JPH0567358A

JPH0567358A - 光磁気記録媒体

Info

Publication number: JPH0567358A
Application number: JP22781391A
Authority: JP
Inventors: Keikichi Ando; 圭吉安藤; Toshio Niihara; 敏夫新原; Jiichi Miyamoto; 治一宮本; Yoshio Suzuki; 良夫鈴木; Makoto Miyamoto; 真宮本; Akira Imura; 亮井村
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Maxell Holdings Ltd
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】交換結合した二層膜を用いることにより必然的
に生じる記録感度の低下、および繰返し書換えによる磁
性膜の劣化、さらに再生特性の低下を防ぐために、複雑
な製造プロセスを用いることなく、容易に磁性膜全体の
膜厚を薄くした光磁気記録媒体を提供する。【構成】基板上に第一磁性層１と第二磁性層２を積層し
た二層の磁性層を設け、第一磁性層１の側からレーザ光
を照射し、その反射光が磁気光学効果を受けることを利
用して、情報を再生する光磁気記録媒体において、第一
磁性層１および第二磁性層２の少なくとも相対する一方
の界面に、例えば、元素イオンを注入１０し、界面磁壁
エネルギ制御処理を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光磁気記録媒体に係り、
特に、オーバーライト可能な光磁気記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】光磁気記録は、情報の記録・再生・消去
が可能な光記録である。これらの機能に付け加えて、近
年、オーバーライトができるようにした新しい光磁気記
録方式が提案されている。オーバーライトが可能な光磁
気記録方式は二つに大別される。すなわち、磁界変調方
式と光強度変調方式である。両者の方式を比較した場
合、高速変調・高速記録が可能である点や、二枚の光磁
気記録媒体を張り合わせた構造をとることができる点な
どから、後者の方式の方が有利である。

【０００３】光強度変調を実現させるには、特開昭62−
175948号公報に記載されているような光磁気記録媒体を
用いる。つまり、磁性層は、低いキュリー温度と高い保
磁力とをもった第一磁性層と、この磁性層に較べて相対
的に高いキュリー温度と低い保磁力をもつ第二磁性層と
からなる交換結合した二層膜であり、レーザ光の強度を
変調することによりオーバーライトが可能な光磁気記録
媒体である。

【０００４】〈従来例１〉従来の光磁気記録媒体の製造
方法を述べる。三元のターゲット源を備えたスパッタ装
置内に、トラッキング溝のあるガラス製のディスク状基
板をターゲットから１０cmの距離にセットし回転させ
た。

【０００５】窒素濃度１０％のアルゴン窒素混合ガス中
で第一のターゲットより、スパッタガス圧５ｍTorrでＳ
ｉを反応性スパッタし、第一誘電体層としてＳｉ₃Ｎ₄を
８５ｎｍの厚さに形成した。次に、アルゴン中で、第二
の合金ターゲットよりスパッタガス圧５ｍTorrでＴｂ−
Ｆｅ−Ｃｏ合金をスパッタし、膜厚４０ｎｍ，キュリー
温度約２００℃，保磁力Ｈｃ₁１０ｋＯｅで、組成がＴ
ｂ₂₄Ｆｅ₆₇Ｃｏ₉の第一磁性層を形成した。

【０００６】次に、アルゴン中でスパッタガス圧５ｍTo
rrで第三のターゲットより、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ合
金をスパッタし、膜厚１２０ｎｍ，キュリー温度約３０
０℃，保磁力Ｈｃ₂２ｋＯｅ，補償温度約２００℃で、
組成がＴb₁₇Ｄy₁₁Ｆe₅₃Ｃｏ₁₉の第二磁性層を形成し
た。さらに、窒素濃度１０％のアルゴン窒素混合ガス中
で第一のターゲットより、スパッタガス圧５ｍTorrでＳ
ｉを反応性スパッタし、第二誘電体層としてＳｉ₃Ｎ₄を
２０ｎｍの厚さに設けた。最後に、アルゴン中でスパッ
タガス圧５ｍTorrで第四のターゲットより、金属層とし
てＡｌ−Ｔｉ膜を５０ｎｍの厚さに設けた。

【０００７】このディスクを用い、線速を４.２ｍ／ｓ
とし、低レベルレーザ光ＰＬを４.０ｍＷ、高レベルレ
ーザ光ＰＨを８.２ｍＷに設定し、２ＭＨｚの信号を記
録した後、３ＭＨｚの信号をオーバーライトした。その
結果、２ＭＨｚの信号は完全に消去され、３ＭＨｚの信
号が記録された。以上のように、オーバーライトが可能
であった。

【０００８】次に、繰返しオーバーライトを行なった。
Ｃ／Ｎは最初５１ｄＢであったが、一万回オーバーライ
トを繰り返すと減少し始め、百万回では１０ｄＢも低下
し４１ｄＢになった。

【０００９】〈従来例２〉ディスクの記録感度向上のた
め、第一磁性層の膜厚が２０ｎｍ、第二磁性層の膜厚が
６０ｎｍであることを除いて、従来例１と同様の製造法
でディスクを作製した。

【００１０】線速を４.０ｍ／ｓとし、ＰＬ，ＰＨを如
何なるパワーに設定してもオーバーライトができなかっ
た。

【００１１】オーバーライトが可能になるためには以下
の条件を、満たさなければならない（特開昭62−175948
号公報）。

【００１２】

【数１】Ｈｃ₂＞σｗ／(２・Ｍｓ₂・ｈ₂） …(1）ここで、Ｈｃ₂は室温での第二磁性層の保磁力、σｗは
第一磁性層と第二磁性層の界面に生じる界面磁壁エネル
ギ、そしてＭｓ₂は第二磁性層の飽和磁化、ｈ₂は第二
磁性層の膜厚である。

【００１３】左辺は、従来例１と同じく２ｋＯｅである
が、σｗ＝５erg／cm²，Ｍｓ₂＝140emu／cm³であるの
で、膜厚ｈ₂を薄くしたために、右辺が約３ｋＯｅとな
り、条件を満たさなくなったので、オーバーライトが不
可能となった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、二
層膜間に作用する交換結合力の大きさは膜厚に依存して
おり、薄くすればするほど交換結合力が大きくなってし
まうという問題があった。すなわち、交換結合力の大き
さは以下のように表される。

【００１５】

【数２】

【００１６】ここで、Ｈｅｘは交換結合力を磁界で表示
した値（交換結合磁界）であり、σｗは二層界面に生じ
る界面磁壁エネルギ、Ｍｓは飽和磁化、ｈは膜厚であ
る。オーバーライトができるためにはＨｅｘの値をある
一定値に制御する必要がある。また、Ｍｓも実用的な記
録再生特性を得るために、ある範囲の値に制御すること
が重要となる。さらに、σｗは第一磁性層と第二磁性層
のＭｓや保磁力などにより決まる。そのため、ｈは第一
磁性層，第二磁性層とも五十ないし数百ｎｍとなり二層
膜全体の厚さは２００ｎｍ以上となる。

【００１７】ところで、光強度変調方式は、記録したい
情報に対応させて、磁性膜にレーザ光を照射して情報を
記録するものである。情報の記録は、レーザ光の照射に
より磁性膜の磁化が消失する温度（キュリー温度）より
高い温度が生じるように、必要なレーザ光を照射する。
さらに、レーザ光照射後、温度が低下して磁性膜の磁化
が再生する時点（キュリー温度以下）で、記録したい部
分の磁化の方向が周囲の磁化の方向とは逆方向になるよ
うな磁界を外部から与えておく。しかし、磁性膜の厚さ
が１５０ｎｍ以上になるとレーザ光照射時に主として磁
性膜の内部で熱が拡散する。そのため、光スポットの周
囲の部分の温度が上昇しにくくなり、光スポットで識別
できる記録磁区形状の限界、すなわち、光スポットの直
径の約半分の大きさの記録磁区を形成するために、非常
に強いレーザ光を照射しなければならない。このこと
は、磁性膜の記録感度が悪いことを意味している。

【００１８】さらに、このとき、光スポットの中心部分
の温度が非常に高くなってしまい、繰返し書換えを行な
った際に磁性膜およびディスクを構成している各種部材
の劣化が起こりやすくなる。

【００１９】また、第二誘電体層の第二磁性層と接する
面と逆の面に金属膜を設けた構造とした場合、磁性膜の
厚さが１５０ｎｍ以上であると、レーザ光が透過しにく
くなるため透過光による磁気光学効果、すなわち、ファ
ラデー効果を有効に利用することができなくなり、再生
特性が悪くなるという問題が生じる。

【００２０】従って、磁性膜の厚さは１５０ｎｍ以下が
良い。

【００２１】σｗを低減させる手法は特開昭63−117354
号，特開昭63−239637号，特開平1−50257号，特開平1
−211343号，特開平1−273248 号公報に記載されてい
る。

【００２２】しかし、上記従来技術では、いずれも第一
磁性層と第二磁性層との間に、第一磁性層，第二磁性層
とは異なる組成の層を別途設ける必要がある。このため
製膜プロセスが複雑になり、光磁気記録媒体の製造コス
トが高くなるという問題が生じる。

【００２３】本発明の目的は、交換結合した二層膜を用
いることにより必然的に生じる記録感度の低下、および
繰返し書換えによる磁性膜の劣化、さらに再生特性の低
下を防ぐために、複雑な製造プロセスを用いることな
く、容易に磁性膜全体の膜厚を薄くした光磁気記録媒体
を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】基板上に少なくとも第一
磁性層と第二磁性層を積層した二層の磁性層を設け、前
記第一磁性層の側からレーザ光を照射し、その反射光が
磁気光学効果を受けることを利用して、情報を再生する
光磁気記録媒体において、第一磁性層および第二磁性層
の相対する少なくとも一方の界面に、例えば、元素イオ
ンを注入することにより達成される。

【００２５】前記第一磁性層、あるいは第二磁性層は、
希土類と遷移金属とからなる非晶質膜を用いるのが良
い。たとえば、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−
Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ，Ｔｂ−Ｆｅ，Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ等が用いられる。

【００２６】前記界面磁壁エネルギ制御処理は、第一磁
性層および第二磁性層の界面近傍に、少なくとも一種の
元素をイオン化して注入することにより達成される。具
体的には、スパッタリング法により第一磁性層および第
二磁性層を形成後、イオン注入法により元素をイオン化
して高電圧で加速し、記録媒体の膜厚方向の目的の深さ
に注入する。ここで、注入する元素イオンの膜厚方向の
深さは、注入する元素イオンの質量によって異なるが、
加速電圧によって任意に制御できる。注入する元素イオ
ンはＨ，Ｈｅ，Ｂ，Ｎ，Ｎｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ａｒ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｍｏ，
Ｐｄ，Ｓｎ，Ｘｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，
Ｗ，ＰｔおよびＢｉのうちの少なくとも一種の元素を用
いればよい。

【００２７】ところで、元素をイオン化して注入する場
合は、注入する元素イオン量を制御する必要がある。す
なわち、本発明は記録媒体の非晶質あるいは微小な結晶
構造に元素イオンを過剰に注入して元素イオン注入量を
増加して記録媒体の組成をわずかに変化させる、あるい
は格子歪みを生じさせるものである。それにより、記録
媒体の磁化特性の垂直成分の一部が面内成分に、あるい
は、面内成分の一部が垂直成分に変化する。これにより
界面磁壁エネルギが生じて、交換結合力が得られる。こ
こで、元素イオン注入量は注入する元素の質量によって
異なるが、時間によって任意に制御することができる。

【００２８】ここで、垂直成分あるいは、面内成分の磁
化の大きさは、注入する元素イオン注入量に依存してい
る。従って、磁気記録媒体として最適な交換結合力を得
るためには、注入する元素イオン注入量を制御すればよ
い。一方、注入する元素イオン注入量を増大しすぎると
微小な結晶構造が完全に破壊されて記録媒体としての磁
気特性が消失する。従って、注入する元素イオン注入量
を適当に制御する必要がある。そこで、注入する元素イ
オン注入量は１×１０¹²／cm²以上１×１０¹⁹／cm²以
下の範囲が好ましい。特に１×１０¹⁴／cm²以上１×１
０¹⁷／cm²以下の範囲がより好ましい。また、注入して
形成される元素イオン注入量の分布は、元素イオンを注
入した記録媒体の膜厚方向に対して、分散幅の中心値が
０.５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲あるいは分散幅が０.
５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲が好ましい。特に分散
幅の中心あるいは分散幅が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範
囲が好ましい。

【００２９】例えば、垂直磁化特性をもつ第一磁性層を
膜厚５０ｎｍで形成後、第二磁性層を厚さ１００ｎｍで
形成する。次に形成された第一磁性層と第二磁性層が接
する界面近傍に面内磁化を生じる元素イオンを注入し、
界面磁壁エネルギ制御処理層を分散幅で１０ｎｍ形成す
る。または、垂直磁化特性をもつ第一磁性層を膜厚５０
ｎｍで形成後、形成された磁性層の表面近傍に面内磁化
を生じる元素イオンを注入し、界面磁壁エネルギ制御処
理層を分散幅で１０ｎｍ形成後、第二磁性層を厚さ１０
０ｎｍで形成すれば良い。あるいは、面内磁化特性をも
つ第一磁性層を膜厚５０ｎｍで形成後、垂直磁化特性を
もつ第二磁性層を厚さ１００ｎｍで形成する。

【００３０】次に形成された第一磁性層と第二磁性層が
接する界面とは反対側の第一磁性層が基板と接する側の
近傍の第一磁性層に、第二磁性層の膜表面から膜厚方向
の分散幅の中心が２０ｎｍの位置で、かつ、分散幅が４
０ｎｍになる垂直磁化を生じる元素イオンを注入し、界
面磁壁エネルギ制御処理層を形成すれば良い。この場合
は、垂直磁化を生じる元素イオンを注入した領域が、垂
直磁化特性の第一磁性層に相当する。従って、界面磁壁
エネルギ制御処理とは、スパッタリング法などにより磁
性層を形成後、磁性層を構成している元素を含む元素イ
オンが過剰に存在していることを意味している。

【００３１】さらには、界面磁壁エネルギ制御処理層を
形成後、上記磁性層を加熱することにより、元素イオン
注入によって形成された界面磁壁エネルギ制御処理層に
存在する元素イオンの一部が拡散し、界面磁壁エネルギ
制御処理層の膜厚方向の元素イオン注入量が均一にな
り、界面磁壁エネルギ制御処理の効果を高めることがで
きる。この時の熱処理条件は注入した元素イオンの種類
によって異なるが、通常は１５０℃以上７００℃以下の
温度で処理することが好ましい。熱処理温度が低い場合
は注入した元素イオンがほとんど拡散しないため元素イ
オン注入量が均一にならない。また、熱処理温度が高い
場合は注入した元素イオンが過剰に拡散し、元素イオン
注入量が小さくなるとともに、分散幅も増大して界面磁
壁エネルギ処理層の交換結合磁界が小さくなる。

【００３２】さて、界面磁壁エネルギσｗの値は、以下
のように計算することができる。

【００３３】

【数３】 σｗ＝２・Ｍｓ・ｈ・Ｈｅｘ …(3）従って、第一磁性層と第二磁性層の実用的なＭｓ，ｈ，
Ｈｅｘがわかれば、実用的なσｗの範囲もおのずから求
まる。

【００３４】（１）第一磁性層について（１−１）飽和磁化Ｍｓ₁ カー回転角が大きいことが必要なので、Ｍｓ₁は２０〜
２５０emu／cm³、が好ましい。

【００３５】（１−２）膜厚ｈ₁ 低感度にならないようにするには、６０ｎｍ以下である
ことが望ましく、カー回転角が減少しないようにするに
は、１０ｎｍ以上が良い。

【００３６】（１−３）交換結合力Ｈｅｘ₁ 室温で記録磁区が消失せず、低レベルレーザ光ＰＬ照射
時に、第一磁性層の磁化の向きが、第二磁性層の磁化の
向きに揃うためには、２〜２０ｋＯｅであることが望ま
しい。

【００３７】以上、Ｍｓ₁，ｈ₁，Ｈｅｘ₁の実用的な
組合せを考慮すると、第一磁性層にとって実用的なσｗ
の範囲は、１.２〜６erg／cm²である。

【００３８】（２）第二磁性層について（２−１）飽和磁化Ｍｓ₂ Ｈｃ₂が小さくなるような組成を選ぶと、通常１００〜
３００emu／cm³になる。

【００３９】（２−２）膜厚ｈ₂ 低感度にならないことを考慮すると、１５０ｎｍ以下、
より好ましくは１００ｎｍ以下にすることが必要であ
る。

【００４０】（２−３）交換結合力Ｈｅｘ₂ Ｈｃ₂（通常５ｋＯｅ程度）より小さいことが必要であ
る。

【００４１】以上、Ｍｓ₂，ｈ₂，Ｈｅｘ₂の実用的な
組合せを考慮すると、第二磁性層にとって実用的なσｗ
に範囲は、０〜４.８erg／cm²である。

【００４２】よって、第一磁性層、第二磁性層の条件
を、共に満足するσｗの範囲はσｗ＝１.２〜４.８erg
／cm²である。

【００４３】また、界面磁壁エネルギ制御処理を施した
分散幅は０.５〜４０ｎｍが適当である。特に１.０〜
２０ｎｍの処理厚さにすることにより界面磁壁エネル
ギσｗの値は１.２〜４.８erg／cm²の値に制御できるた
め実用的である。

【００４４】本発明の特徴は第一磁性層および／あるい
は第二磁性層の一部に、Ｈ，Ｈｅ，Ｂ，Ｎ，Ｎｅ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ａｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｇｅ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｘｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｗ，ＰｔおよびＢｉのうちの少なくと
も一種の元素イオンを注入して、界面磁壁エネルギ制御
処理層を形成する。界面磁壁エネルギ制御処理層の飽和
磁化と保磁力および膜厚を制御することにより簡単な方
法を用いてσｗを低減でき、その結果、磁性膜全体の厚
さを１５０ｎｍ以下にできることにある。界面磁壁エネ
ルギ制御処理層の磁化の方向を、磁性層の磁化の方向に
対して直行する方向に変えるためには、注入する元素イ
オンを選択する必要がある。注入する元素イオンは、た
とえば、磁性層の磁化を面内方向に変化させる場合は、
Ｓｉ，ＴｉおよびＳｎが特に好ましい。また、磁性層の
磁化を垂直方向に変化させる場合は、Ａｌ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｃｏ，ＧｅおよびＭｏが特に好ましい。

【００４５】一方、元素イオンを注入して磁化の方向を
変えるにはＦｅにＧｄ，ＴｂおよびＤｙが含まれる磁性
層が好ましい。たとえば、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｄ
ｙ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ，Ｔｂ−Ｆｅ，Ｔｂ
−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ等が用い
られる。

【００４６】

【作用】本発明の理解のために、交換結合の強さと磁壁
エネルギとの関連について言及する。

【００４７】基板上に少なくとも第一磁性層と第二磁性
層を積層した二層の磁性層を有し、第一磁性層の側から
レーザ光を照射し、その反射光が磁気光学効果を受ける
ことを利用して、情報を再生する光磁気記録媒体におい
ては、第一磁性層のスピンと第二磁性層のスピンが量子
力学的な相互作用、すなわち、交換相互作用によって同
種元素同士は、互いに平行になろうとする働きがある。
この働きに逆らって外部から磁界を加えて、片方の磁化
のみを反転させると、第一磁性層と第二磁性層の界面に
スピンがねじれた領域ができる。この領域を界面磁壁と
呼び、この磁壁のエネルギ、すなわち、界面磁壁エネル
ギσｗの大きさにより交換結合の強さを見積もることが
できる。

【００４８】第一磁性層と第二磁性層の界面近傍におけ
る、第一磁性層および第二磁性層の少なくとも一方の磁
性原子の距離を、本来の距離から多少離すことにより、
第一磁性層のスピンと第二磁性層のスピンとの交換相互
作用が小さくなる。これに伴ってσｗは低下する。

【００４９】界面磁壁エネルギ制御処理を施すことによ
り、第一磁性層あるいは第二磁性層内のスピンの結合力
は小さくなり、上述したような理由からσｗを低減する
ことができる。

【００５０】ここで、界面磁壁エネルギ制御処理は、第
一磁性層および／あるいは第二磁性層の界面の近傍に、
形成する界面磁壁エネルギ制御処理層の磁化の方向を目
的の方向に変えるために有効な元素イオンを選択し、加
速電圧により膜厚方向の任意の位置に分散幅の中心を制
御し、元素イオンを注入する時間を制御することにより
元素イオン注入量および分散幅を制御することができ
る。従って、磁性層の表面に誘電体層を形成後、元素イ
オンを注入することが出来るため製造プロセスが極めて
簡単であり、通常の作製方法に加えて、元素イオン注入
を行えば良いだけである。

【００５１】界面磁壁エネルギ制御処理を施した表面層
は、注入した元素イオンが磁性膜と反応していても良い
し、元素イオンが混入しているだけでも良いし、あるい
はこれらの状態が混合された状態でも良い。

【００５２】それは、磁性膜中に注入した元素イオンが
含まれている場合、これらのいずれの状態をとろうと
も、注入した元素イオンの原子は磁性層内の磁性原子の
原子間距離を離す方向に作用するためσｗの低減を図る
ことができる。

【００５３】また、一般に磁壁の厚さｔは、一軸磁気異
方性Ｋｕ（飽和磁化Ｍｓと保磁力Ｈｃの積にほぼ比例す
る。）の平方根に反比例する。従って、表面層の飽和磁
化，保磁力の積が第一磁性層，第二磁性層の少なくとも
一方に較べて大きい方が、界面磁壁の厚さを薄くでき、
その結果、表面層をも１０ｎｍ以下と薄くでき、さらに
は磁性膜全体の厚さを１５０ｎｍにできるため良い。

【００５４】

【実施例】

〈実施例１〉本実施例により製造した光磁気記録媒体の
部分断面図を図１に示す。この光磁気記録媒体の製造を
次のように行った。

【００５５】従来例１と同じスパッタ装置内に、ガラス
製のディスク状基板をターゲットから１０cmの距離にセ
ットして回転させた。

【００５６】次に従来例１と同様にＳｉ₃Ｎ₄膜を膜厚８
５ｎｍで形成した。さらにアルゴン中で、第二のターゲ
ットよりスパッタガス圧５ｍTorrでＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合
金をスパッタした。この時の膜厚は、この後に形成する
界面磁壁エネルギ処理層の膜厚分を考慮して３０ｎｍと
し、キュリー温度約２００℃，保磁力Ｈｃ₁１０kOe，膜
組成Ｔb₁₀Ｆe₇₁Ｃo₉の垂直磁化特性をもつ第一磁性層を
形成した。次に、従来例１と膜厚が９０ｎｍであること
を除いて同じ方法で、Ｔb₁₆Ｄy₁₅Ｆｅ₄₁Ｃｏ_２８の第二
磁性層を形成した。さらに、従来例１と同様にＳｉ_３Ｎ
₄膜を膜厚２０ｎｍで形成した。次に、Ｔｉイオンを注
入して、界面磁壁エネルギ処理層を形成した。この時の
元素イオンの注入条件は、加速電圧１００ｋｅＶ，元素
イオン注入量１×１０¹⁴／cm²である。形成された界面
磁壁エネルギ処理層の膜厚方向の元素イオン注入量分布
を図２に示す。元素イオン注入量の分散幅の中心は、第
一磁性層内の第二磁性層との界面近傍から約２ｎｍの位
置で、分散幅は約５ｎｍである。この結果、第一磁性層
と第二磁性層との界面磁壁エネルギσｗは約３erg／cm²
であった。

【００５７】ここで、Ｔｉイオンを注入した場合の界面
磁壁エネルギ処理層の厚さｈと、第一磁性層と第二磁性
層の間に生じるσｗの関係を図３に示す。Ｔｉイオンを
注入した界面磁壁エネルギ処理層が厚くなるほどσｗは
単調に減少した。これは、第一磁性層と第二磁性層の間
に設けた界面磁壁エネルギ処理層の増大により、第一磁
性層と第二磁性層間の実行的な距離が遠くなるためであ
る。すなわち、Ｔｉイオンを注入した領域の第一磁性層
の磁性原子の距離が、本来の距離から離れることによ
り、第一磁性層のスピンと第二磁性層のスピンとの交換
相互作用が小さくなるためである。これに伴ってσｗは
低下する。さらに、磁気的な歪み効果により磁化の方向
が、垂直から面内に変化したことによるものである。従
って、第一磁性層と第二磁性層の間に面内磁化層を形成
したことにより、二層間の距離が遠くなり第一磁性層の
スピンと第二磁性層のスピンが量子力学的な相互作用が
弱められるためである。ここでは、元素イオンを注入し
た層は、一般に加速電圧を固定して一定量の元素イオン
を注入した試料を、弾性反跳反射イオンビーム分光法で
分析し、得られた元素イオン注入量の分散幅の中心値を
膜厚方向の深さ位置，中心値の半値幅を厚さと定義し
た。

【００５８】次に、元素イオン注入量と界面磁壁エネル
ギσｗの関係を図４に示す。界面磁壁エネルギは元素イ
オン注入量が増大するとσｗは単調に減少した。これ
は、一般に膜を構成する最小単位の結晶の格子に新たな
元素イオンが存在することにより、第一磁性層と第二磁
性層の界面近傍における、第一磁性層および第二磁性層
の少なくとも一方の磁性原子の距離が、本来の距離から
離れた層が形成されて、第一磁性層のスピンと第二磁性
層のスピンとの交換相互作用が小さくなるためである。
すなわち、第一磁性層と第二磁性層の界面近傍におけ
る、第一磁性層および第二磁性層の少なくとも一方の磁
性原子の距離を、本来の距離から多少離すことにより、
第一磁性層のスピンと第二磁性層のスピンとの交換相互
作用が小さくなる。これに伴ってσｗは低下する。ここ
で、元素イオンを注入した界面磁壁エネルギ処理層の厚
さの制御は、加速電圧を連続あるいは断続的に増加ある
いは減少させて行った。また、元素イオン注入量は加速
電圧を一定に保持して時間により制御した。

【００５９】このように、Ｔｉイオンを注入して界面磁
壁エネルギ処理層を形成し、その膜厚を変える方法で、
σｗの値を任意に設定できる。

【００６０】ここで、前述したように実用的なσｗの範
囲はσｗ＝１.２〜４.８erg／cm²である。

【００６１】従って、分散幅ｄは０.５〜５０ｎｍの範
囲で、実用的なσｗが得られるので都合が良い。

【００６２】また、ｄ＞５０ｎｍとすると、σｗは実用
的な値より小さくなってしまうため好ましくない。さら
に、ｄ＜０.５ｎｍとすると、σｗは実用的なσｗより
大きくなってしまうので好ましくない。

【００６３】〈実施例２〉（１）従来例１の手順で作製したディスクＡ，（２）ｄ
＝５ｎｍとして実施例１と同様の方法で作製したディス
クＢ、の記録再生特性を測定した。まず、４.２ｍ／ｓ
の線速度のもとで、記録時とは逆の磁界（３００Ｏｅ）
を印加し、６.７ｍＷのＤＣ光を照射して磁化方向を一
方向に揃えた。次に、印加磁界を反転させ１ＭＨｚの信
号を、レーザパワーを、順次、変えながら記録し、基本
波及び第二高調波のＣ／Ｎ(搬送波対雑音比)を測定し
た。

【００６４】ここで、最適記録パワーを第二高調波成分
が最小になるレーザパワーとした。それは、第二高調波
成分が最小になるレーザパワーで記録したとき、ディス
クＡ，ディスクＢとも記録部分と未記録部分の長さが等
しくなるからである。

【００６５】この最適記録パワーを用いて、ディスクＡ
とディスクＢの記録感度を比較した。ディスクＡでは、
最適記録パワーは８.２ｍＷであった。ディスクＢは４.
０ｍＷになり、最適記録パワーがディスクＡの約４９％
になり、大幅な記録感度向上を図ることができた。

【００６６】この時、ディスクＡ，ＢのＣ／Ｎはそれぞ
れ５１ｄＢ，５４ｄＢであり、ディスクＢの方が約３ｄ
Ｂ大きかった。

【００６７】次に、ディスクＢのオーバーライト実験を
行った。８.５ｍ／ｓの線速度のもとで、記録パワーを
６.７ｍＷ、消去パワーを３.０ｍＷとし、２ＭＨｚの信
号を記録した後、３ＭＨｚの信号を重ね書きした。する
と、２ＭＨｚの信号は完全に消去され、３ＭＨｚの信号
が記録できた。

【００６８】ここで、ディスクＢの第二磁性層の保磁力
Ｈｃ₂は従来例１とほぼ等しく１.９ｋＯｅであった。ま
た、σｗ＝２.７erg／cm²，Ｍｓ₂＝１５１emu／cm³，ｈ
₂＝６０ｎｍであるので、右辺は１.５ｋＯｅとなり、第
二磁性層を薄くしても

【００６９】

【数４】Ｈｃ₂＞σｗ／(２・Ｍｓ₂・ｈ₂） …(4）という条件を満たすためオーバーライトが可能となっ
た。

【００７０】次に、ディスクＢの繰返しオーバーライト
を行なった。Ｃ／Ｎは百万回オーバーライトしたのちで
も、最初の５４ｄＢから変化しなかった。これは従来例
１の結果と異なっている。それは、磁性膜全体の厚さを
９５ｎｍ以下と薄くしたためである。磁性膜劣化の原因
は光スポット中心部分が高温になるためである。従来例
１では、磁性膜全体の厚さが１６０ｎｍと厚いため、熱
拡散率の大きなＡｌ膜に熱が拡散する前に、熱拡散率が
さほど大きくない磁性膜中を拡散する。従って、光スポ
ット中心部分は高温になり磁性膜は劣化する。それに対
して、本実施例では磁性膜が９５ｎｍと薄いので、光ス
ポット中心部分の熱は、すばやく熱拡散率の大きなＡｌ
膜に拡散する。従って、光スポット中心部分は低温とな
り磁性膜の劣化を抑える。

【００７１】参考のため、第二磁性層と、元素イオンを
注入した層の保磁力と飽和磁化の積を比較する。元素イ
オンを注入した層の、膜面に対して垂直方向の保磁力Ｈ
ｃ₃（垂直)、および膜面方向の保磁力Ｈｃ₃(膜面）そし
て、飽和磁化Ｍｓ₃を以下に示す。

【００７２】Ｈｃ₃(垂直）＝０.７ｋＯｅＨｃ₃(膜面）＝５.３ｋＯｅＭｓ＝５８０emu／cm³ ここで、保磁力と飽和磁化の積は、それぞれＨｃ₃(垂直)・Ｍｓ₃＝４.１×１０⁵erg／cm³ Ｈｃ₃(膜面)・Ｍｓ₃＝３.１×１０⁶erg／cm³ となる。一方、第二磁性層のＨｃ₂とＭｓ₂の積はＨｃ₂・Ｍｓ₂＝２.９×１０⁵erg／cm³ となり、保磁力と飽和磁化の積は第二磁性層よりも元素
イオンを注入した部分の方が大きくなっている。

【００７３】従って、ｄ＝５ｎｍという極めて薄い界面
磁壁エネルギ処理層を形成するだけで、磁性膜全体の厚
さを９５ｎｍとすることができた。

【００７４】〈実施例３〉本実施例により製造した光磁
気記録媒体の部分断面図を図５に示す。この光磁気記録
媒体の製造を次のように行った。すなわち、実施例１と
同じスパッタ装置内に、ガラス製のディスク状基板をタ
ーゲットから１０cmの距離にセットし回転させた。

【００７５】次に実施例１と同様にＳｉ₃Ｎ₄膜を膜厚８
５ｎｍで形成し、さらにアルゴン中で、第二のターゲッ
トよりスパッタガス圧５ｍTorrでＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ合金
をスパッタした。この時の膜厚は、この後に形成する界
面磁壁エネルギ処理層の膜厚分を考慮して３０ｎｍと
し、キュリー温度約２００℃，保磁力Ｈｃ₁１０ｋＯe，
膜組成Ｔｂ₁₀Ｆｅ₇₁Ｃｏ₉の垂直磁化特性の第一磁性層
を形成した。次に、Ｔｉイオンを注入して、界面磁壁エ
ネルギ処理層を形成した。この時の元素イオンの注入条
件は、加速電圧２０ｋｅＶ，元素イオン注入量５×１０
¹²／cm²である。形成された界面磁壁エネルギ処理層の
膜厚方向の元素イオン注入量分布を図６に示す。元素イ
オン注入量の分散幅の中心は、第一磁性層の表面近傍か
ら約２ｎｍの位置で、分散幅は約５ｎｍである。次に、
実施例１と同じ方法で、Ｔｂ₁₆Ｄｙ₁₅Ｆｅ₄₁Ｃｏ₂₈の第
二磁性層を形成した。さらに、実施例１と同様にＳｉ₃
Ｎ₄膜を膜厚２０ｎｍで形成した。この結果、第一磁性
層と第二磁性層との界面磁壁エネルギσｗは約３erg／c
m²であった。実施例２と同様の記録再生特性を測定し
た。その結果、最適記録パワーは４.０ｍＷになり、大
幅な記録感度向上を図ることができた。

【００７６】この時、Ｃ／Ｎはそれぞれ５４ｄＢであっ
た。

【００７７】次に、オーバーライト実験を行った。８.
５ｍ／ｓの線速度のもとで、記録パワーを６.７ｍＷ、
消去パワーを３.０ｍＷとし、２ＭＨｚの信号を記録し
た後、３ＭＨｚの信号を重ね書きした。すると、２ＭＨ
ｚの信号は完全に消去され、３ＭＨｚの信号が記録でき
た。

【００７８】〈実施例４〉第一磁性層に注入する元素イ
オンの注入量を実施例１より少ない加速電圧６０ｋｅ
Ｖ，元素イオン注入量１×１０¹⁵／cm²で注入後、さら
に、８０ｋｅＶ，元素イオン注入量１×１０¹⁵／cm²で
形成した。元素イオンを注入した界面磁壁エネルギ処理
層の分散幅を１０ｎｍにしたことを除いて、実施例１と
同じ方法で作製し、実施例２と同様の記録再生特性を測
定した。その結果、最適記録パワーは４.０ｍＷにな
り、大幅な記録感度向上を図ることができた。

【００７９】この時、Ｃ／Ｎはそれぞれ５４ｄＢであっ
た。

【００８０】次に、オーバーライト実験を行った。８.
５ｍ／ｓの線速度のもとで、記録パワーを６.７ｍＷ、
消去パワーを３.０ｍＷとし、２ＭＨｚの信号を記録し
た後、３ＭＨｚの信号を重ね書きした。すると、２ＭＨ
ｚの信号は完全に消去され、３ＭＨｚの信号が記録でき
た。

【００８１】ここで、第二磁性層の保磁力Ｈｃ₂は従来
例１とほぼ等しく１.９ｋＯｅであった。また、σｗ＝
２.７erg／cm²，Ｍｓ₂＝１５１emu／cm³，ｈ₂＝６０ｎ
ｍであるので、右辺は１.５ｋＯｅとなり、第二磁性
層を薄くしても式(4）の条件を満たすためオーバーライ
トが可能となった。

【００８２】次に、繰返しオーバーライトを行なった。
Ｃ／Ｎは百万回オーバーライトしたのちでも、最初の５
４ｄＢから変化しなかった。これは従来例１の結果と異
なっている。それは、磁性膜全体の厚さを１００ｎｍ以
下と薄くしたためである。磁性膜劣化の原因は光スポッ
ト中心部分が高温になるためである。従来例１では、磁
性膜全体の厚さが１６０ｎｍと厚いため、熱拡散率の大
きなＡｌ−Ｔｉ膜に熱が拡散する前に、熱拡散率がさほ
ど大きくない磁性膜中を拡散する。従って、光スポット
中心部分は高温になり磁性膜は劣化する。それに対し
て、本実施例では磁性膜が８０ｎｍと薄いので、光スポ
ット中心部分の熱は、すばやく熱拡散率の大きなＡｌ−
Ｔｉ膜に拡散する。従って、光スポット中心部分は低温
となり磁性膜の劣化を抑える。

【００８３】さらに、磁性層の磁化を面内方向に変化さ
せる場合は、Ｓｉ，ＴｉおよびＳｎが特に好ましい。ま
た、磁性層の磁化を垂直方向に変化させる場合は、Ａ
ｌ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｏ，ＧｅおよびＭｏが特に好ましい。

【００８４】〈実施例５〜１２〉元素イオン種元素イオン注入量(cm^-2) 加速電圧(keV) 実施例５Ｓｉ１０¹²〜１０¹⁴３〜１００実施例６Ｓｎ１０¹²〜１０¹⁴４〜１５０実施例７Ａｌ１０¹³〜１０¹⁵５〜１５０実施例８Ｖ１０¹⁴〜１０¹⁶５〜１５０実施例９Ｃｒ１０¹⁴〜１０¹⁶６〜２００実施例１０Ｃｏ１０¹⁴〜１０¹⁶４〜１５０実施例１１Ｇｅ１０¹²〜１０¹⁴３〜１００実施例１２Ｍｏ１０¹⁴〜１０¹⁶５〜１５０実施例５から実施例１２に示した範囲は、上記の元素イ
オン種を上記の元素イオン注入量および加速電圧の範囲
で注入すれば、好ましい界面磁壁エネルギ処理層が形成
される。すなわち、元素イオン注入量の分散幅ｄおよび
界面磁壁エネルギσｗが、元素イオンを注入した記録媒
体の膜厚方向に対して、分散幅の中心値が０.５ｎｍ以
上５０ｎｍ以下の範囲あるいは分散幅が０.５ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の範囲であり、界面磁壁エネルギσｗの値
が１.２〜４.８erg／cm²の範囲が得られる。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、交換結合している第一
磁性層と第二磁性層とからなる交換結合二層膜におい
て、第一磁性層及び第二磁性層の少なくとも一方の表面
に、界面磁壁エネルギ制御処理を施すことにより、容易
に界面磁壁エネルギが低減され、磁性膜全体の厚さを薄
くしても交換結合力が大きくなりすぎず、また、記録感
度が高まり、さらには、繰返し書換え回数、及びＣ／Ｎ
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例により製造した光磁気記録媒
体の部分断面図。

【図２】本発明の一実施例により製造した光磁気記録媒
体の元素イオン注入量の分布図。

【図３】界面磁壁エネルギ処理層の厚さｈと、第一磁性
層と第二磁性層の間に生じるσｗの関係を示す説明図。

【図４】元素イオン注入量と界面磁壁エネルギσｗの関
係を示す説明図。

【符号の説明】

１…第一磁性層、２…第二磁性層、３…界面磁壁エネル
ギ処理層、４…保護層兼光学干渉層、５…保護層、６…
ガラス基板、７…元素イオン注入。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本治一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鈴木良夫東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者宮本真神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メデイア研究所内 (72)発明者井村亮東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に第一磁性層と第二磁性層を含む磁
性層を形成し、前記第一磁性層の側からレーザ光を照射
し、その反射光が磁気光学効果を受けることを利用し
て、情報を再生する光磁気記録媒体において、前記第一
磁性層および前記第二磁性層が相対する界面近傍の少な
くとも一方に、界面磁壁エネルギ制御処理を施したこと
を特徴とする光磁気記録媒体。
【請求項２】請求項１において、前記第一磁性層と前記
第二磁性層の合計の膜厚を、前記レーザ光が透過し得る
膜厚とした光磁気記録媒体。
【請求項３】請求項１または２において、前記界面磁壁
エネルギ制御処理を施した層の厚さが、０.５ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の範囲である光磁気記録媒体。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記第一
磁性層の、前記第二磁性層と接する面と逆の面の上に、
第一誘電体層を配置し、前記第二磁性層の前記第一磁性
層と接する面と逆の面の上に、第二誘電体層を配置した
光磁気記録媒体。
【請求項５】請求項４において、前記第二誘電体層の、
前記第二磁性層と接する面と逆の面の上に金属層を配置
した光磁気記録媒体。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
前記第一磁性層および／あるいは前記第二磁性層の磁性
層を形成後、前記磁性層が相対する界面近傍の少なくと
も一方に、元素イオンを注入して界面磁壁エネルギ制御
処理層を形成した光磁気記録媒体。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
て、前記第一磁性層および前記第二磁性層の磁性層を形
成し、さらに前記第二誘電体層を形成後、前記磁性層が
相対する界面近傍の少なくとも一方に、元素を注入して
界面磁壁エネルギ制御処理層を形成した光磁気記録媒
体。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７に
おいて、前記界面磁壁エネルギ制御処理層は、Ｈ，Ｈ
ｅ，Ｂ，Ｎ，Ｎｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ａｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｐｄ，Ｓ
ｎ，Ｘｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｗ，Ｐｔお
よびＢｉのうちの少なくとも一種の元素イオンを注入し
て形成した光磁気記録媒体。
【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７または
８において、前記記録媒体に注入された元素イオンの注
入量分布が記録媒体の膜厚方向に対して、分散幅の中心
位置が前記第一磁性層と前記第二磁性層と接する界面か
ら０.５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲、あるいは分散幅
が０.５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲である光磁気記録
媒体。
【請求項１０】請求項１，２，３，４，５，６，７また
は８において、注入されたことにより得られる前記元素
イオン注入量が、１×１０¹²／cm²以上１×１０¹⁹／cm²
以下の範囲である光磁気記録媒体。