JP3253556B2 - 磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置

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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
とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＨＤＤ等の磁気記録装置では、記録密度
の向上を図るために媒体の記録トラック幅を縮小する方
向に進んでおり、この記録トラック幅の縮小に伴う再生
出力の低下を補うために、高感度な磁気抵抗効果素子
（ＭＲ素子）を適用した磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が必
要となりつつある。特に、信号磁界に応じて磁化回転す
る強磁性層（以下、感磁層と記す）、非磁性層、磁化固
着された強磁性層（以下、磁化固着層と記す）、および
磁化固着層の磁化を固着するための反強磁性層を有する
磁性多層膜からなり、巨大磁気抵抗効果を示すスピンバ
ルブ膜を用いたＭＲヘッドが有望視されている。
【０００３】上記したスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッ
ドでは、感磁層の磁壁の不連続移動に起因するバルクハ
ウゼンノイズが実用化の上で大きな課題となっている。
このような課題を解決するために、例えば図４３に示す
ように、スピンバルブ膜１の記録トラック幅Ｗt から外
れた両端部外側をエッチングして取り除き、そこにバイ
アス磁界印加膜として硬質磁性層２をそれぞれ配置し
た、いわゆるアバットジャンクション方式のＭＲヘッド
が提案されている。あるいは、例えば図４４に示すよう
に、スピンバルブ膜１の記録トラック幅Ｗt から外れた
領域に、予めバイアス磁界印加膜として一対の硬質磁性
層２を配置しておき、この一対の硬質磁性層２上にスピ
ンバルブ膜１の両端部外側部分を少なくとも積層形成し
た構造、いわゆるオーバーレイド構造が提案されてい
る。
【０００４】上記したようなバイアス構造を適用したＭ
Ｒヘッドにおいては、硬質磁性層２からのバイアス磁界
で感磁層４の磁区を消失させることによって、バルクハ
ウゼンノイズの発生を抑制している。なお、図４３およ
び図４４に示すスピンバルブＭＲヘッドにおいて、スピ
ンバルブ膜１は上述したように感磁層３、非磁性層４、
磁化固着層５および反強磁性層６からなる。また、硬質
磁性層２上（図４３）あるいはスピンバルブ膜１上（図
４４）には、スピンバルブ膜１にセンス電流を供給する
ための一対の電極７が形成されている。スピンバルブ膜
１はそれぞれ磁気ギャップ膜８ａ、８ｂ介して配置され
た上下一対の磁気シールド層９ａ、９ｂにより挟持され
ており、シールド型ＭＲヘッドを構成している。また、
スピンバルブ膜１の高感度化を図る上で、感磁層３およ
び磁化固着層５の構成材料にはＣｏＦｅ合金のようなＣ
ｏ含有強磁性体が有効である。
【０００５】ところで、磁気記録密度のさらなる高密度
化への対応を図るために、スピンバルブＭＲヘッドにお
いても、より一層の狭ギャップ化（磁気ギャップ膜８
ａ、８ｂの薄膜化）が求められている。このような狭ギ
ャップ化したＭＲヘッドに上記したバイアス構造を適用
した場合、例えばバイアス磁界印加膜としての硬質磁性
層２の膜厚を厚くしてバイアス力を高めようとしても、
バイアス磁界が磁気シールド層９ａ、９ｂに漏洩してし
まうために、有効なバイアス力を得ることができないと
いう問題が生じてしまう。
【０００６】また最近では、磁化固着層の安定化やオフ
トラック特性の向上等を図る上で、感磁層２と磁化固着
層５との位置を反転させた反強磁性層／磁化固着層／非
磁性層／感磁層構造（反転構造）のスピンバルブ膜、あ
るいはＭＲヘッドの高感度化を図る上で、感磁層もしく
は磁化固着層を 2つ用いたデュアルエレメントタイプの
スピンバルブ膜等が提案されている。このような構造の
スピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドにおいては、特に感
磁層に対して有効にバイアス磁界を印加することが難し
くなっている。
【０００７】一方、スピンバルブ膜の構造に関しては、
磁化固着層に硬質磁性膜を適用することが提案されてい
る。しかし、従来の硬質磁性膜を用いたスピンバルブ膜
では、硬質磁性膜の磁化方向が面内で揃っていないため
に、非磁性層を介した静磁カップリングの影響が大きく
なり、感磁層の磁化挙動に悪影響を及ぼしてしまうとい
う問題があった。スピンバルブ膜は磁気抵抗効果メモリ
（ＭＲＡＭ）として使用することも検討されており、こ
のような場合の情報が記憶される強磁性層として硬質磁
性膜を使用することが試みられているが、上記したよう
に従来の硬質磁性膜ではスピンバルブ膜としての特性低
下を招いていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、スピ
ンバルブ膜を用いたＭＲヘッド等において、硬質磁性バ
イアス膜を適用したアバットジャンクション構造やオー
バーレイド構造は、基本的には感磁層の磁壁に起因する
バルクハウゼンノイズの抑制に有効であるものの、ＭＲ
ヘッドの狭ギャップ化や狭トラック化によって、感磁層
に対してバイアス磁界を有効に印加することが難しくな
ってきている。特に、反転構造のスピンバルブ膜やデュ
アルエレメントタイプのスピンバルブ膜等を適用したＭ
Ｒヘッドにおいては、感磁層の位置が通常のスピンバル
ブ膜とは異なるため、従来のバイアス構造ではバイアス
磁界を有効に印加することが難しい。
【０００９】また、硬質磁性膜を構成要素として用いた
従来のスピンバルブ膜では、硬質磁性膜の磁化方向が面
内で揃っていないため、ＭＲヘッドもしくはＭＲＡＭ等
として実用に供し得るような特性を得ることが難しいと
いう問題があった。
【００１０】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、各種構造の磁気抵抗効果膜に対して
バイアス磁界を有効に印加することを可能にすることに
よって、例えば狭トラック化した場合のバルクハウゼン
ノイズの発生を有効に抑制することを可能にした磁気抵
抗効果素子を提供することを目的としている。また、硬
質磁性膜を適用したスピンバルブ膜の静磁カップリング
の影響を低減することによって、良好な特性を得ること
を可能にした磁気抵抗効果素子を提供することを目的と
している。さらに、上記したような磁気抵抗効果素子を
用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置を提供することを
目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明における第１の磁
気抵抗効果素子は、請求項１に記載したように、磁化固
着層と、前記磁化固着層上に順に積層形成された非磁性
層および外部磁界により磁化方向が変化する感磁層とを
有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にバイア
ス磁界を印加するバイアス磁界印加膜と、前記磁気抵抗
効果膜にセンス電流を供給する電極とを具備し、前記バ
イアス磁界印加膜は、硬質磁性層と高飽和磁化磁性層と
の積層膜を有し、かつ前記高飽和磁化磁性層の飽和磁化
をＭｓhigh、前記感磁層の飽和磁化をＭｓfree としたと
き、前記高飽和磁化磁性層はＭｓhigh≧Ｍｓfree を満足
することを特徴としている。
【００１２】本発明における第２の磁気抵抗効果素子
は、請求項２に記載したように、第１の磁化固着層と、
前記第１の磁化固着層上に第１の非磁性層を介して積層
され、外部磁界により磁化方向が変化する感磁層と、前
記感磁層上に第２の非磁性層を介して積層された第２の
磁化固着層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗
効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加膜
と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極と
を具備し、前記バイアス磁界印加膜は、硬質磁性層と高
飽和磁化磁性層との積層膜を有し、かつ前記高飽和磁化
磁性層の飽和磁化をＭｓhigh、前記感磁層の飽和磁化を
Ｍｓfree としたとき、前記高飽和磁化磁性層はＭｓhigh
≧Ｍｓfree を満足することを特徴としている。
【００１３】本発明における第３の磁気抵抗効果素子
は、請求項３に記載したように、外部磁界により磁化方
向が変化する第１の感磁層と、前記第１の感磁層上に第
１の非磁性層を介して積層された磁化固着層と、前記磁
化固着層上に第２の非磁性層を介して積層され、外部磁
界により磁化方向が変化する第２の感磁層とを有する磁
気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を
印加するバイアス磁界印加膜と、前記磁気抵抗効果膜に
センス電流を供給する電極とを具備し、前記バイアス磁
界印加膜は、硬質磁性層と高飽和磁化磁性層との積層膜
を有し、かつ前記高飽和磁化磁性層の飽和磁化をＭｓ
high、前記第１および第２の感磁層の飽和磁化をＭｓ
free としたとき、前記高飽和磁化磁性層はＭｓhigh≧Ｍ
ｓfree を満足することを特徴としている。
【００１４】本発明における第４の磁気抵抗効果素子
は、請求項４に記載したように、異方性磁気抵抗効果を
示す磁性層と、前記磁性層と非磁性層を介して積層さ
れ、前記磁性層に動作点バイアスを付与する軟磁性層と
を有する磁気抵抗効果膜と、前記異方性磁気抵抗効果を
示す磁性層にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加
膜と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極
とを具備し、前記バイアス磁界印加膜は、硬質磁性層と
高飽和磁化磁性層との積層膜を有し、かつ前記高飽和磁
化磁性層の飽和磁化をＭｓhigh、前記異方性磁気抵抗効
果を示す磁性層の飽和磁化をＭｓAMR としたとき、前記
高飽和磁化磁性層はＭｓhigh≧ＭｓAMR を満足すること
を特徴としている。
【００１５】
【００１６】本発明の磁気ヘッドは、下側磁気シールド
層と、前記下側磁気シールド層上に下側再生磁気ギャッ
プを介して形成された、上記した請求項１、請求項２、
請求項３または請求項４記載の磁気抵抗効果素子と、前
記磁気抵抗効果素子上に上側再生磁気ギャップを介して
形成された上側磁気シールド層とを具備することを特徴
としている。
【００１７】本発明の磁気記憶装置は、上記した請求項
１、請求項２または請求項３記載の磁気抵抗効果素子
と、前記磁気抵抗効果膜に情報を記憶する書き込み電極
と、前記磁気抵抗効果素子の電極からなり、前記磁気抵
抗効果膜に記憶された情報を再生する読み出し電極とを
具備することを特徴としている。
【００１８】高記録密度化への対応を図る上で磁気抵抗
効果ヘッドを狭トラック化した場合には、感磁層のエッ
ジ部におけるピン留めが重要となるが、前述したように
硬質磁性バイアス膜の膜厚を厚くしても有効にバイアス
力を増大させることができず、逆に感度の低下を招いて
しまう。そこで、本発明者らがバイアス磁界印加膜の特
性や構造等について種々検討した結果、感磁層エッジ部
における磁区形成を抑制するためには、硬質磁性バイア
ス膜の磁気ボリューム（磁気体積）よりも磁束密度を増
大させることが重要であることが明らかとなった。つま
り、感磁層と比較して高飽和磁化を有する硬質磁性バイ
アス膜を使用することによって、感磁層エッジ部におけ
る磁区形成を抑えこむことが可能となることを見出し
た。
【００１９】しかしながら、感磁層にＣｏＦｅ合金のよ
うなＣｏ含有強磁性体を使用した場合には、感磁層自体
の飽和磁化が大きい（例えばＣｏＦｅ合金の飽和磁化は
1500emu/cc）ため、硬質磁性層単独では感磁層エッジ部
における磁区形成を抑制することはできない。例えば、
一般的に硬質磁性バイアス膜として用いられているＣｏ
ＣｒＰｔ系では飽和磁化はＣｒ濃度にもよるが 10at%程
度Ｃｒを添加した場合高々 500emu/cc程度であり、Ｃｏ
Ｐｔ系でも 800emu/cc程度が限界である。
【００２０】図１（ｂ）に示すように、上記したような
従来の硬質磁性バイアス膜Ｂ′では十分な磁束密度が得
られないため、特に飽和磁化が大きい感磁層Ｆのエッジ
部に対して有効にバイアス磁界を印加することができ
ず、狭トラック化した磁気抵抗効果ヘッド等のバルクハ
ウゼンノイズを抑制することが困難になってきている。
このようなことから、本発明においては図１（ａ）に示
すように、バイアス磁界印加膜Ｂに硬質磁性層Ｈと高飽
和磁化磁性層Ｓとの積層膜を適用している。
【００２１】すなわち本発明の磁気抵抗効果素子では、
感磁層（あるいは異方性磁気抵抗効果を示す磁性層）の
飽和磁化Ｍｓfree以上の飽和磁化Ｍｓhigh （Ｍｓ high ≧
Ｍｓ free ）を有する高飽和磁化磁性層と硬質磁性層との
積層膜を、バイアス磁界印加膜として用いている。高飽
和磁化磁性層がＭｓhigh≧Ｍｓfreeを満足する場合、例
えば図１（ａ）に示すように、例えばＣｏ含有強磁性体
を適用した感磁層のように、飽和磁化が大きい感磁層Ｆ
に対しても、高磁束密度の静磁界バイアスを安定かつ有
効に印加することができる。これによって、感磁層エッ
ジ部の磁区形成等に伴うバルクハウゼンノイズの発生を
有効に抑制することが可能となる。
【００２２】さらに、高飽和磁化磁性層と硬質磁性層と
の積層膜をバイアス磁界印加膜に適用することによっ
て、高飽和磁化磁性層の位置を調整することにより、高
磁束密度の静磁界バイアスを有効に印加することができ
る。従って、反転構造のスピンバルブ膜やＳＡＬバイア
ス膜と積層された異方性磁気抵抗効果膜（請求項１，
４）、デュアルエレメントタイプのスピンバルブ膜（請
求項２，３）のバルクハウゼンノイズの発生を有効に抑
制することができる。
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
【００２５】図２は、本発明の磁気抵抗効果素子を再生
素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の
構造を示す図である。図２は録再分離型磁気ヘッドを媒
体対向面方向から見た断面図（ｘ方向が記録トラック幅
方向、ｙ方向が記録トラックの進行方向で膜厚方向に対
応）である。また、図３にその要部（図２に点線で囲ん
だ部位）の拡大図を、図４に磁気抵抗効果膜部分の拡大
図を示す。
【００２６】これらの図において、１１は基板であり、
この基板１１としてはＡｌ2 Ｏ3 層を有するＡｌ2 Ｏ3
・ＴｉＣ基板等が用いられる。このような基板１１の主
表面上には、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、アモル
ファスＣｏＺｒＮｂ合金等の軟磁性材料からなる下側磁
気シールド層１２が形成されている。下側磁気シールド
層１２上にはＡｌＯx 等の非磁性絶縁材料からなる下側
再生磁気ギャップ１３を介して磁気抵抗効果膜（ＭＲ
膜）１４が形成されている。
【００２７】ＭＲ膜１４は、図４に示すように、少なく
とも反強磁性層１５、磁化固着層１６、非磁性層１７、
および外部磁界により磁化方向が変化する感磁層１８を
順に積層した磁性多層膜を有し、巨大磁気抵抗効果を示
すスピンバルブ膜（スピンバルブＧＭＲ膜）である。す
なわち、磁化固着層１６を下側に配置し、感磁層１８を
上側に配置した反転構造のスピンバルブＧＭＲ膜１４で
ある。ここで、感磁層１８は、例えばＣｏＦｅ合金層や
ＣｏＦｅＢ合金層のようなＣｏを含む強磁性層１８１を
有しており、このＣｏ含有強磁性層１８１は非磁性層１
７に接して設けられる。
【００２８】Ｃｏ含有強磁性層１８１上には、感磁層１
８としての軟磁性的な性質を向上させるために、例えば
軟磁性アシスト層が積層形成されている。軟磁性アシス
ト層としては、非晶質軟磁性材料や結晶質軟磁性材料
（ＮｉＦｅ合金等）等が用いられる。この実施形態で
は、Ｃｏ含有強磁性層１８１上に軟磁性アシスト層とし
て非晶質ＣｏＺｒＮｂ合金層１８２を配置している。
【００２９】磁化固着層１６はＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ
合金等からなる反強磁性層１５上に形成されており、こ
の反強磁性層１５との交換結合により横方向バイアスが
付与されて磁化固着されている。磁化固着層１６は、例
えば感磁層１８と同様なＣｏＦｅ合金等のＣｏ含有強磁
性材料からなるものである。磁化固着層１６と反強磁性
層１５との中間には、ＮｉＦｅ合金層等を挿入してもよ
い。ここで、このＮｉＦｅ合金層と磁化固着層１６の間
に、酸素や窒素等を含む拡散バリヤ層を設けると、高い
抵抗変化率と良好な耐熱性が実現できる。このような磁
化固着層１６上に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇおよびこれらの合
金等からなる非磁性層１７を介して、感磁層１８が設け
られている。なお、図中１９はＴａやＴｉ等からなる保
護膜、２０はＴａやＴｉ等からなる非磁性下地膜、２１
はＣｕ、ＮｉＦｅ磁性合金等のｆｃｃ構造を有する下地
膜であり、必要に応じて形成されるものである。
【００３０】上記した反転構造のスピンバルブＧＭＲ膜
１４の具体的な構成としては、基板側から順に積層形成
した、Ｔａ(5nm) ２０／ＩｒＭｎ(10nm)１５／ＣｏＦｅ
(2nm) １６／Ｃｕ(3nm) １７／ＣｏＦｅ(3nm) １８１／
非晶質ＣｏＺｒＮｂ(5nm) １８２／Ｔａ(5nm) １９等が
挙げられる。
【００３１】磁化固着層１６と感磁層１８の一部（１８
１）にＣｏＦｅ合金等のＣｏ含有強磁性材料を用いたス
ピンバルブＧＭＲ膜１４は、大きなＭＲ変化率を示すと
共に、ヘッド形成プロセスにおける耐熱性や長期信頼性
等を有するものである。Ｃｏ含有強磁性材料としては、
ＣｏもしくはＣｏにＦｅ、Ｎｉ、その他の元素を添加し
たＣｏ合金（Ｃｏ系磁性合金）が挙げられ、特にＣｏ合
金を用いることが好ましい。Ｃｏ合金に添加する元素と
しては上記したＦｅやＮｉの他に、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、
Ｃｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆ、Ｂ、Ａ
ｌ、Ｓｉ等の 1種または 2種以上を用いることができ、
これらの添加元素量は 5〜50at% の範囲とすることが好
ましい。さらには、Ｆｅを 5〜40at% の範囲で含有させ
たＣｏＦｅ合金を使用することが、ＭＲ変化率や反強磁
性層１５との交換結合力等の点から望ましい。
【００３２】なお、磁化固着層１６および感磁層１８に
は、例えばＮｉ80Ｆｅ20(at%) のようなＮｉＦｅ合金等
を使用することもできる。
【００３３】上記した反転構造のスピンバルブＧＭＲ膜
１４は、信号磁界等の外部磁界を検出する磁界検出部に
応じた形状、すなわちｘ方向の長さが所望のトラック幅
となるように、記録トラック幅から外れた両端部外側を
例えばエッチング除去した形状とされている。このよう
なスピンバルブＧＭＲ膜１４の両端部（エッジ部）外側
には、スピンバルブＧＭＲ膜１４にバイアス磁界を印加
する一対のバイアス磁界印加膜２２が形成されており、
いわゆるアバットジャンクション構造を構成している。
【００３４】バイアス磁界印加膜２２は、図３に示すよ
うに、例えばＣｏＰｔ合金やＣｏＣｒＰｔ合金等のＣｏ
を含む硬質磁性材料からなるＣｏ系硬質磁性層２３と、
高飽和磁化磁性層（高Ｍｓ磁性層）２４との積層膜を有
している。この積層膜の具体的な構成としては、例えば
図３に示したように、高Ｍｓ磁性層２４上にＣｏ系硬質
磁性層２３を積層形成した積層膜が挙げられる。このよ
うな構造では高Ｍｓ磁性層２４がＣｏ系硬質磁性層２３
の磁性下地層として機能するため、Ｃｏ系硬質磁性層２
３は磁性下地層としての高Ｍｓ磁性層２４を介してスピ
ンバルブＧＭＲ膜１４のエッジ側部と隣接している。な
お、図３のスピンバルブＧＭＲ膜１４は、感磁層１８以
外の膜構成を省略して示したものである。
【００３５】高Ｍｓ磁性層２４は、その飽和磁化をＭｓ
high、感磁層１８の飽和磁化をＭｓfree、Ｃｏ系硬質磁
性層２３の飽和磁化をＭｓhardとしたとき、Ｍｓhigh≧
Ｍｓfree の関係を満足するものである。高Ｍｓ磁性層２
４はＭｓ high ≧Ｍｓ hard を満たしている。なお、感磁層
１８の飽和磁化Ｍｓfreeは、感磁層１８が積層構造を有
する場合にはその平均値を指すものとする。
【００３６】この実施形態においては、感磁層１８がス
ピンバルブＧＭＲ膜１４の上層側に位置しているもの
の、感磁層１８のエッジ部は高Ｍｓ磁性層２４と接して
いるため、これらの交換結合に伴う交換バイアスが印加
されると共に、主として高Ｍｓ磁性層２４に基く静磁界
バイアスが印加される。これらによって、感磁層１８に
バイアス磁界が印加されている。
【００３７】上記した一対のバイアス磁界印加膜２２上
には、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ等からなる一対の電極２
５が形成されており、この一対の電極２５によりスピン
バルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給される。これら
スピンバルブＧＭＲ膜１４、一対のバイアス磁界印加膜
２２および一対の電極２５はＧＭＲ再生素子部２６を構
成している。
【００３８】上述したようなＧＭＲ再生素子部２６上に
は、下側再生磁気ギャップ１３と同様な非磁性絶縁材料
からなる上側再生磁気ギャップ２７を介して、下側磁気
シールド層１２と同様な軟磁性材料からなる上側磁気シ
ールド層２８が形成されており、これらにより再生ヘッ
ドとしてのシールド型ＧＭＲヘッド２９が構成されてい
る。
【００３９】シールド型ＧＭＲヘッド２９上には、記録
ヘッドとして薄膜磁気ヘッド３０が形成されている。薄
膜磁気ヘッド３０の下側記録磁極は、上側磁気シールド
層２８と同一の磁性層により構成されている。すなわ
ち、シールド型ＭＲヘッド２９の上側磁気シールド層２
８は、薄膜磁気ヘッド３０の下側記録磁極を兼ねてい
る。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極２８
上には、ＡｌＯx 等の非磁性絶縁材料からなる記録磁気
ギャップ３１と上側記録磁極３２が順に形成され、また
下側記録磁極２８と上側記録磁極３２に記録磁界を付与
する記録コイル（図示せず）が媒体対向面より後方に形
成され、記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド３０が構成
されている。
【００４０】上述したシールド型ＧＭＲヘッド２９にお
いて、高Ｍｓ磁性層２４が感磁層１８の飽和磁化Ｍｓ
free以上の飽和磁化Ｍｓhigh（≧Ｍｓfree）を有する場
合には、前述した感磁層１８と高Ｍｓ磁性層２４との交
換結合に伴う交換バイアスに加えて、感磁層１８のエッ
ジ部に高磁束密度の静磁界バイアスを印加することがで
きる。これらによって、感磁層１８が飽和磁化が大きい
Ｃｏ含有強磁性層１８１を有する場合においても、バイ
アス磁界が安定かつ有効に印加される。従って、感磁層
１８のエッジ部における磁区形成等に伴うバルクハウゼ
ンノイズの発生を有効に抑制することができる。
【００４１】また、硬質磁性材料は通常単独では飽和磁
化Ｍｓがあまり大きくならないが、高Μｓ磁性層２４上
に硬質磁性層２３を形成することによって、バイアス磁
界印加膜２２全体としてのＭｓを向上させることができ
る。このように、Ｍｓ high ≧Ｍｓ hard を満足する高Ｍｓ
磁性層２４を用いることによって、バイアス磁界印加膜
２２全体としてのＭｓを高めることができる。これは感
磁層１８のエッジ部における磁区形成等に伴うバルクハ
ウゼンノイズの抑制に有効である。
【００４２】このような状態を実現するためには、硬質
磁性層２３の飽和磁化Ｍｓhard以上の飽和磁化、すなわ
ちＭｓhigh≧Ｍｓhardを満足する飽和磁化Ｍｓhighを有
する高Μｓ磁性層２４が用いられる。言い換えると、Ｍ
ｓhigh≧Ｍｓhardを満足する高Μｓ磁性層２４を使用す
ることにより、感磁層１８のエッジ部における磁区形成
等に伴うバルクハウゼンノイズの発生を有効に抑制する
ことができる。
【００４３】さらに、高Μｓ磁性層２４はＣｏ系硬質磁
性層２３の磁性下地層として機能している。このよう
に、Ｃｏ系硬質磁性層の下地として磁性下地層を適用し
た場合、感磁層と磁性下地層、および磁性下地層とＣｏ
系硬質磁性層とがそれぞれ交換結合する。これは感磁層
が媒体磁界により磁化回転したときに、交換結合を通し
てＣｏ系硬質磁性層の磁化方向も強い影響を受けること
を意味する。そこで、磁性下地層とＣｏ系硬質磁性層が
共に低Μｓの場合と、磁性下地層とＣｏ系硬質磁性層が
共に高Μｓの場合について検討する。図５は磁性下地層
とＣｏ系硬質磁性層が共に高Μｓの場合の磁化状態を模
式的に示す図であり、図６は磁性下地層とＣｏ系硬質磁
性層が共に低Μｓの場合の磁化状態を模式的に示す図で
ある。これらはいずれも膜面方向（トラック幅（ｘ）方
向）の状態として示している。
【００４４】図６に示すように、低Ｍｓの磁性下地層２
４′では、感磁層１８が磁化回転した際（図６（ｂ））
に、交換結合により磁性下地層２４′が磁化回転しやす
い状態となり、ヒステリシスを生じて（図６（ｃ）に示
す状態）ノイズの発生原因となる。この状態は硬質磁性
層２３′のＭｓが小さいときにはさらに顕著となる。一
方、この実施形態においては、Ｃｏ系硬質磁性層２３の
磁性下地層として高Μｓ磁性層２４を適用しているた
め、上記した磁性下地層の磁化回転によるノイズの発生
を抑制することができる。すなわち、図５に示すよう
に、磁性下地層として高Μｓ磁性層２４を用いた場合、
感磁層１８が磁化回転しても（図５（ｂ）に示す状
態）、高Μｓ磁性層（磁性下地層）２４の磁化方向は図
５（ｃ）に示すように安定であるため、磁性下地層と感
磁層１８との交換結合による磁性下地層の磁化方向の不
安定性を解消することができる。
【００４５】このような状態を実現する上で、磁性下地
層としての高Ｍｓ磁性層２４には感磁層１８の飽和磁化
Ｍｓfree以上の飽和磁化、すなわちＭｓhigh≧Ｍｓfree
を満足する飽和磁化Ｍｓhighを有する磁性材料層が用い
られる。言い換えると、Ｍｓhigh≧Ｍｓfreeを満足する
高Μｓ磁性層２４を磁性下地層として使用することによ
って、磁性下地層の磁化不安定によるノイズ発生を抑制
することができる。また、Ｍｓhigh≧Ｍｓhardを満足す
る飽和磁化Ｍｓhighを有する高Ｍｓ磁性層２４を磁性下
地層として使用して、バイアス磁界印加膜２２全体とし
ての飽和磁化を高めることは、感磁層１８の磁化回転に
伴うバイアス磁界印加膜２２の磁化不安定性の解消に有
効である。
【００４６】なお、磁性下地層としての高Μｓ磁性層２
４自体は、硬磁気特性を有していないため、硬質磁性層
２３との交換結合による十分な抑え込みが必要である。
高Μｓ磁性層２４を抑え込むためには、高Μｓ磁性層２
４と硬質磁性層２３との間にある程度の磁気ボリューム
比が必要であり、よって硬質磁性層２３自体も高Ｍｓで
あることが望ましい。具体的には、磁気ボリュームは厚
さにも依存するため、高Μｓ磁性層２４の厚さを
ｔhigh、硬質磁性層２３の厚さをｔhardとしたとき、Ｍ
ｓhigh・ｔhigh≦Ｍｓhard・ｔhardを満足させることが
好ましい。また、磁性下地層としての高Μｓ磁性層２４
の厚さがあまり厚いと、硬質磁性層２３による抑え込み
が不十分となるおそれがあるため、高Μｓ磁性層２４の
厚さｔhighは20nm以下とすることが好ましい。
【００４７】この実施形態においては、上述したように
高Ｍｓ磁性層２４に基いて感磁層１８のエッジ部に高磁
束密度の静磁界バイアスを印加することができ、また磁
性下地層の磁化方向の不安定性も高Ｍｓ磁性層２４の適
用により解消することができる。従って、感磁層１８の
エッジ部に対してバイアス磁界を安定かつ有効に印加す
ることができるため、感磁層１８のエッジ部の磁区形成
等に伴うバルクハウゼンノイズの発生を有効に抑制する
ことが可能となる。
【００４８】なお、上記した実施形態はＭＲ膜１４に反
転構造のスピンバルブ膜を用いた例であるが、例えば図
７に示すように、ＳＡＬバイアス膜３３と積層した異方
性磁気抵抗効果膜（ＡＭＲ膜）３４をＭＲ膜に適用する
場合においても、同様な効果を得ることができる。図７
に示すように、例えば厚さ10nm程度のＮｉＦｅ合金膜等
からなるＡＭＲ膜３４を感磁層として用い、Ｃｏ系非晶
質合金やＮｉＦｅＸ合金膜（ＸはＲｈ、Ｎｂ、Ｔａ等）
からなる厚さ 2〜30nm程度のＳＡＬバイアス膜３３上
に、例えば厚さ 5nm程度のＴａ膜や窒化Ｔａ膜等からな
る非磁性層３５を介して、感磁層としてのＡＭＲ膜３４
を形成する。このような構造に対しても、硬質磁性層２
３と高Μｓ磁性層２４との積層膜からなるバイアス磁界
印加膜２２は有効である。
【００４９】ここで、感磁層としてＮｉＦｅ合金等を用
いた場合、その飽和磁化は約800emu/cc 程度以下と小さ
いため、硬質磁性層単独のバイアス磁界印加膜でもその
飽和磁化があまり問題とはならないが、上記したように
Ｍｓが例えば 800emu/cc以上と高いＣｏ含有強磁性材料
（例えばＣｏＦｅ合金のＭｓ値は約1500emu/cc）を感磁
層１８に適用した場合には、感磁層１８と比較してバイ
アス磁界印加膜２２の飽和磁化が小さいことによるノイ
ズ発生が顕著となる。本発明はこのような高Ｍｓの感磁
層１８を用いた場合の問題を特に解決したものである。
ただし、感磁層に主としてＮｉＦｅ合金層等を適用した
場合においても、高Ｍｓ磁性層２４を使用することによ
って、有効にバイアス磁界が印加されるため、より一層
ノイズの発生を抑制することができる。
【００５０】また、前述したようにトラック幅が狭くな
ると感磁層１８のエッジ部におけるピン留めが重要とな
り、従来のバイアス構造ではバルクハウゼンノイズの発
生を十分に抑制できなかったのに対し、本発明のバイア
ス構造によれば上述したように感磁層１８のエッジ部に
バイアス磁界を有効に印加することができる。このよう
に、本発明は狭トラック化によるバルクハウゼンノイズ
の増大を抑制したものである。具体的には、スピンバル
ブＧＭＲ膜１４等のトラック幅方向（ｘ）の長さが 3μ
m 以下である場合に、特に本発明は有効である。
【００５１】高Ｍｓ磁性層２４の具体的な飽和磁化Ｍｓ
highは、各種感磁層１８に対して高磁束密度の静磁界バ
イアスを十分に印加することを可能にするために、1000
emu/cc以上であることが好ましい。また、感磁層１８の
磁化回転に伴うバイアス磁界印加膜２２の磁化方向の変
化を抑制するためにも、高Ｍｓ磁性層２４の飽和磁化Ｍ
ｓhighは1000emu/cc以上であることが好ましい。図８
に、高Ｍｓ磁性層２４の飽和磁化Ｍｓhighとバルクハウ
ゼンノイズの発生確率との関係を示す。Ｍｓhighは1000
emu/cc以上であるとき、特にバルクハウゼンノイズの発
生確率が低くなることが分かる。
【００５２】ここで、図８に示すバルクハウゼンノイズ
の発生確率は、片側シールドでの微細素子（実際のヘッ
ドと同サイズ、ハイト方向は研磨によってサイズを決定
するのではなく、ＰＥＰによるパターニングで決定）を
実ヘッドの代わりとして求めたものである。バルクハウ
ゼンノイズの発生の有無は、微細素子での静磁界特性
（ρ−Ｈ曲線）を測定し、そのときのρ−Ｈ曲線にジャ
ンプがないときをバルクハウゼンノイズ発生なし、ρ−
Ｈ曲線にジャンプがあるときをバルクハウゼンノイズ発
生ありとした。バルクハウゼンノイズの発生確率は、同
一パラメータの微細素子をある固体数測定し、そのとき
にバルクハウゼンノイズが発生した個数を測定した個数
で割り、 100をかけた値をバルクハウゼンノイズの発生
確率とした。なお、以下に示すバルクハウゼンノイズの
発生確率はいずれも同様とした。
【００５３】また、上記した感磁層１８の磁化回転に伴
うバイアス磁界印加膜２２の磁化方向の変化を抑制する
上で、高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３との積層膜の
トータルの残留磁化Ｍｒtotal は 600emu/cc以上である
ことが好ましい。このような高残留磁化（高Ｍｒ）で低
分散（高角形比Ｓ）のバイアス磁界印加膜２２によれ
ば、感磁層１８の磁化回転に伴うバイアス磁界印加膜２
２の磁化方向の変化を抑制することができ、感磁層１８
に対して有効かつ安定してバイアス磁界を印加すること
ができる。Ｍｒtotal が 600emu/cc以上であるとき、特
にバルクハウゼンノイズの発生確率が低くなる。
【００５４】高Ｍｓ磁性層２４の具体的な構成材料とし
ては、上記したＭｓhigh≧Ｍｓfree の条件を満足する磁
性材料であれば種々のものを使用することができる。例
えば、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＺｒ合金、ＦｅＺｒＮ合金、
アモルファスＣｏＺｒＮｂ合金等が挙げられるが、特に
飽和磁化が大きく、その上に積層されるＣｏＰｔ等の硬
質磁性層２３の面内硬磁気特性を促進させるＦｅＣｏ合
金を使用することが好ましい。
【００５５】表１に各種組成のＦｅＣｏ合金の磁気特性
（ＦｅＣｏ合金膜の膜厚を 5nmとした場合の保磁力Ｈｃ
および飽和磁化Ｍｓ）を示す。また、図９および図１０
にＦｅＣｏ合金の角形比ＳのＣｏ濃度依存性を示す。な
お、図９は厚さ 5nmのＦｅＣｏ合金膜上に厚さ22nmのＣ
ｏＰｔ膜を形成した場合の角形比Ｓtotal を示してお
り、図１０はＣｏ濃度を変えた場合のＦｅＣｏ合金膜の
膜厚と角形比Ｓとの関係を示している。
【００５６】
【表１】 表１、図９および図１０から、ＦｅＣｏ合金中のＣｏ濃
度は、高Ｍｓおよび高Ｓを得る上で 40at%以下とするこ
とが好ましいことが分かる。また、Ｃｏ濃度があまり低
いと耐食性が低下することから、Ｃｏ濃度は5at%以上と
することが好ましい。このように、Ｃｏを 5〜 40at%の
範囲で含むＦｅＣｏ合金が特に高Ｍｓ磁性層２４の構成
材料として好適である。
【００５７】硬質磁性層２３には、ＣｏＰｔ合金やＣｏ
ＣｒＰｔ合金等の各種Ｃｏ基硬質磁性合金を使用するこ
とができる。これらＣｏ基硬質磁性合金は硬質磁性や耐
食性等に優れるが、高Μｓ磁性層２４と交換結合して高
Ｈｃや高Μｒを実現するという点から、高Μｓの硬質磁
性材料を使用することが望ましい。このような理由か
ら、例えばＣｏＣｒＰｔ合金よりＣｏＰｔ合金の方が硬
質磁性層２３の構成材料として好適である。
【００５８】また、高Ｍｓ磁性層２４および硬質磁性層
２３の膜厚は、前述した高Ｍｓ磁性層２４による高磁束
密度の静磁界バイアス効果やバイアス磁界印加膜２２全
体としての保磁力Ｈｃtotal 等を考慮して設定すること
が好ましい。例えば、高Ｍｓ磁性層２４の膜厚をあまり
厚くしすぎるとバイアス磁界印加膜２２全体としての保
磁力Ｈｃtotal が低下し、またあまり薄いと静磁界バイ
アスによる効果等を十分に得ることができない。従っ
て、高Ｍｓ磁性層２４の膜厚は 3〜20nmの範囲とするこ
とが好ましい。一方、硬質磁性層２３をあまり厚くしす
ぎると、静磁界バイアスが強くなりすぎて感度が低下し
てしまう。また、硬質磁性層２３の膜厚増加によって、
硬質磁性層２３のｃ軸面内配向も低下するため、保磁力
Ｈｃおよび角形比Ｓの低下を招く。このようなことか
ら、硬質磁性層２３の膜厚は 100nm以下とすることが好
ましく、さらには50nm以下とすることが望ましい。
【００５９】高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３との具
体的な膜厚比としては、例えば高Ｍｓ磁性層２４にＦｅ
Ｃｏ合金膜を用い、かつ硬質磁性層２３にＣｏＰｔ合金
膜を用いたとき、ＦｅＣｏ合金膜の膜厚が 5nm程度の場
合にはＣｏＰｔ合金膜の膜厚は15〜 100nmの範囲（より
好ましくは20〜50nmの範囲）が、ＦｅＣｏ合金膜の膜厚
が10nm程度の場合にはＣｏＰｔ合金膜の膜厚は20〜 100
nmの範囲（より好ましくは30〜60nmの範囲）が、ＦｅＣ
ｏ合金膜の膜厚が20nm程度の場合にはＣｏＰｔ合金膜の
膜厚は25〜 100nmの範囲が好ましい。
【００６０】上述したように、本発明に好適なバイアス
磁界付与膜２２の具体的構成としては、ＣｏＰｔ合金か
らなるＣｏ系硬質磁性層２３とＦｅＣｏ合金からなる高
Ｍｓ磁性層２４との積層膜、より具体的にはＣｏ80Ｐｔ
20からなる硬質磁性層２３とＦｅ85Ｃｏ15からなる高Ｍ
ｓ磁性層２４との積層膜が挙げられる。例えば、ＡｌＯ
x からなるギャップ上に、Ｆｅ85Ｃｏ15(5mm) ／Ｃｏ80
Ｐｔ20(40nm)の 2層積層膜を同一真空中でマグネトロン
スパッタ法で成膜した。この 2層積層膜の磁気特性は、
2層が交換結合して一体化したＭ−Ｈ曲線を示す。この
とき、面内保磁力Ｈｃtotal は1050Ｏｅ、残留磁化Ｍｒ
total は 980emu/cc、角形比Ｓは0.94であった。ＦｅＣ
ｏ合金からなる高Ｍｓ磁性層２４と高ΜｓのＣｏＰｔ合
金からなる硬質磁性層２３とを組み合わせることによっ
て、ＣｏＰｔ硬質磁性層２３が磁性下地層としてのＦｅ
Ｃｏ高Ｍｓ磁性層２４上でも実用上問題のない保磁力を
満たしながら、ＣｏＰｔ硬質磁性層単層では実現しえな
い高Ｍｒと低分散（高Ｓ）を実現することが可能とな
る。
【００６１】ここで、ＦｅＣｏ合金膜の膜厚は 5nmで一
定とし、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚を変化させたときの磁気
特性を図１１〜図１４に示す。図１１から、ＣｏＰｔ合
金の膜厚が厚くなると、40nm以上で若干Ｈｃが低下する
が、下地としてのＦｅＣｏ合金膜の効果により実用上問
題のない範囲にＨｃの低下が抑えられている。一方、Ｃ
ｏＰｔ合金膜の膜厚が薄くなると、ＦｅＣｏ合金膜と交
換結合したときの磁気ボリューム比の関係で保磁力が低
下するが、図１１に示した範囲の保磁力であれば実用上
問題はない。
【００６２】図１２からは高ΜｓのＦｅＣｏ合金膜の効
果によって、 2層積層膜のトータルのΜｒtotal はいず
れの膜厚でも 800emu/cc以上の高Ｍｒが実現されている
ことが分かる。硬質磁性膜単層の場合では実現し得ない
ような高Ｍｒのバイアス磁界印加膜が、高ＭｓのＦｅＣ
ｏ合金膜との積層により得られている。図１３からは角
形比Ｓtotal もＣｏＰｔ合金膜の膜厚が薄い領域では非
常に高く、分散の小さい膜が得られていることが分か
る。ＣｏＰｔ合金膜の膜厚が80nmまで厚くなっても 0.9
と高い値を示しており、ＦｅＣｏ合金膜の効果によりＣ
ｏＰｔ合金膜の膜厚増加によるｃ軸垂直配向が抑えられ
ていることが分かる。このことは図１４からも読み取
れ、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と磁気ボリューム（Ｍｒ・ｔ
(total) ）とは非常に線形性がよく、ＣｏＰｔ合金膜の
膜厚の増加によるＭｒ・ｔ(total) の直線性からのずれ
は見られない。
【００６３】ところで、図３では高Ｍｓ磁性層２４を硬
質磁性層２３の下地層のみとして用いた場合を示した
が、例えば図１５に示すように、磁性下地層としての第
１の高Ｍｓ磁性層２４ａに加えて、感磁層１８の近傍位
置に、言い換えると感磁層１８と基板面方向にほぼ平行
な位置に第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂを配置してもよい。
すなわち、図１５に示すバイアス磁界印加膜２２は、磁
性下地層としての第１の高Ｍｓ磁性層２４ａ、第１の硬
質磁性層２３ａ、第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂおよび第２
の硬質磁性層２３ｂを順に積層した積層膜により構成さ
れている。この際、第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂの条件は
磁性下地層としての第１の高Ｍｓ磁性層２４ａと同様と
する。
【００６４】第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂは交換バイアス
には寄与しないものの、第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂを感
磁層１８の近傍に配置することによって、感磁層１８に
対して高磁束密度の静磁界バイアスをより有効に印加す
ることができる。このように、高Ｍｓ磁性層２４と硬質
磁性層２３との積層膜からなるバイアス磁界印加膜２２
によれば、反転構造のスピンバルブＧＭＲ膜１４の感磁
層１８に対してより確実にバイアス磁界を印加すること
ができる。
【００６５】なお、高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３
との積層膜からなるバイアス磁界印加膜２２において、
高Ｍｓ磁性層２４は感磁層１８の近傍位置のみに配置す
ることも可能である。
【００６６】また、上述した実施形態のシールド型ＧＭ
Ｒヘッドは、バイアス磁界印加膜２２と電極２５とを一
括成膜すると共に、 1回のＰＥＰ工程でパターニングし
たものであるが、高密度化によりバイアス磁界印加膜２
２と電極２５とを 2回のＰＥＰ工程でパターニングする
場合においても、本発明は同様に適用することができ
る。この場合の構成を図１６に示す。
【００６７】図１６に要部構成を示すシールド型ＧＭＲ
ヘッドは、電極２５がスピンバルブＧＭＲ膜１４と一部
重なるように形成されている。この場合、トラック幅は
一対の電極２５間により規定されている。このような構
成のシールド型ＧＭＲヘッドによれば、狭トラック化に
よる感磁層１８中央部での静磁界バイアスが強すぎるの
を避けることができると共に、電極２５とスピンバルブ
ＧＭＲ膜１４との接触抵抗を下げることができる。な
お、他の具体的な構成やそれによる効果等は、前述した
実施形態と同様である。
【００６８】さらに、上述した実施形態のシールド型Ｇ
ＭＲヘッドにおいては、スピンバルブＧＭＲ膜１４のト
ラック幅から外れた両端部外側を完全に例えばエッチン
グ除去した場合について説明したが、感磁層１８が上層
側に位置する反転構造のスピンバルブＧＭＲ膜１４を適
用する場合には、例えば図１７に示すように、スピンバ
ルブＧＭＲ膜１４のうちＴａ等の保護膜１９のみを磁界
検出部に応じた形状、すなわちトラック幅から外れた両
端部外側を例えばエッチング除去した形状としてもよ
い。このように、記録トラック幅から外れた両端部外側
領域の感磁層１８の表面を露出させ、その上に高Ｍｓ磁
性層２４と硬質磁性層２３を順に成膜してバイアス磁界
印加膜２２を形成することによって、感磁層１８の再生
トラックから外れた領域を高Ｍｓ磁性層２４と直接交換
結合させたバイアス構造を実現することができる。
【００６９】上記したようなバイアス構造によれば、感
磁層１８の再生トラックのエッジ部のみならず、再生ト
ラックの両端部外側領域（テール部分）から侵入させた
磁束によるバイアス効果も期待できることから、感磁層
１８に対してより一層良好にバイアス磁界を印加するこ
とが可能となる。なお、他の具体的な構成やそれによる
効果等は、前述した実施形態と同様である。
【００７０】さらに、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成
する磁性多層膜中の導電膜の一部がトラック幅両端部外
側に残った構造となるため、残存した導電膜を介して安
定した電気的接触が確保され、安定して小さな接触抵抗
が実現できる。よって、ＧＭＲ再生素子部２６の抵抗が
低減でき、再生感度をアップするために大きなセンス電
流を投入しても、サーマルノイズの影響を受けにくくな
る。また、磁化固着層１６のトラック幅端部壁面をバイ
アス磁界印加膜２２と接触させることなく、感磁層１８
に対してバイアス磁界を付与することができるため、バ
ルクハウゼンノイズの発生を抑制した上で、バイアス磁
界印加膜２２から磁化固着層１６に加わる漏洩磁界を抑
えることが可能となる。これにより、磁化固着層１６の
磁化がバイアス磁界印加膜２２の漏洩磁界方向に傾いて
しまうという問題が回避できることから、良好な線形応
答性が得られるようになる。
【００７１】上述した感磁層１８の再生トラックから外
れた領域を高Ｍｓ磁性層２４と直接交換結合させたバイ
アス構造において、例えば図１８に示すように、電極２
５をスピンバルブＧＭＲ膜１４と一部重なるように形成
してもよい。このような構造は、図１６に示したＧＭＲ
ヘッドと同様に狭トラック化に対して有効である。
【００７２】次に、本発明の磁気抵抗効果素子を再生素
子部に適用した他の録再分離型磁気ヘッドの実施形態に
ついて説明する。図１９は、本発明の他の磁気抵抗効果
素子を図２と同様な録再分離型磁気ヘッドに適用した実
施形態の要部構造を示す図であり、図２０はそれに用い
た磁気抵抗効果膜部分を拡大して示す図である。
【００７３】この実施形態においては、図２に示した実
施形態と同様に、図示を省略した基板上に下側磁気シー
ルド層１２を介して、下側再生磁気ギャップ１３が形成
されている。この下側再生磁気ギャップ１３上には、感
磁層が 1つのデュアルエレメントＧＭＲ膜４１が形成さ
れている。
【００７４】上記したデュアルエレメントタイプのＧＭ
Ｒ膜４１は、図２０に示すように、第１の反強磁性層４
２、第１の磁化固着層４３、第１の非磁性層４４、外部
磁界により磁化方向が変化する感磁層４５、第２の非磁
性層４６、第２の磁化固着層４７、および第２の反強磁
性層４８を順に積層した磁性多層膜を有している。感磁
層４５は、前述した実施形態と同様に、Ｃｏ含有強磁性
層４５１と軟磁性アシスト層４５２とを有している。な
お、各層の構成材料は前述した実施形態と同様である。
また、図中４９は保護膜、５０は非磁性下地膜、５１は
ｆｃｃ下地膜であり、必要に応じて形成されるものであ
る。
【００７５】感磁層４５が 1つのデュアルエレメントＧ
ＭＲ膜４１の具体的な構成としては、基板側から順に積
層形成した、Ｔａ(5nm) ５０／ＩｒＭｎ(10 nm) ４２／
ＣｏＦｅ(2nm) ４３／Ｃｕ(3nm) ４４／ＣｏＦｅ(2nm)
／非晶質ＣｏＺｒＮｂ(5nm)４５１／ＣｏＦｅ(3nm) ４
５２／Ｃｕ(3nm) ４６／ＣｏＦｅ(2nm) ４７／ＩｒＭｎ
(8nm) ４８／Ｔａ(5nm) ４９等が挙げられる。
【００７６】上記したような磁性多層膜からなるデュア
ルエレメントＧＭＲ膜４１は、磁界検出部に応じた形
状、すなわちトラック幅から外れた両端部外側を例えば
エッチング除去した形状とされている。このようなデュ
アルエレメントＧＭＲ膜４１の両端部（エッジ部）外側
には、デュアルエレメントＧＭＲ膜４１にバイアス磁界
を印加する一対のバイアス磁界印加膜２２が形成されて
おり、いわゆるアバットジャンクション構造を構成して
いる。バイアス磁界印加膜２２は、前述した実施形態と
同様に、高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３とを順に積
層されて構成されている。なお、バイアス磁界印加膜２
２を構成する各層の構成材料は前述した実施形態と同様
である。
【００７７】高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３との積
層膜からなるバイアス磁界印加膜２２によれば、前述し
たように、感磁層４５と高Ｍｓ磁性層２４との交換結合
に伴う交換バイアスに加えて、感磁層４５のエッジ部に
高磁束密度の静磁界バイアスを印加することができ、さ
らに感磁層４５の磁化回転に伴う磁性下地層としての高
Ｍｓ磁性層２４の磁化方向の変化も抑制されている。従
って、デュアルエレメントＧＭＲ膜４１の感磁層４５の
エッジ部に対してもバイアス磁界を安定かつ有効に印加
することができ、これにより感磁層４５のエッジ部の磁
区形成等に伴うバルクハウゼンノイズの発生を有効に抑
制することが可能となる。
【００７８】感磁層４５が 1つのデュアルエレメントＧ
ＭＲ膜４１を適用したＧＭＲヘッドにおいても、前述し
た反転構造のスピンバルブＧＭＲ膜１４を用いた場合と
同様に、種々の変形が可能である。例えば、図２１に示
すように、バイアス磁界印加膜２２は、磁性下地層とし
ての第１の高Ｍｓ磁性層２４ａ、第１の硬質磁性層２３
ａ、第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂおよび第２の硬質磁性層
２３ｂを順に積層した積層膜により構成することができ
る。この場合、感磁層４５がおおよそ中央部に位置する
デュアルエレメントＧＭＲ膜４１に対しても、感磁層４
５の近傍に第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂを容易に配置する
ことができる。
【００７９】また、図２２および図２３に示すように、
デュアルエレメントＧＭＲ膜４１を構成する磁性多層膜
のうち、感磁層４５より上側部分のトラック幅から外れ
た両端部外側を例えばエッチング除去し、感磁層４５の
トラック幅から外れた両端部外側領域の表面を露出さ
せ、その上に高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３を順に
成膜してバイアス磁界印加膜２２を形成した構造として
もよい。これらのいずれのバイアス構造においても、感
磁層４５に対してより一層良好にバイアス磁界を印加す
ることが可能となる。なお、図２３は電極２５をデュア
ルエレメントＧＭＲ膜４１と一部重なるように形成した
ものである。
【００８０】次に、本発明の磁気抵抗効果素子を再生素
子部に適用したさらに他の録再分離型磁気ヘッドの実施
形態について説明する。図２４は、本発明のさらに他の
磁気抵抗効果素子を図２と同様な録再分離型磁気ヘッド
に適用した実施形態の要部構造を示す図であり、図２５
はそれに用いた磁気抵抗効果膜部分を拡大して示す図で
ある。
【００８１】この実施形態においては、図２に示した実
施形態と同様に、図示を省略した基板上に下側磁気シー
ルド層１２を介して、下側再生磁気ギャップ１３が形成
されている。この下側再生磁気ギャップ１３上には、 2
つの感磁層を有するデュアルエレメントＧＭＲ膜５２が
形成されている。
【００８２】上記したデュアルエレメントタイプのＧＭ
Ｒ膜５２は、図２５に示すように、外部磁界により磁化
方向が変化する第１の感磁層５３、第１の非磁性層５
４、第１の磁化固着層５５、反強磁性層５６、第２の磁
化固着層５７、第２の非磁性層５８、外部磁界により磁
化方向が変化する第２の感磁層５９とを順に積層した磁
性多層膜を有している。第１および第２の感磁層５３、
５９は、前述した実施形態と同様な構成を有しており、
例えば第１の感磁層５３はＣｏ含有強磁性層５３１と 2
層の軟磁性アシスト層５３２、５３３とを、第２の感磁
層５９はＣｏ含有強磁性層５９１と軟磁性アシスト層５
９２とを有している。なお、各層の構成材料は前述した
実施形態と同様である。また、図中６０は保護膜、６１
は非磁性下地膜であり、必要に応じて形成されるもので
ある。
【００８３】2つの感磁層５３、５９を有するデュアル
エレメントＧＭＲ膜５２の具体的な構成としては、基板
側から順に積層形成した、Ｔａ(5nm) ６１／非晶質Ｃｏ
ＺｒＮｂ(5nm) ５３３／ＮｉＦｅ(2nm）５３２／ＣｏＦ
ｅ(3nm) ５３１／Ｃｕ(3nm)５４／ＣｏＦｅ(2nm) ５５
／ＩｒＭｎ(8nm) ５６／ＣｏＦｅ(2nm) ５７／Ｃｕ(3n
m) ５８／ＣｏＦｅ(3nm) ５９１／非晶質ＣｏＺｒＮｂ
(5nm) ５９２／Ｔａ(5nm) ６０等が挙げられる。
【００８４】上記したような磁性多層膜からなるデュア
ルエレメントＧＭＲ膜５２は、磁界検出部に応じた形
状、すなわちトラック幅から外れた両端部外側を例えば
エッチング除去した形状とされている。このようなデュ
アルエレメントＧＭＲ膜５２の両端部（エッジ部）外側
には、デュアルエレメントＧＭＲ膜５２にバイアス磁界
を印加する一対のバイアス磁界印加膜２２が形成されて
おり、いわゆるアバットジャンクション構造を構成して
いる。
【００８５】バイアス磁界印加膜２２は、前述した実施
形態と同様に高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３との積
層膜により構成されており、その具体的な構成は磁性下
地層としての第１の高Ｍｓ磁性層２４ａ、第１の硬質磁
性層２３ａ、第２の高Ｍｓ磁性層２４ｂおよび第２の硬
質磁性層２３ｂを順に積層した積層膜とされている。こ
の場合、 2つの感磁層５３、５９を有するデュアルエレ
メントＧＭＲ膜５２に対しても、各感磁層５３、５９の
近傍にそれぞれ高Ｍｓ磁性層２４ａ、２４ｂを容易に配
置することができる。なお、バイアス磁界印加膜２２を
構成する各層の構成材料は前述した実施形態と同様であ
る。
【００８６】高Ｍｓ磁性層２４と硬質磁性層２３との積
層膜からなるバイアス磁界印加膜２２によれば、前述し
たように、第１および第２の感磁層５３、５９と第１の
高Ｍｓ磁性層２４ａとの交換結合に伴う交換バイアスに
加えて、第１および第２の感磁層５３、５９のエッジ部
に第１および第２の高Ｍｓ磁性層２４ａ、２４ｂから高
磁束密度の静磁界バイアスを印加することができ、さら
に第１および第２の感磁層５３、５９の磁化回転に伴う
磁性下地層としての第１の高Ｍｓ磁性層２４ａの磁化方
向の変化も抑制されている。従って、デュアルエレメン
トＧＭＲ膜５２の 2つの感磁層５３、５９のエッジ部に
対して、それぞれバイアス磁界を安定かつ有効に印加す
ることができ、これにより 2つの感磁層５３、５９のエ
ッジ部の磁区形成等に伴うバルクハウゼンノイズの発生
を有効に抑制することが可能となる。
【００８７】次に、本発明の磁気抵抗効果素子をオーバ
ーレイド構造に適用した実施形態について説明する。図
２６は、本発明によるオーバーレイド構造の磁気抵抗効
果素子を再生素子部に適用した一実施形態の録再分離型
磁気ヘッドを媒体対向面方向から見た断面図（ｘ方向が
記録トラック幅方向、ｙ方向が記録トラックの進行方向
で膜厚方向に対応）であり、図２７はその要部拡大図で
ある。
【００８８】この実施形態の録再分離型磁気ヘッドは、
図２に示した実施形態と同様に、基板１１の主表面上に
下側磁気シールド層１２および下側再生磁気ギャップ１
３が順に形成されている。下側再生磁気ギャップ１３上
には、図４に構成を示した反転構造のスピンバルブＧＭ
Ｒ膜１４が形成されている。スピンバルブＧＭＲ膜１４
と下側再生磁気ギャップ１３との間にはトラック幅から
外れた領域に、予めスピンバルブＧＭＲ膜１４にバイア
ス磁界を印加する一対のバイアス磁界印加膜２２が形成
されており、この一対のバイアス磁界印加膜２２は所定
の間隙をもって配置されている。すなわち、スピンバル
ブＧＭＲ膜１４の両端部が一対のバイアス磁界印加膜２
２上に積層形成されている。
【００８９】なお、スピンバルブＧＭＲ膜１４とバイア
ス磁界印加膜２２との積層構造は、図２８に示すよう
に、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部
外側部分を一対のバイアス磁界印加膜２２上に積層形成
してもよい。ただし、図２６および図２７に示すスピン
バルブＧＭＲ膜１４の両端部のみをそれぞれバイアス磁
界印加膜２２上に積層した構造によれば、バイアス磁界
印加膜２２のスピンバルブＧＭＲ膜１４と積層していな
い部分では保磁力が低下せず、バイアス磁界印加膜２２
の保磁力をより良好に保つことができる。
【００９０】バイアス磁界印加膜２２は、図２７に示す
ように、第１の硬質磁性層２３ａ、高Ｍｓ磁性層２４お
よび第２の硬質磁性層２３ｂを順に積層した積層膜によ
り構成されており、高Ｍｓ磁性層２４は感磁層１８の近
傍に配置されている。バイアス磁界印加膜２２は、例え
ばＣｒからなる非磁性下地膜６２上に形成されている。
非磁性下地膜６２は必要に応じて形成されるものであ
る。
【００９１】スピンバルブＧＭＲ膜１４上には一対の電
極２５が形成されており、この一対の電極２５の間隔に
よって、スピンバルブＧＭＲ膜１４の実質的な再生トラ
ック幅が規定されている。これらスピンバルブＧＭＲ膜
１４、一対のバイアス磁界印加膜２２および一対の電極
２５は、オーバーレイド構造のＧＭＲ再生素子部６３を
構成している。なお、スピンバルブＧＭＲ膜１４とバイ
アス磁界印加膜２２との位置関係、および一対の電極２
５の形成位置以外の構成については、前述した図２に示
した実施形態と同一構成とされている。また、各層の構
成材料等についても前述した実施形態と同様である。
【００９２】上記したようなＧＭＲ再生素子部６３は、
例えば以下のようにして作製することができる。すなわ
ち、まずＡｌＯx 膜等からなる下側再生磁気ギャップ１
３上に、非磁性下地膜６２、第１の硬質磁性層２３ａ、
高Ｍｓ磁性層２４および第２の硬質磁性層２３ｂを順に
成膜し、この積層膜に対してＰＥＰ工程を行った後にミ
リングして、所定の間隙をもって一対のバイアス磁界印
加膜２２が配置されるようにパターニングする。この
際、通常は一対のバイアス磁界印加膜２２の間隙を一対
の電極２５の間隔より広く設定し、一対の電極２５の間
隔でスピンバルブＧＭＲ膜１４の実質的な再生トラック
幅を規定する。バイアス磁界印加膜２２のパターニング
は、各層を成膜する前にＰＥＰ工程を行っておくことに
よって、リフトオフ法で実施することもできる。
【００９３】次に、パターニングされた一対のバイアス
磁界印加膜２２上に、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成
する各層を順に成膜し、この磁性多層膜に対してＰＥＰ
工程を行った後にミリングして、スピンバルブＧＭＲ膜
１４をパターニングする。スピンバルブＧＭＲ膜１４の
パターニングも、バイアス磁界印加膜２２と同様にリフ
トオフ法で実施してもよい。この後、電極２５となる良
導体膜をリフトオフ法でパターニングして一対の電極２
５を形成する。このようにして、オーバーレイド構造の
ＧＭＲ再生素子部６３が得られる。オーバーレイド構造
のＧＭＲ再生素子部６３は、スピンバルブＧＭＲ膜１４
と電極２５とが膜面で接触しているために再生抵抗が下
がり、静電破壊（ＥＳＤ）が起こり難いというような利
点を有している。
【００９４】上述したようなオーバーレイド構造のＧＭ
Ｒ再生素子部６３を適用したシールド型ＧＭＲヘッド２
９では、感磁層１８が上側に位置している反転構造のス
ピンバルブＧＭＲ膜１４を使用する際に、特に有効なバ
イアスを得ることが困難となるが、硬質磁性層２３と高
Ｍｓ磁性層２４との積層膜からなるバイアス磁界印加膜
２２を用いることによって、上側に位置している感磁層
１８のエッジ部に対してバイアス磁界を安定かつ有効に
印加することができる。
【００９５】すなわち、感磁層１８と高Ｍｓ磁性層２４
との交換結合による効果は得られないものの、感磁層１
８の近傍に高Ｍｓ磁性層２４を位置させているため、こ
の高Ｍｓ磁性層２４から高磁束密度の静磁界バイアスを
印加することができる。従って、オーバーレイド構造を
適用したスピンバルブＧＭＲ膜１４の感磁層１８のエッ
ジ部に対して、バイアス磁界を安定かつ有効に印加する
ことができ、これにより感磁層１４のエッジ部の磁区形
成等に伴うバルクハウゼンノイズの発生を有効に抑制す
ることが可能となる。
【００９６】また、図２０に示した感磁層４５がおおよ
そ中央部に位置するデュアルエレメントＧＭＲ膜４１
や、図２５に示した 2つの感磁層５３、５９を有するデ
ュアルエレメントＧＭＲ膜５２を使用する場合において
も、オーバーレイド構造では有効なバイアスを得ること
が困難となるが、図２９および図３０に示すように、各
感磁層４５、５３、５９の位置に対応させて高Ｍｓ磁性
層２４を位置させることによって、これら感磁層４５、
５３、５９のエッジ部に対して、バイアス磁界を安定か
つ有効に印加することができる。従って、デュアルエレ
メントＧＭＲ膜４１、５２を使用する場合においても、
バルクハウゼンノイズの発生を有効に抑制することが可
能となる。
【００９７】なお、高Ｍｓ磁性層２４を 3層以上とし、
これらの高Ｍｓ磁性層間に硬質磁性層２３を挿入したバ
イアス膜も可能である。このバイアス膜は、例えばバイ
アスを受ける複数層の磁性層が積層形成された人工格子
ＧＭＲ膜のバイアス膜として適用可能であり、磁化方向
が変化する磁性層と位置整合させて高Ｍｓ磁性層を配置
すると優れた効果が得られる。
【００９８】次に、本発明の他の磁気抵抗効果素子の実
施形態について、図３１〜図３８を参照して説明する。
図３１は、この実施形態のＧＭＲ素子の要部を示す断面
図であり、スピンバルブＧＭＲ膜７１の構成を示してい
る。スピンバルブＧＭＲ膜７１は、少なくとも外部磁界
により磁化方向が変化する感磁層７２、Ｃｕ、Ａｕ、Ａ
ｇおよびこれらの合金等からなる非磁性層７３および磁
化固着層７４を積層した磁性多層膜を有している。磁化
固着層７４は下側に配置されている。
【００９９】感磁層７２は、例えばＣｏＦｅ合金層のよ
うなＣｏを含む強磁性層７２１を有しており、このＣｏ
含有強磁性層７２１は非磁性層７３に接して設けられ
る。Ｃｏ含有強磁性層７２１上には、感磁層７２として
の軟磁性的な性質を向上させるために、例えば軟磁性ア
シスト層が形成されている。軟磁性アシスト層には、非
晶質系軟磁性材料や面心立方晶構造を有する軟磁性材
料、例えばＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金、これらに
各種添加元素を添加した磁性合金等が好ましく用いられ
る。この実施形態では、Ｃｏ含有強磁性層７２１の上側
に、軟磁性アシスト層として非晶質ＣｏＺｒＮｂ合金層
７２３を配置している。
【０１００】磁化固着層７４は、例えばＣｏＰｔ合金や
ＣｏＣｒＰｔ合金等のＣｏを含む硬質磁性材料からなる
Ｃｏ系硬質磁性層７４１と、例えばＦｅＣｏ合金層から
なる非硬質磁性層７４２との積層膜により構成されてお
り、この実施形態ではＦｅＣｏ合金層等からなる非硬質
磁性層７４２上にＣｏ系硬質磁性層７４１を積層形成し
ている。非硬質磁性層７４２は非磁性層７３と接しない
側に配置されている。なお、図中７５はＴａやＴｉ等か
らなる保護膜であり、必要に応じて形成されるものであ
る。また、図３２に示すように、Ｃｏ系硬質磁性層７４
１が非磁性層７３側に直接配置されないように、Ｃｏ系
硬質磁性層７４１と非磁性層７３との間にＣｏＦｅ合金
層７４３を介在させることが好ましい。
【０１０１】図３１に示したスピンバルブＧＭＲ膜７１
の具体的な構成としては、基板側から順に積層形成し
た、ＦｅＣｏ(3nm) ７４２／ＣｏＰｔ(3nm) ７４１／Ｃ
ｕ(3nm）７３／ＣｏＦｅ(3nm) ７２１／非晶質ＣｏＺｒ
Ｎｂ(5nm) ７２３／Ｔａ(5nm)７５等が挙げられる。ま
た、図３２に示したスピンバルブＧＭＲ膜７１の具体的
な構成としては、基板側から順に積層形成した、ＦｅＣ
ｏ(3nm) ７４２／ＣｏＰｔ(5nm) ７４１／ＣｏＦｅ(3n
m) ７４３／Ｃｕ(3nm) ７３／ＣｏＦｅ(3nm) ７２１／
非晶質ＣｏＺｒＮｂ(5nm) ７２３／Ｔａ(5nm) ７５等が
挙げられる。
【０１０２】磁化固着層７４にＦｅＣｏ合金層等からな
る非硬質磁性層７４２とＣｏ系硬質磁性層７４１との積
層膜を用いたスピンバルブＧＭＲ膜７１においては、前
述した実施形態でバイアス磁界印加膜として説明したよ
うに、ＦｅＣｏ／ＣｏＰｔ積層膜等は高角形比Ｓを実現
しているため、磁気モーメントの面内成分が大きい。こ
のＣｏ系硬質磁性層７４１を用いた磁化固着層７４の面
内成分の増大によって、従来の硬質磁性膜を用いたスピ
ンバルブ膜で問題となっていた、非磁性層７３を介して
配置した磁化固着層７４と感磁層７２との間の静磁カッ
プリングの影響を大幅に低減することができる。従っ
て、Ｃｏ系硬質磁性層７４１を磁化固着層７４に用いた
スピンバルブＧＭＲ膜７１によって、良好な磁気抵抗効
果特性を得ることが可能となる。
【０１０３】また、図３３に示すように、磁化固着層７
４を上側に配置する場合には、ＦｅＣｏ合金層７４２ａ
とＣｏ系硬質磁性層７４１とＮｉＦｅ合金層７４２ｂと
を順に積層形成した積層膜を使用することができる。こ
の場合、Ｃｏ系硬質磁性層７４１の弱い垂直成分はＦｅ
Ｃｏ合金層７４２ａによりシールドされる。特に、Ｆｅ
Ｃｏ合金層７４２ａを非磁性層７３側にも配置している
ため、非磁性層７３側の界面でのシールド効果によっ
て、Ｃｏ系硬質磁性層７４１を用いた磁化固着層７４の
面内成分が大きくなる。
【０１０４】なお、図中７２２は軟磁性アシスト層とし
てのＮｉＦｅ合金層、７２３は同様に軟磁性アシスト層
としての非晶質ＣｏＺｒＮｂ合金層である。７６は非磁
性材料からなる下地膜であり、必要に応じて形成される
ものである。図３３に示すスピンバルブＧＭＲ膜７１の
具体的な構成としては、基板側から順に積層形成した、
Ｔａ(5nm) ７６／非晶質ＣｏＺｒＮｂ(5nm) ７２３／Ｎ
ｉＦｅ(2nm) ７２２／ＣｏＦｅ(3nm) ７２１／Ｃｕ(3n
m) ７３／ＦｅＣｏ(3nm) ７４２ａ／ＣｏＰｔ(5nm) ７
４１／ＮｉＦｅ(2nm) ７４２ｂ／Ｔａ(5nm) ７５等が挙
げられる。このような構造のスピンバルブＧＭＲ膜７１
によっても、良好な磁気抵抗効果特性を得ることができ
る。
【０１０５】非硬質磁性層７４２としては、ＦｅＣｏ合
金、ＦｅＣｒ合金、ＦｅＶ合金、ＦｅＺｒ合金、ＦｅＺ
ｒＮ合金、アモルファスＣｏＺｒＮｂ合金等が挙げられ
るが、特にその上に積層されるＣｏＰｔ等の硬質磁性層
７４１の面内硬磁気特性を促進させるＦｅＣｏ合金を使
用することが好ましい。ＦｅＣｏ合金の具体的な組成と
しては、前述したように高Ｓが得られると共に、耐食性
に優れる、Ｃｏを 5〜40at%の範囲で含むＦｅＣｏ組成
が特に好ましい。
【０１０６】図３１〜図３３ではＣｏ系硬質磁性層と非
硬質磁性層との積層膜からなる磁化固着層を通常のスピ
ンバルブＧＭＲ膜７１に適用した実施形態を示したが、
Ｃｏ系硬質磁性層と非硬質磁性層との積層膜からなる磁
化固着層は、図３４〜図３６に示すように、デュアルエ
レメントＧＭＲ膜に適用することも可能である。
【０１０７】図３４は感磁層が 1つのデュアルエレメン
トＧＭＲ膜７７の構成を示している。このデュアルエレ
メントＧＭＲ膜７７は、例えばＣｏ系硬質磁性層７４１
を用いた第１の磁化固着層７４ａ（ＦｅＣｏ(3nm) ７４
２／ＣｏＰｔ(5nm) ７４１／ＣｏＦｅ(3nm) ７４３）、
第１の非磁性層７３ａ（Ｃｕ(3nm) ）、感磁層７２（Ｎ
ｉＦｅ(5nm) ７２２／ＣｏＦｅ(3nm) ７２１）、第２の
非磁性層７３ｂ（Ｃｕ(3nm) ）、およびＣｏ系硬質磁性
層７４１を用いた第２の磁化固着層７４ｂ（ＦｅＣｏ(3
nm) ７４２／ＣｏＰｔ(5nm) ７４１）を順に積層した磁
性多層膜を有している。このような構造のデュアルエレ
メントＧＭＲ膜７７においても、良好な磁気抵抗効果特
性を得ることができる。
【０１０８】また、上記したデュアルエレメントＧＭＲ
膜７７において、図３５に示すように、一方の磁化固着
層（例えば第２の磁化固着層７４ｂ）には一般的な反強
磁性層７８で磁化固着したＣｏＦｅ合金層のような強磁
性層７９を適用することも可能である。
【０１０９】図３６は 2つの感磁層を有するデュアルエ
レメントＧＭＲ膜８０の構成を示している。このデュア
ルエレメントＧＭＲ膜８０は、例えば第１の感磁層７２
ａ（非晶質ＣｏＺｒＮｂ(5nm) ７２３／ＮｉＦｅ(2nm)
７２２／ＣｏＦｅ(3nm) ７２）、第１の非磁性層７３ａ
（Ｃｕ(3nm) ）、Ｃｏ系硬質磁性層７４１を用いた磁化
固着層７４（ＦｅＣｏ(3nm) ７４２／ＣｏＰｔ(5nm) ７
４１／ＣｏＦｅ(3nm）７４３）、第２の非磁性層７３ｂ
（Ｃｕ(3nm) ）、および第２の感磁層７２ｂ（ＣｏＦｅ
(3nm) ７２１／非晶質ＣｏＺｒＮｂ(5nm) ７２３）を順
に積層した磁性多層膜を有している。このような構造の
デュアルエレメントＧＭＲ膜８０においても、良好な磁
気抵抗効果特性を得ることができる。
【０１１０】図３１〜図３６に示したＧＭＲ膜をＧＭＲ
ヘッドに適用する場合、ＧＭＲヘッドすなわち図２や図
２６に示したヘッド構造を使用することができる。ただ
し、硬質磁性層７４１を使用した磁化固着層７４を有す
るＧＭＲ膜では、感磁層の磁区制御に硬質磁性バイアス
膜を用いると、感磁層と磁化固着層の直交磁化配列を実
現することが困難となるため、図３７および図３８に示
すように、ＩｒＭｎ合金等からなる反強磁性層８１を、
感磁層７２の磁区制御のためのバイアス磁界印加膜とし
て用いることが好ましい。
【０１１１】感磁層７２が下側に位置するＧＭＲ膜７１
の場合には、図３７に示すように、オーバーレイド構造
を適用することが好ましい。図３７において、８２はＣ
ｕ等からなるｆｃｃ下地膜である。ここでは、反強磁性
層８１によるバイアスを縦バイアスに用い、反強磁性層
８１のバイアス方向と略直交する方向に硬質磁性層７４
１を着時して直交磁化配列を実現する。また、感磁層７
２が上側に位置するＧＭＲ膜７１の場合には、図３８に
示すように、バイアス磁界印加膜としての反強磁性層８
１の上置構造を適用することが好ましい。図３８に示す
ヘッド構造において、電極２５はＧＭＲ膜７１と一部重
なるように形成してもよい。
【０１１２】なお、以上の実施形態では録再分離型磁気
ヘッドを用いて説明したが、記録ヘッドと再生ヘッドで
共通の磁気ヨークを用いる録再一体型磁気ヘッド等の他
のヘッド構造に本発明の磁気抵抗効果素子を適用するこ
とも可能である。
【０１１３】次に、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気抵
抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用した
実施形態、すなわち本発明の磁気記憶装置の実施形態に
ついて説明する。
【０１１４】図３９は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利
用したＭＲＡＭの一実施形態の構成を示す図である。同
図に示すＭＲＡＭ８１は、ガラス基板やＳｉ基板等の基
板８２上に形成されたスピンバルブＧＭＲ膜８３を有し
ている。このスピンバルブＧＭＲ膜８３の具体的な構成
は図３１〜図３６に示した通りである。
【０１１５】スピンバルブＧＭＲ膜８３の上部には、絶
縁層８４を介して書き込み電極８５が設けられている。
また、スピンバルブＧＭＲ膜８３の両端部には、一対の
読み出し電極８６が設けられており、この一対の読み出
し電極８６からスピンバルブＧＭＲ膜８３にセンス電流
が供給される。なお、図中８７は読み出し補助電極であ
る。
【０１１６】上記したＭＲＡＭ８１における情報の書き
込みおよび読み出しは、例えば以下のようにして行われ
る。図４０を参照して、ＭＲＡＭ８１への情報の書き込
みおよび読み出しについて述べる。なお、図４０に示す
ＭＲＡＭ８１はスピンバルブＧＭＲ膜８３として、図３
１に示したスピンバルブＧＭＲ膜７１を有している。こ
こで、積層膜７４の保磁力は前述したように容易に調整
することができるため、セミハードタイプの情報記憶層
として有効に利用することができる。
【０１１７】情報の書き込みは、図４０（ａ）に示すよ
うに、書き込み電極８５に電流を流して外部磁界を印加
し、ＦｅＣｏ合金層等からなる非硬質磁性層とＣｏ系硬
質磁性層との積層膜（セミハード層）７４の磁化方向
を、“１”または“０”に対応する方向とすることによ
り行われる。
【０１１８】記憶情報の読み出しは、図４０（ｂ）およ
び図４０（ｃ）に示すように、読み出し電極８６からセ
ンス電流を流した状態で、書き込み電極８５に正負のパ
ルス電流を流し、その電流磁界により軟磁性層である感
磁層７２の磁化方向を反転させる。書き込み電極８５の
正負に対して、感磁層７２の磁化方向はセミハード層７
４の“１”、“０”にかかわらず一定である。一方、
“１”または“０”として記憶されたセミハード層７４
の磁化方向によって、書き込み電極８５のパルス電流が
正のときにスピンバルブＧＭＲ膜７１の上下強磁性層
（７２、７４）の磁化方向が平行で負のときに反平行
か、もしくは書き込み電極８５のパルス電流が負のとき
に磁化方向が平行で正のときに反平行かが決まる。従っ
て、書き込み電極８５に例えば正→負のパルス電流を流
したとき、センス電流の抵抗が大→小か、小→大かによ
って、セミハード層７４の“１”または“０”が判別さ
れる。
【０１１９】上述したＭＲＡＭ８１において、ＦｅＣｏ
合金層等からなる非硬質磁性層とＣｏ系硬質磁性層との
積層膜（セミハード層）７４は高角形比を有しているた
め、記憶層としての特質に優れており、“１”または
“０”の状態によってほぼ完全に逆方向の記録を行うこ
とができる。さらに、従来の硬質磁性層を記憶層として
用いたＭＲＡＭでは、スピンバルブＧＭＲ膜の静磁的な
カップリングの影響が大きく、書き込み電極８５に正負
のパルス電流を流した際に、感磁層７２の磁化方向の動
きに悪影響を及ぼし、完全な一方向の磁化を実現するこ
とが困難であったが、本発明によるスピンバルブＧＭＲ
膜７１等は前述したように、静磁カップリングの影響を
大幅に低減しているため、完全な一方向の磁化を実現す
ることができる。なお、従来の硬質磁性層を記憶層とし
て用いたＭＲＡＭにおいて、静磁カップリングの影響を
除去するために非磁性層の厚さを厚くすると、ＭＲ変化
率が低下してＳ／Ｎの低下を引き起こすことになる。
【０１２０】図４１はＭＲＡＭの他の実施形態の構成を
示す断面図である。同図に示すＭＲＡＭ８８は、前述し
た各実施形態のＧＭＲヘッドと同様に、感磁層に対して
バイアス磁界を印加するバイアス磁界印加膜２２を有し
ている。バイアス磁界印加膜２２の具体的な構成は、例
えば図４２に示すように、ＦｅＣｏ合金層等からなる高
Ｍｓ磁性層２４上にＣｏＰｔ合金やＣｏＣｒＰｔ合金等
からなるＣｏ系硬質磁性層２３を積層した積層膜が挙げ
られる。なお、バイアス磁界印加膜２２には、スピンバ
ルブＧＭＲ膜８３の構成に応じて、種々の形態の積層膜
を使用することができる。
【０１２１】ＭＲＡＭ８８におけるバイアス磁界印加膜
２２は、書き込み電極８５に正負のパルス電流を流した
ときの感磁層７２の磁化反転が生じる磁界の大きさを制
御したり、また磁区が形成された状態での不規則な磁化
反転に伴うノイズを抑制するものである。ここで、硬質
磁性バイアス膜では、高集積化に対応してより薄い膜
で、微小セルサイズに伴う反磁界の増大を抑制するのに
十分なバイアス力を得ることが重要であるが、前述した
各実施形態で詳細に述べたように、本発明による高Ｍｓ
磁性層２４と硬質磁性層２３との積層膜からなるバイア
ス磁界印加膜２２によれば十分なバイアス力が得られる
ため、ＭＲＡＭ８８は高集積化を実現可能とするもので
ある。
【０１２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子によれば、高飽和磁化磁性層と硬質磁性層との
積層膜をバイアス磁界印加膜として使用しているため、
例えば高飽和磁化の感磁層を適用する場合、また特に狭
トラック化する場合においても、バルクハウゼンノイズ
を有効に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の磁気抵抗効果素子におけるバイアス
磁界の印加状態を従来の磁気抵抗効果素子と比較して示
す概念図である。
【図２】 本発明の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適
用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造を示す
断面図である。
【図３】 図２に示す録再分離型磁気ヘッドにおける磁
気抵抗効果ヘッドの要部を拡大して示す断面図である。
【図４】 図２に示す磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵抗効
果膜部分を拡大して示す断面図である。
【図５】 磁性下地層と硬質磁性層が共に高飽和磁化の
場合の感磁層の磁化回転に伴う磁化状態を模式的に示す
図である。
【図６】 磁性下地層と硬質磁性層が共に低飽和磁化の
場合の感磁層の磁化回転に伴う磁化状態を模式的に示す
図である。
【図７】 図１に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例にお
ける磁気抵抗効果膜部分の拡大して示す断面図である。
【図８】 高Ｍｓ磁性層の飽和磁化Ｍｓhighとバルクハ
ウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図９】 ＦｅＣｏ合金の角形比ＳのＣｏ濃度依存性を
示す図である。
【図１０】 Ｃｏ濃度を変えた場合のＦｅＣｏ合金膜の
膜厚と角形比Ｓとの関係を示す図である。
【図１１】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と積層膜の保磁力Ｈ
ｃtotal との関係を示す図である。
【図１２】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と積層膜のトータル
の残留磁化Μｒtotalとの関係を示す図である。
【図１３】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と積層膜のトータル
の角形比Ｓtotal との関係を示す図である。
【図１４】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚とＭｒ・ｔ(total)
との関係を示す図である。
【図１５】 図１に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例を
示す要部拡大断面図である。
【図１６】 図１に示す磁気抵抗効果ヘッドの他の変形
例を示す要部拡大断面図である。
【図１７】 図１に示す磁気抵抗効果ヘッドのさらに他
の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１８】 図１７に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例
を示す要部拡大断面図である。
【図１９】 本発明の磁気抵抗効果素子を再生素子部に
適用した録再分離型磁気ヘッドの他の実施形態の要部構
造を示す断面図である。
【図２０】 図１９に示す磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵
抗効果膜部分を拡大して示す断面図である。
【図２１】 図１９に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例
の要部を示す断面図である。
【図２２】 図１９に示す磁気抵抗効果ヘッドの他の変
形例の要部を示す断面図である。
【図２３】 図２２に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例
の要部を示す断面図である。
【図２４】 本発明の磁気抵抗効果素子を再生素子部に
適用した録再分離型磁気ヘッドのさらに他の実施形態の
要部構造を示す断面図である。
【図２５】 図２４に示す磁気抵抗効果ヘッドの磁気抵
抗効果膜部分を拡大して示す断面図である。
【図２６】 本発明の磁気抵抗効果素子を再生素子部に
適用した録再分離型磁気ヘッドのさらに他の実施形態の
構造を示す断面図である。
【図２７】 図２６に示す録再分離型磁気ヘッドにおけ
る磁気抵抗効果ヘッドの要部を拡大して示す断面図であ
る。
【図２８】 図２６に示す録再分離型磁気ヘッドの変形
例の構造を示す断面図である。
【図２９】 図２６に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例
の要部を示す断面図である。
【図３０】 図２６に示す磁気抵抗効果ヘッドの他の変
形例の要部を示す断面図である。
【図３１】 本発明の他の磁気抵抗効果素子の実施形態
の要部構造を示す断面図である。
【図３２】 図３１に示す磁気抵抗効果素子の変形例の
要部構造を示す断面図である。
【図３３】 図３１に示す磁気抵抗効果素子の他の変形
例の要部構造を示す断面図である。
【図３４】 本発明の他の磁気抵抗効果素子の他の実施
形態の要部構造を示す断面図である。
【図３５】 図３４に示す磁気抵抗効果素子の変形例の
要部構造を示す断面図である。
【図３６】 本発明の他の磁気抵抗効果素子のさらに他
の実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図３７】 本発明の他の磁気抵抗効果素子を磁気抵抗
効果ヘッドに適用する場合の形態の一例を示す要部断面
図である。
【図３８】 本発明の他の磁気抵抗効果素子を磁気抵抗
効果ヘッドに適用する場合の形態の他の例を示す要部断
面図である。
【図３９】 本発明の磁気抵抗効果素子をＭＲＡＭに適
用した一実施形態の構造を示す断面図である。
【図４０】 図３９に示すＭＲＡＭの記憶・再生状態を
説明するための図である。
【図４１】 本発明の磁気抵抗効果素子をＭＲＡＭに適
用した他の実施形態の構造を示す断面図である。
【図４２】 図４１に示すＭＲＡＭの要部を拡大して示
す断面図である。
【図４３】 従来のアバットジャンクション構造の磁気
抵抗効果ヘッドの一構成例を示す断面図である。
【図４４】 従来のオーバーレイド構造の磁気抵抗効果
ヘッドの一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１４、７１、８３………スピンバルブＧＭＲ膜 １５、４２、４８、５６……反強磁性層 １６、４３、４７、５５、５７、７４……磁化固着層 １７、４４、４６、５４、５８、７３……非磁性層 １８、４５、５３、５９、７２……感磁層 ２２………バイアス磁界印加膜 ２３………硬質磁性層 ２４………高Ｍｓ磁性層 ２５………電極 ２６、６３……ＧＭＲ再生素子部 ４１、５２、７７、８０……デュアルエレメントＧＭＲ
膜 ８１、８８……ＭＲＡＭ ８５………書き込み電極 ８６………読み出し電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−242544（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−83039（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/39 H01F 10/30 H01L 43/08

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁化固着層と、前記磁化固着層上に順に
    積層形成された非磁性層および外部磁界により磁化方向
    が変化する感磁層とを有する磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス
    磁界印加膜と、 前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極とを具
    備し、 前記バイアス磁界印加膜は、硬質磁性層と高飽和磁化磁
    性層との積層膜を有し、かつ前記高飽和磁化磁性層の飽
    和磁化をＭｓhigh、前記感磁層の飽和磁化をＭｓfree と
    したとき、前記高飽和磁化磁性層はＭｓhigh≧Ｍｓfree
    を満足することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 第１の磁化固着層と、前記第１の磁化固
    着層上に第１の非磁性層を介して積層され、外部磁界に
    より磁化方向が変化する感磁層と、前記感磁層上に第２
    の非磁性層を介して積層された第２の磁化固着層とを有
    する磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス
    磁界印加膜と、 前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極とを具
    備し、 前記バイアス磁界印加膜は、硬質磁性層と高飽和磁化磁
    性層との積層膜を有し、かつ前記高飽和磁化磁性層の飽
    和磁化をＭｓhigh、前記感磁層の飽和磁化をＭｓfree と
    したとき、前記高飽和磁化磁性層はＭｓhigh≧Ｍｓfree
    を満足することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 外部磁界により磁化方向が変化する第１
    の感磁層と、前記第１の感磁層上に第１の非磁性層を介
    して積層された磁化固着層と、前記磁化固着層上に第２
    の非磁性層を介して積層され、外部磁界により磁化方向
    が変化する第２の感磁層とを有する磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加するバイアス
    磁界印加膜と、 前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極とを具
    備し、 前記バイアス磁界印加膜は、硬質磁性層と高飽和磁化磁
    性層との積層膜を有し、かつ前記高飽和磁化磁性層の飽
    和磁化をＭｓhigh、前記第１および第２の感磁層の飽和
    磁化をＭｓfree としたとき、前記高飽和磁化磁性層はＭ
    ｓhigh≧Ｍｓfr ee を満足することを特徴とする磁気抵抗
    効果素子。
  4. 【請求項４】 異方性磁気抵抗効果を示す磁性層と、前
    記磁性層と非磁性層を介して積層され、前記磁性層に動
    作点バイアスを付与する軟磁性層とを有する磁気抵抗効
    果膜と、 前記異方性磁気抵抗効果を示す磁性層にバイアス磁界を
    印加するバイアス磁界印加膜と、 前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極とを具
    備し、 前記バイアス磁界印加膜は、硬質磁性層と高飽和磁化磁
    性層との積層膜を有し、かつ前記高飽和磁化磁性層の飽
    和磁化をＭｓhigh、前記異方性磁気抵抗効果を示す磁性
    層の飽和磁化をＭｓAMR としたとき、前記高飽和磁化磁
    性層はＭｓhigh≧ＭｓAMR を満足することを特徴とする
    磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３または請
    求項４記載の磁気抵抗効果素子において、 前記バイアス磁界印加膜における前記硬質磁性層の飽和
    磁化をＭｓ hard としたとき、前記高飽和磁化磁性層はＭ
    ｓ high ≧Ｍｓ hard を満足することを特徴とする磁気抵抗
    効果素子。
  6. 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３または請
    求項４記載の磁気抵抗効果素子において、 前記高飽和磁化磁性層は、その飽和磁化Ｍｓhighが1000
    emu/cc以上であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】 請求項１、請求項２または請求項３記載
    の磁気抵抗効果素子において、 前記感磁層は、少なくともＣｏを含む磁性層を有するこ
    とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 請求項１、請求項２、請求項３または請
    求項４記載の磁気抵抗効果素子において、 前記高飽和磁化磁性層は、ＦｅＣｏ合金からなることを
    特徴とする磁気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】 下側磁気シールド層と、前記下側磁気シ
    ールド層上に下側再生磁気ギャップを介して形成され
    た、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載
    の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に上側
    再生磁気ギャップを介して形成された上側磁気シールド
    層とを具備することを特徴とする磁気ヘッド。
  10. 【請求項１０】 請求項１、請求項２または請求項３記
    載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果膜に情報を
    記憶する書き込み電極と、前記磁気抵抗効果素子の電極
    からなり、前記磁気抵抗効果膜に記憶された情報を再生
    する読み出し電極とを具備することを特徴とする磁気記
    憶装置。
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