JPS6330289A - 光記録媒体 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基板上の記録層に光エネルギーを照射して記
録層の一部を相変態させ、かかる相変態による光学特性
の変化を利用して情報を記録する光記録媒体に係り、特
に記録と消去をくり返して行うことができる書き換え可
能な光記録媒体に関する。

〔従来の技術〕

記録と消去をくり返して行うことができる書き換え可能
な光記録媒体と【ノて、アモルファスと結晶との間の相
変態による光学特性の変化を利用して情報を記録するも
の及び結晶と結晶との間の相変態による光学特性の変化
を利用して情報を記録するものが知られている。

アモルファスと結晶との間の相変態を利用した光記録媒
体の代表的なものとして、セレン或はテルルなどの半導
体材料の化合物を記録層材料として用いたものが知られ
ている。

結晶と結晶との間の相変態を利用したものとしては、特
開昭６０−２６２９３１号公報に記載のように銅合金或
は銀合金などを記録層材料として用いたものが知られて
いる。

１〔発明が解決しようとする問題点〕 アモルファスと結晶との間の相変態を利用したものは、
アモルファス状態すなわち記録状態の熱的安定性が悪く
、永く使用している間に結晶化するという問題点がある
。又、セレンやテルルは毒性を有しており、取り扱いが
難しいという問題もある。

結晶と結晶との間の相変態を利用したものは、アモルフ
ァスと結晶との間の相変態を利用するもののように記録
状態の熱的安定性の心配はない。

しかし、アモルファスと結晶との間の相変態を利用する
ものにくらべて相変態速度がきわめて遅く、消去速度が
遅くて感度が悪いという問題点がある。

本発明の目的は、記録状態の熱的安定性がよく、しかも
結晶と結晶との間の相変態を利用したものにくらべて消
去速度が速い、書き換え可能な光記録媒体を提供するに
ある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、基板」二に準結晶と結晶との間で相変態する
合金よりなる記録層を形成してなる光記録媒体である。

本発明は、準結晶と結晶との間で相変態する合金が、ア
モルファスと結晶との間で相変態するもの或は結晶と結
晶との間で相変態するものと同じく、相変態に伴って光
学特性が変化し、この変化を利用して情報を記録できる
ことを究明したことに基いている。結晶から準結晶への
相変態は、光エネルギー照射による加熱と、その後の合
金自身の熱伝導による急冷作用とによって実現でき、結
晶のみの記録層に局部的に増結晶相を形成して情報を記
録することができる。

準結晶と結晶との間で相変態する合金としてはマンガン
、クロム、バナジウム、モリブデン、鉄、シリコン及び
亜鉛の少なくとも１つを含み、残部がアルミニウムより
なるアルミニウム合金或はニッケルとバナジウムの少な
くとも１つを含み、残部チタンよりなるチタン合金があ
り、これらによって記録層を構成することができる。

前記アルミニウム合金に含有する成分の量は１０〜２０
Ｍ子％の範囲が好ましい。１０Ｍ子％よりも少ないと結
晶と結晶との間の相変態が起こり易くなり、２０原子％
を超えても結晶と結晶との間の相変態が起こり易くなっ
て消去感度を高めることができない。

前記チタン合金に含有するニッケルとバナジウムの少な
くとも１つの含有量は、合計で３０〜３３原子％の範囲
が好ましい。この範囲をはずれると、いずれも結晶と結
晶との相変態が起こり易くなって消去感度が悪くなる。

記録層材料の中では、マンガンを１０〜２ｏ原子％含み
、残部アルミニウムよりなる合金が最も好ましい、この
合金の蒸着膜或はスパッタリング膜の膜質はきわめて良
好であり、光エネルギーの反射のばらつきが少ない。し
かも相変態に伴う温度変化が大きいので、相変態温度を
コンＬロール楡しやすい。

前記アルミニウム合金或はチタン合金よりなる記録層は
、基板上に蒸着或はスパッタリングによ又 っ＆形成される。これらのうちでは蒸着膜の方が膜質が
よく均質である。

記録層の厚さは、５０００ｎｒｎ　（５μｍ）以下、特
に３０〜３０００ｎｍの範囲が好ましい。記録層の膜厚
が厚いと熱抵抗が低下し、準結晶と結晶との間の相変態
が起こりにくくなる。薄すぎても準結晶と結晶との間の
相変態が起こりにくい。

結晶と結晶との間の相変態を利用した従来の光記録媒体
では、記録層材料として例えば銀−亜鉛合金を用いた場
合に、記録層膜厚は約４０μｍを必要とした。本発明は
、これにくらべると非常に薄膜である。このように記録
層を薄膜にできるので相変態時の急速加熱が可能であり
、消去感度を高めることができる。

記録層は、前述のように非常に薄肉であるので、これを
支持する基板が必要である。この基板は光エネルギーの
入射側或はその反対側のどちら側に設けてもよい。光エ
ネルギー入射側に基板を設ける場合には、透明であり、
しかも光の反射がばらつかないようにできるだけ均質な
ものを用いることが好ましい。このための基板材料とし
ては、ガラスが好適である。

基板材料として、光の吸収作用或は干渉作用を有するも
のを用いることは好ましい。これらの作用を有する材料
を基板に用いることにより、記録層の加熱及び冷却髪よ
り一層速めることができ、消去感度を高めることができ
る。

本発明の光記録媒体は、たとえば次の構造にして用いる
ことができる。

１つは、記録層の一方又は両方の表面に基板を設けた構
造である。１つは、基板上に記録層を設け、その上に保
護層を設けた構造である。この保護層は、ちりや埃りが
記録層に付着するのを防止する作用を有する。この場合
、保護層として光の吸収作用或は干渉作用を有するもの
を用いることは好ましい。他の１．つけ、基板上に記録
層を設け、記録層上に光の吸収作用或は干渉作用を有す
る層を設け、その上にガラス等の保護層を設けた構造で
ある。なお、これらは−例であり、他の構造にして用い
てもよい。

光吸収材料としては、酸化クロム、酸化銅及び四三酸化
鉄などがあり、これらをいずれも使用可能である。光干
渉材料としては、酸化タンタル、酸化チタン、酸化けい
素及び酸化アルミニウムなどがあり、これらをいずれも
使用可能である。

〔作用〕

本発明の記録層を有する光記録媒体に光エネルギーたと
えば半導体レーザ光を照射すると、照射された部分が局
部的に高温に加熱され溶融する。

レーザ光の照射を中止或は照射位置を移動すると。

照射され溶融した部分は記録層材料自身の熱伝導によっ
て急速に冷却され、相変態して準結晶となる。、：れに
より結晶状態の記録層に局部的に増結晶相が生成し、結
晶と準結晶との光学特性の変化を利用して情報が記録さ
れる。この準結晶状態は熱的に安定であり、永い間に結
晶化することがない。このため再生媒体としてもすぐれ
ている。

記録層を固体状態の高温に加熱し常温に徐冷すると、準
結晶から結晶に相変態し、結晶のみの相にすることがで
きる。これにより情報が消去される。

本発明では、結晶から準結晶への相変態及び準結晶から
結晶への相変態をくり返し行うことが可能であり、書き
換えが可能である。

結晶とは空間に規則性を有して原子が並んでいる状態で
ある。このような規則的配列は対称操作の種類によって
分類でき、この分類により結晶は対称群を形成する。結
晶の最小単位を単位胞というが、単位胞を周期的にずら
しながら空間をうめていく並進対称と共存できる回転対
称は、２回対称と３回対称と４回対称及び６回対称の４
種類に限られており、これ以外の回転対称性は認められ
ない。

しかしながら、最近、フィジカル　レピューレターズ　
第５３巻　第２０号（１９８４年）第１９５１から１９
５３頁（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒ
ｓ　Ｖｏｌ、５３　　＆２０　（１９８４）　ｐｐ１９
５１−１９５３）において論じられているように液体急
冷したＡ１１合金を電子顕微鏡により研究中、準安定相
として生ずる新しい相の中に従来の結晶学の常識を越え
た５回回転対称の電子線回折パターンを示す相が見い出
された。その後の詳しい研究によればこの新しい相は正
２０面体構造であることが確認された。このような相は
従来の結晶の範ちゅうを越えており、結晶とアモルファ
スの中間的な構造をもち準結晶と考えられている。従っ
て物理学、結晶学的には準結晶はアモルファスや結晶状
態とは異なった状態であるといえる。すなわち準結晶と
結晶との間の変態は、アモルファスと結晶および結晶と
結晶との間の変態と異なったメカンズムによって起こる
と言える。準結晶を定義するならば、並進対称を保ちな
がら５回又は２０回回転対称を有する結晶構造で、従来
の結晶学的方位関係では定義不可能なものと云える。

前記刊行物には、かかる合金の光学特性については全く
開示されていない。本発明者らは、かかる合金を光記録
媒体に適用できないだろうかと考え、光学特性を測定し
て光記録媒体の記録層材料として使用できる見通しを得
た。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示すように、ガラス基板３上にエレクトロンビ
ーム蒸着法によってアルミニウム−１４原子％マンガン
合金を約１μｍ厚さに蒸着して記録層２を形成した。蒸
着状態では層が部分的に準結晶になっている場合がある
ので、アルゴンガス雰囲気中で５００〜８００℃にて加
熱保持し全体を結晶状態に初期化した。初期化の後、直
流マグネトロンスパッタリング法にて保護層１として五
酸化タンタル（Ｔａｘ○Ｉ、）膜を約１５０ｎｍ厚さで
形成した。本構成によって波長８３０ｎｍ、２０ｍＶの
半導体レーザを集光して２．０μｍ　φの準結晶のビッ
ト（高反射率）を形成することができた。更に焦点をず
らした（ディフォーカス）半導体レーザ光を前記ビット
に照射して結晶に変化させピッｌ−の消去ができた。

以上の実施例では、基板材料としてガラスを用いたが、
石英を用いても同様の効果が得られる。

又、保護層形成手段として真空蒸着法を用いてもかまわ
ないし、保護層材料として二酸化けい素（Ｓ　ｉ　Ｏ２
）を用いてもほぼ同様の効果が得られる。

実施例２ 第２図に示すように記録層２上に干渉作用を有する保護
層４を形成した。この保護層は、厚さを調整し、外部か
らのレーザ光線（８３０ｎｍ波長）に対して記録部（準
結晶）と未記録部（結晶）の反射率差を大きくして干渉
条件を満たすようにした層である。保護層材料は二酸化
けい素であり、その膜厚は５００ｎｍである。基板及び
記録層の材料、製造工程は実施例１と同じである。

この光記録媒体では、記録部（準結晶）と未配緑部（結
晶）の反射率差は１４〜２０％になり記録部のコントラ
ストを著しくする効果があった。

本実施例によれば光学記録再生媒体として新しい原理に
基づいた記録、消去を良好に行う効果がある。

実験例 マンガンを１０〜２２．５原子％の範囲内で含み、残部
がアルミニウムよりなる合金を液体急冷により製造し準
結晶状態のアルミニウムーマンガン合金を得た。液体急
冷時の溶湯の温度は８５０℃以上とし、約１０４’Ｃ／
秒の冷却速度で常温まで急冷した。得られた合金を、そ
の後頁に５００〜８００℃で加熱保持して結晶状態とし
た。マンガン１４原子％含有アルミニウム合金について
準結晶状態と結晶状態の分光反射率分布を測定した結果
、第３図に示すように波長２００〜１５００ｎｍにおい
て面状態に明瞭な分光反射率分布の差があることが明ら
かになった。半導体レーザ光の波長である８３０ｎｍに
おける反射率差は８％であった。アルミニウムに対する
マンガンの原子量比を変化させた合金について前記と同
様に反射率分布を測定したところ第４図に示すようにマ
ンガンの原子％によって分光反射率の差は敏感に変化す
ることが明らかになった。準結晶の生成する合金系とし
てアルミニウムークロム合金も知られている。

クロム１６ｙＸ子％含有アルミニウム合金について前述
と同様に分光反射率分布を測定したところ第５図に示す
ようにアルミニウムーマンガン合金と同様に明瞭な反射
率差を有することが明らかになった。半導体レーザ光の
波長の８３０ｎｍにおける反射率差は１０％であり、十
分に光学特性の差を有していた。光学記録再生媒体には
物性的に決まった記録あるいは消去温度がなければなら
ない。

すなわち準結晶と結晶との間の変態において成る決まっ
た変態温度がなければならない。そこで準結晶状態のア
ルミニウム８４原子％、マンガン１６原子％の組成の合
金について反射率の加熱時における変化を測定した結果
を第６図に示す。第６図から明らかなように７００〜７
５０に付近に明瞭に反射率が増加する温度が存在し、こ
れが準結晶と結晶との間の変態温度と対応することがわ
かった９そして、ここに記録及び消去温度が存在するこ
とが確認できた。第７図に示すようにＸ線回折学的に準
結晶を同定することは可能であり、アモルファスや結晶
と区別されることは明白である。

光学記録再生媒体の性能として記録状態の安定性および
高速消去が望まれる。これらの性能は準結晶の熱力学安
定性から決まると考えられる。第８図に合金の液体状態
からある速度で冷却したときに生成する合金の構造状態
の概念図を示す。第８図のＣはそれ以上の冷却速度では
アモルファスとなる臨界冷却速度を表し、ｄはこれ以上
では準結晶になる臨界冷却速度を表している。これによ
ると液体からの冷却速度によって合金原子がどのような
状態に凍結されるかが決まるが、アモルファスが最速冷
却でしか凍結されないのに対し準結晶はそれ以下の冷却
速度で充分である。冷却速度が速いほど凍結された状態
を示す凍結温度が低温化するから、アモルファス、準結
晶、結晶の順に凍結温度が高くなると言える。急冷され
た準安定な状態の安定性は凍結温度の高低で議論可能で
あることは、例えばアモルファスの安定性をガラス転移
温度Ｔ「で決められることと同様である。いま準結晶の
凍結温度はアモルファス以上、結晶以下であると考えら
れる。凍結温度Ｈｏが高い程、室温では安定であること
はアモルファスと結晶の例から明らかである。よって準
結晶はアモルファスよりも安定であることが言える。い
ま消去温度をＴｅとすれば非平衡熱力学の知見から非平
衝パラメータΔはおおむね Δ〜１Ｈｏ−Ｔｅｌ で与えられる。準安定相（前述のアモルファス、準結晶
、急冷結晶）が安定相にある温度Ｔｅに変化する時間τ
Ｃは τＣ〜１／Δ で与えられる。これから非平衝パラメータΔが大きい程
、変化する時間τＣは短かくなる。すなわち準安定から
安定相への変態時間が短くなる。この観点から考えると
同じ消去温度に対して凍結部度の低いアモルファスが非
平衝パラメータが最も大きく、次いで準結晶、結晶の順
になる。従ってアモルファスと結晶との間の変態のτＣ
が最も短く５次いで準結晶と結晶との間の変態、結晶と
結晶との間の変態の順になる。いまそれぞれの急冷状態
の準安定相を記録、それの安定相への変態を消去とする
と、準結晶と結晶との間の変態はアモルファスと結晶と
の間の変態に次ぐ高速消去、結晶と結晶との間の変態に
次ぐ安定な性能を有することがわかる。従って準結晶−
結晶量変態材料は従来のアモルファス−結晶量変態材料
の問題点であった記録部（アモルファス相）の不安定性
を解消しおよび結晶−結晶量変態材料の課題であった高
速消去を可能にするので、これの応用により光学記録再
生媒体の性能を向上させることが可能である。また第９
図に示すように、例えばアルミニウムーマンガン合金或
はアルミニウムークロム合金系では準結晶と結晶との間
の変態温度Ｔｑが組成により２００に近くも変化するの
で半導体レーザなどを加熱源とする光学記録方式での最
適な加熱温度に合せた消去温度の設定が合金のＭ　ｎ　
。

Ｃｒ原子％量によって充分に調整できる。但し５これら
のうちではアルミニウムーマンガン合金の方が広い組成
範囲で調整可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明は準結晶と結晶との間の相変
態を利用して情報を記録及び消去するものであり、従来
全く例のない新しい考えに基くものである。本発明によ
れば記録状態の安定性がよく、消去感度のよい光記録媒
体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光記録媒体の概略断面
図、第２図は他の実施例による光記録媒体の概略断面図
である。第３図はアルミニウムーマンガン合金の結晶と
準結晶について分光反射率分布を示す特性図、第４図は
アルミニウムーマンガン合金の結晶と準結晶の分光反射
率差に及ぼすマンガン量の影響を示す特性図である。第
５図はアルミニウムークロム合金の結晶状態と準結晶状
態の分光反射率分布を示す特性図、第６図はアルミニラ
ム−マンガン合金の結晶と準結晶の分光反射率差に及ぼ
す温度の影響を示す特性図である。 第７図はＸ線回折図、第８図は熱力学的状態と冷却速度
の概念図、第９図は記録層材料の変態開始温度に及ぼす
成分組成の影響を示す特性図である。 １・・・保護層、２・・・記録層、３・・・基板、４・
・・干渉作用を有する保護層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に光エネルギー照射により相変態する合金か
   らなる記録層を有する光記録媒体において、前記合金が
   準結晶と結晶との間で相変態する合金からなることを特
   徴とする光記録媒体。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記合金がマンガ
   ン、クロム、バナジウム、モリブデン、鉄、シリコン及
   び亜鉛の少なくとも１つを合計で１０〜２０原子％含む
   アルミニウム合金からなることを特徴とする光記録媒体
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記合金がニッケ
   ルとバナジウムの少なくとも１つを合計で３０〜３３原
   子％含むチタン合金からなることを特徴とする光録録媒
   体。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記合金がマンガ
   ン１０〜２０原子％と残部アルミニウムよりなることを
   特徴とする光記録媒体。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記記録層が前記
   基板上に蒸着又はスパッタリングによつて形成された薄
   膜からなることを特徴とする光記録媒体。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記膜の厚さが３
   ０ｎｍ〜３０００ｎｍよりなることを特徴とする光記録
   媒体。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記記録層の光エ
   ネルギーの入射側に透明の前記基板を有することを特徴
   とする光記録媒体。 ８、基板上に光エネルギー照射により相変態する合金か
   らなる記録層を有する光記録媒体において、前記記録層
   が準結晶と結晶との間で相変態する合金からなり、前記
   記録層の光エネルギー入射側に保護層を有することを特
   徴とする光記録媒体。 ９、特許請求の範囲第８項において、前記保護層が光吸
   収材料よりなることを特徴とする光記録媒体。 １０、特許請求の範囲第８項において、前記保護層が光
   干渉材料よりなることを特徴とする光記録媒体。 １１、特許請求の範囲第８項において、前記保護層の材
   料が、酸化クロム、酸化銅、四三酸化鉄、酸化タンタル
   、酸化チタン、酸化けい素及び酸化アルミニウムの少な
   くとも１種よりなることを特徴とする光記録媒体。