(57)【要約】【課題】  差動型再生ヘッドにおいて、２つの磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量が異なっていてもベースラインシフトが生じずに、良好なビットエラーレートが得られる再生ヘッドを提供する。【解決手段】  差動型再生ヘッド２０は、第１の自由層２１０を有する第１の磁気抵抗効果素子２００と、差動ギャップ層１００と、第２の自由層３１０を有する第２の磁気抵抗効果素子３００が積層された積層構造４００を有す。ここで第１の磁気抵抗効果素子２００と第２の磁気抵抗効果素子３００の最大抵抗変化量がそれぞれＤＲ１とＤＲ２とし、第１の自由層に印加する磁区制御磁界をＨＢ１、第２の自由層に印加する磁区制御磁界をＨＢ２とするとき、以下の関係を満たすようにする。ＤＲ１＞ＤＲ２のとき、ＨＢ１＞ＨＢ２ＤＲ２＞ＤＲ１のとき、ＨＢ２＞ＨＢ１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の自由層と第１の固定層との間に第１の中間層を有する第１の磁気抵抗効果素子と、第２の自由層と第２の固定層との間に第２の中間層を有する第２の磁気抵抗効果素子と、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との間に在る差動ギャップ層と、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子に電流を流す電流印加手段とを有し、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが同一方向磁界に対して逆位相の抵抗変化を有することで差動動作する再生ヘッドにおいて、
前記第１の自由層の飽和磁化と膜厚の積をＭｓ１ｔ１とし、前記第２の自由層の飽和磁化と膜厚の積をＭｓ２ｔ２とするとき、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であり、
前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力とが略同じであることを特徴とする再生ヘッド。
【請求項２】
前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量をＤＲ１とし、前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量比をＤＲ２とし、前記第１の自由層に印加される磁区制御磁界をＨＢ1とし、前記第２の自由層に印加される磁区制御磁界をＨＢ2とするとき、ＤＲ１／ＤＲ２が１．０５以上のときにＨＢ1＞ＨＢ2である磁区制御層を備えることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項３】
前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量をＤＲ１とし、前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量比をＤＲ２とし、前記第１の自由層に印加される磁区制御磁界をＨＢ1とし、前記第２の自由層に印加される磁区制御磁界をＨＢ2とするとき、ＤＲ１／ＤＲ２が０．９５以下のときにＨＢ１＜ＨＢ２である磁区制御層備えることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項４】
前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量をＤＲ１とし、前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量比をＤＲ２とし、前記第１の自由層のトラック幅方向の端部における膜厚方向の中心と前記第１の自由層に近接する磁区制御層との最短距離をＤ１とし、前記第２の自由層のトラック幅方向の端部における膜厚方向の中心と前記第１の自由層に近接する磁区制御層との最短距離をＤ２とするとき、ＤＲ１／ＤＲ２が１．０５以上のときにＤ1＜Ｄ2であることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項５】
前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量をＤＲ１とし、前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量比をＤＲ２とし、前記第１の自由層のトラック幅方向の端部における膜厚方向の中心と前記第１の自由層に近接する磁区制御層との最短距離をＤ１とし、前記第２の自由層のトラック幅方向の端部における膜厚方向の中心と前記第１の自由層に近接する磁区制御層との最短距離をＤ２とするとき、ＤＲ１／ＤＲ２が０．９５以下のときにＤ１＞Ｄ２であることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項６】
前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量をＤＲ１とし、前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量比をＤＲ２とし、前記磁区制御層と前記第１の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr１とし、前記磁区制御層と前記第２の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr２とするとき、ＤＲ１／ＤＲ２が１．０５以上のときにtr１＜tr2であることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項７】
前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量をＤＲ１とし、前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量比をＤＲ２とし、前記磁区制御層と前記第１の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr１とし、前記磁区制御層と前記第２の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr２とするとき、ＤＲ１／ＤＲ２が０．９５以下のときにtr１＞tr2であることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項８】
前記前記第１の自由層に印加される磁区制御磁界と前記第２の自由層に印加される磁区制御磁界の比であるＨＢ１/ＨＢ２と、前記前記第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量ＤＲ1と前記第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量ＤＲ2の比であるＤＲ１/ＤＲ２が、０．８６×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＨＢ１/ＨＢ２）＜１．１５×（ＤＲ１/ＤＲ２）を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の再生ヘッド。
【請求項９】
前記第１の自由層または前記第２の自由層の少なくとも一方のトラック幅方向の両側に設けられた磁区制御層とを有し、
前記第１の自由層と前記第２の自由層との距離をGlとし、前記磁区制御層の膜厚tHBとし、前記磁区制御層と前記第１の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr1とし、前記磁区制御層と前記第２の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr2とし、前記第１の自由層と前記第２の自由層間の中心と前記磁区制御層の中心間の距離をtoとし、前記磁区制御層の中心が前記第２の自由層よりも前記第１の自由層に近いとき、１．７×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜｛ａｔａｎ（（ｔＨＢ/2+ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ１）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ１）｝/{ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２+ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ２）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ２）}＋１＜２．３×（ＤＲ１/ＤＲ２）を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の自由層または前記第２の自由層の少なくとも一方のトラック幅方向の両側に設けられた磁区制御層とを有し、
前記第１の自由層と前記第２の自由層との距離をGlとし、前記磁区制御層の膜厚tHBとし、前記磁区制御層と前記第１の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr1とし、前記磁区制御層と前記第２の自由層間に設けられている非磁性中間層の膜厚をtr2とし、前記第１の自由層と前記第２の自由層間の中心と前記磁区制御層の中心間の距離をtoとし、前記磁区制御層の中心が前記第１の自由層よりも前記第２の自由層に近いとき、１．７×（ＤＲ２/ＤＲ１）＜｛ａｔａｎ（（ｔＨＢ/2+ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ２）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ２）｝/{ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２+ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ１）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ１）}＋１＜２．３×（ＤＲ２/ＤＲ１）を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の磁気ヘッド。
【請求項１１】
前記第１の自由層か前記第２の自由層の少なくとも一方のトラック幅方向の両側に設けられた磁区制御層とを有し、前記積層構造のトラック幅方向の両側に設けられた磁区制御層において、
前記第１の自由層に近接する領域の飽和磁化をＭｓＨＢ１とし、前記第２の自由層に近接する領域の飽和磁化をＭｓＨＢ２とするとき、０．８６×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２）＜１．１５×（ＤＲ１/ＤＲ２）を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の再生ヘッド。
【請求項１２】
前記電流印加手段は、
前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、及び前記作動ギャップ層の膜面に対して略垂直方向に電流を流し、
前記第１の磁気抵抗効果素子の前記作動ギャップ層と対向する面とは反対側の面、及び前記第２の磁気抵抗効果素子の前記作動ギャップ層と対向する面とは反対側の面に形成された一対の電極であることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
【請求項１３】
前記電流印加手段は、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の膜面方向に独立に電流を流し、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子の両側に配置された２対の電極であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録再生装置に搭載される磁気ヘッドに関し、特に、磁気記録媒体に記録された情報を再生する磁気抵抗効果ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、HDD（Hard Disk Drive）などの磁気記録再生装置においては、急速な記録密度の増加が求められており、磁気ヘッドや磁気メディア等も高記録密度を実現するものが求められている。磁気記録再生装置に再生素子として搭載する磁気抵抗効果ヘッドとしては、強磁性金属層を非磁性金属層を介して積層した多層膜の磁気抵抗効果を利用した、スピンバルブと呼ばれる構造が用いられている。磁気抵抗効果とは、非磁性中間層を挟んだ２層の強磁性層の磁化と磁化のなす角によって電気抵抗が変化する現象である。磁気抵抗効果を用いたスピンバルブは、反強磁性層／強磁性層／非磁性中間層／強磁性層の構造を有し、反強磁性層／強磁性層の界面に発生する交換結合磁界により反強磁性層と接した強磁性層の磁化を実質的に固定し、他方の強磁性層の磁化が外部磁界によって自由に回転することで出力を得る。上記磁化が反強磁性層により実質的に固定される強磁性層は固定層、上記磁化が外部磁場によって回転する強磁性層は自由層と呼ばれる。
【０００３】
磁気抵抗効果を利用したスピンバルブには、従来は、電流を積層膜４００の面内方向に流して用いるＣＩＰ（Current In the Plane）−ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive）ヘッドが採用されてきた。現在では、積層膜４００の膜厚方向に電流を流して用いるＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）ヘッドや、ＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲヘッドへと移行しつつある。
【０００４】
ＣＩＰ−ＧＭＲヘッドからＴＭＲヘッドやＣＰＰ−ＧＭＲヘッドへ移行している背景として、主に２つの理由が挙げられる。１つ目は、ＣＩＰ−ＧＭＲヘッドよりもＴＭＲヘッドやＣＰＰ−ＧＭＲヘッドは、再生出力を大きくすることが可能であるために、高いＳＮＲ（出力/ノイズ比）が実現できる点である。２つ目は、電流を積層膜４００の面内方向に流すＣＩＰ方式よりも、電流を積層膜４００の垂直方向に流すＣＰＰ方式の方が、線記録密度向上の点において有利である点である。線記録密度とは、磁気記録媒体の円周方向のビット密度である。なお、磁気記録媒体の半径方向のビット密度はトラック密度と呼び、両者を増大することで磁気記録再生装置の面記録密度が向上する。線記録密度を高くするためには再生分解能の向上が必須である。再生分解能とは、高記録密度記録時における再生出力が、低記録密度記録時と比較してどの程度の大きさを維持できるかを示す指標である。
【０００５】
ところで、現状の磁気抵抗効果ヘッドは、下部磁気シールドと上部磁気シールドで磁気抵抗効果膜を挟む構成（いわゆるシールド型再生ヘッド）となっていが、線記録密度方向の再生分解能は、この上下磁気シールド間隔（Ｇｓ）に大きく依存する。即ち、上下磁気シールド間隔を狭くするほど、線記録密度方向の分解能が高くなり、高い面記録密度を実現することができる。
【０００６】
従来のＣＩＰ−ＧＭＲヘッドは、磁気抵抗効果膜と上部及び下部磁気シールドを電気的に絶縁する必要があったので、上部及び下部磁気シールドと磁気抵抗効果膜の間に絶縁膜を介在させる必要があり、上下磁気シールド間隔の狭小化が困難であった。一方、積層膜４００の膜厚方向に電流を流すＴＭＲヘッドや、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッドでは、上部及び下部磁気シールドと磁気抵抗効果膜の間に絶縁膜を介在させる必要がない為、上下磁気シールド間隔の狭小化の点で有利である。このように、高出力化と再生分解能の向上を目指して、磁気抵抗効果ヘッドはＣＩＰ−ＧＭＲからＴＭＲやＣＰＰ−ＧＭＲヘッドに移行しつつあるのである。
【０００７】
しかし、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜の膜厚は、３０ nm程度以下にすることは不可能であり、再生分解能の向上には近い将来に限界が生じると考えられている。その理由は、上述した磁気抵抗効果膜(反強磁性層／強磁性層／非磁性中間層／強磁性層）の膜厚は、物理的に３０ nm程度が薄膜化の限界であることである。このため、現行構造の再生ヘッドでは上下磁気シールド間隔は３０ nm程度より狭くすることができず、高い面記録密度実現に向けた大きな障害となっている。
【０００８】
線記録密度方向の分解能を向上する手段として、いわゆる差動型再生ヘッドが提案されている。面内磁気記録方式では、磁気記録媒体に書かれた記録ビットに対して、磁化反転領域からのみ信号磁界が生じるのに対して、垂直磁気記録方式では、各記録ビットから必ず信号磁界が生じる。従って、垂直磁気記録方式は差動型再生ヘッドの使用に対して都合が良い。
【０００９】
特許文献１には、垂直磁気記録方式を用いた磁気記録再生装置において、一対の磁気抵抗効果膜を導電層を介して直列接続し、差動動作させる再生ヘッド構造が開示されている。一対の磁気抵抗効果膜のうち、信号磁界の感磁部となる２層の自由層が導電層を介して隣接対面するように配置され、一対の磁気抵抗効果膜の抵抗変化特性が、同じ向きの磁界に対して逆極性になるようにすることで、差動動作させることが可能となる。この場合、線記録密度方向の分解能は、上下磁気シールド間隔よりも自由層間の内側の距離に大きく影響を受ける。したがって、上下磁気シールド間隔の狭小化ができなくても、一対の磁気抵抗効果膜間に介在する導電層の膜厚を薄膜化することで、線密度方向の高い再生分解能が得られる。
【００１０】
さらに、特許文献２には、２層の自由層が同じ向きの磁界に対して逆極性の抵抗変化特性が得られるさらに詳細な差動型再生ヘッドの構造が開示されている。また、上下磁気シールドを有さなくても高い分解能を実現する再生ヘッド構造が特許文献３に開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８３９１５号公報
【特許文献２】特開２００３−６９１０９号公報
【特許文献３】特開２００４−２２７７４９号公報
【非特許文献１】H. N. Bertram, Theory of magnetic recording (1994)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
差動型再生ヘッドでは、２つの磁気抵抗効果素子の出力特性に差（磁界に対する極性を除く）があると、再生波形にベースラインシフトを生じる問題がある。ベースラインシフトが磁気ディスク装置の記録再生特性にどのような影響があるのかは、過去に報告がない。そこで、その記録再生特性に与える影響について検討したところ、ベースラインシフトは、再生出力、分解能、ＳＮＲなどには影響を与えないが、ビットエラーレートを劣化させることを本発明者らは見出した。
【００１３】
したがって、差動型ヘッドでは、２つの磁気抵抗効果素子の出力をできるだけ等しく制御する必要がある。個々の磁気抵抗効果素子の出力は、利用率ｅ、最大抵抗変化量ＤＲ、センス電流Ｉｓの積に比例する。ここで利用率とは、個々の磁気抵抗効果素子に媒体磁界が印加された時の抵抗変化量ｄＲと最大抵抗変化量ＤＲの比であるｄＲ/ＤＲと定義する。
【００１４】
再生ヘッドがＣＰＰ型の場合は、個々の磁気抵抗効果素子に流れるセンス電流は一定なので、個々の磁気抵抗効果素子の出力差の要因としては、個々の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量と利用率の差だけである。利用率は個々の自由層に印加する磁区制御磁界を変えることにより制御できる。一般的な磁区制御磁界の制御方法としては、磁気抵抗効果素子のトラック幅方向の両側に設けられている磁区制御層の膜厚や、磁気抵抗効果素子と磁区制御層との距離の調整などが挙げられる。
【００１５】
しかし、自由層と磁区制御層のトラック幅方向の距離及び自由層と硬磁性膜の膜厚方向の幾何的位置関係を同一にすることができない場合には、磁気抵抗効果素子がトラック方向に縦バイアス磁界を印加する為の、強磁性層を含む積層構造を非磁性層で挟持した、バイアス磁界付与層からなる構成が発明されている。この構成は、個々の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量は等しい構造である。
【００１６】
一方、最大抵抗変化量は、第１の磁気抵抗効果膜と第２の磁気抵抗効果膜とで同一の条件において製膜しても、最大抵抗変化量に差が生じるという問題がある。最大抵抗変化量は各磁気抵抗効果素子の膜厚の平滑性や下地膜の結晶の配向性等の条件に敏感である。膜厚の平滑性は、最初に製膜する第１の磁気抵抗効果素子のほうが良好になりやすい傾向があるため、第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量のほうが第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量よりも大きくなる場合が多い。しかし、第２の磁気抵抗効果膜の下地の配向性が良い場合には、第２の磁気抵抗効果素子の最大手高変化量の方が大きくなる傾向がある。第２の磁気抵抗効果膜の下地は、第１の磁気抵抗効果膜と第２の磁気抵抗効果膜の中間層に相当し、この膜は数10ナノメートルもの比較的厚い膜厚となるため、配向性も良くなりやすいのである。個々の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量は、自由層、中間層や固定層の材料や膜厚などを独立に調整することにより、略同一にできる可能性もあるが、個々の磁気抵抗効果素子の自由層、中間層や固定層の構成が大きく異なると、個々の磁気抵抗効果素子の磁気特性が異なり、問題となることが容易に予想される。
【００１７】
本発明では、線記録密度方向の高い再生分解能を有する差動型の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、２つの磁気抵抗効果素子に印加する磁区制御磁界を独立に制御することにより、２つの磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量が異なっていても、ベースラインシフトが生じず、良好なビットエラーレートを示す磁気抵抗効果ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の問題を解決する為に、本発明に係る再生ヘッドは、第１の自由層を有する第１の磁気抵抗効果素子と、差動ギャップ層と、第２の自由層を有する第２の磁気抵抗効果素子が積層された積層構造を有する差動型の再生ヘッドを有する。そして、ベースラインシフトが生じない再生波形が得られる構造を実現するために、以下の２つのいづれかの構成を採用する。
（Ａ）第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量ＤＲ１が第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量ＤＲ２よりも大き差動型再生ヘッドにおいて、第１の磁気抵抗効果素子に印加される磁区制御磁界ＨＢ１が第２の磁気抵抗効果素子に印加される磁区制御磁界ＨＢ２よりも大きい磁気抵抗効果膜と磁気制御膜を有する構成。
（Ｂ）第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量ＤＲ２が第１の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量ＤＲ１よりも大き差動型再生ヘッドにおいて、第２の磁気抵抗効果素子に印加される磁区制御磁界ＨＢ２が第１の磁気抵抗効果素子に印加される磁区制御磁界ＨＢ１よりも大きい磁気抵抗効果膜と磁気制御膜を有する構成。
【００１９】
ここで、（A）を実現するためのより具体的な構成を以下に示す。
１）第１の自由層のトラック幅方向の端部における中心と第１の自由層に近接するバイアス膜の中心との距離をＤ１とし、
第２の自由層のトラック幅方向の端部における中心と第２の自由層に近接するバイアス膜の中心との距離をＤ２とし、
第１の自由層の飽和磁化と膜厚の積をＭｓ１ｔ１とし、
第２の自由層の飽和磁化と膜厚の積をＭｓ２ｔ２としたとき、
ＤＲ１／ＤＲ２が５．０以下１．０５以上であり
Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であり、
Ｄ１＞Ｄ２となる構成。
２）Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であり、
ＤＲ１／ＤＲ２が５．０以下１．０５以上であり、
ＤＲ１/ＤＲ２とＨＢ１/ＨＢ２の関係が以下の関係を満たす構成。
０．８６×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＨＢ１/ＨＢ２）
３）第１の自由層に近接する領域の飽和磁化をＭｓＨＢ１とし、
第２の自由層に近接する領域の飽和磁化をＭｓＨＢ２とするとき、
ＤＲ１／ＤＲ２が５．０以下１．０５以上であり、
ＤＲ１／ＤＲ２，ＭｓＨＢ１とＭｓＨＢ２が以下の関係式を満たす構成。
０．８×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２）。
【００２０】
次に、（B）を満たすためのより具体的な構成を以下に示す。
１）第１の自由層のトラック幅方向の端部における中心と第１の自由層に近接するバイアス膜の中心との距離をＤ１とし、
第２の自由層のトラック幅方向の端部における中心と第２の自由層に近接するバイアス膜の中心との距離をＤ２とし、
第１の自由層の飽和磁化と膜厚の積をＭｓ１ｔ１とし、
第２の自由層の飽和磁化と膜厚の積をＭｓ２ｔ２としたとき、
ＤＲ１／ＤＲ２が０．２５以上０．９５以下であり、
Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であり、
Ｄ１＜Ｄ２となる構成。
２）Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であり、
ＤＲ１／ＤＲ２が０．２５以上０．９５以下であり、
ＤＲ１/ＤＲ２とＨＢ１/ＨＢ２の関係が以下の関係を満たす構成。
（ＨＢ１/ＨＢ２）＜１．１５×（ＤＲ１/ＤＲ２）
３）第１の自由層に近接する領域の飽和磁化をＭｓＨＢ１とし、
第２の自由層に近接する領域の飽和磁化をＭｓＨＢ２とするとき、
ＤＲ１／ＤＲ２が０．２５以上０．９５以下であり、
ＤＲ１／ＤＲ２，ＭｓＨＢ１とＭｓＨＢ２が以下の関係式を満たす構成。
ＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２）＜１．２×（ＤＲ１/ＤＲ２）。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、２つの磁気抵抗効果素子を用いた差動型再生ヘッドを有する磁気記録再生ヘッドにおいて、２つの磁気抵抗効果素子に印加される磁区制御磁界を制御することにより、ベースラインシフトが生じない差動型再生ヘッドを実現することができる。また、このような差動型再生ヘッドと記録ヘッドを複合した磁気記録再生ヘッドを磁気記録再生装置に搭載することにより、磁気記録再生装置において高線記録密度と良好なビットエラーレートを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した再生ヘッドおよびそれを備える磁気ヘッド、磁気記録装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
図３８には、再生ヘッドと垂直磁気記録ヘッドとを備える磁気ヘッドが記載されている。スライダーを兼ねる基体50上に下部磁気シールド41，磁気抵抗効果積層膜30，上部磁気シールド42，副磁極64，コイル63，主磁極61，主磁極を囲む磁気シールドであるラップアラウンドシールド62を形成してなり，対向面81を形成してなる。本図では上部磁気シールドと副磁極を備えた構造になっているが，上部磁気シールドと副磁極とを兼用した構造としても本発明の主旨を損なうものではない。また，ラップアラウンドシールド62を有さない構造としても本発明の主旨を損なうものではない。
【００２４】
図39は、磁気記録再生装置の構成例である。磁気的に情報を記録する記録媒体95を保持するディスク91をスピンドルモーター93にて回転させ，アクチュエーター92によってヘッドスライダー90をディスク91のトラック上に誘導する。即ち磁気ディスク装置においてはヘッドスライダー90上に形成した再生ヘッド，及び記録ヘッドがこの機構に依ってディスク91上の所定の記録位置に近接して相対運動し，信号を順次書き込み，及び読み取るのである。アクチュエーター92はロータリーアクチュエーターであることが望ましい。記録信号は信号処理系94を通じて記録ヘッドにて媒体上に記録し，再生ヘッドの出力を，信号処理系94を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動せしめるに際して，本再生ヘッドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出し，アクチュエーターを制御して，ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダー90，ディスク91を各１個示したが，これらは複数であっても構わない。またディスク91は両面に記録媒体95を有して情報を記録してもよい。情報の記録がディスク両面の場合ヘッドスライダー90はディスクの両面に配置する。
【００２５】
図１は、図３８に記載される再生ヘッドが備える差動型再生ヘッドを、ＡＢＳ（Air bearing surface）面から見た概略図である。尚、図中には各強磁性層の磁化方向を矢印で付記してある。
【００２６】
図１に示すように、差動型再生ヘッドは基板１５側から順に、第１の磁気抵抗効果素子２００と、差動ギャップ層１００と、第２の磁気抵抗効果素子３００を積層した積層構造４００を有する。第１と第２の磁気抵抗効果素子３００は、磁場に対し逆位相の抵抗変化が得られるようにする。再生ヘッド１０の第１の磁気抵抗効果素子２００と第２の磁気抵抗効果素子３００はそれぞれ第１の自由層２１０と第２の自由層３１０を有し、第１の自由層２１０と第２の自由層３１０の間の距離をGlと定義する。例えば、第１の自由層２１０と第２の自由層３１０が差動ギャップ層１００と接している構成の時には、Glは差動ギャップ層の膜厚となる。
【００２７】
また、図１に示すように、第１の磁気抵抗効果素子２００と第２の磁気抵抗効果素子３００のトラック幅方向への両側には、自由層を単磁区化するための永久磁石膜４５０を設けることができる。２つの磁気抵抗効果素子の外側（上下）には、電流を膜厚の垂直方向に流すための一対の電極を設けることができる。電極は基板１５に近い方を下部電極５０、基板１５から遠い方を上部電極５１と呼ぶ。下部及び上部電極の変わりに、導電性の強磁性体を用いて電極と磁気シールドの役割を兼ね備えさせても良い。
【００２８】
図２に、更に詳細な差動型再生ヘッド２０のＡＢＳ面から見た構成例を示す。差動ギャップ層１００の構造は、単層もしくは積層構造であってもよい。第１の磁気抵抗効果膜２００の基本構成は、基板１５側から順に、第１の固定層２３０／第１の中間層２２０／第１の自由層２１０である。勿論、最下層に適切な下地層を形成しても何ら差し支えはない。同様に、第２の磁気抵抗効果膜３００の基本構成は、差動ギャップ層１００に近い側から順に、第２の自由層３１０／第２の中間層３２０／第２の固定層３３０である。最上層に適切な保護層を形成しても何ら差し支えはない。
【００２９】
以下に、第１の磁気抵抗効果素子２００と第２の磁気抵抗効果素子３００が同一外部磁界方向に対して、逆位相の抵抗変化を示すための、第１の固定層２３０と第２の固定層３３０の構成の一例を示す。第１の固定層２３０は、第１の反強磁性層２３６と、ｍ層（ｍ：奇数）の強磁性層とｍ−１層の反強磁性的層間結合層を交互に積層したいわゆる積層フェリ構造の積層膜である。第２の固定層３３０は、ｎ層（ｎ：偶数）の強磁性層とｎ−１層の反強磁性的層間結合層を交互に積層した積層フェリ構造と、第２の反強磁性層３３４の積層膜である。こうすることによって、第１の反強磁性層２３６及び第２の反強磁性層３３４に接している強磁性層（第１の固定層２３０及び第２の固定層３３０の構成要素）の磁化を同一方向に固定した場合、実質的に磁気抵抗効果に寄与する、第１の中間層２２０及び第２の中間層３２０に接する強磁性層（第１の固定層２３０及び第２の固定層３３０の構成要素）の磁化は反平行な方向に固定される。従って、第１の磁気抵抗効果膜２００と第２の磁気抵抗効果膜３００が同一方向の信号磁界に対して、逆位相の抵抗変化特性を示す。尚、ｎが奇数であって、ｍが偶数であっても何ら本発明の趣旨を損なうものではない。
【００３０】
図１及び図２に示した差動型再生ヘッド２０の各構成要素の具体的な組成及び膜厚について説明する。基板１５、下部磁気シールド３０及び上部磁気シールド３１、非磁性中間層４０の材料については、本発明において特別な限定を要するものではない為、一般的に用いられている材料を一例として挙げておく。基板１５としては、Al2O3-TiC、ＳｉＣ又はそれらにＡｌ２Ｏ３を被覆したもの、下部磁気シールド３０及び上部磁気シールド３１としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金及びその窒化物、Ｃｏ−Ｚｒ又はＣｏ−Ｈｆ又はＣｏ−Ｔａ系非晶質合金等の単層又は多層膜を用いればよい。これらは、スパッタ法やめっき法で形成するのが簡便である。非磁性中間層４０としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮやこれらの混合物及び多層膜を用いることで、下部磁気シールド３０と上部磁気シールド３１の短絡を防止することができる。これらは、スパッタ法で形成するのが簡便で好ましい。
【００３１】
第１の磁気抵抗効果膜２００／差動ギャップ層１００／第２の磁気抵抗効果膜３００の形成は、膜厚及び合金組成の制御性や量産効率の観点から、スパッタ法により作製するのが好ましい。第１の磁気抵抗効果膜２００の膜構成例は、例えば、Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）/ＭｇＯ（１）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）/Ｒｕ（０．４５）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（４）/Ｒｕ（０．４５）/Ｃｏ７５Ｆｅ２５（１．５）/Ｍｎ８０Ｉｒ２０（６）などが好ましい一例である。（  ）内の数値は膜厚を示し、単位はｎｍである。また、元素の添え字で示した各合金組成の単位は、ａｔ％である。Ｍｎ８０Ｉｒ２０（６）が第１の反強磁性層２３６に、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２）/Ｒｕ（０．４５）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）／Ｒｕ（０．４５）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）が第１の固定層２３０に、ＭｇＯ（１）が第１の中間層２２０に、Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）/Ｎｉ８５Ｆｅ１５（３）が第１の自由層２１０にそれぞれ相当する。
【００３２】
なお、Ｔａ（３）/Ｒｕ（２）を、第１の反強磁性層２３６の下地層として形成しても良い。また、ここでは第１の中間層としてＭｇＯを用いたＴＭＲ膜の例を示したが、ＭｇＯ以外にも、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａなどを含む酸化物あるいは窒化物を中間層材料として用いても差し支えない。また、第１の中間層にＣｕ、Ａｇ、Ａｕやそれを主成分とした合金を用いる構成とすると、そのままＣＰＰ−ＧＭＲ膜として使用し得る。更には、第１の中間層をＡｌ２Ｏ３のような絶縁性材料の中にＣｕなどの金属的ピンホールによる伝導パスを形成したいわゆる「電流狭窄型」の構成としても良い。
【００３３】
同様に、第２の磁気抵抗効果膜３００の膜構成例は、例えば、Ｎｉ８５Ｆｅ１５（２）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１）/ＭｇＯ（１）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）/Ｒｕ（０．４５）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（３）/Ｍｎ８０Ｉｒ２０（６）のようにすると良い。概ね、第１の磁気抵抗効果膜２００の積層順を対称にしたような構成にすることで、ほぼ同等な磁気抵抗変化特性を得ることができる。面積抵抗や磁気抵抗変化率を微調整する為には、主に中間層の膜厚を適宜最適化すれば良い。唯一異なるのが、固定層の構成である。第２の磁気抵抗効果膜３００中の第２の固定層３３０は、Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２．５）/Ｒｕ（０．４５）/Ｃｏ９０Ｆｅ１０（３）としてある。どちらも、Ｃｏ−Ｆｅ強磁性層と反強磁性的な層間結合をもたらすＲｕ層を交互に積層した、いわゆる「積層フェリ」構成となっている。第１の磁気抵抗効果膜２００中の第１の固定層２３０は３層のＣｏ−Ｆｅ層、第２の磁気抵抗効果膜３００中の第２の固定層３３０は２層のＣｏ−Ｆｅ層を含んでいる点に相違がある。即ち、第１の固定層２３０は、ｍ層（ｍ：奇数）の強磁性層とｍ−１層の反強磁性的層間結合層を交互に積層した積層フェリ構造、第２の固定層３３０は、ｎ層（ｎ：偶数）の強磁性層とｎ−１層の反強磁性的層間結合層を交互に積層した積層フェリ構造としてある。
【００３４】
こうすることによって、第１の反強磁性層２３６及び第２の反強磁性層３３４に接している強磁性層（第１の固定層２３０及び第２の固定層３３０の構成要素）の磁化を同一方向に固定した場合、実質的に磁気抵抗効果に寄与する第１の中間層２２０及び第２の中間層３２０に接する強磁性層（第１の固定層２３０及び第２の固定層３３０の構成要素）の磁化は反平行な方向に固定される。従って、第１の磁気抵抗効果膜２００と第２の磁気抵抗効果膜３００が同一方向の信号磁界に対して、逆位相の抵抗変化特性を示し、差動動作に適した形態となる。尚、ｍ：偶数、ｎ：奇数と置き換えても何ら差し支えはない。
【００３５】
差動ギャップ層１００の具体的な組成は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ir、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、もしくはＥr、またはこれらの元素を含む合金を用いることができる。注意すべきことは、差動ギャップ層１００を介して、第１の自由層２１０と第２の自由層３１０の間で、磁気抵抗効果が生じないような材料系とする点である。差動ギャップ層１００に用いることができる金属は、主にＡ（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ）、Ｂ（Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｗ）、Ｃ（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅr）の３つのグループに分類することができる。Ａグループの金属を用いた差動型再生ヘッドの特徴として電気抵抗が他のＢまたはＣグループと比較して低い特徴を有する。Ｂグループの特徴としては、他のＡまたはＣグループと比較して物理的な研磨に対して耐性が強い特徴を有する。Ｃグループの特徴としては、他のＡまたはＢグループと比較してスピントルクに起因するスピントルクノイズが小さいという特徴を有する。これらの元素は、磁気記録再生装置の記録密度すなわち差動型再生ヘッドのトラック幅やGl等の素子サイズや電気抵抗値に応じて相応しいものを選択することができる。
【００３６】
本発明構造の特徴であるベースラインシフト低減効果を以下に説明する。図３に本発明構造と従来の構造の複数のヘッドのベースラインシフトの分布を示す。本発明と従来の構造のヘッドはすべて同条件において、作製したヘッドである。本発明構造ではベースラインシフトは0％を中心に分布しており、ベースラインシフトを制御する構成を用いていないヘッド（実験１）は、ベースラインシフトが45%を中心に分布している。ベースラインシフトの分布の中心値が変化するのは、本発明構造の特色であるベースラインシフト低減の効果である。また、ベースラインシフトにヘッドにより分布を持つのは、磁気抵抗効果膜や磁区制御膜の製造誤差により生じるものである。
【００３７】
図４に本発明構造ヘッドのベースラインシフトの分布における中心値である、ベースラインシフトが0%のヘッドの再生波形を示す。図５には、実験１による差動型再生ヘッドのベースラインシフトの中心値である45％のヘッドの再生波形を示す。図４と図５には、差動型再生ヘッドの再生波形とともに、２つの磁気抵抗効果素子の再生波形も示している。図４と図５の縦軸は規格化再生出力であり、第１の磁気抵抗効果素子２００の出力が１になるように、個々の磁気抵抗効果素子および差動型再生ヘッドの出力を規格化している。図の横軸は、媒体の円周方向（ダウントラック）の位置である。図から分かるように、差動型再生ヘッドではベースラインシフトを生じているが、本発明構造である図４に示す差動型再生ヘッドの再生波形は通常の単峰波形であり、ベースラインシフトを生じていない。
【００３８】
ベースラインシフトが生じる原因について、図４と図５を用いて説明する。差動型再生ヘッドの再生出力は、２つの磁気抵抗効果素子の直列となるので、２つの磁気抵抗効果素子の出力の和となる。２つの磁気抵抗効果素子の出力が同じときには、図４に示す差動型再生ヘッドの波形のように通常の単峰波となるが、２つの磁気抵抗効果素子に出力差があると、図５に示すようにベースラインシフトを生じる。
【００３９】
図６にベースラインシフトと第１の磁気抵抗効果素子２００の出力Ｓ１と第２の磁気抵抗効果素子３００の出力Ｓ２の比であるＳ１／Ｓ２の関係を示す。図６から分かるように、Ｓ１とＳ２の差分が大きくなるほどベースラインシフトは増大する。すなわち、ベースラインシフトは２つの磁気抵抗効果素子の出力差に起因している。
【００４０】
次に、２つの磁気抵抗効果素子の出力差が生じる原因と、本発明の特徴である出力差の低減方法について述べる。個々の磁気抵抗効果素子の出力は以下の数１で示される。
（数１）
Ｓ１,２＝ＤＲ１，２×e１，２
ここで、Ｓ１，２は第１および第２の磁気抵抗効果素子３００の出力、ＤＲ１,２は第１および第２の磁気抵抗効果素子３００の最大抵抗変化量、e１,２は第１および第２の磁気抵抗効果素子３００の利用率である。利用率は個々の磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する感度を示しており、磁区制御磁界が強いほど小さくなる。図４と図５に示す本発明の構成例および従来構造の構成例の差動型再生ヘッドのＤＲ１は、ともに２００Ωであり、ＤＲ２は１６０Ωである。また、従来構造例におけるｅ１とｅ２はともに２０％である。「発明が解決しようとする課題」において述べたように、通常の差動型再生ヘッドでは個々の磁気抵抗効果素子のＤＲに差が生じやすいためにDR の差となっている。
【００４１】
本発明構造では、Ｓ１とＳ２を実質的に等しくするために、ＤＲ１とＤＲ２の差分に応じて、ｅ１とｅ２を独立に制御する。本構成例における、ｅ１は２０％であり、ｅ２は２５％である。一般的には、ＤＲ１がＤＲ２よりも大きい時には、ｅ１をｅ２よりも小さく、ＤＲ１がＤＲ２よりも小さいときにはｅ１をｅ２よりも大きくなるような構成を用いることによって、ベースラインシフトの低減が可能である。本実施例では、ＤＲ１がＤＲ２よりも大きいので、ｅ１をｅ２よりも小さなる構成を用いている。
【００４２】
ｅ１をｅ２よりも小さなるように、本発明では、ＤＲ１とＤＲ２の比であるＤＲ１／ＤＲ２に応じて、第１の磁気抵抗効果素子２００に印加する磁区制御磁界ＨＢ１と第２の磁気抵抗効果素子３００に印加する磁区制御磁界ＨＢ２の比であるＨＢ１／ＨＢ２が以下の数２の関係を持つようにする。
（数２）
５≧ＤＲ１／ＤＲ２≧１．０５、かつ、ＨＢ１＞ＨＢ２
ただし、第１の自由層の飽和磁化Ｍｓ１と膜厚ｔ１の積Ｍｓ１ｔ１と、第２の自由層の飽和磁化Ｍｓ２と膜厚ｔ２の積Ｍｓ２ｔ２の比であるＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であることとする。また、ＨＢ１とＨＢ２は自由層の膜面内の磁区制御磁界の平均値であるとする。磁区制御磁界の大きさは、磁区制御層４５０や積層膜構造の幾何学的形状と磁区制御層４５０の飽和磁化から、有限要素法を用いた数値計算により計算することが可能である。
【００４３】
本発明によるＤＲ１／ＤＲ２とＨＢ１／ＨＢ２の範囲を図7に示す。図７に示す範囲において、ＤＲ1がＤＲ２よりも大きいときには、ＨＢ１をＨＢ２よりも大きくすることでベースラインシフトを低減することができる。ただし、ＤＲ１/ＤＲ２が１．０より大きく１．０５よりも小さい時には、ＨＢ１/ＨＢ２も１．０より大きく１．０５より小さくなるように磁区制御膜を制御しなくてはならないが、この範囲内になるように磁気制御膜の位置決め誤差や磁気特性ばらつきを抑えることは難しい。また、ＤＲ１/ＤＲ２が４．０より大きいときには、ＨＢ１/ＨＢ２も４．０より大きくする必要があるが、これは磁区制御膜の形状や材料の物理的制限のために難しい。したがって、ＤＲ１／ＤＲ２が１．０５よりも大きく、５．０よりも小さい時にＨＢ１がＨＢ２よりも大きくなるように構成するのである。
【００４４】
磁区制御磁界を制御することで利用率が制御できる理由を以下の数３と図８を用いて説明する。
（数３）
ｅ１／ｅ２＝ＨＢ２／ＨＢ１
図８は、差動型再生ヘッドの磁区制御層４５０と個々の自由層の距離を変えることによって評価したｅ１／ｅ２とＨＢ２／ＨＢ１の関係である。図８から分かるように、ｅ１／ｅ２とＨＢ２／ＨＢ１の関係は数３を満たしている。また、この関係は磁区制御層４５０の膜厚、磁区制御層４５０と個々の自由層の間に挿入されている非磁性の中間の膜厚、磁気シールド間隔や差動型再生ヘッドのトラック幅などには依存しない。
【００４５】
次に、図９にＭｓ１ｔ１＞Ｍｓ２ｔ２の条件におけるｅ１／ｅ２とＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２の関係を示し、図１０にＭｓ１ｔ１＜Ｍｓ２ｔ２の条件におけるｅ１／ｅ２とＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２の関係を示す。図９と図１０から、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下の条件においては、ｅ１／ｅ２はＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２にはほとんど依存しないことがわかる。したがって、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下の条件においては、２つの自由層に印加する磁区制御磁界を制御するだけでベースラインシフトの低減が可能である。
【００４６】
本発明による効果を以下に述べる。図１１に差動型再生ヘッドのベースラインシフトとビットエラーレートの関係を数４に示す。ベースラインシフトの大きさは、図５中のaとbを用いて、以下のように定義する。
（数４）
Baseline shift = b/ａ×１００
図１１から分かるように、ビットエラーレートはベースラインシフトにより劣化する。磁気記録再生装置ではビットエラーレートが良いほど高記録密度を実現できる。本発明構造では、ベースラインシフトを抑制することが可能であるので、磁気記録再生装置として良好なビットエラーレートを実現でき、高記録密度が達成できる。
【００４７】
本発明における具体的な構成例を以下に述べる。図４に示す本発明の構成例では、前述したようにＤＲ１が２００ΩでありＤＲ２が１６０Ωであるときに、ｅ１が２０％でありｅ２が２５％である。また、Ｍｓ１とＭｓ２は１００００ Ｏｅ、ｔ１とｔ２は３ ｎｍであり、ＨＢ１が１５００ Ｏｅであり、ＨＢ２が１９００ Ｏｅである。本構成で例では、ＤＲ１／ＤＲ２は１．２５、ＨＢ１／ＨＢ２が１．２７となる。数３からｅ１/ｅ２は０．８となる。数1を用いると、Ｓ１／Ｓ２は１にほとんど等しくなるため、ベースラインシフトは生じず、ビットエラーレートも劣化しない。
【００４８】
一方、図５に示す従来構造の構成例では、ＤＲ１が２００ΩでありＤＲ２が１６０Ωであるときに、ｅ１とｅ２ともに２０％である。ＨＢ１とＨＢ２はともに１９００ Ｏｅである。また、Ｍｓ１とＭｓ２は１００００ Ｏｅであり、ｔ１とｔ２は３ ｎｍである。したがって、ＤＲ１／ＤＲ２は１．２５、ＨＢ１／ＨＢ２が１．０である。数３からｅ１/ｅ２も１．０となり、数1を用いると、Ｓ１／Ｓ２は１．２５となる。このときベースラインシフトは、図６から約４５％生じる。また、図10より、ビットエラーレートが約２桁劣化する。したがって、本発明構造では、ベースラインシフトを低減し、ビットエラーレートの劣化を低減できる。
【００４９】
最後に、実際の差動型再生ヘッドでは２つの磁気抵抗効果素子のＤＲの差分がどのように観測できるかを示す。図１２に２つの磁気抵抗効果素子のＤＲに差がない差動型再生ヘッドの抵抗の外部磁界の依存性を示し、図１３にＤＲに差がある現実的な差動型再生ヘッドの抵抗と外部磁界の依存性を示す。外部磁界は膜面内方向のトラック幅方向に垂直な方向に印加した。また、磁界の極性は、初期状態において第１の磁気抵抗効果素子２００の固定層磁化の方向を正と定義した。図１２と図１３に示す差動型再生ヘッドの最小抵抗値はともに４００Ωである。また、図１２に示した差動型再生ヘッドの第１と第２の磁気抵抗効果素子３００および図８に示した差動型再生ヘッドの第１の磁気抵抗効果素子２００の最大抵抗変化量は２００Ωである。図１３に示した差動型再生ヘッドの第２の磁気抵抗効果素子３００の最大抵抗変化量のみが１６０Ωであり、他と異なっている。以上より、個々の磁気抵抗効果素子のＤＲは、再生ヘッドの抵抗と磁界の関係を測定することにより判別可能である。
【００５０】
＜実施例２＞
本発明による別の構成例を示す。本構成例は実施例１とは異なりＤＲ１がＤＲ２よりも小さいときの構成である。第２の磁気抵抗効果素子の最大抵抗変化量の方が大きくなる理由としては、第２の磁気抵抗効果膜の下地の配向性が良いことが理由のひとつである。これは、第２の磁気抵抗効果膜の下地は、第１の磁気抵抗効果膜と第２の磁気抵抗効果膜の中間層に相当し、この膜は数10ナノメートルもの比較的厚い膜厚となるため、配向性も良くなりやすいのである。
【００５１】
本構成例においても実勢例１の構成と同様に、ＤＲ１とＤＲ２の差に起因するベースラインシフトをＨＢ１とＨＢ２を制御することにより低減することができる。本発明を適用しない場合の複数のヘッド（実験２）と本構成例における複数のヘッドのベースラインシフトの分布を図１４に示す。実験２ではベースラインシフトの分布の中心が-45％であるのに対し、本構成例では0％になっている。
【００５２】
ベースラインシフトを低減するための本構成例における具体的な構造を以下に示す。本構成例は実施例１の構成とＨＢ１とＨＢ２のパラメータ以外はすべて同一のため、詳細な構成は割愛する。本構成ではＤＲ１とＤＲ２に応じて、ＨＢ１／ＨＢ２が図１５に示す範囲内になるように磁区制御膜と磁気抵抗効果素子の位置関係等を調整する。また、図１５に示す範囲は以下の数５を満たす。
（数５）
０．９５≧ＤＲ１／ＤＲ２≧０．２５のとき、ＨＢ１＜ＨＢ２
ＤＲ１／ＤＲ２が０．９５よりも小さい必要がある理由は、ＤＲ１/ＤＲ２が１．０より小さく０．９５よりも小さい時には、ＨＢ１/ＨＢ２も１．０より小さく０．９５より小さくなるように磁区制御膜を制御しなくてはならないが、この範囲内になるように磁気制御膜の位置決め誤差や磁気特性ばらつきを抑えることは難しいためである。また、ＤＲ１/ＤＲ２が０．２５より小さいときには、ＨＢ１/ＨＢ２も０．２５より小さくする必要があるが、これは磁区制御膜の形状や材料の物理的制限のために難しい。したがって、ＤＲ１／ＤＲ２が０．２５以上１．０５以下のときに、ＨＢ２がＨＢ１よりも大きくなるように構成するのである。
【００５３】
＜実施例３＞
本発明による別の構成例を示す。本構成例では、実施例１と同様にＤＲ１がＤＲ２よりも大きい差動型再生ヘッドにおいて、ベースラインシフトを低減できる。実施例３では、実施例１では記載しなかった２つの磁気抵抗効果素子の磁区制御磁界の制御方法について、特に詳細な構成を示すものである。磁区制御磁界の制御方法に関して、差動型再生ヘッドの磁区制御層４５０と第１と第２の自由層の相対位置の関係または幾何学的な形状を設定する。本構成例における２つの磁気抵抗効果素子や差動ギャップ層の構成は実施例１に記載したものと同一であるため、実施例１と重複するこれらの説明については省略する。本構成例では、２つの自由層に印加する磁区制御磁界の比ＨＢ１／ＨＢ２を制御するために、２つの自由層と磁区制御層４５０の距離を制御する。
【００５４】
２つの自由層と磁区制御層４５０の距離の制御方法は主に２通りある。１つ目は図１５に示した構成例のように、磁区制御層４５０を膜厚方向にオフセットする構成である。2つ目は、磁区制御層４５０と積層膜４００間に設けられている非磁性中間層４０の膜厚を第１の自由層に隣接する領域の膜厚tr1と第２の自由層に隣接する領域の膜厚tr２に差分を設ける方法である。tr1とtr２の差分は磁区制御層４５０の形状を制御することにより設けることができる。
【００５５】
初めに１つ目の構成例について説明する。図１６に本発明構造における１つめの構成例を示す。具体的には、積層膜４００のトラック幅方向の両端に近接する磁区制御層４５０の端部における膜厚方向の中心と第１の自由層のトラック幅方向の端部における膜厚方向の中心間の距離をＤ１とし、同様に磁区制御層４５０の中心と第２の自由層のトラック幅方向の端部における膜厚方向の中心間の距離をＤ２とするとき、以下の数６を満たすように、磁区制御膜と磁気抵抗効果素子の形状を制御する。
（数６）
Ｄ１＜Ｄ２
ただし、本構成例においては、ＤＲ１／ＤＲ２は１．０５以上５．０以下であり、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２は０．２５以上４．０以下である。理由は、実施例１にて述べたものと全く同一である。本構成の条件であるＤＲ１／ＤＲ２とＤ１／Ｄ２の範囲は図１７に示すようになる。
【００５６】
図１６に示す構成例ではＤＲ１は２００Ωであり、ＤＲ２は１６０Ωである。Ｄ１とＤ２が等しい条件においては、ｅ１とｅ２は等しいため、Ｄ１／Ｄ２が１．２５であるので、数１よりＳ１／Ｓ２も１．２５となり、図６から約４５％のベースラインシフトが発生することがわかる。一方、図１６に示す本構成例では、Ｄ１/Ｄ２を１．４とする。具体的には、Ｄ１は１４ ｎｍ、Ｄ２は１０ ｎｍであり、この差分は磁区制御層４５０を下部電極方向に約５ ｎｍオフセットすることにより実現できる。ＨＢ１は１３００ Ｏｅ、ＨＢ２は１６００ Ｏｅとすることができ、数３から、ｅ１は２４％、ｅ２は２９％となる。ＤＲ１／ＤＲ２が１．２５に対し、ｅ１/ｅ２は１．２となるため、数１からＳ１／Ｓ２は１．０４とすることが可能となり、図６からベースラインシフトは約５％に低減することができる。
【００５７】
２つ目の方法の構成例を図１８に示す。本構成例は図１６に示した構成例とは、磁区制御層４５０の膜厚方向へのオフセットがゼロである点と、tr1とtr２に差分がある点においてのみ異なる構成である。また、tr1とtr２はＤＲ１／ＤＲ２に応じて、以下の数７を満たすようにする。
（数７）
tr1＜tr２
本構成の条件であるＤＲ１／ＤＲ２とtr1/tr２の範囲は図１９に示すようになる。図１６に示した本構成例では、ＤＲ１は２００ΩでありＤＲ２は１６０Ωである。また、tr1とtr２はそれぞれ５ ｎｍと９ ｎｍ、ＨＢ１とＨＢ２はそれぞれ２０００ Ｏｅと１５００ Ｏｅであり、ｅ１とｅ２はそれぞれ１９％と２５％である。したがって、Ｓ１／Ｓ２は０．９５となりベースラインシフトは-５％程度なる。
【００５８】
１つ目と２つ目の構造は、磁区制御層４５０と自由層間の距離を制御するという点において同じである。しかし、再生プロセスの観点から、１つ目の構造の方が位置決めが容易であり、比較的正確にＨＢ１/ＨＢ２を制御できる長所がある。一方、２つ目の構造は１つ目の構造よりもＨＢ１とＨＢ２の差分を大きくできるという長所がある。これは、磁区制御層４５０のオフセットよりも磁区制御層４５０と自由層間の距離の方に強く依存するためである。したがって、ＤＲ１のＤＲ２の差分が小さいときには１つ目の方法を用い、ＤＲ１とＤＲ２の差分が大きいときには２つ目の構造を用いることが好ましい。
【００５９】
＜実施例４＞
本発明による別の構成例を示す。本構成例ＤＲ１がＤＲ２よりも小さいときに用いる構成である。本構成例においては実勢例３の構成と同様に、ＤＲ１とＤＲ２の差に起因するベースラインシフトをＨＢ１とＨＢ２を制御することにより低減するために、磁区制御膜と磁気抵抗効果素子の形状を制御するものである。本構成による差動型再生ヘッドを図２０に示す。本構成例は実施例３の構成とＨＢ１とＨＢ２のパラメータ以外はすべて同一のため、詳細な構成の説明は割愛する。本構成ではＤＲ１とＤＲ２に応じて、Ｄ２／Ｄ１が図２１に示す範囲内になるように磁区制御膜と磁気抵抗効果素子の位置関係等を調整する。また、図２１に示す範囲は以下の数８を満たすものとする。
（数８）
Ｄ１＞Ｄ２
ただし、本構成例においては、ＤＲ１／ＤＲ２は０．２５以上０．９５以下であり、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２は０．２５以上４．０以下である。理由は、実施例２にて述べたものと全く同一である。本構成により磁区制御膜と磁気抵抗効果素子の位置関係を制御することにより、ベースラインシフトを低減することができる。
【００６０】
２つの自由層と磁区制御層４５０の距離の制御方法は主に２通りある。１つ目は図２０に示した構成例のように、磁区制御層４５０を膜厚方向にオフセットする構成である。2つ目は、磁区制御層４５０と積層膜４００間に設けられている非磁性中間層４０の膜厚を第１の自由層に隣接する領域の膜厚tr1と第２の自由層に隣接する領域の膜厚tr２に差分を設ける方法である。tr1とtr２の差分は磁区制御層４５０の形状を制御することにより設けることができる。２つの目の具体的な構成を図２２に示す。図２２に示す本構成例は、tr1とtr２はＤＲ１／ＤＲ２に応じて、以下の数９を満たすようにする。
（数９）
tr1＞tr２
数９から、tr1とtr２はＤＲ１／ＤＲ２に応じて図２３に示す範囲となる。以上の構成により，ＤＲ１がＤＲ２よりも小さくても，Ｄ１がＤ２よりも大きくなるように，またはtr1がtr２よりも大きくなるようにすることでベースラインシフトを低減することができるのである。
【００６１】
＜実施例５＞
本発明による別の構成例を以下に示す。実施例５による差動型再生ヘッドの構成例は、実施例１または３における構成例において、ベースラインシフトの大きさが２０％以内になるように、特にＨＢ１/ＨＢ２の範囲を適切にしたものである。実施例５の２つの磁気抵抗効果素子や差動ギャップ層や磁区制御層４５０の構成は実施例１に記載したものと同一であるため、これらの説明については省略する。
【００６２】
本発明構造では、ベースラインシフトの大きさは必ず２０％以内にできるため、ビットエラーレートの劣化は最大でも０．８桁以下に抑制できる。磁気記録装置としてベースラインシフトの大きさが20%以内であれば，好ましい範囲である。図２４にベースラインシフトの大きさを２０％以内に抑えられるＤＲ１/ＤＲ２とＨＢ１／ＨＢ２の条件を示す。また、図２４に示す条件は、以下の数１０で表すことができる。
（数１０）
０．８６×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＨＢ１/ＨＢ２）＜１．１５×（ＤＲ１/ＤＲ２）
ただし，本構成例では，実施例１または３と同様にＤＲ１／ＤＲ２は１．０５以上５．０以下であり，Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２は０．２５以上４．０以下である。この理由は実施例１と同一であるため，ここでは割愛する。
【００６３】
以下に、数１０を満たすことによりベースラインシフトの大きさを２０％以内に低減できる理由について説明する。図２５にＳ１／Ｓ２とベースラインシフトの関係を示す。図２５からベースラインシフトの大きさを２０％以内にするためには、Ｓ１／Ｓ２を０．８６以上１．１５以内にすればよいことが導かれる。次に、図２６にベースラインシフトの大きさが２０％以内となるための、ＤＲ１／ＤＲ２とｅ１／ｅ２の範囲を示す。この範囲は、前述したベースラインシフトの大きさが２０％以内となるためのＳ１／Ｓ２の条件と数１から容易に決まる。最後に数５から、ＨＢ１／ＨＢ２はｅ１／ｅ２に反比例するので、数１０に示す条件が得られるのである。
【００６４】
次に，数１０を満たすための、具体的な磁区制御層４５０と第１および第２の自由層の位置関係について記載する。本構成例による差動型再生ヘッドを図２７に示す。図２７において、第１の自由層と前記第２の自由層の距離をGl、磁区制御層４５０の膜厚をtHB、磁区制御層４５０と第１および第２の自由層間に設けられている非磁性中間層４０の膜厚をそれぞれ、tr1、tr2、第１の自由層と前記第２の自由層間の中心と磁区制御層４５０の膜厚方向の中心間の距離をtoとするとき、以下の数１１を満たすようにする。
（数１１）
１．７×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜ａｔａｎα／ａｔａｎβ＋１＜２．３×（ＤＲ１/ＤＲ２）
ａｔａｎα＝｛ａｔａｎ（（ｔＨＢ/2+ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ１）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ１）｝
ａｔａｎβ＝{ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２+ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ２）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ２）}
ここで、αは図２８に示すように、それぞれ磁区制御層４５０において積層膜４００のトラック幅方向の端部に近接する膜厚方向の下端と第１の自由層の膜厚方向の中心点と磁区制御層４５０において積層膜４００のトラック幅方向の端部に近接する膜厚方向の上端で成す角度である。同様にβは、第２の自由層の膜厚方向の中心点と磁区制御層４５０において積層膜４００のトラック幅方向の端部に近接する膜厚方向の上端で成す角度である。同様にＨＢ２はβに比例する第一および第二の自由層と磁区制御膜の膜厚方向の上下の端部からなる角度である。数１１から導かれるＤＲ１／ＤＲ２に応じたａｔａｎα／ａｔａｎβの範囲は図２９に示すようになる。
【００６５】
数１１は、数１２と数１０の簡単な連立方程式を解くことによって、容易に導くことができる。
（数１２）
ＨＢ１／ＨＢ２＝０．５×ａｔａｎα／ａｔａｎβ+０．５
ここで、ＨＢ１／ＨＢ２は有限要素法により形状の異なる磁区制御膜の磁区制御磁界を多数計算することにより，導出しているおり、計算結果を図３０に示す。図３０から、ＨＢ１／ＨＢ２とａｔａｎα／ａｔａｎβの関係は数１２を満たしていることが分かる。数１２に示す関係は、再生ヘッドのトラック幅、素子高さ、自由層膜厚やシールド間隔などには依存せずに成り立つ。
【００６６】
ＨＢ１／ＨＢ２がatanα／atanβに比例する理由を図２５を用いて説明する。磁区制御層４５０の中心が第２の自由層よりも第１の自由層に近くするとき、第１の自由層に印加される磁区制御磁界ＨＢ１は、角度αに比例する。同様にＨＢ２はβに比例する。磁区制御磁界が近接する磁性体との成す角度に比例する理由は、非特許文献１に記載されている。
【００６７】
本発明による図２７に示す構成例は、具体的にはＤＲ１が２００ΩでありＤＲ２が１３３Ω、tr1とtr２はそれぞれ５ ｎｍと１０ ｎｍ、tｏは５ ｎｍであり磁区制御層４５０の中心は第２の自由層よりも第１の自由層に近く、tＨＢは４０ ｎｍでありＧｌは２０ ｎｍである。ＨＢ１とＨＢ２はそれぞれ２１００ Ｏｅと１４００ Ｏであり、ｅ１とｅ２はそれぞれ１８％と２７％である。したがって、Ｓ１／Ｓ２は１．０となり、ベースラインシフトはほとんど生じない。本構成例は一例であり、tr1とtr２の大小関係や磁区制御層４５０のオフセットする方向やオフセット量が本構成例を異なっていても、数１１を満たす範囲であれば、何ら問題はない。
【００６８】
＜実施例６＞
本発明による別の構成例を示す。本構成例ＤＲ１がＤＲ２よりも小さいときに用いる構成である。本構成例においては実勢例５構成と同様に、ＨＢ１とＨＢ２を制御することにより、ＤＲ１とＤＲ２の差に起因するベースラインシフトを20％以内に低減するものである。本構成例は実施例５の構成と磁区制御膜と磁気抵抗効果膜の位置関係以外の構成は同一であるため、詳細な構成の説明は割愛する。
【００６９】
図３１にベースラインシフトの大きさを２０％以内に抑えられるＤＲ１/ＤＲ２とＨＢ１／ＨＢ２の条件を示す。これは、実施例５と同様に数１０から導出される。
また、実施例２または４と同様にＤＲ１／ＤＲ２は０．２５以上０．９５以下であり，Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２は０．２５以上４．０以下である。
【００７０】
次に，数１０を満たすための、具体的な磁区制御層４５０と第１および第２の自由層の位置関係について記載する。本構成例では、磁区制御層４５０の中心が第１の自由層よりも第２の自由層に近くするとき、数１３を満たすようにする。
（数１３）
１．７×（ＤＲ２/ＤＲ１）＜ａｔａｎα／ａｔａｎβ＋１＜２．３×（ＤＲ２/ＤＲ１）  
ａｔａｎα＝｛ａｔａｎ（（ｔＨＢ/2+ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ２）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ２）｝
ａｔａｎβ＝{ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２+ｔｏ+Ｇｌ/２）/ｔｒ１）+ａｔａｎ（（ｔＨＢ/２-ｔｏ-Ｇｌ/２）/ｔｒ１）}
実施例５と同様に、数１３から導かれるＤＲ１／ＤＲ２に応じたａｔａｎα／ａｔａｎβの範囲は図３２に示すようになる。本構成例により、ＤＲ１がＤＲ２よりも小さい差動型再生ヘッドにおいても、ベースラインシフトが20％以内の良好なビットエラーレートを示す差動型再生ヘッドを実現することができるのである。
【００７１】
＜実施例７＞
本発明による別の実施例を以下に示す。本実施例は実施例１に記載の構成とはＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２の範囲のみが異なる構成である。したがって、ＤＲ１／ＤＲ２は１．０５以上４．０以下であるものとする。本実施例では、はＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２に関する第１および第２の自由層の構成に関する説明以外は割愛する。本構成では、図９と図１０において、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が４．０よりも大きい、あるいは、０．２５よりも小さいときに用いるものである。本実施例の特徴は、第１と第２の自由層のＭｓｔの差分が大きいことにより生じる利用率の差分を考慮して、第１と第２の自由層と磁区制御層４５０の位置関係を調整することである。具体的には以下のように差動型再生ヘッドを制御する。
【００７２】
Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が４．０以上であるときに、以下の数１４を満たし、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０．２５未満であるときに数１５を満たすように制御する。
（数１４）
０．８６×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＨＢ１/ＨＢ２）×1/(0.003×（(Ms１t１）/(Ms２t２))^２+０．９９７)＜１．１５×（ＤＲ１/ＤＲ２）
(数１５)
０．８６×（ＤＲ２/ＤＲ１）＜（ＨＢ２/ＨＢ１）×1/(0.003×（(Ms２t２）/(Ms１t１))^２+０．９９７)＜１．１５×（ＤＲ２/ＤＲ１）
本構成例として、(Ms１t１）/(Ms２t２)が８．０であるときのＤＲ１／ＤＲ２に応じたＨＢ１／ＨＢ２の範囲を図３３に示す。(Ms１t１）と(Ms２t２)の構成例としては、例えばＭｓ１が１５０００ Ｏｅ、ｔ１が４ ｎｍであり、Ｍｓ２が１００００ Ｏｅ、ｔ２が０．７５ ｎｍである。本構成例では(Ms１t１）/(Ms２t２)は８．０であるが、４．０以上または０．２５未満であれば、どのような値であれ問題はない。したがって、本構成例では、ＤＲ１／ＤＲ２に応じて、ＨＢ１／ＨＢ２を制御することによりベースラインシフトを２０％以内に低減することが可能である。
【００７３】
＜実施例８＞
本発明による別の実施例を以下に示す。本実施例は実施例７に記載の構成とはＤＲ１／ＤＲ２の範囲が０．２５以上０．９５以下であることのみが異なる。本実施例では、はＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２に関する第１および第２の自由層の構成に関する説明以外は割愛する。本構成例では実施例７と同様に、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が４．０以上であるときに、以下の数１４を満たし、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０．２５未満であるときに数１５を満たすように制御する。本構成例として、(Ms１t１)/(Ms２t２)が８．０であるときのＤＲ１／ＤＲ２に応じたＨＢ１／ＨＢ２の範囲を図３４に示す。本構成例では、Ｍｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２に応じたＨＢ２/ＨＢ１とすることにより、ＤＲ１とＤＲ２差分に起因するベースラインシフトを、20％以内に抑制できるのである。
【００７４】
＜実施例９＞
本発明による別の実施例を以下に示す。本実施例は実施例１に記載の構成とは磁区制御層４５０の第１の自由層に接する領域と第２の自由層に接する領域の飽和磁化が異なるという点においてのみ異なる。本実施例では、磁区制御層４５０の飽和磁化に関する構成以外は割愛する。本構成例では、ＨＢ１／ＨＢ２を制御するために、第１の自由層に近接する領域の磁区制御層４５０の飽和磁化ＭｓＨＢ１と第２の自由層に近接する領域の磁区制御層４５０の飽和磁化ＭｓＨＢ２の比であるＭｓＨＢ１／ＭｓＨＢ２を制御する。さらに具体的には、以下の数１６を満たすように差動型再生ヘッドを構成する。
（数１６）
０．８６×（ＤＲ１/ＤＲ２）＜（ＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２）＜１．１５×（ＤＲ１/ＤＲ２）
本構成例におけるＤＲ１／ＤＲ２とＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２の範囲を図３５に示す。この範囲にＤＲ１／ＤＲ２とＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２の範囲を調整すればよい理由は、第１の自由層および第２の自由層に印加する磁区制御磁界は、各自由層に近接する領域の磁区制御層４５０の飽和磁化とともに増大するためである。したがって、ＤＲ１／ＤＲ２に応じてＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２を変化させることによって、ＨＢ１／ＨＢ２の制御が可能であり、ベースラインシフトを低減できる。
【００７５】
次に、ＭｓＨＢ１とＭｓＨＢ２の具体的な制御方法について説明する。ＭｓＨＢ１とＭｓＨＢ２を独立に制御するためには、個々の磁気抵抗効果素子に近接する領域の磁区制御層４５０の材料を変える方法が最も容易である。なぜなら、磁区制御層４５０の飽和磁化はその材料に大きく依存するためである。磁区制御層４５０の材料の候補としては、CoCrPt合金薄膜（約１０００ガウス）、Fe-Cr-Co合金（約１３０００ガウス）、PtCo合金（約７０００ガウス）やSm-Co合金（約８０００〜１００００ガウス）などがある。
【００７６】
これらを代表とする磁性材料から、数１６を満たすように、任意に選ぶことができる。磁区制御層４５０の飽和磁化の制御方法は、その他の製膜条件を制御する方法であっても良く、飽和磁化の制御方法はどのようなものであれ、本発明の趣旨を損なうものではない。例えば、製膜条件としては、磁区制御層４５０の上部膜の製膜前にだけ熱処理を行うことにより、下部の磁区制御層４５０の飽和磁化だけを大きくすることができる方法や、下部および上部の磁区制御層４５０の下地を変えることにより飽和磁化を制御する方法がある。
【００７７】
＜実施例１０＞
本発明による別の実施例を以下に示す。本実施例は実施例９に記載の構成とはＤＲ１／ＤＲ２の範囲が０．２５以上０．９５以下であることのみが異なる。本構成例では実施例９と同様に、数１６を満たすように制御する。数１６に基づいたＤＲ１／ＤＲ２とＭｓＨＢ１/ＭｓＨＢ２の範囲を図３６に示す。ＭｓＨＢ１とＭｓＨＢ２を独立に制御するための具体的な手法は実施例９と同様であるため割愛する。本構成により、ＤＲ１がＤＲ２よりも小さい時にも磁区制御膜の飽和磁化を制御することにより、ベースラインシフトを20％以内に抑制できるのである。
【００７８】
＜実施例１１＞
本発明による別の実施例を以下に示す。本実施例は実施例１に記載の構成とは電流の通電方向が、積層膜４００面に垂直方向ではなく、積層膜４００面内方向であるという点においてのみ異なる。本実施例では、電流の通電方向に関する構成以外は割愛する。
【００７９】
本発明による代表的な構成例を図３７に示す。本構成例では、通電方向を積層膜４００面内にするために、電極（５２：第１の電極、５３：第２の電極）を個々の磁気抵抗効果素子（２００，３００）のトラック幅方向の両側に接するように、２対の電極を設けている。また、磁区制御層は第１の磁気抵抗効果素子２００と第２の磁気抵抗効果素子３００に近接して第１の磁区制御層４５１と第２の磁区制御層４５２の２つを設ける必要がある。２対の電極５２，５３を有し、積層膜４００面内に通電する差動型再生ヘッドでは、２対の電極を設けることにより、原理的には２つの磁気抵抗効果素子に流す電流の大きさを独立に制御することができる。しかし、個々の磁気抵抗効果素子の電流量を独立に制御するために、プリアンプの回路等の再生ヘッド以外の制御回路が複雑になってしまう問題がある。本構成例では、個々の磁気抵抗効果素子に通電する電流の大きさが同じであっても、ベースラインシフトを抑制することができる差動型再生ヘッドが実現できる。具体的には、以下に述べるように、実施例１に示した構成と同様の構成を用いる。
【００８０】
ＤＲ１とＤＲ２の比であるＤＲ１／ＤＲ２に応じて、第１の磁気抵抗効果素子２００に印加する磁区制御磁界ＨＢ１と第２の磁気抵抗効果素子３００に印加する磁区制御磁界ＨＢ２の比であるＨＢ１／ＨＢ２が数２または数５の関係を持つようにする。ただし、第１の自由層の飽和磁化Ｍｓ１と膜厚ｔ１の積Ｍｓ１ｔ１と、第２の自由層の飽和磁化Ｍｓ２と膜厚ｔ２の積Ｍｓ２ｔ２の比であるＭｓ１ｔ１／Ｍｓ２ｔ２が０.２５以上４．０以下であることとする。本構成例の差動型再生ヘッドでは、個々の磁気抵抗効果素子のＤＲが異なっていても、ベースラインシフトの大きさを低減し、ビットエラーレートの劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１による差動型再生ヘッドをＡＢＳから見た概略図である。
【図２】実施例１による差動型再生ヘッドをＡＢＳから見た詳細な構成図である。
【図３】実施例１による本発明構造および実験１によるヘッドのベースラインシフトの分布。
【図４】実施例１による差動型再生ヘッドの再生波形と個々の磁気抵抗効果素子の再生波形である。
【図５】ベースラインシフトが発生している時の差動型再生ヘッドの再生波形と個々の磁気抵抗効果素子の再生波形である。
【図６】ベースラインシフトと２つの磁気抵抗効果素子の出力の比Ｓ１／Ｓ２の関係である。
【図７】実施例１の再生ヘッドのＨＢ１／ＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲である。
【図８】ｅ１／ｅ２と１／（ＨＢ１／ＨＢ２）の関係を示した図である。
【図９】Ｍｓ１ｔ１＞Ｍｓ２ｔ２のとき：ｅ１／ｅ２とMs１t1/ (Ms２t2）の範囲を示した図である。
【図１０】Ｍｓ１ｔ１＜Ｍｓ２ｔ２のとき：ｅ１／ｅ２とMs１t1/ (Ms２t2）の範囲を示した図である。
【図１１】ビットエラーレートとベースラインシフトの関係を示した図である。
【図１２】ＤＲ１とＤＲ２が等しい差動型再生ヘッドにおける抵抗と外部磁界の関係を示した図である。
【図１３】ＤＲ１とＤＲ２が異なる差動型再生ヘッドにおける抵抗と外部磁界の関係を示した図である。
【図１４】実施例２による本発明構造および実験２によるヘッドのベースラインシフトの分布。
【図１５】実施例２におけるＨＢ１／ＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲である。
【図１６】実施例３による差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た構成図である。
【図１７】実施例３におけるＤ２／Ｄ１とＤＲ１／ＤＲ２の関係を示した図である。
【図１８】実施例３による差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た構成図である。
【図１９】実施例３におけるtr２/tr１とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図２０】実施例４による差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た構成図である。
【図２１】実施例４におけるＤ２／Ｄ１とＤＲ１／ＤＲ２の関係を示した図である。
【図２２】実施例４による差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た構成図である。
【図２３】実施例４におけるtr２/tr１とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図２４】実施例５におけるＨＢ１／ＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図２５】ベースラインシフトが20％以内になるためのＳ１／Ｓ２の範囲を示した図である。
【図２６】実施例５におけるｅ１／ｅ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図２７】実施例５による差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た構成図である。
【図２８】本発明構造を補足説明するための差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た図である。
【図２９】実施例５におけるａｔａｎα／ａｔａｎβとＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図３０】ＨＢ１／ＨＢ２とａｔａｎα／ａｔａｎβの関係を示した図である。
【図３１】実施例６におけるＨＢ１／ＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図３２】実施例６におけるａｔａｎα／ａｔａｎβとＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図３３】実施例7による、Ｍｓ1t1/Ms２t２=８の条件におけるＨＢ１／ＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図３４】実施例８による、Ｍｓ1t1/Ms２t２=８の条件におけるＨＢ１／ＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の範囲を示した図である。
【図３５】実施例９：ＭｓＨＢ１／ＭｓＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の関係を示す図である。
【図３６】実施例１０：ＭｓＨＢ１／ＭｓＨＢ２とＤＲ１／ＤＲ２の関係を示す図である。
【図３７】実施例１１による差動型再生ヘッドをＡＢＳ面から見た構成図である。
【図３８】垂直記録用記録再生分離型磁気ヘッドの構成例を示す図である。
【図３９】磁気記録再生装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１５：基板、３０：下部磁気シールド、３１：上部磁気シールド、４０：非磁性中間層、５０：下部電極、５１：上部電極、５２：第１の電極、５３：第２の電極、６１：主磁極、６２：ラップアラウンドシールド、６３：コイル、６４：副磁極、７１：下地層、７２：上部磁気シールド下地層、７５：保護膜、８１：対向面、９０：ヘッドスライダー、９１：ディスク、９２：アクチュエーター、１００：差動ギャップ層、２００：第１の磁気抵抗効果素子、２１０：第１の自由層、２２０：第１の中間層、２３０：第１の固定層、２３６：第１の反強磁性層、３００：第２の磁気抵抗効果素子、３１０：第２の自由層、３２０：第２の中間層、３３０：第２の固定層、３３４：第２の反強磁性層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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