JPH0453047A - 光学記憶素子 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、レーザー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づ゛るし
のである。

（ロ）従来の技術 希土類と遷移金嘱との非晶質合金薄膜を用いた光磁気記
憶媒体は、その読み出し、特性が充分ではなく、従来、
種々の改善策が検討されている。

その−例として、基板上の光学記憶１乞に反射膜を設け
る方式（反射膜構造）が提案されている。この方式（ま
カー効果とファラデー効果の併用により性能指数の向上
を目指すもので、以前は、可視光領域で透明に近く、光
吸収係数の小さい磁性ガーネットでの利用が検討されて
い１こ。光磁気記憶媒体において、この方式を用いる場
合、その吸収係数の大きさから、膜厚は２００人前後が
最適とされている。

さらに、他の一例として、読み出し層と書き込み層とか
らなる二層構造の交換結合光磁気記憶媒体（磁気二層膜
媒体）が提案されている。この方式は、読み出し層にカ
ー回転角の大きな光磁気記憶媒体を用いることにより性
能指数の向上を目指すもので、−射的に読み出し層媒体
にはＧｄＦｅ。

ＧｃｌＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ等が用いられ、書き込み
層にはＴｂＦｅＸＤｙＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ等が用いられ
ている。また、読み出し層、書き込み層の膜厚はカー回
転角の大きさ及び交換結合力の効果を考え各々５００　
Ａ、二層合わせて１０００人とすることが最も多い。

このような記憶媒体を用いた、情報の記憶、再生、消去
等を行う光磁気ディスクの応用は、近年、さらに高性能
を要するものになってきており、特に、アナログ記録の
分野では、例えば、動画記録に用いる場合、その再生画
質は、単一周波数を記録し１こ時のＣ／Ｎ値が大きいほ
ど高画質となるため、より高Ｃ／Ｎ値が望まれている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記従来の光磁気記録媒体よりも高Ｃ／
Ｎ値を達成する光磁気記憶媒体は現在までに開発されて
いない。

そこで、一つの試みとして、前記二側の各要素を合わせ
た、磁気二層膜を記憶媒体とする反射膜構造光磁気記憶
媒体（反射膜構造磁気二層膜光磁気記憶媒体）が考えら
れる。

しかし、磁気二層膜の最適膜厚と反射膜構造における記
憶媒体の最適膜厚は大きく異なるため、実際には、反射
膜構造磁気二層膜光磁気記憶媒体を設計することは困難
であった。また、たとえ設計できても、そのＣ／Ｎ値が
従来の値は上回るかどうかは未知数であった。

本発明の目的は、上記、反射膜構造磁気二層膜光磁気記
憶媒体の最適化を可能とし、［従来の技術］の項におい
て示した二つの例によって得られるＣ／Ｎ値を上回る性
能を有する光磁気記憶媒体を提供することにある。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用かくして本発
明によれば、基板上に、誘電体膜、光磁気記憶膜、誘電
体膜及び反射膜をこの順に積層してなり、光磁気記憶膜
が、希土類遷移金属非晶質薄膜からなる第１層と、第１
層とは異なる組成の希土類遷移金属非晶質薄膜からなる
第２層との交換結合二層膜であり、上記第１層が、下記
組成式： ％式％ （式中、Ｘ＝５〜２５ａｔＩ１１％、Ｙ＝　１．８〜３
０ａｔｍ％、Ｚ＝１６〜２４ａｔｍ％）で示されかつ遷
移金属ＴＭの副格子磁化Ｍ　Ｓ　ＴＸが希土類金＠ＲＥ
の副格子磁化Ｍｓ□より大きな希土類遷移金属合金から
なり、上記第２層も遷移金属ＴＭの副格子磁化Ｍ　ｓ　
ｔＭが希土類金属ＲＥの副格子磁化ＭｓＲ１より大きく
なる組成の希土類遷移金属合金からなり、さらに、これ
ら第１層と第２層の膜厚が各々１６０Å以上でかつ合わ
せて５００Å以下であることを特徴とする光学記憶素子
が提供される。

上記の媒体構成によれば、第１層がカー回転角の大きな
読み出し層として作用すると共に第２層か書き込み層と
して働き、かつ、読み出し層、書き込み層ともＴＭリッ
チ組成比を有するたわ、読み出し層、書き込み層のどち
らか、もしくは両層とも、遷移金属ＴＭの副格子磁化Ｍ
　Ｓ　Ｔオが希土類金属ＲＥの副格子磁化Ｍ　Ｓ　ＲＥ
より小さい（ＲＥリッチ）組成比となる二層膜構造と比
ベカー回転角は大きくなる。

また、読み出し層、書き込み層の各膜厚を上記の範囲内
で制御することにより、交換結合二層膜としての磁気特
性を得ると共に反射膜構造としたときにその効果も得る
ことができる。しかして、この反射膜構造磁気二層膜光
磁気記憶媒体によりＣ／Ｎの向上が可能となる。

本発明における第１層の希土類遷移金属非晶質薄膜は、
下記組成： （Ｇ　ｄ　＋ｏｏ−ｘＤ　３’ｘ）　ｚ　（Ｆ　ｅ　１
．０Ｏ−ＹＣＱＹ）　ｌ１ｌ−Ｚ（式中、Ｘ＝５〜２５
ａｔｍ％、Ｙ＝　１８〜３０ａｔｎ％、Ｚ＝　１６〜２
４ａｔｍ％）からなる。ここでＧｄＤｙＦｅＣｏの組成
比と保磁力（Ｈｅ）、カー回転角（θｈ）及び磁化（Ｍ
ｓ）との関係を第１表に示した。このように、上記組成
範囲において、カー回転角θｋが０．４８度以上となり
、従来から磁気二層膜の読み出し層として用いられてい
るＧｄ１１表　ＧｄＤｙＦｅＣｏの組成比とｌｉｅ、θ
に、Ｍｓとの関係ＦｅＣｏのカー回転角０４６度を上回
ることが可能である。

（以下余白） 一方、本発明における第２層の希土類遷移金属非晶質薄
膜としては、通常の交換結合二層膜の書き込み層に用い
られている種々の希土類遷移金属合金からなるものを適
用でき、例えばＴｂＦｅ、ＤｙＦｅＣｏ、ＴｈＦｅＣｏ
合金が挙げられる。

上記第１層及び第２Ｍの希土類遷移金属非晶質薄膜は共
に、遷移金属ＴＭの副格子磁化Ｍ　Ｓ　ＴＭが希土類金
属ＲＥの副格子磁化Ｍｓ＊ｘより大きくなる組成、すな
わち、ＴＭリッチ組成比からなる。

ここで従来から、磁気二層膜媒体には、第１図（ａ）、
（ｂ）に示すように、読み出し層ＲＬと書き込み層ＷＬ
との磁化Ｍｓ□、Ｍｓｔが互いに平行になるもの（Ｐタ
イプ）と、第２図（ａ）、（ｂ）に示すように、読み出
し層ＲＬと書き込み層ＷＬとの磁化Ｍ　ｓ　、、ＭＳ！
が互いに逆向きになるもの（Ａタイプ）とがある。本発
明の磁気二層膜媒体は反射膜構造において用いるため、
再生レーザー光は磁気二層膜媒体中を透過することにな
る。そのため、検出される再生信号量には読み出し層の
記録状態ばかりでなく書き込み層の記録状態も影響する
こと７こなる。また、カー回転角の大きさは、主に、遷
移金属ＴＭの副格子磁化Ｍ　Ｓ　ＴＨの大きさに垂直磁
化する範囲内で比例するｆこめ、磁化Ｍ　Ｓ　ＴＨの向
きは二層間で揃えた方が大きくなる。即ち、第１図（ａ
）に示した、読み出し層、書き込み層上もＴＭリッチ組
成比の構成が最も再生信号量か大きくなることが分かる
。かかる知見により、本発明においては第１層及び第２
層共に、ＴＭリッチ組成比のものが用いられる。

なお、これらの各層は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ
等の公知の手法によって誘電体膜上に薄膜状に形成する
ことができる。

本発明において上記第１層及び第２層の膜厚は各々１６
０Å以上とされ、かつこれらの合計皐みはＳＯＯÅ以下
とされる。ここで、ＧｄＤｙＦ’　ｅＣ。

媒体単層膜について、第２表に膜厚と保磁力Ｈｃの関係
の実験結果を示す。これより、垂直磁化するために必要
な膜厚は、最低８５人前後であり、保磁力Ｈａは膜厚と
共に増加していることか分かる。しかし、保磁力Ｈｅの
大きさはある膜厚以上で飽和するものと考えられる。

第２表 第３表 次に、二層膜の構成上、最も重要な点である、各層が各
々の磁気特性を維持し、かつ二層間に交換結合力が有効
に働く各層の膜厚を調べた実験結果を第３表に示す。実
験方法は外部磁場とカー回転角及びファラデー回転角と
のヒステリシスループから、読み出し層ＲＬと書き込み
層ＷＬの、各々、単層のときと二層にしたときとの保磁
力Ｈｅの変化を調べるもので、実験的に、第３図のよう
なヒステリシスループを示すものを上記の特性を満足す
る二層膜構成と判断し、表中にＯ印で示した。これより
、各層の膜厚のは約１６０Ａ以上必要なことが分かる。

さらに、光学的観点から二層膜媒体の二層合わせた全膜
厚は制限される、すなわち、反射膜構造においては、レ
ーザー光は二層膜媒体を透過し、反射膜により反射され
た後、再度、二層膜媒体を透過しなければならないので
、この過程でのレーザー光強度の減衰を考えると、二層
膜媒体の全膜厚は５００Å以下にしなければ反射膜構造
の効果は得られないことか分かる。以上より、二層膜媒
体の二層合わせ几全膜厚は３２０Å以上で５００Å以下
とする必要がある。

（ホ）実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第４図は光磁気ディスクを示しており、１はガラス、ポ
リカーボネート、アクリル等からなる透明基板であり、
この透明基板ｌ上に第１の透明誘電体膜である窒化アル
ミニウム（ＡＩＮ）膜２が例えば膜厚９７ｎｍに形成さ
れ、このＡＩＮ膜２上２上土類遷移金属光磁気記憶媒体
である読み出し層のガドリニウム、ディスプロシウム、
鉄、コバルト（ＧｄＤｙＦｅＣｏ）合金薄膜３が例えば
膜厚２０ｒｍｍに形成され、このＧｄＤｙＦｅＣ。

合金薄膜３上に希土類遷移金属光磁気記憶媒体である書
き込み層のテルビウム、ディスプロシウム、鉄、コバル
ト（ＴｂＤｙＦｅＣｏ）合金薄膜４が例えば膜厚２０ｎ
ｎｎに形成され、このＴｂＤｙＦｅＣｏ合金薄［１４上
に第２の透明誘電体膜であるＡＩＮ膜５が例えば膜厚３
０ｎｍに形成され、更に、このＡ　Ｉ　Ｎ膜５上に反射
膜であるアルミニウム（Ａ１）膜６が例えば膜厚５０ｎ
ｍ形成されている。

ここで、読み出し層３の組成比は（ｃ　ｄｓｅＤ　ｙ＋
＋）　ｌｓ　（Ｐ　ｅ　？ＩＣＯｔ＋）　５ｚａｔｆｆ
ｉ％であり、書き込み層４の組成比は（Ｔｂ７ｏＤｙｉ
ｏ）（Ｆｅｉｏｃ。

Ｉｌ＋）の補償組成近傍のＴＭリッチ組成比である。

また、第１１第２の透明誘電体膜は、基板側からのレー
ザー光入射に対し、カー回転角、ファラデー回転角をエ
ンハンスし、見かけ上のカー回転角が大きくなるよう設
定されている。

以上の各層は、スパッタリング法にて形成されているが
、膜形成法としては、スパッタリング法の他に真空蒸着
法やイオンブレーティング法などでもよい。第４表に上
記の構成における磁気二層膜の、各々、単層での保磁力
Ｈｅと二層合わせた時の保磁力Ｈｅの変化を示す。

（以下余白） 第４表 の反射率、θには記憶媒体のカー回転角）かＣ／Ｎと、
ｒＲＸθｋｃｘ：Ｃ／Ｎの関係にあることは周知のとお
りである。測定波長は８３０ｎｍで１０μｍ幅のランド
面での測定結果である。

これより、各層が各々の磁気特性を維持し、かつ二層間
に交換結合力が有効に働いていることが分かる。

第５図に本発明の反射膜構造磁気二層膜光磁気記憶媒体
を用いた光磁気ディスク（ａ）と性能指数を比較するた
めに用いた膜構造の光磁気ディスク構造を示す。図中、
（ｂ）は光磁気ディスクで一般的に用いられている三層
膜構造、（ｅ）は反射膜構造、（ｄ）は通常の磁気二層
膜構造のディスクである。ここで、１はガラス基板、７
は透明誘電体膜、８は読み出し層光磁気記憶膜、９は書
き込み層光磁気記憶膜、１０は光磁気記憶膜、１１は反
射膜である。そして、第５表に各光磁気ディス’）（１
）構造の違いによる性能指数の違いを示す。ここで、性
能指数ｒＲＸθｋ（Ｒは記憶媒体第５表 これより、本発明の反射膜構造磁気二層膜ディスク（ａ
）は性能指数が最も大きく記録特性に優れることが分か
る。

第６表に反射膜構造磁気二層膜ディスクのＣ／Ｎ値の測
定結果を示す。ディスクは上記構造のものを、反射膜側
を内側にして接着剤で２枚張り合わせｋものを用いた。

記録再生条件は、ディスク回転数１８００ｒｐ＠、記録
周波数６．５ＭＨｚ、記録半径５５ｍ　ｍ　、記録パワ
ー８．４ｍＷ、補助磁場１５００ｅ、再生パワー１．５
ｍＷである。

第６表 Ｃ／Ｎ値は５３ｄＢを上回っており、非常に大きい値を
達成している。また、実験的に、書き込み層として補償
組成近傍の保磁力の大きい媒体を用いると、ディスクの
書き込みノイズを小さく押さえられることが分かった。

なお、本発明に係る誘電体膜としては、ＡＬＮ以外にＳ
ｉ０％ＳｉＮ膜等を用いても良い。また、反射膜として
はＡＩ以外にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｃｒ膜等を用い
ても良い。

（へ）発明の効果 本発明の構成によれば、従来困難とされていた、反射膜
構造と磁気二層膜構造各々のＣ／Ｎ値向上向上めの効果
を共に発現することが可能となり、記録再生特性の優れ
たディスクを作製することができる。そして、例えば、
高画質、長時間を有するアナログ記録用途のディスク開
発も可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）、（ｂ）はＰタイプの交換結合二層膜にお
ける磁化状態を示す説明図である。第２図（ａ、　）　
、　（ｂ　）はＡタイプの交換結合二層膜における磁化
状態を示す説明図である。第３図は本発明における光学
記憶素子における磁気ヒステリシスループを示す説明図
である。第４図は本発明の一実施例の光磁気ディスクの
概略縦断面図である。第５図（ａ）は本発明の光磁気デ
ィスクの概略縦断面図、第５図（ｂ）〜（ｄ）は各々、
従来の光磁気ディスクの概略縦断面図である。 ｌ・・・・・・透明基板、２，５・・・・・・ＡＩＮ膜
、３・・・・・・ＧｄＤｙＦａＣｏ合金薄膜、ＴｄＤｙ
ＦｅＣｏ合金薄膜、 ・ＡＩ膜。 第 図 （ａ） （ｂ） 、−、、、、、１−ｍ−− （Ｃ） （ｄ）

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
   反射膜をこの順に積層してなり、光磁気記憶膜が、希土
   類遷移金属非晶質薄膜からなる第１層と、第１層とは異
   なる組成の希土類遷移金属非晶質薄膜からなる第２層と
   の交換結合二層膜であり、上記第１層が、下記組成式： （Ｇｄ＿１＿０＿０＿−＿ＸＤｙ＿Ｘ）＿Ｚ（Ｆｅ＿１
   ＿０＿０＿−＿ＹＣｏ＿Ｙ）＿１＿０＿０＿−＿ｚ（式
   中、Ｘ＝５〜２５ａｔｍ％、Ｙ＝１８〜３０ａｔｍ％、
   Ｚ＝１６〜２４ａｔｍ％）で示されかつ遷移金属ＴＭの
   副格子磁化Ｍｓ＿Ｔ＿Ｍが希土類金属ＲＥの副格子磁化
   Ｍｓ＿Ｒ＿Ｅより大きな希土類遷移金属合金からなり、
   上記第２層も遷移金属ＴＭの副格子磁化Ｍｓ＿Ｔ＿Ｍが
   希土類金属ＲＥの副格子磁化Ｍｓ＿Ｒ＿Ｅより大きくな
   る組成の希土類遷移金属合金からなり、さらに、これら
   第１層と第２層の膜厚が各々１６０Å以上でかつ合わせ
   て５００Å以下であることを特徴とする光学記憶素子。