JP3592399B2

JP3592399B2 - 光磁気記録媒体

Info

Publication number: JP3592399B2
Application number: JP09676995A
Authority: JP
Inventors: 宏和高田; 信秀青山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JPH08293136A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は集光したレーザー光と磁界を用いて垂直磁化膜に情報の記録、再生、消去を行なう光磁気記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を用いて基板上に設けられた垂直磁化膜に記録を行う、いわゆる光磁気記録方式は書き換えが可能で大容量の記録を行う方法として従来より広く利用されている。現在この光磁気記録媒体の記録膜としては膜面に垂直な磁化容易軸を有する希土類−遷移金属アモルファス合金薄膜が最も多く用いられている。
【０００３】
上記の記録膜を用いた光磁気記録方式としては２００〜４００Ｏｅ程度の磁界を作用させながらレーザービームを記録すべきデータに従ってパルス変調し記録を行う光変調方式が多く用いられている。しかしこの方式の場合、既に記録が行われている場所に新たなデータの記録を行おうとすると、一旦既に記録されているデータの消去を行ってから新しいデータの記録を行わなければならず、これが光磁気記録媒体のデータ転送速度向上の障害となっていた。
【０００４】
これに対し、上記光変調方式とは逆に、一定の強さのレーザービームを連続照射しつつ、外部磁界を印加し、その磁界の方向を記録すべきデータに従って高速で変調する磁界変調方式が知られている。この方式は旧データが記録されている部分に直接新しいデータの記録を行うこと（ダイレクト・オーバーライト）ができるため、光磁気記録媒体のデーター転送速度を向上させる方法として近年特に注目されている。
【０００５】
この磁界変調方式の場合、外部磁界を発生させる電磁石を高速でスイッチングさせなければならず、多くの場合、浮上ヘッド方式のように小型のヘッドを記録層に近接した位置に配置し、記録を行う方法が用いられる。しかし、電磁石のスイッチング速度を大きくしようとするとその発生磁界は小さくなるという欠点がある。従来の光変調方式では比較的大きな磁界を印加して記録を行うため、２００Ｏｅ程度の磁界で記録を行うことができる光磁気記録媒体であれば充分であったが、磁界変調方式の場合、以上の理由で記録磁界に対する感度がさらに高い媒体が求められている。
【０００６】
このような磁界変調方式において、記録、消去時の磁界を低減させるためには、次のような特性が求められている。図１は一般的な光磁気ディスクの記録特性を示す。これは、予め消去方向に磁化の向きを揃えたディスクに光変調方式で記録を行った場合のＣＮ比の記録磁界依存性である。ここで磁界の方向は、負が消去方向、正が記録方向である。磁界変調方式での記録、消去磁界を低減させ、かつ高いＣＮ比の記録を行うためには、図におけるＣＮ比が飽和する磁界（飽和磁界、Ｈｓ）と記録が始まる磁界（記録開始磁界、Ｈｏ）の絶対値を小さくする必要がある。従来より光変調記録方式に用いられている光磁気記録媒体は、このＨｏとＨｓの絶対値がいずれも大きく、磁界変調方式で高速にデータの記録を行うためには不十分であった。
【０００７】
この記録、消去時の磁界を低減させる方法として、ディスクの記録膜を構成している誘電体層や磁性層をスパッタ法により成膜する際に種々の成膜条件を最適化することがよく行われているが、この方法では一般に記録、消去磁界を低減しようとすると、再生時のノイズが増加し、その結果ＣＮ比が低下するという欠点があった。
【０００８】
一方磁性層を、保磁力が大きく、キュリー温度が比較的低い第１の磁性層と、保磁力が小さく、キュリー温度が高い第２の磁性層の２層とし、記録、消去時の磁界を低減する方法が、例えば特開昭６４−３２４４１号公報、特開平２−２３０５３５号公報、特開平４−７４３２８号公報、特開平６−４４６２６号公報、または特開平６−１０３６２０号公報等で知られている。しかし、近年光磁気記録媒体は、マーク長変調方式、記録レーザーの短波長化等の方法により、将来に向けてさらなる高記録密度化を目指しているのに対し、従来より知られている磁性層の２層化では、上記のような方法で高密度の記録を行うためにはＣＮ比が未だ不十分であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、記録、消去に必要な外部磁界を低減し、かつ高いＣＮ比が得られ、オーバーライトの可能な磁界変調方式で高密度の記録を行うのに適した光磁気記録媒体を安定に製造することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光磁気記録媒体は、重希土類−遷移金属アモルファス合金を主成分とし、一旦記録された情報を更新されるまで保持する第１の磁性層および第２の磁性層を有し、前記第２の磁性層のキュリー温度は、第１の磁性層のキュリー温度よりも高く、前記第１の磁性層のキュリー温度未満の温度範囲では、第１の磁性層と第２の磁性層は磁気的に交換結合をしていずれも垂直磁気異方性を示し、前記第１の磁性層のキュリー温度以上、第２の磁性層のキュリー温度未満の温度範囲では第２の磁性層は面内磁気異方性を示すことを特徴とする。
【００１１】
この２層よりなる磁性膜の記録メカニズムを図２に示す。磁性膜にレーザー光を照射すると磁性膜の照射部分は第１の磁性層のキュリー温度以上にまで加熱される。この温度において、第２の磁性層は面内磁気異方性を示す。続いて、加熱後に第１、第２の磁性層の温度が第１の磁性層のキュリー温度にまで低下すると、第１の磁性層に磁化が現れ、外部磁場によりまず第１の磁性層に記録が行われる。この際、磁気的な交換相互作用により第１の磁性層の各副格子磁化の方向が第２の磁性層に転写され、記録が終了する。
【００１２】
このように本発明における光磁気記録媒体は、従来の交換結合２層磁性膜とは異なり、まず保磁力の大きい第１の磁性層に記録が行われるため、安定な記録ビットが形成され、さらにこれがキュリー温度が高く、カー回転角の大きい第２の磁性層に転写されるという記録過程を経るため、再生時のＣＮ比が向上する他、製造時の組成、膜厚変動による記録部分の周囲の磁性層からの漏洩磁界の変動の影響も受けにくい。
【００１３】
ここで、第１の磁性層としてはＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＦｅＣｏ、ＴｂＤｙＦｅＣｏ、ＤｙＧｄＦｅＣｏ等のフェリ磁性の重希土類−遷移金属アモルファス合金薄膜が挙げられる。具体的には、この第１の磁性層はキュリー温度が１７０℃以上、２５０℃以下で、室温において遷移金属副格子磁化優勢である組成から補償組成までの範囲が好ましく、保磁力は２ｋＯｅ以上であればよい。この範囲であればＣＮ比が高く、レーザーパワーに対する感度も良好な光磁気記録媒体が得られる。
【００１４】
一方、第２の磁性層としては第１の磁性層のキュリー温度以上で面内磁気異方性を示すためには、垂直磁気異方性が小さく、垂直磁化膜となる温度範囲が比較的狭いこと、また再生時に高いＣＮを得るためにキュリー温度が高く、大きなカー回転角が得られることが好ましい。これらの条件を満足するものとしては、例えばＧｄＦｅ、ＧｄＦｅＣｏ、ＧｄＣｏ、ＧｄＴｂＦｅＣｏのようなフェリ磁性の希土類−遷移金属アモルファス合金薄膜が挙げられる。
【００１５】
また、前記したメカニズムで記録が行われるためには第１の磁性層のキュリー温度に対し、第２の磁性層のキュリー温度が充分高いことが好ましく、具体的にはその差が５０℃以上となるように組成を選択することが望ましい。さらに、その補償温度を室温より高く、かつ第１の磁性層の補償温度より低くすることが好ましく、さらに、第１の磁性層を積層した場合、第１の磁性層のキュリー温度以上で面内磁気異方性を示すように組成、膜厚を選択することが必要である。
【００１６】
これらの第１および第２の磁性層には短波長領域でのカー回転角の向上や、耐酸化性の向上等の目的で、Ｐｒ、Ｎｄ等の軽希土類やＴｉ、Ｃｒ、Ｔａ等の元素を添加しても良い。
【００１７】
本発明における記録媒体の具体的な構成の例としては、ガラス、プラスチック等の透明な基板上に誘電体膜、上記の磁性膜、誘電体膜、反射膜の順に積層したものが挙げられる。この磁性膜における、第１の磁性層と第２の磁性層の積層の順序はいずれでも良いが、第２の磁性層を第１の磁性層よりもレーザー光が照射される側に配置する方が、より高いＣＮ比を得られる点で好ましい。
【００１８】
また、上記の誘電体膜としては磁性体膜を酸化から保護する目的の他に、磁性体膜によるカー回転角を大きくする目的を有し、例えばＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の窒化物やＳｉＯ、ＴａＯ等の酸化物、ＺｎＳ等の硫化物が挙げられる。
【００１９】
また、反射層は、再生時のカー回転角を増加させる作用を有すると共に、記録レーザーパワーに対する感度を調節したり、記録時の磁性体膜内の熱伝導を制御し、高いＣＮ比を得るために有効である。この反射層としては、例えば、Ａｌ、ＡｌＴｉ、ＡｌＴａ等よりなる薄膜が用いられる。図３に本発明における光磁気記録媒体の断面の一例を示す。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明についてを実施例、比較例により詳細に説明する。
（実施例１〜４、比較例１〜３）
４個のターゲットを備えたスパッタ装置内に、グルーブおよびプリフォーマット信号が刻まれたポリカーボネート製のディスク状基板およびカー効果測定用のガラス基板を配置した。次にこのスパッタ装置内を５×１０^−７Ｔｏｒｒ以下にまで排気した後、ＡｒとＮ_２の混合ガスをスパッタガスとし、１×１０^−２Ｔｏｒｒのスパッタガス圧でＳｉターゲットにより厚さ１００ｎｍのＳｉＮ誘電体膜を成膜した。次に、３×１０^−３ＴｏｒｒのＡｒガス中でＧｄＦｅＣｏターゲットにより第２の磁性層を、続いてＴｂＦｅＣｏターゲットにより、厚さ１５ｎｍの第１の磁性層を積層した。本実施例ではこの時の第２の磁性層の膜厚を５〜２５ｎｍの範囲で変化させた。この場合の第２の磁性層の組成はＧｄ_２５Ｆｅ_６２Ｃｏ_１３であり、そのキュリー温度は３５０℃、補償温度は１５０℃である。一方、第１の磁性層の組成はＴｂ_２２Ｆｅ_７１Ｃｏ_７であり、補償組成に近く、室温では大きな保磁力を示し、そのキュリー温度は２００℃である。
【００２１】
さらに、厚さ２５ｎｍのＳｉＮ誘電体層を上記と同じ条件で積層し、さらに１．５×１０^−３ＴｏｒｒのＡｒ中でＡｌ_９６Ｔｉ_４の組成のターゲットにより厚さ７０ｎｍの反射層を成膜した。このようにして作製した５層膜のうち第２の磁性層の膜厚が１１ｎｍと１５ｎｍの膜について、第１の磁性層のキュリー点（２００℃）前後の温度で基板の側から測定したカーヒステリシスループを図４、５に示す。第２の磁性層の膜厚が１５ｎｍ未満の場合、第１の磁性層のキュリー温度未満では第２の磁性層は第１の磁性層と磁気的に交換結合をしており、図４の上のようなカーループを示す。しかし、第１の磁性層のキュリー温度以上では第２の磁性層は面内異方性を示し、図５の上のようなカーループとなる。一方、第２の磁性層の膜厚が１５ｎｍ以上となると第２の磁性層は第１の磁性層のキュリー温度以上においても図５の下のように垂直異方性を示す。
【００２２】
上記で作製した光磁気記録媒体を記録再生特性評価装置に取り付け、まず全面の初期化（消去）を行い、次に波長８３０ｎｍのレーザー光を用い、回転数２４００ｒｐｍで半径２４ｍｍの位置に、周波数３．９ＭＨｚ、パルス幅６０ｎｓｅｃ、出力７．０ｍＷの条件で、記録バイアス磁界を変化させながら記録を行った。この時の結果を表１に示す。これらの結果より、第２の磁性層の膜厚が１５ｎｍ以上で、垂直磁化膜となる場合は磁性膜の記録部分の周囲からの漏洩磁界の影響により記録開始磁界、飽和磁界が共に正の記録磁界の方向にずれている。このような特性では、磁界変調記録により、良好なオーバーライトを行い、高いＣＮ比を得ることはできない。一方、第２の磁性層が面内磁化膜となる１１ｎｍ未満の膜厚では記録開始磁界、飽和磁界共にその絶対値が小さく、外部磁界に対する感度が良好で、磁界変調記録に適していることが分かる。また、ＣＮ比も第２の磁性層が垂直磁化膜である場合に比して高くなっていることが分かる。
【００２３】
（実施例５、６、比較例４、５）
第２の磁性層を成膜する際にＧｄＦｅＣｏターゲット上にＧｄチップを配置し、その個数を変えることにより第２の磁性層の組成を変化させたこと、またその膜厚を１５ｎｍに固定したこと以外は前記実施例、比較例と同様の方法で光磁気記録媒体を作製した。
【００２４】
この時の第２の磁性層の組成分析の結果および、前記実施例、比較例と同様の方法で記録、再生特性を測定した結果を表２に示す。これらの結果より、第２の磁性層が第１の磁性層のキュリー温度以上で垂直磁化膜となる比較例４、５の組成では記録開始磁界、飽和磁界が共に記録磁界の正の方向にずれているのに対し、第２の磁性層が第１の磁性層のキュリー温度以上で面内磁化膜である実施例５、６の組成では記録開始磁界、飽和磁界共にその絶対値が小さく、外部磁界に対する感度が良好であることが分かる。また、比較例４、５の場合よりも高いＣＮ比が得られることが分かる。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
【発明の効果】
以上のように磁性層を磁気的に交換結合した第１の磁性層および第２の磁性層とし、第２の磁性層は第１の磁性層のキュリー温度以上で面内磁化膜となるようにすると、記録、消去の際の磁界感度が高く、かつＣＮ比の高い光磁気記録媒体が安定に得られるため、オーバーライトの可能な磁界変調記録方式において、高速な変調動作が可能となり、高記録密度でかつ転送速度の大きな光磁気記録が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な光磁気記録媒体の記録バイアス磁界によるＣＮ比の変化を示す特性図である。
【図２】本発明による光磁気記録媒体の記録メカニズムを示す説明図である。
【図３】本発明による光磁気記録媒体の一例を示す断面図である。
【図４】実施例４と比較例１における光磁気記録媒体の第１の磁性層のキュリー温度前後でのカーヒステリシスループを示す図である。（１９０℃）
【図５】実施例４と比較例１における光磁気記録媒体の第１の磁性層のキュリー温度前後でのカーヒステリシスループを示す図である。（２１０℃）
【符号の説明】
１基板
２誘電体層
３第２の磁性層
４第１の磁性層
５誘電体層
６反射層

Claims

重希土類−遷移金属アモルファス合金を主成分とし、一旦記録された情報を更新されるまで保持する第１の磁性層および第２の磁性層を有し、
前記第２の磁性層のキュリー温度は、第１の磁性層のキュリー温度よりも高く、
前記第１の磁性層のキュリー温度未満の温度範囲では、第１の磁性層と第２の磁性層は磁気的に交換結合をしていずれも垂直磁気異方性を示し、
前記第１の磁性層のキュリー温度以上、第２の磁性層のキュリー温度未満の温度範囲では第２の磁性層は面内磁気異方性を示すことを特徴とする光磁気記録媒体。