JP4541420B2 - 半反射スズ・テルル系合金層を備える光データ記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、
無機材料から成り、書き込み操作中に局所的変形を受けることができるとともに、少なくとも読み取り操作中に光放射線を受けるように構成された前面を有する活性層と、
前記活性層の前面上に配置された半反射層と、
を備える光学データ記憶媒体に関する。

例えばＣＤ−Ｒ（追記型コンパクトディスク）およびＤＶＤ−Ｒ（追記型デジタル多用途ディスク）タイプの媒体に対する光学的な記録は、殆どの場合、プラスチック基板上に堆積され且つ反射金属層により覆われた着色材料から成る層によって行なわれる。しかしながら、着色材料における不可逆的な光学記録技術は、時として、特に着色剤の価格に関し、また、着色剤処理ステップのための作業コストに関して、高い製造コストをもたらす。

８０年代には、レーザ切断によって無機材料中にマークを形成することに関して、かなり多くの研究が行なわれた。マークが存在すると、ディスクの表面でのレーザビームの反射が局所的に減少される。この時に研究された無機材料は、例えば、テルルや、ヒ素、アンチモン、セレン、硫黄を含む合金である。しかしながら、殆どの研究では、また、特にＭ． Ｔｅｒａｏ等による論文「Ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ ｌａｓｅｒ−ｂｅａｍ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇｓ ｂｙ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｌｅｓ」（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５０（１１），Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９７９）では、使用される電力が４０ｍＷ〜３００ｍＷであり、また、マークのサイズが約１０μｍであった。また一方、これらの電力およびマークサイズはもはや現在の書き込み仕様に対応していない。データをＤＶＤ−Ｒ上に記録するために使用される書き込み電力は実際には約１０ｍＷでなければならず、また、マークの直径は約４００ｎｍでなければならない。

また、そのような無機材料を用いると、多くの場合、例えば高分子から成る保護層を記憶媒体上に堆積させなければならない。しかしながら、保護層の存在は、一般に、信号の品質の低下および書き込み電力の増大を引き起こす。従って、多くの材料が研究されてきたが、それらのうち、良質な書き込みを達成できるものは殆どない。また、これらの材料は、ＤＶＤ−Ｒフォーマットにおいて必要とされる記録密度を達成することができない。これは、それらの高い製造コストにもかかわらず、着色剤がこの基準に居すわってしまっていたからである。

現在のところ、一部の人々は、青色レーザダイオードによって無機材料から成る活性層を備える媒体中に光学データ記録を行なうことを提案している。実際には、集束レーザビームを狭くすることにより、旧世代の光ディスク（ＣＤ−ＲおよびＤＶＤ−Ｒ）よりも高い出力密度を得ることができる。これにより、無機材料の通常の限界を超えて進むことができる。すなわち、有機ディスクと比べると比較的感度が無い。また、ホールの代わりにバブルの形態を成す層の変形を使用する他の書き込み技術も低い電力の使用を可能にする。

無機活性層を備える記憶媒体を得ることにより、ＤＶＤフォーマット仕様に対応する記録密度およびマークの分解能を達成できるように、テルル・亜鉛合金から成る活性層を使用することが国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−２００４／０５３８５８号パンフレットにおいて提案された。活性層は、レーザ等の光放射線を受けるようになっている前面を備えており、それにより、例えばホールまたはバブルの形態を成す機械的な変形による書き込みメカニズムが可能になる。金属半反射層が活性層の前面上に配置されてもよい。

国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−０１／９３２５６号パンフレットは、書き込み操作中に局所的に変形できる無機材料から成る活性層の前面上に半反射層が配置されるときに半反射層から得られるべき利点を明記している。半反射層は、アルミニウム、銀、銅、金、亜鉛、チタンおよびこれらの合金を含む群から選択される金属によって形成される。活性層の前面上に半反射層が存在することにより、書き込み閾値を過度に増大させることなく、記憶媒体の反射率の値を増大させることができる。活性層が変形されない場合、活性層は実際には一般に特定の反射率を与えるが、これは、前記反射率と書き込み操作後の活性層の変形領域の反射率との間で大きな差を得るのに十分ではない。活性層の局所的変形および場合により半反射層の局所的変形によるデータ記録は、実際には、活性層と半反射層とにより形成される積層体の反射率を局所的に減少させるという効果を有する。

しかし、半反射層を形成するために使用される金属または合金は良好な熱導体であるが、これらは感度の低下を引き起こすことなく厚い層で使用することができず、また、これらの金属または合金が薄層で使用されると、これらは一般にそれらの金属特性を失いおよび／または特に酸化または硫化によって簡単に障害を起こす。

また、ホールまたはバブルの形成による書き込みとの関連で今日までに使用された無機材料は、比較的弱い反射、多くの場合、４０％未満の反射を有する。これは、特に、一方では無機材料の電子配置に起因しており、また、無機材料が堆積された後において無機材料が有するアモルファス構造にも起因している。同じ材料は、結晶化された時点で高い反射をもたらすが、アモルファス状態から結晶状態への移行ステップを必要とし、これはイニシャライザの使用を要する。しかしながら、再記録可能ディスクにおいては一般的なイニシャライザの使用は、不可逆的な記憶媒体においては依然として非常に高価である。

本発明の目的は、従来技術の欠点を改善すること、特に、とりわけＤＶＤ媒体の場合において国際基準仕様に対応する読み取り光放射線の初期反射および書き込み光放射線の部分的吸収をもたらす光記憶媒体を提案することである。

本発明によれば、この目的は添付の請求項によって達成される。

特に、この目的は、半反射層がスズ・テルル系合金から成る薄層であるという事実によって達成される。

合金は、スズ・テルル合金であってもよく、あるいは、スズと、テルルと、亜鉛およびインジウムから選択された金属とから成る合金であってもよい。

本発明の進展によれば、活性層の無機材料がテルル・亜鉛合金である。

特定の実施形態においては、活性層の無機材料がテルル・亜鉛合金であり、活性層および半反射層が８０ｎｍ以下の厚さを有する積層体を形成することが好ましい。特に、半反射層および活性層はそれぞれ約２０ｎｍの厚さを有している。

他の利点および特徴は、単なる非限定的な実施例として与えられ且つ添付図面に示される本発明の特定の実施形態の以下の説明から更にはっきりと明らかになる。

図１に示されるように、好ましくは不可逆的な光学データ記憶媒体は、例えばポリカーボネートから成る基板１を備えており、基板１上には半反射層２および活性層３が連続的に配置されている。

活性層３および半反射層２によって形成される積層体は、８０ナノメートル以下の厚さ、好ましくは５０ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。特に、好ましい実施形態によれば、半反射層２および活性層３はそれぞれ約２０ｎｍの厚さを有している。

活性層３は無機材料によって形成されている。活性層は亜鉛・テルル合金（Ｚｎ−Ｔｅ）によって形成されることが好ましい。活性層は、半反射層２と接触する前面４と、自由後面５とを有している。活性層は書き込み操作中に局所的変形を受けることができ、また、活性層の前面４は少なくとも読み取り操作中に光放射線６を受けるようになっている。活性層によって受けられる局所的変形は、活性層３の前面４により受けられる書き込み光放射線の作用によって引き起こされるバブルの形態を成す変形であることが好ましい。また、半反射層２は活性層の変形作用によって変形することもできる。書き込み光放射線は例えば集束レーザビームである。

半反射層２はスズ・テルル系合金から成る。半反射層は、例えば、スズ・テルル合金またはスズ・テルル化合物とも呼ばれるスズ・テルル化物（Ｓｎ−Ｔｅ）によって形成される。好ましくは、Ｓｎ−Ｔｅ合金において、スズの原子組成比率は４０％〜６０％であり、特に４５％〜５５％である。前記合金におけるテルルの原子組成比率は、スズのそれに対して補完的であり、６０％〜４０％であることが好ましく、特に５５％〜４５％である。従って、Ｓｎ−Ｔｅ合金の典型的な組成は、原子組成で、スズが５０％、テルルが５０％である。

スズ・テルル系合金から成る半反射層の存在により、記憶媒体の反射率を向上させることができる。実際に、記憶媒体が無機材料、例えばＺｎＴｅから成る活性層のみを備える場合、記憶媒体の反射は約２０％〜３０％である。しかしながら、国際基準は、ＤＶＤ−Ｒ型の媒体が少なくとも４５％の初期反射を有することを要求している。この反射は、回折による損失に関与し得る基板の幾何学的構成、および、この基板上に堆積された材料の光学的特性に依存している。また、データ書き込みは、基板上に堆積された層のうちの１つによる、特に活性層による光放射線の部分的吸収に関連付けられるため、媒体の吸収は少なくとも３０％を上回らなければならない。

効率的となるように、活性層の前面上に配置されなければならない半反射層は、実際には、以下の仕様を遵守する屈折率ｎおよび吸収係数ｋを有していなければならない。
（ｎ−４）^２＋ｋ^２＞１２．２５
（ｎ−８）^２＋（ｋ＋１）^２＞１２．２５
（ｎ−７）^２＋ｋ^２＜４２．２５
ｎおよびｋは正数でなければならない。
ｎは８よりも小さくなければならない。

図２は、結晶形態のＳｎ−Ｔｅ合金の屈折率ｎおよび吸収係数ｋの理論的変化と、光子エネルギーとの間の関係を表わしている。図から分かるように、２ｅＶのエネルギー値、すなわち、ＤＶＤ−Ｒ型媒体における書き込み操作および読み取り操作のために既知の態様で使用される波長にほぼ対応するエネルギー値では、Ｓｎ−Ｔｅ合金が約４の非常に高い屈折率および約５．５の最大吸収係数を有する。従って、Ｓｎ−Ｔｅ合金の屈折率ｎおよび吸収係数ｋは上述した仕様を立証している。そのため、前記合金を使用して、記憶媒体の活性層の前面上に配置される半反射層を形成することができる。

また、図３〜図５は、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍの厚さをそれぞれ有する薄層の異なる屈折率ｎおよび吸収係数ｋにおける反射・吸収の等値を示している。図３〜図５において、図示の異なる複数の領域１は、吸収が３０％を上回り且つ反射が少なくとも４５％となっている屈折率ｎおよび吸収係数ｋの領域に対応している。図３には、表示目的のために、領域２〜５も示されている。領域２では、反射が少なくとも４５％であるが、吸収が２０％〜３０％の範囲である。これに対し、領域３では、反射が３５％〜４５％の範囲であるが、吸収が３５％を上回っている。領域４では、反射が３５％〜４５％の範囲であり、吸収が２０％〜３５％の範囲であるが、領域５では、反射および吸収が非常に低い。従って、領域１が、国際基準の要件を満たすためにＤＶＤ型記憶媒体が置かれるべき理想的な領域を表わしている。

しかしながら、図３〜図５は、反射・吸収等値曲線が薄層の厚さに従って変化することを示している。そのため、図６は、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍの厚さを有する層に関してそれぞれ図３〜図５に示された異なる領域１を１つのグラフ上に示している。すなわち、曲線Ａは図３に係る領域１を示しており、一方、曲線Ｂ，Ｃはそれぞれ図４および図５に係る領域１を示している。

図から分かるように、２ｅＶのエネルギー値においては、Ｓｎ−Ｔｅ合金の薄層の厚さが何であっても、Ｓｎ−Ｔｅ合金の屈折率ｎおよび吸収係数ｋは常に領域１に位置されている。従って、記憶媒体において通常使用される無機材料とは異なり、Ｓｎ−Ｔｅ合金の光学的特性によれば、前記薄層の厚さが何であっても、反射および吸収に関するＤＶＤ−Ｒにおける国際基準仕様を満たすことができる。

また、図３〜図５に示される領域１に位置される材料を見出すためには、一般的に、吸収帯に近い異常な光学的特性を与える材料を探すことが通例であり、可能な経路のうちの１つは、作業波長、すなわち２ｅＶに対応する波長に近いギャップを与える材料を選択することである。しかしながら、図２から分かるように、Ｓｎ−Ｔｅ合金の吸収係数ｋは、ギャップエネルギーを越えると比較的ゆっくりと進み、また、Ｓｎ−Ｔｅ材料の関心は、非常に小さいギャップをもたらす作業波長に近い臨界点Ｅ２にある。

従って、スズ・テルル合金の半反射層により、特にＤＶＤ媒体の場合において国際基準仕様に対応する読み取り光放射線の初期反射および書き込み光放射線の部分吸収をもたらす記憶媒体を得ることができる。また、半反射層は、国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−０１／９３２５６号パンフレットに記載された半反射金属薄層の欠点を与えない。

国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−０１／９３２５６号パンフレットにおいて、例えばアルミニウム、金、銀、銅、亜鉛、チタン、ニッケルまたはこれらの合金のうちの１つから成る半反射金属層の厚さは、実際には、書き込み閾値を過度に増大させることなく記憶媒体の反射を増大させるように最適な値に調整される。従って、その厚さは、その熱伝導率を制限するように約４ｎｍ〜１０ｎｍとなる。実際に、熱伝導率が非常に高いと、記憶媒体の感度の低下をもたらす。

国際特許出願公開ＷＯ−Ａ−０１／９３２５６号パンフレットとは異なり、スズ・テルル系合金を使用して、特にＳｎ−Ｔｅ合金を使用して半反射層２を形成することにより、とりわけ、半反射層２の厚さをかなり増大させることができ、特に約２０ｎｍの厚さまで増大させることができる。これにより、記憶媒体の反射を高めることができる。しかしながら、半反射層２は適度な熱伝導率を維持し、それにより、記憶媒体の許容できる感度を得ることができる。

また、スズ系およびテルル系合金も、０℃を下回る結晶化温度を有するという利点を与える。従って、堆積作業が行なわれるときには、スズ・テルル系合金の薄層が既に結晶形態を成しており、そのため、高い反射を得ることもできる。また、スズ・テルル系合金は非常に安定しているため、化学分解を何ら受けることがない。最後に、従来技術で使用される材料とは異なり、スズ・テルル系合金は、書き込み操作中にバブルの形態を成す局所的変形を促進させる。実際に、従来技術で使用される半反射金属層の性質は、機械的には、バブルの形成よりもホールの形成に好ましい。しかしながら、バブルの形成による記録は、ホールの形成により得られる記録よりも高いデータ記録密度を有することができるため、優れている。

最後に、国際特許出願公開ＷＯ−Ａ−０１／９３２５６号パンフレットに記載された薄い半反射金属層を形成するために使用される特定の金属は、一般に、酸化および／または硫化に敏感であるという欠点を与える。一方、スズ・テルル系合金の半反射層は安定しているという利点を与える。

本発明は前述した実施形態に限定されない。従って、光放射線６が基板と反対の側で活性層３に達することができるように、記憶媒体の薄層を異なる順序で媒体内に配置することができる。そのため、図７において、ポリカーボネート基板１は、活性層３、半反射層２、接着剤から成る層７、および、例えばポリカーボネートにより形成された保護支持体８によって連続的に覆われている。この場合、活性層３の前面４および後面５はそれぞれ半反射層２および基板１と接触しており、それにより、保護支持体８の自由面からくる光放射線６は常に活性層の前面４を介して活性層に達する。接着剤から成る層７は、変形することができる接着剤の層であることが好ましい。従って、その接着剤の層は、保護支持体８の自由面からくる書き込み光放射線６の作用により、層の変形、すなわち、活性層３および半反射層２のそれぞれの変形を伴う。

例えば、図７に示される特定の実施形態において、活性層３は、亜鉛の原子組成比が６５％であり且つテルルの原子組成比が３５％である亜鉛・テルル合金によって形成され、一方、半反射層２はスズ・テルル系合金によって形成される。活性層３および半反射層２はそれぞれ例えば２０ｎｍの厚さを有しており、一方、基板１は０．６ｍｍの厚さを有し、接着剤から成る層７の厚さは約数十ミクロンである。

活性層において局所的変形を形成するために活性層の前面によって受けられる書き込み光放射線、例えば集束レーザビームは、加熱手段などの任意の他のタイプの手段と置き換えることもできる。例えば、局所的変形は、マイクロチップまたはジュール効果によってもたらされる熱により引き起こすことができる。

スズおよびテルルに基づく二元合金は、スズと、テルルと、亜鉛およびインジウムから選択される金属とにより形成される三元合金と有利に置き換えることができる。スズ・テルル・亜鉛合金およびスズ・テルル・インジウム合金はそれぞれ、（ＳｎＴｅ）_ｘＺｎ_１−ｘおよび（ＳｎＴｅ）_ｘＩｎ_１−ｘと記述することができる。パラメータｘの値は９０％以上であることが好ましい。この場合、三元合金における亜鉛およびインジウムから選択される金属の原子組成比は１０％以下である。

本発明の特定の実施形態に係る光記憶媒体を示す断面図。 Ｓｎ−Ｔｅ合金の屈折率（ｎ）および吸収係数（ｋ）の変化と、光子エネルギ（ｅＶ）との間の関係を示す図。 ２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍの薄層のそれぞれに関する屈折率（ｎ）および吸収係数（ｋ）の異なる値における反射・吸収の等高線を示す図。 ２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍの薄層のそれぞれに関する屈折率（ｎ）および吸収係数（ｋ）の異なる値における反射・吸収の等高線を示す図。 ２０ｎｍ、３０、４０ｎｍの薄層のそれぞれに関する屈折率（ｎ）および吸収係数（ｋ）の異なる値における反射・吸収の等高線を示す図。 図３〜図５に示された異なる領域１を１つのグラフ上で概略的に示す図。 図１に係る光記憶媒体とは異なる実施形態の光記憶媒体の断面図。

Claims (12)

1. 無機材料から成り、書き込み操作中に局所的変形を受けることができるとともに、少なくとも読み取り操作中に光放射線（６）を受けるように構成された前面（４）を有する活性層（３）と、
   前記活性層（３）の前面上に配置された半反射層（２）と、
   を備える光学データ記憶媒体であって、
   前記半反射層（２）がスズ・テルル系合金から成る薄層であり、前記半反射層の屈折率をｎ、吸収係数をｋとすると、ｎおよびｋは正数で、ｎは８よりも小さく、かつ
   （ｎ−４） ^２ ＋ｋ ^２ ＞１２．２５
   （ｎ−８） ^２ ＋（ｋ＋１） ^２ ＞１２．２５
   （ｎ−７） ^２ ＋ｋ ^２ ＜４２．２５
   の条件を満たすことを特徴とする光データ記憶媒体。
2. 前記合金がスズ・テルル合金であることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
3. 前記スズ・テルル合金におけるスズの原子組成比率が４０％〜６０％であることを特徴とする請求項２に記載の媒体。
4. 前記スズ・テルル合金におけるスズの原子組成率が４５％〜５５％であることを特徴とする請求項３に記載の媒体。
5. 前記合金は、スズと、テルルと、亜鉛およびインジウムから選択された金属とから成る合金であることを特徴とする請求項１に記載の媒体。
6. 前記合金における亜鉛およびインジウムから選択された前記金属の原子組成比率が１０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の媒体。
7. 前記活性層（３）の無機材料がテルル・亜鉛合金であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の媒体。
8. 前記活性層（３）および前記半反射層（２）が８０ｎｍ以下の厚さを有する積層体を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の媒体。
9. 前記積層体が５０ｎｍ以下の厚さを有していることを特徴とする請求項８に記載の媒体。
10. 前記半反射層（２）および前記活性層（３）がそれぞれ約２０ｎｍの厚さを有していることを特徴とする請求項８または９に記載の媒体。
11. 前記活性層（３）は、加熱手段によって引き起こされる局所的変形を受けることができることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の媒体。
12. 前記活性層（３）は、前記活性層（３）の前面（４）によって受けられる書き込み光放射線の作用により引き起こされる局所的変形を受けることができることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の媒体。

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