JPS601637A - 熱−磁気−光記録装置および該装置用の記録素子 - 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】 本発明は、磁気光学活性層を担持する基板を有する記録
素子と、レーザ光源と、該レーザビームの光を前記記録
素子の選択個所に集束する装置上、前記磁気光学活性層
からの復帰光路内に配置された偏光光学系および光電検
出器を含む磁気光学検出装置とを具え、前記磁気光学活
性層は前記レーザ光源と該レーザ光源からの光を反射す
る層との間に配置されている熱−磁気−光記録装置に関
するものである。本発明は斯る記録装置用の記録素子に
も関するものである。

雑誌［Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｊ　Ｖｏ！。

５８１　Ａ　６　＋Ｊｕｎｅ　１９８２　、１）ｐ、　
４４９１−９８から、ＭｎＢ１゜Ｇ＋１１ｒｅ、　Ｔｂ
ＦｅおよびＧｄ０ｏのような材料は光記録装置用の例え
ば磁気光学記録素子の形態の記録素子に使用できること
が既知である。通常これらの材料はガラス基板、シリコ
ン板等の上に真空中で蒸着またはスパッタされて磁気光
学記録素子用の薄膜に形成される。磁気光学記録素子は
一般に次の特性を有する。第１に、磁化容易軸が膜面に
垂−直であること、第２に、膜材料の磁化反転温度（キ
ュリ一温度および補償温度）が比較的低いことである。

磁化容易軸が膜面に垂直であるため、′１”および０”
の形の２進情報をこれら２つの値に対し上向きの砒化お
よび下向きの磁化を用いることにより記録することがで
き、従って装置をディジタルメモリとして使用すること
ができる。キュリ一点書込みとして既知の磁気光学記録
方法は次の通りである。先ず初めに、膜全体を例えば下
向きに磁化し、ｏ　ｌ′状態にする。１”を記録する必
要があるときは、レーザビームをこの記録を行なうべき
領域に照射すると同時に上向きの外部磁界を加える。照
射領域はレーザエネルギーによりキュリ一温度に近い温
度に加熱され、冷却時に外部磁界が゛′捕促“され、該
領域の膜の磁化方向が上向きになって“１　”が記録さ
れる。情報″Ｏ″を記録するときは、初期状態が既にθ
″であるためその記録領域をレーザビームで照射しない
。

レーザビームで照射されなかった領域はキュリ一温度よ
り十分低い温度に維持され、十分大きな保磁力Ｈ８を有
するので、磁化方向は外部磁界により反転されず、下向
き０″のままとなる。

記憶情報を読取るときは、平面偏光ビームを用いて記録
素子を走査する。このときその反射ビームの偏光面が読
取ビット位置の磁化が６上向き″か６下向き″かに応じ
て一方向または反対方向に回転し、これを検出する。こ
の読取法は磁気光学読取と称されている。

熱磁気記録と磁気光学読取とを一緒に魅力的に使用し得
るようにするには舊込みと読取りの双方に対して所定の
条件を満足させる必要がある。

十分大きな信号対雑音比を達成するためには、磁気光学
回転角の２乗と膜の透過率または反射率との積である磁
気光特性のＱまたは性能指数をできるだけ大きくする必
要がある。磁気光学性能指数は、上述した金属磁気光学
材料を反射形記録素子に使用する場合には反射による磁
気光学回転（カー回転）が比較的小さいために、また透
過形記録素子に使用する場合には吸収が大きいために小
さくなる。上述の刊行物［Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ　Ｊから、金属層を反射形記録素子に使用する場合
には金属層を十分に薄くすると共にその背後に反射面を
精密な所定距離Ｑこ配置していわゆる８層構造にするこ
とによって性能指数を増大させることができることが既
知である。

他方、高い磁気光学性能指数はガーネット構造を有する
単結晶磁気光学材料（この材料は所定の波長範囲の光Ｇ
こついて低い吸収で極めて高いファラデー回転を示す）
を用いることにより実現することができる。しかし、低
い吸収の結果としてこの種の材料は書込処理において欠
点を有する。即ち、低い吸収のために磁気光学材料層内
への光の結合が悪く、エネルギー伝達が低い。この結果
として磁気元学桐材層をキュリ一温度に加熱するのに同
じ厚さの金属層を用いる場合より著しく大きなレーザパ
ワーが必要になる。前記層内への光の結合は層を厚くす
ることにより増大させることができるが、厚い層には極
めて小さいビットを記録することができず、この場合に
は記録密度が最適にならなくなる。

本発明の目的は読取処理において改善された大きな信号
対雑音比が十分高い記録密度および効率の良い書込処理
と一緒に得られるようにした頭書に記載したタイプの書
込装置を提供せんとするにある。

本発明は磁気光学活性層を担持する基板を有する記録素
子と、レーザ光源と、該レーザ光源の光を前記記録素子
の選択個所に集束する装置とを具え、前記磁気ｙＣ学活
性層は前記レーザ光源と該レーザ光源からの光を反射す
る層との間に配置され、前記磁気光学活性層を経て戻る
光路内に偏光光学系と光電検出器を含む磁気光学検出装
置を具える熱−磁気−光記録装置において、前記磁気光
学活性層はスピネル構造を有するＦｅ　を主成分とする
材料の厚さｄ工の多結晶酸化物層とし、且つ前記レーザ
光源の光に対し透明な厚さｄ、の透電体材料の層を前記
磁気光学活性層と前記反射層との間に介挿し、前記厚さ
ｄｏおよびｄ２は前記磁気光学活性層の表面から戻って
くるレーザ光源の平面偏光と前記磁気光学活性層および
前記誘電体層を少くとも２度横切って前記反射層から戻
ってくる光との間に弱め合う干渉（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉ
ｖｅ　１ｎｔｅｒ−ｆｅＤｅｎｃｅ　）が生ずるように
選択し、厚さｄ□は前記誘電体層がない場合に斯る弱め
合う干渉を発生するには小さすぎる値に選択したことを
特徴とする。

スピネル構造を有する鉄を主成分とする酸化物強磁性材
料の層、例えばマグネタイ）　（Ｆｅ８０．　）および
特に置換または非置換のコバルト７エライ）　（ＧｏＪ
ｅ）８０．の層は高い磁気光学７アラデテ効果またはカ
ー効果を示さず、そのため磁気光学再生糸の信号対雑音
比を大きくする必要がある場合には使用Ｑこ適さないも
のと思われる。しかし、特定の波長範囲における特定の
吸収係数を利用してこれらの層を用いて、読取特性に関
して前述の金属膜を有するものより著しく優れていると
共に書込特性に関してガーネット膜を有するものより著
しく優れた磁気光学記録素子を設計することができるこ
とを確かめた。

本発明の実験の結果、光源と反射層との間に配置された
鉄酸化物系の多結晶材料の磁気光学活性層の厚さは光源
の波長において弱め合う干渉が起るように選択し得るこ
とが証明された。これは、活性層の外面で反射された光
線がこの層を通過して反射層から戻ってくる光線と逆位
相になることを意味する。これは磁気光学活性層が所定
の厚さく材料により異なる）のときに検出光の磁気光学
回転が極値になることと関連する。すなわち、この層の
厚さの関数としての磁気光学効果はピークは磁気光学効
果が弱くなってしまうことを意味する。本発明では磁気
光学活性層と反射層との間に誘電体層を介挿する。この
誘電体層の厚さを適当に選択することによって磁気光学
効果のピーク特性を層の関数として６なだらか”なもの
とすることができる。この結果、磁気光学活性層の厚さ
は臨界的でなくなり、その厚さを熱伝導率から見て最適
な値にすることができる。活性層が厚くなればなるほど
、レーザスポットの拡がりが大きくなる。

磁気光学回転は磁気光学活性層の厚さを増大するにつれ
て大きくなるが、反射が減少する。このことは使用する
活性層の厚さをこの点についても妥協点を見い出すよう
に決めることになることを意味する。一方、書込処理の
ためには光の結合をできるだけ良くする必要があり、従
って反射をできるだけ低くする必要がある。他方、読取
処理のためには信号を十分に強くする必要があり、従っ
て装置に応じて反射に下限値を定める必要がある。

実際上この下限値は例えば１０％である。

本発明に極めて好適なレーザは７８０〜８７０ｎｍの波
長範囲の光を発生するＡｌＧａＡｓレーザである。尚、
６８０ｎｍを中心とする波長範囲の光を発生するＨｅ　
−Ｈｅレーザを用いることもできる。

スピネル構造を有するＦｅ８＋糸の酸化物材料、例えば
前記マグネタイトおよびコバルトフェライトでは４００
〜９　Ｕ　Ｏｎｍの波長範囲において好適な吸収係数を
有することを利用して上述の最適化が可能であるが、極
めて低い吸収係数を有するガーネット材料では不可能で
ある。

反射層は交互に高い屈折率と低い屈折率を有する１λ層
から成る多層誘電体グイクロイックミラ−または金属層
（例えばＡり、ＡｌまたはＡｕ　）とすることができる
。

誘電体中間層により装置の光学特性を教養することもで
きる。多結晶磁気光学活性層は一般に粒状構造を有する
ため（これは層をスパッタリング法により設ける場合よ
りもスプレー法により設ける場合に言える）、その上に
好ましくは略々同一の屈折率を有する平滑な誘電体層を
設けることにより粒状構造の結果化ずる雑音を抑圧する
ことができる。

好適な表面張力を有する誘電体材料の中間層を磁気光学
活性層上にスピニング処理により設けることによって、
反射層が設けられる誘電体材料層の上面を極めて平滑Ｇ
こすることができる。これにより反射層における迷光現
象が避けられる０スピニング処理性の観点から好適な中
間層の材料はフォトラッカーに加えて重合合成樹脂、例
えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネイト
樹脂、ポリイミド樹脂およびポリアクリレート樹脂であ
る。

４００〜９００　ｎｍの波長範囲内における選択波長に
おいて誘電体材料の屈折率が磁気光学活性層料の屈折率
から１５％以上相違しないようにすると、磁気光学活性
層の゛粗い”表面での反射が僅かになる。これＱこより
雑音が更に抑圧される。

コバルトフェライト（ｎ−２゜７）の磁気光学活性層に
対しては誘電体中間層の材料として例えばＣｅＯ（ｎ−
２，７）およびＺ’ｎＳ　（ｎ　−２，４）が屈折率の
点から好適であるものと考えられる。

本発明は特に、回転ディスクの形態の記録素子を有する
上述した熱−磁気一光メモリ装置に関するものである。

以下本発明を図面を参照して実施例につき詳細に説明す
る。

第１図は軸２を中心に回転し得るディスクとして示しで
ある記録素子１を有する熱−磁気−光記録装置を示す。

レーザ光源８は記録素子１の表面４の上方に配置される
。レーザ光源８は例えば７８０　ｎｍ〜８７　ｏ　ｎｍ
の範囲内の波長を有する光を発生し得る１ＧａＡｓダイ
オードレーザとする。

特性波長は７８０　ｎｍである。斯るレーザは小形で、
記録素子に対しく例えば半径方向に）移動可能に配置す
るのに好適である。

レーザ光源８の光はレンズ糸５，６により記録素子１の
点Ｐに集束される。その光路内に少くとも読取処理に使
用する偏光子７を配置する。この光路内には更に、例え
ば９０％の透過率Ｔを有する半透鏡を配置し、反射され
てきた光の一部を集束制御のための検出装置９に供給す
る。更に半透鏡１０（Ｔ−７５％）を光路内に配置して
、反射されてきた光の一部を検光子１１およびレンズ１
２を経て光電検出器１３（例えばＳｉ−アバランシェ検
出器）に供給する。書込処理においては、レーザ光源８
の集束光ビームを用いて記録素子１のＭ方向に予め磁化
されている磁気光学活性層１６（第２図）の選択した情
報ビット領域を略々キュリ一温度に加熱する。非置換コ
バルトフェライトの特性キュリ一温度は約５２０°Ｃで
ある。斯る温度上昇は、１０ｏｏｏＯｅ程度の反磁界Ｍ
′を発生するコイル１４の励磁と相まって照射情報ビッ
ト領域の磁化を冷却時に反転させるのに十分である０ 読取処理は同一のレーザ光源８の低減パワーで走査して
反射光を検出することにより行なわれる。

記録素子ｌに入射した平面偏光ビームの偏光面は反射後
に所定角度だけ回転する。この回転は０”または１ｎの
存在に応じてフォトダイオード１８の前の検光子１１に
より強度差に変換される。

本発明では低い陛込パワーと最大のＨｉ磁気光学効果を
同時に得るために、記録素子ｌは極めて特殊の組成およ
び厚さを有する磁気光学活性層で構成すると共にこれを
誘電体層および反射層と組合わせる。

第２ａ図は磁気光学活性層１６が設けられている非磁性
基板１５（例えばアモルファスＳｉｏ２とすることがで
きる）を示す。本発明では活性層１６はスピネル結晶構
造を有するＦｅ　を主成分とする多結晶酸化物材料、例
えばＦｅ８ｏ、または（００，Ｆｅ）８０４から成る。

−例として、（ｃｏ、Ｆｅ）Ｂ’％　（コバルト７エラ
イトンタイブの林料、特に０ｏＦｅ、Ｏ，の組成のもの
Ｑこついて以下に説明する。この多結晶林料は十分大き
な表面上に、例えばスプレー処理により設けて十分大き
な垂直磁気異方性を有する層が得られている。この点は
例えば単結晶ガーネット材料と異なる点である。更に、
これら層の光源波長（７８０〜８７　Ｕ　ｎｍ　）に対
する吸収係数は書込処理と読出処理の双方に関し極めて
好適である。

層１６の厚さｄ□は使用するレーザ光源８の波長および
層１Ｂの材料の吸収係数に関連させて界面１６／１５で
反射されたビーム１９ａおよび金属反射層１８で反射さ
れて戻るビーム２０，２１゜２２等から有用な磁気光学
効果が得られるようにする。層１６における吸収、層１
８の反射率≠１および界面１５７１６の反射の結果とし
て復帰光ビームの強度は徐々に小さくなる。使用波長に
対し透明な誘電体層１７を層１６および１８間に介挿し
、その厚さｄ２は層１６の厚さｄ□と相まつて最適な磁
気光学回転が得られるように選択する。

これをどのように選択するかについては後【こ説明する
。

第２ａ図の構成では、光は基板１５を経て磁気光学活性
層１６上に入射する。しかし、第２ｂ図に示すように、
光が磁気光学活性層１６上に直接入射するように構成す
ることもできる。この場合には反射層１８は基板１５と
磁気光学活性層１６との間に設ける。

第３図中の差し込み図に示すような層構造を有する記録
素子において、中間層１７がない（ｄ。

−〇ン場合には磁気光学活性０ｏＦｅ２０．層１６の光
学厚さｎ　１　ｄ□の閃数としてのカー回転２θには強
いピ〜りを持った変化を示し、ビータを生ずる層厚値は
使用する光の波長に依存する。第３図に示すグラフは波
長λ−７８０１ｍを有する光を使用した場合の状態を示
す。このカー回転のピーク変化は層１６に“おいて弱め
合う干渉が生ずるが否がと関係がある。弱め合う干渉が
０．５７μｍのｎｌｄ工の値で発生し、光ビームが単に
２倍になるのではないことは後者の場合には回転が７ア
ラデ一回転（０，５７μｍの層厚に対し１．６°）の２
倍以上になり得ないことから明らかである。しかし、弱
め合う干渉の結果として８．５°の回転２θｋが測定さ
れる。

ｎ１ｄニー０．９６μｍにおいて極値２θに一８°が発
生する。これらの回転の最大値においては反射率が最小
値になり、ｎ１ｄ、　−ｏ　−５７において反射率Ｒは
２０％　、ｎ１ｄ□−〇。９６μｍにおいて反射率Ｒは
６％である（第４図）。

ここで他の理由のために層１６をカー回転の最大値が発
生する厚さにできない場合には、回転値は著しく低下す
る。この場合にはこの低下を本発明に従って誘電体材料
層１７を磁気光学活性層ＩＢとｙ耐層１８との間に介挿
することによって大きく制限することができる。所望の
結果を達成するためには斯る中間層１７の光学厚ざｎ、
（１２を層１６の光学厚きｎ　１　ｄ　ｌに対し精密に
調整する必要がある。これを第４図を参照して説明する
。この図は、光学厚ｇ　ｎ１ｄｉ　””　Ｕ　−８９ｐ
ｍを有する０ＯＦｅ２０４の層１６から出発して、０か
ら０．６μｍまで変化するｙＣ学厚さｎ２ｄ２を有する
誘電体層１７を介挿するとカー回転２θｋがどのように
変化するかを示すものである。反射率Ｒの変化および性
能指数（２θｋ）　Ｒも示しである。この図から、ｎ２
ｄ２の好適値は例えば０．１９であることが導き出せる
。（２θｋ）２Ｒはｎ２ｄ２−０．１９μｍを中心に減
少するが、例えば５０％までは装置に有用であってＲ２
ｄＢの値は０．１９μｍを中心とするかなり広い範囲に
亘って有用である。

誘電体中間層１７の最適な光学厚さはＯｏＦｅ　２０゜
の磁気光学活性層１６の０から０．７８μｍまで変化す
る光学厚さｎ１ｄよに対しては第５図のグラフに示す実
線を参照して決めることができる。各線に斜線区域を示
しである。この斜線区域はカー回転の５０％減を許容し
得る場合に対する有用なｎ　２　ｄ　２の値範囲を示す
。

第６図は第２ａ図の層構造の記録素子において（３ｏＦ
ｅ　２０４の磁気光学活性層１６の光学厚さｎ１ａｚの
関数として上述したように最適化したカー回転２θｋ（
０１）ｔ）を示すものである。第８図に示す状態からの
差は一目瞭然である。

第２ａ図に示す層構造の記録素子においては、層１６上
に誘電体中間層１７を液相（例えば希釈したホトラッカ
ー）からスピニング方法により設けて平滑な表面を得、
その上に反射層１８を設は得るようにするのが極めて有
利である。この誘電体中間層の表面を平滑にすればする
ほど雑音が少なくなる。このようにすると２０　ｄＢの
改善を実現し得ることが確かめられた。層１７をスピニ
ング方法により設けることとは関係なく、層１７の材料
は層１６の材料の屈折率とできるだけ一致する屈折率を
有するのが望ましい。

必至一応じ（Ｏｏ、Ｆｅ）８０．のＦｅ　８＋イオンを
例えばＡ”Ｈｒ−＋Ｑ＋およびｃｒ８＋と置換してキュ
リ一温度を下げる二とができる。しかし、キュリ一温度
が低下すると、室温での磁化および従って回転も低下す
る。これが望ましくない場合には、上述の置換の代りに
（ａ０１１＋　＋Ｘ　）の置換を行なうことができる（
ここでＸは４価の金属イオン（例えばＴｉ”　、Ｓｎ”
　、Ｉｒ”　、Ｖ”　）である。この場合にも室温での
磁化が低下するが、その悪影響は抑制されて回転が僅か
に増大する０ 例えばＣ０Ｆｅ２Ｏ，の金属イオンの置換の他の効果は
屈折率ｎが変化することである。例えば、ｎが小さくな
ると、カー回転の同一の最適値を維持するのに一層厚い
磁気光学活性層が必要になる。例えば一層大きな熱エネ
ルギーがビットの書込みに必要とされるために厚い層が
望ましくない場合には、本発明によれば誘電体中間層の
厚さを適当Ｇこ選択することによりカー回転の低下を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱−磁気−光記録装置を示す線図、第２ａおよ
び２ｂ図は本発明熱−磁気−光記録装置の記録素子の断
面図、 第３図は同図中に示ず層構造の記録素子の７８０ｎｍの
波長の光に対するカー回転角θｋをその磁気光学活性層
の光学厚さｎｌ　ａ□の関数として示すグラフ、 第４図は第２図に示す層構造の記録素子の反射係数Ｒ１
カー回転角θにおよび性能指１（２０ｋ）Ｒをその誘電
体層の光学厚さの関数として示すグラ１ 第５図は第２図に示す層構造の記録素子の誘電体層の最
適光学厚さｎ、ｄ、を関連する磁気光学活性層の光学厚
さｎ　ｘｄ工の関数として示すグラフ、第６図は第８図
中に示す層構造の記録素子の最適カー回転角２θｋをそ
の磁気光学活性層の光学厚さｎ　１ｄ□の関数として示
す図である。 １・・・記録素子　２・・・回転軸 ８・・・レーザｊｌ　５１６・・・レンズ７・・・偏光
子　８，１０・・・半透鏡９・・・集束制御用検出装置 １１・・・検光子　１２・・・レンズ １８・・・光電検出器　１４・・・コイル１５・・・基
板　１６・・・磁気光学活性層１７・・・誘電体中間層
　１８・・・反射層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　磁気光学活性層を担持する基板を有する記録素子と
   、レーザ光源と、該レーザ光源の光を前記記録素子の選
   択個所に集束する装置とを具え、前記磁気光学活性層は
   前記レーザ光源と該レーザ光源からの光を反射する層と
   の間に配置され、前記磁気光学活性層を経て戻る光路内
   に偏光光学系と光電検出器を含む磁気光学検出装置を具
   える熱−磁気−光記録装置において、前記磁気光学活性
   層はスピネル構造を有するＦｅ　を主成分とする材料の
   厚さｄ□の多結晶酸化物層とし、且つ前記レーザ光源の
   光に対し透明な厚さｄ２の透電体材料の層を前記磁気光
   学活性層と前記反射層との間に介挿し、前記厚さｄｏお
   よびｄ２は前記磁気光学活性層の表面から戻ってくるレ
   ーザ光源の平面偏光と前記磁気光学活性層および前記誘
   電体層を少くとも２度横切って前記反射層から戻ってく
   る光との間に弱め合う干渉が生ずるように選択し、厚さ
   ｄｏは前記誘電体層がない場合に斯る弱め合う干渉を発
   生するＧこは小さすぎる値に選択したことを特徴とする
   熱−磁気−光記録装置。 ａ　特許請求の範囲１記載の記録装置において、前記誘
   電体材料の層は液相からスピニングにより設けられたも
   のであることを特徴とする熱−磁気−光記録装置。 ＆　特許請求の範囲２記載の記録装置において、前記誘
   電体材料はフォトラッカーまたは重合合成樹脂であるこ
   とを特徴とする熱−磁気−光記録装置。 生　特許請求の範囲１記載の記録装置において、前記誘
   電体材料の層は４００〜９００　ｎｍの波長範囲内の選
   択波長において前記磁気光学活性材料の屈折率と１５％
   以上相違しない屈折率を有することを特徴とする熱−磁
   気−光記録装置。 丘　特許請求の範ＦＨＪｌ−４の何れかに記録記載？ 装置において、前記スピネル構造を有するＦｅ　を主成
   分とする酸化物材料はコバルトフェライトである仁とを
   特徴とする熱−磁気−光記録装置。 α　特許請求の範囲１〜５の何れかに記載の記録装置に
   おいて、前記レーザ光源は７３０〜８７０　ｎｍの波長
   範囲内の波長を有する光を発生することを特徴とする熱
   −磁気−光記録装置ｆ　。 ７、　特許請求の範囲１〜６の何れかに記載の記録装置
   において、前記基板は回転ディスクであるこ七を特徴と
   する熱−磁気−光記録装置。 ８　特許請求の範囲１〜７の何れかに記載の記録装置？
   ′０こ用いる記録素子。 ９　特許請求の範囲日記載の記録素子において、スピネ
   ル構造を有するＦｅ　を主成分とする０、０２５〜８μ
   ｍの光学厚さの多結晶酸化物材料から成る磁気光学活性
   層と、第５図のグラフに示すように前記磁気光学活性層
   の厚さに適合する光学厚さを有する誘電体材料の層とを
   具えることを特徴とする記録素子。