JP2768514B2

JP2768514B2 - 光磁気記録方法

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Publication number: JP2768514B2
Application number: JP30755389A
Authority: JP
Inventors: 陽一大里
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH02289947A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光磁気記録媒体にレーザ光等の光ビームを
照射しながらバイアス磁界を印加することによって信号
の記録を行なう方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、高密度・大容量のメモリとして、光ビームを用
いて記録或いは再生を行なう光メモリの開発が盛んに行
なわれている。中でも、光磁気記録媒体は、書き換えが
可能な光メモリとして大いに注目されている。このよう
な光磁気記録媒体への記録は通常、該媒体の磁性層の磁
化方向を所定方向に揃えておき、媒体に所定方向と反対
方向のバイアス磁界を印加しながら、記録信号に応じて
強度変調された光ビームを照射することによって行なわ
れる。また、再生は上記の如く信号が記録された媒体に
偏光ビームを照射し、磁気光学効果によってその偏光方
向が変化するのを利用して行なわれる。

しかしながら、上記の記録方法においては、信号の書
き換えを行なう際に一旦磁性層の磁化方向を揃える、即
ち先に記録された信号を消去する必要があった。これに
対し、特開昭51−107121号等では、媒体に一定強度の光
ビームを照射しながら、信号に応じて極性が反転するバ
イアス磁界を印加すことによって、上記消去過程が不要
な、所謂オーバーライト可能な記録方法が提案されてい
る。また、特開昭63−153752号或いは特開昭62−175948
号等では、互いに交換結合した２つの磁性層を有する光
磁気記録媒体に、強度変調された光ビームを照射するこ
とによってオーバーライトを行なう方法が提案されてい
る。

一方、より高密度に、より高速に記録を行うために
は、１つの記録ビットの表わす情報が、光磁気記録膜の
磁化方向（上向き、下向き）に対応した２値だけでは限
界がある。これは、現在の光磁気記録媒体の記録密度
が、記録に用いる半導体レーザーの波長（現在約800n
m）でほぼ決まってしまうためである。例えば記録密度
を２倍に上げようとするなら、の波長の半導体レーザーが必要であるが、これが使える
のは遠い将来である。

ところが、例えば、磁性層に記録された記録ビットが
４値を示すようにできれば、記録密度は２倍になる。そ
して、この４値記録の場合、従来の２値の記録と同じ速
度で記録再生が可能であるとすると、記録再生速度も２
倍になる。このような４値の記録を行なう方法が、米国
特許第4,612,587号に提案されている。この方法は、吸
収波長の異なる２つの磁性層を有する光磁気記録媒体
に、互いに波長が異なり、独立に強度変調された２本の
光ビームを照射することによって記録を行なうものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記米国特許の記録方法は、記録前に
２つの磁性層の磁化方向を揃えておかねばならず、オー
バーライトが出来ないといった問題点があった。また、
２本の光ビームを用いている為、光源が２つ必要で、記
録装置の構成が複雑で高価なものがあった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、簡
単で安価な構成の記録装置を用いて、４値の信号のオー
バーライトが可能な光磁気記録方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、垂直磁気異方性を示す第１の磁
性層と、該第１の磁性層よりも高いキュリー温度及び室
温における低い保磁力を有し、第１の磁性層と交換結合
された第２の磁性層とから成り、前記それぞれの磁性層
に働く交換力が第２の磁性層の保磁力よりも低い光磁気
記録媒体を用いて、信号を記録する光磁気記録方法にお
いて、前記媒体に、この媒体を第１の磁性層のキュリー温度
付近まで加熱するパワーの光ビームを照射しながら、前
記信号に応じて極性及び大きさが以下の４つの状態に変
調されたバイアス磁界を印加し、４値の記録を行なうこ
とによって達成される。

（ａ）バイアス磁界が、第２の磁性層の磁化を所定方向
に配列し、第１の磁性層の磁化を第２の磁性層の磁化に
対して安定な方向に配列させる第１の状態、（ｂ）バイアス磁界が、第１及び第２の磁性層の磁化を
ともに所定方向に配列させる第２の状態、（ｃ）バイアス磁界が、第２の磁性層の磁化を前記所定
方向とは反対方向に配列し、第１の磁性層の磁化を第２
の磁性層の磁化に対して安定な方向に配列させる第３の
状態、（ｄ）バイアス磁界が、第１及び第２の磁性層の磁化を
ともに所定方向とは反対方向に配列させる第４の状態。

〔実施例〕

以下、図面と参照して本発明を詳細に説明する。

第１図Ａは本発明の記録に用いる光磁気記録媒体の一
例を示す略断面図である。第１図において、プリグルー
プが設けられた透光性の基板１上に、第１の磁性層２と
第２の磁性層３が積層されている。第１磁性層２は低い
キュリー点（T_L）と高い保磁力（H_H）を有し、第２磁性
層３は、高いキュリー点（T_H）と低い保磁力（H_L）を有
する。ここで「高い」、「低い」とは両磁性層を比較し
た場合の相対的な関係を表わす（保磁力は室温における
比較）。ただし、通常は第１磁性層２のT_Lは70〜180
℃、H_Hは、３〜20KOe、第２磁性層３のT_Hは100〜400
℃、H_Lは0.1〜2KOe程度の範囲内にするとよい。

各磁性層の材料には、垂直磁気異方性を示し且つ磁気
光学効果を呈するものが利用できるが、GdCo,GdFe,TbF
e,DyFe,GdTbFe,TbDyFe,GdFeCo,TbFeCo,GdTbCo,GdDyFeC
o,TbDyFeCo,HoGdFeCo等の希土類元素と遷移金属元素と
の非晶質磁性合金が好ましい。

本発明に使用する光磁気記録媒体では、第１の磁性層
と第２の磁性層とが交換結合によって結合されている。
また、これらの磁性層は、H_Hを第１の磁性層の室温にお
ける保磁力、H_Lを第２の磁性層の室温における保磁力、
M_S2を第２の磁性層の飽和磁化、h₂を第２の磁性層の膜
厚、σ_Ｗを二層間の磁壁エネルギーとしたときに、以下
の関係式を満足する。

ここでは、第２磁性層３を第１磁性層２に対して安定な向きに
配列させようとする交換力を示す。この関係式は、記録
によって最終的に完成されるビットの磁化状態が安定に
存在できるようにするためのものである。つまり、上記
の関係を満たすことは、結局第１磁性層と第２磁性層そ
れぞれの磁性層に働く交換力が室温で、それぞれの磁性
層の保磁力よりも小さいことである。

両磁性層を上述のような特性とするためには、例え
ば、第１磁性層と第２磁性層の間にM_Sの大きな（即ち保
磁力の小さな）磁性層を設けることが有効である。

交換結合された２層の磁性層においては、交換力が２
層の磁化方向を同方向（平行）に向けようと働く場合
と、逆方向（反平行）に向けようと働く場合とがある。
どちらになるかは、夫々の磁性層の組成によって決まる
が、本発明の記録方法は、媒体がどちらの場合であって
も、同様に用いることが出来る。

第１図Ｂは、本発明の方法に用いる光磁気記録媒体の
他の構成例を示す略断面図である。第１図Ｂにおいて第
１図Ａと同一の部材には同一の符号を付し詳細な説明は
省略する。本例においては、第１磁性層２と第２磁性層
３との間に、前述したようにこれらの間の交換力を調整
する為の第３の磁性層４が設けられている。また、第１
磁性層２に相接して、第１磁性層よりも大きな磁気光学
効果を示す（即ち、より高いキュリー温度を有する）第
４の磁性層５が設けられている。そして、第１及び第４
の磁性層は、これらの磁化方向が常に安定な方向を向く
ように、強い交換力で結合されている。このような第４
の磁性層５を設けることによって、信号の再生時により
大きなC/N比を得ることが出来る。

上記４つの磁性層の上下には、これらの磁性層の腐食
を防止する為、Si₃N₄等の誘電体から成る保護層6,7が設
けられている。また保護層７には、接着層８を介して、
基板１と同様の材料から成る貼り合せ用基板９が接着さ
れている。貼り合わせ用基板９にも、２から７までの層
を積層し、これを接着すれば表裏で記録・再生が可能と
なる。

上記のような磁性層を、希土類−遷移金属非晶質合金
で形成す場合、成膜方法としては、通常スパッタリン
グ、電子ビーム蒸着等が用いられる。磁性膜の飽和磁
化、保磁力などの調整は、膜中の希土類元素と遷移金属
元素の組成比を変えることで行なう。例えばスパッタ装
置を用いて、主として希土類元素を含むターゲット（蒸
発源）と主として遷移金属元素を含むターゲットを同時
にスパッタリングし、それぞれのスパッタ速度を調節す
ることで、形成する膜の組成を調整することが行なわれ
ている。また保護層の形成にもスパッタリング、電子ビ
ーム蒸着がよく用いられる。

以上説明した光磁気記録媒体に関しては、前述の特開
昭63−153752号等にも詳細に説明されている。即ち、本
発明は従来の２値信号のオーバーライトに用いられてい
るのと同様の媒体を用いることの出来るものである。

第２図は、本発明の記録方法を実施するための光磁気
記録再生装置の一例を示す概略図である。第２図におい
て、35は前述のような構成を有するディスク状の光磁気
記録媒体である。この媒体35は不図示のモータによって
回転され、記録再生ヘッド31によって情報の記録及び再
生が行なわれる。記録再生ヘッド31は、媒体35に照射さ
れる光ビームを発する半導体レーザ等の光源と、例えば
電磁石から成るバイアス磁界印加手段を有している。こ
の記録再生ヘッド31は、記録信号源32から入力される記
録信号によって駆動される。また、記録再生ヘッド31
は、検光子及び光検出器を内蔵している。そして、再生
時に一定光量で照射される光ビームの媒体35による反射
光を検光子を通してこの光検出器で受光し、その出力を
再生回路33に送ることによって記録信号を再生する。こ
の信号再生の原理は、前述の米国特許第4,612,587号と
同様である。

第３図は、本発明の記録方法の一実施例を説明する為
の模式図である。第３図において、４角の枠は上列が第
１磁性層、下列が第２磁性層を示す。また枠内の矢印は
各記録状態における磁性層の磁化の方向を示す。また枠
の下の矢印は、媒体に印加されるバイアス磁界の極性と
大きさを表わす。本実施例は、交換力が磁化を反平行に
向けるように働く媒体を用いた場合を示す。

本実施例においては、第２図の信号源32から入力され
る４値の信号に従って、記録再生ヘッド31内のバイアス
磁界印加手段から、媒体35に、＋H_BL,＋H_BH,−H_BL,−H
_BHの４つの状態に変調されたバイアス磁界が印加され
る。ここで、符号はバイアス磁界の極性を示し、プラス
が上向き、マイナスが下向きである。このとき、媒体35
に照射される光ビームは無変調で、そのパワーＰは、媒
体を第１磁性層のキュリー温度まで加熱するパワーに設
定されている。

第３図において、記録前の磁化の状態は、Ｉ或いは
Ｉ′のいずれであっても構わない。ａで示すように、媒
体にパワーＰの光ビームを照射しながら＋H_BLのバイア
ス磁界を印加すると、第１磁性層２はそのキュリー温度
付近まで昇温するが、第２磁性層３は、この温度でビッ
トが安定に存在する保磁力を有している。このとき、第
１磁性層２の磁化は、第２磁性層３の磁化の向きに対し
て安定な向き（即ち、反平行）に配列させる力（交換
力）を受ける。この交換力は、通常、0.1〜2KOe程度で
ある。

ここで、バイアス磁界を第１磁性層２が第２磁性層３
の磁化に反平行に配列するのを妨げない大きさH_BL、す
なわち上述の交換力よりも小さな値で、0.1〜0.5KOe程
度に設定すると、第３図示のI,I′のいづれからもａに
示すようなビットが形成される。

また、バイアス磁界を、第１磁性層２が第２磁性層３
の磁化に反平行に配列するのを妨げる（平行に配列させ
る）大きさH_BH、すなわち上述の交換力よりも大きな値
で、0.3〜1KOe程度に設定すると、第３図示のI,I′のい
ずれからもｂに示すようなビットが形成されている。第
４図に第１、第２磁性層の保磁力の温度依存性及びそれ
ぞれに働く交換力、バイアス磁界の大きさH_BL,H_BHの関
係を示す。

次に第３図において、バイアス磁界H_BLを下向きに加
え、パワーＰのレーザーを照射すると、状態I,I′のい
づれからもｃに示すのようなビットが形成される。

次に第３図において、バイアス磁界H_BHを下向きに加
え、パワーＰのレーザーを照射すると、状態I,I′のい
づれからもｄに示すようなビットが形成される。

このように記録ビットの状態a,b,c,dは、記録状態に
は依存しないので、重ね書き（オーバーライト）が可能
である。

上記実施例に用いる光磁気記録媒体においては、第１
及び第２の磁性層の磁化の向きが反平行であるとき安定
である。磁性層が希土類−遷移金属非晶質合金から成る
場合、上記要件を満たすには、二層の内、一方を希土類
副格子磁化優勢（所謂希土類リッチ）とし、他方が遷移
金属副格子磁化優勢（所謂遷移金属リッチ）となるよう
に、夫々の磁性層の組成を調整すれば良い。

実施例１プリグレープ、プリフォーマット信号の刻まれたポリ
カーボネート製ディスク基板に、スパッタリングによ
り、保護層Si₃N₄、磁性層Tb₁₈Fe₇₈Co₄、磁性層Gd₁₈Dy₆F
e₆₀Co₁₆、保護層Si₃N₄の各層をこの順に成膜した。各層
の成膜条件及び膜厚、磁気特性等を表−１及び表−２に
示す。

次に、作製したサンプルの一部をVSM（試料信号型磁
化測定器）測定により、各磁性層の反転磁界を調べた。

室温では、第２磁性層Gd₁₈Dy₆Fe₆₀Co₁₆の磁化反転が
小さな磁界印加から起こる。両方向の反転磁界から交換
力によるバイアス磁界が求められている。次に試料温度
を上昇させて同様の測定を行うと、第１磁性層Tb₁₈Fe₇₈
Co₄のキュリー温度付近で、第１磁性層Tb₁₈Fe₇₈Co₄の磁
化反転のほうが、より小さな磁界印加から起こり、かか
る交換力によるバイアス磁界が求められるようになる。

この結果を第４図に示す。

第４図において、実線が磁性層の保磁力を示し、点線
が各層に働く、交換力によるバイアス磁界を示す。

第１磁性層Tb₁₈Fe₇₈Co₄において、記録可能な温度で
交換力によるバイアス磁界の値と、保磁力の値の差が記
録のマージンとなる。即ち、H_BLの値を記録マージンよ
りも小さい値（例えば500Oe）とし、H_BHの値を記録マー
ジンより大きな値（例えば800Oe）とすることが必要で
あることがわかる。

次に、膜形成を終えた上記の基板を、ホットメルト接
着剤を用いて、ポリカーボネートの貼り合わせ用基板と
貼り合わせ、光磁気ディスクを作製した。

この光磁気ディスクを記録再生装置にセットし、線速
度約8m/sec.で回転させながら約１μｍに集光した830nm
の波長のレーザービームを、連続照射した。次に、下記
のようにバイアス磁界を記録信号に応じてそれぞれ順次
700KHzの周波数で極性、磁界強度を変えながら印加し、
表−３に示す４等りの記録を行った。

その後、1mWのレーザービームを照射して再生を行っ
たところ、それぞれの記録信号の再生ができた。

次に、上記の記録を行った領域にバイアス磁界を500K
Hzの周波数で変化させながら上記４通りで印加し、同時
に4mWのレーザービームを連続照射して記録を行った。

この結果、前に記録された700KHzの信号成分は検出さ
れず、オーバーライトが可能であることが確認された。

４通りの各記録の再生信号をオシロスコープで観察す
ると、第１と第３の記録再生信号はそれぞれ極性が反対
で信号振幅は約350mVであった。

また、第２と第４の記録再生信号はそれぞれ極性が反
対で振幅信号は約200mVであった。

これらの結果から４通りの記録はそれぞれ４通りの独
立の信号として再生可能（即ち４値記録が可能）である
ことがわかった。

次に、本実施例のディスクのカー回転角を第５図に示
す測定器により測定した。第５図において、半導体レー
ザー51からの光は検光子54を通過して、電磁石53に挟ま
れたディスク57にほぼ垂直に（約５度傾いて）入射、反
射される。反射光は検光子55を通過して光パワーメータ
ー52に達する。検光子54の回転位置と光パワーメーター
52の出力が、Ｘ−Ｙレコーダー56に記録される。

第１から第４の各記録状態に対応するカー回転角は次
のようにして測定する。第１の記録状態へは、電磁石53
によりディスクの記録膜の第１、第２磁性層を一方向に
磁化する。次に、第２磁性層だけが磁化反転する大きさ
（例えば2KOe）の磁界を反対方向に加える。

次に、検光子54を回転させながら、光パワーメーター
52の出力が極小になる位置を探す。

第２の記録状態へは、第１の記録と同方向に、両磁性
層を一方向に磁化すればよい。第３の記録状態へは第１
の記録と反対方向に、両磁性層を一方向に磁化した後、
第２磁性層の磁化だけを反転させる。

第４の記録状態へは、第２の記録と反対方向に両磁性
層を一方向に磁化すればよい。

それぞれの記録状態に対応する光パワーメーター出力
の極小位置（消光位置）を測定したところ、第１、第２
の記録状態は、第３、第４の記録状態と対称であって、
第１、第２、第３、第４それぞれの回転角は、＋0.30
度、＋0.20度、−0.30度、−0.2度となった（プラス、
マイナスの符号は便宜上付けた。アルミ反射膜での消光
位置を０度とする）。

上記実施例においては、第１及び第２磁性層の間に、
磁化を反平行にしようとする交換力が働く場合を示した
が、磁化を平行にしようとする交換力が働く場合に関し
ても同様に４値の記録が可能である。この場合、第１磁
性層は、第６図に保磁力の温度依性を示すように、室温
とそのキュリー温度T_Lとの間に補償温度を有するものと
する必要がある。また、第１及び第２の磁性層が希土類
−遷移金属合金で形成される場合、これらの磁性層は共
に希土類副格子磁化優勢（希土類リッチ）又は共に遷移
金属副格子磁化優勢（遷移金属リッチ）の材料から形成
される。

上記第６図々示の記録媒体を用いた場合の記録過程を
第７図の模式図に示す。記録前の磁化の状態は、ｅのよ
うに両磁性層とも上向きであっても、ｆのように両磁性
層とも下向きであっても良い。このような磁性層を有す
る記録媒体に、パワーＰの光ビームを照射すると、磁性
層の温度が上昇する。そして、第１磁性層の補償温度T
_COMPを越えたところで、第１磁性層の磁化が反転してｇ
或いはｈに示す磁化状態になり、更に、第１磁性層のキ
ュリー温度T_L付近の温度で第１磁性層の磁化がほとんど
消失する。この状態で外部からバイアス磁界H_BLを上向
きに印加すると、第２の磁性層の磁化が上向きに配列さ
れる。そして、光ビームが通過して磁性膜のこの部分の
温度が下がると、第１磁性層に磁化が現われ、この方向
は第２磁性層からの交換力によりｉに示すように下向き
に向けられる。更に温度が補償温度T_COMP以下に下がる
と、第１磁性層の磁化が反転して、ｍに示すような磁区
が形成される。

また、パワーＰの光ビームを照射しながら、第２磁性
層からの交換力よりも大きいバイアス磁界H_BHを上向き
に印加すると、ｊに示すように両磁性層ともに上向きに
配列される。そして、室温まで温度が下がると第１磁性
層の磁化が反転してｎに示す状態となる。

バイアス磁界の方向が逆方向に印加されたときには、
磁化の方向は上記と反対になる。即ち、下向きに交換力
より小さいバイアス磁界H_BLを印加した場合には、ｋに
示すように第２磁性層は下向きに配向され、第１磁性層
は交換力によって上向きとなる。そして、室温において
はｏに示すように両磁性層共に下向きの磁化状態とな
る。一方、下向きに交換力よりも大きなバイアス磁界H
_BHを印加した場合には、ｌのように両磁性層共に下向き
に配向され、更に室温においてｐのような磁化状態とな
る。

上述のように、両磁性層の磁化が平行な状態で安定な
媒体を用いた場合でも、本発明の方法で４値の記録が可
能である。尚、第７図々示のプロセスにおいて、記録前
の状態がｎ又はｐに示す状態であるときも、全く同様の
プロセスで４値の記録が行なわれることは明らかであ
る。即ち、本発明の方法は４値信号のオーバーライトを
可能とするものである。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、所定の特性を有する光磁
気記録媒体に対して、第２磁性層だけを一方向に磁化さ
せることが可能なバイアス磁界を加え、第１磁性層の低
いキュリー温度付近まで該媒体が昇温するだけのパワー
Ｐのレーザーを照射しながら、記録信号にしたがって、
バイアス磁界の極性及び大きさを次の４通りに制御し、
記録を行う方法によって、従来の２値記録と同じ記録再
生装置を用い、４値の記録を行うことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及び第１図Ｂは各々本発明の方法に用いられる
光磁気記録媒体の構成例を示す略断面図、第２図は本発
明の方法に用いられる光磁気記録再生装置の一例を示す
概略図、第３図は本発明の記録方法の一実施例を説明す
る為の模式図、第４図は第３図で説明した方法に用いら
れる磁性層の保磁力の温度特性を示す図、第５図はカー
回転角の測定器の構成を示す概略図、第６図は本発明に
用いることの出来る他の媒体における保磁力の温度特性
を示す図、第７図は第６図々示の媒体を用いた場合の記
録過程を示す模式図である。 1:プリグループ付の透光性基板、 2,3,4,5:磁性層、 6,7:保護層、 8:接着層、 9:貼り合わせ用基板、 31:記録再生ヘッド、 32:記録信号源、 33:再生回路、 35:光磁気記録媒体。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直磁気異方性を示す第１の磁性層と、該
第１の磁性層よりも高いキュリー温度及び室温における
低い保磁力を有し、第１の磁性層と交換結合された第２
の磁性層とから成り、前記それぞれの磁性層に働く交換
力が第２の磁性層の保磁力よりも低い光磁気記録媒体を
用いて、信号を記録する光磁気記録方法において、前記媒体に、この媒体を第１の磁性層のキュリー温度付
近まで加熱するパワーの光ビームを照射しながら、前記
信号に応じて極性及び大きさが以下の４つの状態に変調
されたバイアス磁界を印加することによって４値の記録
を行なうことを特徴とする光磁気記録方法。（ａ）バイアス磁界が、第２の磁性層の磁化を所定方向
に配列し、第１の磁性層の磁化を第２の磁性層の磁化に
対して安定な方向に配列させる第１の状態、（ｂ）バイアス磁界が、第１及び第２の磁性層の磁化を
ともに所定方向に配列させる第２の状態、（ｃ）バイアス磁界が、第２の磁性層の磁化を前記所定
方向とは反対方向に配列し、第１の磁性層の磁化を第２
の磁性層の磁化に対して安定な方向に配列させる第３の
状態、及び、（ｄ）バイアス磁界が、第１及び第２の磁性層の磁化を
ともに所定方向とは反対方向に配列させる第４の状態。
【請求項２】前記第１及び第２の磁性層の間には、互い
の磁化を逆方向に向けようとする交換力が働く請求項１
に記載の光磁気記録方法。
【請求項３】前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層の
キュリー温度より高い補償温度を有する請求項１に記載
の光磁気記録方法。
【請求項４】前記第１の磁性層は、室温とそのキュリー
温度との間に補償温度を有し、且つ、第１及び第２の磁
性層の間には、互いの磁化を同方向に向けようとする交
換力が働く請求項１に記載の光磁気記録方法。