JPH0770095B2

JPH0770095B2 - 光磁気記録媒体

Info

Publication number: JPH0770095B2
Application number: JP61186933A
Authority: JP
Inventors: 哲生飯島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPS6344339A

Description

【発明の詳細な説明】〈発明の属する技術分野〉この発明は、高感度記録および再生容易かつ経時劣化の
小さい光記録媒体に関する。

〈発明の技術的背景〉光による情報の書き込みあるいは読み出しをする情報記
録において、使用する記録媒体は、通常、支持体上面に
記録層として光磁気記録材料層を設けたものが用いられ
る。

このような構成の光磁気記録媒体により情報の書き込
み、読み出しおよび消去は次のようにして行われる。す
なわち第４図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、記録層
１に対し、その膜面と垂直方向に弱い磁場Ｈを加え垂直
方向に磁化しておき、記録しようとする部分２にレーザ
光３を照射しキュリー点（又は補償点）近くまで加熱す
ると保磁力H_cが減少し磁場Ｈによって自発磁化M_sは逆転
する。

このようにして反転した磁化領域２はレーザ照射を停止
した後も、その磁化反転状態は保たれるから、いわゆる
情報の記録が可能となる。

そして、このようにして記録された情報は、記録部分に
直接偏光を照射すると記録部分の磁化の向きによって、
反射光あるいは透過光の振動面は磁気カー効果あるいは
ファラデー効果のため、異った向きに回転する。したが
って検光子を挿入すれば、磁化に対応した信号が読み出
せる。

さらに、記録された情報を消去するときは、上述した情
報書き込み時の磁場Ｈと逆方向の磁場を加えるととも
に、熱を加えると、加熱された部分の磁化は元の向に戻
すことができる故、その記録媒体を反復使用することが
できる。

光磁気記録材料の主な材料名と、その特性を下記の表−
１に列記する。

ただし、表−１中のθ_k，θ_fはそれぞれカー回転角、フ
ァラデー回転角;LPEは液層エピタキシャル法による成
膜;ICは鉄ガーネットであることを示す。

上述した光磁気記録材料で成膜したときの膜の結晶構造
を分類すると多結晶膜、単結晶膜、非晶質（以下「アモ
ルファス」という）膜に大別できる。

Ａ）多結晶膜： 1960年代後半から1970年代前半にかけて多くの結晶膜材
料が調査検討されたが、未だ実用化されていない。

すなわち、MnBiは360℃に相転移点があり、化学的に不
安定である。EuOはキュリー点が室温以下であり、垂直
磁化が得られない。

PtCoはキュリー点が高温に過ぎ、消去磁場を大にしなけ
ればならない欠点があった。

近年開発されたMuBiCuは、相転移がなく、キュリー点も
適当な高さにあるため有望な材料と思われているが、未
だ実用化されていない。

Ｂ）単結晶膜：光磁気記録できる単結晶膜材料は、主に磁性ガーネツト
が知られているが、化学的に不安定である。反面、磁気
光学効果が大きい利点はある。しかし、記録に要するレ
ーザパワーが大きく、液相エピキシャル成長法（LPE
法）で成膜しなければならないから、大面積のものが作
れない。

最近は、蒸着やスパッタ法による多結晶膜として、ある
いはその熱処理による固相エピタキシャル膜として、ガ
ーネットやフェライト膜の開発が進められているが、未
だ実用階段には至っていない。

Ｃ）アモルファス膜：アモルファス膜材料として知られているのは、Gd,Tb,Dy
などの希土類元素と、Fe,Coなどの遷移元素の合金であ
って、いずれもフエリ磁性を示す。この合金系材料の中
に補償点記録材料も、キュリー点記録材料のものもあ
る。

補償点記録材料にはGdCoやGdFeなどがあるが保磁力が小
さ過ぎて安定性に欠ける上、均質な特性の大面積素子を
得るのが難かしいなどの不具合がある。

最近はGdCoにTbを添加して保磁力H_cを大きくする研究
や、TbFeCoなど保磁力の大きな材料を探索する検討が行
われている。

アモルファス膜材料のうち、キュリー点記録材料として
最初に検討されたのはTbFe膜である。この膜は記録感度
が高く、保磁力も大きい。

上述した各種光磁気記録材料膜のうちでもアモルファス
膜が半導体レーザで書き込み、再生消去でき、かつ大容
量メモリ材料として有用と考えられている。また、多結
晶膜の実用化は十分ではないが、材料の種類、処理方法
によっては有用な光磁気記録材料膜が作れると考えられ
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが、上述した光磁気記録材料膜中、アモルファス
膜の構成元素は、希土類元素と遷移金属元素であり、こ
れらの元素はもともと酸化されやすく、経時劣化を防ぐ
ことが難かしく実用に供する上で最大の問題であった。
このような経時劣化を改善するため、第３元素を添加す
る方法が提案された。たとえば、Al,Cr,TiあるいはPtな
どの貴金属元素を添加するこころみがなされた。

しかし、これらの添加元素は、添加量を増すと、本来の
反射率、カー回転角等が劣化する。たとえば、応用磁気
学会主催の第９回日本応用磁気学会における『第９回日
本応用磁気学会学術講演概要集』第209頁に掲載された
田中氏他による報告「添加元素による光磁気ディスクの
長寿命化」および同文献の第210頁に掲載された松島氏
他による報告「GdTbFeCo4元系光磁気記録媒体の耐久
性」において、それぞれTi,Crの添加量を増大するとカ
ー回転角の劣化およびPtの添加によってもカー回転角の
劣化が著るしく満足できるものがなかった。

また、MnBi,MnBiCu等の多結晶膜の光磁気記録材料膜の
場合も、その光磁気特性が劣化する傾向があった。

この発明は経時劣化の小さい記録層を有する光磁気記録
媒体を提供しようとするものである。

また、この発明は、経時劣化が小さいのみならず高感度
記録および再生容易な光磁気記録媒体を提供しようとす
るものである。

〈問題点を解決するための手段〉上述の問題を解決するためこの発明の光磁気記録媒体
は、記録層がInを添加した光磁気記録材料のアモルファ
ス膜又は多結晶膜で構成してなる光磁気記録媒体であっ
て、上記光磁気記録材料に添加するInを記録層の表面お
よび底面のうちのいずれか一又は両面側が内部よりも高
くなるように濃度分布を与えることによって、特に経時
劣化を効率的に小さくできる。

また、この発明の光磁気記録媒体は記録層を希土類元素
と遷移金属元素からなる合金材料にInに添加したアモル
ファス膜で構成したものが特に効果が優れている。

さらに、またこの発明の光磁気記録媒体は記録層をMnB
i,MnBiCuなどの多結晶膜で構成したものであってもよ
い。

〈作用〉以上のように光磁気記録層をInを添加した光磁気記録材
料で構成しているから水分、酸素等が光磁気記録層の表
面から内部に侵入し、材料を酸化し磁気特性を劣化する
ことがない。また、実験結果によれば光磁気記録層のカ
ー回転角あるいはファラデー回転角の劣化も殆んどな
い。

〈実施例〉次に、実施例および比較例に基づいてこの発明を具体的
に説明する。

（実施例１〜５）（Ａ）製造方法：第１図は実施例の光磁気記録媒体の成膜に使用する高周
波スパッタ装置11の概略構成を示す。

第１図の高周波スパッタ装置11は、真空槽４内に設けた
ターゲット側電極５、基板側電極７、高周波電源８、ス
パッタガス供給源９とからなっている。さらにターゲッ
ト側電極５および基板側電極７は真空槽４外から供給さ
れる冷却水によって冷却されており、ターゲット側電極
５上に成膜しようとする光磁気記録媒体の構成元素であ
る純度99.99％、大きさ100mmφのFe6−1,純度99.99％、
大きさ10mm角のTbペレット６−２および5mm角以下のIn
片６−３が載置され複合ターゲットを形成している。ま
た、基板10としてガラス板を基板側電極７上に配置す
る。

しかし、Inは融点が低いため先にスパッタされやすい。
従って、Inの制御には注意が必要である。例えば、In片
を電極内の電界密度の低い部位に設置するか、その影響
が少ないようIn片を小さくする必要がある。具体的に
は、基板10のIn濃度を増大させるためには、In片６−３
をターゲット上に配置すればよく、表面側のIn濃度を増
大させたい場合には、前記電解強度の小さい部位にIn片
を配置すればよい。また、図示していない別のターゲッ
トからInをスパッタする、などの方法によればInの濃度
分布を与えるのは容易である。

この装置11を用いて光磁気記録媒体を成膜するときは、
図示しない排気系を作動して真空槽４内を８×10^-7Torr
以下に排気した後、スパッタガスとしてガス供給源９か
らArガスを真空槽４内に導き、槽内のスパッタガス圧を
４×10^-2〜８×10^-2Torrにし高周波放電させたところ、
基板10上にInを添加したTbFeアモルファス膜が500〜800
Åの厚さに堆積していた。この膜厚さは図示しない段差
計で計測し、膜組成はTbおよびInペレットの数でコント
ロールし、Ｘ線光電子分光計で分析した。

以上のようにして順次作製した試料をNo.1,No.2,…,No.
5と名付ける。ただし、No.1,No.2,No.3,No.5の膜組成は
Inの組成Ｙ（at.％）が、0.7〜1.4;2;3〜6;50の濃度分
布を与えられており、(TbFe)_1-YIn_Yの組成をもってい
る。またNo.4はTbFeCoの組成が（各25−60−15atm.％）
からなる合金ターゲットを用いて作製されている。

（比較例１）ターゲット側電極５上にInペレットを載置しない以外は
実施例１と同様の方法で作製した試料をNo.6とした。

（比較例２） No.3と同様な方法で作製し表面又は表層のIn量を0.7〜
0.9の濃度分布にした試料をNo.7とした。

（実施例６）基板10としてポリカーボネイト（PC）を用いた以外は、
試料No.3と同様の複合ターゲットおよび方法により作製
した試料をNo.8とした。

（実施例７）基板としてポリ・メチル・メタクリレート（PMMA）を用
いた以外は試料No.3と同様の複合ターゲットおよび方法
により作製した試料をNo.9とした。

（Ｂ）特性試験：次に、上述の試料No.1〜No.9のカー回転角、磁化変化率
の経時劣化率について測定結果を表−２に示す。

表−２の各試料の反射率は日立製Ｈ−340L型紫外・可視
分光光度計を用い、波長850−600nmの範囲で走査した
（表２には830nmでの値の変化率を示した）。磁気特性
は振動型磁力計（米国プリンストン製モデル155型）を
用い、最大磁場10kOeで測定した。表２中の〈〉付の
試料は残留磁化Irに相当するｙ（磁化）軸を横切る点で
整理した。

また、試料のカー回転角は、日本応用磁気学会編、『第
27回研究会試料』No.27−9,pp.41−48に掲載された阿部
氏による報告「CoCr膜のカー効果と光磁気メモリーへの
応用」による偏光面変調法にしたがって測定し、成膜後
のカーヒステリシスからθ_kの値（相対値）を求め、試
料No.6（比較例）のθ_kを規準にした相対値で示した。
これからわかるように、θ_kの初期特性はｙ＝0.7−20
（at.％）では、ｙ＝０の比較例に比べてむしろ大き
い。しかし、ｙ＝50（at.％）では、0.95（膜面）、0.9
（ガラス面）と若干低下しており、In濃度には適性な濃
度範囲（少なくとも0.7at.％以上50at.％未満）がある
ことがわかる。

また、成膜後試料をのオージェ（Auger）分光計を用い
てその深さ方向の元素濃度を調べた。結果を表２のIn濃
度比らんに示した。その特徴は不純物であるIn元素の膜
内部の平均的濃度に対して表面又は表面から深さ50〜80
Åの間の表層のIn濃度が1.02〜10であることが比較例N
o.7と異なっている。

なお、元素濃度はコンタミネーションを除いたTb,Fe,お
よびIn元素の３元素に着目して合計100％で規格化し
た。

次に、経時劣化特性は試料を70℃、85％の恒温槽に入れ
て測定した結果を示した。

特性は恒温そうから試料を一時とり出し、反射率と、磁
化（Ｈ＝10kOeのときの磁化）又は残留磁化Ir（Ｉ−Ｈ
曲線がｙ軸へ横切る点の値）の値で示し、表２に記し
た。表では各試料について、各々の初期の特性値からの
変化（相対値）で記した。曝露時間は測定時間を除いて
上記条件の恒温そうに入れた時間の積算で示したもので
ある。

表−２から、以下のことが判る。

（１）比較例No.6では初期（２時間）から反射率、磁化
とも大幅に低下し初めているが、Inを含む実施例の試料
No.1〜No.5の場合は反射率変化（１−ΔR/R）は全くみ
られず、磁化低下I/Ioも小さい。

（２）比較例の試料No.6の場合は20時間放置で膜は完全
劣化し、膜表面が透明化し磁性も失っているが、Inを添
加した本実施例の試料No.1〜No.5の場合は、120時間放
置しても反射率変化および磁性の低下は何れも小さい。

参考のため、本実施例の試料No.2と比較例の試料No.6を
70℃、相対湿度85％の条件の恒温槽中でそれぞれ120時
間および２時間保持した後、得られた各試料表面に可視
光を照射し、その反射光を光学顕微鏡で観察した結果を
第２図および第３図に示す。ただし、第２図は上述した
試料No.2の顕微鏡写真の模写図、第３図は顕微鏡写真で
示した。図中、向い部分は試料表面が金属光沢を示し、
照射光が強く反射され写真上において白く現われ、黒い
部分は上記雰囲気中に放置されたために酸化され、透明
化される。したがって、酸化の進行度の大小の応じ写真
上黒の濃度として観察される。

すなわち、試料No.2の場合は70℃、相対湿度85％の恒温
槽中で120時間保持するとその表面に黒点で示すようピ
ンホールが観測されるが、これは上記条件で熱する初期
の状態に比べて殆んど変化しておらず、表面は全く酸化
していないことを示している。これに反し、比較例の試
料No.6の場合は70℃、相対湿度85％の恒温槽中に２時間
保持しただけで表面の黒化が急激に増大し、酸化されて
いることを示している。

（３）表には示していないが、120時間70℃85％環境下
に暴露した後の膜のカーヒステリシスを測ったところ、
No.2,No.3の各試料については基板面膜面両方からカー
ヒステリシスが得られた。とくにNo.2では基板面からの
カー回転角（相対値）は試験前の値と同一で劣化してい
ない。

（４）試料No.4はTMとしてFeCoの２元素から成るTbFeCo
3元素をベースとしているが、Inの効果はTbFe2元系と全
く同様にみられた。

（５）Inを多量に添加すると（試料No.5），角形のカー
ループは示さないが磁性は持つ。この場合も反射率、磁
化の経時安定性は高い。

（６）比較例No.7は実施例No.3ど同様な方法で成膜した
ので、No.3と同様平均的な経時劣化特性は良い。しかし
ながら細かいピンホールが発生した。これは表面又は表
層のIn濃度が小さいためである。

（７）なお成膜直後のカーループで、θ_kの値はNo.6と
同一かそれ以上の値であり、In元素を含むことによるθ
_kの低下はみられない。

以上のように、本発明になるInを含む希土類−遷移金属
元素アモルファス膜は70℃85％の環境下でも極めて安定
な特性を示しピンホールの発生も少ないことは明らかで
ある。なお、In添加量としては、50at％以下、好ましく
は20at％未満がよい。

本実施例は光磁気記録材料として、TbFe,TbFeCoを用い
たものについて説明したが、希土類元素としてTbの代り
に、La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Er,Tu,Yb,Lu,Sc,Y
を単独または混合して用いてもよく、遷移金属としてF
e,FeCoの代りにFe,Co,Niを単独または混合して用いて
も、In添加したアモルファス膜によつても同様の効果が
得られる。

また希土類元素−遷移金属元素にInを添加したアモルフ
ァス膜でなくても結晶および結晶質構造を持つ光磁気記
録媒体であるMnBi,MuBiCu,PtCoにおいてもIn元素添加に
よって同様の効果が得られる。

また、本実施例では高周波スパッタ法によって成膜した
ものについて述べたが、他の蒸着法、あるいはイオンビ
ームスパッタ等の他の成膜手段を用いても同様な効果が
ある。また、In元素の他、同等な電気陰性度を有する元
素、例えばZn,Ga,Cd,Ge,Sn,Pb,Sn等の元素を用いても同
様な効果が期待できる。

Inのコントロールは多元のターゲットをもつスパッタあ
るいは蒸着装置ならば容易に実現可能である。しかも、
Inの濃度、勾配は本来の磁気的光学的特性をさまたげな
い範囲で拡大させることは可能であり、表面又は表層で
あることは本発明の効果を何ら限定するものでない。

〈発明の効果〉以上の説明から明らかなように、この発明の光磁気記録
媒体は、第１にIn元素を含んでいることによって、さら
には第２の要因として膜表面又は表層の濃度が膜内部の
平均的な濃度の1.03〜10倍と高いことによって、経時劣
化が少なく、極めて安定した光磁気記録媒体である。ま
た、従来指摘されているようなカー回転角θ_kの低下も
少ないばかりか、却って増大する利点がある。

さらに、この発明の光磁気記録媒体は、下地層、オーバ
コート等の保護層の付与、あるいはディスク化したとき
エアサンドイッチ構造とを組合せることにより、書替え
可能な光磁気ディスクとして極めて高信頼な媒体が得ら
れることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の光磁気記録媒体の成膜に使用する高周
波スパッタ装置の概略構成図、第２図は実施例の試料を
温度70℃、相対温度85％の恒温槽中で120時間放置後の
試料表面の状態を示す顕微鏡写真の模写図、第３図は比
較例の試料No.6を温度70℃、相対湿度85％の恒温槽中で
２時間放置後の試料表面の状態を示す顕微鏡写真、第４
図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は光磁気記録媒体への情報の書き
込み方法の原理説明図である。図中、１……記録層、２……記録しようとする部分、３
……磁場、４……真空槽、５……ターゲット側電極、７
……基板側電極、８……高周波電源、９……スパッタガ
ス供給源、10……基板、11（全体符号）……高周波スパ
ッタ装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録層がInを添加した光磁気記録材料のア
モルファス膜又は多結晶膜で構成してなる光磁気記録媒
体であって、上記光磁気記録材料に添加するInを、記録層の表面又は
底面あるいは両者側が内部よりも高くなるように濃度分
布を与えることを特徴とする光磁気記録媒体。
【請求項２】上記Inを添加する光磁気記録材料は希土類
元素および遷移金属元素の合金材料とすることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の光磁気記録媒体。
【請求項３】上記Inを添加する光磁気記録材料はMnBi,M
nBiCu,およびPtCoのうちいずれか一とすることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の光磁気記録媒体。