JPH0522303B2

JPH0522303B2 -

Info

Publication number: JPH0522303B2
Application number: JP62153108A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Oosato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-18
Filing date: 1987-06-18
Publication date: 1993-03-29
Also published as: JPS63316343A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、磁気カー効果を利用して読出しする
ことのできるキユリー点書込みタイプの光磁気記
録媒体に関する。〔従来の技術〕消去可能な光デイスクメモリとして光磁気デイ
スクが知られている。光磁気デイスクは、従来の
磁気ヘツドを使つた磁気記録媒体と比べて高密度
記録、非接触での記録再生などが可能であるとい
う長所がある反面、記録前に一度記録部分を消去
しなければならない（一方向に着磁しなければな
らない）という欠点があつた。この欠点を補う為
に、記録再生用ヘツドと消去用ヘツドを別々に設
ける方式、あるいは、レーザー連続ビームを照射
しつつ、同時に印加する磁場を変調しながら記録
する方式などが提案されている。〔発明が解決しようとする問題点〕しかし、これらの方法は、装置が大がかりとな
り、コスト高になる欠点あるいは高速の変調がで
きないなどの欠点を有する。上述の公知技術の欠点を除去し、従来の装置構
成に簡単な構造の磁界発生手段を付設するだけ
で、磁気記録媒体と同様な重ね書き（オーバーラ
イト）を可能とした、光磁気記録方法を本出願人
は昭和61年７月８日に特願昭61−158787号（該出
願は昭和62年２月２日の国内優先出願、特願昭62
−20384号の基礎出願となる）で提案した。しかし、この方法は全く新しい記録法であるが
故に、いまだ多くの研究課題が残つていた。すなわち、記録ビツトの安定性の向上、あるい
は付設する磁界発生手段において、必要な磁界強
度を減少させること等である。〔発明の概要〕本発明の目的は、上記既出願の技術を更に改良
し、小さなバイアス磁界で重ね書きが可能で、且
つ、記録ビツトの安定性に優れた光磁気記録媒体
を提供することにある。本発明の上記目的は、低いキユリー温度と高い
保磁力を有し垂直磁気異方性を示す第１磁性層
と、この第１磁性層に比べて相対的に高いキユリ
ー温度と低い保磁力を有し垂直磁気異方性を示す
第３磁性層と、これら第１及び第３磁性層の間に
設けられ、室温では面内磁気異方性で温度が上昇
すると垂直磁気異方性を示す第２磁性層とから成
る光磁気記録媒体によつて達成される。〔実施例〕以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。第１図ａ，ｂは各々本発明の光磁気記録媒体の
一実施例を示す模式断面図である。第１図ａの光
磁気記録媒体は、プリグループが設けられた、透
光性の基板１上に、第１の磁性層２と第２の磁性
層３と第３の磁性層４が積層されたものである。
各磁性層の主成分は、磁気光学効果を呈するもの
であれは良いが、特に希土類元素と遷移金属元素
との非晶質磁性合金が適している。例えば、
GdCo，GdFe，TbFl，DyFe，GdTbFe
TbDyFe，GdTb FeCo，TbFeCo，GdTbCo等
が挙げられる。第１磁性層２は、低いキユリー点T_Lと高い保
持力H_Hを有し、副格子磁化の大きさは、遷移金
属の方が大きい。第３磁性層４は、高いキユリー点T_Hと低い保
持力H_Lを有し、副格子磁化の大きさは、希土類
元素の方が大きい。ここで「高い」、「低い」とは両磁性層の比較し
た場合の相対的な関係を表わす。（保磁力は、室
温における比較）。なおT_H≒H_Lでも良い。第１、第３磁性層は、容易磁化方向が基板面に
垂直であるが、第２磁性層は、室温において容易
磁化方向が基板面に垂直ではない。副格子磁化の
大きさは希土類元素の方が大きく、磁性層におけ
る希土類元素は割合は、原子数比（希土類元
素）／（希土類元素＋遷移金属元素）で表わして
0.2〜0.5の範囲にある。通常は、第１磁性層２のT_Lは、70〜180℃、H_H
は３〜10kOe、第３磁性層のT_Hは100〜400℃、
H_Lは0.1〜2kOe、第２磁性層のキユリー温度は
T_LとT_Hの間にあり、保持力はほぼゼロである様
に選択するとよい。第１、第３磁性層の間に設けられた第２磁性層
３は、室温において第１、第３磁性層間の交換力
による結合を妨げる効果を有する。つまり第２磁
性層を設けたことにより、第１、第３磁性層が第
２磁性層を介して交換力により結合していること
により現われる実効的なバイアス磁界の大きさ
H_HeffあるいはH_Leffが室温に比べて昇温時に大き
くなる様に変化するという特徴を有する。本発明は光磁気記録媒体は、第１磁性層２が主
に再生に関与する。即ち、第１磁性層２が呈する
磁気光学効果が、主に再生に利用され、第３磁性
層４は、記録に重要な役割りを果たす。一方、従来の光磁気記録方法における、交換結
合二層膜では、逆に低いキユリー点と高い保持力
とを有する磁性層は主に記録に関与し、高いキユ
リー点と低い保持力とを有する磁性層が主に再生
に関与した。この場合記録、再生ビームは、高い
キユリー点と低い保磁力とを有する磁性層の側よ
り入射する。第１図ｂにおいて、５，６は両磁性層の耐久性
を向上させるための保護膜である。また、７は貼
り合わせ用基板８を貼り合わすための接着層であ
る。貼り合わせ用基板８にも、２から６までの層
を積層し、これを接着すれば、両面で記録・再生
が可能となる。以下、第２図〜第４図を用いて記録の過程を示
すが、記録時に第２磁性層３を介して強く交換結
合する両磁性層２と４の磁化の安定な向きは、平
行（同じ向き）でも反平行（逆方向）でも良い。
第２図では、磁化の安定な向きが平行な場合につ
いて説明する。第３図の３５は、上述したような構成を有する
光磁気デイスクである。例えば、この磁性層のあ
る一部の磁化状態が初め第２図ａのようになつて
いるとする。光磁気デイスク３５は、スピンドル
モータにより回転して、磁界発生部３４を通過す
る。このとき、磁界発生部３４の磁界の大きさを
両磁性層２と４の保持力の間の値に設定すると
（磁界の向きは、本実施例では上向き）、第２図ｂ
に示す様に、第２磁性層３は、一様な方向に磁化
され、一方、第１磁性層２の磁化は初めのままで
ある。次に、光磁気デイスク３５が回転して記録・再
生ヘツド３１を通過するときに、記録信号発生器
３２からの信号に従つて、２種類（第１種と第２
種）のレーザーパワー値を持つレーザービームを
デイスク面に照射する。第１種のレーザーパワーは該デイスクを第１磁
性層２のキユリー点付近まで昇温可能なパワーで
ある。即ち、両磁性層２，４の保磁力と温度との
関係の概略を示した第４図において、第１種のレ
ーザーパワーは、T_L付近、第２種のレーザーパ
ワーはT_H付近までデイスクの温度を上昇できる。第１種のレーザーパワーにより第１磁性層２
は、キユリー点付近まで昇温するが第３磁性層４
は、この温度でビツトが安定に存在する保磁力を
有している。さらにこの温度において、第１磁性
層２と第３磁性層４は、第２磁性層３を介して強
く磁気的に結合（交換結合）するので、記録時の
バイアス磁界を適正に設定しておくことにより、
第２図ｂのいずれかの例からも第２図ｃのような
ビツトが形成される。（第１種の予備記録）。ここでバイアス磁界を適正に設定するとは、次
のような意味である。即ち、第１種の予備記録で
は、第３磁性層４の磁化の向きに対して安定な向
きに（ここでは同じ方向に）第１磁性層２の磁化
が配列する力（交換力）を受けるので、本来はバ
イアス磁界は必要ではない。しかし、バイアス磁
界は後述する第２種のレーザーパワーを用いた予
備記録では第３磁性層４の磁化反転を補助する向
き（すなわち、第１種の予備記録を妨げる向き）
に設定される。そして、このバイアス磁界は、第
１種、第２種どちらのレーザーパワーの予備記録
でも、大きさ、方向を同じ状態に設定しておくこ
とが適宜上好ましい。かかる観点からバイアス磁化の設定は、次記に
示す原理による第２種のレーザーパワーの予備記
録に必要最小限の大きさに設定しておくことが好
ましく、これを考慮した設定が前でいう適正な設
定である。次に第２種の予備記録について説明する。第２
種のレーザーパワーにより、第３磁性層４のキユ
リー点近くまで昇温させる（第２種の予備記録）
と、上述のように設定されたバイアス磁界により
第３磁性層４の磁化の向きが反転する。続いて第
１磁性層２のキユリー点付近まで昇温していく過
程において、第２磁性層３を介して、第１磁性層
２と第３磁性層４が磁気的に強く結合（交換力よ
にる結合）する為に、続いて第１磁性層２の磁化
も第３磁性層４に対して安定な向きに（ここでは
同じ方向に）配列する。即ち、第２図ｂのいずれ
の例からも第２図ｄのようなビツトが形成され
る。このように、バイアス磁界と、信号に応じて変
る第１種及び第２種のレーザーパワーとによつ
て、光磁気デイスクの各箇所は第２図ｃかｄの状
態に予備記録されることになる。次に光磁気デイスク３５を回転させ、予備記録
のビツトｃ，ｄが磁界発生部３４を再び通過する
と、磁界発生部３４の磁界の大きさは前述したよ
うに、磁性層２と４の保持力の間の大きさに設定
されているので、記録ビツトｃは変化が起こらず
にｅの状態である（最終的な記録状態）。一方、
記録ビツトｄは第３磁性層４が磁化反転を起こし
てｆの状態になる（もう一つの最終的な記録状
態）。記録ビツトの状態ｅとｆは、記録時のレーザー
のパワーで制御され、記録前の状態には依存しな
いので、重ね書き（オーバーライト）が可能であ
る。記録ビツトｅとｆは、再生パワーのレーザー
ビームを照射し、その反射光を記録信号再生器３
３で処理することにより、再生できる。第２図ｆの記録ビツトの状態が安定に存在する
為には、第１磁性層２と第３磁性層４の飽和磁化
の大きさをM_s1，M_s3、膜厚をL₁，L₃とし、第２
磁性層３を介して現われる第１磁性層と第３磁性
層の間の磁壁エネルギーをδ_wで現わすと、次の様
な関係があれば良い。 H_L＞δ_w／2M_s3L₃， H_H＞δ_w／2M_s1L₁ ここでδ_w／2M_s3L₃は第３磁性層に働く交換力
の強さを示す。つまりδ_w／2M_s3L₃の大きさの磁
界で第３磁性層４の磁化の向きを、第１磁性層２
の磁化の向きに対して安定な方向へ（この場合は
同じ方向）向けようとする。そこで第３磁性層４
がこの磁界に抗して磁化が反転しないためには、
第３磁性層４の保磁力をH_LとしてH_L＞δ_w／2M_s3
L₃であれば良い。同様にδ_w／2M_s1L₁は、第１磁性層に働く交換
力の強さを示す。第１磁性層２が、この磁界に抗
して磁化が反転しないためには、第１磁性層２の
保磁力をH_HとしてH_H＞δ_w／2M_s1L₁であれば良
い。この様にｆの記録ビツトの状態が安定になる様
にするには、第１磁性層と第３磁性層の間に働く
交換力が小さくなる様にすれば良い。例えば第１
磁性層と第３磁性層の間に非磁性材料から成る中
間層を設けてδ_wの値を小さくするなど、いろいろ
の方法がある。また一般に、この様に交換結合している垂直磁
気異方性をもつ２層の間に働く交換力の大きさ
は、温度上昇と共に減少し、第１磁性層のキユリ
ー温度にてゼロになる。この温度変化は、第１磁
性層の磁化の温度変化にほぼ等しい。これを第６
図に示す。第６図は、第１磁性層たる500Åの
Tb₁₈Fe₈₂と第３磁性層たる500にÅのTb₁₃Gd₁₄
Fe₆₅Co₈との間に、厚さ25ÅのS_i3N₄から成る中間
層を設けた場合、S_i3N₄を35Åとした場合及び中
間層を設けない場合の実効的バイアス磁界の温度
変化を示す図である。実効的バイアス磁界の大き
さは、第１磁性層のキユリー温度（約130℃）に
おいてゼロになる様に単調に減少する。ところが、第１種、第２種の記録はどちらも第
３磁性層の磁化に対して安定な方法に、第１磁性
層が交換力により配列する現象を利用するので、
働いている交換力を減少させる操作を行うことに
より、記録が充分に行われなくなる。そこで、本発明の様な機能を有する第２磁性層
を第１磁性層と第３磁性層の間に設けることが必
要になる。つまり第２磁性層は、第１磁性層と第３磁性層
の間に働く交換力を調整する働きを持ち、室温と
比較して、記録が行われる温度においてより大き
な交換力が働くようにする性質を持つことであ
る。具体的に言えば、第２磁性層の容易磁化方向
が、室温においては基板面内方向に向き、記録時
の温度においては基板垂直方向に向く様な材料を
用いることにより上記の交換力の制御が可能にな
る。これを以下に説明する。交換力測定用のサンプルとしてスライドガラス
上にスパツタ法により第１磁性層としてTb₁₈
Fe₈₂を500Åの厚さに、次に第２磁性層としてFe
又はTb₂₅Fe₇₀Co₅をそれぞれ厚さを変えて積層
し、次にTb₂₂Fe₇₀Co₈を500Åの厚さに積層して
サンプルを作成した。第１磁性層Tb₁₈Fe₈₂は、
保磁力12kOeで、鉄元素の副格子磁化が優位であ
つた。第３磁性層Tb₂₂Fe₇₀Co₈は保磁力6kOeで、
Tb元素の副格子磁化が優位であつた。次に、それぞれのサンプルについて、VsM（試
料振動型磁化測定機）を用いて磁界を印加しなが
ら、第１磁性層、第３磁性層それぞれの磁化反転
の起こる印加磁界の大きさを調べた。今回のサン
プルでは、印加磁界を減少させていくと、第３磁
性層の磁化の向きが反転して、第１磁性層に対し
て安定な向き（反平行）に配列した。この磁化反
転の起こる印加磁界から、第３磁性層に働く交換
力を求めた。この結果を第６図に示す。第６図の
たて軸は、第３磁性層に働く交換力を現わし、横
軸は、第２磁性層（Fe又はTbFeCo）の膜厚を現
わす。図から明らかな様に、磁化容易軸が基板面
内方向にあるFe（鉄）を設けた場合は、70Å程度
の膜厚でも、交換力が働かなくなる。これに対し
て、Tb₂₅Fe₇₀Co₅は磁化容易軸が基板面垂直方向
であり、保持力は約300 Oeであるが、この磁化
容易軸が第１、第３磁性層と同じく基板面に垂直
な第２磁性層を設けたサンプルは、500Å以上の
膜厚でも交換力が働いている。そこで室温においては、磁化容易軸が基板面内
方向にあり、記録が行われる温度において磁化容
易軸が基板に垂直方向に変わる特性を示す材料を
第２磁性層として第１磁性層と第３磁性層の間に
設けることにより、今まで述べた記録ビツトの安
定性と安定な記録特性とが両立することが分る。磁化容易軸が温度によつて変化する材料は、従
来よりスピン再配列を示す材料として知られてい
る。例えば、Physica 86−88B（1977）195−196
にM.OHKOSHIとH.KOBAYASHIにより報告
されているDyCo₅では、50〜100℃の温度域で磁
化容易軸が、基板面内方向から基板垂直方向に変
化する。また同様の結果がDyを同じ希土類元素、
Nd，Pr，Tbなどに置換した系、あるいはCoを
同じ遷移金属元素のFe，Niなどに置換した系な
どでも得られている。また応用物理第45巻第10号
（1976）962−967に対島により報告されている様
に、希土類オーソフエライトあるいは希土類オー
ソクロマイトなどの材料もスピン再配列を示す。
これらの材料の組成などを変えることにより、記
録温度域において磁化容易軸が、基板面内方向か
ら基板垂直方向へ変化する様に設計することが可
能である。また従来より、磁性薄膜の飽和磁化をMs，膜
面に垂直な方向の一軸異方性磁界をHkとすると、
この磁性薄膜が膜面に垂直な磁化膜である為には
Hk≧4πMsであることが必要である。そこで、第
２磁性層の磁化容易軸が室温では基板面内方向に
あり、記録温度域では基板面に垂直になる様にす
るには第２磁性層のキユリー温度をこの記録温度
付近にするとよい。つまりキユリー温度付近で急
激なMsの減少があるので、室温でHk＜4πMsで
あつたものが、記録温度域でHk≧4πMsとなり得
る。さらに第２磁性層の磁化で、基板面に垂直な
成分が増加すると、第１、第３磁性層からの交換
力によつてさらに第２磁性層の磁化は基板面に垂
直に配向することになる。第１、第３磁性層から
夫々第２磁性層へ働く交換力Heff（１−２），
Heff（２−３）は、第２磁性層の飽和磁化をMs₂、
膜厚をh₂、第１、第２磁性層の界面磁壁エネルギ
ーをδ_w12、第２、第３磁性層の界面磁壁エネルギ
ーをδ_w23とすると、 Heff（１−２）＝δ_w12／2Ms₂h₂ Heff（２−３）＝δ_w23／2Ms₂h₂ と表わされる。そこで、記録温度域において第２磁性層の磁化
を、この交換力Heff（１−２），Heff（２−３）を
利用して膜面に垂直に向けようとするならば、第
２磁性層の飽和磁化Ms₂と膜厚h₂を室温で磁化容
易方向が基板面内方向である範囲内で、小さな値
に設定しておくと有利なことが分かる。第２図の
説明では第１磁性層２と第３磁性層４の磁化の向
きが同じときに安定な例を示したが、磁化の向き
が反平行のときに安定な磁性層についても同様に
考えられる。第５図に、この場合の記録過程の磁
化状態を第２図に対応させて示しておく。以下に、本発明の更に具体的な実施例を示す。実施例１４元のターゲツト源を備えたスパツタ装置内
に、プリグループ、プリフオーマツト信号の刻ま
れたポリカーボネート製のデイスク状基板を、タ
ーゲツトとの間の距離10cmの間隔にセツトし、回
転させた。アルゴン中で、第１のターゲツトより、スパツ
タ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torrで
Siを保護層として500Åの厚さに設けた。次にアルゴン中で、第２のターゲツトよりスパ
ツタ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torr
でGdTbFe合金をスパツタし、膜厚300Å，T_L＝
約150℃，H_H＝約8kOeのTb₁₂Gd₁₀Fe₇₈の第１磁
性層を形成した。第１磁性層の副格子磁化はFe
原子の方が大であつた。次にアルゴン中で、第３のターゲツトよりスパ
ツタ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torr
でTbFeCo合金をスパツタし、膜厚200Åキユリ
ー温度約170℃で保磁力は、ほとんどゼロのTb₃₅
Fe₆₀Co₅の第２磁性層を形成した。第２磁性層の
容易磁化方向は、基板面内方向でも、基板垂直方
向でもなかつた。それぞれの方向に磁化の向きに
配向させる為に必要な外部磁界の大きさは、共に
約2.5kOeであつた。次にアルゴン中で第４のターゲツトよりスパツ
タ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torrで
TbFeCo合金をスパツタし、膜厚300Å、T_H＝約
180℃、H_L＝約1.5kOeのTb₂₄Fe₆₈Co₈の第３磁性
層を形成した。第３磁性層の副格子磁化はTb原
子の方が大であつた。次にアルゴン中で第１のターゲツトよりスパツ
タ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torrで
Siを保護層として1000Åの厚さに設けた。次に膜形成を終えた上記の基板を、ホツトメル
ト接着剤を用いてポリカーボネートの貼り合わせ
用基板と貼り合わせ光磁気デイスクを作成した。次に第６図及び第７図において、第３磁性層に
働く交換力による実効的バイアス磁界を求めたの
と同じ方法で、作成した光磁気デイスクの第３磁
性層に働く実効的バイアス磁界を測定したところ
ほぼゼロであつた。この光磁気デイスクを記録再生装置にセツト
し、2.5kOeの磁界発生部を、線速度約８ｍ／sec
で通過させつつ、約１mmに集光した830nmの波長
のレーザービームを50％のデユーテイ比で2MHz
の周波数で変調させながら、4mWと8mW2値の
レーザーパワーで記録を行つた。バイアス磁界は
100 Oeであつた。その後1.5mWのレーザービームをを照射して
信号の再生を行つたところ、２値の信号の再生が
できた。次に、上記と同様の実験を、デイスク前面に記
録された後の光磁気デイスクについて行つた。こ
の結果、前に記録された信号成分は検出されず、
オーバーライトが可能であることが確認された。比較例及び実施例２第２磁性層の材料と厚さだけを変化させた以外
は、実施例１と同じ方法、同じ材料を用いて、光
磁気デイスクのサンプルを作製した。次に実施例１と同じ方法により、第３磁性層に
働く交換力による実効的バイアス磁界、および記
録特性を調べた。結果を表−１に示す。

【表】比較例１は、本発明の第２磁性層を設けない例
である。この場合、第１磁性層の磁化に対して安
定な向きに第３磁性層を配列させる実効的バイア
ス磁界の大きさが第３磁性層の保磁力H_Lより大
きい為に、安定な記録ビツトが形成されなかつ
た。実施例２−１に用いたFe₇₀Cr₃₀薄膜層は、キユ
リー温度が200℃以下で基板面内に磁化容易軸を
もつ。膜厚が30Å以下では、室温で第１、第３磁
性層からの交換力により、基板面に垂直方向に磁
化が配向する為に、第３磁性層に働く実効的バイ
アス磁界が大きくなり安定な記録ができなかつ
た。また膜厚が100Å以上では記録温度域でも基
板面に垂直方向に磁化が誘起されず（垂直膜にな
る為には、飽和磁化Ms₂の値が大きすぎた為）交
換力が働かなかつた為に記録が行われなかつた。実施例２−２、２−３に用いたDyCo₅（磁気転
移温度50〜80℃），Sm_0.7Er_0.3FeO₃（磁気転移温度
〜110℃）は共に膜厚100〜400Åの範囲で良好な
記録が行えた。室温における第３磁性層に働く実効的バイアス
磁界がほぼゼロであるにもかかわらず良好な記録
が行えたのは、記録温度域（50〜150℃）におい
て磁化容易方向が基板面内方向から、基板垂直方
向へ変化している為である。比較例１−２、１−３に用いたSiは非磁性材料
である。膜厚を40〜60Åに設定すると第１、第３
磁性層間の交換結合がSi層により阻害される為、
測定される第３磁性層に働く実効的バイアス磁界
も250〜150 Oeと小さな値になつた。しかし、第
６図の例で説明したように、この実効的バイアス
磁界は温度の上昇と共に減少する為記録の行われ
る温度域において、記録時のバイアス磁界に抗し
て第１磁性層の磁化を第３磁性層の磁化に対して
安定な向きに配列させる第１種の記録が不可能に
なつた。第８図に、実施例１のサンプルで、第１、第３
磁性層に働く実効的バイアス磁界の大きさを温度
を変えて測定した結果を示す。縦軸は、働く実効
的バイアス磁界の大きさを示し、横軸は測定温度
を示す。第１磁性層は、80℃までは働く実効的バイアス
磁界はゼロで、90℃から約900 Oeの第３磁性層
に対して安定方向へ磁化を配列させようとするバ
イアス磁界を受ける様になる。 90℃以上では第１磁性層のキユリー温度でゼロ
になる様に単調に減少している。また第３磁性層
については測定温度全域で働くバイアス磁界はゼ
ロであつた。この結果は、実施例１の光磁気デイ
スクが良好な記録特性を示す証明となる。次に実施例１の第２磁性層Tb₃₅Fe₆₀Co₅を1000
Åスライドガラス上にスパツタし、さらに保護膜
としてSi₃N₄を1000Å積層したサンプルを作成
し、温度を変えながら基板垂直方向にTb₃₅Fe₆₀
Co₅層の磁化を配列させる為に必要な印加磁界の
大きさを調べた結果を第９図に示す。第９図において縦軸は必要な印加磁界の大き
さ、横軸は測定温度である。必要印加磁界の大き
さは、温度上昇と共に減少する。第９図で、第１
磁性層に大きなバイアス磁界がかかり始める80〜
90℃においては500 Oe程度までに減少する。実施例１のサンプルにおいては、第１磁性層と
第２磁性層との界面で働く交換力により、温度の
上昇とともに第２磁性層の磁化が界面より基板面
に垂直方向に誘起され、80〜90℃の温度域におい
て第３磁性層との界面近くの第２磁性層の磁化も
基板面に垂直方向に配列し、このとき第１磁性層
と第３磁性層との間で第２磁性層を介して大きな
実効的なバイアス磁界がかかると考えられる。上記の如く、希土類−遷移金属合金を用いて形
成される第２磁性層は、更に以下のような観点よ
り、組成の最適化が行われる。ｉ希土類−遷移金属合金において、基板面垂直
方向に磁気異方性を示すのは希土類−遷移金属
元素中で希土類元素の組成が約12〜28原子％の
範囲である。この範囲外で磁化容易方向の基板
面内方向へ向くのは、２つの理由が考えられ
る。その１つは飽和磁化Msが大きい為に、膜
面に垂直な方向の一軸異方性磁界をHkとする
と、垂直膜になる為の条件Hk≧4πMsが成り立
たない為である。さらに、もう一つの理由は、希土類−遷移金
属合金膜の膜面に垂直方向の磁気異方性は希土
類元素と遷移金属元素のカツプリングにより発
生する。希土類元素の割合が12〜28原子％のと
きに限り膜中の希土類元素−遷移金属元素対に
よる磁気モーメントが垂直方向に配位しやすい
（確率が高い）からである。第２磁性層に用いる希土類元素−遷移金属合
金の組成を、補償組成に対して希土類元素に富
んだ組成のものは垂直磁気異方性を示す組成よ
りさらに希土類元素の割合を増して飽和磁化を
増大し面内方向に磁化しやすい組成を選ぶ。あ
るいは補償組成に対して遷移金属元素に富んだ
組成のものは、垂直磁気異方性を示す組成より
さらに遷移金属元素の割合を増して飽和磁化を
増大し、面内方向に磁化しやすい組成を選ぶ。
そこで材料のキユリー温度を記録の行われる温
度程度にしておけば、室温から記録温度にかけ
て飽和磁化の減少が起こるので１に述べた垂直
膜になる条件Hk≧4πMsを満たして室温では容
易磁化方向が基板面内で記録温度では基板垂直
方向に変化することが可能である。次に第２磁性層の磁化容易方向が基板面内方向
から基板垂直方向に変わる様子を実験で確かめ
た。スパツター法により、５×10^-3Torrのアルゴ
ン圧にてスライドガラス基板に第２磁性層として
500Åの厚さのFe，Tb₅Gd₅Fe₉₀，Tb₁₆Gd₁₆Fe₆₈
の３種の磁性膜を設けた。次にそれぞれのサンプ
ルに真空を破ることなく第３磁性層としてTb₂₄
Fe₇₀Co₆を500Åの厚さに設け、さらに保護膜と
してSi₃N₄を700Åの厚さに積層した。次に測定温度を変化させながら基板面垂直方向
に磁界を印加して第２磁性層の磁化が基板面垂直
方向へ配列する為に必要な印加磁界の大きさを調
べた。ただし、第２磁性層に用いたFe，Tb₅Gd₅
Fe₉₀，Tb₁₆Gd₁₆Fe₆₈はそれぞれは室温において
磁化容易方向は基板面垂直方向ではなかつた。第１０図に結果を示す。縦軸は垂直方向に配列
する為に必要な印加磁界の大きさ、横軸は測定温
度を示す。第２磁性層がFeであるものは、160℃くらいの
温度では飽和磁化の減少が小さい為、何々基板面
垂直方向には磁化が向かない。希土類元素−遷移
金属合金で面内方向にも磁化容易方向をもつTb₅
Gd₅Fe₉₀とTb₁₆Gd₁₆Fe₆₈では、それぞれキユリー
温度が100〜200℃程度であるので磁化の減少が大
きく、100℃くらいまで温度を上げると小さな印
加磁界で磁化が垂直方向へ配列する様になる。特
に、補償組成より希土類元素に富んだ組成である
Tb₁₆Gd₁₆Fe₆₈では、補償組成より遷移金属元素
に富んだ組成であるTb₅Gd₅Fe₉₀に比べて、温度
を上昇するに従つてより小さな印加磁界で磁化が
基板面垂直方向へ配列する様になる。さらに、70〜80℃において必要な印加磁界が第
３磁性層の保磁力より小さくなる。第３磁性層の
磁化の向きにより、第２磁性層の磁化反転に必要
な印加磁界の大きさが変化する（すなわち第２磁
性層と第３磁性層の間で交換力が働いている）か
どうかをチエツクすると、室温においては交換力
は働いていなかつたが、90℃と110℃において約
200 Oeの交換力によるバイアス磁界が働いてい
ることが分つた。ここで補償組成より希土類元素に富んだ組成で
あるTb₁₆Gd₁₆Fe₆₈の方が温度上昇に従つて磁化
容易方向が垂直に向いてくるのは、次の２つの理
由による。まず第１に、経験的に交換結合している第２、
第３磁性層において、組成が共に補償組成に対し
て希土類元素に富んでいるが、遷移金属に富んで
いる組み合わせの方が、一方が希土類元素に富ん
でいて他方が遷移金属に富んでいる組み合わせに
比べて、交換力が強く働き、第３磁性層は基板面
に垂直な磁気膜なので、第２磁性層も基板面に垂
直に磁化が配列し易くなる。第２に希土類元素の方が単体ではキユリー温度
が低い為に、希土類−遷移金属合金で補償組成よ
り希土類元素に富んだ組成では、温度の上昇に伴
う磁化の減少に希土類元素の方が大きく寄与す
る。（この為に室温以上に補償温度が存在する。）希土類元素の磁化が大きすぎて容易磁化方向が
基板面に垂直でない組成のものは、温度上昇に伴
い、希土類元素の磁化が減少し、実質的に本来垂
直磁気異方性を示す希土類元素と遷移金属それぞ
れの磁化の大きさの割合に近づくことになる。実施例３４元のターゲツト源を備えたスパツタ装置内に
プリグループ、プリフオーマツト信号の刻まれた
ポリカーボネート製のデイスク状基板をターゲツ
トとの間に距離10cmの間隔にセツトし回転させ
た。アルゴン中で第１のターゲツトより、スパツタ
速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3TorrでSi₃
N₄を保護層として700Åの厚さに設けた。次にアルゴン中で第２のターゲツトよりスパツ
タ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torrで
TbDyFeCo合金をスパツタし、膜厚300Å、T_L＝
約150℃、H_H＝約10kOeのTb₁₅Dy₅Fe₇₆Co₄の第
１磁性層を形成した。第１磁性層の副格子磁化は
Fe，Co原子の方が大であつた。次にアルゴン中
で第３のターゲツトよりスパツタ速度100Å／
min、スパツタ圧５×10^-3TorrでTbGdFe合金を
スパツタし、膜厚200Å、キユリー温度約160℃の
Tb₁₆Gd₁₆Fe₆₈の第２磁性層を形成した。第２磁
性層の容易磁化方向は室温において基板面に垂直
方向ではなかつた。室温において磁化を基板面に
垂直方向へ配列させる為に必要な印加磁界は約
2kOeであつた。次にアルゴン中で第４のターゲツトよりスパツ
タ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torrで
TbGdFeCo合金をスパツタし、膜厚300Å、T_H＝
約190℃、H_L＝約1.8kOeのTb₂₀Gd₅Fe₆₇Co₈の第
３磁性層を形成した。第３磁性層の副格子磁化は
Tb，Gd原子の方が大であつた。次にアルゴン中で第１のターゲツトよりスパ
ツタ速度100Å／min、スパツタ圧５×10^-3Torr
でSi₃N₄を保護膜として800Åの厚さに設けた。次に膜形成を終えた上記の基板を、ホツトメル
ト接着剤を用いてポリカーボネートの貼り合わせ
用基板と貼り合わせ光磁気デイスクを作成した。次にVSM（試料振動型磁化測定器）を用いて第
１、第３磁性層の磁化反転の起こる印加磁界を測
定し、第３磁性層に働く交換力による実効的バイ
アス磁界を測定したところほぼゼロであつた。この光磁気デイスクを記録再生装置にセツト
し、2.5kOeの磁界発生部を線速度約８ｍ／secで
通過させつつ、約1μｍ直径に集光した830mmの波
長のレーザービームを50％のデユーテイ比で
2MHzの周波数で変調させながら4mWと8mWの
２値のレーザーパワーで記録を行つた。記録時の
バイアス磁界は150 Oeであつた。その後、1.0mWのレーザービームを照射して
信号の再生を行つたところ２値の信号の再生がで
きた。次に、上記と同様の実験をデイスク全面に記録
された後の光磁気デイスクについて行つた。この
結果、前に記録された信号成分は検出されず、オ
ーバーライトが可能であることが確認された。比較例２及び実施例４第２磁性層の材料組成だけを変化させた以外
は、実施例３と同じ方法、同じ材料を用いて、光
磁気デイスクのサンプルを作製した。次に実施例３と同じ方法により、第３磁性層に
働く交換力による実効的バイアス磁界、および記
録特性を調べた。結果を表２に示す。

【表】表２において備考の項は第２磁性層の組成が補
償組成に対してFe元素に富んだ組成であるか、
Tb，Gd元素に富んだ組成であるかを示す。良好な記録特性を示したのは実施例４−１〜４
−３のサンプルであつた。これらのサンプルは第
２磁性層のTb，Gdの希土類元素の組成比が原子
数比で20〜50％の範囲にあつた。またすべての組成が補償組成に対してTb，Gd
の希土類元素に富んだもので基板面内方向に磁化
しやすかつた。比較例２−１〜２−３は、第２磁性層の組成が
補償組成に対してFeの遷移金属元素に富んだも
ので、いずれも第３磁性層に働く実効的バイアス
磁界は、ほぼゼロか小さい値になつた。しかし記
録時に第１、第３磁性層間に働く交換力によりそ
れぞれの磁化を安定な方向に配列させるバイアス
磁界が小さく、第１種の記録を安定に行うことが
出来なかつた。比較例２−４〜２−７は第２磁性層が垂直磁化
膜でそれぞれのサンプルで第３磁性層に働く実効
的バイアス磁界は2.0〜2.5kOeで、第３磁性層の
保磁力よりも大きい。これらのサンプルでは、第
３磁性層の磁化が常に第１磁性層の磁化の向きに
対して安定な方向に配列してしまうので、第１種
の記録が行えなかつた。比較例２−８は、希土類元素の割合が最も大き
いサンプルで、キユリー温度が100℃以下であつ
た。記録温度において第１磁性層と第３磁性層の
間に交換力によるバイアス磁界が充分に働かなか
つた為に第１種の記録が充分に行えなかつた。比較例３実施例３、４と比較例２におけるサンプルは、
第１磁性層、第２磁性層、第３磁性層それぞれの
磁性層材料の組成が、順に遷移金属に富んだ組
成、希土類元素に富んだ組成、希土類元素に富ん
だ組成の組み合わせであつた。そこで、第１、第２、第３磁性層で保磁力、キ
ユリー温度が同じであり組成が遷移金属に富んだ
組成TMの材料と希土類元素に富んだ組成REの
材料２種を用意し、それぞれの材料の組み合わせ
を変えた以外は、実施例３と同様の膜厚、材料、
構成にてサンプルを作成し、実施例３と同様の評
価を行つた。用いた材料の組成を表−３に、評価の結果を表
−４に示す。

【表】

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、光磁気記録媒
体を第１磁性層と、この第１磁性層に比べて相対
的に高いキユーリー温度と低い保磁力を有し垂直
磁気異方性を示す第３磁性層と、これら第１及び
第３磁性層の間に設けられ、室温では面内磁気異
方性で温度が上昇すると垂直磁気異方性を示す第
２磁性層とから構成することによつて、小さなバ
イアス磁界で重ね書きを可能とし、また、記録ビ
ツトの安定性を向上させる効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは各々本発明の光磁気記録媒体の
一例構成を示す図、第２図は第１図示の実施例に
おける記録過程の磁性層の磁化の向きを示す図、
第３図は記録、再生装置の概念図、第４図は第１
及び第３磁性層の保磁力と温度との関係を示す概
念図、第５図は本発明の他の実施例における磁性
層の磁化状態を示す図、第６図は実効的バイアス
磁界の温度による変化を示す図、第７図は第２磁
性層の膜厚に対する交換力の変化を示す図、第８
図は第１及び第３の磁性層における実効的バイア
ス磁界の温度による変化を示す図、第９図及び第
１０図は夫々各種磁性層の磁化を垂直方向に向け
る為に必要な印加磁界の温度による変化を示す図
である。１……基板、２……第１磁性層、３……第２磁
性層、４……第３磁性層、５，６……保護層、７
……接着層、８……貼り合わせ用基板。

Claims

【特許請求の範囲】

１低いキユリー温度と高い保磁力を有し垂直磁
気異方性を示す第１磁性層と、この第１磁性層に
比べて相対的に高いキユリー温度と低い保磁力を
有し垂直磁気異方性を示す第３磁性層と、これら
第１及び第３磁性層の間に設けられ、室温では面
内磁気異方性で温度が上昇すると垂直磁気異方性
を示す第２磁性層とから成る光磁気記録媒体。