JP3110468B2 - 光磁気記録媒体およびこれを用いた光磁気記録装置 - Google Patents

光磁気記録媒体およびこれを用いた光磁気記録装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、金属質薄膜の磁気光学効果を利用して情報
を記録する光磁気記録媒体およびこれを利用する光磁気
記録装置であって、紫外線を利用するものに関する。
[背景技術] 従来より、光磁気記録が知られており、記録媒体とし
て、TbFeCo(テルビウム・鉄・コバルト)の非晶質膜
や、Bi(ビスマス)−置換型ガーネット薄膜や、CoPt
(コバルト・白金)多層膜などの金属質薄膜が利用され
ている。これらの金属質薄膜は、垂直磁気異方性を有
し、400〜860nm程度の可視光について磁気光学効果の極
カー回転角もしくはカー楕円率として、有意のもの(例
えば、0.1゜以上)を備えている。従って、これら金属
薄膜が、光磁気記録媒体として利用されている。
一方、記録媒体に対しては、その記録密度を上昇する
ことが常に要求されている。光磁気記録媒体は、通常の
磁気記録媒体と比べ、高密度記録を可能とするものであ
るが、さらに高密度であることが望ましい。
そして、記録密度を上昇させるためには、用いる光の
短波長化が必要になる。すなわち、解像度は、用いる光
の波長に応じ、解像度を上げるには、より短波長の光を
用いなければならない。
しかし、現在光磁気録媒体として広く利用されるTbFe
Co薄膜は、赤外線に対し、0.3゜以上の極カー回転角を
有しているが、波長が短くなるとこの極カー回転角が著
しく減少することが知られている。従って、これを紫外
線など短波長の光を用いる光磁気記録に利用することは
できない。
また、従来磁気光学効果の測定を行う装置では、その
光源として、キセノン(Xe)ランプが用いられている
が、このキセノンランプの光強度は、300nm以下でかな
り弱く、200nm以下では非常に弱い。従って、紫外線領
域における測定は実質的に行うことができず、各種材料
の磁気光学効果についての報告も可視光以上の波長の領
域に限られていた。
なお、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32(1993)Pt.1,No.2,p
p.989−995、Proceedings of Magneto−Optical Record
ing International Symposium '94,J.Magn.Soc.Jpn.,Vo
l.19,Supplement No.S1(1995),pp.267−270には、Fe
系材料や、Co系材料について、200nm程度までの磁気光
学効果の測定が示されている。しかし、これら文献で
は、極カー回転角が、200nm程度で非常に小さくなるこ
とが確認されているだけである。また、Physical Revie
w B Vol.48,No.22,1993 The American Physcal Society
発行には、鉄系材料について、紫外線領域までの磁気光
学効果の調査結果が示されている。しかし、この報告は
垂直磁気異方性のないFe系の材料で、かつ非常に限定さ
れたもののみについてのものであり、紫外線を利用する
光磁気記録媒体に利用できるような材料についてのもの
ではない。
[発明の開示] 本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、紫外
線に対し好適な磁気光学効果を有する光磁気記録媒体お
よびこれを用いた光磁気記録装置を提供することを目的
とする。
本発明者らは、まず各種の材料について、紫外線領域
における磁気光学効果を測定するための装置の開発から
始め、好適な装置を開発した。これについては、特願平
8−96887号に示した。そして、この装置を利用して、
各種の材料について、紫外線領域での磁気光学効果の測
定を行い、本発明に係る記録媒体を得るに至った。
本発明は、金属質薄膜の磁気光学効果を利用して情報
を記録する光磁気記録媒体であって、上記金属質薄膜は
Co75Pt25合金結晶質薄膜であり、かつ磁気光学効果であ
る極カー回転角もしくはカー楕円率、またはその両方が
波長400nm以下の紫外線に対し絶対値で0.1゜以上である
ことを特徴とする。
上述のようなCo系の薄膜では、可視光に対して、負の
極カー回転角を有しているが、照射する光を短波長にし
ていくと、その極カー回転角が、正のものに変わる。そ
して、その後に大きな極カー回転角を有する。また、こ
の材料は、大きな抗磁力を有しており、磁気光学的効果
を十分に維持できる。
従って、この性質を利用すれば、紫外線を用いて、ス
ポット径の小さな記録再生が行える。そこで、この材料
を光磁気記録媒体に用いることで、記録密度を大きく上
昇することができる。
また、上記金属質薄膜は、薄膜の法線方向の磁気異方
性である垂直磁気異方性を有することが好適である。
また、上記金属質薄膜は、磁気光学効果である極カー
回転角もしくはカー楕円率、またはその両方が波長200n
m以下の紫外線に対し0.1゜以上であることが好適であ
る。200nm以下の紫外線を用いることで、非常に高密度
の記録が達成できる。また、Co系の薄膜では、この領域
において、大きな極カー回転角を有する。
また、上記金属質薄膜は、可視光領域の大部分におい
て負の極カー回転角を持ち、短波長の可視光または紫外
線領域において、正の極カー回転角で、0.1゜以上のも
のを有することが好適である。Co系の薄膜では、垂直磁
気異方性を有する。そこで、これを利用して、高密度の
光磁気記録媒体を得ることができる。
また、本発明は、上述した紫外線に対し大きな磁気光
学効果を有するCo系の薄膜を含む磁気記録媒体を利用し
た光磁気記録装置であって、波長400nm以下の紫外線を
光磁気記録媒体に照射する照射手段と、光磁気記録媒体
を紫外線の吸収率の少ない雰囲気中に封入するための容
器を有することを特徴とする。
紫外線は、酸素によって吸収される。そこで、雰囲気
を窒素にすることで、紫外線の吸収を抑制して、好適な
動作が確保される。なお、さらに短波長の紫外線を利用
する場合には、ヘリウム雰囲気にしたり、真空にするこ
とが好適である。
また、本発明の光磁気記録装置は、照射手段が、光源
から供給される光を周波数ダブリングにより、1/2の波
長の光に変換する周波数ダブリング手段を含み、光源か
らの光の波長を1/2として、光磁気記録媒体に照射する
ことを特徴とする。このような周波数ダブリングを利用
することで、光源として半導体レーザを用い、紫外線領
域のレーザ光を得ることができる。
[図面の簡単な説明] 図1は、第1実施形態の光磁気記録媒体の概略構成を
示す図である。
図2は、第1実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーと極カー回転角の関係を示す図である。
図3は、第1実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーとカー楕円率の関係を示す図である。
図4は、第1実施形態の光磁気記録媒体における磁場
の変化に対するヒステリシスを示す図である。
図5は、第2実施形態の光磁気記録媒体の概略構成を
示す図である。
図6は、第2実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーと極カー回転角の関係を示す図である。
図7は、第2実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーとカー楕円率の関係を示す図である。
図8は、第3実施形態の光磁気記録媒体の概略構成を
示す図である。
図9は、第3実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーと極カー回転角の関係を示す図である。
図10は、第3実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーとカー楕円率の関係を示す図である。
図11は、第3実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーとR√[θk2+ηk2]の関係を示す図で
ある。
図12は、第4実施形態の光磁気記録媒体の概略構成を
示す図である。
図13は、第4実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーと極カー回転角の関係を示す図である。
図14は、第4実施形態の光磁気記録媒体におけるフォ
トンエネルギーとカー楕円率の関係を示す図である。
図15は、光磁気記録装置の概略構成を示す図である。
[発明を実施するための最良の形態] 以下、本発明に好適な実施の形態(以下、実施形態と
いう)について、図面に基づいて説明する。
「第1実施形態」 図1は、一実施形態の構成を示す図であり、Si基板10
上に、Cuシード層12を介し、Co薄膜が蒸着形成されてい
る。Si基板10は、(100)または(111)方位のものが用
いられ、Cuシード層12及びCo薄膜14の厚みは、共に100n
m程度である。また、Co薄膜14は、面心立方格子構造を
持つ(100)方位または(111)方位の単結晶薄膜であ
る。
このような構成のCo薄膜14は、波長200〜230nmの紫外
線に対し、極大0.4゜の極カー回転角を有する。また、C
o薄膜14は、磁界の変化に対し、十分なヒステリシス
(抗磁力)を有している。従って、この極カー回転角を
利用して、高密度の情報記録が可能となる。
ここで、このCo薄膜の形成方法の一例について説明す
る。まず、(100)及び(111)方位のSi単結晶のSi基板
10を用意し、この表面を10濃度のHF(フッ酸)でエッチ
ングし、表面の酸化層を除去した。次に、2種類のSi基
板10のそれぞれに対し、Cuシード層12及びCo薄膜14を順
に蒸着した。この蒸着は、圧力10-7Torr以下の高真空下
における電子ビーム蒸着法によって行った。蒸着速度
は、1nm/secとした。
X線回折の結果から、Si基板10としてSi(100)上に
作成したCuシード層12及びCo薄膜14は、(100)面を基
板に平行にもった面心立方格子構造(fcc)の単結晶で
あり、Si基板10としてSi(111)上に作成したCuシード
層12及びCo薄膜14は、(111)面を基板に平行にもった
面心立方格子構造(fcc)の単結晶であった。
また、高分解能電子顕微鏡観察の結果においても、X
線回折結果と同様に、単結晶であることを示しており、
Co薄膜14とCuシード層12の界面及びCuシード層12とSi基
板10の界面も原子スケールで平坦であることが分かっ
た。また、オージェ電子分光法によって、Co薄膜14とCu
シード層12領域内の不純物はほとんど無視できる程度で
あることが確認された。さらに、この結果は、ラザフォ
ード散乱実験の結果とも一致している。
このように、本例のCo薄膜14は、不純物を含まないCo
単結晶であることが分かった。
次に、このようにして得た材料についての磁気光学効
果について説明する。図2は、極カー回転角の光子(フ
ォトン)エネルギーに対する依存性を示す。Co(100)
及びCo(111)共に、エネルギー値6.7〜5.2eV(185nm〜
238nm)の間に極カー回転角の大きなピークを示してい
る。極大値は、Co(100)で0.4゜、Co(111)で0.2゜で
ある。
特に、このピークは、フォトンエネルギーの増大(波
長の減少)に従って、負であった回転角が、正側に移り
生じるものであり、従来の知見から推定しがたいもので
ある。なお、カー楕円率は、図3に示すように、上述の
範囲で、0゜に近い小さな値を示している。
図4に、Co薄膜14のヒステリシス特性を示す。このよ
うに、磁場を負側から正側へ変化させていった場合と、
正側から負側へ変化させていった場合とでは、磁場の変
化に対し、極カー回転角及びカー楕円率について、±0.
3T程度のヒステリシスがある。従って、このCo薄膜14が
十分な抗磁力(保磁力)を有しており、記録状態を保持
できることが分かる。
「第2実施形態」 次に、CoとPtの多層膜(Co/Pt)について説明する。
図5は、この例の構成を示す図であり、Si基板20上に、
Pt層22、Co層24が交互に積層されている。
このような多層膜構成の記録媒体においても、上述の
場合と同様に、紫外線領域において、大きな極カー回転
角を得ることができる。この薄膜は、Si基板20上に、Pt
層22と、Co層24を順次蒸着形成して得る。
まず、厚さ80nmのSiN基板20上に、0.3nmのPt層22と、
0.3nmのCo層24とを交互に40対積層し、ほぼ25nmの厚み
の多層膜(Co3/Pt3)を得た。また、同様のSiN基板20上
に、0.5nmのPt層22と、0.3nmのCo層24とを交互に30対積
層し、ほぼ25nmの厚みの多層膜(Co3/Pt5)を得た。さ
らに、SiN基板20上に、1.1nmのPt層22と、0.3nmのCo層2
4とを交互に18対積層し、ほぼ25nmの厚みの多層膜(Co3
/Pt11)を得た。なお、2つの多層膜とも純粋な結晶構
造を有している。
そして、これら3つの多層膜Co3/Pt3、Co3/Pt5、Co3/
Pt11について極カー効果、カー楕円率を調べた結果を図
6、7に示す。このように、多層膜Co3/Pt3では、フォ
トンエネルギー5.5eV程度で、極カー回転角が負から正
に変わり、エネルギー値6.5eV(波長191nm)程度では、
0.4゜程度にまで達している。従って、この多層膜Co3/P
t3が、紫外線を利用する記録媒体として好適であること
が分かる。
また、多層膜Co3/Pt5、Co3/Pt11では、フォトンエネ
ルギー6.5eV程度で、極カー回転角が負から正に変わっ
ており、さらに短波長の領域において、正側のピークを
有すると推定される。
なお、Co3/Pt3は、フォトンエネルギー5.5付近に、Co
3/Pt5は、フォトンエネルギー6.5付近にカー楕円率の負
のピークを有しており、これを利用することも可能であ
る。さらに多層膜Co3/Pt3、Co3/Pt5では、フォトンエネ
ルギー3.7eV付近及び5eV付近において、極カー回転角と
して、負の比較的大きな値をとる。そこで、これを利用
することも可能である。
「第3実施形態」 次に、CoとPtの合金層(CoPt)について、説明する。
この合金膜は、合金を先に形成しておき、これを利用し
て蒸着することもできるが、通常はCoと、Ptを同時に基
板上に、蒸着することによって形成する。
図8は、この合金膜の構成を示すものであり、厚さ約
75nmのサファイヤ(Al2O3)基板30上に、電子ビーム蒸
着法により、Co75Pt25合金層32を形成した。膜作成時の
下地温度(基板30の温度)は、室温(Room Temperatur
e:RT)及び400℃、真空度は蒸着前は10-8以上、蒸着中
は10-8〜10-7Torrであった。
X線及び電子線解析の結果、室温で蒸着した合金層32
は、不規則合金で、hep構造であった。一方、400℃で作
成した合金層32は、規則合金であることがわかった。
図9、10に、カー回転角及びカー楕円率のフォトンエ
ネルギー依存性を示す。図9に示されるように、カー回
転角はフォトンエネルギーに対して約4.5eVでピークを
とり約−0.6゜であり、それ以上のエネルギーに対して
急激に0に近づき、フォトンエネルギー6eV付近で負か
ら正に符号が変わっている。一方、図10に示すように、
カー楕円率は、約5.8eVにピークを持っている。
図9、10に示すように、カー回転角及びカー楕円率の
両方において、400℃で作製した規則合金の合金層32の
方が室温で作製した不規則合金の合金層32に比べ大きい
ことがわかる。
このような合金層を記録媒体に利用した場合、記録再
生時のシグナルは、 (θk:カー回転角、ηk:カー楕円率、R:反射率) に比例するものであり、この のフォトンエネルギー依存性について、図11に示す。こ
の図から明らかなように、約5.5eVまで、0.25以上と非
常に大きな値を示していることがわかる。従って、本実
施形態のCoPt合金膜が記録媒体に好適であることがわか
る。
「第4実施形態」 図12は、第4実施形態の構成を示すものである。この
第4実施形態の構成は、第3実施形態と同様の合金膜で
あり、ガラス基板30上に、20nmのPt層32を形成し、その
上に20nmのCoとPtの合金層34を形成している。この合金
層34は、CoとPtの重量比が1:3である。なお、Pt層32、
合金層34とも結晶構造を有している。
このような合金膜(CoPt3)の極カー効果およびカー
楕円率が、図13、図14に示してある。このように、フォ
トンエネルギー6eV(波長207nm)付近で、極カー回転角
が、負側から正側に移ろうとしており、さらに短波長の
光に対し、正の極カー回転角のピークが存在することが
予想される。
また、本合金膜では、フォトンエネルギー4〜6eV付
近で比較的大きな負の値をとる。そこで、これを利用す
ることもできる。
「その他」 実際の測定例は、限定して説明したが、Co系の膜で
は、垂直磁気異方性が得られ、この抗磁力は十分なもの
である。そして、紫外線領域において、極カー回転角に
正の大きなピークが得られる。従って、これを利用して
好適な光磁気記録媒体を得ることができる。
例えば、Coの結晶質薄膜とRを成分とする結晶質薄膜
の多層薄膜であり、Rとして遷移金属、希土類元素、P
t、Ta、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Au、Wの中から
選ばれる少なくとも1種を含むことができる。
また、Co系の合金膜として、Co100-xRx合金結晶質薄
膜で、Rとして遷移金属、希土類元素、Pt、Ta、Zr、N
b、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Au、Wの中から選ばれる少な
くとも1種を含むものを利用することができる。
さらに、上述の例では、全て結晶質薄膜について述べ
たが、非晶質のCo薄膜や、非晶質多層膜、非晶質合金膜
を利用することもできる。
なお、上述のカー回転角およびカー楕円率の正負は、
一般的な向きにおけるもので、媒体に対する照射光の進
行方向から見て時計回りを正としており、従来例で記載
した文献等と同一である(但し、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.
32(1993)Pt.1,No.2,pp.989−995は、正負が反対)。
「光磁気記録装置」 次に、図15に、上記光磁気記録媒体を用いた装置の概
略構成を示す。まず、紫外線領域の光の発生源として、
光源100と、共振器102を有している。光源は、例えばGa
N半導体レーザであり、375nmの光を出力する。この375n
mの光は、共振器102において、波長が1/2の光に変換さ
れる。すなわち、水晶共振器102は、入射光を繰り返し
反射往復させ、周波数ダブリングによる波長の半減を達
成する。
そして、この紫外線の光は、光学系104によって、所
定のスポットに集光された後、偏光部106により、所定
角度の直線偏光に変換されて、光磁気記録媒体108に照
射される。この光磁気記録媒体108は、上述のCo系の薄
膜を有しており、紫外線に対し、大きな極カー回転角を
有している。
光磁気記録媒体108で、反射された光は、検光部110に
おいて、所定角度のものが選択されて、受光部112に至
る。従って、光磁気記録媒体108において、所定の偏光
面の回転が起こったか否かを受光部112において、検出
することができ、記憶されているデータの読取りが達成
される。なお、光磁気記録媒体108への照射スポットの
移動等は公知の駆動機構を設ければよい。
そして、本実施形態では、紫外線の照射、受光を行う
部分を容器114内に収容している。この容器114は、基本
的に気密であり、窒素雰囲気になっている。そこで、雰
囲気による紫外線の吸収を最小限として、好適な読み出
しを可能としている。
さらに、光磁気記録媒体108の近辺には、磁石116が設
けられている。この磁石116は、光磁気記録媒体108を所
定の磁場内におくものである。一方向の磁場内におい
て、光磁気記録媒体108に比較的強い光線を照射するこ
とによって、その磁場に応じた垂直方向に磁化した微小
領域(垂直磁化領域)が照射スポットに対し付与され
る。そこで、磁場の方向によって、2種類の垂直磁化領
域をスポット毎に付与でき、これを‘0',‘1'データに
対応させて情報を記録できる。
そして、比較的弱い光を用いて、偏光面の回転した反
射光を検出することで、記録されているデータを読み出
すことができる。
なお、回転移動駆動機構118は、光磁気記録媒体108を
回転移動させるものである。光磁気記録媒体は108は通
常円盤状で、回転移動駆動機構118が光磁気記録媒体108
を回転させ、照射スポットを光磁気記録媒体108の半径
方向に移動させることによって、光磁気記録媒体108の
任意の点に光を照射する。
[産業上の利用可能性] コンピュータ、ビジュアルオーディオ機器等における
データの記録媒体として利用することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−95742(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 11/105

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属質薄膜の磁気光学効果を利用して情報
    を記録する光磁気記録媒体であって、 上記金属質薄膜はCo75Pt25合金結晶質薄膜であり、 かつ磁気光学効果である極カー回転角もしくはカー楕円
    率、またはその両方が波長400nm以下の紫外線に対し絶
    対値で0.1゜以上であることを特徴とする光磁気記録媒
    体。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の光磁気記録媒体におい
    て、 上記金属質薄膜は、薄膜の法線方向の磁気異方性である
    垂直磁気異方性を有することを特徴とする光磁気記録媒
    体。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の光磁気記録媒体
    において、 上記金属質薄膜は、磁気光学効果である極カー回転角も
    しくはカー楕円率、またはその両方が波長200nm以下の
    紫外線に対し0.1゜以上であることを特徴とする光磁気
    記録媒体。
  4. 【請求項4】請求項1、2、3のいずれか1つに記載の
    光磁気記録媒体において、 上記金属質薄膜は、可視光領域の大部分において負の極
    カー回転角を持ち、短波長の可視光または紫外線領域に
    おいて、正の極カー回転角で、0.1゜以上のものを有す
    ることを特徴とする光磁気記録媒体。
  5. 【請求項5】金属質薄膜の磁気光学効果を利用して情報
    を記録する光磁気記録媒体を用いる光磁気記録装置であ
    って、 上記金属質薄膜は、 Coを含み、かつ磁気光学効果である極カー回転角もしく
    はカー楕円率、またはその両方が波長400nm以下の紫外
    線に対し絶対値で0.1゜以上であり、 該装置は、 波長400nm以下の紫外線を光磁気記録媒体に照射する照
    射手段と、 光磁気記録媒体を紫外線の吸収率の少ない雰囲気中に注
    入するための容器を有することを特徴とする光磁気記録
    装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の装置において、 照射手段は、光源から供給される光を周波数ダブリング
    により、1/2の波長の光に変換する周波数ダブリング手
    段を含み、 光源からの光の波長を1/2として、光磁気記録媒体に照
    射することを特徴とする光磁気記録装置。
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