專利名稱：光學信息記錄介質、記錄重放方法和光學記錄重放系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用激光照射等光學手段，能以高密度、高速度記錄重放信息的光學信息記錄介質及其記錄重放方法。另外，本發(fā)明還涉及使用該光學信息記錄介質的光學信息的記錄重放系統(tǒng)。
背景技術：
作為大容量、高速度信息記錄，尤其是可改寫的介質，已知有光磁記錄介質及相變型記錄介質等光學信息記錄介質。這些光學信息記錄介質，利用激光局部地照射在記錄材料上產(chǎn)生的記錄材料光學特性的差異來記錄信息。例如，在光磁記錄介質上，利用以磁化狀態(tài)的不同產(chǎn)生反射光偏振面轉角的差異來記錄信息。相變型記錄介質，利用結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)下對特定波長的光反射量的差異來記錄信息。相變型記錄介質通過調制激光輸出功率，可以同時進行記錄的刪除和寫入，所以容易高速地改寫信息信號。
這些光學信息記錄介質，可以根據(jù)需要進行隨機存取，而且有便攜性能佳的巨大優(yōu)點，故其重要性在高度信息化的社會中日益提高。例如，通過計算機的個人數(shù)據(jù)和圖像信息的記錄、保存，以及在醫(yī)療領域、學術領域、或便攜式數(shù)字錄像機的記錄介質、家庭用磁帶式錄像機更新?lián)Q代等各個方面，得到利用或正在嘗試利用。作為利用相變化型記錄介質的制品的一個例子，例如，可隨機存取的DVD-RAM等。這是直徑120mm的盤形介質，單面可以記錄2.6GB(千兆字節(jié))(貼合型5.2GB)容量?，F(xiàn)在，這些光學信息記錄介質隨著應用高性能化和圖像信息高性能化，力求達到進一步大容量化(高密度化)、高速化。
作為達到進一步高密度化的手段，此前提出了縮短激光波長，或者照射激光束高NA化的建議。這些建議中無論哪一種，都能縮小激光光束的最小光斑直徑，故使與激光掃描方向平行的方向上的記錄高密度化成為可能。
另外，作為達到高密度化的另一種嘗試，提出了用具有設置在兩組以上信息層之間介入透明的分離層的結構的介質，僅從一面入射激光即能存取全部信息層，所謂多層記錄介質的技術。若采用這種技術，即可使增大介質厚度方向的記錄容量成為可能。
以前，典型的激光發(fā)光波長從紅光波段(例如，650nm～860nm(毫微米)間的某個值)獲得，在這個波段上的激光成本低，而且容易獲得。于是，為了實現(xiàn)使用這種激光的光學信息記錄介質，開發(fā)出在紅光波段上具有適度的光吸收，而且光學特性變化大的記錄材料。
但是，近來使進一步高密度記錄成為可能的藍紫光波段(例如，波長300nm～450nm；以下簡稱“藍光波段”)激光開發(fā)取得進展，在技術上已接近商品化水平。另外，利用SHG(二次諧波產(chǎn)生)元件以獲得具有原激光波長一半的光的技術開發(fā)也取得進展。若采用這樣的技術，例如可能用振蕩波長820nm的激光得到波長410nm的激光。在這種情況下，要求在藍光波段上具有優(yōu)異光學特性的記錄材料，但是，以前紅光波段最優(yōu)化的記錄材料，在藍光波段不一定也表現(xiàn)出優(yōu)異的特性。
特別是，在能夠僅從一面即可記錄重放的多層記錄介質，接近激光入射側的一側光透過型信息層上，若采用在紅光波段光吸收特性最優(yōu)化的記錄介質，則在藍光波段上激光的光吸收增大，難以提高信息層的透光率。反之，若要提高信息層的透光率，則在該信息層上難以使光學特性差增大。
發(fā)明目的與概述本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供具有在藍光波段上具有最優(yōu)的光吸收特性的信息層的光學信息記錄介質。另外，尤其是，目的在于提供具備即使在藍光波段上也具有高透光率，而且能得到高對比度的透光型信息層的光學信息記錄介質。另外，本發(fā)明的目的在于提供上述光學信息記錄介質的記錄重放方法以及采用上述光學信息記錄介質的光學信息記錄重放系統(tǒng)。
為了達到上述目的，在本發(fā)明中，在基片上形成了至少一層信息層的光學信息記錄介質，其中的信息層含有以能通過激光照射而在光學上不同的兩種狀態(tài)之間變化的材料為主要成分的記錄層，上述材料中上述兩種狀態(tài)中的一種是非結晶狀態(tài)，上述材料的能隙在上述非結晶狀態(tài)下處在0.9eV以上，2.0eV以下的范圍內。這樣，就可以實現(xiàn)即使在使用比以前還短的波段的激光的情況下，也具有優(yōu)異的記錄特性的光學信息記錄介質。此外，在本說明書中，主要成分指50原子(at)％以上的含有率的成分。另外，上述的信息層，可以只由記錄層構成，也可以為包含記錄層在內的多層膜。
這種光學信息記錄介質，尤其適用于以具有300nm以上450nm以下范圍內的波長的激光進行的信息記錄重放。
另外，在本發(fā)明的光學信息記錄介質中，用具有上述范圍波長的激光照射時，含有以上述材料為主要成分的記錄層的信息層，其透光率宜在30％以上，最好在50％以上。這樣，例如，即使具有2層信息層，只從同一方向(通常是上述基片側)激光入射，即使對于從入射側看較遠的信息層，信息也能良好地記錄重放。另外，在這里，激光透光率，較詳細地說，是用進行了該信息層的信息記錄的狀態(tài)下的透光率確定的。
在本發(fā)明的光學信息記錄介質中，最好至少形成2層信息層，所述信息層包含可由同一方向入射的激光引起光學上不同的兩種狀態(tài)之間變化的記錄層。這樣，若采用所謂多層記錄介質(具備多個信息層的結構)，則可能有效地增大介質的記錄容量。
按照本發(fā)明，與采用以前提出的與紅光波段對應的記錄材料的情況相比，即使在短波段上，也能容易地使介質的光吸收最優(yōu)化，所以能夠增大介質透光率，而且可以增大對比度。因此，如上所述可以增大信息層的透光率，可制成高性能的多層記錄介質。
在采用多層記錄介質的情況下，具體地說，形成兩層以上的信息層，至少在離激光入射側最近的信息層上，作為這個信息層上的記錄層的主要成分的材料的能隙，處于非結晶狀態(tài)時最好為0.9eV以上，2.0eV以下。另外，用波長300nm以上，450nm以下的激光照射時，上述信息層的透光率最好在30％以上。
在上述光學信息記錄介質中，最好至少一個記錄層以能夠可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)的材料為主要成分。在這種情況下，記錄層處于結晶狀態(tài)時激光的反射率Rc，最好大于上述記錄層處于非結晶狀態(tài)時對激光的反射率Ra(Rc＞Ra)。若按照這個推薦的例子，可以保持大的光吸收率的同時，又可以獲得較大的透光率。
另外，在含有能夠發(fā)生可逆的變化的上述記錄層的光學信息記錄介質中，記錄層處于結晶狀態(tài)時激光記錄層上的光吸收率 Ac，最好大于記錄層處于非結晶狀態(tài)時記錄層上的光吸收率Aa的80％(Ac＞0.8Aa)。Ac＞Aa則更好。這樣，即使在進行書寫記錄時，記錄痕跡也難以發(fā)生畸變，得到優(yōu)異的記錄特性。
另外，在含有能夠發(fā)生可逆變化的上述記錄層的光學信息記錄介質中，在350nm以上，450nm以下的波段上，若記錄層的結晶狀態(tài)的折射率為 nc，非結晶狀態(tài)的折射率為 na，非結晶狀態(tài)下的衰減系數(shù)為 ka，則 na＞2.5、nc＞2.5、ka＜2.0的關系最好成立。這樣，就比較容易實現(xiàn)透光率高而且光學特性差異大的介質。
尤其是，kc(結晶狀態(tài)的衰減系數(shù))和ka，最好滿足kc和ka的差值的絕對值(|kc-ka|)大于0.5的條件。這樣，便容易得到較大的光學特性差。另外，na和nc最好滿足na-nc≤1.0的條件。若按這個推薦的例子，就比較容易使Ac＞0.8Aa的關系成立，即使在書寫記錄時，記錄痕跡也難以發(fā)生畸變，易于得到優(yōu)異的記錄特性。
記錄層最好由含有Te及Se中至少一種的相變材料組成。這樣，就可能容易地增大這兩種狀態(tài)下的光學特性差異。
在記錄層含有Se的情況下，記錄層中Se的含量，宜為20原子(at)％以上，60at％以下，尤其是最好在50at％以下。若按照這個推薦的例子，能隙可以容易地進入0.9eV至2.0eV的最佳范圍，而且可能容易地構成非結晶狀態(tài)穩(wěn)定性好、晶化速度高的記錄材料。
在記錄層含有Te的情況下，記錄層最好同時含有X(X指從In、Al、Ga、Zn及Mn中選擇的至少一種的元素)。這樣，能隙可以容易地進入0.9eV～2.0eV的范圍。另外，記錄層中Te的含量宜為20at％以上60at％以下。記錄層中X的含量宜為20at％以上50at％以下。若取上述范圍的含量，則可構成非結晶狀態(tài)穩(wěn)定性極佳，而且晶化速度高的記錄材料。
在記錄層至少含有Te和Se中至少一種的情況下，最好再含有至少一種從Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、Sc、Ti、Nb、Cr、Mo、Co、Cu、Ag、Au、Pd、N及O中選擇的元素。再添加了這些材料的記錄層，可改善非結晶狀態(tài)的穩(wěn)定性、晶化速度或反復記錄特性。
含有能夠發(fā)生可逆變化的上述記錄層的上述光學信息記錄介質，其信息層最好具有連接到記錄層至少一個側面的晶化促進層。另外，晶化促進層含有N尤佳。通過晶化促進層可以縮短記錄層材料晶化所需要的時間，可能更高速記錄。
在上述光學信息記錄介質中，記錄層的厚度宜在1nm以上25nm以下。這樣，就可以形成兼有優(yōu)異的記錄特性、高透光率以及良好相鄰刪除特性的信息層。以可以在結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間可逆變化的材料為主要成分的記錄層，其厚度宜在1nm以上15nm以下。
另外，本發(fā)明提供使用上述光學信息記錄介質進行信息記錄、重放、刪除的方法。這個方法的特征在于，利用光學系統(tǒng)縮小成微小的光斑的激光照射，使上述介質的記錄層主要成分的材料向光學上的不同狀態(tài)發(fā)生變化，而且記錄用的激光波長在300nm以上450nm以下。這樣，便可以高密度地把信息記錄在光學信息記錄介質上，并能重放出來。
另外，本發(fā)明提供利用上述光學信息記錄介質對光學信息進行記錄重放的系統(tǒng)。這種記錄重放系統(tǒng)的特征在于，備有上述光學信息記錄介質和把具有300nm以上450nm以下范圍的波長的激光照射在該介質上用的激光光源。


圖1是表示本發(fā)明光學信息記錄介質層結構的一種形態(tài)的斷面的圖；圖2是說明求取記錄層材料能隙用的方法一例用的圖；圖3是表示記錄層材料光學常數(shù)一例的圖；圖4是表示作為以前記錄層用的材料的光學常數(shù)一例的圖；圖5是表示求取記錄層材料能隙用的方法的另一例子的圖；圖6是表示制造本發(fā)明的光學信息記錄介質用的成膜裝置的一例的圖；圖7是表示本發(fā)明光學信息記錄介質記錄重放用的裝置的一例的圖；圖8是表示本發(fā)明光學信息記錄介質層結構的另一種形態(tài)的斷面的圖；圖9是表示本發(fā)明光學信息記錄介質層結構的再一種形態(tài)的斷面的圖；圖10是表示本發(fā)明光學信息記錄介質層結構的又一種形態(tài)的斷面的圖；圖11是表示本發(fā)明光學信息記錄介質層結構的再又一種形態(tài)的斷面的圖。
本發(fā)明的實施形態(tài)下面將參照

本發(fā)明推薦的實施形態(tài)。
光學信息記錄介質的層結構的一例示于圖1。在這個結構示例中，在基片1上，依次層積第一保護層2、第一界面層(晶化促進層)3、記錄層4、第二界面層(晶化促進層)5、第二保護層6以及反射層7。
其中，本發(fā)明光學信息記錄介質，不限于圖1的結構，例如，在圖1中，在保護層6和反射層7之間設置其他層的結構、反射層7由兩層反射層組成的結構、在基片1和保護層2之間有其他層的結構、保護層2全部用界面層3替換的結構、保護層6全部為界面替換的結構、不設置界面層3和/或界面層5的結構、反射層7在激光20入射側和相對一側再設置其他層的結構等，種種結構可能都適用。
尤其是在記錄層4用發(fā)生非可逆變化的材料為主要成分時，可以采用在基片1上只形成記錄層4的結構、也可以采用在基片1上只形成記錄層4以及保護層6的結構，或者，也可以采用在基片1上依次層積保護層2、記錄層4、保護層6的結構。
基片1，最好用聚碳酸酯、PMMA(聚丙烯酸甲酯)等樹脂或者玻璃形成引導激光20的引導溝。另外，對于信號記錄重放用的激光波長，基片1宜用幾乎不產(chǎn)生光吸收的材料。
設置保護層2、6的主要目的是記錄材料的保護和使記錄層有效的光吸收成為可能的光學特性的調整。作為保護層2、6的材料，采用ZnS等硫化物，ZnSe等硒化物，Si-O、Al-O、Ti-O、Ta-O、Zr-O等氧化物，Ge-N、Cr-N、Si-N、Al-N、Nb-N、Mo-N、Ti-N、Zr-N、Ta-N等氮化物，Ge-O-N、Cr-O-N、Si-O-N、Al-O-N、Nb-O-N、Mo-O-N、Ti-O-N、Zr-O-N、Ta-O-N等氮氧化物，Ge-C、Cr-C、Si-C、Al-C、Ti-C、Zr-C、Ta-C等碳化物，Si-F、Al-F、Ca-F等氟化物，其他電介質或它們適當?shù)慕M合(例如，ZnS-SiO2)等可以達到上述目的的材料。
界面層3、5起防止記錄層4氧化、腐蝕、變形等保護記錄層的作用，同時防止構成記錄層4和保護層2，6的原子相互擴散以提高反復記錄特性，以及起促進記錄層4晶化，提高刪除特性、設置連接記錄層4，起重要作用。界面層3、5的設置位置，可以只設置在記錄層4任何一方的界面上，但是為了充分發(fā)揮上述效果，設置在記錄層4的兩側比較好。尤其是，在記錄層4的膜厚比較薄(例如，1～15nm)的情況下，變成記錄層難以晶化的條件，界面層3、5設置在兩側更能夠促進記錄層晶化，得到高的刪除特性。
此外，界面層3、5中所含有的成分，隨著信息的反復記錄，也有在記錄層4中擴散的情況。從這個觀點看，最好用不易妨礙記錄層光學變化的材料作為界面層3、5的構成材料。構成界面層3、5的材料，也可以是作為保護層2、6的材料列出的材料，也可以用Ge-N、Cr-N、Si-N、Al-N、Nb-N、Mo-N、Ti-N、Zr-N、Ta-N等氮化物，或者Ge-O-N、Cr-O-N、Si-O-N、Al-O-N、Nb-O-N、Mo-O-N、Ti-O-N、Zr-O-N、Ta-O-N等氮氧化物，或者Si-O、Al-O、Ti-O、Ta-O、Zr-O等氧化物，或者Ge-C、Cr-C、Si-C、Al-C、Ti-C、Zr-C、Ta-C等碳化物，或者Si-F、Al-F、Ca-F等氟化物、其他電介質或這些材料的適當?shù)幕旌衔镒鳛橹饕煞帧?br> 特別是作為界面層，用氮化物或者氧氮化物作為主要成分的情況下，往往可以形成致密的膜，可以顯著地得到上述效果，所以特別適宜。另外，在界面層中，最好根據(jù)情況再混入硫化物，或者硒化物，但是，在這種情況下，有必要選擇界面層3、5的組成和制作條件，使硫難向記錄層4擴散。
界面層3，5的膜厚宜在1nm以上。這是因為在膜厚不足1nm的情況下，降低了防止保護層2、6和記錄層4之間原子擴散的效果。
反射層7最好由Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr、Ti等金屬，或者由從中適當選出的金屬的合金形成。反射層7是為得到散熱效果和記錄層4上有效的光吸收等光學效果而設置的。但是，在可能充分散熱的層結構的情況下，不必用反射層7。在設置反射層7的情況下，其膜厚宜在1nm以上。這是因為在反射層7不足1nm的情況下，膜難以形成均勻的層狀，降低熱的和光學的效果。
接著，將就記錄層4進行說明。記錄層4，以能夠通過激光20等能量束的照射而在光學上不同的兩種狀態(tài)之間變化的材料作為主要成分，這兩個不同的狀態(tài)中一個為非結晶狀態(tài)。
作為記錄層4的主要成分的材料，宜為可在兩個不同狀態(tài)之間可逆變化的材料，但是，也可以采用在狀態(tài)之間非可逆變化的材料?？赡孀兓睦尤纾诜墙Y晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)之間進行的變化。作為非可逆變化的例子，可以舉出膜從非結晶狀態(tài)向氧化狀態(tài)的變化、從非結晶狀態(tài)產(chǎn)生例如體積變化、密度變化、膜的破壞造成的穿孔等任何一種構造變化的狀態(tài)變化。
到底采用可逆的還是非可逆的類型的記錄材料，最好考慮記錄介質要求的條件而定。例如，在要求非常便宜主要用于歸檔保存用途的介質的情況下，作為記錄層的主要成分，宜用非可逆變化記錄材料，構成可以一次寫入的一次寫入介質(W/O介質)。另一方面，在伴有改寫信息要求的情況下，必須采用可逆變化的記錄材料。實際上，把可逆變化的材料用于W/O介質也沒有關系。
記錄層4處于非結晶狀態(tài)情況下的光學能隙(下稱“E0”)為0.9eV以上、2.0eV以下。
下面將描述求取光學隙能量的方法。在非結晶半導體基礎吸收端附近的吸收光譜，由作為Tauc圖已知的下式(1)可以進行近似的描述(例如，培風館“非結晶半導體”P.38(3.8)式)α(E)·E∝(E-E0)2(1)式中，α(E)是吸收系數(shù)，E是光能，E0定義為光學隙能量。
這里，若考慮α(E)∝ka(E)·E(式中，ka(E)是該材料對于能量E的光的衰減系數(shù))，則(ka(E))1/2·E∝E-E0(2)按照式(2)，使光能E變化(換句話說，使光的波長變化)時，在以E值為X軸，(ka(E))1/2·E的值為Y軸的平面上，兩者的關系用直線表示，該直線與X軸的截距即為光學隙能量E0。
在圖2中，作為可在非結晶狀態(tài)與結晶狀態(tài)之間可逆變化的記錄層材料的一個例子，表示出求Sb2Se3的E0值的例子。ka(E)的測定，制作膜厚10nm的試樣，用橢圓光度法進行。根據(jù)該圖，Sb2Se3在非結晶狀態(tài)下的E0為1.39eV。另外，可以算出Sb2Se3在結晶狀態(tài)下的E0為1.16eV。為了進行比較，還同樣地對已知能在紅光波段取得優(yōu)異特性的Ge2Sb2Te5求出E0。其結果是，Ge2Sb2Te5的E0值，非結晶狀態(tài)下為0.73eV，結晶狀態(tài)下為0.35eV。
另外，記錄層，其全體最好實質上由非結晶狀態(tài)下能隙為0.9eV以上2.0eV以下的材料構成，但若在達到本發(fā)明的目的的范圍內，也可以含有不超過50at％，最好不超過10at％的范圍內的其他微量成分。
以下就記錄層E0的值與光學信息記錄介質的光學特性的關系進行說明。
在圖3(a)，(b)中，分別表示Sb2Se3折射率和衰減系數(shù)與波長的依存關系的測定結果，圖4(a)、(b)分別表示Ge2Sb2Te5折射率和衰減系數(shù)與波長的依存關系的測定結果。這里，折射率相當于復數(shù)折射率實部的值，而衰減系數(shù)相當于復數(shù)折射率虛部的值。
比較圖3(b)和4(b)可以看出，Sb2Se3與Ge2Sb2Te5相比，衰減系數(shù)的峰值，在非結晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)下都移向波長短的一側。例如，非結晶狀態(tài)下衰減系數(shù)變?yōu)?.0eV以下時，Ge2Sb2Te5在波長600nm以上的范圍，但Sb2Se3卻在波長350nm以上的范圍。另外，比較圖3(a)和4(a)可以確認，Ge2Sb2Te5非結晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)在波長短的一側折射率都降低，相比之下，在Sb2Se3上折射率的降低發(fā)生在波長更短的一側。這樣，Sb2Se3與Ge2Sb2Te5相比，其光學特性移向波長短的一側。這是因為Sb2Se3的光學隙能量值比Ge2Sb2Te5的值高，吸收端處于波長更短的一側。
一般說來，非結晶材料以及半導體材料的衰減系數(shù)，在吸收端附近的波長上，隨著波長變短逐漸增大。在采用光學隙能量比較高的材料的情況下，吸收端移向能量較高的一側(波長短的一側)，所以衰減系數(shù)的增大，發(fā)生在波長較短一側。利用這個原理，調整光學隙能量的數(shù)值，即可把記錄層在某個波長下的光吸收調整至最佳。本發(fā)明者著眼于這一點，就種種相變材料求出其光學隙能量數(shù)值，測定這些材料的光學常數(shù)。結果發(fā)現(xiàn)，在所謂藍光波段上，在采用記錄材料非結晶狀態(tài)下光學隙能量E0的值在0.9eV以上2.0eV以下的材料的情況下，可以得到最佳衰減系數(shù)值，容易使光吸收最優(yōu)化。
在記錄層處于結晶狀態(tài)的情況下，恐怕難以限定光學隙能量的最佳范圍。這是因為從非結晶狀態(tài)向結晶狀態(tài)的相變化，不僅吸收端移動，而且有時還包含從半導體向半金屬的變化。例如，圖5表示求取Ge4Sb2Te7光學隙能量數(shù)值用的曲線圖。按照圖5，可以算出非結晶狀態(tài)下的E0約為0.73eV，但是用同樣方法，在結晶狀態(tài)下卻得不出正確的數(shù)值。圖5中的直線的斜率在非結晶狀態(tài)下和在結晶狀態(tài)下大不相同，是因為從非結晶狀態(tài)向結晶狀態(tài)的相變化，不僅有吸收端偏移的變化，而且還伴有從半導體向半金屬的變化。不過，即使在這種情況下，若非結晶狀態(tài)下E0的數(shù)值在上述范圍內，仍然可得到優(yōu)的藍光波段光學特性。一般說來，呈現(xiàn)圖5所示相變化的材料，與相變化僅僅伴隨吸收端偏移的情況相比，光學特性變化增大的情況更多，所以自然是合適的。
另外，如圖2所示，在用正確數(shù)值求出結晶狀態(tài)下的E0的材料的情況下，若結晶狀態(tài)下光學隙能量為E0(c)，而非結晶狀態(tài)下光學隙能量為E0(a)，則最好E0(c)≤E0(a)-0.15成立。在滿足這個條件的情況下，結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)光學特性的差很大，所以有可能容易獲得高的C/N比。
若在記錄層上采用非結晶狀態(tài)下的光學隙能量E0小于0.9eV的材料，則在350nm～450nm的藍光波段上衰減系數(shù)過大。因此，記錄層對激光的光吸收變大，難以構成透光率特別高的信息層。另外，根據(jù)經(jīng)驗，隨著衰減系數(shù)上升，往往折射率下降，介質往往難以得到高的C/N比和折射率。
另一方面，若在記錄層上采用E0大于2.0eV的材料，吸收端過分移向波長短的一側，所以在藍光波段上衰減系數(shù)變得過小。在這種情況下，若不把記錄層4的膜厚增大到50nm以上，記錄靈敏度就降低，但若記錄層4的膜厚變厚，則由于記錄層膜面內的熱擴散，出現(xiàn)鄰接刪除，由于熱容量增大，冷卻速度降低，不能形成非常大的記錄痕跡(非結晶痕跡)，就會產(chǎn)生C/N比低下的問題。另外，一般說來，E0非常大的材料有折射率變小的傾向，所以容易出現(xiàn)無法增大C/N比和反射率的缺點。
由于以上理由，記錄層4采用非結晶狀態(tài)下的E0為0.9eV以上2.0eV以下的材料。E0大于1.0eV更好，1.5eV以下尤佳。
記錄層4的材料，如上所述，在激光的波長范圍，尤其是在350nm以上450nm以下波長的整個波段上，最好滿足na＞2.5、nc＞2.5、ka＜2.0的條件。這是因為若nc或na在2.5以下，則記錄層的光吸收率變小，所以記錄層靈敏度降低，而且容易產(chǎn)生反射率無法增大的缺點。另外，這是因為若ka取在2.0以上，則記錄層4的光吸收容易變得過大，難以構成透光型信息層。再者，滿足上述條件的材料，即使在300～350nm的波段上，也顯示出比紅光波段用的材料優(yōu)異的特性。
另外，kc和ka滿足兩者之差的絕對值大于0.5(|kc-ka|≥0.5)的關系比較好。這是因為衰減系數(shù)的差越大，光學特性的差就越大，可以得到較高的C/N比。另外，na和nc滿足na-nc≤1.0的關系則更好。這是因為若nc大于na，則容易設計成記錄層4處于結晶狀態(tài)時記錄層4的光吸收Ac比處于非結晶狀態(tài)時記錄層4的光吸收率Aa大。正如后面將要詳細描述的，在Ac＞0.8Aa的情況下，補償了由于結晶潛熱產(chǎn)生的記錄層4的結晶部分與非結晶部分溫度上升的差異，可以保持熱平衡。這樣，就可能縮小書寫記錄時記錄痕跡的畸變。
構成記錄層4的材料，最好是結晶速度快，而且非結晶狀態(tài)穩(wěn)定性高的材料。因此，對記錄層材料的組成、晶體結構、晶化速度、融點等必須適當選擇。一般說來，晶體結構若為NaCl型的fcc結構，則往往可以得到高的晶化速度。這是因為在NaCl型的情況下，從非結晶狀態(tài)向結晶狀態(tài)相變化時原子作少量移動即可，所以一般晶化速度加快。但是，晶化過程的機理并不單純，決定晶化速度的主要原因尚未完全弄清楚。
若降低晶化溫度，則容易晶化，但是過低反而有損非結晶狀態(tài)的穩(wěn)定性。一般說來，宜用晶化溫度在150℃以上250℃以下的材料。另外，若采用融點過高的材料，則記錄靈敏度降低，所以最好選擇融點最佳值(例如，500℃以上750℃以下)。
作為構成記錄層4的材料的具體例子，可以舉出以Se為主要成分的相變材料。例如，以Sb-Se、Sn-Se、Se-Ge、Se-Si、In-Se、Ga-Se、Al-Se、Bi-Se等為主要成分的材料。這些以Se為主要成分的材料，與以Te為主要成分的材料相比，一般光學隙能量都大，往往滿足0.9eV以上2.0eV以下的條件。另外，在Se比例低于20at％的情況下，使光學隙能量值大于0.9eV有點困難，所以Se的比例宜在20at％以上。
為了滿足E0為0.9eV～2.0eV的條件，必須考慮構成記錄層的各元素在周期表中的周期，調整其組成比例。一般說來，含重元素多的材料E0減小，反之含輕元素多的材料有E0增大的傾向?？紤]其原因是，在記錄材料由比較輕的元素組成的情況下，原子間距離有縮短的傾向，所以原子振動(相當于結晶狀態(tài)下的晶體振動)能隙容易變大，反之在記錄材料由比較重的元素組成的情況下，原子間距離有變長的傾向，所以原子振動能隙變小，實際上，本發(fā)明者經(jīng)試驗確認，即使采用同類材料，含重元素多的組成比的情況下，E0變小，含輕元素多的組成比的情況下，E0變大。
在本發(fā)明中，為了構成具有0.9eV～2.0eV的E0的記錄材料，在周期表中第五周期(In、Sn、Sb、Te等)以后的元素(原子序號在Rb以上的元素)含量宜在85at％以下，60at％以下則更佳。另外，最好用基本上不含有第六周期的元素(Tl、Pb、Bi等，原子序號在Cs以上的元素)。另外，即使在第五周期以后的元素含量大于85at％的情況下，通過令其含有比較輕的元素，例如，第三周期的元素(Al、Si、P、S)含量在5at％以上，E0也容易進入本發(fā)明的范圍之內。
作為記錄層4材料，以上面列舉的二元系Se化合物為主要成分，最好再含有添加材料。作為添加材料，最好同時添加第三種材料，或者第三及第四種材料。
添加第三種材料的目的，主要是調整晶化速度，增大非結晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)光學特性的差異。作為第三種材料，最好用Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、Sc、Ti、Nb、Cr、Mo、Co或它們適當?shù)幕旌衔铮貏e是Ge、In、Sn、Bi。第三種材料最好從作為主要成分的二元系成分以外的材料選取。
添加第四種材料的主要目的是提高反復記錄特性，并防止記錄層4氧化。作為第四種材料，最好是Cu、Ag、Au、Pd、Pt、N、O、Cr、Al、Si或它們適當?shù)幕旌衔铩Ｈ籼砑舆@種材料，則可抑制反復記錄時記錄層物質的流動，提高反復記錄特性。尤其是，若添加Cr、Al、Si等容易氧化，而且氧化物是一種難溶于水的材料，則可極大地提高記錄層4的耐腐蝕性、耐氧化性。
下面將要說明決定記錄層4的組成比例的適當?shù)牟襟E。首先，作為基礎的二元系材料，改變Se和Se以外的元素的組成比例，選擇最佳組成，使其能夠同時達到高的晶化速度和高的非結晶狀態(tài)穩(wěn)定性。然后，添加第三種材料，改變其添加量，確定使非結晶狀態(tài)和結晶狀態(tài)的光學特性差達到最大，而且同時得到高的晶化速度和高的非結晶狀態(tài)穩(wěn)定性的最佳添加量。然后，在這樣決定的三元系材料中，添加第四種材料，改變其添加量，決定使反復記錄特性和耐腐蝕性最優(yōu)的添加量。
作為含有Se的適用材料，可以具體地舉出Se-In-Ge、Se-Sb-Ge、Se-Sn-In、Se-Sn-Al、Se-Bi-Ge、Se-In-Ge-N、Se-Bi-Al-N等。
作為構成記錄層的材料的另一個例子，可以采用以Te為主要成分的相變化材料。以Te為主要成分的材料，一般說來，與含Se的材料相比，光學隙能量小，但是存在滿足0.9eV以上的條件材料。例如，In2Te3、InTe、Ga2Te3、GaTe、Al2Te3、ZnTe、MnTe等。
在采用含有Te的記錄層的情況下，若同時添加上述的X，則可以比較容易地使光學隙能量值進入上述范圍內。另外，其組成比例，Te在20at％以上60at％以下，而且X在20at％以上50at％以下尤佳。這樣就容易構成非結晶狀態(tài)穩(wěn)定性很高，而且晶化速度高的材料。
作為記錄層4的材料，以Te和X為主要成分，仍與上述相同，最好再添加第三和/或第四種材料。宜用的第三和第四種材料與上述相同。另外，決定組成比例的步驟亦可與上述相同。
作為含Te的適用材料，具體地說，可以舉出Te-In-Ge、Te-In-Sb、Te-In-Si、Te-Ga-Sb、Te-Al-Sb、Te-Al-Bi、Te-Al-Ge-N、Te-Mn-Sb-In等。
作為構成記錄層材料的再一個例子，可以舉出以Sb為主要成分的材料。在這種情況下，最好以Al-Sb、Ga-Sb、Sb-S、Sb-Se等為主要成分。在這些材料中，也有可能通過添加與上述相同的第三和/或第四種材料得到優(yōu)異的相變特性。作為具體的材料，例如，可以舉出Sb-Al-Ge、Sb-Al-In、Sb-Al-Ga、Sb-Sn-Al、Sb-Sn-Al-N、Sb-In-Ge-N等。
另外，在記錄層中，有些含有Ar、Kr等濺射氣體成分和H、C、H2O等雜質，但是只要其含量被抑制到不妨礙信號記錄重放的程度，就沒有關系。此外，為了達到上述以外的種種目的，有時也在記錄層的主要成分上添加微量(約10at％以下)其他物質，在這種情況下，其含量如果抑制到不妨礙信號記錄重放的程度就可以。
記錄層的膜厚，在1nm以上25nm以下，尤其是最好在1nm以上15nm以下。這是因為，若膜厚不到1nm，則記錄材料難以形成均勻的層狀，難以產(chǎn)生引起光學特性變化的狀態(tài)變化。另一方面，若膜厚比25nm還厚，則記錄層膜面內的熱擴散增大，進行高密度記錄時容易產(chǎn)生鄰接刪除。
結晶狀態(tài)的記錄層中的光吸收率Ac，最好比非結晶狀態(tài)記錄層中光吸收率Aa的80％大。在相變記錄材料的情況下，在改寫信息前后，記錄痕跡在不同的位置形成，所以進行改寫時，必須同時進行結晶→結晶、結晶→非結晶、非結晶→結晶、非結晶→非結晶4種相變化。此時，在結晶→非結晶的變化中，需要的熱量是溶融所需的潛熱，所以比非結晶→非結晶變化所需的熱量大。因此，若Ac≤0.8Aa，則發(fā)生非結晶→非結晶變化的部分會產(chǎn)生多余的熱量，使非結晶部分和結晶部分處的溫升平衡破壞，使記錄痕跡容易畸變。但是，若Ac＞0.8Aa，則由于保持溫升的平衡，不容易產(chǎn)生重寫記錄痕跡畸變，可能得到品質良好的信號?；谝陨侠碛桑詈冒迅鲗拥哪ず裨O計成Ac＞0.8Aa。
接著，將要說明只能一次寫入的光學信息記錄介質的例子。在這種情況下，與使用可以發(fā)生可逆變化的記錄材料的情況相比，一般可以簡化層結構，故可做成廉價的介質。這是因為不必考慮良好地保持刪除特性和反復記錄特性。這樣的介質的層結構如圖10所示。
在圖10中，基片20可以采用與圖1中的基片1同樣的材料。設置保護層21、23的主要目的是記錄材料的保護和光學特性的調節(jié)效果，可采用與圖1中保護層2、6相同的材料。
記錄層22采用與可以發(fā)生可逆變化的記錄材料相同，并滿足非結晶狀態(tài)下的E0在0.9eV以上2.0eV以下的范圍內的材料。這樣即可構成在短波長側，尤其是在300nm～450nm波長的范圍內具有適度光吸收，而且可以獲得高透光率的信息層。
作為記錄層22的材料，最好是寫入后的狀態(tài)在化學上和結構上穩(wěn)定，耐長期保存，而且為了能夠得到充分的信號，要求記錄前后光學特性發(fā)生很大的變化。另外，最好采用可高速寫入的材料。此外，為了能夠進行高密度的記錄，最好形成更尖銳的記錄痕跡邊緣。
作為記錄層22的材料，可以采用與記錄層4相同的可以發(fā)生可逆變化的材料，也可以采用發(fā)生非可逆變化的材料。作為非可逆變化的具體例子，可以舉出體積變化、密度變化、膜破壞而形成穿孔等的任何一種結構變化和非可逆的氧化反應等。
發(fā)生體積變化、密度變化、膜破壞而形成穿孔的記錄材料的具體例子，可以舉出以Se，S，O為主要成分的記錄材料，例如，以Se-Ge、Se-Sb、Se-Ga、Se-Ag、Se-Zn、Se-Si、Sb-S、Ge-S、Zn-S、Zn-O、In-O、Sb-O、Si-O為主要成分的材料。或者，它們適當?shù)幕旌衔?，根?jù)需要也可以采用添加第三元素的材料。若將激光照射在上面列舉的材料上，則可以僅僅在照射部分產(chǎn)生局部的密度降低和體積降低。用非常強的激光照射，也可能出現(xiàn)膜破壞、局部地出現(xiàn)穿孔的狀態(tài)。
在這些材料中，也有與列舉的可逆相變材料相同類型的元素構成的材料，但是若調整各元素的組成比例，則可變?yōu)榉强赡孀兓挠涗洸牧?。例如，在Se-Ge、Se-Sb等Se系材料的情況下，如其Se量超過50at％比較多，則容易變?yōu)榉强赡娌牧稀?br> 作為發(fā)生非可逆的氧化反應的記錄材料，可以舉出SnOX、SbOX、SiOX、ZnOX、InOX(其中，x是一個比各材料中化學計量組成值小的值)等低氧化物，或者它們適當?shù)幕旌衔?。這些材料受激光照射而進行氧化，非可逆地發(fā)生向接近于化學計量組成的化學上穩(wěn)定的組成的變化。
接著，說明光學信息記錄介質的制造方法。作為構成光學信息記錄介質的多層膜的制造方法，濺射法、真空蒸鍍法、CVD法(化學蒸鍍法)等均可適用。這里，舉例說明濺射法多層膜成膜方法。在圖6中，簡略地表示出濺射法成膜裝置的一個例子。在該裝置中，真空泵(圖中省略)通過排氣口14連接至真空容器8，使真空容器8內可以保持高真空。從供氣口13供給一定流量稀有氣體、氮、氧或其混合氣體。另外，裝有使基片9發(fā)生自轉和公轉的驅動裝置10。濺射靶11接陰極12。陰極12，在圖中未顯示，通過開關接直流電源或高頻電源。另外，真空容器8接地，使真空容器8和基片9保持為陽極。作為成膜氣體，采用稀有氣體或在稀有氣體混合了微量氮、氧的氣體。作為稀有氣體，可用Ar、Kr等。
在記錄層4和保護層2，6成膜過程中，最好采用稀有氣體和微量氮或微量氧的混合氣體。這樣可以抑制介質反復記錄時物質的移動，提高反復記錄特性。
此外，作為構成界面層3、5的主要成分，在采用氮化物、氧化物或氮氧化物的情況下，若采用反應性濺射法成膜，則可得到膜質良好的膜。例如，用Ge-Cr-N作為界面層的情況下，以含有Ge和Cr的材料為靶，可用稀有氣體和氮的混合氣體作為成膜氣體。另外，可以采用稀有氣體和N2O、NO2、NO、N2等分子中至少含有一個氮原子的氣體的混合氣體。
接著，說明光學信息記錄介質的記錄重放方法。在圖7中，簡略地顯示記錄重放裝置的一個例子。這種裝置為了記錄重放和刪除信號，裝有激光源15；光頭，其上裝有把激光聚焦為微小光斑用的物鏡16；驅動裝置18，用來把激光的照射位置引導到要求的位置；尋道控制裝置和聚焦控制裝置(圖中未示出)，用來控制尋道方向和與膜面垂直的位置；激光驅動裝置(圖中未示出)，用來進行激光功率調制；回轉控制裝置19，用來使光學信息記錄介質(光盤17)旋轉。
信號的記錄和刪除，首先用回轉控制裝置19使光盤17旋轉，用光學系統(tǒng)使激光聚焦為微小的光斑，通過使激光照射在介質上來進行。通過激光的照射，使在記錄層中局部部分向非結晶狀態(tài)發(fā)生可逆的變化的非結晶狀態(tài)生成功率電平為P1，同樣地通過激光照射，向結晶狀態(tài)等非非結晶狀態(tài)發(fā)生可逆的變化的非非結晶狀態(tài)生成功率電平為P2，使激光功率在P1和P2之間進行調制，形成或刪除記錄痕跡，進行信息的記錄、刪除或寫入記。P1功率照射的部分最好形成脈沖序列，形成所謂多脈沖。
另外，用比P1和P2中任何一個都低的功率電平進行激光照射，使記錄痕跡的光學狀態(tài)不受影響，而且通過照射得到充分的反射率以從介質記錄痕跡重放記錄信息。將該功率電平設為重放功率電平P3，用檢出器(圖中未示出)從用P3的功率的光束照射而得到的介質讀出信號，進行信息信號的重放。
用于記錄重放的激光波長在450nm以下，例如，300nm～450nm，特別是最好在350nm～450nm范圍內。這是因為這樣可以充分發(fā)揮本發(fā)明的介質的效果，進行高密度記錄。此外，進行信號記錄的激光波長不必一定要與進行重放的激光波長相同。另外，在構成可以從單面進行記錄重放的多層記錄介質的情況下，進行各自介質記錄重放的激光波長可以全部相同或一部分不同。
本發(fā)明的光學信息記錄介質，最好做成所謂多層記錄介質。另外，若構成可以只從單面進行激光照射，在多個信息層上進行記錄重放的記錄介質，則可能進行更高密度的記錄。
透光型多層記錄介質的構成實例如圖8所示。在該種介質上，在基片35上，在分離層37、39、...、41之間層積n組(n是滿足n≥2的自然數(shù))信息層。在這種情況下，除了第n信息層42，從激光入射側數(shù)起到第(n-1)組的信息層(從第一信息層36、第二信息層38直至第(n-1)信息層40)，最好形成上面說明的透光型信息層。透光型信息層，其激光透光率取為30％以上(最好在50％以上)。在這種情況下，使得只從單側進行激光照射，越過第1至第(k-1)介質對第k介質(k是滿足1＜k≤n的自然數(shù))進行記錄重放成為可能。假設2≤n≤4，即可實現(xiàn)具有2～4層信息層的形式。
分離層37、39、...、41最好用對激光透明的層，可以用紫外線硬化的樹脂和遲效性樹脂或者電介質等構成。
另外，在第n信息層42上盡管也可以采用以前在紅光波段上最優(yōu)化的記錄材料，但是采用具有本發(fā)明特征的信息層進行光學設計更為有利。此外，可以把任何一個信息層作成重放專用型的信息層(ROM(只讀存儲器))或者一次寫入的信息層。
此外，以n＝2的情況下的多層記錄介質為例進行詳細說明。
圖9表示2組介質構成的多層記錄介質形態(tài)的截面。在這種形態(tài)下，在第一信息層110、第二信息層210上，從基片101起依次層積了第一保護層102，202、第一界面層103，203、記錄層104，204、第二界面層105，205、第二保護層106，206、反射層107，207。另外，在兩個信息層110、210之間，以在光學上分離兩個信息層為主要目的，形成分離層108。
分離層108由對激光的光吸收盡可能小的材料構成。具體地說，由紫外線硬化樹脂和遲效性樹脂等有機材料形成的樹脂、光盤用兩面粘接片、SiO2、Al2O3、ZnS等無機電介質、玻璃材料等均適用。分離層的厚度，為了在一面介質記錄重放時把來自另一面介質的串擾抑制得小到可以忽略不計的程度，必須取激光焦點深度ΔZ的2倍以上的厚度。這里焦點深度ΔZ，在以聚光點強度無象差的情況下80％的點為基準的情況下，可近似地用下式(3)表達。
ΔZ＝λ/{2×(NA)2} (3)式中NA為物鏡的數(shù)值孔徑，λ為記錄、重放時激光的波長。例如，λ＝400μm，NA＝0.60的情況下，焦點深度ΔZ為0.56μm。也就是約±0.60μm的范圍內，處于焦點深度內，所以在這種情況下分離層108的厚度宜至少設置為大于1.20μm值。此外，分離層108的厚度，最好在物鏡的允許公差內，使兩個信息層之間的距離在物鏡聚光的范圍內。
第二信息層210用透過第一信息層110的激光進行記錄重放。因此，對于記錄重放用的激光波長，若第一信息層的透光率和反射率分別設為T1和R1，第二信息層本身的反射率設為R2，則通過第一信息層重放第二信息層時的反射率r2可用下式(4)記述。
r2＝R2×T1×T1(4)另外，對于信號振幅也一樣，若第二信息層本身的反射率差設置為ΔR2，越過第一信息層重放時的第二信息層本身的反射率差設置為Δr2，則下式(5)的關系成立。
Δr2＝ΔR2×T1×T1(5)例如，ΔR2＝24％，T1＝50％時，通過第一信息層重放第二信息層時的反射率差Δr2＝24％×0.5×0.5＝6％。為了從第二獲得充分的信號，最好盡可能提高第一信息層的透光率，盡可能增大第二信息層的信號振幅。同時，最好在某種程度上提高第一信息層的反射率差，并提高第二信息層的記錄靈敏度。第一和第二信息層的光學設計，要將這些主要因素全部權衡決定。
下面，說明具體的光學設計的示例。作為一例，設計記錄層104使其在結晶狀態(tài)下的第一信息層的反射率R1c為7.5％，非結晶狀態(tài)下的反射率R1a為0.5％，設計記錄層204使其在結晶狀態(tài)下的第二信息層210的反射率R2c為15％，非結晶狀態(tài)下的反射率R2a為43％。另外，令僅記錄第一信息層時第一信息層的透光率為50％。上述光學特性的調整，通過改變記錄層104、保護層102、106和反射層的膜厚進行。
上例的情況下，越過第一信息層110對第二信息層210進行記錄重放時的反射率差為(43-15)×0.5×0.5＝7％，第一信息層110的反射率差亦為7.5-0.5＝7％。最好如此將第一、第二信息層的反射率差，亦即信號振幅的大小設置得大體相同。這是因為進行記錄重放的信息層切換時，如信號振幅極度變化，會使尋道變得不穩(wěn)定。
令第一信息層高透光率和第二信息層高反射率差同時成立是非常困難的，所以往往使設計的反射率差比較小，信號振幅比較小。此時，最好把重放的光功率電平P3比以往的設計設定得稍大一些，增大重放信號振幅。但是，若把P3電平設置得過大，則記錄痕跡受到熱的影響，重放信號惡化，所以最好設置在使重放光不造成信號惡化的范圍內。另外，第一信息層和第二信息層的重放功率電平也可以各不相同。此外，進行兩個信息層重放的激光波長也可以不同，但是通常采用同一波長的激光。
重放第二信息層時第一信息層的透光率宜在30％以上，最好在50％以上。若第一信息層的透光率小于30％，則越過第一信息層記錄重放第二信息層的情況下，信號振幅是乘以第一信息層透光率的二次方的值，所以變得小到0.09倍以下。因此，為了很好地平衡兩信息層的信號振幅，第一信息層的透光率必須達到某種程度的數(shù)值。另外，在第一信息層的透光率，例如，不足30％的非常低的情況下，到達第二信息層的光量大減，致使第二信息層的記錄靈敏度降低。
另外，第一信息層的記錄層104處于結晶狀態(tài)時的激光反射率R1c，最好大于記錄層104處于非結晶狀態(tài)時的反射率R1a。因為，為了有可能進行穩(wěn)定的尋道，Rc必須更大(例如，大5～10％左右)，這是因為以Ra＞Rc＞α(α為某個正數(shù))進行介質的光學設計的情況下，僅僅這一因素就已經(jīng)使該介質上透光率和吸收率減小3，這不利于光學設計。
實施例下面將用實施例較詳細地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于以下的實施例。
(實施例1)在與圖9相同的構成中，基片101用厚0.6mm、直徑120mm的盤狀聚碳酸酯樹脂制成，保護層102、106、202、206全用在ZnS中混合20mol％的SiO2的材料制成，界面層103、105、203、205全用GeCrN制成，反射層107用AgpdCu合金制成，反射層207用AgPdTi合金制成，記錄層104用Ge20In45Se30Cr5制成，記錄層204用Ge4Sb2Te7制成。此外，各層的膜厚如下，記錄層104、204分別為7nm、9nm，界面層103、105、203、205全都是2nm，反射層107、207分別為5nm、60nm，保護層102、106分別為65nm、45nm，保護層202、206分別為90nm、40nm。
另外，保護層102、106的膜厚，計算使膜厚分別從0變化到λ/2n(式中λ為激光波長，n為對應于保護層材料的波長λ的折射率)時得到的介質光學特性，選擇使第一信息層透光率和反射率差都得到高值的膜厚。此外，在基片101上，以0.39μm的間距交互形成槽紋和紋間表面。
這里，在記錄層104、204成膜時，供給Ar中含2.5％氮的混合氣體，使得總壓變?yōu)?.13Pa，在陰極上投入DC 1.27W/cm2的功率。保護層102、106、202、206成膜時，供給Ar中含1.0％氧的混合氣體，使得總壓變?yōu)?.13Pa，在陰極上投入RF(射頻)5.10W/cm2的功率。在反射層107、207成膜時，供給Ar氣體，使得總壓變?yōu)?.26Pa，投入DC 4.45W/cm2功率。界面層103、105、203、205成膜時，靶材料用GeCr，濺射氣體用Ar和氮氣的混合氣體(氮氣分壓為30％)，濺射氣體的壓力為1.33Pa，濺射功率密度為RF 6.37W/cm2。
盤特性的評價，通過測定第一信息層的透光率，以及第一信息層與第二信息層兩者的C/N比、重寫刪除率進行。記錄信號方式采用(8-16)調制，進行記錄、重放的激光，第一和第二信息層均采用400nm波長，物鏡數(shù)值孔徑采用0.60。最短錄痕長度為0.26μm，光盤回轉速度為線速度5.0m/s(米/秒)。
C/N比的評價，以(8-16)調制方式，用適當?shù)募す夤β视涗?T長的錄痕，通過測定其C/N比進行。重寫刪除特性的評價，采用(8-16)調制，用適當?shù)募す夤β视涗?T長的錄痕之后，用同樣功率重寫11T長的錄痕，測定此時3T錄痕的刪除率(以下稱作“3T刪除率”)來進行。
第一信息層透光率的測定方法是，測定透過第一信息層重放第二信息層的情況下的信號振幅與不形成第一信息層的情況下第二信息層的信號振幅的比率，由該比率算出第一信息層的透光率。具體地說，在作為介質的盤的一部分設置涂層等方法，使光盤一部分形成圓周方向上完全不存在第一信息層的區(qū)域，測定上述比率。另外，上述比率是在第一信息層上記錄了信息的狀態(tài)下測定的。
進行信號重放的激光功率，第一和第二信息層均為1.0mW。記錄重放第一信息層時，為方便起見在第一信息層不記錄信號的狀態(tài)下進行。
這里，以記錄層104材料為Ge20Sb30Se45In5的介質作為介質(1)。為了進行比較，以除記錄層104的材料為Ge2Sb2Te5外其余與介質(1)相同的介質作為介質(0)，以除記錄層104的材料為Al29Si14Se57外其余與介質(1)相同的介質作為介質(100)。對這些介質的評價結果列于表1。
(表1)

這里，表中以第一信息層用L1表示，第二信息層用L2表示。另外，在C/N比方面，表中以得到50dB以上的情況為A，48dB以上50dB以下的情況為B，48dB以下為C。另外，在刪除特性方面，表中以所得到的3T刪除率在35dB以上的情況為A，30dB以上35dB以下的情況為B，30dB以下的情況為C。在第一信息層的透光率方面，表中以得到50％以上的為A，30％以上50％以下的為B，30％以下的為C。
此外，用上述方法求出記錄層104在非結晶狀態(tài)下的光學隙能量值E0的結果一并列于表1。E0的測定，用記錄層104的材料制作8nm膜厚，通過研究其光學常數(shù)與波長的依存關系來進行。
按照表1，采用介質(1)，在第一信息層和第二信息層方面，可以得到大的C/N比和高的刪除率。另外，第一信息層的透光率也很大。相比之下，在介質(0)中，若第一信息層的C/N比在48％以上，則透光率無法提高，第二信息層的C/N比不能增大。此外，第一信息層的刪除率也不是很高。考慮這是因為若第一信息層的C/N比增大，則難以修正結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)的光吸收。這樣，在用光學隙能量不足0.9eV的材料的情況下，記錄層104非結晶狀態(tài)下的衰減系數(shù)ka增大，難以同時滿足高透光率和高反射率差。
另外，在介質(100)中，可以容易地把透光率設定為高值，但是難以提高第一信息層的C/N比。這一點，即使改變保護層102、106的膜厚也還是一樣?？紤]這是因為記錄層材料的E0過高，所以記錄層在激光波長上的吸收小，透光率高，但是光學特性差變小。這樣，采用光學隙能量在2.0eV以上的材料的情況下，衰減系數(shù)ka變得很小，容易得到高透光率，但同時，得到的信號振幅變得過小。
作為本發(fā)明的另一個實施例，制作其記錄層104的材料分別除了Ge18Sb27Se50In5、Ge22Sb33Se40In5、Ge24Sb36Se35In5、Ge26Sb39Se30In5外其余與介質(1)構成相同的介質。亦即在使In組成比例保持一定的同時，改變Se組成比例，在余下的Ge和Sb的比率保持一定的情況下進行調整。將它們分別稱為介質(2)～(5)。表2給出了對介質(2)～(5)進行與前相同的評價的結果。
(表2)

從表2中可以看出，介質(2)～(5)中任何一個在第一信息層和第二信息層上都得到良好的特性。這樣，在采用光學隙能量E0在0.9eV以上2.0eV以下的相變材料作為記錄層104的情況下，可以提高第一介質的透光率的設定值，而且可以增大C/N比，所以有可能在兩個信息層上都得到大的C/N比。
若比較介質(1)～(5)，則記錄層中Se組成比例在50at％以上的情況下，刪除率稍為降低，在20at％以下的情況下，C/N比稍為降低。因此，Se組成比例大于20at％小于50at％為宜。這個適宜的Se組成范圍，用其他材料置換Se以外的材料的情況下也大體適用。
即使在不用含于記錄層104的Sb和In，而采用Sn、Ge、Si、In、Ga、Al、Bi的情況下，也能得到大體相同良好的特性。另外，把Ge置換成含有Al、Ga、Si、Sn、Bi、Ti、Nb、Cr、Mo、Co中至少一個的材料的情況下，也可獲得大體相同的特性。
(實施例2)接著，制作其記錄層104分別除了Al5Ge10In15Te70、Al5Ge10In25Te60、Al5Ge10In45Te40、Al5Ge10In65Te20、Al5Ge10In70Te15外其余與介質(1)構成相同的介質。將這些介質依次命名為介質(6)～(10)。此時，第一信息層的各層膜厚，除保護層102、106分別為90nm、50nm外，均采用與介質(1)相同的膜厚。第二信息層的構成與介質(1)所用第二信息層相同。
表3示出對介質(6)～(10)的評價的結果評價時除記錄重放激光為410nm外其他條件與介質(1)相同。
(表3)

如表3所示，在本實施例中，第一信息層和第二信息層也都得到良好的光盤特性。按照表3，記錄層中Te的組成比例在20at％以上60at％以下尤佳。若Te組成比例大于60at％，則光學隙能量有稍稍降低的傾向，致使第一信息層的透光率稍有降低。另一方面，若Te組成比例不足20at％，則記錄層104的結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的光學特性差稍稍變小，致使所到C/N比稍稍降低。在Te的組成比例在20at％以上60at％以下的情況下，用其他材料置換Te以外的材料，也得到了與上述大體相同的特性。
在用Al、Ga、Zn、Mn代替記錄層104中所含的In的情況下，也得到了大體相同的良好特性。此外，把Ge置換成含有Ga、Si、Sn、Bi、Ti、Nb、Cr、Mo、Co中至少一種的材料的情況下，也得到了與上述大體相同的特性。
(實施例3)上面是關于可能進行改寫的介質的實施例，而下面列出有關W/O介質的實施例。
如圖11所示，構成由第一信息層和第二信息層組成的多層介質(11)。在這種介質(11)中，作為基片301，采用與介質(1)的基片101相同的材料。保護層302、304、306、308采用ZnS-SiO2，記錄層303、307采用In2Se3。在這些保護層以及記錄層成膜時，不論是哪一層，都供給Ar氣體，使總壓變?yōu)?.13Pa，陰極上投入RF 5.1W/cm2、DC1.27W/cm2的功率。記錄層303、307的膜厚分別為15nm、40nm，保護層302、304、306、308的膜厚分別為30nm、30nm、65nm、55nm。
此外，對于介質(11)，制作除記錄層303，307用Ga2Se3，其膜厚分別為20nm、60nm以外，其余與介質(11)相同的構成的介質(12)。
另外，記錄材料In2Se2、Ga2Se3的E0值分別為1.41、1.65。
介質的特性評價，僅就一次記錄，通過測定第一信息層透光率、第一和第二信息層兩方的C/N比進行。透光率和C/N比的測定方法和條件，與實施例1相同。其結果如表4所示。
(表4)


(實施例4)接著，除記錄層303的材料為Sb2Se3、Sb2S3、Sn70O30以外，制作其構成與介質(12)相同的介質。這些介質依次命名為介質(13)～(15)。此時，就第一信息層的膜厚而言，其記錄層303的膜厚分別為15nm、20nm和25nm，保護層和第二信息層的膜厚全都與介質(12)相同。如表5所示，這些記錄材料的E0全都在0.70eV～2.0eV范圍內。對這些介質進行與介質(11)相同方式的評價。其結果如表5所示。
(表5)

如表5所示，介質(13)～(15)全都得到充分的透光率，第一和第二信息層也都得到良好的C/N比。
正如上面所作詳細說明的，記錄層采用非結晶狀態(tài)下的光學隙能量E0為0.9eV以上2.0eV以下的記錄材料，而且記錄用的激光波長在300nm至450nm范圍內，信息層對該激光的透光率在30％以上，就能實現(xiàn)具有即使在藍光波段上也能得到大的透光率的透光型信息層的光學信息記錄介質。這樣，可以在藍光波段上，提供可以進行高密度記錄的多層記錄介質及其記錄重放方法。
本發(fā)明，只要不偏離其意圖和本質特征，也可包含其他具體形態(tài)。本說明書所公開的形態(tài)，在全部點上進行說明，而不是限制；本發(fā)明的范圍，并非上述說明，而是由后附的權利要求書表示，包括與權利要求書同等的范圍內的所有變更。
權利要求
1.一種光學信息記錄介質，其特征在于，在基片上形成至少一層信息層，所述信息層含有以能通過激光照射而在光學上不同的兩種狀態(tài)之間變化的材料為主要成分的記錄層，在所述記錄層中至少一層上，所述材料中所述兩種狀態(tài)中的一種是非結晶狀態(tài)，周期表中的第5周期以后的元素的含有率為85原子％以下，并且在受到波長在300nm以上450nm以下范圍內的激光照射時，所述信息層的透光率在30％以上。
2.權利要求1所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，它至少形成兩層信息層，所述信息層含有可受從同一方向入射的激光作用而在光學上不同的兩種狀態(tài)之間變化的記錄層。
3.權利要求2所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，它形成兩層以上的信息層，至少在離激光入射側最近的信息層上，在所述信息層的所述記錄層中，周期表中的第5周期以后的元素的含有率為85原子％以下，并且在受到波長在300nm以上450nm以下范圍內的激光照射時，所述信息層的透光率在30％以上。
4.權利要求1所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述記錄層的厚度在1nm以上25nm以下。
5.權利要求1所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述記錄層中至少一層以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分。
6.權利要求5所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分的記錄層的厚度在1nm以上15nm以下。
7.權利要求5所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，在所述以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分的記錄層中，所述記錄層處于結晶狀態(tài)時激光的反射率Rc，大于所述記錄層處于非結晶狀態(tài)時激光的反射率Ra。
8.權利要求5所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，在所述以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分的記錄層中，所述記錄層處于結晶狀態(tài)時所述記錄層中的激光的吸收率Ac，大于所述記錄層處于非結晶狀態(tài)時所述記錄層中的激光的吸收率Aa的80％。
9.權利要求5所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，在所述以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分的記錄層中，若所述材料結晶狀態(tài)的折射率為nc，非結晶狀態(tài)的折射率為na，非結晶狀態(tài)下的衰減系數(shù)為ka，則na＞2.5、nc＞2.5、ka＜2.0的關系成立。
10.權利要求9所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，在所述以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分的記錄層中，若所述材料結晶狀態(tài)的衰減系數(shù)為kc，則|kc-ka|≥0.5的關系成立。
11.權利要求9所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，na-nc≤1.0的關系成立。
12.權利要求5所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，在所述以可以可逆地變化于結晶狀態(tài)和非結晶狀態(tài)之間的材料為主要成分的記錄層中，若所述材料結晶狀態(tài)的能隙為E0(c)，非結晶狀態(tài)的能隙為E0(a)，則E0(c)≤E0(a)-0.15的關系成立。
13.權利要求1所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述記錄層含有Se，所述記錄層中Se的含量在20原子％以上、60原子％以下。
14.權利要求1所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述記錄層含有Te和X(X是從In，Al，Ga，Zn及Mn中選擇的至少一種元素)，所述記錄層中Te的含量在20原子％以上60原子％以下，所述記錄層中X的含量在20原子％以上50原子％以下。
15.權利要求13或14所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述記錄層還從Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Sb、Bi、Sc、Ti、Nb、Cr、Mo、Co、Cu、Ag、Au、Pd、N及O中選擇的一種包含至少元素。
16.權利要求5所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述信息層具有與所述記錄層的至少一側相連接的晶化促進層。
17.權利要求16所記述的光學信息記錄介質，其特征在于，所述晶化促進層含有N。
18.光學信息記錄介質的記錄重放方法，作為利用權利要求1的光學信息記錄介質進行信息記錄、重放或刪除的方法，其特征在于，包括通過利用光學系統(tǒng)縮小成微小的光斑的激光照射，使作為上述介質的記錄層主要成分的材料變化為光學上不同的狀態(tài)的工序；和，通過所述激光的照射，對所述介質的光學的狀態(tài)不產(chǎn)生影響，將從所述介質得到的信號檢出的工序；所述激光波長在300nm以上450nm以下。
19.光學信息記錄重放系統(tǒng)，其特征在于，具有權利要求1所述的光學信息記錄介質和把具有300nm以上450nm以下的范圍的波長的激光照射在所述光學信息記錄介質上的激光光源；通過利用光學系統(tǒng)縮小成微小的光斑的激光照射，使作為上述介質的記錄層主要成分的材料變化為光學上不同的狀態(tài)，而進行信息的記錄或刪除；和通過所述激光的照射，對所述介質的光學的狀態(tài)不產(chǎn)生影響，將從所述介質得到的信號檢出，而進行信息的重放。
全文摘要
在基片上形成至少一層信息層，后者包括以經(jīng)激光照射能在兩種不同的光學狀態(tài)之間變化的材料為主要成分的記錄層。這種材料的能隙在非結晶狀態(tài)下為0.9eV至2.0eV。受到波長在300nm至450nm的范圍內的激光照射時，上述信息層的透光率在30％以上。用該波長范圍內的激光照射該介質一側即可把信息記錄在多個記錄層上，并將其重放出來。
文檔編號G11B7/24GK1681021SQ20051006513
公開日2005年10月12日 申請日期2000年12月19日 優(yōu)先權日1999年12月21日
發(fā)明者宇野真由美, 山田升 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社