JP2008243327A - 垂直通電型ｇｍｒ再生素子、並びにこのｇｍｒ再生素子を具えることを特徴とする磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 - Google Patents

垂直通電型ｇｍｒ再生素子、並びにこのｇｍｒ再生素子を具えることを特徴とする磁気ヘッド及び磁気記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高MR比で高S/N比を得ることができるとともに、出力変動を抑えた新規な構成の再生素子を提供する。
【解決手段】磁化固着層、磁化自由層、及び前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含む複合スペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁化自由層を安定化させるためのバイアス機構と、再生分解能を確保するためのシールド機構と、前記磁気抵抗効果素子の面内垂直方向に通電するための上下電極とを具える垂直通電型再生素子において、面積抵抗（RA：単位 Ω×μｍ2）が前記磁気抵抗効果素子のトラック幅（TW：単位nm）とギャップ長さ（GAP：単位nm）に対して0.00062×√(GAP)×TW+0.06以下、又は面積抵抗（RA：単位Ω×μｍ2）が、使用する線記録密度(kBPI：単位 kBPI)と前記磁気抵抗効果素子のトラック幅（TW：単位nm）に対して0.14×TW(nm)/√(kBPI)+0.06 以下となるようにする。
【選択図】図９

Description

本発明は、磁気抵抗効果膜の膜面の垂直方向にセンス電流を流して磁気を検知する磁気抵抗効果素子、並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置に関する。
現在ハードディスクドライブに使用する再生ヘッドとしてスピンバルブ膜（SV膜）が広く使用されている。従来は再生原理として巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect :GMR）が使用され、バイアス電流としてはSV膜に対して膜面平行に電流を流すCIP(Current In-Plane)タイプのCIP-GMRが主流であった。これは磁化方向のリファレンスとして磁化方向が動かない磁化固着層と、外部磁場に対しある程度自由に磁化方向が変化する磁化自由層と、その２枚の膜の間にスペーサー層を備えた三層膜で構成されている。
磁化自由層及び磁化固着層はCo,Ni,Fe等の磁性体で作製され、スペーサー層はCu,Ag,Au等の非磁性導電体で作製される。近年同じSV構造で再生原理としてTMR(Tunneling Magneto-Resistive effect)を用い、SV膜に垂直に電流を流す垂直通電型(Current Perpendiculara-to-plane：CPP )のCPP-TMRが量産化され始めた。またより高密度記録で有利になるCPP-GMRが注目されている（非特許文献１）
IEEE Trans. Magn., vol 38, pp. 2277-, 2002
上記文献中にも記載されているように、CPP-GMRハードディスクで使用する場合、少なくとも3％程度のMR比（Magneto Resistive Ratio:抵抗変化率＝抵抗変化量÷抵抗）が必要で、充分なS/Nを確保するためにはその倍以上の7％のMR比が必要である。しかし前述の様なGMR・SV膜をCPP構造に適用するとMR比としては0.5-1.0％程度となり出力特性が足りない。このような観点から、従来のSV膜の非磁性スペーサー層に細かな穴(メタルホール)を持った絶縁層を用い、電流狭窄機構を利用することによって出力を上げる試みがなされている（特許文献１）。
特開2006-54257号
上記特許文献に記載されているように、S/Nの確保できるMR比が7.5％、RA(Resistance-Area Product：面積抵抗)が0.6Ωμm2の再生ヘッドを得た場合。このMR比とRAは上記特許文献中に記載されているように互いに相関がある。ヘッドとしてのSV素子のサイズはトラック幅（Track Width: Tw）70nm、素子高さ(Stripe Height: SH)70nm、ギャップ長さ（Gap Length: GAP）55nmである。
通常の垂直記録方式でこのヘッドを用いて再生し、バイアス電流を120mVの電圧印加で流した場合、低周波数での出力電圧は1.6mVppとなり、S/Nも確保できた。しかしその出力電圧の推移を時間の関数としてみると図１の様にランダムな変動が見られる。ヘッドをハードディスクに組み込んで使用する場合、10％の出力変動が頻繁に起こるとAGC（Auto Gain Control）が作動しなくなる等の不具合が生じるので、 応用上この出力変動の標準偏差を少なくとも出力の5％以下に抑える必要がある。
本発明は、高MR比で高S/N比を得ることができるとともに、出力変動を抑えた新規な構成の再生素子を提供することを目的とする。また、前記再生素子を具えた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明の一態様は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含む複合スペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁化自由層を安定化させるためのバイアス機構と、
再生分解能を確保するためのシールド機構と、
前記磁気抵抗効果素子の面内垂直方向に通電するための上下電極とを具え、
面積抵抗（RA：単位 Ω×μｍ2）が前記磁気抵抗効果素子のトラック幅（TW：単位nm）とギャップ長さ（GAP：単位nm）に対して0.00062×√(GAP)×TW+0.06以下であることを特徴とする、垂直通電型GMR再生素子（第１の再生素子）に関する。
また、本発明の他の態様は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含む複合スペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁化自由層を安定化させるためのバイアス機構と、
再生分解能を確保するためのシールド機構と、
前記磁気抵抗効果素子の面内垂直方向に通電するための上下電極とを具え、
面積抵抗（Resistance-Area Product ；RA：単位Ω×μｍ2）が、使用する線記録密度(kBPI：単位 kBPI)と前記磁気抵抗効果素子のトラック幅（TW：単位nm）に対して0.14×TW(nm)/√(kBPI)+0.06 以下であることを特徴とする、垂直通電型GMR再生素子（第２の再生素子）に関する。
GMR素子をハードディスクに使用する場合のGMR素子周辺部の説明をする。ハードディスクに使用する場合、GMR素子は磁気記録媒体に対向する非常に滑らかな面（Air Bearing Surface: ABS）に対して垂直に概ね長方形に切り出して使用される(図２参照)。この長方形がABSに面している辺の長さを(物理的)トラック幅（TW）とよぶ。もう一方の辺を素子高さ（SH）とよぶ。作製方法によって異なるが、GMR素子の下部と上部とのサイズが異なる場合があるが、ここでは再生幅に影響が大きい磁化自由層とスペーサー層の境界のサイズとする。
また素子は磁気シールドに挟まれた形で使用され(図３参照)、シールドの間隔をギャップ長さ（GAP）とよぶ。ヘッドでのRAは再生抵抗Rと素子面積A（TW×SH）で定義される。上記課題を解決する手段を見出すために、GAP、TW、SH及び面積抵抗（Resistance-Area Product: RA）を変えて、120mＶのバイアス電圧で1.5mV以上の再生出力を示すCCP-CPP-GMRヘッドについて、垂直記録媒体を用いて出力変動特性を評価したところ、出力変動はGAP、TW、RAに顕著に依存性があることを突き止めた。
実験の結果出力の変動はRA-0.06(Ω*μｍ2)に対して1/2乗に比例することを（図４の近似曲線(1)）、TWに対しては-1/2乗に比例することを(図５)、GAPに対しては-1/4乗に比例することを(図６)見出した。この関係をまとめると下式となる。
Figure 2008243327
 さらに図４の出力変動の平均値＋1σの点の近似曲線を最小二乗法でとると
Figure 2008243327
 となる（図４の近似曲線(2)）。このときのGAP平均=60nm、TW平均＝99nmであるので数式１及び数式２より
Figure 2008243327
記録密度に応じて設定されるTW及びGAPのヘッドに対して出力変動をσ含めて５％以内に収めるためには式３を５（％）以下とおけばよい。式変形すると、RA≦α×TW×√(GAP)+0.06の形となる。ここで、αは数式（３）における。出力変動５％を含む定数部分をまとめたものであって、今の場合は0.00062となる。ここでRAの単位はΩ・μｍ2 、TW及びGAPの単位はnmとした。つまり出力変動を5％以下に保つためにはRAは以下の式に従えばよい（第１の再生素子）。
Figure 2008243327
またハードディスクに使用する場合は、ギャップ長さが最短ビット長の概ね2倍で使用されるため、GAP(nm)=2.54×107÷(ｋBPI×103)×2を式２に代入して
Figure 2008243327
 を満足することにより出力変動を5％以内に抑えられる（第２の再生素子）。
従来、CCP-CPP-GMRでは特許文献１などに見られるように、RAが低いほどMR比は小さくなるので、大きなMR比（大きな再生出力）を得るために比較的大きなRAを用いることが望ましかった。しかるに、従来では考えられない低RA領域を用いることにより、CCP-CPP-GMR特有の出力揺らぎを抑制できることを見出して、本発明を完成するに至った。
なお、本発明の磁気ヘッドは上述した第１の再生素子又は第２の再生素子を有することを特徴とし、本発明の磁気記録再生装置は、所定の磁気記録媒体と上記磁気ヘッドとを具えることを特徴とする。
以上説明したように、本発明の上記態様によれば、出力変動を抑制した垂直通電型再生素子を提供することができる。また、前記再生素子は、絶縁層とこの絶縁層を貫通する電流パスを含む複合スペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子を含むので、その電流狭窄効果によって高いMR比及びS/N比を呈する。したがって、高MR比で高S/N比を得ることができるとともに、出力変動を抑えた新規な構成の再生素子を提供することができる。また、前記再生素子を具えた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することができる。
図７は、本発明の垂直通電型再生素子の一例を表す斜視図である。なお、図７および以降の図は全て模式図であり、図上での膜厚同士の比率と、実際の膜厚同士の比率は必ずしも一致しない。
図７に示すように本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜１０、およびこれを上下から挟み込むようにして設けられた下電極１１および上電極２０を有している。なお、これらの積層体は図示しない基板上に構成されている。
磁気抵抗効果膜１０は、下地層１２、ピニング層１３、ピン層１４、下部金属層１５、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６（絶縁層１６１、電流パス１６２）、上部金属層１７、フリー層１８、キャップ層１９が順に積層されて構成される。この内、ピン層１４、下部金属層１５、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６、および上部金属層１７、およびフリー層１８が、２つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んでなるスピンバルブ膜に対応する。また、下部金属層１５、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６、および上部金属層１７の全体がスペーサ層として定義される。なお、見やすさのために、極薄酸化層１６はその上下層（下部金属層１５および上部金属層１７）から切り離した状態で表している。
なお、下電極１１及び上電極２０は、再生分解能を確保するためのシールド機構として機能する。また、図７では特に図示していないが、スピンバルブ膜の側方には、フリー層１８を安定化させるためのバイアス機構、たとえばハード磁性層が設けられている。
以下、磁気抵抗効果素子の構成要素を説明する。
下電極１１は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿って電流が流れる。この電流によって、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出し、磁気の検知が可能となる。下電極１１には、電流を磁気抵抗効果素子に通電するために、電気抵抗が比較的小さい金属層が用いられる。
下地層１２は、例えば、バッファ層１２ａ、シード層１２ｂに区分することができる。バッファ層１２ａは下電極１１表面の荒れを緩和したりするための層である。シード層１２ｂは、その上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するための層である。
バッファ層１２ａとしては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒまたはこれらの合金を用いることができる。シード層１２ｂは、その上に成膜される層の結晶配向を制御できる材料であればよい。シード層１２ｂとして、ｆｃｃ構造（face-centered cubic structure：面心立方格子構造）またはｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密格子構造）やｂｃｃ構造（body-centered cubic structure：体心立方格子構造）を有する金属層などが好ましい。例えば、シード層１２ｂとして、ｈｃｐ構造を有するＲｕや、ｆｃｃ構造を有するＮｉＦｅを用いることにより、その上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３（例えば、ＰｔＭｎ）の結晶配向を規則化したｆｃｔ構造（face-centered tetragonal structure：面心正方構造）、あるいはｂｃｃ（body-centered cubic structure：体心立方構造）（１１０）配向とすることができる。
スピンバルブ膜やピニング層１３の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。スピンバルブ膜のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５〜６度として、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折スポットからも判別することができる。
シード層１２ｂとして、Ｒｕの代わりに、ＮｉＦｅベースの合金（例えば、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝９０〜５０％、好ましくは７５〜８５％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））を用いることもできる。ＮｉＦｅベースのシード層１２ｂでは、良好な結晶配向性を得るのが比較的容易であり、上記と同様に測定したロッキングカーブの半値幅を３〜５度とすることができる。
シード層１２ｂには、結晶配向を向上させる機能だけでなく、スピンバルブ膜の結晶粒径を制御する機能もある。具体的には、スピンバルブ膜の結晶粒径を５〜４０ｎｍに制御することができ、磁気抵抗効果素子のサイズが小さくなっても、特性のばらつきを招くことなく高いＭＲ変化率を実現できる。
ここでの結晶粒径は、シード層１２ｂの上に形成された結晶粒の粒径によって判別することができ、断面ＴＥＭなどによって決定することができる。ピン層１４がスペーサ層１６よりも下層に位置するボトム型スピンバルブ膜の場合には、シード層１２ｂの上に形成される、ピニング層１３（反強磁性層）や、ピン層１４（磁化固着層）の結晶粒径によって判別することができる。
素子面積あたりの結晶粒の数が少なくなると、結晶数が少ないことに起因した特性のばらつきの原因となりうるため、結晶粒径を大きくすることはあまり好ましくない。特に電流パスを形成しているＣＣＰ−ＣＰＰ素子では結晶粒径を大きくすることはあまり好ましくない。一方、結晶粒径が小さくなりすぎても、良好な結晶配向を維持することが一般的には困難になる。これら、結晶粒径の上限、および下限を考慮した結晶粒径の好ましい範囲が、５〜２０ｎｍである。
ピニング層１３は、その上に成膜されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、ＩｒＭｎが有利である。ＩｒＭｎは、ＰｔＭｎよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録の為に必要な狭ギャップ化に適している。
ピニング層１３として、反強磁性層の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０〜８５％、ｙ＝０〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０〜６０％）を用いることができる。ハード磁性層（特に、ＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗および面積抵抗ＲＡの増大を抑制できる。
ピン層（磁化固着層）１４は、下部ピン層１４１（例えば、Ｃｏ９０Ｆｅ１０）、磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）、および上部ピン層１４３（例えば、Ｆｅ５０Ｃｏ５０／Ｃｕ×２／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）からなるシンセティックピン層とすることが好ましい一例である。ピニング層１３（例えば、ＩｒＭｎ）とその直上の下部ピン層１４１は一方向異方性（unidirectional anisotropy）をもつように交換磁気結合している。磁気結合層１４２の上下の下部ピン層１４１および上部ピン層１４３は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く磁気結合している。
下部ピン層１４１の材料として、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０〜１００％）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したものを用いることができる。また、下部ピン層１４１の材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単元素やこれらの合金を用いても良い。
下部ピン層１４１の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ（Ｂｓ・ｔ積））が、上部ピン層１４３の磁気膜厚とほぼ等しいことが好ましい。つまり、上部ピン層１４３の磁気膜厚と下部ピン層１４１の磁気膜厚とが対応することが好ましい。
磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）は、上下の磁性層（下部ピン層１４１および上部ピン層１４３）に反強磁性結合を生じさせてシンセティックピン構造を形成する機能を有する。
上部ピン層１４３の一例として、（Ｆｅ５０Ｃｏ５０／Ｃｕ×２／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）のような磁性層を用いることができる。上部ピン層１４３は、スピン依存散乱ユニットの一部をなす。上部ピン層１４３は、ＭＲ効果に直接的に寄与する磁性層であり、大きなＭＲ変化率を得るために、この構成材料、膜厚の双方が重要である。特に、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６との界面に位置する磁性材料は、スピン依存界面散乱に寄与する点で特に重要である。
上部ピン層１４３としてここで用いた、ｂｃｃ構造をもつＦｅ５０Ｃｏ５０を用いる効果について述べる。上部ピン層１４３として、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料を用いた場合、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きなＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性を満たしたＦｅ４０Ｃｏ６０〜Ｆｅ６０Ｃｏ４０が使いやすい材料の一例である。
上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつコバルト合金を用いることができる。上部ピン層１４３として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの単体金属、またはこれらのいずれか一つの元素を含む合金材料はすべて用いることができる。上部ピン層１４３の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものから並べると、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成をもつニッケル合金の順になる。
ここでの一例として挙げたものは、上部ピン層１４３として、磁性層（ＦｅＣｏ層）と非磁性層（極薄Ｃｕ層）とを交互に積層したものを用いることができる。このような構造を有する上部ピン層１４３では、極薄Ｃｕ層によって、スピン依存バルク散乱効果と呼ばれるスピン依存散乱効果を向上させることができる。
「スピン依存バルク散乱効果」は、スピン依存界面散乱効果と対の言葉として用いられる。スピン依存バルク散乱効果とは、磁性層内部でＭＲ効果を発現する現象である。スピン依存界面散乱効果は、スペーサ層と磁性層の界面でＭＲ効果を発現する現象である。
以下、磁性層と非磁性層の積層構造によるバルク散乱効果の向上につき説明する。
ＣＣＰ−ＣＰＰ素子においては、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の近傍で電流が狭窄されるため、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の界面近傍での抵抗の寄与が非常に大きい。つまり、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６と磁性層（ピン層１４、フリー層１８）の界面での抵抗が、磁気抵抗効果素子全体の抵抗に占める割合が大きい。このことは、スピン依存界面散乱効果の寄与がＣＣＰ−ＣＰＰ素子では非常に大きく、重要であることを示している。つまり、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の界面に位置する磁性材料の選択が従来のＣＰＰ素子の場合と比較して、重要な意味をもつ。これが、ピン層１４３として、スピン依存界面散乱効果が大きいｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いた理由であり、前述したとおりである。
しかしながら、バルク散乱効果の大きい材料を用いることも無視できず、より高ＭＲ変化率を得るためにはやはり重要である。
磁性層間の非磁性層の材料として、Ｃｕの換わりに、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉなどを用いてもよい。
上部ピン層１４３として、ＦｅＣｏ層とＣｕ層との交互積層構造に換えて、ＦｅＣｏとＣｕを合金化した層を用いてもよい。このようなＦｅＣｏＣｕ合金として、例えば、（ＦｅxＣｏ100-x）100-yＣｕy（ｘ＝３０〜１００％、ｙ＝３〜１５％程度）が挙げられるが、これ以外の組成範囲を用いてもよい。ここで、ＦｅＣｏに添加する元素として、Ｃｕの代わりに、Ｈｆ、Ｚｒ，Ｔｉなど他の元素を用いてもよい。
上部ピン層１４３には、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉや、これらの合金材料からなる単層膜を用いてもよい。
次に、スペーサ層を形成する膜構成について述べる。下部金属層１５は、電流パス１６２の形成に用いられ、いわば電流パス１６２の供給源である。ただし、電流パス１６２の形成後にも明確な金属層として残存している必要はない。下部金属層１５は、広義のスペーサ層の一部を形成する材料である。下部金属層１５は、その上部のＣＣＰ−ＮＯＬ層１６を形成するときに、下部に位置する磁性層１４３の酸化を抑制するストッパ層としての機能も有する。
ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６は、絶縁層１６１、電流パス１６２を有する。絶縁層１６１は、酸化物、窒化物、酸窒化物等から構成される。絶縁層１６１として、Ａｌ2Ｏ3のようなアモルファス構造や、ＭｇＯのような結晶構造の双方が有り得る。なお、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６は本発明の電流狭窄層に相当する。
絶縁層１６１に用いる典型的な絶縁材料として、Ａｌ２Ｏ３をベース材料としたものや、これに添加元素を加えたものがある。添加元素として、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｂ，Ｃ，Ｖなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜変えることができる。
絶縁層１６１には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の換わりに、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｖ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物の場合でも、添加元素として上述の材料を用いることができる。また、添加元素の量を０％〜５０％程度の範囲で適宜に変えることができる。
これら酸化物の換わりに、上述したようなＡｌ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｂ，Ｃをベースとした酸窒化物や、窒化物を用いても、電流を絶縁する機能を有する材料であれば構わない。
電流パス１６２は、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。絶縁層１６１の膜面垂直方向に電流を通過させる導電体として機能し、例えば、Ｃｕ等の金属層から構成できる。即ち、スペーサ層１６では、電流狭窄構造（ＣＣＰ構造）を有し、電流狭窄効果によりＭＲ変化率を増大可能である。
電流パス１６２（ＣＣＰ）を形成する材料は、Ｃｕ以外には、Ａｕ，Ａｇや、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ、もしくはこれらの元素を少なくとも一つは含む合金層を挙げることができる。一例として、電流パス１６２をＣｕを含む合金層で形成することができる。ＣｕＮｉ，ＣｕＣｏ，ＣｕＦｅなどの合金層も用いることができる。ここで、５０％以上のＣｕを有する組成とすることが、高ＭＲ変化率と、ピン層１４とフリー層１８の層間結合磁界interlayer coupling field, Hin）を小さくするためには好ましい。
電流パス１６２は絶縁層１６１と比べて著しく酸素、窒素の含有量が少ない領域であり（少なくとも２倍以上の酸素や窒素の含有量の差がある）、一般的には結晶相である。結晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス１６２として機能しやすい。
上部金属層１７は、その上に成膜されるフリー層１８がＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の酸化物に接して酸化されないように保護するバリア層としての機能、およびフリー層１８の結晶性を良好にする機能を有する。例えば、絶縁層１６１の材料がアモルファス（例えば、Ａｌ2Ｏ3）の場合には、その上に成膜される金属層の結晶性が悪くなるが、ｆｃｃ結晶性を良好にする層（例えば、Ｃｕ層）を配置することで（１ｎｍ以下程度の膜厚で良い）、フリー層１８の結晶性を著しく改善することが可能となる。
ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の材料やフリー層１８の材料によっては、必ずしも上部金属層１７を設けなくてもよい。アニール条件の最適化や、極薄酸化層１６の絶縁層１６１材料の選択、フリー層１８の材料などによって、結晶性の低下を回避し、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の金属層１７が不要にできる。
しかし、製造上のマージンを考慮すると、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６上に上部金属層１７を形成することが好ましい。好ましい一例としては、上部金属層１７として、Ｃｕ［０．５ｎｍ］を用いることができる。
上部金属層１７の構成材料として、Ｃｕ以外に、Ａｕ，Ａｇなどを用いることもできる。上部金属層１７の材料は、ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の電流パス１６２の材料と同一であることが好ましい。上部金属層１７の材料が電流パス１６２の材料と異なる場合には界面抵抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じない。
フリー層１８は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層である。例えば、界面にＣｏＦｅを挿入してＮｉＦｅを用いたＣｏ９０Ｆｅ１０／Ｎｉ８３Ｆｅ１７という二層構成がフリー層１８の一例として挙げられる。この場合、スペーサ層１６との界面には、ＮｉＦｅ合金よりもＣｏＦｅ合金を設けることが好ましい。高いＭＲ変化率を得るためには、スペーサ層１６の界面に位置するフリー層１８の磁性材料の選択が重要である。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ90Ｆｅ10単層を用いることができる。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成からなるフリー層を用いても構わない。
ＣｏＦｅ合金のなかでも、軟磁気特性が安定であることから、Ｃｏ90Ｆｅ10が好ましい。また、ＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、極薄Ｃｕ層とを、複数層交互に積層したものを用いてもよい。
ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６がＣｕ層から形成される場合には、ピン層１４と同様に、フリー層１８でも、ｂｃｃのＦｅＣｏ層をスペーサ層１６との界面材料として用いると、ＭＲ変化率が大きくなる。ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６との界面材料として、ｆｃｃのＣｏＦｅ合金に換えて、ｂｃｃのＦｅＣｏ合金を用いることもできる。この場合、ｂｃｃ層が形成されやすい、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０〜１００）や、これに添加元素を加えた材料を用いることができる。
キャップ層１９は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例えば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造とすることができる。また、キャップ層１９として、Ｒｕをフリー層１８側に配置したＲｕ／Ｃｕ層なども用いることができる。この構成のキャップ層１９は、特に、フリー層１８がＮｉＦｅからなる場合に望ましい。ＲｕはＮｉと非固溶な関係にあるので、フリー層１８とキャップ層１９の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
キャップ層１９として、Ｃｕ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キャップ層１９の構成は特に限定されず、キャップとしてスピンバルブ膜を保護可能なものであれば、他の材料を用いてもよい。但し、キャップ層の選択によってＭＲ変化率や長期信頼性が変わる場合があるので、注意が必要である。ＣｕやＲｕはこれらの観点からも望ましいキャップ層の材料の例である。
上電極２０は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部にその膜の垂直方向の電流が流れる。上部電極層２０には、電気的に低抵抗な材料（例えば、Ｃｕ，Ａｕ）が用いられる。
（磁気抵抗効果素子の製造に用いられる装置）
図８は、磁気抵抗効果素子の製造に用いられる成膜装置の概略を示す模式図である。図８に示すように、搬送チャンバー（ＴＣ）５０を中心として、ロードロックチャンバー５１、プレクリーニングチャンバー５２、第１の金属成膜チャンバー（ＭＣ１）５３、第２の金属成膜チャンバー（ＭＣ２）５４、酸化物層・窒化物層形成チャンバー（ＯＣ）６０がそれぞれゲートバルブを介して設けられている。この成膜装置では、ゲートバルブを介して接続された各チャンバーの間で、真空中において基板を搬送することができるので、基板の表面は清浄に保たれる。
金属成膜チャンバー５３，５４は多元（５〜１０元）のターゲットを有する。成膜方式は、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、およびＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などが挙げられる。
（磁気抵抗効果素子の製造方法の全体的説明）
以下、磁気抵抗効果素子の製造方法の全体について詳細に説明する。
基板（図示せず）上に、下電極１１、下地層１２、ピニング層１３、ピン層１４、下部金属層１５、スペーサ層１６、上部金属層１７、フリー層１８、キャップ層１９、上電極２０を順に形成する。
基板をロードロックチャンバー５１にセットし、金属の成膜を金属成膜チャンバー５３、５４で、酸化を酸化物層・窒化物層形成チャンバー６０でそれぞれ行う。金属成膜チャンバーの到達真空度は１×１０−８Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましく、５×１０−１０Ｔｏｒｒ〜５×１０−９Ｔｏｒｒ程度が一般的である。搬送チャンバー５０の到達真空度は１０−９Ｔｏｒｒオーダーである。酸化物層・窒化物層形成チャンバー６０の到達真空度は８×１０−８Ｔｏｒｒ以下である。
（１）下地層１２の形成
基板（図示せず）上に、下電極１１を微細加工プロセスによって前もって形成しておく。
下電極１１上に、下地層１２として、例えば、Ｔａ／Ｒｕを成膜する。既述のように、Ｔａは下電極の荒れを緩和したりするためのバッファ層１２ａである。Ｒｕはその上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するシード層１２ｂである。
（２）ピニング層１３の形成
下地層１２上にピニング層１３を成膜する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。
（３）ピン層１４の形成
ピニング層１３上にピン層１４を形成する。ピン層１４は、例えば、下部ピン層１４１（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）、磁気結合層１４２（Ｒｕ）、および上部ピン層１４３（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）からなるシンセティックピン層とすることができる。
（４）ＣＣＰ−ＮＯＬ層１６の形成
次に、電流狭窄構造（ＣＣＰ構造）を有するＣＣＰ−ＮＯＬ１６を形成する。ＣＣＰ−ＮＯＬ１６を形成するには、酸化物層・窒化物層形成チャンバー６０を用いる。ＣＣＰ−ＮＯＬ１６の形成方法は、以下に示す通りである。
最初に、上部ピン層１４３上に、電流パスの供給源となる金属層ｍ１（例えばＣｕ）を成膜した後、下部金属層ｍ上に絶縁層１６１の一部として変換される金属層ｍ２（例えばＡｌＣｕやＡｌ）を成膜する。
次いで、金属層ｍ２に対して変換処理を行う。この変換処理は、酸化処理あるいは窒化処理を経て行うことができる。また、このような変換処理は複数のステップを経て実施するようにすることができる。例えば、変換処理の第１ステップとして、希ガス（例えばＡｒ）のイオンビームを照射する。この前処理をＰＩＴ（Pre-ion treatment）という。このＰＩＴの結果、金属層ｍ２中に金属層ｍ１の一部が吸い上げられて侵入した状態になる。エネルギー処理を行うための手段としてＰＩＴは有効である。
なお、上記エネルギーを与える別の手段として、膜表面を加熱するなどの手段も有効である。このときは、１００〜３００℃程度で加熱する手段などがある。また、前述のように、酸素ガスを用いて酸化膜への変換を行った後に、Ａｒなどの希ガスを用いてエネルギー処理を行う方法でもよい。この後処理をＡＩＴ（After-ion treatment）と呼ぶ。
また、上述したＰＩＴなどに加えて、本例では上記イオンビームなどの存在下に酸素ガスや窒素ガスなどを供給し、エネルギーアシストを得た状態で酸化処理あるいは窒化処理を行う。このような処理はＩＡＯ（Ion−beam assisted oxidation）などと呼ぶ。
上記のような処理を経ることによって、金属層ｍ１のＣｕがＡｌＣｕ層中へ吸い上げられ、金属層ｍ２が金属状態から絶縁層状態へと変換される。
ＰＩＴ，およびＡＩＴでは、加速電圧３０〜１５０Ｖ、ビーム電流２０〜２００ｍＡ、処理時間３０〜１８０秒の条件でＡｒイオンを照射する。上記加速電圧の中でも、４０〜６０Ｖの電圧範囲が好ましい。これよりも高い電圧範囲の場合には、ＰＩＴやＡＩＴ後の表面荒れ等の影響により、ＭＲ変化率の低下が生じる場合がある。また、電流値としては、３０〜８０ｍＡの範囲、照射時間として、６０秒から１５０秒の範囲を利用できる。
また、ＰＩＴやＡＩＴ処理の換わりに、ＡｌＣｕやＡｌなどの絶縁層１６１の一部として変換される前の金属層をバイアススパッタで形成する手法もある。この場合には、バイアススパッタのエネルギーは、ＤＣバイアスの場合には３０〜２００Ｖ、ＲＦバイアスの場合には３０〜２００Ｗとすることができる。
なお、ＩＡＯでは、加速電圧４０〜２００Ｖ、ビーム電流３０〜２００ｍＡ、処理時間１５〜３００秒の条件でＡｒイオンを照射する。上記加速電圧の中でも、５０〜１００Ｖの電圧範囲が好ましい。加速電圧がこれよりも高いと、ＰＩＴ後の表面荒れ等の影響により、ＭＲ変化率の低下が生じる可能性がある。また、ビーム電流として、４０〜１００ｍＡ、照射時間として、３０秒〜１８０秒を採用できる。
ＩＡＯでの酸化時の酸素供給量としては、１０００〜３０００Ｌが好ましい範囲である。ＩＡＯ時にＡｌだけでなく、下部磁性層（ピン層１４）まで酸化されると、ＣＣＰ−ＣＰＰ素子の耐熱性、信頼性が低下するので好ましくない。信頼性向上のために、スペーサ層１６の下部に位置する磁性層（ピン層１４）が酸化されず、メタル状態であることが重要である。これを実現するためには酸素供給量を上記範囲とすることが必要である。
また、供給された酸素によって安定な酸化物を形成するために、イオンビームを基板表面に照射している間だけ、酸素ガスをフローしていることが望ましい。即ち、イオンビームを基板表面に照射していないときは、酸素ガスをフローしないことが望ましい。
上述のような処理を経た後、例えば、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁層１６１とＣｕからなる電流パス１６２とを有するスペーサ層１６が形成される。Ａｌが酸化されやすく、Ｃｕが酸化されにくいという、酸化エネルギーの差を利用した処理である。
（５）フリー層１８の形成
まず、高いＭＲ変化率を得るためには、スペーサ層１６との界面に位置するフリー層１８の磁性材料の選択が重要である。この場合、スペーサ層１６との界面には、ＮｉＦｅ合金よりもＣｏＦｅ合金を設けることが好ましい。ＣｏＦｅ合金のなかでも特に軟磁気特性が安定なＣｏ９０Ｆｅ１０を用いることができる。他の組成でも、ＣｏＦｅ合金は用いることができる。
スピン依存界面散乱効果を上昇させるために、フリー層１８に、例えば、Ｆｅ５０Ｃｏ５０（もしくは、ＦｅxＣｏ100-x（ｘ＝４５〜８５））を用いた場合には、フリー層１８としての軟磁性を維持するために、ピン層１４のような厚い膜厚は使用困難である。
ＣｏＦｅ層の上に設けられるＮｉＦｅ層は、軟磁性特性が安定な材料からなる。ＣｏＦｅ合金の軟磁気特性はそれほど安定ではないが、その上にＮｉＦｅ合金を設けることによって軟磁気特性を補完することができる。ＮｉＦｅをフリー層１８として用いることは、スペーサ層１６との界面に高ＭＲ変化率を実現できる材料が使用可能となり、スピンバルブ膜のトータル特性上好ましい。
ＮｉＦｅ合金の組成は、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝７８〜８５％程度）が好ましい。ここで、通常用いるＮｉＦｅの組成Ｎｉ８１Ｆｅ１９よりも、Ｎｉリッチな組成（例えば、Ｎｉ８３Ｆｅ１７）を用いることが好ましい。これはゼロ磁歪を実現するためである。ＣＣＰ構造のスペーサ層１６上に成膜されたＮｉＦｅでは、メタルＣｕ製のスペーサ層上に成膜されたＮｉＦｅよりも、磁歪がプラス側にシフトする。プラス側への磁歪のシフトをキャンセルするために、Ｎｉ組成が通常よりも多い、負側のＮｉＦｅ組成を用いている。
（６）キャップ層１９、および上電極２０の形成（工程Ｓ１６）
フリー層１８の上に、キャップ層１９として例えば、Ｃｕ／Ｒｕを積層する。キャップ層１９の上にスピンバルブ膜へ垂直通電するための上電極２０を形成する。
（実施例１）
GAPが55nm、TW=120nmのヘッドに適用したデータを示す。CCP-CPP-GMRの絶縁層の構成はAlOxに添加物としてCuを加えたものとした。線記録密度で920kBPI、トラック密度で125kTPIに相当するので、おおよそ115Gbpsiの記録密度に相当するヘッドである。ヘッド出力は実際に記録信号を読み取ることはせず、垂直記録方式媒体からの低周波数信号読み取り時の磁界に相当する+/-400 Oeを一様静磁界としてGAPから侵入させて抵抗差を読み取ることでヘッド出力を算出した。
また、ハードディスクに組み込んだときにS/Nが取れるようセンスバイアスとして120mＶを印可したときの再生出力が1.5mＶ以上のヘッドをテストに使用した。環境温度は実際使用される温度より大きい130度とした。このときのRAの上限としては式２にGAP=55(nm)・TW=120nmを代入することにより0.61Ωμm2となる。このケースではRA=0.38μm2のサンプルで実験した。10個のサンプルで出力ばらつきの平均値は3.03％、標準偏差は0.91％となり変動は十分5％の規格内に収まっている（図９参照）。
（実施例２）
GAPが40nm、TW=50nmのヘッドに適用したデータを示す。線記録密度で1300kBPI、トラック密度で300kTPIに相当するので、おおよそ400Gbpsiの記録密度に相当するヘッドである。テスト方法は実施例１と同様とした。RAは式２にGAP=40(nm)・TW=50nmを代入することにより、0.26Ωμm2以内にする必要があることが分かる。サンプルではRA=0.20Ωμm2とした。サンプル数は13で出力ばらつきの平均は4.08％で標準偏差は0.72％となった。１σの範囲内で5％に収まっている（図１０参照）。
（実施例３）
GAPが40nm、TW=50nmと実施例２と同じ形状のヘッドであるが別ウェハのデータを示す。実施例２と同様、おおよそ400Gbpsiの記録密度に相当するヘッドである。テスト方法は実施例１と同様とした。RAは上記同様に0.26Ωμm2以内とし、サンプルではRA=0.22Ωμm2を作製した。サンプル数は9で出力ばらつきの平均は4.18％で標準偏差は0.59％となった。１σの範囲内で5％に収まっている（図１１参照）。
（比較例）
本特許の適用外のサンプルを示す。GAPが40nm、TW=60nmのヘッドにおいて、線記録密度で1300kBPI、トラック密度で250kTPIに相当するので、おおよそ320Gbpsiの記録密度に相当するヘッドである。テスト方法は実施例１と同様とした。RAは本特許から0.30Ωμm2以内にする必要があるがサンプルではRA=0.40Ωμm2とした。サンプル数は11で出力ばらつきの平均は5.07％で標準偏差は1.36％となって平均値で5％を超えている（図１２参照）。
（本特許の効果）
記録密度を130-1900Gbpsiまで変えたときのRA上限値例を表１に示す。以上のように記録密度の広い範囲でCCP−CPP−GMR素子をハードディスクに使用する際、式２、式３を満たすように面積抵抗をコントロールすれば出力の変動をハードディスク使用上問題の無い5％以下にすることが可能となる。
Figure 2008243327
（磁気ヘッド、及び磁気記録再生装置）
上述した磁気抵抗効果素子は、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
図１３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。図１３に示す磁気記録再生装置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、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。なお、図に示す磁気記録再生装置１５０では、単独の磁気ディスク２００のみを用いているが、複数の磁気ディスク２００を具えることができる。
磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３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。ヘッドスライダ１５３は、上述したいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
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。但し、このような浮上型に代えて、スライダが磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。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。
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７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。
図１４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。磁気ヘッドアッセンブリ１６０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１５５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。
サスペンション１５４の先端には、上述したいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。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。
図１３及び１４に示す磁気記録再生装置においては、上述した本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具えることにより、従来よりも高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。
例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。また、本発明の実施形態は、長手磁気記録方式のみならず、垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても適用できる。さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
その他、本発明の実施形態として上述した磁気ヘッドおよび磁気記憶再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記憶再生装置および磁気メモリも同様に本発明の範囲に属する。
従来の垂直通電型再生素子の出力変動を示すグラフである。 ハードディスクに使用する場合のGMR素子周辺部の説明するための図である。 同じく、ハードディスクに使用する場合のGMR素子周辺部の説明するための図である。 面積抵抗RAと出力変動との関係を示すグラフである。 トラック幅と出力変動との関係を示すグラフである。 GAPと出力変動との関係を示すグラフである。 本発明の垂直通電型再生素子の一例を表す斜視図である。 磁気抵抗効果素子の製造に用いられる成膜装置の概略を示す模式図である。 実施例で得た垂直通電型再生素子の出力変動を示すグラフである。 同じく、実施例で得た垂直通電型再生素子の出力変動を示すグラフである。 同じく、実施例で得た垂直通電型再生素子の出力変動を示すグラフである。 比較例で得た垂直通電型再生素子の出力変動を示すグラフである。 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。 アクチュエータアームから先のヘッドジンバルアセンブリーをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
符号の説明
１０…磁気抵抗効果膜、１１…下電極、１２…下地層、１２ａ…バッファ層、１２ｂ…シ
ード層、１３…ピニング層、１４…ピン層、１４１…下部ピン層、１４２…磁気結合層、
１４３…上部ピン層、１５…下部金属層、１６…ＣＣＰ−ＮＯＬ層、１６１…絶縁層、１６２…電流パス、１７…上部金属層、１８…フリー層、１９…キャップ層、２０…上電極、

Claims (6)

  1. 磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含む複合スペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
    前記磁化自由層を安定化させるためのバイアス機構と、
    再生分解能を確保するためのシールド機構と、
    前記磁気抵抗効果素子の面内垂直方向に通電するための上下電極とを具え、
    面積抵抗（RA：単位 Ω×μｍ2）が前記磁気抵抗効果素子のトラック幅（TW：単位nm）とギャップ長さ（GAP：単位nm）に対して0.00062×√(GAP)×TW+0.06以下であることを特徴とする、垂直通電型GMR再生素子。
  2. 請求項１に記載の垂直通電型GMR再生素子を具えることを特徴とする、磁気ヘッド。
  3. 磁気記録媒体と、請求項２に記載の磁気ヘッドとを具えることを特徴とする、磁気記録再生装置。
  4. 磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含む複合スペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
    前記磁化自由層を安定化させるためのバイアス機構と、
    再生分解能を確保するためのシールド機構と、
    前記磁気抵抗効果素子の面内垂直方向に通電するための上下電極とを具え、
    面積抵抗（RA：単位Ω×μｍ2）が、使用する線記録密度(kBPI：単位 kBPI)と前記磁気抵抗効果素子のトラック幅（TW：単位nm）に対して0.14×TW(nm)/√(kBPI)+0.06 以下であることを特徴とする、垂直通電型GMR再生素子。
  5. 請求項４に記載の垂直通電型GMR再生素子を具えることを特徴とする、磁気ヘッド。
  6. 磁気記録媒体と、請求項２に記載の磁気ヘッドとを具えることを特徴とする、磁気記録再生装置。
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