JP2002074627A

JP2002074627A - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置

Info

Publication number: JP2002074627A
Application number: JP2000268934A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Koui; 井克彦鴻; Hitoshi Iwasaki; 崎仁志岩; Hideaki Fukuzawa; 澤英明福; Hiroshi Tomita; 田宏富; Hiromi Fukuya; 家ひろみ福; Masashi Sahashi; 橋政司佐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2002-03-15
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP3645159B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ＭＲ増大効果の得られるフリー層側の電子反
射層を改良した磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気
再生装置を提供することを目的とする。【解決手段】スピンバルブ構造におけるフリー層１５
側の電子反射層１７を、高伝導層を構成する主要元素と
は異なる元素の化合物を主成分として含有し、且つ実質
的に結晶質とすることにより、電子反射特性を向上さ
せ、熱的な安定性も改善することができる。または、フ
リー層１５側の電子反射層を多層構造として、フリー層
に近い層１７を、フリー層から遠い層１８よりも酸化さ
れやすい元素の酸化物により形成する。このようにすれ
ば、保護層２０に対する酸素の拡散を防止するバリア効
果を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド及び磁気再生装置に関し、より詳細に
は、本発明は、電子反射層が設けられたスピンバルブ膜
を用いた磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子を用
いた磁気ヘッド及びこの磁気ヘッドを搭載した磁気再生
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピンバルブ（Spin-Valve：ＳＶ）膜に
よる巨大磁気抵抗効果（Giant MagnetoResistance effe
ct：ＧＭＲ）を利用した磁気ヘッドの発明により、近
年、磁気記録密度は大幅に向上してきている。ＳＶと
は、２つの金属強磁性層の間に非磁性層（「スペーサ
層」あるいは「非磁性中間層」などと称される）を挟
み、一方の強磁性層（「ピン層」あるいは「磁化固着
層」などと称される）の磁化をバイアス磁界等により固
定しておき、もう一方の強磁性層（「フリー層」あるい
は「磁化自由層」などと称される）の磁化の方向が記録
媒体からの磁界に応じて、ピン層に対して相対的に変化
することにより、巨大な磁気抵抗が得られるものである
（Phys. Rev. B.、Vol.45、 806(1992)、 J. Appl. Phy
s. 、Vol.69、 4774(1991)等参照）。

【０００３】これまで、このＳＶ膜を用いた磁気ヘッド
の感度を向上させるためにさまざまな工夫が行われてき
た。そのなかでも、ＳＶ膜の磁気抵抗変化率を向上させ
る方法として、電子の鏡面反射を利用して、磁気抵抗変
化率を向上させる、スペキュラスピンバルブ（specular
spin-valve：ＳＰＳＶ）膜は、５０ギガビット平方イ
ンチ（Ｇｂｐｓｉ）以上の記録密度を実現する技術とし
て大きな注目を集めている。

【０００４】ＳＰＳＶは、フリー層あるいはピン層に酸
化物を積層して、その界面における電子反射を利用して
平均自由行程を伸ばすことでより大きな磁気抵抗効果を
得ようとするものである（W.F.Egelhoff et al. J. App
l. Phys.78(1)、 1 July 1995）。これまで、ＳＰＳＶ
を実用デバイスとして用いるために、数ナノメータの酸
化層をピン層に挿入した構造や、フリー層に酸化層を積
層した構造などが提案されている。

【０００５】フリー層側の電子反射層としては、フリー
層磁性層に直接Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌの酸化物を積層
した構造において、ＭＲ（MagnetoResistance：磁気抵
抗）向上の結果が報告されている。また、スピンフィル
ター構造（Spin Filter：ＳＦ）を使ったＳＶ膜でも、
電子反射層によるＭＲの増大効果が報告されている。

【０００６】ＳＦは、フリー層に高伝導層を積層した構
造で、磁気ヘッド出力のバイアスポイント設計において
有利な構造で、高記録密度対応の磁気ヘッドにおいて欠
かせない構造である。このＳＦ構造において、Ｃｕ高伝
導層の上にＴａ酸化物を形成した構造において、ＭＲの
改善効果が報告されている。また、Ｃｕ高伝導層に１０
ｎｍのＮｉＯを形成した構造も報告されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの酸
化物のうちＴａ、Ｆｅ、Ａｌなどの酸化物は、アモルフ
ァス（非晶質）または結晶構造が分散した混相になって
いる。このような場合、電子反射効果は小さくなり、Ｍ
Ｒの十分な増大は得られない。また、耐熱性においても
これらの微細構造では、拡散や変態を起こしやすく、Ｍ
Ｒ特性の劣化につながる。また、ＮｉＯは１０ｎｍ程度
の厚さを形成しないと膜質が十分に良好とはいえず、電
子反射効果によるＭＲの増強が小さい。

【０００８】記録密度の向上にしたがって、ＳＶ膜の全
膜厚はより薄くなることが要求されており、前述のよう
な１０ｎｍに達する電子反射層は、この見地からデバイ
スに用いることが困難である。

【０００９】さらに、ＳＶ膜を搭載した磁気ヘッドを作
成する際には、絶縁層としてアルミナをＳＶ膜の上下に
形成するが、単純にアモルファスの酸化物上にアルミナ
を形成すると、酸化物からアルミナへの酸素の拡散が起
こり、電子反射層中に部分的な酸素欠損状態が生じた
り、金属に還元されたりする部分が出てくる。

【００１０】また、磁気ヘッドに加工する工程で、ミリ
ングを行うが、その保護膜として、一般的にＴａ金属を
数ｎｍ最上部に積層することが一般的に必要とされてい
る。しかし、この場合にも、Ｔａ金属にＯ_２が吸収され
て、電子反射層の一部が還元され、酸素欠損部分や還元
金属部が電子反射層の中に出現する。これらは、電子反
射効果を減退させる大きな原因となり、出力低下を招
き、また、長期耐熱性において劣化を示す原因となる。

【００１１】以上説明したように、従来の、フリー層側
に酸化物電子反射層を積層した構造は、ＭＲ向上が見ら
れるものの、実用に供するデバイスとしては、問題点が
多く実用が困難であった。

【００１２】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的は、ＭＲ増大効果の得られ
るフリー層側の電子反射層を改良する構造を提案するこ
とにある。すなわち、高い電子反射効果が得られる電子
反射層の構造と、実用に供するデバイスとして磁気ヘッ
ド構造に搭載した場合にも良好な特性を維持することが
できる磁気抵抗効果素子、及びそれを搭載した磁気ヘッ
ド、磁気再生装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が
実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着
層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜
を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由
層との間に設けられた非磁性中間層と、前記磁化自由層
からみて前記非磁性中間層とは反対側に設けられ、前記
磁化固着層及び前記磁化自由層よりも高い導電性を有す
る高導電層と、前記高導電層からみて前記磁化自由層と
は反対側に設けられ、前記高導電層を構成する主要元素
とは異なる元素の化合物を主成分として含有し、実質的
に非磁性を示し、かつ実質的に結晶質からなる非磁性結
晶層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。

【００１４】磁化自由層に高伝導層が積層されたＳＦ
（spin filter）構造は、バイアスポイント設計を行う
上で必須の構成であると同時に、電子反射層としても作
用する非磁性結晶層とフリー層との間の拡散を止めて、
フリー層の良好な軟磁気特性を得るために必要である。
これに積層される非磁性結晶層は、良好な電子反射を得
るために、電子ポテンシャルが急峻に変化する必要があ
り、その観点で、結晶質であることが望ましい。また、
複数の相が混在した混層とすると界面における電子ポテ
ンシャルに分布が出るため電子反射特性を十分に得られ
ない。このため、単一な相であることが望ましい。

【００１５】ここで、前記非磁性結晶層は、Ｂ、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚ
ｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ及び希
土類金属のうちの少なくともいずれか１つの酸化物を主
成分とすることが望ましい。

【００１６】これらは高伝導電子層として主に用いられ
るＣｕ（銅）と比較して酸素との結合エネルギーが大き
く、酸化しやすいため安定した酸化物が得やすいと同時
に、Ｃｕとの界面での酸素の拡散が起こりにくいからで
ある。

【００１７】また、これらの磁気抵抗効果素子におい
て、非磁性結晶層は５ｎｍ以下であることが望ましい。
なぜなら、厚すぎると高磁気記録密度への要求からく
る、薄膜化の要求を満たす範囲から出てしまう。また、
これらが０．５ｎｍ以下になると、熱処理等によって均
一な膜質であることが困難になり、電子反射特性の低下
を招く。そのため、０．５ｎｍ以上であることが望まし
い。

【００１８】一方、本発明の第２の磁気抵抗効果素子
は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された強磁性層
を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて
変化する強磁性層を有する磁化自由層と、前記磁化固着
層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層
と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対
側に設けられ、前記磁化固着層及び前記磁化自由層より
も高い導電率を有する高導電層と、前記高導電層からみ
て前記磁化自由層とは反対側に設けられ、前記高導電層
を構成する主要元素とは異なる元素の化合物を主成分と
して含有する第１の化合物層と、前記第１の化合物層か
らみて前記高導電層とは反対側に設けられた第２の化合
物層と、を備えたことを特徴とする。

【００１９】ここで、「化合物」とは、例えば、酸化
物、窒化物、ホウ化物、炭化物などを意味するものであ
る。

【００２０】ここで、第１の化合物層が高伝導層と同じ
物質の酸化物である場合には、酸化エネルギーが同じで
あるため酸素の拡散が電子反射層に起こりやすい。その
ため異なる物質の酸化物であることが望ましい。このと
き、第１の化合物層の上部に積層される、保護層、ある
いは絶縁層との間の主に酸素の拡散を防ぐために、拡散
バリア層を設けることが望ましい。

【００２１】また、前記第１の化合物層は、Ｂ、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｔｈ、Ｂ
ｅ、Ｚｒ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｓｎ、
Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｔｈ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｌ
ｉ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｄ、Ｒｂなる元素の序列のうちから選択された第
１の元素の酸化物を主成分とし、前記第２の化合物層
は、前記元素の序列のうちで前記第１の元素よりも後に
位置する元素の酸化物を主成分とすると、より安定に酸
化物を形成することができる。

【００２２】なぜなら、上記の序列においては、後に位
置する程、酸素との結合エネルギーが低く酸化しにくい
ため、高伝導層に最も近い酸化層の酸素の拡散を食い止
めるバリアとして機能することができる。

【００２３】また、これらの磁気抵抗効果素子におい
て、電子反射層は５ｎｍ以下であることが望ましい。な
ぜなら、厚すぎると高磁気記録密度への要求からくる、
薄膜化の要求を満たす範囲から出てしまう。また、これ
らが０．５ｎｍ以下になると、熱処理等によって均一な
膜質であることが困難になり、電子反射特性の低下を招
く。そのため、０．５ｎｍ以上であることが望ましい。

【００２４】また、磁化自由層の膜厚は、電子反射効果
を有効にＭＲ向上に寄与させるためには、ある程度薄い
ほうがよい。具体的には５ｎｍ以下であることが望まし
い。しかしながら薄すぎるとアップスピン電子とダウン
スピン電子とで平均自由行程の差小さくなってくること
によるＭＲ効果の減少が顕著になるため、１ｎｍ以上の
厚みであることが望ましい。また、磁化自由層は、Ｃｏ
合金、あるいはＣｏ合金とＮｉ合金の積層構造であって
も良いが、電子反射効果を得るためには積層界面が少な
いほうがＭＲに寄与しない電子散乱を避けることができ
るため、単層のＣｏ合金を用いるほうが望ましい。

【００２５】一方、本発明の第３の磁気抵抗効果素子
は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜
を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて
変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着
層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層
と、を備え、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層
とは反対側に、前記磁化固着層及び前記磁化自由層より
も高い導電性を有する高導電層が積層され、この高導電
層に、この高導電層を構成する主要元素とは異なる元素
の酸化物を主成分とし、イオン化したガスを照射するこ
とによって形成された層が積層されてなることを特徴と
する。

【００２６】また、本発明の第４の磁気抵抗効果素子
は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜
を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて
変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着
層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層
と、を備え、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層
とは反対側に、前記磁化固着層及び前記磁化自由層より
も高い導電性を有する高導電層が積層され、この高導電
層に、この高導電層を構成する主要元素とは異なる元素
の酸化物を主成分とし、プラズマ化したガスを照射する
ことによって形成された層が積層されてなることを特徴
とする。

【００２７】これらの磁気抵抗効果素子において、高伝
導層はバイアスポイント調整のために必要な電流磁界を
得るために厚みを調整する必要があるが、一般的に３ｎ
ｍを超えると著しくＭＲ変化率が減少してくるため、３
ｎｍ以下であることが望ましい。さらに好ましくは２ｎ
ｍ以下であると良い。また一方で、０．５ｎｍ以下にな
ると、電子反射層として作用する層との間で酸素等の拡
散が起こり軟磁気特性等に支障をきたすため、０．５ｎ
ｍ以上であることが望ましい。特に、電子反射層が反強
磁性体などの磁気秩序を持つ場合には磁気結合が出てく
る可能性があるため、やはり０．５ｎｍ以上必要であ
り、好ましくは０．８ｎｍ以上あることが望ましい。

【００２８】一方、本発明の第５の磁気抵抗効果素子
は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜
を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて
変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着
層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層
と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対
側に設けられ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、
Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓ及びＮｉのうちの少なく
ともいずれか１つを主成分とする金属層と、前記金属層
からみて前記磁化自由層とは反対側に設けられ、前記高
導電層を構成する主要元素とは異なる元素の化合物を主
成分として含有し、実質的に非磁性を示し、かつ実質的
に結晶質からなる非磁性結晶層と、を備えたことを特徴
とする。

【００２９】また、本発明の第６の磁気抵抗効果素子
は、磁化の方向が実質的に一方向に固着された強磁性層
を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて
変化する強磁性層を有する磁化自由層と、前記磁化固着
層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層
と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対
側に設けられ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、
Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓ及びＮｉのうちの少なく
ともいずれか１つを主成分とする金属層と、前記金属層
からみて前記磁化自由層とは反対側に設けられた第１の
酸化物層と、前記第１の酸化物層からみて前記高導電層
とは反対側に設けられた第２の酸化物層と、を備えたこ
とを特徴とする。

【００３０】上述のいずれの磁気抵抗効果素子について
も、磁化固着層において、電子反射層を磁化固着層中に
形成することでさらに電子反射効果を高めることができ
る。すなわち、電子鏡面反射が両面で起こることで、擬
似的に磁気多層膜と同じ構造を得ることができるからで
ある。

【００３１】また、上記の構造においては、磁化固着層
は強磁性層の間にＲｕ（ルテニウム）を形成した、シン
セティック反強磁性構造と呼ばれる構造を併用すること
で、バイアスポイント設計、及び、ピン層の磁気安定性
を高めることができるの。

【００３２】またこれらのＳＶ膜において、ピン層の交
換バイアス膜はＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭ
ｎ、ＲｈＭｎ、ＲｕＭｎなどのＭｎ系反強磁性体を用い
ることができる。

【００３３】またこれらの磁気抵抗効果素子は、積層順
において、反強磁性膜をピン層の下部に形成したボトム
タイプＳＶでも、反強磁性膜をピン層の上部に形成した
トップタイプＳＶでもどちらでも有効である。

【００３４】上述の磁気抵抗効果素子は、磁気記録再生
装置において媒体の記録データを読み取る磁気ヘッドと
して用いることができる。また、ＭＲＡＭ（magnetic r
andom access memory）として用いることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施形態
にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構成を表す概念図
である。すなわち、本実施形態の磁気抵抗効果素子は、
図示しない基板の上に、下地層１１、反強磁性層１２、
ピン層１３、非磁性中間層１４、フリー層１５、高導電
層１６、電子反射層１７、保護層２０がこの順に積層さ
れた構成を有する。

【００３６】本実施形態においては、フリー層１５側に
設けられた電子反射層１７は、アモルファスではなく、
実質的に結晶質の単一な層により構成される。結晶質の
単一な層とは、電子反射層１７が単結晶または多結晶か
らなることを意味し、例えば、アモルファスの中に微細
結晶粒が点在するような混在した層ではないという意味
である。

【００３７】このように、フリー層１５の外側に設けら
れる電子反射層１７を結晶質の単一な層とすることによ
り、電子反射特性を向上させ、同時に熱的にも安定させ
ることができる。すなわち、結晶質の単一な層とすれ
ば、高導電層１６との界面において急峻なポテンシャル
の分布を形成することができ、電子を効果的に反射させ
ることができる。

【００３８】また、電子反射層１７がアモルファスある
いはアモルファスと微細結晶粒との混在層であると、高
温状態において拡散や相変態が生じやすく、高導電層１
６との界面での原子組成分布も急峻性を失いやすくな
る。その結果として、ポテンシャルの分布も急峻性を失
い、電子の反射特性が劣化することとなる。

【００３９】これに対して、本実施形態によれば、電子
反射層１７を結晶質の単一な層とすることにより、高温
状態においても、原子の拡散や相変態などが生じにくく
なり、熱的に極めて安定させることができる。その結果
として、高い電子反射特性を維持することができる。

【００４０】ここで、「結晶質」か否かは、ＴＥＭ（tr
ansmission electron microscopy：透過型電子顕微鏡）
観察によって得られる格子像から判断することができ
る。すなわち、格子像において秩序的な配列が観察され
れば結晶質であると判断することができる。

【００４１】あるいは、電子線回折像においてスポット
状のパターンが観察された場合には、電子線の照射範囲
は実質的に単結晶であり、「結晶質」であると判断する
ことができる。また、電子線回折像においてリング状の
パターンが得られた場合には、電子線の照射範囲は多結
晶状態であり、「結晶質」であると判断することができ
る。

【００４２】電子反射層１７を構成する物質として望ま
しいのは、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、
Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、
Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、希土類金属、の中から選ばれる少な
くとも１つを含んでいる酸化物である。この中でも、非
磁性になる酸化物が望ましい。ここでいう「非磁性」と
は、「常磁性」、「反強磁性」あるいは「反磁性」のこ
とであり、自発磁化を持たないという意味である。この
中でも、熱的に安定なＳｉＯ_２、Ｗ−Ｏ、Ｎｂ−Ｏ、Ｍ
ｏ−Ｏ、Ｖ−Ｏ、ＴｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａ
ｌ_２Ｏ_３を主とする酸化物は、耐熱性の観点からも望ま
しい。

【００４３】これらが「非磁性」であるか否かは、ＥＤ
Ｘ（Energy Dispersive X-ray spectroscopy）などによ
る組成分析で得られた結果から、それと同組成のバルク
あるいは薄膜の磁化測定を行うことで知ることができ
る。

【００４４】電子反射層１７の上に設けられる保護層２
０の材料としては、Ｔａ（タンタル）や、あるいは絶縁
層として主にアモルファス（非晶質）アルミナなどが積
層される。これらの材料は、酸化されやすいＴａやＡｌ
などの元素を含有するため、電子反射層１７から酸素を
吸収しやすい。しかし、本実施形態によれば、電子反射
層１７を「結晶質」とすることによって十分に安定な酸
化物とすることができる。その結果として、電子反射層
１７から保護層２０への酸素の拡散を抑えることができ
る。

【００４５】電子反射層１７の酸化物を形成する方法
は、チャンバー内に酸素を導入したり、ラジカル酸素を
含む酸化処理によって作成する方法、あるいはイオン化
したガスを照射することによって作成することができ
る。特に、活性状態の反応ガスを用いることで、より安
定性が高く、安定な結晶構造を有する酸化物を形成する
ことができる。このとき反応ガス自身をイオン化して照
射しても良いし、アルゴンやキセノンやネオンをイオン
化して照射しながら別の場所からチャンバー内に導入し
ても良い。

【００４６】このとき、反応ガスによる影響が高導電層
に達すると、熱安定性の劣化や、ＭＲの劣化を招くた
め、反応は高導電層との界面で止まっていなければなら
ない。従って、活性ガスを用いて化学的に強力に処理す
ると同時に、強度的には弱い方が形成が容易である。

【００４７】または、スパッターによって作成すること
もできるが、このときＲＦスパッターによって作成する
よりもイオンビ−ムスパッターによる形成の方が、膜質
をコントロールしやすいため良好な結晶性の膜を得るこ
とができる。

【００４８】電子反射層１７の膜厚は、熱安定性と、均
質な膜質を得るために０．５ｎｍ以上であることが必要
である。また一方で、電子反射層１７を５ｎｍ以上の厚
みに形成すると、磁気ヘッドを形成したとき、高密度記
録に対応するシールド間距離に挿入することが困難にな
る。このため、電子反射層１７の厚みは５ｎｍ以下にす
ることが望ましい。

【００４９】また、フリー層１５の膜厚は、電子反射効
果を有効にＭＲ向上に寄与させるためには、ある程度薄
いほうがよい。具体的には、５ｎｍ以下であることが望
ましい。しかしながら、薄すぎるとアップスピン電子と
ダウンスピン電子とで平均自由行程の差小さくなること
によるＭＲ効果の減少が顕著になるため、１ｎｍ以上の
厚みであることが望ましい。

【００５０】また、フリー層１５は、Ｃｏ合金、あるい
はＣｏ合金とＮｉ合金の積層構造であっても良いが、電
子反射効果を得るためには積層界面が少ないほうがＭＲ
に寄与しない電子散乱を避けることができるため、単層
のＣｏ合金を用いるほうが望ましい。

【００５１】一方、ピン層１３は、その中に図示しない
電子反射層を有する構造であってもよく、また同時に、
シンセティック反強磁性構造であっても良い。シンセテ
ィック反強磁性構造を用いない場合、反強磁性交換バイ
アス膜１２の下部にバイアス調整層として、図示しない
強磁性層を形成しても良い。シンセティック反強磁性構
造は、Ｒｕ（ルテニウム）を用いて結合していても良い
し、図示しない電子反射層自体が反強磁性結合を担って
いても良い。これは、酸化物反強磁性体や、酸化物フェ
リ磁性体を膜厚コントロールして得ることができる。

【００５２】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。図２は、本実施形態に
かかる磁気抵抗効果素子の要部断面構成を表す概念図で
ある。すなわち、図示しない基板の上には、下地層１
１、反強磁性層１２、ピン層１３、非磁性中間層１４、
フリー層１５、高導電層１６、第１の電子反射層１７、
第２の電子反射層１８、保護層２０がこの順に積層され
た構成を有する。つまり、この構成では、フリー層側に
２層以上の電子反射層１７、１８が設けられている。

【００５３】本実施形態においては、この２層の電子反
射層の材料を適宜選択することにより、化学的に安定し
た電子反射作用を得ることができる。すなわち、酸素と
の結合エネルギーが異なる材料を２層以上積層すること
で、酸素の拡散を押さえ、良好な電子反射界面を維持す
ることができる。

【００５４】具体的には、フリー層１５に近い第１の電
子反射層１７を、フリー層１５から遠い第２の電子反射
層１８よりも酸化しやすい元素の酸化物により構成す
る。このようにすると、第２の電子反射層１８は、第１
の電子反射層１７から保護層２０に対する酸素の拡散を
阻止するバリアとして機能する。

【００５５】すなわち、これら電子反射層１７、１８の
上に形成される保護層２０の材料としては、Ｔａ（タン
タル）や、あるいは絶縁層として主にアモルファス（非
晶質）アルミナなどが積層される。これらの材料は、酸
化されやすいＴａやＡｌなどの元素を含有するため、近
傍の電子反射層から酸素を吸収しやすい。これに対し
て、本実施形態によれば、保護層２０に近い第２の電子
反射層１８から保護層２０への酸素の拡散が生じたとし
ても、第１の電子反射層１７から第２の電子反射層１８
への酸素の流出は生じにくい。これは、第１の電子反射
層１７の方が、より酸化されやすい元素を含むからであ
る。つまり、第２の電子反射層１８が酸素の拡散に対す
る「バリア」として作用し、第１の電子反射層１７から
の酸素の流出を効果的に防止することができる。

【００５６】より具体的には、第１の電子反射層１７
が、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、
Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌ、
Ｓｂ、Ｔｈ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐ
ｔ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｔｈ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｒｂの中から選択された
第１の元素を含む物質の酸化物からなり、かつ、い第２
の電子反射層１８が、上記の元素配列において、第１の
電子反射層１７に含まれている第１の元素よりも右側に
並ぶ元素のうちから選択された第２元素を含む酸化物か
らなるものとする。

【００５７】上記の元素の配列においては、左から右に
行くにつれて、酸素との結合エネルギーが低く、酸化し
にくくなる。つまり、上述の如く、第１の電子反射層１
７を、より左側の元素の酸化物により形成すれば、この
電子反射層１７は第２の電子反射層１８よりもより安定
となり、第２の電子反射層１８は酸素の拡散を阻止する
バリアとして機能する。

【００５８】保護層２０としては、前述したように、Ｔ
ａやアモルファスアルミナなどが形成されるが、アモル
ファスアルミナが電子反射層１８の上に直接形成される
と酸素の吸収が激しいので、Ｔａなどを介してアモルフ
ァスアルミナを積層すると良い。

【００５９】高伝導層１６に最も近い第１の電子反射層
１７は、第１実施形態のように結晶質であるとさらに良
好な電子反射特性が得られるが、本実施形態のように酸
素拡散を防ぐ構成をとれば、アモルファスでもある程度
良好な特性が安定して得られる。

【００６０】第１の電子反射層１７とその外側の第２の
電子反射層１８の具体的な組み合わせとしては、前者に
Ｔａ酸化物、後者にＮｉ酸化物、あるいは前者にＴａ酸
化物、後者にＡｌ酸化物、あるいは前者にＣｒ酸化物、
後者にＮｉ酸化物、あるいは前者にＡｌ酸化物、後者に
Ｎｉ酸化物のいずれかをそれぞれ主成分とした構成を用
いると、良好な特性が得られる。

【００６１】これらの酸化物を形成する方法としては、
ラジカル酸素を含む酸化処理によって作成する方法、あ
るいはイオン化した酸素を含むガスを照射することによ
って作成する方法などを挙げることができる。または、
スパッタによって作成することもできるが、このときＲ
Ｆスパッタによって作成するよりもイオンビ−ムスパッ
タによる形成の方が、膜質を制御しやすいため良好な結
晶性の膜を得ることができる。

【００６２】電子反射層１７、１８の膜厚は、熱安定性
と、均質な膜質を得るために０．５ｎｍ以上とすること
が望ましい。また、一方で５ｎｍ以上形成すると、磁気
ヘッドを形成したとき、高密度記録に対応するシールド
間距離に挿入することが困難になる。このため５ｎｍ以
下にすることが望ましい。

【００６３】また、フリー層１５の膜厚は、電子反射効
果を有効にＭＲ向上に寄与させるためには、ある程度薄
いほうがよい。具体的には５ｎｍ以下であることが望ま
しい。しかしながら薄すぎるとアップスピン電子とダウ
ンスピン電子とで平均自由行程の差小さくなってくるこ
とによるＭＲ効果の減少が顕著になるため、１ｎｍ以上
の厚みであることが望ましい。

【００６４】また、フリー層１５は、Ｃｏ合金、あるい
はＣｏ合金とＮｉ合金の積層構造であっても良いが、電
子反射効果を得るためには積層界面が少ないほうがＭＲ
に寄与しない電子散乱を避けることができるため、単層
のＣｏ合金を用いるほうが望ましい。

【００６５】一方、ピン層１３は、図示しない電子反射
層を有する構造であってもよく、また同時に、シンセテ
ィック反強磁性構造であってもかまわない。シンセティ
ック反強磁性構造を用いない場合、反強磁性交換バイア
ス膜となる反強磁性層１２の下にバイアス調整層とし
て、図示しない強磁性層を形成しても良い。シンセティ
ック反強磁性構造は、Ｒｕを用いて結合していても良い
し、図示しない電子反射層自体が反強磁性結合を担って
いても良い。これは、酸化物反強磁性体や、酸化物フェ
リ磁性体を膜厚コントロールして得ることができる。

【００６６】以上説明した具体例においては、電子反射
層を２層構成とした場合を例示したが、本発明はこれに
は限定されず、電子反射層を３層あるいはそれ以上の多
層構成としても良い。

【００６７】図３は、電子反射層を３層構成とした場合
の構成を例示した概念図である。すなわち、同図のスピ
ンバルブ素子においては、高導電層１６の上に第１の電
子反射層１７、第２の電子反射層１８、第３の電子反射
層１９がこの順に積層されている。ここで、第１の電子
反射層１７と第２の電子反射層１８との関係は図２に関
して前述したものと同様である。すなわち、第１の電子
反射層１７の方が、より酸化されやすい元素の酸化物と
して形成されている。

【００６８】一方、第３の電子反射層１９については、
第２の電子反射層１８よりも、より酸化されやすい元素
の酸化物により形成しても良く、逆に、第２の電子反射
層１８よりも、より酸化されにくい元素の酸化物により
形成しても良い。

【００６９】第３の電子反射層１９を酸化されやすい元
素により形成した場合、第３の電子反射層１９自体が安
定な酸化物となり、第３の電子反射層１９から保護層２
０に対する酸素の流出を抑制することができる。その結
果として、下層の第１及び第２の電子反射層１７、１８
に対しても、酸素の拡散バリアとして作用させることが
できる。

【００７０】一方、第３の電子反射層１９を酸化されに
くい元素により形成した場合は、この電子反射層１９か
ら保護層２０に対する酸素の流出は生じやすくなる。し
かし、図２に関して前述したメカニズムと同様に、第１
及び第２の電子反射層１７、１８は、より酸化されやす
い元素を含んでいるため、第１及び第２の電子反射層１
７、１８から第３の電子反射層１９への酸素の流出は生
じにくくなる。つまり、第３の電子反射層１９は、第１
及び第２の電子反射層１７、１８に対して酸素の拡散バ
リアとして作用することができる。

【００７１】図３においては、電子反射層を３層構成と
した場合を例示したが、本発明はこれ以外にも、電子反
射層を４層あるいはそれ以上の多層構造とした構成も包
含する。これらいずれの場合にも、フリー層１５に最も
近い電子反射層とそれに隣接した電子反射層との間で、
図２に関して前述した関係が維持されていれば良い。

【００７２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、フリー層の上の電子反射層を多層構造とし、フリー
層に最も近い電子反射層を、それに隣接した電子反射層
よりも酸化されやすい元素の酸化物により形成すること
により、安定した電子反射特性を実現することができ
る。

【００７３】（第３の実施の形態）図４は、本発明の磁
気ヘッドの要部断面構成を表す概念図である。すなわ
ち、基板１０１の上には、アルミナギャップ層１０２が
形成され、この上に選択的に本発明の磁気抵抗効果素子
ＳＶが設けられる。磁気抵抗効果素子ＳＶとしては、第
１乃至第２実施形態に関して前述したいずれかの素子を
用いる。磁気抵抗効果素子ＳＶの両端には、フリー層の
磁化をバイアスさせる目的で一対のバイアス層１０３、
１０３が設けられる。バイアス層１０３は、強磁性体あ
るいは反強磁性体からなる。

【００７４】さらに、磁気抵抗効果素子ＳＶの両端に
は、センス電流を供給するための一対の電極１０４、１
０４が設けられ、これらの上には、アルミナギャップ層
１０５、ヘッド保護膜１０６が形成される。

【００７５】ここで、シールド間距離は５０ｎｍから１
００ｎｍ程度であり、トラック幅は０．１５から０．３
ミクロン程度とすることかできる。

【００７６】（実施例）以下に本発明の実施例について
説明する。

【００７７】スパッタ法により、以下のような構成のＳ
Ｖ膜を作成してＭＲ特性の比較を行った。

【００７８】Ｔａ３ｎｍ（下地層）／ＮｉＦｅＣｒ３ｎ
ｍ（下地層）／ＰｔＭｎ１０ｎｍ（反強磁性層）／Ｃｏ
Ｆｅ１．５ｎｍ（ピン層）／Ｒｕ０．９ｎｍ（ピン層）
／ＣｏＦｅ０．５ｎｍ（ピン層）／Ｆｅ酸化物１．５ｎ
ｍ（電子反射層）／ＣｏＦｅ２ｎｍ（ピン層）／Ｃｕ２
ｎｍ（非磁性中間層）／ＣｏＦｅ２ｎｍ（フリー層）／
Ｃｕ１ｎｍ（高導電層）／Ｘ（電子反射層）／アモルフ
ァスアルミナ１００ｎｍこのＳＶ膜において、種々の酸化方法により酸化処理を
施して、電子反射層Ｘとして膜厚１ｎｍのＦｅ酸化物あ
るいはＣｒ酸化物を形成し、ＥＸＡＦＳ（Extended X-r
ay Absoption Fine Structure）による生成物の種類及
びその存在比、および断面ＴＥＭによる結晶性の観察を
行った。この結果を以下にまとめる。

【００７９】試料Ｘ酸化方法組成（膜厚1nm）（270℃10時間真空中熱処理後）実施例１ Fe酸化物酸素イオン照射30秒 FeO:Fe2O3:Fe3O4 =0.5:8.5:1.5 実施例２ Fe酸化物酸素ラジカル照射30秒 FeO:Fe2O3:Fe3O4 =0.5:8.5:1.5 実施例３ Fe酸化物 Fe2O3のイオンビームスパッタ FeO:Fe2O3:Fe3O4 =0.5:8.5:1.5 実施例４ Cr酸化物酸素イオン照射30秒 Cr:Cr2O3=0:10 実施例５ Cr酸化物酸素ラジカル照射30秒 Cr:Cr2O3=0:10 比較例１ Fe酸化物自然酸化 FeO:Fe2O3:Fe3O4 =5:1:4 比較例２ Fe酸化物酸素イオン照射15秒 FeO:Fe2O3:Fe3O4 =0.5:1.5:8.5 比較例３ Cr酸化物自然酸化 Cr:Cr2O3=0.5:9.5 ここで、実施例１及び２と比較例１及び２においては、
電子反射層ＸのＦｅ物を形成するに際して、まず、金属
Ｆｅを１ｎｍの厚みに形成してから、酸化処理を施し
た。

【００８０】酸化処理は、自然酸化の場合、１０^−６Ｔ
ｏｒｒのオーダーの雰囲気で行った。イオン照射の場
合、Ａｒ（アルゴン）を１ｓｃｃｍ、Ｏ_２（酸素）を５
ｓｃｃｍ導入してプラズマ化し、加速電圧は５０ｅＶで
行った。

【００８１】酸素ラジカル照射は、Ａｒを１ｓｃｃｍ、
Ｏ_２を５ｓｃｃｍ導入してプラズマ化して、基板から１
０〜１５ｃｍだけ離した照射口から差圧によって導入し
た。

【００８２】イオンビームスパッタは、Ｆｅ_２Ｏ_３のタ
ーゲットをＡｒでスパッタした。また、１ｓｃｃｍの酸
素をＡｒに混合した。

【００８３】これらの試料のＭＲ特性を評価した結果を
以下にまとめる。

【００８４】試料 270℃、10時間アニール後 270℃、30時間後実施例１１６％１６．１％実施例２１５．８％１６％実施例３１５．７１６％実施例４１６．５％１６．５％実施例５１６．３％１６．４％比較例１１２％１０％比較例２１５％１４％比較例３１３．５％１４％比較例１が１２％にとどまったのに対して、比較例２、
実施例１〜３は１５％以上の大きな値を示した。これ
は、比較例１では、Ｆｅ酸化物の様々な相が混在してお
り、電子ポテンシャルがばらつくため良好な電子反射が
得られないことが原因であると考えられる。断面ＴＥＭ
によっても、比較例１がアモルファス状の形態が随所に
見られるのに対して、比較例２、実施例１〜３では、酸
化層自体がエピタキシャルに成長している様子が観察で
きた。このように、エンネルギーを与えた酸化処理を行
うことによって、酸化物が明確な結晶格子を作ることが
わかった。また、それによりＭＲが向上することがわか
った。

【００８５】一方、比較例２の磁化測定を試みたとこ
ろ、実施例と比べて明確な自発磁化の違いが観察でき
て、その違いは全体の磁化の５％であった。このことか
ら、バイアスポイントにずれが出ることがわかった。こ
れは、フェリ磁性成分であるＦｅ _３Ｏ_４が多く含まれる
ためである。

【００８６】一方、実施例では、磁化測定の結果、Ｆｅ
酸化物を形成しない場合と優位な差が見られなかった。
そのため膜厚設計通りのバイアスポイント調整が可能で
あった。また、Ｃｒ_２Ｏ_３は反強磁性体であるが、この
場合も、自然酸化の場合には金属相との混合状態が形成
されていること、および結晶格子像がアモルファス成分
を多く含むことから電子反射効果が若干抑制されている
ことがわかった。

【００８７】一方、酸素ラジカル照射およびイオン照射
では、断面ＴＥＭでも結晶性の良い膜になっていること
がわかった。ＭＲ特性も良好な特性が得られた。また、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの内から選ばれる合金のコラン
ダム酸化物はすべてよいＭＲ特性を示した。また、これ
らに５％以下のＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂなどを加えたもの
も良いＭＲ特性と耐熱性を示した。

【００８８】次に、Ｘの構成として以下のような構造を
作成した。

【００８９】試料構成実施例６Ｔａ酸化物２ｎｍ／ＮｉＯ２ｎｍ／Ｔａ３ｎｍ実施例７Ｔａ酸化物２ｎｍ／Ａｌ_２Ｏ_３２ｎｍ／Ｔａ３ｎｍ実施例８Ｔａ酸化物２ｎｍ／ＮｉＯ２ｎｍ実施例９Ｔａ酸化物２ｎｍ／Ａｌ_２Ｏ_３２ｎｍ比較例４Ｔａ酸化物２ｎｍ／３Ｔａ比較例５Ｔａ酸化物２ｎｍ比較例６ＮｉＯ２ｎｍ／Ｔａ酸化物２ｎｍ／Ｔａ３ｎｍ比較例７Ａｌ_２Ｏ_３２ｎｍ／Ｔａ酸化物２ｎｍ／Ｔａ３ｎｍ比較例８ＮｉＯ２ｎｍ／Ｔａ酸化物２ｎｍ比較例９Ａｌ_２Ｏ_３２ｎｍ／Ｔａ酸化物２ｎｍ上記の酸化層は、すべて、金属層を形成しイオンビーム
照射により酸化させて作成した。以下に、これらのＭＲ
測定の結果を示す。

【００９０】試料 270℃、10時間アニール後 270℃、30時間後実施例６１５％１４．９％実施例７１５．１％１４．９％実施例８１５．３％１５．３％実施例９１５．３％１５．２％比較例４１１％９．８％比較例５１４．２％１１．９％比較例６１１．１％１０％比較例７１４．３％１３％比較例８１１．４％１０．１％比較例９１４．８％１３．５％比較例４では、２種類のアニールで両方ともＭＲが実施
例に比べて４〜５％小さくなっており、これはＴａ酸化
層の酸素が同種の金属である保護膜Ｔａに拡散しやすい
ために、Ｃｕ層（高導電層）との界面に酸素欠損部分あ
るいは金属Ｔａが析出したことが原因である。

【００９１】ＥＤＸ観察によって、界面からアニール後
に酸素が大きく減少していることが判明した。それに対
して実施例６、７では、ＭＲは１５％程度の値であり、
耐熱性も大きく向上している。これは、ＮｉＯ、Ａｌ_２
Ｏ_３などが、酸素拡散バリアとして機能するからであ
る。ＥＤＸ観察によって、界面の酸素がアニール前後で
変化しないことがわかった。

【００９２】また、比較例５では、層Ｘがアモルファス
Ｔａ酸化物であるため、短時間のアニールでは良い特性
を示すが、長時間の耐熱性では、アモルファスであるた
めに酸素がアモルファスアルミナとの間で行き来するた
め、Ｔａ酸化物界面での電子ポテンシャルが変化して、
特性が劣化してしまう。

【００９３】比較例６、８では、界面にＮｉＯを形成し
たため、良好な電子反射特性を得ることができなかっ
た。ＮｉＯは、２−５ｎｍ程度の膜厚では良好な膜質を
得ることが困難で、ここでの例でもＣｕとの界面で島状
に成長していることが確認できた。

【００９４】比較例７、９は、短時間のアニールでは良
好な特性を示し、長時間のアニールでもある程度の特性
を保っている。しかしながら、実施例７、９と比較する
と若干特性が劣っている。これは、比較例７、９でも酸
化層を積層したことによって全体的には酸素の拡散が抑
えられているが、ＴａのほうがＡｌよりも酸素との結合
エネルギーが大きいため若干は酸素がＴａ酸化物中に吸
い上げられ、界面状態が変化したことが原因であると考
えられる。

【００９５】また、これらの比較例の全てにおいて、２
７０℃で５０時間のアニールによって、酸化物層間、あ
るいは酸化物と保護膜、あるいは絶縁膜アモルファスア
ルミナの間に金属原子の拡散が起こっていることがわか
った。これに対して、すべての実施例においては、同様
のアニールの後にも特性に大きな変化は無く、２〜３％
程度の拡散であれば問題は無いことがわかった。

【００９６】また、これらの酸化物に５％以下のＳｉ、
Ｍｇ、Ａｌ、Ｂなどを加えたものも良い耐熱性を示し
た。特に、Ｃｕ層に接する酸化物においてはＥＤＸによ
る分析の結果、その外側に積層されている酸化層への酸
素の拡散がより抑えられていることがわかった。

【００９７】以上のように、酸素との結合エネルギーの
異なるものを積層した構造は、効率よく酸素拡散を抑制
することが判明した。

【００９８】以上、具体例を参照しつつ本発明の磁気抵
抗効果素子及び磁気ヘッドについて説明した。

【００９９】次に、本発明の本発明の磁気再生装置につ
いて説明する。以上説明した本発明の磁気抵抗効果素子
及び磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッ
ドアセンブリに組み込まれ、磁気再生装置に搭載するこ
とができる。

【０１００】図５は、このような磁気記録再生装置の概
略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明
の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエー
タを用いた形式の装置である。同図において、長手記録
用または垂直記録用磁気ディスク２００は、スピンドル
１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制
御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向
に回転する。磁気ディスク２００は、磁気ディスク２０
０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５
３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付け
られている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例え
ば、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を用いた磁気
ヘッドをその先端付近に搭載している。

【０１０１】磁気ディスク２００が回転すると、ヘッド
スライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク
２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。

【０１０２】サスペンション１５４は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイ
ルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

【０１０３】アクチュエータアーム１５５は、固定軸１
５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリ
ングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６によ
り回転摺動が自在にできるようになっている。

【０１０４】図６は、アクチュエータアーム１５５から
先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大
斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６
０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有す
るアクチュエータアーム１５１を有し、アクチュエータ
アーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続さ
れている。

【０１０５】サスペンション１５４の先端には、ヘッド
スライダ１５３が取り付けられ、その先端には、前述し
たいずれかの磁気抵抗効果素子を用いた再生用磁気ヘッ
ドが搭載されている。記録用ヘッドを組み合わせても良
い。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み
取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４と
ヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電
極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッ
ドアッセンブリ１６０の電極パッドである。

【０１０６】ここで、ヘッドスライダ１５３の媒体対向
面（ＡＢＳ）と磁気ディスク２００の表面との間には、
所定の浮上量が設定されている。本発明の磁気再生装置
は、スライダ１５３が磁気ディスク２００の表面から所
定の距離だけ浮上した状態で動作する「浮上走行型」で
も良く、スライダ１５３と磁気ディスク２００とを逆に
積極的に接触させて、走行させる「接触走行型」であっ
ても良い。

【０１０７】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。

【０１０８】例えば、本発明の磁気抵抗効果素子は、図
１乃至図３に例示したものに限定されず、その積層構
成、各層の膜厚や材質については、当業者が適宜選択し
て本発明と同様の効果を同様に得ることができる。さら
に、各層を構成する材料については、素子の成膜中、あ
るいは成膜後における各工程の処理の際に、素子が導入
される雰囲気の温度・周辺ガス等によって、層の元素が
隣接する層へと拡散したり、さらに他の層へと拡散する
ことも考えられる。このような拡散が生じても、最終的
に得られた素子において、本発明の全構成が実質的に確
認できれば、これは本発明の範囲内にあるということが
できる。

【０１０９】また、磁気ヘッドを構成する各要素の材料
や形状などに関しても、具体例として前述したものには
限定されず、当業者が選択しうる範囲のすべてを同様に
用いて同様の効果を奏し得る。

【０１１０】また、磁気再生装置に関しても、再生のみ
を実施するものでも、記録・再生を実施するものあって
も良く、また、媒体は、ハードディスクには限定され
ず、その他、フレキシブルディスクや磁気カードなどの
あらゆる磁気記録媒体を用いることが可能である。さら
に、磁気記録媒体を装置から取り外し可能した、いわゆ
る「リムーバブル」の形式の装置であっても良い。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フリー層側の電子反射層として結晶質の酸化物を用いる
ことで良好な電子反射特性と、良好な耐熱性及び信頼性
を得ることができる。

【０１１２】また、本発明によれば、フリー層側の電子
反射層を２層以上の積層構造とすることによって、さら
に酸素拡散を抑制することができる。

【０１１３】その結果として、５０Ｇｂｐｓｉあるいは
それ以上の記録密度の磁気記録再生技術を実現すること
ができ、産業上のメリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかる磁気抵抗効果
素子の要部断面構成を表す概念図である。

【図２】本発明の第２の実施形態にかかる磁気抵抗効果
素子の要部断面構成を表す概念図である。

【図３】電子反射層を３層構成とした場合の構成を例示
した概念図である。

【図４】本発明の磁気ヘッドの要部断面構成を表す概念
図である。

【図５】本発明による磁気記録再生装置の概略構成を例
示する要部斜視図である。

【図６】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッ
ドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１下地層１２反強磁性層１３ピン層１４非磁性中間層１５フリー層１６高導電層１７第１の電子反射層１８第２の電子反射層１９第３の電子反射層２０保護層１５０磁気記録装置１５１磁気ディスク１５３ヘッドスライダ１５４サスペンション１５５アクチュエータアーム１５６ボイスコイルモータ１５７固定軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者福澤英明神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者富田宏神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者福家ひろみ神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者佐橋政司神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB05 AB07 AC09 AD55 AD63 AD65 5D034 BA03 BA05 BA15 BA17 CA02 CA06 CA08 DA07 5E049 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 DB12 FC03 GC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁化の方向が実質的に一方向に固着された
強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有す
る磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非
磁性中間層と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対側に
設けられ、前記磁化固着層及び前記磁化自由層よりも高
い導電性を有する高導電層と、前記高導電層からみて前記磁化自由層とは反対側に設け
られ、前記高導電層を構成する主要元素とは異なる元素
の化合物を主成分として含有し、実質的に非磁性を示
し、かつ実質的に結晶質からなる非磁性結晶層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】前記非磁性結晶層は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、
Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐ
ｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏ及び希土類金
属のうちの少なくともいずれか１つの酸化物を主成分と
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３】前記非磁性結晶層の膜厚は、０．５ｎｍ以
上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２
に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】磁化の方向が実質的に一方向に固着された
強磁性層を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性層を有す
る磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非
磁性中間層と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対側に
設けられ、前記磁化固着層及び前記磁化自由層よりも高
い導電率を有する高導電層と、前記高導電層からみて前記磁化自由層とは反対側に設け
られ、前記高導電層を構成する主要元素とは異なる元素
の化合物を主成分として含有する第１の化合物層と、前記第１の化合物層からみて前記高導電層とは反対側に
設けられた第２の化合物層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】前記第１の化合物層は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、
Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚ
ｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｔｈ、Ｂｅ、Ｚ
ｒ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、
Ｃｕ、Ｉｎ、Ｔｈ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｚ
ｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｄ、Ｒｂなる元素の序列のうちから選択された第１の元
素の酸化物を主成分とし、前記第２の化合物層は、前記
元素の序列のうちで前記第１の元素よりも後に位置する
元素の酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項４
記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】前記第１の化合物層と前記第２の化合物層
の膜厚の合計は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であること
を特徴とする請求項４または５に記載の磁気抵抗効果素
子。
【請求項７】前記高伝導層の膜厚は、０．５ｎｍ以上３
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】磁化の方向が実質的に一方向に固着された
強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有す
る磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非
磁性中間層と、を備え、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対側
に、前記磁化固着層及び前記磁化自由層よりも高い導電
性を有する高導電層が積層され、この高導電層に、この高導電層を構成する主要元素とは
異なる元素の酸化物を主成分とし、イオン化したガスを
照射することによって形成された層が積層されてなるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項９】磁化の方向が実質的に一方向に固着された
強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有す
る磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非
磁性中間層と、を備え、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対側
に、前記磁化固着層及び前記磁化自由層よりも高い導電
性を有する高導電層が積層され、この高導電層に、この高導電層を構成する主要元素とは
異なる元素の酸化物を主成分とし、プラズマ化したガス
を照射することによって形成された層が積層されてなる
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】磁化の方向が実質的に一方向に固着され
た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有す
る磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非
磁性中間層と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対側に
設けられ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒ
ｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓ及びＮｉのうちの少なくと
もいずれか１つを主成分とする金属層と、前記金属層からみて前記磁化自由層とは反対側に設けら
れ、前記高導電層を構成する主要元素とは異なる元素の
化合物を主成分として含有し、実質的に非磁性を示し、
かつ実質的に結晶質からなる非磁性結晶層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】磁化の方向が実質的に一方向に固着され
た強磁性層を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性層を有す
る磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非
磁性中間層と、前記磁化自由層からみて前記非磁性中間層とは反対側に
設けられ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒ
ｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓ及びＮｉのうちの少なくと
もいずれか１つを主成分とする金属層と、前記金属層からみて前記磁化自由層とは反対側に設けら
れた第１の酸化物層と、前記第１の酸化物層からみて前記高導電層とは反対側に
設けられた第２の酸化物層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１つに記載の
磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッ
ド。
【請求項１３】請求項１２記載の磁気ヘッドを備え、磁
気記録媒体に格納された磁気的情報を読み取り可能とし
たことを特徴とする磁気再生装置。