加した合金系を用いることができる。
【００３１】
記録層７の膜厚は、薄すぎると急速に冷却されるために結晶化しにくくなり、厚すぎると透過率が低くなってしまう。この限界を調べるために、石英基板上に膜厚１００ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ2誘電体層、様々な膜厚のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ記録層、膜厚１００ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ2誘電体層の各層をこの順にスパッタリング法により成膜し、これらサンプルに波長６６０ｎｍの半導体レーザーパルス光を照射して膜の状態が変化する様子を顕微鏡で観察した。その結果、膜厚３ｎｍ未満ではパルスの強度及び幅をどのように変えても結晶化は見られなかったが、膜厚３ｎｍ以上では結晶化する条件が存在した。また、後述のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅの光学定数を用いて計算を行った結果、膜厚約１０ｎｍ以下であれば透過率を４０％以上にできる構成が存在することがわかった。これらのことを考慮すると、記録層７の膜厚は３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
反射層９としては、入射光を効率良く使い、冷却速度を向上させて非晶質化しやすくする等の目的で設けられる。反射層９の材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の熱伝導率の高い単体金属材料、あるいはこれらのうちの１つまたは複数の元素を主成分とし、耐湿性の向上あるいは熱伝導率の調整等のために適宜他の元素を添加したＡｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉ等の合金材料を用いることができる。特にＡｇ系の材料は、青色光波長域でも屈折率ｎが０．５以下と低いため、光吸収を小さく抑えることができる。このため、高い透過率が要求される第１情報層の反射層として好ましい材料である。ただし、線速度等の記録条件あるいは記録層７の組成等によっては反射層９の冷却効果がなくとも十分非晶質化しやすい場合もある。このような場合には、透過率をより大きくするために反射層９は省略してもよい。
【００３３】
透過率向上層１０としては、高い｜ΔＲ｜及びＡｃ／Ａａと高い透過率とを両立させる等の光学設計上の自由度を高める目的で設けられる。透過率向上層１０の材料としては、反射層９との屈折率の差が大きく（好ましくは０．５以上、さらに好ましくは１．０以上の屈折率差）、透明あるいは略透明な材料が好ましい。例えば反射層９がＡｇ合金などの屈折率の小さい材料の場合は、ＴｉＯ2、Ｓｉ、ＳｉＣ等の屈折率が高い（好ましくは屈折率が１．５以上、さらに好ましくは２．０以上）誘電体あるいは半導体材料を用いることができる。このような透過率向上層１０を設けることにより、光吸収のある記録層７及び反射層９の膜厚が同じでも、透過率向上層１０がない場合に比べて透過率を高くすることができ、逆に透過率を同じにすると、その分｜ΔＲ｜及びＡｃ／Ａａを大きくすることができる。
【００３４】
分離層３の材料としては、第１情報層２及び第２情報層４のそれぞれに対してレーザー光１１で記録再生を行うために、レーザー光１１の波長λにおいて透明で、耐熱性及び接着性の高い材料が好ましい。具体的には、例えば、紫外線硬化性樹脂などの接着樹脂、両面テープ、誘電体膜などを用いることができる。また、分離層３の厚さは、第１情報層２及び第２情報層４のどちらか一方に対して記録再生を行う際に、他方に記録されている信号情報が漏れ込んでしまうことを避けるために、焦点深度以上、例えば２μｍ以上であることが必要であり、なおかつ第１情報層２及び第２情報層４のどちらにもレーザー光１１を集光できるように、基材厚との合計が基材厚公差の範囲内、例えば１００μｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
第２情報層４は、第１情報層２と同様に、レーザー光１１で記録再生できる情報層であればよいが、例えば第１情報層２と同じ材料を用い、各層の膜厚を適宜変えたものとすることが製造上有利である。ただし、第１情報層２を透過し、減衰したレーザー光１１でも十分に記録でき、なおかつ十分な反射光量が得られるように、記録感度及び反射率が高い構成とする必要がある。
【００３６】
第２基板５の材料としては、第１基板１と同様の材料を用いてもよいが、透明でない材料を用いてもよく、第１基板１とは材質、厚さ、溝形状が異なっていてもよいし、スパイラルの方向が逆でもよい。また、分離層３の第２情報層４側の表面に、第２情報層４用の案内溝を２Ｐ法によって形成することも可能である。この場合、第２基板５は、第２情報層４側の表面には溝があってもよいが、溝を有さない平面であってもよい。第２基板５は、例えば接着剤等を用いて第２情報層４の上に貼り合わせることもできるし、あるいは直接オーバーコート樹脂層を形成して第２基板としてもよい。
【００３７】
また、本発明の光学的情報記録媒体は、図２に示すように、下側保護層６と記録層７の間及び記録層７と上側保護層８の間のいずれか一方または両方の界面に、繰り返し記録時の界面における原子の相互拡散による特性劣化を防止する等の目的で、界面層２０を設けることができる。もちろん、第２情報層４の記録層に隣接して、同様の界面層を設けてもよい。界面層としては、下側保護層６及び上側保護層８として用いることのできる材料の中でその役割を果たす誘電体材料が幾つか存在するが、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ等の窒化物、酸化物、炭化物あるいはこれらの混合物を主成分とする材料が特に適している。
【００３８】
以下、本発明の光学的情報記録媒体の光学的設計及び光学的特性について説明する。多層膜について各層の材料の屈折率、消衰係数及び膜厚を決めると、全ての界面に対してエネルギー保存則に基づき各界面における光エネルギー収支の連立方程式を立て、これを解くことで多層膜全体としての入射する光ビームに対する反射率、透過率及び各層の吸収率を求めることができる（久保田広著「波動光学」岩波書店、１９７１年等）。この手法を用いて、（表１）に示す材料、屈折率ｎ及び消衰係数ｋの各層からなる第１情報層２について、レーザー光の波長が４０５ｎｍ及び６６０ｎｍの場合の光学計算を行った。
【００３９】
【表１】
0004339999.tif 000002
【００４０】
各層の膜厚を任意に変化させて、平均透過率Ｔaveが５０％以上かつ｜ΔＲ｜が５％以上の範囲でＡｃ／Ａａが最大値となる場合の結果を（表２）に示す。
【００４１】
【表２】
0004339999.tif 000003
【００４２】
ここで平均透過率Ｔaveは、記録済みの記録層７の表面におけるスペース部分（結晶）とマーク部分（非晶質）との面積比が約４：１であるため、入射するレーザー光線に対する記録層が結晶及び非晶質の場合のディスクの透過率をそれぞれＴｃ及びＴａとして、Ｔave＝（４Ｔｃ＋Ｔａ）／５と仮定した。また、（表２）の結果が得られた構成は、記録層７の膜厚はいずれも６ｎｍで、反射層の膜厚は反射率増加型の場合がいずれも１０ｎｍ、反射率減少型の場合がいずれも５ｎｍであった。（表２）によると、反射率減少型は、赤色波長領域の波長６６０ｎｍでＡｃ／Ａａは１．２０と大きいが、青色波長領域の波長４０５ｎｍではＡｃ／Ａａは０．８５と小さく、前述のように高線速度・高密度なオーバーライトにおける消去率低下・ジッタ増大の問題が顕著となる。これに対し、反射率増加型では波長４０５ｎｍにおいてもＡｃ／Ａａが１．１０と大きい。
【００４３】
反射率増加型ではＲｃがＲａよりも低いため、一般にＴｃがＴａよりも高く、逆に反射率減少型ではＲｃがＲａよりも高いため、一般にＴｃがＴａよりも低い。記録層における面積は、非晶質（記録マーク部分）よりも結晶（非記録部分）が大きいため（例えば４倍程度の差がある）。ＴｃがＴａよりも高い反射率増加型のほうがＴaveを大きくしやすい。言い換えれば、反射率増加型のほうが、Ｔaveが同じという条件下では、反射層の膜厚を厚くできる。例えば、４０％以上のＴaveが得られる反射層の膜厚の範囲は、上記のように波長４０５ｎｍで記録層の膜厚が６ｎｍの場合、反射率増加型では１３ｎｍ以下、反射率減少型では７ｎｍ以下であった。
【００４４】
反射層の膜厚を厚くすると、記録層の冷却速度が向上する。従って、記録層を容易に非晶質化することができる。反射層の厚膜化は、形状が整った記録マークの形成という観点からも有利である。
【００４５】
このように、反射率増加型では青色光波長域においても高線速度・高密度なオーバーライトに対応でき、なおかつ第１情報層として必要な高い透過率も得られる。これは、６６０ｎｍ及び４０５ｎｍの２つの波長のみの計算結果であるが、各層の光学定数は波長に応じて変化しており、特に記録層７は、材料にもよるが、およそ波長５００ｎｍより短波長側で結晶のｎが非晶質のｎよりも小さくなる傾向が顕著であり、例えば結晶のｎの非晶質のｎに対する比が０．８以下になる場合が多い。したがって、光学特性において反射率増加型が反射率減少型よりも有利になるのは、特に波長５００ｎｍ以下の場合である。
【００４６】
以下、本発明の光学的情報記録媒体の製造方法について説明する。本発明の光学的情報記録媒体の製造方法は、成膜工程、オーバーコート工程、初期化工程、密着工程からなり、基本的にはこの順に各工程を行う。
【００４７】
成膜工程として、第１基板１の案内溝の設けられた表面上に第１情報層２を、第２基板５の案内溝の設けられた表面上に第２情報層４をそれぞれ形成する。第１情報層２及び第２情報層４は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等の通常の気相薄膜堆積法によって形成することができる。中でも成膜レート、製造コスト、得られる膜の品質等の観点からはスパッタリング法が最もバランスが良い。一般的には高真空状態のチャンバー内に不活性ガスを流しながら成膜を行うが、その際、酸素、窒素などを混入させながら成膜を行うことがある。これにより膜中にＯ原子、Ｎ原子などが混入し、膜の特性・各原子の結合状態を調整することができ、繰り返し特性や耐湿性等を向上させるのに有効な場合がある。特に、記録層７を成膜する際に窒素を混入させると、前述のように繰り返し特性等を向上させるだけでなく、記録層７の屈折率ｎ及び／または消衰係数ｋを小さくすることができ、透過率を高くすることができる点で有利である。
【００４８】
オーバーコート工程として、第１情報層２及び第２情報層４の上にＵＶ樹脂などをスピンコートし、紫外線光を照射して硬化させ、オーバーコートを施す。ただし、この工程は、次の初期化工程の際に膜が蒸発するおそれがない場合等には省略することも可能である。
【００４９】
初期化工程として、第１情報層２及び第２情報層４に対して、それぞれ第１基板１側及びオーバーコート側から、例えばレーザー光等のエネルギー光を照射することにより全面を初期化、すなわち結晶化させる。ただし、第２情報層の反射層の透過率が十分高い場合等には、先のオーバーコート工程を省略し、かつ次の密着工程を先に行った後に、第１情報層２及び第２情報層４に対して、それぞれ第１基板１側及び第２基板５側から、例えばレーザー光等のエネルギー光を照射することにより全面を初期化、すなわち結晶化させることも可能である。
【００５０】
密着工程として、第１情報層２と第２情報層４をオーバーコート面同士を向かい合わせて、第１基板１と第２基板５とを分離層３を介して貼り合わせる。例えば、いずれか一方の膜面上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、膜面同士を向かい合わせて両基板を加圧・密着させ、紫外線光を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させることができる。
【００５１】
図３は、本発明による光学的情報記録媒体の記録・再生を行うための装置の概略図である。レーザーダイオード１２を出たレーザー光１１は、ハーフミラー１３及び対物レンズ１４を通じて、モーター１５によって回転されている光ディスク１６上にフォーカシングされ、情報信号の記録・再生が行われる。
【００５２】
情報信号の記録を行う際には、図４に示すパルス波形を用いてレーザー光１１の強度を変調する。すなわち、レーザー光１１の強度を、少なくとも、光を照射した場合においても照射部を瞬時溶融させるに十分なパワーレベルＰ１、光を照射しても照射部を瞬時溶融させることが不可能なパワーレベルＰ２及びＰ３（但し、Ｐ１＞Ｐ２≧Ｐ３≧０）の間で変調する。なお、レーザー強度を上記のように変調するには、半導体レーザーの駆動電流を変調して行うのが良く、あるいは電気光学変調器、音響光学変調器等の手段を用いることも可能である。
【００５３】
マークを形成する部分に対しては、パワーレベルＰ１の単一矩形パルスでもよいが、特に長いマークを形成する場合は、過剰な熱を省き、マーク幅を均一にする目的で、パワーレベルＰ１、Ｐ２及びＰ３との間で変調された複数のパルスの列からなる記録パルス列を用いる。マークを形成しない、あるいはマークを消去する部分に対しては、パワーレベルＰ２で一定に保つ。
【００５４】
さらに、上記複数のパルス列の直後にパワーレベルＰ４（但し、Ｐ２＞Ｐ４≧０）の冷却区間を設けると、特に熱過剰になり易いマーク後端部分の熱を除去できてマーク形状を整えるのに効果的である。逆に、非晶質化しにくくマーク幅が細くなり易いマーク前端部分においては、マーク幅を後端と揃えるために前記複数のパルス列のうち、図４に示したように、先頭のパルスだけその幅を広くしたり、そのパワーレベルをＰ１よりも高くすることもできる。
【００５５】
また、上記複数のパルス列の各パルス及びパルス間の長さを一定にすると、単一周波数で変調できるため、変調手段が簡略化できて有利である。
【００５６】
ここで、マークの長さやその前後のスペースの長さ、さらには隣のマークの長さ等の各パターンによってマークエッジ位置に不揃いが生じ、ジッタ増大の原因となることがある。本発明の光学的情報記録媒体の記録再生方法では、これを防止し、ジッタを改善するために、上記パルス列の各パルスの位置または長さをパターン毎にエッジ位置が揃うように必要に応じて調整・補償することができる。
【００５７】
こうして記録された情報信号を再生する場合には、第１情報層２及び第２情報層４に記録されている情報が消去されない程度のパワーのレーザー光１１を光ディスク１６に照射し、その反射光をフォトディテクター１７に入射させ、その反射光量変化を再生信号として検出する。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により制限されるものではない。
【００５９】
第１基板としては、ポリカーボネイト樹脂からなり、直径１２ｃｍ、厚さ０．５８ｍｍ、グルーブ及びランド幅はともに０．４μｍ、グルーブ深さは約４０ｎｍのものを用いた。この第１基板のグルーブが形成された表面上に、第１情報層として、ＺｎＳ−ＳｉＯ2（モル比ＺｎＳ：ＳｉＯ2＝８０：２０）ターゲットを用いて膜厚約１１０ｎｍの下側保護層、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ（原子比Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２９：２１：５０）ターゲットを用いて膜厚約６ｎｍの記録層、ＺｎＳ−ＳｉＯ2（モル比ＺｎＳ：ＳｉＯ2＝８０：２０）ターゲットを用いて膜厚約４０ｎｍの上側保護層、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（原子比９８：１：１）ターゲットを用いて膜厚約１０ｎｍの反射層の各層をスパッタリング法により順次積層した。
【００６０】
また、同じ基板を第２基板として用い、そのグルーブが形成された表面上に、第２情報層として、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（原子比９８：１：１）ターゲットを用いて膜厚約８０ｎｍの反射層、ＺｎＳ−ＳｉＯ2（モル比ＺｎＳ：ＳｉＯ2＝８０：２０）ターゲットを用いて膜厚約４０ｎｍの上側保護層、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ（原子比Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２９：２１：５０）ターゲットを用いて膜厚約１０ｎｍの記録層、ＺｎＳ−ＳｉＯ2（モル比ＺｎＳ：ＳｉＯ2＝８０：２０）ターゲットを用いて膜厚約９０ｎｍの下側保護層の各層をスパッタリング法により順次積層した。ここで、第２情報層は、レーザー光入射側から見て逆順、すなわち奥にある層から順に積層している。いずれも直径１０ｃｍ、厚さ６ｍｍ程度のターゲットを用い、記録層以外はＡｒガス、記録層はＮを添加するためにＡｒとＮ2の混合ガス（Ｎ2ガス分圧は約５％）をスパッタガスとして成膜した。
【００６１】
次に、第１情報層及び第２情報層の膜面上に紫外線硬化性樹脂をスピンコートし、紫外線光を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させることでオーバーコートを施した。
【００６２】
次に、第１情報層及び２情報層に対して、それぞれ第１基板及びオーバーコート側からレーザー光でアニールすることにより、全面を初期化、すなわち結晶化させた。
【００６３】
最後に第２情報層のオーバーコート面上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、第１情報層の膜面と向かい合わせて両者を加圧・密着させ、第１基板の側から紫外線光を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させて分離層とし、２つの情報層を有する１枚のディスクとした（ディスクＡ）。
【００６４】
また、本発明のもう一つの実施例として、第１情報層２において、ＴｉＯ2ターゲットを用いて膜厚約４０ｎｍの透過率向上層を反射層上に形成し、上側誘電体層の膜厚を５０ｎｍとした点を除いてはディスクＡと同様にして、ディスクＢを作製した。
【００６５】
さらに、比較例として、下側誘電体層及び上側誘電体層の膜厚をそれぞれ６０ｎｍ及び２０ｎｍとしたこと以外は、ディスクＡと全く同様に作製したディスクＣも準備した。
【００６６】
各層の材料の屈折率ｎ及び消衰係数ｋは表１に示したものと同じであり、ディスクＡ（反射率増加型）及びディスクＣ（反射減少型）の光学特性は、表２に示したものと同じである。なお、実測により求めた波長４０５ｎｍにおけるＴｉＯ2の光学定数はｎ＝２．７、ｋ＝０．０であり、ディスクＡ及びディスクＣと同様に行った光学計算によると、ディスクＢのＡｃ／Ａａ、ΔＲ、Ｔaveの値はそれぞれ１．２０、１０％、５０％であった。
【００６７】
これらのディスクを、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．６の光学系を用い、線速５ｍ／ｓの条件でマークエッジ記録を行い、以下の測定をした。まず、グルーブ及びランドに９．７ＭＨｚの３Ｔ信号と２．６ＭＨｚの１１Ｔ信号とを交互に１１回記録し、３Ｔ信号が記録された状態でこのトラックを再生してそのＣ／Ｎ比及び消去率をスペクトラムアナライザーで測定した。ここで測定した消去率は、有効消去率、すなわち３Ｔ信号の振幅と１１Ｔ残留信号との振幅の比とした。
【００６８】
信号を記録する際のレーザー変調波形は、３Ｔ信号の場合はパルス幅５１．３ｎｓ（パワーレベルＰ１）の単一矩形パルスとし、１１Ｔ信号の場合は９個のパルスからなるパルス列（パワーレベルＰ１）とし、その先頭は５１．３ｎｓ、２番目以降はすべて１７．１ｎｓのパルス幅で、各パルス間（パワーレベルＰ３）の幅も１７．１ｎｓとした。マークを記録しない部分ではパワーレベルＰ２の連続光とした。パワーレベルの決め方としては、記録パワーレベルＰ１は３Ｔ信号を記録した場合にそのＣ／Ｎ比が４５ｄＢを超えるパワーの下限値の１．５倍、パワーレベルＰ２及びＰ３は消去率が１５ｄＢを超えるパワー範囲の中央値、再生パワーレベルは第１情報層を再生する場合は１．０ｍＷ、第２情報層を再生する場合は１．５ｍＷとした。上記測定を行った結果を表３に示す。
【００６９】
【表３】
0004339999.tif 000004
【００７０】
本実施例のディスクＡ及びディスクＢの第１情報層は４８ｄＢ以上のＣ／Ｎ比と２０ｄＢ以上の消去率が得られており、実用的な記録媒体として用いるのに十分な、良好な信号品質であった。特に、ディスクＢではディスクＡよりもさらに高い２５ｄＢ程度の消去比が得られており、Ａｃ／Ａａの値がより大きい効果が反映されている。これに対し、比較例のディスクＣの第１情報層では、Ｃ／Ｎ比こそ４８ｄＢ程度得られているものの、消去比は１３ｄＢ程度と低く、実用的な記録媒体としては不十分であった。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、高密度・高線速度なオーバーライトにおけるＣ／Ｎ比、消去率がいずれも高い情報層を複数備えた光学的情報記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光学的情報記録媒体の一形態の構成断面図である。
【図２】  本発明の光学的情報記録媒体の別の一形態の構成断面図である。
【図３】  本発明の光学的情報記録媒体の記録再生装置の一形態の構成図である。
【図４】  本発明の光学的情報記録媒体の記録再生方法に用いるパルス波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  第１基板
２  第１情報層
３  分離層
４  第２情報層
５  第２基板
６  下側保護層
７  記録層
８  上側保護層
９  反射層
１０  透過率向上層
２０  界面層
１１  レーザー光
１２  レーザーダイオード
１３  ハーフミラー
１４  対物レンズ
１５  モーター
１６  光ディスク
１７  フォトディテクター
【図１】
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【図２】
0004339999.tif 000006
【図３】
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【図４】
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