(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長のレーザ光の照射よって情報を記録・再生する装置に用いる光学情報記録媒体であって、
前記光学情報記録媒体は、基板と、その基板上に設けられた、少なくともレーザ光の照射によって膜厚変化を生じ得る記録薄膜と、その記録薄膜の上に設けられた光干渉層と、その光干渉層の上に設けられた反射層とを備え、
情報記録のためのレーザ光の照射によって、前記記録薄膜に膜厚の薄くなった、若しくは除去された記録マークが形成され、
情報を再生するレーザ光の波長に対して、前記光学情報記録媒体の未記録領域からの反射光と前記情報記録光によって形成した記録マーク領域からの反射光の位相差の範囲が、
【数１】
0003740239.tif 000004
であり、かつ、
前記再生するレーザ光の波長に対して、前記記録マーク領域の反射率Ｒ１と前記未記録領域の反射率Ｒ２の関係が、
【数２】
0003740239.tif 000005
であることを特徴とする光学情報記録媒体。
【請求項２】
前記反射率Ｒ１とＲ２との関係は、
【数３】
0003740239.tif 000006
であることを特徴とする請求項１記載の光学情報記録媒体。
【請求項３】
レーザ光の照射によって前記記録薄膜に孔があくことを特徴とする請求項１記載の光学情報記録媒体。
【請求項４】
記録薄膜の主成分がＴe100ーxαxで現わされ、αがＰb，Ｂi，Ａu，Ｓn，Ａg，Ｇe，Ｓbより選ばれる少なくとも１種類の元素で、かつ、xの範囲が１at%以上、20at%以下であることを特徴とする請求項１記載の光学情報記録媒体。
【請求項５】
記録薄膜の膜厚が１０nm以上、２０nm以下であることを特徴とする請求項１及び３記載の光学情報記録媒体。
【請求項６】
光干渉層の主成分がＳi-Ｎ、Ｓi-Ｏ，Ｓi-Ｎ-Ｏ、Ａl-Ｎ、Ａl-Ｏ、又はＡl-Ｎ-Ｏであることを特徴とする請求項１記載の光学情報記録媒体。
【請求項７】
基板と前記記録薄膜の間にＳi-Ｎ、Ｓi-Ｏ，Ｓi-Ｎ-Ｏ、Ａl-Ｎ、Ａl-Ｏ、又はＡl-Ｎ-Ｏからなる保護層を有することを特徴とする請求項１記載の光学情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて高密度に情報を記録・再生する光学情報記録媒体、とりわけ書換え不可能なライトワンス型光ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
信号を記録・再生するライトワンス型光ディスクとして、孔あけタイプのものがよく知られている。孔あけタイプの光ディスクは、通常孔のあいていない部分（未記録部）と、孔のあいた部分（記録マーク部）の反射率の違いを、信号としてよみとることが多い。
【０００３】
孔あけタイプの光ディスクは再生特性によって２種類に分けることができる。ひとつは、未記録部で高反射率が得られ、孔をあけることによって反射率が低下するタイプである。もうひとつは、記録薄膜の上に反射層を有する光ディスクで、この場合は、孔のあいた領域では反射率が高くなるタイプがある。
【０００４】
前者の光ディスクにおいて、高密度の信号を記録・再生に適したライトワンス型光ディスクとして、未記録部からの再生光の反射光の位相と、孔からの再生光の反射光の位相におよそ（２ｋ＋１）πラジアン（但しｋは任意の整数）の位相差を与える構成の光ディスクが提案されている（特公昭６２−５５２２０号）。この従来の光ディスクでは、記録薄膜の上に、光干渉層、反射層を設ける。光干渉層の厚さは、記録薄膜に孔があいていない場合と、孔があいた場合の再生光の反射光に位相差が（２ｋ＋１）πラジアン生じるようにする。このような光ディスクでは、再生光が孔の無い領域（未記録部）にあたる場合には高い反射率を示し、再生光が孔とその周辺の領域の双方にあたる場合には、孔の向こうの反射層からの反射光と、孔に隣接する領域からの反射光との間の減算的干渉による「位相相殺」によって低い反射率を呈する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような孔あけタイプの光ディスクの課題の１つは、記録パワートレランスの狭さにある。すなわち、通常の適正パワーで記録をする場合は、図３の従来の構造の上の図に示すように、干渉効果が十分出て出力がゼロになる。ところが、記録情報を大きくするため、記録マークを小さくして高密度化を図ろうとすると、つまり適正パワーよりも小さなパワーのレーザ光で記録すると、所望の形状よりも小さな孔しかあかないので、図３の従来の構造の下の図に示すように、良好な再生信号が得られない。つまり干渉効果が十分でなく、出力がある程度でてしまう。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の光学情報記録媒体の課題を考慮し、孔あけタイプの光ディスクにおいて、高密度な記録を可能とすると同時に、記録パワーのトレランスが大きい光学情報記録媒体を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は所定の波長のレーザ光の照射よって情報を記録・再生する装置に用いる光学情報記録媒体であって、前記光学情報記録媒体は、基板と、その基板上に設けられた、少なくともレーザ光の照射によって膜厚変化を生じ得る記録薄膜と、その記録薄膜の上に設けられた光干渉層と、その光干渉層の上に設けられた反射層とを備え、情報記録のためのレーザ光の照射によって、前記記録薄膜に膜厚の薄くなった、若しくは除去された記録マークが形成され、情報を再生するレーザ光の波長に対して、前記光学情報記録媒体の未記録領域からの反射光と前記情報記録光によって形成した記録マーク領域からの反射光の位相差の範囲が、
【０００８】
【数１】
（０．６〜１．４）π＋２ｎπ          ｎ：整数
であり、かつ、
前記再生するレーザ光の波長に対して、前記記録マーク領域の反射率Ｒ１と前記未記録領域の反射率Ｒ２の関係が、
Ｒ１＞１．３×Ｒ２  であることを特徴とする媒体である。
【０００９】
【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参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態に係る光ディスクの構成を示す図である。図１において、記録、及び再生行うレーザ光は基板１の側から入射させる。
【００１１】
基板１としては、ポリカーボネート，ＰＭＭＡ等の樹脂或はガラス等、表面の平滑なものを用いる。光ディスクの場合、レーザ光をガイドするため、基板表面６にスパイラル又は同心円状の連続溝（トラック）を形成してもよい。
【００１２】
保護層２、及び光干渉層４の材料は、再生光に対して実質的に透明な材料であることがが望ましい。又、記録薄膜に孔をあける際、保護層２や光干渉層４の材料によっては、きれいな孔があいたり、孔があけれなかったりする。孔が比較的きれにあく材料としては、例えば、アルミニウム、珪素、タンタル、ジルコン等の酸化物や、窒化物、或は窒酸化物等である。保護層２は光学的な要請からは必須ではないが、例えば基板が樹脂からなる場合には、保護層２を設けることによって孔があき易くなる。
【００１３】
記録薄膜３は、記録のためのレーザ光の照射によって容易に孔が形成されるものであることが望ましい。よく知られた孔あけタイプの主成分としてＴeが挙げられる。ただし、単体のＴeは酸化しやすく安定性に欠けるので、ＣやＳe等の添加物を加えることが一般的である。
【００１４】
反射層５は、Ａu，Ａl，Ｎi，Ｆe，Ｃr等の金属元素、或はこれらの合金からなる。
【００１５】
図１の記録媒体において、反射層５の上に樹脂をスピンコートして保護層としたり、基板と同様の樹脂板、ガラス板、或は金属板等を接着剤を用いて貼り合わせた構成としてもよい。さらには、２組の記録媒体を反射層を内側にして接着剤を用いて貼り合わせることにより、両面から記録、再生可能な構造としてもよい。或は、図２に示すようにいわゆるエアサンドイッチ構成としてもよい。すなわち、反射層５の上にスペーサ７を配置し、その上にバックカバー８を形成することによって、空間領域を配置するものである。
【００１６】
保護層２、記録薄膜３、光干渉層４、反射層５は、電子ビーム蒸着法、スパタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、レーザスパタリング法等によって形成する。
【００１７】
光干渉層４の厚さは、情報を再生するレーザ光の波長に対して、前記光学情報記録媒体の未記録領域からの反射光と記録光によって形成した記録マーク領域からの反射光の位相差の範囲が、
【００１８】
【数１】
（０．６〜１．４）π＋２ｎπ          ｎ：整数
となるように選ぶ。このような光学的構成の光ディスクにおいて、十分な位相差再生が実現できる。
【００１９】
反射層５の厚さは、記録マーク（孔のあいた領域、或は記録薄膜が非常に薄くなった領域）での反射率のＲ１が未記録領域での反射率Ｒ２よりも大きくなるように選ぶ。そのように選択しておくことによって、図３の新規構造の下の図にしめすように、記録マークの大きさが小さい場合でも、反射率Ｒ１の記録マークからの反射光の振幅が、反射率Ｒ２の未記録部からの反射光の振幅と同等になり、位相差によって干渉が十分起こり、出力がゼロになる。従来構造の下の図と比較すればこの事は明かである。つまり、記録マークの大きさを小さくする代わりに、その記録マークでの反射率Ｒ１を、未記録領域の反射率Ｒ２より相対的に大きくしておくことで、干渉が十分起こるようにしている。
【００２０】
このように本発明の記録媒体を用いると、従来の記録媒体に比べて小さな記録マークで良好な再生信号が得られる。このことは特に、高密度記録を行なう場合に有利である。又、記録パワーのトレランスが広がるというメリットも兼ね備える。これらのメリットは、Ｒ１＞１．３×Ｒ２の場合に顕著である。以下、具体例をもって本発明をさらに詳しく説明する。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
図１に本発明の一実施例のディスク構造を示す。基板の材質は溝深さ２６nm、溝幅０．４μm、ピッチ０．８μmの案内溝を有する厚さ０．６mmのポリカーボネートとした。基板側の保護層２、及び光干渉層４の材料はともに、ＳiＯ2とし、反射層５にＡuを用いた。記録薄膜３の材料は、Ｔe−１０at%Ｓnとした。Ｔeはライトワンス型光ディスクの記録薄膜材料として知られている（例えば、Appl.Phys.Lette.38(11),1 June 1981）。Ｓnは記録薄膜の耐環境特性の向上、及び孔の整形性向上のために加えた。
【００２２】
保護層、記録薄膜、光干渉層の膜厚はそれぞれ、７０nm、１２nm、８０nmとし、Ａu反射層の膜厚を１４nmから１８nmまでの間で変化させた。各層の形成はスパタリング法により行った。各層の光学定数（実測値）を表１に示す。ただし、表１は、波長６４０nmに対する光学定数である。
【００２３】
【表１】
0003740239.tif 000002
実験に用いたディスクと同じ構成で、かつ基板表面が鏡面のサンプル片も作成した。このサンプル片は上記ディスクにはガイド溝が付いているので、正しい反射率が測定できないため、このサンプル片で測定するために用意した。サンプル片に記録薄膜を成膜する際に、サンプル片の一部をマスクすることによって、同一サンプル片上に記録薄膜の存在する領域と存在しない領域とを作りこんだ。記録によって孔のあいた領域は、上記サンプル片の記録薄膜のない領域に相当する。各サンプル片について、未記録部の反射率Ｒ２（記録薄膜の存在する領域の反射率）と記録部の反射率Ｒ１（記録薄膜のない領域の反射率）、及び両反射光の位相差を測定した。表２にその結果を示す。ただし、光学特性は波長６４０nmに対する値である。
【００２４】
【表２】
0003740239.tif 000003
反射率の実測値は、分光光度計を用いて求めた。又、記録薄膜のある領域とない領域の境界部分を干渉膜厚計で観察し、波長６４０nmの干渉縞の両領域間でのずれ量から、位相差を求めた。表２より、光学特性の設計値と作成したサンプルの光学特性とが一致していることがわかる。
【００２５】
上記構成のディスクを用いて記録・再生の実験を行なった。記録・再生の実験に用いた評価装置の構成を図４に示す。モータにより、レーザ光（波長６４０nm、ＮＡ０．６０）とディスクの相対速度が３m/secとなるようにディスクを回転させた。そして、ピッチ１．０μm、ｄｕｔｙ５０％の孔、及び、ピッチ３μm、ｄｕｔｙ５０％の孔をあけるべく、強度変調したレーザ光を記録薄膜上に焦点をあわせて照射した。記録時のレーザ光の強度変調の様子を図５に示す。記録のバイアスパワーは１mWに固定して、記録のピークパワーを種々変化させて記録を行なった。信号を記録した後、１mWの連続出力を照射してその反射光をフォトディテクターで検出して信号再生を行ない、オシロスコープを用いて再生波形を観察した。以下、高密度に記録したピッチ１μmのマークの信号品質を評価するために、ピッチ３μmの再生波形の振幅と、ピッチ１μmの再生波形の振幅を比較する。ただし、ピッチ３μmの信号は、再生波形の振幅が最大となるピークパワーで記録した。Ａu反射層膜厚の異なるディスクについて、ピッチ１μmの信号の記録パワーと上記振幅比の関係を調べた結果を図６に示す。図６より、Ａu反射層の膜厚が厚いほど、まつり反射率が大きいほどピッチ１μmの信号の再生波形振幅は大きくなり、良好な振幅が得られるピークパワーのトレランスも拡大することがわかる。この傾向はＡu反射層の膜厚が１７nm以上において特に顕著である。表２からわかるように、Ａu反射層が１７nmの場合に、Ｒ１≒１．３×Ｒ２となり、それよりもＡu反射層の膜厚が厚くなると、Ｒ１とＲ２の比はさらに大きくなる。
【００２６】
これらの結果から、Ｒ１＞１．３×Ｒ２とした場合に、高密度記録において良好な再生特性が得られることがわかる。このことが、小さな記録マーク、すなわち小さな孔によって大きな信号が得られているためなのかを明らかにするために、上記記録・再生したディスクを解体し、記録マーク（孔）の形状を透過電子顕微鏡を用いて調べた。その結果、Ｒ１＞１．３×Ｒ２の場合には、Ｒ１とＲ２が等しい場合に比べて、孔の面積が小さい場合にも良好な再生特性が得られることがわかった。
【００２７】
さらに、ＳｉＯ2保護層、及びＳｉＯ2光干渉層の膜厚を種々かえて記録・再生実験を行なったところ、以下のことが明らかになった。
【００２８】
１）Ｒ１≧Ｒ２の条件を満たすサンプルの場合、Ｒ１とＲ２の間の位相差が（１＋２ｎ）π  （ｎは整数）の時に、最も大きな信号振幅が得られる。又、位相差が（０．６〜１．４）π＋２ｎπの範囲にあれば、位相差が（１＋２ｎ）πの場合の最大信号振幅の６割程度以上の信号振幅が得られた。これは、十分実用的な値である。しかし、（１．５〜２．５）π＋２ｎπの位相差では、信号振幅は、極端に小さくなった。
【００２９】
２）位相差が（０．６〜１．４）π＋２ｎπの範囲にあって、かつ位相差が同じで、かつ未記録部の反射率Ｒ２が同じサンプルを比較すると、記録部の反射率Ｒ１がＲ２の反射率よりも高くなるほど、最大振幅が得られる記録マークの面積は小さくなった。この時、最大振幅の値自体はかわらない。このことは、Ｒ１がＲ２よりも高い構造にすることで、記録密度を高めることを意味する。Ｒ２とＲ１の差が大きいほど小さい記録マークで大きな信号振幅が得られる。また、位相差がおよそ（１＋２ｎ）πの時に、最大信号振幅が最大になる。Ｒ１がＲ２の１．２倍の場合は、同じ最大信号振幅を示す記録マークの面積が、両反射率が同じ場合に比べて、約９．５割となり、高密度化に対する実質的な寄与は小さかった。一方、Ｒ１がＲ２の１．３倍の場合は、同じ最大信号振幅を示す記録マークの面積が、両反射率が同じ場合に比べて、約８割となり、高密度化に対して十分な寄与を示すようになった。
【００３０】
ただし、厳密には溝によって位相が生じるので、Ｒ１とＲ２の位相差が必ずしも（１＋２ｎ）πの時に、最大の位相差再生振幅が得られるわけではない。この時には、溝形状（溝間隔、溝幅、溝深さ等）を考慮して、最適な記録部と未記録部の位相差を決定することができる。いずれにしても、記録部と未記録部の位相差は、（０．６〜１．４）π＋２ｎπの範囲にあればよいことがわかった。
【００３１】
（実施例２）
実施例１における光ディスクの構成を基本として、記録薄膜の組成を検討した。記録薄膜の組成をＴe＋αであらわされる２元系組成を主成分とする材料に限ると、添加元素αが、Ｐb，Ｂi，Ａu，Ｓn，Ａg，Ｇe，Ｓbの場合で、適度な組成比（およそαが１at%から20at%の範囲にあった）の場合に、Ｔe単体の記録薄膜に比べて良好な形状の孔があくことがわかった。そのため、これらの記録層を用いた場合には記録によるノイズの増加が小さい。なかでも、５〜１５at%のＰbを含むＴe-Ｐb合金からなる記録層では、検討した他の組成に比べて最も良好な形状で孔が形成された。これらの添加元素に特徴的なことは、いずれもαの添加によって記録薄膜材料の融点が下がることにある。すなわち、融点が下がることによって、たやすく孔が形成されることが、孔形状の成形性向上に重要であることがわかった。孔の成形性が改善されると、記録による媒体のノイズ増が抑制され、より高密度な記録に適するようになる。
【００３２】
記録薄膜の膜厚に関しては、厚すぎるときれいな形状の孔があかなくなった。又、薄すぎると酸化しやすくなり、情報の保存性能が充分でなくなることがわかった。いずれの記録薄膜組成を用いた場合にも、良好な形状の孔が形成されるのは、記録薄膜の膜厚が１０nm以上、２０nm以下であった。
【００３３】
（実施例３）
実施例１における光ディスクの構成を基本として、保護層及び光干渉層の材料を種々検討した。その結果、窒化物、酸化物、及び窒酸化物材料からなる誘電体材料の場合に、きれいな孔が形成されることがわかった。なかでも、珪素の酸化物及び窒化物、アルミの酸化物及び窒化物が、保護層及び光干渉層材料として適当である。これらの材料層に特徴的なことは、いずれも記録薄膜との接着力が非常に小さい点にある。すなわち、孔の形成のために記録薄膜材料が流動するのを妨げないような材料で保護層や光干渉層を形成することが、孔形状の成形性向上に重要であることがわかった。
【００３４】
特に孔をきれいにあけることのできた保護層及び光干渉層は、Ｓiターゲット或はＡlターゲットを用いてＡr＋窒素雰囲気化でスパッタ成膜することで得られた。同様にＳi3Ｎ4ターゲット或はＡlＮターゲットを用いてＡr＋窒素雰囲気化でスパッタ成膜することでもきれいに孔のあく保護層及び光干渉層が得られた。成膜雰囲気中に酸素を含ませてもよい。重要なことは、膜中の窒素或は酸素が、主成分元素（上記の場合にはＳiやＡl）と化学的に結合するにおいて不足はしていないが、化学的に結合にあずからずに単に膜中に取り込まれている窒素或は酸素ができるだけ少なくなるような条件で成膜することである。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によって、孔あけタイプの光ディスクにおいて、高密度な情報の記録及び再生が可能となると同時に、記録パワーのトレランスが拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の記録媒体の構造を示す図である。
【図２】本発明の別の実施の形態の記録媒体の構造を示す図である。
【図３】従来及び本発明における、最適な位相差再生が生じるための、記録薄膜に集光した再生光の大きさと記録マークの形状の関係を説明する図である。
【図４】光ディスクに情報を記録及び再生する評価装置を示す図である。
【図５】記録時のレーザ光の強度変調を示す図である。
【図６】ピッチ１μmの信号を記録する際の記録パワーと、変調度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  基板
２  保護層
３  記録薄膜
４  光干渉層
５  反射層
６  基板表面
【図１】
0003740239.tif 000007
【図２】
0003740239.tif 000008
【図３】
0003740239.tif 000009
【図４】
0003740239.tif 000010
【図５】
0003740239.tif 000011
【図６】
0003740239.tif 000012