スペーサ層を含むＣＰＰ型磁気抵抗効果素子
【課題】磁気抵抗効果素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくする。
【解決手段】ＭＲ素子５は、第１の強磁性層（自由層５５）と、第２の強磁性層（固定層５３）と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されたスペーサ層５４とを備えている。スペーサ層５４は、順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有している。非磁性金属層５４１は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有している。第１の酸化物半導体層５４２は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層５４３は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。
【解決手段】ＭＲ素子５は、第１の強磁性層（自由層５５）と、第２の強磁性層（固定層５３）と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されたスペーサ層５４とを備えている。スペーサ層５４は、順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有している。非磁性金属層５４１は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有している。第１の酸化物半導体層５４２は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層５４３は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録装置、発振器、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、磁気センサー等に用いられる磁気抵抗効果素子、ならびに磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置等の磁気記録装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００４】
再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いたものが量産されている。
【０００５】
スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、一般的には、自由層と、固定層と、これらの間に配置されたスペーサ層と、固定層におけるスペーサ層とは反対側に配置された反強磁性層とを有している。自由層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層における磁化の方向を固定する層である。スペーサ層は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子においては非磁性導電層であり、ＴＭＲ素子においてはトンネルバリア層である。一般的には、トンネルバリア層は、酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等の絶縁材料によって形成された絶縁層である。
【０００６】
ＧＭＲ素子には、磁気的信号検出用の電流（以下、センス電流という。）が、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流されるＣＩＰ（Current In Plane）構造のものと、センス電流が、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のものとがある。以下、ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子をＣＰＰ−ＧＭＲ素子と呼び、ＣＩＰ構造のＧＭＲ素子をＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ぶ。ＴＭＲ素子もＣＰＰ構造である。
【０００７】
近年、記録密度の増大に伴い、再生ヘッドに対しては、トラック幅の縮小の要求が強くなってきている。再生ヘッドにおいて、トラック幅の縮小はＭＲ素子の幅の縮小によって実現される。ＭＲ素子の幅の縮小に伴い、薄膜磁気ヘッドにおける記録媒体に対向する媒体対向面に垂直な方向についてのＭＲ素子の長さも縮小される。その結果、ＭＲ素子の下面および上面の面積が減少する。
【０００８】
ＣＩＰ−ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子とその上下に配置された各シールド層との間がそれぞれシールドギャップ膜によって隔てられているため、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子の下面および上面の面積が減少すると、放熱効率が低下していた。そのため、この再生ヘッドでは、信頼性を確保するために、動作電流が制限されるという問題点があった。
【０００９】
これに対し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、シールドギャップ膜は不要であり、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の下面と上面にそれぞれ電極層が接触している。電極層はシールド層を兼ねていてもよい。この再生ヘッドでは、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の下面と上面にそれぞれ電極層が接触していることから、放熱効率がよい。そのため、この再生ヘッドでは、動作電流を大きくすることができる。また、この再生ヘッドでは、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の下面および上面の面積が小さいほど素子の抵抗値が大きくなり、磁気抵抗変化量も大きくなる。従って、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、トラック幅の縮小に適している。
【００１０】
しかし、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、非磁性導電層であるスペーサ層の抵抗値が小さいため、磁気抵抗変化量も小さくなる。そのため、素子の抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ変化率と記す。）として十分に大きな値が得られないという問題点があった。
【００１１】
一方、ＴＭＲ素子では、以下のような問題点があった。ＴＭＲ素子では、上記の一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子とは逆にスペーサ層の抵抗値が大きいために、ＴＭＲ素子の抵抗値が大きくなる。磁気ディスク装置では、記録密度の向上と共にデータ転送レートの向上が要求されている。それに伴い、再生ヘッドには、高周波応答性がよいことが要求される。ところが、ＴＭＲ素子の抵抗値が大きいと、ＴＭＲ素子およびそれに接続される回路において発生する浮遊容量が大きくなり、再生ヘッドの高周波応答性が低下してしまう。
【００１２】
このような状況に鑑みて、以下に示すように、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子においてスペーサ層および素子の抵抗値を適当な大きさにするための種々の提案がなされている。
【００１３】
特許文献１には、電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、磁化方向が固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられた中間層とを備えている。中間層は、抵抗が相対的に高い領域と抵抗が相対的に低い領域とを有する酸化物からなる第１の層（酸化物中間層）を含んでいる。センス電流は、第１の層を通過する際に、抵抗が相対的に低い領域を優先的に流れる。
【００１４】
特許文献２には、以下のようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、磁化方向が固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられ、伝導キャリア数が１０22個／ｃｍ３以下の材料からなる抵抗調節層とを備えている。特許文献２には、抵抗調節層の材料として半導体または半金属が望ましい旨が記載されている。また、特許文献２には、半導体の例としてＺｎＯが挙げられている。
【００１５】
特許文献３および特許文献４には、スペーサ層が、ＺｎＯ等の酸化物半導体によって構成された層を含むＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。
【００１６】
特許文献５には、スペーサ層が、Ｚｎ，Ｇａ等の酸化物によって構成された層を含むＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−２９８１４３号公報
【特許文献２】特開２００３−００８１０２号公報
【特許文献３】特開２００８−０９１８４２号公報
【特許文献４】特開２００９−０１０３３３号公報
【特許文献５】特開２００９−０８８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、酸化物半導体によって構成された層を含むスペーサ層を設けることは、スペーサ層および素子の抵抗値を適当な大きさにする上で有用と考えられる。本願の発明者らは、実際に、種々の酸化物半導体を用いて、酸化物半導体によって構成された層を含むスペーサ層を備えたＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製し、その特性を調べた。その結果、スペーサ層が、酸化物半導体によって構成された層として、１つの種類の酸化物半導体よりなる層のみを含む場合には、素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることが難しいことが分かった。
【００１９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることができるようにした磁気抵抗効果素子、ならびに磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されたスペーサ層とを備え、磁気的信号検出用の電流が、各層の面と交差する方向に流されるものである。本発明の磁気抵抗効果素子において、スペーサ層は、順に積層された非磁性金属層、第１の酸化物半導体層および第２の酸化物半導体層を有している。非磁性金属層は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有している。第１の酸化物半導体層は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子において、Ｇａ酸化物半導体はＧａ２Ｏ３であり、Ｚｎ酸化物半導体はＺｎＯであってもよい。また、第２の酸化物半導体層は、０．５〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有していてもよい。
【００２２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子において、第１の強磁性層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、第２の強磁性層は、磁化の方向が固定された固定層であってもよい。あるいは、第１および第２の強磁性層は、いずれも、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、外部磁界に応じて第１の強磁性層の磁化の方向と第２の強磁性層の磁化の方向との相対角度が変化してもよい。
【００２３】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子とを備えたものである。
【００２４】
本発明のヘッドアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたものである。
【００２５】
本発明の磁気記録装置は、記録媒体と、本発明の薄膜磁気ヘッドと、薄膜磁気ヘッドを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の磁気抵抗効果素子、ならびに磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置では、磁気抵抗効果素子のスペーサ層が、Ｃｕよりなる非磁性金属層、Ｇａ酸化物半導体よりなる第１の酸化物半導体層およびＺｎ酸化物半導体よりなる第２の酸化物半導体層を有し、非磁性金属層、第１および第２の酸化物半導体層が、それぞれ所定の範囲内の厚みを有する。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることができるという効果を奏する。また、非磁性金属層は、スペーサ層に接する一方の強磁性層の酸化を防止し、これにより一方の強磁性層の特性の劣化を防止する役割を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドを含むスライダを示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録装置の要部を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録装置の平面図である。
【図８】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図９】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１０】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１１】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１２】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１３】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド（以下、単に磁気ヘッドと記す。）を含むスライダ２１０について説明する。本実施の形態に係る磁気ヘッドは垂直磁気記録用である。磁気記録装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体（磁気ディスク）に対向するように配置される。図４において、Ｘ方向は記録媒体のトラック横断方向すなわちトラック幅方向であり、Ｙ方向は記録媒体の表面に垂直な方向であり、Ｚ方向はスライダ２１０から見た記録媒体の進行方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交している。スライダ２１０は、基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、記録媒体の表面に対向するようになっている。この一面には、記録媒体に対向する媒体対向面４０が形成されている。記録媒体が回転してＺ方向に進行すると、記録媒体とスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図４におけるＹ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって記録媒体の表面から浮上するようになっている。スライダ２１０の空気流出側の端部（Ｚ方向における端部）の近傍には、本実施の形態に係る磁気ヘッド１００が形成されている。また、スライダ２１０の空気流出側の端部には、複数の端子２１２が設けられている。
【００２９】
次に、図５を参照して、本実施の形態に係るヘッドアセンブリについて説明する。本実施の形態に係るヘッドアセンブリは、図４に示したスライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置とを備えている。このヘッドアセンブリの態様には、以下で説明するヘッドジンバルアセンブリとヘッドアームアセンブリが含まれる。
【００３０】
まず、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置としてのサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２と、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を記録媒体２６２のトラック横断方向Ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００３１】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００３２】
図５は、本実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００３３】
次に、図６および図７を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。図６は磁気記録装置の要部を示す説明図、図７は磁気記録装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気記録装置に組み込まれる。磁気記録装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の記録媒体２６２を有している。記録媒体２６２毎に、記録媒体２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共に記録媒体２６２に対して位置決めする。
【００３４】
本実施の形態に係る磁気記録装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を記録媒体２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を記録媒体２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、記録媒体２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体２６２に記録されている情報を再生する。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態に係る磁気ヘッドの構成について説明する。図２は磁気ヘッドの構成を示す断面図である。図３は磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。なお、図２は媒体対向面および基板の上面に垂直な断面を示している。図２および図３には、図４に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図２において、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向に直交する方向であり、図３において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向である。
【００３６】
図２に示したように、本実施の形態に係る磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０を備えている。また、図２および図３に示したように、磁気ヘッドは、アルミニウムオキサイド・チタニウムカーバイド（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１と、この基板１の上に配置されたアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料よりなる絶縁層２と、この絶縁層２の上に配置された磁性材料よりなる第１の再生シールド３と、この第１の再生シールド３の上に配置された磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）５と、このＭＲ素子５のトラック幅方向（図３におけるＸ方向）の両側の２つの側部に隣接するように配置された２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置された絶縁リフィル層７とを備えている。絶縁リフィル層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。
【００３７】
磁気ヘッドは、更に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁リフィル層７の上に配置された磁性材料よりなる第２の再生シールド８と、この第２の再生シールド８の上に配置されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層９とを備えている。第１の再生シールド３から第２の再生シールド８までの部分は、再生ヘッドを構成する。
【００３８】
磁気ヘッドは、更に、分離層９の上に配置された磁性材料よりなるサブシールド１０と、サブシールド１０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層１１とを備えている。サブシールド１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。サブシールド１０および絶縁層１１の上面は平坦化されている。
【００３９】
磁気ヘッドは、更に、サブシールド１０および絶縁層１１の上に配置された絶縁膜１２と、この絶縁膜１２の上に配置されたヒーター１３と、絶縁膜１２との間でヒーター１３を挟むように絶縁膜１２およびヒーター１３の上に配置された絶縁膜１４とを備えている。ヒーター１３の機能および材料については、後で説明する。絶縁膜１２，１４は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。
【００４０】
磁気ヘッドは、更に、サブシールド１０の上に配置された第１の記録シールド１５を備えている。第１の記録シールド１５は、サブシールド１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。図２に示した例では、媒体対向面４０に垂直な方向（図２におけるＹ方向）についての第２層１５Ｂの長さが、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも小さくなっている。しかし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第２層１５Ｂの長さは、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さと等しくてもよいし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも大きくてもよい。
【００４１】
磁気ヘッドは、更に、絶縁膜１４の上に配置された導電材料よりなるコイル１６と、このコイル１６の巻線間およびコイル１６と第１層１５Ａとの間に充填された絶縁層１７と、第１層１５Ａ、コイル１６および絶縁層１７の周囲に配置された絶縁層１８とを備えている。コイル１６は、平面渦巻き形状をなしている。コイル１６は、中心側の端部近傍の部分であって、後述する他のコイルに接続される部分である接続部１６ａを含んでいる。絶縁層１７は、例えばフォトレジストによって形成されている。絶縁層１８は、例えばアルミナによって形成されている。第１層１５Ａ、コイル１６、絶縁層１７および絶縁層１８の上面は平坦化されている。
【００４２】
磁気ヘッドは、更に、接続部１６ａの上に配置された導電材料よりなる接続層１９と、第２層１５Ｂおよび接続層１９の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２０とを備えている。接続層１９は、第２層１５Ｂと同じ材料によって形成されていてもよい。第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上面は平坦化されている。
【００４３】
磁気ヘッドは、更に、第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上に配置された第１のギャップ層２３を備えている。この第１のギャップ層２３には、接続層１９の上面に対応する位置に開口部が形成されている。第１のギャップ層２３は、アルミナ等の非磁性且つ絶縁性の材料によって形成されている。
【００４４】
磁気ヘッドは、更に、第１のギャップ層２３の上に配置された磁性材料よりなる磁極層２４と、接続層１９の上に配置された導電材料よりなる接続層２５と、磁極層２４および接続層２５の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２６とを備えている。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。接続層２５は、第１のギャップ層２３の開口部を通して接続層１９に接続されている。接続層２５は、磁極層２４と同じ材料によって形成されていてもよい。
【００４５】
磁気ヘッドは、更に、非磁性材料よりなり、磁極層２４の上面の一部の上に配置された非磁性層４１を備えている。非磁性層４１は、例えば無機絶縁材料または金属材料よりなる。非磁性層４１として用いられる無機絶縁材料としては、アルミナ、ＳｉＯ2等がある。非磁性層４１として用いられる金属材料としては、Ｒｕ、Ｔｉ等がある。
【００４６】
磁気ヘッドは、更に、磁極層２４の一部および非磁性層４１の上に配置された第２のギャップ層２７を備えている。非磁性層４１および第２のギャップ層２７は、磁極層２４の上面のうち媒体対向面４０から離れた一部分と接続層２５の上面は覆っていない。第２のギャップ層２７は、アルミナ等の非磁性材料によって形成されている。
【００４７】
磁気ヘッドは、更に、第２のギャップ層２７の上に配置された第２の記録シールド２８を備えている。第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。
【００４８】
磁気ヘッドは、更に、媒体対向面４０から離れた位置において磁極層２４の上に配置された磁性材料よりなるヨーク層２９と、接続層２５の上に配置された導電材料よりなる接続層３０と、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および接続層３０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３１とを備えている。ヨーク層２９および接続層３０は、第１層２８Ａと同じ材料によって形成されていてもよい。第１層２８Ａ、ヨーク層２９、接続層３０および絶縁層３１の上面は平坦化されている。
【００４９】
磁気ヘッドは、更に、ヨーク層２９および絶縁層３１の上に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３２を備えている。絶縁層３２には、第１層２８Ａの上面を露出させる開口部と、ヨーク層２９の上面のうち媒体対向面４０から遠い端部の近傍の部分を露出させる開口部と、接続層３０の上面を露出させる開口部とが形成されている。
【００５０】
磁気ヘッドは、更に、絶縁層３２の上に配置された導電材料よりなるコイル３３を備えている。コイル３３は、平面渦巻き形状をなしている。コイル３３は、中心側の端部近傍の部分であって、コイル１６の接続部１６ａに接続される部分である接続部３３ａを含んでいる。接続部３３ａは、接続層３０に接続され、接続層１９，２５，３０を介して接続部１６ａに接続されている。
【００５１】
磁気ヘッドは、更に、コイル３３を覆うように配置された絶縁層３４を備えている。絶縁層３４は、例えばフォトレジストによって形成されている。第２の記録シールド２８の第２層２８Ｂは、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および絶縁層３４の上に配置され、第１層２８Ａとヨーク層２９とを接続している。
【００５２】
磁気ヘッドは、更に、第２層２８Ｂを覆うように配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなるオーバーコート層３５を備えている。サブシールド１０から第２層２８Ｂまでの部分は、記録ヘッドを構成する。図４における基体２１１は、主に図２における基板１およびオーバーコート層３５によって構成されている。
【００５３】
以上説明したように、磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドと記録ヘッドは、基板１の上に積層されている。再生ヘッドは記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置され、記録ヘッドは記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。この磁気ヘッドでは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。
【００５４】
記録ヘッドは、サブシールド１０、第１の記録シールド１５、コイル１６、第１のギャップ層２３、磁極層２４、非磁性層４１、第２のギャップ層２７、第２の記録シールド２８、ヨーク層２９およびコイル３３を有している。第１の記録シールド１５と第２の記録シールド２８のうち、第１の記録シールド１５の方が基板１に近い位置に配置されている。また、磁極層２４と第２の記録シールド２８のうち、磁極層２４の方が基板１に近い位置に配置されている。
【００５５】
コイル１６，３３は、記録媒体に記録する情報に応じた磁界を発生する。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有し、コイル１６，３３によって発生された磁界に対応する磁束を通過させると共に、垂直磁気記録方式によって情報を記録媒体に記録するための記録磁界を発生する。
【００５６】
第１の記録シールド１５は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側に配置された端面を有している。第１のギャップ層２３は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第１の記録シールド１５と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第１の記録シールド１５は、サブシールド１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。コイル１６の一部は、サブシールド１０と磁極層２４の間の空間を通過するように、第１層１５Ａの側方に配置されている。
【００５７】
サブシールド１０は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能を有している。なお、図２には、サブシールド１０の端面が媒体対向面４０に配置された例を示している。しかし、サブシールド１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有する第１の記録シールド１５に接続されているので、サブシールド１０の媒体対向面４０により近い端面が媒体対向面４０から離れた位置に配置されていてもよい。
【００５８】
媒体対向面４０において、第１の記録シールド１５の端面（第２層１５Ｂの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第１のギャップ層２３による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第１の記録シールド１５の端面との間隔は、０．０５〜０．７μｍの範囲内であることが好ましく、０．１〜０．３μｍの範囲内であることがより好ましい。
【００５９】
第１の記録シールド１５は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。
【００６０】
第２の記録シールド２８は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側に配置された端面を有している。第２のギャップ層２７は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第２の記録シールド２８と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。コイル３３の一部は、磁極層２４と第２の記録シールド２８によって囲まれた空間を通過するように配置されている。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置でヨーク層２９に接続されている。従って、第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置で、ヨーク層２９を介して磁極層２４に接続されている。磁極層２４、第２の記録シールド２８およびヨーク層２９は、コイル３３が発生する磁界に対応した磁束を通過させる磁路を形成する。
【００６１】
媒体対向面４０において、第２の記録シールド２８の端面（第１層２８Ａの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第２のギャップ層２７による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第２の記録シールド２８の端面との間隔は、第２の記録シールド２８がシールドとしての機能を十分に発揮することができるように、２００ｎｍ以下であることが好ましく、２５〜５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【００６２】
記録媒体に記録されるビットパターンの端部の位置は、媒体対向面４０における磁極層２４の第２のギャップ層２７側の端部の位置によって決まる。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。また、第２の記録シールド２８は、磁気ヘッドの外部から磁気ヘッドに印加された外乱磁界を取り込む。これにより、外乱磁界が磁極層２４に集中して取り込まれることによって記録媒体に対して誤った記録が行なわれることを防止することができる。また、第２の記録シールド２８は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能も有している。
【００６３】
なお、図２には、サブシールド１０および第１の記録シールド１５が磁極層２４に接続されていない例を示している。しかし、サブシールド１０と磁極層２４は、媒体対向面４０から離れた位置で接続されていてもよい。また、コイル１６は、記録ヘッドにおける必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。また、図２には、ヨーク層２９を、磁極層２４の上、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置した例を示している。しかし、ヨーク層２９は、磁極層２４の下、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置してもよい。
【００６４】
ヒーター１３は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面と記録媒体との間の距離を制御するために、磁極層２４を含む記録ヘッドの構成要素を加熱するものである。ヒーター１３には、図示しない２つのリードが接続されている。ヒーター１３は、例えば、Ｔａ膜、ＮｉＣｕ膜およびＴａ膜からなる積層膜や、ＮｉＣｒ膜によって形成されている。ヒーター１３は、２つのリードによって通電されて発熱し、記録ヘッドの構成要素を加熱する。これにより、記録ヘッドの構成要素が膨張し、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面が記録媒体に近づく。
【００６５】
なお、図２および図３には、垂直磁気記録方式用の記録ヘッドを示したが、本実施の形態における記録ヘッドは、長手磁気記録方式用の記録ヘッドであってもよい。
【００６６】
ここで、本実施の形態に係る磁気ヘッドの製造方法の概略について説明する。本実施の形態に係る磁気ヘッドの製造方法では、例えば、１枚の基板（ウェハ）に対して、複数の磁気ヘッドの構成要素を形成して、それぞれ後にスライダとなるスライダ予定部が複数列に配列された基礎構造物（substructure）を作製する。次に、この基礎構造物を切断して、１列に配列された複数のスライダ予定部を含むスライダ集合体を作製する。次に、基礎構造物を切断することによってスライダ集合体に形成された１つの面に対して研磨を行うことにより、スライダ集合体に含まれる各スライダ予定部に対して媒体対向面４０を形成する。次に、媒体対向面４０に浮上用レールを形成する。次に、複数のスライダ予定部が互いに分離されるようにスライダ集合体を切断して、それぞれ磁気ヘッドを含む複数のスライダを形成する。
【００６７】
次に、図１を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子５を含む再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は、再生ヘッドの媒体対向面４０に平行な断面を示す断面図である。図１には、図４に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図１において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向である。図１において記号ＴＷで示す矢印は、トラック幅方向を表している。トラック幅方向ＴＷは、Ｘ方向と同じ方向である。
【００６８】
再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１の再生シールド３および第２の再生シールド８と、第１の再生シールド３と第２の再生シールド８との間に配置されたＭＲ素子５とを備えている。ＭＲ素子５および第２の再生シールド８は第１の再生シールド３の上に順に積層されている。
【００６９】
再生ヘッドは、更に、ＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層６と、第１の再生シールド３およびＭＲ素子５とバイアス磁界印加層６との間に配置された絶縁層４とを備えている。
【００７０】
バイアス磁界印加層６は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。具体的には、バイアス磁界印加層６は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成される。絶縁層４は、例えばアルミナによって形成される。
【００７１】
本実施の形態に係るＭＲ素子５は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっている。このＭＲ素子５には、磁気的信号検出用の電流であるセンス電流が、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流される。第１の再生シールド３と第２の再生シールド８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１の再生シールド３および第２の再生シールド８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００７２】
図１には、ＭＲ素子５の構成の一例を示している。このＭＲ素子５は、外部磁界としての信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である自由層５５と、磁化の方向が固定された強磁性層である固定層５３と、自由層５５と固定層５３との間に配置されたスペーサ層５４とを備えている。自由層５５は本発明における第１の強磁性層に対応し、固定層５３は本発明における第２の強磁性層に対応する。図１に示した例では、固定層５３と自由層５５のうち、固定層５３の方が第１の再生シールド３に近い位置に配置されている。しかし、逆に、自由層５５の方が第１の再生シールド３に近い位置に配置されていてもよい。ＭＲ素子５は、更に、固定層５３におけるスペーサ層５４とは反対側に配置された反強磁性層５２と、第１の再生シールド３と反強磁性層５２との間に配置された下地層５１と、自由層５５と第２の再生シールド８との間に配置された保護層５６とを備えている。図１に示したＭＲ素子５では、第１の再生シールド３の上に、下地層５１、反強磁性層５２、固定層５３、スペーサ層５４、自由層５５および保護層５６が順に積層されている。
【００７３】
反強磁性層５２は、固定層５３との交換結合により、固定層５３における磁化の方向を固定する層である。下地層５１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層５２と固定層５３との交換結合を良好にするために設けられる。保護層５６は、その下の各層を保護するための層である。
【００７４】
下地層５１の厚みは、例えば２〜６ｎｍである。下地層５１としては、例えばＴａ層とＲｕ層との積層体が用いられる。
【００７５】
反強磁性層５２の厚みは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層５２は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種ＭIIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素ＭIIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層５２は、そのどちらにより構成されていてもよい。非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。
【００７６】
なお、固定層５３における磁化の方向を固定する層として、上記のような反強磁性層５２の代りに、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料よりなる硬磁性層を設けてもよい。この場合には、下地層５１の材料としては、Ｃｒ、ＣｒＴｉ、ＴｉＷ等が用いられる。
【００７７】
固定層５３では、反強磁性層５２との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。本実施の形態における固定層５３は、反強磁性層５２の上に順に積層されたアウター層５３１、非磁性中間層５３２およびインナー層５３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層５３１およびインナー層５３３は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成された強磁性層を含んでいる。アウター層５３１とインナー層５３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。アウター層５３１の厚みは、例えば３〜７ｎｍである。インナー層５３３の厚みは、例えば３〜１０ｎｍである。
【００７８】
非磁性中間層５３２の厚みは、例えば０．３５〜１．０ｎｍである。非磁性中間層５３２は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、ＺｒおよびＣｕからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この非磁性中間層５３２は、インナー層５３３とアウター層５３１の間に反強磁性交換結合を生じさせ、インナー層５３３の磁化とアウター層５３１の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、インナー層５３３の磁化とアウター層５３１の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。
【００７９】
本実施の形態におけるスペーサ層５４は、固定層５３（インナー層５３３）の上に順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有している。非磁性金属層５４１は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有している。第１の酸化物半導体層５４２は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層５４３は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層５４３の上面は、自由層５５の下面に接している。Ｇａ酸化物半導体は、Ｇａ２Ｏ３であってもよい。Ｚｎ酸化物半導体は、ＺｎＯであってもよい。
【００８０】
第１の酸化物半導体層５４２を構成するＧａ２Ｏ３と第２の酸化物半導体層５４３を構成するＺｎＯは、いずれも酸化物半導体である。第１の酸化物半導体層５４２を構成するＧａ２Ｏ３は、結晶質でもよいしアモルファスでもよい。また、第１の酸化物半導体層５４２を構成するＧａ２Ｏ３の組成は、化学量論的組成から多少ずれたものであってもよい。
【００８１】
自由層５５の厚みは、例えば２〜１０ｎｍである。自由層５５は、保磁力が小さい強磁性層によって構成されている。自由層５５は、積層された複数の強磁性層を含んでいてもよい。
【００８２】
保護層５６の厚みは、例えば０．５〜２０ｎｍである。保護層５６としては、例えばＴａ層やＲｕ層が用いられる。また、保護層５６は、Ｔａ層、Ｒｕ層等の組み合わせの２積層構造や、Ｔａ層、Ｒｕ層、Ｔａ層の組み合わせや、Ｒｕ層、Ｔａ層、Ｒｕ層の組み合わせ等の３積層構造としてもよい。
【００８３】
なお、インナー層５３３と自由層５５の少なくとも一方は、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。
【００８４】
ＭＲ素子５の抵抗値の大小は、ＭＲ素子５の面積抵抗（resistance-area product；以下、ＲＡとも記す。）で評価するのが適当である。ＭＲ素子５のＲＡが小さすぎると、ＭＲ変化率が小さくなると共に、ＭＲ素子５における電流密度が大きくなりすぎて固定層５３または自由層５５におけるスピントルクが大きくなるという問題が発生する。なお、スピントルクとは、自由層５５から固定層５３へ、あるいは固定層５３から自由層５５へ注入されるスピン偏極電子によって発生して、固定層５３または自由層５５の磁化を回転させるトルクである。一方、ＭＲ素子５のＲＡが大きすぎると、再生ヘッドの高周波応答性が低下すると共に、ノイズが増大する。ＭＲ素子５のＲＡは、０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内であることが好ましい。
【００８５】
次に、図１に示した再生ヘッドの製造方法について説明する。この再生ヘッドの製造方法では、まず、絶縁層２の上に、めっき法等によって、所定のパターンの第１の再生シールド３を形成する。次に、第１の再生シールド３の上に、例えばスパッタ法によって、ＭＲ素子５を構成する各層となる膜を順に形成し、これらの膜の積層体を形成する。次に、この積層体に対して、所定の温度で加熱するアニールを施す。このアニールの温度は、２００〜３００℃の範囲内であることが好ましい。次に、積層体をエッチングによってパターニングして、ＭＲ素子５を形成する。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁層４とバイアス磁界印加層６を順に形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、第２の再生シールド８を形成する。
【００８６】
なお、上記のアニールは、スペーサ層５４の酸化物半導体層５４２，５４３の結晶化を促進してスペーサ層５４の抵抗値を低下させて、ＭＲ素子５のＲＡを所望の範囲内に収めるために必要である。従って、このアニールは、スペーサ層５４を構成する各層となる膜の形成後であれば、どの段階で行ってもよい。例えば、上記積層体をパターニングした後にアニールを行ってもよい。また、上記のアニールは、積層体に磁界を印加しながら行うことによって、固定層５３のアウター層５３１およびインナー層５３３の磁化の方向を設定するためのアニールを兼ねてもよい。
【００８７】
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００８８】
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、トラック幅方向ＴＷと同じである。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、自由層５５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、固定層５３の磁化の方向は、媒体対向面４０に垂直な方向に固定されている。
【００８９】
ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じて自由層５５の磁化の方向が変化し、これにより、自由層５５の磁化の方向と固定層５３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２の再生シールド３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときの再生シールド３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００９０】
本実施の形態に係るＭＲ素子５において、スペーサ層５４は、順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有している。本実施の形態では、スペーサ層５４が非磁性金属層のみからなる場合に比べてＭＲ素子５のＲＡを大きくすることができ、ＴＭＲ素子のようにスペーサ層５４が絶縁層よりなる場合に比べてＭＲ素子５のＲＡを小さくすることができる。また、非磁性金属層５４１は、スペーサ層５４に接する一方の強磁性層すなわち固定層５３（インナー層５３３）の酸化を防止し、これにより固定層５３（インナー層５３３）の特性の劣化を防止する役割を有する。非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３の各厚みの範囲は、以下で説明する実験の結果に基づいて決定されている。
【００９１】
以下、ＭＲ素子５のスペーサ層５４の好ましい構成を求めるために行った実験の結果について説明する。実験では、スペーサ層５４の構成が異なる複数のＭＲ素子の試料を作製し、それらのＭＲ変化率（％）とＲＡ（Ω・μｍ２）とを測定した。試料の構成を、以下の表１に示す。
【００９２】
【表１】
【００９３】
非磁性金属層５４１の厚みＴ１、第１の酸化物半導体層５４２の厚みＴ２および第２の酸化物半導体層５４３の厚みＴ３は、試料によって異なる。実験で作製した複数の試料には、以下の構成の第１の比較例の複数の試料と第２の比較例の複数の試料とが含まれている。第１の比較例の複数の試料では、スペーサ層５４は、第１の酸化物半導体層５４２を含まず（Ｔ２＝０）、非磁性金属層５４１および、その上に形成された第２の酸化物半導体層５４３のみによって構成されている。第２の比較例の複数の試料では、スペーサ層５４は、第２の酸化物半導体層５４３を含まず（Ｔ３＝０）、非磁性金属層５４１および、その上に形成された第１の酸化物半導体層５４２のみによって構成されている。実験で作製した複数の試料のうち、第１および第２の比較例の複数の試料以外の複数の試料では、スペーサ層５４は、非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３によって構成されている。
【００９４】
各試料は、ＤＣスパッタ装置を用いて、アルミニウムオキサイド・チタニウムカーバイドよりなる基板の上に、表１に示した各層を下から順に形成して積層体を形成した後、積層体をエッチングによってパターニングし、更に、積層体に対してアニールを施して作製した。第１の酸化物半導体層５４２の成膜レートは０．００３９ｎｍ／秒とした。第２の酸化物半導体層５４３の成膜レートは０．０１２４ｎｍ／秒とした。各試料の上から見た形状は、幅２００ｎｍ、長さ２００ｎｍの正方形である。なお、上記の「幅」とはトラック幅方向の長さであり、「長さ」とは媒体対向面４０に垂直な方向の長さである。積層体のアニールは、１０ｋＯｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）の磁界を積層体に印加しながら、２５０℃の温度で３時間行った。各試料のＭＲ変化率とＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【００９５】
第１および第２の比較例の複数の試料では、非磁性金属層５４１の厚みＴ１を０．８ｎｍとしている。その理由は、第１および第２の比較例の複数の試料の特性を基準にして、他の複数の試料の特性を評価するためである。すなわち、後で示すが、第１および第２の比較例の複数の試料以外の複数の試料では、少なくともＴ１が０．８ｎｍの場合には、Ｔ２，Ｔ３が所定の範囲内のときに、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上の大きなＭＲ変化率が得られている。従って、０．８ｎｍという値は、Ｔ１の好ましい値の１つと考えられる。
【００９６】
表２は、第１の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。表３は、第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図８は、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。
【００９７】
【表２】
【００９８】
【表３】
【００９９】
表２，３および図８に示したように、第１および第２の比較例の複数の試料では、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率は得られていない。そこで、本実施の形態に係るＭＲ素子５のスペーサ層５４の構成に関しては、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られる構成を、好ましい構成とみなす。
【０１００】
表４は、Ｔ１が０．２ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図９は、表４に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図９には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。なお、図９における注釈では、Ｔ２が０．４ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（０．４）」と表し、Ｔ２が０．５ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（０．５）」と表し、Ｔ２が２．０ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（２．０）」と表し、Ｔ２が２．１ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（２．１）」と表している。これは、図１０ないし図１３においても同様である。
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
表５は、Ｔ１が０．３ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１０は、表５に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１０には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０３】
【表５】
【０１０４】
表６は、Ｔ１が０．８ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１１は、表６に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１１には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０５】
【表６】
【０１０６】
表７は、Ｔ１が１．５ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１２は、表７に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１２には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０７】
【表７】
【０１０８】
表８は、Ｔ１が１．６ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１３は、表８に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１３には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０９】
【表８】
【０１１０】
以下、実験の結果を参照しながら、ＭＲ素子５のスペーサ層５４の好ましい構成について説明する。第１および第２の比較例の複数の試料以外の複数の試料に関して、Ｔ１が０．２ｎｍ（表４、図９）の場合と、Ｔ１が１．６ｎｍ（表８、図１３）の場合には、ほとんどの試料において、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率は得られていない。一方、Ｔ１が０．３ｎｍ（表５、図１０）の場合と、Ｔ１が０．８ｎｍ（表６、図１１）の場合と、Ｔ１が１．５ｎｍ（表７、図１２）の場合には、Ｔ２，Ｔ３が所定の範囲内のときに、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られている。このことから、Ｔ１は、０．３〜１．５ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１１１】
次に、Ｔ１が０．３ｎｍ（表５、図１０）の場合と、Ｔ１が０．８ｎｍ（表６、図１１）の場合と、Ｔ１が１．５ｎｍ（表７、図１２）の場合には、Ｔ２が０．５〜２．０ｎｍの範囲内であって、Ｔ３が０．１〜１．０ｎｍの範囲内のときに、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られている。なお、表５ないし表７および図１０ないし図１２には、実験結果を示していないが、Ｔ２が０．５ｎｍより大きく２．０ｎｍ未満の値のときにも、Ｔ１が０．３〜１．５ｎｍの範囲内であって、Ｔ３が０．１〜１．０ｎｍの範囲内のときには、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られることが実験により確認されている。
【０１１２】
以上のことから、ＭＲ素子５のスペーサ層５４は、順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有し、且つ、Ｔ１が０．３〜１．５ｎｍの範囲内、Ｔ２が０．５〜２．０ｎｍの範囲内、Ｔ３が０．１〜１．０ｎｍの範囲内である構成が好ましい。すなわち、スペーサ層５４が上記の構成である場合には、スペーサ層５４が第１の酸化物半導体層５４２と第２の酸化物半導体層５４３の一方しか含まない場合（第１および第２の比較例）に比べて、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内において大きなＭＲ変化率を得ることができる。以上の実験結果および考察から理解されるように、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５の抵抗値（面積抵抗）を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることが可能になる。
【０１１３】
なお、第２の酸化物半導体層５４３の材料であるＺｎＯの１原子層の厚みは約０．５ｎｍである。そのため、０．５ｎｍ未満の範囲におけるＴ３の値は、第２の酸化物半導体層５４３の全領域における平均値である。Ｔ３が０．５ｎｍ未満の場合には、第２の酸化物半導体層５４３においてＺｎＯは、まだら状に分布している。ＭＲ素子５の特性を安定化させるためには、第２の酸化物半導体層５４３は、ＺｎＯが均一に分布した層、すなわちＴ３が０．５ｎｍである層であることが好ましい。この観点から、Ｔ３は０．５〜１．０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【０１１４】
また、表５ないし表７に示されるように、Ｔ１が０．３〜１．５ｎｍの範囲内で、Ｔ２が０．５〜２．０ｎｍの範囲内のとき、Ｔ３が０．５ｎｍ未満の場合よりも、Ｔ３が０．５〜１．０ｎｍの範囲内である場合の方が、ＭＲ変化率が大きくなっている。この観点からも、Ｔ３は０．５〜１．０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【０１１５】
なお、第２の酸化物半導体層５４３は、例えばスパッタ法によってＺｎＯそのものを堆積させて形成してもよいが、例えばスパッタ法によってＺｎ層を形成した後、このＺｎ層に対して酸化処理を施して形成してもよい。
【０１１６】
［第２の実施の形態］
次に、図１４ないし図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１４は、本実施の形態に係るＭＲ素子を含む再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。本実施の形態における再生ヘッドは、第１の実施の形態における第１の再生シールド３および第２の再生シールド８の代りに第１の再生シールド部９３および第２の再生シールド部９８を備え、第１の実施の形態におけるＭＲ素子５の代りに本実施の形態に係るＭＲ素子１０５を備えている。ＭＲ素子１０５と第２の再生シールド部９８は、第１の再生シールド部９３の上に順に積層されている。ＭＲ素子１０５の平面形状（上方から見た形状）は、再生シールド部９３，９８の平面形状よりも小さい。本実施の形態における絶縁層４は、ＭＲ素子１０５の２つの側部と、ＭＲ素子１０５の媒体対向面４０からより遠い後端部とを覆うと共に、第１の再生シールド部９３の上面のうち、ＭＲ素子１０５が配置された部分以外の部分を覆っている。
【０１１７】
本実施の形態では、再生ヘッドは、第１の実施の形態における２つのバイアス磁界印加層６の代りに、１つのバイアス磁界印加層１０６（図１５ないし図１７参照）を備えている。このバイアス磁界印加層１０６は、第１の再生シールド部９３と第２の再生シールド部９８との間において、絶縁層４を介してＭＲ素子１０５の後端部に隣接するように配置されている。図示しないが、再生ヘッドは、更に、バイアス磁界印加層１０６と第２の再生シールド部９８との間に配置された保護層を備えている。この保護層は、Ｃｒ等の非磁性導電材料によって形成されている。
【０１１８】
再生ヘッドは、更に、第１の再生シールド部９３および第２の再生シールド部９８との間において、絶縁層４を介してＭＲ素子１０５の２つの側部に隣接するように配置された２つの非磁性層９０を備えている。本実施の形態における絶縁リフィル層７は、非磁性層９０およびバイアス磁界印加層１０６の周囲に配置されている。非磁性層９０は、非磁性金属材料によって形成されている。非磁性層９０の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、ＣｒＴｉ、ＴａまたはＲｕを用いることができる。
【０１１９】
第１の再生シールド部９３は、第１の主シールド層１７１と、この第１の主シールド層１７１の上に順に積層された下地層１７２、第１の反強磁性層１７３および第１の交換結合シールド層１７４を有している。
【０１２０】
第２の再生シールド部９８は、ＭＲ素子１０５の上に順に積層された第２の交換結合シールド層１８４、第２の反強磁性層１８３、非磁性キャップ層１８２および第２の主シールド層１８１を有している。
【０１２１】
第１の交換結合シールド層１７４は、第１の反強磁性層１７３と交換結合している。第２の交換結合シールド層１８４は、第２の反強磁性層１８３と交換結合している。本実施の形態では、第１の交換結合シールド層１７４と第２の交換結合シールド層１８４の一方は、非磁性導電材料よりなる非磁性中間層と、非磁性中間層を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層とを含み、第１の交換結合シールド層１７４と第２の交換結合シールド層１８４の他方は、１つ以上の強磁性層を含むが、非磁性中間層を含まない。図１４には、第１の交換結合シールド層１７４が、非磁性中間層と、非磁性中間層を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層とを含み、第２の交換結合シールド層１８４が、１つ以上の強磁性層を含むが、非磁性中間層を含まない例を示している。
【０１２２】
この例では、第１の交換結合シールド層１７４は、非磁性導電材料よりなる非磁性中間層１７６と、非磁性中間層１７６を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層１７５，１７７を含んでいる。強磁性層１７５は、第１の反強磁性層１７３と非磁性中間層１７６との間に配置され、第１の反強磁性層１７３と交換結合している。強磁性層１７７は、非磁性中間層１７６とＭＲ素子１０５との間に配置され、ＲＫＫＹ相互作用によって、非磁性中間層１７６を介して強磁性層１７５と反強磁性的に交換結合している。非磁性中間層１７６は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含んでいる。また、この例では、第２の交換結合シールド層１８４は、非磁性中間層を含まず、強磁性層１８５のみを含んでいる。強磁性層１８５は、第２の反強磁性層１８３と交換結合している。なお、この例とは逆に、第２の交換結合シールド層１８４が、非磁性中間層と、非磁性中間層を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層とを含み、第１の交換結合シールド層１７４が、１つ以上の強磁性層を含むが、非磁性中間層を含まない構成であってもよい。
【０１２３】
主シールド層１７１，１８１および強磁性層１７５，１７７，１８５は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料によって形成されている。主シールド層１７１，１８１および強磁性層１７５，１７７，１８５は、いずれも、余分な磁束を吸収するというシールドとしての機能を有する。
【０１２４】
下地層１７２および非磁性キャップ層１８２は、非磁性導電材料によって形成されている。下地層１７２は、例えばＴａとＲｕの少なくとも一方を含んでいる。非磁性キャップ層１８２は、例えばＮｉＣｒによって形成されている。
【０１２５】
反強磁性層１７３，１８３は、反強磁性材料によって形成されている。反強磁性層１７３，１８３に用いられる反強磁性材料は、非熱処理系反強磁性材料でもよいし、熱処理系反強磁性材料でもよい。
【０１２６】
第１の交換結合シールド層１７４の強磁性層１７５は、第１の反強磁性層１７３と交換結合し、これにより、強磁性層１７５の磁化が一定の方向を向くように、強磁性層１７５が単磁区化される。同様に、第２の交換結合シールド層１８４の強磁性層１８５は、第２の反強磁性層１８３と交換結合し、これにより、強磁性層１８５の磁化が一定の方向を向くように、強磁性層１８５が単磁区化される。強磁性層１７５と強磁性層１８５の磁化の方向は、磁界中でのアニールによって設定され、その際の磁界方向によって決定される。従って、強磁性層１７５と強磁性層１８５の磁化の方向は、同じ方向である。具体的には、強磁性層１７５と強磁性層１８５の磁化の方向は、トラック幅方向ＴＷに平行な同じ方向である。
【０１２７】
第１の交換結合シールド層１７４において、強磁性層１７７は、非磁性中間層１７６を介して強磁性層１７５と反強磁性的に交換結合する。これにより、強磁性層１７５と強磁性層１７７の磁化の方向が互いに反平行になり、強磁性層１７７の磁化が一定の方向を向くように、強磁性層１７７が単磁区化される。従って、強磁性層１８５と強磁性層１７７の磁化の方向は、互いに反平行になる。
【０１２８】
本実施の形態に係るＭＲ素子１０５は、第１の実施の形態と同様に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっている。第１の再生シールド部９３と第２の再生シールド部９８は、センス電流を、ＭＲ素子１０５に対して、ＭＲ素子１０５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。
【０１２９】
図１４に示したように、ＭＲ素子１０５は、スペーサ層１５３と、第１の交換結合シールド層１７４（強磁性層１７７）とスペーサ層１５３との間に配置された第１の自由層１５２と、第２の交換結合シールド層１８４（強磁性層１８５）とスペーサ層１５３との間に配置された第２の自由層１５４とを有している。自由層１５２，１５４は、いずれも、外部磁界としての信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。第１の自由層１５２は本発明における第１の強磁性層に対応し、第２の自由層１５４は本発明における第２の強磁性層に対応する。ＭＲ素子１０５は、更に、第１の交換結合シールド層１７４（強磁性層１７７）と第１の自由層１５２との間に配置された非磁性導電層１５１と、第２の自由層１５４と第２の交換結合シールド層１８４（強磁性層１８５）との間に配置された非磁性導電層１５５とを有している。ＭＲ素子１０５は、第１の交換結合シールド層１７４と第２の交換結合シールド層１８４によって２つの自由層１５２，１５４の磁化の方向が制御されるシールド結合型のＭＲ素子になっている。
【０１３０】
自由層１５２，１５４は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の保磁力が小さい強磁性材料によって形成されている。
【０１３１】
スペーサ層１５３の構成は、第１の実施の形態におけるスペーサ層５４と同様である。すなわち、スペーサ層１５３は、第１の自由層１５２の上に順に積層された非磁性金属層１５３ａ、第１の酸化物半導体層１５３ｂおよび第２の酸化物半導体層１５３ｃを有している。非磁性金属層１５３ａ、第１の酸化物半導体層１５３ｂおよび第２の酸化物半導体層１５３ｃの構成は、第１の実施の形態における非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３と同じである。第２の酸化物半導体層１５３ｃの上面は、第２の自由層１５４の下面に接している。
【０１３２】
非磁性導電層１５１は、第１の自由層１５２の下面および強磁性層１７７の上面に接している。非磁性導電層１５５は、第２の自由層１５４の上面および強磁性層１８５の下面に接している。非磁性導電層１５１，１５５は、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性導電材料によって形成されている。
【０１３３】
第１の交換結合シールド層１７４の強磁性層１７７と第１の自由層１５２は、非磁性導電層１５１を介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に交換結合している。従って、第１の自由層１５２と強磁性層１７７の磁化の方向は互いに反平行である。このようにして、第１の自由層１５２は、第１の交換結合シールド層１７４と磁気的に結合して磁化の方向が制御される。
【０１３４】
第２の交換結合シールド層１８４の強磁性層１８５と第２の自由層１５４は、非磁性導電層１５５を介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に交換結合している。従って、第２の自由層１５４と強磁性層１８５の磁化の方向は互いに反平行である。このようにして、第２の自由層１５４は、第２の交換結合シールド層１８４と磁気的に結合して磁化の方向が制御される。
【０１３５】
本実施の形態では、強磁性層１７７と強磁性層１８５の磁化の方向が互いに反平行である。第１の自由層１５２および第２の自由層１５４に第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態では、第１の自由層１５２と強磁性層１７７の磁化の方向も互いに反平行であり、第２の自由層１５４と強磁性層１８５の磁化の方向も互いに反平行である。そのため、この状態では、第１の自由層１５２と第２の自由層１５４の磁化の方向は、互い反平行になる。
【０１３６】
なお、ＭＲ素子１０５の外部からＭＲ素子１０５に対して磁界が印加されない状態において、バイアス磁界印加層１０６が発生するバイアス磁界以外の自由層１５２，１５４に印加される磁界は、全て、第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界である。従って、自由層１５２，１５４に、第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態というのは、ＭＲ素子１０５の外部からＭＲ素子１０５に対して磁界が印加されない状態において、バイアス磁界印加層１０６が発生するバイアス磁界が自由層１５２，１５４に印加されない状態である。
【０１３７】
なお、本実施の形態におけるＭＲ素子１０５の構成は、図１４に示した構成に限られない。例えば、ＭＲ素子１０５は、非磁性導電層１５１，１５５の代りに、それぞれ、複数の非磁性導電層と、隣接する非磁性導電層の間に配置された磁性層からなる第１および第２の結合層を有していてもよい。この場合、第１の結合層と第２の結合層における層の数は等しくする。これにより、第１の自由層１５２と第２の自由層１５４の磁化の方向を互い反平行にすることができる。
【０１３８】
バイアス磁界印加層１０６は、自由層１５２，１５４に対してバイアス磁界が印加されない状態と比較して、自由層１５２，１５４の磁化の方向が変化するように、自由層１５２，１５４に対してバイアス磁界を印加する。バイアス磁界印加層１０６は、自由層１５２の磁化の方向と自由層１５４の磁化の方向が直交するように、自由層１５２，１５４に対してバイアス磁界を印加するものであることが好ましい。
【０１３９】
ここで、図１５ないし図１７を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子１０５の動作について説明する。図１５ないし図１７は、いずれも、ＭＲ素子１０５とバイアス磁界印加層１０６を表している。図１５ないし図１７において、記号“Ｂ”を付した矢印は、バイアス磁界印加層１０６が発生するバイアス磁界を表している。記号“Ｍ１ｓ”を付した矢印は、第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界（バイアス磁界を含む）が印加されない状態における第１の自由層１５２の磁化の方向を表している。記号“Ｍ２ｓ”を付した矢印は、上記の外部からの磁界が印加されていない状態における第２の自由層１５４の磁化の方向を表している。記号“Ｍ１”を付した矢印は、バイアス磁界Ｂが印加されている状態における第１の自由層１５２の磁化の方向を表している。記号“Ｍ２”を付した矢印は、バイアス磁界Ｂが印加されている状態における第２の自由層１５４の磁化の方向を表している。
【０１４０】
図１５に示したように、自由層１５２，１５４に外部からの磁界が印加されていない状態では、自由層１５２，１５４の磁化の方向は互いに反平行である。自由層１５２，１５４にバイアス磁界Ｂが印加されているが信号磁界は印加されていない状態では、自由層１５２，１５４の磁化の方向が非反平行になる。この状態において、第１の自由層１５２の磁化の方向と第２の自由層１５４の磁化の方向は、いずれも媒体対向面４０に対して４５度の角度をなし、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度θは９０度となることが好ましい。
【０１４１】
図１６は、自由層１５２，１５４にバイアス磁界Ｂが印加され、且つ、バイアス磁界Ｂと同じ方向の信号磁界Ｈが印加されている状態を表している。この状態では、第１の自由層１５２の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度と、第２の自由層１５４の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度は、いずれも、図１５に示した状態に比べて大きくなる。その結果、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度θは、図１５に示した状態に比べて小さくなる。
【０１４２】
図１７は、自由層１５２，１５４にバイアス磁界Ｂが印加され、且つ、バイアス磁界Ｂとは反対方向の信号磁界Ｈが印加されている状態を表している。この状態では、第１の自由層１５２の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度と、第２の自由層１５４の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度は、いずれも、図１５に示した状態に比べて小さくなる。その結果、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度θは、図１５に示した状態に比べて大きくなる。
【０１４３】
このように、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度は、信号磁界に応じて変化し、その結果、ＭＲ素子１０５の抵抗値が変化する。従って、このＭＲ素子１０５の抵抗値を検出することによって、信号磁界を検出することができる。ＭＲ素子１０５の抵抗値は、ＭＲ素子１０５にセンス電流を流したときにＭＲ素子１０５において発生する電位差より求めることができる。このようにして、ＭＲ素子１０５によって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【０１４４】
次に、本実施の形態に係るＭＲ素子１０５の効果について説明する。本実施の形態では、第１の交換結合シールド層１７４の強磁性層１７５が第１の反強磁性層１７３と交換結合し、強磁性層１７７が非磁性中間層１７６を介して強磁性層１７５と反強磁性的に交換結合することにより、強磁性層１７７の磁化の方向が設定される。一方、第２の交換結合シールド層１８４の強磁性層１８５が第２の反強磁性層１８３と交換結合することにより、強磁性層１８５の磁化の方向が設定される。その結果、強磁性層１８５と強磁性層１７７の磁化の方向は、互いに反平行になる。また、第１の自由層１５２は強磁性層１７７と磁気的に結合し、第２の自由層１５４は強磁性層１８５と磁気的に結合する。具体的には、第１の自由層１５２は、非磁性導電層１５１を介して強磁性層１７７と反強磁性的に交換結合する。また、第２の自由層１５４は、非磁性導電層１５５を介して強磁性層１８５と反強磁性的に交換結合する。その結果、２つの自由層１５２，１５４に第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態において、２つの自由層１５２，１５４の磁化の方向が互いに反平行にされる。このように、本実施の形態によれば、スペーサ層１５３を介した２つの自由層の反強磁性的結合を利用することなく、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層１５２，１５４の磁化の方向を互いに反平行にすることができる。そのため、本実施の形態では、スペーサ層１５３の材料や厚みが、２つの自由層の反強磁性的結合を利用する場合のように限定されることがない。
【０１４５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１４６】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、第２の実施の形態のように２つの自由層を備えたＭＲ素子において、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層の磁化の方向を互いに反平行にする方法は、第２の実施の形態に示した方法に限らない。例えば、硬磁性層を用いて、あるいは形状磁気異方性を利用して、第１の再生シールド部中の第１の強磁性層と第２の再生シールド部中の第２の強磁性層の磁化の方向を反平行にし、一方の自由層を第１の強磁性層に磁気的に結合させ、他方の自由層を第２の強磁性層に磁気的に結合させてもよい。
【０１４７】
また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
【０１４８】
また、本発明は、磁気記録装置における磁気ヘッドの再生ヘッドとして利用されるＭＲ素子に限らず、発振器、ＭＲＡＭ、磁気センサー等の種々の用途のＭＲ素子全般に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
５…ＭＲ素子、５１…下地層、５２…反強磁性層、５３…固定層、５４…スペーサ層、５５…自由層、５６…保護層、５４１…非磁性金属層、５４２…第１の酸化物半導体層、５４３…第２の酸化物半導体層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録装置、発振器、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、磁気センサー等に用いられる磁気抵抗効果素子、ならびに磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置等の磁気記録装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００３】
ＭＲ素子としては、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。
【０００４】
再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いたものが量産されている。
【０００５】
スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、一般的には、自由層と、固定層と、これらの間に配置されたスペーサ層と、固定層におけるスペーサ層とは反対側に配置された反強磁性層とを有している。自由層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層における磁化の方向を固定する層である。スペーサ層は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子においては非磁性導電層であり、ＴＭＲ素子においてはトンネルバリア層である。一般的には、トンネルバリア層は、酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等の絶縁材料によって形成された絶縁層である。
【０００６】
ＧＭＲ素子には、磁気的信号検出用の電流（以下、センス電流という。）が、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流されるＣＩＰ（Current In Plane）構造のものと、センス電流が、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のものとがある。以下、ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子をＣＰＰ−ＧＭＲ素子と呼び、ＣＩＰ構造のＧＭＲ素子をＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ぶ。ＴＭＲ素子もＣＰＰ構造である。
【０００７】
近年、記録密度の増大に伴い、再生ヘッドに対しては、トラック幅の縮小の要求が強くなってきている。再生ヘッドにおいて、トラック幅の縮小はＭＲ素子の幅の縮小によって実現される。ＭＲ素子の幅の縮小に伴い、薄膜磁気ヘッドにおける記録媒体に対向する媒体対向面に垂直な方向についてのＭＲ素子の長さも縮小される。その結果、ＭＲ素子の下面および上面の面積が減少する。
【０００８】
ＣＩＰ−ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子とその上下に配置された各シールド層との間がそれぞれシールドギャップ膜によって隔てられているため、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子の下面および上面の面積が減少すると、放熱効率が低下していた。そのため、この再生ヘッドでは、信頼性を確保するために、動作電流が制限されるという問題点があった。
【０００９】
これに対し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、シールドギャップ膜は不要であり、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の下面と上面にそれぞれ電極層が接触している。電極層はシールド層を兼ねていてもよい。この再生ヘッドでは、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の下面と上面にそれぞれ電極層が接触していることから、放熱効率がよい。そのため、この再生ヘッドでは、動作電流を大きくすることができる。また、この再生ヘッドでは、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の下面および上面の面積が小さいほど素子の抵抗値が大きくなり、磁気抵抗変化量も大きくなる。従って、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、トラック幅の縮小に適している。
【００１０】
しかし、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、非磁性導電層であるスペーサ層の抵抗値が小さいため、磁気抵抗変化量も小さくなる。そのため、素子の抵抗に対する磁気抵抗変化の比率である磁気抵抗変化率（以下、ＭＲ変化率と記す。）として十分に大きな値が得られないという問題点があった。
【００１１】
一方、ＴＭＲ素子では、以下のような問題点があった。ＴＭＲ素子では、上記の一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子とは逆にスペーサ層の抵抗値が大きいために、ＴＭＲ素子の抵抗値が大きくなる。磁気ディスク装置では、記録密度の向上と共にデータ転送レートの向上が要求されている。それに伴い、再生ヘッドには、高周波応答性がよいことが要求される。ところが、ＴＭＲ素子の抵抗値が大きいと、ＴＭＲ素子およびそれに接続される回路において発生する浮遊容量が大きくなり、再生ヘッドの高周波応答性が低下してしまう。
【００１２】
このような状況に鑑みて、以下に示すように、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子においてスペーサ層および素子の抵抗値を適当な大きさにするための種々の提案がなされている。
【００１３】
特許文献１には、電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、磁化方向が固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられた中間層とを備えている。中間層は、抵抗が相対的に高い領域と抵抗が相対的に低い領域とを有する酸化物からなる第１の層（酸化物中間層）を含んでいる。センス電流は、第１の層を通過する際に、抵抗が相対的に低い領域を優先的に流れる。
【００１４】
特許文献２には、以下のようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、磁化方向が固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられ、伝導キャリア数が１０22個／ｃｍ３以下の材料からなる抵抗調節層とを備えている。特許文献２には、抵抗調節層の材料として半導体または半金属が望ましい旨が記載されている。また、特許文献２には、半導体の例としてＺｎＯが挙げられている。
【００１５】
特許文献３および特許文献４には、スペーサ層が、ＺｎＯ等の酸化物半導体によって構成された層を含むＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。
【００１６】
特許文献５には、スペーサ層が、Ｚｎ，Ｇａ等の酸化物によって構成された層を含むＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−２９８１４３号公報
【特許文献２】特開２００３−００８１０２号公報
【特許文献３】特開２００８−０９１８４２号公報
【特許文献４】特開２００９−０１０３３３号公報
【特許文献５】特開２００９−０８８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、酸化物半導体によって構成された層を含むスペーサ層を設けることは、スペーサ層および素子の抵抗値を適当な大きさにする上で有用と考えられる。本願の発明者らは、実際に、種々の酸化物半導体を用いて、酸化物半導体によって構成された層を含むスペーサ層を備えたＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製し、その特性を調べた。その結果、スペーサ層が、酸化物半導体によって構成された層として、１つの種類の酸化物半導体よりなる層のみを含む場合には、素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることが難しいことが分かった。
【００１９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることができるようにした磁気抵抗効果素子、ならびに磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されたスペーサ層とを備え、磁気的信号検出用の電流が、各層の面と交差する方向に流されるものである。本発明の磁気抵抗効果素子において、スペーサ層は、順に積層された非磁性金属層、第１の酸化物半導体層および第２の酸化物半導体層を有している。非磁性金属層は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有している。第１の酸化物半導体層は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子において、Ｇａ酸化物半導体はＧａ２Ｏ３であり、Ｚｎ酸化物半導体はＺｎＯであってもよい。また、第２の酸化物半導体層は、０．５〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有していてもよい。
【００２２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子において、第１の強磁性層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、第２の強磁性層は、磁化の方向が固定された固定層であってもよい。あるいは、第１および第２の強磁性層は、いずれも、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、外部磁界に応じて第１の強磁性層の磁化の方向と第２の強磁性層の磁化の方向との相対角度が変化してもよい。
【００２３】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子とを備えたものである。
【００２４】
本発明のヘッドアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたものである。
【００２５】
本発明の磁気記録装置は、記録媒体と、本発明の薄膜磁気ヘッドと、薄膜磁気ヘッドを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の磁気抵抗効果素子、ならびに磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置では、磁気抵抗効果素子のスペーサ層が、Ｃｕよりなる非磁性金属層、Ｇａ酸化物半導体よりなる第１の酸化物半導体層およびＺｎ酸化物半導体よりなる第２の酸化物半導体層を有し、非磁性金属層、第１および第２の酸化物半導体層が、それぞれ所定の範囲内の厚みを有する。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子の抵抗値を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることができるという効果を奏する。また、非磁性金属層は、スペーサ層に接する一方の強磁性層の酸化を防止し、これにより一方の強磁性層の特性の劣化を防止する役割を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドを含むスライダを示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録装置の要部を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録装置の平面図である。
【図８】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図９】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１０】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１１】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１２】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１３】スペーサ層の好ましい構成を求めるために行った実験の結果を示す特性図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド（以下、単に磁気ヘッドと記す。）を含むスライダ２１０について説明する。本実施の形態に係る磁気ヘッドは垂直磁気記録用である。磁気記録装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体（磁気ディスク）に対向するように配置される。図４において、Ｘ方向は記録媒体のトラック横断方向すなわちトラック幅方向であり、Ｙ方向は記録媒体の表面に垂直な方向であり、Ｚ方向はスライダ２１０から見た記録媒体の進行方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交している。スライダ２１０は、基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、記録媒体の表面に対向するようになっている。この一面には、記録媒体に対向する媒体対向面４０が形成されている。記録媒体が回転してＺ方向に進行すると、記録媒体とスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図４におけるＹ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって記録媒体の表面から浮上するようになっている。スライダ２１０の空気流出側の端部（Ｚ方向における端部）の近傍には、本実施の形態に係る磁気ヘッド１００が形成されている。また、スライダ２１０の空気流出側の端部には、複数の端子２１２が設けられている。
【００２９】
次に、図５を参照して、本実施の形態に係るヘッドアセンブリについて説明する。本実施の形態に係るヘッドアセンブリは、図４に示したスライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置とを備えている。このヘッドアセンブリの態様には、以下で説明するヘッドジンバルアセンブリとヘッドアームアセンブリが含まれる。
【００３０】
まず、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置としてのサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２と、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を記録媒体２６２のトラック横断方向Ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００３１】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００３２】
図５は、本実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００３３】
次に、図６および図７を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気記録装置について説明する。図６は磁気記録装置の要部を示す説明図、図７は磁気記録装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気記録装置に組み込まれる。磁気記録装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の記録媒体２６２を有している。記録媒体２６２毎に、記録媒体２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共に記録媒体２６２に対して位置決めする。
【００３４】
本実施の形態に係る磁気記録装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を記録媒体２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を記録媒体２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、記録媒体２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体２６２に記録されている情報を再生する。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態に係る磁気ヘッドの構成について説明する。図２は磁気ヘッドの構成を示す断面図である。図３は磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。なお、図２は媒体対向面および基板の上面に垂直な断面を示している。図２および図３には、図４に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図２において、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向に直交する方向であり、図３において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向である。
【００３６】
図２に示したように、本実施の形態に係る磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０を備えている。また、図２および図３に示したように、磁気ヘッドは、アルミニウムオキサイド・チタニウムカーバイド（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１と、この基板１の上に配置されたアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁材料よりなる絶縁層２と、この絶縁層２の上に配置された磁性材料よりなる第１の再生シールド３と、この第１の再生シールド３の上に配置された磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）５と、このＭＲ素子５のトラック幅方向（図３におけるＸ方向）の両側の２つの側部に隣接するように配置された２つのバイアス磁界印加層６と、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置された絶縁リフィル層７とを備えている。絶縁リフィル層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。
【００３７】
磁気ヘッドは、更に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁リフィル層７の上に配置された磁性材料よりなる第２の再生シールド８と、この第２の再生シールド８の上に配置されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層９とを備えている。第１の再生シールド３から第２の再生シールド８までの部分は、再生ヘッドを構成する。
【００３８】
磁気ヘッドは、更に、分離層９の上に配置された磁性材料よりなるサブシールド１０と、サブシールド１０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層１１とを備えている。サブシールド１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。サブシールド１０および絶縁層１１の上面は平坦化されている。
【００３９】
磁気ヘッドは、更に、サブシールド１０および絶縁層１１の上に配置された絶縁膜１２と、この絶縁膜１２の上に配置されたヒーター１３と、絶縁膜１２との間でヒーター１３を挟むように絶縁膜１２およびヒーター１３の上に配置された絶縁膜１４とを備えている。ヒーター１３の機能および材料については、後で説明する。絶縁膜１２，１４は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。
【００４０】
磁気ヘッドは、更に、サブシールド１０の上に配置された第１の記録シールド１５を備えている。第１の記録シールド１５は、サブシールド１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。図２に示した例では、媒体対向面４０に垂直な方向（図２におけるＹ方向）についての第２層１５Ｂの長さが、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも小さくなっている。しかし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第２層１５Ｂの長さは、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さと等しくてもよいし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも大きくてもよい。
【００４１】
磁気ヘッドは、更に、絶縁膜１４の上に配置された導電材料よりなるコイル１６と、このコイル１６の巻線間およびコイル１６と第１層１５Ａとの間に充填された絶縁層１７と、第１層１５Ａ、コイル１６および絶縁層１７の周囲に配置された絶縁層１８とを備えている。コイル１６は、平面渦巻き形状をなしている。コイル１６は、中心側の端部近傍の部分であって、後述する他のコイルに接続される部分である接続部１６ａを含んでいる。絶縁層１７は、例えばフォトレジストによって形成されている。絶縁層１８は、例えばアルミナによって形成されている。第１層１５Ａ、コイル１６、絶縁層１７および絶縁層１８の上面は平坦化されている。
【００４２】
磁気ヘッドは、更に、接続部１６ａの上に配置された導電材料よりなる接続層１９と、第２層１５Ｂおよび接続層１９の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２０とを備えている。接続層１９は、第２層１５Ｂと同じ材料によって形成されていてもよい。第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上面は平坦化されている。
【００４３】
磁気ヘッドは、更に、第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上に配置された第１のギャップ層２３を備えている。この第１のギャップ層２３には、接続層１９の上面に対応する位置に開口部が形成されている。第１のギャップ層２３は、アルミナ等の非磁性且つ絶縁性の材料によって形成されている。
【００４４】
磁気ヘッドは、更に、第１のギャップ層２３の上に配置された磁性材料よりなる磁極層２４と、接続層１９の上に配置された導電材料よりなる接続層２５と、磁極層２４および接続層２５の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２６とを備えている。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。接続層２５は、第１のギャップ層２３の開口部を通して接続層１９に接続されている。接続層２５は、磁極層２４と同じ材料によって形成されていてもよい。
【００４５】
磁気ヘッドは、更に、非磁性材料よりなり、磁極層２４の上面の一部の上に配置された非磁性層４１を備えている。非磁性層４１は、例えば無機絶縁材料または金属材料よりなる。非磁性層４１として用いられる無機絶縁材料としては、アルミナ、ＳｉＯ2等がある。非磁性層４１として用いられる金属材料としては、Ｒｕ、Ｔｉ等がある。
【００４６】
磁気ヘッドは、更に、磁極層２４の一部および非磁性層４１の上に配置された第２のギャップ層２７を備えている。非磁性層４１および第２のギャップ層２７は、磁極層２４の上面のうち媒体対向面４０から離れた一部分と接続層２５の上面は覆っていない。第２のギャップ層２７は、アルミナ等の非磁性材料によって形成されている。
【００４７】
磁気ヘッドは、更に、第２のギャップ層２７の上に配置された第２の記録シールド２８を備えている。第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。
【００４８】
磁気ヘッドは、更に、媒体対向面４０から離れた位置において磁極層２４の上に配置された磁性材料よりなるヨーク層２９と、接続層２５の上に配置された導電材料よりなる接続層３０と、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および接続層３０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３１とを備えている。ヨーク層２９および接続層３０は、第１層２８Ａと同じ材料によって形成されていてもよい。第１層２８Ａ、ヨーク層２９、接続層３０および絶縁層３１の上面は平坦化されている。
【００４９】
磁気ヘッドは、更に、ヨーク層２９および絶縁層３１の上に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３２を備えている。絶縁層３２には、第１層２８Ａの上面を露出させる開口部と、ヨーク層２９の上面のうち媒体対向面４０から遠い端部の近傍の部分を露出させる開口部と、接続層３０の上面を露出させる開口部とが形成されている。
【００５０】
磁気ヘッドは、更に、絶縁層３２の上に配置された導電材料よりなるコイル３３を備えている。コイル３３は、平面渦巻き形状をなしている。コイル３３は、中心側の端部近傍の部分であって、コイル１６の接続部１６ａに接続される部分である接続部３３ａを含んでいる。接続部３３ａは、接続層３０に接続され、接続層１９，２５，３０を介して接続部１６ａに接続されている。
【００５１】
磁気ヘッドは、更に、コイル３３を覆うように配置された絶縁層３４を備えている。絶縁層３４は、例えばフォトレジストによって形成されている。第２の記録シールド２８の第２層２８Ｂは、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および絶縁層３４の上に配置され、第１層２８Ａとヨーク層２９とを接続している。
【００５２】
磁気ヘッドは、更に、第２層２８Ｂを覆うように配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなるオーバーコート層３５を備えている。サブシールド１０から第２層２８Ｂまでの部分は、記録ヘッドを構成する。図４における基体２１１は、主に図２における基板１およびオーバーコート層３５によって構成されている。
【００５３】
以上説明したように、磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドと記録ヘッドは、基板１の上に積層されている。再生ヘッドは記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置され、記録ヘッドは記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。この磁気ヘッドでは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。
【００５４】
記録ヘッドは、サブシールド１０、第１の記録シールド１５、コイル１６、第１のギャップ層２３、磁極層２４、非磁性層４１、第２のギャップ層２７、第２の記録シールド２８、ヨーク層２９およびコイル３３を有している。第１の記録シールド１５と第２の記録シールド２８のうち、第１の記録シールド１５の方が基板１に近い位置に配置されている。また、磁極層２４と第２の記録シールド２８のうち、磁極層２４の方が基板１に近い位置に配置されている。
【００５５】
コイル１６，３３は、記録媒体に記録する情報に応じた磁界を発生する。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有し、コイル１６，３３によって発生された磁界に対応する磁束を通過させると共に、垂直磁気記録方式によって情報を記録媒体に記録するための記録磁界を発生する。
【００５６】
第１の記録シールド１５は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側に配置された端面を有している。第１のギャップ層２３は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第１の記録シールド１５と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第１の記録シールド１５は、サブシールド１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。コイル１６の一部は、サブシールド１０と磁極層２４の間の空間を通過するように、第１層１５Ａの側方に配置されている。
【００５７】
サブシールド１０は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能を有している。なお、図２には、サブシールド１０の端面が媒体対向面４０に配置された例を示している。しかし、サブシールド１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有する第１の記録シールド１５に接続されているので、サブシールド１０の媒体対向面４０により近い端面が媒体対向面４０から離れた位置に配置されていてもよい。
【００５８】
媒体対向面４０において、第１の記録シールド１５の端面（第２層１５Ｂの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第１のギャップ層２３による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第１の記録シールド１５の端面との間隔は、０．０５〜０．７μｍの範囲内であることが好ましく、０．１〜０．３μｍの範囲内であることがより好ましい。
【００５９】
第１の記録シールド１５は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。
【００６０】
第２の記録シールド２８は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側に配置された端面を有している。第２のギャップ層２７は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第２の記録シールド２８と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。コイル３３の一部は、磁極層２４と第２の記録シールド２８によって囲まれた空間を通過するように配置されている。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置でヨーク層２９に接続されている。従って、第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置で、ヨーク層２９を介して磁極層２４に接続されている。磁極層２４、第２の記録シールド２８およびヨーク層２９は、コイル３３が発生する磁界に対応した磁束を通過させる磁路を形成する。
【００６１】
媒体対向面４０において、第２の記録シールド２８の端面（第１層２８Ａの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第２のギャップ層２７による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第２の記録シールド２８の端面との間隔は、第２の記録シールド２８がシールドとしての機能を十分に発揮することができるように、２００ｎｍ以下であることが好ましく、２５〜５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【００６２】
記録媒体に記録されるビットパターンの端部の位置は、媒体対向面４０における磁極層２４の第２のギャップ層２７側の端部の位置によって決まる。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。また、第２の記録シールド２８は、磁気ヘッドの外部から磁気ヘッドに印加された外乱磁界を取り込む。これにより、外乱磁界が磁極層２４に集中して取り込まれることによって記録媒体に対して誤った記録が行なわれることを防止することができる。また、第２の記録シールド２８は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能も有している。
【００６３】
なお、図２には、サブシールド１０および第１の記録シールド１５が磁極層２４に接続されていない例を示している。しかし、サブシールド１０と磁極層２４は、媒体対向面４０から離れた位置で接続されていてもよい。また、コイル１６は、記録ヘッドにおける必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。また、図２には、ヨーク層２９を、磁極層２４の上、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置した例を示している。しかし、ヨーク層２９は、磁極層２４の下、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置してもよい。
【００６４】
ヒーター１３は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面と記録媒体との間の距離を制御するために、磁極層２４を含む記録ヘッドの構成要素を加熱するものである。ヒーター１３には、図示しない２つのリードが接続されている。ヒーター１３は、例えば、Ｔａ膜、ＮｉＣｕ膜およびＴａ膜からなる積層膜や、ＮｉＣｒ膜によって形成されている。ヒーター１３は、２つのリードによって通電されて発熱し、記録ヘッドの構成要素を加熱する。これにより、記録ヘッドの構成要素が膨張し、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面が記録媒体に近づく。
【００６５】
なお、図２および図３には、垂直磁気記録方式用の記録ヘッドを示したが、本実施の形態における記録ヘッドは、長手磁気記録方式用の記録ヘッドであってもよい。
【００６６】
ここで、本実施の形態に係る磁気ヘッドの製造方法の概略について説明する。本実施の形態に係る磁気ヘッドの製造方法では、例えば、１枚の基板（ウェハ）に対して、複数の磁気ヘッドの構成要素を形成して、それぞれ後にスライダとなるスライダ予定部が複数列に配列された基礎構造物（substructure）を作製する。次に、この基礎構造物を切断して、１列に配列された複数のスライダ予定部を含むスライダ集合体を作製する。次に、基礎構造物を切断することによってスライダ集合体に形成された１つの面に対して研磨を行うことにより、スライダ集合体に含まれる各スライダ予定部に対して媒体対向面４０を形成する。次に、媒体対向面４０に浮上用レールを形成する。次に、複数のスライダ予定部が互いに分離されるようにスライダ集合体を切断して、それぞれ磁気ヘッドを含む複数のスライダを形成する。
【００６７】
次に、図１を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子５を含む再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は、再生ヘッドの媒体対向面４０に平行な断面を示す断面図である。図１には、図４に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図１において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向である。図１において記号ＴＷで示す矢印は、トラック幅方向を表している。トラック幅方向ＴＷは、Ｘ方向と同じ方向である。
【００６８】
再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１の再生シールド３および第２の再生シールド８と、第１の再生シールド３と第２の再生シールド８との間に配置されたＭＲ素子５とを備えている。ＭＲ素子５および第２の再生シールド８は第１の再生シールド３の上に順に積層されている。
【００６９】
再生ヘッドは、更に、ＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように配置され、ＭＲ素子５に対してバイアス磁界を印加する２つのバイアス磁界印加層６と、第１の再生シールド３およびＭＲ素子５とバイアス磁界印加層６との間に配置された絶縁層４とを備えている。
【００７０】
バイアス磁界印加層６は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。具体的には、バイアス磁界印加層６は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成される。絶縁層４は、例えばアルミナによって形成される。
【００７１】
本実施の形態に係るＭＲ素子５は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっている。このＭＲ素子５には、磁気的信号検出用の電流であるセンス電流が、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流される。第１の再生シールド３と第２の再生シールド８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１の再生シールド３および第２の再生シールド８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００７２】
図１には、ＭＲ素子５の構成の一例を示している。このＭＲ素子５は、外部磁界としての信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である自由層５５と、磁化の方向が固定された強磁性層である固定層５３と、自由層５５と固定層５３との間に配置されたスペーサ層５４とを備えている。自由層５５は本発明における第１の強磁性層に対応し、固定層５３は本発明における第２の強磁性層に対応する。図１に示した例では、固定層５３と自由層５５のうち、固定層５３の方が第１の再生シールド３に近い位置に配置されている。しかし、逆に、自由層５５の方が第１の再生シールド３に近い位置に配置されていてもよい。ＭＲ素子５は、更に、固定層５３におけるスペーサ層５４とは反対側に配置された反強磁性層５２と、第１の再生シールド３と反強磁性層５２との間に配置された下地層５１と、自由層５５と第２の再生シールド８との間に配置された保護層５６とを備えている。図１に示したＭＲ素子５では、第１の再生シールド３の上に、下地層５１、反強磁性層５２、固定層５３、スペーサ層５４、自由層５５および保護層５６が順に積層されている。
【００７３】
反強磁性層５２は、固定層５３との交換結合により、固定層５３における磁化の方向を固定する層である。下地層５１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層５２と固定層５３との交換結合を良好にするために設けられる。保護層５６は、その下の各層を保護するための層である。
【００７４】
下地層５１の厚みは、例えば２〜６ｎｍである。下地層５１としては、例えばＴａ層とＲｕ層との積層体が用いられる。
【００７５】
反強磁性層５２の厚みは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層５２は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種ＭIIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素ＭIIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層５２は、そのどちらにより構成されていてもよい。非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。
【００７６】
なお、固定層５３における磁化の方向を固定する層として、上記のような反強磁性層５２の代りに、ＣｏＰｔ等の硬磁性材料よりなる硬磁性層を設けてもよい。この場合には、下地層５１の材料としては、Ｃｒ、ＣｒＴｉ、ＴｉＷ等が用いられる。
【００７７】
固定層５３では、反強磁性層５２との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。本実施の形態における固定層５３は、反強磁性層５２の上に順に積層されたアウター層５３１、非磁性中間層５３２およびインナー層５３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層５３１およびインナー層５３３は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成された強磁性層を含んでいる。アウター層５３１とインナー層５３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。アウター層５３１の厚みは、例えば３〜７ｎｍである。インナー層５３３の厚みは、例えば３〜１０ｎｍである。
【００７８】
非磁性中間層５３２の厚みは、例えば０．３５〜１．０ｎｍである。非磁性中間層５３２は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、ＺｒおよびＣｕからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この非磁性中間層５３２は、インナー層５３３とアウター層５３１の間に反強磁性交換結合を生じさせ、インナー層５３３の磁化とアウター層５３１の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、インナー層５３３の磁化とアウター層５３１の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。
【００７９】
本実施の形態におけるスペーサ層５４は、固定層５３（インナー層５３３）の上に順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有している。非磁性金属層５４１は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有している。第１の酸化物半導体層５４２は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層５４３は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有している。第２の酸化物半導体層５４３の上面は、自由層５５の下面に接している。Ｇａ酸化物半導体は、Ｇａ２Ｏ３であってもよい。Ｚｎ酸化物半導体は、ＺｎＯであってもよい。
【００８０】
第１の酸化物半導体層５４２を構成するＧａ２Ｏ３と第２の酸化物半導体層５４３を構成するＺｎＯは、いずれも酸化物半導体である。第１の酸化物半導体層５４２を構成するＧａ２Ｏ３は、結晶質でもよいしアモルファスでもよい。また、第１の酸化物半導体層５４２を構成するＧａ２Ｏ３の組成は、化学量論的組成から多少ずれたものであってもよい。
【００８１】
自由層５５の厚みは、例えば２〜１０ｎｍである。自由層５５は、保磁力が小さい強磁性層によって構成されている。自由層５５は、積層された複数の強磁性層を含んでいてもよい。
【００８２】
保護層５６の厚みは、例えば０．５〜２０ｎｍである。保護層５６としては、例えばＴａ層やＲｕ層が用いられる。また、保護層５６は、Ｔａ層、Ｒｕ層等の組み合わせの２積層構造や、Ｔａ層、Ｒｕ層、Ｔａ層の組み合わせや、Ｒｕ層、Ｔａ層、Ｒｕ層の組み合わせ等の３積層構造としてもよい。
【００８３】
なお、インナー層５３３と自由層５５の少なくとも一方は、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。
【００８４】
ＭＲ素子５の抵抗値の大小は、ＭＲ素子５の面積抵抗（resistance-area product；以下、ＲＡとも記す。）で評価するのが適当である。ＭＲ素子５のＲＡが小さすぎると、ＭＲ変化率が小さくなると共に、ＭＲ素子５における電流密度が大きくなりすぎて固定層５３または自由層５５におけるスピントルクが大きくなるという問題が発生する。なお、スピントルクとは、自由層５５から固定層５３へ、あるいは固定層５３から自由層５５へ注入されるスピン偏極電子によって発生して、固定層５３または自由層５５の磁化を回転させるトルクである。一方、ＭＲ素子５のＲＡが大きすぎると、再生ヘッドの高周波応答性が低下すると共に、ノイズが増大する。ＭＲ素子５のＲＡは、０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内であることが好ましい。
【００８５】
次に、図１に示した再生ヘッドの製造方法について説明する。この再生ヘッドの製造方法では、まず、絶縁層２の上に、めっき法等によって、所定のパターンの第１の再生シールド３を形成する。次に、第１の再生シールド３の上に、例えばスパッタ法によって、ＭＲ素子５を構成する各層となる膜を順に形成し、これらの膜の積層体を形成する。次に、この積層体に対して、所定の温度で加熱するアニールを施す。このアニールの温度は、２００〜３００℃の範囲内であることが好ましい。次に、積層体をエッチングによってパターニングして、ＭＲ素子５を形成する。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁層４とバイアス磁界印加層６を順に形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、第２の再生シールド８を形成する。
【００８６】
なお、上記のアニールは、スペーサ層５４の酸化物半導体層５４２，５４３の結晶化を促進してスペーサ層５４の抵抗値を低下させて、ＭＲ素子５のＲＡを所望の範囲内に収めるために必要である。従って、このアニールは、スペーサ層５４を構成する各層となる膜の形成後であれば、どの段階で行ってもよい。例えば、上記積層体をパターニングした後にアニールを行ってもよい。また、上記のアニールは、積層体に磁界を印加しながら行うことによって、固定層５３のアウター層５３１およびインナー層５３３の磁化の方向を設定するためのアニールを兼ねてもよい。
【００８７】
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。
【００８８】
再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、トラック幅方向ＴＷと同じである。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、自由層５５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。一方、固定層５３の磁化の方向は、媒体対向面４０に垂直な方向に固定されている。
【００８９】
ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じて自由層５５の磁化の方向が変化し、これにより、自由層５５の磁化の方向と固定層５３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２の再生シールド３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときの再生シールド３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【００９０】
本実施の形態に係るＭＲ素子５において、スペーサ層５４は、順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有している。本実施の形態では、スペーサ層５４が非磁性金属層のみからなる場合に比べてＭＲ素子５のＲＡを大きくすることができ、ＴＭＲ素子のようにスペーサ層５４が絶縁層よりなる場合に比べてＭＲ素子５のＲＡを小さくすることができる。また、非磁性金属層５４１は、スペーサ層５４に接する一方の強磁性層すなわち固定層５３（インナー層５３３）の酸化を防止し、これにより固定層５３（インナー層５３３）の特性の劣化を防止する役割を有する。非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３の各厚みの範囲は、以下で説明する実験の結果に基づいて決定されている。
【００９１】
以下、ＭＲ素子５のスペーサ層５４の好ましい構成を求めるために行った実験の結果について説明する。実験では、スペーサ層５４の構成が異なる複数のＭＲ素子の試料を作製し、それらのＭＲ変化率（％）とＲＡ（Ω・μｍ２）とを測定した。試料の構成を、以下の表１に示す。
【００９２】
【表１】
【００９３】
非磁性金属層５４１の厚みＴ１、第１の酸化物半導体層５４２の厚みＴ２および第２の酸化物半導体層５４３の厚みＴ３は、試料によって異なる。実験で作製した複数の試料には、以下の構成の第１の比較例の複数の試料と第２の比較例の複数の試料とが含まれている。第１の比較例の複数の試料では、スペーサ層５４は、第１の酸化物半導体層５４２を含まず（Ｔ２＝０）、非磁性金属層５４１および、その上に形成された第２の酸化物半導体層５４３のみによって構成されている。第２の比較例の複数の試料では、スペーサ層５４は、第２の酸化物半導体層５４３を含まず（Ｔ３＝０）、非磁性金属層５４１および、その上に形成された第１の酸化物半導体層５４２のみによって構成されている。実験で作製した複数の試料のうち、第１および第２の比較例の複数の試料以外の複数の試料では、スペーサ層５４は、非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３によって構成されている。
【００９４】
各試料は、ＤＣスパッタ装置を用いて、アルミニウムオキサイド・チタニウムカーバイドよりなる基板の上に、表１に示した各層を下から順に形成して積層体を形成した後、積層体をエッチングによってパターニングし、更に、積層体に対してアニールを施して作製した。第１の酸化物半導体層５４２の成膜レートは０．００３９ｎｍ／秒とした。第２の酸化物半導体層５４３の成膜レートは０．０１２４ｎｍ／秒とした。各試料の上から見た形状は、幅２００ｎｍ、長さ２００ｎｍの正方形である。なお、上記の「幅」とはトラック幅方向の長さであり、「長さ」とは媒体対向面４０に垂直な方向の長さである。積層体のアニールは、１０ｋＯｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）の磁界を積層体に印加しながら、２５０℃の温度で３時間行った。各試料のＭＲ変化率とＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【００９５】
第１および第２の比較例の複数の試料では、非磁性金属層５４１の厚みＴ１を０．８ｎｍとしている。その理由は、第１および第２の比較例の複数の試料の特性を基準にして、他の複数の試料の特性を評価するためである。すなわち、後で示すが、第１および第２の比較例の複数の試料以外の複数の試料では、少なくともＴ１が０．８ｎｍの場合には、Ｔ２，Ｔ３が所定の範囲内のときに、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上の大きなＭＲ変化率が得られている。従って、０．８ｎｍという値は、Ｔ１の好ましい値の１つと考えられる。
【００９６】
表２は、第１の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。表３は、第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図８は、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。
【００９７】
【表２】
【００９８】
【表３】
【００９９】
表２，３および図８に示したように、第１および第２の比較例の複数の試料では、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率は得られていない。そこで、本実施の形態に係るＭＲ素子５のスペーサ層５４の構成に関しては、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られる構成を、好ましい構成とみなす。
【０１００】
表４は、Ｔ１が０．２ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図９は、表４に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図９には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。なお、図９における注釈では、Ｔ２が０．４ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（０．４）」と表し、Ｔ２が０．５ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（０．５）」と表し、Ｔ２が２．０ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（２．０）」と表し、Ｔ２が２．１ｎｍの複数の試料を「Ｇａ２Ｏ３（２．１）」と表している。これは、図１０ないし図１３においても同様である。
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
表５は、Ｔ１が０．３ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１０は、表５に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１０には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０３】
【表５】
【０１０４】
表６は、Ｔ１が０．８ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１１は、表６に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１１には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０５】
【表６】
【０１０６】
表７は、Ｔ１が１．５ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１２は、表７に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１２には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０７】
【表７】
【０１０８】
表８は、Ｔ１が１．６ｎｍで、Ｔ２，Ｔ３が種々の値の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡを示している。また、図１３は、表８に示した複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係を示している。図１３には、第１および第２の比較例の複数の試料のＭＲ変化率とＲＡとの関係も示している。
【０１０９】
【表８】
【０１１０】
以下、実験の結果を参照しながら、ＭＲ素子５のスペーサ層５４の好ましい構成について説明する。第１および第２の比較例の複数の試料以外の複数の試料に関して、Ｔ１が０．２ｎｍ（表４、図９）の場合と、Ｔ１が１．６ｎｍ（表８、図１３）の場合には、ほとんどの試料において、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率は得られていない。一方、Ｔ１が０．３ｎｍ（表５、図１０）の場合と、Ｔ１が０．８ｎｍ（表６、図１１）の場合と、Ｔ１が１．５ｎｍ（表７、図１２）の場合には、Ｔ２，Ｔ３が所定の範囲内のときに、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られている。このことから、Ｔ１は、０．３〜１．５ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１１１】
次に、Ｔ１が０．３ｎｍ（表５、図１０）の場合と、Ｔ１が０．８ｎｍ（表６、図１１）の場合と、Ｔ１が１．５ｎｍ（表７、図１２）の場合には、Ｔ２が０．５〜２．０ｎｍの範囲内であって、Ｔ３が０．１〜１．０ｎｍの範囲内のときに、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られている。なお、表５ないし表７および図１０ないし図１２には、実験結果を示していないが、Ｔ２が０．５ｎｍより大きく２．０ｎｍ未満の値のときにも、Ｔ１が０．３〜１．５ｎｍの範囲内であって、Ｔ３が０．１〜１．０ｎｍの範囲内のときには、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内で２０％以上のＭＲ変化率が得られることが実験により確認されている。
【０１１２】
以上のことから、ＭＲ素子５のスペーサ層５４は、順に積層された非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３を有し、且つ、Ｔ１が０．３〜１．５ｎｍの範囲内、Ｔ２が０．５〜２．０ｎｍの範囲内、Ｔ３が０．１〜１．０ｎｍの範囲内である構成が好ましい。すなわち、スペーサ層５４が上記の構成である場合には、スペーサ層５４が第１の酸化物半導体層５４２と第２の酸化物半導体層５４３の一方しか含まない場合（第１および第２の比較例）に比べて、ＲＡが０．１〜０．３Ω・μｍ２の範囲内において大きなＭＲ変化率を得ることができる。以上の実験結果および考察から理解されるように、本実施の形態によれば、ＭＲ素子５の抵抗値（面積抵抗）を適当な大きさにし、且つＭＲ変化率を十分に大きくすることが可能になる。
【０１１３】
なお、第２の酸化物半導体層５４３の材料であるＺｎＯの１原子層の厚みは約０．５ｎｍである。そのため、０．５ｎｍ未満の範囲におけるＴ３の値は、第２の酸化物半導体層５４３の全領域における平均値である。Ｔ３が０．５ｎｍ未満の場合には、第２の酸化物半導体層５４３においてＺｎＯは、まだら状に分布している。ＭＲ素子５の特性を安定化させるためには、第２の酸化物半導体層５４３は、ＺｎＯが均一に分布した層、すなわちＴ３が０．５ｎｍである層であることが好ましい。この観点から、Ｔ３は０．５〜１．０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【０１１４】
また、表５ないし表７に示されるように、Ｔ１が０．３〜１．５ｎｍの範囲内で、Ｔ２が０．５〜２．０ｎｍの範囲内のとき、Ｔ３が０．５ｎｍ未満の場合よりも、Ｔ３が０．５〜１．０ｎｍの範囲内である場合の方が、ＭＲ変化率が大きくなっている。この観点からも、Ｔ３は０．５〜１．０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【０１１５】
なお、第２の酸化物半導体層５４３は、例えばスパッタ法によってＺｎＯそのものを堆積させて形成してもよいが、例えばスパッタ法によってＺｎ層を形成した後、このＺｎ層に対して酸化処理を施して形成してもよい。
【０１１６】
［第２の実施の形態］
次に、図１４ないし図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１４は、本実施の形態に係るＭＲ素子を含む再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。本実施の形態における再生ヘッドは、第１の実施の形態における第１の再生シールド３および第２の再生シールド８の代りに第１の再生シールド部９３および第２の再生シールド部９８を備え、第１の実施の形態におけるＭＲ素子５の代りに本実施の形態に係るＭＲ素子１０５を備えている。ＭＲ素子１０５と第２の再生シールド部９８は、第１の再生シールド部９３の上に順に積層されている。ＭＲ素子１０５の平面形状（上方から見た形状）は、再生シールド部９３，９８の平面形状よりも小さい。本実施の形態における絶縁層４は、ＭＲ素子１０５の２つの側部と、ＭＲ素子１０５の媒体対向面４０からより遠い後端部とを覆うと共に、第１の再生シールド部９３の上面のうち、ＭＲ素子１０５が配置された部分以外の部分を覆っている。
【０１１７】
本実施の形態では、再生ヘッドは、第１の実施の形態における２つのバイアス磁界印加層６の代りに、１つのバイアス磁界印加層１０６（図１５ないし図１７参照）を備えている。このバイアス磁界印加層１０６は、第１の再生シールド部９３と第２の再生シールド部９８との間において、絶縁層４を介してＭＲ素子１０５の後端部に隣接するように配置されている。図示しないが、再生ヘッドは、更に、バイアス磁界印加層１０６と第２の再生シールド部９８との間に配置された保護層を備えている。この保護層は、Ｃｒ等の非磁性導電材料によって形成されている。
【０１１８】
再生ヘッドは、更に、第１の再生シールド部９３および第２の再生シールド部９８との間において、絶縁層４を介してＭＲ素子１０５の２つの側部に隣接するように配置された２つの非磁性層９０を備えている。本実施の形態における絶縁リフィル層７は、非磁性層９０およびバイアス磁界印加層１０６の周囲に配置されている。非磁性層９０は、非磁性金属材料によって形成されている。非磁性層９０の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、ＣｒＴｉ、ＴａまたはＲｕを用いることができる。
【０１１９】
第１の再生シールド部９３は、第１の主シールド層１７１と、この第１の主シールド層１７１の上に順に積層された下地層１７２、第１の反強磁性層１７３および第１の交換結合シールド層１７４を有している。
【０１２０】
第２の再生シールド部９８は、ＭＲ素子１０５の上に順に積層された第２の交換結合シールド層１８４、第２の反強磁性層１８３、非磁性キャップ層１８２および第２の主シールド層１８１を有している。
【０１２１】
第１の交換結合シールド層１７４は、第１の反強磁性層１７３と交換結合している。第２の交換結合シールド層１８４は、第２の反強磁性層１８３と交換結合している。本実施の形態では、第１の交換結合シールド層１７４と第２の交換結合シールド層１８４の一方は、非磁性導電材料よりなる非磁性中間層と、非磁性中間層を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層とを含み、第１の交換結合シールド層１７４と第２の交換結合シールド層１８４の他方は、１つ以上の強磁性層を含むが、非磁性中間層を含まない。図１４には、第１の交換結合シールド層１７４が、非磁性中間層と、非磁性中間層を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層とを含み、第２の交換結合シールド層１８４が、１つ以上の強磁性層を含むが、非磁性中間層を含まない例を示している。
【０１２２】
この例では、第１の交換結合シールド層１７４は、非磁性導電材料よりなる非磁性中間層１７６と、非磁性中間層１７６を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層１７５，１７７を含んでいる。強磁性層１７５は、第１の反強磁性層１７３と非磁性中間層１７６との間に配置され、第１の反強磁性層１７３と交換結合している。強磁性層１７７は、非磁性中間層１７６とＭＲ素子１０５との間に配置され、ＲＫＫＹ相互作用によって、非磁性中間層１７６を介して強磁性層１７５と反強磁性的に交換結合している。非磁性中間層１７６は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含んでいる。また、この例では、第２の交換結合シールド層１８４は、非磁性中間層を含まず、強磁性層１８５のみを含んでいる。強磁性層１８５は、第２の反強磁性層１８３と交換結合している。なお、この例とは逆に、第２の交換結合シールド層１８４が、非磁性中間層と、非磁性中間層を介して反強磁性的に交換結合する２つの強磁性層とを含み、第１の交換結合シールド層１７４が、１つ以上の強磁性層を含むが、非磁性中間層を含まない構成であってもよい。
【０１２３】
主シールド層１７１，１８１および強磁性層１７５，１７７，１８５は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料によって形成されている。主シールド層１７１，１８１および強磁性層１７５，１７７，１８５は、いずれも、余分な磁束を吸収するというシールドとしての機能を有する。
【０１２４】
下地層１７２および非磁性キャップ層１８２は、非磁性導電材料によって形成されている。下地層１７２は、例えばＴａとＲｕの少なくとも一方を含んでいる。非磁性キャップ層１８２は、例えばＮｉＣｒによって形成されている。
【０１２５】
反強磁性層１７３，１８３は、反強磁性材料によって形成されている。反強磁性層１７３，１８３に用いられる反強磁性材料は、非熱処理系反強磁性材料でもよいし、熱処理系反強磁性材料でもよい。
【０１２６】
第１の交換結合シールド層１７４の強磁性層１７５は、第１の反強磁性層１７３と交換結合し、これにより、強磁性層１７５の磁化が一定の方向を向くように、強磁性層１７５が単磁区化される。同様に、第２の交換結合シールド層１８４の強磁性層１８５は、第２の反強磁性層１８３と交換結合し、これにより、強磁性層１８５の磁化が一定の方向を向くように、強磁性層１８５が単磁区化される。強磁性層１７５と強磁性層１８５の磁化の方向は、磁界中でのアニールによって設定され、その際の磁界方向によって決定される。従って、強磁性層１７５と強磁性層１８５の磁化の方向は、同じ方向である。具体的には、強磁性層１７５と強磁性層１８５の磁化の方向は、トラック幅方向ＴＷに平行な同じ方向である。
【０１２７】
第１の交換結合シールド層１７４において、強磁性層１７７は、非磁性中間層１７６を介して強磁性層１７５と反強磁性的に交換結合する。これにより、強磁性層１７５と強磁性層１７７の磁化の方向が互いに反平行になり、強磁性層１７７の磁化が一定の方向を向くように、強磁性層１７７が単磁区化される。従って、強磁性層１８５と強磁性層１７７の磁化の方向は、互いに反平行になる。
【０１２８】
本実施の形態に係るＭＲ素子１０５は、第１の実施の形態と同様に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子になっている。第１の再生シールド部９３と第２の再生シールド部９８は、センス電流を、ＭＲ素子１０５に対して、ＭＲ素子１０５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子１０５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。
【０１２９】
図１４に示したように、ＭＲ素子１０５は、スペーサ層１５３と、第１の交換結合シールド層１７４（強磁性層１７７）とスペーサ層１５３との間に配置された第１の自由層１５２と、第２の交換結合シールド層１８４（強磁性層１８５）とスペーサ層１５３との間に配置された第２の自由層１５４とを有している。自由層１５２，１５４は、いずれも、外部磁界としての信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。第１の自由層１５２は本発明における第１の強磁性層に対応し、第２の自由層１５４は本発明における第２の強磁性層に対応する。ＭＲ素子１０５は、更に、第１の交換結合シールド層１７４（強磁性層１７７）と第１の自由層１５２との間に配置された非磁性導電層１５１と、第２の自由層１５４と第２の交換結合シールド層１８４（強磁性層１８５）との間に配置された非磁性導電層１５５とを有している。ＭＲ素子１０５は、第１の交換結合シールド層１７４と第２の交換結合シールド層１８４によって２つの自由層１５２，１５４の磁化の方向が制御されるシールド結合型のＭＲ素子になっている。
【０１３０】
自由層１５２，１５４は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の保磁力が小さい強磁性材料によって形成されている。
【０１３１】
スペーサ層１５３の構成は、第１の実施の形態におけるスペーサ層５４と同様である。すなわち、スペーサ層１５３は、第１の自由層１５２の上に順に積層された非磁性金属層１５３ａ、第１の酸化物半導体層１５３ｂおよび第２の酸化物半導体層１５３ｃを有している。非磁性金属層１５３ａ、第１の酸化物半導体層１５３ｂおよび第２の酸化物半導体層１５３ｃの構成は、第１の実施の形態における非磁性金属層５４１、第１の酸化物半導体層５４２および第２の酸化物半導体層５４３と同じである。第２の酸化物半導体層１５３ｃの上面は、第２の自由層１５４の下面に接している。
【０１３２】
非磁性導電層１５１は、第１の自由層１５２の下面および強磁性層１７７の上面に接している。非磁性導電層１５５は、第２の自由層１５４の上面および強磁性層１８５の下面に接している。非磁性導電層１５１，１５５は、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性導電材料によって形成されている。
【０１３３】
第１の交換結合シールド層１７４の強磁性層１７７と第１の自由層１５２は、非磁性導電層１５１を介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に交換結合している。従って、第１の自由層１５２と強磁性層１７７の磁化の方向は互いに反平行である。このようにして、第１の自由層１５２は、第１の交換結合シールド層１７４と磁気的に結合して磁化の方向が制御される。
【０１３４】
第２の交換結合シールド層１８４の強磁性層１８５と第２の自由層１５４は、非磁性導電層１５５を介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に交換結合している。従って、第２の自由層１５４と強磁性層１８５の磁化の方向は互いに反平行である。このようにして、第２の自由層１５４は、第２の交換結合シールド層１８４と磁気的に結合して磁化の方向が制御される。
【０１３５】
本実施の形態では、強磁性層１７７と強磁性層１８５の磁化の方向が互いに反平行である。第１の自由層１５２および第２の自由層１５４に第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態では、第１の自由層１５２と強磁性層１７７の磁化の方向も互いに反平行であり、第２の自由層１５４と強磁性層１８５の磁化の方向も互いに反平行である。そのため、この状態では、第１の自由層１５２と第２の自由層１５４の磁化の方向は、互い反平行になる。
【０１３６】
なお、ＭＲ素子１０５の外部からＭＲ素子１０５に対して磁界が印加されない状態において、バイアス磁界印加層１０６が発生するバイアス磁界以外の自由層１５２，１５４に印加される磁界は、全て、第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界である。従って、自由層１５２，１５４に、第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態というのは、ＭＲ素子１０５の外部からＭＲ素子１０５に対して磁界が印加されない状態において、バイアス磁界印加層１０６が発生するバイアス磁界が自由層１５２，１５４に印加されない状態である。
【０１３７】
なお、本実施の形態におけるＭＲ素子１０５の構成は、図１４に示した構成に限られない。例えば、ＭＲ素子１０５は、非磁性導電層１５１，１５５の代りに、それぞれ、複数の非磁性導電層と、隣接する非磁性導電層の間に配置された磁性層からなる第１および第２の結合層を有していてもよい。この場合、第１の結合層と第２の結合層における層の数は等しくする。これにより、第１の自由層１５２と第２の自由層１５４の磁化の方向を互い反平行にすることができる。
【０１３８】
バイアス磁界印加層１０６は、自由層１５２，１５４に対してバイアス磁界が印加されない状態と比較して、自由層１５２，１５４の磁化の方向が変化するように、自由層１５２，１５４に対してバイアス磁界を印加する。バイアス磁界印加層１０６は、自由層１５２の磁化の方向と自由層１５４の磁化の方向が直交するように、自由層１５２，１５４に対してバイアス磁界を印加するものであることが好ましい。
【０１３９】
ここで、図１５ないし図１７を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子１０５の動作について説明する。図１５ないし図１７は、いずれも、ＭＲ素子１０５とバイアス磁界印加層１０６を表している。図１５ないし図１７において、記号“Ｂ”を付した矢印は、バイアス磁界印加層１０６が発生するバイアス磁界を表している。記号“Ｍ１ｓ”を付した矢印は、第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界（バイアス磁界を含む）が印加されない状態における第１の自由層１５２の磁化の方向を表している。記号“Ｍ２ｓ”を付した矢印は、上記の外部からの磁界が印加されていない状態における第２の自由層１５４の磁化の方向を表している。記号“Ｍ１”を付した矢印は、バイアス磁界Ｂが印加されている状態における第１の自由層１５２の磁化の方向を表している。記号“Ｍ２”を付した矢印は、バイアス磁界Ｂが印加されている状態における第２の自由層１５４の磁化の方向を表している。
【０１４０】
図１５に示したように、自由層１５２，１５４に外部からの磁界が印加されていない状態では、自由層１５２，１５４の磁化の方向は互いに反平行である。自由層１５２，１５４にバイアス磁界Ｂが印加されているが信号磁界は印加されていない状態では、自由層１５２，１５４の磁化の方向が非反平行になる。この状態において、第１の自由層１５２の磁化の方向と第２の自由層１５４の磁化の方向は、いずれも媒体対向面４０に対して４５度の角度をなし、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度θは９０度となることが好ましい。
【０１４１】
図１６は、自由層１５２，１５４にバイアス磁界Ｂが印加され、且つ、バイアス磁界Ｂと同じ方向の信号磁界Ｈが印加されている状態を表している。この状態では、第１の自由層１５２の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度と、第２の自由層１５４の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度は、いずれも、図１５に示した状態に比べて大きくなる。その結果、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度θは、図１５に示した状態に比べて小さくなる。
【０１４２】
図１７は、自由層１５２，１５４にバイアス磁界Ｂが印加され、且つ、バイアス磁界Ｂとは反対方向の信号磁界Ｈが印加されている状態を表している。この状態では、第１の自由層１５２の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度と、第２の自由層１５４の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度は、いずれも、図１５に示した状態に比べて小さくなる。その結果、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度θは、図１５に示した状態に比べて大きくなる。
【０１４３】
このように、自由層１５２，１５４の磁化の方向がなす相対角度は、信号磁界に応じて変化し、その結果、ＭＲ素子１０５の抵抗値が変化する。従って、このＭＲ素子１０５の抵抗値を検出することによって、信号磁界を検出することができる。ＭＲ素子１０５の抵抗値は、ＭＲ素子１０５にセンス電流を流したときにＭＲ素子１０５において発生する電位差より求めることができる。このようにして、ＭＲ素子１０５によって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。
【０１４４】
次に、本実施の形態に係るＭＲ素子１０５の効果について説明する。本実施の形態では、第１の交換結合シールド層１７４の強磁性層１７５が第１の反強磁性層１７３と交換結合し、強磁性層１７７が非磁性中間層１７６を介して強磁性層１７５と反強磁性的に交換結合することにより、強磁性層１７７の磁化の方向が設定される。一方、第２の交換結合シールド層１８４の強磁性層１８５が第２の反強磁性層１８３と交換結合することにより、強磁性層１８５の磁化の方向が設定される。その結果、強磁性層１８５と強磁性層１７７の磁化の方向は、互いに反平行になる。また、第１の自由層１５２は強磁性層１７７と磁気的に結合し、第２の自由層１５４は強磁性層１８５と磁気的に結合する。具体的には、第１の自由層１５２は、非磁性導電層１５１を介して強磁性層１７７と反強磁性的に交換結合する。また、第２の自由層１５４は、非磁性導電層１５５を介して強磁性層１８５と反強磁性的に交換結合する。その結果、２つの自由層１５２，１５４に第１および第２の交換結合シールド層１７４，１８４に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態において、２つの自由層１５２，１５４の磁化の方向が互いに反平行にされる。このように、本実施の形態によれば、スペーサ層１５３を介した２つの自由層の反強磁性的結合を利用することなく、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層１５２，１５４の磁化の方向を互いに反平行にすることができる。そのため、本実施の形態では、スペーサ層１５３の材料や厚みが、２つの自由層の反強磁性的結合を利用する場合のように限定されることがない。
【０１４５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１４６】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、第２の実施の形態のように２つの自由層を備えたＭＲ素子において、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層の磁化の方向を互いに反平行にする方法は、第２の実施の形態に示した方法に限らない。例えば、硬磁性層を用いて、あるいは形状磁気異方性を利用して、第１の再生シールド部中の第１の強磁性層と第２の再生シールド部中の第２の強磁性層の磁化の方向を反平行にし、一方の自由層を第１の強磁性層に磁気的に結合させ、他方の自由層を第２の強磁性層に磁気的に結合させてもよい。
【０１４７】
また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。
【０１４８】
また、本発明は、磁気記録装置における磁気ヘッドの再生ヘッドとして利用されるＭＲ素子に限らず、発振器、ＭＲＡＭ、磁気センサー等の種々の用途のＭＲ素子全般に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
５…ＭＲ素子、５１…下地層、５２…反強磁性層、５３…固定層、５４…スペーサ層、５５…自由層、５６…保護層、５４１…非磁性金属層、５４２…第１の酸化物半導体層、５４３…第２の酸化物半導体層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されたスペーサ層とを備え、
磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子であって、
前記スペーサ層は、順に積層された非磁性金属層、第１の酸化物半導体層および第２の酸化物半導体層を有し、
前記非磁性金属層は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有し、
前記第１の酸化物半導体層は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有し、
前記第２の酸化物半導体層は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記Ｇａ酸化物半導体はＧａ２Ｏ３であり、前記Ｚｎ酸化物半導体はＺｎＯであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第２の酸化物半導体層は、０．５〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１の強磁性層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、前記第２の強磁性層は、磁化の方向が固定された固定層であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１および第２の強磁性層は、いずれも、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、外部磁界に応じて第１の強磁性層の磁化の方向と第２の強磁性層の磁化の方向との相対角度が変化することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
記録媒体に対向する媒体対向面と、前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１記載の磁気抵抗効果素子とを備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、前記記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたことを特徴とするヘッドアセンブリ。
【請求項８】
前記記録媒体と、請求項６記載の薄膜磁気ヘッドと、前記薄膜磁気ヘッドを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項１】
第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に配置されたスペーサ層とを備え、
磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子であって、
前記スペーサ層は、順に積層された非磁性金属層、第１の酸化物半導体層および第２の酸化物半導体層を有し、
前記非磁性金属層は、Ｃｕよりなり、０．３〜１．５ｎｍの範囲内の厚みを有し、
前記第１の酸化物半導体層は、Ｇａ酸化物半導体よりなり、０．５〜２．０ｎｍの範囲内の厚みを有し、
前記第２の酸化物半導体層は、Ｚｎ酸化物半導体よりなり、０．１〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記Ｇａ酸化物半導体はＧａ２Ｏ３であり、前記Ｚｎ酸化物半導体はＺｎＯであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第２の酸化物半導体層は、０．５〜１．０ｎｍの範囲内の厚みを有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１の強磁性層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、前記第２の強磁性層は、磁化の方向が固定された固定層であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１および第２の強磁性層は、いずれも、外部磁界に応じて磁化の方向が変化する自由層であり、外部磁界に応じて第１の強磁性層の磁化の方向と第２の強磁性層の磁化の方向との相対角度が変化することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
記録媒体に対向する媒体対向面と、前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１記載の磁気抵抗効果素子とを備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、前記記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたことを特徴とするヘッドアセンブリ。
【請求項８】
前記記録媒体と、請求項６記載の薄膜磁気ヘッドと、前記薄膜磁気ヘッドを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１５４８９（Ｐ２０１２−１５４８９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４４７９（Ｐ２０１１−９４４７９）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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