(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果部と、この磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成される第１のシールド層および第２のシールド層と、を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子であって、
前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、
前記第１のシールド層および第２のシールド層は、それぞれ、磁化方向制御手段により磁化方向が制御されており、エアベアリング面を見た場合に、幅方向であるＸ方向において互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成されており、
前記第１のシールド層および第２のシールド層の磁化方向を制御する磁化方向制御手段は、前記第１のシールド層および第２のシールド層の長手方向（Ｘ方向）である幅と奥域(Ｙ方向)長さのアスペクト比を１０以上としてなる形状異方性手段、または前記第１のシールド層および第２のシールド層にそれぞれ反強磁性体を接合・組み合わせて反強磁性体による磁化の固着を図る手段であり、
前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、第１の交換結合機能ギャップ層および第２の交換結合機能ギャップ層を介して、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層と交換結合しており、その交換結合強度が０．５〜０．８ｅｒｇ／ｃｍ2であり、
前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いており、
前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、磁歪λが２１×１０-6〜３１×１０-6の範囲内の正磁歪の物性を備えるＣｏＦｅ合金層を有していることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含み、
前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含む、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記交換結合伝達層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、
前記ギャップ調整層は、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅの強磁性体を含み構成され、
前記交換結合調整層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成される請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１のシールド層および第２のシールド層は、前記磁化方向制御手段により、単磁区構造とされる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含み、
前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含む、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記非磁性中間層は、中央にＺｎＯを配置させた３層積層膜から構成される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
記録媒体に対向する媒体対向面と、
前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１ないし請求項６のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子と、
を有してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載された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、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
を備えてなることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項９】
請求項７に記載された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、
前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
を備えてなることを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子、その磁気抵抗効果素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク（ＨＤＤ）の高記録密度化に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能の向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の誘導型磁気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使用されている。
【０００３】
現在、再生ヘッドとして、スピンバルブＧＭＲ素子と呼ばれる素子の膜面平行に電流を流して動作させる、いわゆるＣＩＰ(Current In Plane)構造の磁気抵抗効果素子が広く用いられている（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）。このような構造のスピンバルブＧＭＲ素子は、軟磁性金属膜で形成される上下のシールド層の間に位置するとともに、ギャップ層と呼ばれる絶縁層により挟まれた形態で配置されている。ビット方向の記録密度は、上下のシールド層の間隙（シールドギャップあるいはRead Gap長さ）により決定される。
【０００４】
記録密度の増大に伴い、再生ヘッドの再生素子に対しては、狭シールドギャップ化や狭トラック化への要求が強くなってきている。再生素子の狭トラック化とそれに伴う素子高さの短小化によって、素子の面積が減少するが、従来の構造では放熱効率が面積の減少に伴い低下することから、動作電流が信頼性の観点から制限されるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、上下のシールド層（上部シールド層および下部シールド層）と磁気抵抗効果素子を電気的に直列に接続し、シールド間の絶縁層を不要とするＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)構造のＧＭＲ素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）が提案されており、２００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ2を超えるような記録密度を達成するためには必須の技術とされている。
【０００６】
このようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、導電性の非磁性中間層を両側から挟むように形成された第１の強磁性層および第２の強磁性層を含む積層構造を有している。代表的なスピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲ素子の積層構造は、基板側から、下部電極／反強磁性層／第１の強磁性層／導電性の非磁性中間層／第２の強磁性層／上部電極を順次積層した積層構造である。
【０００７】
強磁性層の一つである第１の強磁性層の磁化方向は、外部印加磁場がゼロの時、第２の強磁性層の磁化方向と垂直になるように固定されている。第１の強磁性層の磁化方向の固定は、反強磁性層を隣接させ、反強磁性層と第１の強磁性層との交換結合により第１の強磁性層に一方向異方性エネルギー（「交換バイアス」あるいは「結合磁界」とも呼ばれる）を付与することによりなされる。そのため、第１の強磁性層は磁化固定層とも呼ばれる。一方で、第２の強磁性層は、フリー層とも呼ばれる。さらに、磁化固定層（第１の強磁性層）を、強磁性層／非磁性金属層／強磁性層の３層構造（いわゆる「積層フェリ構造」、あるいは「Synthetic Pinned 構造」）層とすることで、２つの強磁性層間に強い交換結合を与え、反強磁性層からの交換結合力を実効的に増大させることができ、しかも磁化固定層から発生する静磁界がフリー層に及ぼす影響を減らすことも可能となり、「Synthetic Pinned 構造」は、現在広く用いられている。
【０００８】
しかしながら、近年の超高記録密度化の要求に応じるべく、磁気抵抗効果素子のさらなる薄層化が必要となっている。このような状況のもと、例えば、文献１（IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL.43, NO.2, FEBRUARY, pp.645-650）や、ＵＳ  ７，０１９，３７１Ｂ２や、ＵＳ  ７，０３５，０６２Ｂ１等に開示されているような、強磁性層（Free Layer）／非磁性中間層／強磁性層（Free Layer）のシンプルな３層積層構造を基本構造とする新規なＧＭＲ素子構造の提案がなされている。
【０００９】
このような構造を、本願では、便宜上、ＤＦＬ（Dual Free Layer）素子構造と呼ぶ。ＤＦＬ素子構造では、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化は互いに反平行となるように交換結合されている。そして、素子の媒体対向面に相当するＡＢＳとは反対の奥域位置に磁石を配置して、当該磁石から発せられるバイアス磁界の作用を利用して、２つの磁性層（Free Layer）の磁化が、それぞれ、トラック幅方向に対して約４５度傾いた初期の状態を作り出している（イニシャルの状態）。このイニシャルの磁化状態にある素子が、媒体からの信号磁界を検出すると、まるでハサミが紙を切る時の動作のように２つの磁性層の磁化方向が変化し、結果として素子の抵抗値が変化する。
【００１０】
このようなＤＦＬ素子構造を、いわゆるＴＭＲ素子や、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に応用した場合、従来までの一般的なスピンバルブ型ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べて、上下シールド層の間隙である「Read Gap長さ」を格段と狭くすることが可能となる。具体的には、一般的なスピンバルブ型ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に必要とされていた上記の反強磁性層が不要となり、さらには、上記「Synthetic Pinned 構造」の強磁性層も不要となる。その結果、従来においては３０ｎｍが限界と言われていた「Read Gap長さ」を、２０ｎｍ以下にすることが可能となる。
【００１１】
従来の技術におけるＤＦＬ素子構造を形成するためには、前述したように、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化が互いに反平行となるように交換結合されていることが必要となる。このような従来の基本構造の形成は、２つの強磁性層（Free Layer）の間に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｒなどの貴金属等を挿入し、２つの強磁性層に交換結合を発生させれば容易に実現可能である。
【００１２】
しかしながら、ＴＭＲ素子においては、トンネル効果を得るために２つの強磁性層（Free Layer）の間に、酸化アルミ（ＡｌＯｘ）膜や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜等の絶縁膜を介在させなければならず、２つの強磁性層間に強い交換結合を得ることができないという不都合が生じ得る。結果として、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化を反平行結合させることが極めて困難となる。また、例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の高出力化技術として、２つの強磁性層（Free Layer）の間に部分的に、ＮＯＬ（Nano-Oxide-Layer）層を挿入する技術が開示されている（例えば、特開２００４−１６５２５４号公報、ＪＰ特許第３６２５１９９号、特開２００２−２０８７４４号公報等）。しかしながら、この技術は、２つの強磁性層（Free Layer）の反強磁性的な交換結合を極めて弱めてしまうか、あるいは、完全に消失させてしまう恐れがあり、そのままでの適用は出来ない。
【００１３】
また、ＵＳ  ６，１６９，６４７Ｂ１には、２つの反強磁性体層を用いて、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化を、それぞれ、反平行状態に向ける技術が開示されている（特に、ＦＩＧ．３を参照）。しかしながら、この提案の構造において、実用可能な作用効果を発現させるためには、１つの反強磁性体層につき、５ｎｍ以上の厚さが必要となり、「Read Gap長さ」を小さくするという目的にはそぐわないものと言える。さらに、２つの反強磁性体層から発生する交換結合の向きを互いに反平行とする必要があり、それを実現するような熱処理（アニール）が非常に困難であるという問題もある。さらに、素子サイズが狭小化すると、反強磁性体層を構成する粒子の配列個数が少なくなり、いわゆるピンニング機能にふらつきが生じ（換言すれば、ピンニング機能が十分でない）、特性のバラツキの原因となることがあるという不都合が生じてしまう。
【００１４】
このような実状のもとに、本願出願人は、すでに、ＵＳ Serial No.11/ 946,358 として、２つの強磁性層（Free Layer）間に介在される中間膜の材質や、中間膜の特殊な構造に制約を受けることなく、２つの強磁性層（Free Layer）の反平行の磁化状態を簡易な構造で実現でき、近年の超高記録密度化の要求に応じるべく、「Read Gap長さ」（上下シールド層の間隙）を狭くできる構造を採択して線記録密度の向上を図ることができるとともに、安定した磁気抵抗効果変化を得ることができて信頼性に優れる新たな素子構造を提案している。このようなＵＳ Serial No.11/ 946,358の技術においては、外部検出磁界がゼロのイニシャルの状態で２つの強磁性層（Free Layer）の磁化方向の相対角度を９０度に設定する必要がある。そのため、２つの強磁性層（Free Layer）を反平行の磁化状態から相対角度９０度の状態にするためのバイアス磁界が印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＵＳ  ７，０１９，３７１Ｂ２
【特許文献２】ＵＳ  ７，０３５，０６２Ｂ１
【特許文献３】特開２００４−１６５２５４号公報
【特許文献４】特開２００２−２０８７４４号公報
【特許文献５】ＵＳ  ６，１６９，６４７Ｂ１
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, VOL.43, NO.2, FEBRUARY, pp.645-650）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本願発明の目的は、例えば、素子製造面からの加工精度のバラツキ等に起因して、バイアス磁界の印加の強さに多少の変動が生じたとしても、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化方向の相対角度を９０度に設定することが容易に実現でき、その結果、素子ごとのＭＲ比の変動が少なく、素子動作の信頼性に優れる磁気抵抗効果素子を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような課題を解決するために、本発明は、磁気抵抗効果部と、この磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成される第１のシールド層および第２のシールド層と、を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、前記第１のシールド層および第２のシールド層は、それぞれ、磁化方向制御手段により磁化方向が制御されており、エアベアリング面を見た場合に、幅方向であるＸ方向において互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成されており、前記第１のシールド層および第２のシールド層の磁化方向を制御する磁化方向制御手段は、前記第１のシールド層および第２のシールド層の長手方向（Ｘ方向）である幅と奥域(Ｙ方向)長さのアスペクト比を１０以上としてなる形状異方性手段、または前記第１のシールド層および第２のシールド層にそれぞれ反強磁性体を接合・組み合わせて反強磁性体による磁化の固着を図る手段であり、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、第１の交換結合機能ギャップ層および第２の交換結合機能ギャップ層を介して、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層と交換結合しており、その交換結合強度が０．５〜０．８ｅｒｇ／ｃｍ2であり、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いており、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、磁歪λが２１×１０-6〜３１×１０-6の範囲内の正磁歪の物性を備えるＣｏＦｅ合金層を有しているように構成される。
【００１９】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含み、前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層を順次含む、ように構成される。
【００２０】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記交換結合伝達層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、前記ギャップ調整層は、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅの強磁性体を含み構成され、前記交換結合調整層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成される。
【００２２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１のシールド層および第２のシールド層は、前記磁化方向制御手段により、単磁区構造とされる。
【００２３】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１の交換結合機能ギャップ層は、前記第１のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含み、前記第２の交換結合機能ギャップ層は、前記第２のシールド層側から、交換結合伝達層、ギャップ調整層、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層、を順次含む、ように構成される。
【００２４】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記非磁性中間層は、中央にＺｎＯを配置させた３層積層膜から構成される。
【００２６】
また、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、前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された前記記載の磁気抵抗効果素子と、を有してなるように構成される。
【００２７】
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、前記記載された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、前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を備えてなるように構成される。
【００２８】
本発明の磁気ディスク装置は、前記記載された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、前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、を備えてなるように構成される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、磁気抵抗効果部と、この磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成される第１のシールド層および第２のシールド層と、を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、前記第１のシールド層および第２のシールド層は、それぞれ、磁化方向制御手段により磁化方向が制御されており、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成されており、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、第１の交換結合機能ギャップ層および第２の交換結合機能ギャップ層を介して、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層と交換結合しており、その交換結合強度が０．２〜２．５ｅｒｇ／ｃｍ2であり、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いており、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、磁歪λが２０×１０-6〜４０×１０-6の範囲内の正磁歪の物性を備えるＣｏＦｅ合金層を有しているように構成されているので、例えば、素子製造面からの加工精度のバラツキ等に起因して、バイアス磁界の印加の強さに多少の変動が生じたとしても、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化方向の相対角度を９０度に設定することが容易に実現でき、その結果、素子ごとのＭＲ比の変動が少なく、素子動作の信頼性に優れるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）から見た斜視図である。
【図２】図２は、図１における磁気抵抗効果素子のセンサー領域を含む磁気抵抗効果部を拡大して示した模式図である。
【図３】図３は、図２に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成変形例を示した図面である。
【図４】図４は、図２に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成変形例を示した図面である。
【図５】図５は、図２に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成変形例を示した図面である。
【図６】図６は、交換結合伝達層、交換結合調整層の構成材料として、ＲｕおよびＣｕを用いた場合に、ＲｕおよびＣｕの厚さｔ〔Å（オングストローム）〕と、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm2〕との関係を示したグラフである。
【図７】図７は、ＣｏＦｅ合金層のＣｏ含有率と磁歪λとの関係を示すグラフである。
【図８】図８は、磁気抵抗効果部の新たな構成変形例を示す断面図である。
【図９】図９Ａ、図９Ｂ、および図９Ｃは、それぞれ、本発明の磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果変化が得られる磁化の状態変化を、外部磁界に応じて示したモデル図である。
【図１０】図１０は、磁気抵抗効果部とバイアス磁界印加手段との配置の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、エアベアリング面に直交する薄膜磁気ヘッドの断面図を示したものである。
【図１２】図１２は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。
【図１６】図１６は、測定対象であるＮ個の個々の素子のサンプルにおけるＭＲ比の変動を示すグラフである。
【図１７】図１７Ａは、２つのフリー層において理想的な磁化方向状態が形成されている場合のモデル図であり、図１７Ｂは、２つのフリー層において理想から外れた磁化方向状態が形成されている場合のモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００３２】
本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッドの、特に再生ヘッドに好適に用いられる。
【００３３】
以下の本発明の説明において、各図面に示されるＸ軸方向の寸法を「幅」、Ｙ軸方向の寸法を「長さ」、Ｚ軸方向の寸法を「厚さ」とそれぞれ表記する。また、Ｙ軸方向のうちのエアベアリング面（記録媒体と対向する薄膜磁気ヘッドの面）に近い側を「前方」、その反対側（奥域側）を「後方」と表記する。また、素子の積層膜を積み上げる方向を「上方」または「上側」、その反対方向を「下方」または「下側」と称する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態における磁気抵抗効果素子のＡＢＳ（Air Bearing Surface）から見た斜視図である。ＡＢＳとは、素子が記録媒体と対向する面（以下、媒体対向面ともいう）に相当する。本発明でいうＡＢＳは素子の積層構造が明瞭に観察できる位置での断面までを含む趣旨であり、例えば、厳密な意味での媒体対向面に位置しているＤＬＣ等の保護層（素子を覆う保護層）は必要に応じて省略して考えることができる。
【００３５】
図２は、図１における磁気抵抗効果素子のセンサー領域を含む磁気抵抗効果部を拡大して示した模式図である。
【００３６】
図３〜図５は、それぞれ、図２に相当する図面であり、磁気抵抗効果部の構成変形例を示した図面である。
【００３７】
〔磁気抵抗効果素子の構造の説明〕
本発明の磁気抵抗効果素子は、図１に示されるように、磁気抵抗効果部８と、この磁気抵抗効果部８を、実質的に、上下に挟むようにして配置形成される第１のシールド層３（下部シールド層３と呼ぶ場合もある）および第２のシールド層５（上部シールド層５と呼ぶ場合もある）と、を有している。そして、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果部８の積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子である。
【００３８】
第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、磁化方向制御手段により磁化方向が制御されており、図１に示される実施形態では、第１のシールド層３は、図面右側から左側に向く、マイナスの幅方向（−Ｘ方向）に磁化が固定されている。この一方で、第２のシールド層５は、図面左側から右側に向く、プラスの幅方向（＋Ｘ方向）に磁化が固定されている。つまり、第１のシールド層３および第２のシールド層５は、図示のごとく、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成されている。
【００３９】
磁気抵抗効果部８は、非磁性中間層１４０と、この非磁性中間層１４０を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０とを有している。第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０および第２の強磁性層１５０の積層体が、センサー領域であり、その積層体のトータル厚さは、１０〜２０ｎｍ程度とされる。
【００４０】
これらの中で、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、外部磁界に応答して磁化方向が変化する、いわゆるフリー層として機能する。
【００４１】
本発明において、前記第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０には、それぞれ、前記第１のシールド層３および前記第２のシールド層５の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いていることにある。なお。ここで、「反平行磁化状態が形成される作用が働いている」との記述を用いているのは、実際に使用に供される素子では、２つの強磁性層（Free Layer）１３０、１５０を反平行の磁化状態から相対角度９０度の磁化状態にするためのバイアス磁界が印加されており、それにより、外部検出磁界がゼロのイニシャルの状態における第１の強磁性層３および第２の強磁性層５の磁化方向は、実質的な直交化が図られていることを考慮したためである。
【００４２】
上記の本発明の作用を実現させるために、第１のシールド層３と第１の強磁性層１３０との間には、第１の交換結合機能ギャップ層３００が介在されており、第２のシールド層５と第２の強磁性層１５０との間には、第２の交換結合機能ギャップ層５００が介在されている。つまり、第１の強磁性層１３０は、磁化方向が制御された前記第１のシールド層３と、第１の交換結合機能ギャップ層３００を介して、間接的に磁気的な結合がなされているのである。また、第２の強磁性層１５０は、磁化方向が制御された前記第２のシールド層５と、第２の交換結合機能ギャップ層５００を介して、間接的に磁気的な結合がなされているのである。
【００４３】
以下、これらの本発明の各構成について詳細に説明する。
【００４４】
（第１のシールド層３および第２のシールド層５の説明）  
本発明における第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、
（１）外部磁界からの磁気シールド機能、
（２）電極として機能、および
（３）第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態を形成させるための磁気的作用を与える機能、を有している。
【００４５】
上記（１）および（２）の機能は、すでに公知の機能である。また、（２）の機能は特になくてもよい。別途、新たな電極層を付加する形態を採用することにより対応可能であるからである。本発明で特に、強調すべきは、（３）の機能である。
【００４６】
上記（３）の機能を持たせるために、前述したごとく第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、磁化方向制御手段により磁化方向が制御されており、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成されている（図１参照）。
【００４７】
図１に示される実施形態では、第１のシールド層３は、図面右側から左側に向く、マイナスの幅方向（−Ｘ方向）に磁化が固定され、この一方で、第２のシールド層５は、図面左側から右側に向く、プラスの幅方向（＋Ｘ方向）に磁化が固定されている。つまり、第１のシールド層３と第２のシールド層５との関係では、反平行磁化状態が形成されている。
【００４８】
第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、磁化方向制御手段により単磁区化され、構成されている。なお、第１のシールド層３と第２のシールド層５との磁化方向は、それぞれ、図面の状態と互いに逆方向を向くようにしてもよい。
【００４９】
磁化方向制御手段としては、（１）第１のシールド層および第２のシールド層の形状を所定形状および寸法として構成される形状異方性を利用する方法、または（２）第１のシールド層および第２のシールド層に、それぞれ、反強磁性体を接合・組合せて、反強磁性体による磁化の固着を図る方法、等が挙げられる。つまり、第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、いわゆる形状異方性、又は反強磁性体からの交換結合により単磁区化されてなるように構成される。
【００５０】
磁化方向制御手段としては、特に、上記（１）の形状異方性を利用して単磁区化を図ることが好ましい。そして、図１に示されるように第１のシールド層３の磁化方向３５と、第２のシールド層５の磁化方向５１とが、互いに反平行となるように設定されるのが、磁化の安定性の観点から望ましい。
【００５１】
形状異方性を利用して第１のシールド層３および第２のシールド層５の単磁区化を図るためには、第１のシールド層３および第２のシールド層５の長手方向（Ｘ方向）である幅は、例えば、３０μｍ程度、奥域（Ｙ方向）長さは、例えば、３μｍ程度とされる。
【００５２】
単磁区化を図るために、アスペクト比（Ｘ／Ｙ比）は、１０以上とすることが望ましい。また、第１のシールド層３および第２のシールド層５の形態は、本出願人に係る発明者らがすでに米国出願しているＵＳ Serial No. １２／０１９，２０２に提案しているような枠形状体とすることは、特に、好ましい態様であるといえる。
【００５３】
第１のシールド層３および第２のシールド層５を構成する材料としては、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＣｏＺｒＴａ、センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒＮｂ等を例示することができる。
【００５４】
厚さ（Ｚ方向）は、例えば、２０ｎｍ〜３μｍ程度とされる。
【００５５】
（磁気抵抗効果部８の説明）  
図１に示されるように、第１のシールド層３と第２のシールド層５との間には、磁気抵抗効果部８が介在されている。そして、磁気抵抗効果部８の両側面には、それぞれ、読取りのためのトラック幅を規定するためのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等からなる非磁性層４が配置されている。
【００５６】
図１に示されるように磁気抵抗効果部８は、積層膜の略中央に位置する第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０、および第２の強磁性層１５０からなるセンサー領域と、このセンサー領域と第１のシールド層３および第２のシールド層５との間にそれぞれ介在される、第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００を有して構成される。
【００５７】
センサー領域と第１のシールド層３との間、およびセンサー領域と第２のシールド層５との間には、記録密度に応じた所定の間隙（ギャップ）が必要となる。信号としての外部磁界のみを確実にセンサー領域に取り込むためである。間隙（ギャップ）を必要以上に大きく取り過ぎると、信号磁界に加えて、隣接する他の信号磁界をもセンサー領域に取り込むおそれが生じる。また、間隙（ギャップ）が必要な距離に至らず、小さくなり過ぎると、信号磁界がセンサー領域を囲むシールド層３、５に吸い込まれて、センサー領域に入り込まなくなるおそれが生じる。
【００５８】
このようなギャップ機能が第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００に備わっていることは勿論のこと、本発明においてはさらに、第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００は、本発明の要部機能（特徴的機能）を発現させるべく、例えば、以下に説明するような積層構造から構成されている。
【００５９】
第１の交換結合機能ギャップ層３００の説明 
第１の交換結合機能ギャップ層３００は、第１のシールド層３側から、交換結合伝達層１０１、ギャップ調整層１１１、交換結合調整層１２１を有して構成される。ギャップ調整層１１１は強磁性体から構成される、いわゆる強磁性層である。ギャップ調整層は、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅの強磁性体を含み構成されることが望ましい。
【００６０】
交換結合伝達層１０１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第１のシールド層３の磁化３５と、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａの磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第１のシールド層３の磁化３５と磁気結合するギャップ調整層１１１の磁化１１１ａの方向も定まる。つまり、磁化が互いに逆の方向を向いて磁気的結合する反強磁性的（antiferromagnetically）結合となるのか、あるいは磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合する強磁性的（ferromagnetically）結合となるのかが定まる。
【００６１】
交換結合調整層１２１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれ設定によって、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと、第１の強磁性層１３０の磁化１３５の磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと磁気結合する第１の強磁性層１３０の磁化１３５の方向も定まる。つまり、反強磁性的結合となるのか、あるいは強磁性結合となるのかが定まる。
【００６２】
本発明においては、第１の強磁性層１３０がいわゆる外部磁界に感度良く応答するフリー層として機能させることが必要である。そのため、第１のシールド層３の磁化３５と、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａの磁気的結合の強さは大きくなるように設定され、ギャップ調整層１１１の磁化１１１ａと、第１の強磁性層１３０の磁化１３５の磁気的結合の強さは比較的に小さくなるように設定される。
【００６３】
第１の交換結合機能ギャップ層３００の厚さは、１．５〜６．０ｎｍ程度に設定される。
【００６４】
第２の交換結合機能ギャップ層５００の説明 
第２の交換結合機能ギャップ層５００は、第２のシールド層５側から、交換結合伝達層１０５、ギャップ調整層１１５、交換結合調整層１２５を有して構成される。ギャップ調整層１１５は強磁性体から構成される、いわゆる強磁性層である。ギャップ調整層は、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅの強磁性体を含み構成されることが望ましい。
【００６５】
交換結合伝達層１０５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第２のシールド層５の磁化５１と、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂの磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、第２のシールド層５の磁化５１と磁気結合するギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂの方向も定まる。つまり、反強磁性的結合（磁化が互いに逆の方向を向いて磁気的結合）となるのか、あるいは強磁性的結合（磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合）となるのかが定まる。
【００６６】
交換結合調整層１２５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのグループから選択された少なくとも１つの材料から構成され、これらの中から選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと、第２の強磁性層１５０の磁化１５１の磁気的結合の強さを調整できるように作用している。また、選定した材質と厚さのそれぞれの設定によって、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと磁気結合する第２の強磁性層１５０の磁化１５１の方向も定まる。つまり、反強磁性的結合となるのか、あるいは強磁性的結合となるのかが定まる。
【００６７】
本発明においては、第２の強磁性層１５０がいわゆる外部磁界に感度良く応答するフリー層として機能させることが必要である。そのため、第２のシールド層５の磁化５１と、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂの磁気的結合の強さは大きくなるように設定され、ギャップ調整層１１５の磁化１１５ｂと、第２の強磁性層１５０の磁化１５１の磁気的結合の強さは比較的に小さくなるように設定される。
【００６８】
第２の交換結合機能ギャップ層５００の厚さは、１．５〜６．０ｎｍ程度に設定される。
【００６９】
磁気的結合の強さ（交換結合磁界の強さ）の調整についての説明 
磁気的結合の強さ（交換結合磁界の強さ）の調整について、図６を参照して、以下に説明する。
【００７０】
図６は、交換結合伝達層１０１、１０５、交換結合調整層１２１、１２５の構成材料として、ＲｕおよびＣｕを用いた場合に、ＲｕおよびＣｕの厚さｔ〔Å（オングストローム）〕と、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm2〕との関係を示したグラフである。なお、このグラフにおいて、ＲｕまたはＣｕを挟持して交換結合される磁性材料はＣｏ90Ｆｅ10合金を用いている。
【００７１】
図６のグラフにおいて、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm2〕の値がプラス（＋）となる場合、いわゆる強磁性的結合（磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合）が生じる。これとは反対に、交換結合の強さＪ〔erg/cm2〕の値がマイナス（−）となる場合、反強磁性的結合（磁化が互いに同じ方向を向いて磁気的結合）が生じる。
【００７２】
交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm2〕の絶対値｜Ｊ｜は、結合強さの絶対量そのものを示す。
【００７３】
交換結合伝達層１０１、１０５の設定にあたっては、交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm2〕の絶対値｜Ｊ｜が０．２〔erg/cm2〕を超えるように設計することが好ましい（｜Ｊ｜＞０．２〔erg/cm2〕）。交換結合磁界の強さＪ〔erg/cm2〕の絶対値｜Ｊ｜が０．２〔erg/cm2〕以下となると、ギャップ調整層１１１、１１５の磁化１１１ａ，１１５ｂが媒体からの磁界の影響を受けて変動し、シールドとしての機能を有してしまうという不都合が生じる。
【００７４】
このような観点から本発明においては、図６に示されるグラフから分るように、（１）交換結合伝達層１０１、１０５にＣｕを用いた場合、Ｊ＜−０．２〔erg/cm2〕、Ｊ＞＋０．２〔erg/cm2〕の範囲の条件のもと、Ｃｕの厚さは６〜１０Åの範囲に設定されることが好ましく、（２）交換結合伝達層１０１、１０５にＲｕを用いた場合、Ｊ＜−０．２〔erg/cm2〕、Ｊ＞＋０．２〔erg/cm2〕の範囲の条件のもと、Ｒｕの厚さは４〜９Åの範囲および１６〜２０Åの範囲に設定されることが好ましい。
【００７５】
この一方で、交換結合調整層１２１、１２５の設定にあたっては、交換結合の強さＪ〔erg/cm2〕の絶対値｜Ｊ｜が０．０２〔erg/cm2〕を超え、０．６〔erg/cm2〕未満となるように設計することが好ましい（０．０２＜｜Ｊ｜＜０．６〔erg/cm2〕）。交換結合の強さＪ〔erg/cm2〕の絶対値｜Ｊ｜が０．０２〔erg/cm2〕以下となると、フリー層として機能する第１および第２の強磁性層１３０、１５０の磁化状態が多磁区化してバルクハウゼンノイズが発生するという不都合が生じる。この一方で、交換結合の強さＪ〔erg/cm2〕の絶対値｜Ｊ｜が０．６〔erg/cm2〕以上となると、フリー層として機能する第１および第２の強磁性層１３０、１５０の磁化が媒体からの信号磁界に対して自由に応答できず、低感度化に繋がるという不都合が生じる。
【００７６】
このような観点から本発明においては、図６に示されるグラフから分るように、（１）交換結合調整層１２１、１２５にＣｕを用いた場合、−０．６＜Ｊ＜−０．０２〔erg/cm2〕、＋０．０２＜Ｊ＜＋０．６〔erg/cm2〕の範囲の条件のもと、Ｃｕの厚さは１３〜１６Åの範囲に設定され、（２）交換結合調整層１２１、１２５にＲｕを用いた場合、−０．６＜Ｊ＜−０．０２〔erg/cm2〕、＋０．０２＜Ｊ＜＋０．６〔erg/cm2〕の範囲の条件のもと、Ｒｕの厚さは９．５〜２０Åの範囲に設定される。
【００７７】
なお、交換結合伝達層１０１、１０５、交換結合調整層１２１、１２５の構成材料として、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄを用いた場合であっても、ＲｕやＣｕと同様な設定をすることができる。
【００７８】
第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０、および第２の強磁性層１５０からなるセンサー領域についての説明 
前述したように、第１の強磁性層１３０、非磁性中間層１４０および第２の強磁性層１５０の積層体が、センサー領域を形成しており、その積層体のトータル厚さは、１０〜２０ｎｍ程度とされる。これらの中で、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、外部から印加された磁界の影響を受けて、各層の磁化の方向が変化するいわゆるフリー層として機能する。
【００７９】
本発明における第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、以下の要件を備えて構成される。すなわち、
（ｉ）第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、第１のシールド層３および第２のシールド層５の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる作用が働くように構成される。第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の反平行磁化状態が形成される。
【００８０】
（ｉｉ）さらに、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、第１の交換結合機能ギャップ層３００および第２の交換結合機能ギャップ層５００を介して、第１のシールド層３および第２のシールド層と交換結合しており、そして、それぞれの、交換結合強度が０．２〜２．５ｅｒｇ／ｃｍ2の範囲内となるように構成される。
【００８１】
このような交換結合強度の設定は、フリー層として機能する第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の磁気膜厚が、２×１０-4〜８×１０-4（ｅｍｕ／ｃｍ2）であって、かつ、実際に印加され得るバイアス磁界範囲は１００〜８００  Ｏｅ程度であるとの前提のもとに、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０に用いられる磁性層の磁歪との関係も考慮しつつ定められたものである。従って、上記の交換結合強度が２．５ｅｒｇ／ｃｍ2を越えたり、０．２ｅｒｇ／ｃｍ2未満となったりした場合には、１００〜８００  Ｏｅの範囲のバイアス磁界では、フリー層１３０、１５０の磁化方向の直交化（９０度）を安定して実現することが困難となる。
【００８２】
（iii）また、本願発明において第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、磁歪λが２０×１０-6〜４０×１０-6の範囲内の正磁歪の物性を備えるＣｏＦｅ合金層を有して構成される。
【００８３】
第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の構成磁性層として、このような磁歪範囲のＣｏＦｅ合金層が存在しない場合には、（１）ＭＲ比のバラツキが大きくなり（出力電圧のバラツキが大きくなり）、素子そのものの動作の信頼性が乏しくなったり、（２）フリー層１３０、１５０の磁化方向の直交化（９０度）を安定して実現することができなくなってしまうという不都合が生じる。磁歪λが２０×１０-6未満の場合に、上記（１）の不都合が生じやすくなる傾向にあり、磁歪λが４０×１０-6を越える場合に、上記（２）の不都合が生じやすくなる傾向にある。
【００８４】
このように、本願発明における第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、磁歪λが２０×１０-6〜４０×１０-6の範囲内の正磁歪の物性を備えるＣｏＦｅ合金層を有して構成されることが必須である。単層膜でもよいが、ＭＲ比を向上させるために、多層膜としてもよい。
【００８５】
多層膜を用いる場合、例えば、上記の必須のＣｏＦｅ合金層を含めて以下（ａ）〜（ｄ）に示すような具体的多層膜構造を例示することができる。
【００８６】
（ａ）ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅ、
（ｂ）ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ
（ｃ）ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅＮｉ／Ｃｕ／ＣｏＦｅＮｉ
（ｄ）ＣｏＦｅ／Ａｇ／ＣｏＭｎＳｉ／Ａｇ／ＣｏＦｅ
【００８７】
図７には、ＣｏＦ合金層のＣｏ含有率（ａｔ％）と、磁歪λとの関係を実験的に求めたグラフが示される。第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０として備えられるＣｏＦｅ合金層のＣｏ含有率は、３０ａｔ％を越え、７８ａｔ％未満とすることが好ましい。Ｃｏ含有率をこのようにすることにより、磁歪λが正磁歪であり、そのλ値が２０×１０-6以上という要件を容易に達成することができる。
【００８８】
非磁性中間層１４０はＭＲ効果を発現させるための必須の膜であり、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｇａ、ＴｉＯｘ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＧａＮ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等を例示することができる。非磁性中間層１４０を、２層以上の積層膜とすることも好ましい態様である。好適な具体例として、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕの３層積層膜を挙げることができる。ＣｕをＺｎで置換したＣｕ／ＺｎＯ／Ｚｎの３層積層膜も出力の向上が図られて好ましい態様である。
【００８９】
非磁性中間層１４０の厚さは０．５〜５ｎｍ程度とされる。
【００９０】
〔磁気抵抗効果素子の変形例の説明〕
図３〜図５は、それぞれ、図２に相当する図面であり、磁気抵抗効果部８の構成変形例を示した図面である。
【００９１】
いずれの変形例を示す図面においても、フリー層として機能する第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０には、それぞれ、第１のシールド層３および第２のシールド層５からの磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いている点では同じである。異なるのは交換結合伝達層１０１、１０５および交換結合調整層１２１、１２５の材質や膜厚仕様を変えて、反強磁性的結合を利用するのか、あるいは強磁性的結合を利用するのかである。
【００９２】
図８には、磁気抵抗効果部８の新たな構成変形例が示されている。上述してきた磁気抵抗効果部８の構成と異なる点は、第１の交換結合機能ギャップ層３００の構成、および第２の交換結合機能ギャップ層５００の構成である。すなわち、図８において、第１の交換結合機能ギャップ層３００は、第１のシールド層３側から、交換結合伝達層１０１、ギャップ調整層１１１、交換結合伝達層１０２、ギャップ調整層１１２、および交換結合調整層１２１、を順次含み、この一方で、第２の交換結合機能ギャップ層５００は、第２のシールド層５側から、交換結合伝達層１０５、ギャップ調整層１１５、交換結合伝達層１０６、ギャップ調整層１１６、および交換結合調整層１２５、を順次含む、構成となっている。この実施形態においても、交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層と記載された層の各構成は、上述した図１〜５等で示された交換結合伝達層、ギャップ調整層、および交換結合調整層の構成と同じである。図８に示される実施形態において、（１）ギャップ調整層１１１とギャップ調整層１１２の２つの強磁性層の磁化量Ｍｓｔを一致させ、かつ、互いに強く反強磁性的結合をさせること、並びに、（２）ギャップ調整層１１５とギャップ調整層１１６の２つの強磁性層の磁化量Ｍｓｔを一致させ、かつ、互いに強く反強磁性的結合をさせることで、外部磁界に対する応答をゼロとすることが可能となり、特に好ましい実施例が実現できる。また、交換結合伝達層の結合強度が比較的弱くても、確実にギャップ層としての機能を持たせることが可能になる。なお、図８に示される構成においては、交換結合調整層としてＲｕの三番目のピーク（3rd Peak）を使用してもよい。
【００９３】
〔磁気抵抗効果素子の外部磁界の検出動作の説明〕
図９Ａ〜図９Ｃを参照しつつ本発明の磁気抵抗効果素子の外部磁界の検出動作を説明する。
【００９４】
磁化方向を直交化させるバイアス磁界が印加される前においては、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０は、それぞれ、第１のシールド層３および第２のシールド層５の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態となっている。
【００９５】
通常、図１０に示されるような第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０の後方（奥域側：Ｙ方向）に設置してある、例えば、ハードマグネット等のバイアス磁界印加手段６００（例示であり、この方式のバイアス磁界印加手段および設置位置に限定されるものではない）からのバイアス磁界によって、第１の強磁性層１３０および第２の強磁性層１５０に対してバイアス磁界が印加され、第１の強磁性層１３０の磁化１３５および第２の強磁性層１５０の磁化１５１の実質的な直交化が図られ、図９Ａに示される状態に至る。この状態が磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果部８）としてのイニシャルの状態（初期状態）である。
【００９６】
図９Ｂに示されるように、ＡＢＳから素子側に流入する方向の外部磁界Ｄ１を検出すると、第１の強磁性層１３０の磁化１３５、および第２の強磁性層１５０の磁化１５１は同じ方向を向く傾向となり、素子の抵抗は小さくなる。
【００９７】
この一方で、図９Ｃに示されるように、ＡＢＳから離れる方向の外部磁界Ｄ２を検出すると、第１の強磁性層１３０の磁化１３５、および第２の強磁性層１５０の磁化１５１は双方で反対の方向を向く傾向が生じ、素子の抵抗は大きくなる。
【００９８】
このような外部磁界に対する一連の抵抗変化を測定するによって、外部磁界を検出することができる。
【００９９】
〔薄膜磁気ヘッドの全体構造についての説明〕
図１１には、いわゆるエアベアリング面（ＡＢＳ）に平行な薄膜磁気ヘッドの断面図（Ｙ−Ｚ平面での断面）が示されている。
【０１００】
図１１に示される薄膜磁気ヘッド１００は、媒体進行方向Ｍに移動する例えばハードディスクなどの記録媒体１０に磁気的な処理を施すために、例えばハードディスクドライブなどの磁気記録装置に搭載されて使用される。
【０１０１】
図面に例示されている薄膜磁気ヘッド１００は、磁気的処理として記録処理および再生処理の双方を実行可能ないわゆる複合型ヘッドであり、その構造は、図１１に示されるように、例えばアルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）などのセラミック材料より構成されたスライダ基板１の上に、磁気ヘッド部１０１が形成された構成を有している。
【０１０２】
磁気ヘッド部１０１は、磁気抵抗（ＭＲ:Magneto-Resistive）効果を利用して記録された磁気情報の再生処理を行う再生ヘッド部１００Ａと、例えば、垂直記録方式の記録処理を実行するシールド型の記録ヘッド部１００Ｂとが、積層された構成を有している。
【０１０３】
以下さらに詳細に説明する。
【０１０４】
第１のシールド層３と第２のシールド層５は、スライダ基板１の側面１ａに略平行となるように形成された平面的な層であり、また、これらの層３、５は、媒体対向面７０であるＡＢＳの一部を形成している。
【０１０５】
磁気抵抗効果部８は、第１のシールド層３および第２のシールド層５に挟まれるように配置されており、媒体対向面７０の一部を形成している。そして、媒体対向面７０に垂直方向（Ｙ方向）のハイトがＭＲハイト（ＭＲ−ｈ）となる。
【０１０６】
第１のシールド層３および第２のシールド層５は、例えば、フレームめっき法を含むパターンめっき等によって形成される。なお、図面では明示してないが、第１のシールド層３および第２のシールド層５は、上述してきた本発明の作用効果を発現するように構成されている必要がある。
【０１０７】
磁気抵抗効果部８は、スライダ基板１の側面１ａに略平行となるように形成された積層膜であり、媒体対向面７０の一部を構成している。
【０１０８】
磁気抵抗効果部８は、例えば、その積層面と垂直方向にセンス電流が流れる膜面垂直型（ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane））の積層膜であり、前述したような構成とされる。
【０１０９】
また、図１１に示されるように、第２のシールド層５と記録ヘッド部１００Ｂとの間には、第２のシールド層５と同様の材料からなる素子間シールド層９が形成されている。
【０１１０】
素子間シールド層９は、センサーとして機能する磁気抵抗効果部８を、記録ヘッド部１００Ｂより発生する磁界から遮断して、読み出しの際の外来ノイズを防止する役割を果たしている。また、素子間シールド層９と記録ヘッド部１００Ｂとの間に、さらにバッキングコイル部が形成されていてもよい。バッキングコイル部は、記録ヘッド部１００Ｂから発生して磁気抵抗効果部８の上下電極層を経由する磁束ループを打ち消す磁束を発生させるものであり、磁気ディスクへの不要な書き込み、または消去動作である広域隣接トラック消去（ＷＡＴＥ）現象の抑制を図るように作用する。
【０１１１】
磁気抵抗効果部８の媒体対向面７０とは反対側の第１および第２シールド層３、５の間隙；並びに第１および第２シールド層３、５、および素子間シールド層９の媒体対向面７０とは反対側である後方部位；並びに第１のシールド層３とスライダ基板１との間隙；並びに素子間シールド層９と記録ヘッド部１００Ｂとの間隙、にはそれぞれアルミナ等から形成された絶縁層４、４４が形成されている。
【０１１２】
記録ヘッド部１００Ｂは、垂直磁気記録用として構成されることが好ましく、図１１に示されるように、主磁極層１５、ギャップ層１８、コイル絶縁層２６、コイル層２３、および補助磁極層２５を有している。
【０１１３】
主磁極層１５は、コイル層２３によって誘導された磁束を、書き込みがなされる磁気記録媒体１０の記録層まで収束させながら導くための導磁路として構成される。ここで主磁極層１５の媒体対向面７０側の端部において、トラック幅方向（図１１のＸ軸に沿った方向）の幅、および積層方向（図１１のＺ軸に沿った方向）の厚さは、他の部分に比べて小さくすることが好ましい。この結果、高記録密度化に対応した微細で強い書き込み用磁界を発生させることが可能となる。
【０１１４】
主磁極層１５に磁気的に結合した補助磁極層２５の媒体対向面７０側の端部は、補助磁極層２５の他の部分よりも層断面が広いトレーリングシールド部を形成している。図１１に示されるように、補助磁極層２５は、アルミナ等の絶縁材料により形成されたギャップ層１８、およびコイル絶縁層２６を介在させて、主磁極層１５の媒体対向面７０側の端部と対向配置されている。
【０１１５】
このような補助磁極層２５を設けることによって、媒体対向面７０近傍における補助磁極層２５と主磁極層１５との間において磁界勾配をより急峻にさせることができる。この結果、信号出力のジッタが小さくなって読み出し時のエラーレートを小さくすることができる。
【０１１６】
補助磁極層２５は、例えば、フレームめっき法、スパッタリング法等を用いて、例えば、厚さ約０．５〜５μｍに形成される。使用材料としては、例えば、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏのうち、いずれか２つ若しくは３つからなる合金を用いたり、あるいは、これらを主成分として所定の元素が添加された合金等から構成される。
【０１１７】
ギャップ層１８は、コイル層２３と主磁極層１５とを離間させるように形成される。ギャップ層１８は、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成された、例えば、厚さ０．０１〜０．５μｍ程度のＡｌ2Ｏ3、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等から構成される。
【０１１８】
〔ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置についての説明〕  
次いで、上述してきた薄膜ヘッドが搭載されて使用されるヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置の一例について説明する。
【０１１９】
まず、図１２を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に基板およびオーバーコートからなる基体２１１を備えている。
【０１２０】
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、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面３０が形成されている。
【０１２１】
ハードディスクが図１２におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図１２におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図１２におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。
【０１２２】
スライダ２１０の空気流出側の端部（図１２における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドが形成されている。
【０１２３】
次に、図１３を参照して、本実施の形態に係る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、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。
【０１２４】
ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図１３は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。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。
【０１２７】
次に図１４および図１５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ハードディスク装置について説明する。
【０１２８】
図１４はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１５はハードディスク装置の平面図である。
【０１２９】
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、ハードディスク装置に組み込まれる。
【０１３０】
ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク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。
【０１３１】
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、本発明における位置決め装置に対応しスライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【０１３２】
本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【０１３３】
本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。
【０１３４】
また、実施の形態では、基体側に再生ヘッド部を形成し、その上に、垂直記録ヘッド部を積層した構造の薄膜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、再生専用の薄膜ヘッドとして用いる場合には、再生ヘッド部だけを備えた構成としてもよい。
【実施例】
【０１３５】
以下に、本発明の磁気抵抗効果素子に関する具体的実験例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【０１３６】
〔実験例Ｉ〕
（実施例１サンプルの作製） 
図１および図８に示される構成からなる磁気抵抗効果素子の実施例１サンプルを作製した。
【０１３７】
すなわち、下記表１に示されるように、幅３０μｍ（Ｘ軸方向の寸法）、長さ３μｍ（Ｙ軸方向の寸法）、厚さ１００ｎｍ（Ｚ軸方向の寸法）のＮｉＦｅからなる第１のシールド層３の上に、表１に示される積層構成からなる磁気抵抗効果部８を形成し、この磁気抵抗効果部８の上に、幅３０μｍ（Ｘ軸方向の寸法）、長さ３μｍ（Ｙ軸方向の寸法）、厚さ１００ｎｍ（Ｚ軸方向の寸法）のＮｉＦｅからなる第２のシールド層５を形成した。磁気抵抗効果部８の両サイドはアルミナにより絶縁した。
【０１３８】
第１のシールド層３および第２のシールド層５は、それぞれ、上記寸法による形状異方性により、単磁区構造が形成されており、互いの層３、５の磁化方向は、図１および図８に示されるように反平行とされている。
【０１３９】
表１に示される構成においては、図８に示されるごとく、第１のシールド層３の磁化３５は、第１の交換結合ギャップ層３００を介して、第１の強磁性層１３０の磁化１３５と反強磁性的結合している。交換結合強度は、０．６ｅｒｇ／ｃｍ2であった。また、第２のシールド層５の磁化５１は、第２の交換結合ギャップ層５００を介して、第２の強磁性層１５０の磁化１５１と反強磁性的結合している。交換結合強度は、０．６ｅｒｇ／ｃｍ2であった。
【０１４０】
【表１】
0004683130.tif 000002
【０１４１】
上記表１において、フリー層として機能する第１の強磁性１３０は、下側から上側に向けてＮｉ91Ｆｅ9（厚さ1ｎｍ）／Ｃｕ（厚さ0.2ｎｍ）／Ｃｏ40Ｆｅ60（厚さ1.3ｎｍ）／Ｃｕ（厚さ0.2ｎｍ）／Ｃｏ40Ｆｅ60（厚さ1.3ｎｍ）の５層積層体として、構成した。また、第２の強磁性１５０は、上側から下側に向けてＮｉ91Ｆｅ9（厚さ1ｎｍ）／Ｃｕ（厚さ0.2ｎｍ）／Ｃｏ40Ｆｅ60（厚さ1.3ｎｍ）／Ｃｕ（厚さ0.2ｎｍ）／Ｃｏ40Ｆｅ60（厚さ1.3ｎｍ）の５層積層体として構成した。つまり、非磁性中間層１４０を挟んでいる層は、Ｃｏ40Ｆｅ60（厚さ1.3ｎｍ）である。Ｃｏ40Ｆｅ60合金層は、その磁歪λが２７．５×１０-6であった。
【０１４２】
（比較例１サンプルの作製） 
上記表１において、フリー層として機能する第１の強磁性１３０および第２の強磁性１５０の構成を、それぞれ、Ｃｏ90Ｆｅ10（厚さ1ｎｍ）／Ｎｉ82Ｆｅ18（厚さ2ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（厚さ1ｎｍ）の３層積層体という構成とした。
【０１４３】
この構成は従来技術として一般的にフリー層として使用されている構成である。それ以外は、上記実施例１サンプルと同様にして、比較例１のサンプルを作製した。
【０１４４】
比較例１のサンプルにおける第１のシールド層３の磁化３５と第１の強磁性層１３０の磁化１３５との交換結合強度および、第２のシールド層５の磁化５１と第２の強磁性層１５０の磁化１５１との交換結合強度は、それぞれ、０．８ｅｒｇ／ｃｍ2であった。
【０１４５】
また、フリー層として機能する第１の強磁性１３０および第２の強磁性１５０の磁歪λは、−０．３×１０-6であった。
【０１４６】
上述してきた実施例１サンプルおよび比較例１サンプル（総サンプル数はそれぞれ、Ｎ＝２０個）について、ＭＲ比を求め、ＭＲ比のバラツキ度の指標である標準偏差σ値を算出した。結果を図１６のグラフにまとめた。図１６において、縦軸がＭＲ比であり、横軸が測定対象であるＮ個の個々の素子のサンプルを示している。本発明の実施例１サンプルでは、ＭＲ比の変動が極めて少ないことがわかる。標準偏差σ値は、２．６％であった。このような状況から実施例１サンプルでは、バイアス磁界の印加に基づき、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化方向の相対角度が理想的な９０度近傍に設定されているものと考察される。ちなみに、実施例１サンプルは、図１７Ａに示されるような理想的な磁化方向状態が形成されているものと考察される。
【０１４７】
これに対して、比較例１サンプルでは、ＭＲ比の変動が極めて大きくなっている。標準偏差σ値は、９．５％であった。このような状況から比較例１サンプルでは、バイアス磁界の印加に基づき、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化方向の相対角度が理想的な９０度近傍に設定されておらず、外部磁界検出前の初期状態におけるフリー層の磁化方向のバラツキが生じているものと考察される。比較例１サンプルは、図１７Ｂに示されるような理想から外れた磁化方向状態が形成され易くなっているものと考察される。
【０１４８】
〔実験例ＩＩ〕
上記実施例１サンプルの作製要領に準じて、さらに各種のサンプルを作製し、上述してきた交換結合強度、および磁歪λの範囲を、標準偏差σ値との関係で実験的に検証して、下記表２にまとめて示した。表２には、上記実施例１サンプルおよび上記比較例１サンプルにおける結果も併記した。
【０１４９】
【表２】
0004683130.tif 000003
【０１５０】
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
すなわち、本発明は、磁気抵抗効果部と、この磁気抵抗効果部を上下に挟むようにして配置形成される第１のシールド層および第２のシールド層と、を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果部は、非磁性中間層と、この非磁性中間層を挟むようにして積層形成される第１の強磁性層および第２の強磁性層とを有し、前記第１のシールド層および第２のシールド層は、それぞれ、磁化方向制御手段により磁化方向が制御されており、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成されており、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、第１の交換結合機能ギャップ層および第２の交換結合機能ギャップ層を介して、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層と交換結合しており、その交換結合強度が０．２〜２．５ｅｒｇ／ｃｍ2であり、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、前記第１のシールド層および前記第２のシールド層の磁気的作用の影響を受けて、互いの磁化方向が逆方向となる反平行磁化状態が形成される作用が働いており、前記第１の強磁性層および第２の強磁性層は、それぞれ、磁歪λが２０×１０-6〜４０×１０-6の範囲内の正磁歪の物性を備えるＣｏＦｅ合金層を有しているように構成されているので、例えば、素子製造面からの加工精度のバラツキ等に起因して、バイアス磁界の印加の強さに多少の変動が生じたとしても、２つの強磁性層（Free Layer）の磁化方向の相対角度を９０度に設定することが容易に実現でき、その結果、素子ごとのＭＲ比の変動が少なく、素子動作の信頼性に優れるという効果が奏される。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明の産業上の利用可能性として、本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備える磁気ディスク装置の産業に利用できる。
【符号の説明】
【０１５２】
３…第１のシールド層
５…第２のシールド層
８…磁気抵抗効果部
１３０…第１の強磁性層
１４０…非磁性中間層
１５０…第２の強磁性層
３００…第１の交換結合機能ギャップ層
５００…第２の交換結合機能ギャップ層
【図１】
0004683130.tif 000004
【図２】
0004683130.tif 000005
【図３】
0004683130.tif 000006
【図４】
0004683130.tif 000007
【図５】
0004683130.tif 000008
【図６】
0004683130.tif 000009
【図７】
0004683130.tif 000010
【図８】
0004683130.tif 000011
【図９】
0004683130.tif 000012
【図１０】
0004683130.tif 000013
【図１１】
0004683130.tif 000014
【図１２】
0004683130.tif 000015
【図１３】
0004683130.tif 000016
【図１４】
0004683130.tif 000017
【図１５】
0004683130.tif 000018
【図１６】
0004683130.tif 000019
【図１７】
0004683130.tif 000020