JPH03252942A - 光記録媒体および光記録・再生方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光を用いて記録、再生あるいは消去を
行う光記録において、特に超高密度記録に有用な記録膜
の構造及び記録、再生の方法に関する。

〔従来の技術〕

近年の高度情報化社会の進展に伴ない、高密度大容量で
しかもランダムアクセスや書き換えが可能なファイルメ
モリへのニーズが高まっている。

その中で、書き換え可能可逆光メモリが注目されており
、近年光磁気記録が多くの企業より実用化された。そし
て現在では、光磁気記録の高性能化の研究がなされてい
る。その１つとして、ディスクへの記録密度の向上があ
る。現在、これを実現するのに有効な手段のｌっとして
、記録や再生に波長の短い光を用いるのが有望と考えら
れている。

その場合問題となるのは、光の波長が短くなるのにつれ
て、カー回転角等の磁気光学効果が低下してしまい、再
生出力の低下をきたすことである。

その結果、エラー発生の原因の１つとなっていた。

この問題を解決した従来例としてＵＳＰ４６９５５１４
をあげることができる。この従来例では、記録材料にＧ
ｄＮｄＦｅを用い、磁気光学的特性の改善をはかつてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ＬＬ　ＯＩ＋　１１１　ＩＰ記録を主
体とした記録方式において記録密度を向上させる手法が
中心であり、記録密度の飛躍的な改善は望めなかった。

本発明の目的は、多値的に記録することにより光ディス
クの記録密度を向上させることのできる光記録膜の構造
を提供することにより、超高密度光記録を実現すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、記録膜として保磁力・キュリー温度あるい
は補償温度等の磁気的特性が異なり、またカー回転角や
ファラデー回転角等の磁気光学特性の異なる膜を少なく
とも２層以上積層した多層構造の膜を用いることを考案
した。この多層構造をもつ膜として、垂直磁気異方性を
有する材料層と無機化合物の層を交互に積層した多層膜
を用いる。無機化合物として、化学的に安定でしかも、
記録層の材料と反応しない窒化シリコン、窒化アルミニ
ウム或いは酸化シリコンの内より選ばれる少なくとも１
種の化合物或いは２種以上よりなる複合体を用いるのが
有用である。

また、垂直磁気異方性を有する層に用いる材料の１つと
して、希土類元素と鉄族元素とから成る合金で、その層
が非晶質であることが総合的にみて有効である。さらに
、希土類元素としてＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ及びＨｏの内より
選ばれる少なくとも１種の元素と、鉄族元素としてＦｅ
、Ｃ。

の内より選ばれる少なくとも１種もしくは２種の元素と
から成る合金を用いる。この他、白金族元素（Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｒｈ、Ａｕの内の少なくとも１種類）と鉄族元素（
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの内の少なくとも１種類）とをオング
ストロームオーダで交互積層した膜を用いても良い。こ
の場合に重要な点は、各層の内部応力である。これは垂
直磁気異方性エネルギーに影響するので膜形成において
考慮しなければならない。これらの多層膜構造において
、無機化合物層は各記録層を磁気的に遮断・分離する効
果および磁気光学効果増大の効果をあわせもつ。

このように、本発明の記録媒体においては、磁気的特性
、の異なる記録膜を少なくとも２層以上積層した多層膜
構造を有する情報記録膜とした。

また、本発明の記録方法は、上記記録膜の各層の磁気的
特性が異なることを利用して多値記録を行う。

本発明において、保磁力が異なる記録膜を３層積層した
場合を例にとると、各記録膜の保磁力が異なるので、外
部印加磁界を変化させることにより、全ての記録膜の磁
化の向きが上向き、１層のみが下向き、２層が下向き、
３層とも下向き、という４通りの磁化の状態が可能であ
る。そのため記録時の外部磁界の強度を制御することに
より、多値記録をすることができる。記録膜を２層積層
した場合は３通りの状態が存在するのは当然のことであ
る。記録膜を４層以上積層した場合も同様に保磁力の違
いを利用して多値記録ができる。ここで重要なことは、
保磁力の異なる膜を複数層積層することである。

また、キュリー温度の異なる記録膜を少なくとも２層以
上積層した多層膜では、記録時のレーザパワーを変化さ
せることにより各記録膜の温度を制御できるので、各記
録膜の段階的な磁場反転が可能なために多値記録ができ
る。このキュリー点記録では、各記録膜のキュリー温度
が異なることが大切である。

このようにして記録された情報を読み出す場合、再生信
号レベルは各記録膜のカー回転角ならびにファラデー回
転角を足し合わせた値に比例した値となる。再生信号は
段階的な値で出力され、その信号出力は、磁界変調で記
録した場合は印加した磁場強度に、また光強度変調で記
録した場合には光パルス高さに依存して変えることがで
きる。これら記録膜の示す磁気光学効果の最大値を示す
光の波長は、記録膜の各層厚、及び無機化合物の膜厚を
制御することにより任意に選択できる。また、無機化合
物層の膜厚により記録層のみかけの熱伝導率を任意に選
択できるので、ディスクへの記録感度の制御も自由に設
定することができる。さらに、この構造のディスクに対
して、磁界変調記録方式により記録を行うと、この方式
に特有な矢羽根型の記録磁区が形成される。しかし、本
発明の記録媒体を用いると矢羽根のいわゆる尾の長さが
短くなり、記録のピット間の干渉が著しく小さくなる等
、磁区形状制御の精度が向上するので高密度記録に好適
である。さらに、この記録媒体はピットエツジ記録等の
高精度の磁区形状制御を要求される方式にも適用でき、
さらに高密度化も可能である。

〔作用〕

垂直磁化膜層と無機化合物層とを交互積層した多層構造
の記録膜において、磁気特性の異なる記録膜を、磁気遮
断層を介して多層に積層した記録媒体を形成した。この
膜の各層に、外部印加磁界の強度やレーザパワーを制御
して記録し、再生にあたっては、各層の磁気光学効果を
たし合わせた値に比例した再生信号レベルを得る。これ
により、多値記録が可能となり、記録密度の向上をはか
ることができる。また、各層の膜厚や用いる材料の材質
の選択により熱伝導率が異なるので、これによりディス
クへの記録感度の制御及び用いるレーザ光の波長との整
合性の制御が可能となる。さらに垂直磁化膜層において
、磁性材料層と無機化合物層とを交互に積層し、各層の
膜厚を制御することで、得られるＫｅｒｒ回転角やＦａ
ｒａｄａｙ回転角を用いるレーザー光の波長において最
大とすることができるので、常に最大の再生信号出力を
得ることができる。その結果、この構造は高密度光記録
媒体として好適である。

〔実施例〕

以下、実施例工〜２を用いて本発明の詳細な説明する。

〔実施例１〕 第１図に本実施例で作製した光記録膜の断面構造を示す
。凹凸の案内溝を有するプラスチックまたはガラス等の
基板ｌ上にスパッタリング法により無機化合物層２１と
して窒化シリコン膜を形成した。膜厚は７００Ａである
。本実施例では、ガラスやプラスチックの基板を用いた
が、本発明の効果は基板の材質に依存するものではない
。次に、情報記録用記録膜３１を全膜厚で２００人に形
成した。この情報記録用記録膜３１はＴ　ｂ　Ｆ　ｅ　
Ｃｏ　Ｎ　ｂと窒化シリコンとを交互に積層した膜であ
り、各層の層の膜厚をＴ　ｂ２ＳＦｅｓｃＣ０ｘｚＮ　
ｂ＊　が６人、窒化シリコンが３人となるようにした多
層構造を有する膜である。ここで、用いる窒化シリコン
の膜厚、垂直磁化膜の膜厚は用いるレーザ光の波長によ
り変えれば良い。続いて、磁気的遮断層及び光の多重干
渉による磁気光学効果増大用無機化合物２２として窒化
シリコンを１００人の膜厚に積層した。次に、情報記録
用記録膜３２　（ＴｂＦｅＣｏＮｂ・・・８Ａ、窒化シ
リコン・・・５人の膜厚）を全膜厚１５０Ａになるよう
に積層後、再び無機化合物２２を１００人に積層した。

次いで３層目の情報記録用記録膜３３　（Ｔｂ　Ｆ　ｅ
ＣｏＮ　ｂ　−１０人、窒化シリコン・・・７入の膜厚
）を全膜厚１８０人となるように積層し、さらに無機化
合物膜２３を２００大形威して、最後に金属層４として
ＡＩ２．。Ｔｉ、。

膜を５００人の膜厚に形成した。

以上の各層の作製はいずれもスパッタ法による。

無機化合物２１〜２３としての窒化シリコンは、ターゲ
ットにＳｉ３Ｎ４焼結体を、放電ガスにはＡｒをそれぞ
れ使用し、圧力５　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ投入ＲＦ電力
密度４．２Ｗ／ｃｄ　にてスパッタした。また、ＴｂＦ
ｅＣｏＮｂ膜は、ターゲットにＴ　ｂ　Ｆ　ｅ　Ｃｏ　
Ｎ　ｂ合金ターゲットを、放電ガスにＡｒをそれぞれ使
用し、圧力５　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ、投入ＲＦ電力密
度：４．２Ｗ／ｃｉにてスパッタを行った。そして、金
属反射膜４のＡＱ−Ｔｉ膜は、ターゲットにＡＱ−Ｔｉ
合金を、放電ガスにＡｒをそれぞれ使用し、圧力Ｉ　Ｘ
　１０”””Ｔｏｒｒ、投入ＲＦ電力；　３．２　Ｗ／
ａｊにてスパッタした。

まず、この記録媒媒体を構成している記録膜３の磁気光
学効果の外部印加磁界依存性を示す（第２図）。

ＴｂＦｅＣｏＮｂ層と窒化シリコン層との膜厚の組み合
わせが、６人と３人（記録膜３１）、８人と５人（記録
膜３２）、ＩＯＡと７Ａ（記録膜３３）から成る記録膜
３のカーアンドファラデー回転角θには第２図に示すよ
うに、段階的な値をとる。そして各々の記録膜の保磁力
は、記録膜３１が７ｋＯｅ記録膜３２が１０　ｋ　Ｏｅ
　、記録膜３３が１４ｋＯｅであった。また、この記録
媒体は、６００〜６５０ｎｍで最大の磁気光学効果が得
られる。それぞれの記録膜の保磁力と同じ外部印加磁界
において、段階的に磁場反転が起こっている。

記録は５．２５“　ディスクの半径４５ｍｎ位置にレー
ザパワーを６ｍＷ一定で、外部印加磁界を３０００　ｅ
　＋　４０００　ｅ　ｔ　Ｄ　ＯＯＯｅと変化させ、保
磁力の違いを利用して記録した。記録条件は、記録周波
数Ｉ　Ｍ　Ｈｚデユーティ（ｄｕｔｙ）比５０％である
。そして波長６３０ｎｍで再生したところ、記録波形と
ほぼ同一の、段階的な再生信号レベルをもつ再生波形が
得られた。

第３図に示すように、再生出力は外部印加磁場強度に依
存して変化している。キュリー温度が異なる膜を複数層
積層した記録膜においては、再生信号出力は光パルス高
に依存して変化している。

記録／再生／消去を繰り返したところ、エラーは発生し
なかった。このように、レーザー光強度や外部印加磁界
強度により磁気光学効果が変化するので、多値記録を可
能とした。また、本実施例は、６３０ｎｍのレーザー波
長を用いたが、用いる材料は波長に依存することなく、
用いるレーザー光の波長に合った媒体とすることができ
る。

〔実施例２〕 本実施例において製造した光磁気ディスクの構造は実施
例１と同様で、断面構造を示す模式図は第１図に示すと
おりである。ディスクの作製は、凹凸の案内溝を有する
ガラスやプラスチックの基板１上に無機化合物２１とし
て窒化シリコンを７５０人の膜厚に形成した。つづいて
、情報記録用記録膜３１を１５０人に形成した。この情
報記録用記録膜３１の構造は、Ｐｔ、Ｃｏ、及び窒化シ
リコンを交互にそれぞれ６大、４人、５人の膜厚で繰り
返し積層した多層構造の記録膜である。

次に無機化合物層２２の窒化シリコン膜を１００人形威
し、再び情報記録用記録膜３２を全膜厚が１５０人にな
るように形成した。構造は、Ｐｔ：ＣＯ：窒化シリコン
が８人＝５人：９Ａと繰り返し積層した交互積層膜であ
る。そして、無機化合物層２２の窒化シリコン膜を１０
０人に形成した後に、さらに情報記録用記録膜３３とし
てＰｔ：Ｃｏ＝窒化シリコンが１０人＝７人ニア人の交
互積層膜を２０ＯＡの全膜厚になるように積層した。

再び無機化合物層２３の窒化シリコン層を２００人形成
後、金属反射層４のＡ　Ｑ　ｓｓ　Ｔ　ａ　１ｓ膜を５
００人の膜厚に形成した。スパッタ条件は、窒化シリコ
ン及びＡ　Ｑ　−Ｔ　ａ金属反射膜５は、実施例１と同
様である。情報記録用記録膜３はＰｔ、Ｃｏ、及びＳｉ
３Ｎ４焼結体をそれぞれターゲットに、Ａｒを放電ガス
にそれぞれ用い、放電ガス圧力；５　Ｘ　１０−３Ｔｏ
ｒｒ、投入ＲＦ電力密度は、ｐｔが０　、９　Ｗ　／　
ｃｉ　、　Ｃｏが４　、２　Ｗ／ｄで、Ｓｉ、Ｎ４は４
．２Ｗ／ａ＃　、３．６Ｗ／ｃ！、３．ＯＷ／ｃｉ　と
、−層あたりの膜厚に対応させて変化させた。ここで、
窒化シリコンの膜厚を変化させる代りに、窒化シリコン
膜の屈折率を変化させても同じ効果が得られる。

第４図は記録膜３の磁気光学効果の外部印加磁界依存性
を示す。用いたレーザ光の波長は、４８０ｎｍである。

作製したディスクの記録感度や特性は実施例１と同様で
、それぞれの記録膜の保磁力と同し外部印加磁界におい
て、段階的に磁場反転が起こっている。ここで、各記録
膜の保磁力は、３　ｋ　Ｏｅ　、　５　ｋ　Ｏｅ　、　
７　ｋ　Ｏｅであった。実施例１で作製したディスクと
同一の条件にて、半径ｒ＝４５ｍｎ位置に記録及び再生
を行った。レーザパワー６ｍＷ一定として、外部印加磁
界２０００ｅ。

３０００　ｅ　、　４０００　ｅと変えて、記録周波数
ＩＭ　Ｈｚ　、　ｄｕｔｙ比５０％にて情報を記録した
。そして波長４８０ｎｍで再生したところ、第３図と同
様に、記録波形とほぼ同一の段階的な再生信号レベルを
もつ再生波形が得られた。記録／再生／？ｖ４去を繰り
返したところ、エラーは発生しなかった。

この他、記録層中に窒化シリコン等の無機化合物層を含
んでいるので記録層全体でみるとみかけ上の転送速度を
上げることができる。磁区形状も改善できるので、ピッ
トエツジ記録にも好適である。この効果は磁界変調記録
方式を用いた場合にも顕著である。例えば本実施例にお
いて作製したディスクの表面を高硬度の紫外線硬化型樹
脂で保護コートして、浮上型磁気ヘッドを用いて記録を
行なった。その結果、第５図に示すような磁界変調記録
に特有な矢羽根型の記録磁区が形成された。

その場合、第５図に示す矢羽根型のいわゆる尾が短いの
で、記録ピットを接近させる高密度記録を行なってもピ
ット間干渉が生じにくい。

なお、本発明において、上記の実施例のＣｏをＦｅ、。

ｃｏ３ｏの合金にし、ｐｔと交互積層したところ、上記
実施例と同様な効果がみられ、カー回転角の増大に有効
であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁気特性を制御した記録層を複数層形
成することにより多値記録が可能で、記録密度の向上が
はかれる。しかも、本記録層中には無機化合物層を含ん
でいるので、層全体の熱伝導率の制御が容易に行なえ、
記録磁区形状の精密な制御が可能でピットエツジ記録に
も好適である。

この他の効果として、磁界変調記録を行う場合、得られ
る矢羽根型記録磁区の形状制御が容易で多値記録による
記録密度向上と合わせ、オーバーライドも可能で高性能
の光ディスクが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光ディスクの断面模式図、
第２図、第４図は外部印加磁界を変化させたときの全記
録膜の磁気光学効果と各記録膜のスピンの向きを示すグ
ラフ、第３図は再生出力信号のレーザパワーあるいは外
部印加磁界依存性を示すグラフ、第５図は磁界変調記録
方式により記録した場合に得られる記録磁区形状を示す
平面図である。 １・・・基板、２１〜２３・・・無機化合物層、３１〜
ドｅｒ（’ｊｔ　　Ｆｔｘｒａｄａメ　ａｋｆｉ　　θ
ｓ　（ｄｅｌ’）Ｆクッフイｘ’ｌ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を用いて情報の記録、再生もしくは消去を
   行う光記録媒体において、磁気特性の異なる膜を、磁気
   的に独立するように少なくとも２層以上積層した情報記
   録膜を有してなることを特徴とする光記録媒体。 ２、上記異なる特性の情報記録膜として、保磁力、キュ
   リー温度あるいは補償温度の内の少なくとも一つが互い
   に異なる情報記録膜を有してなることを特徴とする請求
   項１記載の光磁気記録媒体。 ３、上記情報記録膜として、垂直磁気異方性を有する材
   料層と、無機化合物よりなる層とを交互積層した多層膜
   を用いることを特徴とする請求項１もしくは２記載の光
   記録媒体。４、上記交互積層多層膜を形成する垂直磁気
   異方性を有する材料層の膜厚は、多層膜としたときに互
   いに異なる磁気特性及び磁気光学効果を有する厚さで形
   成されてなることを特徴とする請求項３記載の光記録媒
   体。 ５、上記垂直磁気異方性を有する材料層は、希土類元素
   と鉄族元素の合金、さらに優位にはその層が非晶質合金
   からなることを特徴とする請求項３もしくは４記載の光
   記録媒体。６、上記希土類元素としてＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ
   もしくはＨｏから選ばれる少なくとも１種、鉄族元素と
   してＦｅもしくはＣｏから選ばれる少なくとも１種を用
   いたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記
   載の光記録媒体。 ７、上記垂直磁気異方性を有する材料層は、Ｐｔ、Ｐｄ
   、ＲｈもしくはＡｕの中からえらばれる少なくとも１種
   あるいは２種の合金とからなる層と、Ｆｅ、Ｃｏもしく
   はＮｉの中から選ばれる少なくとも１種あるいは２種の
   合金からなる層との多層膜からなることを特徴とする請
   求項３もしくは４記載の光記録媒体。 ８、上記磁気特性が異なる記録膜の積層において、記録
   膜の間に磁気遮断層を設け、さらに優位には上記磁気遮
   断層を無機化合物で形成したことを特徴とする光記録媒
   体。 ９、情報記録膜の各層の組成、成膜時基板温度、成膜後
   の各膜の内部応力および各膜の膜厚のうちから選ばれる
   少なくとも１者を制御することにより、各膜の少なくと
   も１者の磁気的特性を制御したことを特徴とする請求項
   １ないし８記載の光記録媒体の製造方法。 １０、請求項１ないし８記載の光磁気記録媒体を用い、
   上記媒体に印加する外部印加磁界強度あるいは上記媒体
   に照射するレーザのパワーを制御することにより、上記
   光磁気記録媒体への情報の記録もしくは消去をおこない
   、レーザ光を用い、上記情報記録膜での磁気光学効果の
   変化を検出することにより、情報の再生を行うことを特
   徴とする光記録・再生方法。 １１、光記録媒体上の各記録点での磁気光学効果、さら
   に優位には、各記録点でのカー（Ｋｅｒｒ）回転角ある
   いはファラデー（Ｆａｒａｄａｙ）回転角の和である磁
   気光学効果の相違を利用して情報の再生を行うことを特
   徴とする請求項１０記載の光記録・再生方法。 １２、請求項３ないし８記載の互いに異なる磁気的特性
   を有する垂直磁化膜の膜厚を、請求項１０記載の方法で
   用いるレーザ光の波長に対して適合化した磁気光学効果
   を有する膜厚としたことを特徴とする光記録媒体。 １３、上記無機化合物として、窒化シリコンあるいは窒
   化アルミニウムもしくは酸化シリコンから選ばれる少な
   くとも１種を用いたことを特徴とする請求項１ないし８
   及び１２のいずれかに記載の光記録媒体。