JP4267323B2

JP4267323B2 - 光磁気記録媒体

Info

Publication number: JP4267323B2
Application number: JP2002565307A
Authority: JP
Inventors: 利夫杉本; 健玉野井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: US20040023072A1; WO2002065465A1; JPWO2002065465A1; US6844083B2

Description

本発明は一般的に光磁気記録媒体に関し、特に、記録磁界感度と再生特性を改善した光磁気記録媒体に関する。

光磁気ディスクは近年、急速に発展するマルチメディア化の中で、中核となるメモリ媒体として更に大容量化が要望されるようになってきている。記録容量の増大を図る方法として、基板の溝幅を狭くして半径方向の記録容量を増加させる方法と、記録マーク長を短くして接線方向の記録容量を大容量化する方法がある。

また、光磁気ディスクのマーク記録の方法として、光変調記録方式と磁界変調記録方式が知られている。光変調記録方式では、記録前に磁化の方向を例えば下向きに揃えた（消去）後、記録すべき情報に応じたパルス状のレーザビームを照射しつつ上向きに外部磁界を加えることにより記録が行なわれる。

レーザビーム照射により温度が上昇した領域に上向きの外部磁界を印加することにより、この領域のみの磁化を上向きにすることができ、記録すべき情報に対応する記録マークがこの領域に形成される。

一方、磁界変調記録方式では、レーザビームを連続的に照射してディスクの温度を記録層の保磁力が低下する程度まで上昇させておき、保磁力以上の外部磁界を上向き及び下向きに変調しつつ加えることにより記録が行なわれる。外部磁界を記録すべき情報に応じて変調することによって、その領域の磁化を上向き又は下向きにすることができ、記録すべき情報に対応する記録マークが形成される。

マーク長を短く記録する方法としては磁界変調記録方式の方が有利であることが知られている。記録マークを短くするためには高周波数で記録することが必要となる。しかし、磁界変調記録方式では記録周波数が高くなるに従い、磁気ヘッドを流れる電流は高周波損失による実効電流の低下を伴うため、十分な磁界を発生できなくなる。

また、記録ヘッドのコアより発生される磁界分布が一様でないために、記録に必要な実効記録磁界が低くなるという問題がある。さらに、光変調記録方式においても、記録磁界及び消去磁界が大きいときは消費電力が増大し、磁界発生回路も大型になる等の問題が生じるため、記録磁界及び消去磁界は小さい方が望ましい。

特開平５−２９８７６４号では、記録層として室温で希土類副格子磁化優勢な磁性膜を用いて、記録層のどちらかの側に記録層に記録磁区を形成する温度で、遷移金属副格子磁化の優勢な組成の希土類−遷移金属非晶質合金膜を形成することにより、記録磁界感度を向上させる技術が記載されている。しかし、この方法によるとＣ／Ｎ特性を向上させることはできない。

また、記録容量を上げる方法としては、記録・再生に用いられるレーザビームの波長を従来から一般的に用いられている７８０ｎｍや６８０ｎｍから短波長にしたり、レンズの開口数（ＮＡ）を従来のＮＡ０．５５から大きくして、ビームスポット径を小さくする方法が知られている。

しかし、この方法を用いた場合には、ビームスポット内のパワー密度の増加によるノイズの増大及び再生パワー低下（光量低下）によるキャリアの低下に基づくＣ／Ｎ特性の劣化が問題となる。
特開平５−２９８７６４号公報

よって、本発明の目的は、記録磁界の低減とともにＣ／Ｎ特性の向上を図ることのできる光磁気記録媒体を提供することである。

本発明の一側面によると、情報を記録・保持する磁性記録層と、光ビームの入射する側と反対側の該磁性記録層上に設けられた非磁性層と、該非磁性層上に設けられた磁性アシスト層とを具備し、前記磁性アシスト層は情報の記録時の外部印加磁界よりも小さな保磁力を有するとともに、磁気等方性を有していることを特徴とする光磁気記録媒体が提供される。

好ましくは、磁性アシスト層は例えば非磁性金属と遷移金属からなる多層膜から構成される。また、磁性記録層、磁性アシスト層のキュリー温度をそれぞれＴｃ１，Ｔｃ２とするとき、Ｔｃ１＜Ｔｃ２であるのが好ましい。

本発明の他の側面によると、再生時に外部磁界を印加しつつ光ビームを照射してビームスポットより小さい領域から記録された情報を読み出し可能な光磁気記録媒体であって、情報を記録・保持する磁性記録層と、光ビームの入射する側の該磁性記録層上に設けられた磁性再生層と、該磁性再生層と反対側の前記磁性記録層上に設けられた非磁性層と、該非磁性層上に設けられた磁性アシスト層とを具備し、前記磁性アシスト層は情報の記録時或いは再生時の外部印加磁界よりも小さな保磁力を有するとともに、磁気等方性を有していることを特徴とする光磁気記録媒体が提供される。

好ましくは、磁性アシスト層は例えば非磁性金属と遷移金属からなる多層膜から構成される。或いは、磁性アシスト層はＧｄＦｅＣｏを含む希土類−遷移金属非晶質合金膜から構成される。

本発明では、非磁性層を間に挟んで磁性記録層と小さな保磁力を有する磁性アシスト層が配置されている。このため、磁性アシスト層の磁化方向は情報の記録時或いは再生時の外部印加磁界と同一方向を向くため、記録磁界の低減とともにＣ／Ｎ特性の向上を図ることができる。

本発明によれば、記録層と交換結合しない磁性アシスト層を設けたので、記録磁界の低減とともにＣ／Ｎ特性の向上を図ることができる。さらに、本発明の光磁気記録媒体を使用すると、磁界発生回路の低消費電力化、光磁気ディスク装置の小型化にも寄与することができる。

図１を参照すると、第１参考例の光磁気記録媒体１２の構成図が示されている。光磁気記録媒体１２は通常はディスク形状をしている。ガラス等の透明基板１４上には、ＳｉＮ下地誘電体層１６が形成されている。誘電体層１６はその上に積層される磁性層の酸化及び腐食を防止する。

透明基板１４としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、アモルファスポリオレフィン等の樹脂が採用可能である。また、誘電体層１６としては、ＳｉＮ，ＡｌＮ等の金属窒化物、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物及びＺｎＳ等の金属硫化物が採用可能である。

下地誘電体層１６上にはＧｄＦｅＣｏから形成された磁性再生層１８が積層されている。磁性再生層１８は膜面に対して垂直方向の磁化容易性を有している。磁性再生層１８は、遷移金属の磁気モーメントが希土類の磁気モーメントよりも優勢な金属ドミュナント、又は金属リッチである。磁性再生層１８のキュリー温度は約２５０℃〜約３００℃である。

磁性再生層１８上にはＧｄＦｅＣｏＳｉから形成された磁性中間層２０が積層されている。磁性中間層２０は室温では希土類の磁気モーメントが遷移金属の磁気モーメントよりも優性であり、面内方向の磁化容易性を有している。

磁性中間層２０の磁化容易方向は、再生ビームパワーで昇温される所定温度以上では面内方向から垂直方向に変化する。この温度は約１３０℃以上であるのが好ましい。磁性中間層２０のキュリー温度は約２００℃以下である。

磁性中間層２０上にはＴｂＦｅＣｏから形成された磁性記録層２２が積層されている。磁性記録層２２は膜面に対して垂直方向の磁化容易性を有している。磁性記録層２２のキュリー温度は約２５０℃〜約２７０℃であり、補償温度は室温である。

磁性記録層２２上にはＳｉＮから形成された第１非磁性層２４が形成されている。第１非磁性層２４上にはＧｄＦｅＣｏから形成された磁性アシスト層又は磁性バイアス層２６が積層されている。

磁性アシスト層２６は希土類の磁気モーメントが遷移金属の磁気モーメントよりも優勢なＲＥリッチであり、そのキュリー温度は約３００℃である。磁性アシスト層２６は室温では面内方向の磁化容易性を有している。

磁性アシスト層２６の磁化容易方向は、比較的高温（約２００℃）で面内方向から垂直方向に変化する。本参考例で用いた磁性アシスト層２６の組成はＧｄ₂₉Ｆｅ₅₈Ｃｏ₁₃である。磁性アシスト層２６上にはＳｉＮからなる第２非磁性層２８が形成されている。

これらの各層１６〜２８はＤＣスパッタ法により順次形成した。スパッタ条件は、ＳｉＮ層１６，２４，２８を形成する場合、ガス圧０．８Ｐａ、投入電力０．８ｋＷで行ない、磁性層１８，２０，２２，２６を作製する場合はガス圧０．５〜０．８Ｐａ、投入電力０．５〜０．８ｋＷで行なった。

また、これらの各層は到達真空度５×１０^-5Ｐａ以下の真空槽内で作製した。下地誘電体層１６、再生層１８、中間層２０、記録層２２、第１非磁性層２４、アシスト層２６及び第２非磁性層２８の膜厚はそれぞれ９０ｎｍ，４０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎｍ，５ｎｍ，４０ｎｍ，１５ｎｍとした。

上述したように、磁性アシスト層２６はＲＥリッチ（室温で希土類磁化優性）であり、そのキュリー温度は約３００℃である。このように磁性アシスト層２６のキュリー温度は高いため、記録又は消去パワーを照射したときに達する温度までの範囲内では磁性アシスト層２６の磁化消失は起こらない。

磁性アシスト層２６の磁気特性を図２及び図３に示す。図２は磁性アシスト層２６の磁気異方性の温度依存性を示しており、面内磁化膜から垂直磁化膜に変化する温度Ｔ１は約２００℃である。図３は磁性アシスト層２６の飽和磁化Ｍｓ及び保磁力Ｈｃの温度依存性を示している。

記録層２２のキュリー温度Ｔｃ１は約２５０℃〜２７０℃であり、アシスト層２６のキュリー温度Ｔｃ２は約３００℃であるため、Ｔｃ１＜Ｔｃ２である。磁性アシスト層２６はＴ１より高い補償温度Ｔｃｏｍｐを有している。磁性アシスト層２６は情報の記録時或いは再生時の外部印加磁界（記録磁界Ｈｗ、再生磁界Ｈｒ）よりも小さな保磁力Ｈｃ２を有している。即ち、Ｈｃ２＜Ｈｗ、Ｈｒである。

次に、本参考例の光磁気記録媒体１２を使用したデータの消去方法、書き込み方法及び再生方法を図４乃至図５Ｂを参照してその概要を説明する。まず、バイアス磁界Ｈｂを下向きに印加しながらレーザビームを記録媒体に照射し、記録層２２のキュリー温度以上に昇温することによって記録層２２の磁化方向を下向きにすることによりデータを消去する。

次に図４を参照して、データの書き込み方法に付いて説明する。データ書き込み時には、記録用バイアス磁界Ｈｗを消去方向とは逆向き、即ち上向きに印加しながら、記録部分にのみ強いレーザビームを照射すると、データが記録された部分の磁化のみ上向きになる。

アシスト層２６は記録磁界Ｈｗより小さい保磁力Ｈｃ２を有しているため、記録磁界Ｈｗによりその磁化が容易に記録磁界方向を向き、アシスト層２６の漏洩磁界が記録磁界Ｈｗを助けるバイアス磁界として働く。

よって、記録磁界Ｈｗを低減することができる。レーザビームから遠ざかると、記録媒体は室温まで降温される。室温では、再生層１８と記録層２２は中間層２０を介して磁気的な結合状態となる。

図６を参照すると、磁界変調記録した場合の本参考例の媒体の記録磁界特性が示されている。図６から明らかなように、記録磁界は約２００エルステッド（Ｏｅ）であり、比較用のアシスト層を有さないＭＳＲ媒体の３００エルステッド（Ｏｅ）からＣ／Ｎの値が低下しており、記録磁界の低減効果が見られる。また、記録磁界が十分に取れるために、低磁界でＣ／Ｎ特性の向上を図ることが出来る。

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、データのダブルマスク再生方法について説明する。十分強い再生レーザビームを記録媒体に照射すると、図５Ａ及び図５Ｂに示したようにビームスポット３８内に再生層１８の磁化が再生バイアス磁界Ｈｒ方向を向く低温領域と、記録層２２の磁化が交換結合によって中間層２０及び再生層１８に転写される中間温度領域と、中間層２０のキュリー温度Ｔｃ以上の高温領域が形成される。

図５Ａに示すように、トラック４４内には破線で示した複数のマーク４６が形成されている。低温領域及び高温領域では、再生層１８の磁化方向がバイアス磁界Ｈｒに揃うアップスピンマスク４０，４８が形成され、２つのアップスピンマスク４０，４８の間の中間温度領域に開口部４２が形成される。

アシスト層２６は再生レーザビームパワーで昇温される温度においては面内磁化膜であるため、アシスト層２６からの漏洩磁界は再生磁界Ｈｒには余り影響を及ぼさない。アップスピンマスク部４８では、記録媒体が中間層２０のキュリー温度Ｔｃ以上に加熱されているため、中間層２０の磁化がなくなり、再生層１８と記録層２２は磁気的に結合していない状態である。

従って、再生層１８は室温で保磁力が小さいことからその磁化方向は再生用バイアス磁界Ｈｒの方向に向くことになる。即ち、中間層２０のキュリー温度Ｔｃ以上の温度では、再生層１８の磁化は常に上向きとなり、光磁気信号は出力されず一種のマスクとして機能する。

従って、記録層２２に記録されたデータを読み出す非常に小さな開口部４２を形成することができる。さらに、ビームスポットの端に比べて相対的にレーザ強度が強いビームスポット中心部に開口部４２が形成されるので、大きな光磁気信号を得ることができる。

本参考例は以下のような利点を有する。

記録層２２と交換結合しないため、記録層２２とは独立にアシスト層２６の磁気特性を任意に設定できる。記録層と交換結合がある場合には、記録層の磁気特性とアシスト層の磁気特性の最適条件を見出すことが必要になり、各々の組成マージンが狭くなる。

アシスト層２６の保磁力が小さいため、容易に印加磁界方向に磁化を向けることができる。その結果、記録方向或いは消去方向に漏洩磁界を発生させることができる。そのため、記録時或いは消去時に有効であるとともに、磁性アシスト層２６を初期化する必要がない。

次に第２参考例の光磁気記録媒体について説明する。第２参考例では、特に図示しないが第１参考例と同じ構成の多層膜を基板１４上に成膜した。本参考例では、磁性アシスト層２６´として、キュリー温度が約３００℃の、ＲＥリッチ（室温で希土類磁化優性）のＧｄ₂₅Ｆｅ₆₇Ｃｏ₈層を用いた。

この組成を有する磁性アシスト層２６´は低温から記録層のキュリー温度付近まで垂直磁化膜であり、それ以上の温度では面内磁化膜となる。また、補償温度が中間層２０のキュリー温度以下となるように組成調整した。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本参考例のデータの再生方法について説明する。本参考例では、再生レーザビームで昇温される温度において磁性アシスト層２６´が垂直磁化膜であるため、データ再生時においても、再生バイアス磁界Ｈｒにより容易にアシスト層２６´の磁化が再生磁界方向を向き、アシスト層２６´の漏洩磁界が再生磁界Ｈｒを助けるバイアス磁界として働く。よって、本参考例では、再生バイアス磁界Ｈｒを低減することができる。

図８は従来例と比較した第２参考例の媒体のＣ／Ｎの再生磁界依存性を示している。図８から、Ｃ／Ｎが飽和する再生磁界が従来例に比較して明らかに低減しており、Ｃ／Ｎ特性が改善されている。

図９は本発明実施形態の光磁気記録媒体１２Ａの概略構成図を示している。本実施形態の光磁気記録媒体１２Ａでは、基板１４上にＤＣスパッタ法により、ＳｉＮ下地誘電体層１６、ＧｄＦｅＣｏからなる再生層１８、ＧｄＦｅＣｏＳｉからなる中間層２０及びＴｂＦｅＣｏからなる記録層２２を順次形成した。次いで、ＲＦスパッタ法により、Ａｇからなる第１非磁性層５０、ＡｇとＣｏを交互に積層して形成された磁性アシスト層５２、Ａｇからなる第２非磁性層５４を順次形成した。

記録層２２は約２２０℃のキュリー温度を有しており、室温が補償温度である。下地誘電体層１６から記録層２２までのスパッタ条件は第１参考例と同様である。Ａｇからなる第１非磁性層５０、Ｃｏ／Ａｇ多層膜からなる磁性アシスト層５２及びＡｇからなる第２非磁性層５４はＲＦスパッタ法により成膜し、ガス圧１〜３Ｐａ、投入電力０．１〜０．２ｋＷで行なった。

下地誘電体層１６、再生層１８、中間層２０、記録層２２、第１非磁性層５０、アシスト層５２及び第２非磁性層５４の膜厚は、それぞれ９０ｎｍ，４０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎｍ，２ｎｍ，２０ｎｍ，０．４ｎｍである。

尚、磁性アシスト層５２は、記録層２２と磁性アシスト層５２との交換結合力を断つために、まず第１非磁性層としてＡｇを２ｎｍ成膜後、次にＣｏとＡｇを交互に積層し２０ｎｍの膜厚とした。

図１０はＣｏを２．５ｎｍ，Ａｇを６．３ｎｍと交互に積層した場合の、即ち積層周期が比較的長い場合の、振動試料型磁力計で評価した磁性アシスト層５２の磁化曲線を示している。図１２はＣｏを０．３ｎｍ，Ａｇを０．７５ｎｍと交互に積層した場合の、即ち積層周期が比較的短い場合の磁性アシスト層５２の磁化曲線を示している。

Ｃｏ層の厚さをｔ１，Ａｇ層の厚さをｔ２とすると、何れの場合もｔ１／ｔ２＝０．４である。図１０から見られるように、積層周期が長い場合には磁気異方性を有しているが、図１１に示すように積層周期を短くすると、磁気異方性は小さくなり、磁気等方性に近づくことが観察される。

Ｃｏ単層膜は強い面内磁気異方性を有するが、積層周期を短くすることで、界面磁気異方性による垂直磁気異方性が誘起され、磁性アシスト層５２全体として磁気等方性に近づくことになる。

よって、本実施形態のＣｏ／Ａｇ多層膜５２は積層周期を短くして形成した。図１０の積層周期が長い場合、図１１の積層周期が短い場合の何れも、保磁力Ｈｃは約１００エルステッド（Ｏｅ）以下である。

本実施形態の磁性アシスト層５２は磁気等方性で且つ保磁力Ｈｃが十分小さいため、外部印加磁界方向に容易に磁性アシスト層５２の磁化を向けることができる。よって、Ｃｏ／Ａｇ多層膜からなる磁性アシスト層５２を設けたために、記録磁界だけでなく再生磁界も低減することができる。

本実施形態の光磁気記録媒体１２Ａの記録磁界特性及び再生磁界特性を評価した結果、記録磁界及びＣ／Ｎの飽和に必要な再生磁界も従来必要であった磁界よりも低くなることが確認された。本実施形態の変形例として、ＣｏとＡｇからなるグラニュラー膜を２０ｎｍ形成しても、上述した実施形態と同様に記録磁界及び再生磁界を低減できることが確認された。

以上の説明では本発明を磁気誘導超解像媒体（マグネティカリ・インデュースト・スーパー・リゾリューション媒体：ＭＳＲ媒体）に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、再生層を有さない通常の光磁気記録媒体にも本発明は同様に適用可能である。通常の光磁気記録媒体の場合には、データ記録時に磁性アシスト層の漏洩磁界が記録磁界を助けるため、記録磁界を低減することができる。

また、本発明は、ダブルマスク・リア・アパチャー・ディテクション（ＤＲＡＤ）方式、センター・アパチャー・ディテクション（ＣＡＤ）方式、及びマグネティック・アンプリファイリング・マグネット・オプティカル・システム（ＭＡＭＭＯＳ）方式等のＭＳＲ媒体の膜構成を有するものに応用可能である。

図１は第１参考例の光磁気記録媒体の構成図；
図２は第１参考例の磁性アシスト層の磁気異方性の温度依存性を示す図；
図３は第１参考例の磁性アシスト層の飽和磁化Ｍｓ及び保磁力Ｈｃの温度依存性を示す図；
図４は第１参考例のデータの書き込みを説明する図；
図５Ａ及び図５Ｂは第１参考例の再生方法を説明する図であり、図５Ａが平面図を、図５Ｂが記録媒体の縦断面図をそれぞれ示している；
図６は従来の媒体と比較した第１参考例の媒体の記録・消去磁界に対するＣ／Ｎを示す図；
図７Ａ及び図７Ｂは第２参考例の再生方法を説明する図であり、図７Ａが平面図を、図７Ｂが記録媒体の縦断面図をそれぞれ示している；
図８は従来の媒体と比較した第２参考例の媒体のＣ／Ｎの再生磁界依存性を示す図；
図９は本発明実施形態の光磁気記録媒体構成図；
図１０はＡｇ層とＣｏ層の積層周期が比較的長い場合のＣｏ／Ａｇ多層膜の磁化曲線を示す図；
図１１は積層周期が比較的短い場合のＣｏ／Ａｇ多層膜の磁化曲線を示す図である。

Claims

情報を記録・保持する磁性記録層と、
光ビームの入射する側と反対側の該磁性記録層上に設けられた非磁性層と、
該非磁性層上に設けられた磁性アシスト層とを具備し、
前記磁性アシスト層は情報の記録時の外部印加磁界よりも小さな保磁力を有するとともに、磁気等方性を有していることを特徴とする光磁気記録媒体。
前記磁性アシスト層は非磁性金属と遷移金属からなる多層膜から構成される請求項１記載の光磁気記録媒体。
前記磁性記録層、磁性アシスト層のキュリー温度をそれぞれＴｃ１，Ｔｃ２とするとき、Ｔｃ１＜Ｔｃ２である請求項１記載の光磁気記録媒体。
再生時に外部磁界を印加しつつ光ビームを照射してビームスポットより小さい領域から記録された情報を読み出し可能な光磁気記録媒体であって、
情報を記録・保持する磁性記録層と、
光ビームの入射する側の該磁性記録層上に設けられた磁性再生層と、
該磁性再生層と反対側の前記磁性記録層上に設けられた非磁性層と、
該非磁性層上に設けられた磁性アシスト層とを具備し、
前記磁性アシスト層は情報の記録時或いは再生時の外部印加磁界よりも小さな保磁力を有するとともに、磁気等方性を有していることを特徴とする光磁気記録媒体。
前記磁性記録層、磁性アシスト層のキュリー温度をそれぞれＴｃ１，Ｔｃ２とするとき、Ｔｃ１＜Ｔｃ２である請求項４記載の光磁気記録媒体。