JP2908531B2 - 光磁気記録素子 - Google Patents

光磁気記録素子

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【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] この発明は書き換え型の光磁気記録素子(以下、素子
ともいう)に関し、特にこの種の素子に用いる光磁気記
録材料に関する。この発明は例えば、磁界変調記録に適
した光磁気記録材料に関する。
[従来技術] 発明者らは、GdDyFe合金を光磁気記録材料とした、光
磁気記録素子を提案した(特開昭62−149,057号)。こ
の記録材料は希土類元素として比較的安価なGdとDyとを
用い、カーヒステリシスループにおける核発生磁界、保
磁力、飽和磁界がキュリー温度までほぼ一定で、優れた
記録の消去・再生特性を有している。
GdDyFeにCo元素を添加し、キュリー温度を増加させる
ことも公知である(特開昭64−23,445号等)。GdDyFeに
Coを添加すると、キュリー温度が増加するだけでなく、
カー回転角(Θκ)や垂直異方性エネルギー(Ku)が増
加する。カー回転角の増加は読み出し時の特性を改善
し、垂直異方性エネルギーの増加は保磁力を増加させて
微小ビットの安定性を高める。
しかしながら、保磁力の増加は記録の消去に要する磁
界を増加させ、光磁気記録素子の駆動に強い外部磁界を
必要とさせることになった。一般に存在可能な最小磁区
径dは、 d∝σw/(Ms・Hc) で与えられる。ここにσwは界面磁壁エネルギー、Msは
飽和磁化、Hcは保磁力である。存在可能な最小磁区径d
が小さいことは微小なビットまで安定に存在し得ること
を意味するが、逆に記録の安定性が過剰で、消去に大き
な外部磁界を要することを意味する。即ちCoの添加はキ
ュリー温度を高め、読み出し特性を改善するが、同時に
保磁力を高め記録の消去を困難にする。
[発明の課題] この発明は、GdDyFeCo材料のキュリー温度を保ったま
ま、保磁力を低下させることを課題とする。またこれに
加えて、光磁気記録材料の耐食性を向上させることに有
る。
[発明の構成] この発明の光磁気記録素子は、透明基板上に、下記組
成式で表される光磁気記録層を設けたことを特徴とす
る。
[(GdyDy1-y(FexCo1-x1-Z1−α−β・M
α・Oβ ただしMはTi,Cr,またはAlの少なくとも一種の元素を
表し、 0.7≦x<1 0.2≦y≦0.7 0.15≦z≦0.30 0≦α≦0.03 0.0045≦β≦0.07 好ましくは、酸素含有量βを、0.009≦β≦0.055とす
る。
GdDyFeCo材料に酸素原料を添加すると、0.3原子%ま
ではキュリー温度も消去に要する外部磁界(以下単に消
去磁界とする)もほとんど変化しない。酸素添加の効果
は0.3原子%と0.5原子%との間で発現し、0.5原子%で
はキュリー温度がほとんど低下しないまま消去磁界が激
減する(第1図参照)。これは保磁力が、0.3原子%と
0.5原子%の酸素添加の間で激減するためである(第2
図参照)。このことから、酸素含有量の下限を0.45原子
%とした。酸素添加量を増すと、キュリー温度と消去磁
界は7原子%までなだらかに減少するが、7原子%と8
原子%との添加量の間でキュリー温度が激減し、Co添加
の意義が失われる(第1図参照)。このことから酸素含
有量の上限を7原子%とした。
C/N比についてみると、酸素の添加でC/N比は徐々に低
下する。1原子%の添加でC/N比はある程度減少し、以
後7原子%まではなだらかに僅かずつ減少する。7原子
%を越えるとC/N比の減少が再び著しくなり、7原子%
と8原子%との間でC/N比は大きく低下する(第3図参
照)。
酸素の添加は、C/N比の立ち上がり磁界やC/N比の飽和
磁界、あるいは印加上限磁界にも影響する。立ち上がり
磁界は1原子%までの添加の間著しく減少し、以後なだ
らかに低下する。印加上限磁界も同様の挙動を示す。C/
N比の飽和磁界も同様に1原子%までの添加の間急減す
るが、1〜3原子%の添加で最低値を示す(第4図参
照)。C/N比の立ち上がり磁界やC/N比の飽和磁界の絶対
値を小さくするため、酸素含有量の下限はより好ましく
は0.9原子%以上とする。一方5原子%を越える酸素添
加では、印加上限磁界が400Oe近くまで低下するため、
酸素添加量の上限はより好ましくは5.5原子%とする。
光磁気記録層のGdDyFeCo材料には、酸素以外に、Ti,C
r,Alからなる群の少なくとも一種の元素を、3原子%以
下、好ましくは0.5〜2.5原子%含有させる。これらの元
素は、光磁気記録材料の酸化を防止し、材料の耐食性を
高める。3原子%以下の範囲であれば、これらの元素
は、光磁気記録層の保磁力や飽和磁化、保持力と飽和磁
化との積Ms・Hc、キュリー温度、あるいはC/N比に殆ど
影響しない。そしてこれらの元素を加えると、光磁気記
録層の耐食性が向上し、耐食性向上の効果は0.5原子%
以上の添加で強く現れる。Ti,Cr,Alはほぼ同等で、これ
らの元素の中での差異はほとんど見られない。
用いるGdDyFeCoO系材料の、組成について説明する。
組成を [(GdyDy1-y(FexCo1-x1-Z1−α−β・Mα
・Oβ (MはTi,Cr,またはAlの少なくとも一種の元素を表す)
とした場合に、 GdDyFeCoの部分については、 0.7≦x<1. 0.2≦y≦0.7, 0.15≦z≦0.30 とする。Co含有量やGd含有量は、素子のキュリー温度等
に影響するが、発明者は酸素やTiを添加した場合にも、
この範囲でキュリー温度が高く、消去磁界の低い材料が
得られることを確認した。次にTi等の含有量を示すαは
既に述べたように、 0≦α≦0.03、 が好ましく,酸素含有量を示すβは 0.0045≦β≦0.07 とし、より好ましくは 0.009≦β≦0.0055 とする。
[実施例] 用語法 実施例では組成の単位を原子%で示すものとし、これ
を単に%と標記する。
光磁気記録素子の調製 スライドガラス基板、あるいはポリカーボネート樹脂
基板に、4室のマグネトロンスパッタリング装置によ
り、下部誘電体層、光磁気記録層、上部誘電体層、金属
反射層を積層した。ポリカーボネート基板を用いた素子
では、金属反射層上に紫外線硬化樹脂の保護層を設け
た。スパッタリング雰囲気はArとし、基板とターゲット
との間隔は120mm,到達真空度は5×10-7Torr,スパッタ
リング電力は1KWとした。
最初に、Si3N4:Al2O3:Y2O3のモル比が86:10:4の焼結
体をターゲットとし、非晶質イットリウム・アルミニウ
ム・サイアロンの下部誘電体層を920Å厚に形成した。
次いでArにニードルバルブで酸素を加えながら、GdDyFe
CoTiターゲットから、光磁気記録層を200Å厚に形成し
た。ターゲットの組成を変え、ニードルバルブで酸素混
合量を変え、光磁気記録層の組成を制御した。この後同
じイットリウム・アルミニウム・サイアロン系のターゲ
ットを用い、上部誘電体層を300Å厚に形成した。更に
この上部に、金属Al系反射層を800Åに形成し、ポリカ
ーボネート基板の場合、ウレタンアクリレートとアクリ
ル酸エステルの共重合体からなる紫外線硬化樹脂の保護
層を10μm厚に形成した。
得られた光磁気記録素子を、第6図に示す。図におい
て、2はスライドガラスやポリカーボネート樹脂の基板
(直径130mm)で、アクリル樹脂や、エポキシ樹脂、ポ
リエステル樹脂等の、適宜の透明基板に変えることがで
きる。4は下部誘電体層で、ここでは非晶質のイットリ
ウム・アルミニウム・サイアロンとしたが、SiO2,SiO,C
eO2,ZrO2,TiO2,ZnS,Sb2S3,Si3N4等でも良い。6は光磁
気記録層でGdDyFeCo・Ti・O系のものを用いる。Tiは、
CrやAl元素に置換しても良い。8は下部誘電体層4と同
様の上部誘電体層、10は金属反射層、12は紫外線硬化樹
脂保護層である。誘電体層4,8は設けなくても良い。
調製した素子の、光磁気記録層6の組成を表1に示
す。*印は比較例である。
波長800nmのレーザ光を用い、3.7MHzの書き込み周波
数で、素子の特性を評価した。キュリー温度と消去磁界
の測定は、スライドガラス基板の素子を用い、他の測定
にはポリカーボネート基板の素子を用いた。第1図〜第
4図に、(Gd42.2Dy57.822.5Fe75.5Ti2.0系材料に、
0.3〜8原子%の酸素を加えた際の結果を示す(試料4
〜11)。また試料1〜4の酸素無添加の試料について、
Co含有量のキュリー温度や消去磁界への影響を表2に示
す。Co含有量と共に、キュリー温度や消去磁界が増加す
る。
第1図に戻り、酸素含有量の効果を説明する。0.3%
の酸素添加は、キュリー温度や消去磁界(Erasion Mf
(Magnetic Field))に殆ど影響しない。酸素の効果は
0.5%で発現しキュリー温度を殆ど変えないまま、消去
磁界を300Oeから200Oeに低化させる。酸素添加量を増す
と、キュリー温度や消去磁界は単調に減少し、8原子%
の添加でキュリー温度は145℃まで低下する。
第2図に、酸素含有量と、保持力Hcや飽和磁界Ms,Ms
・Hcとの関係を示す。既に述べたように、保磁力と消去
磁界とは密接な関係が有り、保磁力が大きい程、消去磁
界も大きくなる。酸素含有量を0.3%から0.5%に増す
と、保持力は激減する。これが0.3%と0.5%との間で
の、消去磁界の減少の主因である。飽和磁化Msの挙動
は、保磁力Hcの挙動に比べ複雑であるが、その影響は小
さく、Ms・Hcはほぼ保磁力と同様の挙動を示す。
第3図に、酸素含有量のC/N比への影響を示す。C/N比
は最初1%までの添加で減少し、以後7%まで緩やかに
減少する。しかし7%を越えると、C/N比の減少率は再
び増加する。
第4図に、書き込み時の、C/N比の立ち上がり磁界(I
ntersection)、C/N比の飽和磁界(Saturation Poin
t)、印加上限磁界(Upper Limit)を示す。これらのデ
ータの意味は第5図に示し、立ち上がり磁界は外部磁界
を加え書き込みを行った際のC/N比が0から立ち上がる
点を示す。飽和磁界はC/N比が最高値で飽和する磁界を
示し、印加上限磁界はC/N比が最高値から3dB低下する磁
界を示す。立ち上がり磁界や飽和磁界の絶対値が小さい
程、弱い外部磁界で書き込むことができ、印加上限磁界
が大きい程、強い外部磁界を加えた際への許容幅が大き
い。酸素含有量を0.3%から0.5%に増すと、立ち上がり
磁界は100Oe程度低下し、飽和磁界も減少する。以後立
ち上がり磁界は、酸素含有量と共に単調に減少する。飽
和磁界は1〜3%に最小値があり、以後徐々に増加す
る。印加上限磁界は、立ち上がり磁界と類似の挙動を示
す。酸素含有量8%では、印加上限磁界は370Oeと非実
用的な程度に小さくなり、7%では400Oeとなる。印加
上限磁界は一般に400Oe以上とすることが求められるた
め、酸素含有量の上限は5%程度が好ましい。そして酸
素含有量が1〜5%の範囲で、消去磁界が180〜120Oe、
キュリー温度が200℃弱〜215℃、C/N比が49.8〜49.2dB
の好ましい値が得られる。またこの範囲ではC/N比の立
ち上がり磁界が−150〜−100Oe、C/N比の飽和磁界が100
Oe程度であり、磁界変調記録が特に容易になる。
表3、表4に、Gd:Dy比やFe:Co比を変えた、試料13〜
16の結果を示す。表5及び表6に、Tiを無添加あるいは
CrやAlに変えた試料17〜23の結果を示す。消去磁界はOe
単位、保磁力HcはKOe単位、飽和磁化Msはemu/cc単位、M
s・HcはKOe・emu/cc単位、C/N比はdB単位である。また
キュリー点は℃単位で示す。表4,表6のC/N比の飽和磁
界、C/N比の立上がり磁界、印加上限磁界はそれぞれOe
単位で、その意味は第5図に示したものである。
ここでは特定の実施例について説明したが、光磁気記
録層以外の材料や素子の構造は任意である。
[発明の効果] この発明では、GdDyFeCo材料の利点である高いキュリ
ー温度を損なうことなく、消去磁界を小さくすることが
できる。またこれに伴って、C/N比の立ち上がり磁界やC
/N比の飽和磁界を小さくすることができる。これらの結
果、小さな外部磁界で記録の消去や書き込みが可能な
る。更に酸素含有量を1〜5原子%程度とすると、印加
上限磁界を400Oeよりも大きくしたまま、C/N比の飽和磁
界や立ち上がり磁界を十分に小さくすることができ、磁
界変調記録が特に容易になる。
この発明ではまた、光磁気記録層にTiやCr,Al元素を
含有させ、素子の耐食性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は酸素含有量の効果を表す実施例の特性
図で、第1図は消去磁界とキュリー温度への影響を示
し、第2図は保磁力や飽和磁界、保磁力と飽和磁界の積
への影響を示し、第3図はC/N比への影響を示し、第4
図はC/N比の立ち上がり点やC/N比の飽和磁界、印加上限
磁界への影響を示す。 第5図は、第4図のデータの意味を示すための概念図で
ある。 第6図は、実施例の光磁気記録素子の断面図である。 図において、2……透明基板、 4……下部誘電体層、6……光磁気記録層、 8……上部誘電体層、10……反射層。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に、下記組成式で表される光磁
    気記録層を設けたことを特徴とする光磁気記録素子。 [(GdyDy1-y(FexCo1-x1-Z1−α−β・Mα
    ・Oβ ただしMはTi,Cr,またはAlの少なくとも一種の元素を表
    し、 0.7≦x<1 0.2≦y≦0.7 0.15≦z≦0.30 0≦α≦0.03 0.0045≦β≦0.07
  2. 【請求項2】酸素含有量βを、0.009≦β≦0.055とした
    ことを特徴とする、請求項1記載の光磁気記録素子。
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