JP2701963B2 - 光学記憶素子 - Google Patents

光学記憶素子

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【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、レーザー等の光を照射することにより、情
報の記憶、再生、消去等を行う光学記憶素子に関するも
のである。
(ロ)従来の技術 希土類と遷移金属との非晶質合金薄膜を用いた光磁気
記憶媒体は、その読み出し特性が充分ではなく、従来、
種々の改善策が検討されている。
その一例として、基板上の光磁気記憶膜上に反射膜を
設ける方式(反射膜構造)が提案されている。この方式
はカー効果とファラデー効果の併用により性能指数の向
上を目指すもので、以前は、可視光領域で透明に近く、
光吸収係数の小さい磁性ガーネットでの利用が検討され
ていた。光磁気記憶媒体において、この方式を用いる場
合、その吸収係数の大きさから、膜厚は200Å前後が最
適とされている。
さらに、他の一例として、読み出し層と書き込み層と
からなる二層構造の交換結合光磁気記憶媒体(磁気二層
膜媒体)が提案されている。この方式は、読み出し層に
カー回転角の大きな光磁気記憶媒体を用いることにより
性能指数の向上を目指すもので、一般的に読み出し層媒
体にはGdFe、GdFeCo、TbFeCo等が用いられ、書き込み層
にはTbFe、DyFe、TbFeCo等が用いられている。また、読
み出し層、書き込み層の膜厚はカー回転角の大きさ及び
交換結合力の効果を考え各々500Å、二層合わせて1000
Åとすることが最も多い。
このような記憶媒体を用いた、情報の記憶、再生、消
去等を行う光磁気ディスクの応用は、近年、さらに高性
能を要するものになってきており、特に、アナログ記録
の分野では、例えば、動画記録に用いる場合、その再生
画質は、単一周波数を記録した時のC/N値が大きいほど
高画質となるため、より高C/N値が望まれている。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記従来の光磁気記録媒体よりも高C/
N値を達成する光磁気記憶媒体は現在までに開発されて
いない。
そこで、一つの試みとして、前記二例の各要素を合わ
せた、磁気二層膜を記憶媒体とする反射膜構造光磁気記
憶媒体(反射膜構造磁気二層膜光磁気記憶媒体)が考え
られる。
しかし、磁気二層膜の最適膜厚と反射膜構造における
記憶媒体の最適膜厚は大きく異なるため、実際には、反
射膜構造磁気二層膜光磁気記憶媒体を設計することは困
難であった。また、たとえ設計できても、そのC/N値が
従来の値は上回るかどうかは未知数であった。
本発明の目的は、上記、反射膜構造磁気二層膜光磁気
記憶媒体の最適化を可能とし、[従来の技術]の項にお
いて示した二つの例によって得られるC/N値を上回る性
能を有する光磁気記憶媒体を提供することにある。
(ニ)課題を解決するための手段及び作用 かくして本発明によれば、基板上に、誘電体膜、光磁
気記憶膜、誘電体膜及び反射膜をこの順に積層してな
り、光磁気記憶膜が、基板側に形成された希土類遷移金
属非晶質薄膜からなる第1層と、反射膜側に形成された
第1層とは異なる組成の希土類遷移金属非晶質薄膜から
なる第2層との交換結合二層膜であり、上記第1層が、
下記組成式: (Gd100-XDyX(Fe100-YCoY100-Z (式中、X=5〜25atm%、Y=18〜30atm%、Z=16〜
24atm%)で示されかつ遷移金属TMの副格子磁化MsTM
希土類金属REの副格子磁化MsREより大きな希土類遷移金
属合金からなり、上記第2層も遷移金属TMの副格子磁化
MsTMが希土類金属REの副格子磁化MsREより大きくなる組
成の希土類遷移金属合金からなり、さらに、これら第1
層と第2層の膜厚が各々160Å以上でかつ合わせて500Å
以下であることを特徴とする光学記憶素子が提供され
る。
上記の媒体構成によれば、第1層がカー回転角の大き
な読み出し層として作用すると共に第2層が書き込み層
として働き、かつ、読み出し層、書き込み層ともTMリッ
チ組成比を有するため、読み出し層、書き込み層のどち
らか、もしくは両層とも、遷移金属TMの副格子磁化MsTM
が希土類金属REの副格子磁化MsREより小さい(REリッ
チ)組成比となる二層膜構造と比べカー回転角は大きく
なる。
また、読み出し層、書き込み層の各膜厚を上記の範囲
内で制御することにより、交換結合二層膜としての磁気
特性を得ると共に反射膜構造としたときにその効果も得
ることができる。しかして、この反射膜構造磁気二層膜
光磁気記憶媒体によりC/Nの向上が可能となる。
本発明における第1層の希土類遷移金属非晶質膜は、
下記組成: (Gd100-XDyX(Fe100-YCoY100-Z (式中、X=5〜25atm%、Y=18〜30atm%、Z=16〜
24atm%)からなる。ここでGdDyFeCoの組成比と保磁力
(Hc)、カー回転角(θh)及び磁化(Ms)との関係を
第1表に示した。このように、上記組成範囲において、
カー回転角θkが0.48度以上となり、従来から磁気二層
膜の読み出し層として用いられているGdFeCoのカー回転
角0.46度を上回ることが可能である。
一方、本発明における第2層の希土類遷移金属非晶質
薄膜としては、通常の交換結合二層膜の書き込み層に用
いられている種々の希土類遷移金属合金からなるものを
適用でき、例えばTbFe、DyFeCo、TbFeCo合金が挙げられ
る。
上記第1層及び第2層の希土類遷移金属非晶質薄膜は
共に、遷移金属TMの副格子磁化MsTMが希土類金属REの副
格子磁化MsREより大きくなる組成、すなわち、TMリッチ
組成比からなる。
ここで従来から、磁気二層膜媒体には、第1図
(a),(b)に示すように、読み出し層RLと書き込み
層WLとの磁化Ms1、Ms2が互いに平行になるもの(Pタイ
プ)と、第2図(a),(b)に示すように、読み出し
層RLと書き込み層WLとの磁化Ms1、Ms2が互いに逆向きに
なるもの(Aタイプ)とがある。本発明の磁気二層膜媒
体は反射膜構造において用いるため、再生レーザー光は
磁気二層膜媒体中を透過することになる。そのため、検
出される再生信号量には読み出し層の記録状態ばかりで
なく書き込み層の記録状態も影響することになる。ま
た、カー回転角の大きさは、主に、遷移金属TMの副格子
磁化MsTMの大きさに垂直磁化する範囲内で比例するた
め、磁化MsTMの向きは二層間で揃えた方が大きくなる。
即ち、第1図(a)に示した、読み出し層、書き込み層
ともTMリッチ組成比の構成が最も再生信号量が大きくな
ることが分かる。かかる知見により、本発明においては
第1層及び第2層共に、TMリッチ組成比のものが用いら
れる。
なお、これらの各層は、蒸着、スパッタリング、CVD
等の公知の手法によって誘電体膜上に薄膜状に形成する
ことができる。
本発明において上記第1層及び第2層の膜厚は各々16
0Å以上とされ、かつこれらの合計厚みは500Å以下とさ
れる。ここで、GdDyFeCo媒体単層膜について、第2表に
膜厚と保磁力Hcの関係の実験結果を示す。これより、垂
直磁化するために必要な膜厚は、最低85Å前後であり、
保磁力Hcは膜厚と共に増加していることが分かる。しか
し、保磁力Hcの大きさはある膜厚以上で飽和するものと
考えられる。
次に、二層膜の構成上、最も重要な点である、各層が
各々の磁気特性を維持し、かつ二層間に交換結合力が有
効に働く各層の膜厚を調べた実験結果を第3表に示す。
実験方法は外部磁場とカー回転角及びファラデー回転角
とのヒステリシスループから、読み出し層RLと書き込み
層WLの、各々、単層のときと二層にしたときの保磁力Hc
の変化を調べるもので、実験的に、第3図のようなヒス
テリシスループを示すものを上記の特性を満足する二層
膜構成と判断し、表中に○印で示した。これより、各層
の膜厚のは約160Å以上必要なことが分かる。
さらに、光学的観点から二層膜媒体の二層合わせた全
膜厚は制限される、すなわち、反射膜構造においては、
レーザー光は二層膜媒体を透過し、反射膜により反射さ
れた後、再度、二層膜媒体を透過しなければならないの
で、この過程でのレーザー光強度の減衰を考えると、二
層膜媒体の全膜厚は500Å以下にしなければ反射膜構造
の効果は得られないことが分かる。以上より、二層膜媒
体の二層合わせた全膜厚は320Å以上で500Å以下とする
必要がある。
(ホ)実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第4図は光磁気ディスクを示しており、1はガラス、
ポリカーボネート、アクリル等からなる透明基板であ
り、この透明基板1上に第1の透明誘導体膜である窒化
アルミニウム(AlN)膜2が例えば膜厚97nmに形成さ
れ、このAlN膜2上に希土類遷移金属光磁気記憶媒体で
ある読み出し層のカドリニウム、ディスプロシウム、
鉄、コバルト(GdDyFeCo)合金薄膜3が例えば膜厚20nm
に形成され、このGdDyFeCo合金薄膜3上に希土類遷移金
属光磁気記憶媒体である書き込み層のテルビウム、ディ
スプロシウム、鉄、コバルト(TbDyFeCo)合金薄膜4が
例えば膜厚20nmに形成され、このTbDyFeCo合金薄膜4上
に第2の透明誘電体膜であるAlN膜5が例えば膜厚30nm
に形成され、更に、このAlN膜5上に反射膜であるアル
ミニウム(Al)膜6が例えば膜厚50nm形成されている。
ここで、読み出し層3の組成比は(Gd89Dy1118(Fe
79Co2182atm%であり、書き込み層4の組成比は(Tb
70Dy30)(Fe90Co10)の補償組成近傍のTMリッチ組成比
である。また、第1、第2の透明誘電体膜は、基板側か
らのレーザー光入射に対し、カー回転角、ファラデー回
転角をエンハンスし、見かけ上のカー回転角が大きくな
るよう設定されている。
以上の各層は、スパッタリング法にて形成されている
が、膜形成法としては、スパッタリング法の他に真空蒸
着法やイオンプレーティング法などでもよい。第4表に
上記の構成における磁気二層膜の、各々、単層での保磁
力Hcと二層合わせた時の保磁力Hcの変化を示す。
これより、各層が各々の磁気特性を維持し、かつ二層
間に交換結合力が有効に働いていることが分かる。
第5図に本発明の反射膜構造磁気二層膜光磁気記憶媒
体を用いた光磁気ディスク(a)と性能指数を比較する
ために用いた他構造の光磁気ディスク構造を示す。図
中、(b)は光磁気ディスクで一般的に用いられている
三層膜構造、(c)は反射膜構造、(d)は通常の磁気
二層膜構造のディスクである。ここで、1はガラス基
板、7は透明誘電体膜、8は読み出し層光磁気記憶膜、
9は書き込み層光磁気記憶膜、10は光磁気記憶膜、11は
反射膜である。そして、第5表に各磁気ディスクの構造
の違いによる性能指数の違いを示す。ここで、 (Rは記憶媒体の反射率、θkは記憶媒体のカー回転
角)がC/Nと の関係にあることは周知のとおりである。測定波長は83
0nmで1.0μm幅のランド面での測定結果である。
これより、本発明の反射膜構造磁気二層膜ディスク
(a)は性能指数が最も大きく記録特性に優れることが
分かる。
第6表に反射膜構造磁気二層膜ディスクのC/N値の測
定結果を示す。ディスクは上記構造のものを、反射膜側
を内側にして接着剤で2枚張り合わせたものを用いた。
記録再生条件は、ディスク回転数1800rpm、記録周波数
6.5MHz、記録半径55mm、記録パワー8.4mW、補助磁場150
Oe、再生パワー1.5mWである。
C/N値は53dBを上回っており、非常に大きい値を達成
している。また、実験的に、書き込み層として補償組成
近傍の保磁力の大きい媒体を用いると、ディスクの書き
込みノイズを小さく押さえられることが分かった。
なお、本発明に係る誘電体膜としては、AlN以外にSi
O、SiN膜等を用いても良い。また、反射膜としてはAl以
外にCu、Ag、Al、Ti、Cr膜等を用いても良い。
(ヘ)発明の効果 本発明の構成によれば、従来困難とされていた、反射
膜構造と磁気二層膜構造各々のC/N値向上のための効果
を共に発現することが可能となり、記録再生特性の優れ
たディスクを作製することができる。そして、例えば、
高画質、長時間を有するアナログ記録用途のディスク開
発も可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)はPタイプの交換結合二層膜にお
ける磁化状態を示す説明図である。第2図(a),
(b)はAタイプの交換結合二層膜における磁化状態を
示す説明図である。第3図は本発明における光学記憶素
子における磁気ヒステリシスループを示す説明図であ
る。第4図は本発明の一実施例の光磁気ディスクの概略
縦断面図である。第5図(a)は本発明の光磁気ディス
クの概略縦断面図、第5図(b)〜(d)は各々、従来
の光磁気ディスクの概略縦断面図である。 1……透明基板、2,5……AlN膜、 3……GdDyFeCo合金薄膜、 4……TdDyFeCo合金薄膜、 6……Al膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に、誘電体膜、光磁気記録膜、誘電
    体膜及び反射膜をこの順に積層してなり、光磁気記録膜
    が、基板側に形成された希土類遷移金属非晶質薄膜から
    なる第1層と、反射膜側に形成された第1層とは異なる
    組成の希土類遷移金属非晶質薄膜からなる第2層との交
    換結合二層膜であり、上記第1層が、下記組成式: (Gd100-XDyX(Fe100-YCoY100-Z (式中、X=5〜25atm%、Y=18〜30atm%、Z=16〜
    24atm%)で示されかつ遷移金属TMの副格子磁化MsTM
    希土類金属REの副格子磁化MsREより大きな希土類遷移金
    属合金からなり、上記第2層も遷移金属TMの副格子磁化
    MsTMが希土類金属REの副格子磁化MsREより大きくなる組
    成の希土類遷移金属合金からなり、さらに、これら第1
    層と第2層の膜厚が各々160Å以上でかつ合わせて500Å
    以下であることを特徴とする光学記憶素子。
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