(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層の記録層を有する光磁気メモリにおいて、
前記各記録層は、室温とキュリー温度との範囲内で、各記録層の示す保磁力の温度変化曲線が少なくとも１ヶ所で交差するような材料として、ビスマスとガリウムとを置換したジスプロシウム鉄ガーネット（Ｂｉ，Ｇａ：ＤｙＩＧ）および、ビスマスとコバルト、ゲルマニウムを置換したジスプロシウム鉄ガーネット（Ｂｉ，Ｇｅ，Ｃｏ：ＤｙＩＧ）を用いてそれぞれ構成され、磁界の印加とレーザ照射により目的の記録層に対して情報の書き込みを可能にしたことを特徴とする多層光磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像や音声、コンピュータなどで、大容量メモリとして利用される、書き換え可能な多層光磁気メモリに係わり、特に磁気光学効果を示す波長と、光吸収とが存在する磁性体をメモリ媒体とし、さらに保磁力の温度変化が異なる磁性層を積層することにより、選択的な書き込みを可能にし、記録容量を著しく増大させるようにした多層光磁気メモリに関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、書き換え可能な多層光磁気メモリに関するもので、磁気的性質が異なる記録層を積層して光磁気メモリを形成し、印加磁界と書き込みレーザパワーを制御することにより、各々の記録層に対し、選択的な書き込みと、消去とを可能にするものである。
【０００３】
【従来の技術】
画像や音声、コンピューター等の大容量メモリとして利用される光磁気ディスクには、テルビウム・鉄・コバルト（ＴｂＦｅＣｏ）の非晶質合金層が用いられている。この光磁気ディスクでは、ディスク基板に設けてあるトラックサーボ用の溝、いわゆるグルーブに従ってレーザを集光し、集光スポット径が１μｍ程度のレーザにより、情報の記録・再生が行われている。また、さらなる高密度化のため、磁気超解像の適用や光源の短波長化による記録スポットの微小化などが進められている。
【０００４】
一方、記録層を多層化し、各層に情報を書き込むことによって記録容量の増大を図ったものも知られている。この多層記録方式では、多層構造にした膜の任意の一層に選択的に記録ビットを書き込む場合は、書き込み用レンズの位置を正確にコントロールして、書き込み対象となっている層に正確にピントを合わせる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した記録層を多層化して各記録層に情報を書き込む多層記録方式では、その層数に比例して記録容量を増大させることができるものの、情報を書き込む際に、書き込みを必要としない層における光吸収と他の層からの伝導熱のために温度が上昇し、誤書き込みが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、請求項１では、積層された各記録層のいずれかを選択して、情報の書き込みを行うことができ、これによって面積を増大させることなく記録容量を飛躍的に増大させることができる多層光磁気メモリを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、多層の記録層を有する光磁気メモリにおいて、前記各記録層は、室温とキュリー温度との範囲内で、各記録層の示す保磁力の温度変化曲線が少なくとも１ヶ所で交差するような材料として、ビスマスとガリウムとを置換したジスプロシウム鉄ガーネット（Ｂｉ，Ｇａ：ＤｙＩＧ）および、ビスマスとコバルト、ゲルマニウムを置換したジスプロシウム鉄ガーネット（Ｂｉ，Ｇｅ，Ｃｏ：ＤｙＩＧ）を用いてそれぞれ構成され、磁界の印加とレーザ照射により目的の記録層に対して情報の書き込みを可能にしたことを特徴としている。
【００１３】
詳述すると、本発明者達は、書き換え可能で、かつ大容量の光磁気メモリおよびメモリ媒体を開発することを目的として、種々の希土類・鉄・ガーネットと、これらを積層化した膜を作製して、磁気光学効果などの測定を行い、研究を重ねた結果、本発明に到達した。本発明では、光吸収と磁気光学効果が存在し、さらに保磁力の温度変化が異なる材料を記録媒体として選び、それを複数層、積層し、選択的な書き込みを可能にしたものである。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明は、多層の記録層を有する光磁気メモリにおいて、室温と、キュリー温度の範囲内で、各記録層の保磁力の温度変化曲線が少なくとも１ヶ所で交差するような材料としてビスマスとガリウムを置換したジスプロシウム鉄ガーネットと、ビスマスとコバルト、ゲルマニウムを置換したジスプロシウム鉄ガーネットとを用いて各記録層を構成することにより、磁界の印加とレーザ照射により目的の記録層のみに情報の書き込みを可能にし、これによって記録層の層数に比例して記録容量を増大させるとともに、記録層の層数に比例する書き込み速度を実現し、高速信号の取り扱いにも適するようにしている。
このような特性を有するメモリ媒体は、希土類鉄ガーネット中の希土類をビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）で置換するとともに、前記希土類鉄ガーネット中の鉄をＣｏ，Ｇｅ，Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎなどで置換した後、これを多層構造にすることによって実現できる。この際、使用する多層膜の製膜方法として、スパッタ法や、蒸着法、レーザアプレーション法などを使用することが好ましいが、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法、ゾルゲル法などを使用するようにしても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明による光磁気メモリおよび光磁気書き込み方法の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明による光磁気メモリおよび光磁気書き込み方法の一実施の形態を適用した多層光磁気メモリの断面構造を示す図である。
【００２０】
この図に示す多層光磁気メモリ１０は、板状に形成される基板１と、この基板１上に積層される第１記録層２と、この第１記録層２上に積層され、ファラデー回転角の大きさが無視できる材料から構成された中間層３と、この中間層３上に積層され、第１記録層２とは保磁力の温度変化が異なり、室温とキュリー温度の範囲内で、各記録層の保磁力の温度変化曲線が少なくとも１ヶ所で交差するような材料で構成された第２記録層４とを備えている。
【００２１】
次に、図２に示す説明図を参照しながら、多層光磁気メモリ１０を用いた多層記録の基本原理を説明する。図２は温度と保磁力の関係を示しており、この図では、第１記録層２が持つ保磁力の温度変化曲線（実線で示す）と、第２記録層４が持つ保磁力の温度変化曲線（破線で示す）とが点Ａと、点Ｂとで交差するものとする。なお、図中、Ｐ1は第１記録層２のキュリー温度、Ｐ2は第２記録層４のキュリー温度である。
【００２２】
今、この多層膜メモリ１０を構成する多層膜に、バイアス磁界▲２▼´を印加した状態で、レーザを照射して、第１記録層２の温度と、第２記録層４の温度とを上昇させると、温度が▲２▼を越えたところで、第１記録層２だけ、磁化が反転し、この第１記録層２に情報を書き込むことができる。このとき、温度上昇が第２記録層４の保磁力に到達しないようにすれば、この第２記録層４の磁化が反転せず、情報が書き込まれない。すなわち、第１記録層２だけに情報を書き込むことができる。
【００２３】
この第１記録層２だけに情報を書き込める条件は、到達温度と印加磁界の強さが斜線で示した閉曲線ＡＢの中の領域（図中αで表示）に入ったときだけである。同様に、第２記録層４だけへの書き込みは▲１▼´のバイアス磁界を印加した状態で、第２記録層４の温度を第１記録層２の保磁力以下となる▲１▼以上にすれば良い。
【００２４】
また、第２記録層４だけに情報を書き込める条件も、到達温度と印加磁界の兼ね合いで決まり、閉曲線ＢＰ1Ｐ2の範囲β1と、これに対応する範囲β2にあるときである。すなわち、印加磁界の強さと、書き込み用レーザパワーとを調節することにより、第１記録層２と第２記録層４とに、情報を別々に書き込める。また、印加磁界の強さと、書き込み用レーザパワーとを点ア（第１記録層２の室温（２０℃〜３０℃）での保磁力を示す点）と、点Ａ、点Ｂ、点Ｐ1を結んだ線の外側の領域（図中γで表示）に来るように調節すると、第１記録層２と、第２記録層４とに同時に情報を書き込むことができる。
【００２５】
上記書き込みの様子を図３に示す。この図においては、Ｍ１とＭ２は、それぞれ第１記録層２と第２記録層４の磁化を、その矢印の方向は磁化の方向を示す。初期状態の磁化の向きを下向き（ディジタル情報のゼロに対応）とする。図３（ａ）に示すように、印加磁界Ｈａを強く、レーザパワーを弱くし図２のα領域に入るような条件にすると、第１記録層２のＭ１のみが反転して情報が記録される。図３（ｂ）に示すように、印加磁界Ｈａを弱く、レーザパワーを強くし、図２のβ1の領域に入るような条件にすると、第２記録層４のＭ２のみが反転して情報が記録される。同様に、図３（ｃ）に示すように、印加磁界Ｈａを強く、レーザパワーも強くし、図２のγの領域に入るような条件にすると、第１記録層２のＭ１と、第２記録層４のＭ２が同時に反転して情報が記録される。
【００２６】
これらのことから、書き込み光と、印加磁界とを変調することにより、第１記録層２と、第２記録層４とに選択的に情報を書き込むことができ、さらに第１記録層２と第２記録層４とに同時に情報を記録できるので、１層の記録層に対してのみ情報を記録する通常の記録方法に比べて、記録時間を１／２にすることができる。また、書き込まれた情報の消去は、逆方向の磁界を印加し、図２の第２象限（図には示していない）にあるαとβ、γの条件を作ることにより行われる。当然のことながら、第１記録層２に書かれた情報はα、第２記録層４に書かれた情報はβの条件を作ることにより別々に消去できる。γの条件を作ると、第１記録層２と第２記録層４とに書かれた情報を同時に消去できる。
【００２７】
図４は本発明の光磁気メモリおよび光磁気書き込み方法の他の実施の形態を適用した多層光磁気メモリの断面構造を示す図である。なお、この図において、図１の各部と同じ部分には同じ符号が付してある。
【００２８】
この図に示す光磁気メモリ２０は、図１に示す第２記録層４の上に、中間層３を積層し、さらにその上に第３記録層５を積層し、全体として３層の記録層を設けたものである。
【００２９】
次に、図５に示す説明図を参照しながら、多層光磁気メモリ２０を用いた多層記録の基本原理を説明する。なおこの図においては、第１記録層２が持つ保磁力の温度変化曲線（実線で示す）と、第２記録層４が持つ保磁力の温度変化曲線（一点鎖線で示す）との交点をＣ、第１記録層２が持つ保磁力の温度変化曲線と、第３記録層５が持つ保磁力の温度変化曲線（破線で示す）との交点をＡ、第２記録層４が持つ保磁力の温度変化曲線と、第３記録層５が持つ保磁力の温度変化曲線との交点をＢとする。また、アは、第２記録層４が持つ保磁力の温度変化曲線が室温（２０℃〜３０℃）の点、イは、第２記録層５が持つ保磁力の温度変化曲線が室温の点、ウは、第１記録層２が持つ保磁力の温度変化曲線が室温の点を指す。
【００３０】
この場合にも、図２で述べたと同様に、第１記録層２だけに情報を書き込める条件は到達温度と印加磁界の強さが閉曲線イＡウ中のαの領域に入ったときだけである。同様に第２記録層４だけに情報を書き込めるのは、βの領域にあるときである。また、第３記録層５だけに情報を書き込めるのは、εの領域にあるときである。
【００３１】
すなわち、印加磁界の強さと書き込み用レーザパワーとを調節することにより、第１記録層２、第２記録層４、第３記録層５に情報を別々に書き込むことができる。さらに、３層のうちの、任意の２層に書き込むことも可能である。第１記録層２と第２記録層４とに情報を書き込めるのは、温度と印加磁界がμの領域にある場合で、第１記録層２と第３記録層５とに情報を書き込む場合は、λの領域、第２記録層４と第３記録層５とに情報を書き込む場合は、θの領域に入るように印加磁界の強さと、レーザパワーとを調節すれば良い。
【００３２】
表１に上記書き込み条件を求めた結果を示す。なお、括弧内の数字の１、２、３番目はそれぞれ１、２、３層目に対応し、１は情報が書き込まれていることを示す。また、Ｐ3は第３記録層５のキュリー温度、Ｄは第１記録層２と第３記録層５との交点を指す。
【００３３】
【表１】
0003664841.tif 000002
これにより、目的の記録層のみに情報を書き込めるとともに、３層に２3個の状態を作製することができるので、通常の１層への記録に比べ記録時間を１／３にすることができる。なお、この書き込み原理は、４層以上の記録層をもつ光磁気メモリにも適用することができる。
【００３４】
このように、上述した各実施の形態では、多層の記録層を持つ光磁気メモリ１０、２０において、レーザと磁界とで各層に選択的に情報を書き込むことができ、これによって同一面積の光磁気メモリで、記録容量を著しく増大させることができる。
【００３５】
また、多層の記録層に情報を同時に書き込むことにより、転送速度を上げることができ、ｎ層の記録層を持つ多層光磁気メモリ１０、２０では、記録時間を１／ｎにすることができる。この結果、大容量で高速の転送速度を必要とする画像などを処理するコンピュータなどのメモリとして利用することができる。
【００３６】
【実施例】
次に、本発明による光磁気メモリおよび光磁気書き込み方法について、実施例を用いて更に詳細に説明する。
【００３７】
図６は図１の構成の第１記録層２として、Ｂｉ0.38Ｄｙ2.68Ｇｅ0.56Ｃｏ0.36Ｆｅ4.62Ｏ12（Ｂｉ，Ｇｅ，Ｃｏ：ＤｙＩＧと略記）を使用し、第２記録層４として、Ｂｉ2.0Ｄｙ0.8Ｇａ1.0Ｆｅ4.2Ｏ12（Ｂｉ，Ｇａ：ＤｙＩＧと略記）を使用したときにおける保磁力の温度変化を調べた結果を示している。
【００３８】
この場合、第２記録層の保磁力は、室温で３．５ｋＯｅ程度であるが、温度の上昇とともに急激に減少し、キュリー温度（Ｔｃ）１７０℃でゼロになる。一方、第１記録層の保磁力は、室温で１ｋＯｅで、温度が上昇してもあまり変化しない。そして、第１記録層と、第２記録層の２つの保磁力の値が１２５℃で同値となる。  この多層膜への選択的な書き込みは、図２で述べたのと同じ原理で、第２記録層へは０．２ｋＯｅの磁界を印加し、書き込みレーザで、室温から１６０℃〜１８０℃までの範囲内に温度を上昇させた。その結果、第１記録層には関係なく書き込みができることが確認された。同様に、第１記録層へは０．８ｋＯｅの磁界を印加し、書き込みレーザで室温から７０℃〜９０℃まで温度を上げところ、第２記録層に関係なく選択的な光書き込みを行うことができることが確認された。
【００３９】
上記書き込み光を変調する光書き込みとは逆に、先に書き込みたい記録層の温度をレーザなどを用いて上げておき、書き込み信号に応じた磁界を印加しても、上記条件内であれば選択的な書き込みを行うことができることが確認された。
【００４０】
また、第１記録層２と、第２記録層４の保磁力が一致する温度近くまで、レーザなどで温度を上昇させた後に、磁界を印加したところ、第１記録層２と、第２記録層４とに同時に情報を書き込むことができることが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、積層された各記録層のいずれかを選択して、情報の書き込みを行うことができ、これによって面積を増大させることなく記録容量を飛躍的に増大させることができる。
【００４３】
また、請求項２の発明によれば、積層された各記録層（１〜ｎ層）（ｎ≧３）に対し、一括して情報の書き込みや消去を行うことができ、これによって書き込みに要する時間を１／ｎにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光磁気メモリおよび光磁気書き込み方法の一実施の形態を適用した多層光磁気メモリの断面構造を示す図である。
【図２】本発明に係わる多層光磁気メモリのうち、２つの記録層を持つ多層光磁気メモリにおける書き込みの原理を示す説明図である。
【図３】本発明に係わる多層光磁気メモリのうち、２つの記録層を持つ多層光磁気メモリにおける書き込みの方法を示す説明図である。
【図４】本発明の光磁気メモリおよび光磁気書き込み方法の他の実施の形態を適用した多層光磁気メモリの断面構造を示す図である。
【図５】本発明に係わる多層光磁気メモリのうち、３つの記録層を持つ多層光磁気メモリにおける書き込みの原理を示す説明図である。
【図６】本発明に係わる多層光磁気メモリのうち、２つの記録層を持つ光磁気メモリにおける各記録層（第１記録層：Ｂｉ，Ｇｅ，Ｃｏ置換ＤｙＩＧ，第２記録層：Ｂｉ，Ｇａ置換ＤｙＩＧ）の保磁力の温度依存性の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  基板
２  第１記録層
３  中間層
４  第２記録層
５  第３記録層
１０、２０  光磁気メモリ
【図１】
0003664841.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003664841.tif 000005
【図４】
0003664841.tif 000006
【図５】
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【図６】
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