JPH0296952A - 光学記憶素子 - Google Patents

光学記憶素子

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JPH0296952A
JPH0296952A JP1164349A JP16434989A JPH0296952A JP H0296952 A JPH0296952 A JP H0296952A JP 1164349 A JP1164349 A JP 1164349A JP 16434989 A JP16434989 A JP 16434989A JP H0296952 A JPH0296952 A JP H0296952A
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magneto
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optical
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JP1164349A
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Yasuyuki Ito
康幸 伊藤
Tateo Takase
高瀬 建雄
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、光学記憶素子に関する。さらに詳しくは、本
発明は、レーザ等の光を照射することにより、情報の記
憶、再生、消去等を行う光学記憶素子に関するものであ
る。
(ロ)従来の技術 近年、情報の記憶、再生、消去が可能なメモリいろ。
中でら記憶媒体として希土類遷移金属非晶質合金薄膜を
用いたものは、記憶ビットが粒界の影響を受けない点及
び記憶媒体の膜を大面積にわたって作製することが比較
的容易である点から注目を集めている。
そして、ことに、TbFe、TbFeGdTbFeCo
等の希土類としてテルビウムを用いた非晶質合金薄膜は
、保磁力[−1cが高いため、最も注目され多くの研究
がなされている。
しかし、このようなテルビウム系の非晶質合金薄膜で構
成した記憶媒体、すなわち、光磁気記憶膜を用いて光学
記憶素子を構成しても磁気光学効果(カー効果、〕・ア
ラデー効果)が充分に得られず、そのため再生信号のS
/Nが不充分なものであった。このような問題点を改良
するために、従来から、誘電体膜、Tb−遷移金属合金
薄膜、誘電体膜及び反射膜をこの順に積層形成してなる
反射膜構造と呼ばれる素子構造の光学記憶素子が提案さ
れている(^pplied 0pLics、第23巻、
第22号。
3972頁(1984) ;特開昭57−12428号
公報、米国特許第4390600号、第4414650
号及び第4489139号明細書等参照)。
第9図は従来の反射膜構造の光学記憶素子の一部側面断
面図である。
第9図において、1は透明基板、bはこの透明基板aよ
りら屈折率の高い特性を有する透明誘電体膜、CはTb
−遷移金属合金薄膜、dは透明誘電膜、eは金属反射膜
である。
以上の素子構造の採用によってカー回転角が著しく増大
し再生信号のS/N比ら改善される。その理由は、透明
基板aからレーザ光りをTb−遷移金属合金薄@Cに照
射した場合、入射レーザ光りは透明誘電体膜すの内部で
反射を操り返して干渉する多重反射の効果と、Tb−遷
移金属合金薄膜Cを通過して金属反射膜eにて反射され
た後、再びTb−遷移金属合金薄膜Cを通過して戻る光
とTb−遷移金属合金薄膜Cの表面で反射された光とが
合成され、ファラデー効果とカー効果が合わさる効果に
より、見かけ上のカー回転角が助人するからである。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、テルビウム(T b )は、重希土類元
素の中では、最乙酸素に対して活性であると共に最も高
価でであることから、上記Tb  a移金属合金薄膜は
、光磁気記憶膜としての信頼性及びコストの点で問題が
多かった。
そこで、他の希土類遷移金属合金を適用することが考え
られ、ことに重希土類金属の中でら安価な元素であるデ
ィスプロンラム(Dy)を適用することが曽えられろ。
その中でDyFeCo合金は従来から光磁気記憶膜用の
非合質合金材料として適用できることは知られている(
特開昭5873746号公報)。ただし、Dy−遷移金
属合金薄膜で構成した光学記憶素子の実用化の研究は未
た充分になされておらず、上記特開昭58−73746
号公報らDyFeCoについては具体的な磁気光学特性
のデータ、適用する素子構造については何ら開示してい
ない。
しかし、DYFeCoを光学記憶素子へ適用するには以
下の問題があった。
即ち、例えば、同しキュリー点を汀するT b F e
 CoとDyFeCoの非晶質合金薄ニド)の特性を比
較すると、カー回転角Okと反qt率1)はほぼ同一の
値を示すが、冊償点祖成近1カの鉱化Msと保磁カドI
cについては、DyPeCoは、TbFeCoに対し、
同じMsではI−1cか小さく、同じ!−1cではMs
が小さい。
このMs及び+4 cは下記の第(1)式%式%[1 d :安定に存在する最小ビット径 σ1:磁壁エネルギ で表されるごとく、tfI報の記録に際し、安定に存在
する記録ヒント径dを決定する要因である。
従って、高密度且つ大容量な記録素子を得るためには、
dの値をより小さくする必要があり、M sとHeの積
(Ms−Hc値)はより大きくする必要がある。
しかし、DyFeCo合金薄膜は、上記のようにT b
 F e Co合金薄膜に比してM s 、!: t−
[cの漬が小さく、記録ビット径か大きくなって、高密
It、大容量の光学記録素子を提供することは困難でし
うった。
(ニ)課題を解決するための手段及び作用不発川音らは
、鋭き研究の結果、特定組成、特定厚みのl) y P
 eCo非晶質合金薄膜を光磁気記憶膜として用い、こ
れを従来の反射膜+1′It造の光学記憶素子に組み合
わせることにより、高いM s・Hc値を有して高密度
化、大容量化され、しが6実用に極めて適した磁気特性
を有ずろ光学記憶素子が得られる事実を見出した。
かくして本発明によれば、基板上に、誘電体膜、光磁気
記憶膜、誘電体膜及び反射膜を積層してなり、光磁気記
憶膜が、下記組成式: %式%) (式中、Xは0.20〜0.27、yは0.70〜0.
90の範囲の数値を示す)で表わされろ希土類遷移金属
合金からなる厚みIO〜50nmの膜で構成されてなる
光学記憶素子が提供される。
本発明の光学記憶素子によれば、DyFeC。
非晶質合金を光磁気記憶膜として用いているにも拘わら
ず、記録ビット径が小さく、高密度、大容量記憶を行う
ことができる。
また、キャリアレベル(CL)、C/N  比か高く、
ノイズレベル(NL)、ジッター(J)が低く、記録、
再生特性にも浸れている。
そして安価なり3/を希土類金属として用いているため
、低コストである。
この発明の光学記憶素子は、誘電体膜、光磁気記憶膜、
誘電体膜及び反射膜をこの順に積層した4層構造からな
り、これらは基板上に形成される。
これらの膜は、基板上に上方向かって上記類に積層され
ていてもよく、下方、すなわち逆の順に積層されていて
もよい。ここで基板としては、ガラスやプラスチック(
例えば、ポリカーボネートやポリメチルメタクリレート
等)などの透光性基板が適している。かかる光学素子の
形聾はとくに限定されず、例えば円盤状(光磁気ディス
ク)や矩形状(光磁気カード)であってもよい。
この発明の二つの誘電体膜としては、窒化ケイ素、窒化
アルミニウム、窒化アルミニウム−ケイ素等の窒化金属
膜が適している。かかる窒化金属膜中には、高い誘電率
を付与するためのイツトリウム、酸素、炭素のような池
の元素がドープされていてもよい。酸化ケイ素膜らこれ
らの誘電体膜として用いることができる。これらの誘電
体膜は、CVD、スパッタリング、イオンブレーティン
グ、反応性ガス蒸着等の公知の方法で形成することがで
きる。
この誘電体膜は、基板上並びに光磁気記憶膜上に形成さ
れる。その厚みは、基板上側で50〜100r+m、光
磁気記憶膜上でIQ〜1oOr++++とするのが適し
ている。
この発明の光磁気記憶膜は、下記組成式%式%) (式中、Xは0.20〜0.27、yは0.70〜0.
90の範囲の数値を示す)で表わされろ希土類遷移金属
合金膜からなる。
ここで、Xが0.20未満及び0,27を越えると、M
sIKc値が小さくて記録ビット径dが大きくなり、か
つ素子の記録、再生特性が低くなるため適さない。また
yが070未満の場合には、キュリー温度(’re)と
記録レーザーパワー(Pw)が高くてjさす、yが09
0を越えるとT cか低くなり再生レーザパワーによる
昇温て記録ピントか変形ずろおそれがあるため適さない
。これらのうちXか0.22〜0.25、yが0.75
〜085とするのが最し好ましい。
この光磁気記憶膜は、CVD、スパッタリング、イオン
ブレーティング、蒸着等の公知の方法により誘電体膜上
に形成される。ここで、膜厚は、約10nm〜約50n
mとされる。膜厚がlOnm未満や50nmを越えると
、Ms−F1a値が小さくなって記録ビット径dが大き
くなるため適さない。とくに膜厚を15〜30nmとす
るのが好ましい。
この光磁気記憶膜中には、湿気による腐蝕防止のために
、Cr、Ti、Al5Ta、Niのような耐食性の金属
原子か少量ドープされていてらよい。
この発明における反射膜は、アルミニウム、ニッケル、
チタン、金、銀、テルル、ステンレス鋼等の耐食性が高
くかつ光を効率良く反射しうる金属膜が適用できる。こ
の反射膜はアルミニウムーニッケル合金、アルミニウム
ーチタン合金、アルミニウムーパラジウム合金等の合金
からなっていてもよい。これらのうち、Ia1%〜l0
ai%のパラジウムを含むアルミニウムーパラジウム合
金で作製された反射膜を用いるのが好ましい。とくにこ
のアルミニウムーパラジウム合金膜を用いた場合には、
他の効果と相俟って、記録感度がより高い光学記憶素子
を構成することができる。例えば、アルミニウム膜に比
して、同じC/N比を得るのに必要な記録レーザーパワ
ー(Pw)を著しく低減することができる。
この反射膜は、CVD、スパッタリング、イオンブレー
ティング、蒸着等の公知の方法で形成でき、厚みは10
〜300nmが適している。
(ホ)実施例 実施例1 第1図は、本発明の一実施例の光学記録素子(光磁気デ
ィスク:130xzφ)を示す。
第1図において、lはガラスから成る透明基板であり、
この透明ガラス基Iff上に第1の透明誘電体膜である
AIN(窒化アルミニウム)膜2が膜厚80r+mに形
成され、このAIN膜2上2上土類遷移金属合金薄膜で
あるD yO,2:15 (F e o、sCo 、、
、)。?65 (デイスブロノウム、鉄、コノくルト)
合金薄膜3が膜厚20nmに形成され、このDyFeC
o合金薄膜3上に第2の透明誘電体膜であるAIN膜、
1が膜厚30nmに形成され、更にこのAIN膜4上に
反射膜であるA l o、eeP d o、o−(アル
ミニウム・パラジウム)合金膜5が膜厚50nmに形成
されている。
上記の構成において、図示しない波長830nmの半導
体レーザ光源によりガラス基板lを介してレーザ光を記
録媒体であるDyFeCo合金薄膜3上に照射しながら
、補助磁場Hを印加することによって記録を行った。ま
た、一方、再生時には、上記のレーザ光をガラス基板I
を介して照射しながら、反射光を図示しない光検出器に
より受光することにより、情報の読み取りを行った。
上記のような構成の光学記録素子を作1現し、情報の記
録再生を行ったときの、静特性、および、動特性を第1
表に示した。静特性としては、保磁力Hc、波長830
r+a+の半導体レーザ光に対する反射率R1見かけ上
のカー回転角θk、キュリー温度Tcを、また、動特性
としては、記録レーザパワーPw、再生性能C/N、再
生信号のジッターJを示した。いずれら、光メモリとし
て十分な性能を有していることが分かる。
第【表 実施例2 Dy、(F eyco+−y)l−1膜におけるXおよ
びyの値と、その膜厚りを種々に変更して、静特性およ
び動特性の測定を行った。具体的には、静特性としては
、反射膜を形成しない以外、実施例1と同様な構造の光
学記憶素子を構成し、M S Nl−1c、カー回転角
θk、キュリー温度′l″c1補償温度T COmpを
測定しl二。
動特性としては、実施例1と同様な光学記憶素子を構成
し、再生信号のキャリアレベルCI−、ノイズレベルN
L、再生性能C/N、記録レーザパワーPw、再生信号
のノツターJを測定した。動特性の測定に際しては、光
学記録素子(ディスク)の回転時の線速度はIO,4m
/ s 、記録周波数はIM Hzに固定した。
まず、D 3’ X (F e yCO+−膜) +−
膜のyを08に固定し、その膜厚りがl100nと20
nmの場合について、それぞれ、Xの値を変えたときの
Hc、Tc、Tcompを測定し、その結果を第2表、
第3表に示す。また、その測定値をプロットして得たグ
ラフを第2図、第3図に示す。
第2表(膜厚100100 n以下余白) 第3表(膜厚20nm) 第2図、第3図から分かるように、補償温度が室温近傍
となるような補償組成が存在し、この組成は、h−10
0nmの場合、x = 0.22〜0.23であσ、h
=20nmの場合、x =0.23−0.24である。
このように、補償組成は、膜厚りによって異なった値を
示す。従って、媒体膜厚りが異なる場合には、最適な媒
体組成も異なることになる。しかし、媒体膜厚りが、1
OnIII≦h≦50nmの範囲にある時は、この組成
のずれはわずかであり、無視してらよいことが確認され
ている。
次に、D y 、t (F e yCO+−y) +−
x膜において、yの値を変えたときの、Nli償組成の
Xの値の変化を、h=loOnmの場合とh = 20
 nmの場合について、測定した結果を第4表に示す。
また、その測定値をプロットして得たグラフを第4図に
示す。
第4図から、補償組成におけるXの値は、膜厚りの値に
よって変化するが、yの値によってはほとんど変化しな
いことが分かる。
次に、D Y x (F e yCo +−y) +−
x膜において、h=100nnとh=20nmのぞれぞ
れの場合について、y=0.8に固定し、Xの値を変化
させたときのMsi−1c値を測定した結果を第5表に
示し、その測定値をプロットして得たグラフを第5図に
示す。第5図から明らかなように、h=20nmの場合
の方が、MS−He値は大きくなっており、第(L)式
から、記録ビットの安定性に浸れているということが分
かる。
(以下余白) さらに、補償組成近傍で補償組成よりも遷移金属の含有
量が少しだけ多い組成で、かづ、HcloKOeとなる
ような組成におけるMs−He値について、膜厚りを変
えたときの変化を測定した結果を第6表に示し、その測
定値をプロットして得たグラフを第6図に示す。Hcの
値は、大きいほど記録ビットの安定性が増すが、光学記
憶素子として充分な値であるHe−10KOe程度のも
のをここでは選択した。
第6図において、膜厚りが、50nmより厚くなると、
MS−He値が小さくなることが分かる。
また、膜厚りが、lonmより薄くなると、薄膜の形成
初期段階における界面状態の変化や界面の部分的酸化な
どによって、磁気的特性が劣化し、Ms−He値は急激
に低下する。従って、記録媒体として特性の優れた膜厚
りの範囲は、lonm≦h≦50帥であることが分かる
。また、15nm≦h≦30nmの範囲では、とりわけ
好ましい特性が得られる。
従って、光磁気記憶膜の膜厚を上述した範囲に薄くすれ
ば、記録ビットの安定性に浸れた光学記憶素子を形成す
ることができろ。
次に、D 5’ g (F e yCO+−y) l−
1膜において、yの値を0.8に固定し、膜厚)〕を2
0nmとして、Xの値を変化させながら動特性を測定し
た。この時、測定に際しては、前述のごとく、光学記録
素子として、(ガラス基[/A I N膜80nm/D
yFeCo膜20膜m/A I N膜30膜m/A I
 −P d合金膜50膜m)のらのを採用し、光源とし
ては、波長830nmのレーザ光を射出する半導体レー
ザを使用した。測定に使用した光学記憶素子の動特性の
測定結果を第7表に示す。また、第7表の測定値をプロ
ットして得たグラフを第7図に示す。
(以下余白) 第7図から明らかなように、補償組成のDy含有虫であ
るx=0.235の近傍で、再生信号のキャリアレベル
CLが高くなり、ノイズレベルNLは逆に低くなり、結
果として、再生C/Nは、極大となる。また、再生信号
のノツター、■乙、h11償組成近傍で極小となってい
ることが分かる。記録レーザーパワーPwは、補償組成
近傍で高くなっているが、これは、後述するように、y
の値を変えることによって低減化できる。
補償組成より右側の、Xの値の大きいところでPwが低
下しているのは、第3図から分かるように、Xの値か大
きいはとTcが低くなっているからである。また、Tc
の低下と共に、θにら小さくなっているので、キャリア
レベルCLら同時に低下している。
hli償組成より左側の、Xの1直の小さいところでは
、T cが高くなり、Okら大きくなっているに61旬
わらす′、Pw、CLと乙(こ低下している。これは、
Msか大きいために、記録ヒツトの形成時にf@4洩磁
界磁界きく働き、補助磁場を太き(したのと同じ効果を
生じてPwが低下すると共に、記録ビット内に再反転領
域を生ずるためにコントラストが低下し、CLが低下す
るのである。また、同時に、記録ビットの周辺部を乱す
ために、記録ビットの艮分布が太き(なり、NLとJが
大きくなっている。
また、第7図中に記していないが、X < 0.20、
または、x>0.27の範囲では、Xの値が補償組成か
ら離れるほど動特性が劣化する。
以上より、動特性の優れた組成範囲は、はぼ0゜20≦
X≦027であり、その中でも、補償組成近傍の0.2
2≦X≦0.25の、範囲では、とりわけ優れた動特性
が得られる。
なお、ここで示したデータは、y−08の場合のみであ
るが、yの値を変化さ口たと43シ、Uj特性の浸れた
Xの値の範囲は、LjlEした(直とほぼ同しであるこ
とが、本発明の実験により明らかになっている。
次に、D Y x (F e yCO+−y) I−X
膜において、Xの値を動特性の良好な値である0、23
5に固定し、yの値を変化さ仕た場合のTc、Pw、C
/Nの測定結果を第8表に示す。また、第8表の測定値
をプロットして得たグラフを第8図に示す。この時、測
定に際しては、ディスクの膜構成、光学系ともに第7表
のところで示したものと同しく、のを用いた。
(以下余白) 第8表 第8図から分かるように、yの値が減少するに従って、
Tc、Pw共に直線的に上昇しているが、C/N値はあ
まり変化していない。
従って、記録パワーの許容上限値から使用に適するyの
値の範囲が決定される。その際、半導体レーザを使用す
る場合には、半導体レーザの耐久性を考慮して、記録レ
ーザーパワーはIOmW以下であることが望ましい。ま
た、第8図のデータを測定する際には、基板としてガラ
ス基板を用いたが、PMMAなどのプラスチック基板を
使用することによって、記録レーザーパワーを1〜2m
W樫度削減できることが、本発明者の実験により明らか
になっている。一方、再生レーザーパワーによる昇温で
記録ビットが変化しないためには、Tcは約130℃以
上必要であることが本発明者の実験により、また、明ら
かになっている。以上のことを鑑みて、yの値のa囲は
、0.70≦y≦0.90であることが必要である。
なお、ここで示したデータは、Xの値を補償組成に限定
したときのらのだけであるが、020≦X≦0.27の
[L囲でXの値を変化させた場合にら、好ましいyの値
の範囲は上述した値とほぼ同じであることが、本発明者
の実験により明らかになっている。
以上のことより、非晶質合金膜Dyや(F e。
Co t−y) t−えにおいて、光学記憶素子として
好ましいものは、組成範囲が、0.20≦X≦0.27
、かつ、0.70≦y≦0.90であって、かつ、磁化
膜の膜厚りが、10賎≦h≦50nmのらのである。
また、上記の組成範囲、及び、膜厚顛囲中、0.22≦
X≦0.25、かつ、0.75≦y≦0.85、かつ、
15r+m≦h≦30r+mの範囲にあるものは、光学
記憶素子として、とりわけ浸れた特性を有する。
(へ)発明の効果 この発明の光学gc!憶素子は、低コストに構成できる
と共に、記録ビット径が小さく高密度、大容量記憶を可
能とするものである。しかも、記録、再生特性ら優れた
ちのであり、その実用価値は極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る光学記憶素子の一実施例の構成
を示す一部側面断面図である。 第2図及び第3図は、DyFeCoにおけるFeとCo
の含有量の比を一定としてDyの含有量を変化させたと
きの静特性の変化を示すグラフであって、第2図は、D
yFeCoの膜厚が1100nのときのらの、第3図は
、DyFeC。 の膜厚が20nmのときのものである。各図中の(a)
は、キュリー温度および補償温度の変化を表すものであ
り、(b)は、室温における保持力の変化を表すもので
ある。また、同図(a)中の記号は、カーループの角型
性を示すものであって、点線は、その角型性を示す領域
を表している。 第4図は、DyFeCoにおけるPeとCoの含有量の
比を変化さ仕たときの、補償組成となるDy含何量の変
化を示すグラフであって、DyFeCoの膜厚が110
0nと20nmのときを比較している。 第5図は、DyFeCoにおけるFeとCoの自存mの
比を一定としてDyの含有量を変化させたときのMS−
Hc積の変化を示すグラフであって、DyFeCoの膜
厚がloonmと20nmのときを比較している。 第6図は、DyFeCoの膜厚を変化させたときの補償
組成におけろMs−Hc値の変化を示すグラフである。 第7図は、DyFeCoにおけるFeとCoの含有量の
比を一定としてDyの含有量を変化させたときの動特性
の変化を示すグラフであって、(a)は、再生信号のキ
十リアレベルの変化を示し、(b)は、再生信号のノイ
ズレベルの変化を示し、(c)は、再生信号のC/N比
の変化を示し、(d)は、記録レーザーパワーの変化を
示し、(e)は、再生信号のジッターの変化を示すもの
である。 第8図は、DyFeCoにおけるDyの含有量を一定と
し、FeとCoの含有量の比を変化させたときの特性の
変化を示すグラフであって、(a)は、キコリー温度の
変化を示し、(b)は、記録レーザーパワーの変化を示
し、(c)は、再生信号のC/Nの変化を示すしのであ
る。 第9図は従来の光学記憶素子の構成を示す一部側面断面
図である。 l・・ 透明基板、2.tl・・・・AIN膜、3・・
・・・・DyFeCo合金薄膜、4・・・・・AlPd
合金膜。 図 第 図 厚#(h) 第 図 第87

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板上に、誘電体膜、光磁気記憶膜、誘電体膜及び
    反射膜を積層してなり、光磁気記憶膜が、下記組成式: Dy_x(Fe_yCo_1_−_y)_1_−_x (式中、xは0.20〜0.27、yは0.70〜0.
    90の範囲の数値を示す)で表わされる希土類遷移金属
    合金からなる厚み10〜50nmの膜で構成されてなる
    光学記憶素子。
JP1164349A 1988-06-28 1989-06-27 光学記憶素子 Pending JPH0296952A (ja)

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